具有增大界面面积的碱性电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及碱性电池，其具有形成增大的阳极-阴极界面面积的单个阳极和单个阴极。
【背景技术】
[0002]常规的圆柱形碱性锌-二氧化锰电池(也称为“碱性电池”)，例如AA电池、AAA电池、和D电池，采用包含单个阳极和单个阴极的常规筒管构造。此类常规碱性电池的倍率性能通常是有限的，这是由于在阳极和阴极之间存在的界面面积有限以及过厚的电极(阳极和阴极)。阳极-阴极界面面积的增加将提高电池的倍率性能。
[0003]为了获得阳极和阴极之间较高的界面面积而采用多个电极的电池构造是已知的；此类设计也可使用较薄的电极。例如，一种已知的设计采用多于一个阳极与单个阴极的组合或多于一个阴极与单个阳极的组合。可想象地，也可组合采用两种类型的多于一个电极。
[0004]但是此类利用多个电极的已知设计被电互连多个独立阳极和/或阴极结构的需求变得复杂，基本上在相同电极类型/极性的不同部分之间形成电并联，即，阳极-阳极连接和阴极-阴极连接，使得这些电极能够同时放电并传递能量。
[0005]例如，US 5，869，205涉及电化学电池，其具有第一电极诸如阴极，以及多个第二电极诸如阳极。在阴极内形成有多个腔，并且集流体将阳极电连接在一起。US 7，341，803涉及具有改善的高倍率和高功率放电容量的碱性电池，其中该电池具有附加的阳极或阴极。
[0006]WO 2004/095606A2涉及具有至少一个预成形的粒料的电池，该粒料设置在电池外壳内部并且包括由材料形成的外部电极部分，以在几何上将粒料限定成固体形式。粒料包括一个内部电极，其由分隔体包封并嵌入外部电极部分的材料内。WO 2005/022671A1涉及电池诸如圆柱形碱性电池，其包括内部电极，该电极由分隔体包封并具有呈折叠构型的薄横截面，内部电极形成为使得其外部轮廓大体适形于由外壳的内表面限定的轮廓。
[0007]看起来在一些上述尝试中，电极界面面积可增大并且阳极电极和阴极电极的有效厚度均可相对于普通圆柱形碱性电池的那些厚度减小。然而，这些方法将可能需要复杂和昂贵的制造工艺。复杂性和成本来自电互连多个阳极和多个阴极的需要、形成不对称的、不同心的形状的需要、和分离电池内的互连装置的需要。
[0008]因此需要具有增大电极界面面积并因此提供优异的高倍率性能-但是不需要电池内部多个阳极和阴极的互连的电池。
【发明内容】
[0009]本发明基于增大的电极界面面积并因此减小的有效电极厚度而提供具有优异的高倍率性能的电池设计，其还具有不需要多个阳极和阴极的互连的设计。本发明涉及碱性电池，其包括具有底端和顶端的外壳和设置在外壳内的电极组件。电极组件包括单个第一电极和单个第二电极、设置在第一电极和第二电极之间的分隔体、以及电解质。第一电极包括中空外部主体和定位在外部主体内的至少一个内部主体。外部主体和至少一个内部主体在外壳内在结构上接合在一起以在其中形成单个基本上均匀的结构，其具有基本上均匀的电极性能，例如导电性。第二电极包括中间主体，其至少部分地设置在外部主体和至少一个内部主体之间。中间主体与外部主体和至少一个内部主体是电隔离的。
【附图说明】
[0010]虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护本发明的权利要求书，但是据信通过下面的描述并结合附图可以更好地理解本发明。
[0011]图1是本发明电池的一个实施例的示意性剖视图，其包括第一电极和第二电极，示出电池的构型，其中第一电极接触用作第一电极集流体的电池外壳。
[0012]图2是本发明电池的另一个实施例的示意性剖视图，其中第一电极和第二电极的相对位置相对于图1实施例的那些位置反向。
[0013]图3是图2所示实施例的变型的示意性剖视图。
[0014]图4是本发明电池的一个实施例的示意性剖视图，其中第一电极接触由罐形成的电池外壳，并且第二电极中具有两个空的空间，每个由第一电极的一部分(内部主体)占据。
[0015]图5是沿线5-5截取的图4所示实施例的示意性剖视图。
[0016]图6是图4和5所示设计的变型的示意性剖视图，其中第一电极的三个内部主体设置在第二电极的空的空间内，相对于外部主体的纵向轴线成锐角。
[0017]图7是沿线7-7截取的图6所示实施例的示意性剖视图。
[0018]图8是本发明电池的另一个实施例的示意性剖视图，其中第二电极具有大体包括锥的形状。
[0019]图9是该电池的一个实施例的示意性剖视图，其中第二电极具有大体包括锥的形状，该锥具有凹的外侧。
【具体实施方式】
[0020]本发明的电池10包括外壳20。外壳20可至少部分地由例如罐形成。电池具有彼此相对的两个端:第一端或底端11和第二端或顶端12。本领域的技术人员将易于理解术语诸如“顶部”和“底部”、“上方”和“下方”等等是相对常规术语，描述在本文多个图中所示的电池。在使用中，电池10可另外取向。
[0021]外壳20可为常用于一次碱性电池的任何常规类型，并且可由任何合适的材料制成，例如镀镍冷轧钢或塑料。密封件70在图中显示为邻近顶端12，其可由例如聚酰胺(尼龙)制成。外壳20可具有常规的圆柱形形状-或可具有任何其它合适的非圆柱形形状，例如棱柱形形状。外壳20的内壁可用对电极具有低电接触电阻的材料处理，例如碳。外壳20的内壁可镀有例如镍、钴、或漆有碳负载的漆。
[0022]设置在外壳20内的电极组件包括单个第一电极30和单个第二电极40。术语“单个”在本文上下文中指示电极(不论是固体的、半固体的、或液体的)包括单个基本上均匀的结构-这与由一根或多根电线等互连的两个或多个独立电极相对。这种单个基本上均匀的结构可以整个单体形式形成或者可由两个或更多个单独部件组装形成。在后一种情况下，组装单独部件以形成单个基本上均匀的电极，其具有基本上均匀的电极性能，例如整体导电性/电阻。
[0023]第一电极30和第二电极40中的一者具有正电荷,而另一个具有负电荷。电极30,40通过设置在电极30，40之间的分隔体50彼此电隔离。任何合适的分隔体，例如常规的碱性电池型分隔体，可用于电池10。分隔体50可包括例如一层赛璐玢与至少一层非织造材料的组合。对于AA-型电池，例如分隔体50可具有小于0.30mm的湿厚度，具体地小于0.20mm并且更具体地小于0.1Omm ；以及小于0.1Omm的干厚度，具体地小于0.07mm并且更具体地小于0.06mm。可使用安装分隔体50的任何常规方法。
[0024]第一电极30包括一个基本上中空的外部主体31和至少一个设置在外部主体31内的内部主体32。外部主体31和至少一个内部主体32在外壳20内接合在一起以形成单个基本上均匀的结构，其具有基本上均匀的电极性能，例如整体导电性。因此，既不需要，又不使用电线或类似的装置来互连第一电极30的部件。
[0025]本领域的技术人员将易于理解，当应用于本发明的电极时，术语“中空的”、“空的”、“均匀的”、“固体的”等等本文用于描述在所述元件本身之间的相对结构差异-并且不考虑电池内的电解质、插入一个或多个电极的集流体、或设置在另一个电极内的一个电极。