锌‑空气电池表面活性剂的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月15日提交的美国临时申请no.62/064,241和2014年10月15日提交的美国临时申请no.62/064,269的权益，所述临时申请的全部内容特此通过引用整体并入。

本技术通常涉及锌-空气电池及其用途的领域。

技术实现要素：

在一个方面，提供一种锌-空气电池，其包括空气阴极、锌阳极和电解质，其中所述电解质包括两性含氟表面活性剂。

在一个实施方案中，所述两性含氟表面活性剂是s-111、s-500、fs-50、fs-51、apfs-14、dynaxdx3001、fsk、fs-500或其中任意两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述两性含氟表面活性剂以约200ppm至约20000ppm存在于所述电解质中。在一个实施方案中，所述电解质中的所述两性含氟表面活性剂浓度是约4000ppm。在一个实施方案中，所述电解质中的所述两性含氟表面活性剂浓度是约10000ppm。

在一个实施方案中，所述电解质还包括所选的表面活性剂，其为己基二苯基氧化物二磺酸、二亚乙基三胺、辛基苯氧基聚乙氧基乙醇、式(iii)化合物或其中任意两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述电解质可包括表面活性剂体系、腐蚀抑制剂(即氢氧化铟、氢氧化锂、聚苯胺、聚乙二醇或聚丙二醇)、胶凝剂(即聚丙烯酸酯聚合物)、气体抑制添加剂(即氧化锌、氢氧化铝、乙酸铅或溴化钙)、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铯、其它功能添加剂(即氧化铋、硼酸、硼酸钠、硼酸钾、锡酸钠、锡酸钾)，或其中任意两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述锌-空气电池可包括空气阴极与锌阳极之间的隔板。

在一个实施方案中，所述电解质可包括腐蚀抑制剂。在一些实施方案中，所述腐蚀抑制剂可以约100ppm至约25000ppm存在于所述电解质中。

在一个实施方案中，所述腐蚀抑制剂是聚苯胺、聚乙二醇、聚丙二醇、氢氧化锂、氢氧化铟或其中任意两种或更多种的组合。在一个特定实施方案中，所述聚苯胺是翠绿亚胺聚苯胺。

在另一个方面，提供一种锌-空气电池，其包括空气阴极、锌阳极和电解质，其中所述电解质包括式(ii)的表面活性剂

其中r¹、r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自独立地是氢、被取代或未被取代的烷基、烯基或环烷基；x¹是o或s；x²是oh或sh；并且n是5-50。在一些实施方案中，r¹是c1-c12烷基；r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自是氢；x¹是o；x²是oh；并且n是5-15。在一些实施方案中，r¹是辛基并且n是5-10。在另一个实施方案中，r¹是1,1,3,3-四甲基丁基或正辛基并且n是5-10。在另一个实施方案中，r¹是1,1,3,3-四甲基丁基并且n是5-10。

在一个实施方案中，所述式(ii)的表面活性剂是ca-630(非离子烷基芳基酚表面活性剂，可从rhodia获得)、x-100(非离子辛基酚乙氧基化物表面活性剂，可从dowchemicalcompany获得)或其组合。

在一个实施方案中，以所述电解质的总重量计，所述式(ii)的表面活性剂以约200ppm至约20,000ppm存在于电解质中。在另一个实施方案中，所述表面活性剂以约2000ppm至约15000ppm存在于电解质中。在另一个实施方案中，所述电解质中的所述表面活性剂浓度为约3000ppm至约12000。在一个实施方案中，所述电解质中的所述表面活性剂浓度为约4000ppm。

在一个实施方案中，所述电解质还包括第二表面活性剂。在一些实施方案中，所述第二表面活性剂是己基二苯基氧化物磺酸、二亚乙基三胺、两性含氟表面活性剂，或其中任意两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述电解质可包括表面活性剂体系、腐蚀抑制剂(即氢氧化铟、氢氧化锂、聚苯胺、聚乙二醇或聚丙二醇)、胶凝剂(即聚丙烯酸酯聚合物)、气体抑制添加剂(即氧化锌、氢氧化铝或溴化钙)、氢氧化钾、氢氧化钠、乙酸铅、氧化铋、氢氧化铯、其它功能添加剂(即硼酸、硼酸钠、锡酸钠、锡酸钾)，或其中任意两种或更多种的组合。

在一个实施方案中，所述锌-空气电池可包括空气阴极与锌阳极之间的隔板。

在一个实施方案中，所述电解质可包括腐蚀抑制剂。在一些实施方案中，所述腐蚀抑制剂可以约100ppm至约15,000ppm存在于所述电解质中。

在一个实施方案中，所述腐蚀抑制剂是聚苯胺、聚乙二醇、聚丙二醇、氢氧化锂、氢氧化铟，或其中任意两种或更多种的组合。在一个具体实施方案中，所述聚苯胺是翠绿亚胺聚苯胺。

上述概述仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了说明性方面之外，通过参考以下附图和详细描述，上述实施方案和特征以及其它方面、实施方案和特征将变得显而易见。

附图说明

图1是描绘本公开的一个实施方案的示例性电化学电池的横截面示意图。

图2是根据实施例，在4个月室温延迟下，对照阳极(含有对照表面活性剂)和含有4000ppm两性含氟表面活性剂的阳极之间的助听器标准脉冲放电曲线比较。

图3是根据实施例，在4个月室温延迟下，对照阳极(含有对照表面活性剂)与含有4000ppm两性含氟表面活性剂的阳极之间的无线流式脉冲放电曲线比较。

图4是根据实施例，在4个月室温延迟下，对照阳极(含有对照表面活性剂)与含有10000ppm两性含氟表面活性剂的阳极之间的助听器标准脉冲放电曲线比较。

图5是根据实施例，在4个月室温延迟下，对照阳极(含有对照表面活性剂)与含有10000ppm两性含氟表面活性剂的阳极之间的无线流式脉冲放电曲线比较。

图6是根据实施例，在4个月的室温延迟下，对照阳极(含有对照表面活性剂)与含有4000ppm的表面活性剂的阳极之间的助听器标准脉冲放电曲线比较。

图7是根据实施例，在4个月室温延迟下，对照阳极(含有对照表面活性剂)与含有4000ppm的表面活性剂的阳极之间的无线流式脉冲放电曲线比较。

具体实施方式

下文描述各种实施方案。应当注意，具体实施方案不旨在作为详尽描述或作为对本文讨论的更广泛方面的限制。结合具体实施方案描述的一个方面未必局限于该实施方案，并且可以用任何其它实施方案来实施。

如本文所用的“约”将由本领域普通技术人员理解，并且将在某种程度上根据其使用的上下文而变化。如果使用本领域普通技术人员不清楚的术语，考虑到其使用的上下文，“约”将意味着特定术语的至多±10％。

除非本文另有说明或明显与上下文相矛盾，否则在描述要素的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)中使用术语“一”和“所述”以及类似的指示物应被解释为涵盖单数和复数。除非本文另有说明，否则本文中数值范围的叙述仅旨在用作单独提及落在所述范围内的每个单独数值的简写方法，并且将每个单独的数值并入本说明书中，如同在本文中单独叙述一样。除非本文另有说明或者明显与上下文相矛盾，否则本文所述的所有方法可以任何合适的顺序进行。除非另有说明，否则本文提供的任何和所有的示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明实施方案，并且不对权利要求的范围构成限制。本说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何非要求保护的要素是必不可少的。

通常，“被取代的”是指如下所定义的烷基、烯基、炔基、芳基或醚基(例如烷基)，在所述基团中一个或多个与其中包含的氢原子连接的键被与非氢或非碳原子连接的键代替。被取代的基团还包括其中一个或多个与碳或氢原子连接的键被一个或多个与杂原子连接的键(包括双键或三键)代替的基团。因此，除非另有说明，否则被取代的基团将被一个或多个取代基取代。在一些实施方案中，被取代的基团被1、2、3、4、5或6个取代基取代。取代基的实例包括：卤素(即f、cl、br和i)；羟基；烷氧基、烯氧基、炔氧基、芳氧基、芳烷氧基、杂环氧基和杂环基烷氧基；羰基(氧代基)；羧基；酯；氨基甲酸酯；肟；羟胺；烷氧基胺；芳烷氧基胺；硫醇；硫化物；亚砜；砜；磺酰基；磺酰胺；胺；n-氧化物；肼；酰肼；腙；叠氮化物；酰胺；脲；脒；胍；烯胺；酰亚胺；异氰酸酯；异硫氰酸酯；氰酸盐；硫氰酸盐；亚胺；硝基；腈(即cn)；等。

如本文所用的“烷基”基团包括具有1至约20个碳原子，并且通常为1至12个碳原子，或在一些实施方案中为1至8个碳原子的直链和支链烷基。烷基可以是被取代或未被取代的。直链烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基和正辛基。支链烷基的实例包括(但不限于)异丙基、仲丁基、叔丁基、新戊基、异戊基，1,1,3,3-四甲基丁基和2,2,4,4-四甲基戊基。代表性的被取代的烷基可用例如氨基、硫代基、羟基、氰基、烷氧基和/或卤基如f、cl、br和i基团取代一次或多次。如本文所用的术语卤代烷基是具有一个或多个卤基的烷基。在一些实施方案中，卤代烷基是指全卤代烷基。

环烷基是环状烷基，例如(但不限于)环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。在一些实施方案中，环烷基具有3至8个环成员，而在其它实施方案中，环碳原子数在3至5、6或7个的范围内。环烷基可以是被取代或未被取代的。环烷基还包括多环环烷基，例如(但不限于)降冰片基、金刚烷基、冰片基、莰烯基、异莰烯基和蒈烯基；以及稠环，例如(但不限于)萘烷基等。环烷基还包括被如上文所定义的直链或支链烷基取代的环。代表性的被取代的环烷基可被单取代或一次以上取代，例如(但不限于)：2,2-；2,3-；2,4-；2,5-；或2,6-双取代的环己基，或单取代、双取代或三取代的降冰片基或环庚基，其可被例如烷基、烷氧基、氨基、硫代基、羟基、氰基和/或卤基取代。

烯基是具有2至约20个碳原子并且还包括至少一个双键的直链、支链或环状的烷基。在一些实施方案中，烯基具有1至12个碳，或通常1至8个碳原子。烯基可以是被取代或未被取代的。烯基包括例如乙烯基、丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、异丁烯基、环己烯基、环戊烯基、环己二烯基、丁二烯基、戊二烯基和己二烯基等。烯基可类似于烷基被取代。二价烯基，即具有两个连接点的烯基，包括(但不限于)ch-ch＝ch2、c＝ch2或c＝chch3。

术语“烷氧基”是指羟基(oh)，其中h已被如本文所定义的包含1至12个碳原子的烷基代替。在一些实施方案中，烷氧基包含1至7个或1至4个碳原子。烷氧基可以是例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、异戊氧基、3-甲基丁氧基、2,2-二甲基丙氧基、正己氧基、2-甲基戊氧基、2,2-二甲基丁氧基、2,3-二甲基丁氧基、正庚氧基、2-甲基己氧基、2,2-二甲基戊氧基、2,3-二甲基戊氧基、环丙氧基、环丁氧基、环戊氧基、环己氧基、环庚氧基、1-甲基环丙基氧基等。在一些实施方案中，烷氧基包括o-c1-c6烷基。在其它实施方案中，烷氧基包括o-c1-c4烷基。

如本文所用的术语“胺”(或“氨基”)是指-nr¹⁰⁰r¹⁰¹基团，其中r¹⁰⁰和r¹⁰¹独立地是氢，或被取代或未被取代的如本文所定义的烷基、烯基、炔基、环烷基、芳基、芳烷基、杂环基烷基或杂环基。在一些实施方案中，胺是烷基氨基、二烷基氨基、芳基氨基或烷基芳基氨基。在其它实施方案中，胺是nh2、甲基氨基、二甲基氨基、乙基氨基、二乙基氨基、丙基氨基、异丙基氨基、苯基氨基或苄基氨基。

如本文所用的术语“卤素”或“卤基”是指溴、氯、氟或碘。在一些实施方案中，卤素是氟。在其它实施方案中，卤素是氯或溴。

如本文所用的术语“羟基”可以指-oh或其离子化形式-o-。

如本文所用的术语“腈”或“氰基”是指-cn基团。

如本文所用的术语“硫代基”是指-s-基团或其中氧被硫代替的醚。

如本文所用的术语“阳离子含氟表面活性剂”是指含有阳离子基团和/或能够被质子化成阳离子基团的基团的含氟表面活性剂。在一些实施方案中，阳离子含氟表面活性剂包含伯胺、仲胺、叔胺和/或季胺基团。

如本文所用的术语“阴离子含氟表面活性剂”是指含有阴离子基团和/或能够被去质子化成阴离子基团的基团的含氟表面活性剂。在一些实施方案中，阴离子含氟表面活性剂包括羧基、磺酸基、磷酸酯基、膦酸酯基或其相应的盐。

如本文所用的术语“两性含氟表面活性剂”是指含有至少一个阳离子基团和至少一个阴离子基团的含氟表面活性剂，所述阳离子基团和阴离子基团如上文关于阳离子和阴离子含氟表面活性剂所定义。在一些实施方案中，两性含氟表面活性剂是s-111(烷基胺氧化物型短链全氟类两性含氟表面活性剂)、s-500(短链全氟类两性含氟表面活性剂)、fs-50(甜菜碱部分氟化表面活性剂)、fs-51(胺氧化物部分氟化表面活性剂)、apfs-14(两性多氟烷基甜菜碱表面活性剂)、dynaxdx3001(全氟烷基-甜菜碱型两性含氟化学表面活性剂)、fsk(微水溶性乙氧基化非离子含氟表面活性剂)、fs-500(甜菜碱氟化两性表面活性剂)，或其中任意两种或更多种的组合。

如本文所用的术语“甜菜碱官能团”是指具有带正电荷的阳离子官能团和带负电荷的官能团的中性化合物。在一些实施方案中，阳离子官能团可以是不带有氢原子的季铵或鏻阳离子。在一些实施方案中，带负电荷的官能团可以是羧酸酯基团。

如本文所用的术语“短链全氟取代基”是指c1-c7全氟取代基。

如本文所用的术语“锌阳极”是指包括锌作为阳极活性材料的阳极。

除非另有明确说明，否则如本文所用的术语“ppm”是指重量百万分率。

现在已经发现，在锌-空气电池中使用两性含氟表面活性剂和式(ii)的表面活性剂(参见下文)提供了在高消耗速率下操作时这些电池的工作电压的改进，例如在脉冲放电期间遭遇的那些。电压的改进消除或者至少大幅降低了低电池信号的发生。据认为这种作用是通过相对于电池的截止电压来增加工作电压而提供的。

在一个实施方案中，包括两性含氟表面活性剂或式(ii)的表面活性剂的锌-空气电池可用于助听器中。一旦电池工作电压瞬断或下降到临界阈值以下，助听器就被编程为触发“低电量”报警。高级助听器的这种阈值电压更高，尤其是那些支持无线流式传输的助听器。因此，希望助听器电池能够将工作电压维持在高于任何规定的截止值，例如1.1v、1.125v或1.15v。已经确定，包括式(i)的两性含氟表面活性剂或式(ii)的表面活性剂的锌-空气电池的工作电压，与含有对照表面活性剂的锌-空气电池相比，在整个助听器标准脉冲放电中保持高于1.05v的ansi规定截止值更长时间。相比之下，对照物不能维持电压高于1.15v。还确定了包括式(i)的两性含氟表面活性剂的锌-空气电池的工作电压在整个无线流式脉冲放电中保持高于1.1v的ansi规定截止值。相比之下，对照物不能维持电压高于1.15v。

所述两性含氟表面活性剂或式(ii)的表面活性剂包括在电池的阳极(即负电极)侧。不受理论的束缚，据认为，与使用对照表面活性剂(即非氟化表面活性剂或并非式(ii))的电池相比，所述两性含氟表面活性剂或式(ii)的表面活性剂与阳极中的锌相互作用，从而显著提高电池的工作电压。较高的工作电压允许锌-空气电池阳极相比于对照电池(即不具有所述两性含氟表面活性剂或式(ii)的表面活性剂的电池)表现出更好的性能特征，特别是当所述电池在脉冲条件下放电至较高终点时。

在脉冲放电期间，电能由锌-空气电池以脉冲形式提供。通过电池所处的装置，这种类型的放电导致置于电池上的高负载。在一些实施方案中，所述装置是助听器。这些装置中的电池需要在大部分放电寿命期间理想地表现出高且稳定的工作电压，从而避免或者至少最小化从装置触发低电池信号的发生。低电池信号的电压阈值在一个装置(即助听器)与另一个装置之间可能变化。

在一个方面，提供了一种锌-空气电池，其包括空气阴极、锌阳极和电解质，其中所述电解质包括两性含氟表面活性剂。所述两性含氟表面活性剂可包括不降解形成全氟辛酸的短链全氟取代基。在本公开的一个实施方案中，所述两性含氟表面活性剂包括甜菜碱官能团。

所述两性含氟表面活性剂可以是由式(i)表示的化合物：

在式(i)中，r¹、r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷和r⁸各自独立地是氢、烷基、烯基或环烷基；x¹是-c(o)-、-so2-、-c(o)nr^a-、-so2nr^a-、-co2-或-so2o-；r^a是h或烷基；m和p各自独立地是0、1、2、3、4、5或6；并且n和r各自独立地是1、2、3、4或5。在一些实施方案中，r¹至r⁶是h，r⁷和r⁸是c1-c4烷基，n和p是2，m是4至6，x¹是so2，并且r是1。在一些实施方案中，r^a是h。在其它实施方案中，r^a是c1-c6烷基。

合适的两性含氟表面活性剂可通过本领域中已知的方法制备或者可商购获得，并且可包括全氟表面活性剂或多氟烷基甜菜碱表面活性剂，其单独地或与诸如以下的其它组分组合：水、乙醇、甲醇、丙二醇、二乙二醇单丁醚、氯化钠、乙酸。说明性两性含氟表面活性剂包括(但不限于)s-111、s-500、fs-50、fs-51、apfs-14、dynaxdx3001、fsk、fs-500，或其中任意两种或更多种的组合。在一些实施方案中，表面活性剂体系包括至少一种两性含氟表面活性剂。在一些实施方案中，表面活性剂体系包括至少两种两性含氟表面活性剂。

不受理论的束缚，据认为所述两性含氟表面活性剂在保持充气可靠性的同时降低电压抑制。

以电解质的总重量计，两性含氟表面活性剂可以约200ppm至约20000ppm存在于电解质中。在另一个实施方案中，两性含氟表面活性剂以约2000ppm至约15000ppm存在于电解质中。在另一个实施方案中，电解质中的两性含氟表面活性剂浓度是约3000ppm至约12000。在一个实施方案中，电解质中的两性含氟表面活性剂浓度是约4000ppm至约10000。在一个实施方案中，电解质中的两性含氟表面活性剂浓度是约4000ppm。在另一个实施方案中，电解质中的两性含氟表面活性剂浓度是约10000ppm。

在另一个方面，提供一种锌-空气电池，其包括空气阴极、锌阳极和电解质，其中所述电解质包括式(ii)的表面活性剂

在式(ii)中，r¹、r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自独立地是氢、被取代或未被取代的烷基、烯基或环烷基；x¹是o或s；x²是oh或sh；并且n是5-50。

在式(ii)的一些实施方案中，r¹是c1-c12烷基；r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自是氢；x¹是o；x²是oh；并且n是5-15。在一些实施方案中，r¹是辛基并且n是5-10。在一些实施方案中，r¹是c1-c12烷基，例如辛基或1,1,3,3-四甲基丁基。在一些实施方案中，r¹是辛基。在一些实施方案中，r¹是1,1,3,3-四甲基丁基或正辛基。在一些实施方案中，r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自是氢。在一些实施方案中，x¹是o。在一些实施方案中，x²是oh。在一些实施方案中，n是5-15。在一些实施方案中，n是5-10。在另一个实施方案中，r¹是1,1,3,3-四甲基丁基或正辛基并且n是5-10。在另一个实施方案中，r¹是1,1,3,3-四甲基丁基并且n是5-10。

在式(ii)的一些实施方案中，r¹是c1-c12烷基；r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自是氢；x¹是o；x²是oh；并且n是5-15。在一些实施方案中，r¹是辛基并且n是5-10。在另一个实施方案中，r¹是1,1,3,3-四甲基丁基并且n是5-10。

由式(ii)表示的说明性表面活性剂包括(但不限于)ca-630、x-100或其组合。在一些实施方案中，所述表面活性剂包括至少一种式(ii)的表面活性剂。在一些实施方案中，所述表面活性剂包括至少两种式(ii)的表面活性剂。

所述式(ii)的表面活性剂可在保持充气可靠性的同时降低电压抑制。

以电解质的总重量计，式(ii)的表面活性剂可以约200ppm至约20,000ppm存在于电解质中。在另一个实施方案中，式(ii)的表面活性剂以约2000ppm至约15000ppm存在于电解质中。在另一个实施方案中，电解质中的式(ii)表面活性剂浓度是约3000ppm至约12000。在一个实施方案中，电解质中的式(ii)表面活性剂浓度是约4000ppm。

虽然本文所述的电解质可能是基于所述两性含氟表面活性剂或式(ii)的表面活性剂或者是包括一种或两种的组合，但所述电解质通常可包括表面活性剂体系的其它添加剂。

在一个实施方案中，所述电解质还可包括腐蚀抑制剂(即氢氧化铟、聚苯胺、聚乙二醇、聚丙二醇或氢氧化锂)、胶凝剂(即聚丙烯酸酯聚合物)、气体抑制添加剂(即氧化锌、氢氧化铝或溴化钙)、氢氧化钾、氢氧化钠、乙酸铅、氧化铋、氢氧化铯、功能添加剂(即硼酸、硼酸钠、硼酸钾、锡酸钠、锡酸钾)，或其中任意两种或更多种的组合。

所述电解质还可包括第二表面活性剂，其可以是(但不限于)己基二苯基氧化物二磺酸、二亚乙基三胺、辛基苯氧基聚乙氧基乙醇、式(iii)的化合物、化合物或其中任意两种或更多种的组合。

式(iii)化合物包括：

在式(iii)中，r¹³、r¹⁴、r¹⁵、r¹⁶、r¹⁷、r¹⁸、r¹⁹、r²⁰和r²¹各自独立地是氢、烷基、烯基或环烷基；x²是o或s；x³是oh或sh；并且w是5-50。在一些实施方案中，r¹³、r¹⁴、r¹⁵、r¹⁶、r¹⁷、r¹⁸、r¹⁹、r²⁰和r²¹各自是氢。在一些实施方案中，x²是o。在一些实施方案中，x³是oh。在一些实施方案中，w是5-15。在一些实施方案中，w是5-10。在一些实施方案中，r¹³是c1-c12烷基；r¹⁴、r¹⁵、r¹⁶、r¹⁷、r¹⁸、r¹⁹、r²⁰和r²¹各自是氢；x²是o；x³是oh；并且w是5-15。在一些实施方案中，r¹³是辛基并且w是5-10。在另一个实施方案中，r¹³是1,1,3,3-四甲基丁基并且w是5-10。

在一个实施方案中，所述电解质包括己基二苯基氧化物二磺酸和至少一种两性含氟表面活性剂的组合。在另一个实施方案中，所述电解质包括二亚乙基三胺和至少一种两性含氟表面活性剂的组合。在另一个实施方案中，所述电解质包括辛基苯氧基聚乙氧基乙醇和至少一种两性含氟表面活性剂的组合。

在一个实施方案中，所述电解质包括己基二苯基氧化物二磺酸和至少一种式(ii)的表面活性剂的组合。在另一个实施方案中，所述电解质包括二亚乙基三胺和至少一种式(ii)的表面活性剂的组合。在另一个实施方案中，所述电解质包括辛基苯氧基聚乙氧基乙醇和至少一种式(ii)的表面活性剂的组合。

己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂被认为有助于降低电压抑制。己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂可具有约9.0至约10.0磅/加仑的密度。在一个实施方案中，己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂具有约9.8磅/加仑的密度。己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂可具有小于约2.0的ph。己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂可在水中具有约50％的溶解度。

己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂可包括约70重量％至约75重量％的磺化苯、1,1'-氧基双仲己基衍生物。己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂可包括约0重量％至约5重量％或者约2重量％至约4重量％的硫酸。在另一个实施方案中，己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂可包括约20重量％至约30重量％或者约22重量％至约28重量％的水。说明性己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂可包括(但不限于)可从pilotchemicalcompany获得的6la-70。因为6la-70是表面活性剂，所以它也可以作为偶联剂和/或hlb改性剂。因此，术语“表面活性剂”在有限的意义上不被认为是6la-70，而是描述己基二苯基氧化物二磺酸可能提供的功能之一。

以电解质的总重量计，己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂可以约500ppm至约5000ppm的量存在。这可包括约1000ppm至约4000ppm或者约2000ppm至约3000ppm。在另一个实施方案中，己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂以约1000ppm、约2000ppm、约3000ppm、约4000ppm或约5000ppm或者这些值中的任意两个(包括端点)之间的范围的量存在。在一个实施方案中，己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂以约3000ppm的量存在。在另一个实施方案中，己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂以约4,500ppm的量存在。

所述电解质还可包括腐蚀抑制剂。据认为所述腐蚀抑制剂保持清洁的锌表面，这反过来又增加电池电压和效率。在一些实施方案中，腐蚀抑制剂和含氟表面活性剂都可提供电池电压和电池性能的改善。在另一个实施方案中，腐蚀抑制剂可增强导电性。在一些实施方案中，腐蚀抑制剂和式(ii)的表面活性剂都可以提供电池电压和电池性能的改善。

腐蚀抑制剂可以是固体或液体，并且可能溶于或可能不溶于电解质的溶剂中。腐蚀抑制剂可以约100ppm至约25000ppm存在于电解质中。这可包括约200ppm至约300ppm。在另一个实施方案中，腐蚀抑制剂以约150ppm、约200ppm、约250ppm、约300ppm、约350ppm、约500ppm、约1000ppm、约5000ppm、约10000ppm、约20000ppm、约25000ppm或这些值中的任意两个(包括端点)之间的范围的量存在。在一些实施方案中，腐蚀抑制剂以约250ppm的量存在。在另一个实施方案中，腐蚀抑制剂以约10000ppm至约20000ppm的量存在。关于仅腐蚀抑制剂，当所述腐蚀抑制剂在室温下为液体时，ppm量是基于电解质的总重量，或者当所述腐蚀抑制剂在室温下为固体时，ppm量是基于阳极中的锌重量。

在一个实施方案中，腐蚀抑制剂是芳族胺聚合物、氢氧化铟、聚苯胺、聚乙二醇、聚丙二醇、氢氧化锂，或其中任意两种或更多种的组合。在一些实施方案中，腐蚀抑制剂是式(iv)的化合物：

其中r¹⁰、r¹¹、r¹²和r¹³各自独立地是氢、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的烯基、或被取代或未被取代的环烷基；并且m是100-500。在一些实施方案中，r¹⁰、r¹¹、r¹²和r¹³各自是氢。在一些实施方案中，m是100-200。在一些实施方案中，r¹⁰、r¹¹、r¹²和r¹³各自是氢并且m是100-200。

在另一个实施方案中，腐蚀抑制剂是聚苯胺。在一些实施方案中，聚苯胺腐蚀抑制剂是翠绿亚胺聚苯胺。在另一个实施方案中，聚苯胺是聚苯胺的非酸掺杂形式，而不是聚苯胺的导电形式。在一些实施方案中，聚苯胺的翠绿亚胺形式是中性的，并且在室温下具有高稳定性。在一些实施方案中，聚苯胺可用作腐蚀抑制剂。然而，除了作为腐蚀抑制剂之外，聚苯胺还可以提供其它益处。例如，在一些实施方案中，聚苯胺可增强电池的导电性。

在一个实施方案中，腐蚀抑制剂是氢氧化铟。在一些实施方案中，以阳极中锌的总重量计，氢氧化铟可以约2000ppm至约4000ppm的量存在。这可包括以阳极中锌的总重量计约2,500ppm至约3,500ppm、或者约2,750ppm至约3,250ppm。在另一个实施方案中，以阳极中锌的总重量计，氢氧化铟可以约2000ppm、约2,500ppm、约3000ppm、约3,500ppm、约4000ppm或这些值中的任意两个(包括端点)之间的范围的量存在。在另一个实施方案中，以阳极中锌的总重量计，氢氧化铟可以约3000ppm的量存在。

所述电解质还可包括胶凝剂。可以使用本领域中任何合适的胶凝剂，只要它不脱离本公开的范围即可。在一个实施方案中，以电解质的总重量计，胶凝剂可以约500ppm至约1,500ppm、约750ppm至约1,250、或约900ppm至约1,100ppm的量存在。在另一个实施方案中，胶凝剂以约500ppm、约600ppm、约700ppm、约800ppm、约900ppm、约1000ppm、约1,100ppm、约1,200ppm、约1,300ppm、约1,400ppm、或约1,500ppm、或这些值中的任意两个(包括端点)之间的范围的量存在。在另一个实施方案中，胶凝剂以约1000ppm的量存在。在一个实施方案中，合适的胶凝剂是聚丙烯酸聚合物。在一个实施方案中，胶凝剂是交联聚丙烯酸聚合物。

所述电解质可包括气体抑制添加剂。在一个实施方案中，电解质可包括约500ppm至约20000ppm的气体抑制添加剂。在一个实施方案中，气体抑制添加剂是氧化锌。

在使用时，以电解质的重量计，氧化锌可以约1％至约10％的量存在。以电解质的重量计，这可包括约1％至约8％、1％至约5％、约1.5至约5％、或约2至约5％。在一个实施方案中，以电解质的重量计，氧化锌可以约1％、约1.5％、约2％、约2.5％、约3％、约3.5％或约4％或者这些值中的任意两个(包括端点)之间的范围的量存在。在一个实施方案中，以电解质的重量计，氧化锌可以约2％的量存在。在一些实施方案中，氧化锌可以提供其它益处，其不限制氧化锌仅充当气体抑制添加剂。因此，将氧化锌称为“气体抑制添加剂”不将氧化锌限制在所述唯一特定的功能上。例如，在一些实施方案中，氧化锌调节锌表面钝化。

所述电解质可包括氢氧化钾。在一个实施方案中，以电解质的重量计，氢氧化钾以约20％至约45％的量存在。以电解质的重量计，这可包括约25％至约40％或者约30％至约35％。在一个实施方案中，以电解质的重量计，氢氧化钾以约45％、约30％、约25％或约20％、或者这些值中的任意两个(包括端点)之间的范围的量存在。在另一个实施方案中，以电解质的重量计，氢氧化钾以约30％至约40％的量存在。

所述电解质可包括氢氧化钠。在一个实施方案中，氢氧化钠以约20％至约45％的量存在。以电解质的重量计，这可包括约25％至约40％或者约30％至约35％。在一个实施方案中，以电解质的重量计，氢氧化钠以约45％、约30％、约25％或约20％、或者这些值中的任意两个(包括端点)之间的范围的量存在。在另一个实施方案中，以总电解质的重量计，氢氧化钠以约30％至约40％的量存在。

在一个实施方案中，所述锌-空气电池包括电解质，其中所述电解质包括表面活性剂体系和腐蚀抑制剂。在一些实施方案中，所述表面活性剂体系包括两性含氟表面活性剂。在另一个实施方案中，所述表面活性剂体系还包括气体抑制添加剂。在另一个实施方案中，所述表面活性剂体系还包括己基二苯基氧化物二磺酸、二亚乙基三胺、或辛基苯氧基聚乙氧基乙醇、式(iii)化合物，或其中任意两种或更多种的组合。

所述锌-空气电池可包括电解质，其中所述电解质包括式(i)的表面活性剂和腐蚀抑制剂。在另一个实施方案中，所述电解质还包括气体抑制添加剂。在另一个实施方案中，所述电解质还包括己基二苯基氧化物二磺酸表面活性剂。

负电极包括阳极、阳极活性材料，和围绕所述活性材料的阳极罐组件。在一些实施方案中，所述阳极活性材料包括锌并且阳极被称为“锌阳极”。在此应注意，如本文所用的阳极“活性材料”可以指单个化合物，其是在电池阳极处的放电反应的一部分，并且有助于电池放电容量，包括杂质和少量的可能存在于其中的其它部分。阳极“活性材料”不包括可能含有或支持锌活性材料的集电器、电极引线等。在一些实施方案中，阳极包括锌与其它金属的合金。锌合金可包括合金元素，其旨在提高氢析出的超电势，以最小化阳极内的氢气产生。在一些实施方案中，锌可以与选自铟、铋、钙、铝、镁和铅的一种或多种金属合金化。在一些实施方案中，合金金属是铋。在一些实施方案中，锌合金包括锌、铋和铟。在一些实施方案中，锌合金包括锌、铋、铟和铝。在一些实施方案中，锌合金包括锌、铅、铟和铝。

可提供包括电解质组分的组合的阳极。在一些实施方案中，除了腐蚀抑制剂，胶凝剂，气体抑制添加剂例如氢氧化钾、氢氧化钠、乙酸铅、氧化铋、溴化钙、氢氧化铯，功能添加剂例如硼酸、硼酸钠、硼酸钾、锡酸钠和锡酸钾中的一种或多种，电解质还包括至少一种表面活性剂。在一个实施方案中，所述至少一种表面活性剂是两性含氟表面活性剂。说明性两性含氟表面活性剂包括(但不限于)s-111、s-500、fs-50、fs-51、apfs-14、dynaxdx3001，或其中任意两种或更多种的组合。在一个实施方案中，所述至少一种表面活性剂是式(ii)的表面活性剂。说明性表面活性剂包括(但不限于)ca-630、x-100或其组合。在一些实施方案中，表面活性剂可包括两性含氟表面活性剂与式(ii)的表面活性剂的组合。阳极中组分的组合可提供电池电压和电池性能的改进。

在一个实施方案中，通过如下两步法来制备阳极：(a)干锌共混和(b)电解质制备。共混锌可分配到阳极罐腔中，接着是设定比例的电解质，所述比例根据电池尺寸而变化。在一些实施方案中，干锌共混步骤包括混合锌或锌合金、胶凝剂和腐蚀抑制剂。在一些实施方案中，可以将小浓度的水添加到混合物以促进共混并且水可以随后干燥。

在一个实施方案中，干锌共混物包括锌合金、胶凝剂、腐蚀抑制剂和任选其它添加剂的混合物。在一个实施方案中，电解质包括碱金属氢氧化物与水、腐蚀抑制剂、表面活性剂、胶凝剂和任选其它添加剂。锌共混物与电解质的重量比率可以在约6份锌:1份电解质至约3份锌:1份电解质的范围内。

合适的锌基合金描述于本文中。在一个实施方案中，锌合金是活性剂如锌(zn)与其它合金剂如铅(pb)、铟(in)、铋(bi)、钙(ca)、镁(mg)和铝(al)的合金。可以根据所需的性质和性能选择具体的合金剂。合金材料的一些组合可以比其它更好地与锌一起起作用。各种合金剂的量可以根据所需的性质而变化。例如，合金剂的浓度可在约20ppm至约750ppm的范围内，包括约50ppm至约100ppm、约100ppm至约300ppm、约300ppm至约400ppm或约400ppm至约600ppm，以及这些值中的任意两个之间的范围或小于这些值中的任意一个。在一些实施方案中，合金剂以约50ppm至550ppm的浓度存在。通常，合金材料可包括约0.01重量％至约0.5重量％的活性剂，其单独地或与约0.005重量％至约0.2重量％的一种或多种合金剂组合。在一个实施方案中，合金包括约400ppm至约600ppm的pb、约100ppm至约300ppm的in和约50ppm至约100ppm的al。组分浓度基于阳极中的总锌重量来说明。

可使用任何合适的胶凝剂，只要其不脱离本公开的范围即可。合适的胶凝剂包括(但不限于)聚丙烯酸聚合物、接枝淀粉材料、聚丙烯酸盐、交联型支链聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素、天然胶等或其组合。合适的聚丙烯酸聚合物的实例包括940、934和etd2050(最初由b.f.goodrich制造，可从lubrizol获得)和polygel4p(可从3v获得)。在一些实施方案中，胶凝剂是934。在其它实施方案中，胶凝剂是etd2050。接枝淀粉材料的实例是waterlocka221(可从grainprocessingcorporation获得)。在一个实施方案中，合适的胶凝剂是聚丙烯酸聚合物。在一个实施方案中，合适的胶凝剂是交联的聚丙烯酸聚合物。在一些实施方案中，可使用聚丙烯酸聚合物的盐，其也称为超吸收剂。超吸收剂由不确定形状的颗粒组成，据认为其可改善阳极内的放电性能和冲击敏感性。聚丙烯酸盐的一个实例是gb300(可从snfgroup获得)。在一些实施方案中，胶凝剂不包括聚丙烯酸钠胶凝剂。在一些实施方案中，胶凝剂是除聚丙烯酸钠胶凝剂之外的试剂。

合适的腐蚀抑制剂包括例如粘土基无机腐蚀抑制剂和无机腐蚀抑制剂。示例性粘土基无机腐蚀抑制剂包括天然或合成的层状硅酸盐粘土如合成锂皂石、蒙脱石、膨润土或蒙皂石或其它粘土样材料。在一个实施方案中，粘土基无机腐蚀抑制剂是laponite-rds(可从bykadditivesandinstruments获得)。本文描述了合适的无机腐蚀抑制剂。粘土基腐蚀抑制剂可以约10ppm至约30000ppm的量存在。这包括约50ppm至约20000ppm、约500ppm至约15000ppm、约1000ppm至约10000ppm、或约2000ppm至约5000ppm，以及这些值中的任意两个之间的范围或小于这些值中的任意一个。腐蚀抑制剂的总量通常在阳极的约0.001重量％至约10重量％的范围内。这包括相对于阳极的重量计约0.01重量％至约5重量％、约0.1重量％至约4重量％、约0.5重量％至约3重量％、或约1重量％至约2重量％，以及这些值中的任意两个之间的范围或小于这些值中的任意一个。

在一个示例性实施方案中，干锌共混物包括将zn-pb-in-al合金(98.99％ppm)与交联聚丙烯酸基胶凝剂(0.30％)、粘土添加剂(0.20％)、氢氧化铟(0.3％)和聚四氟乙烯(ptfe)粉末(0.03％)混合。

在一些实施方案中，电解质制备包括将碱金属氢氧化物与水、腐蚀抑制剂、表面活性剂和胶凝剂组合。合适的碱金属氢氧化物包括氢氧化钾(koh)、氢氧化锂(lioh)或氢氧化钠(naoh)。在一些实施方案中，碱金属氢氧化物是koh。

在一些实施方案中，电解质包括lioh，其既用作碱性电解质材料，又用作腐蚀抑制剂。在一些实施方案中，氢氧化锂可以电解质的总重量计约2000ppm至约40000ppm的量存在。这可包括以电解质的总重量计约5000ppm至约35000ppm、约7500ppm至约30000ppm或约10000ppm至约20000ppm，或者以阳极中锌的总重量计这些值中的任意两个(包括端点)之间的范围。在另一个实施方案中，以电解质的总重量计，氢氧化锂可以约10000ppm至约20000ppm的量存在。

在一些实施方案中，电解质组分包括(但不限于)koh、去离子水、氢氧化锂、两性表面活性剂和胶凝剂。在一些实施方案中，胶凝剂是etd2050。在一些实施方案中，电解质组分包括koh、去离子水、氢氧化锂、两性表面活性剂和etd2050胶凝剂。在一些实施方案中，lioh的量为以总电解质重量计约10000ppm至约20000ppm。在一些实施方案中，本文所述的两性表面活性剂的量为以总电解质重量计约4000ppm至约15000ppm。

对阳极的物理改性也可以单独地或与上述化学改性组合来改善电池使用寿命。例如，可以使通过降低氢氧根离子的扩散阻力而相比于常规电池中所使用在电解质中具有有利地较低浓度氢氧根离子的电池有效地放电。这可以例如通过调节锌粒度分布以在阳极中提供相似锌粒度的窄分布，从而提高氢氧根离子的孔隙率(扩散路径)来实现。除了提高扩散性能外，本公开的粒度分布还提供了用于沉积氧化锌的孔隙位点，从而延迟阳极钝化。该方法可有效用于锌空气电池单元的阳极中并且可以与本文公开的其它改进组合使用。

合适的锌粒度分布可以是其中至少70％的颗粒具有在100微米尺寸范围内的标准筛网过筛粒度的分布，并且其中分布模式在约100与约300微米之间。在一个实施方案中，合适的锌粒度分布包括满足上述测试并具有100微米、150微米或200微米(各±约10％)的模式的粒度分布。在一个实施方案中，约70％的颗粒分布在比约100微米窄、例如约50微米、或约40微米或更小的尺寸分布范围内。

正电极可包括阴极罐组件40，阴极罐组件40包括阴极罐44和阴极42。阴极42的示例性实施方案在图1中最佳地示出。阴极42的活性层72插入在隔板74与多孔扩散层57之间。活性层72的厚度范围优选在约50微米至约1,250微米之间，并且促进碱性电解质中的氧还原成羟基离子，与阳极中从锌氧化产生的电子。隔板74是约25微米厚的微孔塑料膜，通常是聚丙烯，具有防止阳极锌颗粒与阴极42的其余元件物理接触的主要功能。然而，隔板74确实允许羟基离子和水通过到达阴极组件。这里，阴极是空气阴极并且阴极活性层包括碳。

阴极罐44的侧壁47通过中间元件80连接到罐的底部46。中间元件80的外表面从底部46的外表面50的外周边52的下端延伸到其顶端，其在大致垂直方向上连接侧壁47的外表面58。中间元件80的内表面(如果有的话)表示在底部46的内表面48与侧壁47的内表面56的接合处。在一些实施方案中，内表面48和56汇合在一个尖角处，使得中间元件的内表面具有公称尺寸。在一些实施方案中，在形成角部时加工角部材料的程度上，角部被加工硬化，由此当在中间元件80处形成角部结构时，角部结构关于底部46和侧壁47被加强。

在一个实施方案中，阴极罐可以完全由具有类似于阴极的氢过电压的金属或合金形成(与罐的电镀或包覆相反)，只要从所选材料获得足够的强度和延展性即可。除了镍之外，具有这种氢过电压特性的材料包括(例如但不限于)钴和金。在一些实施方案中，这些材料可以通过例如电镀、包覆或其它施用工艺作为一个或多个涂层涂覆在芯层上。提供足够的强度和延展性的材料也可以单层材料使用，代替复合结构。单层材料包括crs或其它合适的材料作为芯层。

在一个实施方案中，由于成本考虑，并且由于通常不需要后电镀工艺的预镀钢带是可商购的，可使用镀镍和镍合金的钢带。罐中的金属优选具有足够的延展性以承受拉伸过程，并且足够坚固和刚性，以耐受和以其它方式承受电池压接和封闭过程，以及为电池提供初级整体结构强度。

在一个实施方案中，阴极罐可由镀镍不锈钢制成。在另一个实施方案中，阴极罐材料包括包镍不锈钢；镀镍冷轧钢；(镍的非磁性合金)；具有少量合金元素的纯镍(例如镍200和镍200合金的相关家族如镍201等)，均可从huntingtonalloys获得，或301，可从specialmetals获得。在一个实施方案中，一些贵金属也可用作电镀、包覆，或罐金属的其它涂层，包括镀镍的覆盖钢带，以及在罐制造后随后镀镍的低碳钢带。

在其中使用将镍涂覆在相对侧的多层(例如，crs)的一个实施方案中，本公开设想在镍与crs之间的另外的(例如第四、第五等)层，或者在crs与另外的层之间的镍层。例如，可以在罐被牵拉或者牵拉和熨烫之后，将金、钴或其它优异的电导体沉积在阴极罐的一些或全部外表面上(镍层外部)。作为替代，这种第四层等可以是例如crs与镍之间的粘合增强层。

可使用镍/不锈钢(sst)/镍/ni/sst/ni的典型原料结构作为片状结构来制造罐，这样的片状结构为约0.002英寸至约0.012英寸。这可包括约0.003英寸至约0.010英寸或约0.004英寸至约0.006英寸。在一些实施方案中，厚度为约0.002英寸厚、约0.003英寸厚、约0.004英寸厚、约0.005英寸厚、或约0.006英寸厚。在一些实施方案中，厚度为约0.005英寸厚。在一些实施方案中，各镍层占这种3层结构中金属片的总厚度的约1％至约10％。在这种3层结构中，这可包括金属片的总厚度的约1.5％至约9％、约2％至约8％、约2.5％至约7％、或约3％至约6.5％。在一些实施方案中，各镍层占这种3层结构中金属片的总厚度的约2％至约4％。在一些实施方案中，各镍层占这种3层结构中金属片的总厚度的约2％。

所述锌-空气电池可包括空气阴极与锌阳极之间的隔板。所述隔板可以是绝缘垫片。所述绝缘垫片通常位于阴极罐与阳极罐之间。绝缘垫片可以执行至少两个主要功能。首先，绝缘垫片用作电池的封闭件，以防止阳极材料和/或电解质从阳极罐的侧壁的外表面与阴极罐的侧壁的内表面之间的电池泄漏。因此，绝缘垫片必须具有足够的液体密封性能以防止这种泄漏。通常，这些性质在各种可弹性变形的热塑性聚合材料中可获得。

所述锌-空气电池可根据或符合锌-空气电池单元设计来配置，例如锌/氧化银电池、锌/二氧化锰电池等，但具有本文详细提供的改进。例如，在各种实施方案中，锌-空气电池可以设计成适合于锌-空气纽扣尺寸电池的规格。在一些实施方案中，锌-空气电池的形状使得阳极被保持在稍微扁平或盘形位置中。本公开的锌-空气电池单元的示例性实施方案可如图1所示。

特别参看锌-空气电池单元10，负电极包含阳极罐组件22，其中阳极罐24包括包含于其中的电化学活性阳极26和绝缘垫片60。阳极罐24具有底壁28，和周向向下悬垂的侧壁30。侧壁30终止于周向罐脚36中。底壁和侧壁30通常限定阳极罐24内的阳极腔38，该阳极腔包含阳极26。

在一个实施方案中，阳极可以包括一种铜合金，其包括铜和金属如铝、硅、钴、锡、铬、锌，以及其中任意两种或更多种的混合物。在一个实施方案中，整个阳极可以包括铜合金。在一些实施方案中，阳极可以包括铜合金的均质共混物。在一些实施方案中，阳极罐不包括层状合金。在一些实施方案中，阳极罐不包括涂层。

阴极42包括从隔板74下方到阴极罐44的区域。该阴极42区域包括多孔扩散层57、纤维素空气扩散层和阴极活性层72。阴极罐44具有底部46，和周向直立侧壁47。底部46具有大致平坦的内表面48、大致平坦的外表面50和限定在平坦外表面50上的外周边52。多个空气端口54延伸穿过阴极罐44的底部46，提供使氧气横贯底部46进入到相邻的阴极罐组件40中的途径。空气储集器55将阴极罐组件40与底部46和相应的空气端口54隔开。多孔扩散层57和纤维素空气扩散层32填充空气储集器55。阴极的侧壁47可具有内表面56和外表面58。

阳极罐组件22通过绝缘垫片60与阴极罐组件40电绝缘。绝缘垫片60包括设置在阴极罐的直立侧壁47与阳极罐的向下悬垂侧壁30之间的周向侧壁62。绝缘垫脚64通常设置在阳极罐的罐脚36与阴极罐组件40之间。绝缘垫片顶部66位于绝缘垫片60的侧壁62邻近电池顶部从侧壁30与侧壁47之间延伸的地方。

因此，电池10的外表面68由如下部分限定：阳极罐24的顶部的外表面、阴极罐44的侧壁47的外表面58、阴极罐44的底部的外表面50和绝缘垫片60的顶部66。

绝缘垫片还可以提供电绝缘，防止阳极罐24与阴极罐44之间的所有有效的直接电接触。因此，绝缘垫片的侧壁62必须围绕外表面和内表面56之间的整个电池周长(通常从侧壁47的顶部到侧壁30的底部)并提供电绝缘性能。类似地，绝缘垫片的脚部64必须围绕侧壁30的脚部36、侧壁47的下部和阴极罐组件40的外周部分之间的整个电池周长并提供电绝缘性能。通常通过将已知的电池级尼龙聚合物材料模制成所需的构型来实现良好的液体密封性能和良好的电绝缘性能的组合。

为了满足电绝缘要求，绝缘垫片可具有良好的介电绝缘性能，可具有关于侧壁62的最小厚度，并且可以没有任何针孔或其它可能允许侧壁30与47之间的电流传输的缺陷。约200至约250微米的绝缘垫片侧壁62的厚度在常规电化学电池中是常见的。使用与常规领域的较厚的绝缘垫片相同的可弹性变形的热塑性尼龙材料，薄至100微米的厚度对于本公开的电池是可接受的。

取决于要施加绝缘垫片的电池的结构，可以为一些电池选择中等厚度，例如150微米、140微米、127微米等。然而，当电池体积效率是一个驱动考虑因素时，优选的厚度较小，例如120微米或110微米到薄至100微米。因此，优选用于本公开的电池10的绝缘垫片60的厚度范围具有约100微米的下端。

在一个实施方案中，多孔扩散层57是微孔疏水性聚合物材料，例如约25至约100微米厚的聚四氟乙烯(ptfe)膜，其允许空气通过并且其通常不透电池电解质。在一个实施方案中，多孔扩散层57是teflontm。在一些实施方案中，多孔扩散层57与空气端口54组合，用于有效地将氧气传输到阴极组件的活性反应表面区域。

在一个实施方案中，纤维素空气扩散层32位于多孔扩散层57的下方，并充当保护性侧面空气扩散层。具体地说，当电池被激活时，阳极罐组件22向下压在隔板74上并且纤维素空气扩散层32有助于保护空气端口54不被完全覆盖。

在一个实施方案中，活性层72还包括连接基底，即导电编织镍线层(未示出)，其能够作为集电器与阴极罐接合。在一个实施方案中，碳形成围绕镍线的导电层的基质。在一个实施方案中，镍用于导电层，因为镍在锌空气电池的环境中显示很少或没有腐蚀，并且还因为镍是一种优异的电导体。在一个实施方案中，隔板74与多孔扩散层57之间的阴极组件的厚度尽可能地小。

在另一个实施方案中，锌-空气电池可通过本领域已知的任何方式制备，只要所得电池不与本文呈现的公开内容相冲突即可。因此，本公开包括一种制备锌-空气电池的方法，其包括在整个本公开内容中讨论的组分及其各自的浓度。

本发明由以下实施方案进一步限定：

实施方案a.一种锌-空气电池，其包括空气阴极、锌阳极和电解质，其中所述电解质包含两性含氟表面活性剂。

实施方案b.如实施方案a所述的锌-空气电池，其中所述两性含氟表面活性剂包含甜菜碱官能团。

实施方案c.如实施方案a至b中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述两性含氟表面活性剂是s-111、s-500、fs-50、fs-51、apfs-14、dynaxdx3001、fsk、fs-500或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案d.如实施方案a至c中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述两性含氟表面活性剂以约2000ppm至约20000ppm存在于所述电解质中。

实施方案e.如实施方案a至d中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述两性含氟表面活性剂以约3000ppm至约12000ppm存在于所述电解质中。

实施方案f.如实施方案a至e中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含表面活性剂，其为己基二苯基氧化物二磺酸、二亚乙基三胺、辛基苯氧基聚乙氧基乙醇、式(iii)化合物，或其中任意两种或更多种的组合；并且所述由式(iii)表示的化合物是：

r¹³、r¹⁴、r¹⁵、r¹⁶、r¹⁷、r¹⁸、r¹⁹、r²⁰和r²¹各自独立地是氢、烷基、烯基或环烷基；x²是o或s；x³是oh或sh；并且w是5-50。

实施方案g.如实施方案f所述的锌-空气电池，其中r¹³是c1-c12烷基；r¹⁴、r¹⁵、r¹⁶、r¹⁷、r¹⁸、r¹⁹、r²⁰和r²¹各自是氢；x²是o；x³是oh；w是5-15。

实施方案h.如实施方案f至g中的任一项所述的锌-空气电池，其中r¹³是辛基(例如正辛基或1,1,3,3-四甲基丁基)；r¹⁴、r¹⁵、r¹⁶、r¹⁷、r¹⁸、r¹⁹、r²⁰和r²¹各自是氢；x²是o；x³是oh；w是5-15。

实施方案i.如实施方案f至h中的任一项所述的锌-空气电池，其中r¹³是辛基；r¹⁴、r¹⁵、r¹⁶、r¹⁷、r¹⁸、r¹⁹、r²⁰和r²¹各自是氢；x²是o；x³是oh；w是10-15。

实施方案j.如实施方案a至i中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含腐蚀抑制剂、胶凝剂、氧化锌、氢氧化钾、氢氧化钠、聚丙烯酸酯聚合物，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案k.如实施方案j所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含腐蚀抑制剂，其为氢氧化铟、氢氧化锂、聚乙二醇、聚丙二醇、聚苯胺，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案l.如实施方案a至k中的任一项所述的锌-空气电池，其还包含聚苯胺。

实施方案l'.如实施方案l所述的锌-空气电池，其中所述聚苯胺是翠绿亚胺聚苯胺。

实施方案m.如实施方案a至l中的任一项所述的锌-空气电池，其还包括所述空气阴极与所述锌阳极之间的隔板。

实施方案n.如实施方案a至m中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含腐蚀抑制剂，其以约100ppm至约25000ppm存在于所述电解质中。

实施方案o.如实施方案a至n中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含气体抑制添加剂。

实施方案p.如实施方案o所述的锌-空气电池，其中所述气体抑制添加剂是氧化锌、氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化锂，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案q.一种电解质，其包含两性含氟表面活性剂和腐蚀抑制剂。

实施方案r.如实施方案q所述的电解质，其中所述两性含氟表面活性剂是s-111、s-500、fs-50、fs-51、apfs-14、dynaxdx3001、fsk、fs-500或其中任意两种或更多种的组合；并且所述腐蚀抑制剂是氢氧化铟、氢氧化锂、聚乙二醇、聚丙二醇、聚苯胺，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案s.如实施方案q或r所述的电解质，其中所述两性含氟表面活性剂以约200ppm至约20000ppm存在于所述电解质中；并且所述腐蚀抑制剂以约100ppm至约25000ppm存在于所述电解质中。

实施方案aa.一种锌-空气电池，其包括空气阴极、锌阳极和电解质，其中所述电解质包含式(ii)的表面活性剂：

其中r¹、r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自独立地是氢、烷基、烯基或环烷基；x¹是o或s；x²是oh或sh；并且n是5-50。

实施方案bb.如实施方案aa所述的锌-空气电池，其中r¹是c1-c12烷基；r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自是氢；x¹是o；x²是oh；并且n是5-15。

实施方案cc.如实施方案aa或bb所述的锌-空气电池，其中r¹是辛基(例如正辛基或1,1,3,3-四甲基丁基)；r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自是氢；x¹是o；x²是oh；并且n是5-15。

实施方案dd.如实施方案aa至cc中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述式(ii)的表面活性剂是ca-630、x-100或其组合。

实施方案ee.如实施方案aa至dd中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述式(ii)的表面活性剂以约2000ppm至约20000ppm存在于所述电解质中。

实施方案ff.如实施方案aa至ee中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述式(ii)的表面活性剂以约3000ppm至约12000ppm存在于所述电解质中。

实施方案gg.如实施方案aa至ee中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含第二表面活性剂，其为己基二苯基氧化物磺酸、二亚乙基三胺、两性含氟表面活性剂，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案hh.如实施方案aa至gg中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含腐蚀抑制剂、胶凝剂、氧化锌、氢氧化钾、氢氧化钠、聚丙烯酸酯聚合物，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案jj.如实施方案hh所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含腐蚀抑制剂，其为氢氧化铟、氢氧化锂、聚乙二醇、聚丙二醇、聚苯胺，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案kk.如实施方案aa至gg中的任一项所述的锌-空气电池，其还包含聚苯胺。

实施方案ll.如实施方案ll所述的锌-空气电池，其中所述聚苯胺是翠绿亚胺聚苯胺。

实施方案mm.如实施方案aa至ll中的任一项所述的锌-空气电池，其还包括所述空气阴极与所述锌阳极之间的隔板。

实施方案nn.如实施方案aa至mm中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含腐蚀抑制剂，其以约100ppm至约25000ppm存在于所述电解质中。

实施方案oo.如实施方案aa至nn中的任一项所述的锌-空气电池，其中所述电解质还包含气体抑制添加剂。

实施方案pp.如实施方案oo所述的锌-空气电池，其中所述气体抑制添加剂是氧化锌、氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化锂，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案qq.一种电解质，其包含腐蚀抑制剂和式(ii)的表面活性剂：

其中r¹、r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自独立地是氢、烷基、烯基或环烷基；x¹是o或s；x²是oh或sh；并且n是5-50。

实施方案rr.如实施方案qq所述的电解质，其中r¹是c1-c12烷基；r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自是氢；x¹是o；x²是oh；并且n是5-15。

实施方案ss.如实施方案qq或rr所述的电解质，其中r¹是辛基或1,1,3,3-四甲基丁基；r²、r³、r⁴、r⁵、r⁶、r⁷、r⁸和r⁹各自是氢；x¹是o；x²是oh；并且n是5-15。

实施方案tt.如实施方案qq至ss中的任一项所述的电解质，其中所述腐蚀抑制剂是氢氧化铟、氢氧化锂、聚乙二醇、聚丙二醇、聚苯胺，或其中任意两种或更多种的组合；并且所述式(ii)的表面活性剂是ca-630、x-100，或其中任意两种或更多种的组合。

实施方案uu.如实施方案qq或rr所述的锌-空气电池，其中所述式(ii)的表面活性剂以约200ppm至约20000ppm存在于所述电解质中；并且所述腐蚀抑制剂以约100ppm至约25000ppm存在于所述电解质中。

通过参考以下实施例将更容易地理解如此大致描述的本发明，所述实施例是通过说明的方式提供的，而不旨在限制本发明。

实施例

在以下实施例中，制备并测试锌-空气电池单元。

实施例1：对照电池单元的制备

制备了具有zn阳极、苛性电解质和基于羧酸胺的表面活性剂的对照电池。阳极制备涉及两步工艺：干锌共混和电解质制备。锌共混物包括zn-pb-in-al合金(98.99％ppm)、交联聚丙烯酸基胶凝剂(0.30％)、粘土添加剂(0.20％)、氢氧化铟(0.3％)和teflontm粉末(0.03％)。在锌共混期间加入去离子水(0.20％)作为中间步骤，随后干燥。浓度基于阳极中的总锌重量来说明。在电解质制备步骤中，将适量的koh用去离子水稀释以将koh浓度调节至33％。加入7500ppm的羧酸胺表面活性剂和1000ppm的第二交联聚丙烯酸基胶凝剂并与koh混合以完成该过程。在电池组装期间，将共混的锌分配到阳极罐腔中，接着是设定比例的电解质，所述比例根据电池尺寸而变化。

实施例2：具有两性含氟表面活性剂的电池单元的制备

此外以与对照相同的方式制备了锌-空气电池，但电解质中包括两性含氟表面活性剂(4000-15000ppm)和氢氧化锂(10000-20000ppm)，而不是羧酸胺。

实施例3：具有ca-630的电池单元的制备

以与实施例1中所述的对照相同的方式制备了另一种锌-空气电池，但在电解质中包括式(ii)的表面活性剂(例如ca-630)而不是羧酸胺。

在下面呈现的实施例中，在助听器标准和无线流式放电测试下测试了所公开发明的锌-空气电池。测试方案在后续段落中有详细描述。

在助听器标准和无线流式测试方案下测量电池性能：

电化学电池可依照美国国家标准协会(ansi)测试标准根据几种方法进行测试。对于使用水性电解质的助听器原电池，被称为助听器标准和无线流式测试的一对ansi测试确定电池性能和寿命。助听器标准测试包括施加10ma的恒定电流负载持续100毫秒，接着施加2ma负载持续119分钟、59秒和900毫秒，其后接着是12小时休眠期。每日循环是加载12小时，然后卸载12小时(或休眠期)。循环重复，直到电池工作电压降至1.05v以下。无线流式传输测试包括在5ma15分钟负载和2ma45分钟负载之间交替12小时和随后的12小时休眠期。(12小时加载/12小时卸载)循环持续到电池运行电压降至1.1v以下。

图2-5比较了含有式(i)的两性含氟表面活性剂的阳极与含有对照表面活性剂的常规阳极的放电曲线图，并且图6和图7分别比较了在助听器标准和无线流式脉冲测试中的含有ca-630的阳极与含有对照表面活性剂的常规阳极的放电曲线图。对于任一测试，相对于对照表面活性剂，无论何时使用式(i)的两性含氟表面活性剂或ca-630，在工作电压与有关的终点电压之间存在更大的“顶空”。显然，相对于对照表面活性剂，利用式(i)的两性含氟表面活性剂和利用ca-630，根据ansi测试方案操作的助听器放电性能优异。具有对照表面活性剂的电池在放电期间达到终点的时间要早得多。

虽然已经示出和描述了某些实施方案，但是应当理解，在不脱离如所附权利要求所限定的更广泛方面的技术的情况下，可以根据本领域普通技术在其中进行改变和修改。

在本文中说明性描述的实施方案可以适当地在本文没有具体公开的任何一种或多种要素、一种或多种限制不存在的情况下实施。因此，例如，术语“包含”、“包括”、“含有”等应全面而无限制地进行理解。另外，本文中使用的术语和表达已经被用作说明而不是限制方面，并且没有意图使用不包括所示和所述特征的任何等同物或其部分的这些术语和表达，但是认识到在所要求保护的技术范围内的各种修改是可能的。另外，短语“基本上由……组成”将被理解为包括那些具体叙述的要素和那些不会实质影响所要求保护的技术的基本和新颖特征的额外要素。短语“由……组成”不包括未说明的任何要素。

本公开不限于本申请中描述的特定实施方案方面。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化，这对于本领域技术人员将是显而易见的。根据前述描述，除了本文列举的那些之外，在本公开范围内的功能上等效的方法和组合物对于本领域技术人员将是显而易见的。这些修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。本公开仅受所附权利要求的条款以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围的限制。应当理解，本公开不限于特定方法、试剂、化合物组合物或生物系统，这当然可以变化。还应当理解，这里使用的术语仅为了描述特定的实施方案而不旨在限制。

另外，在本公开的特征或方面根据马库什组进行描述时，本领域技术人员将认识到，本公开从而也由马库什组的任何个体成员或成员小组来描述。

本领域技术人员将理解，对于任何和所有目的，特别是在提供书面描述方面，本文公开的所有范围还包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何所列出的范围可以容易地被视为充分描述并使得相同范围被分解成至少相等的两份、三份、四份、五份、十份等。作为非限制性实例，本文讨论的每个范围可以容易地分解成下部三分之一、中部三分之一和上部三分之一等。如本领域技术人员也将理解，所有语言例如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等包括所述的数字并且是指可以随后分解成如上文所讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独的成员。

所有出版物、专利申请、已颁予专利和本说明书中提及的其它文献通过引用并入本文，如同每个单独的出版物、专利申请、已颁予专利或其它文献被明确和单独地说明为通过引用整体并入一样。通过引用并入的文本中包含的定义在它们与本公开内容中的定义相矛盾的程度上被排除。

随附权利要求中阐述其它实施方案。