镍锌电池及其制造方法技术

一圆柱形镍锌电池，其包括一电池外壳，一电极组和电解液，该电解液被置于电池外壳内。该电极组包括一镍正极，一锌负极和位于两者之间的隔膜，其中其上端与盖帽相连。该镍正极和锌负极具有一个边侧部位，其外侧暴露并向内弯曲以分别形成正极和负极导电末端，且复合隔膜的侧边密封在一起因此该电极被容纳在该隔膜内。该电池具有结构简单、组装方便、成本低、安全性高、可长时间储存、可有效抑制枝晶的生长、较长的使用寿命、强抗震动能力和良好的大电流放电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种镍锌电池及一种该镍锌电池的制造方法，尤其涉及一种可充电圆柱形镍锌电池结构，该电池结构可有效抑制镍锌电池内的、与电流不平衡分布相伴而生的枝晶的生长和崎变问题。
技术介绍
环境问题的不断增长和环境状况的不断恶化已促使很多国家出台了严格的环境法规，也使绿色和低碳经济成为时代趋势。由于在网络和电子产品的繁荣的同时，石油价格高企不下，以此使得可充电电池成为了新的不断增长的市场。尤其是混合电动车(HEV)，插入式混合电动车(PHEV)和电动车(EV)市场的迅猛增长导致人们迫切需要更高能效、更强动力、更稳定和对环境更加友好的电池。传统的电池技术，如铅酸电池和镍镉电池无法满足与新的环境标准相关的市场需求。另外，这些电池也不符合环境保护的要求。尽管锂电池在便携式电子产品领域的应用取得了非凡成功，但是因其含功率不足，价格高昂和安全风险较高而无法满足大型系统的要求。新兴的镍锌电池技术具有满足各种应用需求的潜力。一个传统的镍锌电池包括一电池外壳，一电极组和电解液，该电解液被置于电池外壳内。电极组包括一镍正极(nickel cathode)，一锌负极(zinc anode)和位于两者之间的隔膜。镍锌电池是一种大功率高能量可充电电池，其在具有高安全性和低制造成本的优势的同时还没有与铅、镉和/或汞相关的环境污染。 镍锌电池具有诸多优点，但也有着其不利的一面。例如，锌枝晶就是镍锌电池中的常见问题，也是一种常见的导致电池无法使用的原因。锌枝晶产生在电池的再充电期间，也就是当活性材料锌从其氧化态(ZnO)在电极上被还原成金属锌的过程中(如电极被充电的过程中)。取决于充电情况，该金属可能会以枝晶的形式沉积下来。更重要的是所形成的枝晶可能会穿透隔膜将正极和负极连接在一起，因而使电池功能失效。因此，对镍锌电池，有必要解决枝晶生长这一问题。 另外，镍锌电池中的电流分布不均是导致电极变形和枝晶形成的另一原因。在传统的镍锌电池的结构设计中，使用一个或多个极耳(tab)作为电极导电导线，其常常与集流体衬底结合连接并与电池的盖帽和钢制外壳相连。这种方法所导致的问题是电流的不平衡分布，在距离极耳近的位置电流强度较高而距离极耳远的位置电流强度较低。以此所导致的结果是电极，尤其是锌负极很可能会在充电或放电过程中发生变形。这种由于电流的不平衡分布所引起的变形可能会导致枝晶的生长和电池短路，因此会大大降低电池的循环使用寿命。另外，在使用极耳的设计中，电流必须经过一个较长路径才能通过极耳到达电极的各个部分，因而降低了充电效率，增大了内阻和生成大量的热。 因此，传统的镍锌电池无法实现大电流放电，其应用也受到了限制。此外，一般情况下，隔膜的耐热性较差，很容易在极耳的焊接过程中被损坏。 在传统的镍锌电池中使用防枝膜是防止枝晶的一个手段。然而，防枝膜无法耐受较高温度，其常常在焊接过程中被损坏。换句话说，在传统的镍锌电池中使用防枝膜进一步导致因该精致隔膜所引起的制造装配困难并导致解决枝晶问题的失败。因此，对镍锌电池来说，目前存在克服电流的不平衡分布和电极变形的需要。 为了降低镍锌电池中的枝晶的形成，人们已经付出诸多努力。例如阿德列等(美国专利5，453，336和5，302，475)教导人们使用碱金属基的氟化盐和碳酸盐来降低重复充电过程中锌电极的形状改变。斯帕兹安特等(美国专利4，181，777)公开一种用添加剂如多聚糖或山梨醇来阻止电池放电过程中的锌枝晶的形成。比尔敕埃利等(美国专利4，041,221)公开了可用作为负极添加剂的无机钛酸盐。瑞姆佩欧等(美国专利3，954，501)公开了一种用非烧结不联接的疏水线性氟有机高分子化合物作纤维网络添加于电极中来增强电池中气体的复合、电池容量的增加和电池循环寿命的提高。克里恩等(美国专利6，087，030)公开了一种在锌负极中添加一种与与氢氧化钾水溶液一起使用的使反应速率加速的金属化合物如铟、镓、锗、锡化合物等。拉森等(美国专利4，857，424)公开了一种碱性锌电化学电池，其含有一种硅化的成膜有机润湿剂从而具有抑制锌腐蚀和氢气产生数量的功能。卡柯(美国专利4，022，953)公开了一种锌电极结构，该锌电极结构含有镉，如金属镉或可在锌原料中被电化学转为金属镉的镉化合物，该金属镉具有一定大小的粒子尺寸和比表面积。卡柯(美国专利5，863，676)公开了一种锌酸钙组分在锌电极中的应用。卡柯(美国专利5，556，720)公开了一种氢氧化钡或氢氧化锶材料和一种含有金属氧化物的导电基质的应用，该导电基质含有比锌更正的电位，如氧化铅、三氧化二铋、氧化镉、三氧化二镓或三氧化二铊。卡柯(美国专利5，556，720)公开了一种镉颗粒材料分散在锌负极的特殊镉材料。卡柯(美国专利4，332，871)公开了一种含有粘合添加剂的锌电极，该粘合添加剂分散分布于该电极中。谢林克等(美国专利4，791,036)公开了一种由硅铜合金制成的负极集电器在降低过充电期间的气体释出中的应用。季伯德等(美国专利4，552，821)公开了一种设于卷筒内的密封型可充电镍锌电池结构，以此使得该电池处于压缩状态。为阻止边沿部的枝晶的生成，带有纵向折叠隔膜装置的电池也有报道(美国专利20100062347)。虽然已有的各种各样的方法和步骤被用以阻止、延迟或消除镍锌电池中的枝晶生长，但仍没有有效的方法用于阻止枝晶在边缘的生长。在镍锌电池中，用在负极和正极之间的隔膜起到阻止枝晶生长的作用。一个好的隔膜可在阻止枝晶的生长方面起到非常好的作用，但是枝晶仍可在负极和正极的边缘处生长，在此处电极对电解液开放。一般而言，防枝隔膜或隔膜不会环绕电极密封，而是仅仅被置于正负极之间。在充电期间，电极的暴露部分会有更大的锌枝晶形成趋势，即锌枝晶更容易在负极的暴露部分生长而接触到邻近的正极或甚至是电池外壳。当正负极接触，电池就会发生短路。为了抑制边缘部位的枝晶的生长，可将防枝膜采用纵向折叠的方法，将其边缘折叠，但是这种方法将会导致组装上的困难和隔膜可能会被损坏。因此，人们需要有效的方法来阻止电极裸露部位的枝晶的生长。
技术实现思路
本专利技术的优势在于其提供一种镍锌电池，该电池的结构配置可有效抑制枝晶的生长和为电池提供大电流放电下的良好性能，而该镍锌电池的制造方法简单，各部件的组装方便且不需要高难度的技巧和精度。 本专利技术的另一优势在于其提供一种镍锌电池，该电池可克服现有技术的缺点，其可解决镍锌电池的枝晶生长，电极变形和电流的不平衡分布问题。 本专利技术的另一优势在于其提供一种镍锌电池，该镍锌电池是一种可充电电池，其具有大电流放电能力以提供高的和足够的功率和能量且其不会产生与铅、镉和汞相关的环境污染，同时该电池还具有很高的安全标准(不易燃烧)和低的制造成本。 本专利技术的另一优势在于其提供一种圆柱形镍锌电池的制造方法，该方法对环境友好，且可避免使用有机溶剂和降低可能导致隔膜损坏的焊接风险。 本专利技术的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过下述对所附权利要求中特地指出的手段和组合的详细说明得以实现。 依本专利技术，前述的和其他的目的和优势通过一种圆柱形镍锌电池的制造方法得以实现，其中该圆柱形镍锌电池包括一个壳体，该壳体有一个外壳腔并形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍锌电池，其特征在于，包括：一壳体，所述壳体有一外壳腔并在所述壳体的低端形成一外壳开口，其中所述壳体包括一盖帽单元和一底部单元，其中所述盖帽单元位于所述壳体的上端，所述底部单元位于所述壳体的低端将位于所述壳体低端的所述外壳开口密封以形成一密封电池外壳；一电极组，所述电极组被密封和容纳在所述壳体内，所述电极组包括一镍正极、一锌负极和一隔膜，其中所述锌负极具有一个长的层状体以形成一主体部分，一边沿部和一折叠线，其中所述边沿部位于一第一边缘，所述折叠线位于所述主体部分和所述边沿部之间的连接处，其中所述长的层状体被卷成一个圆柱形结构从而确定一折叠状态，在所述折叠状态，所述边沿部沿折叠线向内折叠以形成一个平面，所述平面位于所述圆柱形结构的所述边沿部的所述侧边，其中所述隔膜设于所述镍正极和所述锌负极之间并将所述镍正极和锌负极物理性地隔开；和电解液，所述电解液被置于所述外壳腔之内以沟通所述镍正极和锌负极。

【技术特征摘要】
1.一种镍锌电池，其特征在于，包括: 一壳体，所述壳体有一外壳腔并在所述壳体的低端形成一外壳开口，其中所述壳体包括一盖帽单元和一底部单元，其中所述盖帽单元位于所述壳体的上端，所述底部单元位于所述壳体的低端将位于所述壳体低端的所述外壳开口密封以形成一密封电池外壳； 一电极组，所述电极组被密封和容纳在所述壳体内，所述电极组包括一镍正极、一锌负极和一隔膜，其中所述锌负极具有一个长的层状体以形成一主体部分，一边沿部和一折叠线，其中所述边沿部位于一第一边缘，所述折叠线位于所述主体部分和所述边沿部之间的连接处，其中所述长的层状体被卷成一个圆柱形结构从而确定一折叠状态，在所述折叠状态，所述边沿部沿折叠线向内折叠以形成一个平面，所述平面位于所述圆柱形结构的所述边沿部的所述侧边，其中所述隔膜设于所述镍正极和所述锌负极之间并将所述镍正极和锌负极物理性地隔开；和 电解液，所述电解液被置于所述外壳腔之内以沟通所述镍正极和锌负极。2.根据权利要求1的镍锌电池，其特征在于，所述负极的所述边沿部有一组间隙和一组连接边缘，以此使得当所述边沿部被向内折叠至所述折叠状态，所述相邻位置的连接边缘中的两个彼此相互契合以形成所述平面。3.根据权利要求2的镍锌电池，其特征在于，所述边沿部由一组边侧单元组成，以在两个相邻的所述边侧单元之间形成一个所述间隙并在一个所述边侧单元上形成两个所述连接边缘，其中每个所述边侧单元的形状均为梯形以形成一个位于所述折叠线的第一边缘和一个位于所述第一边缘对面位置且与所述边侧单元的所述第一边缘相平行的第二边缘，其中所述第二边缘的长度小于所述边侧单元的所述第一边缘的长度，且两个所述连接边缘在每个相应的所述边侧单元的所述第一边缘和所述第二边缘之间延伸。4.根据权利要求2的镍锌电池，其特征在于，每个所述边侧单元均以一个90度角向内折叠，以此使得所述平面在所述锌负极具有一个均匀厚度，且每个所述边侧单元的高度，其为所述边侧单元的所述第一边缘和所述第二边缘之间的距离，为0.5?50毫米。5.根据权利要求2的镍锌电池，其特征在于，所述隔膜为一复合隔膜，所述复合隔膜有两个密封侧边，所述两个密封侧边被密封在一起以容纳所述锌负极，以此使得所述锌负极被容纳包围在所述隔膜内且所述锌负极和所述镍正极彼此完全绝缘。6.根据权利要求4的镍锌电池，其特征在于，所述隔膜为一复合隔膜，所述复合隔膜有两个密封侧边，所述两个密封侧边被密封在一起以容纳所述锌负极，以此使得所述锌负...

【专利技术属性】
技术研发人员：马福元，
申请(专利权)人：杭州新研动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33