CN1286813A - 电化学电池和装配方法 - Google Patents

Abstract

一种电化学电池和用于获得增大的阳极至阴极的接触面积以实现提高工作性能的方法。一个第一电极如一个阴极设置在一个容器中并在第一电极中形成一个空腔。将一个导电板顶住一个管形隔离件而插入上述空腔中,使管形隔离件置于空腔中而形成第一和第二隔离件室。导电板最好涂敷第一电极活性材料如二氧化锰,导电板压配合在空腔内。一个第二电极如一个阳极设置在第一和第二隔离件室的每个之中。装配一个与第二和第三电极接触的集电器,并且在容器的顶端上装配一个盖和密封组件。

Description

电化学电池和装配方法

本发明总体上涉及一种电化学电池，更具体地说，本发明涉及一种电化学电池和装配一种具有增大的阳极至阴极交界面面积的电池的方法。

电化学电池通常用于为电动装置，尤其是为便携式电动装置提供电压。目前可以在市场上获得一些已在工业上认可的具有标准型号的通常为圆柱形状的普通碱性电池，包括D-，C-，AA-，AAA-，AAAA-型号的电池，以及一些其它型号和结构的电池。诸如上述类型的碱性电池通常提供一种工作性能有限的预先确定的开路电压源。

传统的圆柱形碱性电池通常有一个圆柱形钢制外壳，外壳的一端设置一个正极盖，在相反的一端设置一个负极盖。圆柱形电池有一个正电极，通常称为阴极，它常常用一种由二氧花锰，石墨，氢氧化钾溶液，去离子水和特氟隆^_溶液围绕圆柱形钢制外壳的内侧面形成的混合物构成。典型地，一个杯形隔离件围绕阴极的内表面设置在外壳的内圆柱形空腔的中央。一个负电极，通常称为阳极，典型地是用锌粉，一种胶化剂和其它添加剂构成的，它和一种电解质溶液一起设置在隔离件中。传统的圆柱形电池的一个例子公开于美国专利5501924中，此处作为对比文件引用。

传统的圆柱型电池都典型地具有装配在钢制外壳内的一个唯一的阳极和一个唯一的阴极，隔离件接合在它们之间。阴极典型地设置在外壳的内表面上，通常位于外壳的一个外周面部分内，在阴极的中央形成一个圆柱形空腔。然后将一个与阴极中的空腔的大小和形状设计得相近似的杯形隔离件插入空腔中。隔离件通常有一个阳极至阴极的接合面，该结合面通常由阳极和阴极的形状和大小限定，它大约等于圆柱形阳极的外周面的表面面积。此外，阳极通常制成一种圆柱形状，它有一个均匀弯曲的平行于容器壁的外表面，使得阴极不易断裂，这种断裂会导致电池中离子和电子的中断。

设计碱性电池中的一个主要目标是提高工作性能，它是指电池在一定的负荷下放电到一个特定的电压值所持续的时间长度，在这个特定电压下该电池对其指定的用途不再有用。商业上可获得的碱性电池通常有一个由工业标准限定的外部尺寸，由此限制了增加电池内的活性材料数量的能力。然而，寻找提高工作性能的新途径的需要仍然是电池设计者的目标。

本发明通过增大电池的阳极至阴极的接触面积来提高工作性能，提高了电化学电池的性能。为了获得这个优点和其它优点，以及根据在此所包含和所描述的本发明的目的，本发明提供一种电化学电池和装配一种具有增大的阳极至阴极的接触面积的化学电池的方法。还提供一个具有一个封闭底端和一个敞开顶端的容器。在容器中设置一个第一电极并在第一电极中形成一个空腔。在空腔中设置一个管形隔离件，使管形隔离件弯曲而在隔离件内形成第一和第二室。一个最好涂敷了第一电极活性材料如二氧化锰的导电板和隔离件一起插入空腔，使得导电板置于第一和第二室之间。一个第二电极设置在第一室中，而一个第三电极设置在第二室中。装配一个与第二和第三电极接触的集电器，以及在容器的敞开顶端装配一个盖和密封组件。根据优选实施例，第一电极包括一个阴极，而第二和第三电极各包括一个阳极。

实施本发明的人和本领域的技术人员通过阅读以下的说明书和权利要求书并参见附图将会认识到本发明的这些和其它特征，目的和好处。

图1是一个电化学电池的分解图，示出了一个管形隔离件和一个导电板在电池外壳的一个电极中的空腔内的装配情况；

图2是电池外壳的一个侧视图，进一部示出了在电池装配中管形隔离件和导电板的装配情况；

图3是在一个通过本发明的电化学电池纵轴线的一个平面上截取的电池的一个截面视图；

图4是在平面Ⅳ-Ⅳ上截取图3中的电化学电池的一个横截面视图；

图5是按照本发明的另一个实施例的一个电化学电池在一个通过其纵轴线的平面上截取电池的一个截面视图。

现在参见图1，图中示出了一个电化学电池10，它有一个看作为阴极的第一电极和各看作为阳极的第二和第三电极。虽然阴极用作正电极，阳极用作负电极，但是应该认识到，本发明的思想并不局限于所示的实施例。此外，虽然电化学电池10是以一个圆柱形碱性电池示出和描述的，但是应该认识到，本发明的原理也可以应用于具有各种型号尺寸和结构的各种类型的电化学电池。

如图1中的分解图所示，电化学电池10有一个圆柱形的钢制外壳12，该钢制外壳12有一个封闭的底端14和一个敞开的顶端16。电池的装配步骤包括在钢制外壳12的内部内腔内设置一个阴极18，并在阴极18的更内部的圆柱形内腔内形成一个圆柱形阳极空腔20。按照这种布置，阴极18将以一个圆柱形环的形状围绕钢制外壳12的内部表面延伸。阴极18最好是由二氧化锰，石墨，氢氧化钾溶液，去离子水和一种特氟隆悬浮物的一种混合物构成。

图中还示出了一个管形隔离件22，该管形隔离件22最好用一种可以防止任何固体颗粒进入电池10中的非纺织物制成，它的长度最好大约是阴极18的纵向长度的两倍。管形隔离件22可以包含一张卷起的非纺织物，它是空心的并且两端是敞开的。或者，也可以采用由再生纤维素制成的整体管件，它配有一个纸衬或者不配纸衬。图中还示出了一个导电板28，它最好用多孔金属制做。导电板28最好含有一层阴极活性材料如二氧化锰，它是接合在导电板28上的。此外，二氧化锰层可以与导电粒子如石墨混合，以便进一步加快电子传送。因此，导电板28便于二氧化锰层和阴极18之间的导电，以提高放电均匀性。

尤其参见图2，图中进一步示出了组装过程中的电池10。按照本发明，电池10的组装包括将含有二氧化锰层的导电板28强制插向管形隔离件22的中部，以使板28和隔离件22置于圆柱形空腔20内部。这样做时，当导电板28被强制插入圆柱形空腔20内时，导电板28使管形隔离件22弯曲成V形状。一旦完全插入后，管形隔离件22形成两个分别具有基本为半圆柱形阳极室24A和24B的隔离件22A和22B，它们在底侧处可以有一个连接通道，也可以没有连接通道，这取决于导电板28的插入深度。导电板28最好是与阴极18压配合，使得板28在相对的两端处接触阴极18。

当导电板28和隔离件22完全置于圆柱形空腔20内之后，阳极室24A和24B中基本上充满阳极混合物。可以在管形隔离件22插入空腔20之前或者在管形隔离件22插入空腔20而形成两个隔离件22A和22B之后，将阳极材料注射到或用其它方式施加到隔离件22A和22B中。阳极26A和26B可以包括一个由非混汞锌粉，一种胶化剂和其它添加剂，并与一种可以由氢氧化钾，氧化锌和水构成的电解质溶液混合而形成的胶质型阳极。应该认识到，在不背离本发明的学说下可以采用各种类型的阳极和阴极。

再回头简约参见图1，图中还示出了一个内盖和密封组件30，它含有一个双插脚的集电器34，它有一对集电棒34A和34B。集电棒34A和34B可以用一个单根导线或薄金属片构成，它被电连接到电池10的负接线端上。第一集电棒34A插入到第一阳极中，第二集电棒34B插入到第二阳极中，同时两棒与阳极锌相接触。盖和密封组件30进一步包括一个用于密封地封闭钢制外壳12的敞开端16的密封体32。集电棒34A和34B通过在内盖38中的通道延伸，密封体32防止通过钢制外壳12的敞开端的泄漏。

参见图3，图中示出了完全装配好的电化学电池10的一个截面图。除了密封地设置在敞开端16中的盖和密封组件30之外，在其顶部上还设置了一个外部接触盖40，以形成电池10的负极接线端。外部接触盖40与集电器34的顶表面接触，并且可以用点焊与之连接。与钢制外壳12的封闭端相组装的是一个正极盖42，它最好由薄钢片构成，在它的中心处有一个凸起的小块44，形成电池10的正极接线端。

如图4的横截面视图所示，第一阳极26A和对应隔离件22A，以及第二阳极26B和对应隔离件22B，都形成一个大致为半圆柱形的结构，它有一个由阴极18的内表面和带有二氧化锰层的导电板28的侧表面所限定的半圆形径向横截面。导电板28是压配合，使得它与阴极18相接触地沿其侧缘壁延伸。因此，导电板28的导电性允许从阴极18中的导电材料如石墨进行导电，沿着板28通过并传递到面对着隔离件22A和22B的平表面的二氧化锰层。这使得阴极18中的二氧化锰可以向导电板28上的二氧化锰层充电，因此实现基本上均匀的放电。

按照本发明的另一个实施例，化学电池10的装配与前述相同，不同的在于，导电板28被预先缩短，因此不会完全延伸到钢制外壳12的封闭下端14，按照这个实施例，第一和第二阳极26A和26B是经一个在导电板28下部的顶端的通道相互连接的，该通道在钢制外壳12的封闭下端14的上方延伸。利用这种实施例时，提供了一个单一的阳极，从而实现阳极至阴极的接触面积的增加。

实施本发明的人员和本领域的技术人员应该理解，在不背离所公开的构思的精神的情况下，可以对本发明实施各种各样的改型和改进。所要求的保护范围将由权利要求书和法律允许的解释范围来确定。

Claims (20)

1．一种制造电化学电池的方法，包括，

提供一个具有一个封闭底端和一个敞开顶端的容器；

在容器中设置一个第一电极并在第一电极中形成一个空腔；

在空腔中设置一个管形隔离件，使管形隔离件弯曲而在隔离件内形成第一和第二隔离件室；

在第一和第二隔离件室之间设置第一电极活性材料；

在第一隔离件室中设置一个第二电极；

在第二隔离件室中设置一个第三电极；

装配一个与第二和第三电极接触的集电器；以及

在容器的敞开顶端装配一个盖和密封组件。

2．按照权利要求1的方法，进一步包括步骤：在管形隔离件的一个中间部分上设置一个导电板，并将导电板强制压入空腔内，使导电板位于第一和第二隔离件室之间。

3．按照权利要求2的方法，进一步包括在导电板上涂敷第一电极活性材料的步骤。

4．按照权利要求2的方法，其中设置导电板的步骤包括将管形隔离件强制地设置到空腔中。

5．按照权利要求1的方法，进一步包括将第一电极作为一个阴极的步骤。

6．按照权利要求1的方法，进一步包括分别将第二和第三电极作为第一和第二阳极的步骤。

7．按照权利要求1的方法，进一步包括在第一电极的圆柱形内腔中形成一个空腔的步骤。

8．按照权利要求1的方法，其中容器包括一个基本上为圆柱形的外壳。

9．一种制造电化学电池的方法，包括以下步骤：

提供一个具有一个封闭底端和一个敞开顶端的容器；

在容器中设置一个阴极并在阴极中形成一个圆柱形空腔；

在空腔中设置一个管形隔离件，使管形隔离件弯曲而形成第一和第二阳极室；

在管形隔离件的一个中间部分上设置一个其上涂敷有阴极活性材料的导电板，使得导电板将管形隔离件插入空腔内，并被置于隔离件的第一和第二阳极室之间；

在第一阳极室中设置一个第一阳极；

在第二阳极室中设置一个第二阳极；

装配一个与第一和第二阳极接触的集电器；以及

在容器的敞开顶端装配一个盖和密封组件。

10．按照权利要求9的方法，进一步包括在导电板上涂敷阴极活性材料的步骤。

11．按照权利要求10的方法，其中阴极活性材料包括二氧化锰。

12．一种电化学电池，包括：

一个具有一个封闭底端和一个敞开顶端的容器；

设置在容器中的一个第一电极和在第一电极中形成的一个空腔；

设置在空腔中的一个管形隔离件，使管形隔离件弯曲而在隔离件内形成的第一和第二隔离件室；

设置在第一和第二隔离件室之间的第一电极活性材料；

在隔离件的第一隔离件室中设置的一个第二电极；

在隔离件的第二隔离件室中设置的一个第三电极；

一个与第二和第三电极接触的集电器；以及

装配在容器的敞开顶端上的一个盖和密封组件。

13．按照权利要求12的电池，进一步包括一个设置在隔离件的第一和第二电极室之间的空腔内的导电板。

14．按照权利要求13的电池，其中导电板有一个第一电极活性材料涂敷层。

15．按照权利要求12的电池，其中第一电极构造成一个阴极。

16．按照权利要求12的电池，其中第二和第三电极分别构造成第一和第二阳极。

17．按照权利要求12的电池，其中空腔有一个圆柱形内腔并位于容器的一个中央区域处。

18．按照权利要求12的电池，其中容器包括一个基本上为圆柱形的外壳。

19．一种电化学电池，包括：

一个具有一个封闭底端和一个敞开顶端的容器；

设置在容器中的一个阴极和在阴极中形成的一个空腔；

设置在空腔中的一个管形隔离件，使管形隔离件弯曲而在隔离件内形成第一和第二阳极室；

一个含有阴极活性材料的导电板，该导电板设置在第一和第二阳极室之间；

在隔离件的第一阳极室中设置的一个第一阳极；

在隔离件的第二阳极室中设置的一个第二阳极；

一个与第一和第二阳极接触的集电器；以及

装配在容器的敞开顶端上的一个盖和密封组件。

20．按照权利要求19的电池，其中导电板压配合在阴极上。

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