对镍锌电池的新认识

cooldiy_cn

记得我刚刚入毒坛那会儿，镍锌电池还是一个新鲜时髦的玩意。它所具有的高电压 低内阻的特性也得到了大家的一致认可。
然而好景不长，很快大家发现，循环了没几次，镍锌电池纷纷死的死残的残。没几个是好的。有的坛友买了十几个全挂了。。。
于是大家纷纷指责镍锌电池是大忽悠，技术不成熟啥的。
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以上是背景。
然而，世界上没有任何事情是凭空产生的。比如说镍锌电池能够被powergenix研发并投入商用，不可能是这么坑爹的循环结果，否则根本就不会被市场认可。因此，电池本身的技术问题或者质量问题绝不会是它短命的唯一原因。

基于这个认识，我决定弄清楚镍锌电池的来龙去脉。我阅读了一些和锌电极特性有关的文献（因为镍电极已经被广泛使用并被证明是非常可靠的，出现问题更可能是锌电极）。
我的收获如下，
1、使用锌电极的二次电池不仅是镍锌电池。
银锌充电电池早就有了商业化应用 并广泛运用于军事上。二次锌空气电池也研发出来了。

2、锌电极的最大敌人是锌的溶解。
锌和镉的最大不同是锌可以溶解在电池的电解液中生成锌酸盐。镉只能形成不溶解的氢氧化物包裹在电极表层。
锌的溶解直接导致了锌电极的两个问题：第一是电池的自放电，第二是锌枝晶的生成。
第一个问题容易理解，电极溶解自然就自放电了。
第二个问题也容易理解，锌以离子形态自由分散在溶液中，则充电锌沉积在电极表面必然是按照锌的“本来个性”来取向的。如果是沉淀态的氢氧化物，在充电还原时则会“屈从”，保持原来形状。而锌的“本来个性”是生成针状、树枝状的晶体。这样就会把正负极之间的隔膜刺破，造成电池内部微短路。

显然，如果任由上述问题存在，商品化镍锌电池根本就不可能存在。
那么，镍锌电池为了解决上述问题，采取了哪些方法呢？
1、电解液中添加了胺类，降低了锌的溶解度。
2、电解液添加一些成分，改变锌的沉淀方式。
3、采用特制隔膜，防止锌离子的迁移。

实际上，有一种添加剂相比上述方法更可以大大提高锌负极的电化学性能，减少锌的溶解。并且使锌枝晶大大减少。测试表明，至少使锌电池循环寿命延长数倍，耐过放能力也大增。可惜这个添加剂是汞。（银锌电池就是用的这个，因为银锌基本是军用的，才不管啥环境污染问题）

因为不能用汞，所以镍锌电池相对要娇贵了一些。需要特定的充电方法和放电方法配合，并且在储存环境上也有要求。
那么镍锌电池是怎么充电的？
powergenix和其他的镍锌生产商都是这么规定的（标准充）：
以0.5c恒流充电至电压为1.90v（25℃）。以恒压1.90v（25℃）充电到电流为0.05c时停止充电。并限定充电时间不得超过6小时，充电过程中电池体温度不得上升超过15℃或者超过40℃。
镍锌电池的恒压值需要根据电池温度来校正。
校准公式为：cv=1.90-0.003*（T-25）
快速充电（1c）也是可以的，但要注意温度。

我读了powergenix关于镍锌充放电的一些文章和一些国产厂商关于镍锌电池的文章，了解了镍锌电池充放电的方法、条件、环境容许范围。结合平时使用的用电器的放电条件、方法，并且找到淘宝能够买到的镍锌电池的充电器的一些拆机图片，研究了这些充电器的电路原理。终于对于目前买到手的镍锌电池的生存状况有了一些基本的认识。

为了容易认识，我总结了镍锌电池的“五怕”，供大家参考。

1、怕热：充电温度超过40度或者放电温度超过60度，镍锌电池就有锌负极溶解生成枝晶的危险。
2、怕过放：镍锌电池的标称截止电压是1.1-1.3v，根据厂商不同也不同。大电流放电、且短时间低于这个电压问题不大。最怕小电流长时间过放电，因为这会使锌溶解，并且有足够的时间扩散开来。
3、怕放光电长时间存放，原理同上。这点类似于铅酸。镍锌最好随时充电保持满电状态。
4、怕过充电。这点和镍镉、镍氢不同。由于镍锌电池使用的隔膜不大透气，所以过充电时生成的气体无法扩散到对电极反应掉。会造成内压升高。所以镍锌电池能长时间耐受过充电的电流只有0.005c-0.01c。（对5号1500mah的镍锌就是7.5-15ma）。再大就可能会造成安全阀打开，后果是啥敬请参考超大内阻镍氢。
5、怕小电流长时间充电。这样会使锌电极重排成针状。刺破隔膜。因此镍锌最慢的充电方法也不得超过六小时。

对比坛友可能的充放电方法，以及论坛和数码之家的充电器拆解图，再加上我的遭遇，我发现了一个惊人的事实，镍锌电池的提前死亡大多数都是使用不当造成的。这个责任主要在于厂商没有正确宣传镍锌电池的使用方法，以及镍锌电池充电器没有合适的标准，充电器生产商对镍锌电池一知半解或者为了利益明知故犯造成的。

以下情景来自手电、数码等坛 坛友的讨论帖已经淘宝卖镍锌电池的商家的推荐方法
情景1
用镍氢傻充对镍锌电池充电。这个我在数码坛上见人用过。在淘宝上更是有卖家推荐德赛的一款垃圾傻充来对镍锌充电。显然这种方法触犯了“五怕”的四五两条。镍锌电池不死就怪了。

情景2
把镍锌电池用在无线鼠标上。多数无线鼠标都能把电池压榨到0.7v左右，而且是小电流放电。所以用在无线鼠标上，我敢说镍锌电池循环不会超过5次。触犯了“五怕”的2、3两条。

情景3
为了防止记忆效应，特地把镍锌电池电量放光。这个是极其sb的行为，和把锂电放到0v一个道理。首先，为啥会有记忆效应？是镉电极表面覆盖的氢氧化镉经过长时间未充电结晶颗粒长大造成的。由于镍锌电池的锌电极放电产物的可溶解性，基本不存在形成大颗粒的可能，更别提记忆效应了。此外由于镍锌放电结束电压回升极快，会给人以“电没放光”的错觉，导致用户再次开机使用以放光电。这触犯了第二条。

顺带说一句，镍氢电池没有记忆效应。所谓镍氢电池的轻微“记忆效应”，其实是另一种“钝化效应”的误读。是长期存放的镍氢负极表面与电解液发生反应造成的下次使用时内阻大增，性能大减。低自放镍氢的“钝化效应”特别明显，因为“钝化效应”正是低自放的秘密所在。“钝化效应”通过几次循环可以消除。所谓的充电器“修复”电池的功能就是这个目的，并不是真正修复坏电池。

情景4
将多节镍锌串联使用，并且一直用到用电器没电才充电。由于镍锌电池的不一致性，导致个别电池过放。长期如此必然落后电池损坏。触犯第二条。

情景5
长期使用数智星镍锌快速充电器充电镍锌电池。（这个案例的sb正是我本人。。。）这个充电器没有温度控制功能，而是永远恒压1.90v。且充电电流有1c。这会导致温度上升时电池被过充电，电池温度常常远远超过上限40℃。触犯1、4两条

情景6
使用第一代powergenix的充电套装带的充电器给镍锌电池充电。这个充电套装带的充电器是两节串冲，一旦两节电池一致性不好，必然会过充其中一节。这个和锂离子一样。触犯第四条。

写完了，看到这满地的地雷 我自己都无语了。。。
我自问在看了这些文献之前，其中任意一个情景我都可能触犯。。。
所以坛友的镍锌全毁也不是啥奇怪的事情了。

琴剑飘香

这也太长了

zhangtw

这个电池太娇贵了，又没有太显著的优点，怪不得没法普及

yls123

学习一下。。

eikeime

学习了，呼吁加精

lvxc

rocky22 发表于 2013-9-20 19:43

                               
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这么看来，镍锌比锂电还难伺候些。不过各家有各家的难处，锂电也不是特别省心。俺现在是尽量避免使用镍氢了 ...

镍氢也不是很省心，过放内阻明显变大。
就没有不怕过放的充电电池吗

zhangtw

lvxc 发表于 2013-9-20 20:28

                               
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镍氢也不是很省心，过放内阻明显变大。
就没有不怕过放的充电电池吗

你在呼唤葛优教主么

cooldiy_cn

lvxc 发表于 2013-9-20 20:28

                               
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镍氢也不是很省心，过放内阻明显变大。
就没有不怕过放的充电电池吗

镍镉还算可以
我的测试表明过放到0v存放2年的镍镉950mah容量还有900
而且内阻20

拓特乐

这玩儿，没什么印象。

898979

我们好像都是从SB变成BS{:1_303:}

laimama

唉，可惜呀！！最耐草的镍镉却污染环境

tek001

学习了。

国望堂

有时间再慢慢看

golden776

大厂不大量生产肯定有原因的，呵呵。

golden776

说句难听的，技术还不成熟，小厂产一点给发骚友发骚实验还勉强，如果卖给普通老百姓的，这么娇贵兼难伺候，老百姓怎么用？

mpmpm

镍锌电池电压高于镍氢是优点，然而市场占有率最能说明问题。

cooldiy_cn

昨晚用“数智星”充电镍锌的时候用电风扇吹，结果效果不错 镍锌充电全程温度30度。转灯很顺利。之前由于发热，无法转灯！建议有镍锌的朋友在给镍锌充电的时候一定注意散热

yg365

上10年前的镍镉啊，，外壳都绣了，，还没事，，太耐用了，，就是容量小了点 600mah 700mah
一直没扔，，不怕过放 就放到钟里 遥控里，，多好。。

cooldiy_cn

yg365 发表于 2013-9-21 09:57

                               
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上10年前的镍镉啊，，外壳都绣了，，还没事，，太耐用了，，就是容量小了点 600mah 700mah
一直没扔，，不 ...

我手头有10年前的950mah镍镉 放电容量900mah 但是这又有啥意义呢？容量这么小，自放电还很大，用在哪里都不合适 这就是为啥它放了10年的原因