專利名稱：一種鎳?yán)w維氈電極及其制備方法
一種鎳?yán)w維氈電極及其制備方法，涉及一種用于堿性二次電池用的電極材料，特別是用于鎳氫電池及鎳鎘電池的電極材料及其制備方法。
目前，國內(nèi)外對Ni-MH和Ni-Cd電池已經(jīng)進(jìn)行過許多研究。Ni-MH和Ni-Cd電池得到了廣泛的應(yīng)用，并形成規(guī)?；a(chǎn)，是一種非常有應(yīng)用前景的機電產(chǎn)品。但目前研究和應(yīng)用實踐表明，鎳本身作為電極材料仍存在許多不足，特別是泡沫鎳電極材料還不能滿足高性能電池的發(fā)展需要，人們?yōu)榇苏谶M(jìn)行研究進(jìn)行改進(jìn)。研究表明鎳?yán)w維氈電極材料性能大大優(yōu)于泡沫鎳電極材料，除應(yīng)用于民用小電池外，還可滿足航空航天及電動汽車用高性能電池的需要。而目前常用的生產(chǎn)鎳電極基板的方法是粉漿法。采用粉漿法生產(chǎn)鎳電極基板，存在著生產(chǎn)過程不連續(xù)、生產(chǎn)效率低、成本高等不足，且生產(chǎn)的鎳電極性能在比表面積、壽命、充電速度、比功率等方面，不能完全滿足高性能電池的要求，難以形成規(guī)?；a(chǎn)。
本發(fā)明的目的就是針對目前鎳電極材料生產(chǎn)中存在的過程不連續(xù)、效率低、成本高等缺點，提供一種比表面積大、壽命長、具有快速充電、比功率高等優(yōu)點的新型的鎳?yán)w維氈電極及其制備方法。
一種鎳?yán)w維氈電極，其特征在于其電極材料是由無序搭接在一起的超細(xì)鎳?yán)w維組成的鎳?yán)w維氈，且每根纖維與若干根纖維呈點接觸狀焊接在一超，其主要參數(shù)為纖維直徑6～60μm，孔隙率≥96％，比表面積12～24m2/g，孔徑150～300μm不均勻性≤10％抗拉強度＞30N/cm2。
本發(fā)明的一種鎳?yán)w維電極的制備方法，其特征在于鎳?yán)w維電極的加工過程為將切成一定長度的鎳?yán)w維束，用氣流法經(jīng)開松、成網(wǎng)工序鋪制出鎳?yán)w維纖網(wǎng)，最后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成鎳?yán)w維氈基板；鋪氈過程的工藝條件為刺輥轉(zhuǎn)速1945～2700rpm；成網(wǎng)壓力199～574Pa；成網(wǎng)真空度125～624Pa；喂料真空498～947Pa；
輸出簾轉(zhuǎn)速1.15rpm；燒結(jié)過程及工藝參數(shù)為在真空度為10-1～10-3pa下，以10℃/分的升溫速度升到200～500℃后；保溫30～120分鐘；再以10℃/分鐘的升溫速度升到1100～1300℃，保溫30～120分鐘，隨爐冷卻到室溫。
本發(fā)明的鎳?yán)w維氈電極，由于采用超細(xì)鎳?yán)w維制成，加上選擇適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，使制備出的鎳?yán)w維電極具有高孔隙率、大比表面積、內(nèi)阻低、壽命長、可快速充電、比功率高等優(yōu)點。
下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
一種鎳?yán)w維氈電極，其電極材料是由無序搭接在一超的超細(xì)鎳?yán)w維氈組成，且每根纖維與若干根纖維呈點接觸狀焊接在一起，其主要參數(shù)為纖維直徑6mμ～60μm，孔隙率≥96％，比表面積12～24m2／g，孔徑150μm～300μm，不均勻度≤10％，抗拉強度＞30N/cm2。
本發(fā)明的一種鎳?yán)w維氈電極的制備方法，是將切成一定長度的鎳?yán)w維束，用氣流法在真空下經(jīng)開松、成網(wǎng)工序鋪制出鎳?yán)w維纖網(wǎng)，最后經(jīng)高溫真空燒結(jié)制成鎳?yán)w維氈基板；鋪氈過程的工藝條件為刺輥轉(zhuǎn)速1945～2700rpm；成網(wǎng)壓力199～574Pa；成網(wǎng)真空度125～624Pa；喂料真空498～947Pa；輸出簾轉(zhuǎn)速1.15rpm；燒結(jié)過程的工藝參數(shù)為在真空度為10-1-10-3Pa下，以10℃/分的升溫速度升到200～500℃后，保溫30～120分鐘；再以10℃/分鐘的升溫速度升到1100～1300℃，保溫30～120分鐘，隨爐冷卻到室溫。
加工時將質(zhì)量合格的鎳?yán)w維采用金屬纖維切斷機切成長度為15～150mm短纖維束，隨后送入專門的鋪氈機組，經(jīng)預(yù)喂工序?qū)⒗w維束預(yù)分散，經(jīng)開松工序?qū)⒗w維分散成棉絮狀，采用氣流法鋪制出鎳?yán)w維網(wǎng)；然后按不同重量要求配制出不同單重鎳?yán)w維氈坯，在真空條件下，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，制備出本發(fā)明的鎳?yán)w維氈電極。
實施例1將質(zhì)量合格的鎳?yán)w維束Ф10μm30公斤，在專用的金屬纖維切斷機上剪成長度34mm的短纖維束，送入鋪氈機組中的預(yù)喂機，經(jīng)預(yù)喂一次后的纖維束，送入開松機，將纖維開松成為均勻無序，呈棉絮狀，最后經(jīng)成網(wǎng)機成網(wǎng)后，可鋪制出單重為150g/m2的鎳?yán)w維網(wǎng)22.5公斤，可根據(jù)需要配制出不同規(guī)格的鎳?yán)w維氈坯。
鋪氈過程的工藝條件為刺輥轉(zhuǎn)速1945rpm；成網(wǎng)壓力574Pa；成網(wǎng)真空度125Pa；喂料真空498Pa；輸出簾轉(zhuǎn)速1.15rpm。
將制得的鎳?yán)w維氈坯放入真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)過程的工藝參數(shù)為在真空度為10-1Pa下，以10℃/分的升溫速度升到220℃后保溫120分鐘；再以10℃/分鐘的升溫速度升到1300℃，保溫30分鐘，隨爐冷卻到室溫后出爐。
實施例2將質(zhì)量合格的Ф12μm鎳?yán)w維40公斤，在專用的金屬纖維切斷機上剪成長度34mm的纖維束，送入鋪氈機組中的預(yù)喂機，經(jīng)預(yù)喂一次后的纖維，送入鋪氈機組中的開松機，將纖維開松成為均勻無序，呈棉絮狀，最后經(jīng)成網(wǎng)機成網(wǎng)后，可鋪制出單重為150g/m2的鎳?yán)w維網(wǎng)30公斤，可根據(jù)需要配制出不同規(guī)格的鎳?yán)w維氈坯。鋪氈過程的工藝條件為刺輥轉(zhuǎn)速2700rpm；成網(wǎng)壓力199Pa；成網(wǎng)真空度624Pa；喂料真空947Pa；輸出簾轉(zhuǎn)速1.15rpm。
將制得的鎳?yán)w維氈坯放入真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)過程的工藝參數(shù)為在真空度為10-3Pa下，以10℃/分的升溫速度升到500℃后；保溫120分鐘；再以10℃/分鐘的升溫速度升到1100℃，保溫30～120分鐘，隨爐冷卻到室溫后出爐。
實施例3將質(zhì)量合格的鎳?yán)w維束Ф6～8μm30公斤，在專用的金屬纖維切斷機上剪成長度34mm的短纖維束，送入鋪氈機組中的預(yù)喂機，經(jīng)預(yù)喂一次后的纖維束，送入開松機，將纖維開松成為均勻無序，呈棉絮狀，最后經(jīng)成網(wǎng)機成網(wǎng)后，可鋪制出單重為150g/m2的鎳?yán)w維網(wǎng)22.5公斤，可根據(jù)需要配制出不同規(guī)格的鎳?yán)w維氈坯。
鋪氈過程的工藝條件為刺輥轉(zhuǎn)速1945rpm；成網(wǎng)壓力574Pa；成網(wǎng)真空度224Pa；喂料真空747Pa；輸出簾轉(zhuǎn)速1.15rpm。
將制得的鎳?yán)w維氈坯放入真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)過程的工藝參數(shù)為在真空度為10-4Pa下，以10℃/分的升溫速度升到350℃后；保溫120分鐘；再以10℃/分鐘的升溫速度升到1200℃，保溫90分鐘，隨爐冷卻到室溫后出爐。
采用上述實施例所述的工藝條件鎳?yán)w維氈電極，成功地使無序搭接在一起的超細(xì)鎳?yán)w維的每根纖維與若干根纖維成點接觸狀焊接在一起。選擇合適的纖維直徑和抗拉強度(抗拉強度＞30N/cm2)，即可得到了本發(fā)明所述的鎳?yán)w維氈電極，經(jīng)檢測指標(biāo)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)。纖維氈的孔隙率≥96％，比表面積12～24m2/g，孔徑150～300μm，不均勻性≤10％。本發(fā)明的鎳?yán)w維氈電極的具有高孔隙率、大比表面積、內(nèi)阻低、壽命長、可快速充電、比功率高等優(yōu)點。
實施例4將質(zhì)量合格的Ф55～60μm鎳?yán)w維40公斤，在專用的金屬纖維切斷機上剪成長度34mm的纖維束，送入鋪氈機組中的預(yù)喂機，經(jīng)預(yù)喂一次后的纖維，送入鋪氈機組中的開松機，將纖維開松成為均勻無序，呈棉絮狀，最后經(jīng)成網(wǎng)機成網(wǎng)后，可鋪制出單重為150g/m2的鎳?yán)w維網(wǎng)30公斤，可根據(jù)需要配制出不同規(guī)格的鎳?yán)w維氈坯。鋪氈過程的工藝條件為刺輥轉(zhuǎn)速2700rpm；成網(wǎng)壓力199Pa；成網(wǎng)真空度624Pa；喂料真空947Pa；輸出簾轉(zhuǎn)速1.15rpm。
將制得的鎳?yán)w維氈坯放入真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)過程的工藝參數(shù)為在真空度為10-3Pa下，以10℃/分的升溫速度升到500℃后；保溫120分鐘；再以10℃/分鐘的升溫速度升到1100℃，保溫30～120分鐘，隨爐冷卻到室溫后出爐。
權(quán)利要求
1.一種鎳?yán)w維氈電極，其特征在于其電極材料是由無序搭接在一起的超細(xì)鎳?yán)w維組成的鎳?yán)w維氈，且每根纖維與若干根纖維呈點接觸狀焊接在一起，其主要參數(shù)為纖維直徑6～60μm孔隙率≥96％，比表面積12～24m2/g，孔徑150～300μm不均勻性≤10％抗拉強度＞30N/cm2，
2.一種鎳?yán)w維氈電極的制備方法，其特征在于鎳?yán)w維氈電極的加工過程為將切成一定長度的鎳?yán)w維束，用氣流法經(jīng)開松、成網(wǎng)工序鋪制出鎳?yán)w維纖網(wǎng)，最后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成鎳?yán)w維氈基板；鋪氈過程的工藝條件為刺輥轉(zhuǎn)速1945～2700rpm；成網(wǎng)壓力199～574Pa；成網(wǎng)真空度125～624Pa；喂料真空498～947Pa；輸出簾轉(zhuǎn)速1.15rpm；燒結(jié)過程及工藝參數(shù)為在真空度為10-1～10-4Pa下，以10℃/分的升溫速度升到200～500℃后；保溫30～120分鐘；再以5～15℃/分鐘的升溫速度升到1100～1300℃后，保溫30～120分鐘，隨爐冷卻到室溫。
全文摘要
一種鎳?yán)w維氈電極及其制備方法,涉及一種用于堿性二次電池用的電極材料,特別是用于鎳氫電極及鎳鎘電池的電極材料及其制備方法。其特征在于:電極材料由無序搭接在一起的超細(xì)鎳?yán)w維氈組成,且每根纖維與若干根纖維呈點接觸狀焊接在一起。制備方法是采用氣流法鋪制出鎳?yán)w維纖網(wǎng),經(jīng)高溫真空燒結(jié)制成鎳?yán)w維基板;本發(fā)明的鎳?yán)w維電極具有高孔隙率、大比表面積、內(nèi)阻低、壽命長、可快速充電、比功率高等優(yōu)點。
文檔編號H01M4/64GK1188333SQ9810006
公開日1998年7月22日 申請日期1998年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月11日
發(fā)明者毋錄建, 奚正平, 祝銳, 楊延安, 李華 申請人:西北有色金屬研究院