[发明专利]压实材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形成压实盘的方法，比如通过将阴极材料压实成盘形状。本发明涉及一种改进的将材料压实成盘形状的方法。

背景技术

一次碱性电化学电池通常具有包含锌活性材料的阳极、碱性电解质、包含二氧化锰活性材料的阴极、以及位于阳极和阴极之间的电解质可渗透的隔离膜，所述隔离膜通常由纤维素或纤维质纤维和聚乙烯醇纤维构成。此类电池可被命名为Zn/MnO₂电池。阴极也可包含替代二氧化锰或与二氧化锰混合的羟基氧化镍(NiOOH)活性材料。此类主要包含羟基氧化镍作为阴极活性材料的电池可被命名为Zn/NiOOH电池。碱性电池壳体通常具有圆柱形形状，例如通常可得的为标准电池型号AAAA(42×8mm)、AAA(44×9mm)、AA(49×12mm)、C(49×25mm)和D(58×32mm)型号。

在Zn/MnO₂电池中，阴极通常包含如下物质的混合物：二氧化锰、石墨、通常为含水氢氧化钾的碱性电解质、和任选的少量的粘合剂材料诸如聚乙烯粘合剂。用于阴极的二氧化锰优选为电解二氧化锰(EMD)，其可以通过含硫酸锰和硫酸的电解液的直接电解而制备。EMD是理想的，这是由于其具有高密度和高纯度。EMD的电导率相当低。在阴极混合物中加入导电材料以提高单独的二氧化锰颗粒之间的导电性。此类导电添加剂也改善二氧化锰颗粒和电池外壳之间的导电性，所述电池外壳也用作阴极集流体。合适的导电添加剂可包括例如导电性碳粉诸如炭黑，包括乙炔黑、薄片状结晶天然石墨、薄片状结晶人造石墨，包括膨胀石墨。石墨诸如片状天然石墨或膨胀石墨的电阻率通常可介于约3×10^-3ohm-cm和4×10^-3ohm-cm之间。

用于圆柱形形状的电池的碱性电池阴极通常被成形为具有中空中心芯的盘的形状。(如本文所用，术语阴极盘也可称作阴极粒料或片料。)所述盘的顶部表面和底部表面为平坦的，其中圆柱形表面位于它们之间。通常将多个盘插入到电池壳体中并且将它们以一个位于另一个上面的方式堆叠起来，例如，如代表性的有关Zn/MnO₂电池的美国专利6,251,539B1和有关Zn/NiOOH电池的U.S 7,273,680B2中所示。盘的中空中心芯由沿盘的中心纵向轴线延伸的阴极盘内表面限定。阴极盘的内表面通常为圆柱形形状，但也可为其他规则或不规则的曲线形状，例如，如美国专利6,514,637B2中所示的形状。在将阴极盘插入到电池壳体中之后，插入分隔体膜片以衬垫阴极盘的内表面，即衬垫盘的中空芯。然后提供通常呈胶凝锌浆液形式的锌阳极材料以填充阴极的中空芯。例如，锌颗粒可与常规的胶凝剂诸如羧甲基纤维素钠或丙烯酸共聚物的钠盐和通常为含水氢氧化钾的碱性电解质混合。胶凝剂起到让锌粒悬浮并使它们保持相互接触的作用。因此，填充过的电池具有与壳体外壳电接触的阴极。通常将细长集流体插入到阳极材料中。细长集流体与端帽组件(与电池壳体绝缘)电接触。端帽组件被卷曲到电池壳体上以闭合电池，如例如上文引用的参考文献U.S.6,251,539和U.S 7,273,680中所示。

阴极盘通过如下方式来制造：将阴极混合物插入到模腔中并且启动冲杆组合件以压缩阴极混合物(当其位于模腔中时)。阴极混合物可在上冲杆(第一冲杆)和下冲杆(第二冲杆)之间被压实，所述上冲杆和下冲杆形成冲杆组合件的一部分。在压实过程中，上冲杆下压到阴极混合物的表面上，同时下冲杆上移或保持静止。压实阴极盘通过下压杆的作用从模头中排出，所述下压杆上压到盘的底部表面上从而将盘从模头中顶出。

与形成此类用于碱性电池的阴极盘相关联的一个长期存在的问题是，当将盘从模头中排出时，趋于在阴极盘和模腔壁及上冲杆之间的小间隙空间中形成阴极材料的毛边。具体地讲，当上冲杆末端的边缘磨损时，阴极材料的毛边可变得更明显。随着上冲杆末端边缘的磨损，冲杆和模腔壁之间的间隙增加。此类间隙的增加在盘和模腔壁之间产生空隙空间。当压实阴极从模头中排出时，所述空隙空间可导致阴极材料的毛边。此类阴极材料的毛边造成阴极材料的薄网或薄翼连结到并突出于盘的顶部表面和盘的外表面的顶部边缘。作为从成形的阴极盘50的顶部突出的毛边材料55和55a的此类材料网示出于图10中。这导致不平的或不均匀的阴极盘的顶部边缘，因此必须在将盘插入到电池中之前将其除去。