鎳氫電池電池分類

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鉛酸電池的基本結構如圖1所示。它由正負極板、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是二氧化鉛(PbO2)，負極板上的活性物質為海綿狀純鉛(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，由于電化學反應，正、負極板間會產生約為2.1V的電動勢。 新鉛酸電池初次使用時，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。蓄電池正常使用放完電后，應立即充電。通常采用的方法有：(1)分級定流充電法；(2)低壓恒壓充電法(帶負載充電)；(3)快速充電法?？焖俪潆姷某醭鋾r間不超過5小時，正常充電時間可縮短到1小時左右。

鎳鎘電池NiCd電池正極板上的活性物質由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學反應，其主要作用是增強導電性。負極板上的活性物質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散性，防止結塊，并增加極板的容量?；钚晕镔|分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后即成為電池的正負極板。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。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(即電池不使用時失去電荷的速率)適中。NiCd電池在使用過程中，如果放電不完全就又充電，下次再放電時，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。當然，幾次完整的放電/充電循環(huán)將使NiCd電池恢復正常工作。由于NiCd電池的記憶效應，若未完全放電，應在充電前將每節(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紡布或尼龍無紡布等。NiMH電池有圓柱形和方形兩種。圓柱形密封NiMH電池的結構如圖2所示。

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，放出的電量也能達到標稱容量的85%以上。但是，NiMH電池在高溫(+40℃以上)時，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)就能恢復到最大容量。NiMH電池的開路電壓為1.2V，與NiCd電池相同。

NiCd/NiMH電池的充電過程非常相似，都要求恒流充電。兩者的差別主要在快速充電的終止檢測方法上，以防止電池過充電。充電器對電池進行恒流充電，同時檢測電池的電壓和其它參數。當電池電壓緩慢上升達到一個峰值，對NiMH電池快速充電終止，而NiCd電池則當電池電壓第一次下降了一個－△V時終止快速充電。為避免損壞電池，電池溫度過低時不能開始快速充電，電池溫度Tmin低于10℃時，應轉入涓流充電方式。而電池溫度一旦達到規(guī)定數值后，必須立即停止充電。

鋰離子電池液態(tài)電解質圓柱型鋰離子電池基本構造如圖3所示。用LiCoO2復合金屬氧化物在鋁板上形成陽極，用鋰碳化合物在銅板形成陰極，極板間插入有亞微米級微孔的聚烯烴薄膜隔板，電解液為有機溶劑。為避免使用不當造成電池損壞，在鋰離子電池內設有3種安全機構：(1)正溫度系數元件(PTC)。當電池內的溫度過高，PTC的阻值隨之上升，會自動將陰極引線與陰極之間電路切斷；(2)特殊材料的隔板。當電池內溫度上升到一定數值時，隔板上微孔會自動溶解掉，從而使電池內的反應停止；(3)安全閥。當電池內部壓力升高到一定數值時，安全閥將自動打開。

鋰電池易受到過充電、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格限制。充電速率通常不超過1C，最低放電電壓為2.7～3.0V，如再繼續(xù)放電則會損壞電池。鋰離子電池以恒流轉恒壓方式進行充電。采用1C電流充電至4.1V時，充電器應立即轉入恒壓充電，充電電流逐漸減小，當電池充足電后，進入涓流充電過程。為避免過充電或過放電，鋰離子電池不僅在內部設有安全機構，充電器也必須采取安全保護措施，以監(jiān)測鋰離子電池的充放電狀態(tài)。

隨著新材料、新工藝的出現，更為先進耐用的可再充電電池也在不斷出現。國外最新開發(fā)的固態(tài)聚合物(電解質)Li離子電池、Li金屬電池，不僅解決了漏液問題，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品。

正極：NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-

負極：MH + OH- → M + H2O + e-

總反應：MH + NiOOH → M + Ni(OH)2

以上式中M為儲氫合金，MH為吸附了氫原子的儲氫合金。最常用儲氫合金為LaNi5。

用作電動汽車電源的先進電池必須滿足所有的最低性能要求。根據USABC的EV電池中期目標及目前MH-Ni電池的實際性能，EV用鎳氫電池的性能要求有：

1．高比能量。要求達到70Wh/kg，商品電動汽車續(xù)行里程達到320km，樣車續(xù)航里程達到560km；

2．高比功率。采用比功率為220W/kg的MH-Ni電池時，商品電動車的加速性能可與傳統(tǒng)內燃機（ICE）驅動的車輛相當；

3．組合靈活。EV用在AC320V或DC180V驅動系統(tǒng)下均能正常工作，并且電池由多種容量規(guī)格；

4．長壽命。80%DOD下循環(huán)壽命達到600~1200次；

5．工作溫度：－30~65℃；

6．可快速充電，常規(guī)拆卸簡單；

7．免維護。

8．低成本。

主要為KOH作電解液（電解質7moL/LKOH+15g/LLiOH）

正極反應：Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e-

負極反應：M + H2O + e- → MH + OH-

總反應：M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH

1.一般情況下，新的鎳氫電池只含有少量的電量，大家購買后要先進行充電然后再使用。但如果電池出廠時間比較短，電量很足，推薦先使用然后再充電。

2.新買的鎳氫電池一般要經過3-4次的充電和使用，性能才能發(fā)揮到最佳狀態(tài)，很多朋友第一次充電碰到的小問題，比方第一次充電后拍片數量沒有想象的那么多。在3-4次充電和使用后就都迎刃而解了。

3.雖然鎳氫電池的記憶效應小，仍然推薦大家盡量每次使用完后再充電，并且是一次性充滿，不要充一會用一會然后再充。這可是“延年益壽”的重要一點噢。

4.電池充電時，要注意充電器周圍的散熱，太刻意用什么風扇吹沒有什么必要，但要注意的是充電器周圍不要放置太多雜物。普通用戶在使用電池的過程中，電池往往沒有專用的存放包；用戶在替換電池后，會習慣性的把電池隨手放好，而不管所放的地方是否干凈、潮濕。這樣的后果就是電池容易弄臟、觸點易與金屬?比如鑰匙　等接觸、容易受潮，而這些都是電池的大敵。建議：用戶應該設置一個電池專用放置點，并保持電池的清潔。為了避免電量流失等問題發(fā)生，保持電池兩端的接觸點和電池蓋子的內部干凈，必要時使用柔軟、清潔的干布輕擦。

5.長時間不用的時候，記得把電池從電池倉中取出，置于干燥的環(huán)境中推薦放入電池盒中，可以避免電池短路。

6.長期不用的鎳氫電池會在存放幾個月后，電池自然進入一種“休眠”狀態(tài)，電池壽命大大降低。如果鎳氫電池已經放置了很長的時候，建議你先用慢充進行充電為宜。、因為：據測試，鎳氫電池保存的最佳條件是帶電80%左右保存。這是因為鎳氫電池的自放電較大（一個月10%-15%左右），如果電池完全放電后再保存，很長時間內不使用，電池的自放電現象就會造成電池的過放電，會損壞電池。不信？那你想一想新買的鎳氫充電電池是不是都還有電的，其中就是這個道理。建議：多比較，糾正錯誤的觀點，從正確的方向入手保養(yǎng)電池，否則會事與愿違。

7.對鎳氫進行放電。專家建議，盡量不要對鎳氫電池進行過放電，過放會導致充電失敗，這樣做的危害遠遠大于鎳氫電池本身的記憶效應！

8.萬用表自檢電池充滿與否。一般鎳氫電池在充電前，電壓在1.2V以下，充滿后正常電壓在1.4V左右。大家以此判斷，也就很容易判斷電池的狀態(tài)了。

9.充電器主要分為快充和慢充。慢充電流小，通常在200mA左右，比如我們常見的充電電流是在160mA左右。她的充電時間長，充電1800mAh的鎳氫電池要16個小時左右。時間雖然是慢了些，可是充電會充的很足，并且不傷電池。快充電流通常都在400mA以上，充電時間明顯減少很多，3-4個小時就可以搞定，也贏得了大家的喜愛。快充種類很多，價格不一。所以大家也常常有疑問，同是快充，價格為什么相差甚大呢？好的充電器特別是好的快充都帶有防過度充電保護功能的，比方我們常見的松下極品充電器BQ390在這方面表現尤為出色，優(yōu)秀的芯片軟件設計能力在對電池充電時，也把快充對電池的傷害降到了最低。

10.矛盾出現：慢充不傷電池但是充電時間太長；快充可以節(jié)省時間，但對電池有傷害，即使是目前世面上最好的松下極品充電器BQ390也只能很好的降低傷害程度，但不可完全避免。解決矛盾的方法就是要買一個快充和一個慢充。用快充充一段時間，比方5、10次之后，改用慢充充電一兩次。這 樣就又把電池的性能恢復到最佳狀態(tài)。 11.電池使用時一般都是電池組，就是4節(jié)或6節(jié)串聯起來，這時候，保持每節(jié)電池的平衡就很重要了，否則因為其中的一節(jié)電池問題而影響整個電池組的工作。首先要保證電池容量一致，最好選擇相同牌子相同型號同時購買的電池。然后，要保持電池內部的電量一致，簡單的說，就是電池組的電要么都是滿的，要么都是空的。如果有比較多的電池組成若干組電池組，可以試著“精選”一下。具體就是說，將容量、電壓等參數相近的電池單體串聯成一組電池組，由于條件不足，一般情況下測一下放完點后的電壓和沖好電的電壓就可以了。

12.最后談談充放電。

高檔的NI-MH充電器用的是-DELTAV檢測電池電壓來判斷電池是否充滿。電池充電時的電壓曲線和放電時有點相似，開始時是比較快的上升，之后緩慢上升，等到充好的時候，電壓又開始快速下降，只是下降的幅度不是很大。之前常用的鎳鎘電池也類似，只是下降的速度和幅度比NI-MH都大。而市場上最多的充電器（比較便宜的那種）常常用的就是衡壓充電，比如老GP充電寶就是1.4V衡壓，就是電池沖到1.4V時由于沒有電壓差了，充電就結束了。這樣的結果，往往就是電池無法充滿，特別是一些比較舊的電池，由于內阻增大，真正加在電池上的電壓更低。而且這種充電器電流往往較小，充電往往要10多個小時。而用-DELTAV自動切斷的充電器，由于能夠準確地控制充電時間，因此可以比較可靠的使用大電流充電。大電流充電對于鎳氫電池的損害并沒有大家想象的利害，相反的時，現在DC的使用狀況，更需要大電流充電。首先是時間問題，不用講了。然后，鎳氫電池有個特性，就是你充的電流越大，它能放出的電流也就越大，現在DC都是“電老虎”，電流都不小，因此相對來說使用相對來說較大的電流充電是個明智的選擇，可以讓電池放得更加干凈。一般5號充電電流不能超過1.5C，C為電池容量，就是1000MAH的電池，不要超過1.5A。我一般用0.5C進行充電（我的充電器可調電流）。放電方面，一般情況下，DC黑屏后拿去充就可以了，NI-MH記憶效應很小。不過在一段時間使用后，以及要平衡電池、激活電池的時候，要控制好電池放電的終止電壓。NI-MH電池的終止電壓為0.9V，放電的時候注意不要過放電，放到每節(jié)電池0.9V時就可以停止放電了。NI-MH電池沒有鎳鎘電池強悍，對過充過放以及高溫都比較敏感。充放電溫度。一般來說，不要讓電池的溫度高于45度。電池充滿的時候，電池會發(fā)熱，大電流充滿時溫度應該為42度左右，不要超過45度，否則壽命會很快降低，電池內阻將會增大。還有，充電后電池溫度較高，等冷卻后才可對其充電，充電前也要等電池冷卻。長時間不用后重新使用，最好充放幾遍重新激活電池。平時使用的時候要注意保持包裝皮的完整，不能有破損，以免短路。不要摔打沖擊電池，不要火燒等等 。

不同型號(特別是不同體積)的電池,他的容量越高,提供使用的時間越長.拋開體積和重量的因素,當然容量越高越好. 但是同樣的電池型號,標稱容量(比如600mAh)也相同,實際測的初始容量不同:比如一個為660mAh,另一個是605mAh,那么660mAh的就比605mAh的好嗎.

實際情況可能是容量高的是因為電極材料中多了增加初始容量的材料,而減少了電極穩(wěn)定用的材料,其結果就是循環(huán)使用幾十次以后,容量高的電池迅速容量衰竭,而容量低的電池卻依然堅挺.許多國內的電芯廠家往往以這個方式來獲得高容量的電池.而用戶使用半年以后待機時間卻是差得一塌糊涂.

民用的那些AA鎳氫電池(就是五號電池),一般是1400mAh,卻也有標超高容量的(1600mAh),道理也是一樣.

提高容量的代價就是犧牲循環(huán)壽命,廠家不在電池材料的改性上下文章,是不可能真正"提高"電池容量的. 電池材料比表面積研究是非常重要的，電池材料比表面積檢測數據只有采用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的，國內目前有很多儀器只能做直接對比法的檢測，現在國內也被淘汰了。目前國內外比表面積測試統(tǒng)一采用多點BET法，國內外制定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的，請參看中國國家標準（GB/T 19587-2004）-氣體吸附BET原理測定固態(tài)物質比表面積的方法。比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作，由于樣品吸附能力的不同，有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間，如果測試過程沒有實現完全自動化，那測試人員就時刻都不能離開，并且要高度集中，觀察儀表盤，操控旋鈕，稍不留神就會導致測試過程的失敗，這會浪費測試人員很多的寶貴時間。F-Sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠實現BET法檢測功能的儀器（兼?zhèn)渲苯訉Ρ确ǎ?，更重要的F-Sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備，其測試結果與國際一致性很高，穩(wěn)定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結果精確性。

在電池的使用過程中，也必須小心。對于串聯在一起的幾顆電池（比如數碼相機中4顆AA電池的通常排列方式），要避免電池完全耗盡電能，進而發(fā)生“反向充電”（Reverse charging）。這會對電池產生不可挽回的損害。不過，通常這些設備（比如之前提到的數碼相機）能夠檢測串聯電池的放電電壓，當它下降到一定程度時，便自動關閉，以保護電池。單顆電池并不會有以上的危險，只會一直放電，直到電壓為0。這不會對電池造成損害，實際上，周期性地將電放完然后再充滿有利于保持電池的容量與質量。

鎳氫電池具有較高的自放電效應，約為每個月30%或更多。這要比鎳鎘電池每月20%的自放電速率高。電池充得越滿，自放電速率就越高；當電量下降到一定程度時，自放電速率又會稍微下降。電池存放處的溫度對自放電速率有十分大的影響。正因如此，長時間不用的鎳氫電池最好是充到40%的“半滿”狀態(tài)。

低自放電效應的鎳氫電池在2005年推出市面，生產商宣稱在20℃室溫存放一年后仍可保存70至85%電量，而且可以以一般的鎳氫電池充電機進行充電。

某些低自放電效應的鎳氫電池在低溫下有比堿性電池及鋰離子電池更佳的放電特性。

當快速充電時，可以透過充電器內的微電腦去避免電池過充的情況產生?，F今的鎳氫電池含有一種催化劑，可以及時的解除因為過充所造成的危險。2H2 + O2 --催化劑--> 2H2O

但是這個反應只有從過充開始的時間算起的 C ÷ 10 小時內有效（C = 電池標示的容量）。當充電程序開始后，電池的溫度會上升的很明顯，有些急速充電器（低于1小時）內含風扇來避免電池過熱。

有的廠商認為：使用一些簡單的恒流（且電流要?。┏潆娖?，不管有沒有計時器，都可以安全地為鎳氫電池充電，允許的長時間充電電流為 C/10h （電池的標稱電量除以10小時）。實際上，一些造價低廉的無線電話基地臺和最便宜的電池充電器正是這樣工作的。盡管這可能是安全的，但對電池的壽命可能會有不良影響。根據松下公司（Panasonic）的《鎳氫電池充電指南》（鏈接在頁面底部），長期使用涓流方式（以很小的電流長時間充電）充電有可能導致電池損壞；為了防止損傷電池，涓流充電的電流應限制在 0.033×C每小時 到 0.05×C每小時 之間，最長充電時間為20小時。

對于鎳氫電池的長期保養(yǎng)來說，使用低頻脈沖-大電流的的充電方式要比使用涓流充電方式更能保持好電池狀態(tài)。

新買回來的，或者是長時間未使用的鎳氫電池，需要一段“激活”時間來回復電池電量。因此，一些新的鎳氫電池需要經過幾次充電-放電循環(huán)才能達到它們的標稱電量。

以每一個單元電池的e額定電壓來看，鎳氫與鎳鎘都是1.2V，而鋰電池卻為3.7V， 鋰電池的電壓是其他兩者的3倍。并且同型電池的重量鋰電池與鎳鎘電池幾乎相等，而鎳氫電池卻比較輕?？芍恳粋€電池本身重量不同，但鋰電池因3.7V高電壓，在輸出同等電壓的情況下使的單個電池組合時數目可減少3分之1而使成型后的電池重量和體積減小。

特性電壓 = 1.2V能量∕重量 = 30-80 Wh/kg （瓦特小時/千克） 即 108-880kJ/kg （千焦耳/千克）能量∕體積 = 140-300 Wh/L （瓦特小時/公升）即 504-1188kJ/kg （千焦耳/千克）自放電率 = 一般為每月 30%，低自放電型號為每年15-30%充放電循環(huán)次數 = 500 -1000次記憶效應　鎳氫電池與鎳鎘電池相同都有記憶效應。因此，定期的放電管理也是必需的。這種定期放電管理屬于模糊狀態(tài)下被處理，甚至也有些在不正確的知識下進行放電（每次放電或者使用幾次后進行放電都因公司的不同而有所差異）這種煩瑣的放電管理在使用鎳氫電池時是無法避免的。相對的鋰電池而言因為完全沒有記憶效應，在使用上非常方便簡單。它完全不必理會殘余電壓多少，直接可進行充電，充電時間自然可以縮短。

鎳氫電池中的“金屬”部分實際上是金屬氫化物。

用在鎳氫電池的制造上，它們主要分為兩大類。最常見的是AB5一類，A是稀土元素的混合物（或者）再加上鈦（Ti）；B則是鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn），（或者）還有鋁（Al）。

而一些高容量電池的“含多種成分”的電極則主要由AB2構成，這里的A則是鈦（Ti）或者釩（V），B則是鋯（Zr）或鎳（Ni），再加上一些鉻（Cr）、鈷（Co）、鐵（Fe）和（或）錳（Mn）。

所有這些化合物扮演的都是相同的角色：可逆地形成金屬氫化物。電池充電時，氫氧化鉀（KOH）電解液中的氫離子（H+）會被釋放出來，由這些化合物將它吸收，避免形成氫氣（H2），以保持電池內部的壓力和體積。

當電池放電時，這些氫離子便會經由相反的過程而回到原來的地方。