一种放电电化学电池及其组装方法技术

一种具有较大的阳极与阴极界面表面积的电化学电池结构，以一种容易制造的结构实现了高速放电工作性能的提高。形成的第一电极，如阴极，其中整体嵌有集电器。在第一电极的圆筒形内壁和外壁上布置了隔离板。一种外部电化学活性材料覆盖在第一电极外侧的隔离板上，以及在外部电化学活性材料的顶面敷设一层外部绝缘材料，从而形成一个阴极管。此阴极管装入具有封闭底端和敞开顶端的容器。第二电极，如阳极，布置在形成的第一电极的内部圆筒形空间内，在外部电化学活性材料与第二电极之间有一条导电通道。集电器布置成与第一电极相接触，顶盖组件安装到容器的敞开端。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的来说涉及电化学电池，更确切地说，涉及一种具有增大的阳极阴极界面表面积的高速放电电化学电池。电化学电池通常用于为电动装置，尤其是便携式电动装置供电。现时市场上很容易买到的普通碱性电池一般是圆筒型，它们的工业标准规格有D，C，AA，AAA和AAAA，以及其他尺寸和外形。电化学电池，如上面提到的型号，通常提供规定的开路电压。普通的圆筒型碱性电池通常具有一个钢圆筒，一端具有正极盖，在与此相对的一端装有负极盖。圆筒型电池具有一个正电极，通常是指阴极，它通常由二氧化锰、石墨粉、氢氧化钾溶液、去离子水、以及形成于钢圆筒内侧表面的Teflon溶液的混合物组成。一个杯状隔离板通常布置在围绕阴极内表面的钢筒的内圆筒形空间的中间。一个负电极，通常是指阳极，一般由锌粉末、胶凝剂、以及其它的添加剂所组成，被布置在隔离板内侧。钢筒内还配置有电解液。普通圆筒型电池的一个示例在美国专利No.5,501,924中作了介绍。上述圆筒型普通电池通常具有布置在钢筒内的单个阳极和单个阴极，有一个隔离板位于这两个电极之间的界面上。由于是筒管型的电池结构，阴极布置在靠近钢筒的内壁，而阳极布置在阴极中间形成的圆筒形空间内。因此，隔离板具有一个通常由阳极和阴极的形状和尺寸所限定的阳极阴极界面表面积。作为一般的筒管型电池，阳极和阴极界面表面积约等于限定圆筒形阳极圆周表面。另一种电池结构，一般是指“果冻卷”电池结构，采用一片阳极薄板和一片阴极薄板，两片极板中间插放一块隔离板，然后紧紧卷在一起。虽然一般“果冻卷”式的电池由于具有较大的阳极与阴极界面积，因而具有高速放电性能。但这种电池有它固有的局限性，例如，“果冻卷”式电池的制作过程很费时间而且成本较高。此外，“果冻卷”式的隔离板占用了较大的可用体积，由此占用了准备留给活性电池材料用的体积。设计碱性电池的主要目标是提高工作性能，也就是电池在给定的载荷条件下放电，达到特定电压的放电时间的长度，在此电压时电池已不再能用于预定用途。市场上买来的碱性电池具有由工业标准规定的外部尺寸，由此限制了增加可用的活性材料数量的可能。通常提高高速放电性能的方法集中于提高内部电池材料的效率。随着使用高科技、高耗电量的电子装置的消费者不断增长的要求，对高能电池的需求就显得愈加强烈。为了满足这方面的需求，设法找到提高放电工作性能的途径已成为电池设计人员的首要目标。现在我们已经发现，通过一种具有增大的阳极与阴极界面表面积并以此来提高放电工作性能的容易制造的电池结构，有可能使电化学电池的放电性能得到提高。为此，在本专利技术的第一方面，提出一种电化学电池，包括一个容器，具有封闭的底端和敞开的顶端；一个第一电极，具有第一极性并布置在容器内；一个第一集电器，布置成与第一电极相接触；一个第二电极，具有第二极性并被布置在容器内第一电极的一侧；一个外部电化学活性层，具有第二极性并被布置在第一电极的另一侧；一个隔离板，布置在第一电极与第二电极之间，此隔离板还布置在第一电极与外部电化学活性层之间；一个第二集电器，连接成与第二电极相接触；以及一个顶盖组件，组装到容器敞开的顶端。在本专利技术的可选择的第一方面，提出另一种高速放电电化学电池，包括一个容器；一个第一电极，布置在容器内；一个第一集电器，与第一电极相接触；一个第二电极，布置在容器内；一个第二集电器，与第二电极相接触；一个第一隔离体，布置在第一电极与第二电极之间；一个第三电极，布置在容器内并电气连接至第二电极；一个第二隔离体，布置在第三电极与第一电极之间；一个正端子，连接至第一和第二集电器之一；以及一个负端子，连接至第一和第二集电器中的另一个。在本专利技术的第二方面，提出一种电化学电池的组装方法，包括下列步骤制作第一电极，电极有一块与它相接触的导电栅格，此第一电极形成一个管状，其内部形成一个腔室；在第一电极周围布置外部电化学活性层；在第一电极与外部电化学活性层之间布置一个隔离板；将电极管放入具有封闭底端和敞开顶端的容器内；在腔室内布置第二电极；在第一电极与第二电极之间布置一个隔离板；布置集电器使之与第二电极相接触；以及将顶盖组件组装到容器的敞开顶端。在本专利技术的第三方面，提出一种制作第一电极管的方法，此电极管具有电极材料内层和外层，其中嵌置导电栅格，此方法包括下列步骤将导电栅格布置在模具内；将第一电极的混合材料配置在导电栅格的两侧；以及将一根推弹杆用力插入混合材料内进行冲击模压第一电极。在本专利技术的可选择的第三方面，提出另一种制作第一电极管的方法，此电极管具有电极材料内层和外层，其中嵌置导电栅格，此方法包括下列步骤将一个或多个用第一电极材料模制成的外环布置在模具内；将导电栅格布置在一个或多个外环的内侧；以及将一个或多个第一电极材料内环布置在导电栅格的内侧，从而形成由环模制而成的第一电极。在另一个可选择的第三方面，本专利技术提出一种制作第一电极管的方法，此电极管具有电极材料内层和外层，电极管内嵌置导电栅格，此方法包括下列步骤将一个或多个第一电极材料外环布置在模具内；将导电栅格布置在外环的内表面；将第一电极的混合材料布置在导电栅格的内空间中；以及将一根推弹杆用力置于内空间中冲击模压第一电极混合材料形成第一电极。本专利技术提出一种电化学电池，包括一个底部封闭和顶端敞开的容器。此电池包含有第一电极，此电极最好与嵌置其中的导电栅格集电器形成一个整体。电池还具有一个位于第一电极的一侧的第二电极，第一电极和第二电极被布置在容器内并通过一隔离板互相隔开。此外，在第一电极周围形成一个外部电化学活性层并用隔离板与第一电极隔开。外部电化学活性层与第二电极电气接触，以及集电器被布置成与第二电极相接触。顶盖组件组装到容器的敞开端。这种电化学电池在结构上具有在正负电极之间增大的界面表面积，以此提高载流能力，从而达到高速放电工作能力和高容积效率。虽然这里介绍的电化学电池主要涉及圆筒形碱性锌/二氧化锰电池，可以推想，本专利技术的电池结构可以适用于各种不同型式的电池，包括锂、碱空气、以及气助(air-assisted)电池，还可以做成各种不同的电池尺寸规格和外形。此电化学电池包括一个筒管、最好是一个钢筒而且是圆筒形，有一个封闭的底端和敞开的顶端。钢筒可以有一伸出的凸块，它与底部封闭端形成一个整体并充当电池的正接触端子。或者，钢筒做成平底，把凸出的凸块焊在平底端或连接在它的外部，以此形成正接触端子。此外，一个标签，如镀金属塑料膜标签，可以形成于钢筒的外圆周表面，但不能在它的两端。本专利技术的电化学电池最好采用筒型电池结构，它具有一个正电极，这里是指阴极，以及一个负电极，这里是指阳极。最好阴极模制成圆筒型结构然后放入钢筒，而阳极则配置在阴极的内圆筒空间内。根据本专利技术，外电化学活性材料层也布置在钢筒内。这种电化学活性材料层可以是含有电化学活性材料的薄片或金属箔片。这种薄片最好很薄，它的厚度约25微米(1密耳)左右，虽然可以采用不同厚度薄片。内部第二电极和外部电化学活性材料层覆盖了第一电极的两侧，由此增加了阳极与阴极表面的界面积，降低了电流密度，提高了高速放电的工作性能。第一电极最好是构成阴极，第二电极和外部电化学活性材料层构成阳极。因此，电化学活性外层最好包含最好是锌的阳极材料，作为负电极。或者，外部电化学活性层可以由阳极材料制成，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池，包括： 一具有封闭底端和敞开顶端的容器； 一个具有第一极性并布置在所述容器内的第一电极； 一个布置成与所述第一电极相接触的第一集电器； 一个具有第二极性并布置在所述容器内所述第一电极的一侧的第二电极； 一个外部电化学活性层，具有所述第二极性并布置在所述第一电极的另一侧； 一个布置在所述第一电极与所述第二电极之间的隔离板，所述隔离板还被布置在所述第一电极和所述外部电化学活性层之间； 一个第二集电器，连接成与所述第二电极相接触；以及 一组装在所述容器敞开顶端的顶盖组件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DR格茨，
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]