[发明专利]一种镀覆含纳米线的多层复合薄膜的钢带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电池壳体的镀覆有含纳米线的多层复合薄膜的钢带及其制备方法。

背景技术

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素。此外，电池外壳还要参与碱性电解液的反应。

专利ZL97198580.4中公开了一种电池外壳钢板的表面处理技术，在钢板对应于形成电池壳体内壁的一侧电镀一层镍，然后再电镀一层锡层，最后退火在电池内壁形成镍-锡合金层。镍-锡合金层应用于电池壳体的内壁，能有效的降低电池壳体的内阻，但其与碱性物质长时间接触后，放电性能会变差。

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2～3μm镍镀层，通过热处理和激光冲击处理，使镍镀层和基底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，具有优良的延展率和耐腐蚀性能，主要用于高性能电池外壳材料。但是单一的镍镀层，在电池壳的冲压成型过程中很容易出现粉化现象，会增加电池外壳侧壁的缺陷，缩短模具和冲头的寿命。

专利ZL97194368.0中公开了一种在电池壳体内、外壁镀覆镍-钴合金的钢板表面处理技术。由于传统的单一镍镀层在电池壳体的冲压成型过程中粉化现象严重，导致电池壳体侧壁缺陷增多，冲头和模具寿命缩短，生产效率降低，而用镍-钴合金代替单一的镍镀层则可大幅度减少粉化现象。但是镍-钴合金镀层的硬度很大，通常为HV310±10，而常用的低碳钢基底的硬度为HV120±10，镀层与基底硬度相差太大，硬度值失配严重，导致在电池壳体的冲压成型过程中容易出现镀层脱落现象。

专利ZL99809927.9中公开了一种电池外壳钢板的表面处理技术，在钢板对应于形成电池外壳内壁的一侧电镀一层镍，然后再电镀一层铋层，最后退火处理，在电池电池壳体内壁形成镍-铋合金层。铋金属与碱性溶液长时间接触后，电镀层不会溶解，但是铋镀层容易脱落，而镍-铋合金不会出现脱落的现象。镍-铋合金层应用于电池壳体的内壁，能明显提高电池壳体在碱性环境中的耐腐蚀性能。但是铋的导电性能很差，镍-铋合金的应用，增大了电池壳体内壁的内阻。

张宪，徐益军等人在《钢壳电镀Ni(Bi)及退火处理的碱锰电池的性能》一文中提到，镍镀层在钢壳表面有较强的附着性能和耐腐蚀性能，但与正极环的接触性能较差，镍-磷、镍-锡合金可以提高接触性能，但是耐腐蚀性能较差。铋在碱性溶液中稳定，与正极活性材料EMD的接触性能良好，且加热条件下容易扩散，易于形成合金。文中还提到，退火会增大镍镀层的内阻，且由于镍-铁合金的形成，镍镀层厚度下降，造成钢壳与正极环的接触性能以及耐腐蚀性能下降。

专利CN101311330C公开了一种由一维镍纳米线和二维镍薄膜复合而成的镍复合薄膜及其制备方法。这种镍复合薄膜具有良好的力学性能和加工性能，能抗击较大的冲击载荷，而且具有成本低廉，工艺简单的优点。

由于钢带表层镀层要求具有较高的硬度，所以一般采用硬度高的金属或合金镀层，而且采用一系列的工艺使得所制备的表层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，这样会降低镀层的韧性，导致镀层变脆。

性能良好的碱性电池，对其壳体材料有着比较苛刻的要求。由于碱性电池的强碱性电解液填充，因此要求壳体材料有良好的耐碱腐蚀性能。电池壳体作为正极集流体，要求其具有较低的内阻，并且能与正极物质有良好的接触性能，这就要求制造电池的壳体材料具有较好的电导率，并且表层硬度高。之所以要壳体材料具有较高的表层硬度，是因为表层硬度高的材料在电池冲压成型过程中容易在电池壳体内壁形成细微的裂纹，相当于增大了电池壳体与正极物质的接触面积，改善了电池壳体与正极物质的接触性能，同时，所产生的裂纹具有良好的润滑剂保持性，使得壳体脱模更为容易。电池壳体在冲压过程的变形阻力很大，如果镀层与基底的结合力不好时，很容易出现镀层脱落的现象。另外，如果镀层的粉化性能较差时，即镀层在展薄拉伸过程中形成较多粉末，这些粉末粘附在冲头上，会对电池外壳侧壁造成缺陷。