鎳氫電池負極關鍵技術研究及混合動力車用電池研制.pdf

1、鎳氫電池是近期和中期的首選動力電池，但其性能依然需要進一步提高，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，本文進行了通過低溫燒結、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方形動力電池。采用XRD、SEM、TEM、EDX、BET、ICP、FTIR等測試技術對材料、電極進行了表征和分析;采用循環(huán)伏

2、安、線性極化、陽極極化、電位階躍、交流阻抗等測量方法對電極或電池進行了測試分析;采用恒流充放電對電極和電池進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，并分析了其機理。
　　 通過將貯氫合金電極在300℃下進行燒結1h顯著提高了電極的動力學性能，相對未燒結電極，燒結電極的極化電阻(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）、氫擴散系數(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，當以1500 mA·g-1電流密度放電時，燒結電極的容量已經高于未燒結電極53.0mAh·g-1和27.95％，HRD值較未燒結電極提高了14.87％，不同放電電流密度下的放電中值電位和放電平臺也都高于未燒結電極，1C充放電循環(huán)時的容量衰減速度明顯比未燒結電極緩慢，這應該是因為電極的致密化、合金晶格畸變和應力的消除或者減小和合金顆粒表面產生了微裂紋。
　　 通過對不同的Co3O4

4、添加量對貯氫合金電極性能的影響研究得出了Co3O4作為添加劑應用于實際電極時的合適添加量，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，可以降低電池的內阻、內壓和溫升;通過各種測試手段對材料、電極和電池進行了Co3O4的影響機制分析，結果表明，Co3O4對貯氫合金電極和鎳氫電池性能的影響應該是因為其良好的電催化活性和電容性能、一定的

5、貯氫性能、低的電導率、Co3O4-Co(OH)2-Co可逆反應的存在以及能抑制電極合金的氧化、提高電池內部氣體復合反應的速度和氧氣的電化學還原比例。
　　 通過采用新的堿處理方法對貯氫合金粉末進行了處理，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、氫擴散能力、導電性和抗氧化腐蝕能力，降低了吸放氫的平臺斜率，進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、充放電電壓平臺和循環(huán)壽命。
　　 通過貯氫合金電極的粘合劑和導電劑配方優(yōu)化提高了HEV用6Ah方形鎳氫動力電池用貯氫合金電極的充電效率、大電流放電性能、放電電壓平臺和低溫性能。綜合采用本文研究結果研制了HEV用6Ah方形鎳氫動力電池，測試結果表明，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81.8％，放電0.1S時，電池電壓為0.9797V，比功率高達1422W/Kg;-20℃下的80％SOC3C放電效率達83.73％;80％SOC下的3C充放電循環(huán)壽命達4224次;經電池檢測機構檢測，性能達國際先進水平。在項目產業(yè)化時，采用本文部分研究結果制備了混合動力大巴用40Ah方形鎳氫動力電池，經國內車用電池權威檢測機構測試，電池各項指標均符合國家標