[发明专利]碱锰电池

说明书

本发明涉及一种含有作为正电极活性材料的二氧化锰的碱锰电池，特别是涉及这种正电极活性材料的改进。

在传统的碱锰电池中，所使用的是由二氧化锰颗粒及碳粉混合物构成的正电极活性材料，加入碳粉是为了加强二氧化锰颗粒间的导电性以及改善正电极外壳与包含在其中的正电极活性材料间的导电性，取代了使用二氧化锰(原来是电解二氧化锰)颗粒单独作为正电极活性材料，因为二氧化锰本身具有极低的导电例。

在混合的正电极活性材料中较高的碳粉含量导致了装入电池中特定容积内的二氧化锰活性材料比例的降低，在电池中接收有是二氧化锰活性材料及碳粉的混合物。虽然电池的内电阻被减少，但这引起了电池放电量的减少。另一方面，较低的碳粉含量提高了电池中装入的二氧化锰比例并使其内电阻增加。以上述方式装入的二氧化锰活性材料比例的增加相对于电池内电阻的降低，故在他们之间取得协调是重要的。

为了取得增加装入二氧化锰活性材料量的要求和降低电池内电阻的要求之间协调，已提出使用由二氧化锰颗粒及具有与二氧化锰颗粒同样大小平均颗粒尺寸的10％或更多的碳颗粒的混合物，象JP54-26426A及JP63-232266A披露的那样。

本发明的一个目的是提供一种碱锰电池，通过尽可能大地增加在该碱锰电池中装入的作为正电极活性材料的二氧化锰的比例并抑制电池内电阻的增加，该碱锰电池具有增加的放电量及良好的放电特性。

本发明的另一个目的是提供一碱锰电池，它包含正电极活性材料，该活性材料主要包括二氧化锰及导电碳材料，所说导电碳材料包括具有范围在0.5到15μm平均颗粒尺寸的膨胀石墨颗粒。

本发明的再一个目的是提供如上述的碱锰电池，其中膨胀石墨颗粒的含量基于混合正电极活性材料中的固体占重量比2-8％。

本发明的再一个目的是提供如上所述的碱锰电池，其中所说多孔石墨是以人造石墨为源(artificial graphite origin)。

图1是示出了例中AA型碱电池LR6沿纵向所取的示意剖面图。

图2示出石墨的平均颗粒尺寸与电池内电阻之间关系。

图3示出了石墨的平均颗粒尺寸及电池的放电时间之间的关系。

图4示出了石墨含量与电池内电阻之间的关系。

图5示出了石墨含量与电池放电时间之间的关系。

根据本发明，已发现通过使用具有平均颗粒尺寸范围在0.5到15μm、最好在0.5到6μm的膨胀石墨可以改进碳颗粒与二氧化锰颗粒间的接触特性，取代了使用传统的碳颗粒，膨胀石墨的使用促进了导电网络的形成并减少了不参予电化学还原反应的二氧化锰颗粒的量，从而导致了在整个混合正电极活性材料上二氧化锰颗粒的增加的利用。由粉碎膨胀石墨获得的石墨颗粒可以被认为在石墨层状结构中具有很少数目的碳网络平面。由于这个原因，膨胀石墨颗粒在石墨晶体的C轴方向具有减少的厚度并给出每单位重量增加的颗粒数目，这个增加的颗粒数目提供了与颗粒状二氧化锰的增加的接触数目，这反过来加强了混合正电极活性材料的导电性。这个颗粒状石墨在与石墨晶体c轴平行的方向上具有固有的不良的导电性并在与c轴垂直的方向上具有良好的导电性，结果在颗粒c轴方向这样薄的厚度保证了即使减少所加入的导电碳材料的量混合正电极活性材料也具有高导电性，此外，膨胀石墨具有象片状石墨的形状并具有足够高的可压缩性来取得与二氧化锰颗粒密切的接触，以及混合正电极活性材料的好的可塑性。这被认为对与二氧化锰正电极活性材料良好的导电网络的形成有所贡献。在这之前所用的人造石墨有较差的可塑性，在高于10％的导电碳材料的较低含量及不大于15μm的导电碳材料的较小平均颗粒尺寸的条件下导致含石墨正电极活性材料的较高电阻例。相反，与用大颗粒尺寸的膨胀石墨所获得的那些相比使用具有良好导电性及可塑性并具有0.5到15μm的小平均颗粒尺寸最好0.5到6μm的膨胀石墨提供了每单位重量中石墨颗粒数目的增加及与颗粒状二氧化锰相接触的数目的增加，这使得使用较少量目的石墨颗粒来取得所希望的特性。因而，即使导电碳材料2-8％的重量比、最好为3-6％重量比的较小含量也保证了混合正电极活性材料具有高可塑性，抑制电池内电阻的增加以及可使二氧化锰在混合正电极活性材料中比例的增加。虽然膨胀石墨在关于混合正电极活性材料的导电性及可塑性等性质上与非膨胀人造石墨儿乎相同，但由于人造石墨包含较少杂质如铁，并且按要求被膨胀化以用在电池材料之后保留较少水平的杂质，所以膨胀石墨应从人造石墨中生产。特别对于带有非混汞锌要求极少杂质的原材料的碱锰电池，从人造石墨中制出膨胀石墨作为原材料是有用的。