电池基础知识与工作原理及流程

镍氢电池基础知识、工艺流程1、什么是电池2、电池的分类3、镍氢电池的应用4、镍氢电池的电化学原理5、镍氢电池的主要结构组成6、科力远镍氢电池标识7、镍氢各型号电池尺寸第一章、电池原理1、电池的定义•电池即一种化学电源，一种直接把化学能转变成电能的装置。它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。2、电池的分类A．按工作性质分类：（1）原电池：又称一次电池。如：锌-锰干电池、锌-汞电池、锂电池。（2）蓄电池：又称二次电池，如：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池（3）贮备电池：又称“激活电池”，使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。如：镁-银电池、铅-高氯酸电池（4）燃料电池：该类电池又称“连续电池”，即将活性物质连续注入电池，使其连续放电的电池。如：氢-氧燃料电池、肼-空气燃料电池2、电池的分类B．按电解质性质分类酸性电池（铅酸电池）碱性电池（氢镍电池）中性电池、有机电解质电池（锂离子电池，如Li-MnO2)非水无机电解质电池(Li-SOCL2锂-亚硫酰氯)固体电解质电池C．按活性物质的保存方式分类按活性物质的保存方式可以分为：活性物质保存在电极上面，其中有一次电池和二次电池两种；活性物质保存在电池之外，使用时通入电极，这类有非再生型燃料电池和再生型电池。2、电池的分类种类电压优点缺点用途一次性锌锰/一次锂电1.5V/节自放电小，使用方便，价钱便宜不可充电循环使用，资源浪费，电池更换麻烦民用，玩具，灯具等铅酸蓄电池2.0V体系廉价、大功率放电、浮充性能好、低温放电性好污染环境、比容量和比能量小、不便携带汽车、摩托车充电电瓶及UPS后备电源镍镉充电电池1.2V/节大功率放电稳定、价格比较便宜污染环境、对人体有害、具有记忆效应、比容量低于镍氢电池电动工具及少数电动玩具、随身听镍氢充电电池1.2V/节比容量高、高低温性能好、无记忆效应、大功率放电好、无污染、安全性高比能量低于锂离子电池，价格高于镍镉电池电动工具、电动玩具、电动自行车、电动滑板、无绳电话、随身听、后备电源、各种设备的内置电源锂离子电池3.7V/节比能量高、小巧、重量轻、无污染、无记忆效应安全性能差、大功率放电较差、价格贵电动工具、电动玩具、电动自行车、电动滑板、无绳电话、随身听、后备电源、各种设备的内置电源锂聚合物电池3.7V/节安全性能好、比能量高、可做成任意形状、无污染、无记忆效应大功率放电较差、技术不够成熟、价格贵电动工具、电动玩具、电动自行车、电动滑板、无绳电话、随身听、后备电源、各种设备的内置电源D.市面上常见的几种电池种类动力电池系列•电工工具•吸尘器•航模•电动汽车3、Ni-MH电池的应用•电推剪•剃须刀个人护理系列3、Ni-MH电池的应用•矿灯•应急灯•网标灯灯具电池3、Ni-MH电池的应用•手电筒•草坪灯灯具电池3、Ni-MH电池的应用无绳电话、民用系列•无绳电话•民用高容量•民用低自放电•电动玩具3、Ni-MH电池的应用4、镍氢电池的电化学原理是什么？镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液；4.1充放电4、镍氢电池的电化学原理是什么？过充电正极OH-失去电子变为O2，透过隔膜扩散到负极，负极得到电子消耗O2，反应如下：正极4OH-2H2O+O2+4e负极2H2O+O2+4e4OH-在这里，如果负极来不及消耗正极产生的O2，电池内部气压会逐渐变大，可能产生漏液；过放电正极H2O被还原产生H2，透过隔膜扩散到负极，负极失去电子消耗H2，反应如下：正极2H2O+2e2OH-+H2负极2OH-+H22H2O+2e在这里，如果负极来不及消耗正极产生的H2，电池内部气压会逐渐变大，可能产生漏液；为保证电池耐过充过放，设计负极容量明显高出正极容量，并保证电池较好的内部空间、隔膜透气性等。4.2过充/过放5、电池的主要结构组成是什么？电池的主要组成部分为：正极片、负极片、隔膜纸、盖帽、电解液、外壳、绝缘层。5.1镍氢电池结构——正极正极基体：发泡镍（约1.6--1.7mm厚)正极物质：球镍+氧化亚钴+PTFE正极集流体：镍带（约0.1mm厚）焊点：（约4～8个)胶带：防止短路5.2镍氢电池主要材料-正极球形氢氧化亚镍Ni(OH)2绿色球形粉末粒径7~15μm半导体，电子不导电，需要氧化亚钴导电;覆钴球镍黑色粉末，包覆氧化亚钴导电，充电后形成黑色NiOOH活性物质氧化亚钴CoO灰褐色粉末易氧化，真空包装粒径≤0.45μm充电时能形成导电网络，正常充电形成CoOOH导电网络，过放后容易被破坏导电剂发泡镍99%Ni,金属灰色多孔状，孔率≥95%，用于导电和支撑球镍的骨架5.3镍氢电池结构——负极负极基体：铜网、钢网（约0.22~0.32mm厚)钢带（约0.04~0.08mm厚)负极物质：MH导电剂、胶黏剂等5.4镍氢电池主要材料-负极贮氢合金MH金属灰色粉末粒径30~40μm导体，电子导电；主要成分为稀土，Ni,Co,Mn,Al，活性物质炭黑黑色粉末粒径3~10μm导体，电子导电，形成葡萄链状结构导电；导电剂铜网棕红色99.99%铜网状结构导电；干法用合金粉的支持骨架钢带冲孔镀镍钢带网状结构导电；湿法用合金粉的支持骨架51%SBR乳白色液体，胶黏剂CMC白色粉末，加水配成透明略黄水状液体，分散剂5.5镍氢电池结构——隔膜、电解液、钢壳19KOH-氢氧化钾含量90~95%白色片状固体，强碱，有强腐蚀性。易溶于水，溶解放热较多；碱液含有KOH，NaOH，LiOH，H2O。隔膜1.PP材质，多孔结构，可以离子通过，但是电子不能通过，耐强碱液腐蚀；2.隔断正负极，防止短路；3.高性能的有磺化处理，接枝处理，降低自放电。钢壳1.内外壳镀镍钢材，接触负极片，作为负极；2.柔韧性好，耐深冲。3.耐腐蚀，不生锈；4.圆柱形，一端开口，厚度0.2mm；5.影响到电池外观、安全性5.6镍氢电池结构——盖帽、密封圈盖帽-正面1.CPCC钢材，表面镀镍，安全阀，电池内部气压达到一定程度开启排气，耐强碱液腐蚀；2.分上下两层，点焊连接。3.上盖有3~5个排气口；4.圆型，下盖有一个防爆孔；5.影响电池安全性、过充性盖帽–反面5.中间为防爆球，三元乙丙橡胶；密封圈1.中空圆形，内径和盖帽配套，外径和钢壳内径配套，阻隔上端正负极，防止封口位排气；2.底部有突出的台阶;3.材料为尼龙-66公司内部镍氢电池的标识和含义是什么？标识一般由六个部分组成：（1）企业代号：KLY代表益阳科力远电池有限责任公司。（2）电池类型：KH代表镍氢可充电池。电池特性标识：Ni-MH--镍氢电池（国际标准）；（3）电池型号分为：AAA、AA、A、SC、C、D（基本上是以电池直径大小从小到大排列）等,在该字母前面的数字表示钢壳的高度。（4）J代表尖头电池,平头电池不用符号标示。（5）电池标称容量：用数字表示,单位为毫安时(mAh)。（6）特征代号：--P:动力电池--L:低自放电镍氢电池。--T：镍氢指用在45℃及以上环境温度的电池。6、科力远镍氢电池标识7、科力远镍氢电池标识例如：KH-43SC1300P--表示动力型、钢壳高度43mm，容量为1300mAh的SC镍氢电池。KH-43SC1600T--表示高温型、钢壳高度43mm，容量为1600mAh的SC高温镍氢电池。KH-44AAAJ750L--表示尖头型、钢壳高度44mm，容量为750mAh的AAA镍氢低自放电电池。7、镍氢各型号电池尺寸(圆柱型)系列电池直径（mm）电池高度（尖头mm）容量范围(mAh)国际标准/套膜公司常用国际标准公司常用AAA9.8-10.510.043.3-44.544.2700及以下10.244.2750及以上AA13.8-14.513.949.2-50.549.71750及以下14.250.21800及以上A16.0-17.016.548.0-50.050.0所有SC22.0-23.022.041.5-43.042.22000及以下SC22.242.62100及以上C24.9-26.225.848.6-50.050.0所有D32.3-24.233.059.5-61.560.5所有F32.3-24.233.089.0-91.090.0所有二、电池常用术语1、容量2、充放电率3、开路电压、标称电压、终止电压4、循环寿命5、内阻6、自放电/荷电保持7、短路8、排气/漏液9、低压10、高内阻11、低容12、外观不良1、容量•电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，以符号C或It表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时（mAh）。•电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。•IEC容量测试方法1.1容量分类•理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。•实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah或者mAh，其值小于理论容量。•额定容量也叫标称容量，是制造商宣称的一个单体电池按IEC标准规定的充电、搁置和放电条件，所放出的容量C5Ah（安培-小时）。1.2IEC容量测试方法•放电：0.2C→1.0V/cell•充电：0.1C×16hrs•搁置：1-4hrs•放电：0.2C→1.0V/cell•环境温度：20±5℃•电池容量C=Ixt，单位为Ah、mAh(1Ah=1000mAh)。2、充放电率充放电率指充放电时的速率。最常用倍率（若干C）表示，其数值上等于额定容量的倍数。如：容量C=600mAh电池，用0.2C放电，则放电电流为I=0.2*600=120mA。我们通常所说的0.2C、1C容量，就是在放电率为0.2C、1C条件下，放出的容量。3、开路电压、标称电压、终止电压开路电压:外电路断开时，电池两个极端间的电位差。标称电压:电池的标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压，镍氢电池标称电压为1.2V。终止电压电池放电试验中，规定结束放电的负荷电压。一般放电截止电压：0.2C放至1.0V，1C放至1.0V。4、循环寿命电池在完全充电后完全放电，循环进行，直到容量衰减为初始容量的60%，此时循环次数即为该电池之循环寿命。镍氢电池室温下1C充放电循环寿命一般为300-500次，最高可达800-1000次；IEC循环寿命一般为500-1000次，最高可达2000次。5、内阻•电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力称为电池的内阻。•电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间活性物质的组成、电解液浓度和温度等的不断变化而变化。•电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。•欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。6、自放电/荷电保持•电池完全充电后，常温放置一个月。然后用0.2C放电至1.0V，其容量记为C2；电池初始容量记为C0；1-C2/C0即为该电池的自放电率，C2/C0为该电池的荷电保持率。•国际IEC标准镍氢电池月荷电保持率为60%，低自放电电池可以做到87%以上，常温1年可达到75%以上。•电池自放电与电池的材料性能、正负极配方、碱液配方等方面有关。7、短路短路是指电池内部正负极之间产生了直接接触，电压≤0.01V的现象。电池内部短路主要为毛刺刺穿隔膜、隔膜未包住正极、正负极异物刺穿隔膜、封口位胶圈压破等等8、排气/漏液排气是指电池或电池组中内部压力增加时，气体通过预先设计好的防爆装置释放出来。漏液是指电池或电池组中内部压力增加时，可见的液体电解液的漏出。排气漏液原因主要