镍氢电池知识ppt课件.ppt

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1、镍氢电池知识,第二章 目 录,第二节、镍氢电池特点,第三节、储氢合金负极材料,第四节、正极材料,第五节、电池相关常识介绍,第六节、电池常见问题与分析,第七节、组合电池基本常识,第一节、镍氢电池介绍,1、什么是电池？2、电池的分类3、一次电池与二次电池的异同点4、镍氢电池的电化学原理5、镍氢电池的主要结构组成6、镍氢电池的发展,第一节、镍氢电池介绍,1、电池的定义,电池通常来说是指一种化学电源，是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,

2、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、镉-镍电池、氢-镍电池、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,B按电解质性质分类 按电解质性质可分为酸性电池（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)和固体电解质电池

3、。,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。,3、一次电池与二次电池的有哪些异同点？,一次电池只能放电一次，二次电池可反复充放电循环使用二次电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，因此设计时必须调节这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它不需要调节这些可逆性变化一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池，但内阻（0.2-0.5）远比二次电池大，因此负载能力较低另外，一次电池的自放电远小于二次电池。,4、镍氢电池的电化学原理是什么？

4、,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；,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、 外壳、 电解液。,镍氢电池结构示意图,6、镍氢电池的发展,20世纪60年代末：储氢合金的发现。 储氢合金在吸放氢的过程中伴有电化学效应、热效应等。1974年：开始储氢合金作为二次电池的负极材料的 研究。1984年：解决了合金冲放电过程中容量衰减迅速的 问题。1987年试生产。,1984年实现了利用储氢合金材料作为负极材料制造出首批镍氢电池。美国、日本等国竞相研究开发储氢合金材料和NiMH电池。我国也建成了数

5、家年产数百吨储氢合金材料和千万只镍氢电池的大型企业。由于镍氢电池负极材料中要使用大量稀土元素，而我国的稀土资源十分丰富，其储量位于世界前列，为我国发展镍氢电池打下了良好的基础。,6、镍氢电池发展,电池的标称容量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量,6、镍氢电池的发展,第二节、镍氢电池特点,镍氢电池的特点,镍氢蓄电池是NiCd蓄电池的新发展,体积能量密度高,而且对环境无污染和无记忆效应,受到广大用户的欢迎。它具备较高的容量,可大电流放电,允许再充电次数高达5001000次,价格日趋合理（预计今后35年内,每年成本可下降3）,并且可利用现行的NiCd蓄电池的

6、充电设施,因而Ni-MH蓄电池获得广泛应用。,镍氢电池的优势,较低的成本良好的快充性能循环寿命长无记忆效应无污染绿色电池广泛的温度使用范围安全性能好,镍氢电池电池的应用,Ni-MH蓄电池目前的应用领域已远不是局限在移动通信和移动计算应用领域，而是涉及五光十色的应用领域，如专业的和消费类电动工具、视频设备、无绳化真空设备以及个人便携设备领域等。这些应用领域覆盖各种各样的具体应用，大到远程通信设备的ups系统和电动车辆，小到电动自行车的电源、照明设备乃至美容工具等的电源，不一而足。,发展前景,镍氢电池是继镉镍电池之后的新一代高能二次电池，由于它具有高容量、大功率、无污染等特点而倍受人们的青睐，是当

7、今二次电池重要的发展方向之一。,第三节、储氢合金负极,储氢合金：顾名思义就是可以储存氢气的合金。氢是化学周期表内最小最活泼的元素，不同的金属元素与氢之间有着不同的亲和力(Affinity)。 将与氢之间有强亲和力的A金属元素与另一与氢之间有弱亲和力的B金属元素依一定比例熔成AxBy合金，若AxBy合金内A原子与B原子排列得非常规则，且介于A原子与B原子间的空隙也排列得很规则，则这些空隙很容易让氢原子进出。当氢原子进入后形成AxByHz的三元合金，也就是AxBy的氢化物，此AxBy合金(主要包括AB、A2B、AB2、AB3、AB5、A2B7)即称为储氢合金。,储氢合金定义,储氢合金在进行吸氢/放

8、氢之化学反应(可逆反应)的过程中，也伴随着放热/吸热的热反应(也为可逆反应)，同时也产生充电/放电的电化学反应(也为可逆反应)。 储氢合金特性: 储氢量大、 容易活化(Activation)、 吸氢/放氢之化学反应速率快、 长使用寿命、 成本低廉等,储氢合金特性,目前常见的储氢合金主要为： AB5型(如LaNi5、CaNi5) AB2型(如MgZn2、ZrNi2) AB型(如TiNi、TiFe) A2B型(如Mg2Ni、Ca2Fe) 其中前三种合金的氢气储存密度小于2wt%，A2B型合金的氢气储存密度(例如Mg2Ni)可以高达6wt%以上。,常见的储氢合金,储氢合金的前景,未来储氢合金发展方向

9、，除了以现有合金材料为基础，利用添加微量元素、改变合金组成比例，或改变合金结构(例如纳米化)等方式，以改进合金特性外，开发新的合金也是主要的趋势之一。随着储氢合金种类的增加和特性的不断改进，在镍氢电池以外的大型、小型燃料电池等领域，氢气储存应用范围日益扩大，将带来极大的经济效益，并有很好的发展前景。,第四节、正极材料,镍氢电池内的正极材料：镍基集流体：泡沫镍或镍箔；活性材料：氢氧化亚镍Ni(OH)2；导电剂：镍粉；添加剂：钴，氧化亚钴，Y2O3，Yb2O3等；粘接剂：CMC，PTFE等。,镍氢电池正极的构成,影响镍氢电池正极材料电化学性能的主要参数及研究方向,关键参数：1. 化学组成；2. 颗

10、粒及粒径分布；3. 表面状态；4. 微晶晶粒尺寸及缺陷。研究动向：新型添加剂；镍电极高温性能的改善。,第五节、电池相关常识介绍,一、电池常用术语,1、标称容量2、放电与放电率3、开路电压、负荷电压、标称电压4、终止电压、中点电压5、贮存寿命、循环寿命6、内阻7、自放电,1、标称容量,又称额定容量，指在一定放电条件下，规定电池应该给出的最低限度的电量。IEC标准规定：镍氢电池在205环境下，以0.1C充电16小时后，以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量，以C5表示；电池容量C=It，单位有Ah，mAh(1Ah=1000mAh)。,2、放电与放电率,放电指电池向外电路输送电流的过

11、程放电率指放电时的速率。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、负荷电压、标称电压,开路电压: 外电路断开时，电池两个极端间的电位差。负荷电压: 电池输入电流时，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。,4、终止电压、中点电压,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，

12、1C放至1.0V。中点电压 指放到50%容量时，电池的电压。主要用来衡量大电流放电系列电池的高倍率放电能力，是电池的一个重要指标。,5、贮存寿命、循环寿命,贮存寿命 电池在规定条件下的贮存期限，贮存结束时，电池仍能保持规定的性能。循环寿命 电池在失效前所能达到的充放电循环次数.,6、内阻,电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，一般分为交流内阻和直流内阻，由于充电电池内阻很小，测直流内阻时由于电极容量极化，产生极化内阻，故无法测出其真实值，而测其交流内阻可免除极化内阻的影响，得出真实的内值。,7、自放电,电池在荷电或贮存状态下，由于各种原因而引起的容量损失的现象。,二、充电方

13、式、充电效率、控制方法,1、电池常见的充电方式2、镍氢电池的标准充电3、急速充电对电池性能影响4、脉冲充电及对其电池性能影响5、涓流充电6、充电效率7、充电的控制方法,1、电池常见的充电方式,(1) 恒流充电 整个充电过程个中充电电流为一定值，属镍氢电池的常用充电方式；(2) 恒压充电 充电过程中充电电源两端保持一恒定值，电路中的电流随电池电压升高而逐渐减小，有时镍氢电池也用此方法进行充电；(3) 恒流恒压充电 电池首先以恒流充电CC，当电池电压升高至一定值时，电压保持不变CV，电路中电流降至很小，最终趋于0。锂离子电池用此充电方式。,2、电池的标准充电,IEC国际标准规定的镍氢电池的标准充放

14、电为：首先将电池以0.2C放电至1.0V/支，然后以0.1C充电16小时，搁置1小时后，以0.2C放至1.0V/支，即为对电池标准充放电。 优点是：充电电路简单 缺点是：充电时间长,3、快速充电、急速充电对电池性能影响,一般镍氢电池行业将0.2C/0.3C充电，称为快速充电；将0.5C1.5C充电，称为急速充电. 此充电方法必须设置合适的充电截止条件，否则，易形成过充。 因充电电流较大，过充后，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液等不良现象。同时，其电性能也会显著降低。 其优点是：充电时间短。,4、脉冲充电及对其电池性能影响,脉冲充电一般采用充与放的方法，如充5秒钟，就放

15、1秒钟。这样充电过程产生的氧气在放电脉冲下将大部分被还原成电解液。不仅限制了内部电解液的气化量，而且对那些已经严重极化的旧电池，在使用本充电方法充放电5-10次后，会逐渐恢复或接近原有容量. 从电化学角度讲，脉冲充电对电池充电最好。,5、涓流充电,涓流充电一般用于后备电源， 使用1/201/30C持续充电。 此充电方法对电池性能无影响。,6、充电效率,指电池在一定放电条件下放至某一截止电压时放出的容量与输入的电池容量的比值，它可按照以下公式计算： 充电效率=（放电电流*放电至截止电压的时 间/充电电流*充电时间）*100%充电效率受到充电速率和环境温度的影响，充电时充电电流必须在一定范围内，电

16、流太小或太大充电效率都很低，由于电池还存在自放电，致使电池无法充满电。,7、充电的控制方法,为了防止电池过充，需要对充电终点进行控制，当电池充满时，会有一些特别的信息可利用来判断充电是否达到终点。 一般有以下六种方法来防止电池被过充： 峰值电压控制 dT/dt控制 maxT控制 -V控制 计时控制 0V控制,第六节、电池常见问题与分析,第六节 电池常见问题与分析,1、电池使用时有哪些注意事项？2、电池的储存条件3、什么是过充电？对电池性能有何影响？4、什么是过放电？对电池性能有何影响？ 5、电池放电时间短的可能原因有哪些？ 6、电池出现零电压或低电压的原因7、电池组零电压或低电压的原因8、电池

17、与电池组充不进电的原因 9、电池电池组无法放电的原因 10、充电发热11、电池鼓底、漏液的原因12、电池能储存多久,1、电池使用时有哪些注意事项？,(1) 仔细阅读电池说明书,使用所推荐的电池; (2) 检查电器及电池的接触件是否清洁,必要时用湿布擦干净,干燥后按正确极性方向装入; (3)无成人监护时,不要让儿童更换电池,小型电池如AAA应放在儿童不能拿到的地方。 (4)不要将新，旧电池或不同型号电池混用 (5)不要试图用加热，充电或其它方法使一次电池再生,(6) 不要将电池短路 (7) 不要加热电池或将电池丢入水中 (8) 不要拆卸电池 (9) 用电器使用后应断开开关 (10)应当从长期不使

18、用的用电器具中取出电池 (11)电池应保存在阴凉，干燥无阳光直射处,特别提示,不同电池不可以混用 过充电会造成内压升高，电池变形，漏液等不良现象 过放电会使内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，容量衰减。,2、电池储存条件,根据IEC标准规定，电池应在温度为205，湿度为（6520）%的条件下储存。,环境温度对电池性能的影响？,在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，因为在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降，电极的反应率也下降。 一般，温度越高，充电电压越低、自放电越大；相反，温度越低，充电电压越高、自放电越小。当温度过高

19、或过低时，对电池容量和内阻也有一定影响，特别在低温下，容量偏低、内阻增高。,3、什么是过充电？对电池性能有何影响？,过充电是指电池经一定充电过程充满电后，再继续充电的行为。如果充电电流过大，或充电时间过长，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液等不良现象。同时，其电性能也会显著降低。,4、什么是过放电？对电池性能有何影响？,电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电。一般而言，过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。,5、电池放电时间短的可能原因有哪些？,1、电池未被充满电，如充电时间不够，充电

20、效率较低等。2.放电电流过大，致使放电效率降低从而使放电时间缩短。3.电池放电时环境温度过低，放电效率下降。,6、电池出现零电压或低电压的原因,1. 电池遭受外部短路或过充,反充(强制过放) 2. 电池受高倍率大电流连续过充,导致电池极芯膨胀,正极直接接触短路。 3. 电池内部短路或微短路，如：正负极片有毛刺穿透隔膜纸接触短路，正负极片放置不当，造成极片接触短路，或正极片接触钢壳短路，负极掉料进隔膜纸，隔膜纸本身有缺陷，正极极耳接触负极片短路。,7、电池组零电压或低电压的原因,1. 是否单支电池零电压； 2. 插头短路,断路,与插头连接不好； 3. 引线与电池脱焊,虚焊； 4. 电池内部连接错

21、误,连接片与电池之间漏焊,虚焊,脱焊等； 5. 电池内部电子组件连接不正确,损坏。,8、电池与电池组充不进电的原因,1. 电池零电压或电池组中有零电压电池； 2. 电池组连接错误,内部电子组件,保护电路出现异常； 3. 充电设备故障,无输出电流; 4. 外部因素导致充电效率太低(如极低或极高温度)。,9、电池电池组无法放电的原因,1. 电池经储存,使用后,寿命衰减; 2. 充电不足或未充电; 3. 环境温度过低; 4. 放电效率较低,如大电流放电时普通电池由于内部物质扩散速度跟不上反应速度,造成电压急剧下降而无法放。,10、充电发热,当电池充满电后再继续充电属于过充，由于正极Ni(OH)2已基

22、本全部转化为NiOOH，电池电位在此一温度达到平衡值（最大值），此时外部的恒定电流过充使OH-氧化而产生氧气。 化学反应：4OH- -e= O2 + 2H2O + 热量 该化合反应产生的热量很多，是导致电池整个体系温度升高。故此时温度存在急剧上升的现象。,11、电池鼓底、漏液的可能原因是什么？,电池经过内部或外部短路，形成较大电流，产生大量的热，使电池内部内压升高，而防爆球来不急打开，从而爆炸。其中，外部短路（特别是多只电池组合）可能性最大。,12、电池能储存多久？,就理论上讲，电池储存时总有能量损失。电池本身固有的电化学结构决定了电池容量不可避免地要损失，主要是由于自放电造成的。通常自放电大

23、小与正极材料在电解液中的溶解性和它受热后的不稳定性（易自我分解）有关。可充电电池的自放电远比一次电池高，而且电池类型不同，电池每月的自放电率也不一样。,第七节、组合电池基本常识,第七节 组合电池基本常识,近年来，随着科学技术的不断进步，各种高科技的用电器具如雨后春笋般的不断涌现，电池不可避免地成为这些产品中的一个核心备件，如手机、无绳电话、手提电脑、小型摄像机等。但电池在这些用电器具申都是成组使用，所以组合电池的基本常识对我们业务员、跟单员及包装的工程技术人员是必须了解并掌握的。,1、组合电池对单粒电池的要求,主要要求容量均匀、内阻一致。若一组电池容量不均匀、内阻不一致，会因为容量较低或內阻较大的电池提前失效，造成整组电池失效。,2、组合方式,串联组合：电池之间的正负极首尾相连，容量为单粒电池标称容量并联组合：电池之间正极与正极连接，负极与负极连接，标称电压为单粒电池的标称电压混联组合：混联组合是指该组合中同时出现串联组合和并联组合，一般为先串后并和先并后串两种。,3、电池包装常用材料,PVC 面垫 电子元件（保护元件） 连接片,谢谢！,