常规的碱性电化学电池通常包括钢制圆柱形罐体，所述罐体具有被 称作阴极的正电极，所述正电极通常包括二氧化锰作为活性材料。所述 电化学电池还包括被称作阳极的负电极，所述负极通常包括锌粉作为活 性材料。在筒管型（bobbin-type)电池或钉型（nail-type)电池中， 阴极通常会成形靠在钢罐的内表面上，而阳极通常被正中地设置在罐 中。隔件位于阳极与阴极之间，且碱性电解质溶液同时与阳极、阴极和 隔件接触。导电性的集流器被插入阳极活性材料内以便提供通往负极外 部端子的电路径。环形的聚合物（例如尼龙）密封件为钢罐的开口端提 供了封闭从而将活性电化学材料密封在该罐的密封体积空间中。内盖沿 径向支承所述密封件，集流器、内盖和密封件通常被组装在一起以便形 成密封组件。
集流器必须具有导电性并提供通往端子的电路径。因此，绝大多数 电池生产商（battery manufacturer)目前依靠的是由金属或金属合金 如铜或黄铜制成的集流器。通常情况下，这些金属集流器上都镀有附加 的导电材料。基本上来说，集流器所选用的材料必须具有足够强的导电 性、使冒气现象降至最小程度、具有足够的耐久性而使电池的贮存寿命 最大化且在暴露于电池中的其它内部组分如阳极凝胶和碱性电解质时 具有足够的耐久性和无反应性。
然而，以前的金属和金属合金集流器存在多个缺点。 一些材料如铜 等的高成本使得增加了电池生产商的总生产成本。此外，固体金属和金属合金部件则倾向于使整个电池出现不希望的重量增加。最后，当电池 进行放电且特别地处在深度放电状态下时，金属集流器在冒气和泄漏方 面的性能较差。因此，已经采取了多种解决方案来改进集流器的性能并 减轻集流器的腐蚀。
授权给Imai等的美国专利No. 6， 783， 895教导了一种用于碱性二 次电池的亲水性集流器，所述集流器由镀镍的非织造织物制成。通过磺 化作用、气态氟处理或乙烯基单体接枝法对该镀镍的非织造织物进行亲 水化处理，且该发明还披露了一种通过对具有聚烯烃和聚酰胺纤维的非 织造织物进行亲水化处理且随后进行镀镍来制造所述集流器的方法。然 而，该发明所披露的集流器显然仅有利于组装这样的二次电池，其中镍 板的孔隙率对于增加电池容量而言是必要的，且该非织造织物具有从一 个表面延伸至其另一表面的多个微孔隙。
授权给St-Amant等的美国专利No. 5， 423， 974中披露了这样一种 方案，其中在真空下对塑料膜的至少一面进行金属化，随后进行电化学 电镀从而提供均匀的导电材料。由此获得的金属薄板片被附到塑料膜上 且受到所述塑料膜的支承，这样形成的结构特别地可用作用于聚合物电 解质锂电池的集流器。然而，该方案需要多个复杂的生产步骤，其中涉 及到真空的使用。
授权给Toshiba Battery Co.的日本专利No. 63108666教导了减 轻电性能劣化的方案，所述电性能的劣化是由于集流器中的腐蚀造成 的。特别地，与正电极接触的导电塑料表面上涂覆有碳基导电漆。
授权给Toshiba Battery Co.的日本专利No. 62126548涉及将导 电塑料用作阴极集流器。特别地，在集流器的一侧的中心处形成了金属 薄层，且随后将阴极导线连接至该金属层。
就前面的内容来看， 一种适用于筒管型电池中的集流器和组合集流 器组件设计将会是受欢迎的。更特别地，需要提供这样的一种棒形集流 器，所述棒形集流器的制造过程较为简单且由轻质而并不昂贵的材料制 成。

考虑到上面的因素，本发明的实施例的目的是提供一种具有集流器 的电化学电池，所述集流器是一种具有制造成本效益性的集流器、依赖于并不昂贵的材料且具有令人满意的电性能。这种集流器应该具有不导 电芯体和导电表面层，特别是聚合物芯体，所述聚合物芯体的表面上沉
积有金属。
本发明的实施例的另一目的是提供一种棒形负电极集流器，所述集 流器具有相对较轻的重量、具有导电性、与用于形成负电极的材料是相 容的、具有较高的氢超电势以便减少电池中的氢气产生量，由此提高产 品可靠性。
本发明的实施例的进一步的目的是提供一种用于电化学电池的集 流器组件，所述集流器组件包括适于被设置在电化学电池的容器的开口 端中的密封件或垫圈，其中集流器延伸穿过所述密封构件中的开口和被 连接至所述电池的正极端子或负极端子的非焊接电连接装置。
本发明的实施例的又一 目的是提供一种具有复合集流器的电化学 电池，所述复合集流器具有不导电芯体和导电金属表面层，其中所述电 池所呈现出的运行结果与具有金属集流器的对照电池的运行结果是相 当的。
显然，本发明旨在特别地可应用于采用筒管型设计的电化学电池，
尤其是具有标准电池型号（如AAA、 AA、 CC或D)的那些电池和使用碱 性电解质的那些电池。然而，应该注意到：上面的目标仅是示例性的， 且所属领域技术人员将易于意识到根据下面对实施例及其所有各种衍 生方式和等效方式的描述来说可以包括在内的多个优点和其它可选方 式，所有这些衍生方式和等效方式显然被构想为构成了本发明的披露内 容的一部分。
因此， 一种满足或超过了这些目标以及其它目标的电化学电池包 括：碱性电解质、阳极和阴极，所有这些都被设置在容器内。棒形集流 器随后被放置而与所述阳极或所述阴极电接触，且被密封在所述电池容 器内。可使用垫圏或密封件。所述棒形集流器由不导电芯体材料制成， 所述不导电芯体材料优选是至少一种聚合物，且不含碳的导电材料被沉 积在所述芯体的最外表面上，所述不含碳的导电材料优选是铜、锡、锌 和/或其组合或合金。
本发明还描述了 一种集流器组件。所述集流器组件包括不导电的密 封毂套（hub seal)。理想地，该密封毂套将被制成垫圏尺寸以便与电 化学电池容器的开口端相匹配。棒形集流器穿透了所述垫團从而允许电
8流传导通过所述垫圏。所述集流器具有不导电芯体，所述不导电芯体优 选由至少一种聚合物制成。随后在所述集流器上涂覆不含碳的导电材 料，如铜、锡或锌。
最后，本发明描述了一种制造电化学电池的方法。不导电芯体由至 少一种聚合物制成。不含碳的导电材料随后被沉积在所述芯体上，所述
沉积优选是通过无电镀覆（electroless plating)来实现的。随后将 碱性电解质、阳极和阴极设置在适当的容器中。所述经过镀覆的芯体随 后被插入，这可能是与密封垫圈相结合地进行的且所述芯体被插置穿过 该密封垫圏，以便保持容器与阳极或阴极之间的电接触。随后对所产生 的电池进行密封。
所属领域技术人员结合下面的说明书、权利要求书和附图将进一步 地理解和意识到本发明的这些及其它特征、优点和目的。

可结合下面的附图来理解本发明。图中的部件并不一定是按比例绘 制的。此外，在附图中，相似的附图标记在所有的各幅图中表示相应的 部件。特别是：
图la和图lb分别是穿过棒形集流器和阶梯形集流器的一个实施例 的垂直剖视图；
图2是穿过图1所示的线A-A截取的分解视图，图中示出了可能的 导电涂覆层的一个实施例；
图3是曲线图，图中示出了对于400mA和1000mA的连续耗尽 (drain)实验而言，根据本发明的一个实施例的导电涂层与常规电池 性能相比所具有的优化厚度；
图4是具有根据本发明的一个实施例的集流器组件的电化学电池 的一个实施例的纵向剖视图；
图5是用于根据本发明的一个实施例的电化学电池的集流器组件 的侧视图；和
图6A是用于根据本发明的另一实施例的电化学电池的集流器组件 的侧视图，且图6B和图6C是集流器头部的顶视图，图中示出了用以保 持容器或接触端子与集流器组件之间的电接触的相匹配的联接部的一 个实施例。图7-图9分别示出了与实例1-3相关的数据的曲线图。具体实施方式
下面参见附图，其中附图标记的后两个数字指的是所有图共有的部件或元件，图1示出了本发明的集流器110的一个实施例。集流器110适于提供从正电极或负电极操作性地通往电化学电池的端子或盖的导电路径，在一些电化学电池设计中，所述导电路径可与容器整合在一起。集流器110优选被用于一次碱型电化学电池中且用来操作性地提供从
的另一导电构件的电流路径/ 〃' ° 、' 、
集流器110是棒形的细长构件且适用于筒管型电化学电池设计中。所述棒可以呈圆柱形，优选具有钉形形状，所述钉形形状的棒具有位于一端上的锥形端子和位于相对端上的扩大的变平的头部。该圆柱体可具有变化的直径（即呈阶梯状和/或是渐细的）或具有均匀直径（即具有恒定直径或不是渐细的）。除圆柱体以外，还可能使用其它管形形状。示例性而非限制性地，这些形状包括（分别）具有三条、四条或多条基本上平的边的三角形、方形/矩形或多边形管道。包括一条或多条平的边连同一条或多条弯曲的边的组合方式也是可能的。在每一实例中，该
部。显然，该尖端通常可具有任何设计且可例如具有锥形端部（如图la和图lb所示）、截锥形端部（如图4所示）、变钝的端部或类似形状的端部。
如图la所示，集流器110必然包括杆112。在优选实施例中，杆112具有大体上恒定的外径且设置了锥形端部114。显然，该杆必须具有足够的轴向长度以便高效地收集来自与集流器110接触的电极的电流。在图lb中，杆112具有阶梯形外径和锥形端部。此处，该杆同样必须具有足够的轴向长度和直径以便高效地收集电流。
在图la和图lb中，集流器110的上端包括头部116，所述头部具有扩大的直径但具有与杆112相比小得多的轴向长度，以便简化具有以下设计的集流器组件的生产过程。即，头部116通常具有比杆112更大的尺寸以便将集流器110保持在电池内的所需位置处。头部116可具有沿其全部轴向长度或沿其轴向长度的一部分渐细的外表面，所述渐细是
10相对于集流器110的中心轴线所测量得出的。头部116还从头部116连接至杆112的上端的位置处向着所述头部的上端沿径向向外渐细，且径向直径可以优化方式与杆112的径向直径相匹配（例如圆形、多边形、不规则形状等）。
其它头部设计可并不是渐细的，或该头部可包括多个沿径向偏移的部段，所述多个沿径向偏移的部段在杆的端部附近形成了除上述变平的端子以外或用来替换该变平的端子的一个或多个凸部。这些凸部可被制成一定尺寸以便与密封毂套或密封垫圏协同作用从而将集流器110保持在适当位置处。例如，参见图5，径向凸部417与头部416协同作用从而将集流器410紧固地保持在密封毂套或密封垫圈430内部的适当位置处。另一种可选方式是，这种径向凸部还可作为阶梯状部分的一部分而以一体方式被设置，如图lb所示。
集流器110必须具有复合结构，所述复合结构具有至少两个不同的层，即至少一个导电的不含碳的层122，所述不含碳的层即使并未完全地被设置在不导电芯体120上也被部分地设置在该不导电芯体上，所述不导电芯体优选由一种或多种聚合物制成。可通过注塑成型、热成形、挤出成型或其它适当的已公知的方法而由聚合物或共聚物体系制成芯体120。芯体120应该是固体且非多孔的，但其表面并非一定是完全光滑的。事实上，在某些情况下可能优选会在表面上设置一些变化或凹凸不平，这包括凹部、突点或类似结构。显然，芯体120并不一定是织造或非织造的织物、板片或膜，这是因为对于预想用于生产本文预想的筒管型电池的生产工艺来说，这种板片易于被包括在所述工艺中。芯体120提供了用于集流器110的所需基底结构，不含碳的导电层122随后被施加到所述基底结构上。
与现有技术中的金属集流器如由黄铜制成的金属集流器相比，除了由于体积原因而带来的重量较轻和成本效益的优点以外，芯体UO还提
供了所希望的强度、刚度和耐冲击性。还应该选择不导电材料以使其具有低热膨胀系数且使其对电池中使用的碱性电解质具有耐受性。
如上所述，不导电芯体120是聚合物或共聚物，所述聚合物或共聚物是热塑性或热固性的，且优选采用合成热塑性聚合物或共聚物。芯体层120的实例包括，但不限于，丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS)、缩醛树脂（如Delrin⑧）、丙烯酸树脂（如尼龙）、氟碳树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、液晶聚合物、聚苯醚（Polyphenyl Oxide)、聚苯硫醚（Polyphenyl Sulfide)、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚氯乙烯、聚氨酯、聚砜、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯及其组合，且适当地可选地可使用所属领域已公知的增容剂。可从位于Akron，Ohio的1353 Exeter Road的Diamond Polymers, Inc.获得的电镀级ABS塑料优选被用于形成本发明的一个实施例中的芯体120，这是因为其具有优良的表面精加工性能且能够良好地粘附到导电层122上。
正如所属领域技术人员已公知地，芯体层的聚合物或共聚物可包括多种添加剂、填料或类似物质，且填料的实例包括陶瓷粉末、玻璃球、木屑（wood flower)和砂。其它添加剂包括，但不限于，稳定剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗静电剂、防腐剂、加工助剂、防烟剂和抗冲改性剂。正如本文所述，芯体120中基本上没有任何导电组分。
可使用适当的装置如注塑成型装置、热成形机或挤出成型机来制造芯体120。最普遍采用的制造热塑性部件的方法是注塑成型，本发明即优选采用这种方法，特别地，在成型之前需要对ABS树脂进行干燥而使其具有0. 1%或更低的湿度水平，所述干燥过程通常是在干燥剂型干燥器中实施的，干燥温度为80-85°C,干燥时间为2"小时。可在以下优选条件下对ABS树脂进行注塑成型：处在220-250°C范围内的滚筒温度、介于40-80。C之间的模型温度、介于700-1100psi范围内的注塑压力和更慢的注塑速度。
在不导电芯体120已被成形为所需形状之后，导电表面层122被施加到其上，所述导电表面层优选在芯体120的表面上形成了金属化层。尽管导电层122可仅被施加到芯体120的表面的一部分上，但通常会对芯体120上的导电层122的覆盖率进行选择以便确保集流器110能够对在电池中流动的所有电流都进行处理且优选在芯体120上实现了 100%的覆盖率。
导电层122包括一个或多个单独的层124、 126、 128，所述一个或多个单独的层可以是相同或不同的，如图2大体上示出地那样。可利用例如无电镀覆、化学镀、电镀、真空沉积或其组合等的工艺而在芯体120上形成导电层122。在优选实施例中，利用无电镀覆后进行电镀的方式在芯体120上形成多个导电层，其中这些层可以是相同或不同的材
12料。例如，优选的导电层124包括铜层，所设置的铜层的厚度为至少 1.5 n迈且更优选为至少6. 0 pm，且通过无电镀覆后在层126中进一步 电镀上附加的铜的方式来提供铜。随后可施加其它的一种或多种金属以 便共同形成导电层128,这包括，但不限于，铜、锡、锌、铟、镉、铅 及其组合和/或其合金。应该注意：不含碳的材料是最适于实现本发明 的目标且最适用于本发明的方法的材料。此外，应该相信，与依赖于碳 基漆料和类似物质的以前的已公知方法相比，本文披露的镀覆方法优化
了金属粘附到不导电芯体上的粘附力。
无电镀覆步骤是在不使用电力的情况下实施的。不导电芯体，如适 用于D型电池的注塑成型的ABS钉型芯体，被置于包括还原剂和以离子 形式存在的一种或多种所需金属的镀浴液内，所述还原剂例如为10ml/L 的甲醛，且所需金属例如为5g/L的硫酸铜。来自还原剂的电子在存在 催化剂如铂的情况下产生作用从而将金属离子沉积到ABS钉形芯体上。 使用其它组分如络合剂、pH调节剂、緩冲剂、稳定剂等可对该工艺产 生进一步的帮助。该工艺可重复多次以便形成多个沉积材料层。在这种 情况下，可使用去离子水在镀层之间对部件进行冲洗，且在组装电化学 电池之前应该对最终的带镀层的钉形芯体进行干燥。
在进行无电镀覆之前，可对芯体120实施多次预处理过程，这包括， 但不限于：清洗、蚀刻、中和以及活化。此外，为了确保在沉积金属/ 金属合金122与芯体120之间获得令人满意的结合，应该在各个镀覆/ 导电材料沉积过程之间用去离子水或其它适当溶剂来冲洗该芯体12 0。 最后，在将最终的集流器IIO用于电化学电池中之前应该对所述集流器 进行干燥。
由此产生的带镀层的杆将具有比原始芯体略微粗糙的表面。例如， 在以无电镀覆方式将铜镀覆在ABS芯体上的情况下，其表面粗糙度可以 达到单独的ABS芯体的粗糙度或典型的黄铜钉型芯体的粗糙度（应该注 意到：ABS芯体和黄铜钉型芯体具有大约相同的表面粗糙度）的两倍至 三倍之间的任何倍数。通常情况下，该粗糙度倾向于随着镀层厚度的增 加而减少，参见下表1。表1 表面粗糙度测量值
黄铜钉型芯体 0. 25(im
ABS芯体（无镀层） 0. 27,
1. 5nm厚的Cu无电镀覆层 0. 86,
4. 3^n厚的Cu无电镀覆/电镀组合层 0. 68pm
7.5nm厚的Cu无电镀覆/电镀组合层 0. 60一
图2示出了沿图1的线A-A截取的剖视图。集流器110具有被设置 于其上的多个导电材料层124、 126、 128。在一个实施例中，铜层126 被镀覆在无电镀覆铜层124上，且最终的金属层128如铟镀层或锡镀层 处在最外层表面上。可使用滚镀装置，例如可从处于St. Charles, Illinois的3745 Stern Ave.的Sterling系统获得的实验室级滚镀器， 或使用振动装置，来实施电解镀覆。
图3示出了根据本发明的优选实施例制成的电化学电池的实验结 果。铜镀层被设置在ABS杆上，所述ABS杆随后被引入C型电池内。使 用常规的黄铜钉型芯体来制造附加的对照电池，且在连续的400mA和 1000mA的耗尽率下对电池进行运行测试。如图中的两条曲线所示，从 图中看来，在超过6 的镀层厚度处出现了递减返回（就性能而言） 点。
本发明的集流器根据需要可用于大体上任何的电化学电池中，且优 选用于任何圆柱形碱性电化学电池中。对于这种电池而言，典型的工艺、 构造和材料都是所属领域众所周知的。因此，典型的美国专利 6,528, 210; 6, 589,693; 6， 670， 073;和6， 828， 061由于其中的教导内 容与这种工艺、构造和材料相关而因此在此作为参考被引用，所述美国 专利都共同转让给Eveready Battery Company。
图4所示的圆柱形碱性电化学电池400具有根据本发明的一个实施 例的集流器410。电化学电池400包括圓柱形钢罐402，所述圓柱形钢 罐具有封闭底端404、开口顶端406和在所述封闭低端与所述开口顶端 之间延伸的圆柱形轴向侧壁408。罐402的封闭底端404具有正极盖， 所述正极盖被焊接到所述封闭底端上或者以其它方式附接到其上，且所 述正极盖由带镀层的钢制成，且伸出的接触端子409位于所述封闭底端 的中心区域处。集流器410和集流器组件411以及外部负极盖450被组 装到钢罐402的开口顶端406上，所述外部负极盖优选由带镀层的钢制
14成，所述外部负极盖形成了电池400的负极接触端子。尽管在本实例中 预想了负极盖，但该电池的极性还可能反转（由此连同对电极进行的相 应的重新布置一起而使盖450具有正极性），这不会偏离本文披露的原理。
围绕钢罐402的外表面在除了钢罐的端部404、 406的位置处形成了 金属化的塑料膜标签403。所形成的膜标签403处在正极盖的周部边缘 上且可在负极盖450的周部边缘上部分地延伸。
正电极432 ,皮成形于钢罐402的内表面周围，所述正电极在本文中 也被称作阴极。根据一个实例，阴极432由二氧化锰、石墨、氢氧化钾 溶液和添加剂的混合物制成。防止电池中的任何固体颗粒产生迁移的隔 件434被设置在阴极432的内表面周围，所述隔件优选由非织造织物制 成。负电极436设置有处在隔件434内部的电解质且与集流器410接触， 所述负电极也被称作阳极436。电解质可包括碱性电解质，所述碱性电 解质包含氢氧化钾（KOH)水溶液。根据一个实例，阳极436由锌粉、 胶凝剂和添加剂制成。分别用于阴极432和阳极436中的二氧化锰和锌 是电化学活性材料。因此，阴极432被构造为电池的正电极，且阳极 436净皮构造为电池的负电极。
集流器410与外部负极盖450接触，所述外部负极盖形成了电池400 的负极接触端子。细长的杆被设置而与阳极436接触且在该实施例中所 述杆具有大体上均匀的直径。集电器410借助于可压缩的盘绕导电连接 器438或其它已公知的器件被连接至外部负极端子450。该盘绕连接器 438可被焊接到外部负极盖450的底表面上和/或焊接到集流器410的 扩大的头部的上表面上，或另一种可选方式是，所述盘绕连接器可借助
触。集流器410和连接器438用作电流路径以便在外部负极盖450处提 供负极性。
环形的聚合物密封件430被设置在钢罐402的开口端中以便防止钢 罐402中包含的具有电化学活性的电池材料产生泄漏。聚合物密封件 430可包括合成热塑性树脂如尼龙。密封件430的其它可选材料可包括 聚丙烯，如在商业上可从General Electric Company获得的NORYL® Extend聚丙烯，且所述聚合物密封件也可包括会被视作适用于密封件 430的其它材料。
15密封件430具有处在中心的毂套，所述毂套具有直立式圓柱形内壁， 所述内壁限定出用于接收集流器410的中心开口 （即孔）。该毂套通常 被限定为密封件430的包含直立式壁部的中心部分，所述直立式壁部被 压靠在集流器410上。对于毂套的开口来说，该集流器410的扩大的头 部通常具有超尺寸，且因此使得密封件430被压靠在集流器410上从而 与限定出毂套开口的直立式内壁形成过盈配合式接合。该直立式壁部被 构造以便在位于密封（非通气）位置处时在该集流器410的扩大的头部 中进行密封或者在可沿集流器410的杆设置的任何径向凸部（未示出） 中进行密封。该中心毂套还具有在集流器410的该扩大的头部的上周表 面上形成的上边缘以便进一步阻止集流器410向上移动。优选由刚性金 属制成的内盖被设置以便用来提高刚性并用来支持环形密封件140产 生的径向压缩，由此改善密封有效性。内盖被构造以便与中心毂套的直 立式外壁进行接触且与密封件430的外周部分处的直立式壁部接触。尽 管使用的是具有超尺寸的集流器410和内盖将密封件430压靠在集流器 410上，但也可采用其它压缩技术如压缩环在集流器410与密封件430 之间提供密封的过盈配合式接合。密封件430、内盖和外部负极盖450 为罐402的开口端406提供了低型面（low profile)封闭装置。此外， 外部负极盖450还包括一个或多个通气开口 （未示出），所述通气开口 用来使电池400的未密封的体积空间暴露于周围的外部大气。通气开口 的作用在于： 一旦集流器和密封组件进行通风，则将从电池400内产生 的压力积聚排往外部大气。
集流器410、环形密封件430且如果存在内盖的话与内盖一起形成 了集流器和密封组件411，它们可被组装在一起并作为一个单元而被插 入钢罐402的开口端406内。集流器和密封组件411的组装过程以及罐 402的开口端406的封闭过程包括将环形的聚合物密封件430设置在罐 402的开口端406中，所述开口端可具有外张的开口或在罐402的内壁 上沿径向向内形成的珠状部件，并且向内弯折罐402的上端并对所述上 端进行弯折而使其处在密封件430的外周上，从而将密封件430压靠在 内盖上。还应该意识到的是：环形的聚合物密封件430使得外部负极盖 450与钢罐402是电绝缘的。
根据本发明，集流器和密封组件411密封封闭了罐402的开口端406、 为外部负极端子450提供了电流路径、且进一步用作在经受过度压力差时的压力释放机构。集流器和密封组件411被设计以便在组件411经受 预定压力差时从电池400的密封活性体积空间内释放出受压气体。压力 差指的是密封件430下面的内部压力与该密封件上面的大气压力之间 的压力差。受压气体通风通常是借助于集流器410与环形的聚合物密封 件430之间的相对轴向（即平行于集流器410的纵向轴线进行的）移动 来实现的。从内部体积空间释放出的受压气体借助于设置在外部负极盖 450中的开口 （未示出）而,皮排出电池400。
在美国专利NOs. 6， 855， 454和6， 312， 850中进一步阐明了适当密封 组件的实例，所述美国专利在此作为参考被引用。本发明的集流器还可 与其它相似的密封件和通气装置一起使用。
图5示出了包括本发明的集流器410的密封组件411的进一步的实 施例。在图示的特定布置中，密封组件411包括密封件430，所述密封 件由如上所述的材料制成，所述材料优选为尼龙。具有不导电芯体和导 电外表面的本发明的集流器410，例如上述的集流器，具有头部部分 416，所述头部部分延伸通过密封件430中的孔口 。在优选实施例中， 可使用粘结剂440如Swift Adhesive #82996或其它混合物来完善集流 器410与密封毂套430之间的密封。
头部416的一部分在密封件430上方进行延伸以便适当地连接至端 子450或另一适当接触端子。密封件430优选包括一个或多个变薄的部 分以便容纳通气机构。
在又一实施例中，本发明的集流器设有头部或其它部分，所述头部 或其它部分具有联接或连接至盖的相匹配的联接部或连接部，如电化学 电池的负极盖的连接器。这种相匹配的联接部使得与图4和图5所示的 连接部相比连接器与集流器之间的接触区域更大（其中，分别使用了非 焊接的连接器438或简单的焊接接触部）。使用相匹配的联接部而不是 固定的连接部如焊接部使得生产工艺变为了更流线型且更具有成本效 益的生产工艺，原因在于这样做使得可减少工艺的步骤。相匹配的接合 部还将增加接触表面积以4更防止电流"烧通（burning through)，，或 "穿通（punching through)，，本发明的集流器的表面上的导电镀层。 发生这种烧通的原因被认为是，集中在小接触点上流动的电流会导致产 生电阻加热。在一些情况下，烧通可导致电路的断开和电池的失效。
图6A示出了相匹配的联接部的一个可能的实施例。提供如箭头J所
17示的相匹配的连接、压配合使得实现了较大面积的表面接触。连接器
438包括负极盖450上的伸出部440,所述伸出部与集流器410的头部 416中的凹部442相匹配。在本实例中，伸出部440具有多边形形状， 但也可使用能够进行过盈配合的任何形状。凹部442的形状与伸出部 440互补，这^f吏得负极盖450可,皮压配合进入头部416内以^便形成相匹 配的联接部。在优选实施例中，伸出部40具有六边形垂直（或相对于 杆412的圆柱体沿轴向的）剖面和大体上呈圆形的水平（或相对于杆 412的圆柱体沿径向的）剖面。该相匹配的联接部也可具有反转的设计 从而使得上述元件的部件/或取向可以互换。
图6B进一步示出了图6A所示的相匹配的联接部的实施例的顶视图， 但该图中未示出负极盖450。在图6B中，凹部442具有大体上呈圆柱 形的水平剖面，其中该剖面的直径可沿凹部442的高度产生变化。图 6B示出了伸出部的实例，所述伸出部具有椭圆形或圓形的水平/径向剖 面形状（图6B中未示出），所述伸出部配合在集流器410的相应的凹 部442内。凹部442的深度必须与伸出部协同作用，但伸出部440的三 维形状并不必须是矩形或均匀的（例如成对的伸出部/凹部可具有平的、 倾斜的、弯曲的、圆形和/或不规则的底表面/顶表面）。应该注意到： 虚线441可表示杆412的剖面直径。另一种可选方式是或此外，虚线 441还可表示用于形成连接器438的过盈压配合的形状的最外周剖面。
图6C示出了另一可选实施例的顶视图。此处，凹部442沿穿过头部 416的顶部的整个长度进行延伸。在其它实施例中，凹部442可沿小于 头部416的整个长度的长度进行延伸和/或在一个以上的方向上进行延 伸（例如呈交叉形状、Y形、U形等）。
尽管本文已经结合圆柱形电化学电池对集流器进行了描述，但应该 意识到：本发明的概念同样可应用于多种其它电池构型，这包括使用多 个电极和多个集流器的电池，以及其中的罐和集流器分别电连接至负电 极和正电极的这样的电池。此外，还应该意识到：本文所述的集流器和 密封组件可封闭地密封靠在使用多种不同的钢罐封闭装置的钢罐上。此 外，另一种可选方式是，集流器可被构建在一次电池或二次电池中。
除了降低了用于本发明的集流器中的电化学电池的材料成本且减轻 了该电池的重量以外，本发明所采用的复合设计还可减轻电池的深度放 电冒气现象或泄漏现象且因此导致产生了更可靠的电池设计。正如已公
18知地，现有技术中的黄铜钉型芯体在深度放电过程中会被氧化且该被氧 化的钉型芯体表面将与锌形成电偶对从而加速阳极冒气现象。当本发明 的镀锌复合集流器被用来代替黄铜钉型芯体时，该锌镀层将在深度放电 过程中被脱除或剥除。因此，集流器将变回绝缘体，这将会防止在集流 器与锌之间形成电偶联接，且因此减轻了深度放电冒气或泄漏或同时减
轻了放电冒气和泄漏。
实例1
通过注塑成型制造出图la所示的棒形ABS塑料集流器，该集流器 具有0. 091"的直径尺寸和1.631"的长度尺寸。通过无电镀覆且随后进 行电解电镀而在该塑料集流器上镀铜。在进行无电镀覆之前先采取以下 预处理步骤。在实施完下面的每个步骤之后都要在水中对部件进行彻底 地清洗。
1. 蚀刻-在包含375至450g/L的三氧化铬和335至360g/L的硫酸 的"铬-硫酸"蚀刻剂中对ABS塑料集流器进行蚀刻。该蚀刻过程的实 施温度为140-160。F且蚀刻时间达4-10分钟。
2. 中和-随后将该塑料集流器置于包含1至5%的亚硫酸氢钠的中和 剂中以便通过化学还原去除零部件上过多的蚀刻剂。该中和过程的实施 温度为92至132。F且中和时间达l-4分钟。
3. 活化-为了在ABS塑料表面上形成催化位点，在40至104。F的温 度下进行5至10分钟的活化过程。活化器浴液包括以下成分：氯化亚 锡（10~20g/L的溶液）、二氯化钯（0. 2~0. 3g/L )和氢氯酸（~200mL/L )
4. 加速-为了使在活化步骤中沉积的活化物质具有尽可能高的活 性，在95至104°F的温度下将ABS塑料集流器浸没在包括80至120mL/L 氢氯酸的活化溶液中达1至3分钟。
通过无电镀覆在经过预处理的ABS塑料集流器上镀覆1. 5nm厚的铜 且随后通过传统的电解镀铜将镀层厚度延伸至4. 3至7. lpm。与所使用 的黄铜集流器相同地，同样用化学镀的方法在该镀铜的ABS塑料集流器 的铜镀层外部形成0. 02〜0. 08nm的锡。
在C型碱性电池（LR14 )中对该镀铜的ABS集流器进行测试且将该 集流器与棒形的镀锡的黄铜集流器（直径为0.072"且长度为1.631") 进行对比。在温度为室温的情况下，在400mA和1000mA的连续放电电流下对电池进行测试直至0. 9V的切断电位。图7示出了电池的运行数 据。图7中的批次A代表具有黄铜集流器的电池且批次B、 C和D代表 被构造以便分别具有带1. 5、 4. 3和7. lpm的铜镀层的ABS塑料集流器 的电池。批次A的放电容量在图7中被定义为100%，且随后相对于批 次A中的电池的性能对来自批次B、 C和D的电池的性能进行标准化。 图7的数据表明：当铜镀层的厚度达到或超过4. 3nm时，可达到与黄铜 集流器等效的性能。
实例2
通过采用与上述实例1中的过程相同的过程而用无电镀覆的方式 在图la所示的棒形ABS塑料集流器上镀覆约lnm的铜膜。随后用电镀 的方式分别在集流器上镀覆61pm的铜或23nm的锡。以与上述方式相同 的方式进行运行评测且评测数据如图8所示。图8中的批次E代表被构 造以便使用黄铜集流器的电池且批次F和G表示被构造以便分别使用具 有61pm的铜镀层的ABS塑料集流器的电池或使用具有23|Lim的锡镀层的 ABS塑料集流器。对于400mA的放电电流而言，镀铜或镀锡的ABS塑料 集流器都可与处于运行过程中的黄铜集流器相匹配或超越该黄铜集流 器的性能。对于1000mA的放电电流而言，具有23pm的锡镀层的ABS 集流器则表现出了不足。对比图7和图8可以看出：将铜镀层从7. 3nm 进一步增加至61nm并未带来性能的明显改善。
实例3
通过注塑成型制造出图lb所示的阶梯形ABS塑料集流器，该集流 器具有0. 071/0. 051"的直径尺寸和1. 597"的长度尺寸。利用与实例1 中所述的过程相同的过程在该集流器上镀覆15. 3|Liin的铜镀层。在C型 碱性电池（LR14)中对集流器的运行进行测试且将该集流器与棒形的镀 锡的黄铜集流器进行对比，所述黄铜集流器的直径尺寸为0. 046"且长度 尺寸为1.597"。图9中的批次H代表具有黄铜集流器的电池且批次I 代表被构造以便具有阶梯形ABS塑料集流器的电池，所述ABS塑料集流 器具有15. 3pm的铜镀层。该镀铜的阶梯形ABS塑料集流器显示出与黄 铜集流器等效或更为优良的性能。
实施本发明的技术人员和所属领域技术人员应该易于理解：可在不 偏离所披露概念的精神的情况下对本发明做出多种变形和改进。所提供 的保护范围受到权利要求书和在法律允许范围内做出的解释宽度的限定。