CN108707931A - 多微孔泡沫镍及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多微孔泡沫镍，以聚氨酯海绵为基体，整体呈三维网状多孔结构，微孔密度≥10个/μm2，比表面积≥15m2/g，镍含量≥99.5％，各杂质成分的质量占比为：Cu≤50ppm，Fe≤100ppm，Si≤100ppm，C≤200ppm，S≤100ppm。还提供了其制备方法，将聚氨酯海绵经导电化——预镀——主镀——水洗——烘干——焚烧——还原冷却步骤后制得，将经水洗后的材料置于温度为300～500℃的烘干装置中1～6min；所述焚烧步骤具体为：将经烘干后的材料置于温度为450～650℃的焚烧装置中4～24min。本发明的多微孔泡沫镍，微孔密度大，比表面积大，抗拉强度高，其制备方法简单，工艺可控性高。

Description

多微孔泡沫镍及其制备方法
技术领域
本发明涉及泡沫镍材料，特别涉及一种多微孔泡沫镍及其制备方法。
背景技术
泡沫镍材料作为电池正极的基体材料，其制备工艺比较成熟，但随着电池的发展，对泡沫镍材料的比表面积、活性物质附着能力不断提出了较高的要求。同时，随着泡沫镍的应用领域的扩展，例如作为散热材料、过滤材料、催化剂载体等等，这些领域的应用，也对泡沫镍的比表面积提出了较高的要求。而泡沫镍的比表面积很大程度上决定于聚氨酯海绵基材，因而要提高比表面积，除了选择性能较好、价格较高的聚氨酯海绵基材外，也可改进泡沫镍的制备方法来提高泡沫镍的比表面积。现有市场上的泡沫镍产品，由于工艺的限制，其杂质含量较高，且微孔密度、比表面积等在很多情况下都不能满足用户需求。
发明内容
本发明旨在提供一种微孔密度大、比表面积大、可提高电池正极活性物质填充附着力的多微孔泡沫镍，同时还提供本发明的多微孔泡沫镍的制备方法，方法简单可控。
本发明通过以下方案实现：
一种多微孔泡沫镍，以聚氨酯海绵为基体，整体呈三维网状多孔结构，微孔密度≥10个/μm2，比表面积≥15m2/g，镍含量≥99.5％，各杂质成分的质量占比为：Cu≤50ppm，Fe≤100ppm，Si≤100ppm，C≤200ppm，S≤100ppm。为更好地辨别和确定微孔，一般将最大尺寸为10nm以下的孔定义为微孔。
进一步地，其纵向抗拉强度≥80N/20mm，横向抗拉强度≥40N/20mm；纵向延伸率≥6％，横向延伸率≥15％；纵向电阻≤70mΩ，横向电阻≤90mΩ。纵向电阻、横向电阻的测试样本的尺寸为：长100mm，宽10mm。
一种如上所述的多微孔泡沫镍的制备方法，将聚氨酯海绵经导电化——预镀——主镀——水洗——烘干——焚烧——还原冷却步骤后制得，所述烘干步骤具体为：将经水洗后的材料置于温度为300～500℃的烘干装置中1～6min；所述焚烧步骤具体为：将经烘干后的材料置于温度为450～650℃的焚烧装置中4～24min。
所述聚氨酯海绵导电化方式为PVD真空溅射。
所述还原冷却步骤具体为：将经焚烧后的材料置于温度为800～1000℃、充满还原气氛的还原装置中保持18～36min，之后将材料置于保护气体氛围中冷却至80～120℃，然后经回流水冷却至40～80℃，最后经空气冷却至室温。所述还原气氛为氢气和氮气的混合气体，其中氢气的质量占比为60％～80％，氮气的质量占比为20％～40％。所述保护气体一般为氮气、惰性气体中的一种或多种。
所述预镀步骤一般为：将经导电化的海绵基材置于装有温度为45～65℃、pH为4.3～4.6的瓦特电镀液的预镀槽中进行预镀，预镀电流为30～100A，基材的行进速度为0.1～0.3m/min，预镀时间控制为1～3min。
所述主镀步骤一般为：将预镀后的材料置于装有温度为45～65℃、pH为4.3～4.6的瓦特电镀液的电镀槽中进行主镀，主镀电流为1000～1800A，主镀时间控制为2～7min，基材的行进速度为0.1～0.3m/min。
所述水洗步骤一般为：纯水通过喷头装置对经主镀后的材料进行间断性冲洗。
本发明的多微孔泡沫镍，微孔密度大，比表面积大，可提高电池正极活性物质的填充附着力，可有效提高使用本发明多微孔泡沫镍为基体的电池容量。同时，本发明的多微孔泡沫镍，抗拉强度高，延伸率高，有利于电池极片制作，且多微孔泡沫镍的电阻低，可提高正极基体导电率，从而降低使用本发明多微孔泡沫镍的电池的内阻。本发明的多微孔泡沫镍的制备方法，方法简单，可控性强，烘干步骤一次到位即脱游离水、脱结合水同时进行，焚烧温度较低，可节省能耗，降低制造成本。
附图说明
图1为实施例1方法制备得到的多微孔泡沫镍的SEM图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种多微孔泡沫镍的制备方法，按以下步骤进行：
(1)导电化：将厚度为1.4mm、120PPI孔数的聚氨酯海绵基材经PVD真空溅射导电化后；
(2)预镀：将经导电化的海绵基材置于装有温度为55℃、pH为4.5的瓦特电镀液的预镀槽中进行预镀，预镀电流为60A，基材的行进速度为0.2m/min，预镀时间控制为3min；
(3)主镀：将预镀后的材料置于装有温度为55℃、pH为4.5的瓦特电镀液的电镀槽中进行主镀，主镀电流为1500A，基材的行进速度为0.2m/min，主镀时间控制为5min；
(4)水洗：纯水通过喷头装置对经主镀后的材料进行间断性冲洗；
(5)烘干：将经水洗后的材料置于温度为400℃的烘干装置中4min；
(6)焚烧：将经烘干后的材料置于温度为550℃的焚烧装置中15min；
(7)还原冷却：将经焚烧后的材料置于温度900℃、充满氢气(质量占比70％)和氮气(质量占比30％)混合气体的还原装置中24min，之后将材料置于氮气氛围中冷却至100℃，然后经回流水冷却至60℃，最后经空气冷却至室温，即制得多微孔泡沫镍。
将按实施例1方法制备得到的多微孔泡沫镍进行电镜微观检测，其SEM图如图1所示。将按实施例1方法制备得到的多微孔泡沫镍与常规泡沫镍进行性能对比检测，其检测结果如表1所示，从表1中数据可看出，按实施例1方法制备得到的多微孔泡沫镍的微孔密度、比表面积都比常规泡沫镍的高，其抗拉强度、延伸率均比常规泡沫镍的高，其电阻均比常规泡沫镍的低。
表1不同材料的性能对比检测结果
将按实施例1方法制备得到的多微孔泡沫镍进行化学成分检测，结果为：，镍含量99.85％，杂质成分中：Cu为24ppm，Fe为26ppm，Si为30ppm，C为84ppm，S为21ppm。
实施例2
一种多微孔泡沫镍的制备方法，其步骤与实施例1中的多微孔泡沫镍的制备方法的步骤相类似，其不同之处在于：
1、聚氨酯海绵基材的厚度为1.5mm，孔数为130PPI；
2、预镀步骤中，预镀槽中瓦特电镀液的温度为65℃、pH为4.3的，预镀电流为100A，预镀时间控制为1min，基材的行进速度为0.3m/min；
3、主镀步骤中，电镀槽中瓦特电镀液的温度为65℃、pH为4.3的，主镀电流为1800A，预镀时间控制为2min，基材的行进速度为0.3m/min；
4、烘干步骤中，烘干装置的温度为500℃，烘干时间为1min；
5、焚烧步骤中，焚烧装置的温度为650℃，焚烧时间为4min；
6、还原冷却步骤中，还原装置的温度为1000℃，还原气氛中的氢气的质量占比为80％、氮气的质量占比为20％，还原时间为18min，之后将材料置于氩气氛围中冷却至120℃，然后经回流水冷却至80℃，最后经空气冷却至室温，即制得多微孔泡沫镍。
将按实施例2方法制备得到的多微孔泡沫镍与常规泡沫镍进行性能对比检测，其检测结果如表2所示，从表2中数据可看出，按实施例2方法制备得到的多微孔泡沫镍的微孔密度、比表面积都比常规泡沫镍的高，其抗拉强度、延伸率均比常规泡沫镍的高，其电阻均比常规泡沫镍的低。
表2不同材料的性能对比检测结果
将按实施例2方法制备得到的多微孔泡沫镍进行化学成分检测，结果为：，镍含量99.90％，杂质成分中：Cu为15ppm，Fe为28ppm，Si为31ppm，C为70ppm，S为22ppm。
实施例3
一种多微孔泡沫镍的制备方法，其步骤与实施例1中的多微孔泡沫镍的制备方法的步骤相类似，其不同之处在于：
1、聚氨酯海绵基材的厚度为1.8mm，孔数为140PPI；
2、预镀步骤中，预镀槽中瓦特电镀液的温度为45℃、pH为4.6的，预镀电流为30A，预镀时间控制为3min，基材的行进速度为0.1m/min；
3、主镀步骤中，电镀槽中瓦特电镀液的温度为45℃、pH为4.6的，主镀电流为1000A，预镀时间控制为7min，基材的行进速度为0.1m/min；
4、烘干步骤中，烘干装置的温度为300℃，烘干时间为6min；
5、焚烧步骤中，焚烧装置的温度为450℃，焚烧时间为24min；
6、还原冷却步骤中，还原装置的温度为800℃，还原气氛中的氢气的质量占比为60％、氮气的质量占比为40％，还原时间为36min，之后将材料置于氩气氛围中冷却至120℃，然后经回流水冷却至80℃，最后经空气冷却至室温，即制得多微孔泡沫镍。
将按实施例3方法制备得到的多微孔泡沫镍与常规泡沫镍进行性能对比检测，其检测结果如表3所示，从表3中数据可看出，按实施例3方法制备得到的多微孔泡沫镍的微孔密度、比表面积都比常规泡沫镍的高，其抗拉强度、延伸率均比常规泡沫镍的高，其电阻均比常规泡沫镍的低。
表3不同材料的性能对比检测结果
将按实施例3方法制备得到的多微孔泡沫镍进行化学成分检测，结果为：，镍含量99.92％，杂质成分中：Cu为19ppm，Fe为22ppm，Si为25ppm，C为60ppm，S为19ppm。

Claims (6)

1.一种多微孔泡沫镍，以聚氨酯海绵为基体，整体呈三维网状多孔结构，其特征在于：微孔密度≥10个/μm2，比表面积≥15m2/g，镍含量≥99.5％，各杂质成分的质量占比为：Cu≤50ppm，Fe≤100ppm，Si≤100ppm，C≤200ppm，S≤100ppm。
2.如权利要求1所述的多微孔泡沫镍，其特征在于：其纵向抗拉强度≥80N/20mm，横向抗拉强度≥40N/20mm；纵向延伸率≥6％，横向延伸率≥15％；纵向电阻≤70mΩ，横向电阻≤90mΩ。
3.一种如权利要求1或2所述的多微孔泡沫镍的制备方法，其特征在于：将聚氨酯海绵基材经导电化——预镀——主镀——水洗——烘干——焚烧——还原冷却步骤后制得，所述烘干步骤具体为：将经水洗后的材料置于温度为300～500℃的烘干装置中1～6min；所述焚烧步骤具体为：将经烘干后的材料置于温度为450～650℃的焚烧装置中4～24min。
4.如权利要求3所述的多微孔泡沫镍的制备方法，其特征在于：所述聚氨酯海绵导电化方式为PVD真空溅射。
5.如权利要求3或4所述的多微孔泡沫镍的制备方法，其特征在于：所述还原冷却步骤具体为：将经焚烧后的材料置于温度为800～1000℃、充满还原气氛的还原装置中保持18～36min，之后将材料置于保护气体氛围中冷却至80～120℃，然后经回流水冷却至40～80℃，最后经空气冷却至室温。
6.如权利要求5所述的多微孔泡沫镍的制备方法，其特征在于：所述还原气氛为氢气和氮气的混合气体，其中氢气的质量占比为60％～80％，氮气的质量占比为20％～40％。
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