專利名稱：帶縱向折疊隔板的鋅電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電池，特別是帶縱向折疊隔板的鋅電池。
背景技術：
環(huán)境法規(guī)的增多、強烈波動的石油價格和電子裝置的激增促生了電池和/或能 源技術的新興市場。在本技術領域電池以向電路提供能量而為人熟知，并且包含四個基 本組件負極、正極、電解液和隔板。負極在放電過程中為外部電路提供電子(陽極反 應)。正極在放電過程中從外部電路接收電子(陰極反應)。隔板使負極和正極保持電 絕緣，而布置在隔板內(nèi)的電解液則提供離子電導性。目前，存在著大量的電池技術，其中之一就是鎳鎘電池。鎳鎘電池包括主要由 氫氧化鎳組成的鎳正極以及主要由金屬鎘組成的鎘負極。在放電過程中，電解液中的烴 基離子(OH-sup)與金屬鎘(Cd)結合，形成Cd(OH)2,通過負極(正極，放電期間)向 外部電路釋放電子。同樣在放電過程中，正極或負極從外部電路接收電子，從而將帶電 的羥基氧化鎳(NiOOH)轉化為氫氧化鎳(Ni(OH)2)。鎳鎘電池有幾大優(yōu)點。其中包括 延長的操作壽命、長保存期限以及高溫和低溫條件下的使用。然而，鎳鎘電池也有不足 之處。比如，鎳鎘電池跟不上日益提高的市場性能要求，而且不環(huán)保。因此，需要一種 不僅具有鎳鎘電池的優(yōu)點，而且環(huán)境友好的電池。另一項電池技術是鎳鋅技術，它有滿足各種應用需求的潛力。鎳鋅電池具有優(yōu) 越的電化學性能，長期以來這一點已經(jīng)得到公認并有充分的文件證明。比如，與鎳鎘電 池或鎘氫電池相比，鎳鋅電池有較高的開放式電路電壓(即1.7伏比1.4伏)，并有可能提 供較高的能量密度。鎳鋅電池既有優(yōu)點，也有缺點。比如，鋅枝晶生長是鎳鋅電池的常見問題，而 且是再充式電池失效的根源。枝晶生長是在電池充電期間出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，活性材料， 即氫氧化鋅Zn(OH)2借此從氧化狀態(tài)還原并沉積在如金屬鋅(Zn)的基材上(即正在充電 的電極)。取決于充電條件，金屬會以枝晶的形式沉淀，并有可能穿透隔板，通過在正負 極之間提供電橋造成電池短路。因此，存在著對克服了枝晶生長的鋅電池的需求。此外，鋅電極易遭受形變或致密化，其中，更為活性的材料通過循環(huán)，通常沉 積在電極的中心，造成一個大體上的凸面形狀(盡管曾經(jīng)注意到鋅電極的角落偶爾有增 加的鋅沉積)。這導致了對電極不同區(qū)域不同的電流密度要求，降低了活性材料的利用效 率。人們做出了多種嘗試，來減少鎳鋅電池中的枝晶生長。比如，Adler等人(美 國專利號5,453,336和5,302,475)提倡使用堿性金屬基氟化鹽和碳酸鹽，以減少鋅電極 在放電過程中的形變。Spaziante等人(美國專利號4,181,777)披露了一種諸如多糖或 山梨糖醇的添加劑，來防止電池充電過程中的枝晶生長。Berchielli等人(美國專利號 4,041,221)公開了無機鈦酸鹽作為正極的添加劑。Rampel(美國專利號3,954,501)披露 了加入未燒結的、未聚結的、疏水的線性氟碳聚合物的纖維質互接網(wǎng)絡，增強再充式電解槽中的氣體再化合、容量和循環(huán)壽命的方法。Collien等人(美國專利號6,087,030)公 開的一種鋅正極，包含增強反應速率的金屬化合物，例如銦、鎵、鍺、錫，以及含水的 氫氧化鉀。Larsen等人(美國專利號4,857,424)披露的一種堿性鋅電池包含一定數(shù)量的 抑制鋅腐蝕和氫氣的硅化、成膜的有機潤濕劑。Charkey(美國專利號4,022,953)披露了 包含鎘的鋅電極結構，比如金屬鎘或以電化學方式轉化為鋅材料中分散金屬鎘的鎘化合 物，金屬鎘有一定的粒度和表面積。Charkey等人(美國專利號5,863,676)披露了鋅酸 鈣成分在鋅電極中的應用。Charkey(美國專利號5,556,720)披露了氫氧化鋇(Ba(OH)2) 或氫氧化鍶(Sr(OH)2)材料以及導電基質的應用，導電基質包含與鋅相比具有正電性的 金屬氧化物，例如氧化鉛(PbO)、氧化鉍(Bi2O3)、氧化鎘(CdO)、氧化鎵(Ga2O3)或氧 化鉈(Tl2O3)。Charkey (美國專利號4,415,636)披露了分散于正極鋅材料中的鎘顆粒物。 Charkey(美國專利號4,332,871)披露了其中分布有水泥添加劑的鋅電極。Schrenk等人 (美國專利號4,791,036)披露了硅青銅合金制成的陽極集流體的應用，以最小化過量充電 時的放氣。最后，Gibbard等人(美國專利號4,552,821)披露了一種呈卷筒狀以便承受壓 力，封閉的、再充式鎳鋅電池。參考以上所述，盡管有幾種不同的方法防止鎳鋅電池的枝晶生長，但沒有一種 參考資料收錄了果凍卷結構的鎳鋅電池帶包裝的陽極過程。一般而言，在電池制造過程 中，特別是圓柱形電池，從陰極或陽極或兩者滴落一些活性材料是不可避免的。當?shù)温?的活性材料接觸到電池，(或在任何陰極材料接觸到陽極，或任何陽極材料接觸陰極的情 況下)就會發(fā)生短路并釋放氣體。因此，電池會變得毫無用處或者更加危險(如果因為 短路出現(xiàn)增溫或電池由于電池內(nèi)的超壓而失去物理完整性)。此外，隔板通常不是繞電極 覆蓋的，只是安置在正極和負極之間，其中的電極會觸及電池罐。在充電過程中，陽極的裸露部分有更大的傾向生成鋅枝晶，即枝晶環(huán)繞敞開式 陽極生成，并且容易觸及相鄰的陰極，甚至觸及電池罐。如果正極也與電池罐接觸，就 會發(fā)生短路。因此，需要有一種防止陽極外露部分枝晶生長的有效方法。顯而易見，需要電池提供很高的電能密度，并防止鋅枝晶的生長和/或形變， 與此同時保持高能量密度的能力和環(huán)保性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種構造簡單的帶縱向折疊隔板的鋅電池。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為一種帶縱向折疊隔板的再充式電池，所述 的再充式電池包括鋅負極、正極、電解液、設置在電極之間的隔板，其中所說的隔板 環(huán)繞鋅負極的一邊縱向折疊。在一個優(yōu)選實施例中，優(yōu)選的實施例提供了一種帶縱向折疊隔板，包括鋅負 極、正極、電解液和隔板的再充式電池。其中的隔板為縱向折疊，從鋅負極的下面覆蓋 隔板的長邊。鋅負極、正極、電解液和隔板卷繞成果凍卷狀并容納在正極端子與正極相 連，負極端子與負極相連的電池罐里。根據(jù)其主要方面，概括而言，優(yōu)選實施例是包含鋅負極、正極、電解液和設置 在電極之間的隔板，帶縱向折疊隔板的再充式鋅電池。其中，隔板沿鋅負極的一邊縱向 折疊。電解液包括約為0.1% -55%的氫氧化鉀(KOH)，濃度約為0.1% -30%的氫氧化
4鋰(LiOH)，Kacet、CsC03、硫酸銦(In2 (SO4))、亞硫酸銦(In2 (803))和約為 15Oppm 的 錫酸鉀(K2SnO3)?；蛘?，電解液包含大約0.1% -55%的氫氧化鉀(KOH)、大約15%的 CsAcet 和 150ppm 的硫酸銦(In2(SO4))或亞硫酸銦(In2 (SO3))。隔板包括至少兩個芯吸層，中間布置有多孔層或枝晶阻止隔離層。芯吸層包括 聚丙烯無紡布材料或尼龍無紡布。隔板沿鋅負極的長邊折疊。這樣，鋅負極就完全被隔 板覆蓋，使得鋅負極的兩邊至少與隔板的一個芯吸層接觸。正極設置在隔板的頂部，并 與一個芯吸層接觸。鋅負極、正極、電解液和隔板卷繞在一起，形成果凍狀，便得電極 下部長邊被隔板覆蓋的部分處于果凍卷的底部。果凍卷包括一個與鋅負極保持電氣通信 的負極端子和一個與正極點保持電氣通信的正極端子。果凍卷容納在電池罐內(nèi)，電池罐 的護套通過一個密封環(huán)與電池罐絕緣。負極端子與護套保持電氣通信，正極端子與電池 罐保持電氣通信。隔板沿鋅負極的長邊折疊，使得鋅負極與罐體絕緣。此外，優(yōu)選的實施例是一種生產(chǎn)帶縱向折疊隔板的再充式電池的方法。這種方 法包括以下步驟獲得鋅負極、正極、電解液和有兩個芯吸層的隔板，芯吸層之間設置 多孔層或其他的枝晶阻止層。鋅負極與隔板的一個芯吸層保持接觸，使得鋅負極的底部 被隔板完全覆蓋。正極放置在隔板/負極組上。然后將負極、正極和隔板卷繞成果凍卷 結構。果凍卷結構包括一個與鋅負極保持電氣通信的負極端子和一個與正極點保持電氣 通信的正極端子。最后將果凍卷結構放在包含罐體、密封和護套的外殼內(nèi)。此外，優(yōu)選 的實施例是一種包含更多Kacet的再充式電池。更具體地說，現(xiàn)有技術提倡一般包括矩形鋅負極和隔板的布置。鋅負極包括第 一末端、第二末端、第一邊緣、第二邊緣、正面、背面和電極片。隔板通常為矩形，包 括上半部分、下半部分、第一邊緣、第二邊緣、折疊線、第一末端和第二末端。此外， 隔板包括一個芯吸層。鋅負極設置在隔板的底部，其中鋅負極的第二末端貼近隔板的第 二末端?，F(xiàn)有技術實施例提倡沿第一末端的折疊線折疊隔板，折疊后貼近隔板的第二末 端，以便使隔板延伸到鋅負極的尺寸之外，并使電極片伸出隔板。應當注意，在現(xiàn)有的技術配置中，鋅負極的第一邊緣和第二邊緣是敞開的，以 便與外部接觸，因為隔板的上半部分和下半部分僅僅遮蓋但沒有密封鋅負極的第一和第 二邊緣。因此，鋅負極的第一和第二邊緣可能移動到隔板的第一和第二邊緣之外，從而 在將電極卷繞并放入電池時與外部容器發(fā)生接觸。此外，鋅負極的松散材料可能會遷移 到隔板的第一和第二邊緣之外，并在鋅負極和任何包裝容器之間提供電氣通信。所屬領域的技術人員應當認識到，鋅負極可由此項技術中已知的方法制成。比 如，所要求的材料的粉末狀混合物及粘合劑可以被壓制成合適的集流體，僅處于示范的 目的，例如銅屏柵極?，F(xiàn)有技術已經(jīng)利用氫氧化鈣作為負極混合物另外的組成部分。然 而，優(yōu)選的實施例無需包括氫氧化鈣，沒有氫氧化鈣的鋅負極更受青睞。此外，所屬領 域的技術人員應當認識到，制備鋅負極的各種外殼材料已為人們所熟知，其中有代表性 的是，所用的粘合劑材料在電池環(huán)境中是惰性材料，所包含的數(shù)量足以將混合物維系在 一起。優(yōu)選的實施例是一種包括鋅負極和隔板的布置。鋅負極包括第一末端、第二末 端、第一邊緣、第二邊緣、正面、背面和電極片。隔板包括兩個芯吸層，芯吸層中間布 置有多孔層或枝晶阻止層。隔板還包括一個縱向折疊線，第一邊緣、第二邊緣、第一末端、第二末端、正面和背面?？v向折疊線大致平行，并設置在隔板的第一邊緣和第二邊 緣之間。鋅負極設置在縱向折疊線與隔板第二邊緣之間的正面上。鋅負極的第一邊緣被 設置成大致與隔板的縱向折疊線平行。隔板沿縱向折疊線折疊，使得隔板的第一邊緣貼 近隔板的第二邊緣。因此，鋅負極的正面和背面與芯吸層中的一個保持接觸。相應地， 隔板的超出負極的第一末端、第二末端、第一邊緣、第二邊緣，鋅負極的電極片超出隔 板的第一邊緣和第二邊緣。應當注意，與以上討論的現(xiàn)有技術實施例相反，優(yōu)選的實施例導致鋅負極的第 一邊緣完全被隔板環(huán)繞。這樣，第一邊緣就不會在電極和隔板被卷繞并放置在電池內(nèi)的 情況下與容器接觸。此外，從第一邊緣脫落的任何材料將被保留在縱向折疊線內(nèi)，而且 不能在鋅負極和任何包裝容器之間提供電氣通信。所用的隔板材料應當包含具有相對纖細、大小均勻的孔隙結構的薄膜，以有利 于芯吸和電解液的滲透，同時減少或消除枝晶滲透。所用的材料應具有足夠的彈性和強 度，以耐受任何形變和/或電極膨脹。在優(yōu)選的實施例中，采用了一種復合薄膜，包括 多孔層兩邊的兩個芯吸層。作為毫無限制目的的示例，多孔層可包含市場上買得到的 CELGARD聚丙烯薄膜，而芯吸層可以包含尼龍無紡布或聚丙烯材料。優(yōu)選的實施例另外包括至少由兩種聚合物浸漬成的無紡布基材構成的隔板薄 膜，其中這兩種聚合物形成互相貫穿的矩陣網(wǎng)絡。僅僅出于示范性的目的，聚合物包 括作為第一種聚合物的聚乙烯醇(PVA)或氟代聚乙烯醇，以及作為第二種聚合物的水溶 性、KOH不溶的成膜聚合物。其中，僅僅出于示范性的目的，第二種聚合物包括聚合的 酸性硫酸鹽、磷酸鹽及其陽離子鹽類。此外，替代的實施例可以包括不能溶于氫氧化鉀 的納米粒子。作為毫無限制目的的示例，采用包括按重重計大約為10% -30%的氫氧化鉀 (KOH)、或者按重量計大約為1 %的氫氧化鋰、5%的乙酸鉀(KAcet)、大約5%的碳酸銫 (CsCO3)、大約150ppm的錫酸鉀(K2SnO3)和大約在150-200ppm硫酸銦(In2(SO4)3)的氫 氧化鉀水溶液是令人滿意的。最初采用氧化鋅(ZnO)飽和的電解液來抑制氧化鋅從電極 分解至電解液是可取的。正如密封電池技術所熟知，所用的電解液量應受到足量限制， 以便在鋅電極處提供有效的氧再化合反應。在優(yōu)選的實施例中，密封電池之前，可以在 果凍卷電池元件核心部位的敞開空間加入必需的電解液。正極包括第一末端、第二末端、第一邊緣、底邊、正面、背面和電極片。正極 設置在結構上，該結構包括隔板繞鋅負極折疊的布置。正極的第一邊緣大致與縱向折疊 線平行。正極的貼片伸出隔板的縱向折疊線。貼片的位置靠近縱向折疊線，使得正極的 貼片和鋅負極的貼片處于結構的相對側。正極的背面與隔板的芯吸層保持接觸，使得結 構卷成果凍卷，并使正極的背面與正極的芯吸層接觸，而且?guī)缀跽麄€正極的正面都與正 極的芯吸層接觸。應當認識到，優(yōu)選的實施例包括與芯吸層保持接觸的鋅負極和正極， 芯吸層起到延長電池壽命周期的作用，特別是在2C或較高的放電率下。負極、隔板和正極卷在一起形成一個果凍卷，果凍卷置身于外殼內(nèi)，從而構成 電池。果凍卷包括鋅負極、正極、隔板、頂部和底部。頂部包括鋅負極的貼片，底部包 括正極的貼片。底部沿縱向折疊線形成，隔板包括芯吸層和多孔層。外殼包括電池罐、 密封和護套。護套包括負極端子，而罐體包括正極端子。果凍卷的底部被設置成貼近罐體的底部，使得正極貼片(僅僅出于示范性的目的)例如通過焊接與正極端子連接。 同樣，果凍卷的頂部被設置成貼近護套，貼片僅僅出于示范性的目的)例如通過焊接與 護套相連，形成一個負極端子。所屬領域的技術人員應當認識到，優(yōu)選的實施例包括設 置為貼近外殼的負極端子，以防止鋅負極與外殼接觸。還應認識到，在所屬的領域里， 優(yōu)選實施例的電池可以根據(jù)特定的應用采用棱柱形或圓柱形設計。同樣，電池的容量會 在范圍很寬的極限內(nèi)發(fā)生變化，尺寸按照特定應用要求的規(guī)定。作為一個例子，圓柱形 sub-C電池的相稱容量為1.5安培/小時。此外，優(yōu)選的實施例給予電池延長的循環(huán)壽命。按照本文的描述，本發(fā)明的電池放電容量大體上比常規(guī)的鎳鋅電池高出100個循環(huán)或更多。最后，鋅負極的貼片與護套相連，以減少金屬的表面區(qū)域與鋅負極的電氣通 信，從而減少不容易在電池內(nèi)重組的氫氣生成。如果產(chǎn)生了氫氣，而沒有重組的空間， 電池內(nèi)的壓力就會上升，可能導致有害的后果。相應地，在優(yōu)選的實施例中，鋅負極與 護套保持電氣通信，而正極與罐體保持電氣通信。正極在充電末期和過量充電時產(chǎn)生的 氧氣在優(yōu)化條件下容易與鋅負極化合，從而減小源于氧氣的超壓趨勢。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點有效防止枝晶生長的能力。優(yōu)選實施例 的另一個特點是其具備提高電氣性能和壽命周期的能力。優(yōu)選實施例的另一個特點和優(yōu) 點是其構造簡單，節(jié)約生產(chǎn)的能力。優(yōu)選實施例的另一個特點和優(yōu)點是其在高電流水平 下的操作能力。優(yōu)選實施例的另一個特點和優(yōu)點是其在放電狀態(tài)下經(jīng)受長時間，而沒有 不當?shù)膬?nèi)部壓力積聚的能力。優(yōu)選實施例的另一個特點和優(yōu)點是其較長的壽命周期。優(yōu) 選實施例的另一個特點和優(yōu)點是其具備比常規(guī)鎳鋅電池高100循環(huán)或更高的放電容量的 能力。優(yōu)選實施例的另一個特點和優(yōu)點是其隔板上采用的芯吸層鄰近正極和負極層，從 而增加了電池的壽命和電池的容量。所屬領域的技術人員在按照附圖閱讀具體實施方式
時，優(yōu)選實施例的這些和其他的特點和優(yōu)點顯而易見。參照附圖，圖中類似的參考數(shù)字代表類似的結構和元件，閱讀優(yōu)選實施例的詳 細說明，可以更好地理解優(yōu)選實施例。


圖IA為隔板和鋅負極的透視圖，顯示了現(xiàn)有技術的圓柱形電池的折疊方向。圖IB是根據(jù)再充式電池(帶縱向覆蓋的鋅負極)的優(yōu)選實施例，隔板和鋅負極 的透視圖，顯示了隔板沿鋅負極長邊的折疊方向。圖IC是優(yōu)選實施例的透視圖，顯示了繞鋅負極折疊的隔板。圖2A是圖IC的布置中正極的透視圖。圖2B是根據(jù)優(yōu)選實施例組裝的電池橫斷面透視圖，顯示了隔板和電極果凍卷結 構的內(nèi)部布置。圖3圖示了與按照圖IA的現(xiàn)有技術覆蓋鋅負極的電池相比，按照優(yōu)選實施例覆 蓋鋅負極的電池充電和放電容量。
具體實施例方式優(yōu)選的實施例主要與帶縱向折疊隔板的再充式鋅電池及其使用方法有關，更具體地說，帶縱向折疊隔板的再充式鋅電池含有一個鋅負極、一個正極、一種電解液和一 塊隔板。其中，隔板含有至少兩個芯吸層，中心部位為多微孔層；隔板可縱向折疊，以 覆蓋鋅負極，從而提高電池的循環(huán)壽命并抑制枝晶長大。如圖1A-3所示，為了清晰起見，本文在描述優(yōu)選和另選的實施例時采用了特定 的術語。然而，本發(fā)明無意受所選擇的術語限制。應該理解，每個具體的元件包括所有 以類似方式發(fā)揮作用以完成類似功能的技術對應物。參見圖1A，所示為現(xiàn)有技術的實施例，其中的布置90包括鋅負極30和隔板 20，其中鋅負極30通常為矩形，并包括第一末端31、第二末端32、第一邊緣33、第二邊 緣34、正面37、背面38和電極片35。隔板20通常為矩形，并包括頂部75、底部36、 第一邊緣86、第二邊緣87、折疊線50、第一末端39和第二末端40，其中隔板20還另外 包括芯吸層22。鋅負極30設置在隔板20的底部36，其中，鋅負極30的第二末端32貼 近隔板20的第二末端40，鋅負極30的背面38與隔板20的芯吸層接觸?，F(xiàn)有技術的實 施例提倡隔板20沿折疊線50折疊，折疊后，隔板20的第一末端39與第二末端40貼近， 隔板20超出鋅負極30的外部尺寸，電極片35越出隔板20。應當注意，在圖IA的現(xiàn)有技術布置中，鋅負極的30第一邊緣33和第二邊緣34 是敞開的，以便與外部接觸，因為隔板20的上半部分75和下半部分36僅僅遮蓋但沒有 密封鋅負極30的第一邊緣33和第二邊緣34。因此，鋅負極的第一邊緣33和第二邊緣 34可能移動到隔板20的第一邊緣86和第二邊緣87之外，從而在將電極卷繞并放入電池 時與外部容器發(fā)生接觸。此外，鋅負極30的松散材料可能會遷移到隔板20的第一和第 二邊緣(86、87)之外，并在鋅負極30和任何包裝容器之間提供不符合要求的電氣通信。所屬領域的技術人員應當認識到，鋅負極30可由此項技術中已知的方法制成。 比如，僅處于示范的目的，所要求的材料的粉末狀混合物及粘合劑，通常為金屬鋅和氧 化鋅，可以被壓制成合適的集流體，例如銅屏柵極?，F(xiàn)有技術已經(jīng)利用氫氧化鈣作為負 極混合物另外的組成部分。然而，優(yōu)選的實施例無需包括氫氧化鈣，沒有氫氧化鈣的鋅 負極30更受青睞。此外，所屬領域的技術人員應當認識到，制備鋅負極的各種材料已為 人們所熟知，其中有代表性的是，所用的粘合劑材料在電池環(huán)境中是惰性材料，所包含 的數(shù)量足以將混合物維系在一起。參見圖1B-1C，如圖所示為一個包括布置95的優(yōu)選實施例。其中，布置95包 括鋅負極30和隔板20，鋅負極30包括第一末端31、第二末端32、第一邊緣33、第二 邊緣34、正面37、背面38和電極片35。隔板20包括之間有一多孔層21的兩個芯吸層 22a和22b、縱向折疊線80、第一邊緣51、第二邊緣52、第一末端53、第二末端54、正 面55和背面56。其中，縱向折疊線80大致平行，并設置在隔板20的第一邊緣51和第 二邊緣52之間。應當認識到，在不違背優(yōu)選實施例的精神的情況下，其他的枝晶阻隔層 可以代替多孔層21。鋅負極30設置在隔板20的縱向折疊線80與第二邊緣之間的正面上。鋅負極的 第一邊緣33被設置成與隔板20的縱向折疊線80大致平行。隔板20沿縱向折疊線折疊， 使得隔板20的第一邊緣51貼近隔板20的第二邊緣52。因此，鋅負極的正面37和背面 38與芯吸層22a保持接觸。如圖所示1C，隔板20超出負極30的第一末端31、第二末 端32、第一邊緣33、第二邊緣34，并且隔板20卷過負極30的第一邊緣33，其中鋅負極
8的電極片超出隔板的第一邊緣51和第二邊緣52，從而形成結構41。應當注意的是，與上 述的現(xiàn)有技術實施例相反，優(yōu)選實施例使得鋅負極30的第 一邊緣33完全被隔板20包裹，其中，第一邊緣33在將電極和隔板卷入電池時不再與容 器接觸。此外，從鋅負極30脫落的任何材料將被保持在縱向折疊線內(nèi)，且不在鋅負極30 和任何包裝容器之間提供電氣通信。用于隔板20的材料應當包含具有相對纖細、大小均勻的孔隙結構的薄膜，以有 利于芯吸和電解液的滲透，同時減少或消除枝晶滲透。所用的材料應具有足夠的彈性和 強度，以耐受任何形變和/或電極膨脹。在優(yōu)選的實施例中，采用了一種復合薄膜，包 括多孔層兩側的兩個芯吸層22a和22b。作為毫無限制目的的示例，多孔層21可包含市 場上買得到的CELGARD聚丙烯薄膜，而芯吸層22a和22b可以包含尼龍無紡布或聚丙烯 材料。作為毫無限制目的的另一示例，采用包含按重量計大約為10% -30%的氫氧化 鉀(KOH)、或者按重量計大約為的氫氧化鋰、5%的乙酸鉀(KAcet)、大約5%的 碳酸銫(CsCO3)、8-15%的醋酸銫(CsAcet)、大約150ppm的錫酸鉀(K2SnO3)和大約 150-200ppm硫酸銦(In2(SO4)3)的氫氧化鉀水溶液是令人滿意的。最初采用氧化鋅(ZnO) 飽和的電解液來抑制氧化鋅從電極分解至電解液是可取的。正如密封電池技術所熟知， 所用的電解液量應受到足量限制，以便在鋅電極處提供有效的氧再化合反應。在優(yōu)選的 實施例中，密封電池之前，可以在果凍卷電池元件核心部位的敞開空間加入所必需的電 解液。參見圖2A，正極60包括第一末端64、第二末端65、第一邊緣63、第二邊緣 62、正面66、背面67和電極片61。正極60設置在結構41上，結構41包括圖IC的布 置。第一邊緣63與隔板20的縱向折疊線80大致平行。電極片61超出隔板20的縱向 折疊線80。正極60的電極片位置和鋅負極30的電極片35位于結構41的相反側。正極 60的背面67與隔板20的芯吸層22b保持接觸，一旦圖2A的結構被卷繞成果凍卷，如圖 2B所示，背面67與隔板20的芯吸層22b完全接觸，而且?guī)缀跽麄€正面66都與隔板20的 芯吸層22b接觸。應當認識到，優(yōu)選的實施例包括與芯吸層22a保持接觸的鋅負極30和 幾乎與芯吸層22b整個接觸的正極60，從而起到延長電池壽命周期的作用，特別是在2C 或較高的放電率下。參見圖2B，負極30、隔板20和正極60被卷在一起，形成果凍卷23，果凍卷置 身于外殼71內(nèi)，從而構成電池90。果凍卷23包括鋅負極30、正極60、隔板20、第一 末端100和第二末端110。其中，第一末端100包括電極片35，而第二末端110包括電 極片61，且沿縱向折疊線80成形。外殼71包括電池罐96、密封環(huán)97和護套72。護套 72包括負極端子75，而罐體96包括正極端子77。果凍卷23的第二末端110被設置成 貼近外殼71的護套72，其中，電極片35 (僅僅出于示范性的目的)例如通過焊接與負極 端子75連接。所屬領域的技術人員應當認識到，優(yōu)選的實施例包括與電極片35保持電 氣通信的負極端子75，以防止鋅負極30與罐體96接觸。所屬領域的技術人員還應認識 至IJ，優(yōu)選實施例的電池90可以根據(jù)特定的應用采用棱柱形或圓柱形設計。同樣，電池的 容量會在很寬的極限范圍內(nèi)發(fā)生變化，尺寸符合特定應用要求的規(guī)定。作為一個例子， 比方說，圓柱形sub-C電池的相稱容量為1.5安培/小時。
如圖3所示，優(yōu)選實施例使得電池的循環(huán)壽命得以延長。如上所述，優(yōu)選實施 例的電池放電容量比常規(guī)的鎳鋅電池高100個循環(huán)或更多。鋅負極30與護套72保持電氣通信，通過最小化與鋅負極保持電氣通信的金屬表 面積，從而減少不容易在電池內(nèi)重組的氫氣生成。(如果產(chǎn)生了氫氣，而沒有重組的空 間，電池內(nèi)的壓力就會上升，可能導致有害的后果。因此，優(yōu)選的實施例與罐體護套的 正極保持電氣通信。在優(yōu)化條件下，鋅電極的氧氣容易化合，從而減小起因于氧氣的超 壓趨勢。)在一個替代實施例中，護套70可以包括鎳在外面，鋼在中間，銅在里面的三層 材料。其中，銅可以鍍錫、鍍鋅、鍍銦或其化合物，以減小會造成鋅負極30放氣的微電 池效應。在另一實施例中，護套70可鍍以聚合物樹脂，包括但不限于環(huán)氧樹脂，以進一 步減少有電解液情況下的異類金屬接觸，從而減少氫氣釋放。
上述描述和附圖包括優(yōu)選實施例的方案說明。在已經(jīng)描述了優(yōu)選實施例的示例 的情況下，所屬領域的技術人員應當注意的是，其中公開的內(nèi)容僅為示例性質，在優(yōu)選 實施例的范圍內(nèi)可以有各種各樣的替代選擇、改裝和修改。僅僅按順序列出一種方法的 步驟并不構成對該方法步驟的任何限制。受益于上述說明和附圖表達的觀點，本發(fā)明所 屬領域的技術人員將會想出本發(fā)明的許多改進和其他實施方案。盡管其中采用了具體的 術語，但它們僅僅屬于泛泛的和描述性用途，而不是為了限制。因此，優(yōu)選實施例不受 其中具體示例方案的限制。
權利要求
1.一種帶縱向折疊隔板的再充式電池，其特征在于，所述的再充式電池包括鋅負 極、正極、電解液、設置在電極之間的隔板，其中所說的隔板環(huán)繞鋅負極的一邊縱向折疊。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶縱向折疊隔板的再充式電池，其特征在于，其中所述的電 解液包括大約在至55%之間的氫氧化鉀(KOH)。
3.根據(jù)權利要求2所述的帶縱向折疊隔板的再充式電池，其特征在于，其中所述的電 解液另外包括乙酸鉀(KAcet)、碳酸銫(CsCO3)和硫酸銦(In2 (SO4) 3)。
4.根據(jù)權利要求3所述的帶縱向折疊隔板的再充式電池，其特征在于，其中所述的電 解液另外包括錫酸鉀(K2SnO3)。
5.根據(jù)權利要求3所述的帶縱向折疊隔板的再充式電池，其特征在于，其中所述的電 解液另外包括150ppm的錫酸鉀(K2SnO3)。
6.根據(jù)權利要求2所述的帶縱向折疊隔板的再充式電池，其特征在于，其中所述的電 解液另外包括醋酸銫(CsAcet)和硫酸銦(In2 (SO4) 3)。
7.根據(jù)權利要求2所述的帶縱向折疊隔板的再充式電池，其特征在于，其中所述的電 解液另外包括15%的醋酸銫(CsAcet)和150ppm的硫酸銦(In2(SO4)3)。
8.根據(jù)權利要求1所述的帶縱向折疊隔板的再充式電池，其特征在于，其中所述的隔 板包括至少兩個芯吸層，芯吸層之間設有多孔層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶縱向折疊隔板的再充式鋅電池，由鋅負極、正極、電解液和一塊隔板組成。隔板至少包括兩層芯吸層，其中心部位為多微孔的芯吸層，并且隔板可以縱向折疊以覆蓋鋅負極的長邊。帶縱向折疊隔板的再充式鋅電池的制造方法包括以下步驟使鋅負極與至少一個芯吸層保持接觸，將隔板環(huán)繞鋅負極的長邊縱向折疊，把正極放在上述的隔板上并將鋅負極、正極和隔板卷攏成一個果凍卷結構。
文檔編號H01M2/18GK102024993SQ20101053992
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權日2010年11月5日
發(fā)明者李林峰, 汪正浩 申請人:江蘇萬能動力電池有限公司