引言
近年来，随着微电子产业的飞速发展，手机、相机、便携式电脑等电子电气设备，特别是大容量电动汽车的发展，迫切需要大容量、小体积的充电电池来满足适应它。 MH-Ni电池是近十年发展起来的一种新型碱性蓄电池。 与镍镉电池相比，具有容量大、无污染等优点。 它被称为绿色蓄电池。
由于MH-Ni电池中负极活性物质骨架材料的性能对电池容量、充放电性能和循环寿命起着至关重要的作用，因此自1980年代以来，泡沫镍电极、键合镍电极和纤维镍电极已被广泛应用。出生。 其中，泡沫镍作为电极板基材已广泛应用于小型民用电池的规模化生产。 尽管如此，泡沫镍制成的MI-Ni电池比表面积小、容量低、强度低、充放电次数少（小于500次）、循环寿命短等问题影响了MH-Ni电池的发展，同时面临锂离子二次电池的挑战。 为提高镍氢电池的使用寿命，研发人员将镍纤维毡负极替代泡沫镍作为正极活性材料基体材料，可使MH-Ni电池充放电次数达到数千次。 同时，它可以承受大电流冲击。 具有电压稳定性好、电容量大、活性材料填充广泛、利用率高、内阻低、极板强度高等特点。 它是目前全球电动汽车电池发展的主要目标之一。 因此镍纤维毡代替镍泡沫成为了MH-Ni电池的一个方向。
目前，一些发达国家已经实现了镍纤维毡的生产规模； 中国还报道了制备镍纤维尺寸基材的方法，主要是化学、冶金和机械方法。
本文报道了一种用于MH-Ni电池的新型镍纤维负极材料。 该工艺的特点是使用束法将纤维拉伸、气流成网并烧结成纤维垫。 孔径均匀、孔隙率高、比表面积大、抗拉强度高、柔韧性好。 还介绍了镍毡的孔径、孔隙率和比表面积等物理特性。 镍纤维毡通过烧结试验获得了良好的力学性能。
准备过程
镍纤维毡的制备工艺
在整个过程中，拉丝是至关重要的一步。 采用集束法拉丝的制备技术，与熔纺、机械切割、单丝拉丝等技术相比，具有线径均匀、易于连续生产、性价比高等特点。 解决了捆扎过程中的几个技术问题。 可生产6μm～40μm不同线径的镍纤维和镍纤维性能，满足附加毛毡要求。
光纤切割是在特定的切割机上进行的，可以切割成不同的规格，例如长度小于33mm。 具有切割长度均匀、生产效率高的特点。
镍纤维采用气流法铺路法制成。 所用设备为进口毡铺机。 通过调整各种复杂的工艺参数，使镍纤维毡均匀，无纤维束、纤维结块等缺陷。 , 单位重量可根据需要控制。
气泡试验法测定镍维毡孔径
计算比表面积 S
结果与讨论
镍纤维毡的性能对MH-Ni电池的性能影响很大，决定了活性物质的用量和有效利用率，是该技术成功应用的关键。 这些性能包括纤维直径、镍毡厚度、孔径、孔隙率、单位重量、抗拉强度、伸长率等。
孔径大小
镍纤维毡的孔径大小对活性物质的填充性能影响很大。 如果孔径过小，则活性物质不易填充，导致活性物质仅集中在电极表面而无法填充到内部的现象。 孔径过大，活性物质堆积现象严重，电极内阻增大，活性物质利用率降低，对电极性能产生不利影响。 由于各个生产厂的活性物质填充工艺方法不同，对孔径的要求也不同。 用镍纤维毡制成的电极可以通过制备不同直径的纤维来有效控制孔径。 一般来说，在相同单位重量（单位面积质量）的情况下，纤维直径越粗，孔径越大。 据此，可根据孔径大小选择纤维的直径，制成符合要求的毡。 使用φ10μm镍纤维时，孔径为φ120μm，使用φ40μm镍纤维时，孔径达到近φ700μm（如图2所示）。
图 2 纤维直径对镍纤维毡孔径的影响
单重对镍毡的孔径也有一定的影响。 在相同的线径和粗细下，随着单根重量的增加，纤维孔径变小（如图3所示）。
镍毡的孔隙率是影响电池性能的重要指标，孔隙率高的电极可以承载更多。
活性材料增加了电池的体积比能量。 镍纤维毡的孔隙率可达95%~98%。 纤维直径对镍毡的孔隙率影响不大。 使用φ10 μm~φ40 μm纤维直径，孔隙率可以达到94.9%~96.8%的水平。
单位重量对镍毡孔隙率的影响如下：随着单位重量的增加，只有镍毡的自然厚度增加，而孔隙率的变化并不显着。 实验数据为，当单位重量从300gm-2增加到600gm-2时，孔隙率计从95.8%下降到94.8%。
镍纤维毡的厚度对孔隙率有一定影响，单线在同等条件下，厚度越小孔隙率越小，单线为400克-2~480 克-2 镍纤维毡，在1.5mm的厚度控制下，可以保持较高的孔隙率
特定表面积
镍纤维毡具有显着的性能特点，表面积大，实际测试数据可达到5×104cm2 cm-3~2.0×105 cm2cm-3，主要由镍纤维按毛毡制备工艺的特点进行维数，拉制的纤维本身具有较大的表面积，将纤维铺展成网状，形成相互均匀连接的网状结构。 纤维直径和单重对比表面积有一定的影响。 随着纤维直径变粗和单重增加，比表面积呈下降趋势（如图4和图5所示）。
纤维直径对镍纤维毡比表面积的影响
图 5 单位重量对纤维毡比表面积的影响
目前镍电池发展面临的大问题是难以满足大容量、大电流电池的需求。 卷绕过程中泡沫镍电极断裂的问题严重制约了向产业化方向发展。 高温烧结镍纤维毡具有较高的抗拉强度（见表1）和柔韧性。 在孔径、孔隙率等性能符合要求的前提下，在缠绕过程中不会断裂或变形。
烧结纤维毡中的纤维相互粘合，每根纤维与几根纤维焊接在一起。 粘合点处于微熔状态，整个纤维毡形成完整的导电网络（微观结构如图6所示），具有优良的电性能，比电阻值小于25mΩ。 与活性物质结合牢固，不易脱落掉渣。 烧结试验在氢气、氩气等条件下进行，温度选择在1000℃~1300℃范围内，试验的抗拉强度达到5MPa~8MPa。
图6 Ni纤维毡的SEM照片
与镍泡沫的性能比较
镍纤维毡在孔径、孔隙率、单位重量和厚度等性能指标上与泡沫镍相似。
但在比表面积、抗拉强度、伸长率等方面优势明显（见表1）
表1 镍纤维毡与泡沫镍-性能比较
性能属性镍纤维毡 镍纤维毡泡沫镍 泡沫镍厚度 厚度/mm1.0 ~ 3.01.2 ~ 3.0孔隙度/%95 ~ 9895 ~ 98单重 单位重量/g m2300 ~ 1000350 ~ 1000孔径尺寸 孔径/μm100 ~ 700300 ~ 800比比表面积/cm2cm-3(0.5~2.0)×10550抗拉强度 抗拉强度/MPa5 ~ 80.1 ~ 1.5伸长率 伸长率/%≥8≥5~7
结论
1）镍纤维毡的厚度、孔径、单位重量、孔隙率等性能指标可与泡沫镍相媲美
2）镍纤维毡比泡沫镍具有比表面积大、抗拉强度高、柔韧性好等特点。
3) 适用于制造大容量、大电流的镍氢电池。