梯度密度泡沫鎳的制備工藝研究

【簡介】

梯度密度泡沫鎳的制備工藝研究

陳紅輝1，陳通杰1，董成國1，周志翔1，趙上成1，楊如曙2

(1．常德力元新材料有限公司，湖南常德415001;2．湖南文理學(xué)院，湖南常德415007)

摘要：采用不同陽極組合的方式，對泡沫鎳進(jìn)行二次電沉積鎳，以有效控制兩面以及中間金屬沉積密度的比例，制備具有梯度沉積密度的泡沫鎳材料。其沿厚度方向有三層金屬沉積密度，比值為1:3:4。經(jīng)過性能檢測分析表明：具有梯度沉積密度的泡沫鎳材料具有優(yōu)異的電性能，更適合應(yīng)用于動力型鎳氫電池。

關(guān)鍵詞：泡沫鎳；電沉積；梯度密度；二次電鍍；動力電池

中圖分類號：TQ 153    文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A    文章編號：1000-4742(2011)02-0011-03

O前言

電沉積法制備高孔隙率泡沫鎳的專利技術(shù)有很多，其產(chǎn)品主要用于作為Ni-MH和Ni-Cd電池的電極材料。以前的電沉積制造多孔金屬材料技術(shù)是致力于追求金屬的沉積密度和孔隙率的均勻性，但這種材料無法承受較大電流的沖擊；特別是應(yīng)用于純電動汽車領(lǐng)域，容易造成泡沫鎳極板在電池工作過程中產(chǎn)生斷裂，從而影響到電池的使用壽命與使用安全。至今未見關(guān)于控制多孔金屬產(chǎn)品的橫斷面上從一側(cè)至另一側(cè)沉積密度和孔隙率呈現(xiàn)梯度分布的技術(shù)報(bào)道。本研究通過控制電沉積過程中陰、陽極的不同組合并采用二次電沉積的方式，制備了一種具備梯度沉積密度的泡沫鎳，其沿厚度方向有3層金屬沉積密度，比值為1：3：4。

1  實(shí)驗(yàn)

1.1  實(shí)驗(yàn)材料

陰極采用5．O mm厚的聚氨酯海綿，其尺寸為20cm×20cm；陽極采用電解鎳板，兩陽極面積比為1：4；其它試劑均采用分析純。

1.2  制備工藝

1. 2.1工藝流程

基體導(dǎo)電化處理→第一次電化學(xué)沉積→第一次熱處理→輾壓→第二次電化學(xué)沉積→第二次熱處理

1.2.2  主要工序說明

(1)基體導(dǎo)電化處理

采用常規(guī)化學(xué)鍍方法在海綿表面鍍一層鎳，鎳的沉積密度為3 g/m²。   

(2)第一次電沉積    采用文獻(xiàn)[1]所述的工藝條件：NiS0₄·7H₂0 280 g/L,NiCl₂·6H₂0 40 g/L,H₃B0₃ 40 g/L,pH值3.5，50℃。在上述工藝條件下，在經(jīng)導(dǎo)電化處理后的基體上，鍍層的沉積厚度比為1。

(3)第一次熱處理

對第一次電沉積后所得的泡沫鎳進(jìn)行500℃焚燒，再在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的N₂和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H₂保護(hù)氣氛下進(jìn)行1 000℃還原處理；并將熱處理后的半成品的厚度輾壓至2.5～3．O mm（基體厚度的1/2）。

(4)第二次電沉積

按第一次電沉積的工藝，采用面積比為1：4的兩個(gè)陽極，在經(jīng)過第一次熱處理后的泡沫鎳基體上獲得沉積密度比為1：4的鍍層。

（5）第二次熱處理

將第二次電沉積后所得的泡沫鎳在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的N²和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H²保護(hù)氣氛下進(jìn)行800℃還原處理。

1.3測斌方法

(1)將泡沫鎳樣品沿長方向剪切為160 mm 長，20 mm寬的尺寸，置于拉力試驗(yàn)機(jī)上，按100  mm/min的速率檢測樣品的抗拉力與延伸率。

(2)采用掃描電鏡對鍍層形貌進(jìn)行觀察。

(3)按文獻(xiàn)[2]的方法，在獲得的厚度為5 mm 的泡沫鎳試樣上，用線切割在中間部位切取Φ5mm×20 mm的圓柱體；在此圓柱體上沿厚度方向按順序依次切取厚度為0.8 mm的薄片，并分別測量其沉積密度。

2  結(jié)果與討論

2.1  泡沫鎳鍍層橫切面SEM圖

圖1為具有梯度沉積密度的泡沫鎳的SEM  圖。由圖1可知：在厚度為0.8 mm處的橫切面上可以明顯地看到鍍層包裹鍍層的形貌，這就是具有梯度沉積密度的鍍層所具備的特殊效果。圖2是單一沉積密度泡沫鎳的SEM圖。相比圖1而言，單一沉積密度泡沫鎳的截面很平滑，表現(xiàn)出很明顯的單一沉積形態(tài)。