CN1062381C - 复合结构泡沫镍及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合结构泡沫镍及其制造方法。本发明是由支撑体和泡沫镍共同构成，它以金属网带为支撑体，在其两面覆以泡沫体，通过热压法使其连为一体，然后经过镀镍、还原烧结除去泡沫体，使泡沫体间及其与支撑体间的连接变为泡沫镍间及其与支撑体间的连接。本发明具有较好的抗变形能力、抗折强度和抗拉强度，用它作为基体所制碱性蓄电池电极极板具有较高的体积比容量、较高的机械强度和较好的电化学性能。

Description

复合结构泡沫镍及其制造方法

本发明涉及一种碱性蓄电池电极基体及其制造方法。

现行圆柱形、方形碱性蓄电池基体普遍使用的有镀镍冲孔钢带、镀镍编织铁网、泡沫镍等。其中镀镍冲孔钢带与镀镍编织铁网的抗折强度、抗拉强度、抗变形能力较大，但活性物质负载量较小，用它们作基体所制电极的体积比容量较低；而以泡沫镍作基体活性物质负载量较大，由其所制电极的体积比容量较高，但泡沫镍基体具有涂覆活性物质后经辗压易变形的缺点，导致电极极板寸控制困难，需经修剪来控制电极极板尺寸；抗折强度低的缺陷使现行以泡沫镍为基体的圆柱形电池废品率较高；抗拉强度低的缺陷使现行泡沫镍基体不能用于极板面积较大的方形碱性蓄电池；耐膨胀能力较低的缺陷又导致电池的期容量明显下降。

有关泡沫镍的制备方法已有不少报道，如欧洲专利EP0522927A1，中国专利CN90100565，美国专利US4957543等，但这些方法基体都是直接利用泡沫塑料作为模体，通过各种途径在泡沫塑料模体上覆以金属镍后，烧掉泡沫模体，得到泡沫镍。用这类方法所制得的泡沫镍用作碱蓄电池基体时都存在着上述泡沫镍基体的几种缺陷。为改进泡沫镍性能曾有人试图用纤维加强(日本专利JP04351853)和合金加强(日本专利JP0499184)及加树根状镀镍后的镍、铜、铝集流网(中国专利CN92112168.7，欧洲专利EP0595757A1)的方法，但用纤维加强法只能提高泡沫镍的抗折强度；合金加强法只能提高泡沫镍的抗拉强度及可焊性，而对泡沫镍其它方面性能的改善作用很小，甚至还有负面影响。加树根状镀镍后的镍、铜、铝集流网的方法，虽对用于大容量镍/氢电池(＞20Ah)极板基体时的导电能力和耐热变形能力提高不少，但仍存在着以下几个方面的问题：1．加树根状镀镍后的铜、铝集流网的泡沫镍只能用作碱电池的负极基体，而不能用作正极基体，因为电镀镍表面微裂纹的存在使表面镀镍层不能对铜、铝底层有完美的保护，铜、铝底层在碱性溶液中又不能形成纯化膜，所以作为正极基体时在高电位条件下铜、铝底层会溶出而进入电池隔膜，增加隔膜电阻或形成沉淀堵塞隔膜或扩散到负极区而降低负极的析氢过电位，所以这种加树根状镀镍后的铜、铝集流网泡沫镍如果说在镍/氢碱电池中还能勉强作为正极和负极基体使用的话，但在镍/镉碱电池中就只能用于负极基体；2．加树根状镀镍后的镍、铜、铝集流网的泡沫镍仅集流网就厚0.5～1.5毫米，而极板较薄的圆柱形及容量＜20Ah的方形碱电池整个极板才只有0.6～1.0毫米厚，所以这种加树根状镀镍后的镍、铜、铝集流网的泡沫镍不适用于这些碱电池；3．铜、铝集流网的材料价格要比较为常见的冲孔钢带和编织铁网的材料价格高的多，所以用前者的电池价格要比用后者的电池价格高；4．加树根状镀镍后的镍、铜、铝集流网的泡沫镍基体的制作方法只能适用于一次单片制做，而不适用于一次多片的大规模生产电极基体；5．CN92112168.7和EP0595757A1专利中没有给出加树根状镀镍后的镍、铜、铝集流网泡沫镍基体的具体制做方法，存在着例如如何将泡沫塑料固定在树根状镀镍后的镍、铜、铝集流网两面，而不至在化学镀镍过程中泡沫塑料与集流网脱离等问题。

本发明的目的是提供一种可用作圆柱形及单体容量小于100Ah方形碱性蓄电池电极基体的复合结构泡沫镍；为此，本发明还提供了制造该复合结构泡沫镍的方法。这种复合结构泡沫镍将现有镀镍冲孔钢带、镀镍编织铁网等基体及泡沫镍基体的优点集于一体，并在一定程度上克服了它们各自的缺陷。

为了达到上述目的，本发明以金属网带为支撑体，支撑体两面覆以泡沫镍，支撑体两面的泡沫镍之间及支撑体与其两面的泡沫镍之间由化学镀和电镀生长的镍连为一体。用作支撑体的金属网带可以是冲孔钢带或镀镍冲孔钢带，也可以是编织铁网或镀镍编织铁网，还可以是编织镍网或冲孔镍带，金属网带的厚度为0.05～0.30毫米，平面孔率为70～90％。

为了制造上述复合结构泡沫镍，本发明提供的制造方法主要包括以下几个步骤：首先按照需要选择裁剪一块一定宽度的金属网带为支撑体，将其除油并整平，再根据支撑体的面积裁剪两块相应宽度和面积的泡沫体，如由聚脂或聚醚类高分子材料与异腈酸脂缩合发泡而成的聚氨脂泡沫体；将支撑体夹在两块泡沫体中间，然后在100～360℃温度下，最好是180～220℃下进行热压粘结，使泡沫体通过支撑体的孔隙部分实现支撑体两面泡沫体间自身的连接，通过支撑体的非孔隙部分实现支撑体与其两面泡沫体之间的连接，形成一种复合结构泡沫体；将经过热压粘接为一体的复合结构泡沫体顺次进行化学镀镍前处理、化学镀镍和电镀镍，完成以复合结构泡沫体为模体所制复呵结构泡沫镍所需镍量的负载，并将上述热压粘接变为通过金属镍的连接；最后进行还原烧结、退火，除去泡沫体，留下中间夹一层金属网带支撑体的泡沫镍，即制成的复合结构泡沫镍。

复合结构泡沫镍在抗变形能力、抗拉强度、抗折强度、耐膨胀能力方面较现行泡沫镍都有较大的提高：由于作为支撑体的金属网在电池极板制造时的辗压条件下是不会变形的，复合结构泡沫镍中由于支撑体的存在，且支撑体两面的泡沫镍每面仅有0.8～1.4毫米的厚度，整个复合结构泡沫镍的厚度仅有1.7～3.0毫米，所以复合结构泡沫镍的抗变形能力较现行泡沫镍有所提高是自然的；由于复合结构泡沫镍中支撑体的存在，使得其所受到的拉伸应力或弯折应力主要由支撑体受负，冲孔比例为60～70％的冷轧冲孔钢带(0.1～0.08毫米厚)的拉伸模量可达0.1MPacm，编织铁网经电镀镍后的拉伸模量可达0.09～0.1MPa·cm，孔率在85～95％的泡沫镍(1.7～3.0毫米厚)的拉伸模量仅可达0.05～0.07MPa·cm，所以复合结构泡沫镍的抗拉伸强度、抗折强度较现行泡沫镍有所提高；由于复合结构泡沫镍中支撑体与其两面泡沫镍的连接是通过支撑体的非孔隙部分及孔隙部分的全面连接，并且连接中介是电镀生长的镍，所以这种复合结构泡沫镍经卷绕不会出现支撑体与其两面上泡沫镍之间的剥离，即使出现支撑体两面上泡沫镍因受电极活性物质膨胀力作用而断裂，由于支撑体两面的泡沫镍在整个支撑体上与支撑体之间都有镍的连接，只要支撑体不发生断裂，就不会造成作为电极基体的集流体功能的丧失，这就是复合结构泡沫镍较现行泡沫镍抗膨胀能力大的原因；由于铁的电阻系数为9.9微欧·厘米，镍的电阻系数为20微欧·厘米，复合结构泡沫镍中支撑体的主要成份是铁，所以使用复合结构泡沫镍作为电极基体的电阻系数较现行泡沫镍有所降低。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

附图一为本发明结构示意图。

附图二为本发明的制造方法流程图。

附图三为本发明连续式制造方法的热压过程示意图。

图一是本发明结构示意图：(a)图为整体结构示意图，(b)图为(a)图中A-A面剖示图，其中：1为泡沫镍，2为金属网带，如冲孔钢带、镀镍冲孔钢带、编织铁网、镀镍编织铁网、编织镍网或冲孔镍带等，3为泡沫镍中的孔隙。金属网带2作为支撑体夹在两块泡沫镍中间，支撑体2与泡沫镍1之间通过其非孔隙部分与泡沫镍实现连接，支撑体2两面的泡沫镍1之间通过支撑体2的孔隙部分实现自身连接。

图二是本发明的制造方法流程图：1为支撑体与泡沫体的处理过程，包括把用作支撑体的金属网带裁剪成适宜面积或适宜宽度，并把支撑体整平、除油；把所用适宜厚度的泡沫体如由聚脂或聚醚类高分子材料与异腈酸酯缩合发泡而成的聚氨酯泡沫体裁剪成相应和宽度；2为热压粘接过程，即将泡沫体覆盖在金属网带的两面，在100～360℃，最好是180～220℃温度下进行热压，利用聚氨酯类泡沫体在一定温度范围内具有热粘性的特点，通过热压使覆盖在金属网带两面的泡沫体通过金属网带的孔隙部分实现泡沫体自身间的粘接，通过金属网带的非孔隙部分实现泡沫体与金属网带之间的粘接，形成一种复合结构泡沫体；3为化学镀前处理过程，包括将上述复合结构泡沫体进行除油、粗化、敏化、活化等处理；4为化学镀镍过程；5为电镀镍过程，通过这两个镀镍过程使上述复合结构泡沫体中泡沫体间及其与金属网带之间的连接变为金属镍的连接，并完成以上述复合结构泡沫体为模体所制复合结构泡沫镍所需镍量的负载；6为还原烧结过程，除去泡沫体，留下泡沫镍和金属网带即制成以金属网带为支撑体，其两面覆以泡沫镍，泡沫镍之间及其与金属网带之间由镀镍过程生长的镍连为一体的复合结构泡沫镍。

下面给出该制造方法的两个实施例：

由于下述两个实施例中，支撑体与泡沫体的处理过程，化学镀镍前处理过程、化学镀镍过程、电镀镍过程及还原烧结过程均与上述制造过程中的相同，故在此不再赘述，仅对不同的热压粘接制复合结构泡沫体的方法进行详细叙述。

实施例1．间歇式制造方法的热压粘接过程：

将处理后的支撑体根据要制造的面积裁剪成相应面积一块，裁剪相应面积所需厚度的聚氨酯泡沫体两块，选用两块厚度在4～6毫米的耐高温平板玻璃，玻璃板的长、宽要比上述所裁支撑体或泡沫体的长、宽多出0.5～1厘米，以便有足够的间隙在两玻璃间放入用于控制复合结构泡沫体厚度的垫片。首先在平整的桌面上放上一块上述玻璃板，在该玻璃板上居中铺上一张新闻纸，在该纸上面铺一块上述所裁聚氨酯泡沫体，在泡沫体上放上支撑体，在支撑体上面铺上另一块上述所裁泡沫体后，顺次再铺上另一张新闻纸，放上另一块玻璃板，在两块玻璃板之间的边缘放上用于控制厚度的垫片，最后用夹子将两块玻璃板夹紧固定好，放入温度在100～360℃，最好是180～220℃的烘箱或感应炉中，恒温5～20分钟后取出，待冷至室温，松开夹子，取下玻璃板、垫片，剥去新闻纸，就得到将泡沫体与支撑体热压在一起的复合结构泡沫体。

实施例2．连续式制造方法的热压过程：

附图三是本发明连续式制造方法的热压过程示意图：其中1为支撑体放料棍，2为金属网带，3为加热炉，4为保温箱，5为一对泡沫体的放料棍，6为泡沫体，7为一对支撑棍，8为一组硬橡胶棍，9为热压后的复合结构泡沫体，10为收料棍。将支撑体放料棍1置于加热炉3的A端，将两个泡沫体放料棍5和两个支撑棍7依次置于加热炉3的B端的上方和下方；在加热炉3的B端放置一组上下对置的硬橡胶棍8，上下橡胶棍间的间隙可调，收料棍10置于硬橡胶棍8的外方。

热压时，首先将处理后的支撑体2及泡沫体6裁成所需宽度，分别卷绕于支撑体放料棍1和一对泡沫体放料棍5上，将支撑体2从加热炉3的A端穿过加热炉炉膛，从加热炉3的B端抽出一定长度，在已抽出的支撑体2的上下两端面分别固定在上下两个泡沫体6的端面，然后将它们一块穿过橡胶棍8的间隙，并收卷在收料棍10上。调节橡胶棍8的间隙到需要的厚度，将加热炉升温至100～360℃，最好是180～220℃，以50～200厘米/分的速度转动收料棍10，使泡沫体6通过一组橡胶棍8的压力在已经加热的支撑体2两面实现热压粘结，得到将泡沫体与支撑体热压在一起的复合结构泡沫体。

Claims (7)

1、复合结构泡沫镍，其特征在于以金属网带为支撑体，支撑体两面覆以泡沫，支撑体两面的泡沫镍之间及支撑体与其两面上的泡沫镍之间由化学镀和电镀生长的镍连接为一体。

2、依照要求1所述的结构泡沫镍，其特征在于作为支撑的金属网带可以是冲孔钢带或镀镍冲孔钢带，也可以是纺织铁网或镀镍纺织铁网，还可以是纺织镍网或冲孔镍带。

3、依照要求2的结构泡沫镍，其特征在于作为支撑体的金属网带的厚度为0.05-0.03毫米；颊孔率为60-90％。

4、一种制造权利要求1所述的复合结构泡沫镍，其特征在首先按照需要选择裁剪一定宽度的一块支撑体，将其除油并整平，模拟支撑体的宽度和面积裁剪两块相应宽度和面积的泡沫体；将支撑体夹在两块泡沫体蹭，然后进行热压粘结，使泡沫体通过支撑体的孔隙部分实现支撑体两面的泡沫体音自身的连接，通过支撑体的孔隙部分实现支撑体两面的泡沫体之间的连接，形成一种复合结构泡沫体；将经过热压粘接为一体的复合结构泡沫体顺次进行化学镀镍前处理、化学镀金牌要，完成以结构泡沫体为模体所制复合结构泡沫镍抽需镍量的负载，并将上述的热压粘结变为通过金属镍的连接；最后进行还原烧结、退火，除去泡沫体，留下支撑体和经镀镍过程产生的泡沫镍，即制成复合结构泡沫镍。

5、依照权利要求4所述的制造复合结构泡沫镍的方法，其特征在于热压温度为100-360℃，

6、依照权利要求4和5所述的制造复合结构泡沫镍的方法，其特征在于最佳热压温度为180-220℃。

7、按照要求4所述的制造复合结构泡沫镍的方法，其特征在于使用的泡沫体可以是由聚酯或聚醚类高分子材料与异腈酸酯聚合发泡而成的聚氨酯泡沫体。

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