镍氢电池

3 镍氢电池的充放电特性 放电 平台


镍氢电池完全充电后，放电至1.2V时的容量 记为C1，放电至1.0V时的容量记为C0，C1/C0 称为该电池之放电平台 行业标准1C放电平台为70%以上，我们现在 可以作到83%-85% 放电平台对电池使用效果影响最大，关系到 用户实际使用效果或使用时间的长短。
粘合剂、溶剂、

镍氢电池结构——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 钢带 （0.06--0.08mm厚） 正极集流体：镍带（约0.1mm厚）
镍氢电池结构——负极
负极基体：铜网、钢网（约 0.22~0.32mm厚) 钢带（约0.04~0.08mm厚)
• MH/Ni电池的正、负极上所发生的反应均属于固相转变机
制，不额外生成和消耗电解液组分，因此电池的正、负极 都具有较高的稳定性，可以实现密封和免维护。
• MH/Ni电池一般采用负极容量过剩的配置方式，电池在过 充时，正极上析出的氧气可在金属氢化物电极表面被还原 成水；电极在过放时，正极上析出的氢气又可被金属氢化 物电极吸收，从而使得电池具有良好的耐过充放能力。
负极物质： MH:吸氢合金 HPMC :羟丙基甲基纤维素 TEN:保水增稠 SBR :丁苯橡胶 ，粘结剂
镍氢电池结构——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

镍氢电池结构——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。
活性物质是电池内预先充入的高压氢气。
电解液： KOH/NaOH
隔膜： 采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布。
负极：
正极：
优点：
较高的比能量，循环寿命长，耐过充、过放能力强，
以及可以通过氢压来指示电池荷电状态等。 缺点：
①需要贵金属催化剂，电池成本高；
②电池内部氢气压力高，增加了电池密封的难度和壳体 材料选择上的限制； ③安全性差。
• 1973年开始尝试LaNi5作为二次电池的负极材料，但无法 解决容量迅速衰减问题； • 1984年利用多元合金化的方法解决了LaNi5系储氢合金容 量迅速衰减问题，日本松下、三洋、日立、东芝，美国 Ovonic，德国Varta以及荷兰Philips等公司都在大规模开发 和生产MH/Ni电池 ，其中日本的MH/Ni电池生产发展速度 最迅猛 ；

1 容量、 电压
镍氢电池IEC容量测试方法 放电：0.2C→1.0V/cell 充电：0.1C×16hrs 搁置：1-4hrs 放电：0.2C→1.0V/cell 环境温度：20±5℃

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 AAAA AAA 光身直 径 8.2 10.0 10.1 13.9 14.1 16.5 22.0 25.2 32.2 32.2 标准高度 (mm) 40.0 43.0 43.0 49.0 50.0 50.0 43.0 49.0 60.0 90.0 50.0-0.5 61.5-0.5 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 2500以下 2500以下 3500以下 4500以下 9000以下 13000以下
MH/Ni 电池一般采用负极容量过剩的配置方式，在 MH/Ni电池过充电时，正、负极发生如下反应： • 氢氧化镍电极 （正极） • 吸氢电极 （负极）
OH 4e 2H 2 O O2

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。
AA A SC C D F
50.5-0.5
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
2 循环寿命
电池在完全充电后完全放电，循环进行， 直到容量衰减为初始容量的60%，此时 循环次数即为该电池之循环寿命 循环寿命与电池充放电制度有关。 镍氢电池室温下1C充放电循环寿命可达 300-500次（行业标准），最高可达8001000次。
高压氢-镍电池不能商业化生产 研制金属氢化物-镍电池
低压氢镍电池
(-)MHKOH或NaOH NiOOH(+)
正极活性物质： NiOOH(三价镍的氢氧化物)
负极活性物质： 储氢合金（MH）
电解液： KOH/NaOH
隔膜： 采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布
额定电压： 1.2V
低压镍氢电池的发展
• 20世纪60年代，PHilips实验室发现LaNi5系多元储氢合金 材料具有可逆的吸放氢性能；
• 我国是继日本美国等国之后较早进入MH/Ni电池产业化的 国家之一 ，在国家“863” 高技术发展计划的支持下，于 90年代初就研制出容量为1000mAh的AA型Ni/MH电池， 2001年的产量达2亿多只。
三、低压镍氢电池镍电极发展
• 1887年，Desmazures和Hasslacher就讨论了氧化镍 作为正极活性物质在碱性电池中应用的可能性 ；
MH OH e M H 2O
电池池总反应：
MH NiOOH M Ni(OH ) 2
• 当电池过放电时，电极反应为 ：
氢氧化镍电极 （正极） 吸氢电极 （负极）
2H 2O 2e H 2 2OH
H 2 2OH 2e 2H 2O
过放电时，电池的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。
4.2 MH/Ni电池工作原理
• 镍氢电池由氢氧化镍正极， 储氢合金负极，隔膜纸， 电池组成： 电解液，钢壳，顶盖，密 负极材料：储氢合金粉 封圈等组成。在圆柱形电 池中，正负极用隔膜纸分 正极材料：Ni(OH)2 开卷绕在一起，然后密封 单体电池电压：1.2V 在钢壳中的。在方形电池 中，正负极由隔膜纸分开 循环寿命500-1000次 后叠成层状密封在钢壳中。
MH/Ni电池工作原理
()MHx KOH (6M ) NiOOH()
4.2 MH/Ni电池基本原理
• MH/Ni电池的电化学式可表示为：
()MHx KOH (6M ) NiOOH()
氢氧化镍电极（正极）NiOOH H2O e Ni(OH )2 OH 吸LiOH:NaOH =40:1:3 （重量比） 溶剂组成 ：水 OH-浓度 7mol/l

质量指标：
密度（25℃）g/cm3 1. 3±0.03 电导率（25℃） 10.4±0.5 ms／cm
4.4 镍氢电池性能
常规性能： 容量 电压 内阻 可靠性性能： 循环寿命 放电平台 自放电 贮存性能 高低温性能 安全性能 过充 短路 过放 针刺 跌落 振动
•当正极析出的氧扩散到负极与氢发生反应时，不仅消耗负 极的一部分氢，影响到负极的电极电位，而且释放的热量 会导致电池内部温度显著升高，从而加速电极反应。
4.3 镍氢电池结构

正极: 活性物质（Ni(OH)2) 剂、基体 。
、导电剂、溶剂、粘结

负极： 活性物质（储氢合金粉)、 导电剂、基体
隔膜：PP+PE 电解液：KOH+LiOH 外壳：钢壳、盖帽、极耳
4.1 镍氢电池概述
一、镍氢电池的应用
氢镍电池应用：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
便携式电源
• 矿灯
• 应急灯
• 网标灯
民用电信产品
动力电池
镍氢电池电动汽车
4.1 镍氢电池概述
二、镍氢电池类型
高压镍氢电池；低压镍氢电池
上世纪七十年代，发展 高压氢-镍电池（H2-NiOOH）电池；

记忆效应是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中负极为 烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之 前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成 次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中 将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放 电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这 一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电 都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。
要消除这种效应，有两种方法，一是采用小电流深度放电（如 用0.1C放至0V）一是采用大电流充放电（如1C）几次。
八十年代，掀起镍金属氢化物-镍电池（低压氢-镍电池）
（MH-NiOOH）的热潮；
九十年代，镍氢电池（MH-NiOOH）进入产业化（日本三洋）。
高压氢镍电池 (-)Pt,H2KOH或NaOH NiOOH(+)
正极活性物质： NiOOH(三价镍的氢氧化物）。
负极活性物质：Pt、Pd等贵金属为催化剂，负极
Capacity charge(%)
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.
镍氢电池不同电流放电曲线
镍氢电池温度特性
Ni／MH电池在20℃条件下的放电性能最佳。由于低温下(0℃以 下)MH的活性低和高温时(40℃以上)MH易于分解析出H2，致使 电池的放电容量明显下降，甚至不能工作。
镍氢电池不同温度下的放电曲线
DF-LT44AAA600 Discharging curves with various temperature at 0.2C 1.5 1.4
Voltage(V)
1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0 25℃ 0℃ -20℃ -40℃ 20 40 60 capacity discharged(%)