制作电池阴极组件及金属-空气电池的方法技术

制作金属—空气电池阴极组件的方法，包括挤压具有催化剂、可原纤化材料以及润滑剂的组合物，以开成一个压出物；碾压该压出物；把该压出物与一个电流收集体相连；以及加热该压出物以去掉至少是一部分润滑剂，从而制成阴极组件。该方法还进一步包括用隔板覆盖该阴极组件。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池。电池被普遍用作能源。电池包含一个负的电极，通常称为阳极，以及一个正的电极，通常称为阴极。阳极含有能被氧化的活性材料；阴极含有或消耗能被还原知性材料。为了防止阳极材料和阴极材料的直接反应，阳极和阴极被一个片状层彼此隔离，这个片状层通常被称为隔板。当电池用作一个装置中的电能源时，例如用于助听器或蜂窝电话中时，对阳极和阴极造成电接触，允许电子流经该装置并允许各自发生氧化和还原反应以提供电能。与阳极和阴极接触的电解质含有离子，这些离子流过电极间的隔板，以在放电过程中保持整个电池中的电荷平衡。在金属—空气电化学元电池中，阴极结构含有的材料能催化氧还原反应，这氧气作为大气中的空气成分通过容器中的入口进入电池。在阳极形成氧化锌或锌酸盐。这样，在电池内的整个电化学反应造成锌金属被氧化为锌离子而来自空气的氧被还原成氢氧离子。在发生这些化学反应的同时，电子被从阳极传送到阴极，向装置提供了能量。本专利技术涉及制作金属—空气电池阴极组件的方法。该方法包括挤压具有催化剂、可原纤化(fcbrillatable)材料，以及润滑剂的组合物，以形成一个压出物；碾压该压出物；把该压出物与一个电流收集体(collector)相连；以及加热该压出物以去掉至少是一部分润滑剂，从而制成阴极组件。该方法能进一步包括用隔板覆盖该阴极组件。该方法能用于生产薄的、高强度的和独立的(self-supporting)的阴极。该阴极能做成统一规格的，以提供可靠的电池性能。该阴极是可塑造的，允许形成不同的形状的阴极。首选的催化剂是二氧化锰。首先的可原纤化材料是聚四氟乙烯。首先的润滑剂是异链烷烃溶剂(iso-paraffinic solrent)。剂压可以用例如夯锤或螺棍在不低于室温或大于室温的条件下进行。对组合物的挤压使可原纤化材料发生原纤化作用，从而产生高强度的阴极组件。对压出物进行辗压可包括在高于室温的条件下让压出物在压辊之间通过。这些压辊可以以相同的速度运动，或者以不同的速度，例如速度差为1.05-1.20∶1，以形成非对称硬度的阴极。辗压压出物产生薄的统一规格的阴极，它提供可靠的电池性能。薄的阴极允许在电池中放入更多的活性材料(例如阳极材料)，从而增大电池的容量。可以通过把电流收集体嵌入压出物来实现压出物与电流收集体的连接，使得在压出物中嵌入电流收集体之后压入物的厚度能保持基本不变。把电流收集体嵌入压出物可通过在压辊之间压电流收集体和压出物来实现。可在压成薄片之后对压出物加热。对压出物加热能从压出物中基本上去掉全部润滑剂。在另一方面，本专利技术涉及制造金属—空气电池用阴极的一种方法，包括挤压具有催化剂、可原纤化材料、以及润滑剂的组合物，以形成一个压出物；在压辊之间碾压该压出物，以及在压辊之间把该压出物压到电流收集体上。该方法能进一步包括加热该压出物以去掉至少是一部分润滑剂。在另一方面，本专利技术涉及制造金属—空气电池的一种方法。该方法包括通过挤压具有催化剂、可原纤化材料以及润滑剂的组合物来形成一个压出物；碾压该压出物；把该压出物与一个电流收集体相连；以及加热该压出物以去掉至少是一部分润滑剂，从而制做成阴极组件；把该阴极组件放入一个外壳中，该外壳包含空气进入开口从而使进入外壳的空气与阴极组件接触；把一隔板放在邻近阴极组件处；以及把一个阳极放在邻近隔板外。该阳极可包括锌。该催化剂可包括锰的氧化物。从描述和附图以及从权利要求中可更清楚地看出本专利技术的其他特点、目的和优点。该附图是制造阴极过程实施例的方框图。现在参考附图，制造电池的阴极组件的过程包括形成具有催化剂、可原纤化材料和润滑剂的阴极混合物。该阴极混合物被剂压以形成压出物(例如带状物)这里的可原纤化材料是可被原纤化的。该压出物在加热条件下被碾压以减小压出物的厚度并从压出物中去掉至少是一部分润滑剂。然后，被碾压过的压出物覆盖在一个电流收集体(例如扩展的金属或纺织的网状物)上，以形成阴极组件，它被加热以去掉更多的润滑剂。所得到的阴极组件可用一个隔板和/或薄膜覆盖并用于例如金属—空气电池。阴极混合物包括催化剂、可原纤化材料以及润滑剂。用于阴极的任何传统形式的催化剂都可以使用。催化剂的例子包括贵金属(例如PtPd和Ru)；银基催化剂，高锰酸盐(如AgMnO4和KMnO4)和金属杂环(heterocycle)的分解产物(例如铁四苯基卟啉(ironterrapheylporphyrin)、钴四甲基羟基苯基卟啉(cobalt teramethoxy-phenylporphyrin)，cobalt pthalocynanine，以及iron pthalocynanine)；以及环烷酸盐(napthemates)(例如钴的环烷酸盐和锰的环烷酸盐)。首选催化剂包括锰的氧化物，如MnO2，MnO3，以及锰的氧化物的混合物。首选的锰的氧化物是电解合成的二氧化锰(EMD)，尽管化学合成的二氧化锰(CMD)以及EMD和CMD的混合物也是可用的。这些二氧化锰的分销商包括Kerr McGee公司(Trona D)，Chem Metals公司，Tosoh，Delta Manganess，Mitsui Chemicals以及JMC。此外，还可以通过分解锰的硝酸盐、碳及可原纤化材料的混合物，就地形成阴极混合物中的锰的氧化物。通常，阴极包括例如按重量为约5％和约20％之间的二氧化锰。碳也是可以为阴极中使用的任何传统的碳。向阴极混合物中添加碳提供有效的电子导电率。碳还作为氧还原的场所和在其上沉积催化剂以分解电池中过氧化物的场所。首先碳是碳黑，可使用的碳的例子包括但不限于Black Pearls2000(Cabot，Billerica，MA)Vulcan XC-72(Cabot)，Monarch1300，Shawinigan Black，Printex，Ketjen Black以及PWA。通常，阴极包括例如按重量为10％和90％之间的碳颗粒，优选在约30％和约70％之间，更优选的是在约40％。阴极混合物包括可原纤化材料，当它们受力时，例如在挤压过程中的挤压力，模压或碾压作用下便形成纤维，或发生原纤化作用。当可原纤化材料发生原纤化作用时，它能强化阴极混合物。可原纤化材料的例子是聚四氟乙烯(PTFE)，可从DuPont(Wilmington，Delaware)得到。通常，阴及包括例如按重量在10％至约90％之间的可原纤化材料，优选20％至约80％之间，更优选的是在约45％至50％之间。可选择不同的可原纤化材料以控制纤维强度或原纤化程度。通常，高分子量可原纤化材料能原纤化较快，并能产生较强的纤维和/或较多的纤维。低分子量可原纤化材料通常形成较短和较弱的纤维，它可使处理较容易。例如，与具有较长纤维的阴极相比，有较短纤维的阴极可能不会堵塞碾压系统的轧辊(下文描述)。润滑剂或溶液用于在挤压过程(下文描述)中使阴极混合物有足够的润滑性。润滑剂的例子包括脂肪溶液、去芳香化(dearomatijed)脂肪族，以及醇类(例如异丙醇和丁醇)。苯二酸盐，乙醚、酯类酰胺和酮也可使用。优选润滑剂是异链烷烃溶液，如Isopar，可从Exxon(NewJersey)得到。通常，阴极包括按重量为约10％至约80％的润滑剂，例如每1克碳黑(Vulcan X本文档来自技高网...

【技术保护点】
制作阴极组件的一种方法，该方法包含： 挤压包含催化剂、可原纤化材料及润滑剂的组合物，以开成压出物； 碾压该压出物； 使该压出物与电流收集体层叠；以及 加热该压出物以去掉至少是一部分润滑剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊格纳西奥奇，乔治辛特拉，让高雷，格奥弗雷西恩，马克J辛克莱尔，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]