专利名称：一种贮氢合金电极的烧结方法
技术领域：
本发明涉及镍氢电池负极电极片的一种烧结方法，具体涉及采用吸氢-脱氢法对贮氢合 金电极进行烧结，从而得到性能更好的电极。
背景技术：
负极片是镍氢电池的关键部件，其性能是决定镍氢电池性能的关键，尤其是动力电池性 能进一步提高的关键。为了提高电极的性能，原来主要是通过调整配方、对合金粉末或者电 极进行表面包覆、表面化学处理，但这些方法增加了材料使用量、工序控制难度大、还存在 环境问题；这些处理方法虽然部分改善了电极性能，但与动力电池的要求还是有一定差距。
发明内容
本发明的目的是为了优化贮氢电极制备方法，提供一种镍氢电池负极片的烧结方法，从 而得到性能更好的电极片，满足镍氢动力电池的低热、低内阻和高功率特性等要求。
采用本发明方法制备电极片与现有表面处理制备电极片相比成本相当，但本发明方法兼 有表面处理和烧结双重作用，制备出的电极片内阻低，电催化活性高。由本发明方法制备的 电极片所装配的镍氢电池具有活化性能好、高倍率性能优异、放电电压平台高、循环寿命长 等特点，适用于电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车等领域；而且活化性能的大 大提高也可以降低电池的生产成本。
本发明的目的可以通过以下措施达到
一种贮氢合金电极的烧结方法采用贮氢合金作为电极活性材料、镀镍钢网作为骨架材 料；将贮氢合金粉末与镀镍钢网以直接轧制方式进行电极成型；成型电极在烧结前进行吸氢 处理，然后进行烧结，烧结后对电极进行脱氢处理。
电极轧制成型过程中，轧制压力为400-500MPa。
烧结温度为40(TC-70(rC;升温速率优选为每分钟1(TC;烧结保温时间为O. 5-5小时，然 后自然冷却至室温。
所述吸氢处理优选过程是成型电极放入真空炉后，先抽取真空和用高纯氩气洗炉，再抽 取真空至10—3-10—5Pa，充入纯度大于99. 999%的氢气至0. 01-0. 02MPa或者充入纯度大于 99. 999%的氢气和氩气混合气至0. 1-0. 15MPa，保持常温30-60分钟。
所述的烧结后对电极进行脱氢处理优选的过程是在电极冷却至室温后，再升温至80-10(TC进行脱氢，脱氢即对真空炉抽取真空至1(T5-10—sPa;然后充入高纯氩气，自然冷却 至室温即可取出电极片。
本发明的具体步骤包括
(1)采用贮氢合金粉末作为电极活性材料(还可以按照活性材料质量的O. 5-1%加入镍 粉)、镀镍钢网作为骨架材料；采用粉末直接轧制法进行电极片成型；轧制压力为 400-500MPa;
(2) 电极片成型后按照电池设计要求进行裁片和装盘；
(3) 将裁好和装盘的电极片放入真空热处理炉，关好炉门；
(4) 烧结前吸氢处理是抽取真空10——a以下，充入高纯氩气至O. 05-0. lMPa，再抽取真空 至10—4a以下，反复洗炉3次；
(5) 抽取真空至10—3-10—^a以下，充入纯度大于99. 999%的氢气至0. 01-0. 02MPa或者充入 纯度大于99. 999%的氢气和氩气混合气(氢气氩气体积比为10: 90)至O. 1-0. 15MPa，保持 30-60分钟；
(6) 以每分钟1(TC的升温速度升温至400-70(TC进行烧结，保温O. 5-5小时；
(7) 然后自然冷却至室温；
(8) 接着进行的脱氢处理是升温至80-10(TC ，抽取真空至10—^a以下；
(9) 充入高纯氩气(至0. lMPa)，冷却，达到室温即可取出电极片。
采用本发明制备的电极片的主要特点是:本发明的电极在烧结过程中，表面氧化物会还 原，大大降低了电极活性材料的氧含量，同时在合金表面产生微裂纹，改善了电极表面的电 催化活性和反应动力学性能；电极烧结后成分更加均匀，消除了在贮氢合金粉末在制备过程 中产生的晶格应力和畸变；合金粉末颗粒之间在烧结过程中发生粘结，原接触面变为晶界连 接，合金粉末颗粒与骨架材料之间结合更加紧密，增加了电极有效导电比表面积，从而降低 了电极的电阻。
本发明的优点是
1、 电极在烧结过程中，由于电极进行了吸氢-脱氢处理，且炉内处于氢还原性气氛，合 金表面氧化物被去除，大大降低了电极活性材料的氧含量，同时在合金表面产生微裂纹，大 大改善了电极表面的电催化活性和反应动力学性能，这有助于提高电极的活化性能、放电容 量和高倍率充放电能力；
2、 由于烧结过程中合金表面氧化物被去除，降低了烧结的阻力，电极烧结后合金成分 更加均匀；消除了在贮氢合金粉末在制备过程中产生的晶格应力和畸变；合金粉末颗粒之间在烧结过程中更易形成粘结面，原接触面变为晶界连接；合金粉末颗粒与骨架材料之间结合 更加紧密，从而降低了电极电阻，提高了抗粉化能力，这有助于提高电极的容量、循环寿命 、放电平台、高倍率放电性能。
3、在本发明方法中，电极在制备过程中经历了吸氢-脱氢处理和高温氢化处理，电极实 际上已经经历了一个活化过程，采用由本发明方法所制备的电极装配的镍氢电池活化大大加 快，降低了电池的生产成本。
具体实施例方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。 实施例l:
以-150目贮氢合金粉末为电极活性材料、镀镍钢网为骨架材料，采用对辊机进行粉末直 接轧制成型电极片，电极片按照D型6. 5Ah电池的设计要求加工；将加工好的电极片放入真空 热处理炉，关好炉门，抽取真空10—4a以下，充入高纯氩气至O. 05-0. lMPa，再抽取真空至 1()4pa以下，反复洗炉3次；抽取真空至10—3-10—5Pa，充入纯度大于99. 999%的氢气至 0. 01-0. 02MPa;以每分钟1(TC的升温速度升温至40(TC，保温3小时；然后自然冷却至室温； 升温至80-IO(TC，抽取真空至10—^a以下；充入高纯氩气，冷却至室温取出电极片。
实施例2:
以-150目贮氢合金粉末为电极活性材料、镀镍钢网为骨架材料，采用对辊机进行粉末直 接轧制成型电极片，电极片按照D型6. 5Ah电池的设计要求加工；将加工好的电极片放入真空 热处理炉，关好炉门，抽取真空10—4a以下，充入高纯氩气至O. 05-0. lMPa，再抽取真空至 10—^a以下，反复洗炉3次；抽取真空至10—3-10—5Pa，充入纯度大于99. 999%的含90%氢气和 10%氩气的混合气至0. 1-0. 15MPa;以每分钟1(TC的升温速度升温至50(TC，保温2小时；然后 自然冷却至室温；升温至80-IO(TC，抽取真空至10—^a以下；充入高纯氩气，冷却至室温取 出电极片。
采用模拟电池和电池测试仪对以本发明实施例1和例2所制备的电极片进行测试，以0.2C 充放电，电极初始容量达到290mAH/g以上，电极在第2次循环即达到最高放电容量316mAH/g ;以1C充放电，电极容量达308mAH/g以上；以1C充5C放，电极容量达280mAH/g以上；以1C充 IOC放，电极容量达250mAH/g以上；相比对比电极，容量均要高，活化次数减少了7次，放电 平台和循环性能也要好，且随着放电倍率的提高，差距越大。
以本发明实施例1和例2所制备的电极片为负极片，以球形氢氧化亚镍为正极活性物质和 泡沫镍为骨架材料制备的电极片为正极片，以6mol氢氧化钾+0. 5mol氢氧化锂/L溶液为电解液，以聚丙烯为隔膜装配成D型6.5Ah电池。化成后，采用6.5A的电流对电池充电72分钟，以 65A的电流放电，终止电压设定为0.8，放电时间大于5.8分钟，放电平台大于90%。按照国家 相关标准充放电循环，电池循环寿命大于1200次。
权利要求
1.一种贮氢合金电极的烧结方法，其特征在于采用贮氢合金粉末作为电极活性材料、镀镍钢网为骨架材料；将贮氢合金粉末与镀镍钢网以直接轧制方式进行电极成型；成型电极在烧结前进行吸氢处理，然后进行烧结，烧结后对电极进行脱氢处理。
2 根据权利要求l所述的方法，其特征在于电极轧制成型过程中， 轧制压力为400-500MPa。
3 根据权利要求l所述的方法，其特征在于烧结温度为40(TC-700 °C;升温速率为每分钟1(TC;烧结保温时间为0.5-5小时，然后自然冷却至室温。
4 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述吸氢处理是成型电 极放入真空炉后，先抽取真空和用高纯氩气洗炉，再抽取真空至10-3-10-5Pa，充入纯度大于 99. 999%的氢气至0. 01-0. 02MPa或者充入纯度大于99. 999%的氢气和氩气混合气至 0. 1-0. 15MPa，保持常温30-60分钟。
5 根据权利要求4所述的方法，其特征在于氢气和氩气混合气中氢 气氩气的体积比为10: 90。
6 根据权利要求l-5任一项所述的方法，其特征在于所述的烧结后 对电极进行脱氢处理是在电极冷却至室温后，再升温至80-10(TC进行脱氢，脱氢即对真空炉 抽取真空至10-3-10-5Pa;然后充入高纯氩气，自然冷却至室温即可取出电极片。
7 根据权利要求6任一项所述的方法，其特征在于脱氢过程中，充 入高纯氩气至O. lMPa。
全文摘要
一种贮氢合金电极的烧结方法，其特征在于采用贮氢合金粉末作为电极活性材料、镀镍钢网为骨架材料；将贮氢合金粉末与镀镍钢网以直接轧制方式进行电极成型；成型电极在烧结前进行吸氢处理，然后进行烧结，烧结后对电极进行脱氢处理。采用本发明方法制备的电极片强度高，柔韧性适中；电极的容量高、大倍率充放电性能好、放电平台高，且大大提高了电极的活化性能，可以降低电池的生产成本。
文档编号H01M4/26GK101645501SQ20091030666
公开日2010年2月10日 申请日期2009年9月7日 优先权日2009年9月7日
发明者刘开宇, 刘维芳, 李傲生, 耿 苏, 贺跃辉 申请人:中南大学