碱性蓄电池自放电的性能分析

蓄电池充电后的自放电速度是决定电池质量的一个重要性能。按照IEC标准规定，电池充足电后，在环境温度（25士5）°C下，开路搁置28d，然后以0.2C5A的电流强度恒流放电，来测试电池的自放电性能。这样的测试过程周期过长，大大增加了产品的生产周期。蓄电池充电后的自放电主要是氧化镍电极上的NiOOH发生还原的结果，因此许多研究者对镍电极的自放电过程及测量方法进行了研究1但这些方法对于判断完整电池的自放电性能却不实用。将放电态蓄电池以小电阻或直接短路一段时间，测量电池电压的恢复情况已经作为许多电池厂商验收电池的一种测试手段，但并没有对电池的自放电性能进行明确的表示。本文通过对放电态圆柱密封碱性蓄电池短路情况的研究，得到一种能快速了解蓄电池自放电性能的测试方法，大大缩短了对自放电合格性判别的测试周期。

1实验从同一批Cd-NiAA型1000mAh电池中抽取电池进行以下实验：蓄电池以0.2C充电7h20°C搁置28d，0.2C放电，测量放电时间。

分别以0江0.5江1江1.5江2电阻对蓄电池进行短路2h，开路搁置24h测量蓄电池电压。

以0.5电阻对电池短路2h开路搁置30余小时，测量电池电压随搁置时间的变化情况。

以0.5电阻对电池分别短路1h、2h3h开路搁置24h测量电池电压。

以上情况电池正、负极板均为泡沫式。

另外，从同批电池中抽取MH-NiAA型电池、AAA型电池及Cd-Ni半烧结电池，进行同样的测试。

王黎等：碱性蓄电池自放电性能的快速测定mV自放电合格电池Qualifiedcell自放电不合格电池Max.最低Min.平均ax.最低2结果与讨论2.1短路电阻对测量结果的影响0、1.5、2电阻对蓄电池进行短路2h开路搁置24h测量蓄电池电压，结果见表1表1不同短路电阻的影响从表1结果可以看出，恢复24h后自放电合格与不合格电池的电压差别比较明显，并且随着短路电阻的升高，短路恢复后电压上升，但当电阻超过2Q时差别不太明显，实验发现电阻再增大时，二者电压已经不存在差别，因此短路电阻以低于1.5Q为宜。当直接将电池短路时（0Q），可能会对电池造成损害，尤其当电池未完全放电时。一般地说，在正极限制电池中，电池容量由正极所确定，负极容量过量。当正极放电完全时，负极还保持部分容量。当此电池被短路时，H+从镍电极表层向内层扩散，放电电流受H+扩散速度限制。进一步在正极界面和内层之间产生了Ni3+与Ni2+的浓度梯度。而表面H+在放电结束后浓度已经很低，所以短路后放电倍率很小（C/1000或更小）12.开路搁置后，外部电流为0内部电流由法拉第反应充电的正极的双电层电容所决定。根据方程式：Cd+2OH=Cd（OH）2+2e由于Cd为纯金属，其活度为1，CKOH）在30%的KOH溶液中微溶，因此通常不考虑其浓度，所以Cd电极电位仅依赖于――i离子的活度F――法拉第常数R――气体常数T温度KOH是强电解质，完全电离成K+和OH―在充放电期间，水参加了反应，因此在全充电和全放电之间OH的浓度变化很小，而在荷电状态变化很小的情况下，OH的活度可认为是常数，因此负极电极电位在很大范围内是一个常数。镍电极的电位较复杂，因镍电极中存在几种不同结构的活性物质，不同的相态其标准电位也不同，镍电极充放电时其物质相变程度很大，且几种相态共存，所以镍电极电位是一混合电位，随电池的荷电状态的变化而变化。搁置后镍电极表面NiOOH浓度由于H+的扩散而升高。电极电位上升，H+离子扩散速度逐渐下降，导致双电层电容充电电流降低。因此，电极电位的上升速度逐渐下降，达到一由Ni3+及Ni2+的内层浓度所控制的平衡电池类型自放电合格电池Qualifiedcells自放电不合格电池Non-qualifiedcells最高M最低Min.最高M最低Min.短路1h短路后电压恢复24h电压短路2h短路后电压恢复24h电压短路3h短路后电压恢复24h电压研究与设计极的晶格尺寸。这两个因素相互作用，并且不同电池之间互有不同，因此用一固定模式来描述电压随时表3短路对电池性能的影响自放电合格电池Qualifiedcells自放电不合格电池Max.最小Min平均Max.最小Min.平均Average短路前容量电池类型Max.最低Min.平均Max.最低Min.平均2.2短路时间的确定对同一组电池以0.5电阻分别对电池短路1h、2h、3h测量其短路电压及恢复24h后的电压，结果见表2（每次实验后，对电池以0.2C充、放电循环一次，然后进行下一次的短路实验）由表2数据可以看出，对于自放电合格与不合格的电池，短路后末期电压无差别。短路时间愈长，电压恢复过程也愈长，并且恢复24h后电压随短路时间的延长而降低，短路1h后的电池恢复24h后电压无明显差异。而短路2h、3h自放电合格的电池与不合格的电池搁置24h后电压差别比较明显，二者之间的差别分别13~32mV，但短路3h合格与不合格电池恢复24h后电压均偏低，说明还未恢复到正常状态，因每只电池的恢复情况会有差异，所以其平均电压差别不大。因此短路2h为宜。

2.3电压恢复时间的确定5电阻短路2h，开路搁置，测量电池电压恢复情况，自放电合格与自放电不合格电池电压随搁置时间的变化情况见。

电压恢复时间由H离子扩散到电极表面的时间决定。因此，它取决于下列因素：（1）NiOOH所保持的量，这又与电极阻抗和短路时间有关；B――自放电不合格电池电池电压随搁置时间变化情况差别逐渐达到最大值并且电压恢复情况也变化得很小，电压逐渐达到稳定，为了实验方便，我们以恢复24h后电压1.190V作为判定此类电池自放电性能是否合格的标准，高于此值为合格，否则为不合格。经过对批量电池进行实验，准确率可达96%以上。

2.4短路对电池性能的影响以0.2C充放电测试短路前后电池容量及放电中点电压（0.2C放电3h的电压），结果见表3.由表3数据可以看出，短路前后电池性能无明显变化。

2.5不同类型电池短路恢复情况比较对几种不同类型的MH-Ni、C-Ni电池进行以上的实验（以0.5电阻短路2h，开路搁置24h）结果见表4.从表4数据看，不同类型、不同电极制作工艺的电池其电压恢复特性也不同。MH-Ni电池的恢复电压明显低于Cd-Ni电池。其原因是，MH-Ni电池同Cd-Ni电池不同之处在于负表4不同类型电池实验结果极。MH-Ni电池在设计过程中，一般负极过量较多，负极容量为正极容量的1.5~2倍，电池在电压恢复过程中，MH负极电位基本恒定，但MI-Ni电池正极的放电程度较Cf-Ni电池正极的放电程度深，因而MH-Ni电池的正极电位恢复较困难，造成恢复电压比Cd-Ni电池的低。

3结论通过用小电阻对电池短路，然后测定电池电压的恢复情况，达到判定电池自放电性能是否合格的目的，缩短了产品的性能测试周期。