[发明专利]带有绝热体的碱性电池

说明书

本发明涉及一种带有包括二氧化锰的阴极的碱性电池。本发明尤其涉及一种带有包括锌的阳极、包括二氧化锰的阴极以及包括氢氧化钾电解液的碱性电池，其中该电池带有绝热体以提高其性能。

一次碱性电池的电池内容物一般含有包括锌阳极活性物质的阳极、碱性电解液、包括二氧化锰阴极活性物质的阴极以及电解液离子可透过的隔离器，所述隔离器通常包括含有纤维素纤维和聚乙烯醇纤维的无纺材料。阳极活性材料包括掺有氧化锌以及常规胶凝剂例如羧基甲基纤维素或丙烯酸共聚物的锌颗粒以及电解液。胶凝剂使得锌颗粒保持在适当的位置并彼此相互接触。已知作为阳极集流器的导电金属钉通常被插到阳极材料中，与形成电池负端的端帽相接触。碱性电解液一般是氢氧化钾水溶液，但是也可以使用氢氧化钠或氢氧化锂其它碱溶液。阴极材料一般是二氧化锰，可以包括少量的碳或石墨以提高导电性。常规的碱性电池具有包括电池级颗粒二氧化锰的固体阴极。此处使用的电池级二氧化锰是指通常纯度至少约为91％重量比的二氧化锰。电解的MnO₂(EMD)因其高密度并且可以由电解方法方便地获得高纯度而成为用于碱性电池的二氧化锰的优选形式。EMD一般由硫酸锰和硫酸的浴直接电解制成。

常规的Zn/MnO₂碱性电池阴极中二氧化锰组份一般占70-87％重量比。可以向二氧化锰中加入颗粒石墨和KOH水溶液(7-11当量)以形成阴极混合物。这种混合物形成湿润固体混合物，使用柱塞或其它这样的形成与电池外壳接触的压缩固体阴极物质的压缩设备可以将其完全压缩进电池外壳中。该阴极材料可以预制成盘状而形成为以叠放方式插入电池的环，然后再压缩。

由于市购的电池尺寸是固定的，因此希望通过提高电极活性材料的表面积以及通过在电池中装入更多的活性材料而能够提高容量，即电池的有效使用寿命。这种方法有实践上的局限性。如果活性材料在电池中装得过密，就会降低在放电过程中的电化学反应速度，因此降低使用寿命。可能会产生其它有害的效果例如极化，特别是在高耗用电流下(高功率应用)。极化限制了在电极活性材料和电解液中的离子移动性，这就降低了使用寿命。碱性电池的MnO₂阴极活性材料和电池外壳之间的接触电阻也会降低使用寿命。这种接触电阻损耗一般会提高，尤其是在高功率应用过程中(在0.5-1瓦之间)电池放电时。

目前对更适合用于高功率应用的一次碱性电池有越来越多的商业需求。现代电子设备例如移动电话、数字摄像机和玩具、闪光装置、远程控制玩具、可携带摄像机和高强度灯就是这种高功率应用的例子。这种设备需要0.5-2安培之间并且更优选是0.5-1.5安培的高耗用电流速率，一般是脉冲耗用。相应地，它们需要在0.5-2瓦特的需用功率下操作。现代电子设备例如移动电话、数字摄像机和玩具、闪光装置、远程控制玩具、可携带摄像机和高强度灯就是这种高功率应用的例子。因此需要提供能可靠提高传统一次碱性电池特别是用于高功率应用的电池的有效使用寿命的方法，同时不会明显增加极化效应或有损电池性能的其它效应。

碱性电池的不锈钢外壳通常覆盖有包括关于电池和制造商的图片和印刷信息的标签。在电池领域的做法是，使得标签尽可能薄，以此给电池提供电化学活性物质的最大容量。常规的电池标签尽管是柔软的但是可热收缩的，一般由聚氯乙烯(PVC)或聚丙烯膜制成。但是也可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)。该标签一般是单层或双层，优选是单层。该标签通常的厚度是小于10密耳(250微米)，一般小于5密耳(125微米)。该标签典型的厚度是在3-10密耳(75-250微米)之间，更典型的厚度是在3-5密耳(75-125微米)之间。这种标签在例如美国专利4,608,323和5,443,668中已经披露。例如在US4,608,323提出，优选的封套(2层标签)的最大厚度总体来说约为80-85微米。它还指出这包括约40微米的外层、30微米的内层以及它们之间的用于油墨和透明粘合剂的约10-15微米。在这种厚度下，此标签提供了可忽略不计的绝热作用。

用于电池的条件指示器(电池上的测试仪)可以集成在部分标签之下，例如US5,612,151所述。因为这种指示器是薄的，并只覆盖非常小的一部分的外壳，因此它们对电池的绝热作用可以忽略不计。

图1是一碱性电池的截面图，其在壳体的外侧具有一绝热体。

图2是图1电池的截面示意图，显示了各层的半径。