预充电对储氢电极活化的影响

1　实验部分

　　1.1　电极活性评价方法
　　在电极活化初期，电极的活性可以用电极的比容量来衡量。但大多数储氢合金的生产厂家对储氢合金容量的评价方法，是在储氢电极中加15%～50%不等的导电剂如镍粉等，经过3～4次小倍率的充放电，按照电极放电容量、以及电极中的储氢合金净含量计算储氢合金的比容量。这种方法对于衡量储氢合金容量有一定的比较作用，但是不太适用于电池生产厂家，也无法衡量储氢电极的活化程度。因为储氢合金的比容量可能很高，但是，由于电极中导电剂的含量也很高，电极的比容量就大大降低，而电极比容量较低，在实际电池生产中是没有意义的。
　　实际上对氢镍电极直接影响的是储氢电极的容量，因而衡量电极的比容量才有实际意义。本文提出以储氢电极比容量作为电极活化初期活性评价标准。
　　1.2　电极制备
　　测试电极采用AB5型Mm(NiCoAlMn)5储氢合金粉(广东中山天骄稀土材料公司生产)与一定量镍粉(INCO255#)和乙炔黑混合，采用CMC和PTFE做粘结剂，涂浆在发泡镍中，制备成发泡镍型储氢电极(35mm×35mm×0.32mm，2.2g)，辅助电极采用两片发泡镍型NiOOH电极(50mm×50mm×0.60mm，4.0g)，参比电极采用HgO/Hg电极。用厚度为0.18～0.20mm的尼龙非织布隔膜纸，按文献［8］所示方法，放入带一定量LiOH的w为30%KOH溶液中测试。
　　1.3　电极测试
　　使用BS—9300二次电池性能测试仪(广州电器科学研究所出品)对6个系列测试电极进行预充电，预充电电流为50mA/g(vs.测试电极)，放电电流为50mA/g，充电时间见表1。
　　电极理论比容量以250mAh/g计，预充电电量理论比例见表1。为了进行比较，6#电极在充电之后，进行短期放电，主要是了解放电对电极初容量的影响。在充入电极理论容量100%之后，不再充电，是因为过充电对于电极稳定性有影响。

　　表1　电极预充电测试结果

　　预充电参数 1 2 3 4 5 6
　　预充电电流/mA.g-1 50 50 50 50 50 50
　　预充电时间/h 0 0.5 1.5 3 5 5
　　预充电电量/mAh.g-1 0 25 75 150 250 250
　　预充电电量理论比例/% 0 10 30 60 100 100
　　预放电电流/mA.g-1 0 0 0 0 0 50
　　预放电时间/h 0 0 0 0 0 1.5
　　预放电电量/mAh 0 0 0 0 0 75
　　电极比容量/mAh.g-1 143 156 221 242 264 249

　　电极经预充电后，测试系统放入60℃水浴中加热12h，再以75mA/g的电流充电6h，搁置30min，以125mA/g的电流放电至－0.700V(vs.HgO/Hg电极)，测试电极比容量见表1。
　　2　结果及讨论

　　从表1可以看出，电极比容量随预充电电量增加而增加。从测试结果看，预放电对于电极比容量有不利影响，应该避免。
　　从测试结果可以看出，未充电的电极，经过碱液热处理之后，电极初期比容量仍然较低，而充入一定电量的电极却能在碱液热处理一次之后比容量就上升到较高的程度。从文献［8］研究结果看，本文测试方法的测试结果与电池内部的电极基本一致，因而可见，预充电30%以上时，电极初容量就可以达到完全满足氢镍电池需要的容量。
　　由于预充电打开了氢原子的扩散通道，使得电极在之后的碱液热处理过程中，碱液可以很快地渗透到电极内部，使电极得到活化；而且电极带入一定电量，在碱液热处理过程中，会放出离子化氢，可以防止电极表面氧化，从而提高电极的耐腐蚀能力。
　　利用电极预充电，结合碱液热处理，可以很快提高储氢电极的初期比容量，从而提高氢镍电池的性能，有很大的实际意义。