具有混合锌粉的碱性电化学电池制造技术

公开了具有混合锌粉的电化学电池。该混合锌粉包括第一锌粉和第二锌粉的被选部分。在优选的实施方案中，基于颗粒尺寸分布范围将第一和第二粉末分组。颗粒特征如粗糙度和伸长度被用于选择两种粉末的组，所述组被混合以生产混合锌粉。混合锌粉使得电池制造商能将电池的运行时间最长化，同时将锌的成本降到最低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有混合锌粉的碱性电化学电池                      
本专利技术一般涉及碱性电化学电池。更具体而言，本专利技术涉及具有含混和锌粉的阳极的碱性电池。                      
技术介绍
圆柱形电化学电池适合消费者广泛用于各种装置如手电、收音机和照相机中。在这些装置中所使用的电池一般都采用圆柱形金属壳体，以装载两个电极、隔膜、一定量的电解质以及包括集流体的封盖组件(closure assembly)。普通电极材料包括作为阴极的二氧化锰和作为阳极的锌。氢氧化钾的水溶液为常用电解质。隔膜通常由一张或多张纸形成，被设置在电极之间。电解质易于被隔膜和阳极吸收。市售圆柱形碱性电池使用含颗粒形式锌的阳极。该阳极为已吸收含水电解质的凝胶。锌颗粒均匀分布于凝胶中，因此颗粒与颗粒之间的接触在整个阳极中形成了导电基质。集流体与锌接触，并在阳极和电池的其中一个端子之间提供导电途径。由于一直希望给消费者提供性能更好的电池，电池工程师一直致力于延长电池给消费者的装置提供动力的时间。同时，降低电池费用并维持电池的使用性能的需要变得极为重要。现有的提高使用寿命的尝试包括锌合金的改变、锌颗粒形状的变化、锌粉颗粒尺寸分布的改变以及将自由流动的锌颗粒形成锌聚集体。例如，US 6,022,639描述了将锌片结合到在碱性电化学电池中所使用的锌粉中。不幸的是，已知锌片的使用显著提高了含有锌片的凝胶阳极的粘度。粘度的提高会引起加工方面的问题，该问题会降低电池制备方法的效率。US 6,284,410描述了将锌细粉或锌粉尘加入到锌粉中。锌细粉或锌粉尘的加入被认为有利于电池的整体性能。但是，已知加入锌细粉或锌粉尘会提高凝胶阳极的粘度，这在电池制备过程中会引起加工方面的问题。已经做了很多努力以提高电池的运行时间，这些努力是通过将一种或多种元素如铋、铟、铝、铅、锡或锰与锌制成合金。将这些元素与锌制成合金被证明在提高电池的使用寿命上是有效的，但是合金方法在锌制备-->设备上引起额外的费用，这最终会提高电池的费用。美国公开的专利申请2004/0013940A1描述了将自由流动的锌粉制备成锌聚集体。尽管锌聚集体在某些使用寿命测试中的确提高了电池的运行时间，但是形成聚集体所需要的方法步骤也提高了锌的费用，由此提高了电池的费用。所有上述对锌的改变总体上来说可以描述为工业界致力于通过改变锌粉的某些物理和/或化学特征来对锌粉进行设计以改善电池性能。但是，在锌粉的研制中仍继续需要进一步的进步，这种进步能提高使用寿命，同时将任何额外的电池费用降到最低，或者说，减少锌的费用，同时维持电池的使用寿命。                      
技术实现思路
本专利技术提供了具有锌粉的电化学电池，该电化学电池制备成本经济，并且在装置中使用时提供了所需的运行时间。在一个实施方案中，本专利技术的电化学电池包括第一电极，该电极为至少第一粉末和第二粉末的混合物。第一粉末和第二粉末均具有共有颗粒尺寸范围内的颗粒。共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的粗糙度指数值比共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的粗糙度指数值至少高2.0％。本专利技术还涉及含有锌粉混合物的电化学电池。该混合物包括来自第一粉末和至少第二粉末的锌颗粒。第一粉末中的颗粒尺寸范围和第二粉末中的颗粒尺寸范围并不重叠。本专利技术还涉及含有通过如下方法获得的锌粉混合物的电化学电池：以颗粒尺寸为基础将第一粉末分为至少两组，以颗粒尺寸为基础将第二粉末分为至少两组，其中来自第一粉末的至少一组和来自第二粉末的一组具有共有颗粒尺寸范围，并且第一粉末的共有颗粒尺寸范围中的组的平均粗糙度指数值比第二粉末的共有颗粒尺寸范围内的组的平均粗糙度指数值至少高2.0％。然后将来自第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的组和来自第二粉末的至少一组相混合。本专利技术还涉及生产混合锌粉的方法。该方法包括如下步骤。以颗粒尺寸为基础将第一粉末分为至少两组。以颗粒尺寸为基础将第二粉末分为至少两组。将来自第一粉末的至少一组与来自第二粉末的至少一组混合，由此形成混合锌粉。来自第一粉末的至少一组和来自第二-->组的一组具有共有颗粒尺寸范围。第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的颗粒的平均粗糙度指数值比第二粉末的共有颗粒尺寸范围内的颗粒的平均粗糙度指数值至少高2.0％。                       附图说明图1为本专利技术的电化学电池的横截面图；图2为两种锌粉的粗糙度指数和颗粒尺寸范围的关系图；图3为两种锌粉的延长指数和颗粒尺寸范围的关系图；图4为两种颗粒尺寸分布的图；图5为颗粒尺寸分布的图；和图6为示出三种使用寿命测试的测试结果图。                     具体实施方式现在参照附图，更具体而言参照图1，该图示出本专利技术的组装电化学电池的横截面图。从电池外面开始，电池的部件为壳体10、设置成与壳体10的内表面相邻的第一电极50、与第一电极50的内表面56相接触的隔膜(separator)20、位于由隔膜20和固定到壳体10的封盖组件70所形成的腔室中的第二电极60。壳体10具有开放端12、封闭端14以及介于两者之间的侧壁16。封闭端14、侧壁16和封盖组件70限定了装载电池电极的容积。第一电极50含有二氧化锰、石墨和含氢氧化钾的水溶液的混合物。通过如下方法制备电极：将一定量含二氧化锰的混合物放入具有开放端的壳体中，然后使用冲压装置(ram)将混合物组成型成的固体管状，该管状限定了腔室，该腔室与壳体的侧壁同心。第一电极50具有凸出部分(ledge)52和内表面56。或者，可由如下方法制备电极：将含有二氧化锰的混合物预先形成多个环，然后将这些环插入壳体中形成管状第一电极。第二电极60为含水碱性电解质、两种或多种锌粉的混合物以及胶凝剂如交联的聚丙烯酸的均一混合物。含水碱性电解质含有碱金属氢氧化物如氢氧化钾、氢氧化钠或其混合物。优选氢氧化钾。适用于本专利技术的电池的胶凝剂可为交联的聚丙烯酸，如Carbopol 940(从B.F.Goodrich，Performance Materials Division，Cleveland，Ohio，USA获-->得)。羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠为其它适用于碱性电解质溶液的胶凝剂的实例。混合锌粉可为纯锌或含适量的一种或多种选自铟、铅、铋、锂、钙和铝的金属的合金。合适的阳极混合物含重量百分比为67％的锌粉、重量百分比为0.50％的胶凝剂和重量百分比为32.5％的碱性电解质(具有重量百分比为40％的氢氧化钾)。锌的量可以介于以重量计为阳极的63％到以重量计为阳极的70％之间。任选地，可在上述成分中加入其它组分如析气抑制剂、有机或无机防腐剂、粘合剂或表面活性剂。析气抑制剂或防腐剂的实例可包括铟盐(如氢氧化铟)、全氟烷基铵盐、碱金属硫化物等。表面活性剂的实例可包括聚环氧乙烷、聚乙烯烷基醚(polyethylene alkylether)、和全氟烷基化合物等。第二电极可通过如下方法制备：将上述成分转入螺带混合机或鼓式混合机中，然后将混合物加工成湿料浆。适用于本专利技术的电池的电解质为37重量％的氢氧化钾水溶液。可通过将一定量的流体电解质放入由第一电极限定的腔室中将电解质结合到电池中。也可通过在制备第二电极的过程中使凝胶介质吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
电化学电池，包括：含有混合锌粉的第一电极，该混合锌粉包含至少第一锌粉和第二锌粉，所述第一和第二粉末具有共有颗粒尺寸范围内的颗粒，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值至少高２．０％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-6-28 10/878,2231.电化学电池，包括：含有混合锌粉的第一电极，该混合锌粉包含至少第一锌粉和第二锌粉，所述第一和第二粉末具有共有颗粒尺寸范围内的颗粒，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值至少高2.0％。2.权利要求1的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值至少高3.0％。3.权利要求2的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值至少高3.5％。4.权利要求1的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值至少高3％。5.权利要求4的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值至少高3.5％。6.权利要求5的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值至少高4.0％。7.权利要求1的电化学电池，其中所述第一粉末在第一粉末制备方法中形成，所述第二粉末在第二粉末制备方法中形成，并且第一和第二粉末制备方法彼此不相同。8.权利要求7的电化学电池，其中所述粉末制备方法选自离心雾化、气体雾化和脉冲雾化。9.权利要求1的电化学电池，进一步包括壳体，所述壳体容纳含所述混合锌粉的所述第一电极，包含二氧化锰的第二电极、位于所述电极之间的隔膜，以及与隔膜和两个电极相接触的碱性电解质。10.权利要求1的电化学电池，其中所述第一粉末和所述第二粉末为含相同化学元素的锌合金。11.权利要求10的电化学电池，其中所述合金中所述化学元素的-->量相同。12.电化学电池，包括含有锌粉混合物的第一电极，所述混合物包括来自第一粉末的锌颗粒和来自至少第二粉末的锌颗粒，其中第一粉末的颗粒尺寸范围和第二粉末的颗粒尺寸范围不重叠。13.权利要求12的电化学电池，其中所述第一粉末的颗粒的颗粒尺寸小于75微米，并且所述第二粉末的颗粒的颗粒尺寸大于75微米。14.权利要求12的电化学电池，其中所述第一粉末的颗粒的颗粒尺寸介于75微米和150微米之间，并且所述第二粉末的颗粒含有颗粒尺寸大于150微米的第一组和颗粒尺寸小于75微米的第二组。15.权利要求12的电化学电池，其中所述第一粉末的颗粒的颗粒尺寸大于150微米，并且所述第二粉末的颗粒的颗粒尺寸小于150微米。16.权利要求12的电化学电池，其中所述锌粉的混合物具有单峰颗粒尺寸分布。17.电化学电池，含有含锌粉混合物的第一电极，该锌粉混合物通过以下步骤获得：以颗粒尺寸为基础将第一粉末分为至少两组，以颗粒尺寸为基础将第二粉末分为至少两组，其中来自第一粉末的至少一组和来自第二粉末的至少一组具有共有颗粒尺寸范围，并且第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的组的平均粗糙度指数值比第二粉末的共有颗粒尺寸范围内的组的平均粗糙度指数值高至少2％，然后将来自第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的组与来自第二粉末的至少一组相混合。18.权利要求17的电化学电池，其中所述第二粉末的组颗粒尺寸范围并不包括所述共有颗粒尺寸范围。19.权利要求17的电化学电池，其中所述第一粉末的组的颗粒尺寸范围小于75微米，所述第二粉末的组的颗粒尺寸范围大于75微米。20.权利要求17的电化学电池，其中所述第一粉末的组的颗粒尺寸范围介于75微米和150微米之间，所述第二粉末的组包括颗粒尺寸范围大于150微米的第一部分和颗粒尺寸范围小于75微米的第二部分。21.权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：D范，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]