[发明专利]其阴极含钛酸盐添加剂的碱性电池

说明书

本发明一般涉及有阴极添加剂的电化学电池，尤其涉及一次碱性电化学电池，其阴极有由二氧化锰、一种或多种钛酸盐添加剂和其它阴极成份组成。

典型的碱性电池包括：带有形成于其内表面的由作为活性材料的二氧化锰组成阴极的圆柱形钢罐、由置于电池中心的锌组成的阳极、置于阴极和阳极之间的隔离膜、和同时与阳极、阴极、及隔离板接触的碱性电解质。导电阳极电流集电器插在阳极活性材料中，由封闭件来封闭钢罐开口端。

设计碱性电池的最初目的是增加电池的使用性能。使用性能是指电池在给定负载下放电到一特定电压的寿命，在此压下电池不能再按其预期目的使用。增加使用性能的一种方法是增加电池的内部容量，以增加电池内活性材料的量。然而，电池的商品外部尺寸是固定的，因此限制了增加电池内活性材料量的能力。为了在保持电池外部尺寸的同时，在电池内容纳更多的活性材料，常规的碱性电池的钢标签已经用一种较薄的金属化塑料膜代替。这样，钢罐便可以增大以提供较大的内部空间。通过改换薄塑料膜标签，典型的碱性电池的使用性能有显著增加。

增加电池使用性能的另一方法是保证较好地利用电极材料。授于Mieczkowska等人的美国专利5,342,712中采用了这种方法，它公开了一种将锥型钛粉二氧化钛作为添加剂用于以由二氧化锰作活性材料的阴极。尽管已增加了使用性能，但必寻找增加使用性能的新方法维持电池设计者的最初目的。

本发明通过向活性阴极材料添加一种或多种钛酸盐添加剂，来改进碱性电池的使用性能。为了实现这些和其它优点，根据本文所概括和大致描述的本发明的目的，本发明的阴极由二氧化锰活性材料和钛酸盐添加剂构成，所说钛酸盐添加剂由BaTiO₃、K₂TiO₃、CoTiO₃、和SrTiO₃中的一种或多种组成。本发明的阴极特别适用于有锌阳极和碱性电解质的电化学电池。

在参照附图阅读了下面的说明书和权利要求书后，实施本发明的人和本领域的技术人员会认识到本发明的这些和其它特点、目的和有益效果。

图1是根据本发明的一种电化学电池结构的剖开透视图。

图2是其阴极没有添加剂的标准碱性电池和其阴极带添加剂的电化学电池的使用性能比较曲线图。

图1是典型圆柱形碱性电池10的剖开透视图。碱性电池10包括具有圆柱形和一开口端的钢罐15。金属化的塑料膜标签16在除端部外的钢罐15的外表面形成。钢罐15的封闭端是一最好由平板钢构成的正极盖17。膜标签16覆盖正极盖17的周边。

在钢罐15的内表面形成最好由二氧化锰、石墨、45％的氢氧化钾溶液、去离子水、TEFLON^TM溶液和添加剂的混合物构成的阴极20。在阴极20的内表面周围最好设置由防止电池中任固体粒子移动的无纺织纤维构成的隔离板30。在隔离板30的内部设置由氢氧化钾构成的电解质40。在电解质40内设置最好由锌棒、胶凝剂、和其它添加剂构成的阳极50，并与可由黄铜构成的电流集电器60接触。

电流集电器60与形成于钢罐15的开口端的黄铜铆钉70接触。在钢罐15的开口端形成尼龙封口71，以防止钢罐15内所含的活性配合剂泄漏。尼龙封口71接触到金属垫圈72和内电池盖74，该内电池盖最好是由钢构成。最好是由平板钢构成的负极盖75与内电池盖74及黄铜金铆钉70接触，通过在尼龙封口上形成的孔，该黄铜铆钉接触到电流集电器60。负电极盖75借助于尼龙封口与钢罐15电绝缘。

D型电池上的根据本发明的阴极最好由近似71.76至81.66(wt)％的MnO₂、约8.52(wt)％的石墨、约7.87(wt)％的碱溶液如45％KOH溶液、约0.36(wt)％的去离子水、约1.49(wt)％的粘合剂材料如TEFLON^TM溶液、和近似0.1至10(wt)％的添加剂组成。更好的是，MnO₂的重量百分比在约76.76至80.76之间，添加剂的重量百分比在1至5之间，以使MnO₂和添加剂的综合重量百分比最好是个近似81.76的常数。用于阴极的碱溶液的量根据电池尺寸而变化，粘合剂材料的量也同样变化。添加剂最好是钛酸盐X(TiO₃)，如BaTiO₃、K₂TiO₃、SrTiO₃和CoTiO₃。