[发明专利]锌/空气电池

说明书

发明领域

本发明涉及一种优选具有包含锌的阳极和空气阴极的金属/空气电池。本发明涉及将含焦磷酸盐(P₂O₇)^4-的化合物(可溶的或不可溶的)添加到金属/空气电池的阳极中。所述电池具有包含锌粒和碱性电解质的阳极。

背景技术

锌/空气去极化电池通常为微型钮扣电池的形式，其尤其适于用作包括可编程型助听器在内的电子助听器的电池。这种微型电池通常具有圆盘状圆柱体形状，其直径介于约4mm和20mm之间，典型介于约4mm和16mm之间，并且高度介于约2mm和9mm之间，优选介于约2mm和6mm之间。也可以生产出具有与常规的AAAA、AAA、AA、C和D型的Zn/MnO₂碱性电池以及甚至更大尺寸的圆柱形壳体相当的略微较大尺寸的锌空气电池。

微型锌/空气钮扣电池典型地包括阳极壳体(阳极罐)和阴极壳体(阴极罐)。阳极壳体和阴极壳体各具有封闭端和开口端以及从封闭端延伸至开口端的整体侧壁。阳极壳体装有紧紧围绕阳极壳体侧壁的绝缘密封环。阳极材料插入到阳极壳体中。空气扩散体、电解质阻碍材料和阴极组件均邻近阴极壳体中的气孔而插入到阴极壳体中。在将必需材料插入到阳极和阴极壳体中之后，典型地在组装期间将阴极壳体的开口端推动超过阳极壳体的开口端，使得部分阴极壳体侧壁覆盖部分阳极壳体侧壁，其中绝缘密封件位于其间。随后在第二步中通过将阴极壳体的边缘卷曲在绝缘密封件和阳极壳体之上而使阳极和阴极壳体互锁。卷曲步骤期间(或者在单独步骤中)，也可将径向力施加到阴极壳体壁上以确保阳极和阴极壳体之间的严紧密封。

锌/空气钮扣电池的阳极壳体可用包含粒状锌的阳极混合物填充。典型地，阳极混合物包含与锌粒混合的汞。基于锌的重量，汞的含量按重量计典型地为约2％至5％。汞在阳极中的存在可改善锌的粒间传导性并且减少电池放气。阳极混合物也包含少量的胶凝剂，因此当电解质添加到混合物中时，锌粒变得胶凝。作为另外一种选择，阳极混合物可不含汞，也就是讲不包含添加的汞。在这种情况下，由于可预期某种增加的放气，必须倍加小心以紧密地密封电池。电解质为常规氢氧化钾水溶液。阴极壳体的封闭端(当壳体与顶部的封闭端保持垂直时)在其中心附近可具有平坦的凸起部分。该凸起部分形成正端子并且典型地包含多个穿过它的气孔。在这种设计中，阴极壳体封闭端还典型地具有围绕凸起的正端子的环形凹进台阶。作为另外一种选择，阴极壳体的封闭端可沿其直径完全平坦，即在其中心处没有任何凸起部分。在这种设计中，阴极壳体封闭端的此类平坦区域的中部典型地形成电池的正端子。在另一种情况下，钮扣锌/空气电池的阴极壳体的封闭端穿有一个或多个小气孔以允许空气进入电池。此空气随后穿过空气扩散层(或空气扩散体)以便到达阴极片。

空气扩散体材料通常由一片或多片空气可渗透纸或多孔纤维素材料组成。这种可渗透纸或多孔纤维素材料允许进入的空气均匀地到达阴极组件，并且也可用作吸墨纸以吸收可能渗透进空气入口空间中的微量的电解质。空气扩散体通常首先放置在阴极壳体内，顶靠阴极壳体的封闭端，以使得其邻接气孔。空气扩散体材料填充这种空气入口空间，并且覆盖阴极壳体封闭端中的气孔。通常用于助听器装置的商用钮扣型锌/空气电池可仅仅具有一个气孔或者可具有多个小气孔，例如，取决于电池尺寸，具有2至6个、甚至更多个气孔。

通常，可将包含粒状二氧化锰(或各种锰氧化物的混合物)、碳和疏水粘合剂的催化材料密压成片状，从而形成阴极组件内的阴极片。随后可将其内含有阴极片的阴极组件在背离气孔的空气扩散体一侧插入到空气扩散体之上的阴极壳体中。阴极组件通常如下形成：将优选为特氟隆(聚四氟乙烯)的一层电解质阻碍材料(疏水的空气可渗透膜)层压到催化阴极片的面向空气扩散体的一侧上，并且将电解质可渗透(离子可渗透)隔板材料层压到催化阴极的相对侧上。

阴极组件可具有平坦或穹顶形形状。平坦阴极组件是优选的，因为它们较易于制造且较经济。具有平坦阴极组件的代表性锌/空气钮扣电池显示于美国专利5,279,905、U.S.6,602,629B1和U.S.6,830,847B2中。