專利名稱：：鋰離子電池負(fù)極極耳材料及其制備方法鋰離子電池負(fù)極極耳材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極極耳材料，尤其是一種制造成本低、使用性能良好的鋰離子電池負(fù)極極耳材料。
背景技術(shù)：
：鋰離子電池是繼MH-Ni電池后發(fā)展起來的最新一代充電電池，因具有工作電壓高、能量密度大、安全性好、重量輕、自放電小、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點而成為新能源開發(fā)的重點研究領(lǐng)域。目前鋰離子電池的負(fù)極通常采用金屬鎳作極耳，但是純鎳價格昂貴，對降低電池的制造成本非常不利。另外，金屬鎳材質(zhì)的負(fù)極極耳的內(nèi)阻值較高，工作過程中當(dāng)有大電流通過時極耳自身溫度會劇烈升高而可能使正負(fù)極片之間的隔膜熔融，造成電池短路，引發(fā)安全事故。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題是提供一種制造成本低、使用性能良好的鋰離子電池負(fù)極極耳材料。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池負(fù)極極耳材料，包括銅基體層，在銅基體層表面覆設(shè)有錫鎳合金層。作為本發(fā)明極耳材料的改進，可在銅基體層的上下表面均覆設(shè)錫鎳合金層。銅基體層的厚度選擇范圍可為0.07-0.15咖；錫鎳合金層的厚度選擇范圍可為0.5-2.5um。銅基體層的厚度可優(yōu)選為0.1-0.105mra;錫鎳合金層的厚度可優(yōu)選為0.8-1.5um。在該材料中，銅、錫和鎳三者的重量百分含量分別為錫1.5-2.5wt%，鎳O.1-0.5wt%，余量為銅。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種制造成本低、使用性能良好的鋰離子電池負(fù)極極耳材料的制備方法。為解決該技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池負(fù)極極耳材料的制備方法，該方法包括在銅基體層表面電鍍錫鎳合金層的過程。在銅基體層表面電鍍錫鎳合金層時，所用電鍍液中包括鎳水、錫鹽和導(dǎo)電鹽；電鍍液中含鎳8-16g/L、含錫20-40g/L、含導(dǎo)電鹽150-250g/L;電鍍電流密度0.7-1A/dm2，時間3-5min，溫度25-55。C，PH值7.4-8.5。鎳水可選用硫酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳、甲酸鎳或硫酸鎳銨；錫鹽可選用硫酸亞錫、四氯化錫、氯化亞錫、氟化亞錫或氟硼酸亞錫；導(dǎo)電鹽可選用焦磷酸鈉、焦磷酸鉀、次磷酸鈉、次磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氫氧化鉀或重鉻酸鉀。銅基體層的制備過程為.-a.將成型的銅材加熱至850-950°C，保溫8-15min，然后退火；b.軋制；c.酸洗；d.精軋至所需厚度。加熱使銅材軟化，退火可消除應(yīng)力，軋制過程將銅材壓薄，酸洗可保證銅材表面清潔。作為本發(fā)明方法的改進，在步驟d之前，進行兩次或兩次以上從步驟a到步驟c的循環(huán)，將銅材逐漸壓薄。每次步驟a到步驟c的循環(huán)中，在步驟a之后、步驟b之前，可對銅材進行銑面以保證表面平整、光滑。電鍍后對極耳材料進行分條，控制每條極耳材料的寬度，使分條后的每條極耳材料的寬度符合使用要求。可用高精密分條機對極耳材料進行分條。在精軋之后銅基體層如果存在斜邊、破邊等缺陷，電鍍之前將銅基體層的邊緣切齊以消除缺陷。步驟a所用銅材可以是將銅熔解后鑄造成型得到的。本發(fā)明采用銅作為鋰離子電池負(fù)極極耳材料的基體層可以提高電導(dǎo)率、降低內(nèi)阻；合金層中采用錫可以改善導(dǎo)熱性，散熱較快；合金層中采用鎳可以保證極耳材料具有一定的柔韌性，使極耳材料具有良好的機械性能。采用本發(fā)明極耳材料可以使電池負(fù)極極耳具有良好的機械性能和抗腐蝕性，熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率較高，內(nèi)阻低，成本低廉。為了便于說明，本發(fā)明使用下述的較佳實施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明鋰離子電池負(fù)極極耳材料的剖視示意圖。圖2是采用本發(fā)明鋰離子電池負(fù)極極耳材料的鋰離子電池的立體示意圖。圖3是圖2中的局部A的放大示意圖。具體實施方式實施例1將銅熔解后鑄造成型得到銅坯，然后采用以下方法制得負(fù)極極耳材料1).將銅坯加熱至900。C，保溫10min，然后退火；2).銑面；3).軋制；4).酸洗；5).重復(fù)步驟1)至步驟4)三次，將銅坯逐漸壓??；6).精軋得到厚度為0.1mm的銅基體層；7).銅基體層如果存在斜邊、破邊等缺陷，將銅基體層的邊緣切齊；8).在銅基體層的上下表面電鍍錫鎳合金層得到負(fù)極極耳材料，錫鎳合金層的厚度為0.8ym;9).用高精密分條機對負(fù)極極耳材料進行分條得到負(fù)極極耳。在銅基體層的上下表面電鍍錫鎳合金層時可通過控制電鍍條件來得到所需厚度和含量的錫鎳合金層。在本實施例中，電鍍液中包括氯化鎳(鎳水)、硫酸亞錫(錫鹽)、焦磷酸鈉(導(dǎo)電鹽)，電鍍液中含鎳10g/L、含錫30g/L、含焦磷酸鈉200g/L;陰極電流密度0.8A/dm2，溫度45度。C，PH值7.8，電鍍時間為4分鐘min。經(jīng)檢測，所得負(fù)極極耳材料含錫1.5wt呢，鎳0.1wt9&，余量為銅。該負(fù)極極耳材料的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括銅基體層1，在銅基體層1的上下表面電鍍有厚度為0.8um的錫鎳合金層20。將分條后的負(fù)極極耳裝配到鋰離子電池上，電池如圖2所示，包括鋁殼6、鋁蓋板2，鋁殼6內(nèi)裝有極芯4，極芯4的負(fù)極由采用本發(fā)明負(fù)極極耳材料的負(fù)極極耳12引出，負(fù)極極耳12的一端點焊在負(fù)極集流體16上、另一端點焊在鉚釘10上。負(fù)極極耳12最關(guān)鍵的兩個性能參數(shù)，一個是其所用材料的內(nèi)阻，另一個是其與負(fù)極集流體16、鉚釘10之間的點悍強度。由于負(fù)極極耳12是點焊在負(fù)極集流體16和鉚釘10上的，是高電導(dǎo)率的金屬接觸形式，所以通過降低負(fù)極極耳12所用材料的內(nèi)阻也可以降低鋰離子電池的內(nèi)阻。實施例2參照實施例1的方法制得負(fù)極極耳材料。與實施例1不同的是本實施例所得負(fù)極極耳材料含錫2.0wt9&，鎳0.3wt%，余量為銅。參照實施例1將本實施例所得負(fù)極極耳材料裝配到鋰離子電池上。實施例3參照實施例1的方法制得負(fù)極極耳材料。與實施例1不同的是本實施例所得負(fù)極極耳材料含錫2.5wty。，鎳0.5wt%，余量為銅。參照實施例1將本實施例所得負(fù)極極耳材料裝配到鋰離子電池上,實施例4參照實施例1的方法制得負(fù)極極耳材料。與實施例1不同的是本實施例所得負(fù)極極耳材料中錫鎳合金層20的厚度為1.2m。參照實施例1將本實施例所得負(fù)極極耳材料裝配到鋰離子電池上。實施例5參照實施例1的方法制得負(fù)極極耳材料。與實施例1不同的是本實施例所得負(fù)極極耳材料含錫2.0wt9()，鎳0.3wt%，余量為銅；錫鎳合金層20的厚度為1.2iim。參照實施例1將本實施例所得負(fù)極極耳材料裝配到鋰離子電池上。實施例6參照實施例1的方法制得負(fù)極極耳材料。與實施例1不同的是本實施例所得負(fù)極極耳材料含錫2.5wty。，鎳0.5wt%，余量為銅；錫鎳合金層20的厚度為1.2um。參照實施例1將本實施例所得負(fù)極極耳材料裝配到鋰離子電池上。實施例7參照實施例1的方法制得負(fù)極極耳材料。與實施例1不同的是本實施例所得負(fù)極極耳材料中錫鎳合金層20的厚度為1.5lim。參照實施例1將本實施例所得負(fù)極極耳材料裝配到鋰離子電池上。實施例8參照實施例1的方法制得負(fù)極極耳材料。與實施例1不同的是本實施例所得負(fù)極極耳材料含錫2.0wt9&，鎳0.3wt%，余量為銅；錫鎳合金層20的厚度為1.5um。參照實施例1將本實施例所得負(fù)極極耳材料裝配到鋰離子電池上。實施例9參照實施例1的方法制得負(fù)極極耳材料。與實施例1不同的是本實施例所得負(fù)極極耳材料含錫2.5wty。，鎳0.5wt%，余量為銅；錫鎳合金層20的厚度為1.5um。參照實施例1將本實施例所得負(fù)極極耳材料裝配到鋰離子電池上。對比例采用厚度為0.lmm的純鎳作為負(fù)極極耳材料。參照實施例1將上述純鎳負(fù)極極耳裝配到鋰離子電池上。以上各實施例和對比例中，負(fù)極極耳的寬度均為3mm;完成裝配的鋰離子電池的結(jié)構(gòu)均如圖2所示；負(fù)極極耳12點焊在負(fù)極集流體16和鉚釘10上的焊接工藝條件均相同。性能測試分別對各實施例和比較例中的鋰離子電池進行如下測試點焊強度測試測試設(shè)備為拉力器，將鋁蓋板2固定在拉力器上，手持負(fù)極極耳12用力牽拉，直至將負(fù)極極耳12從鋁蓋板2上的鉚釘10處拉下，此時拉力器上顯示的讀數(shù)即為該負(fù)極極耳12的點焊強度。內(nèi)阻測試測試設(shè)備為內(nèi)阻測試儀，將各實施例和比較例的負(fù)極極耳12都裁成相同的長度，然后用內(nèi)阻測試儀的兩個夾子表筆接觸被測負(fù)極極耳12的兩端，內(nèi)阻測試儀中顯示的數(shù)值即為該負(fù)極極耳12的內(nèi)阻?？垢g性測試測試設(shè)備為X-ray光電子能譜儀，將各實施例和比較例的負(fù)極極耳12都裁成相同的長度，分別用相同的電解液浸泡48小時，然后取出在空氣中放置24小時，用X-ray光電子能譜儀進行XPS分析。所用電解液中LiPF6的濃度為lmo1/1，溶劑為EC、DEC、EMC組成的混合溶劑，在電解液中EC、DEC、EMC的重量百分比為2:1:3。點焊強度測試結(jié)果參見表l，生產(chǎn)要求點焊強度大于1.5Kgf。各實施例極耳的點焊強度與對比例純鎳極耳相差不大，并且滿足生產(chǎn)要求。內(nèi)阻測試結(jié)果參見表l,與純鎳相比本發(fā)明極耳材料具有明顯的內(nèi)阻優(yōu)勢?？垢g測試中，被電解液浸泡后各實施例中的負(fù)極極耳與對比例表現(xiàn)相同經(jīng)視覺觀察表面無變化，端面也沒有生銹的痕跡；XPS分析結(jié)果顯示，各實施例中的負(fù)極極耳除了本身的銅、錫、鎳外只有少部分的碳、氟和氧，這些元素是極耳表面經(jīng)電解液浸泡后被空氣污染而帶來的，經(jīng)電解液浸泡后的純鎳極耳XPS分析結(jié)果同樣顯示有碳、氟和氧。由此可見本發(fā)明材料可以耐受電解液的腐蝕，應(yīng)用在電池中是完全可靠的。綜上所述，相對于對比例本發(fā)明各實施例具有具大的成本優(yōu)勢，而且性能良好，滿足適用要求。表l各實施例和對比例的結(jié)構(gòu)、性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種鋰離子電池負(fù)極極耳材料，其特征在于包括銅基體層；在所述銅基體層表面覆設(shè)有錫鎳合金層。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋰離子電池負(fù)極極耳材料，其特征在于所述銅基體層上下表面均覆設(shè)有錫鎳合金層。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子電池負(fù)極極耳材料，其特征在于所述銅基體層的厚度為0.07-0.15mm;所述錫鎳合金層的厚度為0.5-2.5um。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池負(fù)極極耳材料，其特征在于該材料中銅、錫和鎳三者的重量百分含量分別為錫1.5-2.5討％，鎳0.1-0.5wt%，余量為銅。5、權(quán)利要求l所述的鋰離子電池負(fù)極極耳材料的制備方法，其特征在于在銅基體層表面電鍍錫鎳合金層。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池負(fù)極極耳材料的制備方法，其特征在于在銅基體層表面電鍍錫鎳合金層時，所用電鍍液中包括鎳水、錫鹽和導(dǎo)電鹽；所述電鍍液中含鎳8_16g/L、含錫20-40g/L、含導(dǎo)電鹽150-250g/L;電鍍電流密度O.7-1A/dm2，時間3-5min，溫度25-55。C，PH值7.4-8.5。7、根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋰離子電池負(fù)極極耳材料的制備方法，其特征在于所述銅基體層的制備過程為a.將成型的銅材加熱至850-950°C，保溫8-15min，然后退火；b.軋制；C.酸洗；d.精軋至所需厚度。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池負(fù)極極耳材料的制備方法，其特征在于在步驟d之前，進行兩次或兩次以上從步驟a到步驟c的循環(huán)。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于每次步驟a到步驟c的循環(huán)中，在步驟a之后、步驟b之前，對所述銅材進行銑面。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于電鍍后對極耳材料進行分條。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于在精軋后、電鍍之前將銅基體層的邊緣切齊。12、根據(jù)權(quán)利要求ll所述的制備方法，其特征在于在步驟a之前將銅熔解后鑄造成型得到步驟a所用銅材。全文摘要本發(fā)明提供一種鋰離子電池負(fù)極極耳材料，包括銅基體層，在銅基體層表面覆設(shè)有錫鎳合金層。本發(fā)明還提供一種鋰離子電池負(fù)極極耳材料的制備方法，該方法包括在銅基體層表面電鍍錫鎳合金層的過程。本發(fā)明采用銅作為鋰離子電池負(fù)極極耳材料的基體層可以提高電導(dǎo)率、降低內(nèi)阻；合金層中采用錫可以改善導(dǎo)熱性，散熱較快；合金層中采用鎳可以保證極耳材料具有一定的柔韌性，使極耳材料具有良好的機械性能。采用本發(fā)明極耳材料可以使電池負(fù)極極耳具有良好的機械性能和抗腐蝕性，熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率較高，內(nèi)阻低，成本低廉。文檔編號H01M4/66GK101162778SQ200610063120公開日2008年4月16日申請日期2006年10月12日優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日發(fā)明者珍何,劉衛(wèi)平,孫美紅,登朱,科李申請人:比亞迪股份有限公司