专利名称：金属带敷泡沫镍材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电池正极材料，特别是金属带敷泡沫镍材料。
Ni/MH电池在产业化初期，正极板采用传统的烧结式浸渍工艺，正极比容量较低，正极体积比容量最高只有470-550mAh/cm3，生产的AA型电池容量一般为1000-1100mAh左右，随着Ni/MH电池相关材料和工艺的改进，尤其是泡沫镍新材料的运用，使正极比容量有较大幅度的提高，体积比容量可达到700mAh/cm3以上，MH/Ni电池容量得到空前的提高。如AA型MH/Ni电池可达到1300-1400mAh甚至更高，泡沫镍电极为MH/Ni电池容量提高作出了很大的贡献。
泡沫镍正极在实际运用过程中表现出许多优点。泡沫镍的孔率很高，可达到95％以上，所以活性物质的填充量大，电极质量比容量高可达到180-190mAh/g。泡沫镍的孔为三维结构，正极活性物质的利用率可达到95％左右，而且充放电性能好，极化小，生产的电池适合运用在中低倍率放电的场合，具有良好的综合性能。泡沫镍电极在生产过程中对环境污染很小，生产工艺简单，活性物质填充可一次完成。而烧结型正极需要在Ni(NO3)2溶液中用真空或静态浸渍4-6次才能达到增重要求，工艺繁杂，而且Ni(NO3)2的利用率低，一般只有60％左右，并且在生产过程中伴随着大量的Ni2+、Na+和NO3-离子的大量流失对环境造成极大的危害，这种生产工艺不符合环保要求。泡沫镍电极生产投资比烧结式电极要少的多，资金占压少。
泡沫镍正极也有不足之处。泡沫镍是网络结构，孔率很高，它的负面作用就是基体强度差，泡沫镍正极导电性不如烧结正极，不适合于高倍率放电，在动力电源中这种缺点就显的更加突出。为此这种电极必须在导电性方面作一定的改进，才能适应高倍率放电的需求，改造的方向是保留电极高比容量的优点，同时克服大电流输出困难的缺点。另外泡沫镍电极强度差，泡沫镍在刮浆和卷绕时容易断裂。泡沫镍电极极耳焊接既困难又薄弱，泡沫镍正电极焊接极耳的工艺是用专用设备将活性物质清洗掉，暴露出泡沫镍的基体。泡沫镍强度本来就差，清洗后使泡沫镍结构又受到一定的伤害。在伤害后的泡沫镍基体上焊接的极耳是很脆弱的，不但导电差而且易脱落，给生产带来极大的不便。
目前日本Ni/MH电池厂家对泡沫镍正电极的极耳焊接作了很大的改进，其工艺过程是对泡沫镍或纤维镍基体按设计的要求辊压出光边，电极基体拉浆后将光边处的活性物质清洗干净，再用超声波清洗光边，然后在光边上滚焊镀镍不锈钢板筋条，最后焊接极耳。该工艺提高了极耳焊接强度和导电能力，但工艺很复杂，而且用这种方法生产的电极只能用专用设备进行卷绕，用普通卷绕机生产的电极芯是喇叭状的。这是焊的短极耳，加工都十分便利。另外，采用涂浆法和发泡法，将大大降低制造成本。
方型动力电池和园柱型电池正极都采用长极耳，其极耳就是金属带敷泡沫镍的光边，而且在拉浆时保留其清洗面。如图2所示A是金属带敷泡沫镍部分，B金属带光边部分，图3是冲片成型方型电池正极片，图4是冲片成型园柱型电池正极片。
对于高倍率放电用SC或D型动力电池，往往需要端面焊结构，金属带敷泡沫镍电极可留出一定宽度的光边，十分方便地实现端面焊。
金属带敷泡沫镍电极的金属带对电极容量影响很小。泡沫镍正极不论采用什么形式加工极耳均要占用一定的电极有效体积，如一般AA型电极要清除掉7×7面积的活性物质，若采用日本厂家的极耳加工形式，如AA型极板加工尺寸40×72×0.68，要滚焊2mm宽的筋条，为加工极耳就占了整个电极的2/402×7240×72×100%=5%]]>金属带敷泡沫镍的金属带虽然占了一定有效体积，但是加工极耳却比较方便，而且它占用的极板有效体积并不比滚焊筋条占用的电极体积大，例如若极板厚0.68mm，钢带厚0.06mm，冲孔占金属带的55％，金属带余留部分为45％，金属带占总体积的百分比为0.06×45%0.68×100%=4%]]>比较两种方法所占用的有效体积，可知金属带敷泡沫镍减少电极的有效体积更少，因而影响电极容量更小。
下面结合实施例对本发明作详细说明，但是它们并不是对本发明作任何限制。
实施例1AA型电池用冲孔镀镍钢带敷泡沫镍基体。钢带有孔部分占36％，光边部分占20％。钢带厚为0.06mm，宽为208mm。首先在钢带上涂布含有超细镍粉的导电胶，在钢带有孔部分两面粘宽40mm、厚0.7mm的泡沫镍。泡沫镍的孔隙率为95％，面密度为400-450g/m2。将粘有泡沫镍的钢带在温度为120℃的炉中烘干，然后在氢气气氛保护中980±50℃下，以0.5-1.0m/min连续烧结成型。钢带与泡沫镍之间烧结牢固。产品1.4-1.5mm厚，有灰白色金属光泽。使用冲孔镀镍钢带敷泡沫镍基体制成的100Ah方型动力镍氢实验电池与使用泡沫镍基体制成的100Ah方型动力镍氢参照电池在100A的放电曲线绘示在图5中，实验曲线的放电电位较高，容量较大。
实施例2在冲孔镀镍钢带上涂布粘结剂，并在两面敷0.7mm厚的软质泡沫塑料，在80℃下烘干。在此泡沫塑料面上涂布镍浆。镍浆中CMC占0.5％，超细镍粉占45-60％，其余为水。调整浆料粘度和涂浆速度，以严格控制涂布量，然后在120-200℃炉中烘干，继而在氢气气氛保护中和980±50℃的温度下以0.5-1.0m/min连续烧结成型。钢带与泡沫镍之间烧结牢固。产品1.4-1.5mm厚，有灰白色金属光泽。
权利要求
1.一种金属带敷泡沫镍材料，其特征在于它是由金属带表面附着泡沫镍构成，所述的泡沫镍厚度是1.3-2.0mm。
2.按照权利要求1所述的金属带敷泡沫镍材料，其特征在于所述的金属带是冲孔金属带、拉伸金属网或编制金属网。
3.按照权利要求1所述的金属带敷泡沫镍材料，其特征在于所述的金属带是镀镍钢带、镍带或不锈钢带。
4.按照权利要求1所述的金属带敷泡沫镍材料，其特征在于所述的泡沫镍为单面的或双面的。
5.权利要求1-4所述的金属带敷泡沫镍材料的制备方法，其特征在于是采用粘结法制备，根据极板计量厚度要求，在金属带带上敷泡沫镍，即用含30-60％镍粉的粘结剂，将泡沫镍粘结在金属带上，然后在保护气氛中在980±50℃的温度下以0.5-1.0m/min连续烧结而成型。
6.权利要求1-4所述的金属带敷泡沫镍材料的制备方法，其特征在于是采用电镀法制备，在金属带上用含15-50％镍粉的导电胶将计量厚度的泡沫塑料粘上，并经导电处理后，再电镀一定厚度的镍后，在保护气氛中在980±50℃的温度下以0.5-1.0m/min连续烧结成型。
7.权利要求1-4所述的金属带敷泡沫镍材料的制备方法，其特征在于是采用涂浆法制备，在金属带上敷泡沫塑料，然后涂布镍浆，烘干后在保护气氛中在980±50℃的温度下以0.5-1.0m/min连续烧结成型。
8.权利要求1-4所述的金属带敷泡沫镍材料的制备方法，其特征在于是采用发泡法制备，在金属带上将聚氨脂塑料、催化剂、发泡剂、表面活性剂、镍粉按比例混合，涂布在穿孔钢带上，先发孔，发孔后的基体厚度为1.3-2.0mm，然后在在保护气氛中在980±50℃的温度下以0.5-1.0m/min连续烧结成型。
9.按照权利要求5-8所述的金属带敷泡沫镍材料的制备方法，其特征在于所述的保护气氛为氢气、一氧化碳、氮气或它们的混合气体。
10.按照权利要求1所述的金属带敷泡沫镍材料，其特征在于所述的泡沫镍也可以使用纤维镍代替。
全文摘要
本发明涉及电池正极用金属带敷泡沫镍材料,它是由金属带表面附着泡沫镍构成,所述的泡沫镍厚度是1.3—2.0mm。采用粘结法、电镀法、涂浆法、或发泡法制备。本发明制作电极拉伸强度高,刮浆和卷绕时都不易断裂,可以充分发挥泡沫镍正极比容量高的优点,同时克服高倍率放电性能差等不足,加工便利;为生产高容量,高倍率型Ni/MH(以及Ni/Cd)动力电池铺平道路,以其取代烧结电极,将避免烧结正极浸渍带来的严重环境污染,对提高我国环境质量产生有益影响,并且对降低成本产生积极影响。
文档编号B32B5/16GK1275457SQ0010969
公开日2000年12月6日 申请日期2000年6月22日 优先权日2000年6月22日
发明者马可武, 闫德意 申请人:天津和平海湾电源集团有限公司