專利名稱：用以形成做電池電極用的條帶的連續(xù)電成型工藝及在所述電成型工藝中使用的心軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以形成做電池電極用的條帶的連續(xù)電成型工藝，包括如下步驟提供一根心軸，其外表面上具有一可重復(fù)使用的圖案，該圖案被細(xì)分成導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域；使所述心軸經(jīng)過一電成型槽，使得當(dāng)該心軸經(jīng)過該電成型槽時(shí)，一金屬層鍍覆于所述心軸上，直至該金屬層上已經(jīng)出現(xiàn)導(dǎo)電圖案的形狀，并且其厚度至少足以提供使上述金屬層從所述心軸上剝離時(shí)所需的強(qiáng)度；將所述金屬層從所述心軸上剝離。本發(fā)明還涉及一種在所述電成型工藝中使用的心軸。本發(fā)明特別涉及到通過電成型進(jìn)行電極的連續(xù)生產(chǎn)，所述電極最好是呈金屬薄片和柵極形式，并且使所獲得的產(chǎn)品具有特別優(yōu)質(zhì)的性能。
DE 44 04 817 C1描述了一種通過電成型制造電池柵極的工藝。但是該文獻(xiàn)中要求保護(hù)的這種非連續(xù)的工藝僅限于在板狀陰極上生產(chǎn)單一的柵極。這種工藝難以進(jìn)行控制，并且不夠經(jīng)濟(jì)。進(jìn)一步說，電池板生產(chǎn)的現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)改變成連續(xù)式工藝。這種工藝要求以“連續(xù)的”彼此連接的條狀電極供料方式提供電極。任何在生產(chǎn)率和產(chǎn)品性能方面具有競(jìng)爭(zhēng)力或更好的新工藝都將必須滿足連續(xù)制板工藝的要求。
用以生產(chǎn)連續(xù)的金屬薄片或金屬箔條帶的電沉積工藝很久以來就已經(jīng)被人們所了解。
US 1,567,079公開了一種形成片狀陰極的連續(xù)電解工藝，它包括單一片狀陰極在一水平移動(dòng)且豎直放置的表面上沿一卷繞方向初始成型，然后在不間斷電沉積的情況下，沿著與所述卷繞方向相反的方向?qū)⒃撽帢O從所述移動(dòng)表面上分離，然后中斷電沉積，接著當(dāng)所述陰極在一垂直面上水平移動(dòng)時(shí)，在初始成型的陰極上繼續(xù)進(jìn)行電沉積，由此而在初始形成的電極的表面上形成若干張陰極。
DE 585 633在一種類似的工藝中使用了一種水平滾筒。
DE 197 38 513 C1涉及一種用以生產(chǎn)由多種金屬組成的金屬薄片的工藝，其中使用了不同的電解槽。
US 4,169,018公開了一種用以在鋁載體材料上電成型薄的銅箔的工藝，所述鋁載體材料上電成型的薄銅箔在印刷線路板上使用，在所述印刷線路板上，通過腐蝕和漂洗的步驟，形成連續(xù)的鋁材條帶，隨后，使所制備的載體材料經(jīng)過一個(gè)單獨(dú)的預(yù)先選定成分的銅電鍍槽。該電鍍槽中具有濃度為3至30grams/liter之間的硝酸根離子和濃度為0.05至10grams/liter之間的氟化物離子。這一電鍍槽以恒定的預(yù)定陰極電流密度進(jìn)行工作，該電流密度大約在5.5至33A/dm2之間(50-300A/foot2)。
用于構(gòu)成專利權(quán)利要求1前序部分的US5,236,572公開了一種用于要求精確微型制作部件的連續(xù)制造方法，所述US5,236,572被用來表達(dá)專利的權(quán)利要求1的前序部分。一個(gè)其上具有可重復(fù)使用的圖案的心軸的表面經(jīng)過一個(gè)電成型槽。當(dāng)該心軸表面經(jīng)過該槽時(shí)，金屬層淀積在該心軸表面上，從而構(gòu)成了一種圖案。在該金屬層被沉積到所選擇的厚度之后，將該金屬層從所述心軸表面上分離開。
本發(fā)明目的在于提供一種具有高生產(chǎn)率和靈活性的連續(xù)電成型工藝，該工藝滿足產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)要求。這一發(fā)明目的是通過如權(quán)利要求1所定義的工藝而實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的目標(biāo)是取得高成型率，并因此而實(shí)現(xiàn)更加經(jīng)濟(jì)的工藝，以及獲得比用現(xiàn)有技術(shù)獲得的產(chǎn)品更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。之所以能夠獲得這樣一種優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，是因?yàn)楸景l(fā)明所述工藝在生產(chǎn)具有不同圖案、不同的層組合結(jié)構(gòu)以及不同的表面結(jié)構(gòu)的電極方面提供了很大的靈活性。
權(quán)利要求1所述工藝的特征在于使所述條帶經(jīng)過至少一個(gè)后續(xù)電解槽，當(dāng)所述條帶經(jīng)過所述的后續(xù)電解槽時(shí)，對(duì)正在移動(dòng)的心軸的導(dǎo)電表面以及對(duì)在每一個(gè)后續(xù)電解槽中的條帶的金屬表面施加至少10A/dm2的電流密度，該電流密度最高可達(dá)300A/dm2，在所述后續(xù)電解槽中在所述條帶的兩面均發(fā)生金屬的電解沉淀；引導(dǎo)電解液強(qiáng)行流到所述條帶和所述金屬層的表面上，其中，心軸表面的可重復(fù)使用的導(dǎo)電圖案充當(dāng)至少一個(gè)電池電極，并且電解液中含有特別適合于將高沉積率與控制表面粗糙度及控制沉積成分結(jié)合起來的添加劑。
最好是將電流密度設(shè)定在特定值，以便將表面粗糙度控制在ISO4287的Ra＝3μm至Ra＝100μm范圍內(nèi)。較佳的電流密度范圍是從至少20A/dm2至300A/dm2，更好的是從至少40A/dm2至300A/dm2。
在其最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，只提供了一個(gè)后續(xù)電解槽，但可以增加更多的后續(xù)電解槽，并可以按照所需的層結(jié)構(gòu)改變所述多個(gè)后續(xù)電解槽當(dāng)中的每一個(gè)電解槽中的電解液和沉積條件，以形成多層產(chǎn)品。可以在所述的第一電解槽和/或在所述的多個(gè)后續(xù)電解槽中向電解液中加入凝結(jié)分散體顆粒。進(jìn)一步說，上述后續(xù)電解槽的電解液中可以包含合金元素，以對(duì)所形成的多層金屬層提供抗腐蝕性和附加的硬度。
從每分子含有一個(gè)或多個(gè)含氧基團(tuán)和/或羥基團(tuán)和/或酮基團(tuán)的聚芳香烴類/脂肪族類中選擇添加劑。該添加劑的分子量大約在300至1000的范圍內(nèi)。該脂肪族化學(xué)鏈應(yīng)當(dāng)包含至少4至8個(gè)碳原子。優(yōu)選電解液中含有由至少兩種不同物質(zhì)的添加劑組成的組合物，這兩種添加劑具有不同的分子量和不同的極性。
如上所述在電沉積領(lǐng)域可使用不同類型的添加劑，如分散體顆粒，其作用是使被電沉積的結(jié)構(gòu)硬化，另外的合金元素，其作用是改善抗腐蝕性和/或硬度，狹義的添加劑，用來控制其它添加劑的表面、微觀結(jié)構(gòu)和結(jié)合性。
本發(fā)明的主要特征是強(qiáng)制電解液流動(dòng)到心軸的層表面上和條帶上。這種強(qiáng)制流動(dòng)可以通過強(qiáng)行使電解液分別通過眾多的噴嘴流動(dòng)到所述心軸的表面上或心軸的層上以及到達(dá)條帶的表面上而實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的工藝中應(yīng)使用一種特殊的心軸，其優(yōu)點(diǎn)在于具有滾筒的形狀。在該心軸的表面上設(shè)置一導(dǎo)電圖案，它可以包括處于沿著該滾筒的圓周的兩平行側(cè)的絕緣邊界之間的導(dǎo)電表面。該導(dǎo)電圖案還可以具有電極的結(jié)構(gòu)，最好是一種類似于DE 44 04 817 C1中所描述的電池柵極，或者是現(xiàn)行最佳的柵極設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。在最佳實(shí)施方案中還可以在垂直于心軸表面的方向上構(gòu)造心軸表面的導(dǎo)電區(qū)域，以形成溝槽、小凸起或類似的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在成型過程中被轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品上。
在本發(fā)明的工藝中，在任何一個(gè)電鍍槽中使用由鉛碎片或再熔鉛碎片組成的陽極也是優(yōu)選的。由此，鉛的提純與電池電極的生產(chǎn)就有利地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)下要分開完成的兩工藝步驟的直接組合。在這個(gè)新的組合中甚至能夠看見一個(gè)具有創(chuàng)造性的步驟。
現(xiàn)在將參照附圖
進(jìn)一步闡明本發(fā)明，在所述附圖中用一幅圖示意性地表示出一個(gè)設(shè)備，用這個(gè)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的連續(xù)電成型工藝。該圖僅表示了所述設(shè)備的主要部分。按照要生產(chǎn)的電極形狀的設(shè)計(jì)，表面被構(gòu)造成導(dǎo)電圖案和非導(dǎo)電區(qū)域的心軸1被用作電解沉積槽2中的陰極，電解槽2中有一陽極3。當(dāng)該心軸1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，形成金屬沉積，并且其厚度在逐漸增加。當(dāng)該厚度達(dá)到足以抵抗撕裂，即相應(yīng)于心軸1表面上特定的層厚之后，這一層在位置4以條帶5的形式被分離，并通過導(dǎo)引件導(dǎo)引而與輥6相接觸，進(jìn)入第一后續(xù)電解槽7，第一后續(xù)電解槽7中有陽極8和一浸在電解液中的導(dǎo)引輥9。后續(xù)電解槽10、11基本上具有相同的部件。
該工藝能夠生產(chǎn)具有低厚度(例如50至500μm)、無孔洞，而設(shè)計(jì)和性能俱佳的電池。
在上述說明書中、在權(quán)利要求中和/或附圖中所述的特征，無論是單獨(dú)還是任意組合，均為以各種不同形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)資料。
權(quán)利要求
1.一種用以形成一條做電池電極用的條帶的連續(xù)電成型工藝，包括如下步驟提供一根心軸(1)，其外表面上具有一可重復(fù)使用的圖案，該圖案被細(xì)分成導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域；使所述心軸(1)經(jīng)過一電成型槽(2)，使得當(dāng)該心軸(1)經(jīng)過該電成型槽時(shí)，金屬層沉積于所述心軸(1)上，直至該金屬層上已經(jīng)出現(xiàn)導(dǎo)電圖案的形狀，并且其厚度至少足以提供使上述金屬層以條帶(5)的形式從所述心軸(1)上分開時(shí)所需的強(qiáng)度；將所述金屬層從所述心軸(1)上分開；其特征在于，使所述條帶(5)經(jīng)過至少一個(gè)后續(xù)電解槽(7)，當(dāng)所述條帶(5)經(jīng)過所述的后續(xù)電解槽(7)時(shí)，在所述后續(xù)電解槽(7)中，在所述條帶(5)的兩個(gè)面上發(fā)生金屬的電沉積；對(duì)正在移動(dòng)的心軸(1)的導(dǎo)電表面以及對(duì)每一個(gè)后續(xù)電解槽(7，10，11)中的條帶(5)施加至少10A/dm2的電流密度，該電流密度最高可達(dá)300A/dm2；引導(dǎo)電解液強(qiáng)行流到所述金屬層的表面和所述條帶(5)上；其中，心軸(1)表面上的可重復(fù)使用的導(dǎo)電圖案充當(dāng)至少一個(gè)電池電極；電解液中含有特別適合于將高沉積率與控制表面粗糙度及控制沉積成分結(jié)合起來的添加劑。
2.按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，施加特定的電流密度，以根據(jù)ISO 4287，將表面粗糙度控制在Ra＝3μm至Ra＝100μm的范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，按照所需的層結(jié)構(gòu)改變所述多個(gè)后續(xù)電解槽(7，10，11)當(dāng)中的每一個(gè)電解槽中的電解液和沉積條件，以形成多層產(chǎn)品。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，向所述第一電解槽(2)的電解液中加入硬化的分散體顆粒。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，在所述后續(xù)電解槽(7，10，11)的電解液中加入合金元素，以對(duì)所形成的多層金屬層提供抗腐蝕性。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，向所述后續(xù)電解槽(7，10，11)中的電解液中加入硬化添加劑。
7.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，添加劑選自每個(gè)分子含有一個(gè)或多個(gè)含氧基團(tuán)和/或羥基團(tuán)和/或酮基團(tuán)的聚芳香烴類/脂肪族類。
8.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，該添加劑的分子量在300至1000之間。
9.按照權(quán)利要求7所述的工藝，其特征在于，該脂肪族化學(xué)鏈包含至少4至8個(gè)碳原子。
10.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，電解液中含有由至少兩種具有不同分子量和不同極性的不同添加劑組成的結(jié)合物。
11.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，所施加的電流密度是在從至少20A/dm2至300A/dm2的范圍內(nèi)。
12.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，所施加的電流密度是在從至少40A/dm2至300A/dm2的范圍內(nèi)。
13.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，使電解液強(qiáng)行通過眾多的噴嘴流動(dòng)到所述心軸(1)的表面上，而引導(dǎo)電解液的強(qiáng)制流動(dòng)。
14.按照前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，使電解液強(qiáng)行通過眾多的噴嘴流動(dòng)到所述條帶(5)的表面上，而引導(dǎo)電解液的強(qiáng)制流動(dòng)。
15.一種在前述權(quán)利要求1至13中任一權(quán)利要求所述工藝中使用的心軸，其特征在于，該心軸為滾筒形狀。
16.如權(quán)利要求15所述的心軸，其特征在于，所述心軸(1)的表面上有導(dǎo)電圖案，該導(dǎo)電圖案由位于沿著該滾筒的圓周的兩平行側(cè)的絕緣邊界之間的導(dǎo)電表面組成。
17.如權(quán)利要求15所述的心軸，其特征在于，所述心軸(1)的表面上的導(dǎo)電圖案具有一電極的結(jié)構(gòu)，最好是一種電池柵極，或者是現(xiàn)行最佳的電極設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求15至17中任一權(quán)利要求所述的心軸，其特征在于，所述心軸(1)表面上的導(dǎo)電區(qū)域構(gòu)筑在垂直于該心軸表面的方向上，以形成溝槽、小凸起或類似的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在成型過程中被轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品上。
19.如前述任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，任何一個(gè)電解槽中的任何一個(gè)陽極(3，8)由鉛碎片組成。
20.如前述任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，任何一個(gè)電解槽中的任何一個(gè)陽極(3，8)由再熔鉛碎片組成。
全文摘要
一種用以形成一條做電池電極用的條帶的連續(xù)電成型工藝，包括如下步驟提供一根心軸，其外表面上具有可重復(fù)使用的圖案，該圖案被細(xì)分成導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域；使所述心軸經(jīng)過電成型槽，使得當(dāng)該心軸經(jīng)過該電成型槽時(shí)，金屬層沉積于所述心軸上，直至該金屬層上已經(jīng)出現(xiàn)導(dǎo)電圖案的形狀，并且其厚度至少足以提供使上述金屬層以條帶的形式從所述心軸上分開時(shí)所需的強(qiáng)度；將所述金屬層從所述心軸上分開；其特征在于，使所述條帶經(jīng)過至少一個(gè)后續(xù)電解槽，當(dāng)所述條帶經(jīng)過所述的后續(xù)電解槽時(shí)，在所述后續(xù)電解槽中，在所述條帶的兩個(gè)面上發(fā)生金屬的電沉積；對(duì)正在移動(dòng)的心軸的導(dǎo)電表面以及對(duì)每一個(gè)后續(xù)電解槽中的條帶的金屬表面施加至少10A/dm
文檔編號(hào)H01M4/04GK1455830SQ02800124
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月22日
發(fā)明者漢斯·瓦爾利蒙特 申請(qǐng)人:Dsl德累斯頓新材料有限公司