專利名稱：適用于堿性密封電池的單電極電位測量方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明特別涉及一種測量單電極電位的方法和裝置。
技術背景在電池研究中，為了測定正極或負極的電極電位，必須使用參比電極。為了保持測量結 果的準確性和穩定性，要求參比電極的電極電位穩定、重現性好，而且不會與被測電極體系 發生化學反應。此外，還應當結構簡單，易于制作，使用保存方便。參比電極在開口電池體系中一直得到了廣泛的應用，例如在堿性開口電池體系內如Cd-Ni和MH-Ni電池中使用的主要有Hg/Hg0及Cd/Cd(0H)2參比電極；在酸性開口電池體系如 鉛酸電池中使用怖主要有Cd/CdS04參比電極。在開口體系內有很大的空間供參比電極放置， 對其本身的體積要求較低；同時在電解液中其電極電位相對穩定。以MH-Ni電池為例，當MH-Ni電池充電后期和過充電時，發生的反應為正極40H_ — 2H20 + 02 + 4e—負極4MH +02 — 4M + 2H20MH-Ni電池產品包括圓柱電池和方形密封電池，以往研究正負極行為時，均是將這兩種電 池置于大量電解液中，然后在電解液體系中放入Hg/HgO參比電極，但這種情況下測試出的單 電極行為與密封體系中并不等同，主要表現在(1)密封電池是貧液式(沒有游離電解液) 設計，而開口電池是富液(電解液浸沒正負極板)的；(2)密封電池過充電或高溫下充電時 正負極大量析氣，正極析出的氧氣在負極上復合，同時放出大量的熱，負極析出的氫氣也會 在正極氧化，而在開口狀態下由于氣體溢出體系之外使上述的反應量大大減少；(3)電池充 放電過程的溫度變化因大量電解液的存在而被極大地減弱了，因此反映在電池的電壓及正負 極電極電位上，開口電池與密封電池均有較大差別。因此開口狀態下測量的正負極電極電位 無法反應密封電池使用過程的真實情況。《蓄電池技術手冊》(唐槿，第二版，中國科學技術出版社)上也有將Cd/Cd(0H)2參比電 極用于密封電池體系的闡述，但是這存在這些問題1、結構過于復雜也很難保證電池的密封 性；2、由于要放置復雜的參比電極及實現密封，電池空腔加大了數倍，因而與真實體系差別 較大；3、密封電池內的Cd/Cd(0H)2參比電極受氧氣影響很大，即參比電極受到了氧化或毒化，參比電極電位在充電過程中變化較大，無法保持其穩定性。 發明內容本發明的目的在于，提供一種密封電池體系中的單電極電位測量方法及其裝置，以克服 現有技術的上述不足。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種適用于堿性密封電池的單電極電位測量方法，以內置的燒結鎳電極做參比電極。 一種適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置，包括導電殼體，位于所述殼體兩端并與所述殼體絕緣密封連接的兩個導電的防爆蓋，所述殼 體內設有電解液、隔膜、以及通過所述隔膜分隔的正極、負極、燒結鎳電極，所述正極、負 極、燒結鎳電極三個電極中的任一極與殼體電氣連接，其它兩個電極分別與兩個所述防爆蓋 電氣連接。進一步地，所述隔膜位于所述正極和負極之間，所述正極、負極和隔膜呈巻繞的螺旋狀， 該螺旋狀的最外圈為隔膜，該外圈的隔膜的外側巻繞有燒結鎳電極。 進一步地，所述導電殼體為方形或圓筒狀金屬殼體。進一步地，所述導電殼體為方形金屬殼體，所述隔膜位于所述正極和負極之間，所述正 極、負極和隔膜呈疊片狀，該疊片狀的最外層為隔膜，該外層的隔膜的外側疊放有燒結鎳電 極。進一步地，所述隔膜位于所述正極和負極之間，所述正極和負極呈巻繞的螺旋狀，該螺 旋狀的最外圈為隔膜，該外圈的隔膜的外側巻繞有燒結鎳電極。進一步地，所述燒結鎳電極貼設于所述殼體內側并與所述殼體電氣連接，所述正極、負 極分別與兩防爆蓋電氣連接。進一步地，還包括兩極耳，所述正極、負極分別通兩極耳與兩防爆蓋電氣連接。進一步地，還包括兩絕緣密封圈，所述兩個導電的防爆蓋通過所述絕緣密封圈與所述殼 體絕緣密封連接。與文獻報道相比，該方法克服了密封困難的問題，操作簡單，同時沒有增加額外的體積。 采用內置燒結鎳電極做參比電極進行正負極電極電位測量的方法適用于鎳基水系電池研究， 如Cd-Ni電池、MH-Ni電池和鋅鎳電池。
圖1為圓柱型電池內采用燒結鎳電極做參比電極的裝置示意圖； 圖2為方形電池內采用燒結鎳電極做參比電極裝置的示意圖；圖3為4/5A電池520mA充電3h， 1300mA放電的電池電壓、正極電位、負極電位曲線； 圖4為60'C下4/5A電池280mA充放電循環時的電池電壓、正極電位、負極電位曲線。
具體實施方式
一種適用于堿性密封電池的單電極電位測量方法，以燒結鎳電極做參比電極測量密封電 池體系正負極電極電位。由于燒結鎳電極存在的主要電對是Ni(0H)2/M00H，該參比電極易于 存放，在堿性體系及富氧體系下比較穩定，同時又可以做成很小的尺寸，便于裝配。其中，燒結鎳電極可以市購也可自制，其制備方法為在鍍鎳鋼帶上涂上粉末狀的金屬鎳漿，再經800-120(TC的高溫燒結、真空浸漬在硝酸鎳、 硫酸鎳等鎳鹽溶液中，而后烘干堿化，接著以6-20mAh/cm2進行充放電活化，得到產品化燒結 鎳電極。如圖1所示， 一種適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置，包括圓筒狀金屬殼體5，位于所述殼體5兩端并與所述殼體5絕緣密封連接的兩個導電的防爆 蓋9、 10，所述殼體5內設有電解液、隔膜6、以及通過所述隔膜6分隔的正極1、負極2、 燒結鎳電極3，所述正極l、負極2、燒結鎳電極3的三個電極中的任一極均可以與殼體5電 氣連接，其它兩個電極則分別與兩個所述防爆蓋9、 IO電氣連接。本實施例中，所述隔膜6位于所述正極1和負極2之間，所述正極1和負極2呈巻繞的 螺旋狀，該螺旋狀的最外圈為隔膜6，該外圈的隔膜6的外側巻繞有燒結鎳電極3。本實施例中，所述燒結鎳電極3貼設于所述殼體5內側并與所述殼體5電氣連接，所述 正極l、負極2分別與兩防爆蓋9、 IO電氣連接。本實施例中，還包括兩極耳7、 8，所述正極l、負極2分別通兩極耳7、 8與兩防爆蓋9、 10電氣連接。本實施例中，還包括兩絕緣密封圈4，所述兩個導電的防爆蓋9、 IO通過所述絕緣密封圈 4與所述殼體5絕緣密封連接。與文獻報道相比，該方法克服了密封困難的問題，操作簡單，同時沒有增加額外的體積。 采用內置燒結鎳電極做參比電極進行正負極電極電位測量的方法適用于鎳基水系電池研究， 如Cd-Ni電池、MH-Ni電池和鋅鎳電池。其中，在密封電池體系中放入燒結鎳電極作為參比電極可采用以下方法制作 首先將電池殼體5底部削掉，形成兩端開口的圓筒狀，并磨平殼口的邊緣保證封口處的 密封性。先將電池殼體5—端滾槽，將燒結鎳電極3裝入電池后，參比電極3與電池殼體5 內側直接接觸，極耳7、 8先點焊在已滾槽電池殼體5的一端的防爆蓋9、 10上，加密封圈4 后將一端機械密封。在該端密封后，從另一端加入適量的、適當密度的堿性電解液，之后在 另一端采用同樣方式將該另一端密封，只是要把極耳8、 7先分別與防爆蓋9、 IO點焊在一起。 該結構的優勢在于，實現了一次密封并且密封效果好、便于操作，幾乎無短路及漏液電池出 現。正極l、負極2和參比電極3引出位置可以互換，即任一電極均可直接接觸電池殼體，只 需將另外兩電極從防爆蓋9、 IO引出即可。方形電池內采用燒結鎳電極做參比電極裝置如附圖2所示。由于正極l、負極2的極柱已 固定，參比電極只能從電池的方形金屬殼壁引出。所述隔膜位于所述正極1和負極2之間， 所述正極l、負極2和隔膜呈巻繞的螺旋狀或者疊片狀的方式裝配(圖中未示)，該螺旋狀或 疊片狀的最外層為隔膜，該外層的隔膜的外側疊放有燒結鎳電極。用上述方法制成的4/5A型鎳氫電池，正/負極設計容量為1300 / 2000mAh。圖3為該4/5A 電池以520mA充電3h， 1300mA放電的電池電壓、正極電位、負極電位曲線。可看出，正極電 位的變化與電池電壓的變化是一致的，說明是正極容量決定了電池容量。圖4為本實施例的 4/5A電池60'C下280mA充放電循環時的電池電壓、正極電位、負極電位曲線，其中正極電位 的變化與電池電壓的變化是一致的，這同樣說明，在高溫6(TC下，仍是正極容量決定了電池 容量。
權利要求
1、一種適用于堿性密封電池的單電極電位測量方法，其特征在于以內置的燒結鎳電極做參比電極。
2、 一種適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置，其特征在于包括導電殼體，位于所述殼體兩端并與所述殼體絕緣密封連接的兩個導電的防爆蓋，所述殼 體內設有電解液、隔膜、以及通過所述隔膜分隔的正極、負極、燒結鎳電極，所述正極、負 極、燒結鎳電極三個電極中的任一極與殼體電氣連接，其它兩個電極分別與兩個所述防爆蓋 電氣連接。
3、 根據權利要求2所述的適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置，其特征在于所 述隔膜位于所述正極和負極之間，所述正極、負極和隔膜呈巻繞的螺旋狀，該螺旋狀的最外 圈為隔膜，該外圈的隔膜的外側巻繞有燒結鎳電極。
4、 根據權利要求3所述的適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置，其特征在于所述導電殼體為方形或圓筒狀金屬殼體。
5、 根據權利要求2所述的適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置，其特征在于所述導電殼體為方形金屬殼體，所述隔膜位于所述正極和負極之間，所述正極、負極和隔膜呈 疊片狀，該疊片狀的最外層為隔膜，該外層的隔膜的外側疊放有燒結鎳電極。
6、 根據權利要求3、 4或5中任一所述的適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置， 其特征在于所述燒結鎳電極貼設于所述殼體內側并與所述殼體電氣連接，所述正極、負極分別與兩防爆蓋電氣連接。
7、 根據權利要求3、 4或5中任一所述的適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置，其特征在于還包括兩極耳，所述正極、負極分別通兩極耳與兩防爆蓋電氣連接。
8、 根據權利要求1至5中任一所述的適用于堿性密封電池的單電極電位測量裝置，其特 征在于還包括兩絕緣密封圈，所述兩個導電的防爆蓋通過所述絕緣密封圈與所述殼體絕緣密封連接。
全文摘要
一種適用于堿性密封電池的單電極電位測量方法及其裝置，以內置的燒結鎳電極做參比電極。該裝置包括導電殼體，位于所述殼體兩端并與所述殼體絕緣密封連接的兩個導電的防爆蓋，所述殼體內設有電解液、隔膜、以及通過所述隔膜分隔的正極、負極、燒結鎳電極，所述正極、負極、燒結鎳電極三個電極中的任一極與殼體電氣連接，其它兩個電極分別與兩個所述防爆蓋電氣連接。本發明克服了密封困難的問題，操作簡單，同時沒有增加額外的體積。采用內置燒結鎳電極做參比電極進行正負極電極電位測量的方法適用于鎳基水系電池研究，如Cd-Ni電池、MH-Ni電池和鋅鎳電池。
文檔編號G01R31/36GK101216537SQ200710173388
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月27日 優先權日2007年12月27日
發明者周時國, 夏保佳, 婁豫皖, 賀洪華, 閻永恒, 陸惠英, 陳保貴 申請人:上海萬宏動力能源有限公司