CN102094224A - 多孔金属材料制备方法 - Google Patents

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谢红雨
朱济群
龙文贵
廖丽军
周小平
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Abstract

本发明提供了一种多孔金属材料的制备方法，多孔非金属基材经导电化处理——电化学沉积金属——热处理步骤制备得到多孔金属材料，其特征在于：在多孔非金属基材导电化处理后和电沉积前对基材实施纵横向双向拉伸操作。本发明的多孔金属材料能有效改善面密度均匀性，提升了抗拉强度和延伸率，更能承受大电流充放电性能。

Description

多孔金属材料制备方法
技术领域
本发明涉及多孔金属材料的制备方法。 
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。作为多孔金属材料的基体材料，原始发泡聚胺酯海绵具有三维不规则孔径的网状结构，采用此种结构的基体所生产的泡沫金属，因不规则的孔径导致电沉积的不均匀性，造成所制备的多孔金属面密度的严重不一致和多孔金属材料的抗拉强度较低，虽有专利200810237966.1描述了对材料进行纵向10-15％的拉伸，改善了多孔材料的抗拉性能，但这些专利仅研究了材料纵向的均匀性，并未考虑横向的同时变形对材料整体均匀性的影响。这种材料无法制备性能均一的单体电池，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有效改善金属沉积均匀性、抗拉强度及延伸率，可承受较大电流冲击，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的制备方法。 
本发明通过以下方案实现： 
多孔金属材料的制备方法，采用与现有多孔金属材料的基本相同的工艺路线，即在多孔非金属基材经导电化处理——电化学沉积——热处理步骤制备得到多孔金属材料，只是在多孔非金属基材导电化处理后和电沉积前先对基材实施纵横向双向拉伸操作。 
为使得到的材料性能更佳，纵横向拉伸操作中，其纵向拉伸值为20-40％，横向拉伸值为20-40％，其中纵向拉伸值是指材料拉伸后材料长度的变化值与拉伸前材料长度的百分比值，横向的拉伸值是指材料拉伸后材料宽度的变化值与拉伸前材料的宽度的百分比值。在实施拉伸操作时也宜采用15～120N的恒拉力对材料进行均恒拉伸。 
与现有技术相比，本发明的优点体现于： 
1.采用本发明的制备方法，由于其采用了纵横向同时均匀拉伸，减小了基材的单晶表面积，在进行金属电化学沉积时，能在相同体积的基体上沉积更多的金属，增强了其内部孔连接结构的致密性和强度，由此不仅增强了材料的抗拉强度，更有效增强了材料的延伸性能，所制备的多孔材料更能满足动力电池的需要。 
2.实验发现，采用本发明的制备方法得到的多孔金属材料，在保证多孔金属导电性能的同时有效改善了材料的电沉积面密度均匀性，由此改善了材料在应用于电极制备过程中容易出现的内阻过大，电池容量均匀性不一致的问题。 
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：双向拉伸与单向拉伸对面密度均匀性的影响图 
图2：双向拉伸与单向拉伸对抗拉强度的影响图 
具体实施方式
实施例1
采用厚度为1.8mm的聚胺酯海绵材料为基体，按以下工艺流程进行制备： 
首先采用物理气相沉积方式，在聚胺酯海绵基材上沉积一层镍层，镍沉积量为0.3g/m2。 
第二步是采用25N恒拉力将导电化处理后的基体材料同时进行纵向和横向双向拉伸，纵横双向的拉伸值均为23％。 
随后采用上述经拉伸后的基材作为电镀阴极，在普通的瓦特电镀体系下进行电沉积金属镍，并在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，制得多孔镍材料。 
将上述实施例1的本发明材料与现有的经单向拉伸操作制得的多孔镍(对比例1)在相同条件下进行面密度和抗拉强度检测。检测结果如图1和图2所示。从图1中可以看出，通过纵横向拉伸的材料面密度波动偏差为±10，而只通过单向拉伸的材料面密度波动偏差为±20，在综合面密度均匀性方面纵横向拉伸材料的波动偏差比单向拉伸的材料提升50％。而从图2中可以看出，通过纵横向拉伸的材料抗拉强度比单向拉伸材料也提升了23.4％。 
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5.0mm； 
2.材料纵横向拉伸采用50N恒拉力，纵横双向的拉伸值为35％； 
3.电沉积后热处理的焚烧温度为400℃，还原温度为1000℃。 
材料经检测发现，在综合面密度均匀性方面纵横向拉伸材料的波动偏差比单向拉伸的材料也可提升近50％。而材料的抗拉强度也可提升25.6％。 
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5.0mm； 
2.材料纵横向拉伸采用80N恒拉力，纵横双向的拉伸值为40％； 
3.电沉积后热处理的焚烧温度为350℃，还原温度为1050℃。 
材料经检测发现，在综合面密度均匀性方面纵横向拉伸材料的波动偏差比单向拉伸的材料也可提升近55％。而材料的抗拉强度也可提升32％。 

Claims (3)

1.一种多孔金属材料的制备方法，多孔非金属基材经导电化处理——电化学沉积金属——热处理步骤制备得到多孔金属材料，其特征在于：在多孔非金属基材导电化处理后和电沉积前对基材实施纵横向双向拉伸操作。
2.如权利要求1所述的多孔金属材料的制备方法，其特征在于：所述的拉伸操作，其纵向拉伸值为20-40％，横向拉伸值为20-40％。
3.如权利要求1或2所述的多孔金属材料的制备方法，其特征在于：所述纵横向拉伸操作，采用15～120N的恒拉力对材料进行均恒拉伸。
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