[发明专利]改善镍-锌电池性能的锡和锡-锌镀覆基材

说明书

技术领域

本发明涉及可再充电电池，更特别涉及镍锌可再充电电池。更具体来说， 本发明涉及用于锌电极中的负性糊料的组合物和集流体结构。

背景技术

圆柱形电池使用了交替的电极和电解质层。每个电极都可包括集流体基材 和一个或多个电化学活性层。集流体设计的考虑因素如下：(a)高导电性；(b) 耐所用电解质的腐蚀；(c)耐电化学反应以致不被太快地消耗；(d)使之耐受 制造操作(例如裱涂和辊压)的机械强度和柔韧性；(e)低的整体成本，包括材 料成本和制造；和(f)提供与电化学活性层的优良物理接触或“连接性”的表 面结构(例如，该材料不应该形成钝化膜以致防止优良的物理接触并且应该很 好地粘合到电化学活性层上)。满足这些特征中的任何一个或多个并不是关键 的。例如，集流体可以在一个或多个类别上是突出的，而在其它类别上是低于 标准的。因此，如果缺陷可由整体的电池设计所克服，则仍可使用某方面存在 缺陷的材料。目前用于锌负极集流体的常见材料包括铜和黄铜。

评价电池性能并确定集流体特征和电池性能之间关系的一种方式是测量一 些条件下集流体条带(strips)的析气率。在电池运行期间，可析出气体例如 氢气。虽然一些析出的氢气可以与氧重新结合生成水，但剩余氢气会在电池中 积聚并引起电池破裂或者损害导电通道。希望设计具有低放气率的电池部件。

发明内容

具有集流体基材的改良镍-锌电池是利用锡或者锡和锌的镀覆来制造以便 获得降低的析气率。铜或黄铜基材被电解清洗，活化为无光泽表面，电镀至规 定的厚度范围，裱涂氧化锌基电化学活性材料并烘焙。规定的40-80μIn的厚度 范围消除了烘焙期间金属间化合物Cu₆Sn₅的形成，改善了镀层的稳定性并在电 池运行期间提供足够的抗腐蚀性。改良的集流体提供高的导电性、抗腐蚀性和 电化学反应耐受性、优良的机械强度和柔韧性、以及与电化学活性层的良好界 面。

一方面，本发明涉及一种制造用于镍锌电池的锌电极基材的方法。该方法 包括提供基材的穿孔条带、对该条带进行去脂、电解清洗条带、活化条带、和 电镀厚度约40-80μIn的包括锡或锡-锌的金属或合金层。基材可以是铜或黄铜。 电镀的金属可以是锡或者是锡与锌两者，其中可以是约75-100％重量的锡和约 0-25％重量的锌。

可用变性醇或其它有机溶剂对穿孔条带进行去脂持续一段时间，该时间可 为5-15分钟。在去脂操作和电解清洗操作之间，可用去离子水冲洗穿孔条带。 电解清洗操作包括将穿孔条带浸入碱性浸泡溶液中并跨所述条带通电流。例如， 当清洗进行5-10分钟时，对于15英寸的穿孔条带，该电流可以是1-3安培。 可以使用更大或更小的电流以保证表面是纯净、均匀和平滑的。碱性浸泡溶液 可具有10-13的pH值，并可包含碱性氢氧化物、碱性碳酸盐、碱性磷酸盐、或 它们中两种或全部的组合。碱性氢氧化物可以是氢氧化钠或氢氧化钾。碱性碳 酸盐可以是碳酸钠或碳酸钾。碱性磷酸盐可以是磷酸钠或磷酸钾或者可以用乙 酸钠代替。

穿孔条带可以在活化溶液中活化约5-10分钟的时段。活化操作产生无光泽 表面。活化溶液可以是酸。特别地，活化溶液可以是酸浓度为4-20％的硫酸。其 它的强酸可以代替硫酸。活化溶液可以具有约1-3的pH值。活化操作之前和之 后，可用去离子水冲洗穿孔条带基材，以去除来自先前操作的化学制剂。