镍氢动力电池第八章镍氢电池专题研究介绍一课件

第八章

部分专题研究介绍

第一节AB5型贮氢合金

第八章部分专题研究介绍第一节AB5型贮氢合金1AB5型合金的种类

AB5型合金分为La系和混合稀土（Mm）系。在电池中最先采用的是LaNi5合金，但是由于La的成本高等原因，后来发展了价格较低的混合稀土合金。为了提高合金的性能，分别对A侧和B侧的元素进行了取代，发展了三元、四元、五元甚至六元合金。

AB5型合金的种类AB5型合金分为La系和混合稀土（Mm）2AB5型合金的结构

AB5型合金的性能一般结构式

晶系

氢化物理论分子式

贮氢量

理论放电容量AB5

六方晶系AB5H61.6%436mAh/g当氢和合金表面接触时,氢分子吸附到合金表面,氢氢键解离为原子态氢,这种氢原子活性很大，象海绵吸水一样进入金属的原子之间，形成固溶性氢化物。Ni打开氢氢键所耗的活化能最小。

氢原子在六配位四面体晶格间隙位置和四配位四面体晶格间隙位置，实际上H原子在晶格中的占有位置也依赖于金属原子的半径。

AB5型合金的结构AB5型合金的性能3AB5型合金取代元素的研究

LaNi5合金不仅价格昻贵，而且吸放氢过程中晶胞体积过度膨胀和收缩，吸放氢前后体积变化率达25%，由于体积急剧变化，引起合金颗粒内部产生很大的应力，从而导致合金的严重粉化。为了克服这些缺点，人们采用了添加辅助元素部分取代基本元素的方法。AB5型合金取代元素的研究LaNi5合金不仅价格昻贵，而4A侧取代元素

一般说来，用离子半径大的元素取代离子半径小的元素，容量增大，但稳定性降低；反之，用离子半径小的元素取代离子半径大的元素，其容量降低，但稳定性升高。离子半径小，其PCT曲线压力升高。A侧的取代元素主要有Zr、Nd、Ce等。

A侧取代元素一般说来，用离子半径大的元素取代离子半径小的元5B侧取代元素

B侧取代元素很多，已试验过的元素有Co、Mn、Al、Si、Ti、Cu、Cr、Fe、Li等。元素取代的目的在于克服合金的粉化，调节吸/放氢时的平台压力，改善贮氢合金的电化学性能等（19）。一般来说，B侧取代元素应符合以下特点：VM/VMO≈1，即金属与其金属氧化物体积之比约为1的元素进行取代，如Al等，Mn的氧化物疏松，因此加入时最好用Al包起来。B侧取代元素B侧取代元素很多，已试验过的元素有Co、Mn6合金的制造工艺

冷却速度的影响

退火处理

合金的粉碎工艺

机械合金化法

合金的制造工艺冷却速度的影响7合金粉及其电极的表面处理

表面包覆

表面还原处理和氟化处理

热碱处理

酸性处理

合金粉及其电极的表面处理表面包覆8

添加剂

导电剂

表面活性剂

其它添加剂

添加剂导电剂9第二节

电池的高温性能

高温充电效率低下的原因

正极：

充电Ni（OH）2+OH-NiOOH+H2O+e-0.39V（vsHg/HgO）

放电负极：

充电M+H2O+e-MH+OH--0.93V（vsHg/HgO）

放电充电期间镍电极上的付反应：4OH-O2+2H2O+4e-0.417V（vsHg/HgO）贮氢电极上的付反应：2MH2M+H2第二节电池的高温性能高温充电效率低下的原因10电池设计

电池尺寸另部件的选择与设计电解液隔膜电池设计电池尺寸11镍电极

提高过电位镍电极提高过电位12碱土金属元素、过渡元素的化合物在45℃下对电池的充电效率影响碱土金属元素、过渡元素的化合物在45℃下对电池的充电效率影响13稀土元素氧化物对提高镍电极氧析出过电位的影响

稀土元素氧化物对提高镍电极氧析出过电位的影响14添加方法共沉积表面包覆物理搀杂多方法共同应用添加方法共沉积15贮氢电极

要有合适的吸放氢平台要有良好的高温耐腐蚀性能

温度的影响表面包覆贮氢电极要有合适的吸放氢平台16电解液

三元添加剂电解液的量电解液分配电解液三元17隔膜隔膜18其他方法

充电控制充电环境温度控制电池模块、电池包设计组合数量其他方法充电控制19第八章

部分专题研究介绍

第一节AB5型贮氢合金

第八章部分专题研究介绍第一节AB5型贮氢合金20AB5型合金的种类

AB5型合金分为La系和混合稀土（Mm）系。在电池中最先采用的是LaNi5合金，但是由于La的成本高等原因，后来发展了价格较低的混合稀土合金。为了提高合金的性能，分别对A侧和B侧的元素进行了取代，发展了三元、四元、五元甚至六元合金。

AB5型合金的种类AB5型合金分为La系和混合稀土（Mm）21AB5型合金的结构

AB5型合金的性能一般结构式

晶系

氢化物理论分子式

贮氢量

理论放电容量AB5

六方晶系AB5H61.6%436mAh/g当氢和合金表面接触时,氢分子吸附到合金表面,氢氢键解离为原子态氢,这种氢原子活性很大，象海绵吸水一样进入金属的原子之间，形成固溶性氢化物。Ni打开氢氢键所耗的活化能最小。

氢原子在六配位四面体晶格间隙位置和四配位四面体晶格间隙位置，实际上H原子在晶格中的占有位置也依赖于金属原子的半径。

AB5型合金的结构AB5型合金的性能22AB5型合金取代元素的研究

LaNi5合金不仅价格昻贵，而且吸放氢过程中晶胞体积过度膨胀和收缩，吸放氢前后体积变化率达25%，由于体积急剧变化，引起合金颗粒内部产生很大的应力，从而导致合金的严重粉化。为了克服这些缺点，人们采用了添加辅助元素部分取代基本元素的方法。AB5型合金取代元素的研究LaNi5合金不仅价格昻贵，而23A侧取代元素

一般说来，用离子半径大的元素取代离子半径小的元素，容量增大，但稳定性降低；反之，用离子半径小的元素取代离子半径大的元素，其容量降低，但稳定性升高。离子半径小，其PCT曲线压力升高。A侧的取代元素主要有Zr、Nd、Ce等。

A侧取代元素一般说来，用离子半径大的元素取代离子半径小的元24B侧取代元素

B侧取代元素很多，已试验过的元素有Co、Mn、Al、Si、Ti、Cu、Cr、Fe、Li等。元素取代的目的在于克服合金的粉化，调节吸/放氢时的平台压力，改善贮氢合金的电化学性能等（19）。一般来说，B侧取代元素应符合以下特点：VM/VMO≈1，即金属与其金属氧化物体积之比约为1的元素进行取代，如Al等，Mn的氧化物疏松，因此加入时最好用Al包起来。B侧取代元素B侧取代元素很多，已试验过的元素有Co、Mn25合金的制造工艺

冷却速度的影响

退火处理

合金的粉碎工艺

机械合金化法

合金的制造工艺冷却速度的影响26合金粉及其电极的表面处理

表面包覆

表面还原处理和氟化处理

热碱处理

酸性处理

合金粉及其电极的表面处理表面包覆27

添加剂

导电剂

表面活性剂

其它添加剂

添加剂导电剂28第二节

电池的高温性能

高温充电效率低下的原因

正极：

充电Ni（OH）2+OH-NiOOH+H2O+e-0.39V（vsHg/HgO）

放电负极：

充电M+H2O+e-MH+OH--0.93V（vsHg/HgO）

放电充电期间镍电极上的付反应：4OH-O2+2H2O+4e-0.417V（vsHg/HgO）贮氢电极上的付反应：2MH2M+H2第二节电池的高温性能高温充电效率低下的原因29电池设计

电池尺寸另部件的选择与设计电解液隔膜电池设计电池尺寸30镍电极

提高过电位镍电极提高过电位31碱土金属元素、过渡元素的化合物在45℃下对电池的充电效率影响碱土金属元素、过渡元素的化合物在45℃下对电池的充电效率影响32稀土元素氧化物对提高镍电极氧析出过电位的影响

稀土元素氧