CN101473468B - 碱性电化学电池 - Google Patents

碱性电化学电池 Download PDF

Info

Publication number
CN101473468B
CN101473468B CN2007800232435A CN200780023243A CN101473468B CN 101473468 B CN101473468 B CN 101473468B CN 2007800232435 A CN2007800232435 A CN 2007800232435A CN 200780023243 A CN200780023243 A CN 200780023243A CN 101473468 B CN101473468 B CN 101473468B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc
battery
anode
electrochemical cell
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2007800232435A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101473468A (zh
Inventor
R·P·约翰逊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Energizer Brands LLC
Original Assignee
Eveready Battery Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eveready Battery Co Inc filed Critical Eveready Battery Co Inc
Publication of CN101473468A publication Critical patent/CN101473468A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101473468B publication Critical patent/CN101473468B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/26—Selection of materials as electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/244—Zinc electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/182—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for cells with a collector centrally disposed in the active mass, e.g. Leclanché cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M2010/4292—Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0014—Alkaline electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0085—Immobilising or gelification of electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

提供了碱性电化学电池，其有效地利用电池内的活性材料，以实现提高的成本效率。所述电化学电池包括限定密封容积的容器，设置在该容器的密封容积内的阳极和阴极。所述阴极包括二氧化锰而所述阳极包括锌。锌重量对阳极体积的比值低于1.8g/cm3。碱性电解质设置在容器内并与阳极和阴极接触，且水设置在所述容器内。水对二氧化锰的重量比大于0.28，且水对锌的重量比大于0.65。

Description

碱性电化学电池
发明背景
本发明通常涉及电化学电池(电池组)，更具体地涉及成本高效的碱性电化学电池，其有效地利用电化学活性材料。
碱性电化学电池可通过商业渠道以标准电池尺寸获得。众所周知的圆柱形碱性电池的例子有LR6(AA)、LR03(AAA)、LR14(C)和LR20(D)。电池生产商在提高电池容量以延长驱动用电设备的时间长度方面取得了巨大进步，而同时也一直努力降低电池组的成本。碱性电化学电池在正极(阴极)和负极(阳极)内采用电化学活性材料，而通常这些材料相比其他电池内组分更为昂贵。这些电化学活性材料包括阳极内采用的锌和阴极内采用的二氧化锰。
为了最优化电池组电池(battery cell)的性能，需适当选择阳极内采用的锌量和阴极内采用的二氧化锰量。简单地减少活性材料的量可以降低电池组的成本，但通常不利地降低电池组的“运行时间”，即电池组驱动装置的时间长度。反之，增加活性材料如锌的量在某些条件下可能导致不可接受的电解质泄漏，并且通常会增加电池组的成本。
所需要的是在具有竞争力的成本下提供充分性能的高效电化学电池。特别地，希望有效地利用电池内的电化学活性材料，从而有利地实现更加成本高效的电池组电池。
发明内容
根据本发明的教导，提供了碱性电化学电池，其以实现更高成本效率的方式有效利用电池内的活性材料。根据本发明的一个方面，所述电化学电池包括限定密闭容积的容器，和位于该容器的密闭容积内的阴极和阳极。所述阴极包括二氧化锰且所述阳极包括锌。锌重量与阳极体积的比值低于1.80。在所述容器内，设置有与所述阳极和阴极接触的碱性电解质。所述电池包括设置在所述容器内的水，其中水对二氧化锰的重量比高于0.28。
根据本发明的另一方面，提供了包括限定密闭容积的容器、位于该容器内的阴极和位于该容器内的阳极的电化学电池。所述阴极包括二氧化锰而所述阳极包括锌。锌重量与阳极体积的比值低于1.80。在所述容器内，设置有与所述阳极和阴极接触的碱性电解质。所述电池包括设置在所述容器内的水，其中水对锌的重量比高于0.65。
根据本发明的另一方面，提供了电化学电池，其包括限定密闭容积的容器、位于该容器内的阴极和位于该容器内的阳极。所述阴极包括二氧化锰而所述阳极包括锌。锌重量与阳极体积的比值低于1.80。在所述容器内，也设置有与所述阳极和阴极接触的碱性电解质。
参照以下说明书、权利要求和附图，本领域技术人员可以进一步理解和体会到本发明的这些及其他特征、优点和目的。
附图说明
在附图中：
图1是本发明一种实施方式的碱性电化学电池的剖面图；
图2是具有冲击模塑(impact molded)的阴极的电池的部分分解(partial exploded)剖视图；
图3是显示本发明一种实施方式的示例性电池和商业销售的LR6电池中采用的电池成分量和比值的图表；
图4是显示本发明一种实施方式的示例性电池和商业销售的LR6电池在拆毁期间测得的电池成分量和比值的图表；以及
图5是显示对于同一根据本发明一种实施方式的示例性电池和商业销售的LR6电池，根据图4所示的拆毁测量数据换算(scaled)得到的估计的电池成分量和比值的图表。
具体实施方式
现在参见图1，显示了根据本发明一实施方式的碱性电化学电池10。该示例性实施方式显示及本文描述的碱性电化学电池10是LR6(AA)尺寸的圆柱形原(不可再充电)电池组电池。然而，应当理解本发明教导可应用于其他形状和尺寸的其他碱性电化学电池，例如包括LR03(AAA)、LRl4(C)和LR20(D)尺寸的圆柱形电池组电池。此外，电化学电池10可用作单电池电池组(single cell battery)或者可用在多电池电池组(multiple cell battery)中。
电化学电池10包括钢罐12形式的圆柱形容器，其通常具有封闭端14和开放的相对端16，以及在两个相对端之间延伸的圆柱形侧壁。钢罐12由适合的可成形为所需的形状的导电金属制成，并适用于密封电池10内的内部内容物。在所示的实施方式中，钢罐12还充当阴极集流器，因此显示出良好的导电性。在一实施方式中，钢罐12可镀有镍和钴，例如可在退火过程中实现。如果需要，钢罐10的内表面可涂覆有石墨。在LR6尺寸电池的一个实例中，钢罐10具有约0.010英寸(10mil或0.025cm)的壁厚，且所述圆柱形壁的外径为约0.548英寸(1.392cm)。
在钢罐12的封闭端14上焊接有正极触头30，其可由电镀钢形成。触头30在其中心具有突出的小块(即凸起)，其充当电池10的正极触头。钢罐12的相对的开放端16上装配有收集器一密封组件，其由阳极集流器34(如钉状物)、聚合材料(如尼龙)密封26和负极触头32。罐12的开封端16卷曲到邻接小珠28的密封26上，以密封地封闭罐12的开放端16。负极触头32形成了电池10的负极触头。正极触头和负极触头30和32由导电金属制成，并充当相应的正极和负极电终端(electrical terminals)。此外，围绕钢罐10的外表面可形成夹套18，其可包括粘合层，如金属化的(metalized)塑料膜层。
在钢罐12的密封容积内设置有正极(称为阴极20)，其通常邻近钢罐12的内表面放置。该阴极通常为圆柱形，其内表面限定了具有内径ID的圆柱形腔。分隔体22设置在该圆柱形腔内，并接触阴极20的内表面。负极(称为阳极24)设置在分隔体22内的腔中。此外，碱性电解质溶液(包括水)设置在容器12的密封容积内，同时与阳极24和阴极20接触。
阴极20包括二氧化锰(MnO2)作为正极的电化学活性材料。阴极20通常由二氧化锰、石墨、硫酸钡和碱性电解质水溶液的混合物形成。根据冲击模塑实施方案，阴极20可通过将一定量的阴极混合物放置在末端开放的容器12内，并使用冲击模塑撞锤(ram)将所述混合物模塑成致密(solid)管状(圆柱形)构造来形成，该管状构造限定出了与容器12的侧壁大致同心的腔。可替换地，根据环形模塑(ring molding)实施方案，阴极20可通过如下方式形成：将阴极混合物预成型为多个环(如3或4环)，随后将预成型的环插入容器12内以形成管状阴极20。
阳极24(本文也称为负极)可包括碱性电解质水溶液、锌粉和胶凝剂(如交联聚丙烯酸)的均一混合物。锌粉是阳极24的电化学活性材料。碱性电解质水溶液可包括碱性金属氧化物，如氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠或其混合物。适合于在阳极24中使用的胶凝剂可包括交联的聚丙烯酸，如可通过商业渠道从Cleveland，Ohio的Noveon，Inc.购得的Carbopol
Figure G2007800232435D00041
其他可适合于在电池10中使用的胶凝剂的例子可包括羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠。所述锌粉可包括纯锌或锌合金。阳极24的其他可选组分可包括可加入上述成分中的析气(gassing)抑制剂、有机或无机抗蚀剂、粘合剂或表面活性剂。适合的析气抑制剂或抗蚀剂的例子包括铟盐(如氢氧化铟)、全氟烷基铵盐、碱金属硫化物等。适合的表面活性剂的例子包括聚环氧乙烷、聚乙烯、烷基醚类、全氟烷基化合物等等。可通过将所述成分合并入带式掺合器或鼓式混合机内，并随后将所述阳极混合物加工成湿浆液来制造阳极24。
除阳极制造过程中被胶凝剂吸收的碱性电解质水溶液之外，在所述制造过程中向电化学电池10中加入额外量的含氢氧化钾和水的溶液的水性溶液(本文中也称为自由电解质)。可通过在插入分隔体22之后将自由电解质装入阴极20限定的腔内来向电池10内引入自由电解质，也可在将阳极24装入电池之内后注入自由电解质。根据一实施方式，所述水溶液含有约百分之三十七(37％)重量比的KOH和百分之六十三(63％)的去离子水。从而将额外的包含水的碱性水溶液加入电化学电池10中，并占据电池10内的部分容积，从而剩下更少的容积用于包括活性电极材料(锌和二氧化锰)在内的其他组分。
在本文所示和描述的筒子(bobbin)型锌/二氧化锰碱性电池10中，分隔体22可提供为层状离子渗透性无纺纤维织物形式，其将阴极20与阳极24分隔。分隔体22维持了阴极电化学活性材料(二氧化锰)与阳极电化学活性材料(锌)的物理绝缘分隔，并允许离子在正极和负极材料之间的输送。此外，分隔体22充当电解质水溶液的芯吸(wicking)介质，并充当防止阳极24的破碎部分与阴极20的顶部接触的颈圈(collar)。分隔体22可包括常规的无纺分隔体，其通常由两层或更多层具有圆柱壁和封闭底端的篓形纸层构成。适合的分离器的一个例子如WO03/043103所公开。
一个示例性实施方式的阴极20的一种配方如下表1所示。表中所列的量表示为每一组分相对于给定电池中采用的阴极20总重的重量百分比。表1-阴极配方
  阴极组分   重量百分比
  二氧化锰(EMD)   82.06
  石墨   7.46
  37重量％KOH   8.48
  硫酸钡   2.00
[0023]二氧化锰、石墨和硫酸钡混合在一起形成均一的阴极混合物。在混合过程中，所述量的百分之三十七(37％)KOH溶液均匀地分散到所述混合物中，从而确保该溶液在阴极材料中的均匀分配。所述百分之三十七重量(37％)的KOH溶液由百分之三十七(37％)的KOH与剩余的百分之六十三(63％)重量的去离子水构成。二氧化锰是商业销售的天然二氧化锰(NMD)、化学二氧化锰(CMD)或电解二氧化锰(EMD)。根据一种实施方式，在阴极20中采用电解二氧化锰。二氧化锰可来源于研磨的(天然)或制造的(合成)来源，并且可以是膨胀的(expanded)或非膨胀的(non-expanded)。
一示例性实施方式的阳极24的一种配方如下表2所示。表中所列的量表示为每一组分相对于给定电池中采用的阳极24总重的重量百分比。表2-阳极配方
  阳极组分   重量百分比
  锌粉   60.880
  胶凝的电解质   37.902
  0.1N KOH溶液   1.218
根据一种实施方式，用作阳极24中的组分的电解质溶液的组成(胶凝前)以重量百分比显示在下表3中。表3-电解质溶液组成
  组分   重量百分比
  45％KOH   78.96
  去离子水   19.74
  氧化锌   1.00
  硅酸钠   0.30
制备阳极24的方法可包括如下步骤。可将表3所示的电解质溶液的组分混合，已形成溶解有氧化锌和硅酸钠的溶液。随后将该溶液与胶凝剂混合，以形成胶凝的电解质。胶凝电解质的重量百分比组成如下表4所示。表4-胶凝的电解质的组成
Figure G2007800232435D00061
随后，所述胶凝的电解质可与锌粉、表面活性剂溶液和0.1NKOH溶液根据表2所示的比值混合，从而形成适合在本发明电化学电池10中使用的阳极24。
有利地，阳极24采用的锌粉量相比常规电池显示出降低的锌重量(g)对阳极体积(Gm3)的比值，但却保持了锌颗粒之间的充分的颗粒-颗粒接触。阳极24中的锌颗粒之间的颗粒-颗粒接触在不含水银的电池组中是足够的，本文中所述不含水银的电池组定义为阳极中含有少于百万分之五十份(50ppm)水银的电池组。在本发明电池10的一种实施方式中，阳极24中的锌量降至低于百分之二十六(26％)体积。根据一具体实施方式，阳极24中的锌体积百分比为约22.8％。锌的体积百分比用锌的体积除以将阳极24分配入分隔体22做衬里的腔内之前的阳极24的体积来确定。在将阳极24分配入分隔体篓之前确定锌的体积百分比，是因为一旦阳极24插入分隔体22所限定的腔中，阳极24中结合的部分电解质可能会迁移到分隔体22和阴极20中。阳极的体积可如美国专利申请公开2006/0068288A1(2006年3月30日公开)中所述进行计算。
有利地，根据一种实施方式，阳极24采用的锌重量(g)对阳极体积(cm3)的比值低于1.80g/cm3。相比常规电池，锌重量(g)对阳极体积(cm3)的比值特性降低，以提供更高的成本效率。根据另一实施方式，锌重量对阳极体积的比值低于1.7g/cm3。根据又一实施方式，锌重量对阳极体积的比值低于1.6g/cm3。锌重量对阳极体积的比值可通过如下计算：在混入阳极24之前称重所述锌(克)，并除以刚在阳极混合物装入电池10之前的阳极24体积(立方厘米)。锌重量对阳极体积的比值的降低是有重要意义的，因为在给定电池中采用了更少的活性材料，并提高了该电池中采用的电化学活性材料的效率。从而阳极24中采用的锌粉量减少提高了成本效率，使得能够降低电池组电池10的生产成本，同时不会不适当地限制电池10的性能。
根据一实施方式，本发明阳极24中采用的锌粉可包括BIA115，其可从Brussels，Belgium的N.V.UMICORE，S.A.购得。所述锌以国际公开WO00/48260(2000年8月17日公开)中描述的离心雾化法制得。前述公开文本公开了锌合金的组成，以及用于生产该锌粉的制造方法。根据某些实例，所述锌粉可具有众多物理和化学特性，包括粒度，特征在于D50中间值低于130微米，或介于100到130微米，或更特别地介于110到120微米之间。锌合金的其他特性在美国专利申请公开2006/0068288A1(2006年3月30日公开)中公开了，本发明将其全部公开内容在此引入。除了锌的上述物理特性外，所述锌可包括其中结合了铋和/或铟和/或铝的合金。根据一种实施方式，铋的量可在百万分之(ppm)75份到125份之间变化。根据更具体的实施方式，铟的量介于百万分之175到225份之间。根据一种实施方式，铝的量可介于百万分之75到125份之间。
图2所示的电化学电池10在筒子型电池构造中采用了圆柱形阴极20，对于给定尺寸的圆柱形电池，所述筒子型电池构造在阳极24和阴极20之间的电极界面面积通常大于常规电池。电极界面面积定义为阴极管状内表面的面积，其通过用阴极20的内径ID的周长乘以与阳极24分界的阴极20的高度H来计算。根据LR6尺寸电池组的一种实施方式，电极界面的面积为至少11.5cm2(1.78英寸2)。根据一种具体实例，阴极20具有0.942cm(0.371英寸)的内径ID和4.252cm(1.674英寸)的界面高度H，得到约12.58cm2(1.95英寸2)的界面面积。在所示实例中，阴极20的高度H乘以阴极20的内表面周长得到阴极的界面面积。在LR6电池中，内径0.371英寸(0.942cm)的阴极的界面侧周长可为至少1.2095英寸(3.0721cm)。更优选地，阴极的内径为至少大于0.361英寸(0.917cm)。在一实施方式中，阴极20限定了单一的管状腔，其与钢罐12内的开口同心对齐。
根据冲击模塑实施方式，阴极20的内径ID为0.371英寸(0.942cm)，其通过用圆形截面具有稍大的外径(如0.385英寸(0.978cm))的杆形撞锤将阴极混合物冲击模塑成圆柱形阴极20来形成。阴极20限定的腔具有等于模塑撞锤外径的初始内径ID。然而，由于阴极材料的物理特性，在模塑撞锤撤回之后很快该腔的内径可能稍微减小(例如减小0.0014英寸或0.0036cm)。
根据本发明，形成的电化学电池10具有预定量的在阳极24、阴极20和碱性电解质溶液中所用的组分。示例性LR6AA-尺寸电化学电池中采用的材料的组分量和比值的一个例子如图3中所示，相对于称为电池A-D的市售电池显示了本发明的电化学电池10内的阴极组分，包括阳极、阴极、电解质和水的量，以及组分量的比值。图3所示的数据包括装在根据本发明一实施方式的LR6尺寸电化学电池10内的材料的实际量，以及对照的四种市售LR6尺寸电池A-D中采用的材料的实际量。
应当理解，在给定电池组电池中采用的组分材料量和某些材料量的比值可基于该电池组电池内设置的材料的实际量来精确确定，如果在制造过程中采用的成分的量是可得的。当给定电池中采用的材料量和材料比值不容易得到时，给定电池中采用的材料量和比值可通过应用拆毁测量技术来测量，这对本领域技术人员而言应是显而易见的。图4中所示的数据显示了根据本发明示例性实施方式的LR6电化学电池中采用的材料量和比值，作为对照的是四种市售LR6电池E-H，其依据拆毁测量技术拆毁并检测组分量以得到电池构成数据。
拆毁测量技术得到的数据可进一步换算以估计所测电池中采用的材料的实际量和比值。图5所示数据显示了通过用由拆毁技术得到的图4中的测量数据换算而计算得到的材料估计量和比值。所述换算包括将图4所示的本发明示例性实施方式的电池组电池测得的拆毁数据与图3所示的实际数据比较，并计算差额百分率。随后，将对本发明示例性电池组电池计算的差额百分率用作换算系数，以对市售的电池E-H的源自图4所示拆毁数据的估计值进行外推，从而得到图5所示的估计数据。例如，如果对于某一组分量，本发明电池由拆毁技术得到的测量数据比已知的实际量低2％，那么市售电池E-H以相同的2％换算得到估计的换算数据。
通过应用拆毁分析和测量技术，如本文描述的示例性分析和测量技术，来测定电池组电池的拆毁数据，其提供了对给定电池中采用的材料的实际量的估计。根据拆毁分析和检测设备的精确度和采用的步骤，估计数据的精确度可能不同。应当理解，当组装入给定电池中的实际组分量不容易得到时，拆毁分析和测量技术对于确定组分量是有帮助的。
现在来描述拆毁分析和测量程序的一个实例。该程序可包括通过拆解每一电池、去除电池容器中所含的组分，以及分析各组分以确定特性和量来分析一个或多个电池。这可包括从所述罐的开放端解除卷曲所述收集器和密封组件，并去除所述组件以暴露所述钢罐的开放端。可从所述罐内去除阳极、分隔体和阴极，并分析。
所述分析可包括用于分析构成电池组电池中的材料的组分的众多公知技术中的任何技术。例如，可使用重量分析法来测定给定电池组电池内的总水分。这可包括分离并称重电池组电池的阳极和阴极部分，在真空和一定温度(例如对阳极为130℃，对阴极为200℃)下将所述阳极和阴极部分干燥一段时间(如48小时)，并在干燥后再次称重所述组分。一旦去除了其他组分，那么总的湿阴极重量可基于湿阴极在罐内与空罐本身的差值来确定。
HNO3酸溶解/浸取技术可用于收集给定电池中采用的钾，以及从阳极收集锌，以及收集在分隔体中发现的任何锌。将溶解的固体补充至已知体积，并且可通过火焰原子吸收来分析溶液中的钾。也可通过EDTA电位滴定来分析溶液中的锌。可测定每一阳极段的总锌和每一电池的总KOH，并且也可使用公知技术计算每一电池的电解质百分比。应当理解，可分析多于一个电池，以确保拆毁分析和测量技术的精确度。各种技术均可采用，所有技术的精确度均取决于针对给定技术的设备和进行的步骤。
如图3所示，本发明的LR6电池在占有体积2.30cm3的阳极中测得的锌为3.66克。这得到了1.59克/cm3的锌重量对阳极体积的比值。该比值低于1.80，并且更优选低于1.70且更进一步优选低于1.60。
根据本发明的另一方面，电化学电池10采用的设置在容器中的总水量使得水对锌的重量比高于0.65。根据更具体的实施方式，水对锌的重量比为至少0.70。在源自实际电池材料数据显示的示例性实施方式中，水对锌的重量比为约0.72。
根据本发明的另一方面，电化学电池10具有高于0.28的水对二氧化锰的重量比值。根据另一实施方式，水对二氧化锰的重量比值为高于0.30。根据又一实施方式，水对二氧化锰的重量比值为至少0.32。在源自实际数据所示的实例中，水对二氧化锰的比值为0.33。
此外，根据一种实施方式，本发明电化学电池10的KOH对锌的重量比高于0.35。根据另一实施方式，KOH对锌的重量比为至少0.40。KOH对锌的重量比包括电解质溶液、阳极24、阴极20和分隔体22中采用的所有KOH。在所示的实例中，KOH对锌的重量比为0.40。
选择本发明电化学电池10的内部组分，以最少化更昂贵的材料并同时最小化性能损失，以得到成本高效的电池组电池。在这样做时，电池10采用加入的含水电解质溶液，并且相对于常规电池采用具有较少二氧化锰的较小阴极20，以及在阳极中采用较少的锌。通过采用较大的阴极20内径ID，所得较小的阴极采用较少的二氧化锰(EMD)总量。在此处，廉价凝胶的体积替代用于替代更昂贵的固体材料，从而最大化更昂贵的EMD材料的效率。此外，阴极界面面积的增大的内径降低了电流密度，从而进一步提高了效率。
阳极24中的锌浓度降低，同时阳极体积实质上增大。通过锌浓度和阳极体积确定的锌容量经设计以平衡阳极对阴极(A/C)的比值容量。所述锌粉在低浓度时有充分的电导率。
所得水对二氧化锰的比值以及所得水对锌的比值高于市售电池组中发现的比值。对于43欧姆每天四小时(无线电)的测试，这得到了更高的效率。根据如下所述的无线电服务测试对根据本发明构造的电池进行放电。作为同一试验的一部分，也根据该无线电服务测试对市售LR6电池组电池A-D进行了评估。根据所述放电测试，每一电池中采用的阴极的各种放电效率如图3中以阴极效率为标题所示。本文所用的阴极放电效率通过用电池的安培小时输出除以二氧化锰的理论安培小时输入来确定。所述二氧化锰输入通过用二氧化锰的克数乘以285mAhr/g来计算。无线电放电测试包括每天通过43欧姆电阻对电池组电池放电4小时，随后让所述电池在余下的20小时中休息。所述测试持续多日，直到电池电压降至低于0.9伏特。如图3所示，当本发明电池在所述43欧姆测试上放电时，基于二氧化锰输入的阴极放电效率为约76.2％。相比之下，市售电池A-D的最佳单电池放电效率为75.5％。该测试基于1.33电子(安培-小时)基础。所述方法还使得能节约产品成本，同时最小化性能损失。
本发明电化学电池10有利地采用一定量的水、KOH、锌和二氧化锰来获得成本-高效且高性能的电池。电化学电池10实质上以减少量的电化学活性材料和增高量的水运行。这得到了降低的锌重量对阳极体积的比值，增高的水对锌重量比和增高的水对二氧化锰重量比。此外，也得到了增高的KOH对锌的重量比。
实施本发明的技术人员以及本领域技术人员可以理解，在不偏离所公开内容的精神的情况下可对本发明作出各种改变和改进。给予的保护范围由权利要求以及法律允许的解释范围来确定。

Claims (11)

1.电化学电池，包括：
限定密封容积的容器；
设置在所述容器内并包含二氧化锰的阴极；
设置在所述容器内并包含锌的阳极，其中锌重量对阳极体积的比值低于1.80g/cm3；
设置在所述容器内、与所述阳极和阴极接触的碱性电解质；以及
设置在所述容器内的水，其中所述水对所述二氧化锰的重量比高于0.28。
2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中水对锌的重量比高于0.65。
3.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述二氧化锰为电解二氧化锰。
4.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述碱性电解质包括氢氧化钾。
5.根据权利要求4所述的电化学电池，其中氢氧化钾对二氧化锰的重量比高于0.16。
6.根据权利要求4所述的电化学电池，其中氢氧化钾对二氧化锰的重量比为至少0.18。
7.根据权利要求4所述的电化学电池，其中氢氧化钾对锌的重量比高于0.35。
8.根据权利要求7所述的电化学电池，其中氢氧化钾对锌的重量比为至少0.40。
9.根据权利要求1所述的电化学电池，其中锌重量对阳极体积的比值低于1.70g/cm3。
10.根据权利要求1所述的电化学电池，其中锌重量对阳极体积的比值低于1.60g/cm3。
11.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述锌的粒度的D50中间值小于130微米。
CN2007800232435A 2006-06-20 2007-06-15 碱性电化学电池 Active CN101473468B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/471,691 2006-06-20
US11/471,691 US8133615B2 (en) 2006-06-20 2006-06-20 Alkaline electrochemical cell
PCT/US2007/014027 WO2007149309A1 (en) 2006-06-20 2007-06-15 Alkaline electrochemical cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101473468A CN101473468A (zh) 2009-07-01
CN101473468B true CN101473468B (zh) 2012-10-03

Family

ID=38608400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800232435A Active CN101473468B (zh) 2006-06-20 2007-06-15 碱性电化学电池

Country Status (5)

Country Link
US (2) US8133615B2 (zh)
EP (1) EP2030270B1 (zh)
JP (1) JP5626957B2 (zh)
CN (1) CN101473468B (zh)
WO (1) WO2007149309A1 (zh)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090176157A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Hidekatsu Izumi Aa and aaa alkaline dry batteries
US20090169988A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-02 Fumio Kato AA and AAA Alkaline dry batteries
JP2009170159A (ja) * 2008-01-11 2009-07-30 Panasonic Corp 単３形アルカリ乾電池
JP2009170157A (ja) * 2008-01-11 2009-07-30 Panasonic Corp 単３形アルカリ乾電池
JP2009170158A (ja) * 2008-01-11 2009-07-30 Panasonic Corp 単３形アルカリ乾電池
US20090226805A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Robert Yoppolo Battery
SA112330516B1 (ar) * 2011-05-19 2016-02-22 كاليرا كوربوريشن انظمة وطرق هيدروكسيد كهروكيميائية مستخدمة لأكسدة المعدن
US9200375B2 (en) 2011-05-19 2015-12-01 Calera Corporation Systems and methods for preparation and separation of products
US9306223B2 (en) * 2011-09-22 2016-04-05 Eaglepicher Technologies, Llc Electrolyte materials, thermal battery components, and thermal batteries for intermediate temperature applications
TWI633206B (zh) 2013-07-31 2018-08-21 卡利拉股份有限公司 使用金屬氧化物之電化學氫氧化物系統及方法
US20160268588A1 (en) * 2013-11-15 2016-09-15 Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd. Alkaline dry cell
US9793542B2 (en) 2014-03-28 2017-10-17 Duracell U.S. Operations, Inc. Beta-delithiated layered nickel oxide electrochemically active cathode material and a battery including said material
CN107109672B (zh) 2014-09-15 2019-09-27 卡勒拉公司 使用金属卤化物形成产物的电化学系统和方法
US10266954B2 (en) 2015-10-28 2019-04-23 Calera Corporation Electrochemical, halogenation, and oxyhalogenation systems and methods
US10619254B2 (en) 2016-10-28 2020-04-14 Calera Corporation Electrochemical, chlorination, and oxychlorination systems and methods to form propylene oxide or ethylene oxide
AU2018266709B2 (en) 2017-05-09 2023-01-05 Duracell U.S. Operations, Inc. Battery including beta-delithiated layered nickel oxide electrochemically active cathode material
US10556848B2 (en) 2017-09-19 2020-02-11 Calera Corporation Systems and methods using lanthanide halide
JP6902735B2 (ja) * 2018-02-20 2021-07-14 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 円筒形電池
US10590054B2 (en) 2018-05-30 2020-03-17 Calera Corporation Methods and systems to form propylene chlorohydrin from dichloropropane using Lewis acid
JPWO2022009967A1 (zh) * 2020-07-09 2022-01-13
US20230163321A1 (en) 2021-11-24 2023-05-25 Energizer Brands, Llc Electrochemical cell with increased runtime and reduced internal shorting

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283139A (en) * 1993-04-12 1994-02-01 Duracell Inc. Alkaline cell
CN1284207A (zh) * 1997-12-31 2001-02-14 杜拉塞尔公司 电化学电池的平衡
WO2002059991A2 (en) * 2001-01-23 2002-08-01 The Gillette Company Battery cathode and method of manufacture therefor

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2274285C (en) 1998-06-12 2003-09-16 Mitsunori Tokuda Sealed, alkaline-zinc storage battery
US6207322B1 (en) 1998-11-16 2001-03-27 Duracell Inc Alkaline cell with semisolid cathode
ES2200827T3 (es) 1999-02-09 2004-03-16 Umicore Polvo de aleacion de cinc atomizado por centrifugacion para baterias alcalinas.
US6368365B1 (en) 2000-03-23 2002-04-09 The Gillette Company Method of making a battery
GB2363899A (en) 2000-06-19 2002-01-09 Ever Ready Ltd Alkaline electrochemical cells
WO2002101858A2 (en) 2001-06-08 2002-12-19 Eveready Battery Company, Inc. Optimised alkaline electrochemical cells
GB2377077A (en) 2001-06-26 2002-12-31 Ever Ready Ltd Optimised alkaline electrochemical cells
DE10154896C2 (de) 2001-11-12 2003-10-16 Freudenberg Carl Kg Alkalische Zelle oder Batterie
DE10160942A1 (de) * 2001-12-12 2003-06-18 Daimler Chrysler Ag Gebautes Ventil für Hubkolbenmaschinen
US7947393B2 (en) 2003-11-14 2011-05-24 Eveready Battery Company, Inc. Alkaline electrochemical cell
US7413828B2 (en) 2004-03-18 2008-08-19 The Gillette Company Wafer alkaline cell
JP4425100B2 (ja) * 2004-04-09 2010-03-03 日立マクセル株式会社 アルカリ電池
JP4388426B2 (ja) 2004-06-30 2009-12-24 パナソニック株式会社 アルカリ乾電池
US20060046135A1 (en) * 2004-08-27 2006-03-02 Weiwei Huang Alkaline battery with MnO2/NiOOH active material
US7740979B2 (en) 2004-09-30 2010-06-22 Eveready Battery Company, Inc. Alkaline electrochemical cell capable of providing optimum discharge efficiencies at a high tech drain rate and a low drain rate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283139A (en) * 1993-04-12 1994-02-01 Duracell Inc. Alkaline cell
CN1284207A (zh) * 1997-12-31 2001-02-14 杜拉塞尔公司 电化学电池的平衡
WO2002059991A2 (en) * 2001-01-23 2002-08-01 The Gillette Company Battery cathode and method of manufacture therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP5626957B2 (ja) 2014-11-19
EP2030270A1 (en) 2009-03-04
CN101473468A (zh) 2009-07-01
WO2007149309A1 (en) 2007-12-27
EP2030270B1 (en) 2014-05-07
US20070292762A1 (en) 2007-12-20
JP2009541936A (ja) 2009-11-26
US8318350B2 (en) 2012-11-27
US20120129044A1 (en) 2012-05-24
US8133615B2 (en) 2012-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101473468B (zh) 碱性电化学电池
CN100514714C (zh) 包括羟基氧化镍阴极和锌阳极的碱性电池
AU673925B2 (en) Alkaline cell
CN100511763C (zh) 具有扁平外壳的碱电池
EP1790024A1 (en) ALKALINE BATTERY WITH MnO<sb>2</sb>/NiOOH ACTIVE MATERIAL
US20050153197A1 (en) Embeedded electrode conformations for balanced energy, power, and cost in an alkaline cell
WO2005074059A1 (en) Cathode material and additive for an alkaline battery
JP4485527B2 (ja) 改善したパワー特性を有するバッテリセル及びその製造方法
WO2005022672A1 (en) Battery cells having improved power characteristics and methods of manufacturing same
US7232628B2 (en) Optimised alkaline electrochemical cells
EP1817809B1 (en) Electrochemical cell
US6221527B1 (en) Electrode for an electrochemical cell including ribbons
JP4749333B2 (ja) 改善したパワー特性を有するバッテリセル及びその製造方法
US20070092794A1 (en) Embedded electrode conformations for balanced energy, power, and cost in an alkaline cell
JP2003323914A (ja) ニッケル−水素電池
JP2011513910A (ja) 単３及び単４電池用のカソード
Kiehne et al. Batteries, an overview and Outlook
JP2003317798A (ja) ニッケル−水素電池およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20160614

Address after: American Missouri

Patentee after: ENERGIZER BRANDS CO., LTD.

Address before: American Missouri

Patentee before: Eveready Battery Co., Inc.