專利名稱：金屬顆粒和/或合金顆粒與液體電解介質組成的混合物及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種由金屬顆粒和/或合金顆粒與液體電解介質組成的混合物及其制備方法。
這種混合物是已知的并用于不同的目的，其中，金屬顆粒和/或合金顆粒可以溶解在液體電解介質中從而釋放電流的那些混合物特別重要。因此，特別地，這些混合物是其中顆粒可以溶解在酸或堿液中的金屬顆粒或合金顆粒的混合物。這種化學反應廣泛用于產生電流，例如在電池或蓄電池中，即可充電電池中。
一種非常常用的混合物由鋅顆粒或鋅合金的顆粒和作為液體電解介質的堿溶液組成。這些混合物例如與二氧化錳和液體電解介質成分的混合物一起使用，兩種混合物通常用一種隔板隔開。鋅或鋅合金的顆粒根據各種已知方法從液體鋅或液體鋅合金制備，例如通過噴霧或造粒。根據工藝條件，可以調節顆粒尺寸、顆粒大小分布和顆粒的外形，通常篩分去除過大尺寸和過小尺寸的顆粒。
從WO 98/50969中已知，使用不與汞混合的鋅或鋅合金的顆粒用于電化學電池，其中應盡可能均勻地成型鋅顆粒。在這種電化學電池中至今所使用的鋅顆粒是形狀不均勻的，這導致在鋅顆粒之間的電接觸差，被認為是不利的。為了減少這種缺點，過去已經試圖增大陽極中的鋅顆粒濃度。但是，這減小了電解質和反應產物的可用空間。
在本文中評述了該技術的現有狀態和至今使用的改善質量的方法。
根據WO 98/50969，質量需要通過使用等尺寸的均勻形狀的鋅顆粒來改善。優選使用的是與程度不同的大量的其它鋅粉末混合的均勻形狀的薄片，從而降低振實密度。通過加入約10％的這種薄片，鋅含量可以從67-71％降低到62-64％。
這種混合物的缺點是，實際上由薄片與其它鋅粉末難以制備其在制備過程中不會離析的均勻混合物，從而導致不均勻的振實密度和不均勻的電池填充。
本發明的目的是提供一種由金屬顆粒和/或合金顆粒與液體電解介質組成的混合物，可以用容易的可重復的制備，不會導致離析，在引入電池和蓄電池時在功率、壽命和對深放電和機械沖擊的抵抗性方面表現出最佳的性質，同時避免氣體放出。
本發明目的由具有不均勻形狀、不均勻表面、堆密度低于致密金屬和/或致密合金的比重的33重量％的不規則形狀的金屬顆粒和/或合金顆粒及液體介質的體積大于與干裝料顆粒之間的空隙所相應的體積來達到。
這種混合物在介質通過膠凝劑固化時，具有最佳的性質。優選使用的是其中金屬顆粒和/或合金顆粒由鋅和/或鋅合金組成的混合物。這些混合物優選的是含有小于65重量％，更優選的是甚至小于62重量％的鋅和/或鋅合金。
例如，通過其中形成不規則鋅顆粒的造粒方法，可以制備適用于根據本發明混合物的金屬顆粒和/或合金顆粒，其具有不均勻的表面，體積密度低于致密金屬和/或致密合金比重的33重量％。特別地，通過溶解氣體的突然釋放，通過金屬熔體的固化和通過多孔鑄件的形成來形成不規則的顆粒。這種顆粒具有非常寬的顆粒大小分布，是形狀不規則的，并且具有不均勻的表面。因此，單位重量金屬的表面相當大。但是，該顆粒能提供更直接的電接觸。在液體電解介質中的膠凝劑的使用明顯降低了對機械沖擊的敏感性。
對于鋅和鋅合金時，體積密度低于致密金屬和/或致密合金比重的33重量％意味著堆密度約為2.3g/ml。使用上述不規則的顆粒也可能提供堆密度低于2.3g/ml，因此制備混合物中含量小于62重量％的鋅的電池填充物。在帶有隔板和二氧化錳的堿性鋅電池中，例如，這樣的混合物在效率、壽命、對深放電和機械沖擊的抵抗性方面具有優異的性能，同時避免了放出大量的氣體。
這種金屬顆粒和/或合金顆粒的堆密度例如根據ASTM-B212確定。這種混合物在幾乎所有的顆粒之間還具有足夠的直接接觸，而且在產生電流時對電解質和反應產物有足夠的空間。
由于電解質的過量，這些混合物可以容易地用通常的方法計量。因此，有可能在保持電池的以前的制備方法下，引入含有更少的鋅和更多電解質的混合物，但在制成的電池性能方面具有以前的電池所沒有的優點。這些性能對提供恒定高功率并保證最小電壓為0.9伏/電池的電池是特別有利的。作為用于此目的的鋅合金，已經證明含有250ppm鉍、800ppm銦、但小于30ppm鉛的一種合金特別合適。當然，其它合金和合金范圍也是適用的。
因此，本發明的目的不僅涉及金屬顆粒和/或合金顆粒與液體電解介質的混合物，而且涉及制備這種混合物的方法，其特征在于通過噴霧或造粒把液體金屬或液體合金加工成不規則形狀的顆粒，這種顆粒具有不均勻的表面，堆密度低于致密金屬和/或致密合金比重的33重量％，還可在分離掉過大尺寸和/或過小尺寸的顆粒后，把顆粒引入到液體電解質中，該電解質還可含有膠凝劑或向其中加入膠凝劑，液體電解質的體積大于與干裝料的金屬顆粒或合金顆粒之間的間隙相應的體積。
最后，本發明的目的涉及具有不均勻表面且堆密度低于致密金屬和/或致密合金比重的33重量％的不規則形狀的金屬顆粒和/或合金顆粒在制備與液體電解介質的混合物中的應用，其中，該介質的體積大于與干裝料顆粒之間的間隙所相應的體積。
在附
圖1-4中，以50倍放大倍數表示了各種鋅基合金顆粒。
圖1表示主要為圓形顆粒的至今的常用產品，堆密度為3.62g/ml。
圖2-4表示堆密度為2.40g/ml(圖2)、2.00g/ml(圖3)和1.85g/ml(圖4)的相同的鋅合金的不規則產品。
根據圖3和4的產品在加工成與液體電解介質的混合物時，表現出最佳的結果，所述混合物含有比干裝料顆粒之間的空隙所相應的量更多的液體介質。用這種混合物制造的電池在功率、壽命、對深放電和機械沖擊的抵抗性方面表現出最佳結果，同時避免氣體的釋放。
權利要求
1.一種由金屬顆粒和/或合金顆粒與液體介質組成的混合物，特征在于所述金屬顆粒和/或合金顆粒形狀不規則，并具有不均勻的表面，堆密度低于致密金屬和/或致密合金比重的33重量％，所述介質的體積大于與干裝料顆粒之間間隙所相應的體積。
2.根據權利要求1的混合物，特征在于所述介質通過膠凝劑固化。
3.根據權利要求1或2的混合物，特征在于所述金屬顆粒和/或合金顆粒由鋅和/或鋅合金組成。
4.根據權利要求3的混合物，特征在于含有小于65重量％，優選小于62重量％的鋅和/或鋅合金。
5.一種制備由金屬顆粒和/或合金顆粒與液體電解介質組成的混合物的方法，特征在于通過噴霧或造粒把液體金屬或液體合金加工成不規則形狀的顆粒，所述顆粒具有不均勻的表面，堆密度低于致密金屬和/或致密合金比重的33重量％，還可在分離過大尺寸和/或過小尺寸的顆粒之后，把所述顆粒引入到液體電解質中，該電解質還可含有膠凝劑或向其中加入膠凝劑，所述液體電解質的體積大于干裝料的金屬顆粒或合金顆粒之間的間隙所相應的體積。
6.具有不均勻表面且堆密度小于致密金屬和/或致密合金比重的33重量％的不規則形狀的金屬顆粒和/或合金顆粒在制備與液體電解介質的混合物中的應用，其中，所述介質的體積大于干裝料的顆粒之間的間隙所相應的體積。
全文摘要
本發明涉及一種由金屬顆粒和/或合金顆粒與液體電解介質組成的混合物。本發明的混合物包括下列特征:金屬顆粒和/或合金顆粒是形狀不規則的,具有不均勻的表面,堆密度小于致密金屬和/或致密合金比重的33重量%,介質的體積大于干裝料顆粒之間的間隙所相應的體積。
文檔編號B22F1/00GK1358336SQ00809488
公開日2002年7月10日 申請日期2000年4月27日 優先權日1999年6月30日
發明者W·格萊澤爾 申請人:格里羅工廠股份公司