一種鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法，利用堿液處理在鎳電極表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層，并將堿液處理后的鎳電極置于以酒精和鈦酸四丁酯為基礎(chǔ)的電解液中，利用鈦酸四丁酯在酒精溶液中形成的膠團(tuán)的吸附性能，在鎳電極表面形成完整的阻擋層，并在該電解液中進(jìn)行液相等離子體沉積處理，最終在鎳電極表面形成陶瓷膜層即氧化鈦涂層。氧化鈦涂層表面粗糙多孔，能有效的增加活性物質(zhì)和鎳電極的結(jié)合強(qiáng)度，并且轉(zhuǎn)化膜層轉(zhuǎn)化膜層與基體結(jié)合良好，從而提高鎳電極在電池電解液中的耐腐蝕性能，涂層表面粗糙多孔，該表面的這種結(jié)構(gòu)有利于活性物質(zhì)的附著，能有效的增加活性物質(zhì)和鎳電極的結(jié)合強(qiáng)度防止表面活性物質(zhì)的脫落，從而延長(zhǎng)鎳氫電池的使用壽命。
【專利說明】一種鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鎳氫電池【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳氫電池由于具有高能量密度，大功率，無環(huán)境污染等良好的綜特性，成為混合電動(dòng)車等高功率應(yīng)用領(lǐng)域的最佳候選電池。但同時(shí)，鎳氫電池也存在著壽命短，價(jià)格偏高的不足，因而延長(zhǎng)鎳氫電池的使用壽命對(duì)降低其成本和擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。
[0003]鎳氫電池在使用過程中性能會(huì)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]鎳氫電池在充放電過程中，表面活性物質(zhì)發(fā)生一系列化學(xué)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，導(dǎo)致鎳電極的腐蝕變形。這一過程通常會(huì)造成鎳電極表面活性物質(zhì)的脫落，最終使鎳氫電池因鎳電極的腐蝕而過早失效。因而增強(qiáng)鎳氫電池鎳電極的抗腐蝕能力，提高其表面活性物質(zhì)和電極的結(jié)合強(qiáng)度，對(duì)于延長(zhǎng)鎳氫電池的循環(huán)使用壽命和降低鎳氫電池的經(jīng)濟(jì)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在 于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法，以提高鎳電極在電池電解液中的耐腐蝕性能，增加表面活性物質(zhì)與鎳電極的結(jié)合強(qiáng)度，防止表面活性物質(zhì)的脫落，從而延長(zhǎng)鎳氫電池的使用壽命。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007](I)、首先將鎳氫電池鎳電極的表面用砂紙打磨除去氧化層，然后放入丙酮中超聲清洗 3min ~IOmin ；
[0008](2)、將10~80g/L氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于蒸餾水中配制成溶液；
[0009](3)、將步驟(1)中處理后的鎳電極置于步驟(2)中的溶液中，利用水浴加熱到30°C~100°C，處理時(shí)間為0.5h~24h，在鎳電極表面制備化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層；
[0010](4)、按鈦酸四丁酯濃度為2g/L~30g/L、添加劑濃度為0.5~10g/L溶于酒精中，配制得到電解液；
[0011](5)、將經(jīng)步驟(3)處理的鎳電極置于裝有步驟(4)配制電解液的不銹鋼槽體中，以鎳電極為陰極、不銹鋼槽體為陽(yáng)極，采用脈沖微弧氧化電源供電，采用液相等離子體氧化方法在鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層。
[0012]其中，步驟(2)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。
[0013]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0014]液相等離子體沉積技術(shù)是將閥金屬置于電解液中，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下溶液中氣體電離、金屬表面氧化產(chǎn)生等離子體，使基體表面產(chǎn)生微區(qū)火花放電斑點(diǎn)。在熱化學(xué)、等離子體化學(xué)、電化學(xué)、擴(kuò)散反應(yīng)和高溫相變等一系列復(fù)雜反應(yīng)的共同作用下生成具有高硬度、高結(jié)合強(qiáng)度、耐磨和耐腐蝕等特點(diǎn)的氧化陶瓷膜層。液相等離子體沉積過程中，將Al，Mg，Ti等閥金屬樣品放入電解液中，通電后在金屬表面會(huì)立即生成很薄的一層阻擋層，而形成完整的絕緣膜是進(jìn)行液相等離子體沉積處理的必要條件。而金屬鎳在液相等離子體沉積過程中往往很難生成完整的阻擋層。本發(fā)明鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法利用堿液處理在鎳電極表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層，并將堿液處理后的鎳電極置于以酒精和鈦酸四丁酯為基礎(chǔ)的電解液中，利用鈦酸四丁酯在酒精溶液中形成的膠團(tuán)的吸附性能，在鎳電極表面形成完整的阻擋層，并在該電解液中進(jìn)行液相等離子體沉積處理，最終在鎳電極表面形成陶瓷膜層即氧化鈦涂層。[0015]本發(fā)明制備的氧化鈦涂層表面粗糙多孔，該結(jié)構(gòu)有利于活性物質(zhì)的附著，能有效的增加活性物質(zhì)和鎳電極的結(jié)合強(qiáng)度，并且氧化鈦涂層與基體即鎳電極間沒有明顯的裂紋和缺陷存在，氧化鈦涂層與基體即鎳電極結(jié)合良好，從而提高鎳電極在電池電解液中的耐腐蝕性能。氧化鈦涂層表面粗糙多孔，該表面的這種結(jié)構(gòu)有利于活性物質(zhì)的附著，能有效的增加活性物質(zhì)和鎳電極的結(jié)合強(qiáng)度防止表面活性物質(zhì)的脫落，從而延長(zhǎng)鎳氫電池的使用壽命。此外，利用微弧氧化涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合氧化鈦帶隙較窄，有利于提高鎳氫電池表面活性物質(zhì)活性。本發(fā)明中設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、經(jīng)濟(jì)高效、生產(chǎn)過程中無需氣氛保護(hù)或真空條件，且制備過程中無環(huán)境污染性廢液及廢氣的排放，是一種綠色環(huán)保型制備方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是實(shí)施例1制備氧化鈦涂層的X射線衍射圖；
[0017]圖2是實(shí)施例1制備氧化鈦涂層的表面掃描電鏡圖；
[0018]圖3為實(shí)施例1制備氧化鈦涂層的截面掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0020]實(shí)施例1
[0021 ] 在本實(shí)施例中，本發(fā)明鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法包括以下步驟:(I)、先將鎳氫電池鎳電極(鎳電極質(zhì)量含量大于99%的純鎳)的表面用2000號(hào)砂紙打磨去掉表面的氧化層，然后放入丙酮中超聲清洗5分鐘；(2)、按氫氧化鈉為30g/L溶于蒸餾水中配制氫氧化鈉的溶液；(3)、將經(jīng)步驟(1)處理后的鎳電極置于步驟(2)配制的氫氧化鈉溶液中，利用水浴加熱到60°C，加熱時(shí)間為8h，在鎳電極表面制備化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層；(4)、按鈦酸四丁酯濃度為15g/L和硝酸鈰濃度為lg/L溶于無水乙醇中，得到電解液；(5)、將經(jīng)步驟(3)處理的鎳電極置于裝有經(jīng)步驟(4)配制的電解液的不銹鋼槽體中，以鎳電極做陰極、不銹鋼槽體為陽(yáng)極，采用脈沖微弧氧化電源供電，在脈沖電壓為500V、頻率為500Hz、占空比為25%、電解液溫度為30°C的條件下微弧氧化60分鐘，即在鎳電極上制備了氧化鈦涂層。[0022]圖1是實(shí)施例1制備氧化鈦涂層的X射線衍射圖。由圖1可知涂層主要由氧化鈦組成。
[0023]圖2是實(shí)施例1制備氧化鈦涂層的表面掃描電鏡圖。由圖2可知涂層表面粗糙多孔，該表面的這種結(jié)構(gòu)有利于活性物質(zhì)的附著，能有效的增加活性物質(zhì)和鎳電極的結(jié)合強(qiáng)度。
[0024]圖3為實(shí)施例1制備氧化鈦涂層的截面掃描電鏡圖。由圖3可知氧化鈦涂層(Coating)與基體(Substrate)即鎳電極間沒有明顯的裂紋和缺陷存在，從而使氧化鈦涂層與基體結(jié)合良好。圖3中的樹脂(Resin)覆蓋在氧化鈦涂層(Coating)外,這樣可以方便觀測(cè)氧化鈦涂層(Coating)的外表面。
[0025]在本實(shí)施例中，采用不同的條件進(jìn)行制備，具體如表1所示。
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、首先將鎳氫電池鎳電極的表面用砂紙打磨除去氧化層，然后放入丙酮中超聲清3min ~IOmin ； (2)、將10~80g/L氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于蒸餾水中配制成溶液； (3)、將步驟(1)中處理后的鎳電極置于步(2)中的溶液中，利用水浴加熱到30°C~100°C，處理時(shí)間為0.5h~24h，在鎳電極表面制備化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層； (4)、按鈦酸四丁酯濃度為2g/L~30g/L、添加劑濃度為0.5~10g/L溶于酒精中，配制得到電解液； (5)、將經(jīng)步驟(3)處理的鎳電極置于裝有步驟(4)配制電解液的不銹鋼槽體中，以鎳電極為陰極、不銹鋼槽體為陽(yáng)極，采用脈沖微弧氧化電源供電，采用液相等離子體氧化方法在鎳氫電池鎳電極表面制備氧化鈦涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈦涂層的方法，其特征在于，步驟(2)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(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的液相等離子體氧化方法為在脈沖電壓為300V~600V、頻率為50Hz~3000Hz、占空比為10%~45%、電解液溫度為20°C~40°C下攪拌IOmin~`90min，即可鎳電極上制備氧化鈦膜層。
【文檔編號(hào)】C25D11/34GK103695985SQ201310690581
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】王超, 唐輝, 徐豹, 陳磊 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)