锌银蓄电池负极化成的研究进展

赵书利 喻济兵 高中胜

（1. 中国船舶重工集团公司七一二研究所，武汉430064；2. 中国人民解放军海军驻七一二研究所军事代表室武汉430064）

1 引言

锌银电池是化学电源中出现最早的电池系列之一，至今已有两百多年的历史。按热力学计算，它的比能量和电动势都较高，所以，曾经是人们希望较快研制成功的一个电池品种。银锌电池较一般常见的电池体积小、重量轻，允许大电流放电，广泛用于一些对体积和重量要求严格的场合，但它的价格较贵，所以多限于军用。根据具体的使用环境，可分为水下、地面、空中和空间用四个方面。对于不同的使用条件，采用不同的电池类型。其中负极作为银锌蓄电池制造过程中的关重件，对电池的使用性能起着至关重要的作用，其工艺流程的检测控制和质量把关是负极工艺从小量试制阶段走向大量试制过程的重要保证。

2 锌银电池的极板化成原理和负极化成的工艺流程

2.1 锌银电池的极板化成原理

化成是干式荷电态银锌电池生产中的一个重要工序，它的作用是通过充电使极板从放电态转变为荷电态。根据化成电池的结构，可以分为单化成和双化成，目前使用的大多是单化成的工艺方法。单化成是将所需要的极板配以辅助极板进行化成的方法，如可以将银极板单化成转变成氧化银极板，也可以将混合锌粉极板单化成转变成锌极板，辅助极板可以多次反复使用。

2.2 负极化成的工艺过程

（1）化成用电解液的配制

按照工艺文件的要求，以一定合理的比例，将分析纯（A.R）级氢氧化钾逐步加入净化水中，不断搅拌至完全溶解。待冷却到室温后，调整到合适的比重，加盖密封封存待用。

（2）负极片外化成用化成槽及辅助电极和隔膜的准备

负极化成时，化成槽采用专门用于化成的电池壳，可以反复使用。化成前，先按照一定方法对电池壳进行清洁处理，然后用清水洗净，自然晾干或放在烘箱中烘干，烘干后于洁净处保存待用。辅助电极采用银锌蓄电池制造过程中挑出的正极废片、次品片。化成用的隔膜无针孔裂纹即可。

（3）化成电池装配

负极化成时，负极片化成电池的辅助极片为专门压制的并已经过化成的银锌蓄电池正极片的废次片或其正片。在装配化成电池前，需做好以下准备工作：将辅助片对包合适厚度的隔膜，然后在极群装配夹具内，按规定数量将已焊无纺布的负极片与包膜辅助片有序的交叉叠合，两者极耳错开。叠合完毕，将夹具上盖夹紧。装配完毕，必须用万用表检查是否短路，确认没有短路后，用数根银丝捆绑两极极耳，这些银丝同时作为化成电池充放电时的相互串联连接线。然后打开夹具，取出化成极群，放入化成槽内成为化成电池。化成电池按一定比例将辅助片、化成片装配在一起。根据平时的工作经验，控制其干态装配比为75%～85%以上比较合适，否则装配比过小将加大负极片的变形，影响负极的化成质量，进而影响后续的工作进度。

（4）化成电池注液

用量筒将调好比重的氢氧化钾电解液注入化成电池。注液时，电解液需应将极组完全浸泡，然后在要求的环境中浸泡一天左右。

（5）化成充放电

将加注电解液并经过浸泡的化成电池串联，并接上电压测量线。按照事先设计好的、合理的化成程序进行充放电。在充放电过程中，应检查化成电池是否短路，若出现短路，应立即取下处理，短路问题解决后重新接入线路化成。一般多采用直流电化成，直流化成充电电路如图1所示；有时候也采用不对称交流电化成，不对称交流电化成充电电路如图2所示。

（6）洗涤

充电完毕将极板从化成槽内取出，在洗涤槽中注入一定温度的净化水，将极板洗至无碱（用酚酞试剂检查洗涤极板后的净化水不显粉红色）。这一点是相当重要的，如果极板带有碱性，说明极板微孔中含有微量氢氧化钾，装配成电池后，在干储存期间，可能吸收空气中的水分，造成极板自放电，以至损失容量和破坏隔膜。

图2 不对称交流电化成充电电路

在拆极板过程中应防止正负极短路，并且拆极板和以后的换水过程应迅速，尽量减少负极在空气中停留的时间，防止负极氧化度增加，影响电池容量。

（7）极片脱水

先将无水酒精倒入脱水槽内，将洗涤后的极片迅速放入无水酒精内脱水，一定时间后将极片取出迅速放入另一个已经倒入酒精的脱水槽内继续脱水。浸泡一定时间后，重复以上过程。极片脱水时，脱水槽内酒精液面应浸没极片，避免极片与空气接触，否则将影响负极氧化度。为了保证负极的质量，脱水时，要特别注意脱水的速度要快，把经过第一次脱水的负极放入第二个塑料桶时，一定要快，尽量减少在空气中的暴露时间。

（8）极片干燥

极片干燥时，干燥间或干燥箱环境的湿度、温度要控制到一定程度，无酸性和碱性气体。干燥后的极片无纺布应没有破损和明显皱褶。在干燥时，一定要预先将干燥间的温度、湿度调整到所需的要求，这样，才能保证负极的质量。如果在湿度尚未达到要求时，就将负极放到干燥间，干燥时间长，负极的氧化度则容易过高，因此，在干燥前，一定要将干燥间的环境条件调整到所需的要求。

3 针对试制过程中提出一些人员合理化分工的建议

银锌蓄电池大量试制时，任务重而人员少，怎样合理分工才能达到效率翻番的效果，我认为，首先要充分调动每一个人的工作积极性，按照工序合理分工，譬如，将从事特种工艺的人员固定下来，专门进行该项操作，这样，既能保证工艺流水线的进行和工作效率的提高，又能确保产品质量。

4 结束语

少量试制到大量试制阶段的过渡，不仅仅是技术状态的改变和工艺技术的固化，大量试制过程中工作量的增加和工作效率的提高，势必要求技术工人在实际操作中要善于积极思考，积累经验。工作中需要一批既能够勤奋工作又能够在生产过程中敢于优化改进工艺操作的工人骨干，为不断完善改进工艺操作、确保产品质量出谋划策。

[1]郭炳焜, 李新海, 杨松青. 化学电源——电池原理及制造技术. 长沙： 中南工业大学出版社, 2000, 6.

[2]董元昌. 化学电源. 北京： 电子工业出版社, 1984

[3]查全性. 电极过程动力学导论. 北京： 科学出版社,2001.

[4]王力臻. 化学电源设计. 北京： 化学工业出版社,2007.

[5]傅献彩, 物理化学. 北京： 高等教育出版社, 2006.