文档介绍：二次电池的特性和应用二次电池的特性和应用二次电池的特性和应用二次电池的特性和应用上海冶金研究所 郭懋端(上海200050) 摘要:在现代文明中,二次电池已走入千家万户,是我们生活中不可缺少的物品。在现在市场上,主要的二次电池是铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池,本文就这些电池的发生、发展、性能、生产和应用作一简要的综述。关键词铅酸电池镉镍电池氢镍电池锂离子电池中图分类号:TN911 文献标识码:A 文章编号:1563-4795(2000)12-16-04 1 引言 电池用于需要电源的地方,是通过能量转换而获取电能的器件。化学电源是在氧化还原的电化学过程中将化学能转化为电能。一次电池是一次性应用的电池,二次电池是多次反复使用的电池,因此这里的二次实际上是多次的意思。二次电池又称为可充电电池或蓄电池。化学电源主要由正极、负极和电解质构成。二次电池工作时,正极和负极发生的反应均为可逆反应,因此使用电池后,可用充电方式,使两个电极的活性回复到初态,这样电池能再次使用,实现放电过程。二次电池的重要特征就是反复充放电,基本的反应式如下: 当电池充电时,电能转变为化学能贮存在电池中,同时伴随放热过程。电池工作时,化学能转变为电能,实现向负荷供电,伴随吸热过程。虽然电池反应总带有热量传输,但实际电池反应式中,往往省略热量变化,因为我们只关心物质组成的变化。对于二次电池,性能参数很多,主要有四个指标:工作电压,电池放电曲线上的平台电压;电池容量,常用安时(Ah)或毫安时(mAh)表示;工作温区,电池正常放电的温度范围;循环寿命,电池正常工作的充放电次数。电池的性能可由电池特性曲线考虑,这些工作曲线为充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线和储存曲线。电池的安全性由特定的安全检测进行评估。二次电池能够反复运用,符合经济实用原则,这是最大优点,自然人们最青睐二次电池。对于二次电池,种类也不少,就目前市场上主流产品而言,有四类电池:铅酸(LA)电池,镉镍(NiCd)电池,氢镍(NiMH)电池和锂离子(Liion)电池。有些奇怪,中间两种电池的中文命名和英文表达次序恰相反。本文将对这四类电池的发生和发展、结构和性能、生产和应用作一评述。 2 铅酸电池铅酸电池历史最悠久,应用依然十分广泛,讨论二次电池,不能不首先认识铅酸电池。这种电池于1859 年由普兰特(Plante)发明,至今已有141 年历史。一百多年来,铅酸电池的工艺、结构、生产、性能和应用都在不断发展,科学技术的发展给古老的铅酸电池带来蓬勃的生机,如果说铅酸电池要被淘汰,我以为为时过早。铅酸电池通过极板化成,在正极板上生成二氧化铅,负极板上生成海绵状铅。在硫酸电解液中,,负极电位为-,。电池反应式如下: 铅酸电池放电工作电压较平稳,既可小电流放电,也可很大电流放电,工作温度范围宽,可在(-40~65)℃范围中工作。这种电池技术成熟、成本低廉,跟随负荷输出特性好是很大优点,因此至今仍不失为蓄电池中的重要产品。但这种电池也有明显缺点,例如重量大,质量比能量低,虽然LA 电池的理论比能量为240Wh/kg,实际只有(10~50)Wh/kg,这种电池要维护,充电速度慢。铅酸电池在近代有了重大改革,性能有了极大飞跃。主要标志是20 世纪70 年代发展的阀控密封铅酸电池(VRLA)。,从而发展了阀控密封免维护铅酸电池。近十来年中,又进一步提高双极性密封铅酸电池和水平式电极密封铅酸电池。在双极性密封铅酸电池中引入强力薄板两侧为正负活性物质的双极性电极,使内阻大大降低,从而大大提高比能量和充电速度,这种电池能量最高、成本最低、寿命最长(十年)、容量更大(是普通LA 电池的二倍)、不漏液、安全、不污染、可回收、免维护、方便。对于新发展的双极性和水平式LA 电池,C/3 放电比能量≥50Wh/kg,显示了优良的性能。 3 镉镍电池1899 年瑞典人杨格纳(Jiinger)发明镉镍电池,至今也有101 年历史了,这也是一个历史久和产量大的电池。德国Varta 是世界上第一个生产镉镍二次电池的厂家。镉镍电池的电极板使用孔隙性镍烧结板或泡沫镍,正极镍板浸渗Ni(OH)2,负极镍板浸渗或涂布Cd(OH)2,电解液多数为(30~40)%KOH。正极电位为+,负极电位为-,它在碱性溶液中比H2O 还原电位正,Cd 自身是稳定的。。电池反应式如下: 左右,具有优良的大电流放电性能,可在(-20~60)℃温度范围内工作。与铅酸电池相反,这种电池过充电性能好,可靠性高。类似的碱溶液二次电池还有