專利名稱：含有增強(qiáng)性能的添加劑的堿性電池的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用這是2003年2月27日提交的美國(guó)10/375,381的部分連續(xù)申請(qǐng)案，而該美國(guó)專利申請(qǐng)又是2002年2月27日提交的美國(guó)10/090,137的部分連續(xù)申請(qǐng)案，兩個(gè)專利的題目均為“帶有放氣抑制劑的堿性電池”，其公開(kāi)的整體在此引用作為參考。
關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開(kāi)發(fā)的聲明尚未確定。
背景技術(shù)：
當(dāng)存放在室溫或高于室溫下時(shí)，堿性電化學(xué)電池的鋅陽(yáng)極凝膠傾向于發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。陽(yáng)極凝膠中的堿性電解液通過(guò)接觸腐蝕鋅陽(yáng)極，形成氧化鋅產(chǎn)物，降低了活性鋅的有效性，同時(shí)生成氫氣。當(dāng)電解液越被稀釋、并且存放溫度越高時(shí)，腐蝕速率越大，可導(dǎo)致電池容量的顯著下降。另一方面，電解液越被稀釋，電池放電性能越強(qiáng)。因此當(dāng)使用稀釋的堿性電解液來(lái)增強(qiáng)放電性能時(shí)，需要抑制氣體的生成。額外的水有助于以下的陰極反應(yīng)(對(duì)于MnO2電池)(1)(對(duì)于鋅-空氣電池)然而，降低電解液中的氫氧化物濃度可能導(dǎo)致陽(yáng)極發(fā)生氫氧離子過(guò)度稀釋及損耗，而氫氧離子是維持以下陽(yáng)極電池反應(yīng)所必需的(2)氫氧離子的損耗在中和高連續(xù)放電速率過(guò)程中變得更為突出，并且在這些情況中，由于陽(yáng)極故障而導(dǎo)致電池性能下降。此外，當(dāng)電解液對(duì)在前述反應(yīng)產(chǎn)生的Zn(OH)42-飽和時(shí)，鋅酸鹽沉淀而生成氧化鋅，其又鈍化鋅陽(yáng)極，從而降低電池性能。常規(guī)鋅粉顆粒的顆粒尺寸寬度范圍是從數(shù)微米到大約1000微米，大多數(shù)顆粒尺寸分布在25微米到500微米之間。為了實(shí)現(xiàn)這種常規(guī)鋅粉的適當(dāng)放電，通常使用濃度高于34％的KOH。如果采用低濃度，則陽(yáng)極不能獲得足夠的KOH，從而導(dǎo)致鈍化。然而，希望采用較低的電解液濃度，因?yàn)檩^低的離子阻力會(huì)帶來(lái)更高的電池工作電壓。
另外，在腐蝕反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣可能增加電池內(nèi)部氣壓，導(dǎo)致電解液泄漏以及破壞電池的完整性。當(dāng)電池部分地放電時(shí)，陽(yáng)極鋅表面產(chǎn)生的氫氣的速度增大，因而降低了電池的抗電解液泄漏能力。引起氫產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)涉及陰極和鋅陽(yáng)極表面的陽(yáng)極位置。所述位置可包括表面上和主體內(nèi)的金屬雜質(zhì)、表面晶格特征、晶界特征、晶格缺陷、點(diǎn)缺陷等。
在存放過(guò)程中，為了將不希望的腐蝕和放氣降到最低，通常使用抗腐蝕的鋅合金，并降低陽(yáng)極中的雜質(zhì)含量。此外，通常將有機(jī)表面活性劑和無(wú)機(jī)腐蝕抑制劑加入鋅陽(yáng)極中。在存放過(guò)程中，表面活性劑通過(guò)形成保護(hù)鋅陽(yáng)極表面的疏水膜作用在陽(yáng)極-電解液的界面上。表面活性劑的用于增強(qiáng)鋅的抗腐蝕能力的抑制效果取決于它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)、濃度和其在電解液中的穩(wěn)定性。
已知對(duì)于控制放氣有效的表面活性劑包括有機(jī)磷酸酯，如Rossler等在美國(guó)專利4,195,120中公開(kāi)的環(huán)氧乙烷加合物型，其被在此引用作為參考。在美國(guó)專利4,777,100中，Chalipoyil等公開(kāi)了一種包含單晶鋅粒的陽(yáng)極，其中具有包含有機(jī)磷酸酯的表面活化異極性環(huán)氧乙烷添加劑。在美國(guó)專利5,378,559中，Randell等公開(kāi)了一種原電池，其包含一種磷酸酯化合物以減少放氣，所述放氣來(lái)源于黃銅陽(yáng)極集電器。
盡管具有控制凝膠放氣和電池放氣的能力，有機(jī)磷酸酯抗腐蝕表面活性劑通常也能降低電化學(xué)電池的高速率放電性能，并且可能不利地影響間歇電池放電性能。通常認(rèn)為，放電性能受到以下因素結(jié)合導(dǎo)致的陽(yáng)極故障的影響鋅鈍化、氫氧離子損耗、以及氫氧離子擴(kuò)散的減少。因此，需要探索新的途徑，以在不降低高速率電池放電性能的同時(shí)抑制腐蝕和防止泄漏。同時(shí)，還關(guān)注研制新型的抑制腐蝕表面活性劑，用于堿性電化學(xué)電池的凝膠質(zhì)陽(yáng)極。另外，也急需探索通過(guò)對(duì)陽(yáng)極的化學(xué)和物理修改來(lái)延長(zhǎng)使用壽命，而不犧牲對(duì)于抗腐蝕性和電化學(xué)性能的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明概述了當(dāng)堿性電化學(xué)電池的凝膠包含通式為YSOx-的表面活性劑時(shí)，使電池維持合理的凝膠放氣水平，其中優(yōu)選x＝3或x＝4，并且Y優(yōu)選自烷基、芳基、烷基芳基、羧酸基[(CH2)n-COO-]、及前述任何一種的鹽，其中烷基鏈上碳原子個(gè)數(shù)n優(yōu)選在1至約26的范圍內(nèi)。據(jù)發(fā)明人所知，磺化或硫酸化酸型的表面活性劑目前未被用于凝膠質(zhì)陽(yáng)極，但在本發(fā)明中顯示，它們能夠有效抑制放電泄漏并維持電池的完整性。
本發(fā)明還概述了當(dāng)將前述酸型表面活性劑或其鹽與磷酸酯表面活性劑結(jié)合使用時(shí)，具有意外且有利的益處，其中可以加入凝膠質(zhì)陽(yáng)極中的磷酸酯表面活性劑的量在0.0003％至0.02％的范圍內(nèi)。例如，可保持電池安全性并且抑制電池放氣。
本發(fā)明還概述了當(dāng)將前述酸型表面活性劑或其鹽與磷酸酯表面活性劑結(jié)合使用，并將鋅粒加入凝膠質(zhì)陽(yáng)極中時(shí)，具有意外且有利的益處。例如，可增強(qiáng)電池性能并且抑制電池放氣。
本發(fā)明還概述了當(dāng)將前述酸型表面活性劑或其鹽與磷酸酯表面活性劑結(jié)合使用，并且凝膠中包含氫氧化物濃度低于40％的電解液時(shí)，具有意外且有利的益處。例如，可增強(qiáng)電池性能并且抑制電池放氣。
本發(fā)明還概述了通過(guò)對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行化學(xué)修改而改善了本發(fā)明的電池的使用壽命。因此，本發(fā)明的堿性電化學(xué)電池的陽(yáng)極包括至少一種兩性脂肪族胺表面活性劑。兩性表面活性劑具有正極充電基和負(fù)極充電基，并可以根據(jù)周?chē)h(huán)境的pH而作為酸或者堿。適用于本發(fā)明的陽(yáng)極的兩性表面活性劑與用于鋅二氧化錳堿性電池的強(qiáng)堿性電解液兼容，并可以在高或低放電速率下延長(zhǎng)電池的使用壽命。合適的兩性脂肪胺表面活性劑具有通式(I)的通用結(jié)構(gòu)，如圖1A所示，其中R1可以是具有8到30個(gè)無(wú)支鏈碳原子的烷基；R2可以是具有1到大約6個(gè)無(wú)支鏈碳原子的短烷基，其可以具有一個(gè)或多個(gè)羥基側(cè)基；R3可以選自具有3到40個(gè)環(huán)氧乙烷單元的聚環(huán)氧乙烷基或者具有1到10優(yōu)選2到5個(gè)氧化丙烯單元的聚氧化丙烯基；并且X可以是陰離子酸基、陰離子酸酯、或者陰離子酸或陰離子酸酯的堿金屬鹽，其中酸優(yōu)選是磺酸、羧酸或者磷酸。
具有化合物通式(I)的優(yōu)選化合物包括復(fù)合羧酸胺，特別是聚乙氧基化脂肪氨基羧酸的納鹽和鉀鹽，其中R1包含18到22個(gè)碳原子。本發(fā)明認(rèn)優(yōu)選的化合物是十八烷基聚乙氧基化氨基羧酸，其可以通過(guò)對(duì)BASF公司生產(chǎn)的商標(biāo)為MAFO13的商品進(jìn)行大約70％稀釋而獲得。
在另一個(gè)相關(guān)實(shí)施例中，本發(fā)明還概述了一種陽(yáng)極，包括至少一種具有化合物通式(I)的兩性表面活性劑，還可以選擇性地包括至少一種具有化合物通式(II)的兩性表面活性劑，如圖1B所示，其中R4可以是具有8到30個(gè)碳原子的無(wú)支鏈烷基，當(dāng)結(jié)合到氮原子時(shí)其可以形成脂族脂肪胺；R5可以選自具有3到40個(gè)環(huán)氧乙烷單元的聚環(huán)氧乙烷基或者具有1到10最好是2到5個(gè)氧化丙烯單元的聚氧化丙烯基；R6類似R5，也可以是聚環(huán)氧乙烷基或聚氧化丙烯基，但是還可以是氫。具有化合物結(jié)構(gòu)II的添加劑可以是三元聚乙氧基化脂肪胺，其具有連接到胺氮的兩個(gè)聚環(huán)氧乙烷基。
在一個(gè)優(yōu)選方面，陽(yáng)極中的兩性表面活性劑包括一個(gè)或多個(gè)聚乙氧基化脂肪氨基羧酸酯和一個(gè)或多個(gè)聚乙氧基化脂肪胺的混合物。包括具有化合物通式(I)和(II)的化合物并適用于本發(fā)明的陽(yáng)極的兩性表面活性劑混合物可以通過(guò)對(duì)BASF公司生產(chǎn)的商標(biāo)為MAFO13 MOD1的商品進(jìn)行大約90％稀釋而獲得。這種市售的兩性表面活性劑混合物被本發(fā)明人優(yōu)選用于本發(fā)明的陽(yáng)極。
不論提供單種兩性表面活性劑或者是兩性表面活性劑的混合物，陽(yáng)極中的兩性表面活性劑的合適量是相對(duì)于鋅重量的大約5到大約1000ppm。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，如上所述的包含兩性表面活性劑(或兩性表面活性劑的混合物)的本發(fā)明的陽(yáng)極還可以可選地包含在本文其它地方描述的有機(jī)酸型有機(jī)表面活性劑和磷酸酯表面活性劑中的一種或兩種，其中在連續(xù)的放電條件和ANSI放電條件下，兩性表面活性劑都抑制了腐蝕，并延長(zhǎng)了電池的使用壽命。在不限制本發(fā)明的理論下，認(rèn)為，表面活性劑的組合增加了氫氧離子反應(yīng)物的可用性，或者干擾了在陽(yáng)極鋅表面上形成鈍化膜的過(guò)程，從而延遲了鋅鈍化及其導(dǎo)致的陽(yáng)極故障。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，公開(kāi)了通過(guò)單獨(dú)地、或結(jié)合上述化學(xué)修改地對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行物理修改，也可以改進(jìn)電池的使用壽命。例如，通過(guò)減小氫氧離子的擴(kuò)散阻力，相比于常規(guī)電池，可以通過(guò)使用氫氧離子濃度有利地更低的電解液而對(duì)電池更有效的放電。這例如可以通過(guò)如下實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整鋅顆粒尺寸分布以在陽(yáng)極中獲得類似鋅顆粒尺寸的窄分布，從而增強(qiáng)氫氧離子的孔隙度(擴(kuò)散程)。除了改善擴(kuò)散特性，本發(fā)明的顆粒尺寸分布還提供ZnO的沉淀多孔位置，從而延遲陽(yáng)極鈍化。這種方法用于二氧化錳和鋅-空氣堿性電池的陽(yáng)極中都是有效的，其可以單獨(dú)使用，或結(jié)合這里公開(kāi)的其它改進(jìn)一起使用。
在一個(gè)相關(guān)方面，合適的鋅顆粒尺寸分布是這樣的，其中顆粒的至少70％具有在100微米尺寸范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)篩目顆粒尺寸，并且其中分布的眾數(shù)在大約100到大約300微米之間。特別是，在本發(fā)明中有利的使用這樣的顆粒尺寸分布，其滿足上述測(cè)試，具有100微米或150微米或者200微米的眾數(shù)，每一個(gè)加減大約10％。優(yōu)選的是，70％的顆粒分布在甚至窄于100微米的顆粒尺寸分布范圍內(nèi)，例如50微米或者甚至40微米或者更小。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種堿性電化學(xué)電池，其結(jié)合在陽(yáng)極中加入鋅粒、以及使電解液的氫氧化物濃度低于40％中的任一方法或同時(shí)兩種方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一類表面活性劑，用于降低堿性電化學(xué)電池中凝膠質(zhì)陽(yáng)極放氣，所述電池結(jié)合在陽(yáng)極中加入鋅粒、以及使電解液的氫氧化物濃度低于40％中的任一方法或同時(shí)兩種方法。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)將鋅粒加入凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中時(shí)，在堿性電化學(xué)電池中控制凝膠放氣，所述電池在凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中包含磺酸型表面活性劑。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)堿性電化學(xué)電池的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中同時(shí)包含磺化或硫酸化的有機(jī)酸型有機(jī)表面活性劑、有機(jī)磷酸酯表面活性劑、以及氫氧化物濃度低于40％的電解液時(shí)，凝膠放氣得到控制，并且電池放電性能增強(qiáng)。
本發(fā)明的這些和其它方面并非用于限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。在以下描述中，參考了作為本發(fā)明的一部分的附圖，并且其中通過(guò)示例而不是限制地示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍可參考用于此目的的權(quán)利要求書(shū)。


本發(fā)明提供了以下附圖，其中圖1A示出了用于本發(fā)明的陽(yáng)極的第一種合適的兩性表面活性劑；圖1B示出了用于本發(fā)明的陽(yáng)極表面活性劑混合物的可選的第二種合適的兩性表面活性劑；圖2A示出了一種電化學(xué)電池內(nèi)的放氣水平，該電池的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中加入了不同量的Witconate和RM-510；圖2B示出了一種電化學(xué)電池的性能，該電池的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中加入了不同量的Witconate和RM-510；圖2C示出了一種電化學(xué)電池的性能，該電池的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中加入了不同的抑制劑；圖3是顯示在電解液中不同KOH濃度、以及陽(yáng)極中不同量的抑制劑的影響下，電池壽命的變化的三維圖；圖4示出了電池陽(yáng)極中加入RM-510和Witconate對(duì)電池性能的影響；圖5示出了電池陽(yáng)極中加入RM-510、Witconate和鋅細(xì)粉對(duì)電池性能的影響；圖6示出了陽(yáng)極中不同鋅細(xì)粉濃度對(duì)電池性能的影響；
圖7示出了使用不同氫氧化物濃度的電解液預(yù)濕隔板對(duì)電池性能的影響；圖8示出了加入陽(yáng)極的抑制劑混合物對(duì)電池性能的影響；圖9示出了具有這樣的陽(yáng)極的電池的性能，所述陽(yáng)極在電池在1Amp(連續(xù))放電處包括兩性表面活性劑混合物；圖10示出了具有這樣的陽(yáng)極的電池的性能，所述陽(yáng)極在電池在250毫安(連續(xù))放電處包括兩性表面活性劑混合物。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明關(guān)于一種磺化或硫酸化的有機(jī)酸表面活性劑、單獨(dú)或結(jié)合一種有機(jī)磷酸酯表面活性劑的應(yīng)用，以及用于延長(zhǎng)堿性電化學(xué)電池的使用壽命的至少一種兩性表面活性劑?？梢詫?duì)堿性電化學(xué)電池的陽(yáng)極進(jìn)行物理修改來(lái)進(jìn)一步延長(zhǎng)其使用壽命。也可以單獨(dú)或結(jié)合進(jìn)行物理和化學(xué)修改來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的使用壽命延長(zhǎng)，而不在電池的氣體釋放和放電性能特征上有所損失。在本發(fā)明中，將表面活性劑抑制劑加入堿性電化學(xué)電池的凝膠質(zhì)陽(yáng)極中。本發(fā)明還設(shè)想可以減少存在的電解液的量、并將鋅細(xì)粒(這里還可稱為鋅細(xì)粉)加入電解液中，兩者單獨(dú)或結(jié)合地、并且單獨(dú)地或與這里描述的抑制劑(如磷酸表面活性劑和/或磺化有機(jī)表面活性劑)結(jié)合地增強(qiáng)電池的性能。
凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物、凝膠質(zhì)陽(yáng)極、以及包含凝膠質(zhì)陽(yáng)極的電化學(xué)電池可具有如美國(guó)專利6040088中所述的結(jié)構(gòu)，并可使用其所述的方法制備，其被整體引用作為參考，而不是作為下面的詳細(xì)內(nèi)容。
根據(jù)本發(fā)明的合適的凝膠質(zhì)陽(yáng)極包含金屬合金粉(優(yōu)選合金鋅粉)、膠凝劑和堿性電解液。熟練技術(shù)人員可容易地根據(jù)本領(lǐng)域已知知識(shí)選擇合適的鋅合金粉和堿性電解液。應(yīng)注意，適合用于本發(fā)明的膠凝劑除了引用專利中所描述的聚丙烯酸鈉膠凝劑以外，還包括其它膠凝劑。這些膠凝劑包含羧甲基纖維素、交聯(lián)型支化聚丙烯酸、天然橡膠等。
優(yōu)選的磺化或硫酸化的有機(jī)酸型有機(jī)表面活性劑具有通式Y(jié)SOx-，其中優(yōu)選x＝3或x＝4，并且Y優(yōu)選選自烷基、芳基、烷基芳基和羧酸基[(CH2)n-COO-]，或前述任何一種的鹽，其中烷基鏈上碳原子的數(shù)量n在1至約26的范圍內(nèi)。在這些表面活性劑中，優(yōu)選十八烷酸如油酸及其鹽。特別優(yōu)選的制劑是硫酸化的油酸的鈉鹽，可市場(chǎng)獲得的商標(biāo)名為WitconateTM1840X、Dyasulf2031、Dymosol2031、FreedomSOA-70和Freedom SOA-70WV。其它合適的磺化芳基、烷基芳基、或烷基化合物包括另外一些Witconate表面活性劑，如Witconate 90FH、Witconate 93S、Witconate605A、以及Witconate 1260。
有利地是，在凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中，硫酸化有機(jī)酸型表面活性劑的濃度范圍相對(duì)于凝膠質(zhì)陽(yáng)極重量在約0.001％至約0.06％之間(10ppm至600ppm)，更優(yōu)選在約0.002％至約0.03％之間(20ppm至300ppm)。在該固定的范圍內(nèi)，磺化有機(jī)表面活性劑單獨(dú)地、或結(jié)合加入陽(yáng)極的有機(jī)磷酸酯表面活性劑、降低濃度的KOH、以及鋅細(xì)粉，提供這里所需的凝膠特征。在該固定的范圍內(nèi)，在有機(jī)磷酸酯存在下，磺化有機(jī)表面活性劑趨向于在降低凝膠放氣和改善間歇放電性能的同時(shí)，抑制過(guò)放電泄漏。相對(duì)于缺少這些表面活性劑的電池，過(guò)放電泄漏被降低至少20％，更優(yōu)選降低至少50％，尤其優(yōu)選為降低至0。當(dāng)在凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中加入有機(jī)磷酸酯表面活性劑時(shí)，其濃度范圍相對(duì)于凝膠質(zhì)陽(yáng)極的重量在約0.0003％至約0.02％之間(3ppm至200ppm)，更優(yōu)選在約0.0003％到約0.005％之間(3ppm至50ppm)。
本發(fā)明還提出，加入電池中的抑制劑的量可以以陽(yáng)極中金屬(如鋅)的重量的函數(shù)表示。特別是，RM-510的加入量相對(duì)于凝膠質(zhì)陽(yáng)極中金屬的重量，優(yōu)選在0.0004％至0.015％之間，更優(yōu)選在0.0004％至0.075％之間。Witconate的加入量相對(duì)于凝膠質(zhì)陽(yáng)極中金屬的重量，優(yōu)選在0.0015％至0.09％之間，更優(yōu)選在0.003％至0.045％之間。除特別指出的情況以外，可單獨(dú)地或根據(jù)本公開(kāi)所述的任何一種實(shí)施例結(jié)合地在凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中加入任何一種抑制劑或同時(shí)加入兩種抑制劑。
實(shí)例表1示出，相對(duì)于不含表面活性劑的凝膠或只包含任一表面活性劑的凝膠，包含結(jié)合的磺化表面活性劑和磷酸酯的凝膠的3天放氣速率顯著減小。如表1所示，相對(duì)于陽(yáng)極凝膠中的鋅重量，在凝膠中添加RM-510至0.0035％，或添加Witconate 1840X至0.0125％，或以相同濃度添加兩種表面活性劑。
表1

表2總結(jié)了在LR03電池中測(cè)量的部分放電電池放氣，所述LR03電池經(jīng)過(guò)在7.5歐姆下對(duì)1.0伏的終端電壓放電、并在160下存放2周。在經(jīng)過(guò)在10歐姆下連續(xù)放電48小時(shí)、并室溫存放5周后，測(cè)出過(guò)放電泄漏。LR03電池在600mA下、1小時(shí)/天中10秒/分鐘期間的放電性能改善超過(guò)只包含磷酸酯的電池。其它常規(guī)堿性LR03電池的凝膠質(zhì)陽(yáng)極包含RM-510約0.0035％，其或者單獨(dú)使用或與約0.0125％的Witconate 1840X結(jié)合使用，兩種表面活性劑的量都是相對(duì)于陽(yáng)極中鋅合金的重量測(cè)量的。
表2

另外，表3顯示了，在凝膠質(zhì)陽(yáng)極中包含兩種表面活性劑的LR03電池在500mA下的連續(xù)放電的放電性能，優(yōu)于僅包含磷酸酯添加劑的電池。表3還顯示了，在包含兩種表面活性劑的LR03電池中，在高溫存放后的高速率恒流放電性能明顯優(yōu)于只包含磷酸酯的電池。
表3

這里所述的電化學(xué)電池通常具有正集電器、以及與該正集電器接觸的陰極。所述電池包括凝膠質(zhì)陽(yáng)極，該凝膠質(zhì)陽(yáng)極包括至少金屬合金粉(可以是鋅合金粉)、膠凝劑、以及堿性電解液。在陰極和陽(yáng)極之間放置一塊隔板，并且負(fù)集電器與陽(yáng)極電接觸。
圖1A顯示了LR6電化學(xué)電池(AA型)的放氣特征，所述電池具有與RM-510結(jié)合的不同量的Witconate。結(jié)果表明，隨著加入到陽(yáng)極中的Witconate的增加，陽(yáng)極凝膠放氣減少。圖1B顯示了對(duì)應(yīng)圖1A的數(shù)據(jù)所測(cè)得的電池性能，結(jié)果表明電池性能增強(qiáng)至最佳值后下降。在該測(cè)試的參數(shù)下，雖然與不含抑制劑的對(duì)照電池相比，陽(yáng)極中0到209ppm之間任意量的Witconate的都可增強(qiáng)電池性能，但當(dāng)Witconate相對(duì)于凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物的濃度為125ppm時(shí)，達(dá)到最佳結(jié)果。圖1C示出，在電化學(xué)電池的陽(yáng)極中加入Witconate和RM-510，使得在1A連續(xù)放電下的電池性能比僅包含RM-510的電池或不含抑制劑的電池增強(qiáng)。使用在1A放電下電池輸出1伏特所需時(shí)間來(lái)測(cè)量性能。
可以理解，可根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANS1)下的一些方法測(cè)試電化學(xué)電池。這些測(cè)試包括在電池恒定放電狀態(tài)下確定電池性能/壽命、電池脈沖放電(即每天1小時(shí)內(nèi)，在每分鐘重復(fù)施加1A達(dá)10秒)、和電池間歇放電(即在限定的時(shí)間段內(nèi)重復(fù)連續(xù)放電，如每天1小時(shí))。如下文即將描述的，本發(fā)明根據(jù)上述測(cè)試方法的一種或多種，驗(yàn)證了本發(fā)明的不同實(shí)施例增強(qiáng)了電池性能。
例如，圖2示出了在3.9歐姆1小時(shí)/天放電下測(cè)試的包含鋅細(xì)粉和RM-510抑制劑的LR6電池的ASNI結(jié)果。特別是，在不同KOH濃度(測(cè)量為總電解液的重量百分比，即KOH濃度)條件下、和陽(yáng)極中加入不同量RM-510的條件下測(cè)量電池壽命。觀察到，當(dāng)電解液中KOH濃度從38％降低到33％時(shí)，電池使用壽命增加，KOH濃度的降低減少了陽(yáng)極的鈍化。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池的電解液具有30％至40％濃度時(shí)，可達(dá)到好的效果。此外，如下面將詳細(xì)討論的，使用具有20％至30％之間KOH濃度的陽(yáng)極凝膠，可增強(qiáng)電池性能。還觀察到，盡管已知單獨(dú)加入RM-510可抑制電池放氣，但額外加入RM-510可降低總體電池性能。然而，為了降低電池內(nèi)部氣壓升高帶來(lái)的危險(xiǎn)，對(duì)放氣的抑制是必需的，電池內(nèi)部氣壓的升高可導(dǎo)致電解液泄漏以及破壞電池的完整性。
在圖3中，將具有34％KOH濃度且陽(yáng)極中加入了RM-510和Witconate的LR6電池的性能，與對(duì)照的具有34％KOH濃度且陽(yáng)極中加入了RM-510的電池的性能進(jìn)行比較。電池在幾種恒定的電流速率下放電。結(jié)果表明，與常規(guī)電池相比，電解液中KOH濃度降低、以及在陽(yáng)極中加入RM-510和Witconate，增強(qiáng)了電池性能?；陔姵卦?.2和3.9歐姆時(shí)達(dá)到放電電壓0.8V，以及在250mA和500mA時(shí)達(dá)到0.9V所需的時(shí)間來(lái)確定性能。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了與陽(yáng)極表面區(qū)域相關(guān)的對(duì)照電池性能的另一因素。特別是，通過(guò)增加活化陽(yáng)極電極表面區(qū)域，提供了用于在高放電速率下保持陰極反應(yīng)所需的足夠的活化反應(yīng)位置。因此，提供了一種電池，其在陽(yáng)極凝膠中加入預(yù)先量的鋅粒(其可以為鋅或鋅合金的形式)。本發(fā)明考慮了小于約75微米(-200目)的鋅粒，即陽(yáng)極中存在可通過(guò)200目篩孔的顆粒，其含量相對(duì)于陽(yáng)極(包括粗鋅粒)中鋅的總重量低于約10％，并且優(yōu)選在1％和10％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1％和8％之間的范圍，尤其優(yōu)選在4％和8％的范圍內(nèi)，可以理解，越小的顆粒越能增加陽(yáng)極的有效表面積。這里引用目來(lái)限定顆粒尺寸的范圍。比如，-200目表示小于75微米的顆粒，而+200目表示大于75微米的顆粒。可選的是，使用大于10％的鋅細(xì)粉量，而直徑在75和105微米(+75和-140目)之間的鋅粒相對(duì)于陽(yáng)極中鋅的總重量在1％和50％之間、更特別在10％和40％之間，則可以達(dá)到所需的結(jié)果。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，直徑小于105微米(-140目)、包括75和105微米(+200和-140目)之間的顆粒以及小于75微米(-200目)的鋅細(xì)粉的多個(gè)范圍的鋅粒，可用于增強(qiáng)電池性能。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)極可包括在75和105微米之間的鋅粒，并且當(dāng)陽(yáng)極凝膠具有低于30％、特別是20％和30％之間的電解液(KOH)濃度時(shí)，電池性能的優(yōu)點(diǎn)增強(qiáng)了。當(dāng)鋅細(xì)粉具有在20和75微米(+625和-200目)之間、優(yōu)選在38和75微米(+400和-200目)之間的尺寸時(shí)，當(dāng)KOH濃度在30％和40％之間、優(yōu)選在33％和38％之間時(shí)，電池性能特別增強(qiáng)。在20％和40％之間的KOH濃度的優(yōu)選范圍是在20％和34％之間、更優(yōu)選在25％和33％之間、尤其優(yōu)選在25％和30％之間。本公開(kāi)中使用的“低KOH濃度”是指在前述任何范圍內(nèi)的KOH濃度。
既使電池性能的增強(qiáng)已被關(guān)聯(lián)到與低KOH濃度結(jié)合的優(yōu)選范圍的鋅細(xì)粉，本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員也可認(rèn)識(shí)到，單獨(dú)加入鋅細(xì)粉和降低KOH的益處。因此，本發(fā)明的范圍中包括在陽(yáng)極凝膠中單獨(dú)、或結(jié)合任意上述KOH濃度地添加具有在上述任何范圍內(nèi)的尺寸的鋅細(xì)粉。同樣，本發(fā)明的范圍中包括一種陽(yáng)極凝膠，其中單獨(dú)地、或與具有在上述任何范圍內(nèi)的尺寸的鋅細(xì)粉結(jié)合地具有上述任何范圍的KOH濃度。此外，上述鋅細(xì)粉和/或KOH濃度可單獨(dú)地或與結(jié)合這里描述的抑制劑(如磷酸表面活性劑和/或磺化表面活性劑)地應(yīng)用于電池。
例如，現(xiàn)在參照?qǐng)D4，測(cè)試了LR03電池的使用壽命，并將其與陽(yáng)極中含4％細(xì)粉但無(wú)抑制劑的對(duì)照電池進(jìn)行比較。對(duì)照電池還包括37％KOH濃度。第一測(cè)試電池包括結(jié)合RM-510抑制劑的4％鋅細(xì)粉，第二測(cè)試電池包括結(jié)合RM-510抑制劑的8％鋅細(xì)粉。第三測(cè)試電池包括第一測(cè)試電池的添加劑，但還包括油酸抑制劑。第四測(cè)試電池包括第二測(cè)試電池的添加劑，但還包括油酸抑制劑。所有的測(cè)試電池均包含34％濃度的KOH。以電池輸出電壓到達(dá)0.9V之前所耗時(shí)間來(lái)測(cè)量電池性能。
第一測(cè)試電池比對(duì)照電池的使用壽命略微降低，因此，與添加RM-510相關(guān)的電池性能下降的部分超過(guò)了與降低KOH濃度相關(guān)電池性能增強(qiáng)的部分。然而，在第二測(cè)試電池中，添加4％細(xì)粉(總8％)，并結(jié)合降低的KOH濃度，超過(guò)了RM-510不利，使形成的電池具有比對(duì)照電池長(zhǎng)的使用壽命。第三測(cè)試電池除加入油酸抑制劑以外與第一測(cè)試電池相同，其使用壽命比第一和第二測(cè)試電池長(zhǎng)。第四測(cè)試電池除加入油酸抑制劑以外與第二測(cè)試電池相同，其使用壽命比其測(cè)試電池都長(zhǎng)。因此，與不加鋅細(xì)粉的電池相比，加入鋅細(xì)粉可增強(qiáng)電池的性能，當(dāng)在陽(yáng)極中加入油酸抑制劑時(shí)，可進(jìn)一步增強(qiáng)性能。
圖5示出了對(duì)測(cè)試電池和對(duì)照電池進(jìn)行不同ANSI試驗(yàn)的結(jié)果。對(duì)照電池具有一起在陽(yáng)極中的37％濃度的KOH以及低于5％的鋅細(xì)粉。測(cè)試電池的陽(yáng)極中具有34％的KOH濃度和8％的鋅細(xì)粉。兩種電池都包含可抑制放氣的表面活性劑。兩種電池的隔板都用37％KOH濃度的電解液預(yù)濕。兩種電池都在1A連續(xù)、1A脈沖、3.9歐姆1小時(shí)/天、250mA 1小時(shí)/天、10歐姆1小時(shí)/天、以及43歐姆4小時(shí)/天的條件下進(jìn)行測(cè)試。在所有上述情況下，測(cè)試電池都優(yōu)于對(duì)照電池，因此表明KOH的濃度從37％向下降低以及鋅細(xì)粉的加入增強(qiáng)了電池性能。基于該測(cè)試中電池達(dá)到特定的放電電壓消耗的時(shí)間來(lái)確定電池性能。例如，1V用于1A連續(xù)放電，0.9V用于1A脈沖，0.8V用于3.9歐姆1小時(shí)/天，0.9V用于10歐姆1小時(shí)/天，以及0.9V用于43歐姆4小時(shí)/天。
圖6示出了通過(guò)降低用于預(yù)濕電池隔板的電解液中的KOH濃度，可以進(jìn)一步增強(qiáng)電池性能。特別是，在圖5所述的條件下測(cè)試對(duì)照電池和測(cè)試電池。對(duì)照電池和測(cè)試電池的陽(yáng)極中都包含8％鋅細(xì)粉和34％KOH濃度。對(duì)照電池的隔板用37％KOH濃度的電解液進(jìn)行預(yù)濕，而測(cè)試電池的隔板用34％KOH濃度的電解液進(jìn)行預(yù)濕。因而可將測(cè)試電池性能的增強(qiáng)歸因于使用了低的KOH濃度預(yù)濕隔板。本發(fā)明研究了采用20％和40％濃度范圍、特別是30％和40％濃度范圍、更特別是33％和38％濃度范圍內(nèi)的KOH電解液預(yù)濕隔板時(shí)，隨著KOH濃度的降低，電池性能將增強(qiáng)。使用在20％和30％之間、優(yōu)選在25％和30％之間的KOH濃度預(yù)濕隔板也能增強(qiáng)電池性能。當(dāng)電池間歇放電或脈沖放電時(shí)，電池性能尤其得到增強(qiáng)，因?yàn)榭色@得過(guò)量的水用于陰極反應(yīng)，而在電池停止階段可補(bǔ)充氫氧離子，以促進(jìn)陽(yáng)極反應(yīng)。圖6中電池性能基于上述參考圖5的標(biāo)準(zhǔn)確定。
當(dāng)陽(yáng)極上額外的反應(yīng)位置趨于產(chǎn)生增多的氣體釋放時(shí)，單獨(dú)地、或結(jié)合有機(jī)磷酸酯表面活性劑地加入磺化或硫酸化的有機(jī)酸表面活性劑可以減少放氣，從而增強(qiáng)電池性能。然而，熟練的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明可包括，在陽(yáng)極中單獨(dú)地或結(jié)合這里所述的KOH濃度地添加這里所述的鋅粒、以及單獨(dú)地或結(jié)合有機(jī)磷酸酯表面活性劑地添加磺化或硫酸化的有機(jī)酸表面活性劑，以如本公開(kāi)全文所述地改善電池性能。
圖7示出了LR6測(cè)試電池的性能，其陽(yáng)極凝膠中具有34％的KOH濃度，隔板用34％KOH預(yù)濕，陽(yáng)極凝膠中還加入RM-510(相對(duì)于陽(yáng)極凝膠為12ppm)和Witconate(相對(duì)于陽(yáng)極凝膠為125ppm)的混合物。將測(cè)試電池放電，將其性能與凝膠中具有34％KOH、用34％KOH預(yù)濕隔板、但凝膠中未加入Witconate的對(duì)照電池進(jìn)行比較。測(cè)試電池和對(duì)照電池都包括具有8％鋅細(xì)粉的陽(yáng)極。根據(jù)電池在連續(xù)放電過(guò)程中達(dá)到輸出0.9V所需的時(shí)間來(lái)確定電池性能，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用具有降低KOH濃度的抑制劑混合物時(shí)，電池性能增強(qiáng)。因而圖7示出了加入磺化或硫酸化的有機(jī)酸表面活性劑、并結(jié)合使用有機(jī)磷酸酯表面活性劑，可緩解先前認(rèn)為的因降低KOH濃度而對(duì)連續(xù)放電性能的不利影響，而不會(huì)對(duì)在低KOH濃度下觀察獲得的間歇和脈沖的放電性能有不利影響，如圖6所示。在陽(yáng)極以及預(yù)濕溶液中使用相對(duì)低濃度的KOH(在前述任意范圍內(nèi))可提高在高和低間歇放電速率下的性能。
分別如圖9和10所示，其它常規(guī)LR6鋅二氧化錳電池在陽(yáng)極中包含相對(duì)于鋅重量為65ppm的兩性表面活性劑(MAFO 13 MOD 1)的混合物，其在1安培下放電(連續(xù))，或者在250毫安下放電(連續(xù))，可以看到，在這兩種情況下，使用壽命比常規(guī)沒(méi)有兩性表面活性劑的LR6電池增長(zhǎng)至少大約20％。
當(dāng)將60ppm的Witconate 1840X表面活性劑也混合入陽(yáng)極中時(shí)，包含MAFO 13 MOD 1表面活性劑混合物(相對(duì)于包含66到70％的鋅的凝膠重量為30ppm)的LR6電池在3.9歐姆(連續(xù)放電)的性能增強(qiáng)了大約15到25％。類似，當(dāng)將24ppm的RM 510表面活性劑也混合入陽(yáng)極中時(shí)，包含MAFO 13 MOD 1表面活性劑混合物(相對(duì)于凝膠重量為30ppm)的LR6電池在3.9歐姆(連續(xù)放電)的性能增強(qiáng)了大約5到20％。在360毫安放電(連續(xù))下觀測(cè)到類似結(jié)果。在這兩種情況下，所觀測(cè)到的改進(jìn)依賴于表面活性劑的濃度，從而可以通過(guò)調(diào)整陽(yáng)極中多種表面活性劑組分的濃度來(lái)改變放電性能。
當(dāng)在陽(yáng)極中單獨(dú)提供兩性表面活性劑混合物，或者與Witconate 1840X的混合物，或者與Witconate 1840X以及RM 510的混合物時(shí)，鋅的氧化速率也都得以改善。由指示環(huán)境中鋅金屬的陽(yáng)極極化來(lái)測(cè)量的鋅氧化速率相對(duì)于缺少抑制劑的環(huán)境降低。氧化速率降低表示金屬溶解的趨勢(shì)得以抑制。因此，在這些環(huán)境中，相對(duì)于無(wú)抑制劑的環(huán)境，腐蝕和放氣都預(yù)計(jì)較低。在高和低連續(xù)放電速率下，鋅氧化期間的金屬溶解程度在指示環(huán)境中也逐漸減慢，導(dǎo)致用于形成可溶性鋅酸鹽的氫氧離子的消耗減少，并導(dǎo)致鋅酸鹽的飽和減慢。因此，當(dāng)提供合適的抑制劑來(lái)延長(zhǎng)使用壽命時(shí)，則延遲了因鋅酸鹽飽和和氧化物沉淀引起的陽(yáng)極故障。
還觀測(cè)到，盡管隨著包括30ppm的MAFO 13 MOD 1的電解液中的KOH濃度(31％-34％)增加，3.9歐姆、2.2歐姆以及360mA(連續(xù))下的平均放電性能穩(wěn)定下降，而在陽(yáng)極中包含100ppm的Witconate和MAFO 13 MOD 1，隨著KOH濃度增加，獲得超過(guò)只包含MAFO 13 MOD1表面活性劑(31％KOH)的最高性能電池的平均性能的2％到6％的穩(wěn)定增加。
還觀測(cè)到，當(dāng)電解液分別包含60ppm的兩性表面活性劑混合物、分別為24和125ppm的RM 510和Witconate 1840X的組合、或者分別包含30ppm和60ppm的Witconate 1840X和兩性表面活性劑混合物的組合時(shí)，通過(guò)34％KOH中的鋅極化來(lái)測(cè)定的鋅氧化速率較低。
在鋅二氧化錳堿性電池的1安培(連續(xù))放電下比較陽(yáng)極鈍化，所述電池或者包括負(fù)載66％鋅的具有標(biāo)準(zhǔn)鋅粒尺寸分布的陽(yáng)極，或者包括(1)具有2％氧化鋅的37％KOH電解液，(2)具有2％氧化鋅的34％KOH電解液，或者(3)具有2％氧化鋅的30％KOH電解液。陽(yáng)極鋅在37％以下的KOH濃度時(shí)會(huì)快速鈍化(40分鐘)，而使用常規(guī)電解液觀察到到終點(diǎn)的更長(zhǎng)時(shí)間的放電。另一方面，當(dāng)具有100微米眾數(shù)的顆粒尺寸分布的鋅粒代替標(biāo)準(zhǔn)鋅，則在較低KOH濃度下到終點(diǎn)的放電與標(biāo)準(zhǔn)鋅一樣好或者更好。與常規(guī)陽(yáng)極相比，100微米鋅粉在低電解液濃度下表現(xiàn)出顯著減小的鈍化趨勢(shì)，而包含100微米鋅粉的陽(yáng)極的操作電壓要高得多，使用壽命也大大改善。
表4比較了兩種鋅陽(yáng)極在100、250和1000毫安連續(xù)放電測(cè)試中的性能，這兩種鋅陽(yáng)極分別是具有37％KOH、2％氧化鋅的常規(guī)鋅陽(yáng)極，以及具有34％KOH、2％氧化鋅的100微米鋅陽(yáng)極的陽(yáng)極。
表4

本發(fā)明的鋅顆粒尺寸分布也在大約66％到72％鋅負(fù)載下的圓柱鋅-空氣電池的陽(yáng)極中測(cè)試。電解液濃度從28％變化到37％。
當(dāng)具有大約100微米眾數(shù)的鋅顆粒尺寸分布的圓柱鋅-空氣陽(yáng)極(68％鋅負(fù)載、28％KOH、2％氧化鋅)與具有常規(guī)尺寸分布的鋅顆粒的陽(yáng)極(70.5％鋅負(fù)載、31％KOH、2％氧化鋅)比較時(shí)，觀測(cè)到本發(fā)明的陽(yáng)極的工作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在0.95瓦特連續(xù)測(cè)試中其性能比對(duì)照高7％，在0.952瓦特/1分鐘-0.286瓦特/9分鐘的脈沖測(cè)試中高15％。工作電壓也比對(duì)照高30-50毫伏。當(dāng)相比于在具有68％鋅負(fù)載和31％或28％的KOH濃度的陽(yáng)極中采用常規(guī)鋅顆粒分布的圓柱鋅-空氣電池測(cè)試本發(fā)明的鋅陽(yáng)極時(shí)，可以獲得更優(yōu)的結(jié)果。
本發(fā)明描述了目前認(rèn)為最可行和優(yōu)選的實(shí)施例。然而，本發(fā)明通過(guò)示例給出，而不是為了限制所公開(kāi)的實(shí)施例。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明旨在包含屬于由所附權(quán)利要求書(shū)提出的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，包含金屬合金粉、膠凝劑、氫氧化物濃度低于40％的堿性電解液、以及至少一種兩性表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述兩性表面活性劑具有化合物式I。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，還包含具有化合物式II的兩性表面活性劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，還包含具有通式Y(jié)SOx-的表面活性劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中Y選自烷基、芳基、烷基芳基、羧酸基，以及前述任何一種的鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述YSOx-表面活性劑是硫酸化十八烷酸的鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述YSOx-表面活性劑是硫酸化油酸的鈉鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述YSOx-表面活性劑選自WitconateTMl840X、Dyasulf 2031、Dymosol 203l、FreedomSOA-70和Freedom SOA-70WV。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，還包含有機(jī)磷酸酯表面活性劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述有機(jī)磷酸酯表面活性劑是環(huán)氧乙烷加合物型有機(jī)磷酸酯。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述有機(jī)磷酸酯表面活性劑是RM-510。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，還包含具有通式Y(jié)SOx-的表面活性劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中Y選自烷基、芳基、烷基芳基、羧酸基、以及前述任何一種的鹽。
14.一種凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，包含金屬合金粉、膠凝劑、氫氧化物濃度低于40％的堿性電解液，其中所述金屬合金粉包括鋅粒，至少70％的所述鋅粒具有在100微米尺寸范圍分布內(nèi)的顆粒尺寸，該分布具有在大約100到大約300微米之間的眾數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述顆粒尺寸分布的眾數(shù)是大約100微米。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述顆粒尺寸分布的眾數(shù)是大約150微米。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述顆粒尺寸分布的眾數(shù)是大約250微米。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述電解液具有不高于大約34％的氫氧化物濃度。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述電解液具有不高于大約30％的氫氧化物濃度。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述電解液具有不高于大約28％的氫氧化物濃度。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其中所述電解液包含KOH。
22.一種堿性電化學(xué)電池，包括正集電器；與所述正集電器接觸的陰極；凝膠質(zhì)陽(yáng)極，其包含金屬合金粉、膠凝劑、氫氧化物濃度低于40％的堿性電解液，以及至少一種兩性表面活性劑；隔板，其位于所述陰極和陽(yáng)極之間；以及與所述陽(yáng)極電接觸的負(fù)集電器。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述兩性表面活性劑具有化合物式I。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的堿性電化學(xué)電池，還包含具有化合物式II的兩性表面活性劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的堿性電化學(xué)電池，還包含具有通式Y(jié)SOx-的表面活性劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的堿性電化學(xué)電池，其中Y選自烷基、芳基、烷基芳基、羧酸基、以及前述任何一種的鹽。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述YSOx-表面活性劑是硫酸化十八烷酸的鹽。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述YSOx-表面活性劑是硫酸化油酸的鈉鹽。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述YSOx-表面活性劑選自WitconateTM1840X、Dyasulf 2031、Dymosol 2031、Freedom SOA-70和Freedom SOA-70WV。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的堿性電化學(xué)電池，還包含有機(jī)磷酸酯表面活性劑。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述有機(jī)磷酸酯表面活性劑是環(huán)氧乙烷加合物型有機(jī)磷酸酯。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述有機(jī)磷酸酯表面活性劑是RM-510。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的堿性電化學(xué)電池，還包含具有通式Y(jié)SOx-的表面活性劑。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的堿性電化學(xué)電池，其中Y選自烷基、芳基、烷基芳基、羧酸基、以及前述任何一種的鹽。
35.一種堿性電化學(xué)電池，包括正集電器；與所述正集電器接觸的陰極；凝膠質(zhì)陽(yáng)極，其包含金屬合金粉、膠凝劑、氫氧化物濃度低于40％的堿性電解液，其中所述金屬合金粉包括鋅粒，至少70％的所述鋅粒具有在100微米尺寸范圍分布內(nèi)的顆粒尺寸，該分布具有在大約100到大約300微米之間的眾數(shù)；隔板，其位于所述陰極和陽(yáng)極之間；以及與所述陽(yáng)極電接觸的負(fù)集電器。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述顆粒尺寸分布的眾數(shù)是大約100微米。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述顆粒尺寸分布的眾數(shù)是大約200微米。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述顆粒尺寸分布的眾數(shù)是大約300微米。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述電解液具有不高于大約34％的氫氧化物濃度。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述電解液具有不高于大約30％的氫氧化物濃度。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述電解液具有不高于大約28％的氫氧化物濃度。
42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的堿性電化學(xué)電池，其中所述電解液包含KOH。
全文摘要
一種堿性電化學(xué)電池，該電池具有延長(zhǎng)的使用壽命、以及需要的放氣和腐蝕特征?？梢詫尚员砻婊钚詣┙Y(jié)合到堿性電化學(xué)電池的凝膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中，可選地具有有機(jī)磷酸酯表面活性劑或磺酸型有機(jī)表面活性劑或同時(shí)具有兩者。還可以在鋅陽(yáng)極中加入具有限定顆粒尺寸分布的鋅粒。包含在該陽(yáng)極混合物中的電解液可以具有減小的氫氧化物濃度。
文檔編號(hào)H01M4/00GK1871727SQ200480031409
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月26日
發(fā)明者E·恩澤貝特, E·M·阿馬坎基, M·德斯特彭, A·J·羅什科夫斯基, W·C·布尚, V·H·烏 申請(qǐng)人:羅?？乒?