[发明专利]制备电化学电池集电器的方法

说明书

本发明涉及碱性电化学电池及其制备镀铟集电器的方法。

碱性电化学电池被用作多种装置的电源，如闪光灯，收音机，以及其它电子装置。这些电池包括锌阳极，碱性电解质，二氧化锰（MnO₂）阴极，以及典型地为纤维素的可透电解质隔膜。阳极接负极，MnO₂阴极接正极。以前锌阳极都混有汞。为了保护环境需要生产少汞碱性电池，如“基本不含汞”或“不含汞”电池。（这里“基本不含汞”指汞含量在电池总重量中的比例不到百万分之50，而“不含汞”指不加汞，通常汞占总电池重量的比例不到百万分之10。）。实际上很难找到合适环境的汞替代品。

在阳极材料中插入一个线状或钉状金属集电器，使锌到阳极的电流均匀。典型地集电器由黄铜或紫铜制成，也可由镉，纯锌或其它金属构成。集电钉典型地由冷成型黄铜或紫铜作成想要的形状然后截成想要的长度而制成。众所周知，可以在钉上镀其它金属，如铅，铟，镉和镓。镀上金属的钉可以减少电池中排气的数量，特别是在“基本不含汞”或“不含汞”汞电池中。铟是集电器有吸引力的镀料，因为与铅，镉，镓和汞相比环境危害更小。

本发明参照附图将更好理解，其中，

附图1是本发明工艺步骤的流程图。

在本发明的方法中，在导线冷成型且被截成各个典型地钉形的集电器之前，黄铜、紫铜或其它传统集电器导线被电镀铟。镀铟导线然后被冷成型，通过冲头及冲模形成每个集电器头部，然后将导线截成各个集电器。在电镀之后，但在导线冷却成型和截成各个集电器之前，导线被拉伸成所需的集电器直径。最终集电器直径可依电池的尺寸改变。被拉伸后的电渡导线直径为被拉伸前直径的5%到15%之间。令人惊奇的是，虽然导线在拉伸前已镀铟，但拉伸并未削弱镀铟表面的平滑或连续度。事实上拉伸还增加了镀面的均匀度并提高了其平滑性和光泽。拉伸也增强了镀层与线之间的粘性。这些加强了的性能相信能有效加强提高电镀集电器在减少电池气泡和减少使用时电压不稳方面的效果。

在本发明的方法中，线10（图1）经第1步净化，初步去掉其表面的油脂和油污。导线典型地为未打磨的黄铜，其典型直径在1.3mm至1.9mm之间。先经过电解质（阴极）净化，其中导线作阴极（负极）而不锈钢作阳极（正极）。电解质可以是氢氧化钠或其它可从商业途径得到的碱性清洁剂的水溶液。通过在电极之间通以导线表面的电流密度为50至100安培每平方英尺而典型地为80安培每平方英尺的直流电流达2至10秒，同时电解液的温度保持在45℃至65℃之间，导线得以阴极净化。阴极净化从导线表面去掉油脂、油污和表面细粒。

已净化过的导线20，然后要经过第1步之后的第2步净化，即从导线表面去掉表面氧化物的阳极电解质净化。在该步中，电解液可以是硫酸或其它无机酸水溶液。导线作阳极（正极）而不锈钢或作阴极。通过在电极之间通以导线表面的电流密度为50安培每平方英尺的直流电流约3秒，同时电解液保持环境温度（21℃），则导线得以进行第2步电解质净化。

导线30在阳极净化后，进行第3步，即通过酸处理使导线表面活化。该步中，导线在环境温度下用氨基磺酸（HSO₃NH₂）处理，典型地约1秒钟。这样使得导线表面变得稍稍粗糙或侵蚀，更易镀铟。

导线40从步骤3出来经过第4步，即在导线表面镀上铟。通过让导线电解来实现第4步的电镀，即在浓度在50至100克铟金属每升的氨基磺酸铟溶液的电解槽中，导线作阴极（负极）而铟（纯度为99.99%）作阳极。通过在电极间通以导线表面的电流密度为50至150安培每平方英尺之间最好为90至110安培每平方英尺之间的直流电流，完成第4步的电镀。电镀时间典型地约3秒或稍长点，足以在导线上产生0.5至10微米厚度的铟层，典型地厚度为1微米。

电镀后的导线50再经第5步骤，即将其直径拉伸至原直径的5%至15%之间。通过用坚硬材料最好是钻石作出的预定尺寸的孔拉导线，完成第5步的拉伸。拉伸是在通常环境条件下进行的。拉伸导线被冷成型并被截形成各个用于碱性电池的集电器，集电器典型地用于传统的“不含”汞Zn/MnO₂碱性电池。

下面是本发明方法的具体例子：

实施例1：

直径1.46mm未打磨黄铜线（重量百分比为70%紫铜，30%锌），进行第一净化步骤（此时铜线可以是打磨过的或者部分打磨过的，不过本步骤提供这些条件没有必要），即如上所述用氢氧化钠溶液作电解液进行阴极净化。该步用来除去铜给表面的油污，油脂和脏物。