镍氢电池负极材料研究概况

1目录第一章前言..............................................................3第二章镍氢电池应用背景.................................................52.1镍氢电池的定义...................................................52.2镍氢电池的现状及发展方向..........................................5第三章镍氢电池的特征....................................................83.1镍氢电池的特点...................................................83.2镍氢电池的作用机理...............................................8第四章镍氢电池的制作、性能测试及分析...................................114.1复合贮氢合金的制备方法...........................................114.1.1熔炼法.....................................................114.1.2机械合金化法...............................................114.1.3粉末烧结法.................................................114.2机械合金化法制备的几种镁基储氢合金性能及其分析..................124.2.1Mg2Ni系储氢合金.........................................124.2.2多元Mg2Ni系储氢合金.....................................13结束语...................................................................15致谢......................................................错误!未定义书签。参考文献.................................................................16百色学院本科毕业论文(设计)诚信保证书......................错误!未定义书签。2镍氢电池负极材料研究概况摘要：镍氢电池具有能量密度高、循环寿命长、可高倍率充放电、耐过充放能力强、无重金属污染等一系列的特点,被喻为“二十一世纪的绿色电池”。论文综述了目前国内外二次电池材料的研究进展，以镍氢电池负极材料的制备及性能的最新研究成果，介绍机械合金化法、粉末烧结法、熔炼法等复合贮氢合金的制备方法以及机械合金化法制备的几种镁基储氢合金性能及其分析。关键词：镍氢电池；负极材料；概况Ni-MHBatteryCathodeMaterialsResearchSituationAbstract:NI-MHbatteryhasaseriesofcharacteristics,suchas:highenergydensity,longcyclelife,highmultiplyingpowercharge-discharge,strongresistanceofoverchargeanddischargewithoutheavymetalpollution,etc.NI-MHbatteryiscomparedto“Greenbatteryof21century”.Thispapersummarizesthedomesticandoverseasresearchprogressofsecondarybattery,thelatestresearchresultsaboutthepreparationandperformanceofNI-MHbatterycathodematerial.Thepaperalsointroducesthemechanicalalloyingmethod,powdersinteringmethodandsmeltingprocesswhichwasusedforcompoundinghydrogenstoragealloy’spreparationmethod;introducesseveralkindsofMg-basedhydrogenstoragealloys’performanceandtheanalysisofmechanicalalloyingmethodpreparation.Keyworks:Nickel-metalhydridebattery,cathodematerial,generalsituation3第一章前言能源是现代人类生存和发展的重要物质基础。二十世纪以来科技与工业的迅速发展引起能源消耗量的大幅度上升，以化工石油燃料为主体的能源结构已不能长期满足需求。由于全世界保护环境、节约能源的呼声日益高涨，促使人们高度重视清洁无污染的能源。因此，一个为建立新型高效清洁能源体系而努力的浪潮正在全球掀起，研究开发高性能的二次电池也就成为了人们共同关注的课题。我国属于石油资源缺乏的国家，并且污染状况严重，二次电池的研究开发尤为重要。化学电源(简称电池)，是一种将化学能转化为电能的装置。自1859年R．QPlante试制成功铅酸电池，1868年法国GLeelance制成锌锰电池以来，化学电源经历了100多年的历史，现己形成独立完整的科技与工业体系。全世界己有1000多种不同系列和型号的电池产品。化学电源已成为人们日常生活中应用极为广泛的方便能源。人造卫星、宇宙飞船、火车、汽车、潜艇、鱼雷、导弹、火箭、飞机，都离不开电源技术的发展。电源技术的进步，大大加速了现代移动通讯、家用电器，乃至儿童玩具的发展速度。随着高新技术的发展，同时为了保护人类生存的环境，人们对新型的化学电源又提出了更高的要求。镍氢二次电池具有能量密度高、循环寿命长、可高倍率充放电、耐过充放能力强、无重金属污染等一系列的特点被喻为“二十一世纪的绿色电池”。能源是人类文明发展的原动力，是国民经济和社会发展的重要战略物资，能源技术是衡量一个国家经济发展和生活水准的重要指标【1】。随着社会经济的快速发展和环境保护意识的加强，人们对二次电池的需求，不仅体现在要求电池的体积小、质量轻、性价比高，而且要对环境无任何污染。金属氢化物镍（MH/Ni）电池，简称镍氢电池，具有能量密度高、安全性好、无污染、无记忆效应、价格适宜等特点，已成为目前最具发展前景的“绿色能源”电池之一，广泛应用于移动电话、个人电脑、照相机、MP3等便携式电子产品和电动工具、电动车辆等大功率设施。由于世界燃料日益枯竭，加上环境保护的要求，电动汽车的研制和开发应用已引起人们的广泛重视。用于电动汽车的动力电池主要有锂离子电池、氢镍电池和燃料电池等，综合考虑比能量、比功率、寿命、价格、环保性能、安全性、适用环境温度范围、荷电保持率、性能稳定性等因素，MH/Ni电池体系是现阶段最成熟的动力电池体系【2】。4镍氢动力电池刚刚进入成熟期，是目前混合动力汽车所用电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的电池体系，全球已经批量生产的混合动力汽车全部采用镍氢动力电池体系【3】。可以预言，性能优越的锂离子电池、镍氢电池、可充无汞碱性电池、燃料电池将是2l世纪最受欢迎的绿色电池。其中，镍氢电池以具有高的性价比、体积功率密度和良好的低温性能、循环寿命而受到广泛的重视，在通讯设备、办公自动化及其他的民用电器上有大量的需求，也是电动车的电力来源之一【4】。1999年世界镍氢电池的产量达到90亿只并且迅速增长【5】。由于所具备的优越的能量容量和环保性能，镍氢电池迅速渗入到由传统镍镉电池统治的可提式电器产品市场，能够预见镍氢电池会持续健康快速的成长。Ni／MH电池是以储氢合金为负极，氢氧化镍为正极，KOH为电解液的新型高容量碱性二次电池。由于Ni／MH电池采用正极限制容量、负极过量的制备工艺，目前正极的性能有了较大的提高，因此负极性能的改进已成为Ni／MH电池发展的关键。5第二章镍氢电池应用背景2.1镍氢电池的定义镍氢电池（Ni-MHBatteries）：是有氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染，无记忆效应。镍氢电池是早期的镍镉电池的替代产品，它是目前最环保的电池，不再使用有毒的镉，可以消除重金属元素对环境带来的污染问题。镍氢电池具有较大的能量密度比，这意味着可以在不为数码设备增加额外重量的情况下，使用镍氢电池能有效地延长设备的工作时间。镍氢电池另一个优点是：大大减小了镍镉电池中存在的“记忆效应”，这使镍氢电池可以更方便地使用。镍氢电池和镍镉电池外形上相似，而且镍氢电池的正极与镍镉电池也基本相同，都是以氢氧化镍为正极，主要区别在于镍镉电池负极板采用的是镉活性物质，而镍氢电池是以高能贮氢合金为负极，因此镍氢电池具有更大的能量。同时镍氢电池在电化学特性方面与镍镉电池亦基本相似，故镍氢电池在使用时可完全替代镍镉电池，而不需要对设备进行任何改造。由于与第二代可充电电池镍镉电池具有相同的电压，因此凡是使用镍镉电池的地方，都可以用镍氢电池来替代，镍氢电池的应用领域包括：各种电子设备、移动电话，电动工具，电动自行车等，而未来最有可能应用到电动汽车上的也是镍氢电池，其原因是由于：镍镉电池由于容量低及存在环境污染，已被作为被替代产品逐渐淘汰出市场，锂离子电池虽然容量高，但在大电流充放电时，安全问题一直无法解决，燃料电池虽然目前研究较热，但存在成本和原材料的问题，因此，镍氢电池将是未来电动汽车用动力电池的最佳候选者。而一旦电动汽车用镍氢电池开发成功，对贮氢合金的需求量将会大幅度增加。而对于汽车用动力电池而言，对贮氢材料的要求就是要具有高容量、大电流充放电性能及宽温度使用性能。2.2镍氢电池的现状及发展方向镍氢二次碱性电池可分为高压镍氢电池和低压镍氢电池两类【6】。高压镍氢电池是20世纪70年代初由美国的M．Klein和J．EStockel等首先研制的，是镉镍电池技术与燃料电池技术相结合的产物。其正极就是镉镍电池用的氧化镍电极，负极就是燃料电池用的氢电极，负极活性物质是氢气，具有气体电极和固体电极共存的特点。其优点是比能6量高、寿命长、耐过充过放等；缺点是容器需要耐高压、自放电较大、不能漏气及成本高。因此，目前研制的高压镍氢电池主要应用于空间技术。低压镍氢电池是以贮氢合金为负极，Yi(OH)2为正极，KOH溶液为电解质。这种金属氢化物．镍(MH．Ni)电池常简称为镍氢电池。这种镍氢电池于1988年在美国Ovonie公司首先进入实用化阶段，1990年日本的松下、东芝、三洋等电池公司开始规模化生产。近几年，由于民用电器，特别是电子器具的微型化、便携化，使人们对高容量二次电池的需求量日益增加。这种在比能量、比功率等方面日益增长的新要求已不是传统的电池系统所能完全满足的。同时由于镉．镍电池中镉是致癌物质，它引起的环境污染受到人们的极大关注。虽然现在已提出电池回收问题，但具体做起来非常困难(对小型电池而言)。同时，镉．镍电池的比能量仍然保持在40Wh／kg左右，不能满足电子器件日益小型化的要求【7】。在这一需求背景的牵引下，镍氢电池更加引起了人们的极大兴趣。镍氢电池之所以倍受国内外各电池厂家的关注，并投入了大量的人力和物力进行深入细致的研究开发，主要是因为它具有如下优点【8】：(1)比能量高，可达到同体积镉．镍电池的1．5~2．0倍；(2)可快速充电，过充、过放性能优良，且无记忆效应；(3)不含有害