分享镍氢电池的正确使用与保养指南

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  NI/MH电池诞生时间已经非常长时间了，技术上已经十分成熟，而且似乎已经到达了技术的极限难以再度大幅度突破，虽然还是很有用但仍逐渐被边缘化，逐渐淡出人们的视野。即便如此成熟的东西，却依然很少有人能正确使用与保养镍氢电池，有人问我怎样的使用可以让镍氢电池长命百岁，我特意撰写了这篇帖子分享给大家：


首先从镍氢电池的失效原理说起：
      Ni/MH电池的寿命是比较长的。图3-12为BPI爱老公镍氢电池（enelong）典型的Ni/MH电池循环寿命曲线（实际就算是被誉为传奇的第二代爱乐普的寿命同样工况下也几乎没差，0.1C全充全放AA型60%容量寿命大约600次左右，第四代爱乐普AA型60%容量寿命大约800次左右）。在前期，电池的容量有一个缓慢的升高阶段，虽然幅度不是很大。随后容量长期保持稳定。当在寿命后期时，放电容量会迅速衰减，此时的电池内阻也成倍增长。

　　Ni／MH电池最常见的失效表现为电池膨胀（方形电池）、内阻升高、容量降低。解剖电池会发现电池隔膜干涸、正负电极膨胀及脱粉、粉化等。主要原因有以下几方面。
　　1．镍电极的失效
　　(1)电极变形膨胀 镍氢电池在充放电过程中有4种晶型的相互转变：正常充电和放电过程为βNi(OH)2和β-NiOOH相之间的转变(β(Ⅱ)／β(Ⅲ))。过充电时，正常充电形成的β-NiOOH会转变成γ-NiOOH，而γ-NiOOH的体积比β-NiOOH增加44%，造成镍电极膨胀、电阻增加及可逆性变差。β(Ⅱ)／β(Ⅲ)相循环电子转移数的理论值为1，而a(Ⅱ)／γ(Ⅲ)相循环的理论值为1.5，β(Ⅱ)/β(Ⅲ)相间反应往往会因过充电还要经历γ和a相，不同相的密度差较大使电极经历着膨胀一收缩等过程，最终导致不可恢复性的膨胀，造成镍电极失效而最终使镍氢电池寿命终止。对镍电极中生成的γ相，一般被认为是造成电极膨胀、脱粉、微应力机械损伤乃至电极寿命终止的原因之一。在实际应用过程中，避免过充电会减少γ相的生产，从而降低电极的膨胀，提高电池寿命（一般在-5mv判停智能充电器上，200个循环后开始显现，镍镉和镍氢都一样明显）。
　　(2)活性物质剥落 泡沫镍电极由两层组成，分别有不同的结构和组成。外层由活性物贡，各种添加剂及PTFE组成。内层除此之外还有泡沫镍。所以外层的活性物质的比重比较大，在充放电反应中由于活性物质的状态变化很大，所以内外层受到的拉伸力与压缩力的不同，使得层间界面的活性物质的剥落，而最终造成正极材料容量衰退（只要不充放电，就不会有此影响产生，活性物质可以长期休眠，控制住自放电速度，只要不过放，即使是10年后再度使用，几个循环后便可以恢复电池全部的性能）。
　　(3)电极中添加剂的氧化 通常在镍电极中添加钴及其氧化物作为添加剂来提高电极性能，在电池的化成过程中，Co及其化合物分布在活性物质颗粒之间及活性物质和电极基体之间，形成导电化合物CoOOH，这种形成反应是不可逆的。当电池出现过放电时，CoOOH会被还原，形成Co3O4，使原来的高导电层反而变为高阻抗层，使电池内阻升高，功率性能下降，提前失效，所以应用过程中需要避免过放电（镍镉电池中的镉能有效阻止CoOOH被还原，不存在这样的效应，所以镍镉电池空电存放也不会镍电极性能下降）。
　　2．贮氢电极的失效
　　贮氢电极衰退机理比较复杂。电池容量损失的60%是由于贮氢合金在电解液中的腐蚀，出现粉化及氧化现象。镍氢电池充放电循环过程中电池内压上升、贮氢合金晶格膨胀及其中的稀土元素在充电时被氧化，电极表面特性发生改变，电池容量和功率性能下降。整个电极吸放氢过程主要涉及电极表面的电化学反应过程；合金元素在充放电过程中易于在浓碱溶液中发生偏析从而降低电化学性能；充电过程中若负极表面对氢氧复合没有良好的催化作用，将造成电池内压的上升和负极储氢的氧化而降低电池的循环寿命。电池严重过放电，使贮氢电极   中贮备容量放完，继续放电，负极会被氧化。负极材料的氧化就要消耗电池中的水分，使电解液损耗，电池内部出现干涸现象。这些因素均导致贮氢电极功能下降。（镉电极完全不会有这样的失效）
　　3．隔膜和电解液
　　隔膜在电池中所起的作用主要是隔离正负极的电通路、保持两极之间具有良好的离子通道和防止活性物质向对电极迁移等。目前，镍氢电池所使用的隔膜主要为聚丙烯隔膜。聚丙烯隔膜具有化学稳定性好，机械强度高等优点，但由于聚丙烯隔膜是憎水性的，吸碱率偏低，所以在使用之前要进行预处理，如化学处理、辐射接枝处理和磺化处理等。隔膜的吸碱量、保液能力和透气性是影响电池循环寿命的关键因素。隔膜的亲水性可保证吸碱量、保液能力，而憎水性可提高隔膜的透气性。在电池的循环过程中，电极发生膨胀，会对隔膜挤压，影响其电解液的保持和透气，使电池寿命降低。 （镍氢镍镉都值得注意）
　　电解液的量对镍氢电池性能也有很大的影响。过多会导致内压上升，过少会影响电极反应的离子传导，降低放电容量和放电电压。随着电池充放电的进行，电解液减少与再分配会导致电池失效，并且电解液的减少也将加剧隔膜的“干枯”。 （镍氢电池充放电不当，会消耗电解液，而且尤其是过放电消耗量效果要更大于过充；镍镉只有过充时会有少量损耗）
　　在有些小电流场合应用中另外常遇到的电池失效为使用过程中电池出现的零压现象。主要是由于电池生产工艺控制引起的（常见于国产山寨镍氢电池）。Ni/MH电池的电极基体材料为泡沫镍或钢带，制作过程中经过涂膏、碾压等工艺过程，在电池循环过程中，电极发生膨胀，电极生产过程中产生的应力得到释放，一些毛刺等透漏出来，或者电极脱粉，造成电池微短路，应用或贮存过程中出现零电压。 （一般镍镉电池更容易长出晶枝毛刺扎破隔膜出现这样的零压问题，特别差质量的镍氢才会出现此现象）
       综上所述，这些是影响镍氢电池寿命的主要机理：
       有人要问了，那四代爱老婆不是2100次这么多？难道是虚标，是假的，骗人的？实际上并不是，官方实验室的确是真的2100次循环后AA型的白色爱老婆还能保证200毫欧以下的内阻以及不低于70%的0.1C放电容量。
       我在此要说一下他们的充放电条件：0.1C电流Vmax判停充电，0.2C电流放电，截止1.1V（大概电池剩余20%电量时停止放电进行充电，充电到电池电量85%左右停止充电然后再放电）；每70个循环后做一次深度充放电刷新一下电池容量（大概电池剩余10%以下电量时停止放电进行充电，充电到电池电量95%左右停止充电然后再放电）。
      综上所述，可以知道4代爱乐普镍氢的记忆效应是存在的，但是十分微弱，70个循环后刷新一次即可完全恢复电池容量，记忆效应带来的影响远不如过充过放电给电池造成的伤害大。
      下面进入正题了，如何能让爱乐普这样优质的镍氢电池长命百岁，甚至一节用几十年还宝刀不老，从以下几个方向入手便不难达到：
       1．镍氢电池的保存
       除了要满电保存，防止短路，注意干燥，封闭避光保存等电池的基本保存常识，还有其他什么需要注意的吗？
       有的，我们都听过普通高容量镍氢电池一个月不到就可以跑电只剩余75%左右，3-4个月就没电了；即便有自放电抑制的型号3个月之后也只剩70%的电量；至于四代爱乐普10年70%电量保存，一般的朋友实测是达不到的，10年后剩余50%的样子比较正常。
      直接避开环境温度谈自放电是不负责任的说法，镍氢镍镉电池的自放电速度和温度的关系十分密切，日产白色爱乐普宣称的1年保持85%以上电量，10年保持70%电量，是在20°C的恒温干燥储存环境中的结果。有人想问如果温度低，是不是普通镍氢也可以10年70%保持电量？我的答案是：可以。以经典的网友们戏称的三洋大电容2700MAH镍氢电池来说，在南方30°C的一般环境下，真的是4个月满电到空电，但是我这里有个简单的干燥环境下镍氢/镍镉电池的自放电速度与温度的计算关系，温度每下降大约10°C，自放电速度会降低为原来的1/3；也就是说30°C的环境下1个月剩余75%，如果是-10°C环境下保存10年就完全可以剩余下70%左右的电量。
      又有人要问了，那温度更低是不是保存效果更好？答案是：不是，更低的温度会导致电解液结冰破坏电池的结构，导致电池报废，一般的电池-10°C都可以保证电解液不结冰，安全阀橡胶不脆化收缩；爱乐普这样的高品质电池存储的温度范围在-20°C~30°C。所以-10°C左右是镍氢/镍镉电池的最佳抑制自放电保持温度，不宜温度更低了。（长期不用的非低自放电镍氢电池塞入电池盒后放入冰柜-10°C环境下保存，10年剩余70%电量；日产爱乐普镍氢电池塞入电池盒后放入冰柜-10°C环境下保存，约30年剩余85%电量；不过人生能有几个30年，爱乐普就别放冰箱了，30年后的电池技术不知道发展成什么样子了，还是拿出来用吧。）
       2．镍氢电池的正确放电与判定
       很多人虽然很小心的使用爱乐普这样的高品质镍氢电池，但仍然电池并不长寿，很快性能就垃圾了，从而误认为爱乐普其实也并不长寿；遇到过有人用爱乐普在石英钟或者无线键盘这样的设备里，5个循环左右内阻就达到500毫欧级别，虽然在大电流设备中直接属于报废状态，但是在石英钟和无线键盘中使用放出的电能并没有任何的减少，属于典型的过放电导致的电池正极材料内的CoOOH会被还原，形成Co3O4，使原来的高导电层反而变为高阻抗层，使电池内阻升高，功率性能下降（四代白色爱乐普电池负极材料容量大于正极材料30%，而且电解液非常充足，虽然过放电有损耗电池负极材料和减少电解液，但是次数不多的话并不会产生容量下降的影响，因为初期的镍氢电池最大容量由正极材料多少决定，到了末期容量开始加速下降也就是负极材料劣化到比正极少了才导致的，镍氢电池正极材料比负极材料稳定得多，减少负极材料的折损可以大幅延长使用寿命）。但是他又觉得奇怪了，因为自己每次只要爱乐普电池电压低于1.2V了就立马充电了，从来没有低于1.1V过，距离官方推荐的截止放电电压1.0V还差这么多，怎么就过放了呢？
       这要从爱乐普的电池特性来说了，爱乐普的低电流放电平台比较高，而且还很稳定，尤其是一代，二代爱乐普。实测电池500MA放电至0.9V静置3小时左右，一代日版爱乐普空电空载电压1.248V，二代国际版爱乐普空电空载电压1.239V，三代国际版爱乐普空电空载电压1.217V，四代日版爱乐普空电空载电压1.206V；也就是说爱乐普的寿命一代高于一代，但是放电平台一代不如一代。所以我的建议是一代爱乐普空载电压在1.250V，二代爱乐普空载电压在1.240V，三代爱乐普空载电压在1.220V，四代爱乐普空载电压在1.210V，松下evolta以及BIP的爱老公的空载电压在1.190V的时候就必须要充电了，否则就会发生过放电导致内阻上升，降低电池的性能与寿命。
       3．镍氢电池的正确充电与充电器选择
       镍氢电池不存在镍镉电池那样严重的记忆效应，不需要每次放光了电再充电。量一下电压，所有的镍氢电池静置3小时后的空载电压低于1.25V了就可以充电了，很多人喜欢榨干电池的全部能量然后再充得满得不能再满，这样镍氢电池即便是爱乐普，一百次不到也就进了垃圾桶了。
       对于充镍氢的充电器有很多种，能保证电池寿命并且好用的却没有多少：
       首先说最便宜的傻充，一般都在20块钱以内，结构简单，变压器变压然后恒流充电，一般充电电流很小，200MA以内，充电时间很长，自己计算时间，不会拒充和停充，一般用于智能充电器拒充的内阻很大的旧充电电池，每次都能控制好时间的话，是不怎么伤电池的，但是并不是每次时间都能控制的那样好的，长期下来，正极材料会膨胀，电解液会干涸，而且一定要选择能充电单节电池的傻充，一次充双数的傻充会让相对内阻大的电池加速过充，内阻相对小些的电池永远充不满甚至根本充不进电；
       然后是大家都喜欢的智能充电器，充电时间短，充电饱和度极高，发热当然也比较感人，这种充电器一般利用电池温升后的负压判停（一般是-5mv），充电电流比较小的话有的时候判停会容易失误导致不停止充电（比如松下的CC17智能慢充，旧一点的电池就很容易停不下来一直充电），导致电池过充，所以充电电流至少都要高于0.2C才不容易误判导致严重过充，因为每次都依赖电池发热的负压判停，导致一定时间后电池电解液水分气化溢出电池安全阀，导致电解液干涸，终结电池的寿命，如果用高于0.5C的大电流充电，即使是四代爱乐普可能寿命100个周期左右就不太行了，200个周期以内就进了垃圾桶；
       还有一类既不完全是傻充也不算是智能充的充电器，一般比傻充的电流高出一些但也高得不太多，原理是傻充内置一个电压比较器，和傻充比也并没有更值钱，会把电池充到一定的电压后变灯然后转入涓流恒流充电模式来补电，而且不拒充任何电池，这种充电器的问题是老电池的充电饱和度不好，内阻越大的电池充进去的电就越少，越充不满。这种Vmax转灯式定压充电器是属于低端的充电器，并不引人注意。但是恰恰是这样的东西，非常有利于镍氢电池长寿，因为这种充电器会转灯提示用户电池充电电压的水平，虽然不停充但是充很长时间也不会过充。尤其对于放电电压平台较低的新的松下evolta和BIP的enelong以及四代爱乐普电池充电饱和度都能超过90%，效果还比较好，充电时间比傻充短很多，而且电池完全不热，完全不担心会过充，只要保证电池电量在20%附近就及时充电，电池达到标称寿命是没有任何问题的。


      所以如果要保证电池的寿命，新买来的镍氢电池还是用Vmax转灯式定压充，这样的充电器某宝上有不少（比如品胜有款叫小灵充的充电器就是这种东西，某宝价格15左右，做工还算对得起价格，不过论坛上有人测评这货虽然充电电流不大，但是发热比较感人，充电电压到达1.42V后转灯进入涓流充电，不停充但不会过充），不过注意同样是要选择可以单通道充电的充电器，必须充双数的充电器都不好用。
      对于一代和二代爱乐普镍氢电池的特性更加接近镍镉电池的放电平台，而且内阻要比四代爱乐普大一点，利用电池温升后的负压判停会比较容易，不易过充，可以选择0.2C-0.4C充电电流的负压判停智能充电器充电（比如目前松下生产的CC63充电器就可以，而且由于是针对四代爱乐普的内阻和电压平台设计的充电器，充一代二代的高电压平台电池判停会提前，饱和度会低一点，但可以避免过充，保证寿命）。