KR20070116045A - Method of manufacturing nickel zinc batteries - Google Patents

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KR20070116045A
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제프리 필립스
제이슨 자오
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파워지닉스 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

Methods of manufacturing a rechargeable power cell are described. Methods include providing a slurry, paste, or dry mixture of negative electrode materials having low toxicity and including dispersants to prevent the agglomeration of particles that may adversely affect the performance of power cells. The methods utilize semi-permeable sheets to separate the electrodes and minimize formation of dendrites; and further provide electrode specific electrolyte to achieve efficient electrochemistry and to further discourage dendritic growth in the cell. The negative electrode materials may be comprised of zinc and zinc compounds. Zinc and zinc compounds are notably less toxic than the cadmium used in nickel cadmium batteries. The described methods may utilize some production techniques employed in existing NiCad production lines. Thus, the methods described will find particular use in an already well-defined and mature manufacturing base.

Description

니켈 아연 배터리를 제조하는 방법{METHOD OF MANUFACTURING NICKEL ZINC BATTERIES}How to make nickel zinc batteries {METHOD OF MANUFACTURING NICKEL ZINC BATTERIES}

본 발명은 재충전 가능한 배터리 기술에 관한 것이며, 특히 니켈 아연 재충전 가능한 베터리 셀의 제조에 관한 것이다.The present invention relates to rechargeable battery technology, and more particularly to the manufacture of nickel zinc rechargeable battery cells.

다양한 이동 접속을 허용하는 휴대용 통신 및 계산 디바이스의 출현으로 인해 재충전 가능한 배터리 분야의 성장 및 혁신이 촉진되었다. 증가된 용량 및 전력은 전력 도구 계를 포함한 다양한 분야에서 재충전 가능한 전원의 도입을 가능하게 하였다. 전력 도구가 전형적으로 큰 전류 수요를 가지기 때문에, 재충전 가능한 전원은 반드시 고속 방전 특성을 수용하도록 발전해 왔다. 본 발명이 또한 모두 높은 수용력(carrying capacity) 및 전류 충전 능력을 필요로 하는 무정전 전원공급 장치(UPS), 전기 자동차, 및 고 수요 소비자 전자장치와 같은 전력 도구 이외의 애플리케이션에서 용도를 발견할 것이라는 것을 이해할 수 있다. 물론, 본 발명은 또한 많은 주류 소비자 전자장치 애플리케이션과 같은 비교적 저 방전율 애플리케이션에 적용된다.The advent of portable communication and computing devices that allow for a variety of mobile connections has fueled growth and innovation in the field of rechargeable batteries. The increased capacity and power has enabled the introduction of rechargeable power sources in a variety of applications, including power tool systems. Because power tools typically have large current demands, rechargeable power sources have evolved to necessarily accommodate fast discharge characteristics. It will also be found that the invention will find use in applications other than power tools such as uninterruptible power supplies (UPS), electric vehicles, and high demand consumer electronics, all of which require high carrying capacity and current charging capability. I can understand. Of course, the present invention also applies to relatively low discharge rate applications such as many mainstream consumer electronics applications.

재충전 가능한 전원은 재충전 불가능한 소스에 비하여 다양한 이점을 갖는다. 예를 들어, 재충전 불가능한 전원을 사용하면 위험한 폐기물 처리 및 개선에 대한 환경적인 관심이 증대된다. 휴대용 디바이스가 확산되는 견지에서, 이러한 디바이스를 사용하는데 필요로 하는 재충전 불가능한 전원의 수는 줄어들고 있다. 재충전 가능한 전원은 배터리 셀의 반복적 사용을 허용하므로, 환경에 위험한 폐기물을 도입하는 것을 감소시킨다. 또한, 재충전 가능한 전원은 재충전 불가능한 전원에서는 소모되었을 금속 및 화학 자원을 보존하도록 한다. 최종적으로, 재충전 가능한 전원을 사용하면 성장하는 인구를 수용하는데 필요한 지속적인 보존 노력에 도움을 주고 그러한 노력을 확장시킨다.Rechargeable power supplies have a variety of advantages over non-rechargeable sources. For example, the use of non-rechargeable power sources increases the environmental concern for the disposal and improvement of hazardous waste. In view of the proliferation of portable devices, the number of non-rechargeable power sources required to use such devices is decreasing. Rechargeable power sources allow repeated use of battery cells, thus reducing the introduction of hazardous waste into the environment. Rechargeable power supplies also conserve metal and chemical resources that would have been consumed in non-rechargeable power supplies. Finally, the use of rechargeable power sources helps and extends the ongoing conservation efforts needed to accommodate a growing population.

재충전 가능한 전원의 이점이 많을지라도, 상기 이점은 비용 없이 이루어지지 않는다. 특히, 재충전 가능한 전원에 포함되는 재료는 종종 환경에 상당한 잠재적인 위험성을 지닌다. 북동 리사이클링 협회(NERC)와 같은 지역적인 리사이클링 에이전시는 재충전 가능한 전원의 처분에 관한 문제점을 활발히 제기하고 있다. NERC에 의한 최근의 보고서에서, 10개의 회원국 중 9개국이 납배터리(lead acid battery)의 처분을 금지하고, 10개국 중 6개국이 니켈/카드뮴 배터리의 처분을 금지하며, 10개국 중 4개국이 산화 제2수은 배터리의 처분을 금지한다(http:www.nerc.org/documents/recyclingrules0901.html). EPA는 또한 무선 전화, 전력 도구 및 랩톱 컴퓨터과 같은 산업용 및 가정용 기구에서 통상적으로 사용되는 NiCad 배터리를 잘못 처분하면, 환경에 대한 잠재적인 위험을 지니는 다수의 제품 중 하나이다, 상기 배터리는 대부분 유독 성분인 니켈 및 카드뮴 둘 모두를 함유하고, 적절하게 처분하지 않으면 건강 문제점을 초래할 수 있다. 이들은 모두 중금속이며, 재생 및 처분 동안 주변환경에 악영향을 줄 수 있 다(http://epa.nsw.gov.au/media/0403/eprbatteries.htm)라고 진술하면서 NiCad 배터리의 처분에 대한 산업 전체의 관행을 압박하였고, 최근에 상기 관행에 대한 피드백을 폐쇄하였다.Although there are many advantages of rechargeable power sources, the benefits are not achieved without cost. In particular, materials included in rechargeable power sources often have significant potential risks to the environment. Local recycling agencies, such as the Northeast Recycling Association (NERC), are actively raising the issue of the disposal of rechargeable power sources. In a recent report by NERC, nine out of ten countries prohibit disposal of lead acid batteries, six out of ten prohibit disposal of nickel / cadmium batteries, and four out of ten Disposal of mercury oxide batteries is prohibited (http: www.nerc.org/documents/recyclingrules0901.html). EPA is also one of a number of products that pose a potential risk to the environment if the NiCad batteries commonly used in industrial and household appliances such as cordless phones, power tools and laptop computers are potentially hazardous. And cadmium, both of which can lead to health problems if not disposed of properly. These are all heavy metals, and the entire industry for disposal of NiCad batteries, stating that they can adversely affect the environment during regeneration and disposal (http://epa.nsw.gov.au/media/0403/eprbatteries.htm). Has pushed the practice of and recently closed feedback on the practice.

종래의 재사용 가능한 전원에 통상적으로 사용되는 재료 중 일부의 위험한 특성 때문에, 임의의 잠재적으로 위험한 재료의 양을 감소시키는 재충전 가능한 전원을 제조하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 광범위하게 사용되는 니켈 카드뮴 배터리 셀에 대한 대용품을 찾아내는 것이 바람직할 것이다.Because of the hazardous nature of some of the materials commonly used in conventional reusable power supplies, it would be desirable to manufacture rechargeable power supplies that reduce the amount of any potentially hazardous materials. In particular, it would be desirable to find a substitute for a widely used nickel cadmium battery cell.

재충전 가능한 니켈 아연 셀이 적절한 비용으로 니켈 카드뮴 셀 및 리튬 이온 셀을 초과하는 전력-대-중량 및 전력-대-부피 비를 제공할 수 있는 것을 발견하였다. 그러나, 니켈 아연 배터리 기술은 적어도 두 가지 이유로 광범위하게 개발되지 못했다. 첫째로, 비교적 제한된 수명을 갖는 것을 발견하였다. 즉, 소정의 니켈 아연 셀은 유사한 니켈 카드뮴 셀에 의해 전형적으로 달성되는 수명의 일부 동안에만 충전 및 방전할 수 있다. 이것은 아연 분포 및 덴드라이트 형성(dendrite formation)에 기인한다. 둘째로, 니켈 아연 배터리를 위해 개발된 적절한 고 부피 제조 프로세스가 존재하지 않는다.It has been found that rechargeable nickel zinc cells can provide power-to-weight and power-to-volume ratios exceeding nickel cadmium cells and lithium ion cells at a reasonable cost. However, nickel zinc battery technology has not been widely developed for at least two reasons. First, it was found to have a relatively limited lifetime. That is, certain nickel zinc cells can only charge and discharge during a portion of the life typically achieved by similar nickel cadmium cells. This is due to zinc distribution and dendrite formation. Second, there is no suitable high volume manufacturing process developed for nickel zinc batteries.

전체적으로 새로운 제조 기반을 필요로 하는 것보다 오히려, 기존 제조 기반구조를 차입하기 위하여 환경적으로 더 안전한 재충전 가능한 전원을 생성하는 기존 제조 기술을 가능한 정도까지 사용하는 것이 바람직하다.Rather than requiring an entirely new manufacturing infrastructure, it is desirable to use existing manufacturing techniques to the extent possible to create an environmentally safer rechargeable power source to borrow existing manufacturing infrastructure.

본 발명은 산화 아연 또는 칼슘 아연산염과 같은 아연 또는 아연 화합물로 제조되는 전극과 같은 덜 해로운 네거티브 전극으로 카드뮴 네거티브 전극을 대체하도록 하는 어떤 중요한 변형을 갖는 니켈-카드뮴 형 제조 프로세스를 사용함으로써 상술한 장점을 달성한다. 카드뮴이 없는 전력 셀을 제조하는 다양한 방법이 본원에 설명되어 있다. 상기 방법은 니켈 및 아연 전극 제조를 위해 고 볼륨 라인을 사용한다. 제조 프로세스의 부분으로서, 네거티브 및 포지티브 전극 재료의 슬러리, 페이스트, 또는 건조 분말이 캐리어 시트 상에 지속적으로 코팅된다.The present invention provides the advantages described above by using a nickel-cadmium type manufacturing process with some significant modifications that allows the replacement of cadmium negative electrodes with less harmful negative electrodes such as electrodes made of zinc or zinc compounds such as zinc oxide or calcium zincate. To achieve. Various methods of manufacturing cadmium free power cells are described herein. The method uses high volume lines for nickel and zinc electrode production. As part of the manufacturing process, slurries, pastes, or dry powders of negative and positive electrode materials are continuously coated onto the carrier sheet.

포지티브 전극 재료는 바람직하게는 니켈 아연 배터리 시스템에 대한 어떤 중요한 최적화가 존재할 수 있을지라도, 종래의 니켈-카드뮴 배터리에서 니켈 전극을 제조하는데 사용되는 바와 유사한 조성을 갖는다. 네거티브 전극은 바람직하게는 전기화학적 활성 재료로서 산화 아연 및 아연 금속 또는 이들의 합금을 사용한다. 일부 실시예에서, 네거티브 전극은 산화 비스무트, 산화 인듐, 및/또는 산화 알루미늄과 같은 다른 재료을 포함한다. (전류 컬렉터의 역할을 하는) 네거티브 전극용 캐리어는 네거티브 전극 재료와 전기화학적으로 호환 가능해야 한다. 예를 들어, 아연 전극에 대하여, 캐리어 재료는 바람직하게는 천공된 시트 또는 연신된 금속 형태의 구리 또는 구리의 합금이다.The positive electrode material preferably has a composition similar to that used to make nickel electrodes in conventional nickel-cadmium batteries, although there may be some important optimizations for nickel zinc battery systems. The negative electrode preferably uses zinc oxide and zinc metal or alloys thereof as the electrochemically active material. In some embodiments, the negative electrode includes other materials such as bismuth oxide, indium oxide, and / or aluminum oxide. The carrier for the negative electrode (which serves as a current collector) must be electrochemically compatible with the negative electrode material. For example, for zinc electrodes, the carrier material is preferably copper or an alloy of copper in the form of perforated sheets or elongated metals.

습식 프로세스를 사용하는 하나의 실시예에서, 덩어리가 니켈 아연 셀의 성능에 악영향을 주는 것이 발견되었기 때문에, 산화 아연 입자의 응집을 최소화하기 위하여 네거티브 전극 재료는 분산제를 포함한다. 부가적인 실시예에서, 상기 방법은 전극을 분리하고 아연 덴드라이트의 형성을 최소화하는 다중 시트(예를 들어, 4개)의 세퍼레이터 재료(separator material)를 사용한다. 적절한 세퍼레이터 재료의 예로는 나일론 시트 및 미소공성(microporous) 폴리올레핀 시트가 있다. 또한, 본 발명의 제조방법은 바람직하게는 아연 전극에서 덴드리틱 성장(dendritic growth)을 방해하는 고 전도도 전해질을 사용한다.In one embodiment using a wet process, it has been found that agglomerates adversely affect the performance of nickel zinc cells, so that the negative electrode material includes a dispersant to minimize the agglomeration of the zinc oxide particles. In an additional embodiment, the method uses multiple sheets of separator material to separate the electrodes and minimize the formation of zinc dendrites. Examples of suitable separator materials include nylon sheets and microporous polyolefin sheets. In addition, the production method of the present invention preferably uses a high conductivity electrolyte that prevents dendritic growth in the zinc electrode.

중요하게도, 상기 제조방법은 아연 네거티브 전극을 갖는 셀을 제조하지만, 지금까지 다른 셀 유형에 지정된 어떤 제조 기술을 사용한다. 특히, 기존의 니켈 카드뮴 제조 라인이 본원에 설명된 방법을 수용하기 위한 적은 변경에 의해 사용할 수 있다. 일례에서, 상기 방법은 다음의 시퀀스: 포지티브 및 전극 전류 컬렉터 시트를 포지티브 및 네거티브 전극 재료의 페이스트 또는 슬러리로 코팅하는 단계; 발생기의 전극 시트를 건조 및 압축하는 단계, 상기 시트를 절단 및 클리닝하는 단계, 및 절단된 전극 시트 및 인터리빙된 미소공성 세퍼레이터 시트로부터 "젤리 롤(jelly roll)" 셀 어셈블리를 형성하는 단계를 사용한다. 설명된 상기 방법은 특히 모든 준비가 된 양호하게-규정되고 발전된 제조 베이스에서 특정하게 사용될 것이다.Importantly, this manufacturing method produces cells with zinc negative electrodes, but uses some manufacturing technique so far specified for other cell types. In particular, existing nickel cadmium production lines can be used with minor modifications to accommodate the methods described herein. In one example, the method includes the following sequence: coating the positive and negative electrode current collector sheets with a paste or slurry of positive and negative electrode materials; Drying and compressing the electrode sheet of the generator, cutting and cleaning the sheet, and forming a “jelly roll” cell assembly from the cut electrode sheet and the interleaved microporous separator sheet. . The method described will in particular be used particularly in all ready, well-defined and developed manufacturing bases.

부가적으로, 셀의 극성을 반전시켜서 종래의 제조방법에 비하여 단자가 반전됨으로써 재충전 가능한 전력 셀의 효율을 증가시키는 방법 및 셀 설계가 개시되어 있다.Additionally, methods and cell designs are disclosed for increasing the efficiency of rechargeable power cells by inverting the polarity of the cells to invert the terminals as compared to conventional manufacturing methods.

일부 실시예는 슬러리 또는 페이스트 대신에 전극 성분의 비교적 건조된 분말 또는 과립형 혼합물(granular mixture)이 사용되는 건식 프로세스를 사용할 수 있다. 이러한 건식 프로세스에서 사용된 전극 조성은 슬러리 또는 페이스트의 농도를 개선시키기 위하여 통상적으로 제공되는 분산제 또는 다른 첨가제를 포함할 필요가 없다.Some embodiments may use a dry process in which a relatively dried powder or granular mixture of electrode components is used instead of a slurry or paste. The electrode composition used in this dry process does not need to include dispersants or other additives conventionally provided to improve the concentration of the slurry or paste.

재충전 가능한 전력 셀을 제조하는 어떤 건식 가공처리 방법은 다음의 동작 시퀀스: (a) 아연 네거티브 전극 재료를 제1 도전성 캐리어에 도포하여 제1 전극 시트를 형성하는 단계; (b) 실질적으로 건조 상태의 니켈 포지티브 전극 재료를 제2 도전성 캐리어에 도포하여 제2 전극 시트를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 전극 시트 및 제2 전극 시트 사이에 하나 이상의 세퍼레이터를 배치해서 상기 제1 전극 시트와 제2 전극 시트 및 하나 이상의 세퍼레이터 시트 형태를 적층하여 셀 어셈블리를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 셀 어셈블리를 와인딩 또는 폴딩하여(즉, 감거나 접어) 재충전 가능한 전력 셀의 폼 팩터(form factor)와 일반적으로 대응하는 폼 팩터를 갖는 3차원 구조를 형성하는 단계를 특징으로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 네거티브 전극 재료는 실질적으로 건조 상태로 제1 도전성 캐리어에 도포할 수 있다. 대안적으로, 상기 네거티브 전극은 페이스트 또는 슬러리로 도포할 수 있다. 재충전 가능한 전력 셀은 원통형 또는 각기둥형 셀을 포함하는 임의의 폼 팩터를 가질 수 있다.Certain dry processing methods for manufacturing rechargeable power cells include the following sequence of operations: (a) applying a zinc negative electrode material to a first conductive carrier to form a first electrode sheet; (b) applying a substantially dry nickel positive electrode material to the second conductive carrier to form a second electrode sheet; (c) disposing one or more separators between the first electrode sheet and the second electrode sheet to stack the first electrode sheet, the second electrode sheet, and the one or more separator sheets to form a cell assembly; And (d) winding or folding (ie, winding or folding) the cell assembly to form a three dimensional structure having a form factor generally corresponding to the form factor of the rechargeable power cell. Can be. In some embodiments, the negative electrode material may be applied to the first conductive carrier in a substantially dry state. Alternatively, the negative electrode can be applied as a paste or slurry. Rechargeable power cells can have any form factor, including cylindrical or prismatic cells.

건식 가공처리의 하나의 이점은 니켈 포지티브 전극 재료가 실질적으로 분산제 또는 유기 페이스팅 보조제(organic pasting aid) 없이 제조할 수 있는 것이다. 또한, 어떤 실시예에서, 니켈 포지티브 전극 재료는 플루오로화된 폴리올리핀과 같은 바인더를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 바인더는 약 0.1 및 5 중량% 사이의 레벨로 니켈 포지티브 전극 재료에 존재한다. 특정 예에서, 포지티브 전극 재료는 수산화 니켈 및/또는 옥시하이드록사이드, 산화 아연, 산화 코발트, 및 바인더를 포함한다. 일부 실시예에서, 네거티브 전극 재료는 산화 아연, 아연 또는 아연 합금, 산화 비스무트, 산화 알루미늄으로 이루어진다. 일부 경우에서, 네거티브 전극은 또한 입자의 응집을 감소시키는 분산제 및/또는 바인더를 포함한다. 바람직하게는, 네거티브 전극은 저 탄산염 함량을 갖는데; 예를 들면, 상기 네거티브 전극은 최대 약 1 중량% 탄산염을 갖는 산화 아연을 사용한다. 탄산염은 또한 적어도 약 200℃의 온도로 네거티브 전극을 가열함으로써 축출(drive off)된다. 이와 같은 가열은 다른 이로운 효과를 가질 수 있다.One advantage of dry processing is that nickel positive electrode materials can be prepared substantially without dispersants or organic pasting aids. In addition, in some embodiments, the nickel positive electrode material may comprise a binder, such as a fluorinated polyolipine. In some embodiments, the binder is present in the nickel positive electrode material at a level between about 0.1 and 5 weight percent. In certain instances, the positive electrode material includes nickel hydroxide and / or oxyhydroxide, zinc oxide, cobalt oxide, and a binder. In some embodiments, the negative electrode material consists of zinc oxide, zinc or zinc alloy, bismuth oxide, aluminum oxide. In some cases, the negative electrode also includes a dispersant and / or binder that reduces the aggregation of the particles. Preferably, the negative electrode has a low carbonate content; For example, the negative electrode uses zinc oxide having up to about 1% by weight carbonate. The carbonate is also driven off by heating the negative electrode to a temperature of at least about 200 ° C. Such heating can have other beneficial effects.

어떤 실시예에서, 제1 도전성 캐리어는 구리 또는 구리 합금으로 이루어진다. 일부 예들에서, 제1 도전성 캐리어는 천공된 구리 또는 구리 합금 또는 연신된 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 제2 도전성 캐리어는 니켈 발포체(nickel foam)의 시트와 같은 니켈로 제조된다.In some embodiments, the first conductive carrier is made of copper or a copper alloy. In some examples, the first conductive carrier may comprise perforated copper or copper alloy or elongated copper or copper alloy. In some embodiments, the second conductive carrier is made of nickel, such as a sheet of nickel foam.

일부 실시예에서, 상기 방법은 또한 다음 동작: (e) 제1 내부 단자를 셀 어셈블리의 제1 단부와 부착하여 네거티브 전극만이 상기 제1 내부 전극과 전기적으로 연결되도록 하는 단계; (f) 제2 내부 단자를 셀 어셈블리의 제2 단부와 부착하여 포지티브 전극만이 상기 제2 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계; (g) 상기 셀 어셈블리를 유지 용기(retaining vessel) 내로 삽입하는 단계; (h) 상기 셀 어셈블리를 포함하는 유지 용기를 전해질로 충전하는 단계; 및 (i) 상기 유지 용기를 밀봉하여 전해질 및 셀 어셈블리가 실질적으로 주변환경으로부터 격리되도록 하는 단계를 포함한다. 이 방법의 변형 또는 종류는 셀 캡 단자(cell cap terminal)을 제1 내부 단자에 부착하고, 상기 셀 어셈블리를 유지 용기 내로 삽입하고 제2 내부 단자를 유지 용기에 부착하여, 상기 셀이 네거티브 캡을 가지도록 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 다음: 규정된 충전 곡선에 따라 재충전 가능한 전력 셀을 최초에 충전하는 단계; 및 상기 재충전 가능한 전력 셀을 개별적으로 검사하여 상기 재충전 가능한 전력 셀이 충전/방전 유사성에 의해 그룹화되도록 하는 단계를 포함한다.In some embodiments, the method also includes the following operations: (e) attaching a first inner terminal to the first end of the cell assembly such that only a negative electrode is electrically connected with the first inner electrode; (f) attaching a second internal terminal to the second end of the cell assembly such that only a positive electrode is electrically connected to the second internal terminal; (g) inserting the cell assembly into a retaining vessel; (h) filling the holding vessel containing the cell assembly with an electrolyte; And (i) sealing the holding vessel such that the electrolyte and cell assembly are substantially isolated from the environment. A variation or kind of this method involves attaching a cell cap terminal to the first inner terminal, inserting the cell assembly into the holding vessel and attaching a second inner terminal to the holding vessel, such that the cell is attached to the negative cap. To have it. The method also includes: initially charging a rechargeable power cell according to a defined charging curve; And individually inspecting the rechargeable power cells so that the rechargeable power cells are grouped by charge / discharge similarity.

본 발명의 또 다른 양상은 다음 동작: (a) 아연 네거티브 전극 재료를 제1 도전성 캐리어에 도포하여 제1 전극 시트를 형성하는 단계; (b) 니켈 포지티브 전극 재료를 제2 도전성 캐리어에 도포하여 제2 전극 시트를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 전극 시트 및 제2 전극 시트 사이에 하나 이상의 세퍼레이터 시트를 배치해서 상기 제1 전극 시트와 제2 전극 시트 및 하나 이상의 세퍼레이터 시트 형태를 적층하여 셀 어셈블리를 형성하는 단계; (d) 상기 셀 어셈블리를 와인딩 또는 폴딩하여 재충전 가능한 전력 셀의 폼 팩터와 일반적으로 대응하는 폼 팩터를 갖는 3차원 구조를 형성하는 단계; 및 (e) 제1 내부 단자를 상기 셀 어셈블리의 제1 단부에 압축 접합하여 네거티브 전극만이 상기 제1 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계를 특징으로 하는 제조방법에 관한 것이다. 상기 접합은 또한 제1 내부 단자를 상기 셀 어셈블리의 제1 단부에 땜납하여 네거티브 전극만이 제1 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 함으로써 달성할 수 있다. 이 방법에서, 땜납 이전에, 상기 제1 내부 단자에는 솔더 코팅을 제공할 수 있다.Another aspect of the invention provides the following operations: (a) applying a zinc negative electrode material to a first conductive carrier to form a first electrode sheet; (b) applying a nickel positive electrode material to the second conductive carrier to form a second electrode sheet; (c) disposing one or more separator sheets between the first electrode sheet and the second electrode sheet to stack the first electrode sheet, the second electrode sheet and one or more separator sheets to form a cell assembly; (d) winding or folding the cell assembly to form a three dimensional structure having a form factor generally corresponding to the form factor of the rechargeable power cell; And (e) compression bonding a first inner terminal to the first end of the cell assembly such that only the negative electrode is electrically connected to the first inner terminal. The bonding can also be accomplished by soldering a first inner terminal to the first end of the cell assembly such that only the negative electrode is electrically connected to the first inner terminal. In this method, prior to soldering, the first internal terminals may be provided with a solder coating.

어떤 유형의 접합이 사용되는지에 관계없이, 다양한 부가적인 특징이 상기 방법과 관련될 수 있다. 이들은 건식 가공처리 절차에 대해 상술한 모든 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은 천공된 디스크, 슬롯 형성된 디스크, 또는 H-형 구조 형태를 취하는 내부 단자을 사용할 수 있다. 어떤 실시예에서, 제1 내부 단자는 완전히 조립된 재충전 가능한 전력 셀 내의 셀 캡에 의해 제공되는 하향력에 의하여 셀 어셈블리의 제1 단부와 압축되어 유지된다. 이와 같은 힘은 셀 캡 및 내부 단자 사이에 개재된 엘라스토머 부재에 의해 제공할 수 있다.Regardless of what type of junction is used, various additional features can be associated with the method. These include everything described above for dry processing procedures. The method may also use internal terminals that take the form of perforated discs, slotted discs, or H-shaped structures. In some embodiments, the first internal terminal remains compressed with the first end of the cell assembly by the downward force provided by the cell cap in the fully assembled rechargeable power cell. Such force can be provided by an elastomeric member interposed between the cell cap and the inner terminal.

본 발명은 첨부 도면과 관련하여 취해지는 다음의 설명을 참조함으로써 더 충분히 이해할 수 있을 것이다.The invention will be more fully understood by reference to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예의 프로세스 흐름의 도식도;1 is a schematic diagram of a process flow of an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예의 프로세스 흐름의 부가적인 도식도;2 is an additional schematic diagram of the process flow of an embodiment of the present invention;

도 3는 와인딩 이전의 캐소드 및 애노드의 그래픽 단면도;3 is a graphical cross sectional view of the cathode and anode before winding;

도 4a는 반대 극성 전력 셀 서브 어셈블리 실시예의 그래픽도;4A is a graphical representation of an inverse polarity power cell subassembly embodiment.

도 4b는 반대 극성 전력 셀 서브 어셈블리 실시예의 그래픽 단면도. 4B is a graphical sectional view of an opposite polarity power cell subassembly embodiment.

본 발명은 일반적으로 니켈-카드뮴 재충전 가능한 전력 셀에 대해 일반적으로 수용되는 제조 기술과 유사한 기술을 사용하여 니켈-아연 재충전 가능한 배터리 셀을 제조하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates generally to techniques for manufacturing nickel-zinc rechargeable battery cells using techniques similar to the manufacturing techniques generally accepted for nickel-cadmium rechargeable power cells.

본 발명의 이 양상의 실시예는 도 1 내지 도 4b를 참조하여 아래에 논의된다. 그러나, 당업자라면 본 발명이 이러한 제한된 실시예 이상으로 확장되기 때문에, 이러한 도면을 참조하여 본원에 제공되는 상세한 설명은 단지 설명을 위한 것 이라는 것을 이해할 것이다.Embodiments of this aspect of the invention are discussed below with reference to FIGS. 1-4B. However, those skilled in the art will understand that the detailed description provided herein with reference to these drawings is for illustration only, because the present invention extends beyond these limited embodiments.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 대한 제조 프로세스의 도식도를 제공한다. 최초에, 상기 프로세스는 2개의 별도의 경로, 즉 네거티브 전극 시트를 제조하기 위한 하나 및 포지티브 전극 시트를 제조하기 위한 다른 하나를 포함한다. 궁극적으로, 설명된 프로세스에서, 이러한 2개의 경로는 별도의 네거티브 및 포지티브 전극이 단일 셀로 조립될 때 수렴된다. 전형적으로, 이러한 2개의 경로의 프로세스 단계는 하나의 공장에서 병렬로 수행되어, 전극은 본 발명에 따라 니켈 아연 셀을 형성하는 프로세스에서 지속적으로 결합되는 시트로서 지속적으로 형성될 수 있다.First, referring to FIG. 1, FIG. 1 provides a schematic diagram of a manufacturing process for an embodiment of the present invention. Initially, the process comprises two separate paths, one for producing the negative electrode sheet and the other for producing the positive electrode sheet. Ultimately, in the described process, these two paths converge when separate negative and positive electrodes are assembled into a single cell. Typically, these two path process steps are performed in parallel in one factory, so that the electrodes can be continuously formed as sheets that are continuously joined in the process of forming nickel zinc cells in accordance with the present invention.

블록(101 및 121)은 포지티브 및 네거티브 전극에 대한 예시적인 출발물질(starting material)를 도시한다. 이들 블록은 제조 프로세스가 전극을 생성하기 위한 필수 출발물질을 제공함으로써 시작되어야 한다는 사실을 나타낸다. 전극 형성 원료 이외에, 상기 프로세스는 또한 (궁극적으로 조립된 셀에서 전류 컬렉터의 역할을 하는 도전성 재료로 이루어진) 전극 캐리어 시트 뿐만 아니라, 조립된 셀에서 포지티브 및 네거티브 전극을 분리시키는 세퍼레이트 시트, 상기 프로세스에서 사용되는 경우에 전극 페이스트 또는 슬러리를 형성하는 전해질과 물, 및 셀 패키징 재료(예를 들어, 디스크 단자, 셀 캔, 등)를 필요로 한다.Blocks 101 and 121 show exemplary starting materials for the positive and negative electrodes. These blocks indicate that the manufacturing process should begin by providing the necessary starting material for producing the electrodes. In addition to the electrode forming raw material, the process also includes an electrode carrier sheet (made of a conductive material that serves as a current collector in the ultimately assembled cell), as well as a separate sheet that separates the positive and negative electrodes from the assembled cell, in the process When used, it requires electrolyte and water to form electrode pastes or slurries, and cell packaging materials (eg, disk terminals, cell cans, etc.).

네거티브 전극을 먼저 고려하면, 상기 제조 프로세스는 네거티브 전극을 형성하는데 필요로 하는 네거티브 전극 재료(101)를 제공함으로써 시작된다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 네거티브 전극 재료(101)는 아연 금속, ZnO, Bi2O3, Al2O3, HEC, 및 분산제를 포함한다. 일부 실시예에서, 산화 인듐이 또한 포함된다. 칼슘 아연산염 또는 이의 전구체(예를들어, 산화 칼슘 또는 산화 아연)와 같은 아연의 다른 형태를 사용하는 것을 포함한 다양한 다른 제형(formulation)들이 가능하다. 다른 전극 제형은 무기 플로오르화물, 알루미나-실리카 섬유와 같은 무기 섬유, 커튼 플록 등과 같은 유기 섬유를 포함한다. 또 다른 제형은 HEC, 분산제 또는 다른 유기 재료를 사용하지 않는다.Considering the negative electrode first, the manufacturing process begins by providing the negative electrode material 101 needed to form the negative electrode. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the negative electrode material 101 includes zinc metal, ZnO, Bi 2 O 3 , Al 2 O 3 , HEC, and a dispersant. In some embodiments, indium oxide is also included. Various other formulations are possible, including using other forms of zinc, such as calcium zincate or precursors thereof (eg calcium oxide or zinc oxide). Other electrode formulations include inorganic fluorides, inorganic fibers such as alumina-silica fibers, organic fibers such as curtain flocs, and the like. Another formulation does not use HECs, dispersants or other organic materials.

상술한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 니켈 아연 배터리를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이와 같이, 네거티브 전극 재료는 보다 통상적으로 사용되는 카드뮴 화합물보다 상당히 덜 해로운 아연 및 아연 화합물을 기반으로 한다. EPA는 아연 및 아연 화합물을 발암 가능성에 관하여 불충분한 증거를 나타내는 그룹 D로서 분류하였다(U.S. EPA, 1995a). 또한, 국제 암 연구소(IARC)는 아연을 발암 가능성에 대하여 분류하지 않았다(IARC, 1987a). 이와는 대조적으로, 역학조사 증거는 카드뮴 노출 및 호흡기와 신장암을 포함한 종양 형성 사이의 관계를 강하게 지지한다(ARB, 1986c). 또한, EPA는 카드뮴을 그룹 B1: 폐암의 증가를 나타내는 인간 및 동물 연구에 기초하여 인간에게 암을 일으킬 수 있는 물질로 분류하였다(U.S. EPA, 1994a). 또한, IARC는 카드뮴 및 카드뮴 화합물을 그룹 1: 인간에서의 발암물질 및 동물에서 관측된 발암 효과의 역학조사 증거에 기초한 인간에게 암을 일으키는 물질로 분류하였다(IARC, 1993b).As mentioned above, the present invention generally relates to a method of making a nickel zinc battery. As such, the negative electrode material is based on zinc and zinc compounds which are significantly less harmful than the more commonly used cadmium compounds. EPA has classified zinc and zinc compounds as Group D, which shows insufficient evidence regarding the potential for carcinogenesis (U.S. EPA, 1995a). In addition, the International Cancer Institute (IARC) did not classify zinc for possible carcinogenicity (IARC, 1987a). In contrast, epidemiological evidence strongly supports the relationship between cadmium exposure and tumor formation, including respiratory and renal cancer (ARB, 1986c). In addition, EPA has classified cadmium as a substance capable of causing cancer in humans based on group B1: human and animal studies indicating an increase in lung cancer (U.S. EPA, 1994a). In addition, IARC classified cadmium and cadmium compounds as Group 1 causing cancers in humans based on epidemiological evidence of carcinogens in humans and carcinogenic effects observed in animals (IARC, 1993b).

본원에 기술한 바와 같이, 산화 아연은 네거티브 전극에서 사용하는데 적합한 전기화학적 활성 재료이다. 또한, 다른 아연 화합물도 사용할 수 있다. 특히, 또 다른 예시적인 실시예에서, 출발물질로서 ZnO 대신 칼슘 아연산염(CaZn(OH)4)을 사용할 수 있다. 칼슘 아연산염을 생성하는 것이 잠재적으로 해로운 발열 반응을 포함할 수 있는 것을 인식할 수 있다. 상기 반응은 또한 물을 강하게 탈수시키고, 네거티브 전극을 제조하기 위한 슬러리 또는 페이스트를 생성하는 동안 제어되는 것이 어려울 수 있다. 그러므로, 칼슘 아연산염이 사용되어야 하는 경우, 상기 칼슘 아연산염은 적어도 부분적으로 본래 장소가 아닌 곳에서 사전-성형되어야 한다. 그 후, 이 칼슘 아연산염만이 네거티브 전극 재료의 혼합물에 부가되어야 한다. 이 방식으로 칼슘 아연산염을 사용하는 일반적인 절차는 모든 용도로 본원에 참조되어 있는 2002년 3월 15일자로 발명자 J. Phillips에 의해 출원된 PCT 특허 출원 제 CA02/00352호에 설명되어 있다.As described herein, zinc oxide is an electrochemically active material suitable for use in negative electrodes. In addition, other zinc compounds may also be used. In particular, in another exemplary embodiment, calcium zincate (CaZn (OH) 4 ) may be used instead of ZnO as starting material. It can be appreciated that producing calcium zincate can include potentially harmful exothermic reactions. The reaction may also be difficult to control while strongly dehydrating water and producing slurry or paste for making negative electrodes. Therefore, when calcium zincate should be used, the calcium zincate should be pre-molded at least in part in place. Thereafter, only this calcium zincate should be added to the mixture of negative electrode materials. The general procedure for using calcium zincate in this manner is described in PCT Patent Application No. CA02 / 00352, filed by inventor J. Phillips on March 15, 2002, which is incorporated herein by reference in its entirety.

네거티브 전극에서 사용하기 위한 다른 적절한 전기화학적 활성 재료는 아연 금속 및 아연 합금이다. 바람직하게는, 아연 금속 또는 합금 입자의 크기는 비교적 작은데, 예를 들어, 약 50 미크론 평균 직경보다 작고; 더 바람직하게는 약 45 미크론 평균 직경보다 더 작고; 훨씬 더 바람직하게는 약 40 미크론 평균 직경보다 더 작다. 특정 실시예에서, 아연 재료는 재료의 92 중량%가 45 미크론보다 더 작은 입자 크기를 가지며 재료의 8 중량%가 45 미크론보다 더 큰 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 입자 크기 분포를 갖는다. 다양한 합금 원소가 아연 합금에서 사용할 수 있다. 예로는 인듐 및 비스무드가 있고, 납 및 철이 또한 일부 경우에 적합하다. 바람직하게는, 인듐 및/또는 비스무드 농도는 총 합금 질량의 1%를 초과하지 않는다. 일부 실시예에서, 상기 합금은 약 500 ppm까지의 인듐 및 약 500 ppm까지의 비스무드를 함유한다. 일부 실시예에서, 상기 합금은 약 25 ppm까지의 납 및 약 5 ppm까지의 철을 함유할 수 있다.Other suitable electrochemically active materials for use in negative electrodes are zinc metals and zinc alloys. Preferably, the zinc metal or alloy particles are relatively small in size, for example less than about 50 micron average diameter; More preferably less than about 45 micron average diameter; Even more preferably smaller than about 40 micron average diameter. In certain embodiments, the zinc material has a particle size distribution wherein 92 weight percent of the material has a particle size smaller than 45 microns and 8 weight percent of the material has a particle size larger than 45 microns. Various alloying elements can be used in zinc alloys. Examples are indium and bismuth, and lead and iron are also suitable in some cases. Preferably, the indium and / or bismuth concentration does not exceed 1% of the total alloy mass. In some embodiments, the alloy contains up to about 500 ppm indium and up to about 500 ppm bismuth. In some embodiments, the alloy may contain up to about 25 ppm lead and up to about 5 ppm iron.

고온 "소손(burn out)" 절차가 얻어지는 아연 전극의 고 비율 성능(high rate performance)을 개선시킬 수 있다. 전형적인 방법에서, 산화 아연은 (아래에 놓인 구리 전류 컬렉터의 산화를 제한하기 위하여) 불활성 분위기에서 또는 진공 하에서 약 0.5 및 2 시간 사이의 기간 동안 약 200 및 400℃ 사이, 바람직하게는 약 300℃ 및 380℃ 사이(가령, 약 320℃)의 온도로 가열된다. 소손 절차는 아연 전극의 고 비율 방전에 해로운 영향을 미친다고 여겨지는 분산 작용제 및 다른 유기 재료를 제거할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 소손 절차는 고 비율 방전을 방해할 수 있는 탄산염을 제거할 수 있다. 소손 절차는 아마도 전해질로부터 수산화물을 고갈시키고/고갈시키거나 전해질의 수송 능력을 감소시킴으로써 전해질의 도전성을 감소시킬 수 있다. 불행히도, 아연 산화물은 주위의 이산화탄소와 용이하게 반응하여 탄산 아연을 형성한다. 그러므로, 대기에 노출된 산화 아연 입자의 표면은 탄산염의 양이 점진적으로 비교적 많아질 수 있다. 산화 아연의 많은 상업적인 소스는 상당한 탄산염 함량을 갖는다. 이 문제를 완화하기 위하여, 산화 아연을 가열하고 전극 제조 이전에 이산화탄소를 축출하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 네거티브 전극을 제조하는데 사용되는 산화 아연은 탄산염의 약 1보다 더 크지 않은 중량%를 함유한다. 아연 금속 성분이 소손 절차 동안 산화에 견딜 수 있는 것을 발견하였다. 아연의 비교적 적은 퍼센티지만이 대기로의 노출 동안의 소손 중에 산화물로 변환된다.High temperature "burn out" procedures can improve the high rate performance of the zinc electrode obtained. In a typical method, zinc oxide is between about 200 and 400 ° C., preferably between about 300 ° C. and in a period of between about 0.5 and 2 hours in an inert atmosphere or under vacuum (to limit oxidation of the underlying copper current collector) Heated to a temperature between 380 ° C. (eg, about 320 ° C.). The burnout procedure may remove dispersing agents and other organic materials that are believed to have a deleterious effect on the high rate discharge of the zinc electrode. Alternatively, or in addition, the burnout procedure may remove carbonates that may interfere with high rate discharges. The burnout procedure may reduce the conductivity of the electrolyte, possibly by depleting hydroxide from the electrolyte and / or reducing the transport capacity of the electrolyte. Unfortunately, zinc oxide readily reacts with the surrounding carbon dioxide to form zinc carbonate. Therefore, the surface of the zinc oxide particles exposed to the atmosphere may gradually increase in the amount of carbonate. Many commercial sources of zinc oxide have significant carbonate content. In order to alleviate this problem, it may be desirable to heat the zinc oxide and to expel carbon dioxide prior to electrode manufacture. In a preferred embodiment, the zinc oxide used to prepare the negative electrode contains a weight percent no greater than about 1 of the carbonate. It has been found that the zinc metal component can withstand oxidation during the burnout procedure. Only a relatively small percentage of zinc is converted to oxide during burnout during exposure to the atmosphere.

일부 실시예에서, 아연 전극은 산화 아연 및 다른 전극 재료의 슬러리 또는 페이스트로 형성된다. 다른 실시예에서, 아연 전극은 전극 성분이 전류 컬렉터 또는 다른 캐리어 상에서 압축되는 분말로 된 혼합물로서 제공되는 건식 프로세스에 의해 형성된다. 이하에 보다 충분히 설명되는 바와 같이, 건식 프로세스는 성능에 악영향을 줄 수 있는 분산제 또는 다른 유기 재료를 필요로 하지 않는다.In some embodiments, the zinc electrode is formed from a slurry or paste of zinc oxide and other electrode materials. In another embodiment, the zinc electrode is formed by a dry process in which the electrode components are provided as a mixture of powders that are compressed on a current collector or other carrier. As explained more fully below, the dry process does not require dispersants or other organic materials that may adversely affect performance.

산화 아연 또는 다른 전기화학적 활성 아연 소스 이외에, 네거티브 전극 혼합물은 이온 운반, 전자 운반, 웨팅(wetting), 다공성, 구조적 무결성, 활성 재료 가용성, 등과 같은 전극 내의 어떤 프로세스를 용이하게 하는 다른 재료를 포함할 수 있다. 습식 프로세스에서, 다른 첨가제는 슬러리 또는 페이스트 자체의 흐름 및 다른-관련 특성을 위해 농도를 제어한다. 특정 실시예에서, 네거티브 전극 슬러리는 아연 합금, 산화 비스무드, 산화 알루미늄 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 및 분산제를 포함한다.In addition to zinc oxide or other electrochemically active zinc sources, negative electrode mixtures may include other materials that facilitate any process within the electrode, such as ion transport, electron transport, wetting, porosity, structural integrity, active material solubility, and the like. Can be. In the wet process, other additives control the concentration for the flow and other-related properties of the slurry or paste itself. In certain embodiments, the negative electrode slurry comprises zinc alloy, bismuth oxide, aluminum oxide hydroxyethyl cellulose (HEC), and a dispersant.

하이드로에틸 셀룰로오스(HEC)는 네거티브 전극 재료의 슬러리 또는 페이스트의 농도를 제어하는데 사용할 수 있다. HEC는 두꺼워지고, 부유되고, 바인딩되고, 유화되고, 필름을 형성하고, 안정화되고, 분산되고, 물을 유지하고, 보호성 콜로이드 동작을 제공할 수 있는 비이온성, 수용성 폴리머이다. HEC는 온수 또는 냉수에서 쉽게 용해될 수 있고, 광범위한 점도를 갖는 용액을 준비하는데 사용될 수 있다. 또한, HEC는 용해된 전해질에 대한 우수한 내성을 갖는다. 따라서, HEC 또는 관련 특성을 갖는 다른 재료는 (페이스트 형태의) 네거티브 전극 재료가 물을 유지하도록 하는데 사용된다.Hydroethyl cellulose (HEC) can be used to control the concentration of slurry or paste of negative electrode material. HECs are nonionic, water soluble polymers that can thicken, float, bind, emulsify, form films, stabilize, disperse, retain water, and provide protective colloidal behavior. HEC can be easily dissolved in hot or cold water and can be used to prepare solutions with a wide range of viscosities. In addition, HEC has excellent resistance to dissolved electrolytes. Thus, HEC or other materials with related properties are used to keep the negative electrode material (in the form of paste) retaining water.

네거티브 전극 슬러리를 형성하는 하나의 방법에서, 2개의 별도의 혼합물이 생성되고 나서, 결합되어 슬러리를 형성한다. 제1 혼합물은 물 및 HEC(또는 다른 적절한 재료)를 포함하고, 제2 혼합물은 물 및 미리 체로 친 고체(pre-sieved solid)(예를 들어, 아연 금속 또는 아연 합금, ZnO, Al2O3, Bi2O3, 및 분산제)를 포함한다.In one method of forming the negative electrode slurry, two separate mixtures are produced and then combined to form the slurry. The first mixture comprises water and HEC (or other suitable material), and the second mixture comprises water and a pre-sieved solid (eg zinc metal or zinc alloy, ZnO, Al 2 O 3 , Bi 2 O 3 , and dispersants).

다른 네거티브 전극 조성은 각각이 본원에 참조되어 있는 다음 문서: 국제 특허 공개공보 제2002/39517호(J, Phillips), 국제공개공보 제2002/039520호(J. Phillips), 국제 특허 공개공보 제2002/39521호, 국제 특허 공개공보 제2002/039534호(J.Phillips) 및 미국 특허 출원 제10/098,195호(출원일: 2002년 3월 15일)에 설명되어 있다. 이러한 참조문헌에 설명된 네거티브 전극 첨가제 중에서, 다양한 알칼리 토류 금속, 전이 금속, 중금속, 및 귀금속의 실리카 및 플루오로화물이 있다.Other negative electrode compositions are described in the following documents, each of which is incorporated herein by reference: International Patent Publication No. 2002/39517 (J, Phillips), International Publication No. 2002/039520 (J. Phillips), International Patent Publication No. 2002 / 39521, International Patent Publication No. 2002/039534 to J. Phillips and US Patent Application No. 10 / 098,195 filed March 15, 2002. Among the negative electrode additives described in these references are silica and fluorides of various alkaline earth metals, transition metals, heavy metals, and precious metals.

여기에 기술한 바와 같이, 제조 프로세스는 바람직하게는 저 탄산염 산화 아연을 사용한다. 불행하게도, 저 탄산염 산화 아연이 전형적인 더 높은 탄산염 산화물보다 훨씬 더 쉽게 현탁액에서 덩어리가 되는 것을 발견하였다. 따라서, 산화 아연이 덩어리를 형성하는 경향이 있기 때문에, 습식 조성에서 양호하게 혼합되고, 균일하게 분산된 성분으로 네거티브 전극을 제조하기가 어렵다는 것을 발견하였다. 이 문제를 처리하기 위하여, 어떤 실시예는 저 탄산염 산화 아연 입자의 응집을 최소화하도록 분산제를 사용한다. 일반적으로, 분산제는 입자의 표면 특성을 변경하여, 슬러리 또는 다른 현탁액 전체에 걸쳐 분산을 용이하게 한다. 많은 분산제는 분산될 특정 입자의 표면 특성에 맞춰진 종래의 계면활성제 또는 이들의 변형이다. 산화 아연이 페인트 산업에서 광범위하게 사용되기 때문에, 산화물에 대한 다양한 분산제가 개발되었다. 하나의 이와 같은 분산제는 일본국 교토 소재의 San Nopco사의 NOPCOSPERSE 44로서 상업적으로 입수 가능하다. 충분한 양에서 분산제는 산화 아연 입자의 표면을 코팅해서, 본 발명의 제조 프로세스에서 산화 아연 입자 덩어리를 제거하는 것을 발견하였다.As described herein, the manufacturing process preferably uses low carbonate zinc oxide. Unfortunately, it was found that low carbonate zinc oxide agglomerated in suspension much more easily than typical higher carbonate oxides. Therefore, since zinc oxide tends to form agglomerates, it has been found that it is difficult to produce negative electrodes with components that are well mixed and uniformly dispersed in the wet composition. To address this problem, some embodiments use dispersants to minimize aggregation of low carbonate zinc oxide particles. In general, dispersants alter the surface properties of the particles to facilitate dispersion throughout the slurry or other suspension. Many dispersants are conventional surfactants or variations thereof tailored to the surface properties of the particular particles to be dispersed. Since zinc oxide is widely used in the paint industry, various dispersants for oxides have been developed. One such dispersant is commercially available as NOPCOSPERSE 44 from San Nopco, Kyoto, Japan. In sufficient amounts, the dispersant was found to coat the surface of the zinc oxide particles to remove zinc oxide particle agglomerates in the manufacturing process of the present invention.

도 1로 되돌아가서, 네거티브 전극 재료(101)는 상술한 바와 같이 결합되어, 물-기반 슬러리(103)를 형성하고, 도전성 캐리어 시트(151)에 슬러리 코팅(105)으로 지속적으로 도포된다. 당업자라면 상기 재료가 또한 페이스트로 제조되고 네거티브 전극의 형성을 위해 단계(125)에서와 같이 페이스트 헤드를 통하여 지속적으로 도포될 수 있는 것을 인식할 수 있다. 특정 예에서, 페이스트 헤드는 네거티브 전극 페이스트 혼합물을 캐리어 시트의 양 측면에 약 3 psi(평방 인치 당 파운드)의 압력으로 도포한다. 슬러리 코팅이 사용되는 경우, 종래의 슬러리 코팅 장치를 사용할 수 있다. 이와 같은 장치에서, 슬러리의 연속적인 공급은 캐리어 시트가 통과하는 챔버에 제공된다.Returning to FIG. 1, the negative electrode material 101 is bonded as described above to form a water-based slurry 103 and is continuously applied to the conductive carrier sheet 151 with a slurry coating 105. Those skilled in the art will recognize that the material can also be made of a paste and continuously applied through the paste head as in step 125 for the formation of a negative electrode. In a particular example, the paste head applies the negative electrode paste mixture at a pressure of about 3 psi (pounds per square inch) to both sides of the carrier sheet. If slurry coating is used, a conventional slurry coating apparatus can be used. In such an apparatus, a continuous supply of slurry is provided to the chamber through which the carrier sheet passes.

종래의 아연 전극이 네거티브 전극의 캐리어 상으로 페이스트 또는 슬러리를 인출하는 진공 기술에 의해 형성되는 점을 주목해야 한다. 산화 칼슘 및 산화 아연이 활성 재료로서 사용되는 일부 경우에서, 석유-계 첨가제가 사용되어, 캐리어 상으로 가압될 수 있는 전극 시트의 제조를 용이하게 하는 테플론의 피브릴레이션(fibrillation)을 촉진한다.It should be noted that a conventional zinc electrode is formed by a vacuum technique that draws a paste or slurry onto the carrier of a negative electrode. In some cases where calcium oxide and zinc oxide are used as active materials, petroleum-based additives are used to promote fibrillation of Teflon, which facilitates the production of electrode sheets that can be pressed onto a carrier.

일부 실시예에서, 아연 전극 성분은 건조 혼합물로서 제공된다. 즉, 이러한 실시예는 슬러리, 페이스트 또는 다른 습식 조성을 사용하지 않는다. 건조 혼합물에서, 전극 성분은 물 또는 다른 액체 매체가 상대적으로 없는 분말 또는 과립형 혼합물로서 제공된다. 따라서, 전극 혼합물은 페이스트 또는 슬러리의 방식으로 흐르지 않으므로, 페이스트 헤드 또는 관련 메카니즘을 통하여 전달되지 않을 것이다.In some embodiments, the zinc electrode component is provided as a dry mixture. That is, this embodiment does not use slurries, pastes or other wet compositions. In the dry mixture, the electrode component is provided as a powder or granular mixture, relatively free of water or other liquid media. Thus, the electrode mixture will not flow in the manner of a paste or slurry and therefore will not be delivered through the paste head or related mechanisms.

건식 가공처리는 페이스트 또는 슬러리에서 거품을 일으키고 상기 페이스트 또는 슬러리의 농도에 악영향을 줄 수 있는 아연 또는 아연 합금과 같은 금속 첨가제를 사용하는 전극 혼합물을 따른다. 또한, 건식 가공처리는 분산제 또는 페이스트 농도 첨가제, 예를 들어, HEC와 같은 어떤 유기 재료의 사용을 필요로 하지 않는다. 상술한 바와 같이, 이러한 첨가제는 니켈-아연 셀의 성능에 악영향을 줄 수 있다.Dry processing follows electrode mixtures using metal additives such as zinc or zinc alloys that can foam in the paste or slurry and adversely affect the concentration of the paste or slurry. In addition, dry processing does not require the use of any organic materials such as dispersants or paste concentration additives, for example HEC. As mentioned above, such additives can adversely affect the performance of nickel-zinc cells.

일례에서, 건식 프로세스에서 사용된 아연 전극 혼합물은 산화 알루미늄, 산화 비스무드, 및/또는 산화 인듐과 같은 산화물 및 전기화학적 활성 아연의 소스를 포함한다. 다른 첨가제는 다양한 무기 플루오로화물, 알루미나-실리카 섬유와 같은 무기 섬유, 및 커튼 플록 등과 같은 유기 섬유를 포함할 수 있다. 전기화학적 활성 아연의 소스는 산화 아연, 아연 금속, 아연 금속의 합금, 칼슘 아연산염 또는 이의 전구체(산화 칼슘 및 산화 아연), 부분적으로 산화된 아연 금속 및 이들의 조합일 수 있다. 아연 합금에 대하여, 원소를 합금하는 예로는 인듐 및 비스무드가 있다. 하나의 특정 실시예는 산화 아연으로 부분적으로 산화되었던 아연 금속 또는 아연 금속 합금 분말을 사용한다. 얻어지는 부분적으로 산화된 금속은 산화물 및 상술한 바와 같은 건조 폴리테트라플루오로에틸렌(P.T.F.E.) 분말와 같은 적절한 바인더와 결합되고, 네거티브 전극 캐리어 재료에 도포된다.In one example, the zinc electrode mixture used in the dry process comprises an oxide such as aluminum oxide, bismuth oxide, and / or indium oxide and a source of electrochemically active zinc. Other additives may include various inorganic fluorides, inorganic fibers such as alumina-silica fibers, and organic fibers such as curtain flocs and the like. The source of electrochemically active zinc can be zinc oxide, zinc metal, alloys of zinc metal, calcium zincate or precursors thereof (calcium oxide and zinc oxide), partially oxidized zinc metal and combinations thereof. For zinc alloys, examples of alloying elements include indium and bismuth. One particular embodiment uses zinc metal or zinc metal alloy powder that has been partially oxidized to zinc oxide. The resulting partially oxidized metal is combined with an oxide and a suitable binder such as dry polytetrafluoroethylene (P.T.F.E.) powder as described above and applied to the negative electrode carrier material.

건조 분말 아연 프로세스는 제어된 비율의 분말을 그물모양의 구리 폼 또는 연신된 구리 금속과 같은 3차원 전기화학적으로 호환 가능한 기판과 함께 압축 롤러 내로 공급하여, 분말이 적절한 다공성으로 유지되고 압축되도록 하는 단계를 포함한다.The dry powder zinc process feeds a controlled proportion of powder into a compression roller with a three-dimensional electrochemically compatible substrate, such as meshed copper foam or elongated copper metal, to ensure that the powder is maintained in proper porosity and compacted. It includes.

다수의 캐리어 재료 중 어느 하나가 사용되어 니켈, 니켈 도금 강, 은, 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 포지티브 전극을 형성하는 것을 이해해야 한다. 당업자라면 캐리어 시트가 마무리된 니켈 아연 셀에서 네거티브 전극에 대한 전류 컬렉터의 역할을 한다는 것을 이해할 것이다. 구리 및 구리 합금은 구리의 저항성이 낮고, 비교적 저가이며, 아연 전극과의 전기화학적으로 호환된다면, 캐리어 시트에 특히 바람직한 재료이다. 특히, 니켈 도금 강은 상업적인 니켈 카드뮴 셀에서의 카드뮴 전극에 대한 정선된 캐리어이다.It is to be understood that any one of a number of carrier materials may be used to form a positive electrode, including but not limited to nickel, nickel plated steel, silver, and the like. Those skilled in the art will appreciate that the carrier sheet serves as a current collector for the negative electrode in the finished nickel zinc cell. Copper and copper alloys are particularly preferred materials for carrier sheets, provided the copper's resistivity is low, relatively inexpensive, and electrochemically compatible with zinc electrodes. In particular, nickel plated steel is the selected carrier for cadmium electrodes in commercial nickel cadmium cells.

캐리어 시트는 천공된 금속 시트, 연신된 금속, 및 금속 폼을 포함하는 다양한 구조적인 폼으로 제공할 수 있다. 특정한 구조적인 형태를 선택하는데 사용되 는 기준 중에는 코스트, 코팅의 용이성, 및 전기화학적 활성 전극 재료 및 전류 컬렉터 사이의 전자 운반을 용이하게 하는 능력이 있다. 바람직한 실시예에서, 캐리어의 두께는 천공된 시트에 대해선 약 2 내지 5 mils 사이이지만, 연신된 금속에 대해선 2 내지 20 mils 사이일 수 있다. 금속 폼 기판은 15 내지 60 mils 사이일 수 있다.The carrier sheet can be provided in a variety of structural foams, including perforated metal sheets, elongated metals, and metal foams. Among the criteria used to select a particular structural form are cost, ease of coating, and the ability to facilitate electron transport between the electrochemically active electrode material and the current collector. In a preferred embodiment, the thickness of the carrier may be between about 2 and 5 mils for the perforated sheet but between 2 and 20 mils for the drawn metal. The metal foam substrate may be between 15 and 60 mils.

일단 네거티브 전극이 코팅되면, 상기 네거티브 전극은 전극 재료용 전달 매체로서 사용되는 여분의 물을 축출하기 위하여 습식 프로세스의 경우에 건조된다(107). 이 용도를 위해 공기 또는 질소를 흐르게 하는데 사용하는 열 건조기를 사용할 수 있다.Once the negative electrode is coated, the negative electrode is dried 107 in the case of a wet process to dislodge excess water used as the delivery medium for the electrode material. For this purpose, a heat dryer can be used, which is used to flow air or nitrogen.

그 후, 얻어지는 네거티브 전극은 롤러 또는 다른 적절한 압축 기구를 사용하여 압축된다(109). 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 압축은 전극이 균일한 두께를 가지도록 하여, 제조 허용오차(manufacturing tolerance)를 유지할 수 있다. 압축은 또한 네거티브 전극이 원하는 다공성에 이르도록 한다. 다공성이 전해질 및 전극 사이의 이온의 운반 특성을 제어하는 것을 인식할 수 있다. 다공성은 또한 활성 표면 영역을 나타내므로, 네거티브 전극의 전류 밀도를 나타낸다. 전형적인 예에서, 네거티브 전극의 사후-압축 두께는 약 10 내지 40 mils 사이이고, 다공성은 약 40 내지 65% 사이이다.Thereafter, the resulting negative electrode is compressed 109 using a roller or other suitable compression mechanism. As will be appreciated by those skilled in the art, compression may allow the electrodes to have a uniform thickness, thus maintaining manufacturing tolerances. Compression also allows the negative electrode to reach the desired porosity. It can be appreciated that porosity controls the transport properties of ions between the electrolyte and the electrode. Porosity also represents the active surface area, thus representing the current density of the negative electrode. In a typical example, the post-compression thickness of the negative electrode is between about 10 to 40 mils and the porosity is between about 40 to 65%.

전극 시트는 적절한 정도로 압축된 후에, 단계(111)에서 절단 및 클리닝된다. 캐리어 시트가 전형적으로 단일 배터리 셀에 필요로 하는 것보다 상당히 더 큰 폭을 가지는데; 예를 들어, 상기 폭은 1 야드 정도일 수 있는 점을 주목해야 한 다. 따라서, 네거티브 전극은 최종-제품 특정 허용오차에 따르는 폭(예를 들어, 서브 C 크기 셀에 대하여 약 1.25 인치)으로 절단된다. 절단된 네거티브 전극의 일부는 부가적인 조립 이전에 "클리닝"할 수 있다. 특히, 네거티브 전극의 에지 길이를 따르는 네거티브 전극 재료의 스트립은 제거된다. 클리닝된 스트립은 아래에 놓인 전류 컬렉터 금속을 노출시킴으로써 부가적인 단계(203)에서 단자의 네거티브 전극 전류 컬렉터로의 부착을 용이하게 한다. 다른 단자 부착 방법을 달성할 수 있지만, 클리닝은 특히 땜납, 스폿 용접, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 유형의 전기-도전성 접합에 특히 매우 적합한 표면을 남긴다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 전극을 클리닝하는 것은 비제한적인 다음의 방법: 스크래핑(scraping), 스코어링(scouring), 연삭(grinding), 워싱(washing), 및 위핑(wiping) 중 어느 하나에 의해 달성할 수 있다. 이것은 전형적으로 특정 물질을 제거하기 위하여 진공 클린업(vacuum clean up)과 함께 달성된다.After the electrode sheet is compressed to an appropriate degree, it is cut and cleaned in step 111. The carrier sheet typically has a significantly larger width than is required for a single battery cell; For example, it should be noted that the width may be on the order of one yard. Thus, the negative electrode is cut into widths (eg about 1.25 inches for sub C size cells) according to the end-product specific tolerance. Some of the cut negative electrodes may be "cleaned" prior to further assembly. In particular, the strip of negative electrode material along the edge length of the negative electrode is removed. The cleaned strip facilitates attachment of the terminal to the negative electrode current collector in an additional step 203 by exposing the underlying current collector metal. While other terminal attachment methods can be achieved, cleaning leaves a surface particularly well suited for soldering, spot welding, or any other type of electrically-conductive bonding known in the art. As will be appreciated by those skilled in the art, cleaning the electrodes can be performed in any of the following ways: scraping, scoring, grinding, washing, and wiping. Can be achieved by This is typically accomplished with vacuum clean up to remove certain material.

네거티브 전극에 대해 상술한 바와 동일한 방식으로, 포지티브 전극을 형성할 수 있다. 최초 단계(121)에서 시작하면, 포지티브 전극 재료가 제공되어 포지티브 전극을 형성한다. 습식 프로세스에서 사용되는 예시적인 실시예에서, 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 수산화 니켈(Ni(OH)2), 산화 아연, 산화 코발트(coO), 니켈 금속, 선택적으로, 카르복실메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 유동 조절제를 포함하는 포지티브 전극 재료(121)가 제공된다. 바람직한 실시예에서, 산화 아연 및 산화 코발트 중 적어도 일부에는 화학적 혼합물에서 수산화 니켈이 제공됨으로써, 개 별적인 입자는 수산화 니켈, 산화 아연, 및 산화 코발트를 함유한다. 이와 같이 사전혼합된 재료는 개별적인 성분의 공침(co-precipitation)에 의해 준비할 수 있고, 국제 니켈 회사, 및 타나까(Tanaka)와 같은 통상적으로 공지된 벤더로부터 상업적으로 입수 가능한 방식으로 획득할 수 있다. 이러한 재료는 불용성 니켈 매트릭스 내로 산화물을 록킹(locking)함으로써 침출(leaching)을 방지한다. 공침은 또한 포지티브 전극 재료를 통한 도전성 채널을 생성함으로써 전하 전달 효율을 명백하게 돕는다. 바람직한 실시예에서, 산화 아연 및 산화 코발트는 각각 아연에 대해선 약 2 내지 3 중량%이고 산화 코발트에 대해선 약 2 내지 6 중량%의 농도로 공침된 재료 내에 존재한다. 또한, 포지티브 전극 재료는 화학적으로 순수한 코발트 및 니켈 금속을 더 포함할 수 있다.In the same manner as described above for the negative electrode, the positive electrode can be formed. Beginning at initial step 121, a positive electrode material is provided to form a positive electrode. In an exemplary embodiment used in the wet process, and as shown in FIG. 1, nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ), zinc oxide, cobalt oxide (coO), nickel metal, optionally, carboxymethyl cellulose ( Positive electrode material 121 is provided that includes a flow regulator, such as CMC. In a preferred embodiment, at least some of the zinc oxide and cobalt oxide are provided with nickel hydroxide in the chemical mixture such that the individual particles contain nickel hydroxide, zinc oxide, and cobalt oxide. Such premixed materials may be prepared by co-precipitation of the individual components and obtained in a commercially available manner from conventionally known vendors such as International Nickel Company and Tanaka. have. Such materials prevent leaching by locking the oxides into the insoluble nickel matrix. Coprecipitation also clearly assists charge transfer efficiency by creating conductive channels through the positive electrode material. In a preferred embodiment, zinc oxide and cobalt oxide are each present in the co-precipitated material at a concentration of about 2 to 3 wt% with respect to zinc and about 2 to 6 wt% with respect to cobalt oxide. In addition, the positive electrode material may further comprise chemically pure cobalt and nickel metal.

코발트 금속이 포지티브 전극에서 사용되는 경우, 상기 코발트 금속은 바람직하게는 약 1 내지 10 중량% 사이의 농도로 존재한다. 이 농도 범위는 광범위한 방전률(예를 들어, 아연 전극 표면적의 0.001 내지 0.4 Amperes/cm2)에 적합하다. 전형적인 고 비율 애플리케이션(예를 들어, 방전이 아연 전극 표면적의 0.01 내지 0.4 Amperes/cm2로 행해짐)에서, 코발트 금속의 농도는 포지티브 전극에서 약 4-10 중량 퍼세트 사이이다. 전형적인 저 비율 애플리케이션에서, 코발트 금속의 농도는 약 1-5 중량% 사이이고, 방전은 아연 전극 표면적의 약 0.001 내지 0.01 Amperes/cm2로 행해진다.When cobalt metal is used in the positive electrode, the cobalt metal is preferably present at a concentration between about 1 to 10% by weight. This concentration range is suitable for a wide range of discharge rates (eg 0.001 to 0.4 Amperes / cm 2 of zinc electrode surface area). In typical high ratio applications (eg, discharge is done at 0.01 to 0.4 Amperes / cm 2 of zinc electrode surface area), the concentration of cobalt metal is between about 4-10 weight putts at the positive electrode. In typical low ratio applications, the concentration of cobalt metal is between about 1-5 weight percent and the discharge is done at about 0.001 to 0.01 Amperes / cm 2 of zinc electrode surface area.

대안적인 실시예에서, 동작(121)에서 전도도를 높이기 위하여 재료에 산화 코발트를 부가할 수 있다. 그러나, 출발물질이 부가적인 산화 코발트를 거의 포함하지 않거나 전혀 포함하지 않는 것이 일반적으로 바람직하다. 상업적인 니켈 카드뮴 셀에서, 산화 코발드가 포지티브 전극 혼합물에서 통상적으로 사용되지 않는다는 점을 주목해야 한다.In alternative embodiments, cobalt oxide may be added to the material to increase conductivity in operation 121. However, it is generally preferred that the starting materials contain little or no additional cobalt oxide. It should be noted that in commercial nickel cadmium cells, cobalt oxide is not commonly used in positive electrode mixtures.

하나의 방법에서, 포지티브 전극 페이스트는 2개의 별도의 혼합물; CMC(카르복시메틸셀룰로오스) 및 물을 포함하는 하나 및 물 및 공침된 수산화 니켈 - 산화 코발트 - 산화 아연, 니켈 금속, 및 비교적 순수한 산화 코발트를 포함하는 또 다른 하나로 형성된다. 그 후, 이러한 2개의 혼합물은 결합되어 포지티브 전극 페이스트를 형성한다. CMC가 포함되어 단계(123)에서 얻어지는 페이스트에 대한 흐름 특성을 개선시킨다는 점을 주목해야 한다.In one method, the positive electrode paste comprises two separate mixtures; It is formed from one comprising CMC (carboxymethylcellulose) and water and another comprising water and co-precipitated nickel hydroxide-cobalt oxide-zinc oxide, nickel metal, and relatively pure cobalt oxide. Thereafter, these two mixtures are combined to form a positive electrode paste. It should be noted that CMC is included to improve the flow characteristics for the paste obtained in step 123.

몇 가지 포지티브 전극 조성이 각각 본원에 참조되어 있는 다음의 문서: PCT 공개공보 제WO 02.039534호(J. Phillips)(공침된 Ni(OH)2, CoO 및 미세하게 분할된 코발트 금속) 및 2002년 3월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/198,194호(플루오로화물 첨가제)에 설명되어 있다.Several positive electrode compositions are each referenced herein: PCT Publication No. WO 02.039534 (J. Phillips) (precipitated Ni (OH) 2 , CoO and finely divided cobalt metal) and 2002 2002 US patent application Ser. No. 10 / 198,194 filed on May 15 (Fluoride Additives).

블록(125)에서, 페이스트는 페이스트 헤드를 통하여 포지티브 전극 캐리어 시트에 지속적으로 도포된다. 다수의 캐리어 금속 중 어느 하나가 이들이 저 코스트, 고 전도도, 포지티브 전극과의 전기화학적 호환성, 및 전기화학적 활성 재료와의 양호한 접촉과 같은 적절한 설계 기준을 충족시키는 한, 네가티브 전극을 형성하는데 사용할 수 있는 것을 인식할 수 있다. 예로는 니켈 및 니켈-도금 스테인리 스 강이 있지만 이에 한정되지 않는다. 캐리어 금속은 천공된 금속, 연신된 금속, 소결 금속, 금속 폼 및 금속-코팅된 폴리머 재료를 포함하는 다양한 구조적인 형태 중 하나를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 캐리어는 예를 들어, 니켈이 전기화학적으로 증착되는 우레탄 폼을 열분해함으로써 형성된 니켈 금속 폼이다. 두께 균일성을 보장하기 위한 사전압축을 겪은 후의 폼 포지티브 전극 캐리어의 두께는 예를 들어, 약 15 및 60 mils 사이이다.At block 125, the paste is continuously applied to the positive electrode carrier sheet through the paste head. Any of a number of carrier metals can be used to form negative electrodes as long as they meet appropriate design criteria such as low cost, high conductivity, electrochemical compatibility with positive electrodes, and good contact with electrochemically active materials. It can be recognized. Examples include, but are not limited to nickel and nickel-plated stainless steels. The carrier metal may have one of a variety of structural forms, including perforated metal, elongated metal, sintered metal, metal foam, and metal-coated polymeric material. In a preferred embodiment, the carrier is, for example, a nickel metal foam formed by pyrolysing urethane foam where nickel is electrochemically deposited. The thickness of the foam positive electrode carrier after undergoing a quadrupole to ensure thickness uniformity is, for example, between about 15 and 60 mils.

네거티브 전극에서와 같이, 포지티브 전극은 건식 프로세스를 사용하여 준비할 수 있다. 이 방법에서, CMC 및 어떤 다른 유기물은 사용하지 않는다. 일부 실시예에서, 포지티브 전극 혼합물로부터 유기물을 소실(burn-off)하는 것은 가능하지 않는 점을 주목해야 한다. 따라서, 비교적 유기물이 없는 건식 프로세스는 특히 비교적 낮은 수산화물 농도를 갖는 전해질을 사용하는 니켈-아연 셀의 상황에서 상당한 장점을 제공한다. 특정 실시예에서, 건식 프로세스에 대한 포지티브 전극 조성은 수산화 니켈, 산화 아연, 산화 코발트(CoO), 니켈 금속, 및 선택적으로 코발트 금속을 포함하고, 상기 산화 아연 및 산화 코발트는 적어도 부분적으로 수산화 니켈의 화학적 혼합물에 존재한다. 부가적으로, 건조 P.T.F.E.와 같은 미세하게 분할된 바인더를 사용할 수 있다. 이 재료는 CMC 및 수성 매체의 부재 시에 전해질의 구조적 무결성에 필요한 부착을 제공한다. 건조 혼합된 재료는 3차원 캐리어와 함께 압축 롤로 계측된다. 분말이 빈 공간을 채움에 따라서, 상기 분말은 적절한 다공성으로 압축된다.As with the negative electrode, the positive electrode can be prepared using a dry process. In this method, CMC and any other organics are not used. It should be noted that in some embodiments, it is not possible to burn-off organics from the positive electrode mixture. Thus, a relatively organic free dry process offers significant advantages, particularly in the context of nickel-zinc cells using electrolytes having relatively low hydroxide concentrations. In certain embodiments, the positive electrode composition for the dry process includes nickel hydroxide, zinc oxide, cobalt oxide (CoO), nickel metal, and optionally cobalt metal, wherein the zinc oxide and cobalt oxide are at least partially of nickel hydroxide. Present in the chemical mixture. In addition, finely divided binders such as dry P.T.F.E. This material provides the adhesion necessary for the structural integrity of the electrolyte in the absence of CMC and aqueous media. The dry mixed material is metered into a compression roll with a three-dimensional carrier. As the powder fills the voids, the powder is compressed to the appropriate porosity.

어떤 실시예에서, 건조 혼합 절차에서 사용되는 포지티브 전극의 조성은 상 술한 습식 프로세스에서 사용되는 바와 매우 유사하다. 그러나, CMC 바인더는 사용되지 않고, 페이스트 및 슬러리가 생성되지 않기 때문에 명백하게 훨씬 더 적은 물이 사용된다. 특정 실시예에서, 건조 포지티브 전극 성분은 전기화학적 활성 니켈(수산화 니켈(Ni(OH)2), 산화 니켈 및/또는 수산화 니켈), 산화 아연, 산화 코발트, 및 코발트 금속이다. 이 실시예에서 바인더는 나중에 도입하므로, 상기 바인더는 여기에 포함되지 않는 점을 주목해야 한다. 상기 성분의 혼합은 분말 및 과립 조성을 혼합하는데 적합한 혼합 장치를 사용하여 달성할 수 있다. 일례로서, 믹서 장치는 고른 혼합을 행하기 위하여 블레이드, 충돌 휠, 롤러, 리본, 내부 스크류, 진동 요소, 등을 사용할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 혼합은 예를 들어 압설기(spatula)를 사용하여 수동으로 달성된다.In some embodiments, the composition of the positive electrode used in the dry mixing procedure is very similar to that used in the wet process described above. However, CMC binders are not used and apparently much less water is used because no pastes and slurries are produced. In certain embodiments, the dry positive electrode component is electrochemically active nickel (nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ), nickel oxide and / or nickel hydroxide), zinc oxide, cobalt oxide, and cobalt metal. Note that since the binder is introduced later in this embodiment, the binder is not included here. Mixing of the components can be accomplished using a mixing device suitable for mixing the powder and granule compositions. As one example, the mixer apparatus may use blades, impingement wheels, rollers, ribbons, inner screws, vibrating elements, and the like, to perform even mixing. In an alternative embodiment, mixing is accomplished manually, for example using a spatula.

건조 성분이 혼합된 후에, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)과 같은 바인더는 포지티브 전극 성분의 총 건조 혼합물의 약 0.1 및 5 중량% 사이의 레벨로 부가될 수 있다. 바인더로서, 이러한 재료는 전극의 다른 성분을 "바인딩"함으로써, 이 성분을 적소에 유지시키고 전류 컬렉터로부터의 플레이킹(flaking) 또는 분리(separating)의 가능성을 최소화시킨다. 일부 실시예에서, 선택한 바인더 재료는 포지티브 전극의 전기화학적 환경에 대해 불활성이다. 즉, 바인더 재료는 제조 동안 또는 정상적인 동작 동안 포지티브 전극으로부터 분해, 용융, 또는 확산되지 않는다. 일부 실시예에서, 이와 같은 재료는 산화 또는 다른 화학적 분해를 방해한다. 바람직하게는, 이 재료는 이산화탄소 또는 탄산염을 생성하지 않을 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 유용한 전극 바인더의 역할을 할 수 있는 부재를 갖는 재료의 등급의 일례로는 플루오로화된 폴리올레핀이 있다.After the dry ingredients are mixed, a binder such as PTFE (polytetrafluoroethylene) may be added at a level between about 0.1 and 5% by weight of the total dry mixture of positive electrode components. As a binder, such materials "bind" other components of the electrode, thereby keeping these components in place and minimizing the possibility of flaking or separating from the current collector. In some embodiments, the selected binder material is inert to the electrochemical environment of the positive electrode. That is, the binder material does not decompose, melt, or diffuse from the positive electrode during manufacture or during normal operation. In some embodiments, such materials interfere with oxidation or other chemical degradation. Preferably, this material will not produce carbon dioxide or carbonates. An example of a grade of material having a member that can serve as a useful electrode binder in accordance with an embodiment of the present invention is a fluorinated polyolefin.

바인더는 예를 들어, 건조 상태로 또는 에멀션으로서 부가될 수 있다. 특정 실시예에서, 바인더가 플루오로화 폴리올레핀일 때, 상기 바인더는 약 60 중량%의 바인더를 포함하는 에멀션으로서 제공된다. 상기 바인더는 수동으로 또는 (상술한 바와 같은) 임의의 적절한 혼합 장치에 의하여 성분의 나머지와 결합되어, 나중에 습기를 제거하기 위하여 가열되는 고르게 분산된 혼합물을 생성한다. 수동 프로세스에서, 혼합할 책임이 있는 사람은 혼합을 행하기 위하여 압설기 또는 유사한 도구를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 포지티브 전극의 바인더 및 나머지 성분은 상술한 2-단계 절차에 반대되는 바와 같이 단일 단계에서 결합된다.The binder can be added, for example, in a dry state or as an emulsion. In certain embodiments, when the binder is a fluorinated polyolefin, the binder is provided as an emulsion comprising about 60% by weight of the binder. The binder is combined with the rest of the ingredients manually or by any suitable mixing device (as described above) to produce an evenly dispersed mixture which is subsequently heated to remove moisture. In a manual process, the person responsible for mixing can use a snow blower or similar tool to perform the mixing. In some embodiments, the binder and the remaining components of the positive electrode are combined in a single step as opposed to the two-step procedure described above.

포지티브 전극의 바인더 또는 다른 성분은 양호하게-혼합된 상태로 결합된 후에, 전류 컬렉터 또는 다른 캐리어 또는 기판 상에 건조 상태로 증착된다. 일 실시예에서, 폼 또는 연신된 금속 전류 컬렉터, 예를 들어, 약 300 및 600 gm/m2 사이, 및 더 바람직하게는 450 및 500 gm/m2 사이의 밀도를 갖는 니켈 발포체가 이 목적을 위해 사용된다.The binder or other component of the positive electrode is bonded in a well-mixed state and then deposited in a dry state on a current collector or other carrier or substrate. In one embodiment, a foam or elongated metal current collector, for example a nickel foam having a density between about 300 and 600 gm / m 2 , and more preferably between 450 and 500 gm / m 2 , serves this purpose. Used for.

포지티브 전극 혼합물은 예를 들어, 연속적인 방식으로 브러싱(brushing), 가압, 등에 의해 기판에 도포된다. 대안적인 실시예에서, 도포는 일괄 방식(batch fashion), 또는 반-연속 방식으로 달성됨으로써, 혼합물은 예를 들어, 8-10개의 셀을 형성하는데 충분한 기판의 "플랙(plaque)"에 도포된다. 도포된 포지티브 전극 재료를 갖는 플랙은 절단되고, 스코어링되고, 가공처리되어, 최종적인 셀에서의 조립을 위한 전극의 개별적인 스트라이프를 생성한다.The positive electrode mixture is applied to the substrate, for example, by brushing, pressing, or the like in a continuous manner. In an alternative embodiment, the application is achieved in a batch fashion, or semi-continuous manner, such that the mixture is applied to a “flaque” of the substrate sufficient to form, for example, 8-10 cells. . Flags with the applied positive electrode material are cut, scored and processed to create individual stripes of electrodes for assembly in the final cell.

브러싱은 브러시와의 전극 혼합물에서 수동으로 브러싱하고 포지티브 전극 재료의 정확한 양이 전류 컬렉터 폼 또는 다른 기판 재료에 통합되도록 하기 위해 주기적으로 점검함으로써 달성될 수 있다. 이 때문에, 기판 및 통합된 전극 재료는 설정된 종점에 도달될 때까지 때때로 가중될 수 있다. 브러싱은 예를 들어, 공급된 전극 금속을 수용하는 기판의 양측 상에 위치된 2개 이상의 브러시를 갖는 장치를 사용하여 자동화할 수 있다. 기판이 브러시 사이를 통과함에 따라, 전극 재료는 기판 내로 인출된다.Brushing can be accomplished by manually brushing in the electrode mixture with the brush and periodically checking to ensure that the correct amount of positive electrode material is incorporated into the current collector foam or other substrate material. Because of this, the substrate and integrated electrode material may sometimes be weighted until the set end point is reached. Brushing can be automated, for example, using a device having two or more brushes located on both sides of the substrate containing the supplied electrode metal. As the substrate passes between the brushes, the electrode material is drawn into the substrate.

그 후, 본 발명의 실시예에 따르면, 전극 재료는 캘린더링(calendaring)과 같은 적절한 기술에 의해 기판 상에 압축된다. 특정 실시예에서, 전극 및 캐리어는 캘린더링 롤러를 통해 수직으로 통과되어 적절한 치수의 압축된 전극 시트를 생성한다. 특정 실시예에서, 얻어지는 전극은 약 10 및 50 mils 사이, 또는 약 20 및 30 mils 사이의 두께를 갖는다.Then, in accordance with an embodiment of the present invention, the electrode material is compressed onto the substrate by a suitable technique such as calendaring. In certain embodiments, the electrode and carrier are passed vertically through a calendering roller to produce a compressed electrode sheet of appropriate dimensions. In certain embodiments, the resulting electrode has a thickness between about 10 and 50 mils, or between about 20 and 30 mils.

금속이 도포된 후에, 외부 코팅을 도포할 수 있다. 이 단계는 전극이 전류 컬렉터 또는 캐리어로부터 활성 전극 재료의 플레이킹, 필링(peeling), 또는 용이한 분리에 영향을 받기 쉬운 경우에 적합하다. 코팅은 전극 재료를 캡슐화하거나 적어도 금속이 캐리어로부터 분리될 가능성을 감소시키는 역할을 한다. 일 실시예에서, 코팅은 PTFE 또는 물리적으로 유사한 재료를 포함한다. 특정 실시예에서, 전극은 코팅 재료의 에멀션(예를 들어, 약 60 중량% PTFE의 에멀션) 내로 침지되거 나 상기 에멀션으로 분사된다.After the metal is applied, the outer coating can be applied. This step is suitable when the electrode is susceptible to flaking, peeling, or easy separation of the active electrode material from the current collector or carrier. The coating serves to encapsulate the electrode material or reduce the likelihood that at least the metal will separate from the carrier. In one embodiment, the coating comprises PTFE or a physically similar material. In certain embodiments, the electrode is immersed into or sprayed into an emulsion of coating material (eg, an emulsion of about 60 wt% PTFE).

어떤 실시예에서, 얻어지는 전극 및 캐리어 어셈블리(코팅의 여부와 관계없이)는 "마이크로크랙킹(micorcracking)"이 실시된다. 이것은 "마이크로크랙"을 도입함으로써 전극을 더 가요성이 있게 하기 위하여 장력이 가해지고 있는 동안 전극 시트를 벤딩하는 프로세스이다. 마이크로크랙을 도입하기 위한 하나의 장치로서 전극 시트가 장력 하에서 끌어 당겨지는 오프셋 롤러를 사용한다.In some embodiments, the resulting electrode and carrier assembly (with or without coating) is subjected to "micorcracking". This is the process of bending an electrode sheet while tension is being applied to make the electrode more flexible by introducing a "microcracks". One apparatus for introducing microcracks uses an offset roller in which the electrode sheet is pulled under tension.

캐리어의 연속적인 공급 및 전극 재료의 증착을 사용하는 어떤 실시예에서, 캐리어/전극 시트는 주기적으로 절단되어야 한다. 다른 실시예에서, 캐리어는 하나 또는 미리-설정된 수의 셀에 대한 포지티브 전극을 지원하는 크기가 된다. 캐리어가 설정된 수의 셀(예를 들어, 8개의 셀)에 대한 전극을 지원하는 경우에, 상기 캐리어는 플랙이라고 칭한다. 전극 재료가 플랙 내로 통합된 후에, 플랙은 다수의 개별적인 전극 스트립으로 절단된다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 이와 같은 절단은 플랙을 따라 세로로 행해져서, 상기 절단이 하나의 전극 스트립의 상부 및 또 다른 전극 스트립의 하부를 규정하며, 상기 상부 및 하부 명칭은 조립된 셀 내의 위치와 관련된다.In some embodiments that use continuous supply of carriers and deposition of electrode materials, the carrier / electrode sheets must be cut periodically. In another embodiment, the carrier is sized to support positive electrodes for one or a predetermined number of cells. If the carrier supports electrodes for a set number of cells (eg eight cells), the carrier is called a flag. After the electrode material is incorporated into the flag, the flag is cut into a number of individual electrode strips. In certain embodiments, one or more such cuts are made longitudinally along the flag such that the cuts define the top of one electrode strip and the bottom of another electrode strip, the top and bottom names being positions within the assembled cell. Related to.

일단 캐리어 시트가 포지티브 전극 재료로 코팅되며, 얻어지는 시트는 필요시에 건조되어(127), 여분의 물을 탈수하고 나서, 압축된다(129). 이러한 프로세스 동작은 네거티브 전극에 대한 동작(107 및 109)과 대부분 동일한 방식으로 수행할 수 있다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 압축은 네거티브 전극 경로에 대해 상술한 바와 같이 전극이 균일한 원하는 두께 및 다공성을 갖도록 한다. 바 람직하게는, 얻어지는 포지티브 전극 시트는 약 15 및 40 mil 사이(예를 들어, 약 25 mils)의 두께를 가지며, 약 30 및 45% 사이의 다공성을 갖는다.Once the carrier sheet is coated with the positive electrode material, the resulting sheet is dried if necessary (127), dehydrated excess water and then compressed (129). This process operation can be performed in much the same way as operations 107 and 109 for negative electrodes. As will be appreciated by those skilled in the art, compression allows the electrodes to have a uniform desired thickness and porosity as described above for the negative electrode path. Preferably, the resulting positive electrode sheet has a thickness of between about 15 and 40 mils (eg, about 25 mils) and has a porosity between about 30 and 45%.

포지티브 전극에 대해 상술한 바와 유사한 프로세스가 네거티브 전극에 적용할 수 있다. 전기활성 재료 및 성분은 상이하지만, 바인더의 사용 및 기본적인 프로세스는 상술한 절차를 따를 것이다.A similar process as described above for the positive electrode can be applied to the negative electrode. Although the electroactive materials and components are different, the use and basic process of the binder will follow the procedure described above.

포지티브 전극을 상술한 바와 같이 준비한 후에, 상기 포지티브 전극은 단계(131)에서 나타낸 바와 같이 태빙(tabbing)되고 슬릿팅(slitting)된다. 전극을 일정 폭으로 슬릿팅하는 것은 태빙 전 또는 후에 행할 수 있지만, 대부분의 자동화된 라인에서는 인라인 태빙 프로세스 이후에 전극 스톡(electrode stock)을 슬릿팅한다. 코인된 에지(coined edge)의 태빙은 젤리-롤의 와인딩 이후에 전류 컬렉터 배열의 최종적인 용접을 용이하게 한다. 본원에 기술한 바와 같이, 전류 컬렉터(기판)는 니켈 발포체 또는 보이드 프랙션(void fraction)을 갖는 다른 재료일 수 있다. 전류 컬렉터가 컬렉터 디스크와 적절한 전기적 접촉을 이루는 것을 보장하기 위하여, 상기 프로세스는 전류 컬렉터의 하나의 세로 에지를 따라서 금속 탭(예를 들어, 약 0.08 내지 0.15 인치 폭의 얇은 니켈 시트)을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 태빙된 포지티브 전극을 젤리롤 내로 롤링한 후, 탭은 예를 들어, 땜납, 용접, 또는 가압 접촉에 의하여 컬렉터 디스크와 접촉을 행한다. 탭은 예를 들어, 시임 용접 프로세스(seam welding process), 저항 용접 프로세스, 또는 초음파 용접 프로세스에 의하여 상기 프로세스의 다양한 단계에서 (습식 또는 건식 전극 혼합물이 도포되지 않는) 전류 컬렉터의 에지에 고정할 수 있다.After preparing the positive electrode as described above, the positive electrode is tabbing and slitting as shown in step 131. Slitting the electrode to a certain width can be done before or after tabbing, but in most automated lines, electrode stock is slit after the inline tabbing process. Tabbing of the coined edges facilitates final welding of the current collector array after the winding of the jelly-roll. As described herein, the current collector (substrate) can be a nickel foam or other material having a void fraction. To ensure that the current collector is in proper electrical contact with the collector disk, the process includes applying a metal tab (eg, a thin nickel sheet about 0.08 to 0.15 inches wide) along one longitudinal edge of the current collector. It may include. After rolling the tacked positive electrode into the jellyroll, the tab is in contact with the collector disc, for example by soldering, welding, or pressing contact. The tab may be secured to the edge of the current collector (without applying a wet or dry electrode mixture) at various stages of the process, for example by a seam welding process, a resistance welding process, or an ultrasonic welding process. have.

일부 실시예에서, 니켈 발포체와 같은 높은 보이드 볼륨 전류 컬렉터(void volume current collector)를 사용할 때에도, 탭은 사용되지 않는다. 이와 같은 경우에, 코인된 페이스트되지 않은 영역은 폴딩되어, 전류 컬렉터 디스크에 더 용이하게 접합되는 평면 또는 일반적으로 평탄한 표면을 생성할 수 있다. 어떤 실시예에서, 코인된 영역은 절단되어, 벤딩을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 섹션은 다수의 작은 태빙된 섹션을 남기도록 절단될 수 있다. 벤딩 이후에, 전류 컬렉터 플레이트 또는 디스크와의 접촉은 저항 용접 또는 가압 접촉 중 하나에 의하여 행해질 수 있다. 이러한 실시예에서, 포지티브 전극 젤리롤 폼은 컬렉터 디크스와 집적 접촉하고, 탭과 같은 중간 피처(intermediate feature)는 사용되지 않는다. "반대 극성"에서의 이러한 설계 또는 네거티브 캡 설계의 적용이 본원의 다른 곳에 설명되어 있다.In some embodiments, even when using a high void volume current collector, such as nickel foam, no tab is used. In such cases, the coined unpasted areas can be folded, creating a flat or generally flat surface that is more easily bonded to the current collector disk. In some embodiments, the coined region may be cut off to facilitate bending. For example, the section may be cut to leave many small tacked sections. After bending, contact with the current collector plate or disk can be made by either resistance welding or pressure contact. In this embodiment, the positive electrode jellyroll foam is in integrated contact with the collector dex and no intermediate features such as tabs are used. The application of this design or negative cap design in “opposite polarity” is described elsewhere herein.

프로세스의 이 지점에서, 2개의 경로(네거티브 전극 제조 및 포지티브 전극 제조)는 수렴되어, 남아 있는 적층된 배열의 시트를 완료를 위해 셀에 제공한다. (도 1에서 "A"로 표시함) 수렴 지점에서, 재료의 다중 시트가 함께 도달하여 와인딩되거나 셀 구조 내로 조립된다. 특정 예에서, (소스(113 및 133)로서 도시된) 세퍼레이트 재료의 4개의 시트가 포지티브 전극 시트 및 네거티브 전극 시트와 인터리빙된다. 따라서, 일단 전극이 제조되면, 상기 전극은 반-삼투성 세퍼레이터 시트(113, 133) 사이에 샌드위치된다.At this point in the process, the two paths (negative electrode fabrication and positive electrode fabrication) converge and provide the remaining stacked array of sheets to the cell for completion. At the point of convergence, multiple sheets of material arrive together and are wound or assembled into a cell structure (indicated by “A” in FIG. 1). In a particular example, four sheets of separate material (shown as sources 113 and 133) are interleaved with the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. Thus, once the electrode is manufactured, the electrode is sandwiched between the semi-osmotic separator sheets 113 and 133.

예시적인 실시예에서, 포지티브 전극(113)용 세퍼레이터는 Celgard 사(Charlotville, NC)로부터의 세퍼레이터의 CELGARD(등록상표) 라인 alc Solutech 로부터의 SOLUPORE 제품으로서 통상적으로 구득할 수 있는 다공성 폴리올레핀의 다수의 시트를 포함한다. 세퍼레이터는 전극 및 전해질 사이에서 이온 교환이 발생하도록 하면서, 포지티브 및 네거티브 전극을 기계적으로 격리시키는 역할을 한다. 따라서, 전해질에 대한 삼투성이 양호한 것이 바람직하다. 예시적인 실시예에서, 네거티브 전극용 세퍼레이터(133)는 나일론 시트를 포함한다. 당업계에 공지된 다른 세퍼레이터 재료를 사용할 수 있다. 본원에 기술한 바와 같이, 나일론-계 재료 및 다공성 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌)이 적합하다.In an exemplary embodiment, the separator for the positive electrode 113 is a plurality of sheets of porous polyolefins commonly available as SOLUPORE products from the CELGARD® line alc Solutech of the separator from Celgard (Charlotville, NC). It includes. The separator serves to mechanically isolate the positive and negative electrodes while allowing ion exchange to occur between the electrode and the electrolyte. Therefore, it is desirable that the osmoticity to the electrolyte is good. In an exemplary embodiment, the separator 133 for negative electrode comprises a nylon sheet. Other separator materials known in the art can be used. As described herein, nylon-based materials and porous polyolefins (eg, polyethylene and polypropylene) are suitable.

간단히 도 3을 참조하면, 도 3은 용접 이전에 포지티브 및 네거티브 전극의 단면도이다. 도시된 예에서, 세퍼레이터(301, 305)는 전극 시트로 인출되어 와인딩 장치(309)로 공급되기 전에, 초기에 전극의 평면 표면을 따라 전극(303, 307) 위에서 폴딩된다. 이 방법에서, 2개의 세퍼레이터 소스가 사용된다. 대안적인 실시예에서, 각각의 전극 시트는 세퍼레이터 시트의 2개의 별도의 소스에 의하여 불규칙하게 연신되므로, 2개라기 보다는 4개의 세퍼레이터 소스가 사용된다. 따라서, 최초에, 세퍼레이터 시트는 전극의 선단 엔지 위에서 폴딩되지 않는다. 그러나, 얻어지는 적층된 구조는 동일하다. 두 가지 방법 모두는 2개의 세퍼레이터 층이 각각의 전극 층을 인접한 다음의 전극 층으로부터 분리시키는 구조를 생성한다. 이것은 일반적으로 인접한 전극 층 사이에 단일 세퍼레이터 층을 사용하는 니켈 카드뮴 셀과 상이한 경우이다. 니켈 아연 셀에서 사용되는 부가적인 층은 아연 덴드라이트 형성에 기인할 수 있는 단락을 방지하는 것을 돕는다.Referring briefly to FIG. 3, FIG. 3 is a cross sectional view of the positive and negative electrodes prior to welding. In the example shown, the separators 301, 305 are initially folded over the electrodes 303, 307 along the planar surface of the electrodes before being drawn out to the electrode sheet and fed to the winding device 309. In this method, two separator sources are used. In an alternative embodiment, each electrode sheet is drawn irregularly by two separate sources of separator sheets, so four separator sources rather than two are used. Thus, initially, the separator sheet is not folded over the leading edge of the electrode. However, the laminated structure obtained is the same. Both methods produce a structure in which two separator layers separate each electrode layer from an adjacent next electrode layer. This is generally the case with nickel cadmium cells that use a single separator layer between adjacent electrode layers. Additional layers used in nickel zinc cells help to prevent short circuits that can result from zinc dendrites formation.

덴드라이트는 금속 증착에서 골격 또는 트리-형 성장 패턴("덴드리틱 성장") 을 갖는 결정 구조이다. 실제로, 덴드라이트는 셀이 수명을 다하는 동안 전력 셀의 도전성 매체에서 형성되고, 네거티브 및 포지티브 전극을 실제로 브리징하여 단락 및 후속적인 배터리 기능 손실을 초래한다.Dendrites are crystal structures with a backbone or tree-like growth pattern (“dendritic growth”) in metal deposition. Indeed, dendrites are formed in the conductive medium of a power cell during the life of the cell, and actually bridge the negative and positive electrodes, resulting in short circuits and subsequent battery loss.

세퍼레이터 시트가 일반적으로 전극 시트의 전체 폭을 완전히 커버하지는 않는 점을 주목해야 한다. 특히, 각 전극 시트의 한 에지는 단계(203)에서 단자를 부착하기 위하여 노출된 채로 유지된다. 이것은 단계(111 및 131)에서 전극 재료를 세정하여 얻은 깨끗한 에지이다. 또한, 그리고, 동일한 이유로, 전극은 거의 상술한 클리닝된 스트립의 폭만큼 측방향으로 오프셋된다. 이것은 노출된 네거티브 전류 컬렉터만을 갖는 하나의 측방향 에지 및 노출된 포지티브 전류 컬렉터만을 갖는 대향하는 측방향 에지를 제공하여 단계(203)에서 단자 부착을 용이하게 한다.It should be noted that the separator sheet does not generally cover the entire width of the electrode sheet. In particular, one edge of each electrode sheet remains exposed to attach the terminal at step 203. This is the clean edge obtained by cleaning the electrode material in steps 111 and 131. In addition, and for the same reason, the electrodes are laterally offset by the width of the above-described cleaned strip. This provides one lateral edge with only the exposed negative current collector and an opposing lateral edge with only the exposed positive current collector to facilitate terminal attachment at step 203.

와인딩 장치는 다수의 시트를 동시에 인출하여 이들을 젤리롤-형 구조 내로 롤링한다. 충분한 두께의 실린더가 생성된 후, 상기 장치는 전극 및 세퍼레이터의 층을 절단하여 마무리된 셀 어셈블리를 생성한다.The winding device draws multiple sheets simultaneously and rolls them into a jellyroll-like structure. After a cylinder of sufficient thickness has been produced, the device cuts the layers of electrodes and separators to produce a finished cell assembly.

도 2를 참조하면, 도 1의 프로세스 흐름이 연속으로 도시되어 있다. 도 2의 프로세스는 조립 동작("A")에 기인하는 셀 어셈블리(201)에서 시작된다. 원통형 셀에 대하여, 이 어셈블리는 젤리롤-형 구조이다. 대안적인 실시예에서, 이 어셈블리는 직사각형 또는 각기둥형의 적층된 구조이다. 당업자라면 셀 어셈블리의 폼 팩터가 사용자에 따라 달라지며, 당업계에 널리 공지되어 있는 다수의 형태들 중 어느 하나를 취할 수 있는 것을 인식할 것이다. 각기둥형 형태를 사용할 경우에, 조립 이전에 포지티브 및 네거티브 전극 시트를 이들의 세퍼레이터들 내에 사전-랩 핑(pre-wrapping)하는 것이 바람직할 수 있다.Referring to FIG. 2, the process flow of FIG. 1 is shown continuously. The process of FIG. 2 begins at cell assembly 201 due to the assembly operation (“A”). For cylindrical cells, this assembly is a jellyroll-like structure. In an alternative embodiment, this assembly is a rectangular or prismatic stacked structure. Those skilled in the art will recognize that the form factor of the cell assembly is user dependent and may take any of a number of forms well known in the art. When using prismatic shapes, it may be desirable to pre-wrapp the positive and negative electrode sheets in their separators prior to assembly.

일단 전극 층 및 인터리빙된 세퍼레이터 층의 와인딩 및 다른 조립이 완료되면, 개별적인 내부 단자는 네거티브 전극 및 포지티브 전극 각각에 도전적으로 부착된다. 특히, 포지티브 단자는 셀 어셈블리의 하나의 축방향 단부에서 노출된 포지티브 전류 컬렉터에 도전적으로 부착되고, 네거티브 단자는 셀 어셈블리의 다른 축방향 단부에서 노출된 네거티브 전류 컬렉터에 도전적으로 부착된다. 내부 단자의 부착은 스폿 용접, 초음파 용접, 레이저 용접, 땜납, 가압 접촉과 같이 당업계에 널리 공지되어 있는 임의의 방법, 또는 단자 및 전류 컬렉터 재료에 적합한 임의의 다른 유형의 전기-도전성 접합에 의하여 달성할 수 있다. 구리 내부 단자를 부착하는 특정 방법이 이하에 설명되어 있다.Once winding and other assembly of the electrode layer and the interleaved separator layer are completed, individual internal terminals are conductively attached to each of the negative electrode and the positive electrode. In particular, the positive terminal is conductively attached to the positive current collector exposed at one axial end of the cell assembly, and the negative terminal is conductively attached to the negative current collector exposed at the other axial end of the cell assembly. Attachment of the internal terminals may be by any method well known in the art, such as spot welding, ultrasonic welding, laser welding, solder, pressure contact, or any other type of electrically-conductive bonding suitable for terminal and current collector materials. Can be achieved. Specific methods of attaching copper internal terminals are described below.

본 발명의 일 실시예에서, 내부 단자는 천공되거나 슬롯형성할 수 있거나 또는 천공되거나 슬롯될 수 없는 디스크를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 내부 단자는 H-형 구조를 포함한다. 이들의 실제 구조에 관계없이, 내부 단자는 자체가 부착될 수 있는 전극 상에 존재하는 탭이 없어도 전극에 도전적으로 부착할 수 있다.In one embodiment of the invention, the inner terminal comprises a disk which can be perforated or slotted or cannot be perforated or slotted. In yet another embodiment, the inner terminal comprises an H-type structure. Regardless of their actual structure, the inner terminal can be conductively attached to the electrode without the tab present on the electrode to which it can be attached.

내부 단자가 부착된 후에, 셀 어셈블리는 원통형 셀 어셈블리의 경우에서의 캔과 같은 유지 용기(205) 내로 삽입된다. 캔 또는 다른 용기는 최종적인 셀의 외부 하우징 또는 케이싱의 역할을 한다. 캔 내의 셀 어셈블리에 의하여, 단계(207)에서 단자 디스크(또는 다른 내부 단자)는 셀의 캔 및 리드 또는 다른 외부 단자에 도전적으로 부착될 수 있다.After the inner terminal is attached, the cell assembly is inserted into a holding vessel 205, such as a can in the case of a cylindrical cell assembly. The can or other container serves as the outer housing or casing of the final cell. By means of the cell assembly in the can, in step 207 the terminal disk (or other internal terminal) may be conductively attached to the can and lead or other external terminal of the cell.

외부 단자는 전력구동 디바이스(powered device)용 전력 셀에 대한 직접적인 전기적 액세스를 제공한다. 이와 같이, 일부 실시예에서 외부 단자는 바람직하게는 니켈 플레이트와 같은 비-부식성 금속으로 도금된다. 또한, 외부 단자는 전극을 기계적 충격으로부터 격리시키는 기능을 할 수 있다. 전자 디바이스의 휴대용 특성로 인하여, 기계적 충격의 가능성은 상당히 높다. 외부 단자가 전극 전류 컬렉터와 직접 부착되는 경우, 용접된 조인트가 상당히 손상되거나 전극이 직접적으로 손상될 수 있다.External terminals provide direct electrical access to power cells for powered devices. As such, in some embodiments the external terminals are preferably plated with a non-corrosive metal, such as a nickel plate. The external terminal can also function to isolate the electrode from mechanical shock. Due to the portable nature of electronic devices, the likelihood of mechanical shock is quite high. If the external terminal is attached directly to the electrode current collector, the welded joint may be significantly damaged or the electrode may be directly damaged.

다음 단계(209)에서, 적절한 전해질이 제공된다. 특히 본 발명과 관련하여, 전해질은 아연 전극에서 덴드라이트 형성 및 다른 형태의 재료 재분포를 제한하는 조성을 소유해야 한다. 이와 같은 전해질은 일반적으로 당업계에서 인지되어 있지 않다. 그러나, 기준을 충족시키는 것으로 나타난 것이 본원에 참조되어 있는 1993년 6월 1일자로 M. Eisenberg에게 허여된 미국 특허 제5,215,836호에 설명되어 있다. 특히 바람직한 전해질은 (1) 2.5 내지 11.0 당량/ℓ 범위의 산에 대한 화학량론적으로 초과하는 수산화물을 생성하기 위한 양으로 존재하는 알칼리 또는 알칼리 토류 수산화물, (2) 총 용액의 리터 당 0.01 내지 1.0 당량의 농도 범위에 대응하는 양의 가용성 알칼리 또는 알칼리 토류 플루오로화물, 및 (3) 붕산염, 비산염(arsenate) 및/또는 인산염(바람직하게는 붕산 칼륨, 메타붕산 칼륨, 붕산 나트륨 및/또는 메타붕산 나트륨)를 포함한다. 하나의 특정 실시예에서, 전해질은 4.5 내지 10 당량/ℓ의 수산화 칼륨, 2.0으로부터 0.6 당량/ℓ까지의 붕산 또는 메타붕산 나트륨메타붕산 나트륨 0.01부터 1.00 당량까지의 불화 칼륨을 포함한다. 고 비율 애플리케이션에 대한 현재의 바람직한 전해질은 8 당량/ℓ의 수산화물, 4.5 당량의 붕산 및 0.2 당량의 불화 칼륨을 포함한다.In the next step 209, a suitable electrolyte is provided. In particular with respect to the present invention, the electrolyte must possess a composition that limits dendrite formation and other forms of material redistribution in the zinc electrode. Such electrolytes are generally not recognized in the art. However, what appears to meet the criteria is described in US Pat. No. 5,215,836 to M. Eisenberg, dated June 1, 1993, which is incorporated herein by reference. Particularly preferred electrolytes are (1) alkali or alkaline earth hydroxides present in an amount to produce a stoichiometrically excess hydroxide for acids in the range of 2.5 to 11.0 equivalents / liter, (2) 0.01 to 1.0 equivalents per liter of total solution Soluble alkali or alkaline earth fluorides in an amount corresponding to the concentration range of and (3) borate, arsenate and / or phosphate (preferably potassium borate, potassium metaborate, sodium borate and / or metaborate) Sodium). In one specific embodiment, the electrolyte comprises 4.5 to 10 equivalents per liter of potassium hydroxide, 2.0 to 0.6 equivalents per liter of boric acid or sodium metaborate sodium metaborate from 0.01 to 1.00 equivalents of potassium fluoride. Current preferred electrolytes for high ratio applications include 8 equivalents per liter of hydroxide, 4.5 equivalents of boric acid and 0.2 equivalents of potassium fluoride.

본 발명은 Eisenberg의 특허에 제공된 전해질 조성에 한정되지 않는다. 일반적으로, 관심이 있는 애플리케이션에 특정된 기준을 충족시키는 전해질 조성이면 충분할 것이다. 고 전력 애플리케이션을 희망한다고 가정하면, 전해질은 매우양호한 전도도를 가져야 한다. 긴 수명을 희망한다고 가정하면, 전해질은 덴드라이트 형성을 방해해야 한다. 본 발명에서, 적절한 세퍼레이트 층을 따른 KOH 전해질을 함유하는 플루오르화물 및/또는 붕산염이 사용되어 덴드라이트의 형성이 감소되므로, 더 견고하고 수명이 긴 전력 셀을 얻는다.The invention is not limited to the electrolyte composition provided in the Eisenberg patent. In general, an electrolyte composition that meets the criteria specific to the application of interest will be sufficient. Assuming high power applications are desired, the electrolyte should have very good conductivity. Assuming a long life is desired, the electrolyte should interfere with dendrite formation. In the present invention, fluoride and / or borate salts containing KOH electrolyte along appropriate separator layers are used to reduce the formation of dendrites, resulting in a more robust and long-lasting power cell.

특정 실시예에서, 전해질 조성은 약 3 내지 5 당량/ℓ를 초과하는 수산화물(예를 들어, KOH), NaOH, LiOH를 포함한다. 칼슘 아연산염 네거티브 전극에 대하여, 대안적인 전해질 제형이 적합할 수 있다. 일례에서, 칼슘 아연산염에 적합한 전해질은 다음 조성: 약 15 내지 25 중량%의 KOH, 약 0.5 내지 5.0 중량%의 LiOH를 갖는다.In certain embodiments, the electrolyte composition comprises more than about 3-5 equivalents / liter of hydroxide (eg, KOH), NaOH, LiOH. For calcium zincate negative electrodes, alternative electrolyte formulations may be suitable. In one example, a suitable electrolyte for calcium zincate has the following composition: about 15 to 25 weight percent KOH, about 0.5 to 5.0 weight percent LiOH.

전해질로 용기를 충전하기 위하여 다양한 기술을 사용할 수 있다. 일례에서, 전해질은 주입 프로세스를 통해 도입되는데, 여기서 전해질은 충전 포트를 통해 셀에 들어간다. 다른 경우에, 전해질은 리드 도포(lid application) 이전에 부가될 수 있고, 셀은 회전되어 액체를 분산시킨다.Various techniques can be used to fill the container with electrolyte. In one example, the electrolyte is introduced through an injection process, where the electrolyte enters the cell through the charging port. In other cases, the electrolyte can be added before lid application and the cell is rotated to disperse the liquid.

캔 또는 다른 격납 용기(containment vessel)가 전해질로 충전된 후에, 상기 용기는 밀봉되어 전극 및 전해질을 주변환경으로부터 격리시킨다. 블록 211을 참 조하라. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 크림핑, 용접, 스탬핑, 또는 글루잉을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 밀봉 방법 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 원통형 셀에서, 리드가 전형적으로 캔의 상부의 원주 비드(circumferential bead) 상에 존재하는 개스킷 상에 고정되는 점을 주목해야 한다. 그 후, 밀봉을 행하기 위하여, 캔의 최상부 에지는 전기적 접촉하지 않고 리드를 향해 아래로 크림핑된다.After the can or other containment vessel is filled with the electrolyte, the vessel is sealed to isolate the electrode and electrolyte from the environment. See block 211. As will be appreciated by those skilled in the art, any one of a number of sealing methods can be used, including but not limited to crimping, welding, stamping, or gluing. In the cylindrical cell, it should be noted that the leads are fixed on the gaskets that are typically on the circumferential bead on the top of the can. Then, in order to seal, the top edge of the can is crimped down towards the lid without making electrical contact.

셀이 일반적으로 주변환경으로부터 밀봉될지라도, 일부 실시예에서, 셀은 충전 및 방전 동안 발생되는 배터리로부터의 가스를 배기하도록 할 수 있다. 전형적인 니켈 카드뮴 셀은 약 200 PSI로 가스를 배기한다. 일부 실시예에서, 니켈 아연 셀은 배기를 필요로 하지 않고도, 이 압력 또는 더 높은 압력(예를 들어, 300 PSI까지)에서도 동작하도록 설계된다. 이것은 셀 내에서 발생된 임의의 산소 및 수소의 재결합을 촉진시킬 수 있다. 바람직하게는, 셀은 내부 압력 약 600 PSI보다 더 크지 않고 더 바람직하게는 약 450 PSI보다 더 크지 않게 유지하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 니켈 아연 셀은 비교적 더 낮은 압력에서 가스를 배기하도록 설계된다. 이것은 니켈 아연 셀 내에서 수소 및 산소의 재결합을 촉진하기 보다는 오히려, 수소 및/또는 산소 가스를 방출하는데 적합할 수 있다. 배기 메카니즘은 바람직하게는 가스 배출을 허용하지만, 배기의 재생 가능한 기능과 간섭할 수 있는 전해질 통과를 허용하지 않도록 설계된다. 소수성 막을 사용하는 것은 이 용도에 효율적이고(예를 들어, 모든 목적들을 위해 본원에 참조되어 있는 J. Phillps에 의한 2002년 3월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/098,193호 "Leak Proof Pressure Relief Valve for Secondary Batteries" 참조), 이들은 단독으로 또는 굽은 가스 배출 루트와 함께 사용할 수 있다. 많은 다른 배터리 배기 메카니즘이 당업계에 공지되어 있고, 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다.Although the cell is generally sealed from the environment, in some embodiments, the cell may be able to exhaust the gas from the battery generated during charging and discharging. A typical nickel cadmium cell exhausts the gas at about 200 PSI. In some embodiments, nickel zinc cells are designed to operate at this or higher pressures (eg, up to 300 PSI) without requiring exhaust. This may promote the recombination of any oxygen and hydrogen generated in the cell. Preferably, the cell is configured to maintain no greater than about 600 PSI of internal pressure and more preferably no greater than about 450 PSI. In another embodiment, the nickel zinc cell is designed to exhaust the gas at a relatively lower pressure. This may be suitable for releasing hydrogen and / or oxygen gas rather than promoting recombination of hydrogen and oxygen in the nickel zinc cell. The exhaust mechanism is preferably designed to allow gas emissions, but not to allow passage of electrolytes that may interfere with the renewable function of the exhaust. The use of hydrophobic membranes is efficient for this purpose (e.g., US Patent Application No. 10 / 098,193, "Leak Proof Pressure, filed March 15, 2002 by J. Phillps, which is incorporated herein by reference for all purposes). Relief Valve for Secondary Batteries), which can be used alone or in combination with a curved gas exhaust route. Many other battery exhaust mechanisms are known in the art and are suitable for use with the present invention.

사용을 위해 셀을 준비하는 것은 전형적으로 전극 구조를 변경하기 위한 하나 이상의 "포메이션" 사이클을 필요로 한다. 도 2에서, 셀의 포메이션은 단계(213)에서 달성된다. 포메이션 사이클은 전극 조성 및 셀 용량과 같은 팩터를 고려한 특정 전압-전류-시간 곡선을 따른다. 전형적인 경우에, 포메이션은 예를 들어, 약 24 내지 74 시간의 기간에 걸쳐서 다수의 셀을 동시에 충전하는 큰 전원을 사용하여 달성된다.Preparing a cell for use typically requires one or more "formation" cycles to alter the electrode structure. In FIG. 2, formation of the cell is accomplished in step 213. The formation cycle follows a specific voltage-current-time curve that takes into account factors such as electrode composition and cell capacity. In a typical case, formation is accomplished using a large power source that simultaneously charges multiple cells over a period of, for example, about 24 to 74 hours.

특정 예에서, 포메이션 및 관련 동작은 다음과 같이 수행할 수 있다. 셀은 전해질로 진공 충전되고, 2 시간 미만 동안 담궈진다(대조적으로, 니켈 카드뮴 셀은 일반적으로 24 시간 동안 담궈지지만 통상적으로 드립 충전(drip fill)된다. 2 시간이 지니기 전에, 셀은 순 100%-150%의 이론적인 용량이 24-60 시간에 걸쳐 입력되는 포메이션 충전에 배치된다. 포메이션 프로토콜은 전해질을 분포시키는 것을 돕는다고 여겨지는 방전 및 충전 단계를 포함하지만, 이 예는 이 동작 없이 실행할 수 있다. 다른 예에서, 중간-포메이션 방전이 제거된다. 셀은 단독으로 방전되거나 두 개가 연속으로 방전될 수 있지만, 제조 환경에서, 더 큰 일련의 스트링으로 셀을 충전하는 것이 더 유용하다. 포메이션 동안, 완전한 포메이션 프로세스에 대한 전압 거동(voltage behavior)을 감시하고, 중량 손실, 임피던스 값 및 개방 회로 전압을 수집하여 가능한 약한 셀을 분류하여 식별할 수 있다.In a particular example, the formation and related operations may be performed as follows. The cell is vacuum filled with electrolyte and immersed for less than 2 hours (in contrast, nickel cadmium cells are usually immersed for 24 hours but are typically drip fill. Before 2 hours, the cell is pure 100% A theoretical capacity of -150% is placed on the formation charge input over 24-60 hours The formation protocol includes the discharge and charge steps that are believed to help distribute the electrolyte, but this example can be run without this operation. In another example, the intermediate-formation discharge is eliminated, although the cells can be discharged alone or two in succession, in a manufacturing environment it is more useful to charge the cells with a larger series of strings. By monitoring the voltage behavior for the complete formation process and collecting weight loss, impedance values and open circuit voltage It may identify and classify the weak cell.

일단 포메이션이 완료되면, 모든 셀은 품질 제어 단계(215) 동안 방전되어, 각 셀의 특정 용량을 결정한다. 유사한 용량을 가지는 셀은 동일한 배터리 팩에서 사용하기 위하여 그룹화된다. 이 방식으로 배터리 팩 내의 각 셀은 실질적으로 동일한 충전량을 수신한 후 완전히 충전된다. 따라서, 충전이 완료되면, 팩 내의 셀은 상당히 부족-사용되지 않고, 팩 내의 셀은 상당히 과충전되지 않는다. 배터리의 그룹화는 애플리케이션의 특성 및 감도에 따라 2개 이상의 그룹화로 제한할 수 있다.Once the formation is complete, all cells are discharged during the quality control step 215 to determine the specific capacity of each cell. Cells with similar capacities are grouped for use in the same battery pack. In this way, each cell in the battery pack is fully charged after receiving substantially the same amount of charge. Thus, once charging is complete, the cells in the pack are not significantly under-used and the cells in the pack are not significantly overcharged. Grouping of batteries can be limited to two or more groupings depending on the characteristics and sensitivity of the application.

도 2의 동작이 일반적으로 니켈 카드뮴 셀의 제조에서 사용되는 대응하는 동작과 동일하거나 거의 유사하다는 점을 주목해야 한다. 따라서, 니켈 카드뮴 셀 제조에서의 이러한 동작을 위해 사용되는 장치 역시, 일반적으로 니켈 아연 셀 제조에서 사용할 수 있다. 그러나, 전극, 전류 컬렉터, 및 전해질 차이가 커스터마이징된 장치 또는 가공처리를 필요로 할 수 있는 점을 주목해야 한다. 예를 들어, 아연 전극은 카드뮴 전극과 함께 사용할 수 없는 구리 전류 컬렉터를 사용할 수 있다. 구리는 강철보다 더 양호한 전자 전도도를 갖지만, 제조에 있어서 문제가 있을 수 있다. 예를 들어, 전류 수집 구리 디스크를 구리 시트에 부착하는 것은 용접 동안 연속적인 압력을 제공하기 위하여 특정 레이저 용접 세팅 및 적절한 지그(jig)를 필요로 할 수 있다.It should be noted that the operation of FIG. 2 is generally the same or nearly similar to the corresponding operation used in the manufacture of nickel cadmium cells. Thus, the devices used for this operation in nickel cadmium cell manufacture can also be used generally in nickel zinc cell manufacture. However, it should be noted that electrode, current collector, and electrolyte differences may require customized equipment or processing. For example, zinc electrodes may use copper current collectors that cannot be used with cadmium electrodes. Copper has better electronic conductivity than steel, but can be problematic in manufacturing. For example, attaching a current collecting copper disk to a copper sheet may require specific laser welding settings and appropriate jigs to provide continuous pressure during welding.

본 발명에 따라 준비한 니켈 아연 셀은 전력 도구 및 UPS 애플리케이션에 대해 특히 유용한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 에너지 밀도는 약 60Wh/kg을 초과할 것이며, 연속적인 전력 밀도는 통상적으로 약 500W/kg을 초과하거나 심지어 1000W/kg을 초과한다.Nickel zinc cells prepared in accordance with the present invention can have particularly useful properties for power tools and UPS applications. For example, the energy density will exceed about 60 Wh / kg, and the continuous power density typically exceeds about 500 W / kg or even over 1000 W / kg.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 셀의 단자 극성은 소비자 전자장치를 위한 종래의 셀에 비하여 반전된다. 본원에 설명된 다수의 동일한 제조방법은 본원에 설명된 소수의 변형으로 본 실시예를 달성하는데 사용된다. 종래의 전력 셀 제조에서, 셀의 극성은 리드가 포지티브이고 캔 및 용기가 네거티브로 설정된다. 즉, 셀 어셈블리의 포지티브 전극은 리드와 전기적으로 접속되고 셀 어셈블리의 네거티브 전극은 셀 어셈블리를 유지하는 캔과 전기적으로 접속된다. 특히, 리드는 가요성 개스킷 및 역청질(bituminous) 밀봉 작용제를 사용함으로써 캔으로부터 전기적으로 절연된다.In another embodiment of the present invention, the terminal polarity of the cell is reversed compared to conventional cells for consumer electronics. Many of the same manufacturing methods described herein are used to achieve this example with a few variations described herein. In conventional power cell fabrication, the polarity of the cell is set to positive for lead and negative for can and container. That is, the positive electrode of the cell assembly is electrically connected to the lead and the negative electrode of the cell assembly is electrically connected to the can holding the cell assembly. In particular, the leads are electrically insulated from the cans by using flexible gaskets and bituminous sealing agents.

도 4a를 참조하면, 도 4a는 반대 극성 전력 셀 서브 어셈블리 실시예의 그래픽도이다. 셀 어셈블리(407)는 본원에 제공된 기술을 사용하여 제조된다. 네거티브 내부 단자(405)는 셀 어셈블리의 네거티브 전극과 전기적으로 접속된다. 니켈/아연의 전기화학적인 특정한 특성 때문에, 네거티브 내부 단자(405)는 바람직하게는 구리로 이루어진다. 전형적으로, 종래의 전력 셀은 대략 3 내지 5 mΩ(밀리옴)의 전체 임피던스를 나타낸다. 대략 0.8 mΩ은 포지티브 전류 컬렉터에 속할 수 있고, 상기 저항이 캡에 용접된다. 이것은 부분적으로 종래의 전력 셀의 전기화학성에 의한 단자의 조성 요건에 기인한다. 본 실시예에서, 상술한 방식으로 구리를 사용하면 네거티브 단자에서 약 0.5 mΩ의 상당한 임피던스 감소가 발생되므로, 더 전력 효율적 셀을 달성한다. 당업자는 이 방법이 대안적인 제조 단계를 필요로 할지라도, 구리로 유지 용기(411)의 내부면을 코팅 또는 도금하고 나서, 네거티브 전 류 수집 디스크에 접촉을 행함으로써 다소 더 높은 임피던스 셀을 구성할 수 있음을 인식할 것이다.Referring to FIG. 4A, FIG. 4A is a graphical representation of an inverse polarity power cell subassembly embodiment. Cell assembly 407 is manufactured using the techniques provided herein. The negative inner terminal 405 is electrically connected to the negative electrode of the cell assembly. Because of the electrochemical specific properties of nickel / zinc, the negative inner terminal 405 is preferably made of copper. Typically, conventional power cells exhibit an overall impedance of approximately 3 to 5 mΩ (milliohms). Approximately 0.8 mV may belong to a positive current collector and the resistance is welded to the cap. This is due in part to the compositional requirements of the terminals due to the electrochemical nature of conventional power cells. In this embodiment, the use of copper in the manner described above results in a significant impedance reduction of about 0.5 mΩ at the negative terminal, thus achieving a more power efficient cell. Those skilled in the art will be able to construct a somewhat higher impedance cell by coating or plating the inner surface of the holding vessel 411 with copper and then making contact with the negative current collection disk, although this method requires an alternative manufacturing step. It will be appreciated.

중요하게도 본 실시예 및 다른 실시예에서, 구리는 내부 단자로서 사용할 때 특히 주의할 필요가 있다. 특히, 당업계에 널리 공지되어 있는 바와 같이, 구리는 전류를 전달하는데 있어서 뿐만 아니라, 열을 전도하는데 있어서 특히 효율적이다. 이와 같이, 네거티브 전극과 내부 단자를 전기적으로 부착하는 것은 특정 제조 기술을 필요로 한다. 예시적인 실시예에서, 구리 내부 단자는 천공되고 네거티브 전극을 따른 다중 지점에서 부착되며, 상기 전극은 자체의 길이를 따라 다중 지점에서 전류 컬렉터에 부착된다. 더 넓은 영역을 활성화함으로써, 충전 및 방전 효율이 더 개선된다. 천공은 또한 전극을 위치시키는 역할을 하고, 전해질의 충전 동작 동안 스택은 전해질에 의해서 균일하게 통과하게 된다. 또 다른 실시예에서, 내부 단자는 슬롯되어 명명된 장점을 달성한다.Importantly, in this and other embodiments, copper needs special attention when used as internal terminals. In particular, as is well known in the art, copper is particularly efficient in transferring current as well as in conducting heat. As such, electrically attaching negative electrodes and internal terminals requires specific manufacturing techniques. In an exemplary embodiment, the copper inner terminal is perforated and attached at multiple points along the negative electrode, which is attached to the current collector at multiple points along its length. By activating a larger area, the charge and discharge efficiency is further improved. The perforation also serves to position the electrodes and the stack is uniformly passed by the electrolyte during the charging operation of the electrolyte. In another embodiment, the internal terminals are slotted to achieve the named advantage.

또한, 상술한 바와 같이, 구리는 네거티브 전극을 손상시키는 것을 피하기 위하여 네거티브 전극과 내부 단자를 부착하는 신규한 기술을 필요로 하는 열을 전도하는데 있어서 특히 효율적이다. 특히, 이러한 신규한 기술은 스폿 용접, 초음파 용접, 레이저 용접, 비-용접 가열 접합(예를 들어, 땜납), 압촉 접합, 또는 단자 및 전류 컬렉터 재료에 적합한 임의의 다른 유형의 전기-도전성 접합과 같은 당업계에 널리 공지되어 있는 다른 기술과 함께 사용할 수 있다.In addition, as described above, copper is particularly efficient at conducting heat, which requires novel techniques for attaching negative electrodes and internal terminals to avoid damaging the negative electrodes. In particular, this novel technique is compatible with spot welding, ultrasonic welding, laser welding, non-welding heat bonding (eg solder), pressure bonding, or any other type of electrically-conductive bonding suitable for terminal and current collector materials. The same may be used with other techniques that are well known in the art.

하나의 바람직한 실시예에서, 레이저 용접이 사용되어, 내부 단자 및 구리 전류 컬렉터 사이에 낮은 임피던스 접속을 형성한다. 특정 방법에서, 레이저 용접 은 교차 방식 또는 용접물의 수를 최소화하는 다른 트랙킹 방법으로 수행되며, 여기서 상기 레이저는 각 지점을 포착하기 위하여 내부 단자의 표면에 걸쳐 이동된다. 약 0.2 및 5 kW 사이의 전력, 약 0.5 및 4 밀리초 사이의 펄스 폭 및 약 1 및 20 Hz 사이의 펄스 주파수을 갖는 600 미크론 빔 직경을 가진 레이저 펄스를 사용하여 양호한 용접을 달성할 수 있는 것을 발견하였다. 이러한 전력 레벨 및 듀티 사이클은 Unitek Miyachi사로부터의 모델 번호 LW70A와 같은 펄싱된 Nd:YAG 레이저로 달성할 수 있다. 한 방법에서, 와인딩된 니켈- 아연 젤리 롤은 구리 전류 수집 디스크가 네거티브 전극의 노출된 구리 에지 상으로 가압되는 지그 내로 삽입된다. 그 후, 레이저 빔은 자신이 젤리-롤의 단부로 횡단할 때, 접속부를 겹침 용접(lap weld)하도록 프로그램된다. 필요로 하는 전력 레벨은 구리 전극 기판의 두께 및 전류 수집 디스크의 두께에 따라 달라진다. 셀 크기 및 전류 전달 능력에 따라 전자는 통상적으로 0.002-0.005인치 사이이고, 후자는 0.002-0.01 인치 사이이다.In one preferred embodiment, laser welding is used to form a low impedance connection between the inner terminal and the copper current collector. In a particular method, laser welding is performed in a crossover manner or other tracking method that minimizes the number of weldments, where the laser is moved across the surface of the inner terminal to capture each point. We find that good welding can be achieved using a laser pulse with a 600 micron beam diameter with a power between about 0.2 and 5 kW, a pulse width between about 0.5 and 4 milliseconds, and a pulse frequency between about 1 and 20 Hz. It was. This power level and duty cycle can be achieved with a pulsed Nd: YAG laser such as model number LW70A from Unitek Miyachi. In one method, the wound nickel-zinc jelly roll is inserted into a jig in which a copper current collection disk is pressed onto the exposed copper edge of the negative electrode. The laser beam is then programmed to lap weld the connection as it traverses to the end of the jelly-roll. The power level required depends on the thickness of the copper electrode substrate and the thickness of the current collecting disk. Depending on cell size and current carrying capacity, the former is typically between 0.002-0.005 inches and the latter is between 0.002-0.01 inches.

또 다른 실시예는 구리 내부 단자를 젤리-롤의 구리 시트에 접합하기 위하여 땜납을 사용한다. 내부 단자 및 젤리-롤은 땜납을 발생시키는 온도에서 접촉하게 된다. 어떤 실시예에서, 땜납 가능한 금속의 얇은 층이 내부 단자에 도포된다. 이 층은 단자의 한 면 또는 양 면 위에 도포되어 전체 면(들) 또는 이의 특정 영역만을 코팅한다. 금속은 전기도금, 무전극 도금, 전극과의 고온 접촉, 등에 의해 도포된다. 선택된 금속은 아연 전극과 전기화학적으로 호환 가능하고, 전형적으로 과충전 및 과방전 동안 경험하게 되는 전위에서 전해질에 접촉할 때 부식에 내성이 있어야 한다. 특정 예에서, 내부 전극은 약 0.0002 및 0.002 인치 사이의 두께를 갖는 주석 또는 주석 합금으로 하나 이상의 면 상에 코팅된다.Yet another embodiment uses solder to join the copper internal terminals to the copper sheet of the jelly-roll. The inner terminals and jelly-rolls are brought into contact at the temperature that generates the solder. In some embodiments, a thin layer of solderable metal is applied to the inner terminals. This layer is applied on one or both sides of the terminal to coat the entire face (s) or only a specific area thereof. The metal is applied by electroplating, electrodeless plating, high temperature contact with the electrodes, and the like. The metal chosen should be electrochemically compatible with the zinc electrode and typically be resistant to corrosion when contacting the electrolyte at the potential experienced during overcharge and overdischarge. In certain instances, the inner electrode is coated on one or more sides with tin or tin alloy having a thickness between about 0.0002 and 0.002 inches.

또 다른 실시예에서, 접촉은 내부 전극 및 젤리-롤의 구리 사이의 압축에 의해 행해진다. 이와 같은 압축은 완전히 조립된 셀 내의 셀 캡에 의해 제공된 하향력에 의해 제공할 수 있다. 캡을 내부 단자에 결합하기 위하여, 일부 실시예는 캡 및 내부 단자 사이에 개재된 O-링 또는 다른 엘라스토머 부재 또는 금속 스프링 디바이스를 사용한다. 특정 실시예에서, 내부 단자는 젤리-롤에 접촉하는 하나의 윙 및 셀 캡에 접촉하는 또 다른 윙을 갖는 폴딩된 단일 부재로서 제공된다. O-링 또는 다른 엘라스토머 부재 또는 구리 도금된 스테인리스강 스프링이 내부 단자의 2개의 윙 사이에 위치되어, 셀 캡이 위치될 때, 상기 셀 캡이 단자의 하나의 링으로부터 O-링으로, 그리고 젤리-롤에 접하는 단자의 제2 윙 상으로 하향력을 전달하도록 한다.In another embodiment, the contact is made by compression between the inner electrode and the copper of the jelly-roll. Such compression may be provided by the downward force provided by the cell cap in the fully assembled cell. To couple the cap to the inner terminal, some embodiments use an O-ring or other elastomeric member or metal spring device interposed between the cap and the inner terminal. In certain embodiments, the inner terminal is provided as a single folded member having one wing in contact with the jelly-roll and another wing in contact with the cell cap. An O-ring or other elastomeric member or copper plated stainless steel spring is positioned between the two wings of the inner terminal so that when the cell cap is positioned, the cell cap is from one ring of the terminal to the O-ring and jelly -Transfer the downward force onto the second wing of the terminal in contact with the roll.

도 4a로 돌아와서, 포지티브 내부 단자(409)는 당업계에 널리 공지되어 있는 기술을 사용하여 포지티브 전극과 전기적으로 접속된다. 그 후, 전력 셀 제조는 본원에 설명된 제조 기술을 사용하여 진행된다. 설명을 위하여, 도 4b는 상술한 실시예를 더 명확하게 하기 위해 제공된다. 특히, 도 4b는 반대 극성 전력 셀 서브 어셈블리 실시예의 그래픽 단면도이다. 특히, 도 4b는 네거티브 외부 단자(예를 들어, 리드(401))를 포지티브 외부 단자(예를 들어, 캔(409))로부터 전기적으로 절연시키는 역할을 하는 절연 개스킷(403)의 위치를 도시한다. 본 실시예에서 전기적 절연을 달성하기 위하여 다양한 재료를 사용할 수 있을 것으로 생각한다.Returning to FIG. 4A, the positive internal terminal 409 is electrically connected to the positive electrode using techniques well known in the art. Thereafter, power cell fabrication proceeds using the fabrication techniques described herein. For the sake of explanation, FIG. 4B is provided to clarify the above-described embodiment. In particular, FIG. 4B is a graphical cross-sectional view of an opposite polarity power cell subassembly embodiment. In particular, FIG. 4B shows the location of an insulating gasket 403 that serves to electrically insulate the negative external terminal (eg, lead 401) from the positive external terminal (eg, can 409). . It is contemplated that various materials may be used in this embodiment to achieve electrical isolation.

본 발명 및 상기 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 실행에서의 다수의 변경 및 변형이 당업자에 의해 행해질 것이라고 기대된다. 이와 같은 변경 및 변형은 다음의 청구항 내에 포함된다.The present invention and the presently preferred embodiments of the present invention have been described in detail. It is anticipated that many variations and modifications in the practice of the invention will be made by those skilled in the art. Such modifications and variations are included in the following claims.

본원에 인용된 모든 참조문헌의 전체 명세서는 모든 목적들 위하여 참조되어 있다.The entire specification of all references cited herein is incorporated for all purposes.

Claims (39)

재충전 가능한 전력 셀을 제조하는 방법에 있어서: A method of manufacturing a rechargeable power cell, comprising: 아연 네거티브 전극 재료를 제1 도전성 캐리어에 도포하여 제1 전극 시트를 형성하는 단계; Applying a zinc negative electrode material to the first conductive carrier to form a first electrode sheet; 실질적으로 건조 상태의 니켈 포지티브 전극 재료를 제2 도전성 캐리어에 도포하여 제2 전극 시트를 형성하는 단계; Applying a substantially dry nickel positive electrode material to the second conductive carrier to form a second electrode sheet; 상기 제1 전극 시트 및 제2 전극 시트 사이에 하나 이상의 세퍼레이터를 배치해서 상기 제1 전극 시트와 제2 전극 시트 및 하나 이상의 세퍼레이터 시트 형태를 적층하여 셀 어셈블리를 형성하는 단계; 및 Disposing one or more separators between the first electrode sheet and the second electrode sheet to form a cell assembly by laminating the first electrode sheet, the second electrode sheet, and one or more separator sheets; And 상기 셀 어셈블리를 와인딩 또는 폴딩하여 재충전 가능한 전력 셀의 폼 팩터(form factor)와 일반적으로 대응하는 폼 팩터를 갖는 3차원 구조를 형성하는 단계를 포함하는 제조방법.Winding or folding the cell assembly to form a three-dimensional structure having a form factor generally corresponding to the form factor of the rechargeable power cell. 제1항에 있어서, 상기 재충전 가능한 전력 셀은 원통형 셀인 제조방법.The method of claim 1, wherein the rechargeable power cell is a cylindrical cell. 제1항에 있어서, 상기 재충전 가능한 전력 셀은 각기둥형 셀인 제조방법.The method of claim 1, wherein the rechargeable power cell is a prismatic cell. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 전극 재료는 실질적으로 건조 상태로 제1 도전성 캐리어에 도포되는 제조방법.The method of claim 1, wherein the negative electrode material is applied to the first conductive carrier in a substantially dry state. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 전극 재료는 페이스 또는 슬러리로서 제1 도전성 캐리어에 도포되는 제조방법.The method of claim 1, wherein the negative electrode material is applied to the first conductive carrier as a face or slurry. 제1항에 있어서, 상기 니켈 포지티브 전극 재료는 실질적으로 분산제 및 유기 페이스팅 보조제가 없는 제조방법.The method of claim 1, wherein the nickel positive electrode material is substantially free of dispersant and organic pasting aid. 제1항에 있어서, 상기 니켈 포지티브 전극 재료는 바인더를 포함하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the nickel positive electrode material comprises a binder. 제7항에 있어서, 상기 바인더는 플루오로화 폴리올레핀인 제조방법.8. The method of claim 7, wherein said binder is a fluorinated polyolefin. 제7항에 있어서, 상기 바인더는 약 0.1 중량% 내지 5 중량% 사이의 레벨로 상기 니켈 포지티브 전극 재료 내에 존재하는 제조방법.The method of claim 7, wherein the binder is present in the nickel positive electrode material at a level between about 0.1 wt% and 5 wt%. 제1항에 있어서, 제1 내부 단자를 셀 어셈블리의 제1 단부와 부착하여 네거티브 전극만이 상기 제1 내부 전극과 전기적으로 연결되도록 하는 단계;The method of claim 1, further comprising: attaching a first inner terminal to the first end of the cell assembly such that only a negative electrode is electrically connected to the first inner electrode; 제2 내부 단자를 셀 어셈블리의 제2 단부와 부착하여 포지티브 전극만이 상기 제2 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계;Attaching a second internal terminal to the second end of the cell assembly such that only a positive electrode is electrically connected to the second internal terminal; 상기 셀 어셈블리를 유지 용기 내로 삽입하는 단계;Inserting the cell assembly into a holding vessel; 상기 셀 어셈블리를 포함하는 유지 용기를 전해질로 충전하는 단계; 및Filling the holding vessel containing the cell assembly with an electrolyte; And 상기 유지 용기를 밀봉하여 전해질 및 셀 어셈블리가 실질적으로 주변환경으로부터 격리되도록 하는 단계를 더 포함하는 제조방법.Sealing the holding vessel such that the electrolyte and cell assembly are substantially isolated from the environment. 제10항에 있어서, 상기 제1 단자 및 제2 단자 중 하나 이상은 스폿 용접 수법, 레이저 용접 수법, 음파 용접 수법, 가압 접촉 수법 및 땜납 수법 중 하나에 의해 셀 어셈블리에 부착되는 제조방법.The method of claim 10, wherein at least one of the first terminal and the second terminal is attached to the cell assembly by one of a spot welding method, a laser welding method, an acoustic wave welding method, a pressure contact method, and a solder method. 제1항에 있어서, 규정된 충전 곡선에 따라 상기 재충전 가능한 전력 셀을 최초에 충전하는 단계;The method of claim 1, further comprising: initially charging the rechargeable power cell according to a defined charging curve; 상기 재충전 가능한 전력 셀을 개별적으로 검사하여 상기 재충전 가능한 전력 셀이 충전/방전 유사성에 의해 그룹화되도록 하는 단계를 더 포함하는 제조방법.Individually inspecting the rechargeable power cells to cause the rechargeable power cells to be grouped by charge / discharge similarity. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 전극 재료는 ZnO, 아연 또는 아연 합금, 산화 비스무드 및 산화 알루미늄으로 이루어지는 제조방법.The method of claim 1, wherein the negative electrode material consists of ZnO, zinc or zinc alloy, bismuth oxide, and aluminum oxide. 제1항에 있어서, 상기 포지티브 전극 재료는 수산화 니켈 및/또는 옥시하이드록사이드, 산화 아연, 산화 코발트, 및 바인더로 이루어지는 제조방법.The method of claim 1, wherein the positive electrode material consists of nickel hydroxide and / or oxyhydroxide, zinc oxide, cobalt oxide, and a binder. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 전극 재료는 칼슘 아연산염 또는 산화 아연, 아연 금속 또는 아연 합금, 산화 비스무드, 산화 알루미늄, 바인더, 및 입자의 응집을 감소시키도록 하는 분산제로 이루어지고, 상기 포지티브 전극 재료는 수산화 니켈 및/또는 옥시하이드록사이드, 산화 아연, 산화 코발트, 및 바인더로 이루어지는 제조방법.The negative electrode material of claim 1, wherein the negative electrode material is composed of calcium zincate or zinc oxide, zinc metal or zinc alloy, bismuth oxide, aluminum oxide, a binder, and a dispersant to reduce agglomeration of particles, and the positive electrode The material consists of nickel hydroxide and / or oxyhydroxide, zinc oxide, cobalt oxide, and a binder. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전성 캐리어는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 제조방법.The method of claim 1, wherein the first conductive carrier is made of copper or a copper alloy. 제16항에 있어서, 제1 도전성 캐리어는 청공된 구리 또는 구리 합금 또는 연신된 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 제조방법.17. The method of claim 16, wherein the first conductive carrier consists of a clarified copper or copper alloy or elongated copper or copper alloy. 제1항에 있어서, 상기 제2 도전성 캐리어는 니켈로 이루어지는 제조방법.The method of claim 1, wherein the second conductive carrier is made of nickel. 제1항에 있어서, 제1 내부 단자를 셀 어셈블리의 제1 단부와 부착하여 네거티브 전극만이 상기 제1 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계;The method of claim 1, further comprising: attaching a first inner terminal to the first end of the cell assembly such that only a negative electrode is electrically connected to the first inner terminal; 제2 내부 단자를 셀 어셈블리의 제2 단부와 부착하여 포지티브 전극만이 상기 제2 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계;Attaching a second internal terminal to the second end of the cell assembly such that only a positive electrode is electrically connected to the second internal terminal; 셀 캡 단자를 제1 내부 단자에 부착하는 단계; 및Attaching a cell cap terminal to the first internal terminal; And 상기 셀 어셈블리를 유지 용기 내로 삽입하고 제2 내부 단자를 유지 용기에 부착함으로써, 상기 셀이 네거티브 캡을 가지도록 하는 단계를 더 포함하는 제조방법.Inserting the cell assembly into a holding vessel and attaching a second internal terminal to the holding vessel such that the cell has a negative cap. 제1항에 있어서, 하나 이상의 세퍼레이터 시트는 하나 이상의 나일론 층 및 하나 이상의 미소공성 폴리올레핀 층을 포함하는 적어도 2개의 층을 포함하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the at least one separator sheet comprises at least two layers comprising at least one nylon layer and at least one microporous polyolefin layer. 제1항에 있어서, 상기 네거티브 전극 재료는 최대 1 중량%의 탄산염을 갖는 산화 아연을 포함하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the negative electrode material comprises zinc oxide having up to 1% by weight of carbonate. 제1항에 있어서, 약 200℃ 이상의 온도로 상기 네거티브 전극을 가열하는 단계를 더 포함하는 제조방법.The method of claim 1, further comprising heating the negative electrode to a temperature of about 200 ° C. or higher. 재충전 가능한 전력 셀을 제조하는 방법에 있어서:A method of manufacturing a rechargeable power cell, comprising: 아연 네거티브 전극 재료를 제1 도전성 캐리어에 도포하여 제1 전극 시트를 형성하는 단계;Applying a zinc negative electrode material to the first conductive carrier to form a first electrode sheet; 니켈 포지티브 전극 재료를 제2 도전성 캐리어에 도포하여 제2 전극 시트를 형성하는 단계;Applying a nickel positive electrode material to the second conductive carrier to form a second electrode sheet; 상기 제1 전극 시트 및 제2 전극 시트 사이에 하나 이상의 세퍼레이터 시트를 배치해서 상기 제1 전극 시트와 제2 전극 시트 및 하나 이상의 세퍼레이터 시트 형태를 적층하여 셀 어셈블리를 형성하는 단계;Arranging at least one separator sheet between the first electrode sheet and the second electrode sheet to form a cell assembly by laminating the first electrode sheet, the second electrode sheet, and at least one separator sheet; 상기 셀 어셈블리를 와인딩 또는 폴딩하여 재충전 가능한 전력 셀의 폼 팩터와 일반적으로 대응하는 폼 팩터를 갖는 3차원 구조를 형성하는 단계; 및Winding or folding the cell assembly to form a three-dimensional structure having a form factor generally corresponding to the form factor of the rechargeable power cell; And 제1 내부 단자를 상기 셀 어셈블리의 제1 단부에 압축 접합하여 네거티브 전극만이 상기 제1 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계를 포함하는 제조방법.And compression bonding a first internal terminal to the first end of the cell assembly such that only a negative electrode is electrically connected to the first internal terminal. 제23항에 있어서, 제2 내부 단자를 셀 어셈블리의 제2 단자에 부착하여 포지티브 전극만이 상기 제2 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계를 더 포함하는 제조방법.24. The method of claim 23, further comprising attaching a second internal terminal to the second terminal of the cell assembly such that only a positive electrode is electrically connected to the second internal terminal. 제24항에 있어서, 상기 내부 단자 중 하나 이상은 천공된 디스크, 슬롯 형성된 디스크 또는 H-형 구조를 포함하는 제조방법.25. The method of claim 24, wherein at least one of the inner terminals comprises a perforated disk, a slotted disk or an H-shaped structure. 제23항에 있어서, 상기 제1 내부 단자는 완전히 조립된 재충전 가능한 전력 셀 내의 셀 캡에 의해 제공되는 하향력에 의하여 셀 어셈블리의 제1 단부와 압축되어 유지되는 제조방법.24. The method of claim 23, wherein the first internal terminal is kept compressed with the first end of the cell assembly by the downward force provided by the cell cap in the fully assembled rechargeable power cell. 제26항에 있어서, 상기 압축은 셀 캡 및 내부 단자 사이에 개재된 엘라스토머 부재 또는 스프링 디바이스에 의해 유지되는 제조방법.27. The method of claim 26, wherein the compression is maintained by an elastomeric member or a spring device interposed between the cell cap and the inner terminal. 제23항에 있어서, 상기 셀 어셈블리를 유지 용기 내로 삽입하는 단계;24. The method of claim 23, further comprising: inserting the cell assembly into a holding vessel; 상기 셀 어셈블리를 포함하는 유지 용기를 전해질로 충전하는 단계; 및Filling the holding vessel containing the cell assembly with an electrolyte; And 상기 유지 용기를 밀봉하여 상기 전해질 및 셀 어셈블리가 실질적으로 주변환경으로부터 격리되도록 하는 단계를 더 포함하는 제조방법.Sealing the holding vessel such that the electrolyte and cell assembly is substantially isolated from the environment. 제23항에 있어서, 상기 재충전 가능한 전력 셀은 원통형 셀인 제조방법.The method of claim 23, wherein the rechargeable power cell is a cylindrical cell. 제23항에 있어서, 상기 재충전 가능한 전력 셀은 각기둥형 셀인 제조방법.24. The method of claim 23, wherein said rechargeable power cell is a prismatic cell. 제23항에 있어서, 상기 네거티브 전극 재료는 산화 아연, 아연 또는 아연 합금, 산화 비스무드 및 산화 알루미늄으로 이루어지는 제조방법.24. The method of claim 23, wherein the negative electrode material consists of zinc oxide, zinc or zinc alloy, bismuth oxide, and aluminum oxide. 제23항에 있어서, 상기 포지티브 전극 재료는 수산화 니켈 및/또는 옥시하이드록사이드, 산화 아연, 산화 코발트, 및 바인더로 이루어지는 제조방법.24. The method of claim 23, wherein said positive electrode material is comprised of nickel hydroxide and / or oxyhydroxide, zinc oxide, cobalt oxide, and a binder. 제23항에 있어서, 상기 네거티브 전극 재료는 칼슘 아연산염 또는 산화 아연, 아연 금속 또는 아연 합금, 산화 비스무드, 산화 알루미늄, 바인더 및 입자의 응집을 감소시키도록 하는 분산제로 이루어지고, 상기 포지티브 전극 재료는 수산화 니켈 및/또는 옥시하이드록사이드, 산화 아연, 산화 코발트 및 바인더로 이루어 지는 제조방법.24. The positive electrode material of claim 23, wherein the negative electrode material is comprised of calcium zincate or zinc oxide, zinc metal or zinc alloy, bismuth oxide, aluminum oxide, a binder, and a dispersant to reduce agglomeration of the particles. Is nickel hydroxide and / or oxyhydroxide, zinc oxide, cobalt oxide and a binder. 제23항에 있어서, 상기 제1 도전성 캐리어는 천공된 구리 또는 구리 합금 또는 연신된 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 제조방법.The method of claim 23, wherein the first conductive carrier consists of perforated copper or copper alloy or elongated copper or copper alloy. 제23항에 있어서, 상기 제2 도전성 캐리어는 니켈로 이루어지는 제조방법.The method of claim 23, wherein the second conductive carrier is made of nickel. 제23항에 있어서, 제2 내부 단자를 셀 어셈블리의 제2 단부와 부착하여 포지티브 전극만이 상기 제2 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계;24. The method of claim 23, further comprising: attaching a second internal terminal to the second end of the cell assembly such that only a positive electrode is electrically connected to the second internal terminal; 셀 캡 단자를 제1 내부 단자에 부착하는 단계; 및Attaching a cell cap terminal to the first internal terminal; And 셀 어셈블리는 유지 용기 내로 삽입하고 제2 내부 단자를 유지 용기에 부착함으로써, 셀이 네거티브 캡을 가지도록 하는 단계를 더 포함하는 제조방법.The cell assembly further comprises inserting into the holding vessel and attaching a second internal terminal to the holding vessel such that the cell has a negative cap. 제23항에 있어서, 상기 네거티브 전극 재료는 최대 약 1 중량%의 탄산염을 갖는 산화 아연을 포함하는 제조방법.The method of claim 23, wherein the negative electrode material comprises zinc oxide having up to about 1 weight percent carbonate. 제23항에 있어서, 약 200℃ 이상의 온도로 상기 네거티브 전극을 가열하는 단계를 더 포함하는 제조방법.The method of claim 23, further comprising heating the negative electrode to a temperature of about 200 ° C. or higher. 재충전 가능한 전력 셀을 제조하는 방법에 있어서:A method of manufacturing a rechargeable power cell, comprising: 아연 네거티브 전극 재료를 제1 도전성 캐리어에 도포하여 제1 전극 시트를 형성하는 단계;Applying a zinc negative electrode material to the first conductive carrier to form a first electrode sheet; 니켈 포지티브 전극 재료를 제2 도전성 캐리어에 도포하여 제2 전극 시트를 형성하는 단계;Applying a nickel positive electrode material to the second conductive carrier to form a second electrode sheet; 상기 제1 전극 시트 및 제2 전극 시트 사이에 하나 이상의 세퍼레이터 시트를 배치해서 상기 제1 전극 시트와 제2 전극 시트 및 하나 이상의 세퍼레이터 시트 형태를 적층하여 셀 어셈블리를 형성하는 단계;Placing at least one separator sheet between the first electrode sheet and the second electrode sheet to form a cell assembly by laminating the first electrode sheet, the second electrode sheet, and at least one separator sheet; 상기 셀 어셈블리를 와인딩 또는 폴딩하여 재충전 가능한 전력 셀의 폼 팩터와 일반적으로 대응하는 폼 팩터를 갖는 3차원 구조를 형성하는 단계; 및Winding or folding the cell assembly to form a three-dimensional structure having a form factor generally corresponding to the form factor of the rechargeable power cell; And 제1 내부 단자를 상기 셀 어셈블리의 제1 단부에 땜납하여 네거티브 전극만이 상기 제1 내부 단자와 전기적으로 연결되도록 하는 단계를 포함하며, 상기 땜납 이전에, 상기 제1 내부 단자에는 땜납 코팅이 제공되는 제조방법.Soldering a first inner terminal to the first end of the cell assembly such that only a negative electrode is electrically connected with the first inner terminal, wherein prior to the soldering, the first inner terminal is provided with a solder coating Manufacturing method.
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