一種泡沫金屬板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域中的電池電極材料及其制造方法，確切的說，涉及與多孔鎳基材相關(guān)的泡沫金屬板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于環(huán)境和能源方面的需求，電動(dòng)車(EV)或混合動(dòng)力車(HEV)已經(jīng)逐步被推向市場(chǎng)，以減少能源消耗和減少污染排放物。本發(fā)明涉及的泡沫金屬板便主要用于這樣的車輛中?，F(xiàn)有技術(shù)主要采用了密度分布均勻的泡沫金屬板，并且現(xiàn)有技術(shù)中用于制造泡沫金屬板的電沉積方法也都是力求在工藝過程中使密度分布均勻。例如，專利CN1725531、US5, 700，363、US4, 828，654、US5, 372，699 和 US6, 027，631 中都涉及這樣的技術(shù)。但是，目前的EV和HEV存在電池系統(tǒng)功率低、重量大的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種與多孔鎳基材相關(guān)的電池電極材料，這個(gè)基材的密度在一定寬度范圍內(nèi)呈梯度分布，且有可變的電導(dǎo)率。
[0004]本發(fā)明的泡沫金屬板為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在橫向上面密度分布為梯度且呈周期性變化。如圖3,以基材橫向位置為橫坐標(biāo)，以面密度(g/m2)為縱坐標(biāo),在基材同一橫截面上,各處面密度隨著基材橫向位置的不同而呈現(xiàn)梯度變化。在A線所在位置處的面密度為D1，在B線所在位置處的面密度為D2，D1范圍從100g/m2到500g/m2，D2范圍從200g/m2到100g/m2，寬度Wl，W2均可按照電池極板尺寸的設(shè)計(jì)要求變化，且Wl的范圍從20mm到500mm，W2從4mm到50mm。該泡沫金屬板的每英寸長(zhǎng)度上的孔數(shù)為50 — 150個(gè)，即50 — 150PPI，表觀平均面密度(即指一個(gè)完整的面密度梯度變化周期所涵蓋區(qū)域的平均面密度值，即圖中從左側(cè)的A線位置處到中間的A線位置處所包含的全部區(qū)域的面密度的平均值)從150g/m2到750g/m2，其外觀形狀為板狀或者帶狀，板狀材料厚度為0.5mm到5mm，帶狀材料厚度為0.5mm 至Ij 5mm。
[0005]本發(fā)明的另一發(fā)明目的在于提供一種用于制造上述泡沫金屬板的方法，其中用到的主要技術(shù)是電沉積技術(shù)。
[0006]泡沫金屬板的制造工藝是將導(dǎo)電化的材料進(jìn)行電沉積，具體地，通過采用異形陽極的方法，經(jīng)過電沉積形成設(shè)定的梯度材料。其中，異形陽極的形狀和尺寸與設(shè)計(jì)的D1、D2、Wl、W2有關(guān)，變更任何一個(gè)設(shè)定值，異形陽極的形狀和尺寸都需要改變。
[0007]陽極材料為適合于電沉積的所有金屬及其合金，或者用不溶性陽極，并使用相應(yīng)的電鍍槽液。陽極金屬包括鎳、銅、鐵、錫、鉛、鉻、鈷、鎢、銀、金鉬、鈀以及鎳一銅、鎳一鐵鎳一鈷、鐵一鎳一鉻、鉛一錫、銅一銀、銅一鋅、鎳一鶴、銅一錫、錫一IE合金等。
[0008]使用的多孔基材是塑性有機(jī)發(fā)泡體，包括聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯、聚乙烯、聚苯乙烯或聚丙烯等多種發(fā)泡體。
[0009]通過采用本發(fā)明的泡沫金屬板及其制造方法，能夠提高能量密度，降低當(dāng)前電池系統(tǒng)的重量，同時(shí)，還可以在泡沫金屬板的電池極板上使密度呈梯度分布，從而使得導(dǎo)電極耳處的密度最高，這可以減小總的歐姆壓降，并得到比均勻的相同密度泡沫金屬板更好的電池電力特性。這是因?yàn)椋绻嗟慕饘俜植荚跇O耳處，當(dāng)積累的電流朝著極耳方向增加時(shí)，材料的導(dǎo)電性將增加。另外，更多的金屬分布在極耳處使得極耳處的機(jī)械強(qiáng)度增加，從而便于焊接極耳。由此，該發(fā)明有利于提高電池的電力性能和提高極耳焊接的成材率。
【附圖說明】
[0010]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明，其中:
[0011]圖1為示出了電池極片上的電流流向的示意圖。
[0012]圖2為示出了本發(fā)明的泡沫金屬板的鎳密度與離極耳的距離的關(guān)系的曲線圖。
[0013]圖3為本發(fā)明的泡沫金屬板的密度在金屬板橫向上的分布設(shè)計(jì)示意圖。
[0014]圖4為本發(fā)明的泡金屬板的微觀形貌圖。
[0015]圖5為本發(fā)明的異形陽極的工作示意圖(俯視圖)。
[0016]圖6為本發(fā)明的異形陽極的工作示意圖(俯視圖)。
[0017]與7為梯度泡沫金屬的面密度分布曲線。
[0018]圖8為用于制造電鍍泡沫金屬帶/板的設(shè)備的示意圖。
[0019]圖9為泡沫金屬卷頭部的橫向面密度分布圖。
[0020]圖10為泡沫金屬卷尾部的橫向面密度分布圖。
[0021]圖11為使用平面陽極時(shí)基材橫向各部分的相同電流密度的分布示意圖(俯視圖)。
[0022]圖12為使用異形陽極時(shí)基材橫向各部分的不同電流密度的分布示意圖(俯視圖)。
[0023]圖13為異形陽極作用下的基材橫向密度分布圖。
[0024]圖14為異形陽極作用下的基材橫向電流分布圖。
[0025]圖15為本發(fā)明的金屬板的密度在橫向上的分布設(shè)計(jì)圖。
[0026]圖16為用于制造縱向面密度呈梯度分布的電鍍泡沫金屬帶/板的設(shè)備的示意圖。
[0027]圖17為本發(fā)明的陽極的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在電鍍的陰極上，采用如圖5和6所示的異形陽極的方法進(jìn)行電沉積，生產(chǎn)的樣品的橫向密度的梯度分布如圖7所示。在一實(shí)施例中，總共鍍制了一卷140m的金屬帶，從頭到尾共測(cè)試了 7條。結(jié)果顯示，在橫向上實(shí)現(xiàn)了密度梯度分布，臺(tái)階處密度較高，并且從頭到尾，在寬度上的梯度曲線能很好的重合(如圖3所示)，其中Wl=60mm，W2=20mm, Dl=370g/m2，D2=470g/m2。
[0029]本領(lǐng)域中通常是采用電鍍方式來生產(chǎn)泡沫金屬。電鍍是用電化學(xué)方法在固體表面上沉積一薄層金屬或合金的過程。具體而言，以多孔泡沫板為陰極，以由構(gòu)成泡沫金屬板的金屬構(gòu)成的金屬板為陽極，通過電鍍法在該多孔泡沫板上和該多孔泡沫板內(nèi)電沉積金屬。形象的說，就是給金屬或非金屬穿上一件金屬“外衣”，這層金屬“外衣”就叫電鍍層。電鍍完成后，通過燒結(jié)去除復(fù)合泡沫板中的有機(jī)聚合物，由此獲得泡沫金屬板。可選地，還可以包括在還原性氣氛下還原獲得的泡沫金屬板的步驟。另外，通過設(shè)置陽極和多孔泡沫板的相對(duì)數(shù)量和相對(duì)位置關(guān)系，可以從多孔泡沫板的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行電沉積。泡沫金屬板的制造可以按照連續(xù)法、間歇法、半間歇法或其任意組合的方式進(jìn)行。
[0030]在進(jìn)行電鍍時(shí)，將被鍍件和直流電源的負(fù)極相連，要鍍覆的金屬和直流電源的正極相連，隨后，把它們一起放在電鍍槽中。鍍槽中含有欲鍍覆金屬離子的溶液(當(dāng)然還有其他物質(zhì))。當(dāng)直流電源和鍍槽接通時(shí)，就有電流通過，以鍍鎳為例，其發(fā)生的反應(yīng)為:
[0031]陰極反應(yīng)為:Ni2++2e — Ni,陽極反應(yīng)為:Ni — 2e — Ni2+
[0032]用于利用電鍍方法獲得泡沫鎳的設(shè)備如圖8所示。該設(shè)備適用于在連續(xù)的基材上進(jìn)行連續(xù)化的電鍍，其主要由放卷裝置、電鍍槽、收卷裝置依次連接組成，并裝配有其它輔助設(shè)備，包括傳動(dòng)基材的傳動(dòng)裝置、給陰陽極提供電能的電源系統(tǒng)、清洗裝置以及烘干裝置等。該設(shè)備中的電鍍槽分為兩級(jí)，第一級(jí)為預(yù)鍍槽，第二級(jí)為主鍍槽，預(yù)鍍槽內(nèi)配置一對(duì)高度較小的陽極，由于該對(duì)陽極的高度較小，可以確保待電鍍的基材在開始電鍍時(shí)，在電阻較高的情況下基材電流分布均勻。同時(shí)，預(yù)鍍后的基材經(jīng)過鍍覆一定量的金屬后，電阻顯著降低，可以防止后續(xù)電鍍過程中因超出極限電流密度而產(chǎn)生的“燒焦”。
[0033]基材的電鍍過程為:導(dǎo)電化處理后的連續(xù)基材置于放卷裝置I上，在主鍍傳動(dòng)裝置3和預(yù)鍍傳動(dòng)裝置2的共同牽引下依次進(jìn)入預(yù)鍍槽和主鍍槽，在預(yù)鍍槽和主鍍槽的鍍區(qū)內(nèi)完成金屬的沉積。預(yù)鍍槽的作用是在導(dǎo)電化處理后的基材上先沉積一層少量的金屬，使得基材的導(dǎo)電性能大大提高，以便后續(xù)的主鍍過程可以順利的加載電流，同時(shí)又由于預(yù)