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影响碱性锌锰干电池电压余量环境因素的研究

作者:黎长源时间:2019-05-29来源:电子产品世界收藏

  黎长源

本文引用地址:article/201905/401027.htm

  (格力电器(合肥)有限公司,安徽 合肥 230088)

  摘要:锌锰是为最常见的在使用时会随着使用时间的延长而降低,直至电压过低无法正常供电为止。除了正常使用会导致降低,其他外界因素同样会导致降低,而使电池发生情况。本文将设计试验研究外界条件影响电池电压变化的因素。

  关键词:;电压余量;

  0 前言

  碱性锌锰干电池简称锌锰电池,在1882年研制成功,1912年就已开发,1914年投产问世,在结构上采用与普通锌锰电池相反的电极结构,增加了正负极间的相对面积,采用高导电性的碱性电解液,正负极采用高能电极材料,所以碱性锌锰电池的容量和放电时间是同等型号普通电池的3~7倍。每年公司会使用几千万的电池,售后出现电池的情况,电池漏液直接导致电池功能失效。

  1 碱性干电池工作原理

  干电池的外壳锌是负极,中间碳棒是正极,碳棒周围为石墨和去极化剂MnO2的混合物,在混合物周围 装 入 以NH4Cl溶液浸润的ZnCl 2 ,NH 4 Cl和淀粉或 其 他 填 充物。为了避免水分蒸发,使用 蜡 进 行 封装。碱性锌锰电池内部结构见图1。

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  化学表达式为:

  正极(阳极)反应:MnO 2 +H 2 O+e→MnO(OH)+OH - (1)

  MnO(OH)在碱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)

  正极(阴极)反应:Zn+2OH - →Zn(OH) 2 +2e (4)

  Zn(OH) 2 +2OH - →Zn(OH) 4 2- (5)

  总的电池反应为:Zn+ MnO 2 + 2H 2 O+4OH - →Mn(OH) 4 2- + Zn(OH) 4 2- (6)

  由于正极为阴极反应不完全是固相反应,负极为阳极反应是可溶性的Zn(OH) 4 2- ,故内阻小,放电后电压恢复能力强。碱性锌锰干电池采用了高纯度、高活性的正负极材料,以及离子高导电性强的碱作为电解质,使电化学反应面积成倍增长,具有以下特点:

  (1)开路电压为1.5 V;

  (2)工作温度范围为-20 ℃~60 ℃之间,适于高寒地区使用;

  (3)大电流连续放电器容量是酸性锌锰电池的5倍左右。

  2 结合电池生产、使用、运输环境设计试验条件

  生产、使用以及运输中,能够对电池造成影响的外界因素为温度、湿度、振动。针对几个环境因素分别制定具体试验条件:

  2.1 高温:环境温度45 ℃,测试20天时间。

  2.2 高湿:在室温70 %(RH)环境下储存20 h,测试外观以及电压值。

  2.3 高温、高湿:在温度为45 ℃、湿度为70 %(RH)环境下试验30 h,测试外观以及电压值。

  2.4 振动:对电池施加振幅为0.8 mm,最大总振幅为1.6 mm的简谐运动。频率变化1 Hz/min,频率范围10 Hz~55 Hz。

  电池分别承受相互垂直的三个方向的振动,每个方向往(10 Hz~55 Hz)、返(55 Hz~10 Hz)振动90 min±5 min。

  3 试验结果统计

  生产涉及干电池编码有3个,每个编码抽取3个样品,每组试验样品9个,分别进行试验,结束后测试样品电压余量汇总数据并进行对比。

  3.1 试验结果记录如表1所示。

  3.2 试验结果分析

  根据几组试验的测试结果,电池外形尺寸均在合格范围内(A:≤3.8;F:≤3.8;φ:9.5≤φ≤10.5),外观检查电池无变形、漏液的情况。

  电压变化情况如下:

  (1)高温试验电压变化范围:0.02 V ~0.13 V

  (2)高湿试验电压变化范围:0.01 V ~0.09 V

  (3)高温、高湿试验电压变化范围:0.02 V~0.09 V

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  (4)振动试验电压变化范围:0.04 V ~0.18 V从上述的数据总结以及样品趋势图可以看出,振动试验样品电压变化最为明显,高温试验结果次之,高温、高湿以及高湿试验样品电压并未发生太大变化。由此可确认影响电池电压余量的环境因素为振动以及高温,湿度对样品影响可忽略。

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  4 生产环节优化以及注意事项

  4.1电池放置环境优化

  (1)电池所存放的仓库为恒温仓库,温度控制在25℃±3℃,生产环境应与此同步,避免高温导致电池电压下降过多影响用户使用。

  2)用户室内温度基本为室温,与电池存储环境相差无几,在使用时应避免日晒或高温烘烤,尤其北方,切忌将遥控器放在暖气附近。

  4.2电池打包环节优化

  (1)电池从厂家在厂家打包时每小盒仅打包一层,且需排列紧凑;

  (2)将电池放入与整机一起打包时需将电池单独放置,装入气泡袋内,做好防振。

  参考文献

  [1] 卢财鑫,蒋强民, 蓝秀清. 碱性Zn-MnO2电池漏液原因分析及对策.电池工业,2003.06.25

  [2] 苏建欢.延长碱性干电池使用寿命的实验研究:广西轻工业,2008.11.

  [3] 彦辉.电池十问:中国防伪,2002.11.15

  作者简介

  黎长源(1984-),男,高级工程师,主要研究方向:空调制冷技术、干电池可靠性技术

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第6期第74页,欢迎您写论文时引用,并注明出处



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