具有混合锌粉的碱性电化学电池的制作方法

专利名称：具有混合锌粉的碱性电化学电池的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及碱性电化学电池。更具体而言，本发明涉及具有含混和锌粉的阳极的碱性电池。
背景技术：
圆柱形电化学电池适合消费者广泛用于各种装置如手电、收音机和照相机中。在这些装置中所使用的电池一般都采用圆柱形金属壳体，以装载两个电极、隔膜、一定量的电解质以及包括集流体的封盖组件(closure assembly)。普通电极材料包括作为阴极的二氧化锰和作为阳极的锌。氢氧化钾的水溶液为常用电解质。隔膜通常由一张或多张纸形成，被设置在电极之间。电解质易于被隔膜和阳极吸收。
市售圆柱形碱性电池使用含颗粒形式锌的阳极。该阳极为已吸收含水电解质的凝胶。锌颗粒均匀分布于凝胶中，因此颗粒与颗粒之间的接触在整个阳极中形成了导电基质。集流体与锌接触，并在阳极和电池的其中一个端子之间提供导电途径。
由于一直希望给消费者提供性能更好的电池，电池工程师一直致力于延长电池给消费者的装置提供动力的时间。同时，降低电池费用并维持电池的使用性能的需要变得极为重要。现有的提高使用寿命的尝试包括锌合金的改变、锌颗粒形状的变化、锌粉颗粒尺寸分布的改变以及将自由流动的锌颗粒形成锌聚集体。例如，US 6,022,639描述了将锌片结合到在碱性电化学电池中所使用的锌粉中。不幸的是，已知锌片的使用显著提高了含有锌片的凝胶阳极的粘度。粘度的提高会引起加工方面的问题，该问题会降低电池制备方法的效率。US 6,284,410描述了将锌细粉或锌粉尘加入到锌粉中。锌细粉或锌粉尘的加入被认为有利于电池的整体性能。但是，已知加入锌细粉或锌粉尘会提高凝胶阳极的粘度，这在电池制备过程中会引起加工方面的问题。已经做了很多努力以提高电池的运行时间，这些努力是通过将一种或多种元素如铋、铟、铝、铅、锡或锰与锌制成合金。将这些元素与锌制成合金被证明在提高电池的使用寿命上是有效的，但是合金方法在锌制备设备上引起额外的费用，这最终会提高电池的费用。美国公开的专利申请2004/0013940A1描述了将自由流动的锌粉制备成锌聚集体。尽管锌聚集体在某些使用寿命测试中的确提高了电池的运行时间，但是形成聚集体所需要的方法步骤也提高了锌的费用，由此提高了电池的费用。所有上述对锌的改变总体上来说可以描述为工业界致力于通过改变锌粉的某些物理和/或化学特征来对锌粉进行设计以改善电池性能。但是，在锌粉的研制中仍继续需要进一步的进步，这种进步能提高使用寿命，同时将任何额外的电池费用降到最低，或者说，减少锌的费用，同时维持电池的使用寿命。

发明内容
本发明提供了具有锌粉的电化学电池，该电化学电池制备成本经济，并且在装置中使用时提供了所需的运行时间。
在一个实施方案中，本发明的电化学电池包括第一电极，该电极为至少第一粉末和第二粉末的混合物。第一粉末和第二粉末均具有共有颗粒尺寸范围内的颗粒。共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的粗糙度指数值比共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的粗糙度指数值至少高2.0％。
本发明还涉及含有锌粉混合物的电化学电池。该混合物包括来自第一粉末和至少第二粉末的锌颗粒。第一粉末中的颗粒尺寸范围和第二粉末中的颗粒尺寸范围并不重叠。
本发明还涉及含有通过如下方法获得的锌粉混合物的电化学电池以颗粒尺寸为基础将第一粉末分为至少两组，以颗粒尺寸为基础将第二粉末分为至少两组，其中来自第一粉末的至少一组和来自第二粉末的一组具有共有颗粒尺寸范围，并且第一粉末的共有颗粒尺寸范围中的组的平均粗糙度指数值比第二粉末的共有颗粒尺寸范围内的组的平均粗糙度指数值至少高2.0％。然后将来自第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的组和来自第二粉末的至少一组相混合。
本发明还涉及生产混合锌粉的方法。该方法包括如下步骤。以颗粒尺寸为基础将第一粉末分为至少两组。以颗粒尺寸为基础将第二粉末分为至少两组。将来自第一粉末的至少一组与来自第二粉末的至少一组混合，由此形成混合锌粉。来自第一粉末的至少一组和来自第二组的一组具有共有颗粒尺寸范围。第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的颗粒的平均粗糙度指数值比第二粉末的共有颗粒尺寸范围内的颗粒的平均粗糙度指数值至少高2.0％。


图1为本发明的电化学电池的横截面图；图2为两种锌粉的粗糙度指数和颗粒尺寸范围的关系图；图3为两种锌粉的延长指数和颗粒尺寸范围的关系图；图4为两种颗粒尺寸分布的图；图5为颗粒尺寸分布的图；和图6为示出三种使用寿命测试的测试结果图。
具体实施例方式
现在参照附图，更具体而言参照图1，该图示出本发明的组装电化学电池的横截面图。从电池外面开始，电池的部件为壳体10、设置成与壳体10的内表面相邻的第一电极50、与第一电极50的内表面56相接触的隔膜(separator)20、位于由隔膜20和固定到壳体10的封盖组件70所形成的腔室中的第二电极60。壳体10具有开放端12、封闭端14以及介于两者之间的侧壁16。封闭端14、侧壁16和封盖组件70限定了装载电池电极的容积。
第一电极50含有二氧化锰、石墨和含氢氧化钾的水溶液的混合物。通过如下方法制备电极将一定量含二氧化锰的混合物放入具有开放端的壳体中，然后使用冲压装置(ram)将混合物组成型成的固体管状，该管状限定了腔室，该腔室与壳体的侧壁同心。第一电极50具有凸出部分(ledge)52和内表面56。或者，可由如下方法制备电极将含有二氧化锰的混合物预先形成多个环，然后将这些环插入壳体中形成管状第一电极。
第二电极60为含水碱性电解质、两种或多种锌粉的混合物以及胶凝剂如交联的聚丙烯酸的均一混合物。含水碱性电解质含有碱金属氢氧化物如氢氧化钾、氢氧化钠或其混合物。优选氢氧化钾。适用于本发明的电池的胶凝剂可为交联的聚丙烯酸，如Carbopol 940(从B.F.Goodrich，Performance Materials Division，Cleveland，Ohio，USA获得)。羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠为其它适用于碱性电解质溶液的胶凝剂的实例。混合锌粉可为纯锌或含适量的一种或多种选自铟、铅、铋、锂、钙和铝的金属的合金。合适的阳极混合物含重量百分比为67％的锌粉、重量百分比为0.50％的胶凝剂和重量百分比为32.5％的碱性电解质(具有重量百分比为40％的氢氧化钾)。锌的量可以介于以重量计为阳极的63％到以重量计为阳极的70％之间。任选地，可在上述成分中加入其它组分如析气抑制剂、有机或无机防腐剂、粘合剂或表面活性剂。析气抑制剂或防腐剂的实例可包括铟盐(如氢氧化铟)、全氟烷基铵盐、碱金属硫化物等。表面活性剂的实例可包括聚环氧乙烷、聚乙烯烷基醚(polyethylene alkylether)、和全氟烷基化合物等。
第二电极可通过如下方法制备将上述成分转入螺带混合机或鼓式混合机中，然后将混合物加工成湿料浆。
适用于本发明的电池的电解质为37重量％的氢氧化钾水溶液。可通过将一定量的流体电解质放入由第一电极限定的腔室中将电解质结合到电池中。也可通过在制备第二电极的过程中使凝胶介质吸收氢氧化钾水溶液而将电解质导入电池内。将电解质引入电池所使用的方法并不关键，只要电解质与第一电极50、第二电极60以及隔膜20相接触即可。
封盖组件70包括封盖件72和集流体76。封盖件72被成型成含有通风口(vent)82，若电池内压变得过大，该出口可使封盖件72破裂。封盖件72可由Nylon6，6或其它材料如金属制备，前提是集流体76与作为第一电极的集流体的壳体10电绝缘。集流体76是由黄铜制成的长钉状部件件。集流体76通过位于封盖件72中心的孔被插入。
隔膜由无纺纤维制成。隔膜的一个功能是在第一和第二电极的界面提供阻挡层。该阻挡层必须是电绝缘的，并且是离子可透性的。合适的隔膜在WO 03/043103中公开。
在本发明的电池中所使用的混合锌粉为至少第一锌粉和第二锌粉的组合。必须对第一和第二锌粉的特征进行选择，以提供使用普通锌粉所不易获得的使用寿命和/或价格上的优势，这种普通锌粉由锌粉生产方法生产，其中锌粉颗粒尺寸分布中的全部范围的锌颗粒是随机生产出来的。在该方法中，颗粒具有由方法的类型和用于控制该方法的特定条件所决定的基本物理特征。由方法赋予颗粒的物理性质已被发明人看作是能显著影响锌在电化学电池中放电的有效性的特征之一。例如，发明人发现锌颗粒的特征如颗粒粗糙度和/或颗粒伸长度与其它物理参数如颗粒尺寸分布相结合，可以用于选择第一锌粉或第一锌粉中的特定颗粒尺寸分布，它们可与第二锌粉或第二锌粉中的特定颗粒尺寸分布相结合，以形成可提供所需使用寿命或者价格优势的混合锌粉。如上所述，电池工业使用锌粉作为具有电化学活性的材料，并且提供锌粉的锌制造商正尽力提高电池的使用寿命亦即电池的运行时间，这通过改变锌的物理或化学特征如颗粒尺寸分布、颗粒形状以及与锌合金化的化学元素来实现。但是，颗粒的粗糙度(以粗糙度指数测量)和颗粒的伸长度(以伸长度指数测量)并没有被用作选择锌粉的标准，该锌粉可被混合在一起以形成可提供使用寿命和/或价格优势的混合锌粉。
图2是在本文被称为A粉和B粉的两种锌粉的粗糙度的图。A粉购自比利时布鲁塞尔的N.V.UMICORE，S.A.，被称为BIA115。该锌粉是含有100ppm铋、200ppm铟和100ppm铝的合金。该粉末的D50-用于表征该粉末的颗粒尺寸的度量值-约为115。在2000年8月17日公布的WO 00/48260中被全面描述的离心雾化法被用于生产该锌粉。B粉具有与A粉相同的合金组成并且也购自UMICORE。B粉由气体雾化法生产，该方法是用于从熔融锌流生产粉末的常规制备方法。用于生产锌粉的第三种方法是脉冲雾化法，在WO 2004/012886中描述。通过使用筛子筛选由离心雾化法或气体雾化法生产的锌粉得到了图2中的数据。将从制造商获得的粉末进行筛选，藉此基于颗粒尺寸范围将每种粉末分为四组。该范围为45到75微米、75到105微米、105到150微米以及超过150微米。然后使用二维图像分析对每个所分组的粗糙度进行表征。图像分析技术使用与数码相机相联合的OlympusSZX12显微镜，以拍出足够放大倍数的锌颗粒照片，使得单个颗粒的周长可被精确测量。该技术包括将很多颗粒均匀分布在玻璃片上，然后将该玻璃片放置在显微镜的视野当中，使透射光照亮该颗粒。对颗粒进行排布以使颗粒与颗粒的接触最小化或者将其清除。选择显微镜的放大倍数使小颗粒至少占据十个像素。然后对样品不同区域进行数码拍照。每张照片必须含有至少两个没有与其它颗粒相接触的颗粒。拍下多张照片以获得1000张没有与其它颗粒相接触的颗粒的照片。New York，Melville的Olympus America Inc.所生产的Microsuite软件可用于处理这些数据。通过对1000个颗粒的图像进行分析可确定每组的粗糙度指数。就每个颗粒而言，通过用颗粒图像的周长除以与该颗粒等价椭圆的周长确定粗糙度，该椭圆被定义为面积与该颗粒的面积相等、并且长轴与颗粒图像的最长尺寸相同的椭圆。通过将1000个颗粒的粗糙度值进行平均化以计算每组的粗糙度指数。较高的粗糙度指数意味着该颗粒比具有较低粗糙度指数的颗粒更粗糙。如图2所示，A粉的四组中有三组的平均粗糙度指数值比B粉相应组的要高。具体而言，A粉中被分为105到150微米范围内的颗粒的平均粗糙度指数值(1.220)比B粉中相应组的平均粗糙度指数值(1.180)高约3.4％。同样，A粉中被分到由大于150微米的颗粒组成的组的颗粒的平均粗糙度指数值(1.245)比B粉中相应组的平均粗糙度指数值(1.210)高约2.9％。优选地，用于本发明的电池中的两种粉末之间的平均粗糙度指数差异为至少2.0％，更优选为3.0％，更优选为3.5％。
图3为在前文被称为A粉和B粉的两种锌粉的伸长度指数值。使用上文所述二维图像分析设备对来自A粉和B粉的每组的1000个颗粒的伸长度进行表征。通过用等价椭圆的长轴除以颗粒图像的Heywood直径计算每个颗粒的伸长度指数值。Heywood直径是具有与颗粒图像的面积相等的面积的圆的直径。通过将该组样品中的1000个颗粒的单个伸长度值进行平均化以确定每组的平均伸长度指数值。图3中的数据点清楚地表明；A粉的四组中有三组由平均伸长度指数比B粉中相应组的高至少4％的颗粒组成。优选地，用于本发明的电池中的两种粉末之间的平均伸长度指数差异为至少3.0％，更优选为3.5％，更优选为4.0％。
除了以其平均粗糙度指数值和平均伸长度指数值为基础选择第一锌粉和第二锌粉、或对锌粉进行分组外，已知通过混合所选的第一粉末和第二粉末所获得的混合锌粉的颗粒尺寸分布显著影响含有混合锌粉的电池的加工性和放电效率。具有单峰的颗粒尺寸分布的锌粉在本文中称为单峰颗粒尺寸分布锌粉。在图4中，线80为单峰颗粒尺寸分布的实例。若锌粉的颗粒尺寸分布具有两个或多个在其间限定波谷的峰，那么该锌粉在本文中被称为多峰颗粒尺寸分布颗粒。在图4中，线82为多峰颗粒尺寸分布的实例。具有单峰颗粒尺寸分布的锌粉通常比具有多峰颗粒尺寸分布的锌粉更为优选，因为单峰粉末更容易加工。含有较高百分比锌细粉的多峰粉末必然会提高含多峰粉末的凝胶阳极的粘度。粘度的升高会在阳极分布以及用于传递和安置阳极的安置设备中引起加工方面的问题。
优选地，本发明的电池中所使用的第一和第二锌粉为锌合金。该合金含有相同的化学元素如铋、铟和铝，并且每种合金中的化学元素的量是相同的。
在一个实施方案中，本发明的电池包括具有单峰颗粒尺寸分布的第一锌粉，但是该分布的至少一个被选部分被来自第二锌粉的锌颗粒的相似分布所替换。来自第二锌粉的颗粒的平均粗糙度值比第一粉末中被替换的粉末的要高。例如，图5示出被分为三个被选部分的锌粉的分布。第一部分包括能通过具有75微米孔的筛子的颗粒。第二部分包括能通过具有150微米孔的筛子但是不能通过具有75微米孔的筛子的颗粒。第三部分包括不能通过具有150微米孔的筛子的颗粒。通过用具有较高平均粗糙度指数值的不同锌粉的被选部分替换具有较低平均粗糙度值的锌粉的被选部分，可获得本发明的电池中所使用的混合锌粉。优选地，锌粉被选部分的颗粒尺寸分布并不和与之混合的锌粉的颗粒尺寸分布相重叠。如果使用现有技术中可商购的方法基于筛选前后的锌粉重量对第一颗粒尺寸分布进行筛选或分离，且该方法在将粉末的颗粒尺寸限制在所需颗粒尺寸范围方面至少98％有效，那么第一颗粒尺寸分布被认为不与第二颗粒尺寸分布相重叠。尽管希望粉末的分离度为100％，但是一些方法并不能阻止较小的锌颗粒粘附在较大的颗粒上，因此在较大颗粒的分布中保留了一些较小的颗粒。或者，可通过用具有较低平均粗糙度指数值的不同锌粉的被选部分替代具有较高平均粗糙度指数值的锌粉的被选部分，获得另一种用于本发明的电池中的混合锌粉。不管哪种粉末被分为随后与来自另一粉末的一组或多组混合的一组或多组，最终结果是得到了混合锌粉，该混合锌粉的被选部分锌颗粒(以颗粒尺寸分布和表面粗糙度为基础)由来自另一种锌粉的被选部分的颗粒所替换。
在另一个实施方案中，通过将来自第一粉末的被选组与第二粉末混合可生产混合锌粉，所述第二粉末尚未以表面粗糙度和颗粒尺寸范围为基础进行分组。第一粉末的被选组中的颗粒的平均粗糙度指数值比相同颗粒尺寸范围(在本文中称为“共有”颗粒尺寸范围)的第二粉末中的颗粒的平均粗糙度指数值至少高2％。例如，如果来自第一粉末的被选组的颗粒的颗粒尺寸范围介于75微米和105微米之间，并且第二粉末具有至少一些在75到105微米范围内的颗粒，那么第一粉末和第二粉末就具有共有颗粒尺寸范围内的颗粒。该实施方案提供了将来自第一粉末的被选“共有”组与第二粉末的混合，所述第二粉末具有与第一粉末相同的“共有”颗粒尺寸范围内的颗粒，前提是来自第一粉末的颗粒比第二粉末的共有颗粒尺寸范围内的颗粒更粗糙。
在另一个实施方案中，可通过混合具有基本相同颗粒尺寸分布的两种锌粉获得在本发明的电池中所使用的混合锌粉，但是第一粉末的被选部分的平均粗糙度和/或伸长度指数值比第二锌粉中的相同被选部分的平均粗糙度和/或伸长度指数值要高。在该实施方案中，混合锌粉的颗粒尺寸分布与两种被混合粉末的颗粒尺寸分布相同，但是混合粉末含有比其中一种粉末中的颗粒更粗糙和/或伸长度更大的颗粒。
将具有不同粗糙度和/或伸长度指数值的锌粉混合使得电池制造商有能力定制混合锌粉的性价比特征。例如，如果已知第一锌粉在电化学电池中能提供更长的使用寿命，但是该粉比另一种提供较短运行时间的锌粉更昂贵，那么电池制造商可选择除去较为便宜的粉末的被选部分，并用较为昂贵的粉末的一部分替换。其结果是混合锌粉比较为昂贵的粉末更便宜，并且如图6所示，含有混合锌的电池的使用性能可能与仅含较为昂贵的锌的电池的使用性能相同或者较之更佳。定制混合锌粉的性价比的能力提供给电池设计者使用未混合锌粉所不能获得的选择。
可用于生产用于本发明的电池中的混合锌粉的方法包括如下步骤。以颗粒尺寸为基础将第一锌粉分为至少两组。以颗粒尺寸为基础将第二锌粉分为至少两组。其中至少来自第一粉末的一组和来自第二粉末的一组具有共有颗粒尺寸范围，并且第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的颗粒的平均粗糙度指数值比第二粉末的共有颗粒尺寸范围内的颗粒的平均粗糙度指数值至少高2.0％。然后将来自第一粉末的至少一组与来自第二组的至少一组混合，由此形成混合锌粉。
在短语“混合锌粉”中所使用的术语“混合”旨在描述被混合、翻滚、搅拌或通过其它物理方式搅动的两种或多种锌粉，以提供来自这两种或多种锌粉的锌颗粒的均一分布。
为阐述可通过使用本发明的混合锌粉所获得的使用寿命优点，制备了具有同图1中所示以及上述电池构造相似的八批AA电池，并在三次高速率(rate)放电测试中进行放电。除了锌粉外，每个电池中所使用的阴极、隔膜、电解质、封盖组件和阳极形式都是相同的。每一批中所使用的锌粉通过如下方式获得。在上文中被称为A粉的第一锌粉从UMICORE获得。如前文所述，该粉末是含100ppm铋、200ppm铟和100ppm铝的锌合金。该粉末由离心雾化法生产，D50为115微米。筛选A粉产生称为A-1的第一组、称为A-2的第二组以及称为A-3的第三组，其中A-1具有通过具有75微米孔的筛子的颗粒，A-2具有通过具有150微米孔的筛子、但是不能通过具有75微米孔的筛子的颗粒，而A-3具有不能通过具有150微米孔的筛子的颗粒。在上文中被称为B粉的第二锌粉也从UMICORE获得。该粉末是含100ppm铋、200ppm铟和100ppm铝的锌合金，由离心雾化法生产，D50为160微米。也筛选B粉产生称为B-1的第一组、称为B-2的第二组以及称为B-3的第三组，其中B-1具有通过具有75微米孔的筛子的颗粒，B-2具有可通过具有150微米孔的筛子、但是不能通过具有75微米孔的筛子的颗粒，而B-3具有不能通过具有150微米孔的筛子的颗粒。通过混合来自这两种锌粉的组中的各种组合获得八种不同的混合锌粉，它们在图6中表示为批次100到107。批次100仅含有来自B粉的锌粉。批次101含有组A-1、B-2和B-3。在该混合中，来自A粉的颗粒的颗粒尺寸范围比来自B粉的颗粒的颗粒尺寸范围要窄。批次102含有组B-1、A-2和B-3。批次103含有组B-1、B-2和A-3。批次104含有组B-1、A-2和A-3。Lot105含有组A-1、B-2和A-3。Lot106含有组A-1、A-2和B-3。Lot107含有组A-1、A-2和A-3。在下述三组放电测试的每一组中，将每一批中的五块电池放电可获得图6中的数据，该放电测试在环境温度为21℃时进行。在第一组放电测试中，每块电池以1安培连续放电，直到电池的闭合电路电压降到1.0伏特以下。在第二组放电测试中，每块电池反复以1瓦特放电三秒，然后停止七秒。连续重复该放电方案，直到电池的闭合电路电压降低到0.9伏特以下。在第三组放电测试中，每块电池在1瓦特连续放电，直到电池的闭合电路电压降低到1.0伏特以下。记录下每块电池在测试中所维持超过截止电压的时间，然后将其平均以获得在每组测试中每一批电池的平均运行时间。将批次100中的电池的平均放电时间选作所有其他电池放电时间进行归一化的标准。图6中的数据清楚地表明含有混合锌粉(批次101到106，包括端值)的电池提供了比仅含有B粉(批次100)的电池显著更长的使用寿命，并且另外，在1安培连续测试和1瓦特连续测试中，含有混合锌粉的电池提供了比仅含有A粉的电池更多分钟的运行时间。很显然，批次101到106的运行时间的范围表明混合以颗粒尺寸分布分出的各组锌粉为电池制造商提供了通过选择哪些组组合成混合锌粉来选择所需水平的运行时间的能力。
上述描述仅被看作是优选的实施方案。本领域的技术人员和做出或使用该发明的人员可对本发明进行改进。因此，应该理解的是附图中所示出的和上文所述的实施方案仅出于示例性目的，无意于限定本发明的范围，该范围由下述权利要求进行限定，而该权利要求根据包括等同原则在内的专利法进行解释。
权利要求
1.电化学电池，包括含有混合锌粉的第一电极，该混合锌粉包含至少第一锌粉和第二锌粉，所述第一和第二粉末具有共有颗粒尺寸范围内的颗粒，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值至少高2.0％。
2.权利要求1的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值至少高3.0％。
3.权利要求2的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值至少高3.5％。
4.权利要求1的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值至少高3％。
5.权利要求4的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值至少高3.5％。
6.权利要求5的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值至少高4.0％。
7.权利要求1的电化学电池，其中所述第一粉末在第一粉末制备方法中形成，所述第二粉末在第二粉末制备方法中形成，并且第一和第二粉末制备方法彼此不相同。
8.权利要求7的电化学电池，其中所述粉末制备方法选自离心雾化、气体雾化和脉冲雾化。
9.权利要求1的电化学电池，进一步包括壳体，所述壳体容纳含所述混合锌粉的所述第一电极，包含二氧化锰的第二电极、位于所述电极之间的隔膜，以及与隔膜和两个电极相接触的碱性电解质。
10.权利要求1的电化学电池，其中所述第一粉末和所述第二粉末为含相同化学元素的锌合金。
11.权利要求10的电化学电池，其中所述合金中所述化学元素的量相同。
12.电化学电池，包括含有锌粉混合物的第一电极，所述混合物包括来自第一粉末的锌颗粒和来自至少第二粉末的锌颗粒，其中第一粉末的颗粒尺寸范围和第二粉末的颗粒尺寸范围不重叠。
13.权利要求12的电化学电池，其中所述第一粉末的颗粒的颗粒尺寸小于75微米，并且所述第二粉末的颗粒的颗粒尺寸大于75微米。
14.权利要求12的电化学电池，其中所述第一粉末的颗粒的颗粒尺寸介于75微米和150微米之间，并且所述第二粉末的颗粒含有颗粒尺寸大于150微米的第一组和颗粒尺寸小于75微米的第二组。
15.权利要求12的电化学电池，其中所述第一粉末的颗粒的颗粒尺寸大于150微米，并且所述第二粉末的颗粒的颗粒尺寸小于150微米。
16.权利要求12的电化学电池，其中所述锌粉的混合物具有单峰颗粒尺寸分布。
17.电化学电池，含有含锌粉混合物的第一电极，该锌粉混合物通过以下步骤获得以颗粒尺寸为基础将第一粉末分为至少两组，以颗粒尺寸为基础将第二粉末分为至少两组，其中来自第一粉末的至少一组和来自第二粉末的至少一组具有共有颗粒尺寸范围，并且第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的组的平均粗糙度指数值比第二粉末的共有颗粒尺寸范围内的组的平均粗糙度指数值高至少2％，然后将来自第一粉末的共有颗粒尺寸范围内的组与来自第二粉末的至少一组相混合。
18.权利要求17的电化学电池，其中所述第二粉末的组颗粒尺寸范围并不包括所述共有颗粒尺寸范围。
19.权利要求17的电化学电池，其中所述第一粉末的组的颗粒尺寸范围小于75微米，所述第二粉末的组的颗粒尺寸范围大于75微米。
20.权利要求17的电化学电池，其中所述第一粉末的组的颗粒尺寸范围介于75微米和150微米之间，所述第二粉末的组包括颗粒尺寸范围大于150微米的第一部分和颗粒尺寸范围小于75微米的第二部分。
21.权利要求17的电化学电池，其中所述第一粉末的组的颗粒尺寸范围大于150微米，所述第二粉末的组的颗粒尺寸范围小于150微米。
22.权利要求17的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的组的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的组的平均粗糙度指数值至少要高3.0％。
23.权利要求22的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的组的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的组的平均粗糙度指数值至少要高3.5％。
24.权利要求17的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的组的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的组的平均伸长度值至少要高3.0％。
25.权利要求24的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的组的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的组的平均伸长度值至少要高3.5％。
26.权利要求25的电化学电池，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的组的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的组的平均伸长度值至少要高4.0％。
27.权利要求17的电化学电池，其中所述第一粉末在第一粉末制备方法中形成，所述第二粉末在第二粉末制备方法中生产，并且所述第一和第二粉末制备方法互相不同。
28.权利要求27的电化学电池，其中所述粉末制备方法选自离心雾化、气体雾化和脉冲雾化。
29.权利要求17的电化学电池，进一步包括壳体，所述壳体容纳所述含有所述锌粉混合物的第一电极，含有二氧化锰的第二电极、置于所述电极之间的隔膜，以及与隔膜和两个电极相接触的碱性电解质。
30.权利要求17的电化学电池，其中所述第一粉末和所述第二粉末为含有相同化学元素的锌合金。
31.权利要求30的电化学电池，其中所述合金中的所述化学元素的量相同。
32.生产混合锌粉的方法，包括以下步骤以颗粒尺寸为基础将第一粉末分为至少两组；以颗粒尺寸为基础将第二粉末分为至少两组；将来自第一粉末的至少一组与来自第二粉末的至少一组混合，由此形成所述混合锌粉，其中来自第一粉末的至少一组和来自第二粉末的一组具有共有颗粒尺寸范围，并且第一粉末共有颗粒尺寸范围内的颗粒的平均粗糙度指数值比第二粉末共有颗粒尺寸范围内的颗粒的平均粗糙度指数值要高至少2.0％。
33.权利要求32的方法，其中来自所述第二粉末的所述至少一组的颗粒尺寸范围并不包括所述共有颗粒尺寸范围。
34.权利要求32的方法，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值要高至少3.0％。
35.权利要求34的方法，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均粗糙度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均粗糙度指数值要高至少3.5％。
36.权利要求32的方法，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值要高至少3.0％。
37.权利要求36的方法，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值要高至少3.5％。
38.权利要求37的方法，其中所述共有颗粒尺寸范围内的第一粉末的颗粒的平均伸长度指数值比所述共有颗粒尺寸范围内的第二粉末的颗粒的平均伸长度值要高至少4.0％。
39.权利要求32的方法，其中所述第一粉末在第一粉末制备方法中形成，所述第二粉末在第二粉末制备方法中生产，并且所述第一和第二粉末制备方法互相不同。
40.权利要求32的方法，其中所述粉末制备方法选自离心雾化、气体雾化和脉冲雾化。
41.权利要求32的方法，其中所述第一和第二粉末为含有相同化学元素的锌合金。
42.权利要求41的方法，其中所述合金中所述化学元素的量相同。
43.权利要求32的方法，其中所述混合锌粉具有单峰颗粒尺寸分布。
全文摘要
公开了具有混合锌粉的电化学电池。该混合锌粉包括第一锌粉和第二锌粉的被选部分。在优选的实施方案中，基于颗粒尺寸分布范围将第一和第二粉末分组。颗粒特征如粗糙度和伸长度被用于选择两种粉末的组，所述组被混合以生产混合锌粉。混合锌粉使得电池制造商能将电池的运行时间最长化，同时将锌的成本降到最低。
文档编号B22F1/00GK1977409SQ200580021662
公开日2007年6月6日 申请日期2005年6月24日 优先权日2004年6月28日
发明者D·范 申请人:永备电池有限公司