[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。本发明涉及具有单壳体即阳极罐的锌/空气钮扣电池。

发明背景

锌/空气去极化电池典型地呈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。这种微型钮扣电池典型地 具有圆盘状圆柱体形状，其直径介于约4mm和20mm之间，典型地介于约 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。

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呈独立罐的形状，其各自具有封闭端、开口端、 和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阴极壳体中。然后，将阴极 壳体的开口端典型地套上阳极壳体的开口端，使得阴极壳体侧壁基本交搭 整个阳极壳体侧壁，其间具有绝缘密封件。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侧壁上而使阳极壳体和阴极壳体互 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，以确保阳极壳体和阴极壳体之间的严紧密封。

显示具有独立阳极壳体和阴极壳体(每个壳体均呈具有封闭端和相对 的开口端的“罐”的形式)的常规构型的代表性锌/空气钮扣电池示于例如 美国专利3,897,265、5,279,905和6,830,847B2中。如这些代表性专 利中的每一个所示，阳极罐和阴极罐各自具有封闭端和相对的开口端，其 间具有整体侧壁。在插入电池内容物之后，将阴极罐侧壁基本套上整个阳 极罐侧壁，其间具有绝缘密封环。将阴极罐侧壁的周边边缘卷曲到阳极罐 侧壁的周边边缘上，其间具有绝缘密封环。这种构型设计用来生产耐用电 池，其具有减小的电解质渗漏的可能性。

锌/空气钮扣电池的阳极壳体可填充包含粒状锌的混合物。锌混合物 典型地包含汞和胶凝剂，并且在将电解质添加到混合物中时变得胶凝。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 个小气孔以容许空气进入电池。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到空气入口空间中的微量的电解 质。空气扩散体通常均匀放置在介于阴极壳体的封闭端和阴极组件之间的 空气入口空间(充气空间)内。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，也可具有多个小气孔，例如，取决于电池 尺寸，介于2个和6个气孔之间甚至更多。

可以将典型地包括粒状二氧化锰、碳和疏水粘合剂混合物的催化材料 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。阴极组件典型地如下形成：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一侧，并将电解 质可渗透(离子可渗透)隔板材料层压到催化阴极片的相对侧。然后，将 其内含有阴极片的阴极组件典型地插入到阴极壳体中，从而使其中部覆盖 空气扩散体，而电解质阻碍层的一部分抵靠台阶的内表面。成品电池中的 阴极片接触其周边附近的阴极壳体壁。

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 们较容易制造并且较经济。具有平坦阴极组件的代表性锌/空气钮扣电池示 于美国专利5,279,905、U.S.6,602,629B1和U.S.6,830,847B2 中。