CN1722498A - 一种穿孔镀镍钢带及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明为具有准三维结构的高性能穿孔镀镍钢带及其制造方法。该钢带在钢带基体上有镀镍层，在镀镍层上有复合镀镍层，复合镀镍层为金属镍、羰基镍、金属钴、三氧化二钴中的一种或两种。制造方法是将钢带先用专用模具冲孔，然后电镀0.5－10μm的镍镀层作为过渡层，再在分散有直径为0.5－5μm过渡金属或过渡金属化合物的固体微粒的溶液中复合电镀厚度为0.5－10μm的镍层，经退火处理形成一种结合力优良、固体微粒分布均匀、表面呈现出亚光的准三维结构镍镀层；它在制造极片拉浆时，增加了电流收集器，所制作的电池内阻明显低于现有技术电池，具有非常优良的大电流充放电性能，不但适合于小型二次使用，而且特别适合动力电池使用。

Description

一种穿孔镀镍钢带及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电极基体材料及其制造方法，特别涉及一种穿孔镀镍钢带以及制造方法。

背景技术

Ni-MH电池具有能量密度高、功率密度高、能快速充放电、循环寿命长、无污染、可免维护、使用完全等特点，被称为“绿色电池”，上世纪80年代末，Ni-MH电池由日本首先实现商品化，进入90年代产业规格发展异常迅速。Ni-MH电池目前主要应用在小型移动通讯设备、笔记本计算机、便携式摄像机、袖珍收录放机、数码照相机及电动助力车等领域。随着其在动力电池中的应用，其应用领域还将不断扩展。在电池的制作过程中，电极基体材料的性能将直接影响电池性能以及电池制作过程控制，目前普遍采用的负极基体是穿孔镀镍钢带，正极材料则分两种，一类是粘接式电极，将球形氢氧化镍附着在正极集流体——泡沫镍上；另一种是烧结式电极，将活性物质通过高温烧结附着在镀镍穿孔钢带上。无论是用何种方式的正极及制作工艺，负极必须用镀镍穿孔钢带。因此电极基体材料——镀镍穿孔钢带作为Ni-MH电池制造的必备基体，有着良好的市场和应用前景。镀镍穿孔钢带不但适合于Ni-MH电池，而且也适用于Cd-Ni电池、Zn-Ni电池等的电极制造。

周中斌等在其专利“电池极板用穿孔钢带的生产工艺和设备”(专利号：CN98120285.3)中提出其钢带穿孔为成组分布，组间为过渡区，减少了原材料消耗，增加了强度；在专利“一种动力电池极板用穿孔钢带”(专利号：CN00134512.5)中许开华等提出在钢带表面上冲压穿孔，带上所有的穿孔孔边设有毛刺，所述毛刺间隔地在所述穿孔钢带的两侧面上分布。

上述方法生产的镀镍钢带都是平面结构，电池制造厂在用这种钢带进行拉浆时，活性物质不容易在电极表面附着，有时造成一次拉浆不能达到目的，需要多次拉浆。并且即使一次拉浆成功，但钢带表面各处活性厚度分布不均匀，从而影响电池质量。为此，许开华在专利“一种动力电池极板用穿孔钢带”(专利号：CN00265101.7)中又提出了一种双面带毛刺的穿孔镀镍钢带生产方法，通过设计特殊的模具，在带上所有的穿孔边都有毛刺，所有毛刺间隔地在所述穿孔钢带的两侧面上分布。然而，这种毛刺在生产中极难控制，要形成双面毛刺，生产上模具设计非常困难，并且毛刺的长度难以控制，毛刺过长导致电池制作时容易造成短路，给电池带来灾难性后果；毛刺过短，达不到预期的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种能有效提高对电池活性物质的附着力、提高拉浆效率的具有准三维结构的高性能穿孔镀镍钢带及其制作方法。

本发明的技述方案之一是，所述穿孔镀镍钢带有穿孔钢带基体，其结构特点是，在该穿孔钢带基体上有镀镍层，在所述镀镍层上有复合镀镍层，所述复合镀镍层成份为金属镍、羰基镍、金属钴、三氧化二钴中的一种或两种。

本发明的技述方案之二是，所述穿孔镀镍钢带制造方法的工艺步骤是：

(1)将钢带用专用模具进行冲孔，形成穿孔钢带；

(2)将穿孔钢带放入含有0.5～3.5mol/l的Ni²⁺、0.05～1.0mol/l的Cl^-、0.1～1.0mol/l的H₃BO₃的混合镀液中进行电镀而获得预镀镍层，镀液PH值为4～6，镀液温度为40～60℃，阴极电流密度为0.5～7.5A/dm²，，至预镀镍层的沉积厚度在0.5-10微米之间；

(3)将上述获得预镀镍层的穿孔钢带放入复合电镀液中，在PH值为4～6，温度为40～60℃、阴极电流密度为0.5～7.5A/dm²条件下进行复合电镀而获得复合镀镍层，至复合镀镍层的沉积厚度在0.5-10微米之间；

所述复合电镀液在上述(2)的镀液中，加入直径为0.5-5微米的过渡金属或过渡金属化合物固体微粒而成，加入量为5～150g/l，固体微粒是指金属镍、羰基镍、金属钴、三氧化二钴中的一种或两种的混合物，并用强制对流和溶液搅拌的方法使微粒悬浮在镀液中；

(4)经预镀镍的钢带在复合最后将镀镍钢带进行退火处理，退火温度为200～600℃，退火时间0.5至5小时。

以下对本发明做出进一步说明。

本发明中，冲孔后的钢带经电镀——退火，在电镀过程中首先在普通电镀镍溶液中电镀一层镍镀层作过镀层，然后在普通电镀镍溶液中分散过渡金属或过渡金属化合物固体微粒所成的复合电镀镍溶液中继续电镀。固体微粒是下述中的一种或两种的混合物：金属镍、羰基镍、金属钴、三氧化二钴。复合电镀镍溶液是在瓦特电镀镍溶液中分散固体微粒，加入的固体微粒的量为5-150g/l，直径为0.5-5微米。第一层过镀镍层的沉积厚度为0.5-1.0微米，第二层复合镀镍层的沉积厚度为0.5-1.0微米。固体微粒有0.3-3.5微米长镶嵌在镀层里，0.2-1.5微米长伸出镀层，形成准三维结构。

采用上述方法制造的穿孔镀镍钢带，固体微粒的0.2-1.5微米长伸出在钢带表面，0.3-3.5微米长镶嵌在镀层里，形成准三维结构。固体微粒是下述中的一种或两种的混合物：金属镍、羰基镍、金属钴、三氧化二钴，直径为0.5-5微米。

本发明的具体工艺流程可以是：穿孔钢带→阴极电解除油→阳极电解除油→热水洗→流动冷水洗→酸洗→水洗→活化→水洗→预镀镍→复合镀镍→回收→水洗→钝化→水洗→烘干→退火→检验→包装→成品。

Ni²⁺离子的来源可以是硫酸镍或氯化镍，Cl^-的来源可以是氯化镍或氯化钠。可添加适量的添加剂，所述添加剂由表面活性剂和除应力添加剂组成。从扫描电镜或显微镜下可看到固体微粒均匀地分布于镍镀层中，有0.3-3.5微米长镶嵌在镀层里，0.2-1.5微米长伸出镀层，形成一种准三维结构。

由以上可知，本发明为一种穿孔镀镍钢带及其制造方法，它的技术优点有：

a.本发明所制作的具有准三维结构的高性能穿孔镀镍钢带，既部分保持普通穿孔镀镍钢带的优点；又由于固体微粒0.3-3.5微米长(约为固体微粒直径的2/3)镶嵌在镍层中，形成复合镀层，另0.2-1.5微米长(约为固体微粒直径的1/3)伸出镀层，形成准三维结构，增大了钢带的有效比表面积，从而大大增大了载体材料与电池活性物质的附着面积并提高了其结合力，在制造电池极片拉浆时非常有利于活性物质的附着，填充性能明显改善，活性物质的粘接性和导电性及电化学性能显著提高，有效改善了电池生产过程中拉浆的效率。

b.本发明制造准三维结构的穿孔镀镍钢带的方法，由于采用复合电镀法，而非机械法，所以不需要特别的模具，同时固体微粒加入到普通电镀镍的溶液中，工艺流程和参数容易控制，与工业上普遍采用的电镀工艺及其设备匹配性很好，改造成本低。

c.通过退火处理，过渡镍镀层原子与基体金属原子相互扩散，形成扩散层结构，提高了镀层的结合力，而复合镀层分散了腐蚀电流，因而钢带具用优良的耐蚀性。

具体实施方式

实施例1：将普通穿孔钢带在含有硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.1mol/l，0.65mol/l硼酸的混合溶液中电镀1.5min，镀液PH值为4.5，温度为50℃，阴极电镀密度为3A/dm²，得预镀镍钢带，预镀镍层的沉积厚度为0.5-1微米。将这种预镀有镍的钢带进入第二个镀镍槽中电镀，镀液组成和工艺条件为：硫酸镍1mol/l，氯化镍0.15mol/l，硼酸0.65mol/l，添加剂20ml/l，直径为1微米的镍粉在搅拌下均匀地浮在溶液中且加入量为5g/L，，电镀1min，镀液PH值为4.5，温度为50℃，阴极电流密度3A/dm²，所得镀层是一种有亚光的复合镀层，从扫描电镜或显微镜下可看到固体微粒均匀地分布于镍镀层中，有0.6-0.7微米长镶嵌在镀层里，0.3-0.4微米长伸出镀层，形成一种准三维结构。最后，将钢带在400℃退火0.5小时，得性能优良的准三维结构穿孔镀镍钢带。

实施例2：普通穿孔钢带预镀镍的电镀镍溶液组成是硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.1mol/l，0.65mol/l硼酸，添加剂20ml/l的混合溶液，电镀时间2.5min，镀液PH值为4.8，温度为52℃，阴极电镀密度为3A/dm²，预镀镍层的沉积厚度为2~3微米。复合电镀镍溶液组成和工艺条件为：硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.12mol/l，硼酸0.65mol/l，添加剂4ml/l，直径为3微米的羰基镍粉在搅拌下均匀地浮在溶液中且加入量为100g/L，电镀4min，镀液PH值为4.8，温度为50℃，阴极电镀密度3A/dm²，复合电镀镍层的沉积厚度为4.5~5微米，u 所得镀层是一种有亚光的镍镀层，从扫描电镜或显微镜下可看到羰基镍粉均匀地分布于镍镀层中，有1.5~2微米长镶嵌在镀层里，1-1.5微米长伸出镀层，形成一种准三维结构。最后，将钢带在400℃退火1小时，得性能优良的准三维结构穿孔镀镍钢。

实施例3：普通穿孔钢带预镀镍的电镀镍溶液组成是硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.1mol/l，0.65mol/l硼酸，电镀时间1min，镀液PH值为4.8，温度为52℃，阴极电镀密度为3A/dm²，预镀镍层的沉积厚度为0.5-0.9微米。复合电镀镍溶液组成和工艺条件为：硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.12mol/l，硼酸0.65mol/l，添加剂4ml/l，直径为5微米的三氧化二钴粉在搅拌下均匀地浮在溶液中且加入量为150g/L，电镀8min，镀液PH值为4.8，温度为50℃，阴极电镀密度3A/dm²，复合电镀镍层的沉积厚度为7~8微米，所得镀层是一种有亚光的镍镀层，从扫描电镜或显微镜下可看到三氧化二钴粉均匀地分布于镍镀层中，有3~3.5微米长镶嵌在镀层里，1.5-2微米长伸出镀层，形成一种准三维结构。最后，将钢带在400℃退火3小时，得性能优良的准三维结构穿孔镀镍钢。

实施例4：普通钢带预镀镍的电镀镍溶液组成是硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.1mol/l，0.65mol/l硼酸，添加剂20ml/l的混合溶液，电镀时间3min，镀液PH值为4.8，温度为52℃，阴极电镀密度为4A/dm²，预镀镍层的沉积厚度为3.5~4.5微米。复合电镀镍溶液组成和工艺条件为：硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.12mol/l，硼酸0.65mol/l，直径为1微米的三氧化二钴粉和1微米的镍粉的混合固体微粒在搅拌下均匀地浮在溶液中且加入量为50g/L，电镀10min，镀液PH值为4.8，温度为50℃，阴极电镀密度5A/dm²，复合电镀镍层的沉积厚度为9~10微米，所得镀层是一种有亚光的镍镀层，从扫描电镜或显微镜下可看到混合固体粉均匀地分布于镍镀层中，有0.3-0.4微米长镶嵌在镀层里，0.6-0.7微米长伸出镀层，形成一种准三维结构。最后，将钢带在400℃退火4小时，得性能优良的准三维结构穿孔镀镍钢。

实施例5：普通钢带预镀镍的电镀镍溶液组成是硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.1mol/l，0.65mol/l硼酸，添加剂20ml/l的混合溶液，电镀时间3min，镀液PH值为4.8，温度为52℃，阴极电镀密度为4A/dm²，预镀镍层的沉积厚度为3.5~4.5微米。复合电镀镍溶液组成和工艺条件为：硫酸镍1.5mol/l，氯化镍0.12mol/l，硼酸0.65mol/l，直径为1微米的钴粉微粒在搅拌下均匀地浮在溶液中且加入量为50g/L，电镀10min，镀液PH值为4.8，温度为50℃，阴极电镀密度5A/dm²，复合电镀镍层的沉积厚度为9~10微米，所得镀层是一种有亚光的镍镀层，从扫描电镜或显微镜下可看到混合固体粉均匀地分布于镍镀层中，有0.3-0.4微米长镶嵌在镀层里，0.6-0.7微米长伸出镀层，形成一种准三维结构。最后，将钢带在400℃退火4小时，得性能优良的准三维结构穿孔镀镍钢。

Claims (2)

1、一种穿孔镀镍钢带，有穿孔钢带基体，其特征是，在该穿孔钢带基体上有镀镍层，在所述镀镍层上有复合镀镍层，所述复合镀镍层成份为金属镍、羰基镍、金属钴、三氧化二钴中的一种或两种。

2、一种穿孔镀镍钢带的制造方法，其特征是，它的工艺步骤是：

(1)将钢带用专用模具进行冲孔，形成穿孔钢带；

(2)将穿孔钢带放入含有0.5～3.5mol/l的Ni²⁺、0.05～1.0mol/l的Cl^-、0.1～1.0mol/l的H₃BO₃的混合镀液中进行电镀而获得预镀镍层，镀液PH值为4～6，镀液温度为40～60℃，阴极电流密度为0.5～7.5A/dm²，，至预镀镍层的沉积厚度在0.5-10微米之间；

(3)将上述获得预镀镍层的穿孔钢带放入复合电镀液中，在PH值为4～6，温度为40～60℃、阴极电流密度为0.5～7.5A/dm²条件下进行复合电镀而获得复合镀镍层，至复合镀镍层的沉积厚度在0.5-10微米之间；

所述复合电镀液在上述(2)的镀液中，加入直径为0.5-5微米的过渡金属或过渡金属化合物固体微粒而成，加入量为5～150g/l，固体微粒是指金属镍、羰基镍、金属钴、三氧化二钴中的一种或两种的混合物，并用强制对流和溶液搅拌的方法使微粒悬浮在镀液中；

(4)经预镀镍的钢带在复合最后将镀镍钢带进行退火处理，退火温度为200～600℃，退火时间0.5至5小时。