镍锌充电电池制造技术

一种电化学充电电池，具有一种以镍为主的阴极和一种以锌为主的阳极。阴极包括一种多孔镍材料如涂有一种氢氧化镍糊状物的发泡镍。阳极包括一种成胶体的锌和氢氧化锌混合物。电池又包括一种含有ＫＯＨ和ＬｉＯＨ的电解质。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到镍锌碱性充电电池。板状电池中碱性镍锌充电电池已知晓，但至今在商品上还没有达到重要的地位，主要是由于有限的锌极寿命。锌电极的损坏源自于电极形状的改变，锌树状枝晶的生长和电极的腐蚀。为了降低锌的溶解度和减少由此造成电极形状的任何改变，用弱碱性的电解质和含有KF、K2CO3、Ca(OH)2作为阳极添加剂制造电池。在板型密封的镍锌的电池中，由于产生的树状枝晶很快被系统中的氧氧化，树状枝晶的形成几乎消除。M.Klein和F.McLarnon总结了镍锌电池体系的普通性质(“镍锌电池”D.Linden编；电池手册，第二十九章，McGraw-Hill出版，1995)，J.Jindra综述了镍锌电池的历史和发展(《能源资源》66卷15页，1997。(J.Power Sources，66，15(1997))。因此这些出版物中的内容可引入本文参考。镍锌电池体系有下列反应 除了主要电流产生的反应外，还会产生一些副反应。已经发现，氧出现在充电循环的结束时期(如大约在充电70％-80％后)和电池的过分充电时期(对镍极的良好充电是必要的)。在负极很容易被接近情况下，氧直接被结合在锌极或使用辅助电极以增加氧的再结合。重复循环后，在锌极上也释放出氢。为了减少氢的产生，需使用过量的ZnO。一般情况下，锌和镍的比例为2-3。而且为了避免锌在碱性介质中的腐蚀，需要加入腐蚀抑制剂，例如In，Pb，Hg或者有机化合物。在镍锌电池中，可使用不同类型的镍电极烧结的，不烧结的和轻基质的。这些电极见“电池手册”(David Lindon编，p29.3)，其中的内容引入本文参考。烧结的镍电极由羰基镍粉烧结到含有一种镍网的一种多孔板上，然后填充活性氢氧化镍而制得。典型的烧结镍电极的活性和非活性镍的比例是1-1.4比1，这样具有极好的循环寿命和稳定性，但是其缺陷是非常严重的。非烧结的电极是通过捏合和压延一种电极片制得，电极片由氢氧化镍，石墨和塑料粘附剂被层压在一种合适的电流收集器的两边组成。应用以一种装有活性电极材料纤维结构为主的轻质基质的优点是减少电极的重量和材料的费用。有些厂家开始生产螺旋卷制的镍电极、隔离层和锌电极组装的圆筒形电池，与镍锌电池非常相似，但是其缺点是在充电循环时，由于锌树状枝晶的生长易于造成穿过阴阳极之间狭窄(开)的螺旋距离间的短路。本专利技术的目的主要是生产出强电流、高容量和圆筒型的密封的消费电池。在极度充电的情况下具有可接受的循环寿命。
技术实现思路
在一优选的实施方案中，本专利技术提供了一种电化学充电电池，它包括一种具有一个内表面和一个外表面的通常呈的圆筒形的容器；一种与容器接触并与容器同轴的通常呈的圆筒形的阴极；一种在阴极内且与阴极同轴的通常呈的圆筒形的阳极；一种将阳极和阴极在物理上分开的隔离层；和，一种与阳极和阴极有电流接触的电解质；其中阳极包括一种锌材料，阴极包括一种镍材料。在另一实施方案中，阴极材料包括一种涂有氢氧化镍糊状物的多孔镍材料。图2表示一种具有两层的镍电极的俯视图和透视图。图3表示一种镍电极的多(三)层套的俯视图和透视图。图4表示具有一层镍的A75电池和A79电池的放电容量与循环次数的关系曲线。图5表示具有二层镍的A71电池和A86电池的放电容量与循环次数的关系曲线图6表示含有2％镍粉/T-210的A121电池和含有8.6％镍粉/T-210的A79电池的放电容量与循环次数的关系曲线。图7表示含有2％超级细钴粉的A128电池和含有0％超级细钴粉的的A131电池的放电容量与循环次数的关系曲线。阳极由锌粉，氧化锌和一种胶凝剂组成，例如Carbopol。在镍锌充电电池中，按多个阴极的电容量选择阳极的电容量。优选的隔离层是纤维型的隔离层。置于电池中心的黄铜杆形成负端。负电流收集器的其它材料对本领域内的技术人员来说是显而易见的。与板状电池相反，由于圆筒形设计，阻止阴极的过分膨胀是圆筒形电池的特性，而且使用特殊添加剂，提高了充电能力，使圆筒形电池的特性更为显著。在一优选的实施方案中，阴极设置有氢复合催化剂，以消除任何氢气的放出。这些催化剂包括在无汞锌阳极中使用的那些催化剂。最为优选的催化剂是银(Ag)。在这个实施方案中，银催化剂的量可为氢氧化镍的0.1％-0.5重量％。用一种现有已知技术的喷涂法，这样的银催化剂以一种胶状沉淀物的方式加入发泡镍中。优选的电解质是一种氢氧化锂作为添加剂的氢氧化钾溶液。依据本专利技术制得的镍锌充电电池可以用所有传统的圆筒型生产(如AAA型，AA型，C型和D型)，但不限于这些类型。而且本专利技术的电池能够气密性地密封，并可在所有消费电子装置中使用。在一优选的实施方案中，阴极设置镍箔带，作为一种电流收集器，以提高电池的容量。附图中附图说明图1描述了一种本专利技术中一种AA型圆筒形镍锌电池的剖视图。该电池包括一种镀镍钢筒体1，装有作为一种原电池主要组份的一种多孔的氧化镍阴极2，一种锌阳极3和一种隔离层8。阴极2包括一层或者几层多孔的充填有氢氧化镍、添加剂和一种粘合剂的镍基质，并被可透过电解质的隔离层8与阳极3隔开。阳极3包括锌粉、氧化锌和胶凝剂。电解质是由氢氧化钾和锂水溶液组成，通过分离层8透过镍阴极2和锌阳极3。置于镍锌电池中心的电流收集杆7连接到负端盖5，并被镶嵌到塑料顶封盖4。为了安全起见，塑料顶封4盖设置安全排出口断开区域6。图2阐述了一个镍电极的实施方案，该镍电极由两层涂上一种氢氧化镍、镍粉、钴粉和粘附剂(PVA溶液)的混合物的发泡镍组成，形成非常紧密的圆筒形结构。图3所示的实施方案不同于图2，三层或者多层实施发泡镍套制成充填有氢氧化镍混合物的镍电极。根据本专利技术的一优选的实施方案，隔离层包括套制的层压产品的两层重叠层，该层压产品包括一片与无纺聚酰胺合成纤维粘接的再生的高纯度的纤维素，但也使用现有技术已知的其它隔离层。下面根据本专利技术优选实施方案制备电池的方法，更详细地描述本专利技术，该方法包括1) 制作一种发泡镍片；2) 将一种镍粉、钴粉、PVA溶液和氢氧化镍的糊状物涂布在发泡镍上；3) 将一种隔离层做成一种圆筒管状，其一端开口(称为隔离袋)；4) 将分离袋套装在心轴或者其它支持物；5) 将发泡镍片卷绕在隔离袋上；6) 将这个发泡镍片的袋置于一种镀镍钢筒内； 7) 在袋内填充一种锌阳极材料。如下所述，优选的阴极包括一种涂布8.6％的镍粉、4.3％的钴粉、30％的聚乙烯醇(PVA)溶液和57.1％的氢氧化镍的发泡镍。优选的阳极包括59％的氧化锌、10％的锌粉、0.5％的Carbopol和30.5％氢氧化钾。优选的阳极是凝胶糊状物。优选的电解质是KOH/LiOH溶液。在一优选的实施方案中，在电解质中KOH的浓度是6-9M，而溶解的LiOH约1％到饱和点。根据本优选方案制成的镍锌电池的充电是通过由限电压充电电路、稳定电流充电、或者电控过流电路，超过1.95V便短路来进行。下面的实施例用于说明本专利技术，而不是限制本专利技术的范围。锌电极是通过将59％的氧化锌(Merck)、10％的004F型锌(Union Miniere S.A.，Overpelt，Belgium)、0.50％Caropol940(Nacan，Toronto)和30.5％的7M KOH混合而制成凝胶糊状物。一片与无纺聚酰胺合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学充电电池，它包括：具有内表面和外表面的通常呈圆筒形的容器；与所述的容器接触的通常呈圆筒形的阴极，所述的阴极与所述的容器同轴；设置在所述的阴极内的与所述的阴极同轴的通常呈圆筒形的阳极；将所述的阳极和阴极物理上分开的一 隔离层；和，与所述的阳极和所述的阴极有电接触的电解质；其中所述的阳极包括一种锌材料，所述的阴极包括一种镍材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：瓦尔特劳德陶赫尔毛特纳，卡尔科德斯奇，韦恩哈特福德，
申请(专利权)人：能源投资有限公司加拿大，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]