ES2237924T3

ES2237924T3 - Fabricacion de un producto esponjoso, poroso, para electrodos de bateria.

Info

Publication number: ES2237924T3
Application number: ES99930608T
Authority: ES
Inventors: Michael F. Cahill; Daniel W. Gibbons
Original assignee: Stork Screens BV
Current assignee: Stork Screens BV
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2005-08-01
Anticipated expiration: 2019-06-23
Also published as: EP1091841B1; JP2002519214A; US6383687B1; DE69923682D1; EP1091841A1; DE69923682T2; WO2000000345A1; ATE288819T1

Abstract

Método de fabricación de una lámina u hoja tridimensional reticulada de material esponjoso de un polímero a partir de una primera masa alargada, preparada, de material esponjoso de polímeros, en el que la primera masa preparada de material esponjoso de polímeros tiene una longitud según el eje (y), una anchura según el eje (x), y altura según el eje (z), siendo dicho eje (y) el eje principal, comprendiendo dicho método de fabricación de la hoja de material esponjoso de polímeros las siguientes etapas: establecimiento de una segunda masa de material esponjoso a partir de dicha primera masa de material esponjoso de polímeros al nuclear dicha primera masa preparada de material esponjoso a lo largo del eje (z) de dicha primera masa preparada, de manera que dicha segunda masa de material esponjoso de polímeros es menor que dicha primera masa preparada de material esponjoso y tiene una forma substancialmente cilíndrica, poseyendo el eje del cilindro en la dirección del eje (z), de manera que dicho eje (z) es el eje principal de dicha segunda masa esponjosa; y proceder al pelado de una hoja de dicho material esponjoso de polímeros desde dicha segunda masa de material esponjoso en un plano como mínimo substancialmente paralelo a dicho eje (z).

Description

Fabricación de un producto esponjoso, poroso, para electrodos de batería.

Sector técnico al que pertenece la invención

La presente invención se refiere a la fabricación de un producto esponjoso, poroso, y a un electrodo realizado a partir de dicho producto esponjoso, poroso. El producto esponjoso, poroso con una carga de un material activo apropiado, es útil como electrodo para baterías.

Antecedentes técnicos

Los productos porosos reticulados, tales como poliuretano esponjoso reticulado, se fabrican de modo general según métodos continuos en forma de bloques o fragmentos cilíndricos. Por ejemplo, en la patente U.S.A. 5.512.222 se da a conocer un método para la fabricación de una placa continua de un material esponjoso de polímeros en el que se introduce una mezcla de reactivos líquidos para un material esponjoso en el fondo de una cubeta cuya parte superior es abierta. La mezcla de material esponjoso se expansiona hacia arriba en la cubeta.

Los bloques, que frecuentemente adquieren una forma parecida a una hogaza de pan, son "pelados" a continuación alrededor del núcleo, que está orientado a lo largo de un eje principal del material esponjoso, de manera típica el eje (x), es decir, la anchura del bloque, o alrededor del eje (y), es decir, la longitud del bloque. Este método permite la mayor flexibilidad para el pelado de tiras continuas alargadas con una máxima anchura, haciendo mínimo el desperdicio. El pelado de esta forma produce un material esponjoso con poros, cuya proporción de aspecto varía de manera periódica de redonda a ovalada.

Esto produce un producto con características físicas que varían en dirección longitudinal, es decir, la dirección del eje (y).

El documento JP-A-03 226 969 da a conocer un método para la fabricación de una hoja reticulada tridimensional de una masa esponjosa polímera en la que el pelado del sustrato se puede conseguir en una dirección paralela a la dirección de evacuación del aire que se genera durante la formación del polímero esponjoso. El sustrato puede ser utilizable como electrodo de una batería.

Existe, no obstante, la necesidad de fabricación de manera continua y eficaz de un artículo poroso en forma de esponja, con forma alargada o de tira, que se puede utilizar, por ejemplo, para la fabricación de electrodos de baterías de alta capacidad y alta densidad. Sería deseable preparar estos artículos de manera que presentaran no solamente las características eléctricas deseadas, sino que fueran asimismo diseñados para conseguir características mecánicas mejoradas.

Características de la invención

La presente invención se refiere a la fabricación de artículos porosos que incluyen materiales esponjosos metálicos que pueden ser utilizados como material matriz para electrodos de baterías que tienen densidades de corriente elevadas y características de capacidad elevadas. Los productos porosos, de manera típica en forma de láminas de un material esponjoso metálico, pueden tener además características de resistencia a la tracción y de alargamiento mejoradas, y baja resistencia. Además, muestran una variación longitudinal de peso más reducida. Una vez dotados de una cierta carga y utilizados como electrodos de baterías, los artículos pueden mostrar una mayor capacidad de la batería, menor variación en la capacidad de las celdas y mayores voltajes durante tasas de descarga elevadas.

Según un aspecto, la presente invención está dirigida a un método de fabricación de una lámina reticulada tridimensional de un material esponjoso de polímeros a partir de una masa preparada, alargada, en primer lugar, de un material esponjoso de polímeros, de manera que la primera masa preparada de material esponjoso de polímeros tiene una cierta longitud en el eje (y), una anchura según el eje (x), y una altura según el eje (z), siendo dicho eje y el eje principal, comprendiendo dicho método de fabricación de la lámina de material esponjoso de polímeros las siguientes etapas:

establecer una segunda masa de un material esponjoso a partir de dicha primera masa preparada de material esponjoso de polímeros nucleando dicha primera masa preparada de material esponjoso a lo largo del eje (z) de dicha primera masa preparada, de manera que dicha segunda masa de material esponjoso de polímeros es más pequeña que dicha primera masa preparada de material esponjoso y tiene forma sustancialmente cilíndrica con el eje del cilindro en la dirección del eje (z), de manera que dicho eje (z) es un eje principal de dicha segunda masa esponjosa; y

proceder al pelado de una lámina de material esponjoso de polímeros de la segunda masa esponjosa conformada en un plano que, como mínimo, es sustancialmente paralelo a dicho eje (z)

En una realización preferente, la invención está dirigida a un método para la fabricación de un electrodo de batería que comprende la preparación de una tira laminar de un material esponjoso tal como se ha indicado anteriormente, recubriendo dicho material esponjoso con un material electroconductor para preparar un elemento de soporte del electrodo, y aplicando un material activo como carga a dicho elemento de soporte de electrodo, de manera que dicha carga activa es introducida en dicho elemento de soporte esponjoso mediante una o varias aplicaciones de pulverización, recubrimiento mediante rodillo o aplicación a presión o vacío.

Según otro aspecto, la invención está dirigida a un aparato para la preparación de una hoja reticulada tridimensional de un material esponjoso de polímeros a partir de una primera masa preparada de un material esponjoso de polímeros, de manera que la primera masa preparada de material esponjoso de polímeros tiene su longitud según el eje (y), la anchura según el eje (x), y la altura según el eje (z), siendo dicho eje y el eje principal, de manera que dicha hoja de material esponjoso de polímeros es fabricada a partir de dicha primera masa preparada por el método anteriormente indicado, cuyo aparato comprende:

medios de fabricación para suministro de material esponjoso para la producción de una masa esponjosa polímera que tiene dirección longitudinal según un eje (y);

medios para establecer una segunda masa de material esponjoso a partir de dicha primera masa preparada de material esponjoso de polímeros, por nucleación de dicha primera masa de material esponjoso a lo largo del eje (z) de dicha primera masa preparada, poseyendo dicha segunda masa una forma sustancialmente cilíndrica y poseyendo un eje principal a lo largo del eje (z); y

medios de corte para el pelado de una lámina de material esponjoso de polímeros a partir de dicha segunda masa de material esponjoso en un plano que, como mínimo, es sustancialmente paralelo a dicho eje (z).

Según otro aspecto adicional, la invención está dirigida a un artículo esponjoso poroso que constituye la segunda masa de material esponjoso producida según el método antes mencionado, cuyo artículo es un artículo de material esponjoso reticulado tridimensional que tiene una superficie externa sustancialmente cilíndrica, y que presenta un radio según el eje (x), un radio según el eje (y), y una altura según el eje (z), de manera que dicho eje (z) es un eje principal del mencionado artículo y dicha superficie externa es cilíndrica, alrededor de dicho eje (z), comprendiendo dicho artículo múltiples poros, proporcionando dicho artículo una proporción de aspecto uniforme de los poros en dirección longitudinal para la lámina de material esponjoso separada por pelado de dicho artículo en un plano que, como mínimo, es sustancialmente paralelo a dicho eje (z).

Breve descripción de los dibujos

Otras características de la presente invención quedarán evidentes para los técnicos de la materia, a las que se refiere la presente invención, después de leer la descripción siguiente, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1A es una vista en perspectiva de una masa esponjosa producida a máquina, en forma de bloque que tiene ejes (x), (y) y (z), y mostrando la práctica actual de lámina de material esponjoso, mostrada en líneas de trazos, separada por pelado de la masa de material esponjoso alrededor del eje (y). La figura 1 es una vista en perspectiva de una masa de material esponjoso preparada que tiene una forma sustancialmente cilíndrica.

La figura 2 es un vista en perspectiva de una masa esponjosa preparada obtenida por nucleado de la masa esponjosa producida a máquina, que puede ser una masa tal como se muestra en la figura 1A.

La figura 3 es una vista en perspectiva de la masa esponjosa preparada de la figura 2, representativa de la presente invención, y mostrando, en líneas de trazos, un elemento laminar de material esponjoso separado por pelado de dicha masa alrededor del eje (z).

Mejor forma de llevar a cabo la invención

El material esponjoso de polímeros producido, en general, como tira de material esponjoso reticulado conductor, puede comprender cualquiera de una serie de formas estirables, incluyendo materiales orgánicos o inorgánicos de células abiertas. También pueden ser útiles materiales esponjosos sintéticos o de fibras naturales, incluyendo papel flexible o productos de madera. Preferentemente, el material del sustrato es un material que tiene celdas abiertas interconectadas. El término "masa esponjosa reticulada" que se utiliza en esta descripción debe incluir todos estos materiales de sustrato.

Son materiales esponjosos polímeros reticulados utilizables, cualesquiera de dichos sustratos polímeros que se utilizan convencionalmente para preparar materiales esponjosos polímeros tales como poliuretanos, incluyendo materiales esponjosos de poliéter-poliuretano o un material esponjoso de poliéster-poliuretano; poliésteres; polímeros de olefinas, tales como polipropileno o polietileno; polímeros de vinilo y de estileno, y poliamidas. Se incluyen dentro de los ejemplos de sustratos polímeros orgánicos preferentes que se pueden conseguir comercialmente las espumas de poliuretano comercializadas por Foamex International, Inc., incluyendo espumas de poliéter-poliuretano, y espumas de poliéster poliuretano.

El artículo fabricado en la presente en la presente invención puede ser designado como artículo poroso al que se hace referencia, en algunos casos, como "producto poroso" o, para mayor comodidad, simplemente como "masa esponjosa". El producto poroso es preferentemente un producto tridimensional de celdas abiertas que tiene hilos conectados de manera continua. Se puede designar este producto como producto que tiene "celdas abiertas interconectadas". El producto poroso adoptará habitualmente forma de hoja, es decir, tendrá una dimensión de grosor menor que su anchura o longitud. Más particularmente, el producto fabricado adoptará forma habitualmente de una tira, que tiene un grosor menor que la anchura del producto, y una anchura que es menor que la longitud del producto.

El material esponjoso inicial, al que se hace referencia usualmente como masa de material esponjoso "fabricado en máquina" o "primera masa preparada" de material esponjoso, puede tener una longitud determinada en la dirección longitudinal. De manera adicional, la masa tendrá una anchura a la que se puede hacer referencia como anchura en dirección transversal. El producto poroso en forma de tira conseguido a partir de la primera masa adoptará una forma plana, es decir, en forma de placa o de hoja formando caras principales frontal y posterior anchas que son habitualmente planas. A título de ejemplo, las masas esponjosas de materiales polímeros producidas a máquina pueden tener anchuras en dirección transversal del orden de 15,2 a 203,2 cm (de 6 a 80 pulgadas) y se pueden fabricar en longitudes continuas que pueden llegar al orden de 304,8 m (1000 pies) o más.

Haciendo referencia a las figuras, y más particularmente a la figura A, la masa esponjosa polímera es producida de manera típica, en primer lugar, como masa esponjosa (1), en forma de segmento cilíndrico o de hogaza de pan, es decir, la "masa esponjosa fabricada a máquina" o bien "primera masa esponjosa preparada". Una primera esponjosa preparada de esta manera tendrá tres ejes, (x), (y), y (z), de acuerdo con la anchura, longitud y altura, respectivamente, tal como se ha mostrado en la figura. Los ejes (x), (y), y (z) se debe comprender que se encuentran formando ángulos de 90º entre sí, si no se indica lo contrario. Se debe comprender que los términos "x", "y", y "z" que hacen referencia a los ejes se utilizan en esta descripción como conveniencia para proporcionar la comprensión de la orientación del material inicial de la masa esponjosa, usualmente haciendo referencia a los dibujos. Estos términos no se deben considerar limitadores de la invención si no se indica ello de manera expresa. La masa esponjosa (1) contendrá poros (5) que pueden ser visibles sobre las superficies de la masa esponjosa (1).

La primera masa esponjosa (1) producida a máquina es sometida a continuación a pelado, según una hoja o según tiras que, de acuerdo con las técnicas anteriormente conocidas, tiene lugar, de modo general, mientras la masa esponjosa (1) fabricada a máquina, preparada, gira alrededor del eje longitudinal (y), tal como se ha representado por la flecha de dirección de la figura 1A. Antes del pelado, se puede llevar a cabo una operación de desgaste de la masa de material esponjoso (1) para eliminar bordes defectuosos y para conformar la masa de material esponjoso (1) para que adopte forma cilíndrica. El giro de la masa esponjosa (1) de este modo se puede facilitar por colocación de un elemento de núcleo de soporte (no mostrado) dentro de una abertura (3) que discurre por el eje de la masa esponjosa (1), producida en máquina y preparada, en la dirección del eje longitudinal (y). La abertura (3) se encuentra, por lo tanto, presente a lo largo del eje (y) de la masa esponjosa (1). La abertura (3) puede ser cortada en la primera masa (1) y puede ser dispuesta a lo largo del mismo eje alrededor del cual la primera masa (1) producida a máquina será obligada a girar. La masa esponjosa producida a máquina (1) tal como entra en contacto con un medio de corte (no mostrado), por ejemplo por el giro alrededor del elemento de núcleo, puede proporcionar el pelado de la masa esponjosa producida en máquina (1), lo cual resulta en la generación por dicha aplicación de una "tira" u "hoja" de material esponjoso
(10).

En el pelado de la masa esponjosa, la tira resultante (10) tendrá una longitud en el eje longitudinal o eje (x) y una anchura en el sentido transversal o dirección del eje (y). La producción de la tira u hoja (10) de material esponjoso, de esta manera, proporciona poros (5) en el material laminar (10), algunos de los cuales serán circulares y otros serán ovalados, de manera que los poros ovalados tienen un eje longitudinal en la dirección del eje (x) o de la producción en la máquina de la masa (1). La rotación del elemento en el sentido de las agujas del reloj, tal como se ha mostrado en la figura 1A, facilita formas de poros (5) con sección transversal circular, ovalada y nuevamente circular según la anchura o eje (y) de la tira (10). Esta variante en la dirección del eje (x) o de la producción en la máquina tiene como resultado la variabilidad de características de la hoja o lámina esponjosa (10), tal como se explicará en mayor detalle a continuación en relación con los ejemplos.

Haciendo referencia a continuación a una realización representativa de la presente invención, en la figura 1 se ha mostrado una segunda masa esponjosa preparada (6) que tiene ejes "x", "y" y "z" orientados de igual manera que en la masa esponjosa (1) de la figura 1A. Los ejes (x), (y) y (z) corresponden a la anchura, longitud y altura respectivamente. Los ejes (x), (y) y (z) están dispuestos según ángulos de 90º entre sí. La segunda masa esponjosa preparada (6) puede ser producida por corte en el exterior de la masa (1) producida en la máquina (figura 1) a efectos de establecer una segunda masa de material esponjoso (6) sustancialmente cilíndrica. Esta masa esponjosa (6) de forma sustancialmente cilíndrica se indicará a continuación como “segunda masa esponjosa” o “masa esponjosa preparada”. Después de la conformación, la segunda masa esponjosa (6) conserva el carácter tridimensional de la masa esponjosa producida en máquina (1), poseyendo ejes (x), (y) y (z) pero teniendo un eje de cilindro en la dirección del eje (z). La segunda masa esponjosa (6) es menor que la masa esponjosa (1) producida en la máquina. Una abertura (7) puede ser introducida en la parte central de la masa esponjosa preparada (6) de forma pasante, de manera que dicha abertura es, como mínimo, sustancialmente paralela al eje (z) de la masa esponjosa preparada (6).

En la figura 2, se ha mostrado una disposición según la invención mediante la cual se obtiene la masa esponjosa preparada (6) en la que la masa esponjosa producida de máquina (1) es cortada por nucleado. Al retirar la segunda masa (6) con respecto a la primera masa (1), se forma una abertura (11) en la primera masa (1). Dicha acción de nucleado tiene lugar de manera esencialmente paralela al eje (z) de la masa esponjosa (1) producida en máquina. Mediante este procedimiento, una parte de la masa esponjosa producida en máquina (1) es preparada como masa esponjosa sustancialmente cilíndrica (6). Igual que en la figura 1, se puede introducir una abertura (7) en la parte central de la masa esponjosa preparada (6) y de forma pasante en la misma, de manera, como mínimo, sustancialmente paralela al eje (z) de la masa esponjosa preparada (6).

En la figura 3, la masa esponjosa preparada (6) en forma cilíndrica es posicionada por medios de fijación (no mostrados) de manera tal que el eje del cilindro se encuentra, por lo menos esencialmente, a lo largo del eje (z). La masa esponjosa preparada (6) es obligada a girar a continuación en la dirección del eje (z). Simultáneamente con la acción de giro, la masa esponjosa preparada (6) es acoplada con medios (no mostrados) para el corte por pelado de una hoja o lámina (4) de material esponjoso a partir de la masa esponjosa (6). Los medios de pelado se disponen de manera que sean, como mínimo, sustancialmente paralelos y, preferentemente, paralelos por completo al eje
(z).

Mediante esta acción de giro y de corte se obtiene por pelado una capa delgada y continua de material esponjoso (4) de la masa esponjosa preparada (6). Dicho pelado tiene lugar en un plano que, como mínimo, es sustancialmente paralelo al eje (z). La producción de la hoja o lámina de material esponjoso (4) da lugar, de este modo, a poros uniformes (5) en la hoja (4) que tienen una forma que, por lo menos sustancialmente, es circular. Se debe observar, no obstante, que la forma de los poros de la figura 3 se ha exagerado a efectos de claridad.

Se prevé que se pueden utilizar medios para la fijación (no mostrados) de la masa esponjosa preparada (6) para facilitar el giro de dicha masa esponjosa preparada (6) alrededor del eje (z). Estos medios de fijación pueden constituir un mandril posicionado por la abertura (7) de la masa esponjosa preparada (6). En el caso en el que la abertura central (7) no exista en la masa esponjosa preparada (6), se prevé además que dichos medios de fijación puedan constituir abrazaderas dispuestas en la parte superior (8) y en la parte inferior (9) de la masa esponjosa preparada (6), de manera que dicha masa esponjosa preparada (6) es desplazable de manera libre en la dirección de rotación alrededor del eje (z). No obstante, se comprenderá que los términos "parte superior" y "parte inferior" se utilizan en esta descripción a efectos de mayor comodidad para proporcionar mejor comprensión del posicionado de los medios de fijación. Estos términos no se deben considerar como limitadores de la invención si no se designan como tales de manera
expresa.

Los medios para el pelado de la masa esponjosa formando un elemento laminar (4) pueden ser cualesquiera, por ejemplo, medios de corte, tales como los conocidos convencionalmente en la industria. Estos medios pueden incluir una cuchilla o similar, o un alambre caliente. Se prevé que la acción de pelado puede tener lugar por avance de la masa esponjosa (6) hacia adentro del dispositivo de corte. Se prevé también que la masa esponjosa (6) pueda permanecer estacionaria y que los medios de corte avancen hacia adentro de la masa esponjosa. De manera alternativa, se encuentra dentro del alcance de la presente invención que la masa esponjosa (6) pueda ser obligada a girar alrededor del eje (z), pero la masa esponjosa (6) puede ser retenida en posición estacionaria, por ejemplo, sin avanzar hacia adelante, de manera que un alambre caliente que discurre por la masa esponjosa (6) de forma espiral puede producir una hoja (4) de material esponjoso.

Con independencia de la forma en la que se produce la hoja esponjosa (4), una hoja representativa de una masa esponjosa polímera producida por el método de la presente invención, será una hoja (4) de material esponjoso de celdas abiertas que tiene un grosor comprendido en una gama aproximada de 0,5 mm a 10 mm. No obstante, dependiendo del tipo y aplicación de la célula de batería, este grosor puede variar. La hoja esponjosa (4) puede tener un número promedio de poros por cm/pulgada dentro de una amplia gama, de manera típica dentro de una gama de 25,4 a 381 p/cm (de 10 a 150 poros por pulgada, ppi). El número promedio de poros por cm/pulgada está determinado por la aplicación. Por ejemplo, para un electrodo adecuado para una batería de níquel y cadmio puede ser deseable utilizar un material esponjoso de polímeros que tiene aproximadamente de 101,6 a 279,4 p/cm (de 40 a 110 ppi). Además, por la presente invención, la forma de los poros del material esponjoso de polímero mostrarán una determinada uniformidad en cuanto a la proporción de aspecto de los poros en dirección longitudinal.

Una aplicación de la hoja esponjosa porosa (4) preferente puede ser su utilización para preparar un electrodo de batería. En esta aplicación, el material precursor puede tener cierta conductividad eléctrica. Para una masa esponjosa de un polímero, esto se puede conseguir utilizando cualquiera de una serie de procedimientos bien conocidos, tales como recubrimiento con un grafito de látex; recubrimiento con un polvo metálico tal como se describe en la Patente USA 3.926.671; recubrimiento sin electrólisis de un metal tal como cobre o níquel; sensibilizado por aplicación de un metal tal como plata, níquel, aluminio, paladio o sus aleaciones, tal como se describe en la Patente USA 4.370.214; aplicación de una pintura que contiene polvo de carbón o un polvo metálico tal como polvo de plata o polvo de cobre; recubrimiento de un formador de poros tal como se describe en la Patente USA 4.517.069 y depósito en vacío de un metal por bombardeo catódico con un metal o aleación tal como se da a conocer en la Patente USA 4.882.232. Un procedimiento adecuado sin electrólisis es el que se da a conocer en la solicitud de Patente europea publicada 0 071 119. Se pueden conseguir comercialmente espumas de poliuretano que se han hecho conductoras por recubrimiento con un grafito de látex de la firma Foamex International, Inc.

Un proceso continuo de fabricación para la preparación de un elemento de soporte de un material esponjoso metálico preferente en forma de hoja utilizando una hoja de material plástico esponjoso de celdas abiertas como material inicial y utilizando recubrimiento electrolítico, ha sido dado a conocer en la Patente USA 4.978.431. Además, la Patente USA 5.300.165 propone un método similar para la fabricación de hojas porosas metálicas a partir de hojas de malla y hojas de tela no tejida, que se pueden unir mediante capas. En el caso en que se realiza de manera preferente un soporte metálico poroso y se procede al recubrimiento electrolítico de una masa esponjosa de celdas abiertas, el recubrimiento es frecuentemente recubrimiento mediante níquel y la hoja de níquel poroso resultante tendrá, en general, un peso comprendido dentro de una gama aproximada de 200 gramos por metro cuadrado, hasta 5.000 gramos por metro cuadrado, cuyos valores en metros cuadrados se miden sobre una cara principal del elemento de soporte resultante de masa esponjosa metálica. De manera más típica, se tratará de un peso de la lámina dentro de una gama aproximada de 400 a 700 gramos por metro cuadrado.

De modo general, si se ha utilizado recubrimiento electrolítico, después de completar el recubrimiento, el artículo metalizado resultante se puede lavar, secar y tratar térmicamente, por ejemplo, para descomponer la sustancia de núcleo del polímero. En algunos casos, el artículo puede ser recogido tal como en una atmósfera reductora o inerte. Con respecto a la descomposición térmica, la Patente USA 4.687.553 sugiere un método de descomposición térmica de varias etapas. De acuerdo con dicha Patente, cuando se aplica un recubrimiento de níquel, se lleva a cabo la descomposición térmica a una temperatura aproximadamente en una gama de valores de 500ºC - 800ºC durante un tiempo aproximado de unas tres horas dependiendo de la masa esponjosa de plástico (sustancia polímera del núcleo), seguido de recocido en atmósfera inerte o reductora a una temperatura comprendida en una gama de 800ºC -
1100ºC.

El sustrato de material esponjoso puede ser dotado de una carga de un material activo. Para preparar un electrodo, el material activo para el electrodo negativo de la batería puede ser un material de almacenamiento de hidrógeno, en general, del tipo de una aleación de almacenamiento de hidrógeno AB_{2} o bien una aleación de almacenamiento de hidrógeno de tipo AB_{5}. En el tipo AB_{2}, A puede ser un elemento con gran afinidad para el hidrógeno, tal como Zr o Ti, y B es un metal de transición tal como Ni, Mn, o Cr. Los elementos de tipo AB_{2} de materiales absorbentes de hidrógeno pueden incluir también las combinaciones binarias ZrCr_{2}, ZrV_{2} y ZrMo_{2}, si bien todo este tipo de materiales absorbentes de hidrógeno se prevén como útiles para la presente invención. La clase AB_{5} de aleaciones se pueden designar como aleaciones de tierras raras (metal Misch) basadas en lantano y níquel. Por lo tanto, A puede quedar representado por lantano, mientras que B se puede definir tal como se ha indicado anteriormente. Los materiales de tipo negativo AB_{5} para electrodos negativos de batería son bien conocidos y se han descrito en la técnica anterior numerosos materiales. Todas estas aleaciones de almacenamiento de hidrógeno se prevén como utilizables en la preparación de un electrodo negativo según la presente invención. Para una batería de níquel cadmio, el material activo de cadmio del electrodo negativo comprenderá cadmio metálico.

En el caso en el que se tenga que formar un elemento de soporte (1) de masa esponjosa metálica para su utilización como electrodo positivo, se podrán utilizar en la presente invención cualesquiera de los electrodos positivos convencionales o que se prevén para su utilización en baterías. De manera típica, este electrodo positivo contendrá un material activo de tipo positivo, compuesto usualmente por un óxido metálico, sobre un soporte. Un material activo de tipo positivo, compuesto usualmente por un óxido metálico sobre un soporte. Un material activo representativo comprende oxihidróxido de níquel. Adicionalmente, para el material activo positivo se puede utilizar un compuesto de intercalación de un metal de transición litiado.

Con independencia de un material activo utilizado, este material será realizado, en general, en forma de pasta o emulsión, utilizando típicamente agua o un disolvente orgánico, si bien se prevé que la utilización de un material activo finamente dividido y seco podrá ser también utilizado. La pasta o emulsión es introducida a continuación en el elemento de soporte esponjoso metálico (1), por ejemplo, por cualquier procedimiento para la introducción de una pasta o material de emulsión en un sustrato de tipo esponjoso, por ejemplo, por recubrimiento mediante rodillo, aplicación por pulverización o presión o aplicación en vacío.

Los electrodos en la batería pueden quedarse parados con un material usual sintético, típicamente no tejido. El separador puede servir como aislante entre electrodos y también como medio para absorber un electrólito, por ejemplo, un electrólito alcalino. Un material separador representativo es una tela no tejida de nilón o de polipropileno. La tela de polipropileno puede ser de polipropileno sulfonado. El separador puede tener, por ejemplo, del orden de 60 a 70 por ciento de porosidad. Una solución utilizable de electrólito para una batería de hidrudo de metal de níquel puede ser una solución acuosa de hidróxido potásico. Esta solución puede contener hidróxido de litio, por ejemplo, 35 por ciento en peso de una solución de electrólito con 1 por ciento de LiOH.

Los siguientes ejemplos muestran formas en las que la invención ha sido llevada a cabo pero no se deben considerar como limitativos de la invención.

Ejemplo 1

Se preparó una masa esponjosa de celdas abiertas, disponible comercialmente, en forma de barras largas con una longitud según el eje (y) superior a 150 metros (m), que estaba constituida por una masa esponjosa de poliuretano calidad Z-110 de la firma Foamex International, Inc. Se cortaron varias masas cortas en forma similar a una hogaza de pan, del elemento de gran longitud y algunas de estas masas fueron sometidas a pelado alrededor del eje (y). Las hojas conseguidas fueron arrolladas en forma de rollo. Se pelaron otras varias masas cortas en forma de hogazas alrededor del eje (z) para preparar hojas que se dispusieron también en forma de rollo. Para los objetivos de este ejemplo, el material de las masas peladas según el eje y se designará como producto comparativo. El material de pruebas de las masas peladas según el eje (z) son el producto de la invención.

Los rollos de cada uno de los materiales esponjosos obtenidos por pelado se hicieron conductores por recubrimiento mediante una pintura basada en carbón. El material esponjoso resultante, que tenía conductividad inicial, fue dotado de recubrimiento electrolítico en el aparato de recubrimiento de tipo continuo de la Patente U.S.A. 5.098.544. El baño de recubrimiento electrolítico era de un baño de níquel-sulfamato mantenido a un pH aproximado de 3,7 y a una temperatura aproximada de 55ºC. El material esponjoso con recubrimiento de níquel fue recocido a continuación a una temperatura de 950ºC durante un tiempo de unos 7 minutos en atmósfera de hidrógeno.

Se cortaron de cada una de las hojas obtenidas por pelado según el eje (y) y según el eje (z), piezas de muestra con dimensiones aproximadas de 20 mm de anchura y 150 mm de longitud. Se pesaron piezas de muestra dotadas de recubrimiento procedentes de 90 rollos de masa esponjosa pelada según el eje (y), y se observó que tenían un peso promedio de 498 gramos por metro cuadrado (g/m^{2}) cuyas unidades en g/m^{2} para este material esponjoso en hojas son un valor convencional en la industria. Se pesaron piezas de muestra dotadas de recubrimiento procedentes de 10 rollos del material esponjoso obtenido por pelado según el eje (z) y se observó que tenían un peso promedio de 505 g/m^{2}. También se midieron las muestras y se observó que tenían un grosor de 1,67 mm y 1,65 mm
respectivamente.

Se insertaron piezas dotadas de recubrimiento obtenidas por pelado de masa esponjosa según el eje (z) en una máquina de pruebas de esfuerzo a la tracción Instron Modelo 4411 para probar la resistencia a la tracción. Los resultados de la pruebas de 24 muestras indicaron una resistencia a la tracción longitudinal expresada en kilos por dos centímetros (kg/2 cm) de 5,93, cuyas unidades en kg/2 cm son convencionales en la industria. Muestras similares de 20 mm x 150 mm sometidas a comprobación mostraron una resistencia a la tracción transversal promedio para las piezas dotadas de recubrimiento de 4,89 kg/2 cm. Esto es comparable con la resistencia a la tracción longitudinal de 5,65 kg/2cm y resistencia a la tracción transversal de 3,38 kg/2 cm para muestras dotadas de recubrimiento de producto obtenido por pelado según el eje (y) probado de la misma manera. Ello representa un incremento de la resistencia longitudinal de 5% y un incremento de la resistencia transversal de 45% para el producto obtenido por pelado según el eje
(z).

Durante las pruebas de tracción, las muestras fueron también evaluadas en cuanto a alargamiento. En cuanto a alargamiento las muestras fueron estiradas con el aparato de tracción y el alargamiento es la distancia desplazada, expresada en forma de porcentaje, para la resistencia a la tracción máxima. Para las muestras obtenidas por pelado según el eje (z), el alargamiento longitudinal fue de 8,02% y el alargamiento transversal fue de 11,9%. Esto es comparable con un alargamiento longitudinal de 6,5% y alargamiento transversal de 12,4% para el material esponjoso pelado según el eje (y), o bien un incremento de alargamiento longitudinal de 23%, con una disminución solamente de 4% en el alargamiento transversal.

Muestras de veinte milímetros (mm) x 150 mm del material obtenido por pelado según el eje (z) y del material obtenido por pelado según el eje (y) se colocaron en un dispositivo de medición de la resistencia especial con sonda de cuatro puntos, con una distancia de 100 mm entre un par de sondas de detección. La resistencia fue registrada como caída de potencial, en milivoltios, necesaria para hacer pasar un amperio. La resistencia en ohmios por centímetro (ohm/cm) fue determinada dividiendo la caída de potencial por la corriente y la longitud. Las resistencias longitudinales del material esponjoso comparativo pelado según el eje (y) y del material esponjoso de la invención pelado según el eje (z) fueron de 0,00157 ohm/cm y 0,00155 ohm/cm, respectivamente. La resistencia transversal para el producto comparativo pelado según el eje (y) era de 0,00234 ohm/cm. Esto se puede comparar con una resistividad de 0,00175 ohm/cm para el producto de la invención pelado según el eje (z), es decir, una mejora de la resistividad de 25%. Los resultados de la resistividad se expresan en la Tabla 1 como proporción de resistencia de la resistividad transversal con respecto a la longitudinal. Para la masa esponjosa comparativa, la proporción de resistencia era de 1,49. Para la masa esponjosa pelada según el eje (z), la proporción de resistencia fue de 1,13. La proporción de resistencia de 1,0 es indicativa de poros perfectamente redondos. Por lo tanto, los datos indican que el producto de la invención pelado según el eje (z) tiene poros alargados ligeramente en la dirección
longitudinal.

Los resultados de todas las pruebas del producto comparativo y asimismo del material de la invención se indican en la siguiente Tabla 1.

TABLA 1

1

Tal como se puede apreciar de la Tabla 1, el pelado según el eje (z) de la masa de polímero proporciona un producto esponjoso con recubrimiento que tiene un alargamiento longitudinal notablemente incrementado, sin sacrificar de manera perjudicial el alargamiento transversal. El alargamiento longitudinal mejorado permite una mayor carga de material activo, lo que posibilita mayores capacidades de batería. El producto de la invención tiene también una resistencia a la tracción longitudinal y transversal altamente incrementadas, lo que es deseable. Además, la resistencia más reducida del producto de la invención posibilita un rendimiento ventajoso de la batería con tasas más elevadas de descarga.

Ejemplo 2

Se utilizó nuevamente un material esponjoso de células abiertas de tipo comercial preparado en forma de masas tipo hogaza de pan, que consistía en el material esponjoso de poliuretano de calidad Z-110 de la firma Foamex, Inc. La masa fue preparada y a continuación se sometieron a pelado tres porciones de la masa u hogaza. Se preparó por pelado un único rollo con una anchura de 300 (milímetros) mm alrededor del eje (x) de una parte, el eje (y) de una segunda parte y del eje (z) de la tercera parte. Cada uno de los rollos fue dotado de un recubrimiento de níquel y revenido igual que en el Ejemplo 1.

Se cortaron muestras con una longitud de 20 mm x 300 mm de anchura de cada rollo y se pesaron. Se determinó el peso de cada muestra en g/m^{2}, igual que en el Ejemplo 1. Se determinó igual que en el Ejemplo 1 la desviación estándar del peso de 140 tiras de la parte de masa separada por pelado alrededor del eje (y), 140 tiras de la parte de la masa pelada alrededor del eje (x), y 140 tiras de la parte de la masa pelada alrededor del eje (z). La desviación estándar para los productos comparativos pelados según de los ejes (y) y (x), así como el material de la invención pelado según el eje (z) se muestran en la siguiente Tabla 2.

TABLA 2

2

Tal como se aprecia en la Tabla 2, se consigue una distribución de peso más uniforme a partir del producto pelado según el eje (z) de la invención.

Claims

1. Método de fabricación de una lámina u hoja tridimensional reticulada de material esponjoso de un polímero a partir de una primera masa alargada, preparada, de material esponjoso de polímeros, en el que la primera masa preparada de material esponjoso de polímeros tiene una longitud según el eje (y), una anchura según el eje (x), y altura según el eje (z), siendo dicho eje (y) el eje principal, comprendiendo dicho método de fabricación de la hoja de material esponjoso de polímeros las siguientes etapas:

: establecimiento de una segunda masa de material esponjoso a partir de dicha primera masa de material esponjoso de polímeros al nuclear dicha primera masa preparada de material esponjoso a lo largo del eje (z) de dicha primera masa preparada, de manera que dicha segunda masa de material esponjoso de polímeros es menor que dicha primera masa preparada de material esponjoso y tiene una forma substancialmente cilíndrica, poseyendo el eje del cilindro en la dirección del eje (z), de manera que dicho eje (z) es el eje principal de dicha segunda masa esponjosa; y

: proceder al pelado de una hoja de dicho material esponjoso de polímeros desde dicha segunda masa de material esponjoso en un plano como mínimo substancialmente paralelo a dicho eje (z).

2. Método, según la reivindicación 1, en el que dicha primera masa de material esponjoso de polímeros es producida en máquina en una forma seleccionada entre el grupo que comprende: un tronco, una hogaza o un bollo.

3. Método, según la reivindicación 1, en el que dichos ejes (x), (y) y (z) forman 90º entre sí.

4. Método, según la reivindicación 1, en el que dicha segunda masa esponjosa conformada es pelada girando dicha masa alrededor del eje (z).

5. Método, según la reivindicación 4, en el que dicha masa esponjosa en giro recibe el contacto de medios de corte.

6. Método, según la reivindicación 5, en el que dichos medios de corte de la masa esponjosa en giro están posicionados paralelamente a dicho eje (z).

7. Método, según la reivindicación 1, en el que el pelado de una hoja de masa polímera proporciona una hoja esponjosa obtenida por pelado que tiene un grosor comprendido aproximadamente entre 0,5 mm y 10 mm.

8. Método, según la reivindicación 1, en el que el pelado de una masa esponjosa polímera proporciona una hoja de masa esponjosa de celdas abiertas.

9. Método, según la reivindicación 8, en el que el pelado de una hoja de masa esponjosa polímera proporciona dicha hoja esponjosa de celdas abiertas que comprende multitud de poros con dimensiones comprendidas entre 25,4 y 381 p/cm (entre 10 ppi y 150 ppi).

10. Método, según la reivindicación 9, en el que dicha multitud de poros de la hoja de masa esponjosa tienen una proporción de aspecto de poros uniforme en dicha dirección longitudinal.

11. Método, según la reivindicación 1, en el que dicha hoja de masa esponjosa pelada tiene longitud según el eje (x), grosor según el eje (y), y anchura según el eje (z).

12. Método, según la reivindicación 1, en el que el pelado de una hoja de masa esponjosa polímera tiene lugar de manera continua produciendo una única hoja continua de dicha segunda masa esponjosa.

13. Método para la fabricación de un electrodo para baterías que comprende la preparación de una tira de material laminar esponjoso por el método de la reivindicación 1, aplicando a dicha masa esponjosa el recubrimiento de un material electroconductor para preparar un elemento de soporte de electrodos y aplicando un material activo de carga a dicho elemento de soporte de electrodos, de manera que dicha carga activa es introducida en dicho elemento de soporte de masa esponjosa mediante una o varias aplicaciones de pulverización, recubrimiento mediante rodillo o aplicación a presión o por vacío.

14. Aparato para la preparación de una hoja reticulada tridimensional de masa esponjosa polímera a partir de una primera masa preparada de masa esponjosa polímera, en el que dicha hoja de masa esponjosa polímera es producida a partir de una primera masa preparada por el método de la reivindicación 1, en el que dicha primera masa preparada de masa esponjosa polímera tiene la longitud según el eje (y), la anchura según el eje (x), y la altura según el eje (z), siendo dicho eje y un eje principal, comprendiendo dicho aparato:

: medios para la producción de un suministro de masa esponjosa que producen una masa esponjosa polímera que tiene dirección longitudinal según el eje (y);

: medios para formar una segunda masa esponjosa a partir de dicha primera masa preparada de masa esponjosa polímera por nucleado de dicha primera masa esponjosa a lo largo del eje (z) de dicha primera masa preparada, poseyendo dicha segunda masa una forma substancialmente cilíndrica y poseyendo un eje principal a lo largo del eje (z); y

: medios de corte para el pelado de una hoja de masa esponjosa polímera a partir de dicha segunda masa esponjosa en un plano que es como mínimo substancialmente paralelo a dicho eje (z).

15. Aparato, según la reivindicación 14, en el que dicho suministro de masa esponjosa adopta una forma seleccionada entre el grupo que consiste en una hogaza de pan, un bollo o un tronco.

16. Aparato, según la reivindicación 14, en el que dicha hoja de masa esponjosa polímera es una hoja de masa esponjosa de celdas abiertas.

17. Aparato, según la reivindicación 14, en el que dicha hoja de masa esponjosa de celdas abiertas consiste en múltiples poros que tienen una relación de aspecto de los poros uniforme en dirección longitudinal.

18. Aparato, según la reivindicación 14, en el que dichos medios de corte están dispuesto paralelamente al eje (z) de dicho suministro de masa esponjosa.

19. Aparato, según la reivindicación 14, que comprende además medios de recubrimiento para recubrimiento de una hoja de masa esponjosa de poliuretano reticulada tridimensional, de celdas abiertas, que tiene multitud de poros con una proporción de aspecto de poros uniforme en una dirección longitudinal con un metal de recubrimiento de uno o más de: cobre, níquel, zinc, cobalto, estaño, hierro o aleaciones de los mismos.

20. Artículo de masa esponjosa porosa que constituye la segunda masa esponjosa producida en el método de la reivindicación 1, cuyo artículo es un artículo esponjoso reticulado tridimensional que tiene una superficie externa substancialmente cilíndrica y que tiene un radio según el eje (x), un radio según el eje (y) y altura según el eje (z), de manera que dicho eje (z) es un eje principal de dicho artículo y dicha superficie externa es cilíndrica alrededor de dicho eje (z), comprendiendo dicho artículo múltiples poros, proporcionando dicho artículo una proporción de aspecto de poros uniforme en dirección longitudinal para una hoja de masa esponjosa separada por pelado de dicho artículo en un plano que como mínimo es substancialmente paralelo a dicho eje (z).

21. Artículo, según la reivindicación 20, en el que dicha multitud de poros tiene dimensiones de poros comprendidas entre 25,4 y 381 p/cm (de 10 ppi a 150 ppi).