金属性锌基集流体制造技术

镍锌电池包括金属性锌基电流集取基材作为负电极的一部分。该金属性锌基集流体可以由锌金属或锌合金材料制成或者涂有锌金属或锌合金材料，并且可以是箔、穿孔或多孔的材料。包括该锌基集流体的电池表现出良好的循环寿命和初始充电性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属性锌基集流体相关申请本申请要求2007年6月20日提交的题为"METALLIC ZINC BASED CURRENT COLLECTOR"的美国临时专利申请No. 60/936， 587的优先权,出于所有目的通过引用将其公开内容整体并入本文，本申请还要求 2007年2月12日提交的题为"锌镍电池负极片(NEGATIVE PLATE OF ZINC-NICKEL BATTERY)"的中国申请No. 200710073332. 2的优先权， 出于所有目的通过引用将其公开内容整体并入本文。专利
本专利技术涉及可再充电电池，更特别是镍锌可再充电的电池。更加 具体地，本专利技术涉及镍锌电池中负电极所用的集流体的组成和结构。专利技术背景电池使用有时按交替的电极和电解质层进行配置的正电极、负电 极和电解质。每个电极可以包括电流集取(current col lect ion)基材 和一个或多个电化学活性层。下面为对集流体设计所要考虑的事项 (a)高导电性；(b)对所用电解质的腐蚀的抵抗性；(c)对电化学反应的 抵抗性，以便不被过快地消耗；(d)允许其经受制造操作(例如涂布和 辊压)的机械强度和柔韧性；(e)低成本，包括材料成本和制造成本； 和(f)提供与电化学活性层(例如，该材料不应形成钝化膜以致阻止良 好的物理接触并应良好地附着到电化学活性层上)的良好物理接触或 "连通性"的表面结构。满足这些特征中的任何一个或多个并不是关 键的。例如，集流体可以在一个或多个类项中是突出的，而在其它类 项中是低于标准的。因此，在一个方面具有缺点的材料仍可使用，只 要该缺点可通过整体电池设计得到克服。广泛使用。虽然铅酸和镉镍电池包含重金属 和有毒物质例如铅和镉，但它们具有稳定的性能、可靠的应用和高的 性价比。因此，它们一直是主要类型的二次电池，用于通讯、电力、汽车、火车、航空和航天工业、UPS电源、家用电器、电动工具、电动玩具等。锌镍电池具有优异的性能，例如相对较高的析氢过电位、良好的可逆性、高能量密度、高平均电压(1.65 V)和相对均匀的阳极溶解。 更加重要地，锌金属是环境友好的，这是因为其使用不导致环境污染。 然而锌镍二次电池一直未得到广泛商业化。锌金属是两性的，非常活 泼，既溶于酸又溶于碱，同时产生氢气。锌金属集流体在碱性电解质 中可变形、腐蚀和失活。在可充电的镍锌电池的充电期间，可产生和 生长锌枝晶，当它们穿透正电极和负电极之间的分隔体时造成短路。 因此电流集取基材设计已避免使用锌金属作为电流集取基材。当前用于锌负电极集流体的一般材料包括铜和黄铜。铜或黄铜可 以是冲孔的带、网、泡沫等。通过将包含锌元素的活性物质例如Zn0、 Zn或锌酸钩附着到铜或黄铜的一侧或两侧形成电极。锌活性材料与这 些基材的接触可以通过促进氢气析出而加速锌腐蚀。这种锌腐蚀导致 锌镍电池的"气涨"、爬碱和泄漏、容量衰减、短循环寿命、不稳定 性和不可靠性。观测到，随着镍锌电池经过许多个循环的放电和充电后，电池容 量降低。对于许多应用，如果完全再充电后的电池容量小于额定容量 的80%时，则认为电池失效。对于满足设计和制造考虑事项的集流体 设计，在电池失效前需要完成大量的循环并且避免锌腐蚀的缺点。专利技术概述本专利技术涉及圆柱形镍锌电池，该电池具有作为负电极的一部分的 金属性锌基基材集流体，包括镍的正电极层，将正电极层和负电极层 隔开的分隔体层，和电解质。金属性锌基集流体可以由锌金属或锌合 金材料制成，所述锌合金材料包含大于50原子％的锌，优选80-1006原子％的锌，更优选95-100原子％的锌或更加优选大于约99原子％ 的锌。在某些实施方案中，金属性锌基基材集流体含有98.5-99.95 原子％的锌；特定的例子包括98. 7原子％的锌、99. 5原子％的锌和 99.95原子％的锌。在一个实施方案中，该材料是包含95-100原子％ 的锌且其余是铋和铅的锌合金。在一些实施方案中，金属性锌基集流 体可以是富锌的黄铜合金。金属性锌基基材集流体可以是具有例如约2-5密耳厚度的金属 片、板或箔。金属片或板可以是穿孔或未穿孔的。其可以穿有具有圆 形或椭圆形或矩形或其它几何形状的孔。还可以将其图案化来提供粗 糙表面以便与电化学活性层产生较好的物理接触。在某些实施方案中， 锌集流体可以是具有约2-20密耳厚度的金属板网。集流体还可以由具 有例如约15-60密耳厚度的泡沫材料制成。作为将锌合金材料用作整个基材集流体的替代方案，金属性锌基 基材集流体可以是涂锌的构件，该构件中非锌的芯金属镀覆或包覆有 锌基金属(例如金属锌或锌合金)。芯金属可以是例如钢、铜、锡或 常规的黄铜。其可以按连续片、穿孔片、金属板网、板、网或泡沫的 形式提供。可以将锌金属镀覆或包覆到芯金属片上。在某些实施方案 中，锌涂层可以包括少量的铋和/或铅。如果将锌基金属包覆到芯金属 上，则可以使用热压法或任何其它常规包覆方法。具有锌基金属镀层 或覆层的集流体可以是2-10密耳厚，优选2-5密耳厚。在另一个方面，本专利技术涉及镍锌电池的负电极。该负电极包括金 属性锌基基材集流体和附着到该集流体的负电化学活性层。集流体可以是金属锌板、金属锌合金板或金属锌网。金属锌板可以是穿孔的。 在特定的实施方案中，用于负电极的锌基基材可以具有一个或多个上 述特征。因为锌金属的费用小于铜或黄铜，因此用锌基基材集流体制造的 电池可以比用铜或黄铜集流体制造的电池费用小。较低的价格提高了 镍锌电池的性价比。用本专利技术的基材集流体制成的电池比用铜或黄铜 基材集流体制成的电池具有更好的低至中等电流放电性能和好的大电流放电性能、循环寿命和贮存性能。在下面参考附图对本专利技术的这些和其它特征和优点进行详细描述。附图简要描述附图说明图1A是圆柱形电池的示意性的分解图。图1B是圆柱形电池的示意图。图2是排气帽体的示意图。图3A和3B是电极-分隔体夹层结构中各个层的示意图。图4是图解使用铜带作为其负基材集流体的锌镍电池的容量随电池循环寿命的坐标图。图5是图解使用具有98. 5原子％锌的锌带作为其负基材集流体的锌镍电池的容量随电池循环寿命的坐标图。图6是图解使用具有98. 7原子％锌的锌带作为其负基材集流体的锌镍电池的容量随电池循环寿命的坐标图。图7是图解使用具有99. 5原子％锌的锌带作为其负基材集流体的锌镍电池的容量随电池循环寿命的坐标图。图8是图解使用具有99. 95原子％锌的锌带作为其负基材集流体的锌镍电池的容量随电池循环寿命的坐标图。图9是图解使用具有小于0. 5%的杂质的穿孔锌箔作为其负基材集流体的锌镍电池的容量随电池循环寿命的坐标图。图10是图解使用涂有锌/铟的穿孔锌箔作为其负基材集流体的锌镍电池的容量随电池循环寿命的坐标图。图11是图解使用涂有锡的铜箔作为其负基材集流体的锌镍电池的容量随电池循环寿命的坐标图。优选实施方案的详细描述引言在本专利技术的下文详述中，列举了许多具体的实施方案以提供本专利技术的充分理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，可以在没有这 些具体细节的情况下或者通过使用替代要素或方法、利用本专利技术的精 神和范围来实施本专利技术。在其它情形中，没有对众所周知的方法、工 序和部件进行详细说明以免使本专利技术的多个方面不必要地晦涩。本专利技术涉及圆柱形镍锌电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
镍锌电池，该电池包含：　（ａ）负电极层，该负电极层包含与氧化锌基电化学活性层联合的金属性锌基电流集取基材；　（ｂ）包含镍的正电极层；　（ｃ）将所述正电极层和负电极层隔开的分隔体层；和　（ｄ）电解质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J菲利普斯，S默翰塔，范正刚，RJ马，F冯，L尤泽尔，C尧，J赵，ZM芒塔瑟，
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]