碱性电池概述•分类：碱性电池主要包括碱性镉镍电池、碱性铁镍电池、碱性锌镍电池和氢镍电池等；•电解液：氢氧化钾和氢氧化钠溶液；•正极材料：镍电极•负极材料：镉、铁、锌和金属氢化物工业和空间用镉镍电池工业和空间用镉镍电池开口烧结式镉镍电池便携式密封镉镍电池便携式密封镉镍电池圆柱形密封镉镍电池充放电曲线便携式金属氢化物/镍电池优点容量高于镉/镍电池无镉，无环保问题能快速充电循环寿命长贮存寿命长（在任何充电状态下）扣式密封金属氢化物/镍电池圆柱形密封金属氢化物/镍电池9V密封金属氢化物/镍电池矩形密封金属氢化物/镍电池优点锌/镍电池的主要优缺点缺点能进行快速充电密封免维护设计质量比能量高循环寿命长环保原材料丰富单位能量（W·h）的成本较低体积比能量较低成本高于铅酸电池密封锌镍电池结构锌电极铁镍电池碱性电池负极材料•负极材料的分类•负极材料的电化学性能•负极及负极材料的制备•负极材料常用的添加剂镉•镉是灰色有光泽的软质金属，为流放密堆积结构。
金属铬的熔点是321.03℃，沸点是767℃，电阻率是6.83*10-6Ω·cm，在20℃时的密度是8.642g/cm3,镉本身无毒，镉的化合物毒性很大。
•镉及其化合物是生产碱性镉镍电池负极板的基本原料。
镉电极活性材料有海绵镉、氧化镉或氢氧化镉。
海绵镉的活性最高。
镍基镉极板以泡沫镍为基体，可以保证镉粉很好的与氧复合。
空白泡沫金镍基部分可以紧贴电池壳内壁，增大了镉电极复合氧的有效表面积，使电极性能明显提高。
镉负极配比•镉：铁=1：1或者镉：铁=1.5：1。
根据氧化镉的含量和铁粉中铁的含量，计算氧化镉和铁粉的用量，在加入3%的25号变压器油，在Z型和粉机中，将其充分很合均匀，然后过20目筛，得到实用镉镍电池负极物质。
杂质对镉电极的影响•有害杂质：铊、钙和铝。
其中铊的危害最大，可以使镉的结晶变大，减小比表面积，丧失电化学活性；钙影响镉电极的还原。
添加剂对镉电极的影响•铁：防止镉的结块，保持分散状态，同事，由于铁价格低廉，加入一定量的铁，可降低成本。
但是，铁的自放电作用大，充电时产生较多氢气，不适用与密封镉镍电池；•苏拉油和变压器油：有机表面活性物质可使镉保持分散状态，加入此类添加剂，对电极的初始容量有一定影响。
后期容量可提高25%~35%.添加剂添加剂对镉电极的影响添加剂对镉电极活性物质利用率的影响无MgO In2O3 Sb2O3 Co2O3 Fe2O3 ZnO Y2O3利用率/% 62 67 65 63 52 68 68 66添加剂添加剂对电池容量和荷电保持率的影响无MgO In2O3 Sb2O3 Co2O3 Y2O3 ZnO Fe2O3容量/mA·h荷电保持率/% 8357485685838788397374863847698587986032海绵镉的制法•溶液配比三级硫酸镉0.015kg硫酸镍0.003kg软化水1L•电解工艺阳极为镉锭，套有涤纶布袋，阴极为镍板或不锈钢板电解温度<50℃电流密度3A/dm3•后期处理：将阴极板上的海绵镉刮下，用水反复冲洗，在70~100℃的烘箱中烘干6~8h，过40目筛子的到海绵镉。
金属氢化物•在吸氢金属中加入一定比例的难于形成氢化物的金属做成合金，称为贮氢合金。
•金属间氢化物是金属相，氢化物为晶态，其中氢占据了金属晶格中的间隙位置。
用于贮氢的金属氢化物特点•金属间化合物能直接并可逆地与形成特定的氢化物相，其中至少有一种金属能直接并可逆地与氢形成稳定的二元氢化物；•如果在某一温度下发生反应时，金属原子可以移动，体系可形成热力学稳定结构；•如果金属原子不能移动，金属原子大致被冻结在远处，只能生成与初始金属间化合物晶格结构非常相似的金属氢化物。
合金构型储氢合金构型应用实例所属合金系列AB5 AB A2B AB2LaNi5MmNi5（Mm=混合稀土Mm=La0.7Nd0.2Ti0.1MmNi3.6Co0.8Mn0.4Al0.2TiNiTiFeTi2NiMg2NiLaNi2CeNi2ZrMn2稀土系列稀土系列稀土系列稀土系列钛系列钛系列钛系列镁系列锆系列贮氢合金的应用•氢镍电池中的氢电极材料；•用于氢气的提纯；•用作氢气贮存设备，为燃料电池提供原料气AB5电极充电容量与循环次数氢镍电池用贮氢合金的要求•合金的吸氢速度快，反应阻力小，且电极反应可逆性好；•氢气平衡解离压力的范围广，在-20℃~60℃，一般要求压力0.1~1（105Pa）•合金电极催化性能大，氢的扩散速度快，反应阻力小，且电极反应可逆性能好；•合金电极抗腐蚀，抗氧化、抗粉化氢化性能好，在碱性电解质中性能稳定•成本低廉AB5型贮氢合金•稀土系贮氢合金，以LaNi5为代表。
AB5型贮氢合金具有分解氢压适中、吸放氢气平衡差小、吸放氢气速度快、易活化、不易中毒等特点。
目前商业化Ni/MH中多采用AB5型贮氢合金作为负极材料。
•LaNi5合金，六方结构，具有很高的贮氢能力，其中有许多间隙位置，可以固溶大量的氢。
缺点是价格昂贵。
铁•纯铁：银白色金属，密度7.86g/cm 3,熔点为1535℃，沸点3000℃，具有较高的导电性，很好的延展性和传热性。
纯铁具有较高的抗腐蚀能力。
但是纯铁制备很难。
•铁的用途：非常广泛。
在电池行业用作的集流体、壳体、导电板、紧固件等，还用于制造铁镍蓄电池负极的主要材料。
铁负极的制备工艺•100g还原铁粉加入密度为1.3的硫酸镍溶液15L，在Z型和粉基中混合均匀，然后过20目筛即可。
铁电极杂质的影响•有害杂质：锰、钙、镁、铅、硅及铬。
其中锰的危害最大，包围在铁的表面，减少铁的活性表面积，增大了电流密度，增加了铁电极的极化内阻和欧姆内阻。
钙影响铁电极的还原。
铁电极添加剂•镍、砷、硫、汞等对铁电极起活化作用。
镍和硫以硫酸镍的形式加入，在电液的作用下，形成氢氧化亚镍，分散在电极中。
一方面提高了铁的充电效率，另一方面增强铁电极的疏松度。
硫对铁电极的自放电，砷和汞是铁电极最好的活化剂，但毒性大，不宜采用。
分子式FeO铁的氧化物Fe3O4Fe2O3FeOOH晶形γδαγα颜色密度视比容cm3/g 电阻率Ω•cm 黑5.60.4514.6黑5.180.5253.2黄红4.750.9>107红褐4.530.925>107红5.330.825>107桔黄3.551.052*106黄4.541.37107Fe 3O 4• Fe 3O 4黑色粉末，耐碱而溶于酸，有明显顺磁性，多用于制 备铁镍蓄电池负极材料。
铁镍蓄电池在最初几次重放电循 环中，四氧化三铁首先被还原称为氢氧化亚铁，继而被还 原成铁。
3)( 3⎯⎯ ⎯ →+ +FeO4H O 2e充电FeOH−2 2++43Fe(OH)2+ e���⇀�放电−锌负极材料•锌镍电池中用锌/氧化锌做负极材料。
充电状态（金属锌）和氧化态（放电状态）锌电极可以分别制备成充电状态电极或放电状态电极。
通常，充电状态锌电极只应用于原电池中，而蓄电池通常是放电状态锌电极。
•锌电极的制备方法：干分压制法、电沉积法和涂膏法。
锌电极添加剂•铅、铋、铊、锡和锑的各种氧化物及氢氧化物的混合物。
•钙添加剂：锌酸钙电极6.3.1 碱性电池正极材料（1）•镍及其化合物是生产碱性镉镍、铁镍、锌镍和金属氢化物镍电池的主要原料。
•镍是银白色有光泽的金属，具有良好的延展性、传热性以及导电性。
镍能被磁体吸引，并且在磁场作用下也能产生磁性。
•反应活性：镍属于中等活泼性金属，在空气具有较高的稳定性，在氢氧化钠和氢氧化钾溶液中很稳定。
•毒性：镍本身毒性不大，镍盐及氧化物都有毒性，其中羰基镍[Ni(CO)4]是剧毒和致癌物质。
6.3.1 碱性电池正极材料（2）过充电放 电充 电Ni(OH)2的充电机制纯的Ni(OH)不导电，氧化后具有半导体性质，导电能力随氧化程度的增加2制造和充放电过程中，总有些未被还原的Ni3+以及按化学而增强。
在Ni(OH)2计量过剩的O2-，电极浸入电解液时，界面形成双电层，处于溶液中的H+，中的O2-定向排列。
与Ni(OH)26.3.2 β-氢氧化镍•常见的氢氧化镍有α和β两种晶形，近年投入市场的高密球型Ni(OH)2。
•传统的β-Ni(OH)2颗粒不规则，微孔30% ，粒径范围较宽，振实密度1.6g/cm3。
高密度球型Ni(OH)2能使电极单位体积的填充量提高20% ，放电容量密度达到55mA•h/cm3。
•制备方法：化学沉淀法，镍粉高压催化氧化法和金属镍电解沉淀法。
化学沉淀法制备β-氢氧化镍•Ni(OH)2,振实密度1.77g/cm3,比容量为0.252A•h/g,该工艺的最佳条件：反应物NiSO4和NaＯＨ同时滴加，反应温度７０℃，固定ｐＨ范围１２β-氢氧化镍电性能.０～１２.２，干燥温度110℃。
β-氢氧化镍电性能α-氢氧化镍•α-Ni(OH)层间含有靠氢键结合的水分子，其结构和β-Ni(OH)2相似，具有水镁石层状结构，区别在于（001）平面层间有时水分子存在，使c轴上层间距增大到0.8nm。
•α-Ni(OH)在水中不稳定，并慢慢转化为β-Ni(OH)2。
氢氧化镍放电曲线镍电极添加剂的影响•提高镍电极活性物质的利用率；•提高镍电极的放电电位；•抑制镍电极膨胀，提高其使用寿命；•改善镍电极在宽温度单位内的充放电性能和大电流充放电能力。
添加剂分类•按照添加方式：化学沉淀法：镍钴锌氢氧化物电化学共沉积法：镍钴氢氧化物表面沉积法（化学镀）机械混合法•添加元素种类：Co，Zn，Cd，Li，Al，Mg，Mn，Cu，Ca，Sr和Ba钴添加剂•作用：降低镍电极反应的电荷转移电阻；改善氢氧化镍的质子传导性；减小电子电阻，提高放电深度；提高析氧过电位和充电效率；抑制γ-NiOOH的形成；减小杂质铁对镍电极的毒化作用。