TW201230480A - Alkaline collector anode - Google Patents
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Description
201230480 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明一般而言係關於一種電池,及更特定言之,係關 於一種包括陰極、集電陽極及鹼性電解質之鹼性電池。本 發明進一步係關於一種適用於陽極之以銅為主之合金。 本申請案主張在2010年11月17曰申請之美國臨時申請案 序號61/414,704之優先權,該案係以引用的方式併入本文 中〇 【先前技術】 電池通常包括陽極、陰極及電解質。悉知具有鹼性電解 質之電池容易析出氫氣。該氫氣可經由集電陽極材料腐蝕 產生。並不希望過度析氣’因為其會導致電池排放及洩漏 驗性電解質’此點使得電池在儲存及/或使用期間之存放 期縮短及安全性降低。爲了減少析氣,可施用保護性塗覆 層或鍍覆層至該陽極。然而’該處理可能極昂貴且需要進 一步減少電極析氣’較佳地’不使用保護性塗覆層或鍍覆 層。 【發明内容】 爲了使利用以銅為主之陽極之電池減少氫氣析出,可利 用適於塗覆或鍍覆之錫或類似錫之其他元素來鍍覆該以鋼 為主之陽極。然而,該鍍覆層之厚度通常小於5 μιη且容易 產生諸如小孔、不平坦表面及裂隙之缺陷。然後,可能因 該等缺陷而產生氫氣’致使鍵覆無效。因此,需要一種可 在無保護性塗覆層或鍍覆層下減少氫氣析出量之陽極材 160065.doc 201230480 料。 於一實施例中,本發明提供一種鹼性電池,其包括陰 極、驗性電解質及以銅為主之陽極,該陽極可在無保護性 塗覆層或鑛覆層下使氫氣析出量減少至使用錄錫26〇黃銅 • 時所觀測到生成氣體之50%以下。 . 於另一實施例令,本發明提供一種適用於在無保護性塗 覆層或鍍覆層下使氫氣析出量減少至使用鍍錫26〇黃銅時 所觀測到生成氣體之50%以下之電池陽極之合金,其包括 0.01%至9.0%錫、不超過1%之磷、不超過1%之夾帶元素及 雜質,及其餘為銅(以重量%計)。 於另一實施例中,本發明提供一種適用於在無保護性塗 覆層或鍍覆層下使氫氣析出量減少至使用鍍錫26〇黃銅時 所觀測到生成氣體之50%以下之電池陽極之合金,其包括 1.0%至40%辞、0.01%至5.0%錫、不超過1%之磷、不超過 1°/〇之夾帶元素及雜質’及其餘為銅(以重量%計)。 【實施方式】 考量以下詳細發明說明可明瞭本發明之其他態樣。 在詳細說明本發明之任何實施例之前,應明瞭本發明並 _ 沒有限制其應用於建構細節及述於以下發明說明中之組分 * 之配置。本發明可為其他實施例,且可依各種不同方法操 作或進行。 於一些實施例中,述於本文中之組合物(以錫為例)亦包 括及包含諸如銦之類似元素作為全部或部分錫之代用品。 本發明之態樣係有關於一種電池,其包括陰極、以銅為 160065.doc 201230480 主之陽極及可減少氫氣析出量之鹼性電解質。於一些實施 例中,該陰極可由二氧化錳、氧化鎳'氧化銀及類似物製 成。該驗性電解質可藉由相關技術之習知溶液(諸如氯化 錄或氫氧化鉀)製得。於一些實施例中,該電池可以再充 電。 於一些實施例中,該陽極係由包含0.01。/〇至9 〇%錫、不 超過1%之磷、不超過1%之夾帶元素及雜質、及其餘為銅 (其等均以重量%表示)之以銅為主之合金製成;除非另外 指明,否則,本申請案中所示之所有百分比均以重量百分 比(「重量%」)表示。於其他實施例中,該陽極係由包含 0.01%至9.0%錫' 0.001%至0.500%磷、不超過〇 5%之夾帶 元素及雜質、及其餘為銅(以重量%計)之以銅為主之合金 製成。又於其他實施例中’該陽極係由包含4 2%至5.8% 錫、不超過1 %之鱗、不超過〇_1 %之夾帶元素及雜質、及 其餘為銅(以重量%計)之以銅為主之合金製成;又於其他 實施例中,該以銅為主之合金包含不超過5 8%之錫,不超 過5.5%之錫’不超過5.2%之錫,不超過4.9%之錫,不超過 4.6%之錫’不超過4.3¾之錫,不超過4.0%之錫,不超過 3.7%之錫,不超過3.4°/❶之錫,不超過31%之錫,不超過 2.9%之錫’不超過2.6%之錫,不超過2 3%之錫,不超過 2.0%之錫,不超過1.7%之錫,不超過丨4%之錫,不超過 1.1%之錫,不超過0.8%之錫,不超過〇5%之錫,不超過 0.2❶/❶之錫;又於其他實施例中,該以鋼為主之合金包含至 少0_01%之錫,至少0.1%之錫,至少〇3%之錫,至少〇5% 160065.doc -6· 201230480 之錫,至少0.6%之錫,至少〇·7%之錫,至少〇 8〇/。之锡,至 少0.9%之錫,至少1.〇%之錫’至少1.2%之錫,至少1 5〇/〇 之錫,至少1,8%之錫’至少2.0%之踢’至少2.1%之錫,至 少2.4%之錫,至少2.5%之錫’至少2.7%之錫,至少3 〇% ' 之錫,至少3.3%之錫,至少3.5%之錫,至少3 6%之錫,至 * 少3.7%之錫,至少3.8%之錫,至少3.9%之錫,至少4 〇〇/〇 之錫,或至少4.1 %之錫。所揭示合金中之夾帶元素及雜質 可包括銘、録、珅、妈、鐵'鋰、猛、梦、銀、鈦、辞、 錄或其混合物,且其以總計不超過1%,不超過〇.9%,不 超過0.8%,不超過0.7%,不超過0.6%,不超過〇 5%,不 超過0.4%,不超過〇.3%,不超過〇.2%,不超過〇 1%,不 超過0.05%’不超過0.01%,或不超過〇〇〇1%之量存於本文 所揭示之合金中β將磷添加於所揭示合金中有助於改良合 金性質’包括其鑄造時之流動性。 於其他實施例中’陽極係由包含1.0%至40%鋅、0.01% 至5.0%錫、不超過1%之磷、不超過1%之夾帶元素及雜 質及其餘為鋼(以重量%計)之以銅為主之合金製成。又 於其他實施例中,該陽極係由包含1.0%至40〇/〇鋅、0.05% 至3.0%錫、0.001%至〇 1〇〇%磷、不超過〇5%之夾帶元素 及雜質、及其餘為銅(以重量%計)之以鋼為主之合金製 成。。又於其他實施例中’該以銅為主之合金包含不超過 40.0%之鋅,不超過39〇%之鋅不超過38〇%之鋅不超 ° /〇之鋅,不超過36.0%之辞,不超過35 〇%之鋅,不 ° 0/°之鋅,不超過33,0%之鋅,不超過32.0%之鋅, 160065.doc 201230480 不超過31.〇%之鋅’或不超過30.0%之鋅;又於其他實施例 中該以鋼為主之合金包含至少1.0%之鋅,至少5 〇。/〇之 鋅,至少10.0。/。之鋅,至少15 〇%之辞,至少20 0〇/。之辞, 至少22.0%之鋅,至少24.0%之鋅,至少26.0%之鋅,至少 28.0〇/〇之辞’至少3〇〇%之鋅至少3ι〇%之鋅,至少 32.0%之鋅,至少33〇%之鋅,至少34〇%之鋅至少 35.0%之鋅,至少36〇%之辞,至少37㈣之鋅,至少 38.〇%之辞,或至少39.0%之鋅。其中包括包含20%至40% 辞0.5/〇鎖、不超過1%之爽帶元素及雜質、及其餘為銅 (以重量/〇汁)之以銅為主之合金。於其他實施例中該陽 極係由包含7.1%至1〇.7%辞、〇3%至〇7%錫、〇〇〇ι%至 0.100%磷、不超過01%之夾帶元素及雜質、及其餘為銅 (以重量%計)之以銅為主之合金製成。 所揭示之合金可在不添加保護性塗覆層或鑛覆層下使用 作為電池陽極材料。26G黃銅之標稱組成為約30%鋅及不 超過0.07%之錯’不超過Q G5%之鐵,及其餘為銅;及仏 青銅之標稱組成為約“。/“夕、不超過i 5%之鋅不超過 〇篇之鐵、不超過0·7%之猛、不超過〇 〇5%之錯及盆餘 為銅。相較於呈錄覆態之該等合金,所揭示合金之未鍍覆 陽極可使集電陽極之析氣減少至一半以下。所揭示之合金 一般亦可成型,且針對相關技術中習知之焊接技術(諸如 點焊及對焊)展現必需的抗性。此外,所揭示之合金展現 良好的延展性,而容許隨m最終形式可製成光滑 表面,且可攜載電流。 I60065.doc 201230480
— 戶斤揭示電池之陽極可藉由熟習相關技術者悉知之習知A 工技術製造。於-些實施例中,該等合金可鎮造成近净形 體陽極。於其他實施例中,該陽極可藉由粉末冶金學技術 製造。又於其他實施例中,該陽極可藉由鍛造、拉絲或加 , χ製成條帶來製造。於本文所揭示之多種例示性合金中, • 所例舉組成之各元素較佳包括標稱值之加或減10%範圍内 之變異。 實例 下文為本發明之特定實例。於該等實财,合金溶體係 遵照工業認可之最佳方法不斷禱造、乳製、退火及牵拉, 形成絲線。該絲線係經過相關技術已知之㈣或刮修製 程’以移除污染物。析氣之減少係取決於乾淨且不受污染 之表面。祕或刮修為移除表面材料及加卫期間所產生或 沉積之污染物之機械製程,留下乾淨光亮及均句的基體材 料。配合表面製法來選擇合金可減少平均氫氣析氣量,並 減少氣體析出之標準偏差。梅或刮修之後,如相關技 術中悉知’可n由絲以公開n収法及採用培養班 法之快速測定法來敎合金之氫氣析出量,然而,亦可採 用其他測定析氣之方法。另夕卜,亦製備反對照實例(合金 C26000及C651 〇〇),並測試以供比較。
實例1 :合金A 製備熔體’其包含:〇.5%至〇 8% Sn ; 〇 〇1%至〇㈣ P;不超過0.05%之Fe;不超過Q.Q5%之pb;及其餘為CU; 其均以重量%計。相較於以類似方式測試之鍍錫鳩黃銅 160065.doc 201230480 者,由合金A製成之未鍍覆陽極顯示生成氣體減少,亦即 減少至使用鍍錫260黃鋼時所觀測到生成氣體之32〇/(^
實例2 :合金B 製備炼體,其包含:2.5%至3.8% Sn ; 〇·〇3%至〇3〇% P ;不超過0.30%之Zn ;不超過0.10%之Fe ;不超過〇 〇5% 之Pb ;及其餘為Cu ;其均以重量%計。相較於以類似方式 測試之鍍錫260黃銅者,由合金]8製成之未鍍覆陽極顯示生 成氣體減少,例如,不超過使用鍍錫26〇黃鋼時所觀測到 生成氣體之36%。
實例3 :合金C 製備炫體,其包含:4.2%至5.8% Sn ; 0.03%至〇 35〇/〇 P ;不超過0.30%之Zn 不超過0.10%之Fe,·不超過〇 〇5〇/〇 之Pb,及其餘為Cu ;其均以重量%計。相較於以類似方式 測試之鐘錫26G黃銅者,由合金c製成之未鑛覆陽極顯示生 成氣體減少,亦即減少至使用鍍錫26〇黃銅時所觀測到生 成氣體之48%。
實例4 :合金D 製備熔體,其包含·· 7.1%至1〇.7% Zn ; 〇3%至〇7%
Sn ;不超過0.10%之Pb ;不超過〇 〇5%之^ ;及其餘為
Cu ;其均以重量%計。相較於以類似方式測試之鑛錫⑽ 黃銅者,由合金D製成之未鍵覆陽極顯示生成氣體減少, 亦即減少至使用鍍錫260黃銅時所觀測到生成氣體之 48%。
實例5 :合金E 160065.doc -10- 201230480 製備熔體,其包含:28.3%至31.5% Zn ; 0.38%至0.60% ' Sn ; 0.02% 至 0.05% P ;不超過 0.05% 之 Pb ;不超過 0.05% 之
Fe ;及其餘為Cu ;其均以重量%計。相較於以類似方式測 試之鍍錫260黃銅者,由合金E製成之未鍵覆陽極顯示生成 ' 氣體減少,亦即減少至使用鍍錫260黃銅時所觀測到生成 . 氣體之23%至24%。
實例5 :合金F 製備熔體,其包含:16.4%至19.8% Zn; 0.20%至0.50% Sn ;不超過0.05%之Pb ;不超過0.05%之Fe ;及其餘為 Cu ;其均以重量%計。相較於以類似方式測試之鍍錫260 黃銅者,由合金F製成之未鍍覆陽極顯示生成氣體減少, 亦即減少至使用鍍錫260黃銅時所觀測到生成氣體之23% 至 49%。 實例6 :合金C26000 製備熔體,其包含:29°/。至30% Zn ;不超過0.0025%之 Pb ;不超過0.0025%之Fe ;及其餘為Cu ;其均以重量% 計。合金C26000為反對照組實例。相較於以類似方式測試 之鍍錫260黃銅者,由合金C26000製成之未鍍覆陽極顯示 , 生成氣體增加,亦即增加至使用鍍錫260黃銅時所觀測到 生成氣體之1,393°/〇。 實例7 :合金C65100 製備熔體,其包含:1.5%至1.9% Si ;不超過0.0025%之 Pb ;不超過0.5%之Zn ;不超過0.7%之Μη ;及其餘為Cu ; 其均以重量%計。合金C651 00為反對照組實例。相較於以 160065.doc 201230480 類似方式測試之鍍錫260黃鋼者,由合金C65100製成之未 鍍覆陽極顯示生成氣體增加,亦即增加至使用鍍錫26〇黃 銅時所觀測到生成氣體之236%。 應明瞭本發明可在不脫離其精神或中心特徵下,以其他 特殊形式呈現《因此,態樣及實施例之揭示内容應視作示 例且不具限制性。儘管已例示並描述特^實施例,但仍可 在不明顯脫離本發明之精神下進行其他修改。 160065.doc -12-
Claims (1)
- 201230480 七、申請專利範圍: 1 1· 一種鹼性電池,其包括: 陰極; 鹼性電解質;及 " 以銅為主之陽極,其在無保護性塗覆層或鍍覆層下, , 使氫氣析出量減少至使用鍍錫260黃銅時所觀測到之氣 體生成之50%以下》 2. 如明求項1之驗性電池’其中該陽極包含〇 〇1%至9 〇〇/〇 錫、不超過1。/。之磷、不超過之夹帶元素及雜質,及 餘量為銅(以重量%計)。 3. 如請求項2之鹼性電池,其中該陽極包含〇.5%至〇 8〇/〇 錫、0.01°/。至0.05%磷、不超過1%之夾帶元素及雜質,及 餘量為鋼(以重量%計)。 4. 如請求項2之鹼性電池,其中該陽極包含2.5%至3.8% 錫、0_03%至〇·3〇%磷、不超過1%之夾帶元素及雜質,及 餘重為銅(以重量%計)。 5. 如請求項2之鹼性電池,其中該陽極包含4 2%至5.8% 錫、0.03%至0.35%磷、不超過1%之夾帶元素及雜質,及 其餘為銅(以重量%計)。 6. 如請求項1之鹼性電池,其中該陽極包含1.0%至4〇%辞、 0.01%至5.0%錫、不超過1%之磷、不超過!%之夾帶元素 及雜質,及其餘為銅(以重量%計)。 7. 如請求項6之鹼性電池,其中該陽極包含7.1%至10.7% 鋅、0.3°/。至〇·7%錫' 不超過1%之磷、不超過1%之夾帶 s 160065.doc 201230480 元素及雜質,及其餘為銅(以重量%計)。 8·如請求項6之鹼性電池,其中該陽極包含28 3%至31 5〇乂 鋅、0.02%至0.05%璘 '不超過1%之夾帶元素及雜質及 其餘為銅(以重量%計)。 9. 如請求項6之鹼性電池,其中該陽極包含16 4%至19 8% 鋅、0.2%至0.5%錫、不超過1%之夾帶元素及雜質、及其 餘為銅(以重量%計)。 10. 如請求項6之鹼性電池,其中該陽極包含2〇%至4〇%鋅、 0.5%錫、不超過1%之夾帶元素及雜質,及其餘為銅(以 重量%計)。 11. 一種用於電池陽極之合金,其在無保護性塗覆層或鍍覆 詹下使氫氣析出量減少至使用鍍錫260黃銅時所觀測到 之氣體生成之50%以下,該合金包含: 0.01%至 9.0%錫; 不超過1 %之鱗; 不超過1%之夾帶元素及雜質;及 其餘為銅(以重量%計)。 12. 如請求項丨丨之合金’其中該合金包含〇 5〇/d至〇 8%錫' 0-01%至0.05%磷、不超過1%之夾帶元素及雜質,及其餘 為銅(以重量%計)。 13. 如請求項11之合金’其中該合金包含2.5%至3.錫、 0.03%至0.30%磷、不超過1%之夾帶元素及雜質,及其餘 為銅(以重量%計)。 14. 如請求項丨丨之合金,其中該合金包含42%至5 8%錫、 160065.doc 201230480 0.03/〇至〇.35/〇磷、不超過1%之夾帶元素及雜質及其餘 為銅(以重量。/。計)。 15. 種用於電池陽極之合金,其在無保護性塗覆層或錄覆 層下使氫氣析出量減少至使用鐘錫黃銅時所觀測到 之氣體生成之50%以下,該合金包含: 1.0°/。至 40°/。鋅; 0.01%至 5.0%錫; 不超過1%之磷; 不超過1%之夾帶元素及雜質;及 其餘為銅(以重量%計)。 16. 如請求項15之合金’其中該合金包含71%至1〇 7<)/❶鋅; 0.3%至0.7%錫;不超過1%之磷、不超過1%之夾帶元素 及雜質,及其餘為銅(以重量%計)。 17. 如請求項15之合金’其中該合金包含28 3%至31 5〇/。辞; 0.02%至0.05%磷、不超過1%之夾帶元素及雜質,及其餘 為銅(以重量%計)》 18_如請求項15之合金,其中該合金包含16 4%至19·8〇/。鋅; 0.2%至〇· 5%錫、不超過1 %之夾帶元素及雜質,及其餘為 銅(以重量%計)。 19.如請求項15之合金,其中該合金包含2〇%至40%辞、 0.5%錫、不超過1%之夾帶元素及雜質,及其餘為鋼(以 重量%計)》 S 160065.doc 201230480 四、指定代表圖: • (一)本案指定代表圖為:(無) (二)本代表圖之元件符號簡單說明: 五、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學式: (無) 160065.doc
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