包钢科技

电池编号	充电容量 /Ah	放电容量 /Ah	放电效率 /%
电解液试验电池-1^#	6	5.49	91.50
电解液试验电池-2^#	6	5.50	91.67
常规生产电池-1^#	6	5.28	88.00
常规生产电池-2^#	6	5.26	87.67

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电解液试验电池-2^#	6	5.50	91.67
常规生产电池-1^#	6	5.28	88.00
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电解液试验电池-1^#	6	4.95	82.50
电解液试验电池-2^#	6	4.94	82.33
常规生产电池-1^#	6	3.73	62.17
常规生产电池-2^#	6	3.90	65.00

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常规生产电池-1^#	6	3.73	62.17
常规生产电池-2^#	6	3.90	65.00

电解液添加NaOH对镍氢电池高温性能的影响

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杨婷 ¹^,² , 刘卫军 ¹ , 王云波 ¹

包钢科技 | 生产实践与管理 2022,48(4): 26-28

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包钢科技 | 生产实践与管理 2022, 48(4): 26-28

电解液添加NaOH对镍氢电池高温性能的影响

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杨婷¹^,², 刘卫军¹, 王云波¹

作者信息

¹ 北方稀土贮氢电池公司,内蒙古包头 014030

² 兰州大学化学化工学院,甘肃兰州 730000

杨婷(1987-),女,内蒙古包头市人,在读硕士,工程师,主要从事镍氢电池的研究开发工作。

Effects of Adding NaOH into Electrolyte on High Temperature Performance of Nickel Metal Hydride Battery

Ting Yang¹^,², Wei-jun Liu¹, Yun-bo Wang¹

Affiliations

¹ North Rare Earth Hydrogen Storage Battery Co., Baotou 014030, Inner Mongolia Autonomous Region, China

² College of Chemistry and Chemical Engineering, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu, China

出版时间: 2022-08-25

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摘要

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为了提高镍氢电池在高温下的充放电效率以及满足使用环境的要求,通过在常规电解液中添加NaOH,测试镍氢电池在高温环境下的充放电性能。将添加NaOH电解液的镍氢电池和常规生产镍氢电池分别在55 ℃和65 ℃环境温度下进行充放电效率对比试验。结果表明,添加NaOH电解液的镍氢电池在高温环境下的充放电性能明显高于普通镍氢电池,55 ℃高温环境充放电效率较常规电池增加约3个百分点,65 ℃高温环境充放电效率较常规电池增加约17~20个百分点。

关键词

镍氢电池 / 电解液 / 高温

Abstract

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In order to improve the charge discharge efficiency of nickel metal hydride (Ni-MH) battery at high temperature and meet the requirements of service environment, the charge and discharge performance of Ni-MH battery at high temperature are tested by adding NaOH into the conventional electrolyte. The experiment of comparing the charge discharge efficiency of Ni-MH battery added NaOH electrolyte with that of conventional Ni-MH battery is carried out at the environment temperatures of 55 ℃ and 65 ℃ separately. The results showed that the charge and discharge performance of Ni-MH battery added NaOH electrolyte was obviously higher than that of conventional Ni-MH battery in high temperature environment. The charge discharge efficiency is about 3 percentage points higher than that of conventional battery in high temperature environment of 55 ℃ and it is about 17~20 percentage points higher than that of conventional battery in high temperature environment of 65 ℃.

Key words

Ni-MH battrey / electrolyte / high temperature

引用本文

杨婷, 刘卫军, 王云波. 电解液添加NaOH对镍氢电池高温性能的影响. 包钢科技, 2022 , 48 (4) : 26 -28 .

Ting Yang, Wei-jun Liu, Yun-bo Wang. Effects of Adding NaOH into Electrolyte on High Temperature Performance of Nickel Metal Hydride Battery[J]. Science & Technology of Baotou Steel, 2022 , 48 (4) : 26 -28 .

正文

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随着人类文明程度逐步提高,生态环保意识不断增强。传统化石能源面临枯竭的问题日益突出,清洁能源开始登上历史舞台。镍氢电池作为可以重复使用的绿色环保电池走入大家的视野。镍氢电池经历了三个阶段的发展,最早在日本实现产业化,特别在混合动力汽车和电动工具领域得到了广泛应用。由于地区温度差异,镍氢电池高温应用市场需要解决的问题迫在眉睫。因此,开发高温地区使用的镍氢电池成为重要研究课题。

影响镍氢电池高温性能因素主要有正极材料、负极材料、隔膜和电解液。一般通过正极添加剂来提高正极材料的析氧过电位,从而改善镍氢电池在高温下正极活性物质的转化效率。天津大学的张晓阳通过正极添加Y₂O₃提高镍氢电池的高温性能^[1]。公丽萍等人通过负极材料的改良成功开发出高温性能较好的镍氢电池^[2]。高温活化也对提高镍氢电池的高温性能有一定的改善作用^[3]。电解液作为电池的重要组成部分,它的组成、浓度、数量的多少以及杂质的种类都将对电池的性能产生至关重要的影响,它直接影响电池的容量、内阻、循环寿命、内压等性能^[4]。

候宪鲁等人通过研究电解液配方对电池倍率放电性能的影响,认为电解液对电池性能影响很大^[5]。以往对电解液的研究大多使用一元或二元碱性溶液,合适的电解液浓度和配比可以改善镍氢电池的高温性能。电解液一般采用大约7 mol/L的KOH溶液,也可以用一定量NaOH代替KOH,或加入少量其他成分如LiOH等,但对一些杂质诸如碳酸盐、氯化物、硫化物等杂质含量要求较高。有研究表明,采用添加NaBO₂的电解液,提高了镍氢电池的高温性能^[6]。裴磊等人研究了电解液配方对电池自放电的影响,且加入NaOH会提高镍氢电池在高温环境条件下的容量保持率^[7]。因此不同配方的电解液对于镍氢电池具有不同的作用。在常规电解液中加入NaOH对于改善镍氢电池的高温性能具有一定的作用。

1 试验部分

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1.1 制作方法

镍氢电池的正极极片是以泡沫镍为基材的拉浆氢氧化亚镍,负极极片是以钢带为基材的拉浆储氢合金粉,隔膜纸为经过处理的特殊隔膜。电解液是在原有电解液的基础上添加1.5 mol/L的NaOH配制成为新的电解液配方。将以上这些材料密封制作成容量为6 000 mAh的电池(后面称电解液试验电池)。

1.2 试验过程

选取相同数量的电解液试验电池与常规生产电池。测试充放电设备使用BitrodeMCV100-5单体电池测试仪。将电解液试验电池与常规生产电池放入25 ℃恒温箱内按照GB/T 31486—2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及检验方法》中的容量标准进行测试,结束后记录两种电池的初始容量^[8]。将电解液试验电池与常规生产电池同时放入55 ℃交变温箱中搁置6 h,在此温度下以1C(6 A)充电1 h,搁置30 min,1C放电到1.0 V截止。统计电解液试验电池和常规生产电池的充放电效率。

再次将交变温箱的温度提高至65 ℃,将电解液试验电池与常规生产电池同时放入65 ℃交变温箱中搁置6 h,在此温度下1C充电1 h,搁置30 min,1C放电到1.0 V截止。计算电解液试验电池和常规生产电池的充放电效率(放电容量/充电容量)。对比电解液试验电池和常规电池在55 ℃和65 ℃温度环境下的充放电效率。

2 结果与讨论

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2.1 55 ℃高温环境充放电性能对比

表1列出了电解液试验电池与常规生产电池在55 ℃环境下的充放电容量和放电效率。可以看出,在1C放电倍率下,电解液试验电池的放电容量分别为5.49 Ah和5.50 Ah,而常规生产电池的放电容量分别为5.28 Ah和5.26 Ah。电解液试验电池在55 ℃高温环境放电效率超过91%,常规生产电池在55 ℃高温环境放电效率大约为88%。结果表明常规电解液中加入NaOH后提高了电池的放电效率。

图1为电解液试验电池与常规生产电池55 ℃高温环境放电效率曲线。可以看出,在放电初期,电解液试验电池与常规生产电池的电压相近。当放电至60%左右,电解液试验电池的放电电压高于常规生产电池。当放电至80%以上时,常规生产电池的电压较电解液试验电池发生了明显的滞后,导致二者的放电效率相差3~4个百分点,因此在电解液中添加NaOH达到了提高镍氢电池高温性能的目的。

2.2 65 ℃高温环境充放电性能对比

将环境温度升高10 ℃,再次对电解液试验电池与常规生产电池高温充放电效率进行对比测试。测试结果见表2,常规生产电池在65 ℃高温环境下放电效率为62%~65%,电解液试验电池在65 ℃高温环境下放电效率大于82%,提高了约17~20个百分点。

图2为电解液试验电池与常规生产电池65 ℃高温环境放电效率曲线。可以看出,当温度进一步升高时,电解液试验电池表现出更好的高温性能。在65 ℃高温环境条件下,常规生产电池的放电电压始终小于电解液试验电池。随着放电效率的增加,电解液试验电池的放电电压明显高于常规生产电池。当放电效率在55%时,常规生产电池的电压开始快速下降,放电终止时的放电效率仅为62%。而电解液试验电池直到放电效率在75%时电压开始快速下降,放电终止时的放电效率达到82%。因此,电解液试验电池在放电初期拥有更高放电电压,是提高其放电效率的一个主要原因。

电解液试验电池良好的高温放电性能与电解液中加入NaOH有关。钠离子(Na⁺)半径(0.97 Å)较钾离子(K⁺)半径(1.33 Å)小,在电池充放电过程中更容易发生离子的迁移,增强了电解液的导电能力。特别是随着温度的升高,钠离子迁移的速率更快,使得在高温环境条件下电解液试验电池的充放电效率显著高于常规生产电池,通过调整电解液的组成确实改善了镍氢电池的高温性能。

3 结论

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(1)添加NaOH电解液的镍氢电池在55 ℃和65 ℃高温环境下的充放电效率分别较常规生产电池高约3个百分点和17~20个百分点,在较高温度下表现出更优越的性能。

(2)添加NaOH的电解液随着温度的升高,钠离子迁移的速率更快,使得在高温环境条件下电解液的导电能力增强,改善了镍氢电池的高温性能。

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

[1]

张晓阳. 镍氢电池高温性能的改进研究[D]. 天津: 天津大学, 2005.

[2]

公莉萍, 张高平. 镍氢电池高温性能工艺方法研究[J]. 内蒙古石油化工, 2014,(2):7-8.

[3]

皇甫益, 曹生彪. 活化制度对镍氢电池高温性能的影响[J]. 稀土, 2014, 35(3):105-108.

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唐有根, 李文良. 镍氢电池[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007.

[5]

侯宪鲁, 南俊民. 高倍率A型MH-Ni电池的制备及其性能[J]. 应用化学, 2004, 21(11):1169-1173.

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Enbo

Shangguang

, Jianling

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, Jing

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裴磊, 易双萍, 何叶. 电解液配方对镍氢电池自放电性能的影响[J]. 广州工业大学学报, 2008, 25(3):10-12.

[8]

GB/T 31485—2015,电动汽车用动力蓄电池电性能要求及检验方法[S].

2022年第48卷第4期

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116

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接收时间：2022-03-31
首发时间：2025-10-20
出版时间：2022-08-25

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收稿日期：2022-03-31

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作者信息

¹ 北方稀土贮氢电池公司,内蒙古包头 014030

² 兰州大学化学化工学院,甘肃兰州 730000

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/bgkj/CN/1187088803543003306

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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