电池电极基底及其制造工艺制造技术

一种电池电极衬底，它由多孔率至少为９０％的带有连通孔的多孔性金属体结构和Ｆｅ／Ｎｉ多层结构组成，其中的多孔性金属体的骨架部分主要由铁组成且在其表面上有镍覆盖层，而与铁骨架部分的内部和外部连通的孔存在于铁骨架部分之中，且孔的内部覆盖有镍。该电极衬底的制造方法是：在多孔树脂核体上涂一层平均颗粒尺寸至大为２０μｍ的氧化铁粉；对核体进行热处理以除去有机树脂组分，同时烧结铁以获得多孔性铁体；然后借助Ｎｉ电镀，用镍覆盖铁骨架部分。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到主要用作诸如镍镉电池、镍锌电池或镍氢电池之类的碱性蓄电池所用电极衬底的多孔金属材料的生产工艺。用作各种电源的蓄电池包括铅蓄电池和碱性蓄电池。其中的碱性蓄电池由于例如可望有高的可靠性和可小型化重量轻而被广泛地以小型电池的形式应用于各种便携设备中并以大型电池的形式应用于工业设备中。在这些碱性蓄电池中，负电极的材料除镉之外还包括锌、铁、氢、等。然而，虽然空气电极和氧化银电极被部分地采用，但几乎在所有情况下，正电极都是镍电极。对袖珍型电池进行的对烧结型电极衬底的取代已获得了性能的改善并可使其密封，扩大了其使用范围。但在普通的粉末冶金型衬底中，当其多孔性被定为至少85％时，其强度大大降低。这样它就存在一个活性材料填充极限。因而存在一个提高电池容量的极限。考虑到上述情况，泡沫衬底和纤维衬底得到了采用并实际用作了衬底来取代烧结衬底，这种衬底具有至少90％的远为更高的多孔性。制作这种高多孔性金属本体衬底的工艺包括日本专利公开No.174484/1982所述的电镀工艺以及日本专利公开No.17554/1963等所述的烧结工艺。在电镀方法中，诸如尿烷泡沫之类的泡沫树脂的骨架表面用碳粉之类涂覆以实现使其导电的处理，并用电镀方法使其发生Ni的电沉积，然后烧去泡沫树脂和碳以获得多孔金属材料。另一方面，根据烧结工艺，诸如尿烷泡沫之类的泡沫树脂的骨架表面被浸入并涂以金属粉浆，然后加热以烧结金属粉末。如现有技术所示，多孔金属体在电池板衬底中的应用对提高电池的容量做出了很大的贡献。然而，根据日本专利公开No.174484/1982所述的电镀工艺的多孔金属体的生产中，多孔树脂核心体必须涂以碳以实现使其导电以便电镀的处理。碳只在一个生产步骤中是必须的，但在多孔金属体中因最后被烧去了而不是必须的。这样，用碳来涂覆核体以使其导电就不仅引起产品成本的增加，而且还被认为会由于残留的碳而影响产品的质量。在这方面希望有所改善。另一方面，根据日本专利公开No.17554/1963所述的烧结工艺的多孔金属体的生产基本上未涉及上述问题，但由于难以做到多孔体形式的骨架部分的细密烧结而使电池板衬底所需的机械强度性能和电学性能很难确保。另一方面，以生产多孔铁催化载体为目的日本专利公开No.4136/1994也公开了一种用铁粉和氧化铁粉等获得多孔铁体的方法。但根据此法，由于例如只能获得粗糙具有的骨架部分的多孔烧结体而不能像前述情况那样确保电池电极衬底所需的性能。在这种情况下，本专利技术的目的是提供一种电池电极衬底，其残留碳的含量业已降低且具有优良的机械强度性能和电学性能，并提供一种以低成本生产这种电池电极衬底的工艺。作为深入研究的结果，本专利技术的专利技术者已发现只要在骨架部分中的连通孔的内部也用Ni涂覆，电极衬底具有由多孔体(其骨架部分主要由Fe组成且其表面用Ni涂覆)构成的Fe/Ni多层结构是重要的；在生产这种电极衬底时，用颗粒尺寸被控制了的氧化铁或氧化镍作为原材料粉末是重要的；在氧化铁粉末的情况下，结合使用碳粉末是有利的。基于这些发现而实现了本专利技术。具体地说，本专利技术是指(1)一种用在电池收集极(collector)中作为活性材料载体的电池电极衬底，此种电池电极衬底由带有多孔率至少为90％的互通孔的多孔性金属本体结构以及其中的多孔性金属本体的骨架部分主要由Fe组成且其表面上有Ni覆盖层，同时与骨架部分的内部和外部相连的孔存在于Fe骨架部分中而孔的内部覆盖有Ni的Fe/Ni多层结构所组成；(2)一种制造电池电极衬底的工艺，它包含在其骨架表面发粘的多孔树脂核体上涂一层平均颗粒尺寸至多为20μm的氧化铁粉末；在减压气氛(reducing atmosphere)中于950℃-1350℃温度范围内进行热处理以清除有机树脂组分，同时烧结Fe以获得碳含量至多为0.2％而多孔性至少为90％的多孔性Fe本体；然后借助Ni电镀的方法用Ni来覆盖Fe骨架部分的表面；(3)一种制造电池电极衬底的工艺，它包含将平均颗粒尺寸至多为20μm的氧化铁粉末同粘合树脂和诸如水或有机溶剂之类的稀释剂混合以制备浆体；将浆体涂于多孔树脂核体再将其干燥；然后在减压气氛中于950℃-1350℃温度范围内进行热处理以除去有机树脂组分，同时烧结Fe以获得碳含量至多为0.2％而多孔率至少为90％的多孔性Fe本体；然后借助Ni电镀的方法用Ni来覆盖Fe骨架部分的表面；(4)一种制造电池电极衬底的工艺，它包含在其骨架表面呈粘性的多孔树脂核体上涂一层由碳粉和平均颗粒尺寸至多为20μm的氧化铁粉组成的混合粉末；在无氧的气氛中于850℃-1250℃温度范围内进行热处理以除去有机树脂组分，同时烧结Fe以获得碳含量至多为0.2％而多孔性至少为90％的多孔性Fe本体；然后借助Ni电镀方法，用Ni来覆盖Fe骨架部分的表面；(5)一种制造电池电极衬底的工艺，它包含将碳粉和平均颗粒尺寸至大为20μm的氧化铁粉同粘合树脂和诸如水或有机溶剂之类的稀释剂混合以制备浆体；将浆体涂于多孔性树脂核体上并将其干燥；然后在无氧的气氛中于850℃-1250℃温度范围内进行热处理以除去有机树脂组分，同时烧结Fe以获得碳含量至多为0.2％而多孔率至少为90％的多孔性Fe本体；然后借助Ni电镀方法，用Ni来覆盖Fe骨架部分的表面；(6)一种制造电池电极衬底的工艺，它包含将平均颗粒尺寸至大为20μm的氧化铁粉同粘合树脂和诸如水或有机溶剂之类的稀释剂混合以制备浆体，这种混合要使粘合树脂的残留碳含量和粘合树脂对氧化铁的混合比例满足下列公式的关系；将浆体涂于多孔树脂核体上并将其干燥；然后在惰性气体气氛中于900℃-1250℃温度下进行热处理以碳化粘合树脂，同时用得到的碳化产物对氧化铁进行还原烧结；然后在减压条件下于900℃-1350℃温度下进行热处理以还原烧结氧化铁的未还原部分从而除去有机树脂组分，同时烧结Fe以获得碳含量至大为0.2％而多孔率至少为90％的多孔性Fe本体；然后借助Ni电镀方法，用Ni来覆盖其Fe骨架部分的表面3＜a×h＜11其中a是粘合树脂的残留碳率(％)，设a＞30，b是混合的粘合树脂量/混合的氧化铁量；(7)上述(2)-(5)中任何一个所述的制造电池电极衬底的工艺，其中所得到的Ni覆盖层的厚度为0.1μm-10μm；(8)上述(2)-(5)中任何一个所述的制造电池电极衬底的工艺，其中的氧化铁粉的平均颗粒尺寸至大为3μm；(9)上述(4)或(5)所述的生产电池电极衬底的工艺，其中碳粉对氧化铁粉的重量比为0.1％-20％；(10)一种制造电池电极衬底的工艺，它包含在带有其骨架表面呈粘性的多孔树脂核体上，涂一层平均颗粒尺寸至大为20μm的氧化镍粉；在减压条件下于900℃-1300℃温度范围内进行热处理以除去有机树脂组分，同时烧结Ni以形成碳含量至多为0.2％而多也率至少为90％的多孔性Ni本体；(11)一种制造电池电极衬底的工艺，它包含将平均颗粒尺寸至大为20μm的氧化镍粉同粘合树脂和诸如水或有机溶剂之类的稀释剂进行混合以制备浆体；将浆体涂在多孔树脂核体上并将其干燥；然后在减压条件下于900℃-1300℃温度范围内进行热处理以除去有机树脂组分，同时烧结Ni以形成碳含量至多为0.2％而多孔率至少为90％的多孔性Ni本体；以及(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用在电池收集极中作为活性材料载体的电池电极衬底，这种电池电极衬底由多孔率至少为９０％的带有互通孔的多孔性金属体结构和Ｆｅ／Ｎｉ多层结构组成，其中的多孔性金属体的骨架部分主要由Ｆｅ组成并在其表面上有Ｎｉ覆盖层，而与骨架部分的内部和外部互通的孔存在于Ｆｅ骨架部分中，而且孔的内部覆盖有Ｎｉ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：原田敬三，渡边贤一，山中正策，林圣，森下展安，竹岛宏树，海谷英男，生驹宗久，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]