CN103695985A - 一种镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法，利用碱液处理在镍电极表面形成化学转化膜层，并将碱液处理后的镍电极置于以酒精和钛酸四丁酯为基础的电解液中，利用钛酸四丁酯在酒精溶液中形成的胶团的吸附性能，在镍电极表面形成完整的阻挡层，并在该电解液中进行液相等离子体沉积处理，最终在镍电极表面形成陶瓷膜层即氧化钛涂层。氧化钛涂层表面粗糙多孔，能有效的增加活性物质和镍电极的结合强度，并且转化膜层转化膜层与基体结合良好，从而提高镍电极在电池电解液中的耐腐蚀性能，涂层表面粗糙多孔，该表面的这种结构有利于活性物质的附着，能有效的增加活性物质和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。

Description

一种镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法

技术领域

本发明属于镍氢电池技术领域，更为具体地讲，涉及一种镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法。

背景技术

镍氢电池由于具有高能量密度，大功率，无环境污染等良好的综特性，成为混合电动车等高功率应用领域的最佳候选电池。但同时，镍氢电池也存在着寿命短，价格偏高的不足，因而延长镍氢电池的使用寿命对降低其成本和扩大其应用领域具有重要的意义。

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。

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，导致镍电极的腐蚀变形。这一过程通常会造成镍电极表面活性物质的脱落，最终使镍氢电池因镍电极的腐蚀而过早失效。因而增强镍氢电池镍电极的抗腐蚀能力，提高其表面活性物质和电极的结合强度，对于延长镍氢电池的循环使用寿命和降低镍氢电池的经济成本具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法，以提高镍电极在电池电解液中的耐腐蚀性能，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，本发明镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、首先将镍氢电池镍电极的表面用砂纸打磨除去氧化层，然后放入丙酮中超声清洗3min～10min；

（2）、将10～80g/L氢氧化钠或氢氧化钾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）中的溶液中，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）、按钛酸四丁酯浓度为2g/L～30g/L、添加剂浓度为0.5～10g/L溶于酒精中，配制得到电解液；

（5）、将经步骤（3）处理的镍电极置于装有步骤（4）配制电解液的不锈钢槽体中，以镍电极为阴极、不锈钢槽体为阳极，采用脉冲微弧氧化电源供电，采用液相等离子体氧化方法在镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层。

其中，步骤（2）所述添加剂为硝酸铈、硝酸钇、硝酸铒中的一种或其中几种的组合。

本发明的目的是这样实现的：

液相等离子体沉积技术是将阀金属置于电解液中，在强电场作用下溶液中气体电离、金属表面氧化产生等离子体，使基体表面产生微区火花放电斑点。在热化学、等离子体化学、电化学、扩散反应和高温相变等一系列复杂反应的共同作用下生成具有高硬度、高结合强度、耐磨和耐腐蚀等特点的氧化陶瓷膜层。液相等离子体沉积过程中，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液相等离子体沉积处理的必要条件。而金属镍在液相等离子体沉积过程中往往很难生成完整的阻挡层。本发明镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法利用碱液处理在镍电极表面形成化学转化膜层，并将碱液处理后的镍电极置于以酒精和钛酸四丁酯为基础的电解液中，利用钛酸四丁酯在酒精溶液中形成的胶团的吸附性能，在镍电极表面形成完整的阻挡层，并在该电解液中进行液相等离子体沉积处理，最终在镍电极表面形成陶瓷膜层即氧化钛涂层。

本发明制备的氧化钛涂层表面粗糙多孔，该结构有利于活性物质的附着，能有效的增加活性物质和镍电极的结合强度，并且氧化钛涂层与基体即镍电极间没有明显的裂纹和缺陷存在，氧化钛涂层与基体即镍电极结合良好，从而提高镍电极在电池电解液中的耐腐蚀性能。氧化钛涂层表面粗糙多孔，该表面的这种结构有利于活性物质的附着，能有效的增加活性物质和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。此外，利用微弧氧化涂层与基体结合强度高的优点，结合氧化钛带隙较窄，有利于提高镍氢电池表面活性物质活性。本发明中设备简单、操作方便、经济高效、生产过程中无需气氛保护或真空条件，且制备过程中无环境污染性废液及废气的排放，是一种绿色环保型制备方法。

附图说明

图1是实施例1制备氧化钛涂层的X射线衍射图；

图2是实施例1制备氧化钛涂层的表面扫描电镜图；

图3为实施例1制备氧化钛涂层的截面扫描电镜图。

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，本发明镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法包括以下步骤：（1）、先将镍氢电池镍电极（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，然后放入丙酮中超声清洗5分钟；（2）、按氢氧化钠为30g/L溶于蒸馏水中配制氢氧化钠的溶液；（3）、将经步骤（1）处理后的镍电极置于步骤（2）配制的氢氧化钠溶液中，利用水浴加热到60℃，加热时间为8h，在镍电极表面制备化学转化膜层；（4）、按钛酸四丁酯浓度为15g/L和硝酸铈浓度为1g/L溶于无水乙醇中，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，以镍电极做阴极、不锈钢槽体为阳极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在脉冲电压为500V、频率为500Hz、占空比为25%、电解液温度为30℃的条件下微弧氧化60分钟，即在镍电极上制备了氧化钛涂层。

图1是实施例1制备氧化钛涂层的X射线衍射图。由图1可知涂层主要由氧化钛组成。

图2是实施例1制备氧化钛涂层的表面扫描电镜图。由图2可知涂层表面粗糙多孔，该表面的这种结构有利于活性物质的附着，能有效的增加活性物质和镍电极的结合强度。

图3为实施例1制备氧化钛涂层的截面扫描电镜图。由图3可知氧化钛涂层（Coating）与基体（Substrate）即镍电极间没有明显的裂纹和缺陷存在，从而使氧化钛涂层与基体结合良好。图3中的树脂（Resin）覆盖在氧化钛涂层（Coating）外，这样可以方便观测氧化钛涂层（Coating）的外表面。

在本实施例中，采用不同的条件进行制备，具体如表1所示。

表1

经测试，上述条件下，均能获得如实施例1的氧化钛涂层。

在本实施例中，液相等离子体氧化方法为在脉冲电压为300V～600V、频率为50Hz～3000Hz、占空比为10%～45%、电解液温度为20℃～40℃下搅拌10min～90min，即可镍电极上制备氧化钛膜层。

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 (3)

1.一种镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、首先将镍氢电池镍电极的表面用砂纸打磨除去氧化层，然后放入丙酮中超声清3min～10min；

（2）、将10～80g/L氢氧化钠或氢氧化钾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（2）中的溶液中，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）、按钛酸四丁酯浓度为2g/L～30g/L、添加剂浓度为0.5～10g/L溶于酒精中，配制得到电解液；

（5）、将经步骤（3）处理的镍电极置于装有步骤（4）配制电解液的不锈钢槽体中，以镍电极为阴极、不锈钢槽体为阳极，采用脉冲微弧氧化电源供电，采用液相等离子体氧化方法在镍氢电池镍电极表面制备氧化钛涂层。

2.根据权利要求1所述的制备氧化钛涂层的方法，其特征在于，步骤（2）所述添加剂为硝酸铈、硝酸钇、硝酸铒中的一种或其中几种的组合。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的液相等离子体氧化方法为在脉冲电压为300V～600V、频率为50Hz～3000Hz、占空比为10%～45%、电解液温度为20℃～40℃下搅拌10min～90min，即可镍电极上制备氧化钛膜层。

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