具有改进的阳极的碱性电池制造技术

形成阳极的方法，所述阳极包括用于碱性电池（８１０）的锌。该方法包括混合锌粒与优选含聚乙烯醇的粘合剂、表面活性剂和水，形成湿糊剂（８１５ｃ）。将该湿糊剂模塑成电池的阳极空腔（８１３）的大致形状，然后加热蒸发水。形成锌粒之间具有细微孔隙空间的固体多孔锌物料。可将固体物料插入到电池的阳极空腔内，然后添加含水碱性电解质，优选含氢氧化钾的电解质。固体物料吸收含水电解质并膨胀，填充阳极空腔，形成最终的新鲜阳极。（*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】具有改进的阳极的碱性电池本专利技术涉及用于碱性电池的锌阳极。本专利技术涉及阳极，所述阳极通过使含水碱性电解质加入到其中的含锌粒的固体多孔物料预成形以形成最终阳极而制备。常规的碱性电化学电池具有含锌的阳极和含二氧化锰的阴极。电池典型地由圆柱形外壳形成，但具有平坦表面的外壳或者盘状钮扣电池也是可能的。外壳最初形成有扩大的开放端和相反的闭合端。在供应电池内容物之后，将具有绝缘芯棒的端部盖帽(cup)插入到开放端内。通常通过在绝缘芯棒的边缘上卷曲外壳边缘并绕绝缘芯棒径向压缩外壳，以提供紧密封接，从而密封电池。与阳极电接触的端部盖帽板可连接到芯棒上，形成负电端。在相反的闭合端处的电池外壳的一部分形成正电端。初级碱性电化学电池典型地包括含锌阳极活性材料的阳极，碱性电解质，含二氧化锰阴极活性材料的阴极，和在阳极与阴极之间的电解质可渗透的隔板膜。(阳极活性材料此处定义为一旦电池放电时经历有用的电化学反应的阳极材料)。隔板可典型地包括例如与常规的胶凝剂(例如羧甲基纤维素钠或丙烯酸聚合物的钠盐)和电解质混合的锌粒。胶凝剂(当其与碱性电解质接触时被激活)起到在胶凝接枝内悬浮锌粒并维持它们彼此接触的作用。典型地，插入到阳极活性材料内的导电金属钉(nail)充当阳极集电器，它电连接到负电端的端部盖帽上。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的粒状二氧化锰作为电化学活性材料，以提高导电率。任选地，聚合物粘合剂和其它添加剂，例如含钛化合物可加入到阴极中。常规地以泵送到电池的阳极空腔内的淤浆形式制备用于碱性电池的锌阳极。典型地通过形成包括含水碱性电解质的胶凝的电解质混合-->物，优选胶凝的含水氢氧化钾，从而制备淤浆。可例如通过混合胶凝剂，例如聚丙烯酸胶凝剂与含水碱性电解质，形成这种胶凝的电解质。然后含小量表面活性剂的锌粉共混物典型地混合到胶凝的电解质内，形成阳极淤浆混合物。阳极淤浆混合物常规地通过淤浆泵泵送到电池的阳极空腔内。尽管设计淤浆泵，以免空气进入淤浆混合物，但当将淤浆泵送到电池阳极空腔内时，泵典型地允许小量空气进入淤浆内。这导致在泵送到阳极空腔内的阳极混合物中形成空气空穴。这种空气空穴的尺寸可以是细微的，但更典型地当通过简单的X-射线照片，在没有放大的情况下检测阳极时，存在肉眼可见的许多这种空气空穴，任选地，可添加一些额外的含水电解质，以便在淤浆泵送到阳极空腔内之后，调节在阳极混合物内电解质的组成。然而，这种额外的电解质没有显著降低在阳极淤浆内空气空穴的数量。在阳极淤浆内这种空气空穴的存在倾向于降低阳极总的传导率，这是因为它降低在空气空穴区域内锌粒之间的接触程度。在商业电池组装线中，这种锌淤浆倾向于堵塞分配管，从而导致组装线停工。此外，大批料的淤浆储存倾向于导致随着时间流逝某些锌粒的沉降或者沉淀，这最终可导致锌粒不均匀的分布。锌粒沉降或沉淀也可发生于已经在电池上分配的胶凝的锌淤浆上，例如在其中电池长时间储存或者经历某些摇动或振动的情况下。锌粒的这种沉淀会引起锌在阳极空腔内不均匀的分布和随后电的连续性的损失。此外，难以泵送阳极淤浆到非常小尺寸，尤其小的不规则形状的阳极空腔内。在这种情况下，必须更加注意锌粒的形状和淤浆的可流动性(稠度)，从而制备淤浆混合物，其中从总的传导率的角度考虑，所述淤浆的可流动性可能牺牲最终阳极。在小尺寸电池，例如小型钮扣电池中，可通过分配离散锌粒和胶凝剂的混合物到电池的阳极空腔内和外加的含水碱性电解质，形成胶凝的阳极，从而制备阳极。在商业生产中，这成为形成锌/空气电池用阳极的低效且速度受到限制的方法。它还可导致锌粒在胶凝的阳极内不均匀的分散。在阴极中使用的二氧化锰优选是电解二氧化锰(EMD)，它通过直接-->电解硫酸锰和硫酸浴而制造。EMD是理想的，因为它具有高的密度和高的纯度。EMD的电阻率非常低。典型地将导电碳材料加入到阴极混合物中，以改进在单独的二氧化锰颗粒之间的导电率。这种导电添加剂还改进二氧化锰颗粒与电池外壳(housing)之间的导电率，其中所述电池外壳还起到阴极集电器的作用。合适的导电添加剂可包括例如导电碳粉，例如炭黑，其中包括乙炔黑，片状结晶天然石墨，片状结晶合成石墨，其中包括膨胀或者页状石墨。石墨，例如片状天然或者膨胀石墨的电阻率典型地可介于约3×10-3Ω-cm至4×10-3Ω-cm。希望省去对制备阳极作为锌的淤浆混合物的需要。相反需要制备预成形固体形式的阳极，它可作为干燥固体插入到阳极空腔内，且不需要泵送淤浆混合物到阳极空腔内。本专利技术涉及形成用于碱性电池的含锌阳极的方法。形成本专利技术阳极的方法适合于制备用于碱性电池，尤其初级(不可再充电)的碱性电池的锌阳极。这种电池典型地具有含粒状锌的阳极，含二氧化锰的阴极和含水碱性电解质，优选含氢氧化钾的碱性电解质。本专利技术的方法也可用于制备在具有除了二氧化锰以外的阴极的碱性电池内含粒状锌的阳极，条件是这种电池使用含水碱性电解质，例如包括含水氢氧化钾的含水碱性电解质。本专利技术的方法可用于制备用于碱性电池的锌阳极，而与电池总的形状无关。例如，电池可以是圆柱电池，钮扣电池或平板电池，条件是该电池使用含水碱性电解质。可使用本专利技术的阳极，而与碱性电池的阳极空腔的形状无关。例如，本专利技术的阳极适合于在不规则形状的阳极空腔，例如在U.S.6482543B1中所述的阳极空腔内使用。本专利技术的方法也可用于制备适合于在锌/空气电池中使用的锌阳极。这种电池典型地使用含粒状锌和含水碱性电解质，通常含氢氧化钾的含水碱性电解质的阳极。这种锌/空气电池通常以例如在助听器中使用的钮扣电池形式使用。锌/空气电池也可以是延长的圆柱形电池形式。锌/空气电池用空气去极化且典型地具有含二氧化锰的阴极。二氧化锰可充当阴极催化剂，或者部分作为在电池放电过程中经历有用的-->电化学反应的活性阴极材料。本专利技术的一个方面涉及制备锌的含水湿糊剂和模塑该糊剂成碱性电池用阳极空腔的大致形状。这可方便地通过施加湿糊剂到其内具有空腔的钢、陶瓷或塑料阴模内而进行，该空腔具有电池阳极空腔的大致形状。糊剂在压力下填充空腔，从而具有空腔的形状。在环境温度下，糊剂可以在模腔内压塑短的时间，典型地2-3秒。按照这一方式模塑的糊剂形成可容易地从阴模中取出的锌的湿物料(湿的预成形体)。锌的湿物料(湿的预成形体)具有充足的结构完整性，结果它可单独自立在阴模外侧，同时保持其模塑形状。然后加热单独自立的湿的预成形体，使水蒸发，从而导致固体、干燥、多孔的锌物料(固体预成形体)，其可一直储存，直到电池准备用于组装。如下所述形成湿的锌物料(湿糊剂)：使用电/机械共混器，将锌粒、表面活性剂、水凝胶粘合剂、聚乙烯醇粘合剂和水的混合物共混成糊剂，直到糊剂具有均匀的稠度。调节粘合剂和水在共混物内的用量，以控制糊剂稠度。碱性电解质没有加入到湿糊剂中。湿糊剂然后插入到在钢、陶瓷或塑料阴模内的空腔中。模腔具有电池阳极空腔的大致形状，但优选略微较小。湿糊剂可具有非常类似于湿胶粘剂(cement)的稠度，因此可便利地挤出到模腔内。在环境温度下，可在模腔内压塑湿糊剂短的时间段，典型地约2-3秒，以便它被压实且完全具有空腔的形状。例如，湿糊剂可填充到具有所需阳极空腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成用于碱性电池的阳极的方法，该方法包括下述步骤：ａ）形成含锌粒、第一流体和粘合剂的混合物，所述粘合剂包括用以粘合锌粒的胶粘剂；和ｂ）至少部分干燥该混合物，从而产生含所述锌粒的尺寸稳定的物料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-7-3 10/613,6861.形成用于碱性电池的阳极的方法，该方法包括下述步骤：a)形成含锌粒、第一流体和粘合剂的混合物，所述粘合剂包括用以粘合锌粒的胶粘剂；和b)至少部分干燥该混合物，从而产生含所述锌粒的尺寸稳定的物料。2.权利要求1的方法，该方法包括下述额外的步骤：c)将所述尺寸稳定的物料插入到碱性电池内；和d)添加第二流体到在所述电池内的所述物料中，由此第二流体被吸收到所述物料中，形成阳极。3.权利要求1的方法，其中所述第一流体包括水。4.权利要求2的方法，其中所述第二流体包括含水碱性电解质。5.权利要求1的方法，其中用以粘合锌粒的所述胶粘剂包括聚乙烯醇。6.权利要求1的方法，其中所述尺寸稳定的物料是含锌粒的固体多孔物料。7.权利要求1的方法，其中在至少部分干燥所述混合物之前，所述混合物至少基本上用隔板材料包裹。8.权利要求1的方法，其中在至少部分干燥所述混合物之前，将所述混合物模塑成尺寸稳定的形状。9.权利要求5的方法，其中在步骤(d)中添加所述第二流体之前，将固体多孔物料插入到碱性电池的阳极空腔内。10.权利要求9的方法，其中当所述第二流体在其内被吸收时，所述固体多孔物料膨胀。11.权利要求4的方法，其中含水碱性电解质包括氢氧化钾。12.权利要求1的方法，其中所述尺寸稳定的物料可在环境空气内储存。13.权利要求5的方法，其中聚乙烯醇的分子量介于约85000至-->146000。14.权利要求1的方法，其中通过加热所述混合物进行在步骤b)中的所述干燥。15.权利要求1的方法，其中所述粘合剂进一步包括交联丙烯酸聚合物胶凝剂。16.权利要求1的方法，其中所述粘合剂进一步包括含聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的淀粉接枝共聚物的胶凝剂。17.权利要求1的方法，其中所述粘合剂进一步包括CARBOPOL C940交联丙烯酸聚合物。18.权利要求1的方法，其中所述粘合剂进一步包括CARBOPOL C940交联丙烯酸聚合物和WATER-LOCK A-221淀粉接枝共聚物的混合物。19.权利要求1的方法，其中所述混合物进一步包括总量为锌的约200至1000ppm的铟。20.权利要求1的方法，其中所述混合物进一步包括表面活性剂。21.权利要求20的方法，其中所述表面活性剂包括有机磷酸酯。22.权利要求8的方法，其中将所述混合物模塑成碱性电池的阳极空腔的大致形状。23.形成用于碱性电池的阳极的方法，该方法包括下述步骤：a)形成含锌粒、含醇如聚乙烯醇的粘合剂和水的混合物；b)干燥该混合物以蒸发至少部分其内的水，从而产生含所述锌粒的尺寸稳定的物料；c)将所述尺寸稳定的物料插入到碱性电池的阳极空腔内；和d)添加流体到该阳极空腔内，由此所述流体被所述物料吸收，从而形成所述阳极。24.权利要求23的方法，其中所述流体包括含水碱性电解质。25.权利要求23的方法，其中所述尺寸稳定的物料是含锌粒的固体多孔物料。26.权利要求25的方法，其中在步骤(d)中，当所述流体在其内被吸收时，所述固体多孔物料膨胀。-->27.权利要求23的方法，其中在干燥所述混合物之前，所述混合物至少基本上用隔板材料包裹。28.权利要求23的方法，其中在干燥所述混合物之前，将所述混合物模塑成指定形状。29.权利要求24的方法，其中含水碱性电解质包括氢氧化钾。30.权利要求23的方法，其中通过加热所述混合物进行在步骤b)中的所述干燥。31.权利要求23的方法，其中聚乙烯醇的分子量介于约85000至146000。32.权利要求23的方法，其中所述粘合剂进一步包括胶凝剂。33.权利要求23的方法，其中所述粘合剂进一步包括交联丙烯酸聚合物胶凝剂。34.权利要求23的方法，其中所述粘合剂进一步包括含聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的淀粉接枝共聚物的胶凝剂。35.权利要求23的方法，其中所述粘合剂进一步包括CARBOPOLC...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z姜，G辛特拉，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]