第1章 MH-Ni電池概述

1、第1章 MH-Ni電池概述1.1 MH-Ni電池的發(fā)展概況MH-Ni 電池是繼Cd-Ni電池之后的新一代高能二次電池，由于它具有高容量、大功率、無污染等特點(diǎn)而倍受人們的青睞，是當(dāng)今二次電池重要的發(fā)展方向之一。與Cd-Ni電池相比，MH-Ni電池的容量提高50以上，消除了Cd對環(huán)境的污染，可以實(shí)現(xiàn)快速充電；MH-Ni電池的工作電壓為1.2V，可與Ni-Cd電池互換使用；MH-Ni 電池比Cd-Ni電池有更高的能量貯存能力，高能型MH-Ni 電池的比能量可達(dá)到95Whkg-1，高功率型鎳氫電池的比功率達(dá)到900Wkg-1，循環(huán)使用壽命超過1000次，工作環(huán)境溫度為-40+55，高低溫工作容量損失小

2、。MH-Ni電池是一種綠色環(huán)保電池，由于貯氫合金材料的技術(shù)進(jìn)步，大大的推動了鎳氫電池的發(fā)展，而且淘汰Cd-Ni電池的步伐也已加快，MH-Ni電池發(fā)展的黃金時(shí)刻已到來。MH-Ni電池的技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：第一階段即六十年代末至七十年代末為可行性研究階段；第二階段即七十年代末至八十年代末為實(shí)用性研究階段；1984年開始，荷蘭、日本、美國都致力于研究開發(fā)儲氫合金電極。1988年，美國Ovonic公司，1989年，日本松下東芝三洋等電池公司先后開發(fā)成功MH-Ni電池。第三階段即九十年代初至今為產(chǎn)業(yè)化階段。我國于80年代末研制成功電池用貯氫合金，1990年研制成功AA型MH-Ni電池，截止200

3、5年底，全國已有數(shù)一百多家企業(yè)能批量生產(chǎn)各種型號規(guī)格的MH-Ni電池，國產(chǎn)MH-Ni 電池的綜合性能已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。在國家“863”計(jì)劃的推動下，MH-Ni 動力電池是十五計(jì)劃我國電池行業(yè)重點(diǎn)之一，MH-Ni 電池作為動力在電動汽車和電動工具方面應(yīng)用的研究已經(jīng)取得了一定的成就，目前MH-Ni 電池逐步向高能量型和高功率型雙向發(fā)展。1.2 MH-Ni電池的基本原理1.2.1 MH-Ni電池的工作原理MH-Ni電池是一種堿性電池，負(fù)極采用由貯氫材料作為活性物質(zhì)的氫化物電極，正極采用氫氧化鎳（簡稱鎳電極），電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液，其電化學(xué)式可表示為：()M/MHKOH(6M)Ni(OH)2/N

4、iOOH(+)式中M代表貯氫合金；MH代表金屬氫化物。電池工作原理如圖1-1所示： 充電的時(shí)候，正極發(fā)生Ni(OH)2NiOOH的轉(zhuǎn)變，負(fù)極則發(fā)生水分解反應(yīng)，合金表面吸附氫，生成氫化物。放電過程是上面過程的逆反應(yīng)，即正極發(fā)生NiOOH轉(zhuǎn)變?yōu)镹i(OH)2，負(fù)極貯氫合金脫氫，在表面生成水。HO OHNiNi(OH)2 O OHNiNiOOHOH-H2Oe-e-充 電放 電H負(fù) 極正 極圖1-1 MH-Ni電池電化學(xué)過程示意圖1.2.2 MH-Ni電池的電極反應(yīng)（1）正常充放電反應(yīng) 電池在進(jìn)行正常充放電時(shí)，MH-Ni電池正負(fù)極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)及整個電池的成流反應(yīng)可表示為：正極： Ni(OH)2+

5、 OH NiOOH + H2O + e (1.1)°=+0.49V負(fù)極：MxH2O + xeMHx + xOH (1.2)°=-0.829V電池總反應(yīng)：x Ni(OH)2+ M MHx + x NiOOH (1.3) °=1.319V由式（1.1） (1.3)可以看出，充放電過程中發(fā)生在MH-Ni電池正負(fù)極上的電化學(xué)反應(yīng)均屬于固相轉(zhuǎn)變機(jī)制，整個反應(yīng)過程中不發(fā)生任何中間態(tài)的可溶性金屬離子，也沒有任何電解液組成的消耗和生成。因此，MH-Ni電池可以實(shí)現(xiàn)完全密封和免維護(hù)，其充放電過程可以看成是氫原子或質(zhì)子從一個電極移向另一個電極的往復(fù)過程。充電過程中，正極活性物質(zhì)中的H

6、+首先擴(kuò)散到正極/溶液界面與溶液中的OH-反應(yīng)生成H2O。接著，溶液中游離的H+通過電解質(zhì)擴(kuò)散到負(fù)極/溶液界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成氫原子并進(jìn)一步擴(kuò)散到負(fù)極材料貯氫合金中與之結(jié)合形成金屬氫化物。放電過程正好是充電過程的逆過程。（2）過充放電反應(yīng) 電池在進(jìn)行過充放電時(shí)，MH-Ni電池正負(fù)極反應(yīng)可表示為：正極：過充電(析出氧氣)：4OH 2H2OO24e (1.4)過放電(析出氫氣)：2H2O2 e H2 + 2OH (1.5)負(fù)極：過充電(消耗氧氣)：2H2OO24e 4 OH (1.6)過放電(消耗氫氣): H22OH 2H2O2 e (1.7)從上面的過程可以看出，在過充和過放過程中，由于貯氫合

7、金的催化作用，可以消除正極產(chǎn)生的O2和H2，從而使MH-Ni電池具有耐過充過放電能力。為了保證氧的復(fù)合反應(yīng)，在電池設(shè)計(jì)方面，MH-Ni電池采用正極限容的方法設(shè)計(jì)，負(fù)極的容量大于正極的容量，正負(fù)極容量之比為1:1.2到1:1.4。這樣，在充電末期和過充電時(shí)，正極上析出的氧氣可以通過隔膜擴(kuò)散到負(fù)極表面與氫復(fù)合還原為H2O和OH進(jìn)入電解液，從而避免或減輕了電池內(nèi)部壓力積累升高的現(xiàn)象，否則，在電池過充時(shí)，MH電極又會產(chǎn)生大量氫氣，造成電池內(nèi)壓上升；而在過放電時(shí)，正極上析出的氫氣通過隔膜擴(kuò)散到負(fù)極表面可以被貯氫合金迅速吸收，否則，在電池過放電時(shí)，MH電極上會析出氧，從而使MH合金被氧化。 1.2.3 M

8、H-Ni電池的電極反應(yīng)過程（1）充電反應(yīng)過程 MH-Ni電池充電時(shí)，正極上的Ni(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)镹iOOH，水分子在貯氫合金負(fù)極M上放電，分解出氫原子吸附在電極表面上形成吸附態(tài)的MHad，再擴(kuò)散到貯氫合內(nèi)部而被吸收形成氫化物MHab。氫在合金中的擴(kuò)散較慢，擴(kuò)散系數(shù)一般都在10-710-8cm·s-1。擴(kuò)散成為充電過程的控制步驟。這個過程可以表示如下：M+H2O +e MHad + OH-MHad-MHab-MHab-MHMHad+ MHad 2M+H2MHad + H2O +e M+H2+OH-在電極充電初期，電極表面的水分子在金屬鎳的催化作用下被還原成氫原子，氫原子吸附在合金的表面

9、上，形成吸附態(tài)氫原子MHad。吸附在合金表面上的氫原子擴(kuò)散進(jìn)入合金相中，與合金相形成固溶體-MHab。當(dāng)溶解于合金相中的氫原子越來越多，氫原子將與合金發(fā)生反應(yīng)，形成金屬氫化物-MH。當(dāng)氫原子濃度進(jìn)一步提高時(shí)，將發(fā)生氫原子的復(fù)合脫附或電化學(xué)脫附。過充電時(shí)，由于正極上可以氧化的Ni(OH)2都變成了NiOOH，這時(shí)OH-失去電子形成O2，O2擴(kuò)散到負(fù)極，在貯氫合金的催化作用下得到電子形成OH-，也可能與負(fù)極產(chǎn)生的氫氣復(fù)合成水，放出熱量，使電池溫度升高，同時(shí)也降低了電池的內(nèi)壓。負(fù)極上由于貯氫合金已吸飽了氫不能再吸氫，這時(shí)，水分子在負(fù)極上放電形成H2，H2再在貯氫合金的催化作用下與正極滲透過來的氧氣復(fù)

10、合成水。（2）放電反應(yīng)過程 MH-Ni電池放電時(shí)，NiOOH得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)镹i(OH)2，金屬氫化物(MH)內(nèi)部的氫原子擴(kuò)散到表面而形成吸附態(tài)的氫原子，再發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成貯氫合金和水。氫原子的擴(kuò)散步驟仍然成為負(fù)極放電過程的控制步驟。過放電時(shí)，正極上可被還原的NiOOH已經(jīng)消耗完了（鎳氫電池一般設(shè)計(jì)為負(fù)極容量過量），這時(shí)H2O便在鎳電極上還原。正極(鎳電極)：2H2O+2e H2+2OH-負(fù)極(貯氫合金電極)：H2+2OH- 2H2O +2e這樣氫氣在鎳電極上生成，又在貯氫合金電極上消耗掉。這時(shí)電池的電壓變成“負(fù)”的，即鎳電極電位反而比氫電極電位更負(fù)，所以也稱為反極。在電池反應(yīng)中，貯氫合金擔(dān)負(fù)

11、著貯氫和電化學(xué)反應(yīng)的雙重任務(wù)。在過充和過放過程中，由于貯氫合金的催化作用，可以消除產(chǎn)生的O2和H2從而使電池具有耐過充過放電能力。但隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行，儲氫合金逐漸失去催化能力，電池內(nèi)壓便升高了。1.2.4 MH-Ni電池過充電時(shí)內(nèi)部氣體與物質(zhì)的循環(huán)MH-Ni電池過充電時(shí)，電池內(nèi)部氣體復(fù)合可保持電池內(nèi)壓平衡。因?yàn)?，過充電時(shí)，電池正極將發(fā)生析氧反應(yīng) (式1.4)，析出的氧通過多孔隔膜到達(dá)負(fù)極表面。由于負(fù)極的設(shè)計(jì)容量過剩，在充電過程中不會因負(fù)極不能吸收氫而使氫原子復(fù)合成氫氣析出，而到達(dá)負(fù)極表面的氧氣與金屬氫化物發(fā)生氧化-還原反應(yīng)：4MH + O2 4M +2H2O鎳是上述反應(yīng)的良好催化劑。MH-

12、Ni電池活化后，貯氫合金表面層中金屬鎳的含量大大提高。當(dāng)電池過充電時(shí)，吸附在金屬鎳表面的氫原子增多，有利于消氧反應(yīng)。不會因析出氧而導(dǎo)致電池內(nèi)壓升高。過充電時(shí)，電池內(nèi)部的物質(zhì)并未因正極析氧而減少，而是通過氧的產(chǎn)生與消耗達(dá)到物質(zhì)平衡。在上面的分析中，假設(shè)MH-Ni電池過充電時(shí)負(fù)極是不析出氫氣的。但是對于電池化成不好，或貯氫合金本身質(zhì)量問題，而使得金屬氫化物電極表面催化性能差，其充電效率與充電容量將受到很大影響。當(dāng)充電量達(dá)到一定程度后，會導(dǎo)致負(fù)極產(chǎn)生氫氣，而氫氣在正極上消耗或被負(fù)極再次吸收的速率是緩慢的。這樣，當(dāng)電池過充電時(shí)，由于伴隨較多的氫氣析出，而氧氣又不能有效地被負(fù)極消耗，造成電池內(nèi)壓迅速增長

13、，最終使電池漏液失效。對于理想的MH-Ni電池，必須具有性能優(yōu)異的金屬氫化物電極以降低電池的內(nèi)壓，增強(qiáng)負(fù)極復(fù)合氧氣的能力。1.3 MH-Ni電池的結(jié)構(gòu)密封MH-Ni電池的主要組件包括：正極板（氫氧化亞鎳板）、負(fù)極板（貯氫合金板）、隔板、電解液、密封墊片、絕緣蓋板、金屬外殼、塑料套管、正極蓋、負(fù)極筒等。目前Ni-MH電池產(chǎn)品主要有圓柱形、方形和扣式3類。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2、圖1-3和圖1-4所示。從這些結(jié)構(gòu)圖中可以看出，不論哪種結(jié)構(gòu)的電池，均由外殼、正極片、負(fù)極片以及正負(fù)極極耳(導(dǎo)電帶)、密封圈、放氣閥帽 (正極)、隔膜等組成。 圓柱型密封MH-Ni電池的結(jié)構(gòu)如圖1-2(a)所示。它由正極板

14、、負(fù)極板、隔板、安全排氣孔等部分駔成。正極板的材料為NiOOH，負(fù)極板的材料為貯氫合金。當(dāng)MH-Ni電池過充電時(shí), 金屬殼內(nèi)的氣體壓力將逐漸上升。當(dāng)該壓力達(dá)到一定數(shù)值后, 頂蓋上的限壓安全排氣孔打開, 因此可以避免電池因氣體壓力過大而爆炸。圖1-2（a）圓柱形密封MH-Ni電池的結(jié)構(gòu)1051-Ni(OH)2正極；2-MH負(fù)極；3-隔膜； 4-1.2.3卷繞的電極組；5-負(fù)極極耳；6-外殼； 7-密封圈；8-正極帽兼放氣閥；9-彈簧；10-正極極耳圖1-2（b）圓柱形MH-Ni電池?cái)嗝鎴D 1-正極蓋；2-正極片；3-隔膜；4-負(fù)極片； 5-密封圈；6-負(fù)極殼；圖1-4 扣式MH-Ni電池結(jié)構(gòu)圖1

15、-負(fù)極柱；2-安全閥；3-正極柱；4-上蓋；5-密封圈；6-正極片； 7-負(fù)極片；8-殼體； 圖1-3方形MH-Ni電池結(jié)構(gòu)圖 1.4 MH-Ni電池的特性MH-Ni電池的特點(diǎn)是能量密度高，無記憶效應(yīng)，耐過充過放能力強(qiáng)，無污染，被稱為綠色電池。MH-Ni電池的特性通常指物理性能和電性能，電性能包括充放電性能、溫度特性、循環(huán)壽命、自放電特性等。1.4.1 MH-Ni 電池充電特性MH-Ni 電池充電曲線與Cd-Ni 電池相似，但充電后期MH-Ni 電池充電電壓比Cd-Ni 電池低(見圖1-5)。溫度與充電速率對MH-Ni 電池的充電電壓有明顯的影響，溫度高，充電電壓低(見圖1-6)；充電速率快，

16、充電電壓高(見圖1-7)。MH-Ni 電池與Cd-Ni 電池充電過程比較如圖1-5所示；不同溫度下，MH-Ni 電池的充電曲線如圖1-6所示；20°C，不同充電電流下MH-Ni 電池的充電曲線如圖1-7所示。圖 1-5 MH-Ni 電池的與Cd-Ni 電池充電曲線(1C,20)圖1-7 充電速率對MH-Ni電池充電 電壓的影響(20)圖1-6 充電溫度對MH-Ni電池充電 電壓的影響(0.3C)1.4.2 MH-Ni 電池放電特性MH-Ni電池的放電電壓與Cd-Ni電池相似，但放電容量幾乎是Cd-Ni電池的二倍。電池放電過程中的容量和電壓與使用條件有關(guān)，如放電倍率，環(huán)境溫度等。一般，

17、放電倍率越大，放電容量與放電電壓越低；環(huán)境溫度下降，放電容量與放電電壓下降。在常溫(20)下，采用3C、1C和0.2C放電速率時(shí)鎳氫電池的電壓隨放電容量的變化規(guī)律如圖1-8 所示。由圖可以看出, 采用0.2C放電速率時(shí)，電壓下降到1.2V時(shí),鎳氫電池已放出標(biāo)稱容量的90 %以上；采用大電流(1C)放電時(shí)，電池電壓降到1.2V時(shí)，放出的容量也達(dá)到70 %以上。MH-Ni電池具有較好的低溫放電特性。當(dāng)環(huán)境溫度為-20時(shí)，MH-Ni電池的放電特性如圖1-9所示。采用0.2C放電時(shí)，MH-Ni電池放出容量可達(dá)到標(biāo)稱容量的90%，采用大電流(1C)放電時(shí)，鎳氫電池放出的容量也能達(dá)到標(biāo)稱容量的85 %以上

18、。圖1-8 MH-Ni電池常溫(20)放電特性1圖1-9 MH-Ni電池低溫(-20)放電特性 MH-Ni 電池溫度特性圖1-6是不同的環(huán)境溫度下，MH-Ni電池電壓與充電容量的關(guān)系曲線?？梢?，在各種環(huán)境溫度下，當(dāng)充電容量接近標(biāo)稱容量的75時(shí)，由于陽極板產(chǎn)生的氧氣使得電池電壓升高，充電容量達(dá)標(biāo)稱容量的百分之百時(shí)，電池電壓達(dá)最大值。隨后，由于電池的自熱，導(dǎo)致電池電壓的降低。引起這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)殡姵仉妷河幸粋€負(fù)的溫度系數(shù)。由于充電效率依賴于溫度，因此，在較高的溫度下充電時(shí)，電池的放電容量會降低。在相同放電倍率條件下，環(huán)境溫度對MH-Ni電池性能的影響如圖1-10所示。環(huán)境溫度不同，雖放電倍率相

19、同，但放電電壓不同(見圖1-10 (a)，隨著放電倍率提高，溫度對放電容量的影響越來越顯著，特別是在低溫條件下放電時(shí)，放電容量下降更明顯(見圖1-10(b)。(a)不同溫度下的放電曲線 (充電條件：0.3C，5h，20；放電電流：0.2C) (b)不同溫度下的放電容量 (充電條件：0.3C，5h，20；放電電流：0.2C，1C)圖1-10 MH-Ni電池的溫度特性 1.4.4 MH-Ni 電池自放電特性MH-Ni電池的自放電比Cd-Ni電池大。引起MH-Ni電池自放電的因素很多，其中貯氫合金的組成、使用溫度、電池的組裝工藝影響較大。貯氫合金的析氫平臺壓力越高，氫氣越容易從合金中逸出，自放電越明

20、顯，一般控制貯氫合金的析氫平臺壓力在10-40.1MPa之間；溫度越高，MH-Ni電池自放電越大；隔膜選擇不當(dāng)，組裝不合理，隨著電池充放電次數(shù)的增加，合金粉末出現(xiàn)脫落或形成枝晶等現(xiàn)象，都會加速自放電，甚至短路。MH-Ni電池自放電引起的容量損失是可逆的，長期貯存的MH-Ni電池，經(jīng)過35次小電流充放電后可使電池容量恢復(fù)。圖1-11表示MH-Ni電池的自放電特性。充電：0.25C，3.2h；放電：1C，1.0V；溫度：20 圖112 MH-Ni電池的循環(huán)壽命擱置時(shí)間td圖111 MH-Ni電池不同溫度下的自放電特性 1.4.5 MH-Ni 循環(huán)壽命圖1-12是MH-Ni電池的電池容量與循環(huán)次數(shù)的

21、關(guān)系。MH-Ni電池的容量隨著充放電次數(shù)的增加而減小。對于MH-Ni電池，由于正極析出的氧氣中一部分與合金粉末表面的稀土元素(Re)發(fā)生反應(yīng)：生成稀土氫氧化物Re(OH)3，減少活性物資，從而導(dǎo)致容量降低。密封MH-Ni電池在充電-放電循環(huán)過程中，容量降低經(jīng)歷了如下幾個步驟：(1) Re(OH)3的形成在實(shí)際的過度充放電過程中，正極析出的氧氣總有一部分沒有與吸收在負(fù)極合金中的氫氣發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，而是與合金粉末表面的稀土元素(Re)發(fā)生反應(yīng)，生成稀土氫氧化物Re(OH)3，即 Re + 30H- 3e Re(OH)3(2) Re(OH)3的增長隨著充放電次數(shù)的增加，儲氫合金表面的Re(OH)3的厚

22、度不斷增加，致使儲氫合金的吸氫減少，氫以氫氣形式存在電池內(nèi)，從而電池內(nèi)氫氣的分壓會逐漸增大。(3) 氫氣泄漏和電解質(zhì)溶液損失當(dāng)電池的內(nèi)壓高于密封通氣孔的所允許的最大壓力時(shí)，就會發(fā)生氫氣的泄漏，同時(shí)引起電解質(zhì)溶液損失，隨著電解質(zhì)溶液的減少，電池內(nèi)阻增大，電池的容量減小。要提高M(jìn)H-N電池的循環(huán)壽命，除了改善電極的性能之外，還要改善電池的組裝工藝。1.5 MH-Ni電池的名詞術(shù)語1.5.1 充放電 充電溫度充電時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在1040。環(huán)境溫度會影響充電效率，環(huán)境溫度在1030時(shí)，充電效率最佳；環(huán)境溫度低于0時(shí)，電池內(nèi)氣體吸收反應(yīng)不充分，造成電池內(nèi)壓升高，激活安全閥，使電池泄漏，性能惡化；環(huán)境溫度高

23、于40時(shí)，充電效率會下降，這也會使電池性能惡化，發(fā)生泄漏。 并聯(lián)充電當(dāng)電池并聯(lián)充電時(shí)，應(yīng)充分考慮充電器的保護(hù)措施。 反極充電充電時(shí)應(yīng)盡量避免反極充電。反極充電會造成電池內(nèi)壓升高，激活安全閥，電池發(fā)生泄漏，性能惡化，電池甚至?xí)屏选?過充電過充電是指對已經(jīng)充滿電的電池繼續(xù)充電。應(yīng)避免過充電，反復(fù)過充電會使電池性能惡化。 快速充電使用特定的充電器在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速充電。 涓流充電(連續(xù)充電)MH-Ni電池不適合涓流充電。但在快速充電后，可用 0.03 C0.05 C電流進(jìn)行涓流充電。為避免涓流充電造成電池過充而使電池性能惡化，應(yīng)使用總時(shí)間定時(shí)器。 放電溫度放電時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在-1045。放電電流影響

24、放電效率。放電效率在放電電流為0.1CmA 到 2CmA之間最佳。 放電溫度在-10以下和45以上時(shí)，放電容量會下降。 過放電(深放電)由于過放電會損害電池特性，放電時(shí)要注意切斷電流。同時(shí)不要將電池裝在設(shè)備中運(yùn)輸。(10)大電流放電大電流放電時(shí)會產(chǎn)生熱量和放電效率降低，當(dāng)進(jìn)行大于2C放電前，要進(jìn)行相關(guān)咨詢了解。 儲存與使用 短期儲存電池應(yīng)儲存在干燥、無腐蝕性氣體、溫度在-2045度之間的地方。電池儲存在相對濕度特別高或溫度低于-20或高于45的地方，會使電池金屬部件生銹，電池泄漏或有機(jī)材料部分收縮，從而影響電池性能和使用壽命。 長期儲存由于長期儲存會加速電池自放電和活性物質(zhì)鈍化，環(huán)境溫度為10

25、 °C和30°C之間比較合適。長期儲存后由于活性物質(zhì)的鈍化，電池電壓和容量會下降。重復(fù)幾次充放電循環(huán)后，電池可恢復(fù)原有性能。儲存時(shí)間超過一年時(shí)，最好一年充一次電，以避免自放電引起電池泄漏或性能惡化。 循環(huán)壽命電池在正確使用條件下可循環(huán)使用500次以上。遵循正確的充電方法但使用時(shí)間顯著減少時(shí)，電池壽命已到。電池使用后期，電池內(nèi)阻增加，還有可能發(fā)生內(nèi)部短路。充電器和充電電路應(yīng)考慮電池使用末期電池失效升熱的安全問題。 正確充電電池在使用前應(yīng)按要求充電 充放電使用條件為確保電池的安全使用，延長電池的使用壽命，應(yīng)嚴(yán)格遵循充放電使用條件。 電池使用中禁止事項(xiàng) 拆卸不要拆卸電池。電池內(nèi)部

26、電解液為強(qiáng)堿性，會傷害皮膚和衣物。 短路不要將電池短路。否則會損壞電池，并會生熱使電池燃燒。 將電池扔進(jìn)火里或水中。將電池放入火中會使電池破裂。將電池放入水中會使電池失效 焊接不要將任何東西直接焊接在電池上。這可能會損壞電池內(nèi)部的安全閥，破壞電池的安全性。 電池極性反接不要將電池正負(fù)極反接，否則會導(dǎo)致電池鼓脹或破裂。 大電流過充和反極充電 不要將電池反極充電或大電流過充，否則會造成氣體快速產(chǎn)生，使電池內(nèi)壓增加，電池鼓脹或破裂。 設(shè)備上安裝（密閉的電池盒）避免設(shè)計(jì)使用密閉的電池盒。在一些情況下，電池有氣體放出，如有點(diǎn)火源出現(xiàn)，可能有電池破裂的危險(xiǎn)。 將電池用于其它用途不要將電池用于未被提及的用途

27、。應(yīng)用上的不同可能會損壞電池。 電池包短路應(yīng)需特別警示防止電池包短路。在進(jìn)行電池包形狀設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意使電池包不會被反接。同時(shí)，也應(yīng)注意電池包端子的結(jié)構(gòu)是否可能引起電池短路。 新舊電池混用應(yīng)避免新舊電池混用。也應(yīng)避免與干電池、或不同制造商的電池混用。性質(zhì)的不同會對電池或產(chǎn)品造成損害。術(shù)語解釋 活性物質(zhì)電池中的電化學(xué)物質(zhì)。MH-Ni電池中，正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳，負(fù)極活性物質(zhì)為貯氫合金。 電解液.電池內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)中傳導(dǎo)離子的媒介。在MH-Ni電池中，電解液是氫氧化鉀水溶液。 儲氫合金能夠可逆吸收和放出氫氣的合金。MH-Ni電池采用的主要是AB5型稀土貯氫合金。 負(fù)極負(fù)極電位比正極低，放電中電流從正

28、極流向負(fù)極。 羥基氧化鎳羥基氧化鎳的化學(xué)式為NiOOH，是鎳氫電池正極充電態(tài)的活性物質(zhì)的表達(dá)式。放電時(shí)，正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳，即  Ni(OH)2。 涂膏電極將活性物質(zhì)（貯氫合金）和成膏狀，涂在基板上，作為負(fù)極。 正極.正極電位比負(fù)極高，放電中電子從負(fù)極流向正極。 安全閥當(dāng)電池內(nèi)壓值超過預(yù)定值后，安全閥開啟釋放氣體。安全閥不但能阻止外部空氣進(jìn)入電池，還能防止不正常情況下電池由于內(nèi)壓升高可能引起的破裂。 隔膜隔膜的形狀有薄膜、板材、棒材等，其作用是防止正負(fù)極直接接觸，防治電池內(nèi)部短路。對隔膜的要求是化學(xué)性能穩(wěn)定，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，隔膜對電解質(zhì)離子運(yùn)動阻力小，應(yīng)是電的良好絕緣

29、體，并能阻擋從電極上脫落的活性物質(zhì)微粒和枝晶的生長。 容量可充電電池的放電能力，通常用安時(shí)（Ah）表示。 放電截至電壓表示放電完成時(shí)的電池電壓。 漏液電池電解液滲透到電池外面。 能量密度充電電池的單位能量，通常用單位wh/kg，wh/ l來表示 過放電充電電池的放電電壓低于指定的截至電壓。 高倍率放電相對于電池容量用相對大的電流放電。也稱作高倍率 額定電壓電池電壓，通常比電池電動勢稍低。鎳氫電池的額定電壓為1.2伏/只。 開路電壓電池從外電路斷開時(shí)的電壓。 快速充電用大電流進(jìn)行快速充電 額定容量在指定溫度、放電電流和截至電壓下，充電電池在滿充狀態(tài)下能放出的電。通常用安時(shí)（Ah）表示。 自放電沒

30、有外部電路電流通過，充電電池容量減少的現(xiàn)象。1.6 MH-Ni電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向1.6.1 MH-Ni電池的研究現(xiàn)狀 MH-Ni電池的應(yīng)用范圍很廣。日本、美國和德國等發(fā)達(dá)國家已有較高的MH-Ni電池的生產(chǎn)技術(shù)水平和較大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。其中日本MH-Ni電池的生產(chǎn)技術(shù)最高，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快，產(chǎn)量曾經(jīng)占世界總產(chǎn)量的80左右，2000年產(chǎn)值達(dá)到20億美元。但隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和MH-Ni電池技術(shù)的快速進(jìn)步，目前，中國生產(chǎn)的MH-Ni電池已達(dá)到國際先進(jìn)水平，MH-Ni電池生產(chǎn)量已超過世界總產(chǎn)量的50。高容量、低污染和長壽命的綠色MH-Ni電池在電子、通訊和電動交通工具等領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展。隨著電

31、子和通訊事業(yè)的迅速發(fā)展，MH-Ni電池的市場迅速擴(kuò)大。截至2000年，MH-Ni電池的產(chǎn)量已經(jīng)超過Cd-Ni電池。電動汽車用大容量MH-Ni電池的開發(fā)，將是一個巨大的市場。一輛電動汽車(按100Ah，150V)所需的電池約為12500Ah。美國能源部(DOE)、電源研究所(EPRI)、通用、克萊斯勒、福特汽車公司組成了先進(jìn)電池聯(lián)合體(USABC)，于1991年簽訂協(xié)議，在4年內(nèi)投資2.62億美元用于電動汽車用MH-Ni電池的研究與開發(fā)。1997年，通用與Ovonic開始批量生產(chǎn)MH-Ni電池，并裝備了30輛Chevy S-10電動汽車進(jìn)行試車運(yùn)行，1998年之后又?jǐn)U大了MH-Ni電池的產(chǎn)量。電

32、池為方形結(jié)構(gòu)，采用AB5貯氫合金，產(chǎn)品規(guī)格和性能為：能量20150Ah，比能量為7090 Whkg，可用于電動助力車、摩托車、工具車和四座轎車。日本松下電池公司、豐田公司、東北電力公司等都相繼研制成功電動汽車用MH-Ni電池。在1996年12月北京國際電動汽車展覽會上，豐田公司展出了MH-Ni電池電動汽車RAV4EV，電池性能為：比能量為64Whkg，輸出電壓288V(12V×24)，容量100Ah，質(zhì)量450kg。汽車性能：乘坐4人，一次續(xù)駛215km，最高時(shí)速125kmh。我國，北京有色金屬研究總院在電動交通工具用MH-Ni電池方面也進(jìn)行了大量研究工作。如1994年研究成功0.8

33、4kW(35Ah，24V)MH-Ni電池堆，用于電動三輪車，速度可達(dá)18kmh，一次續(xù)駛60km。之后，開發(fā)了80150Ah和24V電池堆，一次續(xù)駛120km，并于1996年將14.4kW(120Ah，150V)用于驅(qū)動電動轎車，目前的比能量達(dá)到70 Whkg。湖南神舟科技和江蘇春蘭集團(tuán)分別研制出電動小汽車、電動客車以及混合動力電動車配套的系列MH-Ni動力電池，并已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。此外，我國開發(fā)的小型圓柱形MH-Ni 電池，也已成功用于電動助力車。隨著世界各國對環(huán)境保護(hù)的日益重視，MH-Ni電池將成為電動汽車的首選電源。1.6.2我國MH-Ni電池生產(chǎn)中的主要問題雖然我國對MH-Ni電池的開

34、發(fā)起步較早而且得到了政府的大力支持，并已進(jìn)入規(guī)模產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)階段，生產(chǎn)企業(yè)達(dá)數(shù)百家，但由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱和以及資金投入的局限性，目前我國MH-Ni電池性能和制造技術(shù)與世界先進(jìn)水平尚有明顯的差距。具體表現(xiàn)在： 相同規(guī)格型號的電池容量較低； 充電尤其是大電流充電后期電池的內(nèi)壓和溫度偏高； 大電流放電時(shí)放電電壓平臺偏低； 電池性能的均一性差，主要表現(xiàn)在容量和內(nèi)阻方面； 自放電較大，電池的儲存性能較差； 循環(huán)壽命較低，目前國產(chǎn)電池循環(huán)壽命一般只有300-400次，日本電池在500次以上； 電池性能受溫度影響較大，使用的溫度范圍受限制； 電池生產(chǎn)以手工操作為主，自動化程度低。1.6.3 MH-Ni電池的發(fā)展方向(1) 大容量MH-Ni電池大容量(高比能量)MH-Ni電池仍將占據(jù)重要地位，主要用于電源驅(qū)動電動汽車。雖然純電動汽車離商業(yè)化還有一定距離，但是世界發(fā)達(dá)國家都投入了大量的資金進(jìn)行相應(yīng)的研究與開發(fā)。目前，國外幾家大公司研究開發(fā)的電動車用MH-Ni電池性能見表11。從表中數(shù)據(jù)可以看出，MH-Ni電池的性能還無法滿足高級電動汽車的需要，因此研究高容量和高能量密度MH-Ni電池是必要的發(fā)