鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1121次 | 2018年08月28日
鎳氫電池和其它充電電池有哪些不同?
可充電電池主要有鉛酸蓄電池和堿性蓄電池兩種。目前使用的鎳鎘NiCd)、鎳氫(NiMH)和鋰離子(Li-Ion)電池都是堿性電池。
鉛酸電池閥控式免維護(hù)鉛酸電池的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由正負(fù)極板、隔板、電解液、安全閥、氣塞、外殼等部分組成。正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2),負(fù)極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛(Pb)。電解液由蒸餾水和純硫酸按一定比例配制而成。電池槽中裝入一定密度的電解液后,由于電化學(xué)反應(yīng),正、負(fù)極板間會(huì)產(chǎn)生約為2.1V的電動(dòng)勢(shì)。
新鉛酸電池初次使用時(shí),必須先充滿電。如采用0.1C充電速率充電,大約需要55~75小時(shí)。蓄電池正常使用放完電后,應(yīng)立即充電。通常采用的方法有:(1)分級(jí)定流充電法;(2)低壓恒壓充電法(帶負(fù)載充電);(3)快速充電法??焖俪潆姷某醭鋾r(shí)間不超過(guò)5小時(shí),正常充電時(shí)間可縮短到1小時(shí)左右。
鎳鎘電池NiCd電池正極板上的活性物質(zhì)由氧化鎳粉和石墨粉組成,石墨不參加化學(xué)反應(yīng),其主要作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性。負(fù)極板上的活性物質(zhì)由氧化鎘粉和氧化鐵粉組成,氧化鐵粉的作用是使氧化鎘粉有較高的擴(kuò)散性,防止結(jié)塊,并增加極板的容量?;钚晕镔|(zhì)分別包在穿孔鋼帶中,加壓成型后即成為電池的正負(fù)極板。極板間用耐堿的硬橡膠絕緣棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔開(kāi)。電解液通常用氫氧化鉀溶液。與其它電池相比,NiCd電池的自放電率(即電池不使用時(shí)失去電荷的速率)適中。NiCd電池在使用過(guò)程中,如果放電不完全就又充電,下次再放電時(shí),就不能放出全部電量。比如,放出80%電量后再充足電,該電池只能放出80%的電量。這就是所謂的記憶效應(yīng)。當(dāng)然,幾次完整的放電/充電循環(huán)將使NiCd電池恢復(fù)正常工作。由于NiCd電池的記憶效應(yīng),若未完全放電,應(yīng)在充電前將每節(jié)電池放電至1V以下。
鎳氫電池NiMH電池正極板材料為NiOOH,負(fù)極板材料為吸氫合金。電解液通常用30%的KOH水溶液,并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔維尼綸無(wú)紡布或尼龍無(wú)紡布等。NiMH電池有圓柱形和方形兩種。圓柱形密封NiMH電池的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
NiMH電池具有較好的低溫放電特性,即使在-20℃環(huán)境溫度下,采用大電流(以1C放電速率)放電,放出的電量也能達(dá)到標(biāo)稱容量的85%以上。但是,NiMH電池在高溫(+40℃以上)時(shí),蓄電容量將下降5~10%。這種由于自放電(溫度越高,自放電率越大)而引起的容量損失是可逆的,幾次充放電循環(huán)就能恢復(fù)到最大容量。NiMH電池的開(kāi)路電壓為1.2V,與NiCd電池相同。
NiCd/NiMH電池的充電過(guò)程非常相似,都要求恒流充電。兩者的差別主要在快速充電的終止檢測(cè)方法上,以防止電池過(guò)充電。充電器對(duì)電池進(jìn)行恒流充電,同時(shí)檢測(cè)電池的電壓和其它參數(shù)。當(dāng)電池電壓緩慢上升達(dá)到一個(gè)峰值,對(duì)NiMH電池快速充電終止,而NiCd電池則當(dāng)電池電壓第一次下降了一個(gè)-△V時(shí)終止快速充電。為避免損壞電池,電池溫度過(guò)低時(shí)不能開(kāi)始快速充電,電池溫度Tmin低于10℃時(shí),應(yīng)轉(zhuǎn)入涓流充電方式。而電池溫度一旦達(dá)到規(guī)定數(shù)值后,必須立即停止充電。
鋰離子電池液態(tài)電解質(zhì)圓柱型鋰離子電池基本構(gòu)造如圖3所示。用LiCoO2復(fù)合金屬氧化物在鋁板上形成陽(yáng)極,用鋰碳化合物在銅板形成陰極,極板間插入有亞微米級(jí)微孔的聚烯烴薄膜隔板,電解液為有機(jī)溶劑。為避免使用不當(dāng)造成電池?fù)p壞,在鋰離子電池內(nèi)設(shè)有3種安全機(jī)構(gòu):(1)正溫度系數(shù)元件(PTC)。當(dāng)電池內(nèi)的溫度過(guò)高,PTC的阻值隨之上升,會(huì)自動(dòng)將陰極引線與陰極之間電路切斷;(2)特殊材料的隔板。當(dāng)電池內(nèi)溫度上升到一定數(shù)值時(shí),隔板上微孔會(huì)自動(dòng)溶解掉,從而使電池內(nèi)的反應(yīng)停止;(3)安全閥。當(dāng)電池內(nèi)部壓力升高到一定數(shù)值時(shí),安全閥將自動(dòng)打開(kāi)。
鋰電池易受到過(guò)充電、深放電以及短路的損害。單體鋰離子電池的充電電壓必須嚴(yán)格限制。充電速率通常不超過(guò)1C,最低放電電壓為2.7~3.0V,如再繼續(xù)放電則會(huì)損壞電池。鋰離子電池以恒流轉(zhuǎn)恒壓方式進(jìn)行充電。采用1C電流充電至4.1V時(shí),充電器應(yīng)立即轉(zhuǎn)入恒壓充電,充電電流逐漸減小,當(dāng)電池充足電后,進(jìn)入涓流充電過(guò)程。為避免過(guò)充電或過(guò)放電,鋰離子電池不僅在內(nèi)部設(shè)有安全機(jī)構(gòu),充電器也必須采取安全保護(hù)措施,以監(jiān)測(cè)鋰離子電池的充放電狀態(tài)。
隨著新材料、新工藝的出現(xiàn),更為先進(jìn)耐用的可再充電電池也在不斷出現(xiàn)。國(guó)外最新開(kāi)發(fā)的固態(tài)聚合物(電解質(zhì))Li離子電池、Li金屬電池,不僅解決了漏液?jiǎn)栴},而且電池的容量更大,體積更小,更為安全可靠。它們必將成為極有潛力的新一代電池產(chǎn)品。
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