锌负极电池全解

（2）吸水性强（3）抗拉力大

目前常用的是电缆纸，其主要缺点是吸水性差。为
解决该问题，常在上面涂上一层高分子材料，如聚
乙烯醇（P.V.A)、羧甲基纤维素(C.M.C)、甲基纤维 素（M.C)、海藻胶等。现将海藻胶纸板的制作简介 如下：
水 海藻胶粉 甲醛 水 乳成CMC糊 .C.M.C 乳成胶糊 配成海胶糊 电缆纸 电解液 浸电解液 裁纸 海胶纸 喷制海胶纸
1 锌－锰电池
1 .1 锌－锰干电池的分类 使用方便、价格低廉，一次电池中使用最广泛

按外形分：筒式、叠层式、薄形(纸）；
1 .1 锌－锰干电池的分类
电解液：中性、微酸性、碱性；
碱性电池：筒式、扣式、扁平式几种
筒式电池：传统的勒克朗谢电池、纸板电池、
碱性锌-锰电池、无汞锌-锰电池
命名
锌锰干电池可根据不同的用途和特性，制成不同形 状和规格的单体电池。它们所用的原材料大体一样，只 是正极电芯粉和电解液等的配比不同，通常有圆筒形和 方形两种。
筒形电池的锌极兼作电池的容器。MnO2电 极压成圆柱形的电芯，炭棒在电芯的中央作为 正极导体，电芯外面包有绵纸，以防芯粉脱落； 锌筒底部的绝缘垫片，是用来防止正负极间的 短路；电糊起作离子的导电作用和正负极间的 隔离物的作用。上部的气室为气体或电糊膨胀 而留的余地；封口剂和电池盖都是为了密封电 池，防止电解质干固。
白浆：1#电液65.55%，土豆粉27.53%，面粉6.92%
清浆：2#电液93.85%，土豆粉0.47%，
比重1.209（20℃ ）的Cr2(SO4)3溶液4.04%， OP(10%)水溶液 1.17%，HgCl2 0.4%
电糊：白浆60%，清浆40% 电糊中各组分的含量： NH4Cl：16.5% ， ZnCl2：13.16%，
美国在1890年开始生产了这种电池。之后又经过
不断的改进，发展到目前的干电池。干电池主要
用在：照明、携带式收音机、照相闪光灯、电动
玩具、电话、助听等方面。
加热脱水 石膏（CaSO4 2H2O） 烧石膏(2CaSO4 H2O) 120-130C
2CaSO4· H2O与少量水作用可逐渐硬化，并膨胀，故 可铸造模型及雕塑。
1）电池结构
A:Cu
C:隔膜 F:纸壳 G:马口铁皮；商标
B:锌膏
D:炭仓
E: 炭素壳,电池正极导体
2）工艺基本情况：
炭素壳：用石墨做原料，添加石蜡等粘合剂和防水 剂， 压成型，作为电池的正极并兼作容器。
正极炭包：用电解锰，天然锰、乙炔黑按一定配 比，并加入比重1.1的KOH溶液混合，压成简状环式 炭包。 隔膜：采用耐碱性和吸水良好的纸为基体，再涂 布浆层。 负极：采用含汞量为4%的汞齐锌粉，添加1－2%纤 维粉， 7～10%的淀粉混匀。 装配时先把环行炭包装入炭素壳中，适当压实， 使 二者有很好的接触。再将浆糊纸卷成管型插入炭包 中间。然后将和好的锌粉装入隔膜筒内，待无游离电 解液后，插入黄铜做导体。
2.97
3.73
5.78
7.14
10.99
NH4Cl H2O NH4OH H Cl
NH4Cl的主要缺点是冰点高，20%的水溶液在－ 20℃时便结冰，使电池在低温下不能工作。另外， NH4Cl亦沿锌筒爬出，引起电解液外溢。 1.2.1.b ZnCl2： ① 可降低冰点，吸水性强，有助于保持电解质中的 水分，防止电糊干涸。 ② 增大了电解液的锌离化子浓度，可减缓锌的腐蚀。 ③ ZnCl2水解生成的H+，可以减少正极电位下降 ④ ZnCl2有促进淀粉的水解作用，可加速电解液的 糊化。
纯化 扣边
过滤
外电液
电糊
包衬纸
帖商标
套热缩管
加沉热缩
单体成型
其工序较多，但大致可归结成以下几个部分：
电解质的制备 炭棒制备 电芯制备 糊化品制备 封口单体电池制备 质检
1.2.1 电解质溶液的制备
随着工业的发展，为了研制高比能，耐低温，长寿命 的锌锰干电池，人们对电解液的成分作了许多的改进，目 前常用的有以下几种：
1.1.1 传统的勒克朗谢电池
以MnO2为正极，Zn为负极，并以NH4Cl水溶液为主电解 液，用纸、棉或淀粉等将电解液凝胶化，使其不流出，具有 这种结构的电池叫做锰干电池，也称“糊式锌－锰干电池”。
Zn NH 4Cl ZnCl2 MnO 2
这种电池最早在1868年法国人勒克朗谢设计的，开始电解 Zn NH 4 Cl MnO2 (C ) 并把细砂、锯末等物质加在 质仍是流动的。 电解质中，使其成为糊状物。到了1886年，由美国的加斯纳， 设计了一种将电解液用石膏固化，而锌电极制成圆筒形的电池。 这种电池即使倾斜电解液也不会流出。
电解的糊化时间（S）
温度
70 80 90
不加ZnCl2
180 60 40
加10%的ZnCl2
35 30 25
其主要缺点是：比电阻大，约为NH4Cl的4倍
ZnCl2 2H2O Zn(OH )2 2H 2Cl


1.2.1.c 稠化剂： 锌锰干电池电解液中加的稠化剂是淀粉和面粉。 其通式为(C6H10O5)n，n值可从几百到百万，都具有支 链的链状的高分子化合物。 淀粉糊化后分子相互交织在一起形成立体网状结 构，把电解液包在其中成为凝胶状浆糊。它导电性良 好，能固化电芯，把它与锌筒隔开，并能防止电解液 外溢。 若只用淀粉，则电糊的胶体强度大，导电性好，但 其保水能力和粘性都较差。与一定量的面粉一起使用。 面粉电糊粘性好保水能力强，但对锰粉和电解质的作 用不稳定，胶体强度低，二者结合使用。

20世纪60年代建立了国际电工委员会（International
Electrotechnical Commision,简称IEC），该组织实
现了电池型号、规格的标准化。
电池符号和意义
符号
外形
R
圆筒 形
S
方柱 式
F
扁平 式
P
高功 率
C
高容 量
L
碱性
字母后面紧接着的数字代表单体电池的大小；在
单体电池前加上数字表示串联的组合电池中的单 体电池数目；单体电池之后加一并联电池数。 R6P，LR6，3R14，6F22，4F100-4
1.2.1.e 电解液的配制工艺
加H 2O 加锌皮 ZnCl 约50%ZnCl2溶液 纯化的ZnCl 溶液 加热 2 （测d 换算成50%）
加H 2O，NH 4Cl 调PH 5 加淀粉 1 #电液 过滤 白浆 净化
2 电液 过滤 清浆
纸板电池用纸板涂胶代替浆糊做隔离层。电解质
有氯化铵型和氯化锌型。容量比糊式锌锰电池高。高
氯化锌纸板电池1970年开始生产，可大电流放电，放 电时间长。电池表达式： (-)Zn ZnCl MnO () 2 2 负极： 正极：
4Zn 8e 4Zn2
8MnO2 8H2O 8e 8MnOOH 8OH
2MnO2 2e 2NH4 Mn2O3 2NH3 H2O 锌锰碱性电池：
锌银电池：
2 AgO H2O Ag2O 2OH
锌空气电池：

Ag2O H2O 2 Ag 2OH
O2 2H2O 4OH
所有锌负极电池的标称电压均为1.5V，具体电压略 有偏差
电池的电极反应 负极 Zn 2NH4Cl 2e Zn( NH3 )2 Cl2 2H 正极 电极反应

2MnO2 2H 2e 2MnOOH
Zn 2MnO2 2NH4Cl 2MnOOH Zn( NH3 )2 Cl2
Zn NH 4 Cl,ZnO,ZnCl2(石膏) MnO2 (C )
② 乳化剂OP、TX－10：
都是聚氧乙烯烷基苯基醚一类的有机非离子型表面 活性剂。其用量一般在0.05%左右，其作用机理为:该 非离化子做表面活性剂，在Zn(Hg)表面上具有较好的 吸附，从而抑制了Zn的腐蚀。
③ 其它添加剂 在电解液中常加入Cr2(SO4)3，增加电糊强度，加 入CaCl2和LiCl，降低电解液的冰点，提高低沉性能。
2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH

Zn+2MnO2 +H2O 2MnOOH ZnO
碱性锌锰干电池具有以下优点：

1）工作电压平稳


2）可大电流放电（大于中性2倍以上）
3）具有可逆性（可进行多次充放电） 4）比能量大 Zn-MnO2（浆糊） 22WH/Kg Zn-MnO2（碱性） 66WH/Kg
仅就主要部分作以下介绍：
锌锰干电池的生产工艺流程是由许多 的工序构成的（如下图所示）
锰粉 NH4Cl 乙炔黑 石墨粉 沥青 焦碳粉 石墨粉
干混
湿混Βιβλιοθήκη Baidu
二次过筛
压电芯
包纸
上肩部涂膏
锌筒 压型 烧结 防水处理 炭棒
内抛光
垫底
放电芯
灌糊
固定电芯
擦静炭棒
套纸圈
上铜帽
封口
ZnCl H2 O NH4Cl 盖塑料盖
1.1.2
纸板电池：
迭层电池的锌极为锌片，炭饼为正极， 在炭饼和锌片之间臵有涂过凝胶电解质的浆 层纸隔膜。锌极的另一面紧贴有电子导电的 导电膜，用于电池串联。每个单体电池之间 的外面有绝缘套，并兼作电池的容器。 迭层电池的结构比较紧凑，体积小，重 量轻。但一般内阻大，仅能用于电压要求高， 电流要求小的场合。
1.2.1.d 缓蚀剂： ① HgCl2 ：
电解液中加入HgCl2后，锌皮与HgCl2作用，将Hg
臵换出来，生成一层锌汞齐膜。由于H2在锌汞齐上的过 电位比锌及其它一些金属杂质上的过电位高，故能减小 H2的析出速度，从而又可减缓了锌皮的腐蚀。 。
Zn HgCl2 ZnCl2 Hg
Zn Hg Zn( Hg )

1.1.4 无汞锌－锰电池 在锌－锰电池中添加汞可提高析氢过电位，减 少锌负极腐蚀，加量为锌粉的6~10%。由于汞对环 境和人类有害，2005年实现锌－锰电池无汞化，电 池汞含量质量分数不超过0.0001%
1.2 圆筒锌锰干电池的制造 锌锰干电池的生产工艺，因电池品种 和各厂的机械化程度不同而各有所异，现
干燥
采用纸板取代浆糊的主要优点是节约了粮食，一个日产 20万只R20的干电池厂，消耗粮食约400Kg，一年就要上百吨。
1.1.3 碱性锌－锰干电池
碱性锌锰干电池1882年德国G.Leuchs发表专利，1965年 开始生产。电池表达式:
(-)Zn KOH MnO2 ()
负极：
正极： 总反应:
Zn 2OH 2e ZnO H2O
1.2.1.a NH4Cl： 其作用为： ① 参加电池反应，减少锌电极的极化; ② 担任离子的导电，常见的氯化物中比电导最大 ③ NH4Cl水解生成的H+，有利于减缓电芯中PH 值的上升，使电极正电位下降。
氯化物 水溶液20% NH4Cl KCl NaCl2 MgCl2 ZnCl2
18℃时的比电 阻 /㎝
ZnO：0.37%，
面粉： 4.14%， H2O：48.53%，
电解液中反应： 4Zn2 H2O 8OH ZnCl2 ZnCl2 4ZnO 5H2O 总反应：
8MnO2 4Zn ZnCl2 9H2O 8MnOOH ZnCl2 4ZnO 5H2O
纸板
电池
结构

多孔性纸包括：绵纸、滤纸、电缆纸、牛皮纸等。 造纸的原则：（1）纸质要致密、纯净
锌负极电池
1
2 3
锌锰电池
锌银电池 锌空气电池
2 Zn 2 e Zn 具有共同的负极反应：
在酸性环境中，Zn2+以离子形式存在。 在碱性环境中，生成Zn(OH)2沉淀， Zn(OH)2 不稳
定，又分解生成ZnO。碱性很强时生成锌酸盐。

正极反应各不相同：
锌锰碳性电池：
MnO2 e H2O MnOOH OH
加H 2O，NH 4Cl 加H 2O , NH 4Cl 净化，调PH 5 # Hg、Cr2(SO4 )3 OP、面粉
调PH 5 净化
电糊
过滤 调粉液（和粉用）
R20（手电筒电池）配方 1#电液：NH4Cl 19.94%，ZnCl2(50%) 9.97%, H2O 69.74%，Zn 0.035% 2#电液：NH4Cl 23.24%，ZnCl2(50%) 56.26%, H2O 19.95%，Zn 0.065%