MXPA01004054A - Cubierta aislante para bateria hecha de metal formado en hojas laminado en frio y proceso para la fabricacion de las mismas. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a una cubierta aislante para bateria hecha de metal formado en hojas laminado en frio la cual se ha sometido a un proceso de formacion, asi como tambien a un metodo para la produccion de cubiertas aislante para bateria. De acuerdo con el metodo, un revestimiento compuesto de Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi y/o o aleaciones de estos se aplica en al menos un lado de la tira angosta laminada en frio en un bano de electrochapado, por ejemplo, en un bano tipo Watts. Dicho bano de electrochapado tambien contiene particulas electricamente conductivas, por ejemplo carbon, negro de carbon, grafito, TiS2, TaS2, MoSi2. Dichas particulas son depositadas sobre el material de partida al mismo tiempo que Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi o aleaciones de los mismos, durante el proceso de enchapado. El lado de la hoja metalica que exhibe la capa de electrochapado que contiene, por ejemplo, carbon se localiza preferiblemente dentro durante el proceso de formacion realizado para la produccion de la cubierta aislante para bateria. Las baterias proporcionadas con cubiertas aislantes producidas de esta manera exhiben, comparadas con baterias conocidas, un incremento reducido en la resistencia interna, aun en el caso del almacenamiento prolongado.

Description

CUBIERTA AISLANTE PARA BATERÍA HECHA DE METAL FORMADO EN HOJAS LAMINADO EN FRIÓ Y PROCESO PARA LA FABRICACIÓN DE LAS MISMAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere primero a una cubierta aislante para batería hecha de metal formado en hojas laminado en frío, la cual está provista al menos en su interior con un revestimiento producido por electrochapado que contiene Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi y/o sus aleaciones. La invención además se refiere a un proceso para la fabricación de material en tiras para cubiertas aislantes para batería en donde la hoja metálica laminada en frío se proporciona con un revestimiento en un baño de electrochapado . La calidad de las baterías se determina entre otras cosas por cuanto tiempo se pueden retener la capacidad y voltaje nominal garantizados. Entre más alta sea la resistencia interna de la batería, más bajo será el voltaje de la batería en su estado de carga. Una característica importante adicional para la calidad de una batería es su comportamiento o reacción durante el almacenaje prolongado. El almacenaje prolongado causa que la resistencia interna de la batería se incremente. La resistencia interna así como Ref: 128533 también su incremento durante el almacenaje prolongado depende de varios factores: durante la fabricación de la batería, existe un contacto inadecuado frecuentemente entre el electrodo hecho, por ejemplo, de lámina de acero enchapada con níquel y el relleno o carga de la batería hecho de electrolito de dióxido de manganeso EMD, grafito, e hidróxido de potasio. Es decisivo además para el incremento de la resistencia interna de la batería que durante el almacenaje se forme una . capa de óxido/hidróxido sobre la superficie de níquel, la cual actúa de manera similar a una capa de separación y previene el contacto intimo con el relleno o carga. Este fenómeno puede ocurrir aún con las baterías fabricadas recientemente si las cubiertas aislantes para batería proporcionadas con un revestimiento de níquel sobre el interior se oxidan. Los fabricantes de baterías ya han tomado un número de medidas para prevenir estas desventajas. Se conoce, por ejemplo, ranurar la cubierta aislante para batería axialmente para aplicar la presión radial incrementada a lo largo de la ranura durante el llenado o cargado de la batería y así mejorar el contacto con la cubierta aislante para batería. Esto, sin embargo, no reduce uniformemente la resistencia. Se conoce además aplicar polvo de grafito al interior de la cubierta aislante para batería para reducir la resistencia interna de la batería después del llenado o cargado. Tal método es complejo y por consiguiente costoso. La WO 98/18170 describe un proceso para el revestimiento de electrodos durante la producción de electrodos para baterías cubriéndolos con un barniz. El barniz contiene un material activo con el electrodo, un aglutinante, un solvente, y un ácido. Después de que un lado del electrodo se ha revestido, la capa así producida primero se seca antes de que el otro lado del electrodo sea revestido correspondientemente. La solicitud Japonesa JP-A H 9-171802 describe la fabricación de una cubierta aislante para batería, en la cual el interior está proporcionado con un revestimiento orgánico y la carbonización ocurre a través del calentamiento subsecuente de la superficie revestida. La superficie revestida puede además tener capas adicionales de hidróxido de cromo o cromo metálico. El objeto de la invención es crear una cubierta aislante para batería para la fabricación de baterías que se distingan por un incremento reducido en la resistencia interna durante el almacenaje prolongado cuando se comparan con baterías conocidas. Además, se desarrolla un proceso para la producción de material en tiras para la fabricación de tales cubiertas aislantes para batería. Para una cubierta aislante para batería del tipo descrito inicialmente, se propone para este propósito incrustar partículas eléctricamente conductivas en forma dispersada en el revestimiento electrochapado para reducir la resistencia interna de la futura batería, por ejemplo, carbón elemental como carbón fino, grafito, o negro de carbón o, por ejemplo, disulfuro de titanio, disulfuro de tantalio o siliciuro de molibdeno o mezclas de los mismos. Cuando se usa carbón, el contenido de carbón del revestimiento electrochapado es 0.7% a 15%. El grosor del revestimiento electrochapado es preferiblemente 0.2 µm a 8 µm en uno o en ambos lados del material en tiras, el cual se procesa en las cubiertas aislantes para batería. Con respecto al proceso adecuado para la fabricación de material en tiras para tal cubierta aislante para batería se propone que la hoja metálica laminada en frío de grosor de 0.1 a 1 mm usada como el material base se proporcione en al menos un lado con un revestimiento de Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi y/o sus aleaciones en un baño de electrochapado. Como un componente adicional, el baño de electrqchapado contiene partículas eléctricamente conductivas tales como, por ejemplo, carbón elemental como carbón fino, grafito, o negro de carbón o, por ejemplo, disulfuro de titanio, disulfuro de tantalio o siliciuro de molibdeno, por lo cual este/estos componente (s) es/son depositado (s) sobre el material base junto con Ni, Co, Fe, Sn, Inc, Pd, Bi o sus aleaciones durante el electrochapado. Preferiblemente, el lado de la hoja metálica con el revestimiento de electrochapado proporciona que los componentes eléctricamente conductivos se enfrenten interiormente cuando la hoja metálica se forma en una cubierta aislante para batería. Las baterías con cubiertas aislantes para batería fabricadas por medio de tal proceso se distinguen por un incremento reducido en la resistencia interna durante el almacenaje prolongado cuando se comparan con baterías conocidas. Además, la misma resistencia interna inicial de la baterías cuyas cubiertas aislantes para baterías son fabricadas de acuerdo con el proceso inventivo puede ser de manera significativa más baja que las de las cubiertas aislantes para batería convencionales, las cuales son, por ejemplo, hechas simplemente de lámina de acero enchapada con níquel.

Se logran dichas ventajas con respecto a la resistencia interna de la batería, en particular, con revestimientos que combinan los elementos níquel, cobalto, y grafito. Sin embargo, las capas depositadas usando hierro, estaño, indio, paladio y bismuto, o aleaciones de dichos elementos, también han comprobado ser adecuadas para los revestimientos de la cubierta aislante para batería. Cuando se usa carbón suspendido en el baño de electrochapado, las partículas eléctricamente conductivas finamente distribuidas de carbón elemental (grafito o negro de carbón) llegan a ser principalmente de consideración. El tamaño de partícula preferiblemente varía desde 0.5 a 15 µm. Para lograr la incrustación propuesta del carbón en forma dispersada dentro del revestimiento electrochapado, una modalidad del proceso propone que un flujo uniforme se produzca en el baño de electrochapado durante el proceso de enchapado. Para lograr este flujo uniforme, el baño de electrochapado se hace preferiblemente circular de manera uniforme. Una velocidad forzada del flujo del electrólito de 6 a 10 m/s ha probado ser particularmente adecuada. Una modalidad adicional de la invención propone que el baño de electrochapado contenga substancias que reducen la coagulación y/o estabilización de la suspensión para lograr una distribución uniforme de las partículas eléctricamente conductivas sin las concentraciones relacionadas con el tiempo o local. También puede ser ventajoso proporcionar el baño de electrochapado con substancias que reducen la coagulación y/o estabilización que resulta en revestimientos duros frágiles, como es el caso, por ejemplo, con así llamados abrillantadores. Además, las substancias agregadas también pueden actuar como agentes que reducen el poro o abrillantamiento. En una modalidad del proceso, la deposición del electrochapado ocurre en varias etapas, en donde el baño de electrochapado contiene carbón elemental en al menos una de estas etapas. El material es preferiblemente templado entre las etapas de tratamiento de electrochapado. Un tratamiento final con calor, es decir, al final de la deposición sencilla o de etapas múltiples, también se puede proporcionar. El templado térmico toma lugar en una atmósfera de gas protectora a una temperatura que varía desde 550 °C a 920 °C como una función de la calidad del acero usado. El templado térmico causa que el substrato se recristalice y el niquel/cobalto/hierro/estaño/indio/paladio/bismuto se deposite para esparcirse en el material base. Además de la recristalización real del substrato para permitir la formación subsecuente, esto también resulta en la buena adhesión de la capa de procesamiento al material de base durante la formación y, adicionalmente, buenas propiedades de protección contra la corrosión del producto. En la deposición de etapas múltiples, en donde el baño electrolítico contiene carbón en al menos una de estas etapas, las etapas se pueden ordenar en sucesión inmediata de modo que los diferentes revestimientos parciales sean depositados sucesivamente en una operación en funcionamiento. Sin embargo, el tratamiento con calor mediante el templado del material también se puede introducir entre las etapas de electrochapado para lograr la difusión parcial de la capa metálica depositada en el material base. Además es posible trabajar en tres o más etapas, por lo cual una etapa de enchapado con partículas de carbón se ejecuta entre dos o más enchapados con electrólitos libres de grafito. En este caso, también, el tratamiento con calor mediante el templado se puede proporcionar entre las etapas de enchapado individual. El material base para la fabricación de las cubiertas aislantes para batería es una tira laminada en frío, la cual en forma electrochapada con níquel se usa ampliamente para la fabricación de cubiertas aislantes para batería. De acuerdo con la invención, el baño de electrochapado no solo comprende Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd y/o Bi sino también partículas conductivas de carbón fino, grafito, negro de carbón, TaS2 (disulfuro de tantalio) , TiS2 (disulfuro de titanio) o MoSi2 (siliciuro de molibdeno) finamente distribuidas en la forma de una suspensión. Durante el tratamiento electrolítico de la hoja metálica laminada en frío, seguido previo al desengrasado, enjuagado, baño químico, enjuagado, etc., una deposición junta de tanto los elementos antes mencionados como las partículas conductivas se forma sobre la superficie. Existen dos métodos diferentes para lograr la aplicación uniforme a las superficies revestidas y para mantener el estado y la composición de la constante del electrólito: En el primer método, por ejemplo, las partículas de carbón finamente distribuidas o grafito o negro de carbón con un tamaño de partícula que varía desde 0.5 a 15 µm se suspenden en el electrólito, por ejemplo, un electrólito de níquel tipo Watts, y se mantienen en suspensión mediante la agitación fuerte del baño de electrólito. Para lograr este movimiento, se puede usar un mezclador o un flujo forzado producido de alguna otra manera. El segundo método también usa agitación mecánica del baño de electrochapado. Además, sin embargo, los aditivos son agregados al baño de electrochapado para mantener la suspensión uniforme y prevenir la floculación y la coagulación de las partículas. Es ventajoso depositar la capa metálica que contiene las partículas eléctricamente conductivas y, en particular, el carbón en solo un lado de la lámina de acero, principalmente en el lado que subsecuentemente formará el interior de la cubierta aislante para batería terminada. Esto resulta en un proceso de fabricación eficiente y además hace posible retener la superficie habitual por el exterior de la cubierta aislante para batería. Sin embargo, puede ser ventajoso para las aplicaciones especiales si una capa metálica que contiene carbón también está presente en el exterior de la cubierta aislante para batería. En este contexto, la resistencia de contacto reducida de la cubierta aislante para batería o las propiedades tribológicas mejoradas pueden, por ejemplo, ser el objetivo. La formación de la cubierta aislante para batería se realiza por uno de los procesos conocidos per se usando la formación de etapas múltiples mediante el planchado o revenido profundo de la hoja así procesada de acuerdo con la invención.

La tira de acero laminada en frío se puede tratar, por ejemplo, en una planta diseñada especialmente para el procesamiento de tiras o láminas como sigue: • desengrasado electrolítico con alta densidad de corriente de 30-50 A/dm2 • enjuagado • baño químico con 3-5% de ácido sulfúrico • enjuagado • enchapado con níquel en un baño de níquel tipo Watts que tiene la siguiente composición • níquel 50-80 g/1 como sulfato de níquel cloruro 10-30 g/1 como cloruro de níquel ácido bórico 35-45 g/1 carbón 20-80 g/1, tamaño de partícula 0.5- 15 µm valor de pH 2.1-3.5 temperatura 55-80°C densidad de corriente 5-20 A/dm agitación laminar principalmente, turbulencia parcialmente • flujo de electrólito 6-10 m/s Una variante adicional del procesamiento mediante electrochapado consiste en la adición al baño de substancias que previenen la coagulación y estabilización de la suspensión. Estas pueden ser, por ejemplo, productos de condensación de formaldehído y ácido naftalensulfónico, además etilenglicol y etilen alcohol. En este caso, la agitación turbulenta puede ser algo reducida, por lo cual un flujo de electrólito de 2-8 m/s ha probado ser adecuado. Las capas de níquel producidas como se específico anteriormente miden 0.2-8 µm. El contenido de grafito (C) en la capa de níquel es 0.7 - 15%. Además se ha encontrado que en lugar de níquel en la capa de dispersión C, cobalto, hierro, estaño, indio, paladio, bismuto y/o sus aleaciones se pueden usar ventajosamente, por lo cual la composición del baño de cobalto que incluye grafito corresponde al baño de níquel antes mencionado.

Ejemplo 1: El material en tiras de acero de grosor de 0.2 -0.45 mm es níquel enchapado en un baño de níquel después del desengrasado, enjuagado, baño químico, enjuagado, como sigue: Composición del baño de níquel: Níquel 60 g/1 como sulfato de níquel Cloruro 30 g/1 como cloruro de níquel Acido bórico 40 g/1 Grafito 40 g/1, tamaño del grano 1-f µm Valor de pH 2.3 Temperatura 60°C Densidad de corriente 15 A/dm2 Agitación turbulenta Flujo de electrólito 6-10 m/s 'El revestimiento así producido contiene aproximadamente 1.7% de grafito.

Ejemplo 2: La composición del baño de níquel corresponde a aquella dada en el Ejemplo 1. Sin embargo, se adicionaron agentes de estibilización de la suspensión y substancia que previene la coagulación. La agitación es más moderada; el flujo del electrólito es solo de manera aproximada 4 m/s. El contenido de grafito de la capa de níquel depositada es 9.0%.

La estructura de la capa producida de acuerdo con los Ejemplos 1 y 2 puede tener la siguiente composición: El espesor total de la capa de 0.2 -2 µm se produce con inclusiones de grafito. De acuerdo con una variante, una capa de níquel de 1.0-1.5 µm sin inclusiones de grafito se puede producir primero. Después del templado y la pasada de endurecimiento superficial, se deposita una capa adicional de aproximadamente 0.3-0.5 µm con inclusiones de grafito.

Ejemplo 3: Fabricación de Níquel-Cobalto con Inclusiones de Grafito Para la producción de revestimientos de níquel cobalto con inclusiones de grafito, el grosor y composición del material en tiras usado son idénticos al Ejemplo 1. El pretratamiento también es idéntico. Primero, se deposita níquel puro del electrólito como se describe en el Ejemplo 1, sin inclusiones de grafito. Después del templado y la pasada de endurecimiento superficial la segunda capa se produce en un electrólito de cobalto con inclusión de grafito. Un revestimiento de cobalto puro con inclusiones de grafito también es posible.

Ejemplo 4: Fabricación de Aleaciones de Ferroníquel con Inclusiones de Carbón (Grafito, Negro de Carbón) Después del pretratamiento conocido (ver Ejemplo 1) , la superficie de la tira se revistió con un electrólito de la siguiente composición: Níquel 47 g/1 como sulfato de níquel Cloruro 15 g/1 como cloruro de níquel Fierro 1-4 g/1 como sulfato de fierro (II) Acido bórico 45 g/1 Grafito 40 g/1, tamaño del grano 1-8 µm Valor de pH 2.3 Temperatura 60°C Densidad de corriente 2-12 A/dm¿ Contenido de Fe en el precipitado 4-55% dependiendo de la concentración de Fe y la densidad de corriente Ejemplo 5: Fabricación de Aleaciones de Níquel y Estaño con Inclusiones de Carbón (Grafito, Negro de Carbón) Estaño 25 g/1 como cloruro de estaño Níquel 60 g/1 como cloruro de níquel Fluoruro 30 g/1 como bifluoruro de amonio Grafito 30 g/1, tamaño del grano 1-8 µm Valor del pH 4.5 Temperatura 60°C Densidad de corriente 1-4 A/dm2 Contenido de Sn en el precipitado 30-40% dependiendo de la densidad de corriente y la temperatura.

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (16)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. La cubierta aislante para batería hecha de metal formado en hojas laminado en frío, la cual está provista al menos en su interior con un revestimiento producido por electrochapado que contiene Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi y/o sus aleaciones caracterizada porque: para reducir la resistencia interna de la futura batería, las partículas eléctricamente conductivas son incrustadas en forma dispersada en el revestimiento electrochapado, por ejemplo, carbón elemental en la forma de carbón fino, grafito o negro de carbón o, por ejemplo, disulfuro de titanio, disulfuro de tantalio o siliciuro de molibdeno o mezclas de los mismos.

2. La cubierta aislante para batería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido de carbón del revestimiento electrochapado es 0.7% a 15%.

3. La cubierta aislante para batería de acuerdo con la reivindicación 1 o reivindicación 2, caracterizada porque el grosor del revestimiento electrochapado es 0.2 µm a 8 µm en uno o en ambos lados.

4. El proceso para la fabricación de material en tiras para cubiertas aislantes para batería caracterizado porque se proporciona una hoja metálica laminada en frío de grosor de 0.1 a 1 mm en al menos un lado con un revestimiento de Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi y/o sus aleaciones en un baño de electrochapado, por lo cual el baño de electrochapado comprende como un componente adicional partículas eléctricamente conductivas tales como, por ejemplo, carbón elemental como carbón fino, grafito o negro de carbón o, por ejemplo, disulfuro de titanio, disulfuro de tantalio o siliciuro de molibdeno, por lo cual este/estos compuesto (s) es/son depositado (s) sobre el material base durante el electrochapado junto con Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi o sus aleaciones.

5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el lado de la hoja metálica con el revestimiento electrochapado provista con los componentes eléctricamente conductivos se enfrenta hacia adentro cuando la hoja metálica se forma en una cubierta aislante para batería .

6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 3 o reivindicación 4, caracterizado porque el carbón se suspende en el baño de electrochapado como partículas de carbón, grafito, o negro de carbón finamente distribuidas.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por un tamaño de partícula de las partículas de carbón, grafito o negro de carbón de 0.5 a 15 µm.

8. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque en el baño de electrochapado durante el proceso de electrochapado se produce un flujo uniforme.

9. El proceso de acuerdó con la reivindicación 8, caracterizado porque el flujo uniforme se produce por agitación mecánica, circulación, o inundación.

10. El proceso de acuerdo con la reivindicación 8 o reivindicación 9 caracterizado porque, una velocidad forzada del flujo del electrólito de 6 a 10 m/s.

11. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el baño de electrochapado contiene substancias que reducen la coagulación y/o estabilización de la suspensión.

12. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque el baño de electrochapado contiene substancias que conducen a revestimientos duros frágiles (llamados abrillantadores) .

13. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 12, caracterizado porque el baño de electrochapado contiene un agente abrillantador o que reduce los poros.

14. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 13, caracterizado porque la deposición del electrochapado se realiza en varias etapas y cuando menos una de esas etapas del baño de electrochapado contiene carbón elemental.

15. El proceso de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el material se trata con calor o se templa entre las etapas de tratamiento de electrochapado.

16. El proceso de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque, el material se trata con calor, particularmente templado, al final de las etapas del tratamiento de electrochapado. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una cubierta aislante para batería hecha de metal formado en hojas laminado en frío la cual se ha sometido a un proceso de formación, así como también a un método para la producción de cubiertas aislante para batería. De acuerdo con el método, un revestimiento compuesto de Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi y/o o aleaciones de estos se aplica en al menos un lado de la tira angosta laminada en frío en un baño de electrochapado, por ejemplo, en un baño tipo Watts. Dicho baño de electrochapado también contiene partículas eléctricamente conductivas, por ejemplo carbón, negro de carbón, grafito, TiS2, TaS2, MoSi2. Dichas partículas son depositadas sobre el material de partida al mismo tiempo que Ni, Co, Fe, Sn, In, Pd, Bi o aleaciones de los mismos, durante el proceso de enchapado. El lado de la hoja metálica que exhibe la capa de electrochapado que contiene, por ejemplo, carbón se localiza preferiblemente dentro durante el proceso de formación realizado para la producción de la cubierta aislante para batería. Las baterías proporcionadas con cubiertas aislantes producidas de esta manera exhiben, comparadas con baterías ?AJa/SOOl/ os-y conocidas, un incremento reducido en la resistencia interna, aún en el caso del almacenamiento prolongado. ??/0-/?6D/ l ^os- f