一种控制镀镍铝极耳上镀层颗粒粒径的方法

摘要

本发明属于电池制造的技术领域，涉及一种控制镀镍铝极耳上镀层颗粒粒径的方法。其特征在于首先将大片铝片在浸锌溶液中进行浸锌处理，再在电镀镀镍溶液中进行镀镍处理，最后将镀镍的大片铝片裁剪为镀镍铝极耳。电镀的电流波形为不对称方波、不对称正弦波、不对称余弦波、不对称三角波或者脉冲波之一，或者是上述两种电流波形组合成的一种电流波形；电流频率为0.1Hz～10000Hz，占空比为1/100～100/1，电流密度为0.01A/dm

说明书

技术领域

本发明属于电池制造的技术领域，涉及一种锂电池和锂离子电池使用的铝极耳的制备方法。

背景技术

铝及铝合金具有密度小、延展性和韧性好、易于加工等优良性能，广泛作为锂电池和锂离子电池的极耳。这里的锂离子电池包括聚合物锂离子电池、软包装锂离子电池和硬壳锂离子电池。然而，铝及铝合金本身易受腐蚀、不耐磨、接触电阻大、焊接困难。而镍金属表面能迅速生成极薄的钝化膜，较铝极耳有更好抵抗腐蚀能力。因此，多采用铆接、超声波点焊或激光焊等方式，在电池使用的铝极耳上连接镍极耳(即转镍)，再将镍极耳的另一头焊接在IC电路板上。这样，正极极片到IC电路板之间存在”铝-铝”、”铝-镍”、”镍-铜“几个连接点(或焊点)。由于这种连接点或焊点属于点连接，连接面积小，存在连接(或焊接)不牢、虚连接(或虚焊)、连接点(或焊点)接触电阻大、连接点(或焊点)存放时易被氧化等问题，造成制备的电池存在批次性能不稳定等问题。转镍过程使用的镍极耳的大小为30mm×3mm×0.1mm，使用昂贵镍金属的量较大，此外，转镍增加了制备电池步骤，从而增加了电池的成本。

实用新型专利200820215661.6涉及一种一端有镍层的铝极耳，实用新型专利200820009887.0涉及一种一端表面覆上镍、铜、锡或其它可以直接上锡的金属的铝极耳。专利200810236321.6涉及一种一端镀有镍层的铝极耳。实用新型专利200920058776.3涉及一种不需转镍的铝极耳，其正极在铝极耳外还有镍镀层。实用新型专利200920042215.4涉及一种聚合物锂电池使用的铝极耳卷料，该铝极耳与卷盘之间有一段镀镍层。实用新型专利ZL2008202125092涉及一种锂电池铝极耳，包括带状铝条，在铝条的一端有化学镀镍层。不过，该专利并没有涉及镀镍铝极耳的具体制备方法和完整的结构形式。专利CN101436653A公开了一种锂电池极耳的制作工艺，增加了极耳基材金属带的预处理和表面处理或极耳基材金属带的表面处理，可以有效除去金属带表面的氧化物，且增强了金属带的表面活性。然而，该专利使用的仍然是一般的转镍技术。专利CN100337346C涉及一种不同形状的锂离子电池极耳的制备方法。

以上专利虽然涉及试图制备铝条镀镍的思路，但并没有涉及铝条镀镍的具体方法。虽然在铝金属或铝合金上电镀镍层已经进行了不少的研究，然而通常在铝金属或铝合金上镀镍是为了改善其外观和防腐，而作为镀镍铝条作为极耳使用时，极耳是封装在电池内部中，并不需要考虑镀镍铝极耳的外观，重点考虑对极耳使用的特性要求，如镀层电阻率的大小、镀层散热的速率快慢、镀层上锡性能、耐弯曲性能等，而这些性能受到镀层金属颗粒粒径的明显影响。涂抚洲等[涂抚洲等，电镀与涂饰，2000，19(1)：19-23]在进行铝轮毂电镀时发现用交流方波预镀暗镍方法制备的硅铝合金镀层的结合力好、平整光滑，可避免横向腐蚀。李云东等[李云东等，电镀与环保，2008，28(6)：15-17]通过在瓦特型槽液中通入方波电源制备了晶粒尺寸约为15纳米的纳米镍钴合金。该合金具有抗拉强度高等特点。由于对镀镍铝极耳的不同性能要求，因此，本发明专利通过在镀液中通入不对称电流，控制制备的镀镍铝极耳上镀层颗粒粒径，使制备的极耳的性能能够满足极耳的需要，采用区别于传统的电镀方法制备镀镍铝极耳。

发明内容

为实现本发明的目的采用的方案是：将大片铝片先在浸锌溶液中进行浸锌处理，再在电镀的镀镍溶液中进行镀镍处理，最后将镀镍的大片铝片裁剪为镀镍铝极耳。

(1)配方

浸锌溶液的配方，以1000ml的浸锌溶液计：

ZnSO₄                 80g～150g

FeCl₃·6H₂O           0.5g～5g

NiSO₄·6H₂O              30g～60g

Na₃C₆H₅O₇·2H₂O          10g～30g

NaKC₄H₄O₆·4H₂O          120g～240g

NaOH                     100g～240g

NaNO₃                    0.5g～10g

浸锌处理的时间为1秒～120秒；

电镀镀镍溶液配方，以1000ml的镀镍溶液计：

NiSO₄·6H₂O              240g～300g

钴盐                     0～15g

NiCl₂·6H₂O              2g～20g

H₃BO₃                    35g～70g

MgSO₄·7H₂O              30g～70g

表面活性剂A              0～12g

表面活性剂B              0～2.0g

配方中表面活性剂A和表面活性剂B的用量不能同时取0值。

(2)电镀条件：

镀液温度50℃～80℃；镀液pH 3.1～5.5；

电镀的电流波形为不对称方波、不对称正弦波、不对称余弦波、不对称三角波或者脉冲波之一，或者是上述两种电流波形组合成的一种电流波形；电流频率为0.1Hz～10000Hz，占空比为1/100～100/1，电流密度为0.01A/dm²～2.5A/dm²，电镀时间为0.1秒～35分钟。

所述的表面活性剂A是指十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或烷基酚聚氧乙烯醚。

所述的表面活性剂B是指硬脂酸、卵磷脂、甜菜碱、脂肪酸甘油酯或聚山梨酯。

所述的钴盐是指硫酸钴、氯化钴或硝酸钴。

(3)制备过程

将大片铝片先进行浸锌处理，再进行镀镍处理，最后将镀镍的大片铝片裁剪为镀镍铝极耳。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。实施例仅是对本发明的进一步补充和说明，而不是对本发明专利的限制。

实施例1

浸锌溶液的配方，以1000ml的浸锌溶液计：

ZnSO₄                 80g

FeCl₃·6H₂O           0.5g

NiSO₄·6H₂O           30g

Na₃C₆H₅O₇·2H₂O       10g

NaKC₄H₄O₆·4H₂O       120g

NaOH                  100g

NaNO₃                 0.5g

浸锌处理的时间为1秒。

电镀镀镍溶液配方，以1000ml的镀镍溶液计：

NiSO₄·6H₂O           240g

NiCl₂·6H₂O           2g

H₃BO₃                 35g

MgSO₄·7H₂O           30g

十二烷基硫酸钠        6g

脂肪酸甘油酯          2g

电镀条件：镀液温度50℃；镀液pH 3.1；

电镀的电流为不对称方波；电流频率为0.1Hz，占空比为1/100，电流密度为0.1A/dm²，电镀时间为1秒。

制备过程

将大片铝片先进行浸锌处理，浸锌处理的时间为1秒，再进行镀镍处理，最后将镀镍的大片铝片裁剪为长×宽×厚为81mm×5mm×0.1mm，面积为405mm²的镀镍铝极耳。

经电镜观察，本实施例所制备的镀镍铝极耳，其镀层颗粒粒度为200～400nm。

实施例2

浸锌溶液的配方，以1000ml的浸锌溶液计：

ZnSO₄                   150g

FeCl₃·6H₂O             5g

NiSO₄·6H₂O             60g

Na₃C₆H₅O₇·2H₂O         30g

NaKC₄H₄O₆·4H₂O         240g

NaOH                    240g

NaNO₃                   10g

浸锌处理的时间为120秒

电镀镀镍溶液配方，以1000ml的镀镍溶液计：

NiSO₄·6H₂O             300g

NiCl₂·6H₂O             20g

H₃BO₃                   70g

MgSO₄·7H₂O             70g

硬脂酸                  2.0g

(2)电镀条件：

镀液温度80℃；镀液pH5.5；

电镀的电流为不对称正弦波；电流频率为10000Hz，占空比为100/1，电流密度为2.5A/dm²，电镀时间为1秒。

制备过程

将大片铝片先进行浸锌处理，浸锌处理的时间为120秒。再进行镀镍处理，最后将镀镍的大片铝片裁剪为长×宽×厚为80mm×4mm×0.3mm，面积为320mm²的镀镍铝极耳。

经电镜观察，本实施例所制备的镀镍铝极耳，其镀层颗粒粒度为30～100nm。

实施例3

浸锌溶液的配方，以1000ml的浸锌溶液计：

ZnSO₄                 90g

FeCl₃·6H₂O           3g

NiSO₄·6H₂O           45g

Na₃C₆H₅O₇·2H₂O       20g

NaKC₄H₄O₆·4H₂O       180g

NaOH                  240g

NaNO₃                 8g

浸锌处理的时间为60秒

电镀镀镍溶液配方，以1000ml的镀镍溶液计：

NiSO₄·6H₂O       300g

硫酸钴            15g

NiCl₂·6H₂O       20g

H₃BO₃             40g

MgSO₄·7H₂O       50g

十二烷基苯磺酸钠  12g

(2)电镀条件：

镀液温度60℃；镀液pH4.5；

电镀的电流为不对称三角波，电流频率为1Hz，占空比为1/50，电流密度为0.9A/dm²，电镀时间为5分钟。

制备过程

将大片铝片先进行浸锌处理，浸锌处理的时间为60秒。再进行镀镍处理，最后将镀镍的大片铝片裁剪为长×宽×厚为80mm×5mm×0.4mm，面积为400mm²的镀镍铝极耳。

经电镜观察，本实施例所制备的镀镍铝极耳，其镀层颗粒粒度为0.5～1.5μm。

实施例4

(1)配方

浸锌溶液的配方，以1000ml的浸锌溶液计：

ZnSO₄                120g

FeCl₃·6H₂O          1.5g

NiSO₄·6H₂O          60g

Na₃C₆H₅O₇·2H₂O      18g

NaKC₄H₄O₆·4H₂O      200g

NaOH                 240g

NaNO₃                5g

浸锌处理的时间为10秒。

电镀镀镍溶液配方，以1000ml的镀镍溶液计：

NiSO₄·6H₂O          240g

氯化钴               5g

NiCl₂·6H₂O          20g

H₃BO₃                35g

MgSO₄·7H₂O          30g

烷基酚聚氧乙烯醚     3g

甜菜碱               2g

(2)电镀条件：

镀液温度70℃；镀液pH 5.0；

电镀的电流为不对称方波与不对称正弦波组合成的一种电流波形；电流频率为100Hz，占空比为1/1，电流密度为1A/dm²，电镀时间为15分钟。

(3)制备过程

将大片铝片先进行浸锌处理，浸锌处理的时间为10秒。再进行镀镍处理，最后将镀镍的大片铝片裁剪为长×宽×厚为100mm×5mm×0.4mm，面积为500mm²的镀镍铝极耳。

经电镜观察，本实施例所制备的镀镍铝极耳，其镀层颗粒粒度为200～400nm。

实施例5

浸锌溶液的配方，以1000ml的浸锌溶液计：

ZnSO₄                      80g

FeCl₃·6H₂O                0.5g

NiSO₄·6H₂O                30g

Na₃C₆H₅O₇·2H₂O            10g

NaKC₄H₄O₆·4H₂O            120g

NaOH                       100g

NaNO₃                      0.5g

浸锌处理的时间为30秒

电镀镀镍溶液配方，以1000ml的镀镍溶液计：

NiSO₄·6H₂O               240g

NiCl₂·6H₂O               2g

H₃BO₃                     35g

MgSO₄·7H₂O               30g

十二烷基硫酸钠            6g

脂肪酸甘油酯              2g

电镀条件：镀液温度50℃；镀液pH 3.1；

电镀的电流为不对称方波；电流频率为0.1Hz，占空比为1/100，电流密度为0.1A/dm²，电镀时间为35分钟。

制备过程

将大片铝片先进行浸锌处理，浸锌处理的时间为1秒，再进行镀镍处理，最后将镀镍的大片铝片裁剪为长×宽×厚为81mm×5mm×0.1mm，面积为405mm²的镀镍铝极耳。

经电镜观察，本实施例所制备的镀镍铝极耳，其镀层颗粒粒度为2～5μm。