專利名稱：一種泡沫鎳的制作方法
技術領域：
本發明涉及電池電極材料的制作方法，特別是涉及一種電池電極用的泡沫鎳材料的制作方法。
背景技術：
泡沫鎳是一種用于制作電池電極的材料，普通泡沫鎳材料的生產工藝為先將聚氨酯海綿導電化，再進行電沉積，最后進行燒結。上述步驟中，導電化處理一般包括化學鍍、涂覆導電膠、真空鍍三種方式；電沉積可以是硫酸鹽或氨基磺酸鹽鍍鎳；現有的燒結工藝是先通過空氣燒除聚氨酯海綿，然后在氫氣還原氣氛下還原燒結兩個步驟來完成的，其中，空氣燒除聚氨酯海綿是在300～700℃溫度下進行氧化脫碳處理；還原處理是在800～1000℃氫氣還原氣氛條件下還原30-60分鐘，還原氣氛為氨分解氣，分解氣量消耗量為0.8-1.2L/g(每克鎳需消耗0.8-1.2升氨分解氣)。現有燒結工藝中，在去除聚胺酯海綿的同時，通常情況下，泡沫鎳也被完全氧化，且泡沫鎳經氧化后變脆，稍受外力作用就會開裂；如果受熱不均，泡沫鎳會變形拱起，容易開裂且成品率低；若燒解溫度過高或時間過長，則會出現較嚴重氧化，致使氧化皮增厚，并產生內部晶界氧化，即使進行還原處理，還是會使多孔金屬有不密實連接，導致機械強度降低。由于采用氧化工藝，造成設備投資及電耗增高，且還原時所需溫度高，氫氣用量大，能耗高。
發明內容
本發明旨在解決上述問題，以有效改進泡沫鎳材料生產中的燒結工藝，而提供一種成品率高、能耗低、泡沫鎳機械性能優良的泡沫鎳的制作方法。
為實現上述目的，本發明提供一種改進的泡沫鎳的制作方法，該方法的步驟包括聚氨酯海綿導電化、電沉積及燒結，其特征在于，所述燒結步驟是將電沉積后的泡沫聚氨脂直接在還原氣氛中熱解燒結，其中，還原氣氛為氨分解氣，還原溫度為400～1000℃，還原時間為30～60分鐘，分解氣消耗量為0.4～0.8L/g。(每克鎳需消耗0.4-0.8升氨分解氣)所述氨分解氣為氮氣和氫氣的混合氣體，氮氣和氫氣的體積比為1∶3。
本發明的方法的反應機理在于，電沉積后含聚胺脂海綿的泡沫鎳直接在氫氣還原氣氛中熱解燒結，其中的碳與氫氣作用，生成CH4、C2H6等氣態碳氫化合物，上述氣化過程足可以把多孔體中的石墨C較干凈的去除。
本發明的貢獻在于，它有效解決了現有技術中存在的泡沫鎳在燒結過程中存在的易開裂，變形拱起，成品率低，能耗高，泡沫鎳機械性能不穩定等缺點。由于去除了傳統方法中的空氣燒解步驟(即氧化步驟)，而直接在還原氣氛中進行熱解燒結，因而取得了顯著的效果，本發明的方法與現有技術相比具有如下顯著特點一、泡沫鎳無開裂現象，成品率高。
二、由于無空氣氧化步驟，因而能耗及設備投資成本低。
三、由于無空氣氧化步驟，因而泡沫鎳機械性能和化學性能好且性能穩定。
四、泡沫鎳制作成本低。
五、燒結后產品強度、柔韌性好，碳、氧含量低，色澤均勻、呈銀白色金屬光澤。
圖1是現有燒結技術制作的泡沫鎳的掃描電子顯微鏡2為本發明的方法制作的泡沫鎳的掃描電子顯微鏡圖。
具體實施例方式
本發明的泡沫鎳的制作方法是在泡沫鎳材料制作過程的燒結步驟，去除傳統方法中的空氣燒解步驟(即氧化步驟)，而直接在還原氣氛中進行熱解燒結。本發明的方法的步驟為聚胺脂海綿導電化-電沉積-燒結。其中，聚胺脂海綿導電化和電沉積采用常規工藝，導電化可以是化學鍍、涂覆導電膠、磁控濺射；電沉積可以是硫酸鹽體系也可以是氨基磺酸鹽體系。燒結步驟的工藝條件如下溫度400～1000℃，還原時間30～60分鐘，還原氣氛為氨分解氣，分解氣量消耗量為0.4～0.8L/g。(每克鎳需消耗0.4-0.8升氨分解氣)燒結后產品強度、柔韌性好，碳、氧含量低，色澤均勻、呈銀白色金屬。
通過如下實施例可以更好地理解本發明。
實施例1取連續聚氨酯海綿(孔徑110PPI、厚度1.9mm、寬度1000mm)兩卷，各150m進行導電化，分別標識為I、II。導電化采用涂覆導電膠工藝，I、II兩卷在同一條件下涂膠，膠的固含量7～10％(重量)、pH值10～11、溫度10～30℃、粘度5～20mPas；然后在同一條件下采用硫酸鹽鍍鎳體系電鍍鎳，鍍鎳質量430±25g/m2。將I按現有技術方法進行燒結，即在650溫度條件下氧化8分鐘，然后在900℃、930℃、900℃溫度氫氣還原氣氛下還原40分鐘，分解氣量1L/g，冷卻后即制得泡沫鎳I。再將II按本發明的燒結制作工藝進行燒結，即直接在650℃、850℃、650℃溫度氫氣還原氣氛下還原40分鐘，分解氣量為0.6L/g，冷卻后即制得泡沫鎳II。
性能測試比較例1實施例1中泡沫鎳I、II在燒結過程中開裂不良如表1表1
由表1可知，本發明的方法燒結的泡沫鎳無開裂現象，不良率為0，明顯地提高了泡沫鎳的成品率。
性能測試比較例2將實施例中的泡沫鎳I、II做物理(機械)、化學性能測試，其結果如表2表2
上表中的柔韌性測試是用直徑為10mm的不銹鋼棒卷繞泡沫鎳一圈，不開裂為一次，打開再卷繞，重復上述動作，直到開裂為止所卷繞的次數。以下柔韌性測試均同此法。
由表2可知，采用本發明的方法制作的泡沫鎳，其機械性能(抗拉強度、柔韌性)明顯優于現有技術制作的泡沫鎳；化學性能比較中碳、硫含量兩者無明顯差異，但采用本發明的方法制作的泡沫鎳其氧含量明顯低于現有技術制作的泡沫鎳。
性能測試比較例3將上述實施例中泡沫鎳I、II用掃描電子顯微鏡進行掃描，得到如圖1、2所示的SEM圖。其掃描電子顯微鏡采用日本電子株式會社的JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡。
由上圖可見，現有技術所制作的泡沫鎳與本發明的方法所制作的泡沫鎳有著相同的表面形狀和內部組織結構。
性能測試比較例4實施例中泡沫鎳I、II在燒結過程中所需能耗如表3表3
由表3中可知，采用本發明的方法，其能耗、還原氣量明顯低于現有技術的方法。本發明的方法明顯降低了成本，而且沒有氧化步驟，因此降低了設備成本。
實施例2只改變本發明燒結技術中的分解氣量為0.8L/g，其余步驟和工藝條件同實施例1。
性能測試比較例5實施例2中泡沫鎳I、II在燒結過程中開裂不良如表4表4
由表4可知，本發明的方法燒結的泡沫鎳無開裂現象，不良率為0，明顯地提高了泡沫鎳的成品率。
性能測試比較例6將實施例中的泡沫鎳I、II做物理(機械)、化學性能測試，其結果如表5表5
由表5可知，采用本發明的方法制作的泡沫鎳，其機械性能(抗拉強度、柔韌性)明顯優于現有技術制作的泡沫鎳；化學性能比較中碳、硫含量兩者無明顯差異，但采用本發明的方法制作的泡沫鎳其氧含量明顯低于現有技術制作的泡沫鎳。
性能測試比較例7實施例中泡沫鎳I、II在燒結過程中所需能耗如表6表6
由表6中可知，采用本發明的方法，其能耗、還原氣量明顯低于現有技術的方法。本發明的方法明顯降低了成本，而且沒有氧化步驟，因此降低了設備成本。
實施例3只改變本發明燒結技術中的分解氣量為0.9L/g，其余步驟和工藝條件同實施例1。
性能測試比較例8實施例3中泡沫鎳I、II在燒結過程中開裂不良如表7表7
由表7可知，本發明的方法燒結的泡沫鎳無開裂現象，不良率為0，明顯地提高了泡沫鎳的成品率。
性能測試比較例9將實施例中的泡沫鎳I、II做物理(機械)、化學性能測試，其結果如表8表8
由表8可知，采用本發明的方法制作的泡沫鎳，分解氣量在0.9L/g時其機械性能(抗拉強度、柔韌性)明顯優于現有技術制作的泡沫鎳；化學性能比較中碳、硫含量兩者無明顯差異，但采用本發明的方法制作的泡沫鎳其氧含量明顯低于現有技術制作的泡沫鎳。但與本發明實施例二相比較性能無明顯差異，分解氣量超過0.8L/g時對泡沫鎳性能無明顯改善，所以分解氣量上限在0.8L/g時為宜。
性能測試比較例10實施例中泡沫鎳I、II在燒結過程中所需能耗如表9表9
由表9中可知，采用本發明的方法，其能耗、還原氣量明顯低于現有技術的方法。本發明的方法明顯降低了成本，而且沒有氧化步驟，因此降低了設備成本。但與實施例二比較，分解氣消耗量多，成本比實施例二要高，所以分解氣量上限在0.8L/g為宜。
實施例4只改變本發明燒結技術中的分解氣量為0.4L/g，其余步驟和工藝條件同實施例1。
性能測試比較例11實施例2中泡沫鎳I、II在燒結過程中開裂不良如表10
表10
由表10可知，本發明的方法燒結的泡沫鎳無開裂現象，不良率為0，明顯地提高了泡沫鎳的成品率。
性能測試比較例12將實施例中的泡沫鎳I、II做物理(機械)、化學性能測試，其結果如表11表11
由表11可知，采用本發明的方法制作的泡沫鎳，其機械性能(抗拉強度、柔韌性)明顯優于現有技術制作的泡沫鎳；化學性能比較中碳、硫含量兩者無明顯差異，但采用本發明的方法制作的泡沫鎳其氧含量明顯低于現有技術制作的泡沫鎳。
性能測試比較例13實施例中泡沫鎳I、II在燒結過程中所需能耗如表12表12
由表12中可知，采用本發明的方法，其能耗、還原氣量明顯低于現有技術的方法。本發明的方法明顯降低了成本，而且沒有氧化步驟，因此降低了設備成本。
實施例5只改變本發明燒結技術中的分解氣量為0.3L/g，其余步驟和工藝條件同實施例1。
性能測試比較例14實施例2中泡沫鎳I、II在燒結過程中開裂不良如表13表13
由表13可知，本發明的方法燒結的泡沫鎳無開裂現象，不良率為0，明顯地提高了泡沫鎳的成品率。
性能測試比較例15將實施例中的泡沫鎳I、II做物理(機械)、化學性能測試，其結果如表14表14
由表14可知，采用本發明的方法制作的泡沫鎳，在分解氣量為0.3L/g時，其外觀色澤不均、化學性能中的碳含量、氧含量偏高，物理性能中柔韌性較差，所以采用本發明的方法制作的泡沫鎳，分解氣量小于0.4L/g時，泡沫鎳的性能達不到普通泡沫鎳的要求，所以分解氣量下限在0.4L/g為宜。
上述實施例和性能測試比較例結果表明，本發明的方法在分解氣量為0.4-0.8L/g時，明顯地提高了成品率，消除了燒結過程中的開裂現象；泡沫鎳的物理、化學性能，特別是抗拉強度及氧含量優良。本發明大大降低了能耗，也降低了設備投資成本和泡沫鎳制作成本。
權利要求
1.一種泡沫鎳的制作方法，其步驟包括聚氨酯海綿導電化、電沉積及燒結，其特征在于，所述燒結步驟是將電沉積后的泡沫聚氨脂直接在還原氣氛中熱解燒結，其中，還原氣氛為氨分解氣，還原溫度為400～1000℃，還原時間為30～60分鐘，分解氣消耗量為0.4～0.8L/g。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氨分解氣為氮氣和氫氣的混合氣體，氮氣和氫氣的體積比為1∶3。
全文摘要
一種泡沫鎳的制作方法，該方法的步驟包括聚氨酯海綿導電化、電沉積及燒結，其特征在于，所述燒結步驟是將電沉積后的泡沫聚氨酯直接在還原氣氛中熱解燒結，其中，還原氣氛為氨分解氣，還原溫度為400～1000℃，還原時間為30～60分鐘，分解氣消耗量為0.4～0.8L/g。本發明的方法具有成品率高、能耗低、泡沫鎳機械性能優良等特點。
文檔編號H01M4/26GK1770509SQ200410052119
公開日2006年5月10日 申請日期2004年11月3日 優先權日2004年11月3日
發明者李維, 劉濤, 陳永陽, 檀世同 申請人:比亞迪股份有限公司