用于电池壳的钢片的制造方法和根据所述方法制作的电池壳技术

本发明专利技术涉及用于电池壳的钢片或钢带的制造方法，其包括以下步骤：提供镀镍钢片或钢带，以及在镀镍钢片或钢带上施加石墨烯基涂覆层，其中石墨烯基涂覆层通过化学气相沉积施加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电池壳的钢片的制造方法和根据所述方法制作的电池壳
本专利技术涉及用于电池壳的钢片的制造方法以及根据该方法制造的电池壳。
技术介绍
镀镍钢带广泛用于一次和二次电池用的电池壳的生产中。通常在连续过程中将镍电镀到低碳钢带上，然后退火和平整轧制以得到电池的应用所需的机械性能和电性能。电性质是重要的，因为镀镍电池罐当作集流体电极。有时电镀或共沉积钴和石墨以通过降低电池中的电阻以及防止下层低碳钢的腐蚀的更好电化学稳定性来改善性能。然而，关于这些涂层存在一些问题：-在存在于一次碱性电池中的碱性溶液存在下，镍易于形成半导体氢氧化镍层(β-Ni(OH)2)或绝缘性的氧化镍，其降低了镍的电导率，并且该绝缘层的存在引起了一次碱性电池的"老化"；-将一些过渡金属如钴添加到镀镍钢中改善了电导率，降低了内阻，且降低了老化的影响，因为氧化钴比氧化镍更稳定和更导电。然而，这些金属是昂贵的并且可能是有毒的。在电池废弃过程中高浓度的有毒重金属离子的存在需要特殊的注意，以及-电池罐的制造工艺包括深拉延，且对于该工艺来说湿润滑剂是必不可少的。在深拉延之后，必须用碱性溶液清洗电池壳以除去所使用的润滑剂，其是一种带来更多成本的额外步骤。降低电池内阻的另一种解决方案是在电池罐制成后施加导电性石墨涂料。在电池中，罐上的石墨与裸金属电极相比为金属集流体提供了更好的界面。尽管具有石墨涂料的电池比不具有石墨涂料的电池性能更好，但电池罐内部的石墨涂层不是均匀地涂覆在内表面上的。这是由于喷雾工艺的性质造成的，其中由于电池罐的圆柱形几何形状，喷雾不能到达罐底部的表面。由于溅出到电池罐外部以及由于喷雾喷嘴被涂料中存在的石墨颗粒堵塞而造成的停机时间，该工艺对于使用的石墨材料的量也不是非常有效的。由于这样的导电涂层与钢表面的粘附性差的问题，石墨基涂层系统不会很好地工作。对于这样的石墨树脂涂覆的钢带必须使用铬酸盐基底涂料以改善粘附性。具有石墨的涂层不是非常均匀的，并且这些粗糙涂层可导致焊接问题。铬对健康和环境也有不利影响，在目前的法规下，铬的使用在欧洲是被禁止的。石墨涂层的另一问题是它们对于腐蚀是不利的。本专利技术的目的本专利技术的一个目的是提供一种具有改进的电导率的用于电池壳的钢片或钢带。本专利技术的另一个目的是提供一种具有减小的接触电阻的用于电池壳的钢片或钢带。本专利技术的另一个目的是提供一种具有提高的耐腐蚀性的用于电池壳的钢片或钢带。本专利技术的另一个目的是提供一种具有厚度得到减小的涂层的用于电池壳的钢片或钢带。本专利技术的另一个目的是提供一种所需Ni量得到减少的用于电池壳的钢片或钢带。本专利技术的另一个目的是提供一种用于电池壳的钢片或钢带，其中不再需要诸如钴和石墨涂覆层的任何附加涂覆层。本专利技术的另一个目的是提供一种用于电池壳的钢片或钢带，其中实现了消除在电池罐或壳的内侧上喷涂石墨涂料的额外步骤。本专利技术的另一个目的是提供一种用于电池壳的钢片或钢带，其中获得了全硬和/或退火的钢片或钢带的组合退火和在所述钢片或钢带上的石墨烯涂层的生长。本专利技术的另一个目的是提供一种用于电池壳的具有涂层的钢片或钢带，其具有足够的润滑性能，在拉延操作中不需要进一步的润滑剂。本专利技术的另一个目的是提供一种在钢片或钢带上成本有效地施加石墨烯基涂层的方法。本专利技术的描述根据本专利技术的第一方面，本专利技术的一个或多个目的是通过提供一种用于电池壳的钢片或钢带的制造方法来实现的，其中，所述方法包括：-提供镀镍钢片或钢带，和-在镀镍钢片或钢带上施加石墨烯基涂覆层。石墨烯基涂层中的石墨烯包含一层或更多层石墨烯，优选不超过20层，且石墨烯基涂层可以进一步包含无定形或结晶的sp2杂化的碳或其混合物。石墨烯在碱性环境中是电化学稳定的且还提供了防止氧化镍形成的镍表面的钝化。其提供了与阴极混合物的低接触电阻，其中所述阴极混合物在碱性电池中是石墨与氧化锰的混合物。镀镍钢上的石墨烯层也是良好的固态润滑剂，因此镀镍钢的表面为如深拉延(拉延、再拉延和罐壁变薄拉延(wallironing))和成形的工艺提供了自润滑。可通过卷材涂覆、喷涂、棒涂等方法施加基于溶剂的石墨烯涂覆层。为此，石墨烯基涂覆层包含偶联剂以将石墨烯与钢片或钢带偶合。这样的偶联剂例如是有机官能硅烷或有机官能硅氧烷。然而，根据本专利技术的优选实施方案，提供了通过化学气相沉积(CVD)施加石墨烯基涂覆层。通过CVD，获得了石墨烯基涂层与钢片或带之间的良好粘合性，这是由于范德华相互作用。采用CVD沉积石墨烯基涂覆层的优点是获得了非常低的接触电阻，其为0.1-10mohm.cm2的数量级。当在钢片或带上施加基于溶剂的石墨烯涂层时，不能获得这样低的接触电阻。根据本专利技术的另一个方面，提供一种方法，该方法包括以下步骤：-将镀镍钢片或钢带放入腔室中，-加热腔室的内容物，和-将石墨烯前体供应到腔室中。该方法中使用的石墨烯前体为含碳固体或气体。如果使用固体，则首先将固体溶解在溶剂中，将具有所述固体的溶液注入到腔室中，或者首先将具有所述固体的溶液蒸发，然后将其注入到腔室中。如果使用气体，可以将其直接注入到腔室中，或者用载气将其注入到腔室中。Ar或者另一种惰性气体可以用作载气。作为气体石墨烯前体，使用来自乙炔、甲烷和乙烯气体的一种或多种气体。作为替代物，可使用含有甲烷和乙烯的焦炉气。根据本专利技术的另一个方面，在退火炉中将石墨烯基涂覆层施加到镀镍钢片或钢带。镀镍钢片或钢带必须进行退火步骤，以便得到用于所需电性能的Fe-Ni扩散层，该Fe-Ni扩散层具有低的内部电阻。发现可以在镀镍钢片或钢带的退火过程中通过CVD施加石墨烯基层，其中退火炉用作CVD工艺的腔室。在腔室中将镀镍钢片或钢带加热到400-750℃范围内，优选500-750℃的范围内，更优选600-750℃范围内的温度。这些温度范围适用于退火工艺以及CVD工艺两者。为了防止镀镍钢片或钢带的氧化，规定腔室中的气氛包括惰性气体、或氮气，或氢气与氮气的混合物或氢气与惰性气体的混合物。许多CVD工艺在真空条件下进行，以便减少不需要的气相反应并改善沉积层的均匀性。真空，即使在低真空范围，也需要具有特定真空泵系统和真空锁的设置，其会使该方法在很大程度复杂化，且不会是经济可行的。然而，通过在腔室中，在0.7-2bar的接近大气压的范围内的压力下施加石墨烯基涂覆层，获得了很好的结果。利用这样的接近大气压的范围，该方法能够容易地与现有的退火炉结合。用于钢片或钢带上的石墨烯涂层的CVD的反应性气体浓度保持在非常低的水平，即在1.0％-5.0％的氢和/或0.5％-2.5％的乙炔的范围内，且典型地在1.3％-3.5％的氢和/或0.65％-1.7％的乙炔的范围内。利用这样的浓度水平，反应性气体的混合物保持低于爆炸极限。在这些浓度水平下沉积了高品质的石墨烯涂层。这也支持了以较低水平的消耗连续生产涂覆石墨烯的钢片或钢带。镀镍钢片或钢带的退火可以以分批工艺或连续工艺进行。在后一种工艺中，退火炉为连续退火炉。钢片或钢带上的石墨烯涂覆层的化学气相沉积生长时间在5-900秒的范围内，优选在5-400秒的范围内，更优选在5-100秒的范围内，且甚至更优选在5-20秒的范围内。生长时间意味着钢片或钢带在腔室中且与反应性气体接触的停留时间。可使用较长的生长时间，然而较短的生长时间允许连续退火和钢片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电池壳的钢片或钢带的制造方法，其中，所述方法包括：‑提供镀镍钢片或钢带，和‑在所述镀镍钢片或钢带上施加石墨烯基涂覆层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.07 EP 16158865.21.用于电池壳的钢片或钢带的制造方法，其中，所述方法包括：-提供镀镍钢片或钢带，和-在所述镀镍钢片或钢带上施加石墨烯基涂覆层。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过化学气相沉积来施加所述石墨烯基涂覆层。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：-将镀镍钢片或钢带放入腔室中，-加热腔室的内容物，和-将石墨烯前体供应到腔室中。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述石墨烯前体是含碳的固体或气体。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述石墨烯前体为来自乙炔、甲烷和乙烯气中的一种或多种气体。6.根据权利要求3-5中的一个或多个所述的方法，其中所述镀镍钢片或钢带在所述腔室中被加热到400-750℃范围内，优选500-750℃范围内，更优选600-750℃范围内的温度。7.根据权利要求3-6中的一个或多个所述的方法，其中所述腔室中的气氛包括惰性气体或氮气，或者氢气与氮气的混合物或者氢气与惰性气体的混合物。8.根据权利要求3-7中的一个或多个所述的方法，其中氢和/或乙炔的浓度水平保持在1.0％-5.0％的氢和/或0.5-2.5％的乙炔的范围内，典型地保持在1.3-3.5％的氢和/或0.65-1.7％的乙炔的范围内。9.根据权利要求3-8中的一个或多个所述的方法，其中在腔室中，在接近大气压的范围(0.7-2巴)内的压力下施加所述石墨烯基涂覆层。10.根据权利要求3-9中的一个或多个所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·史瓦莱蒂，S·泊姆，S·帕托勒，D·B·萨库尔，D·H·范德尔维德，
申请(专利权)人：塔塔钢铁英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB