碱性电化学电池的制作方法

专利名称：：碱性电化学电池的制作方法
背景技术：
：本发明一般涉及包括锌阳极的无汞碱性电池。更特别地，本发明涉及能在各种放电条件下提供最佳服务的碱性电化学电池。市售圆柱状碱性电化学电池可普遍以常称为AA、AAA、C和D的电池号得到。在许多情况下，消费者购买电池然后存放它们直到需要为设备供应动力。由于电池供电的设备的兴盛，许多消费者拥有大量电池供电的设备。在一个家庭中可找到的一些设备包括收音机；电视机遥控器；磁带录音机；儿童玩具；电子游戏手柄；唱片播放机；结合闪光灯装置和35毫米胶片的照相机；和数字照相机。总起来说，这些设备代表了各种各样的放电条件。例如，挂钟在电池制造领域内被称为“低消耗”设备，因为它需要电池以非常低的速度供应电流和在起动之间具有短的休息期。因此，可用单个AA号电池为钟供电一年以上。另一设备如唱片播放机需要几个电池以比钟所需速度快的速度供应电流，但在起动之间具有大的休息期(即每天250毫安1小时)，并被称为“高技术”设备。其它设备如数字照相机需要电池在高电压(即1000毫瓦消耗且没有休息期)下供应大得多的电流，被认为是“高消耗”设备。当消费者购买电池时，消费者可能不知道将要插入具体电池的设备。因此，消费者将试图购买能在结合低消耗、高消耗和/或高技术放电条件的各种设备中表现良好的电池。如果消费者认为特定牌子的电池在用于所有设备时都能提供最佳服务，则消费者将被推动购买这种牌子的电池，而不买不同牌子的电池。因此，许多电池制造商竭力发展和销售被消费者认为是“通用”电池的电池，因为这些电池能为各种各样的设备供电可接受的时间。除了提高他们的产品能为各种设备供电的时间长度外，电池制造商还不断竭力降低电池的成本。降低成本的一种方法是减少一个或两个电池电极中电化学活性材料的量。例如，可减少阳极中的锌量和/或阴极中的二氧化锰的量。但是，这种选择对于制造商是不能接受的，因为电化学活性材料量的任何减少都通常降低了电池的“运行时间”，“运行时间”为电池能使设备运行的时间长度。此外，减少阳极中锌的体积可导致阳极内不足的电导率，从而引起放电过程中电池的偶发或过早失效。当从阳极中除去汞以制造废弃时更加环保的电池时，碱性电池制造商已认识到这个问题。不幸的是，汞的除去使相当一部分电池由于锌颗粒之间传导性的丧失而显示不稳定的放电型式。为了纠正这个问题，增加阳极中的锌量，从而确保导电基质遍布阳极。在不包含加入汞和只有颗粒状锌粉末作为阳极电化学活性材料的常规电池中，阳极包含不少于28体积％的颗粒锌粉末。本文使用的术语“没有加入汞”是指阳极包含小于50ppm的汞。优选地，阳极不包含加入汞。因此，普遍认为需要寻找一种降低无汞电池包括的电化学活性材料的量且不会负面影响电池运行时间的方法。解决如何提高特定设备如数字照相机中电池性能的问题的先前努力通常涉及电池内部构造的变化。在一个例子中，通过增加阳极中的锌量改变电池构造。但是，这种变化导致电池深度放电后电解质不可接受的泄漏。在另一个例子中，代替使用其中一个电极被插入到其它电极限定的中心对齐空腔内的电池设计，一些制造商使用“果冻卷”构造，其中两个片状电极和一个隔板彼此排列，然后被卷起形成卷。具有果冻卷构造的电池一般在高消耗设备中表现良好。不幸地是，相同的电池在低消耗设备中提供大大降低的耐用性，因为由于果冻卷大的阳极-阴极表面积，大部分电化学活性材料必须被化学情性隔板代替。因此，用果冻卷构造制造的电池不能很好地适用于电池总电化学容量比快速放电能力更重要的设备中。因此，需要一种廉价的无汞碱性电化学电池，其具有在需要电池以高消耗速度放电的设备中提供足够运行时间的能力，以及在需要电池以低消耗速度放电的设备中提供足够运行时间的能力。发明简述本发明提供能在各种放电条件下以有效的方式放电的电化学电池。在一种实施方案中，本发明的电化学电池包括以下部件容纳第一电极的容器，第一电极在其中限定有空腔。划分空腔并邻接第一电极的隔板。具有小于50ppm的加入汞和已知体积的第二电极，其被布置在隔板划分的空腔内。第二电极包括振实密度大于2.80g/cc并小于3.65g/cc的锌粉末。锌占据小于28.0体积％的第二电极的体积。一定量的碱性电解质被布置在容器内并与电极和隔板接触。在另一实施方案中，本发明为包括以下步骤的方法。提供容纳第一电极的开口容器，第一电极限定有用隔板划分的腔。使振实密度大于2.80g/cc并小于3.65g/cc的锌粉末与胶凝剂和碱性溶液混合形成具有已知体积和小于50ppm汞的胶凝混合物。混合物中的锌占据小于28体积％的混合物体积。放置混合物到隔板划分的腔内。密封容器的开口，从而形成封闭的电化学电池。在另一实施方案中，本发明的电化学电池为包括至少以下部件和性能特征的LR6电池容纳第一电极的容器，第一电极在其中限定有腔。包括小于50ppm汞和遍布胶凝阳极均匀分布的不超过4.3克锌粉末的第二电极，其被放在第一电极限定的腔内。隔板位于电极之间。碱性电解质接触隔板和两个电极。如果以250毫安恒定电流每天放电1小时，则电池具有0.90伏的最小闭路电压总共累积至少538分钟。或者，电池如果通过43欧姆电阻器每天放电4小时，则具有0.90伏的最小闭路电压总共至少99小时。或者，电池如果以1瓦的速度连续放电，则具有1.0伏的最小闭路电压至少58分钟。在另一实施方案中，本发明为包括以下部件的电化学电池。容纳第一电极的容器，第一电极在其中限定有空腔。划分空腔并邻接第一电极的隔板。包括锌粉末的第二电极，被布置在隔板划分的空腔内。锌粉末具有大于2.80g/cc和小于3.65g/cc的振实密度，大于400cm2/g的BET比表面积，至少14％的KOH吸收值和小于130微米的D50。附图简述图1为本发明的碱性电化学电池的横截面图；图2为显示本发明的电池和市售电池的放电效率的图；图3为显示本发明的电池和市售电池的工作容量的图；图4为显示阳极混合物的电阻率的图；和图5为显示两种锌粉末的KOH吸收值的图。发明描述现在参考附图，更具体地参考图1，图1显示了本发明的装配好的电化学电池的横截面图。从电池的外部开始，电池部件为容器10、靠近容器10内表面放置的第一电极50、接触第一电极50内表面56的隔板20、布置在由隔板20和固定到容器10的封闭装置70限定的空腔内的第二电极60。容器10具有开口12、封闭端14和在其间的侧壁16。封闭端14、侧壁16和封闭装置70限定了容纳电池电极的空腔。第一电极50在本文中也称为阴极，为二氧化锰、石墨和包含氢氧化钾的水溶液的混合物。通过放置一定量的混合物到开口容器内部然后使用冲头将混合物成型成具有空腔的固体管形状来形成电极，其中空腔与容器侧壁同心。第一电极50具有壁架52和内表面56。或者，可通过由包括二氧化锰的混合物预成形多个环然后插入环到容器内部形成管状第一电极来形成阴极。图1中显示的电池一般包括三个或四个环。第二电极60在本文中也称为阳极，为碱性电解质水溶液、锌粉末和胶凝剂如交联聚丙烯酸的均匀混合物。碱性电解质水溶液包括碱金属氢氧化物如氢氧化钾、氢氧化钠或它们的混合物。氢氧化钾是优选的。适用于本发明电池的胶凝剂可为交联聚丙烯酸，如Carbopol940，其可从Noveon，Inc.，Cleveland，Ohio，USA得到。羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠为适合在碱性电解质溶液中使用的其它胶凝剂的例子。锌粉末可为纯锌或合金。可向上列成分中加入任选的组分如气泡产生抑制剂、有机或无机抗蚀剂、粘合剂或表面活性剂。气泡产生抑制剂或抗蚀剂的例子可包括铟盐(如氢氧化铟)、全氟烷基铵盐、碱金属硫化物等。表面活性剂的例子可包括聚环氧乙烷、聚乙烯烷基醚、全氟烷基化合物等。可通过将上述成分混合到带式掺合器或鼓式混合机内然后加工混合物成湿浆来制造第二电极。除了在阳极制造过程中被胶凝剂吸收的碱性电解质水溶液外，还可在制造过程中向电池中加入额外量的氢氧化钾水溶液，在本文中也称为“游离电解质”。可通过布置游离电解质到第一电极限定的空腔内将其引入到电池内。用于引入游离电解质到电池内的方法不是关键的，只要它与第一电极50、第二电极60和隔板20接触即可。可在图1所示电池中使用的游离电解质为包含36.5wt％KOH的水溶液。在图1所示的筒管型锌/二氧化锰碱性电池中，常提供层状的离子可透过无纺布纤维织物作为将阴极(第一电极)和阳极(第二电极)分开的隔板20。合适的隔板描述在WO03/043103中。隔板保持正极材料(二氧化锰)和负极(锌)材料的物理介电分离，并允许电极材料间的离子传递。另外，隔板用作电解质的芯吸介质和防止阳极凝胶接触阴极顶部的套环。典型的隔板通常包括两层或多层纸。常规隔板通常通过预成形隔板材料成杯状篮然后插入到第一电极限定的空腔内形成，或通过向空腔内插入两个角度彼此旋转90度的隔板材料矩形片在电池装配过程中形成篮来形成。常规预成形的隔板通常由轧成与第一电极内壁相符合的圆柱形状的无纺布片构成，并具有封闭底端。封闭装置70包括封闭元件72和集电器76。成型封闭元件72以包含排气口82，如果电池内部压力变得过高，则排气口82允许封闭元件72裂开。封闭元件72可由尼龙6，6或其它材料如金属制成，条件是集电器76与用作第一电极集电器的容器10电绝缘。集电器76为黄铜制成的细长钉形部件。集电器76通过封闭元件72中心位置的孔被插入。现在将更详细地描述第二电极的组合物。适用于本发明电池的第二电极的配方示于表1。量以重量百分比表示。表1制备阳极的方法包括以下步骤混合0.1NKOH溶液和锌粉末。混合32wt％KOH溶液和胶凝剂。溶液被胶凝剂吸收。锌粉末和0.1NKOH溶液的混合物与胶凝剂混合形成均匀混合物，其中锌颗粒均匀分布在整个混合物中。一般通过使颗粒状锌与胶凝剂、碱性水溶液和任选的上述添加剂混合来制造适用于具有碱性电解质的原(不可再充电)电池的阳极。可在一定的界限内调整任何一种成分对一种或多种其它成分的比例以遵守以下强加的各种限制加工设备；电池设计标准如保持颗粒-颗粒接触的要求；和成本限制。对于保持无汞电池中颗粒-颗粒接触方面，许多电池设计者指定使用至少28体积％的锌粉末以便保持锌颗粒间的颗粒-颗粒接触，无汞电池在本文中被定义为在阳极中包含少于50ppm的汞。与对颗粒锌体积的这种众所周知的限制相比，本发明电池中阳极的锌量可被降低到小于28.0体积％。如下文所述制备用小于27.0体积％锌、更特别地用26.9体积％锌制造的电池。用27.0体积％锌、26.0体积％锌或24.0体积％锌制造的电池是可行的。通过用锌体积除以正好在分配阳极到隔板划分的空腔内前的阳极体积确定锌体积百分比，这在下文中说明。锌的体积百分比必须在分配阳极到隔板篮内前被测定，因为结合到阳极内的一部分电解质在阳极一被插入到隔板限定的空腔内就迁移到隔板和阴极内。使用下面的方法确定锌的体积百分比。通过用电池中锌的重量除以锌的密度(7.13g/cc)计算电池中锌的体积。通过用刚好在电池中布置阳极混合物前的阳极混合物的重量除以阳极混合物的测量密度计算阳极混合物的体积。然后用锌的体积除以阳极混合物的体积得到锌的体积百分比。使用下面的方法确定阳极混合物的表观密度。称量具有已知体积如35cc的空容器。放置一定量的阳极到容器内部使得阳极完全填充容器。通过称量填充的容器然后减去空容器的重量计算阳极的重量。用阳极的重量除以容器的体积得到阳极的表观密度。限制锌粉的量小于阳极体积的28％被认为是与在锌粉中只掺入颗粒锌的常规无汞电池设计不同。降低锌量至小于28体积％意义重大，因为包含少于50ppm汞的胶凝阳极必须具有最小的颗粒锌体积以便建立和保持在阳极整个高度和宽度上均匀分布的锌颗粒之间的颗粒-颗粒接触。在电池的整个有效寿命内必须保持颗粒-颗粒接触。如果阳极中的锌体积太低，则当电池为设备供电时，电池电压可能突然降低到不可接受的值。电压降低被认为是部分阳极锌颗粒之间的连续性丧失从而导致部分阳极电绝缘而不能参与电池放电引起的。如果电压保持低，则使用者必须替换电池。如果电压快速恢复到可接受的值，则设备可以以正常方式重新工作。但是，使用者可能错误地将设备性能中的临时中断作为电池将要到期的信号，并被推动过早地替换电池。因此，电池制造商常规上使用超过无汞胶凝阳极中的颗粒锌最小体积，以便确保电池整个寿命期间的可靠使用。用于本发明电池的锌可购自Brussels，Belgium的N.V.UMICORE，S.A.，名称为BIA115。按照于2000年8月17日公布的国际公布号WO00/48260通常描述的离心雾化方法制造锌。该公布公开了锌合金的组成和用于生产锌粉末的制造方法。但是，没有公开锌颗粒的许多物理特征。在一种优选实施方案中，本发明电池中的锌粉末具有以下物理和化学特征中的多种。首先，锌粉末的粒径特征在于具有小于130微米的D50中值，更优选在100和130微米之间，最优选在110和120微米之间。使用题目为StandardTestMethodforSieveAnalysisofGranularMetalPowders的美国试验和材料协会(ASTM)标准B214-92中描述的筛析方法和题目为StandardPracticeforReportingParticleSizeCharacteristicsofPigments的ASTMD1366-86(1991年重新批准)中描述的报告方法测定D50中值。本文引入ASTM标准B214-92和D1366-86(1991年重新批准)作为参考。本文中使用的锌粉末D50中值通过绘制累计重量百分数对上级尺寸限制数据的曲线(如ASTMD-1366-86中所示)，然后寻找对应于50％累计重量值的直径(即D50)来确定。其次，锌粉末的BET比表面积为至少400cm2/g。更优选地，表面积为至少450cm2/g。在锌样品于150℃下被脱气1小时后在具有多点刻度的Micromeritics型TriStar3000BET比表面积分析仪上测量BET比表面积。第三，锌粉末的振实密度大于2.80g/cc并小于3.65g/cc。更优选地，振实密度大于2.90g/cc但小于3.55g/cc。最优选地，锌粉末的振实密度大于3.00g/cc和小于3.45g/cc。使用以下的方法测量振实密度。分散50克锌粉末到50cc的带刻度的筒中。固定包含锌粉末的带刻度的筒到振实密度分析仪上，如BoyntonBeach，Florida，U.S.A的QuantaChromeCorp.制造的AT-2型“AutoTap”振实密度分析仪。设置振实密度分析仪振实520次。使振实密度分析仪运行，借此通过在垂直方向上快速移动带刻度的筒520次振实带刻度的筒。读取带刻度的筒中锌粉末的最终体积。通过用锌粉末的重量除以振实后锌粉末占据的体积确定锌粉末的振实密度。第四，锌粉末具有至少14％的KOH吸收值。更优选地，KOH吸收值为15％或更高。用于测定KOH吸收值的方法描述在下文有关图5的说明书部分。除了上述物理特征外，优选的锌为其中掺入有铋和/或铟和/或铝的合金。优选的铋量在75和125ppm之间。优选的铟量在175和225ppm之间。优选的铝量在75和125ppm之间。在电池工业内，用于评价和表征电池的一个广泛接受的规则包括在预定电试验电路上使单个电池放电然后记录电池可保持最小闭路电压的时间长度。电池制造商使用这些“放电试验”评价不同电池构造的运行时间。为了使放电试验时电池性能的评价标准化，组织如AmericanNationalStandardsInstitute(ANSI)和InternationalElectrotechnicalCommission(IEC)规定和批准了许多电池号和试验制度。电池号如LR6号电池由IEC的InternationalStandard60086-2，10.1版规定具有50.5mm的最大高度和14.5mm的最大直径。描述电池如LR6电池放电试验的一个出版物题目为ANSIC18.1M，Part1-2001-AmercianNationalStandardforPortablePrimaryCellsandBatterieswithAqueousElectrolyte-GeneralSpecifications，其在2001年由NationalElectricalManufacturersAssociation出版。其中在第19页上描述的LR6电池的放电试验在电池工业内被广泛认可作为评价电池电化学使用性能的可接受方法。部分试验常称为“高速”试验，而另外一些称为“高技术”试验，和还有一些试验被称为“低速”试验。在一个实验中，构造本发明的几个LR6电池。图1中公开了电池电极、隔板、封闭装置和容器的物理排列。表1中公开了用于制备第二电极的配方。按如下制造实验电池。将以下的阴极材料混合到一起，成形为能被插入到容器内的环，借此形成管状阴极电解二氧化锰(90.96wt％)；石墨(4.49wt％)，40wt％KOH的水溶液(3.72wt％)；coathylene粘合剂(0.44wt％)；和铌掺杂的二氧化钛(0.39wt％)。阴极的内表面限定出圆形的位于中央的空腔。隔板材料片被轧制和成形形成具有开口和封闭端的管。将管状隔板插入到阴极限定的空腔内。将6.36克量的表观密度为2.85g/cc的第二电极布置到隔板划分的空腔内。通过用6.36g除以2.85g/cc确定阳极体积为2.23cc。每个电池中锌的量为4.27g。通过用4.27g除以7.13g/cc确定锌的体积为0.60cc。通过用0.60cc除以2.23cc确定锌的体积百分比为26.9％。除了第二电极中包含的电解质外，将0.96cc的36.5wt％KOH溶液放到隔板划分的空腔内。在插入第二电极前，将0.96cc的第一部分注入到隔板划分的空腔内。在已插入第二电极后将36.5wt％KOH溶液的剩余部分注入到隔板划分的空腔内。然后固定封闭装置到容器的开口。端子盖和标签固定到容器的外表面上。然后在三次独立的性能试验中使根据本发明构造的电池放电，这将在下文中描述。作为相同实验的一部分，还在相同的放电试验中评价了几个不同制造商的市售LR6电池。试验结果示于图3中。在每次试验中，本发明的电池都提供了比任何一种市售电池高的平均性能。LR6号电池低速试验之一规定电池应通过43欧姆电阻器放电4小时，然后停止20小时。每天继续试验，直到电池闭路电压降低到0.9伏以下，该电压被认为是许多设备如收音机停止工作的功能终点。如图3所示，当本发明的8个电池在上述试验中每天在43欧姆上放电4个小时时，平均运行时间为100.4小时。相反，任何一个市售电池的最佳单独运行时间(未示出)为97.7小时。LR6号电池的高技术试验规定电池应在250毫安恒定电流下每天放电1小时然后停止23小时。每天继续试验，直到电池闭路电压降低到0.9伏以下。如图3所示，当本发明的10个电池按如上所述每天在250毫安恒定电流试验中放电1小时时，平均运行时间为552分钟。本发明的每个电池至少超过538分钟的运行时间。图3中的数据还显示了在250毫安恒定电流试验中测试了四个电池制造商的市售电池。市售电池的平均运行时间为从467分钟到510分钟。LR6号电池的高速试验要求电池在1000毫瓦消耗速度下连续放电直到电池闭路电压降低到1.0伏以下。如图3所示，当在1000毫瓦试验中评价本发明的5个电池时，平均运行时间为60分钟。本发明的所有电池都至少超过58分钟的运行时间。图3中的数据还显示了在1000毫瓦试验中测试了四个电池制造商的市售电池。市售电池的最高平均运行时间为47分钟。单个市售电池没有一个超过49分钟。上述所有电池试验都在环境温度为大约21℃的环境中进行。保持环境温度在19℃和23℃之间是重要的，因为放电试验中的电池运行时间可能随环境温度升高而增加，随环境温度降低而减少。环境温度的变化对运行时间的影响程度因试验而变化。在电池制造工业中，众所周知，当电池放电时，电池内部发生的放热化学反应导致电池温度升高。在高消耗试验中，电池表面的温度可超过40℃。因此，电池温度和环境温度可大大不同，并被认为是两种不同的特征。图2所示为显示在几种不同放电试验中阳极放电效率的各种电池构造的图。本文使用的阳极放电效率通过用电池的安培小时输出量除以锌的理论安培小时输入量确定。锌的输入量通过用锌的克数乘以821mAhr/g计算。例如，包含4.3克锌的电池将被认为具有3530mAhr的输入量。如果同一电池在放电试验中提供3000mAhr输出量，则锌的放电效率将为85％。通过检查图2所示数据可看出，本发明的电池在下述低消耗、高技术和高消耗试验中具有比5种牌子的市售电池的平均阳极放电效率高的平均阳极放电效率。例如，当在低消耗性能试验中每天在43欧姆上放电4小时时，本发明的电池具有77.8％的平均阳极放电效率。相反，5种市售牌子电池的样品具有72.8％或更低的平均阳极放电效率。77.8％和72.8％之间的5％差别是放电效率相当大和显著的增加。在每天1小时250毫安的高技术试验中，本发明的电池具有61.1％的平均阳极放电效率。5种牌子的市售电池具有56.4％或更低的平均阳极放电效率。在1000毫瓦高消耗连续试验中，本发明的电池具有22.8％的平均放电效率。5种牌子的市售电池具有17.4％或更低的平均放电效率。4.4％的提高代表超过最好的市售电池25％的提高。图4为显示几种阳极混合物的电阻率对阳极中锌重量百分数的图。数据代表八种不同阳极混合物的电阻率测量值。每种阳极混合物都包含表1所示的相同四种组分，除了溶液包含36wt％的KOH而不是32wt％的KOH。但是，由于锌的重量百分数从63％变化到72％，因此也必须调整其它三种组分的量。阳极混合物的配方和测量的电阻率示于表2中。表2通过向其中具有指定为D的恒定内径的圆筒管内部所含的一定量阳极混合物上施加小电压扰动如10mV的65kHz到1Hz的频率来测量电阻率。阳极占据的管长度记为L。阳极电阻由扫描高频端的阻抗数据得到。使用下式计算电阻率电阻＝电阻率(L/S)其中S＝(D/2)2π。使用包含本发明电池中所用锌的5种阳极混合物的电阻率绘制图4中的曲线90。使用包含市售锌粉末的阳极混合物的电阻率绘制曲线92。图4中的曲线清楚表明，当锌的重量百分数降低到低于68wt％时，包含本发明电池中所用锌粉末的阳极混合物的电阻率没有显著增加，而曲线92代表的阳极混合物确实发生了从4mΩ·cm到超过9mΩ·cm的显著增加。由于电池内部电阻的任何增加都会导致电池运行时间的减少，因此当锌的重量百分数降低到低于68wt％时使用不会引起阳极混合物电阻率增加的锌粉末肯定具有优点。图5显示了使用不同的KOH重量百分数的锌粉末的KOH吸收值。使用下面的方法测定锌的KOH吸收值。首先，提供一个5cc的注射器和一块隔板，隔板已在32wt％KOH中浸泡过，并使其大小合适以有利于插入隔板到注射器大的开口内，并可通过注射器被推入从而阻塞住注射器相对端中的较小开口。其次，称量注射器和包含吸收电解质的隔板。第三，将两毫升32wt％KOH水溶液放入到注射器大的开口内，同时阻挡电解质流过注射器相对端中的较小开口。第四，仔细称量已知量的颗粒状锌，如5克，并放入到注射器的开口内。必须调整容器的形状、溶液的体积和锌的体积以确保全部锌颗粒完全浸没到KOH水溶液表面下面。第五，引入另外的1.5cc32wt％KOH溶液到容器内以确保锌完全被溶液盖住。第六，通过定向注射器到垂直位置上并移去阻塞小开口的物体，使KOH溶液通过在注射器一端的小开口排出120分钟。为了确保没有未吸收的溶液液滴被捕集在锌颗粒之间，轻敲容器几次到纸巾上直到不再观察到另外的KOH溶液落在纸巾上。第七，然后测定锌与其上吸收的溶液、注射器和隔板的合并重量。通过从包含锌的注射器与其上吸收的电解质和湿隔板的合并重量中减去干锌颗粒、湿隔板和注射器的重量确定吸收到锌表面上的电解质溶液的量。通过用吸收到锌上的KOH的重量除以锌颗粒放置到溶液中前的重量确定KOH吸收值。在图5中，曲线94代表用于本发明电池的锌的KOH吸收值。曲线96代表市售锌的KOH吸收值。尽管吸收的溶液中KOH的重量百分数从30％变化到40％，但被用于本发明电池的锌吸收的溶液的量为至少14％。此外，相同样品的KOH吸收超过至少15％。相反，市售锌的KOH吸收没有超过13％。特定锌粉末的KOH吸收值被认为是用于确定能用于本发明电池的锌的几个可测量特征之一。上述说明只考虑优选实施方案。本领域那些技术人员和利用或使用本发明的那些人能想到发明的变化。因此，应认识到附图中所示和上述的实施方案仅仅用于说明目的，而不打算限制本发明的范围，发明的范围由下面根据专利法原则包括等效原则解释的权利要求限定。权利要求1.一种电化学电池，包括a)容纳第一电极的容器，所述电极在其中限定一空腔；b)划分所述空腔并邻接所述第一电极的隔板；c)布置在所述隔板划分的空腔内的第二电极，所述第二电极具有已知的体积和小于50ppm的汞，所述第二电极包括振实密度大于2.80g/cc且小于3.65g/cc的锌粉末，所述锌粉末占据小于28.0体积％的所述第二电极的体积；和d)布置在所述容器内并与所述电极和所述隔板接触的一定量的碱性电解质。2.权利要求1的电化学电池，其中锌的体积不大于第二电极体积的27.0％。3.权利要求1的电化学电池，其中锌的体积不大于第二电极体积的26.0％。4.权利要求1的电化学电池，其中锌的体积不大于第二电极体积的24.0％。5.权利要求1的电化学电池，其中第二电极包括胶凝剂，所述胶凝剂包括吸收量的碱性水溶液，所述溶液包括不超过36wt％的氢氧化钾。6.权利要求5的电化学电池，其中所述溶液包括不超过34wt％的氢氧化钾。7.权利要求5的电化学电池，其中所述溶液包括不超过32wt％的氢氧化钾。8.权利要求5的电化学电池，其中所述第二电极具有小于4mΩ·cm的电阻率值。9.权利要求1的电化学电池，其中所述颗粒状锌具有大于400cm2/g的BET比表面积、至少14％的KOH吸收值和小于130微米的D50。10.权利要求1的电化学电池，其中所述振实密度大于2.90g/cc且小于3.55g/cc。11.权利要求1的电化学电池，其中所述振实密度大于3.00g/cc且小于3.45g/cc。12.权利要求9的电化学电池，其中所述BET比表面积大于450cm2/g。13.权利要求9的电化学电池，其中所述KOH吸收值为至少15％。14.权利要求9的电化学电池，其中所述D50在100和130微米之间。15.权利要求14的电化学电池，其中所述D50在110和120微米之间。16.权利要求1的电化学电池，其中所述颗粒状锌为包括75ppm和125ppm之间的铋、175ppm和225ppm之间的铟和75ppm和125ppm之间的铝的锌合金。17.一种制造电化学电池的方法，包括步骤a)提供容纳第一电极和隔板的开口容器，所述第一电极限定一被所述隔板划分的空腔；b)混合振实密度在2.80g/cc和3.65g/cc之间的锌粉末与胶凝剂和碱性溶液以形成具有已知体积的胶凝混合物，其中所述混合物中的所述锌粉末占据小于28.0体积％的所述混合物体积，所述混合物包含小于50ppm的汞；c)放置所述混合物到所述隔板划分的空腔内；和d)密封所述容器的开口从而形成封闭的电化学电池。18.权利要求17的方法，其中所述碱性溶液包括不超过36wt％的氢氧化钾。19.权利要求18的方法，其中所述碱性溶液包括不超过34wt％的氢氧化钾。20.权利要求19的方法，其中所述碱性溶液包括不超过32wt％的氢氧化钾。21.权利要求17的方法，其中所述锌占据不大于27.0体积％的所述混合物的体积。22.权利要求21的方法，其中所述锌占据不大于26.0体积％的所述混合物的体积。23.权利要求22的方法，其中所述锌占据不大于24.0体积％的所述混合物的体积。24.一种LR6号电化学电池，包括a)容纳第一电极的圆柱状容器，第一电极在其中限定一位于中心的空腔；b)具有小于50ppm的汞并布置在所述空腔内的第二电极，所述第二电极包括不超过4.3g的、振实密度在2.80g/cc和3.65g/cc之间的锌粉末；c)位于所述电极间的隔板；和d)与所述电极和隔板接触的一定量的碱性电解质；其中所述电池如果以250毫安恒定电流每天放电1小时，则具有0.90伏的最小闭路电压总共累积至少538分钟。25.权利要求24的电化学电池，其中所述电池如果通过43欧姆电阻器每天放电4小时，则具有0.9伏的最小闭路电压总共累积至少100小时。26.权利要求24的电化学电池，其中所述第二电极包括胶凝剂，所述胶凝剂包括吸收量的水溶液，所述溶液包括不超过36wt％的KOH。27.权利要求26的电化学电池，其中所述第二电极除了包括所述锌粉末外还包括具有不超过33wt％的氢氧化钾的水溶液，氢氧化钾的所述重量百分数基于刚好在放置第二电极到所述容器内前所述第二电极中水和氢氧化钾的总量。28.权利要求27的电化学电池，其中所述第二电极的水溶液中所述氢氧化钾少于32wt％。29.权利要求28的电化学电池，其中所述第二电极的水溶液中所述氢氧化钾不超过31wt％。30.一种LR6电化学电池，包括a)容纳第一电极的圆柱状容器，第一电极在其中限定一位于中心的空腔；b)布置在所述空腔内的第二电极，所述第二电极包括不超过4.3g的、振实密度在2.80g/cc和3.65g/cc之间的锌粉末和小于50ppm的汞；c)位于所述电极间的隔板；和d)与所述电极和隔板接触的一定量的电解质；其中所述电池如果通过43欧姆电阻器每天放电4小时，则具有0.9伏的最小闭路电压总共累积至少100小时。31.权利要求30的电化学电池，其中所述电池如果以1瓦的速度连续放电，则具有1.0伏的最小闭路电压至少58分钟。32.权利要求30的电化学电池，其中所述第二电极除了包括所述锌粉末外还包括具有不超过33wt％的氢氧化钾的水溶液，氢氧化钾的所述重量百分数基于刚好在放置第二电极到所述容器内前所述第二电极中水和氢氧化钾的总量。33.权利要求32的电化学电池，其中所述第二电极的水溶液中所述氢氧化钾少于32wt％。34.权利要求33的电化学电池，其中所述第二电极的水溶液中所述氢氧化钾不超过31wt％。35.一种LR6电化学电池，包括a)容纳第一电极的圆柱状容器，第一电极在其中限定一位于中心的空腔；b)布置在所述空腔内并具有小于50ppm的加入汞的第二电极，所述第二电极包括不超过4.3g的、振实密度在2.80g/cc和3.65g/cc之间的锌粉末；c)位于所述电极间的隔板；和d)与所述电极和隔板接触的一定量的电解质；其中所述电池如果以1瓦的速度连续放电，则具有1.0伏的最小闭路电压至少58分钟。36.权利要求35的电化学电池，其中所述电池如果以250毫安恒定电流每天放电1小时，则具有0.90伏的最小闭路电压总共累积至少538分钟。37.权利要求35的电化学电池，其中所述第二电极除了包括所述锌颗粒外还包括具有不超过33wt％的氢氧化钾的水溶液，氢氧化钾的所述重量百分数基于刚好在放置第二电极到所述容器内前所述第二电极中水和氢氧化钾的总量。38.权利要求37的电化学电池，其中所述第二电极的水溶液中所述氢氧化钾少于32wt％。39.权利要求38的电化学电池，其中所述第二电极的水溶液中所述氢氧化钾不超过31wt％。40.一种电化学电池，包括a)容纳第一电极的容器，所述电极在其中限定一空腔；b)划分所述空腔并邻接所述第一电极的隔板；c)包括锌粉末并布置在所述隔板划分的空腔内的第二电极，所述锌粉末具有大于2.80g/cc且小于3.65g/cc的振实密度，大于400cm2/g的BET表面积，至少14％的KOH吸收值和小于130微米的D50；和d)布置在所述容器内并与所述电极和所述隔板接触的一定量的碱性电解质。41.权利要求40的电化学电池，其中所述振实密度大于2.90g/cc且小于3.55g/cc。42.权利要求41的电化学电池，其中所述振实密度大于3.0g/cc且小于3.45g/cc。43.权利要求40的电化学电池，其中所述BET比表面积大于450cm2/g。44.权利要求40的电化学电池，其中所述KOH吸收值为至少15％。45.权利要求40的电化学电池，其中所述D50在100和130微米之间。46.权利要求45的电化学电池，其中所述D50在110和120微米之间。47.权利要求40的电化学电池，其中所述锌粉末为包括75ppm和125ppm之间的铋、175ppm和225ppm之间的铟和75ppm和125ppm之间的铝的锌合金。全文摘要公开了一种能在高消耗速度和低消耗速度下均能提供最佳运行时间的碱性电化学电池。在一种实施方案中，电池的胶凝阳极结合了有限量的具有特定物理特征的锌粉末，其中特定物理特征能使电池在宽范围的电放电条件下有效放电。阳极还可包括被选择用于提高锌放电效率的电解质。文档编号H01M6/04GK1926702SQ200480033663公开日2007年3月7日申请日期2004年11月3日优先权日2003年11月14日发明者W·J·穆尔,J·吴申请人:永备电池有限公司