具有平外壳的碱性电池制造技术

具有平外壳，优选具有立方体形状的碱性电池。电池可具有包括锌的阳极和包括ＭｎＯ↓［２］的阴极。外壳可具有相对小的总厚度，典型地约５－１０ｍｍ。可以通过外壳中的开放端和插入其中的端帽组件提供电池内容物以密封电池。在隔离膜和阴极之间也可以存在间隙用于插入另外的电解质。端帽组件包括排气机构，优选有凹槽的排气口，当电池中的气体压力达到典型地约２５０－８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０↑［３］－５５１５×１０↑［３］帕斯卡表压）的阈值水平时该排气口可启动。电池可具有补充排气机构如在外壳表面上的激光焊接的区域，它可以在更高压力水平下启动。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有平外壳的碱性电池本专利技术涉及具有基本平的外部外壳(housing)的碱性电池。本专利技术涉及碱性电池，该电池具有包括锌的阳极，包括二氧化锰的阴极，和包括含水氢氧化钾的电解质。常规碱性电化学电池具有包括锌的阳极和包括二氧化锰的阴极。电池典型地由圆筒形外部外壳形成。在中等漏电服务(100-300毫安)中新电池的开路电压(EMF)为约1.5伏和典型的平均运行电压为约1.0-1.2伏。圆筒形外壳初始由扩大的开放端和相对密闭端形成。在提供电池内容物之后，将具有绝缘索环和负端端帽的端帽组件插入外壳开放端。开放端由如下方式密闭：在绝缘插头边缘上卷曲外壳边缘和在绝缘插头周围径向压缩外壳以提供紧密密封。绝缘索环电绝缘负端帽和电池外壳。在相对密闭端的一部分电池外壳形成正端。由于电池在某些点以上，正常地靠近电池有用容量完全耗尽的点持续放电，与各种电化学电池，特别地碱性电池的设计相关的问题是电池产生气体的倾向。电化学电池，特别地碱性电池通常在端帽组件中具有可破裂隔膜或可破裂膜。可破裂隔膜或可破裂膜可以在塑料绝缘构件中形成，例如在U.S.专利3,617,386中所述。现有技术公开了可破裂排气膜，它在绝缘盘中整体形成为变薄区域，该绝缘盘包括在端帽组件中。可以取向这样的排气膜使得它们位于垂直于电池纵轴的平面中，例如在U.S.专利5,589,293中所示，或可以取向它们使得它们相对于电池纵轴倾斜，如在U.S.专利4,227,701中所示。U.S.专利6,127,062公开了绝缘密封盘和整体形成的可破裂膜，它垂直取向，即平行于电池的中心纵轴。当电池中的气体压力上升到预定水平时，膜破裂，从而通过端帽中的小孔释放气体压力到外部环境。在本领域中公开其它类型的排气口用于释放电化学电池中的气体-->压力。一种这样的排气口是可复位橡胶栓，它已经有效地用于小的平矩形镍金属氢化物可充电电池。具有可复位橡胶栓的一种这样的可充电电池是7/5-F6尺寸镍金属氢化物可充电电池，以由Gold PeakBatteries，香港制造的电池型号GP14M145购得。物理压缩橡胶栓以牢固地位于空腔中的斜小孔中或位于电池的端帽组件中。当电池的内部气体压力达到预定的水平时，栓脱离它的座因此让气体通过下面的小孔逸出。当电池中的气体压力返回到正常时栓自身复位。碱性电化学原电池典型地包括锌阳极活性材料，碱性电解质，二氧化锰阴极活性材料，和电解质可渗透的隔离膜(separator)，典型地纤维素或纤维素类和聚乙烯醇纤维。阳极活性材料可包括例如，与常规胶凝剂，如羧甲基纤维素钠或丙烯酸聚合物的钠盐混合的锌粒子，和电解质。胶凝剂用于悬浮锌粒子和保持它们彼此接触。典型地，插入阳极活性材料的导电金属钉用作阳极集电器，它电连接到负端端帽。电解质可以是碱金属氢氧化物例如，氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂的水溶液。阴极典型地包括与导电添加剂，典型地石墨材料混合以增强电导率的作为电化学活性材料的粒状二氧化锰。任选地，少量聚合物粘结剂，例如聚乙烯粘结剂和其它添加剂，如含钛化合物可以加入阴极。用于阴极的二氧化锰优选是电解二氧化锰(EMD)，它由硫酸锰和硫酸的浴的直接电解制备。由于它具有高密度和高纯度，EMD是所需的。EMD的电导率(电阻率)相当低。将导电材料加阴极混合物以改进在单个二氧化锰粒子之间的电导率。这样的导电添加剂也改进在二氧化锰粒子和电池外壳之间的电导率，它也在常规圆筒形碱性电池中用作阴极集电器。合适的导电添加剂可包括，例如石墨、石墨类材料、导电碳粉末，如炭黑，包括乙炔黑。优选导电材料包括薄片状结晶天然石墨，或薄片状结晶合成石墨，包括膨胀或片状剥落的石墨或石墨类碳纳米纤维及其混合物。现在可利用小尺寸矩形可充电电池，它用于向小电子设备如MP3音频播放器和小型磁盘(MD)播放器提供电源。这些电池的形状典型-->地为小立方体(矩形平行六面体)，一定程度上为口香糖包装物的尺寸。在此使用的术语“立方体”应当表示它的正常几何定义，即，“矩形平行六面体”。根据由国际电工委员会(IEC)说明的这样电池的标准尺寸，这样的电池，例如形式可以为可替换可充电镍金属氢化物(NiMH)尺寸F6或7/5F6尺寸立方体。F6尺寸的厚度为6.0mm，宽度为17.0mm和长度为35.7mm(没有标签)。存在F6尺寸的变型，其中长度可以大至约48.0mm。7/5-F6尺寸的厚度为6.0mm，宽度为17.0mm，和长度为67.3mm。根据IEC标准，对于7/5-F6尺寸的允许偏差在厚度中是+0mm，-0.7mm，在宽度中是+0mm，-1mm，和在长度中是+0，-1.5mm。F6或7/5F6 NiMH可充电电池的平均运行电压当用于向微型数字音频播放器如MP3音频播放器或小型磁盘(MD)播放器提供动力时为约1.1-1.4伏，典型地约1.12伏。当用于向小型磁盘(MD)播放器提供动力时，电池在约200-250毫安的速率下消耗。当用于向数字音频MP3播放器提供动力时，电池典型地在约100毫安的速率下消耗。需要具有与小尺寸立方体形状(矩形平行六面体)镍金属氢化物电池相同尺寸和形状的小的平碱性电池，从而小尺寸碱性电池可以与镍金属氢化物电池互换使用以向小电子设备如小型磁盘或MP3播放器提供动力。需要使用原(不可充电)碱性电池，优选锌/MnO2碱性电池作为小矩形可充电电池，特别地小尺寸镍金属氢化物可充电电池的替代物。然而，与矩形(立方体)原Zn/MnO2碱性电池的设计相关的特定问题在于电极在电池放电期间溶胀的倾向。阳极和阴极两者在放电期间溶胀。对于给定的外壳壁厚度，认识到与可比尺寸和体积的圆筒形外壳相比，矩形电池外壳较少能够承受电池内部压力中的给定增加(由于放气和阴极膨胀)。这是由于对于给定压力和外壳壁厚度与在相似尺寸圆筒形外壳上相比，在矩形(立方体)外壳上施加的显著高的周围应力(环向应力)。可以通过显著增加外壳的壁厚度克服与矩形电池-->相关的膨胀或溶胀问题。然而，对于总厚度小，如在约10mm以下的矩形电池，外壳壁厚度的显著增加可导致可利用阳极和阴极材料的体积的显著降低。增加的壁厚度增加电池的制造成本。在此方面需要保持外壳壁厚度小于约0.50mm，优选小于约0.47mm。因此需要设计小的平(不可充电)碱性电池，如具有矩形(立方体)外壳，但仍然具有小外壳壁厚度的F6或7/5-F6尺寸电池，其中外壳在正常电池使用期间不显著膨胀或溶胀。需要这样的矩形电池用作小尺寸平镍金属氢化物可充电电池的替代物。本专利技术的主要方面涉及原(不可充电)碱性电池，该电池在放电时产生氢气，其中该电池具有外部壳体(外壳)，包括排气机构的端帽组件，当气体压力达到预定水平时该排气机构允许氢气从电池逸出。壳体(casing)具有沿电池长度走向(run)的至少一对相对平壁。将端帽组件插入壳体开放端和通过卷曲或焊接而密封以密闭壳体。在开放端的壳体边缘可以在绝缘密封构件上卷曲，该构件典型地为尼龙或聚丙烯，插入开放端，但优选激光焊接金属罩到壳体以密闭其开放端。碱性电池的形状可以为平行六面体，但所需地形状为立方体(矩形平行六面体)。壳体，因此优选具有立方体形状，它不具有任何整体圆筒形区段。碱性电池所需地具有包括锌的阳极，和含水碱性电解质，优选氢氧化钾的水溶液。端帽组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向包括壳体的碱性电池中加入电解质溶液的方法，该壳体具有开放端和相对密闭端，该方法包括：（ａ）将阴极材料插入壳体，该阴极材料具有在其中限定的开口；（ｂ）将隔离膜插入在该阴极材料中限定的该开口的至少一部分，在该隔离膜的至少一 部分和阴极材料之间存在间隙；（ｃ）向该间隙中加入碱性电解质溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-11-26 10/723,1901.一种向包括壳体的碱性电池中加入电解质溶液的方法，该壳体具有开放端和相对密闭端，该方法包括：(a)将阴极材料插入壳体，该阴极材料具有在其中限定的开口；(b)将隔离膜插入在该阴极材料中限定的该开口的至少一部分，在该隔离膜的至少一部分和阴极材料之间存在间隙；(c)向该间隙中加入碱性电解质溶液。2.权利要求1的方法，其中通过在其中插入分配喷嘴和将电解质溶液从该分配喷嘴分配入该间隙，将该电解质溶液加入该间隙。3.权利要求1的方法，其中该壳体沿它的长度具有至少一个平表面。4.权利要求1的方法，其中该壳体的形状为立方体。5.权利要求1的方法，其中该阴极包括二氧化锰，和该电解质包括含水氢氧化钾。6.权利要求1的方法，其中该间隙的宽度为约2-4mm。7.权利要求1的方法，其中该间隙为约2-4mm宽。8.权利要求1的方法，其中该隔离膜具有袋形状和包括主体表面，该表面具有开放端和相对密闭端，其中该主体表面限定在其中插入阳极材料的腔。9.权利要求8的方法，其中当在横截面中沿垂直于电池中心纵轴的平面观察时，限定该腔的该隔离膜主体表面具有长方形构型。-->10.权利要求3的方法，其中该电池的厚度为约6mm，宽度为约17mm和长度为约35-67mm。11.权利要求9的方法，其中该长方形构型包括一对相对宽侧面和一对相对短侧面，其中该间隙在一个该隔离膜短侧面和该阴极之间。12.一种向包括壳体的碱性电池中加入电解质溶液的方法，该壳体具有开放端和相对密闭端，该方法包括：(a)将阴极材料插入壳体使得阴极表面面对壳体和相对的暴露阴极表面面对电池内部；(b)将隔离膜插入壳体使得隔离膜的表面面对该阴极的该暴露表面，在该隔离膜的至少一部分和阴极之间存在间隙；(c)将阳极材料插入该壳体使得隔离膜在该阳极和阴极之间；(d)向该间隙中加入碱性电解质溶液，其中至少一部分该加入的电解质吸收到阳极中，从而引起阳极膨胀和密闭在隔离膜和阴极之间的该间隙。13.权利要求12的方法，其中该壳体沿它的长度具有至少一个平表面。14.权利要求12的方法，其中该壳体的形状为立方体。15.权利要求12的方法，其中该阳极包括锌，该阴极包括二氧化锰，和该电解质包括含水氢氧化钾。16.权利要求12的方法，其中该间隙的宽度为约2-4mm。17.权利要求12的方法，其中该隔离膜具有袋形状和包括主体表面，-->该表面具有开放端和相对密闭端，其中该主体表面限定在其中插入阳极材料的腔。18.权利要求17的方法，其中当在横截面中沿垂直于电池中心纵轴的平面观察时，限定该腔的该隔离膜主体表面具有长方形构型。19.权利要求14的方法，其中该电池的厚度为约6mm，宽度为约17mm和长度为约35-67mm。20.权利要求18的方法，其中该长方形构型包括一对相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：P特雷纳，T索恩，R伯顿，J罗泽尔，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]