专利名称：一种镍纤维毡电极及其制备方法
一种镍纤维毡电极及其制备方法，涉及一种用于碱性二次电池用的电极材料，特别是用于镍氢电池及镍镉电池的电极材料及其制备方法。
目前，国内外对Ni-MH和Ni-Cd电池已经进行过许多研究。Ni-MH和Ni-Cd电池得到了广泛的应用，并形成规模化生产，是一种非常有应用前景的机电产品。但目前研究和应用实践表明，镍本身作为电极材料仍存在许多不足，特别是泡沫镍电极材料还不能满足高性能电池的发展需要，人们为此正在进行研究进行改进。研究表明镍纤维毡电极材料性能大大优于泡沫镍电极材料，除应用于民用小电池外，还可满足航空航天及电动汽车用高性能电池的需要。而目前常用的生产镍电极基板的方法是粉浆法。采用粉浆法生产镍电极基板，存在着生产过程不连续、生产效率低、成本高等不足，且生产的镍电极性能在比表面积、寿命、充电速度、比功率等方面，不能完全满足高性能电池的要求，难以形成规模化生产。
本发明的目的就是针对目前镍电极材料生产中存在的过程不连续、效率低、成本高等缺点，提供一种比表面积大、寿命长、具有快速充电、比功率高等优点的新型的镍纤维毡电极及其制备方法。
一种镍纤维毡电极，其特征在于其电极材料是由无序搭接在一起的超细镍纤维组成的镍纤维毡，且每根纤维与若干根纤维呈点接触状焊接在一超，其主要参数为纤维直径6～60μm，孔隙率≥96％，比表面积12～24m2/g，孔径150～300μm不均匀性≤10％抗拉强度＞30N/cm2。
本发明的一种镍纤维电极的制备方法，其特征在于镍纤维电极的加工过程为将切成一定长度的镍纤维束，用气流法经开松、成网工序铺制出镍纤维纤网，最后经高温烧结制成镍纤维毡基板；铺毡过程的工艺条件为刺辊转速1945～2700rpm；成网压力199～574Pa；成网真空度125～624Pa；喂料真空498～947Pa；
输出帘转速1.15rpm；烧结过程及工艺参数为在真空度为10-1～10-3pa下，以10℃/分的升温速度升到200～500℃后；保温30～120分钟；再以10℃/分钟的升温速度升到1100～1300℃，保温30～120分钟，随炉冷却到室温。
本发明的镍纤维毡电极，由于采用超细镍纤维制成，加上选择适当的工艺条件，使制备出的镍纤维电极具有高孔隙率、大比表面积、内阻低、寿命长、可快速充电、比功率高等优点。
下面结合实例对本发明作进一步说明。
一种镍纤维毡电极，其电极材料是由无序搭接在一超的超细镍纤维毡组成，且每根纤维与若干根纤维呈点接触状焊接在一起，其主要参数为纤维直径6mμ～60μm，孔隙率≥96％，比表面积12～24m2／g，孔径150μm～300μm，不均匀度≤10％，抗拉强度＞30N/cm2。
本发明的一种镍纤维毡电极的制备方法，是将切成一定长度的镍纤维束，用气流法在真空下经开松、成网工序铺制出镍纤维纤网，最后经高温真空烧结制成镍纤维毡基板；铺毡过程的工艺条件为刺辊转速1945～2700rpm；成网压力199～574Pa；成网真空度125～624Pa；喂料真空498～947Pa；输出帘转速1.15rpm；烧结过程的工艺参数为在真空度为10-1-10-3Pa下，以10℃/分的升温速度升到200～500℃后，保温30～120分钟；再以10℃/分钟的升温速度升到1100～1300℃，保温30～120分钟，随炉冷却到室温。
加工时将质量合格的镍纤维采用金属纤维切断机切成长度为15～150mm短纤维束，随后送入专门的铺毡机组，经预喂工序将纤维束预分散，经开松工序将纤维分散成棉絮状，采用气流法铺制出镍纤维网；然后按不同重量要求配制出不同单重镍纤维毡坯，在真空条件下，经高温烧结，制备出本发明的镍纤维毡电极。
实施例1将质量合格的镍纤维束Ф10μm30公斤，在专用的金属纤维切断机上剪成长度34mm的短纤维束，送入铺毡机组中的预喂机，经预喂一次后的纤维束，送入开松机，将纤维开松成为均匀无序，呈棉絮状，最后经成网机成网后，可铺制出单重为150g/m2的镍纤维网22.5公斤，可根据需要配制出不同规格的镍纤维毡坯。
铺毡过程的工艺条件为刺辊转速1945rpm；成网压力574Pa；成网真空度125Pa；喂料真空498Pa；输出帘转速1.15rpm。
将制得的镍纤维毡坯放入真空烧结炉内烧结，烧结过程的工艺参数为在真空度为10-1Pa下，以10℃/分的升温速度升到220℃后保温120分钟；再以10℃/分钟的升温速度升到1300℃，保温30分钟，随炉冷却到室温后出炉。
实施例2将质量合格的Ф12μm镍纤维40公斤，在专用的金属纤维切断机上剪成长度34mm的纤维束，送入铺毡机组中的预喂机，经预喂一次后的纤维，送入铺毡机组中的开松机，将纤维开松成为均匀无序，呈棉絮状，最后经成网机成网后，可铺制出单重为150g/m2的镍纤维网30公斤，可根据需要配制出不同规格的镍纤维毡坯。铺毡过程的工艺条件为刺辊转速2700rpm；成网压力199Pa；成网真空度624Pa；喂料真空947Pa；输出帘转速1.15rpm。
将制得的镍纤维毡坯放入真空烧结炉内烧结，烧结过程的工艺参数为在真空度为10-3Pa下，以10℃/分的升温速度升到500℃后；保温120分钟；再以10℃/分钟的升温速度升到1100℃，保温30～120分钟，随炉冷却到室温后出炉。
实施例3将质量合格的镍纤维束Ф6～8μm30公斤，在专用的金属纤维切断机上剪成长度34mm的短纤维束，送入铺毡机组中的预喂机，经预喂一次后的纤维束，送入开松机，将纤维开松成为均匀无序，呈棉絮状，最后经成网机成网后，可铺制出单重为150g/m2的镍纤维网22.5公斤，可根据需要配制出不同规格的镍纤维毡坯。
铺毡过程的工艺条件为刺辊转速1945rpm；成网压力574Pa；成网真空度224Pa；喂料真空747Pa；输出帘转速1.15rpm。
将制得的镍纤维毡坯放入真空烧结炉内烧结，烧结过程的工艺参数为在真空度为10-4Pa下，以10℃/分的升温速度升到350℃后；保温120分钟；再以10℃/分钟的升温速度升到1200℃，保温90分钟，随炉冷却到室温后出炉。
采用上述实施例所述的工艺条件镍纤维毡电极，成功地使无序搭接在一起的超细镍纤维的每根纤维与若干根纤维成点接触状焊接在一起。选择合适的纤维直径和抗拉强度(抗拉强度＞30N/cm2)，即可得到了本发明所述的镍纤维毡电极，经检测指标达到以下标准。纤维毡的孔隙率≥96％，比表面积12～24m2/g，孔径150～300μm，不均匀性≤10％。本发明的镍纤维毡电极的具有高孔隙率、大比表面积、内阻低、寿命长、可快速充电、比功率高等优点。
实施例4将质量合格的Ф55～60μm镍纤维40公斤，在专用的金属纤维切断机上剪成长度34mm的纤维束，送入铺毡机组中的预喂机，经预喂一次后的纤维，送入铺毡机组中的开松机，将纤维开松成为均匀无序，呈棉絮状，最后经成网机成网后，可铺制出单重为150g/m2的镍纤维网30公斤，可根据需要配制出不同规格的镍纤维毡坯。铺毡过程的工艺条件为刺辊转速2700rpm；成网压力199Pa；成网真空度624Pa；喂料真空947Pa；输出帘转速1.15rpm。
将制得的镍纤维毡坯放入真空烧结炉内烧结，烧结过程的工艺参数为在真空度为10-3Pa下，以10℃/分的升温速度升到500℃后；保温120分钟；再以10℃/分钟的升温速度升到1100℃，保温30～120分钟，随炉冷却到室温后出炉。
权利要求
1.一种镍纤维毡电极，其特征在于其电极材料是由无序搭接在一起的超细镍纤维组成的镍纤维毡，且每根纤维与若干根纤维呈点接触状焊接在一起，其主要参数为纤维直径6～60μm孔隙率≥96％，比表面积12～24m2/g，孔径150～300μm不均匀性≤10％抗拉强度＞30N/cm2，
2.一种镍纤维毡电极的制备方法，其特征在于镍纤维毡电极的加工过程为将切成一定长度的镍纤维束，用气流法经开松、成网工序铺制出镍纤维纤网，最后经高温烧结制成镍纤维毡基板；铺毡过程的工艺条件为刺辊转速1945～2700rpm；成网压力199～574Pa；成网真空度125～624Pa；喂料真空498～947Pa；输出帘转速1.15rpm；烧结过程及工艺参数为在真空度为10-1～10-4Pa下，以10℃/分的升温速度升到200～500℃后；保温30～120分钟；再以5～15℃/分钟的升温速度升到1100～1300℃后，保温30～120分钟，随炉冷却到室温。
全文摘要
一种镍纤维毡电极及其制备方法,涉及一种用于碱性二次电池用的电极材料,特别是用于镍氢电极及镍镉电池的电极材料及其制备方法。其特征在于:电极材料由无序搭接在一起的超细镍纤维毡组成,且每根纤维与若干根纤维呈点接触状焊接在一起。制备方法是采用气流法铺制出镍纤维纤网,经高温真空烧结制成镍纤维基板;本发明的镍纤维电极具有高孔隙率、大比表面积、内阻低、寿命长、可快速充电、比功率高等优点。
文档编号H01M4/64GK1188333SQ9810006
公开日1998年7月22日 申请日期1998年1月22日 优先权日1997年12月11日
发明者毋录建, 奚正平, 祝锐, 杨延安, 李华 申请人:西北有色金属研究院