[发明专利]用作碱性干电池负极的金属

说明书

本发明涉及用作碱性干电池负极的金属(下面简称为负极金属)、该负极金属的制造方法和碱性干电池。更具体地说，本发明将固态负极金属代替常规的凝胶化的负极金属用于碱性干电池中。因此，当电池壳受到外部冲击时，可使负极金属与电解液以及集电极(collector)之间的接触保持稳定。

如图12所示，常规的碱性干电池包括：沿外壳(阴极外壳)1的内圆周表面放置的由电解二氧化锰和石墨组成的正极试剂2；置于正极试剂2内层，与该正极试剂之间通过隔膜(separator)3隔开的由含有胶凝剂的电解液4及作为负极活性材料且均匀地分散在电解液4之中的锌粉5组成的凝胶化的负极6；位于凝胶化的负极6中央(即沿电池壳的中心轴放置)的集电极8；以及外表面作为负极端且与集电极8的一端相接的底板7。

通常，在凝胶化的负极6中相邻的锌粉5不会被胶凝剂所团聚，它们的分散程度使之能相互接触。由于锌粉5均匀地分散，因此锌粉5和电解液4之间具有足够的相互间的接触面积，从而能有效地放电。放电产生的电流被棒状的集电极8所收集并向外输送。

但是，由于凝胶化的负极6是可流动的，因此电池壳由于跌落等原因遭受强烈的冲击或振动时，分散在凝胶化的负极6中的锌粉5会移动。结果，破坏了相邻的锌粉5之间的粘连和锌粉5与集电极8之间的粘连，并使它们之间的接触力下降。结果，产生电池放电性能下降以及不能从中获得稳定电流的问题。

考虑到上述问题作出了本发明。本发明的一个目的是提供一种用作碱性干电池负极的金属(下面称为负极金属)以及所述负极金属的制造方法。即使电池壳受到外部的冲击或振动，这种金属也能使其与电解液之间保持稳定接触并能使其与集电材料之间保持稳定连接，从而能向外部输送稳定的电流。

为了解决上述问题，本发明提供一种仅由Zn或者由含有锌作为主要成分的金属组成的负极金属，该负极金属被制成具有三维孔穴的棒状部件或管状部件。

当使用上述负极金属时，由于该负极金属是固态管状或棒状的且其具有三维孔穴，所以电解液能与该管状或棒状负极金属的整个表面及孔穴的表面相接触。因此，可有效地固定负极金属与电解液的反应面积。另外，当由于跌落或类似的原因而使电池壳遭受冲击时，与常规的凝胶化负极不同，由于该负极金属在电池壳中是以固态的形式存在的，所以负极金属的状态不会改变。因此，可稳定地保持负极金属和电解液间的接触。另外，通过使管状或棒状的负极金属与集电极接触的放置方式，可稳定地保持它们间的接触(连接)。因此可获得具有优良放电性能和抗振性的碱性干电池。此外，与常规的碱性干电池不同，所述电解液无需含有用于分散锌粉末的胶凝剂。因此使用该负极金属可降低碱性干电池的制造成本。

所述棒状的负极金属可以是圆形的或矩形的。同样，该管状的负极金属也可以是圆形的或矩形的。另外，所述棒状负极金属或所述管状负极金属可通过具有三维孔穴的片材卷绕而成。也就是说，具有三维孔穴的棒状或管状的负极金属不仅可直接由仅含锌或含有锌作为主要成分的金属制成，而且也可以由带有三维孔穴的片材卷绕而成。在这种情况下，在使用本申请人以前申请的专利中的制造多孔金属片材的方法制造仅由锌或由含有锌作为主要成分的金属组成的多孔金属片材以后，仅需卷绕该多孔金属片材即可。因此，很容易制造多孔金属片材。

上述“含有锌作为主要成分的金属”是指由锌和一种或多种非锌金属或半金属组成的材料。作为这种材料的一个较好的例子，最好使用Zn与至少一种选自Pb、In、Bi、Y、Sn、Mg、Al、Ca、Ag、V、Co、Ni、Zr、Nb、Hf、W和Si的元素的合金或混合物。

上述“仅由锌组成的金属”是指仅使用锌作为负极金属的原料。工业纯的Zn在锌以外含有少量杂质元素，因此元需指明负极金属是纯锌。

当用作碱性干电池负极的负极金属是由含有锌作为主要成分的金属组成的时，该负极金属最好是由一层Zn和与所述Zn完全熔合的任何上述非锌金属(金属元素)或半金属的合金层组成的。另外，该负极金属可由一层由锌粉(颗粒)和与所述锌粉部分熔融和连接的任何上述非锌金属或半金属的粉末组成的烧结金属层所组成。此外，该负极金属可由多层涂层所组成，即它可由一层锌涂层和涂覆在所述锌涂层表面上的任何上述金属或半金属的涂层所组成。

在所述负极金属中最好含有锌和任何上述非锌金属或半金属，因为这可以防止在电解液中锌的腐蚀和腐蚀产生的氢气。用锌和至少一种选自Pb、In、Bi和Y的合金或混合物制造所述负极金属可获得最佳的结果。

所述三维孔穴的孔隙度较好为25-95％。