氧化镍电极的膨胀

  氧化镍电极的膨胀

当电池反复充放电循环时，氧化镍电极的体积膨胀，这可能由于：
① 充放电循环过程中活性物质密度的变化
② 电极内部活性物质溶解，这些活性物质在电极表面沉积
③ 烧结式或泡沫式电极中的镍基体腐蚀产生的镍的氧化物
④ 电极微孔中产生氧气泡形成一定的压力
氢氧化亚镍的密度为4.15g/cm3,而NiOOH的密度为4.6g/cm3，两者的密度不同。这就说明，氧化镍电极中的活性物质在放电过程中膨胀，在充电过程中收缩，即氧化镍电极产生了膨胀-收缩机理，这是活性物质在充放电过程中特性所决定的，属于正常情况，它对电池性能不会产生不良影响，但是由于制造工艺控制不当或电池的有关设计参数选取欠慎重，也会导致影响电池性能的超常膨胀，这是应该引起注意的。例如袋式电极，压成电极，塑料粘结电极，涂膏电极中所用的氢氧化亚镍大都是由硫酸和氢氧化钠配制的，在制造过程中如采用不适当的方法或硫酸盐去除不净，则因有碱式硫酸盐存在而影响氢氧化亚镍的性能，也会造成氧化镍电极的过度膨胀；烧结式电极或泡沫镍电极在制造过程中为了提高比容量，在基板（片）的微孔中填充过量的活性物质，使极板中的残余孔率减少，会使充放电循环中极板的厚度快速增加，最终使电性能恶化。
    为什么对氧化镍电极膨要引起关注？因为镍镉或泥氢电池中深充放循环是电池使用的通用制式之一，在这种使用制度下电池的失效模型也不尽相同，但是从氧化镍电极方面分析，其超常膨胀会导致一系列的问题。例如活性物质增重过大，使膨胀-收缩加剧，是极板微孔内产生较大压力，烧结基体或载体强度下降，或发生题泡或裂纹，颗粒脱落进入隔膜中使正负极短路。同时，由于烧结基体或载体变厚，极板间距变小，隔膜受挤压，电液从隔膜中流失而使隔膜变干，结果电池内阻增加，高倍率放电或低温放电时电池电压下降，此外，由于电极膨胀，活性物质与导电基体接触不良，活性物质相对表面积减少，活性物质利用率降低，电池放电真实电流密度增加，也造成电池电压下降，明显地对高倍率放电或低温放电性能产生影响，也由于电极极化增大，过早地析出氧气，无论在镉电极或金属氧化物电极上氧复合产生的热量也可增加，电池内部温度升高，尤其是在高温，小电流充电的使用状态下，电池受温度影响的其它速率增大，也影响电池性能；因此必须对影响氧化镍电极超常膨胀的一些因素加以严格控制。