CN1967908A - 碱性电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碱性电池，包括：发电元件，其包括正极、负极、设置在正极和负极之间的隔板、以及电解质；与正极电连接的正极端子部；和与负极电连接的负极端子部。负极包括锌粉或锌合金粉作为负极活性材料，锌粉或锌合金粉包含按重量为15％或更多的具有粒径为75μm或更小的颗粒。在不与正极与正极端子部之间、和在负极与负极端子部之间的至少一个中的电解质接触的电流路径中设置PTC元件。

Description

碱性电池
技术领域
本发明涉及一种包括PTC元件的碱性电池。
背景技术
为了改善重负载放电特性，已经有人提出将作为负极活性材料的锌粉碾碎来降低内阻(例如，美国专利号6284410)。然而，这增加了负极的反应效率，并在短路时导致电池产生高热，因此在实践中限制了锌粉的碾碎程度。
作为抑制短路时电池迅速升温的方法，已经考虑在电池中提供具有阻止短路电流功能的PTC元件。
例如，日本专利特开2003-217596号公报提出，用主要由聚乙烯组成并具有PTC功能的电导体涂敷负极集流体的表面。日本专利特开9-199106号公报提出一种锂二次电池，其中密封板周边的凸缘被卷曲通过外部管壳的开口端上的垫圈，包括置于密封板的凸缘和垫圈之间的PTC元件。
然而，在日本专利特开2003-217596号公报中，涂敷在负极集流体的表面的电导体增加了与活性材料的接触电阻而抑制了集流效果，这可以降低放电性能。电导体容易被碱性电解质分解，并且PTC功能有时不被充分发挥。
在日本专利特开9-199106号公报中的锂二次电池具有密封部分(如集流体)或防爆机构的结构，不同于碱性电池的结构，因此需要考虑适于碱性电池结构的PTC元件的组装方式。
因此，为了解决这些传统的问题，本发明的目的是提供一种具有低内阻和较重负载放电性能、并且安全性和可靠性高的碱性电池。
发明内容
本发明提供一种碱性电池，包括：发电元件，含有正极、负极、设置在正极与负极之间的隔板、和电解质；电连接到正极的正极端子部；和电连接到负极的负极端子部，其中负极包括作为负极活性材料的锌粉末或锌合金粉末，锌粉末或锌合金粉末包含按重量为15％或更多的具有75μm或更小粒径的颗粒，和在不与正极与正极端子部之间、和负极与负极端子部之间的至少一个中的电解质接触的电流路径中设置PTC元件。“不与电解质接触的电流路径”是指不与电解质接触的部分，因此包括正极端子部和负极端子部，并不包括正极和负极。
负极优选包括作为负极活性材料的锌粉末或锌合金粉末，锌粉末或锌合金粉末包含按重量为30％或更多的、具有75μm或更小粒径的颗粒。
优选的是，碱性电池还包括：容纳发电元件并也用作正极端子部的电池外壳；和封闭电池外壳的开口的组件密封部分，其中组件密封部分包括负极端子部、与负极端子部电连接的负极集流体、以及树脂密封体，树脂密封体包括：具有通过其中插入负极集流体的通孔的中心圆筒部分、设置在负极端子部的周边和电池外壳的开口端之间的外周圆筒部分、和与中心圆筒部分和外周圆筒部分相连的连接部分，电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧负极端子部的周边，该负极端子部包括PTC元件。
优选的是，负极端子部包括第一负极端子板和第二负极端子板，第一负极端子板和第二负极端子板彼此分隔，且各自在周边都具有凸缘并且在中心部分具有平坦部分，PTC元件设置在第一负极端子板的平坦部分和第二负极端子板的平坦部分之间，以及在第一负极端子板的凸缘和第二负极端子板的凸缘之间设置绝缘板，电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧第一负极端子板的凸缘、第二负极端子板的凸缘和绝缘板。
优选的是，负极端子部包括第一负极端子板和第二负极端子板、以及PTC元件，第一负极端子板和第二负极端子板彼此分隔，并且各自在周边都具有凸缘并且在中心部分具有平坦部分，PTC元件设置在第一负极端子板的凸缘和第二负极端子板的凸缘之间，电池外壳的开口端被弯曲，以卷绕密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧第一负极端子板的凸缘、第二负极端子板的凸缘和PTC元作。
优选的是，负极端子部包括第一负极端子板和第二负极端子板，第一负极端子板和第二负极端子板彼此分隔，并且每一个负极端子板在周边都具有凸缘并且在中心部分具有平坦部分，PTC元件设置在第二负极端子板的平坦部分上，第二负极端子板的平坦部分和PTC元件在中心都具有通过其中插入负极集流体的通孔，第二负极端子板和PTC元件设置在负极集流体的头部和中心圆筒部分之间，PTC元件设置在负极集流体的头部和第二负极端子板的平坦部分之间，电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧第一负极端子板的凸缘和第二负极端子板的凸缘。
优选的是，负极端子部包括在周边具有凸缘并在中心部分具有平坦部分的负极端子板，PTC元件设置在负极端子板的平坦部分上，PTC元件设置在负极集流体的头部和负极端子板的平坦部分之间，电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧负极端子部的凸缘。
根据本发明，在电池中提供PTC元件能够防止短路时电池的快速升温，即使锌粉的精细颗粒含量增加。具体来说，PTC元件集成在不与负极和负极端子部之间以及正极和正极端子部之间的碱性电解质接触的电流路径中，因此能够抑制短路时电池温度的快速增大，并且利用锌粉的精细颗粒含量的最小降低就能够增大耐受性(tolerance)。然后，减小了电池内阻从而获得较重负载放电特性。这就提供一种长时间具有高安全性并且具有高输出的碱性电池。
尽管本发明的新特征在随后的权利要求中具体加以描述，通过以下结合附图的详细描述，本发明的构成和内容连同其中的其它目的和特征一起将变得更容易理解和认识。
附图说明
图1是本发明实施例1的碱性电池的局部剖面的前视图；
图2是图1中密封部分(X部分)的垂直剖面放大图；
图3是本发明实施例2中密封部分的垂直剖面图；
图4是本发明实施例3中密封部分的垂直剖面图；
图5是本发明实施例4中密封部分的垂直剖面图；
图6是常规碱性电池的密封部分的垂直剖面图。
具体实施方式
如上所述，已经知道锌粉的粉碎减小内阻，并且改善重负载放电特性，但是锌粉的粉碎存在安全性上的问题，因为短路时电池产生大量的热。
因此，为了同时实现通过锌粉的粉碎改善重负载放电和改善安全性，发明人已经对关于PTC元件组装到碱性电池中的方式和锌粉的粉碎程度进行了各种研究，以优化PTC元件的设置位置和锌粉颗粒的形状。
结果，发明人已经发现，当PTC元件被设置在不与负极和负极端子部之间、以及正极和正极端子部之间的碱性电解质接触的电流路径中，并且用作负极活性材料的锌粉或锌合金粉末按重量包含15％或更多的、具有粒径为75μm或更小的颗粒时，可以充分抑制在外部短路时电池温度的快速增加，并且可以同时获得电池的重负载放电特性改善和安全性改善。
具体来说，本发明涉及一种碱性电池，包括：发电元件，其包括正极、负极、设置在正极和负极之间的隔板、以及电解质；与正极电连接的正极端子部；和与负极电连接的负极端子部。本发明的一个特征在于，负极包含锌粉或锌合金粉末作为负极活性材料，锌粉或锌合金粉末包含按重量为15％或更多的、具有粒径为75μm或更小的颗粒，以及PTC元件设置在不与正极与正极端子部之间和负极与负极端子之间中至少之一的电解质接触的电流路径中。
因此，通过锌粉或锌合金粉末的粉碎避免了通过提供PTC元件而导致的内阻的增加，并且通过提供PTC元件避免了通过锌粉或锌合金粉末的粉碎而在外部短路时导致电池温度的快速增加。在不与电解质接触的电流路径中设置PTC元件，因此使PTC元件避免了由于电解质导致的的退化。
锌粉或锌合金粉末优选包括按重量为30％或更多的、具有粒径为75μm或更小的颗粒。
通过下述方法可以获得按重量含15％或更多的、具有粒径为75μm或更小的颗粒的锌粉。将锌加热到大约500℃使其熔化，然后以细流滴落，并将压缩空气喷射到熔化的锌中而使其喷溅获得锌粉。用具有孔径为75μm的筛和孔径为425μm的筛对锌粉分选。然后，将具有粒径为75μm或更小的预定重量颗粒与在75μm和425μm之间筛选的颗粒混合。
通过具有孔径为75μm的筛筛选锌粉并称量锌粉，使得能够检查锌粉包含按重量为15％或更多的、具有粒径为75μm或更小的颗粒。
碱性电池还包括：例如容纳发电元件的电池外壳，和封闭电池外壳的开口的组件密封部分。组件密封部分包括负极端子部、与负极端子部电连接的负极集流体、以及树脂密封体。树脂密封体包括具有通过其中插入负极集流体的通孔的中心圆筒部分、设置在负极端子部周边和电池外壳开口端之间的外周圆筒部分、和连接中心圆筒部分和外周圆筒部分的连接部分。电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧负极端子部的周边，并且负极端子部包括PTC元件。
在该碱性电池中，将正极端子部设置在例如电池外壳的底部，并且正极端子部包括PTC元件。
以下将描述其中包括PTC元件的电池的优选实施例。
实施例1
参见图1和2描述本发明的实施例。
图1是根据本发明实施例的AA碱性电池(LR6)的局部剖面的前视图。
中空圆柱正极混合体2内接于也作为正极端子的闭端式圆筒形电池外壳1。在正极混合体2的中空部分中，通过闭端式圆筒隔板4设置凝胶负极3。正极混合体2、隔板4和凝胶负极3包括碱性电解质。主要由例如混和的聚乙烯醇纤维和人造丝纤维制成的无纺布被用作为隔板4。
正极混合体2包括例如正极活性材料(含二氧化锰粉末、羟基氧化镍粉末或其混合物)、导电剂(例如石墨粉)、或者碱性电解质的混合物(例如氢氧化钾水溶液)。
凝胶负极3包括：例如负极活性物质(如锌粉或锌合金粉末)、胶凝剂(例如聚丙烯酸钠)、和碱性电解质的混合物(例如氢氧化钾水溶液)。优选使用高抗腐蚀的锌合金粉末作为负极活性材料，并且以有利于环境的方式，锌合金粉末不包含汞、镉和铅的任何一种或全部。锌合金包括含有例如铟、铝和铋的锌合金。
图2是图1中的部分X(碱性电池的密封部分)的放大的剖面图。
电池外壳1容纳发电元件(例如正极混合体2)，然后在接近开口处设置台阶1a，并通过组件密封部分12密封电池外壳1的开口。组件密封部分12包括负极端子部11、与负极端子部11电连接的负极集流体6和树脂密封体5。负极集流体6被插入凝胶负极3的中心。
密封体5包括：具有通过其中插入负极集流体6的通孔13a的中心圆筒部分13、设置在负极端子部11的周边和电池外壳1开口端之间的外周圆筒部分14、以及连接中心圆筒部分13和外周圆筒部分14并具有作为安全阀的较薄部分15a的连接部分15。外周圆筒部分14包括容纳负极端子部11周边的环形水平部分14b、从水平部分14b的外周边向上抬升的的上圆筒部分14a、和从水平部分14b的内周边缘在倾斜方向向下延伸的下圆筒部分14c。电池外壳1的开口端被弯曲，以卷绕密封体5的上圆筒部分14a的上端卷绕，并且该弯曲部分向内卷曲，以便使负极端子部11的周边与台阶1a扣紧。电池外壳1的外表面上覆盖外部标签10。
本发明的一个特征在于在碱性电池的组件密封部分12中的负极端子部11的结构。负极端子部11包括彼此隔离设置的第一负极端子板7和第二负极端子板8，以及在第一负极端子板7和第二负极端子板8之间设置PTC元件9a。
具体来说，如图2所示，第一负极端子板7在周边具有凸缘7a并在中心部分具有平坦部分7b，并且第二负极端子板8在周边具有凸缘8a并在中心部分具有平坦部分8b。PTC元件9a设置在第一负极端子板7的平坦部分7b和第二负极端子板8的平坦部分8b之间，并且绝缘板9b设置在第一负极端子板7的凸缘7a和第二负极端子板8的凸缘8a之间。电池外壳1的开口端被弯曲，从而卷绕密封体5的外周圆筒部分14的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧第一负极端子板7的凸缘7a、第二负极端子板8的凸缘8a和绝缘板9b。通过焊接负极集流体6的头部6a到第二负极端子板8的平坦部分8b，以物理连接和电连接负极集流体6。PTC元件9a具有在达到预定温度时快速增大电阻的功能。
盘形PTC元件9a具有例如0.2到0.4mm的厚度、以及5到7.5mm的直径。
环形绝缘板9b具有例如0.2到0.4mm的厚度、5到8mm的内径和11到12mm的外径。
为了确保避免其中第一负极端子板7和第二负极端子板8彼此直接接触而引起电流通过而未经PTC元件9a、并且PTC元件不起作用并不能阻挡电流的现象，优选设置第一负极端子板7和第二负极端子板8，使得第一负极端子板7的凸缘7a和平坦部分7b之间的边界、和第二负极端子板8的凸缘8a和平坦部分8b之间的边界分开0.2到1mm。
在碱性电池中，如上所述第一负极端子板7和第二负极端子板8之间的电流路径仅通过PTC元件9a构成。因此，当电池被外部短路而使短路电流通过并使电池温度达到预定温度时，PTC元件9a的电阻增加以确保短路电流减少。尤其是能避免短路时电池的快速升温。PTC元件由可在市场上买到的材料(例如TYCO Electronics Raychem公司生产的商标名为PolySwitch牌)制成。
如图2所示，负极端子部11通过两个负极端子板7和8组成，这增加了电解质的上升路径的长度，并导致该路径容易被隔离，因此避免了电解质的泄露。
绝缘板9b由例如纸或树脂(例如聚丙烯)制成。
第一负极端子板7由例如镀镍钢板制成。
就低接触电阻而论，第二负极端子板8优选由镀锡钢板或镀镍钢板制成。
第一和第二负极端子板7和8具有用于将气体释放到电池外的孔(未示出)，例如，在凸缘7a和平坦部分7b之间的边界和在凸缘8a和平坦部分8b之间的边界中。当电池内压不正常地增加时，密封体5的较薄部分15a破裂而将气体释放到孔外。
实施例2
本实施例的密封部分如图3所示。在组件密封部分22中的负极端子部21包括彼此分开的第一负极端子板7和第二负极端子板8，并且在第一负极端子板7的凸缘7a和第二负极端子板8的凸缘8a之间设置环形PTC元件19a。电池外壳1的开口端被弯曲，以便卷绕密封体5的上圆筒部分14a的上端，并且弯曲部分向内卷曲，以扣紧第一负极端子板7的凸缘7a、第二负极端子板8的凸缘8a和PTC元件19a。这种扣紧使得可以维持PTC元件19a和负极端子板7和8之间的低的电接触电阻。可以在第一负极端子板7的平坦部分7b和第二负极端子板8的平坦部分8b之间设置绝缘板。
环形PTC元件19a具有例如0.2到0.4mm的厚度、5到8mm的内径和11到12mm的外径。
为了确保避免其中第一负极端子板7和第二负极端子板8彼此直接接触而使电流通过但未经PTC元件19a、PTC元件不起作用并且不能阻挡电流的现象，优选设置第一负极端子板7和第二负极端子板8，使得平坦部分7b和平坦部分8b分开0.2到1mm。
实施例3
本实施例的密封部分如图4所示。在组件密封部分32中的负极端子部31包括第一负极端子板17和第二负极端子板18，第一负极端子板17和第二负极端子板18彼此分开并且周边具有凸缘17a和18a并且在中心部分具有平坦部分17b和18b，以及在第二负极端子板18的平坦部分18b上设置PTC元件29。
第二负极端子板18的平坦部分18b和PTC元件29在中心都具有通过其中插入负极集流体6的通孔18c和29a。第二负极端子板18和环形PTC元件29设置在负极集流体6的头部6a和密封体5的中心圆筒部分13之间。电池外壳1的开口端弯曲，以卷绕密封体5的外周圆筒部分14a的上端，并且弯曲部分向内卷曲，以扣紧第一负极端子板17的凸缘17a和第二负极端子板18的凸缘18a。在负极集流体6的头部6a和第一负极端子板17的平坦部分17b之间提供有一个空间，在该空间中可以设置绝缘板。
盘形PTC元件29具有例如0.2到0.4mm的厚度以及4到7mm的直径，和在中心的通孔29a具有的直径为1.3到2.0mm。
为了确保避免其中第一负极端子板17和负极集流体6彼此直接接触而引起电流通过而未经PTC元件29a、PTC元件不起作用并且不能阻挡电流的现象，优选设置第一负极端子板17和负极集流体6，使得平坦部分17b和头部6a分开0.2到1mm。
实施例4
这一实施例的密封部分如图5所示。在组件密封部分42中的负极端子部41包括在周边具有凸缘27a并在中心部分具有平坦部分27b的负极端子板27、以及设置在负极端子板27的平坦部分27b上的盘形PTC元件39。PTC元件39设置在负极集流体6的头部6a和负极端子板27的平坦部分27b之间。电池外壳1的开口端被弯曲，以卷绕密封体5的上圆筒部分14a的上端，并且弯曲部分向内卷曲，以扣紧负极端子板27的凸缘27a。
盘形PTC元件39具有例如0.2到0.4mm的厚度、以及4到7mm的直径。
在上述的实施例中，PTC元件设置在负极端子部中，但是PTC元件可以设置在正极端子部中。例如，替代也用作正极端子的电池外壳1，可以使用不用作正极端子的闭端式圆筒形电池外壳、和包括正极端子板以及设置在与正极端子板端子表面相对的表面上的PTC元件的正极端子部，正极端子部可以设置在电池外壳的底表面中，使得PTC元件设置在电池外壳和正极端子板之间。
以下将详细描述本发明的示例，但是本发明并不局限于这些示例。
示例
(1)正极混合体的制备
按重量比90∶10混合二氧化锰粉末(平均粒径为15μm)和石墨粉末(平均粒径为35μm)。然后，将该混合物和按重量的36％的作为碱性电解质的氢氧化钾水溶液按重量比100∶3混合，充分搅拌，然后压缩成形为片状。然后，将该片状正极混合体研磨成颗粒，通过筛来分选这些颗粒，并对10到100目的颗粒加压而形成中空圆柱形，获得颗粒材料的正极混合体。
(2)凝胶负极的制备
以重量比1∶33∶66混合作为胶凝剂的聚丙烯酸钠、作为碱性电解质的按重量为36％的氢氧化钾水溶液和负极活性材料，得到凝胶负极。作为负极活性材料，使用锌合金粉末(平均粒径为135μm)，其包含按重量为0.025％的铟、按重量为0.015％的铋和按重量为0.004％的铝，并且不含汞和铅。
(3)圆柱形碱性电池的组装
通过下述工艺制备具有图1中的结构的AA碱性电池(LR6)。图1是圆柱形碱性电池的局部剖面的前视图。图2是图1中部分X(密封部分)放大的剖面图。
将由上述方法得到的两种正极混合体2插入到电池外壳1中，通过压制夹具给正极混合体2加压，使正极混合体2与电池外壳1的内壁紧密接触。闭端式圆筒形隔板4被设置在正极混合体2的中间与电池外壳1的内壁紧密接触。将预定量的含有按重量为36％的氢氧化钾水溶液作为碱性电解液注入到隔板4中。经过预定时间之后，将由上述方法得到的凝胶负极3被加入到隔板4中。用主要由聚乙烯醇纤维和人造丝纤维混合制成的无纺布作为隔板4。
随后，用组件密封部分12按如下述方法密封容纳发电元件(例如正极混合体2)的电池外壳1。
电焊接由0.2mm厚的镀锡钢板制成的负极集流体6的头部6a和第二负极端子板8的平坦部分8b，通过尼龙密封体5的中心圆筒部分13中的通孔13a插入负极集流体6，以得到组件密封部分的中间体。
在电池外壳1的接近其开口处形成凹槽，从而形成台阶1a，该中间体设置在电池外壳1的开口处，使得中间体的水平部分14b被容纳在台阶1a上。此时，负极集流体6的一部分被插入到凝胶负极3中。随后，由聚丙烯制成的环形绝缘板9b(厚度为0.3mm、内径为8mm、外径为11mm)设置在中间体的第二负极端子板8的凸缘8a上。具有厚度为0.3mm、直径为7.2mm的盘形PTC元件9a(由TycoElectronics Raychem公司生产的Polyswitch牌)设置在中间体的第二负极端子板8的平坦部分8b上。而且，由0.4mm厚的镀镍钢板制成的第一负极端子板7设置在PTC元件9a和绝缘板9b上，使得平坦部分7b与PTC元件9a相对应，并且凸缘7a与绝缘板9b相对应。PTC元件9a在20℃的电阻为0.03Ω，但是在120℃的高温下显著增加到104Ω。
因此，负极端子部11被构成，其中使PTC元件9a位于第一负极端子板7的平坦部分7b和第二负极端子板8的平坦部分8b之间，绝缘板9b设置在第一负极端子板7的凸缘7a和第二负极端子板8的凸缘8a之间。然后，使电池外壳1的开口端弯曲，以便卷绕密封体5的上圆筒部分14a的上端，并且弯曲部分卷曲，通过外周圆筒部分14，由电池外壳1的开口端扣紧负极端子部11的周边，从而密封电池外壳1的开口。因此，电池外壳1的开口由组件密封部分12(组件密封部分A)封闭，组件密封部分12包括负极端子部11、密封体5、和负极集流体6。电池外壳1的外表面覆盖有外部标签10。
除了组件密封部分A，制备以下的组件密封部分B到F。
(4)组件密封部分B的制备
除了如示例1的环形PTC元件19a(厚度为0.3mm、外径为11mm、内径为8mm)设置在第一负极端子板7的凸缘7a和第二负极端子板8的凸缘8a之间、以及配置不使用绝缘板的负极端子部21外，以与组件密封部分A相同的方式构建如图3所示的组件密封部分22(组件密封部分B)。
(5)组件密封部分C的制备
通过密封体5、第二负极端子板18和盘形PTC元件29(厚度为0.3mm、外径为5mm、孔径为1.5mm)中的通孔29a插入负极集流体6，得到组件密封部分的中间体。此时，第二负极端子板18和PTC元件29设置在负极集流体6的头部6a和密封体5的中心圆筒部分13之间。将中间体设置在电池外壳1的开口之后，将第一负极端子板17设置在第二负极端子板18上，使得第一负极端子板17的凸缘17a和第二负极端子板18的凸缘18a彼此接触并且第一负极端子板17的平坦部分17b不与负极集流体6的头部接触，以制备如图4所示的组件密封部分32(组件密封部分C)。
(6)组件密封部分D的制备
通过密封体5的通孔13a插入负极集流体6，负极集流体6的头部6a通过盘形PTC元件39(厚度为0.3mm、外径为5mm)与负极集电板27的平坦部分27b电接触，从而制备如图5所示的组件密封部分42(组件密封部分D)。
(7)组件密封部分E的制备
仅通过第一负极端子板37组成负极端子部，以制备图6中的与组件密封部分A的中间体相应的组件密封部分52(组件密封部分E)。
(8)组件密封部分F的制备
将按重量为90份的导电材料粉末(具有PTC功能，并主要由在室温下导电率为5S/cm、在120℃下导电率为5μS/cm(操作温度)的聚乙烯组成)、和按重量为10份的作为粘结剂的聚偏二氟乙烯分散到N-甲基吡咯烷酮中，以得到浆料。焊接负极集流体6的头部6a和第一负极端子板17的平坦部分17b，然后将浆料涂敷到负极集流体6的整个表面上，并在60℃下干燥12小时。除了使用负极集流体外，以与组件密封部分E相同的方式制备组件密封部分F。
在碱性电池的制备中，通过改变具有粒径为75μm或更小的颗粒与用作为负极活性材料的锌合金粉末的总重量的百分比到按重量的5％、按重量的15％、按重量的30％和按重量的50％，制备具有不同形式的锌合金粉末A到D。通过用孔径为75μm的筛和孔径为425μm的筛来筛选锌合金粉末，并将具有粒径为75μm或更小的预定重量颗粒与在75μm和425μm之间筛分的颗粒混合，获得锌合金粉末A到D。
随后，以各种方式组合组件密封部分A到F和锌合金粉末A到D来制备碱性电池。
[评估]
(9)重负载放电特性的评估
以1500mW放电2秒、然后以650mW放电28秒，这样的放电测试每小时重复进行10次(5分钟)，检测达到终止电压为1.05V时的循环次数。确定当循环次数为80或更多时重负载放电特性是令人满意的。
(10)电池的短路测试
对于每一个由上述方法获得的电池，通过0.1mm厚的镍导线连接电池外壳和第一负极端子板，使电池外短路。用温差电偶测量电池筒的表面温度来检测电池表面的最大温度。确定当电池表面上的温度是90℃或更小时施加的PTC元件的电流阻挡功能是令人满意的。如果电池温度超过90℃，由于电池的热或内压增加引起的液体泄露可以损坏使用的周围的装置。
(11)电池内阻的测量
对于每一个由上述方法获得的电池，当1kHz的交流电流通过电池时的端子之间的电压是由松下通信工业株式会社制造的数字式毫欧级电阻测试仪VP-2811A(Digital Milliohm Meter)测量。
评估结果示于表1中。表1中的组件密封部分E与锌合金粉末A到D的组合，以及组件密封部分A到D和F与锌合金粉末A的组合是比较示例。组件密封部分A到D与锌合金粉末B到D的组合是示例。在表1中，上行表示内阻，中行表示外短路时电池的最大温度，下行表示重负载放电时的循环次数。
表1
  锌合金粉末
  A   B   C   D
组件密封部分   E   0.125Ω127℃82次循环   0.117Ω135℃91次循环   0.101Ω143℃98次循环   0.092Ω152℃112次循环
  F   0.169Ω81℃32次循环   ---   ---   ---
  A   0.136Ω82℃75次循环   0.125Ω86℃83次循环   0.111Ω82℃93次循环   0.099Ω87℃105次循环
  B   0.138Ω89℃74次循环   0.127Ω82℃82次循环   0.115Ω85℃90次循环   0.101Ω86℃99次循环
  C   0.146Ω87℃71次循环   0.134Ω85℃80次循环   0.126Ω85℃87次循环   0.105Ω88℃95次循环
  D   0.143Ω85℃73次循环   0.130Ω86℃82次循环   0.120Ω82℃90次循环   0.107Ω88℃101次循环
对于使用组件密封部分E的比较示例的电池，粉碎的锌合金粉末的增加减小内阻，得到了令人满意的重负载放电特性，但是外短路时增大了电池产生的热量。
对于使用组件密封部分F的比较示例的电池，外短路时电池产生的热量显著地减少，但是内阻增加，并且重负载放电性能显著下降。在电池保持在室温下三个月之后进行同样的短路测试，结果是，短路时电池的最大温度是125℃并且电池温度显著增加。这是因为PTC元件被设置成与发电元件中的电解质接触，设置在负极集流体表面上的具有PTC功能的导电体在保持避免发挥PTC功能期间通过与碱性电解质接触而被分解。
对于使用锌合金粉末A的比较示例的电池，包括的PTC元件的功能显著减少外短路时电池产生的热量，但是内阻增加并且重负载放电特性下降。
另一方面，对于本发明的示例的电池，包括组件密封部分A到D和锌合金粉末B到D的组合，外短路时电池产生的热量显著减少，内阻的增加最小化，并获得满意的重负载放电特性。尤其是，对于包括组件密封部分A到D与锌合金粉末C或D的组合的电池，外短路时电池产生的热量被进一步降低，并且改善重负载放电特性。
根据本发明的碱性电池具有高可靠性，并适合用于电子设备或便携式设备或类似设备的电源。
尽管依据目前优选的实施例描述了本发明，应该理解这种公开不应解释为限定。本领域技术人员在阅读上述公开之后，将更清楚了解各种替换和变型。因此，随后的权利要求应该被解释作为覆盖落入本发明真实的精神和范围内的所有替换和变型。

Claims (7)

1、一种碱性电池，包括：
发电元件，包括正极、负极、设置在所述正极和所述负极之间的隔板、以及电解质；
正极端子部，与所述正极电连接；和
负极端子部，与所述负极电连接，
其中所述负极包括锌粉或锌合金粉末，所述锌粉或锌合金粉末包含按重量为15％或更多的、具有粒径为75μm或更小的颗粒的作为负极活性材料，以及
在不与所述正极与所述正极端子部之间和在所述负极与所述负极端子部之间的至少之一中的所述电解质接触的电流路径中设置PTC元件。
2、根据权利要求1的碱性电池，其中所述负极包括锌粉或锌合金粉末，所述锌粉或锌合金粉末包含按重量为30％或更多的、具有粒径为75μm或更小的颗粒。
3、根据权利要求1的碱性电池，还包括：
电池外壳，容纳所述发电元件并作为所述正极端子部；和
组件密封部分，封闭所述电池外壳开口，
其中所述组件密封部分包括负极端子部、与所述负极端子部电连接的负极集流体、和树脂密封体，
所述密封体包括：中心圆筒部分，具有通过其中插入所述负极集流体的通孔；外周圆筒部分，设置在所述负极端子部的周边和所述电池外壳的开口之间；和连接部分，连接所述中心圆筒部分和所述外周圆筒部分，
所述电池外壳的所述开口端被弯曲，以便卷绕所述密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲以扣紧所述负极端子部的周边，以及
所述负极端子部包括所述PTC元件。
4、根据权利要求3的碱性电池，其中所述负极端子部包括第一负极端子板和第二负极端子板、以及绝缘板，所述第一负极端子板和第二负极端子板彼此分隔并且各自在周边都具有凸缘和在中心部分具有平坦部分，所述PTC元件设置在所述第一负极端子板的平坦部分和所述第二负极端子板的平坦部分之间，所述绝缘板设置在所述第一负极端子板的凸缘和所述第二负极端子板的凸缘之间，
所述电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕所述密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲以扣紧所述第一负极端子板的凸缘、所述第二负极端子板的凸缘和所述绝缘板。
5、根据权利要求3的碱性电池，其中所述负极端子部包括第一负极端子板和第二负极端子板，所述第一负极端子板和第二负极端子板彼此分隔，且各自在周边都具有凸缘和在中心部分具有平坦部分，所述PTC元件设置在所述第一负极端子板的凸缘和所述第二负极端子板的凸缘之间，
所述电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕所述密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲以扣紧所述第一负极端子板的凸缘、所述第二负极端子板的凸缘和所述PTC元件。
6、根据权利要求3的碱性电池，其中所述负极端子部包括第一负极端子板和第二负极端子板，所述第一负极端子板和第二负极端子板彼此分隔，且各自在周边都具有凸缘和在中心部分具有平坦部分，所述PTC元件设置在所述第二负极端子板的平坦部分上，
所述第二负极端子板的平坦部分和所述PTC元件在中心都具有通过其中插入所述负极集流体的通孔，
所述第二负极端子板和所述PTC元件设置在所述负极集流体的头部和所述中心圆筒部分之间，
所述PTC元件设置在所述负极集流体的头部和所述第二负极端子板的平坦部分之间，
所述电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕所述密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧所述第一负极端子板的凸缘和所述第二负极端子板的凸缘。
7、根据权利要求3的碱性电池，其中所述负极端子部包括在周边具有凸缘并在中心部分具有平坦部分的负极端子板，以及所述PTC元件设置在所述负极端子板的平坦部分上，
所述PTC元件设置在所述负极集流体的头部和所述负极端子板的平坦部分之间，
所述电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕所述密封体的外周圆筒部分的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以扣紧所述负极端子部的凸缘。
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