一种用作电池外壳的镀覆含钴纳米线的多层复合薄膜的钢带及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用作电池外壳的镀覆有含钴纳米线的多层复合薄膜的钢带及其制备方法，具体用于碱性无汞电池、锂离子电池、镍氢电池等电池外壳材料，还可以用于化工、电子、包装、磁性材料等领域。其通过脉冲电镀的方式在钢带两面镀覆一层纳米晶镍－钴合金镀层；再通过直流电镀的方式镀覆一层微米晶镍镀层；然后通过脉冲喷射电镀的方式在钢带对应于电池壳体外表面的一侧镀覆一层纳米晶镍－钴合金镀层作为外表层，最后通过脉冲电镀的方式在钢带对应于电池壳体内表面的一侧镀覆一层含钴纳米线的镍复合镀层作为内表层。本发明专利技术制备的钢带具有良好的耐腐蚀性能及冲压性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电池壳体的镀覆含钴纳米线的多层复合薄膜的钢带及其制 备方法。
技术介绍
近年来，随着人们对电池性能的要求越来越高，碱锰电池、镍氢电池和锂离子动力 电池等电池的壳体材料的性能也越来越受到广大专业人士的关注。碱锰电池外壳作为一个 密封的容器，由于强碱性电解液的填充，要求其有足够强的耐腐蚀性能。另外，在碱锰电池 中电池外壳还充当电池正极集流体，因此电池外壳的内阻也是影响电池性能的一个重要因ο中国专利CN1600904A公开了一种覆镍深冲钢带及其生产方法，在低碳钢带上连 续电镀2 3 μ m镍薄膜，通过热处理和激光冲击处理，使镍镀层和基材材料通过热扩散形 成镍/铁扩散层，然后通过精整工序得到所需尺寸的耐腐蚀钢带。镀层延伸率不小于8%， 耐腐蚀性能达8级，具有优良的延伸率和耐腐蚀性能，主要用于高性能电池外壳材料。特别 是碱性电池的外壳。美国专利US4760002公开了一种电池钢带及其生产方法，先在低碳钢带上镀覆一 层镍薄膜，然后再镀一层钴薄膜，最后经过热扩散处理形成含镍_钴或镍-钴-铁扩散层的 合金钢带。在同等条件下，用该钢带深冲的电池壳，与镀镍电池壳相比，碱锰电池的存储性 能提高了 30%，同时电池的放电性能也有较大幅度的提高。其原因在于含有钴的电池钢壳 能有效降低电池的内阻，而且耐腐蚀性能更加优良。日本专利特开平10-172521号公报、特开平10-152522号公报中公开了一种镀覆 镍_钴合金镀层，或者先镀镍再镀镍_钴合金镀层的电池壳体钢带及其制备方法。由于 镍-钴合金的硬度高，在冲压加工时，镀层中易生成非常细的裂纹，致使镀层表面凹凸不 平、粗糙度比较大，从而改善了与正极材料的接触，提高了电池性能。由于钢带要求较高的表面硬度，一般会在钢带表面镀覆硬度高的金属镀层或合金 镀层，而且采用一系列的工艺使所制备的镀层具有较小的晶粒尺寸，镀层致密。然而，这样 的镀层往往具有较高的内应力，会降低镀层的韧性，导致镀层变脆。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于电池壳体的的钢带，其具有良好的耐腐蚀性能及 冲压性能。本专利技术的另一目的在于提供上述钢带的制备方法。本专利技术的目的是通过下述方式实现。一种用作电池外壳的镀覆含钴纳米线的多层复合薄膜的钢带，以钢带为基底，在 钢带两面分别镀覆多层膜；在钢带对应于形成电池壳体外表面的一侧镀覆的多层膜的外底层是晶粒尺寸为50 lOOnm，厚度为0. 1 1. 0 y m的纳米晶镍-钴合金镀层；外中间层是 晶粒尺寸为0. 2 0. 5 y m，厚度为0. 5 2 y m的微米晶镍镀层；外表层是晶粒尺寸为20 50nm,厚度为0. 1 0. 5 y m的纳米晶镍-钴合金镀层；在钢带对应于形成电池壳体内表面 的一侧镀覆的多层膜的内底层是晶粒尺寸为50 lOOnm，厚度为0. 1 1. Oym的纳米晶 镍_钴合金镀层；内中间层是晶粒尺寸为0. 2 0. 5 y m，厚度为0. 5 2 y m的微米晶镍镀 层；内表层是晶粒尺寸为50 lOOnm，厚度为0. 1 1. 0 y m的含钴纳米线的镍复合镀层。所述的含钴纳米线的镍复合镀层中钴纳米线直径为20 40nm，长度为0. 5 1 li m。所述的含钴纳米线的镍复合镀层中钴纳米线含量为0. 5 5wt%，优选为2wt%。所述多层复合薄膜的外底层、外表层以及内底层的镍-钴合金镀层的钴含量为 0.5 5wt%。优选为 2wt%。上述的用作电池外壳的镀覆有含钴纳米线的多层复合薄膜的钢带的制备方法以 低碳钢带为基底，通过脉冲电镀的方式在低碳钢带两面镀覆一层镍-钴合金镀层；然后通 过直流电镀的方式在钢带两面表面镀覆一层镍镀层；通过脉冲喷射电镀的方式在钢带构成 电池壳体外表面的一侧表面镀覆一层镍_钴合金镀层；最后通过脉冲电镀的方式在钢带构 成电池壳体内表面的一侧表面镀覆一层含钴纳米线的镍复合镀层。各镀层的厚度由电镀的 时间决定。上述钢带具体的工艺流程和条件如下1、将低碳钢带镀前处理为了使镀层与基底有良好的结合，电镀前必须对阴极基底进行仔细的表面预处 理。由于所用低碳钢带的表面已比较平整，镀镍前不需要磨光和机械抛光，直接进行除油处 理。采用化学高温除油方法，除油液为70g/L的Na0H、40g/L的Na2C03、25g/L的Na3P04、10g/ L的Na2Si03混合溶液。将低碳钢带浸泡在除油溶液中加热到80 90°C，3 5min后取出， 水洗时观察表面是否停留小水珠，如有则需继续除油。除油完全后，用蒸馏水将试样表面冲 洗干净，然后放入1 5vol %的HC1进行活化，活化时间0. 5 2min，为电镀反应提供活性 表面。取出试样，再次用蒸馏水洗净，立即进行电镀。2.在钢带两侧脉冲电镀镍-钴合金作为内、外底层镀液组成NiS04 7H20180 300g/LNiCl2 6H2040 60g/LCoS04 7H201 15g/L硼酸25 35g/L香豆素0. 05 0. 15g/L甲醛0. 2 0. 3ml/L脉冲电镀工艺参数平均电流密度3 6A/dm2pH 值3. 5 4. 5ion 5 50msi。ff 5 250ms温度40 60°C阳极镍钴合金板3、钢带两侧直流电镀镍镀层作为内、外中间层镀液组成NiSO4 · 7H20 250 300g/LNiCl2 · 6H20 30 50g/L硼酸30 50g/L直流电镀工艺参数电流密度3 6A/dm2PH 值 3. 5 4. 5阳极 镍板温度 40 60°C4、钢带构成电池壳体外表面的一侧表面脉冲喷射电镀镍-钴合金层作为外表层 镀液组成=NiSO4 · 7H20 180 300g/LNiCl2 · 6H20 40 60g/LCoSO4 · 7H201 15g/L硼酸25 35g/L烯丙基磺酸钠 0. 4 2g/L丁炔二醇0. 4 0. 5ml/L糖精0. 8 lg/L脉冲喷射电镀工艺参数峰值电流密度47 82A/dm2占空比 15 25%镀液喷速 1000 1500L/h温度55 65 °CPH 值2. 5 3. 5阳极镍-钴合金管5、钢带构成电池壳体内表面的一面脉冲电镀含有钴纳米线的镍复合镀层作为内表层；a.含钴纳米线的镍复合镀层镀液的配制称取NiSO4 · 7H20和NiCl2 · 6H20溶于去 离子水中，经磁力搅拌并加热，加热温度60°C，将混合物完全溶解，得到溶液A ；称取!1系03放 入另一容器，然后加入去离子水，经磁力搅拌并加热，加热温度60°C，得到透明澄清的溶液 B ；将溶液B加入溶液A，再加入糖精钠，磁力搅拌20min，然后再加入直径为20 40nm，长 度为0. 5 1 μ m的钴纳米线和十六烷基三甲基溴化钱，经超声波搅拌30min后得到含悬浮 状钴纳米线的镍复合镀层镀液；b.含钴纳米线的镍复合镀层的制备将步骤a得到的含悬浮状钴纳米线的镀液 放入带超声波的恒温水浴中，恒温温度60°C，进行超声搅拌，然后把钢带放入复合镀层镀液 中，连接电源的负极，正极接镍板，进行复合电镀，直到获得厚度为0. 1 1. Oym的含钴纳 米线的镍复合镀层，断电结束；含悬浮状钴纳米线的镍复合薄膜镀液组成NiSO4 · 7H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用作电池外壳的镀覆含钴纳米线的多层复合薄膜的钢带，其特征在于，以钢带为基底（１），在钢带两面分别镀覆多层膜；在钢带对应于形成电池壳体外表面的一侧镀覆的多层膜的外底层（２）是晶粒尺寸为５０～１００ｎｍ，厚度为０．１～１．０μｍ的纳米晶镍－钴合金镀层；外中间层（３）是晶粒尺寸为０．２～０．５μｍ，厚度为０．５～２μｍ的微米晶镍镀层；外表层（４）是晶粒尺寸为２０～５０ｎｍ，厚度为０．１～０．５μｍ的纳米晶镍－钴合金镀层；在钢带对应于形成电池壳体内表面的一侧镀覆的多层膜的内底层（５）是晶粒尺寸为５０～１００ｎｍ，厚度为０．１～１．０μｍ的纳米晶镍－钴合金镀层；内中间层（６）是晶粒尺寸为０．２～０．５μｍ，厚度为０．５～２μｍ的微米晶镍镀层；内表层（７）是晶粒尺寸为５０～１００ｎｍ，厚度为０．１～１．０μｍ的含钴纳米线的镍复合镀层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘勇，周益春，王建兴，李玮，堵艳艳，杜超，周兆峰，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]