高温镍氢电池关键技术

流(0.2C～0.4C)充放电循环寿命大于500次，1C大电流充放电循环寿命大于300次，常温搁置28天的自放电小于10%;低温性能为在-40℃、0.2C及-40℃、0.4C条件下放电容量达到额定容量的80%，在-45℃、0.2C条件下放电容量达到额定容量的70%;高温性能为55℃/0.2C充电6.5小时后，0.2C放电容量大于额定容量90%，55℃搁置8小时0.2C放电，放电容量大于实际容量的90%，50℃贮存30天容量未见任何损失。在涂铭旌院士带领下，之前四川大学材料学院的博士生导师陈云贵教授主持完成了无钕镍氢动力电池的开发，其综合性能在国内外主要品牌电池的对抗试验中处于领先，获得了四项国家发明专利授权和2003年中国稀土十大科技新闻之一的荣誉。涂铭旌院士和陈云贵教授正在积极推广此性能优良的宽温区镍氢电池，展开飞机用低温大电流放电性能优良的镍氢启动电源和电动汽车用宽温区、长寿命及低成本镍氢电池的开发[1]。

3、掺杂渗镀梯度复合球形氢氧化镍

球形氢氧化镍产业化有十余年的经历，掺杂Cd+Co和掺杂Zn+Co球镍商品化比较成熟，包钴(或称覆钴)在逐步走向商品化。以至于有人说[2]“目前β-Ni(OH)2的开发已接近极限;纳米Ni(OH)2及α-Ni(OH)2材料的研究和开发前景将会十分广阔”。

梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,简称FGM)是应现代航天航空工业等高技术领域的需要，为满足在极限环境(超高温、大温度落差)下能反复正常工作而发展起来的一种新型功能材料[3]。是目前国际复合功能材料主要发展前沿技术领域。

掺杂渗镀梯度复合球形氢氧化镍应分为两个概念：

一、掺杂球形氢氧化镍，它是在传统的掺杂Cd+Co和掺杂Zn+Co球镍基础上，优化选择Ⅱ族元素、稀土元素等，制备出成分均匀、微观结构晶粒尺寸小、层间距大、半高宽较大的掺杂，比表面积和粒度分布符合要求，品质稳定的球形氢氧化镍。在该方面，作者认为自己开发的“体系微晶在线三元控制法”，在产品稳定性、均匀性;工艺再线控制简易程度、参数精密可靠度;低廉设备投资和产品整体成本等方面处于国内领先地位。对松下电池公司批量供货一年时间、近千吨产品中，无一例品质投诉事件，开创国内同类产品之先河[4][5]。

二、梯度复合球形氢氧化镍，它与目前包钴球镍有相似之处，但又有很大的区别。包钴球镍是简单地在球形氢氧化镍中沉积包覆一层单一的氢氧化钴;梯度复合球形氢氧化镍是将欲渗材料(钴、钇、钛、钙、镁或其他稀土元素)与被修材料(掺杂球镍)均放在严密控制条件的状态，渗镀离子与氢氧根在添加剂的作用下聚集在基材(掺杂球镍)表面的离子不断沿着基材的晶体缺陷向基体内部快速扩散。最后形成欲渗金属元素在基体表面富集结晶，并渗入到基体内一定深度，由表及里，欲渗元素浓度呈梯度递减，其组织结构也呈梯度变化，形成基材外表面具有欲渗金属的性能，基材心部仍保持原来的性能，中间层性能逐渐过度的梯度功能材料。组分连续变化的梯度材料的致密化使渗镀材料与基体结合牢固，制造成电池材料反应过程中渗镀材料与基体不容易脱落，保证了电池循环性能寿命一致性，通过加入选择Ⅱ族元素、稀土元素等，制备出掺杂渗镀梯度复合球形氢氧化镍从而获得高温镍氢电池的效果。

4、结论

在镍氢电池正极配料中添加稀土、稀有、碱土元素或氧化物，能改善镍氢电池在高温状态性能，其中具有代表性的元素为：如Mg、Ca、Sr、Sc、Y、La、镧系元素、Ti、Zr、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Si、P、As、Sb、Bi其中一种或多种氧化物、氢氧化物。其中锆在新能源材料中研究应用有不少介绍[6][7][8]，除锆在核电站(核能，锆板、管材)有产业化实际应用之外，其他在镍氢正负极材料和锂电池正极材料添加剂中尚不具备产业化的实际应用。机械混合法表面混合存在均匀性问题从而影响性能;化学沉淀掺杂、包覆较机械混合法有一定优势，仍存在生产工艺控制的技术;掺杂渗镀梯度复合球形氢氧化镍可能是解决上述缺陷的有效办法。

参考文献

[1] 新型宽温区镍氢电池性能优异 中国科技信息网

[2] 苏凌浩 范少华　Ni(OH)2电化学性能改进研究的现状和展望 河南科技大学学报(自然科学版) 2005.26(1).-100-104

[3] 贡长生 张克立主编　新型功能材料　北京：化学工业出版社　2001;

[4] 筑巢引凤　球镍引领国内之首　电源技术 2005 (2)

[5] 球镍质量稳定获松下赞许　国内订单大增　电源技术 2005 (3)

[6] 吕文广 郑景宜 氧氯化锆(二氧化锆)的生产及在电池中的应用前景　矿产与地质，2001 15(增刊)

[7] 吕文广 郑景宜 现代高新技术电池与锆粉体材料 第二十五届中国