[发明专利]碱性非水质子传导袋式单体电池

说明书

提供了作为碱性电池或非水质子传导电池的密封型袋式单体电池。袋式单体电池包括诸如用于袋式单体电池结构的柔性外壳，其中外壳以袋的形式；阴极，其包括适用于碱性电池的阴极活性材料；阳极，其包括适用于碱性电池的阳极活性材料；电解质，其可选地为碱性或质子传导电解质，其中袋不包括或不需要安全通气口或其它气体吸收或排放系统，因为阳极活性材料和阴极活性材料在循环期间不会增加大于2psig的内部大气压力。这些电池提供与现有领域公认的观点相反的功能，现有领域认为由于在循环期间产生不可接受的气体，使这样的电池系统不可能。

相关申请的交叉引用

本申请依赖于并且要求2015年2月6日提交的编号为14/615,796的美国专利申请的优先权，通过引用将其全部内容纳入于此。

技术领域

本公开涉及诸如二次电池的电池。具体地，本公开涉及袋式单体电池形式的碱性电池或非水质子传导电池，该袋式单体电池能够在不需要安全通气口的情况下循环，从而提供增加的电池能量密度和电池设计灵活性。

背景技术

某些金属氢化物(MH)合金材料能够吸收和解吸氢。这些材料可以用作氢储存介质，和/或用作包括镍/金属氢化物(Ni/MH)和金属氢化物/空气电池系统和锂离子电池的燃料电池和金属氢化物电池的电极材料。

当在MH电池中的阴极与MH阳极之间施加电位时，负电极材料(M)通过氢的电化学吸收(以形成金属氢化物(MH))以及氢氧根离子的电化学析出而被充电。放电时，所储存的氢被释放以形成水分子并且析出一个电子。在镍MH电池的正电极发生的反应也是可逆的。大多数MH电池使用氢氧化镍正电极。以下充电和放电反应在氢氧化镍正电极上进行。

在具有氢氧化镍正电极和储氢负电极的MH电池中，电极典型地被非织物、毡状、尼龙或接枝聚乙烯/聚丙烯分隔物(separator)隔开。电解质通常是碱性水性电解质，例如，20到45重量百分比的氢氧化钾。

现有的碱性电池(作为示例，金属氢化物电池)的缺点是它们需要硬壳壳体，以便应对这些电池类型所共有的压力增加。这些壳体或外壳的使用限制了所得的电池可以呈现的形状和柔性。例如，硬壳外壳不能在现场(field)形成任何所需的弯曲形状，因为硬质外壳防止形变。类似地，现有的碱性电池的硬壳外壳相对于它们的锂离子袋式单体电池对应物而言承受过多的重量。本领域认为，因为在循环期间由于阴极和阳极处的竞争反应，活性材料将产生气体，从而不可能形成用于碱性电池的袋式单体电池外壳。例如，在充电期间，金属氢化物电池中的阳极呈现以下竞争反应：

M+H₂O+e^-→MH+OH^-以及

2H₂O+2e^-→H₂(气体)+2OH^-

类似地，在充电期间，氢氧化镍碱性电池中的阴极呈现以下竞争反应：

Ni(OH)₂+OH^-→NiOOH+H₂O+e^-以及

4OH^-→2H₂O+O₂(气体)+4e^-

由此，现有电池中的近乎完全充电过程产生大量的氧气或氢气，这将导致缺少安全通气口的袋式单体电池的柔性外壳爆裂。

如在下文中将说明的，发明人已发现，在实践中碱性袋式单体电池不仅是可能的，而且不会受到限制，该限制被认为是本领域中的问题。通过下面的附图、讨论和描述，本公开的这些和其它优点将变得明显。

发明内容