專利名稱：電池外殼用的表面處理鋼板和電池外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種容納堿性液體的容器，更具體地，它涉及電池如堿性錳電池、鎳鎘電池等的外殼用的表面處理鋼板，以及采用深沖法、DI成形法或DTR成形法對該表面處理的鋼板進行成形獲得的電池外殼。
因此，在電池如堿性錳電池、鎳鎘電池等的應(yīng)用場合采用鍍鎳，因為鎳非?？箟A性腐蝕，并且，這些電池主要使用強堿性的氫氧化鉀作為電解質(zhì)。而且，當電池與外接端子相連時，鎳具有穩(wěn)定的接觸電阻。另外，制造電池時的一個優(yōu)點是鎳具有優(yōu)異的點焊性能，而電池制造中，采用點焊將電池中的每個組成部件組裝一起。
近年來，為了提高電池容量，采用DI(沖制和展薄拉延)成型法代替深沖法(JP-B-7-99686)作為電池外殼的壓制成型方法。在DI成型法和DTR(沖制減薄和再沖制)法中，由于外殼側(cè)壁的厚度比底部厚度薄，因此可以封裝較多的陽極和陰極活性物質(zhì)，而且，還可以獲得如下優(yōu)點隨著電池容量增大，由于外殼底部較厚，電池的壓力強度能夠得到改善。
另外，近年來，對堿性錳電池和鎳氫電池的要求越來越高，而且，相應(yīng)地，電池生產(chǎn)的自動化程度越來越高。鑒于此，采用帶式輸送機將已壓制成型的電池外殼自動送至電池外殼清洗機和電池制造機。然而，當電池外表面滑動性能較差時，電池外殼會停留在帶式輸送機上，電池外殼送至電池清洗機或者電池生產(chǎn)過程被延緩，因此，工作效率下降。
近年來，就采用深沖法、DI成形法和DTR成形法制備的電池外殼而論，大量的電池外殼放在帶式輸送機上并輸送去制備電池。然而，在電池外殼外表面的最外層存在傳統(tǒng)鎳鍍層的電池外殼不能平穩(wěn)輸送，因此，電池外殼的供應(yīng)容易中斷。特別是，當在帶式輸送機上輸送的電池外殼進入將其排成一排的處理步驟時，在電池外殼外表面的最外層上的鎳層處容易出現(xiàn)粘附。
本發(fā)明的一個技術(shù)目的是提供一種光澤性和流動性(runnability)均優(yōu)異的電池外殼。以及一種能夠優(yōu)選用于制備所述電池外殼的表面處理鋼板。
為了達到上述目的，根據(jù)權(quán)利要求1的電池外殼用的表面處理鋼板的特征在于其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層和作為上層的鎳層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳鍍層。
根據(jù)權(quán)利要求2的電池外殼用的表面處理鋼板的特征在于其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在鐵-鎳擴散層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳鍍層。
根據(jù)權(quán)利要求3的電池外殼用的表面處理鋼板的特征在于其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的鎳鍍層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳鍍層。
根據(jù)權(quán)利要求4的電池外殼用的表面處理鋼板的特征在于其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層和作為上層的鎳鍍層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳鍍層。
根據(jù)權(quán)利要求5的電池外殼用的表面處理鋼板的特征在于其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層和作為上層的鎳層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳合金鍍層。
根據(jù)權(quán)利要求6的電池外殼用的表面處理鋼板的特征在于其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在鐵-鎳擴散層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳合金鍍層。
根據(jù)權(quán)利要求7的電池外殼用的表面處理鋼板的特征在于其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的鎳鍍層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳合金鍍層。
根據(jù)權(quán)利要求8的電池外殼用的表面處理鋼板的特征在于其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層和作為上層的鎳鍍層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳合金鍍層。
所述鎳鍍層可以是無光澤鎳鍍層、半光澤鎳鍍層或者有光澤鎳鍍層。所述有光澤鎳合金鍍層可以是有光澤鎳-鈷鍍層。優(yōu)選所述鎳層的厚度為0.01-0.3μm。優(yōu)選所述鎳鍍層的厚度為0.2-3μm。優(yōu)選所述有光澤鎳鍍層或者有光澤鎳合金鍍層的厚度為0.5-4μm。
根據(jù)權(quán)利要求15的電池外殼的特征在于其通過采用深沖法、DI成形法或DTR成形法對如權(quán)利要求1-14所述的電池外殼用的表面處理鋼板進行成形制備而成。
不論采用何種電池外殼成型方法，比如，不論采用深沖法、DI成形法或者DTR成形法，本發(fā)明均能夠改善外殼的流動性，因此，本發(fā)明能夠得到優(yōu)選使用。
有光澤的鎳-鈷合金鍍層中的鈷含量優(yōu)選0.5-10％。當鈷含量低于0.5％時，不會由于鈷的添加而產(chǎn)生改善光澤性或者外殼流動性的效果。而鈷含量高于10％時，對外殼流動性的作用效果達到飽和，而且，由于鈷是昂貴的貴金屬，鈷含量過高不經(jīng)濟。未添加鈷的鎳鍍層中添加光澤劑時也會有這種效果。
位于對應(yīng)于外殼外表面一側(cè)的表面處理鋼板上的本發(fā)明有光澤鎳鍍層或者有光澤鎳-鈷合金鍍層的鍍層厚度優(yōu)選0.5-4μm。
位于對應(yīng)于外殼外表面一側(cè)上的有光澤鎳鍍層或者有光澤鎳-鈷合金鍍層的鍍層厚度低于0.5μm時，沒有改善電池外殼光澤性或者流動性的作用。當鍍層厚度大于4μm時，改善電池外殼流動性的作用達到飽和，而且，進一步加大厚度也不經(jīng)濟。
至于作為表面處理鋼板的母材的鋼板，即待鍍覆的原始鋼板，一般地，優(yōu)選使用低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼。另外，也可以使用由添加鈮和鈦的非時效超低碳鋼(碳含量低于0.01％)制備的冷軋鋼帶。
冷軋之后，采用普通方法，對鋼帶進行電解清洗、退火和平整冷軋，制備出待鍍覆的原始鋼板。此后，對該待鍍覆的原始鋼板兩表面進行鍍鎳。鍍覆之后，通過熱處理形成鎳-鐵擴散層?？刂茖嵤崽幚淼臈l件，以全部形成鎳-鐵合金層，或者使余下的鎳層厚度小于3μm或更薄。為此目的，熱處理優(yōu)選采用箱式退火方法，在450-650℃下進行4-15小時，并且，熱處理優(yōu)選采用連續(xù)退火方法，在600-850℃下進行0.5-3分鐘。
之后，在對應(yīng)于電池外殼外表面的表面上鍍覆有光澤的鎳鍍層或者有光澤的鎳合金鍍層。該有光澤的鎳合金鍍層優(yōu)選鎳-鈷合金鍍層。
作為另一種方法，在如前所述，在對應(yīng)于電池外殼外表面的表面上鍍覆有光澤的鎳鍍層或者有光澤的鎳合金鍍層之后，在對應(yīng)于內(nèi)表面的表面上形成無光澤鎳鍍層、半光澤鎳鍍層或者有光澤鎳鍍層。當形成有光澤鎳鍍層時，其可以與在外表面一側(cè)鍍覆有光澤鎳鍍層同時進行。鍍層厚度優(yōu)選0.2-3μm。當其小于0.2μm時，未觀察到改善電池性能的作用，而當厚度大于3μm時，所述作用達到飽和，而且，厚度不必要地過大也使成本增加。
雖然鍍液可以是已知的硫酸鹽鍍液或者氨基磺酸鹽鍍液，但是，由于硫酸鹽鍍液比較便宜，優(yōu)選其作為鍍液使用。因為鍍層中鈷和鎳的沉積比比鍍液中的濃度比高幾倍，因此，能夠采用鎳陽極作為陽極，而且，通過添加氨基磺酸鹽或硫酸鹽來提供鈷離子。
結(jié)合下述實施例對本發(fā)明進一步描述。
分別采用已進行冷軋、退火和平整冷軋，處理厚度為0.25mm和0.4mm的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼板作為待鍍覆的原始鋼板。采用已進行冷軋的厚度為0.25mm和0.4mm的超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼板作為待鍍覆的原始鋼板。兩種待鍍覆原始鋼板的化學組成如下。
C0.04％(以wt％計，下同)Si0.01％Mn0.22％P0.012％S0.006％Al0.048％N0.0025％對所述待鍍覆的原始鋼板進行預(yù)處理，其中包括采用普通方式進行的堿液電解脫脂、水沖洗、在含硫酸的溶液中浸泡和水沖洗，然后，進行普通的無光澤鍍鎳。
(1)無光澤鍍鎳無光澤鍍鎳采用下述硫酸鎳鍍液進行。
鍍液組成硫酸鎳NiSO4·6H2O 300g/L氯化鎳NiCl2·6H2O 45g/L硼酸 H3BO330g/L鍍液PH值4(采用硫酸調(diào)整)攪拌空氣攪拌鍍液溫度60℃陽極使用的是S Pellet(商品名，INCO Inc.生產(chǎn)，球形)，其裝入鈦籃內(nèi)并采用聚丙烯袋覆蓋。
無光澤鍍鎳之后，通過熱處理形成鎳-鐵擴散層。熱處理在一種非氧化性氣氛中進行，該氣氛中，氫占6.5％，余者為氮氣，氣氛的露點是-55℃，通過適當改變保持溫度和保持時間使0.01-3μm的鎳層作為最外層保留下來或者全部形成鎳-鐵合金層。
此外，在對應(yīng)于電池外殼外表面的表面上鍍覆有光澤的鎳鍍層或者有光澤的鎳合金鍍層。有光澤的鎳鍍層采用下述有光澤的鎳-鈷合金鍍液鍍覆，但該鍍液中未添加硫酸鈷。
(2)有光澤的鎳鈷合金鍍層將適量硫酸鈷添加至硫酸鎳鍍液中，以使鎳鍍層中含有鈷。
鍍液組成硫酸鎳 NiSO4·6H2O 300g/L氯化鎳 NiCl2·6H2O 45g/L硫酸鈷 CoSO4·6H2O (適量)硼酸 H3BO330g/L含氮雜環(huán)化合物 0.6g/L含氮脂肪族化合物 2.0g/L鍍液PH值4(采用硫酸調(diào)整)攪拌 空氣攪拌鍍液溫度 60℃陽極 使用的是S Pellet(商品名，INCO Inc.生產(chǎn)，球形)，其裝入鈦籃內(nèi)并采用聚丙烯袋覆蓋。
在上述條件下，通過改變硫酸鈷的添加量和電解時間來改變鈷含量和鍍層厚度。雖然通過前述的表面處理能夠獲得良好的性能，但是可以進一步對電池外殼的內(nèi)表面進行無光澤鍍鎳、半光澤鍍鎳或者有光澤鍍鎳?？梢圆捎们笆鲥円鹤鳛闊o光澤鍍鎳的鍍液。對于有光澤鍍鎳，其可以與電池外殼外表面的有光澤鍍鎳同時進行。
下面的鍍液用于半光澤鍍鎳。半光澤鍍鎳可以代替最初的無光澤鍍鎳。
(3)半光澤鍍鎳半光澤鍍鎳可以通過添加未飽和醇的聚氧化乙烯加成物和不飽和羧酸甲醛作為半光澤劑來進行。
鍍液組成硫酸鎳 NiSO4·6H2O 300g/L氯化鎳 NiCl2·6H2O 45g/L硼酸H3BO330g/L不飽和醇的聚氧化乙烯加成物3.0g/L不飽和羧酸甲醛3.0g/L鍍液PH值 4(采用硫酸調(diào)整)攪拌 空氣攪拌鍍液溫度 60℃陽極使用的是S Pellet(商品名，INCO Inc.生產(chǎn)，球形)，其裝入鈦籃內(nèi)并采用聚丙烯袋覆蓋。
(電池外殼的制備)采用DI成型法制備電池外殼，其中，將0.4mm厚的直徑為41mm的待鍍覆鋼板坯料沖制成直徑為20.5mm的杯形，然后，采用DI成型機進行再沖制和兩步展薄拉延成型，以使外徑為13.8mm，殼壁為0.20mm，高度為56mm。最后將其上部修除毛刺，制備出高約49.3mm的LR6型電池外殼。
采用DIR成型法制備電池外殼，其中，將0.25mm厚的待鍍覆鋼板沖制成直徑58mm的坯料，并且進行幾次沖制和再沖制，以制備出外徑為13.8mm，殼壁為0.20mm，高度為49.3mm的LR6型電池外殼。
此外，采用深沖法制備電池外殼，其中，將0.25mm厚的待鍍覆鋼板沖制成直徑57mm的坯料，并且進行幾次沖制和再沖制，以制備出外徑為13.8mm，殼壁為0.25mm，高度為49.3mm的LR6型電池外殼。
表1

(待續(xù))
表1(續(xù))

(電池外殼的流動性)采用如下方式測量電池外殼的流動性將100個電池外殼放在帶式輸送機上，并且，使寬度變窄，只能使放在輸送機上輸送的電池外殼中的一個通過。通過100個電池外殼所需時間比對照例1短時，記為“○”。所獲結(jié)果如表1所示。
(放電性能)通過使用所述電池外殼，生產(chǎn)AA尺寸堿錳電池。使用2Ω的負荷電阻對所制備電池進行放電，測量直到0.9V的放電時間。結(jié)果，放電時間等于或長于對照例1的外殼記為“○”，結(jié)果如表1所示。
工業(yè)應(yīng)用性采用深沖法、DI成形法和DTR成形法獲得的在殼體外表面最外層上存在有光澤鎳鍍層或者有光澤鎳-鈷合金層的電池外殼具有良好的流動性，而且，電池的制備能夠平穩(wěn)進行。電池性能(放電特性)也很好。
權(quán)利要求
1.電池外殼用的表面處理鋼板，其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層和作為上層的鎳層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳鍍層。
2.電池外殼用的表面處理鋼板，其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在鐵-鎳擴散層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳鍍層。
3.電池外殼用的表面處理鋼板，其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的鎳鍍層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳鍍層。
4.電池外殼用的表面處理鋼板，其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層和作為上層的鎳鍍層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳鍍層。
5.電池外殼用的表面處理鋼板，其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層和作為上層的鎳層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳合金鍍層。
6.電池外殼用的表面處理鋼板，其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在鐵-鎳擴散層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳合金鍍層。
7.電池外殼用的表面處理鋼板，其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的鎳鍍層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳合金鍍層。
8.電池外殼用的表面處理鋼板，其在對應(yīng)于外殼內(nèi)表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層和作為上層的鎳鍍層，在對應(yīng)于外殼外表面的表面上存在作為底層的鐵-鎳擴散層、作為中間層的鎳層和作為上層的有光澤鎳合金鍍層。
9.根據(jù)權(quán)利要求3，4，7或8的電池外殼用的表面處理鋼板，其特征在于所述鎳鍍層可以是無光澤鎳鍍層、半光澤鎳鍍層或者有光澤鎳鍍層。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-8的電池外殼用的表面處理鋼板，其特征在于所述有光澤鎳合金鍍層是有光澤鎳-鈷鍍層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-8中之任何一項的電池外殼用的表面處理鋼板，其特征在于所述鎳層的厚度為0.01-3μm。
12.根據(jù)權(quán)利要求3，4，7，8和9中之任何一項的電池外殼用的表面處理鋼板，其特征在于所述鎳鍍層的厚度為0.2-3μm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-4中之任何一項的電池外殼用的表面處理鋼板，其特征在于所述有光澤鎳鍍層的厚度為0.5-4μm。
14.根據(jù)權(quán)利要求5，6，7，8和10中之任何一項的電池外殼用的表面處理鋼板，其特征在于所述有光澤鎳合金鍍層的厚度為0.5-4μm。
15.通過采用深沖法、DI成形法或DTR成形法對根據(jù)權(quán)利要求1-14的電池外殼用的表面處理鋼板進行成形制備而成的電池外殼。
全文摘要
外觀光澤性和加工效率均優(yōu)異的電池外殼以及能夠優(yōu)選用于制造所述電池外殼的表面處理鋼板。所述電池外殼通過對一種表面處理鋼板進行深沖、DI成形、DTR成形制備而成，所述表面處理鋼板在其對應(yīng)于電池外殼外表面的最外層上存在有光澤鎳鍍層或者有光澤鎳－鈷合金鍍層，所述電池外殼由待鍍覆的原始鋼板構(gòu)成。位于最外層上的有光澤鎳鍍層或者有光澤鎳－鈷合金鍍層具有高的光澤性，因此，其外觀質(zhì)量優(yōu)異。已成型的電池外殼的流動性高，而且，其加工效率也高。
文檔編號C25D5/50GK1449588SQ01814722
公開日2003年10月15日 申請日期2001年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月4日
發(fā)明者大村等, 友森龍夫, 大村英雄 申請人:東洋鋼鈑株式會社