镍氢电池是继镍镉电池之后的新一代高能二次电池，由于其具有高容量、大功率、无污染等特点而备受人们的青睐，是当今二次电池重要的发展方向之一。
镍氢电池是一种绿色环保电池，由于储氢合金材料的技术进步，大大地推动了镍氢电池的发展，而且淘汰镍镉电池的步伐也已加快，镍氢电池发展的黄金时代已到来。镍氢电池的技术发展大致经历了三个阶段：第一阶段即 20 世纪 60 年代末至 70 年代末，为可行性研究阶段。第二阶段即 20 世纪 70 年代末至 80 年代末，为实用性研究阶段：1984 年开始，荷兰、日本、美国都致力于研究开发储氢合金电极；1988 年美国 Ovonic 公司，以及 1989 年日本松下、东芝、三洋等电池公司先后成功开发镍氢电池。第三阶段即 20 世纪 90 年代初至今，为产业化阶段。我国于 20 世纪 80 年代末研制成功电池储氢合金，1990 年研制成功 AA 型镍氢电池，截至 2005 年年底，全国已有 100 多家企业能批量生产各种型号规格的镍氢电池，国产镍氢电池的综合性能已经达到国际先进水平。在国家「863」计划的推动下，镍氢动力电池是「十五」计划中我国电池行业重点之一，镍氢电池作为动力在电动汽车和电动工具方面应用的研究已经取得了一定的成效，目前镍氢电池逐步向高能量型和高功率型双向发展。
镍氢电池可分为高压镍氢电池和低压镍氢电池两类。高压镍氢电池是 20 世纪 70 年代初由美国的 Klein 和 Stockel 等首先研制的，单体电池采用氢电极为负极，镍电极为正极，在氢电极和镍电极间夹有一层吸饱 KOH 电解质溶液（20℃ 密度为 1.30g/cm3）的石棉膜。氢电极是以活性炭作载体和聚四氟乙烯（PTFE）作为黏结剂的多孔气体扩散电极，由含铂催化剂的催化层、拉伸镍网导电层、多孔聚四氟乙烯防水层组成。镍电极可以用压制的 Ni（OH）2电极，也可用烧结的 Ni（OH）2电极。高压镍氢电池有其独特的优点，见表 5.5。但由于其缺点也比较明显，如需耐高压容器、自放电较大、电池密封难度大和成本高等，因此目前研制的高压镍氢电池主要应用在空间技术领域。对于民用领域，则主要采用低压镍氢电池。
表 5.5 高压镍氢电池的特点
加载中...5.2.2 镍氢电池的工作原理镍氢电池以储氢合金作为负极，氢氧化镍作为正极，氢氧化钾碱性水溶液作为电解液。在电化学中，镍和氢在发生反应时，氢的电位电动势比镍的电位电动势低，从而形成电势差，在充电的时候，镍从 Ni2+变成 Ni 单质，氢则被氧化成 OH-，而放电的时候是相反的过程，从而形成一个可逆的化学反应，如图 5.9 所示。
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图 5.9 镍氢电池的工作原理图
充电时，正极反应为
加载中...负极反应为
加载中...总反应为
加载中...放电时，正极反应为
加载中...负极反应为
加载中...总反应为
加载中...式中 M——储氢合金；
MH——吸附了氢原子的储氢合金，最常用的储氢合金为 LaNi5。
5.2.3 镍氢电池的型号和特点5.2.3.1 镍氢电池的型号镍氢电池通常有 A、AA、AAA、AAAA、SC、C、D、F 等，民用电池 5 号为 AA 电池，7 号为 AAA 电池，1 号为 D 电池，2 号为 C 电池。常见型号镍氢电池尺寸及其容量范围见表 5.6。
表 5.6 常见型号镍氢电池尺寸及容量范围
加载中...5.2.3.2 镍氢电池的特点（1）充电特性。温度与充电速率对镍氢电池的充电电压有明显的影响：温度高，充电电压低；充电速率快，充电电压高。
（2）放电特性。镍氢电池放电过程总的容量和电压与使用条件有关，如放电倍率、环境温度等。一般情况下，放电倍率越大，放电容量与放电电压越低；环境温度下降，放电容量与放电电压下降。
（3）温度特性。由于充电效率依赖于温度，因此，在较高的温度下充电时，电池的放电容量会降低。在相同放电倍率的条件下，环境温度不同，放电电压也不同。随着放电倍率提高，温度对放电容量的影响越来越显著，特别是在低温条件下放电时，放电容量下降更明显。
（4）自放电特性。引起镍氢电池自放电的因素很多，其中储氢合金的组成、使用温度、电池的组装工艺对其影响较大。其中：储氢合金的析氢平台压力越高，氢气越容易从合金中逸出，自放电越明显；温度越高，镍氢电池自放电越大；隔膜选择不当，组装不合理，随着电池充放电次数的增加，合金粉末出现脱落或形成枝晶等现象，都会加速自放电，甚至短路。
（5）循环寿命。镍氢电池的容量随着充放电次数的增加而减少，要提高镍氢电池的循环寿命，除了改善电极的性能之外，还要改善电池的组装工艺。
5.2.4 镍氢电池的设计与制造电池设计是电池制备中的关键一步，它是根据电池的工作电压、工作电流、工作时间、循环寿命、工作环境的极限条件、电池尺寸等性能指标要求，最终确定制备电池时的电极尺寸、活性物质用量、电解液、隔膜、装配工艺等参数，并依据这些参数制成电池。
5.2.4.1 镍氢电池工艺参数的设计镍氢电池的极片尺寸包括极片高度、厚度、长度。在电池体积比容量的要求一定时，三者相互制约，同时和电池的极片电流密度和电池的装配松紧度相关，设计时必须兼顾如下几点。
（1）根据极片质量、极片的活性物质填充密度确定正极片的体积。在镍氢电池中，采取正极限制容量，即正极容量为电池容量。
（2）正负极配比的确定。在实际应用中，为了增加电池的耐过充过放性能及提高正极材料的利用率，镍氢电池通常应采取负极容量过剩的方案。
（3）根据极片质量、极片的压实密度确定负极片的体积。
（4）根据电池高度确定极片宽度。
（5）极片厚度和长度受电流密度和装备松紧度的影响，正极极板厚度一般为 0.5～0.8mm，极片长度为 180～360mm；电池负极极片的长度根据正极长度来确定，以卷绕时末端刚好盖住正极为宜，极片面积越大，单位面积通过的电流密度越小，高倍率放电性能越好。
（6）电池隔膜尺寸的确定。隔膜长度一般取为正负极长度之和，再加上小隔膜长度（小隔膜用于电池起卷处防止正负极短路）。
（7）电池装配松紧度的验证。电池的松紧度不能太高，超过 95% 将会导致装壳困难；也不可太松，低于 85% 将会影响电池性能的发挥。
（8）电解液浓度与用量的确定。电解液量对电池输出功率有影响，并且电解液的用量和电池的寿命有关系，在保证电池不漏液的情况下应尽可能多注碱液。
5.2.4.2 镍氢电池制备工艺流程镍氢电池的工业制备通常有如下流程：
（1）电池正极采用粉末轧制成型工艺制备，将活性物质球型 Ni（OH）2按一定比例的 PTFE 乳液（60%）搅拌均匀，用加毛刷的拉粉机填充在发泡镍骨架上。发泡镍经过预压后进入粉箱由毛刷上粉，再经辊压机压制成型，除尘装置除去电极表面粉尘和预留槽位粉尘，切片后电极的底端边缘浸一定比例的 PTFE 乳液（60%），然后烘干，再经过称重分级，软化使之柔软适宜卷绕，去除毛刺，送至下一工序。
（2）负极也采用粉末压制成型工艺制备，比正极更加简单方便，将储氢合金粉不加任何添加剂和铜编织网通过金属斗状模具和辊压机轧制成型，浸入 SBR∶H2O 为 1∶30 的胶水，于 120℃ 烘干后切片，称重送至下一工序。
（3）电池的卷绕方式是在专门开发的卷绕设备上制备电池极芯，卷绕过程中控制正极板、负极板和隔膜互相错位，并在正极端面上焊接集流片，然后把极芯经过端面焊接，入底垫发泡镍钢壳，滚槽，涂油，点焊盖帽，注碱，封口。
（4）电池化成工艺采用变电流并结合高温陈化的化成工艺，电池在室温下（25℃）搁置 48h，用小电流充电活化后，入 35～45℃ 烘箱中搁置 24h，取出降至室温后，将电池分选为不同容量档次的电池。
（5）化成后电池即可分级包装，组合，最后交付入仓。
整体工艺流程如图 5.10 所示。
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图 5.10 镍氢电池制备工艺流程图
5.2.5 镍氢电池的性能测试与保养镍氢电池性能指标包括电池容量、工作电压、充/放电性能、循环性能、自放电、储存性能、温度特性和安全性能等。一般来说，电池性能主要通过以下方面来评价：
（1）电池容量。电池容量是指在一定放电条件下可以从电池获得的电量，即电流对时间的积分，一般用 A·h 或 mA·h 来表示，它直接影响电池的最大工作电流和工作时间，是实际应用中决定电池性能优劣的关键因素。电池容量分理论容量、实际容量和额定容量。
（2）循环寿命。循环寿命是指二次电池按照一定的制度进行充放电，其性能减小到某一程度（例如，容量初始值的 60%）时的循环次数。
（3）温度特性。电池的工作环境和使用条件要求电池在特定的温度范围内具有良好的性能。
（4）储存性能。电池储存一段时间后，会因某些因素的影响使性能发生变化，导致电池自放电、电解液泄漏、电池短路等。