專利名稱：具有扁平外殼的堿性電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基本扁平外殼的堿性電池組(alkaline battery)。本發(fā)明涉及具有包括鋅的陽極，包括二氧化錳的陰極，以及包括氫氧化鉀水溶液的電解質(zhì)的堿性電池組。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)堿性電化學(xué)電池具有包括鋅的陽極和包括二氧化錳的陰極。電池通常制成圓柱形的外殼(殼體)。新電池的開路電壓(EMF)約為1.5伏，對(duì)于中等耗電(100至300毫安培)情形，平均電壓約在1.0至2.0伏之間。圓柱形外殼最初形成有擴(kuò)張的開口端和對(duì)面的封閉端。在提供電池內(nèi)容物之后，將具有絕緣插頭的端冒插入到開口端以形成負(fù)極端子。通過將外殼邊緣卷曲在絕緣插頭的邊緣上，并迅速擠壓環(huán)繞絕緣插頭的外殼以獲得緊封，由此來封閉電池開口端。處在對(duì)面封閉端的一部分電池外殼形成正極端子。
一次堿性電化學(xué)電池(primary alkaline electrochemical cell)通常包括鋅陽極活性物質(zhì)，堿性電解質(zhì)，二氧化錳陰極活性物質(zhì)，和電解質(zhì)可透過隔離膜，該隔離膜通常為纖維素或纖維質(zhì)以及聚乙烯醇纖維。陽極活性物質(zhì)可包括例如，混合有常規(guī)膠凝劑(如羧甲基纖維素鈉或丙烯酸共聚物鈉鹽)的鋅顆粒和電解質(zhì)。膠凝劑用于懸浮鋅顆粒并使它們相互保持接觸。通常，將插入到陽極活性物質(zhì)的導(dǎo)電金屬釘作為陽極集流體，它與負(fù)極端子的端冒電連接。電解質(zhì)可為堿金屬氫氧化物的水溶液，如氫氧化鉀，氫氧化鈉或氫氧化鋰。陰極通常包括作為電化學(xué)活性物質(zhì)與導(dǎo)電添加劑混合的顆粒狀二氧化錳，典型的石墨材料，以增強(qiáng)導(dǎo)電性。或者，可向陰極添加少量的聚合物粘合劑，如聚乙烯粘合劑，及其他添加劑，如含鈦的化合物。
用于陰極中的二氧化錳最好為電解的二氧化錳(EMD)，EMD通過硫酸錳和硫酸的浴直接電解制成。EMD因其高密度以及高純度而成為優(yōu)選形式。EMD的導(dǎo)電性(電導(dǎo)率)極低。向陰極混合物添加導(dǎo)電性物質(zhì)，以提高各個(gè)二氧化錳顆粒之間的導(dǎo)電性。這種導(dǎo)電添加劑還提高了二氧化錳顆粒與電池殼體之間的導(dǎo)電性，在傳統(tǒng)圓柱形堿性電池中，它還用作陰極集流器?？蛇m用的導(dǎo)電添加劑可包括，例如，石墨，石墨材料，導(dǎo)電碳粉，如炭黑(包括乙炔黑)。最好是導(dǎo)電材料包括片狀結(jié)晶天然石墨，或片狀結(jié)晶多孔石墨(包括多孔或片狀石墨或石墨碳納纖維以及它們的混合物)。
目前已能夠獲得小尺寸矩形可再充電電池組，它用于向小型電子設(shè)備如MP3音頻播放器和迷你盤(MD)播放器供電。這些電池組的形狀通常為類似口香糖盒大小的小型長方體(矩形體)。這樣的電池組采用例如可與可再充電鎳金屬氫化物(NiMH)尺寸F6或7/5F6尺寸長方體互換的形式，其中，尺寸F6或7/5F6是按照國際電工技術(shù)委員會(huì)(IEC)所制定這種電池的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。F6尺寸的厚度為6.1mm，寬度為17.3mm，長度為35.7mm。在F6尺寸版本中，長度可大致與48.0mm同樣大。對(duì)于7/5F6尺寸而言，厚度為6.1mm，寬度為17.3mm，長度為67.3mm。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于7/5F6尺寸允許的偏差為，在厚度上+0mm，-0.7mm，在寬度上+0mm，-1mm，在長度上+0mm，-1.5mm。當(dāng)用于向微型MP3音頻或迷你盤(MD)播放器供電時(shí)，F(xiàn)6或7/5F6 NiMH可再充電電池組的平均工作電壓約在1.1伏和1.4伏之間，通常約為1.12伏。
當(dāng)用于向迷你盤(MD)播放器供電時(shí)，電池組以約在200毫安培和250毫安培之間的電流耗電。當(dāng)用于向MP3播放器供電時(shí)，電池組以約在100毫安培的電流耗電。
需要一種大小和形狀與小尺寸長方體形狀(矩形體)鎳金屬氫化物電池組相同的小型扁平堿性電池組，以便能夠使用小尺寸堿性電池組與鎳金屬氫化物電池組互換使用，用于向小型電子設(shè)備如迷你盤或MP3播放器供電。
需要使用一次(不可再充電)堿性電池組替代小型矩形可再充電電池組，尤其是小尺寸鎳金屬氫化物可再充電電池組。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面，目的在于提供外殼伸長且基本扁平，并在其中具有多個(gè)分立堿性電池的一次(不可再充電)堿性電池組。在電池組內(nèi)的電池?cái)?shù)量通常約在2和5個(gè)電池之間，或更多，最好在3和5個(gè)電池之間。外金屬殼包括伸長的金屬主體表面，其主要部分具有至少一個(gè)扁平多邊形。主體表面定義封裝各個(gè)電池的內(nèi)部空間。外金屬殼包括一對(duì)相對(duì)端，相對(duì)端接近于主體表面相對(duì)邊緣。負(fù)極端子最好處在金屬殼的一端，正極端子處在另一端，但最好不與金屬主體表面接觸。每個(gè)電池具有包括鋅的陽極，包括二氧化錳的陰極，和最好為氫氧化鉀水溶液的電解質(zhì)。陽極和陰極最好采用其主要部分為扁平表面的板的形式。各個(gè)電池具有至少一個(gè)基本扁平的表面。各個(gè)電池最好是多面體。期望是，電池大致呈厚度相對(duì)較薄的多邊形。電池具有兩個(gè)相對(duì)的主表面和位于其中的外圍邊緣表面。電池厚度定義了電池邊緣表面。期望是，在電池組內(nèi)的各個(gè)電池具有相同的外形和尺寸。將電池插入到可透過氫的塑料盒體中。在普通塑料容器內(nèi)將各個(gè)電池按邊緣接邊緣的設(shè)置排成一行，形成電池的積層，從而排好的電池積層的厚度與單個(gè)電池的厚度相同。將塑料盒體密封，然后插入到外金屬殼的內(nèi)部。將電池以與電池組正極和負(fù)極端子并聯(lián)的方式電連接。
每個(gè)電池的陽極最好與外金屬殼電連接，外金屬殼再與電池組負(fù)極端子相連。最好是，使用從塑料殼中孔徑突出的穿過式導(dǎo)體尖端(pass thru conductor tip)，將每個(gè)電池的陽極與外金屬殼連接。每個(gè)電池的陰極和與外殼絕緣的電池組正極端子電連接。最好是，使用從塑料殼中孔徑突出的穿過式導(dǎo)體尖端，將每個(gè)電池的陰極與正極端子連接。
在本發(fā)明的另一方面，目的在于提供外殼伸長且基本扁平，并在其中具有單個(gè)堿性電池的堿性電池組。外金屬殼包括伸長的金屬主體表面，其主要部分具有至少一個(gè)扁平多邊形。主體表面定義封裝單個(gè)電池的內(nèi)部空間。外金屬殼包括一對(duì)相對(duì)端，相對(duì)端接近于主體表面相對(duì)邊緣。電池組的正極端子最好處在一端，負(fù)極端子處在另一端。單個(gè)電池具有包括鋅的陽極，包括二氧化錳的陰極，和最好為氫氧化鉀水溶液的電解質(zhì)。單個(gè)電池具有至少一個(gè)基本扁平的表面。電池最好是多面體。期望是，電池大致呈厚度相對(duì)較薄的多邊形。電池具有兩個(gè)相對(duì)的主表面和位于其中的外圍邊緣表面。電池厚度定義了電池邊緣表面。將電池插入到可透過氫的塑料盒體中。將塑料盒體密封，然后插入到外金屬殼的內(nèi)部。將電池以與電池組陽極和負(fù)極端子并聯(lián)的方式電連接。電池的陽極期望與外金屬殼電連接，外金屬殼再與電池組負(fù)極端子相連。最好是，使用從塑料殼中孔徑突出的穿過式導(dǎo)體尖端，將陽極與外金屬殼連接。最好是，使用從塑料殼中孔徑突出的穿過式導(dǎo)體尖端，將陰極與正極端子連接。正極端子與外金屬殼絕緣。
在本發(fā)明電池組的基本方面，其整體呈長方體(矩形體)形狀。單個(gè)電池或多個(gè)電池最好同樣呈長方體形狀。在這種實(shí)施例中，外金屬殼具有主表面，主表面包括兩對(duì)相對(duì)的矩形側(cè)面和一對(duì)相對(duì)的端，端為矩形?？梢子趯⑦@種配置內(nèi)的電池組尺寸調(diào)整以形成較小尺寸以及更大尺寸的扁平電池組。在所需實(shí)施例中，本發(fā)明電池組的整體長方體尺寸具有等于對(duì)可替換的F6或7/5F6尺寸鎳金屬氫化物電池組而言由國際電工技術(shù)委員會(huì)制定的較小尺寸的尺寸。本發(fā)明的電池組具有與鎳金屬氫化物可再充電電池組大致相同的工作電壓，并能用于替換這種可再充電電池組，具體用于為小型電子設(shè)備如MP3播放器和迷你盤(MD)音頻播放器供電。


圖1的分解圖顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的，具有單個(gè)電池的扁平堿性電池組的元件；圖1A表示包括有如圖1所示元件的電池組的透視圖；圖2的分解圖顯示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的，其中并聯(lián)有三個(gè)電池的扁平堿性電池組的元件；圖2A表示包括有如圖2所示元件的電池組的透視圖；圖2B表示如圖2A所示電池組的縱向剖面圖；圖2C表示三個(gè)電池中其中一個(gè)電池的放大縱向剖面圖；圖3的分解圖顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的，其中并聯(lián)有三個(gè)電池的扁平堿性電池組的元件；圖3A表示包括有如圖3所示元件的電池組的透視圖；圖3B表示如圖3A所示電池組的縱向剖面圖；以及圖3C表示在圖3A中的電池組內(nèi)的三個(gè)電池中其中一個(gè)電池的放大縱向剖面圖。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例(圖1-1A)本發(fā)明的扁平堿性一次電池組的實(shí)施例如圖1-1A中所示。在優(yōu)選實(shí)施例中，制成的電池組100具有同7/5F6尺寸(IEC標(biāo)準(zhǔn))可再充電電池組相同的長方體(矩形體)整體形狀。這種電池組具有如圖1A所示的整體長方體形狀，其中，長度約為67mm，寬度為17mm，厚度為6mm。例如，本發(fā)明的電池組100可用于替換7/5F6尺寸鎳金屬氫化物可再充電電池組，作為電子設(shè)備如索尼公司的迷你盤(MD)播放器型號(hào)MZ-9000的電源。給出這樣的替換應(yīng)用是出于舉例描述，并不意在進(jìn)行限制?？蓪⑷鐖D1-1A所示電池組的實(shí)施例制作成更大或更小的尺寸。
圖1的實(shí)施例顯示出裝配成如圖1A所示電池組100的單個(gè)電池的元件。單個(gè)電池具有與外金屬殼105上的負(fù)極端子107電連接的陽極140和與正極端子124電連接的陰極160。
在圖1的分解圖中，極好地顯示出該實(shí)施例的元件。外殼105呈一端106開口的長方體形狀。對(duì)面封閉的端107形成負(fù)極端子。從而當(dāng)裝配好電池組后，在放電期間，外殼105呈電負(fù)性。裝配好的電池組如圖1A所示。外殼105期望由能夠軋制成如圖1所示所需形狀的鍍鎳?yán)滠堜摶虿讳P鋼片制成。外殼105的壁厚期望約在10mil至15mil(0.25mm至0.38mm)之間。可使用耐用的塑料材料代替用作外殼105的金屬。不過，這種塑料外殼105通常比金屬殼105更厚，這將減小在電池組100內(nèi)用于陽極和陰極活性物質(zhì)的可用內(nèi)部體積。在裝配期間，將如圖1所示的元件裝配成部件并插入到外殼105的開口端106。
內(nèi)部電池的元件如圖1所示。制成的電池100(圖1A)包括一個(gè)電池。電池具有兩個(gè)相對(duì)的主表面和在其中的外圍邊緣表面。電池最好為長方體形狀，最好較薄，以便其能夠適合進(jìn)入外殼105。在這種形狀中，兩個(gè)相對(duì)主表面為長方體的相對(duì)較大正面，外圍邊緣表面為處在其中的沿電池厚度伸展的表面。電池包括，包括MnO2的陰極160，包括鋅的陽極140，和處在其中的隔離物150。隔離物150可允許堿性電解液(最好是氫氧化鉀水溶液)透過。陽極140和陰極160基本為厚度較薄的矩形板。將陽極板140，隔離物150和陰極板160按如圖1所示主體對(duì)主體堆疊(如硬幣的疊放)。應(yīng)該理解，此處關(guān)于所有實(shí)施例所用的語句陽極和陰極板“主體對(duì)主體”堆疊表示，將陽極和陰極按一個(gè)在另一個(gè)的頂部堆疊(間隔物處在中間)，以便陽極的主表面和陰極的主表面相鄰且彼此面對(duì)面(如同硬幣的疊放)。陰極160本身便于由多個(gè)較薄的包括MnO2的矩形或方形板制造。將MnO2板，如四個(gè)板160a-160d，邊緣對(duì)邊緣排成一行(如同地面磚一樣)，并將它們橫向壓在一起形成最終的陰極160，從而陰極160的厚度同每單個(gè)塊的厚度相同。經(jīng)確定，采用由多個(gè)分立MnO2板的方式制造來代替制造單個(gè)伸長的MnO2板是有益的。制造長度近似等于外殼105長度的單個(gè)MnO2板在制造過程期間更易于遭破壞。應(yīng)該理解，盡管陰極160由單個(gè)MnO2板制造，當(dāng)將MnO2板橫向壓在一起時(shí)，如圖1A所示，形成了單個(gè)陰極160。陽極140最好為包括顆粒鋅的矩形板。隔離物150具有扁平矩形表面以及其邊緣向上伸展。隔離物足夠大，從而當(dāng)將陰極160放置到隔離物150上時(shí)，隔離物表面接觸陰極的下表面，且隔離物向上伸展的邊緣152覆蓋陰極邊緣162。
用于單個(gè)電池的塑料容器包括矩形塑料盒體120，矩形盒體120裝備有塑料盒體蓋180。當(dāng)將電池元件插入到盒體120后，可將塑料盒體蓋180溶劑粘合或超聲焊接或膠水粘接到盒體120的邊緣。塑料盒體120和盒體蓋180由能透過氫氣但阻止電解液溢到盒體外部環(huán)境的塑料材料制成。這防止電解液從電池組泄漏。用于盒體120和盒體蓋180的優(yōu)選塑料材料為可允許氣體透過的聚乙烯，聚丙烯，尼龍，聚砜。外殼105在端部106并不氣密密封。在正極端子蓋126周圍具有微小的通道(未示出)，自這些通道，由電池內(nèi)部積累的氫氣通過塑料盒體120和盒體蓋180釋放到外部環(huán)境。
陰極160到正極端子124的電連接按以下方式制成塑料盒體蓋180具有一個(gè)通過其中的孔徑182?？讖?82對(duì)準(zhǔn)陰極160的中心?？稍诟綦x物150內(nèi)密封陰極160?？蓪⒔饘倨?70排在塑料盒體蓋180下。在金屬片170的頂面可設(shè)置密封環(huán)186，通常為橡膠，并使其調(diào)準(zhǔn)，從而它正好在孔徑182之下。然后可設(shè)置金屬片170與塑料盒體180的下表面接觸，以便密封環(huán)正好在孔徑182之下并將其環(huán)繞。可將錐子或沖頭按壓金屬片170的下側(cè)以形成穿過式導(dǎo)體尖端173，穿過式導(dǎo)體尖端173通過孔徑182并從塑料盒體蓋180的頂面稍稍突出。由于導(dǎo)體尖端173通過導(dǎo)電金屬條(通常由銅或黃銅制成)190提供從陰極160到正極端子124的導(dǎo)電通道，導(dǎo)體尖端173用作陽極穿過式導(dǎo)體。將金屬條190(陽極導(dǎo)體條)在一端192與穿過式導(dǎo)體尖端173焊接，在另一端194與正極端子124焊接。具體是，如圖1所示，導(dǎo)體條190在一端可設(shè)置有完整形成的扁平園形或半圓形表面192，在另一端形成有朝下伸展的完整形成的表面194?？蓪⒍?92點(diǎn)焊到從塑料盒體蓋180的孔徑182突出的穿過式導(dǎo)體尖端173?？蓪?dǎo)體條190的相對(duì)端114焊接到正極端子尖端124。當(dāng)將導(dǎo)體條190的端192焊接到穿過式尖端173之后，金屬片170會(huì)牢固固定于塑料盒體蓋180。此時(shí)，可按壓附著于塑料盒體蓋180的金屬片170使其與陰極160的頂面接觸，從而金屬片170的底面與陰極160的頂面接觸。在該組件中，金屬片170成為陰極集流器。然后設(shè)置絕緣片198以蓋住金屬條190。當(dāng)將電池插入到外殼105中時(shí)，絕緣片198阻止陰極160和外殼105之間的電接觸。
可設(shè)置陽極板140，將其壓在隔離物150的下側(cè)，從而陽極140面對(duì)陰極160，且隔離物150處在它們之間?？蓪⒆鳛殛枠O集流器的金屬片130設(shè)置成緊靠陽極板140的底面。采用具有兩個(gè)平行橫檔(rung)134和135的單個(gè)導(dǎo)體片的形式，能夠方便地制造如圖1所示具體實(shí)施例中的陽極集流器130。平行橫檔134和135在空間分隔開，并在它們中心通過整體形成的連接片133將它們整體連接，其中，在連接片133中具有實(shí)心中心部分132。連接片133最好稍有些彎曲，以便其在朝向塑料盒體120底面123的側(cè)面上向外突出。在塑料盒體120的中心處，塑料盒體120的底面123具有孔徑122。
在裝配電池元件中，將密封環(huán)(通常由橡膠制成)插入到塑料盒體120內(nèi)，從而它正好處于在盒體底面123中的孔徑122之上?？蓪㈥枠O集流器130插入到塑料盒體120中，從而，陽極集流器130的橫檔134和135沿盒體內(nèi)部的長度方向。安置陽極集流器130，以便將在陽極集流器130中心處的彎曲連接結(jié)片133調(diào)整到正處在塑料盒體120底面123內(nèi)的孔徑122的上方。密封環(huán)136處在盒體的孔徑122與陽極集流器的彎曲連接片133之間。然后，可使用錐子或沖頭通過密封環(huán)136和孔徑122按壓連接片133的中心部分132。在盒體120的底面123處，形成從孔徑122突出的穿過式尖端132a。設(shè)置導(dǎo)體條110(陰極導(dǎo)體)，以將陽極集流器130的突出尖端132與外殼105的負(fù)極端子107連接。導(dǎo)體條(通常由黃銅或銅制成)110在一端具有圓形或半圓形整體形成的扁平部分112，在另一端具有朝下伸展的整體形成的表面144。在塑料盒體120底面123外側(cè)上安置導(dǎo)體條110，以便扁平端112朝向孔徑122，如圖1所示。然后，將導(dǎo)體條110的扁平端112焊到從孔徑122突出的穿過式尖端132a。當(dāng)將具有內(nèi)部電池元件的塑料盒體插入到外殼105之后，將導(dǎo)體條110的另一端焊到外殼105封閉端處的負(fù)極端子107。
在進(jìn)一步將電池元件裝配到盒體120期間，可再將陽極板140放置在盒體120中并處在陽極集流器130之上?？蓪嘘帢O160的隔離器150放置在塑料盒體120內(nèi)的陽極板140之上，從而，隔離器150處在陽極140和陰極160之間。通過焊到陽極導(dǎo)體條190一端192的陰極集流器170的穿過式導(dǎo)體尖端173，按如上方式將塑料盒體蓋180固定到陰極集流器170。然后將包括固定到盒體蓋180的陰極集流器金屬片170插入并處在陰極160之上，以便陰極集流器金屬片170接觸陰極160的頂面。然后可將盒體蓋180的邊緣超聲焊接或粘接到塑料盒體120的邊緣，以形成用于封裝電流元件的牢固密封的塑料容器。
通過外殼開口端106將其中具有電池元件的封閉塑料盒體120插入到外殼105之后，可進(jìn)行在外殼105封閉端處陽極140與負(fù)極端子107的電連接。這通過如上所述的將導(dǎo)體條110的端114焊接到處在外金屬殼105封閉端處的負(fù)極端子107來實(shí)現(xiàn)。使用塑料正極端子蓋126密封外殼105的開口端106，塑料正極端子蓋126可通過超聲焊接到外殼105。進(jìn)而，將正極端子124焊接或粘接到塑料正極端子蓋126的外部。通過在不熔化周圍塑料的前提下將導(dǎo)體條190的端194焊接到正極端子124，制成在陰極160與正極端子124之間的正極電連接。在導(dǎo)體條190上的絕緣片198阻止在陰極160和負(fù)極外殼105之間的電接觸。外金屬殼105并不氣密密封。因此，在正極端子端124處，例如在塑料正極端子蓋126周圍，具有非常微小的通道或開口(未示出)，通過它們，由電池內(nèi)部積累的氫氣，一旦透過塑料盒體120和盒體蓋180，就釋放到外部環(huán)境。
第二實(shí)施例(圖2-2C)在圖2-2C中顯示出本發(fā)明扁平堿性一次電池組的另一實(shí)施例。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2-2C中所示電池組具有同F(xiàn)6尺寸(IEC標(biāo)準(zhǔn))可再充電電池組類似的長方體(矩形體)整體形狀。這種電池具有如圖2A所示的整體長方體形狀，其中，長度約為67mm，寬度為17mm，厚度為6mm。具體而言，在圖2-2C中所示本發(fā)明的電池組可用于直接替換7/5F6尺寸鎳金屬氫化物可再充電電池組，作為電子設(shè)備如索尼公司的迷你盤Walkman播放器型號(hào)MZ-9000的電源。給出這樣的替換應(yīng)用是出于舉例描述，并不意在進(jìn)行限制?？蓪⑷鐖D2-2C所示電池組的實(shí)施例制作成更大或更小的尺寸。
圖2-2C的實(shí)施例顯示出電路上并聯(lián)以形成電池組200的三個(gè)電池的元件。不過應(yīng)該理解，可以有更少(例如2個(gè))或更多(例如4個(gè)或5個(gè))數(shù)量的電池，它們都按照對(duì)于圖2-2C所示實(shí)施例所示出和描述同樣內(nèi)部元件的方式制造。
在圖2的分解圖中，極好地顯示出該實(shí)施例的元件。外殼290由頂部291和底部210構(gòu)成。頂部291由伸長的扁平金屬板294構(gòu)成，在所述金屬板294相對(duì)的長邊上具有一對(duì)整體形成的朝下彎曲的邊緣296。沿金屬板294的一端朝下彎曲有較小的整體形成的部分292，在相對(duì)的一端形成開口。將形成電池組正極端子的端子尖端295焊接到板292。頂部291期望由鍍鎳的冷軋鋼或不銹鋼制成，厚度期望約在10mil和20mil之間(0.254mm和0.508mm之間)，最好約在15mil(0.037mm)。
同樣，外殼290的底部210由伸長的扁平金屬板212構(gòu)成，在所述金屬板294相對(duì)的長邊上具有一對(duì)整體形成的朝下彎曲的邊緣216。沿金屬板212的一端朝下彎曲有較小的整體形成的部分214。朝下彎曲的整體形成的部分214形成電池組的負(fù)極端子。底部210期望由鍍鎳的冷軋鋼或不銹鋼制成。使外金屬殼290的頂部291和底部210取向成，以便正極端子尖端295和負(fù)極端子整體形成部分214處在電池組200的相對(duì)端。
應(yīng)該注意，當(dāng)沿頂部291的寬度取剖面觀察時(shí)，頂部291呈C形狀。同樣，當(dāng)沿底部210的寬度取剖面觀察時(shí)，底部210也呈C形狀。從而，因部件291和210可夾在內(nèi)部電池元件的周圍以形成外殼290，可將這兩個(gè)部件簡便地稱為形成外殼290的C夾子部件。將頂部291的邊緣296與底部210的邊緣216之間的界面297(圖2A)進(jìn)行焊接，以提供在內(nèi)部電池元件周圍的牢固永久外殼290。
在圖2中很好地顯示出內(nèi)部電池的元件，而在圖2A中顯示出裝配好的電池組，以及在圖2B和2C中顯示出其剖面圖。電池組200包括在電路上并聯(lián)的三個(gè)分立的堿性電池A，B，和C(圖2，2B和2C)。每個(gè)電池具有兩個(gè)相對(duì)的主表面和處在其中的外圍邊緣表面。每單個(gè)電池包括，包括MnO2的陰極280，包括鋅的陽極260，和處在其中的隔離物270。隔離物270可允許堿性電解質(zhì)(最好是氫氧化鉀水溶液)透過。在每單個(gè)電池中的陰極280和陽極260最好采用具有至少其扁平表面為主要部分的板的形式。將每個(gè)電池的陽極板260，隔離物270和陰極板280按如圖2所示主體對(duì)主體堆疊(如硬幣的疊放)。應(yīng)該理解，此處關(guān)于所有實(shí)施例所用的語句陽極和陰極板“主體對(duì)主體”堆疊表示，將陽極和陰極按一個(gè)在另一個(gè)的頂部堆疊(間隔物處在中間)，以便陽極的主表面和陰極的主表面相鄰且彼此面對(duì)面(如同硬幣的疊放)。每個(gè)電池最好為長方體形狀，且最好較薄。在這樣的形狀中，兩個(gè)相對(duì)的主表面為長方體相對(duì)的較大正面，外圍邊緣表面為處在中間的沿點(diǎn)池厚度展開的表面。陽極260和陰極280形狀為厚度較薄的矩形板。隔離物270(圖2)具有朝上伸展的邊緣272，從而當(dāng)將陰極280設(shè)置在隔離物270上時(shí)，隔離物270表面接觸陰極的底面，隔離物邊緣272朝上伸展以覆蓋陰極的邊緣282。三個(gè)電池A，B，和C均具有相同的元件，并按相同的方式制造。圖2的分解圖顯示出代表性電池“A”的元件，不過應(yīng)該理解，此處關(guān)于電池“A”的電池元件的描述同樣應(yīng)用于其他兩個(gè)電池。
已知，在堿性電池放電期間會(huì)釋放出氫氣。在具有包括鋅的陽極，包括MnO2的陰極，和氫氧化鉀電解質(zhì)水溶液的傳統(tǒng)圓柱形電池中，根據(jù)電池的尺寸以及在陽極/陰極中所采用的添加劑，壓力積累可達(dá)到約在800和1500表壓的量級(jí)。所示在本發(fā)明電池組(圖2A)中的較小扁平外科形狀還必須承受在正常電池放電期間可出現(xiàn)的較大氣壓。壓力通常在500和1000表壓之間的范圍內(nèi)。這種壓力能導(dǎo)致電解液緊壓金屬外殼290的內(nèi)壁。由于外殼290厚度為15mil(0.037mm)，其厚度較薄，氣體以及電解液對(duì)殼壁的壓力能導(dǎo)致外殼鼓起或破裂，使電解質(zhì)釋放到外部環(huán)境。這會(huì)導(dǎo)致不期望的情形出現(xiàn)。為避免電解質(zhì)的這種泄漏，將圖2，2B和2C所示分立的電池A，B，和C裝在塑料盒體220內(nèi)。
用于裝載分立電池的塑料盒體包括矩形的塑料盒體220，塑料盒體220具有從盒體底面向上伸展并進(jìn)入盒體內(nèi)部空間的肋226(圖2B和2C)。肋226貫穿塑料盒體220內(nèi)部的寬度。從而肋226形成分別用于裝入三個(gè)電池中各自一個(gè)電池的三個(gè)分開的室。這樣，在塑料盒體220內(nèi)將三個(gè)電池邊緣對(duì)邊緣排成一行(如同地磚一樣)，各自以肋226相間隔。
盒體220裝配有塑料盒體蓋250，可將塑料盒體蓋250溶劑粘合或超聲焊接或膠水粘接到盒體220的上邊緣。盒體220和盒體蓋250由期望能透過氫氣但阻止電解液溢到盒體邊界以外環(huán)境的塑料材料制成。這防止電解液從電池組泄漏。用于盒體220和盒體蓋250的優(yōu)選塑料材料為可允許氣體透過的聚乙烯，聚丙烯，尼龍，聚砜。外殼290并不氣密密封。因此，在正極端子端295或負(fù)極端子端214處(或在兩者處)具有微小的通道或開口(未示出)，自這些通道，由電池內(nèi)部積累的氫氣，一旦透過塑料盒體220和盒體蓋250，就釋放到外部環(huán)境。
每個(gè)電池陰極280到正極端子294的電連接按以下方式制成對(duì)于每個(gè)電池，塑料盒體蓋250具有一個(gè)通過其中的孔徑252?？讖?52對(duì)準(zhǔn)陰極280的中心?？拷芰虾畜w蓋250的下側(cè)設(shè)置具有突出尖端242的盤形金屬穿過式導(dǎo)體240。在盤240的頂面上安置密封環(huán)(O形密封圈)243。導(dǎo)體盤240的尖端242通過密封環(huán)243突出。通過孔徑252按壓導(dǎo)體盤240的尖端242，以便使尖端242從塑料盒體蓋250的頂面突出，如圖2B或圖2C清楚地顯示。導(dǎo)體盤240最初可為扁平，可使用錐子或沖頭通過孔徑252按壓盤240的頂面形成尖端242。在此過程中形成的尖端242完全通過孔徑252，以便尖端242從盒體蓋250的頂面突出。通過處在其中的密封環(huán)243，盤的主體仍然壓靠在盒體蓋250的底面，如圖2B或2C中很好地顯示出。密封環(huán)243可為在盤240和塑料盒體蓋250之間提供嚴(yán)密密封的彈性橡膠材料。在圖2C中極好地顯示出具有代表性的裝配好的電池的剖面圖。為提高陰極和穿過式導(dǎo)體盤240之間的導(dǎo)電性，可對(duì)陰極在其側(cè)面上設(shè)置金屬薄片284(圖2B和2C)與導(dǎo)體盤240接觸。如圖2C所示，導(dǎo)體盤240的尖端242與外殼290物理接觸，盤240的基底緊靠陰極280設(shè)置，最好設(shè)置在陰極280頂面內(nèi)的凹入?yún)^(qū)286(圖2)內(nèi)。將外殼290按前述方式與正極端子295電連接，如圖2C很好地顯示。因此，由于導(dǎo)體盤240與陰極280和外殼290都接觸(圖2C)，陰極280還與正極端子295電連接。將所有電池，即電池A，B，和C(圖2A)按上述代表性電池的方式連接。因此，每個(gè)電池的陰極280均與正極端子295電連接。
在分解圖(圖2)中示出的代表性電池的陽極260與外殼290的底部210電連接。連接采用類似于陰極導(dǎo)體盤240的穿過式導(dǎo)體盤230形成。塑料盒體220對(duì)每個(gè)電池提供有一個(gè)通過其的孔徑237。孔徑237對(duì)準(zhǔn)陰極260的中心。安置具有突出尖端232的盤形金屬穿過式導(dǎo)體230，并使其與塑料盒體220基底上的孔徑237對(duì)準(zhǔn)，且處在孔徑237之上，如圖2所示。在孔徑237周圍安置密封環(huán)(O形密封圈)233，且密封環(huán)233朝向?qū)w盤230。尖端232從導(dǎo)體盤230向下突出。通過孔徑237按壓導(dǎo)體盤230的尖端232，以便尖端232通過密封環(huán)233，且完全通過塑料盒體220上的孔徑237，如圖2B或2C很好地顯示出。導(dǎo)體盤230最初可為扁平，可使用錐子或沖頭通過孔徑237按壓盤230的底面形成尖端232。在此過程中形成的尖端232完全通過孔徑237，以便尖端232從塑料盒體220的底部突出。通過處在其中的密封環(huán)233，盤的主體仍然壓靠在盒體220的底部，如圖2B或2C中很好地顯示出。密封環(huán)233可為在盤230和塑料盒體220之間提供嚴(yán)密密封的彈性橡膠材料。這是當(dāng)將塑料蓋250密封到塑料盒體220，使電池嚴(yán)密密封在塑料盒體220中時(shí)會(huì)發(fā)生。
將外殼290的底部210按前述方式與負(fù)極端子214電連接，如圖2C很好地顯示出。因此，由于導(dǎo)體盤230與陽極260和外殼底部210都接觸(圖2B)，陽極260還與負(fù)極端子214電連接。將所有電池，即電池A，B，和C(圖2A)按上述代表性電池的方式連接。因此，每個(gè)電池的陽極260均與電池組的負(fù)極端子214電連接。將陰極280按如上方式均與電池組的正極端子295電連接。從而，每個(gè)電池以并聯(lián)電連接。
第三實(shí)施例(圖3-3C)在圖3-3C中顯示出本發(fā)明扁平堿性一次電池組的再一實(shí)施例。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖3-3C中所示電池組具有同F(xiàn)6尺寸(IEC標(biāo)準(zhǔn))可再充電電池組類似的長方體(矩形體)整體形狀。這種電池具有如圖3A所示的整體長方體形狀，其中，長度約為67mm，寬度為17mm，厚度為6mm。具體而言，在圖3-3C中所示本發(fā)明的電池組可用于直接替換7/5F6尺寸鎳金屬氫化物可再充電電池組，作為索尼公司的迷你盤(MD)播放器型號(hào)MZ-9000的電源。給出這樣的替換應(yīng)用是出于舉例描述，并不意在進(jìn)行限制?？蓪⑷鐖D3-3C所示電池組的實(shí)施例制作成更大或更小的尺寸。
圖3-3C的實(shí)施例顯示出電路上并聯(lián)以形成電池組300的三個(gè)電池的元件。不過應(yīng)該理解，可以有更少(例如2個(gè))或更多(例如4個(gè)或5個(gè))數(shù)量的電池，它們都按照對(duì)于圖3-3C所示實(shí)施例所示出和描述同樣內(nèi)部元件的方式制造。
在圖3的分解圖中，極好地顯示出該實(shí)施例的元件。外殼305由薄金屬片307(最好為鍍鎳?yán)滠堜摌?gòu)成，且厚度最好約在5mil到6mil(0.125mm到0.15mm)之間)構(gòu)成。片307卷在電池內(nèi)部元件的周圍，以形成如圖3A所示電池組的外殼305。在經(jīng)卷曲以形成制好的外殼305之后，可將金屬片的自由邊緣308和309點(diǎn)焊焊接或粘接。外殼305本身在兩端開口。每個(gè)電池的陽極360與外殼305電接觸。從而，外殼305呈電負(fù)性。將如圖3B所示的負(fù)極端子板398焊接到外殼305，以封閉其中一個(gè)開口端。外殼305的相對(duì)一端通過正極端子394封閉，正極端子394通過絕緣材料(最好以絕緣板392的形式，其邊緣處在正極端子394和外殼305之間)與外殼305不會(huì)發(fā)生物理接觸，如圖3C所示?？蓪⒄龢O端子394焊接或粘接到絕緣板392的中心部分。
在圖3中很好地顯示出內(nèi)部電池的元件，而在圖3A中顯示出裝配好的電池組，以及在圖3B和3C中顯示出其剖面圖。電池組300包括在電路上并聯(lián)的三個(gè)分立的堿性電池A，B，和C(3B和3C)。每個(gè)電池具有兩個(gè)相對(duì)的主表面和處在其中的外圍邊緣表面。每單個(gè)電池包括，包括MnO2的陰極380，包括鋅的陽極360，和處在其中的隔離物370。隔離物370可允許堿性電解液(最好是氫氧化鉀水溶液)透過。在每單個(gè)電池中的陰極380和陽極360最好采用具有至少其扁平表面為主要部分的板的形式。將每個(gè)電池的陽極360，隔離物370和陰極380按如圖3所示主體對(duì)主體堆疊(如硬幣的疊放)。應(yīng)該理解，此處關(guān)于所有實(shí)施例所用的語句陽極和陰極板“主體對(duì)主體”堆疊表示將陽極和陰極按一個(gè)在另一個(gè)的頂部堆疊(間隔物處在中間)，以便陽極的主表面和陰極的主表面相鄰且彼此面對(duì)面(如同硬幣的疊放)。每個(gè)電池期望為長方體(矩形體)形狀，且最好較薄。在這樣的形狀中，兩個(gè)相對(duì)的主表面為長方體相對(duì)的較大正面，外圍邊緣表面為處在中間的沿點(diǎn)池厚度展開的表面。陽極360和陰極380形狀為厚度較薄的矩形板。隔離物370(圖3)具有朝上伸展的邊緣372，從而當(dāng)將陰極380設(shè)置在隔離物370上時(shí)，隔離物表面接觸陰極的底面，隔離物邊緣372朝上伸展以覆蓋陰極的邊緣382。三個(gè)電池A，B，和C均具有相同的元件，并按相同的方式制造。圖3的分解圖顯示出代表性電池“A”的元件，不過應(yīng)該理解，此處關(guān)于電池“A”的電池元件的描述同樣應(yīng)用于其他兩個(gè)電池。
用于裝載分立電池的塑料盒體包括矩形的塑料盒體320(圖3B和3C)，塑料盒體320具有從盒體底面向上伸展并進(jìn)入盒體內(nèi)部空間的肋326。肋326貫穿塑料盒體320內(nèi)部的寬度。從而肋326形成分別用于裝入三個(gè)電池中各自一個(gè)電池的三個(gè)分開的室。這樣，在塑料盒體320內(nèi)將三個(gè)電池邊緣對(duì)邊緣排成一行(如同地磚一樣)，各自以肋326相間隔。
塑料盒體320裝配有塑料盒體蓋390，可將塑料盒體蓋390溶劑粘合或超聲焊接或膠水粘接到盒體320的上邊緣。塑料盒體320和盒體蓋390由期望能透過氫氣但阻止電解液溢到盒體邊界以外環(huán)境的塑料材料制成。這防止電解液從電池組泄漏。用于盒體320和盒體蓋390的優(yōu)選塑料材料為可允許氣體透過的聚乙烯，聚丙烯，尼龍，聚砜。外殼305并不氣密密封。因此，在正極端子支撐板392處具有微小的通道(未示出)，自這些通道，由電池內(nèi)部積累的氫氣，一旦透過塑料盒體320和盒體蓋390，就釋放到外部環(huán)境。
每個(gè)電池陰極380到正極端子394的電連接按以下方式制成對(duì)于每個(gè)電池，塑料盒體蓋390具有一個(gè)通過其中的孔徑395。孔徑395對(duì)準(zhǔn)陰極380的中心。陰極380可設(shè)置在隔離物370內(nèi)?？拷芰虾畜w蓋390的下側(cè)設(shè)置具有突出尖端342的盤形金屬穿過式導(dǎo)體340。在盤340的頂面上安置密封環(huán)(O形密封圈)343。導(dǎo)體盤340的尖端342通過密封環(huán)343突出。通過孔徑395按壓導(dǎo)體盤340的尖端342，以便使尖端342從塑料盒體蓋390的頂面突出，如圖3B或圖3C清楚地顯示。導(dǎo)體盤340最初可為扁平，可使用錐子或沖頭通過孔徑395按壓盤340的頂面形成尖端342。在此過程中形成的尖端342完全通過孔徑395，以便尖端342從盒體蓋390的頂面突出。通過處在其中的密封環(huán)343，盤的主體仍然壓靠在盒體蓋390的底面，如圖3B或3C中很好地顯示出。密封環(huán)343可為在導(dǎo)體盤340和塑料盒體蓋390之間提供嚴(yán)密密封的彈性橡膠材料。當(dāng)導(dǎo)體盤340的尖端342穿過孔徑395后，將從孔徑395突出的尖端342焊接到墊圈344從而將其固定，如圖3B和3C所示。參照?qǐng)D3，然后，將凹入?yún)^(qū)386內(nèi)的陰極380的頂面按壓在導(dǎo)體盤340的底部，從而完全裝配好電池時(shí)(圖3B和3C)，陰極380與導(dǎo)體盤340物理接觸。
在裝配好的代表性電池中(圖3C)，在墊圈344和外殼305之間插入有絕緣條350。這阻止陰極380與呈負(fù)性的金屬殼305出現(xiàn)電接觸。墊圈344和正極端子394之間的電連接是通過導(dǎo)電性元件363(如金屬線或金屬條)將這兩個(gè)元件連接(圖3C)。金屬導(dǎo)體條363可在朝下伸展的表面362終結(jié)，表面362用于附著或焊接到距正極端子394最近的端。金屬條363可為在絕緣條350朝向電池內(nèi)部的內(nèi)表面上的金屬涂層。當(dāng)將絕緣條350按到外部墊圈344上時(shí)，金屬條363的一端與墊圈344接觸，可將另一端與正極端子394焊接?；蛘撸蓪ⅹ?dú)立的金屬線或金屬條363在一端與墊圈344焊接，另一端與正極端子394焊接。正如如上所述，通過在端子394和外殼305之間的絕緣板或盤392，正極端子394不與負(fù)極外殼305接觸。
如分解圖(圖3)所示的代表性電池的陽極360與外殼305電連接，從而，外殼305呈電負(fù)性。采用類似于陰極導(dǎo)體盤340的穿過式導(dǎo)體盤330來形成連接。塑料盒體320對(duì)每個(gè)電池提供有一個(gè)通過其的孔徑337?？讖?37對(duì)準(zhǔn)陽極360的中心。安置具有突出尖端332的盤形金屬穿過式導(dǎo)體330，并使其與塑料盒體320基底上的孔徑337對(duì)準(zhǔn)，且處在孔徑337之上，如圖3所示。在孔徑337周圍安置密封環(huán)(O形密封圈)333，且密封環(huán)333朝向?qū)w盤330。尖端332從導(dǎo)體盤330向下突出。通過孔徑337按壓導(dǎo)體盤320的尖端332，以便尖端332通過密封環(huán)333，且完全通過塑料盒體320基底上的孔徑337(圖3B或圖3C)。導(dǎo)體盤330最初可為扁平，可使用錐子或沖頭通過孔徑337按壓盤330的底面形成尖端332。在此過程中形成的尖端332完全通過孔徑337，以便尖端332從塑料盒體320的底部突出。通過處在其中的密封環(huán)333，盤的主體仍然壓靠在盒體320的底部，如圖3B或3C中很好地顯示出。密封環(huán)333可為在導(dǎo)體盤330和塑料盒體320之間提供嚴(yán)密密封的彈性橡膠材料。在突出尖端332上安置外部墊圈334(圖3B和3C)，并將其焊接到突出尖端332。從而外部墊圈阻止尖端332滑脫到盒體孔徑337之外。當(dāng)將電池裝配好且將外金屬片305卷在各個(gè)電池周圍后，外部墊圈334與片305物理接觸。從而，通過穿過式導(dǎo)體盤330和外部墊圈334之間的接觸，形成陽極360和外殼305之間的電接觸。從而與外殼305接觸的端子398成為電池的負(fù)極端子。
將所有電池，即電池A，B，和C(圖2A)按上述代表性電池的方式連接。代表性的裝配好的電池如圖3C中很好的顯示出。因此，每個(gè)電池的陽極360均與外殼305電連接，進(jìn)而再與電池組的負(fù)極端子398電連接。使陰極380與外殼305絕緣，且將所有陰極380與正極端子394電連接。從而，將每個(gè)電池以并聯(lián)電連接。
代表性電池的化學(xué)成分下面，將描述電池的成分，即可應(yīng)用于在以上所批露具體實(shí)施例中所述每個(gè)電池的陽極，陰極和隔離物的化學(xué)成分。具體而言，以下關(guān)于電池成分的描述應(yīng)用于，第一實(shí)施例(圖1-1A)的單個(gè)電池，電池包括陽極140，陰極160和處在其中的隔離物150；具有同樣的電池的第二實(shí)施例(圖2-2C)，每個(gè)電池包括陽極260，陰極280處在其中的隔離物270；和具有同樣的電池的第三實(shí)施例(圖3-3C)，每個(gè)電池包括陽極360，陰極380處在其中的隔離物370。
每個(gè)電池填充以包括二氧化錳的陰極，包括鋅的陽極和電解液。電解質(zhì)水溶液包括KOH，氧化鋅，和膠凝劑的傳統(tǒng)混合物。陽極材料(140，260，和360)可采用包含無汞(不加汞)的鋅合金粉的膠凝混合劑。即，每個(gè)電池的汞總含量約少于總電池重量的百萬分之五十，最好少于總電池重量的百萬分之二十。電池最好還不包含任何增加量的鉛，從而基本無鉛，也就是，鉛總含量少于陽極總金屬含量的30ppm，期望是少于15ppm。這樣的混合物通常包含KOH電解質(zhì)水溶液，膠凝劑(例如，可從來自B.F.Goodrich的商品名CARBOPOL C940下獲得的丙烯酸共聚物)，和表面活性劑(例如，可從來自Rhne Poulenc的商品名GAFAC RA600獲得的磷酸酯酯基表面活性劑)。這樣的混合物僅作為示例給出，并不意在限制本發(fā)明。在美國專利No.4 563 404中披露了用于鋅陽極的其他代表性膠凝劑。
陰極(160，280，和380)期望具有以下成分87-93wt％的電解二氧化錳(例如，來自Kerr-McGee的Trona D)，2-6wt％(總共)的石墨，5-7wt％的7-10標(biāo)準(zhǔn)KOH水溶液，且其中KOH濃度約為30-40wt％；以及0.1-0.5wt％的可選聚乙烯粘合劑。電解的二氧化錳的平均顆粒尺寸通常約在1至100微米之間，期望約在20至60微米之間。石墨通常以天然石墨，或多孔石墨，或者它們的混合物。石墨還可包括僅石墨碳鈉纖維，或與天然或多孔石墨的混合物。這樣的陰極混合物意在用于說明目的，而并非要限制本發(fā)明。
陽極材料(140，260，360)包括鋅合金粉62至69wt％(99.9wt％的含銦的鋅)，包括30wt％KOH的KOH水溶液和約為2wt％的ZnO；商業(yè)上可從來自B.F.Goodrich的商品名“CARBOPOL C940”下的交聯(lián)丙烯酸聚合物膠凝劑(例如0.5至2wt％)和商業(yè)上可來自GrainProcessing公司的商品名“Waterlock A-221”獲得的接枝(grafted)到淀粉主鏈的水解聚丙烯腈(介于0.01和0.5wt％之間)；商業(yè)上可來自Phone-Poulenc的商品名“RM-510”獲得的二紫羅蘭苯酚磷酸鹽脂(dionyl phenol phosphate ester surfactant)表面活性劑(50ppm)；鋅合金平均顆粒尺寸期望約在30和350微米之間。在陽極中鋅的塊體密度(陽極孔隙率)約在每立方厘米陽極1.75和2.2克鋅之間。陽極中電解質(zhì)水溶液的體積百分比大約為陽極體積的百分之69.2至75.5之間。
以傳統(tǒng)方式對(duì)電池進(jìn)行平衡考慮，從而使MnO2的容量(mAmp-hr capacity)(基于308 MnO2比容量(mAmp-hr per gram))除以鋅合金的容量(基于820 MnO2的比容量)約為1。
隔離物(150，270，和370)可為由纖維素(嫘縈)和聚乙烯醇纖維的無紡材料內(nèi)層和賽璐玢外層組成的傳統(tǒng)離子多孔隔離物。這種材料僅出于說明目的，并不意在限制本發(fā)明。
總計(jì)陽極/陰極體積作為外殼的外部體積百分比。
在以具體非限制性示例說明的第一具體實(shí)施例(圖1-1A)中，將電池組100制造成外殼105具有以下整體尺寸長67mm；寬17mm；厚6mm，從而外部體積為6.834cm3。陽極140的厚度為1.77mm，且體積為1.480cm3。陽極140包括約占外殼105外部體積百分之21.7的最終體積。陰極160由沿邊緣對(duì)邊緣對(duì)齊(如同地磚一樣)的四個(gè)室(160a-160d)組成，并壓成一個(gè)陰極，如圖1所示。陰極160的最終厚度為3.05mm，最終體積約2.484cm3。因此，陰極160包括約占外殼105外部體積百分之36.3的最終體積?？傆?jì)陰極和陽極的組合最終體積占外殼105外部體積的百分之58.0。
在以具體非限制性示例說明的第二具體實(shí)施例(圖2-2C)中，將電池組200制造成外殼105具有以下整體尺寸長67mm；寬17mm；厚6mm，從而外部體積為6.834cm3。電池組200包括在電路上并聯(lián)的三個(gè)電池，A，B，和C。包括并聯(lián)的三個(gè)陽極室260的總計(jì)陽極的厚度為1.77mm，總計(jì)體積為1.324cm3。陽極包括約占外殼290外部體積百分之19.4的最終體積。包括三個(gè)陰極室280的總計(jì)陰極的最終厚度為2.30mm，最終體積約2.217cm3。因此，總計(jì)陰極包括約占外殼290外部體積百分之32.4的最終體積?？傆?jì)陰極和陽極的組合最終體積占外殼290外部體積的百分之51.8。
在以具體非限制性示例說明的第三具體實(shí)施例(圖3-3C)中，將電池組300制造成外殼305具有以下整體尺寸長67mm；寬17mm；厚6mm，從而外部體積為6.834cm3。電池組300包括在電路上并聯(lián)的三個(gè)電池，A，B，和C。包括并聯(lián)的三個(gè)陽極室360的總計(jì)陽極的厚度為1.47mm，總計(jì)體積為1.430cm3。陽極包括約占外殼305外部體積百分之20.9的最終體積。包括三個(gè)陰極室380的總計(jì)陰極的最終厚度為2.45mm，最終體積約2.410cm3。因此，總計(jì)陰極包括約占外殼305外部體積百分之35.3的最終體積。總計(jì)陰極和陽極的組合最終體積占外殼305外部體積的百分之56.2。
將上述關(guān)于本發(fā)明扁平堿性電池組的三個(gè)具體實(shí)施例的特征進(jìn)行比較，應(yīng)該看到，電池組100(圖1-1A)具有總計(jì)活性物質(zhì)(總計(jì)陽極和陰極)包括更高所占電池組體積百分比的優(yōu)點(diǎn)。因此，電池組100與在正常從低到高流耗范圍中的電池組200或電池組300相比具有更高容量。特別是，電池組100將具有MP3或微盤播放器所需從100到300mAmp流耗的更高容量。另一方面，電池組200(圖2-2C)或電池組300(圖3-3C)的分段電池設(shè)計(jì)具有更好的結(jié)構(gòu)整體性，其中，與電池組100的單個(gè)電池設(shè)計(jì)相比，在裝配過程期間或搬運(yùn)期間，各個(gè)電池的陽極和陰極不易破裂。電池組200更接近陽極和陰極的總體積，從而更接近在電池組100中所反映出的單個(gè)電池設(shè)計(jì)的總?cè)萘俊?br> 應(yīng)該理解，對(duì)于陽極和陰極總計(jì)體積所占外金屬殼外部體積百分比的上述值是非常保守的，這是由于這并沒有根據(jù)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。相信可能會(huì)使總計(jì)陽極和陰極的百分比體積可增至約外金屬殼外部體積的75％，甚至高達(dá)約80％。從而，總計(jì)陽極和陰極體積可包括約介于外金屬殼外部體積的50％和75％之間，甚至約在50％和80％之間?？梢源_信，通過小型化電池元件使其更緊湊，以及通過降低塑料殼厚度(120和180；220和250；320和390)以及金屬集流器(例如陰極集流器170)和導(dǎo)體條(例如190，130，363)和絕緣物(例如198和350)，可以達(dá)到上述目標(biāo)。
對(duì)于上述具體實(shí)施例的再一可選設(shè)計(jì)，應(yīng)該理解，在圖2-2C或圖3-3C中所示各個(gè)電池A，B，或C均可被封裝在分立的塑料盒體中。從而，在這種實(shí)施例中不再具有單個(gè)塑料盒體，例如，裝載三個(gè)電池的塑料盒體220(圖2)或塑料盒體320將每個(gè)電池可代之以裝載到它們自身的塑料盒體中。這種塑料盒體期望屬于多孔的可透過氫的聚乙烯，聚丙烯，尼龍，聚砜制成之類的塑料材料。采用類似于如圖2所示的盒體220和蓋250的設(shè)計(jì)，將每個(gè)電池裝入緊密配套的塑料容器中，對(duì)塑料容器加蓋獨(dú)立的塑料蓋，以此可形成對(duì)每個(gè)電池的分立塑料盒體。通過超聲焊接，紅外焊接，通過溶劑粘合或使用粘合劑，可將塑料蓋焊接到容器的外圍邊緣。在將塑料蓋密封到塑料盒體之前，可對(duì)每個(gè)電池提供以與陰極接觸的正極穿過式導(dǎo)體(如同在圖2中的導(dǎo)體240)和與陽極接觸的負(fù)極穿過式導(dǎo)體(如同在圖2中的導(dǎo)體230)。對(duì)每個(gè)電池的塑料盒體的頂蓋可提供用于突出正極穿過式導(dǎo)體以與正極端子電連接的孔徑，諸如孔徑252(圖2)。同樣，對(duì)每個(gè)電池的塑料容器(盒體)可提供用于突出負(fù)極穿過式導(dǎo)體以與負(fù)極端子電連接的孔徑，諸如孔徑237(圖2)。此可選電池組實(shí)施例的其余元件可與參照?qǐng)D1，2或3所示實(shí)施例所披露和所描述的相同或相似。主要區(qū)別在于，可選電池組實(shí)施例包括多個(gè)分立的堿性電池，例如，介于兩個(gè)和四個(gè)之間的分立電池，其中，將每個(gè)電池裝入其自己可透過氫的塑料容器。
后者的可選實(shí)施例具有易于制造不同尺寸的扁平堿性電池組的優(yōu)點(diǎn)，這是通過在其中插入任何數(shù)量的所預(yù)期制造尺寸部件的電池，每個(gè)電池被裝入其自己的保護(hù)塑料盒體中。從而，通過預(yù)制數(shù)個(gè)裝入其自己的保護(hù)塑料容器中的不同尺寸的分立電池，并將所需數(shù)量的這種電池插入到外殼中以獲得所需的電池組長度，可易于改變電池組的尺寸。
盡管依據(jù)整體形狀為長方體(矩形體)的扁平堿性電池組描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解，可能會(huì)存在對(duì)這種外形的多種變化，且本發(fā)明的原理意在包括這些變化。例如，可將本發(fā)明的矩形體電池組的端子端稍稍向外或向內(nèi)彎曲。這種變化形狀的整體外觀仍基本屬于長方體形狀，且本發(fā)明關(guān)于長方體或合理等效的內(nèi)涵意在包括這樣的長方體。對(duì)于整體形狀的其他變化，如電池組的端與平行六面體的任何一面(包括電池組的主體)所成的角度有些改變，從而平行六面體不是嚴(yán)格矩形體，此處所述以及權(quán)利要求中的長方體(矩形正六面體)也意在包括這樣的變化。
本發(fā)明意在擴(kuò)展到扁平的整體電池組形狀，其中，電池組外殼主要部分包括至少一個(gè)基本扁平的表面。與電池組的長度相比，電池組外殼的厚度通常較薄。特別是，本發(fā)明的原理意在擴(kuò)展到基本扁平的電池組，其中，電池組外殼主要部分包括扁平多邊形表面。本發(fā)明還意在擴(kuò)展到電池組外殼主要部分具有扁平表面的電池組，其中，扁平表面為平行四邊形，且其中，電池組的整體形狀為棱柱形。
從而，本發(fā)明并不意在被限制在此處所描述的具體實(shí)施例，而是通過權(quán)利要求以及其等效方面進(jìn)行更好的限定。
權(quán)利要求
1.一種一次堿性電池組，包括伸長的金屬殼，正極和負(fù)極端子，和多個(gè)分立的堿性電池；其中，所述堿性電池裝在可透過氫的盒體中，并且并聯(lián)電連接于所述正極和負(fù)極端子；其中，所述電池和所述盒體裝在所述伸長金屬殼的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的堿性電池組，其中，所述可透過氫的盒體包括塑料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的堿性電池組，其中，每個(gè)電池包括包括鋅的陽極，包括二氧化錳的陰極，處在其中的隔離物和包括氫氧化鉀水溶液的電解質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的堿性電池組，其中，所有所述電池均為長方體形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的堿性電池組，其中，所述伸長金屬殼為長方體形狀。
6.一種包括有多個(gè)分立的堿性電池的堿性電池組，所述電池組包括表面主要部分基本扁平的伸長金屬殼；其中所述堿性電池包含在所述伸長金屬殼的內(nèi)部；其中每個(gè)所述電池包括陽極板，陰極板和處在其中的隔離物；所述陽極和陰極以主體對(duì)主體的方式堆疊，所述隔離物處于其間；其中每個(gè)所述電池具有一對(duì)相對(duì)的主外部表面，至少其中一個(gè)為多邊形；其中所述相對(duì)主外部表面的其中一個(gè)表面形成陽極的一部分，另一個(gè)表面形成陰極的一部分；其中每個(gè)所述電池的外圍邊緣表面處在所述相對(duì)的主外部表面對(duì)之間；其中在每個(gè)所述電池的所述相對(duì)的主外部表面對(duì)之間的矩離分別定義每個(gè)所述電池的厚度，其中將所述電池裝入一個(gè)盒體中并在其中對(duì)齊，從而一個(gè)電池的一部分外圍邊緣與下一個(gè)電池的一部分外圍邊緣相鄰以形成電池堆層；其中所述電池堆層和所述盒體裝在所述伸長金屬殼的內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，每個(gè)電池的所述外圍邊緣表面橫跨在電池厚度之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，所述電池的形狀和尺寸近乎相同，且將電池對(duì)齊，從而電池堆層的厚度與每個(gè)電池的厚度近乎相同
9.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，所述電池裝在普通塑料盒體中，所述塑料盒體可透過氫。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的堿性電池組，其中，在所述塑料盒體內(nèi)具有肋，分隔對(duì)齊相鄰電池的所述外圍邊緣表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，每個(gè)電池包括包含鋅的陽極和包含二氧化錳的陰極。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，在電路上電池并聯(lián)連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，伸長金屬殼呈多面體形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的堿性電池組，其中，每個(gè)所述電池呈多面體形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，金屬殼包括伸長的主體表面和兩個(gè)相對(duì)的端表面；其中所述主體表面的主要部分呈扁平多邊形。
16.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，金屬殼包括伸長的主體表面和兩個(gè)相對(duì)的端表面；其中所述金屬殼呈長方體形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，每個(gè)所述電池的所述相對(duì)的主表面對(duì)呈扁平多邊形。
18.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，每個(gè)所述電池的所述相對(duì)的主表面對(duì)呈扁平矩形。
19.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，每個(gè)所述電池呈長方體形。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的堿性電池組，其中，在每個(gè)所述電池中的陽極和陰極呈長方體形。
21.根據(jù)權(quán)利要求9的堿性電池組，其中，包含在所述普通塑料盒體中的電池的數(shù)量介于3和5之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，在所述伸長金屬殼內(nèi)所有電池中陽極和陰極材料的體積所占所述伸長金屬殼外部體積百分比約介于50％和75％之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的堿性電池組，其中，電池組的總體尺寸為厚度6mm；寬度17mm；以及長度67mm。
24.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，伸長的金屬殼包括兩個(gè)部分，其中一個(gè)用于沿所述盒體的長度覆蓋所述盒體的頂部，第二個(gè)用于沿所述盒體的長度覆蓋所述盒體的底部，兩個(gè)部分的邊緣彼此密封，以便將所述盒體封裝在所述金屬殼中。
25.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，伸長的金屬殼包括卷在所述盒體周圍的金屬片。
26.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，形成外殼的金屬材料從由鍍鎳?yán)滠堜摵筒讳P鋼組成的組中選出。
27.根據(jù)權(quán)利要求9的堿性電池組，其中，所述塑料盒體可允許氫透過，且從由多孔的聚乙烯，多孔的聚丙烯，尼龍和聚砜組成的組中選出。
28.根據(jù)權(quán)利要求6的堿性電池組，其中，所述電池組為一次不可再充電電池組。
29.一種包括有僅一個(gè)堿性電池的堿性電池組，所述電池組包括表面主要部分基本扁平的伸長金屬殼；其中所述堿性電池包含在所述伸長金屬殼的內(nèi)部；其中所述電池包括陽極板，陰極板和處在其中的隔離物；所述陽極和陰極以主體對(duì)主體的方式堆疊，所述隔離物處于其間；其中所述電池具有一對(duì)相對(duì)的主外部表面，至少其中一個(gè)所述主外部表面為多邊形；其中，所述相對(duì)主外部表面的其中一個(gè)表面形成一部分陽極，另一個(gè)表面形成一部分陰極；其中所述電池的外圍邊緣表面處在所述相對(duì)的主外部表面對(duì)之間；其中所述電池裝在盒體中；其中所述電池和所述盒體裝在所述伸長金屬殼的內(nèi)部。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，所述盒體為可透過氫的塑料盒體。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，陽極包括鋅，陰極包括二氧化錳。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，還包括，在所述金屬殼的一端并與所述金屬殼和所述陽極電接觸的負(fù)極端子，和在所述金屬殼的相對(duì)端的正極端子，其中，所述正極端子與所述金屬殼絕緣，陰極與所述正極端子電接觸。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，金屬殼呈多面體形狀。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，所述電池呈多面體形狀。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，金屬殼包括伸長的主體表面和兩個(gè)相對(duì)的端表面；其中所述主體表面的主要部分呈扁平多邊形。
36.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，所述電池的所述相對(duì)的主外部表面對(duì)呈扁平多邊形。
37.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，所述電池的所述相對(duì)的主外部表面對(duì)呈扁平矩形。
38.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，金屬殼包括伸長的主體表面和兩個(gè)相對(duì)端，其中所述金屬殼呈長方體形狀。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的堿性電池組，其中，所述電池呈長方體形狀。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的堿性電池組，其中，所述電池的陽極和陰極均呈長方形。
41.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，陽極和陰極的體積所占所述金屬殼外部體積的百分比約介于50％和75％之間。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的堿性電池組，其中，電池組的總體尺寸為厚度6mm；寬度17mm；以及長度67mm。
43.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，形成所述外殼的金屬從由鍍鎳?yán)滠堜摵筒讳P鋼組成的組中選出。
44.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，所述盒體可允許氫透過，且包括由多孔的聚乙烯，多孔的聚丙烯，尼龍和聚砜組成的組中選出的塑料。
45.根據(jù)權(quán)利要求29的堿性電池組，其中，所述電池組為一次不可再充電電池組。
全文摘要
一種包括外金屬殼和在其中裝入多個(gè)分立的堿性電池的扁平伸長的堿性電池組。外殼具有呈扁平多邊形的主表面。最好是外金屬殼為長方體。各個(gè)電池包括包括鋅的陽極板，包括二氧化錳的陰極板和處在其中的隔離物。通過將陽極，隔離物和陰極主體對(duì)主體堆疊設(shè)置每個(gè)電池。每個(gè)電池具有至少一個(gè)呈多邊形的表面。最好將各個(gè)電池邊緣對(duì)邊緣排成一行，以形成具有同單個(gè)電池相同厚度的電池堆層。將電池堆層插入到普通的可允許氫透過的塑料容器中并將電池堆層封裝在其中。封裝在塑料容器中的電池裝在金屬外殼的內(nèi)部中。電池并聯(lián)電連接于電池組的正極和負(fù)極端子。在可選實(shí)施例中，伸長的堿性電池組僅包括單個(gè)堿性電池，單個(gè)堿性電池裝在可允許氫透過的塑料容器內(nèi)，塑料容器裝在外金屬殼的內(nèi)部中。外金屬殼最好呈長方體。
文檔編號(hào)H01M2/02GK1720629SQ03804316
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2003年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月21日
發(fā)明者亞歷山大·肖勒金, 史蒂文·J.·斯派茨, 羅伯特·S.·法琳, 德里克·R.·鮑伯維克 申請(qǐng)人:吉萊特公司