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)
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。
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。
(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。
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。
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.