堿錳電池高溫儲存過程的重量與氣體量變化 *

趙鋒良，徐宏磊，史振華，樊寬蕙，袁 平，楊 磊，金玉良，桑家年

(浙江長虹飛獅電器工業(yè)有限公司，浙江 嘉興 314000)

1 引言

漏液是堿錳電池行業(yè)目前還無法徹底解決的質(zhì)量問題之一[1]，內(nèi)部自反應(yīng)產(chǎn)生的氣體量大小與密封圈材料是影響堿錳電池儲存期間的耐漏液性能的關(guān)鍵因素[2]，而高溫會加快自反應(yīng)與密封圈老化的速度，因此高溫儲存是加速檢測堿錳電池耐漏液性能的常用方法[3]。本文以LR6電池為對象，旨在研究不同密封圈材料對堿錳電池高溫儲存過程的重量與氣體量變化的影響，試圖發(fā)現(xiàn)它們內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，從而為評估產(chǎn)品耐漏液性能提供參考。

2 實驗部分

2.1 密封圈材料的飽和吸水率測定[4]

將PA610與PA612材料的顆粒樣品在50 ℃的烘箱中干燥至重量變化在±0.1 mg(重量m1)，之后分別在60 ℃與91 ℃的蒸餾水浸泡24 h(足夠達到飽和吸水)后取出，放入室溫的蒸餾水中冷卻15 min，取出后用清潔干布迅速擦去表面的水，并在1 min內(nèi)稱量(重量m2)，則飽和吸水率為(m2-m1)/m1×100%。

2.2 集電體制備

為降低電池高溫儲存過程因漏液而導(dǎo)致實驗失敗的風(fēng)險，選用耐漏液性能較好的PA610材質(zhì)(TECHYL eXten D 247F NATURL，韓國產(chǎn))的密封圈與PA612材質(zhì)(Zytel FE3734 NC010，美國產(chǎn))的密封圈，按本公司正常韌化與組裝工藝完成集電體組裝。

2.3 電池樣品制備

在本公司LR6生產(chǎn)線上，分別將上述兩種集電體按正常生產(chǎn)工藝組裝成LR6電池組裝，并確保電池內(nèi)部雜質(zhì)在正常水平，通過逐一秤重，控制電池樣品的均勻性，電池重量控制在(22.276～22.900) g。

2.4 重量與氣體量測試

初始期：電池在45 ℃烘箱中靜置2天后作為初始期。

高溫儲存：以堿性電池行業(yè)常用的2檔溫度進行高溫儲存：①60 ℃靜置30天為一個周期，共10個周期；②91 ℃靜置10天為一個周期，共8個周期；濕度均<10%。

電池重量測試：對初始期及每個高溫儲存周期的電池進行重量測試，樣品數(shù)量為10只，結(jié)果取平均值。

氣體量測試：測試裝置見圖1，電池在氣體收集斗下面解剖開后，氣體延刻度管向上升，水向下排，排出的體積即為氣體量，可從刻度管直接讀數(shù)，刻度管的精度為0.01 mL。每種測試樣品數(shù)量為5只，結(jié)果取平均值。氣體量數(shù)據(jù)在同等條件測得，并用于對比分析，可忽略氣體溶解的影響。

圖1 氣體量測試裝置Fig.1 Device for measuring the gas volume.

3 結(jié)果與討論

3.1 密封圈飽和吸水率的測試結(jié)果

不同密封圈材料在不同溫度的飽和吸水率見表1。從表1可知，兩種材料在60 ℃與91 ℃的飽和吸水率差異不大，但PA612材料的飽和吸液率比PA610材料低44%。

表1 不同密封圈在不同溫度下的飽和吸水率Table 1 Saturated water absorptivity of different gasket at various temperatures.

3.2 電池重量變化測試結(jié)果

使用不同密封圈的電池60 ℃儲存的重量變化見圖1，91 ℃儲存的重量變化見圖2，重量平均下降速度見表2。從圖1、圖2及表2可知，一方面電池重量隨儲存時間逐漸下降，溫度越高，下降速度越快。另一方面，使用PA610密封的電池重量下降速度要明顯大于使用PA612密封圈的。

圖2 使用不同密封圈的電池60 ℃儲存的重量變化Fig.2 Weight variation of the battery with different gaskets during 60 ℃ storage.

表2 使用不同密封圈的電池在高溫儲存期間的平均重量下降速度Table 2 Average weight decreasing rate of the battery with different gaskets during high temperature storage.

電池在儲存期間未出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，固體物質(zhì)也不可能逸出，因此電池重量下降的原因是內(nèi)部水分通過密封圈滲透、蒸發(fā)。溫度越高、密封圈材料吸水率越高，水的蒸發(fā)速度就越快，則電池重量下降速度越快，這與密封圈飽和吸水率的測試結(jié)果吻合。

3.3 電池內(nèi)部氣體量測試結(jié)果

使用不同密封圈的電池60 ℃儲存時的內(nèi)部氣體量變化見圖3。從圖中3可知，儲存時間在60天左右時，氣體量均有明顯上升，在90～120天時，使用PA612密封圈的氣體量達到峰值，之后趨向平穩(wěn)，而使用PA610密封圈的氣體量，在達到峰值后又緩慢下降。使用兩種密封圈的電池91 ℃儲存時的氣體量變化見圖4。從圖4可知，儲存時間在40～50天左右時氣體量均快速上升，而使用PA612密圈的氣體量上升幅度要明顯大于使用PA610密封圈的。

圖3 使用不同密封圈的電池91 ℃儲存的重量變化Fig.3 Weight variation of the battery with different gaskets during 91 ℃ storage.

圖4 使用不同密封圈的電池60 ℃儲存的氣體量變化Fig.4 Internal gas volume of the battery with different gaskets during 60 ℃ storage.

以上結(jié)果與電池內(nèi)部自反應(yīng)產(chǎn)氣量、儲存時間、儲存溫度及密封圈材料的氣密性(與3.1所述的吸水率相關(guān)，吸水率越低則氣密性越高)有關(guān)。在60 ℃儲存前期，電池內(nèi)部自反應(yīng)主導(dǎo)氣體量的大小，產(chǎn)氣量大于透氣量，所以氣體總量有個上升過程。隨著儲存時間延長，因電池內(nèi)部水分的逐漸散失而變得干涸，自反應(yīng)趨向穩(wěn)定，此時密封圈材料的氣密性主導(dǎo)氣體量的大小，而PA612的氣密性較PA610高，從而使用PA612密封圈的氣體量更高；在91 ℃儲存期間，因溫度高，自反應(yīng)速度快，氣體量的大小由電池內(nèi)部自反應(yīng)主導(dǎo)，在測試周期內(nèi)并未出現(xiàn)峰值，但從兩種密封圈的對比來看，使用PA612密封圈的氣體量依然明顯高于使用PA610密封圈的，這與60 ℃儲存后期的結(jié)果一致。

圖5 使用不同密封圈的電池91 ℃儲存的氣體量變化Fig.5 Internal gas volume of the battery with different gaskets during 60 ℃ storage.

4 結(jié)論

本文作者研究發(fā)現(xiàn)，LR6堿錳電池在高溫儲存過程，重量下降速度隨儲存溫度升高而加快，氣體量在60 ℃儲存過程存在上升峰值，91 ℃儲存過程存在加速上升拐點。PA612材料吸水率低于PA610，高溫儲存期間，使用前者的電池重量下降速度相對較小，電池內(nèi)部氣體量相對較高，PA612的密封效果優(yōu)于PA610。