CN101216537B - 适用于碱性密封电池的单电极电位测量方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于碱性密封电池的单电极电位测量方法及其装置，以内置的烧结镍电极做参比电极。该装置包括：导电壳体，位于所述壳体两端并与所述壳体绝缘密封连接的两个导电的防爆盖，所述壳体内设有电解液、隔膜、以及通过所述隔膜分隔的正极、负极、烧结镍电极，所述正极、负极、烧结镍电极三个电极中的任一极与壳体电气连接，其它两个电极分别与两个所述防爆盖电气连接。本发明克服了密封困难的问题，操作简单，同时没有增加额外的体积。采用内置烧结镍电极做参比电极进行正负极电极电位测量的方法适用于镍基水系电池研究，如Cd-Ni电池、MH-Ni电池和锌镍电池。

Description

适用于碱性密封电池的单电极电位测量方法及其装置
技术领域
本发明特别涉及一种测量单电极电位的方法和装置。
背景技术
在电池研究中，为了测定正极或负极的电极电位，必须使用参比电极。为了保持测量结果的准确性和稳定性，要求参比电极的电极电位稳定、重现性好，而且不会与被测电极体系发生化学反应。此外，还应当结构简单，易于制作，使用保存方便。
参比电极在开口电池体系中一直得到了广泛的应用，例如：在碱性开口电池体系内如Cd-Ni和MH-Ni电池中使用的主要有Hg/HgO及Cd/Cd(OH)2参比电极；在酸性开口电池体系如铅酸电池中使用的主要有Cd/CdSO4参比电极。在开口体系内有很大的空间供参比电极放置，对其本身的体积要求较低；同时在电解液中其电极电位相对稳定。
以MH-Ni电池为例，当MH-Ni电池充电后期和过充电时，发生的反应为：
正极：4OH-→2H2O+O2+4e-
负极：4MH+O2→4M+2H2O
MH-Ni电池产品包括圆柱电池和方形密封电池，以往研究正负极行为时，均是将这两种电池置于大量电解液中，然后在电解液体系中放入Hg/HgO参比电极，但这种情况下测试出的单电极行为与密封体系中并不等同，主要表现在：(1)密封电池是贫液式(没有游离电解液)设计，而开口电池是富液(电解液浸没正负极板)的；(2)密封电池过充电或高温下充电时正负极大量析气，正极析出的氧气在负极上复合，同时放出大量的热，负极析出的氢气也会在正极氧化，而在开口状态下由于气体溢出体系之外使上述的反应量大大减少；(3)电池充放电过程的温度变化因大量电解液的存在而被极大地减弱了，因此反映在电池的电压及正负极电极电位上，开口电池与密封电池均有较大差别。因此开口状态下测量的正负极电极电位无法反应密封电池使用过程的真实情况。
《蓄电池技术手册》(唐槿，第二版，中国科学技术出版社)上也有将Cd/Cd(OH)2参比电极用于密封电池体系的阐述，但是这存在这些问题：1、结构过于复杂也很难保证电池的密封性；2、由于要放置复杂的参比电极及实现密封，电池空腔加大了数倍，因而与真实体系差别较大；3、密封电池内的Cd/Cd(OH)2参比电极受氧气影响很大，即参比电极受到了氧化或毒化，参比电极电位在充电过程中变化较大，无法保持其稳定性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种密封电池体系中的单电极电位测量方法及其装置，以克服现有技术的上述不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于碱性密封电池的单电极电位测量方法，以内置的烧结镍电极做参比电极。
一种适用于碱性密封电池的单电极电位测量装置，包括：
导电壳体，位于所述壳体两端并与所述壳体绝缘密封连接的两个导电的防爆盖，所述壳体内设有电解液、隔膜、以及通过所述隔膜分隔的正极、负极、烧结镍电极，所述正极、负极、烧结镍电极三个电极中的任一极与壳体电气连接，其它两个电极分别与两个所述防爆盖电气连接。
进一步地，所述隔膜位于所述正极和负极之间，所述正极、负极和隔膜呈卷绕的螺旋状，该螺旋状的最外圈为隔膜，该外圈的隔膜的外侧卷绕有烧结镍电极。
进一步地，所述导电壳体为方形或圆筒状金属壳体。
进一步地，所述导电壳体为方形金属壳体，所述隔膜位于所述正极和负极之间，所述正极、负极和隔膜呈叠片状，该叠片状的最外层为隔膜，该外层的隔膜的外侧叠放有烧结镍电极。
进一步地，所述隔膜位于所述正极和负极之间，所述正极和负极呈卷绕的螺旋状，该螺旋状的最外圈为隔膜，该外圈的隔膜的外侧卷绕有烧结镍电极。
进一步地，所述烧结镍电极贴设于所述壳体内侧并与所述壳体电气连接，所述正极、负极分别与两防爆盖电气连接。
进一步地，还包括两极耳，所述正极、负极分别通两极耳与两防爆盖电气连接。
进一步地，还包括两绝缘密封圈，所述两个导电的防爆盖通过所述绝缘密封圈与所述壳体绝缘密封连接。
与文献报道相比，该方法克服了密封困难的问题，操作简单，同时没有增加额外的体积。采用内置烧结镍电极做参比电极进行正负极电极电位测量的方法适用于镍基水系电池研究，如Cd-Ni电池、MH-Ni电池和锌镍电池。
附图说明
图1为圆柱型电池内采用烧结镍电极做参比电极的装置示意图；
图2为方形电池内采用烧结镍电极做参比电极装置的示意图；
图3为4/5A电池520mA充电3h，1300mA放电的电池电压、正极电位、负极电位曲线；
图4为60℃下4/5A电池280mA充放电循环时的电池电压、正极电位、负极电位曲线。
具体实施方式
一种适用于碱性密封电池的单电极电位测量方法，以烧结镍电极做参比电极测量密封电池体系正负极电极电位。由于烧结镍电极存在的主要电对是Ni(OH)2/NiOOH，该参比电极易于存放，在碱性体系及富氧体系下比较稳定，同时又可以做成很小的尺寸，便于装配。
其中，烧结镍电极可以市购也可自制，其制备方法为：
在镀镍钢带上涂上粉末状的金属镍浆，再经800-1200℃的高温烧结、真空浸渍在硝酸镍、硫酸镍等镍盐溶液中，而后烘干碱化，接着以6-20mAh/cm2进行充放电活化，得到产品化烧结镍电极。
如图1所示，一种适用于碱性密封电池的单电极电位测量装置，包括：
圆筒状金属壳体5，位于所述壳体5两端并与所述壳体5绝缘密封连接的两个导电的防爆盖9、10，所述壳体5内设有电解液、隔膜6、以及通过所述隔膜6分隔的正极1、负极2、烧结镍电极3，所述正极1、负极2、烧结镍电极3的三个电极中的任一极均可以与壳体5电气连接，其它两个电极则分别与两个所述防爆盖9、10电气连接。
本实施例中，所述隔膜6位于所述正极1和负极2之间，所述正极1和负极2呈卷绕的螺旋状，该螺旋状的最外圈为隔膜6，该外圈的隔膜6的外侧卷绕有烧结镍电极3。
本实施例中，所述烧结镍电极3贴设于所述壳体5内侧并与所述壳体5电气连接，所述正极1、负极2分别与两防爆盖9、10电气连接。
本实施例中，还包括两极耳7、8，所述正极1、负极2分别通两极耳7、8与两防爆盖9、10电气连接。
本实施例中，还包括两绝缘密封圈4，所述两个导电的防爆盖9、10通过所述绝缘密封圈4与所述壳体5绝缘密封连接。
与文献报道相比，该方法克服了密封困难的问题，操作简单，同时没有增加额外的体积。采用内置烧结镍电极做参比电极进行正负极电极电位测量的方法适用于镍基水系电池研究，如Cd-Ni电池、MH-Ni电池和锌镍电池。
其中，在密封电池体系中放入烧结镍电极作为参比电极可采用以下方法制作：
首先将电池壳体5底部削掉，形成两端开口的圆筒状，并磨平壳口的边缘保证封口处的密封性。先将电池壳体5一端滚槽，将烧结镍电极3装入电池后，参比电极3与电池壳体5内侧直接接触，极耳7、8先点焊在已滚槽电池壳体5的一端的防爆盖9、10上，加密封圈4后将一端机械密封。在该端密封后，从另一端加入适量的、适当密度的碱性电解液，之后在另一端采用同样方式将该另一端密封，只是要把极耳8、7先分别与防爆盖9、10点焊在一起。该结构的优势在于，实现了一次密封并且密封效果好、便于操作，几乎无短路及漏液电池出现。正极1、负极2和参比电极3引出位置可以互换，即任一电极均可直接接触电池壳体，只需将另外两电极从防爆盖9、10引出即可。
方形电池内采用烧结镍电极做参比电极装置如附图2所示。由于正极1、负极2的极柱已固定，参比电极只能从电池的方形金属壳壁引出。所述隔膜位于所述正极1和负极2之间，所述正极1、负极2和隔膜呈卷绕的螺旋状或者叠片状的方式装配(图中未示)，该螺旋状或叠片状的最外层为隔膜，该外层的隔膜的外侧叠放有烧结镍电极。
用上述方法制成的4/5A型镍氢电池，正/负极设计容量为1300/2000mAh。图3为该4/5A电池以520mA充电3h，1300mA放电的电池电压、正极电位、负极电位曲线。可看出，正极电位的变化与电池电压的变化是一致的，说明是正极容量决定了电池容量。图4为本实施例的4/5A电池60℃下280mA充放电循环时的电池电压、正极电位、负极电位曲线，其中正极电位的变化与电池电压的变化是一致的，这同样说明，在高温60℃下，仍是正极容量决定了电池容量。

Claims (6)

1.一种适用于碱性密封电池的单电极电位测量装置，其特征在于包括：导电壳体，位于所述导电壳体两端并与所述导电壳体绝缘密封连接的两个导电的防爆盖以及极耳；其中，①所述导电壳体内设有电解液、隔膜、以及通过所述隔膜分离的正极、负极、烧结镍电极；②正、负电极成螺旋状，之间存在隔膜，最外圈的隔膜外侧是烧结镍电极，正负电极焊接在极耳上，极耳连接防爆盖。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述导电壳体为方形或圆筒状金属壳体。
3.根据权利要求1中所述的测量装置，其特征在于：所述烧结镍电极贴设于所述壳体内侧并与所述导电壳体电气连接。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：还包括两绝缘密封圈，所述两个导电的防爆盖通过所述绝缘密封圈与所述壳体绝缘密封连接。
5.根据权利要求1或3所述的测量装置使用的单电极电位测量方法，其特征在于烧结镍电极作为参比电极。
6.根据权利要求5述的方法，其特征在于所述的烧结镍电极是在镀镍钢带上涂上粉末状的金属镍浆，再经800-1200℃的高温烧结、真空浸渍在硝酸镍、硫酸镍等镍盐溶液中，而后烘干碱化，接着以6-20mAh/cm2进行充放电活化，得到产品化烧结镍电极。
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