[发明专利]具有正盖体的柱形镍-锌电池

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年10月13日提交的美国临时专利申请序列号No.61/251,222的权益和优先权，其内容出于所有目的通过引用以其全文并入本文。

背景技术

本申请整体涉及可再充电蓄电池，特别是可再充电镍-锌蓄电池。更具体而言，本申请涉及改进的可再充电镍-锌蓄电池和制备方法。

无线便携式设备，如电动工具的普及提高了对还可提供高功率的高能量密度可再充电的蓄电池的需要和要求。由于功率和能量密度要求提高，对高循环寿命的可再充电电极的需要也提高了。碱性锌电极的高电压、低等效重量和低成本是已知的。与充放电过程相关的快速电化学动力学使得锌电极能够输送高功率和高能量密度。镍-锌蓄电池可满足在例如适用于电动汽车(EV)、插入式混合动力电动汽车(PHEV)、消费电子产品及其它用途的蓄电池中对更高功率和更高能量密度的需要。

不仅对于更高功率和更高能量密度可再充电蓄电池的需求是特别重要的，而且更简单地制造它们并且同时对蓄电池性能做出改进的方法也是特别重要的。已经提出具有负极罐体和正极罐体的密封的柱形镍锌电池，这取决于消费者需要。每种配置具有可导致电池服役寿命显著降低的缺点。

常规的可再充电碱性蓄电池，包括金属氢化物和镍镉蓄电池，具有负罐体和正盖体。柱形镍-锌电池可有利地设计为具有与常规碱性蓄电池相反的极性。在相反的极性设计中，蓄电池排气盖体为负终端并且柱形箱体或罐体为蓄电池正终端。相反的极性设计提供了低阻抗和在负终端处的低析氢。当用于电动便携设备如电动工具中时，相反的极性设计并不影响消费者，因为可再充电蓄电池可构造于装置中或将其单独卷绕或包裹。然而，当单独提供相反极性的电池时，通过例如错误地将其插入电子装置中，消费者可能会误操作电池，并且从而损坏电池或装置。此外，由于称为电解质蠕流(creep)的现象，对于负极排气盖体存在更易于泄露的趋势。

遗憾的是，如果不通过不能渗透的聚合物涂层或通过用金属、合金或展现高析氢过电势的材料镀覆内表面保护金属罐体表面，则与可再充电锌电极接触的负极罐体可促进过量的析氢。

发明内容

描述了利用在蓄电池正极处具有排气盖体的正罐体配置的可再充电镍锌电池及其制备方法。这些改进的电池及其制备方法利用了由正蓄电池罐体赋予的稳定性并且避免了与在蓄电池负极上的排气盖体相关的缺点。正极罐体如镀镍钢罐体在碱性镍电极的充电电压下相对稳定。甚至在劣等镀覆钢的存在下，铁氧化产物的不可溶性限制了锌负电极的污染，使得脱气维持在最小的水平下。

一方面是可再充电镍锌电池，在一些实施方案中其可包含以下：i)卷绕体(jellyroll)电极组件，其包括镍正电极、锌负电极和至少一个置于镍正电极与锌负电极之间的分隔体层；ii)与镍正电极电连接的罐体，该罐体在罐体底部包括孔；iii)固定于罐体底部并且与罐体电连接的排气盖体，该排气盖体配置成通过孔排出源自可再充电镍锌电池的气体；和iv)与锌负电极电连接并且与罐体电隔离的负集流盘，该负集流盘配置成为对罐体开口端的关闭物。

如所述的可再充电镍锌电池可具有镀镍钢罐体以及涂覆有抗析氢的材料例如金属、合金和/或聚合物的负集流盘。可通过焊接的金属片(tab)、负集流盘与负电极之间的直接接触或通过配置成与锌负电极和负集流盘均接触的导电弹簧(该导电弹簧压缩在卷绕体端部与负集流盘之间)，产生卷绕体和负集流盘之间的电连接。

在一些实施方案中，正集流盘插入镍正电极与罐体底部之间并且与镍正电极和罐体底部电连接。在这样的实施方案中，在插入正集流盘之前或之后，可将罐体底部穿孔以形成如本文中所述的孔。在一个实施方案中，罐体底部具有如下更详细描述的用于排气的预制孔。在一些实施方案中，为了抵抗源自卷绕体形状改变的弯曲或扭曲，罐体底部比常规罐体更厚。在其它的实施方案中，罐体底部包含槽、环、脊或其它结构以有助于罐体底部的结构刚性。正集流盘可为符合在罐体底的前述特征的金属泡沫体，使得不合适(undue)的体积不因增强特征而牺牲。

描述了用于电极基材的特定材料以及用于活性材料和电解质的配制剂。可将如所述的可再充电镍锌电池配置成非商业尺寸或在一些实施方案中配置成可商购尺寸例如AAA、AA、C、D和亚-C。