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发布时间:2019-10-18 16:40:58 阅读: 来源:黑板厂家

电动车用镍氢动力电池的技术发展动向

制备高性能的MH-Ni电池电极,关键技术在于得到高性能的负极活性物质。MH-Ni动力电池采用贮氢合金作为负极活性材料,目前用的较多的有AB2和AB5两种类型,AB2是指Zr基的贮氢合金,它的贮氢量大,放电容量大,比能量大,寿命长,但由于合金表面形成的致密氧化膜阻碍了氢的表面吸附和向合金内部的渗透,导致活性困难,电催化性能差及高倍率充放电能力差等特点,而AB5型在这些方面比它好得多,易于活化,平台压力易于调整,因此日本和中国等均把AB5型合金作为所研究电池的负极的活性材料。

对AB5合金材料优化设计:贮氢合金的电化学性能与其成分、结构和组织密切相关。在成分方面,向多元合金化发展,AB5合金的A侧主要及Ml或Mm稀土代替,Ml或Mm由La、Ce、Pr、Nd组成,成分波动较大,表现出的电化学性能也就不同,适当地调整A侧的成分,可明显改善其电化学性能。由于永磁材料对金属钕的需求量很大,开发无钕的贮氢合金对资源的平衡利用和发挥最大的经济效益意义重大。AB5的B侧主要是用Co、Mn、Al等元素代替Ni,以期调整平台压和提高循环寿命等。在贮氢合金中金属Co占材料近50%的成本,开发低钴的无钴贮氢合金将明显提高其市场竞争力。

对合金粉末进行表面处理:表面处理的方法有碱处理、酸处理、含氟溶液处理和微包覆处理等。在碱处理和含氟溶液处理过程中都能使合金表面的氧化层或Zr、Ti、Mn等优先溶解,形成富Ni层,比表面增加,提高活性特性和电催化活性。微包覆可提高合金表面抗氧化能力,减少充放电过程中合金粉末的脱落,提高了循环性能。

铸造及热处理研究:AB5合金的真空冶炼时如何消除熔炼污染是重要问题,而铸锭 时需控制其冷却速度。目前的研究表明,冷却速度并不是越大越好。通过热处理消除合金的铸造缺陷、改变本体结构,可使其电化学性能得以改善。

隔膜的性能好坏是影响电池性能的主要因素,如充放电电流、充放电电压、比能量、比功率、自放电、循环寿命和耐冲击震动等性能。对于MH-Ni动力电池来说,隔膜必须具有以下性能:(1)外观平整,均匀,无毛刺,无针孔;(2)为防止机械振动冲击时的损坏,需具有一定机械强度和韧性;(3)良好的化学稳定性,耐腐蚀,耐氧化(4)良好的润湿性和电解液保持能力;(5)较好的离子传输能力和较低的电阻;(6)具有良好的透气性。目前,在MH-Ni电池中常用的了隔膜为尼龙无纺布和聚丙烯毡,尼龙无纺布的亲水性好,吸碱能力强,但化学稳定性较差,而聚丙烯毡化学稳定性很好,但亲水性不如尼龙无纺布。隔膜的亲水性可保证碱量、保液能力,而憎水性可提高透气性。因此将亲水性隔膜与憎水性隔膜按一定比例混合制备隔膜,使其满足一部分亲水,一部分憎水,是一个很好的思路,另外,还可考虑从以隔膜进行一定的处理入手来改善隔膜的性能,如化学处理、辐射接枝处理和磺化处理等。国内隔膜的生产质量和国外还有比较大的差距。

合理地选择粘合剂不仅可获得大的容量,降低内阻,提高放电电压平台,降低内压和自放电,而且还可改善电池的循环性能和高倍率放电性能。在选择粘合剂时一般要求粘合剂性能好,耐碱腐蚀,不膨胀,不松散,阻抗小。常用的粘结剂有PVA、CMC、PTFE、MC等。沾结剂也有亲水性与憎水性之大。电极表面很快吸收一定的电解液,发生膨胀,导致电极活性物质脱落。降低循环寿命;另一方面,由于亲水,表面活性大,减小了浓差极化,内阻小。导电性增强,提高了放电容量。憎水性粘结剂的粘结机理主要是机械结合,增大了电绝缘性及电极反应的阻力,降低了表面活性,增大浓差极化,但它的耐蚀性好,而且易于氢氧复合,内压较低。可以看出任何单一粘结剂都很难满足MH-Ni电池的需要,采用亲水性粘结与憎水性粘结剂联合使用是一个有效的方法。

MH-Ni动力电池单体电压为1。20伏,而动力车在动力源电压上的要求是几十伏甚至几百伏。为了使输出电压、电流等满足要求,必须对单体电池进行串、并联的组合。在MH-Ni动力电池的组全设计中,主要设计要求有:(1)单体电池性能的一致性在动力电池的使用过程中,任何一只电池质量失效都会影响整个电池组性能,使整个电池组损坏。因此在组合时首先对电池分选,使电池在容量、内阻、充放电电压平台、充电时升温、自放电率、寿命等方面尽量一致。常用的电池分类方法有:容量法、,内阻与容量法、特性曲线法。前三种方法主要考虑了电池的某一些性能指标的一致性,存在一定的局限性。特性曲线法基本保证了单体电池在各种性能指标上的一致笥,是一种较好的分类方法。

(2)合理的散热设计:电池在充电后期,会产生一定程度的热量,对电动车电池组而言,由于空间有限,产生的热量不能很快传递出去,致使温度升高,严重影响了电池组的性能,甚至使电池组损坏,因此在设计电池组时必须解决好散热问题。(3)合理的机械设计:电动车动力电池工作条件比较恶劣,因此单体电池之间的连接及电池组外壳框架设计要满足抗震、抗压、防暴露的条件。

MH-Ni动力电池在电动力车动力源领域的应用日渐增长,尤其在当今环保与节能呼声越来越高的形势下,更是发展的必然趋势。我国电动自行车每年对镍氢动力电池的需求至少在4000万只左右(相当于4000万套正负极板)。电动汽车对镍氢动力电池的需求会出现爆炸性增长。就目前国内外电动汽车技术的差距看,电动汽车可能是我国能够参与国际竞争唯一的出路。我国拥有丰富的MH-Ni动力电池的稀土等原材料资源优势和一支雄厚的科技技术力量,MH-Ni 动力电池的开发必将大有可为。

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