[发明专利]用于可再充电锌蓄电池的涂糊的锌电极

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求，2009年5月18日提交的，名称为“PASTED ZINC ELECTRODE FORRECHARGEABLE NICKEL-ZINC BATTERIES”美国专利申请No.12/467,993的优先权，在此为所有目的引入其全部内容。

发明领域

本申请涉及一种可再充电蓄电池，特别是可再充电镍锌蓄电池。更具体的，本申请涉及用于可再充电镍锌蓄电池的锌负电极的组合物和制备方法。

背景技术

无线便携设备如电动工具的普及增加了高能量密度(同样可提供高功率)的可再充电蓄电池的需要和要求。随着功率和能量密度要求的提高，对高循环寿命可再充电电极的需更也增加。碱性锌电极以高电压、低当量和低成本闻名。与充电和放电过程相关的快速电化学动力学使锌电极可同时提供高功率和高能量密度。

与锌电极相关的低氧化还原电位使电极在氢析出方面不稳定。使用锌的一次碱性蓄电池通过使锌与特定元素合金化以及使用气体抑制剂来解决这个问题。与锌接触的材料纯度很重要，也限制了锌暴露于任何氢析出催化剂的程度。一次和可再充电电池起始材料的差别影响到防腐蚀途径的技术和有效性。锌一次蓄电池制备为充电状态，而锌二次蓄电池则制备为深放电态。在锌一次蓄电池中，活性材料为用100至300微米的颗粒形成的凝胶粉末状的金属锌。在锌二次蓄电池中，活性材料为含有少量锌金属，颗粒尺寸在0.2到0.3微米之间的氧化锌(ZnO)。可再充电电池负电极中所使用的小氧化锌颗粒的尺寸导致为一次蓄电池中使用的锌电极中颗粒的两倍数量级的表面积。一旦在起始充电后化成时，二次蓄电池中的腐蚀速率明显较高。继续寻求可再充电锌电极组合物和生产工艺的改进，以尽量减少腐蚀和提高可制造性。

发明内容

用于可再充电锌碱性电化学电池的负电极的活性材料由涂覆有锡和/或铅的锌金属颗粒制成。锌颗粒可通过向含有锌颗粒、增稠剂和水的混合物中添加铅和锡的盐进行涂覆。然后添加其余锌电极组分例如氧化锌(ZnO)，氧化铋(Bi₂O₃)，分散剂，以及粘结剂如聚四氟乙烯(Teflon)。在氧化锌以及其它电极组分的存在下，可涂覆金属锌。得到的浆料/糊料具有稳定的粘度，在锌电极制造的过程中容易操作。此外，电解质中存在钴时，锌电极很不容易释气。较之常规电池，由根据本发明生产的电极制造的电池，显示出少得多的释氢，减少高达60-80％。由于锌导电基体保持完整且自放电减少，所以循环寿命和贮存寿命同样得以提高。

在一个方面，本发明涉及一种具有锌负电极的镍锌电池。电极包括涂覆有铅、锡或者二者的锌粉末颗粒，其尺寸小于约100微米，小于约40微米，约25微米或约5-15微米。向电极中添加金属锌颗粒以在循环中产生和保持导电基体。比锌更具惰性的铅和锡在锌电位下不会放电，并将防护其涂覆的锌颗粒。电极在放电中可保特较好的连通性。仅使用少量的铅和锡。根据不同的实施方案，铅可能小于锌电极活性材料的约0.05％，且锡可能小于锌电极活性材料的约1％。镍锌电池还包括镍正电极。正电极可含有钴和/或钴化合物，可将其涂覆于氢氧化镍颗粒上，或以钴金属、钴氧化物、氢氧化钴、羟基氧化钴、和/或其它钴化合物形式分别添加至正电极。正电极还可包括未涂覆的氢氧化镍颗粒。

本发明的另一方面涉及一种制备用于镍锌电池的锌负电极的方法。该方法包括：将铅和/或锡涂覆于锌金属颗粒上(优选在浆料中)，使用锌颗粒形成活性材料浆料/糊料，并将活性材料纳入锌电极中。根据不同实施方案，将至少一种可溶性锡盐和至少一种可溶性铅盐添加至液体介质(优选为水)中的锌金属颗粒以涂覆锌颗粒。液体介质还可包括增稠剂(触变剂)，和/或粘合剂。可使锡和铅涂覆锌颗粒。锡盐可为硫酸锡、醋酸锡、氟硼酸锡、氯化锡、和硝酸锡中的一种或多种。铅盐可为醋酸铅、氯化铅、氟硼酸铅、或硝酸铅中的一种或多种。涂覆操作可得到可用于形成活性材料的浆料。在一些实施方案中，在被加入活性材料前可将浆料进行处理。例如，可将浆料浓缩、加热或洗涤。锌颗粒浆料也可包括溶液中一些残余的锡和铅盐。残余锡和铅盐可随后涂覆电化学形成的锌(电池化成后)，以进一步的防护锌免于腐蚀。