鋅銀蓄電池負極化成的研究進展

趙書利 喻濟兵 高中勝

（1. 中國船舶重工集團公司七一二研究所，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

鋅銀電池是化學電源中出現最早的電池系列之一，至今已有兩百多年的歷史。按熱力學計算，它的比能量和電動勢都較高，所以，曾經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格的場合，但它的價格較貴，所以多限于軍用。根據具體的使用環境，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。其中負極作為銀鋅蓄電池制造過程中的關重件，對電池的使用性能起著至關重要的作用，其工藝流程的檢測控制和質量把關是負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

化成是干式荷電態銀鋅電池生產中的一個重要工序，它的作用是通過充電使極板從放電態轉變為荷電態。根據化成電池的結構，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行化成的方法，如可以將銀極板單化成轉變成氧化銀極板，也可以將混合鋅粉極板單化成轉變成鋅極板，輔助極板可以多次反復使用。

2.2 負極化成的工藝過程

（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，調整到合適的比重，加蓋密封封存待用。

（2）負極片外化成用化成槽及輔助電極和隔膜的準備

負極化成時，化成槽采用專門用于化成的電池殼，可以反復使用。化成前，先按照一定方法對電池殼進行清潔處理，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。化成用的隔膜無針孔裂紋即可。

（3）化成電池裝配

負極化成時，負極片化成電池的輔助極片為專門壓制的并已經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，按規定數量將已焊無紡布的負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，確認沒有短路后，用數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連接線。然后打開夾具，取出化成極群，放入化成槽內成為化成電池。化成電池按一定比例將輔助片、化成片裝配在一起。根據平時的工作經驗，控制其干態裝配比為75%～85%以上比較合適，否則裝配比過小將加大負極片的變形，影響負極的化成質量，進而影響后續的工作進度。

（4）化成電池注液

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

（5）化成充放電

將加注電解液并經過浸泡的化成電池串聯，并接上電壓測量線。按照事先設計好的、合理的化成程序進行充放電。在充放電過程中，應檢查化成電池是否短路，若出現短路，應立即取下處理，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

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

（7）極片脫水

先將無水酒精倒入脫水槽內，將洗滌后的極片迅速放入無水酒精內脫水，一定時間后將極片取出迅速放入另一個已經倒入酒精的脫水槽內繼續脫水。浸泡一定時間后，重復以上過程。極片脫水時，脫水槽內酒精液面應浸沒極片，避免極片與空氣接觸，否則將影響負極氧化度。為了保證負極的質量，脫水時，要特別注意脫水的速度要快，把經過第一次脫水的負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沒有破損和明顯皺褶。在干燥時，一定要預先將干燥間的溫度、濕度調整到所需的要求，這樣，才能保證負極的質量。如果在濕度尚未達到要求時，就將負極放到干燥間，干燥時間長，負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境條件調整到所需的要求。

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，任務重而人員少，怎樣合理分工才能達到效率翻番的效果，我認為，首先要充分調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，專門進行該項操作，這樣，既能保證工藝流水線的進行和工作效率的提高，又能確保產品質量。

4 結束語

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

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

[2]董元昌. 化學電源. 北京： 電子工業出版社, 1984

[3]查全性. 電極過程動力學導論. 北京： 科學出版社,2001.

[4]王力臻. 化學電源設計. 北京： 化學工業出版社,2007.

[5]傅獻彩, 物理化學. 北京： 高等教育出版社, 2006.