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1、第5章MH-Ni电池辅助材料MH-Ni电池主要由四大部分组成：正极、负极、隔膜、电解液。实际上电池中还要预留一定的残余空间。AA型MH-Ni电池的构成材料体积比基本如图5－1所示。高性能电池的开发主要从材料的高容量化、薄型化、高密度化以及提高材料的有效利用率着手。高容量化主要是提高正、负极活性物质的比能量；薄型化包括电池壳、隔膜以及正负极基板的厚度减薄的技术；高密度化主要是合理地提高充填量，减少非电活性物质的量，如胶粘剂、导电剂等。提高材料的有效利用率，特别是正极，选择合适的基体材料和添加剂等十分重要。MH-Ni电池中除正、负极活性材料外，还有电极基体材料、胶粘剂、导电剂、隔膜和电解液等
2、辅助材料，这些材料的选用对MH-Ni电池性能有重要影响。剩余空间图5-1AA型MH-Ni电池构成材料体积比5.1基体材料作为电极支架和集流体的多孔金属基体，是电池中极其重要的组成部分，对整个电池结构和性能作用很大。电极的重量和容量相应控制着整个电池的重量和容量，同时也是电池寿命和其它性质的限制因素。5.1.1多孔金属电极基体的类型和特点（1）烧结式多孔体此类基体的突出特点是比电阻小，导电性优，机械强度高。制作电极高倍率性能好，可大电流放电，温度适应性强(-40～+50℃),低温性能好,使用寿命也长。但工艺复杂、工艺条件苛刻，设备投资大，耗金属量多，成本高，且极片性能不太均匀，孔率不太高，
3、容量有限。（2）纤维式多孔体此类基体的显著特点是柔韧性好、弹性高,47耐伸缩循环性好。它和泡沫式多孔体是目前孔率最高、容量最大的集流体。除由有机纤维毡直接施镀金属烧结出来的基板,其它纤维基板都由单体纤维构成。一般长径比小的短纤维可较均匀地分布,长纤维单体则均布较难,但其组成的基板电导率和机械强度较高。因此,此类基体实际上都有大孔隙和孔径分布不均的问题,从而影响活性物质利用率的进一步提高。另外,其多孔体工艺一般由制丝和制毡两大部分组成，比发泡式多孔体复杂。（3）发泡式(泡沫式)多孔体此类基体孔率极高，可达98%以上。它和纤维多孔体一样，容纳活性物质多，电极容量大，比能量高。它们具有三维网状
4、结构，其孔率、孔径和结构主要取决于制作时所用有机基体。比表面积和充填性两者之间比烧结式基板有更优组合，且制造工艺简单。电极可快速充电。其缺点是电极高倍率大电流放电性能比烧结式电极差，其基体比表面积较小、孔径大，仅限于中低倍率放电情形。因其强度较低,循环寿命仍有一定限度。5.1.2基体材料的基本性能要求5.1.2.1孔率和孔径为实现活性物质的高比容量，需要高孔率的多孔金属基体,而且需要优良的孔体尺寸和结构。在保证机械强度的前提下提高孔率,同时兼顾孔径及其结构,并考虑到导电性和可利用比表面积的要求。加大基体孔率,必然要减小其孔径。但太小的孔不利于传质,电极易产生浓差极化。扩大孔径,则又由于活
5、性物质(如NiOOH)本身不导电而出现低的利用率。孔径较小,孔的数目就多,比表面就大,并可使电极比电阻小、强度好。故一般还是希望孔径较小(但不是很小),均匀,分散性好。非常小的孔不能被润湿,也就浸渍不了活性物质。太大的孔,比表面积低,也不利于活性物质的良好接触。两者都有增加放电极化的结果。表5－1列举了几种烧结多孔镍基片的孔径分布。表5－15.1.2.2比表面积比表面积也是集流体的一个重要参数,对电导率有一定影响。微孔内不能进入电解质,对有效的电极表面没有贡献。只有主孔的表面积部分能用于电化学过程。所以,主孔较高的比表面积,才是充放电过程中减小极化损失、降低阻值的关键。高比表面积的电极,
6、活性物质利用率较高,47但这两者之间并未有直接关系。大孔的存在使得可利用的比表面积较小,从而造成较高孔率的电极的活性物质利用率反而比较低孔率的还低。其实,由于有效比表面积的作用,利用率随电极孔率的变化有一最大点。图5－2表示出了一种锌电极的容量和效率与该电极孔率的关系。20℃；40%KOH；730mA/cm2图5－2一种锌电极的孔率对电池效率的影响5.1.2.3机械强度基体应具有足够的强度和延伸率。电极充放电态的活性物质比重不同,引起体积变化,产生极板膨胀和活性物质与基体之间距离增大的趋势,这可导致内阻增大,电池容量衰减加快。而且,制作电极有滚压过程,将使极板延伸,故基体应有一定的抗拉强
7、度和延伸率,否则易造成基板结构破坏。发泡镍基板的延伸率应大于7%。制作电极的活性物质连续填充,也需要它有一定的抗张强度。另外,用于航空机载设备的电池所处工作环境比较恶劣,要耐高低温、冲击和加速度等,对其电极及基体的物理机械性能要求也越苛刻。表5－2列出了几种国外发泡镍基板的物理机械性能。表5－25.1.2.4导电性和疲劳性能基体必须具有良好的导电性以保证电极的电流传输。另外,基板的疲劳性能和硬度都直接影响电极性能,疲劳引起基体网眼结
