CN101208818A - 镍锌电池设计 - Google Patents

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Abstract

描述了镍锌圆柱形电池设计。所提供的设计限制枝晶形成并防止电池内氢气的积累。本发明还提供快速放电应用所需的低阻抗电池。圆柱形电池可以具有与传统电池相反的极性，具有负的帽和正的罐。圆柱形电池可以包括凝胶电解质储存器。

Description

镍锌电池设计
技术领域
[0001]本发明涉及可再充电电池技术，更具体地涉及镍锌可再充电电池设计。
背景技术
[0002]允许各种移动连接的便携式通信和计算装置的出现促进了可再充电电池领域的发展和创新。容量和功率提高后使得可再充电电源可以进入包括电动工具场合的各个领域。因为电力工具通常具有大电流需求，所以必需发展可再充电电源以适应快速的放电特性。可以理解，本发明也发现用于除了电动工具之外的应用例如连续电源(UPS)、电动车辆、以及高消费需求的电子设备-所有这些均需要高载容量和电流放电能力。当然，本发明也适用于相对较低放电速率的应用例如许多主流消费电子应用。
[0003]由于用于传统可再充电电源的一些常用材料具有危险性，希望制造一种能够降低任何潜在危险材料量的可再充电电源。特别地，希望找到一种替代广泛使用的镍镉(NiCd)电池的代替品。
[0004]可再充电镍锌(NiZn)电池以合理的成本提供了比得上且甚至超过镍镉电池的功率重量比。可是，还没有广泛地使用镍锌电池技术，部分是由于发现其具有相对有限的循环寿命。换句话说，给出的镍锌电池只能够充电和放电可比较镍镉电池所通常获得的循环的一小部分。这是由于锌分布和枝晶形成的缘故。电解质组合物的各种进展和其它化学改进已减少了这些问题，但是它们仍是电池设计中的重要考虑事项。
[0005]当允许NiZn电池比NiCd和Ni金属氢化物电池提供更多的功率密度时，相对于镉和金属氢化物电极，锌的负热力学电势提出了传统电池设计没有提出的另外的问题。首先，镍锌电池更容易氢化。另外，与传统NiCd电池中的负极相关联的主导电通路是镀镍钢。镀镍钢与锌负电极不相容。
[0006]因此需要一种镍锌电池设计，其利用电池化学性质提供的改善性能，仍具有长的循环寿命，能防止氢积累，并且解决各种其它难题。
发明内容
[0007]本发明通过提供镍锌电池设计实现上述优势，在一个或多个方面，该镍锌电池设计限制枝晶形成，允许低阻抗铜导电通路并限制氢气在电池内积累。本发明也提供快放电应所用要的低阻抗电池。
[0008]在某些实施例中，本发明的电池包括锌负极、镍正极、分隔正极和负极的隔板、以及电解质的圆柱形组件。
[0009]本发明的电池包括含锌的负极和含镍的正极。在优选的实施例中，低碳酸盐氧化锌用于锌电极中。此外，在优选的实施例中，正极是低碳酸盐正极。在一些实施例中，低碳酸盐正极是经干燥处理的电极。在一些实施例中，低碳酸盐组合物(component)包含不超过约1重量％的碳酸盐。
[0010]在优选的实施例中，隔板包括防止锌枝晶形成的阻挡层和在正极保持水合作用的润湿层。在一些实施例中，阻挡层与正极相邻，润湿层与负极相邻。在其它实施例中阻挡层与负极相邻，润湿层与正极相邻。在一些实施例中，使用单种隔板材料从而既防止锌枝晶形成又起到润湿层的作用。
[0011]在某些实施例中，本发明的电池还包括负集电元件和正集电元件，在圆柱形电池的情况下，所述集电元件通常是圆盘。在一些实施例中，电连接负集电盘和负极的负集电器弯曲或卷曲以形成用于附着负集电盘的基本平坦和/或连续的表面。这可以通过从该区域去除一些材料来促进弯曲，从而获得改善的折叠。所产生的表面便于集电器和集电盘更好地附着，从而提高了可靠性并降低了电池电阻抗。
[0012]在某些实施例中，负集电盘由选自铜、黄铜和锡中的至少一种制成。在优选的实施例中，负集电盘由铜制成。在一个实施例中，负集电盘包括其底部镀锡的铜盘。在这个实施例中，镀锡的铜盘可以热粘接或焊接到负集电器上。
[0013]将集电盘成形为允许附着到集电器上并且允许向圆柱形组件中添加电解质。根据各种实施例，集电盘可以是穿孔的或未穿孔的圆形盘。在一个实施例中，负集电盘是在圆周上具有三角形凹口的圆盘。在另一个实施例中，负集电盘是具有中心孔的环形以允许电解质接触圆柱形组件的中心。在这个实施例中，可将正集电盘穿孔以允许均匀的电解质分布。在一种布置中，圆盘开槽有放射状开口部并与垂直电能导流器相连接，所述垂直电能导流器与旋绕电极的边缘紧密接触。例如通过使用基于毫秒脉冲焊接技术的逆换器，使得可以与镍和铜集电器都形成牢固结合。在一些实施例中，垂直延伸部在集电盘的平坦截面之上突出，并且将集电盘在电池中定位使得平坦截面与卷绕电极中的集电器接触并且垂直延伸部与端部端子(帽或罐)电接触。
[0014]在一些情况下，使用非焊接压力接触。在某些实施例中，两个圆形盘(铜或其它合适的材料)通过弯曲的金属条(例如铜)连接在一起。上盘电阻焊接到圆柱形电池(例如次C电池)的帽上并且对下盘施压(通过铜条的弹簧作用)以与胶卷卷绕体电连接。在某些实施例中，该金属条可以是镀铜、镀锡或镀有具有高过氢电势的另一保护金属的钢条。可选择地，该金属条可用增压橡胶环或耐碱性介质的“o”形环来代替。
[0015]相似的接触结构可适用于正极。在这样的情况下，接触表面可使用由相似的金属条装置增压的两个互连的镍圆盘。接触表面可通过向着电极卷绕中心折叠未带涂层泡沫镍而形成，以产生高平表面从而促进集电盘的焊接接触或增压接触。在某些实施例中，圆盘电镀有钴。应当理解，当本文使用术语“集电盘”时，其应当覆盖各种形状的集电体，其中一些仅稍微偏离圆盘形状而且其中的另一些更严重地偏离(例如，在棱柱形电池中与电极一起使用的集电体)。
[0016]本发明的电池可包括凝胶电解质储存器。在某些实施例中，该储存器位于电池的底部，在电极/隔板胶卷卷绕的下部以下。
[0017]在优选的实施例中，本发明的电池与传统的圆柱形电池极性相反，帽是负的，罐是正的。
[0018]本发明的电池可通过各种方式促进氢氧复合。在优选的实施例中，氧复合率维持在至少约150mA。在一些实施例中，通过在各种复合表面添加催化剂来促进复合。在一些实施例中，通过在缺乏的条件下运转电池来促进复合。
[0019]本发明的这些和其它特征和优点将在下面参考相关附图来进行详细描述。
附图说明
[0020]通过参考下列结合附图的说明能够更全面地理解本发明，其中：
图1a示出相据本发明一个实施例的电池的分解图。
图1b是图1a中示出的电池的横截面图。
图2是在卷绕之前的电板和隔板层的图示。
图3是圆柱形“胶卷卷绕”组件中的电极和隔板层的图示。
图4是圆柱形组件中的一系列电极和隔板层的横截面图示。
图5a和图5b是根据本发明各种实施例的在圆柱形组件的负极端弯曲集电器的图示。
图6a和图6b是根据本发明各种实施例的集电盘的图示。
图7a是根据本发明的一个实施例的正集电盘的图示。
图7b是根据本发明的一个实施例的罐中的圆柱形电极/隔板组件和集电盘的图示。
图8是根据本发明的一个实施例的罐中的圆柱形组件和凝胶储存器的图示。
图9是电解质填充工序期间圆柱形组件、罐以及帽的图示。
图10是根据本发明一个实施例的帽和排气口结构的图示。
[0021]在图中相似的参考标记表示相似的结构元件。而且，应理解，图中的描绘并不一定按比例绘制。
具体实施方式
[0022]本发明涉及镍锌电池设计。如上面所指出，镍锌电池设计出现传统可再充电电池设计提出的几个问题。这些问题包括锌电极的锌枝晶形成和重新分布(“形状改变”)，铜导电通路的使用，以及锌电极氢化的倾向。
[0023]下面将参照图1-10讨论本发明这方面的实施例。然而，本领域技术人员容易理解，在这里参照这些附图给出的详细说明是用于解释的目的，因为发明延伸至这些限制实施例之外。
[0024]图1a和1b是根据本发明一个实施例的圆柱形电池的主要部件的图示，图1a示出电池的分解图。电极和电解质层在圆柱形部件101中(也称为“胶卷卷绕(jelly roll)”)。负集电盘103和正集电盘105附着在圆柱形部件101的两个相对端部上。通过负集电盘与负极电连接以及正集电盘与正极电连接，负集电盘和正集电盘起到内部端子的作用。帽109和罐113是外部端子。负集电盘103包括用以将负集电盘103和帽109相连接的接头107。正集电盘105与帽113电连接。图1a和1b所示的实施例具有与传统NiCd电池相反的极性，其中，帽是负的，罐是正的。在其它实施例中，极性与传统设计保持相同-具有正极帽。返回到该图，垫圈111靠在加强筋115上并且使帽109与罐113电绝缘。请注意，虽然图1a和1b示出了圆柱形电池设计，但是本发明当然不限制于圆柱形电池。通过微小的修改，对本领域技术人员来说显而易见的，这里描绘和记述的各种设计可以扩展到棱柱形的电池。
[0025]图2是在卷绕之前的电极和隔板层的图示。负极201通过隔板211与正极221隔离。负极201包括在载体片上的合适的电化学活性的锌化合物，通常为氧化锌和/或金属锌。也可以使用其它电化学活性的锌化合物例如锌酸钙。如上面所讨论，锌和锌化合物比更常用的镉化合物危险明显较小。
[0026]在某些实施例中，氧化锌是低碳酸盐氧化锌。碳酸盐的存在会中和电解质并妨碍高速放电。以引用方式并入本文的2004年8月17日提交的美国专利申请No.10/921,062(J.Phillips)描述了低碳酸盐锌电极的制造。如所指出，在这种组合物中，碳酸盐的含量优选不大于约1重量％。
[0027]除了氧化锌或其它电化学活性锌源，负极可包括促进电极中特定过程的其它材料，所述过程例如离子传输、电子传输、润湿、孔隙率、结构的整体性、活性材料溶解性等。例如，在一些实施例中，负极包括另一种氧化物例如氧化铋、氧化铟、和/或氧化铝。氧化铋和氧化铟趋向与锌混合并减少电极的气体处理。
[0028]参见上文，美国专利申请No.10/921,062描述了由除氧化锌之外还包含添加剂的浆料制造负极的方法。在特定的实施例中，浆料包含氧化铋、氧化铝、羟乙基纤维素(HEC)和分散剂。在一些实施例中，还包含氧化铟。各种其它配方设计也是可行的，包括那些使用其它形态的锌，例如锌酸钙或其前体(例如，氧化钙和氧化锌)。其它电极配方设计包括各种无机氟化物、无机纤维例如氧化铝-硅石纤维、和有机纤维例如棉束等。
[0029]在下列文献中描述了其它负极组合物(composition)，其中的每一个都以引用方式并入本文：PCT公开No.WO02/39517(J.Phillips)，PCT公开No.WO02/039520(J.Phillips)、PCT公开No.WO02/39521、PCT公开No.WO02/039534以及(J.Phillips)、美国专利公开No.2002182501。在上述参考文献中的负极添加剂包括例如硅石以及各种碱土金属、过渡金属、重金属和贵金属的氟化物。
[0030]用于负极的载体(其也可以起集电器的作用)应当是与负极材料电化学相容的。载体片可以以各种结构形式提供，所述结构形式包括穿孔金属片、金属网以及泡沫金属。为了选择特定结构形式使用的标准是成本、易于涂敷、以及促进电化学活性电极材料与集电器之间电子传输的能力。对于锌电极，例如，载体材料优选是穿孔金属片或金属网形式的铜或铜合金。在一些实施例中，集电器可以被涂上锡、铅或与锌更相容的其它材料层，因为它不会促进锌的腐蚀。此外，可能希望涂敷材料具有高氢化过电势。这些材料可以通过任何不同的方法例如电镀、浸渍在熔化的金属中、层压等涂在集电器上。在特定的实施例中，负集电器是涂有约0.00005和0.001英寸之间的厚度的锡或锡合金的铜或铜合金。
[0031]在优选实施例中，对于穿孔金属片1载体的厚度在约2密耳和5密耳之间，但是对于金属网1在2密耳和20密耳之间。泡沫金属基板可以在15密耳和60密耳之间。在特别优选的实施例中，载体是3密耳-4密耳厚的穿孔的铜。对于负极厚度的特定范围，包括载体金属、氧化锌和其它负极材料大约是10密耳至24密耳。
[0032]虽然对于镍锌电池系统可以有一些重要的最优化，但是正极221优选，具有与在传统的镍镉电池中制造镍电极所使用的相似的组合物。虽然也可以使用氧化镍或氢氧化正镍，但是电化学活性材料优选是氢氧化镍(Ni(OH)2)。
[0033]氧化锌和氧化钴可以用于正极中，以通过产生穿过正极材料的导电通路来提高电荷迁移效率。在特定实施例中，这些氧化物可以与其一起沉淀或锁入到不能溶解的镍材料的基体中以防止它们从正极滤出。
[0034]如果在正极中使用钴金属，优选以约1重量％至10重量％之间的浓度存在。这个浓度范围适合宽范围的放电速率(例如，锌电极表面区域大约0.001至0.4/cm2)。在典型的高速应用(例如，锌电极表面区域以约0.01至0.4/cm2进行放电)，正极中钴金属的浓度在约4-10重量％之间。在典型的低速应用中，钴金色属的浓度在约1-5重量％之间，锌电极表面区域以约0.001至0.01/cm2进行放电。添加剂可以被提供在电解质和/或电极中以减少钴的迁移。
[0035]如上面所建议，氧化钴也可以(或可选择地)被添加到材料中以提高导电率。请注意，在商业的镍镉电池中，游离的氧化钴通常在正极混合物中使用。
[0036]优选使用泡沫镍基体以支撑电活性镍(例如，Ni(OH)2)电极材料。在一个实施例中，可以使用可由Inco有限公司购买的泡沫镍。通过泡沫镍到Ni(OH)2(或其它电化学活性材料)的扩散路径应当短以适合要求高放电速率的应用。在高速率下，离子穿透泡沫镍要花费的时间很重要。正极的宽度，包括用Ni(OH)2(或其它电化学活性材料)以及其它电极材料填充的泡沫镍，应当被最优化从而使泡沫镍为Ni(OH)2材料提供充分空隙空间，同时保持离子通过泡沫到Ni(OH)2的扩散路径很短。泡沫基板厚度可以在15密耳和60密耳之间。在优选的实施例中，正极的厚度，包括用电化学活性以及其它电极材料填充的泡沫镍，范围从约16密耳-24密耳。在特别优选的实施例中，正极约20密耳厚。
[0037]应当最优化泡沫镍的密度以确保电化学活性材料均匀地穿透泡沫的空隙空间。在优选的实施例中，使用密度范围从约300-500g/m2的泡沫镍。更优选的范围在约350-500g/m2之间。在特别优选的实施例中，使用密度为约350g/m2的泡沫镍。随着电极层的宽度减少，可使得泡沫较不密集以确保具有充分的空隙空间。在优选的实施例中，使用密度约350g/m2的泡沫镍以及厚度范围从约16密耳-18密耳。
[0038]下列文献中描述了几个正极组合物，其中的每一个都以引用的方式并入本文：PCT公开No.WO02/039534(J.Phillips)(Ni(OH)2、CoO和钴金属粉末共同沉淀)以及(J.Phillips)2002年3月15日提交的美国专利公开No.20020192547(氟化物添加剂)。
[0039]在一些实施例中，可用材料涂敷正极以防止其破裂、剥落、或者另外机械地退化。在一些实施例中涂层可以是聚合物的或弹性的材料。例子包括聚乙烯醇(PVA)和磺化聚苯乙烯。可以通过浸渍在包含涂层材料的溶液中、刷涂材料、或喷涂材料的溶液等来提供涂层。
[0040]制造电极的方法包括湿法和干法。在上述美国专利申请No.10/921,062中描述了湿法。然而，湿法可能会引入有机材料到泡沫镍基体中。由于这些有机材料降低导电率，所以不期望它们存在。在优选实施例中，正极是通过不使用大量的水或其它液体的干法制成。氢氧化镍、镍和钴粉末的组分材料用合适的粘结剂一起干式混合并被引入到送料斗中。泡沫镍的连续带穿过粉末，同时旋转刷使材料进入到泡沫孔中。压辊步骤使泡沫具有合适的孔隙率。
[0041]隔板211用于机械地隔离正极和负极，同时允许在电极和电解质之间发生离子交换。隔板也阻碍锌枝晶形成。枝晶是在金属沉积中具有骨骼或树状生长图案(“枝晶生长”)的晶体结构。实际上，在电池的寿命期间，枝晶形成在电池的导电介质中，并且有效地桥接负极和正极，从而导致短路且随后使得电池功能损失。
[0042]通常，隔板将具有小孔。在此描述的某些实施例中，隔板包括多层。孔和/或叠层结构可对锌枝晶提供曲折的路径，从而有效地阻止由于枝晶的渗透和短路。优选地，多孔的隔板具有约1.5和10之间的弯曲率，便优选地具有在约2和5之间的弯曲率。平均孔径优选为最大约0.2微米，而且更优选在约0.02和0.1微米之间。此外，隔板中孔尺寸优选完全一致。在优选实施例中，隔板具有约35和55％之间的孔隙率，其中的一种的优选材料具有45％的孔隙率和0.1微米的孔尺寸。
[0043]在优选的实施例中，隔板包括至少两层(而且优选正好两层)-阻碍锌渗透的阻挡层和用电解质保持电池潮湿且允许离子交换的润湿层。这通常不是镍镉电池的情况，镍镉电池的情况在相邻电极层之间只使用单一隔板材料。
[0044]通过保持正极尽可能湿且负极相对地干，对电池的性能可能会有帮助。因此，在一些实施例中，阻挡层位于邻近负极的位置，润湿层位于邻近正极的位置。通过维持电解质与正极紧密接触，这样的布置设置了电池的性能。
[0045]在其它实施例中，润湿层设置成邻近负极而阻挡层设置邻近正极。这种布置通过促进氧气经由电解质传输到负极来帮助氧气在负极的复合。
[0046]阻挡层典型的是多微孔膜。可以使用任何离子性导电的多微孔膜。通常具有约30％和80％之间的孔隙率以及约0.005和0.3微米之间的平均孔尺寸的聚烯烃是适合的。在优选实施例中，阻挡层是多微孔的聚乙烯。用于阻挡层的可购买到的材料的例子包括UBE U-PORE UP3138(日本东京Ube工业有限公司)、产自荷兰海尔伦的Solutech的SOLUPORETM产品、产自北卡罗莱纳州Celgard的Charlotte公司的隔板CELGARDTM线、以及产自AdvancedMembrane Systems的AMS产品。阻挡层通常为约0.5密耳-4密耳厚，更优选在约2密耳和4密耳厚之间。阻挡层膜的特定例子包括4密耳AMS隔板、2层1密耳厚的SOLUPORETM隔板以及两层1密耳厚的CELGARDTM隔板。
[0047]润湿层可由任何合适的可润湿的隔板材料制成。通常润湿层具有相对高的孔隙率例如在大约50和85％之间的孔隙率。例子包括聚酰胺材料例如尼龙基可湿的聚乙烯和聚丙烯材料。在某些实施例中，润湿层的厚度在约1密耳和10密耳之间，更优选在约3密耳和6密耳之间。可被用作润湿材料的隔板材料的例子包括NKK VL100(日本东京NKK公司)，Freudenberg FS2213E，Scimat 650/45(英国斯温顿SciMAT有限公司)以及Vilene FV4365。
[0048]也可以使用本领域中已知的其它隔板材料。如所指出的那样，尼龙基材料和多微孔聚烯烃(例如聚乙烯和聚丙烯)通常是非常适合的。
[0049]在可选择的实施例中，单一隔板材料可用于阻碍锌渗透以及用电解质保持电池潮湿。单一隔板材料可以是在传统锂离子电池中使用的隔板，但为了用在镍锌电池中作了修改。例如，锂离子型隔板可以是用凝胶浸渍以提高它的可湿性特性。一个这样的例子是可得自美国俄勒冈州Lebanon的EntekMembranes LLC的聚乙烯Teklon材料。这种材料是20微米厚，具有大约40％孔隙率。凝胶可以直接或通过例如将其添加到锌电极中间接提供给隔板。如下面所解释，在一些实施例中使用凝胶电解质。
[0050]在某些实施例中，隔板在结合到阳极/阴极结构之前可以用表面活性剂进行处理。这起到增强可湿性和促进均匀的电流密度的作用。在特定的例子中，首先用约.5-5％表面活性剂例如可得自美国密歇根州Midland的DowChemical公司的Triton表面活性剂(例如X100)的溶液处理隔板。与表面活性剂接触的时间和烘干时间、表面活性剂的选择、以及表面活性剂的浓度是能够影响处理效果的全部因素。在稀释的水溶液中浸湿几个小时并随后风干能够产生优异的结果；另外发现使用其它溶剂例如甲醇能够促进表面活性剂的吸收。
[0051]在电极/隔板设计中的另一个考虑来说是是否要提供隔板作为与电极和集电器片(例如图2)大致相同宽度的单一薄片或包围隔板层中的一个或两个电极。在后面的例子中，对于一个电极片，隔板起到“袋子”的作用，有效地密封电极层。在一些实施例中，密封隔板层中的负极有助于防止枝晶形成。但是在其它实施例中，不密封电极的阻挡层片的使用能够充分保护防止枝晶的渗透。
[0052]图3是圆柱形或胶卷卷绕状阻件中的电极和分隔层的图示。胶卷卷绕由切割上述的电极和隔板片而形成。负极301和正极321通过隔板313分隔开。卷绕装置同时卷收各种薄片并且将它们卷成胶卷卷绕状结构。在产生具有足够厚度的圆柱体后，装置切断隔板和电极层以制造最终的电池组件。空芯315贯穿组件的中心。芯的半径和形状可通过卷绕工具控制，在卷绕的时候，卷绕工具把持电极和隔板片。
[0053]图4是圆柱形组件中的一系列电极和隔板层的垂直横截面图示。这些层一起螺旋形卷绕以形成胶卷卷绕。负极401包括电化学活性材料403(例如氧化锌)和任何其它负极材料以及集电器405。类似地，正极421包括用Ni(OH)2和其它正极材料填充的集电器423(例如，在本实施例中是泡沫镍基板)。请注意，金属接头425附着在泡沫镍正集电器423上。
[0054]负集电器405在组件的一个轴向端部越过隔板413延伸、正集电器接头425在另一轴向端部越过隔板413延伸。如上面所讨论的那样，在本实施例中用于电化学活性材料的载体起到负集电器的作用。因此，如图3所示，负集电器与组件正极端的其它负极材料共同延伸。在优选的实施例中，负集电器是约3密耳-4密耳厚的铜。正集电器典型的是镍。在优选实施例中，如图4所示，正集电器接头425是约3密耳厚以点焊或其它方式附着在泡沫镍基板上的镍条。
[0055]图5a示出根据本发明一个实施例的在将圆盘(例如图1A中的集电盘103)附着在组件上之前的圆柱彤组件510的负极端的横截面图，具有负极层501、隔板层503、正极层505和负集电器507。如上面所指出，负集电盘附着在圆柱形组件的负极端，并且通过集电器与负极电连接。图5a示出了一个实施例，其中在将集电盘附着以形成基本平坦的连续的表面之前，集电器501以锐角(例如约90度)弯曲。弯曲集电器增加了用于附着的有效的表面区域。负集电器不与正极505接触是重要的。在一些实施例中，在圆柱形组件的负极端覆盖或保护正极的端部可能是必要的。
[0056]图5b示出了另一个实施例，其中弯曲的集电器通过隔板层503与正极分隔。在这个实施例中，分隔层比在圆柱形组件的负极端的正极延伸得更远。虽然负和/或正集电器可以在附着到集电盘之前弯曲，在特定的实施例中，只有负集电器被弯曲以改善到负集电盘的附着。如下面所解释的那样，铜到铜的接触存在特别的难题。因此，如图5a和5b中所示的那些构造对于负极是特别理想的。集电器可以朝图5a中所示的组件的中心弯曲或面对图5b所示的一个方向。在一些实施例中，在被压平之前，例如通过在或接近弯曲点划痕(score)，集电器可预先安排在理想的方向。在其它实施例中，当被卷绕成胶卷卷绕时，集电器被预先设置成弯曲。为了提供不受阻碍的弯曲，集电器的部分(从该区域被弯曲)可以被移除以创建锯齿或城垛结构。在单个电极制造的开槽过程期间这可以被最便利地完成。所创建的表面提供集电器和集电盘的良好的附着，其改善了可靠性并且降低了电池阻抗。
[0057]对集电盘的主要考虑事项是导电率、到集电器的附着性、以及允许电解质的均匀分布。通过认识到在至少一个集电盘被正确地放置在电池中并附着到电极集电器上之后电解质必须被正常地添加，能够理解后面的一点。在特定的实施例中，正集电盘是穿孔的镍圆盘。在一个布置中，以径向开口截面将圆盘(正或负)开槽并与同螺旋状卷绕电极的边缘密切接触的垂直的能量导向器(延伸或突出)相关联，或可选择地与帽或罐相关联，其中圆盘的平坦部分与卷绕电极电连接。通过使用例如基于毫秒脉冲焊接技术的逆换器，制造到镍和铜集电器的强粘结是可能的。这种垂直的延伸可以起到弹簧的作用以帮助抵抗由于冲击或震动引起对电池的损伤，从而有效地允许电极卷筒相对于罐“浮动”。
[0058]负集电盘可以由在锌电极电势不被腐蚀的任何材料制成并且可以与集电器电连接。该材料应当具有高导电率从而使集电盘不会形成减少电池的功率效率的大的阻抗。
[0059]根据各种实施例，负集电盘包括选自铜、铜合金(例如黄铜和锡)的材料。部分是因为这些金属在锌电极电势不容易氢化并且它们具有低电阻率，所以这些材料是优选的。在特别优选的实施例中，负集电盘是铜或铜合金。另一个实施例使用涂敷有铜或铜合金的锡。当集电盘起到弹簧的作用时，它可以由铍-铜合金、弹簧钢合金等制成。
[0060]可以通过现有技术中各种已知的方法例如点焊、超声波焊接、激光焊接、焊接以及适合用于端子和集电器材料的其他类型的导电接合来将圆盘随着到集电器上。虽然在一些实施例中铜由于它的低电阻率和其它特性是有利的，但是对于附着到胶卷卷绕的负集电器上，它存在特别的难题。铜盘通常通过电阻焊接或激光焊接附着到铜集电器上。在一些实施例中，铜盘也包含锡以提高附着性和减少充气。例如，圆盘的底部可以用锡或锡合金涂敷，其能够起到接合到负集电器的焊料的作用。集电盘也可以是黄铜。黄铜集电盘与铜相比具有较小的导电率但是可以具有较好的附着性。
[0061]在附着集电盘之后，整个胶卷卷绕组件被插入保持容器，例如罐。在某些过程中，然后将电解质加入到圆柱形组件中。因此，应当使圆盘成形以允许电解质进入电池体、贯穿圆柱形组件均匀分布且也允许附着到集电器上。根据各种实施例，可以将圆盘穿孔或开槽或者可以不将圆盘穿孔或开槽。在另一个实施例中，集电盘包括H形结构。图6a示出了集电盘，其为具有中心孔和三角形凹口或从圆周移除的“蛋糕片”的圆形圆盘。已经发现图6a中所示的该设计相对较容易焊接。图6b示出了具有间隔孔的圆盘以允许电解质的均匀分布。由于所使用的电解质的量减少，提供允许电解质均匀分布的集电盘变得愈加重要。对于任何在正常工作期间泄漏到组件外的电解质的再回收，在填充期间均匀的分布也很重要。例如，一些电解质在工作期间流到集电盘上而且随后返回到胶卷卷绕中。当这种情况发生时，随着电解质流回到胶卷卷绕中，圆盘设计可以促进电解质的均匀分布。将孔均匀地间隔开或布置成最优化均匀的分布。例如，可以以螺旋状布置间隔孔开口，从而当将圆盘附着到电极上时，使它们覆盖隔板层。
[0062]在传统电池制造中，电池的极性是这样的，帽是正的，罐或容器是负的。即，电池组件的正极与帽电连接，电池组件的负极与保持电池组件的罐电连接。在本发明的优选实施例中，电池的极性与传统电池的极性相反。因此，负极与帽电连接，正极与罐电连接。如上面参考图1a和1b所讨论的那样，帽与集电盘通常通过接头连接。与罐相连的集电盘通常焊接或其它方式附着到罐上。
[0063]图7a示出了具有U形凹痕703的穿孔的集电盘701。圆盘的U形凹痕部位的部分附着在罐上，而圆盘的其它部分保持在罐的底部之上。这样，U形部位起到弹簧的作用，其在振动时给组件提供稳定性。在某些实施例中，圆盘的其余部分(即，非齿状部位)和罐的底部之间的距离大约为5密耳-10密耳。
[0064]可以使用各种技术来用电解质填充容器。在一个例子中，在施加帽之前添加电解质并然后将电池旋转以分布流体。在其它情况下，在施加帽之后，电解质经由注入工序引入，其中电解质经由位于电池基部的填充口进入电池。
[0065]图7b示出了附着在罐709中的圆柱形组件707上的正集电盘701和负集电盘705。正集电盘701具有附着在罐709一端的U形凹痕703。在优选的实施例中，将正集电盘701穿孔并且负集电盘705是含有中心孔的环形圆盘。然后通过负集电盘的中心孔所添加的大部分电解质被沿着组件压下，通过正圆盘的中心孔到罐的底部，在那里被向上压在电池的圆周上并且然后通过正集电盘中的穿孔与胶卷卷绕组件中的电极接触。由于只有负集电极的中心孔用于电解质填充，圆盘的剩余部分的结构和形状可以仅仅由附着性的需求决定。在一个实施例中，负集电盘的剩余部分的表面没有穿孔以最大化附着到集电器上的有效表面区域。例如，参见图6a中的圆盘结构。
[0066]在另一个实施例中，负集电盘是固体，电解质没有通过负集电盘而只通过正集电盘添加。这个实施例可能需要填充口。在相关的途径中，可以使用负极罐设计。
[0067]电解质应具有限制锌电极中的枝晶形成和其它形态的材料再分布的组合物。这样的电解质通常避开现有技术。但是看起来符合标准的一个是在于1993年6月1日颁发给M.Eisenberg的美国专利第5,215,836中描述的，该专利以引用的方式并入本文。特别优选的电解质包括：(1)以产生在每公升约2.5至11当量的范围的氢氧化物对酸的理想配比过剩的量存在的碱或碱土氢氧化物；(2)以与浓度范围在每公升总溶液约0.01至1当量相对应的量的可溶的碱或碱土氟化物；以及(3)硼酸盐、砷酸盐、和/或磷酸盐(例如硼酸钾、偏硼酸钾、硼酸钠、偏硼酸钠、和/或磷酸钠或磷酸钾)。在一个特定的实施例中，电解质包括约4.5至10当量/公升的氢氧化钾，来自约2至6当量/公升硼酸或偏硼酸钠以及来自约0.01至1当量的氟化钾。对于高速应用的特别优选的电解质包含约8.5当量/公升的氢氧化物、约4.5当量的硼酸以及约0.2当量的氟化钾。
[0068]本发明不受Eisenberg专利中所提出的电解质组合物的限制。通常，满足就应用利益指定的标准的任何电解质组合物就足够。假设需要高功率应用，那么电解质应当具有非常好的导电率。假设需要长周期寿命，那么电解质应当阻止枝晶的形成。在本发明中，包含KOH电解质的硼酸盐和/或氟化物与合适的隔板层的一起使用减少了枝晶的形成，从而获得了更耐用的、长寿命的电池。
[0069]在特定的实施例中，电解质组合物包括大约3和5当量/公升氢氧化物(例如KOH、NaOH、和/或LiOH)之间的过剩。这假设负极是氧化锌基电极。对于锌酸钙负极，供替换的电解质制剂可能是合适的。在一个例子中，适合用于锌酸钙的电解质具有下列组分：约15至25重量％的KOH、约0.5至5.0重量％的LiOH。
[0070]根据各种实施例，电解质可包含液体和凝胶。凝胶电解质可以包含增稠剂例如可得自Noveon of Cleveland、OH的CARBOPOL。在优选的实施例中，活性电解质材料的一小部分是凝胶形式。在特定实施例中，约5-25重量％的电解质以凝胶提供并且凝胶组分包括约1-2重量％的CARBOPOL。
[0071]图8示出了根据本发明一个实施例的圆柱形组件801和罐807的正极端。如参照附图7a和7b上面所描述的那样，正集电盘805的部分803附着在罐807的端部。对于可分解的电解质(例如通过氢化)，一些凝胶形式的电解质起到非溢出储存器809的作用。如箭头所示，电解质从储存器809向上移动，通过穿孔的集电盘805按所要求的那样到达圆柱形组件。在添加液体电解质之前、之中或之后，凝胶可以被添加到圆柱形组件中。在一个实施例中，液体电解质通过负集电盘的中心孔添加。液体电解质从组件的中心部分向下行进，在正集电盘下并通过毛细作用向上穿过穿孔的集电盘以均匀地填充组件。凝胶电解质然后通过负集电盘的中心孔添加，取代液体电解质保持在组件或基底的中心。
[0072]罐或其它容器起到最终电池的外壳或包装的作用。在传统的NiCd电池中，罐通常是镀镍钢。如上面所指出的那样，罐可以正的或负的。在罐是负的的实施例中，罐材料可以是与用于传统镍镉电池中的材料相似的材料，例如钢，只要该材料用另一种与锌电极电势相容的材料涂敷。在使用负罐的一些实施例中，罐用锌-相容的材料例如铜涂敷以防止腐蚀。如所提及的那样，在某些实施例中，罐是正的，帽是负的。罐可以是与用于传统镍镉电池中的组合物相似的组合物，通常为镀镍钢。在一些实施例中，罐的内部可以用材料涂敷以有助于氢的复合。可以使用能促进氢复合的任何材料。这种材料的例子是氧化银。
[0073]如图1b所示，在用电解质填充将罐或其它保持容器之后，把容器密封以将电极和电解质与外界隔离开。圆柱形组件或胶卷卷绕101位于罐113内。如上面参照附图7a和7b所讨论的那样，正集电盘105焊接或以其它方式附着在罐113上。负集电盘103通过接头107与帽109电连接。帽109通过使用柔性垫圈111与罐113电隔离。垫圈111位于罐113的上部内的环绕珠115上。
[0074]在优选的实例中，垫圈111上搁置的珠115用聚合物涂层涂敷。垫圈可以是任何使帽与罐电隔离的材料。优选地，该材料在高温时不会有明显的变形；一种这样的材料是尼龙。在其它的实施例中，可能希望使用可湿性较差的材料以减少引起碱性电解质渗出并最终从电池的接缝或其它可用的出口点泄漏的驱动力。可湿性较差的材料的例子是聚丙烯。
[0075]垫圈典型的通过压接处理密封。在优选的实施例中，垫圈使用密封剂以防止泄漏。合适的密封剂的例子包括含沥青的密封剂、焦油以及可得自Cognis of Cincinnati，OH的VERSAMID。帽可以由抑制氢化的任何合适的导电材料制成。这些材料可包括镀锡钢或镀银钢。在优选的实施例中，帽是镀锡钢。
[0076]图9示出了电解质填充期间圆柱形电池的图示。接头911与集电盘913电连接。在这个实施例中，接头911足够长以允许在填充工序中打开帽909。由于它的长度，对于接头911使用高导电材料以将阻抗减到最少是很重要的。因此，在优选的实施例中，帽909是负的，接头911由高导电材料例如铜制成。在传统的NiCd电池中，帽是正的，导电通路通常包含镍。
[0077]虽然电池通常密封与外界隔离，在一些实施例中，可允许电池排出在电池充电和放电期间产生的气体。典型的镍镉电池以大约200PSI排出气体。在一些实施例中，设计本发明的镍锌电池以在这个压力和甚至更高的压力(例如高达约300PSI)下工作而不需要排气。这可能会促进任何氧气与在电池内所产生的氢的复合。优选地，将电池构造成以维持不大于约600 PSI的内部压力，更优选不大于约450PSI。在其它实施例中，镍锌电池设计成在相对低的压力下排出气体。当这样的设计促进氢和/或氧气的释放超过它们在镍锌电池内的复合时，这可能是合适的。
[0078]图10是根据本发明一个实施例的帽和排气口结构的图示。排气口结构优选设计成允许气体逸出但是不允许电解质通过，这可能会妨碍排气口的可再生功能并提出安全性问题。帽1001包括位于垫圈上的圆盘1008、排气口1003以及上部1005。圆盘1008包括允许气体逸出的孔1007。排气口1003覆盖孔1007并且被逸出气体取代。虽然排气口1003可以由允许气体逸出并经受住高温的任何材料制成，但是它通常为橡胶。已发现正方形排气口能够很好地工作。上部1005在焊点1009焊接到圆盘1008上并包括允许气体逸出的孔1011。所示出的焊点1009和1011的位置完全是示例性的，并且这些可以在任何合适的位置。在优选的实施例中，排气口结构包括由疏水性的透气性膜制成的排气口盖1013。排气口盖材料的例子包括多微孔聚丙烯、多微孔聚乙烯、多微孔PTFE、多微孔FEP、多微孔含氟聚合物、以及它们的混合物和共聚物(例如见2002年3月15日由J.Phillips提交的美国专利申请第10/098,193“用于二次电池的防泄漏压力释放阀(Leak Proof Pressure Relief Valve for Secondary Batteries)”，该专利申请以引用的方式并入本文，用于全部目的)。该材料应当能经受住高温。
[0079]疏水性的透气性膜可以单独使用或将其与曲折的气体逸出通道结合使用。许多其它电池排气口结构是现有技术中已知的，并且适用于本发明中。在某些实施例中，选择电池材料的构造以提供氢气出口的区域。例如，电池帽或垫圈可以由可透氢气的聚合物材料制成。在一个特定实施例中，电池帽的外部环形区域由可透氢气的材料例如丙烯酸塑料或上面列出的一种或多种聚合物制成。只有实际的端子(提供在帽的中心并被可透氢气的材料包围)需要是导电的。
[0080]本发明的电池可具有许多不同的形状和尺寸中的任何一种。例如，本发明的圆柱形电池可以具有传统AAA电池、AA电池、A电池、C电池等的直径和长度。在一些应用中常规电池设计是合适的。在特定实施例中，电池尺寸为直径22mm和长度43mm的次C电池的尺寸。通常用于例如电动工具的电池包装的外形会指定电池的尺寸和形状。本发明也属于包括一个或多个本发明的镍锌电池以及合适的外壳、触点、导线的电池包装以允许在电子装置中充电和放电。
镍锌电池设计考虑事项
[0081]镍锌电池设计必须考虑几个设计事项。一些设计事项关系到传统NiCd或其它的电池设计，但是对NiZn电池需要最优化的设计，而一些难题是唯一针耐NiZn电池的。如下面所讨论的那样，本发明陈述了这些问题。
电解质泄漏
[0082]电池设计应当使来自电池的腐蚀性电解质的泄漏减到最小。可通过在缺乏的条件(即少量电解质)下工作使电解质泄漏减到最小。因此，在本发明的一些实施例中，提供能够在缺乏的条件下工作的电池。如下面所讨论的那样，在缺乏的条件下工作提出了本发明的NiZn电池所提出的考虑事项。如上面参照图10所讨论的那样，不管电池是否在缺乏的条件下工作，通过提供不透液体/可透气的出口盖将使电解质泄漏进一步最小化。
均匀的电解质分布
[0083]在优选的实施例中，贯穿整个隔板层，电解质始终是均匀分布的。由于它能够提供均匀的电流密度并因此有助于将锌电极形状的改变减到最小，均匀的电解质分布是理想的。对于缺乏的电池，均匀的分布特别重要。
[0084]在一些实施例中，通过提供具有均匀间隔孔的集电盘并且电解质通过该孔被添加到电池中，有助于均匀的电解质分布。但是，如上面所讨论的那样，通常希望对锌电极提供没有穿孔的集电盘以改善集电盘通常是铜在负集电器上的附着性。因此，根据各种实施例，负集电盘除了添加电解质的中心孔之外可以是不穿孔的并且将正集电极均匀地穿孔以提供均匀的分布。在本实施例中，电解质通过负集电盘的中心孔添加并且然后从穿孔的正集电盘中的孔触到圆柱形组件或胶卷卷绕。
[0085]在缺乏的条件下工作也增加了由于电解质泄漏导致的电池失效的可能性。在一些实施例中，如上面参照图7所讨论的那样，添加凝胶储存器以补充电解质供给的需要。
氢化/复合
[0086]锌电极中锌的相对负电势使它特别容易受到氢化和负极腐蚀的影响。特别地，它与镉和金属氢化物电池相比更容易受到氢化的影响。由于电极腐蚀、电池内压力增大、通过电解质分解电池电势干涸，氢化是不希望的。另外，氢和氧的复合是镍锌电池中的难题。在镍镛电池中，其中枝晶的形成没有大的关系，具有畅通无阻的通道穿过隔板用于在电极间气体行进以发生复合反应。与传统的镍镉或镍金属氢化物电池不同，本发明的镍锌电池可以包括阻碍锌枝晶形成的阻挡隔板层。该阻挡层防止涉及的氧和氢畅通无阻地通过以进入电池中的合适的复合电极。与此不同的是，气体必须环绕胶卷卷绕组件行进从而复合。
[0087]根据各种实施制，本发明的电池可以设计成使锌电极的氢化最小化。在一些实施例中，负极可以包括减少在负极的充气的材料，例如某些金属氧化物。
[0088]在一些实施例中，镍锌电池设计促进复合。如上面所讨论的那样，在本发明的镍锌电池设计中的复合被阻挡层的存在所阻碍以防止锌枝晶穿透。可是通过其他结构的复合能够以许多方式促进。在一些实施例中，用于复合的催化剂可以被添加入电极和/或罐的内部从而有助于复合。这样的用于氢复合的催化剂的例子是氧化银。在另一个实施例中，例如铋的催化剂添加到负极中以促进氧的复合。
[0089]通过均匀的电解质分布也促进复合。因此，如上面所描述的那样，一些实施例使用穿孔的集电盘和/或凝胶储存器以改善电解质分布的均匀性并且有助于复合。通过提供用于气体复合的空隙空间也改善复合。在一些实施例中，本发明的电池适于在缺乏的条件下工作。如上面讨论的那样，隔板层包括阻挡层和润湿层。在一些实施例中，润湿层与锌电极相邻。与阻挡层相比，润湿层的更多开口的结构促进氧气传输到锌电极从而复合。
[0090]在优选的实施例中，在次C电池中的氧复合率为至少150mA。
锌形状改变/枝晶形成
[0091]如提及的那样，锌电极容易受到形状改变的影响。在充电/放电循环期间，可溶解的锌酸盐离子的形成导致锌在电极表面上再分布。形状的改变导致在连续的循环过程中电池容量显著减少。另外，锌电极容易受到锌枝晶的影响。枝晶是在金属沉积物中具有骨骼状或树状生长图案(“枝晶生长”)的晶体结构。在循环期间，枝晶形成在锌电极中，如果未受阻止的，枝晶穿透隔板并触到正极，从而引起短路并随后电池功能损失。
[0092]在一些实施例中，本发明的电池包含一种组合物的电解质，如上面所讨论的那样，该组合物限制锌电极中的枝晶形成和其它形状的材料再分布。在一些实施例中，隔板层包括阻止枝晶形成和穿透的阻挡层。
碳酸盐
[0093]电池中的二氧化碳的存在中和碱性电解质并且能通过碳酸盐的形成阻止高速放电。此外，氧化锌的许多商业来源含有大量的碳酸盐。在优选的实施例中，用于制造负极的锌含有相对较低的碳酸盐，例如，不超过约1重量％。另外，普遍认为，碳酸盐可以使用有机化合物在湿工序期间形成。因此，在优选的实施例中，正极是通过干工序方法形成的。在一些实施例中，可要求电池中电解质的量增加以导致一定量的碳酸盐从溶液中带出电解质。
铜导电通路和阻抗减少
[0094]铜和铜合金是用于与锌电极相连的导电通路的特别优选的材料。优选铜是因为它的低电阻率、相对低的价格以及与锌电极的电化学相容性。特别地，镀镍钢是用于商业镍镉电池中的镉电极的导电通路。
[0095]在优选的实施例中，镍锌电池的极性与传统电池的极性相反，即，镍锌电池的帽是负的，罐是正的。在传统C尺寸电池中的总阻抗的大约0.5mΩ可以归结于正集电器和焊接到帽的电阻。这部分是由于在给定传统电池的电化学性的情况下对端子的组合物的要求。在本实施例中，以所描述的方式使用铜导致在负极端子阻抗显著地减少从而获得更有效的功率电池。
[0096]当铜具有比钢更好的导电率时，它会提出制造的问题。例如，将集电器铜盘附着到铜片上可首先需要特定的激光焊接装置和适当的夹具以在焊接期间提供连续的压力。
[0097]这样，集电极与负极的电附着需要特定的制造技术。在示例性的实施例中，将铜集电器穿孔并沿着负极附着在多个点上从而使电极沿着它的长度在多个点附着在集电器上。通过激活较大区域，充电效率进一步提高。穿孔也起到确定电极的位置的作用，并且在电解质填充操作期间，允许电解质均匀穿透堆叠。在另一个实施例中，将集电盘开槽以获得指定的优势。在另一个实施例中，铜集电盘只需要中心孔用于电解质进入。然后圆盘的其余部分的结构由附着方法的要求决定(即按照要求的未穿孔的、穿孔的或开槽的)。在另一个实施例中，铜集电盘被锡或锡合金覆盖并且通过焊接附着在集电器上。在优选的实施例中，如上面参照图4a所讨论的那样，将集电器弯曲以提高集电盘到集电器的附着性。
[0098]与集电盘到活性材料支撑导体(集电器)的焊接相关的一个缺点是热输入能损伤薄的热敏感隔板膜。这能促进短路并且显著地减少使用寿命。非焊接压力接触能够减轻这个问题。在某些实施例中，将两个圆形的铜盘用弯曲的铜条连接在一起。上圆盘电阻焊接到圆柱形电池(例如次C电池)的帽上并且对下圆盘施压以与胶卷卷绕电连接。
[0099]当在电池组装期间将帽(和排气口组件)与电池体配对的时候，与胶卷卷绕的电接触通过已经插入在两个平行的铜盘之间的“弹簧”所产生的压力来维持。弹簧可以是已经镀有铜、锡或具有高超氢电势的其它保护金属的钢弹簧。可选择地，弹簧可用密封橡胶环或耐碱性介质的“o”形环来代替。这样的材料可以是EPDM(乙烯基丙烯二烯单体(Ethylene Propylene Diene Monomer))或Viton(来自DuPont Dow Elastomers，L.L.C.的氟弹性体(fluoroelastomer)家族)。在任何一种情况中都维持足够的压力，从而在帽和胶卷卷绕之间维持低阻抗电阻。在某些实施例中，通过o形环施加的压力通过或从电池罐的卷边压接处向下压。在一些情况下希望提供加强的罐底部。
[0100]虽然这种方法特别适用于负极触点，但是，由于这里具有金属部的最小氧化和有机基橡胶化合物的最小氧化，也可以将其施加在正极上。在这样的情况下，接触表面可以是由相似的弹簧装置加压的两个互连的镍圆盘。然而，随着时间的流逝可能会出现与在镍触点区域上电阻性镍氧化物的形成相关联的退化。为了防止电阻增大的进展，圆盘可以用钴电镀。虽然仍遭受氧化，但是与镍氧化物相比，钴氧化物提供更好的导电性。
[0101]本领域技术人员能够理解，在具有传统极性的镍锌电池中，前面的优点可通过用铜涂敷或镀罐的内表面来获得。
[0102]本发明的电池具有低总阻抗，这部分是由于上面所讨论的负帽装置的缘故。在优选的实施例中，镍锌次C电池具有大约3和5mΩ之间的总AC阻抗。在更优选的实旋例中，电池具有大约3.5和4.5mΩ之间的AC阻抗。比较来看，三洋(Sanyo)的电动工具次C电池NiCd电池的总AC阻抗是5.3mΩ。
[0103]前面直接描述了本发明及其目前优选的实施例。对于本领域技术人员来说，期望想到实现本发明的许多修改和变形。例如，虽然上述说明书描述了圆柱形电池，但是本发明的某些方面也可以应用到其它电池设计例如棱柱形电池设计中。这样的修改和变形包含在下列权利要求中。
[0104]本文所引用的所有参考文献的全部公开内容为了各种目的以引用的方式并入本文中。

Claims (19)

1.一种圆柱形镍锌电池，包括：
a)包含锌的负极层；
b)包含镍的正极层；
c)将所述正极层和所述负极层分隔开的隔板层，该隔板层包括基本上防止锌枝晶形成的阻挡层和润湿层；以及
d)电解质。
2.如权利要求1所述的电池，其中该负极层的厚度在16密耳和24密耳之间，该正极的厚度在16密耳和24密耳之间。
3.如权利要求1所述的电池，其中该阻挡层和该润湿层是不同的材料。
4.如权利要求1所述的电池，其中该阻挡层和该润湿层是相同的材料。
5.如权利要求1所述的电池，其中该阻挡层的厚度在1密耳和4密耳之间。
6.如权利要求1所述的电池，其中该负极层包括负集电器，并且，其中该负集电器的端部弯曲以在该圆柱形电池的一端形成基本平坦的表面。
7.如权利要求1所述的电池，其中通过弯曲以在该圆柱形电池的一端形成基本平坦的表面的该负集电器的端部的材料被移除以便于弯曲。
8.如权利要求1所述的电池，还包括铜负集电盘，并且，其中该铜盘的一侧用锡或锡合金涂敷。
9.如权利要求7所述的电池，还包括铜负集电器，并且其中将该圆盘焊接到该集电器上。
10.如权利要求1所述的电池，其中该电解质中的至少一些为凝胶形式。
11.如权利要求1所述的电池，还包括：
a)与该正极层电连接的罐；
b)与该正极层电连接的正集电盘；以及
c)位于该正集电盘和罐的一端之间的电解质凝胶储存器。
12.如权利要求1所述的电池，还包括：
a)与该正极层电连接的正集电盘；其中该正集电盘是穿孔的；以及
b)与该负极电连接的负集电盘。
13.如权利要求1所述的电池，还包括：
a)与该正极层电连接的正集电盘；其中该正集电盘是开槽的；以及
b)与该负极电连接的负集电盘。
14.如权利要求1所述的电池，其中该润湿层与该负极相邻，该阻挡层与该正极相邻。
15.如权利要求1所述的电池，其中总AC阻抗在大约3和5.0mΩ之间。
16.如权利要求15所述的电池，其中该正集电盘和该负集电盘中的至少一个包括弹簧元件。
17.如权利要求1所述的电池，还包括电池罐和电池帽，并且，其中该电池帽包括该电池的负极端子。
18.如权利要求1所述的电池，其中该电池帽包括可透过氢气的环形聚合物区域。
19.如权利要求1所述的电池，其中该负极包括穿孔的涂有锡的铜条。
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