鋅銀蓄電池負(fù)極化成的研究進(jìn)展

趙書利 喻濟(jì)兵 高中勝

（1. 中國船舶重工集團(tuán)公司七一二研究所，武漢430064；2. 中國人民解放軍海軍駐七一二研究所軍事代表室武漢430064）

1 引言

鋅銀電池是化學(xué)電源中出現(xiàn)最早的電池系列之一，至今已有兩百多年的歷史。按熱力學(xué)計算，它的比能量和電動勢都較高，所以，曾經(jīng)是人們希望較快研制成功的一個電池品種。銀鋅電池較一般常見的電池體積小、重量輕，允許大電流放電，廣泛用于一些對體積和重量要求嚴(yán)格的場合，但它的價格較貴，所以多限于軍用。根據(jù)具體的使用環(huán)境，可分為水下、地面、空中和空間用四個方面。對于不同的使用條件，采用不同的電池類型。其中負(fù)極作為銀鋅蓄電池制造過程中的關(guān)重件，對電池的使用性能起著至關(guān)重要的作用，其工藝流程的檢測控制和質(zhì)量把關(guān)是負(fù)極工藝從小量試制階段走向大量試制過程的重要保證。

2 鋅銀電池的極板化成原理和負(fù)極化成的工藝流程

2.1 鋅銀電池的極板化成原理

化成是干式荷電態(tài)銀鋅電池生產(chǎn)中的一個重要工序，它的作用是通過充電使極板從放電態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹呻姂B(tài)。根據(jù)化成電池的結(jié)構(gòu)，可以分為單化成和雙化成，目前使用的大多是單化成的工藝方法。單化成是將所需要的極板配以輔助極板進(jìn)行化成的方法，如可以將銀極板單化成轉(zhuǎn)變成氧化銀極板，也可以將混合鋅粉極板單化成轉(zhuǎn)變成鋅極板，輔助極板可以多次反復(fù)使用。

2.2 負(fù)極化成的工藝過程

（1）化成用電解液的配制

按照工藝文件的要求，以一定合理的比例，將分析純（A.R）級氫氧化鉀逐步加入凈化水中，不斷攪拌至完全溶解。待冷卻到室溫后，調(diào)整到合適的比重，加蓋密封封存待用。

（2）負(fù)極片外化成用化成槽及輔助電極和隔膜的準(zhǔn)備

負(fù)極化成時，化成槽采用專門用于化成的電池殼，可以反復(fù)使用?；汕?，先按照一定方法對電池殼進(jìn)行清潔處理，然后用清水洗凈，自然晾干或放在烘箱中烘干，烘干后于潔凈處保存待用。輔助電極采用銀鋅蓄電池制造過程中挑出的正極廢片、次品片?；捎玫母裟o針孔裂紋即可。

（3）化成電池裝配

負(fù)極化成時，負(fù)極片化成電池的輔助極片為專門壓制的并已經(jīng)過化成的銀鋅蓄電池正極片的廢次片或其正片。在裝配化成電池前，需做好以下準(zhǔn)備工作：將輔助片對包合適厚度的隔膜，然后在極群裝配夾具內(nèi)，按規(guī)定數(shù)量將已焊無紡布的負(fù)極片與包膜輔助片有序的交叉疊合，兩者極耳錯開。疊合完畢，將夾具上蓋夾緊。裝配完畢，必須用萬用表檢查是否短路，確認(rèn)沒有短路后，用數(shù)根銀絲捆綁兩極極耳，這些銀絲同時作為化成電池充放電時的相互串聯(lián)連接線。然后打開夾具，取出化成極群，放入化成槽內(nèi)成為化成電池?；呻姵匕匆欢ū壤龑⑤o助片、化成片裝配在一起。根據(jù)平時的工作經(jīng)驗，控制其干態(tài)裝配比為75%～85%以上比較合適，否則裝配比過小將加大負(fù)極片的變形，影響負(fù)極的化成質(zhì)量，進(jìn)而影響后續(xù)的工作進(jìn)度。

（4）化成電池注液

用量筒將調(diào)好比重的氫氧化鉀電解液注入化成電池。注液時，電解液需應(yīng)將極組完全浸泡，然后在要求的環(huán)境中浸泡一天左右。

（5）化成充放電

將加注電解液并經(jīng)過浸泡的化成電池串聯(lián)，并接上電壓測量線。按照事先設(shè)計好的、合理的化成程序進(jìn)行充放電。在充放電過程中，應(yīng)檢查化成電池是否短路，若出現(xiàn)短路，應(yīng)立即取下處理，短路問題解決后重新接入線路化成。一般多采用直流電化成，直流化成充電電路如圖1所示；有時候也采用不對稱交流電化成，不對稱交流電化成充電電路如圖2所示。

（6）洗滌

充電完畢將極板從化成槽內(nèi)取出，在洗滌槽中注入一定溫度的凈化水，將極板洗至無堿（用酚酞試劑檢查洗滌極板后的凈化水不顯粉紅色）。這一點是相當(dāng)重要的，如果極板帶有堿性，說明極板微孔中含有微量氫氧化鉀，裝配成電池后，在干儲存期間，可能吸收空氣中的水分，造成極板自放電，以至損失容量和破壞隔膜。

圖2 不對稱交流電化成充電電路

在拆極板過程中應(yīng)防止正負(fù)極短路，并且拆極板和以后的換水過程應(yīng)迅速，盡量減少負(fù)極在空氣中停留的時間，防止負(fù)極氧化度增加，影響電池容量。

（7）極片脫水

先將無水酒精倒入脫水槽內(nèi)，將洗滌后的極片迅速放入無水酒精內(nèi)脫水，一定時間后將極片取出迅速放入另一個已經(jīng)倒入酒精的脫水槽內(nèi)繼續(xù)脫水。浸泡一定時間后，重復(fù)以上過程。極片脫水時，脫水槽內(nèi)酒精液面應(yīng)浸沒極片，避免極片與空氣接觸，否則將影響負(fù)極氧化度。為了保證負(fù)極的質(zhì)量，脫水時，要特別注意脫水的速度要快，把經(jīng)過第一次脫水的負(fù)極放入第二個塑料桶時，一定要快，盡量減少在空氣中的暴露時間。

（8）極片干燥

極片干燥時，干燥間或干燥箱環(huán)境的濕度、溫度要控制到一定程度，無酸性和堿性氣體。干燥后的極片無紡布應(yīng)沒有破損和明顯皺褶。在干燥時，一定要預(yù)先將干燥間的溫度、濕度調(diào)整到所需的要求，這樣，才能保證負(fù)極的質(zhì)量。如果在濕度尚未達(dá)到要求時，就將負(fù)極放到干燥間，干燥時間長，負(fù)極的氧化度則容易過高，因此，在干燥前，一定要將干燥間的環(huán)境條件調(diào)整到所需的要求。

3 針對試制過程中提出一些人員合理化分工的建議

銀鋅蓄電池大量試制時，任務(wù)重而人員少，怎樣合理分工才能達(dá)到效率翻番的效果，我認(rèn)為，首先要充分調(diào)動每一個人的工作積極性，按照工序合理分工，譬如，將從事特種工藝的人員固定下來，專門進(jìn)行該項操作，這樣，既能保證工藝流水線的進(jìn)行和工作效率的提高，又能確保產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)束語

少量試制到大量試制階段的過渡，不僅僅是技術(shù)狀態(tài)的改變和工藝技術(shù)的固化，大量試制過程中工作量的增加和工作效率的提高，勢必要求技術(shù)工人在實際操作中要善于積極思考，積累經(jīng)驗。工作中需要一批既能夠勤奮工作又能夠在生產(chǎn)過程中敢于優(yōu)化改進(jìn)工藝操作的工人骨干，為不斷完善改進(jìn)工藝操作、確保產(chǎn)品質(zhì)量出謀劃策。

[1]郭炳焜, 李新海, 楊松青. 化學(xué)電源——電池原理及制造技術(shù). 長沙： 中南工業(yè)大學(xué)出版社, 2000, 6.

[2]董元昌. 化學(xué)電源. 北京： 電子工業(yè)出版社, 1984

[3]查全性. 電極過程動力學(xué)導(dǎo)論. 北京： 科學(xué)出版社,2001.

[4]王力臻. 化學(xué)電源設(shè)計. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[5]傅獻(xiàn)彩, 物理化學(xué). 北京： 高等教育出版社, 2006.