CN1179479A - 用于氢镍电池的合金粉末电镀方法及其装置 - Google Patents

用于氢镍电池的合金粉末电镀方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及作为氢镍电池阴极用的稀土贮氢合金粉末材料的电镀镀层包覆处理的工艺方法及其专用电镀装置。采用特制的电镀电解液和专用的电镀装置制得具有铜或镍包覆层的贮氢合金粉末材料,当作为氢镍电池阴极使用时,具有良好的电催化活性及循环寿命。该经电镀包覆处理的贮氢合金材料具有抗氧化,耐碱腐蚀的性能,而且不易碎裂和粉化。专用电镀装置包括有一阴极圆盘体和一阳极圆盘体,两极圆盘体间可作相对旋转运动。

Description

用于氢镍电池的合金粉末电镀方法及其装置
本发明涉及用于氢镍电池的合金粉末材料的电镀方法及其专用装置，属于金属电镀技术领域。
以贮氢合金粉末为负极的氢镍电池是应用开发前景广阔、国内外竞相研制开发的一项高新技术项目。与镉镍电池相比，氢镍电池具有能量密度高，容量大(为同型镉镍电池的1.5～2倍)，且无记忆效应，可快速充放电，能耐过重充放电和大电流充放等优点。此外，其工作电压可与镉镍电池一致，故在较大范围内可代替镉镍电池。氢镍电池的另一大优点是无公害，它的负极是由贮氢合金材料制成，避免了其他类型电池中因含有铅、镉和汞等元素对环境的污染，所以氢镍电池又有“绿色电池”的美称而倍受青睐。贮氢合金材料是氢镍电池的关键材料，而稀土系列的贮氢合金材料活化容易，且价格适中，故国内外大都采用稀土系列的贮氢合金材料。
制作氢镍电池负极的贮氢合金的性能不但决定于合金的成份，组织结构，而且与贮氢合金的表面状态密切相关。由于制作氢镍电池负极的贮氢合金是200目左右的贮氢合金粉末，其比表面积大，且稀土合金元素极易氧化；另外，制成的负极在充放电时，也即贮氢合金粉末在吸放氢过程中，体积膨胀和收缩变化较大，容易碎裂和粉化，因而通常采用在贮氢合金粉末的表面包复一层铜、镍或其他材料，起到抗氧化，耐碱腐蚀和提高贮氢合金循环寿命的作用。大量试验工作证明，稀土贮氢合金粉末的表面包复处理是重要的和必需的技术环节。
以往国内外通常采用化学镀的传统方法对贮氢合金粉末进行表面包复铜或镍的处理。这种方法的优点是设备简单，但它的缺点是反应液体与固体间的体积比例太大(约250～300∶1)，镀1公斤粉末需配制20升的溶液，且溶液的保存维护较困难，成本高，工作量大，不易实现机械化或自动化控制。其次，化学镀方法其包复层厚度即包复量也较难精确控制(特别是使用旧溶液时)，有批差现象，一致性差，而且化学镀时液固相分离的工作量大，不能连续生产。另外化学镀法在反应时有较多的刺激性气体产生，且废液的排放量也大。
为了克服上述化学镀方法对贮氢合金粉末进行表面包复处理过程中所产生的许多缺点和带来的诸多麻烦问题，本发明采用了一种改进型的电镀方法，并配置了一台专用的特殊电镀装置，这样的处理方法可克服许多缺点，其优点具体表现在以下几个方面：
1.液固相比例小(可为1～1.5∶1)，镀1公斤贮氢合金粉末只需配制1～1.5升电解液。
2.包复层厚度或包复量较易控制，采用控制电压、电流密度、正负极相对运动速度和电镀时间来控制包复量。
3.大大减少了废气和废液的排放量。
4.液固相易分高，成本低。
5.有利于实现机械化及连续生产。
另外，本方法也可用于其他合金粉末的电镀。
本发明的目的是提供一种改进的贮氢合金粉末镀层包复处理的工艺方法及其专用电镀装置，克服和消除以往传统方法所产生的许多缺点和带来的诸多麻烦问题。本发明的另一目的是通过本发明所述的新的电镀方法，使其更适用于氢镍电池中用的贮氢合金粉末的表面包复，其包复层的质量能与化学镀的包复层一样，能满足制作氢镍电池的需要，但降低了成本，降低了劳动强度，实现了机械化和连续生产，能较精确地控制包复量，且一致性好。
现将本发明的方法详细叙述于下：
本发明的方法是一种将作为氢镍电池负极用的贮氢稀土合金粉末材料的电镀镀层包复处理方法。
在贮氢稀土合金粉末表面包复的金属镀层一般是铜、镍，也可以是其他镀层。
本发明方法所用的电镀设备是根据本发明电镀工艺要求而设计的专用电镀装置，它配置有一个不溶性阳极，可与作为阴极的贮氢合金粉末作相对运动。该装置的阳极和阴极可以设计成阴极旋转而阳极不转，或者阳极旋转而阴极不转。阳极为石墨或不锈钢等不溶性阳极，阴极也可为石墨，不锈钢等导电金属材料。在阳极上包有多层绦纶、尼龙等耐硷纤维织物，它能起到吸收和滞留电解液的作用。这里所谓的阴极实际上是贮氢合金粉末的承载体，故可称作承载阴极，在实际操作运行中，贮氢合金粉末也是作为阴极，起到阴极的作用，故该承载阴极与被电镀处理的贮氢合金粉末共同一起构成了复合阴极。如上所述的阴极即是承载阴极，它也可为石墨、不锈钢等导电金属材料。
该电镀装置是专为本发明合金粉末电镀包复处理而设计的专用电镀装置。
本发明的电镀装置不同于传统用的具有大容量电解槽且单独分开独立设置阴阳极的电镀设备。本发明的电镀装置其特征是所设置的阳极和阴极为圆盘体，且两极间直接平面接触，两极平面间微小间隙处可放置合金粉末，两极圆盘体可作相对运动，根据需要，可使阴极旋转或使阳极旋转，在某一电极旋转时，其相对另一电极则不作运动。本发明的电镀装置其电镀方式也是一种电刷镀方式。其操作方法与民间传统磨制豆浆的磨盘的操作方法相似。将浸渍在电解液中的合金粉末，喂入电极圆盘体上，两极圆盘体接通电源，并使其作相对旋转运动，合金粉末在阴极阳极间进行电镀，而合金粉末本身也作为阴极起到阴极作用。将含有液体的经电镀包复的合金粉末收集起来再进行下一步的脱液分离处理后即可获得具有金属包复层的合金粉末。
本发明的专用电镀装置主要包括有一阴极和一阳极及一存放物质的容器，其特征在于阴极和阳极都为圆盘体，两电极圆盘体可作相对旋转运动，两电极圆盘体两平面间可相互接触，且留有微小空隙放置被电镀物质，电镀装置还设有旋转主轴及传动机构、动力装置、喂料装置、受料装置、机体底座、壳体等结构部件及电源供电装置。
该电镀装置采用普通硅整流电源，配以电压调压器控制电压和电流。
本发明贮氢合金粉末的电镀方法中所用的电镀电解液如下所列：
一，电镀铜电解液(按重量百分比％)
           CuSO4.5H2O                       10～21
           H2NCH2NH2(胺类配位剂)           7～18
             CuCO3.Cu(OH)2.XH2O            0.4～1.3
             K3C6H2O7.H2O                 4～8.6
             H2O                              50～70
             PH                               9.5～10
             温度t(℃)                         20～25
二，电镀镍电解液(按重量百分比％)
             NiSO4.7H2O                      10～20
             CH3COONH4                        3～8
             (COONH4)2.H2O                0.02～0.08
             NH4OH(NH3含量25～28％)           3～10
             H2O                              55～57
             PH                               7.5～8.0
             温度t(℃)                         20～25
具体操作步骤如下：
首先将稀土贮氢合金粉末预处理去氧化膜，用2～6％H2SO4酸洗后，再用清水冲洗4～5次。将清洗干净的合金粉末浸渍在已配制好的电解液中。稍待片刻，将上述准备好的物质放入电镀装置中进行电镀。电镀电压为6～12伏，电流密度为10～40安培/平方分米，圆盘电极旋转速度(旋转线速度)为1～4米/分。电镀时间为0.2～0.5小时。
图1为本发明阴极可旋转的连续式电镀装置。
图2为本发明阳极可旋转的间歇式电镀装置。
现结合附图将本发明的具体实施例叙述于下：
一，电镀铜实施例
首先将稀土合金粉末预处理去氧化膜，用4％H2SO4酸洗后，再用清水冲洗4～5次。将清洗干净的稀土合金粉末浸渍在已配制好的电解液中。电镀铜电解液的配方如下：(重量百分比％)
            CuSO4.5H2O                          15
            H2NCH2CH2NH2(胺类配位剂)          24
            CuCO3.Cu(OH)2.XH2O                 0.8
            K3C6H2O7.H2O                     6
            H2O                                   60
            PH                                     9.5
            温度t(℃)                              25
将上述配制好的物质放入专用的电镀装置中进行电镀。电镀装置中的阴极相对于阳极可作相对旋转运动。阴极旋转速度(线速度)为2米/分，电流密度为15安培/平方分米，电镀电压为6伏，电镀时间为0.25小时。
镀复所得的贮氢合金粉末的包复量按百分比计为3.0％。
二，电镀镍实施例
首先将稀土合金粉末预处理去氧化膜，用4％H2SO4酸洗后，再用清水冲洗4～5次。将清洗干净的稀土合金粉末浸渍在配制好的电解液中。电镀镍电解液配方如下：(重量百分比％)
            NiSO4.7H2O                       15
            CH3COONH4                        5
            (COONH4)2.H2O                   0.05
            NH4OH(NH3含量度25～28％)         6
            H2O                               65
            PH                                  8.0
            温度t(℃)                           20
将上述配制好的物质放入专用的电镀装置中进行电镀。电镀装置中的阳极相对于阴极可作相对旋转运动。阳极旋转速度(线速度)为2米/分，电镀电压为6伏，电流密度为20安培/平方分米，电镀时间为0.25小时。
电镀所得的贮氢合金粉末的包复量以百分比计为3.0％。
本发明贮氢合金粉末的专用电镀装置可参见图1和图2。图1为阴极可旋转的连续式电镀装置，图2为阳极可旋转的间歇式电镀装置。
参见图1，该专用电镀装置主要包括有阴极圆盘体11和阳极圆盘体8，两电极圆盘体上下平行设置，两电极圆盘体之间两圆盘平面可相互接触。位于上部的阳极圆盘体8的中心位置开有垂直通道，上面连接有小料斗7和叠放在小料斗上的下料斗1，含有浸渍电解液的合金粉末可从下料斗1中加入，通过小料斗7及阳极圆盘体8的中心通道进入阴极圆盘体11的盘面上。阳极圆盘体8通过两侧设置的螺纹钢柱及调节螺母2可上下自由升降调节。为便于连续地定量喂料，在下料斗1外壁中部位置架设有一振动器3。料盘容器9设置于阴极圆盘体11的下面，容纳且包围着阴极圆盘体11，在料盘容器9底部设有一起收集物料作用的小刮板或小料板10，在其下面还设有收集物料的料斗13和受料容器14。本发明装置的下部结构中，设有一底板15，下面装有起固定支撑作用的支撑脚16，底板15上面设置有罩壳或机壳12。机壳12外侧的底板15上设有电源控制电箱25。机壳12内侧设置有传动机构，包括有电机24、减速器22、轴承支座23以及与阴极圆盘体11相连接的主轴17和主轴承18。电机24通过减速器22、装于轴承支座23内的传动轴、设置在底板15下面的小皮带轮21、皮带20、大皮带轮19，将动力传送到设置在底板15中央位置并且装有主轴承18内的主轴17上，主轴17连接阴极圆盘体11，使其相对阳极圆盘体8产生旋转运动。本发明装置的上部结构中，在壳体12上面的主体外侧，设有立柱6，其上端部设有弹簧5及压紧螺母4，使振动器3在发生振动时，起到协调一致的弹性振动作用，同时能压紧下部结构的机壳12。
在实际电镀操作时，将阴极圆盘体11和阳极圆盘体8分别接通电源，之后，将含有浸渍电解液的贮氢合金粉末盛放在下料斗1中，通过振动器3的振动作用，连续定量地进入小料斗7，并通过阳极圆盘体的中心通道喂送至阴极圆盘体11的盘面上，阴极圆盘体11通过动力传动机构产生相对旋转运动，犹如磨盘磨制豆浆的运转操作，将阴极圆盘体11上的、同时起阴极作用的合金粉末进行电镀镀层包复处理，经电镀包复处理的合金粉末溢出跌落于料盘容器9中，经小刮板或小料板10，通过料斗13，收集于受料容器14中。将湿的含液合金粉末再进一步作脱液分离处理后，即可获得经电镀包复的合金粉末。
参见图2，图中所示的为阳极圆盘体可旋转的间歇式电镀装置。阴极圆盘容器27内设置有带有搅拌管26的阳极圆盘28，在阳极圆盘28上开有多个垂直孔道，下与开有小圆孔的搅拌管26连接相通，上与固定于主轴31上的配液容器30底部的液流管29连接相通。装在主轴31上的阳极圆盘28及配液容器30连成整体，可环绕主轴31作旋转运动，当操作结束时，可向上将整体自阴极圆盘容器27中移出。搅拌管26外包有涤纶、尼龙等耐碱纤维织物，以吸收和滞留电解液。经酸洗去除氧化膜的合金粉末可预置在阴极圆盘容器27的底部。配置好的电解液从贮液器32输送至配液容器30中，再经流液管29流入设置于阳极圆盘28下面的开有小圆孔的搅拌管26中。阳极圆盘28通过动力传动机构(图中末画出)可作旋转运动。阴阳两极接上电源后，阳极圆盘28及其下面的搅拌管26同时起到阳极作用，而圆盘容器27及放置于其底部的合金粉末同时起到阴极作用。在搅拌管26的旋转运动下，使电解液与被处理的合金粉末接触，并且在电流作用下，将合金粉末进行电镀包复处理。

Claims (7)

1.一种用于氢镍电池的贮氢合金粉末的电镀方法，采用特制的电镀电解液和专用电镀装置，电镀铜的电解液的配方如下：(重量百分比％)
            CuSO4.5H2O                     10～21
            H2NCH2NH2(胺类配位剂)           7～18
            CuCO3.Cu(OH)2.XH2O           0.4～1.3
            K3C6H2O7.H2O                 4～8.6
            H2O                              50～70
            PH                               9.5～10
            温度t(℃)                          20～25
将稀土合金粉末预处理去氧化膜，用4％H2SO4酸洗后再用清水冲洗4～5次。将清洗干净的合金粉末浸渍在已配制好的电解液中，并将其放入专用的电镀装置中进行电镀，电镀装置中的阴极相对于阳极可作相对旋转运动，阴极旋转速度(线速度)为1～2米/分，电镀电压为6～12伏，电流密度为10～40安培/平方分米，电镀时间为0.2～0.5小时。
2.根据权利要求1所述的一种用于氢镍电池的贮氢合金粉末的电镀方法，其中所述电镀铜电解液的最佳配方如下：(重量百分比％)
             CuSO4.5H2O                        15
             H2NCH2CH2NH2(胺类配位剂)         24
             CuCO3.Cu(OH)2.XH2O               0.8
             K3C6H2O7.H2O                   6
             H2O                                 60
             PH                                   9.5
             温度t(℃)                            25
3.一种用于氢镍电池的贮氢合金粉末的电镀方法，采用特制的电镀电解液和专用电镀装置，电镀镍的电解液的配方如下：(重量百分比％)       NiSO4.7H2O                     10～20
                CH3COONH4                       3～8
                (COONH4)2.H2O               0.02～0.08
                NH4OH(NH3含量25～28％)          3～10
                H2O                             55～57
                PH                              7.5～8.0
                温度t(℃)                        20～25
将稀土合金粉末预处理去除氧化膜，用4％H2SO4酸洗后，再用清水冲洗4～5次，将清洗干净的合金粉末浸渍在已配制好的电解液中。并将其放入专用的电镀装置中进行电镀，电镀装置中的阳极相对于阴极可作相对旋转运动，阳极旋转速度(线速度)为1～2米/分，电镀电压为6～12伏，电流密度为10～40安培/平方分米，电镀时间为0.2～0.5小时。
4.根据权利要求3所述的一种用于氢镍电池的贮氢合金粉末的电镀方法，其中所述电镀镍电解液的最佳配方如下：(重量百分比％)
              NiSO4.7H2O                        15
              CH3COONH4                         5
              (COONH4)2.H2O                    0.05
              NH4OH(NH3含量度25～28％)           6
              H2O                                65
              PH                                  8.0
              温度t(℃)                           20
5.一种用于贮氢合金粉末的电镀方法中的专用电镀装置，主要包括有一阴极和一阳极及一存放物质的容器，其特征在于阴极和阳极都为圆盘体，两电极圆盘体可作相对旋转运动，两电极圆盘体两平面间可相互接触，且留有微小空隙放置被电镀物质，电镀装置还设有旋转主轴及传动机构、动力装置、喂料装置、受料装置、机体底座、壳体等结构部件及电源供电装置。
6.根据权利要求5所述的专用电镀装置，其特征在于阴极圆盘体和阳极圆盘体两者中之任一电极圆盘体可作相对旋转运动，而相对的另一电极圆盘体处于静止状态。
7.根据权利要求5所述的专用电镀装置，其特征在于阴极圆盘体作为合金粉末的承载体而为承载阴极，它与起阴极作用的合金粉末共同一起构成复合阴极。
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