专利名称：由贮氢合金一段式热处理制备贮氢电极的方法
技术领域：
本发明涉及镍氢电池负极电极片的一种制备方法，具体涉及采用未热处理贮氢合金粉末 制备电极并对电极进行热处理，从而得到性能更好的电极并降低热处理电极制造成本的制备 方法。
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，其成本也是镍氢电 池的主要成本。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、增加了工序成本；现也有对电极 进行烧结或者热处理的制备方法，虽然改善了电极性能，但现有的烧结方法由于增加了电极 的处理工序，也增加了电池的成本，从而限制了推广使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电极制备方法的缺陷，提供一种镍氢电池负极片的制备方 法，从而既能得到性能更好的电极片，又能降低电极的加工成本。 本发明的目的可以通过以下措施达到
由贮氢合金一段式热处理制备贮氢电极的方法采用未热处理贮氢合金粉末作为电极材 料、镀镍钢网作为骨架材料；将贮氢合金粉末和镀镍钢网直接轧制的方式进行电极成型；将 成型的电极放入真空热处理炉进行热处理。
所述的未经热处理的贮氢合金粉末是指贮氢合金在熔炼后得到的合金锭直接破碎成粉末。
轧制压力优选为400-500MPa。
所述的成型后的电极放入真空热处理炉进行热处理是在真空或者惰性气体保护气氛下进 行；热处理温度为40(TC-70(TC;热处理时间为O. 5-5小时。
本发明取消了传统贮氢合金粉末制造方法中的高温热处理(退火，IOO(TC， 5小时)工 序，贮氢合金在熔炼后直接进行破碎和包装，在贮氢电极的制备过程中直接对电极进行低温 热处理，热处理在真空或者惰性气体保护气氛下进行，热处理温度为40(TC-70(rC;热处理 时间为0.5-5小时。不仅有效地提高了镍氢动力电池的综合性能，而且大大降低了电池制作 成本。热处理的具体过程为将电极片放入真空热处理炉；抽取真空至10Pa以下，充入高纯氩 气至O. 05-0. lMPa，再抽真空至10Pa以下，反复进行洗炉2-4次；抽取真空至10—^a以下或者 抽取真空至10—^a以下后充入高纯氩气至0. 05-0. lMPa;以每分钟1(TC的速度升温至40(TC -70CTC;保温O. 5-5小时；自然冷却至室温，取出电极片。
由贮氢合金一段式热处理制备贮氢电极的方法具体包括
(1) 在贮氢合金粉末制造过程中，取消合金锭的热处理工序，而是把合金锭直接进行破
碎和制取合符要求粒度的贮氢合金粉末；
(2) 采用(1)中所述方法制备的贮氢合金粉末和镀镍钢网直接轧制的方式进行电极成型
(3) 电极片成型后按照电池设计要求进行裁片和装盘；
(4) 将裁好和装盘的电极片放入真空热处理炉，关好炉门；
(5) 抽取真空10Pa以下，充入高纯氩气至O. 05-0. lMPa，再抽取真空至10Pa以下，反复洗 炉3次；
(6) 抽取真空至2 X 10—^a以下；或者抽取至2 X 10—^a以下后充入高纯氩气至 0. 05-0. 1Mpa
(7) 以每分钟10。C的升温速度升温至400-70CTC ，保温O. 5-5小时；
(8) 然后自然冷却至室温。
采用本发明制备的电极片的主要特点是电极热处理后成分更加均匀，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热处理过程中发生粘结， 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，从而降低了电极的接 触电阻；由于孔隙的作用，贮氢合金的晶粒长大受到了抑制，相比现有烧结方法其晶粒得到 细化，所以电极的高倍率性能、放电平台得到提高；同时是一段式热处理，对材料而言相当 是对贮氢合金粉末进行热处理，降低了热处理温度，减少了热处理时间，贮氢合金的挥发损 失要小，从而保持了较高的容量，降低了电极加工成本。
本发明的优点是
1、 取消了贮氢合金粉末制备的合金锭热处理工序，直接对电极进行热处理，减少了工 序，降低了热处理温度，减少了热处理时间，从而有效降低了烧结贮氢电极的加工成本，与 现有烧结方法制备电极相比成本都要低；
2、 电极热处理后成分更加均匀，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热处理过程中发生粘结，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，从而降低了电极的电阻，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、 采用本发明的方法制备电极节省了材料，降低了电极的材料成本；
4、 由于孔隙的作用，相比现有方法贮氢合金的晶粒长大受到抑制，可以得到晶粒要细 小的贮氢电极，这有助于提高电极的高倍率充放电性能。
5、本发明热处理要求处理温度为400-700。C，低于400。C达不到烧结效果，高于700。C电 极表面有轻微的氧化，降低了合金电极的电化学性能，保温O. 5-5小时，保温时间与热处理温度 成反比，温度越高，保温时间越短。
6、本发明热处理时要求真空度小于2X10—2Pa，以确保合金电极表面不被氧化。 综上所述，采用本发明的方法制备电极片与现有的烧结方法制备电极片相比成本降低 了；且制备的电极片制造的镍氢电池具有高倍率性能好、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。
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:
将按照配方设计熔炼的合金锭通过粗碎和气流磨方法制得-150目贮氢合金粉末，以该粉 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10Pa以下，充入高纯氩气至O. 05-0. lMPa，再抽取真空至10Pa以下，反复洗炉3次；抽 取真空至2X10—^a以下；以每分钟1(TC的升温速度升温至40(TC，保温5小时；然后自然冷 却至室温，取出电极片。
实施例2:
将按照配方设计熔炼的合金锭通过粗碎和气流磨方法制得-150目贮氢合金粉末，以该粉 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10Pa以下，充入高纯氩气至O. 05-0. lMPa，再抽取真空至10Pa以下，反复洗炉3次；抽 取真空至2 X 10—^a以下，充入高纯氩气至O. 05-0. 1Mpa;以每分钟1(TC的升温速度升温至 70(TC，保温l小时；然后自然冷却至室温，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280mAH/g以上，电极在第2次循环即达到最高放电容量309mAH/g;以1C充放电，电极容量达304mAH/g以上；以1C充5C放，电极容量达278mAH/g以上 ;以1C充10C放，电极容量达250mAH/g以上；相比对比电极，活化次数减少了4次，放电平台 和循环性能也要好，且随着放电倍率的提高，电极容量比对比电极高出越多即大电流性能得 到很大提高。
以本发明实施例1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5.6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.由贮氢合金一段式热处理制备贮氢电极的方法，其特征在于采用未经热处理的贮氢合金粉末作为电极材料、镀镍钢网为骨架材料；将贮氢合金粉末和镀镍钢网直接轧制的方式进行电极成型；成型后的电极放入真空热处理炉进行热处理。
2.根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述的未经热处理的贮 氢合金粉末是指贮氢合金在熔炼后得到的合金锭直接破碎成粉末。
3.根据权利要求l所述的方法，其特征在于轧制压力为 400-500MPa。
4.根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述的成型后的电极放 入真空热处理炉进行热处理是在真空或者惰性气体保护气氛下进行；热处理温度为40(TC -700。C;热处理时间为O. 5-5小时。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于热处理的过程为将电极 片放入真空热处理炉；抽取真空至10Pa以下，充入高纯氩气至O. 05-0. lMPa，再抽真空至 10Pa以下，反复进行洗炉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 纯氩气至O. 05-0. lMPa;以每分钟l(TC的速度升温至40(TC-70(rC;保温O. 5-5小时；自然冷 却至室温，取出电极片。
全文摘要
由贮氢合金一段式热处理制备贮氢电极的方法，其特征在于采用未经热处理的贮氢合金粉末作为电极材料、镀镍钢网为骨架材料；将贮氢合金粉末和镀镍钢网直接轧制的方式进行电极成型；成型后的电极放入真空热处理炉进行热处理。采用本发明的方法制备电极片与现有的烧结方法制备电极片相比成本降低了；且制备的电极片制造的镍氢电池具有高倍率性能好、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。
文档编号H01M4/26GK101645502SQ200910306668
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