影响碱性锌锰干电池电压余量环境因素的研究

　　黎长源

　　（格力电器（合肥）有限公司，安徽 合肥 230088）

　　摘要：锌锰干电池是为最常见的化学电源，干电池在使用时电压余量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电压余量降低，其他外界因素同样会导致电压余量降低，而使电池发生漏液情况。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：干电池；化学电源；电压余量；漏液

　　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，售后出现电池漏液的情况，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。

　　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

　　（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。

　　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