[发明专利]具有改进的可靠性和放电性能的碱性电池单元

说明书

提供了一种包括锌基颗粒的用于碱性电池单元的负极，其中相对于电极中的总锌以重量计小于20％的锌基颗粒具有大于约150微米的粒径。还提供了包括所述负极的碱性电化学电池单元以及减少所述电化学电池单元放气的方法。

本申请要求于2015年1月16日提交的美国临时申请号62/104,265的权益，其全部内容通过应用整体并入本文。

技术领域

本发明技术总体涉及用于电化学电池单元的锌阳极领域。特别地，所述技术涉及具有改进的可靠性和放电性能的锌阳极。

背景技术

电池放气是电池充电和储存过程中的正常事件。此外，腐蚀反应过程中产生的氢气可增加电池单元内压，导致电解质泄露和电池单元完整性的破坏。这一过程称作“放气”。储存期间碱性电池中的气体产生是由阳极中存在的金属杂质上的还原反应驱动在阳极室内形成氢气的结果。部分放电后气体产生会增强，这是由于放电会除去保护性表面氧化膜。金属杂质作为污染物是阳极材料固有的，还可来源于其它电池材料，例如用于制造碱性电池的阴极、石墨、电解质、集电体、或其它添加剂。这些杂质可局部存在或随机分布。

放气可在电池中导致几种问题。例如，由于所产生的爆炸性氢气的积累，放气会引起安全顾虑。放气还会导致活性锌材料的消耗，从而永久性地降低电池容量。此外，放气还会消耗电池中阴极还原反应需要的水，从而进一步降低电池容量。所提出的解决与放气相关的问题的补救措施包括设计具有发生压力积累时会释放气体的安全排放口的电池单元、使用抗腐蚀材料、添加放气抑制剂或腐蚀抑制剂、以及最小化电池单元中金属杂质的存在。腐蚀反应过程中产生的氢气会导致电池单元内压的积累以及最终电池单元的电解质泄露。通常用来抑制储存过程中氢气产生的有机和无机抑制剂可能会显著抑制放电性能，从而使得它们的好处是不切实际的。

发明内容

在一个方面，提供了一种包括锌基颗粒的用于电化学电池单元的电极，其中相对于电极中的总锌以重量计小于20％的锌基颗粒具有大于约150微米的粒径。

在另一个方面，提供了一种包括锌基颗粒的用于电化学电池单元的电极，其中相对于电极中的总锌以重量计约10％到约20％具有大于约150微米的粒径。

在一个方面，提供了一种胶质阳极混合物，其包括：锌基颗粒，其中相对于电极中的总锌以重量计小于20％的锌基颗粒具有大于约150微米的粒径；胶凝剂；碱性电解质；以及表面活性剂。

在一个方面，提供了用来减少遭受放气的电化学电池单元的放气的方法，其中所述方法包括使用包括锌基颗粒的胶质阳极作为所述电池单元的活性阳极，其中相对于电极中的总锌以重量计小于20％的锌基颗粒具有大于约150微米的粒径。

附图说明

图1示出了由表观密度介于约2.73和约2.79g/ml之间的锌基粗颗粒和细颗粒含量导致的LR6电化学电池单元的放气特点。

图2示出了图1所述电池单元的数字静态照相机(DSC)性能。

图3示出了由表观密度为约2.55g/ml的锌基粗颗粒和细颗粒含量导致的LR6电化学电池单元的部分放电电池单元的放气特点。

图4示出了如图3所述的LR6电池单元的未放电电池单元放气。

图5示出了图3和图4所述电池单元的DSC性能。

图6示出了显示LR6部分放电(PD)电池单元放气对粉尘(小于45μm的颗粒)含量和锌粉末表观密度(g/ml)的依赖性的轮廓图。

图7示出了显示电池单元在160℉下储存1周后LR6的DSC性能对粉尘(颗粒小于45um)含量和锌粉末表观密度的依赖性的轮廓图。

图8示出了LR6PD电池单元放气对表面活性剂含量和胶质KOH浓度的依赖性。

图9示出了如图8所述DSC性能对表面活性剂含量和胶质KOH浓度的依赖性。