鎳氫電池高溫性能研究

鎳氫電池高溫性能研究

由于電池性能的優(yōu)越性，全年電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，盡管電池池已成為最理想的電池，但電池池的夏季性能仍需進(jìn)一步提高。為了保證電動(dòng)汽車的正常運(yùn)行，必須詳細(xì)研究提高電池池的夏季性能。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，由于夏季炎熱，尤其是夏季炎熱，產(chǎn)生的充電效率較低。為了提高電池的夏季負(fù)荷性能，必須詳細(xì)改進(jìn)電池的夏季負(fù)荷。據(jù)文獻(xiàn)，由于夏季炎熱，南京氫池的正壓能耗較低。大多數(shù)充電電壓電壓的正壓值較低。在正壓中加入co和稀土氧化物可以提高電極的析氧性能和充電效率。劉建華等人采用正交實(shí)驗(yàn)法提高了金屬氫池的日照時(shí)間。簡(jiǎn)而言之，提高耐蔭池高溫性能的途徑是提高積極充電率，提高高溫條件下的消極耗竭能耗，并利用充電壓多用于氧化氮2個(gè)活動(dòng)物質(zhì)。限制或延遲氧化反應(yīng)。影響鎳氫電池高溫性能的決定因素是電池的高溫充電過(guò)程,這是因?yàn)楦邷爻潆姇r(shí),鎳正極析氧電位有較大降低,易發(fā)生析氧副反應(yīng),導(dǎo)致大量充電電量被浪費(fèi)用于電解水的反應(yīng),充電效率降低.因此,本文研究了鎳正極中添加Na2WO4的鎳氫電池的高溫性能,分析了不同添加量的Na2WO4對(duì)鎳氫電池高溫充電、常溫放電性能的影響,同時(shí)利用陽(yáng)極伏安過(guò)程研究了Na2WO4對(duì)鎳正極的作用機(jī)理.研究表明,鎳正極中添加Na2WO4是一種行之有效的提高鎳氫電池高溫性能的方法,具有廣泛的應(yīng)用前景.1實(shí)驗(yàn)部分1.1泡沫鎳集流體的制備電池的制備工序如下:將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0%、0.5%、1.0%、1.5%的分析純Na2WO4分別與等量Ni(OH)2(河南科隆公司)混合均勻,采用刮漿工藝制備鎳正極片,即將混合好的活性物質(zhì)漿料(含CoO、PTFE等添加劑)刮涂到泡沫鎳集流體中,然后依次進(jìn)行烘干、壓制和剪裁;負(fù)極采用斜拉銅網(wǎng)干法,經(jīng)輥壓、剪裁、浸膠等工藝制備而成;正、負(fù)極尺寸分別為42.5mm×85mm×0.65mm和43.5mm×115mm×0.30mm(要求極片的重量在±0.1g的誤差內(nèi)).將正、負(fù)極片與聚丙烯隔膜卷繞后裝入鋼殼,再經(jīng)過(guò)滾槽、涂密封油、注液、封口及化成后即制成24支AA1800mAh鎳氫電池(每種組成有6支電池).在整個(gè)制備過(guò)程中要嚴(yán)格控制工藝,以保證24支電池均有等量的Ni(OH)2、負(fù)極貯氫合金和電解液,所不同的僅是Na2WO4的用量.1.2放電電池內(nèi)阻測(cè)量電池的化成、分容過(guò)程在廣州擎天BK-2768/2化檢設(shè)備上完成.每種測(cè)試條件下分別取各種電池各四支(測(cè)試過(guò)的電池可以繼續(xù)使用),用BS9380電池測(cè)試裝置測(cè)試電池在25、45和70℃條件下0.5C充電144min后,再在設(shè)定溫度(分別為25、45和70℃)條件下0.5C放電至1.0V.為使充電時(shí)電池各部位的溫度均勻穩(wěn)定,充放電前將電池放在101-1A型數(shù)顯式電熱恒溫箱24h以上.在BS-VR電池內(nèi)阻測(cè)試儀上測(cè)量電池放電后的內(nèi)阻;荷電保持率的測(cè)試分別在40、45、50和55℃下進(jìn)行:將充滿電的電池在環(huán)境下擱置7d后,測(cè)試相應(yīng)溫度下的0.5C放電容量,擱置前后容量之比即為荷電保持率.循環(huán)伏安曲線使用德國(guó)制造的Gamery型電化學(xué)工作站測(cè)量.測(cè)試條件:6mol·L-1KOH,掃描范圍是0～0.6V,掃描速度為0.1V·s-1,參比電極為Hg/HgO/6mol·L-1KOH電極.2結(jié)果與討論2.1不同極值對(duì)電池放電容量的影響圖1(a)為25℃時(shí),鎳正極中添加0%、0.5%、1.0%和1.5%的Na2WO4時(shí)電池的充放電曲線,可見,各種電池具有相似的充放電特性.充電至100%左右容量后,各電池的電壓平臺(tái)均有較大提高,這是由于析氧副反應(yīng)造成的(4OH-=O2+2H2O+4e).因?yàn)?5℃時(shí)Ni(OH)2的氧化電位遠(yuǎn)低于氧析出電位,充電前期主要發(fā)生Ni(OH)2氧化為NiOOH的反應(yīng),隨充電時(shí)間的延長(zhǎng),逐漸出現(xiàn)與析氧電位相關(guān)的電壓平臺(tái).但相對(duì)于空白鎳氫電池,正極中添加Na2WO4后的析氧電位平臺(tái)降低,且出現(xiàn)得較早,說(shuō)明正極中添加Na2WO4不利于提高電池的常溫充電性能.從圖1(a)中也可以看出,正極添加Na2WO4后,電池的常溫放電容量有所降低,也進(jìn)一步驗(yàn)證了上述觀點(diǎn).圖1(b)是正極添加Na2WO4時(shí)電池的45℃充放電曲線.隨充電過(guò)程的進(jìn)行,未添加Na2WO4電池的充電平臺(tái)平緩上升,但不超過(guò)30mV,而正極添加Na2WO4后,充電后期的電壓平臺(tái)約躍遷100mV,說(shuō)明添加Na2WO4有助于提高鎳正極的析氧過(guò)電位.分析原因,這可能是由于Na2WO4在Ni(OH)2表面能形成包覆膜,增大了充電時(shí)析氧副反應(yīng)的極化過(guò)電位,使得高溫充電后期的電壓平臺(tái)隨之提高.比較圖1(a)和圖1(b)可以看出,盡管常溫下隨著Na2WO4的增加,電池的放電容量會(huì)有所降低,但當(dāng)升高充電溫度時(shí),隨著正極中Na2WO4添加量(w)的增加,電池的放電容量卻可有較大提高.如45℃時(shí),電池的放電容量隨Na2WO4添加量的增加,先增大后減小,1.0%的添加量為最佳值,約可提高250mAh.從圖1(c)可以看出,正極添加0%、0.5%Na2WO4時(shí),電池在70℃充電后期出現(xiàn)下降的電壓平臺(tái),說(shuō)明隨溫度的進(jìn)一步提高,鎳正極的析氧電位下降較大,使得Ni(OH)2氧化為NiOOH的主反應(yīng)與析氧副反應(yīng)幾乎同時(shí)發(fā)生,而充電后期則只是發(fā)生析氧副反應(yīng),使得充電電壓平臺(tái)下降,正極不含Na2WO4的電池只能放出約40%的容量.而進(jìn)一步增加Na2WO4的添加量,則可較大提高電池的放電容量.同樣,正極添加1.0%Na2WO4時(shí)的放電容量最大,接近1300mAh.可見,不含或含不足量的Na2WO4時(shí),電池在70℃時(shí)Ni(OH)2的氧化電位與析氧電位十分接近,而添加Na2WO4后可增大鎳氫電池正極析氧過(guò)電位.由圖1(a)到圖1(c)可知:鎳正極中加入Na2WO4可以提高電池的高溫充電效率,增加電池的放電容量.Na2WO4可使活性物質(zhì)Ni(OH)2的氧化過(guò)程更易進(jìn)行,有效地抑制或延遲氧氣的析出,進(jìn)而提高了電池的充電效率,但隨著Na2WO4含量的增加,電池的電化學(xué)性能受到影響,常溫放電容量有所降低.2.2執(zhí)行n的氧電位設(shè)計(jì)將顯著提高電池的循環(huán)壽命,電池的循環(huán)壽命,將電池的充表1為荷電保持率測(cè)定結(jié)果,其中數(shù)值均為四個(gè)電池測(cè)量平均值.表1的數(shù)據(jù)表明:在不同溫度下Na2WO4的加入使電池的荷電保持率都有較大提高.表明正極析氧電位的提高,抑制了電池在儲(chǔ)存時(shí)的自放電衰減速率,提高了電池的荷電保持能力.圖2為添加Na2WO4(1.0%)和不添加時(shí)電池的循環(huán)壽命.由圖2可知,Na2WO4的加入提高了電池常溫下的循環(huán)壽命,究其原因,可能是加入Na2WO4在Ni(OH)2上形成包覆膜,阻止了電池鎳正極材料的自分解過(guò)程,使電池可以循環(huán)更多次,具體原因有待進(jìn)一步研究.2.3不同極化電位的鎳電極電化學(xué)行為為進(jìn)一步研究Na2WO4對(duì)鎳正極高溫性能的影響,特別是對(duì)高溫條件下正極充電過(guò)程的影響,對(duì)比了不同溫度條件下,加與不加1.0%Na2WO4的鎳正極的陽(yáng)極伏安過(guò)程.圖3(a)至圖3(c)是加與不加1.0%Na2WO4時(shí),鎳正極分別在25、45、70℃下的陽(yáng)極伏安曲線,可以看出,正極添加1.0%Na2WO4使得25℃下的陽(yáng)極極化過(guò)程變得困難,極化電流降低,極化電位略有升高,但在45、70℃條件下,加入1.0%Na2WO4則使鎳正極的氧化電位降低、氧化峰電流增大,特別是在70℃條件下這種效果更為明顯這表明,加入1.0%Na2WO4可有效地促進(jìn)鎳電極的充電正反應(yīng),提高鎳正極高溫下的充電效率,但對(duì)鎳正極常溫下的活性和充電效率則有一定的負(fù)面影響.3鎳電極的制備1)鎳正極中添加Na2WO4的電池在25℃條件下放電容量略有下降,但在45、70℃條件下的充電效率