涂胶封口锌锰电池
涂胶封口锌锰电池
董明光?.余大全z
(1_上海中亚电池研究所,上海201202;2.四川华景国贸实业有限责任公司,四川成
都610031)
摘要:涂胶封口锌锰电池可解决传统封口电池中常出现的电芯粉污染锌筒【J,造成
电池急性,慢性内部短路,在高温条
件下,电池产生气胀,鼓底,冒沥青,冒电液,有致癌危险的沥青烟气污染车间,危害工
人健康等等难以排除的问题.而
且由于涂胶封口电池增加了正极活性物质装填容量,扩大了锌筒反眦向积,减少了
锌筒高度,省去了头道纸圈,沥青封
口剂等等材料,所以可增加电池放分或降低电池成本.涂胶封口电池有内涂式和外
涂式二种,内涂式优点远远少于外
涂式.但外涂式只能做铁壳电池,内涂式可做彩管或铁壳电池.
关键词:锌锰电池;纸板电池;涂胶电池;电池封口;封口胶
中圄分类号:TM9l1.1文献标识码:A文章编号:l002—087X(2006)05—04
Zn—MnO2batterysealedwithglue
DONGMing?guang.YUDa-quan~
rJ.ShanghaiZhongyaBatteryInstitute,Shanghai201202,China; 2.SichuanHuajingInternationalTradeIndustrialCo.,Ltd.,ChengduSichuan610031,China
)
Abstract:TherearemanyadvantagesintheZn-MnO2batterysealedwithglue.Manyproble
mswerefoundintraditional
bakerysealedwithbitumensuchasthetopofzinccanbecontaminatedwiththepositivemixtur
ewhichcouldcausequickor
slowshortcircuit,batteryexpandedwithgas,electrolyteandbitumenleakedout,bitumensm
okingcontaminatedworkshop
andSOon.However,allthesetoughproblemswereovercomebyglue—
sealedbakerieswhichcouldenhancepositivemixture quantity,increasethereactiveareasofthezinccan,decreasethehei【ghtofthezinccan,savefirstpaperringandbitumen sealant,SOresultinraiseincapacityorlowerthecostofbattery.Therearetwocoatinggluemet
hods,oneisinnercoatingand
anotherisoutercoating.Theoutercoatingonecouldonlyusedinmetaljacketbattery,theinner
coatingmethodcouldusedin
metaljacketbatteryandPVCjacketbattery.Manyadvantagesofoutercoatinggluebatteryco
uldbeabsentintheinner
coatinggluebattery.
Keywords:Zinc—
Manganesebattery;paperlinerbatterycoatinggluebattery;batteryseal;sealantglue
1简介
锌镐电池的外径和总高是国际统一的?,存有限的空间
内,填装较多的活性物质,电池的容量相对较高.纸板电池又
必须密封,才能使电池有较K的贮存寿命.为此,在传统的电
池结构中,采用沥青密封剖,再附上头道纸罔,塑料密封罔,基
本上解决了P型电池的密封.但头道纸圈,塑料密封圈和沥青
密封剂,往往占据了较多的电池有限空,即减少了电池容
量.而涂胶封口电池,只有一个较溥的塑料密封圈和极薄一层
封口胶,省掉了头道纸圈和沥青封广=1剂,既节省了电池的有限
空问,义节约了成本.
沥青足致癌物质.在电池生产车间,沥青烟气往往会从浇
沥青丁序扩散开来,特别存气较低的日子,整个牟r日J会弥
满着沥青炯气,对上人健康危害和,『吉I罔环境污染较为严晕.封
收稿日期:2005.O8.2O
作者简介:董明光(1939一),男,上海市人,高级T程师,研究牛
主要研究方向为锌锰高功率电池,尢求电池及浆层纸.
Biography:DONGMing-guang(1939一),male,seniorengineer
candidateformaster
2006.5Vo1.3ONo.5406
口胶没有炯气,而且用旦是沥青封F1剂的1/20都不到.封r.J 胶的成份尚不列存敛癌物质范围,所以涂胶封口T艺町改善 环境污染和对T人健康危害.
一
般电池密封罔塞在锌简内,I外涂式涂胶封口电池密 封圈住锌筒外.是锌筒收[]屙,在收口处涂f:封广1胶,冉将 料密封固J上,所以外涂式涂胶封口电池的锌筒高度比?般 电池低2mm,对R20铁壳电池而言,可省掉锌0.5g左有.内 涂式涂胶封口电池却没有此项优点..
存电池生产中,对原材料巾所含杂质要求很严,存每一个 T艺环节也严格防止金属杂质进入电池内部,耍防止急件,慢 性内部短路.所有这些措施,有一个目的是防止电池气胀.气 胀可使电}也鼓底,冒沥青,漏电液,导致电池报废.外涂式涂胶 封广1电池可让电池内部产牛的气体逸…,而气体逸m后,封口 胶又白行闭合,形成电池密封,解决了电池气胀,冒沥青和漏 电液等难题,对于要求在高温考验的电池,外涂式涂胶封口电 池比内涂式涂胶封kl电池和沥青封口电池更具有优势 川沥青封口的电池(R20),浆层纸高度比锌简高度低 7.5,8mm.内涂式涂胶封门电池(R20),浆层纸高度相应比锌
简高度低3.5,4mm.由于打芯机运行不稳定或冲棒中心线 与锌筒巾心线不重合或冲棒头上的硬海绵不对称或电芯粉表 观湿度较大等等原闲,致使黑粉污染锌筒口.造成半成品电池 急性短路或慢性短路,这是车间成品率不高的主要原因.外涂 式涂胶封口电池,浆层纸高可与锌筒口平齐,甚至可超过锌筒 口0.5mm.根本I消除了锌筒口污染电芯粉的危险.同时,以
往为了减少锌筒口污染黑粉,电}==:粉水分不能偏湿.而外涂式 涂胶封口电池,电芯粉水分可以偏湿,增加P型电池大电流连 放或减少电解二氧化锰用量.
南于省了头道纸圈,沥青封口剂.在外涂式涂胶封口电池 义把塑料密封圈从锌筒内移至锌简外,浆层纸与锌简口平齐, 这样电芯可由52g增加至60,62.5g,正极物质町增加 15%~20%.如果不提高放分,即可降低电解二氧化锰用量. 电芯质量增加,锌筒反应面积增大.如果电池放分要求不 变,则锌筒壁厚可相应减少.
涂胶封口电池,特别是外涂式涂胶封口电池有上述种种 优点.所以日本电池厂,上海松下电池公司,惠州东山电池公 司等早就开发了涂胶封口.我们在解剖日本电池时.发现了涂 胶丁艺,但不知道白色或浅黄色胶是什么成分,而且在密封罔 与锌筒接触处,似乎没有胶.仅碳棒与密封圈接触处有较多的 胶.
2胶的选择
从电池使用的温度范同.要求胶在55?不流淌,在一l8 C不硬化,不脆裂,用手揿在胶上,胶有些形变.
中国石油化_T股份公司,茂名分公司研究院研制了DH.2 电池封口剂,主要成份为合成橡胶和增粘树脂.价格为45元 /kg,颜色为红色
广东顺德永备机械设备厂,随内涂式涂胶封口设备一起 配套的电池封口胶,价格为30元/kg.颜色为绿色. 作者曾研制过碳五石油树脂加环氧树脂和氯化石蜡加环 氧树脂的封口胶.其中氯化石蜡加环氧树脂的封口胶曾用 于FT生产线上.氯化石蜡热解温度在115,130?,为了防 止胶局部过热,采用水浴加热这给涂胶机设计和车间环境带 来麻烦.
作者用不同软化点的不同型号环氧树脂(见表1)作为
溶剂加入不同比例氯化橡胶粉末(见表2)和松香等调制出 在55?不流淌,在低温不硬化的封口胶用于涂胶封口电池. 这种胶可用电热管直接加热,在高温下变得很稀,易于涂胶, 待温度降于55?时,变得不流淌.
作者曾看到日本设备中的涂胶机.机上有几股沥青细流 流下,半成品电池在下面走道上横卧滚过.沥青滴在半成品电 池碳棒的颈部,正好一圈.这一圈沥青正好塑料密封圈对 应.沥青中有添加剂,锌筒收VI部却没有胶,所以贮存性能不 够理想.
表1各种环氧树脂的软化点
407
表2氯化橡胶性能
Tab.2Performantesofchlorinatedrubber
(C10Hll热稳定性/分子式?l30
Cl,)n?
密度/
(g?cm一')1.43粘度2O,8OmPa?s
含氯量(%?62外观白色粉末
化学与物耐磨,耐腐蚀,快干,水分(%)?O
.
8理性能粘附,防透水,阻燃,绝缘.
3涂胶机的选择和生产线改造
国内涂胶封F-]电池大部分使用内涂式涂胶机.涂胶机的 涂头深入半成品电池锌筒内侧和碳棒之间,涂胶头---N各有 一
个施胶孔,胶从孔中流出,粘附在正在旋转的半成品电池的 锌筒和碳棒上,使锌筒内壁和碳棒颈部有一圈胶,其上下位 置,恰好是下工序密封图的位置.(见图1)
图1内涂式涂胶
Fig.1Innercoatingglue
外涂式涂胶机,是将封口胶涂在碳棒的颈部和收过口的 锌筒外侧(见图2).在碳棒和锌筒外侧360.圆周上全部涂 上封口胶.在下个工序上密封圈时,胶就夹在碳棒和密封圈之 问及锌筒外侧和密封圈之间,形成电池密封.这台涂胶机是南 通金鑫电池有限公司自行设计制造的,在一台机上一次完成 对碳棒和锌筒外侧涂胶,但在涂胶时,碳棒和锌简之间不发生 短路,所以生产的电池,开路电压很均匀.
要生产涂胶封VI电池的生产线,要增加一台涂胶机,一台 锌筒收VI机(外涂式),删除头道纸圈机,浇沥青机和沥青预 热机,滚线机(外涂式),卷边机(外涂式).
外涂式涂胶封口电池的密封圈和大盖帽是分开的,上密 封圈后,就进入单缩管,进假底,绝缘圈,热缩.经贮存,验电, 合格电池上大盖帽,放绝缘圈,人铁壳,收口.外涂式涂胶封VI 电池的密封罔和大盖帽与组合帽不同,相应的电磁振荡器的 走道要修改.
4投产前的工艺验证
作者在1995年就开始在生产线上验证涂胶封【1电池T 2006.5VoI.30No5
密封圈Se~llngwasher
腔Glue
蔓压衬圜Repressingbowl
一
碳捧Carbonrod
一——
浆层纸PHper1Iner
一
电Bobbin(positivematcrl~1) 一
怿筒ZinccRn
—一碗纸Bottombowl
图2外涂式涂胶
Fig.2Outercoatingglue
艺的可行性13].1999年曾在上海某电池公司R20生产线上采 用涂胶封口工艺,涂胶工序是手工完成的,共投产了近二年. 因为手工操作有人为冈素,操作人员为了追求产量而不顾质 量,致使锌筒和碳棒上该涂胶的部位没有涂.胶,漏涂率太 大,电池成品率下降.只能放弃涂胶封口工岂.
2001年作者又用手制作涂胶封1:3电池l50个,自然存 放一年半后,全部封口严密.2003年开始在南通金鑫电池有 限公司再做涂胶封口电池试验,并进行常温,55?高温和一18 ?低温贮存试验,其结果如表3,表4和表5.
南通金鑫电池有限公司认识到如前言所述的外涂式 表3常温贮存试验
开路电压?日期
最高I最低I平均
2oo4.ol-091.652l1.65lI1.651 20D4-06.25l_638ll_635I1.636 注:共l8支电池Remark:18pcsofbaaeryinall 表4—18?低温贮存试验
开路电压,v日期
最高I虽低平均
2o043101.652l1,6471.649 2004-06.251.647l1.6431.645 注;共18支电池Remark:18pcsofbatteryinall
涂胶封1:3电池优点,又看到上述常温半年,一18?低温三个 月和55?高温半年贮存数据,认为外涂式涂胶封口电池是发 展方向.要做好涂胶封厂=I电池,关键要防止胶的漏涂,所以首
先要制造一台有一定涂胶速度的外涂式涂胶机.历时一年,经 多次修改,终下试制一台涂胶速度超过120支电池/min的
外涂式涂胶机,并接人原有的R20P铁壳生产线中,一个班能
牛_产外涂式涂胶封1:3电池六万多个.从大生产的实践中,涂胶 漏涂率极低.半成品电池经5d贮存后,开路电压均匀,不合
格品率下降.大批量常温贮存和55?高温及一l8?低温考
验,开路电压下降缓慢且均匀,说明电池密封良好.从理论和
生产实践都证实电池要有较长的贮存寿命,电池密封是一个
重耍因素.
表555?高温贮存试验
开路电电池总高,nlnl日期
最高最低半均最高最低平均
2o0Ol91.6521.64916526l,461.16l-3 2a04_Ol,ll1.6371.6171.63461.561_361.4 200日_ol031.6O51.5931.60261.561.3614 2OO2_o91.5861.5711.58361.561.361.4 2O04_0751.5231.5081.51861.56l361.4 注;共l8支电池Remark:8pcsofbatteryinall 5外涂式涂胶封口电池的成本
涂胶封ISI电池的胶量,经测试,每个IL20电池Jr}j胶存
0.09g左,每公斤胶町涂R20电池一万余支,涂R6电池一
万余支,涂R03电池万余支.
外涂式涂胶封1:3电池浆层纸单耗比原来沥青封1:3电池增 加15%.
以R20P铁壳电池为例,若要求3.9Q连放至0.9V为
450h,用沥青封口的电池,其电芯粉需加8%,l5%电解二氧
化锰,mj外涂式涂胶封1:3电池,由于电芯重量增加l5%,
20%,可用全部天然二氧化锰也能达到450min.一方面电芯
质量增加,成本上升,另方面电解二氧化锰可不用,成本下降.
外涂式涂胶封口电池的密封圈比沥青封口电池的密封圈 轻,成本有所下降.外涂式涂胶封口电池电芯体积比沥青封L】 电池的电芯体积大15%,20%,在放分相同的条件下,锌筒壁 2006.5Vo1.3ONo.5408
可适当减漳.锌简章量相应降低.外涂式涂胶封121电池的锌筒 高度比沥青封口电池低2mm,省了锌O.5g左右.又省了头道 纸圈,沥青封口剂.
暂且不考虑由于札绝了锌筒口黑粉污染造成电池成品率 上升,电芯水份偏湿后,增加了P型电池大电流连放.R20P外 涂式涂胶封口铁壳电池和沥青封口电池,在相同放分要求下, 前者成本可下降0.02,O.029元/R20.这对目前处于微利的 锌锰电池生产厂来说是一个大的数字.
6结论
外涂式涂胶封1:3电池有许多优点,在国外先进电池企,J 早已采_}{j此项技术微利的国内锌锰电池行业没有资金引进 此项技术,设备和材料.随着国内电池封1:3胶的开发和外涂式 涂胶机的研制成功,外涂式涂胶封1:3电池才有呵能投入火生 产,,
外涂式涂胶封I:1电池工艺技术关键是在碳棒颈部和锌筒 I:1外侧一一圈360.全部涂I二封[]胶,绝对不能漏涂,少涂.密 封罔与碳棒紧配,并通过铁壳牢牢地扣存锌简的收口处,在锌 简和密封圈接触处及碳棒和密封圈接触处,充满封I:1胶. 致谢:感谢南通金鑫电池有限公司为外涂式涂胶封口电池 研制了涂胶机,使外涂式涂胶封口电池工艺能用于生产实践. 参考文献:
[1】IEC60086.2:2001,原电池,第2部分:外形,尺寸和电池性能要 求,(第l0.1版)[s】.
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2003.24(3):125—127.
《电源技术》征稿简!ilIj
《电源技术》是我国唯一的化学与物理电源(即电 化学电池与太阳电池等)综合技术期刊,经原周家科委批 准,国内外公开发行.主要读者对象为从事化学与物理电 源科研生产的科技工作者,科技管理工作者及电池用户, K期面向全国电池研究与T作人员征稿.为了方便作者 投稿,缎将本刊文稿的一些主要投稿要求介绍如下: l论文,综述,专家述评以6000字为限,附有巾,英 文对应的文题,作者单位,署名,作者简介,摘要,关键词. 2文章标题最长不超过18字.若有困难,可采用主 标题加副标题的
解决.标题应中英文对应.英文标题 不超过10个实词.
3研究论文应提供报道性文摘,300字左右,以第三 人称叙述,主要表达文章巾有创新意义的内容,含有目 的,方法,结果,结论等要素.综述采用指示性文摘,指明 文章的主题范嗣,200字左右.摘要采用第三人称写法,采 用
化名词术语,主要表达文章中有创新意义的内容, 不含对文章的评沧和解释.文摘应中英文对应.英文文摘 超过150个词.
4关键词以3,8个为宜,能够表达文章主题. 5署名不超过5个,协作者可在文后致谢,不应列入 作者署名.须提供第一作者简介,注意顺序和标点:姓名 (m生年),性别(民族),籍贯,职称或职务,学位,主要 研究方向中英艾对应.
6论文中层次标题序号以不超过3级为宜: 第1级:1;2;3;……
第2绒:I.1;1.2;I.3;……
第3级:1.1.1;1.1.2;1.1.3;……
7请将文中的插图与
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8论文属于获省部级以上基金资助项目,存加注脚 处标明后,须在网括号内注明其项目标号.
9参考义献中的作者署名,不多于3人全部着录;多 于3人,着录3人后加"等","efa如:张,王.李,等;或 409
T,D,P,etaj.无论中外署名,一律姓先名后,姓不缩写,名 缩写.参考文献采用顺序编码制,并在文章中以相应的上 角标标明,着录方法如下:
【1]书——着者.书名fM].版本.版地:出版者,出版 年.起止页码.
[2】期刊——文章作者.题(篇)名『J1.刊名.出版年,卷号 (期号):起止页码.
[3]论文集——文章作者.题(篇)名[A].论文集名【c]. 出版地:出版者,出版年.起止页码.
【4]科学技术
——着者题(篇)名[R]础版地:出版 者,出版年.起止页码.
[5]学位论文——着者.题(篇)名【D].出版地:出版者, 出版年.起止页码.
[6】专利——专利所有者.专利题名[P]I国别:专利号, 日期.
[7]国际或国家
——标准编号,标准名称[s]. 电子文献——作者.题(篇)名.电子文献出处或可 获得地址,发表或更新日期I用日期(任选一个). 10所有来稿均请用电子邮件(请务必写明主题,以 免被误删)发至本刊信箱.没有条件发电子邮件的作者, 也请务必通过寄送软盘的方式投稿.投稿后一个星期内 即可向本刊索取稿件编号,以备查询.
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