[發明專利]用于堿性電池的具有被刺穿的粒子的合金鋅粉

有效

• 申請號: 200680017312.7
• 申請日: 2006-04-21
• 公開（公告）號: CN101180754A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 克里斯托弗·埃尼諾;伊萬·施特勞芬
• 申請（專利權）人: 尤米科爾公司
• 主分類號: H01M4/42
• 分類號: H01M4/42;H01M4/24;B22F1/00;C22C18/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 梁曉廣;陸錦華

本發明涉及一種用于制造堿性電池的陽極的關鍵成分：合金鋅粉。

電池制造者面對的重要問題是電池中氫氣的形成和聚集問題，這種問題是由堿性電解質導致的鋅粉腐蝕而引起的。氣體的產生增加了電池內部的壓力。雖然提供了安全系統來防止電池的爆炸，但是仍存在由于電解質泄漏殘余物引起的破壞的風險。析氣可以在電池使用之前進行，即在電池的保存期限內進行；析氣典型地發生在粒子放電之后，前面提到的這種現象為“PD析氣”。

電池容量依賴于鋅粉根據下式生成鋅離子和電子的能力：

Zn+2(OH)^-→Zn(OH)₂+2e^-????(1)。

然而，如果反應介質在OH^-中耗盡，則產生可逆反應，導致鋅粒子表面ZnO的沉淀，鈍化鋅粒子的表面。最終結果是部分金屬鋅對于電化學反應(1)變得無效，因此將有效的電池容量限制為電池容量理論值的一部分。這種鈍化現象主要發生在高放電率的時候，也就是當鋅粒子釋放大量的鋅離子時，而在反應位置只有有限量的氫氧離子是有效的。

若干專利，如US6284410，聲稱通過照其原樣使用細鋅粉或者與粗鋅粉混和使用得到良好的大電流放電性能。細粉末的高比表面積能增強大電流放電，但遺憾的是這也限制了保存期限并增加了PD析氣。

就像US6022639中提到的那樣，大片狀粒子的使用也試圖改進堿性電池的大電流服役和抗沖擊性。WO2004/012886中研究了其它形狀的情況，如球形、水滴形、線形。遺憾的是這些形狀大大地增加了膠體的粘性，導致電池制造過程中許多問題的產生。

這樣，低析氣、優良加工能力和大電流性能的需求之間產生了矛盾。本發明的目的就是解決這種矛盾。

為此，提出一種新的用于堿性電池的合金鋅粉，其包括被至少一個孔刺穿的粒子，所述粒子在數量上大于下列一種或多種情況：在250至425μm的篩選部分中占10％數量，在150至250μm的篩選部分中占3％數量，在105至150μm的篩選部分中占2％數量。250至425μm篩選部分的鋅合金粉優選包括多于20％數量的被至少一個孔刺穿的粒子，更優選多于30％數量，更優選至少31％數量，并且甚至至少36％數量。上述“被至少一個孔刺穿的粒子”在文中以下部分記為“被刺穿的粒子”。

在更特定的例子中，該粉末中包括鉍、銦、鋁的一種或多種作為合金元素。優選合金包括0.001-0.05wt％鋁和0.001-2wt％銦；或者包括0.002-0.2wt％鉍和0.001-2wt％銦；或者0.002-0.2wt％鉍、0.001-2wt％銦和0.001-0.05wt％鋁；或者0.002-0.2wt％鉍；以及任選地，最多0.5wt％的鉛和鈣中的一種或兩種，其余為鋅。此外，包含0.005-0.05wt％Pb，其余為鋅的鋅粉也是合適的。事實上，所述的鋅也包含不可避免的雜質，例如那些允許在稱為特高等級(SHG)鋅中存在的雜質。

作為進一步的例子，本發明涉及包括根據上述標準的任一個的合金鋅粉的堿性電池。

適于堿性電池的合金鋅粉可以通過在EP1155464B1中描述的離心噴射(CA)方法來制造。液體鋅被灌注到一個圓盤上，該圓盤在無氧的保護氣氛下快速地旋轉。這個過程得到標準CA粉末。要根據本發明獲得被刺穿的粒子，則需要將噴射氣氛的溫度冷卻至低于110℃，并且優選溫度低于100℃。這可以通過使用強迫通風冷卻噴射腔的外表面。有利地，噴射在氧氣含量小于8vol％的氣氛下進行，并且更優選大于4vol％。

被刺穿的粒子在保持保存期限、限制PD析氣、確保優良加工能力的同時，在不降低電池的大電流容量的情況下允許使用較粗糙的粉末。相反地，在相同粒徑分布的情況下，被刺穿的粒子與經典粉末相比增強了大電流行為。

在堿性電池的陰極，按照下面的反應產生氫氧根離子：

MnO₂+H₂O+e^-→MnOOH+OH^-。

如上面的解釋，在陽極鋅中需要這些氫氧根離子，以避免鋅粒子表面鈍化。假設被刺穿的粒子改善了氫氧根離子從陰極到陽極的擴散，提高了堿性電池的所謂化學均勻性。這個重要性質能夠通過快步調間歇放電測試來評價，其中電池可以在高電流放電脈沖之間的很短一段時間內休息和調整均勻。

通過在顯微鏡下的直接視覺觀察或者通過使用形狀分析儀(例如比利時的Occhio?SA的ALPAGA系統)，能夠對被刺穿的粒子檢測并計數。