鎳-鈷-鎳-鎳-鈷多層膜的制備及耐腐蝕性研究.pdf

1、湘潭大學(xué)材料與器件課題組研發(fā)的覆鎳深沖鋼帶是在低碳鋼帶上連續(xù)電鍍2-3μm鎳薄膜,通過(guò)控制不同鍍層的晶粒尺寸,簡(jiǎn)化并去除了同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品的精整和熱處理工序,降低了產(chǎn)品的制造成本。用這種方法制備出的預(yù)鍍鎳鋼帶具有較好的延伸率和耐腐蝕性能,基本上能滿足高性能無(wú)汞堿性電池外殼的性能要求。隨著人們對(duì)堿性電池存儲(chǔ)性能和耐腐蝕性能的要求不斷提高,是否有更好的鍍層材料滿足以上的要求是長(zhǎng)期以來(lái)制約堿性電池殼體材料發(fā)展的一個(gè)瓶頸。
　　近年來(lái)隨著電動(dòng)

2、汽車(chē)的迅猛發(fā)展,電池的安全性和使用壽命等問(wèn)題已經(jīng)成為制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的技術(shù)難題。目前鋰離子動(dòng)力電池主要是以圓柱形鋰離子電池為主導(dǎo),其殼體的制備工藝主要有滾鍍、預(yù)鍍以及先預(yù)鍍后滾鍍。其中的滾鍍和預(yù)鍍都不能滿足動(dòng)力鋰離子電池對(duì)殼體性能的要求。先預(yù)鍍后滾鍍的鋼殼制造工藝復(fù)雜、成本高。因此,如何設(shè)計(jì)并優(yōu)化鍍覆在電池鋼帶上的鍍層,提高電池的存儲(chǔ)性能和耐腐蝕性能,是圓柱形鋰離子動(dòng)力電池和上述堿性電池殼體制備過(guò)程中有待于解決的一個(gè)問(wèn)題。
　　基

3、于以上原因,本文設(shè)計(jì)出一種鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜(鍍層)材料及其制備工藝,旨在解決圓柱形鋰離子動(dòng)力電池和上述堿性電池的存儲(chǔ)性能和耐腐蝕性能要求。首先采用直流和脈沖相結(jié)合的電沉積工藝在低碳鋼帶上制備出鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜,然后從織構(gòu)、表面形貌、截面形貌等方面對(duì)鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,并從鹽霧試驗(yàn)、腐蝕電化學(xué)等方面對(duì)鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜的耐腐蝕性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。具體的工作和結(jié)果概括為以下幾個(gè)方面:

4、　　第一,采用直流和脈沖相結(jié)合的方式成功制備了鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜。將自制的控制晶粒尺寸的半光添加劑添加到瓦特鍍液體系中,采用脈沖電鍍的方式制備出作為多層膜底層的鎳-鈷合金薄膜;中間層的微米晶鎳鍍層通過(guò)直流電鍍的方式制備而成;將自制的控制晶粒尺寸的全光添加劑添加到瓦特鍍液體系中,采用脈沖電鍍的方式制備出作為多層膜表層的鎳-鈷合金薄膜。
　　第二,通過(guò)SEM、XRD和AFM等手段研究了作為多層膜的每一層的織構(gòu)和形貌。能譜顯示作為

5、多層膜表層的全光亮鎳-鈷合金鍍層和作為底層的半光亮鎳-鈷合金鍍層的鈷含量均為5％左右。XRD結(jié)果顯示,鎳-鈷形成了以鈷為溶質(zhì)、鎳為溶劑的固溶體,晶格結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)。SEM結(jié)果顯示表層的全光鎳-鈷合金鍍層晶粒細(xì)小、鍍層致密。多層膜截面形貌顯示表層的鎳-鈷合金鍍層有效地填充了微米晶鎳鍍層的孔洞和針孔。多層膜表面AFM結(jié)果顯示,多層膜表面更加致密,晶粒更加細(xì)小。
　　第三,通過(guò)鹽霧試驗(yàn)、塔菲爾外推法、交流阻抗等手段對(duì)在電池專用鋼帶上

6、沉積的不同鍍層進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)表征。塔菲爾曲線結(jié)果顯示,鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜的表面鈍化效果明顯優(yōu)于同等厚度的單層和雙層的含鈷鍍層。交流阻抗結(jié)果顯示,鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜在有氯離子存在的酸性腐蝕液中的電荷傳質(zhì)電阻明顯大于覆鎳深沖鋼帶和兩層。鹽霧試驗(yàn)結(jié)果顯示,和其他比較樣品相比鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜8小時(shí)鹽霧后,表面紅色銹點(diǎn)最少。
　　總之,鎳-鈷/鎳/鎳-鈷多層膜各層的晶粒尺寸及厚度均有限定設(shè)計(jì),在融合各單層膜的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又相