镍镉电池：优缺点并存，了解记忆效应及其应对方法

镍镉电池：优缺点并存，了解记忆效应及其应对方法

镍镉电池的工作原理

镍镉电池（Ni-Cd，- ，Ni-Cd ）是最早用于手机、笔记本电脑等设备的电池类型，具有大电流放电特性好、抗过充放电能力强、维护简单等特点，一般采用以下反应放电：

Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2

充电时反应则相反。

镍镉电池最致命的缺点就是在充放电过程中如果处理不好，会产生严重的“记忆效应”，大大缩短使用寿命。所谓“记忆效应”就是在充电前没有将电池电量完全放完，这样就会导致电池容量随着时间的推移而下降。在电池充放电过程中（放电更明显），电池极板上会产生一些小气泡，时间一长，这些气泡就减少了电池极板的面积，间接影响电池容量。当然，我们可以通过掌握合理的充放电方法来减少“记忆效应”。另外，镉具有毒性，所以镍镉电池不利于生态环境的保护。由于诸多的缺点，镍镉电池已经基本被淘汰出数码设备电池的应用范围。

镍镉电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成。石墨不参加化学反应，主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成。氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，防止团聚，提高极板的容量。将活性物质分别包在穿孔钢带内，压制成型，就成为电池的正极板和负极板。极板间用耐碱硬橡胶绝缘棒或穿孔聚氯乙烯瓦楞板隔开。电解液通常为氢氧化钾溶液。与其他电池相比，NiCd电池的自放电率(即电池在不使用时失去电量的速度)适中。NiCd电池在使用过程中，如果在不完全放电后再次充电，则在下次放电时不能将电量全部放完。 例如，在放电完 80% 的电量后再充满电，电池只能放出 80% 的电量，这就是所谓的记忆效应。当然，经过几次完整的放电/充电循环，NiCd 电池就会恢复正常工作。由于 NiCd 电池有记忆效应，如果未完全放电，应将每节电池放电至 1V 以下后再进行充电。

镍镉电池的包装分为零售用的正极凸头和组装用的正极平头两种，容量上没有区别。充电电路和下面介绍的镍氢电池类似，都是用1.6倍电压充电。通常镍镉电池的充电次数为300~800次，充放电500次后容量就会下降到80%左右。镍镉电池的记忆效应比镍氢电池严重，所以一定要在完全没电的情况下充电，才能保证使用寿命。

镍镉电池充电

NiCd 电池的恒定电流充电范围从 0.05C 到大于 1C。一些低成本充电器使用绝对温度来终止充电。这种充电终止方法虽然简单且成本低廉，但并不准确。更好的方法是通过检测电池充满时的电压降来终止充电。对于充电率为 0.5C 或更高的 NiCd 电池，-ΔV 方法最有效。-ΔV 充电终止检测应与电池温度检测相结合，因为老化的电池和不匹配的电池会降低 ΔV。

通过检测温升速率（dT/dt），可以实现更准确的充满检测，比固定温度终止对电池更有利。基于ΔT/dt和-ΔV组合的充电终止方法可以避免电池过充，延长电池寿命。

快速充电可提高充电效率。在 1C 充电速率下，效率可接近 1.1（91%），充满空电池的时间约为 1 小时。在 0.1C 充电时，效率降至 1.4（71%），充电时间约为 14 小时。

由于镍镉电池几乎可以接受 100% 的电量，因此在充电的前 70% 期间几乎所有的能量都被吸收，电池保持低温状态。超快速充电器利用这一特性在几分钟内将电池充电至 70%，以几 C 的电流充电而不会产生热量。充电至 70% 后，电池继续以较低的速率充电，直至充满。最后，以 0.02C 至 0.1C 的涓流结束充电。

原理结构：

负极的镉（Cd）与氢氧化钠（NaOH）中的氢氧离子（OH-）反应生成氢氧化镉，氢氧化镉附着在阳极上并释放出电子。电子沿着导线传播到阴极，与阴极的二氧化镍和氢氧化钠溶液中的水反应生成氢氧化镍和氢氧离子。氢氧化镍会附着在阳极上，而氢氧离子会回到氢氧化钠溶液中，因此氢氧化钠溶液的浓度不会随着时间的推移而降低。

放电反应公式：

负极反应：Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e-

正极反应：2e-+NiO2+2H2O→Ni(OH)2+2OH-

总反应：Cd+NiO2+2H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2

充电反应公式：

正极反应：Ni(OH)2+2OH-→2e-+NiO2+2H2O

负极反应：Cd(OH)2+2e-→Cd+2OH-

总反应：Cd(OH)2+Ni(OH)2→Cd+NiO2+2H2O