几种车用动力蓄电池的特性及比较

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1、第一节金属氢化物镍动力电池1Ni/MH电池的电化学反应原理镍氢电池正极材料为氢氧化镍Ni（OH）2。在传统的烧结式镍电极中，以硝酸镍和氢氧化钠为原料，经过多次浸渍，在多孔基板中生成氢氧化镍，然后经洗涤干燥而成。这种工艺复杂，成本高，容量低。后采用泡沫镍为基体的涂膏式电极，直接以氢氧化镍为原料，经和浆填充进网孔中。现在一般采用球形氢氧化镍，它具有球形颗粒形态，有一定的粒度大小和分布范围，物料密度明显高于普通的Ni（OH）2，提高了放电容量。负极活性物质为贮氢合金，或称金属氢化物。按照结构不同，可以分为AB5型、AB2型等。并且成本较高。通常采用混合稀土取代单一的稀土元素，制备成贮氢合金，

2、材料性能提高了，而价格则降低了，使镍氢电池实现了实用化，其比容量可达300~320mAh/g。AB2型合金贮氢容量高，循环寿命长，但电极表面催化活性差，原材料价格高，目前仍处于研发阶段。镍氢电池在充放电过程中的电化学反应：正极：充电Ni（OH）2+OH-NiOOH+H2O+e-电极电位为：约0.390V（3-4）放电负极：充电M+H2O+e-MH+OH-电极电位为：约-0.928V（3-5）放电总的电池反应为：充电M+Ni（OH）2MH+NiOOH（3-6）放电电池理论电压=正极电位—负极电位=0.418-（-0.9）=1.318VNi/MH电池在正常工作条件下的电压为1.2V左右，所

3、以其标称电压一般按1.2V来计算。图3-1所示的电池充放电机理会有助于了解电池通过质子转移所发生的有用的化学反应。图3-1Ni/MH电池反应原理一般由于电池本身各部分存在电阻以及极化内阻的存在，在充电过程中，电池电压要高于理论电压，放电过程中，电池电压要低于理论电压。从上面的方程式我们可以看出，在反应过程中，只有质子在正负极间转移，水参与正负极的反应，但在整个反应过程中，水是平衡的，所以可以使电池实现免维护。镍氢电池的充电反应是放热反应，即在充电过程中会产生热量，使电池温度逐渐上升。2镍氢电池的密封原理从方程3-6可以看出，电池反应为可逆反映，在充放电过程中，不存在电池内部的物质消耗，

4、这样电池实现密封。在电池充电过程中，由于正极电位与析氧电位接近，在充电末期，电池中会产生氧气。4OH-O2+2H2O+4e-（3-7）若负极被充满，由于贮氢电极本身已经吸收氢气饱和，再充电会产生氢气释放出来。为了实现电池的密封，电池内部产生的气体必须在内部被消耗掉，否则内压过高，气体不断释放出来，不仅影响电池寿命，也会产生危险。而对于电池的正负极特性来说，负极吸收氧气比较容易。224MH+O22H2O+4M（3-8）而正极基本上不能吸收氢气。所以，电池中需要防止氢气的产生，因为在电池内部不能被消耗掉。因此一般电池设计均为负极容量高于正极容量，正负极容量比一般为1：1.5~1.6。电池容

5、量由正极容量所决定。充电末期正极析出的氧气在负极上消耗，重新生成贮氢合金，造成负极始终处于未充满状态，避免了氢气的产生，实现电池的密封。在过放电情况下，正极上面析出氢气，负极析出氧气，负极析氧对其破坏性比较大，使合金粉过早被氧化、粉化，造成电池失效，所以一般要避免电池过放电。过充电过程中氧气在贮氢电极上的复合会产生大量的热，从而引起电池温度急剧上升，充电电流越大温度升高的越快，影响电池性能和寿命，严重的话还会发生热失控，发生危险。所以一般在充电末期，采用小电流充电。大量电池组合时还要进行强制制冷。在电池的设计过程中，负极一般设计有放电储备容量和充电储备容量，使电池具有一定的耐过充能力和

6、过放电能力。图3-2Ni/MH电池密封原理3Ni/MH电池的结构Ni/MH电池由正极、负极、隔膜、碱性电解质、不锈钢（塑料）壳盖等组成。电池正极的活性物质为氢氧化亚镍（Ni（OH）2）充电后变为氢氧化镍（NiOOH）；负极的活性物质为贮氢合金（M）充电后变为金属氢化物（MH）；采用聚丙烯接枝隔膜，用于储存电解液、导通离子并阻断电池内部正负电极间电子传递；使用以KOH为主并少量添加NaOH、LiOH组成的三元水溶液为电池的电解液。Ni/MH电池一般有圆柱形和方形两种结构，方形包括塑料壳和金属壳两种。其结构形式见图3-3和图3-4。方形电池极组由多片负极、多片正极和隔膜（袋）构成。其中正极

7、装在隔膜袋中，负极在外与正极间隔叠片形成电池极组。圆柱形电池同样包括电池壳体、正极、负极、隔膜、安全阀等。圆柱形电池极组一般由单个正极片、负极片、隔膜卷绕形成。在应用过程中，由于活性物质的结构变化，电极会发生膨胀，圆柱形电池的耐压程度要远高于方形电池，所以一般圆柱形电池的安全阀开启压力比方形电池要高得多。并且方形电池在应用中容易发生膨胀。4镍氢电池的充电Ni/MH电池的充电问题主要指高温充电效率问题，在常温状态下充电，高温放电，对电池的容量和性