專利名稱：表面粗糙化的泡沫鎳及其生產新工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及高能電池材料領域中的一種泡沫鎳及其生產新工藝。
傳統的泡沫鎳生產工藝如塊狀、連續帶狀泡沫鎳生產工藝為先進行海綿基體的導電化處理，再進行電鍍，直至達到一定的面密度，最后進行焚燒、脫碳、還原、退火、冷卻(以下簡稱熱處理)。導電化處理一般有三種方式，即涂導電膠、化學鍍鎳、真空離子濺射鎳。這種傳統工藝生產出的塊狀、連續帶狀泡沫鎳在足夠放大倍數顯微鏡下觀察呈表面光滑型，電池漿料與光滑表面結合力差，電池在多次充放電時，電極活性材料隨著充放電過程的進行其體積也隨之不斷地進行膨脹和收縮，因而在多次充放電后，電極活性物質從泡沫鎳基材表面脫落，從面影響了電池的壽命。另一方面，光滑的表面需要用足夠多的粘接劑才能有足夠的結合力，因此，以光滑表面泡沫鎳作基材的電極一定需要有足夠量的粘接劑，才能保持電池極片的強度，也才能保證電池多次充放電的電池壽命，但在同樣體積的極片中，粘接劑用量的增加必然導致活性物質用量的降低，而活性物質用量的降低會犧牲電池的容量。
本發明之目的旨在提供一種既能減少電池極片中粘接劑含量，又能增強電池極片強度、增加電池容量和壽命、極大提高電池技術性能的泡沫鎳及其生產新工藝。
本發明的技術解決方案是在海綿基體進行導電化處理前或后續的電鍍過程的任意階段，在基材表面噴涂上呈均勻點陣狀的附著物。
本發明工藝可為表面粗糙化的泡沫鎳或表面粗糙化的泡沫銅或表面粗糙化的泡沫鐵或表面粗糙化的泡沫鋅。
上述技術方案具體工藝過程亦即下述兩種方式之一1、在海綿基體上噴涂上一層呈均勻點陣狀的附著物，待其干燥成型后再進行涂導電膠或化學鍍鎳或真空離子濺射鎳的任意一種導電化處理，然后再進行電鍍，最后經熱處理工序制成本發明的成品。
2、在將海綿基體進行涂導電膠或化學鍍鎳或真空離子濺射鎳的導電化處理后，后續電鍍過程中的任意階段，在基材表面噴涂一層呈均勻點陣狀的附著物，噴涂后的半成品再進行陽極溶解，即把電鍍槽的正負極反接，讓泡沫鎳半成品成陽極，對應電極成陰極，最后經后續熱處理工序，制成本發明的泡沫鎳成品。
陽極溶解工藝簡述如下1、把電鍍槽的正、負極反接，讓泡沫鎳半成品為陽極，對應的原電極為陰極；2、電鍍液采用傳統的瓦特電鍍液或氨基磺酸鎳電鍍液體系，PH值、電鍍溫度等均采用已有的成熟技術；3、陽極溶解電流控制在10A-5000A/m2，視面密度要求而定；4、陽極溶解時間控制在1小時內。
通過上述陽極溶解工藝，已附著上附著物的部分不能被溶解下來，而沒有附上附著物的泡沫鎳部分則被溶解下來，可通過控制上述電流和時間以及前述的噴涂工藝參數，就能得到不同粗糙化形狀和不同粗糙度表面的泡沫鎳半成品，再經后續熱處理工序制成本發明的成品。
本發明的技術方案，使塊狀或連續帶狀泡沫鎳表面均勻粗糙化，在足夠放大倍數的光學顯微鏡下，泡沫鎳表面呈粗糙結構，采用本發明工藝得到的微觀表面粗糙型的泡沫鎳其基本技術性能完全達到現有泡沫鎳國際先進技術指標，而且使用這種泡沫鎳的電池在容量、壽命等技術性能上大為提高，具有較大的優勢。
本發明的具體實驗數據和檢測結果如下采用傳統工藝所得泡沫鎳AAI和本發明工藝所得表面粗糙泡沫鎳AAII生產的AA型鎳氫電池進行對比實驗正極材料采用球形氫氧化亞鎳、氧化亞鈷、鎳粉、羧甲基纖維素鈉、以及分別采用兩種不同的泡沫鎳AAI、AAII；負極材料采用貯氫合金粉、鎳粉、羧甲基纖維素鈉、聚四氟乙烯、以及分別采用兩種不同的泡沫鎳AAI、AAII。因此，上述所選用的材料除泡沫鎳不同外，其余所選用的材料完全相同，而且配比和工藝完全相同，在這種情況下生產出的50支AA型鎳氫電池平均性能對比如下表性 能 采用AAI生產的電池采用AAII生產的電池容量mAh 1300 1450壽命次數(1C，100％DOD) 450550工作平臺電壓(1C)1.20 1.22內阻(mΩ) 26 18
從上表中可以看出，采用本發明的表面粗糙泡沫鎳所生產的鎳氫電池與采用傳統泡沫鎳所生產的鎳氫電池相比，無論從電池容量、壽命還是電池內阻、平臺工作電壓均有較大的優勢。
本發明的表面粗糙泡沫鎳AAI與傳統的泡沫鎳AAI的性能檢測對比結果如下表性能 AAI AAII孔酸率％ 96.5％ 96％縱向抗拉強度N/cm2189 191橫向抗接強度N/cm2126 125縱向延伸率％ 8 8橫向延伸率％ 1616.5面密度g 500±30500±30柔軟性 合格 合格鎳Ni Ppm余量 余量鐵Fe105100碳C 110100銅Cu48.5 57硅Si25 35硫S 68 60從上表可以看出，按本發明工藝生產的表面粗糙化的泡沫鎳其性能指標與傳統泡沫鎳的現行國際先進性能指標完全一致。
實施例1本發明在原海綿基體上噴涂上一層呈均勻點陣狀的附著物，該附著物可為一切與海綿基體有較強附著力的有機物、無機物及固體粉末等，如油漆類、涂料類，涂料類又可選用環氧樹脂類涂料、醇酸(聚酯)樹脂涂料、丙烯酸樹脂類涂料、乙烯類樹脂涂料、聚氨酯樹脂涂料、有機硅樹脂類涂料、氨基(醇酸、聚酯)樹脂涂料或上述各種涂料的二元、三元混合型涂料，在海綿基體上噴涂附著物的噴涂方法可采用已有技術的空氣噴涂或無空氣噴涂或靜電噴涂，空氣噴涂是用壓縮空氣的氣流使涂料霧化成霧狀并在氣流帶動下涂到被涂物表面的一種涂裝方式，一套比較完整的空氣噴涂裝置包括空氣壓縮機、輸氣管、空氣油水分離器、貯氣罐、噴槍、涂料槽、噴涂室等，空氣噴涂的施工要點1、霧化條件，應符合
式中do-霧化后涂料的平均粒徑，Q1-空氣使用量/涂料噴出量；2、噴涂距離；3、噴槍的移動速度；4、噴霧圖樣的搭接；5、涂料的粘度，一般適宜的粘度如下硝基漆及熱塑性溶劑漆16-18，熱固性溶劑涂料(氨基醇酸，丙烯酸類)18-25，自干性醇酸及聚氨酯類涂料25-30，6、要注意設備和環境的清潔。無空氣噴涂是涂料涂裝的一種新工藝，是靠密閉容器內的高壓泵壓送涂料，獲得高壓的涂料從小孔中噴出時速度非常高，隨著沖擊空氣和壓力的急劇下降，涂料體積驟然膨脹，溶劑迅速揮發而分散霧化，高速地飛向被涂物，由于它是利用高液壓而不是空氣流速涂料霧化噴出，所以又叫高壓無氣噴涂，靜電噴涂又稱高頻靜電噴涂，它是利用靜電基本原理使涂料在電場內帶電，并在電場力作用下吸附于異性電荷的工件上面完成涂裝過程，其工藝過程是先將高壓負電加在有銳邊或尖端的電極上，工件接地，使負電極與工件之間造成一個不均勻的靜電場，靠電暈現象，首先在負電極附近激發游離出的大量電子，用高壓空氣或離心動力使涂料初步霧化后進入電場，涂料微粒與電子結合成負粒子，電場力作用下進一步霧化，然后向異性電極(工件)移動，最終在工件上沉積。在海綿基體上噴涂上一層呈均勻點陣狀的附著物后，待其干燥成型后再進行導電化處理和電鍍處理。干燥采用自然干燥或熱風干燥均可，所述導電化處理和電鍍處理均為已有技術，導電化處理方式有三種，可任意采用其中的一種，三種導電化處理方式為涂導電膠、化學鍍鎳、真空離子濺射鎳。已有技術的化學鍍鎳是指將海綿經過粗化、活化和化學鍍，使海綿上沉積很薄一層鎳磷合金，使其具有良好的導電能力。已有技術的真空離子濺射鎳是指在真空環境內，使得金屬鎳靶在磁控條件下，濺射向海綿上，在海綿上沉積一層金屬鎳膜。已有技術的涂導電膠是將具有導電性的粉末碳等導電粉加入溶劑后調成漿，再均勻地涂敷到海綿上，經烘干后，即可使海綿具有良好的導電能力。本實施例1的導電化處理，也就是任選上述三種方式之一，只不過將上述的“海綿”替換為“在上面噴涂了一層呈均勻點陣狀的附著物的海綿基體”。經導電化處理后的具有良好導電性的海綿基體，通過后續的電鍍處理，使得其上鎳量達到一定的規定值，通常在300-1000g/m2，電鍍處理為已有技術，電鍍是一種電化學過程，也是一種氧化還原過程，電鍍的基本過程(以鍍鎳為例)是將基體浸在金屬鹽(如NiSo4)的溶液中作為陰極，金屬鎳板作為陽極，接通直流電源后，在基體上就會沉積出金屬鎳鍍層，例如在硫酸鎳電鍍溶液中鍍鎳時，在陰極上發生鎳離子得到電子還原為鎳金屬的反應，這是主要反應，反應式為，電鍍液采用經典的瓦特電鍍體系或者氨基磺酸鎳體系，電鍍的溫度范圍在30°-70℃，PH值在2-7之間，連續電鍍時間視用戶對面密度大小的要求而定，一般在0.2-8小時之間。電鍍上鎳達到規定值后的半成品。需經過熱處理階段，熱處理也為已在技術，經過焚燒海綿、脫碳、還原、退火、冷卻五個工序的熱處理后即可得到表面粗糙化的塊狀或連續帶狀泡沫鎳成品，繞結溫度范圍一般在200°-1300℃之間。
實施例2，對海綿基體進行導電化處理后，進行電鍍上鎳，當上鎳量達到一定值后，噴涂上呈均勻點陣狀的附著物，該附著物可選用實施例1所述的油漆或涂料類，噴涂上一層均勻點陣狀的附著物后，再進行陽極溶解，沒有附著上附著物的泡沫鎳隨著電鍍時間的延長逐漸溶解下來，可以通過陽極溶解時間來控制鎳的溶解量，而已被附著物復蓋著的鎳不能被溶解，這樣通過有效調節陽極溶解時間、電流大小和噴涂工藝參數就可得到不同粗糙化形狀及粗糙度表面的泡沫鎳。電鍍處理的上鎳達到規定值的半成品經過焚燒海綿、脫碳、還原、退火、冷卻的熱處理五工序，最終得到表面粗糙的塊狀或連續帶狀泡沫鎳，陽極溶解工藝簡述如下1、把電鍍槽的正、負極反接，讓泡沫鎳半成品為陽極，對應的原電極為陰極；2、電鍍液采用傳統的瓦特電鍍液或氨基磺酸鎳電鍍液體系，PH值、電鍍溫度等均采用已有的成熟技術；3、陽極溶解電流控制在10A-5000A/m2，視面密度要求而定；4、陽極溶解時間控制在1小時內。
通過上述陽極溶解工藝，已附著上附著物的部分不能被溶解下來，而沒有附上附著物的泡沫鎳部分則被溶解下來，可通過控制上述電流和時間以及前述噴涂工藝參數，就能得到不同粗糙化形狀和不同粗糙度表面的泡沫鎳半成品，再經后續熱處理工序制成本發明的成品。
權利要求
1.一種表面粗糙化的泡沫鎳及其生產新工藝，其特征在于在海綿基體進行導電化處理前或后續的電鍍過程中的任意階段，在基材表面噴涂上呈均勻點陣狀的附著物。
2.根據權利要求1所述的表面粗糙化的泡沫鎳及其生產新工藝，其特征在于所述的附著物可以為一切與海綿基體有較強附著力的有機物、無機物及固體粉末、油漆類、涂料類，涂料類又可選用環氧樹脂類涂料、醇酸(聚酯)樹脂涂料、丙烯酸樹脂類涂料、乙烯類樹脂涂料、聚氨酯樹脂涂料、有機硅樹脂涂料、氨基(醇酸、聚酯)樹脂涂料或上述各種涂料的二元、三元混合型涂料。
3.根據權利要求1所述的表面粗糙化的泡沫鎳及其生產新工藝，其特征在于本工藝可適應泡沫銅、泡沫鐵、泡沫鋅的生產。
4.根據權利要求1所述的表面粗糙化的泡沫鎳及其生產新工藝，其特征在于所述的電鍍過程中噴涂上呈均勻點陣狀的附著物后，進行陽極溶解，陽極溶解工藝為a、把電鍍槽的正、負極反接，讓泡沫鎳半成品為陽極，對應的原電極為陰極；b、電鍍液采用瓦特電鍍液或氨基磺酸鎳電鍍液體系；c、陽極溶解電流控制在10A-5000A/m2，視面密度要求而定；d、陽極溶解時間控制在1小時內。
全文摘要
一種表面粗糙化的泡沫鎳及其生產新工藝,其主要特征為在海綿基體進行導電化處理前或后續的電鍍過程的任意階段,在基材表面噴涂上呈均勻點陣狀的附著物,采用本發明的表面粗糙化的泡沫鎳,既能減少電池極片中粘接劑含量,又能增強電池極片強度、增加電池容量和壽命,極大提高電池技術性能,是一種高能電池的新材料。
文檔編號C25F3/14GK1249541SQ9911554
公開日2000年4月5日 申請日期1999年8月27日 優先權日1999年8月27日
發明者鐘發平 申請人:鐘發平