[发明专利]制造镍锌电池的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。可以认识到本发明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，发明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个禁止氧化汞电池的处置(http://www.nerc.org/documents/recylingrules0901.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NiCad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。

发明内容

本发明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，本发明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。