一種鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法
2023-05-23 11:08:36
一種鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法
【專利摘要】本發明公開了一種鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法，利用熱處理的方法在鎳電極表面生成預製膜層，並且硝酸鋁在酒精中形成的特殊膠團粒子的具有較強的吸附性能，能夠吸附在預製膜層的表面，從而在鎳電極表面形成完整的阻擋層。本發明採用預製膜層和陰極微弧氧化相結合的方法，將帶有預製膜層的鎳電極置於硝酸鋁為基礎的酒精溶液中作為陰極，通過微弧氧化的技術手段處理，最終在鎳電極表面形成三氧化鋁膜層。本發明製備的三氧化鋁塗層與鎳電極基體具有很高的結合強度和優異的抗腐蝕性能，緩解了活性物質因鎳電極的腐蝕膨脹而導致的鬆散、脫落等問題，延長了電池的使用壽命，降低其生產成本，從而對鎳氫電池的推廣具有很好的積極作用。
【專利說明】一種鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鎳氫電池鎳電極的保護處理【技術領域】，更為具體地講，涉及一種鎳電極表面製備三氧化鋁的方法。
【背景技術】
[0002]鎳氫電池(NMH)是現代電子產品中使用最為廣泛的綠色環保電池之一，它具有比能量密度高、單體容量大、放電特性平穩、通用性強等優點。但相比於鎳鎘電池，鎳氫的電池的價格又要高很多，因而如何降低鎳氫電池的損耗，延長其使用壽命，對於鎳氫電池的推廣具非常現實的意義。
[0003]鎳氫電池在使用過程中性能會逐漸的衰減，而引起電池失效的原因眾多。在實際應用中，鎳氫電池的鎳電極的腐蝕膨脹是導致鎳氫電池失效的一種比較常見的原因。
[0004]由於鎳氫電池的內部是一個鹼性環境，鎳氫電池在充放電過程中，表面活性物質發生一系列化學物理變化，腐蝕液滲透到金屬鎳電極表面，引起鎳電極的腐蝕而膨脹，導致表面活性物質粉末鬆散、脫落或接觸不好，使得內阻升高，電池容量下降，電池的容量損失和電池壽命的縮短，最終使電池過早的失效。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術的鎳氫電池中因鎳電極被腐蝕所導致的的電池容量的損失和壽命縮短的狀況，提供一種鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法，以增強鎳電極在鎳氫電池電解液中的抗腐蝕能力，防止表面活性物質的脫落，從而延長鎳氫電池的使用壽命。
[0006]為實現以上目的，本發明鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0007](I)、將鎳電極用砂紙打磨除去表面的氧化層後放入丙酮中超聲清洗3min?IOmin ；
[0008](2)、將步驟(I)處理後的鎳電極，於大氣環境中置於200°C?600°C的環境中加熱3h?9h,生成預製膜層；
[0009](3)、按硝酸鋁濃度為10g/L?30g/L和添加劑濃度為0.5g/L?10g/L溶於酒精中配置電解液；
[0010](4)、將經步驟(2)處理後的鎳電極放入裝有步驟(3)配製電解液的不鏽鋼槽體中，以金屬鎳做陰極、不鏽鋼槽體為陽極，採用脈衝微弧氧化電源供電，進行微弧氧化處理，即可在鎳電極表面製備出三氧化鋁塗層。
[0011]其中，步驟(3)中所述添加劑為硝酸鈰、硝酸釔、硝酸鉺中的一種或其中幾種的組
口 ο
[0012]本發明的目的是這樣實現的:
[0013]微弧氧化技術是一種在閥金屬及其合金表面原位生長陶瓷塗層的技術。微弧氧化過程中，將Al，Mg，Ti等閥金屬樣品放入電解液中，通電後在金屬表面會立即生成很薄的一層阻擋層，而形成完整的絕緣膜是進行微弧氧化處理的必要條件。然後金屬鎳在微弧氧化過程中往往很難生成完整的阻擋層。
[0014]本發明鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法，利用熱處理的方法在鎳電極表面生成預製膜層，並且硝酸鋁在酒精中形成的特殊膠團粒子的具有較強的吸附性能，能夠吸附在預製膜層的表面，從而在鎳電極表面形成完整的阻擋層。本發明採用預製膜層和陰極微弧氧化相結合的方法，將帶有預製膜層的鎳電極置於硝酸鋁為基礎的酒精溶液中作為陰極，通過微弧氧化的技術手段處理，在電化學、熱化學、等離子體化學的共同作用下發生反應，最終在鎳電極表面形成三氧化鋁膜層。本發明製備的三氧化鋁塗層與鎳電極基體具有很高的結合強度和優異的抗腐蝕性能，緩解了活性物質因鎳電極的腐蝕膨脹而導致的鬆散、脫落等問題，延長了電池的使用壽命，降低其生產成本，從而對鎳氫電池的推廣具有很好的積極作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是實施例1製備三氧化鋁塗層的X射線衍射圖；
[0016]圖2是實施例1製備三氧化鋁塗層的表面掃描電鏡圖；
[0017]圖3是實施例1製備三氧化鋁塗層的截面掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這裡將被忽略。
[0019]實施例1
[0020]在本實施例中，本發明鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法包括以下步驟:
[0021](I)、先將鎳電極(鎳質量含量大於99%的純鎳)的表面用2000號砂紙打磨去掉表面的氧化層，然後放入丙酮中超聲清洗5min ；
[0022](2)、將處理後的鎳電極置於空氣中，利用馬弗爐加熱到300°C，保溫6h，製備預製
膜層；
[0023](3)、按硝酸鋁濃度為20g/L和硝酸鈰濃度為lg/L稱取硝酸鋁和硝酸鈰，溶於無水乙醇中，得到電解液；
[0024](4)、將經步驟(2)處理的鎳電極放入裝有步驟(3)配製電解液的不鏽鋼槽體中，以金屬鎳做陰極、不鏽鋼槽體為陽極，採用脈衝微弧氧化電源供電，進行微弧氧化處理在鎳電極表面製備出三氧化鋁塗層。
[0025]微弧氧化處理為在脈衝電壓為300V?600V、頻率為50Hz?2000Hz、佔空比為10%?45%、電解液溫度為20°C?40°C的條件下氧化IOmin?90min，在鎳電極表面製備出
三氧化鋁塗層。
[0026]在本實施例中，脈衝電壓為500V、頻率為500Hz、佔空比為25%、電解液溫度為30°C的條件下微弧氧化60min，即在鎳電極基體上製備出三氧化鋁塗層。
[0027]圖1是實施例1製備三氧化鋁塗層的X射線衍射圖。由圖1可知塗層主要由三氧化鋁組成。
[0028]圖2是實施例1製備三氧化鋁塗層的表面掃描電鏡圖。由圖2可知三氧化鋁塗層表面呈現出多孔的表面形貌，這種結構有利於活性物質在表面的附著。
[0029]圖3是實施例1製備三氧化鋁塗層的截面掃描電鏡圖。由圖3可知三氧化鋁塗層(Coating)與鎳電極基體(Substrate)間沒有明顯的裂紋和缺陷存在，三氧化鋁塗層與鎳電極基體結合良好。其中，圖2中的樹脂(Resin)覆蓋在三氧化鋁塗層(Coating)外，這樣可以方便觀測三氧化鋁塗層(Coating)的外表面。
[0030]本實施例中，在其他條件不變的情況下，採用不同微弧氧化時間，對塗層的表面粗糙度和拉伸結合強度進行測定。其中，表面粗糙度(Ra)是以觸針式表面粗糙度儀所測量，其結果如表1所示。
[0031]
【權利要求】
1.一種鎳電極表面製備三氧化鋁塗層的方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)、將鎳電極用砂紙打磨除去表面的氧層後放入丙酮中超聲清洗3min?IOmin； (2)、將步驟(I)處理後的鎳，於大氣環境中置於200°C?600°C的環境中加熱3h?9h，生成預製膜層； (3)、按硝酸鋁濃度為10g/L?30g/L和添加劑濃度為0.5g/L?10g/L溶於酒精中配置電解液； (4)、將經步驟(2)處理後的鎳電極放入裝有步驟(3)配製電解液的不鏽鋼槽體中，以金屬鎳做陰極、不鏽鋼槽體為陽極，採用脈衝微弧氧化電源供電，進行微弧氧化處理，即可在鎳電極表面製備出三氧化鋁塗層。
2.根據權利要求1所述製備三氧化鋁塗層的方法，其特徵在於，步驟(3)中所述添加劑為硝酸鈰、硝酸釔、硝酸鉺中的一種或其中幾種的組合。
3.根據權利要求1所述製備三氧化鋁塗層的方法，其特徵在於，步驟(4)微弧氧化處理時間為IOmin?90min。
【文檔編號】C25D11/34GK103647053SQ201310687991
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】王超, 唐輝, 徐豹, 陳磊 申請人:電子科技大學