第五章镉-镍蓄电池
镉镍蓄电池介绍
使用环境温度：-40℃～60℃
二、蓄电池参数
（六）、温度对蓄电池影响
高温：高温对蓄电池充电效率及蓄电池寿命有影响， 当蓄电池的温度为35℃时，充放电循环次数约为25℃ 时的4/5；当蓄电池的温度为40℃时，充放电循环次 数约为25℃时的3/4；当蓄电池的温度为50℃时，充 放电循环次数约为25℃时的1/2。
放电电流：放电时的电流大小，一般常用“倍率”表示， 数值上等于额定容量的倍数。
根据输出功率的不同分为超高倍率、高倍率、中倍率和 低倍率蓄电池。
二、蓄电池参数
（四）、内阻 蓄电池的包括欧姆内阻和电化学反应时表现出的极化电
阻两部分 ，与蓄电池结构、环境温度、荷电状态有关，因此 很难定义和准确地测量出内阻。
氧化镉〔Cd（OH）2〕，而在充电时则得到电子，发生还原 反应，又生成金属镉，反应式为：
放电
负极： Cd + 2OH－
Cd（OH）2 + 2e
充电
蓄电池的总反应式：
放电
Cd + 2NiOOH + 2H2O ）2
2Ni（OH）2 + Cd（OH
充电
一、镉镍蓄电池原理和结构
在蓄电池被充满电后，即全充电态时，如果继续进行充 电则处于过充电状态，此时充电电流会使电解液中的水电解 ，正极上析出氧气（O2），负极上析出氢气（H2），反应式 为：
镉镍蓄电池介绍
一、镉镍蓄电池原理和结构
（一）、原理
镉镍蓄电池在充电过程中，镉镍蓄电池能够把电能转变 为化学能储存起来，使用时蓄电池把储存的化学能再转变为 电能，两者的转变是可逆的，即蓄电池能够进行充电与放电 的循环过程。
第五章镉-镍蓄电池知识讲解
成电极基板，浸渍活性物质烘干。烧结式电极强度高，孔隙率
高，可以大电流、高倍率放电，寿命长，工艺复杂，成本较高。
发泡式电极：发泡镍电极是将泡末塑料进行化学镀镍，高温碳 化后得到多孔网状镍基体，将活性物质填充在镍网上，经轧制 成泡沫电极。泡沫镍电极孔隙率高(90％以上)，真实表面积大， 电极放电容量大，电极柔软性好，适合作卷绕式电极的圆筒形 电池。目前主要用于氢-镍和镉-镍电池。 纤维式电极：是以纤维镍毡状物作基体，向基体孔隙中填充活 性物质，电极基体孔隙率达93％～99％，具有高比容量和高活 性。电极制造工艺简单，成本低，但镍纤维易造成电池正、负 极短路，自放电大，目前尚未大量应用。
– 在较高的过电位下镉电极将发生钝化；金属表 面产生一层很薄的CdO钝化膜
–放电电流密度太大、温度较低、电解液浓度较 低时，易引起镉的钝化。
– 充放电循环过程中镉的重结晶使镉电极真实 表面积不断收缩， 极化增大，导致发生钝化 --主要钝化因素。
– 防止钝化： 加入表面活性剂或其他添加剂，实际生产中加入苏拉 油或25号变压器油，起分散作用，阻止海绵镉结晶时 聚集和收缩
➢添加剂LiOH的作用：
①Li+吸附在活性物质颗粒表面，阻止晶体颗粒长大聚结； ②提高氧在正极上的析出过电位。
若加量过多，Li+离子可进入活性物质晶格中，形成 一种电化学隋性的化合物—镍酸理(LiNiO2)，使电化学 反应变得困难。
➢ 其它添加剂的影响：
① Ba、Co等对氧化镍电极起活化作用 ② Mg、Fe、Ca、SiO2等对氧化镍电极起毒化作用 ③ Ca对镉电极有毒化作用
同样由于固相扩散速率很小, 引起较大的浓 差极化，氧化镍电极的利用率受到限制。
镉镍蓄电池课件
镉镍蓄电池课件xx年xx月xx日•镉镍蓄电池概述•镉镍蓄电池的构造与原理•镉镍蓄电池的性能指标与测试•镉镍蓄电池的应用领域与市场前景目•镉镍蓄电池的安全使用与维护保养•镉镍蓄电池的发展趋势与挑战录01镉镍蓄电池概述镉镍蓄电池是一种二次电池，它是由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等组成的。
镉镍蓄电池的正极材料是氢氧化镍，负极材料是海绵状镉，电解质是氢氧化钾溶液。
镉镍蓄电池的定义镉镍蓄电池的特点镉镍蓄电池具有较高的能量密度，这意味着在相同的重量下，它可以存储更多的电能。
高能量密度长寿命环保安全镉镍蓄电池的寿命较长，可以满足各种应用的需求。
镉镍蓄电池中的镉和镍都是环保的，不会对环境造成太大的污染。
镉镍蓄电池的安全性较高，不会因为过充、过放或短路等操作而产生危险。
镉镍蓄电池的发展历程镉镍蓄电池开始出现，并逐渐被应用于各种领域。
20世纪初随着电动汽车的兴起，镉镍蓄电池开始被广泛应用于汽车领域。
20世纪60年代随着电子技术的发展，镉镍蓄电池开始被广泛应用于各种电子设备中。
20世纪80年代随着环保意识的提高，镉镍蓄电池开始被广泛应用于绿色能源领域。
21世纪初02镉镍蓄电池的构造与原理由氧化镍粉、氢氧化镍、活性炭和凝胶剂等材料混合制成。
正极由镉粉、氢氧化镍、炭黑和凝胶剂等材料混合制成。
负极通常由聚乙烯或聚丙烯制成，用于隔离正负极，防止短路。
隔膜通常由镍合金或不锈钢制成，用于容纳正负极和电解液。
电池外壳镉镍蓄电池的内部结构在充电时，正极材料中的氧化镍被还原成金属镍，同时释放出电子，通过导线传输到正极。
在负极上，镉粉被氧化成镉离子，同时吸收电子，也通过导线传输到负极。
此时，正负极之间产生电势差，这个电势差是电池储存电能的原因。
放电过程在放电时，正负极上的电子通过导线释放出来，供给外部电路使用。
同时，正极和负极上的金属镍和镉离子分别还原成金属单质，附着在电极表面。
这个过程就是电池放电的过程。
充电过程镉镍蓄电池的工作原理VS镉镍蓄电池的材料要求要求具有高电导率、良好的化学稳定性和耐腐蚀性。
谈镉镍蓄电池构造与充放电特性
谈镉镍蓄电池构造与充放电特性发布时间：2022-05-13T03:28:14.790Z 来源：《福光技术》2022年10期作者：王隽祎1 张旭2 李字霞3[导读] 镉镍蓄电池按照所能承受放电电流的能力，镉镍蓄电池可以分为中倍率、高倍率和超高倍率三种。
1东北电力大学吉林 1320122. 3国网哈尔滨供电公司黑龙江哈尔滨 150010摘要：镉镍蓄电池具有体积小，寿命长，耐过充放电、高低温性能好，可以超高倍率放电及维护方便等优点，得到了广泛的应用。
在大中型发电厂输煤系统中常用镉镍蓄电池直流系统，设置一组蓄电池配置两套充电器，其中一套工作，另一套备用。
本文论述镉镍蓄电池基本构造与充放电特性等。
关键词：镉镍蓄电池；构造；充电；放电；特性1镉镍蓄电池分类及特点镉镍蓄电池按照所能承受放电电流的能力，镉镍蓄电池可以分为中倍率、高倍率和超高倍率三种。
镉镍蓄电池放电持续时间为0.5s的冲击负载电流，中倍率型的镉镍蓄电池不小于0.5～3.5C5A，高倍率型镉镍蓄电池不小于7C5A，超高倍率型镉镍蓄电池大于7C5A。
超高倍率型镉镍蓄电池的内阻小，瞬时放电倍率高达20～30。
某些电厂输煤直流系统中使用的镉镍蓄电池，一般采用中倍率型。
镉镍蓄电池具有体积小，寿命长、产生腐蚀性气体少等特点。
2镉镍蓄电池材料组成和基本构造镉镍蓄电池的正极板材料多为镍的氧化物或氢氧化物，负极板材料主要采用镉加少量铁粉，正、负极板之间的隔膜一般为热塑性材料注射成的栅状板。
镉镍蓄电池的外壳（容器）有铁质外壳和塑料外壳两种。
铁质外壳由优质钢板经冲压、焊接、镀镍而成。
塑料外壳由具有较高机械强度、耐老化、耐腐蚀的透明或半透明的塑料注射而成。
镉镍蓄电池的容器盖上设有带自动排气阀的注射孔，为防止锈蚀，极柱、螺母等连接用的金属零件都是镀镍的；电解液多为氢氧化钾或氢氧化钠，故镉镍蓄电池是一种碱性蓄电池。
镉镍蓄电池按正、负极板的制造工艺分为压接式和烧结式等；按照使用要求分为开启式和密封式，但原理相同。
镉镍蓄电池工作原理
镉镍蓄电池工作原理
镉镍蓄电池是一种可充电电池，其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 充电：当外部直流电源连接到蓄电池时，正极的氢氧化镉（Cd(OH)2）会被还原成金属镉（Cd），同时负极的氢氧化镍（Ni(OH)2）会被氧化成氢氧化镍（NiOOH）。
2. 放电：当需要使用电能时，蓄电池会被连接到负荷电路，正负极之间产生电流。
在放电过程中，金属镉正极的镉被氧化成氢氧化镉，而氢氧化镍负极的氢氧化镍会被还原成氢氧化镍。
3. 反应：在充放电过程中，氢氧化镍和氢氧化镉之间的离子交换反应是主要的电化学反应。
在放电过程中，氢氧化镉负极释放氢离子（H+）到电解质中，同时氧化镍正极吸收电解质中的氢离子，并产生水。
在充电过程中，这些反应逆转，氢氧化镉正极吸收氢离子，氧化镍负极释放氢离子。
4. 电解质：电解质通常是氢氧化钠（NaOH）溶液，它提供了离子传输的媒介，同时参与了反应过程中的离子交换。
通过反复的充放电过程，镉镍蓄电池能够实现电能的储存与释放，以满足电力需求。
第五讲镍镉电池..
2、氧化镍的晶型 α-Ni(OH)2、γNiOOH 密度差别小，减 轻了电极的膨胀，变形。 实际使用中应控制电极在β－Ni(OH)2,
β－NiOOH。
3.Ni(OH)2材料的制备 制备方法主要有三种： 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）采用有限电解液及有良好吸液和透气性
的隔膜
电解液少，内阻大，电解液多，不利于氧
气向镉电极的扩散。
4）电池设计采用安全排气阀，当电池内部 的气体压力高于设定值时，打开出气孔， 让气体排出去，防止电池气涨爆炸。
七、镍镉电池分类
按电极的结构和制造工艺分：
1.有极板盒式：包括袋式、管式等． 有极板盒式电极是将正负极活性 物质填在穿孔的镀镍钢带做成的袋式 或管式壳子里。广泛使用在5Ah～ 1000Ah容量的蓄电池里。
此时电极内部仍存在Ni(OH)2。
三、镍镉（NiCd)电池的成流反应
NiCd电池负极：Cd 正极： NiOOH三价镍的氢氧化物 负极反应： Cd+2 OH-→Cd(OH)2+2e 正极反应： NiOOH+H2+e→ Ni(OH)2+OH－
在充放电时总反应: 2NiOOH+Cd+2 H2O→ 2 Ni(OH)2+ Cd(OH)2 在放电过程中，电解液将失水;在充电过程中， 生成水，因此对于电解液量要加以控制。
溶液中OH-离子连续向电极表面扩散。
因此，电级反应速度不会受到明显影
响，镉电极的放电深度较大，活性物
质利用率较高。
如果到了镉的钝化电位，反应就不 一样了．这时将在金属表面上生成很薄 的一层钝化膜．这层膜一船认为是CdO。 如果放电电流密度太大，温度太低，碱 液浓度低，都容易引起镉电极钝化。 很明显，镉电级的放电容量、或活 性物质利用率会受到镉在溶液中钝化程 度的限制。
镉镍电池 文档
镉镍电池镉镍电池 (nickel-cadmium battery) 是指采用金属镉作负极活性物质，氢氧化镍作正极活性物质的碱镍镉电池性蓄电池。
正、负极材料分别填充在穿孔的附镍钢带（或镍带）中，经拉浆、滚压、烧结、化成或涂膏、烘干、压片等方法制成极板；用聚酰胺非织布等材料作隔离层；用氢氧化钾水溶液作电解质溶液；电极经卷绕或叠合组装在塑料或镀镍钢壳内。
镉镍电池标称电压为1.2V，有圆柱密封式（KR）、扣式（KB）、方形密封式（KC）等多种类型。
具有使用温度范围宽、循环和贮存寿命长、能以较大电流放电等特点，但存在“记忆”效应，常因规律性的不正确使用造成电性能下降。
镉镍电池的电池表达式为：(-)Cd︱KOH(NaOH)︱NiOOH(+)电池反应为：放电时：Cd+NiOOH+H2O→Ni(OH)2+Cd(OH)2充电时：Ni(OH)2+Cd(OH)2→Cd+NiOOH+H2O大型袋式和开口式镉镍电池主要用于铁路机车、矿山、装甲车辆、飞机发动机等作起动或应急电源。
圆柱密封式镉镍电池主要用于电动工具、剃须器等便携式电器。
小型扣式镉镍电池主要用于小电流、低倍率放电的无绳电话、电动玩具等。
由于废弃镉镍电池对环境的污染，该系列的电池将逐渐被性能更好的金属氢化物镍电池所取代。
可控硅整流器可控硅整流器：是一种以晶闸管（电力电子功率器件）为基础，以智能数字控制电路为核心的电源功率控制电器。
具有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多优点。
“NX70系列晶闸管整流器”通过对电压、电流和功率的精确控制，从而实现精密控温。
并且凭借其先进的数字控制算法，优化了电能使用效率。
对节约电能起了重要作用。
硅整流发电机硅整流发电机是以内燃机为动力的工程建设机械的主要电源，在内燃机正常工作时，它要向机械的用电设备供电，还将多余的电能向蓄电池充电，以保证蓄电池总是处在充满电的状态。
硅整流就是利用可控硅整流元件：一种大功率硅半导体器件，又叫晶闸管，英文缩写SCR，它具有同半导体二极管相似的单向导电特性，但它的导通可控制，所以说它是具有可控的单向导电特性的整流元件。
镉镍蓄电池课件
镉镍蓄电池的寿命较长，可以 多次循环使用。
环保
镉镍蓄电池不含有有毒物质， 对环境友好。
经济性
虽然镉镍蓄电池的价格较高， 但其长寿命和环保特点使得其
具有较好的经济性。
02
镉镍蓄电池的构造与组成
电池外壳与电解液
电池外壳
通常由不锈钢制成，用于容纳和 保护电池内部组件。
电解液
通常由氢氧化钾或氢氧化锂与蒸 馏水混合而成，用于在电池中传 递电荷。
镉镍蓄电池的安全使用注意事项
正确充电
使用推荐的充电设备，按照充电指南 进行充电，避免过度充电导致电池损 坏或爆炸。
避免短路
在操作过程中避免电池正负极直接接 触，防止短路现象导致电池损坏或燃 烧。
远离明火
将镉镍蓄电池存放在远离明火、高温 和易燃物品的地方，防止火灾风险。
定期检查
定期检查电池外观、充电状态和功能 ，及时发现和处理电池故障或异常情 况。
镉镍蓄电池的维护保养方法与周期安排
定期充电
电量监测
按照使用说明或推荐的时间表定期为镉镍 蓄电池充电，以保持电池的正常功能和寿 命。
定期检查电池的电量水平，确保其在正常 范围内，并根据需要调整充电次数和时间 。
清洁和维护
存储管理
定期清洁电池表面，清除灰尘、污垢和其 他杂质，以保持良好的散热性能和电气连 接。
镉镍蓄电池具有高能量密度、 长寿命和快速充电等优点，适 合用于电动汽车领域。
电动汽车领域的镉镍蓄电池应 用包括启动电池、辅助电池和 动力电池等。
镉镍蓄电池在电力存储和备用电源领域的应用
随着电力存储和备用电源市场的不断扩大，镉镍蓄电池的应用也在增加。
镉镍蓄电池具有高能量密度、长寿命和环保等优点，适合用于电力存储和备用电源 领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ni(OH)2各晶型间的转化关系
5.4、镉电极的工作原理
5.4.1 反应原理 –溶解-沉积机理 Cd+2OH- -2e → Cd(OH)2
Cd+OH- → Cd-OH吸附 + e
Cd+3OH-→Cd(OH)3- +2e Cd(OH)3- →Cd(OH)2 +OH
−
5.4.2 镉电极的钝化
– 镉电极是不易钝化的金属
氧化镍电极充电过程
– 充电时：
H+(固 )+OH-(液 )-e→H2O(液 )+W e-(固 )+W H ( + 固 ) Ni(OH)2 +OH-→NiOOH+H2O+e
– 放电时：
正极充电反应
H 2O(液 )+W H+(固 )+W e-(固 )+e→H +(固 )+OH-(液 )
NiOOH+H2O+e→Ni(OH)2+OH- 正极放电反应
之后使用的发泡镍电极骨架的镉镍电池，与烧结式电 池相比，其容量提高40％。并可快速充电，节约金属镍的 用量。
• Cd/NiOOH电池的用途
镉镍电池可用做铁路列车、 飞机、 船舶等的启动、 照明电源， 矿山 机械与矿灯电源， 电力、 电信等系统的 储备及应急电源， 广泛应用于现代军事武器及航天事业， 密封镉镍电池在便携式电子设备上应用广泛 。
E = + - =1.299+ RT lna(H2O)
F
5.3 氧化镍电极
5.3.1 氧化镍电极的反应机理
p型氧化物半导体电极, 通过电子脱离正离子后形成 的带正电荷的空穴进行导电。
电子缺陷e-（空穴）
质子缺陷H+
Ni(OH)2晶格中离子分布示意图
Ni(OH)2电极-溶液界面双电层的形成
• 发展历史
20世纪30年代以前, 主要是极板盒式电池 20世纪30年代, 研制出烧结式电池 20世纪40年代, 研制出密封Cd/NiOOH蓄电池
20世纪80年代, 研制成纤维式、发泡式Cd/NiOOH电池
电极的成型方法：
管(盒)式电极是将配制好的电极粉料加入表面有微孔的管或盒中， 镉-镍电池利用盒式电极。此类电极不易掉粉，电池寿命长。 烧结式电极将电极粉料加压成型，经高温烧结处理，也可烧结 成电极基板，浸渍活性物质烘干。烧结式电极强度高，孔隙率 高，可以大电流、高倍率放电，寿命长，工艺复杂，成本较高。 发泡式电极：发泡镍电极是将泡末塑料进行化学镀镍，高温碳 化后得到多孔网状镍基体，将活性物质填充在镍网上，经轧制 成泡沫电极。泡沫镍电极孔隙率高(90％以上)，真实表面积大， 电极放电容量大，电极柔软性好，适合作卷绕式电极的圆筒形 电池。目前主要用于氢-镍和镉-镍电池。 纤维式电极：是以纤维镍毡状物作基体，向基体孔隙中填充活 性物质，电极基体孔隙率达93％～99％，具有高比容量和高活 性。电极制造工艺简单，成本低，但镍纤维易造成电池正、负 极短路，自放电大，目前尚未大量应用。
• 性能特点：
正极的活性物质为羟基氧化镍，为增加导电性，在 羟基氧化镍中添加添加剂。
负极活性物质为海绵状金属镉，装在带孔的镀镍极 板盒中或烧结在基体上。 电解液是KOH溶液，在密度约1.30g/cm3时电导率最大 开路电压为1.38V，工作电压为1.25V左右，充电到 1.40-1.45V截止。该蓄电池不需维护，携带方便。放电 电压平稳。在常温下循环次数可达1000-2000次。
第四章 镉镍蓄电池
吕京美 E-mail : lvjingmei2010@ 密码： 2009electro ljm1017@ Tel: 15220507985 677985
主要内容：
– 镉镍电池概述 – 热力学原理 – 氧化镍正极 – 镉负极 – 密封镉镍电池 – 镉镍电池的性能
充电不久镍电极上就会开始析氧
4OH- → O2 +2H2O+4e
– 反应受质子在固相中的扩散速率控制
表面层中质子浓度不断下降→产生固相浓差极化
同样由于固相扩散速率很小, 引起较大的浓
差极化，氧化镍电极的利用率受到限制。
Ni(OH)2有多种晶形，作为Cd-Ni，Ni-MH电池正极材料 主要是α-Ni(OH)2和β-Ni(OH)2，两者可以发生相互转化。 在充电过程时，分别生成γ-NiOOH和β-NiOOH ，这两者 也可以发生相互转化。目前商业上使用的为β-Ni(OH)2。
5.2.2 电极电位与电动势
正极 2NiOOH+2H2O+2e → 2Ni(OH)2+2OH+ =
2(H2O)] 2F [a2(OH-) ]
负极 Cd+2OH → Cd(OH)2 +2e
=-
RT ln[a2(OH-)] (-0.809) — 2F
5.2 Cd/NiOOH蓄电池的工作原理
5.2.1 成流反应
正极 2NiOOH+2H2O+2e→2Ni(OH)2+2OH负极 Cd2++2OH → Cd(OH)2 +2e 电池反应 Cd+2NiOOH+2H2O → 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 电解质 KOH 不参加反应，只起导电作用。但由于反应 中有水参加，所以电解液量不能太少 。
– 在较高的过电位下镉电极将发生钝化；金属表 面产生一层很薄的CdO钝化膜
–放电电流密度太大、温度较低、电解液浓度较 低时，易引起镉的钝化。
– 充放电循环过程中镉的重结晶使镉电极真实 表面积不断收缩， 极化增大，导致发生钝化 --主要钝化因素。
• Cd/NiOOH电池的优缺点
优点：使用寿命长，蓄电池自放电小, 使用温度 范围广, 耐过充过放, 放电电压平稳, 机 械性能好。
缺点：活性物质利用率低, 成本较高, 负极镉有 毒, 电池长期浅充放循环时有记忆效应。
• Cd/NiOOH电池的分类
镉镍电池的电极形式有盒式、烧结式、发泡式等。配 成电池有敞开式和密封式两种，前者主要是大型高容量电 池，后者则多用于携带式仪器。烧结式密封镉镍电池已被 广泛使用。
– 镉镍电池的制作工艺
本章重点：
正极：反应机理、镍电极的特点及存在的问题 电池密封：工作原理、密封措施。
制造工艺原理：正极活性物质的制备、烧结式电极
5.1 概述
(-)Cd KOH(或NaOH) NiOOH(+)
Cd + 2NiOOH + 2H2O → 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2