影響堿性鋅錳干電池電壓余量環(huán)境因素的研究

　　黎長(cháng)源

　?。ǜ窳﹄娖鳎ê戏剩┯邢薰?，安徽 合肥 230088）

　　摘要：鋅錳干電池是為最常見(jiàn)的化學(xué)電源，干電池在使用時(shí)電壓余量會(huì )隨著(zhù)使用時(shí)間的延長(cháng)而降低，直至電壓過(guò)低無(wú)法正常供電為止。除了正常使用會(huì )導致電壓余量降低，其他外界因素同樣會(huì )導致電壓余量降低，而使電池發(fā)生漏液情況。本文將設計試驗研究外界條件影響電池電壓變化的因素。

　　關(guān)鍵詞：干電池；化學(xué)電源；電壓余量；漏液

　　0 前言

　　堿性鋅錳干電池簡(jiǎn)稱(chēng)鋅錳電池，在1882年研制成功，1912年就已開(kāi)發(fā)，1914年投產(chǎn)問(wèn)世，在結構上采用與普通鋅錳電池相反的電極結構，增加了正負極間的相對面積，采用高導電性的堿性電解液，正負極采用高能電極材料，所以堿性鋅錳電池的容量和放電時(shí)間是同等型號普通電池的3~7倍。每年公司會(huì )使用幾千萬(wàn)的電池，售后出現電池漏液的情況，電池漏液直接導致電池功能失效。

　　1 堿性干電池工作原理

　　干電池的外殼鋅是負極，中間碳棒是正極，碳棒周?chē)鸀槭腿O化劑MnO2的混合物，在混合物周?chē)?裝 入 以NH4Cl溶液浸潤的ZnCl 2 ，NH 4 Cl和淀粉或 其 他 填 充物。為了避免水分蒸發(fā)，使用 蠟 進(jìn) 行 封裝。堿性鋅錳電池內部結構見(jiàn)圖1。

　　化學(xué)表達式為：

　　正極（陽(yáng)極）反應：MnO 2 +H 2 O+e→MnO（OH）+OH - （1）

　　MnO(OH)在堿性溶液中有一定的溶解度MnO（OH）+ H 2 O+OH - →Mn（OH） 4 （2）

　　Mn（OH） 4 +e→ Mn（OH） 4 （3）

　　正極（陰極）反應：Zn+2OH - →Zn（OH） 2 +2e （4）

　　Zn（OH） 2 +2OH - →Zn（OH） 4 2- （5）

　　總的電池反應為：Zn+ MnO 2 + 2H 2 O+4OH - →Mn（OH） 4 2- + Zn（OH） 4 2- （6）

　　由于正極為陰極反應不完全是固相反應，負極為陽(yáng)極反應是可溶性的Zn（OH） 4 2- ，故內阻小，放電后電壓恢復能力強。堿性鋅錳干電池采用了高純度、高活性的正負極材料，以及離子高導電性強的堿作為電解質(zhì)，使電化學(xué)反應面積成倍增長(cháng)，具有以下特點(diǎn)：

　?。?）開(kāi)路電壓為1.5 V；

　?。?）工作溫度范圍為-20 ℃~60 ℃之間，適于高寒地區使用；

　?。?）大電流連續放電器容量是酸性鋅錳電池的5倍左右。

　　2 結合電池生產(chǎn)、使用、運輸環(huán)境設計試驗條件

　　生產(chǎn)、使用以及運輸中，能夠對電池造成影響的外界因素為溫度、濕度、振動(dòng)。針對幾個(gè)環(huán)境因素分別制定具體試驗條件：

　　2.1 高溫：環(huán)境溫度45 ℃，測試20天時(shí)間。

　　2.2 高濕：在室溫70 %（RH）環(huán)境下儲存20 h，測試外觀(guān)以及電壓值。

　　2.3 高溫、高濕：在溫度為45 ℃、濕度為70 %（RH）環(huán)境下試驗30 h，測試外觀(guān)以及電壓值。

　　2.4 振動(dòng)：對電池施加振幅為0.8 mm，最大總振幅為1.6 mm的簡(jiǎn)諧運動(dòng)。頻率變化1 Hz/min，頻率范圍10 Hz～55 Hz。

　　電池分別承受相互垂直的三個(gè)方向的振動(dòng)，每個(gè)方向往（10 Hz～55 Hz）、返（55 Hz～10 Hz）振動(dòng)90 min±5 min。

　　3 試驗結果統計

　　生產(chǎn)涉及干電池編碼有3個(gè)，每個(gè)編碼抽取3個(gè)樣品，每組試驗樣品9個(gè)，分別進(jìn)行試驗，結束后測試樣品電壓余量匯總數據并進(jìn)行對比。

　　3.1 試驗結果記錄如表1所示。

　　3.2 試驗結果分析

　　根據幾組試驗的測試結果，電池外形尺寸均在合格范圍內（A：≤3.8；F：≤3.8；φ：9.5≤φ≤10.5），外觀(guān)檢查電池無(wú)變形、漏液的情況。

　　電壓變化情況如下：

　?。?）高溫試驗電壓變化范圍：0.02 V ~0.13 V

　?。?）高濕試驗電壓變化范圍：0.01 V ~0.09 V

　?。?）高溫、高濕試驗電壓變化范圍：0.02 V~0.09 V

　?。?）振動(dòng)試驗電壓變化范圍：0.04 V ~0.18 V從上述的數據總結以及樣品趨勢圖可以看出，振動(dòng)試驗樣品電壓變化最為明顯，高溫試驗結果次之，高溫、高濕以及高濕試驗樣品電壓并未發(fā)生太大變化。由此可確認影響電池電壓余量的環(huán)境因素為振動(dòng)以及高溫，濕度對樣品影響可忽略。

　　4 生產(chǎn)環(huán)節優(yōu)化以及注意事項

　　4.1電池放置環(huán)境優(yōu)化

　?。?）電池所存放的倉庫為恒溫倉庫，溫度控制在25℃±3℃，生產(chǎn)環(huán)境應與此同步，避免高溫導致電池電壓下降過(guò)多影響用戶(hù)使用。

　　2）用戶(hù)室內溫度基本為室溫，與電池存儲環(huán)境相差無(wú)幾，在使用時(shí)應避免日曬或高溫烘烤，尤其北方，切忌將遙控器放在暖氣附近。

　　4.2電池打包環(huán)節優(yōu)化

　?。?）電池從廠(chǎng)家在廠(chǎng)家打包時(shí)每小盒僅打包一層，且需排列緊湊；

　?。?）將電池放入與整機一起打包時(shí)需將電池單獨放置，裝入氣泡袋內，做好防振。

　　參考文獻

　　[1] 盧財鑫，蔣強民， 藍秀清. 堿性Zn-MnO2電池漏液原因分析及對策.電池工業(yè)，2003.06.25

　　[2] 蘇建歡.延長(cháng)堿性干電池使用壽命的實(shí)驗研究：廣西輕工業(yè)，2008.11.

　　[3] 彥輝.電池十問(wèn)：中國防偽，2002.11.15

　　作者簡(jiǎn)介

　　黎長(cháng)源(1984-)，男，高級工程師，主要研究方向：空調制冷技術(shù)、干電池可靠性技術(shù)

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第6期第74頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處