影響鎳氫電池性能的因素有很多，包括正/負極板的基材，貯氫合金的種類(lèi)，活性物質(zhì)的顆粒度，添加劑的類(lèi)別和數量，以及制作工藝、電解液、隔膜、化成工藝等許多方面。 下面就添加劑（Co）、電解液、隔膜以及化成工藝等對電池性能的影響這幾方面進(jìn)行一下簡(jiǎn)要的探討。

一　正極添加CoO對電極性能的影響

將鈷添加到Ni(OH)2電極中，主要是以形成高導電性之CoOOH，在活化階段充電過(guò)程中，被氧化成 CoOOH，從而提高極片的導電性，由于此反應不可逆，因此添加Co對電極的容量并無(wú)貢獻。

在Ni(OH)2電極中添加鈷能增加其質(zhì)子導電性和電子導電性，從而提高正極活性物質(zhì)的利用率，改善充放電性能和增大析氧過(guò)電位，從而降低充電電壓提高充電效率。但是過(guò)量的鈷添加不但導致電池成本增加，還將降低放電電位。

研究表明，在氫氧化鎳電極中添加10％Co(OH)2可降低活性物質(zhì)的擴散電阻和增加電極放電深度（DOD）。有資料顯示：鈷粉含量對發(fā)泡鎳電極比容量的影響如下：

鈷含量對Ni(OH)2電極質(zhì)量比容量影響（單位：mAh/g）

鈷含量對Ni(OH)2電極體積比容量影響(單位：mAh/ml)

表面部分氧化的CoO顯示出最好的活性，表面未經(jīng)預氧化的CoO(即S－CoO)亦有相當活性，但由于其在空氣中不穩定，與氧氣接觸深度氧化而使活性降低。

隨著(zhù)表面氧化度的加深，CoO的活性逐漸降低，但在20％以前，下降并不明顯，氧化度超過(guò)20％，則活性急劇下降。這是由于表面高價(jià)態(tài)的Co3O4太多而影響到CoO在化成時(shí)的轉變。

添加量對正極利用率的影響：添加極少量的（2Wt%）表面未經(jīng)預氧化的CoO即可獲得較高的正極活性物質(zhì)利用率，在5Wt%-10Wt%范圍內可獲得最佳的效果。在加入量高于10Wt%后，電池容量反而有所下降，這是由于添加量太高，減少了活性物質(zhì)的填充量，則電池容量不可能提高，而且亦加大正極制作成本。

鈷加入量對電池大電流放電性能的影響：鈷的加入對改善電池大電流放電性能具有很好的效果，加入量越多，大電流放電性能越好，但加入量過(guò)多，成本亦升高越多，且電池容量下降，合適的比例為5Wt%-10Wt%。

鈷在電活化期間（第一次充電），由于Co(OH)2的氧化電位比Ni(OH)2的氧化電位低，這導致在Ni (OH)2轉化為NiOOH之前便形成穩定的CoOOH，既大大降低了顆粒之間的接觸電阻，也大大提高了顆粒與基體的導電性。如果放電結束后電壓不明顯低于1.0V，則CoOOH不再參與電池后續反應，這樣負極就獲得了對應于提供的這一總電荷的預先充電。如果隨后放電使正極的可用容量已耗盡，但由于預先充電的緣故，負極仍然有放電儲備，它在一定程度上可以避免電池充電末期負極大量析氫，并保證氫氣復合效率。

鈷添加劑具有以上一些優(yōu)點(diǎn)，但是其也有不利之外諸如造成微短路及自放電升高，其中原因有些人士認為：

正極中鈷化合物溶解在濃堿中形成鈷絡(luò )合物，它遷移到隔膜后，將隔膜分子氧化，本身被還原成鈷并沉積在隔膜上，同時(shí)鈷絡(luò )合物還透過(guò)隔膜到達負極片，當負極充電時(shí)還原成鈷并沉積下來(lái)。沉積在隔膜上的鈷積累到一定數量后就可以透過(guò)隔膜形成很細的“鈷橋”，發(fā)生電子導電，最初造成微短路，以后發(fā)展成完全短路，從而使電池失效，沉積在負極上的鈷即使未生成“鈷橋”，也可能由于負極表面呈尖端長(cháng)大的鈷在充放電時(shí)發(fā)生尖端放電而導致微短路。負極中Mn的溶出也可導致微短路，而且錳的溶出會(huì )加速鈷溶出和合金氧化。這種微短路也正是電池自放電的一個(gè)重要原因。電池注液后快速封口及封口后立即充一部分電可減少微短路發(fā)生的可能性，即先行將鈷轉化為CoOOH。

二　電解液對電池性能的影響

電解液作為電池的重要組成部分，它的組成、濃度、數量的多少以及雜質(zhì)的種類(lèi)和數量都將對電池的性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。它直接影響電池的容電量、內阻、循環(huán)壽命、內壓等性能。

通過(guò)對比發(fā)現，電解液一般采用大約6mol/l的KOH溶液（也有以一定NaOH代替KOH的），當然電解液中也有加入少量其他成分如LiOH等的，但對一些雜質(zhì)諸如碳酸鹽、氯化物、硫化物等均要求較高。

電池的正、負極片只有在電解液中才能發(fā)生電化學(xué)反應。對于一顆封口的成品電池來(lái)說(shuō)，其中的空間是一定的。若電解液太多，會(huì )造成封口氣室空間變小而使電池在充放電過(guò)程中的內壓上升；另一方面，電解液太多造成堵塞隔膜孔，阻止了氧氣的傳導，不利氫氣迅速復合，也會(huì )使電池的內壓上升并可能氧化極片致使極片鈍化容量下降，內壓的上升可能造成電池漏液、爬堿、使得電池失效。但若電解液太少，會(huì )使得極片不能完全浸漬到電解液，從而電化學(xué)反應不完全或者說(shuō)極片的某些部分不能發(fā)生電化學(xué)反應，使得電池容量達不到設計要求，內阻變大，循環(huán)壽命變短。

通常電解液主要使用KOH不是NaOH，其主要原因在于KOH的比電導較NaOH為高，并且在KOH溶液中加入少量LiOH以提高電池的放電容量。現在有必要探討一下電解液中雜質(zhì)及LiOH對電池性能的影響：

在長(cháng)期充放電過(guò)程中，Ni(OH)2的顆粒會(huì )逐漸變粗，使充電困難。原因則是溫度過(guò)高，電解液濃度大以及有金屬雜質(zhì)存在。當加入LiOH時(shí)，它能吸附在活性物質(zhì)顆粒周?chē)乐诡w粒增大，使其保持高度分散狀態(tài)。但加入LiOH不宜過(guò)多，否則會(huì )影響電活化進(jìn)程。一般認為鐵會(huì )降低析氧過(guò)電壓，使電池充電效率下降，碳酸鹽在電極表面會(huì )生成薄膜，使電池內阻增大；硫化物會(huì )形成樹(shù)枝狀生成物，造成電池短路；硅酸鹽可使電極容量損失；氯化物則造成電極腐蝕；而有機化合物卻會(huì )增加自放電效應及發(fā)生副反應等。因此必須控制電解液中的雜質(zhì)含量。

最后，還必須注意電解液的濃度，以減少濃差電阻。

為何電池在貯存和使用過(guò)程中（循環(huán)）會(huì )出現內阻升高和放電容量降低以及充電效率降低呢？

我認為其中的原因是多方面的：

首先，添加劑Co在貯存和使用過(guò)程中會(huì )往極片的深層擴散或者說(shuō)遷移，從而導致極片表面的Co含量降低，從而使得極片表面的接觸電阻增大（表現為內阻上升），從而降低充電效率和析氧過(guò)電位，最終導致放電容量下降。

其次，在循環(huán)過(guò)程中，極片被電解液腐蝕，導致極片粉末松散、脫落或者說(shuō)接觸不好（粒子與粒子、粒子與基材之間）導致內阻升高，以及過(guò)度充/放電致使極片受到損傷。

其三，可能是由于極片膨脹，把隔膜中的電解液擠干和吸出，由于電化學(xué)反應總是從表面開(kāi)始進(jìn)行而后再向深層發(fā)展，因此導致電化學(xué)反應不完全，導致放電容量下降；并由于電解液的匱乏，致使內阻升高（濃差電阻和離子傳導電阻/遷移電阻升高），充電電位升高，放電電位下降。

其四，可能是由于電解液中的水份在循環(huán)或儲存一段時(shí)間之后，以某種目前尚不清楚的形式存在，如結晶水、被范德華力束縛、被氫鍵等力所束縛，而不能參與電化學(xué)反應（即升高了電解液的濃度），致使電化學(xué)過(guò)程中離子傳導困難，內阻升高，充電電位升高，放電電位下降，最終導致放電容量下降。

最后，也可能是由于電池在循環(huán)或儲存過(guò)程中，電解液被重新分配、擴散和滲透到極片的深層中去，致使電極表面的電解液量下降，而電化學(xué)反應總是從表面開(kāi)始進(jìn)行而后再向深層發(fā)展，因此導致電化學(xué)反應不完全從而出現一系列的問(wèn)題。

當然，電池在使用過(guò)程中過(guò)度充/放電，致使電池洩壓，氫氣/氧氣在洩出的同時(shí)帶出電解液，從而使得電解液干涸，也是重要原因之一。

解剖開(kāi)貯存和使用過(guò)的電池，會(huì )發(fā)現電池內部的極板和隔膜紙干燥（目視），也許是以上所述原因之一或幾個(gè)因素共同作用的結果。

三　隔膜對電池性能的影響

隔膜作為電池的正、負極之間的隔離板，首先其必須具備良好的電絕緣性，其次由于它于電解液中處于浸濕狀態(tài)，其必須具備良好的耐堿性；并且要有良好的透氣性等。因此我們應當選用在較寬廣溫度范圍內（－55℃－85℃）保持電子穩定性、體積穩定性和化學(xué)穩定性，對電子呈高阻，對離子呈低阻，便于氣體擴散盡量薄的隔離板。

隔膜性能的好壞在很大程度上將影響電池的循環(huán)壽命和自放電狀況。

隔膜在循環(huán)過(guò)程中逐漸干涸是電池早期性能衰退的主要原因。隔膜的吸堿量、保液能力和透氣性是影響電池的循環(huán)壽命的關(guān)鍵因素。隔膜的親水性可保證良好的吸堿量和保液能力；而憎水性可提高隔膜的透氣性。隔膜變干與下列因素有關(guān)：

1）隔膜本身性質(zhì)的變化如：吸液速度和保液能力變差；

2）極片在充放電過(guò)程中發(fā)生膨脹將隔膜中電解液擠出和吸出；

3）電極表面活性和氣體復合能力變差，電池過(guò)充時(shí)正極產(chǎn)生的氧氣未能快速復合掉，造成電池內壓升高，達到一定壓力后從安全閥洩壓而造成電解液損失。

電池的自放電也與隔膜有關(guān)。有人認為：鎳氫電池中鎳電極的活性物質(zhì)與氫氣發(fā)生反應是MH-Ni電池自放電的主要原因（微短路也是原因之一）：NiOOH+1/2H2→Ni(OH)2其中的氫氣是由于過(guò)充電靜置后，儲氫合金釋放出其中的部分氫原子復合而成，因此我們需要有較好透氣性的隔膜板，此處的透氣性并不是指通透氣體而是指能通透協(xié)帶氫或氧原子的離子的透氣性。電池不過(guò)充或不充飽可降低漏電率，目前不少廠(chǎng)商的電池充飽電后靜置30天持電率可超過(guò)70％（常溫常壓狀態(tài)）。

當然，隔膜紙除了以上所述的條件外，還應當具有足夠的機械強度和韌性，以保證電池在卷繞和極片膨脹時(shí)不至于斷裂。

當前已經(jīng)有不少電池企業(yè)采用PP材質(zhì)的隔膜紙代替尼龍材質(zhì)的隔膜紙，使用效果據說(shuō)不錯。

四　熱和電活化對電池性能的影響

熱活化的機理如何？以及熱活化的時(shí)間、溫度不同對電池性能的影響如何？電活化的機理又如何？以及電活化的時(shí)間、電流不同對電池性能的影響如何？下面就這些問(wèn)題進(jìn)行一下簡(jiǎn)要的探討。

采用封口化成工藝的鎳氫電池在活化初期及大倍率充電時(shí)內壓過(guò)高，造成電池漏液爬堿，容量下降，壽命縮短，安全性能變差，而且化成時(shí)間較長(cháng)。對封口的鎳氫電池進(jìn)行熱處理（即熱活化），可以對其性能進(jìn)行改善，尤其是對內壓的改善。其本質(zhì)原因是：

熱處理的過(guò)程中，負極中的貯氫合金表面在強堿性電解液的作用下，較快地偏析出大量的鎳原子族即形成富鎳層，鎳原子族均勻分散在其它疏松金屬氧化物和氫氧化物或其水合物中，在鎳原子族的催化作用下，過(guò)充時(shí)正極所產(chǎn)生的氧擴散到負極表面，并與貯氫合金中的氫反應，重新化合成水，改善貯氫合金的消氧機能，降低電池內壓。另外，熱處理時(shí)可降低電解液的表面張力，促成電解液的均勻分布，有利于電化學(xué)反應的均勻進(jìn)行。

熱活化的時(shí)間、溫度不同對電池性能的影響也不同，時(shí)間太短達不到預期效果；時(shí)間太長(cháng)則浪費時(shí)間，效率太低。溫度太低反應速度過(guò)慢，溫度太高可能會(huì )導致電池短路，極片膨脹厲害，影響電池性能。一般以50－80℃為宜，2－8小時(shí)比較合適。

電活化過(guò)程初期，首先發(fā)生的反應是CoO+OH-＝CoOOH此反應為不可逆反應，由此使得正極片的導電性大大增強（因Ni(OH)2基本不導電而且NiOOH的導電性也較差），從而降低電池的內阻和充電電壓，提高充電效率和放電容量。因此可以讓負極預先充電，具有充電儲備。而后期的電活化只是對電極進(jìn)行充放電即Ni(OH)2與NiOOH之間來(lái)回轉化，通過(guò)這種來(lái)回轉化（晶型轉換），在極片表面不斷產(chǎn)生新鮮表面，使得電化學(xué)不斷反應進(jìn)行下去。在后期的電活化中，只要電池電壓不低于 0.8V，鈷就不參與反應。為提高化成效率，一般以三個(gè)充/放電循環(huán)為好，充/放電電流應由小逐漸變大為佳。(轉）