[發明專利]堿性電池操作方法有效

申請號：	201380017303.8	申請日：	2013-02-21
公開（公告）號：	CN104662730B	公開（公告）日：	2017-03-22
發明（設計）人：	T·夏洛克拉培爾;J·蓋拉威;D·斯坦恩格塔;N·尹蓋勒;M·尼亞克厄	申請（專利權）人：	紐約城市大學研究基金會
主分類號：	H01M10/48	分類號：	H01M10/48;H01M2/00
代理公司：	中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038	代理人：	歐陽帆
地址：	美國***	國省代碼：	暫無信息
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摘要：
搜索關鍵詞：	堿性電池操作方法
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【說明書】：

發明人：Tal?Sholklapper，Joshua?Gallaway，Daniel?Steingart，Nilesh?Ingale，和Michael?Nyce

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年2月21日提交的美國臨時專利申請61/601,067的優先權，該美國臨時專利申請在此通過引用的方式被并入。

政府支持聲明

在此所描述和要求權利的本發明部分地利用了美國能源部合同號DE-AR0000150提供的資金來完成。美國政府對本發明具有一定的權利。

技術領域

本發明一般涉及電池再充電的方法，并且更具體地，涉及確定二次和一次堿性電池兩者的最優充放電條件的方法。

背景技術

大多數商業堿性電池是一次使用的，這意味著單次放電后，他們被處理和更換。眾多商業制造商以低成本大量生產一次堿性電池。不可再充電的或一次電池(如堿性和碳-鋅型)構成每年出售的干電池的80％。雖然一次電池最初可能花費較少，但是與可再充電的電池(其可使用數十至數百倍次數)相比需要更頻繁地更換它們，這一需求最終使花費更多。堿性電池包含二氧化錳、石墨、鋼和鋅。由于回收非可再充電電池的成本超過了可再生的材料的價值，因此必須收費以使其回收在經濟上可行。不幸的是，盡管社會和政府努力，許多一次電池仍結束于垃圾填埋場。

每年，在美國超過30億一次家用電池被購買。其中許多含有重金屬，如鎘、鉛、鋰、汞、鎳、銀和鋅。如果處理不當，掩埋于垃圾填埋場，或焚燒，這些電池能通過滲入到地表水或地下水中或逸入空氣和土壤中而損害環境。

基于電池技術公司(Battery?Technologies?Inc.)開發的技術(參見，例如，美國專利號US4957827、US5204195、US5281497、US5336571、US5340666、US5346783和US5424145)，可再充電堿性電池近來進入市場。該技術由純能量(Pure?Engergy)、Grandcell、EnviroCell和Rayovac等商業化。然而，可再充電堿性電池的電池循環壽命是有限的，這部分是由于商業應用中采用的高深度放電而引起的，該高深度放電導致對電池的電化學成分的不可逆變化。此外，制造商制造專有充電器以用于其可再充電堿性電池，想要改善循環性能(參見，例如，美國專利號US4977364、US8153300和US7718305)，并僅以小形狀因子提供。一般，消費者可預期其可再充電堿性電池持續數十個至幾百個循環。這些限制阻礙可再充電堿性電池獲得主流接納；家用電池市場仍然由一次電池支配。

目前，由于酸泄漏、火災和爆炸的危險，制造商不推薦對一次電池進行再充電。但是，如果可以找到安全且便宜地對一次電池再充電的方法，其將可以反復使用，從而減少需要回收的電池的數量。

存在建立二次和一次堿性電池的達到最大循環壽命的最優操作參數的長久需要。除了充電條件之外，能夠控制電池操作放電條件也會是特別有用的，以便防止由過度放電引起的不可逆的變化。

附圖說明

當結合附圖閱讀時，本領域技術人員從以下示例性實施例的描述中將容易理解以上方面及其他方面。

圖1是描述如何定義電池操作條件的框圖。

圖2是示出示例中所討論的當電池隨時間(小時)循環時的電池電位的圖。

圖3是示出示例中討論的電池的作為循環數的函數的庫侖和能量效率的圖。

圖4A是示出示例中討論的電池的作為循環數的函數的能量的圖。

圖4B是示出示例中討論的電池的作為循環數的函數的EIS的圖。

圖5A是描述糊式Zn-MnO₂堿性電池的操作規程(protocol)的框圖。

圖5B是示出示例中討論的電池的作為循環數的函數的充放電能量的圖。

圖6A是描述具有流動電解質的Zn-MnO₂堿性電池的操作規程的框圖。