带有含硫阳极的电化学电池制造技术

提供了一种电化学电池，其包括含有活性材料和元素硫的阳极。还提供了一种制造电化学电池的方法，其包括提供阴极、电解液和阳极，将元素硫添加到阳极中，使阳极和阴极与电解液接触的步骤。阳极活性材料为锌。电解液为氢氧化钾水溶液。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
传统的碱性电池通常包括钢制圆筒，其具有含有用作活性材料的二氧化锰并形成于钢筒内表面的阴极、含有用作活性材料的锌粉并位于电池中心的阳极、位于阳极与阴极之间的隔板，以及同时与阳极、阴极和隔板相接触的碱性电解质溶液。在阳极的活性材料中通常插入了导电集电器，并采用密封组件使钢筒的顶端封闭。在设计碱性电池中的一个目的是在电池以较高放电速率放电时提高锌的放电效率。在传统的电池中，当电池以较高速率放电时锌的放电效率通常较低。例如，当前市场上的碱性电池在电池以较高放电速率放电时只利用了电池中约20-30％的锌。电化学电池的生产商和使用者希望有一种性能更佳的电化学电池，因此对低成本的性能更佳的电化学电池的需求日益增加。实现电化学电池的更佳性能的一种方法是提高锌的利用率。本专利技术的一个方面是一种电化学电池，其包括碱性电解液和具有电化学活性材料及元素硫的阳极。本专利技术的另一方面是一种构造电化学电池的方法，其包括提供阴极、碱性电解液和阳极以及将元素硫添加到阳极中的步骤。通过参考下面的说明、权利要求和附图，本领域的技术人员可以进一步地理解和评价本专利技术的这些和其他特征、优点及目的。附图的简要说明附图说明图1是根据本专利技术的可采用具有元素硫的阳极的碱性电化学电池的剖开的透视图；和图2是在测定充满了电的试验电池时对无硫的锌阳极与含有元素硫的锌阳极的放电曲线进行比较的图。优选实施例的详细介绍参考图1，图中显示了圆柱形碱性电化学电池10的剖视图。碱性电池10包括带有封闭顶端和开口底端的圆柱形钢筒12，钢筒的方位如图1所示。除了钢筒12的两端之外，围绕钢筒12的外表面设有金属化的塑料薄膜标签14。在钢筒12的封闭端设有最好由电镀钢形成的正极盖板16。薄膜标签14形成在正极盖板16的周向边缘上。围绕钢筒12的内表面形成有阴极20，其最好由二氧化锰、石墨、45％的氢氧化钾溶液、水、含有约20％的聚四氟乙烯的TEFLON溶液和添加剂的混合物组成。围绕阴极20的内表面设有隔板22，其最好由可防止电池内的任何固体粒子发生迁移的非织造织物形成。在钢筒12内、最好在隔板22的内部设有碱性电解液24，其最好由氢氧化钾(KOH)的水溶液形成。如下所述地最好由锌合金粉末、胶凝剂、电解液和添加剂的混合物形成的阳极18设于隔板22的内部，并与可包括有铜钉的集电器26相接触。因此，阴极20被设为电池的正电极，而阳极18被设为电池的负电极。集电器26与盖板36在钢筒12的开口端处接触。在钢筒12的开口端处形成有尼龙密封件30，以防止包含在钢筒12中的活性材料发生泄漏。尼龙密封件30与膜片式弹簧垫圈28和最好由钢制成的电池内盖板34接触。在图1中的膜片式弹簧垫圈之下为齿形垫圈29。最好由电镀钢形成的负极盖板36设置成与集电器26接触。负极盖板36通过尼龙密封件30而与钢筒12电绝缘。本专利技术的阴极20最好由作为电化学活性材料的电解二氧化锰(EMD)形成。另外，本专利技术的阴极20还可含有一种或多种阴极添加剂。这里所使用的用语“电化学活性材料”是指锌合金或纯锌。锌合金主要包括锌和至少一种已经合金化于其中的其它金属。“纯锌”可含有非常少量的、一般少于100ppm的不可避免的杂质，例如铅。本专利技术的阳极18最好含有由锌合金组成的电化学活性材料。该合金最好包括铋(100ppm)、铟(200ppm)、铝(100ppm)和剩余物锌。其它适用于碱性电池的锌合金在本领域中是众所周知的，其典型例子如专利US5721072、US5425798和US5240793中所示。根据本专利技术，电化学电池10的阳极1 8含有作为阳极混合物的一种组分的元素硫。元素硫的量可在电化学活性材料重量的约0.015％到约0.30％的范围内。有利的是，元素硫的量应在电化学活性材料重量的约0.03％和0.15％之间，较理想地在电化学活性材料重量的约0.06％到约0.09％的范围内，最好为电化学活性材料重量的约0.075％。阳极中的电化学材料和硫的总量可在阳极总重量的60％到75％的范围内，这由阳极的配方而定。因此，阳极中的电化学材料和硫的总量可为阳极总重量的63％、65％、67％或70％。在优选实施例中制备了一种阳极混合物，其中阳极中的电化学材料和硫的总量为阳极重量的67％。阳极的其余33％重量为电解液、粘合剂和其它添加剂的组合物。电解液最好是37％重量的KOH水溶液。将含有重量为电化学活性材料重量的0.075％的元素硫的锌阳极的性能特征与“对照”锌阳极的性能特征进行比较。用于对照阳极和用于含有元素硫的试验阳极的阳极混合物如下表1 将锌合金、硫、氢氧化铟和氢氧化钾(0.1N)混合在一起，然后添加通过与其它组分混合在一起而形成的凝胶。因此，从表1中可看出，除了对照阳极不含所添加的元素硫因而具有67％重量的锌而试验样品含有66.95％重量的锌和0.05％重量的元素硫之外，对照阳极与含有元素硫的阳极在各个方面是相同的。通过使充满电的试验电池的阳极放电来对试验阳极和对照阳极进行测定。“充满电的试验电池”是用于确定电化学放电材料如锌的放电效率的试验载体。采用充满电的试验电池的目的是创造这样一种物理环境，其中可测试一个电极的放电效率而不会干扰电池的其它部件。这里所使用的充满电的试验电池包括高度为8.3cm和直径为7.6cm的杆形塑料容器。此容器形成了深度为5.7cm和直径为2.5cm的位于中央的圆形空腔。充满电的试验电池的构造及放电包括下述步骤。首先，卷绕5.7cm宽的镍筛条并随后将其插入到靠在空腔的内表面上。将如下述所知的作为正极铅的镍条固定在镍筛上。其次，将杆形铜集电器的一端穿过容器的底部并固定在此底部上，使得集电器位于空腔的中央。将如下述所知的作为负极铅的镍条固定在铜集电器上的延伸通过容器底部的位置处。第三，将卷成直径约为0.64cm和高度约为2.86cm的圆柱的尼龙网带插入到由镍筛形成的空腔中，使得集电器可沿所卷起来的网的中心延伸。大约0.89cm的间隔沿着由容器形成的空腔的整个高度将尼龙网与镍筛隔开。第四，将通常为2克的阳极混合物置于由尼龙网形成的空腔中。这样就可容易地建立阳极混合物中的锌与集电器之间的电接触。第五，将腐蚀性电解液注入镍筛和尼龙网之间的空间内。填充在阳极混合物与镍筛之间的空间内的腐蚀性电解液基本上填满了阳极混合物、镍筛和尼龙网中的所有空隙。水溶性电解液含有37％重量的KOH和一定量的ZnO，所述ZnO溶于37％的KOH溶液中，其量相当于37％的KOH溶液的3％重量。在充满电的试验电池装配好后，将正极铅和负极铅与合适的放电装置相连，随锌的放电而记录下试验电池的电压。然后计算锌的放电效率。图2显示了在充满电的试验电池中的放电速率为每克锌250毫安(mA/g)时锌阳极的两个样品的放电曲线的比较，其中一个样品含有元素硫而另一个样品没有。以毫安小时每克锌(mAh/g)为单位的放电相对于以伏为单位的阳极电位而绘出曲线。线40表示带有未添加元素硫的锌“对照”阳极的试验电池的放电特性。线42表示带有添加了元素硫的试验锌阳极的放电特性。在任何放电程度下，试验阳极的电压均高于对照阳极的电压。结果表明，含有元素硫的阳极的放电性能与对照阳极相比有显著的提高，这可从数据中看出，此数据显示试验阳极的放电容量比对照锌阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括水溶性电解液和阳极的电化学电池，所述阳极具有电化学活性材料和元素硫。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建军，
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]