一種鍍鎳銅材及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鍍鎳銅材及其制備方法和應(yīng)用；屬于電池制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前商業(yè)化的鋰離子電池很難實(shí)現(xiàn)20C倍率以上的持續(xù)放電，其主要原因是電池 在大倍率放電時(shí)，極耳發(fā)熱嚴(yán)重，電池整體溫度過高，使得電池容易熱失控，從而導(dǎo)致電池 倍率性放電性能和循環(huán)性能變差。常規(guī)的鋰離子電池生產(chǎn)廠家負(fù)極采用鎳極耳，其電導(dǎo)率 較差，電導(dǎo)率為1. 4X105S/cm，正極采用鋁極耳，其電導(dǎo)率為3. 69X105S/cm。在高倍率放電 時(shí)，由于負(fù)極耳的電導(dǎo)率較低，導(dǎo)熱性能差，導(dǎo)致電池表面溫度過高，從而影響電池的高倍 率放電性能。鍍鎳銅帶雖然具有導(dǎo)電性能優(yōu)異，導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足鋰離子電池的 高倍率放電的要求，但是鍍鎳銅帶因?qū)嵝阅芎茫婂冞^程中析氫等原因，導(dǎo)致該材料上錫 困難，點(diǎn)焊不良，抗折次數(shù)不達(dá)標(biāo)以及材料的耐腐蝕性能較差。
[0003] 為了解決上述問題，目前許多廠家總是以犧牲鍍鎳銅帶的某一項(xiàng)性能來滿足其他 的標(biāo)準(zhǔn)。如：為了提高鍍鎳銅帶的耐蝕性能，將鎳鍍層電鍍至大于3ym，而該材料的抗折次 數(shù)卻只能達(dá)到5~6次；為了提高鍍鎳銅帶的抗折次數(shù)及耐蝕性，對(duì)該材料進(jìn)行重鉻酸鉀鈍 化處理，導(dǎo)致該材料無法上錫，且電阻點(diǎn)焊效果差。因此，目前國內(nèi)尚沒有能夠同時(shí)解決上 述問題的鍍鎳銅帶工藝方法。
[0004] 發(fā)明專利CN102330124A涉及一種鍍鎳銅帶的脈沖電化學(xué)沉積和組織調(diào)整工藝， 其工藝包括脈沖電鍍及后處理等創(chuàng)新點(diǎn)，但是該工藝沒有明確指出該材料的具體應(yīng)用領(lǐng) 域，在其后處理中冷乳工藝容易因物理損傷造成鎳鍍層的破壞，降低材料的耐蝕性；發(fā)明專 利CN101245480A公開了一種在金屬表面制備鎳鍍層的方法，為了達(dá)到防腐的效果，該工藝 在鍍鎳之前首先鍍上錫層，鍍完鎳層之后采用重鉻酸鉀鈍化及除氫熱處理和高溫退火擴(kuò)散 熱處理，由大量的實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)鈍化后的鎳鍍層無法上錫；發(fā)明專利CN101705509A公開 了一種低應(yīng)力鍍鎳工藝，其應(yīng)用主要為高強(qiáng)度不銹鋼的防腐領(lǐng)域，其創(chuàng)新點(diǎn)包括材料電鍍 之前及電鍍之后的除氫熱處理，消除材料的析氫內(nèi)應(yīng)力，防止析氫腐蝕。雖然有關(guān)鍍鎳及其 后處理工藝的專利很多，但是沒有一種適合制備高倍率鋰離子電池極耳材料的專利。眾所 周知鍍鎳銅帶高倍率鋰離子負(fù)極極耳材料主要考察材料的鍍層與基材的結(jié)合力，耐電池電 解液腐蝕性能，錫焊、點(diǎn)焊性能以及180°抗折性能。由于鍍鎳銅極耳對(duì)鎳鍍層的要求與其 他領(lǐng)域金屬材料鍍鎳產(chǎn)品的要求不同，導(dǎo)致普通的工藝方法無法滿足生產(chǎn)高倍率鋰離子電 池負(fù)極極耳的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鍍層結(jié)合力強(qiáng)、耐腐蝕、抗折 疊、焊接性能優(yōu)良的鍍鎳銅材及其制備方法和應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明所述的一種鍍鎳銅材，從內(nèi)到外依次包括純銅、鎳銅合金層、暗鎳層、高可 焊性鎳層；所述高可焊性鎳層的晶粒尺寸為〇. 4~1. 0ym。。
[0007] 本發(fā)明所述的一種鍍鎳銅材，所述純銅為帶材，根據(jù)所使用高倍率鋰離子電池應(yīng) 用領(lǐng)域、型號(hào)等不同，其厚度控制在0. 05~0. 4mm之間，軟態(tài)純銅維氏硬度為45~65,半硬 態(tài)純銅維氏硬度為95~115,其純度多99. 9%。
[0008] 本發(fā)明所述的一種鍍鎳銅材，所述銅鎳合金層是通過所述純銅與暗鎳層相互熱擴(kuò) 散得到的，其厚度為0. 2~0. 6ym。
[0009] 所述暗鎳層的晶粒尺寸為50~100nm，其厚度0. 2~0. 6 y m。
[0010] 所述高可焊性鎳層的厚度為0. 6~2. 6ym。
[0011] 所述銅鎳合金層、暗鎳層、高可焊性鎳層的總厚度大于1ym小于等于3ym。
[0012] 本發(fā)明所述的一種鍍鎳銅材的制備方法，包括下述步驟：
[0013]步驟一
[0014] 以活化的純銅為陰極，以含Ni離子的溶液做為鍍液，采用脈沖電源進(jìn)行電鍍，在 陰極得到Cu/Ni材料；所述Cu/Ni材料是在所述活化的銅材表面均勻電鍍有0. 2~0. 6 y m 的暗鎳層的材料；所述鍍液由水溶性鎳鹽、硼酸、去離子水組成；電鍍時(shí)，控制鍍液的pH值 為3. 2~3. 8,控制陰極的電流密度為2~4A/dm2。
[0015]步驟二
[0016] 以步驟一所得Cu/Ni材料為陰極，采用含Ni離子、高可焊性鍍鎳添加劑的溶液作 為電鍍液，采用直流電源進(jìn)行電鍍，得到銅/暗鎳/高可焊性鎳材料；所述銅/暗鎳/高可 焊性鎳材料中高可焊性鎳層的厚度為0. 8~2. 8ym;所述鍍液由水溶性鎳鹽、硼酸、高可焊 性鍍鎳添加劑、去離子水組成；所述高可焊性鍍鎳添加劑配方為：糖精10~20g/L，丙炔基 二乙胺甲酸鈉5~15g/L、雙苯磺酰亞胺1~2g/L，丙烯基磺酸鈉5~10g/L;電鍍時(shí)，控制 鍍液的pH值為3. 5~4. 5,控制陰極的電流密度為5~10A/dm2。
[0017] 步驟三
[0018] 在還原氣氛下，將步驟二所得銅/暗鎳/高可焊性鎳材料在450~650°C進(jìn)行退火 處理，得到結(jié)構(gòu)為銅/銅鎳合金層/暗鎳層/高可焊性鎳層的材料；；
[0019] 步驟四
[0020] 將步驟三所得結(jié)構(gòu)為銅/銅鎳合金層/暗鎳層/高可焊性鎳層的材料；置于真空 氣氛下，在200~300°C進(jìn)行熱處理，得到所述鍍鎳銅材。
[0021] 本發(fā)明所述的一種鍍鎳銅材的制備方法，步驟一所述活化的純銅是通過下述方案 制備的：
[0022] 將純銅放入超聲除油液進(jìn)行超聲波除油清洗處理30~60s;超聲波除油清洗處理 時(shí)，控制超聲波的頻率為20~40kHz、溫度為45~55°C;所述超聲除油液的配方為：
[0023] Na2C03 30 ~50g/L ;
[0024] Na3P04 30 ~50g/L ;
[0025] NaOH 30~50g/L ;
[0026] 溶劑為去離子水。
[0027] 在超聲波除油清洗處理之后，對(duì)純銅基材進(jìn)行電解除油。電解除油清洗處理的銅 材作為陰極，惰性的鈦銥合金為陽極，以電解除油液作為電解質(zhì)，在55~65°C進(jìn)行電解除 油30~90s，電解除油時(shí)，控制電流密度為5~10A/dm2;所述電解除油液的配方為：
[0028] Na2C03 20 ~40g/L ;
[0029]Na3P04 20 ~40g/L;
[0030] NaOH 20 ~40g/L;
[0031] 溶劑為去離子水。
[0032] 將電解除油后的銅材置于體積分?jǐn)?shù)8~17%的H2S04溶液，活化處理40-80s ;得到 活化的銅材；活化處理時(shí)，控制溫度為30~50°C。
[0033] 通過上述超聲除油清洗、電解除油以及活化處理能有效的去除銅基材表面的油 污，并活化侵蝕基材表面，使電沉積的暗鎳鍍層與基材結(jié)合力良好，且因純銅帶材表面的侵 蝕，使形核密度高，鎳鍍層晶粒細(xì)小，結(jié)構(gòu)致密。
[0034] 本發(fā)明所述的一種鍍鎳銅材的制備方法，步驟一中所述鍍液的配方為：
[0035] NiS04? 6H20 280 ~360g/L;
[0036] NiCl2? 6H20 40 ~45g/L;
[0037] H3B03 40 ~45g/L;
[0038] 溶劑為去離子水。
[0039] 本發(fā)明所述的一種鍍鎳銅材的制備方法，步驟一中，制備Cu/Ni材料時(shí)，采用鎳板 作為陽極，采用脈沖電源進(jìn)行電鍍，電鍍時(shí)，控制鍍液溫度為45~55°C，所述脈沖電源的參 數(shù)為ton=l-2ms，toff= 5-7ms，優(yōu)選為ton=lms，toff= 6ms〇
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