鎳氫電池負(fù)極關(guān)鍵技術(shù)研究及混合動(dòng)力車用電池研制.pdf

1、鎳氫電池是近期和中期的首選動(dòng)力電池，但其性能依然需要進(jìn)一步提高，而目前主要是要提高貯氫合金電極性能，為了提高貯氫合金電極和鎳氫電池的性能，本文進(jìn)行了通過低溫?zé)Y(jié)、采用Co3O4作為添加劑、貯氫合金粉末的表面處理以及粘合劑和導(dǎo)電劑配方的優(yōu)化等途徑來提高貯氫合金電極性能的研究，并研制出了性能優(yōu)異的HEV6Ah和40Ah方形動(dòng)力電池。采用XRD、SEM、TEM、EDX、BET、ICP、FTIR等測(cè)試技術(shù)對(duì)材料、電極進(jìn)行了表征和分析;采用循環(huán)伏

2、安、線性極化、陽極極化、電位階躍、交流阻抗等測(cè)量方法對(duì)電極或電池進(jìn)行了測(cè)試分析;采用恒流充放電對(duì)電極和電池進(jìn)行了充放電性能研究，有效地提高了貯氫合金電極和電池的性能，并分析了其機(jī)理。
　　 通過將貯氫合金電極在300℃下進(jìn)行燒結(jié)1h顯著提高了電極的動(dòng)力學(xué)性能，相對(duì)未燒結(jié)電極，燒結(jié)電極的極化電阻(Rp)、接觸電阻（Rpp）和電荷遷移電阻(Rct)大幅度降低，交換電流密度（I(0)）、極限電流密度(IL）、氫擴(kuò)散系數(shù)(D)都明顯提高

3、;從而有效地提高了電極的高倍率放電性能和循環(huán)壽命，當(dāng)以1500 mA·g-1電流密度放電時(shí)，燒結(jié)電極的容量已經(jīng)高于未燒結(jié)電極53.0mAh·g-1和27.95％，HRD值較未燒結(jié)電極提高了14.87％，不同放電電流密度下的放電中值電位和放電平臺(tái)也都高于未燒結(jié)電極，1C充放電循環(huán)時(shí)的容量衰減速度明顯比未燒結(jié)電極緩慢，這應(yīng)該是因?yàn)殡姌O的致密化、合金晶格畸變和應(yīng)力的消除或者減小和合金顆粒表面產(chǎn)生了微裂紋。
　　 通過對(duì)不同的Co3O4

4、添加量對(duì)貯氫合金電極性能的影響研究得出了Co3O4作為添加劑應(yīng)用于實(shí)際電極時(shí)的合適添加量，并采用該電極制備了AA(額定容量為1500mAh)圓柱型電池，結(jié)果表明，適量的Co3O4可以有效地提高電池的倍率性能、高低溫性能、耐過充性能、循環(huán)壽命，可以降低電池的內(nèi)阻、內(nèi)壓和溫升;通過各種測(cè)試手段對(duì)材料、電極和電池進(jìn)行了Co3O4的影響機(jī)制分析，結(jié)果表明，Co3O4對(duì)貯氫合金電極和鎳氫電池性能的影響應(yīng)該是因?yàn)槠淞己玫碾姶呋钚院碗娙菪阅堋⒁欢ǖ?/p>

5、貯氫性能、低的電導(dǎo)率、Co3O4-Co(OH)2-Co可逆反應(yīng)的存在以及能抑制電極合金的氧化、提高電池內(nèi)部氣體復(fù)合反應(yīng)的速度和氧氣的電化學(xué)還原比例。
　　 通過采用新的堿處理方法對(duì)貯氫合金粉末進(jìn)行了處理，去除了合金粉末表面的氧化層并在表面形成了具有高電催化活性的Ni和Co富集層（其中NaOH堿液處理的合金原子百分含量為92.91％，KOH堿液處理合金的原子百分含量為90.68％，分別比未處理合金提高了26.62％、24.39％)

6、，提高了合金粉末的比表面積，從而提高了電催化活性、氫擴(kuò)散能力、導(dǎo)電性和抗氧化腐蝕能力，降低了吸放氫的平臺(tái)斜率，進(jìn)而有效地改善了貯氫合金電極的活化性能、高倍率充放電性能、高低溫性能、充放電電壓平臺(tái)和循環(huán)壽命。
　　 通過貯氫合金電極的粘合劑和導(dǎo)電劑配方優(yōu)化提高了HEV用6Ah方形鎳氫動(dòng)力電池用貯氫合金電極的充電效率、大電流放電性能、放電電壓平臺(tái)和低溫性能。綜合采用本文研究結(jié)果研制了HEV用6Ah方形鎳氫動(dòng)力電池，測(cè)試結(jié)果表明，該電

7、池具有很好的充放電倍率性能、高低溫性能、循環(huán)壽命，80％SOC下45C放電效率達(dá)81.8％，放電0.1S時(shí)，電池電壓為0.9797V，比功率高達(dá)1422W/Kg;-20℃下的80％SOC3C放電效率達(dá)83.73％;80％SOC下的3C充放電循環(huán)壽命達(dá)4224次;經(jīng)電池檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，性能達(dá)國際先進(jìn)水平。在項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化時(shí)，采用本文部分研究結(jié)果制備了混合動(dòng)力大巴用40Ah方形鎳氫動(dòng)力電池，經(jīng)國內(nèi)車用電池權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試，電池各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家標(biāo)