一次碱性电池制造技术

本发明专利技术公开了一种一次电池，所述一次电池包括具有非化学计量的金属氧化物的阴极，所述氧化物包含过渡金属Ni、Mn、Co、或金属原子的组合、碱金属和氢；阳极；介于阴极和阳极之间的隔板；和碱性电解质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一次碱性电池。
技术介绍
电池例如碱性电池通常用作电能来源。一般来讲，电池包含负极(阳极)和正极(阴扱)。负电极包含能够被氧化的电活性材料(例如锌颗粒)；正电极包含能够被还原的电活性材料(例如ニ氧化锰)。负电极的活性材料能够还原正电极的活性材料。为了避免负电极活性材料与正电极活性材料的直接反应，通过离子可滲透的隔板将电极进行机械隔离及电隔离。当使用电池作为诸如蜂窝电话的装置的电能来源时，与电极实现电接触，使电子流过装置，使得在各自的电极上发生氧化和还原反应以提供电能。与电极接触的电解质溶 液包含穿过位于电极之间的隔板扩散的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。
技术实现思路
本专利技术涉及阴极活性材料以及制造用于碱性电池的阴极活性材料的方法。阴极活性材料可包括非化学计量的碱金属氧化物。非化学计量的碱金属氧化物可通过如下方式来合成对化学计量的碱金属氧化物进行酸处理以除去碱金属并增加金属(例如，过渡金属)的氧化态。非化学计量的金属氧化物能够为电池提供高体积能量密度。非化学计量的金属氧化物可具有低溶解度(例如，小于300ppm,小于IOOppm,或小于50ppm),这取决于阴极活性材料中的过渡金属。因此，电池10可具有良好的环境储存寿命。此外，较高的氧化态还可增加电池的容量。酸处理可在低温下发生以最小化副反应和不可取的副产物。不受理论的束缚，据信含水酸可提供质子，所述质子可部分地置換金属氧化物晶体结构中的碱金属离子并有助于保持晶体结构的稳定性。在ー个方面，本专利技术的特征在于制造电池的方法，所述方法包括用含水酸溶液处理氧化物，所述氧化物包含至少ー种过渡金属和碱金属；所述方法包括使氧化物与含水酸溶液接触(例如，从氧化物中除去碱金属并增加过渡金属的氧化态)。将处理的氧化物结合到阴极中，所述阴极可被结合到电池中。在另一方面，本专利技术的特征在于电池(例如，一次电池)，所述电池包括；阴极，所述阴极包括式AhHyMaHtMbzMetO2的氧化物；阳极；阴极和阳极之间的隔板；和碱性电解质。在式AhHyMaHtMbzMetO2中，A为碱金属，Ma和Mb为过渡金属，Mc为可替代Ma的掺杂剂，y小于或等于X，并且z+t介于0和I之间。Mc可为过渡金属、非过渡金属或非金属。在另一方面，本专利技术的特征在于阴极，所述阴极包括LihHyNiO2与一种或多种阴极活性材料的复合材料，所述阴极活性材料选自由下列组成的组酸处理的电解ニ氧化锰、酸处理的化学制备的ニ氧化锰、、-MnO2、层状氧化钴、和/或层状锰氧化物。在另一方面，本专利技术的特征在于制造阴极的方法，所述方法包括形成层状锂镍氧化物与一种或多种阴极活性材料的前体的混合物，所述阴极活性材料选自由下列组成的组电解ニ氧化锰，化学制备的锰氧化物、尖晶石型锂锰氧化物、层状锂氧化钴、和/或层状锂锰氧化物；以及用含水酸溶液在低温下处理所述混合物以形成LihHyNiO2与ー种或多种阴极活性材料的复合材料。在另一方面，本专利技术的特征在于制造电池的方法，所述方法包括将阴极结合到电池中，所述阴极包括通过如下方式制备的复合材料对LiNiO2与一种或多种阴极活性材料的一种或多种前体的混合物进行酸处理。所述ー种或多种阴极活性材料的一种或多种前体可包括电解ニ氧化锰、化学制备的ニ氧化锰、尖晶石型锂锰氧化物、层状锂氧化钴、和/或层状锂锰氧化物。电池的实施方案可包括下列特征中的ー个或多个。所述氧化物可包括LiNiOpLiCoOpLiNihCoA'LiMr^CVLiWnAaiNih-tCOzAlA和Li4Mn5O1215所述氧化物可用含水酸溶液处理2至72小时(例如，2至48小时，或12至24小吋)的一段时间。含水酸溶液可包括含水硫酸和/或含水硝酸。含水酸溶液的浓度可介于IM和10M之间。可用含水酸溶液在约零摄氏度至约五摄氏度下处理所述氧化物。在使氧化物与含水酸溶液接触之后，对所述氧化物的处理还可包括用水洗涤所述氧化物并且干燥所述氧化物。在一些实施方案中，处理所述氧化物可包括重复以下的步骤使所述氧化物与含水酸接触，用水洗涤所述氧化物，以及干燥所述氧化物。处理的氧化物能够具有的残余碱金属含量为未处理的氧化物中的碱金属含量的约10%至约90%(例如，未处理的氧化物中碱金属含量的约20%至约70%，约30%至约50%)。处理的氧化物中的过渡金属的平均氧化态可比未处理的氧化物中的过渡金属的平均氧化态大至少约0.1 (例如，大至少约0. 3，大至少约0. 5)。处理的氧化物还可包括质子。处理的氧化物中的质子含量可比未处理的氧化物中的质子含量高约5%(例如，约10%，约30%，约50%)至90% (例如，至80%，至70%)。处理的氧化物可具有非球形形态，诸如块、薄片、杆或板。层状氧化钴可为部分脱锂的层状锂氧化钴。所述层状锰氧化物可为部分脱锂的层状锂锰氧化物。入-MnO2可为部分脱锂的尖晶石型锂锰氧化物。所述复合材料可包括19:1或更小，或1:9或更大的LihHyNiO2与酸处理的电解锰氧化物的重量比。在一些实施方案中，层状锂镍氧化物为LiNiO2和/或LiNihCozO2。该电池可包括阳极，所述阳极包含锌(例如，细锌)、锌合金、和/或锌合金颗粒。该电池还可包括碱性电解质溶液和隔板。阴极还可包括介于2重量％和35重量％之间(例如，介于5重量％和20重量％之间，介于3重量％和8重量％之间，介于10重量％和15重量％之间)的导电添加剤。导电添加剂可包括石墨、炭黑、こ炔黑、部分石墨化的炭黑、银粉、金粉、镍粉、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯。所述石墨可选自由下列组成的组非合成或天然非膨胀石墨、合成非膨胀石墨、非合成或天然膨胀石墨、合成膨胀石墨、以及耐氧化非膨胀合成石墨。 在一些实施方案中，阴极还可包括第二阴极活性材料，诸如电解ニ氧化锰、化学制备的ニ氧化锰、酸处理的电解ニ氧化锰、和/或酸处理的化学制备的ニ氧化锰。过渡金属可包括Ni、Co、Mn、Fe、和/或它们的组合。碱金属可包括Li、Na、K、Cs、Rb、和/或它们的组合。掺杂剂可包括Mg、Ca、Ba、Al、Cr、Y、Zr、Nb、Hf、Ti、以及它们的组合。对于具有式AhHyMa1ItMbzMetO2的氧化物，所述氧化物可选自由下列组成的组=Li1^HyNiO2, LihHyCoO2, LihHyNintCozAltO2 和 Li ^HyNihCozO2，其中X为约0. I至约0. 9，y为约0. I至约0. 9，z为约0. 05至约0. 95，t为约0. 05至0. 95，并且X, y, z和t的值可各自独立地变化。所述Ni和/或Co能够具有大于+3的氧化态。所述氧化物为固态溶液，并且可具有非球形或层状形态。所述氧化物可为固态溶液，并且可具有层状、尖晶石、或互生晶体结构。电解质可包括氢氧化锂、氢氧化钠、和/或氢氧化钾。隔板能够阻止可溶的氧化物物质从阴极扩散到阳极。隔板能够捕集可溶的氧化物物质。所述氧化物可包括导电部分。导电部分可为导电的表面涂层，其可包括碳或金属氧化物，例如，石墨、炭黑、こ炔黑、ニ氯化锰、氧化钴、羟基氧化钴、氧化银、氧化镍银、羟基氧化镍、和/或氧化铟。本专利技术的一个或多个实施方案的细节示出于以下附图和说明中。其它特征和优点从专利技术详述、附图及权利要求将显而易见。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：K·S·南容达斯瓦米，J·A·纳尔逊，张矾，P·A·克里斯琴，王一淳，N·K·伊尔特切夫，
申请(专利权)人：吉列公司，
类型：发明
国别省市：