提高密封Ni-Cd和Ni-MH电池安全性若干研究

【摘要】：镍镉和镍氢(Ni-MH)二次电池具有较高的比能量和比功率等特点，使得他们在二次电池市场上具有广泛的应用前景。但该体系在作为动力电源运用方面由于涉及到高倍率充放电过程中，会使得电池的内压迅速上升，这样的情况发生会严重影响电池在使用过程中的安全性问题，因此会制约该体系在此方面的应用。本论文针对提高使用过程中镍镉和镍氢电池的安全性进行了一些研究。主要结论有： 1．镍镉电池在大电流充电期间会产生了氧气和氢气，而且镍镉电池自身很难消除其中的氢气。我们通过研究发现贮氢合金材料具有吸附氢气和催化氢氧复合的能力。据此，我们提出在镍镉电池负极中添加少许贮氢合金材料可能有助于电池中氢气的消除的新思路。实验结果表明：在镍镉电池负极上并联MH负极片可以消除电池在高倍率充电或过充电时产生的氢气，同时可以加快电池中氧气的消除速度，从而使充电后电池内压迅速降低至安全值。我们的实验结果还表明，在镍镉电池负极添加MH材料后，电池在高倍率充电／过充电过程中产生的气体(氧气和氢气)既可通过电化学途径又可以通过化学途径来得到加快消除。在此基础上，我们与电池公司合作开展了工业化试验。工业试验表明在镍镉电池中添加贮氢合金材料后具有降低镍镉电池内压的效果。 2．通过改变镍氢电池的充电方式来研究镍氢电池在充电过程中的内压问题。我们通过分别使用脉冲频率为tp=5s，tn=1s的脉冲电流和恒流(DC)对电池进行充电的实验结果表明：通过使用脉冲充电方法能保证密封镍氢电池在充电过程中析气量少，温升低，充电量足；从而有效的降低了密封镍氢电池在充电或过充电过程中电池内压，提高密封镍氢电池在高倍率充电或过充电时的安全性。而且使用脉冲充电的方法能够大大的提高电池的使用寿命。我们通过SEM和阻抗谱分析表明，使用脉冲充电的方法之所以会有上述优点在于：使用脉冲充电方法能够有效的消除充电过程中的浓差极化、提高能量转移效率，因而加快了充电过程，减少了气体析出反应，降低正、负极活性材料的氧化(腐蚀)速率。