本发明专利技术公开了一种碱性电化学电池，其包括阴极、凝胶阳极，以及设置在阴极和阳极之间的隔板，其中，凝胶阳极包括阳极活性材料、碱性电解质、胶凝剂，以及约10ppm至250ppm的烷氧基烷基磷酸酯表面活性剂；其中，相对于阳极活性材料的总重量，约15wt％至约60wt％的阳极活性材料的粒径小于约75μm。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碱性电化学电池相关申请的交叉引用本申请主张于2017年11月20日提交的美国临时申请62/588,550的优先权，其全部内容通过引用合并于本申请，为了任何和所有的目的。
本申请属于电化学电池领域，更具体地说，本申请涉及一种具有改进的性能和可靠性的碱性电池。
技术介绍
碱性电化学电池用于驱动日常生活中使用的各种设备。例如，收音机、玩具、照相机、手电筒和助听器等设备通常都需要依靠一个或多个电化学电池来工作。电化学电池通过在电池内通过合适的碱性电解质将反应性金属阳极电化学耦合至阴极来产生电能。碱性电池的可靠性和高倍率放电性能部分取决于使用正确的阳极配方，以在电池静止时(尤其是在部分放电后)最大程度地减少锌阳极的氧化，可以通过适当地选择阳极活性材料(如锌合金)并通过材料提纯来实现。锌合金中存在的金属杂质可能会导致电池内产生氢气，使得在未放电或部分放电状态下间歇使用或存储期间压力升高。金属杂质的其他来源可能来自其他电池元件，如电解质、电解二氧化锰、石墨、电池外壳，以及阳极集电器。锌和其他来源的杂质可能会溶解在电解质中，通过对流扩散到阳极，在电化学腐蚀反应过程中沉淀在阳极表面上作为阴极位点，导致产生更多的气体。为了减小有害杂质的影响，电化学电池通常包含腐蚀抑制剂或表面活性剂材料。阳极抑制剂的作用是在电池静止时在阳极表面形成保护膜，以防止不良反应物进入阳极表面，有效减少了形成氢气的还原反应。在缺乏良好的抑制剂的情况下，电池存储期间积聚的气压会导致电池放气，最终导致电池泄漏和故障。因此，期望找到可有效地抑制电池内部产生气体的手段，以抑制由于泄漏引起的故障，同时改善电池存储寿命和电池性能。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种碱性电化学电池，其包括阴极、凝胶阳极，以及设置在阴极和阳极之间的隔板，凝胶阳极包括阳极活性材料、碱性电解质、胶凝剂，以及约10ppm至250ppm的烷氧基烷基磷酸酯表面活性剂，其中，阳极活性材料的表观密度为约2.60g/cc至约3.35g/cc，相对于阳极活性材料的总重量，约15wt％至约60wt％的阳极活性材料的粒径小于约75μm，相对于阳极活性材料的总重量，约5wt％至约25wt％的阳极活性材料的粒径大于约150μm。本专利技术的一个方面提供了一种凝胶阳极，其包括阳极活性材料、碱性电解质、胶凝剂，以及约10ppm至250ppm的烷氧基烷基磷酸酯表面活性剂，其中，阳极活性材料的表观密度为约2.60g/cc至约3.35g/cc，相对于阳极活性材料的总重量，约15wt％至约60wt％的阳极活性材料的粒径小于约75μm，相对于阳极活性材料的总重量，约5wt％至约25wt％的阳极活性材料的粒径大于约150μm。在可与上述方面和实施方式结合的一些实施方式中，烷氧基烷基磷酸酯表面活性剂包含聚氧乙烯十三烷基醚磷酸酯(即十三烷基-6-磷酸)。在可与上述方面和实施方式结合的一些实施方式中，凝胶阳极中的电解质的氢氧化物浓度为约24wt％至约36wt％。在可与以上方面和实施方式结合的一些实施方式中，凝胶阳极包含约0.2wt％至约1.0wt％的胶凝剂。在可与上述方面和实施方式结合的一些实施方式中，胶凝剂包括交联聚丙烯酸。在一些实施方式中，阳极活性材料包括锌合金。在可与以上方面和实施方式结合的一些实施方式中，锌合金包括锌、铟和/或铋。在其他的实施方式中，锌合金包含约100ppm至约300ppm的铋和约100ppm至约300ppm的铟。在可与上述方面和实施方式结合的一些实施方式中，相对于阳极的总重量，阳极包括约62wt％至约72wt％的锌合金。在可与以上方面和实施方式结合的一些实施方式中，电化学电池是LR14电池或LR20电池。在可与以上方面和实施方式结合的一些实施方式中，相对于阳极活性材料的总重量，约15wt％至约65wt％的阳极活性材料的粒径小于约75微米，相对于锌合金的总重量，约5wt％至约25wt％的粒径大于约150微米，相对于阳极活性材料的总重量，小于约10wt％的阳极活性材料的粒径小于约45微米。本专利技术的一方面提供了一种凝胶阳极，其中，凝胶包括阳极活性材料、含约26wt％至约34wt％氢氧化钾的碱性电解质、约0.2wt％至约1.0wt％的胶凝剂，以及约10ppm至250ppm的聚氧乙烯十三烷基醚磷酸酯，其中，阳极活性材料的表观密度为约2.60g/cc至约3.35g/cc，相对于阳极活性材料的总重量，约15wt％至约60wt％的阳极活性材料的粒径小于约75μm，相对于阳极活性材料的总重量，约5wt％至约25wt％的阳极活性材料的粒径大于约150μm。附图说明图1是包括实施例1的凝胶阳极的未放电(UD)的LR20电池的放气特性示意图。图2是包括实施例2的凝胶阳极的部分放电(PD)的LR20电池的放气特性示意图。图3是根据实施例3的LR20电池在2.2Ω下每天放电一小时的放电性能示意图。图4是包括实施例3的凝胶阳极的LR20电池在600mA下每天放电2小时的放电性能示意图。图5是包括实施例4的凝胶阳极的LR20电池的跌落测试后的安培数。图6是根据实施例4在室温下储存三个月后的玩具测试中，LR20电池的放电性能示意图。图7是包括实施例4的凝胶阳极的LR20电池的部分放电(PD)的放气特性示意图。图8是在约71℃下储存一周后，包括实施例5的凝胶阳极的未放电(UD)的LR20电池的放气特性示意图。图9是在约71℃下储存一周后，包括实施例5的凝胶阳极的部分放电(PD)的LR20电池的放气特性示意图。图10是在85℃下储存两天后，包括实施例5的凝胶阳极的未放电(UD)的LR20电池的放气特性示意图。图11是在室温下保存1个月后，在重工业手电筒测试(HIFT)和便携式立体声测试中LR20电池的放电性能示意图。图12是包括凝胶阳极的LR20电池的ANSI放电性能示意图，其中，锌粉的表观密度为2.77g/cc和3.0g/cc。图13是在160℃储存1周后，部分放电的LR20电池的电池产气示意图。图14是包括具有HF锌的凝胶阳极的LR20电池的ANSI放电性能示意图，HF锌在63％负载下的表观密度为2.77g/cc。图15是在室温下存储3个月之后，在便携式立体声、便携式照明和玩具测试中，LR14电池的放电性能示意图。图16是包括凝胶阳极的未放电(UD)的LR14电池的放气特性示意图。图17是包括凝胶阳极的部分放电(PD)的LR14电池的放气特性示意图。需要注意的是，附图中示出的元件的设计或配置并非严格按比例绘制，和/或，附图仅仅用于说明目的。因此，在不脱离本申请公开的预期范围的情况下，元件的设计或配置可以不同于本申请中所描述。因此，说明书附图不应被视为是限制性的。具体实施方式以下将描述本申请的各个实施方式。应当注意的是，具体实施方式不旨在作为详尽的描述或对本申请所讨论的更广泛方面构成限制。结合特定实施方式描述的一个方面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碱性电化学电池，其包括：/n阴极；/n凝胶阳极，其包含阳极活性材料、碱性电解质、胶凝剂，以及约10ppm至250ppm的烷氧基烷基磷酸酯表面活性剂；以及/n设置在阴极和阳极之间的隔板；/n其中，阳极活性材料的表观密度为约2.60g/cc至约3.35g/cc；/n相对于阳极活性材料总重量，约15wt％至约60wt％的阳极活性材料的粒径小于约75μm；以及/n相对于阳极活性材料的总重量，约5wt％至约25wt％的阳极活性材料的粒径大于约150μm。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171120 US 62/588,5501.一种碱性电化学电池，其包括：
阴极；
凝胶阳极，其包含阳极活性材料、碱性电解质、胶凝剂，以及约10ppm至250ppm的烷氧基烷基磷酸酯表面活性剂；以及
设置在阴极和阳极之间的隔板；
其中，阳极活性材料的表观密度为约2.60g/cc至约3.35g/cc；
相对于阳极活性材料总重量，约15wt％至约60wt％的阳极活性材料的粒径小于约75μm；以及
相对于阳极活性材料的总重量，约5wt％至约25wt％的阳极活性材料的粒径大于约150μm。
2.根据权利要求1所述的碱性电化学电池，其中，所述烷氧基烷基磷酸酯表面活性剂包含聚氧乙烯十三烷基醚磷酸酯。
3.根据权利要求1所述的碱性电化学电池，其中，所述碱性电解质的氢氧化物的浓度为约24wt％至约36wt％。
4.根据权利要求1所述的碱性电化学电池，其中，所述凝胶阳极包含约0.4wt％至约1.0wt％的胶凝剂。
5.根据权利要求1所述的碱性电化学电池，其中，所述胶凝剂包含交联聚丙烯酸。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的碱性电化学电池，其中，所述阳极活性材料包含锌合金。
7.根据权利要求6所述的碱性电化学电池，其中，所述锌合金包含锌、铟和铋。
8.根据权利要求6所述的碱性电化学电池，其中，所述锌合金包含约130ppm至约270ppm的铋。
9.根据权利要求6所述的碱性电化学电池，其中，所述锌合金包含约130ppm至约270ppm的铟。
10.根据权利要求6所述的碱性电化学电池，其中，相对于阳极的总重量，阳极中的锌合金的含量为约62wt％至约72wt％。
11.根据权利要求1所述的碱性电化学电池，其中，所述碱性电化学电池为LR14电池或LR20电池。
12.一种用于碱性电化学电池的凝胶阳极，凝胶阳极包括：
表观密度为约2.60...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·埃德加·阿马坎基，安德鲁·J·罗什科夫斯基，唐纳德·雷蒙德·克劳，
申请(专利权)人：劲量品牌有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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