电池基本知识

目录

第一讲电池的基础知识 (1)

1、电池的定义

2、化学电池发展历史

3、化学电池的分类

4、Ni-MH电池的基本结构及其作用

5、Ni-MH电池的工作原理

6、Ni-MH电池的主要性能参数及其测试放法

7、Ni-MH电池的成份及成本的主要构成

8、我司电池的命名方法

第二讲电池的制造过程中的常识 (5)

第一讲电池的基础知识

第1节电池的定义

广义的电池（Battery）是一种将其它形式的能量直接转换为直流电的装置。电池按转换能量方式分两大类：一类是物理电池，如太阳能电池、飞轮电池；另一类是化学电池，即把化学能转变为电能的装置，一般又称化学电池或化学电源。

第2节化学电池发展历史

1、世界上电池的发展

1800年意大利科学家伏打（V olta）发明的"伏打电池"是世界上第一个电池；

1859年法国普兰特（Plante）发明铅酸蓄电池，这是世界上第一个可充电电池；

1868年法国勒兰社（Leclanche）发明锌锰湿电池（电解液为NH4Cl溶液）；

1888年Gassner改进后制成了干电池；

1899年瑞典的杨格纳（Jungner）镉镍蓄电池

1900年美国爱迪生（Edison）研制成功铁-镍蓄电池；

1943年法安德烈火（Andre）发明了锌银电池；

1947年美茹宾（Ruben）研制成功锌汞电池；

1970年出现了燃料电池（H2/O2电池)；

1971年日本研制成了H2-Ni电池和Li电池；

1988年美国Ovonic公司率先研制成功金属氢化物镍电池；

1991年日本Sony公司Li+电池商品化；

1992年Li+聚合物电池问世。

2、我国电池工业的发展

1955年前，以干电池为主，1955年，根据中央军委的指示，“一五”期间投资兴建国营七五五厂，开始生产Cd-Ni蓄电池；1987年，天津大学试制成功MH-Ni蓄电池；1998年，锂离子电池通过鉴定。目前我国已成为世界最大的电池生产基地。

3、电池发展方向

一次电池向绿色无汞碱锰电池方向发展；二次电池向Ni-MH、锂离子电池方向发展；铅酸电池向全密封免维护方向发展。

第3节化学电池的分类

化学电池按工作性质可分为：一次性电池、二次性电池、燃料电池和激活电池。

1、一次电池

该种电池又称为原电池，如果原电池中电解质不流动，则称为干电池。由于电池反应本身不可逆或可逆反应很难进行，电池放电后不能充电再用。如碱性锌锰电池。

2、二次电池

又称为可充电电池，即充放电能反复多次循环使用的一类电池。我们的Ni-MH电池就属于这二次电池。

3、燃料电池

该类电池又称为连续电池，将活性物质连续注入电池，电池可连续放电。如氢-氧燃料电池。

4、激活电池

又称为贮备电池，这类电池的正负极活性物质在贮存期不直接接触，使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。如镁-银电池。

第4节Ni-MH电池的基本结构及其作用

镍氢电池由四个基本部件组成：电极（正极和负极）、电解液、隔膜和外壳。电极是电池的核心：由活性物质（参加成流反应）、导电骨架和添加剂组成；隔膜是构成电池的基本材料之一，它置于正负电极之间，起到既可以使两电极尽量靠近又可避免正负极活性物质接触短路的作用。要求隔膜电子绝缘、高度离子导电、厚度均匀、力学强度好、耐强碱和电化学稳定性好；电解液：离子导电，参与电化学反应；外壳：密封。

第5节Ni-MH电池的工作原理

Ni─MH电池是以金属氢化物为负极，羟基氧化镍电极为正极，碱液（主要为KOH）作为电解液。镍氢电池电极发生的化学反应如下：

充电时，正极反应：Ni(OH)2 + OH－→NiOOH + H2O +e

负极反应：M +H2O+ e →MH +OH－

放电时，正极：NiOOH + H2O + e →Ni(OH)2 + OH－

负极：MＨ+ OH－→M + H2O+ e

当电池过充过放时会发生如下反应：

过充时，正极：4OH－→2H2O+O2+4e

负极：2H2O+O2+4e→4OH－

过放时，正极：2H2O+2e→H2+2OH－

负极：H2+2OH－→2H2O+2e

充电时，正极上的Ni(OH)2转变为NiOOH，水分子在贮氢合金负极上放电，分解出氢原子吸附在电极表面上，形成吸附态的氢原子。再扩散到贮氢合金内部与贮氢合金发生反应形成金属氢化物。

过充电时，由于阳极上可以氧化的Ni(OH)2都变成了NiOOH，这时OH－失去电子形成O2，O2扩

散到负极，在贮氢合金的催化作用下得到电子形成OH－，也可能与负极产生的氢气复合成水，放出热量，使电池温度升高，同时也降低了电池的内压。负极上由于贮氢合金已吸饱了氢不能再吸氢，这时，水分子在负极上放电形成H2，H2再在贮氢合金的催化作用下与正极渗透过来的氧气复合成水。

放电时，NiOOH得到电子转变为Ni(OH)2，金属氢化物内部的氢原子扩散到表面而形成吸附态的氢原子，再发生电化学反应生成贮氢合金和水。

过放电时，正极上可被还原的NiOOH已经消耗完了（Ni－MH电池一般设计为负极过量），这时H2O便在镍电极上还原。

第6节Ni-MH电池的主要性能参数及其测试方法

1、额定容量：在一定条件下，电池放电至终止电压（1.0V）时放出的电量；IEC标准规定MH-Ni电池在20±5℃环境下，以恒电流0.1C充电16小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量。

2、内阻：指电池充放电时，电池遇到的来自电池内部的阻抗；它包括欧姆内阻和电化学反应时的极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化电阻是指电化学反应时由于极化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。

常见的内阻测试仪都采用交流法测试电池内阻。它利用电池等效于一个有源电阻的特点，给被测电池通以恒定交流电流（如1000Hz，50mA）,然后对其进行电压采样、整流滤波等一系列处理，精确测得电池内阻值。电池的内阻与电池测试时所处的状态有关，充电态内阻与放电态内阻有一定的区别。因此，在标注电池内阻时，应注明电池的荷电状态。

3、荷电保持能力：在20±5℃环境下，以恒电流0.1C充电16小时后，在环境温度为20±2℃的条件下开路搁置28天后（搁置期间允许短时间在20±5℃范围内变化），在环境温度为20±5℃的条件下以0.2C恒流放电至终止电压，持续放电时间不少于3小时。

4、循环寿命：循环寿命试验前，电池应以0.2C恒流放电至终止电压。所有型号的电池都应在环境温度为20±5℃的条件下面的寿命试验。充放电应按下表中规定的条件始终以恒电池进行，试验期间，应防止电池外壳温度超过35℃，必要时可采取强制通风措施（注：决定电池性能的是电池的实际温度，而不是环境温度）。