專利名稱：一種超低面密度、高開孔率的泡沫鎳及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種泡沫鎳的制作方法，特別涉及一種超低面密度、高開孔率的泡沫鎳及其制作方法。(二)
背景技術：
普通泡沫鎳材料(如海綿狀泡沫鎳材料)作為具有多孔的金屬鎳網(wǎng)板，是一種用于制作電池電極的材料，其基本的生產(chǎn)工藝主要包括首先將聚氨酯泡綿導電化，其次進行電沉積，最后熱處理除掉泡綿基體并改變鎳的晶體結構。其中，導電化處理一般包括化學鍍、涂覆導電膠和真空鍍?nèi)N，電沉積是在鎳鹽中鍍鎳，熱處理是在還原氣氛下高溫進行的。普通泡沫鎳作為電池電極的集流體和活性物質(zhì)的載體，制作電池電極板時，利用這些空隙，可使極板活性物質(zhì)得到充分利用，增大反應面積，減小內(nèi)阻，從而提高電池性能，但目前生產(chǎn)的普通泡沫鎳的面密度都在250 g/m2以上，縱、橫向存在明顯差異，且開孔率較低，對提高電池活性物質(zhì)的填充量，提高電池的質(zhì)量等有較大難度，很難適應動力電池的發(fā)展需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供了一種降低面密度、增大泡綿開孔率的超低面密度、高開孔率的泡沫鎳及其制作方法。本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的
一種超低面密度、高開孔率的泡沫鎳，其特征在于所述泡沫鎳面密度為150 200g/ m2，厚度為1. 0 1. 6 mm。該超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，以聚氨酯泡綿作為基體，包括基體導電化處理、電沉積鍍鎳和氫氣氣氛下熱處理過程，其特征在于在基體導電化處理之前增加聚氨酯泡綿孔型梳理的過程。該超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，其特征在于包括如下步驟
(i )聚氨酯泡綿孔型梳理將聚氨酯泡綿進行孔型梳理，改變原有的泡綿孔型結構，消除泡綿縱、橫向之間的差異；
(ii)基體導電化處理孔型梳理過的聚氨酯泡綿通過預抽真空的方法將聚氨酯泡綿中夾帶的水分、液體、氣體與雜質(zhì)凈化掉，最后利用磁控真空濺射的方法進行導電化處理，制得導電化聚氨酯泡綿基體；
(iii)電沉積鍍鎳聚氨酯泡綿經(jīng)導電化處理后先經(jīng)過5% 10%的定比例拉伸，然后以電沉積方式進行電鑄，形成不同面密度的泡沫鎳；
(iv)氫氣氣氛下熱處理將仍存留在泡沫鎳內(nèi)部的聚氨酯泡綿骨架通過明火燃燒將其清除，然后通過高溫氧化處理除掉尚未充分分解的泡綿殘余物以及中間品表面存留的積碳，最后在氫氣氛圍下進行還原燒結，改善其晶體結構，得到超低面密度、高開孔率的泡沫
O步驟(i )中聚氨酯泡綿孔型梳理包括氧化溶解、還原、一級清洗、二級清洗、擠壓干燥、烘干整形以及附屬的循環(huán)、傳動控制系統(tǒng)。
步驟(iii)中電沉積方式為連續(xù)化帶狀的連續(xù)作業(yè)方式。步驟(iii)中電沉積槽液為氨基磺酸鹽型或硫酸鹽型，其工藝參數(shù)如下
(A)氨基磺酸鹽型鍍液的配比與參數(shù)
氨基磺酸鎳[Ni (NH2SO3) 2 4H20] 350 550g/L 氯化鎳(NiCl2 6H20)7 15g/L
氟化鈉(NaF)2 5g/L
硼酸(H3BO3)30 50g/L
pH 值3.0 3. 5
溫度40 50°C
(B)硫酸鹽型鍍液的配比與參數(shù)
硫酸鎳(NiSO4 7H20)200 300g/L
氯化鎳(NiCl2 6H20)25 50g/L
硼酸(H3BO3)35 45g/L
pH 值4. 0 4. 5
溫度40 55°C。本發(fā)明超低面密度、高開孔率的泡沫鎳及其制作方法的有益效果是在聚氨酯泡 綿導電化處理之前增加了孔型梳理的過程，改變了泡綿孔型原有結構，增大了泡綿的開孔 率，消除了縱、橫向之間的差異，以此為基體制作的泡沫鎳在降低面密度的同時，其各項物 理性能得到明顯改善，生產(chǎn)的泡沫鎳既適用于高端產(chǎn)品提升電池性能又適用于低端產(chǎn)品降 低材料成本，可制作高容量動力電池。

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。圖1為本發(fā)明制作超低面密度、高開孔率的泡沫鎳工藝流程圖； 圖2為本發(fā)明制作泡沫鎳的孔型梳理設備結構示意圖3為本發(fā)明基體導電化處理的工藝流程圖； 圖4為本發(fā)明電沉積鍍鎳的工藝流程圖； 圖5為本發(fā)明氫氣氣氛下熱處理的工藝流程圖。圖中，1氧化溶解，2還原，3 —級清洗，4 二級清洗，5擠壓干燥，6烘干整形。具體實施例方式
該超低面密度、高開孔率的泡沫鎳面密度為150 200g/m2，厚度為1. 0 1. 6 mm，可 制作高容量動力電池。該超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，以聚氨酯泡綿作為基體，包括基體 導電化處理、電沉積鍍鎳和氫氣氣氛下熱處理過程，其特征在于在基體導電化處理之前增 加聚氨酯泡綿孔型梳理的過程。聚氨酯泡綿孔型梳理聚氨酯泡綿首先進行孔型梳理，改變原有的孔型結構；
基體導電化處理經(jīng)過孔型梳理的聚氨酯泡綿通過磁控真空濺射形成導電化聚氨酯泡 綿基體；
電沉積鍍鎳經(jīng)過導電化處理后的聚氨酯泡綿首先進行定向拉伸，然后以電沉積方式 進行電鑄，形成超低面密度的泡沫鎳中間體；氫氣氣氛下熱處理將聚氨酯泡綿骨架通過明火燃燒的方法清除掉，通過進一步氧化處理除掉尚未分解的聚氨酯泡綿殘余物及中間品表面可能存留的積碳，然后在氫氣氛圍下還原燒結，得到超低面密度、高開孔率的泡沫鎳。如圖1所示，該超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法主要包括如下步驟
(i )聚氨酯泡綿孔型梳理首先將泡綿進行孔型梳理，改變原有的泡綿孔型結構，消除泡綿縱、橫向之間的差異?？仔褪崂戆ㄑ趸芙?、還原2、一級清洗3、二級清洗4、擠壓干燥5、烘干整形6以及附屬的循環(huán)、傳動控制系統(tǒng)。孔型梳理設備示意圖如圖2所示；
孔型梳理設備包括從左到右依次連接的氧化溶解槽、還原槽、一級清洗槽、二級清洗槽、擠壓干燥系統(tǒng)和烘干整形設備，氧化溶解槽左側設有放卷架，烘干整形設備右側設有收卷機構，氧化溶解槽和還原槽下方分別設有儲液槽和循環(huán)泵，一級清洗槽下方設有預處理傳動系統(tǒng)；氧化溶解槽、還原槽、一級清洗槽和二級清洗槽內(nèi)分別安裝有多級導向軸，氧化溶解槽與還原槽之間、還原槽與一級清洗槽之間、一級清洗槽與二級清洗槽之間、二級清洗槽與擠壓干燥系統(tǒng)之間分別設有擠壓輥，擠壓輥上設有可調(diào)壓緊螺絲。氧化溶解槽和還原槽均由PP或PVC材料制成，在其一端進液，另一端留有溢流口， 以便保持液位穩(wěn)定；氧化溶解槽和還原槽下方分別放置有儲液槽并安有循環(huán)泵，用于氧化溶解溶液和還原溶液液位控制和溶液補加。一級清洗槽和二級清洗槽均由PP或PVC材料制成。導向軸材質(zhì)為耐酸堿腐蝕、耐氧化材質(zhì)，導向軸直徑為IOOmm 200mm，氧化溶解槽、 還原槽、一級清洗槽和二級清洗槽的前后內(nèi)壁上分別鑲嵌有軸承，導向軸的兩端支撐于軸承上，轉動靈活，阻力小，隨聚氨酯泡綿一起轉動。預處理傳動系統(tǒng)是由同時起擠壓、傳動作用的擠壓輥、鏈輪、變頻電機和傳動鏈條等組成。氧化溶解槽與還原槽之間設有擠壓輥，擠壓輥主要起到將氧化溶解溶液擠干，防止過多氧化溶解溶液帶入還原槽，引起還原溶液失效加速的作用。還原槽與一級清洗槽之間、 一級清洗槽與二級清洗槽之間、二級清洗槽與擠壓干燥系統(tǒng)之間分別設有擠壓輥，擠壓輥均起到相似的作用。擠壓干燥系統(tǒng)由3 8級不銹鋼對輥組成，優(yōu)選為4 6級，不銹鋼對輥包括左、 右兩個輥子，輥子直徑為100 200mm，調(diào)整兩個輥子間的間隙，聚氨酯泡綿逐級通過，將其中所吸水分逐漸壓干，達到后面烘干整形要求。烘干整形設備為自動控溫的遠紅外烘箱，其傳動方式為網(wǎng)帶傳動，聚氨酯泡綿放置于網(wǎng)帶上通過遠紅外烘箱，達到烘干整形的目的。遠紅外烘箱溫度為40 90°C，優(yōu)選為60 80°C ；預處理傳動系統(tǒng)的速度為10 150m/h，優(yōu)選為 50 120m/h。使用該孔型梳理設備的聚氨酯泡綿孔型梳理工藝，采用如下步驟
(a)開啟氧化溶解槽的循環(huán)泵和還原槽的循環(huán)泵，使氧化溶解槽內(nèi)的氧化溶解溶液和還原槽內(nèi)的還原溶液達到工藝要求的處理液位后，經(jīng)由溢流口流出；開啟遠紅外烘箱，開始加熱；當遠紅外烘箱達到40 90°C時，開啟預處理傳動系統(tǒng)，放在放卷架上的聚氨酯泡綿， 經(jīng)氧化溶解槽內(nèi)第一個導向軸下方繞出，再經(jīng)第二個導向軸上方繞到第三個導向軸下方， 以此類推，呈“S”形繞過氧化溶解槽內(nèi)的導向軸；
(b)聚氨酯泡綿從氧化溶解槽出來到擠壓輥，經(jīng)過擠壓輥進入還原槽，調(diào)整可調(diào)壓緊螺絲，使擠壓輥能夠將聚氨酯泡綿擠干，聚氨酯泡綿經(jīng)過還原槽時的繞軸方式同氧化溶解槽的“S”形繞軸方式；
(c)聚氨酯泡綿經(jīng)還原槽出來，依次進入一級清洗槽、二級清洗槽，以相同的“S”形繞軸 方式進行清洗，隨后進入擠壓干燥系統(tǒng)；
(d)聚氨酯泡綿在多級不銹鋼對輥中間通過，將聚氨酯泡綿中的水分擠壓出來，經(jīng)多級 擠壓后，聚氨酯泡綿中含有的微量水分再經(jīng)遠紅外烘箱進行烘干定形；
(e)經(jīng)過擠壓的聚氨酯泡綿再到遠紅外烘箱，烘干整形后經(jīng)網(wǎng)帶傳動，到達收卷機構收 卷，完成整套孔型梳理工藝。氧化溶解溶液為高錳酸鉀溶液、重鉻酸鉀溶液、硫酸溶液、硝酸溶液或其他具有氧 化性的物質(zhì)中的一種或幾種的混合溶液，優(yōu)選高錳酸鉀溶液與硫酸溶液的混合溶液，其中 高錳酸鉀溶液的濃度可以為2 100g/L，優(yōu)選為2 20g/L，更優(yōu)選為3 15g/L ；硫酸溶 液的濃度可以為2 80ml/L，優(yōu)選為3 25ml/L，更優(yōu)選為4 18ml/L。還原溶液包括硫酸溶液，還包括草酸鈉溶液、雙氧水溶液或其他具有還原性的物 質(zhì)中的一種或幾種的混合溶液。硫酸溶液的濃度可以為1 90ml/L，優(yōu)選為8 30ml/L ；草酸鈉溶液的濃度可以 為1 80g/L，優(yōu)選為3 20g/L ；雙氧水溶液的濃度可以為5 100ml/L，優(yōu)選為10 40ml/ L0(ii)基體導電化處理孔型梳理過的泡綿通過預抽真空的方法將聚氨酯泡綿中夾 帶的水分、其他液體、氣體與雜質(zhì)凈化掉，最后利用磁控真空濺射的方法進行導電化處理， 制得導電化聚氨酯泡綿基體?；w導電化處理工藝過程如圖3所示；
(iii)電沉積鍍鎳聚氨酯泡綿經(jīng)導電化處理后先經(jīng)過5% 10%的定比例拉伸，然后以 電沉積方式進行電鑄，形成不同面密度的泡沫鎳，電沉積方式為連續(xù)化帶狀的連續(xù)作業(yè)方 式。電沉積工藝流程如圖4所示；
①電源采用高頻開關電鍍電源；
②面密度控制儀用面密度控制儀在線控制面密度的均勻性；
③電鍍液電鍍鎳主要有硫酸鎳、氯化鎳、硼酸等組成，增加輔料以增強產(chǎn)品的光潔度， 提高硬度；
④電沉積在電沉積過程中采用電沉積設備，使超低面密度泡沫鎳得以連續(xù)自動化生 產(chǎn)，再經(jīng)過清洗、風干等完成超低面密度泡沫鎳的半成品。本發(fā)明電沉積槽液主要采用氨基磺酸鹽型或硫酸鹽型，其工藝參數(shù)如下
(A)氨基磺酸鹽型鍍液的配比與參數(shù)
氨基磺酸鎳[Ni (NH2SO3) 2 4H20] 350 550g/L 氯化鎳(NiCl2 6H20)7 15g/L
氟化鈉(NaF)2 5g/L
硼酸(H3BO3)30 50g/L
pH 值3.0 3. 5
溫度40 50°C
(B)硫酸鹽型鍍液的配比與參數(shù)
硫酸鎳(NiSO4 7H20)200 300g/L
氯化鎳(NiCl2 6H20)25 50g/L硼酸(H3BO3)35 45g/L
pH 值4. 0 4. 5
溫度40 55°C。(iv)氫氣氣氛下熱處理將仍存留在泡沫鎳內(nèi)部的聚氨酯泡綿骨架通過明火燃燒將其清除，然后通過高溫氧化處理除掉尚未充分分解的泡綿殘余物以及中間品表面可能存留的積碳，最后在氫氣氛圍下進行還原燒結，改善其晶體結構，得到超低面密度、高開孔率的泡沫鎳。氫氣氣氛下熱處理工藝過程如圖5所示。通過下面的實施例可以更好的理解本發(fā)明 實施例1
取連續(xù)聚氨酯泡綿(厚度1. 6mm、寬度1000mm)兩卷各50m，一卷標識為I，另一卷經(jīng)過孔型梳理，標識為II，將I、II用相同工藝進行真空濺射導電化處理，磁控真空濺射工藝參數(shù) 控制濺射能量6 13kw，速度0. 3 8 m/min連續(xù)濺射，濺射保底真空度(0. 3 3. 0) X 10_2 Pa，充入氬氣濺射時真空度(1 4) XKT1 Pa，然后將I、II放入普通泡沫鎳用電解槽中，相同工藝條件下電沉積，沉積觀0 g/m2終止電沉積，再將I、II在相同條件下進行熱處理，其工藝參數(shù)為氧化溫度600 650°C，停留時間15min，還原溫度800 1000°C，停留時間 40min，分解氣流量25 m3/h。I為普通泡沫鎳，II為本發(fā)明超低面密度、高開孔率的泡沫鎳。取上述本發(fā)明得到的泡沫鎳II與普通泡沫鎳I做理化性能測試，結果如表1所示。表 權利要求
1.一種超低面密度、高開孔率的泡沫鎳，其特征在于所述泡沫鎳面密度為150 200g/m2，厚度為 1. 0 1. 6 mm。
2.—種權利要求1所述的超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，以聚氨酯泡綿 作為基體，包括基體導電化處理、電沉積鍍鎳和氫氣氣氛下熱處理過程，其特征在于在基 體導電化處理之前增加聚氨酯泡綿孔型梳理的過程。
3.根據(jù)權利要求2所述的超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，其特征在于包 括如下步驟(i )聚氨酯泡綿孔型梳理將聚氨酯泡綿進行孔型梳理，改變原有的泡綿孔型結構，消 除泡綿縱、橫向之間的差異；(ii)基體導電化處理孔型梳理過的聚氨酯泡綿通過預抽真空的方法將聚氨酯泡綿中 夾帶的水分、液體、氣體與雜質(zhì)凈化掉，最后利用磁控真空濺射的方法進行導電化處理，制 得導電化聚氨酯泡綿基體；(iii)電沉積鍍鎳聚氨酯泡綿經(jīng)導電化處理后先經(jīng)過5% 10%的定比例拉伸，然后以 電沉積方式進行電鑄，形成不同面密度的泡沫鎳；(iv)氫氣氣氛下熱處理將仍存留在泡沫鎳內(nèi)部的聚氨酯泡綿骨架通過明火燃燒將 其清除，然后通過高溫氧化處理除掉尚未充分分解的泡綿殘余物以及中間品表面存留的積 碳，最后在氫氣氛圍下進行還原燒結，改善其晶體結構，得到超低面密度、高開孔率的泡沫O
4.根據(jù)權利要求3所述的超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，其特征在于步 驟(i )中聚氨酯泡綿孔型梳理包括氧化溶解(1)、還原(2)、一級清洗(3)、二級清洗(4)、擠 壓干燥(5)、烘干整形(6)以及附屬的循環(huán)、傳動控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求3所述的超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，其特征在于步 驟(iii)中電沉積方式為連續(xù)化帶狀的連續(xù)作業(yè)方式。
6.根據(jù)權利要求3所述的超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，其特征在于步 驟(iii)中電沉積槽液為氨基磺酸鹽型或硫酸鹽型，其工藝參數(shù)如下(A)氨基磺酸鹽型鍍液的配比與參數(shù)氨基磺酸鎳[Ni (NH2SO3) 2 4H20] 350 550g/L 氯化鎳(NiCl2 6H20)7 15g/L氟化鈉(NaF)2 5g/L硼酸(H3BO3)30 50g/LpH 值3.0 3. 5溫度40 50°C(B)硫酸鹽型鍍液的配比與參數(shù)硫酸鎳(NiSO4 7H20)200 300g/L氯化鎳(NiCl2 6H20)25 50g/L硼酸(H3BO3)35 45g/LpH 值4. 0 4. 5溫度40 55°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泡沫鎳的制作方法，特別公開了一種超低面密度、高開孔率的泡沫鎳及其制作方法。該超低面密度、高開孔率的泡沫鎳的制作方法，以聚氨酯泡綿作為基體，包括基體導電化處理、電沉積鍍鎳和氫氣氣氛下熱處理過程，其特征在于在基體導電化處理之前增加聚氨酯泡綿孔型梳理的過程。本發(fā)明的有益效果是在聚氨酯泡綿導電化處理之前增加了孔型梳理的過程，改變了泡綿孔型原有結構，增大了泡綿的開孔率，消除了縱、橫向之間的差異，以此為基體制作的泡沫鎳在降低面密度的同時，其各項物理性能得到明顯改善，生產(chǎn)的泡沫鎳既適用于高端產(chǎn)品提升電池性能又適用于低端產(chǎn)品降低材料成本，可制作高容量動力電池。
文檔編號C25D1/08GK102492966SQ20111043482
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者劉海東, 孟國強, 宋小斌, 李常興, 畢研文, 江衍勤, 王乃用, 羅衍濤 申請人:菏澤天宇科技開發(fā)有限責任公司