專利名稱：具有正蓋體的柱形鎳-鋅電池的制作方法
具有正蓋體的柱形鎳-鋅電池相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)要求2009年10月13日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)No. 61/251，222 的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容出于所有目的通過弓I用以其全文并入本文。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)整體涉及可再充電蓄電池，特別是可再充電鎳-鋅蓄電池。更具體而言，本申請(qǐng)涉及改進(jìn)的可再充電鎳-鋅蓄電池和制備方法。無線便攜式設(shè)備，如電動(dòng)工具的普及提高了對(duì)還可提供高功率的高能量密度可再充電的蓄電池的需要和要求。由于功率和能量密度要求提高，對(duì)高循環(huán)壽命的可再充電電極的需要也提高了。堿性鋅電極的高電壓、低等效重量和低成本是已知的。與充放電過程相關(guān)的快速電化學(xué)動(dòng)力學(xué)使得鋅電極能夠輸送高功率和高能量密度。鎳-鋅蓄電池可滿足在例如適用于電動(dòng)汽車(EV)、插入式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)、消費(fèi)電子產(chǎn)品及其它用途的蓄電池中對(duì)更高功率和更高能量密度的需要。不僅對(duì)于更高功率和更高能量密度可再充電蓄電池的需求是特別重要的，而且更簡(jiǎn)單地制造它們并且同時(shí)對(duì)蓄電池性能做出改進(jìn)的方法也是特別重要的。已經(jīng)提出具有負(fù)極罐體和正極罐體的密封的柱形鎳鋅電池，這取決于消費(fèi)者需要。每種配置具有可導(dǎo)致電池服役壽命顯著降低的缺點(diǎn)。常規(guī)的可再充電堿性蓄電池，包括金屬氫化物和鎳鎘蓄電池，具有負(fù)罐體和正蓋體。柱形鎳-鋅電池可有利地設(shè)計(jì)為具有與常規(guī)堿性蓄電池相反的極性。在相反的極性設(shè)計(jì)中，蓄電池排氣蓋體為負(fù)終端并且柱形箱體或罐體為蓄電池正終端。相反的極性設(shè)計(jì)提供了低阻抗和在負(fù)終端處的低析氫。當(dāng)用于電動(dòng)便攜設(shè)備如電動(dòng)工具中時(shí)，相反的極性設(shè)計(jì)并不影響消費(fèi)者，因?yàn)榭稍俪潆娦铍姵乜蓸?gòu)造于裝置中或?qū)⑵鋯为?dú)卷繞或包裹。然而，當(dāng)單獨(dú)提供相反極性的電池時(shí)，通過例如錯(cuò)誤地將其插入電子裝置中，消費(fèi)者可能會(huì)誤操作電池，并且從而損壞電池或裝置。此外，由于稱為電解質(zhì)蠕流(ere印)的現(xiàn)象，對(duì)于負(fù)極排氣蓋體存在更易于泄露的趨勢(shì)。遺憾的是，如果不通過不能滲透的聚合物涂層或通過用金屬、合金或展現(xiàn)高析氫過電勢(shì)的材料鍍覆內(nèi)表面保護(hù)金屬罐體表面，則與可再充電鋅電極接觸的負(fù)極罐體可促進(jìn)過量的析氫。

發(fā)明內(nèi)容
描述了利用在蓄電池正極處具有排氣蓋體的正罐體配置的可再充電鎳鋅電池及其制備方法。這些改進(jìn)的電池及其制備方法利用了由正蓄電池罐體賦予的穩(wěn)定性并且避免了與在蓄電池負(fù)極上的排氣蓋體相關(guān)的缺點(diǎn)。正極罐體如鍍鎳鋼罐體在堿性鎳電極的充電電壓下相對(duì)穩(wěn)定。甚至在劣等鍍覆鋼的存在下，鐵氧化產(chǎn)物的不可溶性限制了鋅負(fù)電極的污染，使得脫氣維持在最小的水平下。一方面是可再充電鎳鋅電池，在一些實(shí)施方案中其可包含以下i)卷繞體(jellyroll)電極組件，其包括鎳正電極、鋅負(fù)電極和至少一個(gè)置于鎳正電極與鋅負(fù)電極之間的分隔體層；ii)與鎳正電極電連接的罐體，該罐體在罐體底部包括孔；iii)固定于罐體底部并且與罐體電連接的排氣蓋體，該排氣蓋體配置成通過孔排出源自可再充電鎳鋅電池的氣體；和iv)與鋅負(fù)電極電連接并且與罐體電隔離的負(fù)集流盤，該負(fù)集流盤配置成為對(duì)罐體開口端的關(guān)閉物。 如所述的可再充電鎳鋅電池可具有鍍鎳鋼罐體以及涂覆有抗析氫的材料例如金屬、合金和/或聚合物的負(fù)集流盤。可通過焊接的金屬片(tab)、負(fù)集流盤與負(fù)電極之間的直接接觸或通過配置成與鋅負(fù)電極和負(fù)集流盤均接觸的導(dǎo)電彈簧(該導(dǎo)電彈簧壓縮在卷繞體端部與負(fù)集流盤之間)，產(chǎn)生卷繞體和負(fù)集流盤之間的電連接。
在一些實(shí)施方案中，正集流盤插入鎳正電極與罐體底部之間并且與鎳正電極和罐體底部電連接。在這樣的實(shí)施方案中，在插入正集流盤之前或之后，可將罐體底部穿孔以形成如本文中所述的孔。在一個(gè)實(shí)施方案中，罐體底部具有如下更詳細(xì)描述的用于排氣的預(yù)制孔。在一些實(shí)施方案中，為了抵抗源自卷繞體形狀改變的彎曲或扭曲，罐體底部比常規(guī)罐體更厚。在其它的實(shí)施方案中，罐體底部包含槽、環(huán)、脊或其它結(jié)構(gòu)以有助于罐體底部的結(jié)構(gòu)剛性。正集流盤可為符合在罐體底的前述特征的金屬泡沫體，使得不合適(undue)的體積不因增強(qiáng)特征而犧牲。描述了用于電極基材的特定材料以及用于活性材料和電解質(zhì)的配制劑?？蓪⑷缢龅目稍俪潆婃囦\電池配置成非商業(yè)尺寸或在一些實(shí)施方案中配置成可商購尺寸例如 AAA、AA、C、D 禾口亞-C。其它的實(shí)施方案包括制備可再充電鎳鋅電池的方法，包括一種制備可再充電鎳鋅電池的方法，該方法包括i)在罐體中密封卷繞體組件，其包含鎳正電極、鋅負(fù)電極和至少一個(gè)置于所述鎳正電極與鋅負(fù)電極之間的分隔體層，使得鎳正電極與罐體底部和主體 (body)電連接并且鋅負(fù)電極與在罐體另一端的負(fù)集流盤電連接并且與罐體電隔離；將該負(fù)集流盤配置成為罐體開口端的關(guān)閉物；ii)在罐體底部將蓄電池罐體穿孔，由此在罐體底部產(chǎn)生孔；以及iii)在罐體底部固定排氣蓋體，其與鎳正電極電連接；配置該排氣蓋體以通過孔排出源自可再充電鎳鋅電池的氣體。在一些實(shí)施方案中，罐體可具有預(yù)制孔并且操作ii)是不必要的。工藝流程的順序并不必為如所述的，例如，在罐體中密封卷繞體之前可將罐體穿孔。在使用預(yù)制孔的實(shí)施方案中，可在罐體中密封卷繞體之前，將排氣蓋體固定到罐體。方法還包括在罐體中密封卷繞體之前在鎳正電極與罐體底部之間插入正集流盤， 并且該正集流盤與鎳正電極和罐體底部電連接。方法還包括在罐體中密封卷繞體之前將堿性電解質(zhì)引入罐體中，或在罐體中密封卷繞體之后通過罐體中的孔將堿性電解質(zhì)引入罐體中。使用如所述的方法制備如上所述并且在本文中更詳細(xì)描述的電池。下面參考相關(guān)的附圖進(jìn)一步討論這些和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是本發(fā)明的電池組件的分解圖。圖2A是顯示在卷繞成卷繞體之前電極和分隔體層的組件透視圖。圖2B是圖2A中組件的橫截面。
圖2C是本發(fā)明的卷繞體組件的橫截面。圖2D是在以特定配置將集流基材折疊后并且在熱密封后卷繞體組件的橫截面。圖2E是顯示分解圖中墊片、負(fù)集流體、罐體和排氣蓋體的橫截面。圖2F是納入蓄電池中的圖2D的卷繞體組件的橫截面。圖2G顯示了排氣蓋體組件的多個(gè)視圖。圖2H是納入使用另一排氣蓋體機(jī)構(gòu)的蓄電池中的圖2D的卷繞體組件的橫截面。圖3A和;3B顯示了具有增強(qiáng)底部的兩個(gè)蓄電池罐體的橫截面和俯視圖。圖4顯示了具有用于增強(qiáng)罐體底部的其它元件的蓄電池罐體的橫截面和俯視圖。圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的方法的流程圖。詳細(xì)描述A.概要在可再充電鎳鋅電池及其制備方法方面最概括地描述了本發(fā)明。更具體而言，在使用在蓄電池正電極處具有排氣蓋體的正罐體配置的可再充電鎳鋅電池方面描述了本發(fā)明。下面是涉及本發(fā)明的鎳鋅蓄電池化學(xué)方面的簡(jiǎn)述，接下來是集中于本發(fā)明具體特征的蓄電池設(shè)計(jì)的更詳細(xì)論述。鎳鋅蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)堿性電化學(xué)電池中氫氧化鎳正電極的充電過程由下列反應(yīng)控制Ni (OH) 2+0Γ — Ni00H+H20+e"(l)堿性電解質(zhì)充當(dāng)Si電極中的離子載體。在可再充電的Si電極中，起始活性材料是aiO粉末或鋅與氧化鋅粉末的混合物。ZnO粉末如在反應(yīng)( 中那樣溶解在KOH溶液中， 形成鋅酸鹽(Zn(OH)42-),其在充電過程中如在反應(yīng)(3)中那樣還原成鋅金屬。如下寫出在 Zn電極處的反應(yīng)
ZnO + 20H + H2O Zn(OH)f( 2 )和
Zn(OH): + 2e —Zn + 40H( 3 )因此，負(fù)電極處凈電極為Zn0+H20+2e" — Zn+20H>2e_(4)那么，整個(gè)Ni/Si蓄電池反應(yīng)可以表示如下Zn+2Ni00H+H20 = ZnO+2Ni (OH)2(5)在該鋅電極的放電過程中，鋅金屬貢獻(xiàn)電子形成鋅酸鹽。同時(shí)，KOH溶液中鋅酸鹽的濃度提高。在再充電時(shí)，反應(yīng)(1)-(5)重復(fù)進(jìn)行。在鎳鋅蓄電池的壽命期間，這些充電-放電循環(huán)重復(fù)多次。B.實(shí)施方案接下來是本發(fā)明的鎳鋅蓄電池更詳細(xì)的描述，包括電極和部件的描述，特別是涉及制造方法的實(shí)施方案。
鎳蓄電池和蓄電池部件圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的鎳鋅電池的分解圖。在柱形組件101(也稱為 “卷繞體”)中提供了交替的電極和電解質(zhì)的層。將柱形組件或卷繞體101定位在罐體113 或其它容納容器中。可用例如錫在內(nèi)部鍍覆罐體以協(xié)助導(dǎo)電。一旦組裝電池，就將負(fù)集流盤 103(例如銅，任選地鍍覆有例如錫)連接到柱形組件101或以其它方式與柱形組件101電連接。負(fù)集流盤充當(dāng)外部負(fù)終端，負(fù)集流盤電連接到負(fù)電極。卷繞體的正電極端，底(如所描繪的)，將與罐體內(nèi)底部電連接。在一些實(shí)施方案中，在卷繞體的正端和罐體底部之間存在插入的正集流盤如鎳泡沫。在一個(gè)實(shí)施方案中，正集流盤為金屬彈簧。在一個(gè)更具體的實(shí)施方案中，金屬彈簧具有突起，所述突起穿入金屬彈簧和卷繞體的正基材之間的分隔體。柔性墊片111的一部分置于負(fù)集流盤上并且一部分還置于環(huán)繞卷邊115上，沿罐體113的上方部分的周邊，臨近蓋體109提供該環(huán)繞卷邊115。墊片111用于使負(fù)集流盤 103與罐體113電隔離。在用電解質(zhì)填充罐體或其它容納容器之后，通常通過卷曲法將容器密封以將電極和電解質(zhì)與環(huán)境隔離，該卷曲法使用卷邊115上方的罐體部分并且向內(nèi)卷曲罐體113的環(huán)狀部分以及卷曲墊片111頂部部分和負(fù)集流盤103的環(huán)繞部分，密封罐體。蓄電池罐體113是用作最終電池的外部包殼或殼體的容器。在常規(guī)的電池中，罐體是負(fù)終端，其是典型的鍍鎳鋼。在常規(guī)的電池中，罐體可以是負(fù)終端或正終端。當(dāng)罐體是正性時(shí)，排氣蓋體在負(fù)極上；當(dāng)罐體是負(fù)性時(shí)，排氣蓋體在正極上，即正常極性電池。這就是說，在常規(guī)電池中排氣蓋體是密封該罐體開口端的部件的一部分。本發(fā)明利用正罐體和在正極處的排氣蓋體，因而具有正罐體的正常極性電池。罐體底部中的孔充分與連接到罐體底部的排氣蓋體中的孔對(duì)準(zhǔn)。該配置維持正終端上的排氣件對(duì)負(fù)極處更為普遍的電解質(zhì)蠕流的最大抵抗。如所提到的，卷繞體插入罐體中并且電池的負(fù)終端連接到卷曲的集流盤，該集流盤具有插入的墊片以在電池關(guān)閉期間將盤與罐體電隔離?？扇菀椎厥褂靡种莆鰵涞牟牧襄兏不蛲扛苍摫P，而沒有用這些材料均勻鍍覆罐體內(nèi)部相關(guān)的困難。該電池配置及其制造方法提供了至少以下的優(yōu)點(diǎn)1)由于與鍍覆的材料例如罐體內(nèi)部更少的接觸表面積，因而負(fù)電極釋氣的趨勢(shì)減少，2)通過將排氣件布置在正終端上，通過蠕流機(jī)構(gòu)經(jīng)過排氣件的電解質(zhì)泄露的趨勢(shì)減少，3)不需要用抑制氫的材料鍍覆罐體內(nèi)部，4)不需要使用聚合物套(sleeve)圍繞卷繞體，幻排氣步驟將為更可再現(xiàn)的，因?yàn)榕艢饨M件不經(jīng)受卷曲操作的應(yīng)力，6)由所使用的更少材料導(dǎo)致的成本節(jié)約(如下將更詳細(xì)地解釋)和7)由于更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)所致的成本節(jié)約和因而制造要求更少。一方面是可再充電鎳鋅電池，包括i)卷繞體電極組件，其包括鎳正電極、鋅負(fù)電極和至少一個(gè)置于鎳正電極與鋅負(fù)電極之間的分隔體層；ii)與鎳正電極電連接的罐體， 該罐體在罐體底部包括孔；iii)固定于罐體底部并且與罐體電連接的排氣蓋體，該排氣蓋體配置成通過該孔排出源自可再充電鎳鋅電池的氣體；和iv)與鋅負(fù)電極電連接并且與罐體電隔離的負(fù)集流盤，該負(fù)集流盤配置成為罐體開口端的關(guān)閉物。在下面專用于卷繞體的描述部分描述了適用于本發(fā)明的卷繞體組件的更詳細(xì)說明。在該申請(qǐng)中，“罐體”意指蓄電池罐體，通常但不必要地，金屬罐體例如鋼或不銹鋼。通常但不必要地，用鎳鍍覆罐體。其它罐體會(huì)勝任，例如涂覆有導(dǎo)電性材料的聚合物基的罐體在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中會(huì)是合適的。此外，術(shù)語“罐體底部”意指封閉端(或當(dāng)其包含孔時(shí)的排氣端)或蓄電池罐體的“底”(盡管本發(fā)明不限于任何這樣的取向限制)。 在一個(gè)實(shí)施方案中，罐體為鍍鎳鋼。再次參考圖1，該組件沒有常規(guī)電池那么復(fù)雜。首先，常規(guī)電池經(jīng)常具有均充當(dāng)內(nèi)部終端的負(fù)和正集流盤。圖1中的電池僅具有充當(dāng)外部終端的負(fù)集流盤。然而，存在使用正集流盤例如多孔的金屬或金屬泡沫體的實(shí)施方案。此外，不需要焊接片來產(chǎn)生從卷繞體到負(fù)集流盤或罐體底部的電連接(然而存在具有類似片的特定實(shí)施方案)。在圖1中，蓄電池組件具有取向狀態(tài)的卷繞體101，其具有至少部分暴露于卷繞體頂端處的負(fù)電極基材和至少部分暴露于卷繞體底的正電極基材。參考圖2A-2D，提供了卷繞體中電極配置的一個(gè)實(shí)施方案的更具體描述。在該具體的實(shí)施方案中，負(fù)基材具有越過卷繞體一端(描繪為頂部)的暴露邊緣，并且正基材具有越過卷繞體另一端(這里描繪為底)的暴露邊緣。這就是說，從正和負(fù)層的偏移(offset)配置開始將電極卷繞成卷繞體，使得它們各自的集流體暴露于已經(jīng)卷繞的卷繞體的交替端上。在一些實(shí)施方案中，僅一部分基材暴露于卷繞體的一端或兩端上。罐體113在罐體底部(這里描繪為罐體的底)具有孔108。將卷繞體插入罐體中， 并且將負(fù)集流體103置于罐體中卷繞體頂上。在一個(gè)實(shí)施方案中，負(fù)集流盤為金屬盤，例如涂覆有抗析氫材料的銅或黃銅。在一個(gè)實(shí)施方案中，抗析氫材料包含金屬、合金和聚合物中的至少一種。在另一個(gè)實(shí)施方案中，抗析氫材料包含錫、銀、鉍、黃銅和鉛中的至少一種。在又一個(gè)實(shí)施方案中，抗析氫材料包含任選地全氟化的聚烯烴，在一個(gè)更具體的實(shí)施方案中， 包含 Teflon (Wilmington Delaware 的 Ε· I. Dupont de Nemours and Company,用于聚四氟乙烯的商品名)。通常通過負(fù)基材配置集流體103以產(chǎn)生與鋅負(fù)電極的電連接。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，通過焊接的金屬片產(chǎn)生負(fù)集流盤與鋅負(fù)電極之間的電連接。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，將金屬片焊接到負(fù)基材并且焊接到負(fù)集流體。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，通過負(fù)集流盤與負(fù)電極之間的直接接觸來產(chǎn)生負(fù)集流盤與鋅負(fù)電極之間的電連接。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，負(fù)基材與負(fù)集流體直接接觸， 而沒有任何的焊接片。在負(fù)集流體涂覆有非導(dǎo)電性材料例如抗析氫材料的實(shí)施方案中，配置基材以在電池組件上穿入非導(dǎo)電性材料從而建立電連接。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，通過配置成與鋅負(fù)電極和負(fù)集流盤均接觸的導(dǎo)電彈簧來產(chǎn)生負(fù)集流盤與鋅負(fù)電極之間的電連接，將導(dǎo)電彈簧壓縮在卷繞體的端部與負(fù)集流盤之間。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，導(dǎo)電彈簧在一側(cè)或兩側(cè)上具有突起，從而產(chǎn)生與負(fù)基材和/或負(fù)集流體之間較好的電連接。在負(fù)集流體涂覆有非導(dǎo)電性材料例如抗析氫材料的實(shí)施方案中，將導(dǎo)電彈簧配置成例如通過從彈簧生出的突起穿入電池組件上的非導(dǎo)電性材料從而建立與負(fù)集流體的電連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，將導(dǎo)電彈簧例如金屬配置成穿入彈簧與卷繞體的負(fù)基材之間插入的分隔體，由此產(chǎn)生與負(fù)基材的電連接。導(dǎo)電彈簧可為金屬彈簧或涂覆有導(dǎo)電材料的塑性或其它聚合材料。一旦在罐體中密封卷繞體，負(fù)集流體103充當(dāng)用于罐體113 的關(guān)閉物元件。為了將負(fù)集流體與罐體(由于與卷繞體的正基材的電連接(在該實(shí)施例通過直接接觸)其是正性的)電隔離，在將罐體卷曲關(guān)閉以在罐體中密封卷繞體之前，將墊片 111置于罐體與集流體之間。如所提到的，在該實(shí)施例中卷繞體的正基材與具有孔108的罐體端部直接接觸。在罐體中密封卷繞體之前可將電解質(zhì)引入罐體中，或在密封罐體之后可通過孔108將電解質(zhì)引入罐體。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，可將正集流盤例如鎳泡沫盤插入鎳正電極與具有孔108的罐體底部之間，因而建立正電極(基材)與罐體之間的電連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，正集流盤包含鎳泡沫體。 在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，鎳正電極包含浸漬有如下的混合物的鎳泡沫基材(a)以正電極重量計(jì)，包含于氧化鎳基體內(nèi)約-約10%的氧化鈷；和(b)以正電極重量計(jì)，約-約10%的鈷金屬。在下面針對(duì)鎳正電極的部分中包括正電極的更詳細(xì)描述。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，鋅負(fù)電極包含(a)鍍覆有具有約40-80 μ In厚度的錫或錫/鋅的銅或黃銅基材；和，(b)氧化鋅基的電化學(xué)活性層。 在一個(gè)實(shí)施方案中，氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含(a)涂覆有鉛和錫中至少一種的鋅金屬顆粒；(b)氧化鋅；(c)氧化鉍；(d)分散劑；和(e)粘合劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含無機(jī)纖維，該無機(jī)纖維包括氧化硅和氧化鋁。在又一個(gè)實(shí)施方案中， 氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含具有或不具有表面活性劑涂層的碳纖維。在下面針對(duì)鋅負(fù)電極的部分中包括負(fù)電極的更詳細(xì)描述。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，可再充電鎳鋅電池包含堿性電解質(zhì)，該堿性電解質(zhì)包括(a)約0. 025M-0. 25M磷酸鹽；(b)約4M-約9M游離堿度；和(c) 至多約IM硼酸鹽。在下面針對(duì)電解質(zhì)的部分中包括適用于本發(fā)明的電解質(zhì)的更詳細(xì)描述。將排氣蓋體109連接例如焊接到具有孔108的罐體端部。孔108與排氣蓋體中的孔112充分對(duì)準(zhǔn)，以允許氣體通過鄰接的孔排出。在下面針對(duì)排氣蓋體的部分中包括適用于本發(fā)明的排氣蓋體的更詳細(xì)描述。在一些實(shí)施方案中，將電池配置成在電解質(zhì)“貧液(starved)”狀態(tài)下工作。此外， 在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的鎳-鋅電池使用貧液電解質(zhì)規(guī)格體(format)。這樣的電池相對(duì)于活性電極材料的量具有相對(duì)低量的電解質(zhì)。它們可以很容易地區(qū)別于在電池內(nèi)部區(qū)域具有自由的液體電解質(zhì)的富液電池。在2005年4月沈日提交的名稱為“Nickel Zinc Battery Design”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)No. 11/116，113 (公開為US2006-0M0317A1，出于所有目的通過引用將其并入本文)中討論了貧液規(guī)格體電池。出于多種原因，可能需要使電池在貧液條件下工作。通常將貧液電池理解為這樣的電池其中在電池的電極堆垛體中的總空隙體積沒有被電解質(zhì)完全占據(jù)。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，在電解質(zhì)填充后的貧液電池的空隙體積可以是填充前的總空隙體積的至少約10%。特別地，一個(gè)實(shí)施方案包括上述任何一個(gè)實(shí)施方案的各個(gè)方面，其中將電池配置成電解質(zhì)貧液條件。本文所描述的蓄電池組電池可以具有多種不同形狀和尺寸中的任一種。例如，本發(fā)明的柱形電池可有常規(guī)AAA電池、AA電池、D電池、C電池等的直徑和長度。在某些應(yīng)用中，定制的電池設(shè)計(jì)是合適的。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，電池的尺寸是直徑為22mm且長度為43mm的亞-C的電池尺寸。請(qǐng)注意，本發(fā)明也可適用于在相對(duì)小的電池規(guī)格體，以及適用于各種非便攜式應(yīng)用的各種較大的規(guī)格體電池。通常用于例如電動(dòng)工具或草坪工具的蓄電池組的外形將決定蓄電池組電池的尺寸和形狀。一個(gè)實(shí)施方案是蓄電池組，其包含一個(gè)或多個(gè)鎳-鋅蓄電池組電池和適當(dāng)?shù)耐鈿?、觸點(diǎn)、導(dǎo)電線，以允許在電裝置中充電和放電。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，將可再充電電池配置成AAA、AA、C、D或亞-C的可商購尺寸。
接下來是特定電池的更詳細(xì)描述以及排氣蓋體、正電極、分隔體、電解質(zhì)、負(fù)電極和卷繞體配置的特征。排氣蓋體雖然電池通常從環(huán)境中密封，但可允許電池從蓄電池排出在充電和放電期間產(chǎn)生的氣體。因而參考例如圖1，盡管一般地描述，但蓋體109為排氣蓋體。典型的鎳鎘電池在約200磅每平方英寸(psi)的壓力下排出氣體。在一些實(shí)施方案中，對(duì)鎳鋅電池進(jìn)行設(shè)計(jì)以便在此壓力甚至更高壓力(例如高達(dá)約300psi)下工作而無需排氣。這可促進(jìn)在電池內(nèi)產(chǎn)生的任何氧和氫的復(fù)合。在某些實(shí)施方案中，將電池構(gòu)建成維持高達(dá)約450psi和或甚至高達(dá)約600psi的內(nèi)部壓力。在其它的實(shí)施方案中，對(duì)鎳鋅電池進(jìn)行設(shè)計(jì)以便在相對(duì)較低的壓力下排出氣體。當(dāng)該設(shè)計(jì)促進(jìn)電池內(nèi)的氫和/或氧氣體的受控釋放而無其復(fù)合時(shí)，這可以是合適的。在以下專利申請(qǐng)(出于所有目的通過引用將其并入本文)中可以找到排氣蓋體的結(jié)構(gòu)的一些細(xì)節(jié)2006年4月25日提交的PCT/US2006/015807和2004年8月17日提交的PCT/US2004/026859 (公開W02005/020;353A3)。此外，參考圖2E、2F和2G，更詳細(xì)地描述了排氣蓋體。正電極鎳正電極通常包括電化學(xué)活性鎳氧化物或氫氧化物或羥基氧化物，以及一種或多種添加劑，以便于制備、電子傳輸、潤濕、機(jī)械性能等。在該申請(qǐng)中，“鎳氧化物”意指包含氧化物、羥基氧化物和/或氫氧化物形式的活性鎳。例如，正電極配制劑可包括氫氧化鎳顆粒、氧化鋅、氧化鈷(CoO)、鈷金屬、鎳金屬和觸變劑如羧甲基纖維素(CMC)。注意，金屬鎳和鈷可以以化學(xué)純的金屬或其合金的形式提供。正電極可由含有這些材料和粘合劑例如氟碳聚合物(例如Teflon )的糊料制得。在某些實(shí)施方案中，氫氧化鎳電極包括氫氧化鎳(和/或羥基氧化鎳)、鈷/鈷化合物粉末、鎳粉末和粘合材料。包括鈷化合物以提高鎳電極的導(dǎo)電性。在一個(gè)實(shí)施方案中， 鎳正電極包括氧化鈷、氫氧化鈷和/或羥基氧化鈷中的至少一種；任選涂覆在氫氧化鎳(或羥基氧化鎳)顆粒上。鎳泡沫基體可用于負(fù)載電活性氧化鎳(例如Ni (OH)2)電極材料。泡沫基材厚度可以為15至60密耳。正電極的厚度為約16-M密耳，優(yōu)選約20密耳厚，該正電極包括填充有電化學(xué)活性和其它電極材料的鎳泡沫體。在一個(gè)實(shí)施方案中，采用約350克/平方米的鎳泡沫密度和約16-18密耳的厚度。分隔體通常，分隔體將具有小的孔隙。在某些實(shí)施方案中，分隔體包括多個(gè)層?？紫逗? 或?qū)盈B結(jié)構(gòu)可對(duì)鋅枝晶提供彎曲的路徑，因此有效地阻止穿過和因枝晶引起的短路。優(yōu)選地，多孔分隔體具有約1. 5-10，更優(yōu)選約2-5的彎曲度。平均孔隙直徑優(yōu)選為至多約0. 2微米，更優(yōu)選約0.02-0. 1微米。此外，孔隙尺寸在分隔體中優(yōu)選是很均勻的。在具體實(shí)施方案中，分隔體具有約35-55%的孔隙率，而一種優(yōu)選的材料具有45%的孔隙率和0. 1微米的孔隙尺寸。在特定的實(shí)施方案中，分隔體包含至少兩個(gè)層(優(yōu)選剛好2個(gè)層)，即用于阻擋鋅穿過的屏障層和用于保持電池被電解質(zhì)濕潤的潤濕層，從而允許離子電流流過。對(duì)于在鄰近的電極層之間僅使用單一分隔體材料的鎳鎘電池，通常并非如此?？赏ㄟ^維持正電極濕潤而負(fù)電極相對(duì)干燥來有利于電池性能。因此，在一些實(shí)施方案中，屏障層位于負(fù)電極鄰近而潤濕層位于正電極鄰近。這種布置通過維持電解質(zhì)與正電極緊密接觸改善了電池性能。在其它的實(shí)施方案中，潤濕層位于負(fù)電極鄰近而屏障層位于正電極鄰近。這種布置通過促進(jìn)氧經(jīng)過電解質(zhì)傳送到負(fù)電極來促進(jìn)負(fù)電極處的氧復(fù)合。屏障層典型是微孔膜片。可使用任何離子性導(dǎo)電的微孔膜片。通常，聚烯烴有約 30-80%的孔隙率，且約0. 005-0. 3微米的平均孔隙尺寸將是合適的。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，屏障層是微孔聚丙烯。屏障層通常為約0.5-4密耳厚，更優(yōu)選約1.5-4密耳厚?？捎萌魏芜m當(dāng)?shù)目蓾櫇穹指趔w材料制成潤濕(或芯吸)層。潤濕層通常具有相對(duì)較高的孔隙率，例如約50-85%的孔隙率。例子包括聚酰胺材料例如尼龍基的，以及可潤濕的聚乙烯、聚丙烯和纖維素基的材料。一種特別的材料是用聚乙烯醇浸漬和/或涂覆的纖維素。在一些實(shí)施方案中，潤濕層為約1-10密耳厚，更優(yōu)選約3-6密耳厚?？捎米鳚櫇癫牧系姆指舨牧系睦影?NKK VL100 (NKK Corporation, Tokyo, Japan), Freudenberg FS2213E, Scimat 650/45 (SciMAT Limited，Swindon，UK)，和 Vilene FV4365。可使用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它分隔體材料。如上所述，尼龍基材料及微孔聚烯烴(如聚乙烯和聚丙烯)經(jīng)常是很合適的。在一個(gè)實(shí)施方案中，選擇性地密封分隔體，使得電極進(jìn)一步彼此隔離。實(shí)質(zhì)上，只要通過施加本文中所描述的一個(gè)熱源可將其密封，則任何分隔體材料都將起作用。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，使用不同熔點(diǎn)的分隔體材料，在其它的實(shí)施方案中，使用密封的分隔體，與暴露于卷繞體一端或兩端的條件下不密封的那些結(jié)合。參考圖2B-2D，下面將更詳細(xì)地描述這些具體實(shí)施方案。在電極/分隔體設(shè)計(jì)中的另一考慮事項(xiàng)是以具有與電極和集流板約相同寬度的簡(jiǎn)單板的形式提供分隔體還是在分隔體層中埋入一個(gè)或兩個(gè)電極。在后一實(shí)施例中，分隔體用作電極板之一的“袋狀物”，有效地包封了電極層。在一些實(shí)施方案中，在分隔體層中包封負(fù)電極將有助于防止枝晶的形成。參考名稱為“電極和分隔體組件-卷繞體”的部分，下面更詳細(xì)地描述了具體的熱密封的實(shí)施方案。電解質(zhì)在一些涉及鎳-鋅電池的實(shí)施方案中，電解質(zhì)組合物限制了枝晶的形成和鋅電極中材料再分布的其它形式。在1993年6月1日授予MEisenberg的美國專利No. 5，215，836 中公開了適宜的電解質(zhì)的例子，通過引用將其并入本文。在一些情況下，電解質(zhì)包括(1) 堿或堿土氫氧化物，(2)可溶性堿或堿土氟化物，和C3)硼酸鹽，砷酸鹽，和/或磷酸鹽(如硼酸鉀、偏硼酸鉀、硼酸鈉、偏硼酸鈉，和/或鈉或鉀的磷酸鹽)。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中， 電解質(zhì)包含約4. 5到10當(dāng)量/升的氫氧化鉀、約2至6當(dāng)量/升的硼酸或偏硼酸鈉以及約 0. 01至1當(dāng)量的氟化鉀。用于高倍率應(yīng)用的具體優(yōu)選的電解質(zhì)包含約8. 5當(dāng)量/升的氫氧化物、約4. 5當(dāng)量的硼酸和約0. 2當(dāng)量的氟化鉀。本發(fā)明不限于Eisenberg專利中公開的電解質(zhì)組合物。通常，任何符合對(duì)本申請(qǐng)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的電解質(zhì)組合物都將勝任。假設(shè)需要高功率應(yīng)用，那么電解質(zhì)就應(yīng)具有很好的導(dǎo)電性。假設(shè)如果需要長循環(huán)壽命，則電解質(zhì)應(yīng)抗枝晶形成。在本發(fā)明中，含硼酸鹽和/或氟化物的KOH電解質(zhì)與合適的分隔體層一起使用減少枝晶的形成，因而得到更耐用和長壽命的動(dòng)力電池。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，電解質(zhì)組合物包括過量約3-5當(dāng)量/升的氫氧化物(如 K0H、Na0H、和/或LiOH)。這假設(shè)負(fù)電極為基于氧化鋅的電極。對(duì)鋅酸鈣負(fù)電極而言，替代的電解質(zhì)配制劑可能為適當(dāng)?shù)摹Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施方案中，用于鋅酸鈣的適當(dāng)電解質(zhì)具有如下組成約15至25重量％ Κ0Η,約0. 5至5. 0重量％ LiOH。根據(jù)不同的實(shí)施方案，電解質(zhì)可包含液體和凝膠。凝膠電解質(zhì)可包括增稠劑，例如可從Cleveland，OH的Noveon購得的CARB0P0L 。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，活性電解質(zhì)材料的一部分為凝膠形式。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，約5-25重量％的電解質(zhì)以凝膠形式提供， 且凝膠組分包含約1-2重量％的CARB0P0L 。在一些情況下，如在2006年2月1日提交的名稱為“Electrolyte Composition for Nickel Zinc Batteries”的美國專利7，550, 230中所述，電解質(zhì)可含有相對(duì)高濃度的磷酸根離子，其出于所有目的通過引用將該專利并入本文。負(fù)電極用于鎳-鋅電池的負(fù)電極包括一個(gè)或多個(gè)鋅或鋅酸鹽離子的電活性源，該電活性源任選地與一種或多種其它材料例如本發(fā)明的涂覆有表面活性劑的顆粒、腐蝕抑制劑、潤濕劑等結(jié)合，如下所述。當(dāng)制成電極時(shí)，將對(duì)其進(jìn)行某些物理、化學(xué)以及形態(tài)特征(如庫侖容量)、活性鋅的化學(xué)組成、孔隙率、彎曲度等的表征。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)活性鋅源可包括以下組分中的一種或多種氧化鋅、鋅酸鈣、鋅金屬、以及各種鋅合金。任何這些材料都可以在制造期間提供和/或在常規(guī)電池循環(huán)期間產(chǎn)生。作為特殊的實(shí)施例，考慮了可從含有例如氧化鈣和氧化鋅的糊料或漿料產(chǎn)生的鋅酸鈣。用于可再充電的鋅堿性電化學(xué)電池的負(fù)電極的活性材料可包括鋅金屬(或鋅合金)顆粒。如果使用鋅合金，則其可以在某些實(shí)施方案中包括鉍和/或銦。在某些實(shí)施方案中，其可包括最多約20ppm的鉛。滿足該組成要求的可商購鋅合金源是由Noranda Corporation of Canada提供的PGlOl。在一個(gè)實(shí)施方案中，鎳鋅電池的電化學(xué)活性鋅金屬組分含有小于約0. 05重量％的鉛。錫也可用于鋅負(fù)電極中。在某些實(shí)施方案中，鋅金屬顆粒可涂覆有錫和/或鉛?？梢酝ㄟ^將鉛和錫鹽加入到含有鋅顆粒、增稠劑和水的混合物中來涂覆鋅顆粒。在氧化鋅和電極的其它成分存在下涂覆鋅金屬。當(dāng)電解質(zhì)中存在鈷時(shí)，含涂覆有鉛或錫的鋅顆粒的鋅電極通常不容易釋氣。電池的循環(huán)壽命和儲(chǔ)存壽命也提高了，因?yàn)殇\導(dǎo)電基體保持完好并減少了儲(chǔ)存放電。適用于本發(fā)明的負(fù)電極的示例性活性材料組合物進(jìn)一步描述在2009年5月18日提交的 J. Phillips 等人的名稱為 “Pasted Zinc Electrode for Rechargeable Nickel-Zinc Batteries”的美國專利申請(qǐng)系列號(hào)12/467,993中，其出于所有目的通過引用并入本文。鋅活性材料可以以粉末、粒料組合物、纖維等形式存在。在鋅電極糊料配制劑中使用的各組分優(yōu)選具有相對(duì)小的顆粒尺寸。這是為了減少顆?？赡艽┻^或以其它方式破壞正電極與負(fù)電極之間分隔體的可能性。特別地考慮電化學(xué)活性鋅組分(以及其它粒狀電極組分)，這樣的組分優(yōu)選具有不大于約40或50微米的顆粒尺寸。在一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒尺寸小于約40微米，即平均直徑小于約40微米。這種尺寸制度包括涂覆有鉛的鋅或氧化鋅顆粒。在某些實(shí)施方案中，該材料可以表征為不超過約的顆粒具有大于約50微米的主要尺寸(例如直徑或長軸)。 這樣的組合物可以通過例如篩分或以其它方式處理鋅顆粒以除去較大顆粒來制得。請(qǐng)注意，本文所述顆粒尺寸制度應(yīng)用于氧化鋅和鋅合金以及鋅金屬粉末。除了(一種或多種)電化學(xué)活性鋅組分外，負(fù)電極還可以包括一種或多種其它材料，所述材料促進(jìn)或以其它方式影響電極內(nèi)的特定過程，例如離子傳遞、電子傳遞(如提高導(dǎo)電性)、潤濕性、孔隙率，結(jié)構(gòu)完整性(例如結(jié)合性)、釋氣、活性材料的溶解度、屏障性能 (例如減少離開電極的鋅量)、腐蝕抑制等。為了粘合、分散和/或代替分隔體，可以將各種有機(jī)材料添加到負(fù)電極中。例子包括羥乙基纖維素(HEC)、羧甲基纖維素(CMC)、游離酸形式的羧甲基纖維素(HCMC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚磺苯乙烯(PSS)、聚乙烯醇(PVA)、nopcosperse分散劑(可獲自San Nopco Ltd. of Kyoto Japan)等等。在某些實(shí)施方案中，為了將尖銳或大的顆粒包埋在電極中(否則將會(huì)對(duì)分隔體造成危險(xiǎn))，聚合材料如PSS和PVA可與該糊料形成物(formation)混合(與涂層相對(duì))。當(dāng)在本文中定義電極組合物時(shí)，其通常理解為可適用于在制造時(shí)所產(chǎn)生的組合物 (例如，糊料、漿料或干制造配制劑的組合物)，以及在化成循環(huán)期間或之后或在該電池使用(如為便攜式工具供電時(shí))時(shí)的一次或多次充放電循環(huán)期間或之后可以得到的組合物。在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種負(fù)電極組合物描述在下列文獻(xiàn)中，其各自通過引用并入本文PCT 公開 No. WO 02/39517 (J. Phillips)、PCT 公開 No. WO 02/039520 (J. Phillips)、 PCT 公開 No. WO 02/39521、PCT 公開 No. WO 02/0395 和(J. Phillips)，美國專利公開 No. 2002182501。上述參考文獻(xiàn)中的負(fù)電極添加劑包括例如氧化硅和各種堿土金屬、過渡金屬、重金屬和貴金屬的氟化物。最后，要注意的是，雖然可以向負(fù)電極加入多種材料以賦予特定性質(zhì)，但部分此類材料或性質(zhì)可以通過除負(fù)電極之外的蓄電池部件引入。例如，用于降低鋅在電解質(zhì)中溶解度的某些材料可以在電解質(zhì)或分隔體中提供(提供或不提供給負(fù)電極)。這樣的材料的實(shí)施例包括磷酸鹽、氟化物、硼酸鹽、鋅酸鹽、硅酸鹽、硬脂酸鹽?？梢栽陔娊赓|(zhì)和/或分隔體中提供的上文確定的其它電極添加劑包括表面活性劑、銦、鉍、鉛、錫、鈣等的離子。例如，在一些實(shí)施方案中，負(fù)電極包括氧化物例如氧化鉍、氧化銦、和/或氧化鋁。 氧化鉍和氧化銦可與鋅相互反應(yīng)并減少電極處的釋氣?？梢园醇s1-10%的濃度提供氧化鉍，以干的負(fù)電極配制劑的重量計(jì)。它可促進(jìn)氧的復(fù)合。氧化銦可以按約0.05-1%的濃度存在，以干的負(fù)電極配制劑的重量計(jì)。可以按約1-5%的濃度提供氧化鋁，以干的負(fù)電極配制劑的重量計(jì)。在某些實(shí)施方案中，可包括一種或多種添加劑以改善鋅電活性材料的耐腐蝕性， 由此有利于長的貯存壽命。貯存壽命對(duì)于蓄電池組電池的商業(yè)成功或失敗可為至關(guān)重要的。意識(shí)到蓄電池是固有地化學(xué)不穩(wěn)定的裝置，可采取措施將蓄電池部件包括負(fù)電極保持在它們?cè)诨瘜W(xué)方面有用形式中。當(dāng)經(jīng)過數(shù)星期或數(shù)月而未使用，電極材料腐蝕或以其它方式在很大程度上劣化時(shí)，它們的價(jià)值因短的貯存壽命變得受限?？梢园ㄒ越档弯\在電解質(zhì)中溶解度的陰離子的具體實(shí)施例包括磷酸根、氟離子、硼酸根、鋅酸根、硅酸根、硬脂酸根等。通常，這些陰離子可以以最高約5%的濃度存在于負(fù)電極中，以干的負(fù)電極配制劑的重量計(jì)。據(jù)認(rèn)為，這些陰離子中的至少一些在電池循環(huán)過程中進(jìn)入溶液并且它們?cè)诖私档土虽\的溶解度。包括這些材料的電極配制劑的例子包括在下列專利和專利申請(qǐng)中，其各自出于所有目的通過引用并入本文2004年9月 28 日授給 Jeffrey Phillips 的名稱為 “Negative Electrode Formulation for a Low Toxicity Zinc Electrode Having Additives with Redox Potentials Negative to Zinc Potential” 的美國專利 No. 6，797，433 ；2004 年 12 月 28 日授給 Jeffrey Phillips 的名禾爾為"Negative Electrode Formulation for a Low Toxicity Zinc Electrode Having Additives with Redox Potentials Positive to Zinc Potential，，的美國專利 No. 6，835，499 ；2004 年 11 月 16 日授給 Jeffrey Phillips 的名稱為"Alkaline Cells Having Low Toxicity Rechargeable Zinc Electrodes” 的美國專利 No. 6，818，350 ；以及 2002 年 3 月 15 日由 Hall 等人提交的 PCT/NZ02/00036 (公開號(hào) WO 02/075830)。添加到負(fù)電極的導(dǎo)電纖維還可用于灌注或潤濕電極的目的。涂覆有表面活性劑的碳纖維是這樣的材料的一個(gè)實(shí)施例。但是，要理解的是，可以包括其它材料以促進(jìn)潤濕。 這樣的材料的實(shí)例包括氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、氧化鋁與氧化硅一起等等。通常，當(dāng)存在時(shí)，這些材料以最高約10%的濃度提供，以干負(fù)電極配制劑的重量計(jì)。這樣的材料的進(jìn)一步討論可見于2004年11月2日授給Jeffrey Phillips的名稱為“Formulation of Zinc Negative Electrode for Rechargeable Ceils Having an Alkaline Electrolyte，，的美國專利No. 6，811，926，其出于所有目的通過引用將其并入本文。鋅負(fù)電極含有在鋅負(fù)電極的電化學(xué)活性組分與鎳正電極之間建立導(dǎo)電連接的材料。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，向負(fù)電極中引入涂覆有表面活性劑的顆粒提高了該電極的總載流能力，特別是涂覆有表面活性劑的碳顆粒，如描述于2010年8月6日授給Jeffrey Phillips的名稱為“Carbon Fiber Zinc Negative Electrode”的美國專利申請(qǐng)系列號(hào) 12/852，345，其出于所有目的通過引用將其并入本文。如提及的那樣，具有穩(wěn)定的粘度并在鋅電極制造過程中易于操作的漿料/糊料可用于制造鋅負(fù)電極。這樣的漿料/糊料具有鋅顆粒，該鋅顆粒任選通過將鉛和錫鹽添加到含有鋅顆粒、增稠劑和液體(例如水)的混合物中來涂覆。還可添加諸如氧化鋅(ZnO)、氧化鉍(Bi2O3)、分散劑和粘合劑如Teflon 的成分。適于這一方面的粘合劑包括但不限于 P. T. F. E.、丁苯橡膠、聚苯乙烯和HEC。適于這一方面的分散劑包括但不限于肥皂、有機(jī)分散劑、銨鹽分散劑、蠟分散劑。按照這一方面的可商購分散劑的實(shí)例是N0pC0SperSeTM(可獲自 Nopco Paper Technology Australia Pty. Ltd.的液體系列分散劑的商品名)。適于這一方面的液體包括但不限于水、醇、醚及其混合物。電極和分隔體組件-卷繞體為了制備卷繞體，將單個(gè)的電極層組件夾在一個(gè)或多個(gè)分隔體材料層之間。堆垛該夾入的電極組件，隨后將其卷繞成卷繞體。圖2A是顯示在卷繞成卷繞體之前電極和分隔體層的組件的透視圖。電極和分隔體的層由本文所描述的材料制得。在所說明的實(shí)施例中，在被拉拔或?qū)㈦姌O板送入卷繞裝置中之前，起初沿著電極的平坦表面將分隔體QOO和208)在每個(gè)負(fù)電極(在每面上涂覆有電化學(xué)活性層206的導(dǎo)電性基材204)和正電極(在每面上涂覆有電化學(xué)活性層212的導(dǎo)電性基材210)上折疊。在該實(shí)施方案中，每個(gè)分隔板都是兩褶體(bifold)，其中將每個(gè)電極插入兩褶體基本上到折線202(如水平箭頭所示)。在該方法中，使用兩個(gè)分隔體源。在一個(gè)作為替代的實(shí)施方案中，由兩個(gè)分隔板的分隔源跨越(straddle)每個(gè)電極板，因而使用了四個(gè)而不是兩個(gè)分隔體源。因而，起初，在電極前邊緣上不將分隔板折疊，但所得的層狀結(jié)構(gòu)是相同的。然而，當(dāng)插入卷繞裝置中時(shí)，兩褶體的分隔體較容易插入并控制堆跺體。兩種方法制備了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中兩個(gè)分隔體層將每個(gè)電極層與下一個(gè)鄰近的電極層隔離。這通常不是鎳鎘電池的情況，鎳鎘電池在鄰近的電極層之間僅使用單一分隔體層。 在鎳鋅電池中使用的其它層有助于阻止可源自鋅枝晶形成的短路，并且當(dāng)使用芯吸分隔體時(shí)，還協(xié)助灌注和離子電流流動(dòng)。枝晶是在金屬沉積中具有骨架或樹狀的生長圖案(“枝晶生長”)的結(jié)晶組織。實(shí)踐中，枝晶在電池壽命期間在動(dòng)力電池的導(dǎo)電介質(zhì)中形成并且有效地橋接負(fù)和正電極，引起短路和隨后的蓄電池功能損失。請(qǐng)注意，分隔板通常不完全覆蓋電極板的整個(gè)寬度。特別地，一但完成，就將每個(gè)電極板的一個(gè)邊緣(導(dǎo)電基材)保持為暴露，用于連接終端或以其它方式建立與蓄電池終端的電連接。在該特別的實(shí)施方案中，這些暴露的邊緣在相反側(cè)上，使得一旦卷繞該卷繞體，每個(gè)正和負(fù)電極將在蓄電池的相反端與蓄電池終端產(chǎn)生電連接。暴露的邊緣可以在相同側(cè)上，使得通過卷繞體的相同端部均產(chǎn)生與蓄電池終端的電連接，而不超出本發(fā)明的范圍，然而，在卷繞體的相反端具有暴露的基材是更方便的。在暴露的基材邊緣在卷繞體的相反端的實(shí)施方案中，不需要暴露所有的各個(gè)邊緣。這就是說，一部分邊緣可用于與例如集流盤或金屬片接觸，而剩余部分沒有暴露或以其它方式受到保護(hù)。在一個(gè)特別的實(shí)施方案中， 為了使用于有效集流而與集流體或罐體的接觸最大化，基本上暴露每個(gè)電極基材的所有每個(gè)邊緣。圖2B是通過將圖2A中單個(gè)電極與它們各自的分隔體進(jìn)行堆垛(如圖2A中的粗的雙頭箭頭所示)而形成的組件橫截面(由圖2A中的剖面A指示)。分隔體200將負(fù)電極 (基材204和電化學(xué)活性層206)與正電極(基材210和電化學(xué)活性層21 機(jī)械和電分離， 同時(shí)允許離子電流在電極之間流動(dòng)。在該實(shí)施方案中，分隔體200為微孔聚丙烯，但是本發(fā)明不受此限制。如所提及的，鋅負(fù)電極的電化學(xué)活性層206通常包含氧化鋅和/或鋅金屬作為電化學(xué)活性材料并且可包含如上所述的涂覆有表面活性劑的顆粒。層206還可包含其它添加劑或電化學(xué)活性化合物如鋅酸鈣、氧化鉍、氧化鋁、氧化銦、羥乙基纖維素和分散劑。負(fù)電極基材204應(yīng)該與負(fù)電極材料206電化學(xué)地相容。如上所述，電極基材可具有多孔金屬板、板網(wǎng)、金屬泡沫體或圖案化的連續(xù)金屬板的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，基材可簡(jiǎn)單為金屬層如金屬箔。在一個(gè)特別的實(shí)施方案中，負(fù)基材為鍍覆有錫和/或鉛的銅。在分隔體200的另一側(cè)上與負(fù)電極相對(duì)的是正電極和分隔體208。在該實(shí)施方案中，分隔體208是纖維素基材料，更具體而言是浸漬和/或涂覆有聚乙烯醇的纖維素，但本發(fā)明不受此限制。該層為芯吸層(例如來自NKK，如上文在分隔體部分中更詳細(xì)地討論的)。 正電極還包括電化學(xué)活性層212和電極基材210。正電極的層212可包括氫氧化鎳、氧化鎳和/或羥基氧化鎳作為電化學(xué)活性材料，以及各種添加劑，在本文中描述了其全部。電極基材210可為例如鎳金屬泡沫體基體或鎳金屬片材。請(qǐng)注意，如果使用鎳泡沫體基體，則層 212會(huì)形成一個(gè)連續(xù)的電極，因?yàn)樗鼈兲畛浣饘倥菽w中的空隙并且穿過泡沫體。將層狀的鋅負(fù)電極和鎳正電極結(jié)構(gòu)卷繞成如圖1所示的卷繞體結(jié)構(gòu)101。如可從圖2B看出的，導(dǎo)電基材204和210橫向平移，使得一旦卷繞該卷繞體，每個(gè)電極就將充分暴露以在卷繞體的相對(duì)端產(chǎn)生與蓄電池終端的電連接。與此同時(shí)卷繞裝置將各種板拉入并且將它們卷成卷繞體組件。在制備足夠厚度的柱體后，該裝置切割分隔體和電極的層以制備成品卷繞體組件101，如圖1所示。圖2C是卷繞體101的橫截面(如圖1所示的剖面B)，具體地其中卷繞體是通過卷繞如圖2B所示的堆垛結(jié)構(gòu)而制得。當(dāng)卷繞該卷繞體后將卷繞裝置的芯模移除時(shí)，形成空隙201?？障?01充當(dāng)電解質(zhì)貯存體，或者當(dāng)以貧液狀態(tài)配置電池時(shí)，該空隙是氣體排出的通道。一個(gè)方面是選擇性地密封第一系列分隔體層而不密封第二系列分隔體層同時(shí)將卷繞體組件的相同端暴露于熱源的方法，所述第一系列分隔體層位于卷繞體組件(其包括兩個(gè)電極)的第一電極的兩側(cè)上并且延伸通過的卷繞體組件的第一電極的邊緣，所述第二系列分隔體層位于第二電極的兩側(cè)上并且延伸通過與第一電極邊緣平行和鄰接的邊緣，兩個(gè)邊緣均位于卷繞體組件的相同端上。圖2C卷繞體101的橫截面顯示了存在如關(guān)于圖2B所描述的分隔體-夾入的電極的交替層。重要的是，分隔體材料突出穿過每個(gè)電極上的電化學(xué)活性材料，并且每個(gè)導(dǎo)電基材從卷繞體的端部在一端比分隔體材料突出更遠(yuǎn)，使得可產(chǎn)生對(duì)蓄電池終端的電連接。在該實(shí)施例中，負(fù)集流基材204突出穿過在卷繞體一端(如所示的頂部)的電活性和分隔體材料，而正集流基材210突出穿過在卷繞體另一端(如所示的底)的電活性和分隔體材料。當(dāng)如圖1所示組裝蓄電池時(shí)，負(fù)基材204將連接到負(fù)集流體 103，并且正基材210將與罐體113底部產(chǎn)生接觸。該卷繞體配置非常適用于選擇性地在卷繞體的一端或兩端密封兩個(gè)電極中的僅一個(gè)。請(qǐng)注意，除了在卷繞體外側(cè)和在空隙201內(nèi)部以外，分隔體(在該實(shí)施例中為聚丙烯分隔體200)與芯吸分隔體208相鄰。還請(qǐng)注意， 在卷繞體底處，分隔體200并不如分隔體208向下延伸的那么遠(yuǎn)-在分隔體200和208均要密封在負(fù)電極上方的實(shí)施方案中，該配置會(huì)允許足夠的分隔體208融化或當(dāng)其被密封時(shí)與200結(jié)合。還將208配置成在卷繞體底處較長，因?yàn)殡姌O基材210也進(jìn)一步向下延伸，因而如果密封不完全，210還受208保護(hù)。類似地，在卷繞體頂部，分隔體200比208向上延伸的更遠(yuǎn)，因?yàn)榛?04比基材210延伸得更遠(yuǎn)，因而204還受到分隔體200保護(hù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，選擇性地密封第一系列的分隔體層包括i)配置第二電極的集流基材，使得當(dāng)對(duì)卷繞體組件的相同端施加熱源時(shí)第一系列的分隔體層可密封以包封第一電極，但第二系列的分隔體層物理地阻礙密封和包封第二電極；和ii)對(duì)卷繞體組件的相同端部施加熱源。在該實(shí)施例中，在集流基材210突出超過分隔體層的卷繞體端部(如所示的底)進(jìn)行熱密封。在一個(gè)實(shí)施方案中，配置第二電極的集流基材包括將第二電極的集流基材顯著折疊而不接觸第一電極的集流基材，使得形成基本封閉的體積，其中將第一系列的分隔體層和與第二系列分隔體層鄰接的分隔體層置于基本上封閉的體積中。圖2D描繪了在將集流基材210折疊并且對(duì)卷繞體的那端施加熱以熱密封負(fù)電極(其包含集流體204和電化學(xué)活性材料206)之后的卷繞體IOla的橫截面。折疊可手動(dòng)或用卷繞機(jī)器進(jìn)行，如所示該卷繞機(jī)器固定卷繞體組件并且施加軋輥(在該實(shí)施例中從卷繞體的外邊緣向內(nèi)邊緣)來折疊集流體。再次參考圖2D，在將集流體210折疊后，形成體積211(如粗虛線圓所示)，其中在組件端部的分隔體材料在三個(gè)側(cè)面上被正集流體210所圍繞，集流體210的垂直壁和彎曲部分。當(dāng)以這種方式配置時(shí)，并且當(dāng)在集流體210的折疊外表面上對(duì)卷繞體的底端(如粗的向上箭頭所示)施加熱時(shí)，聚丙烯分隔體熔化并熔合形成如熔合點(diǎn)200a所示的連續(xù)層。 集流體210的配置在該實(shí)施例中至少起到三個(gè)作用。折疊允許熱透射到體積211 (基本為小爐子)。210超出分隔體材料的延伸物理地阻擋了用穿過屏障體210的多個(gè)分隔體材料 208將分隔體材料208密封(如果其是可密封的)。最后，穿過分隔體的延伸還允許集流體與罐體(例如通過集流盤10 的電連接，并且折疊使與罐體或集流盤的電接觸最大化。一旦形成該密封，可形成小體積203，其與折疊體一起節(jié)省了蓄電池組件中有價(jià)值的空間，使得可使用更多電活性材料(因?yàn)殡姌O可為有效地更高)。在該實(shí)施例中，如由 208a所指示的，來自下ー個(gè)最近的正卷繞的芯吸層并不熔合，因?yàn)樗抢w維素基材料并且不熔化(盡管其可如所示的變形)。用于本文中所描述的電池的熱密封不以這種方式受到限制。在一些實(shí)施方案中，兩個(gè)分隔體(或在一些實(shí)施方案中多于兩個(gè)分隔體層)由可熔合的材料制成從而在電極之一的上方形成雙重密封。這就是說，如果兩種不同的分隔體材料對(duì)于熔化在一起是相容的，則它們可形成単一層的熔合端部，但是兩倍厚。如果兩種不同的分隔體材料對(duì)于熔化在一起不是相容的，則形成雙層密封。在該實(shí)施方案中，配置該集流體使得當(dāng)施加密封熱時(shí)，可僅包封電極之一，因?yàn)榇嬖诜乐沽愆`個(gè)電極(在該實(shí)施例中為正電極)在分隔體下方被密封的物理屏障(盡管體積211中的密封200a保護(hù)正電極不受污染)。卷繞體一旦卷繞就在卷繞體外部上的最終卷繞上具有正電極層(與分隔體ー 起)。盡管本發(fā)明不以這種方式受到限制，但在該配置中鍍覆鎳的罐體內(nèi)部與負(fù)電極進(jìn)ー步隔離，因而不需要用抗析氫材料涂覆罐體內(nèi)部，例如，可僅涂覆負(fù)集流體103。圖2E是顯示分解圖中墊片111、負(fù)集流體103、罐體113和排氣蓋體109的橫截面。 電池包括這些部件，以及卷繞體(未示出)。如所提及的，該簡(jiǎn)單和精致的設(shè)計(jì)可解決與更復(fù)雜配置相關(guān)的很多缺陷。如所提及的，可添加其它的部件，例如在罐體底部處的罐體內(nèi)的正集流盤、為了產(chǎn)生與罐體和/或負(fù)集流體的電連接的一個(gè)或多個(gè)例如焊接到基材的金屬片，等等。然而以其最簡(jiǎn)單的形式，描繪于圖2E中的部件與卷繞體和電解質(zhì)一起組合，以制備改進(jìn)的可再充電鎳鋅電池。為了組裝，將卷繞體引入罐體113中，該罐體113具有朝向罐體底部的暴露的正基材端部和朝向罐體開ロ端的負(fù)基材暴露端部。下一歩，在卷繞體頂上將負(fù)集流體103引入罐體113中，其中直接與負(fù)基材產(chǎn)生電連接，或通過例如焊接到基材的金屬片產(chǎn)生電連接。在負(fù)集流體103上方和周圍引入墊片111，接著在開ロ端例如在環(huán)狀凹槽115上方卷曲罐體以密封罐體，同時(shí)通過插入的墊片111將罐體與負(fù)集流盤103絕緣。 將排氣蓋體109連接例如焊接到罐體113，使得孔108和112存在ー些重疊，以允許氣體通過排氣蓋體109的排氣機(jī)構(gòu)(如下所述)從罐體排出?？稍诓迦刖砝@體和密封該罐體之前連接排氣蓋體109，并且在一個(gè)實(shí)施方案中，這是組裝的順序。圖2E顯示了排氣蓋體109的更多細(xì)節(jié)。排氣蓋體包括基盤109a和蓋體109b，每個(gè)均由如上文在排氣部分中所述的導(dǎo)電材料制成。一旦組裝成電池，就將蓋體109b固定于基盤109a并且安裝隔膜109c，該隔膜109c由允許氣體通過孔108和112排出的弾性材料制成。當(dāng)達(dá)到足夠的壓力時(shí)，氣體通過隔膜109c和基盤109a之間并且通過ー個(gè)或多個(gè)孔 109d(在該實(shí)施例中在蓋體109b側(cè)面上)排出。取決于用于隔膜的材料和通過蓋體施加的壓カ(該壓カ保持隔膜)，可維持如在上文排氣部分中所描述的那些壓力，并且適當(dāng)?shù)嘏懦龆贿^量的泄露電解質(zhì)，特別是當(dāng)電池處在如上所述的貧液配置吋。
圖2F描繪了納入與圖1和2E描述中的那些相似的最終蓄電池組件中的如圖2D 中所描繪的選擇性熱密封的卷繞體組件101a。本發(fā)明不受此限制，例如，如圖2C中所描繪的卷繞體IOla也是用于本發(fā)明的電池的合適卷繞體。圖2E是示例性電池，包括選擇性分隔體密封、充當(dāng)與正罐體電絕緣的關(guān)閉物的負(fù)集流盤和如上所述的固定于正罐體的排氣蓋體。在該實(shí)施方案中，罐體113的內(nèi)底部與用于改進(jìn)的電流傳遞的正基材210的折疊表面直接接觸。在另ー個(gè)實(shí)施方案中，在卷繞體底與罐體底之間插入集流體。如果焊接到罐體底部則該配置可有助于接觸并且還可用作罐體增強(qiáng)體(參見下面進(jìn)ー步的討論)。這樣的正集流體可包括例如小釘子(spike)或增強(qiáng)電接觸的其它突起?；?04與負(fù)集流盤103 接觸，因而與負(fù)集流盤103電連接。雖然不希望為理論所束縛，但認(rèn)為當(dāng)將集流基材折疊時(shí)由于顆粒污染所致的電短路是更可能的，因而在該實(shí)施例中，正基材210在負(fù)集流基材204直接的視線中。密封(例如在該情況下的負(fù)電極)防止顆粒在具有這種熱密封的卷繞體端部的電極之間引起短路。 在卷繞體101端部(其中負(fù)基材204與負(fù)集流盤103電接觸)，基材204和210不在直接的視線中，因而對(duì)任何的枝晶而言生長不得不由電化學(xué)活性材料206遷移向上并且超過兩個(gè)分隔體層200和208，并且為了引起短路再次向下到基材210。因而以這樣的方式配置電極 電極不在彼此的直接視線中，并且電極之間高度D的差別是充分不同的，與分隔體結(jié)合形成橫向屏障，排除了在卷繞體的該端部密封分隔體的需要。然而本發(fā)明不受此限制。在ー些實(shí)施方案中，例如當(dāng)需要使卷繞體兩端處的正電極與負(fù)電極之間相對(duì)距離最小化吋，配置該卷繞體的電極和分隔體，使得在卷繞體的兩端均進(jìn)行兩個(gè)電極之一的選擇性密封。選擇性密封分隔體層的更詳細(xì)描述包含于McKirmey等人于2010年9月8號(hào)提交的名稱為“Heat Sealing Separators for Nickel Zinc Cells美國非臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào) 12/877，841，出于所有目的通過引用將其并入本文。一個(gè)實(shí)施方案是如本文中所描述的電池，其包括正罐體和排氣蓋體，包含如美國專利申請(qǐng)12/877,841中描述的卷繞體。圖2G顯示了排氣蓋體109的另ー個(gè)例子，其具有如圖2E中所列出的單個(gè)部件。 顯示的是底和頂部的透視圖，在圖的中部是俯視圖，并且最后由剖面C所指示的橫截面在圖2G的底部處。在該實(shí)施例中，在三處150將蓋體109b點(diǎn)焊到基盤109a。在該實(shí)施例中，孔109d不在蓋體的側(cè)面，而是在蓋體底部部分，因而當(dāng)達(dá)到足夠的壓力時(shí)，氣體通過隔膜109c和基盤109a之間并且通過ー個(gè)或多個(gè)如前所述的孔109d排出。圖2F中的橫截面顯示了對(duì)于當(dāng)用于例如AA商業(yè)電池的排氣蓋體的示例性尺寸。在該實(shí)施例中尺寸E為 12. 96 士 0. 03mm，尺寸 F 為 9. 00 士 0. 05mm，尺寸 G 為 5. 30 士 0. 05mm，尺寸 H 為 2. 85 士 0. 05mm, 并且尺寸L為2. 40 士 0. 20mm。圖2H描繪了本發(fā)明的另ー示例性電池。在該實(shí)施例中，卷繞體組件與關(guān)于圖2F所描述的相同。區(qū)別是排氣蓋體沒有如圖2G中所描述的基盤109a，而蓋體109b直接點(diǎn)焊到罐體113底部。蓋體109b支撐隔膜109c抵住孔108，因而密封所述孔，直至在罐體中達(dá)到足夠的壓力，使得氣體在隔膜和罐體之間排放并且通過孔109d排出，這與圖2G中的相同， 但不同的是，罐體底部的外表面充當(dāng)基盤。在該實(shí)施方案中，不需要如關(guān)于圖2F描述的實(shí)施方案中那樣在基盤與罐體之間的環(huán)狀密封。這里，隔膜產(chǎn)生了對(duì)于孔108的適當(dāng)密封并且蓋體109b僅需例如在三處點(diǎn)焊，以穩(wěn)固地連接蓋體、密封蓄電池并且形成排氣機(jī)構(gòu)。點(diǎn)焊還在罐體與排氣蓋體之間形成良好的電連接，盡管考慮其它的焊接或連接形式。例如對(duì)于提供支撐蓋體到罐體的結(jié)構(gòu)部件可存在非電連接的連接方法，而通過其它構(gòu)件例如排氣蓋體與罐體底部之間的焊接片產(chǎn)生從蓋體到罐體的電連接。因而對(duì)于本發(fā)明，“排氣蓋體”意味著包括使用罐體底部而形成的排氣機(jī)構(gòu)，例如如關(guān)于圖2H描述的，或不同的并且在連接到罐體底部之前為完整的排氣機(jī)構(gòu)，例如如關(guān)于圖2F和2G描述的。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，盡管描繪于圖2H中的電池是卷繞體、負(fù)集流體、罐體、排氣件和適當(dāng)?shù)拿芊庀鄬?duì)簡(jiǎn)單的組件，但是本發(fā)明還包括具有例如在罐體底部與卷繞體正極之間插入的正集流盤(例如鎳泡沫體)、在負(fù)集流盤與卷繞體負(fù)極之間插入的導(dǎo)電彈簧、用于卷繞體負(fù)極與負(fù)集流盤之間電連接的(例如焊接的)金屬片等的電池。在一些實(shí)施方案中，增強(qiáng)該蓄電池罐體以提供抵抗形狀改變和電池遇到的其它カ 的額外剛性。在一個(gè)實(shí)施方案中，罐體在底部比在側(cè)壁更厚，或者罐體為足夠的厚度以承受施加在罐體上的力，例如形狀改變和/或氣體壓力。在另ー個(gè)實(shí)施方案中，增強(qiáng)該罐體底部。圖3A描述了增強(qiáng)的蓄電池罐體的一個(gè)實(shí)施例。罐體300具有壓入用于構(gòu)造罐體的材料中的環(huán)狀脊302。頂部圖是罐體300縱長(由剖面M所指示)橫截面，并且底部圖是往下看入罐體300的俯視圖。例如，如果鋼用于罐體，這些脊可以是如制備罐體的沖壓方法的一部分而制得的部件。在另ー實(shí)施例中，如果罐體由聚合材料制成，則可如用于制備罐體的吹塑法的一部分來構(gòu)造該脊。兩片罐體不在本發(fā)明范圍之外，這就是說，例如可將由金屬制得的帶脊的底與聚合管熔合，以構(gòu)造類似于300的蓄電池罐體。圖加還描繪了增強(qiáng)的罐體304。罐體304在底部中具有脊306。左上的橫截面描繪了沿著線N的剖面。左下圖是向下看入罐體304的俯視圖。這些脊是用于賦予罐體底部的剛性的另ー配置。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解這些結(jié)構(gòu)的組合處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可在罐體300中將脊306與ー種或多種環(huán)狀脊例如脊302組合。在另ー實(shí)施例中，罐體底部具有為格柵(waffle)圖案等的脊。在該實(shí)施例中，顯示每個(gè)罐體300和304在底部具有孔301，但這不是限制性的(見前)。在一個(gè)實(shí)施方案中，將如關(guān)于圖3A和;3B所描述的脊與集流盤結(jié)合使用。在ー個(gè)實(shí)施方案中，集流盤為金屬泡沫體。在一個(gè)實(shí)施方案中，集流盤為鎳泡沫體。在該實(shí)施方案中，鎳泡沫體壓縮成與脊的形狀一致，使得其基本上不占據(jù)比必要的更多的體積。這就是說，泡沫體占據(jù)所述脊之間的空間而不被壓縮，因?yàn)橄鄬?duì)于脊的頂部邊緣布置卷繞體。在一個(gè)實(shí)施方案中，不管是否與鎳泡沫體集流盤結(jié)合使用，所述脊在頂部是尖鋭的使得它們咬入卷繞體的正集流體中。在另ー個(gè)實(shí)施方案中，用鎳鍍層涂覆所述脊和/或罐體底。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解圖3A和加中的脊配置允許排氣蓋體連接到罐體底同時(shí)還不干擾排氣機(jī)構(gòu)。例如，如關(guān)于圖2E-2H描述的排氣蓋體會(huì)在罐體300上起作用。這是因?yàn)樵诠摅w300底上存在足夠面積的平表面來與排氣蓋體的隔膜和/或排氣蓋體的基板109a 形成密封。罐體304是對(duì)于描述于2H中的排氣蓋體的良好選擇，因?yàn)楦裟た蓧合蚬摅w304 底并且產(chǎn)生密封。借助于所述脊306在罐體304底中形成的溝道將會(huì)需要用于排氣蓋體 109的排氣配置，例如如圖2E-G中的，以便阻擋發(fā)生通過溝道而不是所述的排氣機(jī)構(gòu)的排氣，在這些圖中，當(dāng)排氣件與罐體對(duì)準(zhǔn)(register)時(shí)，將隔膜直接壓到罐體304底上和/或用例如密封元件填充溝道或排氣蓋體具有至少部分填充罐體304底中的溝道的脊。在一個(gè)實(shí)施方案中，排氣機(jī)構(gòu)使用這些溝道作為用于排氣的通道。在該實(shí)施方案中，將類似于關(guān)于圖2H描述的排氣蓋體連接例如點(diǎn)焊到罐體304底。這描繪于圖加中右中部圖，其僅顯示了僅罐體304的底部分具有蓋體109b，該蓋體109b例如點(diǎn)焊(未示出) 到由罐體304底部中由脊306形成的溝道之間的罐體304底上的平表面。氣體可如粗虛線箭頭所示的排出，即通過孔和隔膜190c與罐體底之間，然后通過溝道并且出去。在其它的實(shí)施方案中，使用具有平底的罐體，但是將增強(qiáng)零件連接到罐體底(內(nèi)部)。圖4描繪了這樣的ー種實(shí)施方案。頂部橫截面描繪了沿線0的剖面。罐體400具有連接例如焊接到罐體內(nèi)底的增強(qiáng)零件404。圖4中左上圖顯示了零件404具有四個(gè)臂和一個(gè)中心孔406。將中心孔配置成與罐體底部中的孔402對(duì)準(zhǔn)，使得氣體可通過其排出。圖 4中左下圖顯示了在罐體底部具有零件404的罐體400的俯視圖。增強(qiáng)零件的厚度僅需為足以使罐體底部增強(qiáng)以承受罐體底部上的力，例如卷繞體的形狀改變和/或在排氣之前的氣體壓力。取決于材料，零件404可薄至一毫米和厚至幾毫米。零件404不需要具有如圖 4所示的配置，例如，其可為環(huán)狀的，具有不同數(shù)目的臂等，圖4中的零件僅是很多可能中的 ー種變體。該零件具有賦予蓄電池罐體底部增強(qiáng)的剛性和相對(duì)平的主體(為了節(jié)省電池中的體積)。在所示的實(shí)施例中，在該零件的臂之間的區(qū)域408可由例如鎳泡沫體占據(jù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，將該零件與鎳泡沫體結(jié)合使用，類似于圖3A和;3B中的脊，鎳泡沫體壓縮在卷繞體和零件404之間，但是填充空間408并且夾在這些空間中的罐體底部與卷繞體之間。 優(yōu)選地，零件404由剛性材料制成并且導(dǎo)電。優(yōu)選地，零件404可為例如由涂覆有鎳或鈦的鋼制成。將如本文中所描述的排氣機(jī)構(gòu)焊接或以其它方式連接到罐體底，從而配置有這樣的增強(qiáng)零件。制備可再充電電池的方法參考圖1-4，詳細(xì)描述了電池與制備電池的方法的各個(gè)方面。在上述的電池描述中，描述的罐體具有預(yù)制的孔例如孔108。本發(fā)明不受此限制。在最寬泛的意義中，如圖5 的エ藝流程圖500中所描繪的，一個(gè)實(shí)施方案是制備可再充電鎳鋅電池的方法，該方法包括50 在罐體中密封卷繞體組件，該組件包括鎳正電極、鋅負(fù)電極和至少ー個(gè)置于所述鎳正電極與鋅負(fù)電極之間的分隔體層，使得鎳正電極與罐體底部和主體電連接，并且鋅負(fù)電極與在罐體另一端的負(fù)集流盤電連接并且與罐體電隔離；將負(fù)集流盤配置成為罐體開ロ 端的關(guān)閉物；504)在罐體底部將蓄電池罐體穿孔，由此在罐體底部產(chǎn)生孔；以及506)在罐體底部固定排氣蓋體；將排氣蓋體配置成通過孔從可再充電鎳鋅電池排出氣體。在密封之前將電解質(zhì)引入罐體中，或在密封后通過孔將電解質(zhì)引入罐體中。エ藝流程要素不必以所描繪的順序進(jìn)行，例如可將罐體底部穿孔，可將排氣蓋體連接到罐體，然后如所述的那樣將卷繞體密封在罐體中。在另ー個(gè)實(shí)施方案中，插入卷繞體，密封罐體，然后將罐體穿孔以產(chǎn)生孔。一個(gè)實(shí)施方案是蓄電池組件，包括如本文中所述的卷繞體，其如本文中所描述的那樣密封在蓄電池罐體中，其中沒有將蓄電池罐體穿孔，并且例如不存在電解質(zhì)或卷繞體處于貧液狀態(tài)。如本文中所描述的，這樣的組件可儲(chǔ)存和/或運(yùn)輸用于例如最后的穿孔、電解質(zhì)的添加以及排氣組件的連接。此外，盡管不是實(shí)踐本發(fā)明所必要的，但還期望用例如鎳鍍覆罐體內(nèi)部。如果將卷繞體密封在罐體中并且隨后將罐體穿孔以形成如前面實(shí)施方案中所描述的孔，在穿孔位置可能存在一小部分罐體不受鎳保護(hù)。在一些情況下，有效地鍍覆罐體內(nèi)部還是困難的。在一些實(shí)施方案中，如所提及的，正電極層在卷繞體外側(cè)上，并且因此例如當(dāng)罐體為鋼時(shí)，源自罐體的鐵劣化產(chǎn)物不顯著地干擾正電極功能，因此這種配置除了所描述原因還出于該原因而構(gòu)成改進(jìn)的鎳鋅電池，特別是當(dāng)如關(guān)于圖2D所描述的選擇性密封負(fù)電極并且如圖2F 和2H所描述的那樣使用吋。然而，在一些實(shí)施方案中，需要從罐體中的預(yù)制孔開始，然后用保護(hù)劑例如鎳鍍覆罐體。這樣，不存在不受鎳保護(hù)的孔108的部分，并且有望不存在不受鎳保護(hù)的罐體內(nèi)部。 在這些實(shí)施方案中，エ藝操作504會(huì)不存在于エ藝流程中。因而另ー個(gè)實(shí)施方案是制備可再充電鎳鋅電池的方法，該方法包括50 在罐體中密封卷繞體組件，該組件包含鎳正電極、鋅負(fù)電極和至少ー個(gè)置于所述鎳正電極和鋅負(fù)電極之間的分隔體層，使得鎳正電極與罐體底部和主體電連接，并且鋅負(fù)電極與在罐體另一端的負(fù)集流盤電連接并且與罐體電隔離；罐體包括在罐體底部中的孔；將負(fù)集流盤配置成為罐體開ロ端的關(guān)閉物；以及506)在罐體底部固定排氣蓋體；將排氣蓋體配置成通過孔從可再充電鎳鋅電池排出氣體。再次，エ 藝流程操作502和506還可以以相反的順序進(jìn)行。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，罐體為鍍鎳鋼。在另ー個(gè)實(shí)施方案中，負(fù)集流盤是涂覆有抗析氫材料例如金屬、合金和聚合物中的至少ー種的金屬盤。 這些材料的具體例子描述在上文中，并且包括在本發(fā)明的方法的實(shí)施方案中。負(fù)性盤例如可為涂覆有錫、銀、鉍、黃銅、鋅和鉛中至少ー種的鋼、黃銅或銅盤。在一個(gè)實(shí)施例中，該盤為涂覆有錫和/或銀的黃銅或銅。在一個(gè)實(shí)施方案中，用聚合物例如特氟隆涂覆該盤的至少一部分。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的方法實(shí)施方案中，通過焊接的金屬片、負(fù)集流盤與負(fù)電極之間的直接接觸和/或配置成與鋅負(fù)電極和負(fù)集流盤均接觸的導(dǎo)電彈簧(導(dǎo)電彈簧例如為壓縮在卷繞體的端部與負(fù)集流盤之間的彈簧或可逆壓縮的材料例如金屬海綿體)，可產(chǎn)生負(fù)集流盤與鋅負(fù)電極之間的電連接。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，制備可再充電鎳鋅電池的方法還包括在罐體中密封卷繞體之前，在鎳正電極與罐體底部之間插入正集流盤，并且該正集流盤與鎳正電極和罐體底部電連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，正集流盤包括鎳泡沫體。用于構(gòu)造正電極和負(fù)電極的材料與包含于關(guān)于本發(fā)明電池的上文描述中的相同。在可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的一個(gè)實(shí)施方案中，制備可再充電鎳鋅電池的方法還包括在罐體中密封卷繞體之前將堿性電解質(zhì)引入罐體中，或在罐體中密封卷繞體之后通過孔將堿性電解質(zhì)引入罐體中，該堿性電解質(zhì)包括(a)約0. 025M-0. 25M磷酸鹽；(b)約 4M-約9M游離堿度；和(c)至多約IM硼酸鹽。可關(guān)于任何上述實(shí)施方案使用的另ー個(gè)實(shí)施方案是如本文中所描述的制備可再充電鎳鋅電池的方法，其中將可再充電鎳鋅電池配置成選自AAA、AA、C、D和亞-C的可商購尺寸。盡管為了便于理解在一些細(xì)節(jié)上描述了前述發(fā)明，但認(rèn)為描述的實(shí)施方案是說明性而不是限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)可進(jìn)行特定的改變和修正。
權(quán)利要求
1.一種可再充電鎳鋅電池，包含i)卷繞體電極組件，其包含鎳正電極、鋅負(fù)電極和至少一個(gè)置于鎳正電極和鋅負(fù)電極之間的分隔體層； )與鎳正電極電連接的罐體，該罐體在罐體底部包含孔；iii)固定于罐體底部并且與罐體電連接的排氣蓋體，該排氣蓋體配置成通過該孔排出源自可再充電鎳鋅電池的氣體；和iv)與鋅負(fù)電極電連接并且與罐體電隔離的負(fù)集流盤，該負(fù)集流盤配置成為罐體開口端的關(guān)閉物。
2.權(quán)利要求1的可再充電鎳鋅電池，其中罐體為鍍鎳鋼。
3.權(quán)利要求2的可再充電鎳鋅電池，其中負(fù)集流盤為涂覆有抗析氫材料的金屬盤。
4.權(quán)利要求3的可再充電鎳鋅電池，其中抗析氫材料包含金屬、合金和聚合物中的至少一種。
5.權(quán)利要求4的可再充電鎳鋅電池，其中抗析氫材料包含錫、銀、鉍、黃銅、鋅和鉛中的至少一種。
6.權(quán)利要求4的可再充電鎳鋅電池，其中抗析氫材料為特氟隆。
7.權(quán)利要求1的可再充電鎳鋅電池，其中通過焊接的金屬片產(chǎn)生負(fù)集流盤與鋅負(fù)電極之間的電連接。
8.權(quán)利要求1的可再充電鎳鋅電池，其中通過負(fù)集流盤與負(fù)電極之間的直接接觸來產(chǎn)生負(fù)集流盤與鋅負(fù)電極之間的電連接。
9.權(quán)利要求1的可再充電鎳鋅電池，其中通過配置成與鋅負(fù)電極和負(fù)集流盤均接觸的導(dǎo)電彈簧來產(chǎn)生負(fù)集流盤與鋅負(fù)電極之間的電連接，該導(dǎo)電彈簧壓縮在卷繞體的端部與負(fù)集流盤之間。
10.權(quán)利要求1的可再充電鎳鋅電池，還包含插入鎳正電極與罐體底部之間的正集流盤，并且該正集流盤與鎳正電極和罐體底部電連接。
11.權(quán)利要求10的可再充電鎳鋅電池，其中正集流盤包含鎳泡沫體。
12.權(quán)利要求1的可再充電鎳鋅電池，其中鎳正電極包含浸漬有如下的混合物的鎳泡沫基材(a)以正電極的重量計(jì)，包含于氧化鎳基體內(nèi)的約-約10%的氧化鈷；和(b)以正電極的重量計(jì)，約-約10%的鈷金屬。
13.權(quán)利要求1的可再充電鎳鋅電池，其中鋅負(fù)電極包含(a)鍍覆有具有約40-80μ In厚度的錫或錫/鋅的銅或黃銅基材；和(b)氧化鋅基的電化學(xué)活性層。
14.權(quán)利要求13的可再充電鎳鋅電池，其中氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含(a)涂覆有鉛和錫中的至少一種的鋅金屬顆粒；(b)氧化鋅；(c)氧化鉍；(d)分散劑；和(e)連接劑。
15.權(quán)利要求14的可再充電鎳鋅電池，其中氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含無機(jī)纖維，該無機(jī)纖維包含氧化硅和氧化鋁。
16.權(quán)利要求14的可再充電鎳鋅電池，其中氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含碳纖維。
17.權(quán)利要求1的可再充電鎳鋅電池，還包含堿性電解質(zhì)，該堿性電解質(zhì)包含(a)約0. 025M-0. 25M 磷酸鹽；(b)約4M-約9M游離堿度；和(c)至多約IM硼酸鹽。
18.權(quán)利要求1的任一項(xiàng)的可再充電鎳鋅電池，配置成選自AAA、AA、C、D和亞-C的可商購尺寸。
19.一種制備可再充電鎳鋅電池的方法，該方法包括i)在罐體中密封卷繞體組件，其包含鎳正電極、鋅負(fù)電極和至少一個(gè)置于所述鎳正電極與鋅負(fù)電極之間的分隔體層，該罐體配置成使得鎳正電極與罐體底部和主體電連接，并且鋅負(fù)電極與在罐體另一端的負(fù)集流盤電連接并且與罐體電隔離；將該負(fù)集流盤配置成為罐體開口端的關(guān)閉物； )在罐體底部固定排氣蓋體，其與鎳正電極電連接；將排氣蓋體配置成通過罐體底部中的孔排出源自可再充電鎳鋅電池的氣體。
20.權(quán)利要求19的方法，其中在i)之前在罐體中預(yù)制孔。
21.權(quán)利要求19的方法，其中通過在ii)之前將罐體底部穿孔而形成孔。
22.權(quán)利要求19的方法，其中罐體包含鍍鎳鋼。
23.權(quán)利要求20的方法，其中負(fù)集流盤為涂覆有抗析氫材料的金屬盤。
24.權(quán)利要求23的方法，其中抗析氫材料包含金屬、合金和聚合物中的至少一種。
25.權(quán)利要求對(duì)的方法，其中抗析氫材料包含錫、銀、鉍、黃銅、鋅和鉛中的至少一種。
26.權(quán)利要求M的方法，其中抗析氫材料為特氟隆。
27.權(quán)利要求1的方法，還包括在罐體中密封卷繞體之前，在鎳正電極與罐體底部之間插入正集流盤，該正集流盤與鎳正電極和罐體底部電連接。
28.權(quán)利要求27的方法，其中正集流盤包含鎳泡沫。
29.權(quán)利要求19的方法，其中鎳正電極包含如下的混合物(a)以正電極的重量計(jì)，包含于氧化鎳基體內(nèi)的約-約10%的氧化鈷；和(b)以正電極的重量計(jì)，約-約10%的鈷金屬。
30.權(quán)利要求19的方法，其中鋅負(fù)電極包含(a)銅或黃銅基材，在該基材上鍍覆有具有約40-80μ In厚度的錫或錫/鋅；和(b)氧化鋅基的電化學(xué)活性層。
31.權(quán)利要求30的方法，其中氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含(a)涂覆有鉛和錫中的至少一種的鋅金屬顆粒；(b)氧化鋅；(c)氧化鉍；(d)分散劑；和(e)連接劑。
32.權(quán)利要求31的方法，其中氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含無機(jī)纖維，該無機(jī)纖維包含氧化硅和氧化鋁。
33.權(quán)利要求31的方法，其中氧化鋅基的電化學(xué)活性層包含碳纖維。
34.權(quán)利要求19的方法，還包括在罐體中密封卷繞體之前將堿性電解質(zhì)引入罐體中， 或在罐體中密封卷繞體后通過孔將堿性電解質(zhì)引入罐體中，該堿性電解質(zhì)包含(a)約0. 025M-0. 25M 磷酸鹽；(b)約4M-約9M游離堿度；和(c)至多約IM硼酸鹽。
35.權(quán)利要求19的方法，其中將可再充電鎳鋅電池配置成選自AAA、AA、C、D或亞-C的可商購尺寸。
全文摘要
描述了在蓄電池正極處利用具有排氣蓋體的正罐體配置的可再充電鎳鋅電池及其制造方法。
文檔編號(hào)H01M2/02GK102576827SQ201080046119
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者J·菲利普斯 申請(qǐng)人:鮑爾熱尼系統(tǒng)公司