CN1276131C - 用以形成做电池电极用的条带的连续电成型工艺及在所述电成型工艺中使用的心轴 - Google Patents

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Abstract

一种用以形成一条做电池电极用的条带的连续电成型工艺，包括如下步骤：提供一根心轴，其外表面上具有可重复使用的图案，该图案被细分成导电区域和非导电区域；使所述心轴经过电成型槽，使得当该心轴经过该电成型槽时，金属层沉积于所述心轴上，直至该金属层上已经出现导电图案的形状，并且其厚度至少足以提供使上述金属层以条带的形式从所述心轴上分开时所需的强度；将所述金属层从所述心轴上分开；其特征在于，使所述条带经过至少一个后续电解槽，当所述条带经过所述的后续电解槽时，在所述后续电解槽中，在所述条带的两个面上发生金属的电沉积；对正在移动的心轴的导电表面以及对每一个后续电解槽中的条带的金属表面施加至少10A/dm2的电流密度，该电流密度最高可达300A/dm2；引导电解液强行流到所述金属层的表面和所述条带的表面上，其中，心轴表面上的可重复使用的导电图案充当至少一个电池电极，电解液中含有能够提高凝结性、增加抗腐蚀性并且特别适合于将高沉积率与控制表面粗糙度及控制沉积成分结合起来的添加剂。

Description

用以形成做电池电极用的条带的连续电 成型工艺及在所述电成型工艺中使用的心轴
本发明涉及一种用以形成做电池电极用的条带的连续电成型工艺，包括如下步骤：提供一根心轴，其外表面上具有一可重复使用的图案，该图案被细分成导电区域和非导电区域；使所述心轴经过一电成型槽，使得当该心轴经过该电成型槽时，一金属层镀覆于所述心轴上，直至该金属层上已经出现导电图案的形状，并且其厚度至少足以提供使上述金属层从所述心轴上剥离时所需的强度；将所述金属层从所述心轴上剥离。本发明还涉及一种在所述电成型工艺中使用的心轴。本发明特别涉及到通过电成型进行电极的连续生产，所述电极最好是呈金属薄片和栅极形式，并且使所获得的产品具有特别优质的性能。
DE 44 04 817 C1描述了一种通过电成型制造电池栅极的工艺。但是该文献中要求保护的这种非连续的工艺仅限于在板状阴极上生产单一的栅极。这种工艺难以进行控制，并且不够经济。进一步说，电池板生产的现代技术已经改变成连续式工艺。这种工艺要求以“连续的”彼此连接的条状电极供料方式提供电极。任何在生产率和产品性能方面具有竞争力或更好的新工艺都将必须满足连续制板工艺的要求。
用以生产连续的金属薄片或金属箔条带的电沉积工艺很久以来就已经被人们所了解。
US 1,567,079公开了一种形成片状阴极的连续电解工艺，它包括：单一片状阴极在一水平移动且竖直放置的表面上沿一卷绕方向初始成型，然后在不间断电沉积的情况下，沿着与所述卷绕方向相反的方向将该阴极从所述移动表面上分离，然后中断电沉积，接着当所述阴极在一垂直面上水平移动时，在初始成型的阴极上继续进行电沉积，由此而在初始形成的电极的表面上形成若干张阴极。
DE 585 633在一种类似的工艺中使用了一种水平滚筒。
DE 197 38 513 C1涉及一种用以生产由多种金属组成的金属薄片的工艺，其中使用了不同的电解槽。
US 4,169,018公开了一种用以在铝载体材料上电成型薄的铜箔的工艺，所述铝载体材料上电成型的薄铜箔在印刷线路板上使用，在所述印刷线路板上，通过腐蚀和漂洗的步骤，形成连续的铝材条带，随后，使所制备的载体材料经过一个单独的预先选定成分的铜电镀槽。该电镀槽中具有浓度为3至30grams/liter(克/升)之间的硝酸根离子和浓度为0.05至10grams/liter之间的氟化物离子。这一电镀槽以恒定的预定阴极电流密度进行工作，该电流密度大约在5.5至33A/dm2(安/平方分米)之间(50-300A/foot2(安/平方英尺))。
US5,236,572公开了一种用于要求精确微型制作部件的连续制造方法。一个其上具有可重复使用的图案的心轴的表面经过一个电成型槽。当该心轴表面经过该槽时，金属层淀积在该心轴表面上，从而构成了一种图案。在该金属层被沉积到所选择的厚度之后，将该金属层从所述心轴表面上分离开。
本发明目的在于提供一种具有高生产率和灵活性的连续电成型工艺，该工艺满足产品的经济和技术要求。
本发明的目标是取得高成型率，并因此而实现更加经济的工艺，以及获得比用现有技术获得的产品更加优质的产品。之所以能够获得这样一种优质的产品，是因为本发明所述工艺在生产具有不同图案、不同的层组合结构以及不同的表面结构的电极方面提供了很大的灵活性。
根据本发明，一种用以形成一条做电池电极用的条带的连续电成型工艺的特征在于使所述条带经过至少一个后续电解槽，当所述条带经过所述的后续电解槽时，对正在移动的心轴的导电表面以及对在每一个后续电解槽中的条带的金属表面施加至少10A/dm2的电流密度，该电流密度最高可达300A/dm2，在所述后续电解槽中在所述条带的两面均发生金属的电解沉淀；引导电解液强行流到所述条带和所述金属层的表面上，其中，心轴表面的可重复使用的导电图案充当至少一个电池电极，并且电解液中含有特别适合于将高沉积率与控制表面粗糙度及控制沉积成分结合起来的添加剂。
最好是将电流密度设定在特定值，以便将表面粗糙度控制在ISO4287的Ra＝3μm至Ra＝100μm范围内。较佳的电流密度范围是从至少20A/dm2至300A/dm2，更好的是从至少40A/dm2至300A/dm2。
在其最简单的实施例中，只提供了一个后续电解槽，但可以增加更多的后续电解槽，并可以按照所需的层结构改变所述多个后续电解槽当中的每一个电解槽中的电解液和沉积条件，以形成多层产品。可以在所述的第一电解槽和/或在所述的多个后续电解槽中向电解液中加入凝结分散体颗粒。进一步说，上述后续电解槽的电解液中可以包含合金元素，以对所形成的多层金属层提供抗腐蚀性和附加的硬度。
从每分子含有一个或多个含氧基团和/或羟基团和/或酮基团的聚芳香烃类/脂肪族类中选择添加剂。该添加剂的分子量大约在300至1000的范围内。该脂肪族化学链应当包含至少4至8个碳原子。优选电解液中含有由至少两种不同物质的添加剂组成的组合物，这两种添加剂具有不同的分子量和不同的极性。
如上所述在电沉积领域可使用不同类型的添加剂，如分散体颗粒，其作用是使被电沉积的结构硬化，另外的合金元素，其作用是改善抗腐蚀性利/或硬度，狭义的添加剂，用来控制其它添加剂的表面、微观结构和结合性。
本发明的主要特征是强制电解液流动到心轴的层表面上和条带上。这种强制流动可以通过强行使电解液分别通过众多的喷嘴流动到所述心轴的表面上或心轴的层上以及到达条带的表面上而实现。
在本发明的工艺中应使用一种特殊的心轴，其优点在于具有滚筒的形状。在该心轴的表面上设置一导电图案，它可以包括处于沿着该滚筒的圆周的两平行侧的绝缘边界之间的导电表面。该导电图案还可以具有电极的结构，最好是一种类似于DE 44 04 817 C1中所描述的电池栅极，或者是现行最佳的栅极设计的结构。在最佳实施方案中还可以在垂直于心轴表面的方向上构造心轴表面的导电区域，以形成沟槽、小凸起或类似的结构，这些结构在成型过程中被转移到产品上。
在本发明的工艺中，在任何一个电镀槽中使用由铅碎片或再熔铅碎片组成的阳极也是优选的。由此，铅的提纯与电池电极的生产就有利地结合起来，实现了常规下要分开完成的两工艺步骤的直接组合。在这个新的组合中甚至能够看见一个具有创造性的步骤。
现在将参照附图进一步阐明本发明，在所述附图中用一幅图示意性地表示出一个设备，用这个设备可以实现本发明的连续电成型工艺。该图仅表示了所述设备的主要部分。按照要生产的电极形状的设计，表面被构造成导电图案和非导电区域的心轴1被用作电解沉积槽2中的阴极，电解槽2中有一阳极3。当该心轴1转动时，形成金属沉积，并且其厚度在逐渐增加。当该厚度达到足以抵抗撕裂，即相应于心轴1表面上特定的层厚之后，这一层在位置4以条带5的形式被分离，并通过导引件导引而与辊6相接触，进入第一后续电解槽7，第一后续电解槽7中有阳极8和一浸在电解液中的导引辊9。后续电解槽10、11基本上具有相同的部件。
该工艺能够生产具有低厚度(例如50至500μm)、无孔洞，而设计和性能俱佳的电池。
实施例
为生产尺寸为15cm×15cm、栅极区域百分率为栅极尺寸的50％的电池栅极，用直径为1米，长度为1.2米的滚筒表面作为心轴，其导电区域与栅极结构相对应。正如DE 44 04 817 C1中所公开的那样，该滚筒被浸入到电解液中，并以106.8m/h的圆周速度转动。在该滚筒的表面上以大约80A/dm2的电流密度进行电沉积。在所述滚筒上形成铅栅极条带，该条带一旦达到80μm的层厚，即将其从所述滚筒上分离出来。随后将该条带传送到有效长度为33米的第二电解液槽中，并在该条带的两面上以20A/dm2的电流密度进行电解沉淀而达到所需的最终厚度0.5毫米。生产率为每分钟95个栅极。
在上述说明书中、在权利要求中和/或附图中所述的特征，无论是单独还是任意组合，均为以各种不同形式实现本发明的技术资料。

Claims (17)

1.一种用以形成一条做电池电极用的条带的连续电成型工艺，包括如下步骤：
提供一根心轴(1)，其外表面上具有一可重复使用的图案，该图案被细分成导电区域和非导电区域；
使所述心轴(1)经过一电成型槽(2)，使得当该心轴(1)经过该电成型槽时，金属层沉积于所述心轴(1)上，直至该金属层上已经出现导电图案的形状，并且其厚度至少足以提供使上述金属层以条带(5)的形式从所述心轴(1)上分开时所需的强度；
将所述金属层从所述心轴(1)上分开；
其特征在于，
使所述条带(5)经过至少一个后续电解槽(7)，当所述条带(5)经过所述的后续电解槽(7)时，在所述后续电解槽(7)中，在所述条带(5)的两个面上发生金属的电沉积；
对正在移动的心轴(1)的导电表面以及对每一个后续电解槽(7，10，11)中的条带(5)施加至少10A/dm2的电流密度，该电流密度最高可达300A/dm2；
引导电解液强行流到所述金属层的表面和所述条带(5)上；
其中，心轴(1)表面上的可重复使用的导电图案充当至少一个电池电极；
电解液中含有特别适合于将高沉积率与控制表面粗糙度及控制沉积成分结合起来的添加剂。
2.按照权利要求1所述的工艺，其中施加特定的电流密度，以根据ISO 4287，将表面粗糙度控制在Ra＝3μm至Ra＝100μm的范围内。
3.按照权利要求1或2所述的工艺，其中按照所需的层结构改变所述多个后续电解槽(7，10，11)当中的每一个电解槽中的电解液和沉积条件，以形成多层产品。
4.按照权利要求1所述的工艺，其中向所述第一电解槽(2)的电解液中加入硬化的分散体颗粒。
5.按照权利要求1所述的工艺，其中在所述后续电解槽(7，10，11)的电解液中加入合金元素，以对所形成的多层金属层提供抗腐蚀性。
6.按照权利要求1所述的工艺，其中向所述后续电解槽(7，10，11)中的电解液中加入硬化添加剂。
7.按照权利要求1所述的工艺，其中添加剂选自每个分子含有一个或多个含氧基团和/或羟基团和/或酮基团的聚芳香烃类/脂肪族类。
8.按照权利要求1所述的工艺，其中该添加剂的分子量在300至1000之间。
9.按照权利要求7所述的工艺，其中该脂肪族化学链包含至少4至8个碳原子。
10.按照权利要求1所述的工艺，其中电解液中含有由至少两种具有不同分子量和不同极性的不同添加剂组成的结合物。
11.按照权利要求1所述的工艺，其中所施加的电流密度是在从至少20A/dm2至300A/dm2的范围内。
12.按照权利要求1所述的工艺，其中所施加的电流密度是在从至少40A/dm2至300A/dm2的范围内。
13.按照权利要求1所述的工艺，其中使电解液强行通过众多的喷嘴流动到所述心轴(1)的表面上，而引导电解液的强制流动。
14.按照权利要求1所述的工艺，其中使电解液强行通过众多的喷嘴流动到所述条带(5)的表面上，而引导电解液的强制流动。
15.按照权利要求1所述的工艺，其中任何一个电解槽中的任何一个阳极(3，8)由铅碎片组成。
16.按照权利要求1所述的工艺，其中任何一个电解槽中的任何一个阳极(3，8)由再熔铅碎片组成。
17.一种在前述权利要求1至16中任一权利要求所述工艺中使用的心轴，其特征在于，该心轴为滚筒形状，所述心轴(1)的表面上的导电图案具有一种电池栅极的结构，并且所述心轴(1)表面上的导电区域构筑在垂直于该心轴表面的方向上，以形成沟槽、小凸起或类似的结构，这些结构在成型过程中被转移到产品上。
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