充电电池及其应用：镍镉电池和镍氢电池

下面以镍镉和镍氢电池、铅酸蓄电池、锂离子电池为例，对充电电池的特性进行简单介绍。

3.1.2.1　镍镉电池和镍氢电池

镍镉电池是最早应用于手机和笔记本电脑等设备的电池，电池正极由氧化镍粉和石墨粉组成，负极由氧化镉粉和氧化铁粉组成。但其“记忆效应”明显，使用寿命短，同时存在镉离子污染问题，目前用量很少。

镍氢电池（Ni-MH）是20世纪90年代在镍镉电池的基础上发展起来的一种新型碱性充电电池，由正极、负极、电解质（氢氧化钾水溶液）、隔膜和电池外壳等五大部分组成。充电时，负极析出氢气并贮存在电池中，正极由氢氧化亚镍变成氢氧化镍和水。放电时，氢气在负极上被消耗掉，正极由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。

镍氢电池除具有镍镉电池的优点以外，无镉污染，其能量密度40～70wh/kg，是镍镉电池的1.5～2倍，在相同尺寸下容量可提高70%左右。但相对于锂离子电池来说，镍氢电池的能量密度低，许多应用领域已被锂离子电池所取代。

3.1.2.2　锂离子电池

锂离子电池是指锂离子在正负极之间往复脱嵌并发生氧化还原反应的可充放电的二次电池，由正极、负极、电解质、隔膜和电池外壳等五大部分组成。相对于镍氢电池，锂离子电池具有无记忆效应、自放电率低、能量密度高、电压高、充放电循环次数多、使用寿命长等优异性能，在笔记本电脑、数码相机、手机、平板电脑等便捷式电子设备、电动自行车和新能源汽车等领域广泛应用。

锂离子电池的能量密度高，理论值可超过500Wh/kg。所以，在同样体积下，锂离子电池比镍氢电池容量大，也是我国能源车的主要电池选型。虽然锂离子电池的综合性能优于镍氢电池，但其制造成本较高，不可能完全取代镍氢电池，镍氢电池的应用依然较普遍。(www.xing528.com)

3.1.2.3　铅酸电池

铅酸电池由正极板、负极板、隔板、壳体、电解液、液孔塞（排气阀）和连接条等构成，其正极板活性物质为PbO2，负极板活性物质为Pb，电解液为H2SO4。放电时，正极板和负极板活性物质都变为PbSO4，而充电时PbSO4又都还原为各自的活性物质状态，这就是所谓的“双硫酸盐化理论”。电解液H2SO4在其中传导电流，并参与反应。

隔板包括聚氯乙烯塑料隔板、微孔硬橡胶隔板、玻璃纤维隔板等，其作用是防止正、负极板活性物质相互接触发生短路，但要允许电解液顺利通过，以参与正负极板的化学反应。隔板上密布着细小的微孔，既可以保证电解液的自由扩散和离子的迁移，又可以阻隔正、负极板之间因活性物质脱落而造成接触。

玻璃纤维非织造材料（行业内俗称玻璃纤维隔板）的耐腐蚀性、耐酸性和润湿性较好，在铅酸电池中的作用越来越重要。具体来说，玻璃纤维隔板在阀控式铅酸电池中的作用主要是：①保证电池内部一定的装配压力，抑制正极在深放电循环过程中活性物质的过度膨胀和脱落，延长循环寿命；②为电池内部的氧循环及离子迁移提供通道；③储存并提供电池反应所需的电解液；④防止短路。玻璃纤维隔板虽然具有其他隔板所不及的优势，但存在回弹性差、湿态强度低及在电解液中易分层等缺点。为了克服这些缺点，目前的玻璃纤维隔板中基本都含有化学纤维，如图3-2所示。

铅酸电池自1859年问世以来，经历了近160年的发展，在经济发展中发挥了极其重要的作用，现在也还是某些特殊应用领域的主流电池。铅酸电池因其原料丰富、制造工艺成熟、成品价格低廉、性能安全可靠等显著优势，在通信、交通、电力等领域得到广泛应用。目前，在汽车起动、电动助力车、通信基站、工业叉车等诸多领域，铅酸电池仍然是主要电池。

图3-2　含有化学纤维的玻璃纤维隔板照片