有害杂质对镍镉电池性能的影响

有害杂质对镍镉电池性能的影响

在镍镉电池中，铁，锰，铜，铬，硝酸盐，碳酸根离子，氯离子及许多有机化合物对电池性能有害。

1，铁使正极的氧过电位明显下降，充电效率降低，充电电流消耗在产生氧气和热量。在正极中含有1%的铁，引起的容量损失可大30%。因此壳体镀镍层应尽可能没有微孔，导电骨架和接线柱等的镀镍层也要保证质量，不能有基体的腐蚀铁下来。

2，锰和铜的离子在正极上发生氧化，而在负极上发生还原，从而促进了电池的自放电。
  硝酸根离子以及许多有机化合物也有类似的性质，这些杂质离子穿梭于正负极之间，使电池容量不断损失。
NO3-在负极上还原生成NO2-：Cd + NO3- + H2O →Cd（OH）2 + NO2-
而NO2-又扩散到正极又被氧化成NO3-：2NiOOH + NO2- + H2O →2Ni（OH）2 + NO3-
另外，NO3-及NO2-还可能发生如下反应：NO3- + 6 H2O + 8e → NH3 + 9 OH-
NH3 + 3/2 O2 + OH- →NO2- + 2H2O
NO2- + 5H2O +6e →NH3 + 7OH-
这样的自放电反应直至正极的电位下降到不能氧化成NO2-，或者负极的电位上升到不能还原NO3-为止。
正极的自放电，活性物质分解放出氧气：6NiOOH→2Ni3O4 + 3H2O +1/2O2
正极上生成的氧气又与镉负极反应：Cd + 1/2O2 + 2H2O →Cd（OH）2
在电池充放电多次以后，脱落下来的活性物质穿过隔膜，构成“结晶桥”，使正负极连接起来，发生所谓“软短路”，使得容量不断下降。

3，锂的影响
锂的影响比较复杂，在开口式电池里，通常将LiOH加到电解质中，充放电后部分锂离子进入正极中，由于锂离子的半径（0.06nm）比Ni2+半径小，锂离子易进入氢氧化亚镍的晶格缺陷位置和晶格间隙中。
①有利影响
改善了电池在较高温度下（40℃）的充电效率。锂的含量越高，作用越明显。
②不利影响
降低了电池在室温和较低的温度下的放电容量。LiOH的浓度越大，影响越明显；在较高的温度下，锂促进烧结式镍电极进一步氧化及电极的膨胀。

4，钴的影响（在正极中的分布由表面向内递减）
①有利影响
正极中添加钴的氢氧化物，充电时由于提高了正极的氧过电位，使低充电率（如0.3I10）和较高的环境温度（如45℃）下的正极充电效率得到改善，从而提高了电池的容量。【CoO加入到正极可以提高氢氧化亚镍的利用率9%，VS。Li（OH）2】。
②不利影响
降低了放电电压20—70mV；钴含量提高，放电电压下降增大。如果要求电池在高放电率下使用，则烧结式正极中不宜加钴。如果1C放电（最大）且环境温度比较高，则在正极中加钴还是有利的。添加了钴，可提高电池容量30%。在烧结式正极和盒式正极中，Ni（OH）2：氧化镉：Co（OH）2=90：5：5（重量比），这不仅可以减少充放电过程中正极的膨胀，而且可提高正极的比容量15%。

5，镉的影响
对于扣式电池，正极中添加的是氧化镉；对于烧结式电极是用硝酸镉加入正极浸渍液中，约占10%的硝酸镉加到硝酸镍溶液中，经浸渍，碱化，使Cd（OH）2和Ni（OH）2一起均匀地沉淀到烧结电极中，这样沉淀出来的Cd（OH）2是正极膨胀的阻抑剂，并且，在正极中Cd（OH）2的含量越高阻抑正极膨胀的效果越明显，正极中添加镉的化合物并无有害影响。

6，ZnO在泡沫镍电极中的作用
①延长寿命（一般为2%，最大可达4.5%）
②可提高氢氧化亚镍利用率，提高放电平台（一般为2%，最大可达4.5%）
③随着ZnO含量增加，镍电极充电电压升高
④可以抑制镍电极在高温时（45℃）膨胀，改善了镍电极的充放电性能。