镍氢电池制造及辅助材料毕设论文.doc

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1、1镍氢电池概述1.1镍氢电池的发展概况1.2镍氢电池的化学原理1.3镍氢电池结构1.4镍氢电池的特性1.5镍氢电池的发展2镍氢电池的设计2.1镍氢电池设计基础2.2镍氢电池设计的基本步骤2.3镍氢电池设计举例3.镍氢电池主要辅助材料3.1基体材料3.2隔膜3.3电解液3.4导电剂3.5粘合剂4镍氢电池的制造4.1镍氢电池正极的制造4.2镍氢电池负极的制造4.3镍氢电池的组装4.4镍氢电池的化成分选1495镍氢电池的制造设备5.1镍氢电池的极片制造设备5.2镍氢电池的组装主要设备5.3镍氢电池的化成分选设备6.镍氢电池的检测技术6.1镍氢电池规范6.2充放电性能测试6.3电池容量

2、的测试6.4电池循环寿命的测试6.5电池内阻与内压的测定6.6电池温度性能的测试6.7电池自放电及存储性能的测试6.8安全性能的测试6.9电极活性物质性能的测定1491镍氢电池概述镍氢二次碱性电池可分为高压氢镍电池和低压氢镍电池两类。这里所说的镍氢电池实际上是指金属氢化物-镍电池（MH-Ni），它是由Markin等采用LaNi5电极代替高压氢-镍电池中的氢电极的一种新型低压氢-镍电池。1.1镍氢电池的发展概况MH-Ni电池的技术发展大致经历了三个阶段：第一阶段即六十年代末至七十年代末为可行性研究阶段；第二阶段即七十年代末至八十年代末为实用性研究阶段；1984年开始，荷兰、日本、

3、美国都致力于研究开发储氢合金电极。1988年，美国Ovonic公司，1989年，日本松下东芝三洋等电池公司先后开发成功MH-Ni电池。第三阶段即九十年代初至今为产业化阶段。我国于80年代末研制成功电池用储氢合金，1990年研制成功AA型MH-Ni电池，容量在900～1000mAh。现在已有数十个厂家能批量生产MH-Ni电池。由于我国具有丰富的稀土资源，因此在我国MH-Ni电池的开发促进了这一资源优势转化为产业优势，并得到了国家“863”计划的大力支持，八五期间和九五期间MH-Ni电池均被国家科委列为重点发展项目。1.2镍氢电池的化学原理[1]1.2.1镍氢电池的电极反应镍氢电池

4、是以金属氢化物为负极，氢氧化镍电极为正极，氢氧化钾溶液为电解液，电池的电极反应如下：正极充电Ni(OH)2+OH-NiOOH+H2O+e过充电4OH-2H2O+O2+4e放电NiOOH+H2O+eNi(OH)2+OH-过放电2H2O+2eH2+2OH-负极充电M+H2O+eMH+OH-过充电2H2O+O2+4e4OH-放电MH+OH-M+H2O+e过放电H2+2OH-2H2O+2e总电池反应：MH+NiOOHM+Ni(OH)2图1-1MH-Ni电池反应机图充电时，正极上的Ni(OH)2转变为NiOOH，水分子在贮氢合金负极M上放电，分解出氢原子吸附在电极表面上形成吸附态的MHa

5、d，再扩散到贮氢合内部而被吸收形成氢化物MHab。氢在合金中的扩散较慢，扩散系数一般都在10-7～10-8cm·s-1。扩散成为充电过程的控制步骤。这个过程可以表示如下：M+H2O+eMHad+OH-MHadα-MHabα-MHabβ-MHMHad+MHad2M+H2MHad+H2O+eM+H2+OH-149在电极充电初期，电极表面的水分子在金属镍的催化作用下被还原成氢原子，氢原子吸附在合金的表面上，形成吸附态氢原子MHad。吸附在合金表面上的氢原子扩散进入合金相中，与合金相形成固溶体α-MHab。当溶解于合金相中的氢原子越来越多，氢原子将与合金发生反应，形成金属氢化物β-MH

6、。当氢原子浓度进一步提高时，将发生氢原子的复合脱附或电化学脱附。过充电时，由于阳极上可以氧化的Ni(OH)2都变成了NiOOH(除了活性物质内部被隔离的Ni(OH)2之外)，这时OH-失去电子形成O2，O2扩散到负极，在贮氢合金的催化作用下得到电子形成OH-，也可能与负极产生的氢气复合成水，放出热量，使电池温度升高，同时也降低了电池的内压。负极上由于贮氢合金已吸饱了氢不能再吸氢，这时，水分子在负极上放电形成H2，H2再在贮氢合金的催化作用下与正极渗透过来的氧气复合成水。放电时，NiOOH得到电子转变为Ni(OH)2，金属氢化物(MH)内部的氢原子扩散到表面而形成吸附态的氢原子，

7、再发生电化学反应生成贮氢合金和水。氢原子的扩散步骤仍然成为负极放电过程的控制步骤。过放电时，正极上可被还原的NiOOH已经消耗完了（镍氢电池一般设计为负极容量过量)，这时H2O便在镍电极上还原正极(镍电极)．2H2O+2eH2+2OH-负极(贮氢合金电极)：H2+2OH-2H2O+2e这样氢气在镍电极上生成，又在贮氢合金电极上消耗掉。这时电池的电压变成“负”的，即镍电极电位反而比氢电极电位更负，所以也称为反极。在电池反应中，贮氢合金担负着贮氢和电化学反应的双重任务。从上面的过程可以看出，在过