目錄第一講電池的基礎知識……1
1、 電池的定義
2、 化學電池發展歷史
3、 化學電池的分類
4、 ni-mh電池的基本結構及其作用
5、 ni-mh電池的工作原理
6、 ni-mh電池的主要效能引數及其測試放法
7、 ni-mh電池的成份及成本的主要構成
8、 我司電池的命名方法
第二講電池的製造過程中的常識……5
第一講電池的基礎知識
第1節電池的定義
廣義的電池(battery)是一種將其它形式的能量直接轉換為直流電的裝置。電池按轉換能量方式分兩大類:一類是物理電池,如太陽能電池、飛輪電池;另一類是化學電池,即把化學能轉變為電能的裝置,一般又稱化學電池或化學電源。
第2節化學電池發展歷史
1、 世界上電池的發展
2023年義大利科學家伏打(volta)發明的"伏打電池"是世界上第乙個電池;
2023年法國普蘭特(plante)發明鉛酸蓄電池,這是世界上第乙個可充電電池;
2023年法國勒蘭社(leclanche)發明鋅錳溼電池(電解液為nh4cl溶液);
2023年gassner改進後製成了乾電池;
2023年瑞典的楊格納(jungner)鎘鎳蓄電池
2023年美國愛迪生(edison)研製成功鐵-鎳蓄電池;
2023年法安德烈火(andre)發明了鋅銀電池;
2023年美茹賓(ruben)研製成功鋅汞電池;
2023年出現了燃料電池(h2/o2電池);
2023年日本研製成了h2-ni電池和li電池;
2023年美國ovonic公司率先研製成功金屬氫化物鎳電池;
2023年日本sony公司li+電池商品化;
2023年li+聚合物電池問世。
2、我國電池工業的發展
2023年前,以乾電池為主,2023年,根據**軍委的指示,「一五」期間投資興建國營七五五廠,開始生產cd-ni蓄電池;2023年,天津大學試製成功mh-ni蓄電池;2023年,鋰離子電池通過鑑定。目前我國已成為世界最大的電池生產基地。
3、 電池發展方向
一次電池向綠色無汞鹼錳電池方向發展;二次電池向ni-mh、鋰離子電池方向發展;鉛酸電池向全密封免維護方向發展。
第3節化學電池的分類
化學電池按工作性質可分為:一次性電池、二次性電池、燃料電池和啟用電池。
1、一次電池
該種電池又稱為原電池,如果原電池中電解質不流動,則稱為乾電池。由於電池反應本身不可逆或可逆反應很難進行,電池放電後不能充電再用。如鹼性鋅錳電池。
2、二次電池
又稱為可充電電池,即充放電能反覆多次迴圈使用的一類電池。我們的ni-mh電池就屬於這二次電池。
3、燃料電池
該類電池又稱為連續電池,將活性物質連續注入電池,電池可連續放電。如氫-氧燃料電池。
4、啟用電池
又稱為貯備電池,這類電池的正負極活性物質在貯存期不直接接觸,使用前臨時注入電解液或用其它方法使電池啟用。如鎂-銀電池。
第4節 ni-mh電池的基本結構及其作用
鎳氫電池由四個基本部件組成:電極(正極和負極)、電解液、隔膜和外殼。電極是電池的核心:
由活性物質(參加成流反應)、導電骨架和新增劑組成;隔膜是構成電池的基本材料之一,它置於正負電極之間,起到既可以使兩電極盡量靠近又可避免正負極活性物質接觸短路的作用。要求隔膜電子絕緣、高度離子導電、厚度均勻、力學強度好、耐強鹼和電化學穩定性好;電解液:離子導電,參與電化學反應;外殼:
密封。第5節 ni-mh電池的工作原理
ni─mh電池是以金屬氫化物為負極,羥基氧化鎳電極為正極,鹼液(主要為koh)作為電解液。鎳氫電池電極發生的化學反應如下:
充電時,正極反應:ni(oh)2 + oh-→ niooh + h2o +e
負極反應:m +h2o+ e → mh +oh-
放電時,正極:niooh + h2o + e → ni(oh)2 + oh-
負極:mh + oh- → m + h2o+ e
當電池過充過放時會發生如下反應:
過充時,正極:4oh-→2h2o+o2+4e
負極:2h2o+o2+4e→4oh-
過放時,正極:2h2o+2e→h2+2oh-
負極:h2+2oh-→2h2o+2e
充電時,正極上的ni(oh)2轉變為niooh,水分子在貯氫合金負極上放電,分解出氫原子吸附在電極表面上,形成吸附態的氫原子。再擴散到貯氫合金內部與貯氫合金發生反應形成金屬氫化物。
過充電時,由於陽極上可以氧化的ni(oh)2都變成了niooh,這時oh-失去電子形成o2,o2擴散到負極,在貯氫合金的催化作用下得到電子形成oh-,也可能與負極產生的氫氣復合成水,放出熱量,使電池溫度公升高,同時也降低了電池的內壓。負極上由於貯氫合金已吸飽了氫不能再吸氫,這時,水分子在負極上放電形成h2,h2再在貯氫合金的催化作用下與正極滲透過來的氧氣復合成水。
放電時,niooh得到電子轉變為ni(oh)2,金屬氫化物內部的氫原子擴散到表面而形成吸附態的氫原子,再發生電化學反應生成貯氫合金和水。
過放電時,正極上可被還原的niooh已經消耗完了(ni-mh電池一般設計為負極過量),這時h2o便在鎳電極上還原。
第6節 ni-mh電池的主要效能引數及其測試方法
1、額定容量:在一定條件下,電池放電至終止電壓(1.0v)時放出的電量;iec標準規定mh-ni電池在20±5℃環境下,以恆電流0.
1c充電16小時後以0.2c放電至1.0v時所放出的電量為電池的額定容量。
2、內阻:指電池充放電時,電池遇到的來自電池內部的阻抗;它包括歐姆內阻和電化學反應時的極化內阻。歐姆內阻由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。
極化電阻是指電化學反應時由於極化引起的電阻,包括電化學極化和濃差極化引起的電阻。
常見的內阻測試儀都採用交流法測試電池內阻。它利用電池等效於乙個有源電阻的特點,給被測電池通以恆定交流電流(如1000hz,50ma),然後對其進行電壓取樣、整流濾波等一系列處理,精確測得電池內阻值。電池的內阻與電池測試時所處的狀態有關,充電態內阻與放電態內阻有一定的區別。
因此,在標註電池內阻時,應註明電池的荷電狀態。
3、荷電保持能力:在20±5℃環境下,以恆電流0.1c充電16小時後,在環境溫度為20±2℃的條件下開路擱置28天後(擱置期間允許短時間在20±5℃範圍內變化),在環境溫度為20±5℃的條件下以0.
2c恆流放電至終止電壓,持續放電時間不少於3小時。
4、迴圈壽命:迴圈壽命試驗前,電池應以0.2c恆流放電至終止電壓。
所有型號的電池都應在環境溫度為20±5℃的條件下面的壽命試驗。充放電應按下表中規定的條件始終以恆電池進行,試驗期間,應防止電池外殼溫度超過35℃,必要時可採取強制通風措施(注:決定電池效能的是電池的實際溫度,而不是環境溫度)。
重複1~50次迴圈,直至出現任乙個第50次迴圈的放電時間少於3h為止,這時按照第50次迴圈的規定再進行一次迴圈。
當兩個這樣的連續迴圈的持續放電時間均少於3h時,壽命試驗終止。試驗結束時,迴圈次數應不少於500次。
5、放電效能
◆20℃放電效能:在20±5℃環境下,以恆電流0.1c充電16小時,充電後電池在環境溫度為20±5℃條件下擱置1h~4h。
然後在此環境溫度下按表規定放電。放電持續時間不少於表中規定的最短持續放電時間。
在20±5℃環境下,以恆電流0.1c充電16小時,充電後電池在環境溫度在20±5℃條件下擱置1h~4h。然後在此環境溫度下按表規定放電。
放電持續時間不少於表中規定的最短持續放電時間。
◆0℃放電效能:在20±5℃環境下,以恆電流0.1c充電16小時,充電後電池在環境溫度為0±2℃條件下擱置16h~24h。
然後在此環境溫度下按表規定放電。放電持續時間不少於表中規定的最短持續放電時間。
6、過充效能:在20±5℃環境下,以0.1c恆電流充電48小時。
充電後,電池在相同環境溫度下擱置1h~4h。然後在環境溫度為20±5℃條件下以0.2c恆電流放電至終止電壓1.
0v,放電持續時間不少於5小時。
7、貯存效能:電池在20±5℃環境下,以恆電流0.1c充電16小時,然後在平均溫度20±5℃、相對濕度(65±20)%的條件下開路擱置12個月。
貯存期滿後電池放電持續時間應不少於4小時(放電電池為0.2c恆流放電),。允許電池經5次充放電迴圈後達到容量要求。
另外,電池還有其它方面要求,如有關安全效能的測試,這裡不再講述。
第7節 ni-mh電池的成份及成本的主要構成
ni-mh電池主要成分表
50aaj2200電池材料成本表
第二講 ni-mh電池的製造過程中的常識
1、 電池的內阻受哪些方面的影響?
答: ①極片面積大小、極片壓實密度,極片與正極帽或鋼殼的連線方式;
②隔膜;
③捲繞鬆緊度;
④注鹼量;
⑤電池帶電狀態。
2、 電池的電壓低是由哪方面造成?
答: ①自放電過大,耐儲存效能不強;
②內部微短路與外短路。
3、 電池的充電方式有哪些?
答:恆流充電、恆壓充電、脈衝充電。
4、 對於組裝電池「容量、內阻、電壓」應如何搭配控制?
答:容量、內阻、電壓越接近越好,我司內阻一般按3mω一檔,電壓一般為5mv一檔,容量一般為3min一檔,也有較嚴的為1min一檔。
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