CN103633302A - 一种镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法，利用稀土转化的方法在金属镍表面生成预制涂层即化学转化膜层，并将稀土转化处理后的镍电极置于含铝酸钠的电解液中。铝酸钠水解形成的胶团会吸附在化学转化膜层的表面，形成完整的阻挡层。本发明镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法通过微弧氧化技术在镍氢电池的镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层，有效地缓解了镍电极在电解液中被腐蚀的问题。其次，涂层粗糙多孔的表面特征也增强了活性物质的附着能力，缓解了镍氢电池因镍电极活性物质的脱落导致电池容量的下降的问题。本发明工艺简单可靠，且不造成环境污染，具有广阔的应用前景。

Description

一种镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法
技术领域
本发明属于镍氢电池技术领域，更为具体地讲，涉及一种镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法。
背景技术
镍氢电池凭借其能量密度高、可快速充放电、循环寿命长以及无污染等优点在笔记本电脑、便携式摄像机、数码相机等领域得到了广泛应用。
镍氢电池在使用过程中性能会逐渐的衰减，而引起电池失效的原因众多，其中比较常见的是镍电极的腐蚀。
为了促进镍氢电池性能的提升，对镍氢电池防腐保护的研究从未间断。由于镍氢电池的内部是一个碱性环境，镍氢电池在充放电过程中，表面活性物质发生一系列化学物理变化，腐蚀液渗透到金属镍电极表面，引起镍电极的腐蚀而膨胀，导致表面活性物质粉末松散、脱落或接触不好，使得内阻升高，电池容量下降，最终使电池过早的失效。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中镍氢电池镍电极腐蚀膨胀和表面活性物质粉末松散和脱落问题，提供一种镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法，以增强镍电极在镍氢电池电解液中的抗腐蚀能力，增加表面活性物质与镍电极的结合强度，防止表面活性物质的脱落，从而延长镍氢电池的使用寿命。
为实现以上目的，本发明镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、将镍电极的表面用砂纸打磨除去氧化层，然后用蒸馏水冲洗；
（2）、将3g/L～30g/L氯化铈或硝酸铈溶于蒸馏水中配制成溶液；
（3）、将步骤（1）中处理后的镍电极置于步骤（2）配制的溶液中，利用水浴加热到30℃～100℃，处理时间为0.5h～24h，在镍电极表面制备化学转化膜层；
（4）、按铝酸钠浓度为3g/L～30g/L和添加剂浓度为0.5～10g/L称取铝酸钠和添加剂，溶于蒸馏水中配制成电解液；
（5）、将经步骤（3）处理的镍电极置于装有步骤（4）配制的电解液的不锈钢槽体中，以镍电极做阳极、不锈钢槽体为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在脉冲电压为250V～500V、频率为50Hz～2000Hz、占空比为10%～45%、电解液温度为20℃～40℃的条件下微弧氧化10min～60min，即可在镍电极表面制备出三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层。
其中步骤（2）中所述添加剂为磷酸二氢钠、多聚磷酸钠、高锰酸钾、硅酸钠中的一种或其中几种的组合。
本发明的目的是这样实现的：
本发明镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法，针对抑制镍氢电池镍电极腐蚀膨胀和表面活性物质粉末松散和脱落问题，利用微弧氧化技术在镍氢电池的镍电极表面制备氧化铝和氧化镍陶瓷涂层。该涂层一方面增强了镍电极的抗腐蚀能力，另一方面粗糙多孔的膜层特征也使活性物质更易附着，从而使电池容量得到保持和电池寿命延长。
微弧氧化技术是一种在阀金属及其合金表面原位生长陶瓷层的技术。微弧氧化过程中，将Al，Mg，Ti等阀金属样品放入电解液中，通电后在金属表面会立即生成很薄的一层阻挡层，而形成完整的绝缘膜是进行微弧氧化处理的必要条件。镍电极在微弧氧化过程中往往很难生成完整的阻挡层。利用稀土转化的方法在金属镍表面生成预制涂层即化学转化膜层，并将稀土转化处理后的镍电极置于含铝酸钠的电解液中。铝酸钠水解形成的胶团会吸附在化学转化膜层的表面，形成完整的阻挡层。
本发明镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法通过微弧氧化技术在镍氢电池的镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层，有效地缓解了镍电极在电解液中被腐蚀的问题。其次，涂层粗糙多孔的表面特征也增强了活性物质的附着能力，缓解了镍氢电池因镍电极活性物质的脱落导致电池容量的下降的问题。本发明工艺简单可靠，且不造成环境污染，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是实施例1制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的表面扫描电镜图；
图2是实施例1制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的截面扫描电镜图；
图3是实施例1制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的表面能谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例1
在本实施例中，本发明镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法包括以下步骤：（1）、先将镍电极（镍电极质量含量大于99%的纯镍）的表面用2000号砂纸打磨去掉表面的氧化层，然后用蒸馏水冲洗；（2）、按氯化铈为15g/L称取氯化铈，溶于蒸馏水中，配制成溶液；（3）、将步骤（1）种处理后的镍电极置于步骤（2）配制的溶液中，利用水浴加热到60℃，处理时间为8h，在镍电极表面制备出化学转化膜层；（4）、按铝酸钠浓度为15g/L和多聚磷酸钠浓度为1g/L称取铝酸钠和多聚磷酸钠，溶于蒸馏水中，得到电解液；（5）、将经步骤（3）处理的镍电极置于装有经步骤（4）配制的电解液的不锈钢槽体中，以金属镍做阳极、不锈钢槽体为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在脉冲电压为350V、频率为100Hz、占空比为20%、电解液温度为30℃的条件下微弧氧化30min，即在金属镍表面制备三氧化铝和氧化镍的陶瓷涂层。
图1是实施例1制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的表面扫描电镜图。由图1可知涂层表面呈现出多孔的表面形貌，这种结构有利于活性物质在表面的附着。
图2是实施例1制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的截面扫描电镜图。
由图2可知三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层（Coating）与基体（Substrate）即镍电极间没有明显的裂纹和缺陷存在，三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层与基体结合良好。图2中的树脂（Resin）覆盖在三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层（Coating）外，这样可以方便观测三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层（Coating）的外表面。
图3是实施例1制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的表面能谱图。
由图3可知其主要由镍Ni、铝Al、氧O、磷P等元素组成。
在本实施例中，采用不同的条件进行制备，具体如表1所示。
Figure BDA0000438398520000031
Figure BDA0000438398520000041
表1
经测试，上述条件下，均能获得如实施例1的三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层。
在本实施例中，微弧氧化为在脉冲电压为250V～500V、频率为50Hz～2000Hz、占空比为10%～45%、电解液温度为20℃～40℃的条件下微弧氧化10min～60min，即可在镍电极表面制备出三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层。经测试在上述条件下都可制备出三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种镍电极表面制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、将镍电极的表面用砂纸打磨除去氧化，然后用蒸馏水冲洗；
（2）、将3g/L～30g/L氯化铈或硝酸铈溶于蒸馏水中配制成溶液；
（3）、将步骤（1）中处理后的镍电极置于步骤（2）配制的溶液中，利用水浴加热到30℃～100℃，处理时间为0.5h～24h，在镍电极表面制备化学转化膜层；
（4）、按铝酸钠浓度为3g/L～30g/L和添加剂浓度为0.5～10g/L称取铝酸钠和添加剂，溶于蒸馏水中配制成电液；
（5）、将经步骤（3）处理的镍电极置于装有步骤（4）配制的电解液的不锈钢槽体中，以镍电极做阳极、不锈钢槽体为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在脉冲电压为250V～500V、频率为50Hz～2000Hz、占空比为10%～45%、电解液温度为20℃～40℃的条件下微弧氧化10min～60min，即可在镍电极表面制备出三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的制备三氧化铝和氧化镍陶瓷涂层的方法，其特征在于，步骤（2）中所述添加剂为磷酸二氢钠、多聚磷酸钠、高锰酸钾、硅酸钠中的一种或其中几种的组合。
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