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镍氢动力电池正极极板制备工艺理论研究与装备开发

马广君  
【摘要】:镍氢动力电池的研究开发一直是国际上一系列重大科技发展计划的热点之一,而电池极板制备技术及其装备的开发是制约镍氢动力电池发展的关键,针对这一关键问题,东北大学先进制造技术及自动化研究所与沈阳东鹏电池装备有限公司共同开发了镍氢动力电池正极板制备的自动化生产线,这对于提高我国整个电池行业的水平,提高其在国际市场上的竞争力是当务之急。 本文首先介绍了镍氢动力电池极板制备技术、选题背景及其国内外的发展历史和研究状况。阐述了镍氢动力电池极板制备技术及其装备的特点和应用前景。对镍氢动力电池极板制备关键技术及其装备进行了较为系统的研究,其主要研究内容与成果如下。 (1)对正极基板分类的研究表明,卷状发泡镍适合于连续自动化生产;通过扫描电镜分析,化学镀、真空溅射的发泡镍都具有光滑的表面,而采用浸渍石墨涂层发泡镍的表面很粗糙,而且有相当数量的封闭孔,这些孔对极板涂布有不利的影响。研究了发泡镍抗拉强度与其面密度的关系;通过对发泡镍的镀层厚度分布系数(TDR)的研究得知,如果TDR值大,表明发泡镍内部较脆弱。在极板卷绕时,容易断裂,在极板轧制过程中,发泡镍也容易断筋,而且还会导致电池内阻增加。 (2)通过对正极基板在预压过程中变形规律的研究表明,在三类基板中,发泡镍的延伸率最大,复合材料次之,纤维镍最小。针对动力电池极板广泛使用的发泡镍在预压过程中的受力状况和变形进行了分析,得出的结论是预压辊直径变化对正极基板延伸率的影响很小。 (3)对动力电池正极基板预留集流体焊道的各种技术进行了分析研究,探讨了高压水流冲洗与真空吸附技术清理焊道活性物质的机理。 (4)通过对正极极板涂布影响因素的分析表明,发泡镍的孔型和孔率对极板涂布的影响很小;Ni(OH)2粒度和形状对极板涂布的影响较大;浆料的黏度和流动性对极板涂布的影响很大,若浆料黏度太低或者太高,将导致极板上浆量不足。 (5)通过对正极极板的各种涂布方法的分析研究,提出了恒压力涂布与精密刮涂技术复合的工艺方法,彻底解决了极板表面浮粉问题;解决了如何检测极板涂布活性物质密度均匀性的问题。 (6)通过对正极极板在轧制过程中变形机理研究表明,轧辊直径变化对极板延伸率的影响很大;并建立了轧辊半径与极板轧制前和轧制后的厚度关系方程式;压力变化对极板延伸率的影响很小。极板的压比对其延展率的影响,二者是指数关系,一般,压比m越大,延伸率δ也越大。 (7)针对合浆工艺过程,建立了模糊控制模型,并建立了最佳转速和最佳混合搅拌时间的模糊全自动浆料混合系统的模糊控制规则;对极板涂布烘干这个非常复杂而又难以控制的过程,采用专家智能控制,并确立了极板生产过程的知识库结构;对极板轧制厚度的控制,采用了非线性神经网络控制系统。 (8)通过生产装备的实际运行证明了,镍氢动力电池正极极板制备工艺原理是正确的,设备结构合理,其性能稳定可靠。


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