含有λ-MnO*的锌-碱性电池制造技术

一种碱性电池，它包括含有λ－二氧化锰的阴极、含有锌的阳极、置于阳极和阴极之间的隔离体以及与阴极和阳极接触的碱性电解质。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
含有λ-MnO2的锌-碱性电池本专利技术涉及一种碱性电池以及制造该碱性电池的方法。电池、比如碱性电池通常被作为能源使用。一般地，碱性电池具有阴极、阳极、隔离体和碱性电解质溶液。阴极可包括阴极材料(例如二氧化锰或氢氧化镍)、增强阴极导电性的碳颗粒和粘结剂。阳极可由包括锌颗粒的凝胶形成。隔离体被置于阳极和阴极之间。分散于整个电池中的碱性电解质溶液可以是氢氧化物水溶液，比如氢氧化钾溶液。碱性电池包括含有二氧化锰的阴极和含有锌的阳极，其中二氧化锰具有尖晶石晶体结构(例如λ-MnO2)。碱性电池在低放电速率下可具有约1.3V的平均闭路电压、充足的高速率性能和充足的存储容量保持率。λ-二氧化锰在低速率下(例如C/30或10mA/g阴极活性材料)对于0.8V的截止电压而言，可以具有大于310mAh/g的比放电容量(specificdischarge capacity)。至少约1.3V的平均闭路电压可提供与市售的二氧化锰-锌碱性电池之间的电压兼容性。一方面，碱性电池包括阴极，该阴极含有包括λ-二氧化锰的阴极活性材料；阳极，该阳极含有锌；阳极和阴极之间的隔离体；以及与阴极和阳极接触的碱性电解质。在相当于20mA/g或10mA/g的阴极活性材料的放电速率下，对于0.8V的截止电压而言，阴极活性材料具有大于290mAh/g、大于300mAh/g、大于310mAh/g或大于320mAh/g的比放电容量。另一方面，制备碱性电池的方法包括：提供正极，所述正极包括含有λ-二氧化锰的阴极活性材料；并且形成包括电极和含有锌颗粒的负极的电池。提供电极的步骤包括通过以下方法制备λ-二氧化锰：使水与式Li1+xMn2-xO4的化合物接触，其中x为-0.02-+0.02或-0.005-+0.005；将酸加入水与化合物中形成混合物直至混合物的pH值为1或更小；从水和酸中分离出固体；并且在150℃或更低的温度下选择-->性地在真空中干燥该固体，以得到λ-二氧化锰。在相当于10mA/g阴极活性材料的放电速率下，碱性电池对于0.8V的截止电压而言，具有大于300mAh/g的比放电容量。λ-二氧化锰可具有在1-10m2/g之间的B.E.T.表面积(例如大于8m2/g)，0.05-0.15cm3/g之间的总孔隙体积或小于100的平均孔径。所述酸可以是硫酸、硝酸、高氯酸、盐酸、甲苯磺酸或三氟甲基磺酸。酸溶液的浓度可在1-8摩尔/升(molar)之间。最终的pH值可以是1或更小、0.7或更小或在0.5-0.7之间。该方法可包括用水来洗涤从水和酸中分离出的固体，直至洗涤液具有6-7的pH值。可在20-120℃、30-90℃或50-70℃之间的温度下干燥该固体。使水与化合物接触包括形成浆液。可将浆液保持在约5-50℃之间的温度。在加入酸的过程中，可基本上保持浆液的温度恒定。从说明书和附图以及权利要求书可以明显看出本专利技术的其它特征和优点。附图说明图1为电池的截面图。图2示出了由化学计量LiMn2O4尖晶石前体制备的λ-MnO2粉末的x-射线粉末衍射图的比较。图3示出了在0.6V的截止电压和C/30或10mA/g的阴极活性材料的放电速率下、阴极含有λ-MnO2或市售电解二氧化锰(EMD)的碱性钮扣电池的放电性能。图4示出利用Stepped Potential Electro-Chemical Spectroscopy(SPECS)测量的阴极含有λ-MnO2的碱性钮扣电池的放电容量增量和最大功率。图5示出利用Stepped Potential Electro-Chemical Spectroscopy(SPECS)测量的阴极含有市售EMD的碱性钮扣电池的放电容量增量和最大功率。图1中，电池10包括阴极12(正极)和阳极14(负极)、隔离体16和圆柱形外壳18。电池10也可包括集电器20、密封件22和作为电池-->负极端的负极金属顶盖24。阴极与外壳接触，并且电池的正极端在电池负极端的对侧。电解质溶液被分散于整个电池10中。电池可以是例如AA、AAA、AAAA、C或D电池。阳极14可以由电池阳极中所使用的任何标准锌材料形成。例如，阳极可以是包括锌金属颗粒、胶凝剂和极少量添加剂比如起泡抑制剂在内的锌浆液。另外，一部分电解质溶液可分散于阳极中。锌颗粒可以是浆状阳极中通常所使用的任何锌颗粒。锌颗粒的例子例如包括US申请No.08/905254、US申请No.09/115867或US申请No.09/156915所述的那些，本文整体参考引用所述文献。阳极可包括例如60wt％-80wt％、65wt％-75wt％或67wt％-71wt％的锌颗粒。电解质可以是碱性氢氧化物比如氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液。电解质水溶液中可含有15wt％-60wt％、20wt％-55wt％或30wt％-50wt％的碱性氢氧化物。电解质可含有0-6wt％的碱性氧化物，比如氧化锌。胶凝剂的例子包括聚丙烯酸、接枝淀粉材料、聚丙烯酸的盐、羟甲基纤维素、羟甲基纤维素盐(例如羟甲基纤维素钠)或其组合。聚丙烯酸的例子包括CARBOPOL 940和934(由Goodrich得到)和POLYGEL 4P(由3V得到)，并且接枝淀粉材料的例子包括WATERLOCK A221或A220(由Grain Processing Corporation，Muscatine，IA得到)。聚丙烯酸的盐的实例包括ALCOSORB G1(由Ciba Specialties得到)。阳极可包括例如0.05-2wt％或0.1-1wt％的胶凝剂。起泡抑制剂可包括无机材料比如铋、锡或铟。也可选择的是，起泡抑制剂可包括有机材料比如磷酸酯、离子表面活性剂或非离子表面活性剂。离子表面活性剂的实例包括例如专利US专利No.4777100所公开的那些，本文整体参考引用该文献。隔离体16可以是常规的电池隔离体。在一些实施方式中，隔离体16可以由两层的无纺非膜材料形成，其中一层置于另一层的表面上。例如，为了使隔离体16体积最小的同时提供高效的电池，每一层无纺-->非膜材料均具有约54克/平方米的基重，并且干燥时具有约5.4mil的厚度而润湿时具有约10mil的厚度。该层基本上没有填料，比如无机颗粒。在其它实施方式中，隔离体16可包括一层玻璃纸与一层无纺材料的组合。隔离体也可包括其它的无纺材料层。玻璃纸层可以与阴极12或阳极相邻。无纺材料可含有78wt％-82wt％的聚乙烯醇和18wt％-22wt％的人造丝以及微量的表面活性剂，例如无纺材料是由PDM获得的商标为PA25的材料。外壳18可以是一次碱性电池常用的常规外壳。外壳可包括金属内壁和不导电的外部材料比如可热收缩的塑料。可选择的是，导电材料层可被置于内壁和阴极12之间。该层可沿内壁的内表面和/或阴极12的周围设置。导电层可由例如含碳材料(例如胶体石墨)比如LB1000(Timcal)、Eccocoat 257(W.R.Grace & Co.)、Electrodag 109(AchesonColloids Company)、Electrodag EB-009(Acheson)、Electrodag 112(Acheson)和EB0005(Acheson本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱性电池，它包括：阴极，该阴极包括含有λ－二氧化锰的阴极活性材料；阳极，该阳极含有锌；阳极和阴极之间的隔离体；以及与阴极和阳极接触的碱性电解质，其中，在２０ｍＡ／ｇ的阴极活性材料的放电速率下，阴极 活性材料对于０．８Ｖ的截止电压而言，具有大于２９０ｍＡｈ／ｇ的比放电容量。

【技术特征摘要】
US 2001-11-19 09/988,2971.一种碱性电池，它包括：阴极，该阴极包括含有λ-二氧化锰的阴极活性材料；阳极，该阳极含有锌；阳极和阴极之间的隔离体；以及与阴极和阳极接触的碱性电解质，其中，在20mA/g的阴极活性材料的放电速率下，阴极活性材料对于0.8V的截止电压而言，具有大于290mAh/g的比放电容量。2.权利要求1的电池，其中在20mA/g的阴极活性材料的放电速率下，阴极活性材料对于0.8V的截止电压而言，具有大于300mAh/g的比放电容量。3.权利要求1的电池，其中在20mA/g的阴极活性材料的放电速率下，该电池对于0.8V的截止电压而言，具有310mAh/g或更大的比放电容量。4.权利要求1的电池，其中λ-二氧化锰被加热至低于150℃的温度。5.权利要求1的电池，其中λ-二氧化锰被加热至120℃或更低的温度。6.权利要求1的电池，其中λ-二氧化锰具有大于4m2/g的B.E.T.表面积。7.权利要求1的电池，其中λ-二氧化锰具有大于8m2/g的B.E.T.表面积。8.权利要求1的电池，其中λ-二氧化锰具有0.05-0.15cm3/g的总孔隙体积。9.一种碱性电池，它包括：阴极，该阴极包括含有λ-二氧化锰的阴极活性材料，所述λ-二氧化锰具有0.05-0.15cm3/g的总孔隙体积，并且所述λ-二氧化锰具有大于8m2/g的B.E.T.表面积，其中所述λ-二氧化锰被加热至150℃或更-->低的温度；阳极，该阳极含有锌；阳极和阴极之间的隔离体；以及与阴极、阳极和隔离体接触的电解质。10.权利要求9的电池，其中在20mA/g的阴极活...

【专利技术属性】
技术研发人员：WL鲍登，K布兰德，PA克里斯汀，Z姜，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]