CN102017243A - 用于生产锌粉末的离心雾化法 - Google Patents

用于生产锌粉末的离心雾化法 Download PDF

Info

Publication number
CN102017243A
CN102017243A CN200980114357XA CN200980114357A CN102017243A CN 102017243 A CN102017243 A CN 102017243A CN 200980114357X A CN200980114357X A CN 200980114357XA CN 200980114357 A CN200980114357 A CN 200980114357A CN 102017243 A CN102017243 A CN 102017243A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc
dish
zinc powder
baffler
cavity
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.)
Granted
Application number
CN200980114357XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102017243B (zh
Inventor
M·J·祖罗
P·B·哈里斯
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.)
Duracell US Operations Inc
Original Assignee
Gillette Co LLC
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 Gillette Co LLC filed Critical Gillette Co LLC
Publication of CN102017243A publication Critical patent/CN102017243A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102017243B publication Critical patent/CN102017243B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/10—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying using centrifugal force
    • 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
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/42—Alloys based on zinc
    • 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
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Primary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于从熔融锌来生产锌或锌合金粉末的离心冲击雾化方法。将熔融锌流注入到包含在雾化室内的旋转的盘的表面上。盘具有杯形腔体，该腔体具有开口端、相对的封闭端和整体侧壁。盘可具有导流板，导流板突出到盘内的开式腔体芯中。导流板可具有直的或弯曲的侧面。盘以介于约10,000rpm和15,000rpm(每分钟转数)之间的高速旋转。室中的氧含量优选介于约1vol％和6vol％之间。所生产出的锌粉末具有更多较小粒度的颗粒。利用此类锌产品作为阳极活性材料的锌碱性电池表现出了改进的性能，尤其是作为高耗电装置诸如数字照相机中的电源时。

Description

用于生产锌粉末的离心雾化法
发明领域
本发明涉及用于生产锌或锌合金粉末的离心雾化方法的改进，所述锌或锌合金粉末适用于碱性电池。
发明背景
本领域公开了用于将金属锭转换加工成熔融状态并且最终将熔融金属转换加工成金属粉末的方法。已利用过各种方法。在基本的“气体雾化方法”中，使熔融金属穿过喷嘴进入到喷射室中，在喷射室中将其与在压力下连续进入的气体流混合。气体用来雾化熔融金属流，所述金属流在冷却时转变为金属粉末。气体雾化的一种变型(“超声气体雾化”)利用通过缩放喷嘴以超声速注入到混合室中的进气，在混合室中其与熔融金属喷料混合。超声气体射流对室壁的冲击会产生冲击波，所述冲击波帮助将熔融金属分裂成小滴。当在受控气氛中进行冷却时，这些金属小滴在该室外固化成金属粉末。其它方法利用离心作用来将进入的熔融金属流分裂成细小液滴，所述液滴在冷却时转变为金属粉末。
在“离心金属丸铸造方法”中，将一批金属放置到水冷坩埚中。活化邻近坩埚的静止电极以在电极和坩埚之间产生电弧。这导致足够的加热以熔化金属。随着坩埚的旋转，离心力导致熔融金属沿坩埚壁向上移动。当熔融金属移至旋转着的坩埚的边缘时，其会碎裂并且被离心力以小滴形式甩出，所述小滴在受控的氩或氦气氛中固化成金属颗粒。该方法原先是用来雾化可用于核燃料的耐火粉末的，但其已被用来生产范围广泛的金属粉末，包括铁、镍、钴、和钛。
在“内冷旋转的盘雾化”方法中，将熔融金属流在压力下注入到盘芯内的中空杯形腔体中。同时，将冷却液体淬火剂的壁对准杯的内壁，从而使熔融金属分裂成小液滴。随着液滴在受控气氛中冷凝，就形成了金属粉末。
在用于从熔融金属生产金属粉末的其它“离心雾化”离心方法中，不存在在杯芯内对熔融金属进行内部淬火。可将熔融金属直接注入到旋转的盘的杯形芯中，而不向杯芯中注入淬火剂。当盘高速旋转时，熔融金属在杯芯表面上形成薄膜。当薄膜到达旋转的盘边缘的周边时，其开始碎裂成小滴。液体金属小滴在保持在受控气氛下的室内固化成金属粉末。用于此类雾化方法的常规盘具有杯形腔体，其中不具有任何导流板。此类用于生产锌粉末的雾化方法的常规盘旋转速率通常介于约500rpm和8000rpm(每分钟转数)，例如介于约1000rpm和8000rpm之间。在此类常规方法和盘旋转速率的情况下，在典型的批量生产过程中生产的锌粒的典型D50中值介于约200和350微米之间。(通过雾化方法生产的一批锌粒的D50中值和中值平均粒度一般为大约相同的值，因此这些术语可有效地互换使用。)
期望改进“旋转的盘”的机械设计以减小熔融锌滑移到旋转的盘表面上的机会。当给定质量的熔融锌从旋转的盘的边缘排出并且碎裂成液滴时，滑移会导致对给定质量的熔融锌的离心力发生损失，因此导致动能减小。此类离心力损失可继而导致更大的锌滴，因此导致粒度比所期望的要大的锌粉末产品。
期望改进离心雾化方法，以便可生产出具有较大部分的较小粒度锌粒的锌粉末。此类锌粉末可改进碱性电池的性能。
发明概述
本发明涉及对用于碱性电池的锌或锌合金粉末的生产进行改进。碱性电池是本领域熟知的。它们通常具有阳极和阴极，所述阳极包含粒状锌和碱性电解质诸如含水成氢氧化钾；所述阴极包含二氧化锰或羟基氧化镍或氧化铜。它们也可呈通常用于助听器的锌/空气钮扣电池的形式。在阳极中利用粒状锌的代表性碱性电池公开于例如美国专利6,841,302B2中，并且代表性锌/空气电池公开于美国专利3,897,265中。更具体地讲，本发明涉及对利用离心雾化方法来生产此类锌或锌合金粉末进行改进。
在本发明的改进的离心雾化方法中，从固体锭在电炉中生产熔融锌。该锌优选地包含零添加的汞以便锌中的汞含量小于约100ppm(按重量计的份数/百万份)。锌可包含合金添加剂诸如铟、铋、铝或铅。例如，可理想地将铟、铋、铝和铅中的一种或全部加入到熔融锌中。按锌的重量计，铟可按通常介于约50ppm和1500ppm(份数/百万份)之间的量加入，铋可按介于约5ppm和1000ppm之间的量加入，铝可按介于约5ppm和100ppm之间，优选介于约5ppm和25ppm之间的量加入，并且铅可按介于约100ppm和1000ppm之间的量加入。优选地，在熔融锌中存在零添加的铅以便锌中的铅含量小于约100ppm。(如本文所用，术语锌应当被理解为可能包括此类锌合金。)熔融锌通过传送线(流槽)从该炉传送至小的电热漏斗(中间罐)，所述漏斗将熔融锌保持在介于约450℃和550℃之间，通常约500℃的温度。
熔融锌通过喷嘴从加热的漏斗中甩出，所述喷嘴产生熔融锌流，所述熔融锌流冲击由电动马达驱动的旋转的盘的表面。该盘封装在雾化室内，所述雾化室具有小于约10vol.％的相对低的氧含量的气氛。雾化室中的氧含量理想地介于约1vol％和6vol％之间。已确定的是，该室中所期望的氧含量介于约1.5vol％和5.5vol％之间，例如介于约1.5vol％和4.5vol％之间，或介于约4.0vol％和4.5vol％之间。该气体组合物的其余部分为不与锌起反应的氮或其它气体，诸如氩或氦。雾化室中的气氛保持在约大气压，通常保持在仅略微高于大气压的压力，例如最大高于大气压约3psi(20.7×103帕)。通过使用循环冷却剂夹套或者通过使雾化气体经过换热器并且将冷却的气体回收利用到室中，使室中气氛的温度介于约75°F和140°F(23.9℃和60.0℃)之间，优选介于约100°F和140°F(37.8℃和60.0℃)之间。
在雾化室内，本发明的盘保持以介于约10,000rpm和15,000rpm之间，理想地介于约12,000rpm和14,000rpm(每分钟转数)之间的转速旋转。当熔融锌流冲击盘表面时形成薄膜，所述薄膜覆盖暴露的盘表面。熔融锌薄膜移向旋转的盘的周边边缘，在该位置其被离心力从盘上甩出，从而向被甩出质量的熔融金属赋予动能。随着其被甩出，形成熔融锌小滴并且悬浮在该室内。当小滴冷却时，就形成了锌粉末产品，所述产品可通过出口槽从室中取出。
根据本发明的离心雾化方法，已确定有利的是，使旋转的盘以介于约10,000rpm和15,000rpm之间，优选介于约12,000rpm和14,000rpm之间的提高的转速运行，同时使雾化室中的氧含量介于约1vol.％和6vol.％之间，优选介于约1.5vol.％和5.5vol.％之间，例如介于约1.5vol.％和4.5vol％之间，或理想地介于约4.0vol.％和4.5vol％之间。盘在其中具有用于接纳熔融锌的杯形腔体。盘可在其中具有杯形腔体，所述腔体不具有任何导流板。作为另外一种选择，盘可在其中具有整体导流板，所述导流板从腔体壁伸出并且突出到开式腔体中。因此，可通过本发明的雾化方法生产成批的锌粉末，其中锌粒度的中值D50理想地介于约90和135微米之间，例如介于约90和120微米之间。(除非另外指明，如本文所用，术语粉末样本的平均粒度为D50中值粒度，所述粒度通过常规激光散射方法确定。)用本发明的雾化方法生产的锌粉末通常可具有介于约60和510微米之间的锌粒度分布，其中至少一些锌粒具有60微米或更小的粒度，并且按重量计锌粒中的小于1％具有大于510微米的粒度。用本发明的雾化方法生产的锌粉末通常可具有介于约50和510微米之间的锌粒度分布，其中至少一些锌粒具有50微米或更小的粒度，并且按重量计小于1％的所述锌粒具有大于510微米的粒度。用本发明的雾化方法生产的锌粉末甚至可具有介于约30和510微米之间的锌粒度分布，其中至少一些锌粒具有30微米或更小的粒度，并且按重量计小于1％的所述锌粒具有大于510微米的粒度。
本发明的改进的雾化方法利用介于10000rpm和15000rpm之间，优选介于12000rpm和14000rpm之间的更高的盘转速，同时室中氧含量优选介于约1vol％和6vol％之间，优选介于约1.5vol％和5.5vol％之间，因此导致锌粒的粒度小于此类方法常规操作时的情况。在碱性电池(例如，具有包含二氧化锰的阴极的碱性电池)中使用此类锌产品作为活性阳极材料会使这些电池的性能得到改进，尤其是在高放电率应用中，诸如对于用作数字照相机的电源。虽然不能确信，但除了更小的粒度本身以外，由本发明的改进方法得到的辅助锌特性也可有助于改进碱性电池的性能。本文的锌产品的此类辅助特性可包括如下因素：诸如锌粒形状分布、以及锌粒表面纹理和表面形态。通过本发明的改进方法生产的产品样本中可存在不同的锌粒形状。此类锌粒形状可包括例如规则或不规则的针状、规则或不规则的多边形、具有直边和弓形边的组合的颗粒、以及球形或基本上为球形。用本文的方法制备的锌粉末的此类辅助物理特性如粒状颗粒形状分布以及颗粒表面纹理也可有助于该锌在碱性电池中的有益特性。此类特性不能够容易地定义或测量。
用本发明的改进方法制备的锌粉末可单独使用，或与其它锌粉末共混以形成最终锌粉末混合物，所述混合物用作碱性电池中的阳极活性材料。期望用作碱性电池中的阳极活性材料的锌粉末中的按重量计至少约50％，例如锌粉末中的按重量计至少约60％由本发明的改进方法来制备。优选地，用作碱性电池中的阳极活性材料的锌粉末中的按重量计介于约50和75％之间由本发明的改进方法来制备。用于碱性电池阳极的锌粉末的其余部分通常可作为锌细粒而加入，所述锌细粒具有200粒度(0.075mm)或更小或325粒度(0.045mm)或更小的平均粒度。例如，可将足够的200粒度或更小的锌细粒加入到用本发明的方法制备的锌粉末中，以便尺寸为200粒度或更小的总锌细粒构成要用作碱性电池中的阳极活性材料的总锌粉末的按重量计介于约10％和50％之间。可将足够的325粒度或更小的锌细粒加入到用本发明的方法制备的锌粉末中，以便尺寸为325粒度或更小的总锌细粒构成要用作碱性电池中的阳极活性材料的总锌粉末的按重量计介于约10％和50％之间。(所提及的粒度为常规的Tyler粒度，所述粒度对应于颗粒可穿过的以毫米计的特定筛正方形开口。根据U.S.A.Standard Screen ASTME-11规格，200的Tyler粒度对应于0.075mm的筛正方形开口，并且325Tyler粒度对应于0.045mm的筛正方形开口。)
在本发明的一个主要方面，盘构型(用于接纳熔融锌流)不具有突出到杯腔体中的导流板。通常由石墨材料构成的盘具有总体基本上圆柱形的形状。盘内的杯形腔体具有开口端和相对的封闭端，在它们之间具有整体侧壁。杯的封闭端由平坦底部表面形成。杯形腔体可具有整体成形的直的或倾斜的侧壁。优选地，腔体侧壁表面的一部分向外弯曲。也就是讲，当从其开口端向杯腔体内观察时是凸面形状的。盘在开口端具有顶部表面，所述顶部表面邻接盘的顶部周边边缘。顶部表面具有平坦部分，所述平坦部分从顶部周边边缘伸出并且过渡至形成杯腔体的侧壁。杯腔体侧壁理想地具有向外弯曲的表面部分，所述部分过渡到垂直表面中，所述垂直表面邻近于杯的封闭底部。杯的侧壁和底部表面的交会部可略微向内斜(凸面)以便在该交会部存在平滑表面。由于杯腔体被包含在盘主体内，因此其具有小于盘总体直径的直径和小于盘总体深度的深度。
在本发明的另一方面，盘构型(用于接纳熔融锌流)可具有杯形腔体，所述腔体具有突出到杯腔体中的多个整体导流板。通常由石墨材料构成的盘具有总体基本上圆柱形的形状。盘内的杯形腔体具有开口端和封闭端，在它们之间具有整体侧壁。杯形腔体可具有直的或倾斜的侧壁。由于腔体被包含在盘主体内，因此其具有小于盘总体直径的直径和小于盘总体深度的深度。盘的特征在于多个整体成形的导流板，所述导流板突出到所述腔体中。具体地讲，导流板发源于腔体侧壁，并且延伸或突出到盘内的杯形腔体中。
突出到杯形腔体中的导流板可具有直的侧壁，或它们的侧壁可为弯曲的。如果利用弯曲的侧壁导流板，则它们优选全部在相同的方向上弯曲。例如，导流板侧壁可在盘旋转方向上向内弯曲。导流板的顶部表面可为直的或向下倾斜的。也就是讲，如果让所述腔体的开口端处在顶部来观察盘，则当其在从腔体侧壁朝腔体中心的方向上横过时，导流板的顶部表面可向下倾斜。
在一个方面，导流板可具有顶部表面。当让腔体的开口端处在顶部来观察盘时，所述顶部表面与盘的顶部暴露表面齐平，或至少近似齐平，或基本上齐平。在另一方面，导流板可具有顶部表面，所述顶部表面从盘的顶部表面凹进。也就是讲，当让腔体的开口端处在顶部来观察盘时，导流板的顶部表面可设置在盘的顶部表面之下。
因此，如果导流板呈具有直的侧壁和平坦顶部表面的形式，则其通常可具有多面体形状。例如，其可基本上为三棱柱构型。如果导流板呈具有弯曲侧壁的形式，则其可仍然具有基本上多面体形状的总体形状，不同的是，侧壁可略微或适度地弯曲，类似于弓形或半球形表面形状。
本发明的具有突出到盘的杯形腔体中的导流板的盘设计可用来减小熔融锌薄膜相对于盘表面的离心滑移。因此，可保存离心能并且将其高效地赋予盘表面上的熔融锌薄膜。对于给定的盘转速，与不具有导流板的盘相比，这可增加赋予给定被甩出质量的熔融锌的动能并且导致更小的粒度。然而，在极高的盘转速下，在例如介于约10000rpm和15000rpm之间时，可形成熔融锌在盘的顶部表面上的波状运动。该可导致熔融锌在盘的顶部表面上流动的不均匀性，因而可略微抵销导流板的有益效果。无导流板的杯形盘似乎阻抗盘的顶部表面上的任何明显波状作用的形成。因此，虽然本发明的具有导流板的盘实施方案可具有很多有益效果，但无导流板的杯形盘是一种用于生产锌粉末的有效盘设计，尤其是在介于约10000rpm和15000rpm之间的高转速下。
附图概述
参考附图可更好地理解本发明，其中：
图1为离心雾化设备的示意图。
图2为用于离心雾化的可旋转的盘的所期望构型的一个实施方案，其中盘不具有任何延伸到盘内杯腔体中的导流板。
图2A为用于离心雾化的可旋转的盘的另一个所期望构型的一个实施方案，其中可旋转的盘具有全深度直壁导流板，所述导流板延伸到盘内杯腔体中。
图2B为改进的用于离心雾化的可旋转的盘的一个实施方案，其中盘具有减小深度的直壁导流板，所述导流板延伸到盘内杯腔体中。
图3A为改进的用于离心雾化的可旋转的盘的一个实施方案，其中盘具有全深度曲壁导流板，所述导流板延伸到盘内杯腔体中。
图3B为改进的用于离心雾化的可旋转的盘的一个实施方案，其中盘具有减小深度的曲壁导流板，所述导流板延伸到盘内杯腔体中。
图4为碱性电池的横截面剖视图，所述电池具有包含用本发明的雾化方法制备的锌粉末的阳极。
发明详述
离心雾化方法和设备10示于图1的示意图中。在离心雾化方法中，将纯固体锌锭13插入到电感应炉12中并且在炉12内转换加工成锌熔融金属。(如果锌旨在用作用于碱性电池的阳极材料，则可按如下的量将合金添加剂诸如铟和铋加入到熔融锌中：按锌的重量计，通常介于约100ppm和1500ppm之间的铟以及介于约100ppm和1000ppm之间的铋。任选地，合金添加剂铅也可按如下的量加入：按锌的重量计，通常介于约100ppm和1000ppm之间。)因此最终通过雾化方法生产的粒状锌合金具有基本上纯锌的电化学容量。因此，术语用作碱性电池中的阳极材料的“锌”应当被理解为包括此类锌合金。优选地，熔融锌包含零添加的汞和零添加的铅。因此，所生产出的锌粒包含小于100ppm的汞和小于100ppm的铅。
然后使熔融锌从电炉12穿过传送线18(“流槽”)到达小的电热漏斗20(“中间罐”)。加热的漏斗20(“中间罐”)保持均匀的熔融锌流，所述熔融锌流然后穿过喷嘴24成为熔融锌的直的稳定流26，所述稳定流冲击到旋转的盘100的中部上。旋转的盘100包含在雾化室14内，如图1所示。电驱动马达22提供在室14的外面并且与传动轴33连通，所述传动轴使盘100以所期望的速度旋转。盘100通常可由石墨构成，但盘100也可由可承受高温的其它材料构成，诸如钨或陶瓷材料。盘100可在其中具有杯形腔体50(图2)，所述腔体不具有任何突出到腔体空间中的导流板。盘100可包括内部导流板110a或110b，它们突出到腔体空间中，分别如图2A或2B所示。(作为另外一种选择，盘100可被替换为图3A或3B最佳所示的构型。)当熔融锌流冲击旋转的盘100的中部时，熔融锌薄膜在盘100的顶部表面上形成。熔融薄膜质量通过离心力移动至旋转的盘100的周边边缘。当熔融锌被从盘表面上甩出时，其形成细小液体金属小滴28，所述小滴喷雾到通常由钢制成的雾化室14中。当熔融小滴冷却时，它们固化成锌或锌合金颗粒，可将所述颗粒收集为锌粉末35，所述粉末旨在通过槽30从室14中取出。
雾化室14的内部气氛保持在相对低的氧含量，理想地具有介于约1vol.％和6vol.％之间，例如介于约1.5vol.％和5.5vol％之间，例如介于约1.5vol.％和4.5vol％之间，或理想地介于约4.0vol.％和4.5vol％之间的氧含量。室14内的气体气氛的其余部分可包括惰性气体，通常为氮。然而其它惰性气体(即就与锌不起反应而言是惰性的)诸如氩或氦也可单独使用或以混合物使用或以与氮的任何混合物形式使用。(必须控制室14内气氛的氧含量，以便氧不超过约10vol.％的水平，因为氧含量更高时，有可能与熔融锌的细小喷料28形成爆炸性混合物。)室14内的气体气氛15可保持在大气压，并且理想地保持在介于75°F和140°F(23.9℃和60.0℃)之间，优选介于约100°F和140°F(37.8℃和60.0℃)之间的温度。这可通过如下方式来实现：在室14的周围施加循环冷却剂夹套(未示出)或者使雾化气体经过换热器并且将冷却的气体回收利用到室14中。
应当理解，取决于所期望的锌粉末的生产率，如上所述的雾化设备(图1)在尺寸上可按比例增大或减小。选择具备足够功率的电驱动马达122，以便可设定盘100以提高的速度旋转，所述速度理想地介于约10,000rpm和15,000rpm(每分钟转数)之间，优选介于约12,000rpm和14,000rpm之间。盘100(通常由石墨构成)的尺寸和重量是预定的，以便可选择具备足够马力的马达来以所期望的转速驱动该盘。
具体的实施方案
可旋转的盘100设计的优选实施方案示于图2至3B中。
盘100的一个优选实施方案最佳示于图2中。盘100(图2)具有开口端58和相对的封闭端48以及它们之间的整体侧壁40。盘的整体侧壁40具有面向盘外部的外表面46和面向盘内部的内侧表面56。盘100具有总体基本上圆柱形的形状。盘100内具有杯形腔体50。腔体50由底部表面57、相对的开口端58和整体侧壁56限定。因此，在盘的外侧表面46和内侧表面56之间存在固体盘材料的厚度。侧壁外表面46在其底部由底部边缘42限定，所述底部边缘包围盘的封闭端48，并且侧壁外表面46在其顶部由顶部边缘44限定，所述顶部边缘包围开口端58。存在盘100的顶部周边表面45(图2)，所述表面从周向顶部边缘44延伸到腔体50中。顶部周边表面45通过杯腔体侧壁56之间的整体倾斜的过渡表面59过渡到杯腔体侧壁56中。过渡表面59优选地向外弯曲。也就是讲，当从盘的开口端观察时为凸面形状。在所期望的具体实施方案中，由外表面46限定的盘100(图2)的外径可为约4.75英寸，腔体底部表面57可为约2.60英寸，并且杯形腔体50的深度可为约1.0英寸。顶部表面45可任选地具有从顶部边缘44测量的约0.1英寸的小的平坦部分。顶部表面45的平坦部分过渡到向外弯曲表面59中，所述弯曲表面可具有介于约0.8和1.0英寸之间的曲率半径。向外弯曲的过渡表面59终止于邻近杯的底部表面57的小深度垂直表面53中。在杯的侧壁56和杯的底部表面57的交会部可存在略微向内斜(凹面)的表面52。
盘100的一个可供选择的实施方案示出于图2A中。盘100具有封闭端137和相对的开口端138以及它们之间的整体侧壁120。盘100具有总体基本上圆柱形的形状。在盘100内存在杯形腔体130。腔体130由底部表面137、相对的开口端138和整体侧壁136限定。盘的整体侧壁120具有面向盘外部的外表面126和面向盘内部的内侧表面136。内侧表面136也形成腔体130的侧壁。因此，在盘的外侧表面126和内侧表面136之间存在固体盘材料的厚度。侧壁表面126在其底部由底部边缘122限定，所述底部边缘包围盘的封闭端137，并且侧壁表面126在其顶部由顶部边缘124限定，所述顶部边缘包围开口端138(图2A)。存在盘100的顶部周边表面125，所述表面从周向顶部边缘124延伸到腔体130中。本发明的改进盘100的特征在于多个整体导流板110a，所述多个导流板具有前沿114a，所述前沿从内侧壁表面136延伸到杯腔体130中。
导流板110a基本上为多面体形状。在图2A所示的实施方案中，导流板110a基本上为多面体形状，更具体地讲类似于三棱柱。因此，导流板110a(图2A)具有平坦的基本上三角形的顶部表面111a和从所述顶部表面向下延伸的平坦(非弯曲)的侧面112a。代表性导流板110a的垂直深度从其顶部表面111a测量至其底部表面113a。如图2A所示的导流板110a的特征还在于它们的横过腔体130的全深度的垂直深度。也就是讲，代表性导流板110a(图2A)的垂直深度横过腔体130的全深度，所述全深度从腔体130的底板137向上测量至顶部表面125。在该实施方案的一种变型中，在导流板110a的底部表面和腔体130的底板137之间可存在空间。在此类情况下，导流板110a的垂直深度将小于腔体130的深度。然而，在此类实施方案中，导流板110a的顶部表面111a将仍然与盘100的顶部周边表面125相齐或至少近似相齐或基本上相齐，如图2A所示。
盘100的另一个可供选择的实施方案示出于图2B中。在该实施方案中，利用了多个代表性导流板110b，它们类似于如上所述的导流板110a。导流板110b(图2B)和导流板110a(图2A)之间的主要差别在于，导流板110b是凹进的，即，它们从盘100的顶部表面125移位。因此，导流板110b的顶部表面111b不与盘的顶部表面125齐平，而是顶部表面111b位于盘的顶部表面125的下方。导流板110b的底部表面113b可接触腔体130的底板137，或作为另外一种选择，底部表面113b可与底板137间隔开。导流板110b的构型(图2B)在其他方面均相同于或类似于导流板110a的构型(图2A)。也就是讲，导流板110b可具有与导流板110a相同的形状。然而，在图2B所示的一个优选实施方案中，导流板110b的顶部表面111b为向下弯曲的，以便前沿113b比导流板顶部表面111b处在更进入到盘腔体130中的水平。因此，被测量为顶部表面111b和底部表面113b之间的距离的导流板110b的垂直深度在靠近盘的内壁136处比在导流板的前沿114b处更大。
在本发明的另一个实施方案中，盘可具有图3A和3B所示的构型。这些实施方案分别类似于图2A和2B所示的实施方案，不同的是，导流板具有弯曲的侧面。因此，在图3A所示的实施方案中，盘100具有以下特点：
盘100具有封闭端237和相对的开口端238以及它们之间的整体侧壁220。在盘100内存在杯形腔体230。腔体230由底部表面237、相对的开口端238和整体侧壁236限定。盘的侧壁220具有外表面226和内侧表面236，所述外表面形成盘100的外侧表面，所述内侧表面形成限定盘100内腔体230的侧壁表面。因此，在外侧表面226和内侧表面236之间存在固体盘材料的厚度。外侧表面226在其底部由底部边缘222限定，所述底部边缘包围盘的封闭端237，并且侧面226在其顶部由顶部边缘224限定，所述顶部边缘包围开口端138(图2A)。存在盘100的顶部周边表面225，所述表面从周向顶部边缘224延伸到腔体230中。本发明的改进盘100的特征在于多个整体导流板210a，所述多个导流板具有前沿214a，所述前沿从内侧壁表面236延伸到杯腔体230中。
导流板210a基本上为多面体形状，不同的是，侧面212a略微或适度地弯曲成类似于弓形或半球形表面形状，如图3A所示。优选地，存在一对相对的弯曲侧面212a，一个为凸面形状，并且所述相对的表面为凹面形状，如图3A所示。在图3A所示的实施方案中，导流板210a基本上为多面体形状，更具体地讲类似于三棱柱，不同的是，侧壁212a略微或适度地弯曲成类似于弓形或半球形表面形状。因此，导流板210a(图2A)可具有平坦或基本上平坦的顶部表面211a和从所述顶部表面向下延伸的一对弯曲的相对的侧面212a。(顶部表面211a当其在从壁236朝腔体230的中心的方向上横过时也可向下倾斜。)导流板210a具有侧壁212a，所述侧壁优选地全部在相同的方向上弯曲，如图3A所示。在图3A所示的构型中，导流板侧壁212a全部在盘旋转方向即逆时针方向上向内弯曲。代表性导流板210a的垂直深度从其顶部表面211a测量至其底部表面213a。如图3A所示的导流板210a的特征还在于它们的横过腔体230的全深度的垂直深度。也就是讲，代表性导流板210a(图3A)的垂直深度横过腔体130的全深度，所述全深度从腔体230的底板237向上测量至顶部表面225。在该实施方案的一种变型中，在导流板210a的底部表面和腔体230的底板237之间可存在空间。在此类情况下，导流板210a的垂直深度将小于腔体230的深度。然而，在此类实施方案中，导流板210a的顶部表面211a将仍然与盘100的顶部周边表面225相齐或至少近似相齐或基本上相齐，如图3A所示。
盘100的另一个可供选择的实施方案示出于图3B中。在该实施方案中，利用了多个代表性导流板210b，它们类似于如上所述的导流板210a。因此，导流板210b基本上为多面体形状，但其中侧面212b略微或适度地弯曲成类似于弓形或半球形表面形状，如图3B所示。导流板210b(图3B)和导流板210a(图3A)之间的主要差别在于，导流板210b是凹进的，也就是讲，它们从盘100的顶部表面225移位。因此，导流板210b的顶部表面211b不与盘的顶部表面225相齐，而是顶部表面211b位于盘的顶部表面225的下方。导流板210b的底部表面213b可接触腔体230的底板237，或作为另外一种选择，底部表面213b可与底板237间隔开。否则的话导流板210b的形状和构型(图3B)可相同于或类似于导流板210a的形状和构型(图3A)。在图3B所示的优选实施方案中，导流板210b的顶部表面211b可为平坦或基本上平坦的。作为另外一种选择，顶部表面211b可任选地当其在从壁236朝腔体230的中心的方向上横过时向下弯曲或倾斜。导流板210b具有侧壁212b，所述侧壁优选地全部在相同的方向上弯曲，如图3B所示。在图3B所示的构型中，导流板侧壁212b全部在盘旋转方向即逆时针方向上向内弯曲。
实施例
本发明的可旋转的盘100(图2、2A或2B)或盘100(图3A或3B)可用于离心雾化方法(图1)。图2所示的可旋转的盘100的实施方案不具有任何突出到杯腔体50中的内部导流板。图2A和2B或图3A和3B所示的可旋转的盘100的实施方案具有整体成形的内部导流板，所述导流板从形成杯腔体的侧壁突出到盘芯内的杯形腔体中。
具有突出到杯腔体中的导流板的盘100的所期望的实施方案示于图2A和2B中。内部导流板可具有图2A和2B分别所示的优选构型110a和110b。具有突出到杯腔体中的导流板的盘100的另一个所期望的实施方案示于图3A和3B中。内部导流板可具有图3A和3B分别所示的优选构型210a和210b。如上所述，将熔融锌或熔融锌合金从喷嘴24注入到杯形腔体50(图2)或杯形腔体130(图2A和2B)或杯形腔体230(图3A或3B)中。熔融锌所注入到其中的杯形腔体通常可具有介于约3和8英寸(7.6cm和20.3cm)之间的直径和介于约0.5和2.0英寸(1.3cm和5.1cm)之间的深度。盘100(所有实施方案)理想地以介于约10000rpm和15000rpm之间，优选介于约12000rpm和14000rpm(每分钟转数)之间的速度旋转。此类盘和盘转速可有效地用来以通常介于约1000和5000磅/小时之间的速率生产锌粉末。用该方法生产出的锌粉末35的D50中值粒度通常可介于约80和350微米之间。
作为一个非限制性实施例，雾化室14可被设计成适合于以约3000磅/小时的速度生产锌粉末。为了获得此类锌粉末生产能力，盘100(图2)或盘100(图2A或2B)或者盘100(图3A或3B)可具有例如介于约5和7英寸(12.7cm和17.8cm)之间的总体直径。杯形腔体50(图2)或杯形腔体130(图2A或2B)可具有介于约3和4英寸(7.6cm和10.2cm)之间的直径和介于约1和2英寸(2.5cm和5.1cm)之间的深度。选择具备足够功率的马达22以使得盘100能够以介于约10,000rpm和15,000rpm(每分钟转数)之间的转速旋转。在这方面，室14在其最宽截面处的直径通常可为约28英尺。熔融锌在其作为稳定流从喷嘴24穿过而冲击旋转的盘100的表面时温度可介于约450℃和550℃之间，通常为约500℃。室气氛15可理想地包含介于约1vol.％和6vol.％之间的氧，优选介于约1.5和5.5vol％之间，优选介于约1.5vol％和4.5vol％之间或介于约4.0vol％和4.5vol％之间，其余部分为氮。室气氛15可通过如下方式保持在大气压，并且保持在约75°F和140°F(23.9℃和60.0℃)，优选介于约100°F和140°F(37.8℃和60.0℃)之间的温度：使用循环冷却剂夹套(未示出)或者使雾化气体经过换热器并且将冷却的气体回收利用到室14中。以该方式生产的锌或锌合金粉末产品35可通过出口槽30从室14中收集并传送。锌粉末可具有用激光散射方法确定的通常介于约80和150微米之间的中值D50粒度。
盘100的实施方案(图2至3B)可生产出D50中值粒度理想地在介于约80和150微米之间范围内的锌粉末，所述盘在雾化室15内以介于约10,000rpm和15,000rpm之间，优选介于约12,000rpm和14,000rpm之间的速度旋转，所述雾化室具有介于约1vol％和6vol％之间，优选介于约1.5vol％和5.5vol％之间，例如介于约1.5vol％和4.5vol％之间的氧含量。所生产出的锌粉末可具有介于约14和510微米之间的锌粒度分布，其中至少一些锌粒具有14微米或更小的粒度，并且按重量计小于1％的所述锌粒具有大于510微米的粒度。所生产出的锌粉末通常可具有介于约30和510微米之间的锌粒度分布，其中至少一些锌粒具有30微米或更小的粒度，并且小于1％的所述锌粒具有大于510微米的粒度。
利用了由本发明的方法制备的锌粉末的AA碱性电池的性能
制备了如代表性图4所示的一次AA型号圆柱形碱性电池(50×14mm)，所述电池具有包含粒状锌的阳极和包含粒状二氧化锰的阴极。该AA电池610被制备成具有电池壳体620，所述壳体由钢形成，所述钢在内表面和外表面上镀有镍。壳体的内表面可涂覆有导电材料，例如碳。
电池中的阴极612理想地具有以下组成：
电解二氧化锰(80-90wt％)、石墨(3-10wt％)、和7-10当量(“介于约30-40wt％之间KOH浓度的含水KOH溶液”)(5-7wt％)。各实验中所用的测试AA电池和比较AA电池具有相当的阴极组合物和阴极加裁量，即，相同量的电池阴极材料。这些阴极在组成上是类似的，其中每种阴极组分均具有在上述范围内的相同的组成值。
阳极材料615在每种情况下均包括：62wt％至72wt％的锌合金粉末(包含铟的99.9wt％的锌)、包含(32-36wt％的KOH和约2wt％的ZnO)的含水KOH溶液；丙烯酸聚合物C940(B.F.Goodrich)交联丙烯酸聚合物胶凝剂(介于0.5wt％和2wt％之间)和WaterlockA-221(Grain Processing Co.)接枝到淀粉主链上的水解的聚丙烯腈(介于0.01wt.％和0.5wt.％之间；RM-510(Rhodia)聚酯酚磷酸酯表面活性剂(50ppm)；三氯化铟(100-200ppm)。阳极材料615包含零添加的汞和零添加的铅。因此，阳极中的汞含量和铅含量为小于约100ppm的汞和小于约100ppm的铅。
本文的实验中所用的各批测试AA电池和比较AA电池具有相同的阳极组合物和加裁量以及相同的电解质。也就是讲，这些阳极在组成上是相同的，其中每种阳极组分均具有在上述范围内的相同的特定值。然而，测试电池批和比较电池批中的每个中的锌粒在粒度分布上均是不同的并且具有略微不同的物理特性和(形状和表面特征)，因为阳极中的锌粒是通过在执行本发明的离心雾化方法的过程中使用不同的工艺参数制成的。
在制备用于测试AA电池批和用于比较AA电池批的锌粒的过程中，在所有的测试中均利用了如图2所示的旋转的盘构型100。如图2所示，盘100的该实施方案不具有任何延伸到杯腔体50中的导流板。因此盘100的构型(图2)用于制备用于测试电池和比较AA电池的锌粒。结合雾化室14中的介于约1vol％和6vol％之间，优选介于约1.5vol％和5.5vol％之间的氧含量，如图2所示的盘构型100似乎在根据本发明所用的高转速范围内给出了最佳的一致结果，所述范围即介于约10000rpm和14000rpm之间，优选介于12000rpm和14000rpm(每分钟转数)之间。如图2A-3B所示的其中具有导流板的可供选择的盘设计是基于建模作出的，所述建模导致了可按所期望的高盘转速运行的可操作的实施方案，所述转速介于约10000rpm和14000rpm之间，优选介于约12000rpm和14000rpm之间。这些盘的实施方案可生产出具有用作碱性电池中的阳极材料的有益特性的锌粉末。然而，如图2所示的盘100设计是所期望的，因为其为一种较简单的设计并且给出了锌产品的优异的一致性，所述锌产品在本发明的雾化方法条件下具有改进的放电特性，所述条件包括介于约10000rpm和14000rpm之间，优选介于约12000rpm和14000rpm之间的高盘转速。
具体地讲，如图2所示的在本发明的雾化方法中所用的盘设计100利用了优选介于约12000rpm和14000rpm之间的高的盘转速和优选介于约1.5vol.％和5.5vol.％之间的室氧含量，这使得导致锌粉末产品具有更多较小粒度的锌粒，从而有助于获得碱性电池的改进的放电特性。因此，利用了此类锌产品的碱性电池(具体地讲是Zn/MnO2碱性电池)似乎表现出更长的使用寿命，尤其是在数字照相机所需的高脉冲消耗的情况下。应当理解，用本发明的雾化方法生产出的锌产品还可与其它锌粉末例如小于约200粒度(75微米)的锌细粒，优选小于325粒度(45微米)的锌细粒相混合，以进一步增强锌粉末的放电特性。(见例如美国专利6,284,410B1。)因此，可通过如下方式进一步增强由本发明的雾化方法生产出的锌粉末的性能：将此类锌粉末与锌细粒相混合，以便用于碱性电池阳极的总锌粒包括至少10重量％，例如介于约10重量％和50重量％之间的200粒度(75微米)或更小的锌粒度。作为另外一种选择，可将锌细粒加入到由本发明的雾化方法生产的锌粉末中，以便用于碱性电池的总锌粒包括至少10重量％，例如介于约10重量％和50重量％之间的325粒度(45微米)或更小的锌粒度。
代表性碱性电池示于图4中以反映出测试电池和比较电池的基本构型。碱性电池610(AA型号)包括圆柱形钢壳体620，所述壳体具有封闭端614和开口端616。电池填充有包含MnO2的阴极612、以及包含锌粒和电解质的阳极615。电解质包含KOH、ZnO和胶凝剂的常规混合物。阴极612是以一系列压实的环形块612a的形式提供。阳极和阴极由常规的离子多孔隔离膜690隔离，所述隔离膜包括层压到非织造纤维质纤维材料上的玻璃纸。在填充好电池610之后，将绝缘插头660插入到开口端616中。绝缘插头660可由聚丙烯、填充了滑石的聚丙烯、磺化聚乙烯或尼龙构成。本文的测试电池和比较电池中所用的绝缘插头660由尼龙构成。插头660优选地搭扣配合在周向台阶618周围，如图4所示，以便插头锁定到开口端616中的适当位置。壳体620的周边边缘627卷曲到绝缘插头660的顶部上方。纸绝缘垫圈680施加到壳体620的卷曲的周边边缘627上。绝缘垫圈680可为涂覆有聚乙烯的纸垫圈。端子端帽630焊接到集流体640的头部上。然后将细长的集流体640插入(压配)到绝缘插头660的孔644中，以便端帽630变得抵靠绝缘垫圈680。集流体640可选自多种已知的被发现用作集流体材料的导电金属，例如黄铜、镀锡黄铜、青铜、铜或镀铟黄铜。测试电池和比较电池中所用的集流体640由镀锡硅青铜构成。在将集流体640插入到孔644中之前，可将常规沥青密封剂预施加在所述集流体周围。可将薄膜标签670施加在壳体620周围。端子端帽630变成碱性电池610的负端子，并且壳体520的封闭端处的支托625变成正端子。将电池全部以常规方式进行平衡，以便MnO2的毫安小时容量(基于370毫安小时每克MnO2)除以锌合金的毫安小时容量(基于822毫安小时每克锌合金)所得的商值为约1。
制备了相同的AA型号的测试电池和比较电池，它们具有如上所述的相同的阳极和阴极组合物、相同的碱性KOH电解质、和相同的电池组分和电池构造，不同的是测试电池阳极中的锌是用本文所述的利用了本发明的特定工艺参数的雾化方法制备的。比较AA电池中所用的锌具有常规的锌粉末共混物，所述共混物具有介于约140和900微米之间的锌粒度分布和约290微米的D50中值粒度。测试电池和比较电池的阳极中所用的锌粉末与相同量的约150ppm的铟熔合成合金。测试电池和比较电池中的阳极包含零添加的铅和零添加的汞。
数字照相机测试规程
使新制的AA测试电池(它们包含用本发明的雾化方法制备的锌粉末)和比较AA电池(其利用了上述的常规电池级锌粉末)经受Digicam放电规程。Digicam(数字照相机放电规程)趋于模拟用常规数字照相机拍摄和观看照片所需的功率。Digicam规程为一系列脉冲放电循环，其中每个循环由以下过程组成：以1.5瓦特放电持续2秒，后接0.65瓦特的放电持续28秒。重复这些循环10次，随后是55分钟的停歇。然后重复这些循环直到达到1.05的截止电压。对于每个比较电池和每个测试电池，记录达到截止电压所需的脉冲循环总数粒度(对应于1.5瓦特脉冲的数目)。每个被测试电池的相关的Digicam结果提供在表1中(比较电池的结果被限定为100)。
表1中的测试结果
表1中提供了主要工艺参数，所述参数导致了锌粉末的产生，所述锌粉末用于各批AA测试电池(批A-E)中的每个。具体地讲，表1中给出了盘100(图2)的高转速连同雾化室15中所用的氧含量，所述转速和氧含量用于生产用于测试电池批(A-E)中的每个的锌粉末。表1中给出了所生产出的并用于测试电池批(A-E)中的每个的所得锌粉末的具体物理特性。这些特性包括锌粒D50中值粒度以及锌粉末的D1、D10和D25粒度。(例如，60微米的D10命名指示在样本中存在小于10wt％的小于60微米的锌粒。)表1中也包括表观密度(堆积密度)，即，所生产出的锌粉末的g/cm3、以及它们的平均BET表面积(cm2/g)。
可有趣地注意到，比较AA电池中所用的常规电池级锌粉末具有介于约125和900微米之间的粒度分布。形成对比的是，如表1所示，用利用了本发明的特定工艺参数的雾化方法生产出的锌粉末导致具有介于约50或60微米直至约510微米之间的粒度分布的锌粉末产品。小于1％的所述锌粒具有大于约510微米的粒度，并且这些颗粒中的至少一些具有60或50微米或更小的粒度。重要的是，如用利用了本发明的工艺参数的雾化方法制备的锌产品的“D25”值所示，通常该产品中的约25wt％的锌粒具有小于100微米的粒度。表1中所提供的D25值中的大部分低于约90微米的值，这指示按本发明的雾化方法生产出的锌粉末中的大部分中的25wt％具有小于约90微米的粒度。因此，与在比较AA碱性电池中所用的商业电池级锌粉末相比，在用本发明的雾化方法生产出的锌粉末中存在更多的较小锌粒和更少的较大锌粒。这突显出了在碱性电池的阳极中利用较大百分比的较小粒度的锌粒以便获得更好的高速率性能的价值。虽然这也指示于共同转让的美国专利6,284,410B1中，但本文所述的利用了本发明的工艺参数的雾化方法反映出一种特定方法，通过所述方法可生产出其中具有较大百分比的所期望的较小粒度的锌粒的锌粉末。
这意味着如下的锌粉末可用一种方法即本文所述的雾化方法来制备：所述锌粉末具有较大百分比的较小粒度的锌粒，诸如粒度小于100微米(锌细粒)，例如介于约30和100微米粒度之间的锌粒。因此可用本发明的雾化方法生产出成批的锌粉末，所述锌粉末具有介于约90和135微米之间的中值D50锌粒度。因此，可生产出当用于碱性电池的阳极中时具有改进的放电特性的锌粉末，而不会发生因加入用某种其它方法生产的锌细粒而产生的附加费用。如果期望从某个其它来源加入锌细粒(200粒度或更小的或325粒度或更小的)，则将需要较少的这些锌细粒，因此降低了生产用于碱性电池的最终锌粉末的成本。
如下的表1示出了利用用于碱性电池的锌粉末的有益效果，其中锌粉末用本发明的雾化方法制备：
表1
测试碱性AA电池的电池性能使用了用雾化方法制备的锌粉末利 用了本发明的工艺参数
Figure BPA00001249228500211
注：
1.测试碱性电池A-E中所用的锌粉末是用本发明的改进的雾化方法专门制备的。测试电池A-E中所用的该锌粉末包含按重量计小于1％的锌粒，所述锌粒具有大于约510微米的粒度，并且如所述的那样，至少一些所述锌粒具有60微米或更小或50微米或更小或30微米或更小的粒度。(例如，测试电池A中的20微米的D1命名指示按重量计小于1％的由本发明的方法制备的锌粒具有小于20微米的粒度。)
如由表1可见，结合介于约1.5vol.％和5.5vol.％之间的室氧含量，盘(图2)的转速在增加至约12000rpm至13500rpm的水平时，生产出了产生改进的碱性电池性能的锌粉末。结合上述的介于约1.5vol.％和5.5vol％之间的室氧含量，这种更高的盘速度生产出了具有更小中值D50粒度的锌粉末，这与具有约290微米的高得多的中值(D50)粒度的常规电池级锌粉末形成对比。除了更小的粒度本身以外，起因于本发明的改进方法的辅助锌特性也可有助于改进碱性电池的性能。锌产品的此类辅助特性可包括如下因素：诸如颗粒形状分布、平均BET表面积(cm2/g)、以及颗粒表面纹理和表面形态。
结论
结合介于约1.5vol％和5.5vol％之间的室氧并利用了介于约12000rpm至14000rpm之间的更高水平的盘转速的本发明的雾化方法导致了具有更低D50中值粒度的锌粉末。此类锌粉末产生出了更好的碱性电池的高放电率性能，这与使用以约5200rpm的较低盘转速制备的锌粉末的相同电池形成对比。
应当理解，虽然测试结果是针对AA圆柱形型号的碱性电池，但本发明不旨在局限于该电池型号。图4所示的电池610可为AA电池，或也可为其它型号。因此，图4所示的碱性电池是代表性的并且不旨在局限于任何特定型号。电池形状通常为圆柱形，但也可为例如具有一个或多个基本上平坦的侧面的其它形状。因此，举例来讲，电池可具有棱柱或矩形(立方体)形状。圆柱形碱性电池型号通常可为标准AAAA(42×8mm)、AAA(44×10mm)、AA(50×14mm)、C(49×25mm)和D(58×32mm)型号。由本发明的雾化方法生产出的锌粉末适用于碱性电池阳极、尤其是具有包含锌的阳极和包含MnO2的阴极的碱性电池。用本发明的雾化方法生产出的锌粉末也可有效地用于其它碱性电池，例如具有包含锌的阳极和包含羟基氧化镍的阴极的碱性电池。
虽然已经参照具体的实施方案对本发明进行了描述，但应当理解，在不偏离本发明的概念的情况下，其它实施方案也是可行的。因此，本发明并不旨在受限于具体的实施方案，而是其范围由权利要求书及其等效内容反映出来。

Claims (15)

1.一种用于从熔融锌来生产锌粉末的离心雾化方法，所述方法包括以下步骤：
a)将熔融锌流注入到在基本上封闭的室内的盘的表面上，所述盘以介于约10,000和15,000转/分钟之间的速率旋转，其中所述室中具有这样的气氛，所述气氛具有按体积计介于约1％和6％之间的氧含量，其中一定质量的熔融锌在所述旋转的盘的表面上形成为薄膜；
b)通过由所述旋转的盘导致的离心力的作用，从所述旋转的盘上甩出所述熔融锌薄膜，因此在所述室中形成熔融锌的液滴；和
c)在所述室内冷却所述熔融锌的液滴，从而形成粒状锌粉末。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述盘中具有杯形腔体，所述腔体由开口端和相对的封闭端以及它们之间的整体侧壁限定，其中不存在从所述盘的侧壁伸出并且突出到所述腔体中的导流板。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述盘中具有杯形腔体，所述腔体由开口端和相对的封闭端以及它们之间的整体侧壁限定，其中存在多个导流板，所述导流板从所述盘的侧壁伸出并且突出到所述腔体中。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述盘具有基本上圆柱形的形状，并且所述导流板为所述盘的整体部分。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述盘的整体侧壁具有面对所述盘内部的内侧表面和面对所述外部环境的外侧表面，并且所述盘的内侧表面形成所述腔体的侧壁，并且所述盘的开口端的至少一部分和所述腔体的开口端重合。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述盘在所述盘的开口端处具有顶部边缘表面，所述顶部边缘表面在所述盘的内侧表面和所述盘的外侧表面之间。
7.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述盘以介于约12,000和14,000转/分钟之间的速率旋转。
8.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述气氛具有按体积计介于约1.5％和5.5％之间的氧含量。
9.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述熔融锌包含零添加的汞和零添加的铅，以便其中的所述汞含量和铅含量各自小于约100重量份/每百万重量份锌。
10.如前述任一项权利要求所述的方法，其中与以约5000转/分钟的较低盘旋转速度获得的锌粉末相比，所述锌粉末具有减小的D50中值粒度的特性。
11.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述锌粉末具有介于约60和510微米之间的粒度分布，其中至少一些所述锌粒具有60微米或更小的粒度，并且按重量计小于1％的所述锌粒具有大于510微米的粒度。
12.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述锌粉末具有介于约30和510微米之间的粒度分布，其中至少一些所述锌粒具有30微米或更小的粒度，并且按重量计小于1％的所述锌粒具有大于510微米的粒度。
13.如前述任一项权利要求所述的方法，所述方法还包括步骤(d)：将足够的200粒度或更小的锌细粒加入到得自步骤(c)的锌粉末中以生产出最终锌粉末，所述最终锌粉末具有按重量计介于约10％和50％之间的200粒度或更小的锌粒。
14.如前述任一项权利要求所述的方法，所述方法还包括步骤(d)：将足够的325粒度或更小的锌细粒加入到得自步骤(c)的锌粉末中以生产出最终锌粉末，所述最终锌粉末具有按重量计介于约10％和50％之间的325粒度或更小的锌粒。
15.一种电化学电池，所述电化学电池包括包含锌粒的阳极、包含二氧化锰的阴极、和包含含水成氢氧化钾的电解质，其中所述阳极中的所述锌粒的至少一部分由如权利要求1所述的方法制备。
CN200980114357XA 2008-04-22 2009-04-14 用于生产锌粉末的离心雾化法 Active CN102017243B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/148,748 2008-04-22
US12/148,748 US8101006B2 (en) 2008-04-22 2008-04-22 Centrifugal atomization for producing zinc powder
PCT/US2009/040463 WO2009131872A1 (en) 2008-04-22 2009-04-14 Centrifugal atomization for producing zinc powder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102017243A true CN102017243A (zh) 2011-04-13
CN102017243B CN102017243B (zh) 2013-12-18

Family

ID=40841610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980114357XA Active CN102017243B (zh) 2008-04-22 2009-04-14 用于生产锌粉末的离心雾化法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8101006B2 (zh)
EP (1) EP2269249B1 (zh)
JP (1) JP2011522112A (zh)
CN (1) CN102017243B (zh)
BR (1) BRPI0910488A2 (zh)
WO (1) WO2009131872A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103949650A (zh) * 2014-04-25 2014-07-30 云南锡业集团有限责任公司研究设计院 一种柱状锌粉的制备方法
CN107063777A (zh) * 2017-04-21 2017-08-18 苏州尚科洁净技术有限公司 一种用于空气采样的大流量撞击器的撞击盘
CN110871274A (zh) * 2019-12-05 2020-03-10 菏泽学院 一种钛合金粉末加工设备及制备工艺

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8734563B2 (en) * 2008-08-07 2014-05-27 Zinchem, A Division Of Zimco Group (Pty) Ltd. Method and plant for the production of zinc dust
JP6041044B2 (ja) * 2013-03-27 2016-12-07 新東工業株式会社 ショット粒子の製造方法および装置
KR101511631B1 (ko) * 2014-09-12 2015-04-14 한국기계연구원 알칼리 전지용 아연 합금 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 알칼리 전지용 아연 합금 분말
CN107438915B (zh) * 2015-01-16 2021-03-09 劲量品牌有限责任公司 具有改进的可靠性和放电性能的碱性电池单元
CN107350477A (zh) * 2017-08-30 2017-11-17 湖南顶立科技有限公司 一种粉末制备装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1339177A (zh) * 1999-02-09 2002-03-06 联合矿业有限公司 供碱性电池用的离心雾化的锌合金粉末
CN1806354A (zh) * 2003-06-17 2006-07-19 吉列公司 电池的阳极
US20080199776A1 (en) * 2005-05-19 2008-08-21 Umicore Alloyed Zinc Powders with Pierced Particles for Alkaline Batteries

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4310292A (en) * 1980-12-29 1982-01-12 United Technologies Corporation High speed rotary atomization means for making powdered metal
US4435342A (en) * 1981-11-04 1984-03-06 Wentzell Jospeh M Methods for producing very fine particle size metal powders
EP0260617B1 (de) * 1986-09-16 1991-12-04 Centrem S.A. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung und Weiterverarbeitung metallischer Stoffe
WO1989000471A1 (en) 1987-07-20 1989-01-26 Battelle Development Corporation Centrifugal disintegration
JP2975527B2 (ja) 1994-01-14 1999-11-10 三井金属鉱業株式会社 無水銀アルカリ電池用亜鉛合金粉末
US6423113B1 (en) * 1996-06-14 2002-07-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Continuous fluid atomization of materials in a rapidly spinning cup
US6284410B1 (en) * 1997-08-01 2001-09-04 Duracell Inc. Zinc electrode particle form
US7323031B2 (en) 2003-01-09 2008-01-29 Grillo-Werke Ag Zinc powder or zinc alloy powder with inhomogeneous bulk density for alkaline batteries
JP5102970B2 (ja) 2006-04-20 2012-12-19 Ｆｄｋエナジー株式会社 アルカリ乾電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1339177A (zh) * 1999-02-09 2002-03-06 联合矿业有限公司 供碱性电池用的离心雾化的锌合金粉末
CN1806354A (zh) * 2003-06-17 2006-07-19 吉列公司 电池的阳极
US20080199776A1 (en) * 2005-05-19 2008-08-21 Umicore Alloyed Zinc Powders with Pierced Particles for Alkaline Batteries

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103949650A (zh) * 2014-04-25 2014-07-30 云南锡业集团有限责任公司研究设计院 一种柱状锌粉的制备方法
CN107063777A (zh) * 2017-04-21 2017-08-18 苏州尚科洁净技术有限公司 一种用于空气采样的大流量撞击器的撞击盘
CN110871274A (zh) * 2019-12-05 2020-03-10 菏泽学院 一种钛合金粉末加工设备及制备工艺
CN110871274B (zh) * 2019-12-05 2022-05-17 菏泽学院 一种钛合金粉末加工设备及制备工艺

Also Published As

Publication number Publication date
US20090263728A1 (en) 2009-10-22
EP2269249B1 (en) 2013-10-02
JP2011522112A (ja) 2011-07-28
BRPI0910488A2 (pt) 2018-04-03
US8101006B2 (en) 2012-01-24
EP2269249A1 (en) 2011-01-05
CN102017243B (zh) 2013-12-18
WO2009131872A1 (en) 2009-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102017243B (zh) 用于生产锌粉末的离心雾化法
EP0420669B1 (en) Nickel-metal hydride secondary cell
JP2007502004A (ja) リチウムイオン電池用の多相ケイ素含有電極
US5605585A (en) Method for producing hydrogen storage alloy particles and sealed-type nickel-metal hydride storage battery using the same
CN102447101A (zh) 锂二次电池负极活性材料和锂二次电池负极
US8334067B2 (en) Non-uniform conductive coating for cathode active material
TWI504050B (zh) 鋰二次電池用之陽極活性材料及含彼之鋰二次電池
EP1539411B1 (en) Use in electrochemical cells of a zinc powder
EP2022117B1 (en) Battery anodes
JP6697838B2 (ja) 蓄電デバイス用Ｓｉ系合金負極材料の製造方法
CN105478789A (zh) 一种球状、类球状锌粉的制备方法
EP0867957A1 (en) Negative electrode for alkaline storage batteries
EP1889312B1 (en) Alloyed zinc powders for alkaline batteries with particles pierced with at least one hole
WO2023228802A1 (ja) アルカリ乾電池
WO1998056056A1 (en) Powder composition and process for the preparation thereof
JP3370071B2 (ja) 水素吸蔵合金電極およびこの電極を用いたニッケル水素蓄電池
JPH10255775A (ja) 水素吸蔵合金電極及びその作製方法
JPH0845505A (ja) 金属−水素化物アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極
JPH1197002A (ja) アルカリ蓄電池用水素吸蔵合金電極
JP3432976B2 (ja) 金属−水素化物アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極
JP3290895B2 (ja) ニッケル水素電池用水素吸蔵合金粉末
JP2003203639A (ja) アルカリ蓄電池およびその製造方法
KR101404348B1 (ko) 천공된 입자를 포함하는 알칼리 전지용 합금화 아연 분말
JPH07201329A (ja) 水素吸蔵合金電極及びその製造方法
JP2000285911A (ja) 水素吸蔵合金電極およびこの電極を用いたニッケル水素蓄電池

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: 20160317

Address after: American Delaware

Patentee after: Duracell U.S. Operations, Inc.

Address before: Massachusetts USA

Patentee before: Gillette Co.