專利名稱：由貯氫合金一段式熱處理制備貯氫電極的方法
技術領域：
本發明涉及鎳氫電池負極電極片的一種制備方法，具體涉及采用未熱處理貯氫合金粉末 制備電極并對電極進行熱處理，從而得到性能更好的電極并降低熱處理電極制造成本的制備 方法。
背景技術：
負極片是鎳氫電池的關鍵部件，其性能是決定鎳氫電池性能的關鍵，其成本也是鎳氫電 池的主要成本。為了提高電極的性能，原來主要是通過調整配方、對合金粉末或者電極進行 表面包覆、表面化學處理，但這些方法增加了材料使用量、增加了工序成本；現也有對電極 進行燒結或者熱處理的制備方法，雖然改善了電極性能，但現有的燒結方法由于增加了電極 的處理工序，也增加了電池的成本，從而限制了推廣使用。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有電極制備方法的缺陷，提供一種鎳氫電池負極片的制備方 法，從而既能得到性能更好的電極片，又能降低電極的加工成本。 本發明的目的可以通過以下措施達到
由貯氫合金一段式熱處理制備貯氫電極的方法采用未熱處理貯氫合金粉末作為電極材 料、鍍鎳鋼網作為骨架材料；將貯氫合金粉末和鍍鎳鋼網直接軋制的方式進行電極成型；將 成型的電極放入真空熱處理爐進行熱處理。
所述的未經熱處理的貯氫合金粉末是指貯氫合金在熔煉后得到的合金錠直接破碎成粉末。
軋制壓力優選為400-500MPa。
所述的成型后的電極放入真空熱處理爐進行熱處理是在真空或者惰性氣體保護氣氛下進 行；熱處理溫度為40(TC-70(TC;熱處理時間為O. 5-5小時。
本發明取消了傳統貯氫合金粉末制造方法中的高溫熱處理(退火，IOO(TC， 5小時)工 序，貯氫合金在熔煉后直接進行破碎和包裝，在貯氫電極的制備過程中直接對電極進行低溫 熱處理，熱處理在真空或者惰性氣體保護氣氛下進行，熱處理溫度為40(TC-70(rC;熱處理 時間為0.5-5小時。不僅有效地提高了鎳氫動力電池的綜合性能，而且大大降低了電池制作 成本。熱處理的具體過程為將電極片放入真空熱處理爐；抽取真空至10Pa以下，充入高純氬 氣至O. 05-0. lMPa，再抽真空至10Pa以下，反復進行洗爐2-4次；抽取真空至10—^a以下或者 抽取真空至10—^a以下后充入高純氬氣至0. 05-0. lMPa;以每分鐘1(TC的速度升溫至40(TC -70CTC;保溫O. 5-5小時；自然冷卻至室溫，取出電極片。
由貯氫合金一段式熱處理制備貯氫電極的方法具體包括
(1) 在貯氫合金粉末制造過程中，取消合金錠的熱處理工序，而是把合金錠直接進行破
碎和制取合符要求粒度的貯氫合金粉末；
(2) 采用(1)中所述方法制備的貯氫合金粉末和鍍鎳鋼網直接軋制的方式進行電極成型
(3) 電極片成型后按照電池設計要求進行裁片和裝盤；
(4) 將裁好和裝盤的電極片放入真空熱處理爐，關好爐門；
(5) 抽取真空10Pa以下，充入高純氬氣至O. 05-0. lMPa，再抽取真空至10Pa以下，反復洗 爐3次；
(6) 抽取真空至2 X 10—^a以下；或者抽取至2 X 10—^a以下后充入高純氬氣至 0. 05-0. 1Mpa
(7) 以每分鐘10。C的升溫速度升溫至400-70CTC ，保溫O. 5-5小時；
(8) 然后自然冷卻至室溫。
采用本發明制備的電極片的主要特點是電極熱處理后成分更加均勻，消除了在貯氫合 金粉末在制備過程中產生的晶格應力和畸變；合金粉末顆粒之間在熱處理過程中發生粘結， 原接觸面變為晶界連接；合金粉末顆粒與骨架材料之間結合更加緊密，從而降低了電極的接 觸電阻；由于孔隙的作用，貯氫合金的晶粒長大受到了抑制，相比現有燒結方法其晶粒得到 細化，所以電極的高倍率性能、放電平臺得到提高；同時是一段式熱處理，對材料而言相當 是對貯氫合金粉末進行熱處理，降低了熱處理溫度，減少了熱處理時間，貯氫合金的揮發損 失要小，從而保持了較高的容量，降低了電極加工成本。
本發明的優點是
1、 取消了貯氫合金粉末制備的合金錠熱處理工序，直接對電極進行熱處理，減少了工 序，降低了熱處理溫度，減少了熱處理時間，從而有效降低了燒結貯氫電極的加工成本，與 現有燒結方法制備電極相比成本都要低；
2、 電極熱處理后成分更加均勻，消除了在貯氫合金粉末在制備過程中產生的晶格應力 和畸變；合金粉末顆粒之間在熱處理過程中發生粘結，原接觸面變為晶界連接；合金粉末顆粒與骨架材料之間結合更加緊密，從而降低了電極的電阻，這有助于提高電極的容量、循環 壽命、放電平臺、高倍率放電性能。
3、 采用本發明的方法制備電極節省了材料，降低了電極的材料成本；
4、 由于孔隙的作用，相比現有方法貯氫合金的晶粒長大受到抑制，可以得到晶粒要細 小的貯氫電極，這有助于提高電極的高倍率充放電性能。
5、本發明熱處理要求處理溫度為400-700。C，低于400。C達不到燒結效果，高于700。C電 極表面有輕微的氧化，降低了合金電極的電化學性能，保溫O. 5-5小時，保溫時間與熱處理溫度 成反比，溫度越高，保溫時間越短。
6、本發明熱處理時要求真空度小于2X10—2Pa，以確保合金電極表面不被氧化。 綜上所述，采用本發明的方法制備電極片與現有的燒結方法制備電極片相比成本降低 了；且制備的電極片制造的鎳氫電池具有高倍率性能好、放電電壓平臺高、循環壽命長等特 點，適用于電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車等領域。
具體實施例方式
以下實施例旨在說明本發明，而不是對本發明的進一步限定。 實施例l:
將按照配方設計熔煉的合金錠通過粗碎和氣流磨方法制得-150目貯氫合金粉末，以該粉 末為電極活性材料、鍍鎳鋼網為骨架材料，采用對輥機進行粉末直接軋制成型電極片，電極 片按照D型6. 5Ah電池的設計要求加工；將加工好的電極片放入真空熱處理爐，關好爐門，抽 取真空10Pa以下，充入高純氬氣至O. 05-0. lMPa，再抽取真空至10Pa以下，反復洗爐3次；抽 取真空至2X10—^a以下；以每分鐘1(TC的升溫速度升溫至40(TC，保溫5小時；然后自然冷 卻至室溫，取出電極片。
實施例2:
將按照配方設計熔煉的合金錠通過粗碎和氣流磨方法制得-150目貯氫合金粉末，以該粉 末為電極活性材料、鍍鎳鋼網為骨架材料，采用對輥機進行粉末直接軋制成型電極片，電極 片按照D型6. 5Ah電池的設計要求加工；將加工好的電極片放入真空熱處理爐，關好爐門，抽 取真空10Pa以下，充入高純氬氣至O. 05-0. lMPa，再抽取真空至10Pa以下，反復洗爐3次；抽 取真空至2 X 10—^a以下，充入高純氬氣至O. 05-0. 1Mpa;以每分鐘1(TC的升溫速度升溫至 70(TC，保溫l小時；然后自然冷卻至室溫，取出電極片。
采用模擬電池和電池測試儀對以本發明實施例1和例2所制備的電極片進行測試，以 0.2C充放電，電極初始容量達到280mAH/g以上，電極在第2次循環即達到最高放電容量309mAH/g;以1C充放電，電極容量達304mAH/g以上；以1C充5C放，電極容量達278mAH/g以上 ;以1C充10C放，電極容量達250mAH/g以上；相比對比電極，活化次數減少了4次，放電平臺 和循環性能也要好，且隨著放電倍率的提高，電極容量比對比電極高出越多即大電流性能得 到很大提高。
以本發明實施例1所制備的電極片為負極片，以球形氫氧化亞鎳為正極活性物質和泡沫 鎳為骨架材料制備的電極片為正極片，以6mol氫氧化鉀+0. 5mol氫氧化鋰/L溶液為電解液， 以聚丙烯為隔膜裝配成D型6. 5Ah電池。化成后，采用6. 5A的電流對電池充電72分鐘，以65A 的電流放電，終止電壓設定為0.8，放電時間大于5.6分鐘，放電平臺大于90%。按照國家相關 標準充放電循環，電池循環壽命大于1200次。
權利要求
1.由貯氫合金一段式熱處理制備貯氫電極的方法，其特征在于采用未經熱處理的貯氫合金粉末作為電極材料、鍍鎳鋼網為骨架材料；將貯氫合金粉末和鍍鎳鋼網直接軋制的方式進行電極成型；成型后的電極放入真空熱處理爐進行熱處理。
2.根據權利要求l所述的方法，其特征在于所述的未經熱處理的貯 氫合金粉末是指貯氫合金在熔煉后得到的合金錠直接破碎成粉末。
3.根據權利要求l所述的方法，其特征在于軋制壓力為 400-500MPa。
4.根據權利要求l所述的方法，其特征在于所述的成型后的電極放 入真空熱處理爐進行熱處理是在真空或者惰性氣體保護氣氛下進行；熱處理溫度為40(TC -700。C;熱處理時間為O. 5-5小時。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于熱處理的過程為將電極 片放入真空熱處理爐；抽取真空至10Pa以下，充入高純氬氣至O. 05-0. lMPa，再抽真空至 10Pa以下，反復進行洗爐2-4次；抽取真空至10-2Pa以下或者抽取真空至10-2Pa以下后充入高 純氬氣至O. 05-0. lMPa;以每分鐘l(TC的速度升溫至40(TC-70(rC;保溫O. 5-5小時；自然冷 卻至室溫，取出電極片。
全文摘要
由貯氫合金一段式熱處理制備貯氫電極的方法，其特征在于采用未經熱處理的貯氫合金粉末作為電極材料、鍍鎳鋼網為骨架材料；將貯氫合金粉末和鍍鎳鋼網直接軋制的方式進行電極成型；成型后的電極放入真空熱處理爐進行熱處理。采用本發明的方法制備電極片與現有的燒結方法制備電極片相比成本降低了；且制備的電極片制造的鎳氫電池具有高倍率性能好、放電電壓平臺高、循環壽命長等特點，適用于電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車等領域。
文檔編號H01M4/26GK101645502SQ200910306668
公開日2010年2月10日 申請日期2009年9月7日 優先權日2009年9月7日
發明者劉開宇, 劉維芳, 李傲生, 耿 蘇, 賀躍輝 申請人:中南大學