1、12出版日期：出版日期：20072007年年0505月月参考书籍参考书籍3v3.1 3.1 氢氢-镍电池概述镍电池概述4氢镍电池应用：氢镍电池应用：民用通讯电源，各种便携民用通讯电源，各种便携式设备电源、电动工具、动力电源等。小式设备电源、电动工具、动力电源等。小型绿色电源，替代镉镍电池。型绿色电源，替代镉镍电池。3.1.1 3.1.1 氢镍电池氢镍电池的应用的应用5电动工具电动工具6便携式电源便携式电源7民用电信产品民用电信产品8动力电池动力电池9镍氢电池电动汽车镍氢电池电动汽车10u 氢氢-镍电池可分为镍电池可分为高压氢高压氢-镍电池镍电池和和低低压氢压氢-镍电池镍电池两类。两类。3.1.
2、2 3.1.2 镍镍氢电池氢电池类型类型 上世纪七十年代，发展上世纪七十年代，发展 高压氢高压氢-镍电池镍电池（H H2 2-NiOOH-NiOOH）电池）电池；八十年代八十年代，掀起金属氢化物，掀起金属氢化物-镍电池镍电池（低压氢低压氢-镍电池镍电池）(MH-NiOOHMH-NiOOH)的的热潮；热潮；九十年代九十年代，镍氢电池（，镍氢电池（MH-NiOOHMH-NiOOH）进）进入产业化（入产业化（日本三洋日本三洋）。）。1120 20 世纪世纪7070年代初由年代初由美国美国M.KleinM.Klein和和J.F.J.F.StockelStockel等等首先研制。密封氢首先研制。密封氢-
3、镍电池首次应镍电池首次应用是用是19771977年用作美国海军技术卫星年用作美国海军技术卫星IIII号号（NTS-2NTS-2）的贮能电源，连续飞行）的贮能电源，连续飞行10 10 多年。多年。19831983年国际通信卫星年国际通信卫星V V号也使用了氢号也使用了氢-镍镍电池。电池。p 高压氢高压氢-镍电池镍电池19771977年，美国海军技术年，美国海军技术卫星卫星II II号（号（NTS-2NTS-2）使）使用的高压氢镍贮能电源用的高压氢镍贮能电源12单体电池构成单体电池构成(-)Pt,H2 KOH或或NaOH NiOOH(+)正极正极活性物质活性物质：NiOOHNiOOH(三三价镍氢氧
4、化物价镍氢氧化物)负极负极活性物质活性物质：PtPt、PdPd等贵金属为催化剂等贵金属为催化剂，负极活性物质是电池内预先充入的高压氢负极活性物质是电池内预先充入的高压氢气气。电解液电解液：KOH/NaOHKOH/NaOH 隔膜隔膜：采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布。布。13n采用采用氢电极氢电极为负极，为负极，镍电极镍电极为正极，在为正极，在氢电极和镍电极间夹有一层吸饱氢电极和镍电极间夹有一层吸饱KOHKOH电解电解质溶液（质溶液（20 20 密度为密度为1.30 g/cm1.30 g/cm3 3）的石棉膜。）的石棉膜。n氢电极是用氢电极是用活性炭活性炭作载体，作
5、载体，聚四氟乙烯聚四氟乙烯（PTFEPTFE）粘结式）粘结式多孔气体扩散电极，它由多孔气体扩散电极，它由含含铂催化剂铂催化剂的催化层、拉伸镍网导电层、的催化层、拉伸镍网导电层、多孔聚四氟乙烯防水层组成。多孔聚四氟乙烯防水层组成。n镍电极可以用压制的镍电极可以用压制的Ni(OH)Ni(OH)2 2电极，也电极，也可用烧结的可用烧结的Ni(OH)Ni(OH)2 2电极。电极。14 高压氢高压氢-镍电池优点镍电池优点 具有较高的具有较高的比能量比能量、寿命长寿命长、耐过充过放耐过充过放、反极反极以及可以及可通过氢压通过氢压来指示电池荷电状态来指示电池荷电状态等优点。等优点。需耐高压容器，充电后氢压达
6、需耐高压容器，充电后氢压达3-5 Mpa3-5 Mpa；自放电较大；自放电较大；电池密封难度大，不能漏气，安全性差；电池密封难度大，不能漏气，安全性差；成本高。成本高。高压氢高压氢-镍电池缺点镍电池缺点因此，目前研制的高压氢因此，目前研制的高压氢-镍电池主要是应镍电池主要是应用于空间技术。用于空间技术。15p 低压氢低压氢-镍电池镍电池低压氢镍电池的发展历史低压氢镍电池的发展历史 2020世纪世纪6060年代年代，PHilipsPHilips实验室实验室发现发现LaNiLaNi5 5系多系多元储氢合金材料具有可逆的吸放氢性能；元储氢合金材料具有可逆的吸放氢性能；19731973年年，尝试，尝试
7、LaNiLaNi5 5作为二次电池负极材料，作为二次电池负极材料，但无法解决容量迅速衰减问题；但无法解决容量迅速衰减问题；19841984年年，利用，利用多元合金化多元合金化方法解决了方法解决了LaNiLaNi5 5容容量迅速衰减问题，日本松下、三洋、日立、东量迅速衰减问题，日本松下、三洋、日立、东芝，美国芝，美国OvonicOvonic，德国，德国VartaVarta以及荷兰以及荷兰PhilipsPhilips等等公司大规模开发生产公司大规模开发生产MH/NiMH/Ni电池，其中日本电池，其中日本MH/NiMH/Ni电池生产发展速度最迅猛电池生产发展速度最迅猛 ；我国是继日本美国等国较早进入
8、我国是继日本美国等国较早进入MH/NiMH/Ni电池电池产业化的国家之一产业化的国家之一 ，在国家，在国家“863”“863”高技术发高技术发展计划支持下，于展计划支持下，于9090年代初研制出容量为年代初研制出容量为1Ah1Ah的的AAAA型型Ni/MHNi/MH电池，电池，20012001年产量达年产量达2 2亿多只。亿多只。16低压氢镍电池结构低压氢镍电池结构正极活性物质正极活性物质：NiOOH(NiOOH(三价镍的氢氧化物三价镍的氢氧化物)负极负极活性物质活性物质：储氢合金（储氢合金（MHMH）电解液电解液：KOH/NaOHKOH/NaOH 隔膜隔膜：采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布采
9、用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布 额定电压额定电压：1.2V 1.2V(-)MH KOH或或NaOH NiOOH(+)17低压氢镍电池的特点低压氢镍电池的特点u 优点优点 能量密度能量密度高，是镍镉电他的高，是镍镉电他的1.51.5倍；倍；电池电池电压为电压为1 1.2 2 1 1.3 3 V V，与镍镉电池相当；与镍镉电池相当；无记忆效应，循环寿命长无记忆效应，循环寿命长 ；可可大电流放电，承受过充电、过放电能大电流放电，承受过充电、过放电能力强力强；无无污染，绿色环保电池污染，绿色环保电池 。u 缺点缺点价格高于镍镉电池，负极材料为稀土合金价格高于镍镉电池，负极材料为稀土合金材料；材料；自放
10、电自放电速度大。速度大。18v 3.2 3.2 高压氢高压氢-镍电池镍电池193.2.1 3.2.1 高压氢镍电池的工作原理高压氢镍电池的工作原理n氢氢-镍电池是镍电池是镉镉-镍电池镍电池技术和技术和燃料电池燃料电池技术相结合的产物，正极就是镉技术相结合的产物，正极就是镉-镍电池用镍电池用的的氧化镍电极氧化镍电极，负极是燃料电池用的，负极是燃料电池用的氢电氢电极极，负极活性物质是氢气，气体电极和固，负极活性物质是氢气，气体电极和固体电极共存是氢体电极共存是氢-镍电池的新特点。镍电池的新特点。n氢气压力变化在氢气压力变化在0.34 MPa0.34 MPa之间。因此，之间。因此，密封二次氢密封二次
11、氢-镍电池常被称为高压氢镍电池常被称为高压氢-镍电池。镍电池。202122233.2.2 3.2.2 高压氢镍电池的结构高压氢镍电池的结构压力容器压力容器正汇流条正汇流条电极组电极组下压板下压板密封件密封件绝缘垫圈绝缘垫圈正极柱正极柱上压板上压板负汇流条负汇流条焊接圈焊接圈负极柱负极柱注入孔注入孔氢镍单体电池剖面结构示意图氢镍单体电池剖面结构示意图24 IPV(independent pressure vessel)IPV(independent pressure vessel)：独立容独立容器电池器电池 CPV (common pressure vessel)CPV (common pres
12、sure vessel)：共容器，：共容器，每个容器里有多个极组串联每个容器里有多个极组串联 SPV(single pressrue vessel)SPV(single pressrue vessel)：一个电池组共：一个电池组共用一个压力器用一个压力器 DPV(dependent pressure vessel)DPV(dependent pressure vessel)：一个电池：一个电池一个容器，但容器的大面相互紧靠，相互一个容器，但容器的大面相互紧靠，相互支撑组成电池组。支撑组成电池组。高压氢镍电池结构分类高压氢镍电池结构分类25（1 1）压力容器）压力容器 （2 2）镍电极）镍电极
13、（3 3）氢电极）氢电极 铂催化电极铂催化电极 活性炭作载体活性炭作载体 聚四氟乙烯粘结的铂催化电极。聚四氟乙烯粘结的铂催化电极。高压氢镍电池组成高压氢镍电池组成26（4 4）隔膜）隔膜 石棉膜和氧化锆布，具有热石棉膜和氧化锆布，具有热稳定性和具有贮存电解液的作用。氧化稳定性和具有贮存电解液的作用。氧化锆布能够透过气体，称为双功能隔膜。锆布能够透过气体，称为双功能隔膜。（5 5）电解液）电解液 电解液为密度电解液为密度1.3 g/cm1.3 g/cm3 3的的KOHKOH水溶液，添加一定量的水溶液，添加一定量的LiOHLiOH。（6 6）电极组）电极组 ，背对背式和重复循环，背对背式和重复循环
14、27气体扩散网气体扩散网氢电极（氢电极（Pt）隔膜隔膜镍电极镍电极气体扩散网气体扩散网氢电极（氢电极（Pt）隔膜隔膜镍电极镍电极（a）背对背式）背对背式（b）重复循环式）重复循环式氢镍电池中电极对排列形式氢镍电池中电极对排列形式28高压氢镍电池的实物图高压氢镍电池的实物图2930313.2.3 3.2.3 高压氢镍电池的电性能高压氢镍电池的电性能高压氢镍电池的充放电性能高压氢镍电池的充放电性能3233高压氢镍电池的自放电特性高压氢镍电池的自放电特性(Self-discharge)(Self-discharge)34u 镍电极膨胀镍电极膨胀 u 密封壳体泄漏密封壳体泄漏u 电解液再分配电解液再分
15、配高压氢镍电池工作寿命高压氢镍电池工作寿命(Service life)(Service life)高压氢镍电池经历多次充放电循环过程后，高压氢镍电池经历多次充放电循环过程后，容量也是逐渐降低，其原因主要包括：容量也是逐渐降低，其原因主要包括：35v 3.3 3.3 低压氢低压氢-镍电池镍电池363.3.1 3.3.1 低压氢镍电池的工作原理低压氢镍电池的工作原理电池组成：电池组成：(-)MH/KOH/NiOOH(+)(-)MH/KOH/NiOOH(+)负极材料：储氢合金粉负极材料：储氢合金粉正极材料：正极材料：Ni(OH)Ni(OH)2 2单体电池电压：单体电池电压：1.2 V1.2 V循环寿
16、命：循环寿命：500-1000500-1000次次3738 MH/NiMH/Ni电池的电化学式可表示为：电池的电化学式可表示为：)()6()(NiOOHMKOHMHx39 充电时，正极充电时，正极Ni(OH)Ni(OH)2 2转变为转变为NiOOHNiOOH；水分子在贮氢合金负极水分子在贮氢合金负极MM上得到电子发上得到电子发生还原反应，分解出氢原子吸附在电极表生还原反应，分解出氢原子吸附在电极表面形成面形成吸附态吸附态MHMHadad，再扩散到合金内部被，再扩散到合金内部被吸收形成氢化物吸收形成氢化物MHMHabab。充电过程充电过程2adM H OMHOHe ad22MH2MH 副反应副反
17、应adabsMH-MH 固溶体固溶体abs-MH-MH 金属氢化物金属氢化物氢原子在合金中的扩散步骤为氢原子在合金中的扩散步骤为控制步骤控制步骤40l 充电初期，电极表面水分子在金属镍催化充电初期，电极表面水分子在金属镍催化作用下被还原成氢原子，氢原子吸附在合金作用下被还原成氢原子，氢原子吸附在合金表面，形成表面，形成吸附态氢原子吸附态氢原子MHMHadad。l 吸附在合金表面的氢原子扩散进入合金相吸附在合金表面的氢原子扩散进入合金相中，与合金相形成中，与合金相形成固溶体固溶体-MH-MHabab。l 当溶解于合金相的氢原子越来越多，氢原当溶解于合金相的氢原子越来越多，氢原子将与合金发生反应，
18、形成金属子将与合金发生反应，形成金属氢化物氢化物-MHMH。l 当氢原子浓度进一步提高，将发生当氢原子浓度进一步提高，将发生氢原子氢原子复合脱附复合脱附。41过充电过程过充电过程MH/NiMH/Ni电池一般采用负极容量过剩的配置方式电池一般采用负极容量过剩的配置方式，在，在MH/NiMH/Ni电池电池过充电过充电时，正、负极发生如下时，正、负极发生如下反应：反应：氢氧化镍电极氢氧化镍电极（正极）（正极）吸氢电极吸氢电极 （负极）（负极）22244OOHeOHOHeOOH44222氢氧化镍电极氢氧化镍电极过充电过充电态时产生的氧气，经过扩散在态时产生的氧气，经过扩散在负极上重新化合为水。既保持了
19、电池内压的恒定，负极上重新化合为水。既保持了电池内压的恒定，同时又使电同时又使电解液解液浓度不致发生巨大变化。浓度不致发生巨大变化。42l 放电时，正极放电时，正极NiOOHNiOOH得到电子转变为得到电子转变为Ni(OH)Ni(OH)2 2；l 金属氢化物金属氢化物(MH)(MH)内部的氢原子扩散到内部的氢原子扩散到表面而形成吸附态的氢原子，再发生电化表面而形成吸附态的氢原子，再发生电化学反应生成贮氢合金和水。学反应生成贮氢合金和水。l 氢原子的扩散步骤仍然成为负极放电过氢原子的扩散步骤仍然成为负极放电过程的控制步骤。程的控制步骤。放电过程放电过程43过放电过程过放电过程过放电时，电池的总反
20、应的净结果为零，过放电时，电池的总反应的净结果为零，由于在正极上产生的氢气会在负极上新化由于在正极上产生的氢气会在负极上新化合，同样也保持了电池体系的稳定。合，同样也保持了电池体系的稳定。44 MH/Ni MH/Ni电池正负极发生反应均属固相转变机电池正负极发生反应均属固相转变机制，不额外生成和消耗电解液组分，因此电池正制，不额外生成和消耗电解液组分，因此电池正负极具有较高稳定性，可实现负极具有较高稳定性，可实现密封和免维护密封和免维护。MH/NiMH/Ni电池一般采用负极容量过剩的配置方电池一般采用负极容量过剩的配置方式，式，电池过充时，正极析出的氧气可在金属氢化电池过充时，正极析出的氧气可
21、在金属氢化物电极表面被还原成水；电极过放时，正极析出物电极表面被还原成水；电极过放时，正极析出的氢气又可被金属氢化物电极吸收，从而使得电的氢气又可被金属氢化物电极吸收，从而使得电池具有良好的池具有良好的耐过充放能力耐过充放能力。当正极当正极析出的氧扩散到负极与氢发生反应时，析出的氧扩散到负极与氢发生反应时，不仅消耗负极的一部分氢，影响到负极的电极电不仅消耗负极的一部分氢，影响到负极的电极电位，而且释放的热量会导致电池内部温度显著升位，而且释放的热量会导致电池内部温度显著升高，从而高，从而加速电极反应加速电极反应。低压镍氢电池特点低压镍氢电池特点453.3.2 3.3.2 低压氢镍电池结构低压氢
22、镍电池结构 正极正极:活性物质（活性物质（NiNi(OHOH)2 2)、导电剂、溶剂、导电剂、溶剂、粘结剂、基体粘结剂、基体 。负极负极：活性物质（储氢合金粉活性物质（储氢合金粉)、粘合剂、粘合剂、溶剂、导电剂、基体溶剂、导电剂、基体 隔膜隔膜：PP+PEPP+PE 电解液电解液：KOH+LiOHKOH+LiOH 外壳外壳：钢壳、盖帽、极耳：钢壳、盖帽、极耳46镍氢电池结构镍氢电池结构正极正极正极基体：发泡镍（约正极基体：发泡镍（约1.6-1.7mm1.6-1.7mm厚厚)，或冲孔，或冲孔镀镍镀镍 钢钢带带 （0.06-0.08mm0.06-0.08mm厚）厚）正极物质：球镍正极物质：球镍+亚
23、亚钴钴+PTFE+PTFE正极集流体：镍带（约正极集流体：镍带（约0.1mm0.1mm厚）厚）焊点：（约焊点：（约4 48 8个个)47镍氢电池结构镍氢电池结构负极负极负极基体：铜网、钢网（约负极基体：铜网、钢网（约0.220.32mm0.220.32mm厚厚)钢带（约钢带（约0.040.08mm0.040.08mm厚厚)负极物质：负极物质：MH+HPMC+TEN+SBRMH+HPMC+TEN+SBR48镍氢电池结构镍氢电池结构隔膜隔膜l材质：维尼纶或者材质：维尼纶或者 PPPP（聚丙烯）（聚丙烯）或者或者尼龙尼龙l厚度：一般为厚度：一般为0.100.100.18mm 0.18mm 49镍氢电
24、池结构镍氢电池结构电解液电解液 性质：无色透明液体，具有较强腐蚀性。无色透明液体，具有较强腐蚀性。应用：应用：主要用于可充电镍氢电池的电解液。主要用于可充电镍氢电池的电解液。规格：规格：溶质组成溶质组成:KOH:LiOH:NaOH=40:1:3KOH:LiOH:NaOH=40:1:3(重量重量比比)溶剂组成溶剂组成 ：水：水 OH OH-浓度浓度 :7 7 mol/lmol/l 质量指标：质量指标：密度（密度（2525）：1.31.30.030.03 g/cmg/cm3 3 电导率（电导率（2525）：10.410.40.5 0.5 msms/cmcm503.3.3 3.3.3 低压氢镍电池的
25、电性能低压氢镍电池的电性能 常规性能：常规性能：容量容量 电压电压 内阻内阻 可靠性性能：可靠性性能：循环寿命循环寿命 放电平台放电平台 充放电特性充放电特性 自放自放电电 贮存性能贮存性能 高低温性能高低温性能 安全性能安全性能：过充过充 短路短路 过放过放 针刺针刺 跌落跌落 振动振动51p 容量、容量、电压电压 Step 1:Step 1:放电放电 0.2C1.0V/cell0.2C1.0V/cell Step 2Step 2：充电充电0.1C0.1C1616 hrshrs Step 3:Step 3:搁置搁置1-41-4 hrshrs Step 4:Step 4:放电放电0.2C1.0
26、0.2C1.0 V/cellV/cell 环境温度环境温度 202055 镍镍氢电池氢电池IECIEC容量测试方法容量测试方法镍氢电池开路电压：镍氢电池开路电压：1.2V1.2V52镍氢镍氢电池不同型号尺寸电池不同型号尺寸(圆柱型圆柱型)与容量与容量 系列系列光身直径光身直径标准高度标准高度(mm)(mm)尖头高度尖头高度(mm)(mm)容量范围容量范围(mAh)(mAh)AAAAAAAA8.2 8.2 40.0 40.0 300300以下以下AAAAAA10.0 10.0 43.0 43.0 44.5-0.544.5-0.5700700以下以下10.1 10.1 43.0 43.0 1000
27、1000以下以下AAAA13.9 13.9 49.0 49.0 50.5-0.550.5-0.515001500以下以下14.1 14.1 50.0 50.0 25002500以下以下A A16.5 16.5 50.0 50.0 25002500以下以下SCSC22.0 22.0 43.0 43.0 35003500以下以下C C25.2 25.2 49.0 49.0 50.0-0.550.0-0.545004500以下以下D D32.2 32.2 60.0 60.0 61.5-0.561.5-0.590009000以下以下F F32.2 32.2 90.0 90.0 1300013000以下
28、以下电池高度根据客户的要求进行设计，电池高度根据客户的要求进行设计，直径一般不能更改直径一般不能更改53（1 1）开发容量高的原材料）开发容量高的原材料 如：如：ABAB2 2型型LAVESLAVES相合金相合金理论最高容量可达理论最高容量可达700mAh/g 700mAh/g 以上，比以上，比ABAB5 5合金理论容量高一倍左右，合金理论容量高一倍左右，这种材料资源丰富、价格低廉，已成为目前国内外这种材料资源丰富、价格低廉，已成为目前国内外竞相研究开发的新热点。另外，竞相研究开发的新热点。另外，V V基固溶体合金基固溶体合金(V-(V-TiTi及及V-Ti-CrV-Ti-Cr等等)吸氢时可生
29、成吸氢时可生成VHVH及及VHVH2 2两种类型的氢两种类型的氢化物。其可逆储氢量大，氢在氢化物中扩散速度快，化物。其可逆储氢量大，氢在氢化物中扩散速度快，但是其在碱性溶液中没有电极活性，需掺杂其他金但是其在碱性溶液中没有电极活性，需掺杂其他金属并进行热处理，以提高在碱性溶液中的循环稳定属并进行热处理，以提高在碱性溶液中的循环稳定性和高倍率放电特性。作为一种新型高容量储氢材性和高倍率放电特性。作为一种新型高容量储氢材料，料，V V基固溶体合金显示出良好的应用开发前景。基固溶体合金显示出良好的应用开发前景。如何提高镍如何提高镍氢电池氢电池容量容量54（2 2）减少添加剂、粘结剂的用量，增加活性物
30、）减少添加剂、粘结剂的用量，增加活性物质的填充量质的填充量对一些高级电池的解剖实验分析表明，其粘对一些高级电池的解剖实验分析表明，其粘结剂、表面活性剂用量极少甚至没有，活性物结剂、表面活性剂用量极少甚至没有，活性物质很纯、杂质少，电池的容量和综合性能均很质很纯、杂质少，电池的容量和综合性能均很好。所以，在不影响其他性能的同时，通过降好。所以，在不影响其他性能的同时，通过降低添加剂的用量低添加剂的用量(寻找高效添加剂寻找高效添加剂)、增加活性物、增加活性物质的量来提高电池容量。质的量来提高电池容量。55 定义定义：电池在完全充电后完全放电，循：电池在完全充电后完全放电，循环进行，直到容量衰减为初
31、始容量的环进行，直到容量衰减为初始容量的60%60%，此时循环次数即为该电池之循环，此时循环次数即为该电池之循环寿命寿命。循环寿命与循环寿命与电池充放电制度电池充放电制度有关。有关。镍氢电池室温下镍氢电池室温下1C1C充放电循环寿命可达充放电循环寿命可达300-500300-500次次（行业标准），最高可达（行业标准），最高可达800-800-10001000次。次。p 循环寿命循环寿命56n 与其他二次电池一样，密封与其他二次电池一样，密封MH/NiMH/Ni电池经历电池经历多次充放电循环过程后，容量也是逐渐降低。多次充放电循环过程后，容量也是逐渐降低。n其原因包括：其原因包括：（1 1）稀
32、土元素、）稀土元素、MnMn元素的热力学不稳定，容易元素的热力学不稳定，容易被氧化，使储氢合金丧失储氢能力；被氧化，使储氢合金丧失储氢能力；（2 2）在充放电循环中，在合金粉末表面形成的）在充放电循环中，在合金粉末表面形成的氢氧化物增加，不利于合金吸收氢气；氢氧化物增加，不利于合金吸收氢气；（3 3）当电池内压高于密封通气孔的固定压力时，）当电池内压高于密封通气孔的固定压力时，就会发生气体泄漏，导致电解液数量减少，内就会发生气体泄漏，导致电解液数量减少，内部阻抗增大，容量降低，从而导致电池循环寿部阻抗增大，容量降低，从而导致电池循环寿命下降。命下降。57 放电平台放电平台 镍氢电池完全充电后，
33、放电至镍氢电池完全充电后，放电至1.21.2 V V时的容量时的容量记为记为C C1 1，放电至，放电至1.01.0 V V时的容量记为时的容量记为C C0 0，C C1 1/C/C0 0称为该电池之放电平台称为该电池之放电平台 行业标准行业标准1C1C放电平台为放电平台为70%70%以上，我们现在以上，我们现在可以作到可以作到83%-85%83%-85%放电平台对电池使用效果影响最大，关系到放电平台对电池使用效果影响最大，关系到用户实际使用效果或使用时间的长短。用户实际使用效果或使用时间的长短。p 充放电特性充放电特性58镍氢电池不同温度下的镍氢电池不同温度下的充电曲线充电曲线59镍氢电池不
34、同温度下的镍氢电池不同温度下的放电曲线放电曲线60镍氢电池不同电流镍氢电池不同电流的充电曲线的充电曲线由图看出，在较高电流充电后期必然出现充电电压下降和由图看出，在较高电流充电后期必然出现充电电压下降和温度上升的现象，由此可以作为快速充电的控制方法，即温度上升的现象，由此可以作为快速充电的控制方法，即用用-V V和和t t控制；电流越大，充电电压越高控制；电流越大，充电电压越高.61镍氢电池不同电流放电曲线镍氢电池不同电流放电曲线62镍氢电池不同电流镍氢电池不同电流下内压与充电容量关系曲线下内压与充电容量关系曲线63由以上分析可得出如下结论：由以上分析可得出如下结论：lMH-NiMH-Ni电池
35、的标称电压为电池的标称电压为1.2V1.2V；l 充电速率越快，充电电压越高；充电速率越快，充电电压越高；l MH-Ni MH-Ni电池具有负的温度系数，环境温电池具有负的温度系数，环境温度越高，电池充电电压降低；度越高，电池充电电压降低；l 电池放电容量与放电倍率有关，放电倍电池放电容量与放电倍率有关，放电倍率越大，放电电压越低，放电容量越小。率越大，放电电压越低，放电容量越小。64 如何改善电池大电流充放电性能如何改善电池大电流充放电性能（1 1）大电流充放电时内压问题）大电流充放电时内压问题 大电流充放电时内压问题将很突出，大电流充放电时内压问题将很突出，降低电池内压的途径主要是改进贮氢
36、合金降低电池内压的途径主要是改进贮氢合金负极的消氧机能。一方面寻找合适的输氧负极的消氧机能。一方面寻找合适的输氧载体，加快氧在电解液中的传导；另一方载体，加快氧在电解液中的传导；另一方面在电极表面涂一层钯粉或钯的氧化物作面在电极表面涂一层钯粉或钯的氧化物作为消氧催化剂，并采用适量的为消氧催化剂，并采用适量的PTFEPTFE为粘结为粘结剂在负极表面形成气剂在负极表面形成气-液液-固三相界面，使固三相界面，使其效率充分发挥。其效率充分发挥。65（2 2）隔膜材料）隔膜材料 大电流充放电对隔膜提出了更高的要求，隔大电流充放电对隔膜提出了更高的要求，隔膜吸碱量要高、自放电小、透气性好。隔膜是影膜吸碱量
37、要高、自放电小、透气性好。隔膜是影响电解液分布的重要因素，如果温度变化时吸碱响电解液分布的重要因素，如果温度变化时吸碱量变化很大，则动态碱液分布被扰乱，对电池的量变化很大，则动态碱液分布被扰乱，对电池的致命伤害。隔膜厚度的变化也应越小越好。动力致命伤害。隔膜厚度的变化也应越小越好。动力电池需考虑电池需考虑80-9080-90甚至更高温时吸碱厚度的变化。甚至更高温时吸碱厚度的变化。（3 3）密封材料、垫片和壳体等材料）密封材料、垫片和壳体等材料 此外，大电流放电对电池密封材料、垫片、壳此外，大电流放电对电池密封材料、垫片、壳体等耐高温特性要求高于普通电池，尤其是排气体等耐高温特性要求高于普通电池
38、，尤其是排气装置的开启压力应完全符合设计要求，否则安全装置的开启压力应完全符合设计要求，否则安全问题将成为高功率电池正常使用的制约因素。问题将成为高功率电池正常使用的制约因素。66NiNi/MHMH电池在电池在2020 下放电下放电性能最佳。由于低温下性能最佳。由于低温下(0(0以以下下)MH)MH的活性低和高温时的活性低和高温时(40(40以上以上)MH)MH易于分解析出易于分解析出H H2 2，致使电池的放电容量明显下降，甚至不能工作。致使电池的放电容量明显下降，甚至不能工作。p 温度特性温度特性67 电池完全充电后，放置一个月。然后用电池完全充电后，放置一个月。然后用1C1C放电至放电至
39、1.01.0 V V，其容量记为，其容量记为C C2 2；电池初；电池初始容量记为始容量记为C C0 0；1-C1-C2 2/C/C0 0即为该电池之月即为该电池之月自放电率自放电率 国际国际IECIEC标准镍氢电池月自放电率为标准镍氢电池月自放电率为40%40%，行业标准为，行业标准为30%30%。电池自放电与电池的放置性能有关，其电池自放电与电池的放置性能有关，其大小和电池内阻结构和材料性能有关。大小和电池内阻结构和材料性能有关。p 自放电自放电6869n MH/Ni MH/Ni电池的自放电比较大，电池的自放电比较大，2020度下自放电度下自放电率达到率达到2025%2025%。n 引起自
40、放电的主要因素：储氢合金的组成、引起自放电的主要因素：储氢合金的组成、环境温度、电池的组装工艺等。环境温度、电池的组装工艺等。n MH/NiMH/Ni电池的自放电主要受控于电池的自放电主要受控于MHMH电极，电极，储氢合金的析氢平台压力越高，则吸收的氢储氢合金的析氢平台压力越高，则吸收的氢气越容易从合金中逸出，与气越容易从合金中逸出，与NiOOHNiOOH反应，造反应，造成电池的自放电。成电池的自放电。H H2 2+2NiOOH 2Ni(OH)+2NiOOH 2Ni(OH)2 2 为此，要求储氢合金的析氢平台压力在为此，要求储氢合金的析氢平台压力在1010-4-41 1 MPaMPa之间。之间
41、。n储氢合金的氧化失效也会导致电池自放电。储氢合金的氧化失效也会导致电池自放电。70记忆效应是针对记忆效应是针对镍镉电池镍镉电池而言的而言的；由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池被完全放电前就重新较粗，如果镍镉电池被完全放电前就重新充电，镉晶粒易聚集成块而形成次级放电充电，镉晶粒易聚集成块而形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环将其作为放电的终点，尽管电池本身循环将其作为放电的终点，尽管电池本身容量可以使电池放电到更低的平台。在以容量可以使电池放电到更低的平台。在以后放电过程中电池将只记得这一低
42、容量。后放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池容量变的放电都将加深这一效应，使电池容量变得更低。得更低。p 记忆效应记忆效应71 要消除这种效应，有两种方法：一是采要消除这种效应，有两种方法：一是采用用小电流深度放电小电流深度放电（如用（如用0.1C0.1C放至放至0 0 V V）；一是采用大电流充放电（如：；一是采用大电流充放电（如：1C1C）几）几次。次。镍氢电池无记忆效应。镍氢电池无记忆效应。723.3.4 3.3.4 低压氢镍电池充电终止及控制低压氢镍电池充电终止及控制p 充电曲线特征充电曲线
43、特征第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段73第一阶段第一阶段 当当恒定电流刚充入放完电的电池时，由恒定电流刚充入放完电的电池时，由于电池内阻产生压降，所以电池电压很快于电池内阻产生压降，所以电池电压很快上升（上升（A A点）点）。此后此后，电池开始接受电荷，电池电压以，电池开始接受电荷，电池电压以较低的速率持续上升。在这个范围内（较低的速率持续上升。在这个范围内（ABAB之间），电化学反应以一定的速率产生氧之间），电化学反应以一定的速率产生氧气，同时氧气也以同样的速率与氢气化合，气，同时氧气也以同样的速率与氢气化合，因此，电池内部的温度和气体压力都很低。因此，电池内部的温度和气体压
44、力都很低。74第二阶段第二阶段 经过经过一定时间后（一定时间后（C C点），电解液中开点），电解液中开始产生气泡，这些气泡聚集在极板表面，始产生气泡，这些气泡聚集在极板表面，使极板的有效面积减小，所以电池的内阻使极板的有效面积减小，所以电池的内阻抗增加，电池电压开始较快上升抗增加，电池电压开始较快上升。这这是接近充足电的信号。是接近充足电的信号。75第三阶段第三阶段 充足充足电后，充入电池的电流不是转换为电池的电后，充入电池的电流不是转换为电池的贮能，而是在正极板产生氧气。氧气是由于电解贮能，而是在正极板产生氧气。氧气是由于电解液电解而产生的。在氢氧化钾和水组成的电解液液电解而产生的。在氢氧化
45、钾和水组成的电解液中，氢氧离子变成氧、水和自由电子，反应式为中，氢氧离子变成氧、水和自由电子，反应式为：4OH4OHOO2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e 虽然虽然电解液产生的氧气能很快在负极板表面的电解液产生的氧气能很快在负极板表面的电解液中复合，但是电池温度仍显著升高。此外电解液中复合，但是电池温度仍显著升高。此外由于充电电流用来产生氧气，所以电池内的压力由于充电电流用来产生氧气，所以电池内的压力也升高。也升高。由于由于从大量的氢氧离子中很容易分解出氧气，从大量的氢氧离子中很容易分解出氧气，所以电池内的温度急剧上升，这样就使电池电压所以电池内的温度急剧上升，这样就使电池电压下降。因此
46、电池电压曲线出现下降。因此电池电压曲线出现峰值（峰值（D D点）点）。76 电池的充电过程通常可分为电池的充电过程通常可分为预充电预充电、快快速充电速充电、补足充电补足充电、涓流充电涓流充电四个阶段。四个阶段。预充电预充电：对长期不用的或新电池充电时，一开：对长期不用的或新电池充电时，一开始就采用快速充电，会影响电池的寿命。因此，始就采用快速充电，会影响电池的寿命。因此，这种电池应先用小电流充电，使其满足一定的充这种电池应先用小电流充电，使其满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。电条件，这个阶段称为预充电。快速充电快速充电：就是用大电流充电，迅速恢复电池：就是用大电流充电，迅速恢复电池电能。
47、快速充电速率一般在电能。快速充电速率一般在1C1C以上，以上，快速充快速充电时电时间间由电池容量和充电速率决定。由电池容量和充电速率决定。p 充电过程充电过程77 补足补足充电充电：采用某些快速充电止法时，：采用某些快速充电止法时，快速充电终止后，电池并未充足电。为了快速充电终止后，电池并未充足电。为了保证充入保证充入100%100%的电量，还应加入补足充电的电量，还应加入补足充电过程。补足充电速率一般不超过过程。补足充电速率一般不超过0.3C0.3C。涓流充电涓流充电：也称为：也称为维护充电维护充电。根据电池。根据电池的自放电特性，涓流充电速率一般都很低。的自放电特性，涓流充电速率一般都很低
48、。只要电池接在充电器上并且充电器接通电只要电池接在充电器上并且充电器接通电源，在维护充电状态下，充电器将以某一源，在维护充电状态下，充电器将以某一充电速率给电池补充电荷，这样可使电池充电速率给电池补充电荷，这样可使电池总处于充足电状态。总处于充足电状态。78 充足充足电后，如果不及时停止快速充电，电后，如果不及时停止快速充电，电池的温度和内部压力将迅速上升。电池的温度和内部压力将迅速上升。内部内部压力过大时，密封电池将打开放气压力过大时，密封电池将打开放气孔，从而使电解液逸散，造成电解液的粘孔，从而使电解液逸散，造成电解液的粘稠性增大，电池的内阻增大，容量下降。稠性增大，电池的内阻增大，容量下
49、降。因此因此，为了既保证电池充足电，又不过，为了既保证电池充足电，又不过充电，必须控制充电的终点，一般采用充电，必须控制充电的终点，一般采用定定时控制时控制，电压控制电压控制和和温度控制温度控制等多种方法。等多种方法。p 充电终止控制方法充电终止控制方法79 根据根据电池的容量和充电电流，很容易电池的容量和充电电流，很容易确定所需的充电时间。确定所需的充电时间。这种这种控制方法最简单，但是由于电池的控制方法最简单，但是由于电池的起始充电状态不完全相同，有的电池充不起始充电状态不完全相同，有的电池充不足，有的电池过充电，因此，只有足，有的电池过充电，因此，只有充电速充电速率小于率小于0.3C0.
50、3C时，才允许采用这种方法。时，才允许采用这种方法。定时控制定时控制80 最高最高电压（电压（V Vmaxmax）l 从从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，电池即充足电。充电过程中，当电池大值时，电池即充足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。电压达到规定值后，应立即停止快速充电。l 这种这种控制方法缺点：电池充足电的最高电压控制方法缺点：电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这种方法不可
