專利名稱：：金屬性鋅基集流體的制作方法金屬性鋅基集流體相關申請本申請要求2007年6月20日提交的題為"METALLICZINCBASEDCURRENTCOLLECTOR"的美國臨時專利申請No.60/936，587的優先權,出于所有目的通過引用將其公開內容整體并入本文，本申請還要求2007年2月12日提交的題為"鋅鎳電池負極片(NEGATIVEPLATEOFZINC-NICKELBATTERY)"的中國申請No.200710073332.2的優先權，出于所有目的通過引用將其公開內容整體并入本文。發明領域本發明涉及可再充電電池，更特別是鎳鋅可再充電的電池。更加具體地，本發明涉及鎳鋅電池中負電極所用的集流體的組成和結構。發明背景電池使用有時按交替的電極和電解質層進行配置的正電極、負電極和電解質。每個電極可以包括電流集取(currentcollection)基材和一個或多個電化學活性層。下面為對集流體設計所要考慮的事項(a)高導電性；(b)對所用電解質的腐蝕的抵抗性；(c)對電化學反應的抵抗性，以便不被過快地消耗；(d)允許其經受制造操作(例如涂布和輥壓)的機械強度和柔韌性；(e)低成本，包括材料成本和制造成本；和(f)提供與電化學活性層(例如，該材料不應形成鈍化膜以致阻止良好的物理接觸并應良好地附著到電化學活性層上)的良好物理接觸或"連通性"的表面結構。滿足這些特征中的任何一個或多個并不是關鍵的。例如，集流體可以在一個或多個類項中是突出的，而在其它類項中是低于標準的。因此，在一個方面具有缺點的材料仍可使用，只要該缺點可通過整體電池設計得到克服。廣泛使用。雖然鉛酸和鎘鎳電池包含重金屬和有毒物質例如鉛和鎘，但它們具有穩定的性能、可靠的應用和高的性價比。因此，它們一直是主要類型的二次電池，用于通訊、電力、汽車、火車、航空和航天工業、UPS電源、家用電器、電動工具、電動玩具等。鋅鎳電池具有優異的性能，例如相對較高的析氫過電位、良好的可逆性、高能量密度、高平均電壓(1.65V)和相對均勻的陽極溶解。更加重要地，鋅金屬是環境友好的，這是因為其使用不導致環境污染。然而鋅鎳二次電池一直未得到廣泛商業化。鋅金屬是兩性的，非常活潑，既溶于酸又溶于堿，同時產生氫氣。鋅金屬集流體在堿性電解質中可變形、腐蝕和失活。在可充電的鎳鋅電池的充電期間，可產生和生長鋅枝晶，當它們穿透正電極和負電極之間的分隔體時造成短路。因此電流集取基材設計已避免使用鋅金屬作為電流集取基材。當前用于鋅負電極集流體的一般材料包括銅和黃銅。銅或黃銅可以是沖孔的帶、網、泡沫等。通過將包含鋅元素的活性物質例如Zn0、Zn或鋅酸鉤附著到銅或黃銅的一側或兩側形成電極。鋅活性材料與這些基材的接觸可以通過促進氫氣析出而加速鋅腐蝕。這種鋅腐蝕導致鋅鎳電池的"氣漲"、爬堿和泄漏、容量衰減、短循環壽命、不穩定性和不可靠性。觀測到，隨著鎳鋅電池經過許多個循環的放電和充電后，電池容量降低。對于許多應用，如果完全再充電后的電池容量小于額定容量的80%時，則認為電池失效。對于滿足設計和制造考慮事項的集流體設計，在電池失效前需要完成大量的循環并且避免鋅腐蝕的缺點。發明概述本發明涉及圓柱形鎳鋅電池，該電池具有作為負電極的一部分的金屬性鋅基基材集流體，包括鎳的正電極層，將正電極層和負電極層隔開的分隔體層，和電解質。金屬性鋅基集流體可以由鋅金屬或鋅合金材料制成，所述鋅合金材料包含大于50原子％的鋅，優選80-1006原子％的鋅，更優選95-100原子％的鋅或更加優選大于約99原子％的鋅。在某些實施方案中，金屬性鋅基基材集流體含有98.5-99.95原子％的鋅；特定的例子包括98.7原子％的鋅、99.5原子％的鋅和99.95原子％的鋅。在一個實施方案中，該材料是包含95-100原子％的鋅且其余是鉍和鉛的鋅合金。在一些實施方案中，金屬性鋅基集流體可以是富鋅的黃銅合金。金屬性鋅基基材集流體可以是具有例如約2-5密耳厚度的金屬片、板或箔。金屬片或板可以是穿孔或未穿孔的。其可以穿有具有圓形或橢圓形或矩形或其它幾何形狀的孔。還可以將其圖案化來提供粗糙表面以便與電化學活性層產生較好的物理接觸。在某些實施方案中，鋅集流體可以是具有約2-20密耳厚度的金屬板網。集流體還可以由具有例如約15-60密耳厚度的泡沫材料制成。作為將鋅合金材料用作整個基材集流體的替代方案，金屬性鋅基基材集流體可以是涂鋅的構件，該構件中非鋅的芯金屬鍍覆或包覆有鋅基金屬(例如金屬鋅或鋅合金)。芯金屬可以是例如鋼、銅、錫或常規的黃銅。其可以按連續片、穿孔片、金屬板網、板、網或泡沫的形式提供。可以將鋅金屬鍍覆或包覆到芯金屬片上。在某些實施方案中，鋅涂層可以包括少量的鉍和/或鉛。如果將鋅基金屬包覆到芯金屬上，則可以使用熱壓法或任何其它常規包覆方法。具有鋅基金屬鍍層或覆層的集流體可以是2-10密耳厚，優選2-5密耳厚。在另一個方面，本發明涉及鎳鋅電池的負電極。該負電極包括金屬性鋅基基材集流體和附著到該集流體的負電化學活性層。集流體可以是金屬鋅板、金屬鋅合金板或金屬鋅網。金屬鋅板可以是穿孔的。在特定的實施方案中，用于負電極的鋅基基材可以具有一個或多個上述特征。因為鋅金屬的費用小于銅或黃銅，因此用鋅基基材集流體制造的電池可以比用銅或黃銅集流體制造的電池費用小。較低的價格提高了鎳鋅電池的性價比。用本發明的基材集流體制成的電池比用銅或黃銅基材集流體制成的電池具有更好的低至中等電流放電性能和好的大電流放電性能、循環壽命和貯存性能。在下面參考附圖對本發明的這些和其它特征和優點進行詳細描述。附圖簡要描述圖1A是圓柱形電池的示意性的分解圖。圖1B是圓柱形電池的示意圖。圖2是排氣帽體的示意圖。圖3A和3B是電極-分隔體夾層結構中各個層的示意圖。圖4是圖解使用銅帶作為其負基材集流體的鋅鎳電池的容量隨電池循環壽命的坐標圖。圖5是圖解使用具有98.5原子％鋅的鋅帶作為其負基材集流體的鋅鎳電池的容量隨電池循環壽命的坐標圖。圖6是圖解使用具有98.7原子％鋅的鋅帶作為其負基材集流體的鋅鎳電池的容量隨電池循環壽命的坐標圖。圖7是圖解使用具有99.5原子％鋅的鋅帶作為其負基材集流體的鋅鎳電池的容量隨電池循環壽命的坐標圖。圖8是圖解使用具有99.95原子％鋅的鋅帶作為其負基材集流體的鋅鎳電池的容量隨電池循環壽命的坐標圖。圖9是圖解使用具有小于0.5%的雜質的穿孔鋅箔作為其負基材集流體的鋅鎳電池的容量隨電池循環壽命的坐標圖。圖10是圖解使用涂有鋅/銦的穿孔鋅箔作為其負基材集流體的鋅鎳電池的容量隨電池循環壽命的坐標圖。圖11是圖解使用涂有錫的銅箔作為其負基材集流體的鋅鎳電池的容量隨電池循環壽命的坐標圖。優選實施方案的詳細描述引言在本發明的下文詳述中，列舉了許多具體的實施方案以提供本發明的充分理解。然而，對于本領域技術人員明顯的是，可以在沒有這些具體細節的情況下或者通過使用替代要素或方法、利用本發明的精神和范圍來實施本發明。在其它情形中，沒有對眾所周知的方法、工序和部件進行詳細說明以免使本發明的多個方面不必要地晦澀。本發明涉及圓柱形鎳鋅電池，該電池具有作為負電極的一部分的金屬性鋅基基材集流體，包含鎳的正電極層，將正電極層和負電極層隔開的分隔體層，和電解質。如上所述，集流體設計的考慮事項包括抗腐蝕性和抗電化學反應性。典型地，集流體不是由與電化學活性層相同的材料制成，從而使集流體將不會由于參與電化學反應被消耗而失效。因此，使用鋅基金屬作為用于集流體的材料違背常規認識。然而，意料不到地發現，即使當用于中倍率和大倍率放電應用時，使用鋅基金屬作為集流體仍可以是成功的。當以這種方式使用時，鋅基集流體的優點勝過其任何缺點。一些優點包括較低的費用、相等或更好的循環壽命性能、放電性能和貯存性能。如本文中所述，可以對集流體進行設計使得降低或消除鋅基集流體固有的缺點。為了構成本發明的語境，下面描述總體電池結構和放電。總體電池結構圖1A和1B是根據本發明實施方案的圓柱形電池的主要部件的示意圖，且圖1A顯示了電池的分解圖。在圓柱形組件101(也稱為"巻繞體((jellyroll)")中提供了交替的電極和電解質層。圓柱形組件或巻繞體101位于罐體113或其它收納容器的內部。負集流盤103和正集流盤105附著到圓柱形組件101的相對端。負集流盤和正集流盤充當內部端子，負集流盤電連接到負電極而正集流盤電連接到正電極。帽體109和罐體113充當外部端子。在所描述的實施方案中，負集流盤103包括用以將負集流盤103連接到帽體109的接頭(tab)107。正集流盤105焊接到或以其它方式電連接到罐體113。在其它實施方案中，負集流盤連接到罐體而正集流盤連接到帽體。負集流盤103和正集流盤105顯示具有穿孔，可將其用于促進結合到巻繞體和/或電解質從電池的一部分轉移到另一部分。在其它實施方案中，所述盤可以利用槽(徑向或周緣)、溝或其它結構來促進結合和/或電解質分布。柔性墊圏111靠在沿罐體113上部中的周邊提供的周向凸緣(bead)115上，緊鄰帽體109。墊圏111用于使帽體109與罐體113電絕緣。在某些實施方案中，墊圏111所靠著的凸緣115涂有聚合物涂層。墊圏可以是任何使帽體與罐體電絕緣的材料。優選地，該材料在高溫下不明顯變形；一種這樣的材料是尼龍。在其它實施方案中，希望使用相對疏水的材料來降低導致堿性電解質蔓延并最終在接縫處或其它可到達的出口點從電池泄漏的驅動力。較不易潤濕的材料的例子是聚丙烯。如圖1B中所示，在罐體或其它收納容器填充有電解質后，將容器密封以使電極和電解質與環境隔離。墊圏典型地通過巻邊處理進行密封。在某些實施方案中，使用密封劑以防止泄露。合適的密封劑的例子包括瀝青質密封劑、焦油和可從CognisofCincinnati,0H獲得的VERSAMID。在某些實施方案中，配置電池以在電解質"貧液"的條件下工作。這樣的電池具有與活性電極材料的量有關的相對低量的電解質。它們可易于與富液型電池區分開，所述富液型電池在電池的內部區域中具有自由的液體電解質。如2005年4月26日提交的題為"NickelZincBatteryDesign"的美國專利申請No.11/116，113(通過引用將其并入本文)中所討論，出于各種原因，還希望可在貧液條件運行電池。貧液型電池通常被理解為電池的電極堆疊體內的總空隙體積未被電解質完全占據的電池。在典型的例子中，電解質注入后貧液型電池的空隙體積可以是注入前總空隙體積的至少約10%。本發明的電池可具有許多不同形狀和尺寸中的任一種。例如，本發明的圓柱形電池可以具有常規AAA電池、AA電池、A電池、C電池等的直徑和長度。常規電池設計適用于一些用途中。在特定的實施方案中，電池尺寸是直徑為22mm且長度為43mm的亞C電池尺寸。應注意，本發明還可以按相對小的棱柱形電池形式以及用于多種非便攜式應用的各種較大形式電池使用。通常，用于例如電動工具或草坪用工具的電池組的外形將決定電池的尺寸和形狀。本發明還涉及包括一個或多個本發明的鎳鋅電池以及合適的殼體、接觸件和導線的電池組以允許在電裝置中充電和放電。負電極活性材料組合物通常，負電極包括鋅離子或鋅酸根離子的一種或多種電活性源，該源任選與一種或多種另外材料例如下述的電導率增強材料、腐蝕抑制劑、潤濕劑等相組合。當制造電極時，可通過某些物理、化學和形貌特征例如庫侖容量、活性鋅的化學組成、孔隙率、彎曲率等對其進行表征。電化學活性鋅源可以包含下面組分中的一種或多種氧化鋅、鋅酸鈣、鋅金屬和各種鋅合金。任何這些材料可在制造期間提供和/或在標準電池循環期間產生。作為特定的例子考慮鋅酸鉀，其可以由含有例如氧化鈣和氧化鋅的糊料或漿料制得。如果使用鋅合金，在某些實施方案中其可以包括鉍和/或銦。在某些實施方案中，其可以包括至多約20ppra的鉛。滿足這種組成要求的商購鋅合金源是由NorandaCorporationofCanada提供的PGIOI。鋅活性材料可以按粉末、粒狀組合物等形式存在。優選地，用于鋅電極糊料制劑的組分中的每一種均具有相對小的顆粒尺寸。這是為了降低顆粒可能穿透或以另外方式損害正電極和負電極之間的分隔體的可能性。特別在考慮電化學活性鋅組分(以及其它細粒電極組分)時，這些組分優選具有不大于約40或50微米的顆粒尺寸。在某些實施方案中，材料的特征可在于其顆粒的不多于約1°/。具有大于約50微米的主要尺寸(例如直徑或主軸)。可通過例如篩分或以另外方式處理鋅顆粒以除去較大顆粒來制得這樣的組合物。應注意，本文所述的顆粒尺寸范圍(regime)也適用于鋅氧化物和鋅合金以及鋅金屬粉末。除(一種或多種)電化學活性鋅組分外，負電極還可以包括一種或多種另外材料，所述另外材料促進或以其它方式影響電極內的某些過程例如離子轉移、電子轉移(例如增強導電性)、潤濕、孔隙率、結構完整性(例如粘合)、釋氣(gassing)、活性材料溶解度、阻擋性能(例如降低離開電極的鋅的量)、腐蝕抑制性等。例如，在一些實施方案中，負電極包括氧化物例如氧化鉍、氧化銦和/或氧化鋁。氧化鉍和氧化銦可以與鋅相互作用并且減少在電極處的釋氣。可以按干燥的負電極制劑的約1-10重量％的濃度提供氧化鉍。其可以促進氫與氧的復合。氧化銦可以按干燥的負電極制劑的約0.05-1重量°/。的濃度存在。可以按干燥的負電極制劑的約1-5重量％的濃度提供氧化鋁。在一些實施方案中，使用"納米尺寸"的銦化合物(例如硫酸銦或氧化銦)。在這樣的實施方案中，銦化合物具有平均不大于約10納米的顆粒尺寸。典型地，銦在干燥的負電極制劑中以約0.05重量％存在。認為有時可發生的問題是在負電極內具有局部富銦濃度區域。通過使用可以均勻地分散在整個負電極中的非常小的銦顆粒，降低了電極中富銦合金區域的風險。在某些實施方案中，可以包括一種或多種添加劑來改善鋅電活性材料的抗腐蝕性，從而有利于長的貯存期。貯存期對于電池的商業成功或失敗可為關鍵的。認識到，電池固有地是化學不穩定裝置，應采取措施來保持電池部件(包括負電極)處于它們的化學有效形式。當化時，它們的價值因短貯存期而受限。腐蝕抑制添加劑的例子包括銦、鉍、鉛、錫、鈣等的陽離子。通常，這些可以在負電極中按鹽形式(例如硫酸鹽、氟化物等)以干燥的負電極制劑的至多約25重量％，典型地至多約10重量％的濃度存在。在某些實施方案中，電極制劑中可以包括有機材料來抑制鋅電活性材料的腐蝕。這樣的抑制劑的例子包括表面活性劑例如商購的Triton和RS600表面活性劑。可加入以降低鋅在電解質中的溶解度的陰離子的具體例子包括砩酸根、氟離子、硼酸根、鋅酸根、硅酸根、硬脂酸根等。通常，這些陰離子可在負電極中以干燥的負電極制劑的至多約5重量％的濃度存在。認為這些陰離子中的至少某些在電池循環期間進入溶液中且在此它們降低鋅的溶解度。包含這些材料的電極制劑的例子包括在下面專利和專利申請(出于所有目的通過引用將其每一篇并入本文)中JeffreyPhillips的在2004年9月28日授權的題為"NegativeElectrodeFormulationforaLowToxicityZincElectrodeHavingAdditiveswithRedoxPotentialsNegativetoZincPotential"的美國專利No.6，797,433;JeffreyPhillips的在2004年12月28曰授權的題為"NegativeElectrodeFormulationforaLowToxicityZincElectrodeHavingAdditiveswithRedoxPotentialsPositivetoZincPotential"的美國專利No.6，835，499;JeffreyPhillips的在2004年11月16日授權的題為"AlkalineCellsHavingLowToxicityRechargeableZincElectrodes，，的美國專利No.6，818，350;和Hall等人在2002年3月15日提交的PCT/NZ02/00036(公開號W002/075830)。可以加入到負電極中以改善潤濕的材料的例子包括鈦氧化物、氧化鋁、氧化硅，同時包括氧化鋁和氧化硅，等等。通常，這些材料以干燥的負電極制劑的至多約10重量％的濃度提供。在JeffreyPhillips的于2004年11月2日授權的題為"FormulationofZincNegativeElectrodeforRechargeableCellsHavinganAlkalineElectrolyte"的美國專利No.6,811,926中可以找到這樣的材料的另外討論，出于所有目的通過引用將該專利并入本文。可加入到負電極中以改善電子傳導的材料的例子包括具有高的固有電子電導率的各種電極相容性材料。例子包括鈦氧化物等。通常，這些材料以干燥的負電極制劑的至多約10重量％的濃度提供。當然，準確濃度將取決于所選添加劑的性能。出于粘結、分散和/或作為分隔體的替代品的目的，可以向負電極加入各種有機材料。例子包括羥乙基纖維素(HEC)、羧甲基纖維素(CMC)、羧曱基纖維素(HCMC)的游離酸形式、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)、聚乙烯醇(PVA)、nopcosperse分散劑(從日本京都的SanNopcoLtd.獲得)等。在特定的實施例中，使用PSS和PVA來涂覆負電極以提供潤濕或其它類分隔體性能。在某些實施方案中，當為電極使用類分隔體涂層時，鋅鎳電池可以使用單層分隔體，在一些情形中根本沒有獨立的分隔體。在某些實施方案中，出于包埋電極中尖銳或大的顆粒的目的，可將聚合物材料例如PSS和PVA與糊狀成形物(與涂料相對)混合，否則所述顆粒可能給分隔體帶來風險。當在本文中定義電極組合物時，其通常理解為可適于在制造時制備的組合物(例如糊料、漿料或干法制造的制劑)，以及可在成形周期期間或之后，或者在電池使用時例如給便攜式工具供電時于一個或多個充電-放電循環期間或之后，產生的組合物。在下面文獻中描述本發明范圍內的各種負電極組成，其每一篇通過引用并入本文PCT公開號WO02/39517(J.Phillips),PCT公開號WO02/039520(J.Phillips),PCT公開號WO02/39521，PCT公開號WO02/039534(J.Phillips),和美國專利公開No.2002182501。上述參考文獻中的負電極添加劑包括例如氧化硅和各種堿土金屬、過渡金屬、重金屬和貴金屬的氟化物。在一個實施例中，電化學活性材料可以包括50%氧化鋅、20°/。鋅酸鈣、3.0%氧化鋇、1.5%氧化鉍、1.0%氧化銦、1.5%氧化鉛、3.0%鋅、1.0%鎘和水基粘合劑。應注意，雖然可以向負電極加入多種材料來賦予特定的性能，但可以通過除負電極外的電池部件引入若干這些材料或性能。例如，可(提供給i電:或沒^"提供給負電極)。這樣的材料的例子包括磷酸鹽、氟化物、硼酸鹽、鋅酸鹽、硅酸鹽、硬脂酸鹽。在電解質和/或分隔體中可提供的上文確定的其它電極添加劑包括表面活性劑，銦、鉍、鉛、錫、鈣等的離子。2004年8月17日提交的美國專利申請No.10/921，062(J.用將其并入本文。。、、，，、、、'、，、負電子導電通道負電子通道包括充電和放電期間在負電極和負電極端子之間傳載電子的電池部件。這些部件之一是其上形成且承載負電極材料的載體或電流集取基材。這是本發明的主題。在圓柱形電池設計中，該基材典型地提供在螺旋巻繞的夾層結構中，所述結構包括負電極材料、電極分隔體和正電極部件(包括電極本身和正電流集取基材)。如所指出，這種結構常稱作巻繞體。在圖1A中顯示了負電子通道的其它部件。典型地，雖然并非必須，這些包括集流盤(通常提供有導電接頭)和負電池端子。在所描述的實施方案中，所述盤直接連接到負電流集取基材，電池端子直接連接到集流盤(通常經由導電接頭)。在圓柱形電池設計中，負電池端子通常是帽體或罐體。負電子傳導通路的每個部件可以用其組成、電性能、化學性能、幾何和結構性能等進行表征。例如，在某些實施方案中，通路的每個部件具有相同的組成(例如鋅或涂鋅的銅)。在其它實施方案中，至少兩個元件具有不同的組成。電流集取基材如所指出，作為本發明主題的導電通路的元件是用于負電極的載體或基材，其還用作集流體。在選擇用于基材的材料和結構時考慮的準則中，有與負電極材料的電化學相容性、費用、涂覆的容易性(對于負電極材料)、氫析出的抑制和在電化學活性電極材料和集流體之間促進電子轉移的能力。如所解釋，電流集取基材可按各種結構形式提供，包括穿孔金屬片、金屬板網、金屬泡沫等。在特定的實施方案中，基材是由鋅基材料例如涂覆鋅的銅或涂覆鋅的銅合金制成的金屬板網。在某些實施方案中，基材是具有約2-5密耳厚度的穿孔片。在某些實施方案中，基材是具有約2-20密耳厚度的金屬板網。在其它實施方案中，基材是具有約15-60密耳厚度的金屬泡沫。在特定的實施方案中，栽體是約3-4密耳厚的穿孔的涂覆鋅的銅。包括載體金屬和負電極材料的負電極的具體厚度范圍為約10-30密耳。通道的其它部件負通路的其它部件例如負集流盤和帽體可由上文確定用于電流集取基材的任何基礎金屬制成。選擇用于該盤和/或帽體的基礎金屬應具有高度導電性并且抑制氫等的析出。在某些實施方案中，盤和帽體中的一者或二者使用鋅或鋅合金作為基礎金屬。在某些實施方案中，集流盤和/或帽體是涂有鋅的銅或銅合金，或者含有例如錫、銀、銦、鉛或其組合的鋅合金。希望可將集流盤和巻繞體預焊接，或者使用作為集流盤的組成零件的巻繞體和可直接焊接到頂部的接頭。這樣的實施方案在相對低倍率的應用中可特別有價值。當集流盤含有鋅時這些實施方案特別有效。巻繞體可以包括焊接到負電極的一側以促進與集流盤接觸的接頭。發現沒有合適抗腐蝕鍍層(例如錫、鉛、銀、鋅、銦等)的常規排氣帽體在貯存期間可造成鋅腐蝕，導致泄露、排氣和降低貯存期。應注意，如果用作負端子的是罐體而不是帽體，則該罐體可由上文確定的材料構造成。在一些情形中，整個負電子通道(包括端子和一個或多個電流集取元件)由相同的材料例如鋅或涂有鋅的銅制成。在特定的實施方案中，從負電極到負端子(電流集取基材、集流盤、接頭和帽體)的整個電子通道是鍍鋅的銅或黃銅。通氣帽體和集流盤以及載體基材本身的一些結構細節可在下面專利文獻中找到，出于所有目的將該文獻通過引用并入本文2006年4月25日提交的PCT/US2006/015807和2004年8月17日提交的PCT/US2004/026859(公開WO2005/020353A3)。正電極正電極通常包括電化學活性鎳氧化物或氫氧化物以及有利于制16造、電子轉移、潤濕、機械性能等的一種或多種添加劑。例如，正電極制劑可以包括至少一種電化學活性鎳氧化物或氫氧化物(例如氫氧化鎳(Ni(0H)2))、氧化鋅、氧化鈷(CoO)、鈷金屬、鎳金屬和流動控制劑例如羧甲基纖維素(CMC)。應注意，金屬性的鎳和鈷可以是化學純或合金。在某些實施方案中，正電極具有的組成與用于制造常規鎳鎘電池中的鎳電極的組成類似，然而對鎳鋅電池系統可以存在一些重要的優化。優選使用鎳泡沫基質以支撐電活性鎳(例如，Ni(0H)2)電極材料。在一個實施例中，可以使用從IncoLtd.商購的鎳泡沫。對于要求高放電倍率的應用，通過鎳泡沫到Ni(0H)2(或其它電化學活性材料)的擴散路徑應當短。在高倍率下，離子穿透泡沫鎳費用的時間很重要。應當對正電極的寬度進行最優化從而使鎳泡沫為Ni(0H)2材料提供足夠的空隙空間，且同時保持離子通過泡沫到Ni(0H)2的擴散路徑很短，所述正電極包括用Ni(OH)2(或其它電化學活性材料)以及其它電極材料填充的鎳泡沫。泡沫基板厚度可以為15密耳-60密耳。在優選實施方案中，正電極的厚度為約16密耳-24密耳，所述正電極包括用電化學活性和其它電極材料填充的鎳泡沫。在特別優選的實施方案中，正電極為約20密耳厚。應當使鎳泡沫的密度最優化以確保電化學活性材料均勻地滲入泡沫的空隙空間。在優選的實施方案中，使用密度范圍為約300-500g/m2的鎳泡沫。甚至更優選的范圍為約350-500g/m2。在特別優選的實施方案中，使用密度為約350g/m2的鎳泡沫。隨著電極層的寬度降低，可使得泡沫較不致密以確保具有充分的空隙空間。在優選的實施方案中，使用約350g/m2的鎳泡沫密度和約16密耳-18密耳的厚度。分隔體分隔體用于機械地隔離正電極和負電極，同時允許在電極和電解質之間發生離子交換。分隔體還阻礙鋅枝晶形成。枝晶是在金屬沉積中具有骨架或樹狀生長圖案("枝晶生長")的晶體結構。實際上，在電池的壽命期間，枝晶形成在電池的導電介質中，并且有效地橋接負電極和正電極，從而導致短路且隨后使得電池功能喪失。典型地，分隔體將具有小孔隙。在本文描述的某些實施方案中，分隔體包括多個層。孔隙和/或疊層結構可為鋅枝晶提供曲折的路徑，從而有效地阻止枝晶所致的滲透和短路。優選地，多孔的分隔體具有約1.5-10,更優選約2-5的彎曲率。平均孔隙直徑優選為最大約0.2微米，更優選約0.02-0.1微米。此外，在分隔體中孔隙尺寸優選完全一致。在優選實施方案中，分隔體具有約35-55%的孔隙率，其中一種優選的材料具有45%的孔隙率和0.1微米的孔隙尺寸。在優選的實施方案中，分隔體包括至少兩層(并且優選正好兩層)，即阻礙鋅滲透的阻擋層和用電解質保持電池潤濕從而允許離子交換的潤濕層。對于鎳鎘電池通常不是這種情形，鎳鎘電池在相鄰電極層之間僅使用單一分隔體材料。通過保持正電極盡可能濕且負電極相對地干，可有利于電池的性能。因此，在一些實施方案中，阻擋層位于與負電極鄰近，潤濕層位于與正電極鄰近。通過維持電解質與正電極緊密接觸，這樣的配置改善了電池的性能。在其它實施方案中，潤濕層設置成鄰近負電極而阻擋層設置成鄰近正電極。這種配置通過促進氧經由電解質轉移到負電極來幫助氧在負電極處復合。阻擋層典型地是多微孔膜。可以使用任何離子性導電的多微孔膜。通常具有約30%-80%孔隙率以及約0.005-0.3微米的平均孔隙尺寸的聚烯烴將是適合的。在優選實施方案中，阻擋層是多微孔的聚丙烯。用于阻擋層的商購材料的例子包括UBEU-POREUP3138(UbeIndustries,Ltd.,Tokyo,Japan)、來自荷蘭SolutechofHeerlen的S(OP0RETM產品、來自celgardIncofCharlotte,NorthCarolina的公司的分隔體CELGARDT、、以及來自AdvancedMembraneSystems的AMS產品。阻擋層典型地為約0.5密耳-4密耳厚，更優選在約1.5密耳-4密耳厚。阻擋層膜的特定例子包括4密耳AMS分隔體、單一2密耳厚UBE分隔體、2層1密耳厚的SOLUPORETm分隔體以及2層1密18耳厚的celgardtm分隔體。潤濕層可以由任何合適的可潤濕的分隔體材料制成。典型地，潤濕層具有相對高的孔隙率例如約50-85%的孔隙率。例子包括聚酰胺材料例如尼龍基以及可潤濕的聚乙烯和聚丙烯材料。在某些實施方案中，潤濕層的厚度為約1密耳-10密耳，更優選約3密耳-6密耳。可用作潤濕材料的分隔體材料的例子包括NKKVL100(NKK公司，Tokyo,Japan)、FreudenbergFS2213E，Scimat650/45(SciMATLimited,Swindon,UK)和VileneFV436S。還可以使用本領域中已知的其它分隔體材料。如所指出，尼龍基材料和多微孔聚烯爛(例如聚乙烯和聚丙烯)通常是非常適合的。在作為替代的實施方案中，單一分隔體材料可以用于阻礙鋅滲透以及用電解質保持電池潤濕。單一分隔體材料可以是用于常規鋰離子電池的分隔體，但為了用于鎳鋅電池而進行了改性。例如，鋰離子型分隔體可以是用凝膠浸漬以提高其可潤濕性特性。一個這樣的例子是可從EntekMembranes"C，Lebanon,Oregon獲得的聚乙締Teklon材料。這種材料是20微米厚，具有約40%孔隙率。凝膠可以直接提供給分隔體，或通過例如將其添加到鋅電極中而間接提供給分隔體。如下面所解釋，在一些實施例中使用凝膠電解質。在某些實施方案中，分隔體在納入到陽極/陰極結構之前可以用表面活性劑進行處理。這起到增強可潤濕性和促進均勻電流密度的作用。在特定的例子中，首先用約0.5-5%表面活性劑例如可從MidlandMichigan的DowChemicalz^司獲得的Triton表面'活小生齊寸(例:i口X100)的溶液處理分隔體。與表面活性劑接觸的時間和干燥時間、表面活性劑的選擇、以及表面活性劑的濃度是能夠影響處理有效性的所有因素。在稀釋的水溶液中浸泡幾個小時并隨后風干可產生優異的結果；另外發現使用其它溶劑例如甲醇促進表面活性劑的吸收。使微孔聚丙烯可潤濕的另一方法是將特定的親水化學基團輻照接枝到聚合物的表面上。中科院上海應用物理研究所的上海世龍高技術有限公司(ShanghaiShilongHi-Tech.Co.Ltd)使用了這樣一種方法。在這種情形下，使用鈷60輻照器實現活化處理。在電極/分隔體設計中的另一個考慮事項為是否要提供分隔體作為與電極和集流器片(例如圖2)大致相同寬度的簡單片材或者要包圍分隔體層中的一個或兩個電極。在后面的例子中，對于一個電極片，分隔體起到"袋子"的作用，有效地包封電極層。在一些實施方案中，包封分隔體層中的負電極將有助于防止枝晶形成。但是在其它實施方案中，使用不包封電極的阻擋層片足以防止枝晶滲透。電解質電解質應具有限制鋅電極中的枝晶形成和其它形式的材料再分布的組合物。這樣的電解質通常偏離現有技術。但是似乎符合標準的一種電解質描述于1993年6月1日授權給M.Eisenberg的美國專利No.5，215，836中，通過引用將該專利并入本文。特別優選的電解質包括(1)堿或堿土金屬氫氧化物，其以產生每升約2.5-11當量的氫氧化物對酸的化學計量比過量的量存在；(2)可溶性堿或堿土金屬氟化物，其量對應于每升總溶液約0.01-1當量的濃度范圍；以及(3)硼酸鹽、砷酸鹽和/或磷酸鹽(例如硼酸鉀，偏硼酸鉀，硼酸鈉，偏硼酸鈉、和/或磷酸鈉或磷酸鉀)。在一個特定的實施方案中，電解質包含約4.5-10當量/升的氫氧化鉀，約2-6當量/升硼酸或偏硼酸鈉以及約0.01-1當量的氟化鉀。對于高倍率應用的特別優選的電解質包含約8.5當量/升的氫氧化物、約4.5當量的硼酸以及約0.2當量的氟化鉀。本發明不局限于Eisenberg專利中所提出的電解質組合物。通常，滿足目標應用所定標準的任何電解質組合物將勝任。假定需要高功率應用，則電解質應具有非常良好的導電率。假定需要長循環壽命，則電解質應阻止枝晶形成。在本發明中，包含K0H電解質的硼酸鹽和/或氟化物與合適的分隔體層一起使用降低了枝晶的形成，因而獲得更耐用且壽命長的電池。在特定的實施方案中，電解質組合物包括過量的約3-5當量/升氫氧化物(例如K0H、NaOH和/或LiOH)。這假定負電極是氧化鋅基電極。對于鋅酸鈣負電極，作為替代的電解質制劑可能是合適的。在一個例子中，用于鋅酸鈣的合適電解質具有下面組成約15-25重量％的K0H、約0.5至5.0重量％的LiOH。根據各種實施方案，電解質可包含液體和凝膠。凝膠電解質可以包含增稠劑例如可自Cleveland,OH的Noveon獲得的CARB0P0L⑧。在優選的實施方案中，活性電解質材料的一部分是凝膠形式。在特定實施方案中，約5-25重量％的電解質以凝膠提供并且凝膠組分包含約1-2重量°/。的CARB0P0L⑧。在一些情形中，電解質可以包含相對高濃度的磷酸根離子，如2006年2月1日提交的美國專利申請No.11/346,861中所述，出于所有目的通過引用將該專利并入本文。極性應注意，圖1A和1B中所示的實施方案具有與常規NiCd電池相反的極性，其中帽體是負的，且罐體是正的。在常規電池中，電池的極性是這樣的帽體是正的，罐體或容器是負的。換言之，電池組件的正電極與帽體電連接，電池組件的負電極與保持該電池組件的罐體電連接。在本發明的某些實施方案(包括圖1A和1B描述的那種)中，電池的極性與常規電池的極性相反。因此，負電極與帽體電連接，正電極與罐體電連接。應理解，在本發明的某些實施方案中，極性保持與常規設計中的相同-具有正的帽體。電池罐體該罐體是充當最終電池的外殼或罩殼的容器。在罐體為負端子的常規鎳-鎘電池中，其典型地是鍍鎳的鋼。如所指出，在本發明中，罐體可以是負端子或正端子。在罐體為負的實施方案中，罐體材料可以具有與用于常規鎳鎘電池的組成相似的組成，例如鋼，只要該材料涂有與鋅電極的電勢相容的另一種材料。例如，負的罐體可以涂有例如銅的材料來防止腐蝕。在罐體為正的而帽體為負的實施方案中，該罐體可以具有與用于常規鎳鎘電池的組成相似的組成，典型地是鍍鎳的鋼。在一些實施方案中，罐體的內部可以涂有促進氫復合的材料。可以使用催化氫復合的任何材料。這樣的材料的例子是氧化銀。排氣帽體雖然電池通常與外界密封隔離，但在一些實施方案中，可以允許電池排出在充電和放電期間從電池產生的氣體。典型的鎳鎘電池在大約200磅/平方英寸(PSI)的壓力下排出氣體。在一些實施方案中，設計本發明的鎳鋅電池以在該壓力和更加高的壓力(例如高至約300PSI)下工作而不需要排氣。這可以促進任何氧與電池內產生的氫的復合。在某些實施方案中，將電池構造成維持至多約450PSI和甚至至多約600PSI的內部壓力。在其它實施方案中，將鎳鋅電池設計成在相對低的壓力下排出氣體。當所述設計促進氫氣和/或氧氣的釋放而在鎳鋅電池內的無它們復合時，這可以是合適的。圖2是帽體201和排氣口機構的示意圖。將排氣口機構優選設計成允許氣體但是不允許電解質逃逸。帽體201包括位于墊圏上的盤208、排氣口203以及帽體201的上部205。盤208包括允許氣體逃逸的孔207。排氣口203覆蓋孔207且被逃逸的氣體所移位。排氣口203典型地是橡膠，盡管其可以由允許氣體逃逸并經受住高溫的任何材料制成。發現方形排氣口工作良好。上部205在焊點209處被焊接至盤208并且包括允許氣體逃逸的孔211。所示出的焊點209和211的位置完全是說明性的，并且這些可以在任何合適的位置。在優選的實施方案中，排氣口機構包括由疏水性的透氣性膜制成的排氣口蓋213。排氣口蓋材料的例子包括多微孔聚丙烯、多微孔聚乙烯、多微孔PTFE、多微孔FEP、多微孔含氟聚合物、以及它們的混合物和共聚物(例如參見2005年9月27日授權的美國專利申請No.6，949，310(J.Phillips)"LeakProofPressureReliefValveforSecondaryBatteries",出于所有目的將該專利申請通過引用并入本文)。該材料應能經受住高溫。在某些實施方案中，疏水性的透氣性膜可以與曲折的氣體逃逸通道結合使用。其它電池排氣口機構是現有技術中已知的，并且適用于本發明。在某些實施方案中，選擇電池的構造材料以提供氫氣放出的22區域。例如，電池帽體或墊圈可以由可透氫氣的聚合物材料制成。在一個特定實施例中，電池帽體的外部環形區域由可透氫氣的材料例如丙烯酸塑料或一種或多種上面列出的聚合物制成。在這樣的實施方案中，僅實際端子(提供在帽體的中心并且被可透氫氣的材料包圍)需要是導電的。放電倍率放電倍率可以定義為電流密度，例如安培/鋅電極表面積。高放電倍率可以為至少約o.oiA/cm'的鋅電極表面(例如約0.01-0.4A/cm2的典型放電倍率)。這些應該與用于"低倍率"和"中倍率"的用途的電池形成對比，其典型需要以大約0.001-0.01A/cm2的平均倍率放電。低倍率放電應用的例子包括一些消費類電子產品應用和電力公司的負載穩定。在高倍率放電的特定實施例中，1.5安培-小時鎳鋅電池以至少約10A的倍率》文電，例如約10-60A。通常使用放電倍率的其它量度。例如，電池的"C"值表示在1小時內電池的額定容量完全放電所處的放電速率。顯然，該量度取決于電池的額定容量。對于具有2Ah額定容量的亞C電池形式的鎳鋅電池，高倍率應用可以使電池以20A或IOC放電。低倍率和中倍率放電可以表征為約1-3C。應理解，電池的給定放電可以使用多個高倍率過程，一些大于另外一些。可以將電池設計成最大放電倍率例如，可對應于圓鋸運行的亞C電池為約20A。然而，這樣的電池然后可以放置在鉆孔機或往復式鋸中，其以較低倍率放電；例如約10A并然后放置在圓鋸中且以20A放電。這種均可發生于從完全充電到完全放電狀態的單個放電循環過程中。因此，應該理解，當本文描述低放電倍率和中放電倍率及應用時，這未必意味著在整個放電過程中維持低放電倍率或中等放電倍率。本發明的某些實施方案在配置于低倍率和中倍率應用例如草坪用工具和消費類電子產品等內的鎳鋅電池中使用鋅集流體。本發明的其它實施方案在配置于高倍率應用例如圓鋸內的鎳鋅電池中使用鋅集流體。當然，應理解，本發明的實施方案可以用于混合倍率應用，例如中到高倍率如在相同的充電周期內于草沖用工具中并然后于圓鋸中使用該電池。電極-分隔體夾層結構圖3A說明了負電極的層。負電極包括電化學活性層301和集流體303。如所示，電化學活性層301附著到集流體303的兩側上。在一些實施方案中，活性層301可以在集流體303的僅一側上。圖3B圖解了在巻繞之前負電極-分隔體-正電極夾層結構中的各個層。分隔體305將負電極(部件301和303)與正電極(部件307和309)機械地分隔開，同時允許在電極和電解質之間發生離子交換。鋅負電極的電化學活性層301典型地包括氧化鋅和/或鋅金屬作為電化學活性材料。層301還可以包括其它的添加劑或電化學活性化合物例如鋅酸鉀、氧化鉍、氧化鋁、氧化銦、羥乙基纖維素和分散劑。集流體303應與負電極材料301電化學相容。如上所述，集流體可具有如下結構穿孔的金屬片、金屬板網、金屬泡沫或圖案化的連續金屬片。與分隔體305另一側上的負電極相對的是正電極。正電極還包括電化學活性層307和集流體309。正電極的層307可包括氫氧化鎳、氧化鎳、和/或羥基氧化鎳作為電化學活性材料。添加劑可以包括氧化鋅和氧化鈷或鈷金屬。集流體309可以是鎳金屬泡沫基質或鎳金屬片。注意，如果使用鎳泡沫基質，則層307將被吸收入基質中。鋅金屬基集流體如上文所討論的，使用鋅金屬基集流體具有在可再充電鎳鋅電池中以前沒有實現的優點和功能。發現使用鋅金屬基集流體降低了中到高放電倍率應用中的容量衰減。如上文所討論的，低倍率和中倍率應用對于亞C電池是約1-3C的那些，高倍率可以為高至10C，或高至20C。可就其它尺寸電池標定這些倍率級別。隨電池或蓄電池循環的容量衰減的降低有效地提高了電池的循環壽命。例如，電池在其容量降低到小于額定容量的80%之前可更多次地進行充和電放電。不意欲受該理論束縛，認為鋅集流體可以提供鋅金屬的儲備以在充電和放電期間延遲鋅極限(limitation)的開始或者促進電化學活性材料的更加均勻的轉變。集流體上沒有鋅金屬時，在負電極處的電化學活性材料可不均勻地反應，導致反應物濃度差隨時間增大。當電化學活性材料中的局部鋅被耗盡時達到鋅極限。在較低的鋅濃度下，局部電流密度增加。較高的局部電流密度可產生額外的熱，導致可溶性鋅酸鹽材料的較大溶解度和遷移率，這可促進負電極隨充放電循環的較大劣化。集流體上有鋅金屬時，可以溶解另外的鋅以便在其耗盡時提高局部鋅濃度，使反應更均勻。基材中可以與鋅一起使用的金屬的例子包括銅、錫、鉛、銦、鋼(例如不銹鋼)、鈦、鋁、鉍、銀、這些的合金(例如黃銅)等。在某些實施方案中，這些附加金屬可以充當基礎/芯層或者基材中的其它單獨組分使得基材包括一些鋅或鋅合金區域以及其它材料的其它區域。在一個例子中，鋅和其它材料在基材內形成分離的同延(co-extensive)和共面層。涂覆鋅的基礎金屬可為這一類。作為替代的構造可以是涂覆鋅的基材，使得在過度負電極極化期間如果表面膜溶解則可以獲得活性鋅。多層疊層將為另一種類。在其它實施例中，附加材料和鋅在基材的面上不是同延的。例如，兩種材料可以在基材上形成分離的縱向帶。如所指出，還可以使用各種非鋅材料的合金。某些實施方案使用銅合金例如黃銅或青銅。在其它實施方案中，基材的非鋅部件由純錫或錫合金例如錫鉛合金制成。在某些實施方案中，可以使用具有均質組成的基材。這樣的基材將由鋅金屬或鋅合金制成。在一個實施例中，鎳鋅電池使用鋅箔、鋅金屬片、鋅板、鋅網或鋅泡沫作為負電極基材。鋅箔、板或片可以包括多個通孔以提高與活性糊料的結合。換言之，鋅箔可以是穿孔的。在其它實施方案中，鋅基材是連續的例如是單片的(monolithic)。鋅網可以是織造、多孔、光化學蝕刻或電鑄的。鋅泡沫可以是由包含大體積分數的充氣孔隙的固體鋅構成的蜂窩狀結構。網或泡沫可以具有約50-98%的空隙比。鋅合金可以用于多種類型的集流體，即均質的鋅集流體和異質的鋅-其它金屬集流體。對于任一類型，合適的合金化元素包括例如銅、錫、鉛、銦、鈦、鋁、鉍、銀等中的一種或多種。優選地，鋅合金含有至少約50%鋅、或至少約75%鋅、或至少約85%鋅、或至少約90%鋅、或至少約95%鋅，所有組分以原子％計。發現鋅的某些合金在充電和放電期間對參與鋅電化學反應具有相對抵抗性。合金的例子是Zn(99.5)/Bi/Pb。其它合金例如含有錫和/或銦的那些合金對電化學反應也可以具有較大抵抗性。這樣的合金的例子可以為Zn(99.5%)/In/Bi。如果集流體含有(全部或部分)涂有鋅合金的芯金屬層，則這樣的結構可以使用各種不同技術制造。如果使用常規的包覆方法，則包覆材料可以是具有所需組成的預制鋅合金。如果使用電鍍方法，則鍍覆浴液可以使用鋅離子以及本領域技術人員已知的合適比例的合金化元素(例如銦和鉛)的離子。與所用的鋅基集流體的類型無關，得到的集流體結構可具有許多不同的物理結構。在某些實施方案中，它以連續的平滑箔的形式提供。在某些實施方案中，它可以被穿孔。它可以被穿有圓形或橢圓形或矩形或其它幾何形狀的孔。在一些情形中，可將它的表面圖案化或者粗糙化以允許與電化學活性層的較好物理接觸。在某些實施方案中，鋅集流體可以是厚度例如為約2-20密耳的金屬板網。在其它實施方案中，鋅集流體可以是厚度例如為約15-60密耳的泡沫材料。應銘記，暴露的鋅表面可以鈍化并且形成氧化鋅膜。在集流體需要電連接至其它電池部件時；例如，如圖1中所描述的實施方案中在集流體和收集盤之間，該鈍化膜可能成為問題。解決該問題的一個方法是使用具有非鋅部件的集流體結構，所述非鋅部件用于與(一個或多個)其它電池部件結合。例如，涂覆鋅的芯金屬可以用作集流體。或者可以將非鋅的金屬帶貼附到集流體的結合邊緣。非鋅的結合金屬可以是銅、黃銅錫或者可能是涂有這些材料的鋼或可形成鈍化膜的其它金屬，其自由連接到例如集流盤。在一個實施方案中，芯金屬鍍有26或以其它方式涂有鋅金屬或鋅金屬合金以形成集流體巻。隨后，在制造過程期間，可以將該集流體巻切割成幾段(各自充當單獨電池的負電極用基材)。切口邊緣將使芯金屬暴露，使得金屬集流盤可以連接到暴露的芯金屬。在另一個實施方案中，芯金屬的僅僅一部分鍍有鋅或鋅基金屬。然后可以使用未鍍覆的部分用以電連接到金屬接頭。應注意，可以通過多種方法中的任一種例如鍍覆、浸入熔融金屬中、層疊等將鋅涂覆在集流體的基礎金屬或芯金屬上。在特定的實施方案中，負集流體是涂覆有鋅或鋅合金達約0.0005-0.002英寸厚度的銅或銅合金。在某些實施方案中，涂覆鋅的金屬層按如下方式進行處理使鋅材料混;物。"在一些情形中，該:理將使涂2被完全消耗Z否則就^合到基礎金屬內。在其它情形中，基礎金屬將完全結合到涂層內。在其它情形中，至少一些基礎金屬將保持完好，如同一些涂層材料那樣。例如，這樣的基材的橫截面可以包括基礎金屬芯、直接包圍基礎金屬的合金和在該合金外部的鋅涂層材料。涂層材料將存在于電流集取基材的外表面。在特定的實施方案中，內部基礎金屬是銅或黃銅，中間合金是鋅-銅合金(例如高鋅含量黃銅)，涂層材料是鋅或鋅合金。在一些情形中，中間合金或混合物具有漸變的組成分布。例如，如果基礎金屬是銅，則該組成可以從接近涂層的相對高鋅含量的黃銅變化到接近基礎金屬的相對高銅含量的黃銅。在基礎金屬的邊緣處形成合金或漸變組合物的處理可以是加熱或退火方法(例如在限定的溫度下暴露于熱能并持續規定時間段)。可以使用的其它方法包括離子注入處理、等離子體處理等。這樣的方法可以單獨或彼此組合或者與加熱步驟結合使用。在一些實施方案中，可以通過包覆方法向芯金屬加入鋅或鋅基金屬。以外，鋅或鋅基金屬可以不覆蓋整個芯金屬片。然后可以將暴露部分用于電連接。在一些情形中，可以僅使用少量鋅。鋅鍍覆或包覆材料可以多至集流體總厚度的25-50%。使用鍍覆或包覆鋅或鋅金屬的集流體還防止了鋅參與電化學反應所產生的困難。對于在集流體上的鍍覆或包覆的鋅通過電化學反應緩慢溶解的情形，芯金屬將保持傳導電流并且電池不失效。認為在集流體上使用鋅可以將電池壽命提高多達50-100%。換言之，如果基于平均，觀測到使用銅集流體的鎳鋅電池在它們的容量衰減到低于額定容量的80%之前循環了200次，而基于平均和在相同循環條件下，使用鋅集流體的相同電池在它們的容量衰減到低于80%之前循環多達400次。根據本發明的多個方面，具有圖1中總體描述的構造并且使用鋅集流體的亞C圓柱形鎳鋅電池在它們的容量降低到低于它們的初始額定容量的80%(以1C放電)之前可循環至少約300次。電池的循環壽命可受電極的電子電導率與電解質的離子電導率之比的影響。改進的負電極電導率促進遠離集流體的鋅的利用。合適的高電導率負電極組合物的一個例子是約12重量％鋅合金、5-10重量％氧化鉍和81-76重量％氧化鋅。其余材料由粘合劑和小百分數的抗腐蝕添力口劑構成。實施例和數據進行了兩組實驗。在兩組中，使用根據本發明實施方案的電流集取基材構造電池并且將其與使用銅或黃銅集流體構造的電池進行對比。對電池進行各種測試。在每種情形中，將電池進行多個循環的充電和放電并且在完全充電后測量和繪制其容量。在第一組中，以高倍率制度對電池進行充電/放電。如前面所提示，高倍率放電可以為至多10C(或對于2Ah電池為20A)。在該測試中，將電池以12A進行充放電。用具有各種純度的穿孔鋅金屬板作為集流體構造第一實驗組中的電池。特別地，制造并且測試具有98.5%、98,7%、99.5%和99.95%(以原子計)鋅的穿孔鋅板。使用具有50%氧化鋅、20%鋅酸鈣、3.0%氧化鋇、1.5%氧化鉍、1.0%氧化銦、1.5%氧化鉛、3.0%鋅、1.0%鎘和少量水基粘合劑的電化學活性層構造負電極。通過輥壓鋅錠由其制造集流體。所述鋅錠符合中國國家標準GB/T470-1997或國際標準ISO752-1981(E)。制造5批電池，它們包括銅集流體(對照組)以及鋅金屬為98.5%、98.7%、99.5%和99.95%(以原子計)鋅的集流體。測試每批中10個電池。對于每一個電池，測量初始充電后的初始容量。然后以12A將電池放電，并完全再充電。測量和繪制每次再充電后的容量。下表包括每個批次在80、160、240和300次循環后的平均容量數據。表1.<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>對比表1中所示的結果以及各個圖4-8，可看出由具有大于或等于98.5%的鋅含量的電流集取基材制成的鋅鎳電池均具有高于1770mAh的初始容量，該容量大于對照樣品的初始容量即1650mAh;并且在這些鋅鎳電池的80次循環、160次循環、240次循環和300次循環后的容量分別高于對照樣品的初始容量。另一個顯著趨勢是性能隨基材中鋅含量的提高而提高。隨鋅濃度提高，在從初始循環到循環數為300的所有循環中容量均提高。此外，隨循環壽命的容量降低百分數減小。如上文所述，預期到隨循環壽命的一些容量降低，并且當容量變為額定容量的80%時認為電池失效。雖然初始容量并非必須與額定容量相同，但相對于初始容量的容量比例給出了電池的有效循環壽命的一些指示。在循環數為300時，該比例隨鋅濃度提高而提高。因此，由具有較高鋅濃度的電流集取基材制成的電池關于循環數更有可能持續得較長。由表1中和圖4-8的數據的合理解釋暗示著更加高的鋅濃度可獲得具有更加好性能的電池。例如，在集流體鋅濃度為99.99%和99.995%時可望具有優異的電池性能。在第二組實驗中，對用電流集取基材構造的電池進行充電和放電，所述基材使用各種鋅基電流集取基材制成。該第二組實驗中的放電電流為1.6-6A不等，其對于這些電池是處于中倍率放電制度。圖9表示兩個Cs(亞C)鎳鋅電化學電池在350次循環中的循環行為。負電極基材是具有小于0.5%雜質的穿孔鋅箔。放電電流為1.6-6A不等。使用恒定電流/恒定電壓制度完成充電，達到1.9V的最大電壓，或100%。在350次循環后，保留的容量為原始的90%。圖IO是另一個循環行為圖。放電電流也為1.6-6A不等并且使用類似于圖9的第1實施例的恒定電流/恒定電壓方法完成電池的充電。在該情形中，負電極基材是0.003英寸厚的穿孔銅箔，該箔涂有0.001英寸厚的鋅/銦鍍層。有關設計參數基本上類似于前面實施例中的那些。在200次循環后，該電池釋放初始容量的約78%。圖11顯示了在與圖IO相同的制度下循環的"對照"電池的容量變化。在該情形中，負基材是鍍有0.004英寸厚的銅箔的穿孔錫。經過200次循環保留的容量僅為原始容量的72%。在集流體上具有提高的鋅含量的圖9和圖10中的測試電池比圖11的對照電池釋放更多能量并且在電池壽命中保持更多容量。圖9和圖10的測試電池的結果對比顯示穿孔的高純度鋅箔實施方案比涂有鋅/銦的銅箔表現得更好。所有測試電池均用具有80-85°/。ZnO和15-20%Zn組成的涂布鋅負電極制成。在各種情形中糊料栽體是0.003-0.004英寸厚的穿孔材料。在所有情形中分隔體系統是2層25ia微孔膜以及NKK提供的PVA和纖維素的芯吸層(wickinglayer)。通過預摻有非離子表面活性劑使聚丙烯多微孔膜可潤濕。電解質是8.5M鉀、鈉和鋰的氫氧化物的混合物，該混合物含有1.2M硼酸和約1.2重量％氟化鉀。雖然本發明使用鎳鋅電池作為例子進行了描述，但本發明不受限于此。在許多使用鋅電極的電池的任何當中均可以使用本發明的鋅基基材集流體。這些包括例如鋅空氣電池、銀鋅電池和鋅二氧化錳電池。權利要求1.鎳鋅電池，該電池包含(a)負電極層，該負電極層包含與氧化鋅基電化學活性層聯合的金屬性鋅基電流集取基材；(b)包含鎳的正電極層；(c)將所述正電極層和負電極層隔開的分隔體層；和(d)電解質。2.權利要求1的電池，其中所述金屬性鋅基電流集取基材包含鋅合金，該鋅合金包含80-100原子％的鋅。3.權利要求1的電池，其中所述金屬性鋅基電流集取基材包含鋅合金，該鋅合金包含95-100原子％的鋅。4.權利要求1的電池，其中所述金屬性鋅基電流集取基材包含鋅合金，該鋅合金包含98.5-99.95原子的°/。鋅。5.權利要求1的電池，其中所述金屬性鋅基電流集取基材包含鋅合金，該鋅合金包含95-100原子％的鋅，以及鉍和鉛。6.權利要求1的電池，其中所述金屬性鋅基電流集取基材包含連續金屬片、穿孔金屬片或金屬板網。7.權利要求1的電池，其中所述金屬性鋅基電流集取基材是具有通孔的鋅帶。8.權利要求1的電池，其中所述金屬性鋅基電流集取基材是鋅網。9.權利要求6的電池，其中金屬性鋅基連續金屬片是2-5密耳厚。10.權利要求1的電池，其中所述金屬性鋅基電流集取基材包含第一芯金屬片和在該第一芯金屬片的全部或部分上的鋅鍍層或覆層。11.權利要求10的電池，其中所述第一芯金屬片是鋼、銅、錫或黃銅。12.權利要求10的電池，其中所述第一芯金屬片的一部分沒有被鍍覆并且用于電接觸到集流盤。13.權利要求10的電池，其中集流體總厚度為2-6密耳。14.權利要求l的電池，其中負電極片、分隔體和正電極彼此密切接觸。15.權利要求14的電池，其中所述負電極片、分隔體和正電極是螺旋巻繞的。16.權利要求15的電池，其中所述電池具有總體圓柱形構造。17.權利要求1的電池，其中所述電解質以受限的量存在使得電池以貧液方式工作。18.鎳鋅電池中的負電極，該負電極包含(a)金屬性鋅基電流集取基材；和(b)附著到所述基材的負電化學活性層，其中所述電流集取基材是金屬鋅板或金屬鋅網。19.權利要求18的負電極，其中所述電流集取基材由98.5-99.95原子％的鋅構成。20.權利要求18的負電極，其中所述電流集取基材是穿孔的鋅箔。全文摘要鎳鋅電池包括金屬性鋅基電流集取基材作為負電極的一部分。該金屬性鋅基集流體可以由鋅金屬或鋅合金材料制成或者涂有鋅金屬或鋅合金材料，并且可以是箔、穿孔或多孔的材料。包括該鋅基集流體的電池表現出良好的循環壽命和初始充電性能。文檔編號H01M4/42GK101632188SQ200880007975公開日2010年1月20日申請日期2008年2月8日優先權日2007年2月12日發明者C·堯,F·馮,J·菲利普斯,J·趙,L·尤澤爾,R·J·馬,S·默翰塔,Z·M·芒塔瑟,范正剛申請人:鮑爾熱尼系統公司