[发明专利]电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池、以及相关的组件及方法。

发明背景

电池或电化学电池是通常使用的电能来源。电池包含通常称作阳极的负极和通常称作阴极的正极。阳极包含可被氧化的活性材料；阴极包含或消耗可被还原的活性材料。阳极活性材料能够还原阴极活性材料。

当使用电池作为装置中的电能来源时，阳极和阴极发生电接触，使电子流过装置，发生相应的氧化和还原反应以提供电能。与阳极和阴极接触的电解质包含流过位于电极之间的分隔体的离子以在放电期间保持电池整体的电荷平衡。

本专利申请涉及电池排列和生产电池排列的方法，所述电池排列最小化电池失效。例如，阳极材料颗粒的迁移可导致阳极颗粒之间的导电性减弱。此外，阳极材料迁移而直接接触阴极材料可导致电池的内部短接。迁移可起因于电池在使用之前或使用期间所经受的震击力。例如，商店货架上的电池可能会跌落到硬质表面上。因此，本文所公开的各种排列最小化阳极材料的迁移和/或最小化阳极材料和阴极材料之间的接触。

发明概述

本发明公开了一种碱性电池，所述碱性电池包括外壳、在外壳内的阴极、阳极、位于阳极和阴极之间的分隔体、以及接触阳极和阴极的碱性电解质。阴极限定阳极腔体，并且阳极沉积在阳极腔体内。阴极具有邻近阳极腔体的顶部表面。该电池包括沉积在阴极的顶部表面上的保护层。

在一些实施方案中，阳极可包括锌，并且阴极可包括二氧化锰。

在一些实施方案中，分隔体可包括卷绕成套管的分隔体材料片，所述套管具有纵向壁，所述纵向壁限定对应于阳极腔体的尺寸的横截面形状。分隔体可在套管的至少一个纵向末端包括多个凹口，所述凹口限定多个片段。所述多个片段可相对于套管的纵向壁径向地向内设置以限定横向壁。例如，外壳可包括电池封闭件，所述电池封闭件具有设置在阳极腔体上方的凸形内表面，并且横向壁可具有凸面形状并且可邻接凸形内表面。在一些实施方案中，套管可具有按套管的表面积计至少25％重叠的纸材。例如，套管可包括按套管的表面积计至少80％重叠的纸材，并且所述多个片段径向向外延伸以限定保护层。

在一些实施方案中，保护层可包括垫圈形分隔体材料片。在一些实施方案中，保护层可包括聚乙烯醇层、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物层、或乙酸乙烯酯/乙烯共聚物层。例如，保护层可为硼酸交联聚乙烯醇层。在一些实施方案中，电池可在阴极或阳极的顶部表面、或者阴极和阳极的顶部表面上包括交联聚乙烯醇层，该层可补充保护层。在一些实施方案中，保护层可为电绝缘的。例如，保护层可包括耐氢氧化钾的聚合材料(例如，基于聚酰胺的密封剂和/或基于沥青的密封剂)。

在一些实施方案中，电池还可包括沉积在腔体内的阳极上的凝胶。凝胶材料可包括一定量的电解质和一定量的也存在于阳极内的胶凝剂。

在一些实施方案中，该电池的结构可使其成为如下的电池：小于2％的电池在跌落试验前开路电压(“OCV”)测量和跌落试验后OCV测量之间经历大于0.01伏的电压降。该电池的结构也可使其成为如下的电池：至少98％的电池在跌落试验之后保留电池容量的至少95％。跌落试验包括以下步骤：从1米的高度使电池跌落六次到混凝土表面上，包括使每个电池跌落使得电池的每个末端触地两次，并且使得其沿电池外壳的侧面触地两次；并且在六次跌落之后且在用跌落试验后OCV测量测试电池或确定电池的剩余容量之前，将电池在室温下贮藏至少24小时。

在一些方面，本发明公开了一种碱性电池，所述碱性电池包括外壳、在外壳内的阴极、阳极、位于阳极和阴极之间的分隔体、以及接触阳极和阴极的碱性电解质。阴极限定阳极腔体，并且阳极沉积在阳极腔体内。电池包括沉积在阳极腔体内的阳极上的凝胶。凝胶包括电解质和胶凝剂。

在一些方面，本发明描述了一种碱性电池，所述碱性电池包括外壳、在外壳内的阴极、阳极、位于阳极和阴极之间的分隔体、以及接触阳极和阴极的碱性电解质。阴极限定阳极腔体，并且阳极沉积在阳极腔体内。外壳包括电池封闭件，所述封闭件具有设置在阳极腔体上方的内表面。分隔体包括卷绕成套管的分隔体材料片，所述套管具有纵向壁，所述纵向壁限定对应于阳极腔体的尺寸的横截面形状。分隔体在套管的一个纵向末端包括多个凹口。所述凹口限定多个片段。所述多个片段相对于纵向壁径向地向内设置以限定邻接内表面的横向壁。