专利名称：一种超低面密度、高开孔率的泡沫镍及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫镍的制作方法，特别涉及一种超低面密度、高开孔率的泡沫镍及其制作方法。(二)
背景技术：
普通泡沫镍材料(如海绵状泡沫镍材料)作为具有多孔的金属镍网板，是一种用于制作电池电极的材料，其基本的生产工艺主要包括首先将聚氨酯泡绵导电化，其次进行电沉积，最后热处理除掉泡绵基体并改变镍的晶体结构。其中，导电化处理一般包括化学镀、涂覆导电胶和真空镀三种，电沉积是在镍盐中镀镍，热处理是在还原气氛下高温进行的。普通泡沫镍作为电池电极的集流体和活性物质的载体，制作电池电极板时，利用这些空隙，可使极板活性物质得到充分利用，增大反应面积，减小内阻，从而提高电池性能，但目前生产的普通泡沫镍的面密度都在250 g/m2以上，纵、横向存在明显差异，且开孔率较低，对提高电池活性物质的填充量，提高电池的质量等有较大难度，很难适应动力电池的发展需求。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种降低面密度、增大泡绵开孔率的超低面密度、高开孔率的泡沫镍及其制作方法。本发明是通过如下技术方案实现的
一种超低面密度、高开孔率的泡沫镍，其特征在于所述泡沫镍面密度为150 200g/ m2，厚度为1. 0 1. 6 mm。该超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，以聚氨酯泡绵作为基体，包括基体导电化处理、电沉积镀镍和氢气气氛下热处理过程，其特征在于在基体导电化处理之前增加聚氨酯泡绵孔型梳理的过程。该超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，其特征在于包括如下步骤
(i )聚氨酯泡绵孔型梳理将聚氨酯泡绵进行孔型梳理，改变原有的泡绵孔型结构，消除泡绵纵、横向之间的差异；
(ii)基体导电化处理孔型梳理过的聚氨酯泡绵通过预抽真空的方法将聚氨酯泡绵中夹带的水分、液体、气体与杂质净化掉，最后利用磁控真空溅射的方法进行导电化处理，制得导电化聚氨酯泡绵基体；
(iii)电沉积镀镍聚氨酯泡绵经导电化处理后先经过5% 10%的定比例拉伸，然后以电沉积方式进行电铸，形成不同面密度的泡沫镍；
(iv)氢气气氛下热处理将仍存留在泡沫镍内部的聚氨酯泡绵骨架通过明火燃烧将其清除，然后通过高温氧化处理除掉尚未充分分解的泡绵残余物以及中间品表面存留的积碳，最后在氢气氛围下进行还原烧结，改善其晶体结构，得到超低面密度、高开孔率的泡沫
O步骤(i )中聚氨酯泡绵孔型梳理包括氧化溶解、还原、一级清洗、二级清洗、挤压干燥、烘干整形以及附属的循环、传动控制系统。
步骤(iii)中电沉积方式为连续化带状的连续作业方式。步骤(iii)中电沉积槽液为氨基磺酸盐型或硫酸盐型，其工艺参数如下
(A)氨基磺酸盐型镀液的配比与参数
氨基磺酸镍[Ni (NH2SO3) 2 4H20] 350 550g/L 氯化镍(NiCl2 6H20)7 15g/L
氟化钠(NaF)2 5g/L
硼酸(H3BO3)30 50g/L
pH 值3.0 3. 5
温度40 50°C
(B)硫酸盐型镀液的配比与参数
硫酸镍(NiSO4 7H20)200 300g/L
氯化镍(NiCl2 6H20)25 50g/L
硼酸(H3BO3)35 45g/L
pH 值4. 0 4. 5
温度40 55°C。本发明超低面密度、高开孔率的泡沫镍及其制作方法的有益效果是在聚氨酯泡 绵导电化处理之前增加了孔型梳理的过程，改变了泡绵孔型原有结构，增大了泡绵的开孔 率，消除了纵、横向之间的差异，以此为基体制作的泡沫镍在降低面密度的同时，其各项物 理性能得到明显改善，生产的泡沫镍既适用于高端产品提升电池性能又适用于低端产品降 低材料成本，可制作高容量动力电池。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1为本发明制作超低面密度、高开孔率的泡沫镍工艺流程图； 图2为本发明制作泡沫镍的孔型梳理设备结构示意图3为本发明基体导电化处理的工艺流程图； 图4为本发明电沉积镀镍的工艺流程图； 图5为本发明氢气气氛下热处理的工艺流程图。图中，1氧化溶解，2还原，3 —级清洗，4 二级清洗，5挤压干燥，6烘干整形。具体实施例方式
该超低面密度、高开孔率的泡沫镍面密度为150 200g/m2，厚度为1. 0 1. 6 mm，可 制作高容量动力电池。该超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，以聚氨酯泡绵作为基体，包括基体 导电化处理、电沉积镀镍和氢气气氛下热处理过程，其特征在于在基体导电化处理之前增 加聚氨酯泡绵孔型梳理的过程。聚氨酯泡绵孔型梳理聚氨酯泡绵首先进行孔型梳理，改变原有的孔型结构；
基体导电化处理经过孔型梳理的聚氨酯泡绵通过磁控真空溅射形成导电化聚氨酯泡 绵基体；
电沉积镀镍经过导电化处理后的聚氨酯泡绵首先进行定向拉伸，然后以电沉积方式 进行电铸，形成超低面密度的泡沫镍中间体；氢气气氛下热处理将聚氨酯泡绵骨架通过明火燃烧的方法清除掉，通过进一步氧化处理除掉尚未分解的聚氨酯泡绵残余物及中间品表面可能存留的积碳，然后在氢气氛围下还原烧结，得到超低面密度、高开孔率的泡沫镍。如图1所示，该超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法主要包括如下步骤
(i )聚氨酯泡绵孔型梳理首先将泡绵进行孔型梳理，改变原有的泡绵孔型结构，消除泡绵纵、横向之间的差异。孔型梳理包括氧化溶解1、还原2、一级清洗3、二级清洗4、挤压干燥5、烘干整形6以及附属的循环、传动控制系统。孔型梳理设备示意图如图2所示；
孔型梳理设备包括从左到右依次连接的氧化溶解槽、还原槽、一级清洗槽、二级清洗槽、挤压干燥系统和烘干整形设备，氧化溶解槽左侧设有放卷架，烘干整形设备右侧设有收卷机构，氧化溶解槽和还原槽下方分别设有储液槽和循环泵，一级清洗槽下方设有预处理传动系统；氧化溶解槽、还原槽、一级清洗槽和二级清洗槽内分别安装有多级导向轴，氧化溶解槽与还原槽之间、还原槽与一级清洗槽之间、一级清洗槽与二级清洗槽之间、二级清洗槽与挤压干燥系统之间分别设有挤压辊，挤压辊上设有可调压紧螺丝。氧化溶解槽和还原槽均由PP或PVC材料制成，在其一端进液，另一端留有溢流口， 以便保持液位稳定；氧化溶解槽和还原槽下方分别放置有储液槽并安有循环泵，用于氧化溶解溶液和还原溶液液位控制和溶液补加。一级清洗槽和二级清洗槽均由PP或PVC材料制成。导向轴材质为耐酸碱腐蚀、耐氧化材质，导向轴直径为IOOmm 200mm，氧化溶解槽、 还原槽、一级清洗槽和二级清洗槽的前后内壁上分别镶嵌有轴承，导向轴的两端支撑于轴承上，转动灵活，阻力小，随聚氨酯泡绵一起转动。预处理传动系统是由同时起挤压、传动作用的挤压辊、链轮、变频电机和传动链条等组成。氧化溶解槽与还原槽之间设有挤压辊，挤压辊主要起到将氧化溶解溶液挤干，防止过多氧化溶解溶液带入还原槽，引起还原溶液失效加速的作用。还原槽与一级清洗槽之间、 一级清洗槽与二级清洗槽之间、二级清洗槽与挤压干燥系统之间分别设有挤压辊，挤压辊均起到相似的作用。挤压干燥系统由3 8级不锈钢对辊组成，优选为4 6级，不锈钢对辊包括左、 右两个辊子，辊子直径为100 200mm，调整两个辊子间的间隙，聚氨酯泡绵逐级通过，将其中所吸水分逐渐压干，达到后面烘干整形要求。烘干整形设备为自动控温的远红外烘箱，其传动方式为网带传动，聚氨酯泡绵放置于网带上通过远红外烘箱，达到烘干整形的目的。远红外烘箱温度为40 90°C，优选为60 80°C ；预处理传动系统的速度为10 150m/h，优选为 50 120m/h。使用该孔型梳理设备的聚氨酯泡绵孔型梳理工艺，采用如下步骤
(a)开启氧化溶解槽的循环泵和还原槽的循环泵，使氧化溶解槽内的氧化溶解溶液和还原槽内的还原溶液达到工艺要求的处理液位后，经由溢流口流出；开启远红外烘箱，开始加热；当远红外烘箱达到40 90°C时，开启预处理传动系统，放在放卷架上的聚氨酯泡绵， 经氧化溶解槽内第一个导向轴下方绕出，再经第二个导向轴上方绕到第三个导向轴下方， 以此类推，呈“S”形绕过氧化溶解槽内的导向轴；
(b)聚氨酯泡绵从氧化溶解槽出来到挤压辊，经过挤压辊进入还原槽，调整可调压紧螺丝，使挤压辊能够将聚氨酯泡绵挤干，聚氨酯泡绵经过还原槽时的绕轴方式同氧化溶解槽的“S”形绕轴方式；
(c)聚氨酯泡绵经还原槽出来，依次进入一级清洗槽、二级清洗槽，以相同的“S”形绕轴 方式进行清洗，随后进入挤压干燥系统；
(d)聚氨酯泡绵在多级不锈钢对辊中间通过，将聚氨酯泡绵中的水分挤压出来，经多级 挤压后，聚氨酯泡绵中含有的微量水分再经远红外烘箱进行烘干定形；
(e)经过挤压的聚氨酯泡绵再到远红外烘箱，烘干整形后经网带传动，到达收卷机构收 卷，完成整套孔型梳理工艺。氧化溶解溶液为高锰酸钾溶液、重铬酸钾溶液、硫酸溶液、硝酸溶液或其他具有氧 化性的物质中的一种或几种的混合溶液，优选高锰酸钾溶液与硫酸溶液的混合溶液，其中 高锰酸钾溶液的浓度可以为2 100g/L，优选为2 20g/L，更优选为3 15g/L ；硫酸溶 液的浓度可以为2 80ml/L，优选为3 25ml/L，更优选为4 18ml/L。还原溶液包括硫酸溶液，还包括草酸钠溶液、双氧水溶液或其他具有还原性的物 质中的一种或几种的混合溶液。硫酸溶液的浓度可以为1 90ml/L，优选为8 30ml/L ；草酸钠溶液的浓度可以 为1 80g/L，优选为3 20g/L ；双氧水溶液的浓度可以为5 100ml/L，优选为10 40ml/ L0(ii)基体导电化处理孔型梳理过的泡绵通过预抽真空的方法将聚氨酯泡绵中夹 带的水分、其他液体、气体与杂质净化掉，最后利用磁控真空溅射的方法进行导电化处理， 制得导电化聚氨酯泡绵基体。基体导电化处理工艺过程如图3所示；
(iii)电沉积镀镍聚氨酯泡绵经导电化处理后先经过5% 10%的定比例拉伸，然后以 电沉积方式进行电铸，形成不同面密度的泡沫镍，电沉积方式为连续化带状的连续作业方 式。电沉积工艺流程如图4所示；
①电源采用高频开关电镀电源；
②面密度控制仪用面密度控制仪在线控制面密度的均勻性；
③电镀液电镀镍主要有硫酸镍、氯化镍、硼酸等组成，增加辅料以增强产品的光洁度， 提高硬度；
④电沉积在电沉积过程中采用电沉积设备，使超低面密度泡沫镍得以连续自动化生 产，再经过清洗、风干等完成超低面密度泡沫镍的半成品。本发明电沉积槽液主要采用氨基磺酸盐型或硫酸盐型，其工艺参数如下
(A)氨基磺酸盐型镀液的配比与参数
氨基磺酸镍[Ni (NH2SO3) 2 4H20] 350 550g/L 氯化镍(NiCl2 6H20)7 15g/L
氟化钠(NaF)2 5g/L
硼酸(H3BO3)30 50g/L
pH 值3.0 3. 5
温度40 50°C
(B)硫酸盐型镀液的配比与参数
硫酸镍(NiSO4 7H20)200 300g/L
氯化镍(NiCl2 6H20)25 50g/L硼酸(H3BO3)35 45g/L
pH 值4. 0 4. 5
温度40 55°C。(iv)氢气气氛下热处理将仍存留在泡沫镍内部的聚氨酯泡绵骨架通过明火燃烧将其清除，然后通过高温氧化处理除掉尚未充分分解的泡绵残余物以及中间品表面可能存留的积碳，最后在氢气氛围下进行还原烧结，改善其晶体结构，得到超低面密度、高开孔率的泡沫镍。氢气气氛下热处理工艺过程如图5所示。通过下面的实施例可以更好的理解本发明 实施例1
取连续聚氨酯泡绵(厚度1. 6mm、宽度1000mm)两卷各50m，一卷标识为I，另一卷经过孔型梳理，标识为II，将I、II用相同工艺进行真空溅射导电化处理，磁控真空溅射工艺参数 控制溅射能量6 13kw，速度0. 3 8 m/min连续溅射，溅射保底真空度(0. 3 3. 0) X 10_2 Pa，充入氩气溅射时真空度(1 4) XKT1 Pa，然后将I、II放入普通泡沫镍用电解槽中，相同工艺条件下电沉积，沉积观0 g/m2终止电沉积，再将I、II在相同条件下进行热处理，其工艺参数为氧化温度600 650°C，停留时间15min，还原温度800 1000°C，停留时间 40min，分解气流量25 m3/h。I为普通泡沫镍，II为本发明超低面密度、高开孔率的泡沫镍。取上述本发明得到的泡沫镍II与普通泡沫镍I做理化性能测试，结果如表1所示。表 权利要求
1.一种超低面密度、高开孔率的泡沫镍，其特征在于所述泡沫镍面密度为150 200g/m2，厚度为 1. 0 1. 6 mm。
2.—种权利要求1所述的超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，以聚氨酯泡绵 作为基体，包括基体导电化处理、电沉积镀镍和氢气气氛下热处理过程，其特征在于在基 体导电化处理之前增加聚氨酯泡绵孔型梳理的过程。
3.根据权利要求2所述的超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，其特征在于包 括如下步骤(i )聚氨酯泡绵孔型梳理将聚氨酯泡绵进行孔型梳理，改变原有的泡绵孔型结构，消 除泡绵纵、横向之间的差异；(ii)基体导电化处理孔型梳理过的聚氨酯泡绵通过预抽真空的方法将聚氨酯泡绵中 夹带的水分、液体、气体与杂质净化掉，最后利用磁控真空溅射的方法进行导电化处理，制 得导电化聚氨酯泡绵基体；(iii)电沉积镀镍聚氨酯泡绵经导电化处理后先经过5% 10%的定比例拉伸，然后以 电沉积方式进行电铸，形成不同面密度的泡沫镍；(iv)氢气气氛下热处理将仍存留在泡沫镍内部的聚氨酯泡绵骨架通过明火燃烧将 其清除，然后通过高温氧化处理除掉尚未充分分解的泡绵残余物以及中间品表面存留的积 碳，最后在氢气氛围下进行还原烧结，改善其晶体结构，得到超低面密度、高开孔率的泡沫O
4.根据权利要求3所述的超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，其特征在于步 骤(i )中聚氨酯泡绵孔型梳理包括氧化溶解(1)、还原(2)、一级清洗(3)、二级清洗(4)、挤 压干燥(5)、烘干整形(6)以及附属的循环、传动控制系统。
5.根据权利要求3所述的超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，其特征在于步 骤(iii)中电沉积方式为连续化带状的连续作业方式。
6.根据权利要求3所述的超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，其特征在于步 骤(iii)中电沉积槽液为氨基磺酸盐型或硫酸盐型，其工艺参数如下(A)氨基磺酸盐型镀液的配比与参数氨基磺酸镍[Ni (NH2SO3) 2 4H20] 350 550g/L 氯化镍(NiCl2 6H20)7 15g/L氟化钠(NaF)2 5g/L硼酸(H3BO3)30 50g/LpH 值3.0 3. 5温度40 50°C(B)硫酸盐型镀液的配比与参数硫酸镍(NiSO4 7H20)200 300g/L氯化镍(NiCl2 6H20)25 50g/L硼酸(H3BO3)35 45g/LpH 值4. 0 4. 5温度40 55°C。
全文摘要
本发明涉及一种泡沫镍的制作方法，特别公开了一种超低面密度、高开孔率的泡沫镍及其制作方法。该超低面密度、高开孔率的泡沫镍的制作方法，以聚氨酯泡绵作为基体，包括基体导电化处理、电沉积镀镍和氢气气氛下热处理过程，其特征在于在基体导电化处理之前增加聚氨酯泡绵孔型梳理的过程。本发明的有益效果是在聚氨酯泡绵导电化处理之前增加了孔型梳理的过程，改变了泡绵孔型原有结构，增大了泡绵的开孔率，消除了纵、横向之间的差异，以此为基体制作的泡沫镍在降低面密度的同时，其各项物理性能得到明显改善，生产的泡沫镍既适用于高端产品提升电池性能又适用于低端产品降低材料成本，可制作高容量动力电池。
文档编号C25D1/08GK102492966SQ20111043482
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者刘海东, 孟国强, 宋小斌, 李常兴, 毕研文, 江衍勤, 王乃用, 罗衍涛 申请人:菏泽天宇科技开发有限责任公司