影響鎳氫電池性能的因素及制作技術(shù)探討

摘要：鎳氫電池是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的一種，在電池行業(yè)中有著較高的比重。而關(guān)于其制作技術(shù)和性能影響因素的控制，就成了保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。文章將就影響鎳氫電池性能的因素及制作技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：鎳氫電池；影響因素；制作技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2012）05-0085-02

影響鎳氫電池性能的因素有很多，包括正、負(fù)極板的基材，貯氫合金的種類，活性物質(zhì)的顆粒度，添加劑的類別和數(shù)量，以及制作工藝、電解液、隔膜、化成工藝等許多方面。在生產(chǎn)的過(guò)程中，只有掌握其影響因素，并運(yùn)用正確的技術(shù)，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

1影響鎳氫電池性能的因素

1.1正極添加CoO對(duì)電極性能的影響

在生產(chǎn)過(guò)程中，為了形成高導(dǎo)電性的CoOOH，并能夠在活化階段充電過(guò)程中，被氧化成CoOOH，進(jìn)而提高極板的導(dǎo)電性，因此常常會(huì)將鈷添加到Ni（OH）2電極中。因?yàn)椋朔磻?yīng)具有不可逆，所以添加Co對(duì)電極的容量是沒(méi)有用的。而在Ni（OH）2電極中添加鈷，可以有效的增加其質(zhì)子導(dǎo)電性和電子導(dǎo)電性，從而實(shí)現(xiàn)提高正極活性物質(zhì)利用率的目的，能夠很好的改善充放電性能和增大析氧過(guò)電位，并可以降低充電電壓，最終實(shí)現(xiàn)充電效率的提高。但是，其也有一定的缺點(diǎn)，比如說(shuō)添加過(guò)量的鈷，就可能不導(dǎo)致鎳氫電池成本增加，而且還將降低放電電位。

①不同鈷添加劑對(duì)容電量的影響。一般來(lái)說(shuō)或，表面部分氧化的CoO將會(huì)顯示出很好的活性，而那些表面沒(méi)有經(jīng)預(yù)氧化的CoO（即S-CoO），雖然也會(huì)表現(xiàn)出一定的活性，但因?yàn)槠湓诳諝庵胁环€(wěn)定，所以和氧氣接觸深度氧化，最終會(huì)導(dǎo)致其活性降低。

②不同氧化度的影響。一般來(lái)說(shuō)，隨著表面氧化度的加深，CoO的活性會(huì)隨之逐漸降低，不過(guò)在20％以前，其下降不會(huì)很明顯，而當(dāng)氧化度超過(guò)20％時(shí)，其活性將會(huì)迅速而急劇的下降。這是主要是因?yàn)槠浔砻娓邇r(jià)態(tài)的Co3O4太多而影響到CoO在化成時(shí)的轉(zhuǎn)變。

③添加量對(duì)正極利用率的影響。一般而言，添加極少量的（2Wt％）表面未經(jīng)預(yù)氧化的CoO，都可以獲得較高的正極活性物質(zhì)利用率，而在5Wt％～l0Wt％之間獲得的效果最佳。如果、加入量高于l0Wt％，那結(jié)果是鎳氫電池容量下降，這主要是因?yàn)槠涮砑恿刻撸苯訉?dǎo)致了活性物質(zhì)填充量的減少，因此鎳氫電池容量沒(méi)有辦法提高，而且也加大正極制作成本。

④鈷加入量對(duì)鎳氫電池大電流放電性能的影響。加入鈷對(duì)改善鎳氫電池大電流放電性能具有非常好的效果，一般來(lái)說(shuō)是加人的量越多，其大電流放電性能就越好，不過(guò)，假如加入量過(guò)多，那一方面會(huì)造出成本升高，另一方面是會(huì)導(dǎo)致鎳氫電池容量下降，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該盡量保持為5Wt％～10Wt％的合適比例。

1.2電解液對(duì)鎳氫電池性能的影響

電解液作為鎳氫電池的重要組成部分，它的組成、濃度、數(shù)量的多少以及雜質(zhì)的種類和數(shù)量都將對(duì)鎳氫電池的性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。它直接影響鎳氫電池的容電量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命、內(nèi)壓等性能。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，電解液一般采用大約6mol/L的KOH溶液（也有以一定NaOH代替KOH的），當(dāng)然，電解液中也有加入少量其他成分如LiOH等，但對(duì)一些雜質(zhì)諸如碳酸鹽、氯化物、硫化物等均要求較高。

1.3電解液中雜質(zhì)及LiOH對(duì)鎳氫電池性能的影響

在長(zhǎng)期充放電過(guò)程中，KOH的顆粒會(huì)逐漸變粗，使充電困難。原因是溫度過(guò)高、電解液濃度大以及有金屬雜質(zhì)存在。當(dāng)加入LiOH時(shí)，它能吸附在活性物質(zhì)顆粒周圍，防止顆粒增大，使其保持高度分散狀態(tài)。但加入LiOH不宜過(guò)多，否則會(huì)影響電活化進(jìn)程。一般認(rèn)為鐵會(huì)降低析氧過(guò)電壓，使鎳氫電池充電效率下降，碳酸鹽在電極表面會(huì)生成薄膜，使鎳氫電池內(nèi)阻增大；硫化物會(huì)形成樹(shù)枝狀生成物，造成鎳氫電池短路；硅酸鹽可使電極容量損失；氯化物則造成電極腐蝕；而有機(jī)化合物卻會(huì)增加自放電效應(yīng)及發(fā)生副反應(yīng)等，因此必須控制。

2鎳氫電池充電控制技術(shù)

雖然鎳氫DS2711/DS2712充電器與鎳鎘充電器相似，但是鎳氫充電器采用△T/dt方法終止充電，這種方法是當(dāng)前鎳氫電池充電的最佳方式。由于鎳氫電池充電結(jié)束時(shí)，其電壓下降幅度不大，因此在低充電速率（低于0.5C，這取于溫度）之下，往往不會(huì)出現(xiàn)電壓下降。

DS2711采用線性控制結(jié)構(gòu)，DS2712采用開(kāi)關(guān)控制結(jié)構(gòu)。這些充電器有4種充電模式：預(yù)充電、快速充電、浮充和涓流充電。這主要是為了更好的地延長(zhǎng)工作時(shí)間、節(jié)約電池能量。在浮充模式下，電池充滿后充電速率被切換到一個(gè)比較低的速率（對(duì)于DS271l而言是25％）。

除監(jiān)控功能外，DS2711/DS2712充電器還帶有內(nèi)部計(jì)時(shí)器，通過(guò)連接到TMR腳的外部電阻設(shè)定最大充電時(shí)間，可將快速充電時(shí)間設(shè)置為0.5～10h。浮充時(shí)間可設(shè)定為最大充電時(shí)間的一半（0.25～5h）。根據(jù)所要求的充電時(shí)間（TAPPROX），由下式計(jì)算電阻R的阻值：

R=TAPPROX/1.5

快速充電模式下，如果超過(guò)最大充電時(shí)間，充電器會(huì)從快速充電模式切換到浮充模式，同時(shí)復(fù)位計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)器開(kāi)始為浮充過(guò)程計(jì)時(shí)，如果達(dá)到預(yù)定的浮充時(shí)間，充電器將從浮充模式切換到涓流模式。

CPl、CP2用于監(jiān)視電壓，THMl、THM2配合熱敏電阻用來(lái)監(jiān)測(cè)電池的溫度。TMR（計(jì)時(shí)器）和RsNs（檢流電阻）用于設(shè)定充電時(shí)間和充電電流。DS2711/DS2712的另外一個(gè)特性是可以檢測(cè)電池充電故障和堿性原電池。如果發(fā)生這些情況，充電器會(huì)自行關(guān)機(jī)。

全新的鎳氫AA電池的典型內(nèi)阻為30～100 mfl，堿性電池的內(nèi)阻一般為200～300mΩ（根據(jù)充電狀態(tài)，最高可到700mΩ），出現(xiàn)故障的充電電池會(huì)有很高的內(nèi)阻。DS2711／DS2712通過(guò)檢測(cè)到的電池電壓（CPl和CP2）和已設(shè)定的充電電流可以計(jì)算出待充電電池的內(nèi)阻。

CTST腳用于電池內(nèi)阻的測(cè)量。UcTsT是充電過(guò)程中的電池電壓減去無(wú)充電電流時(shí)的開(kāi)路電池電壓（OCV）后的差值。這個(gè)值等于充電電流乘以電池內(nèi)阻的乘積。如果檢測(cè)引腳（CPl、CP2和VNl）與電池沒(méi)有采用Kelvin連接，引線電阻也將計(jì)人測(cè)量值，這會(huì)影響UcTsT。計(jì)算外部電阻RcTsT的公式為

UcTsT=8 000（V2/A）/UCTST

式中，UcTsT=ICHARGE×RCELL。

例如，當(dāng)以c/2速率（1.1A）為2 200 mAh的鎳氫電池充電時(shí)，選擇RCELL=150 mΩ為電池內(nèi)阻門限時(shí)，UcTsT將為UcTsT=ICHARGE×RcELL=1.1 A×150 mΩ=0.165 V，或RcTsT=8 000（V2/A）/0.165 V=48 485 Ω。

注意，1％標(biāo)準(zhǔn)的阻值為48.7 kΩ，如果超過(guò)UcTsT門限（本例中>0.165 V），表明電池內(nèi)阻高于150 mΩ，芯片會(huì)提供邏輯指示或出錯(cuò)信息指示（LEDl、LED2），同時(shí)停止充電過(guò)程。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，在鎳氫電池的生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)廠家必須要掌握影響電池性能的各種因素，才能更好的保證產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)還需要以較為合理和先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)作為保障，才能整體上提高整個(gè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

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