一种储能系统用连接导体材料的制备方法与流程

1.本发明涉及电子行业连接导体材料制备技术领域，更具体地，涉及一种储能系统用连接导体材料的制备方法。


背景技术：

2.储能系统用连接导体材料主要用于各类储能电源系统内部串并联、外部串并联以及电源系统电源的输入输出，储能系统用连接导体材料是电池、电源系统中的关键材料，对于提高电源系统的能量比、电池的性能及寿命、电源系统的安全性、稳定性具有关键的用。但是，现有的储能系统用连接导体材料存在下述缺点：(1)材料成本高，重量大，致使电源系统较重，使用后动力电池的续航能力差，使用效率低；(2)制备过程中通常采用铝镀镍电镀工艺，该工艺排放的废水中含有重金属铬，污染地表水和地下水，危害环境和人体健康。如果采取污水处理措施，则致使材料的制备成本很高；(3)材料表面的套管存在不贴合、工艺复杂、容易破裂的问题；(4)在产品量产前，客户通常不会支付模具费用，且要求产品完成时间短，如果开具模具之后再制造产品，则成本较高，且周期较长，至少需要10—15天时间，不仅耗时且成本较高。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对上述不足，提出一种储能系统用连接导体材料的制备方法。本发明采用镍铝复合材料，改善了材料连接性能，大大提高动力电池的续航能力，在现有储能系统技术条件下显著提高电源的使用效率，采用高分子扩散焊接技术进行材料复合焊接，有效降低了材料制备成本，减少了对环境的污染；在复合材料表层喷涂绝缘材料，有效提升了电池的安全性能和使用寿命，解决了传统工艺存在的套管不贴合、工艺复杂、容易破裂等问题。除此之外，本发明方法能够根据需要进行单面、双面或局部单、双面复合，在不影响使用性能的情况下将成本控制到最低，实现了材料效用最大化。
4.本发明的技术方案是：
5.本发明提供一种储能系统用连接导体材料的制备方法，制备过程中先将制备的纯镍箔和预处理后的铝材通过高分子扩散焊接技术融合焊接成镍铝复合材料，再采用线切割技术或冲裁技术对上述镍铝复合材料进行处理，最后经局部抛光和喷涂绝缘材料工艺后制备得到储能系统用连接导体材料。
6.所述的高分子扩散焊接技术的工艺参数为：扩散焊接温度为750℃，焊接时间为100s，预压时间为5s，保温温度为200℃，保温时间为2s，续压时间为10s。
7.所述在线切割技术或冲裁技术对上述镍铝复合材料进行处理前，对焊接的镍铝复合材料采用精车、精刨铣和磨削处理，使粗糙度ra的值小于或等于3.2μm，并且采用超声波清洗设备对镍铝复合材料进行清洗除油。
8.所述超声波清洗的清洗剂为酒精、丙酮、三氯乙烯或金属清洗剂中任意一种。
9.所述冲裁技术的工艺为将镍铝复合材料依次通过落料冲孔、冲孔切口、翻边成形、
切口和翻边的工艺过程；所述冲裁技术的工艺参数为：冲床质量高于30吨，变频器设置为1100r.p.m，气压设置为4-8kgf。
10.所述喷涂绝缘材料工艺采用大气等离子喷涂技术对镍铝复合材料行喷涂。
11.所述大气等离子喷涂技术的步骤为：
12.(1)对镍铝复合材料进行前处理：将镍铝复合材料作为基体用酒精进行超声波除污清洗并吹干，再将吹干后的镍铝复合材料安装在喷涂台上；
13.(2)无机材料面层喷涂：采用超音速等离子喷涂技术在上述镍铝复合材料表面喷涂氧化铝无机绝缘材料，喷涂过程中镍铝复合材料表面的温度控制在170℃
±
5℃；所述喷涂技术参数为：电流为110-120a，功率为80-85kw，压缩空气为0.25-0.3mpa，送粉率为28-30g/min，喷距为220-225mm。
14.所述纯镍箔的制备方法为：以纯度为99.9999％的电解镍板为原料，依次对电解镍板进行表面处理、热处理、去除表面氧化皮、冷轧和退火，得到纯镍带，再将纯镍带进行轧制制备得到纯镍箔。制备得到的纯镍箔厚度为0.005mm
±
0.0005mm，含镍量在99.95％以上。
15.所述表面处理为：通过表面处理设备去除电解镍板表层氧化物，再对镍板四周进行抛光处理和冲洗风干，去除表面残留物。
16.所述热处理为：在加热炉960-980℃内加热1小时，出炉后采用热轧机轧制，将电解镍板轧制到1.5mm～2mm。
17.所述表面氧化皮采用表面处理设备去除，如钢丝刷。
18.所述冷轧为：采用冷轧机组进行多道次循环冷轧，道次压下量控制范围为2％～4％。
19.所述退火为：中间工序采用氢气保护气氛的连续光亮退火炉进行去应力退火处理，消除和缓解加工硬化；所述退火温度为590℃-610℃，退火时间为2～3小时。
20.所述铝材预处理为先对铝材进行分切，再对分切后的铝材钝化处理；所述钝化处理具体为：先将铝材浸入酸洗液酸洗除去油污，用水蒸气清洗铝材表面残留的酸性溶液，烘干后放入保护药水中浸泡，浸泡后再次用水蒸气清洗表面残留的保护药水，最后用冷风吹干铝材表面的液体，得到预处理的铝材。所述铝材浸入酸洗液酸洗除去油污时间为110-120s，在保护药水中浸泡时间为55-60s。
21.所述制备的纯镍箔和预处理后的铝材通过高分子扩散焊接技术之前，先对纯镍箔进行分切，分切速度为15-25m/min；所述分切过程中每10min润滑/清洁一次刀具，确保分切精度。
22.一种储能系统用连接导体材料的制备方法，具体步骤如下：
23.(一)、纯镍箔的制备
24.(1)表面处理：以纯度为99.9999％的电解镍板为原料，通过表面处理设备(如钢丝刷)去除电解镍板表层氧化物，再对镍板四周进行抛光处理，经过高压水枪进行冲洗，并经过吹风系统吹干，去除表面残留物；
25.(2)热处理：将上述表面处理后的电解镍板在加热炉960-980℃内加热1小时，出炉后采用热轧机轧制，将电解镍板轧制到1.5～2mm。
26.(3)去除表面氧化皮：采用表面处理设备钢丝刷去除表面氧化皮；
27.(4)冷轧：将上述去除表面氧化皮的电解镍板采用冷轧机组进行多道次循环冷轧，
道次压下量控制范围为2～4％；
28.(5)退火：中间工序采用氢气保护气氛的连续光亮退火炉进行去应力退火处理，消除和缓解加工硬化，得到纯镍带；所述退火温度为590-610℃，退火时间为2～3h；
29.(6)成品带材：将上述纯镍带轧制到合适厚度，得到纯镍箔，再经过清洗去油处理和矫直后即为成品。
30.(二)纯镍箔的分切：根据材料需求，对纯镍箔进行分切，将纯镍箔分切成指定宽度并进行收卷；分切速度为15-25m/min，分切过程中需要将清洗剂添加到清洁羊毛毡上，分切过程中每10min润滑/清洁一次刀具，确保分切精度，并注意材料表面质量。
31.(三)铝材预处理：
32.(1)先对铝材进行分切：根据材料需求，对铝材进行分切，分切成指定宽度并进行收卷；分切速度为20-30m/min，分切过程中需要将清洗剂添加到清洁羊毛毡上，在分切过程中每10min润滑/清洁一次刀具，确保分切精度，并注意材料表面质量；
33.(2)对上述分切的铝材进行钝化处理，提高材料抗氧化性能，具体为：先将铝材浸入酸洗液酸洗除去油污120s，用水蒸气清洗铝材表面残留的酸性溶液，再自动烘干，烘干后放入保护药水中浸泡60s，通过保护药水的浸泡处理在铝材表面形成氧化保护膜，使得铝材表面光亮且不再受到水蒸气等的氧化侵蚀，浸泡后再次用水蒸气清洗表面残留的保护药水，最后用采用360度全方位风干系统进行冷风吹干铝材表面的液体，得到预处理的铝材。
34.(四)高分子扩散焊接：
35.(1)把焊机焊接参数调整到工艺要求范围内进行焊接操作，工艺参数设置为：扩散焊接温度为750-800℃，焊接时间为90-100s，预压时间为5-6s，保温温度为200℃
±
10℃，保温时间为2-5s，续压时间为10-15s。通过高分子扩散焊接将上述制备的纯镍箔和预处理后的铝材通过高分子扩散焊接技术融合焊接成镍铝复合材料；
36.(2)对焊接的镍铝复合材料采用精车、精刨铣和磨削处理，使粗糙度ra的值小于或等于3.2μm，处理时必须佩戴橡胶手套或指套，防止产品氧化；
37.(3)采用超声波清洗设备对镍铝复合材料进行清洗除油，超声波清洗的清洗剂为酒精、丙酮、三氯乙烯或金属清洗剂中任意一种。
38.(五)线切割技术或冲裁技术：
39.在连接导体材料量产之前(客户未支付模具费用)，生产数量较少且要求完成时间较短，如果开具模具之后再制造产品则成本较大且周期较长，至少需要10—15天时间，因此可采用慢走丝或中走丝线切割技术对镍铝复合材料进行处理，不但省去了模具费用而且缩短了生产周期，生产只需6-10h就可以完成；
40.量产时，可采用冲裁技术对镍铝复合材料进行处理，冲裁技术的工艺为：将镍铝复合材料依次通过落料冲孔、冲孔切口、翻边成形、切口和翻边的工艺过程；所述冲裁技术的工艺参数为：冲床质量高于30吨，变频器设置为1100r.p.m，气压设置为4-8kgf。
41.(六)局部抛光：对上述冲裁后的镍铝复合材料采用精车、精刨(铣)和磨削加工。
42.(七)喷涂绝缘材料工艺：
43.(1)对镍铝复合材料进行前处理：将镍铝复合材料作为基体用酒精进行超声波除污清洗并吹干，再将吹干后的镍铝复合材料安装在喷涂台上；
44.(2)无机材料面层喷涂：采用超音速等离子喷涂技术在上述镍铝复合材料表面喷
涂氧化铝无机绝缘材料，喷涂过程中镍铝复合材料表面的温度控制在170℃
±
5℃；所述喷涂技术参数为：电流为110-120a，功率为80-85kw，压缩空气为0.25-0.3mpa，送粉率为28-30g/min，喷距为220-225mm。
45.(八)外观检测及包装入库：通过自动检验设备对制备得到的储能系统用连接导体材料进行外观检验，合格产品流向自动包装设备进行包装。
46.本发明的有益效果：
47.(1)本发明以铝材为主要原料之一，铝的密度较铜低很多，大量使用铝可以降低材料重量约70％，相比较纯镍材料，铝材亦可以降低材料重量约70％，因此采用铝材不仅有效降低了材料成本及重量，降低电源系统的质量，而且提高动力电池的续航能力15-20％，在现有储能系统技术条件下显著提高电源的使用效率20-30％。
48.(2)本发明采用了厚度仅为0.005mm的含镍量在99.95％以上的纯镍箔，纯镍箔具有优良的机械特性，且在多种不同环境中均有较高的抗蚀功能，还具有磁致伸缩性及磁性、高传热性、高导电性、低气体量及低蒸气压力等特点，具有良好的点焊性能，拉伸张力高，操作方便，电阻率低。本发明将铝材和纯镍箔结合制备得到镍铝复合材料，不仅有效解决了铝容易被氧化的问题，而且鉴于电子主要在金属表面运动的特征，镍铝复合材料改善了材料的导电性能。
49.(3)本发明采用高分子扩散焊接技术进行材料复合焊接，不再采用铝镀镍电镀工艺，有效降低了材料的制备成本，减少了对环境的污染。
50.(4)本发明在复合材料表层喷涂绝缘材料，不仅能够防腐蚀、抗氧化和绝缘，而且有效提升了电池的使用寿命5-10％，解决了套管的不贴合、工艺复杂、容易破裂等问题。
51.(5)本发明在少量生产时可采用线切割技术，大量生产时可采用冲裁技术。通常在产品量产之前，客户不会支付模具费用，且要求产品完成时间较短，如果开具模具之后再制造产品则成本较大，且周期较长，至少需要10—15天时间，而采用慢走丝或中走丝线切割技术不但省去了模具费用，而且缩短生产周期，6-10h就可以完成。
52.(6)本发明采用的材料可以根据需要进行单面复合或双面复合，也可以全部复合或部分复合，因此本发明制备方法在不影响使用性能的情况下将成本控制到了最低，实现了材料效用最大化。
具体实施方式
53.实施例1
54.(一)、纯镍箔的制备
55.(1)表面处理：以纯度为99.9999％的电解镍板为原料，通过表面处理设备(如钢丝刷)去除电解镍板表层氧化物，再对镍板四周进行抛光处理，经过高压水枪进行冲洗，并经过吹风系统吹干，去除表面残留物；
56.(2)热处理：将上述表面处理后的电解镍板在加热炉中，加热到960℃，保温1h，出炉后采用热轧机将电解镍板轧制到1.5mm；
57.(3)去除表面氧化皮：采用表面处理设备去除表面氧化皮；
58.(4)冷轧：将上述去除表面氧化皮的电解镍板采用冷轧机组进行多道次循环冷轧，道次压下量控制范围为2～4％；
59.(5)退火：中间工序采用氢气保护气氛的连续光亮退火炉进行去应力退火处理，消除和缓解加工硬化，得到纯镍带；所述退火温度为590℃，保温时间3h；
60.(6)成品带材：将上述纯镍带轧制到合适厚度，得到纯镍箔，再经过清洗去油处理和矫直后即为成品。
61.(二)纯镍箔的分切：根据材料需求，对纯镍箔进行分切，将纯镍箔分切成指定宽度并进行收卷；分切速度为15m/min，分切过程中需要将清洗剂添加到清洁羊毛毡上，分切过程中每10min润滑/清洁一次刀具，确保分切精度，并注意材料表面质量。
62.(三)铝材预处理：
63.(1)先对铝材进行分切：根据材料需求，对铝材进行分切，分切成指定宽度并进行收卷；分切速度为30m/min，分切过程中需要将清洗剂添加到清洁羊毛毡上，在分切过程中每10min润滑/清洁一次刀具，确保分切精度，并注意材料表面质量；
64.(2)对上述分切的铝材进行钝化处理，提高材料抗氧化性能，具体为：先将铝材浸入酸洗液酸洗除去油污120s，用水蒸气清洗铝材表面残留的酸性溶液，再自动烘干，烘干后放入保护药水中浸泡60s，通过保护药水的浸泡处理在铝材表面形成氧化保护膜，使得铝材表面光亮且不再受到水蒸气等的氧化侵蚀，浸泡后再次用水蒸气清洗表面残留的保护药水，最后用采用360度全方位风干系统进行冷风吹干铝材表面的液体，得到预处理的铝材。
65.(四)高分子扩散焊接：
66.(1)把焊机焊接参数调整到工艺要求范围内进行焊接操作，工艺参数设置为：扩散焊接温度为750℃，焊接时间为100s，预压时间为5s，保温温度为200℃，保温时间为2s，续压时间为10s。通过高分子扩散焊接将上述制备的纯镍箔和预处理后的铝材通过高分子扩散焊接技术融合焊接成镍铝复合材料；
67.(2)对焊接的镍铝复合材料采用精车、精刨铣和磨削处理，使粗糙度ra的值小于或等于3.2μm，处理时必须佩戴橡胶手套或指套，防止产品氧化；
68.(3)采用超声波清洗设备对镍铝复合材料进行清洗除油，超声波清洗的清洗剂为酒精
69.(五)线切割技术或冲裁技术：
70.在连接导体材料量产之前(客户未支付模具费用)，采用慢走丝切割技术对镍铝复合材料进行处理；
71.量产时，采用冲裁技术对镍铝复合材料进行处理，冲裁技术的工艺为：将镍铝复合材料依次通过落料冲孔、冲孔切口、翻边成形、切口和翻边的工艺过程；所述冲裁技术的工艺参数为：冲床质量高于30吨，变频器设置为1100r.p.m，气压设置为4kgf。
72.(六)局部抛光：对上述冲裁后的镍铝复合材料采用精车、精刨(铣)和磨削加工。
73.(七)喷涂绝缘材料工艺：
74.(1)对镍铝复合材料进行前处理：将镍铝复合材料作为基体用酒精进行超声波除污清洗并吹干，再将吹干后的镍铝复合材料安装在喷涂台上；
75.(2)无机材料面层喷涂：采用超音速等离子喷涂技术在上述镍铝复合材料表面喷涂氧化铝无机绝缘材料，喷涂过程中镍铝复合材料表面的温度控制在170℃；所述喷涂技术参数为：电流为120a，功率为80kw，压缩空气为0.25mpa，送粉率为28g/min，喷距为220mm。
76.(八)外观检测及包装入库：通过自动检验设备对制备得到的储能系统用连接导体
材料进行外观检验，合格产品流向自动包装设备进行包装。
77.实施例2
78.(一)、纯镍箔的制备
79.(1)表面处理：以纯度为99.9999％的电解镍板为原料，通过表面处理设备(如钢丝刷)去除电解镍板表层氧化物，再对镍板四周进行抛光处理，经过高压水枪进行冲洗，并经过吹风系统吹干，去除表面残留物；
80.(2)热处理：将上述表面处理后的电解镍板在加热炉加热到980℃，保温1h，出炉后采用热轧机轧制，将电解镍板轧制到2mm。
81.(3)去除表面氧化皮：采用表面处理设备钢丝刷去除表面氧化皮；
82.(4)冷轧：将上述去除表面氧化皮的电解镍板采用冷轧机组进行多道次循环冷轧，道次压下量控制范围为2～4％；
83.(5)退火：中间工序采用氢气保护气氛的连续光亮退火炉进行去应力退火处理，消除和缓解加工硬化，得到纯镍带；所述退火温度为610℃，保温时间2h；
84.(6)成品带材：将上述纯镍带轧制到合适厚度，得到纯镍箔，再经过清洗去油处理和矫直后即为成品。
85.(二)纯镍箔的分切：根据材料需求，对纯镍箔进行分切，将纯镍箔分切成指定宽度并进行收卷；分切速度为25m/min，分切过程中需要将清洗剂添加到清洁羊毛毡上，分切过程中每10min润滑/清洁一次刀具，确保分切精度，并注意材料表面质量。
86.(三)铝材预处理：
87.(1)先对铝材进行分切：根据材料需求，对铝材进行分切，分切成指定宽度并进行收卷；分切速度为20m/min，分切过程中需要将清洗剂添加到清洁羊毛毡上，在分切过程中每10min润滑/清洁一次刀具，确保分切精度，并注意材料表面质量；
88.(2)对上述分切的铝材进行钝化处理，提高材料抗氧化性能，具体为：先将铝材浸入酸洗液酸洗除去油污120s，用水蒸气清洗铝材表面残留的酸性溶液，再自动烘干，烘干后放入保护药水中浸泡60s，通过保护药水的浸泡处理在铝材表面形成氧化保护膜，使得铝材表面光亮且不再受到水蒸气等的氧化侵蚀，浸泡后再次用水蒸气清洗表面残留的保护药水，最后用采用360度全方位风干系统进行冷风吹干铝材表面的液体，得到预处理的铝材。
89.(四)高分子扩散焊接：
90.(1)把焊机焊接参数调整到工艺要求范围内进行焊接操作，工艺参数设置为：扩散焊接温度为750℃，焊接时间为100s，预压时间为5s，保温温度为200℃，保温时间为2s，续压时间为10s。通过高分子扩散焊接将上述制备的纯镍箔和预处理后的铝材通过高分子扩散焊接技术融合焊接成镍铝复合材料；
91.(2)对焊接的镍铝复合材料采用精车、精刨铣和磨削处理，使粗糙度ra的值小于或等于3.2μm，处理时必须佩戴橡胶手套或指套，防止产品氧化；
92.(3)采用超声波清洗设备对镍铝复合材料进行清洗除油，超声波清洗的清洗剂为三氯乙烯。
93.(五)线切割技术或冲裁技术：
94.在连接导体材料量产之前(客户未支付模具费用)，采用中走丝线切割技术对镍铝复合材料进行处理；
95.量产时，可采用冲裁技术对镍铝复合材料进行处理，冲裁技术的工艺为：将镍铝复合材料依次通过落料冲孔、冲孔切口、翻边成形、切口和翻边的工艺过程；所述冲裁技术的工艺参数为：冲床质量高于30吨，变频器设置为1100r.p.m，气压设置为8kgf。
96.(六)局部抛光：对上述冲裁后的镍铝复合材料采用精车、精刨(铣)和磨削加工。
97.(七)喷涂绝缘材料工艺：
98.(1)对镍铝复合材料进行前处理：将镍铝复合材料作为基体用酒精进行超声波除污清洗并吹干，再将吹干后的镍铝复合材料安装在喷涂台上；
99.(2)无机材料面层喷涂：采用超音速等离子喷涂技术在上述镍铝复合材料表面喷涂氧化铝无机绝缘材料，喷涂过程中镍铝复合材料表面的温度控制在170℃；所述喷涂技术参数为：电流为120a，功率为80kw，压缩空气为0.25mpa，送粉率为28g/min，喷距为220mm。
100.(八)外观检测及包装入库：通过自动检验设备对制备得到的储能系统用连接导体材料进行外观检验，合格产品流向自动包装设备进行包装。
101.对比例1
102.对型号为北汽ex200型号车辆的动力电池，采用传统连接导体与采用本发明技术制备的连接导体进行对比，结果如表1所示：
103.表1性能测试结果
104.类别现有技术本发明技术电池重量26kg24.7kg电池续航能力300km360km电源使用效率0.70.9导电性能35ms/m38.5ms/m导体生产周期15天6-10小时
105.通过表1可知，采用本发明的制备工艺得到的连接导体生产周期大大缩短为6-10个小时，采用该导体连接片制作的动力电池，重量降低了5％，电池续航能力提高了20％，电池使用效率提高了30％，导电性能增强了10％，各方面的使用性能均得到很大提升，且有效控制了成本，实现了材料效用最大化。
106.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。