CN105633426A - 防止因串联使用引起过放电导致漏液的碱性锌锰电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其目的在于解决碱性锌锰电池过放电后，电池内部析气量大而产生漏液问题。本发明包括过放电保护部件以及碱性锌锰电池主体；本发明的过放电保护部件主要为半导体二极管，将保护部件与碱性锌锰电池主体串联后得到过放电防漏性能改善的碱性锌锰电池。本发明制备工艺简单，可以显著改善碱性锌锰电池的因串联使用引起的过放电防漏液性能。

Description

防止因串联使用引起过放电导致漏液的碱性锌锰电池

技术领域

本发明涉及一种碱性锌锰电池，尤其涉及防止因串联使用引起过放电导致漏液的碱性锌锰电池。

背景技术

锌锰电池在电池市场上具有巨大的份额与其广泛的用途是分不开的，它是民用一次电池的主导产品，几乎所有的低压直流电器都可以使用碱锰电池作为电源。碱性锌锰电池具有优良的电化学性能和较高的性价比，一直受到广大消费者的欢迎，自从无汞碱性锌锰电池投入市场后，安全、环保高性能碱性锌锰电池更加收到市场的好评，现在以及未来几十年将以碱性锌锰电池为主导。

为了大电流性能，制备碱性锌锰电池时，负极锌膏一般为过量，过放电之后，正极消耗殆尽，负极还有剩余，且锌粉经反应，颗粒变细，活性变高，自放电析氢反应加剧导致电池内部气压增大，而导致电池漏液，漏液会腐蚀电器，漏出的液体会腐蚀电器电路板上的元件、铜箔以及焊点，造成电器报废，造成比电池本身价值高很多的损失，给消费者带来极大的损失，严重影响客户的信心。消费者还担心电池的漏液会对人体有害，特别是对特殊人群，例如小孩子或孕妇。因此消费者希望有一款过放电不漏液的电池出现，环保安全，同时还能延长用电器的使用寿命，即使价格贵点也可接受。而碱锰电池过放电漏液问题是该产品的世界性技术难题，一直困扰生产厂家。

发明人通过大量的实验探索与分析得知，由于电池在生产过程中，要经历很多道工序，即使经过严格的检测程序，使每只电池的开压、内阻、容量一致，但是贮存一段时间后也会产生这样或那样的差异。如同一位母亲生的双胞胎，刚生下来可能长得一模一样，作为目前都很难分辨，然而，在两个孩子不断成长时，就会产生这样或那样的差异，碱性锌锰电池也是这样；当电池多节串联使用时，目前用电器普遍采用的整体电压控制的方式是难以适用于碱性锌锰电池的，无法控制每节电池的过放电深度：例如两节碱锰电池串联使用形成3V，在放电初期两节电池电压接近，当放电继续进行时，容量稍高的电池未放完电，而容量低的则被过放电，用电器例如遥控器，收音机、石英钟表等无过放电控制装置或者采用整体电压控制，仅当两节串联电池的整体电压小于1V时，用电器才会无法使用甚至勉强仍可使用，可是此时两节电池极有可能出现0.9V+0.1V的情况，对于0.9V的电池，0.1V的那节碱锰电池过放电深度过高，是当消费者将电池遗忘在用电器中时，漏液几率相当高。

碱锰电池的这种串联使用过放电漏液是不可避免的，有些厂商通过调整碱锰电池的参数可以一定程度上降低单节电池过放电的漏液率，但是由于用电器多种多样，而且消费者的使用习惯千差万别，几乎无法根据所有需求设计出最佳的防漏参数。

发明人在通过大量的实验与探索下发现充分利用二极管的特性，将半导体二极管与碱性锌锰电池串联后得到过放电防漏性能改善的碱性锌锰电池，利用半导体二极管的死区电压性质，充分限制每节电池在放电过程中的电压下限，从根本上全面降低电池的过放电深度进而过放电漏液率。本发明制备工艺简单，可以显著改善碱性锌锰电池的过放电防漏液性能；该技术仅需将半导体二极管与普通碱锰电池串联组合，可根据需要设计半导体二极管的形状、串联方式以及位置，成本低、实现简便，只需在原有生产工艺上稍作改变，可获得全面提高的碱性锌锰电池过放电防漏性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种尺寸外型符合当前国家标准的前提下，防止因串联使用引起过放电导致漏液的碱性锌锰电池，克服现有碱性锌锰电池串联使用时，因过放电深度不受控制，不可预料的发生过放电深度过高导致电池析气量大而漏液；将半导体二极管与普通碱锰电池串联，利用低成本半导体二极管的死区电压性质，充分限制每节电池在放电过程中的电压下限，从根本上全面降低电池的过放电深度进而过放电漏液率。

解决本发明的技术问题需要提供的技术方案：防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于包括电池主体，所述的电池主体的正极或负极上正向串联连接有半导体二极管，利用半导体二极管的死区电压限制电池主体在放电过程中的电压下限以降低电池主体的过放电深度。

本发明进一步的优选方案为：半导体二极管为锗半导体二极管或硅半导体二极管或砷化镓半导体二极管。

本发明进一步的优选方案为：所述的半导体二极管的死区电压为0.1～0.5V。

本发明进一步的优选方案为：所述的半导体二极管为圆柱型或片状半导体二极管。

本发明进一步的优选方案为：所述的电池主体包括负极底盖、负极铜钉和正极假底，所述的片状半导体二极管平贴在所述的负极底盖或正极假底外侧，片状半导体二极管的厚度为0.5mm～5mm。

本发明进一步的优选方案为：片状半导体二极管的外侧连接有镀镍钢片。

本发明进一步的优选方案为：正极假底通过绝缘胶粘合在钢壳正极端面上，半导体二极管安装在正极假底与钢壳正极端面之间的空腔内，半导体二极管串联连接所述的钢壳正极端面与所述的正极假底。

本发明进一步的优选方案为：所述的半导体二极管安装在所述的负极底盖内侧与负极铜钉底部之间。

与现有技术相比，本发明的优点是提供的由半导体二极管与普通碱性锌锰电池组合形成的新型碱性锌锰电池可以发挥半导体二极管的特性，充分管控碱性锌锰电池在放电过程中的过放电深度，从而根本上降低碱锰电池的过放电漏液；并且半导体二极管正向导通后的导通压降较低，电阻很小，基本不影响碱锰电池的放电容量。

本发明提供的防止因串联使用引起过放电导致漏液的碱性锌锰电池具有如下效果：

(1)本发明找到了导致碱锰电池过放电漏液的关键因素，然后有针对性的利用半导体二极管，对每节碱性锌锰电池的放电深度均实现有效监管，全面的根本上降低碱锰电池的过放电漏液几率，提高碱性锌锰电池的安全性能；

(2)所采用的半导体二极管根据死区电压特性，自我自动限定每只碱性锌锰电池放电电压深度，实现每只碱锰电池的自我过放保护，即使电池串联使用或者用电器过放保护；

(3)本发明提供的半导体二极管可以通过种类筛选或者组合的方式，实现不同的死区电压，从而可以根据实际需要设定不同的碱锰电池放电电压下限值，进而碱锰电池放电深度；

(4)由于本发明采用的半导体二极管在正向导通后的导通压降较低，电阻很小，基本不影响碱锰电池的放电容量；

(5)本发明采用的常规碱性锌锰电池与半导体二极管组合方式与位置，基本不会改变现有碱性锌锰电池的外观、尺寸，不会影响碱性锌锰电池的使用体验；

(6)本发明提供的半导体二极管与碱性锌锰电池的组合方式有多种，生产的可容度较高，使用者可以根据自己的生产实际情况自主选择；

(7)本发明提供的防止碱性锌锰电池过放电技术还可以利用半导体二极管的反向不导通性，根本上避免碱锰电池使用时因“三正一反”，碱性电池间相互充电而爆炸或漏液，进一步提高碱性锌锰电池的安全性；

(8)制备方法简单易行，材料易得、用量少，只需在碱性锌锰电池成熟的生产线上稍作调整，适合大规模的工业生产。

与现有的各种碱性锌锰电池相比，本发明的特点在于：

(1)碱性锌锰电池除了常规碱性锌锰电池，还组合有半导体二极管；

(2)实现碱性锌锰电池在单独使用或者串联使用时的自我过放电保护，进行全面降低碱锰锌锰电池的过放电漏液率；

(3)改性碱性锌锰电池可以根本上避免碱锰电池使用时因“三正一反”，碱性电池间相互充电而爆炸或漏液，进一步提高碱性锌锰电池的安全性；；

附图说明

图1为半导体二极管的伏安特性曲线：

图2a为碱性锌锰电池正极侧串联半导体二极管示意图；

图2b为碱性锌锰电池负极侧串联半导体二极管示意图；

图3a为半导体二极管位于负极底盖外侧的结构图；

图3b为半导体二极管位于负极底盖内的结构图；

图3c为半导体二极管位于正极假底内的结构图；

图3d为半导体二极管位于正极假底外侧的结构图。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，意外地获得了可有效抑制碱性锌锰电池因过放电而产生漏液的技术，可有效限制碱性锌锰电池在使用过程中过放电电压下限，控制电池的过放电深度，从而提高碱性锌锰电池防漏性能，从根本上全面提高碱锰电池的过放电安全性能，在此基础上完成了本发明。

本发明的技术构思如下：

本发明人是针对常规碱性锌锰电池的过放电控制限制：当电池多节串联使用时，目前用电器普遍采用的整体电压控制的方式是难以适用于碱性锌锰电池的，无法控制每节电池的过放电深度，因过放电深度不受控制，不可预料的发生过放电深度过高导致电池析气量大而漏液，提供一种防止过放电漏液的碱性锌锰电池；

本发明人发现，若将普通碱性锌锰电池与半导体二极管正向串联使用，利用半导体二极管存在死区电压特性，当碱性锌锰电池放电电压低于该死区电压后，半导体二极管便将可电池回路断开，不让碱性电池继续放电、尤其是小电流放电，提前提醒消费者电池容量耗尽，从而将电池取出，实现放电深度电池自动控制，全面提高碱锰电池过放电尤其是串联使用过放电的防漏性能。而且由于所采用的半导体二极管的死区电压较低，管正向导通后的导通压降较低，电阻很小，基本不影响碱锰电池的放电容量。该技术成本低、实现简便，只需在原有生产工艺上稍作改变，相对于其他提高电池保质期的方法更具优势。

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，包括电池主体1，电池主体1的正极或负极上正向串联连接有半导体二极管2，利用半导体二极管的死区电压限制电池主体在放电过程中的电压下限以降低电池主体的过放电深度。

电池主体1包括负极底盖11、负极铜钉12和正极假底13，片状半导体二极管2平贴在负极底盖11外侧，片状半导体二极管2的厚度为0.5mm或2mm或5mm。片状半导体二极管2的外侧连接有镀镍钢片3。如图3a所示，半导体二极管为锗半导体二极管或硅半导体二极管或砷化镓半导体二极管。

半导体二极管的死区电压为0.1～0.5V。

半导体二极管为圆柱型或片状半导体二极管。

实施例2：其他部分与实施例1相同，其不同之处在于片状半导体二极管2平贴在正极假底13外侧，如图3d所示。

实施例3：其他部分与实施例1相同，其不同之处在于正极假底13通过绝缘胶粘合在钢壳正极端面14上，半导体二极管2安装正极假底13与钢壳正极端面14之间的空腔内，半导体二极管2连接钢壳正极端面14与正极假底13。如图3c所示。

实施例4：其他部分与实施例相同，其不同之处在于半导体二极管2安装在负极底盖11内侧与负极铜钉12底部之间。如图3b所示。

对比例1：常规的不加半导体二极管的四节碱性锌锰电池串联后的过放电漏液情况。

表1为对比例1与实施例1-实施例4的漏液率比较。

表1碱性锌锰电池过放电漏液率对比(100组)

以上对本发明所提供的防止因串联使用引起过放电导致漏液的碱性锌锰电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于包括电池主体，所述的电池主体的正极或负极上正向串联连接有半导体二极管，利用半导体二极管的死区电压限制电池主体在放电过程中的电压下限以降低电池主体的过放电深度。

2.根据权利要求1所述的防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于半导体二极管为锗半导体二极管或硅半导体二极管或砷化镓半导体二极管。

3.根据权利要求1所述的防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于所述的半导体二极管的死区电压为0.1～0.5V。

4.根据权利要求1所述的防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于所述的半导体二极管为圆柱型或片状半导体二极管。

5.根据权利要求4所述的防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于所述的电池主体包括负极底盖、负极铜钉和正极假底，所述的片状半导体二极管平贴在所述的负极底盖或正极假底外侧，片状半导体二极管的厚度为0.5mm～5mm。

6.根据权利要求5所述的防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于片状半导体二极管的外侧连接有镀镍钢片。

7.根据权利要求4所述的防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于正极假底通过绝缘胶粘合在钢壳正极端面上，半导体二极管安装正极假底与钢壳正极端面之间的空腔内，半导体二极管连接所述的钢壳正极端面与所述的正极假底。

8.根据权利要求4所述的防止因串联使用引起过放电漏液的碱性锌锰电池，其特征在于所述的半导体二极管安装在所述的负极底盖内侧与负极铜钉底部之间。