(57)【要約】バッテリ電極用のストリップを形成する連続的な電鋳プロセスであって、導電領域と非導電領域に細分された再使用可能なパターンを表面に有しているマンドレルを設けるステップと、前述のマンドレルを電鋳漕を通って移動させ、金属層が導電パターンの形に形成され、ストリップ形状で前述のマンドレルから外される前述の層に対して強さを与えるのに少なくとも充分な厚さを得るまで、マンドレルが電鋳漕内を移動するあいだに前述のマンドレル上に金属層を析出させるステップと、前述の層をマンドレルから分離するステップとを有する形式のプロセスにおいて、前述のストリップを少なくとも１つの後続漕を通って移動させ、この後続漕内ではストリップの後続漕内の通過中に金属の電着が前述のストリップの両面で行われ、各後続漕において少なくとも１０Ａ／ｄｍ２〜３００Ａ／ｄｍ２の電流密度を動いているマンドレルの導電表面と、ストリップの金属表面に加え、電解液の強制された流れを層および前述のストリップの表面上に方向付け、マンドレルの表面の再使用可能な導電パターンは少なくとも１つのバッテリ電極の形状を有し、電解液は硬さを増加させ、耐食性を増加させ、特に、高速の析出をコントロールされた表面あらさおよびコントロールされた析出層の構成と結びつけるのに適している添加物を含んでいる、ことを特徴とする、バッテリ電極用のストリップを形成する連続的な電鋳プロセス。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ電極用のストリップを形成する連続的な電鋳プロセスであって、
導電領域と非導電領域に細分された再使用可能なパターンを表面に有しているマンドレル（１）を設けるステップと、
当該マンドレル（１）を電鋳漕（２）を通過するよう移動させ、金属層が導電パターンの形をとって、ストリップ形状（５）で前記マンドレル（１）から外される前記層に対して強さを与えるのに少なくとも充分な厚さ得るまで、前記マンドレルが電鋳漕内を移動中に前記マンドレル（１）上に金属層を析出させるステップと、
前記層を前記マンドレル（１）から分離するステップとを有する形式のプロセスにおいて、
前記ストリップ（５）を少なくとも１つの後続漕（７）を通過するよう移動させ、当該後続漕内で前記ストリップが後続漕（７）内を移動中に金属の電着が前記ストリップ（５）の両面で行われ、
各後続漕（７、１０、１１）において、少なくとも１０Ａ／ｄｍ２〜３００Ａ／ｄｍ２の電流密度を動いているマンドレル（１）の導電表面と、ストリップ（５）の金属表面に加え、
電解液の強制された流れを前記層および前記ストリップ（５）の表面上に方向付け、
前記マンドレル（１）の表面の再使用可能な導電パターンは、少なくとも１つのバッテリ電極の形を有し、
前記電解液は特に、高速の析出をコントロールされた表面あらさおよびコントロールされた析出層の構成と結びつけるのに適している添加物を含んでいる、
ことを特徴とする、バッテリ電極用のストリップを形成する連続的な電鋳プロセス。
【請求項２】
ＩＳＯ４２８７に相応して表面あらさをＲａ＝３μｍ〜Ｒａ＝１００μｍの範囲に誘導するために、定められた電流密度を加える、請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
前記各後続漕（７、１０、１１）における電解液および析出状態を所望の層構造に応じて変化させて多層生成物を形成する、請求項１または２記載のプロセス。
【請求項４】
前記第１の漕（２）内の電解液に硬化分散質粒子を与える、請求項１から３までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項５】
前記後続漕（７、１０、１１）の電解液内に合金元素を与えて、当該漕内で形成される層に耐食性を与える、請求項１から４までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項６】
前記後続漕（７、１０、１１）内の電解液に硬化添加物を与える、請求項１から４までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項７】
分子１つあたり１つまたは複数のオキソ基および／またはヒドロキシ基および／またはケト基を有する多環式芳香族−脂肪族クラスから添加物を選択する、請求項１から６までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項８】
添加物の分子量は３００〜１０００である、請求項１から７までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項９】
脂肪鎖は少なくとも４個〜８個のＣ原子を含んでいる、請求項７記載のプロセス。
【請求項１０】
前記電解液は、異なる分子量および極性を有する少なくとも２つの異なる添加物の組合せを含む、請求項１から９までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項１１】
加えられる電流密度は少なくとも２０Ａ／ｄｍ２〜３００Ａ／ｄｍ２の範囲である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項１２】
加えられる電流密度は少なくとも４０Ａ／ｄｍ２〜３００Ａ／ｄｍ２の範囲である、請求項１から１１までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項１３】
電解液の強制された流れを多数のノズルを通して前記マンドレル（１）の表面上に強制することで方向づける、請求項１から１２までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項１４】
前記電解液の強制された流れを多数のノズルを通して前記ストリップ（５）の表面上に強制することで方向づける、請求項１から１３までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項１５】
円柱の形を有している、ことを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載のプロセスで使用されるマンドレル。
【請求項１６】
前記マンドレル（１）の表面は、前記シリンダの円周に沿った平行した面を有する絶縁境界の間の導電表面から成る導電パターンを含む、請求項１５記載のマンドレル。
【請求項１７】
前記マンドレル（１）の表面上の導電パターンは電極の構造、有利にはバッテリ格子を有しているか、または電流が最適化される電極設計の構造を有している、請求項１５記載のマンドレル。
【請求項１８】
前記マンドレル（１）の表面上の前記導電領域は表面に対して垂直方向に構造化されており、形成プロセス中に製品に移される溝、ヒロック等を形成する、請求項１５から１７までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１９】
各漕内の各陽極（３、８）は鉛のスクラップから成る、請求項１から１４までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項２０】
各漕内の各陽極（３、８）は再溶解された鉛のスクラップから成る、請求項１から１４、および１９のいずれか１項記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、バッテリ電極用のストリップを形成する連続的な電鋳プロセスに関する。ここでこのプロセスは以下のステップを有する。すなわち導電領域と非導電領域に細分された再使用可能なパターンを表面に有しているマンドレルを設けるステップと；マンドレルを電鋳漕を通過するように移動させ、金属層が導電パターンの形をとって、ストリップ形状で前述のマンドレルから外されるこの層に対して強さを与えるのに少なくとも充分な厚さを得るまで、マンドレルが電鋳漕内を移動中にマンドレル上に金属層を析出させるステップと；前述の層をマンドレルから分離するステップとを有する。さらに本発明はこの電鋳プロセスで使用されるマンドレルに関する。本発明は特に、電極を連続的に有利にはフォイル状および格子状に電鋳によって製造することと、定められた最適な特性を有する製品を得ることに関する。
【０００２】
ＤＥ４４０４８１７Ｃ１には、電鋳によってバッテリの格子を製造するプロセスが記載されている。しかし請求されている不連続のプロセスは、プレート状の陰極上に個々の格子を製造することに制限されている。このようなプロセスはコントロールするのが難しく、充分には経済的でない。さらにバッテリプレート製造の最近の技術は連続的なプロセスに切りかわっている。この連続的なプロセスには電極が「無端」のストリップ形状の、相互に接続された電極の供給材料で提供されることが必要である。競争性のある生産性または優れた生産性を提供し、特性を生み出すあらゆる新たなプロセスは、連続プレート作成プロセスの要求を満たさなければならないであろう。
【０００３】
金属を連続的にシート状またはフォイル状のストリップとして製造する電着プロセスは長い間知られている。
【０００４】
ＵＳ１５６７０７９は、シート状陰極を形成する連続的な電解プロセスを開示している。これは水平移動での単シート状陰極の初期形成、回旋方向において垂直に析出された表面を含み、その後電着を中断させることなく非回旋方向において陰極を移動している表面から分離させる。その後析出を中断して初期に形成された陰極上での析出を続ける。これは垂直面で水平に動かされて行われる。これによって複数のシート状陰極が初期に形成された陰極の表面上に形成される。
【０００５】
ＤＥ５８５６３３は、類似のプロセスにおいて水平シリンダを使用する。
【０００６】
ＤＥ１９７３８５１３Ｃ１は、複数の金属から成る金属フォイルを製造するプロセスに関する。ここでは異なった電解液漕が使用される。
【０００７】
ＵＳ４１６９０１８は、印刷回路内で使用される薄い銅ホイルをアルミニウム担体材料上に電鋳するプロセスを開示している。ここでアルミニウム材料の連続ストリップは、食刻およびすすぎ洗いステップによって準備される。さらに、準備された担体材料を３〜３０ｇ／ｌの濃度の硝酸塩イオンおよび０． ０５〜１０ｇ／ｌの濃度のフッ化物イオンを有する所定の単一組成の銅メッキ浴に通過させる。この浴は約５． ５〜３３Ａ／ｄｍ２（５０〜３００Ａ／ｆｏｏｔ２）の一定の所定の陰極電流密度で操作される。
【０００８】
本願の請求項１の上位概念を形成するのに使用されたＵＳ５２３６５７２は、連続的な製造部分に対する方法を開示している。これは精密なマイクロファブリケーションを必要とする。再使用可能なパターンをその上に有しているマンドレルの表面を電鋳漕に通過させる。マンドレルの表面が漕を通過しているあいだに金属層がマンドレル表面上に蒸着されてパターンが定まる。金属層が選択された厚さまで析出された後、この金属層はマンドレル表面から分離される。
【０００９】
本発明の課題は、製品に対する経済的および技術的要求を満たす、高い生産性と柔軟性を有する連続的な電鋳プロセスを提供することである。前述の課題は請求項１に記載されたプロセスによって解決される。
【００１０】
本発明の目的は、高速の形成、従ってより経済的なプロセス、さらには従来技術で得られるものより高度に最適化された製品を得ることである。このプロセスは異なった設計、異なって層化された複合構造および異なった表面構造の電極の製造において程度の高い柔軟性を提供するので、このような最適化された製品が得られる。
【００１１】
請求項１のプロセスは、前述のストリップを少なくとも１つの後続の漕を通るように移動させ、ストリップが前述の後続漕を通過中に金属の電着がストリップの両面で行われ、各後続漕において少なくとも１０Ａ／ｄｍ２〜３００Ａ／ｄｍ２の電流密度を動いているマンドレルの導電表面と、ストリップの金属表面に加え、電解液の強制された流れを層およびストリップの表面上に方向づけ、マンドレルの表面の再使用可能な導電パターンは少なくとも１つのバッテリ電極の形をとり、電解液は高速の析出をコントロールされた表面あらさと、コントロールされた析出層の構成と結びつけるのに適している添加物を含んでいる、ことを特徴とする。有利には電流密度は表面の粗さを、ＩＳＯ４２８７に従ってＲａ＝３μｍ〜Ｒａ＝１００μｍの範囲に誘導するように定められている。有利な電流密度の範囲は少なくとも２０Ａ／ｄｍ２〜３００Ａ／ｄｍ２であり、さらに有利には少なくとも４０Ａ／ｄｍ２〜３００Ａ／ｄｍ２である。
【００１２】
本発明の最も簡単な実施形態では、後続漕は１つしか設けられていない。しかしさらに後続漕を加えること、およびこれらの各後続漕における電解液を変えること、および析出状態を所望の層構造に応じて変化させて多層生成物を形成することができる。前述した第１の漕および／または前述した後続漕内の電解液に硬化分散質粒子を加えることができる。さらに後続漕の電解液が合金元素を含み、後続漕内で形成された層に耐食性および付加的な硬化性を与えることができる。
【００１３】
添加物は、分子１つあたりに１つまたは複数のオキソ基および／またはヒドロキシ基および／またはケト基を有する多環式芳香族／脂肪族クラスから選択される。添加物の分子量は約３００〜１０００の範囲である。脂肪鎖は少なくとも４個〜８個のＣ原子を含むべきである。この電解液が異なった分子量および極性を有する少なくとも２つの異なった添加物質の組合せを含むのは有利である。
【００１４】
電極ポジションのフィールド内では、上述したような異なったタイプの添加物が加えられる。これらは例えば電着された構造体を硬化させる分散質粒子、さらに耐食性および／または硬さを改善する合金元素、および表面、マイクロ構造体および他の添加物の合併をコントロールする狭い意味での添加物である。
【００１５】
本発明の本質的な特徴は、マンドレル上の層の表面およびストリップの表面上に電解液の強制された流れ（ｆｏｒｃｅｄ ｆｌｏｗ）を与えることである。この強制された流れは、前述のマンドレルの表面またはマンドレル上の層それぞれ、およびストリップの表面上に多数のノズルを通して電解液を強制する（ｆｏｒｃｉｎｇ）ことによって生み出される。
【００１６】
有利には円柱の形を有する特定のマンドレルは本発明のプロセス内で使用されるべきである。導電パターンはマンドレルの表面に設けられる。この導電パターンはシリンダの円周に沿った平行した面を有する（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｓｉｄｅｄ）絶縁境界の間の導電表面を含む。前述したＤＥ４４０４８１７Ｃ１と類似して、この導電パターンは択一的に電極、有利にはバッテリ格子の構造を有しているか、または電流が最適化される格子設計の構造を有している。さらに有利にはマンドレルの表面の導電領域を表面に対して垂直（ｎｏｒｍａｌ）方向に構造化し、形成プロセス中に製品に移される溝、ヒロック等を形成することもできる。
【００１７】
有利には本発明のプロセス内で、各漕において、鉛のスクラップ（ｌｅａｄ ｓｃｒａｐ）または再溶解された鉛のスクラップから成る陽極が使用される。これによって鉛の精錬が有利にはバッテリ電極の製造と、通常は別個に行われる２つのプロセスステップの直接的な組合せとして組み合わされる。本発明のステップはこの新しい組合せにおいてもみられる。
【００１８】
ここで本発明を図面を参照してより詳細に説明する。図は本発明の連続的な電鋳プロセスを実行する装置を示している。この図は装置の主要部分のみを示している。マンドレル１は、陽極３を有する電着槽２の陰極として使用される。ここでこのマンドレルの表面には、製造用に形成された電極の設計に応じて導電領域および非導電領域のパターンに構造化されている。マンドレル１の回転中に金属の析出層が形成されて厚さを増す。マンドレル１の表面上の層の特定の厚さに応じて、引裂に対する充分な抵抗に達した後、この層はポジション４においてストリップ形状５に分離され、ガイドおよびコンタクトロール６によって、陽極８および液中のガイドロール９を有する最初の後続漕７内に導かれる。１０、１１のようなさらなる後続漕は本質的に同じ部分を有している。
【００１９】
このプロセスによって孔のない、設計および特性において完全に最適化された薄い厚さ、例えば５０〜５００μｍの電極が製造される。
【００２０】
実施例
１５ｃｍ×１５ｃｍのサイズを有するバッテリ格子と、格子サイズの５０％の格子領域比を製造するために、マンドレルとして供されるシリンダの表面に格子構造に相応した導電領域が設けられる。ここでこのマンドレルの直径は１ｍであり、長さは１． ２ｍである。このシリンダはＤＥ４４０４８１７Ｃ１に記載されているように電解液に浸され、１０６． ８ｍ／ｈ． の円周方向速度で回転する。電着はシリンダの表面で約８０Ａ／ｄｍ２の電流密度で行われる。鉛の格子ストリップはこのシリンダ上に形成され、８０μｍの厚さを有する層に達してこのシリンダから分離される。その後このストリップは３３ｍの有効長を有する第２の電解液槽に移され、２０Ａ／ｄｍ２の電流密度でのストリップの両表面上の電着によって、０． ５ｍｍの所望の最終的な厚さを得る。製造速度は１分間に９５個の格子である。
【００２１】
上述の明細書、特許請求の範囲および／または添付した図面で開示された特徴は単独でもそれらをどのように組み合わせても、それらの種々の形で本発明を実現するための材料となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の連続的な電鋳プロセスを実行する装置を示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004517217.tif 000031