[发明专利]具有无汞负极的原电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种原电池(电化学电池)，其特征特别地在于无汞负极。本发明还涉及一种可生产这种具有无汞负极的原电池的方法。

背景技术

诸如电池和蓄电池的原电池目前用于很多种领域中。它们特别地用于向便携式装置供应电能。在诸如手表和助听器的很小的装置中，优选地以纽扣电池的形式使用原电池。特别地，助听器具有相对较高的电力消耗。因此，通常使用电池来向助听器供电，所述电池包括电化学系统锌-空气(zinc-air)，其特征在于特别高的容量。在市场上可购买到的锌-空气电池是不可再充电的，且因此必须在用后被丢弃。但这会有问题，因为它们可包含高达大约1wt％的汞，其不应当进入环境。

汞在电极中，例如在锌-空气电池和氧化银电池中的阳极中特别地具有改进单个锌颗粒之间电接触的功能。因此，其提高了电极的总内部电导率。这对于逐步放电状态尤其特别重要。原因在于在放电期间导电活性材料锌转变为不导电的氧化锌，使得电极内的电流传导受到不断增大的电阻对抗。因此，在不添加充分汞的情况下，由于在电极内部差的电接触，通常并非所有的锌颗粒都会转变成氧化锌。因此并未充分利用电极的理论能量含量。

然而，由于汞对于环境和人和动物健康的潜在危害，需要完全排除其在中期的使用。因此需求无汞的原电池，特别是纽扣电池类型的那些原电池。

发明内容

本发明的目的在于提供这种原电池。焦点主要放在电极开发，其关于先前所提到的不完全锌转化问题得到优化且其在这点至少不会显著地次于含汞电极。

这个目的由具有根据权利要求1所述的特征的原电池和具有权利要求9所述的特征的用于生产原电池的方法来实现。根据本发明的原电池的优选实施例在从属权利要求2至8中规定。根据本发明的方法的优选实施例可见于从属权利要求10至17中。由此所有权利要求的措辞以参考的方式结合到本说明书的内容中。

根据本发明的原电池包括无汞负极，其特征特别地在于其基本上仅由金属或金属合金和非金属导电剂组成。

令人吃惊地已经发现现有技术中已知的原电池的负极中汞的比例可由非金属导电剂的含量替换，而不会由于负极中内部接触问题导致电池的不完全放电。

特别优选地，根据本发明的原电池的负极基本上由金属或金属合金的颗粒组成，其表面至少部分地涂布有非金属导电剂。在电极中，除了在颗粒间存在的直接接触之外，这些单个颗粒额外地经由非金属导电剂彼此电接触。这导致根据本发明的原电池的显著良好的放电性质。

非金属导电剂优选地以0.01wt％与5wt％之间的比例包含于无汞负极中。在此范围内，在0.05wt％与1.5wt％之间，特别是在0.1wt％与0.3wt％之间的比例是更优选的。

如上文所提到的那样，根据本发明的原电池的无汞负极“基本上”由金属或金属合金和非金属导电剂组成。在本发明的范围中限制“基本上”应被理解为表示除了前述组分之外负极仅包含很少量的常规的用于电极的其它添加剂(自然地，除了汞之外)，作为的补充。优选地，在负极中这些添加剂的比例通常不超过5wt％。其优选地小于1.5wt％。

因此，在优选实施例中，根据本发明的原电池具有负极，除了前述组分之外，所述负极还包括粘结剂作为这种常规添加剂，且粘结剂特别地在0.01wt％与5wt％之间的比例。在此范围内，在0.05wt％与1.5wt％之间，特别是在0.1wt％与0.3wt％之间的比例是更优选的。

用于负极的金属或金属合金优选地为锌或锌合金。在优选实施例中，根据本发明的原电池因此可为锌-空气或氧化银电池。

而且，优选地金属或金属合金为储氢合金。适合于电池的储氢合金是本领域技术人员熟知的，所谓的AB₅合金特别合适，即，例如由一种或多种稀土金属的合金组成，诸如以1∶5比例的镧和镍。可选地，储氢合金也可包含一种或多种另外的金属作为添加剂。在优选实施例中，根据本发明的原电池因此可例如也为镍-金属氢化物电池，即，可再充电的电池。

非金属导电剂优选地为基于碳的导电剂。虽然也能使用碳纳米管(CNT)，但是炭黑和/或石墨特别地优选地合适。也可采用所述碳改性物(modification)中的两个或三个的混合物。适合作为导电剂的碳材料，诸如导电炭黑或导电石墨，可在市场上购买到且无需在本申请的范围中详细地解释。这也适用于前述碳纳米管。

非金属导电剂本身优选地基本上完全不含金属组分或杂质。优选地，其至少99.9wt％由碳组成。