镍氢电池的化学原理及工艺流程——镍氢

镍氢电池的化学原理及工艺流程——镍氢

镍氢电池的化学原理及工艺流程 镍氢电池的化学原理 镍氢电池以氧化镍为正极，储氢金属为负极，碱溶液（主要是KOH）为电解液。 圆柱形和方形镍氢电池电化学原理与化学反应相同： 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/+ne-。 镍氢电池在低温下（如-15℃以下）放电效率会明显降低。 在-20时，碱达到冰点，电池充电速度也会大大降低。 低温下充电至0以下会导致电池内压升高，并可能导致安全阀打开。 为了有效充电，环境温度范围应在 5-30°C 之间。 一般来说，充电效率会随着温度的升高而提高。 但当温度升至45℃以上时，充电电池材料的性能在高温下会下降，电池的循环寿命会降低。 也将大大缩短。 圆柱形镍氢电池仅使用金属电池槽。 首先，因为电池槽本身与金属氢化物负极连接，可以作为负极端子； 其次，由于许多应用需要快速充电，当发生气体复合反应时，电池的内部压力非常高，只有金属容器才能承受这种压力而不会产生太大变形。 最后将金属电池槽的聚砜密封圈翻边与电池盖密封。 该方法成本低、易于生产、可靠。 工艺流程：（以SC1为基础。配方1.1正极：氢氧化镍（2.1.1和2.2.3）氧化钴（可以形成导电网络，以弥补氢氧化镍与金属集流体之间的较大距离以及金属集流体的导电性）氢氧化镍本身倍率较低的缺点）添加剂1.2负极：储氢合金粉（3.1中详细讨论）添加剂1.3电解液：30%KOH水溶液17g/L（为了提高高温充电效率，部分用NaOH代替KOH，但会加剧金属氢化物活性材料的腐蚀，降低循环寿命）2、正极制备2.1烧结类型2.1.1浆料混合：纤维镍+导电剂CoO+CMC（2.5%）或MC+ PVB 2.1.2 制浆：混合浆料 将材料涂覆到基材上（如冲孔镍带） 2.1.3 干燥（挥发性粘合剂）（75） 2.1.4 在氮气/氢气环境中高温煅烧（880，烧结速度90m/h) 2.1.5化学浸渍或电化学浸渍（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 浸渍电极通过电化学充放电过程预活化 2.1.7 反向水洗 2.1.8 干燥(75) 2.1.9 电极软化(成型厚度0.580.05mm) 2.1.10主极耳点焊 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成分 活性物质的负载量 有害物质（硝酸盐、碳酸盐等）含量 2.22.2.1 采用电沉积或化学法制备泡沫镍基体气相沉积工艺。

在聚氨酯泡沫上涂覆一层镍，然后进行热处理以除去聚氨酯基体。 2.2.2 高密度球形氢氧化镍的制备采用沉积法制备。 在氨水存在下，金属盐（如硫酸镍）和氢氧化物（如NaOH）发生反应，镍源中可添加钴、锌等添加剂以改善性能。 一般成分是沉积Co以提高导电性，Co和Zn可调节氧势，使微观结构更细小。 振实密度（表征氢氧化镍干粉的填充效率）通常为2.2g/c2.2.3 浆料混合：高密度球形氢氧化镍+导电剂CoO+粘结剂 2.2.4 浆料：机械施浆 2.2.5 辊压成型基板孔内：将平均粒径为10μ的氢氧化镍糊料通过物理方法负载到泡沫骨架上（成型厚度0.580.05mm） 2.3 对比 2.3.1 烧结电极的放大倍数和最佳功率性能，但以质量比容量和体积比容量的降低为代价。 烧结生产工艺复杂、成本高，需要大量的设施设备投资。 2.3.2糊状电极生产容易、成本低。 关键是泡沫镍基体和高密度球形氢氧化镍。 2.3.3 近期进展 研究使糊状电极进一步提高了电极的功率和高放电倍率性能，达到了烧结电极的水平。 3、负极制备 3.1 负极活性物质可以采用非晶AB5()合金或非晶AB2()合金。

虽然AB5型合金的储氢能力（/g）远低于AB2型（/g），但AB5型合金的应用更为广泛。 其优点是成本低、易于活化成型、电极生产工艺灵活、高倍率放电。 金属氢化物活性材料的不同成分和结构可以满足特殊的设计要求。 可以通过调节活性材料的组成来改变比容量、比功率和/或循环寿命中的一项或多项。 典型AB5合金的成分为： La5.7Ce8.0Pr0.8Nd2.3Ni59.2Co12.2Mn6.8Al5 .2（原子百分比，%） La10.5Ce4.3Pr0.5Nd1.3Ni60.1Co12.7Mn5的质量比容量.9Al4.7AB5型合金通常为290-/g。 商品化的AB5合金主要是CaCu5晶体结构。 AB2型也有多种成分和加工工艺。 常见成分为： .... 5Co1.5Mn15.6Al0.4Sn0.8AB2合金的质量比容量为385-/g。 如果合金中钒含量增加，自放电率也会增加，因为氧化钒溶解时，伴随着一种特殊类型的氧化还原反应。

Co、Mn、Al、Sn的浓度对于提高活化和成型性能以及延长使用寿命非常重要。 用作镍氢电池负极材料的金属氢化物还需要满足一系列性能要求，包括储氢能力、适度的金属氢键强度、一定的催化活性和放电动力学，同时还必须具有抗氧化/腐蚀能力以保证一定的循环寿命。 国内普遍采用铸态冷却方式，少数采用抛带冷却方式。 一般来说，铸态法冷却速度慢，活化快，但寿命较差。 抛带法则相反。 理论上来说，投掷法比铸造法要好。 晶体形状和颗粒尺寸主要影响粉末的涂覆或拉起，这直接反映在合金粉末的松散比和振动上。 一般来说，高振动的电池更有利于高容量的电池（对于相同面积，粉末的重量更多，并且面密度大，不会影响密封性）。 电池制造商应该测量的最重要的事情是克容量（电池设计所需）和颗粒尺寸成分（只要粉末/拉丝良好）。 退火（也称均匀化热处理、均匀化退火处理，简称均匀化处理（），采用高温下长期加热，使金属内部的化学成分充分扩散，故又称“扩散退火”）。 对储氢合金的影响； 1、消除合金结构应力； 2、减少成分偏析，使合金各部分成分均匀； 3、压平倾斜的PCT曲线，降低合金平台压力； 4.增加吸氢能力，5.提高循环寿命。

退火的原因是合金在常规熔炼和冷却后会产生应力和成分不均匀，影响储氢合金的吸放氢性能。 电化学显带可以提高合金的凝固速度，快速冷却可以保持合金的凝固。 熔融状态下的成分高度均质化，晶粒尺寸约为1um。 同时该合金主要由柱状晶体结构组成。 这种合金结构发达，制成电极后寿命长，耐腐蚀性能好。 该合金经过低温热处理（低于常规热处理温度）后，pct曲线进一步平坦，使用寿命进一步提上去。 然而，这种热处理不得破坏晶粒结构和尺寸。 然而，并不是所有的废旧合金都采用热处理，这取决于需要进行什么样的改进。 带材产品一般特点是寿命长，放电容量与合金化学计量有关。 3.2镍氢阳极干法连续浸渍工艺阳极打粉--阳极片浸渍--烘干--预压--缓冲--冲裁成小片 4.隔膜材料（聚烯烃无纺布） 4.1传统湿纤维成分：PP、PP/PE纤维尺寸：15-20微米 特点：采用聚乙烯和聚丙烯的混合物，采用湿法造纸生产而成，采用直径相对较大的4.2纤维。熔接纤维方法 纤维成分：PP、PE+PEVOH 纤维尺寸：2-8微米、15-20微米 特点：也是采用湿法制备，但不同的是采用水流来熔接纤维。缠结过程中存在针孔形成的问题，产品的最小定量值必须限制在55g/m2左右。

当熔接纤维直径为2-8微米时，需要较大的直纤维通过交联来增强产品。 如果组装不完美，就无法获得统一的产品。 制造这种隔膜的原材料包含聚乙烯纤维和聚丙烯纤维，在某些情况下还包含乙烯-乙烯醇共聚物纤维。 4.3干纤维成分：纯PP 纤维尺寸：8-12微米特性：4.4纤维成分：纯PP 纤维尺寸：1-5微米特性：聚丙烯是通过熔喷方法制成的，通常不含添加剂，所以不会减少电池性能。 5、电池制作5.1正极118*33.5mm2（厚度0.580.05mm）负极153*33.5mm2（厚度0.3750.05mm）隔膜271*37.5mm2（厚度0.18mm2）（为了使气体更好结合，有的可加气栅） 5.2 5.3 绕组从内到外依次为气栅、负极、隔板、正极、镀镍钢壳 5.4 测试要求中心无凹凸、平整、无短路 5.4在安装有电极组的电池钢壳开口端滚出约 1mm 深的凹槽（以利于后期密封），然后在电池壳内壁涂上沥青油（密封） 5.5 注液（真空注液）注射量）约7.2g 5.6 密封工艺：将正极片点焊到顶部结构上的电池正极端子上，压平在钢壳上，用封口机密封（精度高，防止漏液）。 5.7 用油性碱清洗蓄电池表面并涂防锈油。 6、化成体系 6.1 常温老化（使电解液均匀 从分配上方流入的电池）需要搁置（不充电） 6.2 充放电循环 6.2.1 恒流充电（5mA，30min，电压6.2.2 休眠 10min 6.2.3 恒流充电（20mA*4h 限压 2.00V） 6.2.4 休眠 30min 6.2.5 恒流充电（600mA，8h，限压 2.00V） 6.2.6恒压充电（2.00V，限流20mA，直至过充） 6.2.7 休眠1h 6.2.8 恒流放电（200mh，检测电池电压不低于0.8V） 6.2.9 恒流充电（600mA，8h， 6.2.10 恒压充电（2.00V，限流20mA，直至过充） 6.2 .11 休眠1h 6.2.12 恒流放电（200mh，检测电池电压不低于0.8V） 6.2.13 恒压充电电流充电（600mA，6h，限压2.00V） 6.3 高温老化（55度恒温保存24h，取出室温放置6小时）（以加快激活速度） 6.4 点测试6.5 容量分类 6.7 测量内阻 6.8 补充电量 6.8.1 恒流充电（600mA，限压 2.00V） 6.8.2 恒压充电（2.00V，限流 20mA 直至过充） 7. 包装 8. 储存低温会影响电池的性能，因此电子设备应避免在高温环境下使用。 另外，电池不需要冷藏，只需存放在室温干燥的环境中即可。