CN1784797A - 锌/空气电池 - Google Patents

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Abstract

一种具有薄壁、杯状的阳极壳和阴极壳的锌/空气电池。该电池可以是具有含锌阳极和可以是催化剂的、含二氧化锰的阴极盘的钮扣电池。阳极壳和阴极壳具有薄的壁厚，优选为2－5mil(0.0508－0.127mm)，最好约为2－3mil(0.0508－0.0762mm)。将阴极盘插入并接着冲入阴极壳中，从而将阴极盘压向阴极壳的封闭端。这使得阴极盘在阴极盘和阴极壳的内表面之间径向扩大，减少了围绕阴极盘边缘泄漏电解液的机会。在将阴极盘冲入阴极壳之后，阴极盘的直径优选比阴极壳的内径大0.5－2.5mil(0.0127－0.0635mm)左右。

Description

锌/空气电池
技术领域
本发明涉及具有含锌阳极和空气阴极的金属/空气电池。本发明涉及具有含锌阳极和含二氧化锰空气阴极的金属/空气电池及其组装。
背景技术
锌/空气去极化电池通常以小型钮扣电池的形式，这些电池具有作为包括可编程型助听器的电子助听器用电池的特殊用途。这些小型电池通常具有直径在约4-12mm之间、高度在约2-6mm之间的盘状圆柱形状。锌空气电池还可以制造成具有相当于常规的AAAA、AAA、AA、C和D尺寸的Zn/MnO2碱性电池的圆柱形壳体尺寸的稍大尺寸，甚至制造成更大的尺寸。
小型锌/空气钮扣电池通常包括阳极壳(阳极罐)和阴极壳(阴极罐)。阳极壳和阴极壳都具有封闭端、开口端以及从封闭端向开口端延伸的整体侧壁。阳极壳匹配有绝缘密封环，该绝缘密封环紧紧环绕阳极壳侧壁。在将所需材料插入阳极壳和阴极壳之后，通常在组装过程中将阴极壳的开口端推向阳极壳的开口端，使得一部分阴极壳侧壁覆盖一部分阳极壳侧壁并在它们之间绝缘密封。然后通过将阴极壳的边缘卷曲在绝缘密封件和阳极壳上的第二步骤互锁阳极和阴极壳。
可用含颗粒锌的混合物填充阳极壳。通常，锌混合物含有汞和胶凝剂，当将电解液加入混合物中时凝胶化。电解液通常是氢氧化钾的水溶液，但也可以采用其它水性碱性电解液。阴极壳的封闭端(当壳体处于封闭端在顶部的垂直位置时)通常在其中心附近具有突起部分。该突起部分形成正极端子，通常含有贯穿其中的多个空气孔。阴极壳封闭端通常也具有环绕正极端子的环形凹进台阶部。
阴极壳含有空气扩散体(空气过滤体)，该空气扩散体衬在壳体封闭端的突起部分(正极端子接触区域)的内表面上。空气扩散体可选自包括纸和多孔聚合物材料的各种空气可透过材料。空气扩散体邻近在壳体封闭端的突起部分中的空气孔放置。将典型含有颗粒二氧化锰、碳和疏水性粘合剂的催化剂材料压紧成盘状，在阴极组装内形成阴极盘。然后，把其中具有阴极盘的阴极组装插入阴极壳中，并放在不接触空气孔的空气扩散体一侧的空气扩散体上。通常，通过将电解质阻挡材料层(疏水性空气可透过膜)优选是Teflon(四氟乙烯)层叠在催化阴极盘的一侧、将电解质可透过(离子可透过)隔膜材料层叠到催化阴极盘的相反侧，从而形成阴极组装。通常情况下，接着将其中具有阴极盘的阴极组装插入阴极壳中，使得其中央部分覆盖空气过滤体，一部分电解质阻挡层保持抵靠台阶内表面的状态。成品电池中的阴极盘接触阴极壳壁。
如果没有充分密封电池，电解液会迁移至催化阴极组装的边缘，可能出现电解液从阴极壳的泄漏。泄漏如果发生，则易于沿阴极催化组装和阴极壳的外围边缘出现，然后通过在阴极壳封闭端的空气孔从电池中逐步渗漏出来。当阳极壳和阴极壳的壁厚非常薄例如在约2-5mil(0.0508-0.127mm)时，泄漏的可能性更大。这种低壁厚是所希望的，因为它导致了更大的内部电池体积。然而，在通过卷边而使电池封闭之后，壁厚非常薄的阴极壳更易于松弛或“反弹”。这种松弛会造成在阴极催化组装和阴极壳内表面之间的微观路径形成或扩大，反过来提供了电解液泄漏的路径。
通常，阴极壳是优选在冷轧钢或不锈钢的内和外表面上覆有镍层的镀镍冷轧钢或覆镍不锈钢。阳极壳同样可以是镀镍不锈钢，通常镍镀层形成壳体的外表面。阳极壳可以是三覆层材料，由具有镍外层、铜内层的不锈钢构成。在这种实施例中，镍层通常形成阳极壳体的外表面，铜层形成阳极壳体的内表面。铜内层是理想的，因为它在锌颗粒和阳极壳封闭端处的电池负极端子之间提供了高导电路径。可将耐久的聚合物材料的电绝缘体密封环插在阳极壳侧壁的外侧表面上。该绝缘环典型是高密度聚乙烯、聚丙烯或尼龙，这些材料抗挤压时的流动(冷流)，并且抗碱性电解液的化学侵袭。
在电池组装之后，在阴极壳表面上的空气孔之上放置可去除接片。使用前将接片去除，露出空气孔，使空气进入电池中并激活电池。
利用更常规的阳极和大于约6mil(0.152mm)，例如，约6-20mil(0.152mm-0.508mm)，典型约为6-10mil(0.152-0.254mm)的壳壁厚度，其上具有绝缘密封件的阳极壳的外径通常小于阴极壳的内径。(这些尺寸是在组装过程中在将阴极壳放在阳极壳上之前测出的)。在这种情况下，当在组装步骤中(卷边之前)把阳极壳和阴极壳推到一起时在绝缘密封体的外表面和阴极壳壁的内表面之间实际上存在一些自由空间(零干扰)。这例如在美国专利3897265(Jaggard)第6栏第59-68行的举例中得以证实。在Jaggard的举例中，阴极壳具有0.020英寸的壁厚。阴极壳的内径是0.440英寸。阳极壳的外径是0.410英寸。绝缘密封件具有0.010英寸的厚度。因此，在把阳极壳和阴极壳推在一起之后(卷边前)，其上具有密封件的阳极壳的外径是0.430英寸，该尺寸小于0.440英寸的阴极壳内径。
通常在a)组装和b)卷边的两步骤中将阳极和阴极组装在一起。在组装步骤中，在电池直径没有出现任何缩小的情况下将阴极壳推到阳极壳之上。在卷边步骤中使组装电池经过卷边模具，其中，整个电池直径通常会略微缩小，与此同时，阴极壳壁的边缘卷曲在绝缘密封件和阳极壳之上，从而提供紧密密封的电池。
近年来，人们正致力于减小用于锌/空气钮扣电池的阳极壳和阴极外壳的壁厚。此壁厚可减薄至低于更常规的6mil(0.152mm)-20mil(0.508mm)的标准值的数值。例如，在美国专利5582930(Oltman)中，提出了阳极壳壁厚度约为0.114-0.145nm(4.49-5.71mil)、阴极壳壁厚约为0.114-0.155mm(4.49-6.10mil)的锌空气钮扣电池(第4栏，第26-33行)。在美国专利6436156(Wandeloski)中，提出了阳极壳和阴极壳的壁厚约为1-15mil(0.0254mm-0.381mm)的锌/空气钮扣电池。因此，甚至低至1mil(0.0254mm)的阳极壳和阴极壳是人们所期待的。
具有减小壁厚的阳极壳和阴极壳的锌/空气钮扣电池是人们希望的，因为更大的内部体积可用于活性材料，由此延长了电池的使用寿命。然而，对于这种具有薄壳壁厚度例如约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的锌/空气钮扣电池而言，在提供紧密、耐久密封方面比具有更常规壳壁厚度例如约为6-20mil(0.152-0.508mm)或更高壁厚的电池存在更大挑战。
在对这种具有例如约为2-5mil(0.0508-0.127mm)、最好约为2-4mil(0.0508-0.102mm)的薄壳壁厚度的锌/空气钮扣电池进行紧密耐久密封的设计时的一个困难在于，在将电池组装好并将阴极壳边缘卷曲在绝缘密封件和阳极壳上之后，阴极壳侧壁松弛或反弹的趋势。这种反弹作用会使阳极壳和阴极壳之间的密封界面松弛，由此提供了用于使碱性电解液从电池中漏出的路径。
在组装锌/空气电池的过程中例如在组装步骤中(卷边前)将阴极壳推向阳极壳之上的过程中的另一个挑战在于，如果没有非常小心地进行组装，薄壳壁易于变形。例如，在常规的组装步骤中，实际上是采用平冲头并将该平冲头推向阳极壳封闭端的平坦中央部分，同时将另一冲头以相反方向推向阴极壳。这例如在美国专利5658356(Burns)中得以说明，其中，所示出的平冲头48具有平坦表面，平齐地压紧阳极壳54的封闭平面端52，另一冲头46推向阴极壳20的封闭端22。并且，在卷边步骤中(组装后)，实际上是将平冲头平齐地推向阳极壳的平坦封闭端，同时将另一冲头以相反方向推向阴极壳的封闭端。这例如在美国专利3897265(Jaggard)中得以说明：图9和9a示出了将具有平面92的冲头90以力F2压紧电池10的阳极壳的封闭端，同时将另一冲头82以更大的反力F1向下压紧阴极壳的封闭端。这导致当把电池推过模具腔81时电池尺寸缩小、阴极壳卷曲。尽管把这种组装和卷边技术应用于例如具有约6-20mil(0.152-0.508mm)的壁厚的常规的阳极壳和阴极壳时是合适的，但对于厚度非常薄例如约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的阳极壳和阴极壳的组装和卷边来说是不合适的。
具体而言，当把常规技术应用于这种薄壁的阳极壳和阴极壳时，挤靠阳极壳封闭端的平坦中央部的平冲头易于在组装步骤中、尤其在卷边步骤中使阳极壳的封闭端向内变形(向内凹进)。由于阳极壳的封闭端同时还用作电池负极端子，因此阳极壳封闭端的这种向内凹进是不希望的，因为希望此电池端部平坦以便确保在所述负极端子和供电设备之间封闭、均匀的接触。并且，阳极壳封闭端向内凹进会减小用于活性材料的电池可用内部体积。
与对薄壁锌/空气电池进行良好设计有关的另一挑战是确保在阴极盘和阴极壳的内表面之间建立和维持封闭、持久的接触。鉴于在电池组装和卷边之后阴极壳松弛和反弹的趋势，必须要完成此项挑战。当阳极壳和阴极壳的壁厚减薄至低值例如约为2-5mil(0.0508-0.127mm)时，上述“反弹作用”更为显著。在将阴极壳推向阳极壳上之前，将阴极盘插入阴极壳。插入阴极盘使其紧靠阴极壳的封闭端，阴极盘的外围边缘面对阴极壳的内表面。如果将阴极盘设计为与阴极壳的内径相等或比阴极壳的内径更小，反弹作用会降低在阴极盘边缘和阴极壳之间接触的均匀性。反弹作用还会围绕阴极盘边缘形成使电解液泄漏的路径。另一方面，如果将阴极盘设计为使其直径远远大于阴极壳的内径，则会发生阴极盘的变形和表面起皱。这同样会导致电解液从电池内部漏出。
希望制成一种锌/空气电池，在阴极壳壁卷绕在阳极壳之上并将绝缘材料放置其间之后该电池保持紧密地密封。
希望制成一种锌/空气电池，该电池在阴极盘的边缘和阴极壳壁的内表面之间保持紧密接触。
希望制成一种尽管阳极壳和阴极壳具有非常小的壁厚例如约为2-5mil(0.0508-0.127mm)却仍能维持紧密密封的锌/空气电池，由此减少电解液泄漏的机会。
发明内容
本发明涉及锌/空气电池，尤其是钮扣电池状的小型锌/空气电池，还涉及用于它们制造的改进的组装方法。
本发明的一方面涉及一种组装方法，其中，锌/空气电池的阳极壳和阴极壳(阳极罐和阴极罐)填充有活性材料和所需的内部组装。通常，阳极壳和阴极壳分别呈杯状，具有封闭端和相对开放端。尤其是，将其中含有阴极盘的阴极组装插入阴极壳中，使得其圆周边缘面对阴极壳侧壁的内表面。将冲头施加于阴极盘以将其压向阴极壳的封闭端。这使阴极盘径向伸展，致使阴极盘和阴极壳侧壁的内表面之间紧密地紧配合。然后，对其中带有所有电池组装的阳极壳和阴极壳进行a)组装步骤和b)卷边步骤，在a)组装步骤中将阳极壳和阴极壳推到一起，在b)卷边步骤中将阴极壳的边缘卷在阳极壳的侧壁之上并将绝缘密封件设置其间。阳极壳的封闭端最好是平坦的并用作电池负极端子。阴极壳的封闭端具有平坦的中央部分，空气孔穿过该中央部分。阴极壳封闭端的平坦中央部用作电池正极端子，该平坦中央部典型被凹进(recessed)环形台阶所围绕。本发明的方法特别适用于具有约为2.0-5.0mil(0.0508-0.127mm)、优选约为2-4mil(0.0508-0.102mm)、最好约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的阳极壳和阴极壳壁厚的锌/空气电池。这些壁厚适用于单层(未折叠)阳极壳和阴极壳侧壁的厚度，也适用于阳极壳和阴极壳的封闭端的厚度。在某些实施例中，阳极壳侧壁可有效折叠一次，形成双侧壁。在此实施例中，应认识到以上壁厚范围适用于每一侧壁的折叠。
作为优选，将填充后的阳极壳和阴极壳经过：a)组装步骤，其中，在没有使总电池直径出现任何缩小的情况下将它们推到一起以形成中间电池；然后，b)将中间电池冲进模具腔，其中，将阳极壳的边缘卷曲到阴极壳的斜侧部之上，并使绝缘密封材料位于其间。模具腔可具有稍尖的圆锥形状，使得在将电池冲入所述模具腔时使总电池直径略微减小了至少约5mil(0.127mm)。在组装步骤中，可将阳极壳放置在支撑座中，希望该支撑座具有从其突出并与阳极壳的封闭端的拐角边缘接触的环形边缘。作为优选，在此实施例中，支撑座的任何部分都不接触阳极壳封闭端的平坦中央部。将阳极壳对齐使其正对于阳极壳之上。在组装步骤中，环形阴极壳冲头可抵靠阴极壳封闭端的凹进台阶部，阳极壳的封闭端的拐角边缘留在环形支撑座上。在此情况下，冲头抵靠阴极壳的力把阴极壳推向底部阳极壳侧壁之上。
在替代的组装步骤中，用于阳极壳的支撑座可以是环形冲头，该冲头仅撞击阳极壳封闭端的拐角边缘。阴极壳优选是定向的，使其直接位于阳极壳之上。将向下的力施加于阴极壳冲头使得阴极壳受力向下，同时将小一些的反向向上力施加于阳极壳封闭端的拐角边缘。由此在没有使阳极壳封闭端出现任何向内凹进或偏转的情况下将阳极壳阴极壳推到一起。
在组装之后，将中间电池冲入模具腔中，以便将阴极壳的边缘卷在阳极壳的斜部之上，并使绝缘密封件位于其间。根据本发明，环形阴极冲头可受力向下冲压阴极壳的环形台阶部，与此同时，环形冲头可受力向上冲压阳极壳封闭端的拐角边缘。阴极壳冲头的向下力大于阳极壳冲头的向上力，从而使中间电池通过模具腔移动并致使卷边。作为优选，阳极壳冲头仅接触并挤压阳极壳的拐角边缘。也就是说，在卷边步骤中，发现所希望的是，阳极壳冲头的任何部分都不撞击阳极壳封闭端的平坦中央部分。所得到的是最终的锌/空气电池，该电池在没有使阳极壳的封闭端出现任何向内凹进或变形的情况下卷边并紧密密封。
在本发明的另一方案中，优选对锌/空气电池进行设计，使得在其上带有绝缘密封件的阳极壳的外侧总量(总直径(d1))和阴极壳的内部直径(d2)之间存在强制紧配合。也就是说，当在将阴极壳推向阳极壳上之前进行测量时，阳极壳加上在其上的绝缘密封件的外径最好大于阴极壳的内径。作为优选，对于约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的阳极壳和阴极壳壁厚，希望在这些直径中的差值(d1-d2)约为0.5-4.5mil(0.0127-0.114mm)，优选约为2-4.5mil(0.0508-0.114mm)。对于约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的阳极壳和阴极壳壁厚，希望在这些直径中的差值(d1-d2)约为0.5-4.5mil(0.0127-0.114mm)，优选约为2-4.5mil(0.0508-0.114mm)，希望约为1.5-2.5mil(0.0581-0.0635mm)。壁厚可以在将阴极壳推到阳极壳上之前(图3)或在将电池完成之后(图1)进行测量。对于约为5-6mil(0.127-0.152mm)的阳极壳和阴极壳壁厚，希望强制紧配合(d1-d2)约为0.5-3mil(0.0127-0.0762mm)，优选约为1-3mil(0.0254-0.0762mm)。对于约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的阳极壳和阴极壳壁厚，希望强制紧配合(d1-d2)约为2-4.5mil(0.0508-0.114mm)。
在另一方案中，阳极壳和阴极壳具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的薄的壁厚，希望壁厚约为2-4mil(0.0508-0.0762mm)，优选约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)，已明确，希望将阴极盘设计成当把阴极组装插入并冲入阴极壳之后进行测量时使得阴极盘的直径大于阴极壳的内径。尤其是，希望在将阴极组装插入并冲入阴极壳中之后进行测量时，形成阴极组装的一部分的阴极盘(典型包含二氧化锰)的外径大于阴极壳的内径。因此，在将阴极组装插入并冲入阴极壳中之后，在阴极盘的边缘和阴极壳壁的内表面之间将存在强制紧配合。这确保了在阴极盘边缘和阴极壳内表面之间保持紧密一致的接触，进一步确保了放电时电池的一致性能。即使在卷边步骤之后存在薄壁厚的阴极壳松弛并“反弹”的趋势，也将维持这种紧密均匀的接触。
当阳极壳和阴极壳的壁厚约为2-5mil(0.0508-0.127mm)时，希望阴极组装的直径、尤其是其中的阴极盘的直径比阴极壳的内径大0.5mil-2.5mil(0.0127-0.0635mm)左右，更优选大1mil-2.0mil(0.0254-0.0508mm)左右。当阳极壳和阴极壳的壁厚约为2-3mil(0.0508-0.0762mm)时，希望阴极组装的直径、尤其是其中的阴极盘的直径比阴极壳的内径大1.0-1.5mil(0.0254-0.0381mm)左右。可以理解，直径上的差别是在将阴极盘插入并冲入阴极壳之后测量的。
附图说明
参照附图更好地理解本发明，其中：
图1是本发明的锌/空气电池的实施例的等大横截面图。
图2是图1所示的催化阴极组装的优选实施例的分解图。
图3是在将阴极壳推到阳极壳上之前电池的阳极壳和阴极壳的横截面图。
图4是在组装步骤中被推到阳极壳之上的阴极壳的横截面图。
图5是通过将电池冲入模具中而对其进行卷边步骤的电池的横截面图，其中将阴极壳边缘卷到阳极壳侧壁之上并使绝缘密封件处于其间。
具体实施方式
本发明涉及气体去极化电化学电池。这种电池具有通常含锌的金属阳极和空气阴极。该电池通常被称作金属/空气去极化电池，更多情况下称作锌/空气电池。
本发明的锌/空气电池最好是以小型钮扣电池的形式。特别适用于作为电子助听器的电源。本发明的小型锌/空气钮扣电池通常具有盘状圆柱形状，直径约为4-16mm，优选约为4-12mm，高度约为2-9mm，优选约为2-6mm。小型锌/空气电池通常具有约为1.2伏-0.2伏的工作负载电压。该电池在约1.1伏和约0.9伏之间具有基本上平坦的放电电压曲线，然后电压相当迅速地降为零。该小型钮扣电池通常以约为0.2-25milliAmp的速率放电。在此使用的术语“小型电池”或“小型钮扣电池”想要包括这种小尺寸的钮扣电池，但并不想限制于此，因为其它形状和尺寸的小型锌/空气电池也是可行的。例如，锌空气电池还可以制造成具有相当于常规的AAAA、AAA、AA、C和D尺寸的Zn/MnO2碱性电池的圆柱形壳体尺寸的稍大尺寸，甚至制造成更大的尺寸。
本发明的电池可含有添加汞，例如，约为阳极中锌重量的3％，或者可基本上不含汞(零添加汞电池)。在这种零添加汞电池中没有添加的汞，仅微量存在着自然存在于锌中的汞。因此，本发明的电池可具有每一百万重量份的锌低于约100重量份(ppm)的总汞量，优选每一百万重量份(ppm)的的总汞量锌中低于约40重量份，更优选每一百万重量份的锌中的总汞量低于约20重量份。(在此采用的术语“基本上不含汞”表示电池具有每一百万重量份的锌低于约100重量份的汞量)。本发明电池的阳极中可含有非常少量的铅添加剂。如果向阳极中加入铅，则电池中的铅含量通常为阳极中锌含量的约100-600ppm。但最好电池不含添加量的铅，因此基本上不含铅，也就是说，阳极中的总铅量低于20ppm，最好低于15ppm。
本发明的锌/空气电池210(图1)具有阳极壳260、阴极壳240以及设置其间的电绝缘材料270。阳极壳260和阴极壳240优选分别呈罐子或杯子的形状，具有封闭端和相对开放端。阳极壳260具有形成侧壁的主体263、一体的封闭端269和开口端267。阴极壳240具有主体242、一体的封闭端249和开口端247。阴极壳的封闭端249(当壳体保持在封闭端向上的垂直位置时)通常具有接近其中心的突出部分244。该突出部分244形成正极端子接触区，通常含有贯穿其中的多个空气孔243。阴极壳封闭端249通常还具有环形凹进台阶部245，该台阶部245从突出端子部分的外围边缘246延伸至外围边缘248。
阳极壳260含有阳极混合物250，阳极混合物250包含颗粒锌和碱性电解液。颗粒锌最好与约100-1000ppm的铟合金化。阳极壳240封闭端表面的突出部分244中有多个空气孔243。将含有催化复合材料234的阴极催化组装230(图2)放在壳体内接近空气孔的位置。催化复合材料234包括涂覆在筛网237上的盘状催化阴极混合物233。在电池放电过程中，催化材料233与通过空气孔243进入的环境氧气进行电化学反应。沿阴极壳240内表面的一部分涂覆粘接密封剂143。在优选实施例中，粘接剂可作为连续环涂覆在图1所示的外壳的封闭端249的凹进环形台阶部245的内表面245a上，如美国专利6436156B1中所描述的那样。如果阴极壳的封闭端是平的，也就是说，不具有凹进台阶部245，粘接密封剂134可涂覆在邻接所述封闭端的外围边缘248的封闭端249的内表面。在后一种情况下，粘接密封剂143最好以连续环的方式涂覆到封闭端249的内表面，使得粘接剂143的连续环具有约为封闭端249的内径的75-100％的外径，优选约为90-100％，更优选约为95-100％。
通过将电解质阻挡膜材料层235优选Teflon(四氟乙烯)层叠在催化复合材料234的一侧，将离子可透过隔膜材料238层叠在它的另一侧，从而形成阴极催化组装230(图1和2)。电解质阻挡膜235优选为Teflon具有以下性质：可透过空气，但保留从其经过水和电解液。可将阴极催化组装230的边缘提供到台阶部245上的所述粘接环143，由此在阴极复合材料234和壳体台阶部245之间提供永久的粘接密封。在特定实施例中，阴极催化组装230可提供到台阶部245上的粘接环143，电解质阻挡层235接触该粘接环。在优选实施例中，将单独的电解质阻挡片232优选为Teflon提供给台阶部245的内表面245a上的粘接环143，由此将电解质阻挡片232粘到台阶部245的内表面。然后将催化组装230提供到电解质阻挡片232上，优选使第二电解质阻挡片235(优选为Teflon)的表面接触阻挡片232(图2)。当阻挡片232粘接到台阶部245的内表面245a时，尤其是与相对于阻挡片232提供的第二阻挡片235(图2)结合时，该阻挡片232防止了电解液围绕催化组装230的边缘迁移并逐渐泄漏到空气孔243之外，从而提供了非常有效的密封。粘接密封件143的使用还减小了在将外围边缘242b卷到阳极壳体上的过程中所需的卷边力的量。这对于壁厚约为0.001英寸(0.0254mm)-0.015英寸(0.38mm)的薄壁厚的阳极壳和阴极壳240和260、尤其是壁厚约为0.002-0.005英寸(0.0508-0.127mm)的阳极壳和阴极壳是特别有利的。当采用薄催化阴极组装230时粘接密封剂143的使用同样是有利的，这是因为高卷边力可能使这种薄壳体和阴极组装扭曲或裂开。
图1中示出了本发明的成品锌/空气电池的优选实施例。图1所示的实施例呈小型钮扣电池状。电池210包括阴极壳240(阴极罐)、阳极壳260(阳极罐)、电绝缘材料270设置其间。绝缘件270最好呈环形，插在阳极壳体263的外表面上，如图1所示。绝缘环270最好具有在阳极壳240的外围边缘263d外延伸的增大部分273a(图1)。具有增大部分273a的绝缘体270防止了在电池密封后阳极活性材料接触阳极壳240。绝缘体270是当冻结时抗流动(抗冷流)的耐久电绝缘材料，例如高密度聚乙烯、聚丙烯或尼龙。
阳极壳260和阴极壳240是最初分离的部件。阳极壳260和阴极壳240分别填充有活性材料，然后将阳极壳260的开口端267插入阴极壳240的开口端247。阳极壳260可具有由垂直向上延伸的第一外直体部分263e(图1)形成的折叠侧壁，该第一外直体部分263e形成壳体260的外侧壁。该直体部分263e最好在边缘263d处一次弯折，以形成阳极壳侧壁的第一向下延伸内部263a。折叠部分263a和263e由此形成双侧壁，该双侧壁一起提供弹簧状张力，附加支撑在阳极壳体263和相邻密封壁270之间。这有助于在阳极壳和阴极壳之间保持紧密密封。作为选择，阳极壳240的侧壁可形成为单壁263a，没有折叠部分263e。然而，在此图中所示出的具有折叠(双)侧壁的阳极壳240被确定为最好是非常薄壁厚的壳体，例如，具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)、2-4mil(0.0508-0.102mm)、优选约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的壁厚，该厚度范围适用于各折叠部分263a和263e。此厚度范围同样适用于阳极壳的封闭端269。在具有折叠侧壁的阳极壳中(图1)，内侧壁部分263a终止于向内倾斜部分263b，向内倾斜部分263b终止于第二向下延伸垂直部分263c。第二垂直部分263c比垂直部分263a的直径更小。部分263c以90度的弯角终止，形成优选具有平坦负极端子表面265的封闭端269。
阴极壳240的主体242具有从封闭端249垂直向下延伸的最大直径的垂直部分242a。主体242终止于外围边缘242b。阴极壳240的外围边缘242b和绝缘环270的下部外围边缘273b最初垂直直立(如图3和4所示)，并机械地卷曲在阳极壳260的倾斜中部263b(如图5所示)。这种卷边工艺将阴极壳240原位锁定在阳极壳260之上并形成紧密密封的电池。
阳极壳260可通过首先制备颗粒锌和粉末状胶凝剂材料的混合物的方式单独填充有阳极活性材料。锌的平均粒径最好约为30-350微米。锌可以是纯锌，但优选是以与铟(100-1000ppm)合金化的颗粒锌的形式。锌也可以是以与铟(100-1000ppm)和铅(100-1000ppm)合金化的颗粒锌的形式。也可以采用锌的其它合金，例如，与铟(100-1000ppm)和铋(100-1000ppm)合金化的颗粒锌。这些颗粒锌合金主要由纯锌构成，具有主要为纯锌的电化学容量。因此，术语“锌”应当理解为包括这些材料。胶凝剂材料可选自各种已知的胶凝剂，它们基本上不溶于碱性电解液。这种胶凝剂例如可以是：交联的羧甲基纤维素(CMC)；淀粉接枝共聚物，如以水解的接枝到淀粉骨架上的聚丙烯腈的形式，可采用商品Waterlock A211(Grain Processing Corp.)；交联的聚丙烯酸聚合物，可采用商品Carbopol C940(B.F.Goodrich)；碱性皂化聚丙烯腈，可采用商品Waterlock A 400(Grain Processing Corp.)；和被称作聚丙烯酸钠高吸收聚合物的聚丙烯酸的钠盐，可采用商品Waterlock J-500或J-550。所形成的颗粒锌和胶凝剂粉末的干混物中胶凝剂的含量典型为干混物的约0.1-1wt％。将含有约30-40wt％KOH和约2wt％ZnO的水性KOH电解液的溶液加入到干混物中，并将成形的湿阳极混合物250插入阳极壳260中。作为选择，可首先将颗粒锌和胶凝剂的干粉混合物放入阳极壳260中，并加入电解液以形成湿阳极混合物250。
可按下述方式将催化阳极组装230(图1和2)和空气扩散体231插入壳体240中：可把以空气多孔滤纸或多孔聚合物材料形式的空气扩散体盘231(图1)插入阴极壳240中，使其相对于空气孔243靠紧壳体的突出部分244的内表面。最好将粘接密封环143提供给在阴极壳封闭端处的凹进台阶部245的内表面24a。将例如为聚四氟乙烯(Teflon)的单独电解质阻挡层(图1和图2)选择性地插在空气扩散体231之上，以使阻挡层232的边缘接触粘接环143。阻挡层232可透过空气，但不可透过碱性电解液或水。粘接环143由此永久地将阻挡层232的边缘粘接到凹进台阶部245的内表面。具有粘接其上的阻挡层232的粘接环143防止了电解液从阳极迁移到阴极催化组装230并围绕该组装230并通过空气孔243从电池中泄漏出来。图2所示的催化阴极组装230制成为叠层体，包括电解质阻挡材料层235、在阻挡层235下面的阴极复合材料盘234和在催化复合材料盘234下面的离子可透过隔膜材料层238，如图2所示。隔膜238可选自常规的离子可透过隔膜材料，包括玻璃纸、聚氯乙烯、丙烯腈和微孔聚丙烯。这些层的每一层可单独制备并通过施加热量和压力而层叠在一起，由此形成催化组装230。电解质阻挡层235最好是聚四氟乙烯(Teflon)。然后将催化组装230提供到电解质阻挡片232之上(图2)，该催化组装230优选带有与阻挡片232接触的阻挡(Teflon)片235表面。
催化阴极复合材料234最好包括颗粒二氧化锰、碳和疏水性粘合剂的催化阴极混合物233，该催化阴极混合物233通过常规涂覆方法涂覆到导电筛网237优选为镍筛网的表面。阴极混合物233形成为盘状，在此可称作阴极盘。其它催化材料可包括或采用例如像银、铂、钯和钌那样的金属、或其它金属或锰的氧化物(MnOx)、以及现有用于催化氧化还原反应的其它元素。在应用过程中，催化混合物233几乎都被吸入筛网237的多孔网中。用在催化混合物233中的二氧化锰可以是常规的电池级二氧化锰，例如电解二氧化锰(EMD)。在催化混合物233中的二氧化锰还可以是由硝酸锰Mn(NO3)2的热分解形成的二氧化锰。用于混合物233制备的碳可以是包括石墨、碳黑和乙炔黑的各种形式。优选的碳是碳黑，因为它的高表面积。合适的疏水性粘合剂可以是聚四氟乙烯(Teflon)。催化混合物233通常可包括约为3-10wt％MnO2、10-20wt％的碳和余量粘合剂。在电池放电过程中，催化混合物233主要用作催化剂以推进包含进入空气的电化学反应。然而，可将附加的二氧化锰加入到催化剂中，使电池转化为空气协助锌/空气电池或空气协助碱性电池。在这种可呈钮扣电池形式的电池中，至少一部分二氧化锰放电，也就是说，在连同进入氧气一起进行的电化学放电过程中，一些锰被还原。粘接环143最好也应用于这种空气协助电池中以防止电解液从中泄漏。
在优选实施例(图1)中，阳极壳260的内表面上具有镀铜或覆铜层266，这样在组装电池中，锌阳极混合物250接触铜层。镀铜层是最好的，因为它提供了高导电性路径，当锌放电时，该高导电性路径使电子从阳极250传递到负极端子265。阳极壳260最好由在其内表面上镀有铜层的不锈钢形成。作为优选，阳极壳260由三覆层材料形成，三覆层材料由在其内表面具有铜层266、在其外表面具有镍层262的不锈钢264构成，如图1所示。因此，在成品组装电池210(图1)中，铜层266形成与锌阳极混合物250接触的阳极壳内表面，镍层262形成阳极壳外表面。铜层266最好具有约为0.0002英寸(0.005mm)-0.002英寸(0.05mm)的厚度。镍层约为0.0001英寸(0.00254mm)-0.001英寸(0.0254mm)。
借助具体的、非限制性的实施例，电池尺寸可以是标准尺寸312锌/空气电池，该电池的外径约为0.3025-0.3045英寸(7.68-7.73mm)，高度约为0.1300-0.1384英寸(3.30-3.52mm)。阳极250可含有零添加汞(汞含量低于电池重量的20ppm)，并可具有以下组成：锌77.8wt％(锌可以与分别为200-500ppm的铟和铅合金化)、电解液(40wt％KOH和2wt％ZnO)21.9wt％、胶凝剂(Waterlock J-550)0.3wt％、铅400ppm(0.04wt％)。阴极催化剂组分237可具有以下组成：MnO24.6wt％、碳黑15.3wt％、Teflon粘合剂18.8wt％、镍筛网61.2wt％。总的阴极催化极组分237可以是0.140g。阳极250可含有零添加汞(汞含量低于电池重量的20ppm)，并可具有以下组成：锌77.8wt％(锌可以与分别为200-500ppm的铟和铅合金化)、电解液(40wt％KOH和2wt％ZnO)21.9wt％、胶凝剂(Waterlock J-550)0.3wt％、铅400ppm(0.04wt％)。提供足量的阳极材料250以填充阳极壳260的内部容积。粘接密封剂143可作为连续环提供给阴极壳凹进台阶部245的内表面。
施加于台阶部245内表面245a的粘接剂141可以是含有聚丙烯酰胺基粘接剂组分的溶剂基混合物，正如在美国专利6436156B1中描述的那样，在此引作参考。粘接剂组分因此最好是低分子量热塑性聚酰胺树脂。优选的聚酰胺树脂可采用以下商品：REAMID-100或VERSAMID-100(出自Henkel公司或Cognis公司)。REAMID-100或VERSAMID-100是低分子量聚酰胺，在室温下为凝胶。它是分子量约为390的二聚脂肪酸，是二聚脂肪酸与二元胺的反应产物。它具有糖蜜浓度(molasses consistency)和室温下约为30-50泊的粘度。通过将REAMID-100聚酰胺溶解于50wt％的异丙醇和50wt％的甲苯的溶剂中，从而容易地形成粘合剂混合物。适用于REAMID-100的另一种溶剂是40wt％的异丙醇、40wt％的甲苯和20wt％的丁醇的混合物。包括REAMID-100和与其混合以达到约1100厘泊的所需混合粘度的溶剂的粘接剂混合物可从Specialty化学公司获得。聚酰胺基粘接剂是最好的，因为它以低粘接厚度在材料之间例如Teflon和金属之间、如Teflon片和镀镍钢之间提供了非常强的粘结力。具体而言，涂覆到阴极壳台阶部245内表面245a的聚酰胺粘接剂层143以低粘接厚度(例如，在溶剂蒸发后为7微米厚)在Teflon片232和镀镍壳体之间提供了非常强的粘结(步骤245)。聚酰胺基粘接剂混合物也是理想的，因为它抗氢氧化钾电解液的化学侵袭。虽然更高分子量的聚酰胺基粘接剂组分也可用在混合物中，但是最好采用更低分子量的聚酰胺例如REAMID-100，这是因为更低分子量的粘接剂更易溶于溶剂中。在将粘接剂涂覆到台阶部245之后，它在大约1-3秒内迅速变干，在台阶部245上留下了约7-10微米厚的胶粘环。粘接剂在约1-3秒内迅速变干。
通过首先将上述阴极组分插入预弯边的阴极壳240(图3)中，从而组装电池210。空气扩散体231紧靠空气孔42插入，电解质阻挡层232优选为Teflon放在空气扩散体231上。作为优选，阴极壳台阶部245的内表面245a涂覆有上述粘接剂143，因而电解质阻挡层232的边缘粘接到台阶部245的内表面245a。作为优选，绝缘密封盘270的增大部分273a的底表面(面向电池内部)涂覆有如图3所示的粘接剂144。粘接剂144可具有与粘接剂143相同的组分。虽然可以省略粘接剂层143和144，但是最好包括，尤其对于具有非常薄的阳极壳和阴极壳壁厚的电池。例如，对于阳极壳和阴极壳厚度约为2.0-5mil(0.0508-0.127mm)、优选约为2-4mil(0.0508-0.102mm)、更优选约为2.0-3.0mil(0.0508-0.762mm)的电池210而言，最好包括粘接剂层143和144。将阴极组装230(图2)插入电解质阻挡层232之上。
当电池以阴极壳在上的方式垂直设置时，阴极壳240的侧壁242从垂直位置朝边缘242b略微向外倾斜约3-6度。在此确定的阴极壳240的内径d2是侧壁242的三分中一的平均直径。也就是说，确定侧壁242的三分中一的位置，确定在所述侧壁的所述三分中一内阴极壳的平均内径。通过限定，这是阴极壳240的平均内径d2。阴极壳233在插入壳体240之前具有略小于阴极壳240的内径d1的直径(例如，小于约1mil(0.0254)更小)，从而在没有损坏侧壁242的内表面的情况下将阴极盘233插入阴极壳240。将包括阴极盘233的阴极组装230插入阴极壳240，使得包括阴极盘233的阴极组装230紧靠阴极壳的封闭端，如图3所示。然后采用冲头以约为50-60psia(力F’)的压力冲压阴极组装230的露出表面，阴极组装230挤压阴极盘233，从而使阴极盘233的直径径向扩展。
不改变阴极壳的平均内径d2。在朝阴极壳240的封闭端进行冲压之后，阴极壳的直径大于阴极壳240的平均内径d2。通过下述方式容易地测量出阴极盘233的直径：剥去阴极壳侧壁242，由此露出阴极盘233的边缘，从而测出所述盘的直径。当阳极壳160和阴极壳240各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的壁厚时，如此测量时(在冲压了阴极壳240的封闭端之后)阴极盘233的直径比阴极壳240的平均内径d2大约0.5-2.5mil(0.0127-0.0635mm)。作为优选，当所述阳极壳和阴极壳各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的壁厚时，阴极盘233的直径(在冲压了阴极壳240的封闭端之后测出的)比阴极壳240的平均内径d2大1.0-2.0mil(0.0254-0.0508mm)左右。具体而言，当260阳极壳和阴极壳240各具有约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的壁厚时，阴极盘233的直径(在冲压了阴极壳240的封闭端之后测出的)优选比阴极壳240的内径d2大1-1.5mil(0.0254-0.0381mm)左右。该壁厚既可以在将阴极壳推到阳极壳上之前(图3)测量，也可以在将电池完成后(图1)测量。作为优选，如图3所示折叠阳极壳侧壁263。在这种情况下，各折叠部分263a和263e具有约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的壁厚。
阳极壳260可绘成图3所示形状，例如，具有由在内部分263a形成的直侧壁，将该在内部分263a翻折一次以形成外部263e。因此，实际上双侧壁由内壁263a和外壁263e形成。绝缘密封环270放在阳极壳侧壁上。然后用上述阳极材料250填充阳极壳260。在组装步骤中，阳极壳260可位于环形支撑体400的突出环形表面410上，从而仅使圆角边缘260r接触支撑体400，如图4所示。作为优选，优选具有凸面的整个圆角边缘260r与支撑体400的环形表面410接触。冲头400的环形接触面410可具有凹面，该凹面配合在凸面260r上。但冲头400的环形接触面410可以是倾斜的平面，例如，当阳极壳260处于如图4所示的垂直位置并从水平方向进行测量时，是以约为30-60度、典型为45度的角度倾斜的平面。
支撑体400被设计成具有环形边缘410，因此阳极壳260位于支撑体400上。阳极壳的封闭端269的中央部分不接触支撑体400。除非另外说明，否则在此定义的封闭端269的中央部分是指所述封闭端的以下部分：在从所述封闭端的中心延伸到所述封闭端的半径的至少1/3之内的部分。(封闭端269的中心与中心纵轴190相交)。作为选择，封闭端269的中央部分可定义为所述封闭端的以下部分：在从所述封闭端的中心延伸的所述封闭端半径的2/3内的部分。作为优选，支撑体400仅挤压阳极壳260的封闭端269的圆角边缘260r，因此不挤压封闭端269的中央部分。对于壁部非常薄的阳极壳而言，例如，对于最终壁厚约为2.0-5mil(0.0508-0.127mm)、优选约为2-4mil(0.0508-0.102mm)、更优选约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的阳极壳而言，这种支撑体400是非常理想的。在如图1所示的双(折叠)侧壁的情况下，应理解，上述范围适用于各部分，即内壁263a和外壁263e。这些范围最好应用于阳极壳封闭端269和阴极壳封闭端249。当阳极壳和阴极壳以常规方式经过组装线时，它们的壳体应当是对齐的(图3)。当这样对齐时，常规的环形冲头300以力Fa挤压阴极壳台阶部245，从而把阴极壳侧壁242推到阳极壳上的绝缘密封件270的边缘上。当冲头300挤压阴极台阶部245时，支撑体400可以固定不动。然而，当阴极冲头以力Fa向下挤压时，支撑体400也可以环形冲头的形式以向上力Fb沿圆周挤压到凸起圆角边缘260r上。在这种情况下，力Fa优选大于力Fb。在此实施例中，环形冲头400优选不挤压阳极壳封闭端的中央部分。由此将阳极壳和阴极壳组装在一起，形成如图4所示的中间电池210。
然后，对图4所示的中间电池210进行卷边步骤(图5)，其中，将阴极壳边缘242b和绝缘密封件边缘273b卷曲在阴极壳倾斜侧部263b，从而形成成品卷边电池(图1)。在卷边步骤中，将组装好的中间电池(图4)冲入模具500的空腔520中(图5)。由略呈圆锥形的向内倾斜壁限定空腔520(未示出)。在卷边步骤中(图5)，提供具有突出环形表面610的环形冲头600，从而将所述环形表面610推向阴极壳台阶部245。作为优选，与此同时，将环形冲头700提供给阳极壳260，从而使冲头700的环形边缘710以力Fd向上冲压阳极壳的凸起圆角边缘260r，同时使冲头600以更大的力Fc向下冲压阴极壳240。环形冲头700优选仅冲压阳极壳的凸起圆角边缘260r，因此不冲压、甚至接触阳极壳260的封闭端269的中央部分。冲头600以力Fc向下冲压阴极壳240，该力Fc大于向上冲压阳极壳260的反力Fd。当施加了这些反力时，电池受力向下进入模具空腔520，电池直径减小通常至少约为5mil(至少0.127mm)，阴极壳边缘242b和密封边缘273b卷在阴极壳倾斜壁部分263b之上。此卷边步骤(图5)由此使成品电池的阳极壳和阴极壳在绝缘密封件270夹在它们之间的同时牢固地互锁。
采用环形冲头700的卷边步骤被认为是本发明的工艺中的新特点，该环形冲头700冲压阳极壳凸起拐角边缘260。环形冲头700最好用于具有薄壁的阳极壳和阴极壳。例如，当阳极壳和阴极壳的壁厚约为2.0-5mil(0.0508-0.127mm)、优选约为2-4mil(0.0508-0.102mm)、更优选约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)时，在卷边步骤中最好采用环形冲头700。在如图1所示的双(折叠)阳极壳侧壁的情况下，应理解，上述范围适用于各部分，即内壁263a和外壁263e。这些范围最好应用于阳极壳封闭端269和阴极壳封闭端249。环形冲头700的使用确保了在没有使阳极壳封闭终端269的中央部分向内偏转的条件下将阳极壳和阴极壳卷曲在一起。(阳极壳封闭端的中央部分被定义为：当从所述封闭端的中心测量时，在封闭端半径的约2/3半径内的封闭端的任意部分。)也就是说，在本发明的上述卷边工艺中，阳极壳终端269保持平坦，从确保在负极终端269与用电器如助动器之间的良好电接触的角度出发，这是非常需要的。并且，平坦终端269赋予电池了美观的外形。
当希望阳极壳和阴极壳的最终壁厚非常薄时，例如约为2.0-5mil(0.0508-0.127mm)、优选当此最终壁厚约为2-4mil(0.0508-0.102mm)、更优选约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)时，存在着与电池组装有关的特殊问题。这些最终壁厚范围最好应用于阳极壳260的封闭端269和阴极壳240的封闭端249。在如图1所示的双(折叠)阳极壳侧壁的情况下，应理解，上述范围适用于各部分，即内壁263a和外壁263e。希望阳极壳和阴极壳的壁厚在此范围之内，但应理解，阳极壳和阴极壳的壁厚不一定相同。已确定，利用这种薄的壁厚，存在着阴极壳侧壁242在卷边步骤之后松弛或反弹的更大可能性。这种松弛或“反弹”如果没有被检查出来，易于使卷边步骤后阳极壳和阴极壳之间的互锁随时间变得松弛。这种松弛使电池更易于通过阴极壳壁242和密封件270之间的松弛界面泄漏电解液。
已确定，通过小心地设计电池，使阳极壳260加上密封件270的外径即直径d1大于阴极壳240的内径d2(如图3所示)，能够减缓这种松弛或“反弹”。应理解，当阳极壳260如图3所示处于封闭端在底部的竖直位置时，绝缘密封件270的侧壁273按照高达约10度、优选约为3-6度的角度朝着边缘273b向外逐渐变薄。因此，包括阳极壳260和其上的绝缘密封件270的直径的外径d1表示在密封侧壁273的三分中一内的平均直径。应注意，如图3所示的这种尺寸关系是在组装步骤(图4)中将阳极壳和阴极壳推到一起之前测量的。由于直径d1大于直径d2，因此当将阳极壳和阴极壳推到一起时在阴极壳的内壁面和密封件270的外表面之间存在着强制的紧配合。因此，正如在此所用的那样，在阳极壳242和具有贴附其上的密封件270的阳极壳壁263之间的强制紧配合表明在组装之前(图3)，阳极壳260加密封件270的外径即直径d1大于阴极壳240的内径d2。虽然根据本发明直径d1大于直径d2(图3)，但不一定比直径d2大很多，而导致在组装过程中将阳极壳260和阴极壳240推到一起时(图4)阴极壳242壁中的显著变形(变鼓)和弱化。
已确定，如果将带有密封件270的阳极壳260设计成具有这种强制紧配合(图3)，那么在电池组装并卷边后，成品电池210(图1)将在其间带有密封件270的阳极壳和阴极壳之间保持紧密密封和互锁。在此描述的这种紧设计减少了在卷边后阴极壳松弛或弹回的趋势，由此减少了电解液从电池中泄漏的机会。即使电池暴露于环境温度的极限值例如约为-10-120°F(-23.3-49℃)，也显著减少了电解液泄漏的机会。
具体而言，对于壁厚分别为大约2-5mil(0.0508-0.127mm)的阳极壳和阴极壳来说，如图3所示的在密封件270的外径和阴极壳的内径之间的强制紧配合(d1-d2)最好约为0.5-4.5mil(0.0127-0.114mm)、优选约为2-4.5mil(0.0508-0.114mm)、更优选约为1-3mil(0.0254-0.0762mm)。特别是，对于壁厚分别为大约2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的阳极壳和阴极壳来说，这些直径的差值(d1-d2)优选约为2.0-4.5mil(0.0508-0.114mm)、更优选约为1-3mil(0.0254-0.0762mm)。对于壁厚分别为大约5-6mil(0.127-0.152mm)的阳极壳和阴极壳来说，强制紧配合(d1-d2)优选约为0.5-3mil(0.0127-0.0762mm)、更优选约为1-3mil(0.0254-0.0762mm)。对于壁厚分别为大约2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的阳极壳和阴极壳来说，强制紧配合(d1-d2)优选约为2-4.5mil(0.0508-0.114mm)。壁厚既可以在将阴极壳推到阳极壳上之前(图3)测量，也可以在将电池完成之后(图1)测量。这些提到的壁厚适用于具有单壁的阳极壳和阴极壳。它们也适用于具有双(折叠)阳极壳侧壁的阳极壳，如图1所示。应理解，在这种情况下，前述范围适用于每一部分，即内壁263a和外壁263e。
此外，采用各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)、优选壁厚约为2-4mil(0.0508-0.102mm)、更优选约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的薄壁厚的阳极壳和阴极壳时，已确定最好对阴极组装230内的阴极盘进行设计，使得阴极盘233的直径大于阴极壳240的内径(图2和3)。如上所述，在将阴极盘233插入阴极壳244中、接着冲压所述壳体的的封闭端由此径向扩大阴极盘233之后，进行这些测量。径向扩张提供了阴极盘233对阴极壳240的内表面的紧密配合，这样当阴极壳颠倒时，阴极盘233也不会松动。由于阴极壳侧壁242可略微倾斜，因此在此定义的阴极壳的内径d2表示沿阴极壳侧壁242的三分中一截取的平均直径。壁厚既可以在将阴极盘233插入并冲入阴极壳240之后测量，也可以在电池完成之后(图1)测量。这些范围也适用于具有双(折叠)阳极壳侧壁的阳极壳，如图1所示。应理解，在这种情况下，前述范围适用于每一部分，即内壁263a和外壁263e。尤其是，当在其中带有阴极盘233的阴极组装230插入并冲入阴极壳240中之后进行测量时，阴极盘233的外径大于阴极壳240的内径。冲头通常对阴极组装230的底面施以约为50-60psi的压力，形成对阴极组装230底面的力F’。这使阴极盘233径向扩大，在阴极壳外径和阴极壳240的内径之间产生上述紧配合。因此，当把阴极组装230插入并冲入阴极壳中时，在阴极组装230的边缘和阴极壳240的内表面之间、尤其是在阴极盘233和阴极壳240的内表面之间存在强制紧配合。这确保了在阴极盘233的边缘和阴极壳内表面之间保持紧密和平均的接触。即使在卷边步骤之后(图5)存在着上述阴极壳松弛和反弹的趋势的情况下，仍能维持这种紧密、平均的接触。
具体而言，已确定，当阴极壳242的厚度约为2-5mil(0.0508-0.127mm)时，在将阴极盘233插入并冲入阴极壳240之后，阴极壳233的直径最好比阴极壳240的内径(d2)大0.5-2.5mil(0.0127-0.0635mm)左右、优选比内径(d2)大1-2mil(0.0254-0.0508mm)左右、更优选比内径(d2)大1-1.5mil(0.0254-0.0381mm)左右。当阴极壳242的厚度约为2-3mil(0.0508-0.0762mm)时，在将阴极盘233插入并冲入阴极壳240之后，阴极壳233的直径最好比阴极壳240的内径大1-1.5mil(0.0254-0.0381mm)左右。
应理解，直径上的这些差别是在将其中带有阴极盘的阴极组装230插入并冲入阴极壳240之后测出的。由此在将阴极组装230插入并冲入阴极壳240之后形成了沿阴极盘233的外周边和阴极壳壁242的强制摩擦紧配合。虽然阴极盘233的直径大于阴极壳240的内径，但是阴极盘233的直径不应当比阴极壳240的内径大很多，而导致在将阴极盘233插入壳体240时阴极壳242壁中的显著变形(变鼓)和弱化。在阴极盘和阴极壳之间的紧配合使得阴极盘边缘和阴极壳侧壁的内表面之间紧密均匀地接触。
以下是通过本发明的组装方法制成的优选锌/空气钮扣电池的例子。
实施例1
阳极壳和阴极壳壁厚4mil(0.102mm)
根据本发明的工艺制造总体尺寸如下的锌/空气电池：直径约为8mm，厚度约为4mm(Duracell 312尺寸)。成品电池的阳极壳260和阴极壳240具有4mil(0.102mm)的薄壁厚。阳极壳具有包括在内部分263a和在外部分263e的折叠(双)侧壁。绝缘密封件270的侧壁厚度为6.5mil(0.165mm)。在将阴极盘233插入并冲入阴极壳之后测量阴极盘233的总直径，该阳极盘233总直径比阴极壳的内径(d2)大2.0mil(0.0508mm)。在将阴极壳240推到阳极壳260之上并使绝缘密封件270设置其间之前，如图3所示的阳极壳加上密封件270的外径(直径d1)比阴极壳的内径(d2)大3.5mil(0.0889mm)。以上参照图1和2，描述了包括阴极盘233和阳极250的电池组装和剩余电池组装。如上所述，把粘接剂层143施加到阴极壳台阶部245的内表面245a，把粘接剂层144施加到绝缘密封盘270的增大部分273a的底表面。然后在图4所示的组装步骤中将填充好的阳极壳和阴极壳推到一起，形成中间电池。然后将中间电池冲入模具空腔520中，并在参照图5所描述的的卷边步骤中进行卷边。在组装(图4)和卷边步骤(图5)中，将环形冲头400和500分别仅施加于阳极壳封闭端269的拐角边缘260r，而将另一冲头300和600分别以更大并相反的力施加于阴极壳的封闭端249。
该电池在其作为助听器电池正常使用时保持优异的性能。在存储或正常使用期间电池没有发生任何明显的电解液泄漏。
实施例2
阳极壳和阴极壳壁厚2.5mil(0.0635mm)
根据本发明的工艺制造总体尺寸如下的锌/空气电池：直径约为8mm，厚度约为4mm(Duracell 312尺寸)。成品电池的阳极壳260和阴极壳240具有2.5mil(0.0635mm)的薄壁厚。阳极壳具有包括在内部分263a和在外部分263e的折叠(双)侧壁。绝缘密封件270的侧壁厚度为4.0mil(0.102mm)。在将阴极盘233插入并冲入阴极壳之后测量阴极盘233的总直径，该阳极盘233总直径比阴极壳的内径(d2)大1.5mil(0.0381mm)。在将阴极壳240推到阳极壳260之上并使绝缘密封件270设置其间之前，如图3所示的阳极壳加上密封件270的外径(直径d1)比阴极壳的内径(d2)大4.5mil(0.114mm)。以上参照图1和2，描述了包括阴极盘233和阳极250的电池组装和剩余电池组装。如上所述，把粘接剂层143施加到阴极壳台阶部245的内表面245a，把粘接剂层144施加到绝缘密封盘270的增大部分273a的底表面。在将电池组装(图1和图2)插入阳极壳和阴极壳并且在图4所示的组装步骤中将阳极壳和阴极壳(图3)推到一起之后，形成中间电池。然后将中间电池冲入模具空腔520中，并在参照图5所描述的的卷边步骤中进行卷边。在组装(图4)和卷边步骤(图5)中，将环形冲头400和500分别仅施加于阳极壳封闭端269的拐角边缘260r，而将另一冲头300和600分别以更大并相反的力施加于阴极壳的封闭端。
该电池在其作为助听器电池正常使用时保持优异的性能。在存储或正常使用期间电池没有发生任何明显的电解液泄漏。

Claims (22)

1.在用于电化学电池的阳极壳和阴极壳的组合中；其中所述阴极壳具有开口端和相对封闭端，并且开口端和封闭端之间具有整体侧壁，将包括阴极材料的阴极盘插入所述阴极壳中使得限定盘厚度的所述阴极盘的边缘紧靠所述阴极壳侧壁的内表面；其中所述阳极壳具有：开口端和相对封闭端，并且在开口端和封闭端之间具有整体侧壁，以及在所述阳极壳内的阳极材料；其中阳极壳具有覆盖所述阳极壳整体侧壁的一部分的绝缘密封材料；其中阴极壳适合于被推到阳极壳之上，并使所述阳极壳的开口端面对所述阴极壳的开口端，使得所述阴极壳的侧壁在绝缘密封材料夹在其间的的情况下覆盖所述阳极壳的所述壁的至少一部分以形成电池，改进点包括：
其中，当在把所述阴极盘插入并冲入所述阴极壳之后并在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前进行测量时，阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大0.5-2.5mil(0.0127-0.0635mm)左右；其中阳极壳和阴极壳各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的壁厚。
2.根据权利要求1的组合，其中，当在把所述阴极盘插入所述阴极壳之前并在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前进行测量时，所述阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大1-2mil(0.0254-0.0508mm)左右。
3.根据权利要求1的组合，其中，当在把所述阴极盘插入并冲入所述阴极壳之后并在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前进行测量时，所述阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大1-1.5mil(0.0254-0.0381mm)左右，其中阳极壳和阴极壳各具有约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的壁厚。
4.根据权利要求1的组合，其中阳极壳具有形成双侧壁的一体翻折侧壁，其中所述双壁各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的厚度。
5.根据权利要求3的组合，其中阳极壳具有形成双侧壁的一体翻折侧壁，其中所述双壁各具有约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的厚度。
6.根据权利要求1的组合，其中所述电池是金属空气去极化电池，其中所述阳极材料包括锌，阴极材料包括二氧化锰。
7.根据权利要求1的组合，其中所述阳极壳和阴极壳分别呈盘状圆柱形，总直径约为4-16mm，高度约为2-9mm。
8.在用于电化学电池的阳极壳和阴极壳的组合中；其中所述阴极壳具有开口端和相对封闭端，并且开口端和封闭端之间具有整体侧壁，将包括阴极材料的阴极盘插入所述阴极壳中使得限定盘厚度的所述阴极盘的边缘紧靠所述阴极壳侧壁的内表面；其中所述阳极壳具有：开口端和相对封闭端，并且在开口端和封闭端之间具有整体侧壁，以及在所述阳极壳内的阳极材料；其中阳极壳具有覆盖所述阳极壳整体侧壁的一部分的绝缘密封材料；其中阴极壳适合于被推到阳极壳之上，并使所述阳极壳的开口端面对所述阴极壳的开口端，使得所述阴极壳的侧壁在绝缘密封材料夹在其间的的情况下覆盖所述阳极壳的所述壁的至少一部分以形成电池，改进点包括：
其中，当在把所述阴极盘插入并冲入所述阴极壳之后并在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前进行测量时，阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大0.5-2.5mil(0.0127-0.0635mm)左右；其中阳极壳和阴极壳各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的壁厚；其中所述阳极壳和阴极壳分别呈盘状圆柱形，总直径约为4-16mm，高度约为2-9mm。
9.根据权利要求8的组合，其中，当在把所述阴极盘插入所述阴极壳之后并在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前进行测量时，所述阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大1-2mil(0.0254-0.0508mm)左右；其中当在所述电池上测量时阳极壳和阴极壳各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的壁厚。
10.根据权利要求8的组合，其中，当在把所述阴极盘插入并冲入所述阴极壳之后并在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前进行测量时，所述阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大1-1.5mil(0.0254-0.0381mm)左右；其中当在所述电池上测量时阳极壳和阴极壳各具有约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的壁厚。
11.根据权利要求8的组合，其中，当在把所述阴极盘插入所述阴极壳之前进行测量时，所述阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大0.5-2.5mil(0.0127-0.0635mm)左右；其中在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前测量时，其上具有绝缘材料的所述阳极壳的外径(d1)比所述阴极壳的内径(d2)大0.5-4.5mil(0.0127-0.114mm)左右。
12.根据权利要求8的组合，其中，当在把所述阴极盘插入并冲入所述阴极壳之后进行测量时，所述阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大1-1.5(0.0254-0.0381mm)左右；其中在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前测量时，其上具有绝缘材料的所述阳极壳的外径(d1)比所述阴极壳的内径(d2)大1.5-2.5mil(0.0381-0.0635mm)左右，其中阳极壳和阴极壳各具有约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的壁厚。
13.根据权利要求8的组合，其中所述电池是金属空气去极化电池，其中所述阳极材料包括锌。
14.根据权利要求8的组合，其中所述电池是金属空气去极化电池，其中所述阳极材料包括锌，阴极材料包括二氧化锰。
15.根据权利要求8的组合，其中阳极壳具有形成双侧壁的一体翻折侧壁，其中所述双壁各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的厚度。
16.根据权利要求12的组合，其中阳极壳具有形成双侧壁的一体翻折侧壁，其中所述双壁各具有约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的厚度。
17.根据权利要求8的组合，其中所述阴极壳包括不锈钢，所述阳极壳包括在其外表面具有镍层、在其内表面具有铜层的不锈钢。
18.用于电化学电池的阴极壳和插入到所述阴极壳中的含阴极材料的阴极盘的组合，其中所述阴极壳具有开口端和封闭端，在开口端和封闭端之间具有整体侧壁，其中将阴极盘插入所述阴极壳中使得限定盘厚度的所述阴极盘边缘紧靠所述阴极壳侧壁的内表面；
其中，当在把所述阴极盘插入并冲入所述阴极壳之后进行测量时，阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大0.5-2.5mil(0.0127-0.0635mm)左右；其中阴极壳各具有约为2-5mil(0.0508-0.127mm)的壁厚；其中所述阴极壳呈盘状圆柱形，总直径约为4-16mm，高度约为2-9mm。
19.根据权利要求18的组合，其中，当在把所述阴极盘插入所述阴极壳之后并在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前进行测量时，阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大1-2mil(0.0254-0.0508mm)左右。
20.根据权利要求18的组合，其中，当在把所述阴极盘插入并冲入所述阴极壳之后并在把所述阳极壳和所述阴极壳推到一起之前进行测量时，所述阴极盘的外径比所述阴极壳的内径(d2)大1-1.5mil(0.0254-0.0381mm)左右；其中阳极壳和阴极壳各具有约为2.0-3.0mil(0.0508-0.0762mm)的壁厚。
21.根据权利要求18的组合，其中所述电池是金属空气去极化电池，其中所述阴极材料包括二氧化锰。
22.根据权利要求18的组合，其中所述阴极壳包括不锈钢。
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