锌锰电池

电池的一种

锌锰电池是以二氧化锰为正极，锌为负极，氯化铵水溶液为主电解液的原电池。俗称干电池。在学术界中又称为勒克朗谢电池。

简介

锌锰电池是用面粉、淀粉等使电解液成为凝胶，不流动，形成隔离层，或用棉、纸等加以分隔。锌锰电池的开始电压随使用的MnO2的种类、电解液的组成和pH值等的不同而异，一般在1.55～1.75V，公称电压为1.5V。最适宜的使用温度为15～30℃。

发展

碱性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。

性能和用途

电池性能符合国家行业标准，与国外电池性能相当。由于能重负载，大电流放电，电容量大，低温性能和防漏性能好，性能价格比高(价为干电池2-3倍，大电流工作电能是6-8倍)等优点而广泛用于民用和工业。特别适用于闪光照相机，微型收录机，摄像机，对讲机，BP机，剃须刀，手掌型彩电和游戏机，玩具，遥测器，报警器，计算器，助听器，手电筒和电钟等仪器设备。如AA型(五号)碱性锌锰电池用于闪光照相机可连拍8-10个胶卷，而干电池只能拍1-2个胶卷，镉镍电池就不能使用。可以说凡是使用干电池，镉镍电池的都可由碱性锌锰电池来取代。

投资

生产所用的原材料在国内均有定点供应，设备投资70万元，设备半年之内到位。厂房面积240-260平方米(不含办公用房)，电力要50-60千瓦。

化学反应

以下是碱性锌锰干电池的反应。

正极为阴极反应：

MnO2+H2O+e-→MnOOH+OH-

MnOOH在碱性溶液中有一定的溶解度

MnOOH+H2O+OH-→Mn(OH)4-

Mn(OH)4-+e-→Mn(OH)42-

负极为阳极反应：

Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e-

Zn(OH)2+2OH-→Zn(OH)42-

总的电池反应为：

Zn+MnO2+2H2O+4OH-→Mn(OH)42-+Zn(OH)42-

酸性锌锰干电池反应:

负极为锌，被氧化为二价锌离子：

Zn-2e-=Zn2+

正极为碳棒，铵根被还原

2NH4++2e-=2NH3↑+ H2 ↑

产生的氨气和氢气分别被Zn2+和MnO2吸收

4NH3+Zn2+=Zn(NH3)42+，H2+2MnO2=2MnOOH

总的电池反应为：

4MnO2+2Zn+4NH4+ =4MnOOH+Zn(NH3)42++Zn2+

分类

组合方式

按组合方式分：有单体电池、组合电池和复式电池 3类。单体电池按形状又可分为圆筒形、方形和扁平形 3种。根据不同的使用要求，由若干只相同型号的单体电池通过串联或并联组合在一起的称为组合电池。如层叠电池就是一种扁平形单体电池串联组成的组合电池。由两种不同型号的单体电池组合而成的，称为复式电池。各国对于锌锰电池型号的表示方法不尽相同，其中使用比较普遍的是国际电工委员会第35技术委员会(IEC/TC35)所规定的表示方法。中国采用此法。其要点是：用字母“R”、“S”和“F”分别表示圆筒形、方形和扁平型单体电池；字母后面的阿拉伯数字表示电池的型号，每一型号代表了规定的外形尺寸；组合电池以字母前所置的数字表示串联电池的个数，并联电池的个数置于单体电池型号之后，并用短线分开。如：S4、6F22、3R20-4。复式电池的型号，一般用其所包含的组合电池来表示。

结构

按结构分：采用面粉、淀粉和电解液形成的凝胶作为正负极间的隔离层的，称为糊式电池；采用浆层纸为隔离层的称为纸板电池；采用高分子薄膜材料为隔离层的称为薄膜电池。

电解液

按电解液的成分分：电解液以氯化铵为主体的称为氯化铵型（或铵型）电池；以高浓度氯化锌为主体的称为氯化锌型（或锌型）电池。

放电性能

按电池的放电性能分：有普通品 (S)、高电荷量(C)和高功率(P)3种类型。分别置于电池型号的后面,以示区别。如R6P表示R6高功率电池。

原材料

①二氧化锰：俗称锰粉。是正极的活性物质，直接参加电化学反应，是决定电池电荷量的主要材料。根据其制备方法可以分为天然二氧化锰、化学二氧化锰和电解二氧化锰。其中电解二氧化锰的电化学活性最高，化学二氧化锰次之。

②石墨：正极原料之一。有显晶型(俗称鳞片状)和隐晶型(俗称土状)两种。石墨不参加电化学反应，有良好的导电性，具有吸附性和粘着性。掺入电芯中可以提高电芯的导电性。它粘着在多孔锰粉的周围吸收一定量的电液，使电芯保持一定的水分，可充分提高锰粉的利用率。

③乙炔黑：在正极中的作用与石墨相似。它的比重很小、颗粒较细，平均直径为35～45毫微米，比表面为60～70m2/g，导电性仅次于石墨，分散性、吸水性远优于石墨。

④锌：负极活性物质，兼作电池的容器和负极引电体，是决定电池贮存性能的主要材料。在锌片中含有少量的镉和铅。镉能增强锌的强度，铅能改进锌的延展加工性能。镉与铅均能提高氢在锌电极上的过电位，减少锌电极的自放电，减缓锌片的腐蚀和氢气的释放。锌片中若含有Cu、Fe、Ni等，将降低H2在锌电极上析出的过电位，加速电池在贮存过程中的自放电，因此这些有害杂质必须严格控制。

⑤氯化铵：是锌锰电池电解液的主要成分。其作用是：补充放电过程中由于正极反应减少的H+；在正极中也加入一定量的固体氯化铵，以补充放电时电解液中氯化铵的减少；增强电解液的导电性。

⑥氯化锌：用于电解液中。主要作用有：减缓锌片腐蚀，保持电解液中的水分，破坏淀粉的链状结构，加快电解液的糊化速度，减少正极电芯在放电过程中pH值的提高。

⑦面粉、淀粉：主要作用是使电解液糊化后成为不流动的隔离层，使它既有良好的离子导电性，又能固定电芯，便于携带使用；对锌片有保护作用，可减缓锌片的腐蚀。面粉比淀粉粘性好，粘附力强，保持水分性能好，不易沉淀。所以在配制电解液时，淀粉、面粉互相搭配使用。

锌锰电池的汞齐化

汞在室温下能与固体状态下的金属粉末经调和后形成合金，这种合金化的过程称为汞齐化。在碱性电池中，汞齐化无时无刻不在发生着，那么碱性电池汞齐化的原因是什么呢？

碱性锌锰干电池锌粉汞齐化主要是提高锌粉在碱性电液中的氢过电压，抑制其在碱液中发生氢气。锌粉汞齐化后形成的汞齐化膜可将锌粉表面覆盖均匀平整，从而改变了锌粒表面状况，使锌电极活化，从而提高电池的电性能，降低电池的漏液率。在电池放电过程中，汞则在锌粒表面不断向锌粒内部扩散，因此，使放电平稳。所以，在汞齐化率低的条件下，要保持锌粉耐蚀性，就必须添加适量的能提高氢过电位，阻制汞在电池放电前向锌拉子内部扩散的微量元素，并在不影响放电反应范国内，适当减少锌粉比表面积。同时碱性电池的锌粉必须严格控制重金属杂质，尤其是铁，因为铁不易汞齐，从而控制杂质含量。

汞由于其高毒性及污染性都在寻求其合适的替代物，包括各种氧化物、氢氧化物或金属盐等无机物以及聚乙烯氧化物，聚乙二醇类，芳烃类多元醇等各种有机物。无机物可以在电池液中加入In2O3或In(OH)3，至于有机类含聚氧乙烯基的较为被重视，这种基团表面活性剂在水中不电离，不受酸碱影响而且成本低，能够改善电池放电性能。

随着环保意识的不断加强，各大碱性电池厂家均已投入到了无汞碱性锌锰电池的生产制造。

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