[发明专利]锌/空气电池

说明书

本发明涉及具有包含锌的阳极和空气阴极的锌/空气电池。本发明涉及添加于阳极合剂以便在冷却时粘接其中锌颗粒的熔融金属粘合剂。

锌/空气电池通常为小型钮扣电池的形式，它有作为用于包括可编程式助听器在内的电子助听器的电池的特定用途。这种小型电池通常具有直径大约4～12mm和高度大约2～6mm的盘式圆柱体形状。锌空气电池也可以制成具有尺寸与常规的AAAA、AAA、AA、C和D尺寸的Zn/MnO₂碱性电池相当的圆柱形外壳的稍大些的尺寸和甚至更大的尺寸。

小型锌/空气钮扣电池通常包括一个阳极外壳(阳极杯)和一个阴极外壳(阴极杯)。阳极外壳和阴极外壳通常各有一个带有整体封闭端和相对的敞口端的杯形体。在所需材料填入阳极和阴极外壳之后，通常阳极外壳的敞口端插入阴极外壳的敞口端并通过扣压密封该电池。阳极外壳中可以填充包含锌颗粒在内的混合物。通常，锌混合物包含汞和胶凝剂并在电解液添加于该混合物时变成凝胶体。电解液通常是氢氧化钾的水溶液，不过也可以使用其他的含水碱性电解液。阴极外壳包括一个空气扩散层(空气过滤层)，该层衬里于阴极外壳封闭端内表面。空气扩散层可以从多种透空气材料，其中包括纸和多孔聚合物材料中选择。空气扩散层邻接阴极外壳封闭端表面上的气孔。通常包含颗粒状二氧化锰、碳和疏水(hydrophobic)粘合剂的混合物的催化材料可以在空气扩散层上在空气扩散层不接触气孔的侧面填入阴极外壳。一个离子渗透分离层通常涂布于催化材料上致使它朝向阴极外壳的敞口端。

阴极外壳通常可以是镀镍不锈钢，例如镀镍层形成阴极外壳的外表面而不锈钢形成阴极外壳的内表面。阳极外壳也可以由镀镍不锈钢制成，通常镀镍层形成外壳的外表面。阳极外壳可以由包括带有镍质外层和铜质内层的不锈钢的三层材料制成。在这种实施例中镍质层通常形成阳极外壳的外表面而铜质层形成阳极外壳的内表面。铜质内层是希望的，因为它在锌颗粒与阳极外壳封闭端处的电池负端之间提供一个高导电率路径。一个耐用聚合物材料绝缘环可以套在阳极外壳外表面上。绝缘环通常由当挤压时耐变形(冷变形)的高密度聚乙烯、聚丙烯或尼龙制成。

在阳极外壳中填充了锌混合物之后和在空气扩散层、催化剂、以及离子渗透分离层放入阴极外壳之后，阳极外壳的敞口端可以插入阴极外壳的敞口端。然后阴极外壳的周围边缘可以扣压在阳极外壳的周围边缘上以形成严密密封的电池。环绕阳极外壳的绝缘环防止阳极杯与阴极杯之间的电气接触。一个可移贴片置于阴极外壳表面上的气孔之上。使用之前去掉该贴片以露出气孔让空气进入并激活该电池。阳极外壳封闭端的一部分可以作为电池的负端发挥功能而阴极外壳封闭端的一部分可以作为电池的正端发挥功能。

通常，在阳极混合物中添加至少锌的重量1％，例如大约重量3％的汞。向阳极混合物添加汞是为了改善阳极混合物中锌颗粒之间的颗粒间接触。这本身又提高阳极内的导电率从而造成提高了的电池性能，例如锌的较高的实际比容量(Amp-hour/g)。汞的添加还倾向于减少发散氢气，发散氢气可能在锌/空气电池放电期间或当电池在放电之前或之后存放时发生。发散气体如果过多，则增加电解液泄漏的机会，这可能损坏或破坏助听器或被供电的其他电子部件。世界上许多地区如今因为关心环境而严格限制在电化学电池中使用汞。如果代替汞而添加其他可能的发散气体抑制剂，则它们或者明显降低阳极导电率或者不得不大量添加，从而明显降低电池的容量(mAmp-hrs)。

美国专利3,897,265号公开了一种带有插入阴极外壳的阳极外壳的有代表性的锌/空气钮扣电池结构。公开了一种在阳极外壳与阴极外壳之间的绝缘件。该阳极包含与汞混合的锌。该电池在阴极外壳封闭端处包括一个朝向阴极外壳表面上的气孔的包括空气扩散层、阴极催化剂、和分离层的组件。

美国专利5,279,905号公开了一种小型锌/空气电池，其中很少或没有向阳极混合物添加汞。代之以阳极外壳的内层用一层铟覆盖。所公开的阳极外壳可以是一种包括在外表面用镍镀敷而在内表面用铜镀敷的不锈钢的三层材料。铜质层至少1微英寸(25.4×10^-6mm)。该文献公开了在带有一层铟的阳极外壳的内表面上覆盖铜质层。该铟质层公开为大约1微英寸～5微英寸(25.4×10^-6mm～127×10^-6mm)。

希望提高锌/空气电池的阳极中的锌的颗粒间导电率而不添加汞并且不明显增加发散气体。

希望提高阳极中的锌的实际比容量(specific capacity)(m-Amp/g)而不添加汞。