CN1971976A - 碱性电池 - Google Patents

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小路安彦
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Abstract

本发明涉及一种碱性电池，包括：发电元件，包括正极、负极、设置在正极和负极之间的隔板、以及电解质；正极端子部，与正极电连接；以及负极端子部，与负极电连接。正极至少包含羟基氧化镍粉末作为活性物质。在正极与正极端子部之间和负极与负极端子部之间的至少之一中，在不与电解质接触的电流通路中设置PTC元件。

Description

碱性电池
技术领域
本发明涉及一种使用羟基氧化镍粉末作为正极活性物质并且包括PTC元件的碱性电池。
背景技术
为了改善电池的安全性，已经对包含防止短路时温度快速上升的PTC元件的电池进行了各种研究。
例如，日本专利特开2003-217596号文献提出，利用主要由聚乙烯制成并具有PTC功能的电导体覆盖碱性电池中负极集流体的表面。
然而，在日本专利特开2003-217596号文献中，电导体被放置成与碱性电解质直接接触。因而，在电池形成之后就立刻充分发挥短路时阻止电流的PTC功能，但是随着时间的流逝，涂覆在负极集流体表面上的电导体容易被碱性电解质分解，并且时常不能充分发挥PTC功能。
为了增大电池的输出，已经提出了使用羟基氧化镍作为正极活性物质，但是并没有对在这种高输出碱性电池中的PTC元件的组装方式、PTC元件的功能性和羟基氧化镍粉末的形式之间的关系进行充分研究。
因而，为了解决这些常规问题，本发明的目的是提供一种碱性电池，它具有高输出，确保防止在短路时电池的快速升温，并且具有高安全性和高可靠性。
发明内容
本发明提供一种碱性电池，包括：发电元件，包括正极、负极、设置在该正极和该负极之间的隔板、以及电解质；正极端子部，与该正极电连接；以及负极端子部，与该负极电连接，其中该正极至少包含羟基氧化镍粉末作为活性物质，并且在该正极与该正极端子部之间和该负极与该负极端子部之间的至少之一中，在不与该电解质接触的电流通路中设置PTC元件。不与电解质接触的电流通路就是指不与电解质接触的部分，因而包括正极端子部和负极端子部，并且不包括正极和负极。
优选的是，该碱性电池还包括：电池外壳，容纳该发电元件并且还用作该正极端子部；以及组件密封部分，封闭该电池外壳的开口，其中该组件密封部分包括负极端子部、与该负极端子部电连接的负极集流体以及树脂密封主体，该密封主体包括：具有通孔的中间圆筒部分，通过该通孔插入该负极集流体；位于该负极端子部的周边和该电池外壳的开口端之间的外周圆筒部分；以及连接该中间圆筒部分和该外周圆筒部分的连接部分，该电池外壳的该开口端被弯曲，以便卷绕该密封主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该负极端子部的周边，并且该负极端子部包括该PTC元件。
优选的是，该负极端子部包括彼此间隔开的第一负极端子板和第二负极端子板，并且每一个负极端子板均在周边中具有凸缘以及在中间部分具有平坦部分；该PTC元件设置于该第一负极端子板的平坦部分和该第二负极端子板的平坦部分之间；以及在该第一负极端子板的凸缘和该第二负极端子板的凸缘之间设置有绝缘板，该电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕该密封主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该第一负极端子板的凸缘、该第二负极端子板的凸缘和该绝缘板。
优选的是，该负极端子部包括彼此间隔开的第一负极端子板和第二负极端子板，并且每一个负极端子板均在周边具有凸缘以及在中间部分具有平坦部分，以及在该第一负极端子板的凸缘和该第二负极端子板的凸缘之间设置PTC元件，该电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕该密封主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该第一负极端子板的凸缘、该第二负极端子板的凸缘和该PTC元件。
优选的是，该负极端子部包括彼此间隔开的第一负极端子板和第二负极端子板，并且每一个负极端子板均在周边具有凸缘以及在中间部分具有平坦部分，以及在该第二负极端子板中平坦部分上设置该PTC元件，该第二负极端子板的平坦部分和该PTC元件在中央具有通过其插入该负极集流体的通孔，该第二负极端子板和该PTC元件被设置在该负极集流体的顶部和该中间圆筒部分之间，该PTC元件位于该负极集流体的顶部和该第二负极端子板的平坦部分之间，该电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕该密封主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该第一负极端子部的凸缘和该第二负极端子板的凸缘。
优选的是，该负极端子部包括周边具有凸缘并且中间部分具有平坦部分的负极端子板，以及该PTC元件被设置在该负极端子板的平坦部分上，该PTC元件位于该负极集流体的顶部和该负极端子板的平坦部分之间，该电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕该密封主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该负极端子部的凸缘。
羟基氧化镍粉末优选基本上为球形。
羟基氧化镍粉末的平均粒径优选为8到18μm。
羟基氧化镍粉末的表面优选涂覆含钴层。
羟基氧化镍粉末优选包含0.5到2.0mol％的钴作为固溶体或共晶成分。
羟基氧化镍粉末优选包含2到10mol％的锰作为固溶体或共晶成分。
羟基氧化镍粉末优选包含2到5mol％的钙作为固溶体或共晶成分。
羟基氧化镍粉末优选包含2到5mol％的锌作为固溶体或共晶成分。
羟基氧化镍粉末优选包含2到5mol％的镁作为固溶体或共晶成分。
根据本发明，可以提供一种具有高输出、确保防止在短路时电池温度快速升高、并且安全性和可靠性高的碱性电池。
虽然本发明的新颖特征具体在附带的权利要求中提出，由结合附图的以下详细描述中将更好地理解关于本发明的结构和内容以及其他目的及其特征。
附图说明
图1为本发明实施例1中的碱性电池的部分截面正视图；
图2为图1中密封部分的放大垂直截面视图；
图3为本发明实施例2中的密封部分的垂直截面视图；
图4为本发明实施例3中的密封部分的垂直截面视图；
图5为本发明实施例4中的密封部分的垂直截面视图；和
图6为传统碱性电池的密封部分的垂直截面视图。
具体实施方式
本发明涉及一种碱性电池，其包括：包括正极、负极、放置在正极和负极之间的隔板和电解质的发电元件；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。正极至少包含羟基氧化镍作为活性物质，并且在正极与正极端子部之间和负极与负极端子部之间中的至少之一中的不与电解质接触的电流通路中设置PTC元件。
PTC元件没有通过与电解质接触而退化，由此确保防止在外部短路的情况下电池的快速升温，并且改善了电池的安全性。
本发明为一种使用羟基氧化镍作为正极活性物质的具有高输出的碱性电池。现已证明，与使用二氧化锰作为正极活性物质的传统碱性电池相比，PTC元件的使用提供更大的发热抑制作用。这是因为在本发明的碱性电池中，比传统碱性电池更容易通过大电流，并且PTC元件在外部短路时早就起到电阻器的作用，以阻挡短路电流。
在实际的日常生活中，电池的外部短路包括：与装置侧面上的电路的外部短路的情况；要被短路的对象具有很小电阻的情况；或者在电池和要被短路的对象之间有高接触电阻的情况。在这种情况下，在阻断电池的短路电流之前的时间依赖于电池的输出性质而变化。因而，传统碱性电池并不是如本发明中的高输出电池，并且在有些情况下PTC元件并不是快速工作。
另一方面，本发明的电池是使用羟基氧化镍作为正极活性物质的高输出电池，并且与传统碱性电池相比，在短路的初期阶段中更容易通过大电流。因而，更可靠且更快速地执行了PTC元件阻挡短路电流的作用，从而与使用二氧化锰作为正极活性物质的传统碱性电池相比，能够更有效地抑制电池在短路后立刻发热或在短路期间发热。
就高充电效率和确保较大表面面积而论，优选羟基氧化镍粉末基本上为球形。基本上为球形是指颗粒的较长直径/较短直径的值(即纵横比)为1.5/1到1/1。此外，纵横比更优选为1.2/1到1/1。特别是，优选更接近1/1的纵横比，提供的形状尽可能为球形。
可以例如通过使用SEM(扫描电子显微镜)对颗粒的断面拍摄1000倍放大图像，根据得到的SEM照片确定较长直径和较短直径的值，然后利用这些值计算较长直径和较短直径之间的比率，从而得到纵横比。
就确保较大表面面积而论，羟基氧化镍粉末的平均粒径优选为8到18μm。
平均粒径例如可以通过激光法，使用粒度分布仪(堀场株式会社生产的LA910)而测得，并被计算为在累计重量达到50％时的粒径。
就提高颗粒表面导电率而论，羟基氧化镍粉末的表面优选涂覆有含钴层。含钴层的厚度为例如100到500。含钴层包括例如氢氧化钴层。
上述羟基氧化镍粉末在短路初期使大电流能够容易通过，并且允许更有效且更快速地执行PTC元件的阻挡短路电流的这种功能。
羟基氧化镍粉末优选包含0.5到2.0mol％的钴作为固溶体或共晶成分。含钴的羟基氧化镍增大了羟基氧化镍粉末的导电率，在短路初期使大电流能够容易通过，并且使得可以更有效且更快速地执行PTC元件的阻挡短路电流的这种功能。
如果羟基氧化镍粉末的钴含量低于0.5mol％，则不能获得含钴的充分优点。另一方面，如果羟基氧化镍粉末的钴含量大于2.0mol％，则容易降低容量。
羟基氧化镍粉末优选包含2到10mol％的锰作为固溶体或共晶成分。
羟基氧化镍粉末优选包含2到5mol％的钙作为固溶体或共晶成分。
羟基氧化镍粉末优选包含2到5mol％的锌作为固溶体或共晶成分。
羟基氧化镍粉末优选包含2到5mol％的镁作为固溶体或共晶成分。
如上所述，羟基氧化镍粉末包含锰、锌或镁，引起羟基氧化镍晶格的变形，促使质子在晶体中扩散，并且降低极化。这使得在短路初期大电流容易通过，并且使得能够更有效且更快速地执行PTC元件的阻挡短路电流的这种功能。
如果羟基氧化镍粉末中锰、钙、锌或镁的含量低于2mol％，则不能获得包含这些元素的充分优点。如果羟基氧化镍粉末中钙、锌或镁元素的含量大于5mol％，则容易降低容量。如果羟基氧化镍粉末中锰的含量大于10mol％，则容易降低容量。
该碱性电池还包括，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。该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和树脂密封主体。该密封主体包括：中间圆筒部分，其具有插入负极集流体的通孔；位于负极端子部的周边与电池外壳开口端之间的外周圆筒部分；以及连接中间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，以便卷绕密封主体的外周圆筒部分的上端，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。
在碱性电池中，正极端子部位于例如电池外壳的底部，并且正极端子部包括PTC元件。
以下将描述其中负极端子部包括PTC元件的电池优选实施例。
实施例1
参考图1和图2对本发明的实施例进行说明。
图1为根据本发明实施例的AA碱性电池(LR6)的部分截面正视图。
中空的圆柱形正极混合体2内接在闭端式圆筒形电池外壳1中，电池外壳1还用作正极端子。在正极混合体2的中空部分中，通过闭端式圆柱形隔板4放置凝胶负极3。正极混合体2、隔板4和凝胶负极3包含碱性电解质。使用主要由例如聚乙烯醇纤维和人造纤维混合制成的无纺布作为隔板4。
正极混合体2包括：例如包含羟基氧化镍粉末的正极活性物质，导电剂(如石墨粉末)，或者碱性电解质(如氢氧化钾水溶液)的混合物。可以使用羟基氧化镍粉末和二氧化锰粉末的混合物作为正极活性物质。
凝胶负极3包括，例如负极活性物质(如锌粉或锌合金粉)、胶凝剂(如聚丙烯酸钠)、和碱性电解质(如氢氧化钾水溶液)的混合物。优选使用高耐腐蚀的锌合金粉末作为负极活性物质，并且以对环境友好的方式，锌合金粉末不包含汞、镉和铅中的任何一种或全部。锌合金包括包含例如铟、铝和铋的锌合金。
图2为图1中的部分X(碱性电池的密封部分)的放大截面视图。
电池外壳1容纳发电元件(如正极混合体2)，然后在开口附近设置台阶1a，电池外壳1的开口由组件密封部分12密封。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以及树脂密封主体5。负极集流体6插入在凝胶负极3的中间。
密封主体5包括：具有通孔13a的中间圆筒部分13，负极集流体6通过通孔13a插入；位于负极端子部11的周边和电池外壳1的开口端之间的外周圆筒部分14；以及与中间圆筒部分13和外周圆筒部分14电连接的连接部分15，连接部分15具有用作安全阀的较薄部分15a。外周圆筒部分14包括容纳负极端子部11的环形水平部分14b、从水平部分14b的外周边缘向上升高的上部圆筒部分14a、以及从水平部分14b的内周边缘沿着倾斜方向向下延伸的下部圆筒部分14c。电池外壳1的开口端被弯曲，以便卷绕密封主体5的上部圆筒部分14a的上端，并且该弯曲部分向内卷曲，以便利用台阶1a扣紧负极端子部11的周边。电池外壳1的外表面覆盖有外部标签10。
本发明具有的一个特征在于碱性电池的组件密封部分12中负极端子部11的结构。负极端子部11包括彼此间隔开的第一负极端子板7和第二负极端子板8、以及位于第一负极端子板7和第二负极端子板8之间的PTC元件9a。
具体而言，如图2中所示，第一负极端子板7在周边具有凸缘7a以及在中间部分具有平坦部分7b，第二负极端子板8在周边具有凸缘8a以及在中间部分具有平坦部分8b。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位于第一负极端子板7的凸缘部分7a和第二负极端子板8的凸缘部分8a之间。电池外壳1的开口端被弯曲，以便卷绕密封主体5的外周圆筒部分14的上端，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。负极集流体6通过焊接其顶部6a与第二负极端子板8的平坦部分8b而被物理连接和电连接。PTC元件9a在达到预定温度时具有快速增大电阻的功能。
圆盘形PTC元件9a的厚度例如为0.2到0.4mm且直径为5到7.5mm。
环形绝缘板9b的厚度例如为0.2到0.4mm，内径为5到8mm且外径为11到12mm。
为了确保防止其中第一负极端子板7与第二负极端子板8彼此直接接触而引起电流通过而未经过PTC元件9a、以及PTC元件没有发挥作用并且不能阻挡电流的现象，第一负极端子板7和第二负极端子板8优选放置成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、以及第二负极端子板8的凸缘8a和平坦部分8b之间的边界被分隔开0.2到1mm。
在该碱性电池中，第一负极端子板7和第二负极端子板8之间的电流通路如上所述仅由PTC元件9a构成。因而，当电池外部短路而导致短路电流通过并且导致电池温度达到预定温度时，PTC元件9a的电阻增大以确保减小短路电流。具体而言，能够抑制在短路情况下电池温度的快速升高。PTC元件9a由例如可在市场上购买到的由Tyco Electronics Raychem生产的商标名为Polyswitch的材料制成。
如图2中所示，负极端子部11由两个负极端子板7和8构成，其增大了电解质的上升路径的长度，并且导致该路径容易被隔开，由此防止电解质泄漏。
绝缘板9b由例如纸或树脂(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。
第一负极端子板7和第二负极端子板8例如在凸缘7a和平坦部分7b之间的边界以及凸缘8a和平坦部分8b之间的边界中，具有用于将气体排放到电池外部的若干个孔(未示出)。当电池的内压异常增大时，密封主体5中较薄部分15a破裂，以便将气体排放到孔外。
实施例2
图3中示出了该实施例的密封部分。组件密封部分22中的负极端子部21包括彼此间隔开的第一负极端子板7和第二负极端子板8、以及位于第一负极端子板7的凸缘7a和第二负极端子板8的凸缘8a之间的环形PTC元件19a。电池外壳1的开口端被弯曲，以便卷绕密封主体5的上部圆筒部分14a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以及PTC元件19a。这种扣紧可以保持PTC元件19a和负极端子板7和8之间有低接触电阻。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之间可以设置绝缘板。
环形PTC元件19a的厚度例如为0.2到0.4mm，内径为5到8mm以及外径为11到12mm。
为了确保防止其中第一负极端子板7与第二负极端子板8彼此直接接触而引起电流通过而未经PTC元件19a、并且PTC元件没有发挥作用并且不能阻挡电流的现象，第一负极端子板7和第二负极端子板8优选放置成使得平坦部分7b和平坦部分8b间隔0.2到1mm。
实施例3
图4中示出了该实施例的密封部分。组件密封部分32中的负极端子部31包括彼此间隔开的第一负极端子板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在周边具有凸缘17a和18a并且在中间部分具有平坦部分17b和18b，以及在第二负极端子板18中平坦部分18b上设置有PTC元件29。
第二负极端子板18的平坦部分18b和PTC元件29在中部具有通过其插入负极集流体6的通孔18c和29a。第二负极端子板18和环形PTC元件29位于负极集流体6的顶部6a和密封主体5的中间圆筒部分13之间。电池外壳1的开口端被弯曲，以便卷绕密封主体5的上部圆筒部分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的顶部6a和第一负极端子板17的平坦部分17b之间可以设置绝缘板。
圆盘形PTC元件29a的厚度例如为0.2到0.4mm，直径为4到7mm，中间部分的通孔29a具有的直径为1.3到2.0mm。
为了确保防止其中第一负极端子板17与负极集流体6彼此直接接触而引起电流通过而未经PTC元件29a、并且PTC元件没有起作用并且不能阻挡电流的现象，第一负极端子板17和负极集流体6优选放置成使得平坦部分17b和顶部6a间隔0.2到1mm。
实施例4
图5中示出了该实施例的密封部分。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并且中间部分具有平坦部分27b的负极端子板27、以及位于负极端子板27的平坦部分27b上的圆盘形PTC元件39。PTC元件39位于负极集流体6的顶部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，以便卷绕密封主体5的上部圆筒部分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。
圆盘形PTC元件39的厚度例如为0.2到0.4mm，直径为4到7mm。
在上述实施例中，PTC元件设置在负极端子部中，但是PTC元件也可以设置在正极端子部中。例如，替换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、以及包括正极端子板和设置在与正极端子板的端面相对的表面上的PTC元件的正极端子部，并且正极端子部可以放置在电池外壳的底表面上，使得PTC元件位于电池外壳和正极端子板之间。
现在对本发明的示例进行详细描述，但是本发明并不局限于这些示例。
示例1到示例7
(1)正极混合体的制备
以90∶10的重量比混合羟基氧化镍粉末和石墨粉末(平均粒径为15μm)。然后将该混合物和按重量为36％的氢氧化钾水溶液(作为碱性电解质)以100∶3的重量比混合，充分烧结，然后挤压形成薄片。然后，将该薄片正极混合体磨成细粒，用筛网对细粒进行分选，然后将10到100目的细粒挤压形成中空圆柱形，从而得到小片状正极混合体。
(2)凝胶负极的制备
以1∶33∶66的重量比混合作为胶凝剂的聚丙烯酸钠、按重量为36％的氢氧化钾水溶液(作为碱性电解质)和负极活性物质混合，得到凝胶负极。作为负极活性物质，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，并且不包含汞和铅的。
(3)圆柱形碱性电池的组装
通过下述过程制备具有图1中的结构的AA碱性电池(LR6)。图1为圆柱形碱性电池的部分截面正视图，。图2为图1中部分X(密封部分)的放大截面视图。
将由上述过程得到的两种正极混合体2插入到电池外壳1中，用压力夹具挤压正极混合体2，使其与电池外壳1的内壁紧密接触。将闭端式圆筒形隔板4放置到正极混合体2的中央与电池外壳1的内壁紧密接触。将预定量的水溶液(包含按重量为36％的氢氧化钾)作为碱性电解质注入到隔板4中。经过预定时间后，将由上述过程得到的凝胶负极3装入隔板4的内部。使用主要由聚乙烯醇纤维和人造纤维混合构成的无纺布作为隔板4。
接下来，如下所述使用组件密封部分12将容纳发电元件(如正极混合体2)的电池外壳1密封。
电焊接负极集流体6的顶部6a和由厚度为0.2mm的镀锡钢板制成的第二负极端子板8的平坦部分8b，然后将负极集流体6通孔13a插入尼龙密封主体5的中间圆筒部分13，从而得到组件密封部分的半成品。
电池外壳1在其开口附近形成有凹槽，从而形成了台阶1a，将该半成品放置在电池外壳1的开口中，使得该半成品的水平部分14b被容纳在台阶1a上。此时，将负极集流体6的一部分插入凝胶负极3中。然后，将由聚丙烯制得的环形绝缘板9b(厚度为0.3mm，内径为8mm以及外径为11mm)放置在该半成品的第二负极端子板8的凸缘8a上。将厚度为0.3mm且直径为7.2mm的圆盘形PTC元件9a(Tyco Electronics Raychem公司生产的Polyswitch牌)放置在该半成品的第二负极端子板8的平坦部分8b上。此外，将由厚度为0.4mm的镀镍钢板制成的第一负极端子板7放置在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℃的高温下显著地增大到104Ω。
因而，在负极端子部11的构造中，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，并且绝缘板9b位于第一负极端子板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的开口端被弯曲，以便卷绕密封主体5的上部圆柱形部分14a的上端，弯曲部分向内卷曲，以借助电池外壳1的开口端并通过外围圆柱形14来扣紧负极端子部11的周边，从而密封电池外壳1的开口。在电池外壳1的外表面覆盖外部标签10。
在碱性电池的制备中，利用不同形式的羟基氧化镍制备碱性电池，如表1中所示。
表1
   正极活性物质      PTC元件      羟基氧化镍的形式
     颗粒的形状      平均粒径(μm)    涂覆层
    比较例2     二氧化锰     无     -     -     -
    比较例3     二氧化锰     有     -     -     -
    比较例1     羟基氧化镍     无     非球形     18     无
    示例1     羟基氧化镍     有     非球形     18     无
    示例2     羟基氧化镍     有     球形     18 无
    示例3     羟基氧化镍     有     非球形     8     无
    示例4     羟基氧化镍     有     非球形     10     无
    示例5     羟基氧化镍     有     非球形     25     无
    示例6     羟基氧化镍     有     非球形     18     有
    示例7     羟基氧化镍     有     球形     10     有
通过下述工艺，利用中和作用制备非球形羟基氧化镍。硫酸镍水溶液被滴落到氢氧化钠水溶液中，并被中和以使羟基氧化镍沉淀。然后，羟基氧化镍被脱水、清洗、干燥、然后被机械研磨，得到非球形氢氧化镍。然后，次氯酸钠水溶液被添加到该非球形氢氧化镍中，并且被氧化、脱水、然后干燥，得到非球形羟基氧化镍。
另一方面，通过下述工艺，利用反应性结晶制备球形羟基氧化镍。将氨水添加到硫酸镍水溶液中，以使镍离子稳定为镍氨络合物。镍氨络合物和氢氧化钠水溶液连续反应并且逐渐进行晶体生长，然后脱水和清洗，得到浆料。将次氯酸钠水溶液添加到该浆料中并且被氧化、然后脱水和干燥，得到非球形羟基氧化镍。
使用SEM(扫描电子显微镜)(Keyence株式会社生产的VE-7800型)拍摄颗粒断面的1000倍放大图像，然后利用由SEM照片得到的较长直径值和较短直径值计算出纵横比(较长直径和较短直径之间的比率)。确定纵横比大于1.5的颗粒为非球形，纵横比等于1.5或更小的颗粒为球形。
羟基氧化镍粉末的平均粒径由作为原料的氢氧化镍粉末的平均粒径控制。
由表面上具有氢氧化钴层的颗粒构成的羟基氧化镍粉末按如下所述来制备。
将氢氧化镍引入反应容器中，提供铵基水溶液和氢氧化钠水溶液中的硫酸钴，使得容器中的混合物具有恒定的pH，从而在羟基氧化镍颗粒的表面上形成由β氢氧化钴构成的层。颗粒在氢氧化钠水溶液中颗粒被加热，从而除去了颗粒中的硫酸盐基团，然后被漂洗和干燥，得到由表面上具有氢氧化钴层的颗粒构成的羟基氧化镍粉。此时，在氩气下通过X射线光电子分光术(ESCA)使用Rigaku Denki株式会社生产的XPS7000型对颗粒的表面进行蚀刻，描绘出钴元素在深度方向的分布，从而计算出氢氧化钴层的厚度。结果显示出氢氧化钴层的厚度为200到300。
比较例1
以与示例1相同的方式制备碱性电池，除了如图6中所示负极端子部仅由第一负极端子板37构成之外。
比较例2
以与比较例1相同的方式制备碱性电池，除了使用二氧化锰粉末(平均粒径为35μm)代替羟基氧化镍粉末作为正极活性物质之外。
比较例3
按重量90份具有PTC功能并且主要由室温下导电率为5S/cm、且120℃(工作温度)下导电率为5μS/cm的聚乙烯构成的导电材料粉末、以及按重量10份的聚偏氟乙烯作为粘合剂被分散在N-甲基吡咯烷酮中，以得到糊料。将负极集流体6的顶部6a和第一负极端子板17的平坦部分17b焊接在一起，然后将糊料涂覆在负极集流体6的整个表面上，在60℃下干燥12小时。以与比较例1相同的方式制备碱性电池，除了使用负极集流体之外。
对于由上述过程得到的各个电池来说，用0.1mm厚的镍导线将电池外壳和第一负极端子板连接以使电池外部短路。由热电偶测量电池圆筒的表面温度，从而检查电池表面上的最大温度。
评价结果示于以下的表2中。
表2
    短路时电池表面上的最大温度(℃)
    比较例2         128
    比较例3         83
    比较例1         149
    示例1         75
    示例2         73
    示例3         73
    示例4         72
    示例5         81
    示例6         72
    示例7         70
对于比较例1和2中不包括PTC元件的电池来说，外部短路时电池温度显著增大。
对于比较例3中的电池来说，电池中放置了PTC元件，因此在电池组装后就发生外部短路情况下明显地抑制了电池温度升高。然而，电池被保持在室温下三个月之后进行同样的短路测试，结果为短路时电池的最大温度为125℃并且电池温度显著地增大。这是因为PTC元件被放置成与发电元件中的电解质接触，在保持避免起到PTC功能的期间，通过与碱性电解质接触，设置在负极集流体表面上具有PTC功能的导电体被分解。
对于示例1到7中包括PTC元件的电池来说，显著地抑制了外部短路时电池温度的升高，并且与比较例3中使用带有PTC功能的负极集流体和由二氧化锰构成的正极活性物质的电池相比，更有效地防止了电池温度的升高。
尤其是，对于示例1到4、6和7中包括羟基氧化镍的平均粒径为8到18μm的情况、颗粒为纵横比为1.5或更小的球形的情况、以及在颗粒表面上形成氢氧化钴层的情况中的至少一种情况的电池来说，抑制了外部短路时电池温度的升高。
根据本发明的碱性电池具有高可靠性，并且适合用于电子设备或便携式设备或类似设备的电源。
虽然以上依据目前优选实施例已对本发明进行了描述，应当理解，这些公开的方案并不应解释为限制性的。在阅读上述公开内容之后，各种替换和变形无疑对于本发明所属技术领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，所附带的权利要求应该被解释为覆盖落入本发明真实精神和范围内的所有替换和变形。

Claims (14)

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；以及
负极端子部，与所述负极电连接，
其中所述正极至少包含羟基氧化镍粉末作为活性物质，并且
在所述正极与所述正极端子部之间和所述负极与所述负极端子部之间的至少之一中，在不与所述电解质接触的电流通路中设置PTC元件。
2、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且还用作所述正极端子部；以及
组件密封部分，封闭所述电池外壳的开口，
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以及树脂密封主体，
所述密封主体包括：具有通孔的中间圆筒部分，通过该通孔插入所述负极集流体；位于所述负极端子部的周边和所述电池外壳的开口端之间的外周圆筒部分；以及连接所述中间圆筒部分和所述外周圆筒部分的连接部分，
所述电池外壳的所述开口端被弯曲，以便卷绕所述密封主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，并且
所述负极端子部包括所述PTC元件。
3、根据权利要求2的碱性电池，其中所述负极端子部包括彼此间隔开的第一负极端子板和第二负极端子板，并且每一个负极端子板均在周边中具有凸缘以及在中间部分具有平坦部分；所述PTC元件设置于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；以及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设置有绝缘板，
所述电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕所述密封主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。
4、根据权利要求2的碱性电池，其中所述负极端子部包括彼此间隔开的第一负极端子板和第二负极端子板，并且每一个负极端子板均在周边具有凸缘以及在中间部分具有平坦部分，以及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设置PTC元件，
所述电池外壳的开口端被弯曲，以便卷绕所述密封主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。
5、根据权利要求2的碱性电池，其中所述负极端子部包括彼此间隔开的第一负极端子板和第二负极端子板，并且每一个负极端子板均在周边具有凸缘以及在中间部分具有平坦部分，以及在所述第二负极端子板的平坦部分上设置所述PTC元件，
所述第二负极端子板的平坦部分和所述PTC元件在中央具有通过其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元件被设置在所述负极集流体的顶部和所述中间圆筒部分之间，
所述PTC元件位于所述负极集流体的顶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，以便卷绕所述密封主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部的凸缘和所述第二负极端子板的凸缘。
6、根据权利要求2的碱性电池，其中，所述负极端子部包括周边中具有凸缘并且中间部分中具有平坦部分的负极端子板，以及所述PTC元件被设置在所述负极端子板的平坦部分上，
所述PTC元件位于所述负极集流体的顶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，以便卷绕所述密封主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。
7、根据权利要求1或4的碱性电池，其中所述羟基氧化镍粉末基本上为球形。
8、根据权利要求1或4的碱性电池，其中所述羟基氧化镍粉末的平均粒径为8到18μm。
9、根据权利要求1的碱性电池，其中所述羟基氧化镍粉末的表面涂覆有含钴层。
10、根据权利要求1的碱性电池，其中所述羟基氧化镍粉末包含0.5到2.0mol％的钴作为固溶体或共晶成分。
11、根据权利要求1的碱性电池，其中所述羟基氧化镍粉末包含2到10mol％的锰作为固溶体或共晶成分。
12、根据权利要求1的碱性电池，其中所述羟基氧化镍粉末包含2到5mol％的钙作为固溶体或共晶成分。
13、根据权利要求1的碱性电池，其中所述羟基氧化镍粉末包含2到5mol％的锌作为固溶体或共晶成分。
14、根据权利要求1的碱性电池，其中所述羟基氧化镍粉末包含2到5mol％的镁作为固溶体或共晶成分。
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