电池基本知识

1、目 录第一讲 电池的基础知识11、 电池的定义2、 化学电池发展历史3、 化学电池的分类4、 Ni-MH电池的基本结构及其作用5、 Ni-MH电池的工作原理6、 Ni-MH电池的主要性能参数及其测试放法7、 Ni-MH电池的成份及成本的主要构成8、 我司电池的命名方法第二讲 电池的制造过程中的常识5第一讲 电池的基础知识第1节 电池的定义广义的电池（Battery）是一种将其它形式的能量直接转换为直流电的装置。电池按转换能量方式分两大类：一类是物理电池，如太阳能电池、飞轮电池；另一类是化学电池，即把化学能转变为电能的装置，一般又称化学电池或化学电源。第2节 化学电池发展历史1、 世界上电池的发

2、展1800年意大利科学家伏打（Volta）发明的"伏打电池"是世界上第一个电池；1859年法国普兰特（Plante）发明铅酸蓄电池，这是世界上第一个可充电电池；1868年法国勒兰社（Leclanche）发明锌锰湿电池（电解液为NH4Cl溶液）；1888年Gassner改进后制成了干电池；1899年瑞典的杨格纳（Jungner）镉镍蓄电池1900年美国爱迪生（Edison）研制成功铁-镍蓄电池；1943年法安德烈火（Andre）发明了锌银电池；1947年美茹宾（Ruben）研制成功锌汞电池；1970年出现了燃料电池（H2/O2电池)；1971年日本研制成了H2-Ni电池和Li

3、电池；1988年美国Ovonic公司率先研制成功金属氢化物镍电池；1991年日本Sony公司Li+电池商品化；1992年Li+聚合物电池问世。2、我国电池工业的发展1955年前，以干电池为主，1955年，根据中央军委的指示，“一五”期间投资兴建国营七五五厂，开始生产Cd-Ni蓄电池；1987年，天津大学试制成功MH-Ni蓄电池；1998年，锂离子电池通过鉴定。目前我国已成为世界最大的电池生产基地。3、 电池发展方向一次电池向绿色无汞碱锰电池方向发展；二次电池向Ni-MH、锂离子电池方向发展；铅酸电池向全密封免维护方向发展。第3节 化学电池的分类化学电池按工作性质可分为：一次性电池、二次性电池、

4、燃料电池和激活电池。1、一次电池该种电池又称为原电池，如果原电池中电解质不流动，则称为干电池。由于电池反应本身不可逆或可逆反应很难进行，电池放电后不能充电再用。如碱性锌锰电池。2、二次电池又称为可充电电池，即充放电能反复多次循环使用的一类电池。我们的Ni-MH电池就属于这二次电池。3、燃料电池该类电池又称为连续电池，将活性物质连续注入电池，电池可连续放电。如氢-氧燃料电池。4、激活电池又称为贮备电池，这类电池的正负极活性物质在贮存期不直接接触，使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。如镁-银电池。第4节 Ni-MH电池的基本结构及其作用镍氢电池由四个基本部件组成：电极（正极和负极）、电解液

5、、隔膜和外壳。电极是电池的核心：由活性物质（参加成流反应）、导电骨架和添加剂组成；隔膜是构成电池的基本材料之一，它置于正负电极之间，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。要求隔膜电子绝缘、高度离子导电、厚度均匀、力学强度好、耐强碱和电化学稳定性好；电解液：离子导电，参与电化学反应；外壳：密封。第5节 Ni-MH电池的工作原理NiMH电池是以金属氢化物为负极，羟基氧化镍电极为正极，碱液（主要为KOH）作为电解液。镍氢电池电极发生的化学反应如下：充电时，正极反应：Ni(OH)2 + OH NiOOH + H2O +e负极反应：M +H2O+ e MH +OH 放电时，正极

6、：NiOOH + H2O + e Ni(OH)2 + OH 负极：M + OH M + H2O+ e当电池过充过放时会发生如下反应：过充时，正极：4OH2H2O+O2+4e负极：2H2O+O2+4e4OH过放时，正极：2H2O+2eH2+2OH负极：H2+2OH2H2O+2e充电时，正极上的Ni(OH)2转变为NiOOH，水分子在贮氢合金负极上放电，分解出氢原子吸附在电极表面上，形成吸附态的氢原子。再扩散到贮氢合金内部与贮氢合金发生反应形成金属氢化物。过充电时，由于阳极上可以氧化的Ni(OH)2都变成了NiOOH，这时OH失去电子形成O2，O2扩散到负极，在贮氢合金的催化作用下得到电子形成OH

7、，也可能与负极产生的氢气复合成水，放出热量，使电池温度升高，同时也降低了电池的内压。负极上由于贮氢合金已吸饱了氢不能再吸氢，这时，水分子在负极上放电形成H2，H2再在贮氢合金的催化作用下与正极渗透过来的氧气复合成水。放电时，NiOOH得到电子转变为Ni(OH)2，金属氢化物内部的氢原子扩散到表面而形成吸附态的氢原子，再发生电化学反应生成贮氢合金和水。过放电时，正极上可被还原的NiOOH已经消耗完了（NiMH电池一般设计为负极过量），这时H2O便在镍电极上还原。第6节 Ni-MH电池的主要性能参数及其测试方法1、额定容量：在一定条件下，电池放电至终止电压（1.0V）时放出的电量；IEC标准规定M

8、H-Ni电池在20±5环境下，以恒电流0.1C充电16小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量。2、内阻：指电池充放电时，电池遇到的来自电池内部的阻抗；它包括欧姆内阻和电化学反应时的极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化电阻是指电化学反应时由于极化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。 常见的内阻测试仪都采用交流法测试电池内阻。它利用电池等效于一个有源电阻的特点，给被测电池通以恒定交流电流（如1000Hz，50mA）,然后对其进行电压采样、整流滤波等一系列处理，精确测得电池内阻值。电池的内阻与电池测试时所处的状态有

9、关，充电态内阻与放电态内阻有一定的区别。因此，在标注电池内阻时，应注明电池的荷电状态。3、荷电保持能力：在20±5环境下，以恒电流0.1C充电16小时后，在环境温度为20±2的条件下开路搁置28天后（搁置期间允许短时间在20±5范围内变化），在环境温度为20±5的条件下以0.2C恒流放电至终止电压，持续放电时间不少于3小时。4、循环寿命：循环寿命试验前，电池应以0.2C恒流放电至终止电压。所有型号的电池都应在环境温度为20±5的条件下面的寿命试验。充放电应按下表中规定的条件始终以恒电池进行，试验期间，应防止电池外壳温度超过35，必要时可采取强制

10、通风措施（注：决定电池性能的是电池的实际温度，而不是环境温度）。循环次数充电充电态搁置放电10.1C, 16h无0.25C, 2h20minb2480.25C, 3h10min无0.25C, 2h20minb490.25C, 3h10min无0.25C, 放电至电压1.0v500.1C, 16h1h4h0.25C, 放电至电压1.0vaa电池在完成50次循环后，允许开路搁置足够的时间，以便正好隔两周开始第51个循环。在第100、150、200、250、300、350、400次和第450次时可采用同样的方法。b如果放电电压低于1.0v，则放电可以停止。重复150次循环，直至出现任一个第50次循环

11、的放电时间少于3h为止，这时按照第50次循环的规定再进行一次循环。当两个这样的连续循环的持续放电时间均少于3h时，寿命试验终止。试验结束时，循环次数应不少于500次。5、放电性能20放电性能：在20±5环境下，以恒电流0.1C充电16小时，充电后电池在环境温度为20±5条件下搁置1h4h。然后在此环境温度下按表规定放电。放电持续时间不少于表中规定的最短持续放电时间。在20±5环境下，以恒电流0.1C充电16小时，充电后电池在环境温度在20±5条件下搁置1h4h。然后在此环境温度下按表规定放电。放电持续时间不少于表中规定的最短持续放电时间。放电条件最短持续

12、放电时放电电流/A终止电压/V0.2Ca1.05h1C0.942mina该项试验允许进行5次循环，当任一次循环结束满足要求时，可停止试验0放电性能：在20±5环境下，以恒电流0.1C充电16小时，充电后电池在环境温度为0±2条件下搁置16h24h。然后在此环境温度下按表规定放电。放电持续时间不少于表中规定的最短持续放电时间。放电条件最短持续放电时放电电流/A终止电压/V0.2C1.04h1C0.936min6、过充性能：在20±5环境下，以0.1C恒电流充电48小时。充电后，电池在相同环境温度下搁置1h4h。然后在环境温度为20±5条件下以0.2C恒电流

13、放电至终止电压1.0V，放电持续时间不少于5小时。7、贮存性能：电池在20±5环境下，以恒电流0.1C充电16小时，然后在平均温度20±5、相对湿度（65±20）%的条件下开路搁置12个月。贮存期满后电池放电持续时间应不少于4小时（放电电池为0.2C恒流放电），。允许电池经5次充放电循环后达到容量要求。另外，电池还有其它方面要求，如有关安全性能的测试，这里不再讲述。第7节 Ni-MH电池的成份及成本的主要构成Ni-MH电池主要成分表序号元素名称含量1Ni42.0%2Fe14.0%3Cu6.0%4La6.0%5Co5.0%6C3.5%7Ce3.0%8K1.2%9Zn

14、0.9%10Na0.3%11O15.0%12H1.2%13其他1.9%-合计100.0%50AAJ2200电池材料成本表序号部件名称占总材料成本比例1正极片42.53% 2负极片41.52% 3隔膜7.85% 4其他8.10% 合计100.00% 第二讲 Ni-MH电池的制造过程中的常识1、 电池的内阻受哪些方面的影响？答： 极片面积大小、极片压实密度，极片与正极帽或钢壳的连接方式；隔膜；卷绕松紧度；注碱量；电池带电状态。2、 电池的电压低是由哪方面造成？答： 自放电过大，耐储存性能不强；内部微短路与外短路。3、 电池的充电方式有哪些？答：恒流充电、恒压充电、脉冲充电。4、 对于组装电池“容量

15、、内阻、电压”应如何搭配控制？答：容量、内阻、电压越接近越好，我司内阻一般按3m一档，电压一般为5mV一档，容量一般为3min一档，也有较严的为1min一档。5、 为何将电池重新分容，容量将有较大的偏差？答：因电池没有活化透或者是在第一次分容时夹点接触不好导致分容不准确，故需重新分容，关于容量的偏差则要视每次重分的具体情况。6、 电池漏液一般是哪些方面影响的？答：电液过多，影响内部气体流通，电池内压增高；负极轻片或正极重片，充电时产生气体不能复合造成电池内压高；封口密封性不好，压力不足；盖帽开启压力过小；过充过放造成内压大；、极片存放时间过长。7、 怎么才能把微短路电池从批量中挑选出来？答：将

16、电池充饱电高温储存或常温储存后测低压。8、 电池正常情况下存放多久后需重新分容？答：一般存放3个月要重新分容。9、 电池的电解液的主要成分是什么？答：H2O，KOH，NaOH，LiOH，杂质等。10、 电池的安全性包括哪些方面？答：过充性能、跌落性能、穿刺性能、热滥用性能、灼烧性能、短路性能、电热板性能、振动性能、机械冲击、电池挤压等。11、 公司对电池的安全性做了哪些测试，安全性达到怎样的水平状态？答：公司做了如下测试：过充测试；跌落测试；穿刺测试；热滥用测试；灼烧测试；短路测试；电热板测试。12、 电池的自放电是怎样形成的？答：（镍氢）电池的自放电的形成因素综合的，正极的氢氧化亚镍、隔膜、

17、负极合金粉为主要原因。1. 在带电情况下，正极氢氧化镍的抗还原能力。2. 隔膜中的带还原性质的杂质的多少。3. 合金粉的吸氢平台、所含的Mn等杂质元素的多少。13、 高温对电池有什么影响？如何控制这方面的影响？答：制片或装配车间温度偏高，则电池正负极材料很容易被氧化而失效（如亚镍，亚钴，合金粉）；化成车间温度偏高，则导致分容结果不准确；电池存放或运输过程中温度偏高，则容易起火；所以要严格控制环境温度，如车间装空调或制冷系统就是为了这个目的。14、 对于电池的长途运输，电量应为多少是最安全恰当？答：对于电池的长途运输，最好是不带电最安全，但都虑到电池的自放电的性能的要求，一般建议带30%50%的

18、电量。15、 电池爬碱是哪方面造成的?答：爬碱是离子扩散和离子压力为镀源动力，是一个长期的过程，受封口压力、封口配件材料涉及电池内部长期压力有关。封口压力小、电池内压大、密封圈材质不好，接触面不光洁、壳口沾碱都会缩短爬碱周期。16、 正、负极片的主要成份是什么?答：正极：氢氧化镍、亚钴、添加剂、粘接剂，再加上发泡镍作为基体；负极：储氢合金粉、粘接剂，再加上铜网作为基体。17、 电池的制造过程哪些地方对人体有影响，我们如何进行防护？答：制片车间主要防止粉尘，因粉尘进入皮肤毛孔需较长时间（约半年）才可完全排除，可能会引起皮肤过敏；防保措施：配粉带防保面具，及时冲洗，适当运动粉尘可随汗液排除；机械损

19、伤：有很多工序用到高温设备、冲压设备、裁剪设备和辊压设备，这些设备都要有安全罩，在操作时要特别注意安全，不要将安全罩取下来；触电：各车间都有很多用电设备和配电箱，非专业人员不能随便打开设备及车间的配电箱，以防触电；火灾：各车间有很多易燃物料，如负极粉、包装材料等，在车间未经允许不能使用明火，不能超负荷用电，带电电池因自放电或短路而引起火灾或烫伤。18、 用于电动工具的电池，应着重控制哪些方面的问题？答：用于电动工具的电池应着重控制内阻及同一组电池中各单体电池的性能一致性（均匀性）。19、 我公司的产品使用寿命可达多少次循环？答：按国际电工委员会标准IEC61951-2的要求，目前我司生产过的电

20、池的循环寿命全部在500次以上，满足IEC61951-2的要求。20、 什么是二次电池？应用在哪些领域？与一次电池有什么区别？ 答：一次电池：该种电池又称为原电池，由于电池反应本身不可逆或可逆反应很难进行， 电池放电后不能充电再用。如碱性锌锰电池。二次电池：又称为可充电电池，即充 放电能反复多次循环使用的一类电池。我们的MH-Ni电池就属于二次电池。21、 通常所说的电池性能主要包括哪些？答：容量性能、自放电、充放电性能、高低温性能、高倍率充放电性能、安全性能、循环寿命性能、储存性能等。22、 影响电池性能的主要原因有哪些？答：影响电池性能的因素非常多，主要有：正负极材料的物理化学性能、正负极

21、的配比、隔膜的性能、电解液的化学成分、电池的制作工艺和控制过程、使用方法等。23、 造成电池内短路的主要原因有哪些？答：卷绕放片位不准确、螺旋，造成正极直接接触；极片毛刺，边角刺破隔膜；极耳扭曲碰到负极或钢壳；封口压烂密封圈。24、 制片混粉不均会对电池的性能造成哪些影响？答：正极混粉不均匀直接影响批量电池的一致性，如容量分散（会产生大量的低容量电池）、内阻分散（正极导电性能不好）等。25、 化成工艺中0.1C、0.2C这些代表什么意思？答：化成工艺中0.1C、0.2C代表电流的大小，其中的C代表电池容量（英文Capacity的首字母），0.1C就是指电池容量的0.1倍大小的电流。26、 T1

22、化成与T2化成有什么区别？答：T1化成侧重对电池的初始活化，一般电流较小，T2化成侧重对电池进行容量分档，一般电流稍大。27、 高温陈化在化成过程中起到什么样的作用？答：高温陈化主要是对电池负极的一个活化过程以提高其表面活性，加快化成速度。28、 电池在放电过程中为什么限压到1.0V而不是0.5V或0V?答：电池在限压放电过程中限压到1.0V是由镍氢电池的正负极材料的性能决定的，如果限压到0.5V或0V，则电池被过放、活性物质失效。29、 断路与短路的区别在哪?答：短路：正负极之间导通，电池电压为0V，电阻很小； 断路：正负极之间不能导通，电池电压为0V，电阻很大。30、 漏液与爬碱的区别在哪

23、?答：漏液：在充放电过程中电液直接从泄气孔或封口处流出； 爬碱：爬碱原因引起在存放过程中表现出来的是长期过程。31、 爆炸主要是由什么原因造成的?答：电池内压过高，气体无法顺利从防爆装置排出。32、 过充、过放对电池有什么影响？答：过充或过放都很容易导致电池的正负极材料部分或完全失效，甚至导致漏液或爆炸。33、 电池的主要结构包括哪些？答：正极片、负极片、隔膜纸、电解液、外壳。34、 碱水的配制需要什么条件？应采取什么样的保护措施？答：需要一个通风良好，能及时散热的独立的配制碱液的工具和环境；配制碱水人员应配戴专用手套、穿防护服、带防护眼镜。35、 在电池中，电液起到什么作用？答：提供导电离子

24、，参与化学反应。36、 在电池充放电过程中，充不进，放不出是什么原因？答：电池在充放电过程中充不进或放不出一般是由电池内阻过大引起，也有部分是因为电池短路造成的。37、 化成的高温储存和包装的高温储存有何区别？答：化成的高温储存是起到活化作用，而包装的高温储存是加速电池的老化，以挑出低压、零电等不良品电池。38、 正极粉中三种粉（亚镍、亚钴、化钴）在电池中的作用分别是什么？答：亚镍：反应物；亚钴：导电作用；化钴：促进电化学反应。39、 点焊、虚焊、翘角、点斜分别对电池性能有什么影响？答：点焊中虚焊造成零电、内阻大；翘角会刺穿隔膜造成电池短路；点斜造成装配压帽时压歪而引起电池短路。40、 正极的

25、重片没修复而直接使用会造成什么样的后果？答：Ni-MH电池的设计是遵循负极容量过量的规律的，也就是电池的容量受正极容量控制。而电池的负极容量相对正极容量过量多少直接影响着电池的过充、过放、循环寿命等性能，所以说，正极片越重，负极的相对过量就越小，电池的上述性能就会受到影响；另一方面，正极重片多数均为厚度超标的极片，如果不对其进行修复，在卷绕时就会产生极组套不进钢壳，即使套进了钢壳，因电池的装配松紧度过大，在后续工序中，也很容量变成低压零电电池，使电池的可靠性降低。41、 正负极片在车间放置时间过长会有什么影响？答：在空气中会氧化，会对电性能有影响。42、 正极片的毛刺对电池有什么影响？答：刺穿

26、隔膜造成零电。43、 极片裁斜对卷绕有什么影响？答：裁斜的极片在卷绕时因极卷左右受到的压力不平衡而导致电池卷斜。44、 极耳过长或过短对后续工序有什么影响？答：过长：极耳扭曲造成电池零电、爆炸等； 过短：装配车间造成歪帽，拔掉极耳等。45、 化成重分率高主要是什么原因？答：因电池容量低而重分：电池正负极材料不合格、极片轻片多、生产周期长、电解液杂质多等；因电池抽检不合格而重分：车间温度不稳定，设备误差大，操作手法不正确等。46、 与极片接触的手指不戴指套会有什么影响？答：汗水浸入极片中，使极片含有杂质增加，对容量、内阻、自放电、储存性能均有很大的影响；但反过来说，对手指的影响却不大。47、 待

27、卷绕的隔膜纸上有极粉或杂物后果如何？答：有极粉会挤压隔膜引起短路、低压、自放电；其它杂物会吸附再隔膜或极片上影响极片的电极电位（影响电池电压）及电池充放电等性能。48、 造成零电的原因一般有哪些？答：毛刺短路、正负极直接短路，正极片与钢壳接触，正极帽与钢壳短路，极耳与钢壳接触。49、 卷绕时为什么要从短边卷起？答：卷绕不一定都从短边卷起，根据设计需要定极耳位置和卷绕方式。50、 极耳压不平会有什么结果？答：极耳压不平会导致零电，甚至引起爆炸。51、 壳口内部涂上沥青的作用是什么？答：增加封口压力和密封性；减缓爬碱周期。52、 沥青涂到正负极片上有什么影响？答：沥青涂到正负极片和隔膜上时，有机大

28、分子会吸附在电极及隔膜上影响双电层结构，从而影响充放电速度及容量发挥等。53、 封口线上的点焊炸火是由什么原因引起的？答：焊接面（极耳、盖帽）有污染；焊接压力不适当造成焊接面接触电阻过大；点焊电压、热量过高。54、 极耳虚焊的后果是什么？答：大内阻、低容量。55、 注碱量不足对电池有什么影响？答：注碱量不足会导致电池容量变低，内阻变高。56、 针头插破隔膜纸的后果是什么？答：短路、低压。57、 碱水沾到皮肤上应该怎样处理？答：碱水沾到皮肤时不要慌，先及时用大量清水清洗沾到的皮肤，若仍觉不适可用后硼酸水清洗即可，一般情况无大碍。58、 “歪帽”一般是什么原因引起？答：密封圈下陷、正极帽与密封圈配

29、合太紧或太松。59、 用预压厚度和毛刷松紧来控制上粉量哪种更合理，为什么?答：两种都有影响，预压作用效果较明显，但调解毛刷松紧来控制上粉更合理一些，因为这样可以使正极粉嵌渗入发泡镍内部，而不是浮在表面。60、 极片软化后会变厚吗?答：不会。61、 SBR与PTFE的区别及对电池的影响?答：两者都是粘结剂，SBR化学名为丁-苯橡胶，是亲水粘结剂，粘性较大，粘结效果较好，但过多易使电池极片变硬，电池内阻过大；而PTFE的化学名为聚四氟乙稀，是疏水粘结剂，粘性相对SBR较小，负面影响也较小。62、 合金粉在空气中会氧化，多长时间的氧化才会对电池有影响?答：根据存放环境的不同，不同时间内，合金粉的氧化

30、程度也是不同的，所以不能简单地说多长时间就会对电池有影响，应该提倡越短越好。为了便于车间控制，建议合金粉即开即用，制好的极片应尽快转入下一车间。63、 打压不漏气的电池也会爬碱,为什么?答：一般与电池配件的良优程度有关；爬碱与离子特性有关；电池密封性好爬碱周期会长，不易显现，反之则易显现出来。64、 发泡镍在空气中会被氧化吗？用被氧化的发泡镍生产电池，其电池的性能哪些方面会 受影响？答：发泡镍在空气中会被氧化，被氧化的发泡镍作为基体，它的导电性能变差，可能会影响活性物质的利用率，产生高内阻等。65、 卷绕时正负极错位对电池的容量有影响吗?为什么要错位?答：正负极过度错位会对导致电池容量低，但适

31、当的错位会有效防止电池短路。66、 影响电池循环寿命的有哪些方面?答：影响电池循环寿命的因素为综合的，各因素之间的关系也是相辅相成的，主要因素有正负极材料的性能、隔膜的性能、负极合金粉的容量与正极容量的比例系数、电解液的量和成分、浓度、电池的内部结构等。67、 高温储存对电池容量有什么影响？答：这是一个复杂的过程，简单来说，高温环境下会加速电池的自放电，高温储存时，带电电池的剩余容量会加速减少。但是从容量恢复方面讲，电池电压在1.2V以上时，不会影响电池的容量；电池电压在1.0-1.2V之间时，电池的容量恢复率为90-100；电池电压在0.6-1.0V之间时，电池的容量恢复率为70-90；电池电压在0.6V以下时，电池的容量恢复率将小于70。68、 卷绕时极组与钢壳配合的松紧度对电池的性能有哪些影响?答：松紧度大会使隔膜受到挤压，吸碱量变小，电池内阻变大，便电池充放电性能降低，松紧度大也会导致电池低压、零电数增多；相反，松紧度过小，会导致电池正负极间隔过大，也会造成电池内阻高。只有松紧度适度时，才能使电池发挥出较好的性能。69、 为什么电池组要求单支电池的一致性要好?答：因为整组电池的性能由性能最差的一支单体电池决定；可