TW518778B - Electrochemical cell constructions and methods of making the same - Google Patents

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Mark D Vandayburg
Paula J Hughes
Mark A Schubert
Nghia C Tang
Katherine E Ayers
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518778 A7 B7 五、發明説明(1 ) 本發明關於電化學電池領域,更特別地是關於具有極高 陽極對陰極界面表面積並因此具有高速放電效率之電化學 電池。 電化學電池通常被用於供應以電力操作裝置,特別是攜 帶式電力操作裝置之電壓。一般圓筒狀之慣用鹼性電池可 從商業公司取得工業標準尺寸,包括D-、C-、AA-、AAA-及AAAA-尺寸之電池。對以高放電速度呈現較佳放電效率 之鹼性電池,特別是普通商業公司可取得尺寸之鹼性電池 的需求持續增加。 高放電速率電池之常用構型是一種螺旋纏繞的電極組件 ’也是已知的果)東捲型組件,其中一個正電極、一個負電 極及一個分離板以螺旋方式纏繞以提供電極間高表面積, 因此可獲得高放電速率。此螺旋纏繞構造需要提供該電極 一分隔器以避免短路。若使用慣用分離器,如紙或纖維素 分離器,非活性分離器材料一般消耗近AA-尺寸果凍捲型電 池之總體積的1 0%至20%,其中該電池具有Π0平方厘米陽 極對陰極界面表面積。較大界面表面積造成較大高速電容 量。但是,活性物質體積的降低造成低放電速率之較低電 容量。若以較薄的分離器取代電流分離器,可提供可產生 具有較高界面表面積及較大高速性能之鹼性電池的螺旋纏 繞電極構型及替換電池結構。 另一項慣用螺旋纏繞電池結構的缺點是用於螺旋纏繞兩 電極及分離器之機器在製造、操作及維護上是相當昴貴的 。因此,希望有獲改善之方法及電池結構。 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(2 ) US-A-5,869,205揭示一種具有多個陽極隔室以增加陽極對 陰極界面表面積的電化學電池。一個具體實例包含置於一 容器中之第一電極,其中此第一電極包含四個圓筒狀洞穴 ,而且此四個洞穴内各置有第二電極。慣用分離器係被安 置在各四個洞穴内。當US-A-5,869,205中所描述的電池構型 在高速電容量上獲得實質改善時,使用慣用分離器。因此 ,高放電速率下之較佳放電效率也伴隨成比例地增加分離 器面積及分離器體積,其中較佳放電效率係與陽極-陰極界 面表面積的增加有關。因此至少部份藉損失總電容量,可 獲得高放電速率下之較佳放電效率。將希望達到高放電速 率下之放電效率可獲極大改善,較佳爲達到此改善而無損 失總電容量。 US-A-3,156,585揭示一種緊密密封的蓄電池,其包含許多 沿中心排列的環狀電極,其各藉慣用分離器與相鄰電極分 離。雖然此專利無特別提及高放電速率下之較佳放電效率 ,但是該電池結構顯示可預期具有較大陽極對陰極界面表 面積,而且可預期高放電速率下之放電效率至少呈現部份 改善。但是,電池結構是極複雜的,而且將不易以具競爭 力的價格製造之。任何高放電速率下之放電效率的改善係 伴隨顯著增加分離器面積及體積,並因此明顯降低總電容 量。希望能提供具有較大陽極對陰極界面表面積之鹼性電 池,而且希望此電池的設計較簡單並因此較便宜,而且其 最好可在高放電速率下獲得較佳放電效率而不損失總電容 量° -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(3 ) 1998年1 1月24曰入檔之美國序號09/198,802揭示一種高速 電化學電池,其包含置於一容器中之第一極性的第一電極 、置於該第一電極一侧之第二極性的第二電極、與第一電 極接觸放置之第一電流收集器及具有第二極性且被安置在 第一電極另一側之外部電化學活性層。分離器係被安置在 第一電極與第二電極之間及第二電極與外部電化學活性層 之間。、美國序號09/198,802中所揭示的結構具有利用具競爭 力之價格所製得相當簡單的設計,達到實質增加陽極對陰 極界面表面積並因此使高放電速率下之放電效率獲得改善 的優點。但是。因爲第一與第二電極間及第二電極與外部 電化學活性層間的分離器是一種慣用分離器,高放電速率 下之較佳放電效率係伴隨著分離器體積的增加及因此總電 容量的降低。 本發明關於具有高陽極對陰極界面表面積及高放電速率 下較佳放電效率的電池。本發明也提供製造具有高陽極對 陰極界面表面積及高放電速率較佳放電效率之電池的方法 。本發明電池及方法一般包括具有一可作爲分離器之塗層 的第一電極或電極材料之使用及一可流動電極材料之使用 ,其中該可流動電極材料係環繞已塗覆電極流動並與之接 觸。 因此,在第一項特點中,本發明提供一種電池,其包含: 一個外殼; 一個置於該外殼中之第一電極; 一種作爲分離器之塗層,該塗層位於該第一電極中一表 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(4 ) 面上:及 一種可流動的第二電極材料,該可流動的第二電極材料 被安置在外殼中並環繞該第一電極之塗層表面。 在第二項特點中,本發明提供一種製造電池的方法,其 包括: 提供一個外殼; 提供一個第一電極; 將一種作爲分離器之塗層形成於該第一電極之一表面上,· 將已塗覆第一電極放置在外殼中;及 將一種可流動材料置於外殼中,該可流動材料包含第二 電極材料,該可流動材料環繞被塗覆在第一電極表面上之 分離器。 "可流動電極材料”表示法相當於一種具有環繞流動並完全 圍繞一固體電極之能力的電極材料。此類材料一般包含液 體電解質與已分散的電化學活性物質之固體粒子的混合物 。此可移動電極可爲一種低黏度材料如液體,或一種黏度 相當高的材料如漿糊。或者,此可移動電極可爲一種粉末 。此特點組合使其可製備具有極高陽極對陰極界面表面積 及相當低分離器體積之電化學電池。事實上,如與具有捲 筒形電池結構,同時保持或甚至增加總電池電容量之慣用 圓筒形驗性電池相比,利用本發明原理可以達到實質增加 陽極對陰極界面表面積並因此達到實質改善高放電速率下 之放電效率的目的,其中該捲筒形電池結構的陽極係被安 置在一個沿中心地形成於陰極中之圓筒體内,該陰極係與 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(5 ) 界定電化學電池之鋼罐的内壁相鄰。 第一電極包含一個位於該第一電極表面之塗層,其中該 塗層作爲分離器。此分離器塗層是一種電極表面上所形成 之薄膜或材料層。此塗層至少起初藉機械、化學或電力固 定在電極表面上。電池組裝之後,塗層可能不再保持固定 在電池表面上。相反地,在將分離器置於鄰接電極表面之 前,小心地將慣用分離器材料轉變成不乾的固定膜。慣用 分離器在巨觀尺度下適合電極表面,因此不可形成均勻厚 層於不規則狀的電極表面上。分離器塗層可藉分離器塗層 起初沿著整個分離器與電極間之界面表面積與電極表面相 連的事實與慣用分離器區隔。分離器材料在電池組裝之後 不需要與電極保持相連。 適合的分離器塗層之實例包括藉塗覆聚合體塗層組合物 至電極或電極材料並將此聚合體塗層組合物轉化成聚合物 薄膜所形成之塗層。此類聚合物塗層組合物可藉溶解聚合 物,如纖維素於一溶劑中而製得。適合的分離器塗層也可 藉直接聚合分離器塗層於電極表面上形成。各種適合本發 明使用之分離器塗層的細節描述係表示於1999年9月3 0日入 檔之美國序號09/410,300中,在此將其整個内容併入以作爲 參考。 本發明中所用分離器塗層或薄膜最好具有約1 00微米或更 小之厚度,較佳係低於60微米之厚度,極佳係低於40微米 ,最佳係低於3 0微米。因爲如與慣用紙分離器(一般具有至 少200微米之厚度)相比較,實質降低在此所用分離器塗層 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(6 ) 的厚度,可能實質增加陽極對陰極界面表面積,同時降低 總分離器體積。因此,厚度低於1 00微米、低於60微米、低 於40微米或低於30微米之分離器塗層的使用將容許同時呈 現高放電速率下之較佳放電效率及較大總放電電容量之電 化學電池的製造。例如,厚度爲25微米之分離器塗層可幫 助AA尺寸電化學電池的製造,其中該電池具有約1 〇倍利用 捲筒型構型並具有250微米分離器之慣用AA尺寸電池設計 的陽極對陰極界面表面積,而無降低總電容量。或者,可 使用較薄的分離器塗層以製造具有結合較大陽極對陰極界 面表面積、高放電速率下之較佳放電效率及較高總電容量 之電化學電池。 P会了幫助較薄分離器之製造外,直接形成於電極表面上 之分離器塗層的使用使其實際建造具有高度不規則狀及高 表面積之電極的電化學電池。這是與慣用紙及玻璃紙分離 器相反,其中該慣用分離器一般只能適應平面及平滑曲線 電極表面。更特別地,慣用紙及玻璃紙分離器不具適應不 規則表面之能力限制其用途於具有平板電極、帶狀電極及 圓筒形電極之電化學電池。企圖使慣用紙及玻璃紙分離器 適應不規則狀電極一般使分離器本身對折並無法接受地佔 據大部份電化學電池的體積,然而本發明所用的分離器塗 層可直接形成於不規則狀之電極表面以獲得實質上均勻的 薄分離器,其在電化學電池中不佔據無法接受的大體積。 本發明另一項重要特點是可流動第二電極材料之使用, 其可環繞流動圍繞在不規則狀、非對稱狀及/或非圓筒狀分 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(7 ) 離器已塗覆第一電極表面。具有非對稱及非圓筒形之電極 實例是螺旋纏繞電極或枝晶鋅電極(其被描述於此後)。分離 器已塗覆電極結合可流動第二電極材料之使用提供一種製 造具有極高陽極對陰極界面表面積及因此高速放電下之放 電效率獲改善而不損失總放電電容量之電化學電池的經濟 方法。 在一個使用螺旋纏繞帶狀電極的具體實例中,例如一種 圖1中所示電化學電池結構,該電池可藉使可移動電極材料 沈入一個罐子或外殼中,然後將一螺旋纏繞分離器已塗覆 電極插入該罐中的方式構成。當螺旋纏繞電極被插入該罐 時,可移動電極材料向上流填滿螺旋纏繞電極所界定的空 間,較佳係完全環繞螺旋纏繞電極表面。或者,該電池可 藉先將螺旋纏繞電極插入罐中,之後使電極材料沈入該罐 ,因此其可環繞流動於螺旋纏繞電極表面與該罐間而製得 。導電引線可在螺旋纏繞電極插入該罐前或之後連接至螺 旋纏繞電極頂端。電化學電池係以慣用方式利用密封物及 蓋子完成之。 較佳爲第二電極材料構成一正電極及第一電極是負電極 。在此例中,第一電極最好包含鋅作爲陽極材料,較佳係 呈帶狀形態如鋅薄片,而且第二電極材料最好包含二氧化 錳以作爲陰極活性物質。或者,第二電極是負極,在此例 中可流動材料包含陽極活性物質。含有鋅作爲陽極活性物 質之可流動材料可包含,例如鋅、黏合劑、氫氧化钟、水 及視情況選用膠凝劑之混合物。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(8 ) 可根據所需電池種類及電池化學選擇其他適合的電極材 料。例如,第一電極或第二電極材料可包含至少一種選自 鋰、鎳、金屬氫化物、鎘、碳、石墨及鋰化二氧化錳之電 化學活性物質。 特別是在使用螺旋纏繞帶狀電極的具體實例中,例如如 圖1中所示之電化學電池結構,本發明的一項優點是其消除 許多慣用製造螺旋纏繞或果凍捲電化學電池之方法相關問 題。螺旋纏繞電化學電池習慣上係藉將陽極及陰極與置於 該陽極與陰極間之第一個分離器纏繞在一起而製得。在慣 用方法中,分離器及電極必須在纏繞該分離器及電極之前 先適當排列對齊。根據本發明,藉直接將分離器形成於至 少一個電極上,可消除對齊分離器與電極的需要,而且可 消除對齊第一電極與第二電極的需要。此簡化電池組件, 並因此降低製造螺旋纏繞電池的成本。纏繞單捲的裝置比 同時纏繞並對齊三或多捲的裝置便宜。陽極一般是金屬薄 片’而且陰極一般是含有微粒電極材料及黏合劑之複合材 料。爲了可螺旋纏繞陰極與陽極,黏著劑必須是可撓曲的 。或者,將陰極及陽極纏繞在一起的慣用機器係比用於單 獨纏繞陽極薄片之機器貴。因此,本發明使電化學電池結 構,例如圖1中所示般可消除對昂貴的果凍捲纏繞機器之需 求並消除對陰極材料中可撓曲黏合劑的需求。因此電池結 構可容許便宜地製造螺旋纏繞電化學電池。因此,螺旋纏 繞帶狀電池各側上的分離器塗層可較薄且比慣用紙或玻璃 紙分離器佔據更少體積,因此可幫助具有較高陽極對陰極 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(9 ) 界面表面積及/或較高總電容量之螺旋纏繞電化學電池的製 造。 在一個替換具體實例中,電池包含一個具有分離器塗層 並依鋸齒方式折疊的帶狀電極,例如一種圖2中所示電化學 電池結構。將已折疊電極插入罐中並被可移動電極材料環 繞。在將塗有分離器之電極插入罐中之前或之後,將電極 材料沈入該罐。 在另一個替換具體實例中,第一電極可包含多孔固定網 狀結構之電化學活性物質,如鋅,或多孔固定網狀結構之 導電材料,如黃銅,其上係沈積一種電化學活性物質,如 鋅。實例如金屬發泡物及”枝晶鋅”係描述於下。 因此,在一具體實例中,電化學電池包含插入罐中之塗 有分離器多孔金屬(如鋅)電極,例如一種圖3中所示電化學 電池結構。此多孔或網狀電極可爲一種金屬發泡物或燒結 金屬電極。 金屬發泡物可藉多種已知方法製得。例如,將融熔金屬 置於高壓下使其溶解非反應性氣體。當釋放壓力並使金屬 冷卻,所溶解的氣體逸出並留下開口孔於金屬體中。在另 一種方法中,可加入發泡劑至融溶金屬中。另一種方法混 合單體與金屬粒子並將此混合物加熱至引發發泡及樹脂之 固化作用。在另一種方法中,在適當的高溫及壓力條件下 依慣用方式擠壓金屬粒子以形成具有所需形狀之陽極。所 使用的溫度及壓力無特別限制,條件爲該粒子完全燒結或 接合不會發生。在所用壓力下以近金屬燒結溫度之溫度爲 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(1〇 ) 佳。或者,金屬粒子與粉狀樹脂黏合劑如聚四氟乙晞乾混 合。再度在適當的高溫及壓力條件下依慣用方式擠壓金屬 粒子與黏合劑之掺混物以形成具有所需形狀之陽極。該溫 度係視所選樹脂而定,而且所施壓力一般爲從約1.7至1 70 MPa (250至25,000磅/平方英吋)。 另一種製造具有開孔結構之電極的方法包括藉並列網狀 小孔合成樹脂可熱解載體與一對電極利用電弧蒸汽沈積法 將金屬沈積在或於該載體上,其中至少一個電極係包含至 少一種所選金屬元素。將電極移入接觸以打擊電極間的電 孤並從一電極蒸發該金屬及進行金屬沈積於載體上。在沈 積金屬之前或期間,排空載體與電極並列的空間,·因此適 合最終形成開孔結構之部份金屬總量以塗層形態沈積。在 噴霧沈積操作中,將足以補齊總量餘數之金屬量喷在載體 及/或塗層上。之後,載體被熱解形成基本上由金屬組成之 網狀小孔骨架。在最後步驟中,將金屬架構燒結成構成開 孔結構之黏合體。此方法的其他細節係表示於1;3-八-5,01 1,638。 網狀或多孔金屬電極(如金屬發泡物、燒結金屬等)可以分 離器塗層藉任何適當方法,例如利用任何1999年9月3 0日入 檔之美國序號09/410,300中所示技術提供。之後,將塗有分 離器之多孔電極插入罐中並以可流動電極材料環繞之,其 中該可流動電極材料環繞流入多孔電極的孔洞。或者,可 在提供多孔電極分離器塗層之前將該電極插入罐中。可在 插入多孔電極之前及/或之後將可流動材料加入罐中。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(11 ) 依照另一種具體實例,例如圖4中所示,電化學電池包含 三維樹狀金屬結構,如已知的’’枝晶鋅”材料,其類似樹葉 的葉脈,而且其塗有分離器塗層。將具有分離器塗層之電 極浸在含有可流動陰極材料,例如陰極混合物之泥漿的罐 子中。或者,在插入電極之後再將可流動材料加入。適合 製造枝晶鋅電極之方法係揭示於1^-八-3,071,638及1;5-八-3,753,779,在此將其併入。 在第一項特點的較佳具體實例中,提供一種電池,其包 含: 一個具有内壁之外殼; 置於該外殼的第一電極,此第一電極塗有分離器材料; 及 將第二電極材料與電解質之可流動混合物分散在該外殼 中使可流動混合物環繞流過已塗覆第一電極及第一電極與 外殼内壁之間。 根據此較佳具體實例,第一電極最好包含至少一長條, 其含有電活性物質,較佳係鋅帶。此長條,例如可依据齒 圖案螺旋纏繞或折疊之。或者,第一種可包含電化學活性 物質如鋅之多孔固定網狀結構,或可包含導電材料之多孔 固定網狀結構,其中該導電材料具有電化學活性物質如鋅 沈積其上。此電池可包含一個第一電極或多個第一電極, 其各塗有分離器材料,而且各被置入外殼中使可流動混合 物環繞流過已塗覆第一電極及第一電極與外殼内壁之間。 較佳係第二電極材料構成正電極且第一電極是負電極。例 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 518778 A7 B7 五、發明説明(i2 ) 如,第二電極材料可包含二氧化錳且第一電極最好包含鋅 。但是,或者第一電極與第二電極材料中任一種可包含鋰 、鎳、金屬氫化物、鎘、碳、石墨及/或鋰化二氧化錳。 在第一項特點之另一個較佳具體實例中,提供一種電池 ,其包含: 一個外殼: 置於該外殼中之所形成的負電極,此所形成的負電極包 含鋅,而且此所形成的負電極塗有分離器;及 將電解質與含有二氧化錳之正電極形成的可流動混合物 分散在該外殼中使可流動混合物環繞流過負電極。 在弟二項特點的較佳具體實例中,提供一種製造電池的 方法,其包括步驟: 將可流動電極材料於外殼中; 形成具有固定結構之電極; 以分離器材料塗覆具有固定結構之電極,·並 將已塗覆電極浸在外殼内的可流動電極材料中。 藉參考圖形中所示具體實例將可進一步了解本發明,其 中: 圖1是根據本發明之螺旋纏繞電化學電池的突出透視圖,· 圖2是根據本發明具有依鋸齒圖案折疊之帶狀電極之電化 學電池的概略截面圖; 圖3是根據本發明.具有多孔金屬電極之電化學電池的概略 縱向截面圖;及 圖4是根據本發明電化學電池的概略縱向截面圖,其中該 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 518778 A7 五、發明説明( 電池包含-個具有三維不規則碎片結構之電極。 ^,—個本發明具體實例係表示於圖1中。依照此且體 贫例,電化學電池10係藉可流動兩 足 , L助私極材料12沈入罐中或外 豉14中並將螺旋纏繞塗有分 声的叼私極1 6插入罐η中構, 。δ螺旋纏繞電極16被插入罐14時, 匕 ㈤呼,可移動電極材料12向 上流%滿螺旋纏繞電極16所 ^ ^, 丨疋的殳間並冗全環繞螺旋纏 、兒电極16表面。作爲替換例,電 包儿子私池110可耩先將螺旋 纒繞電極16插入罐14中,之後讜兩打& u ^ T &便喊包極材料12沈入該罐14中 ’使其環繞流動於電極16與罐η間而制〜^ 田、 ”學14間而製得。導電引線20可 在螺旋纏繞電極16插入罐14 命七、μ、丄 兩 軍4〜則或又後.被連接至螺旋纏繞 電極16頂端。電化學電&u〇 ^你猎!'貝用万式以密封物22及蓋 子24完成。 —個本發明替換具體實例係表示於圖2中。依照此具體實 例’電化學電池30包含_•個具有分離器塗料並依据齒方 式折叠的帶狀電極32。將已折疊電極32插入罐34中並被可 移動=極材料36環繞。在將塗有分離器之電極W插入罐Μ 中之前或之後,將電極材料36沈入罐34。 —另個本發明替換具體實例係表示於圖3中。依照此具體 ”例私化學電池40包含一個插入罐44中之塗有分離器多 孔i屬(如鋅)電極42。此多孔或網狀電極42可爲一種金屬發 =物或燒結金屬電極。此網狀或多孔金屬電極具有分離器 塗層之後將塗有分離器之多孔電極42插入罐44中並被可 4動% k材料46環繞,其中該流動電極材料46環繞流入多 孔電極42之孔洞48中。 -16 - 本紙張尺度適ill巾國@家鮮((:卿A4規格(21QX297公爱) m 裝
518778 A7 B7 五 、發明説明(U ) 另一個本發明替換具體實例係表示於圖4中。依照此具體 實例,電化學電池50包含三維樹狀之金屬結構52,如已知 的”枝晶鋅”材料,其類似樹葉的葉脈,而且其塗有分離器 塗層。將具有分離器塗層5 3之電極5 2浸在含有陰極混合物 56之泥、漿的罐子54中。
在上列描述之引導下,本發明可進行許多改良及變化。 因此須了解在所附申請專利範圍内,可以異於特別描述的 方式執行本發明。 裝 % -17-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 91·δ·2ί/ 」 年月 518778 f 第090116366號專利申請案 bs 中文申請專利範圍修正本(91年9月) ^ 六、申請專利範圍 1. 一種電池,其包含: 一個外殼; 一個置於該外殼中之第一電極; 一作為分離器之塗層,該塗層位於該第一電極中一表 面上;及 一可流動的第二電極材料,該可流動的第二電極材料 被安置在外殼中並環繞該第一電極之塗層表面。 2. 如申請專利範圍第1項之電池,其中該第一電極具有非圓 筒外形。 3. 如申請專利範圍第2項之電池,其中該第一電極具有非對 稱外形。 4. 根據申請專利範圍第1項之電池,其中該第一電極包含一 個帶狀電極。 5. 如申請專利範圍第4項之電池,其中該帶狀電極是螺旋纏 繞的。 6. 如申請專利範圍第4項之電池,其中該帶狀電極係以鋸齒 圖案折疊。 7. 如申請專利範圍第4項之電池,其中該帶狀電極係包含鋅 薄片。 8. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6或7項之電池,其中 該分離器塗層具有小於100微米,較佳係小於60微米,更 佳係小於40微米,最佳係小於30微米之厚度。 9. 如申請專利範圍第1項之電池,其中該第一電極是一種多 孔金屬電極。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 10申請專利範圍 如申請專利範圍第9項之電池 金屬發泡物。 其中該多孔金屬電極是一 :: 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 如申請專利範圍第9項之電池 燒結金屬。 如申請專利範圍第9項之電池 含鋅。 其中該多孔金屬電極是^一 其中該多孔金屬電極係包 如申請專利範圍第9項之雷& 廿丄 ^ 间示貝<包池,其中該第一電極包含一個 多孔固定網狀結構之電化學活性物質。 如申清專利範圍第9項之電:也並 兒,也其中孩罘一電極包含一個 多孔固定網狀結構之導雷鉍祖 廿丄.、$ 守包材科,其中孩導電材料上塗有 一電化學活性物質。 如申請專利範圍第13或14项之電池 物質是鋅。 如申請專利範圍第1、9、1〇、 ’其中該第二電極材料構成一 是一個負極。 如申請專利範圍第16項之電池 含二氧化鐘。 如申請專利範圍第16項之電池 其中該電化學活性 11、12、13或14項之電池 個正極,而且該第一電極 其中該第二電極材料包 其中薇第_電極包含鋅 如申請專利範圍第1項之電池,其中該第—電極或第二· 極材料中任一種包含至少一種選自由鋰、 :包 物、鶴、碳、石墨及组化二氧化鐘组成之 電=化 性物質。 予 活 518778 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 20. —種製造電池的方法,其包括: 提供一個外殼; 提供一個第一電極; 將一作為分離器之塗層形成於該第一電極之一表面上; 將已塗覆第一電極放置在外殼中;及 將一可流動材料置於外殼中,該可流動材料包含第二 電極材料,該可流動材料環繞被塗覆在第一電極表面上 之分離器。 21·如申請專利範圍第20項之方法,其中該第一電極包含一 個帶狀電極。 22.如申請專利範圍第21項之方法,其中該帶狀電極是螺旋 纏繞的。 23·如申請專利範圍第21項之方法,其中該帶狀電極係以鋸 齒圖案折疊。 24. 如申請專利範圍第21項之方法,其中該帶狀電極係包含 鋅薄片。 25. 如申請專利範圍第20項之方法,其中該分離器塗層具有 小於100微米,較佳係小於60微米,更佳係小於40微米, 最佳係小於30微米之厚度。 26. 如申請專利範圍第20項之方法,其中可流動材料被置入 外殼中之前,先將該第一電極置入外殼中。 27·如申請專利範圍第20項之方法,其中第一電極被置入外 殼中之前,先將該可流動材料置入外殼中。 28·如申請專利範圍第20項之方法,其中該第一電極是一多 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 518778 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 孔金屬電極。 29·如申請專利範圍第28項之方法,其中該多孔金屬電極是 一金屬發泡物。 30·如申請專利範圍第28項之方法,其中該多孔金屬電極是 一燒結金屬。 3 1.如申請專利範圍第28項之方法,其中該多孔金屬電極係 包含鋅。 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI635647B (zh) * 2015-04-14 2018-09-11 英特爾公司 具有與其形狀相符之導電覆蓋層的隨機形狀三維電池胞元

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10238943B4 (de) * 2002-08-24 2013-01-03 Evonik Degussa Gmbh Separator-Elektroden-Einheit für Lithium-Ionen-Batterien, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung in Lithium-Batterien sowie eine Batterie, aufweisend die Separator-Elektroden-Einheit
US7288126B2 (en) 2003-09-02 2007-10-30 Rechargeable Battery Corporation Battery cells having improved power characteristics and methods of manufacturing same
US7264903B2 (en) 2003-09-02 2007-09-04 Rechargeable Battery Corporation Battery cells having improved power characteristics and methods of manufacturing same
EP1671381A4 (en) * 2003-09-02 2008-05-28 Rechargeable Battery Corp CYLINDRICAL BATTERY CELL HAVING IMPROVED POWER CHARACTERISTICS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JP4852875B2 (ja) * 2004-04-23 2012-01-11 パナソニック株式会社 アルカリ電池
CA2566658C (en) * 2004-05-14 2011-05-10 Rechargeable Battery Corporation Embedded electrode conformations for balanced energy, power, and cost in an alkaline cell
KR20050121914A (ko) * 2004-06-23 2005-12-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
KR100599713B1 (ko) 2004-06-25 2006-07-12 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
TWI346406B (en) * 2006-02-16 2011-08-01 Lg Chemical Ltd Lithium secondary battery with enhanced heat-resistance
US9306206B2 (en) * 2012-08-27 2016-04-05 The Gillette Company Alkaline cell having increased interfacial area
DE102012018344B3 (de) 2012-09-15 2013-09-26 Audi Ag Batteriemodul und Verfahren zu dessen Herstellung
MX2017000024A (es) 2014-06-27 2017-04-25 Schwarz Wolfgang Sistema anodico galvanico para la proteccion anticorrosion de acero en hormigon.
DE102018220238A1 (de) * 2018-11-26 2020-05-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbunds für eine Batteriezelle, Elektrodenverbund, Batteriezelle, Fahrzeug
CN113161623B (zh) * 2021-04-15 2023-08-04 宇恒电池股份有限公司 一种高安全性高比能低自放电可充电电池

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE55781C (de) * V. Baron VON ALTEN, Gesandtschaftsattache und Lieutenant der Reserve, in Berlin Galvanisches Element
GB150848A (en) * 1919-06-23 1920-09-16 Herbert Rodman Palmer Improvements in electric dry cell batteries
FR589729A (fr) * 1924-02-07 1925-06-04 Le Carbone Sa Pile sèche à masse électrolytique dépolarisante
US2424149A (en) * 1944-04-10 1947-07-15 Harry B Albert Dry cell
US2605298A (en) * 1949-11-05 1952-07-29 Union Carbide & Carbon Corp Dry cell
CA642289A (en) * 1957-10-09 1962-06-05 Union Carbide Corporation Dry cell
US3071638A (en) * 1959-06-25 1963-01-01 Union Carbide Corp Dendritic zinc electrodes
FR2148841A5 (zh) * 1971-08-05 1973-03-23 Sev Marchal
JPS5328243A (en) * 1976-08-27 1978-03-16 Furukawa Battery Co Ltd Method of manufacturing sintered base plate for storage battery
JPS5525988A (en) * 1978-08-16 1980-02-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Zinc electrode for alkali cell
CA1096443A (en) * 1978-10-20 1981-02-24 Her Majesty The Queen, In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Expanded zinc electrode for dry cells
JPS55113263A (en) * 1979-02-22 1980-09-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of alkali cell
JPS57210565A (en) * 1981-06-19 1982-12-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Alkaline battery
US4812376A (en) * 1987-10-15 1989-03-14 Wilson Greatbatch Ltd. Anode coating for lithium cell
FR2622359A1 (fr) * 1987-10-26 1989-04-28 Accumulateurs Fixes Accumulateur alcalin cylindrique etanche nickel-cadmium
JPH02284353A (ja) * 1989-04-25 1990-11-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd ボタン形アルカリ一次電池
JPH05166506A (ja) * 1991-12-16 1993-07-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素吸蔵電極とその製造方法およびその水素吸蔵電極を備えた金属酸化物−水素蓄電池
JPH0620707A (ja) * 1992-07-02 1994-01-28 Hitachi Maxell Ltd 渦巻形リチウム電池
JPH06203819A (ja) * 1992-12-28 1994-07-22 Canon Inc アルカリ亜鉛二次電池
JP3387158B2 (ja) * 1993-06-16 2003-03-17 株式会社ユアサコーポレーション 亜鉛極板
ZA945562B (en) * 1993-08-03 1995-03-02 Programme 3 Patent Holdings Electrochemical cell
US5677080A (en) * 1996-04-15 1997-10-14 Delta Green Energy, Inc. Battery structure with single-body inserting and receiving electrodes
JPH1012221A (ja) * 1996-06-26 1998-01-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄電池用極板の製造方法
JPH1186844A (ja) * 1996-09-26 1999-03-30 Toray Ind Inc 電池用電極およびそれを用いた電池
JP3931413B2 (ja) * 1997-02-05 2007-06-13 住友化学株式会社 リチウム二次電池用正極の製造方法
JP3972417B2 (ja) * 1997-07-04 2007-09-05 松下電器産業株式会社 密閉形金属酸化物−亜鉛蓄電池およびその製造法
FR2766296B1 (fr) * 1997-07-17 1999-08-20 Alsthom Cge Alcatel Procede de fabrication d'un generateur electrochimique de structure unitaire
JPH11144763A (ja) * 1997-11-05 1999-05-28 Toray Ind Inc 電 池
US5869205A (en) * 1997-11-12 1999-02-09 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell having multiple anode compartments
JP3819570B2 (ja) * 1997-11-18 2006-09-13 三洋電機株式会社 非焼結電極を用いた円筒状アルカリ蓄電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI635647B (zh) * 2015-04-14 2018-09-11 英特爾公司 具有與其形狀相符之導電覆蓋層的隨機形狀三維電池胞元

Also Published As

Publication number Publication date
DE60028409T2 (de) 2007-01-04
ATE328367T1 (de) 2006-06-15
AU5286101A (en) 2001-07-09
DE60028409D1 (de) 2006-07-06
WO2001048836A3 (en) 2002-02-07
CN1423844A (zh) 2003-06-11
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JP2004538599A (ja) 2004-12-24
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EP1232532B1 (en) 2006-05-31

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MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees