具有羟基氧化镍阴极和锌阳极的碱性电池制造技术

一种一次碱性电池，所述电池具有包括羟基氧化镍的阴极和包括锌或锌合金颗粒的阳极。羟基氧化镍碱性电池的性能通过将离子导电性粘土添加到阴极中而得以改善。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有羟基氧化镍阴极和锌基阳极以及添加到阴极中的离子 导电性粘土添加剂的碱性电池。
技术介绍
常规的碱性电化学电池为一次(不可充电的)电池，其具有包含锌的 阳极、包含二氧化锰的阴极或羟基氧化镍阴极以及它们的混合物、以及碱 性电解质。电池形成有圆柱形外壳。最初形成的外壳具有开口端。当引入 电池内容物后，将端帽插入开口端中，所述端帽形成具有绝缘插头(如塑 料索环)的负端子。通过将外壳边缘巻曲到绝缘插头边缘上并径向压缩绝 缘插头周围的壳体使电池封闭以提供紧密的密封。外壳用作阴极集电器， 并且一部分外壳形成正端子。一般来讲， 一次碱性电池包括阳极、阴极、其内的碱性电解质、以及 介于阳极和阴极之间的电解质可渗透的隔板，其通常包含纤维素薄膜或玻 璃纸薄膜。阳极包括阳极活性材料，其包含锌或锌合金颗粒和常规的胶凝 剂，如羧甲基纤维素或丙烯酸共聚物，以及电解质。胶凝剂用于固定悬浮 液中的锌粒，产生锌粒在其内彼此接触的锌粒网。阳极集电器(通常为导 电金属钉)插在胶凝的锌正极中。碱性电解质通常为氢氧化钾的水溶液， 但也可包括氢氧化钠或氢氧化锂的水溶液。阴极包括阴极活性材料，其可 为二氧化锰或羟基氧化镍或二氧化锰与羟基氧化镍的混合物，以及诸如石 墨的导电添加剂，以增加阴极的导电率。用于碱性电池的阳极和阴极组合物一般为电极特异性的。换句话讲， 除了碱性电解质可同时存在于阳极和阴极组合物中之外，阳极和阴极组合 物中剩余的组分一般为这些电极中的每一个所特有的。回顾碱性电池现有果的相同组分):解质除外)的利用。例如在锌A!n02碱'lli池领域，'普3通领域的调查显示几乎所有报导的添加剂都为电极特异性的。例如，人们 早已了解汞能够作为锌阳极的有益添加剂以汞齐化锌。如美国专利5， 240, 793中所报导的降低氢放气的铟和铋添加剂旨在添加到锌阳极混合 物中而非Mn02阴极混合物中。反之，如U.S. 5,342, 712中所报导的诸如 特定类型的二氧化钛的添加剂旨在添加到碱性电池Mn02阴极中而非阳极中 以增加比容量。某些类型的石墨，例如U.S. 5,482, 798中所净艮导的膨^S 墨，旨在作为添加剂添加到碱性电池Mn02阴极中，并且将不被考虑为阳极 的可行添加剂。同样，其它形式的碳(如乙炔黑)旨在严格作为碱性电池 阴极的添加剂。制造商手册中报导合成锂皂石粘土 (得自Rockwood， Inc.)具有许多 商业应用，主要作为保护涂层添加剂、清漆和墨水添加剂、粘合剂填充剂、洗涤剂和清洁剂添加剂，以及作为个人护理产品(如牙骨、指/趾甲 油、止汗剂和洗发剂)的添加剂。合成锂皂石粘土通过在受控的速率和温 度下将钠盐、镁盐和锂盐与硅酸钠组合来合成生产。合成锂皂石粘土具有 分层的盘状晶体结构。制造商Uockwood Inc.)手册报导该晶体排列成 堆，其通过共用邻近晶体之间的夹层区域内的钠离子而靠静电保持在一 起。当被涂覆到基底上时，合成锂皂石粘土可导电，并因此用作抗静电 剂。在美国专利7,005,213 B2和国际申请WO 02/095850 Al中，报导了 合成锂皂石粘土 (Southern Clay Products,现为Rockwood Inc.)作为 碱性电池的"阳极混合物"(具体地讲锌/空气电池阳极的添加剂)的有益 用途。锌/空气电池通常以纽扣电池的形式用作助听器的电源。阳极包括胶 凝的混合物，该混合物包含锌粒、胶凝剂和碱性电解质。在这些参考中， 报导了合成锂皂石粘土可有益地添加到此类电池的锌基阳极中。据报导， 合成锂皂石粘土为离子导电性的。分散在整个阳极中的粘土颗粒形成离子 网，该离子网增强羟离子通过阳极基体的传导。据报导，这改善了不含汞 的锌/空气钮扣电池的性能。在U.S. 7， 005， 213 B2和W0 02/095850 Al 中，清楚的是合成锂皂石粘土旨在作为碱性电池(具体地讲锌/空气电池) 的"锌基阳极"的添加剂。在该参考中，未指示出此类粘土作为碱性电池 "阴极"的添加刑所具有的任何有益效果。国际申请WO 02/13304 Al讨论了合成锂蒙脱石且具体地讲合成锂皂 石粘土用作碱性电池阳极的粘土胶凝剂添加剂的用途。具体地讲，该参考 讨论了将合成锂蒙脱石或合成锂皂石粘土作为胶凝剂添加到碱性电池阳极 中的有益效果，所述阳极包含诸如锌的金属颗粒和碱性电解质。该参考公 开了粘土胶凝剂优选与至少一种诸如羧甲基纤维素(CMC)或交联的丙烯酸 酯聚合物(超吸收聚合物)等非粘土胶凝剂混合。如该参考中所述，粘土 胶凝剂与非粘土胶凝剂均旨在添加到金属阳极(例如碱性电池的锌基阳 极)中。据称，碱性电池阳极的粘土添加剂改善胶凝的阳极悬浮液。具体 地讲，粘土添加剂的添加改善了测试的锌/Mn02碱性电池阳极中锌网的稳定 性。在电池跌落或经受振动的情况下，改善的阳极稳定性能够更好地保护 电池。在该参考中未提及或预期将此类粘土添加剂添加到碱性电池阴极 中。在美国专利6, 207, 322 Bl中，公开了利用LAPONITE RDS粘土 (得自 Southern Clay Products, Inc.(现在为Rockwood Inc.))作为锌/Mn02 碱性电池的半固体灰状糊剂阴极的可能添加剂，如参考中的制剂1所示。 包含Mn02的灰状糊剂阴极的这种合成锂皂石粘土添加剂用于改善糊剂的混 合性能，但并不显著改善电池性能和Mn02利用百分数。(参见U.S. 6， 207, 322，表1)专利技术概述一个方面，本专利技术涉及碱性电池，所述碱性电池具有包含锌的阳极和 包含羟基氧化镍的阴极。电池理想地为一次(不可充电的)电池形式。本 专利技术旨在将离子导电性粘土，优选地合成锂蒙脱石，例如LAP0INITE粘土 (得自Rockwood， Inc.)添加到此类羟基氧化镍电池的阴极中。粘土由粘土矿物的极细颗粒組成，所述粘土矿物为包含结构化羟基的 分层的硅酸铝。可表现出离子传导特性的结晶(或类结晶)粘土为高岭 土、滑石和叶蜡石、绿土 (蒙脱石)、锂蒙脱石、伊利石、海绿石、绿泥 石、蛭石、以及坡缕石和海泡石。(这些粘土类描述于Kirk-Othmer， The Encyclopedia of Chemical Technology,第4版，第6巻，381至405页 中。)基于本文所列出的采用合成锂蒙脱石粘土 (已知为得自Rockwood, Inc的合成锂皂石粘土)作为包括羟基氧化镍阴极的一次碱性电池的阴极添加剂的实验预测，来自(天然或合成)粘土的离子导电性粘土可有效地 添加到一次羟基氧化镍电池的羟基氧化镍阴极中以改善电池性能，所述粘 土选自高呤土、叶蜡石、绿土 (蒙脱石)、锂蒙脱石、伊利石、海绿石、 绿泥石和蛭石、以及它们的混合物。用于此类电池的理想阴极因此包括雍 基氧化镍阴极活性物质、导电性碳(优选石墨)、离子导电性粘土、以及优选地包括含水氩氧化钾的碱性电解质；用于此类电池的理想阳极包含锌 粒。离子导电性粘土理想地以介于约0.01%和0.4%重量之间的含量添加 到包含羟基氧化镍的阴极中。根据来自蒙脱石矿物(蒙脱石)类的粘土的良好的离子传导特性，本 专利技术的一个方面涉及将来自此类的粘土添加到包含羟基氧化镍的阴极中， 已知来自蒙脱石矿物类的具体粘土为锂蒙脱石，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一次碱性电池，所述电池包括负端子和正端子以及外壳；所述电池的特征在于它还包括所述外壳内的阳极和阴极；所述阳极包含锌粒；并且所述阴极包含羟基氧化镍颗粒和分散在所述阴极中的离子导电性粘土；所述电池还包括介于所述阳极和阴极之间的隔板、以及接触所述阳极和阴极的碱性电解质溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PD特雷纳，JA罗泽尔，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]