CN1652377A - 特殊泡沫镍材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特殊泡沫镍材料，它是一种由金属镍构成其框架的具有三维网状结构的的多孔材料，具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，形成多面体小室的肋条上有大量的树枝状镍晶突出，突出的长度为0.2～10um；材料纵向抗拉强度达130～200N/cm²，横向抗拉强度达90～160N/cm²。该材料可有效提高对电极活性物质的附着力，增大与电极活性物质接触的真实表面积，从而可以提高电极活性物质的利用率、电池容量、寿命和抗冲击载荷，减小电池内阻，更适用于大电流充放电动力电池，且材料的抗拉强度高，适合电池的连续化拉桨的生产。

Description

特殊泡沫镍材料

技术领域

本发明涉及多孔金属材料领域，具体涉及主要应用于镍氢、镍镉二次电池的泡沫镍金属材料领域。

背景技术

泡沫镍材料是一种以镍为骨架的三维网状结构的多孔金属材料，其内部是由多个多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构。泡沫镍主要用于镍氢、镍镉电池正、负极板的集流体和活性物质的载体，泡沫镍特殊的微孔结构可使得电极活性物质得到充分利用，减少电池内电阻，增大反应面积，从而提高电池性能。构成泡沫镍微孔结构的多面体小室的边条一般称为泡沫镍的肋条，普通泡沫镍材料由于肋条表面非常光滑，真实表面积较小，在制作电池极板时，可附着电极活性物质的数量有限，而且电极活性物质在泡沫镍肋条光滑表面上的附着力较差，电极活性物质容易从泡沫镍肋条表面脱落，这些缺陷的存在，客观上造成电池内阻高，活性物质利用率偏低，电池容量的提高有限，不适合大电流循环充放电，并且直接影响电池的使用寿命。因此，普通泡沫镍不适合用于高容量、大功率放电的动力电池的基板材料。另一方面，造成制备出的材料抗拉强度低，(目前普通型泡沫镍材料的纵向抗拉强度为125～160N/cm²，横向抗拉强度为100～130N/cm²)，在电池的连续拉浆生产时容易发生断裂，影响电池的制作和性能。

发明内容

本发明旨在提供一种特殊泡沫镍材料，有效提高对电极活性物质的附着力，增大与电极活性物质接触的真实表面积，从而可以提高电极活性物质的利用率、电池容量、寿命和抗冲击载荷，减小电池内阻，更适用于大电流充放电动力电池，同时提高材料的抗拉强度，使之更适用于电池生产中连续化拉浆生产的要求，提高电池生产效率和质量。

本发明提供的特殊泡沫镍材料，是一种具有三维网状结构的镍金属框架的多孔材料，具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，每个多面体小室的每条边(即材料的肋条)上有大量的树枝状突出，突出的长度为0.2～10um。泡沫镍材料的纵向抗拉强度为130～200N/cm²，横向抗拉强度为90～160N/cm²，材料的面密度为320～700g/m²，孔隙率为95％以上，孔数为80～110PPI。其它物理性能和化学性能指标都与普通泡沫镍材料的相当。

这种特殊材料的制备工艺流程与普通泡沫镍相类似，具体为：非金属基材导电化处理——电沉积——热处理，但电沉积工艺采用复合电沉积的方法，具体过程是：在电镀镍的溶液中添加由镍、镍的氧化物、镍的碳氧化物、钴或钴的氧化物、碳粉、石墨等无机微粒和/或聚四氟乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯粉体等有机微粒构成的复合微粒，保持复合微粒的粒度为50纳米至100微米，在镀液中的含量为0.1-5克/升。同时控制电沉积的时间、温度及电流密度，以制备每条肋条边上有大量一定长度的树枝状突出的特殊泡沫镍材料。

分别将本发明的特殊泡沫镍材料和普通泡沫镍材料置于金相显微镜下放大100倍后观察，可以清楚地发现，前者材料的肋条边上有大量树枝状突出，后者则肋条光滑。图1是本发明的特殊泡沫镍材料的金相放大图，图2是普通泡沫镍材料的金相放大图。

本发明的材料的多面体小室的每条边(即材料的肋条)上大量的树枝状突出的长度采用生物细胞切片法来测定。具体步骤如下：

1.试剂：丙酮、包埋剂(Epon812，DDSA MNA DMP-30)

2.仪器：烘箱、医学用的修块机

3.试样准备：

3.1试样脱水：将切块后的泡沫镍材料依次采用50％、70％、90％、100％的丙酮分别脱水，每种脱水方式时间为10分钟；

3.2浸泡：将脱水后的试样置于浸泡液中浸泡2-3小时，浸泡剂为100％的包埋剂+100％的丙酮，两种试剂各占50％；

3.3聚合：浸泡后的试样用100％的包埋剂，再先后于40℃的烘箱中烘8小时和60℃的烘箱中烘10小时。

3.4切片：首先用医用修块机定位，然后找到切割部位，最后用修块机切割半薄切片。

4.测定：将上述准备的试样切片，用电子扫描镜放大100倍后，成像，(见图3)用标尺对试样肋条边缘的突出的长度进行测量。

材料的其它物理性能和力学性能指标值现行常规方法测量即可。

本发明与现有泡沫镍材料相比具有如下优点：

1、抗拉强度高。在相同规格条件下，如常规泡沫镍规格条件：基材厚度为1.6mm，面密度为420g/m²，普通泡沫镍材料的纵向抗拉强度130N/cm²，横向抗拉强度为100N/cm²，而本发明的特殊泡沫镍材料的纵向抗拉强度可达150N/cm²，横向抗拉强度可达120N/cm²。在不牺牲其它性能的条件下，抗拉强度的提高，可以有效改善材料在应用于电池的连续拉浆生产时容易发生断裂而影响电池的制作和性能的缺陷。

2、有效改善二次电池的电学性能。由于本发明的泡沫镍材料的肋条上有很多一定长度(0.2～10um)的树枝状突出，在制作二次电池的基板时，可以明显增大电极活性物质接触的真实表面积，从而增大电池浆料与泡沫镍极板表面的结合力，有效改善采用普通泡沫镍材料时引起的电极活性物质容易从泡沫镍基材表面脱落、导电性差等系列问题，从而降低电池内阻，提高活性物质的利用率、电池的容量和放电电流等，以提高电池性能和电池寿命，使之更适用于制作动力型电池的极板。将本发明的特殊泡沫镍材料和普通泡沫镍材料分别用于制作18650型镍氢二次电池的正、负极基板材料，在制作电池的其它原材料、配方、工艺完全相同的条件下，用大电流(3C)充放电循环测试，考察电池的电性能，结果如下：

                    特殊泡沫镍材料     普通泡沫镍材料

容量(mAh)           4300±30           4000±35

内阻(mΩ)           11±5              13±5

充电终压(V)         1.49±0.01         1.49±0.01

放电电压(V)         1.22±0.06         1.22±0.06

寿命(次)            ＞350              ＞320

从以上对比结果可以发现，采用本发明的特殊泡沫镍材料制作的镍氢二次动力型电池的各项电学性能都优于采用普通泡沫镍材料制作的同类电池的性能，因此这种材料更适合用于制作大功率动力电池的正负极基板材料。

附图说明

图1为本发明的特殊泡沫镍材料的金相放大图；

图2为普通泡沫镍材料的金相放大图；

图3为肋条突出长度测定的电子显微镜成像放大图。

具体实施方式

实施例1：

孔数为110PPI的带状聚氨酯海绵，先导电化处理，可采用涂覆导电胶、电镀镍或物理气相沉积中的任意一种方式，经导电化处理后的基材进入电镀步骤，于普通瓦特电镀镍溶液中添加粉沫状金属镍颗粒，保持微粒的粒度为50纳米至100微米，在镀液中的含量为0.40-0.60克/升，形成复合电沉积，控制电流密度为5-10A/dm²，温度为45-60℃，基材走速为：0.5m/min，整个电镀时间为40-60分钟，电镀后的半成品最后经800-1000℃热处理，以去除基材。

采用上述工艺得到的特殊泡沫镍材料，具有三维网状结构，由金属镍构成框架，具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，每个多面体小室的每条边上有大量的树枝状突出，经测定，这些突出的长度为0.5～8um。材料的面密度为420g/m²，孔隙率为95％以上，孔数为110PPI，柔韧性可达8次以上。

实施例2：

带状纤维布，先导电化处理，可采用涂覆导电胶、电镀镍或物理气相沉积中的任意一种方式，经导电化处理后的基材进入电镀步骤，于普通瓦特电镀镍溶液中添加粉末状由羰基镍颗粒和聚四氟乙烯粉体构成的复合微粒，保持微粒的粒度为50纳米至100微米，在镀液中的含量为2.0-3.0克/升，形成复合电沉积，控制电流密度为5-10A/dm²，温度为45-60℃，基材走速为：0.5m/min，整个电镀时间为80-100分钟，电镀后的半成品最后经800-1000℃热处理，以去除基材。

采用上述工艺得到的特殊泡沫镍材料，具有三维网状结构，由金属镍构成框架，具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，每个多面体小室的每条边上有大量的树枝状突出，经测定，这些突出的长度为2～10um。材料的面密度为500g/m²。

Claims (1)

1、一种用于制造镍氢或镍镉二次电池极板的泡沫镍材料，是一种具有三维网状结构的镍金属框架的多孔材料，具有通过多面体小室相互连接而形成的连续微孔结构，其特征在于：每个多面体小室的每条边上有大量的细小的树枝状突出，突出的长度为0.2～10um。

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