專利名稱：負(fù)極集電體具有電鍍層的鈕扣電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及堿性電池、特別是涉及一種堿性無汞鈕扣電池。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的堿性電池(包括鋅_ 二氧化錳電池及鋅_氧化銀電池等)，均加入汞，汞與 電池負(fù)極金屬產(chǎn)生汞齊，以防止電池內(nèi)負(fù)極鋅膏與電池負(fù)極負(fù)極集電體的鐵或不銹鋼基層 之間反應(yīng)而產(chǎn)生氫，造成電池氣脹及漏液。近年人類致力保護環(huán)境，世界各國先后推出了不 少環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及法律，其中各國對汞的使用特別關(guān)注。汞，亦稱水銀，毒性非常高，口服、吸入 或接觸后可導(dǎo)致腦和肝的損傷。為了減少使用汞，堿性柱型及鈕扣電池已發(fā)現(xiàn)在其電池負(fù)極金屬表面電鍍上氫過 電位較高的材料(如銦、錫等金屬)以取代汞，成功防止電池內(nèi)鋅膏與負(fù)極集電體的鋼鐵或 不銹鋼基層之間反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣。但這些做法還是未能完全解決電池氣脹及漏液等問題， 其防氣脹、防漏液的穩(wěn)定性、惡劣環(huán)境存放測試及較嚴(yán)格的破壞性試驗，相對傳統(tǒng)含汞的堿 性電池，均不理想。因此，很多研究針對現(xiàn)時負(fù)極集電體各電鍍層的的弱點而展開，包括最 底層的鎳鍍層或銅層，之后電鍍上的銦鍍層、錫鍍層或各合金鍍層有針孔及鍍層不均勻等 缺點。從電鍍層解剖分析，現(xiàn)在的電池負(fù)極集電體內(nèi)無論電鍍上鎳層、銅層，再電鍍上銦 層或錫層、銦合金層、錫合金層等，均發(fā)現(xiàn)負(fù)極集電體內(nèi)的折彎部位(參考本實用新型圖1 顯示出的鈕扣電池的負(fù)極集電體的剖視圖，A位置)，由于其形狀的關(guān)系，很難均勻地電鍍 上金屬層，這個問題成為鍍層的弱點，使電池內(nèi)鋅膏與負(fù)極集電體的鋼鐵或不銹鋼基層之 間反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣，出現(xiàn)了未能完全解決電池氣脹及漏液的現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型專利的目的在于提供一種更有效、均勻、少孔隙、更薄、價格便宜的電 鍍層、并能更有效防止氣脹和漏液的無汞鈕扣電池。一種負(fù)極集電體具有電鍍層的鈕扣電池，包括負(fù)極集電體1、負(fù)極鋅膏2、隔膜3、 絕緣密封圈4、正極粉餅5及正極殼體6 ；正極粉餅5填充在正極殼體6的底部，隔膜3設(shè)置 于正極粉餅上，隔開正極粉餅與負(fù)極鋅膏，負(fù)極鋅膏2填充于負(fù)極集電體1的凹部內(nèi)，上述 絕緣密封圈4設(shè)置在上負(fù)極集電體1與正極殼體6之間，其特征在于負(fù)極集電體1的內(nèi)外面電鍍有鎳鍍層8作為底層，在負(fù)極集電體的內(nèi)凹面上，在鎳 鍍層8上還電鍍有一層銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合金層10。在負(fù)極集電體的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層8和銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫 合金層10之間還電鍍有一層銅層或含銅合金層9。上述含銅合金層9為鋅銅合金層或銅鉍合金層。上述銅層或含銅合金層9及銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合金層10由 負(fù)極集電體1內(nèi)凹面覆蓋至負(fù)極集電體外表面不超出負(fù)極集電體頂面11。[0011]上述鎳鍍層8，銅層或含銅合金層9及銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合 金層10的厚度分別在0. 1 i! m至5 i! m之間。上述銅層或含銅合金層9及銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合金層10的 厚度分別在0. 1 ii m至2 ii m之間。所述正極粉餅5為二氧化錳或二氧化錳及氧化銀的混合物。所述負(fù)極鋅膏2含有氧化銦或氫氧化銦，并填充于負(fù)極集電體凹部內(nèi)。負(fù)極集電體由一層鐵片或者不銹鋼片制成，周邊有U形回折部。電解液中具有增加導(dǎo)電度的電解質(zhì)。根據(jù)法拉第定律(Faraday' s Law)金屬的還原速率與電流的大小成正比。然而， 若金屬還原速率太快，會造成金屬沉積鍍件上時，外表面還原速較快將洞口封死，形成洞內(nèi) 留下孔隙，致使鍍層不密致，不平均及有孔隙。因此，本實用新型專利通過⑴添加增加導(dǎo)電度的電解質(zhì)；⑵降低電鍍電流使電 鍍層更均勻、致密、更薄來克服現(xiàn)有技術(shù)電池氣脹及漏液等現(xiàn)象。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較的優(yōu)點及效果為(1)添加了增加導(dǎo)電度的電解質(zhì)能提高金屬離子濃度，大大提高了金屬離子的傳 送速率，有助將足夠的金屬離子帶到反應(yīng)位置。特別是當(dāng)鍍件形狀凹凸及不規(guī)則，在電鍍 時，形狀凹凸及不規(guī)則形的鍍件的不同位置其電位有所不同，高電位電鍍金屬層或合金層 變厚，低電位電鍍金屬層或合金層變薄，造成不均勻的金屬層或合金層，因而成為電鍍層的 弱點。添加了增加導(dǎo)電度的電解質(zhì)則有效解決此問題，電鍍出均勻的鍍層。(2)研究發(fā)現(xiàn)通過使用較低電流進(jìn)行電鍍，并添加增加導(dǎo)電度的電解質(zhì)，能有效降 低金屬還原的速率，使各電鍍層(包括鎳層、銅層，以及其后再電鍍上的銦層、錫層、銦合金 層、錫合金層等)結(jié)構(gòu)中的金屬或合金沉積充填達(dá)到均勻分布且不含任何空隙。(3)使用以上改良后的電鍍，鍍層明顯較現(xiàn)有技術(shù)更均勻、致密、針孔率少。由于效 果顯著，無需使用厚鍍層，可鍍上更薄的鍍層，特別是銅層或含銅合金層9及銦層、錫層、銦 合金層、錫合金層或銦-錫合金層10的厚度更可少于lym，較現(xiàn)有技術(shù)在負(fù)極集電體上的 各電鍍層lym至lOym為薄。新技術(shù)能使用更少材料，更加節(jié)約資源，降低成本。研究亦 發(fā)現(xiàn)薄鍍層較厚鍍層在控制鍍層的均勻度以及質(zhì)量的穩(wěn)定性更優(yōu)勝，更能解決現(xiàn)有技術(shù)電 池氣脹及漏液等現(xiàn)象。(4)本實用新型使用了低電流電鍍法以實現(xiàn)薄鍍層0. lym至3i!m，使用電流低于 ldm2/A(由0. 05至ldm2/A)，比現(xiàn)有技術(shù)使用的電鍍電流1至3dm2/A小。本實用新型的低 電流電鍍法不但有效電鍍出均勻、致密、針孔率少而薄的鍍層，同時，節(jié)約能源，非常環(huán)保。

圖1為本實用新型負(fù)極集電體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型負(fù)極集電體的鍍層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型無汞鈕扣電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳述本實用新型造價更低、其負(fù)極集電體擁有更平均、致密、針孔率少、更薄的鍍層，并能更有效防止氣脹和漏液的無汞鈕扣電池。為了解決現(xiàn)有技術(shù)就⑴鍍層不平均、不致密、針孔率多；⑵特別在負(fù)極集電體 內(nèi)凹面的A部分等問題，通過(1)添加增加導(dǎo)電度的電解質(zhì)；(2)控制電鍍電流大小使電鍍 層更致密、均勻，來克服現(xiàn)有技術(shù)電池氣脹及漏液等現(xiàn)象。實施方案一如圖2所示，負(fù)極集電體1的內(nèi)外面電鍍上一層更薄少于5 u m的鎳鍍層8，負(fù)極集 電體1的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層8之上再電鍍上一層更薄少于1 P m的錫層10。兩層電鍍層均 通過使用電鍍?nèi)芤?，控制電鍍電流于0. 05至ldm2/A之間，并添加增加導(dǎo)電度的電解 質(zhì)(含量占電鍍?nèi)芤嚎偤?.02%至之間)于電鍍?nèi)芤褐凶麟婂兊母牧挤椒ā嵤┓桨付緦嵤┓桨付c實施方案一的電鍍改善方法相同，負(fù)極集電體1的內(nèi)外面電鍍上 一層更薄少于2 u m的鎳鍍層8，負(fù)極集電體1的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層8之上再電鍍上一層更 薄少于1. 5iim的銦層10。實施方案三如圖2所示，負(fù)極集電體1的內(nèi)外面電鍍上一層更薄少于3. 5 y m的鎳鍍層8，負(fù)極 集電體1的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層8之上電鍍上一層少于1 P m的銅層或含銅(彡75% )合金 層9，銅層或含銅合金層9上再電鍍上一層少于1 P m錫層10。三層電鍍層均通過使用電鍍 溶液PH彡2，控制電鍍電流于0. 05至ldm2/A之間，并添加增加導(dǎo)電度的電解質(zhì)(含量占電 鍍?nèi)芤嚎偤?.02%至之間)于電鍍?nèi)芤褐凶麟婂兏牧挤椒?。實施方案四本實施方案四與實施方案三的電鍍改善方法相同，如圖2所示，負(fù)極集電體1的內(nèi) 外面電鍍上一層更薄少于3. 5 y m的鎳鍍層8，負(fù)極集電體1的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層8之上電 鍍上一層少于0. 5 y m的銅層或含銅(> 75% )合金層9，銅層或含銅合金層9再電鍍上一 層少于0. 5iim銦層10。實施方案五本實施方案五與實施方案三的電鍍改善方法相同，如圖2所示，負(fù)極集電體1的內(nèi) 外面電鍍上一層更薄為0. 1 y m的鎳鍍層8，負(fù)極集電體1的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層8之上電 鍍上一層0. 1 y m的銅層或含銅(> 75% )合金層9，銅層或含銅合金層9上再電鍍上一層 0. lym銦-錫合金層10。實施方案六為對比方案，將負(fù)極集電體1的內(nèi)外面使用現(xiàn)有電鍍技術(shù)方案電鍍有一大于3 ym 鎳鍍層8，負(fù)極集電體1的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層8之上電鍍上一層大于1 P m錫層10。實施方案七為對比方案，將負(fù)極集電體1的內(nèi)外面使用現(xiàn)有電鍍技術(shù)方案電鍍有一 3 ym鎳鍍 層8，負(fù)極集電體1的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層8之上電鍍上一層大于1 P m的銅層9，銅層9上 再電鍍上一層大于1 P m的銦層10。上述七個實施方案制造出如圖1所示本實用新型所述的負(fù)極集電體1，可由一層 鐵片或者不銹鋼片制成，其周邊有U形回折部7。上述七個實施方案制造出如圖2所示本實用新型所述的負(fù)極集電體1，所述兩層鍍層9及鍍層10由負(fù)極集電體1內(nèi)凹面覆蓋至負(fù)極集電體外表面不超出負(fù)極集電體頂面 11。所述負(fù)極集電體1各鍍層8 10其厚度可在0. liim至lOiim之間。更進(jìn)一步，所述負(fù)極集電體1各鍍層8 10其厚度可分別在0. 1 y m至5 y m之間。再進(jìn)一步，所述負(fù)極集電體1各鍍層8 10其厚度可分別在0. 1 y m至2 y m之間。上述七個實施方案制造出來的負(fù)極集電體1可制造成L1154無汞鈕扣電池，如圖 3所示包括負(fù)極集電體1、負(fù)極鋅膏2、隔膜3、絕緣密封圈4、正極粉餅5及正極殼體6。所 述正極粉餅5為二氧化錳或二氧化錳及氧化銀的混合物，正極粉餅5填充在正極殼體6的 底部，隔膜3設(shè)置于正極粉餅上，隔開正極粉餅與負(fù)極鋅膏。所述負(fù)極鋅膏2含有氧化銦或 氫氧化銦，負(fù)極鋅膏2填充于負(fù)極集電體1的凹部內(nèi)，負(fù)極集電體1倒扣于隔膜3上。負(fù)極 集電體1周邊有U形回折部7，上述回折部與正極殼體6之間安裝有絕緣密封圈4，上述絕 緣密封圈4內(nèi)外均涂浸有厚膠水，作密封用。將上述七個實施方案制造出來的L1154無汞鈕扣電池按(1) IEC標(biāo)準(zhǔn)作漏液測試 (2)45°C高溫貯存20天、40天、60天漏液測試；(3)60°C高溫貯存20天、40天、60天漏液測 試；發(fā)現(xiàn)七個實施方案均通過IEC基本的漏液測試及45°C 20天、40天、60天貯存漏液測試。 在更惡劣的貯存環(huán)境下，實施方案一、二、三、四及五能通過60°C 20及40天貯存漏液測試。 而實施方案三、四及五更能通過60°C 60天貯存漏液測試。以上實施方案清楚說明了在負(fù)極 集電體1使用了改良的電鍍方法后，鍍層更薄，使用電流更少，大大節(jié)省資源及成本，且能 更有效改善現(xiàn)有技術(shù)氣脹及漏液等問題，在較嚴(yán)格的漏液測試中有更佳的表現(xiàn)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本實用新型的提示下，可以在不超出本實用新型精神的范 圍內(nèi)做出各種改進(jìn)，本實用新型的保護范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種負(fù)極集電體具有電鍍層的鈕扣電池，包括負(fù)極集電體(1)、負(fù)極鋅膏(2)、隔膜(3)、絕緣密封圈(4)、正極粉餅(5)及正極殼體(6)；正極粉餅(5)填充在正極殼體(6)的底部，隔膜(3)設(shè)置于正極粉餅上，隔開正極粉餅與負(fù)極鋅膏，負(fù)極鋅膏(2)填充于負(fù)極集電體(1)的凹部內(nèi)，上述絕緣密封圈(4)設(shè)置在上負(fù)極集電體(1)與正極殼體(6)之間，其特征在于負(fù)極集電體(1)的內(nèi)外面電鍍有鎳鍍層(8)作為底層，在負(fù)極集電體的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層(8)上還電鍍有一層銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合金層(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈕扣電池，其特征在于在負(fù)極集電體的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層(8)和銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合 金層(10)之間還電鍍有一層銅層或含銅合金層(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈕扣電池，其特征在于上述含銅合金層(9)為鋅銅合金層或銅鉍合金層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈕扣電池，其特征在于上述銅層或含銅合金層(9)及銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合金層(10)由 負(fù)極集電體(1)內(nèi)凹面覆蓋至負(fù)極集電體外表面不超出負(fù)極集電體頂面(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈕扣電池，其特征在于上述鎳鍍層(8)，銅層或含銅合金層(9)及銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合 金層(10)的厚度分別在0. 1 y m至5 y m之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈕扣電池，其特征在于上述銅層或含銅合金層(9)及銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合金層(10)的 厚度分別在0. 1 ii m至2 ii m之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈕扣電池，其特征在于所述負(fù)極鋅膏(2)含有氧化銦或氫氧化銦，并填充于負(fù)極集電體(1)凹部內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈕扣電池，其特征在于負(fù)極集電體(1)由一層鐵片或者不銹鋼片制成，周邊有U形回折部(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈕扣電池，其特征在于電解液中具有增加導(dǎo)電度的電解質(zhì)。
專利摘要本實用新型提供了一種負(fù)極集電體具有電鍍層的鈕扣電池，包括負(fù)極集電體(1)、負(fù)極鋅膏(2)、隔膜(3)、絕緣密封圈(4)、正極粉餅(5)及正極殼體(6)；隔膜(3)隔開正極粉餅與負(fù)極鋅膏，其特征在于負(fù)極集電體(1)的內(nèi)外面電鍍有鎳鍍層(8)作為底層，在負(fù)極集電體的內(nèi)凹面上，在鎳鍍層(8)上還電鍍有一層銦層、錫層、銦合金層、錫合金層或銦-錫合金層(10)。本實用新型通過控制電鍍電流大小使電鍍層更致密、均勻，提供一種價格便宜、更有效、更均勻、更薄的鍍層、并能更有效防止氣脹和漏液的無汞鈕扣電池。
文檔編號H01M4/64GK201562714SQ20092014978
公開日2010年8月25日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者葉敏華 申請人:松柏(廣東)電池工業(yè)有限公司;松栢投資有限公司