接冷压法制备多孔电极极板材料研究

图 ! 多孔锌电极极板试样 扫描形貌 %$$ 8
图 " 多孔铅电极极板试样 扫描形貌 #$$ 8
图 # 多孔 1% 试样 扫描形貌 #$$ 8
表! 名 粒度 （目） 金 属 粉 比例 9 2 重量 9 ; 理论密度 9 ; ・ 7*4 名 填充材料 称 粒度 9 ** 比例 9 2 重量 9 ; 理论密度 9 ; ・ 7*4 混 合 物 冷压力 9 6/# 重量 9 ; 体积 9 7*4 多孔极板试样 密度 9 ; ・ 7* 外观强度
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多孔电极极板试样结构参数测量结果 -. ()’ + ,’’ :’ : ! <’ = ! (4 "#$% ’ ! () + ’ ! ,’ 5’ ( ! 5: , ! 4= 4)’ 5 ! (( ’ ! >, 5 ! 5= 好 ’ ! ’5< + ’ ! ’<5 ’ ! ’:( 4= ! 4 /0 4’’ + 5’’ )’ < ! <’ (( ! ,5 "#$% & ’ ! () )’ ( ! <) , ! 4= 5’’ = ! (< ( ! ,< ) ! :( 最好 ’ ! ’(4 + ’ ! ’)= ’ ! ’4( )’ ! ( 1% (’’ + ,’’ )’ , ! (, , ! =’ "#$% & ’ ! () )’ ( ! <: , ! 4= 4’’ , ! (’ ( ! 5> ( ! 5( 好 ’ ! ’4’ + ’ ! (’4 ’ ! ’)= 5= ! <
寿命轻量电池电极材料提供了可能性 + 化学电源的发展趋势一直是朝高比能、 高比功率、 长寿命方向发展 + 在电极制作工艺方面， 已成功地采
［!］ 用涂膏压制法、 电镀法、 金属沉积法、 化学法、 粉末压制法和粉末烧结法制作电极 电极形状 + 在结构方面，
由管式、 涂膏式发展到板栅式、 迭层式最终到了烧结式多孔电极的出现 + !" 世纪 ’" 年代以来， 随着能源危 机的加剧以及科学技术的发展， 对现代电池的技术要求也越来越高， 各工业国都在研究高性能化学电池， 其中日本在这方面的研究尤为突出 + 国内从 !" 世纪 %" 年代开始研究， 取得了一定成效， 目前已研制出烧 结式 56 # 78、 活性物质利用率低、 电极强度不够、 工艺复 19 # 78、 :; # 78 等电极 + 但仍存在孔隙率不高、 杂、 金属材料消耗大等缺点 + 所以进一步研究改进电极及其结构、 制作工艺以低成本获得高比能、 高性能、 长寿命新型电池是该领域的发展方向 + 目前， 高比能电极的制作方法主要有高聚合物粘结法、 粉末烧结法和电沉积三种 + 第一种尽管工艺简 单、 有较好的纤维强度结构， 但活性表面积不高、 活性物质利用率低； 第二种克服了前者的缺陷， 但又存在
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 法的弱点， 既可以解决冷压后烧结在高压下破坏了材料多孔性以及机械强度和高孔隙率不能同时保证的 矛盾， 又可以解决渗流铸造法制作预制块麻烦且制备小孔径薄型电极极板困难的问题， 直接从粉末一次成 型， 实现短流程低成本制备 ! ! ! " 实验结果 根据力学要求， 填充材料必须不妨碍金属粉的压力熔接， 必须易于除去， 也易于粉碎为细粉， 并且不影 响金属 ! 选用了各种填料， 如碳酸铵、 无水碳酸钠、 氯化钠、 硝酸钠、 硫酸钠等进行了实验， 结果发现用氯化钠 （食盐） 作填料得到的试样外观强度最高， 填料容易浸沥去除 ! 采用 "#$% （粒度为 & ’ ! () **、 与金属粉 （ -. 粉、 以及 (’2 3$% 和少量乙 ’ ! () + ’ ! , ** ） /0 粉、 1% 粉） 醇均匀混合后， 在 4’’ + 5’’ 6/#的压力下压制成直径为 , 7*、 厚度为 ’ ! 4 + ’ ! ) 7* 左右的试样， 然后放入 水中浸沥， 最好是放入热水中或超声波清洗机中浸沥， 以加速填充物的溶解 ! 多孔电极极板试样的孔隙率 和密度以及外观强度测量结果见表 (， 扫描电镜下的形貌见图 (， 图 ,， 图 4!
收稿日期： 云南省应用基础研究基金资助项目 （项目编号： !""! # "$ # !%；基金项目： &’("))*） +
万方数据 第一作者简介： 刘荣佩 （)&,- + )! . ） ， 女， 工学硕士， 副教授； 主要研究方向： 材料加工 +
第:期
刘荣佩， 吴新光， 等： 直接冷压法制备多孔电极极板材料研究
称
孔径范围 9 ** 平均孔径 9 **Baidu Nhomakorabea孔隙率 9 2
注： 表 ( 中多孔极板试样的体积由排液法测得； 孔径由定量金相法测得 !
从测量结果看出， 多孔极板试样的孔径完全都在填充粒子的粒度范围内， 且偏下限， 说明在大压力作 用下， 填充粒子有被压碎的可能， 这对制备小孔径的极板材料比较有利 !
万方数据
［$］ 工艺复杂、 强度和孔隙率不能同时保证的不足 但成本很高， 不 + 第三种制得的多孔电极虽然孔隙率较高， ［-， /］ 便于推广应用 + 我们曾采用渗流铸造法制备出多孔泡沫金属电极极板 ， 这种多孔极板具有耐冲击、 韧
性好、 抗压强度高、 重量轻等特点， 但要获得孔径更小、 比表面更大且厚度较薄的多孔电极极板非常困难 （因带来预制块制作困难， 在渗流铸造过程中往往充型失败） 以获 + 所以应该寻求其它更适合的工艺方法， 得性能更好的新型电极极板材料 +
［!］黎青等 " 多孔材料的应用与发展 ［ %］ ，(） ： " 材料导报， !&&’（ !) * !$ " ［#］张文保等 " 化学电源导论 ［ +］ 上海交通大学出版社， " 上海： !&&# " ［$］魏京奇等 " 烧结式电极孔率和强度与烧结工艺关系的研究 ［ %］ （$） ： " 电源技术， !&&’， !& $$ * $’ " ［,］刘荣佩等 " 渗流铸造法制备多孔泡沫金属电极 ［ %］ （!） ： " 云南冶金， #)))， #& $- * $& " ［’］刘荣佩等 " 渗流铸造多孔泡沫铅电极的性能测试分析 ［ %］ （$） ： " 机械工程材料， #))#， #( $# * $, "
第 !’ 卷 第 , 期 !""! 年 )! 月
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" 实验过程及结果
" + " 实验原理 采用在金属粉中加入可溶性填充物的混合—冷压—去除填充物来获取多孔电极极板材料的新方法 + 加入的填充物粉末不会影响金属粉末间的粘结， 但在成型后可以除去， 混合均匀的混合物可以用高压压到 很高的强度， 只要压好后， 除去填充物， 就能得到可以控制的孔隙 + 这种方法能克服冷压烧结法和渗流铸造
! 引言
化学电源的发展与能源危机的加剧及现代化科技的发展具有紧密的关系， 新型电极材料的开发利用 及其加工成型技术的革新是获得高性能电池的关键 + 采用多孔电极结构可大大提高电极的孔隙率和比表
［)］ 面积 ， 从而可填充更多的活性物质， 增加电池的容量， 使电极的真实电流密度大大降低， 为研究高比能长
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昆 明 理 工 大 学 学 报
第 #- 卷
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! 结论
（!）在金属粉中加入可溶性填充物的混粉—冷压—再去除填充物制备多孔电极极板材料的方法是可 以实现的 " 这种方法成功地解决了机械强度和孔隙率不能同时保证的矛盾， 并且直接从粉末一次成型， 简 化了制备工艺 （省去了烧结工序） ， 达到短流程低成本制备多孔电极极板材料的要求 " （#）多孔极板的孔隙率可完全由金属材料和填充材料的比例来决定， 孔径也可控制在填充粒子的粒 度范围内 " 这种方法特别适于孔径小、 厚度较薄的电极极板的制备， 为获得比能高、 性能好的多孔电极极板 材料提供了可能性 " （$）金属粉越细， 则越易加压成型， 机械强度也越好 " 孔隙率越大的极板需用越大的压力成型 " 参考文献：
直接冷压法制备多孔电极极板材料研究
刘荣佩， 吴新光， 田鹏
（昆明理工大学 材料与冶金工程学院， 昆明 ,/""&$ ）
摘要：提出在金属粉中加入可溶性填充物的混合—冷压—去除填充物来获取多孔电极极板材料 的新方法 + 初步研究表明， 这种方法能克服冷压烧结法在高压下破坏了材料多孔性以及机械强度 和高孔隙率不能同时保证的矛盾， 又可以解决渗流铸造法制作预制块麻烦且制备小孔径薄型电 极极板困难的问题， 通过控制金属材料与填充材料的比例可以获得高孔隙率和高强度的薄型多 孔电极极板， 从而实现了直接从粉末一次成型、 短流程低成本的制备工艺 + 关键词：金属粉； 填充物； 冷压； 多孔电极 中图分类号： 01)!/ 2 , 文献标识码： 3 文章编号： （!""!） )""’ # %//4 ", # "!! # "$