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有害雜質(zhì)對鎳鎘電池性能的影響

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1752次  |  2019年08月12日  

有害雜質(zhì)對鎳鎘電池性能的影響

在鎳鎘電池中,鐵,錳,銅,鉻,硝酸鹽,碳酸根離子,氯離子及許多有機(jī)化合物對電池性能有害。


1,鐵使正極的氧過電位明顯下降,充電效率降低,充電電流消耗在產(chǎn)生氧氣和熱量。在正極中含有1%的鐵,引起的容量損失可大30%。因此殼體鍍鎳層應(yīng)盡可能沒有微孔,導(dǎo)電骨架和接線柱等的鍍鎳層也要保證質(zhì)量,不能有基體的腐蝕鐵下來。


2,錳和銅的離子在正極上發(fā)生氧化,而在負(fù)極上發(fā)生還原,從而促進(jìn)了電池的自放電。

硝酸根離子以及許多有機(jī)化合物也有類似的性質(zhì),這些雜質(zhì)離子穿梭于正負(fù)極之間,使電池容量不斷損失。

NO3-在負(fù)極上還原生成NO2-:Cd+NO3-+H2O→Cd(OH)2+NO2-

而NO2-又?jǐn)U散到正極又被氧化成NO3-:2NiOOH+NO2-+H2O→2Ni(OH)2+NO3-

另外,NO3-及NO2-還可能發(fā)生如下反應(yīng):NO3-+6H2O+8e→NH3+9OH-

NH3+3/2O2+OH-→NO2-+2H2O

NO2-+5H2O+6e→NH3+7OH-

這樣的自放電反應(yīng)直至正極的電位下降到不能氧化成NO2-,或者負(fù)極的電位上升到不能還原NO3-為止。

正極的自放電,活性物質(zhì)分解放出氧氣:6NiOOH→2Ni3O4+3H2O+1/2O2

正極上生成的氧氣又與鎘負(fù)極反應(yīng):Cd+1/2O2+2H2O→Cd(OH)2

在電池充放電多次以后,脫落下來的活性物質(zhì)穿過隔膜,構(gòu)成“結(jié)晶橋”,使正負(fù)極連接起來,發(fā)生所謂“軟短路”,使得容量不斷下降。


3,鋰的影響

鋰的影響比較復(fù)雜,在開口式電池里,通常將LiOH加到電解質(zhì)中,充放電后部分鋰離子進(jìn)入正極中,由于鋰離子的半徑(0.06nm)比Ni2+半徑小,鋰離子易進(jìn)入氫氧化亞鎳的晶格缺陷位置和晶格間隙中。

①有利影響

改善了電池在較高溫度下(40℃)的充電效率。鋰的含量越高,作用越明顯。

②不利影響

降低了電池在室溫和較低的溫度下的放電容量。LiOH的濃度越大,影響越明顯;在較高的溫度下,鋰促進(jìn)燒結(jié)式鎳電極進(jìn)一步氧化及電極的膨脹。


4,鈷的影響(在正極中的分布由表面向內(nèi)遞減)

①有利影響

正極中添加鈷的氫氧化物,充電時(shí)由于提高了正極的氧過電位,使低充電率(如0.3I10)和較高的環(huán)境溫度(如45℃)下的正極充電效率得到改善,從而提高了電池的容量?!綜oO加入到正極可以提高氫氧化亞鎳的利用率9%,VS。Li(OH)2】。

②不利影響

降低了放電電壓20—70mV;鈷含量提高,放電電壓下降增大。如果要求電池在高放電率下使用,則燒結(jié)式正極中不宜加鈷。如果1C放電(最大)且環(huán)境溫度比較高,則在正極中加鈷還是有利的。添加了鈷,可提高電池容量30%。在燒結(jié)式正極和盒式正極中,Ni(OH)2:氧化鎘:Co(OH)2=90:5:5(重量比),這不僅可以減少充放電過程中正極的膨脹,而且可提高正極的比容量15%。


5,鎘的影響

對于扣式電池,正極中添加的是氧化鎘;對于燒結(jié)式電極是用硝酸鎘加入正極浸漬液中,約占10%的硝酸鎘加到硝酸鎳溶液中,經(jīng)浸漬,堿化,使Cd(OH)2和Ni(OH)2一起均勻地沉淀到燒結(jié)電極中,這樣沉淀出來的Cd(OH)2是正極膨脹的阻抑劑,并且,在正極中Cd(OH)2的含量越高阻抑正極膨脹的效果越明顯,正極中添加鎘的化合物并無有害影響。


6,ZnO在泡沫鎳電極中的作用

①延長壽命(一般為2%,最大可達(dá)4.5%)

②可提高氫氧化亞鎳?yán)寐?,提高放電平臺(tái)(一般為2%,最大可達(dá)4.5%)

③隨著ZnO含量增加,鎳電極充電電壓升高

④可以抑制鎳電極在高溫時(shí)(45℃)膨脹,改善了鎳電極的充放電性能。


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