电池铜针技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

碱性锌锰电池是当今民用电池中具有最佳性价比的产品之一，是我国重点发展的电池产品。为了提高碱锰电池的贮存性能和防漏性能，在生产过程中一般需在负极活性物质中添加汞作为缓蚀剂，但电池里的汞会污染环境。国家九部委已与1997年12月31日联合发布了“关于限制电池产品汞含量的规定”的通知，要求从2005年1月1日起禁止在国内生产汞含量大于电池重量0.0001%的电池。因此，无汞碱锰电池及其相关技术和规模化生产过程中的工艺控制已成为电池行业中具备碱锰电池生产能力的企业所关注的热点。

由于碱锰电池使用的锌膏处于电池中心部位，需要插入集流体铜针以集中传导电子和均匀分配电流。当锌膏中有汞作为缓蚀剂时，锌粉和铜针表面上的锌均能发生汞齐化反应形成锌汞齐，避免了锌膏与集流体铜针电偶对的原电池腐蚀，从而确保贮存性能和导电性能良好。

但是在无汞条件下，集流体铜针与无汞锌粉之间将不可避免地发生电化学反应而析出氢气，使电池的贮存性能和防漏性能急剧降低，不能满足用户需要。目前解决的途径是在集流体铜针表面镀履析氢过电位高的金属（如Sn、In等）。

镀锡铜针在电池使用后期锡层易脱落而影响电池性能。虽然国内很多厂家采用镀锡工艺，但其使用效果一直不如镀铟工艺。集流体铜针镀铟的工艺技术水平的高低及铟层质量好坏是影响无汞碱锰电池生产与应用的至关重要的因素。虽然电镀铟的集流体铜针能够满足电池生产需求，但镀铟生产需要采用In阳极或Pt阳极，且镀铟层致密度、与基体结合力均不如化学镀铟层。为此，国外某公司采用有氰化学镀铟技术处理集流体铜针，在无汞碱锰电池生产中获得满意效果，但是其含氰废液处理困难，并显著增加了镀铟生产成本。

第二节 产品工艺特点或流程

电池的密封性能与电池内的析氢量相关。因此电池生产对集流体铜针的表面状况以及锌粉的质量要求较高。锌粉析氢量的多少除与负极集流体有关外，还与电解液的组成、电解液的量和温度等诸因素有关。

为了降低锌锰碱性电池的气胀-漏液率，在碱性电池生产中早先是将阴极集流体-铜针采用日本进口“擦光剂”对铜针进行清洗，以降低锌锰碱性电池的气胀一漏液情况，采用这种方法使碱性电池的气胀一漏液率控制在0．1％-0．5％以内。

随着人们对碱性电池质量要求的不断提高，近年来国内开展了碱性电池阴极集流体-铜针镀锡的热潮，以进一步降低碱性电池的气胀一漏液率。由于近年来国内、外用户对碱性电池的气胀一漏液率要求降低至0．00X％，甚至更低，因此许多碱性电池生产厂家相继采用了镀钢铜针作为碱性电池阴极的集流体。

实验结果表明，无汞锌粉中一旦插入仅酸洗不镀铟的铜针，由于铜与锌电极电位差异很大，容易发生电化学反应而析出大量的氢气。但镀铟铜针插入无汞锌粉时，由于铟是析氢电位很高的金属，铜针表面上不管是有氰还是无氰化学镀铟，其析氢量明显降低，表明集流体与锌粉之间的电化学反应得到了明显抑制；还表明采用化学镀铟铜针对无汞碱锰电池的集流体是可行的，而且无氰化学镀铟层的析氢行为更为稳定。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

由化学镀铟基本原理可知，化学镀铟溶液主盐由铟盐、还原剂、络合剂等组成，根据化学镀一般概念可以认为化学镀铟过程是用还原剂把溶液中的铟子还原沉积在具有催化活性的表面上，其反应式为：

InCm3++RIn+mC+O

C为络合剂，m为络合剂配位体数目，R、O分别为还原剂的还原态和氧化态，根据化学镀反应式书写的一般原则，其阴极、阳极反应可分别表示为：

阴极反应：InCm3++3eIn+mC；

阳极反应：RO+3e；

该氧化还原反应能否自发进行的热力学判断依据是反应吉布斯自由能的变化rGm。现以次亚磷酸盐作为还原剂，计算在298K下无络合剂时化学镀铟过程中标准吉布斯自由能的变化rGm（298K）。

该反应自由能的变化rGm（298K）=95.9kJ/mol，反应自由能变化rGm（298K）为负值，且比零小得多，所以热力学计算表明用次亚磷酸盐做还原剂还原In3+是可行的。

化学镀铟溶液的成分

化学镀铟的方法是将经酸洗活化的集流体铜针浸入到镀液中，插入引发Al片即可镀上一层铟，镀液温度控制在1092，时间160min。

同其它表面处理方法一样，化学镀铟由电镀前处理、施镀操作、镀后处理等工序组成，正确实施工艺过程对于获得质量合格的镀层非常重要。与电镀工艺相比，化学镀铟工艺全过程应格外仔细，化学镀铟取决于工件表面均匀一致的、迅速的初始状态（成核过程），不需施加任何电压，只要工件一进入镀液即形成均匀一致的沉积界面，这一点很重要，因为化学镀铟是一种异相表面自催化反应。一般说来，化学镀铟溶液比电镀溶液更加敏感娇弱，其中各项化学成分的平衡、工艺参数的可操作范围比较窄，对污染物（特别是重金属离子）耐受能力很差，需要对其给予更多的维护，以尽可能延长化学镀液的寿命。

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