镍氢动力电池技术人员讲义.doc

内部资料 镍氢电池技术人员讲义目 录第一章 化学电源的分类、命名与组成 第一节 化学电源的分类及命名 第二节 化学电源的组成、性能特征 第三节 镍氢电池结构及工作原理第二章 镍电极制造工艺 第一节 烧结式电极制造工艺 第二节 泡沫式电极制造工艺第三章 贮氢电极制造工艺第一节 烧结法第二节 镀镍钢带压膜法第三节 镀镍钢带拉浆法第四节 泡沫式贮氢电极制造工艺第四章 电池装配工艺第一节 圆柱型电池装配工艺第二节 方型电池的装配工艺第五章 电池化成、分选工艺第一节 电池化成第二节 分选工艺第六章 电池组结构、电池组装配工艺及注意事项第一节 电池组设计第二节 电池组装配工艺第七章 镍氢电池与其他电池之比较第八章 镍氢电池的使用与维护第九章 镍氢电池标准第十章 主要贸易国有关氢镍电池产品的环保与安全法规第一章 化学电源的分类、命名与组成第一节 化学电源的分类及命名一、化学电源的分类1、化学电源发展史化学电源的定义：化学电源是将物质化学反应产生的能量直接转换成电能的一种装置。电源分为化学电源与物理电源，常见的太阳能电池、风力发电、水电等都是物理电源，是将光能、机械能转化为电能的装置。我们常用的电源一般为化学电源，如干电池、铅酸电池等。化学电源已经由100多年的发展历史了，最早的电池是干电池，即著名的伏打电堆。于1859年出现了二次电池，最早的二次电池为铅酸电池，1868年出现了碱性Zn/MnO2电池；1895年出现了Cd/Ni电池，1900年出现Fe/Ni电池。二十世纪80年代末期出现了Ni/MH电池，九十年代末期出现锂离子电池。Ni/MH电池最早实现产业化的是日本，它也是电池研究水平最高的国家之一。2、化学电源的分类化学电源的分类有不同的方法。（1） 按活性物质保存方式分 活性物质保持在电极上l 非再生型一次电池l 再生型二次电池（蓄电池） 活性物质连续供给电极l 非再生型燃料电池l 再生型燃料电池（2） 按电解质种类分碱性电池：电解质为碱性溶液的电池酸性电池：电解质为酸性溶液的电池中性电池：电解质为中性溶液的电池有机电解质电池：电解质为有机电解质的电池（3） 按化学电源的工作性质及贮存方式分 原电池（一次电池）：电池经过连续放电或间歇放电后，不能用充电的方法使两极的活性物质恢复到初始状态，即反应是不可逆的，因此两极上的活性物质只能利用一次。原电池的特点是小型、携带方便，但放电电流不大。常用的原电池有：锌-锰干电池，锌-汞电池，锌-银电池等。 蓄电池（二次电池）：电池工作时，在两极上进行的反应均为可逆反应。因此可以用充电的方法使两极活性物质恢复到初始状态，从而获得再生放电的能力。可以充放电反复使用。常见的蓄电池有：铅酸电池，镉镍电池，氢镍电池，锂离子电池等。 贮备电池：电池正负极和活性物质在贮存期间不直接接触，直到使用时才借助动力源作用于电解质，使电池激活，所以这种电池也称为激活电池。它们的特点是在使用前处于惰性状态，因此能贮存几年甚至几十年。如镁-银电池等 燃料电池：其特点是正负极本身不包含活性物质，活性物质贮存在电池体系之外，只要将活性物质连续注进电池，电池就能不断放电。如氢-氧燃料电池。电池式的正确书写方式：负极活性物质在前，中间为电解质，后面为正极活性物质，活性物质与电解质之间用竖线隔开。如金属氢化物镍电池的书写方式为：MHKOHNiOOHMH为负极充电态活性物质，NiOOH为正极充电态活性物质，KOH为电解质。二、化学电源的命名主要讨论铅酸电池和镍氢电池（也可称为氢镍电池、金属氢化物镍电池）的命名。1、 铅酸电池的命名铅蓄电池种类编制原则是以主要用途来划分的，以汉语拼音的第一个字母大写而命名的。三、额定容量二、电池类型和电池特征一、串联的单体电池数目产品型号采用汉语拼音的大写字母及阿拉伯数字表示，型号共分3段，每段之间以破折号隔开。 表1 铅酸蓄电池类型代号序号电池类型主要用途代号汉字拼音备注1启动用（汽车型）Q起qi2固定用（固定型）G固gu3蓄电池车用D电dian4内燃机车用N内nei5铁路客车用T铁tie6摩托车用M摩mo7电动自行车用Z自zi8航标灯用B标biao表2铅酸电池特征代号序号电池特征代号汉字拼音备注1干荷电A干gan第二字母2防酸式F防fang3密封式M密mi4胶体电解质J胶jiao5无需维护W无wu6水激活S水shui7湿荷电H湿shi第二字母 例如：6-DMW-24：12V电子设备用密闭免维护24Ah铅酸蓄电池2、 镉镍、氢镍电池的命名 其代号有系列代号、形状代号和放电倍率代号等。一般均采用其汉语拼音的第一个字母大写来表示。后面标明电池的容量。系列代号：镉镍电池为GN，氢镍电池为QN，氢镍电池又称为金属氢化物镍电池，所以有时其代号也写为JQN。形状代号：分为圆柱型和方型两种。分别以Y和F表示。放电倍率代号：有低倍率、中倍率、高倍率、超高倍率等。分别用D、Z、G、C表示。有时在电池命名中，低倍率电池通常不注明。如：JQNF25，表示氢镍方型25Ah电池。 GNYG0.6 表示容量为0.6Ah的圆柱型高倍率镉镍电池。蓄电池组的名称，由串联的单体电池只数的阿拉伯数字和单体电池型号两部分组成。如：20JQNF25：表示20只25Ah方型氢镍电池串联的电池组另外，圆柱电池还有一些通用的名称（美国命名原则），如：AA、A、C、D、AAA、FM型等，不标明电池的容量，每中电池代表某一尺寸的电池。第二节 化学电源的组成、性能特征一、化学电源的组成化学电源在实现能量转换过程中，必须具备两个必要的条件：1) 组成化学电源的两个电极上进行的氧化还原过程，必须分别在两个分开的区域进行，这一点区别于一般的氧化还原反应。2) 两电极的活性物质进行氧化还原反应时所需电子必须由外线路传递，这一点区别于金属腐蚀过程的微电池反应。为了满足以上条件，任何一种化学电源均由以下四部分组成：1、电极电池的核心部分，它是由活性物质和导电骨架组成。活性物质指正负极中参加成流反应的物质，是化学电源产生能量的源泉。镍氢电池中正极活性物质为：充电态，NiOOH，放电态，Ni（OH）2。负极活性物质为贮氢合金（MH表示）。导电骨架目前我们采用的是泡沫镍。2、电解质在电池内部担负着传递正负极之间电荷的作用，所以是一些具有高离子导电性的物质。镍氢电池中的电解质为KOH溶液，一般添加少量LiOH，也有加入NaOH的。3、隔膜也叫隔离物，置于两极之间。防止正负极活性物质之间直接接触，造成电池内部短路。镍氢电池中的隔膜一般采用聚丙烯薄膜。4、外壳是电池的容器。电池的外壳需要有良好的机械强度，耐震动，耐冲击，并能耐高低温的变化和电解液的腐蚀。二、代表电池的性能参数及特征电池的品种很多，性能各有特点。作为适用电池的性能，应包括电性能、机械性能、贮存性能、密封性能以及几何形状等。电池的电性能主要包括电池的充放电电压、内阻、容量、比特性及寿命。贮存性能主要包括贮存寿命、自放电等。1、电池的几种电压名称电池电压的常用名称分为理论电压、开路电压、放电电压、标称电压、终止电压、初始电压、平均电压、负载电压和工作电压等。理论电压：即电池的电动势。开路电压即电池开路时，电池正负极之间的电位差。通常开路电压等于理论电压。负载电压：指电池输出电流时两极间的电位差，负载电压或称为放电电压或工作电压。在电池开始放电的初始瞬间达到稳定时刻的负载电压，称为初始电压，有时也称为负载启动电压。标称电压：有时也称为公称电压，用来鉴别电池类型的适当的电压近似值。或者说，在规定条件下电池工作的标准电压。终止电压：通常指放电终止电压，即认为电池放电终止时的规定电压。2、电池的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。电池容量常以符号C来表示，最常用的单位为安培小时，简称安时，符号为Ah。电池的容量可分为理论容量、标称容量和额定容量，实际应用中，有时也提出了实际容量的概念。理论容量：指活性物质全部参加成流反应所给出的电量，用C来表示。理论容量是计算值而不是实验值。在实际的电池中，放出容量只是理论容量的一部分。电池的容量受到两电极容量的限制，是由其中容量较小的电极容量所控制。无论在理论上和实际上都是以两电极中容量较小的电极容量来表示电池的容量。额定容量：指在规定条件下，电池所能提供的电量。额定容量的规定条件和容量是由生产厂标明的，是一种在规定条件下的保证容量或法定容量。当电池达不到额定容量时，可以认为是不合格产品，应由生产厂家更换或索赔。额定容量可视为法定容量，也是生产厂商对用户的保证容量值。额定容量一般受到放电电流强度、环境温度、终止电压等条件限制。标称容量或公称容量，只是用来鉴别电池适当的近似的安时容量。因此，标称容量只标明了电池的容量范围的一般值，而没有标明电池容量的确切值 。这是因为放电容量受到放电条件的限制。实际容量就是电池在实际负载条件下所放出的电量。3、放电制度电池放电时所规定的放电速度、放电温度和终止电压，通常称为放电制度。A：放电率：电池的放电速度通常称为放电率。通常用放电时率和放电倍率来表示。放电率是以放电时间的长短或放电电流的大小来表示电池的放电速度，即在规定的时间内或以恒定的电流值，使电池放出全部的额定容量。l 放电倍率：以放电电流在数值上等于该电池额定容量的倍数来表示放电速率的一种方法，其单位为倍率，以C表示。如用X表示放电倍率时，则：X=I/Cn。其中I为放电电流，单位为A。Cn为按n小时率放电时的额定容量，单位为Ah。l 放电时率：是以电池放出全部额定容量，所需要时间的长短来表示的放电速度，通常以t表示，单位为小时。放电时率与额定容量、电流强度之间的关系为：t=Cn/I。T为放电时率，Cn为n小时率放电的额定容量，I为所指定的放电电流强度。放电时率和放电倍率之间的关系为：N=1/tB：放电温度：放电时电池所处的环境温度，即与电池最接近的截止温度，称为放电温度。在放电或充电开始时，电池的温度为初始温度。C：终止电压：认为放电终止时的规定电压，称为终止电压。在规定的不同放电倍率下其终止电压也不同。4、电池的自放电：电池开路时，在电池内部自发反应而引起的化学能损失。自放电%=（初始容量-搁置后容量）/（初始容量*搁置时间）*100%电池的荷电保持能力：在规定条件下，开路时保持荷电的能力。对于不同系列的电池或同系列而不同规格和用途的电池，其考核方法和规定也不相同。5、充电效率：在规定条件下，蓄电池放电期间给出的容量与恢复到放电前的状态所需充电电量之比，称为充电效率。充电效率=放电容量/充电容量*100%。蓄电池在实际工作中，无论是充电过程还是放电过程，都不可避免的有一部分容量损耗。充电效率可以定量的衡量蓄电池充电时的能量损失程度。6、电池失效与记忆效应电池寿命是指在规定条件下，电池的有效寿命期限。当电池达不到预定特性水平工作时，称为电池失效。可分为可逆失效（暂时失效）和不可逆失效（永久失效）。电池失效后可用一般的恢复性措施重新恢复其性能时，称为可逆失效。若不能恢复，称为不可逆失效。电池长时间经受特定的工作循环后，自动保持这一特定的电性能倾向，称为记忆效应。出现明显的容量损失、电压下降。通常是由长时间的浅充浅放循环引起的，经过数次恢复性的全充全放循环后，电池性能得到恢复，记忆效应可以消除。一般镉镍电池存在比较严重的记忆效应。氢镍电池有记忆效应，但可以忽略，表现的不明显。锂离子电池不存在记忆效应。铅酸电池无记忆效应，但铅酸电池不适宜全充全放。影响蓄电池循环寿命的因素很多，除了正确使用和维护外，主要有以下几点：n 电极活性表面在充放电循环过程中不断减小，使工作电流密度上升，极化增大；n 电极上活性物质脱落或转移；n 在电池工作过程中，某些电池材料发生腐蚀；n 在循环过程中电极上生成枝晶，造成电池内部短路；n 隔离物的破坏；n 活性物质在充放电过程中发生晶形改变，活性降低等。7、比能量指单位重量或单位体积的电池所给出的能量，也叫重量比能量或体积比能量，也称能量密度，常用Wh/Kg或Wh/L表示。8、功率与比功率指在一定放电制度下，单位时间内电池输出的能量，单位为W或KW。而单位重量获单位体积电池输出的功率称为比功率。比功率大小表征电池所承受工作电流的大小。9、电池内阻是指电流通过电池时所受到的阻力，它包括欧姆内阻和电极在电化学反应时所表现的极化电阻两部分。欧姆内阻主要是由电极材料、电解液、隔膜的电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化电阻指化学电源的正负极在进行电化学反应时所引起的内阻，包括由于电化学极化和浓差极化所引起的电阻之和，与活性物质的本性、电极结构、电池制作工艺有关。第三节 镍氢电池结构及工作原理一、镍氢电池的结构金属氢化物镍蓄电池简称镍氢电池或MH/Ni电池，按照电池的外形结构分为圆柱型和方型。圆柱型电池一般由一片正极、一片负极和一片隔膜经卷绕装配而成，圆柱型电池的外壳一般为金属壳（镀镍钢壳），负极直接与电池壳接触，正极通过极耳焊接在上盖上面，形成与原电池外形同样的结构。方型电池一般由多片电极组成，根据电池容量、电极结构及电池壳厚度、装配松紧度等确定所需电极数目，通常负极比正极多一片，即正极片数目为n，则负极片数目为n+1，正负极之间用隔膜隔开，或者将正极装在隔膜袋当中，最外面的两片电极为负极，正负极依次错开叠片，形成极组，装配入壳。方型电池的电池壳分为塑料壳和钢壳两种，塑料壳重量轻，电池绝缘性能好但散热性能较差；钢壳重量大，但电池散热性能比较好。 无论圆柱型电池还是方型电池，作为密封免维护电池，均采用可靠的保险装置，以防止电池由于极度的过充或过放电产生内压超高现象而发生危险。电池的保险装置，通常称为安全阀，一般安装在电池盖上，一般采用的结构是用镀镍钢帽将半球状橡胶球压向安全阀座出气孔的结构。二、镍氢电池工作原理镍氢电池正极材料为氢氧化镍Ni（OH）2。在传统的烧结式镍电极中，以硝酸镍和氢氧化钠为原料，经过多次浸渍，在多孔基板中生成氢氧化镍，然后经洗涤干燥而成。这种工艺复杂，成本高，容量低。后采用泡沫镍为基体的涂膏式电极，直接以氢氧化镍为原料，经和浆填充进网孔中。现在一般采用球形氢氧化镍，它具有球形颗粒形态，有一定的粒度大小和分布范围，物料密度明显高于普通的Ni（OH）2，提高了放电容量。负极活性物质为贮氢合金，或称金属氢化物。按照结构不同，可以分为AB5型、AB2型、A2B型等。AB5型最早采用的是LaNi5合金，其贮氢容量高，可逆性好，但循环过程中会严重粉化，并且成本较高。目前采用混合稀土取代单一的La，制备成贮氢合金，材料性能提高了，而价格则降低了，使镍氢电池实现了实用化，其比容量可达300320mAh/g。AB2型合金贮氢容量高，循环寿命长，但电极表面催化活性差，原材料价格高。A2B型贮氢合金目前正处于探索阶段，其贮氢容量高，价格便宜，但其吸放氢动力学性差，限制了其在电化学领域的开发。镍氢电池在充放电过程中的电化学反应：正极： 充电 Ni（OH）2+ OH- NiOOH+H2O+e- 电极电位为：约0.418V 放电负极： 充电 M+H2O+e- MH+OH- 电极电位为：约-0.9V 放电总的电池反应为： 充电 M+ Ni（OH）2 MH+ NiOOH 放电电池理论电压=正极电位负极电位=0.418-（-0.9）=1.318V一般由于电池本身各部分存在电阻以及极化内阻的存在，在充电过程中，电池电压要高于理论电压，放电过程中，电池电压要低于理论电压。从上面的方程式我们可以看出，在反应过程中，水参与正负极的反应，但在整个反应过程中，水是平衡的，所以可以使电池实现免维护。镍氢电池的充电反应是放热反应，即在充电过程中会产生热量，使电池温度逐渐上升。三、镍氢电池的密封原理从上面我们可以看出，在充放电过程中，不存在电池内部的物质消耗，这样可以使电池实现密封。在电池充电过程中，由于正极电位与析氧电位接近，在充电末期，电池中会产生氧气。 4OH- O2+2H2O+4e-若负极被充满，由于贮氢电极本身已经吸收氢气饱和，再充电会产生氢气释放出来。为了实现电池的密封，电池内部产生的气体必须在内部被消耗掉，否则内压过高，气体不断释放出来，不仅影响电池寿命，也会产生危险。而对于电池的正负极特性来说，负极吸收氧气比较容易。 4MH+O2 2H2O+4M而正极基本上不能吸收氢气。所以，电池中需要防止氢气的产生，因为在电池内部不能被消耗掉。因此一般电池设计均为负极容量高于正极容量，正负极容量比为1：1.51.6。电池容量由正极容量所决定。充电末期正极析出的氧气在负极上消耗，重新生成贮氢合金，造成负极始终处于未充满状态，避免了氢气的产生，实现电池的密封。在过放电情况下，正极上面析出氢气，负极析出氧气，负极析氧对其破坏性比较大，使合金粉过早被氧化、粉化，造成电池失效，所以一般要避免电池过放电。过充电过程中氧气在贮氢电极上的复合会产生大量的热，从而引起电池温度急剧上升，充电电流越大温度升高的越快，影响电池性能和寿命，严重的话还会发生热失控，发生危险。所以一般在充电末期，采用小电流充电。大量电池组合时还要进行强制制冷。第二章 镍电极制造工艺目前主要有两种镍电极生产工艺：烧结式和涂膏式（或泡沫式）。烧结式：工艺复杂，制作成本高，电极比能量低，一般为400500mAh/cm3，但电极稳定性好，电池高功率放电性能好，主要应用与高功率应用方面：如混合电动车、航空电池、应急、启动等。泡沫式：电池容量高，制造工艺简便，设备投资少，成本比烧结式低，性能可满足大部分民用要求。高倍率放电性能差，产品质量均衡性有待改善。电极比能量一般可以达到600750mAh/cm3。第一节 烧结式电极制造工艺烧结式电池内阻低，适合中、高及超高倍率放电，低温性能良好。工艺流程： 和浆（镍粉、黏合剂、发泡剂等） 上浆 烘干 烧结 浸渍 化成 裁片 焊极耳1、 和浆：将镍粉、黏合剂、发泡剂（如碳酸氢铵、聚乙烯醇等），搅拌，和呈膏状物。2、 上浆：以镀镍钢带为基体，一般使用前要经过热处理，使镀镍层与钢带结合牢固，防止后期处理过程中腐蚀，也是电极具有一定的柔软度。将浆料经拉浆涂覆在钢带上。注意要保持一定的厚度及均匀性。3、 烘干：一般采用立式红外干燥箱，与上浆线连接在一起，分为几段，一般入口处温度较低，以防止温度过高，黏度降低，浆料下坠，造成极板不均匀。4、 烧结：在9001000的高温并且有还原气氛保护条件下（一般采用分解氨气制造气体保护），对极板进行烧结，并且在电极中形成孔隙。5、 浸渍：是在孔隙中形成活性物质的过程。将烧结好的极板先浸硝酸镍溶液，再浸氢氧化钠溶液，一般在真空条件下浸渍。经过数次浸渍、刷洗、烘干，在孔隙中形成活性物质Ni（OH）2。6、 化成：是使电极物质转化为具有电化学活性物质的充放电过程。同时具有对电极进行电化学清洗、提高活性物质表面积、去除杂质、浮粉等作用。7、裁片：按要求将极板带裁成要求的尺寸，电极同样要进行修整，去毛刺等。8、 焊极耳将极耳点焊或滚焊在极板的白边上。一般极耳的宽度为电极宽度的1/3左右。烧结式镍电极一般厚度较厚，在0.81mm。第二节 泡沫式电极制造工艺泡沫式电极生产工艺简单，电极容量高、成本低，投资少。在泡沫镍中直接填充活性物质及各种添加剂。以泡沫镍为基体。日本于70年代末研制成功，我国于80年代末研制成功，将海绵经处理电镀上镍层，然后烧去塑料并在还原气氛中退火，烧去塑料。孔率很高，可以达到95%以上。开始阶段其最大缺点是不能实现连续化，90年代末出现了连续化的泡沫镍，才实现了批量连续化生产。工艺流程：泡沫镍开卷 预压部分粉过筛 和粉 上浆 烘干 和浆、磨浆 和黏合剂 压片 裁片 清粉 焊接引流条及极耳 去毛刺 焊接隔膜袋1、 过筛：主要是将正极中的CoO过筛，正极中有多种添加剂，如CoO、金属Co粉、金属镍粉等，均对提高电极导电性、提高活性物质利用率由很大的作用。在这些物质中，CoO容易包团、结块，必须过筛，一般要过100目的筛（CoO粒径为34m左右），否则影响电池性能及一致性。另外，必须注意的是CoO暴露在空气中很容易被氧气氧化，生成没有活性的Co3O4，所以，在将CoO包装拆开后，要么一次性使用完，否则需要进行真空包装封好。2、 和粉：主要目的是将各种物质和均匀。一般通过控制和粉时间来控制和粉质量。不同的和粉机、不同的转速以及统统的和粉量所需要的和粉时间不同。和粉不均匀同样会影响电极性能和电池一致性。和好的粉不能长期贮存，最好和多少用多少。3、 和粘和剂正极所用的粘和剂一般为CMC（羧甲基纤维素钠）、HPMC（羟丙基甲基纤维素），以及PTFE（聚四氟乙烯）。粘和剂的用量选择必须适当，既能达到粘结强度要求，使工作寿命长，又要防止电极欧姆阻抗过大。PTFE可以使电极提高憎水性，有利于电化学反应的进行。配置CMC溶液时，一般开始阶段，CMC比较难溶，需要浸泡2h左右，就容易搅拌配置均匀了，一般配置的为2%浓度。使用的PTFE溶液为60%浓度。4、 和浆将粉与粘和剂和成浆料。和浆时必须注意物质的添加顺序。先将粘和剂、水等倒入和浆桶中，开始低速搅拌，边搅拌边倒入粉料，全部加入粉料后搅拌至无块状物，再倒入PTFE，搅拌均匀后进行磨浆，磨浆过程需要调整速度，防止浆料温度过高，使浆料变性。磨浆后再搅拌直至均匀。浆料和好以后不得静置，否则浆料容易结块、变性。和好的浆料不能贮存，当班的浆料必须当班用完。5、 泡沫镍开卷测量泡沫镍宽度，观察上面是否有油污等。6、 预压包括白边的预压。泡沫镍预压的目的是为了控制上浆量。白边的预压是为了节省浆料，同时便于清粉，焊接引流条。需要检测预压的厚度、白边的宽度，预压过程中需要防止泡沫镍带跑偏。7、 上浆将浆料打入泡沫镍中，并将表面的浮浆、白边上的浆料刮去，白边上未刮去的浆料用水冲洗。上浆必须保持均匀，表面无浮浆，无空的泡沫镍网。需要适时检测上浆量是否达到要求（冲片检测），调整上浆速度等。8、 烘干一般将烘箱分为几段。烘干段是与上浆线连接在一起的。进行连续上浆烘干，烘干后收卷。开始阶段，一般烘干温度稍低，温度高的话，浆料黏度降低，下沉，容易引起不均匀，另一方面，温度过高容易引起电极面物质被氧化，一般温度不得超出120。中间段温度稍高，最后一段温度也较低，温度太高，也容易造成电极脱粉。烘干温度也需要根据公干速度、烘干段的长度、上浆速度、基板厚度等进行确认和调整，最终需要检测极片的含水率。需要检测温度、走速、实际上浆量等参数。整个上浆、烘干过程需要保持协调一致。9、 压片需要控制厚度，以及厚度的均匀性。，压片过程中也需要注意白边是否开裂，否则需要调整极板带的长度。10、 裁片根据电池装配的特点，高度方向上的公差可以大一些，但宽度方向上必须严格控制，否则会影响装配。11、 清粉清除白边上的残留粉末，否则在焊接极耳和引流条时会打火、击穿。12、 点焊引流条与极耳主要控制焊接强度，不得击穿。13、 去毛刺采用辊压去毛刺的方法，并且基板表面应无浮粉。抽检电极的去毛刺效果。一般用隔膜包住极片，压紧检测绝缘电阻，检测时隔膜必须烘干。14、 焊接隔膜袋主要控制尺寸要求。需要检测极片的均匀性：（1） 极片本身的均匀性：不同部位的重量、厚度一致性（2） 批次均匀性：重量分布（3） 同一批次电极电化学性能均匀性：检测电极容量 泡沫式镍电极厚度一般在0.650.8mm之间。若为制作圆柱型电池，还必须注意保持电极有一定的柔韧性，防止电极卷绕时断裂。电极的贮存：一般需要密封保存，有条件时进行真空包装贮存，防止电极中的活性物质被氧化。当天做好的极片最好在12天内用完。一般常温情况下镍电极贮存不允许超过7天。第三章 贮氢电极制造工艺贮氢电极的制造工艺有多种，包括烧结法、压膜法、拉浆法、泡沫式等，各种方法均有其特点及使用范围。主要介绍常用的拉浆法和泡沫式。MH电极制造工艺水平的衡量条件为：1、 电极电性能高，且稳定；2、 工艺简单、便于操作；3、 工艺参数容易控制，适合工业化生产，自动化程度高；4、 成本低。第一节 烧结法工艺流程：贮氢合金 和粉 干辊压 烧结 辊压 冲切添加剂导电网架这种工艺可以连续化大量生产，但由于烧结时，必须在惰性气氛中烧结，以防止贮氢材料高温氧化，因而工艺复杂，只有部分采用Ti-Ni系合金的电极采用这种工艺制造。其他写列贮氢合金电极没有采用这种工艺生产的。第二节 镀镍钢带压膜法工艺流程： 配料 和膏 制膜 调厚度 合膜 极片1、 和膏首先将贮氢合金粉及导电剂和粉，加入分散剂，搅拌均匀后，再加入粘和剂与水，搅拌，在85的水浴锅中边加热边搅拌，形成海绵状的膏状物。2、 制膜将双辊炼胶机加热到6065，将制好的膏了在热辊上反复碾合67次，制成膜。3、 合膜调整辊间隙，将膜厚度调整到需要值，将膜铺在镀镍穿孔钢带两边，轻轻加压后，送入双辊碾压机上合膜。这种方法价格比较便宜，但工序比较烦琐，且边角料的挥手工作量较大。第三节 镀镍钢带拉浆法这种方法工艺比较简单，便于操作，成本低，但电极性能没有泡沫式电极好，电极内阻高，电池大电流性能较差，活性物质利用率较低。工艺流程：和粉 和浆 上浆 烘干 压片 裁片和粘和剂 拉浆法所用粘和剂包括PTFE、CMC、HPMC、聚乙烯醇等。 具体工序与烧结法镍电极前期工艺相似。其拉浆过程如下：l 调整钢带走速（一般为40m/h），通过浆槽使浆料粘在钢带上；l 调整刮刀间隙，控制钢带上浆量；l 初步烘干：上浆后的钢带通过烘干炉除去大部分水分，以不粘滚轮为度，炉膛温度分为3段：95100，110130，95110l 调整厚度：经碾压机碾压到所需厚度l 烘干收卷以上几步工序连续进行。拉浆法的成型极片厚度一般在0.4mm左右。第四节 泡沫式贮氢电极制造工艺贮氢电极泡沫式工艺与镍电极泡沫式工艺相同，但对泡沫镍的要求不同。镍电极粉料的粒径一般在711m左右，而贮氢合金粉的粒径在4070m，而且贮氢合金导电性比正极物质要高得多，所以，负极选用的泡沫镍孔径要比正极大，正极一般选用110PPI，负极的为80PPI（PPI为每英寸长度上的孔数），而且正极泡沫镍厚度比负极的要厚一些。工艺流程：和粉 和浆 磨浆 上浆 烘干 碾压和粘和剂 泡沫镍裁片 清粉 焊接引流条与极耳其连续上浆过程与镍电极制作方法相同，烘干温度控制与拉浆法相同。但在工艺过程中需要注意，由于贮氢合金粉在制备过程或贮存过程中会吸收一部分氢气，所以在高温情况下或遇到明火时容易燃烧。（1） 烘干时必须严格控制好温度，并且根据泡沫镍带走速及厚度调整烘干温度。清粉必须清干净，点焊引流条与极耳时注意不要打火，机头不能过热发红，以防引燃极片。（2） 贮氢电极表面更容易被氧化，在空气中暴露时间过长会在其表面形成一层氧化膜，影响电池的化成及性能，所以贮氢电极长期存放必须真空贮存。密封保存最好不能超过3天。（3） 合金粉拆封后最好一次性用完，否则仍需要真空包装贮存。泡沫式贮氢电极厚度比拉浆法略厚一些，一般在0.40.5mm左右。第四章 电池装配工艺电池装配的组要技术关键：i. 电池的电解液量应控制在电池机组重量的1620%范围内，既保证电池的密封又有稳定的电性能。ii. 电池另部件尺寸的配合是保证电池质量稳定和提高合格率的主要因素；iii. 电解液量确定以后，密封的关键是电池各漏口处的密封和控制；iv. 电池的重量影响电池的容量，重量的一致性可以解决电池容量的离散性。第一节 圆柱型电池装配工艺圆柱型电池一般采用带状极板，装配时将正极-隔膜-负极依次层叠在一起，送入卷绕机中经卷绕后形成一圆柱型的电极芯，正负电极极耳分别在上下两端，极组入壳后，将负极极耳点焊在电池壳底或壳壁上，正极极耳点焊在电池盖的内层。电池壳一般采用经多次引申的钢镀镍壳。圆柱型电池一般由一片正极、一片负极、一片隔膜组成，负极比正极要长一些。圆柱型电池装配工艺流程：正负极、隔膜准备 卷绕 入壳 滚槽 注电解液封口 化成 检验圆柱型电池是一种最广泛应用的密封电池，具有最好的机械特性。但由于电池本身的特点及圆柱型电池的弊病，在做大容量电池时，容易造成内压高、散热慢等问题，影响电池性能，所以，圆柱型电池以小容量主。第二节 方型电池的装配工艺方型密封电池的正极板和负极板由多片电极组成，一般负极比正极多一片，正负极板交叉叠合，当中用隔膜各开，正负极极而各占一边，严防混入相反的极耳，分别将极耳点焊在正负极极柱上，装入电池壳中，封口、注液、装安全阀，化成后即为成品电池。方型电池装配工艺流程：正负极准备 叠片 绝缘电阻检测 焊接极耳束 剪切焊极柱 绝缘电阻检测 入壳 绝缘电阻检测 焊盖极柱处密封 检漏 注液 封口1、叠片正负极交叉叠片，极耳各朝一边。叠片时可能会出现的问题：（1）多片或少片；（2）极片叠反。必须严格注意并检查，尤其最外面的两片负极容易叠反。叠片以后将正负极极耳各分为两份，交叉检测绝缘电阻。绝缘电阻与空气湿度、隔膜受潮情况、极片含水率等有关，在正常情况下，用500V挡位检测，电阻大于2M。湿度增加，绝缘电阻下降。在湿度大于80%情况下，电阻大于0.2 M可视为不短路。在湿度很大的情况下，或隔膜受潮时，可能会引起短路，但这种短路是与毛刺引起的短路有差别的：将机组烘干，由于受潮引起的短路小时，而毛刺引起的短路依然存在；测量两极电压，由于受潮引起的短路两极电压在0.3V左右，而毛刺引起的短路电压为0。若机组出现短路，可以用兆欧表的测量夹子分别测量每一片之间的电阻，找出短路的极片，进行修复。注意，在检测短路电阻时，不能将量程加大（例如1000V挡位），否则若存在毛刺短路，在将毛刺烧融的同时，也将隔膜烧穿，造成电池短路或在循环过程中短路。2、焊接极耳束为焊接极柱做准备，平均分配极耳，点焊在一起，以使电流在电池中均匀分布。3、剪齐极耳束过长会给极柱的密封等带来不便，将极耳束按照要求将上段剪齐。4、 焊接极柱焊接时应注意防止打火，否则会使融化的金属粒子溅到隔膜上烧穿隔膜形成短路。打火的原因除了电流或电压过高以外，焊接部位有浮粉也会打火，击穿极耳，造成焊接强度不够。有时为防止打火时烧到隔膜，在焊接时可以在隔膜上段插入防火叉。焊接极柱时需在夹具中进行，以便给极柱定位准确，否则会给密封带来不便。由于本工序有可能造成机组短路，所以同样需要检测绝缘电阻。5、 入壳首先要注意正负电极不能装反。入壳过紧时不能用力推极柱，否则由可能将极柱位置压偏，同时使极耳部位变形，可能会造成短路。由于入壳时对极组的挤压，尤其是对侧面的挤压，有可能划破隔膜，造成短路，所以本工序需要检测绝缘性能。存在短路需要修复。6、 焊盖先在极柱上安装塑料绝缘垫片。然后安装上盖。上盖上的正负极极性符号必须与电池极柱的标识一致。采用激光焊接，对塑料件损伤较小，但对电池另部件尺寸精度要求比较高。上盖焊好以后将极柱处密封。7、 检漏主要检测上盖焊接处与极柱密封出是否存在泄露情况。一般用氮气检漏。存在问题的需要重新补焊或重新密封。8、 注液电解液一般采用KOH溶液，因为其比NaOH具有更好的导电性。电解液的质量和浓度直接影响电池的性能。一般，电解液导电性越好，电池内阻相应变小，电池内部消耗的能量越小，电池大电流放电性能就越好。不同用途和不同使用环境条件下，电解液的浓度也由较大差别，低温情况下易使用高浓度的电解液，浓度高，冰点低，低温导电性好。通常采用的电解液密度在1.251.35g/cm3范围内。一般在电解液中还加入少量的LiOH，它可以提高电池循环寿命和容量，提高氧析出过电位，提高镍电极的放电深度和充放电效率，见效自放电，特别是提高高温情况下的充放电效率。但加入过多会影响电池的电性能，一般加入量为1020g/L。有时为了提高电池高温充电效率，采用三元电解液，即再加入少量NaOH。对配置电解液所用物质以及电解液本身，必须控制杂质含量，主要是一些影响电池电性能的元素。关键类杂质：Cl-，Cu等；主要类杂质：Fe2+，Ca2+，Mg2+，CO32-等次要类杂质：SO42-，SiO2，Al，NO3-等每一种杂质都有其最低限量要求。同样对培植电解液用蒸馏水也有杂质和电导率要求。存放时间较长的电解液，必须检测CO32-离子含量。电解液的加入两一般与电池参数设计、活性物质用量等有关，一般占机组重量的1620%。添加过多，将电极中的孔堵死，影响气体的传输和复合，造成内压升高，漏液。电解液量过少则会影响电池性能和寿命。注液应采用真空注液，否则电解液进入电极微孔中的速度较慢。9、 封口装安全阀、垫圈、螺帽等密封件，此处既是注液孔，又是检漏孔，同时还是安全阀的装配位置。但此处无法检漏，只能靠设计和工艺操作来保证密封好。由于碱液的爬渗能力很强，所以在装配安全阀时要将阀体内的碱液用脱脂棉擦拭干净。封口后电池外表面由碱液的，应当清洗干净。刚注好电解液的电池，封口电压一般为负值，并且电压很低，一般在-0.1V左右，搁置一段时间（2h以上），电压会逐渐变为正值，但未充电之前电压不会太高，一般不会超过0.6V。第五章 电池化成、分选工艺第一节 电池化成一、化成的目的和定义定义：化成就是通过几次充放电循环，将正极的氢氧化镍和负极物质装化为具备活性的物质的过程。化成分为开口化成和封口化成。开口化成的目的除了将物质装变为活性物质外，还有清除杂质、稳定容量等作用，同时可以调节电池的充放电储备比例。封口化成也有稳定容量等作用。二、开口化成开口化成需要注入过量的电解液（一般要求将电池注满，淹没极组），充放电循环数次活化后，将多余的电解液甩去，封口，再进行化成、检测容量。化成工艺： 注液（过量） 开口化成 甩液 封口 封口化成、检测开口化成工艺复杂、繁琐，成本高。三、封口化成封口化成是注入所要求的电解液后，直接进行充放电化成。电极的表面状态、化成的工业直接影响到电池的性能，所以对电极的表面状态等要求比开口化成的要高，化成工艺条件控制要求也比较严格。但总体说，封口化成工艺简单，成本低，在满足条件要求的情况下，尽量采用封口化成。化成工艺：注液 封口 预充电 高温搁置 化成检测需要注意的是，由于开始阶段物质基本上没有活性，为了减小极化，防止产生大量气体导致安全阀开启，应以小电流充电。1、预充电一般以0.05C充电，充入20%的电量（4h），再进行高温搁置，预充电的目的一是防止CoO过量溶解，溶在电解液中并在隔膜上沉积，通过预充电使其转化为不溶的具有导电性的CoOOH；二是调整贮氢电极的过放电储备在预充电过程注意不能反接，否则正极直接析出氢气，负极直接析出氧气，破坏电池。2、高温搁置一般搁置温度在40100之间。根据电池的大小不同，电极参数的设计不同，选择合适的搁置温度，确定合适的搁置时间高温搁置的目的一是加阔电解液的分配，使嗲结业与物质之间良好接触，加快电池活化速度，二是提高电极的表面活性。3、 化成高温搁置后进行充放电化成，第一次充电需要以较小的电流充电，一般为0.2C，第二次充电可以为了减少化成时间，可以采用较大的电流充电（0.5C以上），但在过充电期间仍需采用小电流。为了将物质活化完全，化成期间需要过充，过充量在30%以上。一般化成23次电池即可达到稳定的电化学性能。电池化成期间需要检测电池是否漏液、漏气。第二节 分选工艺为了达到一定的电压，电池通常串联使用。为了保持串联电池容量的一致性，需要对单体电池的实际容量及电性能进行检查和分类，以保证电池串联后的使用效果。在由多只电池串联使用的电池组中，如果存在一个相对容量较小的电池，电池组在放电时，当这只容量最小的电池已经放完其容量时，其余电池的容量还没有放完，电池组也没有达到放电终止条件，仍将继续放电，此时这只容量最小的电池就会被过放电，造成反极充电状态，试点吃及电池组寿命缩短，严重时还会造成其他不良后果。串联的电池数目越多，存在低容量电池时其被过放的可能性就越大，而且过放的电量也越多。所以，一般来说要求串联电池数目不宜过多，开始时专家建议串联电池数目不应超过10只，后来随着使用领域的扩展，提高到20只，现在已经没有人再提建议了，因为在电动汽车中，将接近300只电池串联组合在一起。串联电池数目越多，对电池的一致性就要求越高。只有同种类别的电池才能够组合在一起。原来只是根据电池的容量对电池进行分类，将容量接近的电池组合在一起，但这样组合出来的电池组寿命与单体电池寿命相差比较大。后增加了其他分类参数，主要有充电电压、放电平台等。现在的充放电电池分选仪已经能够根据电池的充放电曲线进行分选，这样分选出来的电池一致性比较好。进行分选的原因主要是因为电池生产中不能够保证电池的一致性，如果生产工艺可以完全保证电池的一致性，就可以将电池任意组合，不进行分选。第六章 电池组结构、电池组装配工艺及注意事项第一节 电池组设计电池组的设计包括电性能设计、机械设计和热设计。其设计需要达到如下要求：（1） 符合使用设备的电源技术指标；（2） 采用电池组外壳或框架结构，电池之间紧装配，防止因电池内部压力产生而变形；（3） 电池间或与结构组件达到电绝缘；（4） 能够提供散热通道，使热量从电池传递到受热器或辐射器上；（5） 使电池组能牢固的固定于整机上。电性能设计：根据使用设备的电源技术指标要求，如工作电压范围、工作电流、工作时间、比能量及比功率等决定需要串联的单体电池个数及单体电池的容量进行电性能设计。电池组的单体电池数由电池组输出电压决定：n=V/1.2结构设计：主要针对力学条件的要求，使电池组坚固、乃受震动、冲击、坠落、运输等机械性能。所以在结构设计上应对材料的应用进行周密的考察和计算，对各种组合部件的参数有可靠性推算。热设计：电池组的电性能受温度影响大，所以在设计时对电池组的温度控制必须认真考虑。电池组的发热量应控制在一定范围内；热传导应充分合理，如热辐射、热对流、吸热传导等因素，进行综合设计；电池组内部与电池组表面温度剃度不能过大，一般控制在5之内。温度对电池的电性能影响较大，在7080下，电流充电效率低于45%，如果在80以上充电时可能会出现热失控。镍氢电池的充电过程是一个放热过程，所以更要注意热设计。第二节 电池组装配工艺不同用途、不同结构的电池组有不同的组合方式，需要根据使用设备的要求确定组合方式。目前我们的25Ah电动自行车电池组为20只电池串联组合的电池电池组，10只为一小组，设计电池之间连接必须最短。在大量电池组合情况下，一般以10只电池一组为单位，国家标准考核要求也是以十只为一组进行考核。目前采用铝片作为散热片，使电池充电过程中内部产生的热量可以传到外面去，但目前由于电动自行车上没有通向外面的热风口，所以目前的作用只能是保持各组合电池之间在循环过程中温度的一致性，而不能将热量散到大气中去。大电流