[doc] 碱性锌锰电池负极放电行为
碱性锌锰电池负极放电行为
第30卷第l期
2oo0年2月
电池
BnRYBIMONTHLY
Vol30.Nol
Feb2Ooo
]_i碱性锌锰电池负极放电行为
DischargeBehaviourofNegativeElectrodeinAlkalineZinc——Manganese
DioxideBattery宁波豹王电池有限公司(浙江315600)
NingboBaowangBatteryc0,Ltd..Zh~iang315600
CooJin
钱敦勇
QianDunyong
摘要
计论了黛性辞艋电地负极在放电时宏观上的反应顺序
论了提高盛性辞锰电池重负荷下放电性能的方法.
美麓词:黛性辟艋电池负极放电性能
分类号:.14一,
扬华虎nl1LL
YangHuahu1’?
从辟膏靠近正极郜住遵渐进行到负极集流体周围.同时计
铸
Abstract
Whenzincelectroded&}|a喀
einalkalinezinc—manganesedioxidehatte~.reactionsequenceinmacrcecopyfrom
zincft~al-positiveelectrodetoclosetOnegativeCui’T~qtt.rThemethxts0fi
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heavyloadforalkalinezinc—manganesedioxMebatterle~weredlcussed.
KeywordS:AlkalineZincMlganeseDioxideBatteryNegativeElectrodeDis
chargeP日formance
碱性锌锰电池作为普通锌锰电池的换代产品在我国已大
量生产….作为其负极锌膏放电宏观上是一个整体参与反应
呢?还是接一定的顺序进行如何充分利甩其放电行为提高
电池性能?作者通过LR20,LRI4电池对此作了探讨.
l实暄
a,按不同放电
对工艺条件完全等同条件下生产的
LR20电弛(包括高汞,低汞,元汞3种)进行放电.然后解剖电
池.观寨负极的反应情况.
b,正负极采用同等工艺,其结构如图l所示的两种电池,
比较其放电性能.
c.比鞍仅锌粉粒径不同的低汞电池电性能.
2结果与讨论
2.1在不同放电卅度下锌膏的反应情况
2.1lLR20电池10恒皿连续放电至不同终止电压时其负极
反应情况.
通过解剖经过ln连续放电,终止电压为l_2V,1.0V,
0,75V的LR20电池.观察到负极锌膏显示出如图2所示的反
应情况:终止电压越高.越靠近集流体周围的锌膏与未放过电
的锌膏越相似;越靠近正摄部位锌膏反应越完全(见不到盒属
锌粒.放电韧期是一种淡蓝色产物).终止电压越低,靠近正极
部位已完全反应的锌膏层越厚.I递着放电的进行,部分锌膏呈
现出干燥状.
作者简介:
昔晋,男,1976年l1月生.助理工程师
{jL敷勇,男.1956年l1月生.工程师.总经理
橱华虎.男,1963年4月生.助理工程师,副总经理
,』
电池
AB
l负极集流体2正极3负极4耐碱绝缘物
圉1两种正负极对应面积不同的utl4电池结构
333
I负极集流体2未反应层锌膏3正扭
4完垒反应层锌膏5部分反应层锌膏
囤2LR20电弛ln连放至不同终止电压时负极反应情况
2.1.2LR20电弛10n间歌放电(4h/d)至不同终止电压时其
负极反应情况
通过解剖10fl间歇放电(4h/d)至I.34V,1.24V,0.9V的
LR20电池,观察到其负极锌膏显示出如图3所示的反应情况:
与1n放电结果情况相似.由此
观碱性锌锰电弛负极在放电
时宏观上的反应顺序为:从锌膏靠近正极部位逐渐进行到负极
集藏体周田.
锌膏放电在宏观上的反应顺序是由液固两相多孔电极决
定的.金属锌的比电导远远高于KOH电解液的比电导,且由
于负极反应需要消耗OH一造成了浓度梯度,执而导致了放电
时锌膏各部位的极化不同,且极化电流密度越大,电解液电导
及电扳的真实表面积越小,卿极化越不均匀【在LR20电池
ln恒阻连续放电至0.75v时仍然存在部分锌膏与未放电的锌
膏极为相似.而在lOn间歇放电(4h/d)至1.24V时已不存在这
样的锌膏,这是极化电流密度不同造成的.在放电过程中锌膏
部分反应层厚度增长速度远大于锌膏完全反应层厚度增长速
度,其可能的机理是:尽管由于极化不同造成靠近完全反应层
以内的锌膏反应速度慢,但由于放电过程中锌粒表面氧化锌的
生成使锌粒间接触电胆增大,从而造成极化更趋向均匀.使反
应层向内部推进.圆柱型碱性锌锰电池大电流放电时,整个负
极圆柱反应面在宏观上极化不均匀,导致了靠近电池正极部位
的锌膏优先反应.
l负极集流体2正授3完全反应层锌膏
4未反应层锌膏5部分反应层锌膏6仅有少量锌粒层
图3LR20电池l&Q间放(4h/d)至不同终止电压时负极
剖面示意图
2.2正负极对应面积不同对电池性能的影响
如图l所示的LR14电池的放电性能见表l和表2.放电
曲线如图4及图5所示:
表1正负极对应面积不同的LRI4电池ln连放
iT1lr!
图4不同正负授对应面积的LRI4电池1n连放曲线
表2正负极对应面积不同的LR14电池20D问放(4h/d)情况
由表l可知,电弛B负极理论容量仅比电池A负极理论容
量增加15.6%.而其1n放电容量却增加38.5%其中一个原
因是因为其正负极对应面积增加了21舟%.同时由表2可知,
电池B负极容量仅比A负极容量增加6.3%,而其放电容量却
增加了17.3%,但其正负极对应面积却增加了29.5%.由放
电曲线可知,在重荷放电情况下,正负极对应面积大小影响电
池高压段及低压段的放电时间:在轻负荷情况下,主要影响低
压段的放电时间.因其负极在宏观上存在一定的反应顺序,影
响反应面积的因素不再仅取决反应物量的多少.正负极对应
面积越大,反应面积也相应大,负极极化也小,欧姆内阻随反应
的进行也会相应小.因此正负极对应面积对电性能有较大影响
(特别是对大电流放电的情况影响更显着).
池班极放
图5正负极对应面积不同的LRI4电池20D,间放曲线
23不同粒径粉拌制的负极对电池性能的影响
仅锌粉粒度不同而其它工艺完全相同的LR20电池性能如
表3--4.放电曲线如图6,图7.
表3锌粉粒径不同的LR20电池ln连放性能
注:终止电压0.v
,/n1ln
图6负极锌粉载径不同的L也0电池ln连放曲线
表4锌粉粒径对LR20电池10Fz间放{4h/d)窖?的影响
注:终止电压075V
由表3及表4可以看出,锌粉粒径对碱性锌锰电池的放电
性能有较大影响,特剐是在重负荷情况下.由图6和图7可
知,不同粒径锌粉主要是影响电池放电时低压段时间,锌粉粒
径越大.放电末期电池负荷电压出现突降现象越快.其原臣是
由于放电末期锌膏出现钝化_3?:随着反应的进行,负极反应面
积越来越小,钝化可能首先在外面反应层出现进而使反应层
向纵深向推进,钝化继续在里面反应层出现.导致了电池在放
电末期出现电压突降.尽管锌梧粒径变小后,锌膏钝化推迟出
现.有利于电性能的提高;但锌粉粒径变小后.萁比表面积会成
倍增加,括性增大,锌粉析气量增大?,特别是对于碱性锌锰电
池无汞化会带来相当大的困难.锌粒径大小主要影响放电末
期钝化出现快慢.因而可以选择不同的牯台剂和不同的配制
工艺与合适的锌粉配台使用来达到延缓负极钝化,而不必强求
采用细锌粉
15
乏
Il
09
图7锌粉粒径对LR20电池lOn问放性能的影响
3结论
a.碱性锌锰电池负极放电宏观上的反应顺序为:从靠近正
极部位逐渐进行到负极集流体附近.其原因是多孔电极各部
分放电时极化不同造成的.
b.增大正负极对应面积可以大幅度提高碱性锌锰电池的
放电性能,特剐是大电流放电性能.
c.锌粉粗细主要影响电池放电后期负极钝化出现的快慢.
钝化的原臣之一是负极在放电时按一定顺序进行从而造成反
应面积减小.
感谢郑州轻工业学院王力枣老师对本文的帮助.
参考文献
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收稿日期:1999一o8一l8
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;第三屠新型高麓电池技术人员研讨班f
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为促进我国高能电池产业的发展,提高电池检测技术水平,中南工业大学将于2O0O年6月底,7月初举办”第三届
爿新型高能电池技术人员研讨班”.聘请专家,教授进行技术讲座,开设现代电池检测技术实验讲座内容包括元汞碱性
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锌锰电池,密封铅酸电池,镉罐电池,金属氢化物镍电池,锂离子电池.电池设计和电池性能检测技术等.实验内容有恒
;流法,恒阻法,循环伏安法,微电极技术等电池性能检测方法:t
j欢迎从事电池及电池材料生产,拄术管理人员参加.凡报名者请直
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