CN101818367A - 多孔金属材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多孔金属，呈三维网状结构，沿厚度方向，有三层金属沉积量，其比值为：(1～5)∶(1～20)∶(1～5)。并提供了制备该材料的方法，经导电化后的分两次进行电沉积及热处理，并在两次中间对材料进行辗压和表面预处理，第二次电沉积采用面积不同或相同的双金属阳极。本发明的多孔金属材料更能承受大电流充放电性能，可增强电池的工作安全性及使用寿命，满足动力电池的需要；同时也可改善材料在应用于电极制备过程中容易出现断裂及内阻过大的问题，有效地提高了材料的耐蚀性能。

Description

多孔金属材料及制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料及制备方法，特别涉及多孔金属材料及制备方法。
背景技术
目前多孔金属材料如泡沫镍、泡沫铜等多用于制作电池电极、过滤、催化剂载体等。对于用于制作电池电极材料的多孔材料如泡沫镍等，目前的生产工艺为：基材导电化——再进行单一面密度的电沉积，最后进行热处理。采用上述工艺步骤所生产的泡沫镍，沿厚度方向均为单一的沉积密度，这种材料无法承受较大电流的冲击，特别是应用于纯电动汽车领域，容易造成泡沫镍极板在电池工作过程中产生断裂，从而影响到电池的使用寿命与使用安全。
发明内容
本发明旨在提供一种可承受较大电流冲击，可提高电池容量及使用寿命，适合动力电池使用的多孔金属材料，并提供一种制备该材料的简单易行的方法。
本发明通过以下方案实现：一种多孔金属材料，具有三维网状通孔结构，由金属构成其骨架，沿厚度方向，有三层金属沉积量，其比值为：(1～5)∶(1～20)∶(1～5)。
为使材料更适于制作电池极板，上述三层金属沉积量之比优选(1～3)∶(1～5)∶(1～3)。
制备上述多孔金属材料的方法，按以下步骤进行：基材导电化处理——第一次电化学沉积——第一次热处理——辗压——第二次电化学沉积——第二次热处理，所述的第二次电化学沉积步骤中，采用双金属阳极，两阳极面积不同或相同。基材导电化处理可采用现有技术如物理气相沉积、化学镀、涂覆导电胶中的一种即可；电化学沉积可依据需沉积的金属采用现有工艺，如电镀镍、电镀铜等；第一次热处理采用现有普通多孔材料相同的工艺，具体是，在600℃焚烧基材后，于900～1100℃，在包含氢气和氮气的混合气氛保护环境下进行每平米材料还原热处理0.5～2小时；第二次热处理采用真空热处理或包含还原气体的气氛条件下热处理，温度500～700℃，每平米材料的处理时间为0.5～3小时。
为制备性能更佳的材料，在所述辗压及第二次电化学沉积两步骤之间还需进行表面处理步骤，其工艺方法为，经辗压后的材料在强酸的稀溶液中浸泡，强酸可以是盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种的混合酸，浸泡时间为10～30min。
与现有技术相比，本发明的优点体现于：1.在保证多孔金属导电性能的同时增强了其内部孔连接结构的致密性和强度，由此改善了材料在应用于电极制备过程中容易出现断裂及内阻过大的问题，且有效地提高了材料的耐蚀性能。
2.采用本发明所制备的多孔材料及制备方法，由于其采用两次电沉积及热处理技术，使金属沉积量分层分布，多孔材料在微观层面具有电流的缓冲界面，因此客观上体现出比普通多孔材料更能承受大电流充放电性能，由此不仅增强了电池的工作安全性，同时有效增加了电池的使用寿命，更能满足动力电池的需要。
3.本发明提供的方法，实现简单，与现有生产工艺匹配，易实现规模化生产。
附图说明
图1：采用本发明与普通材料对电池容量衰减的对比实验检测结果
具体实施方式
实施例1采用厚度为2.0mm的聚胺酯海绵材料为基体，按以下工艺流程进行制备：基材导电化处理——第一次电化学沉积——第一次热处理——辗压——表面处理——第二次电化学沉积——第二次热处理。
其中导电化处理采用物理气相沉积方式，以高纯电解镍靶为溅射基材，在真空度1.8*10-2Pa，溅射功率3.5Kw，靶极距40mm的工艺条件下，采用物理气相沉积的方式在聚胺酯海绵基材上沉积一层镍层，镍沉积量为0.3g/m2。
第一次电化学沉积采用普通瓦特镍电沉积工艺及设备，在经上述导电化后基材上沉积镍层，控制镍沉积量为300g/m2。
第一次热处理工艺为：第一次电化学沉积后的半成品先在600℃焚烧后，再于930℃，在含70％氢气和30％氮气的保护气氛中进行还原处理，每平米材料热处理1小时。
上述产品冷却后将其辗压至厚度为1.7mm，之后的表面处理为：将产品在8％(V/V)的硫酸溶液中浸泡，时间为20min。
第二次电化学沉积采用普通瓦特镍电沉积工艺，采用双阳极组合方式，两个阳极面积相同，在经表面处理后的泡沫镍基体上进行电化学沉积，控制两面同时镍沉积量为150g/m2。
第二次热处理为：对经第二次电沉积的泡沫镍材料在600℃，在70％氢气和30％氮气保护气氛中，每平米材料保温1小时。
按上述方法制备的多孔镍材料，经测量，沿材料的厚度方向，从上至下，在其厚度的上3/10、中2/5及下3/10三处的镍沉积量之比约为1∶2∶1。
将该材料用于制作镍锌电池的正极极板材料，其他与常规镍锌电池相同，作为对比例，使用现有材料制作的镍锌电池，采用如下工艺进行检测对比：恒流充电：1C充至1.9V恒压充电：恒压1.9V，1C电流充限流50mA恒流放电：1C放至1.2V检测结果如图1所示。图中A，B两条曲线为采用本实施例1的泡沫镍材料的电池性能曲线；C，D两条曲线为采用现在普通泡沫镍材料的电池性能曲线。由图中可看出，采用本发明材料所制成的电池在容量上较常规电池有20％提升，同时，在容量衰减性能上更加优异。
实施例2采用实施例1基本相同的方式制备多孔镍材料，与其不同的工艺条件如下：1.原始聚氨脂海绵基材厚度为10mm；2.第一次电化学沉积镍量为1000g/m2；3.第一次热处理的还原温度为1100℃；4.辗压至厚度为9.5mm，在稀硝酸溶液中浸泡时间为30min；5.第二次电化学沉积步骤中，双阳极面积不相同，其面积比为1∶5，控制对应小阳极一面的镍沉积量为50g/m2；6.第二次热处理为真空热处理，温度为700℃，每平米材料保温3小时。
按上述方法制备的多孔镍材料，经测量，沿材料的厚度方向，从上至下(注：面对小阳极的多孔镍材料的那一面为上)，在其厚度的上1/20、中7/10及下1/4三处的镍沉积量之比约为1∶20∶5。
实施例3采用实施例1基本相同的方式制备多孔镍材料，与其不同的工艺条件如下：1.原始聚氨脂海绵基材厚度为1.6mm；2.第一次电化学沉积镍量为500g/m2；3.第一次热处理的还原温度为900℃；4.辗压至厚度为1.5mm，在稀盐酸溶液中浸泡时间为10min；5.第二次电化学沉积步骤中，双阳极面积不相同，其面积比为1∶3，控制对应小阳极一面的镍沉积量为100g/m2；6.第二次热处理为真空热处理，温度为500℃，每平米材料保温0.5小时。
按上述方法制备的多孔镍材料，经测量，沿材料的厚度方向，从上至下(注：面对小阳极的多孔镍材料的那一面为上)，在其厚度的上1/8、中1/2及下3/8三处的镍沉积量之比约为1∶5∶3。

Claims (6)

1.一种多孔金属材料，具有三维网状通孔结构，由金属构成其骨架，其特征在于：沿厚度方向，有三层金属沉积量，其比值为：(1～5)∶(1～20)∶(1～5)。
2.如权利要求1所述的多孔金属材料，其特征在于：所述三层金属沉积量之比优选(1～3)∶(1～5)∶(1～3)。
3.一种制备如权利要求1或2所述的多孔金属材料的方法，其特征是：按以下步骤进行：基材导电化处理——第一次电化学沉积——第一次热处理——辗压——第二次电化学沉积——第二次热处理，所述的第二次电化学沉积步骤中，采用双金属阳极，两阳极面积不同或相同。
4.如权利要求3所述的制备多孔金属材料的方法，其特征是：在所述辗压及第二次电化学沉积两步骤之间还包含表面处理步骤，其工艺方法为，经辗压后的材料在强酸的稀溶液中浸泡，时间为10～30min。
5.如权利要求4所述的制备多孔金属材料的方法，其特征是：强酸可以是盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种的混合酸。
6.权利要求3-5之一所述的制备多孔金属材料的方法，其特征是：所述的第二次热处理采用真空热处理或包含还原气体的气氛条件下热处理，温度500～700℃，每平米材料的处理时间为0.5～3小时。
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