CN102340011A - 电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池及激活电池的方法，其中电池包括：金属管，其具有相对的第一和第二末端，以及内周边表面，所述内周边表面界定其中安置液体可激活的粉末混合物的腔室；可渗透的分离板，其用于电隔离所述粉末混合物与所述金属管；导电棒，其具有邻近于所述金属管的所述第一末端而定位的第一末端且延伸到接触所述粉末混合物的第二末端；以及通道，其在所述金属管的所述第一与第二相对末端之间延伸以允许液体从中流过，其中所述液体能够大致沿所述金属管的长度经由所述可渗透的分离板从所述通道输送以接触所述粉末混合物，以便激活所述粉末混合物，借此所述经激活的粉末混合物适于在所述导电棒与所述金属管之间产生电位差。

Description

电池

技术领域

本发明涉及可重复使用的电池且尤其是通过添加例如水等液体来激活的电池的领域。

背景技术

例如AA、AAA、D电池等许多常规成品型电池存在一个问题，即电池效能往往会在储存期间随时间而降低。这尤其在发生紧急情形且需要用能正常使用的电池来向手电筒、无线电或其它潜在救生设备供电时造成问题。

已采用水激活式电池来寻求解决上述问题，因为其可在不活动状态中(即，当尚未将水或水基物质添加到电解质粉末混合物时)储存相对长的时期。此类电池可接着在需要时通过添加水或水基物质来激活以在电池没有显著性能损耗的情况下使用。

然而，现有的水激活式电池也表现出某些缺点。举例来说，为了将水添加到电池内的电解质粉末混合物来激活电池，通常需要移液管来经由电池末端中的小孔将水在压力下注射到电池外壳中。这个过程尤其对于小孩来说可能既乏味又麻烦，而且如果不小心丢失了移液管，那么无法将水注射到小孔中来恰当地激活电池。此外，归因于现有的内部电池配置，难以有效地输送水使其接触电池内的大部分电解质粉末，且这对电池的电性能有不利影响。

与当前水激活式电池相关联的另一问题是，外壳往往由在使用期间随时间膨胀并变形的镁或其它此类材料制成。当电池已变形时，其不仅难以从电子装置移除，而且其还可能会因此损坏电子装置。此外，使用镁阳极的当前水激活式电池易于劣化，而且由于与水或水基物质发生强烈反应，电池的有效寿命相对比较短。

发明内容

本发明寻求减轻与现有技术有关的上文所论述的问题中的至少一者。

本发明可涉及若干广泛形式。本发明的实施例可包括本文中所描述的不同广泛形式中的一者或任何组合。

在第一广泛形式中，本发明提供一种电池，其包括：

金属管，其具有相对的第一和第二末端，以及内周边表面，所述内周边表面界定其中安置液体可激活的粉末混合物的腔室；

可渗透的分离板，其用于电隔离所述粉末混合物与所述金属管；

导电棒，其具有邻近于金属管的第一末端而定位的第一末端且延伸到接触粉末混合物的第二末端；以及

通道，其在金属管的第一与第二相对末端之间延伸以允许液体从中流过，其中所述液体能够大致沿金属管的长度经由可渗透的分离板从所述通道输送以接触粉末混合物，以便激活所述粉末混合物，借此所述经激活的粉末混合物适于在导电棒与金属管之间产生电位差。

优选的是，金属管可包括锌、镁、铝及其组合中的至少一者。更优选的是，金属管可包括至少99％的锌。还优选的是，金属管可沉浸于铟溶液中以减慢或减轻腐蚀。

优选的是，金属管的第一末端可由第一端帽大致密封，且金属管的第二末端可由第二端帽以可释放的方式密封。优选的是，所述液体可适于在从金属管的第二末端释放时经由金属管的第二末端输送到腔室中。通常，第一端帽可包括塑料材料，且第二端帽可包括例如镀敷不锈钢等金属材料，其可帮助减慢或减轻腐蚀。

优选的是，第二端帽和金属管的第二末端可包括大致类似的直径。优选的是，第二端帽可适于直接螺纹啮合金属管的第二末端，或适于螺纹啮合围绕金属管的外壳以便允许第二端帽以可释放的方式密封金属管的第二末端。还优选的是，第二端帽包括适于在以可释放的方式密封金属管的第二末端时与金属管电连通的金属材料。通常，第二端帽还可在以可释放的方式密封金属管的第二末端时直接物理接触金属管，金属管的第二末端可在使用中充当电池的负电极。

有利的是，液体可通过经由金属管的未密封的第二末端将液体浇或以其它方式舀到金属管中来相对容易且快速地输送到金属管的腔室中，以便激活粉末混合物。优选的是，本发明可理想地在纯净水中浸没一段时间。通过移除可以可释放的方式密封的第二端帽来打开金属管的第二末端以在其中输送液体，这种方便的能力也可减轻与某些现有技术电池相关联的额外成本和封装空间，所述现有技术电池需要使用移液管来经由电池外壳中的相对小的孔将液体喷射到电池中。在这点上，本发明也可为有利的，因为可通过视觉检查来较容易确定是否已将合适量的水输送到金属管中来激活电池。相比而言，对于某些预先存在的水可激活的电池来说，难以准确地确定是否已使用移液管经由小孔将合适量的水喷射到电池中，因为电池的端帽是固定的且未经设计成由用户手动移除以执行视觉检查。只有在过量水已漏出电池外壳中的小孔时对电池中的水量的某种指示才是明显的，然而，这个过程既笨拙又不准确。此外，过量水从小孔漏出可能未必能准确地指示是否已输送合适量的水来接触电池内的粉末混合物以实现电池的恰当机能。

使用适于以可释放的方式密封金属管的第二末端的金属第二端帽也可为有利的，因为第二端帽可在需要时由用户容易地与金属管分离以便于回收和/或重复使用。也就是说，由于金属第二端帽可容易地与电池的金属管分离，可减轻对分离一体形成的常规电池通常所需要的例如金属粉碎、熔炼和磁性分离等相对较昂贵的回收过程的需要。通常，金属管(其可通常由锌材料形成)可相对容易从外壳(其可通常由不锈钢材料形成)移除，以便利用相对较低的能量要求回收金属管，而外壳和可以可释放的方式密封的第二端帽两者可重新用于生产新电池。

优选的是，导电棒的第一末端可经由安置于第一端帽中的小孔向金属管的第一末端外部延伸。优选的是，导电棒的第二末端可大致嵌入于粉末混合物内。通常，导电棒可包括黄铜、碳、不锈钢材料及其组合中的至少一者。

优选的是，通道可延伸出金属管的整个长度。还优选的是，通道可在金属管的第一与第二相对末端之间在大致笔直的路径中延伸。通常，通道可相对于金属管的长轴在大致平行的路径中延伸。更优选的是，通道可包括形成于金属管的内周边表面中的沟槽。通常，多个此类沟槽可形成于金属管的内周边表面壁中。在优选实施例中，至少六个沟槽可形成于内周边表面中。通常，所述多个沟槽可围绕内周边表面均匀地间隔开。可使用合适机器和已知技术从金属管的内周边表面蚀刻出所述沟槽。或者，可压铸所述金属管，其中在压铸过程期间在内周边表面中形成所述沟槽。

或者，通道可包括弯曲路径，其可允许沿金属管的长度在更大程度上暴露于可渗透的分离板和/或粉末混合物的表面区域。

有利的是，包括所述通道(其在优选实施例中包括安置于金属管的内周边表面中的至少一个沟槽)允许经由可渗透的分离板在金属管中的粉末混合物的整个表面区域上较均一且均匀地输送液体以接触。这是因为液体能够大致沿金属管的长度流动穿过所述通道。

相比而言，在某些现有技术的水可激活的电池中，难以使水仅经由粉末混合物的顶部表面穿透粉末混合物。此外，某些其它现有技术的水激活式电池包括位于金属管内的海绵，其在吸收水后并不即刻趋向于容易地释放所吸收的水以接触粉末混合物。因此，此类现有技术电池的电性能往往与本发明的电性能相比是较不有效的。

优选的是，所述液体可包括水或任何水基液体。更优选的是，所述液体可包括蒸馏水或纯净水。通常，可将至少约1.7克水输送到电池的金属管中以合适地激活本发明的实施例。

优选的是，本发明可包括围绕金属管的外壳，其可适于大致增强金属管以抵抗归因于热效应等而引起的变形。在不使用此类外壳的现有技术电池中，电池可较易遭受由于热量而引起的变形，这使得难以在不对电子装置造成进一步损坏的情况下从电子装置的电池舱移除电池。此外，某些现有技术电池往往不会允许容易地分离外壳与金属管，且因此在回收期间需要粉碎。通常，外壳可包括介于约0.2到1mm之间的厚度且优选为0.5mm的厚度。

优选的是，当第二端帽以可释放的方式密封金属管的第二末端时，第二端帽可以可释放的方式啮合外壳。还优选的是，第二端帽可借助于螺纹啮合以可释放的方式啮合外壳。还优选的是，当第二端帽以可释放的方式啮合外壳以便以可释放的方式密封金属管的第二末端时，第二端帽可与金属管电连通。或者，在某些实施例中，第二端帽可在其以可释放的方式啮合到外壳时直接物理接触金属管的第二末端。

通常，外壳可包括例如不锈钢等金属。有利的是，在第二端帽以可释放的方式啮合外壳的实施例中，第二端帽可经由外壳与金属管电连通。

或者，可在某些实施例中优选使外壳包括塑料材料。有利的是，与使用例如金属等其它材料相比，塑料外壳可减小电池的重量。这可因此在装运大量本发明的实施例时减轻运输成本。使用塑料外壳可在金属管内的潜在松散粉末混合物接触外壳的情况下进一步减轻电池的潜在短路。此外，可在需要时出于市场营销和/或美学目的而在制造期间使用合适机器相对容易且廉价地在塑料外壳上压印出商业标记和/或对其进行装饰(例如，使用颜色)。通常，如果使用塑料外壳，那么可用导电材料覆盖塑料外壳的一部分以便在第二端帽以可释放的方式啮合到塑料外壳时在第二端帽与金属管之间提供电连通。通常，导电材料可在外壳的内表面上覆盖塑料外壳的螺纹部分。

优选的是，粉末混合物可包括金属氧化物粉末。通常，金属氧化物可包括活性碳、二氧化锰、氧化铁和结晶氧化银中的至少一者。

通常，电解质粉末混合物可包括由氯化铵颗粒、氯化锌颗粒、二氧化锰颗粒、乙炔碳黑颗粒和氧化锌颗粒的混合物形成的颗粒。更通常地，在优选实施例中，粉末混合物可包括按所述粉末混合物的重量百分比计约3％的氯化铵颗粒、16％的氯化锌颗粒、68％的二氧化锰颗粒、12.4％的乙炔碳黑和0.6％的氧化锌颗粒。

通常，可使用旋转式或行星式球磨机对粉末混合物进行球磨。通常，用以对粉末混合物进行球磨的球磨机可包括陶瓷球。通常，粉末混合物颗粒可包括在纳米到微米范围内的直径。更通常地，粉末混合物可包括具有大致在纳米到微米范围内的直径的颗粒。更通常地，粉末混合物颗粒可包括大致约4.32微米的直径。

优选的是，可渗透的分离板可大致沿内周边表面的长度延伸且与内周边表面齐平地平放，其中其提供电解质粉末混合物与金属管的内周边表面的物理和电分离。通常，可渗透的分离板可包括例如牛皮纸等可渗透的纸材料、可渗透的合成聚合物材料和可渗透的天然聚合物材料中的至少一者。优选的是，可渗透的分离板可包括大致约0.08mm的厚度。还优选的是，可渗透的分离板可包括双层0.08mm可渗透的分离板以帮助输送液体以接触粉末混合物。

通常，可渗透的分离板可经预成型或折叠以补充金属管的内周边表面的轮廓。优选的是，可渗透的分离板的经布置以邻近于金属管的第二末端而定位的一部分可适于折叠在邻近于金属管的第二末端的粉末混合物的顶部区上方，以减轻松散的粉末混合物泄漏在金属管的第二末端外部。

优选的是，保持部件可安置于腔室中，邻近于金属管的第二末端，保持部件邻接可渗透的分离板的折叠部分。优选的是，保持部件可包括至少一个小孔以允许从金属管的未密封的第二末端穿过其的流体连通，以接触可渗透的分离板的折叠部分且其后接触粉末混合物。通常，多个小孔可安置于保持部件中，且在优选实施例中，可提供四个小孔。

有利的是，保持部件可帮助提供安全机制，因为如果金属管的第二末端未由第二端帽密封(例如，由于儿童无意地玩弄本发明)，那么保持部件可帮助维持可渗透的分离板稳固地折叠在邻近于第二末端的粉末混合物的顶部区上方。粉末混合物可接着不会有可能被儿童咽下或以其它方式漏出金属管。此外，保持部件中的小孔可使得液体也能够经由粉末混合物的顶部从中流过以接触粉末混合物。

优选的是，保持部件可包括三维配置，所述三维配置适于啮合o形环，使得所述o形环可在电池的金属管内维持于大致固定的位置中，以在使用中减轻液体从电池的金属管泄漏。通常，三维配置可包括凹口、沟道或沟槽以用于安放o形环。通常，三维配置可沿保持部件的周边安置且通常安置于保持部件的适于面向金属管的第二末端外部的侧面上。通常，o形环可为约0.5mm厚，借此以可释放的方式密封金属管的第二末端的第二端帽的压力可致使安放于保持部件的三维配置中的o形环变平且被迫紧密抵靠着外壳的内表面，以便减轻经由金属管与外壳的内表面之间的间隙的泄漏。

在第二广泛形式中，本发明提供一种电池，其包括：

金属管，其具有相对的第一和第二末端，以及内周边表面，所述第一末端由第一端帽大致密封且所述第二末端可由第二端帽以可释放的方式密封，所述内周边表面界定其中安置液体可激活的粉末混合物的腔室；

可渗透的分离板，其安置于粉末混合物与内周边表面之间以用于电隔离所述粉末混合物与所述金属管；

导电棒，其具有经由安置于第一端帽中的小孔而定位于金属管的第一末端外部的第一末端，所述第一末端延伸到嵌入在粉末混合物中的第二末端；以及

沟槽，其形成于金属管的内周边表面中，在第一与第二相对末端之间延伸以允许液体从中流过，其中所述液体能够大致沿金属管的长度经由可渗透的分离板从所述沟槽输送以接触粉末混合物，以便激活所述粉末混合物，借此所述经激活的粉末混合物适于在导电棒与金属管之间产生电位差。

在第三广泛形式中，本发明提供一种激活电池的方法，所述电池包括：

金属管，其具有相对的第一和第二末端，以及内周边表面，所述内周边表面界定其中安置液体可激活的粉末混合物的腔室；

可渗透的分离板，其用于电隔离所述粉末混合物与所述金属管；

导电棒，其具有邻近于所述金属管的所述第一末端而定位的第一末端和嵌入在所述粉末混合物中的第二末端；且

其中，所述方法包括以下步骤：

(i)将液体输送到所述腔室中；以及

(ii)沿通道引导所述液体，其中所述液体能够大致沿所述金属管的长度经由所述可渗透的分离板从所述通道输送以接触所述粉末混合物，以便激活所述粉末混合物，借此所述经激活的粉末混合物适于在所述导电棒与所述金属管之间产生电位差。

在第四广泛形式中，本发明提供一种包括用于以可释放的方式将电池密封在其中的舱的封装。

优选的是，所述电池可包括根据本发明的第一和第二广泛形式中的任一者形成的电池。

优选的是，封装舱可适于在密封于其中的电池周围提供空气和/或液体不能透过的密封。优选的是，可在湿度受控的环境中将电池可释放地密封在舱内，以减轻湿气被捕获在舱内。通常，本发明可包括例如干燥剂等吸湿材料，其适于从舱吸收至少一些湿气以减轻其中的电池的过早激活。

优选的是，封装可包括布置成条带的多个封装舱。通常，所述多个舱可在形状和尺寸上为大致相同的。通常，所述条带可形成矩形形状。

优选的是，本发明可包括具有开口的分配器，所述分配器经配置以用于从开口递增地分配封装舱。通常，所述分配器可包括线轴，所述条带可缠绕在所述线轴周围。

优选的是，至少第一和第二邻近舱可经由安置于封装材料中介于第一与第二邻近舱之间的撕裂线来彼此分离。

附图说明

将通过结合附图描述的以下对本发明的优选但非限制性实施例的详细描述更全面地理解本发明，附图中：

图1展示根据本发明的第一实施例的水可激活的电池的分解透视图；

图2a展示第一实施例的锌圆柱形金属管的透视图；

图2b展示第一实施例的锌圆柱形金属管的透视剖视图；

图2c展示第一实施例的锌圆柱形金属管的侧视剖视图，其中可看到安置于金属管的内周边表面中的沟槽；

图2d展示第一实施例的锌圆柱形金属管的端视图，其中可看到金属管的内周边表面中的均匀间隔开的沟槽；

图3a展示第一实施例中的围绕且增强金属管的钢圆柱形外壳的透视图；

图3b展示第一实施例的钢圆柱形外壳的透视剖视图；

图3c展示其中可看到螺纹区的钢圆柱形外壳的透视图；

图4a展示第一实施例的适于以可释放的方式可密封地附接到钢圆柱形外壳的第二端帽的拓扑图；

图4b展示第一实施例的第二端帽的侧视剖视图；

图4c展示第一实施例的第二端帽的侧视图；

图4d展示第一实施例的第二端帽的拓扑透视图；

图4e展示第一实施例的第二端帽的仰视透视图；

图5a展示第一实施例的保持部件的仰视图；

图5b展示第一实施例的保持部件的拓扑图；

图5c展示第一实施例的保持部件的第一拓扑透视图；

图5d展示第一实施例的保持部件的第二拓扑透视图；

图6a展示第一实施例的适于啮合于保持部件的三维安放配置中的o形环的透视图；

图6b展示图6a中所示的o形环的侧视图；

图7a展示包含塑料第一端帽、钢触点和碳棒的组合件的侧视图，所述碳棒适于接触电解质粉末混合物，同时钢触点伸到第一端帽中的小孔外部；

图7b展示包含塑料第一端帽、钢帽和碳棒的组合件的第一透视图，所述碳棒适于接触电解质粉末混合物，同时钢触点伸到第一端帽中的小孔外部；

图7c展示包含塑料第一端触点、钢触点和碳棒的组合件的第二透视图，所述碳棒适于接触电解质粉末混合物，同时钢触点伸到第一端帽中的小孔外部；

图7d展示第一端帽的拓扑图；

图7e展示第一端帽的仰视图；以及

图8展示根据第一实施例所使用的包含双层牛皮纸的预成型的可渗透的分离板的透视图；以及

图9展示用于例如根据第一实施例形成的电池等电池的示范性条带封装。

具体实施方式

现将参看图式来描述本发明的优选实施例。本文中所描述的示范性实施例包括适于遵照成品型AA和AAA电池的形状、尺寸和功率输出要求来使用的水可激活的电池。然而，所属领域的技术人员将了解，本发明的实施例可包括具有不同的形状和尺寸以及与常规AAA型电池等相当的电输出的其它类型的电池。

首先转向图1，以分解透视图展示第一实施例电池1。电池1保持不活动，直到向其添加例如水或任何其它合适水基液体等液体为止，且可归因于其初始不活动状态而具有比既定用于类似类型的应用的常规电池长得多的贮存期，因为此类常规型电池往往会在制造之后几乎立即劣化。当输送水使其接触安置于电池内部的粉末混合物11时，粉末混合物11被激活且在电池的电隔离的正电极与负电极之间产生电位差，其可接着用作用于闪光灯、无线电和其它电子装置的电源。将如下详细描述此实施例的特征和操作。

电池1包括圆柱形金属管2，其具有相对的第一和第二末端，如图1和图2a到图2c所示。金属管的第一末端2a由圆盘形第一端帽3密封，所述第一端帽3包括其中安置有小孔3a的ABS材料3b。金属管2的第二末端2b可由第二端帽4以可释放的方式密封，所述第二端帽4适于螺纹啮合位于围绕金属管2的外壳6的末端处的内表面上的互补螺纹。第一和第二端帽3、4经成形以大致与金属管2的第一和第二末端2a、2b的形状和尺寸互补。第一和第二端帽3、4在图式的图1、图4a到图4e和图7a到图7e中展示。

第二端帽4由例如不锈钢等金属材料形成，使得当其被旋拧到邻近于金属管2的第二末端2b的密封位置中时，金属管2和第二端帽4处于电连通。在此实施例中，当第二端帽4正以可释放的方式密封金属管2的第二末端2b时，第二端帽4实际上通过螺纹啮合围绕金属管2的钢外壳6来附接。将在下文中更详细地描述钢外壳6。当第二端帽4被旋拧到钢外壳6上时，其也与金属管2的第二末端2b直接物理接触，以便实现第二端帽4与金属管2之间的电连通，所述第二端帽4和金属管2在使用中共同形成电池的负电极。

现参看图2a到图2d，可以看到，金属管2包括内周边表面2c，内周边表面2c界定用于储存粉末混合物11的腔室2d。六个均匀间隔的沟槽2e沿金属管2的内周边表面2c形成，其在金属管2的第一与第二末端2a、2b之间以大致笔直路径延伸。从内周边表面切割或蚀刻出沟槽2e以便具有合适大小和尺寸来允许水自由地穿过其从金属管2的第二末端2b朝向第一末端2a流动。在某些实施例中，有可能压铸其中形成有沟槽的金属管2。

在本发明的实施例中，电解质粉末混合物11包括例如二氧化锰、氧化铁或结晶氧化银等金属氧化物粉末，其大致填充金属管2的腔室2d。在优选实施例中，按粉末混合物11的重量百分比计，粉末混合物11包括约3％的氯化铵颗粒、16％的氯化锌颗粒、68％的二氧化锰颗粒、12.4％的乙炔碳黑颗粒和0.6％的氧化锌颗粒。

使用旋转式或行星式球磨机和例如玛瑙(光玉髓)等陶瓷球对粉末混合物进行球磨。在测试期间，使用容量为500ml的实验室球磨机以及重量为110g且直径为22.4mm的陶瓷磨球，或重量为190g且直径为10.0mm的小型球。而且，在测试期间，在每一情况下研磨150g粉末混合物。将理解，对粉末混合物的球磨可适当按比例放大到工业大小以适应规模大得多的生产。

通过球磨产生的粉末混合物颗粒包括在纳米到微米范围内的直径。在优选实施例中，粉末混合物颗粒的直径为约4.32微米。

在某些实施例中，在已定位可渗透的分离板9以装衬金属管2的内周边表面2c之后，通过机器将粉末混合物11沉积到金属管2的腔室2d中。此后，可摇动金属管以将粉末混合物11更均匀地分布在腔室2d内。接着可使用柱塞来压紧粉末混合物11。这些步骤可在必要时重复一次或一次以上，以帮助使金属管2的腔室2d中的粉末混合物的量达到最大。

粉末混合物11通过可渗透的分离板9与金属管2的内周边表面2c大致物理和电隔离。可渗透的分离板包括双层0.08mm牛皮纸。可对折单张牛皮纸以用于此目的。可渗透的分离板9的外表面与金属管2的内周边表面2c齐平地平放，同时内表面接触金属管2中的粉末混合物11。

尽管可渗透的分离板9由可渗透的纸制成，但可在替代性实施例中使用合成或天然聚合物材料。

便利的是，可渗透的分离板9使得液体能够在使用中通过毛细作用从中穿过且接触粉末混合物11，而不会如在海绵类材料的情况下不当地保留液体。如图8中所示，可渗透的分离板9的末端部分9a抵靠着粉末混合物11的邻近于金属管2的第二末端2b的区域而折叠，以帮助阻止任何松散的粉末混合物11在未密封时漏出金属管2的第二末端2b。

电池1还包括导电棒5，导电棒5具有由钢触点5a构成的第一末端以及由碳棒5b构成的第二末端。碳棒5b在金属管2的内部从金属管2的第一末端2a大致朝向金属管2的第二末端2b延伸，且嵌入在粉末混合物11内。耦合到碳棒5b的钢触点5a经由第一塑料端帽3中的小孔3a伸到金属管2的第一末端2a外部。导电棒5与金属管2和金属第二端帽4电隔离。当组装所述实施例电池时，可在金属管2内部在从打开的第二末端2b朝向第一末端2a的方向上操纵由钢触点5a和碳棒5b构成的导电棒5，直到钢触点5a伸到塑料第一端帽3的小孔3a外部为止。小孔3a的大小经设计以防止导电棒5能够全部穿过小孔3a。

第一端帽3中的小孔3a的直径经设计以滑动配合钢触点5a的直径，以便减轻邻近于金属管2的第一末端2a的任何松散的粉末混合物11逸离。o形环安置于第一端帽3与金属管2的第一末端2a之间以用于密封目的。

当电池1在操作中时，导电棒5充当电池1的正电极，由于金属管2处的化学反应而产生的正离子将经由可渗透的分离板9和粉末混合物11流动到所述正电极。

为了激活电池1，从钢外壳6旋下第二端帽4以允许将水输送到金属管2中以接触粉末混合物。为了获得最佳电性能，优选将整个未密封电池在一杯净化或蒸馏水中浸没至少5分钟，使得水可经由金属管的未密封的第二末端2b进入，大致沿金属管2的内周边表面2c中的沟槽6e的长度流动，且接着经由可渗透的分离板9从沟槽6e流动以接触粉末混合物。这将帮助允许水更彻底地流动穿过金属管2的内周边表面2c中的沟槽。然而，如果所述电池实施例未全部浸没在水中，那么可通过将至少约1.7克水舀或浇到金属管2的未密封的第二末端2b中来激活粉末混合物11，之后将第二端帽4重新密封到金属管2的第二末端2b。

水从沟槽2e大致沿电池1的整个长度流动，并归因于其毛细作用而穿过可渗透的分离板9，且接着接触粉末混合物11。在替代性实施例中，沟槽可包括弯曲路径以进一步增加水与粉末混合物11可具有的接触量。如将了解，水能够接触并渗透进去的粉末混合物11的表面区域比在现有技术的水可激活的电池的情况下大得多，所述现有技术的水激活式电池要求水仅在粉末混合物11的顶部表面处渗透粉末混合物。

一旦已将第二端帽4旋回到钢外壳6上以便以可释放的方式密封金属管2的第二末端2b，电池1便被激活并准备好用于向电子装置供电。在某些实施例中，可想到，可通过使用插入到金属管2的密封的第二末端2b中的相对较小开口中的移液管来将水在压力下注射到腔室2d中。然而，考虑到需要额外的移液管来将水喷射到金属管中且缺少视觉指示来帮助确定电池1是否已被注入恰当量的水，所以此选项为较不优选的。

一旦水已接触粉末混合物11，粉末混合物11便与金属管2发生化学反应，借此在由导电棒5构成的正电极与由第二端帽4和金属管2的组合构成的负电极之间产生电位差。尽管安置于电池1的正电极(即，导电棒)与负电极(即，金属管和第二端帽)之间的可渗透的分离板9使电池的正电极与负电极物理和电隔离，但其也允许在使用中由于化学反应而形成的正离子从负电极金属管2朝向正电极自由流动以便继续产生并维持电位差。因此，在负电极处形成的电子能够从负电极流动穿过负载装置且返回到电池1的正电极。

在优选实施例中，按金属管2的重量百分比计，金属管2由至少99％的锌形成。在金属管2中使用锌材料将导致电池1内发生相对较小能量的化学反应，且这帮助在激活电池之后延长操作寿命，因为金属管2中的锌材料在使用中比例如使用镁金属管的电池等常规电池需要更长时间来腐蚀。另外将锌金属管2沉浸于铟中以减轻腐蚀。在替代性实施例中，金属管2可大致由镁、铝或其任何组合形成。然而，使用镁来形成金属管2可在激活之后归因于镁金属管2的较快速损耗而引起电池1内发生相对剧烈的化学反应，这往往会缩短电池1的操作寿命。

与使用镁金属管2相比，使用锌金属管2还将在激活后在相对较长的寿命中提供相对较低但更受控制且常规的电输出，使用镁金属管2将在激活后在相对较短的寿命中提供相对较高的输出功率。使用镁金属管还可产生非常规的2.1V初始电压，其可能会在串联使用的情况下损坏产品。通常，如果金属管2由镁形成，那么预期此类实施例的可用寿命可在激活之后持续约2到3周，而使用锌作为金属管2的实施例的可用寿命可在激活之后持续约6到12个月。可想到，在本发明的另外替代性实施例中，可在电池中包括牺牲阳极，其用以减慢对金属管材料的腐蚀。

当电池1上的电位差下降到不可用的电平时，可如上所述将水再次填充到电池1中以重新激活粉末混合物11且再次在电池1的正电极和负电极上产生可用的电位差。

如上文所提及，钢外壳6围绕金属管2作为金属管2的增强物以抵抗归因于在使用期间通常产生的热量和其它应力而引起的变形。在此实施例中，钢外壳6适于作为滑动配合的外套管在金属管2上方滑动。如图9中所示，外壳6在金属管2的第一末端2a上方折叠以及在第一端帽3的周边边缘上方折叠，以便防止金属管和第一端帽从外壳6的所述末端射出。外壳6的上面定位有螺纹6a的相对末端并未在金属管2的第二末端2b上方折叠，以免阻止金属管2在如下文进一步描述的出于回收目的进行分离期间从外壳6的所述末端射出。

在外壳6为金属材料的情况下，其将与金属管2成电连通，因为外壳的内周边表面围绕并紧密邻接金属管2的外周边表面，以便促进其间的电连通。

外壳6包括如图3c中所示的内部螺纹6a以可释放地啮合如图4b到图4e中所示的安置于第二端帽4上的互补螺纹布置4a。第二端帽4包括安置于其面向外的表面上的十字形凹痕4d以使得螺丝刀头部、硬币和手指甲能够将第二端帽4旋拧到钢外壳6或从钢外壳6旋下第二端帽4。第二端帽4还包括布置在周边边缘周围的脊状物4b，其可由用户手指抓住以从外壳6旋下第二端帽4。

在某些实施例中，可使用塑料外壳6。塑料外壳可经预成型且/或模制以紧密配合在金属管2的周围。如果使用塑料外壳6，那么将需要确保第二端帽4牢固地旋拧在塑料外壳6内部且接触金属管2的第二末端2b，使得其被电连接且第二端帽4和金属管2在使用中充当负电极。在某些实施例中，塑料外壳6的螺纹部分6a覆盖有导电材料以帮助提供第二端帽4与金属管2之间的电连通。有利的是，塑料外壳6的外表面可相对容易压印且/或装饰有商标和/或其它商业标记。而且，塑料外壳可归因于其相对较轻的重量而为合意的，这在将拆卸的塑料外壳装运到工厂以便重新用于制造新电池期间节省了成本。

在使用金属外壳6的情况下，在第二端帽4不必直接接触金属管2的情况下第二端帽4提供第二端帽4与金属管2之间的电连通。第二端帽4仍应牢固地旋拧成可释放地啮合外壳6，使得在如图6a和图6b所示的o形环10上施加压力以帮助将其保持于大致稳定的位置中，借此其减轻锌金属管2与外壳6的内表面之间的间隙中的液体泄漏。

在替代性实施例中，在不使用外壳的情况下，第二端帽4可通过螺纹啮合或任何其它合适附接构件以可释放的方式直接啮合到金属管2的第二末端2b。

转向图5a到图5d，展示塑料圆形保持部件8，其适于安放在可渗透的分离板9的折叠部分9a上，所述折叠部分9a封闭邻近于金属管2的第二末端2b的电解质粉末混合物11的顶部部分。保持部件8包括直径类似于金属管2的第二末端2b的直径的圆柱形横截面，使得其紧密配合在金属管2的第二末端2b内部。

保持部件8还包括四个段形小孔8a，其从一侧到另一侧完全穿过。有利的是，保持部件8不仅帮助将可渗透的分离板9的折叠部分9a固持在恰当位置以防止松散的粉末混合物11经由金属管2的第二末端2b逸离，而且其还允许水经由可渗透的分离板9的折叠部分9a从中流过而接触粉末混合物11。当将水输送到金属管2的未密封的第二末端2b中时，水不仅将经由金属管2的内周边表面2c中的沟槽2e沿金属管2的长度流动，而且一些水也可流动穿过保持部件8中的小孔8a且经由可渗透的分离板9的折叠部分9a所覆盖的粉末混合物11的顶部来接触粉末混合物11。应注意，在某些替代性实施例中，水可首先穿过保持部件8的小孔8a，之后水流动到金属管2的内周边表面中的沟槽2e中且沿所述沟槽2e流动。

同样如上文所提及，保持部件8包括适于啮合另一o形环10的三维配置8b。如此，三维配置包括在保持部件8的面向外的侧面上围绕保持部件8的周边延伸的凹座。o形环10为约0.5mm厚，借此以可释放的方式密封金属管2的第二末端2b的第二端帽4的压力致使安放在保持部件8的三维配置8b中的o形环10变平，且被迫紧密抵靠着外壳6的内表面，以便减轻经由金属管2与外壳6的内表面之间的间隙的泄漏。

将了解，在电池1的操作期间，对金属管2的腐蚀往往会导致废料堆积在金属管2处，这可随时间至少部分挡住经由沟槽2e的液体流动。在这点上，保持部件8允许水穿过其并接触粉末混合物11的顶部表面的能力是有利的。

本发明的实施例在湿度受控的环境(通常称为“干燥室”)中组装以减轻湿气激活粉末混合物11且进而破坏电池操作的风险。

除了实际电池实施例在湿度受控的环境中组装之外，电池实施例还在湿度受控的环境中封装以便减轻过量湿气被捕获在封装内的风险。

在如图9所描绘的优选实施例中，封装12包括多个大致相同的舱12a，其形成条带。所述舱12a中的每一者在根据第一实施例形成的电池1周围提供液体和空气不能透过的密封。舱12a由环保透明塑料材料形成。舱12a可例如通过使用合适的机器将塑料材料热封在电池1周围来形成。

可通过沿撕裂线12b撕裂来使封装12的舱12a中的每一者彼此分离。

有利的是，本发明的实施例已经过工程设计以遵照适合用于闪光灯、无线电、移动电话等中的标准AA、AAA型电池等的物理参数，同时提供适于向此类装置供电的输出性能。借助于实例，已发现本发明的涉及使用锌金属管的AA型电池实施例能在1.7V下产生4500到5000mA短路(最大安培)的电输出，且以25mA恒定耗用电流实现约600到700的mAh，这是与类似应用中所使用的常规AA型电池的电输出相当的电输出。

已关于本发明的实施例使用不同电解质粉末混合物组分来进行测试以评估其对电性能的影响。

在所测试的实施例中使用按粉末混合物的重量百分比计包含约60％的氧化锰、3％的氯化铵、16％的氯化锌、0.6％的氧化锌和20％的乙炔碳黑的第一粉末组分。在电解质粉末混合物中具有相对较低量的氧化锰和相对较高量的乙炔碳黑的情况下，1.62V的初始电压和1.75A的最大或短路安培产生250mAh的电输出(基于在0.9V截止的情况下的200mA的恒定耗用电流)。1.61V的初始电压和2.05A的最大或短路安培产生254mAh的电输出(基于在0.9V截止的情况下的200mA的恒定耗用电流)。

在所测试的实施例中使用按粉末混合物的重量百分比计包含约71％的氧化锰、3％的氯化铵、16％的氯化锌、0.6％的氧化锌和9.2％的乙炔碳黑的第二粉末组分。在电解质粉末混合物中具有略高量的氧化锰和略低量的乙炔碳黑的情况下，1.65V的初始电压和1.62A的最大或短路安培产生280mAh的电输出(基于在0.9V截止的情况下的200mA的恒定耗用电流)。1.64V的初始电压和1.53A的最大或短路安培产生279mAh的电输出(基于在0.9V截止的情况下的200mA的恒定耗用电流)。

在所测试的实施例中使用按粉末混合物的重量百分比计包含约68％的氧化锰、3％的氯化铵、16％的氯化锌、0.6％的氧化锌和12.4％的乙炔碳黑的第三粉末组分。1.75V的初始电压和3.78A的最大或短路安培产生368mAh的电输出(基于在0.9V截止的情况下的200mA的恒定耗用电流)。1.75V的初始电压和3.3A的最大或短路安培产生375mAh的电输出(基于在0.9V截止的情况下的200mA的恒定耗用电流)。此粉末组分被视为在所测试的本发明的实施例中提供最佳电性能。

有利的是，根据本发明实施例的液体激活式电池在假定其仅在将液体添加到其中的粉末混合物后才变得有效的情况下提供比常规电池相对较长的贮存期。相比而言，常规电池往往会在制造后立即劣化，且可能在相对较短的储存持续时间之后便不可用。尽管本文中所描述的本发明实施例归因于较长贮存期而尤其非常适合且既定在紧急情形期间使用，但此类电池实施例的实际输出性能可比得上或优于某些常规电池所预期的功率输出。

还有利的是，本发明的实施例的机械设计帮助提供组件部分的可重复使用性和可回收性的简易性。举例来说，在从钢外壳6旋下第二端帽4之后，可易于从金属管2移去保持部件和o形环，且接着导电棒5和第一端帽3可随后经由金属管2的第二末端2b从外壳6穿出，之后移除可渗透的分离板9。金属管2也将可容易经由钢外管6的未在金属管的第二末端2b上方折叠的末端与钢外壳6分离。组件部分的分离可通过手手动地、通过使用自动化机器或其组合来执行。

此后，可收集外壳、第二端帽4和导电棒并将其返回到工厂以供重新用于制造新电池而不在回收此类部分中招致时间、成本和能量。可通过以相对具成本效益的制造权限收集这些可重复使用的组件部分且将其大批量地装运到工厂来获得进一步的成本节省。

在使用塑料外壳的实施例中，塑料与金属相比的相对较轻重量可进一步减轻将外壳装运回到工厂以供重复使用的成本，尤其是在装运经过相对较长的距离的情况下。还理解，塑料外壳可较易于重复使用或回收，因为通常不存在锌金属管所涉及的焊接或熔合，这有利于在装运回到工厂以供重复使用之前相对较容易地与锌金属管2分离。

锌金属管、可渗透的分离板和塑料第一端帽可以与常规电池的回收相比相对较方便且具能量效益的方式进行回收。也就是说，常规电池必须首先粉碎且接着进行熔炼，其中在不同温度下重获各种材料。因为锌金属管2可易于与外壳6分离，所以不需要粉碎。而且，因为锌金属管的熔融温度往往低于常规电池的金属管的熔融温度，所以在锌管的回收期间消耗较少能量。

除了上文所概述的优点之外，本发明的实施例还已经过测试且发现满足关于在电气电子设备中限制使用危害物质的指令2002/95/EC(ROHS)的要求。因此，认为电池实施例归因于可遵照ROHS指令来回收/重复使用的组件部分的高百分比而提供对现有技术电池的环保替代方案。

此外，本发明的实施例已经过测试且发现满足与电池的汞含量有关的指令2006/66/EC和EN 71第三部分第4(1)条款的要求。已发现，所述实施例未含有超过规定限值的汞水平，且因此视为对人类使用是安全的。

所属领域的技术人员将了解，本文中所描述的本发明在不脱离本发明的范围的情况下容许除具体描述的变化和修改之外的变化和修改。所属领域的技术人员容易明白的所有此类变化和修改应视为处于如前文广泛描述的本发明的精神和范围内。应理解，本发明包括所有此类变化和修改。本发明还包括说明书中所参考或指示的所有步骤和特征(个别地或全体地)，以及所述步骤或特征中的任何两者或两者以上的任何和所有组合。

本说明书中对任何现有技术的参考并不是且不应被视为对所述现有技术形成一般常识的一部分的承认或任何形式的暗示。

Claims (37)

1.一种电池，其特征在于，包括：

金属管，其具有相对的第一和第二末端，以及内周边表面，所述内周边表面界定其中安置液体可激活的粉末混合物的腔室；

可渗透的分离板，其用于电隔离所述粉末混合物与所述金属管；

导电棒，其具有邻近于所述金属管的第一末端而定位的第一末端且延伸到接触所述粉末混合物的第二末端；以及

通道，其在所述金属管的第一与第二相对末端之间延伸以允许液体从中流过，其中所述液体能够沿所述金属管的长度经由所述可渗透的分离板从所述通道而被输送以接触所述粉末混合物，以便激活所述粉末混合物，由此经激活的粉末混合物适用于在所述导电棒与所述金属管之间产生电位差。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述金属管包括锌、镁、铝及其组合中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述金属管包括按所述金属管的重量计至少99％的锌。

4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述金属管沉浸于铟中。

5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述金属管的第一末端由包括塑料材料的第一端帽密封。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述金属管的第二末端可由第二端帽以可释放的方式密封，所述金属管的第二末端适于在未密封时允许将所述液体从中输送到所述腔室中。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述第二端帽和所述金属管的第二末端包括类似的直径。

8.根据权利要求6或7中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述第二端帽包括适于在以可释放的方式密封所述金属管的第二末端时与所述金属管电连通的金属材料。

9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述导电棒的第一末端经由安置于所述第一端帽中的小孔向所述金属管的第一末端外部延伸。

10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述导电棒的第二末端嵌入于所述粉末混合物内。

11.根据权利要求1-10中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述导电棒包括黄铜、碳和不锈钢中的至少一者。

12.根据权利要求1-11中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述通道延伸所述金属管的整个长度。

13.根据权利要求1-12中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述通道在所述金属管的第一与第二相对末端之间在笔直路径中延伸。

14.根据权利要求13所述的电池，其特征在于，所述通道在与所述金属管的长轴平行的路径中延伸。

15.根据权利要求1到12中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述通道包括弯曲路径。

16.根据权利要求1-15中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述通道包括形成于所述金属管的所述内周边表面中的沟槽。

17.根据权利要求16所述的电池，其特征在于，包括形成于所述金属管的所述内周边表面中的至少六个沟槽。

18.根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述至少六个沟槽围绕所述内周边表面均匀地间隔开。

19.根据权利要求1-18中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述液体包括水或任何基于水的液体。

20.根据权利要求1-19中任一权利要求所述的电池，其特征在于，包括围绕所述金属管的外壳，所述外壳适于增强所述金属管来抵抗变形。

21.根据权利要求20所述的电池，其特征在于，所述外壳包括金属和塑料材料中的至少一者。

22.根据权利要求21所述的电池，其特征在于，所述金属材料包括不锈钢。

23.根据权利要求20到22中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述外壳包括介于0.2到1mm之间的厚度。

24.根据权利要求20到23所述的电池，其特征在于，所述第二端帽适于螺纹配合地啮合所述外壳，以便以可释放的方式密封所述金属管的第二末端，由此所述第二端帽与所述金属管电连通。

25.根据权利要求1-24中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述粉末混合物包括金属氧化物粉末。

26.根据权利要求25所述的电池，其特征在于，所述金属氧化物粉末包括活性碳、二氧化锰、氧化铁和结晶氧化银中的至少一者。

27.根据权利要求25或26所述的电池，其特征在于，粉末混合物颗粒包括按所述粉末混合物颗粒的重量计3％的氯化铵颗粒、16％的氯化锌颗粒、68％的二氧化锰颗粒、12.4％的乙炔碳黑和0.6％的氧化锌颗粒。

28.根据权利要求1-27中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述粉末混合物包括直径为4.32微米的颗粒。

29.根据权利要求1-28中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述可渗透的分离板包括可渗透的纸材料、可渗透的合成聚合物材料和可渗透的天然聚合物材料中的至少一者。

30.根据权利要求1-29中任一权利要求所述的电池，其特征在于，包括0.08mm厚的牛皮纸的双层板。

31.根据权利要求1-30中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述可渗透的分离板与所述金属管的所述内周边表面齐平地平放。

32.根据权利要求1-31中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述可渗透的分离板的一部分在邻近于所述金属管的所述第二末端的所述粉末混合物上方折叠。

33.根据权利要求32所述的电池，其特征在于，包括安置于所述腔室中的邻近于所述金属管的第二末端的保持部件，所述保持部件邻接所述可渗透的分离板的折叠部分。

34.根据权利要求33所述的电池，其特征在于，所述保持部件包括至少一个小孔，以允许从所述金属管的第二末端穿过其来接触所述可渗透的分离板的折叠部分的流体连通。

35.根据权利要求33或34中任一权利要求所述的电池，其特征在于，所述保持部件包括三维配置，所述三维配置适于啮合o形环，使得所述o形环能够邻近于所密封的第二端帽而维持在固定的位置中，以便减轻来自所述金属管的液体泄漏。

36.根据权利要求1-35中任一权利要求所述的电池，其特征在于，包括AA型和AAA型电池中的至少一者的形状和尺寸。

37.一种激活电池的方法，其特征在于，所述电池包括：

金属管，其具有相对的第一和第二末端，以及内周边表面，所述内周边表面界定其中安置液体可激活的粉末混合物的腔室；

可渗透的分离板，其用于电隔离所述粉末混合物与所述金属管；

导电棒，其具有邻近于所述金属管的第一末端而定位的第一末端和嵌入在所述粉末混合物中的第二末端；且

其中，所述激活电池的方法包括以下步骤：

(i)将液体输送到所述腔室中；以及

(ii)沿通道引导所述液体，其中所述液体能够沿所述金属管的长度经由所述可渗透的分离板从所述通道而被输送以接触所述粉末混合物，以便激活所述粉末混合物，由此所述经激活的粉末混合物适于在所述导电棒与所述金属管之间产生电位差。

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