MH-Ni电池用镍纤维毡阳极材料探究.pdfVIP

MH—N i电池用镍纤维毡阳极材料研究 奚正平张建毋录建李建 (西北有色金属研究院 西安710016) 摘要：近几年来，随着微电子工业的迅速发展，移动电话，摄像机、便携式计算机等电子电器设 备的用量剧增．对其工作电源也提出了新的发展要求。特别是大容量电动汽车的发展，迫切需要高 容量，小体积的充电电池与之相适应。^Ⅱ王一Ni电池是近几年发展起来的绿色蓄电池。而其中阳极 活性物质骨架材料的特性对电池容量充放电性能及循环使用寿命起着重要作用。∞年代以来，发泡 镍电极、粘结式镍电极以及纤维镍电极相继诞生，其中发泡镍已广泛应用于小型民用电池的规模生 产上，但由于存在着比表面积小，电容量不高，强度低，循环使用寿命短，充放电次数少等问题， 影响MH—Ni电池的发展。美、日、德等国相继研究发展了镲纤维毡阳极而取代发泡镍．提高了电 池容量，阳极强度和充放电次数，不但用于民用小电池，而且还可咀满足航空航天、军用及电动汽 车对高性能电池的要求。适用于太电流工作环境，是当前国际上电动汽车电池开发研究的主要对象 之一。目前一些发达国家镍纤维毡已实现了规模生产。国内也有制各方法的报道．这些方法有(1)合 成纤维电镀法m，将合成纤维(如聚丙烯纤维)毡经化学处理后化学镀镍，也有的浸溃导电胶液，然后 电镀，得到以聚丙烯纤维为芯材的纤维镍毡。(2)高压氢还原液沉积法m。采用此法氢还原液相沉积 ～ 技术制各复合镍纤维，其中纤维长度3nm左右，并配以镍粉、粘结剂和造孔剂调成镍浆，进一步烧 结成多孔含镰纤维基板。【3)在镍粉中加入粘接剂配成浆料．通过喷头挤出成纤维状，然后干燥并在 还原气氛中烧结，得到纤维状镍毡。各种工艺方法解决的关键技术都是围绕改善镍纤维毡的机械强 度，柔韧性和孔隙率。 本文报道了一种镰纤维毡的制造方法。其工艺特点采用集束法拉拔纤维，通过气流成网，烧结 成纤维毡。在工艺过程中，纤维丝的制备是一个关键步骤。镍纤维丝采用了集束拉拔的工艺技术， 与熔融纺丝，机械切削。单丝拉拔等方法比较，具有丝经均匀，易连续化生产、成本低等特点。已 ， 解决了集柬拉拔过程中多项技术难题，现已可以生产6-25pm；V同tt经的镍纤维丝，以满足不同性 能镍纤维毡要求。镍纤维毡的物理性能对电池性能影响很大，是关系到能否成功应用的技术关键， 这些性能指标包括纤维丝径、镍纤维毡的厚度、孔径、孔隙率等。而纤维丝径和镍毡面积密度的大 小又是影响孔径、孔隙率、比表面积等性能的重要因素。为了解决镍纤维毡用作阳极基本材料活性 物质填充量和有效利用率，研究了镍纤维丝经，镍毡面积密度与孔径尺寸，孔隙率、比表面积之间 的变化规律。结果表明．纤维丝经是影响镍毡孔径尺寸的主要因素，随着纤维丝经的变粗，镍毡孔 径尺寸明显变大，当采用lOlun镍纤维铺制镍毡，其孔径尺寸为120／．un，而当采用40um镍纤维时， 其孔径尺寸为7001un，随着面密度对孔径尺寸的影响程度远远没有丝径变化影响大。纤维丝径和面 积密度的变化对镍毡孔隙率影响不大，在纤维丝径和面积密度较大的取值范围条件下，镶毡的孔隙 率都能保证在95％左右。随着镍纤维丝径和面积密度增大，比表面积均呈下降趋势。但可以稳定在 (0．7-2．O)×103cm2／cm范围。综上所述，丝径变化是影响镍毡物理性能的主要因素．选择合适的纤 维丝径，控制一定的面积密度，可以使镍毡达到各种不同物理性能要求。 为了使镍纤维毡具有良好的抗拉强度，反复弯曲性能，满足电池极板的要求，进行了镍毡烧结 工艺研究，经过烧结的镍纤维毡中的纤维之间互相措结，每根纤维同时与若干根纤维焊接在一起， 搭结点呈微溶状态，整个纤维毡形成一个完整的导电网络，比电阻值低于25mo与活性物质结合牢 固，不易脱落、掉渣、无刺头。烧结试验是在真空、氢气、氩气等不同气氛下进行的。试验温度选 择在1000--1300C·检测分析结果表明，烧结工艺条件对镍毡物理性能影响不大，但对机械性能影 110 ～