第5章 镍氢电池设计与制造工艺
第5章 镍氢电池设计与制造工艺
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
优点:
1. 2. 3. 4. 5. 能量密度高，是镍镉电他的1.5倍； 电池电压为1．2v—1．3v，与镍镉电池相当； 无记忆效应，循环寿命长 ； 可大电流放电，承受过充电、过放电能力强 ； 无污染，绿色环保电池 。
缺点:
1. 价格高于镍镉电池，负极材料为稀土合金材料； 2. 自放电速度大。
MH NiOOH M Ni(OH ) 2
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
工作原理（过放电）
2 H O 2 e H 2 OH 氢氧化镍电极（正极） 2 2
吸氢电极（负极）
H 2 2OH 2e 2 H 2 O
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
特性
① 电压 = 1.2V ② 能量∕重量 = 60-120 Wh/kg（瓦特小时/千克） ③ 能量∕体积 = 140-300 Wh/L（瓦特小时/升）即 504-1188kJ/kg（千焦耳/千克） ④ 功率∕重量 = 250-1000 W/kg ⑤ 自放电率 = 一般为每月 2-30%，见温度而定， 低自放电型号为每年10-30% ⑥ 充放电效率 = 66% ⑦ 充放电循环次数 = 500 -1800次
镍氢各型号电池尺寸(圆柱型)与容量
系列 AAAA AAA 光身直径 8.2 10.0 10.1 13.9 标准高度 (mm) 40.0 43.0 43.0 49.0 44.5-0.5 尖头高度(mm) 容量范围(mAh) 300以下 700以下 1000以下 1500以下
AA A SC C D F
镍氢电池的化学原理及工艺流程
镍氢电池的化学原理及工艺流程镍氢电池的化学原理镍氢电池采用Ni的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液(主要为KOH)作为电解液.圆柱形和方形镍氢电池电化学原理和化学反应相同：充电时，正极：Ni(OH)2– e-+OH-→NiOOH+H2O负极：MHn+ne-→M+n/2 H2放电时，正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-负极：M+n/2 H2→MHn+ne-。
镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低(如低于-15℃)，而在-20℃时，碱液达到起凝固点，电池充电速度也将大大降低。
在低温充电低于0℃会增大电池内压并可能使安全阀开启。
为了有效充电，环境温度范围应在5-30℃之间，一般充电效率会随温度的升高而升高，但当温度升到45℃以上，高温下充电电池材料的性能会退化，电池的循环寿命也将大大缩短。
圆柱形Ni-MH电池只采用金属电池槽，一是因为电池槽本身与金属氢化物负极连接在一起，可以作为负极极端；二是因为许多应用要求能够快速充电，气体发生复合反应时，电池的内压很高，只有金属容器可以承受这种压力，而且不会发生太大的变形。
最后金属电池槽聚砜密封环翻边与电池盖密封，这种方法成本低，易于生产，而且可靠。
工艺流程：(以SC型为例1.配方1.1正极：氢氧化镍(2.1.1和2.2.3)氧化钴(可以形成导电网络，弥补氢氧化镍与金属集流体间较大的间距以及氢氧化镍本身电导率较低的不足)添加剂1.2负极：贮氢合金粉(3.1有具体讨论)添加剂1.3电解质：30%的KOH水溶液17g/L的LiOH NaOH(为提高高温充电效率，将部分KOH替换为NaOH，但是会加重对金属氢化物活性物质的腐蚀，降低循环寿命)2.正极制备2.1烧结式2.1.1调浆：纤维镍+导电剂CoO+CMC(2.5%)或MC+PVB造孔剂2.1.2拉浆：将膏状物涂覆到基板(如冲孔镍带)2.1.3烘干(挥发黏结剂)(75℃)2.1.4在氮气/氢气环境下高温煅烧(880℃，烧结速度90m/h)2.1.5化学浸渍或电化学浸渍(将NiOH沉积到烧结骨架中)Ni(NO3)2浸渍密度1.62-1.65g/c㎡，含3%-5%Co(NO3)2增重[(1.72-1.80)±0.007]g/cm2 2.1.6浸渍后的电极用电化学充/放电工艺进行预活化2.1.7逆向水洗2.1.8烘干(75℃)2.1.9电极软化(成型厚0.58±0.05mm)2.1.10极耳点焊主要设计参数：纤维镍骨架的强度和孔径氢氧化镍活性物质的化学组成活性物质的载入有害物质(硝酸盐、碳酸盐等)的含量2.2涂膏式2.2.1泡沫镍基板制备用电沉积或化学蒸汽沉积工艺。
镍氢储能电池制备工艺 项目指南
镍氢储能电池制备工艺项目指南下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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镍氢电池的化学原理及工艺流程
镍氢电池的化学原理及工艺流程镍氢电池的化学原理镍氢电池采用Ni的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液(主要为KOH)作为电解液.圆柱形和方形镍氢电池电化学原理和化学反应相同：充电时，正极：Ni(OH)2– e-+OH-→NiOOH+H2O负极：MHn+ne-→M+n/2 H2放电时，正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-负极：M+n/2 H2→MHn+ne-。
镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低(如低于-15℃)，而在-20℃时，碱液达到起凝固点，电池充电速度也将大大降低。
在低温充电低于0℃会增大电池内压并可能使安全阀开启。
为了有效充电，环境温度范围应在5-30℃之间，一般充电效率会随温度的升高而升高，但当温度升到45℃以上，高温下充电电池材料的性能会退化，电池的循环寿命也将大大缩短。
圆柱形Ni-MH电池只采用金属电池槽，一是因为电池槽本身与金属氢化物负极连接在一起，可以作为负极极端；二是因为许多应用要求能够快速充电，气体发生复合反应时，电池的内压很高，只有金属容器可以承受这种压力，而且不会发生太大的变形。
最后金属电池槽聚砜密封环翻边与电池盖密封，这种方法成本低，易于生产，而且可靠。
工艺流程：(以SC型为例1.配方1.1正极：氢氧化镍(2.1.1和2.2.3)氧化钴(可以形成导电网络，弥补氢氧化镍与金属集流体间较大的间距以及氢氧化镍本身电导率较低的不足)添加剂1.2负极：贮氢合金粉(3.1有具体讨论)添加剂1.3电解质：30%的KOH水溶液17g/L的LiOH NaOH(为提高高温充电效率，将部分KOH替换为NaOH，但是会加重对金属氢化物活性物质的腐蚀，降低循环寿命)2.正极制备2.1烧结式2.1.1调浆：纤维镍+导电剂CoO+CMC(2.5%)或MC+PVB造孔剂2.1.2拉浆：将膏状物涂覆到基板(如冲孔镍带)2.1.3烘干(挥发黏结剂)(75℃)2.1.4在氮气/氢气环境下高温煅烧(880℃，烧结速度90m/h)2.1.5化学浸渍或电化学浸渍(将NiOH沉积到烧结骨架中)Ni(NO3)2浸渍密度1.62-1.65g/c㎡，含3%-5%Co(NO3)2增重[(1.72-1.80)±0.007]g/cm2 2.1.6浸渍后的电极用电化学充/放电工艺进行预活化2.1.7逆向水洗2.1.8烘干(75℃)2.1.9电极软化(成型厚0.58±0.05mm)2.1.10极耳点焊主要设计参数：纤维镍骨架的强度和孔径氢氧化镍活性物质的化学组成活性物质的载入有害物质(硝酸盐、碳酸盐等)的含量2.2涂膏式2.2.1泡沫镍基板制备用电沉积或化学蒸汽沉积工艺。
镍氢储能电池制备工艺 项目指南
镍氢储能电池制备工艺项目指南《镍氢储能电池制备工艺项目指南》
嘿，朋友们！今天咱就来聊聊镍氢储能电池制备工艺这个超有意思的事儿。
咱先说说这制备的第一步吧，就像咱做饭得先准备好食材一样。
这里面的材料选择那可太关键了，就好比我有次在家做蛋糕，选面粉的时候没注意，拿了过期的面粉，结果那蛋糕做出来，简直没法吃！所以啊，在镍氢储能电池制备里，材料可得精挑细选，可不能有丝毫马虎。
然后就是具体的制作过程啦，这就像是搭积木，每一步都得稳稳当当的。
温度啦、时间啦、各种条件都得控制得恰到好处。
我记得有一次我做手工模型，有个步骤没做好，后面整个就歪七扭八的。
这镍氢储能电池制备也是一样，一步错可能就满盘皆输哦。
还有啊，安全问题也绝对不能忽视。
这就好像我们过马路要左右看一样，得时刻保持警惕。
在制备过程中，稍有不慎可能就会出问题，那可就麻烦大了。
总之，镍氢储能电池制备工艺可不是一件简单的事儿，但只要我们认真对待，每一步都做到位，就一定能做出高质量的镍氢储能电池！这就是我对这个项目的看法，大家一起加油干吧！。
镍氢电池设计与制造工艺
MH NiOOH M Ni(OH )2
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
工作原理（过放电）
2 H O 2 e H 2 OH 氢氧化镍电极（正极） 2 2
吸氢电极（负极）
H 2 2OH 2e 2H 2O
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
正极
焊点：（约4～8个) 正极物质：球镍+亚钴+PTFE
正极基体：发泡镍（约1.6--1.7mm厚)，或冲孔镀镍 （0.06--0.08mm厚） 正极集流体：镍带（约0.1mm厚）
钢带
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
结构
由氢氧化镍正极，储氢合金 负极，隔膜纸，电解液，钢壳 ，顶盖，密封圈等组成。在圆 柱形电池中，正负极用隔膜纸 分开卷绕在一起，然后密封在 钢壳中的。在方形电池中，正 负极由隔膜纸分开后叠成层状 密封在钢壳中。
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
结构
正极: 活性物质（Ni（OH）2) 、溶剂、粘结剂、基体 。
剂、溶剂、导电剂、基体
、导电剂
粘合
负极： 活性物质（储氢合金粉)、 隔膜：PP+PE 电解液：KOH+LiOH 外壳：钢壳、盖帽、极耳
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
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第五章 镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池_精品文档
二、镍氢电池类型 高压镍氢电池；低压镍氢电池
(-)Pt,H2KOH或NaOH NiOOH(+)
镍氢电池充电特性
第二阶段 经过一定时间后（C点），电解液中开始产生气泡，这些气泡聚集在极板表面，使极板的有效面积减小，所以电池的内阻抗增加，电池电压开始较快上升。这是接近充足电的信号。
镍氢电池充电特性
第三阶段 充足电后，充入电池的电流不是转换为电池的贮能，而是在正极板上产生氧气。氧气是由于电解液电解而产生的。在氢氧化钾和水组成的电解液中，氢氧离子变成氧、水和自由电子，反应式为 4OH―→O2↑+2H2O+4e― 虽然电解液产生的氧气能很快在负极板表面的电解液中复合，但是电池的温度仍显著升高。此外由于充电电流用来产生氧气，所以电池内的压力也升高。 由于从大量的氢氧离子中很容易分解出氧气，所以电池内的温度急剧上升，这样就使电池电压下降。因此电池电压曲线出现峰值（D点）。
3 镍氢电池的充放电特性
镍氢电池不同温度下的放电曲线
镍氢电池不同温度充电曲线
由图看出，环境温度越高，充电电压越低.
镍氢电池不同电流充电特性
由图看出，在较高电流充电后期必然出现充电电压下降和温度上升的现象，由此可以作为快速充电的控制方法，即用—ΔV和t控制；电流越大，充电电压越高.
镍氢电池IEC容量测试方法
镍氢电池开路电压：1.2V
镍氢各型号电池尺寸(圆柱型)与容量
系列
光身直径
标准高度(mm)
尖头高度(mm)
镍氢电池制作工艺
Ⅱ. ㈠.发泡端面焊电池正极制片检验流程准备物料↓↓QC08 粘贴尺寸正极合浆↓粘贴外观↓称重分级（根据实际增减）↓QC01 粘合剂粘度↓QC09 极片分级↓扫粉发泡电极滚焊镍带↓批次验收↓滚焊位置↓QC10 极片尺寸↓QC02 外观、质量↓极片外观正极拉浆↓极片分级↓拉浆增重入库↓QC03 拉浆外观↓烘干温度正极裁大片↓QC04 裁片尺寸↓裁切外观清理白边↓QC05 极片外观极片复压↓QC06 极片厚度极片分切↓QC07 极片尺寸↓极片外观粘胶布上流程为镉镍电池发泡端面焊正极制片的流程。
发泡镍连续滚焊镍带的操作及注意事项：根据极带试拉情况调节发泡镍预压厚度，滚焊预压厚度比拉浆镍带厚0.01～0.03mm滚焊外观：无虚焊，焊偏焊连等不良现象发泡镍拉浆操作及注意事项：核对项目：核对所用物料，发泡镍和亚镍是否经检验合格，并记录其产地及检验批号拉浆增重：将滚焊好的发泡镍拉浆后经压片之后切成工艺规定极片成品尺寸，称其增重是否复合工艺技术标准。
计算式：成品极片增重=（大片极片重量-大片骨架重量-下脚料重量）/片数拉浆外观：目视拉浆后极带表面是否有浆斑、刮痕、发黄等不良现象烘干温度：检查哥烘干温度表实际温度值是否符合工艺规定的炉温控制标准极片含水量：去定长的极片在95~105℃烘箱中保温15m in，极片含水量=（烘干前极片重-烘干后极片重）/烘干前重*100％拉浆走速：在极带出烘箱时做一标记，并开始计时，一分钟后再做一标记，量取两标记间的距离即可得到走速，走速=距离/时间（1m in）⒋切大片操作要求及注意事项：尺寸：长度和宽度符合工艺尺寸要求外观：切口无毛刺、劈峰、翻遍、折角，品质控制⒌大片复压操作及注意事项：将切好的大片再复压一遍确保达到工艺要求，复压时应一次一片，不能重叠⒍发泡端面焊正极分切的操作及注意事项：定刀：按工艺要求确定两边长度和单位长度，以及宽度分切尺寸和成品宽度尺寸。
极片自由下落距离不得超过15cm。
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5.2 镍氢电池关键电极材料设计与制造工艺
典型Ni/MH负极材料及特征
合金类型 AB5 AB2 AB A2B 固溶体 典型氢化物 LaNi5H6 ZrMn2H3 TiFeH2 Mg2NiH4 V0.8Ti0.2H0.8 吸氢质量 /% 1.3 1.8 2.0 3.6 3.8 电化学容量 mAh/g 348 482 536 965 1018 330 420 350 500 500
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负极
负极基体：铜网、钢网（约 0.22~0.32mm厚) 负极物质：MH+HPMC+SBR 钢带（约0.04~0.08mm厚)
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隔膜
材质：维尼纶或者 PP（聚丙烯） 或者尼龙 厚度：一般为0.10～0.18mm
过放电时，电池总反应的净结果为零，由于在正极上产生的 氢气会在负极上新化合，同样也保持了电池体系的稳定。
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
工作原理（过充电）
OH 4e 2 H 2 O O2 氢氧化镍电极（正极）
吸氢电极（负极）
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5.2 镍氢电池关键电极材料设计与制造工艺
对于理想的金属储氢材料应具备以下条件：
（1)合金贮氢容量高，不小于1wt%； （2）吸放氢电催化活性好, （3）在氢的阳极氧化电位范围内应具有较强的抗氧化能力; （4）在强碱性电解质溶液中，化学性质相对稳定; （5）反复充放电过程中，合金不易粉化; （6）充放电效率高; （7）循环使用寿命长； （8）具有良好的电和热的传导性; （9) 原材料成本低廉。
MH NiOOH M Ni(OH ) 2
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
工作原理（过放电）
2 H O 2 e H 2 OH 氢氧化镍电极（正极） 2 2
吸氢电极（负极）
H 2 2OH 2e 2 H 2 O
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发明人
Stanford Ovshinsky
Stanford Ovshinsky 可能并不是家喻户晓的名字，但确是改变历史的人， 他发明的镍金属氢化物电池已经改变了我们的生活。在他 50 年的工作生 涯中，共为美国提供了400多项技术专利，涵盖镍 Stanford Ovshinsky 氢电池，氢燃料电池，和薄膜太阳能电池等各方面。 1960年，斯坦福和他的妻子艾丽斯成立了能量转化设备公司（ECD），专 门致力于开发能源相关的东西，而所有的产品都被关于Ovonics的标签。 当然，在斯坦福所有的发明中，最优秀的莫过于镍氢反应电池。这是一 款可用于为混合型汽车充电的便携电池，同时它也非常地环保。通用EV1 汽车就采用了这种电池。
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点 工作原理
电解质 主要为KOH作电解液（电解质7moL/L KOH+15g/L LiOH） 充电时 正极反应：Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e负极反应：M + H2O + e- → MH + OH总反应：M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH 放电时 正极：NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH负极：MH + OH- → M + H2O + e总反应：MH + NiOOH → M + Ni(OH)2 以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。 最常用储氢合金为LaNi5。
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
特性
① 电压 = 1.2V ② 能量∕重量 = 60-120 Wh/kg（瓦特小时/千克） ③ 能量∕体积 = 140-300 Wh/L（瓦特小时/升）即 504-1188kJ/kg（千焦耳/千克） ④ 功率∕重量 = 250-1000 W/kg ⑤ 自放电率 = 一般为每月 2-30%，见温度而定， 低自放电型号为每年10-30% ⑥ 充放电效率 = 66% ⑦ 充放电循环次数 = 500 -1800次
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5.2 镍氢电池关键电极材料设计与制造工艺
镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。 用在镍氢电池的制造上，它们主要分为两大类。最常见的是AB5一类， A是稀土元素的混合物（或者）再加上钛（Ti）；B则是镍（Ni）、钴 （Co）、锰（Mn），（或者）还有铝（Al）。而一些高容量电池的 “含多种成分”的电极则主要由AB2构成，这里的A则是钛（Ti）或者 钒（V），B则是锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴 （Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。所有这些化合物扮演的都是相 同的角色：可逆地形成金属氢化物。电池充电时，氢氧化钾（KOH） 电解液中的氢离子（H+）会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避 免形成氢气（H2），以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时， 这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。
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正极
焊点：（约4～8个) 正极物质：球镍+亚钴+PTFE
正极基体：发泡镍（约1.6--1.7mm厚)，或冲孔镀镍 （0.06--0.08mm厚） 正极集流体：镍带（约0.1mm厚）
钢带
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电解液
性质：
无色透明液体，具有较强腐蚀性。
应用：
主要用于可充电镍氢电池的电解液。
规格：
溶质组成 KOH:LiOH:NaOH =40:1:3 （重 量比） 溶剂组成 ：水 OH-浓度 7mol/l
H 2 O O2 4e 4OH
氢氧化镍电极全充电态时产生的氧气，经过扩散在负极上 重新化合为水。既保持了电池内压的恒定，同时又使电液 浓度不致发生巨大变化。
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点 工作原理
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
氢镍电池采取恒电流充电方式充电，根据电池对电流的接受
能力可采用不同的电流对电池充电，充电过程中无需对电池单体 的电压进行限制，同时，可以实现快速充电。
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镍氢电池
镍氢电池的设计源於镍镉电池，但在改善镍镉电池的记忆效应上， 有极大的进展。其主要的改变，在以储氢合金取代负极原来使用之镉， 因此镍氢电池说是材料革新的典型代表。 1982 年美国 OVONIC 公司请求储氢合金用於电极制造之专利 ,使 得此一材料受到重视,继之为 1985 年荷兰飞利浦公司突破了储氢合金 在充放电过程中容量衰减的问题，终使镍氢电池脱颖而出。目前在日 本有 8 家以上镍氢电池制造厂，德国，美国，香港，台湾亦有镍氢电 池生产,市场反应良好。而且镍氢电池所造成之污染，会比含有镉之镍 镉电池小很多，因此，目前镍镉电池已逐渐被镍氢电池取代。
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5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
工作原理
() MHx KOH (6M ) NiOOH ()
氢氧化镍电极（正极）：NiOOH H 2O e Ni(OH ) 2 OH
吸氢电极（负极）：
电池池总反应：
MH OH e M H 2O
镍氢各型号电池尺寸(圆柱型)与容量
系列 AAAA AAA 光身直径 8.2 10.0 10.1 13.9 标准高度 (mm) 40.0 43.0 43.0 49.0 44.5-0.5 尖头高度(mm) 容量范围(mAh) 300以下 700以下 1000以下 1500以下
AA A SC C D F
14.1
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
结构
正极: 活性物质（Ni（OH）2) 、溶剂、粘结剂、基体 。
剂、溶剂、导电剂、基体
、导电剂
粘合
负极： 活性物质（储氢合金粉)、 隔膜：PP+PE 电解液：KOH+LiOH 外壳：钢壳、盖帽、极耳
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
优点:
1. 2. 3. 4. 5. 能量密度高，是镍镉电他的1.5倍； 电池电压为1．2v—1．3v，与镍镉电池相当； 无记忆效应，循环寿命长 ； 可大电流放电，承受过充电、过放电能力强 ； 无污染，绿色环保电池 。
缺点:
1. 价格高于镍镉电池，负极材料为稀土合金材料； 2. 自放电速度大。
5.1 镍氢电池的工作原理、结构与特点
结构
由氢氧化镍正极，储氢合金 负极，隔膜纸，电解液，钢壳 ，顶盖，密封圈等组成。在圆 柱形电池中，正负极用隔膜纸 分开卷绕在一起，然后密封在 钢壳中的。在方形电池中，正 负极由隔膜纸分开后叠成层状 密封在钢壳中。
《化学电源设计与制造工艺学》-第五章 镍氢电池设计与制造工艺
镍氢电池应用
动力电池
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镍氢电池型号尺寸