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扣式碱性锌锰电池

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碱性锌锰电池是以锌为负极,二氧化锰为正极,氢氧化钠或氢氧化钾为电解质,采取反极式结构制成的电池。电子手表、电子计算器等的广泛应用,使扣式氧化银电池的市场需求量逐年剧增。

基本资料

简介

以锌为负极,二氧化锰为正极,氢氧化钾溶液为电解液的原电池。简称碱锰电池,俗称碱性电池。其产品系列都用字母“LR”表示,其后的数字表示电池的型号。

最早见诸于德国专利的碱锰电池是一种湿电池。1912年又有一种干电池取得德国专利。直到1949年才有美国悦华公司的“皇冠”型电池投入市场。1960年开发成功圆筒形结构以后,碱锰电池才得以迅速发展。

碱性锌锰电池是普通干电池的升级换代的高性能电池产品,有LR6(五号)和LR03(七号)两种产品电池。产品分普通型(含汞量0.60%)和微汞量(含汞量不大于0.025%),现正在开展无汞型电池试制。

电极反应式

纽扣电池:

负极反应: Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2

正极反应: 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

总反应: Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O3

一般电池:

负极反应: Zn+2OH-=Zn(OH)2+2e- , Zn(OH)2+2OH-=[Zn(OH)4]2-

正极反应: MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-, MnOOH+H2O+e-=Mn(OH)2+OH-

总反应: Zn+MnO2+2H2O+2OH-=Mn(OH)2+[Zn(OH)4]2-

分类

(1) 圆筒型电池结构

碱性锌锰电池具有代表性的圆筒型,与圆筒型普通锌锰电池的结构布局恰 好相反。碱性锌锰电池中圆环状正极紧挨容器钢筒内壁,负极位于正极中间, 有一个钉子形的负极集流器,这个钉子被焊在顶部盖子上,作为电池的负极, 而钢筒为正极。为了方便并能与普通锌锰电池互换使用,同时避免使用时正负 极弄错,电池在设计制造时,将上述碱性锌锰电池的半成品倒置过来,使钢筒底朝上,开口朝下,再在钢筒底上放一个凸形盖(假盖),正极便位于上方;在 负极引出体上焊接一个金属片(假底),这样,外观上碱性锌锰电池正、负极性 和形状与普通锌锰电池就一致了。

(2) 卷式电池结构

其结构以金属网作载体,把正、负极分别压制成薄带状,再与隔膜叠合在 一起卷成螺旋状(电容式)结构的电池,这种结构的特点是正、负极作用面积大, 超电势小,从而在低温、大电流放电时可获得更高的容量。

(3) 方型单体式电池结构

方型单体电池正、负极采用极群式结构,正、负极分别压制成方型薄片, 极片中间夹有金属集流网。

制作与特性

制作方法

最普及的碱锰电池有圆筒形和纽扣形两种,此外还有方形和扁形等品种。圆筒结构电池(见图)的外壳为一带有正极帽的镀镍钢壳,它兼作正极集电体。壳内与之紧密接触的是用电解二氧化猛、石墨和碳黑压制成的正极环(阴极)。中间填充由锌粉和凝胶碱液调制成的锌膏,即负极胶(阳极),其内插有一根黄铜集电体。正负极之间用耐碱吸液的隔离管隔离。负极集电体与负极帽相焊接,并套入塑料封圈。将此组合件插入钢壳并卷边密封,钢壳外用热缩性薄膜商标包住,即成为商品电池。纽扣式碱锰电池的结构和尺寸规格基本上与锌银扣式电池相同。电池内活性物质的典型配方(质量):正极为电解二氧化锰90~92%,石墨粉8~9%,乙炔炭黑0.5~1%;负极为汞齐锌粉88~90%,氧化锌5~7%,CMC钠盐3~4%,KOH溶液(外加)适量。电解液为8~12N KOH溶液,其中溶入适量氧化锌。

性能特征

碱锰电池的标称电压为1.5V,最高电压为1.65V,其放电性能与普通锌锰电池相比有下列特点:①内阻小,能在重负荷下连续工作的同时维持较高的稳定电压;②MnO2利用率高,同体积相比较,其电荷量比纸板电池大一倍左右;③储存期内自放电率小,一般储存3年仍能保持原有电荷量的85%,寿命较长;④低温性能好,在-20℃能输出常温电荷量的25%,轻负荷下还能在更低的温度下工作;⑤在特定的设计和严格控制的使用条件下,可作为廉价的蓄电池多次充电反复使用。MnO2掺杂钛或其他一些金属氧化物,可提高MnO2的充电性能。

品种规格和用途

常用的圆筒形碱锰电池的主要品种的规格见表。  纽扣式碱锰电池的电荷量约为同尺寸的锌银扣式电池的55%。常用型号有LR41、LR43、LR44、LR54和LR55等,其尺寸规格和它们相对应的锌银扣式电池相同。

应用

无论是民用还是军用,一次碱性锌锰电池主要是作为便携式电源使用。普通锌锰电池(通常称为锌碳电池)大电流连续工作能力差,而碱性锌锰电弛能大电流连续工作,最适合于需要大电流供电的设备使用如照像机、野外摄像机、无线电控制的航模与海模、电动工具、电动玩具、收录机等。

它具有高的容量与低的内阻,对用电设备或器具能够提供比普通锌锰电池更平稳的工作电压和更长的工作时间,适合于作为遥控器、笔记本电脑、寻呼机、测试仪表、收音机、手持对讲机等装置的配套电源。

它优异的高温放电性能及中等电流放电下还具有高的工作电压,这些特点使碱性锌锰电池在某些领域比锅镍蓄电池和普通锂锰电池更有优势,如野外井下作业及高温环境中使用。

另外,可再充电的碱性锌锰电池,不仅具有很好的荷电保持能力,电池的活性材料也得到了充分利用,从而节约了资源,保护了环境,降低了使用费用,使碱性锌锰电池的性能价格比(费效比)得到进一步提高,还无记忆效应,这使碱性锌锰电池更具有竞争力,应用领域将更加广泛。

在军事装备中,碱性锌锰电池因使用方便、性能优良,贮存期长已被作为装备的配套器材。尤其在军事通信装备中,它被广泛作为战术电台、野战电话、末端设备、仪器仪表等的配套电源。在野战条件下,没有市电,充电又极困难,全靠电池供电。电台24小时都处工作状态,发讯时耗电较大,为了保证通信不中断,需要配套电池能够提供长的工作时间,具有很好的连续工作能力,碱性锌锰电池能较好满足这些要求,因此目前国内外战术电台配套的一次电池大量选用的还是碱性锌锰电池。电池是通信装备的“粮食”“血液”,属于消耗品,需贮备一定数量的电池,以备怠想不到情况发生时有足够的电池能够提供使用。优质的碱性锌锰电池,贮存期可在5年以上,这是其它一次电池难以达到的,故碱性锌锰电池优异的贮存性能,在军用中的另一个主要用途是作为贮备电池使用。

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