专利名称：具有改善阳极的碱性电池的制作方法
具有改善阳极的碱性电池发明领域本发明涉及用于碱性电池的锌阳极。本发明涉及一种通过预成型 固体多孔物质而制备的阳极，所述多孔物质包括含水碱性电解质添加 到其上以形成最终阳极的锌粒。本发明涉及将锌纤维股加到阳极上。发明背景常规的碱性电化学电池具有包含锌的阳极和包含二氧化锰的阴 极。电池典型地由圆柱形壳体形成，但具有平表面的壳体或盘型纽扣 电池也是可能的。外壳最初形成有扩大的开口端和相对的封闭端。当 提供了电池内容物之后，将具有绝缘插头的端帽插入到开口端内。一 般通过将壳体边缘巻曲到绝缘插头边缘上并径向压缩绝缘插头周围的 壳体使电池封闭以提供紧密的密封。可将与阳极电接触的端帽板连接 到插头之上以形成负端子。在相对的封闭端处的电池外壳的一部分形 成正端。一次碱性电化学电池典型地包括含有锌阳极活性材料的阳极、碱 性电解质、含有二氧化锰阴极活性材料的阴极以及阳极与阴极之间的 电解质可渗透的隔离膜。(阳极活性材料在本文定义为放电时进行有 益的电化学反应的阳极材料。)隔板可典型地为纤维素或纤维质和聚 乙烯醇纤维。例如，阳极活性材料可包括与常规胶凝剂(例如羧甲基纤维素钠或者丙烯酸共聚物的钠盐)混合的锌粒和电解质。与碱性电 解质接触后开始活化的胶凝剂用于将锌粒悬浮在胶凝介质中并使它们 保持相互接触。典型地采用插入到阳极活性材料中的导电金属钉作为 阳极集电器，其电连接到负端端帽。电解质可以是碱金属氢氧化物例 如氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂的水溶液。阴极典型地包括作为电 化学活性材料的粒状二氧化锰，其与典型为石墨材料的导电添加剂混 合以提高导电率。任选地，可将聚合物粘合剂和其它添加剂如含钬化 合物加入到阴极中。式制备。该浆液典型地通过形成包括含水碱性电解质的胶凝电解质混 合物(优选胶凝含水氢氧化钾)来制备。例如，这种胶凝电解质可通 过将胶凝剂如聚丙烯酸胶凝剂与含水碱性电解质混合而形成。然后将 包含少量表面活性剂的锌粉末共混物典型地混合到胶凝电解质中以形 成阳极浆液混合物。阳极浆液混合物常规地用浆液泵抽入到电池阳极 腔体中。尽管浆液泵被设计成阻止空气进入浆液混合物中，然而当浆 液被抽入到电池阳极腔体中时，该泵典型地允许少量空气进入浆液中。 这样会造成小气穴在被抽入到电池阳极腔体中的阳极混合物内产生。这种气穴在尺寸上可为微观的，但更典型地当用简单的X射线摄影仪无需放大检查阳极时，有一些肉眼可见的这种气穴。任选地，在将浆 液抽入到阳极腔体中之后，可加入一些附加含水电解质以调整阳极混 合物中的电解质组成。然而，这种附加电解质并不会明显减少阳极浆 液中的气穴数目。阳极浆液内这种气穴的存在趋于降低阳极的总体导 电性，因为其减弱了气穴区域内的锌粒间接触程度。在商业电池装配线中，这种锌浆液趋于堵塞分配管，导致装配线 中断运转。此外，大批浆液的贮存在一段时间后趋于导致一些锌粒的 沉积或沉淀，这可最终导致锌粒的非均匀分配。锌粒沉积或沉淀也可 发生于已经分配到电池中的胶凝锌浆液中，例如，在电池长期存放或 经历一些震动或振动情况下。锌粒的这种沉淀将导致阳极内锌的非均 匀分配以及随后的电连续性丧失。此外，将阳极浆液抽入到非常小尺 寸的、尤其是小的不规则形状的阳极腔体内变得较困难。在这种情况 下，制备浆液混合物必须更关注锌粒形状及浆液流动性(稠度)，这 样会从总体导电性的角度损害最终阳极。在小尺寸电池例如迷你纽扣 电池中，可通过将离散锌粒与胶凝剂的混合物分配到电池阳极腔体中 并加入含水碱性电解质以形成胶凝阳极来制备阳极。在商业生产中， 这是形成用于锌/空气电池阳极的一种低效且速度受限的方法。其还导
致锌粒在胶凝阳极内的分配不均匀。用于阴极的二氧化锰优选为通过硫酸锰和硫酸的浴的直接电解制备的电解二氧化锰(EMD)。 EMD由于其具有高密度和高纯度而是理想 的。EMD的电阻率相当低。典型地，将导电材料加入到阴极混合物中 以改善单独的二氧化锰颗粒之间的导电性。这种导电添加剂也改善二 氧化锰颗粒与电池外壳之间的导电性，所述外壳还用作阴极集电器。 合适的导电添加剂可包括例如导电碳粉末，如炭黑，包括乙炔黑、薄 片状结晶天然石墨、薄片状结晶人造石墨，包括膨胀石墨。石墨如薄 片状天然或膨胀石墨的电阻率可典型地介于约3xl(T3 Q-cm和 4xl(T3 Q-cm之间。期望不必制备作为锌浆液混合物的阳极。然而，期望制备预成型 固体形式的阳极，其可作为干燥固体插入到阳极腔体中，而无需将浆 液混合物抽入到阳极腔体中。发明概述本发明涉及一种形成用于碱性电池的包含锌的阳极的方法。形成 本发明阳极的方法适于制备用于碱性电池、尤其是一次(不可充电的) 碱性电池的锌阳极。本文所用术语"碱性电池"旨在包括其中电解质 为碱性电解质的能够产生电能的电化学电池。这种电池典型地具有包 含粒状锌的阳极、包含二氧化锰的阴极和优选包含氢氧化钾的含水碱 性电解质。术语"碱性电池"旨在扩展至并包括利用碱性电解质的金 属/空气电池，尤其是锌/空气电池。本发明方法也可用于制备具有不同于二氧化锰的阴极的碱性电池 中的包含粒状锌的阳极，前提条件是这种电池采用含水碱性电解质， 例如，包含含水氢氧化钾。本发明方法可用于制备用于碱性电池的锌 阳极，而不管电池总体形状。例如，电池可为圆柱形电池、纽扣电池 或扁平电池，前提条件是该电池采用含水碱性电解质。可利用本发明 阳极，而不管碱性电池的阳极腔体的形状。例如，本发明阳极适用于 不规则形状的阳极腔体，如美国6, 482, 543 Bl中所公开的。
本发明方法也可用于制备适用于锌/空气电池的锌阳极。这种电池 典型地采用包含粒状锌的阳极和通常包含氢氧化钾的含水碱性电解 质。这种锌/空气电池通常以例如用于助听器的纽扣电池形式采用。锌 /空气电池也可为细长的圆柱形电池形式。锌/空气电池用空气去极化 并典型地具有包含二氧化锰的阴极。二氧化锰可用作阴极催化剂或部 分用作在电池放电期间进行有益的电化学反应的活性阴极材料。本发明的 一个方面涉及制备含水润湿锌糊剂并将该糊剂模制成用 于碱性电池的阳极腔体的大致形状。这可通过将润湿糊剂加入到其内 具有腔体的钢、陶瓷或塑料模头中而方便地实现，所述模头腔体为电 池阳极腔体的大致形状。糊剂在加压下填充腔体并从而呈现所述腔体形状。糊剂可在环境温度下短时间(典型地2至3秒)加压模制到 模头腔体中。以这种方式模制的糊剂形成容易从模头中去除的润湿锌 物质(润湿预成型件)。润湿锌物质(润湿预成型件)具有足够的结 构完整性，从而其可独立于模头外部，同时保持其模制的形状。然后 加热独立式润湿预成型件以蒸发水分，从而得到可贮存直至电池准备 用于组合的固体干燥多孔锌物质(固体预成型件)。润湿锌物质(润湿预成型件)如下形成使用电/机械搅拌机将锌 粒、表面活性剂、水凝胶粘合剂、聚乙烯醇粘合剂和水的混合物共混 成糊剂，直到所述糊剂具有均匀稠度。调整共混物中粘合剂与水的用 量以控制糊剂稠度。不向润湿糊剂中加入碱性电解质。然后将润湿糊 剂插入到钢、陶瓷或塑料模头内的腔体中。模头腔体具有电池阳极腔 体的大致形状，但优选稍小。润湿糊剂可具有非常类似润湿水泥的稠 度，并因此可方便地挤压到模头腔体内。润湿糊剂可在环境温度下短 时间(典型地约2至3秒)加压模制到模头腔体内，从而其变得致 密并完全呈现腔体形状。例如，润湿糊剂可填充到具有理想的阳极腔 体大致形状的模头腔体内。模头腔体出口端可邻接可分离的固体基座。 可利用压杆的第一行程将润湿糊剂挤压到模头腔体内以形成致密的润 湿锌物质(润湿预成型件)。模头基座可被去除，并且压杆的第二行 程促使润湿锌物质(润湿预成型件)离开模头腔体。润湿锌物质中的
粘合剂(尤其是聚乙烯醇)有助于赋予该润湿物质足够的结构完整性 使得其尺寸稳定。聚乙烯醇用作将锌粒保持在一起的胶水。润湿锌物 质为尺寸稳定的，即，至少保持其大致整体形状并且可独立于模头外 部。术语"尺寸稳定的"当然也扩展至并包括完全保持其在模具内形 成并此后从模具中移除时所获得的形状的润湿物质。可采用使润湿糊剂成形的其它方法，例如，可将润湿糊剂插入到敞开模头模具内；可;湿锌物质:然后可将模头模具反转以"放该致密物质。1由模头腔体或模具释放出的润湿锌物质优选为其将被插入的阳极腔体的大致形 状。形成润湿锌物质(润湿预成型件)的润湿糊剂包括锌粒、表面活 性剂、水凝胶粘合剂、聚乙烯醇粘合剂与水的混合物。表面活性剂优选为二壬基酚磷酸酯表面活性剂，例如以商品名"RM-510"市售于 Rhone-Poulenc的那种。粘合剂包括a)可为市售胶凝剂形式的一种 或多种水凝胶和b)聚乙烯醇粘合剂。优选的水凝胶粘合剂为以商品名"CARB0P0L C940"市售于B. F. Goodrich的交联丙烯酸聚合物胶凝 剂。CARB0P0L C940粘合剂可单独使用。然而优选地，将以商品名"Waterlock A-221"市售于Grain Processing Co的接枝到淀粉主 链上的水解的聚丙烯腈加入以形成总的水凝胶粘合剂。加入聚乙烯醇 以为润湿糊剂提供结构完整性，从而其可被模制。从模头腔体移出的润湿锌物质(润湿预成型件)可具有以下组成 锌(80%至94%重量)、表面活性剂，如二壬基酚磷酸酯RM-510表 面活性剂(0.05%至0.2%重量)；包括例如CARB0P0L C940粘合 剂(O. 5%至3%重量)和WATERL0CK A-221粘合剂(0. 05%至0.33% 重量)以及聚乙烯醇(O. 2%至1%重量)的总粘合剂(0. 5%至3%重 量)；和水(3%至18%重量)。聚乙烯醇优选具有介于约85000和 146000之间的分子量。这种聚乙烯醇可以固体形式商业获得。在将其 加入到锌粒中之前可用水方便地溶解。当从模头腔体中移出的润湿锌 物质(润湿预成型件)放置在平面上时至少保持其大致形状。换句话
讲，其为尺寸稳定的。任选地，可将隔板材料包裹在润湿锌物质(润 湿预成型件)周围。可将具有或不具有包裹在其周围的隔板材料的润 湿锌物质以自立式放置在暴露于环境空气的烘箱中进行干燥。其上具有或不具有隔板的润湿锌物质理想地在介于约55t:和120x:之间的温度下，例如在约55°C的温度下加热至蒸发其内水分的至少一部分。应当理解，本文所用术语干燥或干燥的是指通过加热等处理润湿 锌物质，从而其内游离水的至少一部分被去除。优选地，润湿锌物质 内的基本所有游离水在加热步骤期间被蒸发，从而形成干燥的固体多 孔锌物质(固体预成型件)。固体多孔锌物质(固体预成型件)具有电池阳极腔体的大致形状。如果润湿锌物质在干燥之前用隔板材料包裹，则所得固体多孔锌物质 还将具有在所述固体多孔锌物质周围并典型地粘附到其上的完整隔 板。锌粒保持悬浮在干燥固体物质内的紧密网络中。固体锌物质(固体预成型件)可理想地具有以下组成锌(96%至99%重量)、表面 活性剂，如二壬基酚磷酸酯RM-510表面活性剂(O. 06%至0.25°/。重 量)；包括例如CARB0P0L C940粘合剂(0.5%至3%重量)和 WATERLOCK A-221粘合剂(0.05%至0.37%重量)以及聚乙烯醇 (0.22%至1.2%重量)的总粘合剂(0.5%至3%重量)。固体多 孔锌物质(固体预成型件)可具有介于约25%和50%之间，典型地 介于约40%和50%之间的孔隙度。(孔隙度为物质内空隙空间的体 积除以该物质的总表观体积。)干燥固体多孔锌物质(固体预成型件) 特征在于出现在单个锌粒之间的微观空隙空间的气穴导致介于约25% 和50%之间，典型地介于约40%和50%之间的固体预成型件孔隙 度。这些微观空隙空间先前被润湿锌物质(润湿预成型件)中蒸发出 的水分填充。令人们所吃惊的是，聚乙烯醇可用作胶水以将锌粒在固 体多孔锌物质(固体预成型件)中保持在一起。聚乙烯醇令人吃惊地 提供足够的结构完整性以防止固体多孔锌物质(固体预成型件)的断 裂，并确保该物质保持其整体形状。因此固体多孔锌物质为尺寸稳定 的，即，至少以自立式保持其大致整体形状。术语"尺寸稳定的，，当 然也可扩展至并包括自立时完全保持其形状的物质，例如，固体多孔 锌物质。因此，其可一直存放至准备用于电池。在电池组合期间，可 将固体预成型件插入倒电池阳极腔体中。然后，加入优选包含氢氧化 钾的含水碱性电解质。固体预成型件立即吸收其上的含水碱性电解质， 该物质优选膨胀至阳极腔体的整个形状，从而形成最终的新鲜阳极。 不管在润湿锌物质(润湿预成型件)中还是在干燥固体多孔锌物质(固 体预成型件)中，聚乙烯醇均用作将锌粒粘合在一起的胶水。水凝胶 粘合剂主要用作胶凝剂，换句话讲，当电解质溶液加入到其上时，它 们吸收含水电解质溶液并且也造成固体预成型件的膨胀。聚乙烯醇稳 定且化学耐碱性电解质。将固体(或尺寸稳定的)多孔锌物质插入到碱性电池的阳极腔体 中然后将含水碱性电解质加入到其上以形成阳极的本发明方法因此消 除了与现有技术方法有关的不利条件，该方法将胶凝阳极浆液抽入到 阳极腔体中或者最初将离散的锌粒、胶凝剂和含水电解质最初混合到 阳极腔体中，而不是首先应用固体多孔锌物质。在另一个方面，尽管干燥固体多孔锌物质的结构完整性足以用于 平常处理，但所述固体多孔锌物质(固体预成型件)的结构完整性可 通过向所述固体预成型件由其形成的润湿糊剂中加入锌纤维而得到改 善。具有这种增强的结构完整性的固体多孔锌物质(固体预成型件)体多2锌物质破损的可能性:、例如，;斤述固体预成型件:进的结构完 整性使得更容易将其插入到小尺寸的圆柱形碱性电池中，或者薄厚度(例如，介于约2和6mm之间的厚度)的棱柱或平碱性电池如薄片 电池中，或者典型用于助听器的小型锌/空气纽扣电池中。此外，包括 锌纤维的固体多孔锌物质(固体预成型件)增加的结构完整性减小了 处理和制造期间破损的可能性。锌纤维的加入是任选的，但是当加入时，它们的含量按总锌重量 计理想地介于约2%和10%之间(或者甚至更大)。剩余的锌可为 任何形状的锌粒，例如球形、不规则形状的针状或它们的任何组合。
这些剩余的锌粒可具有理想地介于约30和1000孩史米之间，理想地 介于约30和400微米之间，典型地介于约100和400孩炎米之间 的中值平均粒度。这些剩余锌粒可为全部非球形或者球形与非球形颗 粒的组合。如果加入锌纤维，其特征在于沿一个轴线为细长的，而沿 直径为短的。锌纤维可与较小尺寸的锌粒随机混合，从而它们均匀分 布在阳极内。可供选择地，锌纤维可铺开使得它们集中在或位于润湿 锌物质(润湿预成型件)的顶部与底部表面上，并因此也集中在或位 于千燥多孔固体锌物质(固体预成型件)的表面上。锌纤维可理想地 加入，使得它们的含量介于总锌含量的约2%和10°/。重量之间(且 甚至更多)。因此，锌纤维可形成阳极内锌含量的一部分或全部。已 发现包含锌纤维可大大增强固体多孔锌物质(固体预成型件)的机械 性能和耐破损能力，因此方便所述固体预成型件在插入到电池阳极腔 体中之前和期间的处理。本文所用术语"锌纤维"是指具有大于lmm的长度，理想地至少 1.5mm，优选至少2mm长度的细长连续锌股。纤维长度有利地为 1. 5mm至25mm，理想地为介于约2mm和25mm之间的长度，而直径 理想地为0. Olmm至0. 5mm。锌纤维长度理想地介于约2和25mm 之间，优选长度介于约5mm和20mm之间。纤维可为细长股线，其 可具有圓柱形、椭圓形或非圆柱形、矩形或不规则形状的表面。因此， 锌纤维具有细长表面并且可看似具有圆形光滑表面的股线，但是也可 具有不规则形状、锯齿状或旋绕表面。锌纤维可具有理想地介于约 0.05mm和0. 5mm之间的直径、厚度或宽度。宽度与厚度可相同或不 同，宽度与厚度均可理想地处于约0. 05腿和0. 5mm之间的范围内。附图概迷
图1为具有用本发明方法制造的锌阳极的碱性电池的截面剖视图。图2为具有用本发明方法制造的锌阳极的碱性电池的圆柱形纽 扣电池的截面图。
图3A为示出填充有本发明润湿锌糊剂的模头腔体的附图。 图3B为示出已挤压到模头腔体中后的润湿锌物质的示意图。 图3C为示出在烘箱中干燥以产生干燥固体物质的致密润湿锌物 质的示意图。图3D为示出干燥固体物质产品的示意图。图4为示出水分已蒸发掉以形成固体多孔锌物质(固体预成型 件)后的锌粒之间空隙空间的扫描电子显微照片。发明详述利用本发明阳极混合物的代表性碱性电池示于图1中。碱性电池 810为一次(不可充电的)电池。碱性电池810包括具有封闭端814 和开口端816的圆柱形钢(优选镀镍钢)壳体(外壳)820。制备预 模制的干燥固体多孔锌物质(固体预成型件)815C (图3D)并插入 到壳体820内的电池阳极腔体813中。该固体预成型件为多孔的， 具有介于约25°/。和50%之间，典型地介于约40%和50%之间的孔 隙度。固体多孔锌物质(固体预成型件)815C优选具有牢固的固体坚 固性且尺寸稳定，即，其保持足够的结构完整性以维持至少其在电池 外的大致形状。固体多孔锌物质(固体预成型件)815C优选干燥并且 可一直贮存到电池组装时，这是由于其内的组分在干燥环境中不起反 应。固体多孔锌物质815c预成型为阳极腔体形状但具有稍小直径， 从而其容易插入到阳极腔体中。在一个优选的实施方案中，当最初插 入到所述阳极腔体中时，选择固体预成型件815C的外径比阳极腔体 813的内径小约10%和40%。当预成型固体锌物质(固体预成型件) 815C插入到阳极腔体813中之后，将优选包含氬氧化钾的含水碱性 电解质加入到阳极腔体813中。含水电解质被固体多孔锌物质吸收， 该物质膨胀至阳极腔体的直径和整个形状，从而形成最终的新鲜阳极 815。在将预成型的固体多孔锌物质(固体预成型件)815C插入到阳极 腔体813内之前，制备阴极混合物812。阴极混合物812包含导电
材料如薄片状结晶天然石墨或薄片状结晶人造石墨，包括膨胀石墨和石墨类碳纳米纤维以及它们的混合物。阴极混合物812包括KOH电 解质水溶液且可将该混合物制成润湿的，其中含水KOH在混合物被插 入到电池中之前包括在内。例如，壳体(外壳)820可填充有阴极混 合物，并且可在阴极混合物的中部挖出如图1所示的环形阴极812。 润湿阴极混合物在电池中时可被压紧。优选地，阴极混合物812在插 入到电池中之前压紧到多个表面润湿的固体盘812a内。阴极盘 812a —个堆积在另一个上，然后当在电池中时可另外压紧。隔离膜板890可靠着阴极盘812a的内表面放置。通常，常规 用于锌/Mn02碱性电池的隔板可用作本发明电池810中的隔板890， 所述电池具有本发明的阳极815。隔板890可为纤维质膜或形成于 包含聚乙烯醇和人造丝纤维的非织造材料的薄膜。隔板890可为单层 这种非织造材料或者可为具有粘附到该非织造材料上的玻璃纸外层的 复合材料。非织造材料可典型地包含介于约60重量百分比至80重 量百分比之间的聚乙烯醇纤维和介于约20和40重量百分比之间 的人造丝纤维。可放置隔板890使得玻璃紙层邻近阴极812或阳极 815。上述隔板为人们所了解且已与常规的锌/Mn02碱性电池连同使 用，并且也适用于本发明碱性电池810。隔板890适当放置后，可 将本发明的固体多孔锌物质815c (固体预成型件)插入到阳极腔体 813中。可供选择地，固体多孔锌物质815c可具有包裹在其周围的 隔板890，接着可将其上具有隔板的所述固体多孔物质插入到阳极腔 体813中。然后如上所提及的将优选包含氢氧化钾的碱性电解质加入 到阳极腔体上。该电解质立即被固体多孔锌物质815c吸收，于是所 述物质膨胀并以阳极腔体813的整个形状形成最终的新鲜均匀阳极 815。最终的新鲜阳极815典型地为软湿的海绵状结构。填充电池810后将绝缘插头860插入到开口端816内。绝缘 插头860可为聚丙烯、滑石填充聚丙烯、磺化聚乙烯或尼龙。插头 860其内可具有典型地为小的圆形、椭圆形或多边形的变薄部分865。 变薄部分865用作可设计成破裂的可破裂膜，从而释放电池内的过量
气体。这样可防止电池内气体压力的过量累积，例如，如果电池被过度加热或滥用操作条件。插头860优选扣合在如图1所示的圆周梯 级818周围，从而该插头适当地锁合在开口端816内。将壳体820 的周边边缘827巻曲在绝缘插头860的顶部上。将绝缘垫團880 加在壳体820的巻曲周边边缘827上。绝缘垫圏880可为聚乙烯 涂布的纸垫圏。将末端端帽830焊接到集电器840的头部上。然后 将细长的集电器840插入(压入配合)到绝缘插头860的小孔844 中，从而使端帽830抵靠绝缘垫團880。集电器840可选自多种发 现可用作集电器材料的已知导电金属，例如，黄铜、镀锡黄铜、青铜、 镀铜或铟的黄铜。用于测试电池的集电器840为黄铜。可在集电器 840插入到小孔844中之前将常规的沥青密封剂预施用在集电器周 围。将薄膜标签870施加在壳体820周围。末端端帽830变成碱 性电池810的负端，而壳体820封闭端处的支托825变成正端。图1所示电池810可为AA电池。然而，该图中所示碱性电池 并不旨在限制任何具体尺寸。因此，本发明方法适用于制备用于以下 电池的阳极AAAA、 AAA、 C和D尺寸圆柱形碱性电池以及纽扣状碱 性电池或棱柱状电池或具有含一个或多个平面或曲面的外部壳体的碱 性电池。当制备小尺寸或厚度的且具有小、薄或不规则形状阳极的电 池时，本发明方法也是有利的，并因此可包括用于薄厚度(例如，介 于约2和6mm厚度之间)的平碱性电池如薄片电池的阳极。本发明 方法可适用于制备用于锌/空气电池，例如通常用于助听器的锌/空气 纽扣电池的锌阳极。碱性电池810并不旨在限制任何具体阴极化学物质，只要阳极 815是通过本发明方法制备，所述方法包括a)形成预成型的尺寸稳 定的锌物质，b)将所述预成型物质插入到电池阳极腔体813中，和 c)将含水电解质加入到阳极腔体中以形成最终的新鲜阳极815。以上 电池(图1)可为AAAA、 AAA、 AA、 C或D圆柱形电池。这些标准 电池尺寸在本4页域为人寸门戶斤Z/^i人，并；f皮 American National standardsAssociation或 在 欧 洲 被 International Electrotechnical Commission (IEC)制定。本文所参考的AA圆柱 形电池具有American National Standards Institute (ANSI) 电池 说明书ANSI C18. 1M，第1至1999篇中所给定的标准总尺寸，尺 寸如下从正端到负端顶端的总长度介于49.2mm和50.5mm之间， 并且总的外部电池直径介于13.5mm和14.5mm之间。电池也可为扁 平电池或棱柱状电池的形式。最终的新鲜阳极815优选包含零加入汞(每一百万份总阳极金属 含量(通常为锌)小于50份的汞，优选每一百万份阳极中总锌小于 20份的汞)。本发明电池810优选也不包含添加量的铅，因此可为 基本上无铅的，换句话讲，总铅含量小于阳极中锌的30ppm，理想地 小于15ppm。最终的新鲜阳极815理想地包含铟，其含量介于锌的 约50和1000ppm之间，优选地介于约200和1000ppm之间，理 想地介于锌的约200和500ppm之间。锌/二氧化锰碱性电池可被加工成例如圆柱形电池810(图l)或 (图2)所示的纽扣或硬币电池110形式。圆柱形电池810或纽扣 电池110可分别包括含有二氧化锰的常规碱性电池阴极混合物812 或170。这种阴极混合物可典型地包括例如80%至90%重量的 Mn02、介于约4%和10%重量之间的石墨如膨胀石墨、以及介于约5% 和10%重量之间的含水KOH电解质(含水KOH电解质具有30%至 40°/。重量的KOH浓度，优选介于35%和40%重量之间的KOH浓 度)。含水KOH电解质优选还包含约2%重量的ZnO。阴极混合物 也可任选地包括介于约0.1%至0.5%重量之间的聚乙烯粘合剂。最终的新鲜阳极组合物815 (图1)或150(图2)包括62%至 80%重量，优选介于约66%和70%重量之间的锌合金粉末(99.9% 重量的锌包含铟，铟总量介于约200和1000ppm锌之间，典型地介 于约200和500ppm锌之间)；包含38%重量的K0H和约2%重 量的ZnO的含水KOH溶液；聚乙烯醇粘合剂(介于约0.15%和 1.0%重量之间，优选地介于约0.2%和0.8%重量之间)；包括交 联丙烯酸聚合物胶凝剂(以商品名"CARBOPOL C940"市售于B. F. Goodrich,如0.25%至2%重量)和优选淀粉接枝聚合物如聚丙烯 酸与聚丙烯酰胺的淀粉接枝共聚物(以商品名"Waterlock A-221"市 售于Grain Processing Co.,介于0. 01%和0. 3%重量之间)的7K 凝胶粘合剂；二壬基酚磷酸酯表面活性剂(以商品名"RM-510"市售 于Rhone-Poulenc，介于0. 025%和0.15%之间)。锌合金可典型 地包含按重量计介于每一百万份锌约200和500份之间的铟。这种 锌合金具有介于约30和1000微米之间，理想地介于约30和400 微米之间，典型地介于约100和400微米之间的中值平均粒度。应 当理解，粒度在不规则形状颗粒情况下是基于颗粒的长尺寸。锌粒可 为球形或主要球形或者可供选择地其可为主要非球形，例如多边形或 针形。应当理解，本文所用术语锌将包括这种锌合金粉末，因为该合 金粉末几乎全部由锌组成且电化学功能如锌。尽管以上粘合剂，即胶凝剂CARBOPOL C940和WATER-LOCK A-221,优选与聚乙烯醇粘合剂联合形成本发明的阳极混合物，但其它 胶凝剂粘合剂也可与聚乙烯醇联合使用。例如，用于锌浆液的胶凝剂 可选自多种已知的胶凝剂。优选的胶凝剂基本不溶解于电池电解质， 从而胶凝剂不在阳极和阴极之间迁移。当本发明的最终阳极进行存储 时，优选的胶凝剂也不失水。例如，可用作与聚乙烯醇粘合剂联合用羧甲基纤维素:甲基纤维素、交联聚丙烯酰::交联^烯酸聚l物如购自B.F.Goodrich Co.的CARBOPOL C-940、淀粉接枝共聚物如购自 Grain Processing Co.的聚丙烯酸与聚丙烯酰胺的WATER-LOCK A-221 淀粉接枝共聚物、和碱水解的聚丙烯腈如购自Grain Processing Co. 的WATER-LOCK A 400。尽管任何这些胶凝剂可单独或组合使用，但至 少一种胶凝剂可有利地选自交联丙烯酸聚合物如CARBOPOL C940或 SIGMA POLYGEL 4P胶凝剂或淀粉接枝共聚物如WATER-LOCK A-221共 聚物。此外，可将优选分子量介于约85000和146000之间的聚乙 烯醇如上所述加入，以形成本发明的润湿阳极混合物，该混合物可被 干燥并转化成本发明干燥的固体多孔物质(干燥的固体预模制件)，
接着可将其插入到碱性电池的阳极腔体中。然后可将优选包含氢氧化 钾的含水碱性电解质加入到固体多孔锌物质中，于是电解质被吸收到 该固体物质中，使得该物质膨胀并转化成最终的阳极。聚乙烯醇粘合剂以及丙烯酸聚合物CARB0P0L C940粘合剂在碱性电解质中化学性 非常稳定，尤其当组合用于本发明的阳极时为理想粘合剂。具体地讲， 聚乙烯醇提供附加的结构完整性，并将锌粒一起保持在紧密网络内， 从而可形成自立式固体多孔物质(固体预成型件)。依照本发明，首先制备润湿锌糊剂815a并模制成阳极腔体大致 形状的润湿预成型物质815b。这可通过将润湿糊剂815a注入或挤 压至如图3A所示的钢或塑料模头600的模头腔体630中而方便 地实现。模头600具有腔体630贯穿其中的主体部分610。模头主 体位于可分离的基座620上(图3A)。模头腔体630为电池阳极腔 体的大致形状。润湿锌糊剂815a如下加压;f莫制通过向压杆顶部 640加压从而在例如2至3秒内将压杆645压入模头腔体630 中，使得润湿锌糊剂815a变得致密并模制成腔体630形状。典型 地，可施加到压杆上的适度力量理想地低于约1.8kN (400磅力)， 典型地介于约0.04和1. 33kN (10和300磅力)之间。对于具有 例如介于约3和7mm之间直径的模头腔体630，通过压杆645的 一次行程将这种力以该方式施加到润湿锌糊剂815a的暴露表面上。 取决于模头腔体630的直径和宽度以及存在于该模头内的润湿锌糊 剂的量来调整力的量。较小的直径腔体和较少量的润湿锌糊剂比较大 的直径腔体和较大量的润湿锌糊剂需要较少的压杆力。然后将模头基 座620与模头主体610分开。可通过压杆645的第二行程(在图 3B中示于回缩位置)将模制润湿锌物质(润湿预成型件)815b推过 模头腔体630。离开模头腔体630(图3B)的润湿预成型件815b(图 3B)尺寸稳定，即，具有足够强的结构完整性，从而其可独立于模头 外部同时至少保持其大致模制形状。因此，优选实施方案中的润湿锌物质815b (润湿预成型件)可 放置在可插入到烘箱700 (图3C)中的平盘或表面720上。任选地，
隔板890可包裹在润湿锌物质815b周围，从而将其上具有隔板 890的润湿锌物质815b放置于烘箱700内。在这种情况下，隔板 890可包裹在润湿锌物质815b周围，从而其以例如图1中所示的 构型覆盖所述润湿物质815b的至少底部和侧面。这可通过在润湿锌 物质815b表面周围包裹单片隔板890实现。可供选择地，隔板890 可以带子施用，例如相互成直角定向且在其中部重叠的两条带。这种 重叠带可放置在润湿锌物质815b之下，并且该带向上折叠以覆盖所 述润湿锌物质815b的侧面和底部表面，得到例如图1所示的构型。 隔板890可为常规用于碱性电池的电解质可渗透材料。可将隔板 890粘附到润湿锌物质815b上。具有包裹在润湿锌物质815b周围 的隔板890避免了在将阳极材料插入到阳极腔体内之前必须将隔板 890插入其内。然后在烘箱700中对具有或不具有包裹在其周围的隔板890 的润湿锌物质815b(润湿预成型件)高温加热，温度理想地介于约55'c和120t:之间，典型地在环境空气(或惰性气体)中为约55x:。烘箱700可为用电或气源710加热的常规烘箱。这种加热蒸发掉其 内游离水的至少一部分，从而得到千燥且多孔的锌物质(固体预成型 件)815c。如果润湿锌物质815b、用隔板890包裹，则所得固体锌 物质815c还将具有在所述固体锌物质815b周围完整并典型地粘 附到其上的隔板890。干燥锌物质815c(图3D)尺寸稳定，因此可 自立而至少其大致形状无变化。在电池组合之前可将该物质贮存于密 封容器内。然后将具有或不具有包裹在其周围的隔板890的锌物质 815c (固体预成型件)插入到电池阳极腔体813内，加入含水电解 质从而使所述锌物质膨胀以形成最终的新鲜阳极815。插入到模头腔体630中的润湿锌糊剂815a形成如下使用电/ 机械搅拌机将锌粒、表面活性剂、水凝胶粘合剂、聚乙烯醇粘合剂和 水的混合物共混成糊剂一段时间，典型地约2至3分钟，直到所述 糊剂具有均匀稠度。调整共混物中粘合剂与水的用量以控制糊剂稠度。 然后将润湿糊剂插入到具有模头腔体630 (图3A)的钢、陶瓷或塑料
模头中，所述模头腔体为阳极腔体的大致形状，但优选稍小。例如，模头腔体630的直径可典型地比阳极腔体813的内径小约10%和 40%之间。润湿糊剂在约2至3秒内受压呈现模头形状。然后将润 湿糊剂从模头中整体去除，此时其为具有阳极腔体大致形状的润湿锌 物质(润湿预成型件)。润湿物质中的粘合剂，尤其是聚乙烯醇，赋 予该物质足够的结构完整性，从而模制的润湿预成型件可独立于模头 外部。形成润湿锌物质815b (润湿预成型件)的润湿糊剂包括锌粒、 表面活性剂、水凝胶粘合剂、聚乙烯醇粘合剂与水的混合物。不加入 含水电解质而形成润湿糊剂。表面活性剂优选为二壬基酚磷酸酯表面 活性剂，例如以商品名"RM-510"市售于Rhone-Poulenc的那种。 粘合剂包括a) —种或多种水凝胶粘合剂(胶凝剂)和b)聚乙烯醇 粘合剂。优选的水凝胶粘合剂为以商品名"CARBOPOL C940"市售于B. F. Goodrich的交联丙烯酸聚合物胶凝剂。CARB0P0L C940粘合剂可单 独使用。然而，优选地，将以商品名"Waterlock A-221"市售于Grain Processing Co的接枝到淀粉主链上的水解的聚丙烯腈加入以形成总 的水凝胶粘合剂。水凝胶粘合剂在润湿预成型件中主要用作粘合剂， 因为润湿预成型件不包括碱性电解质。(水凝胶在碱性电解质存在下 变成胶凝剂。)润湿预成型件815b可具有以下组成锌(80%至94%重量)、 表面活性剂，如二壬基酚磷酸酯RM-510表面活性剂(0. 05%至0.2% 重量)；包含例如CARB0P0L C940粘合剂(0.5%至3%重量)和 WATERL0CK A-221粘合剂(0. 05%至0. 33%重量)以及聚乙烯醇(0. 2% 至1%重量)的总粘合剂(0.5%至3%重量)；和水(3%至18%重 量)。润湿预成型件815b在烘箱内于环境空气(或惰性气体)中加热 约2至3小时或更少的一段时间，温度理想地介于约55t:和120 。C之间，优选约55°C。加热蒸发掉润湿预成型件中水分的至少一部 分，从而形成大致阳极腔体形状的固体多孔锌物质(固体预成型件)
815C。保持加热温度低于约1201C是可取的以避免聚乙烯醇和/或胶 凝剂在预成型件815b内的降解。固体预成型件815c可理想地具有 以下组成锌(96%至99%重量)、表面活性剂，如二壬基酚磷酸酯 RM-510表面活性剂(0.06%至0.25%重量)；包含例如CARB0P0L C940粘合剂(0.5%至3.3%重量)和WATERLOCK A-221粘合剂 (0.05%至0.37%重量)以及聚乙烯醇(0.22%至1.2%重量)的 总粘合剂(0.5%至3. 3%重量)。中值平均锌粒度可介于约30和 1000微米之间，典型地介于约100和400微米之间。固体多孔锌 物质(固体预成型件)可存放很长时间，基本上好几个月或者甚至好 几年，因为其内没有会彼此或与锌粒反应的组分。固体预成型件可在 环境条件下贮存于空气中，应为暴露于空气不会造成干燥预成型件内 锌粒或其它组分的明显降解。固体多孔锌物质(固体预成型件)815C特 征在于出现在单个锌粒之间的微观空隙空间的气穴导致介于约25% 和50%之间，典型地介于约40%和50%之间的固体预成型件孔隙 度。锌粒822之间的这种微观空隙空间823在图4所示的固体多 孔锌物质815C的扫描电子显微照片中清晰可见。这些空隙空间先前 被物质中蒸发出的水分填充。粘合剂材料824如聚乙烯醇在图4中 显示在锌粒822之间，并将锌粒822在固体多孔物质中保持在一 起。令人们所吃惊的是，优选分子量介于约85000和146000之间 的聚乙烯醇可用作胶水以将锌粒在固体多孔物质中保持在一起。聚乙 烯醇赋予结构完整性以防止形成后以及贮存期间固体预成型件的倒 塌。在需要将固体预成型件插入到电池阳极腔体中之前，其可长期存 放，例如，好几个月或者甚至好几年。当需要用阳极材料装填碱性电池时，将具有或不具有包裹在其周 围的隔板890的固体多孔锌物质815c (固体预成型件)插入到电池 阳极腔体中。然后将优选氢氧化钾水溶液的碱性电解质加入到阳极腔 体中。理想地加入到阳极腔体中的包含氢氧化钾的含水碱性电解质(介 于约35%和40%之间的KOH， 2%重量的ZnO的浓度)的量使得含 水电解质与固体多孔锌物质(固体预成型件)的重量比率介于约0.25 和0.75之间。含水碱性电解质开始吸收到固体预成型件内，使得该 预成型件膨胀并紧紧地填充阳极腔体。含水碱性电解质的加入也活化 水凝胶粘合剂的胶凝特征。锌粒在比常规锌浆液阳极内更紧密的网络 内保持在一起，当用X射线摄影仪以正常尺寸观察阳极时，在最终的 阳极内无可见气穴。锌粒的更紧密网络趋于改善阳极的导电性和总体 性能。聚乙烯醇用作将锌粒粘合在一起的胶水，而水凝胶粘合剂主要 用作胶凝剂，换句话讲，当电解质加入到锌物质上时，它们吸收电解 质水溶液并且还造成干燥锌物质的膨胀。
在图2所示的纽扣电池110中，盘型圆柱形外壳130形成为 具有开口端132和封闭端138。外壳130形成于镀镍钢。将优选为 具有空核的圆柱形构件的电绝缘构件140插入到外壳130中，从而 绝缘构件140的外表面与外壳130的内表面邻接并对齐。任选地， 外壳130的内表面可涂布有聚合材料或沥青密封剂等，其在绝缘构件 140与内表面外壳130之间形成界面。绝缘构件140可形成于多种 耐碱性电解质腐蚀的热稳定绝缘材料，例如，尼龙或聚丙烯。
参见图2中纽扣电池，包括Mn02 (EMD)、石墨、含水电解质的 阴极混合物170可通过在环境温度下于常规搅拌机内简单混合直至 得到均匀混合物来制备。石墨可为薄片状天然结晶石墨、薄片状结晶 人造石墨、膨胀石墨或它们的任何组合。阴极组合物可如上参见圆柱 形电池810 (图1)所述。阴极170可作为邻接外壳130的封闭端 138内表面的层或压制盘施加。隔离膜板160放置在阴极170上 面。隔板160可为如上关于隔板890 (图1 )所述的常规离子多孔 隔离膜。在图2所示的具体实施方案中，隔板160可包括纤维素或 玻璃纸外层(邻接阳极150)和由纤维质(人造丝)和聚乙烯醇纤维 组成的非织造材料内层。
阳极150可依照本发明方法如上所述制备，其中制备润湿锌物质 (润湿预成型件)并模制成盘型阳极腔体153 (图2)的大致形状。 然后干燥润湿锌物质(润湿预成型件)以形成固体多孔锌物质(固体 预成型件)。接下来将固体预成型件插入到隔板160之上的阳极腔体
中。然后将含水碱性电解质加入到阳极腔体153中并被所述固体预成 型件吸收以形成最终的新鲜阳极150。将优选由镀镍钢形成的阳极罩 120插入到外壳130的开口端132中。包括黄铜片、镀锡黄铜片、 青铜片、镀铜或铟黄铜片的阳极集电器115可任选地焊接到阳极罩 120的内表面上。将外壳130的周边边缘135巻曲在绝缘构件140 的暴露绝缘边缘142上。周边边缘135卡入靠近外壳130并紧密 密封其内电池内容物的绝缘边缘142中。阳极革120也用作电池负 端子，并且封闭端138处的外壳130用作电池正端。采用常规Mn02阴极、隔板和釆用锌浆液以常规方式制作的阳极 制备对比AA圆柱形电池810。用相同的阴极组合物、隔板(但阳极 用本发明方法制作)制备一组测试AA电池。用常规阳极和阴极以及 隔板制备对比AA电池810。用抽入到阳极腔体813中的常规锌浆 液混合物制备阳极。然后制备测试圆柱形AA电池810。测试电池的 阴极和隔板与用于对比电池中的相同。隔板890为常规的离子多孔隔 离膜，其由纤维质(尼龙)和聚乙烯醇纤维的非织造材料内层以及玻 璃纸外层组成。然而，测试电池中的阳极815依照本发明方法制备， 其中将润湿锌物质(润湿预成型件)模制成大致阳极腔体的形状。然 后干燥润湿预成型件以形成如上所述的固体多孔锌物质(固体预成型 件)。将固体预成型件插入到阳极腔体813中。含水碱性电解质被加 入到阳极腔体中并被固体预成型件吸收以形成最终的阳极。对比AA 电池与测试AA电池每个均具有相同锌量，即4.6克。电池被平衡 使得Mn02的理论毫安小时容量(基于370毫安小时每克Mn02)除 以锌的理论容量(基于820亳安小时每克锌)为约1。通过在50毫 安和500毫安的恒定电流消耗下放电至0.5的截止电压测定电池 性能、服务寿命(毫安小时)和能量输出(毫瓦小时)。实施例1 (对比测试一 常规阳极浆液/常规Mn02阴极) 制备810 (图1)所示大致构型的测试圆柱形AA电池。例如， 对比AA电池与测试AA电池中的阴极812可具有以下代表组成 80%至90%重量的电解二氧化锰(例如，购自Kerr-McGee的Trona D)、 4%至10%重量的膨胀石墨(Timcal E-BNB90, 24. 3m7g的BET 表面)、5%至10%重量的具有约35%至40%重量的KOH浓度的 KOH水溶液。表中所报导的用于性能测试的对比AA电池与测试AA 电池的具体阴极组成如下阴极组成1 %重量Mn02 (EMD) 87 膨胀石墨(Timcal E-BNB90) 8 ■水溶液(36%重量的KOH和2%重量的ZnO) 」1001.可利用以下真密度转换成体积百分数Mn02 (EMD)， 4. 48g/cc; 膨胀石墨(Timcal E-BNB90) ， 2. 25g/cc; 36%重量的KOH水溶液， 1. 35g/cc。通过制备如上发明背景部分中所述锌阳极浆液以常规方式制备对 比测试电池810的阳极。在阳极浆液加入到阳极腔体中之前，将~ 1.25g包含38%重量KOH和约2%重量ZnO的含水KOH溶液加 入到电池壳体中以填充Mn02阴极内的孔。随后，用通常在泵送阳极 浆液服务中采用的常规浆液泵将阳极浆液抽入到阳极腔体中。尽管要 当心防止空气进入浆液混合物中，然而随着浆液进入阳极腔体在最终 的阳极浆液内会有一些可见气穴。从对电池拍摄的没有放大的X射线 照片中，这种气穴为肉眼所见。填充阳极腔体813的锌浆液形成具有 4.6克锌的阳极815。最终的阳极815具有以下组成70%重量的 锌合金粉末(99. 9%重量的锌包含总量为500ppm锌的铟)；29. 4%重 量的包含38%重量KOH和约2%重量ZnO的含水KOH溶液；
0.44%重量的以商品名"CARB0P0L C940"市售于B. F. Goodrich的 交联丙烯酸聚合物胶凝剂和0.032%重量的以商品名"Waterlock A-221"市售于Grain Processing Co.的接枝到淀粉主链上的水解的 聚丙烯腈；0.117%重量的以商品名"RM-510"市售于Rhone-Poulenc 的二壬基酚磷酸酯表面活性剂。锌合金中值平均粒度为约320微米。 隔板890为常规的双层纤维质隔板，包含人造丝与聚乙烯醇的外层 (面向阴极812)和面向阳极815的玻璃纸内层。实施例1中的新AA电池以50毫安的恒定速率放电。在单独 测试中，实施例1中的成批新AA电池810以500毫安的恒定速 率放电。在50毫安放电时，在0.5伏截止电压处获得的容量为3010 毫安小时。50%容量时的平均电压为1.22伏。在0.5V截止处的能 量输出为3520亳瓦小时。在500毫安放电时，在0.5伏截止电压处获得的容量为1550 毫安小时。50%容量时的平均电压为1.06伏。在0.5V截止处的能 量输出为1590毫瓦小时。当将新鲜的锌阳极放置在密封袋中并在60X:时存放4周时， 通过测量由锌阳极产生的气体量来进行电池放气测试。放气量为每克 阳极0. 0120mL气体。实施例2(来自固体多孔锌物质的阳极/常规的MnQ2阴极)测试AA型电池810如实施例1中制备，不同的是阳极815 形成于润湿锌物质(润湿预成型件)，其被模制成阳极腔体813的大 致形状，然后干燥以产生本发明的固体多孔锌物质(固体预成型件) 815C。将固体预成型件插入到阳极腔体813中，然后加入含水氢氧 化钾电解质(介于约35%和40%重量之间的KOH与2%重量的 ZnO的浓度)。固体多孔锌物质(固体预成型件)立即吸收碱性电解质 并膨胀形成如上文描述中所描述的最终的新鲜润湿阳极。包含Mn02 的阴极组合物与实施例1中所用相同。电池如实施例1中具有4.6 克锌并被平衡，使得锌的理论容量除以Mn02的理论容量为约1。
润湿锌物质(润湿预成型件)具有以下组成:锌表面活性剂 二壬基酚磷酸酯表面活性剂(RM-510) 粘合剂CARBOPOL C940粘合剂WATERLOCK A-221粘合剂聚乙烯醇(分子量85000至146000 )水润湿预成型件，％重量 89. 20100. 00将润湿锌物质模制成阳极腔体的大致形状，尽管稍微小于阳极腔 体尺寸。然后通过在约55'C的烘箱中加热约2至3小时的一段时 间干燥模制的润湿锌物质(润湿预成型件)以蒸发水分，使得固体多 孔锌物质(固体预成型件)具有介于约40%和50%之间的孔隙度。 固体多孔锌物质(固体预成型件)具有以下组成在固体多孔锌物质(固体预成形件)插入到阳极腔体中后，加入 包含38%重量K0H和约2%重量ZnO的含水氢氧化钾电解质，加锌表面活性剂 二壬基酚磷酸酯表面活性剂(RM-510)粘合剂CARBOPOL C940粘合剂 WATERLOCK A-221粘合剂 聚乙烯醇固体多孔锌物质(固体预成型件) %重量 98. 4100. 00200580035068.2说明书第23/36页入量为大致按重量计约0.7份含水电解质对按重量计1份固体预 成型件。固体预成型件立即吸收含水碱性电解质并膨胀以填充阳极腔 体形成最终的新鲜阳极。当借助对电池拍摄的没有放大的X射线照片 观察阳极时，最终的新鲜阳极其内不含有任何可辨别的气穴。最终的 新鲜阳极内的聚乙烯醇有助于保持单独锌粒在紧密网络内互相紧密邻 近。实施例2中的新AA电池以50毫安的恒定速率放电。在单独 测试中，实施例2中的成批新AA电池以500毫安的恒定速率放 电。在50亳安放电时，在0.5伏截止电压处获得的容量为2930 毫安小时。50%容量时的平均电压为1.23伏。在0. 5V截止处的能 量输出为3450毫瓦小时。在500毫安放电时，在0.5伏截止电压处获得的容量为1530 毫安小时。50%容量时的平均电压为1.07伏。在0. 5V截止处的能 量输出为1630毫瓦小时。当将新鲜的锌阳极放置在密封袋中并在601C时存放4周时， 通过测量由锌阳极产生的气体量来进行电池放气测试。放气量为每克 阳极0. 0122mL气体。实施例3 (来自固体多孔锌物质的阳极/常规的Mn02阴极)测试AA型电池810如实施例1中制备，不同的是阳极815 形成于润湿锌物质(润湿预成型件)，其被模制成阳极腔体813的大 致形状，然后干燥以产生本发明的固体多孔锌物质(固体预成型件) 815C。将固体预成型件插入到阳极腔体813中，然后加入含水氢氧 化钾电解质(介于约35°/。和40%重量之间的KOH与2%重量的 ZnO的浓度)。固体多孔锌物质(固体预成型件)立即吸收碱性电解质 并膨胀形成如上文描述中所描述的最终的润湿阳极。包含Mn02的阴 极组合物与实施例1中所用相同。电池如实施例1中具有4.6克 锌并被平衡，使得锌的理论容量除以Mn02的理论容量为约1。润湿锌物质(润湿预成型件)具有以下组成，其涉及比实施例2中32较低的锌组成<formula>formula see original document page 33</formula>将润湿锌物质模制成阳极腔体的大致形状，尽管稍微小于阳极腔体尺寸。然后通过在月55C 的烘箱中加热约2至3小时的一段时间干燥模制的润湿锌物质(润湿预成型件)以蒸发水分，使得固体多孔锌物质(固体预成型件)具有介于约40％至50％之间的空隙度。固体多孔锌物质(固体预成型件)具有一下组成<formula>formula see original document page 33</formula> 在固体多孔锌物质(固体预成形件)插入到阳极腔体中后，加入包含38%重量K0H和约2%重量ZnO的含水氩氧化钾电解质，加 入量为大致按重量计约0.7份含水电解质对按重量计1份固体预 成型件。固体预成型件立即吸收含水碱性电解质并膨胀以填充阳极腔 体形成最终的新鲜阳极。当借助对电池拍摄的没有放大的X射线照片 观察阳极时，最终的新鲜阳极其内不含有任何可辨别的气穴。最终的 新鲜阳极内的聚乙烯醇有助于保持单独锌粒在紧密网络内互相紧密邻 近。实施例3中的新AA电池以500毫安的恒定速率放电。在500毫安放电时，在0.5伏截止电压处获得的容量为1400 毫安小时。50%容量时的平均电压为1.06伏。在0. 5V截止处的能 量输出为1470毫瓦小时。测试结果总结在下表中表1AA型锌/Mn02碱性电池的性能比较，在50毫安时放电至0. 5V 的截止电压容量，毫安 小时至 50%容量 的平均电压能量输出， 毫瓦小时阳极放气、mL. 每克阳极的气体对比电池(阳极锌浆 液，实施例1)30101. 2235200. 0120测试电池(模制的锌 阳极，实施例2)29301. 2334500. 0122测试电池(模制的锌 阳极，实施例3)一—一一逸1.当将新鲜的锌阳极放置在密封袋中并在60t:时存放4周 时，通过测量由锌阳极产生的气体量来进行阳极放气测试。 表2AA型锌/Mn02碱性电池的性能比较，在500毫安时^t电至0.5V的截止电压容量，毫 安小时至 5M容量 的平均电压能量输出， 毫瓦小时阳极放气',mL。 每克阳极的气体对比电池(阳极锌浆 液，实施例1)15501. 0615900. 0120测试电池(模制的锌 阳极，实施例2)15301. 0716300. 0122测试电池(模制的锌 阳极，实施例3)14001. 061470—逸1.当将新鲜的锌阳极放置在密封袋中并在时存放4周 时，通过测量由锌阳极产生的气体量来进行阳极放气测试。如上表中记录的数据所示，采用通过本发明方法制作的模制锌阳 极的AA锌/Mn02电池的总性能通常可与采用常规的锌阳极浆液的 同一种电池相比。通过本发明方法制作的新鲜的模制锌阳极的;^文气测 试也可与用常规阳极浆液制作的锌阳极相比。在本发明的另一个实施方案中，已确定如果形成润湿模制件815b 的一部分锌粒被锌纤维取代，则可生产具有增强的结构完整性的干燥 固体锌物质815c(固体预成型件)。具有这种增强的结构完整性的固 体锌物质815c(固体预成型件)在有必要将其插入到不规则或狭窄形 状的阳极腔体中时可减少破损的可能性。这种干燥预成型件815c增 强的结构完整性也减少了处理或制造期间破损的可能性。在制备润湿锌糊剂815a形成润湿预成型件815b期间，锌纤维 可与剩余的锌粒共混。锌纤维的加入是任选的，但是当加入时，它们 的含量按总锌重量计理想地介于约2%和10%之间(或者甚至更 大)。剩余的锌可为任何形状的锌粒，例如球形、不规则形状的针状 或它们的任何组合。这些剩余的锌粒可具有理想地介于约30和 1000微米之间，理想地介于约30和400微米之间，典型地介于约 100和400微米之间的中值平均粒度。这些剩余锌粒可为全部非球
形或者球形与非球形颗粒的组合。如果加入锌纤维，其特征在于沿一 个轴线为细长的，而沿直径为短的。纤维可在预成型件的顶部和底部 铺开，或者在阳极制剂内与较小尺寸的球形锌粒随机混合。锌纤维可理想地加入，使得它们的含量介于锌含量的约2%和10%重量之间， 例如，2%、 5%或10°/。且甚至更多。因此，锌纤维可形成阳极内锌组 合物的一部分或全部。已发现包含锌纤维可大大增强干燥预成型件 815c的机械性能及抗破损性，从而方便预成型件的处理并改进制造过 程。锌纤维的含量按总锌重量计理想地介于约2%和10%重量之间， 优选地介于约5%和10%之间。本文所用术语"锌纤维"是指具有大于lmm的长度，理想地至 少1.5mai，优选地至少2mm长度的细长连续锌股。纤维长度有利地 为1. 5mm至25mm，理想地为介于约2mm和25mm之间的长度，而 直径理想地为0. Olmm至0. 5mm。锌纤维长度理想地介于约2和 25mm之间，优选地长度介于约5mm和20mm之间。纤维可为细长股 线，其可具有圆柱形、椭圆形或非圆柱形、矩形或不规则形状的表面。 因此，锌纤维具有细长表面并且可看似具有圆形光滑表面的股线，但 是也可具有不规则形状、锯齿状或旋绕表面。锌纤维可具有理想地介 于约0. 05mm和0. 5mm之间的直径、厚度或宽度。宽度与厚度可相 同或不同，宽度与厚度均可理想地处于约0. 05mm和0. 5mm之间的 范围内。使用Instron力学测试仪(以下为Instron测试)测定具有相 同的总锌组合物的干燥固体预成型件815c的机械强度，不同的是加 入或不加入锌纤维。测试如下进行将两个木销钉(2mm直径)相互 平行并间隔6. 5mm (面对面)放置在平台上。将给定10mm宽度和 1. 7咖厚度的干燥预成型件样本815c的矩形块在销钉长度的大约 中点处跨过两个平行木销钉垂直放置。将第三个木销钉(2mm直径) 放置在干燥预成型件样本815c的上部，居中位于下面的2个木销 钉之间且平行于这2个销钉。(换句话讲，第三个销钉垂直于样本定 向。)将一个平压杆垂直向下压在第三个销钉和下面的固体预成型件
样本上，其中将压力施加在大约前两个平行销钉之间中点处的^f本区 域上。记录需要断裂样本(或造成其显著变形)的力。
在测试不含锌纤维的干燥固体预成型件815c时，当在上述测试 中使用Instron测试仪施加力时，样本突然断裂。作为对比，当为 干燥固体预成型件样本(加入锌纤维使得它们的含量按总锌重量计介 于约2%和10%之间(或更多))，随着力逐渐增加，样本不突然 断裂，而是开始弯曲下垂。随着力逐渐增加，达到在该点上样本开始 下垂(变形点)的峰值力，接着减少外加力。记录在该点上样本开始 断裂(不含锌纤维的固体预成型件样本815c的断裂点)或开始下垂 (含有锌纤维的固体预成型件样本815c的变形点)的最大外加力并 报导在表3和3A中。
发现断裂或变形样本干燥固体预成型件815c的负载由于纤维 的存在而显著改进，当锌纤维加入到按总锌重量计介于约2%和10% 之间的含量时，强度典型增加至少约2和10倍之间。(当15mm长 度和60微米直径的锌纤维加入含量按总锌重量计为10%时，千燥 固体预成型件的强度与不含锌纤维的相同样本相比增加超过10倍， 如实施例5中所报导的和表3和3A中所示出的。)
此外，已确定与利用均匀混合在阳极制剂内的锌纤维的任意混合 物相比，放置锌纤维使得它们趋于集中在干燥固体预成型件的上下平 面上具有增加千燥固体预成型件强度的进一步效果。然而，锌纤维的 这种具体放置，例如使它们更接近固体预成型件815c的表面，增加了制造困难，因此出现了来自制造角度的不利情况。因此，尽管有可 能集中锌纤维更靠近干燥预成型件表面，但是增加机械强度的有益效 果必须以制造成本增加为代价。然而，即使加入锌纤维(例如，介于 约5. 5mm和15mm之间的长度和60微米直径的纤维)使得它们在 干燥固体预成型件815c中的均匀含量介于总锌的约2%和10%重 量之间，与具有相同总锌浓度和相同锌粒但不含锌纤维的相同样本相 比，干燥预成型件815c的机械完整性(如上述Instron测试中所 测定的)的增加至少介于约2和10倍之间。
示出利用锌纤维的有益特征及增加的机械强度的具体实施例描迷如下实施例4来自固体多孔锌物质的总锌的2%重量包括锌纤维的阳极(15mm长度x 60微米直径)/常规Mn02阴极) AA型电池810如实施例1中制备，不同的是阳极815形成 于润湿锌物质(润湿预成型件)，其被模制成阳极腔体813的大致形 状，然后干燥以产生本发明的固体多孔锌物质(固体预成型件)815C。 基于锌的总含量，阳极815包括约2%重量的锌纤维。锌纤维具有 15mm的长度和60微米的直径。将固体预成型件插入到阳极腔体 813中，然后加入含水氢氧化钾电解质(介于约35%和40%重量之 间的K0H与2%重量的Zn0的浓度)。固体多孔锌物质(固体预成 型件)立即吸收碱性电解质并膨胀形成如上文描述中所描述的最终的 润湿阳极。包含Mn02的阴极组合物与实施例1中所用相同。电池如 实施例1中具有4.6克锌并被平衡，使得锌的理论容量除以Mn02 的理论容量为约1。润湿和干燥预成型件的组成如下将润湿锌物质模制成阳极腔体的大致形状，尽管稍微小于阳极腔锌纤维(15咖长度)锌(100至400微米平均尺寸)表面活性剂二壬基酚磷酸酯表面活性剂(RM-510)粘合剂CARB0P0L C940粘合剂 WATERLOCK A-221粘合剂 聚乙烯醇(分子量85000至146000 ) 水润湿预成型件，％重量 1. 89 体尺寸。然后通过在约55匸的烘箱中加热约2至3小时的一段时 间干燥模制的润湿锌物质(润湿预成型件)以蒸发水分，使得固体多 孔锌物质(固体预成型件)具有介于约40%至50%之间的孔隙度。 固体多孔锌物质(固体预成型件)具有以下组成测试具有以上组成(约2%重量的总锌包括锌纤维)的固体多孔 锌物质(固体预成型件)的物理结构完整性。(以上固体预成型件中 的约2%重量的总锌包括锌纤维(15mm长度x 60微米直径)，剩 余的锌为以上所指出的常规颗粒形式(100至400微米中值平均尺 寸)。)当通过上述Instron测试进行测量时，具有锌纤维的固体 预成型件的物理结构完整性比相同组成及总重量百分比的相同固体预 成型件(但其不包含任何锌纤维)高至少约3倍。(换句话讲，对比 固体预成型件具有与以上实施例4固体预成型件相同的组成并以相 同的方式制造，但不包含任何锌纤维。)具体地讲，以上具有按重量 计2°/。的总锌包括锌纤维(15mm长度x 60微米直径)的固体预成 型件样本的断裂点用Instron测试仪测量为约6. 2N (1.4磅力)。这可与相同总锌浓度与相同锌粒但不含锌纤维的对比固体预成型件的 1.8N (0.4磅力)的断裂点相比。固体多孔锌物质(固体预成型件)锌纤维(15aim长度)锌(100至400微米平均尺寸)表面活性剂二壬基酚磷酸酯表面活性剂(RM-510)粘合剂CARB0P0L C940粘合剂 WATERLOCK A-221粘合剂 聚乙烯醇%重量1. 97
实施例5来自具有10°/。重量的总锌包括锌纤维(15mm长度x 60微米直 径)的固体多孔锌物质的阳极/常规Mn02阴极测试AA型电池810如实施例1中制备，不同的是阳极815 形成于润湿锌物质(润湿预成型件)，其被模制成阳极腔体813的大 致形状，然后干燥以产生本发明的固体多孔锌物质(固体预成型件) 815C。基于锌的总含量，阳极815包括约10%重量的锌纤维。锌纤 维具有15mm的长度和60微米的直径。将固体预成型件插入到阳极 腔体813中，然后加入含水氢氧化钾电解质(介于约35%和40%重 量之间的K0H与2%重量的Zn0的浓度)。固体多孔锌物质(固体 预成型件)立即吸收碱性电解质并膨胀形成如上文描述中所描述的最 终的润湿阳极。包含Mn02的阴极组合物与实施例1中所用相同。电 池如实施例1中具有4.6克锌并被平衡，使得锌的理论容量除以 Mn02的理论容量为约1。润湿和干燥预成型件的组成如下将润湿锌物质模制成阳极腔体的大致形状，尽管稍微小于阳极腔 体尺寸。然后通过在约55°C的烘箱中加热约2至3小时的一段时 间干燥模制的润湿锌物质(润湿预成型件)以蒸发水分，使得固体多锌纤维(15mm长度)锌(100至400微米平均尺寸)表面活性剂二壬基酚磷酸酯表面活性剂(RM-510)粘合剂CARB0P0L C940粘合剂 WATERLOCK A-221粘合剂 聚乙烯醇(分子量85000至146000 ) 水润湿预成型件，％重量 9. 46 孔锌物质(固体预成型件)具有介于约40%至50%之间的孔隙度。 固体多孔锌物质(固体预成型件)具有以下组成测试具有以上组成(约10%重量的总锌包括锌纤维)的固体多孔 锌物质(固体预成型件)的物理结构完整性。(以上固体预成型件中 的约10%重量的总锌包括锌纤维(15mm长度x 60微米直径)，剩 余的锌为以上所指出的常规颗粒形式(100至400微米中值平均尺 寸)。)当通过上述Instron测试进行测量时，具有锌纤维的固体 预成型件的物理结构完整性比相同组成及总重量百分比锌的相同固体 预成型件(但其不包含任何锌纤维)高至少约10倍。(换句话讲， 对比固体预成型件具有与以上实施例5固体预成型件相同的组成并 以相同的方式制造，但不包含任何锌纤维。)具体地讲，以上具有按 重量计10%的总锌包括锌纤维(15mm长度x 60微米直径)的固体 预成型件样本的断裂点或变形点通过上述Instron测试进行测量为 约27N (6.1磅力)。这可与相同总锌浓度与相同锌粒但不含锌纤维 的对比固体预成型件的1.8N (0.4磅力)的断裂点相比。与相同阳极与阴极组成但不含锌纤维的对比电池相比，实施例5 测试固体预成型件的物理结构完整性10倍增加的获得是以具有锌纤固体多孔锌物质(固体预成型件)锌纤维(15mm长度)锌粒(100至400微米平均尺寸)表面活性剂二壬基酚磷酸酯表面活性剂(RM-510)粘合剂CARB0P0L C940粘合剂 WATERLOCK A-221粘合剂 聚乙烯醇%重量9. 84
维的测试AA电池小于5%的容量(毫安小时)和小于5%的能量输 出(亳瓦小时)损失为代价的。具体地讲，实施例5中的新鲜AA电池在1.0安的恒定速率下 放电至0.5伏的截止电压。在单独测试中，成批的类似新AA电池 在50毫安的恒定速率下放电至0.5伏的截止电压。构造相同阳极 与阴极组成的新AA电池(对比实施例5电池)，不同的是阳极不 包含任何锌纤维。然而，实施例5对比电池中的总锌重量百分数与实 施例5测试电池中相同，并且阳极以相同的方式由固体预成型件制 得。具有锌纤维的AA测试电池的容量(毫安小时)与能量输出(毫 瓦小时)低于相同阳极和阴极组成但不含锌纤维的对比AA电池不到 约5%。实际性能值总结于以下表3和3A中。表3AA型锌/Mn02碱性电池的性能比较(实施例5组合物)在1. 0安下放电至0. 5V的截止电压(数 值为4个电池的平均值)容量，毫 安小时在50%容量 下的平均电压能量输出， 毫瓦小时结构完整性(断 裂点或变形点) - Intstron 测 试，kg (磅)对比电池(不含Zn纤 维的模制锌阳极，实施 例5)7350. 997420. 2 (0. 4)测试电池(含有Zn纤 维的模制锌阳极，实施 例5)7111. 027182. 8 (6.1)
入量为大致按重量计约0.7份含水电解质对按重量计1份固体预 成型件。固体预成型件立即吸收含水碱性电解质并膨胀以填充阳极腔 体形成最终的新鲜阳极。当借助对电池拍摄的没有放大的X射线照片 观察阳极时，最终的新鲜阳极其内不含有任何可辨别的气穴。最终的 新鲜阳极内的聚乙烯醇有助于保持单独锌粒在紧密网络内互相紧密邻 近。实施例2中的新AA电池以50毫安的恒定速率放电。在单独 测试中，实施例2中的成批新AA电池以500毫安的恒定速率放 电。在50亳安放电时，在0.5伏截止电压处获得的容量为2930 毫安小时。50%容量时的平均电压为1.23伏。在0. 5V截止处的能 量输出为3450毫瓦小时。在500毫安放电时，在0.5伏截止电压处获得的容量为1530 毫安小时。50%容量时的平均电压为1.07伏。在0. 5V截止处的能 量输出为1630毫瓦小时。当将新鲜的锌阳极放置在密封袋中并在601C时存放4周时， 通过测量由锌阳极产生的气体量来进行电池放气测试。放气量为每克 阳极0. 0122mL气体。实施例3 (来自固体多孔锌物质的阳极/常规的Mn02阴极)测试AA型电池810如实施例1中制备，不同的是阳极815 形成于润湿锌物质(润湿预成型件)，其被模制成阳极腔体813的大 致形状，然后干燥以产生本发明的固体多孔锌物质(固体预成型件) 815C。将固体预成型件插入到阳极腔体813中，然后加入含水氢氧 化钾电解质(介于约35°/。和40%重量之间的KOH与2%重量的 ZnO的浓度)。固体多孔锌物质(固体预成型件)立即吸收碱性电解质 并膨胀形成如上文描述中所描述的最终的润湿阳极。包含Mn02的阴 极组合物与实施例1中所用相同。电池如实施例1中具有4.6克 锌并被平衡，使得锌的理论容量除以Mn02的理论容量为约1。润湿锌物质(润湿预成型件)具有以下组成，其涉及比实施例2中
表面活性剂(RM-510) 粘合剂CARBOPOL C940粘合剂 WATERLOCK A-221粘合剂 聚乙烯醇(分子量85000至146000 ) 水将润湿锌物质模制成阳极腔体的大致形状，尽管稍微小于阳极腔 体尺寸。然后通过在约55匸的烘箱中加热约2至3小时的一段时 间干燥模制的润湿锌物质(润湿预成型件)以蒸发水分，使得固体多 孔锌物质(固体预成型件)具有介于约40%和50%之间的孔隙度。 固体多孔锌物质(固体预成型件)具有以下组成测试具有以上组成(约2%重量的总锌包括锌纤维)的固体多孔 锌物质(固体预成型件)的物理结构完整性。(以上固体预成型件中 的约2%重量的总锌包括锌纤维(7. 5mm长度x 60微米直径)，剩 余的锌为以上所指出的常规颗粒形式(100至400微米中值平均尺 寸)。)当通过上述加载变形测试进行测量时，具有锌纤维的固体预锌纤维(7. 5mm长度)锌(100至400微米平均尺寸)表面活性剂二壬基酚磷酸酯表面活性剂(RM-510)粘合剂CARBOPOL C940粘合剂 WATERLOCK A-221粘合剂 聚乙烯醇固体多孔锌物质(固体预成型件) %重量 1. 97
成型件的物理结构完整性比相同组成及总重量百分比的相同固体预成型件(但其不包含任何锌纤维)高至少约2倍。(换句话讲，对比固 体预成型件具有与以上实施例6固体预成型件相同的组成并以相同 的方式制造，但不包含任何锌纤维。)具体地讲，以上具有按总锌重 量计2%含量为锌纤维(7. 5mm长度x 60微米直径)的固体预成型 件样本的断裂点或变形点通过上述Instron测试进行测量为约 4. ON (0.9磅力)。这可与相同总锌浓度与相同锌粒但不含锌纤维的对 比固体预成型件的0. 8N (0.4磅力)的断裂点相比。尽管已用具体实施方案来描述了本发明，但应当理解，本发明范 围内的其它变型也是可能的。因此，本发明不旨在被限制于本文所述 的具体实施方案，而是在权利要求及其等价物的范围内。
权利要求
1. 一种形成用于碱性电池的阳极材料的方法，所述方法包括以下步骤a) 形成包含锌粒的混合物，其中所述锌粒的至少一部分包括锌纤 维；和b) 产生包括所述锌粒与所述锌纤维的尺寸稳定的物质。
2. 如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括形成混合物， 所述混合物包括锌粒、第 一流体和包含用于粘合锌粒的胶合剂的粘合 剂，其中所述锌粒的至少一部分包括锌纤维；步骤(b)包括至少部分 地干燥所述混合物，从而产生包括所述锌粒与所述锌纤维的尺寸稳定的 物质。
3. 如权利要求2所述的方法，所述方法包括以下附加步骤c) 将所述尺寸稳定的物质插入到碱性电池中；和d) 向所述电池中的所述物质加入第二流体，由此所述第二流体被 吸收到所述物质内以形成阳极。
4. 如权利要求2所述的方法，其中所述第一流体包含水。
5. 如权利要求3所述的方法，其中所述第二流体包括含水碱性 电解质。
6. 如权利要求2所述的方法，其中用于粘结锌粒的所述胶合剂 包含聚乙烯醇。
7. 如权利要求1所述的方法，其中所述尺寸稳定的物质为包括 所述锌粒和所述锌纤维的固体多孔物质。
8. 如权利要求1所述的方法，其中所述锌纤维包括具有至少 1. 5咖长度的连续锌股。
9. 如权利要求1所述的方法，其中所述锌纤维包括具有介于约 2mm和25mm之间长度的连续锌股。
10. 如权利要求1所述的方法，其中所述锌纤维的含量按包括所 述锌纤维的所述锌粒中总锌重量计介于约2%和10%之间。
11. 如权利要求2所述的方法，其中在至少部分地干燥所述混合 物之前，所述混合物用隔板材料被至少基本包裹。
12. 如权利要求2所述的方法，其中在至少部分地干燥所述混合 物之前，所述混合物被模制成尺寸稳定的形状。
13. 如权利要求3所述的方法，其中在于步骤(d)中加入所述第 二流体之前，将所述固体多孔物质插入到碱性电池的所述阳极腔体中。
14. 如权利要求13所述的方法，其中当所述第二流体吸收到其内 时，所述固体多孔物质膨胀。
15. 如权利要求5所述的方法，其中所述含水碱性电解质包含氢 氧化钾。
16. 如权利要求2所述的方法，其中所述尺寸稳定物质在环境空 气中耐贮存。
17. 如权利要求6所述的方法，其中所述聚乙烯醇具有介于约 85000和146000之间的分子量。
18. 如权利要求2所述的方法，其中步骤b)中的所述干燥通过 加热所述混合物来实现。
19. 如权利要求2所述的方法，其中所述粘合剂还包括交联丙烯 酸聚合物胶凝剂。
20. 如权利要求2所述的方法，其中所述粘合剂还包括含有聚丙 烯酸与聚丙烯酰胺淀粉的接枝共聚物的胶凝剂。
21. 如权利要求2所述的方法，其中所述粘合剂还包括CARB0P0L C940交联丙烯酸聚合物。
22. 如权利要求2所述的方法，其中所述粘合剂还包括CARB0P0L C940交联丙烯酸聚合物与WATER-LOCK A-221淀粉接枝共聚物的混合 物。
23. 如权利要求2所述的方法，其中所述混合物还包含总量介于 锌的约200和1000ppm之间的铟。
24. 如权利要求2所述的方法，其中所述混合物还包括表面活性剂。
25. 如权利要求24所述的方法，其中所述表面活性剂包含有机磷匕 曰o
26. 如权利要求12所述的方法，其中将所述混合物模制成碱性电 池的阳极腔体的大致形状。
27. —种形成用于碱性电池的阳极的方法，所述方法包括以下步服.a) 形成包括锌粒、包含醇如聚乙烯醇的粘合剂和水的混合物，其 中所述锌粒的至少一部分包括锌纤维；b) 干燥所述混合物以蒸发掉其内水分的至少一部分，从而产生包 括所述锌粒和所述锌纤维的尺寸稳定的物质；c) 将所述尺寸稳定的物质插入到碱性电池的阳极腔体中；和d) 将流体加入到阳极腔体中，由此所述流体被所述物质吸收并因 此形成所述阳极。
28. 如权利要求27所述的方法，其中所述流体包括含水碱性电解质。
29. 如权利要求27所述的方法，其中所述尺寸稳定的物质为包括 所述锌粒和所述锌纤维的固体多孔物质。
30. 如权利要求27所述的方法，其中所迷锌纤维包括具有至少 1.5mm长度的连续锌股。
31. 如权利要求27所述的方法，其中所述锌纤维包括具有至少 2mm长度的连续锌股。
32. 如权利要求27所述的方法，其中所述锌纤维包括具有介于约 2mm和25mm之间长度的连续锌股。
33. 如权利要求27所述的方法，其中所述锌纤维的含量按包括所 述锌纤维的所述锌粒中总锌重量计介于约2%和10%之间。
34. 如权利要求29所述的方法，其中所述固体多孔物质在所述流 体在步骤(d)中被吸收到其内时膨胀。
35. 如权利要求27所述的方法，其中在千燥所述混合物之前，所 述混合物用隔板材料被至少基本包裹。
36. 如权利要求27所述的方法，其中在干燥所述混合物之前，所 述混合物被模制成指定形状。
37. 如权利要求28所述的方法，其中所述含水碱性电解质包含氯 氧化钾。
38. 如权利要求27所述的方法，其中步骤b)中的所述干燥通过 加热所述混合物来实现。
39. 如权利要求27所述的方法，其中所述聚乙烯醇具有介于约 85000和146000之间的分子量。
40. 如权利要求27所述的方法，其中所述粘合剂还包括胶凝剂。
41. 如权利要求27所述的方法，其中所述粘合剂还包括交联丙烯 酸聚合物胶凝剂。
42. 如权利要求27所述的方法，其中所述粘合剂还包括含有聚丙 烯酸与聚丙烯酰胺淀粉的接枝共聚物的胶凝剂。
43. 如权利要求27所述的方法，其中所述粘合剂还包括 CARBOPOL C940交联丙烯酸聚合物。
44. 如权利要求27所述的方法，其中所述粘合剂还包括 CARBOPOL C940交联丙烯酸聚合物与WATER-LOCK A-221淀粉接枝共聚 物的混合物。
45. 如权利要求27所述的方法，其中所述混合物在干燥之前还包 括总量介于锌的约200和1000ppm之间的铟。
46. 如权利要求27所述的方法，其中所述混合物在干燥之前还包 括表面活性剂。
47. 如权利要求46所述的方法，其中所述表面活性剂包含有机磷 酸酯。
48. 如权利要求29所述的方法，其中所述固体多孔物质在环境空 气中耐贮存。
49. 如权利要求27所述的方法，其中在干燥所述混合物之前，将 所述混合物模制成碱性电池的阳极腔体的大致形状。
50. —种电化学电池，所述电化学电池包括外壳；正端子和负端子； 以及包含锌的阳极；其中所述锌的至少一部分包括锌纤维；所述电池还 包括聚乙烯醇、含水碱性电解质溶液、隔板、以及包含阴极活性材料的 阴极。
51. 如权利要求50所述的电池，其中所述锌纤维包括具有至少 1. 5mm长度的连续锌股。
52. 如权利要求50所述的电池，其中所述锌纤维包括具有至少 2mm长度的连续锌股。
53. 如权利要求50所述的电池，其中所述锌纤维包括具有介于约 2mm和25mm之间长度的连续锌股。
54. 如权利要求50所述的方法，其中所述锌纤维的含量按包括所 述锌纤维的所述锌粒中总锌重量计介于约2%和10%之间。
55. 如权利要求50所述的电池，其中所述电池为一次电池。
56. 如权利要求50所述的电池，其中所述含水电解质包含氢氧化钾。
57. 如权利要求50所述的电池，其中所述聚乙烯醇具有介于约 85000和146000之间的分子量。
58. 如权利要求50所述的电池，其中所述阴极包含二氧化锰。
59. 如权利要求50所述的电池，其中所述锌包括具有介于约30 和1000微米之间的中值平均粒度的锌粒。
60. 如权利要求50所述的电池，其中所述锌包括具有介于约30 和400微米之间的中值平均粒度的锌粒。
61. 如权利要求50所述的电池，其中所述阳极还包括含有胶凝剂 的粘合剂，所述胶凝剂包含交联丙烯酸聚合物。
62. 如权利要求50所述的电池，其中所述阳极还包括含有胶凝剂 的粘合剂，所述胶凝剂包含聚丙烯酸与聚丙烯酰胺的淀粉接枝共聚物。
63. 如权利要求50所述的电池，其中所述阳极还包括表面活性剂。
64. 如权利要求63所述的电池，其中所述表面活性剂包含有机磷 酸酯。
65. —种其内具有阳极腔体的碱性电池外壳与插入到所述阳极腔 体中的多孔物质的组合；所述物质包含粘结在一起形成其间具有空隙空 间的锌粒网络的锌粒，其中所述锌粒的至少一部分包括锌纤维；所述物 质是尺寸稳定的。
66. 如权利要求65所述的组合，其中所述物质为固体多孔物质。
67. 如权利要求66所述的组合，其中所述固体多孔物质至少基本 干燥。
68. 如权利要求65所述的组合，其中所述锌纤维包括具有至少 1. 5mm长度的连续锌股。
69. 如权利要求65所述的组合，其中所述锌纤维包括具有至少 2mm长度的连续锌股。
70. 如权利要求65所述的组合，其中所述锌纤维包括具有介于约 2迈m和25mm之间长度的连续锌股。
71. 如权利要求65所述的组合，其中所述锌纤维的含量按包括所 述锌纤维的所述锌粒中总锌重量计介于约2%和10%之间。
72. 如权利要求65所述的组合，其中所述物质用隔板材料被至少 基本包裹。
73. 如权利要求72所述的组合，其中所述隔板材料粘附到所述固 体物质上。
74. 如权利要求66所述的组合，其中所述固体多孔物质至少基本 填充所述阳极腔体。
75. 如权利要求65所述的组合，其中所述粘结锌粒网络至少基本 延伸穿过所述物质。
76. 如权利要求75所述的组合，其中所述锌粒均匀分布在所述网 络内。
77. 如权利要求66所述的组合，其中所述物质具有按体积计介于 约25%和50%之间的孔隙度。
78. 如权利要求65所述的组合，其中聚乙烯醇涂布所述锌粒表面 的一部分，从而将所述锌粒粘结在一起形成所述锌粒网络。
79. 如权利要求78所述的組合，其中所述聚乙烯醇具有介于约 85000和146000之间的分子量。
80. 如权利要求65所述的组合，所述组合还包括在所述锌粒之间 含有丙烯酸聚合物的粘合剂。
81. 如权利要求65所述的组合，所述组合还包括表面活性剂。
82. 如权利要求65所述的组合，其中所述表面活性剂包含有机磷匕曰o
83. 如权利要求65所述的组合，其中所述锌粒具有介于约30和 1000微米之间的中值平均粒度。
84. 如权利要求65所述的组合，其中所述锌粒具有介于约30和 400微米之间的中值平均粒度。
85. 如权利要求65所述的组合，其中所述物质还包含铟，所述铟 的总量按重量计介于每一百万份锌约200和1000份之间。
86. —种其内具有阳极腔体的碱性电池外壳与插入到所述阳极腔 体中的包括阳极活性材料的尺寸稳定物质的组合，其中所述阳极活性材 料包括锌粒，并且所述锌粒的至少一部分包括锌纤维。
87. 如权利要求86所述的组合，其中所述锌纤维包括具有至少 1. 5mm长度的连续锌股。
88. 如权利要求86所述的组合，其中所述锌纤维包括具有至少 2mm长度的连续锌股。
89. 如权利要求86所述的组合，其中所述锌纤维包括具有介于约 2mm和25mm之间长度的连续锌股。
90. 如权利要求86所述的组合，其中所述锌纤维的含量按包括所 述锌纤维的所述锌粒中总锌重量计介于约2%和10%之间。
91. 如权利要求86所述的组合，其中所述物质至少基本填充所述 阳极腔体。
92. 如权利要求86所述的组合，其中所述物质为固体多孔物质。
93. 如权利要求92所述的组合，其中所述物质包括粘结在一起形 成其间具有空隙空间的锌粒网络的锌粒。
94. 如权利要求93所述的组合，其中所述粘结锌粒网络至少基本 延伸穿过所述物质。
95. 如权利要求92所述的组合，其中所述物质具有按体积计介于 约25%和50%之间的孔隙度。
全文摘要
一种形成用于碱性电池的包含锌的阳极的方法。所述方法涉及将锌粒与优选包括聚乙烯醇的粘合剂、表面活性剂和水混合以形成润湿糊剂。将润湿糊剂模制成电池阳极腔体的大致形状，然后加热以蒸发水分。形成在锌粒之间具有微观空隙空间的固体多孔锌物质。可将该固体物质插入到电池阳极腔体中，然后加入优选包含氢氧化钾的含水碱性电解质。该固体物质吸收含水电解质并膨胀以填充阳极腔体形成最终的新鲜阳极。可加入锌纤维以增强所述固体物质的结构完整性。
文档编号H01M4/02GK101124687SQ200580035068
公开日2008年2月13日 申请日期2005年10月13日 优先权日2004年10月15日
发明者A·G·吉里辛斯基, G·辛特拉, R·C·派兰特, T·C·理查德斯, 蒋志平 申请人:吉莱特公司