專利名稱：一種泡沫鎳和該泡沫鎳的制作方法及使用該泡沫鎳的電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬電池技術領域，更詳細地說是涉及一種具有較強集流效果的泡沫鎳和該泡沫鎳的制作方法以及使用該泡沫鎳的電池。
背景技術：
普通泡沫鎳材料生產工藝為先聚氨酯海綿導電化，再進行電沉積，最后熱處理。導電化處理一般包括化學鍍、涂覆導電膠、真空鍍三種，電沉積一般是硫酸鹽或氨基磺酸鹽鍍鎳，熱處理是指在400-1100℃氫氣還原氣氛條件下進行。普通泡沫鎳材料作為電池電極(可以是正極或負極板)的集流體和活性物質的載體，由于其表面呈光滑狀(在高倍數(shù)顯微鏡下觀察或電鏡觀察)，粗糙度不夠，導致在制作電極時電極漿料與泡沫鎳光滑表面結合力差，集流效果差，電池在多次充放電時，電極活性材料隨著充放電過程的進行其體積也隨之不斷地進行膨脹和收縮，因而在多次充放電后，電極活性物質從泡沫鎳表面脫落，從而影響電池的壽命；且電極活性物質接觸真實表面積少，集流效果差，導電性差，電池內阻高，活性物質利用率偏低，導致容量偏低。另中國申請?zhí)?0126771.X的專利申請中采用在電沉積溶液中加入鎳、鎳的氧化物、鎳的碳氧化物、鈷、鈷的氧化物的粉末來提高泡沫鎳的粗糙度，從而增強集流效果。上述專利申請的不足之處是成本高，不能有效的降低電池內阻，對電池的壽命提高作用不明顯。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的一在于，克服現(xiàn)有技術中存在的泡沫鎳粗糙度不夠，作為電池電極基體集流效果差、導致電池內阻高、電極活性物質利用率偏低的缺點，從而提供一種表面粗糙度較高的泡沫鎳。
本發(fā)明的目的二在于，提供一種制作具有較高表面粗糙度泡沫鎳的方法。
本發(fā)明的目的三在于，提供一種較低內阻和較高壽命的電池。
本發(fā)明的目的一是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種泡沫鎳，具有多層網筋形成的多層網狀結構，其中，所述網筋還含有金屬銅，所述金屬銅以顆粒狀存在。
上述技術方案可進一步改進為所述金屬銅存在于所述網筋的表面和內部。
所述金屬銅的質量百分比含量為泡沫鎳總質量的1％-30％。
所述金屬銅的質量百分比含量為泡沫鎳總質量的10％-20％。
本發(fā)明的目的二是通過以下技術方案實現(xiàn)的上述泡沫鎳的制作方法，包括聚氨脂海綿導電化階段、電沉積階段、熱處理階段，其特征在于，在所述電沉積階段中，在電沉積槽液中還加入銅粉。
上述技術方案可一步改進為所述銅粉加入的時間在導電化后的聚氨脂海綿表面沉積鎳之前或沉積一定的鎳之后。
所述銅粉加入的量為5g/L-50g/L。
所述銅粉加入的量為10g/L-20g/L。
所述銅粉粒度為0.2um-100um。
本發(fā)明的目的三是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種電池，包括電池極板，所述極板的基體采用的泡沫鎳具有多層網筋形成的多層網狀結構，其中，所述網筋還含有金屬銅，所述金屬銅以顆粒狀存在。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明泡沫鎳表面具有較高粗糙度，從而可以增強電池極板集流效果，同時可以提高電池中活性物質的利用率；采用本發(fā)明泡沫鎳的電池具有較長的壽命和較高的容量，同時具有較低的內阻；本發(fā)明泡沫鎳的制作方法具有較低的制作成本。

圖1為普通泡沫鎳的SEM2為本發(fā)明泡沫鎳SEM圖具體實施方式下面將更詳細的說明本發(fā)明。
本發(fā)明泡沫鎳的制作方法是聚氨脂海綿導電化—電沉積—熱處理，導電化可以是涂覆導電膠、磁控濺射、化學鍍，電沉積可以硫酸鹽體系也可以是氨基磺酸鹽體系鍍鎳，熱處理是指在400-1000℃氫氣還原氣氛條件下進行。在電沉積階段，在電沉積槽液中除了需要電鍍的鎳以外還加入5g/L-50g/L銅粉，優(yōu)選比例為10g/L-20g/L，銅粉含量太高，制作的泡沫鎳物理性能較差，特別是柔韌性差，制作電池極片的時候容易斷裂，卷繞時容易斷裂，直接影響電池的容量及壽命；銅粉含量太低，對電池性能沒有明顯作用。銅粉粒度為0.2um-100um，粒度太大，不易攪拌均勻，且附著力并不好，還有可能刺穿隔膜紙；粒度太小，粗糙度不夠。在空氣或機械攪拌下進行電沉積，銅粉的加入可以是在電沉積開始前，也可以是在電沉積一定量的鎳后(達到一定量的上鎳量后，根據(jù)生產需要確定此上鎳量)再加入銅粉，銅粉在空氣或機械攪拌下均勻的吸附在經導化處理的海綿上或電沉積一定量的鎳的海綿上，吸附的同時鎳也在電沉積。沉積時間視用戶對面密度大小的要求而定，一般在280-1000g/m2，電沉積上鎳量達到規(guī)定值后的含聚氨脂骨架的泡沫鎳經熱處理階段，熱處理為現(xiàn)有技術經過焚燒、脫碳、還原、退火、冷卻五個工序的熱處理后即制得表面粗糙、增強電極集流效果的泡沫鎳。所制得表面粗糙泡沫鎳的銅的質量百分比含量為1-30％，優(yōu)選比例為10％-20％。銅粉含量太高，泡沫鎳物理性能較差，特別是柔韌性差，制作電池極片的時候容易斷裂，卷繞時容易斷裂，直接影響電池的容量及壽命；銅粉含量太低，對電池性能沒有明顯作用。由于銅粉導電性好，加上泡沫鎳網筋表面比較粗糙，對漿料的附著力好，這樣電池在循環(huán)過程中活性物質不容易從泡沫鎳網筋上脫落，同時活性物質與泡沫鎳網筋表面接觸面積較大，因此活性物質利用率高，電池的內阻較低、容量較高、壽命較長。
本發(fā)明突出的實質性特點和顯著效果可以從以下實施例中得以體現(xiàn)。
實施例1泡沫鎳的制作取連續(xù)聚氨酯海棉(孔徑110PPI、厚度1.9mm、寬度1000mm)兩卷，各50m進行導電化，分別標識為I、II，導電化是采用涂覆導電膠工藝，I、II在相同工藝條件下涂導電膠，涂導電膠工藝為聚氨脂海棉—浸膠—擠膠—烘干(在70-120℃)，膠的固含量在7-10％、PH值在10-11、溫度在10-30℃、粘度在5-20mPa.s。
將I、II放入普通泡沫鎳用電沉積槽液中，在相同工藝條件下電沉積。工藝條件如下，I沉積430g/m2鎳后終止電沉積，I即為普通泡沫鎳電鍍成品；II沉積230g/m2鎳后放入本發(fā)明的添加銅粉的電沉積槽液中繼續(xù)電沉積，沉積200g/m2后終止電沉積，銅粉粒度為30um，銅粉的含量為10g/L，II即為本發(fā)明制得的表面粗糙、增強集流效果的泡沫鎳電鍍成品。將I、II在相同的條件下進行熱處理，熱處理是指在400-1000氫氣還原氣氛條件下進行以下稱I為普通泡沫鎳、II為粗糙化泡沫鎳。
普通泡沫鎳電沉積槽液的工藝參數(shù)如下硫酸鎳(NiSO4.7H2O)200-250(g/L)氯化鎳(NiCl2.6H2O)30-45(g/L)硼酸(H3BO3) 30-45(g/L)PH 3.8-4.4溫度 45-60℃本發(fā)明泡沫鎳電沉積槽液工藝參數(shù)如下硫酸鎳(NiSO4.7H2O)200-250(g/L)氯化鎳(NiCl2.6H2O)30-45(g/L)硼酸(H3BO3) 30-45(g/L)銅粉 10(g/L)銅粉粒度 30umPH 3.8-4.4溫度 45-60℃電池的制作取上述實施例中泡沫鎳I、II作為電池負極材料在相同工藝條件下制作電池負極片；電池正極片使用普通泡沫鎳材料制作。在電池制作工藝條件完全相同的情況下各生產出30支SC-1900mAh鎳鎘電池。
正極的制作取普通泡沫鎳，壓、裁片后制作成長200mm、寬61mm、厚1.4mm的泡沫鎳基片30片，在泡沫鎳基片的中間位置輥焊寬3mm、厚0.2mm、長200mm的鎳帶(即集流帶)，取上述輥焊好鎳帶的泡沫鎳基片在相同條件下按照電池正極的制作工藝涂料、烘干(溫度160℃)、刮片、碾壓成型(長為200mm、寬為61mm、厚為0.6mm)，漿料由Ni(OH)2、CoO、Ni、羧甲基纖維素鈉(CMC)、水(各組成重量比為60∶4∶8∶3∶25)的配制而成，制作出30片電池正極片。取上述電池正極片30片，從輥焊鎳帶的中間位置分切成長200mm、寬30mm的正極片60片，作為電池的正極。
負極的制作負極采用實施例1中的泡沫鎳I、II作為CdO電極基體，取實施例1中泡沫鎳I、II在相同工藝、設備條件下壓、裁片后制作成長為250mm、寬為65mm、厚為1.3mm的泡沫鎳基片I、II各15片，在上述泡沫鎳基片I、II的中間位置輥焊寬3mm、厚0.2mm、長250mm的鎳帶(即集流帶)。取上述輥焊好鎳帶的泡沫鎳基片I、II按電池負極的制作工藝進行涂漿、烘干(溫度160℃)、刮片、碾壓成型(長為250mm、寬為32mm、厚為0.6mm)。漿料由CdO、Cd、羧甲基纖維素鈉(CMC)、水(各組分的重量比為60∶10∶10∶20)配制而成，制作出電池負極片I、II各15片。取上述電池負極片I、II從輥焊鎳帶的中間位置分切成長為250mm、寬為32mm、厚為0.6mm負極片I、II各30片，作為電池的負極。
將上述正極、負極、隔膜紙卷繞后，裝進電池殼，進行端面焊，注入電解液22毫升(電解液為KOH和LiOH混合水溶液，混合水溶液中含有5mol*L-1的KOH和5g*L-1的LiOH)，制作成SC-1900mAh鎳鎘電池各30支，普通泡沫鎳I制作的電池記為A組，本發(fā)明泡沫鎳II制作的電池B組。
性能測試比較1.1取上述粗糙化、增強集流效果的泡沫鎳II與普通泡沫鎳I作理化性能測試，結果如表1.1表1.1
從上表可知，本發(fā)明泡沫鎳除銅、鎳含量有差異外，其他理化性能與普通泡沫鎳無明顯差異。且本發(fā)明的銅含量高，相應鎳含量降低，鎳含量只是普通泡沫鎳的90％左右，明顯降低了泡沫鎳生產成本。
性能測試比較1.2取上述泡沫鎳I、II做電鏡實驗，其SEM圖分別如圖1、2所示其中掃描電子顯微鏡采用日本電子株式會社的JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡，在圖1中可以看出，普通泡沫鎳網筋表面比較光滑；從圖2中可以看出，本發(fā)明制作方法制得的泡沫鎳的網筋表面比較粗糙。
性能測試比較1.3取上述A組和B組電池進行檢測，檢測制度按IEC2851993標準檢測。測得電池性能如表1.2所示表1.2
從上表可知，采用本發(fā)明泡沫鎳所生產的鎳鎘電池與用普通泡沫鎳所生產的電池相比，其容量、內阻、循環(huán)壽命均有較大優(yōu)勢。
實施例2除了銅粉的含量改為20g/L，其余同實施例1的方法，制得普通泡沫鎳I、粗糙化增強集流效果的泡沫鎳II；采用這兩種泡沫鎳分別按照實施例1中的電池制作方法制作成SC-1900mAh鎳鎘電池各30支，普通泡沫鎳I制作的電池記為A1組，本發(fā)明泡沫鎳II制作的電池記為B1組。
性能測試比較2.1
取上述粗糙化、增強集流效果的泡沫鎳II與普通泡沫鎳I作理化性能測試，結果如表2.1表2.1
從上表可知，本發(fā)明泡沫鎳除銅、鎳含量有差異外，其他理化性能與普通泡沫鎳無明顯差異。且本發(fā)明泡沫鎳的銅含量高，相應鎳含量降低，明顯降低了泡沫鎳生產成本。
性能測試比較2.2取上述A1組和B1組電池進行檢測，檢測制度按IEC2851993標準檢測，測得電池性能如表2.2所示表2.2
從上表可知，采用本發(fā)明泡沫鎳所生產的鎳鎘電池與用普通泡沫鎳所生產的電池相比，其容量、內阻、循環(huán)壽命均有較大優(yōu)勢。
實施例3除了銅粉的含量改為5g/L，其余同實施例1的制作方法，制得普通泡沫鎳I、粗糙化增強集流效果的泡沫鎳II。采用這兩種泡沫鎳分別按照實施例1中的電池制作方法制作成SC-1900mAh鎳鎘電池各30支，普通泡沫鎳I制作的電池記為A2組，本發(fā)明泡沫鎳II制作的電池記為B2組。
性能測試比較3.1取上述粗糙化、增強集流效果的泡沫鎳II與普通泡沫鎳I作理化性能測試，結果如表3.1表3.1
從上表可知，本發(fā)明泡沫鎳除銅、鎳含量有差異外，其他理化性能與普通泡沫鎳無明顯差異。本發(fā)明的銅含量高，相應鎳含量降低，降低了泡沫鎳生產成本。
性能測試比較3.2
取上述A2組和B2組電池進行檢測，檢測制度按IEC2851993標準檢測，測得電池性能如表3.2所示表3.2
從上表可知，采用本發(fā)明的表面粗糙、增強集流效果的泡沫鎳所生產的鎳鎘電池與用普通泡沫鎳所生產的電池相比，其容量、內阻、循環(huán)壽命均有較大優(yōu)勢。
實施例4除了銅粉的含量改為50g/L，其余同實施例1，制得普通泡沫鎳I、粗糙化增強集流效果的泡沫鎳II。采用這兩種泡沫鎳分別按照實施例1中的電池制作方法制作成SC-1900mAh鎳鎘電池各30支，普通泡沫鎳I制作的電池記為A3組，本發(fā)明泡沫鎳II制作的電池記為B3組。
性能測試比較4.1取上述粗糙化、增強集流效果的泡沫鎳II與普通泡沫鎳I作理化性能測試，結果如表4.1表4.1
從上表可知，本發(fā)明泡沫鎳除銅、鎳含量有差異外，其他理化性能與普通泡沫鎳無明顯差異。且本發(fā)明的銅含量高，相應鎳含量降低，鎳含量只是普通泡沫鎳的70％左右，明顯降低了泡沫鎳生產成本。
性能測試比較4.2取上述A3組和B3組電池進行檢測，檢測制度按IEC2851993標準檢測，測得電池性能如表4.2表4.2
從上表可知，采用本發(fā)明的表面粗糙、增強集流效果的泡沫鎳所生產的鎳鎘電池與用普通泡沫鎳所生產的電池相比，其容量、內阻、循環(huán)壽命均有較大優(yōu)勢。
上述實施例結果表明，根據(jù)本發(fā)明制作的泡沫鎳，在銅粉的加入量在5-50g/L時泡沫鎳中銅含量在1％-30％時明顯的提高了泡沫鎳表面粗糙度；在銅粉的加入量在5-50g/L時泡沫鎳中銅含量在1％-30％時，優(yōu)選比例為銅粉加入量在10-20g/L時泡沫鎳中銅含量在10％-20％，明顯的增強了泡沫鎳電極的集流效果；提高了活性物質的利用率；本發(fā)明電池具有較低的電池內阻、較高的電池容量、較長的電池壽命；本發(fā)明制作方法降低了泡沫鎳的制作成本。
權利要求
1.一種泡沫鎳，具有多層網筋形成的多層網狀結構，其特征在于，所述網筋還含有金屬銅，所述金屬銅以顆粒狀存在。
2.如權利要求1所述的泡沫鎳，其特征在于，所述金屬銅存在于所述網筋的表面和內部。
3.如權利要求1所述的泡沫鎳，其特征在于，所述金屬銅的質量百分比含量為泡沫鎳總質量的1％-30％。
4.如權利要求3所述的泡沫鎳，其特征在于，所述金屬銅的質量百分比含量為泡沫鎳總質量的10％-20％。
5.如權利要求1所述的泡沫鎳的制作方法，包括聚氨脂海綿導電化階段、電沉積階段、熱處理階段，其特征在于，在所述電沉積階段中，在電沉積槽液中還加入銅粉。
6.如權利要求5所述的泡沫鎳的制作方法，其特征在于，所述銅粉加入的時間在導電化后的聚氨脂海綿表面沉積鎳之前或沉積一定量的鎳之后。
7.如權利要求5所述的泡沫鎳的制作方法，其特征在于，所述銅粉加入的量為5g/L-50g/L。
8.如權利要求7所述的泡沫鎳的制作方法，其特征在于，所述銅粉加入的量為10g/L-20g/L。
9.如權利要求5所述的泡沫鎳的制作方法，其特征在于，所述銅粉粒度為0.2um-100um。
10.一種電池，包括電池極板，所述極板的基體為泡沫鎳，所述泡沫鎳具有多層網筋形成的多層網狀結構，其特征在于，所述網筋還含有金屬銅，所述金屬銅以顆粒狀存在。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種泡沫鎳和該泡沫鎳的制作方法及使用該泡沫鎳的電池，所述泡沫鎳具有多層網筋形成的多層網狀結構，其中，所述網筋還含有金屬銅，所述金屬銅以顆粒狀存在。本發(fā)明泡沫鎳的制作方法，包括聚氨酯海綿導電化階段、電沉積階段、熱處理階段，其中，在所述電沉積階段中，在電沉積槽液中還加入銅粉。本發(fā)明泡沫鎳表面具有較高粗糙度，從而可以增強電池極板集流效果，同時可以提高電池中活性物質的利用率；采用本發(fā)明泡沫鎳的電池具有較長的壽命和較高的容量，同時具有較低的內阻；本發(fā)明泡沫鎳的制作方法具有較低的制作成本。
文檔編號H01M4/74GK1797826SQ200410091970
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權日2004年12月30日
發(fā)明者李維, 劉濤, 檀世同 申請人:比亞迪股份有限公司