第5章 镍氢电池设计与制造工艺.

《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
发明人
Stanford Ovshinsky
Stanford Ovshinsky 可能并不是家喻户晓的名字，但确是改变历史的人， 他发明的镍金属氢化物电池已经改变了我们的生活。在他50年的工作生 涯中，共为美国提供了400多项技术专利，涵盖镍 Stanford Ovshinsky 氢电池，氢燃料电池，和薄膜太阳能电池等各方面。 1960年，斯坦福和他的妻子艾丽斯成立了能量转化设备公司（ECD），专 门致力于开发能源相关的东西，而所有的产品都被关于Ovonics的标签。 当然，在斯坦福所有的发明中，最优秀的莫过于镍氢反应电池。这是一 款可用于为混合型汽车充电的便携电池，同时它也非常地环保。通用EV1 汽车就采用了这种电池。
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点 工作原理
电解质 主要为KOH作电解液（电解质7moL/L KOH+15g/L LiOH） 充电时 正极反应：Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e负极反应：M + H2O + e- → MH + OH总反应：M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH 放电时 正极：NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH负极：MH + OH- → M + H2O + e总反应：MH + NiOOH → M + Ni(OH)2 以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。 最常用储氢合金为LaNi5。
MH NiOOH M Ni(OH )2
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
工作原理（过放电）
2 H O 2 e H 2 OH 氢氧化镍电极（正极） 2 2
吸氢电极（负极）
H 2 2OH 2e 2H 2O
氢镍电池采取恒电流充电方式充电，根据电池对电流的接受
能力可采用不同的电流对电池充电，充电过程中无需对电池单体 的电压进行限制，同时，可以实现快速充电。
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池
镍氢电池的设计源於镍镉电池，但在改善镍镉电池的记忆效应上， 有极大的进展。其主要的改变，在以储氢合金取代负极原来使用之镉， 因此镍氢电池说是材料革新的典型代表。 1982 年美国 OVONIC 公司请求储氢合金用於电极制造之专利 ,使 得此一材料受到重视,继之为 1985 年荷兰飞利浦公司突破了储氢合金 在充放电过程中容量衰减的问题，终使镍氢电池脱颖而出。目前在日 本有 8 家以上镍氢电池制造厂，德国，美国，香港，台湾亦有镍氢电 池生产,市场反应良好。而且镍氢电池所造成之污染，会比含有镉之镍 镉电池小很多，因此，目前镍镉电池已逐渐被镍氢电池取代。

过放电时，电池总反应的净结果为零，由于在正极上产生的 氢气会在负极上新化合，同样也保持了电池体系的稳定。
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
工作原理（过充电）
OH 4e 2H 2 O O2 氢氧化镍电极（正极）


吸氢电极（负极）
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池
氢镍电池使用氢氧化镍为正极活性物质，贮氢合金作负极活 性物质，氢氧化钾水溶液作电解液，为绿色环保型电池。
镍氢电池是有氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多
30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍 氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差。
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
第五章 镍氢电池设计与制造工艺
彭文杰
冶金与环境学院
中南大学 2013年
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
目录
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点 5.2 镍氢电池关键电极材料设计与制造工艺
5.3 镍氢电池设计与制造工艺
16.5 22.0 25.2 32.2 32.2
50.0
50.0 43.0 49.0 60.0 90.0
50.5-0.5
2500以下
2500以下 3500以下
50.0-0.5 61.5-0.5
4500以下 9000以下 13000以下
电池高度可以根据客户的要求进行设计，直径一般不能更改。
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ镍氢各型号电池尺寸(圆柱型)与容量
系列 AAAA AAA 光身直径 8.2 10.0 10.1 13.9 标准高度 (mm) 40.0 43.0 43.0 49.0 44.5-0.5 尖头高度(mm) 容量范围(mAh) 300以下 700以下 1000以下 1500以下
AA A SC C D F
14.1
H 2 O O2 4e 4OH
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池应用
民用通讯电源，各种便携式设备电源、电动工具 、动力电源等。小型绿色电源，替代镉镍电池。
电动工具
矿灯
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池应用
应急灯
网标灯
民用电信产品
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
工作原理
()MHx KOH (6M ) NiOOH()
氢氧化镍电极（正极）：NiOOH H 2O e Ni (OH )2 OH
吸氢电极（负极）：
电池池总反应：
MH OH e M H 2O
镍氢电池应用
动力电池
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池型号尺寸
通常有A、AA、AAA、AAAA、AAAAA、SC、D、F等， 民用电池5号为AA电池，7号为AAA电池，1号为D 电池，2号为C电池。
AA大，AAA小
D型电池
SC电池
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺