多孔金屬材料及製備方法
2023-05-13 02:26:11
專利名稱：多孔金屬材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及多孔金屬材料及製備方法。
背景技術：
目前多孔金屬材料如泡沫鎳、泡沫銅等多用於製作電池電極、過濾、催化劑載 體等。作為多孔金屬材料的基體材料，原始發泡聚胺酯海綿具有三維不規則孔徑的網 狀結構，採用此種結構的基體所生產的泡沫金屬，因不規則的孔徑導致電沉積的不均勻 性，造成所製備的多孔金屬面密度的嚴重不一致和多孔金屬材料的抗拉強度較低，專 利200510136785. 6描述了對聚胺酯海綿拉伸後，具有三維橢圓泡形孔網絡骨架結構， 可以使泡沫金屬材料縱向抗拉強度提高，導電性增強，使泡沫鎳產品縱向面密度嚴重 不均得到空前改善，橫向柔軟性大大提高，雖然在其權利要求書中指出長短軸之比為 (1.3 1)-(10 1)，但在說明書中卻並未提供大於3 1的材料的製備及性能情況，也未 給出長短軸之比的變化對材料性有的影響的說明，因此實際該專利只研究了長短軸之比低 於3 1的材料情況，而我們也在實驗中發現在這樣的比例範圍，仍無法有效改善整體性 能，這種材料無法製備性能均一的單體電池，無法承受較大電流的衝擊，特別是應用於純電 動汽車領域。
發明內容
本發明旨在提供一種進一步改善金屬沉積均勻性、抗拉強度及延伸率，可承受較 大電流衝擊，提高電池容量及使用壽命，適合動力電池使用的多孔金屬材料及製備方法。本發明通過以下方案實現多孔金屬材料具有三維網狀通孔結構，由金屬構成其骨架，材料的通孔呈橢圓狀， 且通孔的長軸與短軸長度之比為G 20) 1。上述多孔金屬材料可採用以下方法製備，多孔非金屬基材經導電化處理後，對基 材實施縱向或/和橫向的拉伸操作，之後再其上電化學沉積金屬，最後經熱處理步驟製備 得到多孔金屬材料。而為了保證材料的性能，採用15 120N的恆拉力對材料進行均恆拉伸為宜。多孔非金屬基材一般採用厚度為1. 0-10. Omm厚，10-200PPI的聚胺酯海綿，基材 導電化處理採用磁控濺射或化學鍍或塗導電膠等方法。與現有技術相比，本發明的優點體現於1.本發明的多孔金屬材料可有效改善材料縱橫雙向的電沉積面密度均勻性，另一 方面可在相同體積的基體上沉積更多的金屬，增強了材料內部的孔連接結構的緻密性和強 度，由此不僅增強了材料的抗拉強度，更有效增強了材料的延伸性能；由此將材料應用於制 作電池電極時，改善了電極製備過程中容易出現的內阻過大，電池容量均勻性不一致的問 題，並且可使電極承受大電流的衝擊，更能滿足動力電池的需要。2.本發明提供的方法，實現簡單，與現有生產工藝匹配，易實現規模化生產。
圖1 本發明實施例1材料的單孔SEM2 本發明實施例1的材料與現有材料的電池容量對比循環3 本發明製備的具有不同長軸與短軸長度比例通孔多孔材料縱向和橫向電沉 積密度均勻性分布4 本發明製備的具有不同長軸與短軸長度比例通孔多孔材料縱向和橫向抗拉 強度檢測圖
具體實施例方式實施例1採用厚度為1. 8mm的聚胺酯海綿材料為基體，按以下工藝流程進行製備首先採用物理氣相沉積方式，在聚胺酯海綿基材上沉積一層鎳層，鎳沉積量為 0. 3g/m2。第二步是採用25N恆拉力將導電化處理後的基體材料同時進行縱向和橫向雙向 拉伸，縱橫雙向的拉伸值均為23%。隨後採用上述經拉伸後的基材作為電鍍陰極，在普通的瓦特電鍍體系下進行電沉 積金屬鎳，並在600°C焚燒後，再於930°C，在含70%氫氣和30%氮氣的保護氣氛中進行還 原處理，製得多孔鎳材料。 隨後在普通的硫酸鹽體系下對拉伸後的材料進行電沉積，並在600 V焚燒後，再於 930°C，在含70%氫氣和30%氮氣的保護氣氛中進行還原處理。實施例2實施例1方法製備的多孔鎳材料，在電鏡下觀察並測量，如圖1所示，材料的通孔 呈橢圓狀，且通孔的長軸與短軸長度之比為4. 5 1。分別採用上述實施例1的多孔鎳和現有普通多孔鎳材料(對比例1)製作鎳鋅電 池的正極極板材料，其他與常規鎳鋅電池相同，採用如下工藝進行檢測對比恆流充電1C充至1. 9V恆壓充電恆壓1. 9V，IC電流充限流50mA恆流放電IC放至1. 2V檢測結果如圖2所示。圖中A曲線為採用本實施例1的多孔鎳材料的電池性能曲 線；B，C兩條曲線為採用現有普通多孔鎳材料的電池性能曲線。由圖中可看出，採用本發明 材料所製成的電池放電曲線平穩，循環壽命較常規電池有35%提升，同時在容量衰減性能 上更加優異。實施例3採用基本與實施例1相同的方法製備不同長軸與短軸長度比例通孔的多孔鎳材 料，將材料進行電沉積面密度均勻性和抗拉強度檢測對比。檢測結果如圖3和圖4所 示。從圖3中可以看出，材料拉伸後通孔的長軸與短軸長度比例在G 20) 1之間，面 密度均勻性波動偏差穩定在士5水平；而在4%以下時，面密度實際值會偏高，波動偏差在士25;孔徑比在20%以上時，面密度實際值會偏低，波動偏差在士20。由此可見，拉伸後材 料的通孔的長軸與短軸長度比例在G 20) 1時，面密度均勻性能提升75%以上。而從 圖4更可以看出，拉伸後材料的通孔長軸與短軸長度比例在0 20) 1時，材料的抗拉 強度和延伸率都有12%的提升。實施例4採用實施例1基本相同的方式製備多孔鎳材料，與其不同的工藝條件如下1.原始聚氨脂海綿基材厚度為5mm ；2.材料縱橫向拉伸採用50N恆拉力，拉伸變形量為35 % ；3.電沉積後熱處理的焚燒溫度為400°C，還原溫度為1000°C ；按上述方法製備的多孔鎳材料，經測量，材料的通孔的長軸與短軸長度比例為 10. 5 1。實施例5採用實施例1基本相同的方式製備多孔鎳材料，與其不同的工藝條件如下1.原始聚氨脂海綿基材厚度為8. 5mm ； 2.材料縱橫向拉伸採用80N恆拉力，拉伸變形量為55 % ； 3.電沉積後熱處理的焚燒溫度為350°C，還原溫度為1050°C。按上述方法製備的
多孔鎳材料，經測量，材料的縱橫向孔徑比值為15.5 1。
權利要求
1.一種多孔金屬材料，具有三維網狀通孔結構，由金屬構成其骨架，其特徵在於材料 的通孔呈橢圓狀，且通孔的長軸與短軸長度之比為G 20) 1。
2.如權利要求1所述的多孔金屬材料的製備方法，多孔非金屬基材經導電化處理—— 電化學沉積金屬——熱處理步驟製備得到多孔金屬材料，其特徵在於在多孔非金屬基材 導電化處理後和電沉積前對基材實施縱向或/和橫向的拉伸操作。
3.如權利要求1所述的多孔金屬材料的製備方法，其特徵在於採用15 120N的恆 拉力對材料進行均恆拉伸。
全文摘要
本發明提供了一種多孔金屬，具有三維網狀通孔結構，由金屬構成其骨架，材料的通孔呈橢圓狀，且通孔的長軸與短軸長度之比為(4～20)∶1。上述材料的製備方法是在基體導電化後和電沉積前對基體進行縱橫向雙向拉伸，隨後在硫酸鹽體系中進行電沉積和熱處理。本發明的多孔金屬材料能有效改善縱橫向面密度均勻性，提升了抗拉強度和延伸率，更適用於汽車動力電池領域。
文檔編號C25D5/56GK102094225SQ20111005138
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月3日 優先權日2011年3月3日
發明者周小平, 廖麗軍, 朱濟群, 謝紅雨, 陳紅輝, 龍文貴 申請人:常德力元新材料有限責任公司