第5章 镍氢电池设计与制造工艺
第5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
优点:
1. 2. 3. 4. 5. 能量密度高，是镍镉电他的1.5倍； 电池电压为1．2v—1．3v，与镍镉电池相当； 无记忆效应，循环寿命长 ； 可大电流放电，承受过充电、过放电能力强 ； 无污染，绿色环保电池 。
缺点:
1. 价格高于镍镉电池，负极材料为稀土合金材料； 2. 自放电速度大。
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 2 H 2 O
《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
特性
① 电压 = 1.2V ② 能量∕重量 = 60-120 Wh/kg（瓦特小时/千克） ③ 能量∕体积 = 140-300 Wh/L（瓦特小时/升）即 504-1188kJ/kg（千焦耳/千克） ④ 功率∕重量 = 250-1000 W/kg ⑤ 自放电率 = 一般为每月 2-30%，见温度而定， 低自放电型号为每年10-30% ⑥ 充放电效率 = 66% ⑦ 充放电循环次数 = 500 -1800次
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
镍氢电池的化学原理及工艺流程
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采用Ni的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液(主要为KOH)作为电解液.圆柱形和方形镍氢电池电化学原理和化学反应相同：充电时，正极：Ni(OH)2– e-+OH-→NiOOH+H2O负极：MHn+ne-→M+n/2 H2放电时，正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-负极：M+n/2 H2→MHn+ne-。
镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低(如低于-15℃)，而在-20℃时，碱液达到起凝固点，电池充电速度也将大大降低。
在低温充电低于0℃会增大电池内压并可能使安全阀开启。
为了有效充电，环境温度范围应在5-30℃之间，一般充电效率会随温度的升高而升高，但当温度升到45℃以上，高温下充电电池材料的性能会退化，电池的循环寿命也将大大缩短。
圆柱形Ni-MH电池只采用金属电池槽，一是因为电池槽本身与金属氢化物负极连接在一起，可以作为负极极端；二是因为许多应用要求能够快速充电，气体发生复合反应时，电池的内压很高，只有金属容器可以承受这种压力，而且不会发生太大的变形。
最后金属电池槽聚砜密封环翻边与电池盖密封，这种方法成本低，易于生产，而且可靠。
工艺流程：(以SC型为例1.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，弥补氢氧化镍与金属集流体间较大的间距以及氢氧化镍本身电导率较低的不足)添加剂1.2负极：贮氢合金粉(3.1有具体讨论)添加剂1.3电解质：30%的KOH水溶液17g/L的LiOH NaOH(为提高高温充电效率，将部分KOH替换为NaOH，但是会加重对金属氢化物活性物质的腐蚀，降低循环寿命)2.正极制备2.1烧结式2.1.1调浆：纤维镍+导电剂CoO+CMC(2.5%)或MC+PVB造孔剂2.1.2拉浆：将膏状物涂覆到基板(如冲孔镍带)2.1.3烘干(挥发黏结剂)(75℃)2.1.4在氮气/氢气环境下高温煅烧(880℃，烧结速度90m/h)2.1.5化学浸渍或电化学浸渍(将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/cm2 2.1.6浸渍后的电极用电化学充/放电工艺进行预活化2.1.7逆向水洗2.1.8烘干(75℃)2.1.9电极软化(成型厚0.58±0.05mm)2.1.10极耳点焊主要设计参数：纤维镍骨架的强度和孔径氢氧化镍活性物质的化学组成活性物质的载入有害物质(硝酸盐、碳酸盐等)的含量2.2涂膏式2.2.1泡沫镍基板制备用电沉积或化学蒸汽沉积工艺。
镍氢储能电池制备工艺 项目指南
镍氢储能电池制备工艺项目指南下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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镍氢电池的化学原理及工艺流程
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采用Ni的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液(主要为KOH)作为电解液.圆柱形和方形镍氢电池电化学原理和化学反应相同：充电时，正极：Ni(OH)2– e-+OH-→NiOOH+H2O负极：MHn+ne-→M+n/2 H2放电时，正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-负极：M+n/2 H2→MHn+ne-。
镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低(如低于-15℃)，而在-20℃时，碱液达到起凝固点，电池充电速度也将大大降低。
在低温充电低于0℃会增大电池内压并可能使安全阀开启。
为了有效充电，环境温度范围应在5-30℃之间，一般充电效率会随温度的升高而升高，但当温度升到45℃以上，高温下充电电池材料的性能会退化，电池的循环寿命也将大大缩短。
圆柱形Ni-MH电池只采用金属电池槽，一是因为电池槽本身与金属氢化物负极连接在一起，可以作为负极极端；二是因为许多应用要求能够快速充电，气体发生复合反应时，电池的内压很高，只有金属容器可以承受这种压力，而且不会发生太大的变形。
最后金属电池槽聚砜密封环翻边与电池盖密封，这种方法成本低，易于生产，而且可靠。
工艺流程：(以SC型为例1.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，弥补氢氧化镍与金属集流体间较大的间距以及氢氧化镍本身电导率较低的不足)添加剂1.2负极：贮氢合金粉(3.1有具体讨论)添加剂1.3电解质：30%的KOH水溶液17g/L的LiOH NaOH(为提高高温充电效率，将部分KOH替换为NaOH，但是会加重对金属氢化物活性物质的腐蚀，降低循环寿命)2.正极制备2.1烧结式2.1.1调浆：纤维镍+导电剂CoO+CMC(2.5%)或MC+PVB造孔剂2.1.2拉浆：将膏状物涂覆到基板(如冲孔镍带)2.1.3烘干(挥发黏结剂)(75℃)2.1.4在氮气/氢气环境下高温煅烧(880℃，烧结速度90m/h)2.1.5化学浸渍或电化学浸渍(将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/cm2 2.1.6浸渍后的电极用电化学充/放电工艺进行预活化2.1.7逆向水洗2.1.8烘干(75℃)2.1.9电极软化(成型厚0.58±0.05mm)2.1.10极耳点焊主要设计参数：纤维镍骨架的强度和孔径氢氧化镍活性物质的化学组成活性物质的载入有害物质(硝酸盐、碳酸盐等)的含量2.2涂膏式2.2.1泡沫镍基板制备用电沉积或化学蒸汽沉积工艺。
镍氢储能电池制备工艺 项目指南
镍氢储能电池制备工艺项目指南《镍氢储能电池制备工艺项目指南》
嘿，朋友们！今天咱就来聊聊镍氢储能电池制备工艺这个超有意思的事儿。
咱先说说这制备的第一步吧，就像咱做饭得先准备好食材一样。
这里面的材料选择那可太关键了，就好比我有次在家做蛋糕，选面粉的时候没注意，拿了过期的面粉，结果那蛋糕做出来，简直没法吃！所以啊，在镍氢储能电池制备里，材料可得精挑细选，可不能有丝毫马虎。
然后就是具体的制作过程啦，这就像是搭积木，每一步都得稳稳当当的。
温度啦、时间啦、各种条件都得控制得恰到好处。
我记得有一次我做手工模型，有个步骤没做好，后面整个就歪七扭八的。
这镍氢储能电池制备也是一样，一步错可能就满盘皆输哦。
还有啊，安全问题也绝对不能忽视。
这就好像我们过马路要左右看一样，得时刻保持警惕。
在制备过程中，稍有不慎可能就会出问题，那可就麻烦大了。
总之，镍氢储能电池制备工艺可不是一件简单的事儿，但只要我们认真对待，每一步都做到位，就一定能做出高质量的镍氢储能电池！这就是我对这个项目的看法，大家一起加油干吧！。
镍氢电池设计与制造工艺
MH NiOOH M Ni(OH )2
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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
《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
正极
焊点：（约4～8个) 正极物质：球镍+亚钴+PTFE
正极基体：发泡镍（约1.6--1.7mm厚)，或冲孔镀镍 （0.06--0.08mm厚） 正极集流体：镍带（约0.1mm厚）
钢带
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
结构
由氢氧化镍正极，储氢合金 负极，隔膜纸，电解液，钢壳 ，顶盖，密封圈等组成。在圆 柱形电池中，正负极用隔膜纸 分开卷绕在一起，然后密封在 钢壳中的。在方形电池中，正 负极由隔膜纸分开后叠成层状 密封在钢壳中。
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
结构
正极: 活性物质（Ni（OH）2) 、溶剂、粘结剂、基体 。
剂、溶剂、导电剂、基体
、导电剂
粘合
负极： 活性物质（储氢合金粉)、 隔膜：PP+PE 电解液：KOH+LiOH 外壳：钢壳、盖帽、极耳
《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
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第五章 镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池_精品文档
二、镍氢电池类型 高压镍氢电池；低压镍氢电池
(-)Pt,H2KOH或NaOH NiOOH(+)
镍氢电池充电特性
第二阶段 经过一定时间后（C点），电解液中开始产生气泡，这些气泡聚集在极板表面，使极板的有效面积减小，所以电池的内阻抗增加，电池电压开始较快上升。这是接近充足电的信号。
镍氢电池充电特性
第三阶段 充足电后，充入电池的电流不是转换为电池的贮能，而是在正极板上产生氧气。氧气是由于电解液电解而产生的。在氢氧化钾和水组成的电解液中，氢氧离子变成氧、水和自由电子，反应式为 4OH―→O2↑+2H2O+4e― 虽然电解液产生的氧气能很快在负极板表面的电解液中复合，但是电池的温度仍显著升高。此外由于充电电流用来产生氧气，所以电池内的压力也升高。 由于从大量的氢氧离子中很容易分解出氧气，所以电池内的温度急剧上升，这样就使电池电压下降。因此电池电压曲线出现峰值（D点）。
3 镍氢电池的充放电特性
镍氢电池不同温度下的放电曲线
镍氢电池不同温度充电曲线
由图看出，环境温度越高，充电电压越低.
镍氢电池不同电流充电特性
由图看出，在较高电流充电后期必然出现充电电压下降和温度上升的现象，由此可以作为快速充电的控制方法，即用—ΔV和t控制；电流越大，充电电压越高.
镍氢电池IEC容量测试方法
镍氢电池开路电压：1.2V
镍氢各型号电池尺寸(圆柱型)与容量
系列
光身直径
标准高度(mm)
尖头高度(mm)
镍氢电池制作工艺
Ⅱ. ㈠.发泡端面焊电池正极制片检验流程准备物料↓↓QC08 粘贴尺寸正极合浆↓粘贴外观↓称重分级（根据实际增减）↓QC01 粘合剂粘度↓QC09 极片分级↓扫粉发泡电极滚焊镍带↓批次验收↓滚焊位置↓QC10 极片尺寸↓QC02 外观、质量↓极片外观正极拉浆↓极片分级↓拉浆增重入库↓QC03 拉浆外观↓烘干温度正极裁大片↓QC04 裁片尺寸↓裁切外观清理白边↓QC05 极片外观极片复压↓QC06 极片厚度极片分切↓QC07 极片尺寸↓极片外观粘胶布上流程为镉镍电池发泡端面焊正极制片的流程。
发泡镍连续滚焊镍带的操作及注意事项：根据极带试拉情况调节发泡镍预压厚度，滚焊预压厚度比拉浆镍带厚0.01～0.03mm滚焊外观：无虚焊，焊偏焊连等不良现象发泡镍拉浆操作及注意事项：核对项目：核对所用物料，发泡镍和亚镍是否经检验合格，并记录其产地及检验批号拉浆增重：将滚焊好的发泡镍拉浆后经压片之后切成工艺规定极片成品尺寸，称其增重是否复合工艺技术标准。
计算式：成品极片增重=（大片极片重量-大片骨架重量-下脚料重量）/片数拉浆外观：目视拉浆后极带表面是否有浆斑、刮痕、发黄等不良现象烘干温度：检查哥烘干温度表实际温度值是否符合工艺规定的炉温控制标准极片含水量：去定长的极片在95~105℃烘箱中保温15m in，极片含水量=（烘干前极片重-烘干后极片重）/烘干前重*100％拉浆走速：在极带出烘箱时做一标记，并开始计时，一分钟后再做一标记，量取两标记间的距离即可得到走速，走速=距离/时间（1m in）⒋切大片操作要求及注意事项：尺寸：长度和宽度符合工艺尺寸要求外观：切口无毛刺、劈峰、翻遍、折角，品质控制⒌大片复压操作及注意事项：将切好的大片再复压一遍确保达到工艺要求，复压时应一次一片，不能重叠⒍发泡端面焊正极分切的操作及注意事项：定刀：按工艺要求确定两边长度和单位长度，以及宽度分切尺寸和成品宽度尺寸。
极片自由下落距离不得超过15cm。
镍氢电池设计与制造工艺
镉电池小很多，因此，目前镍镉电池已逐渐被镍氢电池取代。
B
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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
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镍氢电池应用
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《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
正极
焊点：（约4～8个)
正极物质：球镍+亚钴+PTFE
正极基体：发泡镍（约1.6--1.7mm厚)，或冲孔镀镍 （0.06--0.08mm厚）
正极集流体：镍带（约0.1mm厚）
B
钢带
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3.8
B
348 482 536 965 1018
330 420 350 500 500
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负极
负极基体：铜网、钢网（约
0.22~0.32mm厚)
负极物质：MH+HPMC+SBR
钢带（约0.04~0.08mm厚)
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缺点:
1. 价格高于镍镉电池，负极材料为稀土合金材料； 2. 自放电速度大。
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《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
特性
① 电压 = 1.2V ② 能量∕重量 = 60-120 Wh/kg（瓦特小时/千克） ③ 能量∕体积 = 140-300 Wh/L（瓦特小时/升）即
镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池设计与制造工艺引言镍氢电池作为一种新型的绿色环保电池，具有高能量密度、长寿命、低自放电率等优点，在电动车辆、储能系统等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍镍氢电池的设计原理，并详细探讨其制造工艺。
镍氢电池设计原理镍氢电池是以氢化镍和氧化镍为正负极材料，通过化学反应释放和储存电能的电池。
其电池反应方程式如下：正极反应：Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e-负极反应：MH + H2O + e- → M + OH- + H2O整体反应方程式：Ni(OH)2 + MH → NiOOH + M镍氢电池的设计目标是实现正极和负极之间的电荷转移，在正负极材料之间建立电化学反应，从而产生电能。
设计时需要考虑正负极材料的选择、电解质的配方、电池壳体的结构和密封性等因素，以确保电池的性能和安全性。
镍氢电池制造工艺步骤镍氢电池的制造过程包括正负极材料的制备、电池组装和封装等步骤。
以下将详细介绍制造工艺的每个步骤。
1. 正负极材料的制备正极材料一般采用氧化镍（Ni(OH)2），负极材料采用金属氢化物（MH），如钛镍合金。
首先，将合适比例的化学品溶解在适当的溶剂中，通过搅拌和加热反应，使化学物质充分混合。
然后，将混合物进行过滤、洗涤和干燥，得到所需的正负极材料。
2. 电解质的配制电解质是镍氢电池中起重要作用的液体介质，通常由钾氢氧化物（KOH）或锂氢氧化物（LiOH）溶解在水中制备而成。
配制电解质时，需要精确控制其浓度和酸碱度，以满足电池的要求。
3. 电池组装电池组装是将正负极材料、电解质和其他辅助材料按照一定的顺序组装在一起的过程。
首先，在电池壳体中放入负极材料，再在负极材料上涂覆一层聚丙烯膜以防止短路。
然后，将正极材料与导电片连接，并放置在负极材料上。
最后，将电解质注入电池壳体中，确保正负极材料和电解质的充分接触。
4. 封装封装是保护电池内部结构，并防止电解质泄漏的重要步骤。
将电池组装好的壳体进行密封，在密封过程中可以采用焊接、螺纹连接或其他方式，确保电池的完整性和稳定性。
镍氢电池生产设备的设计与生产流程优化
镍氢电池生产设备的设计与生产流程优化随着电动汽车市场的迅速发展和能源存储需求的增加，镍氢电池作为一种重要的次锂电池技术，得到了广泛的应用。
镍氢电池的生产设备是保障电池质量和提高产能的关键。
本文将从设计角度出发，探讨镍氢电池生产设备的优化与改进的方式。
一、设备设计原则镍氢电池生产设备的设计应该遵循以下原则：1. 安全性：保证设备运行的安全性，对操作人员和环境没有危害。
2. 高效性：提高生产效率和产能，降低制造成本。
3. 稳定性：确保设备在长期运行过程中的稳定性和可靠性。
4. 灵活性：设备应该具备一定的适应性，能够满足不同规格和需求的电池生产。
5. 自动化：提供高度自动化的操作控制，减少人工干预，提高生产质量和一致性。
二、设备设计优化1. 设备模块化设计：采用模块化设计的设备能够快速更换和调整，提高生产灵活性。
此外，模块化设计还能够降低设备维护和更新成本。
2. 自动化控制系统：引入先进的自动化控制系统，实现对生产过程的监控和调节。
通过自动化控制系统，可以提高生产过程的可控性和一致性，减少人为误差。
3. 设备智能化：结合人工智能和大数据技术，实现设备智能化和数据分析。
通过对生产数据的实时监测和分析，可以及时发现问题并采取相应措施，提高生产效率和质量。
4. 能源节约：将节约能源作为设备设计的重要目标。
通过优化设备结构和使用高效节能的设备，减少能源消耗，降低生产成本，同时也减少对环境的负面影响。
5. 设备可靠性：提高设备的可靠性和稳定性，确保设备在长期运行中的稳定输出和高效工作。
6. 人性化设计：设备操作界面应简单明了，易于操作和维护。
此外，还应考虑到操作人员的劳动保护和人机工程学原理，提供良好的工作环境。
三、生产流程优化1. 材料准备：确保供应商提供的原材料符合要求，并进行严格的检验和测试。
在物料进料过程中实施严格的质量控制，以确保原材料的可靠性。
2. 电池制造工艺：优化电池制造过程，减少不必要的工艺步骤，提高生产效率。
镍氢电池生产设备的关键技术与创新
镍氢电池生产设备的关键技术与创新近年来，随着可再生能源和电动汽车的快速发展，镍氢电池作为一种高性能、环保的储能电池，受到了广泛关注。
而镍氢电池生产设备的关键技术与创新，则是推动其产业化和提高生产效率的重要因素。
本文将从镍氢电池生产的整体流程出发，探讨镍氢电池生产设备的关键技术和创新点。
一、镍氢电池生产的整体流程镍氢电池的生产过程分为原材料准备、材料加工、电池组装和测试等几个主要步骤。
其中，原材料准备阶段主要包括镍氢电池正负极材料、电解液等的配制和处理；材料加工阶段包括正负极材料的湿法制备或粉末冶金工艺；电池组装阶段则是将正负极材料、电解液装配到电池壳体内，并进行密封；最后，进行电池的测试和充电活化等工序。
针对以上的几个关键步骤，我们来具体探讨镍氢电池生产设备的关键技术及创新点。
二、镍氢电池正负极材料的制备与处理1. 正极材料的制备镍氢电池的正极材料采用氢化镍合金的形式，其制备主要包括原料的选择和处理、合金粉末的制备等。
在原料选择方面，优质的镍和其他合金元素的选择至关重要，以确保制备出的氢化镍合金具有良好的电化学性能。
同时，在合金粉末的制备过程中，需要采用适当的溶液处理工艺和球磨工艺，以获得细、均匀的粉末颗粒，提高正极材料的比表面积和电化学活性。
2. 负极材料的制备镍氢电池的负极材料通常采用氢化合物，如钛氢化物。
在制备过程中，关键是保证负极材料的吸氢性能和电导率。
为了提高吸氢性能，需要采用高温氢化工艺，使材料中的氢离子能够完全吸附并释放。
同时，通过合适的添加剂的引入和控制，可以调整材料的晶格结构和电导率，以提高电池的性能和循环寿命。
三、1. 设备智能化和自动化在镍氢电池生产过程中，设备的智能化和自动化程度对于提高生产效率和降低生产成本至关重要。
通过引入先进的自动化系统，能够将原材料的配制、材料加工、电池组装和测试等环节进行集成和自动化控制，实现生产线的高度智能化。
同时，通过应用物联网、大数据分析等技术手段，可以实时监测和分析设备运行状态和生产数据，提高生产过程的精确性和稳定性。
镍氢电池制作实验报告
方形800mA镍氢电池的制备及其性能测试1 引言1.1实验背景化学电源也就是通常所说的电池，是一类能够把化学能转化为电能的便携式移动电源系统，现已广泛应用在人们日常的生产和生活中。
电池的种类和型号(包括圆柱状、方形、扣式等)很多，其中，对于常用的电池体系来说，通常根据电池能否重复充电使用，把它们分为一次（或原）电池和二次（或可充电）电池两大类，前者主要有锌锰电池和锂电池，后者有铅酸、镍氢、锂离子和镍镉电池等[1]。
除此之外，近年来得到快速发展的燃料电池和电化学电容器（也称超级电容器）通常也被归入电池范畴，但由于它们所具有的特殊的工作方式，这些电化学储能系统需特殊对待。
在这些电池的制备和使用方法上，有很多形似的地方，因此通过熟悉一种电池可以达到了解其它电池的目的。
本实验即通过制备一种扣式可充电的镍氢电池，并通过测试电池的性能，使同学们在电池制备及其性能表征等方面得到训练。
1.2实验意义随着市场的需求，新型绿色环保型镍氢电池正朝着高容量、小型化、高功率方向发展。
镍氢电池产业将成为21世纪能源领域的重大产业之一。
镍氢电池产业的发展有利于促进城市环境的改善，使国民经济可持续发展；有助于移动通讯，无污染电动车等的高新技术产业的发展；同时将带动上游原材料工业的发展……所以，研究镍氢电池是一个新的趋向。
1.3实验原理镍氢电池的正极活性物质为Ni(OH)2，负极为贮氢合金，正负电极用隔膜分开，根据不同使用条件的要求，采用KOH 并加入LiOH 或NaOH的电解液。
电池充电时，正极中Ni(OH)2被氧化为NiOOH，而负极则通过电解水生成金属氢化物，从而实现对电能的存储。
放电时，正极中的NiOOH被还原为Ni(OH)2，负极中的氢被氧化为水，同时在这个反应过程中向外电路释放出电量。
电极反应如下：(“⇀”表示充电；“↽”表示放电)正极：Ni(OH)2 + OH-⇌ NiOOH + H2O + e-负极：M + xH2O + xe- ⇌ MHx + xOH-实际应用中镍氢电池一般要求是准密闭的反应体系，但在充电过程中正负电极上不可避免地会发生副反应生成氧气和氢气，因此如何消除这些气体关系到电池的密封问题。
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《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
5.2 镍氢电池关键电极材料设计与制造工艺
典型Ni/MH负极材料及特征
合金类型 AB5 AB2 AB A2B 固溶体 典型氢化物 LaNi5H6 ZrMn2H3 TiFeH2 Mg2NiH4 V0.8Ti0.2H0.8 吸氢质量 /% 1.3 1.8 2.0 3.6 3.8 电化学容量 mAh/g 348 482 536 965 1018 330 420 350 500 500
《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
负极
负极基体：铜网、钢网（约 0.22~0.32mm厚) 负极物质：MH+HPMC+SBR 钢带（约0.04~0.08mm厚)
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隔膜
材质：维尼纶或者 PP（聚丙烯） 或者尼龙 厚度：一般为0.10～0.18mm
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。
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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 2 H 2 O O2 氢氧化镍电极（正极）
吸氢电极（负极）
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5.2 镍氢电池关键电极材料设计与制造工艺
对于理想的金属储氢材料应具备以下条件：
（1)合金贮氢容量高，不小于1wt%； （2）吸放氢电催化活性好, （3）在氢的阳极氧化电位范围内应具有较强的抗氧化能力; （4）在强碱性电解质溶液中，化学性质相对稳定; （5）反复充放电过程中，合金不易粉化; （6）充放电效率高; （7）循环使用寿命长； （8）具有良好的电和热的传导性; （9) 原材料成本低廉。
MH NiOOH M Ni(OH ) 2
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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 2 H 2 O
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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。
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
特性
① 电压 = 1.2V ② 能量∕重量 = 60-120 Wh/kg（瓦特小时/千克） ③ 能量∕体积 = 140-300 Wh/L（瓦特小时/升）即 504-1188kJ/kg（千焦耳/千克） ④ 功率∕重量 = 250-1000 W/kg ⑤ 自放电率 = 一般为每月 2-30%，见温度而定， 低自放电型号为每年10-30% ⑥ 充放电效率 = 66% ⑦ 充放电循环次数 = 500 -1800次
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5.2 镍氢电池关键电极材料设计与制造工艺
镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。 用在镍氢电池的制造上，它们主要分为两大类。最常见的是AB5一类， A是稀土元素的混合物（或者）再加上钛（Ti）；B则是镍（Ni）、钴 （Co）、锰（Mn），（或者）还有铝（Al）。而一些高容量电池的 “含多种成分”的电极则主要由AB2构成，这里的A则是钛（Ti）或者 钒（V），B则是锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴 （Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。所有这些化合物扮演的都是相 同的角色：可逆地形成金属氢化物。电池充电时，氢氧化钾（KOH） 电解液中的氢离子（H+）会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避 免形成氢气（H2），以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时， 这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。
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正极
焊点：（约4～8个) 正极物质：球镍+亚钴+PTFE
正极基体：发泡镍（约1.6--1.7mm厚)，或冲孔镀镍 （0.06--0.08mm厚） 正极集流体：镍带（约0.1mm厚）
钢带
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电解液
性质：
无色透明液体，具有较强腐蚀性。
应用：
主要用于可充电镍氢电池的电解液。
规格：
溶质组成 KOH:LiOH:NaOH =40:1:3 （重 量比） 溶剂组成 ：水 OH-浓度 7mol/l
H 2 O O2 4e 4OH
氢氧化镍电极全充电态时产生的氧气，经过扩散在负极上 重新化合为水。既保持了电池内压的恒定，同时又使电液 浓度不致发生巨大变化。
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点 工作原理
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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。
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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。
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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
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
结构
正极: 活性物质（Ni（OH）2) 、溶剂、粘结剂、基体 。
剂、溶剂、导电剂、基体
、导电剂
粘合
负极： 活性物质（储氢合金粉)、 隔膜：PP+PE 电解液：KOH+LiOH 外壳：钢壳、盖帽、极耳
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
优点:
1. 2. 3. 4. 5. 能量密度高，是镍镉电他的1.5倍； 电池电压为1．2v—1．3v，与镍镉电池相当； 无记忆效应，循环寿命长 ； 可大电流放电，承受过充电、过放电能力强 ； 无污染，绿色环保电池 。
缺点:
1. 价格高于镍镉电池，负极材料为稀土合金材料； 2. 自放电速度大。
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
结构
由氢氧化镍正极，储氢合金 负极，隔膜纸，电解液，钢壳 ，顶盖，密封圈等组成。在圆 柱形电池中，正负极用隔膜纸 分开卷绕在一起，然后密封在 钢壳中的。在方形电池中，正 负极由隔膜纸分开后叠成层状 密封在钢壳中。
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镍氢电池应用
动力电池
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镍氢电池型号尺寸