专利名称：挤胶装置及用该装置制作导电泡沫材料和泡沫镍的方法
技术领域：
本发明涉及一种挤胶装置及用该装置制作导电泡沫材料和泡沫镍的方法，属于电池电极材料领域。
背景技术：
现有技术中泡沫镍的制备方法一般包括以下步骤模芯导电化---电镀镍---热处理，其中模芯导电化的工艺经常采用涂导电胶的方法，实际上就是制作导电泡沫材料(一般是导电海绵)。
一般涂导电胶工艺包括浸胶---挤胶----烘干(在70-110℃)，其中挤胶时用到的对辊如图1所示。其导电胶主要是由石墨、氨水、树脂等组成，导电胶的导电介质是石墨，其粒度在100um以下，在使用过程中，胶体易团聚而导致粒度变大，聚胺脂海绵在浸胶过程中大颗粒胶体堵塞海绵网孔(即形成闭孔)，从而导致导电泡沫材料电阻不均，影响镍网面密度不均匀；胶体颗粒的团聚，如不及时处理，将造成团聚的胶体越来越多，也越来越大，大面积堵塞网孔，失去了泡沫镍多孔材料的意义，特别是影响电池极片覆料，使浆料不能进入网孔内，从而降低电池容量，影响电池性能；如不及时处理，将会产生恶性循环，导致导电胶整体变坏，失去使用价值。
现有技术中采用在生产过程中使用砂磨机来分散大颗粒，通过循环砂磨处理来减小胶体的粒度。其流程为胶槽中的胶---砂磨机---除铁器---过滤机----胶槽。砂磨温度在10-30℃。砂磨机的原理是砂磨介质(一般为小钢珠)在高速运转过程中，依靠介质与胶体的高速碰撞来分散大颗料，减小粒度，然后分散后的胶体通过强力磁铁吸附铁霄介质，通过过滤网进入胶槽。然而上述方法的缺点是砂磨介质在分散胶体时自身也被破坏，形成大量的铁霄，虽然通过强力磁铁能除去大量的铁霄，但仍有少量的铁霄随同胶体一起进入胶槽中，在浸胶过程中同胶体吸附在海绵上，在挤胶过程中铁霄将海绵刺破，而且损坏挤胶对辊。另采用砂磨成本高(需电耗、水耗及设备本身成本)，砂磨介质消耗大。
发明内容本发明的目的在于，克服现有技术中存在的成本高、砂磨介质易进入胶槽损坏海绵和胶辊的问题，从而提供一种挤胶装置及用该装置制作导电泡沫材料和泡沫镍的方法，成本低、对海绵和胶辊无损伤、能消除闭孔、操作简单、生产易实现。
所述挤胶装置包括至少一个挤胶辊和与其相对的挤压表面，挤胶辊和挤压表面之间的间距用于供被挤胶的泡沫材料通过；其特征是至少在其中一个挤胶辊上包覆有薄膜，所述薄膜在挤胶时与被挤胶的泡沫材料相接触并同向运动，用于吸附被挤胶的泡沫材料中的大颗粒胶体，消除被挤胶的泡沫材料中的闭孔。
按照本发明的优选方案，所述挤胶辊和与其相对的挤压表面是由一对有一定间距平行设置的上辊和下辊形成的，所述上辊、下辊中至少有一个是主动辊，它与驱动装置相连，上辊和下辊之间的间距用于供被挤胶的泡沫材料通过。
所述制作导电泡沫材料的方法包括浸胶步骤、挤胶步骤和烘干步骤，在所述挤胶步骤中至少用到一个挤胶辊，通过挤胶辊和与其相对的挤压表面之间的相互挤压挤出多余的导电胶；其特征是至少在用其中一个挤胶辊挤胶的时候增加吸附步骤，所述吸附步骤利用包覆在所述挤胶辊上的薄膜吸附被挤胶的泡沫材料中的大颗粒胶体，消除被挤胶的泡沫材料中的闭孔。
所述制作泡沫镍的方法包括制作导电泡沫材料步骤、电镀镍步骤、和热处理步骤，其中制作导电泡沫材料步骤又包括浸胶步骤、挤胶步骤和烘干步骤，在所述挤胶步骤中至少用到一个挤胶辊，通过挤胶辊和与其相对的挤压表面之间的相互挤压挤出多余的导电胶；其特征是至少在用其中一个挤胶辊挤胶的时候增加吸附步骤，所述吸附步骤利用包覆在所述挤胶辊上的薄膜吸附被挤胶的泡沫材料中的大颗粒胶体，消除被挤胶的泡沫材料中的闭孔。
本发明在挤压对辊的至少一个挤胶辊上(例如最后一道对辊上)包覆薄膜，其主要作用是破孔和吸咐在对辊运转的过程中，经过浸胶后的聚氨酯海绵经过包覆薄膜对辊的时候，对辊对其产生挤压力破坏了海绵中的闭孔，把附在海绵网孔上的胶膜挤穿，在表面张力的作用下使较大颗粒吸附在包覆薄膜上。利用薄膜来去除导电泡沫材料上的闭孔。同时，由于对辊与导电泡沫材料是线接触，且导电泡沫材料是不停在向前运动，所以被擦除的颗粒不会被反吸在导电泡沫材料上。与传统方式相比，本发明的优点在于1.成本低，不需要另购设备及耗材(所用薄膜是成本很低的现成材料，比起磨砂介质的成本相对低许多)，对设备、原材料、及胶无损害。2.能去除涂胶海绵上的闭孔。3.操作简单，生产易实现。由于取消了磨砂过程，所以也就不存在砂磨介质易进入胶槽损坏海绵和胶辊的问题。
图1为现有技术中涂胶工段挤胶对辊示意图。
图2a为本发明实施例采用薄膜包覆挤胶对辊示意图。
图2b为本发明另一实施例采用薄膜包覆挤胶对辊示意图。
图3为含有本发明挤胶装置的涂胶机的示意图。
图4为按现有技术制备的泡沫镍的SEM图。
图5为采用本发明制各方法制备的泡沫镍的SEM图。
具体实施方式实施例一本实施例制备泡沫镍的技术方案包括以下步骤(1)涂导电胶涂导电胶工艺为聚氨脂海绵(或无纺布、纤维等其他泡沫材料或称多孔弹性材料)----浸胶----挤胶----烘干(在70-120℃)，胶的固含量在7-10％、pH值在10-11、温度在10-30℃、粘度在5-20mPa·s。
(2)电镀镍电镀镍工艺可以是硫酸盐体系或氨基磺酸盐体系，可以是一级电镀或多级电镀，本发明采用的是硫酸盐体系一级电镀方式，现有技术中硫酸盐体系的工艺参数如下硫酸镍(NiSO4·7H2O) 200-250(g/L)氯化镍(NiCl2·6H2O) 30-45(g/L)硼酸(H3BO3) 30-45(g/L)PH 3.8-4.4阴极电流密度8-15A/dm2(面积按导电海绵表面积计)温度45-60℃氨基磺酸盐体系工艺参数如下氨基磺酸镍Ni(NH2SO3)2·4H2O 200-450(g/L)氯化镍(NiCl2·6H2O) 20-60(g/L)硼酸(H3BO3) 30-50(g/L)PH 3.8-4.4温度 45-60℃阴极电流密度8-15A/dm2(面积按导电海绵表面积计)(3)热处理热处理工艺是在400-1100℃氢气还原气氛条件下进行。
其中在涂导电胶工艺的挤胶工段，在挤胶的最后一道对辊上均匀包覆薄膜，包覆厚度在1-10mm，薄膜孔密度为50-150PPI(孔径大小由PPI数即孔密度决定)，该薄膜可以是聚胺脂海绵、无纺布、纤维等多孔材料。包覆后的对辊示意图如图2a所示，此即为本发明的挤胶装置的主要部分。图2a中，薄膜3画成展开状是为了便于读者看清其结构，实际使用时薄膜3是包覆于辊上的。
包含有本实施例挤胶装置涂胶机的总体示意则如图3所示，其中标号分别为21电机，22减速器，23皮带，24海绵带，25蜗杆，26蜗轮，1挤胶辊上辊，2挤胶辊下辊，27浸胶辊，28胶槽。涂胶机动力由电机21经减速器22传到蜗杆25，带动蜗轮26联接的一排挤胶辊1同步运动，海绵带24经预压-浸胶-挤胶-复挤工序到挤胶辊2。
在挤压对辊的最后一道对辊上均匀包覆薄膜的主要作用是破孔和吸咐在对辊运转的过程中，经过浸胶后的聚氨酯海绵经过包覆薄膜对辊的时候，对辊对其产生挤压力破坏了海绵中的闭孔，把附在海绵网孔上的胶膜挤穿，在表面张力的作用下使较大颗粒吸附在包覆薄膜上。包覆薄膜可以是聚氨酯海绵、无纺布、纤维等多孔材料，利用薄膜来去除导电海绵上的闭孔。同时，由于对辊与导电海绵是线接触，且导电海绵是不停在向前运动，所以被擦除的颗粒不会被反吸在导电泡沫海绵上。
吸附能力降低后，需要更换包覆膜，本发明的下述实施例中，采用定期更换，设备连续运行十五天后更换。
实施例二如图2b所示，本例中挤胶辊只有一个，它可以是上辊或下辊，而与其相对的另一个辊被一个移动平台所取代，该移动平台可以是一个传送带等。但同样地，在挤胶辊上包覆有上述薄膜。采用传送带时，由于移动平台要连续不断地向一个单一方向运动，它其实相当于一个加大了的挤压辊。
实施例三图略。本例与实施例一不同之处在于它不是在最后一对对辊上包覆有上述薄膜，而是在中间位置的挤胶对辊上。有时，由于后续处理的需要，可能最后一对对辊不适宜包覆有上述薄膜，或者不必一定要限制在最后一对对辊上才能包覆有上述薄膜，此是可采用本实施例。
实施例四图略。与实施例一不同之处在于它不是在最后一对对辊的上辊和下辊上都包覆有上述薄膜，而是只有一个辊包覆有上述薄膜。
实施例五图略。与实施例一不同之处在于它包覆在对辊上的薄膜不只有一层，而是二层或更多层。
实施例六与实施例一不同之处在于薄膜不完全包覆在挤胶对辊表面，而是与所加工海绵同步移动，在对辊前沿接续。(局部包覆)为了更进一步说明本发明以及本发明的有益效果，下面结合实施例一和一个比较例来进描述。
一、实施例和比较例中导电海绵的制作及比较取聚氨酯海绵(孔径110PPI、厚度1.9mm、宽度1000mm)两卷各50m，在同一台涂胶机上涂胶，编号为I、II。I为没有在最后一道挤压对辊上包覆薄膜，II为在最后一道挤压对辊上包覆聚氨酯海绵，聚氨脂海绵规格为厚度5.7mm、孔密度110PPI。涂胶其他工艺条件完全相同胶的固含量为8％、pH值为10-11、速度为50m/h、粘度为10mPa·s、烘干温度为100℃。
其中提到的导电海绵运动速度50m/h是根据设备的实际情况来定的。一般而言，速度下限没有要求(但太慢则降低生效效率)，上限有要求，上限是根据涂胶设备而定，是由浸胶时间决定的，浸胶时间不得低于1分钟。即如果胶槽够大，则速度上限可高。胶浸润海绵时间不够，导致导电泡沫中间层没有完全沾上胶，电阻高，电镀时造成镀不上镍(即漏镀)。
结果发现编号I涂胶海绵上有较多闭孔，II几乎没有闭孔。经测试导电海绵电阻(用万用电表测试10mm*20mm面积的导电海绵电阻)分布如下
由上表可知，编号II电阻分布波动范围明显小于I，按本发明的去除涂胶闭孔的方法所生产导电海绵其电阻均匀性明显好于没有去除涂胶闭孔的导电海绵电阻。
二、实施例和比较例中泡沫镍的制作将上述实施例中的导电海绵I、II在相同工艺条件下电镀(镀430g/m2)，热处理，制成泡沫镍。
其中，电镀工艺条件为硫酸镍(NiSO4·7H2O) 200-250(g/L)氯化镍(NiCl2·6H2O) 30-45(g/L)硼酸(H3BO3) 30-45(g/L)pH 3.8-4.4阴极电流密度8-15A/dm2(面积按导电海绵表面积计)温度45-60℃
热处理工艺条件为在400-1100℃氢气气氛条件下去除聚氨脂骨架。
将泡沫镍I、II分切成50mm*50mm尺寸的小块，分别称重，测试其面密度(单位面积的质量g/m2)，其面密度不良率(面密度合格范围为405-455g/m2)如下
由上表可知，按本发明的去除涂胶闭孔的方法所生产的泡沫镍其面密度不良率明显低于没有去除闭孔的泡沫镍。
三、实施例和比较例中泡沫镍的电镜观察取上述实施例中泡沫镍I、II用扫描电子显微镜进行扫描，得到如图4、5所示的SEM图。其扫描电子显微镜的型号为JSM-5610LV 日本电子株式会社由图4、5可知，图4中泡沫镍的网孔已被堵塞，图5中网孔没有堵塞现象。由上图可以看出，采用本发明的去除涂胶闭孔的方法效果非常明显。
四、利用实施例和比较例中制作的泡沫镍制造电池取上述实施例中泡沫镍I、II各10片，制作电池正极(浆料重量、烘干及碾压条件完全相同)，与储氢合金负极卷绕，装进电池钢壳，注液条件完全相同条件下，制作AA型MH-Ni1800mAh电池，测得电池性能如下
从上表可知，采用本发明所生产的泡沫镍制作的电池与没有去除闭孔所生产的泡沫镍制作的电池相比，其容量、寿命均占较大优势。
上述实施例的结果表明，在涂胶段的最后一道挤胶对辊上均匀包覆薄膜，该薄膜可以聚氨酯海绵、纤维、无纺布等多孔材料，可以有效的去除涂胶闭孔，且成本低，操作简单，生产易实现。
权利要求
1.一种挤胶装置，包括至少一个挤胶辊和与其相对的挤压表面，挤胶辊和挤压表面之间的间距用于供被挤胶的泡沫材料通过；其特征是至少在其中一个挤胶辊上包覆有薄膜(3)，所述薄膜(3)在挤胶时与被挤胶的泡沫材料相接触并同向运动，用于吸附被挤胶的泡沫材料中的大颗粒胶体，消除被挤胶的泡沫材料中的闭孔。
2.如权利要求1所述的挤胶装置，其特征是所述挤胶辊和与其相对的挤压表面是由一对有一定间距平行设置的上辊(1)和下辊(2)形成的，所述上辊(1)、下辊(2)中至少有一个是主动辊，它与驱动装置相连，上辊(1)和下辊(2)之间的间距用于供被挤胶的泡沫材料通过。
3.如权利要求2所述的挤胶装置，其特征是所述薄膜(3)包覆在最后一对挤胶辊的上辊(1)和下辊(2)上。
4.如权利要求1或2所述的挤胶装置，其特征是所述薄膜(3)用于吸附被挤泡沫材料中的粒度大于100微米的大颗粒胶体。
5.如权利要求4所述的挤胶装置，其特征是所述薄膜(3)厚度为1-10毫米，孔密度为50-150PPI。
6.如权利要求4或5所述的挤胶装置，其特征是所述薄膜(3)是聚胺脂泡沫材料或无纺布或纤维制成的薄膜。
7.一种制作导电泡沫材料的方法，包括浸胶步骤、挤胶步骤和烘干步骤，在所述挤胶步骤中至少用到一个挤胶辊，通过挤胶辊和与其相对的挤压表面之间的相互挤压挤出多余的导电胶；其特征是至少在用其中一个挤胶辊挤胶的时候增加吸附步骤，所述吸附步骤利用包覆在所述挤胶辊上的薄膜(3)吸附被挤胶的泡沫材料中的大颗粒胶体，消除被挤胶的泡沫材料中的闭孔。
8.如权利要求7所述的制作导电泡沫材料的方法，其特征是所述吸附步骤中所用到的薄膜(3)厚度为1-10毫米，孔密度为50-150PPI，它是聚胺脂泡沫材料或无纺布或纤维制成的薄膜。
9.如权利要求7或8所述的制作导电泡沫材料的方法，其特征是所述吸附步骤中对辊与被挤的导电泡沫材料是线接触，且导电泡沫材料是单向向前运动。
10.一种制作泡沫镍的方法，包括制作导电泡沫材料步骤、电镀镍步骤、和热处理步骤，其中制作导电泡沫材料步骤又包括浸胶步骤、挤胶步骤和烘干步骤，在所述挤胶步骤中至少用到一个挤胶辊，通过挤胶辊的和与其相对的挤压表面之间的相互挤压挤出多余的导电胶；其特征是至少在用其中一个挤胶辊挤胶的时候增加吸附步骤，所述吸附步骤利用包覆在所述挤胶辊上的薄膜(3)吸附被挤胶的泡沫材料中的大颗粒胶体，消除被挤胶的泡沫材料中的闭孔。
11.如权利要求10所述的制作导电泡沫材料的方法，其特征是所述吸附步骤中所用到的薄膜(3)厚度为1-10毫米，孔密度为50-150PPI，它是聚胺脂泡沫材料或无纺布或纤维制成的薄膜。
12.如权利要求10或11所述的制作导电泡沫材料的方法，其特征是所述吸附步骤中对辊与被挤的导电泡沫材料是线接触，且导电泡沫材料是单向向前运动。
13.如权利要求10或11所述的制作导电泡沫材料的方法，其特征是在浸胶步骤中所用到的胶的固含量在7-10％、pH值在10-11、温度在10-30℃、粘度在5-20mPa·s；在电镀镍步骤中采用硫酸盐体系或氨基磺酸盐体系一级电镀方式或多级电镀方式；热处理步骤是在400-1100℃氢气还原气氛条件下进行。
全文摘要
本发明公开一种挤胶装置及用该装置制作导电泡沫材料和泡沫镍的方法，至少在其中一个挤胶辊上包覆有薄膜，其主要作用是破孔和吸咐在对辊运转的过程中，经过浸胶后的聚氨酯海绵经过包覆薄膜对辊的时候，对辊对其产生挤压力破坏了海绵中的闭孔，把附在海绵网孔上的胶膜挤穿，在表面张力的作用下使较大颗粒吸附在包覆薄膜上。利用薄膜来去除导电泡沫材料上的闭孔，与传统方式相比，本发明的优点在于1.成本低，不需要另购设备及耗材，对设备、原材料、及胶无损害。2.能去除涂胶海绵上的闭孔。3.操作简单，生产易实现。
文档编号B30B9/02GK1704234SQ200410022760
公开日2005年12月7日 申请日期2004年6月4日 优先权日2004年6月4日
发明者李维, 陈永阳, 刘涛, 檀世同 申请人:比亚迪股份有限公司