CN206127454U - 电池钢带及使用该钢带的电池钢壳 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池钢带及使用该钢带的电池钢壳，本实用新型的钢带先在表面分别形成镍电镀层，且内表面的镀镍层大于等于外表面，然后通过热处理使钢带表面的镀层与基体互渗透形成Fe‑Ni合金层，这种由热处理而形成的Fe‑Ni合金层结构致密，防腐性能好，与Fe基体之间的结合力远远大于常规电镀层与Fe基体之间的结合力，降低了钢壳冲制时产生裂隙的可能性，并可以为在表面形成结合力良好的后电镀Ni层提供了条件；本实用新型的钢壳经过预镀镍和后镀镍两次镀镍，既具有内表面镍层厚的特点，提高了电池的贮存电性能，又具有比单纯的电镀镍层好得多的致密性与防腐蚀能力，解决了电池长期贮存时钢壳基体铁的溶出造成电池漏液的问题。

Description

电池钢带及使用该钢带的电池钢壳

技术领域

本实用新型涉及一种电池钢带及使用该钢带的电池钢壳。

背景技术

电池用钢壳采用的是在铁基材表面镀镍的工艺进行防腐蚀，而镀镍工艺又通常分为预镀镍与后镀镍两种工艺。

国外电池厂家主要使用预镀镍工艺。这种工艺是先将镍镀在钢壳的原材料——钢带基材表面，成为预镀镍钢带后再进行拉伸冲制成钢壳。预镀镍工艺具有以下的优点：

(1)由于预镀镍工艺是先将镍电镀到钢壳的原材料钢带表面，这是一种平面电镀工艺，因此不但镀层均匀，而且钢带表面电镀层的厚度也不会受到制约，可以保证钢带的任一面均可以得到均匀且足够厚度的镍镀层，不存在后电镀工艺中关键性的钢壳内表面镀层厚度不足的问题。

(2)钢带在电镀后还可以通过热处理将使镀层与基体交界处合金化，不但提高了镀层与基体的结合力还使镀层更致密，进一步提高镀层的防腐蚀能力。

预镀镍工艺也存在一些不足：

(1)材料成本高。钢带在拉伸冲制成钢壳时会产生30％以上的边角料，而预镀镍钢带中的镍是均匀镀在钢带上的，因此这些镀在边角料上镍的浪费使钢壳的成本增加，导致预镀镍工艺的生产成本高于后镀镍工艺；

(2)碱性电池使用这种工艺在长期贮存时电池容易引起漏液。预镀镍钢带在钢壳拉伸冲制过程中表面的镍层也被不断地拉伸变形，镀层会产生裂隙，而原有的裂隙等不良点会不断被拉伸、扩大，形成大量直通Fe基体的裂隙，电池在长期贮存过程中这些裂隙下面的Fe基体上的铁成份会逐渐溶出而引起电池漏液，影响电池的贮存寿命；

(3)钢壳在拉伸冲制过程中产生的这些直通基体的裂隙容易导致电池外表面的生锈。

为了解决上述问题，国内一些生产厂家开发了一种叫闪镀的技术，就是在预镀镍钢带冲成钢壳后，再在钢壳表面闪镀一层非常薄的镍来填充这种在拉伸过程中镍镀层产生的裂隙，这种闪镀的薄镍镀层在短时间内特别是电池进行高温及高温高湿试验时有比较明显的改善效果，但这种闪镀镍层一方面由于镀层太薄而作用时间并不长，另一方面这种闪镀镍层由于是在镍镀层上进行的电镀，往往与基体镍层没有较好的结合力，闪镀层甚至会在镍基体表面形成龟壳状脱起，电池实际的长期贮存的效果并不理想。

国内的电池用钢壳尤其是碱性电池用钢壳普遍采用的是后镀镍工艺，就是先将原坯钢带拉伸冲制成钢壳，再对钢壳进行深孔镀镍。后镀镍工艺相对于预镀镍工艺主要具有成本低、镀层表面致密性好的特点，但相对预镀镍工艺也存在一些的问题：

(1)受深孔电镀工艺的深镀能力限制，采用深孔镀镍工艺的后镀镍工艺在电镀时由于钢壳内表面受钢壳口部电力线屏蔽使用的影响，镀层的沉积速度远低于外部，钢壳内表面镍镀层的厚度受到限制，无法达到正常的工艺要求的厚度，影响了电池的贮存电性能。后电镀的钢壳内侧底部的镍镀层通常只能达到0.25左右，很难再增加，因为即使通过各种方法增加厚度(譬如曾有厂家镀到0.35微米)，镀层的孔隙率就会大幅度增加，电池的贮存寿命反而迅速缩短，甚至一两年的时间就出现漏液。由于后电镀工艺生产的钢壳的内表面的镍镀层比较薄，电池在贮存一定时间(譬如半年以上)电性的下降幅度要比预镀镍工艺的电池大5％左右；

(2)受深孔电镀工艺的限制，钢壳外表面的镀层沉积速度要远大于内表面的镀层沉积速度，为了尽可能地增加内表面的镀层厚度就要同步增加外表面镀层的厚度，造成钢壳外表面的镀层厚度远高于钢壳外部正常防腐所需要的厚度，造成高价的镍金属的浪费与电镀成本的提高。例如，对于LR6钢壳来说，当内表面底部镀层厚度达到0.25微米时，钢壳头部外表面镀层的厚度平均达到3.5微米以上，最厚处甚至超过了5微米，而外表面镍镀层的作用主要是防锈，通常2微米就足够了，这就造成外表面镍用量的浪费、提高了电镀成本；

(3)尽管后电镀工艺的镍镀层不再需要拉伸加工、没有了拉伸过程中产生镀层裂隙的问题，理论上来说电镀层的致密性相对较好，但由于深孔电镀需要加入大量电镀添加剂，以及电镀过程中添加剂不断分解的产物对镀层的影响等原因，电镀工艺及生产过程管理等问题会严重影响镀层质量，一旦工艺设计不合理或是镀槽液的控制出现问题或波动，容易造成镀层孔隙率的大幅度上升等问题，严重时其孔隙率情况反而会高于预镀镍工艺生产的钢壳，电池的贮存寿命甚至反而低于预镀镍工艺；

(4)后电镀工艺的镀层中存在着一定量的硫，它是电镀添加剂分解的产解，镀层中硫的存在会影响镀层的耐腐蚀性能，镀层表面在几个月的时间内就会逐渐发黄氧化，同时影响到表面导电、造成电池使用时虚假的电量不足等问题；

(5)后电镀工艺在钢壳的切口处容易产生大量的镍花，这些镍花在电池生产时容易剥落成镍粉，极易混入电池造成电池漏液。

后电镀工艺还有一个现实的问题：随着政府环保力度的加强，分散型的钢壳电镀厂家越来越感受到环保方面的压力，电镀的成本主要是环保成本越来越高，提高电镀的生产效率就意味着降低电镀的成本。

综合起来，从技术角度来说，预镀镍工艺向电池提供的是电池贮存电性能方面的优势，因为钢壳对电池贮存电性能的影响与内表面的镀镍层的厚度有关，而与致密性无关；而电池的贮存寿命则不仅与镍镍层的厚度有关，更与镀镍层的致密性有关。后电镀工艺虽然在钢壳的内表面镍层厚度上有不足，但由于其致密性较好，因此在电池的贮存寿命方面反而要好于预镀镍工艺。

因此，对于电池尤其是碱性电池来说，要同时达到贮存电性能与贮存寿命兼顾，就需要一种在钢壳内表面镀镍层的厚度与致密性两者都得到兼顾的钢壳制造工艺，并且如果能够在生产成本等其它方面再有进一步的改进，则对于电池技术尤其是碱性电池技术来说将具有非同寻常的意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种不但有效提高电镀层结合牢固度及致密性，更具有在制成钢壳后可以再次进行电镀镍的电池钢带。

本实用新型所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种使用上述电池钢带的电池钢壳，该电池钢壳具有较好的防腐蚀及防锈功能，内壁又具有足够的镍层厚度，使电池具有较好的贮存电性能。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电池钢带，包括Fe基体，其特征在于：所述Fe基体的两个面上分别形成有Fe-Ni合金层，其中，Fe基体内表面的Fe-Ni合金层厚度为0.2μm以上，Fe基体外表面的Fe-Ni合金层厚度为0.05μm以上，且所述Fe基体内表面的Fe-Ni合金层厚度大于Fe基体外表面的Fe-Ni合金层厚度。

作为优选，所述Fe基体内表面的Fe-Ni合金层厚度为0.2～1.2μm，Fe基体外表面的Fe-Ni合金层厚度为0.05～1.0μm。

在上述方案中，所述Fe基体内表面的Fe-Ni合金层由厚度为0.2～0.6μm的镀Ni层与Fe基体互相渗透形成，所述Fe基体外表面的Fe-Ni合金层由厚度为0.05～0.5μm的镀Ni层与Fe基体互相渗透形成。其中，所形成的Fe-Ni合金层厚度会因热处理的方式、温度、时间的不同而存在差异，只要保证Fe基体中的Fe原子一直渗透到Ni镀层表面即可。与现有的后镀镍技术中直接通过电镀方式形成的Ni电镀层不同，本实用新型通过热处理形成的Fe-Ni合金层与Fe基体的结合力更强，Fe-Ni合金层结构也更为致密；上述Fe-Ni合金层一方面镀层更薄、在拉伸冲制成钢壳时产生裂隙的可能性更小，另一方面镀镍层整体进行了合金化，可以在冲制成钢壳后再次进行后镀镍而不会导致镀层不良。

一种使用上述电池钢带的电池钢壳，其特征在于：该电池钢壳由所述的电池钢带拉伸冲制形成，所述钢带的内表面位于电池钢壳的内侧，所述钢带的外表面位于电池钢壳的外侧，且所述电池钢壳的内侧面上具有包覆在Fe-Ni合金层表面的后镀Ni层，所述电池钢壳的外侧面上具有包覆在Fe-Ni合金层表面的后镀Ni层。

在上述各方案中，所述电池钢壳底部内侧的后镀Ni层的厚度为0.05～0.3μm，所述电池钢壳外侧头部的后镀Ni层的厚度为1.0～3.5μm。优选地，所述电池钢壳底部内侧后镀Ni层的厚度为0.06～0.2μm，所述电池钢壳外侧头部的后镀Ni层的厚度为1.8～2.5μm。由于钢壳内侧预电镀已经形成了折算成纯镍为0.3～0.4μm的Fe-Ni合金层，再加上后电镀形成的0.06～0.20μm的纯镍镀层，钢壳内表面底部合计将有0.36～0.60μm厚的镍层，超过了后电镀工艺的镍层厚度，因此电池比后电镀具有更好的贮存电性能；基体表面预镀的Fe-Ni合金层不但较为致密、与Fe基体结合牢固，而且由于厚度明显低于正常的后电镀镍层，降低了拉伸过程中镀层产生裂隙的可能性，再在表面加上一层比较致密的后电镀层，对钢壳表面形成了良好的保护，使基体上铁溶出的可能性大幅度降低，从而大大降低了电池在长期贮存中漏液的可能性、大幅度延长了电池的贮存时间与有效期。钢壳外侧镀镍层的厚度尽管低于正常后电镀工艺，但整个后电镀的镀层厚度是按照满足外表面防腐蚀要求设计，因此可以满足基本的外表面防锈要求，再加上基体表面0.05～0.20μm厚的Ni-Fe合金层，完全可以满足正常的表防锈的要求，这样最后得到的电池钢壳与现有技术中制备的电池钢壳相比，在整体用镍量方面降低了19％左右，而且在降低高价镍用量的同时缩短了电镀时间，使目前钢壳后电镀的生产效率提高了30％左右。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型的钢带先在内表面形成较厚而均匀的预镀镍层，从而解决了后电镀工艺钢壳内表面镀镍层较薄、电池贮存性能不好的问题；在外表面的一面形成较薄的预镀镍层，一方面用于后电镀时外表面电镀相同厚度镍层的情况下可以增加内表面镍层的厚度，另一方面也降低了预镀镍钢壳冲制后边角料上镍的浪费，而表面一定厚度的预镀镍层又可以对钢带表面形成保护，不至于在冲制成钢壳前出现生锈；通过热处理使钢带两面的镍镀层与铁基体间互相扩散在内外表面分别形成Fe-Ni合金层，合金化后的Fe-Ni合金层比纯镍镀层更致密，其与Fe基体之间的结合力远好于单纯的电镀层，再加上预镀镍层的厚度明显低于常规工艺预镀镍层，使合金化镀层的延展性远远优于常规预镀镍层，使钢壳冲制过程中镀层产生裂隙的问题大为改善，更重要的是，预镀层的合金化解决了预镀镍钢壳再进行后电镀时的两个镀层间的结合力问题。

本实用新型的钢壳先由表面形成有Fe-Ni合金层的钢带拉伸冲制成型，然后再进行深孔镀镍在钢壳内侧后电镀较薄的镀镍层、在钢壳外侧电镀较厚的镀镍层。由于Fe-Ni合金层本身具有相当高的致密性，而该Fe-Ni合金层与其表面的Fe基体及镀镍层均具有很高的结合力，因此本实用新型的钢壳具有比单纯的电镀镍层好得多的致密性，再加上Fe-Ni合金层与电镀镍层形成的不同成份多层镍的耐腐蚀机理，使钢壳表面防腐能力显著提高。

附图说明

图1为本发明实施例1中电池钢带的部分结构示意图；

图2为图1中钢带制备过程中的部分结构示意图；

图3为本发明实施例1中电池钢壳的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例的电池钢带a包括Fe基体1及Fe-Ni合金层，Fe基体1的两个面上分别形成有Fe-Ni合金层2’、2”，其中，Fe基体1内表面的Fe-Ni合金层2’厚度为0.4μm，Fe基体1外表面的Fe-Ni合金层2”厚度为0.1μm。上述Fe-Ni合金层是由Fe基体1与其表面的镀Ni层经热处理合金化而获得，即如图2所示，先在Fe基体1两个表面分别镀Ni形成镀Ni层3’、3”，然后通过热处理使该镀Ni层3’、3”与Fe基体1相互渗透合金化形成的Fe-Ni合金层2’、2”。与常规的直接通过电镀方式形成的Fe-Ni电镀层不同，本发明通过热处理形成的Fe-Ni合金层与Fe基体1的结合力更强，Fe-Ni合金层结构也更为致密。

如图3所示，本实施例中使用上述电池钢带的电池钢壳b由上述电池钢带a拉伸冲制形成，钢带a的内表面位于电池钢壳b的内侧，钢带a的外表面位于电池钢壳b的外侧，且电池钢壳b再进行后电镀，在内侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2’外表面上的后镀Ni层21，电池钢壳b底部后镀Ni层21的厚度为0.3μm，在电池钢壳b的外侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2”外表面上的后镀Ni层22，该后镀Ni层22的厚度为3.5μm。

实施例2：

如图1所示，本实施例的电池钢带a包括Fe基体1及Fe-Ni合金层2’、2”，Fe基体1的两个面上分别形成有Fe-Ni合金层2’、2”，其中，Fe基体1内表面的Fe-Ni合金层2’厚度为0.5μm，Fe基体1外表面的Fe-Ni合金层2”厚度为0.25μm。上述Fe-Ni合金层2’、2”是由Fe基体1与其表面的镀Ni层3’、3”经热处理合金化而获得，即如图2所示，先在Fe基体1表面镀Ni形成镀Ni层3’、3”，然后通过热处理使该镀Ni层3’、3”与Fe基体1合金化形成的Fe-Ni合金层2’、2”。与现有技术中直接通过电镀方式形成的Fe-Ni电镀层不同，本发明通过热处理形成的Fe-Ni合金层2’、2”与Fe基体1的结合力更强，Fe-Ni合金层2’、2”结构也更为致密。

如图3所示，本实施例中使用上述电池钢带的电池钢壳b由上述电池钢带a拉伸冲制形成，钢带a的内表面位于电池钢壳b的内侧，钢带a的外表面位于电池钢壳b的外侧，且电池钢壳b再进行后电镀，在内侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2’外表面上的后镀Ni层21，电池钢壳b底部后镀Ni层21的厚度为0.25μm，在电池钢壳b的外侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2”外表面上的后镀Ni层22，该后镀Ni层22的厚度为2.5μm。

实施例3：

如图1所示，本实施例的电池钢带a包括Fe基体1及Fe-Ni合金层2’、2”，Fe基体1的两个面上分别形成有Fe-Ni合金层2’、2”，其中，Fe基体1内表面的Fe-Ni合金层2’厚度为0.7μm，Fe基体1外表面的Fe-Ni合金层2”厚度为0.2μm。上述Fe-Ni合金层2’、2”是由Fe基体1与其表面的镀Ni层3’、3”经热处理合金化而获得，即如图2所示，先在Fe基体1表面镀Ni形成镀Ni层3’、3”，然后通过热处理使该镀Ni层3’、3”与Fe基体1合金化形成的Fe-Ni合金层2’、2”。与现有技术中直接通过电镀方式形成的Fe-Ni电镀层不同，本发明通过热处理形成的Fe-Ni合金层2’、2”与Fe基体1的结合力更强，Fe-Ni合金层结构也更为致密。

如图3所示，本实施例中使用上述电池钢带的电池钢壳b由上述电池钢带a拉伸冲制形成，钢带a的内表面位于电池钢壳b的内侧，钢带a的外表面位于电池钢壳b的外侧，且电池钢壳b再进行后电镀，在内侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2’外表面上的后镀Ni层21，电池钢壳b底部后镀Ni层21的厚度为0.18μm，在电池钢壳b的外侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2”外表面上的后镀Ni层22，该后镀Ni层22的厚度为2.0μm。

实施例4：

如图1所示，本实施例的电池钢带a包括Fe基体1及Fe-Ni合金层2’、2”，Fe基体1的两个面上分别形成有Fe-Ni合金层2’、2”，其中，Fe基体1内表面的Fe-Ni合金层2’厚度为0.7μm，Fe基体1外表面的Fe-Ni合金层2”厚度为0.4μm。上述Fe-Ni合金层2’、2”是由Fe基体1与其表面的镀Ni层3’、3”经热处理合金化而获得，即如图2所示，先在Fe基体1表面镀Ni形成镀Ni层3’、3”，然后通过热处理使该镀Ni层3’、3”与Fe基体1合金化形成的Fe-Ni合金层2’、2”。与现有技术中直接通过电镀方式形成的Fe-Ni电镀层不同，本发明通过热处理形成的Fe-Ni合金层2’、2”与Fe基体1的结合力更强，Fe-Ni合金层2’、2”结构也更为致密。

如图3所示，本实施例中使用上述电池钢带的电池钢壳b由上述电池钢带a拉伸冲制形成，钢带a的内表面位于电池钢壳b的内侧，钢带a的外表面位于电池钢壳b的外侧，且电池钢壳b再进行后电镀，在内侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2’外表面上的后镀Ni层21，电池钢壳b底部后镀Ni层21的厚度为0.15μm，在电池钢壳b的外侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2”外表面上的后镀Ni层22，该后镀Ni层22的厚度为1.8μm。

实施例5：

如图1所示，本实施例的电池钢带a包括Fe基体1及Fe-Ni合金层2’、2”，Fe基体1的两个面上分别形成有Fe-Ni合金层2’、2”，其中，Fe基体1内表面的Fe-Ni合金层2’厚度为0.9μm，Fe基体1外表面的Fe-Ni合金层2”厚度为0.7μm。上述Fe-Ni合金层2’、2”是由Fe基体1与其表面的镀Ni层3’、3”经热处理合金化而获得，即如图2所示，先在Fe基体1表面镀Ni形成镀Ni层3’、3”，然后通过热处理使该镀Ni层3’、3”与Fe基体1合金化形成的Fe-Ni合金层2’、2”。与现有技术中直接通过电镀方式形成的Fe-Ni电镀层不同，本发明通过热处理形成的Fe-Ni合金层2’、2”与Fe基体1的结合力更强，Fe-Ni合金层2’、2”结构也更为致密。

如图3所示，本实施例中使用上述电池钢带的电池钢壳b由上述电池钢带a拉伸冲制形成，钢带a的内表面位于电池钢壳b的内侧，钢带a的外表面位于电池钢壳b的外侧，且电池钢壳b再进行后电镀，在内侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2’外表面上的后镀Ni层21，电池钢壳b底部后镀Ni层21的厚度为0.05μm，在电池钢壳b的外侧面上形成包覆在Fe-Ni合金层2”外表面上的后镀Ni层22，该后镀Ni层22的厚度为1μm。

上述各实施例中电池钢壳的制备方法为：

(1)钢带预电镀

对钢带a进行预镀镍，如图2所示，在钢带Fe基体1的内表面形成镀Ni层3’，在钢带的外表面形成镀Ni层3”；镀Ni层3’的表面粗糙度为小于镀Ni层3”的表面粗糙度；

(2)钢带热处理

将步骤(1)所得两面具有镀镍层的钢带在300℃以上进行热处理，如图1、2所示，使钢带两面的镀Ni层3’、3”分别与相邻的Fe基体1互相渗透形成合金层，即Fe-Ni合金层2’、2”，其中，以Fe-Ni合金层中Ni含量≥20％为准，钢带内表面Fe-Ni合金层的厚度为0.2μm以上，钢带外表面Fe-Ni合金层的厚度为0.05μm以上；

(3)钢壳拉伸成型

将步骤(2)所得两面具有Fe-Ni合金层的钢带拉伸冲制成电池钢壳，钢带的内表面位于钢壳内侧，钢带的外表面位于钢壳外侧；

(4)钢壳后电镀

对步骤(3)所得电池钢壳进行后镀镍，如图3所示，在钢壳内侧的Fe-Ni合金层2’表面形成后镀Ni层21，在钢壳外侧的Fe-Ni合金层2”表面形成后镀Ni层22。

上述各实施例中使用GDS-750A辉光放电光谱仪(美国LECO公司)，采用辉光放电光谱法对Fe-Ni合金层的厚度进行测试，在Fe-Ni合金层同一断面上不同位置进行定量分析时，可能会存在一定的差异，但整体来说影响不大。

Claims (6)

1.一种电池钢带，包括Fe基体，其特征在于：所述Fe基体的两个面上分别形成有Fe-Ni合金层，其中，Fe基体内表面的Fe-Ni合金层厚度为0.2μm以上，Fe基体外表面的Fe-Ni合金层厚度为0.05μm以上，且所述Fe基体内表面的Fe-Ni合金层厚度大于Fe基体外表面的Fe-Ni合金层厚度。

2.根据权利要求1所述的电池钢带，其特征在于：所述Fe基体内表面的Fe-Ni合金层厚度为0.2～1.2μm，Fe基体外表面的Fe-Ni合金层厚度为0.05～1.0μm。

3.根据权利要求2所述的电池钢带，其特征在于：所述Fe基体内表面的Fe-Ni合金层由厚度为0.2～0.6μm的镀Ni层与Fe基体互相渗透形成，所述Fe基体外表面的Fe-Ni合金层由厚度为0.05～0.5μm的镀Ni层与Fe基体互相渗透形成。

4.一种使用权利要求1或2或3所述电池钢带的电池钢壳，其特征在于：该电池钢壳由所述的电池钢带拉伸冲制形成，所述钢带的内表面位于电池钢壳的内侧，所述钢带的外表面位于电池钢壳的外侧，且所述电池钢壳的内侧面上具有包覆在Fe-Ni合金层表面的后镀Ni层，所述电池钢壳的外侧面上具有包覆在Fe-Ni合金层表面的后镀Ni层。

5.根据权利要求4所述的电池钢壳，其特征在于：所述电池钢壳底部内侧的后镀Ni层的厚度为0.05～0.3μm，所述电池钢壳外侧头部的后镀Ni层的厚度为1.0～3.5μm。

6.根据权利要求5所述的电池钢壳，其特征在于：所述电池钢壳底部内侧后镀Ni层的厚度为0.06～0.2μm，所述电池钢壳外侧头部的后镀Ni层的厚度为1.8～2.5μm。