电池材料日益受到人们的重视

　　随着社会信息化、网络化步伐的加快，电池在人们日常生活、工作、学习中的地位越来越重要。随着全人类环保意识的增强，无污染或少污染的电池材料日益受到人们的重视，相应的各种电池技术的研究与发展越来越引起人们的关注。21世纪社会的关键词是信息网络化和环境共生，电池被认为是这个领域不可缺少的器件MH/Ni电池是继镍镉电池之后的新一代高能二次电池，由于它具有高容量、大功率、无污染等特点而倍受人们的青睐，是当今二次电池重要发展方向之一由于MH/Ni电池是组装在完全密封的金属外壳中，当电池内压上升发生异常时，外壳上盖的压力安全阀会自动打开泄气，但当内压急剧增大到一定的程度时可能导致电池爆炸。根据美国专利介绍，降低电池内压的目标之一就是通过贮氢合金表面上的金属或金属化合物充分有效的催化作用，从而显著改善MN/Ni电池的内压。本文主要针对MH/Ni电池内压过高引发安全隐患的问题，采取对负极片进行表面处理的措施降低内压，以提高MH/Ni电池的安全性能。

　　1试验部分1.1试剂与仪器制备电池所用试剂均为分析纯，所用的仪器有8002A电池检测化成装置（广州江侨电子设备厂）、BS9300二次电池自动检测装置（广州擎天实业有限公司）、BSVR电池内阻测试仪表面技术（广州擎天实业有限公司）。

　　制备50AAJ1500圆柱型电池，其中50表示电池高度为50cm，AA为电池型号，J指的是电池类别（盖帽是尖头的），1500则表示电池容量为1500mAh.表1列出了3种镍氢电池的负极浸胶溶液配方。

　　1.2试验电池的制备1）正极片的制备：混粉（Ni（OH）耳位（发泡镍）→预压→上粉→对辊辗压→自动裁片→烘干→软化→裁片→冲圆角→称重→点焊→裁极耳→整形→齐片→划、贴胶布。

　　2）负极片制备：拉片（铜网）→上粉（贮氢合金粉）→浸胶→烘干→二次辊压→裁片→称重。

　　3）电池的装配工艺

　　1.3试验电池的测试1.3.1内压和温度的测试测试步骤：每种电池取1支，分别以1C充电3h，从第50min（温度从0min）起每隔5min分别记录1次电池内压和温度至第100min，之后每隔10min记录1次电池内压和温度至第180min，并记录全过程的最大内压和相应的时间。此过程中不时在电池正极帽上滴加酚酞，观察是否有漏气（从滴加的酚酞液中有气泡冒出）、漏液（滴加的酚酞液变为红色）现象，并记录相应的时间。出现漏气、漏液现象后再记录一两个数值（以便观察漏气、漏液后气压下降的趋势），即结束试验。1.3.2循环性能的测试循环500次。1.3.3碳迁移的测试1）碳是否迁移到隔膜任取B、C电池（A电池在制作中并未加入碳黑，不存在碳黑迁移）各1支，把电池剥开将隔膜取出，并将隔膜撕开，使与正、负极片接触的一面隔膜均匀分开，再分别放入烧杯中用硝酸（质量比为11）加热漂洗（碳不溶于硝酸），待隔膜上的粉末溶解后，取出，用清水漂洗，晾干。最后用投影仪投影，并与未用过的干净隔膜对比，观察隔膜上是否有碳黑颗粒。2）碳是否迁移到电解液将2个封口后只经过高温化成的B、C电池剥开，用针筒吸取其中的碱液，将碱液注入蒸发皿中，再加入硝酸（其质量比为11）后加热，观察溶液中是否存在不溶解的碳黑颗粒。

　　2结果与讨论2.1负极片涂抹胶液后的外观比较负极片经涂抹不同的胶液烘干后，用投影仪投影的图像。

　　给负极片涂抹相似厚度的不同负极胶液后，负极片外观在色泽上有明显差异，即胶液里未含黑色导电碳黑的A电池负极片颜色最浅，胶液里加了碳黑的B电池负极片颜色稍黑，胶液里同时加入Ni粉和碳黑的C电池负极片颜色最黑。

　　2.2不同的负极胶液对内压的影响电池以1C充电180min，以时间为横坐标，内压为纵坐标，A、B、C电池，在180min内充电的内压依次减小。A电池充电80110min内压才出现平台，平台内压是1.34MPa；B电池充电75120min内就出现内压平台，平台内压在1.00MPa左右；C电池充电75180min内压都相对平缓，平台内压是三者中最低的，介0.580.76MPa之间。

　　在充电时，正极发生析氧反应：4OH析出的氧通过多孔隔膜达到负极表面。由于负极的设计容量过剩，在充电过程中不会因负极不能吸收氢原子而使其结合成氢气析出，而是到达负极表面的氧气与金属氢化物发生氧化还原这时，碳黑起到导电剂的作用，加速了电子的传递，即加速了金属氢化物（NHi）对氧气的吸收，从而起到降低内压的作用，所以B电池的气压比A电池的低。

　　当在贮合金粉表面形成了一层贮氢合金氧化物时，该氧化层的粗糙程度很大，可以增加化学反应的面积，同时让作为催化剂的金属（Ni）的性能得到充分发挥，提高氧在充电过程的复合速率，降低电池内压，进而改善电池性能。C电池负极片所涂的胶液既含导电碳黑又含催化剂N，i所以，C电池的内压比B的更低了。

　　2.3不同的负极胶液对循环性能的影响将电池做循环性能测试后，提取其循环次数及每次循环的终止容量数据，以循环次数为横坐标，每次循环的终止容量C为纵坐标作图，开始时A、B、C电池各次循环的终止容量都相差不大，但由于B电池所涂抹的负极胶液比A电池的多添加了导电碳黑，而C电池所涂抹的负极胶液又比B的多添加了催化剂N，i所以第171次循环后终止容量大小的趋势这三种电池充、放电循环达到第328次时，其终止容量与标称容量的比率。

　　电池要求电池以0.5C充、放电循环到第500次的终止容量要达到标称容量的60%以上，而本测试是将电池以1C进行充、放电循环，那么就要求循环到第250次的终止容量要达到标称容量的60%以上。A电池循环到第328次的终止容量才是标称容量的60.08%，而B电池和C电池的终止容量却是标称容量的74%，都远远超过国家标准的要求，仍可继续长时间循环充放电使用。由此可见，以SBR作负极粘结剂制作的电池的循环性能相当好。

　　2.4不同的负极胶液对充电温度的影响，A、B、C电池在充电180min过程中的温度几乎都一样，特别在充电过程中出现了温度平台，这三者的温度平台差不多重合在一起，而且平台温度不很高。这就说明负极胶液配方的改变对充电温度没有影响，在过充时电池内部反应不剧烈，放热不是很大，所以温度几乎不变，可以推测其内部气体能及时复合，不会导致内压过高而引起温度的升高，从而达到降低内压的效果。

　　2.5隔膜对碳迁移的影响分别将与正、负极片接触的隔膜用硝酸加热漂洗，用肉眼看到洗净的隔膜与未使用过的干净隔膜十分相似。待隔膜洗净晾干后，用投影仪投影到的隔膜效果图与未使用过的干净隔膜没什么差别，即从投影的效果图上几乎都未发现有碳黑颗粒的存在。

　　证隔膜撕开厚度的绝对均一性，而隔膜本身很薄，底光从下面射上来，在投影上就会看到一些看似黑色的颗粒，其实是隔膜极薄点或撕破处的黑影。另外，因为隔膜晾干后并不很平整，当投影到的隔膜不在同一平面时就无法从投影图上看清隔膜表面状况，此时需要不时调节底灯的光线直至可看清楚为止，最后得到的隔膜投影效果图的整体色泽是不一致的。

　　隔膜酸洗后干净整洁，说明碳黑不会由负极表面透过隔膜迁移到正极片上。该隔膜只能透过离子，所以碳黑分子是无法透过的。将封口后经过高温陈化的B、C电池剥开，用注射器分别吸取其中的电解液于烧杯中，加入硝酸加热沸腾后观察到溶液是澄清透明的，这说明碳黑分子没有迁移到电解液里面。

　　由上述可知，碳黑没有透过隔膜迁移到正极片表面，更没有迁移到电解液中。既然碳黑在电池充放电时没有发生迁移，那么它就可以在负极片表面有效地发挥其导电作用，特别是在过充时促进了正极所产生的氧在负极上的复合，从而有效降低内压，进而提高电池的安全性能。

　　3结论1）通过对电池进行内压、循环性能的测试，发现负极胶液同时含有SBR、碳黑和Ni（水起到的是稀释作用）时电池的内压最低，循环性能最好。

　　2）试验时所应用的FS2227隔膜能够有效起到隔离正、负极的作用，只允许离子渗透，有效阻碍了碳黑分子的迁移，从而充分发挥其导电作用，在充、放电时能促进电池内部气体的复合，起到降低内压的作用。

　　3）通过对电池以1C充电180min的温度测试，发现各种电池在同一时间内的温度相差1左右，没什么大的差别，而且平台温度不很高，即可说明负极胶液配方的改变对充电温度没有负面影响，在过充时，电池内部气体能及时复合，不会导致内压持续升高、过高而引起温度的升高（因为出现温度平台了），该胶液（含SBR）起到了一定的降低内压的效果。