干電池（Dry cell電池電池）它是一種利用糊狀電解液產(chǎn)生直流電的化學(xué)電池。干電池是一次性電池，在生活中很常見，可以用在很多電器上。常見的有鋅錳電池鋅汞電池堿錳電池等。

干電池經(jīng)歷了糊電池、紙板電池、堿性電池的三個階段。早期干電池的電解液是酸性的，含有很多化學(xué)物質(zhì)：重金屬汞、鉛、鎘通常被視為有害廢物。隨著技術(shù)的發(fā)展，普通干電池多為鋅錳電池，中間是正極碳棒，外面是石墨和二氧化錳的混合物，外面是一層纖維網(wǎng)。網(wǎng)上涂了一層厚厚的電解質(zhì)糊，由氯化銨溶液和淀粉組成，還有少量防腐劑，符合低汞無汞的技術(shù)要求，也不含鉛、鎘等有毒重金屬不再屬于有害廢物，滿足了生產(chǎn)生活的需要。

干電池具有結(jié)構(gòu)簡單攜帶方便性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，給現(xiàn)代人帶來了很多方便的生命。目前，干電池種類繁多，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的電源在生活和交流中被廣泛使用、交通工具、日常生活、電子產(chǎn)品等不同領(lǐng)域。

對干電池的研究早在19世紀(jì)中期就開始了。1860年，法國人雷克林發(fā)明了碳鋅電池，這種電池更容易制造，最初的潮濕含水的電解液逐漸被類似于漿糊的粘稠渾濁的方式所取代，所以當(dāng)它被放入容器中時，“干”性電池出現(xiàn)了，也就是干電池的鼻祖。

在電池商業(yè)化的過程中，法國鐵路工程師喬治·拉克蘭切做出了巨大的貢獻(xiàn)。1868年由他發(fā)明的電池被稱為干電池的前身。1886年，美國人卡爾·蓋斯納博士在Leclant Xie電池的基礎(chǔ)上成功研制出第一個干電池，電池由氧化鋅制成、以氯化銨和水組成的膏體作為電解液，將鋅電極改成鋅管，既是負(fù)極又是電池外殼，稱為勒克蘭契干電池或鋅-錳干電池。

自20世紀(jì)60年代以來，世界上對錳干電池進(jìn)行了許多改進(jìn)正極活性物質(zhì)由天然二氧化錳變?yōu)槿斯ぬ釤挼幕瘜W(xué)錳或高純電解質(zhì)二氧化錳；用氯化鋅做電解液，改成牛皮紙上涂合成漿料夾在正負(fù)極之間的紙板結(jié)構(gòu)，不僅可以填充大量的正極混合物，還可以降低電池的內(nèi)阻。

到20世紀(jì)80年代初，發(fā)達(dá)國家制造出一種堿錳干電池使用的活性材料基本相同，但電解質(zhì)改為具有高導(dǎo)電性的鉀溶液。

隨著科技的進(jìn)步，干電池已經(jīng)發(fā)展成為一個龐大的家族，至今大約有100種。常見的有普通鋅-干電池、堿性鋅-錳干電池、鎂-干電池、鋅-空氣電池、鋅-氧化汞電池、鋅-氧化銀電池和-電池等。

本文主要介紹普通干電池的主要結(jié)構(gòu)，其主要零部件是指鋅管、炭棒、銅帽、密封圈、復(fù)壓圈、塑料片或蠟紙環(huán)、假陰性等，其中密封環(huán)和碳棒、鋅管與銅帽和碳棒的配合是影響儲存性能和電池容量的重要因素。

干電池

鋅筒

鋅皮加工后制成圓柱形容器，制成的鋅筒既是鋅錳干電池的保護(hù)殼，又是電池的負(fù)極。鋅筒和正極之間的間隙填充有碳黑混合物和二氧化錳。將氯化銨、氯化鋅、淀粉和一定量的水加熱制成糊狀，然后注入鋅管形成電解液。電解液冷卻后，就不會流動了。鋅筒底部放一圈絕緣墊另外，在鋅筒中加入瀝青，然后密封，避免電解液泄漏。最后在鋅筒外包裹一個印有商標(biāo)的紙殼或鐵殼。

炭棒

碳棒是正極電池的集流體，與作為正極端子的銅帽緊密配合。石墨通常用于制造干電池的碳棒、焦炭和煤焦油等碳材料、瀝青等粘合劑混合、捏合，加熱，擠出成型，然后在9001000℃碳化燒結(jié)。碳棒在燒制過程中會產(chǎn)生一些氣孔，所以要在氣孔中浸泡石蠟、油等防水處理。在碳棒成型過程中，不可能先安裝帽狀金屬集流體，只有在電池基本組裝完畢后，才能將金屬帽壓在碳棒外露端。

電芯

電芯是干電池的陽極，是電池流水線的第一道組裝工序。將二氧化錳和固體氯化銨按一定比例混合、將石墨和乙炔黑有效混合，加入適當(dāng)?shù)碾娊庖哼M(jìn)一步壓制成電芯在電芯周圍包裹棉紙，在其中心位置插入碳棒，然后在碳棒上蓋上銅帽，形成電池的正極。電池的重量和尺寸公差直接影響電池的放電電流、放電容量和儲存性能。

銅帽

銅帽作為干電池的陽極端子，必須保證陽極與外部電路的可靠接觸。銅帽的厚度和外徑采用精度為0.01毫米千分尺測量。法蘭外徑和總高度的精度為0.02mm游標(biāo)卡尺測量。

電動勢

干電池的電動勢圖如右圖。電路閉合后，蓄電池是正極、非常薄的化學(xué)反應(yīng)層ad和cb出現(xiàn)在負(fù)電極附近由于化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電荷和電位差，干電池的電動勢由這兩個化學(xué)反應(yīng)層共同提供。研究了干電池中的電場強(qiáng)度分布，中間大部分區(qū)域?yàn)椋╠c）電池的場強(qiáng)方向從負(fù)極指向正極；兩極附近的化學(xué)反應(yīng)層ad和cb的場強(qiáng)方向相反，從干電池的正極指向負(fù)極。在化學(xué)反應(yīng)層的ad和cb區(qū)域，非靜電力（化學(xué)力）克服電場力做功，向左移動的正電荷勢能增大，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，形成電源的電動勢。干電池內(nèi)部（dc）該區(qū)域存在內(nèi)阻，正電荷向左移動的勢能減小，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

電流

在室溫下，金屬中自由電子的熱運(yùn)動平均速率為100，000mm/s，它的定向運(yùn)動速率是10萬/1m/在s的量級上，電子會在速率巨大的不規(guī)則熱運(yùn)動上附加一個小的定向運(yùn)動。干電池接入電路，電流會瞬間流動，電流的速度不是自由電子的定向運(yùn)動速度，而是電場的傳播速度。當(dāng)導(dǎo)線以光速在各處迅速建立電場時，各處的自由電子幾乎同時開始定向運(yùn)動，回路中瞬間形成電流。可以看出，并不是自由電子從電源負(fù)極出發(fā)，以定向運(yùn)動的速度在金屬絲中運(yùn)動，經(jīng)過電器后在回路中形成電流。

鋅汞電池

鋅汞電池是指使用汞齊鋅粉和羚羊甲基纖維素作為負(fù)極、以紅色氧化汞和石粉為正極的一次電池。市場上銷售的大多數(shù)鋅汞電池都是紐扣形的。其電解質(zhì)為氫氧化鋅，反應(yīng)式為:Zn HgO→ZnO Hg 53.6Wa。電池電壓為1.3伏，理論比能是253瓦時/Kg，實(shí)際值接近100 WHr/千克。其特點(diǎn)是體積儲能密度高，適合小型化，能長期穩(wěn)定供電，機(jī)械強(qiáng)度好，工作溫度可達(dá)80℃，常用于電子表助聽器、起搏器和小型儀器。

鋅錳干電池

鋅錳干電池的工作原理是通過電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，將儲存在活性物質(zhì)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，電池容量是指電池的大小 s儲存的電量，即在一定放電電流下能持續(xù)放電的時間，單位為安培小時a.h，所以電池的發(fā)電量可以用電池容量來表示。因此，電池容量與放電電流和放電時間具有以下關(guān)系：C=I·t。其中I表示放電電流，t表示在一定放電電流下電池容量放電所需的時間。在一定的放電電流下，電流所做的功與電路兩端的電壓有關(guān)、電路中的電流強(qiáng)度與通電時間成正比，因此有：W2=U·I·t干電池正常工作時所能產(chǎn)生的電量（單位為J）為W2=U·c其中u指電池的工作電壓。

干電池需要經(jīng)過13道工序組裝：巧筒排殼；裝配漿層紙；裝配底碗紙；電芯粉成型；插入碳棒；裝配塑料面碗：電池封口；戴組合帽；卷口成型；滾線；電池裝盤。具體生產(chǎn)工藝以常用的鋅錳電池為例：

1）首先將鋼殼做成直徑13 mm的圓柱體；

2）電池中的黃銅集流體是電池的核心將銅絲切成4厘米長黃銅是良導(dǎo)體由于銅含量高，黃銅表面可能會有油漬，所以將切割好的黃銅在沙子中滾動，打磨表面，去除毛刺在每個黃銅上焊接一個鍍鎳的氣缸蓋；

3）將易釋放電子的鋅熔化，用機(jī)器將熔化的鋅變成糊狀；

4）將混有石墨的二氧化錳粉末壓制成適于裝入電池的小球，然后裝入鍍鎳電池鋼殼中；

5）電池由振動盤和傳送帶送入組裝，隔膜由機(jī)器插入電池，然后注入堿性電解質(zhì)溶液這臺機(jī)器將糊狀鋅加入電池中，然后將黃銅棒放入其中每塊電池都是機(jī)器封口，表面用包裝紙檢測后就可以包裝出廠了。

電壓

干電池電壓是干電池性能的重要性能指標(biāo)之一，表示干電池在一定狀態(tài)下兩端的電位差。干電池電壓有三種：標(biāo)準(zhǔn)電壓、開路電壓、工作電壓。標(biāo)準(zhǔn)電壓又稱額定電壓，是指電池正負(fù)極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的電位差，以及由此產(chǎn)生的電壓值。干電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓是1.5V。開路電壓是指電池不工作時，即電路中沒有電流流動時，電池正負(fù)極之間的電位差。干電池充滿電時，開路電壓為1.65~1.725V。工作電壓是指電池工作時，即電路中有電流流動時，電池正負(fù)極之間的電位差。

容量

電池的容量只有幾百安時，這是由電池中含有的活性物質(zhì)的量決定的，并與其成正比。即電池體積越大，活性物質(zhì)越多，容量越大。一般電池廠家標(biāo)明的額定容量是指在一定的環(huán)境溫度下，電池連續(xù)放電到規(guī)定的終止電壓的時間和電流的乘積。如果溫度過低或放電電流明顯大于標(biāo)準(zhǔn)放電電流，電池的容量可能無法完全釋放。

儲存壽命和自放電率

干電池的貯存期和自放電率參考一次性電池的貯存期指標(biāo)，即能保證一定質(zhì)量的貯存時間，約為2~3年。這是電池自由放置時的放電效應(yīng)造成的由于充電電池自放電率高，一般直接給出每月自放電率的百分之幾。

根據(jù)化學(xué)成分

干電池按化學(xué)成分可分為鋅錳電池、鋅汞電池等其中，鋅錳電池是應(yīng)用最廣泛的電池，發(fā)明于19世紀(jì)末它的基本原理是利用位于電池中心的碳棒將正極包裹上二氧化錳和碳粉，負(fù)極由鋅和銅制成、制備淀粉漿等的混合物作為電解液。從鋅錳干電池的電化學(xué)反應(yīng)方程式可以看出，在放電過程中，正極 MnO 2的電子發(fā)生還原反應(yīng)生成 MnO(OH)負(fù)極Zn失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成 Zn(NH3)2Cl2。鋅汞電池的特點(diǎn)是電動勢和工作電壓穩(wěn)定，放電過程中電壓變化很小，保持在 1.34V左右。

根據(jù)電解質(zhì)的酸堿性質(zhì)

酸性鋅錳干電池是以鋅管為負(fù)極，通過汞齊化處理使表面性質(zhì)更加均勻，以減少鋅的腐蝕，提高電池儲存性能的干電池。其陽極材料由二氧化錳粉末制成、由氯化銨和碳黑組成的混合糊狀物。在陽極和陰極之間有一層加強(qiáng)的隔離紙，里面浸透了含有氯化銨和氯化鋅的電解質(zhì)溶液，陽極材料中間插著一根碳棒作為提取電流的導(dǎo)體。

堿性鋅錳電池1882年研制成功，1912年研制成功，1949年投產(chǎn)。堿性鋅錳電池以鋅為負(fù)極，二氧化錳為正極，氫氧化鈉或氫氧化鉀為電解液，采用反極性結(jié)構(gòu)，可以顯著提高電池的比能量和放電電流。

根據(jù)退偏器的材料

鋅錳電池主要使用二氧化錳作為去極化劑，在水中混入石墨粉和氯化銨。在其中心插入一根導(dǎo)電性好的碳棒，形成陽極，起到消極的作用。此外，使用鋅管作為陰極，并且在兩個電極之間填充氯化銨、氯化鋅溶液和淀粉加熱形成糊狀隔離層這種電池叫鋅錳圓柱形干電池。

空氣電池以鋅為陰極，用活性炭吸收大氣中的氧氣作為去極化劑，與氯化銨混合、水混合均勻，中間插入碳棒形成陽極體，起到電極熄滅的作用。這種電池的結(jié)構(gòu)與鋅錳干電池基本相同。不同的是，中央碳棒有一個通氣孔，一些孔是在電池上打孔的 去極化器本身有助于通氣這種電池叫做空氣電池。

根據(jù)隔離層的用途

根據(jù)隔板類型的不同，干電池可分為糊狀電池和紙板電池。早期的糊電池是在鋅筒周圍貼吸水紙吸收氯化銨水溶液，用石墨和二氧化錳的混合物填充碳帶和多孔筒之間的空隙，制成干電池。紙板電池是繼膏狀電池之后的一種新型電池。在這款電池中，電芯粉和鋅桶之間不再使用糊料，而是使用涂有特殊材料的槳紙作為間隔物。槳紙?jiān)诟綦x正負(fù)極的同時起到了離子的通道作用，所以紙板電池的容量比糊電池高。在制造過程中，省去了注入電漿的過程，只需要槳紙和底碳。高容量紙板電池也叫銨電池，高功率紙板電池也叫鋅電池。

危害

廢電池含有幾種重金屬，如汞、鎘、鉛、重金屬如鎳，如下表所示。廢舊鋅錳干電池中含有的重金屬和廢酸電解液會隨著電池長時間暴露在地面或埋在地下而逐漸腐蝕，里面的重金屬會慢慢滲透到土壤或水體中，直接造成這一區(qū)域的嚴(yán)重污染。廢電池對人體健康的危害不容忽視。通過污染土壤和水源，重金屬隨著食物鏈的遷移存在于植物和動物體內(nèi)，然后被人體攝入并在人體內(nèi)逐漸富集，最終導(dǎo)致人體部分器官慢性中毒甚至衰竭。回收方法目前，廢舊干電池的回收方法主要是人工分選技術(shù)、干法處理技術(shù)、濕處理技術(shù)和干濕混合處理技術(shù)。

人工分選技術(shù)

人工分離回收技術(shù)是將普通干電池進(jìn)行分類，使用簡單的機(jī)械，比如鉗子、鋸等拆開電池；然后用人工手段把各種物質(zhì)分離出來。具體流程是在負(fù)壓環(huán)境下，在帶有凈化裝置的工作臺中對干電池進(jìn)行逐一切割首先，手動分離的塑料蓋被送到塑料廠進(jìn)行回收；其次，分離后回收銅和碳棒；鋅皮再次清洗，然后送至電爐重鑄成鋅錠；最后將二氧化錳和水鎂石的混合物送入回轉(zhuǎn)窯煅燒，脫水后得到二氧化錳，實(shí)現(xiàn)干電池的資源化利用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是非常容易操作，所需的機(jī)械設(shè)備也比較簡單，缺點(diǎn)是需要大量的手工勞動，回收效率低，經(jīng)濟(jì)效益小。

干法處理技術(shù)

干法又稱火法。這種方法是根據(jù)各種金屬的蒸汽壓來回收資源的、沸點(diǎn)和熔點(diǎn)不一樣，在各種溫度下是分不開的、蒸發(fā)、冷凝出不同成分。干法回收技術(shù)分為發(fā)煙回收法和電極放電加熱分解法。發(fā)煙回收法是對廢電池進(jìn)行分類、粉碎后放入溫度不低于600℃的馬弗爐中進(jìn)行高溫焙燒，產(chǎn)生的含汞廢氣由旋風(fēng)除塵器或干式電收塵器收集，或通過風(fēng)冷或冷凝器冷卻回收汞。其他組分轉(zhuǎn)移到熔化爐或回轉(zhuǎn)窯中，爐料中的金屬化合物在11001300℃的高溫下被還原成金屬單質(zhì)，并以蒸汽或液體的形式回收。發(fā)煙法只能從鋅錳電池中回收鋅、汞、鉛和鐵等金屬以及電池中的其他成分需要進(jìn)一步處理這種方法的推廣使用有局限性，成本高。電極放電加熱分解法是指三相電極瞬間放電，使材料產(chǎn)生4000℃以上的高溫，將電池中的鐵烘干、鋅銅等金屬從氧化錳中分離出來，同時汞蒸氣被冷凝器回收，其他成分完全燃燒。該法雖然對鐵、鋅和銅回收完全，回收產(chǎn)品純度高、脫汞效果好，但該方法操作過程復(fù)雜，設(shè)備投資大，能耗高。

濕法處理技術(shù)

濕法也可稱為電沉積，處理廢電池后會對環(huán)境造成二次污染。該技術(shù)根據(jù)廢舊電池中的金屬及其化合物易溶于酸的特性，先將電池溶解，溶解液用于生產(chǎn)硫酸鋅、硫酸錳等或者提純后生產(chǎn)鋅、二氧化錳等。濕法根據(jù)具體工藝不同分為直接酸浸法和焙燒酸浸法。直接酸浸法是將廢舊干電池分類粉碎，然后放入稀硫酸浸出槽中進(jìn)行浸出鋅及其化合物進(jìn)入硫酸溶液，過濾后的濾液中含有硫酸鋅從濾渣中分離出銅蓋和鐵鱗后，從剩余的濾渣中進(jìn)一步提取錳。焙燒酸浸法是將廢舊干電池粉碎，放入電回轉(zhuǎn)窯中焙燒在高溫焙燒過程中，電池中的鋅以蒸汽的形式進(jìn)入煙氣中?？竞煤?，取下銅蓋、用硫酸溶液作為溶劑浸出碳棒和其它雜質(zhì)。濕法處理利用技術(shù)的優(yōu)勢設(shè)備投資少、運(yùn)行費(fèi)用較低。比如直接酸浸法的優(yōu)點(diǎn)是可以利用現(xiàn)有的濕法煉鋅廠的設(shè)備和技術(shù)回收廢舊鋅錳電池，但是添加了更多的化學(xué)品、產(chǎn)品純度低，工藝流程長，后續(xù)廢水處理成本高。

干濕處理結(jié)合法

干濕法也稱焙燒-電沉積法是一種新的回收技術(shù)，它充分結(jié)合了濕法回收和干法回收其效果不錯，但一般工序復(fù)雜、成本較高的缺點(diǎn)。操作步驟是粉碎廢電池、分類、經(jīng)過篩選和磁選除鐵后，放入電回轉(zhuǎn)窯進(jìn)一步焙燒，溫度范圍控制在850 ~ 900℃。在焙燒過程中，二氧化錳被電池中的乙炔黑和石墨逐漸還原成氧化錳。鋅殼會不斷進(jìn)入煙氣，煙氣冷卻后，在布袋除塵器的幫助下回收鋅。焙燒冷卻后，除去碳棒銅帽等雜質(zhì)，用80℃硫酸溶液浸出后，剩余鋅全部進(jìn)入溶液。這種硫酸浸出液含有雜質(zhì)，因此在電沉積之前必須對溶液進(jìn)行凈化。電積同時回收錳和鋅是一個雙產(chǎn)物的過程，正負(fù)極的相關(guān)電積條件不同，必須調(diào)整兩極的具體工作條件。

在傳統(tǒng)市場領(lǐng)域，鋅錳電池作為國際標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，大小不一、單體形狀有通用標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)快速批量生產(chǎn)，攜帶方便，價格便宜，是家用電器、電動玩具、遙控器、鐘表相機(jī)等生活必需品是居民 工作、生活不可缺少的主要獨(dú)立電源。所以市場需求相對剛性，市場規(guī)模相對穩(wěn)定。

從干電池制造的上游行業(yè)來看，干電池行業(yè)的上游供應(yīng)商主要是電解二氧化錳粉、鋅粉、隔離紙、鋼殼、碳棒、鋅管銅針等制造企業(yè)。

在新興的下游產(chǎn)品市場，鋅錳電池工作電壓高、內(nèi)阻低、單位質(zhì)量的電極活性材料具有高容量和長電池壽命的優(yōu)點(diǎn)作為小電器的主電源，適用于大電流放電和需要較長放電的場合。隨著日常生活中電器的不斷智能化、無線便攜式新興小型消費(fèi)電子產(chǎn)品（如電子門鎖、無線鼠標(biāo)、無線鍵盤和電動美容儀等）的興起、智能家居的發(fā)展推動了各類智能小家電的普及。同時，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展也帶動了對更多電子設(shè)備的需求，尤其是在遠(yuǎn)程控制和醫(yī)療電子設(shè)備領(lǐng)域。這為鋅錳電池開辟了新的市場空間。

隨著人們生活水平的提高這不僅促進(jìn)了鋅錳電池技術(shù)的升級，也極大地擴(kuò)大了環(huán)保鋅錳電池的市場需求，改變了環(huán)保鋅錳電池的需求結(jié)構(gòu)。因此，鋅錳電池將是高能量的、高功率、輕量化、單元化、長壽與系統(tǒng)和智力的發(fā)展。