专利名称：：一种泡沫金属的制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种泡沫金属的制备方法。
背景技术：
：碱性电池是由正极片、负极片、电解质和隔膜在电池钢壳内组装而成。正、负极片一般是通过将活性物质、添加剂和粘结剂的混合物涂覆在导电基体上而制成。导电基体一般采用泡沫金属例如泡沫镍或泡沫铜、穿孔金属带、穿孔电镀金属的钢带等材料，由于泡沫金属例如泡沬镍或泡沫铜的特殊的三维网状结构、大的比表面积、高的孔隙率、优良的渗透性和很大的可填充性能而被优先选作导电基体。泡沫金属的特殊的微孔结构可使电极的活性物质得到充分利用，减少电池内电阻，增大反应面积，从而提高电池性能。通常的泡沫金属的生产工艺为，先将泡沫塑料基体导电化后，进行金属的电沉积，然后热处理除去泡沫塑料基体。在该工艺中的电沉积是采用待镀的金属作为阳极，导电化后的泡沫塑料基体作为阴极，进行电镀，一般将金属裁切成25X25mm的大小装在钛蓝中作为阳极，阳极上的金属块不断消耗，进入溶液中并镀覆在泡沫塑料基体上，导致在钛篮中架空，使电场强度不均衡，最终使泡沫金属的面密度(单位面积的泡沫金属上金属的重量)不均匀。如上所述，泡沫金属特别是泡沫镍作为电池正、负极的导电基体时，电池的正极或负极浆料(活性物质)填充在泡沫镍的多孔结构内，如果泡沫镍导电基体的面密度不均匀，则使正极、负极活性物质的填充量不均匀，直接影响到电池的容量，导致电池容量不均匀。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中泡沫金属的面密度不均匀的缺陷，提供--种使泡沫金属的面密度均匀的泡沫金属的制备方法。本发明提供了一种泡沫金属的制备方法，该方法包括将泡沫塑料基体导电化，在导电化的泡沫塑料基体上电镀金属，然后去除泡沫塑料基体；在导电化的泡沫塑料基体上电镀金属的方法包括，将导电化的泡沫塑料基体作为阴极与电镀液接触，在电镀的条件下进行电镀，所述电镀液为电镀金属的盐的水溶液，其特征在于，在电镀过程中，采用不溶性阳极，保持电镀液中电镀金属的盐的含量为100-500克/升，pH值为2-5。采用本发明提供的泡沫金属的制备方法，使获得的泡沫金属面密度均匀，从而使由本发明得到的泡沫金属制成电池的性能如电池容量及内阻均匀，同时容量保持率较好。另外，由于金属化合物尤其是镍或铜化合物的价格比金属的价格尤其是镍或铜的价格低很多，因此采用本发明提供的方法大大降低了制备泡沫金属的成本。具体实施例方式本发明提供的泡沫金属的制备方法包括，该方法包括将泡沫塑料基体导电化，在导电化的泡沬塑料基体上电镀金属，然后去除泡沫塑料基体；在导电化的泡沫塑料基体上电镀金属的方法包括，将导电化的泡沫塑料基体作为阴极与电镀液接触，在电镀的条件下进行电镀，所述电镀液为电镀金属的盐的水溶液，其特征在于，在电镀过程中，采用不溶性阳极，保持电镀液中电镀金属的盐的含量为100-500克/升、优选为200-400克/升，pH值为2-5、优选为2.5-3.8。根据本发明提供的方法，在电镀过程中所发生的反应为，阳极主反应40H——4e=2H20+02阴极主反应Ax++xe=A(A为电镀金属)由于在阳极不断消耗OH—离子，而在阴极不断消耗电镀金属离子，因此需要向电镀液中添加可形成OH—离子和电镀金属离子的化合物，以保持电镀液中电镀金属的盐的含量和pH值。因此为了保持电镀液中电镀金属盐的含量和pH值，在电镀过程中，可以选择向电镀液中添加电镀金属的氢氧化物和/或氧化物，或者也可以选择向电镀液中添加电镀金属的盐并同时加碱。在优选情况下，选择向电镀液中添加电镀金属的氢氧化物和/或氧化物的方式，既可以保持电镀金属的盐的含量，也可以调节pH值。所述金属的氢氧化物和/或氧化物为镍、铜、锡、钯、金或铑的氢氧化物和/或氧化物。上述添加的方式可选择连续添加或间歇添加的方式。优选情况下，为了保持电镀液的pH值以及电镀金属的盐的浓度保持恒定，选择连续加入的方式。根据本发明提供的方法，所采用的不溶性阳极为本领域技术人员公知的各种不溶性阳极，例如铱钛网、钽铱钛网、钌铱钛网、铂金或石墨。根据本发明提供的方法，为了缓冲电镀液中pH值的变动，在优选情况下，所述电镀液还含有10-50克/升的pH值缓冲剂。所述pH值缓冲剂为所述pH值缓冲剂为本领域技术人员公知的各种pH值缓冲剂，例如硼酸、氨基磺酸、硫酸和盐酸中的一种或几种，优选为硼酸。根据本发明提供的方法，优选情况下，所述电镀金属的盐为镍、铜、锡、钯、金或铑的盐。根据本发明提供的方法，所述电镀金属的盐可以为各种可溶于水的盐，例如硫酸盐、碳酸盐、氯化物和有机酸盐中的一种或几种，所述有机酸盐优选为氨基磺酸盐。上述各种盐中优选采用硫酸盐。根据本发明提供的方法，所述电镀的条件为本领域技术人员公知的，例如该条件包括，电流密度为5-15A/dm2、优选为8-12A/dm2,电镀液的温度为40-70'C、优选为50-60'C，电镀的时间为20-60分钟、优选10-50分钟。根据本发明提供的方法，将泡沫塑料基体导电化的方法可采用本领域技术人员公知的各种方法，例如可采用涂覆导电胶、化学镀或真空镀的方法，优选在泡沫塑料基体上涂覆导电胶以使泡沫塑料基体导电化。一般情况下，涂覆导电胶的过程包括将所述泡沫塑料基体在导电胶中浸渍3-10分钟，然后将泡沫塑料基体取出并挤出多余的导电胶，并在温度为卯-110'C下干燥。所述导电胶含有石墨、树脂类粘接剂和水，以导电胶的重量为基准，石墨在导电胶中的含量为5-16重量％，树脂类粘接剂的含量为1-5重量％，水的含量为80-卯重量％。导电胶中还可以含有氨水，氨水的量使导电胶的pH值为10-ll。所述树脂类粘接剂可以为丙烯酰胺或酚醛类粘接剂。一般情况下，化学镀的方法包括将泡沫塑料基体与含有镍盐和还原剂的化学镀液接触。镍盐优选为氯化镍和/或硫酸镍。还原剂选自次磷酸盐、甲醛和硼氢化物中的一种或几种，所述次磷酸盐优选为次磷酸钠和/或次磷酸钾。化学镀的反应条件包括化学镀液的温度为40-卯'C，优选为40-80'C;化学镀液pH值为4-12;化学镀的时间为0.05-0.5小时，优选为0.1-0.2小时；化学镀液中所述还原剂的浓度为0.2-1.0摩尔/升，镍盐的浓度为0.1-0.25摩尔/升。其中，在进行化学镀之前可以对泡沫塑料基体的表面进行活化，活化的方法可以为现有的各种活化方法，例如可以使用胶体钯活化法，在35-45'C下将泡沫塑料基体在LH8305A活化液(广州国际化工公司出品)中处理4分钟，然后用浓度为40-60克/升的硫酸溶液在35-45'C下处理100秒。一般情况下，真空镀的方法包括在真空条件下(绝对压力为2-10帕)，用电子束打击镍耙，镍原子在磁场的作用下落在泡沫塑料基体上。根据本发明提供的方法，去除泡沫塑料基体的方法可以采用现有技术中常规的各种方法。例如，先将电镀金属后的泡沫塑料在氧化气氛中在300-700'C下燃烧，优选燃烧时间为0.1-0.5小时使其中的泡沫塑料被燃烧除去并脱碳，然后在氢气还原气氛中在500-1100'C下还原，优选还原时间为0.5-2小时使被氧化的金属还原，所述还原气氛优选为氢气气氛。根据本发明提供的方法，在优选情况下，在导电化的泡沫塑料基体上电镀的金属为镍、铜、锡、钯、金或铑。根据本发明提供的方法，所述泡沫塑料可以为现有技术中常规使用的各种泡沫塑料，优选为聚氨酯海绵或无纺布，更优选为聚氨酯海绵。下面通过实施例对本发明进行进一步详细说明。实施例11、制备泡沫镍选用50平方米连续聚氨酯海绵(孔密度110PPI(—英寸长度上孔的数量)、宽度1000毫米、厚度1.9毫米)作为泡沫塑料基体。将聚氨酯海绵基体在导电胶(含有8重量％石墨和2重量％丙烯酰胺粘接剂，pH为lO)中浸渍8分钟，然后将聚氨酯海绵基体取出并挤出多余的导电胶，然后在100'C下干燥。将涂覆有导电胶的聚氨酯海绵基体作为阴极浸入到电镀液(200克/升硫酸镍，50克/升硼酸，pH为2.5),以钽铱钛网作为阳极。接通直流电源，电流密度为10A/dm2，在50'C下电镀50分钟，同时在电镀的过程中以20克/分钟的添加速度连续加入氢氧化镍。将镀镍后的聚氨酯海绵基体在600'C下在空气中燃烧0.3小时，将聚氨酯海绵燃烧除去并脱碳，然后在IOOO'C下在氢气气氛下还原60分钟将被氧化的金属还原，得到泡沫镍。2、带怖SC-1700mAh镍镉电池釆用上述得到的泡沫镍制作电池正极，使用普通镀镍钢带制作电池负极，制作出30支SC-1700mAh镍镉电池。正极的制作。将上述得到的泡沫镍压片、裁片制作成200x61x1.4毫米的泡沫镍基片15片，在泡沫镍基片的中间位置辊焊200x3x0.2毫米的镍带(即集流带)。将正极浆料涂覆在上述辊焊了镍带的泡沫镍基片上，在温度为160'C下烘千，然后刮片、并碾压成型，制作出15片200x61x0.6毫米的电池正极片。正极浆料由重量比为60:4:8:3:25的氢氧化镍、氧化钴、镍、粘合剂羧甲基纤维素钠(CMC)和水配制而成。将上述电池正极片从辊焊镍带的中间位置分切成长200毫米、宽30亳米的正极片30片，作为电池的正极。每个正极含有氢氧化镍活性物质8克。负极的制作。采用连续冲孔的SPCC镀镍冲孔钢带(孔径为36.63毫米，厚度为0.08毫米，宽度为210毫米)作为氧化镉负极基体，将负极浆料涂覆在该负极基体上，在160'C的温度下烘干，然后刮片、并碾压成型，制作出30片250x32x0.6毫米的电池负极片，作为电池的负极。负极浆料由重量比为60:10:10:20的氧化镉、镉、粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC)和水配制而成。每个负极含有氧化镉活性物质10克。将上述正极、隔膜纸和上述负极叠层巻绕，装进电池壳，进行端面焊，注入电解液1.1g/Ah(电解液为KOH和LiOH混合水溶液，混合水溶液中含有30重量。/。KOH和15克/升的LiOH)，制作成SC-1700mAh镍镉电池30支。对比例11、制备泡沫镍按照实施例1中描述的方法制备泡沫镍，不同的是，在电镀迕程中采用镍块作为阳极，而且电镀液中含有200克/升的硫酸镍、30克/升的硼酸和10-50克/升的氯化镍，电镀液的pH值为4，同时在电镀的过程中以0.05ml/Ah的添加速度连续加入硫酸。由此得到泡沫镍。2、制怖SC-1700mAh镍镉电池按照实施例1中描述的方法制作电池，不同的是，采用此对比例1得到的泡沫镍制作电池的正极。得到SC-1700mAh镍镉电池30支。实施例2按照实施例1中描述的方法制备泡沫镍并制作电池，不同的是在电镀过程中，电镀液中含有400克/升的硫酸镍、20克/升的硼酸、pH为3.8，并且以60克/分钟的添加速度连续加入硫酸镍，以20克/分钟的添加速度加入氢氧化钠。得到泡沫镍并制成镍镉SC-1700mAh型号的电池30支。性能测试1、泡沫镍的理化性能测试(1)面密度均匀性测试采用清华大学核能研究所的QNG-3型质量厚度测试仪测定；(2)孔密度测试在显微镜(XTL-2400型，上海仪器设备厂)下观测泡沫镍一英寸长度上的孔的数量；(3)纵向抗拉强度和横向抗拉强度将泡沫镍按纵、横向裁切成2xl0厘米大小，然后按纵、横向用拉力计(NK-50指针式拉力计，杭州科能仪器有限公司)拉，断裂时的力/2得到纵向抗拉强度和横向抗拉强度；(4)柔韧性对折180度打开，没有开裂作为一次；(5)镍、铁、铜、锰、硫及碳的含量采用北京科创海光仪器有限公司GGX型仪器用原子吸收法测定。2、电池的性能测试(按正C285:1993标准)釆用上述的理化性能测试方法对实施例l-2和对比例1所得到的泡沫镍进行测试，所得到的结果列于表1中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>采用上述的电池性能测试方法，对实施例l-2和对比例1中各得到的30支电池进行性能测试，所得到的结果列于表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从表1可以看出，实施例1中所得到泡沫镍的面密度均匀性(99.8%)比对比例1中所得到泡沫镍的面密度均匀性(卯％)高很多，而其它的理化性能如纵向抗拉强度、横向抗拉强度、柔韧性以及镍、铁、铜、锰、硫和碳的含量基本相当。从表2可以看出，实施例1所得到的电池容量和内阻的均匀性均比对比例1中的高，并且容量保持率也较高。因此表和表2中的数据可以说明，由于采用本发明提供的方法得到的泡沫镍的面密度更为均匀，因而由本发明的泡沫镍制得的电池的容量、内阻的均匀性均很好，制得电池的合格率较高，且容量保持率较高。权利要求1、一种泡沫金属的制备方法，该方法包括将泡沫塑料基体导电化，在导电化的泡沫塑料基体上电镀金属，然后去除泡沫塑料基体；在导电化的泡沫塑料基体上电镀金属的方法包括，将导电化的泡沫塑料基体作为阴极与电镀液接触，在电镀的条件下进行电镀，所述电镀液为电镀金属的盐的水溶液，其特征在于，在电镀过程中，采用不溶性阳极，保持电镀液中电镀金属的盐的含量为100-500克/升，pH值为2-5。2、根据权利要求1所述的方法，其中，保持电镀液中电镀金属的盐的含量为200-400克/升，pH值为2.5-3.8。3、根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过向电镀液中加入电镀金属的氢氧化物和/或氧化物来保持电镀液中电镀金属的盐的含量和pH值。4、根据权利要求3所述的方法，其中，所述金属的氢氧化物和/或氧化物为镍、铜、锡、钯、金或铑的氢氧化物和/或氧化物。5、根据权利要求1所述的方法，其中，所述不溶性阳极为铱钛网、钽铱钛网、钌铱钛网、铂金或石墨。6、根据权利要求1所述的方法，其中，所述电镀液还含有10-50克/升的pH值缓冲剂。7、根据权利要求6所述的方法，其中，所述pH值缓冲剂为硼酸、氨基磺酸、硫酸和盐酸中的一种或几种。8、根据权利要求1所述的方法，其中，所述电镀金属的盐为镍、铜、锡、钯、金或铑的可溶性盐。9、根据权利要求1或8所述的方法，其中，所述电镀金属的盐为硫酸盐、碳酸盐、氯化物和有机酸盐中的一种或几种。10、根据权利要求1所述的方法，其中，所述电镀的条件包括电流密度为5-15A/dm2，电镀液的温度为40-70'C，电镀的时间为10-50分钟。11、根据权利要求1所述的方法，其中，将泡沫塑料基体导电化的方法包括采用涂覆导电胶、化学镀或真空镀的方法。12、根据权利要求1所述的方法，其中，去除泡沫塑料基体的过程包括，先将电镀金属后的泡沫塑料在氧化气氛中在300-700'C下燃烧，然后在氢气还原气氛中在500-1100'C下还原。全文摘要本发明涉及一种泡沫金属的制备方法，该方法包括将泡沫塑料基体导电化，在导电化的泡沫塑料基体上电镀金属，然后去除泡沫塑料基体；在导电化的泡沫塑料基体上电镀金属的方法包括，将导电化的泡沫塑料基体作为阴极与电镀液接触，在电镀的条件下进行电镀，所述电镀液为电镀金属的盐的水溶液，其中，在电镀过程中，采用不溶性阳极，保持电镀液中电镀金属的盐的含量为100-500克/升，pH值为2-5。采用本发明提供的方法制成的泡沫金属面密度的均匀性很好。文档编号C25D1/00GK101298686SQ20071010202公开日2008年11月5日申请日期2007年4月30日优先权日2007年4月30日发明者涛刘,毕国忠,薜永标申请人:比亚迪股份有限公司