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：
：本发明主要涉及一种包含二氧化锰的碱性电池。更确切地说，本发明涉及一种能够在各种放电条件下提供最佳服务的碱性电化学电池。可商业获得的圆柱形碱性电化学电池广泛地以通常所说的电池规格LR6(AA)、LR03(AAA)、LR14(C)和LR20(D)获得。在许多情况下，消费者购买电池后一直存放到需要为设备提供能量。由于电池供电设备的快速增长，许多消费者拥有大量的电池供电设备。可见于一个家庭的设备包括收音机、电视机的遥控器、磁带录音机、儿童玩具、手持电子游戏机、激光唱盘播放器、集成了闪光单元和35mm胶片的照相机和数字照相机。总之，这些设备代表了较宽范围的电子放电条件。例如，磁带播放器在电池制造领域被称为″低消耗″设备，因为其需要电池以低速提供电流并且在活化期间具有充分的休眠期。电池在磁带播放器中的典型放电状态可通过单个LR6号电池以100毫安每天放电1小时模拟。另一种设备，例如通过LR6号电池供电的闪光灯，在电池上强制施加低至中等程度的消耗。一节LR6电池每小时通过3.3欧姆电阻放电4分钟，每天8小时是一种可接受的模拟闪光灯中LR6性能的试验。另一种设备，如光盘播放器，需要多节电池以比磁带播放器所要求速度快的速度提供电流但是在活化期间具有充分的休眠期(即每天每小时250毫安)，因而被认为是“高技术”设备。其它的设备，例如具有35mm胶片和内置闪光单元的照相机，需要电池以相当大的电流提供电流(即1000毫安，开10秒，关50秒，每天一小时)并且被认为是“高消耗”设备。消费者在购买电池时可能并不了解电池将要插入的设备。因此，消费者将试图购买在各种可能强制施加低消耗、或高消耗或高技术放电条件的设备都能良好应用的电池。如果消费者认为某具体品牌的电池用于所有设备都能提供最佳服务，那么消费者将有目的地购买这种品牌的电池而不是不同品牌的其它电池。因此，许多电池制造商努力开发并营销被消费者认为“全能”电池的电池，因为这种电池以可接受的时间周期为各种设备提供能量。除了改善其产品为各种设备提供能量的时间长度，电池制造商为降低电池成本做出了不懈努力。降低成本的一种方法是减少一个或两个电池电极中的电化学活性材料量。例如，阳极的锌和/或阴极的二氧化锰的数量可以减少。但是，这种方案没有被制造商接受，原因在于电化学活性材料数量的减少通常将缩短电池的“运行时间”，即电池驱动设备运行的时间长度。先前致力于如何提高电池在具体设备如照相机中的性能的努力通常包括改变电池的内部结构。在一种实例中，电池的结构通过增加阳极的锌的数量得到改善。但是，这种改变导致在电池深度放电后电解质泄漏，这是不可接受的。在另一种实例中，不再采用一个电极插入由其它电极限定的中心排列空腔内的电池设计，某些制造商已经采用“果冻卷”结构，其中两个条状电极和一个隔离物彼此对齐排列然后辊压形成线圈。具有果冻卷结构的电池通常在高消耗设备中表现良好。不幸的是，同样的电池在低消耗设备的服务时间显著缩短，原因在于由于果冻卷的阳极-阴极表面积大，相当大部分的电化学活性物质必须被化学惰性的隔离物替代。因此，以果冻卷结构生产的电池不适合用于那些其中电池的总电化学容量比快速放电能力更重要的设备。因此，需要一种具有下述能力的廉价碱性电化学电池在需要电池以高技术消耗速率放电的设备中提供充足运行时间以及在需要电池以低消耗速率放电的设备中提供充足的运行时间。发明概述本发明提供一种能够在各种放电条件下以有效方式放电的电化学电池。在一种实施方案中，本发明电化学电池至少包括下述元件。容纳第一电极、第二电极、碱性电解质和隔离物的容器。其中限定空腔的第一电极包含二氧化锰作为电化学活性材料。所述第一电极的电化学容量由二氧化锰的克数与285mAhr/g的乘积确定。设置在空腔中的第二电极包含锌作为电化学活性材料。所述第二电极的电化学容量由锌的克数与821mAhr/g的乘积确定。隔离物布置在第一和第二电极的界面上。该界面的面积在12.6cm2和13.2cm2之间。第二电极的电化学容量与第一电极的电化学容量之比在1.33∶1和1.40∶1之间。在另一种实施方案中，本发明电化学电池是一种LR6电池，其中至少包括下述元件和性能特征。容纳其中限定空腔的第一电极的圆柱形容器。包含少于50ppm的汞且设置在由第一电极限定的空腔内的第二电极。位于电极之间的隔离物。接触隔离物和两个电极的碱性电解质。第一电极包含二氧化锰作为电化学活性材料，其具有的电化学容量由二氧化锰的克数与285mAhr/g的乘积确定。第二电极包含锌作为电化学活性材料。所述第二电极的电化学容量由锌的克数与821mAhr/g的乘积确定。第二电极的电化学容量与第一电极的电化学容量之比在1.33∶1和1.40∶1之间。如果以250毫安的恒定电流每天放电1小时直到电池的闭路电压低于0.90V，所述电池将具有至少81.0％的放电效率，所述百分比基于第一电极的电化学容量。作为选择，如果通过3.3欧姆电阻放电，每小时4分钟，每天8小时直到电池的电压下降到低于0.90V，那么以第一电极的电化学容量为基础，所述电池将具有至少78.0％的放电效率。作为选择，如果以100毫安每天1小时的速率放电直到电池的闭路电压下降到低于0.90V，那么以第一电极的电化学容量为基础所述电池将具有至少93.0％的最低放电效率。在另一种实施方案中，本发明是一种包括下述元件的电化学电池。容纳其中限定空腔的第一电极的容器。所述空腔通过使用圆柱形工具将第一电极冲压模制为管状结构产生。所述工具的周长至少29.12mm。所述容器具有的外径在13.89mm和14.00mm之间。隔离物衬在空腔内。包含锌粉的第二电极设置在衬有隔离物的空腔内。锌粉具有的振实密度大于2.80g/cc且小于3.65g/cc，BET比表面积大于400cm2/g，KOH吸收值至少14％且D50小于130微米。设置在容器内的碱性电解质与电极和隔离物接触。图1是本发明碱性电化学电池的断面图；图2为说明本发明电池和可商业获得电池放电效率的图表；图3为说明两种锌粉的KOH吸收值的曲线；和图4是容纳冲压模制阴极的容器的断面图
发明内容现在参照附图，更具体地参照图1，其中给出了本发明组装电化学电池断面图。自电池的外部开始，电池元件为容器10，位于容器10内表面附近的第一电极12，与第一电极12的内表面16接触的隔离物14，布置在由隔离物14和固定在容器10的关闭组件(closureassembly)20限定的空腔内的第二电极。容器10具有开放端22、闭合端24和位于其间的侧壁26。闭合端24、侧壁26和闭合组件20限定了容纳电池电极的密闭体积。第一电极12，这里又称为阴极，包含二氧化锰作为电化学活性材料。该电极通过下述步骤形成将一定量的混合物放入端部开放的容器，然后使用撞锤将该混合物模制为固体管状结构，后者限定了一个与容器侧壁同心的空腔。第一电极12具有突出物28和内表面30。作为选择，阴极还可以下述步骤形成先由包含二氧化锰的混合物形成多个环，然后将环插入容器以形成管状形状的第一电极。图1所示的电池一般包含3或4个环。第二电极18，这里又称为阳极，是水性碱性电解液、锌粉末和凝胶化试剂如交联聚丙烯酸的均匀混合物。锌粉是第二电极的电化学活性材料。所述的水性碱性电解质包含碱金属氢氧化物如氢氧化钾、氢氧化钠或它们的混合物。氢氧化钾为优选。适用于本发明电池的凝胶化试剂是交联的聚丙烯酸，例如Carbopol940，其可由美国俄亥俄州克利夫兰市的Noveon，Inc.，公司获得。羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠是适用于碱性电解质溶液的其它凝胶化试剂的实例。锌粉可以是纯锌或合金。可选择的组分如气体产生抑制剂、有机或无机抗腐蚀剂、粘结剂或表面活性剂可以加入上述成分中。气体产生抑制剂或抗腐蚀剂的实例可包括铟盐(例如氢氧化铟)、全氟代烷基铵盐、碱金属硫化物等。表面活性剂的实例可包括聚环氧乙烷、聚亚乙基烷基醚、全氟代烷基化合物等。第二电极可通过在带式搅拌器或鼓式混合器中混合上述成分然后加工该混合物为湿浆料制造。除了在阳极制造过程中由凝胶化试剂吸收的水性碱性电解质之外，附加量的氢氧化钾水溶液，这里又称为“自由电解质”，还可以在制造过程中加入电池。所述的自由电解质可通过将其置于由第一电极限定的空腔混入电池。用于将自由电解质混入电池的方法没有限制，条件是其与第一电极12、第二电极18和隔离物14接触。可以在图1所示电池使用的自由电解质是含有37.0重量％KOH的水溶液。在图1所示的套管型(bobbin-type)锌/二氧化锰碱性电池中，隔离物14通常以层状的能渗透离子的无纺纤维织物提供，其将阴极(第一电极)与阳极(第二电极)隔离。合适的隔离物描述于WO03/043103。隔离物维持正电极的电化学活性材料(二氧化锰)与负电极的电化学活性材料(锌)的物理介电分离并且允许电极材料之间离子输送。另外，隔离物对于电解质起芯吸介质的作用并且用作防止阳极碎片与阴极顶部接触的套圈。典型的隔离物一般包括两层或多层纸。传统的隔离物一般通过下述两种方式形成将隔离物预先成形为杯状篮，然后插入由第一电极限定的空腔内；或者通过在电池组装过程中通过插入空腔形成篮，隔离物材料的两个矩形板彼此以90度的角度旋转。传统的预成型隔离物一般由辊压成圆柱形状的无纺织物片制备，其与第一电极的内壁相吻合并且具有闭合的底端。闭合组件20包括关闭元件32和集电器34。关闭元件32被模制得包含通风口，如果电池内部压力过大其允许关闭元件破裂。关闭元件32可以由尼龙6，6或其它材料如金属制作，前提条件是集电器34与用作第一电极集电器的容器10电绝缘。集电器34为用黄铜制作的拉长的指甲形元件。集电器34通过位于关闭元件32中心的孔插入。适用于本发明电池的第一电极配方列于表1.数量以重量百分比表示。表1二氧化锰、石墨和硫酸钡混合在一起形成均匀的混合物。在混合期间，37％KOH溶液均匀地分散到混合物内，借此确保该溶液在整个阴极材料中均匀分布。二氧化锰(MnO2)可以天然二氧化锰(NMD)、化学二氧化锰(CMD)或电解二氧化锰(EMD)商业获得。优选用于本发明电池的二氧化锰是EMD。用于碱性电池的EMD供应商包括Kerr-McGeeChemicalCorporationofOklahomaCity，Oklahoma；TosohCorporationofTokyo，Japan；和ErachemComilog，Inc.ofBaltimore，Maryland。石墨与二氧化锰混合以提供一个遍及阴极的导电矩阵。石墨可以从地面开采(天然)或制造(合成)。而且，石墨可以是膨胀或非膨胀的。用于碱性电池的石墨供应商包括TimcalAmericaofWestlake，Ohio；SuperiorGraphiteCompanyofChicago，Illinois；和Lonza，LtdofBasel，Switzerland。硫酸钡可以从意大利马萨市的BarioEDerivatiS.p.A.公司购买。适用于本发明电池的第二电极配方列于表2。凝胶状电解质的组成列于表3。数量以重量百分比表示。表2表3制备阳极的方法包括下述步骤。混合表3所列组分以形成其中能够溶解氧化锌和硅酸钠的溶液。然后将该溶液与凝胶化试剂混合以形成凝胶状电解质。凝胶状电解质的组成列于表4。表4表5表面活性剂溶液通过按照表5所示比例将可从位于德国的BYKChemie公司获得的Disperbyk190与去离子水混合获得。然后将凝胶化的电解质与锌粉、表面活性剂溶液和0.1NKOH溶液按照表2所示比例混合从而形成适用于本发明电池的第二电极。适用于具有碱性电解质的原电池(不可充电)的阳极一般通过混合粒状锌与凝胶化试剂、碱性水溶液和如上所述的任选添加剂制造。任意一种组分与其它的一种或多种组分的比例可以在一定限制内调整以适应由下述因素引起的各种限制工艺设备、电池设计标准，如需要保持颗粒-颗粒接触，以及成本限制。关于在无汞电池(这里定义为阳极包含低于50ppm汞)中维持颗粒-颗粒接触，许多商业可得的圆柱形碱性电池的设计者规定至少使用28体积％锌粉以便在粒状锌之间维持颗粒-颗粒接触。在本发明电池的一种优选实施方案中，阳极中的锌粉量被减少到低于28.0体积％。由27.0体积％锌、26.0体积％锌或24.0体积％锌制备的电池都是可行的。正如下文所解释，锌的体积％通过用锌的体积除以就在将阳极设置到衬有隔离物的空腔内之前的阳极体积确定，如下文将要提及的。锌的体积％必须在将阳极分散进入隔离物篮之前确定，因为一旦将阳极插入由隔离物限定的空腔内，部分混入阳极的电解质迁移进入隔离物和阴极。锌的体积％利用下述程序确定。通过用电池内锌的重量除以锌的密度(7.13g/cc)计算电池内锌的体积。通过用阳极混合物刚好设置进入电池之前的重量除以该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获得锌的体积％。阳极混合物的表观密度利用下述程序确定。称量体积已知例如35cc的空容器的重量。将一定量的阳极放入该容器以使阳极完全填充该容器。通过称量填充后的容器的重量并且减去空容器的重量计算阳极的重量。将阳极的重量除以该容器的体积得到所述阳极的表观密度。将锌的数量降低到低于28体积％是重要的，因为包含少于50ppm汞的凝胶状阳极必定具有最小的粒状锌体积，以便在遍及阳极的高度和宽度均匀分布的粒状锌之间建立并维持颗粒-颗粒接触。在电池的整个使用寿命期间必须保持颗粒-颗粒接触。如果阳极内的锌体积过低，电池可能在向设备提供能量时突然降低到不可接受的低值。电压降低被认为是下述原因所致某些阳极粒状锌间的连续性损失，因而电绝缘了部分阳极致使其不能参与电池放电。如果电压持续较低，该电池必须被消费者更换。如果电压迅速恢复到可接受值，设备可重新以正常方式工作。但是，消费者可能不正确地将设备的临时中断判断为电池使用期届满的信号并且被启发过早更换电池。因此，电池制造商按照惯例在无汞凝胶状阳极内使用高于最小值的粒状锌以确保在电池的整个使用寿命期间提供可靠的服务。适用于本发明优选实施方案的锌可由比利时布鲁塞尔的N.V.UMICORE，S.A.，公司以名称BIA115购买。所述锌采用离心喷雾法制造，该方法在2000年8月17日公开的国际公开WO00/48260中作了综合描述。该公开披露的锌合金组成和制造方法用于生产锌粉末。但是这种粒状锌的许多物理特性没有公开。在一种优选实施方案中，锌粉末具有许多下述物理和化学特征。第一，锌粉末的粒径以D50中值小于130微米、更优选100-130微米、最优选110-120微米为特征。D50中值利用AmericanSocietyforTestingandMaterials(ASTM)标准B214-92，即粒状金属粉末筛分分析的标准测试方法(StandardTestMethodforSieveAnalysisofGranularMetalPowders)描述的筛分分析步骤和ASTMD1366-86(1991再审定)-StandardPracticeforReportingParticleSizeCharacteristicsofPigments描述的报告步骤确定。ASTM标准B214-92和D1366-86(1991再审定)在这里通过参考加以引用。正如该文件所用，锌粉的D50中值通过累积重量百分比与粒径的上限数据作图，如ASTMD-1366-86所说明，然后寻找与50％累积重量值相对映的直径(即D50)。第二，锌粉的BET比表面积为至少400cm2/g。更优选地，表面积为至少450cm2/g。BET比表面积在锌试样已经于150℃下脱气1小时后在具有多点校准的Micromeritics′modelTriStar3000BET比表面积分析仪上测量。第三，锌粉的振实密度大于2.80g/cc但小于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，锌粉的振实密度大于3.00g/cc但小于3.45g/cc。振实密度利用下述步骤测量。将50g锌粉置于50cc量筒内。将含有锌粉的量筒固定在振实密度分析仪上，例如由美国弗罗里达BoyntonBeach的QuantaChromeCorp.公司制造的型号AT-2″AutoTap″振实密度分析仪。设定振实密度分析仪振动520次。从而通过在垂直方向上迅速地移动量筒520次使该振实密度分析仪对量筒实施振动。读取锌粉在量筒中的最终体积。锌粉的重量除以振动后锌粉占据的体积确定锌粉的振实密度。第四，锌粉具有的KOH吸收值至少14％。更优选地，KOH吸收值为15％或更高。用于确定KOH吸收值的方法在下面关于图3的说明中详细描述。除上述的物理特性之外，优选的锌为其中混有铋和/或铟和/或铝的合金。铋的优选量为75-125ppm。铟的优选量为175-225ppm、铝的优选量为75-125ppm。电池设计者用于表征电池设计的一个参数是一个电极的电化学容量与反电极的电化学容量之比。例如，如果含锌的第二电极(在这里称为阳极并缩写为A)的理论电化学容量为3528mAhr，含二氧化锰的第一电极(这里称为阴极并缩写为C)的理论电化学容量为2667mAhr，那么A∶C比为1.32∶1。对于商业可获得的阳极采用锌和阴极采用二氧化锰的LR6碱性原电池，A∶C比已经小于1.32∶1。但是，在本发明的一种实施方案中，A∶C比在本发明电池中被提高到1.38∶1。具有A∶C比大于1.32∶1，例如1.34∶1、1.36∶1或1.40∶1的电池结构是可行的。电池设计者用于表征电池结构的另一个参数是阳极与阴极之间的界面面积。界面面积定义为第一电极的管状内表面的面积，其通过用于将阴极材料冲压模制为管状结构的模塑锤的周长乘以与第二电极相对的第一电极的高度计算。优选地，在LR6号电池中，界面面积应该为12.6cm2-13.2cm2。更优选地，所述界面面积应该为12.75cm2-13.10cm2。甚至更优选地，界面面积应该为12.90cm2-13.05cm2。参照图4，第一电极12的高度(H)与模塑锤36的周长相乘。为了充分实现本发明的优点，模塑锤的周长应至少为29.12mm。更优选地，模塑锤的周长应至少为29.53mm。甚至更优选地，模塑锤的周长应至少为29.92mm。在本发明的一个优选实施方案中，第一电极限定了单一的管状空腔。而且，该空腔与容器的开口同心。相对容器侧壁内表面撞击第一电极是在容器内形成第一电极的优选方法。在电池工业中，一个被广泛接受的用于评估并表征电池的协议包括在每个电池预先规定的电子测试电路中单独放电，然后记录电池闭合回路电压保持在最小值之上的时间。这些“放电试验”被电池制造商用于评估不同电池结构的运行时间。为了使放电实验的电池性能评估标准化，许多电池型号和试验方法已经规定并且得到了相关组织如美国国家标准学会(theAmericanNationalStandardsInstitute)(ANSI)和国际电工委员会(theInternationalElectrotechnicalCommission)(IEC)批准。电池型号，例如LR6号电池，是由IEC的国际标准60086-2版本10.1规定的，其具有的最大高度为50.5mm，最大直径为14.5mm。通常用于LR6电池的钢质容器具有的外径为13.89mm-14.00mm。一种描述电池、例如LR6电池放电试验的出版物被命名为ANSIC18.1M.Part1-2001-具有水性电解质的便携式原电池和电池组的美国国家标准(AmericanNationalStandardforPortablePrimaryCellsandBatterieswithAqueousElectrolyte)-通用规格(GeneralSpecifications)，其由国家电气制造者协会(theNationalElectricalManufacturersAssociation)于2001年公布。在其中第19页描述的LR6电池放电试验作为一种可接受的评估电池的电化学服务性能的方法在电池工业内被广泛接受。某些试验被普遍确定为“高速”试验，而其它被确定为“高技术”试验，另外的一些试验被认为是“低速”试验。在一种实验中，建造多个本发明LR6电池。电池电极、隔离物、闭合组件和容器的物理排列示于于图1。用于制备第一电极的配方示于表1。EMD由Kerr-McGee公司购买。石墨由Timcal公司提供。硫酸钡从BarioEDerivatiS.p.A.公司购买。用于制备第二电极的配方示于表2、3、4和5。实验电池按照下述制造。阴极材料混合在一起以形成分配到容器内的可流动粉末。参看图4。具有圆形横断面、外径(OD)为9.52mm(0.375″)-相当于周长29.92mm并且具有钝铅头38的实心棒状工具36与容器开口同心排列并且迅速且强有力地插入阴极材料中，从而将粉末冲压模制为高4.338cm的实心管状元件，这里称为阴极。阴极的总重量为11.18g。基于表1所示的EMD百分比，每个电池中的二氧化锰量为9.30g。但是，由于EMD包含2重量％水，可用于参与电池内的电化学反应的EMD量为9.11g，后者通过9.30g乘以0.98获得。由阴极限定的空腔具有一个与可称为撞锤的工具外径相等的初始内径。但是，归因于阴极材料的物理特性，空腔的内径在撤出模型撞锤后略微缩小。阴极的内表面限定了一个位于中心的圆形空腔。下一步，将第一个长方形隔离纸带放在由第一电极限定的空腔上面，然后插入空腔从而衬在空腔的底部和侧壁。第二个长方形的隔离纸带位于衬隔离物的空腔内。第二条纸带方向与第一条纸带垂直。然后将第二条带的中心插入空腔从而形成位于第一层隔离物内部的第二隔离层。阳极与阴极间的界面表面积为12.98cm2，其通过撞锤的周长29.92mm与阴极的高度4.338cm相乘获得。将6.38g、表观密度为2.87g/cc的第二电极设置进入衬有隔离物的空腔内。阳极的体积为2.22cc，其通过6.38g除以2.87g/cc确定。每个电池中的锌量为4.36g。锌的体积为0.61cc，通过4.36g除以7.13g/cc确定。锌的体积％为27.48％，通过0.61cc除以2.22cc确定。除包含在第二电极内的电解质之外，另外0.95cc浓度37.0重量％的KOH溶液设置进入衬有隔离物的空腔内。0.95cc的第一部分在插入第二电极之前注射进入衬有隔离物的空腔内。37.0重量％KOH溶液的剩余部分在插入第二电极之后注射进入衬有隔离物的空腔内。然后将闭合组件固定到容器的开放端。将最终的盖子和标签固定到该容器的外表面。本发明电池具有的A∶C比为1.38，其通过包含锌的电极的安培时容量除以包含二氧化锰的电极的安培时容量确定，前者通过4.36g×821mAhr/g计算结果为3580mAhr，后者通过9.11g×285mAhr/g计算结果为2596mAhr。然后如下所述，按照本发明构建的电池在三个独立的服务试验中放电。作为相同实验一部分，还评估了来自不同制造商的商业可得LR6电池。图2所示是各种电池结构的曲线，其中包括本发明结构电池和商业可得LR6电池，该曲线显示了在三个不同放电试验中的阴极放电效率。正如这里所用，阴极的放电效率通过用该电池的安培时输出除以二氧化锰的理论安培时输入确定。二氧化锰的输入通过二氧化锰的克数乘以285mAhr/g确定。例如，含9.36g二氧化锰的电池被认为具有2.667Ahr的输入。如果相同的电池在放电试验中提供2.000Ahr的输出，那么二氧化锰的放电效率为75％。一种LR6号电池的低速试验规定电池以100毫安恒定电流放电1小时然后休眠23小时。该试验每天持续进行直到电池的闭路电压下降到低于0.9V，0.9V被认为是许多设备如磁带播放器停止工作的功能终止点。正如图2所示，当本发明电池按照上述每天以100毫安恒定电流试验放电1小时，那么基于二氧化锰的安培时输入，放电效率为94.4％-95.7％。与之对比，任何商业可得电池的最佳单独放电效率为92.7％。LR6号电池的高技术试验规定电池以250毫安的恒定电流每天放电1小时并允许休眠23小时。该试验每天进行直到电池的闭路电压下降到低于0.9V。正如图2所示，当本发明电池按照上述每天以250毫安试验放电1小时，那么基于二氧化锰的安培时输入，放电效率为78.5％-84.30％。所测试的5个电池中四个效率大于81％。单个电池效率为81.0％、82.0％和83.0％是可行的。图2中的数据还说明商业可得电池的最佳放电效率为80.3％。LR6电池的低-中速放电试验包括通过3.3欧姆电阻放电，每小时4分钟，每天8小时，然后允许电池休眠16小时。该试验逐天连续进行直到电池的电压下降到低于0.90V。如图2所示，当本发明电池在3.3欧姆试验放电时，基于二氧化锰的安培时输入，放电效率为83.3％-84.6％。与之对比，四个竞争产品中的最佳单一电池放电效率为77.3％。如果期望的话，本发明电池可以78.0％、80.0％或82.0％的放电效率制备。上述电池试验在环境温度为大约21℃的环境下进行。将环境温度保持在19℃和23℃之间是重要的，因为电池在放电试验中的运行时间可能随着环境温度升高而升高并且可随着环境温度下降而下降。环境温度变化对运行时间的影响通过试验改变。正如电池制造工业所公知的，当电池放电时，电池内发生的放热化学反应导致电池温度升高。在高消耗试验中，电池表面的温度可能超过40℃。因此，电池温度和环境温度可显著不同并且被认为是两个不同特征。图3显示了采用不同重量百分比KOH的锌粉的KOH吸收值。下述方法用于确定锌的KOH吸收值。首先，提供一个5cc注射器和一片已经在32wt％KOH浸泡的隔离物，要求隔离物的尺寸便于将隔离物插入注射器的较大开口并且可以通过推动注射器堵塞注射器另一端的较小的口。第二，称量注射器和包含吸附的电解质的隔离物的重量。第三，将2ml32重量％KOH水溶液置入注射器的较大开口同时阻断电解质通过注射器另一端的较小开口流动。第四，仔细秤取已知量，例如5g的粒状锌并置于注射器的开口端。容器的形状、溶液的体积和锌的体积必须协调以确保所有粒状锌全部在KOH水溶液表面之下。第五，将另外1.5cc32重量％KOH溶液引入容器以确保锌完全被溶液覆盖。第六，通过使注射器处于垂直位置并且移动堵塞小开口的物体使KOH通过在注射器一端的小开口滴120分钟。为了保证在粒状锌之间不存在截获的未吸收溶液液滴，将容器在纸巾上轻轻敲打几次直到不再观察到有附加的KOH溶液落到纸巾上。第七，然后确定锌与其中吸收的溶液、注射器和隔离物的合并重量。吸收在锌表面上的电解质溶液的量通过从包含其上吸附电解质的锌的注射器和湿隔离物的合并重量中减去干燥粒状锌、湿隔离物和注射器的重量确定。KOH吸收值通过吸附在锌上的KOH重量除以置于溶液之前的粒状锌的重量确定。在图3中，曲线42表示适用于本发明优选实施方案的锌的KOH吸收值。曲线44表示商业可得锌的KOH吸收值。尽管KOH在被吸附溶液中的百分比在30％-40％之间变化，但是被适用于本发明优选实施方案的锌吸收的溶液量至少为14％。而且，相同试样的KOH吸收至少超过15％。与之对比，商业可得锌的KOH吸收不超过13％。具体锌粉末的KOH吸收值被认为是多个适用于判断锌是否适用于本发明优选实施方案的可测量特性之一。上述说明仅视为优选实施方案。对于本领域熟练技术人员和创造或使用本发明的人员来说本发明应出现某些改进。因此，应该理解的是，通过附图和前文描述说明的实施方案不对本发明构成任何限制，本发明由下述权利要求按照依据专利法原则、包括等同原则的解释确定。权利要求1.一种电化学电池，其包括容纳第一电极、第二电极、碱性电解质和隔离物的容器；所述的第一电极在其中限定空腔并且包含二氧化锰作为电化学活性材料，所述第一电极的电化学容量由二氧化锰的克数与285mAhr/g的乘积确定；所述第二电极设置在所述空腔中并且包含锌作为电化学活性材料，所述第二电极的电化学容量由锌的克数与821mAhr/g的乘积确定；所述隔离物布置在第一和第二电极之间的界面上，其中的界面面积在12.6cm2和13.2cm2之间，第二电极的电化学容量与第一电极的电化学容量之比在1.33∶1和1.40∶1之间。2.如权利要求1所述的电化学电池，其中第二电极的电化学容量与第一电极的电化学容量之比至少为1.34∶1。3.如权利要求1所述的电化学电池，其中第二电极的电化学容量与第一电极的电化学容量之比至少为1.36∶1。4.如权利要求1所述的电化学电池，其中第二电极的电化学容量与第一电极的电化学容量之比至少为1.38∶1。5.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述容器为圆柱形。6.如权利要求5所述的电化学电池，其中所述界面为管状。7.如权利要求5所述的电化学电池，其中所述空腔具有的初始内径至少为9.52mm，而且所述容器的外径在13.89mm和14.00mm之间。8.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述第一电极限定了一个管状空腔。9.如权利要求8所述的电化学电池，其中所述第一电极限定了单一空腔。10.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述第一电极通过冲压模制法形成。11.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述锌包含粒状锌。12.如权利要求11所述的电化学电池，其中所述锌由粒状锌组成。13.如权利要求12所述的电化学电池，其中所述粒状锌具有大于400cm2/g的BET比表面积，至少14％的KOH吸收值和小于130微米的D50。14.如权利要求12所述的电化学电池，其中所述粒状锌具有的振实密度大于2.80g/cc但小于3.65g/cc，所述第二电极具有已知体积，并且所述粒状锌占所述第二电极体积的小于28.0体积％。15.如权利要求1所述的电化学电池，其中界面面积在12.75cm2和13.10cm2之间。16.如权利要求1所述的电化学电池，其中界面面积在12.90cm2和13.05cm2之间。17.一种LR6号电化学电池，其包括圆柱形容器，其容纳在其中限定空腔的第一电极，具有少于50ppm的汞且设置在所述空腔内的第二电极，位于所述电极之间的隔离物，和一定量的与所述电极和隔离物接触的碱性电解质；其中所述第一电极包含二氧化锰作为电化学活性材料，所述第一电极具有的电化学容量由二氧化锰的克数与285mAhr/g的乘积确定，其中所述第二电极包含锌作为电化学活性材料，所述第二电极的电化学容量由锌的克数与821mAhr/g的乘积确定，其中第二电极的电化学容量与第一电极的电化学容量之比在1.33∶1和1.40∶1之间，其中所述电池，如果以250毫安的恒定电流放电每天1小时直到所述电池的闭路电压降到低于0.90V，将具有基于所述第一电极的电化学容量至少81.0％的最低放电效率。18.如权利要求17所述的电化学电池，其中所述最低放电效率为至少82.0％。19.如权利要求17所述的电化学电池，其中所述最低放电效率为至少83.0％。20.如权利要求17所述的电化学电池，其中所述电池，如果通过3.3欧姆电阻放电，每小时4分钟，每天8小时直到所述电池的闭回路电压下降到低于0.90V，将具有基于所述第一电极的电化学容量至少78.0％的最低放电效率。21.如权利要求20所述的电化学电池，其中在3.3欧姆试验中的所述最低放电效率为至少80.0％。22.如权利要求20所述的电化学电池，其中在3.3欧姆试验中的所述最低放电效率为至少82.0％。23.一种LR6号电化学电池，其包括圆柱形容器，其容纳在其中限定空腔的第一电极，具有少于50ppm的汞且设置在所述空腔内的第二电极，位于所述电极之间的隔离物，和一定量的与所述电极和隔离物接触的碱性电解质；其中所述第一电极包含二氧化锰作为电化学活性材料，所述第一电极具有的电化学容量由二氧化锰的克数与285mAhr/g的乘积确定，其中所述第二电极包含锌作为电化学活性材料，所述第二电极的电化学容量由锌的克数除以821mAhr/g确定，其中第二电极的电化学容量与第一电极的电化学容量之比在1.33∶1和1.40∶1之间，其中所述电池，如果以100毫安的恒定电流放电每天1小时直到所述电池的闭路电压降到低于0.90V，将具有基于所述第一电极的电化学容量至少93.0％的最低放电效率。24.如权利要求23所述的电化学电池，其中所述电池的放电效率为至少94.4％。25.如权利要求23所述的电化学电池，其中所述电池的放电效率为至少95.7％。26.如权利要求23所述的电化学电池，其中所述电池，如果以250毫安的恒定电流每天放电1小时直到所述电池的闭路电压降到低于0.90V，将具有基于所述第一电极的电化学容量至少81.0％的最低放电效率。27.如权利要求26所述的电化学电池，其中所述电池的放电效率为至少82.0％。28.如权利要求26所述的电化学电池，其中所述电池的放电效率为至少83.0％。29.一种电化学电池，其包括a)容纳第一电极的容器，所述电极在其中限定空腔，所述空腔通过使用圆柱形工具将所述第一电极冲压模制为管状结构形成，所述工具的周长至少为29.12mm，所述容器具有的外径在13.89mm和14.00mm之间；b)衬在所述空腔并且与所述第一电极接触的隔离物；c)包含锌粉且设置在衬有所述隔离物的空腔内的第二电极，所述锌粉具有的振实密度大于2.80g/cc且小于3.65g/cc，BET比表面积大于400cm2/g，KOH吸收值至少14％且D50小于130微米；以及d)一定数量的设置在所述容器内并且与所述电极和所述隔离物接触的碱性电解质。30.如权利要求29所述的电化学电池，其中所述周长为至少29.53mm。31.如权利要求29所述的电化学电池，其中所述周长为至少29.92mm。全文摘要公开了一种能够在高技术消耗速率和低消耗速率两种情况下提供最佳放电效率的碱性电化学电池。在一种实施方案中，阳极的电化学容量与阴极的电化学容量之比在1.33∶1和1.40∶1之间，而且阳极与阴极界面的表面积获得优化。文档编号H01M10/24GK101053097SQ200580033409公开日2007年10月10日申请日期2005年9月29日优先权日2004年9月30日发明者R·P·约翰逊申请人:永备电池有限公司