镍氢电池的化学原理及工艺流程

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1、镍氢电池的化学原理及工艺流程镍氢电池的化学原理镍氢电池采用Ni的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液(主要为KOH)作为电解液.圆柱形和方形镍氢电池电化学原理和化学反应相同：充电时，正极：Ni(OH)2–e-+OH-→NiOOH+H2O负极：MHn+ne-→M+n/2H2放电时，正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-负极：M+n/2H2→MHn+ne-。镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低(如低于-15℃)，而在-20℃时，碱液达到起凝固点，电池充电速度也将大大降低。在低温充电低于0℃会增大电池内压并可能使安全阀

2、开启。为了有效充电，环境温度范围应在5-30℃之间，一般充电效率会随温度的升高而升高，但当温度升到45℃以上，高温下充电电池材料的性能会退化，电池的循环寿命也将大大缩短。圆柱形Ni-MH电池只采用金属电池槽，一是因为电池槽本身与金属氢化物负极连接在一起，可以作为负极极端；二是因为许多应用要求能够快速充电，气体发生复合反应时，电池的内压很高，只有金属容器可以承受这种压力，而且不会发生太大的变形。最后金属电池槽聚砜密封环翻边与电池盖密封，这种方法成本低，易于生产，而且可靠。工艺流程：(以SC型为例1.配方1.1正极：氢氧化镍(2.1.1

3、和2.2.3)氧化钴(可以形成导电网络，弥补氢氧化镍与金属集流体间较大的间距以及氢氧化镍本身电导率较低的不足)添加剂1.2负极：贮氢合金粉(3.1有具体讨论)添加剂1.3电解质：30%的KOH水溶液17g/L的LiOHNaOH(为提高高温充电效率，将部分KOH替换为NaOH，但是会加重对金属氢化物活性物质的腐蚀，降低循环寿命)2.正极制备2.1烧结式2.1.1调浆：纤维镍+导电剂CoO+CMC(2.5%)或MC+PVB造孔剂2.1.2拉浆：将膏状物涂覆到基板(如冲孔镍带)2.1.3烘干(挥发黏结剂)(75℃)2.1.4在氮气/氢气环

4、境下高温煅烧(880℃，烧结速度90m/h)2.1.5化学浸渍或电化学浸渍(将NiOH沉积到烧结骨架中)Ni(NO3)2浸渍密度1.62-1.65g/c㎡，含3%-5%Co(NO3)2增重[(1.72-1.80)±0.007]g/cm22.1.6浸渍后的电极用电化学充/放电工艺进行预活化2.1.7逆向水洗2.1.8烘干(75℃)2.1.9电极软化(成型厚0.58±0.05mm)2.1.10极耳点焊主要设计参数：纤维镍骨架的强度和孔径氢氧化镍活性物质的化学组成活性物质的载入有害物质(硝酸盐、碳酸盐等)的含量2.2涂膏式2.2.1泡沫镍

5、基板制备用电沉积或化学蒸汽沉积工艺。在聚氨酯泡沫上包覆一层镍，然后热处理，除去聚氨酯基体2.2.2高密度球形氢氧化镍制备采用沉积工艺制备，在氨水存在下，使金属盐(如硫酸镍)与氢氧化物(如NaOH)进行反应，镍源中还可添加钴和锌等添加剂来改善性能。通常组成为Ni94Co3Zn3，Co的沉积是为了改善导电性，而且Co和Zn可以调整氧的电位，使微观结构更精细。振实密度(表征氢氧化镍干粉的填充效率)通常为2.2g/c㎡2.2.3调浆：高密度球形氢氧化镍+导电剂CoO+黏结剂2.2.4拉浆：用机械法将膏状物涂覆基板孔中2.2.5轧压成型：通过

6、物理法将含有平均粒径10μm的氢氧化镍膏状物载入到泡沫骨架上(成型厚0.58±0.05mm)2.3比较2.3.1烧结式电极的倍率和功率性能最佳，但代价是质量比容量和体积比容量的降低。烧结式生产工艺复杂、成本高，需投入较大资金在设施和设备上2.3.2涂膏式电极易于生产、成本低，关键是泡沫镍基板和高密度球形氢氧化镍，2.3.3近期的研究使涂膏式电极进一步提高了电极的功率和高放电率性能，能达到烧结式电极的水平。3.负极制备3.1负极的活性物质可以是无定形AB5型(LaCePrNdNiCoMnAl)合金，或者是无定形AB2(VTiZrNiC

7、rCoMnAlSn)合金。尽管AB5型合金的储氢能力(320mAh/g)比AB2型(440mAh/g)低很多，但AB5型合金的使用却更为广泛，其优点是成本低，易于活化和成型，电极生产工艺灵活，可高放电率放电。金属氢化物活性物质不同的组成及结构能够满足特殊的设计要求。可以通过调整活性物质的组成来改变比容量、比功率和/或循环寿命中的一个或几个参数。典型的AB5型合金的组成为：La5.7Ce8.0Pr0.8Nd2.3Ni59.2Co12.2Mn6.8Al5.2(原子百分数，%)La10.5Ce4.3Pr0.5Nd1.3Ni60.1Co12

8、.7Mn5.9Al4.7AB5型合金的质量比容量通常为290-320mAh/g。商品化的AB5型合金主要是CaCu5晶体机构AB2型也有多种组成和加工工艺，常见组成有：V18Ti15Zr18Ni29Cr5Co7Mn8V5Ti9Zr26