堿性鋅錳電池的密封失效與檢測

樓曉天

(橫店集團(tuán)東磁股份有限公司,浙江金華 322118)

密封失效引起的漏液、生產(chǎn)過程中KOH溶液的飛濺粘染等,會污染成品堿性鋅錳(堿錳)電池。快速方便地檢測這種污染,對堿錳電池的質(zhì)量控制有重要的意義。生產(chǎn)時通常采用的方法是:在疑似被污染的電池或零配件表面滴加適當(dāng)?shù)乃釅A指示劑,或用酚酞試紙吸拭,通過顏色變化[1]進(jìn)行判斷。在與空氣隔絕良好的情況下,泄漏的電解液或粘染的KOH溶液經(jīng)過一定時間會析出KOH結(jié)晶,在暴露條件下,KOH溶液會與空氣中的CO2反應(yīng),生成白色碳酸鹽,可通過目測或在顯微鏡下觀察檢查。剛剛形成的這種污染,不會立即生成肉眼明顯可見的KOH結(jié)晶或碳酸鹽;光亮電池鋼殼表面稀少的無色透明堿液,用肉眼難以辨識;非常緩慢的電池漏液過程中,最初形成的微量漏液如果用酸堿指示劑滴注,會因為被迅速中和稀釋而難以清楚地顯色;在暴露條件下,稀薄的堿液也容易快速干涸,用酚酞試紙難以測出。綜上所述,很有必要采用適當(dāng)?shù)姆椒?對電池生產(chǎn)中的這種污染進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。

酚酞指示劑噴霧可檢查堿性二次電池的密封性[2],但堿錳電池生產(chǎn)所使用的KOH溶液為強(qiáng)堿性,可使已變色酚酞褪色,而干涸狀態(tài)的堿液痕跡需要水才能電離出OH-,與酸堿指示劑反應(yīng)顯色,因此無水酚酞指示劑不是堿錳電池堿液污染的最佳指示劑;而以甲酚紅含水酒精溶液作指示劑,則有顯色靈敏穩(wěn)定的特點(diǎn)。

本文作者以LR6電池為例,討論了在電池或電池部件表面噴施甲酚紅指示劑霧液,通過肉眼或借助顯微鏡觀察變色情況的檢驗電池微量堿液污染的方法。

1 實(shí)驗

1.1 酸堿指示劑的配制

將0.1 g甲酚紅(江蘇產(chǎn),AR)溶于100 ml 50%酒精(浙江產(chǎn),AR)中,配制甲酚紅指示劑。

1.2 檢測方法

1.2.1 密封圈

解剖漏液的本公司產(chǎn)LR6電池,將密封圈(原料為尼龍612)用去離子水清洗干凈,再用壓縮空氣吹干,在密封圈的背面(即裝配成電池時,朝電池內(nèi)容物的一側(cè))凹陷部位內(nèi)滴加少量37%KOH溶液(江蘇產(chǎn)),滴加的量要保證密封圈在背面朝下的情況下,液滴不會下滴,并注意密封圈的其他部位不被污染,靜置一段時間后,反轉(zhuǎn)密封圈,使之正面朝上,用噴霧器PW-1030薄層色譜顯色瓶(上海產(chǎn))將配制的甲酚紅指示劑薄霧噴施在密封圈的正面,在PXS1030體視顯微鏡(上海產(chǎn))下觀察指示劑薄層的變色情況和部位,分析密封圈可能的漏液通道和密封性能。

1.2.2 鋼殼

將漏液的LR6電池試樣的外表用半干濕紙擦拭干凈,剪破電池正極端卸壓,用旋切割刀割取電池的卷邊封口部,用斜口鉗剪取該卷邊封口部位的鋼殼環(huán)條,將剪取的試樣大致展平,在內(nèi)表面用噴霧器噴施甲酚紅指示劑薄霧,肉眼或在顯微鏡下觀察指示劑薄層的變色情況和變色部位,分析電池鋼殼封口部位可能的漏液通道。

1.2.3 電池

在本公司LR6電池組裝生產(chǎn)線現(xiàn)場抽取半成品電池,向表面噴施甲酚紅指示劑薄霧,或在剛下線收在托盤內(nèi)的新鮮電池的負(fù)極端表面噴施,肉眼觀察指示劑的變色現(xiàn)象,分析電池在組裝過程中的電解液污染及早期漏液情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 密封圈本體的密封條件與顯色反應(yīng)

快速型:肉眼觀察到,密封圈正面的指示劑薄霧液層立即出現(xiàn)從某一局部點(diǎn)線開始快速延展的大面積變色,表明密封圈存在嚴(yán)重的漏液通道,或密封圈的安全閥有破裂[3]。

慢速型:短時間內(nèi)用肉眼并不能觀察到指示劑有變色現(xiàn)象,但有電解液的密封圈靜置一段時間后,再在正面噴施甲酚紅指示劑薄霧,在顯微鏡下可看到霧液層有從某點(diǎn)線開始出現(xiàn)的絲帶狀飄逸的緩緩變色,表明密封圈存在慢性漏液缺陷。靜置的時間可能要超過30 min,長的甚至在360 min以上。長時間靜置后才能鑒識到的極細(xì)微漏液缺陷,容易被忽略而造成誤檢。

若不采用噴霧而用滴管滴加指示劑的方法,從密封圈背面滲漏至正面的微量電解液,將立即被相對大量的指示劑中和稀釋,使指示劑變色,反應(yīng)難以被觀察到,容易得出錯誤檢查的結(jié)論。

組裝使用前的密封圈也可作為試樣,依上述方法檢驗密封性能質(zhì)量。

一些有質(zhì)量問題的透明或半透明塑料密封圈,可在體視顯微鏡下觀察到本體內(nèi)存在夾雜冷料及熔接縫等注塑缺陷,密封失效,往往由這些缺陷引起。某些細(xì)微注塑缺陷在顯微鏡下觀察不到,但用噴施指示劑霧液的方法能發(fā)現(xiàn)。如在塑料密封圈本體內(nèi)夾雜有貫通正反面的未充分熔融的冷料時,冷料的分界面可構(gòu)成慢性漏液通道,盡管在顯微鏡下密封圈內(nèi)夾雜的冷料與基體的分界面有時幾乎看不出,但用指示劑噴霧變色檢查時,可觀察到相應(yīng)部位指示劑薄液層內(nèi)有飄逸絲帶狀緩緩變色的現(xiàn)象。

不透明的塑料密封圈本體內(nèi)的隱蔽型漏液缺陷,難以在顯微鏡下直接觀察到,噴施指示劑霧液的檢驗方法可幫助找到問題,對解決密封圈供需雙方的質(zhì)量爭議有幫助。

2.2 鋼殼封口內(nèi)表面的密封條件與顯色反應(yīng)

鋼帶的材料及沖壓工藝,對電池鋼殼的質(zhì)量有重要的影響[4],基于小波分析的檢測方法[5],可檢測鋼殼裂紋,但在組裝線卷邊封口過程中,鋼殼內(nèi)表面仍會進(jìn)一步產(chǎn)生漏液裂紋,需要后續(xù)的檢查分析。

一些疑似封口部位存在漏液問題的 LR6電池,鋼殼擴(kuò)口部解剖試樣的表面在噴施甲酚紅指示劑薄霧后,肉眼或用顯微鏡可觀察到薄層指示劑液體有沿鋼殼筒身方向呈細(xì)絲狀飄逸擴(kuò)散的變色現(xiàn)象,而相對應(yīng)的周邊部位不變色,提示鋼殼擴(kuò)口內(nèi)表面存在微細(xì)的漏液通道。

用滴管在試樣表面滴加指示劑時,試樣表面的微量堿痕跡立即被中和稀釋,難以清楚地觀察到指示劑變色的現(xiàn)象。

2.3 電池體外表堿液污染的顯色反應(yīng)

在堿錳電池組裝過程中,如果電解液過量,鋅膏內(nèi)析出的游離電解液或隔膜管內(nèi)的過飽和電解液會在電池高速傳送的過程中,或速度突變時因慣性產(chǎn)生飛濺,污染在線的半成品或成品電池。在生產(chǎn)現(xiàn)場,這種污染在光亮電池體表面,難以用肉眼直接檢出新鮮無色透明堿液的痕跡。

對存在電解液污染的半成品或成品電池表面噴施甲酚紅指示劑液霧,相應(yīng)部位的指示劑會立即呈現(xiàn)紫紅色,通常肉眼難以辨識的無色透明微量堿液也可由此檢出。剛下線收在托盤里的新鮮電池,在噴施指示劑薄霧后,有時可見到有規(guī)律地每間隔數(shù)只出現(xiàn)變色的現(xiàn)象,提示生產(chǎn)設(shè)備上某工位的工具存在電解液污染。

老化貯存期或留樣檢驗的電池,也可用此方法檢查受堿液污染的情況。可用噴施甲酚紅指示劑薄霧的方法對批量電池進(jìn)行大面積快速檢查,也可對少量電池進(jìn)行這樣的檢查,鑒識出其中的疑似或肉眼不可見的受污染電池。受檢電池在每次檢查完畢后,可用吸水軟布將噴施的指示劑霧液擦拭干凈,或間隔一定時間后重復(fù)檢查。多次類似的檢查記錄,可獲得較完整的電池耐漏液性能信息,并評價防漏性能。

3 結(jié)論

借助顯微鏡,密封失效的電池或零配件表面的微量堿液污染,可用甲酚紅指示劑噴霧顯色的方法發(fā)現(xiàn)。這種方法克服了滴管滴注指示劑顯色時,微量堿液被快速中和稀釋帶來的檢驗失準(zhǔn)問題,便于堿錳電池的生產(chǎn)質(zhì)量控制。

[1]杭州大學(xué)化學(xué)系.化學(xué)分析[M].第 2版.Beijing(北京):Chemical Industry Press(化學(xué)工業(yè)出版社),2003.378.

[2]SONG Qing-shan(宋清山).用酚酞檢測堿性電池密封性的探討[J].Battery Bimonthly(電池),2001,31(1):23-24.

[3]ZHOU Long-xin(周隆鑫),MIAO Rui(苗瑞),PENG Jun-fang(彭俊芳).堿性鋅錳電池漏液原因分析[J].Dianchi Gongye(電池工業(yè)),2007,12(1):38-40.

[4]TANG Tian(唐甜),PAN Yong(潘勇),ZHO U Yi-chun(周益春).堿錳電池鋼殼用鍍鎳鋼帶的力學(xué)和耐腐蝕性能[J].Battery Bimonthly(電池),2005,35(5):380-381.

[5]ZHONG Hua(鐘華),CHANG Wei(常偉),HOU Feng-tao(侯峰濤).小波分析在電池鋼殼口部裂紋檢測中的應(yīng)用[J].Battery Bimonthly(電池),2007,37(4):280-281.