專利名稱：擴(kuò)展鋅網(wǎng)陽極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)電池，尤其涉及這種電池中的鋅陽極。
背景技術(shù)：
在今天便攜式電子和電能工具的世界中，與以往相比，電池對(duì)我們的日常生活更加重要。隨著便攜式消費(fèi)電子市場的增長，對(duì)廉價(jià)、耐用、高效電池的需求越來越強(qiáng)。電池制造商繼續(xù)尋求新的方法來從其產(chǎn)品中提取更多功率、持續(xù)更長的時(shí)間和更高效用。除了尋求更強(qiáng)效更耐用的電池，制造商還意識(shí)到需要更環(huán)保并需要消除或減少其產(chǎn)品的有害添加物的使用，諸如水銀(Hg)。
今天在市場上交易的許多電池是堿性電池。典型的堿性電池包括陰極、陽極、堿性電解質(zhì)和容器。一般來說，陰極通常由二氧化錳(MnO2)構(gòu)成，而陽極通常由鋅或者鋅和其它化合物的混合物構(gòu)成。電解質(zhì)通常主要包括氫氧化鉀(KOH)，但常包含其它添加物。這些成分通常密封于容器中。有幾種形狀的容器，但最常用的兩種是尺寸不同的圓柱形狀，諸如已知的“AA”、“C”和“D”電池，以及更小的平紐扣電池，它們常用于諸如照相機(jī)和助聽器的裝置中。
通常與所有電池類似，堿性電池通過已知為氧化還原反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。在鋅堿電池中，這種反應(yīng)消耗鋅陽極材料并將其轉(zhuǎn)換成氧化鋅/氫氧化鋅。隨著氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，氧化鋅/氫氧化鋅沉積并積聚于鋅陽極顆粒之間和周圍的電解質(zhì)區(qū)域內(nèi)。在其積聚時(shí)，通過在電解質(zhì)溶液和鋅陽極之間形成障礙，它阻斷了反應(yīng)位點(diǎn)路徑。這些沉積物的積聚顯著降低了電池的電容量，特別是在高的能量消耗時(shí)。
通過在鋅陽極的表面上逐步積聚氧化鋅引起了被稱為鈍化的鋅的反應(yīng)性降低。當(dāng)鋅陽極的表面積較小時(shí)，問題有所增加。隨著較小的表面積和較高的放電率，表面電流密度較高。這使得陽極變得高度極化并導(dǎo)致鋅的鈍化，直到電流密度降低。在低溫時(shí)極化和鈍化的問題特別有重要，因?yàn)榈蜏貢r(shí)電解質(zhì)中氧化鋅的溶解度降低。氧化鋅的更低溶解度引起氧化鋅的更快的積聚，快速地阻斷反應(yīng)位點(diǎn)路徑。但是，通過給出更大的鋅表面積就可以減輕該問題。鋅表面積的增加降低了表面電流密度并有助于延遲鈍化的開始。因此，在所有其它因素相同的情況下，鋅陽極表面積越大，堿性電池的整體性能越好。
在高放電速率的情況下，鈍化問題尤其值得關(guān)注。例如，在使用氫氧化鉀電解質(zhì)的電池中，高放電速率驅(qū)動(dòng)電解質(zhì)濃度到極限值，在陽極腔中形成較低的氫氧化鉀濃度而在陰極孔內(nèi)及其周圍形成很高的濃度。當(dāng)氧化鋅溶解度在陰極孔內(nèi)以及在陰極/隔離物/陽極腔界面內(nèi)增加時(shí)，氧化鋅溶解度在陽極腔的主要電化學(xué)有效區(qū)域中急劇下降。隨著產(chǎn)生電解質(zhì)物質(zhì)的相互擴(kuò)散以維持平衡，高氫氧化鉀濃度和高氧化鋅溶解度的電解質(zhì)向氫氧化鉀和氧化鋅含量較低的電解質(zhì)區(qū)域擴(kuò)散。這導(dǎo)致氧化鋅的局部沉淀靠近隔離物但在陽極腔內(nèi)。氧化鋅壓實(shí)區(qū)導(dǎo)致最終以支持高速耗盡所必須的速率抑制電解質(zhì)擴(kuò)散。
當(dāng)前技術(shù)通常使用鋅粉以實(shí)現(xiàn)最大的表面積并延遲鈍化的開始。該鋅粉提供非常大的表面積。但是，使用鋅粉有很多缺點(diǎn)。首先，如果單獨(dú)使用鋅粉，其容易流動(dòng)，對(duì)電擊靈敏，導(dǎo)致顆粒與顆粒的接觸間歇地被干擾。粉末狀鋅的陽極需要密切的顆粒與顆粒接觸以及密切的集電器接觸。為了避免顆粒運(yùn)動(dòng)，通常將懸浮劑或膠凝劑添加到電池的電解質(zhì)溶液中。懸浮劑抑制鋅粉的移動(dòng)性并幫助在電池容器內(nèi)保持顆粒接觸。由于還與粒子移動(dòng)干擾，如果不需要懸浮劑，這將更加有效。通過減少所需的懸浮劑或膠凝劑的量，簡化了電池結(jié)構(gòu)并降低了成本。使用鋅粉的另一個(gè)缺點(diǎn)是其相對(duì)成本。世界上正遭受電池等級(jí)的鋅粉短缺，這驅(qū)動(dòng)鋅粉的相對(duì)成本上升。因此，與非粉末的鋅，諸如鋅網(wǎng)、鋅帶或其它固體鋅產(chǎn)品相比，鋅粉更加昂貴。
將鋅粉用作堿性電池的陽極的再一個(gè)問題是由于浪費(fèi)造成的成本增加和性能損失。在具有鋅粉陽極的堿性電池以高放電率被完全放電并被“進(jìn)行檢查(autopsied)”時(shí)，可觀察到僅約50％的鋅粉已被消耗。通過由于氧化鋅/氫氧化鋅沉積引起的顆粒之間的電接觸的破壞抑制了鋅粉的平衡的反應(yīng)。這使得大量的鋅粉留在電池中而沒有被用于產(chǎn)生電能。由于可用表面的減少，這降低了電池失效開始前的時(shí)間量。所浪費(fèi)的鋅在兩方面使得堿性電池的成本上升。首先，需要更大量的鋅粉來實(shí)現(xiàn)相同量的電池輸出。其次，這些多余鋅浪費(fèi)的容積可用于額外的電解質(zhì)。增加電解質(zhì)的量將允許制造商提升電池的性能。
在高放電率時(shí)鋅粉負(fù)電極比低放電率時(shí)更低效。當(dāng)前，為了改善效率，某些鋅陽極與汞混合。汞大大地改善顆粒之間的接觸，抑制低顆粒間接觸的開始。由于汞是對(duì)環(huán)境有害的，汞的使用是不期望的。但是，由于它能改善顆粒之間的接觸，從電池結(jié)構(gòu)中除去汞而不引起電池質(zhì)量問題是困難的。因此，需要鋅粉的一個(gè)可選方案，它在高放電率時(shí)更有效而不使用汞。該可選方案需要保持粉末狀鋅的高表面積但避免與粉末狀鋅有關(guān)的問題。
工業(yè)上以開發(fā)了一個(gè)針對(duì)鋅粉使用同時(shí)仍比固體鋅形成更多表面積的可選方案是將穿孔鋅用作陽極。盡管電池等級(jí)鋅粉的世界范圍的缺乏，但該材料是易于獲得的。但是，使用穿孔鋅也有其自身的問題。首先，通過在鋅的固體片上沖孔來制造穿孔鋅。這形成兩個(gè)問題。首先，浪費(fèi)了從鋅上沖孔掉的材料。其次，在形成精細(xì)孔眼方面存在制造困難。雖然這些問題是明顯的，但使得不期望使用穿孔鋅的最大問題是打孔不能顯著增加電極的表面積。雖然產(chǎn)生某些新的表面積，但也損失了與從鋅上打孔掉的材料有關(guān)的表面積。因此，與粉末狀鋅相比，穿孔鋅的表面積相對(duì)較少。
針對(duì)鋅方面的另一個(gè)可選方案是使用擴(kuò)展鋅網(wǎng)。擴(kuò)展鋅網(wǎng)的使用是期望的，因?yàn)槠涮峁┹^大的表面積并且是當(dāng)前比鋅粉更容易獲得和更廉價(jià)的。但是，以前揭示的使用鋅網(wǎng)的方法具有它們自身的問題。例如，美國專利No.4175168中揭示的將擴(kuò)展鋅網(wǎng)用作陽極的方法。將擴(kuò)展鋅網(wǎng)折疊以形成陽極。鋅分隔物用于在電池內(nèi)分離鋅網(wǎng)陽極的折疊層。美國專利No.4226920揭示了另一種擴(kuò)展鋅網(wǎng)陽極。該陽極通過卷繞鋅網(wǎng)以形成線圈來構(gòu)成。分隔物再次用于提供線圈的相鄰層之間的基本均勻的間隔。這兩種陽極結(jié)構(gòu)中電極層之間的間隔是必要的，以允許適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)在層之間流動(dòng)并保持合適的電池性能。但是，使用分隔物來隔開陽極的層是不期望的，因?yàn)樗枰褂酶郊拥牟牧喜⒃黾宇~外的制造成本。需要不要求使用分隔物來保持電池性能的鋅陽極結(jié)構(gòu)。
堿性電池用于助聽器、閃光燈、電動(dòng)手工用具以及電子玩具和游戲中。許多新的電子設(shè)備需要在高放電率時(shí)高效的電池。因此，需要一種電池，它能提供更多電能容量，在高放電率下更有效，避免使用懸浮凝膠或分隔物的生產(chǎn)花費(fèi)，最小化諸如汞的破壞環(huán)境化合物的使用，以及使用比電池等級(jí)鋅粉更廉價(jià)和更可得的材料。簡言之，期望開發(fā)由擴(kuò)展鋅網(wǎng)構(gòu)成的堿性電池陽極，其降低或消除了現(xiàn)有技術(shù)陽極的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供性能改善并不使用鋅粉的鋅陽極給出了針對(duì)上述問題的解決方案。更特別地，本發(fā)明規(guī)定擴(kuò)展鋅網(wǎng)的使用以便在高放電率時(shí)增加電池性能并改善陽極結(jié)構(gòu)的效率從而減少氧化還原反應(yīng)中未反應(yīng)的鋅的量。本發(fā)明還提供了結(jié)合了改善了的鋅陽極結(jié)構(gòu)的電化學(xué)電池。
本發(fā)明通過使用擴(kuò)展鋅網(wǎng)以三種基本結(jié)構(gòu)中的一種構(gòu)建擴(kuò)大表面積的陽極來改善電池性能。本發(fā)明的“卷成”的鋅陽極包括卷繞成線圈的單片鋅網(wǎng)。本發(fā)明的“分層”鋅陽極包括兩片或更多片鋅網(wǎng)，它們形成分層從而每層都與相鄰的層電接觸。本發(fā)明的“折疊”鋅陽極包括單片鋅網(wǎng)，它在其自身上折疊以形成與相鄰層電接觸的兩個(gè)或更多層。
在所有三種情況中，都避免了如現(xiàn)有技術(shù)所教導(dǎo)的在網(wǎng)眼層之間分隔物的使用，以降低材料和制造成本。代替在鋅網(wǎng)層之間保持均勻間隔，本發(fā)明采用其中擴(kuò)展鋅網(wǎng)層直接物理接觸的陽極配置。這些層的直接接觸在陽極的鋅網(wǎng)層之間形成電接觸點(diǎn)。這些電接觸與網(wǎng)眼共同形成連續(xù)的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，它允許鋅的更好的連接性以提升高放電率時(shí)的性能。
本發(fā)明還包括采用所揭示的三種鋅網(wǎng)陽極中的每一種的電化學(xué)電池。這些電化學(xué)電池通常由罩殼、一個(gè)所述陽極、陰極、陽極和陰極之間的絕緣隔離物以及電解質(zhì)溶液構(gòu)成。參考以下的說明書和權(quán)利要求書將能更好地理解本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)、方面和優(yōu)點(diǎn)。
附圖概述

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一擴(kuò)展鋅網(wǎng)片的放大圖；圖2示出本發(fā)明的某些實(shí)施例中使用的部分卷成的鋅網(wǎng)陽極的透視圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明采用卷成的鋅網(wǎng)陽極的“AA”電池的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明采用卷成的鋅網(wǎng)陽極的“AA”電池的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明采用分層的鋅網(wǎng)陽極的“紐扣”電池的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明采用分層的鋅網(wǎng)陽極的“紐扣”電池的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖7示出本發(fā)明的某些實(shí)施例中使用的分層的鋅網(wǎng)陽極；以及圖8示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的折疊的鋅網(wǎng)陽極的側(cè)視圖，其中兩個(gè)層部分展開。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明規(guī)定各種配置的電池中作為陽極的擴(kuò)展鋅網(wǎng)的使用。如圖1所示，鋅網(wǎng)可以由大量物理尺度測量來表征。首先，可以通過構(gòu)成網(wǎng)眼的鋅線的寬度描述鋅網(wǎng)。第二，可以通過網(wǎng)眼的線的規(guī)格(gauge)描述鋅網(wǎng)。在一片鋅網(wǎng)中，這些鋅線在許多頂點(diǎn)處交叉。鋅的交叉線限定大量平行四邊形，它們形成鋅網(wǎng)片中的開口。這些開口的尺寸也可以用來表征擴(kuò)展鋅網(wǎng)的片。可以通過線頂之間的距離來描述這些開口。如圖1所示，這些距離可以通過LWD和SWD來表示，它們分別用于設(shè)計(jì)的長路徑和設(shè)計(jì)的短路徑。
圖2示出本發(fā)明的陽極的一個(gè)實(shí)施例。如圖2所示，將鋅網(wǎng)卷起，從而卷的每一層與相鄰層電接觸以形成陽極50。以這種方式將電極卷起形成連續(xù)的圓柱網(wǎng)格。維持這些連續(xù)網(wǎng)格，不管生產(chǎn)緊卷成陽極或松卷成陽極。該配置允許鋅的更好的連接性并允許使用粉狀鋅電池所不能使用的更高的電解質(zhì)與鋅之比，而不損失顆粒之間的接觸。通過延遲氧化鋅壓實(shí)(compaction)的開始這提升了高放電率時(shí)的電池性能。此外，這種結(jié)構(gòu)減輕了對(duì)分隔物的需要，該分隔物用于保持電極層之間的均勻間隔。分隔物的消除去除了材料和制造成本。
圖3是使用陽極50的圓柱電池60的剖視圖。電池60的外部由圓柱形鋼罩殼70限定，該鋼罩殼是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)大小并且是“AA”電池的形狀。罩殼70的一端處是凸起的圓柱90，它與安裝有電池60的裝置的端子相接觸。在制造過程期間，罩殼70的相對(duì)端是初始打開的。紙帽100安裝于罩殼70內(nèi)部包含圓柱90的端處。陽極50安裝于罩殼70的中央并延伸罩殼70的長度的大部分，如圖3所示。紙帽100相鄰于陽極50的一端并使陽極50與罩殼70隔開。隔離紙110繞陽極50的縱軸延伸。陰極120(在這種情況中是粉狀材料)位于罩殼70和隔離紙110之間。
電解質(zhì)溶液130填充罩殼70的剩余體積。典型地，電解質(zhì)溶液130是氫氧化鉀溶液。但是，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以理解，具有許多可使用的不同堿性電解質(zhì)溶液，諸如氫氧化鈉。鋅網(wǎng)的使用允許電解質(zhì)溶液130自由地流遍陽極50并提供直接鋅與電解質(zhì)接觸的大表面積。在與網(wǎng)眼的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)接觸中，該大表面積有助于消除使用鋅粉時(shí)形成的有害傳導(dǎo)路徑的問題。在常規(guī)電池中，隨著鋅粉的消耗，未反應(yīng)的粉末顆粒與電解質(zhì)之間的距離增加，削弱傳導(dǎo)路徑。通過急劇地減小該問題，減少了浪費(fèi)的、未反應(yīng)的鋅的百分比。這允許使用較少的鋅來產(chǎn)生相同的電能量。在陽極中使用較少的鋅允許更多的空間用于在罩殼70中使用更多的電解質(zhì)溶液130。
一旦將陽極50、陰極120、隔離物紙110和電解質(zhì)溶液130置于罩殼70中，紙帽140和塑料絕緣體150就被安裝在罩殼70的開口端中。紙帽140和塑料絕緣體150都在其中央具有小洞以允許將集電器160插入電池60中。集電器160的一端是桿，它滑過紙帽140和塑料絕緣體150中的洞并延伸通過陽極50的縱軸。集電器160的另一端是圓形的并密封罩殼70的開口端。紙帽140和塑料絕緣體150防止集電器160接觸陰極120并與集電器160結(jié)合形成緊密封以防止電解質(zhì)溶液130從電池60漏出。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員可以理解，可以使用紙隔離物110以外的其它隔離裝置將電池分成陽極側(cè)和陰極側(cè)，諸如隔離膜。所使用的任何這種絕緣隔離物必須防止陽極和陰極之間的電直流。任何陽極和陰極之間的電直流都會(huì)使得電池內(nèi)部短路。此外，任何絕緣隔離物還必須允許電解質(zhì)溶液130擴(kuò)散通過?？梢詫⒊尸F(xiàn)出這些絕緣和擴(kuò)散性質(zhì)的任何合適的材料用作隔離物。
圖4示出圓柱電池65，它是使用短集電器165的電池60的修改。與集電器160類似，集電器165的一端是圓形的并密封罩殼70的開口端。集電器165的另一端是桿，它滑過紙帽140和塑料絕緣體150中的洞并延伸通過陽極50的縱軸。但是，集電器165的桿比之前實(shí)施例中集電器160的桿更短。電解質(zhì)溶液130填充剩余容積以形成電解質(zhì)儲(chǔ)器135，它是由陽極50的卷成網(wǎng)眼的最里層限定的。
通過縮短集電器165，與圖3的實(shí)施例相比，圖4的實(shí)施例可以改善效率和性能特性。這種效率提升的原因是兩方面的。首先，剩余容積中電解質(zhì)儲(chǔ)器135的形成允許在電池65中使用更大量的電解質(zhì)溶液而不增加電池65自身的容積。如下所述，電解質(zhì)量的增加有助于提升電池的性能。其次，電解質(zhì)儲(chǔ)器135允許更好的電解質(zhì)轉(zhuǎn)移，從而改善電池性能。
圖5示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。如圖5所示，該實(shí)施例是平的“紐扣”電池型電池，它被配置成與許多當(dāng)前的電子裝置兼容。該電池使用圖7所示的分層鋅網(wǎng)陽極170。通過擴(kuò)展鋅網(wǎng)的分層片形成陽極170，從而每個(gè)片與相鄰的片電接觸。在這種配置中，一片鋅網(wǎng)直接置于另一片鋅網(wǎng)上并與其電接觸。隨后，第三片置于層疊物的上部并與下面的片電接觸。隨后，繼續(xù)該分層過程，其中每個(gè)后續(xù)片與之前的片電接觸。以這種方式使鋅網(wǎng)成層形成了連續(xù)的鋅網(wǎng)格。連續(xù)網(wǎng)格的形成允許鋅的更好的連接性，增加了高放電率時(shí)的電池性能。與上述圓柱電池相同，網(wǎng)眼層直接接觸，減輕了對(duì)保持電極層之間均勻間隔的分隔物的需要。
回到圖5，陽極170包含于一端打開的杯狀鋼帽180中。鋼帽180的外壁限定放置陽極170的室，。除了容納陽極170，一旦電池完成，鋼帽180的外部還用作紐扣電池的負(fù)電極。一旦陽極170處于鋼帽180中，鋼帽180的其余容積由電解質(zhì)溶液190填充。允許電解質(zhì)溶液190自由地流過陽極170及其周圍。
將環(huán)形塑料絕緣體200模塑成具有u形凸緣210。u形凸緣210裝配在鋼帽180的開口端的周圍。塑料絕緣體200被模塑成緩和地裝配于鋼帽180的外部周圍并通過u形凸緣210被緩和地保持于合適位置。一旦塑料絕緣體200就位，層壓的隔離膜220置于越過鋼帽180中的開口。隔離膜220的外部周圍置于塑料絕緣體200的u形凸緣210上。隨后，一層陰極材料230夾在隔離膜220和另一個(gè)層壓蓋240之間。如圖4所示，隔離膜220物理地將陽極170和陰極材料230隔開，并允許電解質(zhì)溶液在兩者之間通過。
層壓蓋240、陰極材料230和隔離膜220通過另一個(gè)粗略的杯狀鋼帽250保持就位。鋼帽250的直徑大于鋼帽180。鋼帽250的內(nèi)徑約相當(dāng)于塑料絕緣體200的外徑。此外，使鋼帽250成形為緩和地裝配于塑料絕緣體200周圍。鋼帽250的平底側(cè)形成為具有許多洞(圖中未示出)。在電池完成時(shí)，鋼帽250用作紐扣電池的正電極。
圖6示出紐扣電池260，它是圖5所示的上述紐扣電池的修改。與之前的實(shí)施例不同，紐扣電池260采用集電器270，它在紐扣電池260中從鋼帽180突出。集電器270通過包括陽極170的鋅網(wǎng)片延伸向隔離膜220。雖然可以改變集電器270的直徑，但在所示實(shí)施例中采用1/16英寸直徑的集電器。集電器270用于向紐扣電池260提供附加的電擊(shock)穩(wěn)定性并確保陽極170的鋅網(wǎng)層保持固定并保持連續(xù)電接觸以避免電池?fù)p壞。
如圖5和6所示，前述紐扣電池采用類似于圖7所示的本發(fā)明實(shí)施例的由鋅網(wǎng)的圓片層構(gòu)成的陽極。但是，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的其它實(shí)施例可以使用其它形狀的鋅網(wǎng)分層片。例如，鋅網(wǎng)的正方形片(未示出)可用于從制造過程中消除浪費(fèi)。
圖8示出本發(fā)明的陽極的再一個(gè)實(shí)施例。如圖8所示，將單片鋅網(wǎng)折疊，從而形成與其自身的電接觸以形成陽極260。每次將其折疊時(shí)，單片鋅網(wǎng)形成一附加層，它與相鄰層電接觸。在折疊鋅網(wǎng)時(shí)，形成連續(xù)互相連接的鋅網(wǎng)格。該配置允許鋅的更好的連接性，從而增加高耗盡率時(shí)電池的性能。與前述本發(fā)明的陽極實(shí)施例相同，該結(jié)構(gòu)減輕了對(duì)保持電極層之間均勻間隔的分隔物的需要。與陽極170的“分層”結(jié)構(gòu)相同，陽極260可用于基本類似于圖5所示的上述平紐扣電池中。
本發(fā)明的前述實(shí)施例都使用擴(kuò)展鋅網(wǎng)。具有.006英寸線寬、.006英寸規(guī)格、.10英寸LWD和.050英寸SWD的網(wǎng)眼被發(fā)現(xiàn)在高耗盡率時(shí)提供最大電池電量。但是，在以下范圍內(nèi)的尺寸的鋅網(wǎng)電極的使用也是可接受的.003英寸到.010英寸的線寬、.003英寸到.010英寸的規(guī)格、.05到.15英寸的LWD以及.025到.075英寸的SWD。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的增加的表面積提供電解質(zhì)溶液和鋅陽極之間的許多反應(yīng)位點(diǎn)。此外，鋅網(wǎng)陽極結(jié)構(gòu)的互連性提供了許多傳導(dǎo)路徑。與采用需要密切的顆粒與顆粒接觸以及密切的顆粒與集電器接觸的粉狀鋅的電池不同，在根據(jù)本發(fā)明的鋅網(wǎng)陽極中，一旦提供密切的集電器接觸，就通過前述連續(xù)的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)保持從集電器到陽極、隔離物和陰極界面的密切接觸，允許使用粉狀鋅不可能的新陽極技術(shù)結(jié)構(gòu)。這些特點(diǎn)幫助減輕鋅鈍化的問題。通過減輕鋅鈍化的問題，這些特點(diǎn)提升了高放電率時(shí)的效率。提升的效率導(dǎo)致耗盡的電池中浪費(fèi)的鋅較少以及用較少鋅產(chǎn)生更多電能的能力。需要較少的鋅允許空間用于增加電解質(zhì)溶液，這也有助于提升電池性能。
本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于降低成本。使用鋅網(wǎng)避免了使用當(dāng)前所需的昂貴的電池等級(jí)鋅粉。本發(fā)明通過消除使用懸浮劑的需要來進(jìn)一步削減成本。通過消除以前鋅網(wǎng)結(jié)構(gòu)中所需的使用分隔物的需要還降低了制造開支。最后，當(dāng)前的結(jié)構(gòu)使得諸如汞的破壞環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)的使用和必要性最小化，這些化學(xué)物質(zhì)是采用鋅粉陽極的電池中通常使用以提升高放電率時(shí)的性能。
雖然以參考其實(shí)例性實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但這僅僅是作為本發(fā)明的非限制性實(shí)例而提供的，因?yàn)樵S多其它形式都是可以的。可以預(yù)計(jì)，各種其它修改和變化將是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員顯而易見的，且這些修改和變化旨在包含于由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種包含具有上表面和下表面的擴(kuò)展鋅網(wǎng)片的陽極，該片被卷起使得上表面和下表面電接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.003英寸到約.010英寸內(nèi)的線寬。
3.如權(quán)利要求1所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.003英寸到約.010英寸內(nèi)的規(guī)格。
4.如權(quán)利要求1所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.05英寸到約.15英寸內(nèi)的LWD并具有范圍在.025英寸到約.075英寸內(nèi)的SWD。
5.如權(quán)利要求1所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有約.006英寸的線寬、約.006英寸的規(guī)格、.10英寸的LWD和.050英寸的SWD。
6.一種包含具有上表面和下表面的一擴(kuò)展鋅網(wǎng)片的陽極，該片在自身上折疊一次或多次，從而至少一個(gè)表面與自身電接觸。
7.如權(quán)利要求6所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.003英寸到約.010英寸內(nèi)的線寬。
8.如權(quán)利要求6所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.003英寸到約.010英寸內(nèi)的規(guī)格。
9.如權(quán)利要求6所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.05英寸到約.15英寸內(nèi)的LWD并具有范圍在.025英寸到約.075英寸內(nèi)的SWD。
10.如權(quán)利要求6所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有約.006英寸的線寬、約.006英寸的規(guī)格、.10英寸的LWD和.050英寸的SWD。
11.一種包含分別具有上表面和下表面的第一擴(kuò)展鋅網(wǎng)片和第二擴(kuò)展鋅網(wǎng)片的陽極，該第二片層疊在該第一片上，從而第一片的上表面與第二片的下表面電接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的陽極，其特征在于，第三擴(kuò)展鋅網(wǎng)片層疊在第二片上，從而第二片的上表面與第三片的下表面電接觸。
13.如權(quán)利要求11所述的陽極，其特征在于，多擴(kuò)展鋅網(wǎng)片層疊在第二片上，從而每片都與其下的那片電接觸。
14.如權(quán)利要求11所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.003英寸到約.010英寸內(nèi)的線寬。
15.如權(quán)利要求11所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.003英寸到約.010英寸內(nèi)的規(guī)格。
16.如權(quán)利要求11所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有范圍在約.05英寸到約.15英寸內(nèi)的LWD并具有范圍在.025英寸到約.075英寸內(nèi)的SWD。
17.如權(quán)利要求11所述的陽極，其特征在于，該擴(kuò)展鋅網(wǎng)片具有約.006英寸的線寬、約.006英寸的規(guī)格、.10英寸的LWD和.050英寸的SWD。
18.一種電化學(xué)電池，其特征在于，包括形成封閉的電池室的圓柱型罩殼；在所述電池室內(nèi)的如權(quán)利要求1所述的陽極；在所述電池室內(nèi)且排列于陽極和罩殼之間的陰極；在所述電池室內(nèi)且在陽極和陰極之間的絕緣隔離物裝置；以及在所述電池室內(nèi)且能擴(kuò)散通過絕緣隔離物的電解質(zhì)溶液。
19.一種電化學(xué)電池，其特征在于，包括形成密封的電池室的罩殼；將所述電池室分成陽極側(cè)和陰極側(cè)的絕緣隔離物裝置；在所述電池室的陽極側(cè)內(nèi)的如權(quán)利要求6所述的陽極；在所述電池室的陰極側(cè)內(nèi)的陰極；以及在所述電池室內(nèi)且能擴(kuò)散通過絕緣隔離物的電解質(zhì)溶液。
20.一種電化學(xué)電池，其特征在于，包括形成密封電池室的紐扣形罩殼；將所述電池室分成陽極側(cè)和陰極側(cè)的絕緣隔離物裝置；在所述電池室的陽極側(cè)內(nèi)的如權(quán)利要求11所述的陽極；在所述電池室的陰極側(cè)內(nèi)的陰極；以及在所述電池室內(nèi)且能擴(kuò)散通過絕緣隔離物的電解質(zhì)溶液。
全文摘要
一種陽極包括一片或多片擴(kuò)展鋅網(wǎng)。擴(kuò)展鋅網(wǎng)的厚度和網(wǎng)眼大小可以改變?？梢詫纹\網(wǎng)卷起，形成與自身連續(xù)的電接觸?；蛘?，可以將單片鋅網(wǎng)折疊成層，每層都與其相鄰的層電接觸。第三種可選方案是使用兩片或更多片的鋅網(wǎng)陽極，其與罩殼、陰極、電解質(zhì)溶液以及陰極和陽極之間的隔離物組合以制成電化學(xué)電池。
文檔編號(hào)H01M10/28GK1639888SQ02828754
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月15日
發(fā)明者J·T·維斯特, A·H·吉勒斯, J·海德里克, J·笛爾, J·斯米爾色, R·比茨 申請(qǐng)人:埃爾崔斯它鋅產(chǎn)品公司L.P.