论文部分内容阅读
在电动工具市场，高倍率柱状镍氢电池需求量在不断增加，每年消耗约5亿只。但目前镍氢电池的某些性能尚不能完全满足电动工具的需求，因此研制出综合性能高的高倍率镍氢电池，必将有很高的科研价值和广阔的市场前景。论文以研制SC型镍氢动力电池为主要内容，制定了研制目标、开发方案及验证条件。在研制电池的性能目标中，要求电池IOC放电时间在5分钟以上，中值电压高于1.0V；电池具有0℃20A放电性能，放电容量达到标称容量的60％以上；电池循环寿命长，2A、10A交替放电循环寿命超过200次。论文在实现研究目标的过程中，结合产品的研制，重点对电池的高倍率放电性能和温度性能进行了研究： 一、在提高电池大电流放电性能的研究中，比较了不同正极板厚度、不同贮氢合金材料、不同浓度电解液及不同材料隔膜等对电池大电流放电平台的影响，并从电极反应动力学和多孔电极的角度分析了极板厚度对电池高倍率放电的影响。结果显示，在0.75-0.55mm的厚度范围内，随极板减薄，电池内阻从6.0mΩ减小到4.9mΩ，10C放电平台从0.90V升高到1.05V，放电时间也从5分钟提高到6分钟。电池极板厚度选择为0.55mm，附料密度为2.85g／cm3。对贮氢合金材料粒度和成份进行了粒度分布测试、成分分析和XRD扫描，并将材料制备成SC型电池进行大电流测试，结果显示，合金粒度在50μm时，电池放电平台高，富镧合金的大电流性能好，富铈合金有利于电池低温高倍率放电性能，合金中钴含量减少虽对电池的放电平台有利，但循环寿命短。电解液实验表明，组成为78％KOH+20％NaOH十2％LiOH的电解液，密度为1.300g·cm-3时电池的放电电压较高。电池隔膜选用FS2216聚氨脂材料隔膜。 二、基于对影响镍氢电池高温性能各因素的分析，主要采用在正极中加入添加剂的方法来提高电池的高温性能。实验表明，采用TiO2、ZnO、Y2O3、Er2O3作添加剂的电池50℃充放电的容量在常温容量的94％以上，且对电池常温容量影响不大，通过正交实验法，确定几种添加剂的适宜用量为TiO2加入量3wt％，Er2O3加入量为0.5wt％，可提高电池在65℃环境中充电接受能力。通过分别测试电池正负极片低温下大电流放电曲线，认为负极开始时的强极化是电池性能差的一个主要原因。测试不同成分的合金粉电池的低温性能显示，随着合金颗粒的减小，电池电压滞后明显减弱;富饰合金粉（MmNi3.。￡00.戒n0.40AI。.;。）的氢扩散性能好，明显提高了电池的低温大电流放电性能。综合考虑以上两点，在制备电池时选用粒度为50 pm的合金粉MINi，.。Coo.。粼n0.25AI，:。和低温动力型合金粉Mm Ni3.，SCoo.枷no.40AI。.;。以1:1.5的比例混合使用，在不影响常温性能的情况下，提高了电池的低温性能。 三、根据对电池大电流和温度性能的研究，研制了具有较好电化学性能的动力型镍氢电池，并分别测试了电池在大电流循环过程中的温度、内阻、重量和正负极板等的变化情况，以此分析引起电池性能衰减的原因。结果表明，所制备电池的loc放电时间在5.9分钟以上，放电中值电压在1.05V，0℃20A放电容量在2500mAh以上，2A、10A交替放电循环寿命为280次。对于电池性能衰减的原因，认为除了所使用的材料是影响电池性能的重要因素之外，在温度和大电流作用下，电池的正负极材料发生裂解，极片内空隙增大，电池内阻性能恶化是引起电池高倍率循环性能恶化的关键;通过抑制正极析氧和膨胀，并降低负极合金材料的粉化过程，将有望缓解电池内阻特性的恶化，从而提高电池高倍率充放电循环性能。