CN1249541A - 表面粗糙化的泡沫镍及其生产新工艺 - Google Patents

Abstract

一种表面粗糙化的泡沫镍及其生产新工艺,其主要特征为在海绵基体进行导电化处理前或后续的电镀过程的任意阶段,在基材表面喷涂上呈均匀点阵状的附着物,采用本发明的表面粗糙化的泡沫镍,既能减少电池极片中粘接剂含量,又能增强电池极片强度、增加电池容量和寿命,极大提高电池技术性能,是一种高能电池的新材料。

Description

表面粗糙化的泡沫镍及其生产新工艺

本发明涉及高能电池材料领域中的一种泡沫镍及其生产新工艺。

传统的泡沫镍生产工艺如块状、连续带状泡沫镍生产工艺为：先进行海绵基体的导电化处理，再进行电镀，直至达到一定的面密度，最后进行焚烧、脱碳、还原、退火、冷却(以下简称热处理)。导电化处理一般有三种方式，即涂导电胶、化学镀镍、真空离子溅射镍。这种传统工艺生产出的块状、连续带状泡沫镍在足够放大倍数显微镜下观察呈表面光滑型，电池浆料与光滑表面结合力差，电池在多次充放电时，电极活性材料随着充放电过程的进行其体积也随之不断地进行膨胀和收缩，因而在多次充放电后，电极活性物质从泡沫镍基材表面脱落，从面影响了电池的寿命。另一方面，光滑的表面需要用足够多的粘接剂才能有足够的结合力，因此，以光滑表面泡沫镍作基材的电极一定需要有足够量的粘接剂，才能保持电池极片的强度，也才能保证电池多次充放电的电池寿命，但在同样体积的极片中，粘接剂用量的增加必然导致活性物质用量的降低，而活性物质用量的降低会牺牲电池的容量。

本发明之目的旨在提供一种既能减少电池极片中粘接剂含量，又能增强电池极片强度、增加电池容量和寿命、极大提高电池技术性能的泡沫镍及其生产新工艺。

本发明的技术解决方案是：在海绵基体进行导电化处理前或后续的电镀过程的任意阶段，在基材表面喷涂上呈均匀点阵状的附着物。

本发明工艺可为表面粗糙化的泡沫镍或表面粗糙化的泡沫铜或表面粗糙化的泡沫铁或表面粗糙化的泡沫锌。

上述技术方案具体工艺过程亦即下述两种方式之一：

1、在海绵基体上喷涂上一层呈均匀点阵状的附着物，待其干燥成型后再进行涂导电胶或化学镀镍或真空离子溅射镍的任意一种导电化处理，然后再进行电镀，最后经热处理工序制成本发明的成品。

2、在将海绵基体进行涂导电胶或化学镀镍或真空离子溅射镍的导电化处理后，后续电镀过程中的任意阶段，在基材表面喷涂一层呈均匀点阵状的附着物，喷涂后的半成品再进行阳极溶解，即把电镀槽的正负极反接，让泡沫镍半成品成阳极，对应电极成阴极，最后经后续热处理工序，制成本发明的泡沫镍成品。

阳极溶解工艺简述如下：

1、把电镀槽的正、负极反接，让泡沫镍半成品为阳极，对应的原电极为阴极；

2、电镀液采用传统的瓦特电镀液或氨基磺酸镍电镀液体系，PH值、电镀温度等均采用已有的成熟技术；

3、阳极溶解电流控制在10A-5000A/m²，视面密度要求而定；

4、阳极溶解时间控制在1小时内。

通过上述阳极溶解工艺，已附着上附着物的部分不能被溶解下来，而没有附上附着物的泡沫镍部分则被溶解下来，可通过控制上述电流和时间以及前述的喷涂工艺参数，就能得到不同粗糙化形状和不同粗糙度表面的泡沫镍半成品，再经后续热处理工序制成本发明的成品。

本发明的技术方案，使块状或连续带状泡沫镍表面均匀粗糙化，在足够放大倍数的光学显微镜下，泡沫镍表面呈粗糙结构，采用本发明工艺得到的微观表面粗糙型的泡沫镍其基本技术性能完全达到现有泡沫镍国际先进技术指标，而且使用这种泡沫镍的电池在容量、寿命等技术性能上大为提高，具有较大的优势。

本发明的具体实验数据和检测结果如下：

采用传统工艺所得泡沫镍AAI和本发明工艺所得表面粗糙泡沫镍AAII生产的AA型镍氢电池进行对比实验：正极材料采用球形氢氧化亚镍、氧化亚钴、镍粉、羧甲基纤维素钠、以及分别采用两种不同的泡沫镍AAI、AAII；负极材料采用贮氢合金粉、镍粉、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、以及分别采用两种不同的泡沫镍AAI、AAII。因此，上述所选用的材料除泡沫镍不同外，其余所选用的材料完全相同，而且配比和工艺完全相同，在这种情况下生产出的50支AA型镍氢电池平均性能对比如下表：性   能                  采用AAI生产的电池    采用AAII生产的电池容量mAh                         1300               1450寿命次数(1C，100％DOD)          450                550工作平台电压(1C)                1.20               1.22内阻(mΩ)                       26                 18

从上表中可以看出，采用本发明的表面粗糙泡沫镍所生产的镍氢电池与采用传统泡沫镍所生产的镍氢电池相比，无论从电池容量、寿命还是电池内阻、平台工作电压均有较大的优势。

本发明的表面粗糙泡沫镍AAI与传统的泡沫镍AAI的性能检测对比结果如下表：性能                       AAI         AAII孔酸率％                   96.5％      96％纵向抗拉强度N/cm²           189           191横向抗接强度N/cm²           126           125纵向延伸率％                 8             8横向延伸率％                 16            16.5面密度g                   500±30        500±30柔软性                      合格           合格镍Ni Ppm                    余量           余量铁Fe                        105            100碳C                         110            100铜Cu                        48.5           57硅Si                        25             35硫S                         68             60

从上表可以看出，按本发明工艺生产的表面粗糙化的泡沫镍其性能指标与传统泡沫镍的现行国际先进性能指标完全一致。

实施例1：本发明在原海绵基体上喷涂上一层呈均匀点阵状的附着物，该附着物可为一切与海绵基体有较强附着力的有机物、无机物及固体粉末等，如油漆类、涂料类，涂料类又可选用环氧树脂类涂料、醇酸(聚酯)树脂涂料、丙烯酸树脂类涂料、乙烯类树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、有机硅树脂类涂料、氨基(醇酸、聚酯)树脂涂料或上述各种涂料的二元、三元混合型涂料，在海绵基体上喷涂附着物的喷涂方法可采用已有技术的空气喷涂或无空气喷涂或静电喷涂，空气喷涂是用压缩空气的气流使涂料雾化成雾状并在气流带动下涂到被涂物表面的一种涂装方式，一套比较完整的空气喷涂装置包括空气压缩机、输气管、空气油水分离器、贮气罐、喷枪、涂料槽、喷涂室等，空气喷涂的施工要点：1、雾化条件，应符合 式中do-雾化后涂料的平均粒径，Q₁-空气使用量/涂料喷出量；2、喷涂距离；3、喷枪的移动速度；4、喷雾图样的搭接；5、涂料的粘度，一般适宜的粘度如下：硝基漆及热塑性溶剂漆：16-18，热固性溶剂涂料(氨基醇酸，丙烯酸类)：18-25，自干性醇酸及聚氨酯类涂料：25-30，6、要注意设备和环境的清洁。无空气喷涂是涂料涂装的一种新工艺，是靠密闭容器内的高压泵压送涂料，获得高压的涂料从小孔中喷出时速度非常高，随着冲击空气和压力的急剧下降，涂料体积骤然膨胀，溶剂迅速挥发而分散雾化，高速地飞向被涂物，由于它是利用高液压而不是空气流速涂料雾化喷出，所以又叫高压无气喷涂，静电喷涂又称高频静电喷涂，它是利用静电基本原理使涂料在电场内带电，并在电场力作用下吸附于异性电荷的工件上面完成涂装过程，其工艺过程是：先将高压负电加在有锐边或尖端的电极上，工件接地，使负电极与工件之间造成一个不均匀的静电场，靠电晕现象，首先在负电极附近激发游离出的大量电子，用高压空气或离心动力使涂料初步雾化后进入电场，涂料微粒与电子结合成负粒子，电场力作用下进一步雾化，然后向异性电极(工件)移动，最终在工件上沉积。在海绵基体上喷涂上一层呈均匀点阵状的附着物后，待其干燥成型后再进行导电化处理和电镀处理。干燥采用自然干燥或热风干燥均可，所述导电化处理和电镀处理均为已有技术，导电化处理方式有三种，可任意采用其中的一种，三种导电化处理方式为：涂导电胶、化学镀镍、真空离子溅射镍。已有技术的化学镀镍：是指将海绵经过粗化、活化和化学镀，使海绵上沉积很薄一层镍磷合金，使其具有良好的导电能力。已有技术的真空离子溅射镍：是指在真空环境内，使得金属镍靶在磁控条件下，溅射向海绵上，在海绵上沉积一层金属镍膜。已有技术的涂导电胶：是将具有导电性的粉末碳等导电粉加入溶剂后调成浆，再均匀地涂敷到海绵上，经烘干后，即可使海绵具有良好的导电能力。本实施例1的导电化处理，也就是任选上述三种方式之一，只不过将上述的“海绵”替换为“在上面喷涂了一层呈均匀点阵状的附着物的海绵基体”。经导电化处理后的具有良好导电性的海绵基体，通过后续的电镀处理，使得其上镍量达到一定的规定值，通常在300-1000g/m²，电镀处理为已有技术，电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程，电镀的基本过程(以镀镍为例)是将基体浸在金属盐(如NiSo4)的溶液中作为阴极，金属镍板作为阳极，接通直流电源后，在基体上就会沉积出金属镍镀层，例如在硫酸镍电镀溶液中镀镍时，在阴极上发生镍离子得到电子还原为镍金属的反应，这是主要反应，反应式为： ，电镀液采用经典的瓦特电镀体系或者氨基磺酸镍体系，电镀的温度范围在30°-70℃，PH值在2-7之间，连续电镀时间视用户对面密度大小的要求而定，一般在0.2-8小时之间。电镀上镍达到规定值后的半成品。需经过热处理阶段，热处理也为已在技术，经过焚烧海绵、脱碳、还原、退火、冷却五个工序的热处理后即可得到表面粗糙化的块状或连续带状泡沫镍成品，绕结温度范围一般在200°-1300℃之间。

实施例2，对海绵基体进行导电化处理后，进行电镀上镍，当上镍量达到一定值后，喷涂上呈均匀点阵状的附着物，该附着物可选用实施例1所述的油漆或涂料类，喷涂上一层均匀点阵状的附着物后，再进行阳极溶解，没有附着上附着物的泡沫镍随着电镀时间的延长逐渐溶解下来，可以通过阳极溶解时间来控制镍的溶解量，而已被附着物复盖着的镍不能被溶解，这样通过有效调节阳极溶解时间、电流大小和喷涂工艺参数就可得到不同粗糙化形状及粗糙度表面的泡沫镍。电镀处理的上镍达到规定值的半成品经过焚烧海绵、脱碳、还原、退火、冷却的热处理五工序，最终得到表面粗糙的块状或连续带状泡沫镍，

阳极溶解工艺简述如下：

1、把电镀槽的正、负极反接，让泡沫镍半成品为阳极，对应的原电极为阴极；

2、电镀液采用传统的瓦特电镀液或氨基磺酸镍电镀液体系，PH值、电镀温度等均采用已有的成熟技术；

3、阳极溶解电流控制在10A-5000A/m²，视面密度要求而定；

4、阳极溶解时间控制在1小时内。

通过上述阳极溶解工艺，已附着上附着物的部分不能被溶解下来，而没有附上附着物的泡沫镍部分则被溶解下来，可通过控制上述电流和时间以及前述喷涂工艺参数，就能得到不同粗糙化形状和不同粗糙度表面的泡沫镍半成品，再经后续热处理工序制成本发明的成品。

Claims (4)

1、一种表面粗糙化的泡沫镍及其生产新工艺，其特征在于在海绵基体进行导电化处理前或后续的电镀过程中的任意阶段，在基材表面喷涂上呈均匀点阵状的附着物。

2、根据权利要求1所述的表面粗糙化的泡沫镍及其生产新工艺，其特征在于所述的附着物可以为一切与海绵基体有较强附着力的有机物、无机物及固体粉末、油漆类、涂料类，涂料类又可选用环氧树脂类涂料、醇酸(聚酯)树脂涂料、丙烯酸树脂类涂料、乙烯类树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、有机硅树脂涂料、氨基(醇酸、聚酯)树脂涂料或上述各种涂料的二元、三元混合型涂料。

3、根据权利要求1所述的表面粗糙化的泡沫镍及其生产新工艺，其特征在于本工艺可适应泡沫铜、泡沫铁、泡沫锌的生产。

4、根据权利要求1所述的表面粗糙化的泡沫镍及其生产新工艺，其特征在于所述的电镀过程中喷涂上呈均匀点阵状的附着物后，进行阳极溶解，阳极溶解工艺为：

a、把电镀槽的正、负极反接，让泡沫镍半成品为阳极，对应的原电极为阴极；

b、电镀液采用瓦特电镀液或氨基磺酸镍电镀液体系；

c、阳极溶解电流控制在10A-5000A/m²，视面密度要求而定；

d、阳极溶解时间控制在1小时内。