6-2鎳氫電池.

1、銖鎘與銖氫電池幾種二次電池的性能比較:技術(shù)參數(shù)像鎘電池傑氫電池鋰離子電池工作電壓(V)1.21.23.6質(zhì)a比能s(wh/kg)40-5080100-160體積比能fi(wh/L)150200270-300壽觸次)5005001000自放電率(%/丿打25-30206-8充電速率(C)Pic1C1C一、堿性電池概論1 定義：以KOH、NaOH水溶液作為電解 質(zhì)的蓄電池統(tǒng)稱為堿性蓄電池。堿性電池的種類：鐵鎳；鎘鎳；氫鎳;2堿性電池優(yōu)點(diǎn)：能量密度高，自放電 小，貯存性能較好，可以制作成密閉電 池，易于實(shí)現(xiàn)小型化。3.堿性蓄電池的正極活性物質(zhì)： NiOOH正極(氧化鐮電極)和氧化銀電極。NiOOH成

2、流反應(yīng)機(jī)理：氧化鐮電極 在堿性溶液中，充電態(tài)為NiOOH,放 電態(tài)為Ni(OH)2oH+由電極內(nèi)部向電極表面擴(kuò)散，由于是在固相中擴(kuò)散，速度很慢。4.堿性電池負(fù)極活性物質(zhì)包括鎘（Cd）、鋅（Zn）、鐵（Fe）和儲氫合金。二、NiCd/NiMH電池的歷史1901年瑞典人尤格涅爾（w. JMger） 發(fā)明了鎘銀電池。二十世紀(jì)前50年研制生產(chǎn)的有極板 盒（或袋式）電池（正、負(fù)級活性物質(zhì) 填充在有穿孔的鍍銀鋼帶做成的殼子 里）。用作牽引、起動(dòng)、照明及信號 電源。第二階段是本世紀(jì)50年代研制的燒結(jié)式電池，在第二次世界大戰(zhàn)期間德國的瓦爾塔(Vana)公司，首次制成燒結(jié)式電池。由于電級可以做得很薄，真實(shí)表面積

3、較大，電級間 距離可以縮小，因此，該燒結(jié)式電池可承受 大電流密度的放電。第二次世界大戰(zhàn)后，許多國家開始制造燒結(jié)式電池，并在短期內(nèi)得到迅速的發(fā)展，用作 坦克、飛機(jī)和火箭等各種發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電源。有的還作為飛機(jī)的隨航應(yīng)急電源使用。第三階段為二十世紀(jì)60年代研制的 密封NiCd電池。由于燒結(jié)式密封鎘鐮電池艙大電流放電，可以滿足負(fù)載大功率的需要，可用作衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、攜帶式激光器，背負(fù)式報(bào)話機(jī)，電子計(jì)算機(jī)，助聽器和小功率電子儀器的電源。特別是,鎘銀電池作為一種高效的長壽命艙電化學(xué)貯能裝置在航天事業(yè)的發(fā)展中起了重大的作用。1958年后我國鎘鐮電池工業(yè)蓬勃發(fā)展，1990年前后生產(chǎn)工藝技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模和研制水

4、平再上新臺階，已實(shí)現(xiàn)了鎘鐮電他的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)。 臬氫電池發(fā)展1991年首個(gè)操氫電池誕生z當(dāng)時(shí)操氫電池的比容量 從54 Whkg,而目前的商用電池比容量達(dá)到了 lOOWhkg-由容量為30mAh的電池單元組成 250Ah電池已經(jīng)應(yīng)用于電動(dòng)bus , 6Ah電池應(yīng)用于電 動(dòng)汽車（EV ）。而且現(xiàn)在的臬氫電池應(yīng)用的溫度范圍 也得到了大大地提高,在-30C-70C范圍內(nèi),依然能 夠保持90%以上的容星。而這些提高得益于金屬氫化 物和氫氧化鎮(zhèn)材料的性能改進(jìn)。(ommercial PrTMW0.00.40.81.6202.42.83 立 3.64.0pacit (Ah)三、鐮鎘、銀氫電池的反應(yīng)MiN

5、iCd電池負(fù)極：Cd正極：NiOOH三價(jià)鐮的氫氧化物負(fù)極反應(yīng)：Cd+2 OH jCd(OH)2+2e正極反應(yīng)：NiOOH+H2+e Ni(OH)2+OH-在充放電時(shí)總反應(yīng):2NiOOH+Cd+2 H2O 2 Ni(OH)2+Cd(OH)2在放電過程中，電解液將失水;在 充電過程中，生成水，因此對于 電解液量要加以控制。鐮氫電池鐮氫電池是繼銀鎘電池之后的新一代高能二次電池。是二次電池重要的發(fā)展 方向之一鐮氫電池作為動(dòng) 力在汽車和電動(dòng)工具方面有 很重要的應(yīng)用。冃前銀氫電池逐步向高1.1 MH-Ni電池的基本原理1.1.1 MH-Ni電池的工作原理MH-Ni電池是一種誡性電池，負(fù)極采用由儲氫材料作為

6、活性物質(zhì)的氫 化物電極，正極采用氧氧化臻(簡稱線電極)，電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液, 其電化學(xué)式可表示為(-)I/MH|KOH(6niobT.)|Ni(OH)2/NiOOH (+)式中，M代表儲氫合金；、IH代表金屬氫化物。電池工作原理如圖所 示。充電的時(shí)候，正極發(fā)生f N8H轉(zhuǎn)變，負(fù)板則發(fā)生水分 解反應(yīng)，合金表面吸附氫，生成氫化物。放電過程是上述反應(yīng)的逆反應(yīng)， 即正極發(fā)生Ni(OOII)轉(zhuǎn)變?yōu)镹i(OII)r負(fù)極儲氫合金脫氫，在表面生成水。e充電負(fù)極(金屬氫化%) NiOOH + H2O-e-負(fù)極反應(yīng)：M+H2O +eMH+ OH銀丸電池放電時(shí)：正極反應(yīng)：NiOOH + H20 + eNi(OH

7、)2 + OH負(fù)極反應(yīng)：MH+ OHTM+H2O+e臬氫電池結(jié)構(gòu)疋刼接線柱（內(nèi)藏掙氣閥） 封口體 墊圈正極矢血體負(fù)跟栗電體圓柱形Ni/ MH電池的結(jié)構(gòu)示意電池充（0負(fù)啜接線柱）個(gè)極板王扱扳丼賛_推極二CS-閥檢 正板絕紡椽皮罔電池的主要結(jié)構(gòu)組成鎳2（電池采用與牒鎘電池相同的N i氧化物作為正 極，儲氫金屬作為負(fù)極，堿液（主要為KOH）作 為電解液：密封IHAi電池主要組件包括：正極板（氫氧化亞銀板）、負(fù)極板（儲氫 合金板）、隔板、電解液、密封墊片、絕緣蓋板、金屬外殼、塑料套管、正 極蓋、負(fù)極筒。鎳氫電池的主要結(jié)構(gòu)組成正極片：氫氧化亞鉆、氧化亞鉆、添加劑、基休（發(fā)泡銖）負(fù)極片：（儲氫合金、基體（

8、鋼帶、鋼網(wǎng)、飾 電解液：（以KOH為主的水 隔膜紙密封圈 正極帽電池殼目前，MH-Ni電池產(chǎn)品主要有圓柱形、方形和扣式三類。不論哪種結(jié)構(gòu)的電池，均由外殼、正極片、負(fù)極片以及正負(fù)極極耳（導(dǎo)電帶）、密封圈、放 氣閥帽（正極）、隔膜等組成。Mega fiveinsulation GasketInsulatorCCapSafety VentInsulation RingPositive ElectrcxieSparator 臬氫電池發(fā)展優(yōu)勢和應(yīng)用(a) 能量密度高；(b) 無鎘污染，是綠色電池；(c) 可以大電流快速充放電；(d) Ni / MH電池的工作電壓也是1.2V ,與Ni / Cd電池具有互

9、換性等獨(dú)特優(yōu)勢。在小型便攜式電子器件中獲得了廣泛應(yīng)用，在電動(dòng)工具、 電動(dòng)車也正在逐步得到應(yīng)用。使用鐮凱電池的電動(dòng)助力車綠色環(huán)保的鎮(zhèn)弐電池1 基板制備方法1）燒結(jié)式極板燒結(jié)式基板為一多孔傑基體。干法：銀粉與造孔劑（碳酸氫氨）混合,與骨架（鍍鎳網(wǎng)）一起模壓成型。濕法：刮漿法，包括銀漿配置，刮漿，干燥。氧化鐮電極的一個(gè)特點(diǎn)：在充電開始后不久既有析氧副反應(yīng)發(fā)生。當(dāng)電極停止充電后，電極表面的NiO2可進(jìn)行分解,即:2NiO2 +2H2ONi(OH)2+OH-此時(shí)電極電勢有所下降，電極容量有所損失。2）非燒結(jié)式基板 泡沫鐮電極 多孔樹脂材料-除油-粗化-敏化 -活化-化學(xué)鍍銀T電鍍鐮-后 處理2.電極制備

10、1）電極浸漬。將微孔燒結(jié)基板填以活性物質(zhì)的過程。將基板進(jìn)入適意基板 中，然后進(jìn)行化學(xué)、電化學(xué)或熱處理, 使活性物質(zhì)沉積在基板上O 需要反復(fù)進(jìn)行，以達(dá)到需要的活性物質(zhì) 量。2）拉漿法正極；和漿涂膏烘干壓片負(fù)極：負(fù)極和漿T鎘漿研磨T負(fù)極拉 漿- 烘干3化成電化學(xué)或化學(xué)1）去除夾雜在電極中的有害雜質(zhì);2）電極經(jīng)過化成，經(jīng)歷了幾次氧化還原過程，可增大電極的真實(shí)表面積;3）和電極結(jié)合比較疏松的活性物質(zhì)在化成后的清洗過程中可以被刷去。五、鐮氫電池常用的標(biāo)準(zhǔn)與電池性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：銀統(tǒng)電池的標(biāo)準(zhǔn)為IEC61951-2： 2003： IEC即國際電丄委 員會(International Electrical Co

11、mmission),是由各國 電工委員會組成的枇界性標(biāo)準(zhǔn)化組織，KH的是為了促進(jìn)世 界電工電子領(lǐng)域的標(biāo)來化。IEC標(biāo)準(zhǔn)足山國際電工委員會制 定的標(biāo)準(zhǔn)。電池常用國家標(biāo)準(zhǔn)：銀勾.電池的標(biāo)準(zhǔn)GB/T15100_1994, GB/T18288_2000;電池常用麻準(zhǔn)也有日木匸業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS C關(guān)于電池的標(biāo)準(zhǔn)。電池內(nèi)阻足指電池在1】作時(shí)，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力。 由歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻大，會導(dǎo) 致電池放電工作電壓降低，放電時(shí)間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造丄藝、電池結(jié)構(gòu)等 因素的影響。是衡量電池杵能的一個(gè)重要參數(shù)。注：一般以充電態(tài)內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)。測量電池的內(nèi)阻需用 專用內(nèi)阻儀測量

12、，而不能用萬川表歐姆檔測Mo電池電壓1）標(biāo)稱電壓電池的標(biāo)稱電壓指的足在正常II作過程中衣現(xiàn)出來的電壓, :次銀鎘銀氫電池標(biāo)稱電壓為1.2V：.次鋰電池標(biāo)稱電壓為3.6Vq2）開路電壓開路電壓是指電池在非丄作狀態(tài)下即電路無電流流過時(shí)， 電池正負(fù)極之間的電勢差。丄作電壓乂稱端電壓，是指電池 在丄作狀態(tài)卜即電路中竹電流過時(shí)電池止負(fù)極2間電勢差。電池的容量:電池的容量冇額定容量利實(shí)際容量之分。 電池的額定容量是指設(shè)計(jì)與制造電池時(shí)規(guī)定 或保證電池在一定的放電條件下，應(yīng)該放出 最低限度的電M：o IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定銀鎘和鐮氯 電池/K20C5C環(huán)境下，以0.1C充電16小 時(shí)后以0.2C放電至1.0V時(shí)所放出

13、的電量為電 池的額定容量；1.00.9*3K 2(r二-10.2C15(?、T020406080100120放電容GH%車溫下.不同放電倍車電壓隨 放電容鼠的變化規(guī)律電池的放電殘余容量當(dāng)對可充電電池用大電流（如1C或以上）放電時(shí),由 于電流過大使內(nèi)部擴(kuò)散速率存在的“瓶頸效應(yīng)”，致使電 池在容量未能完全放出時(shí)已到達(dá)終點(diǎn)電壓，再用小電流如 0.2C還能繼續(xù)放電，直至1.0V/支（諫鎘和銀氫電池）放電平臺銀氫充電電池的放電平臺通常 是指電池在一定的放電制度下 放電時(shí)，電池的丄作電壓比較 平穩(wěn)的電壓范|韋|,比數(shù)值與放 電電流有關(guān)，電流越大，其數(shù) 值就越低。標(biāo)準(zhǔn)充電后，擱置 10分鐘，在任何倍率的放電

14、電 流下下放電至1 2 V時(shí)的放電時(shí) 間。是衡量電池好壞的垂要標(biāo) 準(zhǔn)。電池的可靠性測試項(xiàng)目（H）循打蟲命02）不同倍率放電特性 03）不同溫度放電待件 04）充電特性05） |放電特性 06）貯存特性07過放電待性08）不同溫度內(nèi)阻特性09）溫度循環(huán)測試10）跌落測試 11）振動(dòng)測試12）容星:測試13）內(nèi)阻測試14） GMS測試15）高低溫沖擊測試 16）機(jī)械沖擊測試 17）爲(wèi)溫高濕測試電池的安全性測試項(xiàng)目 01）短路測試 02）過充、過放測試 03）耐壓測試 04）撞肯測試 05）拆動(dòng)測迖 06）加熱測試 07）火燒測試 09）變溫循壞測試 10） kll流充電測試 11）白由跌落測試 1

15、2）低氣壓測試 13）強(qiáng)制放電測試 15）電熱板測試 17）熱沖擊測試 19）針刺測試 20）擠壓測試21） fi：物沖擊測試六、鎳氫電池材料 正極材料.球形Ni(OH)2正極材料Ni(OH)2是涂覆式Ni/MH電池正極使用的 活性物質(zhì)。電極充電時(shí)Ni(OH)2轉(zhuǎn)變成NiOOH , Ni被氧化成 Ni3+放電時(shí)NiOOH逆變成NiQHb , Ni?+還原成 Ni2+。負(fù)極材料儲氫合金(MH)、其他儲氫材料用于Ni / MH電池負(fù)極材料的儲氫合金應(yīng)滿足下述條件:(a) 電化學(xué)儲氫容量高；(b) 在熱堿電解質(zhì)溶液中合金組分的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定;(c) 反復(fù)充放電過程中合金不易粉化；(d) 合金應(yīng)有良

16、好的電和熱的傳導(dǎo)性；原材料成本低廉。1)Ni(OH)2材料的制備氧化謀的晶型a-Ni(OH)2 v-NiOOH 密度差別大。 卩-Ni(OH)2卩一NiOOH密度差別小， 減輕了電極的膨脹，變形。實(shí)際使用中應(yīng)控制電極在卩一Ni(OH)2，p -NiOOHo Ni(OH)2制備方法主要有三種:化學(xué)沉淀結(jié)晶法；鐮粉高壓催化氧化法;金屬銀電解沉淀法。多是采用化學(xué)沉淀方法，化學(xué)沉淀得到的 Ni(OH)2的綜合性能較好，得到廣泛的應(yīng)用。 基本反應(yīng)：NiSO4+2NaOH-Ni(OH)2l+Na2SO4以硫酸銀、氫氧化鈉、氨水及少量添加劑為 原料進(jìn)行生產(chǎn)，化學(xué)反應(yīng)在特殊結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜中 進(jìn)行，通過控制溫度、PH值、加料參數(shù)等來控 制微晶尺寸，產(chǎn)品要洗滌、干燥等?；y電極添加劑由于氧化鐮電極有半導(dǎo)體性質(zhì)，充放電反應(yīng)不徹底，活性物質(zhì)利用率不高。需要加入少量添加劑以提高電極性能。LiOH加入到電解液中，有以下幾個(gè)作用:防止氧化鐮晶粒長大，提高活性物質(zhì)利用率；與鉆同時(shí)存在，可以降低Y