第五讲镍镉电池..ppt

第五章镍镉电池、第一、NiCd电池的历史1899年瑞典人尤妮尔(Jungner )发明了镍镉电池。 二十世纪前五十年开发生产的有极板壳(或袋)电池(正、负级活性物质填充在有穿孔的镀镍钢带制成的壳中)。 用作牵引、启动、照明和信号的电源。 第二阶段是本世纪50年代开发的烧结式电池，第二次世界大战中德国瓦尔塔公司首次制造烧结式电池。 该烧结式电池由于电平薄，真正的表面积大，电平间的距离变小，因此能够承受大电流密度的放电。 二战后，许多国家开始制造烧结式电池，在短时间内迅速发展，用作坦克、飞机、火箭等各种发动机的起动电源。 有些用作飞机的随行紧急电源。 第三阶段是1960年代开发的密闭NiCd电池。 烧结式密封镍镉电池的大电流放电，可满足负荷大功率的需求，可作为卫星使用。 火箭、导弹、便携式激光器、背负式通报器、电子计算机、助听器和小功率电子设备的电源。 特别是镍镉电池作为高效的长寿命储罐电化学贮藏装置，在航天事业的发展中发挥了很大的作用。 1958年后，我国镍镉电池工业蓬勃发展，1990年前后的生产技术、生产规模和研发水平达到了新的阶段，实现了镍镉电的标准化、系列化生产。 一、NiCd电池历史二、碱性电池概论三、镍镍(NiCd )电池的工作原理四、氧化镍电极五、Cd负极的工作原理六、密闭NiCd电池七、镍镍电池分类八、镍镍电池的性能九、镍镍电池制造技术十、镍镍电池的记忆效果，一.定义：将KOH、NaOH水溶液碱性电池的种类：铁镍、镉镍、氢镍、锌银2 .碱性电池的优点：能量密度高，自放电小，贮藏性能好，能制作密封电池，小型化容易。 二、碱性电池概论，三.碱性蓄电池正极活性物质： NiOOH正极(氧化镍电极)和氧化银电极。 NiOOH的成流反应机理：氧化镍电极在碱溶液中，充电状态为NiOOH，放电状态为Ni(OH)2。 h从电极内部扩散到电极表面，扩散到固相中，因此速度慢。 充电电流不小的话，电子的移动比质子的扩散大，表面的质子浓度下降，极限情况下表面的质子浓度变为零。 此时电极表面以NiO2的状态持续流过电流，溶液中的OH-放电，氧析出：4OH-4eO2 2H2O此时电极内部也存在Ni(OH)2。 三、镍镉(NiCd )电池成流反应NiCd电池负极： Cd正极： NiOOH三价镍的氢氧化物负极反应： Cd 2OH-Cd(OH)2 2e正极反应： NiOOH H2 eNi(OH)2 OH-，充放电时总反应33602 ni ooh2h2o2 ni (oh )2ch 氧化镍电极的特征之一是充电刚开始后发生了氧析出副反应。 当电极停止充电时，电极表面的NiO2分解，即从2NiO2 2H2ONi(OH)2 OH-时，电极电位降低，失去电极电容。 四、氧化镍电极、1、放电过程NiOOHNi(OH)2液体： H2OH (固) OH-(液)固体： Ni3 Ni2 -eH O2-OH-、2、氧化镍结晶型-Ni(OH)2、-NiOOH密度差大. -Ni(OH)2、-NiOOH的密度差小，减轻了电极的膨胀、变形。 在实际应用中电极应控制在-Ni(OH)2、-NiOOH . 制备方法主要采用化学沉淀结晶法镍粉高压催化氧化法金属镍电解沉淀法，3.Ni(OH)2材料的制备，多采用化学沉淀法，化学沉淀得到的Ni(OH)2综合性能好，应用广泛。基本反应： NiSO4 2NaOHNi(OH)2 Na2SO4以硫酸镍、氢氧化钠、氨水及少量添加剂为原料生产，化学反应在特殊结构反应釜中进行，通过控制温度、PH值、供给参数等来控制微晶尺寸，产品必须清洗、干燥等4、氧化镍电极添加剂由于氧化镍电极具有半导体性质，其充放电反应不完全，活性物质利用率不高。 为了提高电极性能，必须添加少量的添加剂。 LiOH添加到电解液中，通过与具有防止氧化镍晶粒生长、提高活性物质利用率作用的钴共存，可以减少-NiOOH的生成，提高氧析出超电位。 氧化钴：提高氧析出超电位； CoOOH具有良好的导电性，降低内阻，提高活性物质利用率的镉：一般正极中添加了镉的化合物。 增进反应的可逆性，抑制正极的膨胀。 没有有害的影响。 负极活性物质为海绵状Cd，放电中止生成物为Cd(OH)2。 Cd 2OH-Cd(OH)2 2e、5、Cd负极的工作原理为钝化电位以下，呈现堆积在电绝缘体表面的Cd(OH)2:多孔状，不妨碍溶液中的OH-离子连续扩散到电极表面。 因此，电平反应速度不受显着影响，镉电极放电深度大，活性物质利用率高。 到了镉的钝态电位，反应就不一样了。 金属表面形成薄钝化膜。 我认为这个膜是CdO。 放电电流密度高，温度低，碱液浓度低，容易引起镉电极的钝化。 显然，镉水平的放电容量或活性物质利用率受到镉在溶液中钝化的限制。 防止电极钝化，在活性物质中加入表面活性剂和其他添加剂，发挥分散阻碍作用。 防止Cd晶体形成大晶粒； 具有提高电极放电电流密度等作用。 氢在负极过度析出的电位大，控制充电电流，充电时没有氢的析出，Cd在碱液中稳定。 1 .密封电池的优点是不需要维护，在任何地方都可以使用。过充电不会析出气体。 6、密封NiCd电池的原理，2 .有可能密封NiCd电池的NiCd电池，首先是实现密封的电池，1 )镉在储藏过程中不产生氢，另一方面，氢在Cd电极上析出的超电位比较大，具有控制适当的充电电流，在Cd电极上不产生氢的优点。 2)Cd负极是分散性良好的海绵状镉，对氧具有较高的化合能力。 无论是充电时的正极氧还是自放电产生的氧，向负极扩散时都容易发生化合反应：2ch2o2h2o2ch(oh)2这两个特性提供了密封的可能性。 正极充电时产生的氧被负极吸收，防止充电和过放电时的氢析出。 1 )负极的容量为，与正极的负极相比总是存在未充电的活性物质，正极充电时发生过充电，负极中Cd(OH)2的一部分未被还原，过充电时必须发生氢离子的还原而不产生氢气的电池成为过充电时，从正极析出的氧在负极充电时产生的海绵一般的密封电池的正负级容量控制在：正极容量：负极容量=1:1.31. 2，3 .密封对策，2 )由反极保护单电池串联构成的电池组被放电时，尽管单电池的型号相同，但必定存在容量的不均匀性。 因此，在最小容量的单电池被放电之后，在电池组整体被放电的情况下，最小容量的电池被强制地“过放电”，成为反极充电状态。 逆极被充电，氧气开始从负极析出，由于没有氧气的消耗，电池内压上升。 发生爆炸。 解决方法：在正极中添加一部分反极物质Cd(OH)2，正常充放电时，该部分物质不起作用，当电池的深度放电变为反极时，Cd(OH)2不太起作用，被还原的镉吸收反极充电时在负极析出的氧，电池的内压不上升。3 )使用有限的电解液和具有良好吸液和透气性的隔膜的电解液少，内阻大，电解液多，不利于氧向镉电极的扩散。 4 )电池的设计采用安全排气阀，当电池内部的气体压力超过设定值时，打开空气孔排出气体，防止电池爆炸。 电极的构造和制造技术类别：1.有极板盒：包括臭虫、管子等。 有极板盒电极是在穿孔的镀镍钢带中填充了正负极活性物质的袋子或管壳。 广泛应用于容量为5Ah1000Ah的电池。 七、镍镉电池分类，二.无板盒：包括冲压式、糊式、半烧结式和烧结式冲压式：活性物质直接用干粉法冲压的糊式：活性物质用粘合剂涂敷成糊状骨架的烧结式：用镍粉烧结骨架后，在多孔质基板的孔中填充活性物质的半烧结3 .双极性电极层叠式，一方是负极，一方是正极，中间是浸渍了电解液的隔膜，然后层叠。 1 .额定电压为1.2V，放电曲线平稳2 .大电流放电性能好3 .自放电小，低温性能好4 .寿命长5 .易于制造密闭电池。八、镍镉电池的性能、九、镍镉电池的制造工艺1 .基板的制造方法1 )烧结式极板烧结式基板是多孔镍基体。 干法：将镍粉和造孔剂(碳酸氢氨)混合，与骨架(镀镍网)一起冲压成形。 湿法：浆料法包括镍浆料的配置、浆料的刮除、干燥。 2 )非烧结式基板发泡镍电极多孔树脂材料除油粗化增感活化化学镀镍电镀镍后处理，2 .电极制备1 )电极浸渍。 在细孔烧结基板中填充活性物质的过程。 将基板放入适当的基板，进行化学、电化学或热处理，使活性物质堆积在基板上。 为了达到必要的活性物质的质量需要反复进行。 2 )浆料法正极：和浆料浆料涂布干燥冲压负极：负极和浆料镉浆料研磨负极浆料干燥，3 .电化学或化学变化1 )除去混入电极的有害杂质2 )电极化成，经过几次氧化还原过程，可以增大电极的真正表面积十、镍镉电池的记忆效果是，每