專利名稱：多孔金屬材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料及制備方法，特別涉及多孔金屬材料及制備方法。
背景技術(shù)：
目前多孔金屬材料如泡沫鎳、泡沫銅等多用于制作電池電極、過濾、催化劑載體 等。對(duì)于用于制作電池電極材料的多孔材料如泡沫鎳等，目前的生產(chǎn)工藝為基材導(dǎo)電 化——再進(jìn)行單一面密度的電沉積，最后進(jìn)行熱處理。采用上述工藝步驟所生產(chǎn)的泡沫鎳， 沿厚度方向均為單一的沉積密度，這種材料無法承受較大電流的沖擊，特別是應(yīng)用于純電 動(dòng)汽車領(lǐng)域，容易造成泡沫鎳極板在電池工作過程中產(chǎn)生斷裂，從而影響到電池的使用壽 命與使用安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種可承受較大電流沖擊，可提高電池容量及使用壽命，適合動(dòng) 力電池使用的多孔金屬材料，并提供一種制備該材料的簡(jiǎn)單易行的方法。本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)一種多孔金屬材料，具有三維網(wǎng)狀通孔結(jié)構(gòu)，由金屬構(gòu) 成其骨架，沿厚度方向，有三層金屬沉積量，其比值為(1 5) (1 20) (1 5)。為使材料更適于制作電池極板，上述三層金屬沉積量之比優(yōu)選(1 3) (1 5) (1 3)。制備上述多孔金屬材料的方法，按以下步驟進(jìn)行基材導(dǎo)電化處理——第一次電 化學(xué)沉積——第一次熱處理——輾壓——第二次電化學(xué)沉積——第二次熱處理，所述的第 二次電化學(xué)沉積步驟中，采用雙金屬陽極，兩陽極面積不同或相同?；膶?dǎo)電化處理可采 用現(xiàn)有技術(shù)如物理氣相沉積、化學(xué)鍍、涂覆導(dǎo)電膠中的一種即可；電化學(xué)沉積可依據(jù)需沉積 的金屬采用現(xiàn)有工藝，如電鍍鎳、電鍍銅等；第一次熱處理采用現(xiàn)有普通多孔材料相同的工 藝，具體是，在600°C焚燒基材后，于900 1100°C，在包含氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚夥毡Ｗo(hù)環(huán)境 下進(jìn)行每平米材料還原熱處理0. 5 2小時(shí)；第二次熱處理采用真空熱處理或包含還原氣 體的氣氛條件下熱處理，溫度500 700°C，每平米材料的處理時(shí)間為0. 5 3小時(shí)。為制備性能更佳的材料，在所述輾壓及第二次電化學(xué)沉積兩步驟之間還需進(jìn)行表 面處理步驟，其工藝方法為，經(jīng)輾壓后的材料在強(qiáng)酸的稀溶液中浸泡，強(qiáng)酸可以是鹽酸、硫 酸、硝酸中的一種或幾種的混合酸，浸泡時(shí)間為10 30min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)于1.在保證多孔金屬導(dǎo)電性能的同時(shí)增強(qiáng) 了其內(nèi)部孔連接結(jié)構(gòu)的致密性和強(qiáng)度，由此改善了材料在應(yīng)用于電極制備過程中容易出現(xiàn) 斷裂及內(nèi)阻過大的問題，且有效地提高了材料的耐蝕性能。2.采用本發(fā)明所制備的多孔材料及制備方法，由于其采用兩次電沉積及熱處理技 術(shù)，使金屬沉積量分層分布，多孔材料在微觀層面具有電流的緩沖界面，因此客觀上體現(xiàn)出 比普通多孔材料更能承受大電流充放電性能，由此不僅增強(qiáng)了電池的工作安全性，同時(shí)有 效增加了電池的使用壽命，更能滿足動(dòng)力電池的需要。3.本發(fā)明提供的方法，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有生產(chǎn)工藝匹配，易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。


圖1 采用本發(fā)明與普通材料對(duì)電池容量衰減的對(duì)比實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1采用厚度為2. Omm的聚胺酯海綿材料為基體，按以下工藝流程進(jìn)行制備 基材導(dǎo)電化處理——第一次電化學(xué)沉積——第一次熱處理——輾壓——表面處理——第 二次電化學(xué)沉積——第二次熱處理。其中導(dǎo)電化處理采用物理氣相沉積方式，以高純電解鎳靶為濺射基材，在真空度 1. 8*10_2Pa，濺射功率3. 5Kw，靶極距40mm的工藝條件下，采用物理氣相沉積的方式在聚胺 酯海綿基材上沉積一層鎳層，鎳沉積量為0. 3g/m2。第一次電化學(xué)沉積采用普通瓦特鎳電沉積工藝及設(shè)備，在經(jīng)上述導(dǎo)電化后基材上 沉積鎳層，控制鎳沉積量為300g/m2。第一次熱處理工藝為第一次電化學(xué)沉積后的半成品先在600°C焚燒后，再于 930°C，在含70%氫氣和30%氮?dú)獾谋Ｗo(hù)氣氛中進(jìn)行還原處理，每平米材料熱處理1小時(shí)。上述產(chǎn)品冷卻后將其輾壓至厚度為1. 7mm，之后的表面處理為將產(chǎn)品在8% (V/ V)的硫酸溶液中浸泡，時(shí)間為20min。第二次電化學(xué)沉積采用普通瓦特鎳電沉積工藝，采用雙陽極組合方式，兩個(gè)陽極 面積相同，在經(jīng)表面處理后的泡沫鎳基體上進(jìn)行電化學(xué)沉積，控制兩面同時(shí)鎳沉積量為 150g/m2。第二次熱處理為對(duì)經(jīng)第二次電沉積的泡沫鎳材料在600°C，在70%氫氣和30% 氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中，每平米材料保溫1小時(shí)。按上述方法制備的多孔鎳材料，經(jīng)測(cè)量，沿材料的厚度方向，從上至下，在其厚度 的上3/10、中2/5及下3/10三處的鎳沉積量之比約為1 2 1。將該材料用于制作鎳鋅電池的正極極板材料，其他與常規(guī)鎳鋅電池相同，作為對(duì) 比例，使用現(xiàn)有材料制作的鎳鋅電池，采用如下工藝進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比恒流充電ic充至1. 9V 恒壓充電恒壓1. 9V，IC電流充限流50mA恒流放電1C放至1. 2V檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。圖 中A，B兩條曲線為采用本實(shí)施例1的泡沫鎳材料的電池性能曲線；C，D兩條曲線為采用現(xiàn) 在普通泡沫鎳材料的電池性能曲線。由圖中可看出，采用本發(fā)明材料所制成的電池在容量 上較常規(guī)電池有20%提升，同時(shí)，在容量衰減性能上更加優(yōu)異。實(shí)施例2采用實(shí)施例1基本相同的方式制備多孔鎳材料，與其不同的工藝條件如 下1.原始聚氨脂海綿基材厚度為IOmm ；2.第一次電化學(xué)沉積鎳量為1000g/m2 ；3.第一次 熱處理的還原溫度為1100°C ；4.輾壓至厚度為9. 5mm，在稀硝酸溶液中浸泡時(shí)間為30min ； 5.第二次電化學(xué)沉積步驟中，雙陽極面積不相同，其面積比為1 5，控制對(duì)應(yīng)小陽極一面 的鎳沉積量為50g/m2 ；6.第二次熱處理為真空熱處理，溫度為700°C，每平米材料保溫3小 時(shí)。按上述方法制備的多孔鎳材料，經(jīng)測(cè)量，沿材料的厚度方向，從上至下(注面對(duì)小陽極的多孔鎳材料的那一面為上)，在其厚度的上1/20、中7/10及下1/4三處的鎳沉積 量之比約為1 20 5。
實(shí)施例3采用實(shí)施例1基本相同的方式制備多孔鎳材料，與其不同的工藝條件如下1.原始聚氨脂海綿基材厚度為1. 6mm ；2.第一次電化學(xué)沉積鎳量為500g/m2 ；3.第一次 熱處理的還原溫度為900°C ；4.輾壓至厚度為1. 5mm，在稀鹽酸溶液中浸泡時(shí)間為IOmin ； 5.第二次電化學(xué)沉積步驟中，雙陽極面積不相同，其面積比為1 3，控制對(duì)應(yīng)小陽極一面 的鎳沉積量為100g/m2 ；6.第二次熱處理為真空熱處理，溫度為500°C，每平米材料保溫0. 5 小時(shí)。按上述方法制備的多孔鎳材料，經(jīng)測(cè)量，沿材料的厚度方向，從上至下(注面對(duì) 小陽極的多孔鎳材料的那一面為上)，在其厚度的上1/8、中1/2及下3/8三處的鎳沉積量 之比約為1:5:3。
權(quán)利要求
一種多孔金屬材料，具有三維網(wǎng)狀通孔結(jié)構(gòu)，由金屬構(gòu)成其骨架，其特征在于沿厚度方向，有三層金屬沉積量，其比值為(1～5)∶(1～20)∶(1～5)。
2.如權(quán)利要求1所述的多孔金屬材料，其特征在于所述三層金屬沉積量之比優(yōu)選 (1 3) (1 5) (1 3)。
3.一種制備如權(quán)利要求1或2所述的多孔金屬材料的方法，其特征是按以下步驟進(jìn) 行基材導(dǎo)電化處理——第一次電化學(xué)沉積——第一次熱處理——輾壓——第二次電化學(xué) 沉積——第二次熱處理，所述的第二次電化學(xué)沉積步驟中，采用雙金屬陽極，兩陽極面積不 同或相同。
4.如權(quán)利要求3所述的制備多孔金屬材料的方法，其特征是在所述輾壓及第二次電 化學(xué)沉積兩步驟之間還包含表面處理步驟，其工藝方法為，經(jīng)輾壓后的材料在強(qiáng)酸的稀溶 液中浸泡，時(shí)間為10 30min。
5.如權(quán)利要求4所述的制備多孔金屬材料的方法，其特征是強(qiáng)酸可以是鹽酸、硫酸、 硝酸中的一種或幾種的混合酸。
6.權(quán)利要求3-5之一所述的制備多孔金屬材料的方法，其特征是所述的第二次熱處 理采用真空熱處理或包含還原氣體的氣氛條件下熱處理，溫度500 700°C，每平米材料的 處理時(shí)間為0. 5 3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多孔金屬，呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，沿厚度方向，有三層金屬沉積量，其比值為(1～5)∶(1～20)∶(1～5)。并提供了制備該材料的方法，經(jīng)導(dǎo)電化后的分兩次進(jìn)行電沉積及熱處理，并在兩次中間對(duì)材料進(jìn)行輾壓和表面預(yù)處理，第二次電沉積采用面積不同或相同的雙金屬陽極。本發(fā)明的多孔金屬材料更能承受大電流充放電性能，可增強(qiáng)電池的工作安全性及使用壽命，滿足動(dòng)力電池的需要；同時(shí)也可改善材料在應(yīng)用于電極制備過程中容易出現(xiàn)斷裂及內(nèi)阻過大的問題，有效地提高了材料的耐蝕性能。
文檔編號(hào)C25D5/14GK101818367SQ20101015433
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者吳慶鋒, 周小平, 廖麗軍, 朱濟(jì)群, 楊如曙, 蔣素斌, 謝紅雨, 陳紅輝, 龍文貴 申請(qǐng)人:常德力元新材料有限責(zé)任公司