镍镉电池教学内容.ppt
镍镉电池；第二阶段是20世纪50年代发展起来的烧结电池，第二次世界大战期间，德国Vana公司首先制成烧结电池，由于电极可以做得很薄，实际表面积很大，电极间距离可以减小，所以烧结电池能承受大电流密度放电。二战后，许多国家开始制造烧结电池，并在短时间内迅速发展，并用作坦克、飞机、火箭等各种发动机的启动电源，有的还用作飞机的应急电源。；第三阶段是20世纪60年代发展起来的密封NiCd电池，由于烧结密封的镍镉电池仓具有大电流放电，能满足大功率负载的需要，可作为人造卫星、火箭、导弹、便携式激光器、背包对讲机、电子计算机、助听器及小功率电子仪器的电源。 特别是镍镉电池作为高效、长寿命的舱室电化学储能装置，在航天事业的发展中发挥了重大作用。；1958年以后，我国镍镉电池工业蓬勃发展，1990年前后生产技术、生产规模和科研水平上了新的台阶，实现了镍镉电池的标准化、系列化生产。；1.镍镉电池的历史2.碱性电池的介绍3.镍镉（NiCd）电池的工作原理4.氧化镍电极5.Cd负极的工作原理6.密封镍镉电池7.镍镉电池的分类8.镍镉电池的性能9.镍镉电池的制备工艺10.镍镉电池的记忆效应；1.定义：以KOH、NaOH水溶液为电解液的电池统称为碱性电池。
碱性电池种类：镍铁、镍镉、镍氢、锌银2.碱性电池优点：能量密度高、自放电小、贮存性能好，可制成密封电池，容易实现小型化。；3.碱性蓄电池正极活性材料：NiOOH正极（氧化镍电极）和氧化银电极。NiOOH流动反应机理：氧化镍电极在碱性溶液中，充电状态为NiOOH，放电状态为Ni(OH)2。H+从电极内部向电极表面扩散，由于是在固相中扩散，速度很慢。；若充电电流不是很小，则电子的迁移大于质子的扩散，表面质子浓度下降，极端条件下，表面质子浓度为零。 此时电极表面处于NiO2状态，电流继续通过，溶液中的OH-被排出，而析出氧气：4OH--4e→O2+2H2O此时电极内部仍有Ni(OH)2存在。;3、镍镉（NiCd）电池的电流反应NiCd电池负极：Cd正极：NiOOH三价氢氧化镍负极反应：Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e正极反应：NiOOH+H2+e→Ni(OH)2+OH-；充放电时总反应：+Cd+2H2O→2Ni(OH)2+Cd(OH)2在放电过程中，电解液会失水；在充电过程中，有水生成，因此必须控制电解液的量。;氧化镍电极的一个特点：在充电开始不久就会发生析氧副反应。
当电极停止充电时，电极表面的NiO2可分解，即：2NiO2+2H2O→Ni(OH)2+OH-，此时电极电位下降，失去电极容量。；1.放电过程NiOOH→Ni(OH)2液体：H2O→H+(固体)+OH-(液体)固体：Ni3+→Ni2+-eH++O2-→OH-；2.氧化镍α-Ni(OH)2和γ-NiOOH晶型的密度差别很大，β-Ni(OH)2和β-NiOOH的密度差别很小，减少了电极的膨胀和变形，实际使用中应控制电极在β-Ni(OH)2、β-NiOOH的含量；制备方法主要有三种：化学沉淀结晶法镍粉高压催化氧化法金属镍电解沉淀法；目前大多采用化学沉淀法。 化学沉淀法得到的Ni(OH)2综合性能良好，应用十分广泛。基本反应：NiSO4+2NaOH→Ni(OH)2↓+以硫酸镍、氢氧化钠、氨水和少量添加剂为原料，在特殊结构的反应釜中进行化学反应，通过控制温度、pH值、加料参数等来控制晶粒大小，产物需经洗涤、干燥处理。；4、氧化镍电极添加剂由于氧化镍电极具有半导体性质，充放电反应不完全，活性物质的利用率不高，需加入少量添加剂来提高电极性能。
LiOH加入电解液中，有以下作用：阻止氧化镍晶粒长大，提高活性物质的利用率；与钴共存，减少γ-NiOOH的生成；提高析氧过电位。；氧化钴：提高析氧过电位；CoOOH导电性好，降低内阻，提高活性物质的利用率镉：正极中一般加入镉的化合物。提高反应的可逆性；抑制正极的膨胀。无有害影响（对镍镉而言）。；负极活性物质为海绵状Cd，放电终止产物为Cd(OH)2。Cd+2 OH-→Cd(OH)2+2e；在钝化电位以下，电极表面沉积的Cd(OH)2：疏松多孔，不妨碍溶液中OH-离子继续向电极表面扩散。 因此对电极反应的速率不会有明显的影响，镉电极的放电深度较大，活性物质的利用率较高。；如果达到镉的钝化电位，反应就不同了，这时在金属表面会形成一层很薄的钝化膜，这层膜一般认为就是CdO。如果放电电流密度过大，温度过低，碱浓度低，都容易引起镉电极钝化。显然镉电极的放电容量或者活性物质的利用率会受到溶液中镉的钝化程度的限制。为防止电极钝化，可在活性物质中加入表面活性剂或其他添加剂，起分散、阻碍作用。防止Cd结晶成大晶粒；增大电极放电电流密度等。负极处析氢的过电位大。 如果控制充电电流，充电时不会有氢析出，而且Cd在碱溶液中是稳定的。
；1.密封电池的优点 无需维护； 可在任意位置使用； 过充时无气体放出。 ；2.密封镍镉电池的可能性 镍镉电池是第一种实现密封的电池，有以下优点：1）镉在储存过程中不产生氢气，而氢气在Cd电极上析出的过电位比较大，如果充电电流控制得当，Cd电极上不会有氢气的产生。 ；2）Cd负极是海绵状的镉，分散性好，与氧的结合能力高，无论是充电时正极氧气，还是自放电产生的氧气，扩散到负极时都很容易发生反应：2Cd+2O2+2 H2O→2Cd(OH)2；这两个特点为密封提供了可能。 正极充电时产生的氧气可被负极吸收，但也需防止充电或过放电时氢气的析出。1）负极的容量应大于正极，负极中始终存在未充电的活性物质，正极过充电时，负极上的部分Cd(OH)2未被还原，避免了过充电时氢离子被还原而产生氢气。电池过充电时，正极释放出的氧气被负极充电时产生的海绵状镉吸收后再再生为Cd(OH)2，负极永远无法充满电。一般密封电池的正负极容量控制为：正极容量：负极容量=1：1.3～1.2；2）反极性保护由单体电池串联组成的电池组放电时，虽然单体电池是同一型号，但其容量的不均匀性必然存在。 因此，当容量最小的单体电池的容量放完后，整个电池组还在放电，此时容量最小的电池被强制“过放电”，从而出现反极性充电状态。
在反向充电时，负极开始释放氧气，由于没有耗氧，电池内压会不断升高，这样就会引起爆炸。解决办法：在正极上加入一些反向电极材料Cd(OH)2，在正常充放电时，这部分材料不起作用，一旦电池深度放电反向，这部分Cd(OH)2就会起作用，被还原的镉还能吸收反向充电时负极上释放的氧气，使电池内压不至于升高；3）使用吸液性好、透气性好的有限电解液和隔膜。电解液少，内阻大，电解液大，不利于氧气向镉电极扩散。4）电池设计采用安全排气阀，当电池内部气体压力高于设定值时，打开排气孔，让气体排出，防止电池爆炸。 ；按电极的结构和制作工艺分：1.有板盒式：包括袋式、管式等。板盒式电极是用穿孔镀镍钢带制成的袋式或管式壳体，内装有正负极活性物质，在容量5Ah~的电池中应用较为广泛。2.无板盒式：包括压制式、糊式、半烧结式和烧结式压制式：采用干粉法将活性物质直接压制而成；糊式：用粘结剂将活性物质制成糊状，涂在骨架上；烧结式：先用镍粉烧结骨架，再在多孔基材的孔内填充活性物质；半烧结式：正极采用烧结法，负极采用糊式涂敷法。3.双极电极叠片式：一边为负极，另一边为正极，中间为浸泡在电解液中的隔膜，然后叠合而成。
；1.额定电压为1.2V，放电曲线稳定；2.大电流放电性能好；3.自放电小，低温性能好；4.寿命长；5.易制成密封电池。；九、镍镉电池制备工艺1.基片制备法1）烧结板烧结基片为多孔镍基体。干法：将镍粉与成孔剂（碳酸氢铵）混合后与骨架（镀镍网）一起成型。湿法：浆料法，包括镍浆配置、浆料刮取、干燥等。；2）非烧结基片泡沫镍电极多孔树脂材料→脱脂→粗化→敏化→活化→化学镀镍→电镀镍→后处理；2.电极制备1）电极浸渍。将活性物质填充到微孔烧结基片中的工艺过程。 将基体放在合适的基体中，然后经过化学、电化学或热处理，使活性物质沉积在基体上，需反复进行才能达到要求的活性物质量。;2）拉浆法正极：浆料搅拌→涂糊→干燥→压片负极：负极浆料搅拌→镉浆研磨→负极浆料拉浆→干燥；3.电化学或化学化成1）除去电极中混入的有害杂质；2）电极化成后经过几道氧化还原过程，可以增大电极的实际表面积；3）与电极结合松散的活性物质，在化成后的清洗过程中，可以刷掉。;10.镍镉电池的记忆效应每当镍镉电池充电时，氢氧化镉在负极处与电极发生反应，生成金属镉并沉积在负极表面。 放电时，负极表面的金属镉发生反应，生成氢氧化镉，这是一个溶解和沉积的反应。
; 当充放电不完全时，电极中的镉金属会慢慢产生大的结晶，阻碍后续的化学反应，造成实际容量下降，这就是记忆效应的原因。放电电压低可以通过1~2次完全放电来解决。几次充电后放电一次，可以防止记忆效应。镍镉电池应完全放电后再存放。 ; 本课件下载后可自行编辑修改，仅供参考！谢谢您的支持，我们会努力做得更好！谢谢