[发明专利]提高纽扣电池安全性和容量的聚合物使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高纽扣电池安全性和容量的聚合物使用方法，尤其是涉及一种同时提高纽扣电池安全性和容量的交联聚丙烯酸盐类聚合物使用方法。

背景技术

外形象一颗小纽扣一样的电池，被称为纽扣电池（Button cell），也称扣式电池。常用于手表、计算机主板、集成电路板或武器装备控制装置等精密机械中，在其中其作为机械动力源、启动动力源、点火动力源或计时动力源等。

纽扣电池中的电液一旦泄露，其对精密机械或集成电路板等腐蚀引发短路，其后果轻则控制系统失灵，严重之时毁坏设备。防止电池中的电液泄露，为纽扣电池安全性的重要指标之一。另外，纽扣电池体积如此之小，留给电芯储能与能量转换材料或零部件安装空间非常有限，提升纽扣电池的容量，也是纽扣电池的永恒主题。

防止纽扣电池中的电液等物质泄露，提高纽扣电池安全性，可通过电池结构改进与密封材料的优选来实现。2012年1月11日和2012年6月16日，中国专利局公开了德国瓦尔达微电池有限责任公司申请的题目为“不折边的纽扣电池”和“纽扣电池和用于产生该纽扣电池的方法”的专利，其专利公开号分别为CN102460768A和CN102318122A。这两项发明的共同点为：通过结构优化设计、选择塑料元器件和镀镍钢片等措施提高纽扣电池密封性和牢固性，以此来提升纽扣电池的安全性。这种方法相当于“治表”的方法。

防止纽扣电池中的电液等物质泄露，提高纽扣电池安全性另一条途径为：将纽扣电池中液体形态的电解质凝胶化，使其成为半固态或固态。这种方法类同于中医“治本”的方法。其常见于锂离子二次电池。

锂离子纽扣电池目前在民用领域使用非常广泛。然而，锂离子二次电池属于非水系电池，其电解液为非水的有机液体，这与电解液为水溶液的水性电池，诸如碱液为电解液或酸液为电解液的碱性电池或酸性电池，在阻燃防爆方面，安全性更低些，这限制了一些非民用领域内对电池安全性要求苛刻环境下的应用。

交联聚丙烯酸盐，可吸水、吸尿、吸血和吸收碱液，其各类商业制品，广泛用于农业、生理制品和电池行业等。其聚合方法在中国专利局的许多专利中都有揭示，诸如中国专利局公开号为CN1296981、CN1299835和CN1299836号的专利中，都公开了相关的聚合方法。

交联聚丙烯酸盐，吸收电池中的碱性液体电解质后，形成“碱凝胶”，防止电池中碱液泄露，由此提高电池安全性。将交联直接聚合到碱性电池的隔膜上，使得碱性液体电解凝胶化，提高池安全性同时，也提高了隔膜的吸碱量，通过防止电解质的干涸，起到提高循环寿命的作用，这种方法在中国专利局公开的题目为“一种碱性电池隔膜的制造方法”的CN1489228号中有详细的描述，该发明使用的交联聚丙烯酸盐为交联聚丙烯酸的钠盐。另一设计类同的实用新型专利展现在中国专利局公开的题目为“叠层镍氢电池”的CN2580607号中。这两项将交联聚丙烯酸的钠盐复合到隔膜上发明，尽管在创造性、新颖性等方面对同行的新发明有很大参考。然而，该两项发明对于纽扣碱性二次电池并不适用；因为该两项发明基本特征是：将交联聚丙烯酸的钠盐聚合到电池隔膜上，使得电池隔膜变厚，并需要再增加一层电池隔膜，电池隔膜总厚度比原来增加了2倍以上，这对于纽扣电池内部空间“寸土寸金”的要求而言，采用此技术，很厚的交联聚丙烯酸盐隔膜，抢占了作为电池活性物质的空间，不可避免使得纽扣电池容量下降。

在碱性二次电池的阳极区内，以附加隔板形式，加入交联聚丙烯酸盐，优点多多，甚至可以获得超级电池；然而，其负面作用同样表现在：在电池空间一定情况下，交联聚丙烯酸盐吸收碱液后的凝胶体，会占用较大的空间，同样会挤占作为电池活性物质的空间，也会造成电池容量下降。诸如：

中国专利局公开日本松下公司在中国申请的题目为“碱性蓄电池及其制造方法”的CN100446331C号专利（申请号为200510051969.2），该专利揭示：在D-型圆柱镍-氢电池阳极区，以隔板为载体形式，加入交联聚丙烯酸的钾盐，可获得1.5万次循环寿命D-性圆柱镍-氢超电池。然而，该发明D-性圆柱镍-氢超电池的容量仅仅为6 Ah（6000 mAh）；各国市场上D-性圆柱镍-氢电池普遍见到的容量是8 Ah—10安时；显见，该发明由于10 g左右交联聚丙烯酸的钾，加入D-型圆柱镍-氢电池，交联聚丙烯酸的钾等抢占了作为活性物质的空间，使得D-型圆柱镍-氢电池容量下降了25%以上。