沖孔鋼帶電解加工和鎳電沉積工藝及基礎(chǔ)研究.pdf

1、集流材料是組成電池的重要部件。本文選取沖孔鋼帶為研究對(duì)象，通過(guò)減薄、表面粗糙化、鎳沉積和熱處理工藝改善沖孔鍍鎳鋼帶的性能。
　　首次應(yīng)用電解加工方法同步實(shí)現(xiàn)了沖孔鋼帶的減薄和表面粗糙化。減小沖孔鋼帶（鋼帶）的厚度，能更好地解決極板的卷繞性能，提高單位體積內(nèi)活性物質(zhì)的載量，增大電池的容量;加大沖孔鋼帶表面粗糙度，從而增大其比表面積，能改善沉積層與沖孔鋼帶結(jié)合強(qiáng)度，增強(qiáng)與活性材料的粘結(jié)性，減小接觸電阻和電化學(xué)極化，提高電池的電化學(xué)性能

2、。對(duì)于0.045mm沖孔鋼帶在最優(yōu)電解加工條件下，厚度減小了16.56μm;電解加工后表面粗糙度由0.23μm增加到0.49μm，表面殘余應(yīng)力由102.5Mpa降至24.87Mpa。
　　利用氧化還原反應(yīng)原理和E-pH圖，通過(guò)加入抗壞血酸，增強(qiáng)了電解加工溶液的穩(wěn)定性，詳細(xì)分析了抗壞血酸還原Fe3+離子的反應(yīng)機(jī)理，推導(dǎo)出動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算出二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)是5.5688(mol/L)-1.min-1?？箟难峥芍貜?fù)使用，無(wú)毒、對(duì)環(huán)境友

3、好。
　　利用檸檬酸鈉較高的緩沖容量和配位性質(zhì)，結(jié)合鎳-檸檬酸鈉體系電位-pH圖，成功地實(shí)現(xiàn)了用檸檬酸鈉取代硼酸用作鎳沉積溶液的緩沖劑，消除了硼酸對(duì)人類和環(huán)境造成極大的危害。在pH=3～5范圍內(nèi)，硼酸和檸檬酸鈉鍍鎳溶液的緩沖容量分別是0.011mol/L和0.025mol/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:檸檬酸鈉是一種優(yōu)良、實(shí)用和對(duì)環(huán)境友好的硼酸替代品，檸檬酸鈉鍍液是具有電流效率高、緩沖容量大、分散能力好、電導(dǎo)率高和極化度大的性能良好的電解液。

4、
　　首次用電化學(xué)阻抗技術(shù)研究了檸檬酸鈉鍍鎳溶液中鎳的電沉積行為，沉積過(guò)程分兩步得到兩個(gè)電子，其中第一個(gè)得電子轉(zhuǎn)移步驟是速度控制步驟，反應(yīng)中生成了一價(jià)鎳離子的吸附態(tài)的電活性中間產(chǎn)物Ni(OH)ads，向且吸附態(tài)的中間產(chǎn)物是以電感的形式影響電極反應(yīng)的阻抗。從理論上推導(dǎo)了電極反應(yīng)速度的動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出了動(dòng)力學(xué)參數(shù)為:陰極過(guò)程Tafel斜率為0.142V，表觀傳遞系數(shù)α=0.49，交換電流密度是7.56×10-6 A/cm

5、2，反應(yīng)級(jí)數(shù)為ZNi2+=1，在pH=2～5的緩沖溶液中，OH-濃度對(duì)電極反應(yīng)速度影響不大，Ni(OH)ads覆蓋率θ不能忽略，表觀活化能平均值為50.3kJ/mol。
　　首次采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電流法研究了檸檬酸鈉鍍鎳溶液中鎳電結(jié)晶規(guī)律。在低過(guò)電位下（-0.9～-1.0V），Ni初期電結(jié)晶成核/生長(zhǎng)過(guò)程遵循三維連續(xù)成核機(jī)制;高過(guò)電位下（-1.1～-1.5V），鎳的初期電結(jié)晶成核/生長(zhǎng)方式遵循瞬時(shí)成核機(jī)制。在兩種模式下分別計(jì)算出

6、鎳離子的擴(kuò)散系數(shù)D為(1.63±0.48)×10-7cm2·s-1和（1.074±0.093）×10-6cm2·s-1。檸檬酸鈉對(duì)鎳垂直于基體表面方向的生長(zhǎng)速率有妨礙作用，而硫酸鎳有一定的促進(jìn)作用。
　　檢測(cè)了沖孔鍍鎳鋼帶的性能，硬度、結(jié)合強(qiáng)度、孔隙率和腐蝕試樣評(píng)級(jí)都符合《可充電電池用沖孔鍍鎳鋼帶》標(biāo)準(zhǔn)要求。在優(yōu)化條件下得到的表面粗糙度是0.41μm。
　　用浸泡法、動(dòng)電位掃描極化曲線和電化學(xué)阻抗譜對(duì)沖孔鍍鎳鋼帶的抗腐蝕性能

7、進(jìn)行研究，結(jié)果表明:沖孔鍍鎳鋼帶極化電阻大，腐蝕電流小，電荷轉(zhuǎn)移阻抗高，腐蝕速度小，抗腐蝕性強(qiáng)，從鎳-檸檬酸鈉溶液中得到的沖孔鍍鎳鋼帶改善了抗腐蝕性能。粗糙腐蝕是引起腐蝕速度加快的原因之一。用動(dòng)電位極化曲線和XPS證實(shí)沖孔鍍鎳鋼帶在5％NaCl溶液腐蝕介質(zhì)中有鈍化膜形成，認(rèn)為沖孔鍍鎳鋼帶具有較好的耐蝕性能原因是:鎳沉積層的包覆隔離作用，阻止了沖孔鋼帶基體與腐蝕介質(zhì)的直接接觸;而鈍化膜形成，在試樣表面產(chǎn)生較致密的鈍化保護(hù)，降低了腐蝕反應(yīng)的