[发明专利]碱性电池

说明书

本发明涉及到碱性电池，确切地说是涉及到碱性电池的凝胶化锌合金阳极。

汞齐化的(含汞的)锌合金粉末迄今已被用于碱性电池的阳极以抑制作为碱性电池阳极活性材料的锌粉末的可能腐蚀并维持带有这种阳极的电池的可接受储存性能。

然而从环境保护和防止污染的观点看，近年已要求降低阳极锌合金粉末中的汞含量和将含有非汞齐化的无汞锌合金粉末的电池推向市场。

从对各种非汞齐化(无汞)的锌合金粉末的各种研究中发现，加有铋、铝和钙中任一种的非汞齐化锌合金粉末具有优良的抗腐蚀性并可抑制由锌粉末的腐蚀所造成的气体的产生。于是这种锌合金粉末被认为是无汞碱电池的一种前景光明的阳极锌材料(见日本专利公开NO.Hei 5-86430)。

然而，在阳极中含有这种含铋或含铝或含钙的非汞齐化锌合金粉末的碱电池若以特定的负载电阻或电流经受放电，则有时可观察到电池放电容量急剧的降低。这种急剧降低现理解如下：在以特定负载电阻或电流放电的过程中，形成了一种具有电子导电性的枝蔓状氧化锌。所形成的枝蔓状氧化锌沉淀在阳极和阴极之间的隔板上，而且渗透隔板，其结果是在阳极和阴极之间出现内部短路。

为了防止这种内部短路，一个有效的方法是增加隔板的厚度从而使阴极和阳极之间的距离变大。另一个有效方法是用较薄的纤维作隔板以增加隔离的屏蔽性能，从而使隔板具有更紧密的织构。但若隔板做成更厚，则凝胶化锌阳极的填充量必须降低，而放电容量随活性材料的填充量的降低而降低。如果隔板具有更紧密的织构，则电池的内阻增大，从而使电池的性能变坏。

本发明的主要目的是提供一种有效防止上述由枝蔓状氧化锌的形成所造成的内部短路、且具有优良放电性能的碱电池。

根据本发明的碱电池包含一个阴极端、一个阴极混合物、一个含有无汞锌合金粉末和凝胶剂的凝胶化锌阳极、一个阳极电流收集器、一个阴极和阳极之间的隔板、以及碱性电解质。锌合金粉末至少包含铋、铝或钙中的一种。凝胶化阳极还含有硅。

硅元素在阳极中的出现有助于抑制放电过程中枝蔓状氧化锌的可能生长并且还抑制特定条件下引起的放电容量的降低。

在上述阳极中的硅含量最好是锌合金粉末重量的25-1500ppm。

在本发明的一种优选方式中，上述的阳极包含有机化合物中的硅元素。

在本发明的另一优选方式中，上述的硅元素以硅化物离子的形式包含在阳极中。

在本发明的另一优选方式中，硅元素作为组分被包含在上述锌合金中。

上述凝胶化阳极包含至少含有0.01-0.5％重量的铋、或0-0.5％重量比的铝、或0.005-0.5％重量的钙的无汞锌合金粉末是特别有利的。

锌合金粉末最好还含有0.01％-0.5％重量的铟。

从结合附图的下述详细描述中可更好地理解本发明的组织和内容及其其它的目的与特点。

图1是根据本发明最佳实施例的LR6(UM-3)型园柱碱电池的局部剖面前视图。

图1所示的电池按下法制备。在同时用作阴极端的镀镍金属容器1中放置多个模压成短圆筒的阴极混合片2，阴极混合片2的组合体再在金属容器1中被压缩。在圆形阴极混合物2的中央插入一个隔板3和一个隔离帽9之后，将凝胶化锌阳极4注入到形成在隔板3内部的凹槽中。

然后将组合有树脂密封元件5、同时用作阳极端的底盘7以及绝缘垫圈8的阳极电流收集器6插入到凝胶化锌阳极4中，并且将金属容器1的开口端辗压铆接以确保电池密封。然后用外标签10覆盖金属容器1的表面以得到一个电池。

凝胶化锌阳极4是用氧化锌同含40％重量的氢氧化钾的水溶液碱性电解质、凝胶剂和二倍于电解质重量的锌粉进行混合的方法来制备的。

在下面几段中将描述电池的几个特例。例1(带有有机化合物中的硅的BIC锌合金)

图1所示的LR6型圆柱碱电池采用包含含铋、铟和钙重量比各为500ppm的锌合金粉末阳极活性材料(以下称为“BIC”锌)以及含硅的可溶于水的聚乙烯醇聚合物的凝胶剂(可从KURARE公司购得，商标名为“R-polymerR-2130”)的凝胶化锌阳极来制备。凝胶剂的量步进式地改变以便将阳极中的硅元素的浓度调整到表1所列的锌合金粉末重量的25-3000ppm。

作为比较例1，除了此处采用了无硅的聚乙烯醇常规凝胶剂之外，在跟例1相同的条件下制备了另一个碱性电池。