制造镍锌电池的方法技术

制造可再充电电池的方法。该方法包括提供软膏、软浆或干的负电极材料的混合物，其具有低的毒性并包含分散剂以防止可能不利地影响电池性能的颗粒结块。方法利用半渗透片以分隔电极并最小化枝晶的形成；并且还提供电极专用的电解质以获得高效的电化学以及进一步阻碍单元中的枝晶生长。负电极材料可以包含锌或锌化合物。锌和锌化合物比在镍镉电池中所使用的镉显著更少毒性。所描述的方法可以利用在现有ＮｉＣａｄ制造线上使用的某些制造技术。因此，所述的方法将在已定义好的且成熟的制造基础中得到特别应用。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可再充电电池技术，并且更特别地涉及镍锌可再充电电池单元的制造。
技术介绍
允许多样的移动连通性的便携式通信和计算设备的出现已激起可再充电电池领 域的成长和创新。增加的容量和功率已使可再充电电源进入包括电力工具场所的各种领域 成为可能。因为电力工具典型地具有大的电流需量，所以可再充电电源已必然地发展以适 应快速放电特性。可以认识到本专利技术也将在电力工具之外的应用例如不可间断电源(UPS)、 电动车辆以及高要求消费电子产品中找到使用，这些应用都需要高的载流容量和放电能 力。当然，专利技术也应用于相对较低放电速率的应用例如许多主流消费电子产品应用。可再充电电源具有优于不可再充电电源的多个优点。例如，不可再充电电源的使 用唤起关于危险废物处置和补救的越来越多的环境担忧。依赖于便携式设备的增生，使用 那些设备而需要的不可再充电电源的数量将是庞大的。可再充电电源允许电池单元被重复 地使用，从而减少危险废产物引入到环境中。此外，可再充电电源允许金属和化学资源的节 约，否则它们将在不可再充电电源中浪费。最后，可再充电电源的使用促进和扩展容纳增长 的人口所需的连续节约努力。虽然可再充电电源的优点许多，但是它们不是没有成本的。特别地，构成可再充电 电源的材料经常引起对环境的重大的潜在威胁。地区性的再循环代理比如东北再循环理事 会(NERC)正在积极地处理可再充电电源处置的问题。在NERC的新近报告中，10个成员州 的9个禁止铅酸电池的处置；10个州的6个禁止镍/镉电池的处置；并且10个州的4个禁 止氧化萊电池的处置(http://www. nerc. orR/documents/recylinRrules0901. html)。 EPA 也已经介入并且当前已关闭NiCad电池处置的工业广泛实践的反馈，在工业和家用电器例 如无绳电话、电力工具和漆上型计算机中通常使用的MCad电池是当不正确处置时引起潜 在环境危险的许多产品的一种。电池包括镍和镉即最有毒的成分，并且当不正确地处置时 能够引起健康问题。它们都是重金属，并且在再循环和处置过程中也能够有害地影响环境。 (http //www, epa. nsw. gov, au/media/0403/eprbatteries. htm)因为常规可再充电电源的某些通常使用材料的有害本质，制造减少任何潜在有害 材料的量的可再充电电源将是期望的。特别地，找到对广泛使用的镍镉电池单元的替代品 将是期望的。已经发现可再充电镍锌单元能够以合理的成本提供超过镍镉单元和锂铁单元的 功率-重量和功率_体积比。但是，由于至少两个原因，镍锌电池技术还没有广泛地施用。 首先，已经发现其具有相对有限的循环寿命。换句话说，给定的镍锌单元仅能够充电和放电 用可相比的镍镉单元典型获得的周期的若干分之几。这是由于锌分布和枝晶形成。其次， 还没有为镍锌电池开发的合适量产制造工艺。在可能的程度上使用现有制造技术以制造环境上更安全的可再充电电源以便杠杆利用现有制造基础设施而不是需要全新的制造基础是期望的。
技术实现思路
本专利技术通过利用具有某些重要变化的镍镉型制造工艺来实现上述优点，这些变化 允许用较少毒害的负电极例如由锌或锌化合物例如氧化锌或锌酸钙制造的电极替代镉负 电极。在这里描述制造无镉电池的各种方法。方法利用镍和锌电极制造的量产线。作为制 造工艺的一部分，负和正电极材料的软浆、软膏或干粉连续地涂敷到载体片上。正电极材料优选地具有类似于用来制造常规镍镉电池中的镍电极的组份，虽然可 能有对镍锌电池系统的某些重要优化。负电极优选地利用氧化锌和锌金属或其合金作为电 化学活性材料。在某些实施方案中，负电极包括其他材料例如氧化铋、氧化铟以及/或者氧 化铝。负电极的载体(其用作集电器)应当与负电极材料在电化学上兼容。对于锌电极， 例如载体材料优选地是以穿孔片或金属网形式的铜或铜合金。在利用湿法工艺的一个实施方案中，负电极材料包括分散剂以最小化氧化锌颗粒 的结块，因为已经发现结块不利地影响镍锌单元的性能。在更多实施方案中，方法利用分隔 电极并最小化锌枝晶的形成的多片(例如，4片)分隔器材料。合适的分隔器材料的例子包 括尼龙片和多微孔聚烯烃片。此外，本专利技术的制造方法优选地利用阻碍锌电极中的枝晶生 长的高导电性电解质。重要地，制造方法制造具有锌负电极的单元，但它们也利用在此之前为其他单元 型储备的某些制造技术。特别地，现有镍镉制造线可以以较小修改用来适应这里所描述的 方法。在一个例子中，方法利用下面序列用正和负电极材料的软膏或软浆涂敷正和负电极 集电器片、干燥并压紧初生电极片、切割并清除片，以及从切割的电极片和交插的多微孔分 隔器片形成“果冻辊”单元组件。所描述的方法将在所有现成定义好的且成熟的制造基础 中得到特别应用。另外，公开了方法和单元设计，以通过反转单元的极性使得与常规制造方法相比 端子被反转而增加可再充电电池的效率。某些实施方案利用干法工艺，其中电极部件的相对干的粉末或粒状混合物用来代 替软浆或软膏。在这些干法工艺中使用的电极组成不需要包括通常提供来改善软浆或软膏 的黏稠度的分散剂或其他添加剂。制造可再充电电池的某些干法处理方法可以用下面的操作序列表征(a)将锌负 电极材料施加到第一导电载体上以形成第一电极片；(b)将充分干的状态的镍正电极材料 施加到第二导电载体上以形成第二电极片；(c)将至少一个分隔器片布置在第一电极片和 第二电极片之间使得第一电极和第二电极片以及该至少一个分隔器片形式被成层以形成 单元组件；以及(d)卷绕或折叠单元组件以形成具有一般地对应于可再充电电池的形状因 子的三维结构。在某些实施方案中，负电极材料可以在充分干的状态中施加到第一导电载 体上。可选地，它可以被施加为软膏或软浆。可再充电电池可以具有任何形状因子包括各 种形式的圆柱形和棱形单元。干法处理的一个优点在于可以基本上在无分散剂和有机浆料的辅助下制造镍正 电极材料。并且，在某些实施方案中，镍正电极材料将包括粘合剂例如氟化聚烯烃。在某些 实施方案中，在镍正电极材料中以大约0. 1 5重量百分比的水平提供粘合剂。在特定例子中，正电极材料包括氢氧化镍和/或羟基氧化镍、氧化锌、氧化钴，以及粘合剂。在某些实 施方案中，负电极材料包括氧化锌、锌或锌合金、氧化铋，以及氧化铝。在某些情况中，负电 极也可以包括粘合剂和/或减少颗粒结块的分散剂。优选地，负电极具有低的碳酸盐含量； 例如，它可以利用具有至多大约1重量百分比碳酸盐的氧化锌。也可以通过将负电极加热 到至少大约200°C的温度而驱散碳酸盐。这种加热可以具有其他有益的效果。在某些实施方案中，由铜或铜的合金制造第一导电载体。在某些例子中，第一导电 载体可以包括穿孔的铜或铜合金或者网眼铜或铜合金。在某些实施方案中，由镍例如镍泡 沫片制造第二导电载体。在某些实施方案中，方法也包括下面的操作(e)将第一内部端子与单元组件的 第一端连接使得仅负电极与第一内部端子电连通；(f)将第二内部端子与单元组件的第二 端连接使得仅正电极与第二内部端子电连通；(g)将单元组件插入到保留容器中；(h)用电 解质填充包含单元组件的保留容器；以及(i)密封保留容器使得电解质和单元组件基本上 与环境隔离。该方法的一种或一类涉及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造可再充电电池的方法，所述方法包括：将锌负电极材料施加到第一导电载体上以形成第一电极片；将镍正电极材料施加到第二导电载体上以形成第二电极片；将至少一个分隔器片布置在第一电极片和第二电极片之间使得第一电极片、第二电极片以及该至少一个分隔器片被成层以形成电池组件；卷绕或折叠电池组件以形成三维结构，该三维结构具有的形状因子总体上对应于可再充电电池的形状因子；以及装配可再充电电池，所述可再充电电池包括经由负内部端子电连接到第一导电载体的电池封盖，其中仅通过所述负内部端子和所述电池封盖之间以及所述负内部端子和所述第一导电载体之间的压力接触而建立所述电连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里菲里普，赵佳森，
申请(专利权)人：鲍尔热尼系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]