含有电极添加剂的电化学电池制造技术

提供一个含有阳极、阴极和电解质的电化学电池，所述阳极和任选所述阴极包含钡化合物，如硫酸钡（ＢａＳＯ↓［４］）或氢氧化钡（Ｂａ（ＯＨ）↓［２］）作为添加剂。或者，所述阴极包含氢氧化钡（Ｂａ（ＯＨ）↓［２］）作为添加剂。所述阳极包含阳极活性材料如锌，和所述阴极包含阴性活性材料如二氧化锰，优选电解二氧化锰。同时还提供了一种通过与钡化合物添加剂混合并干燥所述混合物的处理活性材料的方法。所述阳极和阴极尤其适用于含有碱性电解质的电化学电池。所述钡化合物添加剂提高了电池的工作性能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及含有电极添加剂的电化学电池，如含有由二氧化锰形成的阴极和锌形成的阳极的碱性电化学电池。更详细地说，本专利技术涉及含有电极活性材料(包括作为添加剂的钡化合物)的电化学电池。普通的碱性电池主要包括圆柱形钢外壳，该圆柱形钢外壳可含有由二氧化锰作为活性材料并在所述圆柱形钢外壳内表面形成的阴极；位于电池中心的含有锌粉的阳极；位于阳极和阴极之间的隔离物；和同时接触所述阳极、阴极和隔离物的碱性电解质。一般将导电的集电器插入到所述阳极活性材料中和提供了闭合所述钢外壳开口端的密封装置。设计碱性电池的首要目标是增加电池的工作性能。工作性能是指在一给定的负荷下电池放电到一个特定的电压所需的时间，在该电压下所述电池按其设计目的来说已不再有用。一种用于提高工作性能的方法是通过增加电池内部容量来增加电池内的活性材料的数量。然而，商品电池的外部尺寸一般是固定的，从而限制了增加电池内活性材料的数量的能力。另一种用于提高工作性能的方法是在电池的电极内使用添加剂。如US-A-5,599,644中公开了在阴极中使用二氧化锡(SnO2)和其它相似材料。WO-A-93/12551公开了另外一个例子，该参考文献论述了在电池的阴极中使用3％至25％的钡化合物添加剂(如硫酸钡(BaSO4))。在两个参考文献中讨论的添加剂增强了工作性能。尽管过去已经提高了工作性能，但寻找新的方法来提高工作性能仍然是电池设计者的首要目标。我们已经令人惊讶地发现，单独在阳极或同时在阳极和阴极添加钡化合物，或者单独在阴极添加特定的钡化合物可提高碱性电化学电池的工作性能。我们还发现优选通过采用钡化合物浸渍电极活性材料的形式来添加所述钡化合物，例如用钡化合物浸渍阳极活性材料(如锌)或阴极活性材料(如二氧化锰)或对两者均进行浸渍来加入所述钡化合物。因此，在第一方面，本专利技术提供了含有阳极、阴极和电解质的电化学电池，所述阳极包括阳极活性材料和作为添加剂的钡化合物。根据这一方面，所述添加剂是在电池装配前或装配过程中加入到阳极活材料中。优选所述添加剂为硫酸钡(BaSO4)，更优选氢氧化钡(Ba(OH)2)。在第一方面的一个实施方案中，只在阳极中添加作为添加剂的钡化合物；在一个作为选择的实施方案中，阴极也含有作为添加剂添加到其中的钡化合物。在第二方面，本专利技术提供了包括阳极、阴极和电解质的电化学电池，所述阴极含有阴极活性材料和作为添加剂的氢氧化钡(Ba(OH)2)。在第三方面，本专利技术提供了制备包括阳极、阴极和电解质的电化学电池的方法，其中所述阳极包括阳极活性材料和作为添加剂的钡化合物，所述方法包括混合所述阳极活性材料和钡化合物形成混合物并干燥该混合物的步骤。根据这个方面，所述混合物在掺入电池之前制备。此外，在第四方面，本专利技术提供了制备包括阳极、阴极和电解质的电化学电池的方法，其中所述阴极包括阴极活性材料和作为添加剂的钡化合物，所述方法包括混合所述阴极活性材料和钡化合物形成第一混合物并干燥所述第一混合物的步骤。优选随后将已干燥的第一混合物与强酸溶液(优选硫酸)混合以形成第二混合物，接着干燥所述第二混合物。根据这个方面，至少所述第一混合物在掺入到电池前制备。根据第一方面，通过使用含有作为添加剂的钡化合物(优选硫酸钡，更优选氢氧化钡)的阳极，本专利技术有利地提高了工作性能。其中所述阳极活性材料包含锌和所述钡化合物是硫酸钡或氢氧化钡，优选硫酸钡或氢氧化钡添加剂在阳极中的用量至高为锌的8％(重量)。根据第一方面的另一个实施方案，通过使用钡化合物(优选硫酸钡，更优选氢氧化钡)作为添加剂同时存在于电池的阳极和阴极中，本专利技术进一步有利地提高了工作性能。根据这个实施方案，通过在阳极和阴极中各自使用占活性电极材料的约2％(重量)的量的添加剂可获得优异的性能。根据本专利技术的第二个方面，同样也可通过使用含有作为添加剂的氢氧化钡的阴极获得优异的性能。所述阳极包含阳极活性材料(如锌，优选以锌粉的形式)、胶凝剂和添加剂。所述阴极包含阴极活性材料如二氧化锰(MnO2)，优选含有电解二氧化锰(EMD)作为电化学活性材料。优选所述阴极由包括二氧化锰、石墨、45％氢氧化钾溶液、去离子水Teflon水溶液(含有约20％的聚四氟乙烯)和添加剂的混合物形成。本专利技术的阳极和阴极特别适用于含有碱性电解质的电化学电池。优选所述电解质为碱性，更优选由氢氧化钾(KOH)形成。虽然可以使用其它构型的电池，但优选电池为圆柱形电池，更优选含有钢外壳的圆柱形电池。应理解根据第一方面的一个实施方案，本专利技术的电化学电池在阳极使用钡化合物(如硫酸钡或氢氧化钡)；根据第一方面的另一个实施方案，在阳极和阴极同时使用钡化合物(如硫酸钡或氢氧化钡)；根据第二方面，在阴极使用氢氧化钡。在第一方面的一个实施方案中，提供的电化学电池包括含有锌活性材料的阳极和作为阳极添加剂的硫酸钡或更优选氢氧化钡，用量至高为锌活性材料的8％(重量)。根据第一方面的另一个实施方案，所述电化学电池的阴极包含阴极活性材料(如二氧化锰)并同样也含有钡化合物(如硫酸钡或氢氧化钡)作为添加剂。因而，在优选的实施方案中，提供的电化学电池包括含有锌活性材料的阳极和作为阳极添加剂的钡化合物，此外包括含有二氧化锰活性材料的阴极和用为阴极添加剂的钡化合物。在第一方面的优选的实施方案中，所述阳极添加剂含量约为阳极活性材料的2％(重量)，所述阴极添加剂含量约为阴极活性材料的2％(重量)。优选所述钡添加剂为硫酸钡，更优选氢氧化钡。因此，在更特别优选的实施方案中，提供的电化学电池包括阳极、阴极和电解质，所述阴极包含二氧化锰活性材料和阴极添加剂，所述阴极添加剂包含约为所述阴极活性材料2％(重量)的硫酸钡或氢氧化钡，所述阳极包含锌活性材料和阳极添加剂，所述阳极添加剂包含约为所述阳极活性材料2％(重量)的硫酸钡或氢氧化钡。在本专利技术第三方面的实施方案中，提供了一个处理电化学电池的阳极活性材料的方法，包含混合阳极活性材料(优选包含锌)和钡添加剂并干燥所述混合物的步骤。优选所述方法还包含将所述已干燥的混合物混合到干燥的阳极混合物中，或者混合到凝胶电解质中的步骤。优选所述钡添加剂包括硫酸钡，更优选氢氧化钡。在本专利技术第四方面的实施方案中，提供了一个处理电化学电池的阴极活性材料的方法，包含混合阴极活性材料和钡添加剂形成第一混合物并干燥所述第一混合物的步骤。优选所述方法还包含混合所述第一混合物和强酸溶液(优选含有硫酸(H2SO4))形成第二混合物并干燥所述第二混合物的步骤。优选所述钡添加剂含有硫酸钡，更优选氢氧化钡。优选所述阴极活性材料含有电解二氧化锰(EMD)。在另外的实施方案，所述阳极含有锌，同时所述阴极含有电解二氧化锰(EMD)，并且本专利技术采用了使用钡添加剂(优选硫酸钡或氢氧化钡，更优选氢氧化钡)处理阳极的锌和浸渍所述阴极的EMD的方法。通过参考附图，可更好地理解本专利技术。附图中附图说明图1是根据本专利技术构建的电化学电池的实例的剖面图；图2是对比所测得的使用含有不同量的硫酸钡添加剂的阳极的碱性电化学电池的工作性能百分比的柱状图3是进一步说明所测得的使用含有硫酸钡添加剂的阳极的碱性电化学电池的工作性能的曲线图；图4是对比所测得的具有含有不同量的硫酸钡添加剂的阴极的电化学电池的工作性能百分比的柱状图；图5是进本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有阳极、阴极和电解质的电化学电池，所述阳极含有阳极活性材料和作为添加剂的钡化合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WB本内特，DL鲁滨，
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]