[发明专利]一种用于燃料电池的镍钴锂喷涂粉末、涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于燃料电池的镍钴锂喷涂粉末、涂层及其制备方法，该镍钴锂喷涂粉末的粒度为5～125μm，中值粒径为10～50μm，且粉末内部具有纳米或微纳米一次颗粒结构，可采用喷雾团聚造粒法制备而成，具有流动性好的优点，适用于热喷涂方法制备涂层。以该镍钴锂喷涂粉末为原料，可采用热喷涂方法快速高效制备出厚度为1～1000μm且具有微纳米晶粒结构的镍钴锂涂层；该镍钴锂涂层具有与基体结合力高、涂层厚度易控、涂层化学性质稳定、耐高温性能好、成品率高等优点，可以在燃料电池双极板表面制备，抑或在多孔金属基材表面制备，起到集电子及催化作用，因此是实现燃料电池镍钴锂层工业化制备的有效技术方式。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的镍钴锂喷涂粉末、涂层及其制备方法。

背景技术

固体燃料电池是将燃料的化学能直接转换为电能的材料系统，具有能源转换效率高和对环境污染少的优点，是新能源领域重点发展的材料之一。科学界对固体燃料电池的研究已经有几十年，最普遍使用的材料为氧化钇稳定的氧化锆，其工作温度为800～1000℃，输出功率密度达0.6～1W/cm²，这种材料已在固定电站、移动电源领域得到部分应用，但受到过高工作温度的限制，这种固体燃料电池没能得到广泛的商用化应用。近些年来，科学家探索出一种可在300～600℃温度下输出高功率的固体燃料电池，这种燃料电池一般使用镍钴锂材料作为催化层及集电极层。

目前，镍钴锂层的制备方法通常为压制法和流延法。压制法是将镍钴锂粉末填充入泡沫金属网内，在燃料电池片制备时采用外界施加压力的方式压制成型；但压制法往往需要使用价格较为昂贵的镍网作为支撑体，并且压制较大尺寸时容易出现破裂现象导致整片电池作废，成品率较低。流延法是指将镍钴锂粉末与有机溶剂配成具有较好流动性的混合料浆，该混合料浆均匀地流动并铺展在基体表面，经过烘干焙烧等处理后得到镍钴锂层；流延法可以更大面积地制备镍钴锂层，但对料浆的配比、烘干焙烧温度及时间的控制要求十分严苛，如果工艺参数控制不当就会导致脱层开裂，且这种方法制备的镍钴锂层与基体结合力很低。以上这两种方法均无法满足工业生产质量和成品率要求。

在现有技术中，越来越多地科学家采用喷涂的方法制备燃料电池涂层或薄膜，但没有出现针对镍钴锂材料的喷涂涂层。

发明内容

为了解决现有镍钴锂层易开裂，结合力低、工艺性差等技术问题，本发明提供了一种用于燃料电池的镍钴锂喷涂粉末、涂层及其制备方法。本发明所提供的镍钴锂喷涂粉末具有流动性好的优点，十分适用于喷涂方法制备涂层，而且制备方法简单、快速高效；而本发明所提供的镍钴锂涂层制备方法可以将所述镍钴锂喷涂粉末快速高效地制备成更加均匀的镍钴锂涂层，并且该镍钴锂涂层具有与基体结合力高、涂层厚度易控、涂层化学性质稳定、耐高温性能好、成品率高等优点，是实现燃料电池镍钴锂层工业化制备的有效技术方式。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于燃料电池的镍钴锂喷涂粉末，该镍钴锂喷涂粉末的材质为镍钴锂元素的氧化物或以镍钴锂元素为主的多金属氧化物；该镍钴锂喷涂粉末的粒度为5～125μm，中值粒径为10～50μm，且粉末内部具有纳米或微纳米一次颗粒结构。

优选地，所述以镍钴锂元素为主的多金属氧化物中，除镍、钴、锂外，主要包括铝、铁、锰、铬中的至少一种。

优选地，该镍钴锂喷涂粉末为球形或类球形粉末。

一种用于燃料电池的镍钴锂喷涂粉末的制备方法，采用包括以下步骤的喷雾团聚造粒法制备而成：

步骤A、以一次粉末粒径为1～1000nm、中值粒径为50nm～10μm的镍钴锂细粉为原料，将其配置成浓度为30～80wt％的镍钴锂浆料；其中，所述镍钴锂细粉的材质为镍钴锂元素的氧化物或以镍钴锂元素为主的多金属氧化物；