[发明专利]一次碱性电池

说明书

技术领域

本发明涉及一次碱性电池。

背景技术

电池例如碱性电池通常用作电能来源。一般来讲，电池包含负极（阳极）和正极（阴极）。负电极包含能够被氧化的电活性材料(例如锌颗粒）；正电极包含能够被还原的电活性材料(例如二氧化锰）。负电极的活性材料能够还原正电极的活性材料。为了避免负电极活性材料与正电极活性材料的直接反应，通过离子可渗透的隔板将电极进行机械隔离及电隔离。

当使用电池作为诸如蜂窝电话的装置的电能来源时，与电极实现电接触，使电子流过装置，使得在各自的电极上发生氧化和还原反应以提供电能。与电极接触的电解质溶液包含穿过位于电极之间的隔板扩散的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。

发明内容

本发明涉及阴极活性材料以及制造用于碱性电池的阴极活性材料的方法。阴极活性材料可包括非化学计量的碱金属氧化物。非化学计量的碱金属氧化物可通过如下方式来合成：对化学计量的碱金属氧化物进行酸处理以除去碱金属并增加金属（例如，过渡金属）的氧化态。非化学计量的金属氧化物能够为电池提供高体积能量密度。非化学计量的金属氧化物可具有低溶解度（例如，小于300ppm，小于100ppm，或小于50ppm），这取决于阴极活性材料中的过渡金属。因此，电池10可具有良好的环境储存寿命。此外，较高的氧化态还可增加电池的容量。酸处理可在低温下发生以最小化副反应和不可取的副产物。不受理论的束缚，据信含水酸可提供质子，所述质子可部分地置换金属氧化物晶体结构中的碱金属离子并有助于保持晶体结构的稳定性。

在一个方面，本发明的特征在于制造电池的方法，所述方法包括用含水酸溶液处理氧化物，所述氧化物包含至少一种过渡金属和碱金属；所述方法包括使氧化物与含水酸溶液接触（例如，从氧化物中除去碱金属并增加过渡金属的氧化态）。将处理的氧化物结合到阴极中，所述阴极可被结合到电池中。

在另一方面，本发明的特征在于电池（例如，一次电池），所述电池包括；阴极，所述阴极包括式A_1-xH_yM^a_1-z-tM^b_zM^c_tO₂的氧化物；阳极；阴极和阳极之间的隔板；和碱性电解质。在式A_1-xH_yM^a_1-z-tM^b_zM^c_tO₂中，A为碱金属，M^a和M^b为过渡金属，M^c为可替代M^a的掺杂剂，y小于或等于x，并且z+t介于0和1之间。M^c可为过渡金属、非过渡金属或非金属。

在另一方面，本发明的特征在于阴极，所述阴极包括Li_1-xH_yNiO₂与一种或多种阴极活性材料的复合材料，所述阴极活性材料选自由下列组成的组：酸处理的电解二氧化锰、酸处理的化学制备的二氧化锰、λ-MnO₂、层状氧化钴、和/或层状锰氧化物。

在另一方面，本发明的特征在于制造阴极的方法，所述方法包括形成层状锂镍氧化物与一种或多种阴极活性材料的前体的混合物，所述阴极活性材料选自由下列组成的组：电解二氧化锰，化学制备的锰氧化物、尖晶石型锂锰氧化物、层状锂氧化钴、和/或层状锂锰氧化物；以及用含水酸溶液在低温下处理所述混合物以形成Li_1-xH_yNiO₂与一种或多种阴极活性材料的复合材料。

在另一方面，本发明的特征在于制造电池的方法，所述方法包括将阴极结合到电池中，所述阴极包括通过如下方式制备的复合材料：对LiNiO₂与一种或多种阴极活性材料的一种或多种前体的混合物进行酸处理。所述一种或多种阴极活性材料的一种或多种前体可包括电解二氧化锰、化学制备的二氧化锰、尖晶石型锂锰氧化物、层状锂氧化钴、和/或层状锂锰氧化物。

电池的实施方案可包括下列特征中的一个或多个。