CN1380714A - 镍氢蓄电池 - Google Patents

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Abstract

一种镍氢蓄电池,其正极具有氢氧化镍,负极具有吸氢合金。通过在负极吸氢合金的吸氢量为合金自身的吸氢量的20－60%的范围内充放电,提高电池的使用寿命。

Description

镍氢蓄电池
                           技术领域
本发明涉及镍氢蓄电池。具体地说，涉及一种能够延长使用寿命的镍氢蓄电池。
                           背景技术
已知的镍氢蓄电池1有具有图2所示结构的：正极板以氢氧化镍作为正极活性物质，负极板以吸氢合金(吸收氢的合金)作为负极构成材料，正极板和负极板夹着隔片而层叠，形成作为产生电能要素的极板群3，极板群3与电解液一起装在电池外壳2内，用具有安全阀4的盖板5将该电池外壳2的开口处盖住。从构成极板群3的各正极板的一侧部上端向上引出引线6，用正极端子7与其上部连接，此外，同样地，从各负极板的另一侧部上端向上引出引线6，用负极端子8与其上部连接，将这些正极端子7和负极端子8安装在盖板5上。
正极具有氢氧化镍、负极具有吸氢合金的这种镍氢蓄电池的通常使用范围为正极容量的0-100％和吸氢合金的吸氢能力的10-80％左右，将吸氢能力的0-10％左右作为放电储备，将吸氢能力的80-100％左右作为充电储备。
在这样的镍氢蓄电池1中，允许以满充电、全放电的形式使用，可在正极容量的0-100％的范围间使用。
                          发明内容
然而，即使在上述吸氢合金的吸氢能力范围的两端部设有放电储备和充电储备的镍氢蓄电池中，若采用满充电、全放电的形式，则存在着由于充电时的膨胀，吸氢合金会出现开裂，或由于充放电而导致出现腐蚀、循环寿命不足等问题，因此，希望能延长镍氢蓄电池的使用寿命。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种能通过限制吸氢合金的吸氢能力的使用范围来延长寿命的镍氢蓄电池。
本发明的镍氢蓄电池的正极具有氢氧化镍，负极具有吸氢合金，该镍氢蓄电池被设计成在负极的吸氢合金的吸氢量为合金自身吸氢量的20-60％的范围内充放电。
通过将吸氢量限制在20-60％，可抑制决定蓄电池寿命的负极吸氢合金的开裂和腐蚀，由此可增加蓄电池的可充放电的总电量，提高蓄电池的寿命特性。
另外，为了防止吸氢合金在充电时膨胀而引起开裂，通常，使用平均粒径为25-30μm的吸氢合金，但在本发明的镍氢蓄电池中，则使用平均粒径为10-25μm的吸氢合金。这样，表面积增大，可得到能适应高负荷的镍氢蓄电池。
对于每单位负极容量，碱性电解液的液量通常在1.5g/Ah左右，但由于未用足吸氢合金，因此，离吸收气体的极限尚有距离，这样，就可使相对于每单位负极容量的碱性电解液的液量增加到1.5-3g/Ah。如此，就可抑制由碱性电解液的减少而导致的寿命下降。
此外，相对于每单位负极容量，将负极的与正极相对的面积增加到45-65cm2/Ah，可提高输出功率和使用寿命。
                        附图说明
图1示出本发明一实施例的镍氢蓄电池和以往例子的镍氢蓄电池的寿命试验结果。
图2是镍氢蓄电池的部分剖视的立体图。
                      具体实施方式
下面就本发明的镍氢蓄电池的一实施例，结合图1进行说明。关于镍氢蓄电池的构成，与参照图2说明的基本相同，在此援用该说明。
在端部设有宽5mm的未充填部的发泡镍中充填以氢氧化镍为主要成分的正极材料，在未充填部配置镍引线，形成容量为1Ah、反应面积为单面39.3cm2的正极板。此外，在端部设有宽5mm的未涂敷部的冲孔金属上涂敷以平均粒径为20μm的吸氢合金为主要成分的负极材料，在未涂敷部配置镍引线，形成容量为1.25Ah、反应面积为单面39.3cm2的负极板。
在正极板上覆盖袋状聚丙烯无纺布隔片，将这些正极和负极交替重叠，形成极板群3，装在用合成树脂制成的电池外壳2中。将外壳2的开口处用具有安全阀4的盖板5盖住。引线6从极板群3一侧的各正极板上端伸出，用电阻焊连接到正极端子7上。同样地，引线6从极板群3另一侧的各负极板上端伸出，用电阻焊连接到负极端子8上。将正极和负极端子7和8连接到盖板5上。
在一实施方式中，在发泡镍(但宽5mm的未充填部除外)中充填以氢氧化镍为主要成分的正极材料，形成容量为1Ah、反应面积为单面39.3cm2的正极板，并将镍引线连接到未充填部上。在冲孔金属(但宽5mm的未涂敷部除外)上涂敷以平均粒径为20μm的吸氢合金为主要成分的负极材料，形成容量为1.25Ah、反应面积为单面39.3cm2的负极板，并将镍引线连接到未涂敷部上。注入以氢氧化钾为主要成分的电解液20g、用具有安全阀4的盖板5盖住电池外壳2，制得镍氢蓄电池1。
然后，为了活化，以0.1C进行充放电。容量约为7Ah。往正极中添加钴，使该蓄电池的放电储备约为1Ah。
用具有以上构成的镍氢蓄电池在各种条件下进行充放电试验，研究其循环寿命特性和输出功率特性。
实施例1
试验条件是，首先，以1A的电流充电5小时，从第2循环起，以1A放电4小时，再以1A充电4小时4分钟。此时，用于充放电的吸氢量为负极合金吸氢能力的约20-60％。
另一方面，作为以往的例子，试验条件是，以1A的电流充电7小时，然后以1A放电至电压达到1V。此时，用于充放电的吸氢量为负极合金吸氢能力的约10-80％。
各电池的容量比率的变化示于图1。在以往的例子的使用条件下，在1500循环时，容量比率下降至65％，达到其寿命。而在实施例中，即使循环6000次后，容量仍得以维持，寿命特性得到明显改善。虽然1次循环的放电容量在以往的例子中约为7Ah，而在实施例中约为4Ah，但即使考虑这个因素，也可以知道，实施例的总放电容量大于以往的例子。
实施例2
用负极吸氢合金的平均粒径为8、10、15、20、25、30、35μm的负极板制成与实施例1同样的电池，进行与实施例1同样的寿命试验，测定各电池的输出功率特性。输出功率特性的测定方法是，将各电池调整至SOC60％后，大电流放电，测定在1V以上的时间可维持10秒钟以上的电流值，将该电流值乘以1V，作为输出功率。其单位为W。此外，表1所示试验结果的测定值是10个电池的平均值。
                     表1
  平均粒径(μm)   寿命特性(循环) 输出功率特性(W)
    8     1000次     140
    10     5000次     140
    15     5000次     140
    20     6000次以上     130
    25     6000次以上     130
    30     6000次以上     120
    35     6000次以上     100
由该结果可知，当平均粒径为35μm时，合金过粗，可反应的表面积少，输出功率特性下降。而当平均粒径为8μm时，则合金过细，合金间的电子导电性下降且表面积过大，导致出现腐蚀反应和寿命特性下降。由此可知，为了确保寿命特性在5000次循环以上和输出功率特性在130W以上，粒径宜为10-25μm。
实施例3
使相对于每单位负极容量的电解液注入量为0.7g/Ah、1g/Ah、1.5g/Ah、2g/Ah、3g/Ah和3.5g/Ah，制作与实施例1同样的电池，进行与实施例1同样的寿命试验。与实施例2同样，测定各电池的输出功率特性。
                    表2
  注液量(g/Ah) 寿命特性(循环) 输出功率特性(W)
    0.7     1000次     80
    1     5000次     120
    1.5     5000次     130
    2     6000次以上     130
    3     5000次     130
    3.5     4000次     130
由上述结果可知，当相对于每单位负极容量的注液量为3.5g/Ah时，液量过多，安全阀频繁启动，作为活性物质的氢气被排出电池外，正负极失去平衡，寿命缩短。而当相对于每单位负极容量的注液量为0.7g/Ah时，则液量过少，合金间的电子导电性以及输出功率、寿命特性显著下降，即使当相对于每单位负极容量的注液量为1g/Ah时，仍存在此倾向。由此可知，为了确保寿命特性在5000次循环以上和输出功率特性在130W以上，注液量宜为1.5-3g/Ah。
实施例4
使相对于每单位负极容量的负极与正极的对向面积为40cm2/Ah、45cm2/Ah、55cm2/Ah、65cm2/Ah和70cm2/Ah，制作与实施例1同样的电池，进行与实施例1同样的寿命试验。与实施例2同样，测定各电池的输出功率特性。
                       表3
反应面积(cm2/Ah) 寿命特性(循环) 输出功率特性(W)
    40     2500次     100
    45     5000次     130
    55     6000次以上     130
    65     5000次     140
70 3500次 150
由上述结果可知，当负极与正极的对向面积为40cm2/Ah时，由于可反应的面积少，寿命特性和输出功率特性均下降。而当对向面积为70cm2/Ah时，则反应面积过多，表面积过大，导致出现腐蚀反应，寿命特性下降。由此可知，为了确保寿命特性在5000次循环以上和输出功率特性在130W以上，负极和正极的反应面积宜为45-65cm2/Ah。
由上述说明可知，根据本发明，在将用于充放电的吸氢量控制在为负极合金吸氢能力的20-60％的范围内的情况下，可抑制决定蓄电池寿命的负极吸氢合金的开裂和腐蚀，从而可增加镍氢蓄电池的可充放电的总电量，提高蓄电池的寿命特性和长期稳定性。

Claims (4)

1.镍氢蓄电池，其正极具有氢氧化镍，负极具有吸氢合金，其特征在于，在负极吸氢合金的吸氢量为合金自身的吸氢量的20-60％的范围内充放电。
2.如权利要求1所述的镍氢蓄电池，其特征在于，吸氢合金的平均粒径为10-25μm。
3.如权利要求1所述的镍氢蓄电池，其特征在于，相对于每单位负极容量的碱性电解液的液量为1.5-3g/Ah。
4.如权利要求1所述的镍氢蓄电池，其特征在于，相对于每单位负极容量的负极与正极的对向面积为45-65cm2/Ah。
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