[发明专利]碱性电化学电池

说明书

发明背景

本发明主要涉及一种包含二氧化锰的碱性电池。更确切地说，本 发明涉及一种能够在各种放电条件下提供最佳服务的碱性电化学电 池。

可商业获得的圆柱形碱性电化学电池广泛地以通常所说的电池规 格LR6(AA)、LR03(AAA)、LR1 4(C)和LR 20(D)获得。在许多情况 下，消费者购买电池后一直存放到需要为设备提供能量。由于电池供 电设备的快速增长，许多消费者拥有大量的电池供电设备。可见于一 个家庭的设备包括：收音机、电视机的遥控器、磁带录音机、儿童玩 具、手持电子游戏机、激光唱盘播放器、集成了闪光单元和35mm胶 片的照相机和数字照相机。总之，这些设备代表了较宽范围的电子放 电条件。例如，磁带播放器在电池制造领域被称为″低消耗″设备，因 为其需要电池以低速提供电流并且在活化期间具有充分的休眠期。电 池在磁带播放器中的典型放电状态可通过单个LR6号电池以100毫 安每天放电1小时模拟。另一种设备，例如通过LR6号电池供电的闪 光灯，在电池上强制施加低至中等程度的消耗。一节LR6电池每小时 通过3.3欧姆电阻放电4分钟，每天8小时是一种可接受的模拟闪光灯 中LR6性能的试验。另一种设备，如光盘播放器，需要多节电池以比 磁带播放器所要求速度快的速度提供电流但是在活化期间具有充分的 休眠期(即每天每小时250毫安)，因而被认为是“高技术”设备。其 它的设备，例如具有35mm胶片和内置闪光单元的照相机，需要电池 以相当大的电流提供电流(即1000毫安，开10秒，关50秒，每天一小 时)并且被认为是“高消耗”设备。消费者在购买电池时可能并不了解 电池将要插入的设备。因此，消费者将试图购买在各种可能强制施加 低消耗、或高消耗或高技术放电条件的设备都能良好应用的电池。如 果消费者认为某具体品牌的电池用于所有设备都能提供最佳服务，那 么消费者将有目的地购买这种品牌的电池而不是不同品牌的其它电 池。因此，许多电池制造商努力开发并营销被消费者认为“全能”电 池的电池，因为这种电池以可接受的时间周期为各种设备提供能量。

除了改善其产品为各种设备提供能量的时间长度，电池制造商为 降低电池成本做出了不懈努力。降低成本的一种方法是减少一个或两 个电池电极中的电化学活性材料量。例如，阳极的锌和/或阴极的二氧 化锰的数量可以减少。但是，这种方案没有被制造商接受，原因在于 电化学活性材料数量的减少通常将缩短电池的“运行时间”，即电池 驱动设备运行的时间长度。

先前致力于如何提高电池在具体设备如照相机中的性能的努力通 常包括改变电池的内部结构。在一种实例中，电池的结构通过增加阳 极的锌的数量得到改善。但是，这种改变导致在电池深度放电后电解 质泄漏，这是不可接受的。在另一种实例中，不再采用一个电极插入 由其它电极限定的中心排列空腔内的电池设计，某些制造商已经采用 “果冻卷”结构，其中两个条状电极和一个隔离物彼此对齐排列然后 辊压形成线圈。具有果冻卷结构的电池通常在高消耗设备中表现良 好。不幸的是，同样的电池在低消耗设备的服务时间显著缩短，原因 在于由于果冻卷的阳极-阴极表面积大，相当大部分的电化学活性物质 必须被化学惰性的隔离物替代。因此，以果冻卷结构生产的电池不适 合用于那些其中电池的总电化学容量比快速放电能力更重要的设备。

因此，需要一种具有下述能力的廉价碱性电化学电池：在需要电 池以高技术消耗速率放电的设备中提供充足运行时间以及在需要电池 以低消耗速率放电的设备中提供充足的运行时间。

发明概述

本发明提供一种能够在各种放电条件下以有效方式放电的电化学 电池。在一种实施方案中，本发明电化学电池至少包括下述元件。容 纳第一电极、第二电极、碱性电解质和隔离物的容器，其中限定空腔 的第一电极包含二氧化锰作为电化学活性材料。所述第一电极的电化 学容量由二氧化锰的克数与285mAhr/g的乘积确定。设置在空腔中的 第二电极包含锌作为电化学活性材料。所述第二电极的电化学容量由 锌的克数与821mAhr/g的乘积确定。隔离物布置在第一和第二电极的 界面上。该界面的面积在12.6cm²和13.2cm²之间。第二电极的电化学 容量与第一电极的电化学容量之比在1.33:1和1.40:1之间。