家用小型镍氢电池过充电时氢气含量测试研究：安全隐患与防范措施

家用小型镍氢电池过充电时氢气含量测试研究：安全隐患与防范措施

小型家用镍氢电池过充过程中氢含量测试研究 魏国华（广州）摘要：镍氢电池广泛应用于家用电器、玩具等，但在过充、高倍率充电及正常使用过程中都会产生过量的氢气，当氢气含量超过4%时，只要有电火花点火就有爆炸的危险。本文设计并测量了不同充电倍率下镍氢电池在过充过程中的氢含量。研究表明，在正常使用情况下，因过充引起电池爆炸的可能性并不大，但当电池以高倍率电流过充时，会增加发生安全事故的可能性。关键词：镍氢电池；高倍率；过充；氢气；爆炸：Ni-.,g.%,..-mally.,e.：Ni-;;;; 镍氢电池是清洁无污染的绿色能源，比锂电池更便宜、更安全。

因此镍氢电池在电动剃须刀、电动牙刷、玩具等小家电中得到广泛的应用。镍氢电池在充电或使用过程中都会产生和释放氢气。氢气是一种爆炸​​性气体，在空气中的爆炸范围为4%～75%，闪点为570。也就是说，只要氢气浓度超过最低爆炸极限4%，在有明火或电火花的情况下就有可能发生爆炸。近年来，国内外曾发生过电动剃须刀或电动牙刷在使用或充电过程中爆炸伤人的事件。试验1.1相关原理镍氢充电电池是以碱性溶液为电解液(6NKOH)的二次电池，正极为氢氧化镍(称氧化镍电极)，负极为储氢合金。 充放电时电极反应式如下：充电时：总反应：放电时：Ni(OH)2镍氢电池产生的氢气在负极被储氢合金吸收，这也是镍氢电池的主要原理。负极吸收氢气后，生成金属氢化物，放电时金属氢化物分解，析出的氢原子OH-反应生成水，正常情况下不会有氢气析出。在电池设计容量范围内过充电时，电极反应为：正极（氧化镍电极）：4OH负极（储氢电极）：2H2O+O2。过充电时，总电极反应为零。由于一般镍氢电池都是按照正极容量极限设计的，所以电池负极的容量要超过正极容量，正负极容量比可以达到1：1.2，甚至更高。 这样，在充电结束时，正极产生的氧气就能透过隔膜在负极表面被还原为H2OOH并返回到电解液中，从而避免了电池内压积累增高的现象，保持了电池内压的恒定，防止了电解液浓度的剧烈变化。

电池过充电时，由于水的电解作用，不可避免地会有氢气析出。电池继续充电一定时间，考察电池过充电后的放电容量。对比分析国内外相关标准中对镍蓄电池的过充电试验条件和技术要求。为研究镍氢电池在过充电和高倍率快速充电条件下氢气的生成情况，设计如下实验：室温205℃下，将电池以0.2C电流放电至1.0v，再以0.1C充电16h；电池充满电后，以0.1C、0.3C、0.5C、1C、1.5C不同电流连续充电。充电过程中，用氢气检测仪每隔一定时间记录读数的变化，并绘制氢气随时间的变化曲线，记录电池的最高温度。 氢气含量的测定是在密闭体系中进行的，实验测试原理图如图所示。2H2O在储氢合金的催化作用下，产生的氢气会与正极过充时产生的氧气重新结合生成水。但电池在较高倍率充电时，由于电池内部的浓差极化和电化学极化，会在负极产生氢气。当储氢合金吸收氢气的能力达到饱和状态时，氢气和氧气就会逐渐聚集在电池内部。在过充电的情况下，电池内压增大，很容易破裂，甚至爆炸。1.2试验材料与方法镍氢电池采用某电池公司生产的AA型镍氢电池，额定容量为，额定电压为1.2V。所用的电池充放电仪器为二次电池测试仪，测试范围为10V，0~5A。

氢气计采用本公司生产，型号DC-100，分辨率0.01%。是国内外镍蓄电池相关标准中过充电试验条件及技术要求，镍蓄电池充满电后，以较低的倍率充电，国内外小型镍氢电池过充电条件相关标准对照。10月参考标准正常充电条件过充电条件试验要求GB/-2013蜂窝电话用金属氢化物镍电池通用规范205环境温度205在环境温度下，电池目视检查以0.2C5A电流电流充放电48小时无漏液、变形、电池无漏液等现象，再以0.1C5A电流电流电流持续充电48小时，搁置1-4小时，再以0.2C5A放电至冒烟或爆炸，再以0.1C5A电流电流电流充电16小时至终止电压，放电时间不少于5小时。 现象-----第2部分：-响环境温度205，电池充满电后，以0.1C5A充电48h，搁置1-4h，再以0.2C5A放电到终止电压1.0v。放电时间不小于----05。 环境温度205，电池充满电后，以0.03C5A充电28h，搁置1-4h，再以0.2C5A充电至终止电压1。/T744-2006电动汽车用镍氢电池205环境温度205，电池充满电后，以1I3充电3h，以0.15I3A充电2h，搁置---，m，205℃200 250 300 350 400 T/min 75 70 65 55per em 50 45 40 0.3C 0.5C 1.0C 1.5C 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 20 40 60 80 100 T/min 3.5 0.3C 0.5C 3.0 1.0C 1.5C 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 20 40 60 80 100 T/min 3.5 0.3C 0.5C 3.0 1.0C 1.5C 2.5 2技术创新点：0.3C电流值过充6小时，氢气既可以被设计的过量储氢合金吸收，也可以在储氢合金的催化作用下与正极过充时产生的氧气结合生成水，因此检测不到明显的氢含量增加。

第二阶段，产氢量明显增多，含量迅速上升，充电速率越高，氢含量达到最大值的时间越短。这可能是因为随着过充电的进行，产氢量增加，储氢合金不足以吸收过量的氢，导致大量氢气溢出。过充电第三阶段，氢含量达到最大值并趋于稳定。以下是不同充电速率下氢含量随时间变化的曲线，以及可达到的最高温度的变化曲线。从图中可以看出，充电速率越大，氢含量达到最大值的速度越快，氢含量越高，过充电过程中可达到的最高温度越高。当充电速率高到足以引起过充电时，如1.5C电流值下过充电3h 0.5C 1.0C电流值下过充电1.5h