[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为钮扣电池形式的金属/空气电池，所述电池具有包括锌的阳极、催化阴极、具有源自其表面的可压紧突出的改善的绝缘密封环。

发明背景

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的圆柱体形状，并且具有介于约4mm和20mm之间，通常介于约4mm和16mm之间的直径和介于约2mm和9mm之间，优选介于约2mm和6mm之间的高度。也可以生产出具有与常规的AAAA、AAA、AA、C和D型的Zn/MnO₂碱性电池相当的、甚至更大尺寸的圆柱形壳体的略微较大尺寸的锌空气电池。

微型锌/空气钮扣电池通常包括阳极壳体(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、相对的开口端以及在其间从封闭端延伸至开口端的整体侧壁。阳极壳体适配有紧密围绕阳极壳体侧壁外表面的绝缘密封环。绝缘密封环用于使阳极壳体与阴极壳体电绝缘。绝缘环还旨在提供阳极壳体与阴极壳体之间的密封，以防止电解质在其间渗漏并渗漏到电池外部。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。阴极组件包括涂覆并压紧到金属筛网上的阴极材料盘。在将必需材料插入到阳极和阴极壳体中之后，组装期间通常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，以改善阳极和阴极壳体之间的密封。

包括致密阴极材料盘的阴极组件可具有扁平或穹顶形状。一些制造商可能优选扁平阴极组件，而另一些制造商则可能优选穹顶组件。具有扁平阴极组件的代表性锌/空气钮扣电池示于美国专利5,279,905和U.S.6,602,629B1中，而代表性穹顶形状的阴极组件示于U.S.3,897,265中。

可将通常包含粒状二氧化锰(也可能包含Mn₂O₃和Mn₃O₄)、碳和疏水性粘合剂的混合物的阴极盘涂覆并压紧到金属筛网上。阴极组件如下形成：将优选为特氟隆(聚四氟乙烯)材料的一层电解质阻碍材料(疏水的空气可渗透膜)层压到阴极盘的一侧，并将电解质可渗透(离子可渗透)隔板材料层压到阴极盘的相对侧。将通常包括微孔聚丙烯层的隔板粘附或层压到旨在面向阳极材料的阴极盘一侧，使得隔板位于阳极和阴极之间。具有连接到其上的隔板的阴极组件随后可在空气扩散体之上插入到阴极壳体内。将阴极组件插入到阴极壳体内，使得隔板面向阴极壳体的开口端。成品电池中的阴极盘接触阴极壳体壁的内表面，并且隔板位于阴极与阳极材料之间。

锌/空气钮扣电池的阳极壳体可填充有包含粒状锌的混合物。锌混合物通常包含汞和胶凝剂，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。在过去，商业锌/空气钮扣电池中的锌与电解质的比率通常低于3.3。用相对于电解质较大量的锌(即，在较高的锌与电解质的重量比率下)装填阳极壳体具有吸引力。对于给定型号的电池，固定阳极体积中较大量的锌可在理论上导致较大的电池容量和使用寿命。在阳极中具有较高锌载荷，即具有较高锌与电解质的重量比率的锌/空气钮扣电池已被尝试并在专利文献中报导过。参见日本公布2000-21459(Toshiba)；日本专利2,517,936(Sony)；以及日本专利3,647,218(Toshiba)。这些参考还提到一些与阳极中锌的此类较高载荷相关的问题。例如，提及到较强的锌阳极膨胀问题以及锌膨胀时电池内部可能的暂时电接触丧失。

申请人还已确定，阳极中较高的锌与电解质的重量比率(如高于约3.3，例如介于约3.3和6.0之间)可导致膨胀的阳极向阴极并且还向阳极壳体侧壁施加瞬间机械力。这些机械力的变化速率可在阳极膨胀期间改变。阳极材料膨胀期间这些增加的机械力且具体地讲为此类力的波动可削弱阳极壳体侧壁与围绕的绝缘环之间的紧密密封。