碱性锌锰电池的密封失效与检测

2013-03-26楼晓天

电池 2013年1期

楼晓天

(横店集团东磁股份有限公司,浙江金华 322118)

密封失效引起的漏液、生产过程中KOH溶液的飞溅粘染等,会污染成品碱性锌锰(碱锰)电池。快速方便地检测这种污染,对碱锰电池的质量控制有重要的意义。生产时通常采用的方法是:在疑似被污染的电池或零配件表面滴加适当的酸碱指示剂,或用酚酞试纸吸拭,通过颜色变化[1]进行判断。在与空气隔绝良好的情况下,泄漏的电解液或粘染的KOH溶液经过一定时间会析出KOH结晶,在暴露条件下,KOH溶液会与空气中的CO2反应,生成白色碳酸盐,可通过目测或在显微镜下观察检查。刚刚形成的这种污染,不会立即生成肉眼明显可见的KOH结晶或碳酸盐;光亮电池钢壳表面稀少的无色透明碱液,用肉眼难以辨识;非常缓慢的电池漏液过程中,最初形成的微量漏液如果用酸碱指示剂滴注,会因为被迅速中和稀释而难以清楚地显色;在暴露条件下,稀薄的碱液也容易快速干涸,用酚酞试纸难以测出。综上所述,很有必要采用适当的方法,对电池生产中的这种污染进行准确检测。

酚酞指示剂喷雾可检查碱性二次电池的密封性[2],但碱锰电池生产所使用的KOH溶液为强碱性,可使已变色酚酞褪色,而干涸状态的碱液痕迹需要水才能电离出OH-,与酸碱指示剂反应显色,因此无水酚酞指示剂不是碱锰电池碱液污染的最佳指示剂;而以甲酚红含水酒精溶液作指示剂,则有显色灵敏稳定的特点。

本文作者以LR6电池为例,讨论了在电池或电池部件表面喷施甲酚红指示剂雾液,通过肉眼或借助显微镜观察变色情况的检验电池微量碱液污染的方法。

1 实验

1.1 酸碱指示剂的配制

将0.1 g甲酚红(江苏产,AR)溶于100 ml 50%酒精(浙江产,AR)中,配制甲酚红指示剂。

1.2 检测方法

1.2.1 密封圈

解剖漏液的本公司产LR6电池,将密封圈(原料为尼龙612)用去离子水清洗干净,再用压缩空气吹干,在密封圈的背面(即装配成电池时,朝电池内容物的一侧)凹陷部位内滴加少量37%KOH溶液(江苏产),滴加的量要保证密封圈在背面朝下的情况下,液滴不会下滴,并注意密封圈的其他部位不被污染,静置一段时间后,反转密封圈,使之正面朝上,用喷雾器PW-1030薄层色谱显色瓶(上海产)将配制的甲酚红指示剂薄雾喷施在密封圈的正面,在PXS1030体视显微镜(上海产)下观察指示剂薄层的变色情况和部位,分析密封圈可能的漏液通道和密封性能。

1.2.2 钢壳

将漏液的LR6电池试样的外表用半干湿纸擦拭干净,剪破电池正极端卸压,用旋切割刀割取电池的卷边封口部,用斜口钳剪取该卷边封口部位的钢壳环条,将剪取的试样大致展平,在内表面用喷雾器喷施甲酚红指示剂薄雾,肉眼或在显微镜下观察指示剂薄层的变色情况和变色部位,分析电池钢壳封口部位可能的漏液通道。

1.2.3 电池

在本公司LR6电池组装生产线现场抽取半成品电池,向表面喷施甲酚红指示剂薄雾,或在刚下线收在托盘内的新鲜电池的负极端表面喷施,肉眼观察指示剂的变色现象,分析电池在组装过程中的电解液污染及早期漏液情况。

2 结果与讨论

2.1 密封圈本体的密封条件与显色反应

快速型:肉眼观察到,密封圈正面的指示剂薄雾液层立即出现从某一局部点线开始快速延展的大面积变色,表明密封圈存在严重的漏液通道,或密封圈的安全阀有破裂[3]。

慢速型:短时间内用肉眼并不能观察到指示剂有变色现象,但有电解液的密封圈静置一段时间后,再在正面喷施甲酚红指示剂薄雾,在显微镜下可看到雾液层有从某点线开始出现的丝带状飘逸的缓缓变色,表明密封圈存在慢性漏液缺陷。静置的时间可能要超过30 min,长的甚至在360 min以上。长时间静置后才能鉴识到的极细微漏液缺陷,容易被忽略而造成误检。

若不采用喷雾而用滴管滴加指示剂的方法,从密封圈背面渗漏至正面的微量电解液,将立即被相对大量的指示剂中和稀释,使指示剂变色,反应难以被观察到,容易得出错误检查的结论。

组装使用前的密封圈也可作为试样,依上述方法检验密封性能质量。

一些有质量问题的透明或半透明塑料密封圈,可在体视显微镜下观察到本体内存在夹杂冷料及熔接缝等注塑缺陷,密封失效,往往由这些缺陷引起。某些细微注塑缺陷在显微镜下观察不到,但用喷施指示剂雾液的方法能发现。如在塑料密封圈本体内夹杂有贯通正反面的未充分熔融的冷料时,冷料的分界面可构成慢性漏液通道,尽管在显微镜下密封圈内夹杂的冷料与基体的分界面有时几乎看不出,但用指示剂喷雾变色检查时,可观察到相应部位指示剂薄液层内有飘逸丝带状缓缓变色的现象。

不透明的塑料密封圈本体内的隐蔽型漏液缺陷,难以在显微镜下直接观察到,喷施指示剂雾液的检验方法可帮助找到问题,对解决密封圈供需双方的质量争议有帮助。

2.2 钢壳封口内表面的密封条件与显色反应

钢带的材料及冲压工艺,对电池钢壳的质量有重要的影响[4],基于小波分析的检测方法[5],可检测钢壳裂纹,但在组装线卷边封口过程中,钢壳内表面仍会进一步产生漏液裂纹,需要后续的检查分析。

一些疑似封口部位存在漏液问题的 LR6电池,钢壳扩口部解剖试样的表面在喷施甲酚红指示剂薄雾后,肉眼或用显微镜可观察到薄层指示剂液体有沿钢壳筒身方向呈细丝状飘逸扩散的变色现象,而相对应的周边部位不变色,提示钢壳扩口内表面存在微细的漏液通道。

用滴管在试样表面滴加指示剂时,试样表面的微量碱痕迹立即被中和稀释,难以清楚地观察到指示剂变色的现象。

2.3 电池体外表碱液污染的显色反应

在碱锰电池组装过程中,如果电解液过量,锌膏内析出的游离电解液或隔膜管内的过饱和电解液会在电池高速传送的过程中,或速度突变时因惯性产生飞溅,污染在线的半成品或成品电池。在生产现场,这种污染在光亮电池体表面,难以用肉眼直接检出新鲜无色透明碱液的痕迹。

对存在电解液污染的半成品或成品电池表面喷施甲酚红指示剂液雾,相应部位的指示剂会立即呈现紫红色,通常肉眼难以辨识的无色透明微量碱液也可由此检出。刚下线收在托盘里的新鲜电池,在喷施指示剂薄雾后,有时可见到有规律地每间隔数只出现变色的现象,提示生产设备上某工位的工具存在电解液污染。

老化贮存期或留样检验的电池,也可用此方法检查受碱液污染的情况。可用喷施甲酚红指示剂薄雾的方法对批量电池进行大面积快速检查,也可对少量电池进行这样的检查,鉴识出其中的疑似或肉眼不可见的受污染电池。受检电池在每次检查完毕后,可用吸水软布将喷施的指示剂雾液擦拭干净,或间隔一定时间后重复检查。多次类似的检查记录,可获得较完整的电池耐漏液性能信息,并评价防漏性能。