一種鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法
2023-04-29 22:00:21 2
一種鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法
【專利摘要】本發明公開了一種鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法，利用稀土轉化的方法在金屬鎳表面生成預製塗層即化學轉化膜層，並將稀土轉化處理後的鎳電極置於含鋁酸鈉的電解液中。鋁酸鈉水解形成的膠團會吸附在化學轉化膜層的表面，形成完整的阻擋層。本發明鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法通過微弧氧化技術在鎳氫電池的鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層，有效地緩解了鎳電極在電解液中被腐蝕的問題。其次，塗層粗糙多孔的表面特徵也增強了活性物質的附著能力，緩解了鎳氫電池因鎳電極活性物質的脫落導致電池容量的下降的問題。本發明工藝簡單可靠，且不造成環境汙染，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鎳氫電池【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和氧化鎳陶瓷塗層的方法。
【背景技術】
[0002]鎳氫電池憑藉其能量密度高、可快速充放電、循環壽命長以及無汙染等優點在筆記本電腦、可攜式攝像機、數位相機等領域得到了廣泛應用。
[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，其中比較常見的是鎳電極的腐蝕。
[0004]為了促進鎳氫電池性能的提升，對鎳氫電池防腐保護的研究從未間斷。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，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中鎳氫電池鎳電極腐蝕膨脹和表面活性物質粉末鬆散和脫落問題，提供一種鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法，以增強鎳電極在鎳氫電池電解液中的抗腐蝕能力，增加表面活性物質與鎳電極的結合強度，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和氧化鎳陶瓷塗層的方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0007](1)、將鎳電極的表面用砂紙打磨除去氧化層，然後用蒸餾水衝洗；
[0008](2)、將3g/L?30g/L氯化鈰或硝酸鈰溶於蒸餾水中配製成溶液；
[0009](3)、將步驟(1)中處理後的鎳電極置於步驟(2)配製的溶液中，利用水浴加熱到30°C?100°C，處理時間為0.5h?24h，在鎳電極表面製備化學轉化膜層；
[0010](4)、按鋁酸鈉濃度為3g/L?30g/L和添加劑濃度為0.5?10g/L稱取鋁酸鈉和添加劑，溶於蒸餾水中配製成電解液；
[0011](5)、將經步驟(3)處理的鎳電極置於裝有步驟(4)配製的電解液的不鏽鋼槽體中，以鎳電極做陽極、不鏽鋼槽體為陰極，採用脈衝微弧氧化電源供電，在脈衝電壓為250V?500V、頻率為50Hz?2000Hz、佔空比為10%?45%、電解液溫度為20°C?40°C的條件下微弧氧化lOmin?60min，即可在鎳電極表面製備出三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層。
[0012]其中步驟(2)中所述添加劑為磷酸二氫鈉、多聚磷酸鈉、高錳酸鉀、矽酸鈉中的一種或其中幾種的組合。
[0013]本發明的目的是這樣實現的:
[0014]本發明鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法，針對抑制鎳氫電池鎳電極腐蝕膨脹和表面活性物質粉末鬆散和脫落問題，利用微弧氧化技術在鎳氫電池的鎳電極表面製備氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層。該塗層一方面增強了鎳電極的抗腐蝕能力，另一方面粗糙多孔的膜層特徵也使活性物質更易附著，從而使電池容量得到保持和電池壽命延長。
[0015]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。鎳電極在微弧氧化過程中往往很難生成完整的阻擋層。利用稀土轉化的方法在金屬鎳表面生成預製塗層即化學轉化膜層，並將稀土轉化處理後的鎳電極置於含鋁酸鈉的電解液中。鋁酸鈉水解形成的膠團會吸附在化學轉化膜層的表面，形成完整的阻擋層。
[0016]本發明鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法通過微弧氧化技術在鎳氫電池的鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層，有效地緩解了鎳電極在電解液中被腐蝕的問題。其次，塗層粗糙多孔的表面特徵也增強了活性物質的附著能力，緩解了鎳氫電池因鎳電極活性物質的脫落導致電池容量的下降的問題。本發明工藝簡單可靠，且不造成環境汙染，具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的表面掃描電鏡圖；
[0018]圖2是實施例1製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的截面掃描電鏡圖；
[0019]圖3是實施例1製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的表面能譜圖。
【具體實施方式】
[0020]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。
[0021]實施例1
[0022]在本實施例中，本發明鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法包括以下步驟:(I)、先將鎳電極(鎳電極質量含量大於99%的純鎳)的表面用2000號砂紙打磨去掉表面的氧化層，然後用蒸餾水衝洗；(2)、按氯化鈰為15g/L稱取氯化鈰，溶於蒸餾水中，配製成溶液；(3)、將步驟(I)種處理後的鎳電極置於步驟(2)配製的溶液中，利用水浴加熱到60°C，處理時間為8h，在鎳電極表面製備出化學轉化膜層；(4)、按鋁酸鈉濃度為15g/L和多聚磷酸鈉濃度為lg/L稱取鋁酸鈉和多聚磷酸鈉，溶於蒸餾水中，得到電解液；(5)、將經步驟(3)處理的鎳電極置於裝有經步驟(4)配製的電解液的不鏽鋼槽體中，以金屬鎳做陽極、不鏽鋼槽體為陰極，採用脈衝微弧氧化電源供電，在脈衝電壓為350V、頻率為100Hz、佔空比為20%、電解液溫度為30°C的條件下微弧氧化30min，即在金屬鎳表面製備三氧化鋁和氧化鎳的陶瓷塗層。
[0023]圖1是實施例1製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的表面掃描電鏡圖。由圖1可知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。
[0024]圖2是實施例1製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的截面掃描電鏡圖。
[0025]由圖2可知三氧化招和氧化鎳陶瓷塗層(Coating)與基體(Substrate)即鎳電極間沒有明顯的裂紋和缺陷存在，三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層與基體結合良好。圖2中的樹月旨(Resin)覆蓋在三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層(Coating)外，這樣可以方便觀測三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層(Coating)的外表面。
[0026]圖3是實施例1製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的表面能譜圖。
[0027]由圖3可知其主要由鎳N1、鋁A1、氧0、磷P等元素組成。
[0028]在本實施例中，採用不同的條件進行製備，具體如表1所示。
[0029]
【權利要求】
1.一種鎳電極表面製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法，其特徵在於，包括以下步驟:(1)、將鎳電極的表面用砂紙打磨除去氧化，然後用蒸餾水衝洗；(2)、將3g/L?30g/L氯化鈰或硝酸鈰溶於蒸餾水中配製成溶液；(3)、將步驟(1)中處理後的鎳電極置於步驟(2)配製的溶液中，利用水浴加熱到30°C?100°C，處理時間為0.5h?24h，在鎳電極表面製備化學轉化膜層；(4)、按鋁酸鈉濃度為3g/L?30g/L和添加劑濃度為0.5?10g/L稱取鋁酸鈉和添加齊U，溶於蒸餾水中配製成電液；(5)、將經步驟(3)處理的鎳電極置於裝有步驟(4)配製的電解液的不鏽鋼槽體中，以鎳電極做陽極、不鏽鋼槽體為陰極，採用脈衝微弧氧化電源供電，在脈衝電壓為250V?500V、頻率為50Hz?2000Hz、佔空比為10%?45%、電解液溫度為20°C?40°C的條件下微弧氧化lOmin?60min，即可在鎳電極表面製備出三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層。
2.根據權利要求1所述的製備三氧化鋁和氧化鎳陶瓷塗層的方法，其特徵在於，步驟(2)中所述添加劑為磷酸二氫鈉、多聚磷酸鈉、高錳酸鉀、矽酸鈉中的一種或其中幾種的組入口 ο
【文檔編號】C25D11/34GK103633302SQ201310689993
【公開日】2014年3月12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