CN1868079A - 功率特性改进的电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池，诸如圆筒状或者棱柱状碱性电池，通过采用一种产生增加的阳极和阴极间表面积的新型电池结构，显著提高了在高放电速率下的容量利用性，同时维持许多电能，并使圆筒状或者棱柱状碱性电池的其它特征优点有显著提高；本发明的电池结构的一个显著特征在于包括一个电化学电池，该电池包括一限定一内部空间的电池壳，该电池壳包括一内表面、一第一端子以及一第二端子；该电池进一步包括一被一隔离层封闭并设置于电池壳内部空间的内部电极；该内部电极包括一非常平整、呈折叠构造的材料，成形后该内部电极的外部区域基本上符合被电池壳内表面限定的轮廓；该内部电极与电池壳的第二端子进行电子交换；一外部电极设置于电池壳内部空间，这样它与内部电极进行离子交换，并且与电池壳的第一端子进行电子交换；本发明还公开了电池的其它方面，包括多种其它实施例和制造方法。

Description

功率特性改进的电池及其制造方法
技术领域
本发明主要涉及电化学电池。特别地，本发明涉及诸如碱性电池的电化学电池，其通过增加相对电极元件间界面的表面积，具有提高了的功率和能量释放容量。
背景技术
基于二氧化锰阴极和锌阳极的碱性电池广泛使用于消费者的便携式电子产品中。标准圆筒状规格诸如AAA、AA、C和D的碱性电池具有巨大的市场。这些产品具有许多优点。锌和二氧化锰价格便宜、安全、对环境友好，并且该体系能提供很好的能量密度。对消费者而言，这些标准的碱性电池长期以来为大量的电子产品提供了一种简单而方便的普遍的解决方法。
然而，近些年来，不断有一些新的便携式电子设备出现，包括掌上电脑(PDA)、MP3播放器、DVD播放器、数码相机或者类似装置。由于便携式电子装置具有小型化和轻型化的趋势，这就限定了其电池的大小。相较于早期的设备，例如，半导体收音机，许多这些新装置的功率消耗可能要求更高的连续性或者脉冲电流。传统的甚至高级的碱性电池设计不能有效地以较高的耗尽速率释放其储存的能量。
图1(A部分)显示了能够被一个高级的碱性AA电池商品在五种放电条件下放电的容量情况，以模仿多种消费者的电子使用荷载(基于美国国家标准研究所的试验，参见ANSI C18.1M，Partl-2001)。在低耗尽速率下(收音机/43欧姆放电量)，碱性AA“轴状”电池释放了几乎所有理论容量(约3Ah)；在大约三分之二理论值的适中荷载下(电子游戏/250mA放电量，电动玩具/3.9欧姆放电量)；而在中高至高的耗尽速率下(闪光灯/1安培脉冲，数码相机/1安培连续放电)，仅有1/4至1/2理论容量得以利用。
这些高速率放电下的低效率与内部电阻和普通的碱性轴状电池结构的电化学限制有关。人们已经作了许多努力，通过优化内部填充物和电极的离子传导性，以提高普通的碱性轴状电池的电能，但基本的设计改变很小。
如图2所示，一个典型的碱性二氧化锰-锌型轴状电池10包含以下主要单元：一个钢罐12，用一种导电性的涂层选择性地涂敷于罐体内壁，限定了一个圆筒状内部空间，一个由多个空心的柱状颗粒16形成的二氧化锰阴极14压缩在所述罐体内，一个锌阳极18由阳极胶制成，安置于阴极14的中空内侧，一个圆筒状隔离层20将阳极18和阴极14隔开。阳极和阴极间的离子传导性由氢氧化钾KOH提供，电解质按预定量添加于电池内。
罐体12的底部封闭，有一个中心圆形导管22用作阳极端子。罐体12的上端部用一个电池闭合组件密封，该闭合组件包括一个薄金属片做成的阴极盖24，一个集流钉26与阴极盖24相接触并且很深地穿入阳极胶内以提供与阳极的电接触，而一个塑料盖28使得阴极盖24与罐体12电绝缘，并且隔离分别形成于阴极和阳极结构上方的气体空间。隔离层20的材料可以由层状或复合材料或者其合成物组成。典型的隔离层材料包括一个具有吸收性的可用电解质沾湿的纤维层状材料，和一个对于小颗粒呈非渗透性但可保持离子通透的绝缘材料。
轴状电池的构造是一种简单的设计，可以进行高速度和低成本的制造，普通的轴状电池中阳极和阴极间的表面积受限于阳极和阴极间圆筒状隔离层的几何表面积。这样，对于轴状电池而言，阳极到阴极的由插入的直立圆筒状隔离层组成的界面表面积(Si)必然是电池罐体壁形成的外表面积(Se)的一个分数[(Si)/(Se)＜1]。
在电池领域，电化学电池电极的表面积以及它们之间的表面积可以理解为一个重要的设计因素，因为阳极和阴极间的离子传输流通量(按常规低于电子传输或化学动能变化)可能是一种速率限制或者流量限制的物理过程。不仅离子导电性和阳极和阴极间的表面积是重要因素，而且电极的微孔和内表面积也是重要因素。
在一个圆筒状电池内设置一个较大的电极和界面面积是有可能的。作为应用最广泛的可替代轴状电池的圆筒状电池设计是螺旋状缠绕构造或者果冻卷形构造，这在《电池手册》(D.Linden and T.B.Reddy，3rd Edition，Section 3.2.11，McGraw-Hill，2002)中有详细描述。在这种构造中，薄的阳极和阴极缠绕带通过其间的隔离层紧紧地裹在一起。电极可以薄到一个毫米的十分之几，并且对于螺旋状缠绕构造圆筒状电池而言，阳极和阴极间界面面积可以是电池圆筒状罐体壁形成的外表面积的数倍[(Si)/(Se)>>1]。较大的界面面积带来附加的复杂性和制造成本。相比轴状电池的构造，螺旋状缠绕构造要求阳极、阴极和隔离层排列的精确性，产率较低，固定设备成本较高。螺旋状缠绕设计并没有典型地应用于碱性MnO2/Zn电池，因为这将抵消这类材料的经济性优势，而是应用于较高级的电化学系统包括可充电镍镉电池(NiCd)电池和镍氢电池(NiMH)，以及非充电系统例如二硫铁化锂电池(LiFeS2)。
螺旋状缠绕设计的另一个协调是较大量的隔离层与所需的集流体间的协调，这会占据本来要用于活性材料的体积。因为一个标准大小的圆筒状电池有一个固定的体积，所以要非常有效地构建出最多的活性材料和电解质以使能量最大化。在轴状电池中，除了较少的隔离层含量和厚的电极外，铜钉阳极集流体和通过与圆筒状容器壁接触的阴极集流并不显著地挤占内部空间。
这样，从轴状设计转变为螺旋状缠绕设计会增加内部电极的表面积和电容量，但也会降低电池的能量。在放电速率控制在20C下(C是指电池额定容量安培小时值除以1小时的电流值)，螺旋状缠绕构造可以有效地释放其大部分能量。这种高速率放电容量对于诸如电动工具的使用或许是必要的，然而其对于消费者的电子设备使用并非必需。即使象数码相机这样的设备也是在较适中的放电速率如1/3-1C的速率下操作的。
较贵重的螺旋状缠绕电池或许是为许多便携式使用而采用上述设计的。然而，对于具有锌阳极和氢氧化钾电解质的碱性二氧化锰电池而言，为保持其作为很大范围内消费者使用的普遍解决方法的竞争优势，在更高耗尽速率下的更好的运行时间是必需的。许多近期的涉及到碱性电池的专利文献，其目的都在于解决这个问题。
除了采用材料和电极相互配合设计策略以提高动力容量外，还可以采取许多策略，通过改造普通轴状电池以增加阳极和阴极间的界面面积。例如Urry在美国专利No.5,948,561中描述了使用将涂敷有阴极活性材料的传导盘切成两部分的方法以使一个V-形折叠的管状隔离层隔开。Luo等在美国专利No.6,261,717和Treger等在美国专利No.6,514,637中也描述了形成多重阳极空穴的方法，在这些方案中将空穴模压进入阴极颗粒。Getz在美国专利No.6,326,102中描述了一种相对复杂的模块，有两个分离的锌阳极结构分别和包住阴极颗粒的隔离层的内部和外部轮廓相接触。Jurca在美国专利No.6,074,781和Shelekhin等在美国专利No.6,482,543中也描述了阴极颗粒内部或者轮廓内部表面形成分步结构，Shelekhin等在美国专利No.6,482,543，Lee等在美国专利No.6,472,099以及Luo等在美国专利No.6,410,187中描述了分枝或叶状内部电极的结构。
所有这些设计策略在可能的表面积有效增加方面都有局限性，并会导致从传统轴状电池的实用性设计转变而来的额外的复杂性。有些设计或许会得到较大的表面积，但是存在电池平衡性变化的损失，从而降低功率容量。多空穴或者多重电极设计导致需要更复杂的集流和末端封闭。更复杂的几何结构或许会导致定位要求并且需要更复杂的加工工艺和机械组件。复杂的几何结构可能使得在均一地和连贯地应用隔离层方面，尤其在高速生产时变得困难，并且可能会使非常规的方法例如在中心应用正投影方式涂层成为必要。
例如，分枝或叶状设计限制了增加表面积的能力，除非叶片做得很薄，这将使得使用隔离层和均一地填充胶状阳极较为困难。假如叶片或者分枝不是较薄或者较长，那么不会带来多少表面积的增加，而电池平衡性或许会因为阳极和阴极结构的相关截面面积的变化而变得低效。在叶状设计中，阴极片的线性排列和极片裂口可能会使制造变得困难。
前述的与典型的轴状和螺旋状缠绕电极构造相关的问题并不限于圆筒状电池构造。更薄的产品轮廓体和电池池室空间的更有效利用性还带来了薄型棱柱状(矩形)电池形式以及非定形电池形式的趋势。轴状电池和螺旋状缠绕电池构造的类似物还存在于棱柱状电池，例如，那些在《电池手册》(D.Linden and T.B.Reddy，3rd Edition，Section 3.2.11，McGraw-Hill，2002)中描述的电池。在棱柱状电池的最简单的设计中，相反的单一的阳极和阴极物质通过一个插入的隔离层界面交换离子。例如，公开号为No.2003/0157403(Shelekin等)的美国专利申请描述了一个薄型棱柱状IEC7/5F6型碱性电池，具有单一的相反电极物质，其阳极和阴极间的总界面面积小于电池的设计截面面积。然而，这些设计没有解决前述的功率特征问题。
在棱柱状电池构造中，有两种可供选择的设计以提高电能。可以采用的缠绕形电池构造是将电极带缠绕于一个平坦的心轴上，然后在置于电池容器之前进行压缩。在另一种方式中，棱柱状电池内的表面积可以通过一个电极盘堆叠的阳极/阴极交互的组件而得到增加，就象在电池内部电极平行连接。然而，这两种方法比生产轴状电池更为复杂，成本更高。
在棱柱状电池方案中，附加的设计考虑内容涉及到内压的生成。碱性电池产品必须在所有预期的使用条件和所有负荷状态下保持最大允许的尺寸。这些产品必须安装有一个安全排放口，但在一个很宽范围的正常使用条件下它们能够有效地密封。碱性电池容器壁因此必须进行有效的构建，以包容因与电池的电化学反应相关而生成或膨胀的任何气体产生的任何内压。设计的适应性调整可以包括少量的气化锌形成和膨胀的内部空闲体积，其中，设计的平衡性依赖于容器的机械强度。
圆筒状容器是一种有效的压力容器，均一地分配环绕压力以降低放射状的张力，而圆筒状碱性电池壁厚可以小到0.008″。然而，棱柱状状在适应内部压力方面并不有效，或许在一个长的器壁跨度中央会产生最大偏差的非均一的凸起。虽然增加容器壁厚可以避免容器的凸起，但这也会降低可用于活性电极物质的内部体积。
在描述了现有技术的许多缺点后，本发明的目的就在于解决现有技术中的这些缺点以及其它一些缺点。
发明内容
一种电池，诸如圆筒状或者棱柱状碱性电池，通过采用一种产生增加的阳极和阴极间表面积的电池结构，在高放电速率下容量利用性能显著提高，同时维持许多电能以及典型的圆筒状或者棱柱状碱性电池的其它优点特征。根据本发明实施例和描述的原理，本发明的一个显著特征在于包括一电化学电池，该电池包括一限定一内部空间的电池壳，它具有一内表面、一第一端子以及一第二端子。该电池进一步包括一被一隔离层封闭并设置于电池壳内部空间的内部电极。该内部电极呈折叠构造并成型为其外部区域基本上符合被电池壳内表面限定的轮廓。该内部电极与电池壳的第二端子进行电子交换。一外部电极设置于电池壳内部空间，与内部电极进行离子交换，并且与电池壳的第一端子进行电子交换。
本发明的一个方面，该内部电极呈手风琴状折叠构造或者呈W形构造；电池壳内表面与第一端子进行电子交换，并且外部电极与第一端子间的电子交换是通过外部电极和电池壳内表面的接触而建立起来的；该内部电极是阳极而外部电极是阴极，其中第一端子有正极性而第二端子有负极性。
本发明的另一个方面，内部电极和外部电极彼此相对，从而限定一电极间的表面积(Si)，而电池壳进一步包括一限定有一外表面积(Se)的外表面。电极间表面积(Si)和电池壳外表面积(Se)的比率(Si)/(Se)在大约2-8的范围内。
本发明的另一个方面，一种电化学电池，包括一限定有内部空间的电池壳、一第一端子以及一第二端子；同时一电极组件设置于电池壳的内部空间。该电极组件包括一被一隔离层封闭的内部电极并呈折叠构造，以及一呈折叠构造并与内部电极的折叠构造相互啮合的外部电极。该电极组件加工成其外部区域基本上符合被电池壳内表面限定的轮廓。该内部电极与电池壳的第二端子进行电子交换而外部电极与电池壳的第一端子进行电子交换。
本发明的另一个方面，一种电化学电池，包括一限定有内部空间的圆筒状电池壳、一第一端子以及一第二端子。该电池壳进一步包括一设置于电池壳内部空间的电极组件。该电极组件包括一对外部电极和一被一隔离层封闭并设置于外部电极之间的内部电极。该电极组件呈折叠构造使得每个电极彼此相互啮合。该电极组件加工成其的外部区域基本上符合圆筒状电池壳。该内部电极与电池壳的第二端子进行电子交换而外部电极与电池壳的第一端子进行电子交换。
本发明的另一个方面，一种电化学电池，包括一限定有内部空间的电池壳、一第一端子以及一第二端子。该电池进一步包括一呈线性几何构造而截面面积完全小于内部电极外表面积并且设置于电池壳内部空间的内部电极。该内部电极被一隔离层封闭并与电池壳的第二端子进行电子交换。该电池进一步包括一设置并加工成型于电池壳内部空间的外部电极材料，使得内部电极由此置入其中。所述外部电极与内部电极进行离子交换，并且与电池壳的第一端子进行电子交换，同时与电池壳的第一端子进行电子交换。
本发明的另一个方面，一种电化学电池，包括一限定有内部空间的电池壳、一第一端子以及一第二端子。该电池进一步包括一设置于电池壳内部空间的电极组件。该电极组件包括一被一隔离层封闭的内部电极和一外部电极之间的内部电极。所述电极啮合在一起形成一界面并被压缩，使得该电极组件的外部区域基本上符合由电池壳内表面所限定的轮廓。所述内部电极与电池壳的第二端子进行电子交换，同时外部电极与电池壳的第一端子进行电子交换。
根据本发明的原理，制造电化学电池的方法也是预料之中的。本发明的一个方面，制造电化学电池的方法包括如下步骤：提供一具有内部空间的电池壳，一第一端子以及一第二端子；提供一具有非常平整构造并被一隔离层封闭的内部电极；提供一具有非常平整构造的外部电极；将外部电极设置于所述内部电极的相邻部位；将所述内部电极和外部电极折叠在一起形成一折叠结构；形成内部电极，这样使得电极的外部区域基本上符合电池壳内部空间所限定的轮廓；并且将所述电极设置于电池壳内部空间，这样外部电极与电池壳的第一端子进行电子交换，而所述内部电极与电池壳的第二端子进行电子交换。
根据本发明的原理，制造电化学电池的其它方法也是可预期的。
根据本发明的原理，制造电化学电池的方法可以轻易地转化成一种自动化的高速生产工艺。这些方法的一个或者多个步骤可以设想为替代普通的轴状电池加工车间的特定工序，而其它步骤与普通的轴状电池加工车间的那些工序相似，同时可保持与其相当的生产速度。
在考虑了说明书、附图及其权利要求后，本发明的这些和其它方面也是显而易见的。
附图说明
图1是描述流行的高级AA电池(现有技术)和根据本发明的一种AA电池实施例的多种ANSI型测试大致放电容量Ah曲线图。
图2是一种典型的具有轴状构造的圆筒状电池截面主视图。
图3是描述根据本发明的一个实施例相比于现有技术商品电池的电压对于1安培放电时放电容量的曲线图。
图4A和4B分别是本发明的一个安装有线性几何内部电极的实施例截面主视图和平面图。
图5A是根据本发明的一个安装有褶皱状折叠电极组件的较佳实施例的截面平面图。
图5B是图5A所示实施方式的局部截面主视图。
图5C是图5A所示实施方式的装配图。
图5D是根据本发明原理的一个电极组件在成型以装入电池壳之前的透视图。
图6是根据本发明原理的一个具有褶皱状并插入阴极材料中的折叠阳极的实施例的截面平面图。
图7是描述根据本发明原理的一个装配工序中不同阶段的示意图。
图8是描述根据本发明原理的一个装配过程的示意图。
图9是描述根据本发明原理的一个装配过程的示意图。
图10是根据本发明原理的一个电极组件在成型以装入电池壳之前的透视图。
图11是根据本发明原理的一个实施例的装配过程示意图。
图12A是根据本发明原理的一个内部电极装配过程示意图。
图12B是根据本发明原理的一个外部电极装配过程示意图。
图13A是根据本发明原理的一个折叠电极组件实施例的截面平面图。
图13B是图13A所示根据本发明原理的一个设置于棱柱状电池壳内的折叠并成型的电极组件的截面平面图。
图13C是图13B所述实施例的部分透视图。
图14A是根据本发明原理的一个附加的折叠电极组件实施例的截面平面图。
图14B是图14A所示根据本发明原理的一个设置于棱柱状电池壳内的折叠并成型的电极组件的截面平面图。
图15A是根据本发明原理的一对折叠电极组件的截面平面图。
图15B是图15A所示根据本发明原理的一个设置于棱柱状电池壳内的折叠并成型的电极组件的截面平面图。
图15C是图15B所示根据本发明原理的一个棱柱状电池装配过程示意图。
图15D是图15C所示装配好的棱柱状电池的透视图。
图16是描述实施例5、6、7和8所述棱柱状电池的放电曲线图。
图17A是根据本发明原理所述的实施例5、6、7和8中使用的一个折叠电极组件实施例的截面平面图。
图17B是图17A所示根据本发明原理的一个设置于棱柱状电池壳内的折叠并成型的电极组件的截面平面图。
图18A是根据本发明原理描述的一种制造方法方面的示意图。
图18B是描述根据图18A所示方法制造出的电池的作用特性曲线图。
图19A是描述根据本发明原理的一种制造方法方面的示意图。
图19B是描述根据图19A所示方法制造出的电池的作用特性曲线图。
图19C是描述用与图19A所示类似的方法制造出的电池的作用特性曲线图。
图20A是描述根据本发明原理的一种制造方法方面及其相关实施例的示意图。
图20B是描述根据本发明原理的一种制造方法而制造的电池不同阶段的示意图。
图20C是描述与图20B所示制造电池方法相关的不同阶段的示意图。
图20D是描述根据图20A-20C所示方法制造出的电池的作用特性曲线图。
图20E是描述用与图20A-20C所示类似的方法制造出的电池的作用特性曲线图。
具体实施方式
本发明能够用许多不同的形式体现出来，在此对附图中所显示的内容进行详细描述，本发明公开的一个或多个特定实施例是用于理解本发明，应当理解为是本发明原理的示例，并不用于将本发明限制为特定的实施例。
本发明提供了一种简单而有效的电池设计方案，诸如圆筒状碱性电池，与轴状和螺旋状缠绕设计相比较，其能量和功率特性方面平衡适中，而且保持了两种设计的优点，比如成本低、在具有较高功率情况下制造简单，同时就能量效率而言内部体积利用率高。在一个具体的实施例中，通过提供一种显著但平稳增加的阳极和阴极界面面积而达到上述目的，该方法与稀释剂、高离子传导和电极结构相关联。
本发明还提供了一种平衡性较好的碱性“改进的”轴状设计，可用于包括AAA、AA、C、D和其它不同规格的电池，以便在较高耗尽速率下具有较高容量，同时有利于保持能量储存特性。
图1显示了本发明的这种较高容量优点的具体结果，图示表明，通过增加在较高耗尽速率下的可利用容量，相比市售的高速率碱性轴状电池，本发明的AA型圆筒状电池具有更为平稳的应用性曲线。在图1的例子中，电池在ANSI数码相机测试中释放了1.5Ah或者说大约50％理论容量(相应对地，典型的普通轴状电池释放量为25％，如图1中A部分所示)，而以中等耗尽速率例如在电动玩具(3.9欧姆)中测试，仍然达到至少相当的放电容量。只有在非常低的放电速率下，才有一些明显的可识别的放电容量损失，不过仍然是低耗尽速率下理论上的或者典型的普通碱性轴状电池容量的至少70-80％。这样，在C/2-C/3放电速率下能够获得大约50％或更多的理论容量，而在C/10放电速率下能够得到超过70％的理论容量。
图3显示了普通碱性电池的电压曲线与根据本发明原理得到的电池在相同放电条件下电压曲线的对比结果，从图3中可以看到，根据本发明原理得到的电池，在1安培下放电至1.0伏特中止，释放了相当于普通碱性电池大约两倍的容量，放出的累计容量大致相当于在一个3.9欧姆的电阻上连续放电的量。
表征本发明提供一种完全平衡的动力对能量比率的能力的一个有效方法是在装配好的电池上进行一定的测试。一种使用的特别测试方法包括一系列放电步骤，以评估在一高速率下放电而后在一个较低速率下放电的表现，评估总的容量释放能力。一个用于AA规格电池的测试细节是：(1)在1.0A下连续放电至1.0伏特中止；(2)30秒电路开放试验；(3)在1.0A下连续放电至0.8伏特中止；(4)30分钟开路试验；(5)在3.9欧姆上放电至0.7伏特中止。该测试由本发明的受让人鉴定为一种DCC4STP2试验。其它规格电池的也可以用相似方法测试，但要增加或者降低电流水平以反映出该规格电池的性能。
在本发明和普通碱性轴状类型电池上通过使用这种类型的测试，一个明显的性能区别可以建立起来。容量释放比率(CR)可以通过将在1.0A下释放至1.0V的容量(C1V)除以总的释放容量(CT)而被计算出来。因为本发明使用了一个有效的线性几何构造并且薄的内部电极(薄，意味着其截面面积明显小于内部电极的外表面面积)，容量释放比率(CR)将显著高于普通碱性轴状类型电池的测试值。
论证了优于普通电池的一些优点后，现在对根据本发明原理的电池制造设备予以描述。现在参照附图，其中，这几幅附图中相同的数字代表相同的部位，图4A和4B显示了一种具体的内部电极设计，是本发明一个可能的实施方案。
参照图4A和4B，一种电池30，包括一限定电池30的一内部空间31b的电池壳31。电池壳31a包含一第一端子T1以及一第二端子T2以利于与电池30的电连结和与电池30的其它元件间的电子交换。电池30进一步包括一内部电极32，比如一阳极，它具有一个薄的线性几何构造的截面32A，呈星号形状，使用了多个线性元件32B。也可以采用其它线性几何构造，比如交叉形状或者任何其它的包括线性元件或者类似元件的几何形状，与相类似平面的电池壳截面相比，具有相当薄的截面，也就是线性元件的厚度尺寸。在一个优选的实施例中，内部电极的厚度尺寸明显小于扩展穿过电池壳截面最大跨度的尺寸，该电池壳截面与内部电极的厚度维度相平行。在一个优选的实施例中，内部电极32包含一种多孔的固态挤压复合物，由活性材料、导电材料和添加剂制成。还包括一内部成型的集流体33。所述内部电极32设置于电池壳30的内部空间31b。所述内部电极32被一隔离层34封闭并且与电池壳30的第二端子T2进行电子交换。一个外部电极材料35，比如是一个阴极材料，设置并形成于电池壳的内部空间31b，这样所述内部电极32被包入其中，并形成一个外部电极36。所述外部电极36与所述内部电极32间进行离子交换并且与电池壳30的第一端子T1进行电子交换。通过将内部电极包入外部电极，限定了一个电极界面，该电极界面可以进一步被一个电极间的表面积限定。如图4A和4B所示，利用电极几何学，得到了一个显著但平稳增加的阳极和阴极界面面积。进一步地，利用薄的内部电极截面，得到稀释剂、高离子传导和电极结构。电池的作用特点可以通过改变电极几何学而改变，这将影响到电极间的界面表面积。
因为内部电极32是一种多孔的固体结构，元件32B可以比现有技术设计的叶片或者分枝更薄和更长。例如，在一个AA电池中，内部电极32可以挤压为一种仅仅0.040-0.080英寸厚的薄型元件32B的形状，而与此相当的普通AA碱性电池的阳极直径是大约0.30英寸。这种情况下，可以以最大的有效扩散厚度从元件32B的每个边接近内部电极32，该厚度等于一半的穿越厚度。通过使用固体内部电极，不仅可以得到较薄的几何元件一如同以前的设计那样利用无需用胶填充狭窄的空间一而且等角的涂敷的隔离层34可以通过浸渍或者喷雾用于内部电极32的外表面37--而不是如同以前的设计那样试着将隔离层用于一个复杂几何外部电极的内表面。所述外部电极36然后用于包入内部电极32的隔离层外围，该步骤可以在电池壳31外部实施，也可以在将内部电极设置于电池壳31内之后实施。在一个实施例中，外部电极在电池壳30内使用，以阳极方式并具有线性几何构造的内部电极32，可被插入电池壳31内，该电池壳31然后填入阴极粉，并压缩形成一个被包埋的内部电极32。
在电池壳内嵌入内部电极和外部电极的另一种方法，是在电池壳外面将电极弯曲或者折叠在一起以形成一个电极几何体，将电极模制成一定形状或者使其轮廓符合电池壳，然后将它们一起插入电池壳内。参照图5A-5D，本发明的一个较佳实施例可以通过用一个简单的内部电极几何体开始、用隔离层覆盖、用一外部电极材料环绕、然后形成适于电池容器需要的几何体等步骤实现。如图5A-5C所示，一种电化学电池40，包括一限定有内部空间41b的电池壳41a。电池壳41a包括一第一端子T1以及一第二端子T2以利于与电池40的电连结和与电池40的其它元件间的电子交换。参照图5A，该电池进一步包括一设置于电池壳41a内部空间41b的电极组件42。该电极组件42包括一被一隔离层44封闭的内部电极43和一外部电极45。所述内部电极和外部电极有一个薄的截面，呈折叠结构，例如图5A所示的“W”形折叠结构，或者其它形式的折叠结构比如手风琴状折叠结构，这样电极可以彼此互相啮合。参照图5C，电极组件42形成后，电极组件42的外部区域46基本上符合被电池壳40内表面48限定的轮廓47。所述内部电极43与电池壳41a的第二端子T2进行电子交换，同时外部电极45与电池壳41a的第一端子T1进行电子交换。所述内表面48优选与第一端子T1进行电子交换，这样就能够通过外部电极45与和电池壳41a内表面48的接触建立起外部电极45与第一端子T1间的电子交换。
如图5D所示，内部电极43可以被缠绕或者用隔离层44共形涂敷，然后用外部电极45将其夹入中间或者与其混合以形成电极组件42。最终的电极组件然后可以成型为不同的几何体以放入电池壳41a内，如图5C所示。内部电极和外部电极间的界面并不像以前的设计那样是一个单一的圆筒，而可以是一个复杂的形状，这样隔离层包覆的被封闭内部电极的表面将具有大于普通轴状电池表面积的一个外表面积，但小于普通的螺旋状缠绕电池的表面积。所述被封闭的内部电极薄于普通轴状电池的内部电极，但不如普通的螺旋状缠绕电池的内部电极薄。这种设计达到了表面积较好的平衡，这样较少的隔离层和集流体用于封闭电极的电池，而不是用于普通的螺旋状缠绕设计，因此增加了用于活性材料的可利用空间和能量。
作为一个可选择的实施例，如图6所示，内部电极43和隔离层44可被包埋于外部电极材料中。在这个实施例中，外部电极材料可以在内部电极43设置于电池壳41a内后，在电池壳41a内使用，并压缩形成一个阴极材料包埋的内部电极43。作为选择，内部电极43和隔离层44可以折叠形成一个折叠构造，例如“W”形折叠结构，然后形成一个基本上符合电池壳41a形状的几何体。该内部电极43然后可以包埋于阴极材料45中，挤压成一种基本上符合电池壳41a形状的几何体。挤压后的阴极材料/包埋的阳极最终形成一个可设置于电池壳41a内的电极组件。
本发明可以促进阳极、阴极间的界面面积增加，这样对AAA或者AA型电池而言，电极间表面积(Si)和电池壳外表面积(Se)的比率，也就是(Si)/(Se)可以在一个大约2-8的范围内(对直径更大的电池比如C或者D型而言，该比率更高)，以显著地增强高速率放电特性。增加的界面面积提供了具有内部电阻的电池设计，该内部电阻是相同材料制成的轴状电池内部电阻的一个分数。在下述例子中，1KHz下测量到的阻抗是普通轴状电池的70％或者更低。动力和能量达到较好的平衡，使得在适中的放电速率下，本发明保留的能量比普通轴状电池高出70-80％，同时增加了高功率下的实用性。
本发明的一个特定实施例提供了一个具有比普通轴状电池的相同内部电极平均穿过厚度尺寸更薄的内部电极。通过使内部电极穿过厚度变薄，其表面积就会通过延长截面长度而明显增加，使得大致上同样优化的阳极与阴极的电池平衡得以保持。内部电极穿过厚度尺寸的减少提供了较短的扩散长度，进一步增加了电池功率容量。普通碱性AA型轴状电池具有一个大约为0.1-0.15英寸的阴极环状壁厚度和一个大约为0.2-0.3英寸的阳极中心厚度，而根据本发明原理的碱性AA型电池可以具有一个大约为0.035-0.070英寸的阴极厚度和一个仅为0.020-0.060英寸的阳极厚度。
本发明的另一个优点是增强高放电速率下内部电极的应用性。因为内部的圆筒状几何体，普通轴状电池在高放电速率下应用性较低。当阳极从隔离层内表面呈向内放射状进行放电时，阳极到阴极的界面面积持续减少。这将有效地增加在放电的内部电极表面的电流密度并由于传递限制而导致放电反应的停止。增加内表面积并使内部电极变薄会保持放电过程中较统一的电流密度，导致内部电极材料应用性增加。
在本发明的一个较佳实施例中，内部电极和外部电极的纵向尺寸大约等同于电池容器内部总高度减去密封需要的高度，典型的高度是总高度的至少70％，以使得电极复合物占据电池容器的将近总高度并使能量最大化。外部电极优选成型后与电池壳内表面相接触，同时对这一外部电极的集流主要通过经由或与金属壳体接触而实现。内部电极包入隔离层，然后包埋于外部电极矩阵材料中，或夹入其中或与内部电极成型，其内引出绝缘导线，然后插入电池壳，使得外部电极与电池壳内表面相接触。
作为此处的许多参考实例，对于碱性MnO2/Zn电池而言，锌阳极是内部电极而MnO2阴极是与电池壳内表面相接触以形成正极性接触的外部电极。要注意此处许多例子尤其是指碱性电池，应当理解，本发明的原理可以用于其它电化学反应及模式。
根据本发明的一个特定实施例，提供的碱性二氧化锰-锌型电池包括二氧化锰阴极、锌阳极、阳极阴极间的隔离层和氢氧化钾碱性水溶液电解质。阳极具有一个非圆形的截面，具有相对于普通轴状电池设计的阳极而言较短的扩散长度，这样活性材料的容量更多地分布于贯穿截面的内部，而累积截面周长超过电池壳直径两倍。阳极包裹于隔离层中并包埋于阴极矩阵中，该阴极矩阵均匀地填充于阳极和电池壳内表面之间的空间。该电池具有一个很平衡的动力对能量的比率，得到在高放电速率下很好的容量利用性。对于一个AA电池而言，举个例子，1安培时放电至1伏特的测试容量可以达到超过1.2Ah。
在一个较佳实施例中，本发明提供的电池包含有一个非常平坦的或者非常平整的隔离层封闭的锌阳极和一到两个平面形状的阴极，该阴极已形成一个手风琴折叠形状，然后将完整的阴极/阳极组件模制以装入电池容器。
阴极结构形成后具有必要的物理学完整性和电子传导性，以允许高速度生产时易处理，同时能够提供较好的电子从折叠物内部到电池容器壁的传导特性。这可以通过复合物阴极与导电性填料、加固材料、包扎材料或者载体织物的成型而实现。一种达到必要的机械特点和电子特点的特别的方法可以是使用一个金属箔片或金属网用于阴极物质的外面，这样该金属结构会提供传向电池壳内表面的电子接触和与折叠物内部连续的电子连接。
根据本发明的原理，制造电化学电池的方法也是预料之中的，就如前述描述内容所明示。根据本发明的一个方面，制造电化学电池的方法提供了包括如下步骤：(A)提供一电池壳，它包括一内部空间、一第一端子以及一第二端子；(B)提供一具有薄且非常平整构造的、并被一隔离层封闭的内部电极；(C)提供一具有薄且非常平整构造的外部电极；(D)将外部电极设置于所述内部电极的相邻部位；(E)将所述内部电极和外部电极折叠在一起形成一折叠结构；(F)形成内部电极，这样使得电极的外部区域基本上符合电池壳内部空间限定的轮廓；和(G)将所述电极设置于电池壳内部空间，这样外部电极与电池壳的第一端子进行电子交换，而所述内部电极与电池壳的第二端子进行电子交换。
根据本发明的另一个方面，在所述外部电极成型于电池壳内的条件下制造电化学电池的方法也是预料之中的，该方法包括如下步骤：(A)提供一电池壳，它包括一内部空间、一第一端子以及一第二端子；(B)提供一具有线性几何构造的薄截面且被一隔离层封闭的内部电极；(C)将所述内部电极设置于电池壳内部空间，这样使其与电池壳的第二端子进行电子交换；(D)将一外部电极材料设置于电池壳内部空间，这样内部电极包埋于其中，并且该外部电极材料与电池壳的第一端子进行电子交换；和(E)将所述外部电极材料压缩至设置于电池壳内部空间。
在本领域的技术人员考虑了本说明书的描述并理解之后，其它方法或者这些特定方法的变相也是可预期的，并且应当认为，它们仍属于本发明的范围之内。
图7揭示了该优选的实施了可以通过一系列操作步骤，从具有简单几何构型和较低定位要求的部件而制造出来的程序。图7步骤I中，一平面的阴极/隔离层一包裹的一阳极/阴极堆块置于一成型模中，每个阴极上的金属底层从堆块中露出来。在图7的步骤II和步骤III中，成型的刀片以某种方式推进模具空穴，以造成折叠和堆块的成型。图7的步骤IV显示了最后的成型操作，以便在插入电池壳或罐体之前，压缩并模压堆块进圆筒中。
在根据本发明原理的一个特定实施例中，提供了实现一个较佳实施例的简单制造方法。根据一个特定实施例，两个阴极成型后置于模具冲孔的金属底层上，并且放置位置与包埋有阳极结构的设置于中心的隔离层相邻接，如此定位后，电极混合在一起，通过使用垂直于电极长轴的成型模具而成型。最后的冲模是同心蛤壳状，形成的电极外部区域符合电池壳形状的轮廓，例如是圆筒形。成型后，模具轻轻地打开，以使形成圆筒形的结合电极，该电极被压入放置于成型模具相邻位置的电池壳中。电极组件放置于电池壳中后，添加的KOH电解质可以加至开放的电池壳顶部，以供被其流经的电极吸收进去，进行下一步程序操作。这一阶段已部分装配的电池具有一个大约放置在中心位置的从电池壳顶部突出来的绝缘的阳极铅芯。该铅芯穿过塑料底部封盖的中心，并焊接到底盖的内表面，然后导入到其在封盖上的正确位置。电池的封闭和结束操作与普通的轴状电池操作相同。
本发明的形成改进的电池设计的步骤，可以很容易地转化为自动化高速生产方式。这一电池形成程序可以假想为替换了普通的轴状电池制造车间的特定操作单元，并且一个或者多个步骤与普通轴状电池的制造相似。例如，可以期望阴极和凝胶状锌阳极的混合步骤适当地与普通轴状电池制造相似。某些改造的线轴组装操作过程甚至可以通过改变基础的现有操作设备形式而实施，同时保持与之相当的生产效率。
为了揭示并举例说明本发明的原理，现给出几个实施例。下述实施例用于普通目的的MnO2/Zn型AA电池，这种电池可以在使用数码相机时提供较高的运行时间，也就是说，相对于普通的MnO2/Zn型AA电池，这种电池可以在1安培下放电至1伏特时释放更多容量。另外，电池的功率容量并不会被过分损害，这样在适中的速率(3.9欧姆)下放电仍有合理数量的容量可供使用。使用在1安培下放电至0.8伏特的方法测试样品电池，记录在电池电压达到1伏特时释放的能量，此时是在模拟ANSI数码相机测试。在一个30分钟的测试后，有一个附加的在3.9欧姆下放电至0.7伏特的放电步骤。将1安培下放电至1伏特的容量(C1V)，总的释放容量(CT)和容量释放速率(CR)列表如下，是高速率或者低速率容量利用效率的显示。表1中的数据涉及提供的特定实例，表明本发明提高了数码相机测试的实用性，同时没有影响到低速率测试时的实用性，证明本发明优于现有技术的优点。
表1
  实例编号     C1V(Ah)     CT(Ah)     CR
  1     1.2     2.0     0.60
  2     1.1     1.8     0.61
  3     1.2     1.9     0.63
  4     1.35     2.0     0.68
  普通高级轴状电池     0.75     2.0     0.38
所述实施例是指使用标准尺寸的镀镍钢罐的AA电池。阴极形式可以是任何典型的类型，主要的碱性电池阴极由电解二氧化锰(EMD)(γ-MnO2)、导电粉组成，剩余物是其它添加剂比如包扎物和电解质。电解质是碱性水溶液，通常是4N-12N的氢氧化钾。电解质中可以含有溶解的氧化锌ZnO、表面活性剂和其它添加剂，以便减少负电极内活性锌的气化现象。
实施例I-IV中使用的MnO2阴极预混合料组合物由按重量百分比计为科尔·麦吉公司生产的高放电性能的EMD69.4％、乙炔黑5.2％、KS-15石墨2.6％、PTFE-30悬浮液0.4％和9NKOH22.4％的预混合料组成。混合操作在一个雷德科公司生产的混合器、球磨机或者其它合适的混合机内完成。阴极预混合料进一步按100g混合物比1gPTFE-30悬浮液和10g的9NKOH溶液的比例混合，用以改善涂敷特性并用于粘附于镍底层。标准的底层是非退火膨胀的金属(比如戴克斯迈特公司生产的3Ni5077)。7克阴极组方压缩到卡弗压缩机中的底层上，从而得到一个厚度约为0.047英寸的阴极模块。压缩过程中电解质有一定损失(约为0.5-1.0g)。
实施例1
这是一个如图5A-5D所示的“包埋的褶皱状折叠”设计。本实施例中，一多孔的固态电铸锌用作阳极。所有的实施例都主要地参照图8-11，一块平面的电铸锌用作阳极部件51，大约为1.5″宽×1.625″高。电铸锌阳极部件51通过将锌氧化物/包扎浆63涂敷于一个薄的附有绝缘铅芯62的银质或铜质金属底层64上，并且随后在碱池中电铸而形成。将所述阳极部件51洗净并干燥，然后在一个赛马特公司生产的700/70隔离层52的小袋内进行热密封，以形成一个阳极组件55。使用的阳极干燥状态下重约4.7g，包括底层和铅芯在内干燥时厚度约为0.045英寸。干燥的阳极组件55在折叠成松散的“W”褶皱形体53前，于9NKOH溶液中浸渍至少一个小时。两个涂敷到一带有穿孔的金属底层54上的平整MnO2阴极与具有经9NKOH浸渍的KC16吸收体的覆盖层一起放置，这样各个阴极位于所述阳极的每个侧面并经折叠形成相互啮合的“W′s”形体56，从而得到一个呈折叠堆块57形状的电极组件。在插入电池壳体或罐体59之前，该折叠堆块57压缩并在一具有0.500-0.515英寸直径钻孔的压缩模具内模制成一个圆筒状体58。调节电极堆块57的厚度，这样它在成型后不至于太薄而不能充满罐体或者太厚而变得在插入到罐体59时因过于压缩而失去多孔性和电解质。在插入到罐体59后，在罐体59上部形成封口焊道60。阳极铅芯62附着于一盖子61，封闭罐体以形成一完整的电池64。
实施例2
本实施例显示了如图5A-5D所示的“包埋的褶皱状折叠”设计，特别是在一个阳极子组件中使用糊状锌的设计。本实施例中，一多孔的固态电铸锌用作阳极。该阳极由锌粉通过挤出或者压制制成一阳极片。阳极子组件通过将粉状金属锌或锌合金与氧化锌一起以及克拉顿公司生产的包扎物和壳牌公司的Shellsol溶剂混合而制备。混合物裱糊于-0.002英寸厚的带有铅芯并且能够使溶液蒸发的穿孔铜箔底层上。该部件随后包裹在一个SM700/70隔离层中形成阳极组件。干燥的阳极组件在折叠成松散的“W”褶皱形状前，于9NKOH溶液中浸渍至少一个小时。两个涂敷到一带有穿孔的金属底层上的平整的MnO2阴极与具有经9NKOH浸渍的KC16吸收体覆盖层一起放置，这样各个阴极位于所述阳极的每个侧面并经折叠形成相互啮合的“W′s”形状。在插入电池壳体或罐体之前，该折叠堆块压缩并在一个具有0.500-0.515英寸直径钻孔的压缩模具内模制成一个圆筒状体。调节电极堆块的厚度，这样它在成型后不至于太薄而不能充满罐体或者太厚而变得在插入到罐体时因过于压缩而失去多孔性和电解质。在插入到罐体后，在罐体上部形成封口焊道。阳极铅芯附着于一个盖子，封闭罐体以形成一个完整的电池。
实施例3
这是一个如图5A-5D所示的“包埋的褶皱状折叠”设计，使用锌凝胶形成阳极模块。所述锌凝胶包含有粉状金属锌或锌合金和任意的二氧化锌，另外还有一种合适的胶凝剂例如羧甲基纤维素、聚丙烯酸、淀粉和它们的衍生物。附着有铅芯的阳极集流体放置于一用赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的小袋内，并将7g上述凝胶加入小袋内，然后将小袋底部进行热密封，以形成一阳极组件。两个涂敷到一带有穿孔的金属底层上的平整的MnO2阴极与具有经9NKOH浸渍的KC16吸收体覆盖层一起放置，这样各个阴极位于所述阳极的每个侧面并经折叠形成相互啮合的“W”形。在插入电池壳体或罐体之前，该折叠堆块压缩并在一具有0.500-0.515英寸直径钻孔的压缩模具内模制成一圆筒状体。调节电极堆块的厚度，这样它在成型后不至于太薄而不能充满罐体或者太厚而变得在插入到罐体时因过于压缩而失去多孔性和电解质。在插入到罐体后，在罐体上部形成封口焊道。阳极铅芯附着于一个盖子，封闭罐体以形成一完整的电池。
实施例4
本实施例显示了如图5A-5D所示的“包埋的褶皱状折叠”设计，使用添加了锌纤维的锌凝胶形成阳极模块。所述锌凝胶包含有粉状金属锌或锌合金、5％奥翠斯塔公司生产的1/8″的锌纤维和任意的二氧化锌，另外还有一种合适的胶凝剂例如羧甲基纤维素、聚丙烯酸、淀粉和它们的衍生物。附着有铅芯的阳极集流体放置于一个用赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的小袋内，并将7g上述凝胶/纤维混合物加入小袋内，然后将小袋底部进行热密封，以形成一阳极组件。两个涂敷到一个带有穿孔的金属底层上的平整的MnO2阴极与具有经9NKOH浸渍的KC16吸收体覆盖层一起放置，这样各个阴极位于所述阳极的每个侧面并经折叠形成相互啮合的“W”形。在插入电池壳体或罐体之前，该折叠堆块压缩并在一具有0.500-0.515英寸直径钻孔的压缩模具内模制成一圆筒状体。调节电极堆块的厚度，这样它在成型后不至于太薄而不能充满罐体或者太厚而变得在插入到罐体时因过于压缩而失去多孔性和电解质。在插入到罐体后，在罐体上部形成封口焊道。阳极铅芯附着于一个盖子，封闭罐体以形成一个完整的电池。
本发明的其它“包埋的褶皱状折叠”设计的表现形式也是可以预期的。例如装配和工序变量诸如：阳极重量、阳极浸渍时间、压缩程度、阴极配方、阴极底层、和阴极一罐体集流方式等可以进行“精细的谐调”以使包埋的“W”设计的电子作用最大化。几乎所有电池都在一个具有0.515英寸直径钻孔的压缩模具内制成，主要基于在组装过程中挤出的电解质少而具有清晰的外观，而此前采用的是标准0.5英寸直径的模具。在电池内保持足够的电解质以促进电子作用是很重要的。
改变电极长度或者折叠物的长度和数量，以提供比上述实施例描述的W型折叠物更优化的表面积及容器的填充物也是有可能的。阴极的单一长度可以包埋于包入阳极的隔离层周围，然后折叠成一个褶皱结构，而不用使用两个外部阴极模块。一个增加表面积的预备方法是在形成褶皱的堆叠中使用多重阴极和阳极，例如：阴极/阳极/阴极/阳极/阴极。
棱柱状电池实施方式
在上述描述内容的基础上，本领域的普通技术人员应当理解本发明的原理可以通过其它一些电池构造方式实施，包括棱柱状或者自由形状的电池构造。其它方法或者这些特定方法的改型也是可预期的，并且应当认为，皆属于本发明的范围之内。然而，为进一步具体化起见，现在较详细地描述数种棱柱状电池的实施例。
现在主要参照图12A和12B，提供了一非常平整的内部电极100(图12A)以及一非常平整的外部电极102(图12B)。图12A所示的内部电极100的是为用作阳极而构建，包括一被锌凝胶层106包围、并被隔离层108封闭的阳极集流体104。一附着于阳极的绝缘的导电铅芯110，穿过隔离层108以促进电池内部电极的电连接。图12B所示的外部电极102构建成阴极，包括一阴极材料层112以及一集流体114。外部电极102包括一绝缘的电铅芯116以促进电池内外部电极的电连接。内部电极优选设定为阳极而外部电极优选设定为阴极，如图12A和12B所示，应当理解，两种电极内部电极和外部电极也都可以分别构建阴极或者阳极的任意一种。
内部电极100和外部电极102可以依据特定的应用而构建成许多不同的形状。优选地，内部电极100和外部电极102构建成非常平整的直线性外围构造。然后电极100和102一体地装入电池壳，并且符合特定的电池壳(有时候这里指罐体)，例如一个棱柱状电池壳。
参照图13A-13C，电极100和102显示出折叠形状并形成呈棱柱状、直线形或电池壳形的形体。特别参照图13A，电极100和102优选折叠一起以形成彼此间紧密接触，从而形成一种电极组件120。在这个特定的实施例中，电极100和102折叠成一种类似W形的构造，如图13A所示。然而，也可以是明显不同于此处公开的其它实施例，电极100和102可以一起折叠成任何构造形式，以在相互作用的电极100和102之间提供足够的表面积。
现在参照图13B和13C，使电极组件120的电极100和102成型，这样外部电极102的外部区域122基本上符合电池壳128内表面126限定的轮廓124。在一个特定的实施例中，外部电极102的外部区域122通过压制成基本上符合直线形轮廓而成型。如图13B所示，这种成型使得电池壳内部空间得到充分的利用，并且还使电池壳内表面126和外部电极102间具有良好的表面接触，从而在内表面126与电池端子有电传递的实施例中促进外部电极和电池端子的电连接。在一个优选的实施例中，如图13B所示，外部电极102的外部区域122成型为基本上符合电池壳内表面126限定的轮廓124，并且形成基本上无空隙的接触。
图14A和14B显示了另一个不同的在电极100和102之间折叠构造的实施例。如图14A所示，电极100和102折叠成三重折叠构造以形成一个电极组件130，而不是将电极100和102折叠成一个如图13A所示的W形状构造。如图14B所示，电极组件130成型为外部电极102的外部区域132基本上符合电池壳138内表面136限定的轮廓134。如图14B所示，这一构成使得电池壳内部空间得到充分的利用，并且还使电池壳内表面136和外部电极102间形成充分的无空隙界面的接触。
图15A-15D显示了另一个实施例，第一套内部电极140和外部电极142折叠在一起形成一第一电极组件144，第二套电极146和148折叠一起形成一第二电极组件150。如图15B和图15C所示，这个双电极组件构造便于包括一个或者多个内部结构单元152的电池壳151的使用。这些内部结构单元152用于减少偏差和由于溶涨及内压造成的电池壳膨胀，而不需要增加电池壳壁厚。所述内部结构单元152优选镀镍钢。这些内部结构单元152可以在引入电极组件之前或之后点焊接到电池壳内表面，以有效地减少支撑物间的焊柱长度。采用这种方式，它们能够拉紧以减少由于溶涨及内压造成的容器器壁膨胀，所述内部结构单元152不需要与正极物质电绝缘，而总是会与电池壳内表面相结触。该类型的设计是器壁较薄的电池壳用于能量相应增加的一种方法。
现在描述几个本发明的棱柱状电池构造的实施例，这几个实施例显示了这种电池构造的作用特性。所述实施例适用于普通用途的MnO2/Zn电池，为IEC7/5F6棱柱状规格(6mm×17mm×67mm，0.33mm壁厚，内部尺寸约为15.74mm×63.80mm×4.95mm)，能够在0.5-2安培的放电条件下释放高容量。另外，电池的能量不会过分减弱，这样在低到适中的放电速率下仍有合理的容量可供利用。测试样品电池，数据显示本发明提高了在较高放电速率下的应用性，而在低放电速率下测试应用性则没有显著影响。图16显示了每个实施例的放电曲线。所述实施例是指可以包装于标准尺寸的镀镍钢罐中、适宜于给定电池形式的电池。阴极组合物可以是任何典型的类型，主要的碱性电池阴极由EMD(γ-MnO2)、导电粉组成，剩余物是其它添加剂比如包扎物和电解质。电解质是碱性水溶液，通常是4N-12N的氢氧化钾。电解质中可以含有溶解的氧化锌(ZnO)，表面活性剂和其它添加剂，以便减少负电极内活性锌的气化现象。
所述实施例中使用的MnO2阴极组合物由按重量百分比计的、科尔·麦吉公司生产的高放电性能的EMD72.6％、KS-15石墨8.2％、PTFE-30悬浮液0.4％和9NKOH18.8％的预混合料组成。形成阴极结构，使其具有必要的物理学完整性和电子传导性以允许高速度生产时的易于处理，同时能够提供较好的电子从折叠物内部到电池容器壁的传递特性。这可以通过复合物阴极与导电性填料、加固材料、包扎材料或者载体织物的形成而实现。一种实现必要的机械特点和电子特点的特定方法可以是使用一个金属箔片或金属网用于阴极物质的外面，这样该金属结构会提供传向电池壳内表面的电接触和与折叠物内部连续的电连接。混合操作在一个雷德科公司生产的混合器、球磨机或者其它合适的混合机内完成，以提供合适的粘附于镍底层的涂敷特性。标准的底层是非退火膨胀的金属(比如戴克斯迈特公司生产的3Ni5077)。
在下述实施例中，使用锌凝胶以形成电池的阳极模块
在下述所有实施例中，内部电极和外部电极的纵向尺寸大约等同于电池容器内部总高度减去密封需要的高度，典型的高度是总高度的至少70％，使得电极复合物占据接近电池容器总高并使能量最大化。对于棱柱状电池而言，阴极重量大约为11g，厚度约为0.041英寸。在压缩过程中电解质有部分损失(约0.5-1.0g)。
实施例5
制作并测试本发明的一种使用电极组件的试验电池。所述锌凝胶包含有粉状金属锌或锌合金和挑选的二氧化锌，另外还含有一种合适的胶凝剂例如羧甲基纤维素、聚丙烯酸、淀粉和它们的衍生物。一个用含有镀锡钢制底层的赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的大约为28mm×62mm隔离层小袋内，填入大约5g锌凝胶组合物，所述锌凝胶组合物由65％锌粉、34.5％KOH和0.5％卡波姆(Carbopol)，以形成一个阳极组件。一个涂敷到一膨胀的60mm×62mm金属底层上的平整的MnO2阴极包裹于如17A图和图17B所示的折叠构造的阳极周围(阳极160，阴极162，壳体或罐体164)。阴极模块重量为11.11g。焊接于各自底层的阳极和阴极导线从罐体的相反底部引出。该电池在500mA电流下持续放电至0.8伏特时产生了1.22Ah的容量。
实施例6
制作并测试本发明的第二种使用电极组件的电池。所述锌凝胶包含有粉状金属锌或锌合金和任意的二氧化锌，另外还含有一种合适的胶凝剂例如羧甲基纤维素、聚丙烯酸、淀粉和它们的衍生物。一个用含有镀锡钢制底层的赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的大约为28mm×62mm隔离层小袋内，填入大约5g锌凝胶组合物，所述锌凝胶组合物由65％锌粉、34.5％KOH和0.5％卡波姆，以形成一阳极组件。一涂敷到一膨胀的60mm×62mm金属底层上的平整的MnO2阴极包裹于如17A图和图17B所示的折叠构造的阳极周围。阴极模块重量为10.82g。焊接于各自底层的阳极和阴极导线从罐体的相反底部引出。该电池在500mA电流下持续放电至0.8伏特时产生了1.25Ah的容量。
实施例7
制作并测试本发明的第三种使用电极组件的电池。所述锌凝胶包含有粉状金属锌或锌合金和任意的二氧化锌，另外还含有一种合适的胶凝剂例如羧甲基纤维素、聚丙烯酸、淀粉和它们的衍生物。一用含有镀锡钢制底层的赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的大约为28mm×62mm的隔离层小袋内，填入大约4.5g锌凝胶组合物，所述锌凝胶组合物由65％锌粉、34.5％KOH和0.5％卡波姆，以形成一阳极组件。一涂敷到一膨胀的60mm×62mm金属底层上的平整的MnO2阴极包裹于如17A图和图17B所示的折叠构造的阳极周围。阴极模块重量为10.14g。焊接于各自底层的阳极和阴极导线从罐体的相反底部引出。该电池在500mA电流下持续放电至0.8伏特时产生了1.33Ah的容量。
实施例8
制作并测试本发明的第四种使用电极组件的电池。所述锌凝胶包含有粉状金属锌或锌合金和挑选的二氧化锌，另外还含有一种合适的胶凝剂例如羧甲基纤维素、聚丙烯酸、淀粉和它们的衍生物。一用含有镀锡钢制底层的赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的大约为28mm×62mm隔离层小袋内，填入大约4.5g锌凝胶组合物，所述锌凝胶组合物由65％锌粉、34.5％KOH和0.5％卡波姆，以形成一阳极组件。一涂敷到一膨胀的60mm×62mm金属底层上的平整的MnO2阴极包裹于如17A图和图17B所示的折叠构造的阳极周围。阴极模块重量为11.57g。焊接于各自底层的阳极和阴极导线从罐体的相反底部引出。该电池在500mA电流下持续放电至0.8伏特时产生了1.37Ah的容量。
图16显示了上述四种实施例电池的放电电压曲线。在上述全部实施例中，到0.8V时中止的容量释放高于标准构造的7/5F6规格碱性电池预期值。作为比较，最近报告的该规格的棱柱状碱性电池在500mA下放电至0.8伏特时容量为1.08Ah。根据本发明的电池构造释放了高出15-30％的容量。
本发明的设计的其它表现形式也是可以预期的。例如装配和工序变量诸如：阳极重量、阳极浸渍时间、压缩程度、阴极配方、阴极底层、和阴极-罐体集流方式等可以进行“精细的谐调”以使包埋的“U”设计的电作用最大化。改变电极长度或者折叠物的长度或数量，以提供比上述实施例描述的折叠电池更优化的表面积及容器的填充物也是有可能的。
其它实施方式和制造方法
对于本领域的普通技术人员而言，前述本发明的原理显而易见地可以应用于许多不同的实施方式，并且可以通过许多不同的制造和装配方法而得以实施，为进一步地使这些原理及其广泛的应用范围具体化，现在对于附加的制造方法和有益于这些方法的电池实施例进行描述。
如同前面的描述，本发明的电池的一个特定实施例使用了一个平整的折叠成褶皱结构(或者其它折叠构造)的电极堆块，然后成型或模制以装入电池容器或壳。这类实施例显示出提高了阳极和阴极间的界面面积，并且相比较现有技术的轴状电池，提供了增加的动力。尽管这类电池的制造方法在前面已进行了描述，具有这种结构类型的实施例还可以通过其它方式形成，或许具有更好的成本效果以及更有益于制造能力。
使用颗粒状形式的外部电极材料比如阴极材料配方的方法，显示出更好的成本效果并更有益于制造能力。尽管前面已经描述了颗粒状形式的外部电极材料，现在对使用这种材料形式的实施例的制造方法进行更详细的描述，以使这种实施例进一步实例化。
外部电极材料组合物，比如阴极材料配方在呈颗粒状时很容易混合，并且在进一步加工比如压制成模制的环体或小球之前，以这种状态在电池容器外部或者内部都容易储存。通过使用颗粒状外部电极材料，任何碎裂的小球或者其它材料损失都能够容易地返回到反工的混合或者造粒阶段，因而进一步降低制造成本。这是相比纸片状或者底层形式外部电极的一个显著优点，后者因为受到增加尺寸和与普通的外部电极底层结构相关的机械完整性约束，残次率比较高。
现在参照图18A，在此对一种合并插入外部电极材料模制物的方法予以描述。在该实施例中，外部电极材料用作阴极。如图18A图解所示，一前述的被隔离层包裹的阳极160放置于一个成型模具162中。一种颗粒状或者粉状阴极材料164呈泥浆状或者糨糊状通过一个或者多个注射枪口165注入模具162中，并驱至阳极160四周。模具162优选根据普通的注射成型、压缩成型、铸造、或者挤出技术而设计，并且阴极材料164可以通过模制压力比如活塞或者撞击等施压形式、或者任何其它相关技术领域已知的机械形式所产生的压力注入模具162中，所述机械形式能够产生足以用于适当的填充、包装和阴极材料164分散于模具162中的压力。在所述模具用合适数量的阴极材料164进行适当填充后，并且依靠使用的特定成型技术，该模具可以进一步压缩以形成具有适当密度和尺寸的电极组件。任何数量和类型的添加剂可以在操作过程中导入任何位点，比如就像添加的电解质那样。在一个优选的实施例中，糨糊状阳极结构如此前描述的那样使用，基本上是干的。如此，这样的糨糊状阳极结构的使用可以对电解质的添加和一种适用于成型的特别湿的阴极材料的使用起到平衡作用。同样的，应当理解模具162可以在任何形式的成型工艺中使用，比如就像注射或者压缩成型、挤出、铸造或其类似工艺，或者与它们结合使用。在一个优选的实施例中，模具162可以在形成电极组件的挤出成型过程中使用，所述电极组件在成型过程中插入有内部电极。得到的电极组件随后可以用于完整电池的制造。
图18B显示了三种通过此方法形成的电池的放电曲线。这些电池中使用的MnO2阴极组合物由按重量百分比计的、由科尔·麦吉公司生产的高放电性能的EMD 72.6％、KS-15石墨8.2％、PTFE-30悬浮液0.4％和9NKOH18.8％的预混合料组成。一个用含有镀锡钢制底层的赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的隔离层小袋内，填入大约6g锌凝胶组合物，所述锌凝胶组合物由65％锌粉、34.5％KOH和0.5％卡波姆，以形成一阳极组件。制作一20mm×40mm小袋并折叠成V形，并且10.8g阴极材料挤压到V形阳极周围。该电池在1安培电流下持续放电至0.8伏特并产生了0.39Ah的容量，并且通过一3.9欧姆的电阻进一步放电至0.7伏特，产生了累计1.12Ah的容量。一相似配置的挤压入11.2g阴极材料的电池，当在1安培电流下持续放电至0.8伏特时，该电池产生了0.05Ah的容量，并且通过一3.9欧姆的电阻进一步放电至0.7伏特，产生了累计1.12Ah的容量。当一个的电池备有40mm×40mm小袋并折叠成W形，同时大约12g阴极材料挤压到V形阳极周围，当其在1安培电流下持续放电至0.8伏特时，该电池产生了0.05Ah的容量，并且通过一个3.9欧姆的电阻进一步放电至0.7伏特，产生了累计1.74Ah的容量。
现在参照图19A，该图显示了电极形成的另一种方法。该实施例中，外部电极材料作为阴极。该方法中，将颗粒状或者粉状阴极材料进行压缩并且在折叠前按照一系列步骤或阶段堆积在一个由隔离层包裹的阳极周围。如图19A所示，在第一阶段一种阴极材料170的第一部分计量后加入到一个模具172内，然后压缩成一种非常平坦的构造。随后将一个隔离层包裹的阳极174放置于压缩后的阴极材料170第一部分的顶部。阴极材料的剩余部分176放置于阳极172的顶部，然后压缩成一种非常平坦的构造以形成一个“夹心”形状的部件178，如图19A所示。然后将该“夹心”形部件178折叠并压缩成一种褶皱形状，这样可以在随后的一个完整的电池制造过程中将其插进电池容器。在一个优选的实施例中，阳极172可以预先折叠成一种褶皱形状或者其它折叠构造，然后再使其变平，这会使最后的成型更容易。在一个优选的实施例中，可以使用一种回转压力以利于成型阶段。
在一个图19A所示方法的转换中，一种柔软的非金属底层，比如一种无纺布聚合物层，可以在特定阶段插进模具中，使其定位于形成的堆块的外侧，这将提供附加的外部电极的机械完整性。无纺布底层可以涂上一种导电的碳素墨水以赋予电传导性。
图19B显示了一种通过此方法形成的电池的放电曲线。MnO2阴极预混合料组合物由按重量百分比计的、科尔·麦吉公司生产的高放电性能的EMD56.5％、超级石墨公司生产的ABG1010石墨5.2％、PTFE-30悬浮液0.3％和9NKOH38％组成。一个用含有镀锡钢制底层的赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的40mm×40mm隔离层小袋内，填入大约6.5g锌凝胶组合物，所述锌凝胶组合物由65％锌粉、34.5％KOH和0.5％卡波姆，以形成一阳极组件。阳极预先折叠成W形，然后将阴极材料分成3个大致相等的3.4g部分，每个部分都挤压到折叠阳极的V形凹槽内。一个附加的总重量约为2g的小部分阴极涂敷到一个0.520英寸压缩模具的内部上下表面，该模具内放置有一用于在插进一AA规格罐体之前进行压缩的电极组件。该电池在1安培电流下持续放电至1伏特，产生1.0Ah的容量，并且通过一3.9欧姆的电阻进一步放电至0.7伏特，产生了累计1.9Ah的容量。
图19C显示了一种通过图19A描述提到的相似方法所形成的电池的放电曲线。该电池中，一种涂敷碳粉的吸收物用于与阴极材料连接，而不用膨胀的金属底层。阴极组合物由按重量百分比计的、科尔·麦吉公司生产的高放电性能的EMD71.4％、超级石墨公司生产的ABG1010石墨6.6％、PTFE-30悬浮液0.4％和9NKOH21.6％的预混合料组成，该阴极组合物压缩到一个压缩模具内摊平的涂敷碳粉的吸收物上。总重13.5g的阴极材料分成两等份。该阴极/阳极/阴极夹心物折叠成W形，并压入一个0.520英寸压缩模具。该电池在1安培电流下持续放电至1伏特，产生了1.12Ah的容量，并且通过一个3.9欧姆的电阻进一步放电至0.7伏特，产生了累计1.76Ah的容量。
图20A显示了另一种方法及与之相关的实施例。在该实施例中，外部电极材料用作阴极。该实施例中，阴极材料的第一部分模制形成一环绕电池壳体185器壁184的环体182。阴极环体182通过一种普通碱性轴状电池制造中熟知的方法成型。例如，阴极环体182可以在电池壳外边模制而成，或者直接模压进电池壳中。阴极环体182也可以紧压电池壳壁184以确保其间良好的接触。该方法中，电池总阴极材料的一部分用于形成所述环体182，例如，占用总阴极材料的20-60％。环体182与电池壳壁184间建立起有效的接触，并且在电池壳内产生一所述环体的内部空间，该环体也限定了一内部空间186，用于与一折叠的内部电极188例如一隔离层包裹的阳极相接触。阴极材料的剩余部分190分布于所述折叠内部电极周围，并且一起压缩形成一符合环体182轮廓的电极部件192。然后在电池制造过程中，所述部件在电池壳体185内部插进环体182。
图20B和图20C显示了图20A中所描述的方法的一种变换方式，其中电极部件192在电池壳体185内部形成。参照图20B，在第1阶段，阴极环体182在电池壳体185内部由阴极材料的第一部分形成。阴极环体182可以通过本领域熟知的方法模压进电池壳中。阴极环体182也可以紧压电池壳壁184以确保其间良好的接触。在第2阶段，预制的隔离层封闭的阳极188在由环体182限定的内部空间内插进电池壳体185。在第3阶段，用阴极材料的剩余部分190填充电池壳内剩余的空间。图20C的步骤1显示了预成型的隔离层封闭的阳极188的形成过程，例如通过模具D成型，以及在电池壳体185内的环体182内部空间里边进行插入。图20C的步骤2显示了阴极材料注射器194在阳极188的折叠间插进电池壳体185的过程。步骤3显示了注射器194位于电池壳体185内时，将阴极材料填充电池壳185的过程。这样，在本实施例中，主要的成型步骤通过使用壳体以包容电极组件而完成。
图20D显示了根据图20A-20C所述的方法所形成的两种电池的放电曲线。用于形成同心环的MnO2阴极预混合料组合物由按重量百分比计的、科尔·麦吉公司生产的高放电性能的EMD 89％、超级石墨公司生产的ABG1010石墨6％和9NKOH5％组成。用这些原料制成四个环体，每个环体高0.394″，内部直径为0.4英寸。一个用含有镀锡钢制底层的赛马特公司生产的SM700/79隔离层制成的40mm×40mm隔离层小袋内，填入大约6.5g锌凝胶组合物，所述锌凝胶组合物由65％锌粉、34.5％KOH和0.5％卡波姆，以形成一个阳极组件。阳极预先折叠成W形状。一个第二阴极组合物由按重量百分比计的、科尔·麦吉公司生产的高放电性能的EMD56.5％、超级石墨公司生产的ABG1010石墨5.2％、PTFE-30悬浮液0.3％和9NKOH38％的预混合料组成，用于形成内部阴极部分。将后一个阴极材料分成3个大致相等的2.3g部分，每个部分都挤压到折叠阳极的V形凹槽内，并且整个电极组件在插进一AA规格罐体之前放置到一0.520英寸压缩模具内进行压缩。两个制备相似的电池在1安培电流下持续放电至1伏特，产生了0.7-1.05Ah的容量，并且通过一3.9欧姆的电阻进一步放电至0.7伏特，产生了累计2.05-2.2Ah的容量。
图20E显示了通过图20A-20C所述的相似方法所形成的一种电池的放电曲线。该电池是通过与图20A-20C所述的相同方法形成的，该方法中形成阴极环体和阳极袋。然而，阴极组合物由按重量百分比计的、科尔·麦吉公司生产的高放电性能的EMD71.4％、超级石墨公司生产的ABG1010石墨6.6％、PTFE-30悬浮液0.4％和9NKOH21.6％的预混合料组成，以形成内部阴极部分。所述阴极材料以37.000psi的压力压入一个平坦的模具以使厚度约为3mm，然后切出6mm宽×41.4mm长的条带。所述条带放置于折叠阳极的V形凹槽内，并且整个电极组件在插进一AA规格罐体之前放置到一0.40英寸压缩模具内进行压缩。该电池在1安培电流下持续放电至1伏特，产生了1.08Ah的容量，并且通过一3.9欧姆的电阻进一步放电至0.7伏特，产生了累计2.23Ah的容量。
需要强调的是，所有在此描述的使用了颗粒状阴极材料的实施李，优选使用(基本上是干的)糨糊状阳极结构，以对电解质的添加和一种特别湿的阴极材料的使用起到平衡作用。任何由电解质引起的内部阳极结构的溶涨，将进一步拉紧与电极组件相联系的容隙，从而确保内部正电极和外部电极材料间的良好接触，这将有益于电池的作用特性。
尽管在此已经对特定的实施方式进行了图示和描述，但在不显著脱离本发明精神的情况下可以进行许多修改，所以，本发明的保护范围并不仅限于附随的权利要求的范围。

Claims (9)

1、一种电化学电池，其特征在于，包括：
一限定一内部空间的电池壳，该电池壳包括一内表面、一第一端子以及一第二端子；
一第一外部电极部分，其外围设置于所述电池壳的内部空间，以限定所述外部电极部分的内部空间；和
一设置于所述第一外部电极部分内部空间的电极子组件，该电极子组件包括：
一内部电极，被一隔离层封闭并由一非常平整、呈折叠构造的材料组成；和一第二外部电极部分，形成于所述内部电极的周围，这样所述电极子组件的外部区域基本上符合被所述外部电极部分的内部空间所限定的轮廓；
其中，所述第一和第二外部电极部分与内部电极进行离子交换，并且与所述电池壳的第一端子进行电子交换，同时所述内部电极与所述电池壳的第二端子进行电子交换。
2、如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池壳内表面与所述第一端子相连接，这样所述内表面与所述第一外部电极部分间的接触使得第一和第二外部电极部分与所述第一端子之间建立起电子交换。
3、如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述内部电极形成阳极，而所述第一和第二外部电极部分形成阴极，并且其中所述第一端子是正极性，而第二端子是负极性。
4、如权利要求3所述的电池，其特征在于，所述阳极为锌。
5、如权利要求3所述的电池，其特征在于，所述第一和第二阴极部分为二氧化锰。
6、一种制造电化学电池的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
提供一电池壳，该电池壳包括一内部空间、一第一端子以及一第二端子；
提供一具有非常平整的构造并被一隔离层封闭的内部电极；
将所述内部电极折叠成折叠结构；
提供一种外部电极材料；
将所述外部电极材料与所述内部电极模制成一电极组件，这样电极组件的外部区域基本上符合所述电池壳的内部空间所限定的轮廓；
将所述电极组件设置于所述电池壳的内部空间内，这样电极组件的外部电极与所述电池壳的第一端子进行电子交换，同时所述电极组件的内部电极与所述电池壳的第二端子进行电子交换。
7、一种制造电化学电池的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
提供一电池壳，该电池壳包括一内部空间、一第一端子以及一第二端子；
提供一外部电极材料的第一部分；
使所述外部电极材料的第一部分形成非常平整的构造；
提供一具有非常平整的构造并被一隔离层封闭的内部电极；
将所述内部电极设置于所述外部电极材料的第一部分上；
将外部电极材料的第二部分设置于所述内部电极上；
使所述外部电极材料的第二部分形成一非常平整的构造以制成一电极堆块；
使所述电极堆块形成使所述电极组件的外部区域基本上符合所述电池壳的内部空间所限定的轮廓，从而制成一电极组件；
将所述电极组件设置于所述电池壳的内部空间内，这样所述电极组件的外部电极与所述电池壳的第一端子进行电子交换，而所述电极组件的内部电极与所述电池壳的第二端子进行电子交换。
8、一种制造电化学电池的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
提供一电池壳，该电池壳包括一内部空间、一第一端子以及一第二端子；
提供一第一外部电极部分；
使所述第一外部电极部分形成其外部设置于所述电池壳的内部空间内，以限定一所述第一外部电极部分的内部空间；
提供一具有非常平整的构造并被一隔离层封闭的内部电极；
将所述内部电极折叠成折叠结构；
提供一第二外部电极部分；
将所述第二外部电极部分与所述内部电极模制成一电极组件，这样电极组件的外部区域基本上符合所述第一外部电极部分限定的内部空间；
将所述电极组件设置于所述第一外部电极部分的内部空间内，这样所述电极组件的外部电极与所述电池壳的第一端子进行电子交换，而所述电极组件的内部电极与所述电池壳的第二端子进行电子交换。
9、一种制造电化学电池的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
提供一电池壳，该电池壳包括一内部空间、一第一端子以及一第二端子；
提供一第一外部电极部分；
使所述第一外部电极部分形成其外围设置于所述电池壳的内部空间内，以限定所述第一外部电极部分的内部空间；
提供一具有非常平整的构造并被一隔离层封闭的内部电极；
使所述内部电极折叠成折叠结构；
将折叠的内部电极插入所述第一外部电极部分的内部空间；和
将第二外部电极部分设置于所述第一外部电极部分的内部空间内。
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