CN102203997B

CN102203997B - 电池

Info

Publication number: CN102203997B
Application number: CN2009801430589A
Authority: CN
Inventors: S·M·戴维斯; S·J·施佩希特
Original assignee: Gillette Co LLC
Current assignee: Duracell US Operations Inc
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-11-03
Also published as: BRPI0920975A2; WO2010062750A1; US8182937B2; EP2351131A1; CN102203997A; US20100112421A1

Abstract

本发明公开的一种电池包括外壳、外壳内的阴极和阳极、以及电池寿命指示器，所述电池寿命指示器包括被释放以指示电池的使用的芳香剂。电池寿命指示器包括含有阳极和阴极的致动器单元。电池寿命指示器还包括含有芳香剂的胶囊。

Description

电池

技术领域

本发明涉及电池。

背景技术

电池常常被用作电能来源。电池包含通常被称作阳极的负极和通常被称作阴极的正极。阳极包含可被氧化的活性材料。阴极包含可被还原的活性材料。阳极活性材料能够还原阴极活性材料。

当在装置中使用电池作为电能来源时，与阳极和阴极实现电接触，从而允许电子流过装置并发生各自的氧化和还原反应以提供电能。与阳极和阴极相接触的电解质包含流过位于电极之间的分隔体的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。

在金属/空气电化学电池中，氧在阴极处被还原，而诸如锌的金属在阳极处被氧化。氧气是通过电池外壳中的空气进口从电池外部的大气空气被供给到阴极。诸如氧化锌或锌酸盐的金属氧化物是在阳极内形成。因此，锌-空气电化学电池内的总电化学反应导致锌金属被氧化成氧化锌或锌酸盐离子而来自空气的氧被还原成氢氧离子。在这些化学反应发生时，电子由阳极转移至阴极，从而向装置提供电力。

发明内容

在一个方面，本发明特征在于一种包括外壳、外壳内的阴极和阳极、以及电池寿命指示器的电池，所述电池寿命指示器包括被释放以指示电池使用的芳香剂。电池寿命指示器允许使用者在装置中使用电池之前或期间确定电池的新旧度或放电状况。具体地讲，电池寿命指示器是被结合在一次电池内并通过释放芳香剂而自动地向使用者指示一次电池的新旧度或放电状况。对电池的使用的指示不需要读出并且能够在不中断电池使用的情况下进行，例如，无需从其中使用电池的装置中取出电池。

在另一方面，本发明特征在于一种包括外壳、外壳内的阴极和阳极、以及致动器单元的电池，所述致动器单元电连接到电池并与电池的使用相关联。

在另一方面，本发明的特征在于一种包括外壳、外壳内的阳极和阴极、以及芳香剂的电池，所述芳香剂被设计成在电池的使用达到预选阶段时被释放。

在另一方面，本发明特征在于一种用于电池中的电池寿命指示器。电池寿命指示器包括致动器单元、包含芳香剂的胶囊、以及与致动器单元和胶囊连通以响应于致动器单元的放电而从胶囊释放芳香剂的香味的机构。

在另一方面，本发明特征在于一种包括柔性外壳、外壳内的阳极和阴极、以及设置在阳极和阴极内的电解质的致动器单元。致动器单元是可再充电的并且在放电时能够改变其体积至少约8％，例如约8％至约20％。

在另一方面，本发明特征在于一种包括外壳以及外壳内的阳极和阴极的致动器单元。阳极呈能够被腐蚀的连接的形式，其在致动器单元放电时被腐蚀而断裂。

在另一方面，本发明特征在于一种确定电池使用的方法。所述方法包括在电池的使用达到预选阶段时从电池释放芳香剂。

在另一方面，本发明特征在于一种包括外部外壳以及与外部外壳同心的内部外壳的金属-空气电池。外部外壳具有第一组端口且内部外壳具有第二组端口，并且所述外壳中的一个可相对于另一个外壳沿着平行于电池的纵向轴线的滑动方向滑动。

在另一方面，本发明特征在于一种金属-空气电池，其包括：(a)可被氧化的阳极、(b)可还原氧的阴极、(c)包封阳极和阴极并包括一个或多个端口的外壳，所述端口在打开时允许空气进入电池以接触阴极、以及(d)包括阳极和阴极的致动器单元，其在电池未使用时关闭端口。

实施方案可包括下列一个或多个特征。电池寿命指示器可包括致动器单元、支撑板、与致动器单元和支撑板连接的活塞、由支撑板支撑且位于电池和支撑板之间的弹簧、包含芳香剂的胶囊、以及连接到支撑板的穿孔点。弹簧和穿孔点能够与致动器单元和胶囊连通。芳香剂可包括薄荷、樟脑、香茅醇、洋葱、大蒜、苯酚、胺、硫醇，成熟的水果芳香剂：苹果、橙子、葡萄，烹饪食物芳香剂：蒸煮过的大米、熟肉、烹饪的蔬菜、烘烤馅饼或它们的混合物。

实施方案也可包括下列一个或多个特征。电池的使用可包括电池的电压。预选的阶段可包括预选的电压。电池可包括位于外壳外部且为电池正端子的中空支托，并且电池寿命指示器可至少部分地位于中空支托内。电池可包括外壳周围的标签，并且电池寿命指示器可介于外壳和标签之间。电池寿命指示器可被合并到电池中以指示电池的使用。

实施方案也可包括下列一个或多个特征。金属-空气电池还包括连接到内部外壳且能够使内部外壳滑动的致动器单元。致动器单元具有约0.9V至约1.35V的开路电压。第一组与第二组中的端口在滑动方向上具有类似的尺寸和密度。金属-空气电池还包括与内部外壳同心的第三外壳，其中内部外壳介于外部外壳与第三外壳之间。

在其他方面，本发明特征还在于制备及使用上述电池、电池寿命指示器及致动器单元的方法。

旨在被放电(例如，耗尽)仅仅一次并随后被丢弃的电池为一次电池。不打算对一次电池进行再充电。一次电池描述于例如David Linden的Handbook of Batteries(McGraw-Hill，第2版，1995年)中。

本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献均以引用方式全文并入本文。

通过以下的发明详述和权利要求，本发明的其他特征和优点将显而易见。

附图说明

图1和7为电池的示意图。

图2、4、5和6为包含电池寿命指示器的电池的一部分的示意图。

图3为致动器单元的示意图。

图7A和7B为图7中电池的多个部分的示意图。

各种附图中的相同的参考符号指示相同的元件。

具体实施方式

参见图1，电池10包括被结合在电池10的中空支托26内的电池寿命指示器28(细节未示出)。中空支托26用作电池10的正端子且位于电池10的外壳18外部。在使用时，电池寿命指示器28通过释放芳香剂而自动地向使用者提供关于使用情况的指示，例如电池10的新旧度或放电状况，而无需中断电池的使用。电池10可为碱性电池，例如AA、AAA、AAAA、C或D电池，其包括位于外壳18内的阴极12、阳极14及分隔体16。电池10还包括集流体20、密封件22及负金属端帽24，负金属端帽24用作电池的负端子并且位于电池的相对于正端子的另一端。电解质溶液分散在整个电池10中。电池10也可为其他类型的电池，例如锂电池、Leclanche锌-碳电池、氯化锌“重型”电池、锌-氧化银电池或锌-空气电池。

参见图2，支托26包括借助焊接珠缘32而焊接到外壳18外部的金属壳30及其中定位有电池寿命指示器28的中空内部空间。电池寿命指示器28包括平行连接到电池10的致动器单元34，以监测电池10的放电，例如通过电压来指示。例如，致动器单元34包括从单元延伸的正触点50并与支托26的凸缘部分30接触。在一些实施方案中，触点50在致动器单元34的外部卷曲成弹簧38的形式，从而具有平行于电池10的纵向轴线的膨胀方向y，并且与支托26的金属凸缘30电接触。在一些实施方案中，弹簧38可为独立于触点50但与触点50电连接的组件。利用绝缘的引线44将致动器单元34的负端子电连接到电池10的负端子24(图1)。可使用其他形式的电触头来使致动器单元34与电池10之间平行地连接。

致动器单元34可包括根据外壳内的内部材料而改变其体积的柔性外壳或具有连接到外壳内部材料的活塞的刚性外壳。在图3所示的实例中，致动器单元34包括涂覆有薄金属镀层54的柔性外壳52、阴极56、阳极58以及隔开阴极56和阳极58的分隔体60，分隔体60是由例如BH40-R(Nippon Kodoshi Corp.，Japan)制成。电解质溶液62分散在阴极56、阳极58与分隔体60中。由例如镁或铜制成的集流体64设置在阳极58内并连接到阳极导通管66，导通管66是由例如镁制成并用作单元34的负端子。由例如镍制成的阴极导通管68与阴极56电接触并用作单元34的正端子。导通管66和68的延伸于外壳52之外的部分可为例如较薄且卷绕的线材，以便单元34可响应于体积改变而不受限制地膨胀和收缩。如上所述，导通管66和68可分别电连接到电池10的负端子24和正端子26。由例如沥青制成的一种或多种密封剂70可邻近其中导通管延伸于外壳52之外的位置放置。

致动器单元34可为电化学电池。阳极58可包括呈例如金属薄片、片材、海绵、织造筛网、纤维、粉末或浆液形式的阳极活性材料，例如锌、铁、镍、铟、镉、铅、铋、铝、镁、钙、锶、锂、钠、钾及其他。也可采用前述金属的各种合金组合。阴极56可包括阴极活性材料，例如，γMnO₂、βMnO₂、γNiOOH、βNiOOH、Fe₂O₃、FeO、Bi₂O₃、Cu₂O、CuO、Ag₂O、AgO、CoO、Co₂O₃、PbO、Pb₂O₃、Pb₃O₄及其他。阴极可为坚硬且刚性的，如在常规的碱性MnO₂电池中，或者其可为软糊剂，如在常规的Leclanche电池中。电解质溶液62可包括含水的碱、含水的酸、含水的盐电解质、或非水性电解质。致动器单元34可具有基于其中使用电池10的装置的终端(最终)操作电压而选择的正常开路电压。如本文所用，术语“正常开路电压”为新致动器单元在未放电且未连接到电池时的开路电压。在该状况下，可显示致动器单元中所采用的特定电化学电耦的特征电压。一旦致动器单元34平行连接到电池10，则其被电池10充电或放电直至致动器单元的开路电压与电池的开路电压匹配为止。例如，当电池10为用于具有约0.7V至约0.9V的终端操作电压的装置(例如，电动玩具或闪光灯)中的AA电池时，选择致动器单元34的正常开路电压为约0.7V至约0.85V。在一些实施方案中，可选择致动器单元34的组件具有至多约1.1V的开路电压。当电池10被使用时，致动器单元34直到电池10的操作电压降至致动器单元34的正常开路电压之下才放电。在一些实施方案中，致动器单元34可再充电的。例如，当电池10的开路电压或操作电压增加至致动器单元34的开路电压或操作电压以上时，例如，当电池10由放电状态进行再充电时，电池10随后将对致动器单元34进行充电。

用于致动器单元34的每个组件(即电化学电耦)的活性材料可被选择成使其以组合的方式为单元34提供期望的开路电压。例如，具有约0.77V的正常开路电压的致动器单元34可包括阳极58中的铋金属浆液和阴极活性材料，例如与形成软阴极浆料56的炭黑和氢氧化钾电解质溶液混合的γMnO2。补充的氢氧化钾电解质溶液62可被添加到阳极浆液58、阴极浆料56、或分隔体52中。用于致动器单元34的组件的材料还基于单元34放电期间材料的体积改变而进行选择。希望在单元完全放电之后，包含在致动器单元34的所有组件中的材料的总体积改变，例如增加或减小，改变量为单元34放电之前总体积的约8％至约30％，例如约15％至约20％或者约17.5％。致动器单元34的总体积可根据需要进行设计，例如，启动电压和由电池10造成的物理限制，例如支托的尺寸。当电池10为AA电池时，致动器单元34可具有约0.05cm³至0.2cm³的总体积。

当电池放电时，图3中的柔性致动器单元34改变其形状和体积，例如溶胀或收缩。柔性外壳52包括弹性体，例如塑料或橡胶波纹管，并紧密包裹在致动器单元34的组件(例如阴极56和阳极58)周围。金属镀层54包括例如镍、无电镀镍或铜，并且通过防止水分进入或离开单元而对单元34提供水分阻隔。金属镀层54较薄且具有例如最多50微米的厚度，以便外壳52保持其柔韧性，例如可膨胀性或可收缩性。金属镀层54与导通管60和68中的一个或两个电绝缘。当单元34的所有组件中所包含的材料的总体积改变时，具有金属涂层54的柔性外壳52在总体积改变之后溶胀或收缩，以便单元34的体积改变与材料的总体积相似(例如，相同)的量。

单元34的正常开路电压为单元34的放电及因此单元34的体积和/或形状改变设定了启动标准。单元34的体积改变如以下所解释的那样启动芳香剂的释放并且为向使用者指示关于电池10的放电状态的指示器。

再次参见图2，电池寿命指示器28的具有柔性外壳或刚性外壳的致动器单元34还可包括活塞36，其一端设置在致动器单元34内，例如设置在致动器单元34的浆料状正阴极内，而另一端连接到弹簧支撑板40。弹簧支撑板40具有沿着x方向延伸且位于压缩弹簧38内的圆盘状中部以及位于压缩弹簧之下且也沿着x方向延伸的平坦的圆形凸缘部分46。圆盘状中部与凸缘通过在y方向上(例如平行于弹簧38的膨胀/压缩方向y)延伸的圆环部分而连接。穿孔点48连接到弹簧支撑板40的凸缘部分46的下侧。活塞36可在致动器单元34的体积和/或形状改变之后沿着y方向上下移动。弹簧支撑板40可随着活塞36移动。

此外，电池寿命指示器28包括一个或多个包含芳香剂的胶囊42，每个穿孔点48沿着x方向位于相应的胶囊42附近。在一些实施方案中，可存在位于一个或多个穿孔点之下的呈圆环形式的单一包含芳香剂的胶囊。每个穿孔点48与其相应胶囊42的相对位置可基于致动器单元34的放电特性进行选择。例如，如果致动器单元34在放电时收缩，则每个穿孔点48可位于其相应的胶囊42之上；然而如果致动器单元34在放电时溶胀，则每个穿孔点48可位于其相应的胶囊42之下。弹簧38可具有被压缩的初始状态并沿着y方向将力施加到板40的部分46上，所述板40通过活塞36的支撑而平衡。当致动器单元34的体积和/或形状改变时，活塞36的移动及弹簧38的膨胀启动穿孔点48穿透相应的胶囊42以释放芳香剂。在一些实施方案中，金属壳30不完全密封支托26的内部空间内的电池寿命指示器28以便释放的芳香剂可从电池10逸出至使用者。

每个胶囊42可由例如易碎的金属薄片或金属薄片层压体制成，并容纳呈例如液体形式的芳香剂。金属薄片或金属薄片层压体对芳香剂的香味不可渗透但可易于被锋利的点(例如，穿孔点48)穿透。合适的金属薄片或金属薄片层压体的实例包括聚乙烯/铝/聚乙烯、Mylar/铝/聚乙烯、Mylar/铜/Mylar。芳香剂可提供明显的香味，例如薄荷、樟脑、香茅醇、洋葱、大蒜、苯酚、胺和硫醇，鲜花或花簇香味：例如紫丁香、薰衣草、苹果花和樱桃花，成熟的水果香味：例如橙子、葡萄、菠萝、柠檬及其他，烹饪食物香味：例如蒸煮过的大米、熟肉、烹饪的蔬菜、苹果馅饼、樱桃馅饼或其他芳香剂或芳香剂的混合物，以指示电池10的放电结束。每个胶囊42可具有环形形状和约0.02cm³至约1.0cm³的尺寸，以便容纳足量的芳香剂以向使用者提供电池10的使用的清晰指示。

在一个实施方案中，活塞36可由诸如塑料、玻璃或陶瓷组合物等绝缘材料制成。在该情况下，通过另一个导电元件(例如，弹簧38)在致动器单元34的正端子与电池10的正支托26或外壳18之间建立电接触。在另一个实施方案中，活塞36、弹簧38、弹簧支撑板40和外壳30每个均可由导电材料制成，以在电池10的组件与电池寿命指示器28之间提供合适的电接触。合适的导电材料包括例如碳钢、镀镍钢、不锈钢和填充有碳的塑料。活塞36可为圆柱形的且具有约1mm至约5mm的直径。具有大直径的活塞36可提供较大的力以响应于致动器单元34的内部组件的体积改变并因此响应于电池10的使用以便启动胶囊42的穿孔。具有小直径的活塞36可在较长距离上移动，换句话讲，具有较长“投距”以响应于致动器单元34的内部组件的体积改变。当致动器单元具有类似于图3中外壳的柔性外壳时，在需要较大的力但有限的“投距”时可采用短且宽的单元以穿透包含芳香剂的胶囊；而在需要较大“投距”但较小的力时可采用高且窄的单元。

从电池10的电压降至致动器单元34的开路电压之下的时刻至电池10在使用者正使用的装置中停止操作的时刻，芳香剂可从胶囊42连续地释放。致动器单元34放电并随着电池10的电压继续下降而连续改变其体积或形状，例如从放电开始时的小的量至随后的大的量。胶囊42随后被连续穿孔，从具有允许少量芳香剂释放的开口(例如，用于向使用者发出电池10的接近完全使用状态的信号)到具有释放显著量芳香剂的开口(例如，向使用者指示电池的完全使用)。在一些实施方案中，可采用一系列具有可变长度的穿孔点，以便在对应于电池寿命的最后阶段的时段期间，最长的穿孔点穿透第一芳香剂胶囊，此后第二长的穿孔点穿透第二芳香剂胶囊，依此类推，直至最短的穿孔点穿透最后的芳香剂胶囊。在该排列中，在每个芳香剂胶囊中可采用不同的芳香剂以指示剩余电池寿命的逐渐缩短。

参见图4，作为图1和2所示电池10的排列的供选择的替代方案，电池10也可包括位于正端子处的相对于电池10的外壳18升高的外壳30以提供空间72。空间72提供附加体积以容纳电池寿命指示器28′，其包括具有比图2中电池寿命指示器28的组件更大尺寸的组件。例如，较宽的活塞(较强的力)或较长的活塞(较大的投距)36可用于增加仪表对致动器单元34放电的灵敏度，并且大量的芳香剂可包含在较大的胶囊42内以提供更多的芳香剂释放。电池寿命指示器28′包括与电池寿命指示器28类似的用于每个组件的材料，并且以与电池寿命指示器28相似的方式起作用。

参见图5，作为图4所示电池10的排列的供选择的替代方案，图5中升高的外壳30类似于图4中升高的外壳30，不同的是图5中升高的外壳30被形成为具有多个位于外壳的中心帽形部分74与外壳的外凸缘部分76之间的内置式弹簧元件78。这些弹簧元件78在凸缘部分76的内周边周围以不连续的图案排列并对支撑板40施加向下的力。在弹簧元件78之间保持一系列的位于中心帽形部分74与凸缘部分76之间的刚性连接(未示出)，以便升高的外壳的这两部分彼此刚性连接。类似于图4中的电池寿命指示器28′，电池寿命指示器82被置于空间72中，所述电池寿命指示器82具有致动器单元34、活塞36、具有穿孔点48的弹簧支撑板40、以及包含芳香剂的胶囊42，每个组件均如上所述。电池寿命指示器82还包括由活塞36引出并连接到外壳30的中心帽形部分74的由导电材料制成的正极引线80。引线80在致动器单元34的正极与电池10之间提供正电连接。当致动器单元34开始放电时，其内部组件收缩至较小体积，并且活塞36响应于来自弹簧78的压力回缩，使得板40向下移动以启动胶囊42的穿孔。基于例如空间72内部的物理限制，胶囊42可具有不同于环形的形状。

电池10的其他排列可用于实现电池寿命指示器28、28′或82作为电池10的放电状况指示器的功能。有所改进的电池寿命指示器也可用于实现类似的功能。例如，如果致动器单元34在放电时溶胀，则电池寿命指示器的组件的排列可不同于上述那些。在一些实施方案中，弹簧38和78可为任选的。

参见图6，不同类型的电池寿命指示器84以不同于图1-2和3-4所述那些不同的方式相对于电池10(组件未全部示出)排列以通过芳香剂释放指示电池10的使用。在图中所示的实例中，电池寿命指示器84位于电池10的外部且介于外壳18与外壳18周围的塑料标签86之间。电池寿命指示器84具有例如平坦且较薄的构型且具有例如约0.1mm至约1.0mm的厚度。塑料标签86包括有利于芳香剂从电池寿命指示器86向使用者释放的穿孔88。

电池寿命指示器84包括致动器单元90、穿孔单元92和芳香剂胶囊94。致动器单元90和芳香剂胶囊94通过粘合剂96固定到外壳18和塑料标签86上，所述粘合剂由例如环氧化物、热熔融物、聚氨酯或橡胶粘固剂制成。致动器单元90平行连接到电池10，且包括电连接到电池10的外壳18的阴极98(通过例如焊接珠缘100和引线111)和连接到电池10的负端子的阳极102(未示出)。在图中所示的实例中，阳极102为金属条形式，例如锌条或铁条。阴极98包括阴极活性材料(例如，βMnO2或CuO)及分散在单元90内的电解质溶液103。单元90的每个组件中的材料被选择成使单元90具有类似于其中使用电池10的装置的操作电压下限的正常开路电压，例如约0.7V至约0.85V，如上所述。当电池10的电压降至单元90的正常开路电压之下时，单元90放电且阳极102的金属条与电解质溶液103反应并发生腐蚀。选择金属条的尺寸以便在单元90放电某一时间段(例如，10分钟)后，金属条断裂。

穿孔单元92包括连接104，其一端连接到阳极102的金属条而相对端连接到穿孔点106。穿孔单元92还连接到拉伸弹簧108，其一端连接到连接104而另一端固定到例如粘合剂96上。芳香剂胶囊94位于穿孔点106附近。当阳极102的金属条断裂时，弹簧108回缩并牵拉穿孔点106穿透胶囊94以释放芳香剂。芳香剂胶囊94具有类似于上述胶囊42的特性且包含类似于胶囊42所包含的那些的芳香剂。

在其它实施方案中，由胶囊42或94释放的芳香剂并不立即释放到电池10周围的外部环境中，而是可在选定的时刻释放至使用者。例如，图6中的穿孔88可被带材覆盖，并且有时当使用者希望监测电池10的放电状态时，使用者可通过例如剥离带材而打开穿孔。

在一些实施方案中，图1、2、4、5和6中的新电池10可被涂覆或浸渍有与从电池寿命指示器释放出的芳香剂不同的芳香剂，以在电池首先从包装中取出时指示电池的新旧度。指示电池新旧度的芳香剂可比包含在电池寿命指示器中的芳香剂更柔和。例如，指示新旧度的芳香剂可为紫丁香、玫瑰、薰衣草、茉莉、苹果花、樱桃花或其他。

电池10可为常规的碱性电池。再次参见图1，阴极12包含一种或多种阴极活性材料。它们还可包括碳颗粒、粘合剂与其他添加剂。

阴极活性材料的实例包括二氧化锰、羟基氧化镍、二硫化铁、氧化银及氧化铜。一般来讲，阴极可包括例如介于80％重量和90％重量之间、优选介于86％重量和88％重量之间的阴极活性材料。

二氧化锰可为用于阴极的常规形式中的任何一种。例如，二氧化锰可为电解二氧化锰(EMD)或化学二氧化锰(CMD)。二氧化锰的经销商包括Tronox(Tronox AB等级)、Erachem、Tosoh、Delta Manganese、Mitsui Mining and Smelting、以及Xiangtan。

电解二氧化锰的制造工艺及其典型特性描述于“Batteries”(由KarlV.Kordesch，Marcel Dekker，Inc.，New York编辑)，第1卷，1974，433-488页中，其全文以引用方式并入。电解二氧化锰为用于碱性电池的二氧化锰的优选类型。

碳颗粒可为石墨颗粒。石墨可为包括膨胀石墨的人造石墨、非人造石墨、包括膨胀天然石墨的天然石墨、或它们的共混物。合适的天然石墨颗粒可得自例如Brazilian Nacional de Grafite(Itapecerica，MG Brazil，NdGMP-0702x等级)或Superior Graphite Co.(Chicago，IL，ABG等级)。合适的膨胀石墨颗粒可得自例如Chuetsu Graphite Works，Ltd.(Chuetsu等级WH-20A和WH-20AF)，Japan或Timcal America(Westlake，OH，BNB90等级)。阴极可包括例如介于2％重量和10％重量之间，介于3％重量和8％重量之间，或者介于4％重量和6％重量之间的导电性碳粒。

粘合剂的实例包括聚乙烯、聚丙烯酸或氟碳树脂，例如PVDF或PTFE。聚乙烯粘合剂的实例以商品名COATHYLENE HA-1681出售(得自Hoechst或Dupont)。阴极可包括例如介于0.1％重量和4％重量之间或者介于0.5％重量和2％重量之间的粘合剂。

其他添加剂的实例描述于例如美国专利5,698,315、5,919,598和5,997,775以及美国专利申请10/765,569中。

上下文提供的重量百分比是在阴极12中添加电解质溶液之后确定。电解质可为碱性氢氧化物(例如氢氧化钾或氢氧化钠)的水溶液。电解质可包含介于15％重量和60％重量之间，介于20％重量和55％重量之间，或者介于30％重量和50％重量之间的溶解于水中的碱性氢氧化物。

阳极14可由阳极活性材料、胶凝剂和诸如放气抑制剂等微量添加剂形成。此外，上述电解质溶液中的一部分分散在整个阳极中。

阳极活性材料的实例包括锌。标准锌材料中的任何一种可用于电池阳极中。例如，阳极14可包括含有锌金属颗粒的锌浆液。锌粒可为常规用于浆液阳极的任何锌粒。锌粒的实例包括描述于美国专利6,284,410和6,521,378、以及美国专利申请09/115,867中的那些，每个专利均以引用的方式全文并入本文。阳极可包括例如介于60％重量和80％重量之间、介于65％重量和75％重量之间、或者介于67％重量和71％重量之间的阳极活性材料。

胶凝剂的实例可包括聚丙烯酸、接枝淀粉材料、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素盐(例如羧甲基纤维素钠)或它们的组合。聚丙烯酸的实例包括CARBOPOL 940和934(得自B.F.Goodrich)以及POLYGEL 4P(得自3V)，接枝淀粉材料的实例包括WATERLOCKA221或A220(得自Grain Processing Corporation，Muscatine，IA)。聚丙烯酸盐的实例包括ALCOSORB G1(得自Ciba Specialties)。阳极可包括例如介于0.05％重量和2％重量之间、或者介于0.1％重量和1％重量之间的胶凝剂。

放气抑制剂可包括无机材料，例如铋、锡或铟金属，或者铋、锡或铟的化合物。作为另外一种选择，放气抑制剂可包括有机化合物，例如磷酸酯、离子表面活性剂或非离子表面活性剂。离子表面活性剂的实例描述于例如美国专利4,777,100中，该专利以引用的方式全文并入本文。

分隔体16可为常规的碱性电池分隔体。在一些实施方案中，分隔体16可由两层非织造、非膜材料形成，其中一层是沿着另一层的表面进行设置。例如，为使分隔体16的体积最小化并同时提供有效的电池，每层非织造、非膜材料可具有约54克/平方米的基重、干燥时约5.4密耳的厚度以及润湿时约10密耳的厚度。这些层可基本上不含填充剂，例如无机颗粒。

在其它实施方案中，分隔体16可包括与非织造材料层结合的玻璃纸层。分隔体还可包括附加的非织造材料层。玻璃纸层可邻近阴极12或阳极14。非织造材料可包含78％重量至82％重量的聚乙烯醇及18％重量至22％重量的含有痕量表面活性剂的人造丝，例如以商品名PA25得自PDM的非织造材料。

外壳18可为通常用于一次碱性电池的常规外壳，例如镀镍冷轧钢。任选地，可在内壁与阴极12之间设置导电材料层。该层可沿着内壁的内表面、沿着阴极12的周围设置。导电层可由例如含碳材料(例如，胶态石墨)形成，例如LB1000(Timcal)、Eccocoat 257(W.R.Grace & Co.)、Electrodag 109(Acheson Colloids Company)、Electrodag EB-009(Acheson)、Electrodag 112(Acheson)和EB0005(Acheson)。施用导电层的方法公开于例如加拿大专利1,263,697中，该专利以引用的方式全文并入本文。任选地，诸如金、无电镀镍或碳氮化钛等耐腐蚀涂层可被施用到外壳的内金属壁上。

集流体20可由合适的金属例如黄铜制成。密封件22可由例如尼龙制成。

在一些实施方案中，具有刚性外壳或柔性外壳的致动器单元还可用于金属-空气电池(例如，锌-空气电池)中的空气调节阀控制器中。在图7所示的实例中，锌-空气电池110包括空气调节阀控制器，该控制器包括内部可滑动的外壳116、弹簧120和致动器单元126，所述内部可滑动的外壳116具有穿孔118并能够沿着平行于电池110的纵向轴线的滑动方向滑动，弹簧120例如为可压缩的弹簧，其位于负端子122与内部可滑动的外壳116的一端124之间以沿着滑动方向对可滑动的外壳施加力，致动器单元126具有与致动器单元34类似的部件并被固定到靠近电池110的正端子130的内部可滑动的外壳的相对端128。空气调节阀控制器可通过滑动内部外壳116使外部外壳112的穿孔114与内部外壳116的穿孔118对齐或不对齐，从而向环境气氛打开或关闭电池10的内部。

内部外壳与外部外壳上的穿孔具有相似尺寸，例如约0.5mm至约2mm的宽度，约0.5mm至约2mm的长度，以及例如沿着滑动方向约10个孔/直线厘米至约2.5个孔/直线厘米的密度。隔开邻近穿孔的内部外壳116与外部外壳112的实心部分所具有的宽度或长度尺寸分别等于或大于外部外壳112上的穿孔114和内部外壳116上的穿孔118的相应尺寸。致动器单元126包括从阴极延伸并连接到正端子130的引线(未示出)以及与负端子122电连通的穿孔点140，以便致动器单元126平行电连接到电池110。绝缘衬套被布置在内部外壳116与致动器单元126之间，以防止电池短路。电池110还包括空气阴极132，其由例如活性炭、和/或炭黑、氟碳树脂基料(例如，特氟隆)、以及诸如过渡金属氧化物(例如锰氧化物或铂族金属)等催化剂制成。锌浆液阳极134包含例如锌粉、胶凝剂(例如，聚丙烯酸)、KOH电解质溶液和放气抑制剂，所述放气抑制剂包括例如铟、铋、铅、汞或这些金属的盐等无机放气抑制剂和/或例如离子表面活性剂或非离子表面活性剂等有机放气抑制剂。锌粉含量可为浆液的60％重量至80％重量，例如约65％重量至约70％重量。胶凝剂可为浆液的约0.1％重量至2.0％重量。由金属、其氧化物或盐组成的无机放气抑制剂的含量按锌的重量计可为50ppm至1000ppm。全部或部分金属抑制剂可作为合金组分而包括在锌粉中。有机放气抑制剂按锌的重量计可在20ppm至500ppm的范围内。浆液的余量为含水氢氧化钾电解质，通常具有25％重量至40％重量的KOH浓度且包含1％至4％的溶解的氧化锌。阳极浆液134通过分隔体142与阴极132分隔开，并且将集流体136设置在阳极134内。常规的锌-空气电池描述于例如US 6,500,576、US 6,879,855、US 7,001,439和US 7,001,689中。

通常，当用于应用中时，锌-空气电池110具有约1.44V的开路电压和约1.0V至约1.2V的工作电压。当电池未被使用时，希望阴极132不与环境气氛(氮、氧、氩、水蒸气及二氧化碳)连通，以便不会发生非期望的气体或蒸汽交换，所述交换可使电池遭受性能丧失。尤其有害的是吸收使电解质碳化的二氧化碳，这会导致固体碳酸盐沉积在阴极上及气孔中而堵塞氧气入口。此外，向环境空气中的过量水分损失(变干)或来自环境空气的过量水分增加(洪涝)也可为有害的。在图7A所示的实例中，内部外壳滑动到一定位置，以便内部外壳116中的穿孔118被外壳112的实心部分堵塞或覆盖且外部外壳112中的穿孔114被外壳118的实心部分堵塞或覆盖。内部可滑动的外壳116用作空气调节阀并将空气关闭在阴极132外部。当电池处于应用中且电池的工作电压逐渐向着应用中的最小运行电压(例如，约0.9V)降低时，希望使空气调节阀逐渐打开以将空气导入阴极132中并允许氧与锌之间发生电化学反应以产生电流。

可选择致动器单元126的正常开路电压为约0.9V至约1.35V。阳极材料、阴极材料与包含在致动器单元的阳极和阴极中的电解质类似于包含在致动器单元34中的那些。具体地讲，为了获得期望的开路电压，可从以下组合中选择阳极材料、阴极材料和电解质：{铁、γMnO₂与氢氧化钾溶液}或{镍、γMnO₂与乙酸钠溶液}或{镍、γMnO₂与混合的氟化镍和氟化铵溶液}或{铁或镍、γNiOOH与氢氧化钾溶液}。类似于致动器单元34，致动器单元126在其放电时收缩其体积的8％至约30％并且其为可再充电的。

当图7中的电池110用于应用中时，电池的工作电压逐渐下降。当电压达到致动器单元126的正常开路电压且继续下降时，致动器单元开始放电且其内部组件的体积收缩。致动器单元的活塞(未示出)和/或弹簧120推动内部外壳112以使其滑向正端子130。穿孔114和118变为部分对齐，从而将电池110的阴极暴露于环境气氛，以便空气可通过这些穿孔进入电池。随着电池110的工作电压进一步向着约0.9V的最小运行电压降低，内部外壳116继续滑向正端子130直至穿孔114和118完全对齐为止，如图7B所示。一旦穿孔完全对齐，则最大量的空气可进入且电池能够在其最大功率水平下操作。当由电池110供电的装置达到占空比的终端或完全关闭时，电池将恢复至其约1.44V的开路电压。保持与电池110平行电连接的致动器单元126被电池110再充电至约1.44V，并恢复其初始形状及体积。内部外壳116随后返回至其在图7A中的位置，其中穿孔未对齐(关闭)且通向电池110内部的空气入口再次关闭。

其他实施方案在以下权利要求中。

Claims

1.一种电池，所述电池包括：

外壳；

在所述外壳内的阴极和阳极；以及

包括芳香剂的电池寿命指示器，所述芳香剂被释放以指示所述电池的使用；

其中所述电池寿命指示器包括致动器单元，所述致动器单元包括阳极和阴极。

2.如权利要求1所述的电池，其中所述致动器单元包括柔性外壳。

3.如权利要求1所述的电池，其中所述致动器单元具有0.7V至1.35V的正常开路电压。

4.如权利要求1所述的电池，其中所述致动器单元在放电时其总体积改变8%至20%。

5.如权利要求1所述的电池，其中所述致动器单元所具有的正常开路电压低于所述电池的开路电压并且当所述电池的工作电压降至低于所述致动器单元的正常开路电压时放电。

6.如权利要求1所述的电池，其中所述电池寿命指示器也包括支撑板以及与所述致动器单元和所述支撑板连接的活塞。

7.如权利要求6所述的电池，其中所述电池寿命指示器也包括由所述支撑板支撑的压缩弹簧，其中所述弹簧被定位成将所述支撑板朝向所述致动器单元推动。

8.如权利要求6所述的电池，其中所述电池寿命指示器也包括连接到所述支撑板的拉伸弹簧，其中所述弹簧被定位成将所述支撑板朝向所述致动器单元推动。

9.如权利要求6所述的电池，其中所述电池寿命指示器也包括连接到所述支撑板的穿孔点。

10.如权利要求1所述的电池，其中所述致动器单元包括能够被腐蚀的阳极。

11.如权利要求10所述的电池，其中所述电池寿命指示器也包括含有芳香剂的胶囊，且所述能够被腐蚀的阳极为与所述胶囊连通的条带的形式。

12.如权利要求1所述的电池，其中所述电池寿命指示器包括含有芳香剂的胶囊。

13.如权利要求1所述的电池，其中所述电池包括位于所述外壳的外部且为所述电池的正端子的中空支托，并且所述电池寿命指示器至少部分地位于所述中空支托内。

14.如权利要求1所述的电池，其中所述电池包括围绕所述外壳的标签，并且所述电池寿命指示器位于所述外壳和所述标签之间。