專(zhuān)利名稱(chēng)：帶改進(jìn)的密封拉片的空氣電池的制作方法
帶改進(jìn)的密封拉片的空氣電池
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及空氣去極化(air depolarized)電化學(xué)電池組(battery)，
尤其為堿性鋅/空氣電池組，其帶有密封構(gòu)件覆蓋在電池組外殼中的 進(jìn)氣口。
空氣去極化電池組為 一種負(fù)極包括含于電池組內(nèi)的活性物質(zhì)且 正極(被稱(chēng)作空氣電極)包括比如催化劑的氧還原物質(zhì)的電池組。該催 化劑將通過(guò)一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣口進(jìn)入電池組的空氣中所含的氧氣還 原，產(chǎn)生羥離子，羥離子遷移到陽(yáng)極，在陽(yáng)極，羥離子被氧化。電 池組可含有單個(gè)空氣去極化電池，或者其可含有多于一個(gè)電池(cell)。
空氣去極化電池可具有一個(gè)或多個(gè)正極。 一種具有多于一個(gè)正 極的電池為空氣輔助電池，其具有含有活性物質(zhì)的正極和空氣電極。 當(dāng)電池組被放電時(shí)，在第一正+及中的活性物質(zhì)可被還原，且當(dāng)電池 組閑置(或以低速率放電)時(shí)，該空氣電極可使進(jìn)入該電池中的空氣中 的氧氣還原以使第 一正極再充電?？諝廨o助電池的實(shí)例公開(kāi)于美國(guó) 專(zhuān)利第6,383,674號(hào)和美國(guó)專(zhuān)利第5,079,106號(hào)中，這些專(zhuān)利通過(guò)引 用結(jié)合到本文中。
在使用之前，空氣去極化電池組與周?chē)諝饷芊夥珠_(kāi)。這通常 通過(guò)置于進(jìn)氣口上或進(jìn)氣口內(nèi)的可移除或可刺穿密封構(gòu)件來(lái)進(jìn)行。 常用的可移除密封構(gòu)件類(lèi)型包^"舌置于電池組外殼的外表面上的膠帶 和拉片，使得它們?cè)陔姵亟M制造期間覆蓋進(jìn)氣口并且在臨使用電池 組之前由使用者移除。
該密封構(gòu)件實(shí)質(zhì)上限制氣體流入和流出電池組。這用于多種目 的。其減小了氧氣到電池組內(nèi)的進(jìn)入率以防止在電池投入使用之前 在電池中的活性陽(yáng)極材料的不必要消耗。其幫助維持電池中所要電
解質(zhì)溶劑量(例如，水)；如果太多的水從電池組離開(kāi)，那么最大放電 反應(yīng)速率將會(huì)被減??；以及，如果太多的水進(jìn)入電池組，那么所要
的放電反應(yīng)可能會(huì)過(guò)早結(jié)束且最大放電反應(yīng)速率也可能會(huì)減小。其 也減小了不良?xì)怏w的進(jìn)入，比如二氧化碳，不良?xì)怏w的進(jìn)入可能會(huì) 造成電池最大電流能力和放電容量降級(jí)。
雖然需要大體上限制氣體到電池組內(nèi)的流入和從電池組的流 出，但是對(duì)于某些類(lèi)型的空氣去極化電池組而言，完全密封電池組 卻是不合需要的。如果沒(méi)有氧氣能夠進(jìn)入電池組，那么電池組的電 壓會(huì)隨著最初密封到電池組內(nèi)的氧氣消耗而降低。如果電壓下降過(guò) 多，將不可能通過(guò)筒單的開(kāi)路電壓測(cè)試來(lái)區(qū)分好的電池組與有缺陷 的電池組。同樣，如果電壓下降過(guò)多，移除密封構(gòu)件之后電池組能 夠維持適當(dāng)操作電壓所需的時(shí)間可能會(huì)變得很長(zhǎng)以致使用者認(rèn)為電 池組是有缺陷的，因?yàn)樵撾姵亟M將不能夠使剛剛安裝該電池組的裝 置正常操作。
因此，在很好地密封電池ia以防止在蓄電期間電池組放電性能 降級(jí)與過(guò)于好地密封電池組以f爻不能夠?qū)⑵渑c壞的電池組區(qū)別開(kāi)來(lái) 或錯(cuò)誤地將其認(rèn)為是壞的電池組之間必須存在一個(gè)平衡。
在過(guò)去，曾采取若干種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)很好地密封空氣去極化電池 組與將其過(guò)于好地密封之間所要的平衡。實(shí)例可見(jiàn)于美國(guó)專(zhuān)利第
4,649,090號(hào)與第5,958,615號(hào)(其通過(guò)引用結(jié)合到本文中)中和在未審 查曰本專(zhuān)利公開(kāi)案第06-260216號(hào)、第06-231808號(hào)、第01-151166 號(hào)以及第57-115771號(hào)中。過(guò)去所做的嘗試包括從具有各種氣體的適 宜傳輸率的單一基體材料或若干不同材料的層壓板來(lái)制造該密封構(gòu) 件，但找到具有適當(dāng)加工特性和可接受的成本的最佳材料或材料組 合被證實(shí)是很困難的。也曾向密封構(gòu)件的表面上涂覆各種涂層，但 這也進(jìn)展有限。向密封構(gòu)件的粘合層添加脫氧劑可減小透氧率，但 是這對(duì)于其它氣體的傳輸率可能沒(méi)有任何影響?；诓牧险澈闲再|(zhì) 選擇粘合材料并改變密封構(gòu)件的粘合層的厚度也具有其限制，尤其
在改進(jìn)穿過(guò)密封構(gòu)件的傳輸率方面(即，在其主要表面之間)，其與平 行于密封構(gòu)件的主要表面而穿過(guò)粘合層的傳輸率相對(duì)。
也曾以各種方法改進(jìn)電池組外殼以改變氣體到電池內(nèi)的進(jìn)入率
而不改變密封構(gòu)件。實(shí)例可見(jiàn)于美國(guó)專(zhuān)利第5,795,667號(hào)與第5,958,615 號(hào)中。也曾改變電池組外殼中進(jìn)氣口的數(shù)目和大小來(lái)控制空氣到電 池組內(nèi)的進(jìn)入率，而且也曾調(diào)整進(jìn)氣口的位置來(lái)改進(jìn)電池組的高倍 率能力，但是這些因素在移除密封之前具有較小作用。也曾改進(jìn)進(jìn) 氣口使得在外部表面上的口直徑大于容器的內(nèi)部表面上的直徑，以 在移除密封構(gòu)件之前增加空氣進(jìn)入與濕氣傳出的比例。然而，這可 能增加進(jìn)氣口大小和形狀的可變性，且也可能在包殼制造和電池組 封閉期間造成包殼底部的變形，尤其在包殼的底部較薄時(shí)。
現(xiàn)有方法，即使對(duì)于一種特定電池組類(lèi)型和大小來(lái)說(shuō)是成功的， 但是可能不易于適用于其它的電池組類(lèi)型和大小。舉例說(shuō)來(lái)，對(duì)于 一種電池組來(lái)說(shuō)最佳的密封構(gòu)件組成、滲透性、粘合劑及其類(lèi)似條 件對(duì)于另 一種電池組來(lái)說(shuō)可能不是最佳的。對(duì)于每一種另外的電池 組類(lèi)型和/或大小，這可需要重復(fù)的長(zhǎng)期的昂貴的開(kāi)發(fā)方案。
鑒于上文所述，本發(fā)明的目的在于提供一種密封構(gòu)件，該密封 構(gòu)件在制造上較為容易和經(jīng)濟(jì)，且其將提供延長(zhǎng)電池組蓄電壽命與 維持使用前足夠的電池組電壓之間的良好平衡。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種密封構(gòu)件，可容易地改進(jìn)該密 封構(gòu)件以用于不同類(lèi)型和大小的電池組。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供一種電池組，該電池組具有均勻且 易于制造和控制的進(jìn)氣口尺寸和外表面。
發(fā)明概要
通過(guò)本發(fā)明來(lái)滿(mǎn)足上述目的并克服現(xiàn)有技術(shù)的劣勢(shì)，在本發(fā)明 中，密封構(gòu)件覆蓋空氣電池電池組的進(jìn)氣口中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣口 ， 該密封構(gòu)件具有安置于進(jìn)氣口的一部分上透氣性相對(duì)較高的區(qū)域。
該高滲透性區(qū)域的滲透性可相對(duì)容易地調(diào)整且本發(fā)明也可與改進(jìn)氣 體傳入/傳出電池組的速率(每單位時(shí)間的體積)的其它方法組合以增加
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是針對(duì)于空氣去極化電池組，其包括 負(fù)極；包括氧還原物質(zhì)的正極；安置于負(fù)極與正極之間的隔離件 (separator);電解質(zhì)(electrolyte);用于容納電極、隔離件以及電解質(zhì) 的外殼；置于外殼中用于允許氧氣從電池外部進(jìn)入到電池組內(nèi)的進(jìn) 氣口；以及安置于外殼的外表面上的密封構(gòu)件，其覆蓋進(jìn)氣口以部 分地密封該外殼。該密封構(gòu)件具有兩個(gè)主要表面、在兩個(gè)主要表面 之間滲透性相對(duì)較高和滲透性相對(duì)較低的區(qū)域，且在兩個(gè)主要表面 之間滲透性相對(duì)較低的區(qū)域安置于進(jìn)氣口的一部分上。
本發(fā)明的另一方面是針對(duì)于空氣去極化電池組，其包括包括 鋅的負(fù)極；包括氧還原物質(zhì)的正極；安置于負(fù)極與正極之間的隔離 件；包括堿性水溶液的電解質(zhì)；用于容納電極、隔離件以及電解質(zhì) 的外殼；安置于外殼中的進(jìn)氣口，其用于允許氧氣從電池外面進(jìn)入 到電池組內(nèi)；以及，安置于外殼的外表面上的密封構(gòu)件，該密封構(gòu) 件覆蓋該進(jìn)氣口以部分密封該外殼。該密封構(gòu)件包括兩個(gè)主要表面， 在兩個(gè)主要表面之間具有滲透性相對(duì)較高的區(qū)域和滲透性相對(duì)較低 的區(qū)域，且在兩個(gè)主要表面之間滲透性相對(duì)較低的區(qū)域安置于進(jìn)氣 口的一部分上。
參考以下說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)和附圖，本發(fā)明的這些特征和其 它特征、優(yōu)勢(shì)以及目的將會(huì)被本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解。 除非另外說(shuō)明，在本文中使用以下定義和方法
(1) 大約表示在測(cè)量和舍入中在實(shí)驗(yàn)誤差內(nèi)，且平均值從至少三 個(gè)個(gè)別值確定；
(2) 空氣電池(air cell)表示帶有氧還原電極的電化學(xué)電池組電池， 其使用來(lái)自電池外面的空氣中所含有的氧氣作為活性物質(zhì)；
(3) 扣式電池表示鈕扣形、圓柱形電化學(xué)電池組電池，其總高度大于其直徑；
(4) 對(duì)象的滲透性(permeability)表示氣體從該對(duì)象的第 一表面穿過(guò) 該對(duì)象到相對(duì)的第二表面的傳輸率，表示為在氣體最初到達(dá)第二表 面之后每單位時(shí)間每單位表面面積氣體的體積，其中該表面面積為 氣體所暴露的第 一表面的面積；
(5) 拉片(tab)為密封構(gòu)件，其用于覆蓋并部分地密封在電池外殼 中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣口 ，以限制氣體在電池內(nèi)部與外部大氣之間的 流動(dòng)，且拉片在下文中用于表示多種不同類(lèi)型的密封構(gòu)件，包括但 不限于，膠帶(tape)和熱收縮薄膜；
(6) 密封構(gòu)件的厚度表示在密封構(gòu)件兩個(gè)主要表面之間的垂直距
離；
本文所公開(kāi)的性質(zhì)和特性的值由所公開(kāi)的測(cè)試方法來(lái)測(cè)定；但 也可使用得出相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果的等效方法來(lái)代替。
除非在本文中另外指明，所有公開(kāi)的特性和范圍在室溫(20-25。C) 和一個(gè)大氣壓力下測(cè)定。
附圖簡(jiǎn)述 在附圖中


圖1為附有密封構(gòu)件的空氣電池的透視剖視圖2為附有密封構(gòu)件的金屬空氣電池的截面圖3為作為在室溫和環(huán)境相對(duì)濕度下的蓄電時(shí)間的函數(shù)的密封 電池開(kāi)i 各電壓的曲線(xiàn)圖；以及
圖4為作為在45攝氏度和93%相對(duì)濕度下的蓄電時(shí)間的函數(shù) 的密封電池開(kāi)路電壓的曲線(xiàn)圖。
發(fā)明描述
雖然本發(fā)明并不限于扣式電池組，但是通過(guò)參看圖1,本發(fā)明將 會(huì)被更好地理解，圖1顯示了帶有密封構(gòu)件130的扣式空氣電池電
池組100，該密封構(gòu)件130附接到電池100的底部上，覆蓋一個(gè)或多
池組，包括含有至少 一個(gè)空氣去極化電極的大型圓柱形和方形電池組。
電池100具有外殼，該外殼包括用作電池組正^f及端子的陰極包 殼102，用作電池組負(fù)極端子的陽(yáng)極杯110，以及與包殼102和杯110 協(xié)作以將包殼102與杯110電絕緣并提供其之間密封的墊片126。包 殼102具有被壁106包圍的底面104。表面104的中部可大體上是平 坦的，且周?chē)?06可具有大體上垂直于包殼102的底部的均勻高 度。至少一個(gè)進(jìn)氣口(未圖示)沿表面104定位。拉片130附接到底面 104上。該拉片130覆蓋并密封進(jìn)氣口，以在電池100投入使用之前 限制氣體流入和流出電池100 。當(dāng)使用者準(zhǔn)備使用電池100時(shí)移除拉 片130。
陽(yáng)極杯110和陰極包殼102可由導(dǎo)電金屬制成。當(dāng)電池100為 堿金屬空氣電池，比如鋅空氣電池時(shí)，包殼102通常由鋼或不銹鋼 制成，電鍍鎳以提供美觀的造型和抗腐蝕性。杯110通常由包層金 屬制成，比如鎳、不銹鋼、銅三包層，不銹鋼提供強(qiáng)度，鎳提供美 觀外型，而且銅提供相對(duì)較低的氫過(guò)電壓以減小電池氣體生成。墊 片126通常由不導(dǎo)電彈性材料制成，其能夠提供包殼102與杯110 之間的壓縮密封，比如尼龍。
陽(yáng)極混合物112包括活性物質(zhì)，通常為比如鋅的金屬，該陽(yáng)極 混合物112存在于金屬空氣電;也100的內(nèi)部。該電池還含有氧還原 電極114和電解質(zhì)，該氧還原電極114定位于陽(yáng)極混合物112下方 且通過(guò)不導(dǎo)電但傳導(dǎo)離子的隔離件116與陽(yáng)極混合物112電絕緣。
當(dāng)電池為堿性鋅空氣電池時(shí)，陽(yáng)極混合物112中的活性物質(zhì)是 鋅金屬合成物。陽(yáng)極混合物112還包括電池中的大部分堿性電解質(zhì) 和膠凝劑。電解質(zhì)含有水和比如氫氧化鉀和/或氫氧化鈉的溶質(zhì)且該 膠凝劑可以是(例如)丙烯酸聚合物?？砂ū热鐨溲趸?In(OH)。和
其它添加劑的氣體抑制劑以減'J 、氣體產(chǎn)生。這些添加劑的實(shí)例包括 氧化鋅和比如聚乙二醇基化合物的表面活性劑。在美國(guó)專(zhuān)利第
6，602,629號(hào)中公開(kāi)了在含有不添加汞的金屬空氣電池中的適當(dāng)陽(yáng)極 混合合成物的成分，該專(zhuān)利通過(guò)引用結(jié)合到本文中。置于金屬空氣 電池100中的陽(yáng)^L混合物112的量可小于可用容積且因此存在氣穴(air pocket) 113。
氧還原電極114，也被稱(chēng)作空氣電極，其可為適用作空氣電極的 任何材料。在堿性鋅空氣電池中，其可包括催化層115(圖2),該催 化層115包括炭、氧化錳((MnCg和比如聚四氟乙烯(PTFE)的粘結(jié)劑。 金屬網(wǎng)118可嵌于空氣電極114內(nèi)，以改進(jìn)空氣電極114的導(dǎo)電性 并提供空氣電極114與陰極包括102之間良好的電接觸，該金屬網(wǎng)118 可以是涂布催化劑的鎳網(wǎng)。由(例如)聚四氟乙烯(PTFE)聚合物制成的 疏水性膜120可以被層壓到空氣電極114面向陰極包殼102的底部 的底側(cè)上，以維持電池100內(nèi)空氣與電解質(zhì)之間的透氣防水邊界。 另外，電池還可包括空氣擴(kuò)散膜122，用以調(diào)節(jié)氣體擴(kuò)散速率和空氣 分配膜124，用以均一地分配空氣到空氣電極114。
在圖1中，拉片130覆蓋包殼底部104中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣口。 拉片130包括基層132和粘合層138。基層130可以是聚合材料，且 粘合層138優(yōu)選地為對(duì)基層132的粘合力比對(duì)包殼底部104更好的 粘合材料，因此當(dāng)從電池100移除拉片130時(shí)，所有的粘合劑都留 在拉片130上，并沒(méi)有殘余物留在包殼底部104上或留在進(jìn)氣口內(nèi)。 基層132在其外部表面(距包殼底部104最遠(yuǎn)的主要表面)與其內(nèi)部表 面(距包殼底部104最近的主要表面)之間具有滲透性?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量氣 體通過(guò)基層132的一部分的傳輸率來(lái)測(cè)定該滲透性。
圖2為與圖1相同的金屬空氣電池100的截面圖，但是其帶有 不同拉片230來(lái)覆蓋進(jìn)氣口 108。電池100可具有單一進(jìn)氣口 108(如 圖所示)或多個(gè)進(jìn)氣口。拉片230包括基層232、外層234、安置于基 層232與外層234之間的層壓粘合層236、以及用于將基層232保持
到包殼底部104上的粘合層238?；鶎?32和外層234可由相同類(lèi)型 的材料制成，具有相同或不同的厚度，或者其可由不同材料制成。 優(yōu)選地，基層232具有比外層234更大的強(qiáng)度，以最好地將拉片230 粘合到包殼底部上。這在不添加汞的堿性鋅空氣電池中尤其重要， 因?yàn)檫@種電池比含有汞的電池更傾向于產(chǎn)生氣體，且所產(chǎn)生的氣體 可傾向于隨著時(shí)間將拉片230從包殼底部104推開(kāi)。
圖1所示的拉片具有單層聚合物薄膜，且圖2所示的拉片具有 兩層薄膜。根據(jù)本發(fā)明的拉片的其它實(shí)施例可具有多于2個(gè)的聚合 物薄膜層(即，安置于基層與中間層之間的一個(gè)或多個(gè)中間層)。其它 類(lèi)型的材料也可用于基層、外層以及中間層中的一個(gè)或多個(gè)(例如， 包括涂覆到聚合物薄膜上的金屬箔和金屬沉積的金屬層)；為了方便 起見(jiàn)，除非另外表示，術(shù)語(yǔ)"薄膜"在下文不僅用于表示聚合薄膜， 而且也表示這些可選材料層。雖然拉片在上文中被描述為具有利用 粘合劑而層壓在一起的薄膜層，但也可利用替代方法來(lái)層壓基層、 外層以及任何中間層(例如，熱合粘結(jié))。
材料的滲透性的量值(其測(cè)量值)取決于傳輸率被確定的氣體；然 而，對(duì)于相關(guān)的主要空氣氣體和可能存在于電池內(nèi)部的相關(guān)氣體， 這些氣體的滲透性值大體上彼此成正比。換言之，透氧性相對(duì)較高 的材料(例如)也將具有相對(duì)較高的透氫性，盡管氧氣的和氫氣的實(shí)際 傳輸率可能大不相同。
如本文所用的滲透性與材料厚度無(wú)關(guān)。材料的厚度可能影響氣 體開(kāi)始到達(dá)材料遠(yuǎn)表面的快速程度，但是并不影響之后的氣體的通 過(guò)率。因?yàn)楸景l(fā)明所解決的問(wèn)題涉及在相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)期穿過(guò)拉片的氣
體傳輸，所以拉片和拉片層的厚度大體而言具有相對(duì)較小的重要性。 多層拉片的滲透性受滲透性最小的層的滲透性控制。
在高滲透性材料層與電池直接相鄰或在滲透性最小的層的電池 側(cè)上時(shí)，平行于拉片與電池外殼之間界面的穿過(guò)高滲透性材料層的 氣體通道，也可對(duì)氣體進(jìn)入電池和離開(kāi)電池的整體速率起作用，但
是這種影響可通過(guò)減小高滲透性材料層的厚度而減小。
如果粘合層為拉片的滲透性最小的層，那么高滲透性的區(qū)域可 通過(guò)使用任何適當(dāng)技術(shù)以圖案方式在薄膜層中的一個(gè)薄膜層表面上 涂覆粘合劑而產(chǎn)生，或者可在將粘合層涂覆到薄膜層中的一個(gè)薄膜 層上之前在粘合層中沖孔而產(chǎn)生。
在拉片區(qū)域中的滲透性可通過(guò)從拉片區(qū)域移除至少滲透性最小 的層而增加。優(yōu)選地，拉片的外層為連續(xù)層以提供美觀的造型。優(yōu) 選地，拉片的基層為薄膜的最強(qiáng)層，以提供拉片與電池組良好的粘 合。 一般而言，薄膜越強(qiáng)，其滲透性越小。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中， 基層將從拉片的高滲透性區(qū)域中移除。這可通過(guò)在將基層薄膜層層 壓到其它薄膜層之前在基層薄膜層中沖孔而達(dá)成。在沖孔之前，基 層可不被涂布粘合劑或在一側(cè)或兩側(cè)上涂布粘合劑。對(duì)于具有多于 兩個(gè)薄膜層的拉片，可同時(shí)在兩個(gè)鄰近的薄膜層中沖孔，優(yōu)選地在 將這些層層壓在一起之后沖孔。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于在拉片中形成高滲透性區(qū)域的方法可適于現(xiàn) 有制造過(guò)程和拉片，且常規(guī)拉片可以各種方法制做成根據(jù)本發(fā)明的 拉片。舉例說(shuō)來(lái)，對(duì)于具有兩個(gè)薄膜層的拉片，可在滲透性較低的 薄膜層中沖孔，且接著可將這兩個(gè)薄膜層粘結(jié)在一起，或可穿過(guò)兩 層拉片的所有層沖孔，且然后將附加的薄膜層作為新的外薄膜層粘 結(jié)到其上。
單獨(dú)的拉片常常從大批生產(chǎn)的大片或長(zhǎng)條層壓拉片原料(stock)剪 切而得。高滲透性的區(qū)域必須通過(guò)定位使得其處于剪切拉片中的所 要位置。這可通過(guò)任何適當(dāng)方法進(jìn)行，比如在制造拉片過(guò)程中的適
當(dāng)點(diǎn)使拉片原料的一個(gè)或多個(gè)層定位(register)。
在蓄電期間利用拉片很好;也密封電池組，以防止放電容量降級(jí) 與限制電池組的電流并維持至少最小的電池組開(kāi)路電壓(OCV, open circuit voltage)之間的最佳平衡，將部分取決于電池組大小和類(lèi)型、 預(yù)期蓄電條件和預(yù)期用途(例如，可能使用該電池組的裝置的要求)。位時(shí)間的氣體體積)。這些速率可受到改變?cè)谶M(jìn)氣口的至少一部分上 延伸的拉片區(qū)域的滲透性或改變?cè)搮^(qū)域的大小的影響。
雖然可使用任何適當(dāng)材料來(lái)制做根據(jù)本發(fā)明的拉片，但用于薄 膜層的優(yōu)選材料為聚合物薄膜，且薄膜層可由相同或不同材料制成。 優(yōu)選聚合物薄膜為結(jié)晶的或半結(jié)晶的。適當(dāng)聚合物薄膜的實(shí)例為聚
乙烯、聚丙烯、聚乙烯與聚丙烯的共擠壓物(coextmsion)和雙軸定向 (biaxially onented)聚丙烯。優(yōu)選地，至少一個(gè)層，且更為優(yōu)選地，基 層與外層皆為雙軸定向聚丙烯。
用于將薄膜層粘結(jié)在一起的粘合劑優(yōu)選地為永久性粘合劑，比 如永久性丙烯酸粘合劑。薄膜層之間的粘合力應(yīng)大于拉片與電池組 外殼之間的粘合力，使得在薄膜移除之后拉片將不會(huì)被分層且不會(huì) 將粘合劑和/或薄膜殘余物留在電池組上。
用于將拉片附接到電池組上的粘合劑優(yōu)選地最初具有高粘性， 但允許從電池組移除拉片并且不在電池組外殼上留下可以看到的殘 余物。適當(dāng)粘合劑的實(shí)例為FASSON R143丙烯酸粘合劑，可從Avery Dennison, Fasson Roll North America, Painesville， Ohio, USA購(gòu)買(mǎi)到。
用于基薄膜層的適當(dāng)材料的實(shí)例為涂布FASSON R143粘合劑 (在基層與電池組之間的粘合層)的聚乙烯與聚丙烯的共擠壓物，可作 為FASSON PRIMAX 350 /R143/50#SCK從Avery Denmson購(gòu)買(mǎi) 到。用于基薄膜層的優(yōu)選材料為涂布FASSON R143粘合劑的雙軸 定向聚丙烯薄膜，可作為FASSON⑧BOPPTC/R143/50弁SCK從Avery Denmson購(gòu)買(mǎi)到。涂布粘合劑的PRIMAX350⑧薄膜的典型張應(yīng)力在 加工方向?yàn)榇蠹s11,248 kg/cm乂每平方英寸160,000英鎊)且在橫向?yàn)?大約3,515 kg/cm2(每平方英寸50,000英鎊)；涂布粘合劑的BOPP薄 膜的張應(yīng)力在加工方向?yàn)榇蠹s914 kg/cm氣每平方英寸13,000英鎊)且 在橫向?yàn)榇蠹s1,617 kg/cm2(每平方英寸23,000英鎊)。PRIMAX 350 的透氧性通常為大約934 cm3/m2/day。
優(yōu)選外薄膜層的實(shí)例為涂布永久性丙烯酸粘合劑層(為了粘結(jié)薄
膜的基層和外層)的雙軸定向聚丙烯薄膜，可作為第1240號(hào)自巻聚丙 烯膠帶從International Graphic Films, Hudson, Ohio, USA購(gòu)買(mǎi)到。該 膠帶的典型張應(yīng)力為大約1.2kg/cn^(每平方英寸17磅)，且透氧性通 常為大約1216cm3/m2/day。
根據(jù)本發(fā)明的拉片優(yōu)選地為一致的拉片，如申請(qǐng)于2003年12 月22日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10/743,585號(hào)中大體上公開(kāi)，該專(zhuān)利申請(qǐng) 通過(guò)引用結(jié)合到本文中。這種拉片的損耗剛度在2(TC至25。C小于大 約55,000 N/m且剝離強(qiáng)度優(yōu)選地為大約457克/平方厘米(每平方英寸 大約6.5磅)或更大。根據(jù)本發(fā)明制做的拉片的滲透性將通過(guò)包括高 滲透性區(qū)域而改進(jìn)。
圖1和圖2所示和在上文所述的空氣去極化電池組為4^性鋅空 氣扣式電池。本發(fā)明尤其適用于與不含有添加汞的電池組合。在過(guò) 去，鋅與汞被汞齊化以減小電池中氣體(尤其是氫氣)的產(chǎn)生。從環(huán)境 的觀點(diǎn)而言，排除汞是需要的，但是這樣做傾向于導(dǎo)致氣體生成增 加。這種氣體生成的一個(gè)劣勢(shì)在于電池中的內(nèi)部壓力可推斥拉片， 造成拉片向外凸出且甚至將拉片拉離電池外殼，留下打開(kāi)路徑使氣 體進(jìn)入電池和離開(kāi)電池。因此對(duì)于不添加汞的電池，需要改進(jìn)拉片 與電池之間的粘合力。然而，這可能減小氧氣從拉片邊緣通過(guò)粘合 層到電池進(jìn)氣口的傳輸率，而且可能需要通過(guò)增加拉片滲透性來(lái)進(jìn) 行補(bǔ)償以便在蓄電期間維持適當(dāng)電池OCV。
為了進(jìn)一步改進(jìn)拉片與電池組外殼的粘合力，需要拉片所附接 的電池組的表面為平滑的，且不具有凹槽等，比如類(lèi)似于圖1和圖2
時(shí)所產(chǎn)生的凹槽。
本發(fā)明的另 一優(yōu)勢(shì)在于其可結(jié)合其它特征和方法用于管理氣體 到空氣去極化電池組的進(jìn)入和/人空氣去極化電池組的離開(kāi)。這在發(fā) 展用于特定電池組的最佳拉片，在材料選擇中的更大的選擇范圍以
及制造簡(jiǎn)易性方面提供了更大的靈活性。
如上文所述，拉片的低滲透性區(qū)域可在薄膜和/或粘合層中的一
個(gè)或多個(gè)中包括空隙(void)，或者其可在該等層中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)包
括實(shí)心的高滲透性區(qū)域。舉例說(shuō)來(lái)，可在薄膜層中沖孔且之后至少 部分地填充滲透性大于薄膜材料的材料。
對(duì)于拉片的高滲透性區(qū)域的形狀并沒(méi)有限制。對(duì)于某些拉片制 造過(guò)程而言，圓形孔可能是優(yōu)選的，但是也可使用其它形狀，無(wú)論 精確形狀與調(diào)整空氣或氧氣流入電池速率是否直接相關(guān)。舉例說(shuō)來(lái)， 該孔的形狀可以是加號(hào)(+)以提供拉片所附接的電池組端子為正極的 表示，來(lái)代替在拉片所覆蓋的電池組表面上壓印"+"?？赏ㄟ^(guò)在拉 片層中的一層或多層中使用顏色來(lái)使該形狀更為明顯。
根據(jù)本發(fā)明的扣式電池組通常用于向助聽(tīng)器供電。助聽(tīng)器電池
組必須典型性地具有至少1.3伏的開(kāi)路電壓以充分地向助聽(tīng)器供電，
而且如果助聽(tīng)器在安裝電池組之后并不正常操作，那么使用者可能 認(rèn)為該電池組沒(méi)有電了。因此，對(duì)于空氣電池助聽(tīng)器電池組而言，
優(yōu)選地在使用者移除拉片后30秒內(nèi)，更為優(yōu)選地在15秒內(nèi)，電池 到達(dá)至少1.3伏的OCV。為了能夠在30秒內(nèi)到達(dá)至少1.3伏的OCV， 需要該電池在移除拉片之前具有至少1.25伏的OCV。然而，如果在 移除拉片之前的OCV過(guò)高，電池容量可能會(huì)在使用之前降級(jí)到不適 當(dāng)?shù)乃?，因此需要拉片移除之前的OCV不超過(guò)大約1.35伏。
本發(fā)明、其用途以及優(yōu)勢(shì)將在下文比較常規(guī)拉片和帶拉片的電 池組與根據(jù)本發(fā)明的電池組的實(shí)例中進(jìn)一 步展示。
實(shí)例1
制做用于PR70型堿性鋅空氣扣式電池的比較拉片。每一拉片具 有兩個(gè)薄膜層，基層由涂布有R143可移除丙烯酸粘合劑的0.0889 mm(0.0035英寸)厚PRIMAX 350⑧聚乙烯-聚丙烯薄膜(FASSON⑧ PRIMAX 350 /R143/ 50#SCK,如上文所述)制成，且外層由具有永 久性丙烯酸粘合劑的0.0254 mm(O.OOl英寸)厚雙軸定向聚丙烯膠帶 (第1240號(hào)自巻聚丙烯膠帶，如上文所述)制成。這兩個(gè)薄膜層被粘 結(jié)在一起，其中永久性粘合層作為在基薄膜層外表面上的層壓粘合
劑和可移除粘合劑。每一拉片具有2.67 mm(0.105英寸)半徑的圓形 截面和從該圓形截面延伸的部分。 實(shí)例2
使用與實(shí)例1相同的材料，根據(jù)本發(fā)明制做用于PR70型堿性鋅 空氣扣式電池的拉片。在層壓基層薄膜層與外薄膜層之前，在涂布 粘合劑的PRIMAX 350 薄膜中在拉片的圓形截面的中心沖孔，孔直 徑為1.524 mm(0.060英寸)，以便在圓形截面的中心形成低滲透性區(qū)域。
實(shí)例3
使用5.74 mm(0.226英寸)直徑陰極包殼制做PR70型堿性鋅空 氣扣式電池，其在設(shè)計(jì)上類(lèi)似于圖1和圖2所示和上文所述的電池， 每一個(gè)陰極包殼具有平滑(未壓印)底面和在底面上的單個(gè)0.254 mm(0.010英寸)直徑的進(jìn)氣口。如在美國(guó)專(zhuān)利第6,602,629號(hào)中所公 開(kāi)，在不添加汞的條件下制做電池。在電池被組裝之后，每一個(gè)電 池通過(guò)向電池底部附接兩種拉片中的一種拉片而密封，且拉片的圓 形截面以包殼底部為中心覆蓋進(jìn)氣口 。
實(shí)例4
帶有每一種拉片的電池在下面兩種條件中的每一種條件下蓄 電室溫和環(huán)境濕度，與45。C和93%相對(duì)濕度。在兩種條件中每一 種條件下在蓄電期間周期性地測(cè)試帶每一種拉片的電池的OCV,且 帶每一拉片類(lèi)型的電池在室溫在3,000歐姆負(fù)荷每天放電16小時(shí)到 0.9伏，在室溫下某些被蓄電到1個(gè)月之后，且其余的被蓄電到3個(gè) 月之后。
在室溫/環(huán)境濕度下以天數(shù)為函數(shù)繪制OCV的曲線(xiàn)，在圖3和圖 4中分別為45。C和93%相對(duì)濕度。圖3顯示了帶常規(guī)拉片的電池(用 虛線(xiàn)表示)在室溫下在蓄電的第一個(gè)月期間低于優(yōu)選1.25伏最小
OCV,但是帶根據(jù)本發(fā)明拉片的電池(用實(shí)線(xiàn)表示)在1.25伏與1.35 伏之間。同樣，圖4顯示了帶常規(guī)拉片的電池(虛線(xiàn))在45。C與93% 相對(duì)濕度下在一個(gè)月的蓄電期間低于1.25伏，而帶根據(jù)本發(fā)明拉片 的電池在整個(gè)期間保持在1.25與1.35伏之間。
在放電測(cè)試中，即使在室溫下蓄電長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月，帶根據(jù)本發(fā)明 拉片的電池的電池容量與帶常規(guī)拉片的電池也沒(méi)有顯著差別。
上述實(shí)例顯示了常規(guī)拉片可根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)以在移除拉片 之前和之后向電池提供所要的電壓特性而不會(huì)對(duì)電池放電容量造成 不利的影響。
雖然在以上實(shí)例中所述在圖1和圖2所示的電池組為扣式電池 電池組，但是本發(fā)明可并入到其它類(lèi)型的空氣去極化電池組內(nèi)。舉 例說(shuō)來(lái)，電池組可具有其它大小和形狀，比如大型圓柱形或方形電 池組。電池組可以是單電池電;也組或多電池電池組。由片所覆蓋 的進(jìn)氣口可以在單個(gè)電池的外殼中或多電池電池組的外罩中。由拉 片所密封的電池組的表面可以是電池組端子表面或電池組外殼的另 一表面，且其可以是金屬或某些其它材料，比如塑料。
對(duì)于實(shí)踐本發(fā)明者和本領(lǐng)^t或技術(shù)人員應(yīng)了解在不偏離所公開(kāi)概 念的精神的情況下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行其它的修改和改進(jìn)。所提供的 保護(hù)范疇將由權(quán)利要求書(shū)和法律所允許的理解寬度來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種空氣去極化電池組，其包括負(fù)極；正極，其包括氧還原物質(zhì)；隔離件，其安置于所述負(fù)極與正極之間；電解質(zhì)；外殼，用于容納所述電極、隔離件以及電解質(zhì)；進(jìn)氣口，其安置于所述外殼中，用于允許氧氣從所述電池外部進(jìn)入到所述電池組內(nèi)；以及密封構(gòu)件，其安置于所述外殼的外表面上，覆蓋所述進(jìn)氣口，以部分地密封所述外殼；其中所述密封構(gòu)件包括兩個(gè)主要表面，在所述兩個(gè)主要表面之間具有滲透性相對(duì)較高的區(qū)域和滲透性相對(duì)較低的區(qū)域，且在所述兩個(gè)表面之間的滲透性相對(duì)較低的區(qū)域安置于所述進(jìn)氣口的一部分上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述密封構(gòu)件包 括在所述兩個(gè)主要表面其中一個(gè)上的基層和粘合層，所述粘合層安 置于所述基層與所述外殼的所迷外表面之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組，其特征在于，在所述進(jìn)氣口的 一部分上方的所述滲透性相對(duì)4交高的區(qū)域不具有粘合層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述密封構(gòu)件包 括多個(gè)層，且所述層中的一個(gè)層在所述進(jìn)氣口的一部分上方的所述 滲透性相對(duì)較高的區(qū)域內(nèi)具有空隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池組，其特征在于，所述多個(gè)層包括 基層、安置于所述基層與所述外殼的所述外表面之間的粘合層、以 及形成所述密封構(gòu)件的外部主要表面的外層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組，其特征在于，具有所述空隙的 所述層為所述基層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組，其特征在于，在所述基層與所述外殼之間的所述粘合層也在所述進(jìn)氣口的一部分上方的所述低滲透性區(qū)域中具有空隙。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組，其特征在于，具有所述空隙的所述層為所述外層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組，其特征在于，所述多個(gè)層還包括在所述基層與所述外層之間的中間層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，具有所述空隙的所述層為所述中間層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組，其特征在于，所述基層與所述外層中的至少一個(gè)包括聚合薄膜。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其特征在于，所述多個(gè)層還包括永久性粘合劑層，用于將聚合物薄膜的鄰近層層壓在一起。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其特征在于，所述基層與所述外層包括不同成分的聚合薄膜。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池組，其特征在于，所述基層中的一個(gè)包括聚乙烯與聚丙烯的共一齊壓物，且所述外層包括雙軸定向的 聚丙烯。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其特征在于，所述基層與所述外層包括相同成分的聚合薄膜。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池組，其特征在于，所述基層與所述外層包括雙軸定向的聚丙烯。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述負(fù)極包括鋅合成物作為活性物質(zhì)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述電池組不含有增加的汞。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述電解質(zhì)包括堿性水溶液。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，其特征在于，所述電解質(zhì)包 括從包含氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋰的組中選擇的至少 一種溶質(zhì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述氧還原物質(zhì)包括從包含二氧化錳、氧化錳、銀、氧化鈷、貴金屬、貴金屬化 合物、包括稀土金屬的混合金屬化合物、過(guò)渡金屬大環(huán)、尖晶石、 酞菁、鈣鈦礦以及活性碳的組中選擇的至少一種催化劑。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的電池組，其特征在于，所述電池組包 4舌至少一個(gè)扣式電池。
23. —種空氣去極化電池組，其包括 負(fù)極，其包括鋅；正極，其包括氧還原物質(zhì)；隔離件，其安置于所述負(fù)極與正極之間；電解質(zhì)，其包括堿性水溶液；外殼，用于容納所述電極、隔離件以及電解質(zhì)；進(jìn)氣口，其安置于所述外殼中，用于允許氧氣從所述電池外部 進(jìn)入到所述電池組內(nèi)；以及密封構(gòu)件，其安置于所述外殼的外表面上，覆蓋所述進(jìn)氣口， 以部分地密封所述外殼；其中所述密封構(gòu)件包括兩個(gè)主要表面，在 所述兩個(gè)主要表面之間具有滲透性相對(duì)較高的區(qū)域和滲透性相對(duì)較 低的區(qū)域，且在所述兩個(gè)主要表面之間的滲透性相對(duì)較低的區(qū)域安 置于所述進(jìn)氣口的一部分上方。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的電池組，其特征在于，所述電池組包 括至少一個(gè)扣式電池。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池組，其特征在于，所述電池組為單電池扣式電池組。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了帶有改進(jìn)的密封構(gòu)件的空氣去極化電池組，該改進(jìn)的密封構(gòu)件用于在使用之前密封該電池組的進(jìn)氣口。該密封構(gòu)件具有滲透性相對(duì)較高的區(qū)域和滲透性相對(duì)較低的區(qū)域，且該較低滲透性區(qū)域在進(jìn)氣口的至少一部分上方?？扇菀椎馗倪M(jìn)空氣通過(guò)該低滲透性區(qū)域并進(jìn)入該電池組內(nèi)的流率，以在電池組蓄電期間維持所要的電池組開(kāi)路電壓，以便在移除該密封構(gòu)件之后較短時(shí)間內(nèi)允許該電池組活化，同時(shí)減小在使用之前的放電容量損失。
文檔編號(hào)H01M2/02GK101208816SQ200680022854
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者B·A·巴特林, S·C·皮茨, T·D·富利 申請(qǐng)人:永備電池有限公司