CN1918728A - 电化学电池 - Google Patents

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Abstract

公开一种包括无凝胶阳极的圆柱碱性电化学电池。该阳极包括具有预组装振实密度在1.6g/cc到2.9g/cc之间的自由流动的锌粉末。在一实施例中，通过锌附聚物与锌碎片一起混合可以获得具有期望振实密度的锌粉末。

Description

电化学电池
技术领域
本发明涉及在阳极中结合锌的电化学电池。本发明特别涉及锌粉末在阳极中是电化学活性物质的碱性电化学电池。
背景技术
具有棱柱形或者圆柱形的电化学电池适合于在各式各样的装置中被消费者所使用，例如手电筒、收音机和照相机。用于这些装置的该圆柱形电池一般采用收容两电极、隔板、大量电解质的管状金属容器和包括集电器的盖板组件。典型的电极材料包括在阴极中作为电化学活性物质的二氧化锰和在阳极中作为电化学活性物质的锌。氢氧化钾水溶液是一种通用的电解液。通常由一条或多条纸形成的隔板置于电极之间。电解液迅速地被隔板和阳极吸收。
市场上可买到的圆柱形碱性电池使用包含锌粉末的阳极。该阳极包含凝胶体、锌粉末和含水电解质。该凝胶体由粉末凝胶剂与液体接触而形成，例如电池的含水基底电解液迅速地被凝胶剂所吸收从而形成凝胶体。该锌颗粒与凝胶体混合并且均匀地分散在全部凝胶体中，使得颗粒—颗粒的接触在整个阳极上形成导电基质。令人遗憾的是，该凝胶体对电池的成本和寿命性能至少在四个方面产生消极的影响。第一，该凝胶体占据可以用于保持额外锌粉末的空间，该额外锌粉末可以增加阳极的电化学容量。第二，被凝胶体占据的空间在放电过程中致力于保持积聚在阳极内部的反应产物，由此延缓或避免了以″阳极关闭″著称的不利现象。当阳极的反应产物在阳极表面上形成半渗透层时阳极关闭。该层增加了电池的极化由此减少了电池给装置供应电源的时间。第三，该凝胶剂导致阳极在高速装配机上难以加工。尤其是，该凝胶体在用于将阳极从阳极制造区域转移到电池装配区的导管的内部趋向于形成结块。该结块中断阳极配置加工，其最终增加电池制造成本。第四，该凝胶剂减缓或者阻止了通过阳极的氢气传输，由此抑制了电池的从电池中安全排放氢的能力。如果阳极中产生的气体不能从阳极和随后的电池中排除，电池内压可能增加并且激活电池的安全孔，其实际上终止电池的有效寿命。
对于下述公开的三个专利中，电池制造者探索从碱性电池阳极除去凝胶体的方法。美国专利6,150,052公开了一种利用许多堆叠锌盘代替颗粒锌粉末的碱性电池方案。该圆盘之间的空间在电池放电过程中提供用于反应产物积聚的空间，由此延缓或避免导致电池极化增加和导致电池过早失效的反应产物薄膜的生成。同时与那些利用颗粒锌粉末的类似电池相比较而言，锌盘的利用是避免阳极极化增加的一个有效方法，该圆盘必须是锌碎片冲压、在将它们插入到电池隔板线形空腔中之前进行定位和堆叠。这些额外的步骤增加了电池的制造成本，并且由此对于那些在高速装配机上每年生产数百万电池的电池制造者来说，所述″堆叠盘″的电池结构不是经济适宜的选择。通过延缓或避免反应产物薄膜在阳极上形成以改善电池运行时间的另一个电池方案实例在美国专利6,627,349中公开。在该专利的一个实施例中利用具有脊状突起和通过该脊状突起支撑的许多肋的开槽锌管。在另一个实施例中，阳极电化学活性物质是具有重叠层的锌的成卷带材。令人遗憾的是，US 6,627,349中示出的实施例需要在锌管中切割槽或切割和卷绕锌带的处理步骤。相对于那些利用颗粒锌粉末的电池这些步骤增加了电池的制造成本。美国专利6,673,494公开了利用发泡锌网阳极代替包含锌粉末和凝胶剂的阳极的碱性电池。该说明书教导，由于凝胶剂防碍离子迁移，因此它是不可取的。更具体地说，该说明书建议除去或减少凝胶剂的量使得简化电池设计并且降低成本。该发明者教导采用折叠的、层状的或卷绕的发泡锌网来代替锌粉末和凝胶剂的混合物。虽然锌网的使用被说成是比使用由锌粉末、凝胶剂和电解液的混合物形成的传统阳极具有更多的优势，但是该锌网不能在大部分电池制造者普遍使用的以每分钟超过300个电池的速度组装碱性电池的机器中传递和配制。从使用锌粉末的阳极到使用发泡锌网的阳极的转变需要电池制造者在新阳极配料设备的设计、制造和安装上投入大量的金钱。因此，对于已经建立圆柱形碱性电池的生产者来说发泡锌网的使用不是经济适宜地。
因此，这就产生对于包含具有锌粉末作为电化学活性物质的无凝胶阳极的碱性电池的需求。
发明内容
本发明提供一种具有无凝胶阳极的电化学电池，该阳极能够在处理锌粉末的高速组装设备中进行配制。
在一实施例中，本发明的电化学电池包含下列元件。在其中设置有第一电极的容器。第一电极接触容器和限定空腔。隔板衬垫所述空腔。无凝胶第二电极设置衬垫了隔板的空腔中。第二电极包含具有预组装振实密度大于1.6g/cc且小于2.9g/cc的锌粉末。
在另一个实施例中，本发明是使用下列步骤制造电化学电池的过程。在一步骤中，提供其中具有第一电极和隔板的容器。该隔板接触第一电极和在其中限定空腔。在另一步骤中，提供包含具有预组装振实密度大于1.6g/cc且小于2.9g/cc的锌粉末的无凝胶第二电极。在另一步骤中将第二电极设置在空腔中。在又一步骤中将密封件固定到所述容器。
附图说明
图1a是锌颗粒的扫描电子显微镜(SEM)的显微图；
图1b是锌附聚物的SEM显微图；
图1c是锌碎片的SEM显微图；
图2是传统碱性电池的横剖面视图；
图3是本发明的电池的横剖面视图；
图4是用于制造本发明电池中使用的附聚物的压缩过程的流程图；
图5是展示运行测试中运行数据的条形图；
图6是展示另一运行测试中的运行数据的条形图；和
图7是展示振实密度相对锌粉末中碎片百分比的图表。
具体实施方式
在此使用下列限定的术语。
术语″颗粒锌″是指表现出宽范围不规则形状和尺寸排列的锌颗粒的集合。几乎每一颗粒看起来具有独特的形状和/或尺寸。图1中示出的是颗粒锌的SEM显微图。
当术语“附聚物”用作名词时，其指具有松散的或者紧密连接在一起的颗粒的集合。颗粒可以通过存在的粘结剂连接在一起，或者如果不存在粘结剂，则每个颗粒物理地固定到附聚物中至少一个其它颗粒。附聚物可以人工地压碎由此使颗粒互相分离。彼此邻近而不是通过粘结剂或物理连接结合的颗粒不被认为是形成附聚物。图1b中示出的是锌附聚物的SEM显微图。
术语″附聚颗粒″是指形成附聚物的两个或多个颗粒。
术语″非附聚颗粒″是指彼此间没有物理相关联的两个或更多颗粒。
术语″锌粉末″是指形成自由流动粉末的锌颗粒的集合。如果能够像干砂从例如玻璃烧杯的容器中，通过使容器从垂直位置倾斜到水平位置而流出，则锌粉末则被认为是自由流动的。该粉末必须从容器中易于流出，而不使用任何外力，例如敲打容器或搅动粉末以使得粉末从容器中流出。该颗粒可以是附聚颗粒或非附聚颗粒。此外，该颗粒可以是碎片、圆球、棒条体、不规则形状和如上定义的颗粒锌，或其混合物。
术语“锌粉末的预组装振实密度(preassembly tap density)”是指将锌粉末与用于制造阳极的任何其它组合物混合之前的锌粉末的振实密度。术语″预组装振实密度″可用于以类似的方式来描述其它材料的振实密度，例如混合任何其它组合物之前的锌附聚物。
现在参考附图，特别是图2，其展示了传统电化学电池的截面图。从电池外部开始，电池元件是容器10、与容器10内表面邻接设置的第一电极50、与第一电极50的内表面56接触的隔板20、设置在通过隔板20限定的空腔内部的第二电极60和固定到容器10的闭合件70。容器10具有开口端12、闭合端14和在其间的侧壁16。该闭合端14、侧壁16和闭合件70限定了其中容纳电池电极的体积。
第二电极60包含当吸收电池电解液时膨胀的凝胶剂。适合在传统电池中使用的凝胶剂是交联聚丙烯酸酯，例如从美国俄亥俄州克利夫兰的Noveon获得的Carbopol 940。适合在碱性电解液中使用的其它凝胶剂的实例是羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠。锌粉末可以是纯锌或包含适量的选自铟、铅、铋、锂、钙和铝中的一种或多种金属的合金。锌颗粒悬浮在凝胶体介质中。
闭合件70被固定到容器的开口端，由此密封电池内部的电化学活性成分。闭合件包含密封件72和集电器76。在其它实施例中，密封主体可以是环状垫圈。该密封件包含排气孔，如果电池内压过高时其使得密封件破裂。密封件可以由尼龙6，6或例如金属的另一种材料制造，只要集电器与对于第一电极作为集电器的容器电绝缘即可。集电器76是由铜制造的伸长的钉子状元件。该集电器通过密封件中的中心定位孔插入。
电池电解液是氢氧化钾水溶液。该电解液可以通过在第一电极限定的空腔中设置大量流体电解液而结合到电池中。用来将电解液结合到电池中的方法不是至关重要的，只要电解液与第一电极50、第二电极60和隔板20接触即可。
图3示出本发明的电池。除了现在将详细描述的第二电极100之外，图3中示出的所有电池元件等同于图2中的相应元件。图3中示出的第二电极100不同于图2中示出的第二电极60，因为第二电极100不含有凝胶剂。不同于现有技术中的电池，第二电极100是无凝胶的且包含预组装振实密度大于1.6g/cc且小于2.9g/cc的锌粉末。图3中示出的锌粉末包含锌附聚物62和锌碎片64。锌附聚物62在图3中表示为一系列紧密团颗粒，其表示在图1b中示出的附聚物。图3示出的锌碎片64表示图1c中示出的碎片。可以使用不包含附聚物和/或碎片的其它锌粉末，只要粉末的振实密度大于1.6g/cc且小于2.9g/cc即可。正如这里使用的，术语“无凝胶”是指第二电极不包含这样的组合物，该组合物吸收电解液且随后膨胀到其原始体积至少5倍，由此在吸收状态下相比其干燥、预吸收状态占据更大体积。通过选择具有预组装振实密度在期望范围内的锌粉末，优选在1.7g/cc和2.5g/cc之间，更优选地在1.8g/cc和2.2g/cc之间，最优选地在2.0g/cc左右，该锌粉末占据由衬有隔板的空腔限定的体积，且同时，在电池完全放电期间，锌颗粒能够形成和保持遍及锌粉末的导电基质。此外，锌颗粒能够保持与集电器76的电接触。在电池中能够保持遍及阳极的电接触是特别重要的，该电池在阳极中含有小于50ppm的汞且公知的在电池产业中作为零汞电池。
对于电池产业来说，用于生产颗粒锌粉末的大部分商业化处理，例如空气雾化处理或离心雾化处理，不能制造具有预组装振实密度在3.0g/cc以下的锌粉末。获得具有振实密度接近2.0g/cc的锌粉末的一个方法是混合具有预组装振实密度小于2.0g/cc的第一锌粉末和具有振实密度大于2.0g/cc的第二锌粉末。在优选实施例中，第一锌粉末包含锌碎片。适合用于本发明电池中的锌碎片在US 6,022,639中描述。图1c中示出的是锌碎片的SEM显微图。具有预组装振实密度在1.1和1.7之间的碎片是特别优选的。第一锌粉末和第二锌粉末的混合物可以在此称为锌粉末组合物。在优选实施例中，第二锌粉末包含锌附聚物。优选地，在第二锌粉末中所有的颗粒都是附聚颗粒，该附聚物具有小于2.9g/cc的预组装振实密度。
用于形成具有预组装振实密度小于2.9g/cc的锌附聚物的一种工艺在图4中公开。参考图4，通过在碾压器(roll compactor)30中的相对轧辊之间的缝隙(未示出)中馈送大量锌颗粒48，可以完成颗粒的压实从而形成附聚物。碾压器30包含粉末储仓32、水平拧紧的第一螺旋输送机34、垂直拧紧的第二螺旋输送机36、第一辊38和第二辊40。第一辊38以顺时针方向旋转，如箭头A表示的，同时第二辊40以逆时针方向旋转，如箭头B表示的。辊38和40可以由硬化钢制造。辊38和40之间的缝隙(未示出)是其中一个变量的，其可以被调节从而形成具有期望孔隙度的附聚物。改进辊38和40的表面以增加辊和锌颗粒48之间的摩擦系数。在优选实施例中，两个辊的表面都涂有陶瓷层以提高辊和锌颗粒之间的摩擦系数。可替换地，可以对辊的表面进行喷砂以提高其抓住锌颗粒的能力并迫使它们通过辊之间的缝隙。位于碾压器30下方的是包含筛子46的成粒器42。当储仓32中的锌颗粒48被馈送到且通过辊38与40之间的缝隙时，粉末形成薄的附聚条52，其对于在圆柱形LR6碱性电化学电池的电极中使用来说过长，其测量大致50mm高和14mm的直径。将条52与脱粒滚筒脱粒杆组件44碰撞，其将该片分段成较小的刚性附聚物54。过滤筛子46中的开口允许分段的刚性附聚物的一部分通过该筛子并且聚集在收集盘55中。如果期望，通过附加的粒化和筛分机器来处理该聚集的附聚物，直到获得刚性的、无粘结剂的、在期望尺寸范围内的附聚物。优选地，该刚醒的、无粘结剂的附聚物通过40目的筛。如果期望，可以除去通过325目筛的附聚物。
还可以采用传统的锌粉末制造工艺来制造第二锌粉末。也被称为颗粒锌的商业化的具有预组装振实密度大于3.0g/cc的锌粉末可从Big River Zinc Corp.(Sauget，Illinois USA)、NorandaInc(Toronto，Ontario Canada)、Grillo-Werke(Duisburg，Germany)或N.V.UMICORE，S.A.(Brussels，Belgium)购买。具有大约3.2g/cc振实密度的优选第二锌粉末可从UMICORE在BIA 115标示下获得。具有振实密度大于3.5g/cc的商业化的锌粉末适于用作第二锌粉末。除具有期望的振实密度之外，该锌粉末具有小于130微米的D50颗粒尺寸、大于400cm2/g的BET比表面积和至少14％的KOH吸收值。如下确定该D50颗粒尺寸、表面面积、预组装振实密度和KOH吸收值。
第二锌粉末的颗粒尺寸的特征在于具有小于130微米的D50平均值，更优选地是在100和130微米之间，且最优选地是在110和120微米之间。通过使用用于颗粒金属粉末筛分析的标准试验方法美国材料试验协会(ASTM)标准B214-92中描述的筛分析程序和用于报告颜料颗粒尺寸特征的标准操作规程的ASTM D1366-86(于1991再次批准)中描述的报告程序来测定D50中值。将ASTM标准B214-92和D1366-86(于1991再次批准)结合在此作为参考。作为用于本申请的，如ASTM D-1366-86中示出的通过累积重量百分比与上部尺寸限制数据作图来测定锌粉末的D50中值，然后得到相应于百分之50累计重量值的直径(也就是，D50)。
第二锌粉末的BET比表面积至少是400cm2/g。更优选地，表面面积至少是450cm2/g。在150℃下将锌样品除气一小时之后，在具有多点校准的Micromeritics模型TriStar 3000BET比表面积分析仪上进行测量。
使用下列方法测量第二锌粉末的预组装振实密度。将五十克锌粉末散落在50cc量筒中。将容纳锌粉末的该量筒固定在振实密度分析仪上，例如由美国，佛罗里达州，Boynton Beach的Quanta Chrome公司制造型号的AT-2“AutoTap”振实密度分析仪。设置振实密度分析仪振动五百二十次。使得振实密度分析仪运转由此通过在垂直方向上迅速移动量筒五百二十次由此振实量筒。读出量筒中锌粉末的最终体积。通过第二锌粉末的重量除以振实之后第二锌粉末占据的体积来测定第二锌粉末的振实密度。
使用下列工艺测定第二锌粉末的KOH吸收值。首先，提供5cc针筒和一块已经浸泡了32wt％KOH的隔板，并且适当地调整大小使得隔板能够易于插入到针筒的大开口端中。将该隔板向着针筒相对端被推入通过该针筒，由此阻塞通过较小开口被插入到管中的锌颗粒。其次，称量针筒和包含吸收电解液的隔板的重量。第三，将以重量计32％的两毫升含水KOH溶液注入到针筒的大开口端，同时阻塞电解液通过针筒相对端的较小开口的流动。第四，仔细称重第二锌粉末的已知量，例如五克，并且注入到针筒的开口端中。容器的形状、溶液的体积和锌的体积必须相配合，以保证所有锌颗粒充分地浸渍在含水KOH溶液表面以下。第五，将附加的以重量计32％的1.5cc KOH溶液注入到容器中以保证锌被溶液充分覆盖。第六，通过在垂直位置取向针筒，使得KOH溶液能够通过针筒一端处小开口端滴注120分钟，并除去阻塞电解液通过小开口流动的物体。为了保证锌颗粒之间没有未吸收溶液的液滴，在纸巾上轻轻地敲打容器若干次，直到在纸巾上不会发现另外的KOH溶液。第七，随后测定具有其上吸附溶液的锌、针筒和隔板的总重量。通过从包含其上具有吸附电解液的锌的针筒和潮湿隔板的总重量中减去干燥锌颗粒、潮湿隔板和针筒的重量来测定在锌表面吸附的电解质溶液的量。通过锌上吸附KOH的重量除以将锌粉末置于溶液之前的重量来测定KOH吸收值。
除上述物理性质之外，优选的第二锌粉末是在其中结合有铋和/或铟和/或铝的合金。铋的优选量是75和125ppm之间。铟的优选量是175和225ppm之间。铝的优选量是75和125ppm之间。
本发明的电池能够通过多种锌粉末来制造，只要用于电池的锌粉末的预组装振实密度在1.6g/cc和2.9g/cc之间。通过限制预组装振实密度小于2.9g/cc，能够不使用凝胶剂来制造电池阳极，锌是足够多孔的从而确保锌充分填充通过电池隔板限定的空间，由此形成和保持与基本上所有锌颗粒和阳极集电器的持续电接触，同时提供足量的锌给电池提供燃料。同时，限定预组装振实密度大于1.6g/cc保证了电池至少具有避免电池电化学失衡的锌的最低量，其中在阳极已经完全放电之后电池在阴极中包含未放电的电化学活性物质。如果锌的预组装振实密度太低使得阴极的电化学容量显著高于阳极的电化学容量，则阴极过量的电化学容量能够参与不期望的化学反应，这将导致生成内部气体，且如果电池安全孔被激活则导致电解液渗漏。
为了说明本发明电池的使用优势，相对于市场上可买到的电池，制造了若干批次的LR6电池并且在使用试验中放电，其意图模拟电池在数字照相机的使用过程中的放电状态。使用下列步骤组装电池。提供镀镍钢制造的管状容器。在此可称为罐的容器具有开口端、闭口端和其间的侧壁。在容器中插入三个相同管状的环来形成在此还称为阴极的第一电极。该环设计具有外径，其提供了与罐的内表面的过盈配合。该环是堆叠端接的以形成中心限定空腔的管状电极。第一电极的组分示于表1中。
表1
  成分   重量百分比
  电解二氧化锰   90.96
  石墨   4.49
  40Wt％KOH   3.72
  Coathylene粘合剂   0.44
  掺铌二氧化钛   0.39
通过将这些成分混合在一起以制造粉末，随后将其压紧形成环，来形成该环。
在将该环插入之后，将隔板纸的条进行卷绕以形成管，随后密封其一端并且随后将其插入到第一电极限定的空腔中。隔板管的闭口端位于罐的闭口端的附近，并且隔板管的开口端位于罐的开口端的附近。隔板接触第一电极内径由此衬垫由第一电极限定的空腔。在2003年5月22日公开的WO 03/043103中描述了适合用于本发明电池的隔板。上述组装的容器、第一电极和隔板在此称为阴极部件。
使用上述阴极部件随后制造若干批次的实验电池。在表2和图5中称为批次A的对比电池含有包含凝胶剂的传统阳极，并且所有锌粉末是颗粒锌。阳极的化学式示于表2中。每种成分的量以克为单位列出。
表2
  成分   批次
  A   B   C   D   E   F   G   H
  颗粒锌(从Umicore指定的BIA 115购得)   4.50   0   0   0   0   0   0   0
  锌附聚物   0   4.50   4.50   4.50   4.25   4.05   3.82   3.60
  锌碎片   0   0   0   0   0.25   0.45   0.68   0.90
  36Wt％KOH*   2.11   2.11   0   0   0   0   0   0
  凝胶剂   0.03   0.03   0   0   0   0   0   0
*包括3个重量百分比的ZnO和0.3的重量百分比的硅酸钠
在批次A中的电池通过以下方式制造：(1)将包含1.15g 36.5重量百分比的KOH水溶液的第一部分电解液提供到衬垫了隔板的空腔中；(2)将6.6g凝胶阳极混合物提供到包含第一部分电解液的衬垫了隔板的空腔中；(3)在凝胶混合物上提供包含0.04g 36.0重量百分比的KOH水溶液的第二部分电解液和(4)将密封部件固定到容器的开口端由此形成密封电化学电池。除了用于批次A中的颗粒锌被等效重量的锌附聚物所取代以外，在批次B中的电池等同于批次A中的电池，包括凝胶剂的存在。在此描述的用于实验电池的这些附聚物以及所有该附聚物由具有大约30微米D50的颗粒锌制成，并且附聚物直径限定在100和300微米之间。与批次A和B相反，在批C中的电池通过仅仅使用代替颗粒锌的锌附聚物的无凝胶阳极来制造。在批C中的电池通过以下方式来制造(1)在衬垫了隔板的空腔中提供包含1.15g 36.5重量百分比的KOH水溶液的第一部分电解液；(2)随后在阴极子组件的衬垫了隔板的空腔中插入4.5g无凝胶锌附聚物；和(3)在无凝胶锌附聚物上提供包含2.15g 36.0重量百分比的KOH水溶液的第二部分电解液，该无凝胶锌附聚物先前提供在包含1.15g电解液的衬垫了隔板的筐中。如果期望，可以改变该装配工艺以使得所有锌粉末提供在衬垫了隔板的空腔中，且随后在包含干燥锌粉末的空腔上和其中提供所有电解液。另一个合适的工艺包括提供所有电解液到衬垫了隔板的空腔中，且随后提供所有的锌粉末到包含电解液的空腔中。另外地，可以将锌粉末和所有电解液混合在一起且随后施加到阴极子组件中。
在将每一批次A、B和C的若干电池组装之后，随后将每批的5个电池在1,700毫瓦下放电0.5秒，随后在1000毫瓦下放电7秒和在500毫瓦下放电22.5秒。每小时立即重复完整的30秒放电周期九次或更多，而不允许电池在每个周期之间搁置。在第10次30秒放电周期之后，允许电池搁置55分钟。每小时重复这种测试直到电池的闭路电压压降到小于1.1伏特。在此限定作为第一数字照相机(DSC)测试的该测试，其意图是表示在一些数字照相机上的放电方式。测试数据示于图5中。在图5中批次A中5个电池完成的周期的平均数定义为100％。如图5所示，批次B中电池完成的周期的平均数高于批次A中电池完成的周期平均数86％，在批次B中具有振实密度2.55g/cc的锌附聚物取代了颗粒锌。同样如图5所示的批次C中5个电池的平均性能，其完成了比批次A中电池的平均值多118％的周期。该数据清楚地显示了，从阳极中去除凝胶剂和采用具有振实密度2.55g/cc的锌附聚物代替具有振实密度3.55g/cc的颗粒锌在电池结构中产生这样的效果，即在数字照相机测试中能够提供多118％更多的使用时间。
图6中示出的是从5个批次D、E、F、G和H的试验数据。这些电池在下列试验状态的第二DSC测试中放电，该试验方式是在一些数字照相机中是电池性能的表示。每个电池在1,500毫瓦下放电两秒，随后650毫瓦下28秒以完成30秒的周期。重复周期9次或更多，而在每个周期之间不允许电池搁置。在第十次放电周期之后，搁置电池55分钟。每小时中将电池放电直到电池闭路电压降到1.05伏特。在批次D中的电池等同于批次C中的电池，批次C利用无凝胶阳极和仅仅包括具有振实密度2.55g/cc的锌附聚物的电池锌粉末。批次D的5个电池在上述第二DSC放电试验中放电。在批次D中五个电池完成周期的平均数在图6中定义为100％。随后使批次E、F、G和H中电池的平均性能归一化到批次D中电池的性能。在批次E中的电池相同于在批次D中的电池，除了在电池组装工艺中在将锌粉末施加到阴极部件之前，采用等效重量的锌碎片来代替五个重量百分比的锌附聚物，该锌碎片从美国俄亥俄，哥伦比亚的Transmet公司购买。锌附聚物和锌碎片的总重量在此被称为锌粉末组合物的总重量。锌碎片的振实密度大约是1.15g/cc。碎片的典型尺寸如下所述：550微米宽×550微米长×20微米厚。相对于批次D中的电池，采用锌碎片代替附聚物将电池的寿命增加了百分之19。通过将附聚物与碎片混合，该锌粉末的振实密度从2.6g/cc降到2.5g/cc。图7中示出的是记录基于重量采用相等部分的锌碎片代替作为锌附聚物一部分的锌粉末，导致的预组装振实密度下降的图表。图7说明了采用锌碎片来代替百分之二十五的锌附聚物导致了锌粉末振实密度从大约2.6g/cc减小到大约1.9g/cc。而且通过增加锌碎片的百分比超过百分之二十五，能够获得锌粉末振实密度的减少。除了采用相等重量的锌碎片代替十重量百分比的锌附聚物之外，在批次F中的电池等同于批次D中的电池。当在第二DSC测试中放电时，批次F的五个电池相对于批次D中的电池提供了平均多45％的寿命。寿命性能的增加尤其值得注目，因为在批次D中的电池在寿命性能中相对于批次A中表示的传统电池呈现出118％的增加，该传统电池包含仅仅利用具有3.55g/cc振实密度的颗粒锌的凝胶阳极。通过分别采用锌碎片来代替15重量百分比和20重量百分比的锌附聚物来制造批次G和H中的电池。批次G和批次H中的五个电池的平均寿命性能比批次D中的电池大约大29％。相对于批次F中电池，批次G或H中的电池的寿命降低被认为是由于采用大于10％重量的锌碎片代替锌附聚物导致的非优化的锌表面面积与电解液的比率。
概括地说，在图5和6中的数据清楚地说明，从阳极中除去凝胶和使用具有2.6g/cc或更小预组装振实密度的锌粉末，使得在数字照相机中模拟使用测试中的电池性能大大增加。此外，通过使用锌碎片来代替按重量计10％的锌附聚物以降低锌粉末预组装振实密度到大约2.35g/cc，导致相对于那些使用凝胶阳极和颗粒锌的传统电池来说在寿命性能中有显著增长。
上述描述被认为仅仅是优选实施例的描述。本领域技术人员和那些制造或使用本发明的人员可以想到对本发明进行改进。因此，可以理解的是图中示出的和上述的实施例仅仅用于举例的目的并且并没有打算限定本发明的范围。保护范围通过权利要求和通过法律允许解释的范围内进行限定。

Claims (30)

1、一种电化学电池，包括：
a)容器；
b)设置在所述容器中的第一电极，所述第一电极接触所述容器并且在其中限定空腔；
c)衬垫所述空腔的隔板；和
d)设置在衬垫了所述隔板的空腔中的无凝胶第二电极，所述第二电极包括具有大于1.6g/cc且小于2.9g/cc的预组装振实密度的锌粉末。
2、如权利要求1中所述的电化学电池，其中所述锌粉末的预组装振实密度大于1.7g/cc且小于2.5g/cc。
3、如权利要求2中所述的电化学电池，其中所述锌粉末的预组装振实密度大于1.8g/cc且小于2.2g/cc。
4、如权利要求1中所述的电化学电池，其中所述锌粉末包括至少第一锌粉末和第二锌粉末的混合物，由此形成锌粉末组合物，所述第一锌粉末具有小于2.0g/cc的预组装振实密度，所述第二锌粉末具有大于2.0g/cc的预组装振实密度。
5、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述第二锌粉末具有大于3.0g/cc的振实密度。
6、如权利要求5中所述的电化学电池，其中所述第二锌粉末具有大于3.2g/cc的振实密度。
7、如权利要求6中所述的电化学电池，其中所述第二锌粉末具有大于3.5g/cc的振实密度。
8、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述第一锌粉末具有小于1.7g/cc的振实密度。
9、如权利要求8中所述的电化学电池，其中所述第一锌粉末具有大于1.1g/cc的振实密度。
10、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述锌粉末包括锌的附聚物。
11、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述锌粉末包括锌碎片。
12、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述第一锌粉末包括锌碎片，所述第二锌粉末包括锌附聚物。
13、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述第一锌粉末主要包括锌碎片，所述第二锌粉末主要包括锌附聚物。
14、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述第一锌粉末是所述锌粉末组合物总重量的至少5个重量百分比。
15、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述第一锌粉末的部分是所述锌粉末组合物总重量的至少10个重量百分比。
16、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述第一锌粉末的部分是所述锌粉末组合物总重量的至少15个重量百分比。
17、如权利要求4中所述的电化学电池，其中所述第一锌粉末的部分是所述锌粉末组合物总重量的至少20个重量百分比。
18、一种制造电化学电池的方法，包括：
a.提供包括第一电极和隔板的容器，所述隔板接触所述第一电极并且在其中限定空腔；
b.提供包含具有大于1.6g/cc且小于2.4g/cc预组装振实密度的锌粉末的无凝胶第二电极；
c.将所述第二电极设置到所述空腔中；和
d.将密封件固定到所述容器。
19、如权利要求18的方法，其中所述锌粉末包括至少具有小于2.0g/cc预组装振实密度的第一锌粉末和具有大于2.0g/cc预组装振实密度的第二锌粉末的混合物，由此形成锌粉末组合物。
20、如权利要求19中所述的方法，其中所述第二锌粉末具有大于3.0g/cc的振实密度。
21、如权利要求20中所述的方法，其中所述第二锌粉末具有大于3.2g/cc的振实密度。
22、如权利要求21中所述的方法，其中所述第二锌粉末具有大于3.5g/cc的振实密度。
23、如权利要求19中所述的方法，其中所述第一锌粉末具有小于1.7g/cc的振实密度。
24、如权利要求19中所述的方法，其中所述第一锌粉末的部分具有大于1.1g/cc的振实密度。
25、如权利要求18中所述的方法，还包括在将密封件固定到所述容器之前将电解液设置到所述空腔中的步骤。
26、如权利要求25中所述的方法，其中在将电解液设置到所述空腔中之前将所述锌粉末设置到所述空腔中。
27、如权利要求25中所述的方法，其中在将所述锌粉末设置到所述空腔之前将所述电解液的一部分设置到所述空腔中。
28、如权利要求25中所述的方法，其中所述锌粉末和所述电解液同时被设置到所述空腔中。
29、如权利要求28中所述的方法，其中所述锌粉末和电解液彼此混合，随后设置到所述空腔中。
30、如权利要求18中所述的方法，其中所述锌粉末的预组装振实密度大于1.8g/cc且小于2.2g/cc。
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