具有增大界面面積的堿性電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及堿性電池，其具有形成增大的陽極-陰極界面面積的單個陽極和單個陰極。
【背景技術】
[0002]常規的圓柱形堿性鋅-二氧化錳電池(也稱為“堿性電池”)，例如AA電池、AAA電池、和D電池，采用包含單個陽極和單個陰極的常規筒管構造。此類常規堿性電池的倍率性能通常是有限的，這是由于在陽極和陰極之間存在的界面面積有限以及過厚的電極(陽極和陰極)。陽極-陰極界面面積的增加將提高電池的倍率性能。
[0003]為了獲得陽極和陰極之間較高的界面面積而采用多個電極的電池構造是已知的；此類設計也可使用較薄的電極。例如，一種已知的設計采用多于一個陽極與單個陰極的組合或多于一個陰極與單個陽極的組合。可想象地，也可組合采用兩種類型的多于一個電極。
[0004]但是此類利用多個電極的已知設計被電互連多個獨立陽極和/或陰極結構的需求變得復雜，基本上在相同電極類型/極性的不同部分之間形成電并聯，即，陽極-陽極連接和陰極-陰極連接，使得這些電極能夠同時放電并傳遞能量。
[0005]例如，US 5，869，205涉及電化學電池，其具有第一電極諸如陰極，以及多個第二電極諸如陽極。在陰極內形成有多個腔，并且集流體將陽極電連接在一起。US 7，341，803涉及具有改善的高倍率和高功率放電容量的堿性電池，其中該電池具有附加的陽極或陰極。
[0006]WO 2004/095606A2涉及具有至少一個預成形的粒料的電池，該粒料設置在電池外殼內部并且包括由材料形成的外部電極部分，以在幾何上將粒料限定成固體形式。粒料包括一個內部電極，其由分隔體包封并嵌入外部電極部分的材料內。WO 2005/022671A1涉及電池諸如圓柱形堿性電池，其包括內部電極，該電極由分隔體包封并具有呈折疊構型的薄橫截面，內部電極形成為使得其外部輪廓大體適形于由外殼的內表面限定的輪廓。
[0007]看起來在一些上述嘗試中，電極界面面積可增大并且陽極電極和陰極電極的有效厚度均可相對于普通圓柱形堿性電池的那些厚度減小。然而，這些方法將可能需要復雜和昂貴的制造工藝。復雜性和成本來自電互連多個陽極和多個陰極的需要、形成不對稱的、不同心的形狀的需要、和分離電池內的互連裝置的需要。
[0008]因此需要具有增大電極界面面積并因此提供優異的高倍率性能-但是不需要電池內部多個陽極和陰極的互連的電池。
【發明內容】
[0009]本發明基于增大的電極界面面積并因此減小的有效電極厚度而提供具有優異的高倍率性能的電池設計，其還具有不需要多個陽極和陰極的互連的設計。本發明涉及堿性電池，其包括具有底端和頂端的外殼和設置在外殼內的電極組件。電極組件包括單個第一電極和單個第二電極、設置在第一電極和第二電極之間的分隔體、以及電解質。第一電極包括中空外部主體和定位在外部主體內的至少一個內部主體。外部主體和至少一個內部主體在外殼內在結構上接合在一起以在其中形成單個基本上均勻的結構，其具有基本上均勻的電極性能，例如導電性。第二電極包括中間主體，其至少部分地設置在外部主體和至少一個內部主體之間。中間主體與外部主體和至少一個內部主體是電隔離的。
【附圖說明】
[0010]雖然在說明書之后提供了特別指出和清楚地要求保護本發明的權利要求書，但是據信通過下面的描述并結合附圖可以更好地理解本發明。
[0011]圖1是本發明電池的一個實施例的示意性剖視圖，其包括第一電極和第二電極，示出電池的構型，其中第一電極接觸用作第一電極集流體的電池外殼。
[0012]圖2是本發明電池的另一個實施例的示意性剖視圖，其中第一電極和第二電極的相對位置相對于圖1實施例的那些位置反向。
[0013]圖3是圖2所示實施例的變型的示意性剖視圖。
[0014]圖4是本發明電池的一個實施例的示意性剖視圖，其中第一電極接觸由罐形成的電池外殼，并且第二電極中具有兩個空的空間，每個由第一電極的一部分(內部主體)占據。
[0015]圖5是沿線5-5截取的圖4所示實施例的示意性剖視圖。
[0016]圖6是圖4和5所示設計的變型的示意性剖視圖，其中第一電極的三個內部主體設置在第二電極的空的空間內，相對于外部主體的縱向軸線成銳角。
[0017]圖7是沿線7-7截取的圖6所示實施例的示意性剖視圖。
[0018]圖8是本發明電池的另一個實施例的示意性剖視圖，其中第二電極具有大體包括錐的形狀。
[0019]圖9是該電池的一個實施例的示意性剖視圖，其中第二電極具有大體包括錐的形狀，該錐具有凹的外側。
【具體實施方式】
[0020]本發明的電池10包括外殼20。外殼20可至少部分地由例如罐形成。電池具有彼此相對的兩個端:第一端或底端11和第二端或頂端12。本領域的技術人員將易于理解術語諸如“頂部”和“底部”、“上方”和“下方”等等是相對常規術語，描述在本文多個圖中所示的電池。在使用中，電池10可另外取向。
[0021]外殼20可為常用于一次堿性電池的任何常規類型，并且可由任何合適的材料制成，例如鍍鎳冷軋鋼或塑料。密封件70在圖中顯示為鄰近頂端12，其可由例如聚酰胺(尼龍)制成。外殼20可具有常規的圓柱形形狀-或可具有任何其它合適的非圓柱形形狀，例如棱柱形形狀。外殼20的內壁可用對電極具有低電接觸電阻的材料處理，例如碳。外殼20的內壁可鍍有例如鎳、鈷、或漆有碳負載的漆。
[0022]設置在外殼20內的電極組件包括單個第一電極30和單個第二電極40。術語“單個”在本文上下文中指示電極(不論是固體的、半固體的、或液體的)包括單個基本上均勻的結構-這與由一根或多根電線等互連的兩個或多個獨立電極相對。這種單個基本上均勻的結構可以整個單體形式形成或者可由兩個或更多個單獨部件組裝形成。在后一種情況下，組裝單獨部件以形成單個基本上均勻的電極，其具有基本上均勻的電極性能，例如整體導電性/電阻。
[0023]第一電極30和第二電極40中的一者具有正電荷,而另一個具有負電荷。電極30,40通過設置在電極30，40之間的分隔體50彼此電隔離。任何合適的分隔體，例如常規的堿性電池型分隔體，可用于電池10。分隔體50可包括例如一層賽璐玢與至少一層非織造材料的組合。對于AA-型電池，例如分隔體50可具有小于0.30mm的濕厚度，具體地小于0.20mm并且更具體地小于0.1Omm ；以及小于0.1Omm的干厚度，具體地小于0.07mm并且更具體地小于0.06mm。可使用安裝分隔體50的任何常規方法。
[0024]第一電極30包括一個基本上中空的外部主體31和至少一個設置在外部主體31內的內部主體32。外部主體31和至少一個內部主體32在外殼20內接合在一起以形成單個基本上均勻的結構，其具有基本上均勻的電極性能，例如整體導電性。因此，既不需要，又不使用電線或類似的裝置來互連第一電極30的部件。
[0025]本領域的技術人員將易于理解，當應用于本發明的電極時，術語“中空的”、“空的”、“均勻的”、“固體的”等等本文用于描述在所述元件本身之間的相對結構差異-并且不考慮電池內的電解質、插入一個或多個電極的集流體、或設置在另一個電極內的一個電極。