<Desc/Clms Page number 1>
ZINKPOEDER VOOR ALKALISCHE BATTERIJEN
Deze uitvinding heeft betrekking op een aluminium- en/of lithiumhoudend zinkpoeder voor alkalische batterijen.
Aluminiumhoudende zinkpoeders zijn gekend uit EP-A-0427315. In dit document wordt bescherming gevraagd voor een poeder op basis van zink voor alkalische batterijen, met het kenmerk, dat het 0, 005-2% aluminium bevat evenals hetzij, 0, 0001-0, 01% ZAM, ZAM zijnde een zekizaan aardmetaal of een mengsel van zeldzame aardmetalen ;
hetzij, naast zink en onvermijdelijke onzuiverheden uitsluitend 0, 0001-2% van minstens een van indium en ZAM ; hetzij, naast zink en onvermijdelijke onzuiverheden, uitsluitend 0, 003-2% bismut en 0, 0001-2% van minstens een van indium en ZAM ; hetzij, naast zink en onvermijdelijke onzuiverheden, uitsluitend 0,005-2% lood en 0, 0001-2% van minstens een van indium en ZAM ; hetzij, naast zink en onvermijdelijke onzuiverheden, uitsluitend 0, 005-2% load, 0, 003-2% bismut en 0, 0001-2% van minstens een van indium en ZAM.
Het eerste voorbeeld uit dit dokument heeft betrekking op een poeder dat gemaakt is door verstuiving van een bad met de volgende samenstelling : 220 ppm Al, 5 ppm La, 12 ppm Ce, 500 ppm Pb, 54 ppm In en voor de rest thermisch geraffineerd zink. Het tweede voorbeeld heeft betrekking op een poeder dat gemaakt is door verstuiving van een bad met als samenstelling : 600 ppm Al, 500 ppm Pb, 500 ppm Bi, 100 ppm In en voor de rest thermisch geraffineerd zink. Alle andere beschreven voorbeelden betreffen poeders met aluminiumgehaltes gaande van 0, 03 tot 0, 06% (alle percenten hiervoor en hierna vermeid zijn gewichtspercenten).
De poeders volgens deze voorbeelden hebben allen gemeen dat ze minstens ongeveer 220 ppm Al bevatten en dat ze een goede weerstand hebben tegen korrosie in de elektrolyt van de batterij vóór en na gedeeltelijke ontlading van de batterij. Ze vertonen echter het nadeel dat zij in een bepaald type van batterij, namelijk het LR6-type, aanleiding kunnen geven tot kortsluiting in de batterij.
Doel van de uitvinding is een aluminium- en/of lithiumhoudend zinkpoeder voor alkalische batterijen te brengen, dat in veel minder mate dan de poeders volgens de voorbeelden uit EP-A-0427315 of helemaal geen aanleiding geeft tot kortsluiting en dat toch nog een voldoende korrosieweerstand heeft.
<Desc/Clms Page number 2>
Het poeder van de uitvinding is gekenmerkt doordat het bestaat uit minstens een van
1-95 ppm aluminium en 1-1000 ppm lithium, uit minstens een van 0, 001-2% bismut, 0, 005-2% indium en 0, 003-2% lood, uit eventueel 0, 003-2% calcium en voor de rest uit zink en de onvermijdelijke onzuiverheden aanwezig in voornoemde metalen, zijnde uitgesloten indiumhoudende poeders met 50 ppm aluminium tenzij deze poeders calcium bevatten.
Inderdaad, voor wat betreft het aluminium in het poeder volgens de uitvinding, heeft de aanvraagster gevonden dat poeder met een laag AI-gehalte, in tegenstelling met de poeders volgens de voorbeelden uit EP-A-0427315, nagenoeg geen of geen aanleiding geeft tot kortsluiting in de batterij, waarin het gebruikt wordt. Tevens heeft aanvraagster gevonden, zoals verder zal worden aangetoond, dat zelfs een zeer laag Al-gehalte volstaat om aan het poeder een behoorlijke korrosieweerstand te geven, meer bepaald na gedeeltelijke of geheie ontlading van de batterij. De andere legeringselementen (Bi en/of Pb en/of In) geven het poeder een voldoende korrosieweerstand vóór ontlading. Het poeder is dan ook geschikt voor gebruik in elk type van a ! ka ! ische batterij zoais LR6, LR14, LR20 en andere.
Aanvraagster heeft tevens gevonden dat de invioed van lithium op de gassing na gedeeltelijke of gehele ontlading gelijkaardig is met deze van aluminium. Beide elementen kunnen dan ook afzonderlijk of gezamenlijk ingezet worden.
Voorkeursamenstellingen var let poeder volgens de uitvinding maken het voorwerp uit van de hierbijgevoegde conclusies 2-20.
Een eenvoudige manier om het poeder van de uitvinding te produceren, bestaat erin alle additieven, die in het te produceren poeder aanwezig dienen te zijn (bijvoorbeeld Al, In en Bi), toe te voegen aan gesmolten zink en de zo bekomen legering te verstuiven met gas, water of een mengsel van beide.
Men kan ook gesriolten zink verstuiven, dat reeds een gedeelte van die additieven bevat (bijvoorbeeld Al en Bi), waama de rest van de additieven (bijvoorbeeld In) op het verstoven poeder afgezet wordt, hetzij door cementatie uit een waterige oplossing, hetzij door fysische afzetting uit een gasfase ('Physical Vapour Deposition" of PVD), hetzij door chemische afzetting uit een gasfase ("Chemical Vapour Deposition"of CVD). Het is duidelijk dat de cementatietechniek maar kan toegepast worden, als het gaat om additieven die elektropositiever zijn dan zink. Wanneer meerdere additieven dienen afgezet te worden op het verstoven poeder, dan kunnen die gelijktijdig of afzonderlijk afgezet worden.
Men kan ook gesmolten zink in zuivere toestand verstuiven en daama alle additieven op het verstoven poeder afzetten.
Het is ook mogelijk een bepaald additief gedeeltelijk in te brengen via het gesmolten zink en de rest ervan door afzetting op het verstoven poeder.
<Desc/Clms Page number 3>
In plaats van te verstuiven met gas, water of een mengsel van beide, kan men eender welke techniek toepassen, die geschikt is om een gesmolten metaal tot poeder om te vormen, zoals bijvoorbeeld centrifugaal atomiseren of gieten en breken van het gegoten metaal.
Indien het gewenste poeder cementeerbare additieven (bijvoorbeeld In) bevat, dan bestaat nog een andere manier om het poeder van de uitvinding te bereiden erin, een poeder te bereiden met de niet-cementeerbare additieven en eventueel een gedeelte van de cementeerbare additieven volgens een van de hoger beschreven methoden en uit het zo bekomen poeder een anode te vervaardigen, die men in de batterij aanbrengt. De cementeerbare additieven voegt men toe aan de elektrolyt van de batterij, van waaruit zij cementeren op het poeder van de anode. Zo wordt het poeder volgens de uitvinding in de batterij zelf bekomen.
Deze uitvinding heeft dus niet alleen betrekking op een poeder, zoals dit in de batterij ingebracht kan worden, maar ook op een poeder, zoals dit in de batterij aanwezig is.
Het hiema beschreven voorbeeld toont aan dat poeders volgens de uitvinding een goede korrosieweerstand in de elektrolyt van de batterij hebben na gedeeltelijke ontlading van de batterij.
Er worden 7 poeders gemaakt met de volgende samenstelling : Zn, 500 ppm Pb, 500 ppm Bi, 500 ppm In en respektievelijk 0,5, 7,16, 21,70 en 280 ppm Al. Hiertoe vertrekt men van geraffineerd zink in vloeibare toestand waaraan men de legeringselementen in de gewenste hoeveelheden toevoegt. Het alzo bekomen gesmolten zinkbad homogeniseert men bij 450 C door te roeren. Men laat de gesmolten legering wegvloeien in een gasstraal waarbij men aldus een legeringspoeder produceert waarvan de deeltjes nagenoeg dezelfde homogene samenstelling hebben als die van het homogeen gesmolten bad.
Men zeeft het legeringspoeder zodat het gedeelte dat groter is dan 500 um en, in de mate van het mogelijke, het gedeelte dat kleiner is dan 104 um ervan gescheiden worden.
Men bekomt aldus een legeringspoeder met een korrelgrootteverdeling van 104 tot 500 um.
Met het legeringspoeder vervaardigt men dan batterijen van het type LR14. Deze batterijen ontlaadt men bij 2, 2 Ohm gedurende 2 h. Vervolgens bepaalt men op 450C de hoeveelheid waterstof die vrijkomt gedurende 7 dagen. De resultaten staan samengevat in de onderstaande tabel.
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
<tb>
<tb> TABEL
<tb> Al-gehalte <SEP> Gassing
<tb> ppm <SEP> l/g <SEP> dag
<tb> 0 <SEP> 96
<tb> 5 <SEP> 45
<tb> 7 <SEP> 30
<tb> 16 <SEP> 20
<tb> 21 <SEP> 10
<tb> 70 <SEP> 11
<tb> 280 <SEP> 2 <SEP>
<tb>
Uit deze resultaten blijkt duidelijk dat een minimale toevoeging van Al reeds merkelijk de gassing doet afnemen en dat bij hogere concentraties aan AI de gassing na ontlading zeer gering wordt.
Andere typische voorbeelden van poeders volgens de uitvinding hebben de volgende samenstelling : Zn - 30 ppm AI-250 ppm Bi Zn - 40 ppm AI-250 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-250 ppm Bi Zn - 85 ppm AI-250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-250 ppm Bi-180 ppm Ca Zn - 70 ppm AI-250 ppm Bi - 250 ppm Ca Zn - 30 ppm AI-250 ppm Bi - 45 ppm Ca Zn - 70 ppm AI-250 ppm Bi - 100 ppm Ca Zn - 30 ppm AI-250 ppm Bi-180 ppm Pb Zn - 70 ppm AI-250 ppm Bi - 250 ppm Pb Zn - 30 ppm AI - 500 ppm Bi Zn - 40 ppm Al - 500 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-250 ppm Bi-180 ppm Ca Zn - 30 ppm AI- 1000 ppm Bi Zn - 40 ppm AI-1000 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-1000 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-1000 ppm Bi-180 ppm Ca Zn - 40 ppm AI - 2300 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-2300 ppm Bi
<Desc/Clms Page number 5>
Zn - 70 ppm AI-3000 ppm Bi Zn - 40 ppm AI-250
ppm In Zn - 70 ppm AI-250 ppm In Zn - 40 ppm AI-500ppm In Zn - 70 ppm AI - 500 ppm In
EMI5.1
Zn ppm AI- ppm Ca Zn ppm Al ppm Ca - 40Zn - 40 ppm AI-500 ppm In - 200 ppm Ca Zn-70 ppm AI- 500 ppm In - 200 ppm Ca Zn - 30 ppm AI-2300 ppm Bi - 180 ppm Ca Zn - 30 ppm AI-3000 ppm Bi - 180 ppm Ca Zn - 30 ppm AI-250 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 40 ppm Al- 250 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-250 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-250 ppm In-250 ppm Bi - 180 ppm Ca Zn - 30 ppm AI-500 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 40 ppm AI - 500 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 70 ppm AI - 500 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-500 ppm In - 250 ppm Bi - 180 ppm Ca Zn - 30 ppm AI-500 ppm In - 500 ppm Bi Zn - 40 ppm AI-500 ppm In - 500 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-500 ppm In - 500 ppm Bi
Zn - 30 ppm Al-500 ppm In - 500
ppm Bi - 180 ppm Ca
Zn - 30 ppm AI-500 ppm In - 1000 ppm Bi
Zn - 40 ppm AI - 500 ppm In - 1000 ppm Bi
Zn - 70 ppm AI-500 ppm In - 1000 ppm Bi
Zn - 30 ppm AI-500 ppm In-1000 ppm Bi-180 ppm Ca
Zn - 40 ppm AI-500 ppm In - 2300 ppm Bi
Zn - 70 ppm AI-500 ppm In - 2300 ppm Bi
Zn-70 ppm AI-500 ppm In - 3000 ppm Bi
Zn - 30 ppm AI-500 ppm In - 2300 ppm Bi-180 ppm Ca
Zn - 30 ppm AI-500 ppm In - 3000 ppm Bi - 180 ppm Ca
Zn - 20 ppm AI-500 ppm In - 1000 ppm Bi
Zn-15 ppm AI- 500 ppm In-1000 ppm Bi-180 ppm Ca
Zn - 40 ppm AI-500 ppm In - 1000 ppm Bi - 50 ppm Pb
Zn - 70 ppm AI-500 ppm In - 1000 ppm Bi - 50 ppm Pb
Zn - 30 ppm AI-500 ppm In -1000 ppm Bi-180 ppm Ca - 50 ppm Pb
Zn - 40 ppm AI-500 ppm In-500 ppm Bi - 50 ppm Pb
<Desc/Clms Page number 6>
Zn - 70 ppm AI- 500 ppm In - 500 ppm
Bi-50 ppm Pb Zn - 40 ppm AI - 250 ppm In - 250 ppm Bi-100 ppm Pb Zn - 250 ppm Li - 250 ppm Bi Zn - 430 ppm Li - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm Li - 250 ppm Bi-100 ppm Pb Zn - 50 ppm Li - 250 ppm Bi - 250 ppm Pb Zn - 30 ppm Li - 500 ppm Bi Zn - 50 ppm Li - 500 ppm Bi Zn - 250 ppm Li - 500 ppm Bi Zn - 430 ppm Li - 500 ppm Bi Zn - 50 ppm Li - 500 ppm Bi - 200 ppm Ca Zn - 250 ppm Li - 500 ppm Bi-100 ppm Ca Zn - 30 ppm Li - 500 ppm In Zn - 50 ppm Li - 500 ppm In Zn - 250 ppm Li - 500 ppm In Zn - 430 ppm Li - 500 ppm In Zn - 50 ppm Li - 500 ppm In - 200 ppm Ca Zn - 250 ppm Li - 500 ppm In - 100 ppm Ca Zn - 250 ppm Li-1000 ppm In Zn - 430 ppm Li-1000 ppm In Zn - 50 ppm Li - 1000 ppm In - 200 ppm Ca Zn - 250 ppm Li - 2300 ppm Bi Zn - 430 ppm Li - 2300 ppm Bi Zn - 50 ppm Li - 3000 ppm Bi Zn - 30 ppm Li - 3000 ppm Bi Zn - 50 ppm Li - 2300 ppm Bi - 200 ppm
Ca Zn - 250 ppm Li - 250 ppm Bi-500 ppm In Zn - 430 ppm Li - 250 ppm Bi-500 ppm In Zn - 30 ppm Li - 250 ppm Bi-500 ppm In - 100 ppm Pb Zn - 50 ppm Li - 250 ppm Bi-500 ppm In - 250 ppm Pb Zn - 30 ppm Li - 500 ppm Bi-500 ppm In Zn - 50 ppm Li - 500 ppm Bi-500 ppm In Zn - 250 ppm Li - 500 ppm Bi-500 ppm In Zn - 430 ppm Li - 500 ppm Bi - 500 ppm In Zn - 50 ppm Li - 500 ppm Bi-500 ppm In - 200 ppm Ca Zn - 250 ppm Li - 500 ppm Bi-500 ppm In - 100 ppm Ca Zn - 30 ppm Li - 1000 ppm Bi-500 ppm In Zn - 50 ppm Li - 1000 ppm Bi-500 ppm In
<Desc/Clms Page number 7>
Zn - 250 ppm Li - 1000 ppm Bi - 500 ppm In Zn - 430 ppm Li - 1000 ppm Bi - 500 ppm In Zn - 30 ppm AI-30 ppm Li - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-50 ppm Li - 250 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-30 ppm Li - 250 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-50 ppm Li - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-30 ppm Li - 250 ppm Bi-180 ppm Ca Zn - 70 ppm AI-30 ppm Li - 250 ppm Bi - 250
ppm Ca Zn - 30 ppm Al - 250 ppm Li - 250 ppm Bi Zn - 70 ppm Al - 250 ppm Li - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI- 50 ppm Li - 250 ppm Bi-180 ppm Pb Zn - 70 ppm AI-30 ppm Li - 250 ppm Bi - 250 ppm Pb Zn - 30 ppm AI-30 ppm Li - 500 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-50 ppm Li - 500 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-50 ppm Li - 500 ppm Bi Zn - 30 ppm Al - 250 ppm Li - 500 ppm Bi Zn - 30 ppm AI- 30 ppm Li-1000 ppm Bi Zn - 30 ppm Al - 250 ppm Li - 1000 ppm Bi Zn-70 ppm AI- 30 ppm Li - 1000 ppm Bi Zn - 30 ppm Al - 250 ppm Li - 2300 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-30 ppm Li - 2300 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-50 ppm Li - 3000 ppm Bi Zn - 30 ppm AI- 50 ppm Li - 250 ppm In Zn - 70 ppm AI-50 ppm Li - 250 ppm In Zn - 30 ppm AI-30 ppm Li - 500 ppm
In Zn - 70 ppm AI-30 ppm Li - 500 ppm In Zn - 30 ppm AI-30 ppm Li-250 ppm in-250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-50 ppm Li - 250 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-30 ppm Li - 250 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm Al - 250 ppm Li - 250 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-30 ppm Li - 500 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-50 ppm Li-500 ppm In-250 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-30 ppm Li - 500 ppm In - 250 ppm Bi Zn-30ppm AI-250 ppm Li - 500 ppm In - 250 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-50 ppm Li - 500 ppm In - 500 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-250 ppm Li - 500 ppm In - 500 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-50 ppm Li - 500 ppm In - 500 ppm Bi Zn - 30 ppm AI-30 ppm Li - 500 ppm In - 1000 ppm Bi
<Desc/Clms Page number 8>
Zn - 30 ppm AI-250 ppm Li-500ppm In - 1000 ppm Bi Zn - 70 ppm AI - 30 ppm Li-500 ppm In-1000 ppm Bi Zn - 70 ppm Al - 50 ppm
Li - 500 ppm In. 1000 ppm Bi Zn - 30 ppm Al - 50 ppm Li-500 ppm In - 2300 ppm Bi Zn - 70 ppm AI-30 ppm Li-500 ppm In-2300 ppm Bi Zn - 70 ppm AI. 30 ppm Li - 500 ppm In-3000 ppm Bi Deze poeders bevatten, buiten zink en onvermijdelijke onzuiverheden, niets anders dan de vermelde additieven. Onvermijdelijke onzuiverheden zijn de onzuiverheden, die aanwezig zijn in het zink en in de additieven.