第四章電動汽車

1、目錄目錄 第第2 2章章 電動汽車動力電池基本知識電動汽車動力電池基本知識 第第3 3章章 鉛酸動力電池及其應(yīng)用鉛酸動力電池及其應(yīng)用 第第4 4章章 堿性動力電池及其應(yīng)用堿性動力電池及其應(yīng)用 第第5 5章章 鋰離子動力電池及其應(yīng)用鋰離子動力電池及其應(yīng)用 第第6 6章章 用于電動汽車的其他動力源用于電動汽車的其他動力源 第第7 7章章 電動汽車電源管理系統(tǒng)電動汽車電源管理系統(tǒng) 第第1 1章章 電動汽車與動力電池發(fā)展歷程電動汽車與動力電池發(fā)展歷程 【引入】【引入】 v堿性電池包含的電池類型廣泛，現(xiàn)階段在電動車堿性電池包含的電池類型廣泛，現(xiàn)階段在電動車 輛上應(yīng)用最多的是鎳氫電池。該種電池技術(shù)成熟輛上

2、應(yīng)用最多的是鎳氫電池。該種電池技術(shù)成熟 、比功率大、無記憶效應(yīng)，是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的混合、比功率大、無記憶效應(yīng)，是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的混合 動力電動汽車用動力電池的主體，也是至今量產(chǎn)動力電動汽車用動力電池的主體，也是至今量產(chǎn) 的電動汽車中應(yīng)用量最大的電池種類。的電動汽車中應(yīng)用量最大的電池種類。 v本章將重點(diǎn)介紹鎳氫電池的結(jié)構(gòu)、工作原理、充本章將重點(diǎn)介紹鎳氫電池的結(jié)構(gòu)、工作原理、充 放電特性以及儲氫合金的基本特性。放電特性以及儲氫合金的基本特性。 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo) v1.掌握鎳鎘電池儲能結(jié)構(gòu)及原理掌握鎳鎘電池儲能結(jié)構(gòu)及原理 v2.掌握鎳氫電池儲能結(jié)構(gòu)及原理掌握鎳氫電池儲能結(jié)構(gòu)及原理 v3.掌握鎳氫電池

3、在電動汽車上的應(yīng)用掌握鎳氫電池在電動汽車上的應(yīng)用 第第4 4章章 堿性動力電池及其應(yīng)用堿性動力電池及其應(yīng)用 1.1.堿性動力電池的儲能原理與結(jié)構(gòu)堿性動力電池的儲能原理與結(jié)構(gòu) 2.2.堿性動力電池的性能及檢測 3.3.堿性動力電池的應(yīng)用 1.1.堿性動力電池的儲能原理與結(jié)構(gòu)堿性動力電池的儲能原理與結(jié)構(gòu) 鎳氫電池結(jié)構(gòu)及儲能原理2 鎳鎘電池結(jié)構(gòu)及儲能原理1 鎳鎘電池結(jié)構(gòu)及儲能原理鎳鎘電池結(jié)構(gòu)及儲能原理 v鎳鎘電池鎳鎘電池(Ni-Cd，NickelCadmiun Battery)因其堿性氫氧化物中含有金屬鎳和鎘因其堿性氫氧化物中含有金屬鎳和鎘 而得名。而得名。 圖4-1鎳鎘電池結(jié)構(gòu)示意圖 v鎳鎘蓄電池

4、的正極材料為球形氫氧化鎳，充電時鎳鎘蓄電池的正極材料為球形氫氧化鎳，充電時 為為NiOOH,放電時為放電時為Ni(OH)2。負(fù)極材料為海綿。負(fù)極材料為海綿 狀金屬鎘或氧化鎘粉以及氧化鐵粉，氧化鐵粉的狀金屬鎘或氧化鎘粉以及氧化鐵粉，氧化鐵粉的 作用是使氧化鎘粉有較高的擴(kuò)散性，增加極板的作用是使氧化鎘粉有較高的擴(kuò)散性，增加極板的 容量。電解液通常為氫氧化納或氫氧化鉀溶液，容量。電解液通常為氫氧化納或氫氧化鉀溶液， 為了增加蓄電池的容量和循環(huán)壽命，通常在電解為了增加蓄電池的容量和循環(huán)壽命，通常在電解 液中加入少量的氫量的氫氧化鋰（大約每升電解液中加入少量的氫量的氫氧化鋰（大約每升電解 液加液加152

5、0g）。）。 v正極充放電反應(yīng)為正極充放電反應(yīng)為 v負(fù)極充放電反應(yīng)為負(fù)極充放電反應(yīng)為 v電池總反應(yīng)為電池總反應(yīng)為 22 NiOOH+H OeNi(OH) +OH 放電 充電 2 Cd+2OH2eCd(OH) 放電 充電 222 Cd+2NiOOH+2H OCd(OH) +2Ni(OH) 放電 充電 v(1)鎳電極反應(yīng)機(jī)理鎳電極反應(yīng)機(jī)理 v鎳電極充電時，首先是電極中鎳電極充電時，首先是電極中Ni(OH)2顆粒表面顆粒表面 的的Ni2+失去電子成為失去電子成為Ni3+，電子通過正極中的導(dǎo)，電子通過正極中的導(dǎo) 電網(wǎng)絡(luò)和集流體向外電路轉(zhuǎn)移；同時電網(wǎng)絡(luò)和集流體向外電路轉(zhuǎn)移；同時Ni(OH)2顆顆 粒表面

6、晶格粒表面晶格OH 中的 中的H+通過界面雙電層進(jìn)入溶通過界面雙電層進(jìn)入溶 液，與溶液中的液，與溶液中的OH 結(jié)合生成 結(jié)合生成H2O。上述反應(yīng)先。上述反應(yīng)先 是發(fā)生在是發(fā)生在Ni(OH)2顆粒的表面層，使得表面層中顆粒的表面層，使得表面層中 質(zhì)子質(zhì)子H+濃度降低，而顆粒內(nèi)部仍保持較高濃度的濃度降低，而顆粒內(nèi)部仍保持較高濃度的 H+。由于濃度梯度，。由于濃度梯度，H+從顆粒內(nèi)部向表面層擴(kuò)從顆粒內(nèi)部向表面層擴(kuò) 散。散。 v鎳電極充電時，由于質(zhì)子鎳電極充電時，由于質(zhì)子H+在在NiOOH Ni(OH)2，顆粒中擴(kuò)散系數(shù)小，顆粒表面的質(zhì)子，顆粒中擴(kuò)散系數(shù)小，顆粒表面的質(zhì)子 濃度降低，在極限情況下會降低

7、到零，這時表面濃度降低，在極限情況下會降低到零，這時表面 層中的層中的NiOOH幾乎全部轉(zhuǎn)化為幾乎全部轉(zhuǎn)化為NiO2。電極電勢。電極電勢 不斷升高，反應(yīng)如下不斷升高，反應(yīng)如下: v由于電極電勢的升高，導(dǎo)致溶液中的由于電極電勢的升高，導(dǎo)致溶液中的OH-被氧化被氧化 ，發(fā)生如下反應(yīng)，發(fā)生如下反應(yīng): 22 NiOOH+OHNiO +H Oe - 22 4OH4eO2H O v因此因此,在充電過程中鎳電極上會有在充電過程中鎳電極上會有O2析出，但析出，但 這并不表示充電過程已全部完成。通常情況下，這并不表示充電過程已全部完成。通常情況下， 在充電不久時鎳電極就會開始析氧，這是鎳電極在充電不久時鎳電極就

8、會開始析氧，這是鎳電極 的一個特點(diǎn)。在極限情況下的一個特點(diǎn)。在極限情況下,表面層中生成的表面層中生成的 NiO2并非以單獨(dú)的結(jié)構(gòu)存在于電極中，而是摻雜并非以單獨(dú)的結(jié)構(gòu)存在于電極中，而是摻雜 在在NiOOH晶格中。晶格中。NiO2不穩(wěn)定，會發(fā)生分解，不穩(wěn)定，會發(fā)生分解， 析出氧氣。析出氧氣。 222 1 2NiO +H O2NiOOH+O 2 v(2)鎘電極的反應(yīng)機(jī)理鎘電極的反應(yīng)機(jī)理 v鎳鎘電池的負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀金屬鎘，放電鎳鎘電池的負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀金屬鎘，放電 產(chǎn)物是難溶于產(chǎn)物是難溶于KOH溶液的溶液的Cd(OH)2。鎘電極的。鎘電極的 放電反應(yīng)機(jī)理是溶解一沉積機(jī)理，放電時放電反應(yīng)機(jī)理

9、是溶解一沉積機(jī)理，放電時Cd被氧被氧 化，生成化，生成Cd(OH)3 進(jìn)入溶液，然后再形成 進(jìn)入溶液，然后再形成 Cd(OH)2沉積在電極上。沉積在電極上。Cd(OH)3 在堿液中 在堿液中 的溶解度為的溶解度為910-5mol/L，該濃度可以使鎘電，該濃度可以使鎘電 極具有較高的反應(yīng)速率，這也是鎳鎘電池能夠高極具有較高的反應(yīng)速率，這也是鎳鎘電池能夠高 倍率放電的主要原因。倍率放電的主要原因。 電極的放電機(jī)理為首先發(fā)電極的放電機(jī)理為首先發(fā) 生生OH 的吸附 的吸附: Cd+OHCdOHe 吸附 v隨著電板電勢不斷升高，鎘進(jìn)一步氧化，生成隨著電板電勢不斷升高，鎘進(jìn)一步氧化，生成 Cd(OH)3

10、進(jìn)入溶液 進(jìn)入溶液: v當(dāng)界面溶液中當(dāng)界面溶液中Cd(OH)3 過飽和時， 過飽和時，Cd(OH)2 就沉積析出就沉積析出: v生成的生成的Cd(OH)2附著在電極表面上，形成疏松附著在電極表面上，形成疏松 多孔的多孔的Cd(OH)2，有利于溶液中的，有利于溶液中的OH 繼續(xù)向 繼續(xù)向 電極內(nèi)部擴(kuò)散，使內(nèi)部的海綿狀鎘也通過溶解沉電極內(nèi)部擴(kuò)散，使內(nèi)部的海綿狀鎘也通過溶解沉 積過程轉(zhuǎn)化為積過程轉(zhuǎn)化為Cd(OH)2實(shí)現(xiàn)內(nèi)部活性物質(zhì)的放實(shí)現(xiàn)內(nèi)部活性物質(zhì)的放 電。電。 3 CdOH2OHCd(OH)2e 吸附 32 Cd(OH)Cd(OH)OH 鎳氫電池結(jié)構(gòu)及儲能原理鎳氫電池結(jié)構(gòu)及儲能原理 v鎳氫鎳氫(

11、MH-Ni)電池是在電池是在Ni-Cd電池的基礎(chǔ)上發(fā)電池的基礎(chǔ)上發(fā) 展起來的，相對于鎳鎘電池，其最大的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)展起來的，相對于鎳鎘電池，其最大的優(yōu)點(diǎn)是環(huán) 境友好不存在重金屬污染。民用鎳氫電池又是境友好不存在重金屬污染。民用鎳氫電池又是 以航天用高壓鎳氫電池為基礎(chǔ)，由于高壓鎳氫電以航天用高壓鎳氫電池為基礎(chǔ)，由于高壓鎳氫電 池采用高壓氫，而且還需要用貴金屬作催化劑，池采用高壓氫，而且還需要用貴金屬作催化劑， 這就很難為民用所接受。自這就很難為民用所接受。自20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期年代中期 ，研究者開始探索民用的低壓氫鎳電池。鎳氫電，研究者開始探索民用的低壓氫鎳電池。鎳氫電 池于池于1988年進(jìn)入實(shí)

12、用化階段，年進(jìn)入實(shí)用化階段，1990年在日本年在日本 開始規(guī)模生產(chǎn)。開始規(guī)模生產(chǎn)。 v目前，以儲氫合金為負(fù)極材料的鎳氫電池能滿足目前，以儲氫合金為負(fù)極材料的鎳氫電池能滿足 混合動力電動汽車所要求的高能量、高功率、長混合動力電動汽車所要求的高能量、高功率、長 壽命和足夠?qū)挼墓ぷ鳒囟确秶髣恿﹄妱悠噳勖妥銐驅(qū)挼墓ぷ鳒囟确秶髣恿﹄妱悠?動力電池市場的主流產(chǎn)品，同時該類電池也已經(jīng)動力電池市場的主流產(chǎn)品，同時該類電池也已經(jīng) 廣泛地應(yīng)用在電子工具、電動自行車等日常生活廣泛地應(yīng)用在電子工具、電動自行車等日常生活 用品上。用品上。 v1.鎳氫電池結(jié)構(gòu)鎳氫電池結(jié)構(gòu) v包括以鎳的儲氫合金為主要包括以鎳

13、的儲氫合金為主要 材料的負(fù)極板、具有保液能材料的負(fù)極板、具有保液能 力和良好透氣性的隔膜、堿力和良好透氣性的隔膜、堿 性電解液、金屬殼體、具有性電解液、金屬殼體、具有 自動密封的安全閥及其他部自動密封的安全閥及其他部 件。圖示的圓柱形電池，采件。圖示的圓柱形電池，采 用被隔膜相互隔離開的正、用被隔膜相互隔離開的正、 負(fù)極板呈螺旋狀卷繞在殼體負(fù)極板呈螺旋狀卷繞在殼體 內(nèi)，殼體用蓋帽進(jìn)行密封，內(nèi)，殼體用蓋帽進(jìn)行密封， 在殼體和蓋帽之間用絕緣材在殼體和蓋帽之間用絕緣材 質(zhì)的密封圈隔開。質(zhì)的密封圈隔開。 v儲氫合金在進(jìn)行吸氫放氫化學(xué)反應(yīng)儲氫合金在進(jìn)行吸氫放氫化學(xué)反應(yīng)(可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)) 的過程中，也伴

14、隨著放熱吸熱的熱反應(yīng)的過程中，也伴隨著放熱吸熱的熱反應(yīng)(可逆反可逆反 應(yīng)應(yīng))，同時也產(chǎn)生充電放電的電化學(xué)反應(yīng)，同時也產(chǎn)生充電放電的電化學(xué)反應(yīng)(可逆可逆 反應(yīng)反應(yīng))。具有實(shí)用價(jià)值的儲氫合金應(yīng)該具有儲氫量。具有實(shí)用價(jià)值的儲氫合金應(yīng)該具有儲氫量 大、容易活化、吸氫放氫的化學(xué)反應(yīng)速率快、大、容易活化、吸氫放氫的化學(xué)反應(yīng)速率快、 使用壽命長及成本低廉等特性。使用壽命長及成本低廉等特性。 v2.鎳氫電池工作原理鎳氫電池工作原理 v 鎳氫電池正極的活性物質(zhì)為鎳氫電池正極的活性物質(zhì)為NiOOH(放電時放電時) 和和Ni(OH)2(充電時充電時)，負(fù)極板的活性物質(zhì)為，負(fù)極板的活性物質(zhì)為H2( 放電時放電時)和和

15、H2O(充電時充電時)，電解液采用，電解液采用30%的氫的氫 氧化鉀溶液電化學(xué)反應(yīng)如下：氧化鉀溶液電化學(xué)反應(yīng)如下： v 負(fù)極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式 v 正極反應(yīng)式正極反應(yīng)式 v 電池反應(yīng)式電池反應(yīng)式 2x xH OMxexOHMH 充電 放電 22 ()iNi OHOHN OOHH Oe 充電 放電 2 () x xNi OHMxNiOOHMH 充電 放電 v鎳氫電池的反應(yīng)與鎳鎘電池相似，只是負(fù)極充、鎳氫電池的反應(yīng)與鎳鎘電池相似，只是負(fù)極充、 放電過程中生成物不同。放電過程中生成物不同。 v鎳氫電池在充、放電過程中鎳氫電池在充、放電過程中，正、負(fù)極上在進(jìn)行正、負(fù)極上在進(jìn)行 電化學(xué)反應(yīng)時不發(fā)生任何中間

16、態(tài)的可溶性金屬離電化學(xué)反應(yīng)時不發(fā)生任何中間態(tài)的可溶性金屬離 子，也沒有電解液中的任何組分消耗和生成，因子，也沒有電解液中的任何組分消耗和生成，因 而鎳氫電池可以做成密封型結(jié)構(gòu)。而鎳氫電池可以做成密封型結(jié)構(gòu)。 v鎳氫電池的電解液多采用鎳氫電池的電解液多采用KOH水溶液水溶液，并加入少并加入少 量的量的LiOH。 v隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。 v為了防止充電過程后期電池內(nèi)壓過高為了防止充電過程后期電池內(nèi)壓過高，電池中裝電池中裝 有防爆裝置。有防爆裝置。 v當(dāng)鎳氫電池過充電時，金屬殼內(nèi)的氣體壓力將逐當(dāng)鎳氫電池過充電時，金屬殼內(nèi)的氣體壓力將逐 漸上

17、升。當(dāng)該壓力達(dá)到一定數(shù)值后，頂蓋上的限漸上升。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。力過大而爆炸。 v鎳氫電池放電時，正極上鎳氫電池放電時，正極上NiOOH得到電子還原得到電子還原 成為成為Ni(OH)2；負(fù)極金屬氫化物；負(fù)極金屬氫化物 (MHx)內(nèi)部的內(nèi)部的 氫原子擴(kuò)散到表面形成吸附態(tài)氫原子，接著再發(fā)氫原子擴(kuò)散到表面形成吸附態(tài)氫原子，接著再發(fā) 生電化學(xué)反應(yīng)生成水和儲氫合金。在鎳氫電池出生電化學(xué)反應(yīng)生成水和儲氫合金。在鎳氫電池出 現(xiàn)過放電時，正極活性物質(zhì)中的現(xiàn)過放電時，正極活性物質(zhì)中的NiOOH已

18、經(jīng)消已經(jīng)消 耗完了，這時正極上會發(fā)生水分子被還原為氫和耗完了，這時正極上會發(fā)生水分子被還原為氫和 OH-離子。負(fù)極上由于儲氫合金的催化作用，使離子。負(fù)極上由于儲氫合金的催化作用，使 OH-離子與氫反應(yīng)又生成水。離子與氫反應(yīng)又生成水。 v過充電時，正極上會析出氧，然后擴(kuò)散到負(fù)極上過充電時，正極上會析出氧，然后擴(kuò)散到負(fù)極上 發(fā)生去極化反應(yīng)，生成發(fā)生去極化反應(yīng)，生成0H離子。在電池過充電和離子。在電池過充電和 過放電過程中，正、負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)可用正式過放電過程中，正、負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)可用正式 表示表示 v 正極：過充電析出氧正極：過充電析出氧 v 過放電析出氫過放電析出氫 v 負(fù)極：過充電消耗氧負(fù)

19、極：過充電消耗氧 v 過放電消耗氫過放電消耗氫 eOHOOH424 22 22 222HOHeOH OHeOOH442 22 - 22 2+22+eOHOHH v儲氫合金既承擔(dān)著儲氫的作用，又起到催化劑作儲氫合金既承擔(dān)著儲氫的作用，又起到催化劑作 用，在電池出現(xiàn)過充和過放電時，可以消除由正用，在電池出現(xiàn)過充和過放電時，可以消除由正 極產(chǎn)生的極產(chǎn)生的O2和和H2。從而使電池具有耐過充、過。從而使電池具有耐過充、過 放電的能力。但隨著充、放電循環(huán)的進(jìn)行放電的能力。但隨著充、放電循環(huán)的進(jìn)行，儲氫儲氫 合金的催化能力逐漸退化，電池的內(nèi)壓就會上升合金的催化能力逐漸退化，電池的內(nèi)壓就會上升 ，最終導(dǎo)致電池

20、漏液失效。，最終導(dǎo)致電池漏液失效。 2.2.堿性動力電池的堿性動力電池的性能及檢測 鎳鎘電池應(yīng)用存在的問題2 鎳鎘電池的特性1 鎳氫電池與鎳鎘電池的對比分析3 鎳鎘電池的特性鎳鎘電池的特性 v鎳鎘電池標(biāo)稱電壓為鎳鎘電池標(biāo)稱電壓為1.2V，具有使用壽命長，具有使用壽命長(可可 充放電循環(huán)充放電循環(huán)1000次以上次以上)、機(jī)械強(qiáng)度高、密封性、機(jī)械強(qiáng)度高、密封性 能好、使用溫度范圍大能好、使用溫度范圍大(-40+50)維護(hù)保養(yǎng)維護(hù)保養(yǎng) 方便、能耐受大電流方便、能耐受大電流(高于正常使用電流的幾倍乃高于正常使用電流的幾倍乃 至至10倍倍)的瞬時沖擊等優(yōu)點(diǎn)。的瞬時沖擊等優(yōu)點(diǎn)。 v(1)充放電性能充放電性

21、能 v鎳鎘電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢是鎳鎘電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢是1.299V，額定電壓是，額定電壓是 1.2V，平均工作電壓為，平均工作電壓為1. 201. 25V。剮充。剮充 完電的電池開路電壓較高，可以到達(dá)完電的電池開路電壓較高，可以到達(dá)1.4V以上，以上， 放置一段時間后，正極不穩(wěn)定的放置一段時間后，正極不穩(wěn)定的NiO2發(fā)生分解，發(fā)生分解， 開路電壓會降低到開路電壓會降低到1.35V左右。左右。 v鎳鎘電池在充電開始時，電池電壓在鎳鎘電池在充電開始時，電池電壓在1.3V左右，左右， 隨著充電進(jìn)行，電壓緩緩上升到隨著充電進(jìn)行，電壓緩緩上升到l.41.5V并穩(wěn)并穩(wěn) 定較長時間。充電電壓超過定較長時間。充電

22、電壓超過1.55V后，電解液中后，電解液中 的水開始電解，產(chǎn)生氣體，電壓開始急劇上升，的水開始電解，產(chǎn)生氣體，電壓開始急劇上升， 到充電末期，正、負(fù)極上都開始析出氣體電池到充電末期，正、負(fù)極上都開始析出氣體電池 電壓達(dá)到電壓達(dá)到1.71.8V。鎳鎘電池的放電曲線比較。鎳鎘電池的放電曲線比較 平穩(wěn)，只是在放電終止時電壓突然下降，一般以平穩(wěn)，只是在放電終止時電壓突然下降，一般以 O.2C放電時，電壓穩(wěn)定在放電時，電壓穩(wěn)定在1.2V左右。左右。 v(2)倍率持續(xù)放電特性倍率持續(xù)放電特性 v動力鎳鎘電池允許大電流放電而不會損壞，允許動力鎳鎘電池允許大電流放電而不會損壞，允許 放電倍率在放電倍率在10C

23、以上，但是大電流放電時，電壓以上，但是大電流放電時，電壓 下降很快，電池可放出的能量下降。下降很快，電池可放出的能量下降。 v(3)高低溫放電性能高低溫放電性能 v溫度升高時，鎳鎘電池的容量會增加，但溫度超溫度升高時，鎳鎘電池的容量會增加，但溫度超 過過50時，正極的析氧過電勢降低，正極充電不時，正極的析氧過電勢降低，正極充電不 完全；同時鎘的溶解會隨著溫度上升而增大完全；同時鎘的溶解會隨著溫度上升而增大,遷移遷移 到隔膜中，容易形成鎘枝晶，導(dǎo)致電池內(nèi)部微短到隔膜中，容易形成鎘枝晶，導(dǎo)致電池內(nèi)部微短 路；另外高溫還會加速鎳基板腐蝕和鎘膜氧化，路；另外高溫還會加速鎳基板腐蝕和鎘膜氧化， 導(dǎo)致電池

24、失效。導(dǎo)致電池失效。 v低溫情況下，電解液的電阻增加會使鎳鎘電池低溫情況下，電解液的電阻增加會使鎳鎘電池 的容量下降。如的容量下降。如-45以以O(shè).2C放電鎳鎘電池一般放電鎳鎘電池一般 只能提供只能提供50%左右的額定容量；左右的額定容量；-18以以3C放放 電一般可以放出電一般可以放出30%以上的額定容量。以上的額定容量。 v(4)耐過充電和過放電性能耐過充電和過放電性能 v鎳鎘電池具有很好的耐過充電和過放電能力。鎳鎘電池具有很好的耐過充電和過放電能力。1C 恒電流持續(xù)充電恒電流持續(xù)充電2h，或強(qiáng)迫過放電不超過，或強(qiáng)迫過放電不超過2h， 電池不會損壞。鉛酸電池及后續(xù)章節(jié)介紹的鋰離電池不會損壞

25、。鉛酸電池及后續(xù)章節(jié)介紹的鋰離 子電池在這種情況下，都將產(chǎn)生永久的損壞。子電池在這種情況下，都將產(chǎn)生永久的損壞。 鎳鎘電池應(yīng)用存在的問題鎳鎘電池應(yīng)用存在的問題 v （1）記憶效應(yīng)，鎳鎘電池長期不徹底充電、放電，易在）記憶效應(yīng)，鎳鎘電池長期不徹底充電、放電，易在 電池內(nèi)留下痕跡，降低電池容量，這種現(xiàn)象稱為電池記憶電池內(nèi)留下痕跡，降低電池容量，這種現(xiàn)象稱為電池記憶 效應(yīng)。比如，鎳鎘電池長期只放出效應(yīng)。比如，鎳鎘電池長期只放出80%的電量后就開始的電量后就開始 充電，一段時間后，電池充滿電后也只能放出充電，一段時間后，電池充滿電后也只能放出80%的電的電 量。量。 v 記憶效應(yīng)的出現(xiàn)主要是由于傳統(tǒng)工

26、藝中負(fù)極為燒結(jié)式記憶效應(yīng)的出現(xiàn)主要是由于傳統(tǒng)工藝中負(fù)極為燒結(jié)式 ，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在完全放電之前就重新充電，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在完全放電之前就重新充電 ，鎘晶粒容易聚集成塊，造成，鎘晶粒容易聚集成塊，造成Ni電極膨脹或生成不導(dǎo)電電極膨脹或生成不導(dǎo)電 的的Ni(OH)2，從而引起電池電壓下降或容量減少，使電，從而引起電池電壓下降或容量減少，使電 池放電時形成次級放電平臺。鎳鎘電池會儲存這一放電平池放電時形成次級放電平臺。鎳鎘電池會儲存這一放電平 臺并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點(diǎn)。同樣在每一次使臺并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點(diǎn)。同樣在每一次使 用中，任何一次不完全的放電都將加深這

27、一效應(yīng)，使電池用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應(yīng)，使電池 的容量變得更低。的容量變得更低。 v（2）環(huán)境污染）環(huán)境污染 鎘是鎳鎘電池的必備原材料，鎘是鎳鎘電池的必備原材料， 但有大量研究表明，在人體內(nèi)，鎘的半衰期長達(dá)但有大量研究表明，在人體內(nèi)，鎘的半衰期長達(dá) 730年，可蓄積年，可蓄積50年之久，攝入或吸人過量的鎘年之久，攝入或吸人過量的鎘 可引起腎、肺、肝、骨、生殖效應(yīng)及癌癥在可引起腎、肺、肝、骨、生殖效應(yīng)及癌癥在 1993年，國際抗癌聯(lián)盟就將鎘定為年，國際抗癌聯(lián)盟就將鎘定為LA級致癌物級致癌物 。一般人在低劑量鎘環(huán)境中暴露即可導(dǎo)致腎功能。一般人在低劑量鎘環(huán)境中暴露即可導(dǎo)致腎功能 損

28、傷、骨密度降低、鈣排泄增加及生殖毒性。鎘損傷、骨密度降低、鈣排泄增加及生殖毒性。鎘 及其化合物是補(bǔ)課降解的環(huán)境污染物，可通過廢及其化合物是補(bǔ)課降解的環(huán)境污染物，可通過廢 水、廢氣、廢渣大量流人環(huán)境，產(chǎn)生環(huán)境污染及水、廢氣、廢渣大量流人環(huán)境，產(chǎn)生環(huán)境污染及 健康危害。基于環(huán)境保護(hù)的原因，許多發(fā)達(dá)國家健康危害。基于環(huán)境保護(hù)的原因，許多發(fā)達(dá)國家 已建議禁止使用鎳鎘電池。已建議禁止使用鎳鎘電池。 鎳氫電池與鎳鎘電池的對比分析鎳氫電池與鎳鎘電池的對比分析 v同鎳鎘電池相比，鎳氫電池具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：同鎳鎘電池相比，鎳氫電池具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)： v 1)能量密度高，同尺寸電池，容量是鎳鎘電能量密度高，同尺寸

29、電池，容量是鎳鎘電 池的池的1.52倍。倍。 v 2)環(huán)境相容性好環(huán)境相容性好,無鎘污染，無鎘污染， v 3)可大電流快速充放電，充放電倍率高?？纱箅娏骺焖俪浞烹?，充放電倍率高。 v 4)無明顯的記憶效應(yīng)。無明顯的記憶效應(yīng)。 v 5)低溫性能好，耐過充放能力強(qiáng)。低溫性能好，耐過充放能力強(qiáng)。 v 6)工作電壓與鎳鎘電池相同，為工作電壓與鎳鎘電池相同，為1.2V。 v鎳氫電池是鎳鎘電池的換代產(chǎn)品，電池的物理參鎳氫電池是鎳鎘電池的換代產(chǎn)品，電池的物理參 數(shù)，如尺寸、質(zhì)量和外觀完全可與鎳鎘電池互換數(shù)，如尺寸、質(zhì)量和外觀完全可與鎳鎘電池互換 ，電性能也基本一致，充放電曲線相似，放電曲，電性能也基本一致，

30、充放電曲線相似，放電曲 線非常平滑，電快要消耗完時，電壓才會突然下線非常平滑，電快要消耗完時，電壓才會突然下 降，故使用時完全可替代鎳鎘電池，而不需要對降，故使用時完全可替代鎳鎘電池，而不需要對 設(shè)備進(jìn)行任何改造。設(shè)備進(jìn)行任何改造。 v 鎳氫電池的缺點(diǎn)是自放電與壽命不如鎳鎘電池鎳氫電池的缺點(diǎn)是自放電與壽命不如鎳鎘電池, 但也能達(dá)到但也能達(dá)到500次循環(huán)壽命和國際電工委員會的次循環(huán)壽命和國際電工委員會的 推薦標(biāo)準(zhǔn)。推薦標(biāo)準(zhǔn)。 v 吸氫電極自放電包括可逆自放電和不可逆自放電。吸氫電極自放電包括可逆自放電和不可逆自放電。 v 可逆自放電的主要原因在于環(huán)境壓力低于電極中金屬氫化可逆自放電的主要原因在于

31、環(huán)境壓力低于電極中金屬氫化 物的平衡氫壓，氫氣會從電極中脫附出來。當(dāng)吸氫電極與物的平衡氫壓，氫氣會從電極中脫附出來。當(dāng)吸氫電極與 氧化鎳正極組成氧化鎳正極組成MH/Ni電池時，這些逸出的氫氣與正極電池時，這些逸出的氫氣與正極 活性物質(zhì)活性物質(zhì)NiOOH反應(yīng)生成反應(yīng)生成Ni(OH)2，形成放電反應(yīng)，該，形成放電反應(yīng)，該 部分自放電可以通過再充電復(fù)原。部分自放電可以通過再充電復(fù)原。 v 不可逆自放電主要是由于負(fù)極的化學(xué)或電化學(xué)因素所引起不可逆自放電主要是由于負(fù)極的化學(xué)或電化學(xué)因素所引起 。如合金表面電勢較低的稀土元素與電解液反應(yīng)形成氫氧。如合金表面電勢較低的稀土元素與電解液反應(yīng)形成氫氧 化物等，例

32、如化物等，例如Pb稀土在表面偏析，并生成稀土在表面偏析，并生成La(OH)5，使，使 合金組成發(fā)生變化，吸氫能力下降，這種吸氫能力下降無合金組成發(fā)生變化，吸氫能力下降，這種吸氫能力下降無 法用充電方法復(fù)原。法用充電方法復(fù)原。 鎳氫電池特性鎳氫電池特性 v1.充放電特性充放電特性 v(1)充電特性充電特性 v鎳氫電池充電特性曲線如圖鎳氫電池充電特性曲線如圖6-3所示，該曲線大所示，該曲線大 致可分為三段。致可分為三段。 v 開始時電壓上升較快，然后比較平坦。這是由于開始時電壓上升較快，然后比較平坦。這是由于 Ni(OH)2導(dǎo)電性極差但充電產(chǎn)物導(dǎo)電性極差但充電產(chǎn)物NiOOH導(dǎo)電性是前者的導(dǎo)電性是前

33、者的 l0倍，因而充電剛開始時，電壓上升很快。有倍，因而充電剛開始時，電壓上升很快。有NiOOH生生 成后，充電電壓上升速率降低，電壓變得比較平坦。隨著成后，充電電壓上升速率降低，電壓變得比較平坦。隨著 充電過程的進(jìn)行，當(dāng)充電容量接近電池的額定容量的充電過程的進(jìn)行，當(dāng)充電容量接近電池的額定容量的 75%左右時，儲氫合金中的氫原子擴(kuò)散速度減慢。由于左右時，儲氫合金中的氫原子擴(kuò)散速度減慢。由于 氧在儲氫合金中的擴(kuò)散速度受負(fù)極反應(yīng)速度的限制，以及氧在儲氫合金中的擴(kuò)散速度受負(fù)極反應(yīng)速度的限制，以及 此時正極開始逐步析出氧氣，因而充電電壓就再次呈現(xiàn)快此時正極開始逐步析出氧氣，因而充電電壓就再次呈現(xiàn)快 速

34、上升的趨勢。當(dāng)充電量超過電池設(shè)計(jì)容量之后就進(jìn)入過速上升的趨勢。當(dāng)充電量超過電池設(shè)計(jì)容量之后就進(jìn)入過 充電階段。此時正極析出的氧會在負(fù)極儲氫合金表面進(jìn)行充電階段。此時正極析出的氧會在負(fù)極儲氫合金表面進(jìn)行 還原、去極化，使負(fù)極電位正移，電池溫度迅速升高，加還原、去極化，使負(fù)極電位正移，電池溫度迅速升高，加 之鎳氫電池反應(yīng)溫度系數(shù)是負(fù)值，因此電池的充電電壓就之鎳氫電池反應(yīng)溫度系數(shù)是負(fù)值，因此電池的充電電壓就 會下降。會下降。 v鎳氫電池常用恒流充電的方式進(jìn)行充電，在充電鎳氫電池常用恒流充電的方式進(jìn)行充電，在充電 過程中電池所達(dá)到的最高電壓是鎳氫電池的一個過程中電池所達(dá)到的最高電壓是鎳氫電池的一個 重

35、要特性。充電最高電壓往往標(biāo)志著整個充電過重要特性。充電最高電壓往往標(biāo)志著整個充電過 程的電壓程的電壓=充電電壓越低，說明電池在充電過程充電電壓越低，說明電池在充電過程 中的極化就越小，電池的充電效率就越高，電池中的極化就越小，電池的充電效率就越高，電池 的使用壽命就可能越長。的使用壽命就可能越長。 v 采用該方法，充電過程的終點(diǎn)控制是一個非常實(shí)際的問題充電終點(diǎn)采用該方法，充電過程的終點(diǎn)控制是一個非常實(shí)際的問題充電終點(diǎn) 控制的方式主要有控制的方式主要有: v 1)定時控制。設(shè)置一定的充電時間來控制充電終點(diǎn)，一般設(shè)定要定時控制。設(shè)置一定的充電時間來控制充電終點(diǎn)，一般設(shè)定要 充入充入110%額定容量

36、所需的時間來控制。額定容量所需的時間來控制。 v 2)TCO，即最高溫度控制?？紤]電池的安全和特性應(yīng)當(dāng)避免高溫，即最高溫度控制?？紤]電池的安全和特性應(yīng)當(dāng)避免高溫 充電，一般電池溫度升高到充電，一般電池溫度升高到60時應(yīng)當(dāng)停止充電。時應(yīng)當(dāng)停止充電。 v 3)電壓峰值控制。充電過程中電池的電壓達(dá)到峰值并保持，即電壓峰值控制。充電過程中電池的電壓達(dá)到峰值并保持，即 V=0，據(jù)此來判斷充電的終點(diǎn)。，據(jù)此來判斷充電的終點(diǎn)。 v 4)dT/dt即深度變化率控制。通過檢測電池溫度變化率峰值來判即深度變化率控制。通過檢測電池溫度變化率峰值來判 斷充電的終點(diǎn)。斷充電的終點(diǎn)。 v 5)T，即溫度差控制。溫度差為電

37、池充滿電時溫度與環(huán)境溫度之，即溫度差控制。溫度差為電池充滿電時溫度與環(huán)境溫度之 差差 v 6)-V，即電壓降控制。當(dāng)電池充滿電時，電壓達(dá)到峰值后會下，即電壓降控制。當(dāng)電池充滿電時，電壓達(dá)到峰值后會下 降一定的值，據(jù)此判斷充電終點(diǎn)。降一定的值，據(jù)此判斷充電終點(diǎn)。 v(2)放電特性鎳氫電池工作電壓為放電特性鎳氫電池工作電壓為1.2V，指的是，指的是 放電電壓的平臺電壓。它是鎳氫電池的重要性能放電電壓的平臺電壓。它是鎳氫電池的重要性能 指標(biāo)。鎳氫電池的放電性能隨放電電流、溫度和指標(biāo)。鎳氫電池的放電性能隨放電電流、溫度和 其他因素的改變而變化。如圖其他因素的改變而變化。如圖4-4所示。電池的所示。電池

38、的 放電特性受電流環(huán)境溫度等因素的影響，電流放電特性受電流環(huán)境溫度等因素的影響，電流 越大，溫度越低，電池放電電壓和放電效率越低越大，溫度越低，電池放電電壓和放電效率越低 ，長期大電流放電對電池的壽命也會造成一定的，長期大電流放電對電池的壽命也會造成一定的 影響。截止電壓一般設(shè)定在影響。截止電壓一般設(shè)定在0.91.V，如果截，如果截 止電壓設(shè)定得太高止電壓設(shè)定得太高,則電池容量不能被充分利用，則電池容量不能被充分利用， 反之，則容易引起電池過放。反之，則容易引起電池過放。 圖4-4 典型的放電性能（不同放電倍率放電曲線） v2.容量特性容量特性 v 電池的實(shí)際容量受到理論容量的限制，但與實(shí)電池

39、的實(shí)際容量受到理論容量的限制，但與實(shí) 際放電機(jī)制和應(yīng)用工況密切相關(guān)。在高倍率即大際放電機(jī)制和應(yīng)用工況密切相關(guān)。在高倍率即大 電流放電條件電流放電條件F，電極的極化增強(qiáng)，內(nèi)阻增大，電極的極化增強(qiáng)，內(nèi)阻增大， 放電電壓下降很快，電池的能量效率降低，電池放電電壓下降很快，電池的能量效率降低，電池 的實(shí)際容量一般都低于額定容量。相應(yīng)地，在低的實(shí)際容量一般都低于額定容量。相應(yīng)地，在低 倍率放電條件下，放電電壓下降緩慢電池實(shí)際倍率放電條件下，放電電壓下降緩慢電池實(shí)際 放出的容量常常高于額定容量。鎳氫電池的充電放出的容量常常高于額定容量。鎳氫電池的充電 電流、擱置時間、放電終止電壓和放電電流等均電流、擱置時

40、間、放電終止電壓和放電電流等均 會對放電容量產(chǎn)生影響。會對放電容量產(chǎn)生影響。 v(1)充電電流對放電容量的影響充電電流對放電容量的影響 v充電負(fù)極反應(yīng)方程式中消耗電荷生成充電負(fù)極反應(yīng)方程式中消耗電荷生成OH，電荷，電荷 不能再釋放利用，因而電池的充電效率總是小于不能再釋放利用，因而電池的充電效率總是小于 100%。隨充電電流倍率增大，電極極化增加，。隨充電電流倍率增大，電極極化增加， 將加劇鎳氫電池中氧氣析出的復(fù)合反應(yīng)，導(dǎo)致充將加劇鎳氫電池中氧氣析出的復(fù)合反應(yīng)，導(dǎo)致充 電效率和放電容量降低。電效率和放電容量降低。 v基于該反應(yīng)原理，放電容量隨充電容量的變化也基于該反應(yīng)原理，放電容量隨充電容量的

41、變化也 體現(xiàn)為隨充電過程進(jìn)行，電池體現(xiàn)為隨充電過程進(jìn)行，電池SOC升高，電池可升高，電池可 放電容量增加，初期可放電容量增加較快，隨充放電容量增加，初期可放電容量增加較快，隨充 電過程中復(fù)合反應(yīng)出現(xiàn)，可放電容量增加速度減電過程中復(fù)合反應(yīng)出現(xiàn)，可放電容量增加速度減 緩，最終可放電容量將達(dá)到穩(wěn)定值。緩，最終可放電容量將達(dá)到穩(wěn)定值。 v(2)擱置時間對放電容量的影響擱置時間對放電容量的影響 v擱置時間對鎳氫電池放電容量的影響本質(zhì)上就是擱置時間對鎳氫電池放電容量的影響本質(zhì)上就是 鎳氫電池的自放電問題。擱置時間對放電容量的鎳氫電池的自放電問題。擱置時間對放電容量的 影響是由于金屬氧化物不穩(wěn)定引起的，這種

42、不穩(wěn)影響是由于金屬氧化物不穩(wěn)定引起的，這種不穩(wěn) 定性在剛充完電或高荷電狀態(tài)時表現(xiàn)尤為明顯，定性在剛充完電或高荷電狀態(tài)時表現(xiàn)尤為明顯， 而后漸趨平衡和穩(wěn)定，因而鎳氫電池放電容量隨而后漸趨平衡和穩(wěn)定，因而鎳氫電池放電容量隨 擱置時間的延長而下降，擱置的開始階段容量下擱置時間的延長而下降，擱置的開始階段容量下 降較快。降較快。 v(3)放電電流對放電容量的影響放電電流對放電容量的影響 v電池內(nèi)阻主要包括歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)極化內(nèi)阻兩電池內(nèi)阻主要包括歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)極化內(nèi)阻兩 部分。歐姆內(nèi)阻對一特定的電池來說也是一個定部分。歐姆內(nèi)阻對一特定的電池來說也是一個定 值，電化學(xué)極化內(nèi)阻則與發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時的極值

43、，電化學(xué)極化內(nèi)阻則與發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時的極 化狀態(tài)有關(guān)，而放電電流是影響電極極化狀態(tài)的化狀態(tài)有關(guān)，而放電電流是影響電極極化狀態(tài)的 一個重要因素。放電電流增大，電極極化也增大一個重要因素。放電電流增大，電極極化也增大 ，電化學(xué)極化內(nèi)阻就大，其端電壓相對較低。對，電化學(xué)極化內(nèi)阻就大，其端電壓相對較低。對 于相同的放電終止電壓來說，最終反映為放電容于相同的放電終止電壓來說，最終反映為放電容 量測試結(jié)果較低。量測試結(jié)果較低。 v(4)放電終止電壓對放電容量的影響放電終止電壓對放電容量的影響 v放電終止電壓直接影響放電時間，而放電容量實(shí)放電終止電壓直接影響放電時間，而放電容量實(shí) 際是放電電流與放電時間的乘

44、積，因而放電容量際是放電電流與放電時間的乘積，因而放電容量 隨放電終止電壓的降低而增加。但鎳氫電池的放隨放電終止電壓的降低而增加。但鎳氫電池的放 電電壓不能無限地降低，一般選定在電電壓不能無限地降低，一般選定在0.9V左右。左右。 過低將出現(xiàn)過放電現(xiàn)象，影響鎳氫電池的使用壽過低將出現(xiàn)過放電現(xiàn)象，影響鎳氫電池的使用壽 命。命。 v3.內(nèi)壓內(nèi)壓 v鎳氫電池內(nèi)壓產(chǎn)生的基本原因是電池在充放電過鎳氫電池內(nèi)壓產(chǎn)生的基本原因是電池在充放電過 程中，正極析出氧氣和負(fù)極析出氫氣。從而產(chǎn)生程中，正極析出氧氣和負(fù)極析出氫氣。從而產(chǎn)生 電池的內(nèi)壓。鎳氫電池的內(nèi)壓是直存在的，通常電池的內(nèi)壓。鎳氫電池的內(nèi)壓是直存在的，通

45、常 都維持在正常水平，不會引起安全問題。但在過都維持在正常水平，不會引起安全問題。但在過 充或過放情況下，電池內(nèi)壓升高到一定程度，就充或過放情況下，電池內(nèi)壓升高到一定程度，就 有可能帶來安全問題鎳氫電池的內(nèi)壓與充電方式有可能帶來安全問題鎳氫電池的內(nèi)壓與充電方式 及荷電狀態(tài)有關(guān)。及荷電狀態(tài)有關(guān)。 v圖圖4-5不不 同鎳氫電同鎳氫電 池充電過池充電過 程中內(nèi)壓程中內(nèi)壓 的變化曲的變化曲 線線 v當(dāng)電池荷電狀態(tài)達(dá)到當(dāng)電池荷電狀態(tài)達(dá)到100%以前，內(nèi)壓增加平緩以前，內(nèi)壓增加平緩 ，當(dāng)荷電超過，當(dāng)荷電超過100%后，內(nèi)壓急劇增加。因此，后，內(nèi)壓急劇增加。因此， 過充電的鎳氫電池存在一定的安全隱患。過充電

46、的鎳氫電池存在一定的安全隱患。 v試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著電池充電、放電循環(huán)次數(shù)增試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著電池充電、放電循環(huán)次數(shù)增 加，內(nèi)壓也會逐漸升高，同時電池中氫、氧氣體加，內(nèi)壓也會逐漸升高，同時電池中氫、氧氣體 比例也會發(fā)生變化。鎳氫電池中電解液的量也會比例也會發(fā)生變化。鎳氫電池中電解液的量也會 影響電池內(nèi)壓，電解液過多會使內(nèi)壓升得很高。影響電池內(nèi)壓，電解液過多會使內(nèi)壓升得很高。 v4.自放電和儲存性能自放電和儲存性能 v 電池的自放電主要是由電極材料、制造工藝、電池的自放電主要是由電極材料、制造工藝、 儲存條件等多方面因素決定的。鎳氫電池自放電儲存條件等多方面因素決定的。鎳氫電池自放電 受控于儲氫

47、合金電極。儲氫合金電極的自放電可受控于儲氫合金電極。儲氫合金電極的自放電可 以分為可逆與不可逆兩部分?？赡娣烹娛怯捎陔娨苑譃榭赡媾c不可逆兩部分?？赡娣烹娛怯捎陔?極合金的平臺壓力大于電池內(nèi)壓造成的而不可逆極合金的平臺壓力大于電池內(nèi)壓造成的而不可逆 部分是由于電極合金的不斷氧化而使合金失效所部分是由于電極合金的不斷氧化而使合金失效所 致。鎳氫電池在自然擱置狀態(tài)時容量的衰減速率致。鎳氫電池在自然擱置狀態(tài)時容量的衰減速率 很快。在很快。在2下，鎳氫電池的月自放電率達(dá)到下，鎳氫電池的月自放電率達(dá)到 20%25%。 v影響自放電速率的因素主要是電池儲存的溫度和影響自放電速率的因素主要是電池儲存的溫度和

48、濕度條件等。溫度升高會使電池內(nèi)正負(fù)極材料的濕度條件等。溫度升高會使電池內(nèi)正負(fù)極材料的 反應(yīng)活性提高，同時電解液的離子傳導(dǎo)速度加快反應(yīng)活性提高，同時電解液的離子傳導(dǎo)速度加快 ，隔膜等輔助材料的強(qiáng)度降低，使自放電反應(yīng)速，隔膜等輔助材料的強(qiáng)度降低，使自放電反應(yīng)速 率大大提高。如果溫度太高，就會嚴(yán)重破壞電池率大大提高。如果溫度太高，就會嚴(yán)重破壞電池 內(nèi)的化學(xué)平衡，發(fā)生不可逆反應(yīng)，最終會嚴(yán)重?fù)p內(nèi)的化學(xué)平衡，發(fā)生不可逆反應(yīng)，最終會嚴(yán)重?fù)p 害電池的整體性能。濕度的影響與溫度條件相似害電池的整體性能。濕度的影響與溫度條件相似 ，環(huán)境濕度太高也會加快自放電反應(yīng)。一般來說，環(huán)境濕度太高也會加快自放電反應(yīng)。一般來說

49、 ，低溫和低濕的環(huán)境條件下，電池的白放電率低，低溫和低濕的環(huán)境條件下，電池的白放電率低 ，有利于電池的儲存。但是溫度太低也可能造成有利于電池的儲存。但是溫度太低也可能造成 電極材料的不可逆變化，使電池的整體性能大大電極材料的不可逆變化，使電池的整體性能大大 降低。降低。 v針對隔膜材料對鎳氫電池自放電的影響，可以選針對隔膜材料對鎳氫電池自放電的影響，可以選 用丙烯酸改性的聚丙烯用丙烯酸改性的聚丙烯(PP)隔膜來改善鎳氫電池隔膜來改善鎳氫電池 的荷電保持能力，降低電池的可逆自放電可以通的荷電保持能力，降低電池的可逆自放電可以通 過選擇合適的合金組分，來使其平臺壓力小于電過選擇合適的合金組分，來使

50、其平臺壓力小于電 池內(nèi)壓來實(shí)現(xiàn)，降低電池的不可逆自放電可以通池內(nèi)壓來實(shí)現(xiàn)，降低電池的不可逆自放電可以通 過選擇合適的合金組分實(shí)現(xiàn)。過選擇合適的合金組分實(shí)現(xiàn)。 v 鎳氫電池自放電率較高，這不僅與正、負(fù)極材鎳氫電池自放電率較高，這不僅與正、負(fù)極材 料的組成，電解液的組成和隔膜材料有關(guān)，而且料的組成，電解液的組成和隔膜材料有關(guān)，而且 還與電池的化成方法等有關(guān)。還與電池的化成方法等有關(guān)。 v電池的儲存性能是指電池在一定條件下儲存一定電池的儲存性能是指電池在一定條件下儲存一定 時間后主要性能參數(shù)的變化，包括容量的下降、時間后主要性能參數(shù)的變化，包括容量的下降、 外觀情況和有無變形或滲液情況。國家標(biāo)準(zhǔn)均有

51、外觀情況和有無變形或滲液情況。國家標(biāo)準(zhǔn)均有 對電池的容量下降和外觀變化及漏液比例的限制對電池的容量下降和外觀變化及漏液比例的限制 v電池在儲存過程中容量下降主要是由電極自放電電池在儲存過程中容量下降主要是由電極自放電 引起的，自放電率高對電池儲存非常不利，所以引起的，自放電率高對電池儲存非常不利，所以 一般鎳氫電池都遵從即充即用的原則，不適宜較一般鎳氫電池都遵從即充即用的原則，不適宜較 長時間放置。長時間放置。 v鎳氫電池的存放條件為：存放區(qū)應(yīng)保持清潔、涼鎳氫電池的存放條件為：存放區(qū)應(yīng)保持清潔、涼 爽、通風(fēng)；溫度應(yīng)在爽、通風(fēng)；溫度應(yīng)在1025之間，一般不應(yīng)之間，一般不應(yīng) 超過超過30；相對濕度

52、以不大于；相對濕度以不大于65%為宜。為宜。 v除了合適的儲存溫度和濕度條件外，必須注意的除了合適的儲存溫度和濕度條件外，必須注意的 是：是： v1)長期放置的電池應(yīng)該采用荷電狀態(tài)儲存，一般長期放置的電池應(yīng)該采用荷電狀態(tài)儲存，一般 可預(yù)充可預(yù)充50%100%的電量后儲藏。的電量后儲藏。 v2)在儲存過程中，要保證至少每在儲存過程中，要保證至少每3個月對電池充個月對電池充 電一次，以恢復(fù)到飽和容量；這是因?yàn)榉磐觌姷碾娨淮?，以恢?fù)到飽和容量；這是因?yàn)榉磐觌姷?電池電池(放電到終止電壓放電到終止電壓)在儲存的過程中，一方面在儲存的過程中，一方面 會繼續(xù)自放電造成過放，而且電池內(nèi)的正負(fù)極、會繼續(xù)自放電

53、造成過放，而且電池內(nèi)的正負(fù)極、 隔膜和輔助材料經(jīng)常會發(fā)生嚴(yán)重的電解液腐蝕和隔膜和輔助材料經(jīng)常會發(fā)生嚴(yán)重的電解液腐蝕和 漏液現(xiàn)象，對電池的整體性能造成致命的損害。漏液現(xiàn)象，對電池的整體性能造成致命的損害。 v5.溫度特性溫度特性 v鎳氫電池在中高溫環(huán)境下，由于溫度高有利于合鎳氫電池在中高溫環(huán)境下，由于溫度高有利于合 金中氫原子的擴(kuò)散，提高了合金的動力學(xué)性能，金中氫原子的擴(kuò)散，提高了合金的動力學(xué)性能， 且電解液中且電解液中KOH的電導(dǎo)率也隨溫度升高而增加，的電導(dǎo)率也隨溫度升高而增加， 電池放電容量明顯比低溫時放電容量大。但溫度電池放電容量明顯比低溫時放電容量大。但溫度 過高過高(一般超過一般超過4

54、5)，雖然電解質(zhì)電導(dǎo)率大，電，雖然電解質(zhì)電導(dǎo)率大，電 流遷移能力增強(qiáng)，遷移內(nèi)阻減小，但電解液溶劑流遷移能力增強(qiáng)，遷移內(nèi)阻減小，但電解液溶劑 水分蒸發(fā)快，增加了電解液的歐姆內(nèi)阻，兩者相水分蒸發(fā)快，增加了電解液的歐姆內(nèi)阻，兩者相 互抵消，放電容量將不再增加?；サ窒烹娙萘繉⒉辉僭黾?。 v鎳氫電池的正常存儲溫度是鎳氫電池的正常存儲溫度是-2045，最佳存，最佳存 儲溫度是在儲溫度是在1025。一般情況下，當(dāng)溫度降。一般情況下，當(dāng)溫度降 到低于到低于-20時，電池中的電解液會凝固，電池時，電池中的電解液會凝固，電池 內(nèi)阻會變得無窮大，電池內(nèi)部可能發(fā)生不可逆的內(nèi)阻會變得無窮大，電池內(nèi)部可能發(fā)生不可逆的

55、 變化，導(dǎo)致電池?zé)o法激活到正常狀態(tài)，甚至無法變化，導(dǎo)致電池?zé)o法激活到正常狀態(tài)，甚至無法 使用。當(dāng)溫度超過使用。當(dāng)溫度超過45時，電池自放電速率大大時，電池自放電速率大大 加快，電解液會發(fā)生副反應(yīng)而產(chǎn)生大量氣體，電加快，電解液會發(fā)生副反應(yīng)而產(chǎn)生大量氣體，電 極片中的輔助材料可能變質(zhì)失效，從而導(dǎo)致整個極片中的輔助材料可能變質(zhì)失效，從而導(dǎo)致整個 電池逐漸老化和容量衰減，甚至在短期內(nèi)失效。電池逐漸老化和容量衰減，甚至在短期內(nèi)失效。 v6.循環(huán)壽命循環(huán)壽命 v 鎳氫電池的循環(huán)壽命受充放電濕度、溫度和使鎳氫電池的循環(huán)壽命受充放電濕度、溫度和使 用方法的影響。在現(xiàn)在的技術(shù)狀態(tài)下用方法的影響。在現(xiàn)在的技術(shù)狀態(tài)

56、下，當(dāng)按照當(dāng)按照 rEc標(biāo)準(zhǔn)充放電時，充放電循環(huán)可以超過標(biāo)準(zhǔn)充放電時，充放電循環(huán)可以超過500次次 。在電動車輛上應(yīng)用，鎳氫電池一般采用淺充淺。在電動車輛上應(yīng)用，鎳氫電池一般采用淺充淺 放的應(yīng)用機(jī)制，即放的應(yīng)用機(jī)制，即SOC在在40%80%之間應(yīng)之間應(yīng) 用，因此電池的使用壽命已經(jīng)可以達(dá)到用，因此電池的使用壽命已經(jīng)可以達(dá)到5年以上年以上, 甚至達(dá)到甚至達(dá)到10年以上。年以上。 v 鎳氫電池失效的原因有多方面，主要?dú)w納如下：鎳氫電池失效的原因有多方面，主要?dú)w納如下： v1)電解液的損耗。電解液的損耗。 v 氫鎳電池的電解液在電池的充放電循環(huán)過程中氫鎳電池的電解液在電池的充放電循環(huán)過程中 會在電極和

57、隔膜中重新分配，增加了它們的表面會在電極和隔膜中重新分配，增加了它們的表面 積和孔隙率并導(dǎo)致電極膨脹，電池內(nèi)壓增大，從積和孔隙率并導(dǎo)致電極膨脹，電池內(nèi)壓增大，從 而導(dǎo)致氣體而導(dǎo)致氣體 (氫氣和氧氣氫氣和氧氣)的泄露，最終導(dǎo)致電解的泄露，最終導(dǎo)致電解 液的損耗。電解液的損耗將導(dǎo)致電池溶液內(nèi)阻增液的損耗。電解液的損耗將導(dǎo)致電池溶液內(nèi)阻增 大，電導(dǎo)率降低。大，電導(dǎo)率降低。 v2)電極材料的改變。電極材料的改變。 v氫鎳電池經(jīng)一定次數(shù)的充放電循環(huán)后氫鎳電池經(jīng)一定次數(shù)的充放電循環(huán)后,負(fù)極中的錳負(fù)極中的錳 、鋁元素會發(fā)生偏析溶解，負(fù)極儲氫合金表面逐、鋁元素會發(fā)生偏析溶解，負(fù)極儲氫合金表面逐 漸被腐蝕氧化，

58、在電極表面形成一層氫氧化物漸被腐蝕氧化，在電極表面形成一層氫氧化物,合合 金體積發(fā)生膨脹、收縮，最后導(dǎo)致合金粉化，嚴(yán)金體積發(fā)生膨脹、收縮，最后導(dǎo)致合金粉化，嚴(yán) 重影響了電池在充放電過程中的吸氫放氧性能。重影響了電池在充放電過程中的吸氫放氧性能。 v3)隔膜的變化。隔膜的變化。 v隨著電池充放電循環(huán)次數(shù)的增加，電池的隔膜結(jié)隨著電池充放電循環(huán)次數(shù)的增加，電池的隔膜結(jié) 構(gòu)會發(fā)生變化，隔膜的電解液保持能力下降，電構(gòu)會發(fā)生變化，隔膜的電解液保持能力下降，電 池自放電增大，電池壽命減小。另外，從電池電池自放電增大，電池壽命減小。另外，從電池電 極上脫落下的電極材料逐漸堵塞隔膜上的孔隙，極上脫落下的電極材料

59、逐漸堵塞隔膜上的孔隙， 嚴(yán)重影響了鎳氫電池中氣體的滲透傳輸，進(jìn)而增嚴(yán)重影響了鎳氫電池中氣體的滲透傳輸，進(jìn)而增 大了電池內(nèi)阻，影響電池充放電性能，導(dǎo)致電池大了電池內(nèi)阻，影響電池充放電性能，導(dǎo)致電池 失效。失效。 鎳氫動力電池的檢測鎳氫動力電池的檢測 v單體電池性能檢測單體電池性能檢測 充放電性能檢測 充電 20、 -5、55充放電性能 -30、70放電性能 單體電池荷電保持與容量恢復(fù)能力檢測 其荷電保持率應(yīng)不低于額定值的80%， 容量恢復(fù)能力應(yīng) 不低于額定值的90% 貯存性能檢測 循環(huán)壽命 循環(huán)試驗(yàn)至放電容量低于額定容量的60%，不少于600次 安全性：過放、過充、常溫短路、高溫短路、強(qiáng)制過放、

60、跌落 、擠壓、針刺、沖擊、振動、加熱、低壓、溫度循環(huán)、析氣 v蓄電池組的性能測試蓄電池組的性能測試 充放電性能檢測 充電 20放電容量 一致性 當(dāng)充電及放電到額定容量的80%時，測量電池組中每只 電池的電壓。單體蓄電池電壓差別不超過20mV。 安全性 蓄電池組耐振動試驗(yàn) 蓄電池組的過放電、過充電、短路、加熱、擠壓、針刺 等試驗(yàn) 部分短路 3.3.堿性動力電池的應(yīng)用堿性動力電池的應(yīng)用 鎳氫動力電池在電動汽車上的應(yīng)用2 堿性動力電池的應(yīng)用概況1 堿性動力電池的應(yīng)用概況堿性動力電池的應(yīng)用概況 v最早的堿性蓄電池是瑞典最早的堿性蓄電池是瑞典W.Jungner于于1899 年發(fā)明的鎳鎘電池年發(fā)明的鎳鎘電