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1、镍氢电池材料 随着现代电子和通信技术的发展，对可充电蓄电池的需求量越来越大，性能要求越来越高，人们迫切要求得到一种具有高容量、长循环寿命、无毒副作用和廉价的可充电蓄电池。最初使用的可充电电池主要以铅酸和镍-镉电池为主，但它们均存在着容量低和环境污染问题。因此急需开发高容量、具有良好综合性能、无环境污染的二次充电电池，开发这种高性能电池是建立在这种高性能材料的基础上的。 1969年，荷兰飞利浦公司的研究人员发现金属间化合物LaNi5在室温下具有大量可逆吸放氢气的特性，从而引发了科研工作者对这类材料的深入研究。由于储氢合金在电化学吸放氢过程中无电极消耗、无环境污染、因此Ni-MH电池的应用被竞相开
2、发在各领域中应用，成为发展新一代可充电电池的重点研究对象。1970年E.W.Justi等首先用LaNi5储氢材料来制作可逆氢电极，但由于在合金表面形成了氧化物钝化膜及随后合金分解成La（OH）3和Ni使合金容量显著下降，电极的循环寿命很短。1984年Willem发现用Co替代部分Ni虽然会使LaNi5的容量下降，但循环寿命会显著提高，并通过研究得到了具有长循环寿命的La0.8Nd0.2Co2.4Si0.1合金，其1000次循环后的容量下降只有30%。这些研究结果促进了在合金替换和制造工艺方面的广泛研究。在这些研究的基础上，镍氢电池于1988年进入实用化阶段，Ni-MH电池是继镍镉电池之后的新一
3、代高能二次电池。 作为新型镍氢电池其工作原理如下图所示。充电时，在外电流的作用下，正极Ni（OH）2脱出H+，Ni+2氧化成Ni+3，Ni（OH）2转变为NiOOH。脱出H+通过电解质溶液进入负极与电子结合成为氢原子，并与负极的储氢合金结合成为金属氢化物。放电时，金属氢化物中的氢原子释放出点子转变为H+并从金属氢化物脱出，脱出的H+通过电解质溶液进入正极与NiOOH反应形成Ni（OH）2。1. 正极材料 镍氢电池的正极活性材料为Ni（OH）2。Ni（OH）2有、两种晶型。是层间含有水分子的Ni（OH）2，- Ni（OH）2是不含层间水，其晶体结构均属于六方晶系。 - Ni（OH）2在碱性溶液中
4、不稳定，会转变为- Ni（OH）2。 Ni（OH）2和NiOOH之间有两个可逆体系，即- Ni（OH）2/-NiOOH和- Ni（OH）2/-NiOOH体系。到目前为止，研究最多的是- Ni（OH）2/-NiOOH体系。该体系充放电过程中体积变化较小，具有较好的体积稳定性和良好的电化学性能。该体系的缺点是充电后期析氧严重，充电效率低，并且过充时生成的-NiOOH会导致电极的膨胀，引起活性物质的脱落，影响电池寿命。此外- Ni（OH）2/-NiOOH体系的理论容量较低，只有289mAh/g。- Ni（OH）2/-NiOOH体系的理论容量可达480 mAh/g。虽然- Ni（OH）2在碱性溶液中不
5、稳定，但掺杂的- Ni（OH）2稳定性有很大的提高，给镍氢电池的发展带来了希望，目前已经成为一个热门的研究方向。 泡沫镍是20世纪80年代初出现的一种新型功能材料。目前最直接的用途是作为镍系列电池，包括金属氢化物-镍电池、镉镍电池、锌镍电池的正极集流体和活性物质的载体，是镍电池的关键材料。泡沫镍的出现，革新了镍系列电池传统的烧结式生产工艺，开发出了一种填充式的极板制造新技术，并逐渐演变成泡沫镍独有的湿法拉浆和干填粉两种生产模式。泡沫镍是一种三维网状的高纯度镍材，材料中不纯物总量在30010-6以下。电池用泡沫镍呈卷形带状，根据电池生产线的要求长度在150300m,宽度在1001000mm,厚度
6、在13mm之间选择。泡沫镍的密度，称之为面密度，即泡沫镍的质量，一般在250600g/m2之间。2. 负极材料 镍氢电池的负极材料主要是储氢合金材料。用作镍氢电池负极活性材料的储氢合金应满足一下条件：1）电化学储氢容量高，在较宽的温度范围内不发生太大的变化。在电池工作温度范围内（-20+60），储氢合金具有合适的氢平衡分解压，对氢的阳极极化具有良好的催化作用，同时氢化物的生成热H要小于62.78kJ；2）抗氧化能力强，在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗阳极氧化能力；3）对话性高，反应阻力小，氢扩散速率大，电极反应的可逆性好，初期活化所需次数少；4）在碱性电解质溶液中化学稳定性好，合
7、金组分的化学性质相对稳定；5）反复充放电过程中合金不易粉化，制成的电极能保持形状稳定，寿命长；6）具有良好的电、热传导性；7）原材料成本低廉。目前用于新型镍氢电池负极的储氢合金材料，其主要成分MmNi5型稀土金属间化合物，其中Mm（主要有镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd等稀土元素组成的混合物）所占重量比为33%左右，并且镧和铈在混合稀土中的总含量占到80%（质量分数）左右。3. 隔膜材料 隔膜是构成电池的基本材料之一。为了提高电池的比容量和比能量、降低电池的内阻，需要尽量减小正负电极之间的距离。电池隔膜置于正负电极之间，起到既可以使两电极尽量靠近又可避免正负极活性物质接触短路的作用。好的镍氢电池隔膜要求电子绝缘、高度离子导电、薄而均匀、力学强度好、耐强碱和电化学稳定性好。镍氢电池使用高浓度氢氧化钾水溶液做电解液，则使用经亲水化处理的尼龙无纺布或聚丙烯无纺布作隔膜。 国内用的大多数是德国FS系列、英国Scimat、美国的等。
