CN109530527A - 一种冲孔镀镍钢带的制备方法 - Google Patents

一种冲孔镀镍钢带的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冲孔镀镍钢带的制备方法，包括下述步骤：将冷轧低碳钢带用合金模具进行冲孔，得到带有多个圆孔的钢带半成品；将钢带半成品经过电解除油、水洗、酸洗、电镀镍、连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：采用水冷的方式将温度冷却至80℃，得到冲孔镀镍钢带。本发明的工艺简单，生产效率高，能耗低，最终得到钢带内部的温度差较小，最终电池的均一性较好。

Description

一种冲孔镀镍钢带的制备方法
技术领域
本发明属于电极材料的技术领域，具体涉及一种冲孔镀镍钢带的制备方法。
背景技术
迫于环境污染和石油资源的短缺压力，为实施可持续发展战略，混合动力汽车(HEV)已成为21世纪汽车工业的发展方向。由于混合动力电动汽车的行驶状况十分复杂，对蓄电池的使用寿命影响很大。因此，混合电动汽车实用化要解决的关键问题是电池问题。动力电池性能的优劣决定于其中储能材料的性能，而在化学电池中较重要的储能材料就是其中的正极材料和负极材料。而作为正、负的极板，其性能又对由其构成的正、负极板，以至于构成的动力电池的充、放电性能、价格成本等都有重大影响。
冲孔镀镍钢带以其低成本、耐大电流充放电等突出的优点，正在迅速取代发泡镍，成为动力电池的首选极板材料。冲孔钢带在电池制造过程中的主要作用是用作电池的集流体，在充放电过程中，起导电作用。具体要求是导电性好、内阻小。目前冲孔镀镍钢带的制造方法主要有两种，一种是在软态(表面硬度80-120之间)的普通低碳钢上，采用专用模具，在专用设备上碾压出长方形的多孔结构，长方形尺寸大约为1.0mm*1.5mm，然后在表面进行金属覆膜处理，覆膜厚度大约为1.0um。另一种是在硬态(表面硬度180-220之间)的普通低碳钢上，采用专用模具，在冲床上进行冲孔，孔直径1.3mm，然后在表面进行金属覆膜处理，覆膜厚度大约为1.5mm，覆膜后采用分卷间歇式热处理，将表面硬度降低到80-120之间。其中前一种方法中所形成的长方形孔状结构，由于孔结构中的长与宽两种尺寸不一致，在做成电池极板之后，横纵向之间的电阻比相对圆孔的要高，影响电池性能；后一种制造方法中采用分卷间歇式热处理方式降低表面硬度，热处理过程中，因为退火设备内部存在温差，加上产品本身的卷径差，容易导致产品的力学性能存在不均匀现象，在制作电池极板时，出现涂浆不良现象。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种冲孔镀镍钢带的制备方法。
本发明提供了一种冲孔镀镍钢带的制备方法，包括下述步骤：
a)将冷轧低碳钢带用合金模具进行冲孔，得到带有多个圆孔的钢带半成品；
b)将钢带半成品经过电解除油、水洗、酸洗、电镀镍、连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：采用水冷的方式将温度冷却至80℃，得到冲孔镀镍钢带。
优选的，步骤a)中所述冷轧低碳钢带的厚度为0.02-0.08mm，表面硬度为180-220。
优选的，步骤a)中所述圆孔的孔径为1.1-1.6mm。
优选的，步骤a)中所述圆孔横向孔距为1.2-2.0mm，纵向孔距为0.6-1.0mm。
优选的，步骤a)中所述圆孔的孔径为1.3mm，横向孔距为1.745mm，纵向孔距为0.935mm。
优选的，步骤b)中所述电镀镍的温度为40-50℃。
优选的，步骤b)中所述电镀镍的电镀液pH值为3.0±0.5。
优选的，步骤b)中所述连续退火处理中采用恒张力。
优选的，步骤b)中所述连续退火处理中的钢带走速为1-10m/min。
优选的，步骤a)中所述圆孔的排列方式为环形阵列。
本发明所述电解除油、水洗、酸洗和电镀镍都是采用常规的方式。
本发明所述连续退火处理的第一加热区、第二加热区和第三加热区之间是通过电阻丝分隔的，每一加热区分别从室温加热到工作温度，再将需退火处理的钢带送入退火炉中，先经过第一加热区的600℃，再经过第二加热区的650℃，最后经过第三加热区的680℃，钢带的走速为1-10m/min，最优选为1-6m/min，其中在第一加热区的停留时间为0.3-1.7min，在第二加热区的停留时间为0.3-1.7min，在第三加热区的停留时间为0.6-3.5min。
本发明所述张力大小为20公斤。
本发明所述第一加热区是从室温加热到600℃,第二加热区是从室温加热到650℃,第三加热区是从室温加热到680℃。
本发明所述冲孔镀镍钢带上的圆孔按环形列阵排布，阵列的数目为6，即中心圆周围有6个同半径的圆围绕它排列，所述圆孔横向孔距是指中心圆的圆心在横向方向上与其周围任意一个圆的圆心的距离，所述圆孔纵向孔距是指中心圆的圆心在纵向方向上与其周围任意一个圆的圆心的距离。而现有的冲孔镀镍钢带上孔的排列方式是竖直排列，即各行各列的孔左右、前后均对齐地排列，本发明的此种排列方式相较于常规的排列方式，能够降低最终得到的电池的电阻，提高电池的性能。
现有的冲孔镀镍钢带大部分是用模具冲成方形孔，由于孔结构中的长与宽两种尺寸不一致，在做成电池极板之后，横纵向之间的电阻比相对圆孔的要高，影响电池性能。
本发明将冷轧低碳钢带冲孔成带有多个圆孔的钢带半成品，孔结构中各处的尺寸一致，降低了电池内部的电阻。并且本申请的发明人通过研究发现，将圆孔的孔径限定为1.3mm，横向孔距限定为1.745mm，纵向孔距限定为0.935mm，最终得到的冲孔镀镍钢带的导电性得到了极大的提高，有效改善了冲孔镀镍钢带材料用于电池极板制备过程中容易出现断裂及内阻过大的问题，更能满足动力电池的需要，电池性能最好。
对于冲孔镀镍钢带的退火处理传统是采用间歇式退火处理，耗能大，退火设备内存在温差，容易导致产品的力学性能存在不均匀现象，在制作电池极板时，出现涂浆不良现象。采用连续退火处理能够解决上述问题，并且能耗低，生产成本降低，能得到力学性能均匀的产品。
虽然已有将连续退火工艺用于钢带的生产中，但是并没有将其用于冲孔镀镍钢带的制造中，说明将连续退火工艺用于冲孔钢带中存在一定的困难，并且现有的非冲孔钢带中连续退火的工艺是从室温加热到最高温度，然后再逐渐冷却，钢带也是在室温下加热到工作温度，如专利申请号CN201710031679.4中公开了一种热冲压成形钢的连续退火方法，其是一次性将温度升高至780-800℃，然后再分步冷却至43-50℃；专利申请号CN201210312889.8中公开了一种低碳铝镇静钢带的连续退火工艺，也是一次性将温度升高至750±10℃，然后再分步冷却至室温；因此，在上述现有技术的基础上，本领域的技术人员如果能够实现将连续退火工艺用于冲孔镀镍钢带的制备上，也会采用先一次性将温度从室温升高到退火所需的温度，使得钢带的退火处理是在退火设备中从室温逐渐升温到最高温度，并且退火升温阶段的温度在700℃以上，然后再分段冷却至室温或者是40℃左右，而不会想到将退火设备中的温度升高到600℃再放入钢带。本申请将连续退火处理运用到冲孔镀镍钢带的制备中，并且升温阶段中钢带先后直接在600℃、650℃和680℃下进行退火处理，钢带不是在加热开始的过程中就加入到退火设备中，而是达到每一加热区的工作温度才放入退火设备中，并且最高的温度是在700℃以下，小于上述现有技术中的温度，更能够降低能耗，在此温度下退火处理后的镀镍钢带的力学性能更加优异，满足动力电池电极板的要求，工艺简单，生产效率高，并且采用水冷的方式能够使得钢带内部的温度差较小，最终材料的均一性较好。
本发明的有益效果是：
1、本发明将冷轧低碳钢带冲孔成带有多个圆孔的钢带半成品，孔结构中各处的尺寸一致，降低了电池内部的电阻。
2、本发明将连续退火处理运用到冲孔镀镍钢带的制备中，并且升温阶段中钢带先后直接在600℃、650℃和680℃下进行退火处理，钢带不是在加热开始的过程中就加入到退火设备中，而是达到每一加热区的工作温度才放入退火设备中，并且最高的温度是在700℃以下，然后再采用水冷的方式将温度一次性冷却至80℃，工艺简单，生产效率高，能耗低，并且采用水冷的方式能够使得钢带内部的温度差较小，退火处理后的镀镍钢带的力学性能更加优异，满足动力电池电极板的要求，均一性较好。
3、本发明冲孔镀镍钢带上的圆孔按环形列阵排布，阵列的数目为6，即中心圆周围有6个同半径的圆围绕它排列，此种排列方式相较于常规的排列方式，能够降低最终得到的电池的电阻，提高电池的性能。
附图说明
图1为本发明的冲孔镀镍钢带上圆孔的排布图。
图2为本发明实施例2得到的冲孔镀镍钢带的电池极板涂浆厚度测试图。
图3为对比例2得到的冲孔镀镍钢带的电池极板涂浆厚度测试图。
具体实施方式
实施例1
冲孔镀镍钢带的制备方法，包括下述步骤：
a)将宽度为350mm，厚度为0.08mm，硬度为220的冷轧低碳钢带用合金模具进行冲孔，冲孔速度为320次/分钟，得到带有多个圆孔按环形列阵排布的钢带半成品，所述圆孔的孔径为1.1mm，圆孔横向孔距为1.2mm，纵向孔距为0.6mm；
b)将钢带半成品经过电解除油、去除表面金属防锈油，处理温度60℃，处理时间1min，除油之后进行水洗，清洗掉表面粘附的除油剂，再经过酸洗中和，然后进入电镀槽进行镀镍处理，镀镍温度50℃，电流1500A，电镀走速5米/分钟，电镀液的pH值3.0±0.5，镀镍之后连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：采用水冷的方式将温度冷却至80℃，连续退火处理中的钢带走速为1m/min，连续退火处理中采用恒张力，得到冲孔镀镍钢带。
实施例2
a)将宽度为350mm，厚度为0.06mm，硬度为200的冷轧低碳钢带用合金模进行冲孔，冲孔速度为320次/分钟，得到带有多个圆孔竖直排列的钢带半成品，所述圆孔的孔径为1.3mm，横向孔距为1.745mm，纵向孔距为0.935mm；
b)将钢带半成品经过电解除油、去除表面金属防锈油，处理温度50℃，处理时间2min，除油之后进行水洗，清洗掉表面粘附的除油剂，再经过酸洗中和，然后进入电镀槽进行镀镍处理，镀镍温度40℃，电流1500A，电镀走速5米/分钟，电镀液的pH值3.0±0.5，镀镍之后连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：采用水冷的方式将温度冷却至80℃，连续退火处理中的钢带走速为4m/min，连续退火处理中采用恒张力，得到冲孔镀镍钢带。
实施例3
a)将宽度为350mm，厚度为0.02mm，硬度为180的冷轧低碳钢带用合金模具进行冲孔，冲孔速度为320次/分钟，得到带有多个圆孔按环形列阵排布的钢带半成品，所述圆孔的孔径为1.6mm，圆孔横向孔距为2.0mm，纵向孔距为1.0mm；
b)将钢带半成品经过电解除油、去除表面金属防锈油，处理温度55℃，处理时间2min，除油之后进行水洗，清洗掉表面粘附的除油剂，再经过酸洗中和，然后进入电镀槽进行镀镍处理，镀镍温度45℃，电流1500A，电镀走速5米/分钟，电镀液的pH值3.0±0.5，镀镍之后连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：采用水冷的方式将温度冷却至80℃，连续退火处理中的钢带走速为10m/min，连续退火处理中采用恒张力，得到冲孔镀镍钢带。
对比例1
a)将宽度为350mm，厚度为0.06mm，硬度为200的冷轧低碳钢带用合金模进行冲孔，冲孔速度为320次/分钟，得到带有多个圆孔按环形列阵排布的钢带半成品，所述圆孔的孔径为1.3mm，横向孔距为1.745mm，纵向孔距为0.935mm；
b)将钢带半成品经过电解除油、去除表面金属防锈油，处理温度50℃，处理时间2min，除油之后进行水洗，清洗掉表面粘附的除油剂，再经过酸洗中和，然后进入电镀槽进行镀镍处理，镀镍温度40℃，电流1500A，电镀走速5米/分钟，电镀液的pH值3.0±0.5，镀镍之后连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：钢带从室温进入加热区，加热区从室温加热至680℃，冷却段：快速冷却至440℃，然后均热3s，再缓慢冷却至200℃，喷水冷却至室温，连续退火处理中的钢带走速为4m/min，连续退火处理中采用恒张力，得到冲孔镀镍钢带。
对比例2
a)将宽度为350mm，厚度为0.06mm，硬度为200的冷轧低碳钢带用合金模进行冲孔，冲孔速度为320次/分钟，得到带有多个圆孔按环形列阵排布的钢带半成品，所述圆孔的孔径为1.3mm，横向孔距为1.745mm，纵向孔距为0.935mm；
b)将钢带半成品经过电解除油、去除表面金属防锈油，处理温度50℃，处理时间2min，除油之后进行水洗，清洗掉表面粘附的除油剂，再经过酸洗中和，然后进入电镀槽进行镀镍处理，镀镍温度40℃，电流1500A，电镀走速5米/分钟，电镀液的pH值3.0±0.5，镀镍之后采用钟罩式退火炉进行间歇退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带。
对比例3
a)将宽度为350mm，厚度为0.06mm，硬度为200的冷轧低碳钢带用合金模进行冲孔，冲孔速度为320次/分钟，得到带有多个圆孔按环形列阵排布的钢带半成品，所述圆孔的孔径为1.3mm，横向孔距为1.745mm，纵向孔距为0.935mm；
b)将钢带半成品经过电解除油、去除表面金属防锈油，处理温度50℃，处理时间2min，除油之后进行水洗，清洗掉表面粘附的除油剂，再经过酸洗中和，然后进入电镀槽进行镀镍处理，镀镍温度40℃，电流1500A，电镀走速5米/分钟，电镀液的pH值3.0±0.5，镀镍之后连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：快速冷却至440℃，然后均热3s，再缓慢冷却至200℃，喷水冷却至室温，连续退火处理中的钢带走速为4m/min，连续退火处理中采用恒张力，得到冲孔镀镍钢带。
对比例4
a)将宽度为350mm，厚度为0.06mm，硬度为200的冷轧低碳钢带用合金模进行冲孔，冲孔速度为320次/分钟，得到带有多个方形孔按环形列阵排布的钢带半成品，所述方形孔的长为1.45mm，宽为1.0mm，横向孔距为1.745mm，纵向孔距为0.935mm；
b)将钢带半成品经过电解除油、去除表面金属防锈油，处理温度50℃，处理时间2min，除油之后进行水洗，清洗掉表面粘附的除油剂，再经过酸洗中和，然后进入电镀槽进行镀镍处理，镀镍温度40℃，电流1500A，电镀走速5米/分钟，电镀液的pH值3.0±0.5，镀镍之后连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：采用水冷的方式将温度冷却至80℃，连续退火处理中的钢带走速为4m/min，连续退火处理中采用恒张力，得到冲孔镀镍钢带。
对比例5
a)将宽度为350mm，厚度为0.06mm，硬度为200的冷轧低碳钢带用合金模进行冲孔，冲孔速度为320次/分钟，得到带有多个圆孔竖直排列的钢带半成品，所述圆孔的孔径为1.3mm，横向孔距为1.745mm，纵向孔距为0.935mm；
b)将钢带半成品经过电解除油、去除表面金属防锈油，处理温度50℃，处理时间2min，除油之后进行水洗，清洗掉表面粘附的除油剂，再经过酸洗中和，然后进入电镀槽进行镀镍处理，镀镍温度40℃，电流1500A，电镀走速5米/分钟，电镀液的pH值3.0±0.5，镀镍之后连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：采用水冷的方式将温度冷却至80℃，连续退火处理中的钢带走速为1-10m/min，连续退火处理中采用恒张力，得到冲孔镀镍钢带。
实施例1-3和对比例1-5所得冲孔镀镍钢带进行力学性能测试，结果见表1。测试方法参照GB/T 228的规定进行。
表1冲孔镀镍钢带的力学性能
从表1中的数据可知，采用本发明的制备方法得到的冲孔镀镍钢带的力学性能优异，其中抗拉强度达到了350N/mm^2以上，远高于对比例中得到的冲孔镀镍钢带的拉伸强度，尤其是对比例1中钢带的拉伸强度只有310.51N/mm^2，远低于实施例2中的拉伸强度，说明采用本发明的退火处理工艺得到的钢带的力学性能更加优异。
将实施例2和对比例2得到的冲孔镀镍钢带进行电池极板涂浆厚度测试，结果如图1和2，采用的仪器是千分尺，其中纵坐标代表极板的厚度，单位是mm，横坐标代表钢带的长度，单位是cm，图2是实施例2的极板厚度，图1是对比例2的极板厚度，从两张图可以看出，采用间歇式退火不同钢带卷之间存在极板涂浆厚度波动，而连续退火的极板厚度则非常均匀。

Claims (10)

1.一种冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
a)将冷轧低碳钢带用合金模具进行冲孔，得到带有多个圆孔的钢带半成品；
b)将钢带半成品经过电解除油、水洗、酸洗、电镀镍、连续退火处理、包装得到冲孔镀镍钢带；所述连续退火处理的工艺为：1)第一加热区：温度为600℃,2)第二加热区：温度为650℃,3)第三加热区：温度为680℃，4)冷却段：采用水冷的方式将温度冷却至80℃，得到冲孔镀镍钢带。
2.如权利要求1所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述冷轧低碳钢带的厚度为0.02-0.08mm，表面硬度为180-220。
3.如权利要求1所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述圆孔的孔径为1.1-1.6mm。
4.如权利要求1所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述圆孔横向孔距为1.2-2.0mm，纵向孔距为0.6-1.0mm。
5.如权利要求1所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述圆孔的孔径为1.3mm，横向孔距为1.745mm，纵向孔距为0.935mm。
6.如权利要求1所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述电镀镍的温度为40-50℃。
7.如权利要求1所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述电镀镍的电镀液pH值为3.0±0.5。
8.如权利要求1-7任一项所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述连续退火处理中采用恒张力。
9.如权利要求1-7任一项所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述连续退火处理中的钢带走速为1-10m/min。
10.如权利要求1-7任一项所述冲孔镀镍钢带的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述圆孔的排列方式为环形阵列。
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