专利名称：一种动力电池极板用穿孔钢带的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电池材料领域，涉及一种电池极板用材料，尤其是一种动力电池极板用穿孔钢带。
信息、能源和材料并称当今社会发展的三大支柱，储能材料集信息、能源及材料于一体，其发展正在快速地改变着世界文明的发展进程。二十世纪八十年代中期以来，以储能材料为代表的镍氢电池、锂离子电池等小型化学能源的出现，为移动通讯的飞速发展提供了动力，使人类步入了通讯时代。如今，以储能材料为代表的化学能源正在进入交通工具中，成为汽车摩托车等的动力，这种动力电池的出现，不仅能妥善地解决环境污染与能源危机两大制约人类文明发展的障碍，而且由此可以改变世界能源的供给结构。
动力电池性能的优劣决定于其中的储能材料的性能，而在化学电池中较重要的储能材料就是其中的正极材料和负极材料。而作为正、负的极板，其性能又对由其构成的正、负极板，以至于构成的动力电池的充、放电性能、价格成本等都有重大影响。
穿孔镀镍钢带以其低成本、耐大电流充放电等突出的优点，正在迅速取代发泡镍，成为动力电池的首选极板材料。穿孔钢带在电池制造过程中有两个主要作用第一个作用是用作电池负极或正极材料的载体。对它的要求是在穿孔钢带上应尽可能多的填充所述的活性物质，且对其上的活性物质有更强的粘接性能。中国专利号为ZL98241828.0，名称为“电池极板用穿孔钢带”的实用新型专利公开了一种穿孔钢带，其对穿孔钢带上活性物质的填充量的增大有积极的贡献，其特定的穿孔排列和穿孔形状使得钢带的孔隙率得到很大的提高。但是其对穿孔钢带的粘接性能的探索却是比较粗浅的。在电池极板材料制造行业中有一种普遍的认识穿孔钢带上穿孔孔边有毛刺是有害的，但在实际的冲压过程中，孔边或多或少总会出现一些毛刺，因此，在该行业中就有穿孔毛刺(亦称为披峰)不能超过0.01mm的行业标准。在上述专利中，发明人已经认识到毛刺的存在对穿孔钢带在粘接活性物质上有利，但是，仍然没有摆脱惯常的观念，对毛刺的高度仍然作了控制在0.5mm以下的规定。使其在制造用作动力电池极板材料时对要填充的比一般电池更大量的活性物质的粘接性能较差。
穿孔钢带在电池制造过程中的第二个作用是用作电池的集流体，在充放电过程中，起导电作用。具体要求是导电性好、内阻小，再有是抗腐蚀性。上述专利所提供的穿孔钢带在导电性和减小内阻方面不够，其中的钢带在与活性物质结合时，由于毛刺较少和较低，使钢带与活性材料的接触面积较小，致使导电性较差。另外，包括前述专利在内的现有技术中，穿孔钢带的表面均是设有一层单一材料电镀层，是镍电镀层。镍是良好的防电极极板腐蚀的材料，但其电化学特性不是很好的，尤其是用在动力电池这类要求具有很高电化学性质，如很高的析氧过电位或析氢过电位等方面，均不能令人满意。
本实用新型的目的在于改进现有技术的缺陷，提供一种可适于制作高充放电性能的动力电池极板的穿孔钢带，其具有高的充放电性能，对用其制作的动力电池的大量活性物质有很高的填充性和粘接性；本实用新型进一步的目的在于提供一种具有较高析氢或析氧过电位，电化学特性优良的穿孔钢带。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的动力电池极板用穿孔钢带，为带状结构，带面上具有冲压穿孔，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。
所述毛刺在穿孔钢带的两个侧面上间隔分布可以是如下规律在所述穿孔钢带的任意一个侧面上，其中间任意一个孔的该侧面上无毛刺(毛刺在另一侧面上)，它周围至少在两个方向上相邻的孔上有所述毛刺。
当穿孔钢带上的穿孔为直排时(即各行各列的穿孔左右、前后均对齐地排列)，相邻两排孔的毛刺分别设于穿孔钢带的两个侧面上，即毛刺隔行两面交错排列。此时，如果任意选定一个侧面上的一个在该侧面上无毛刺的孔，在该孔的两个方向上的相邻的孔上有毛刺。
当穿孔为直排时，毛刺更好的排列方式是同行同列上相邻穿孔上的毛刺交错地设于钢带两侧，即在同一行穿孔中，相邻两孔的毛刺分别设在钢带的两个侧面上，而同一列穿孔中，相邻两孔的毛刺亦分别设在钢带的两个侧面上。
还有一种穿孔的排列方式，即错排任意两行穿孔中，一行穿孔的位置与另一与之相邻行穿孔的间隙的位置对齐，错排的穿孔，其上毛刺在同一行穿孔中，相邻两孔的毛刺分别设在钢带的两个侧面上，而同一列穿孔中，相邻两孔的毛刺亦分别设在钢带的两个侧面上。
在上述直排交错毛刺分布和错排交错毛刺分布两种情况下，任意一个在一侧面上无毛刺的穿孔，在该侧孔在其周围四个方向上的相邻孔均有毛刺。
毛刺的作用是提高极板对制作电池中设于其上的活性物质的填充性和粘接性。没有毛刺或毛刺较少的穿孔钢带，其只是通过其上的穿孔容纳活性物质，而穿孔钢带的孔隙率(单位面积钢带上穿孔面积的百分率)如果过大，则穿孔钢带的抗拉强度将降低，使穿孔钢带的力学性能降低，所以一般穿孔钢带的孔隙率不超过60％。有了穿孔边上的毛刺，等于在钢带表面上通过各孔上的毛刺又构成了容纳活性物质的新空间，因此，穿孔钢带上各孔皆设毛刺和毛刺在钢带的两个侧面上均匀有序地分布，对大大提高穿孔钢带对活性物质的填充性非常有利。同时，所述这类毛刺对附于其钢带上的活性物质的粘接性的提高也是非常有利的，通过冲制，钢带成孔，成孔位置上的钢材破裂竖于孔边缘形成毛刺，毛刺的边缘十分粗糙，因此，它对附着在钢带上的活性物质的粘接性很强，另外，穿孔钢板上又高又多的毛刺可以增大用于动力电池的单位面积极板与活性物质的接触面积，从而提高充电性能。所述穿孔上的毛刺在钢带的两个侧面上均匀分布可以避免在其作极板时活性物质由其上脱落。但如果不是均匀地分布，也是可以的，但在毛刺分布较稀疏的地方会出现掉粉的现象，所述在这种情况下，在靠边缘处的穿孔的毛刺分布应较密集一些。
所述毛刺的高度可以为0.5-5mm。
为了最大限度地提高本穿孔钢带的填充性和粘接性以及导电性，在冲制钢带穿孔时不使冲下的金属掉落，而完全转化成毛刺是最佳方案，即一个所述穿孔边缘通过冲压形成的毛刺是由作为穿孔处的孔内全部材料构成。这样除了可获得更好的填充性和粘接性及导电性，而且可有效地提高了原材料的利用率。
为了使本实用新型提供的动力电池极板的穿孔钢带在制成电池后在作负极时减少析氢气量，在作正极时减少析氧气量，从而减小电池的内阻和自放电倾向，在穿孔钢带上设置这样的电镀层在穿孔钢带上设镀镍层，在所述镍层之上再电镀设置一其电化学性能更好的金属镀层，在本钢带作为电池的负极时，所述的金属层为其析氢过电位比镍更高的金属层，如锌层、锡层或镉层；在本钢带作为电池的正极时，所述的金属层为其析氧过电位比镍更高的金属层，如钴层、铜层、银或钯层。在镀镍层上设上述各金属之一的镀层可以有效地提高极板的电化学性能。
在设置的所述两个镀层中，里边的镍镀层的厚度可以在0～10μm，更优化的选择的是3-5μm，外面的金属镀层的厚度可以是0～10μm。更优化的选择的是3-5μm。
本实用新型提供的动力电池极板用穿孔钢带由于在所有穿孔上均设有毛刺，而且毛刺较高，使钢带对制造电池时与之连接的活性物质的填充性和粘接性大大提高，本钢带对活性物质的填充量是现有钢带的10倍，甚至几十倍，在使用中不掉粉。高毛刺还提高了钢带的导电性。制毛刺的工艺又十分简单，因此，制造成本低。本实用新型更进一步地改造了穿孔钢带表面镀层的结构，突破了现有技术中只注意钢带的耐腐蚀性，而忽略提高其电化学性能的缺陷，在其中加进电化学性能更好的材料，以提高本钢带在电池中的电化学性能，有利于延长电池的寿命。动力电池的特点是使用功率大，一般单体在10Ah以上，使用时要求快速充放电，且必须高倍率充放电，使用本钢带，由于其电阻小，导电性好，强度高，在高倍率(20倍以上)充放电时不会出现发热现象，也不会影响电池的寿命与使用性能。动力电池能否实现产业化主要决定于其成本，降低其制造成本是实现动力电池产业化的关键因素，本实用新型提供的穿孔钢带作为极板材料的价格仅是现有发泡镍极板材料的1/10，是现有穿孔镀镍钢带的1/3，是现有穿孔镍带的1/3。采用本钢带制电池的极板，可使电池的成本降低5％以上。
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为表示直排列穿孔毛刺直排的穿孔钢带的结构示意图图2为表示直排列穿孔毛刺错排的穿孔钢带的结构示意图图3为表示错排列穿孔毛刺错排的穿孔钢带的结构示意图实施例1本实施例提供一种具有穿孔的钢带1，如图1所示，其穿孔2上均有毛刺3，毛刺3的高度为3.5毫米。其上的穿孔2为直排排列，其上的毛刺为错排。
图2和图3分别表示出穿孔直排毛刺直排和穿孔错排毛刺也错排的结构。在图1-图3所示的几种结构中，以图3所示的结构钢带对活性物质的填充性和粘接性最好。
在上述钢带的表面镀复合电镀层，底层镀3μm的镍，上层镀5μm的钴，本钢带用于制造动力电池的正极极板。
实施例2本实施例提供一种如图3所示的穿孔2`错排毛刺3`也错排的穿孔钢带1`，每一个所述穿孔边缘通过冲压形成的毛刺是由作为穿孔处的孔内全部材料构成。在冲压成孔过程中没有钢屑掉落。
在上述钢带的表面镀复合电镀层，底层镀3μm的镍，上层镀5μm的锌，本钢带用于制造动力电池的负极极板。
权利要求1.一种动力电池极板用穿孔钢带，为带状结构，带面上具有穿孔，其特征在于所述钢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；在所述穿孔钢带上设置电镀层。
2.根据权利要求1所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于所述毛刺在穿孔钢带的两个侧面上的间隔分布为在所述穿孔钢带的任意一个侧面上，其中一个孔的该侧面上无毛刺，在同一侧面上它周围至少在两个方向上相邻的孔上有所述毛刺；
3.根据权利要求2所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于所述毛刺在穿孔钢带的两个侧面上的间隔分布为所述穿孔钢带上的穿孔为直排，相邻两排所述孔的所述毛刺分别设于穿孔钢带的两个侧面上。
4.根据权利要求2所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于所述毛刺在穿孔钢带的两个侧面上的间隔分布为所述穿孔为直排，同行同列上相邻所述穿孔上的所述毛刺交错地设于钢带两侧，即在同一行穿孔中，相邻两孔的毛刺分别设在钢带的两个侧面上，而同一列穿孔中，相邻两孔的毛刺亦分别设在钢带的两个侧面上。
5.根据权利要求2所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于所述毛刺在穿孔钢带的两个侧面上的间隔分布为任意两行所述穿孔中，一行穿孔的位置与另一与之相邻行穿孔的间隙的位置对齐，错排的穿孔，其上所述毛刺在同一行穿孔中，相邻两孔的毛刺分别设在钢带的两个侧面上，而同一列穿孔中，相邻两孔的毛刺亦分别设在钢带的两个侧面上。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于所述穿孔边缘通过冲压形成的所述毛刺是由作为穿孔处的孔内全部材料构成。
7.根据权利要求1所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于在所述穿孔钢带上设置的所述电镀层为在所述穿孔钢带上设镀镍层，在所述镍层之上再电镀设置一其电化学性能更好的金属镀层。
8.根据权利要求7所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于所述的金属层为其析氢过电位比镍更高的金属层，如锌层或锡层或镉层。
9.根据权利要求7所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于所述的金属层为其析氧过电位比镍更高的金属层，如钴层、铜层、银或钯层。
10.根据权利要求7或8或9所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于在设置的所述两个镀层中，里边的镍镀层的厚度0～10μm，外面的金属镀层的厚度是0～10μm。
11.根据权利要求11所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于所述镍层的厚度为3-5μm，所述金属镀的厚度层是3-5μm。
12.根据权利要求1所述动力电池极板用穿孔钢带，其特征在于毛刺的高度为0.5-5mm。
专利摘要一种动力电池极板用穿孔钢带,带面上具有穿孔,带上所有的穿孔孔边皆有毛刺,所述毛刺间隔地在所述穿孔钢带的两侧面上分布;在所述穿孔钢带上设置不仅包括有镍层,在其上还设有和比镍的电化学性能更好的金属材料的电镀层。本穿孔钢带的填充性、粘接性、导电性和电化学性能大大提高,可延长电池的寿命,并且其造价远远低于现有产品,这些都为推动动力电池实现产业化起到积极作用。
文档编号H01M4/64GK2458739SQ0026510
公开日2001年11月7日 申请日期2000年12月8日 优先权日2000年12月8日
发明者许开华, 薛庆忠 申请人:许开华