鉅大LARGE | 點擊量：1301次 | 2019年03月27日
快速測定堿性蓄電池自放電性能
蓄電池充電后的自放電速度是決定電池質(zhì)量的一個重要性能。按照IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電池充足電后，在環(huán)境溫度（25士5）°C下，開路擱置28d，然后以0.2C5A的電流強(qiáng)度恒流放電，來測試電池的自放電性能。這樣的測試過程周期過長，大大增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。蓄電池充電后的自放電主要是氧化鎳電極上的NiOOH發(fā)生還原的結(jié)果，因此許多研究者對鎳電極的自放電過程及測量方法進(jìn)行了研究1但這些方法對于判斷完整電池的自放電性能卻不實用。將放電態(tài)蓄電池以小電阻或直接短路一段時間，測量電池電壓的恢復(fù)情況已經(jīng)作為許多電池廠商驗收電池的一種測試手段，但并沒有對電池的自放電性能進(jìn)行明確的表示。本文通過對放電態(tài)圓柱密封堿性蓄電池短路情況的研究，得到一種能快速了解蓄電池自放電性能的測試方法，大大縮短了對自放電合格性判別的測試周期。
1實驗從同一批Cd-NiAA型1000mAh電池中抽取電池進(jìn)行以下實驗：蓄電池以0.2C充電7h20°C擱置28d，0.2C放電，測量放電時間。
分別以0江0.5江1江1.5江2電阻對蓄電池進(jìn)行短路2h，開路擱置24h測量蓄電池電壓。
以0.5電阻對電池短路2h開路擱置30余小時，測量電池電壓隨擱置時間的變化情況。
以0.5電阻對電池分別短路1h、2h3h開路擱置24h測量電池電壓。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
以上情況電池正、負(fù)極板均為泡沫式。
另外，從同批電池中抽取MH-NiAA型電池、AAA型電池及Cd-Ni半燒結(jié)電池，進(jìn)行同樣的測試。
王黎等：堿性蓄電池自放電性能的快速測定mV自放電合格電池Qualifiedcell自放電不合格電池Max.最低Min.平均ax.最低2結(jié)果與討論2.1短路電阻對測量結(jié)果的影響0、1.5、2電阻對蓄電池進(jìn)行短路2h開路擱置24h測量蓄電池電壓，結(jié)果見表1表1不同短路電阻的影響從表1結(jié)果可以看出，恢復(fù)24h后自放電合格與不合格電池的電壓差別比較明顯，并且隨著短路電阻的升高，短路恢復(fù)后電壓上升，但當(dāng)電阻超過2Q時差別不太明顯，實驗發(fā)現(xiàn)電阻再增大時，二者電壓已經(jīng)不存在差別，因此短路電阻以低于1.5Q為宜。當(dāng)直接將電池短路時（0Q），可能會對電池造成損害，尤其當(dāng)電池未完全放電時。一般地說，在正極限制電池中，電池容量由正極所確定，負(fù)極容量過量。當(dāng)正極放電完全時，負(fù)極還保持部分容量。當(dāng)此電池被短路時，H+從鎳電極表層向內(nèi)層擴(kuò)散，放電電流受H+擴(kuò)散速度限制。進(jìn)一步在正極界面和內(nèi)層之間產(chǎn)生了Ni3+與Ni2+的濃度梯度。而表面H+在放電結(jié)束后濃度已經(jīng)很低，所以短路后放電倍率很小（C/1000或更?。?2.開路擱置后，外部電流為0內(nèi)部電流由法拉第反應(yīng)充電的正極的雙電層電容所決定。根據(jù)方程式：Cd+2OH=Cd（OH）2+2e由于Cd為純金屬，其活度為1，CKOH）在30%的KOH溶液中微溶，因此通常不考慮其濃度，所以Cd電極電位僅依賴于――i離子的活度F――法拉第常數(shù)R――氣體常數(shù)T溫度KOH是強(qiáng)電解質(zhì)，完全電離成K+和OH―在充放電期間，水參加了反應(yīng)，因此在全充電和全放電之間OH的濃度變化很小，而在荷電狀態(tài)變化很小的情況下，OH的活度可認(rèn)為是常數(shù)，因此負(fù)極電極電位在很大范圍內(nèi)是一個常數(shù)。鎳電極的電位較復(fù)雜，因鎳電極中存在幾種不同結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)，不同的相態(tài)其標(biāo)準(zhǔn)電位也不同，鎳電極充放電時其物質(zhì)相變程度很大，且?guī)追N相態(tài)共存，所以鎳電極電位是一混合電位，隨電池的荷電狀態(tài)的變化而變化。擱置后鎳電極表面NiOOH濃度由于H+的擴(kuò)散而升高。電極電位上升，H+離子擴(kuò)散速度逐漸下降，導(dǎo)致雙電層電容充電電流降低。因此，電極電位的上升速度逐漸下降，達(dá)到一由Ni3+及Ni2+的內(nèi)層濃度所控制的平衡電池類型自放電合格電池Qualifiedcells自放電不合格電池Non-qualifiedcells最高M(jìn)最低Min.最高M(jìn)最低Min.短路1h短路后電壓恢復(fù)24h電壓短路2h短路后電壓恢復(fù)24h電壓短路3h短路后電壓恢復(fù)24h電壓研究與設(shè)計極的晶格尺寸。這兩個因素相互作用，并且不同電池之間互有不同，因此用一固定模式來描述電壓隨時表3短路對電池性能的影響自放電合格電池Qualifiedcells自放電不合格電池Max.最小Min平均Max.最小Min.平均Average短路前容量電池類型Max.最低Min.平均Max.最低Min.平均2.2短路時間的確定對同一組電池以0.5電阻分別對電池短路1h、2h、3h測量其短路電壓及恢復(fù)24h后的電壓，結(jié)果見表2（每次實驗后，對電池以0.2C充、放電循環(huán)一次，然后進(jìn)行下一次的短路實驗）由表2數(shù)據(jù)可以看出，對于自放電合格與不合格的電池，短路后末期電壓無差別。短路時間愈長，電壓恢復(fù)過程也愈長，并且恢復(fù)24h后電壓隨短路時間的延長而降低，短路1h后的電池恢復(fù)24h后電壓無明顯差異。而短路2h、3h自放電合格的電池與不合格的電池擱置24h后電壓差別比較明顯，二者之間的差別分別13~32mV，但短路3h合格與不合格電池恢復(fù)24h后電壓均偏低，說明還未恢復(fù)到正常狀態(tài)，因每只電池的恢復(fù)情況會有差異，所以其平均電壓差別不大。因此短路2h為宜。
2.3電壓恢復(fù)時間的確定5電阻短路2h，開路擱置，測量電池電壓恢復(fù)情況，自放電合格與自放電不合格電池電壓隨擱置時間的變化情況見。
電壓恢復(fù)時間由H離子擴(kuò)散到電極表面的時間決定。因此，它取決于下列因素：（1）NiOOH所保持的量，這又與電極阻抗和短路時間有關(guān)；B――自放電不合格電池電池電壓隨擱置時間變化情況差別逐漸達(dá)到最大值并且電壓恢復(fù)情況也變化得很小，電壓逐漸達(dá)到穩(wěn)定，為了實驗方便，我們以恢復(fù)24h后電壓1.190V作為判定此類電池自放電性能是否合格的標(biāo)準(zhǔn)，高于此值為合格，否則為不合格。經(jīng)過對批量電池進(jìn)行實驗，準(zhǔn)確率可達(dá)96%以上。
2.4短路對電池性能的影響以0.2C充放電測試短路前后電池容量及放電中點電壓（0.2C放電3h的電壓），結(jié)果見表3.由表3數(shù)據(jù)可以看出，短路前后電池性能無明顯變化。
2.5不同類型電池短路恢復(fù)情況比較對幾種不同類型的MH-Ni、C-Ni電池進(jìn)行以上的實驗（以0.5電阻短路2h，開路擱置24h）結(jié)果見表4.從表4數(shù)據(jù)看，不同類型、不同電極制作工藝的電池其電壓恢復(fù)特性也不同。MH-Ni電池的恢復(fù)電壓明顯低于Cd-Ni電池。其原因是，MH-Ni電池同Cd-Ni電池不同之處在于負(fù)表4不同類型電池實驗結(jié)果極。MH-Ni電池在設(shè)計過程中，一般負(fù)極過量較多，負(fù)極容量為正極容量的1.5~2倍，電池在電壓恢復(fù)過程中，MH負(fù)極電位基本恒定，但MI-Ni電池正極的放電程度較Cf-Ni電池正極的放電程度深，因而MH-Ni電池的正極電位恢復(fù)較困難，造成恢復(fù)電壓比Cd-Ni電池的低。
3結(jié)論通過用小電阻對電池短路，然后測定電池電壓的恢復(fù)情況，達(dá)到判定電池自放電性能是否合格的目的，縮短了產(chǎn)品的性能測試周期。
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