具有改善的分隔體的鹼性電池的製作方法

2023-10-09 21:20:19 2

專利名稱：具有改善的分隔體的鹼性電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於鹼性電池的分隔體。本發明涉及鹼性電池，尤其是具有包含鋅的陽極和包含二氧化錳的陰極以及介於陽極和陰極之間的改善的分隔體的鹼性電池。
背景技術：
一次鹼性電池通常具有包含鋅陽極活性材料的陽極、包含二氧化錳陰極活性材料的陰極、鹼性電解質、以及電解質可滲透的隔板。所述分隔體通常是單層的非織造材料的， 所述非織造材料包含纖維素纖維或聚乙烯醇纖維或者纖維素纖維和聚乙烯醇纖維的共混物。一種通常用於鹼性電池的現有技術的分隔體可由一片分隔體材料構成，所述分隔體材料自身卷繞以產生雙重分隔體層，其中每層是相同材料組成的。用於鹼性電池的現有技術的分隔體可具有兩層不同的材料，其被膠粘在一起。在美國專利4，361，632中，公開了雙層分隔體，其中一層是包含聚乙烯醇的塗層，其粘附到基部吸收層上。用於鹼性電池中的另一種雙層分隔體可包含玻璃紙的外層和由非織造人造絲和聚乙烯醇纖維的共混物構成的內層。通常使用聚丙烯酸來將玻璃紙層膠粘到由人造絲和聚乙烯醇纖維構成的層上以製備雙層層壓的分隔體，如美國專利4，902，590中所述。所述玻璃紙層具有小孔，其旨在防止鋅枝狀體在正常的電池使用期間從其中通過。如果鋅枝狀體通過分隔體，它們能夠導致電池短路。在採用玻璃紙作為一個層的常規的雙層分隔體中，將所述膜片彼此膠粘或粘合是必須的，因為玻璃紙非常易碎並且如果不粘合到另一層上將會破損或斷裂。然而，在分隔體卷繞成管狀構型期間，膠粘的層經歷捲曲。使用膠水來粘結分隔體層相面對的表面還具有這樣的缺點膠水或其它粘結材料能夠延遲電解質離子傳送通過分隔體主體的速率，其繼而能夠降低電池在高功率應用中的性能。具有整體層壓到浸漬層上的緻密層的分隔體公開在美國專利6，379，836中。兩層都包含防鹼性纖維素纖維，其可包括木漿。所述纖維可用氫氧化鈉處理，以便使它們在鹼性電解質存在下不收縮。用於圓柱形鹼性電池的分隔體通常可通過以直角交叉兩個平直的分隔體材料條而製備，因此在兩個交叉的條的中心有重疊部分。(每一條可由單層或雙層的如上所述的材料構成。)然後可通過將兩個交叉的條插入管道中並且熱密封底部(即兩條已交叉的部分) 而形成分隔體管道。還可熱密封側邊，從而形成具有封閉端和相對的開口端的分隔體管道。 可將這樣的分隔體管道通常以它的外表面緊靠陰極的內表面的排列方式插入鹼性電池圓柱形殼體的開口端中。定型用於鹼性電池的分隔體的其它方法描述在例如U. S 4，669，183 和 US 2008/0124621A1 中。所述陽極活性材料包含與氧化鋅和常規的膠凝劑(如羧甲基纖維素或丙烯酸共聚物)以及電解質混合的鋅粒。所述膠凝劑將鋅粒保持在適當的位置並且彼此接觸。通常將導電金屬釘(稱為陽極集電器)插入陽極材料中與端帽接觸，其形成電池的負端子。所述鹼性電解質通常是氫氧化鉀的水溶液，但是也可使用氫氧化鈉或氫氧化鋰的其它鹼性溶液。
所述陰極材料通常是二氧化錳顆粒的並且可包含少量的碳或粒狀石墨以增加導電性。由於電解MnO2 (EMD)的高密度並且其可方便地用電解方法以高純度獲得，所以其是鹼性電池優選的二氧化錳形式。可將粒狀石墨和KOH水溶液添加到二氧化錳中以形成陰極混合物。此類混合物形成溼的固體混合物，其能夠被完全壓實到電池殼體中。可將陰極材料預成型成盤形以形成以堆疊排列方式插入電池中的環形圈(例如，如美國專利5，283，139 中所示)，然後重新壓實。由於商業電池尺寸是固定的，已期望通過增加電極活性材料的表面積和通過裝填更大量的活性材料到電池中而嘗試增加容量，即電池有用的使用壽命。該方法具有實踐上的限制。如果將活性物質太緊密地裝填到電池中，這能夠降低放電期間電化學反應的速率， 繼而縮短使用壽命。可出現其它的有害效應如極化，尤其是在高耗用電流(高功率應用) 時。極化限制離子在電極活性材料中和在電解質中的遷移率，其繼而減少了使用壽命。MnO2 陰極活性材料和鹼性電池的電池殼體之間的接觸電阻也減少了使用壽命。這種接觸電阻損耗通常增加，尤其是當電池在高功率應用(介於約0. 5和1瓦特)期間放電時。有增加的製備更好適用於高功率應用的一次鹼性電池的商業需求。現代電子器件如蜂窩式電話、數位照相機和玩具、可攜式閃光裝置、遙控玩具、攝像機和高強度燈是此類高功率應用的實例。此類裝置需要介於約0. 5和2安培之間，更通常介於約0. 5和1. 5安培之間的高電流耗用速率，通常是脈衝的耗用電流。相應地，它們需要在介於約0. 5和2瓦特之間的功率需量下進行操作。在高功率應用時，當電池使用一段時間，儲存，然後再次使用，可提高鋅枝狀體形成的機率。已確定當電池已在高功率應用下頻繁使用時，常規的鹼性電池分隔體在防止鋅枝狀體顆粒偶爾穿過分隔體材料方面不那麼有效。當被鹼性電解質潤溼時，常規的分隔體還趨於溶脹至可通常超過300微米，或甚至超過約350微米的厚度。因此，期望降低分隔體厚度從而為陽極和陰極材料提供更多的電池體積。能夠適應高離子透過率的分隔體還能夠更加適用於用於高功率用途的鹼性電池中。總之，希望改善分隔體，以便可增加常規的一次鹼性電池有用的使用壽命，尤其是對於要用於高功率應用中電池。

發明內容
本發明涉及具有改善的分隔體的鹼性電池。所述鹼性電池通常具有包含鋅的陽極、包含二氧化錳的陰極、以及鹼性電解質(如含水氫氧化鉀)。所述鹼性電池可通常具有圓柱形殼體(外殼)，所述圓柱形殼體具有開口端和相對的封閉端。在加入電池內容物之後，可將端帽組件捲曲在適當的位置以封閉殼體開口端。在一個主要方面，本發明改善的分隔體是雙層分隔體。本發明的分隔體由兩片不同組成的材料構成，所述材料一片覆蓋在另一片上面並且卷繞成管狀。將卷繞的分隔體的底端摺疊封閉並且加熱密封。不將所述分隔體的剩餘部分(即形成分隔體主體的兩個卷繞的膜片相面對的表面)彼此膠合或換句話講彼此粘合。因此，相面對的膜片沒有彼此化學或物理結合併且未層壓或膠合在一起，而是通過摺疊和封閉的底端簡單地一片覆蓋在另一片上面而被保持在合適的位置。如果將分隔體的封閉端切開，那麼兩片分隔體膜片容易剝離。已確定以此方式形成的具有兩片重疊的不同材料的膜片(每片相面對的表面未膠合併且未結合在一起)的分隔體，導致改善的用於鹼性電池的分隔體。具體地講，當電池用於高功率應用中例如給數位照相機等供電時，本發明的分隔體提供具有較長使用壽命的鹼性電池。本發明的分隔體提供更大的設計靈活性，因為從不同的材料選擇每一層。例如，膜片中的一片可具有高離子傳輸特性，其由此允許在高功率應用中有優異的電解質的離子傳輸。然而，此類膜片可能不是足夠剛性的，以便以單層分隔體的形式使用。因此，在繼續本發明的構思中，可將不同材料的第二分隔體膜片覆蓋到該第一膜片上，從而為卷繞的分隔體提供更大的剛度和結構完整性。選擇兩種分隔體材料，以便使將兩個膜片相面對的表面結合在一起的需要成為不是必需的。在本發明中，使兩個膜片相面對的表面未結合併且未層壓在一起。這降低了通過分隔體的阻力並且由此改善了電解質離子傳輸，繼而改善了電池的倍率性能。在一個方面，本發明的分隔體由兩片分隔體膜片構成，即第一膜片覆蓋在第二膜片上，並且將兩片重疊的膜片卷繞成管狀。當平躺著觀察時，每片膜片具有矩形或大致矩形的構型。當平躺著觀察時，每片膜片具有一對相對的垂直邊緣(一個形成前緣而另一個形成後緣)和一對橫向邊緣(形成頂部邊緣和相對的底部邊緣)。(所述前緣是在卷繞方向上居前的邊緣)兩片膜片中的一片例如第一膜片形成卷繞的分隔體的外層或部分外層，而另一片膜片例如第二膜片形成卷繞的分隔體的內層或部分內層。通過將兩片膜片中的一片重疊在另一片上而形成分隔體。將重疊的膜片圍繞芯軸放置，將所述芯軸旋轉以形成管狀分隔體。(放置上述膜片前緣，以便使它們在所述芯軸旋轉的引導方向上。)將卷繞的分隔體的底部邊緣摺疊並且加熱密封閉合，形成底端封閉並且相對端開放的管型。如上所述，使形成分隔體主體的兩片膜片相面對的表面不結合在一起。兩片分隔體膜片中的一片例如第一膜片理想地由聚乙烯醇纖維和人造絲纖維的共混物形成。(人造絲是由再生纖維素所構成的或由再生纖維素構成的人造纖維所構成的半合成材料，所述再生纖維素中取代基已取代了不超過15%的纖維素羥基中所含的氫。) 纖維質的人造絲纖維趨於吸收電解質，並且聚乙烯醇纖維對鹼性電解質是親水性的並因此易於被電解質潤溼。聚乙烯醇纖維還向分隔體提供結構完整性，並且在鹼性電解質的存在下不降解。在所述第一膜片中，聚乙烯醇纖維可佔膜片重量的約20%和80%重量之間，通常約80%重量，而人造絲纖維可佔膜片重量的約80%和20%重量之間，通常約20%重量。 包含聚乙烯醇纖維和人造絲纖維的此類膜片是優選的，並且理想地具有介於約30和120微米(乾燥)之間的厚度，和介於約20和40g/m2(乾燥)之間的基重，以及介於75%和85% (孔體積/總體積X 100)(乾燥)之間的孔隙率。作為另外一種選擇，第一膜片可由100% 的纖維素材料構成，而不是包含聚乙烯醇纖維和人造絲纖維的共混物。用於第一膜片的其它合適的材料可以是100%的聚乙烯醇或100%的尼龍66纖維，但是聚乙烯醇和人造絲纖維的共混物是優選的。另一片(第二)分隔體膜片理想地由包含木漿和聚乙烯醇纖維的材料形成。所述木漿(乾燥)基本上由木質纖維素纖維構成，但還可包含某些通常存在於通過化學製漿法處理的木料中的殘餘的紙漿化合物。所述木漿可由樹木製成，所述樹木是針葉樹或者具有小葉片或大葉片的樹，並且優選由硬木樹製成。所述第二膜片中採用的木漿優選是鹼化過的，即用氫氧化鈉處理過的木漿，以有助於溶解殘餘物，增強纖維，並且使纖維更加耐鹼性電解質侵蝕。此類殘餘的化合物可包括例如木質素、樹脂、以及半纖維素。所述殘餘的化合物通常按重量計佔用於所述(第二)分隔體膜片的乾燥木漿小於約3%。因此，如本文所用，術語「木漿」理解為乾燥的木漿纖維素纖維，其按重量計包含至少約97 %的木質纖維素纖維，殘餘物包含按重量計小於約3%的殘餘化合物。用於該(第二)分隔體膜片中的木漿纖維與人造絲纖維的區別在於人造絲纖維由以下物質形成通過纖維素硝酸酯纖維的脫硝作用(Chardonette方法)形成的再生纖維素 (化學改造的纖維素材料)，或者其中取代基已取代纖維素羥基中不超過約15%的氫的再生纖維素，或者通過粘膠方法形成的再生纖維素。此類再生方法賦予物理特性，具體地講， 與人造絲纖維相關的物理特性。術語「再生纖維素」是指這樣的纖維素，其已經歷化學改變而產生可溶解的纖維素化學衍生物，並且纖維素纖維由其中再生。例如，在用於製備人造絲纖維的粘膠方法中，將還可包含木質素的木漿用強鹼(氫氧化鈉)處理以形成鹼性纖維素，其繼而通過與二硫化碳(( )反應而被轉化成纖維素黃原酸酯。將反應產物通常保持在25-35°C數小時，除去過量的二硫化碳。然後將產物溶解在稀釋的氫氧化鈉中，其中它首次被完全溶解。該溶液被稱為粘膠。使新鮮的粘膠溶液熟化幾天，以便其通過逐漸的分解反應(涉及水解和皂化)開始凝結。然後將凝結的粘膠溶液通過噴絲頭(具有小孔的板或頭部)擠出。當粘膠離開噴絲頭時，其穿入硫酸(H2SO4)浴中，得到再生的纖維素材料，即人造長絲的形成。然後通過拉成人造絲纖維而拉伸人造長絲。可將人造絲纖維切割至期望的長度。相反，第二分隔體膜片中所提及的「木漿」不是再生纖維素的，並因此未經歷與人造絲的製造具體相關的處理。該第二膜片中的木漿優選是鹼化的木漿，即其已用氫氧化鈉充分處理以釋放並且溶解木漿殘餘物，主要是包含在所述漿狀物中的木質素、樹脂、以及半纖維素材料。木漿纖維素纖維本身的化學組成基本上未變，雖然可出現某些結晶結構上的變化。用於該第二分隔體膜片中的鹼化的木漿具有小於約3%重量，優選小於約重量的殘餘物含量。所述鹼化的木漿中的木質素含量為優選小於1 %重量，通常小於約500ppm(木質素重量份數/百萬份鹼化的漿狀物)。因此，用於第二分隔體膜片中的鹼化的木漿基本上由包含小於約重量，優選小於500ppm的木質素的木漿纖維素纖維構成。第二分隔體膜片中鹼化的木漿含量理想地介於約75%和82%重量之間，同時所包含的聚乙烯醇纖維佔所述膜片重量的約18%和25%重量之間，通常約18%重量。用於該膜片的優選的組成為 82%重量的木漿和18%重量的聚乙烯醇纖維。用於該第二膜片的另一優選的組成為75% 重量的木漿和25%重量的聚乙烯醇纖維。包含木漿和聚乙烯醇纖維的此類膜片所期望的厚度可介於約30微米和50微米(乾燥)之間，基重可介於約20g/m2和32g/m2 (乾燥)之間， 而孔隙率可介於約50%和70% (乾燥)之間。因此，優選的是所述第一和第二膜片中的至少一種，其中包含與另一膜片中不同並且不包含在另一膜片中的材料。所述兩片分隔體膜片的特徵還能夠在於它們能夠阻止氣流的優點。富含木漿的膜片(第二膜片)當通過其Gurley透氣率數值(ASTM D-737)(在Gurley透氣度儀(低壓型、 標準壓型和高壓型)上測定)確定時具有低的氣流(滲透性)。這些裝置指示一定體積的空氣通過分隔體膜片(使用限定的氣流孔口尺寸)所需的時間。所述透氣度儀被設計來測量較低透氣率的紙材和非織造材料。低氣流紙材能夠具有對氣流值的阻力，例如約20、30 或50水平的Gurley數(使用4150高壓透氣度儀)。如本文所用和所定義，術語Gurley數為每平方英寸面對進來的氣流的膜片表面，10立方釐米(cm3)體積大氣壓下的空氣通過分隔體膜片以秒計所用的時間(使用4150高壓透氣度儀)。術語Gurley秒數可與Gurley 數互換使用。有直接的計算來將一臺儀器上以一定的空氣體積和孔口尺寸測量的Gurley 秒數轉換成在其它透氣度儀上以不同體積和孔口測量的值。包含介於約75%和82%重量之間的木漿並且聚乙烯醇纖維佔膜片重量約18%和25%重量之間的第二分隔體膜片具有介於約20和60秒之間的所測得的Gurley透氣率數值。高滲透性的富含聚乙烯醇的紙材如以上提及的優選的第一膜片(例如包含80% 重量的聚乙烯醇和20%重量的人造絲纖維)需要不同的儀器來測量它們的透氣率。此類膜片具有非常高的透氣率。測量此類高聚乙烯醇含量的膜片的氣流滲透性的合適儀器為GUrley4301織物透氣性測試儀或Frazier織物透氣性測試儀。當使用此類織物透氣性測試儀來測量高滲透性的膜片時，結果以大氣壓下的氣流的立方英尺數/分鐘/平方英尺面對流入的空氣的材料報導。這些儀器以立方英尺/分鐘/平方英尺面對流入的空氣的材料測量實際的流量(假定有0. 5psi的壓降)。(高滲透性的紙材的透氣率值可通常在10至200立方英尺/分鐘 (以及更高)/平方英尺面對流入的空氣的材料的範圍內。當通常使用織物透氣性測試儀測量時，包含80%重量的聚乙烯醇和20%重量的人造絲的優選的第一膜片具有大於100，通常介於約100和200之間立方英尺通過的大氣壓下的空氣/分鐘/平方英尺面對流入的空氣的膜片的透氣率。以上兩片膜片的第一或第二膜片可形成卷繞的分隔體的內層或者內層的至少一部分。另一膜片可形成卷繞的分隔體的外層或外層的至少一部分。在一個優選的實施方案中，卷繞的分隔體的內層由包含聚乙烯醇纖維和人造絲纖維的共混物的膜片形成。在那種情況下，卷繞的分隔體的外層由包含木漿和聚乙烯醇纖維的共混物的膜片形成。包含聚乙烯醇纖維和木漿的共混物的膜片表現出高的離子遷移率，即使得鹼性電解質在其中非常良好的離子傳輸，尤其是與玻璃紙相比。然而，這種包含聚乙烯醇纖維和木漿的膜片具有典型曲折的小孔結構，所述小孔結構用來抑制鋅粒或鋅枝狀體從其中通過， 即使電池被用於高功率應用中並且在應用期的之間被間歇貯存。包含聚乙烯醇和人造絲纖維的重疊膜片改善了分隔體的結構完整性。該後來的膜片還表現出使鹼性電解質離子易於從其中通過的良好的分隔體特性。該膜片向卷繞的分隔體提供必需的結構完整性和回彈力。這種回彈力有助於保持卷繞的分隔體的頂部邊緣緊靠著用於密封電池殼體開口端的密封盤的底部表面。在一個重要的方面，本發明的分隔體由不同的材料的兩片重疊的膜片(第一和第二膜片)形成，使所述膜片的相面對的表面不互相結合。將重疊的膜片在芯軸上卷繞以形成管狀，並且如上所述將卷繞的分隔體的底部邊緣封閉並且加熱密封。(當以豎直位置觀察電池，殼體封閉端在底部時，如本文所用的分隔體的底部邊緣應理解為最接近電池殼體封閉的底端的邊緣。)彼此相對的每片膜片的位置的各種方位是可能的並且在本發明的範圍內。所述兩片分隔體膜片可橫向重疊，以便每片膜片的一部分形成分隔體外表面的不同部分。在該後來的實施方案中，每片膜片的一部分還形成分隔體內表面的不同部分。作為另外一種選擇，分隔體可由兩片膜片形成，其中第一膜片形成外層，其完整地覆蓋在第二膜片上。在這些實施方案的任何一個中，第一和第二膜片中的一個的頂部邊緣可在豎直方向延伸超過另一膜片的頂部邊緣。(當電池保持在豎直位置，殼體開口端在頂部時，如本文所用的分隔體『頂部邊緣』應理解為指最接近電池殼體開口端的分隔體邊緣。)反之，第一和第二膜片中的一個的底部邊緣可在豎直方向延伸超過另一膜片的底部邊緣。


圖1是代表性的鹼性電池的繪畫剖面圖，其顯示本發明分隔體的位置。圖IA為電池底部的正視剖面圖。圖2是示出了構成分隔體的兩片膜片在卷繞前的布置的一個實施方案。圖2A是用於圖2中所示的膜片按順時針卷繞的芯軸。圖2B是由圖2中所示的膜片卷繞的分隔體的繪畫視圖。圖2C是圖2B中所示的卷繞的分隔體的頂視圖。圖2D是圖2B的底視圖，其示出了圖2B中所示的卷繞的分隔體的封閉摺疊的底端。圖3是示出了構成分隔體的兩片膜片在卷繞前的布置的一個實施方案。圖3A是用於圖3中所示的膜片按順時針卷繞的芯軸。圖IBB是由圖2中所示的膜片卷繞的分隔體的繪畫視圖。圖3C是圖;3B中所示的卷繞的分隔體的頂視圖。圖3D是圖;3B的底視圖，其示出了圖中所示的卷繞的分隔體的封閉摺疊的底端。圖4是示出了構成分隔體的兩片膜片在卷繞前的布置的一個實施方案。圖4A是用於圖4中所示的膜片按順時針卷繞的芯軸。圖4B是由圖4中所示的膜片卷繞的分隔體的繪畫視圖。圖4C是圖4B中所示的卷繞的分隔體的頂視圖。圖4D是圖4B的底視圖，其示出了圖4B中所示的卷繞的分隔體的封閉摺疊的底端。圖5示出了如圖2B中的分隔體構型，不同的是形成分隔體的膜片中的一片在豎直方向延伸到另一膜片的頂部邊緣之上。圖5A是圖5中所示分隔體的頂視圖。圖6示出了如圖2B中的分隔體構型，不同的是形成分隔體的膜片中的一片在豎直方向延伸到另一膜片的底部邊緣之下。圖6A是圖6中所示分隔體的頂視圖。圖7示出了如圖;3B中的分隔體構型，不同的是內部膜片在豎直方向延伸到外部膜片的頂部邊緣之上。圖7A是圖7中所示分隔體的頂視圖。圖8示出了如圖;3B中的分隔體構型，不同的是外部膜片在豎直方向延伸到內部膜片的頂部邊緣之上。圖8A是圖8中所示分隔體的頂視圖。圖9示出了如圖4B中的分隔體構型，不同的是內部膜片在豎直方向延伸到外部膜片的頂部邊緣之上。圖9A是圖9中所示分隔體的頂視圖。
圖10示出了如圖4B中的分隔體構型，不同的是外部膜片在豎直方向延伸到內部膜片的頂部邊緣之上。圖IOA是圖10中所示分隔體的頂視圖。
具體實施例方式具體的鹼性電池10的構型示於圖1中，其中可有利地採用本發明的分隔體。在共同轉讓的專利公布US-2008-0102365-A1中也說明了示於圖1中的鹼性電池10(但未用本發明的分隔體)。本發明的分隔體對於鹼性電池具有廣泛的應用，尤其是具有包含鋅的陽極和包含二氧化錳的陰極以及鹼性電解質的電池。當應用於圖1的電池時，本發明的分隔體的應用經由具體使用的實例給出，並且不旨在限於圖1中所示的電池結構。在圖1的電池10實施方案中，有端帽組件14和具有開口端15和相對的封閉端17 的圓柱形外殼70，其中端帽組件14被插入到所述開口端15中以密封電池。端帽組件14尤其適用於標準AAAG4mmX9mm)、AA09mmX 12mm)、C(49mmX25mm)和 D(58mmX32mm)型號的圓柱形鹼性電池。端帽組件14尤其可用於較小尺寸的鹼性電池如AAA和AA型號的電池， 但是也可有利地用於C和D型號的電池。此類鹼性電池，如電池10(圖1和1A)理想地具有包含鋅的陽極140、包含Mn02的陰極120，其中本發明的電解質可滲透的隔板130位於其間。陽極140和陰極120通常包括含水氫氧化鉀電解質。作為另外一種選擇，陽極140可包含鋅，陰極120可包含羥基氧化鎳，並且電解質通常包含含水氫氧化鉀。陰極120可堆積成盤120a，每個具有用於陽極材料140插入的中心開口，其中分隔體130埋入陽極140和陰極120之間(圖1和1A)。端帽組件14包括金屬支撐盤40、下面的密封盤20、集流體80，所述集流體80穿過密封盤20的中心孔M並且接觸陽極140。如圖1所示，單獨的金屬末端端帽60疊在金屬支撐盤40之上。電池的中心縱向軸線190穿過集流體80 (圖1)。陰極集流體80是黃銅的，優選鍍錫或鍍銦以有助於抑制放氣。可將集流體80的頭部87直接焊接到端帽60的下側。本發明的分隔體130具有優異的結構完整性和回彈力，其能夠使分隔體頂部邊緣 132保持緊靠著密封盤20的底部表面220。分隔體130頂部邊緣132保持緊靠著密封盤 20的底部表面220並且不會移位，即使電池不注意被從1米的高度掉落到硬質表面上。這種性質防止任何陽極140材料通過分隔體邊緣132進入陰極120中，其將導致立即的電壓下降或電池短路，使電池不能使用。本發明的分隔體130優異的回彈力保持邊緣132緊壓在密封盤20的底部表面220上是本發明的一個優點。在陰極120之後，分隔體130和陽極 140被插入外殼70中，端帽組件14被插入外殼開口端15中。將外殼70的周邊邊緣72捲曲在絕緣密封盤20的周邊邊緣28之上。繼而將絕緣密封盤20的周邊邊緣觀捲曲在端帽 60的周邊邊緣66和金屬支撐盤40的邊緣49兩者之上。優選地，在組裝期間，絕緣盤20的向下延伸的壁26緊靠著金屬支撐盤40的向下延伸的壁45的內表面。金屬支撐盤40 (圖1)優選地具有基本平坦的中部43，其中孔41居中其中心。金屬支撐盤40優選地由具有迴旋表面的單件金屬構造的盤形成。金屬支撐盤40的一部分具有向下傾斜的壁45，並且具有至少一個穿過其的破裂孔48。金屬支撐件40由具有良好機械強度和耐腐蝕性的導電金屬構成，例如鍍鎳冷軋鋼、不鏽鋼或低碳鋼。
當以與端帽組件14成豎直位置俯視電池時，金屬支撐盤40的向下延伸的壁45由所述支撐盤40的壁45上的高點4 面向電池內部向下延伸至所述壁45上的低點45b。支撐盤40的向下延伸的壁45優選在向下傾斜的方向上平直，或者當由電池外部觀察時可以具有稍微凸起的表面輪廓(向外膨脹)。向下延伸的表面45終止於周邊邊緣49。絕緣密封盤20(圖1)具有包括向下延伸的壁沈的迴旋表面，其中當以與端帽組件14成豎直位置俯視電池時，其表面的一部分位於金屬支撐盤40中的孔48之下並鄰接所述孔。當以與端帽組件14成豎直位置俯視電池時，密封盤20的壁沈由其表面上的高點 26a向下延伸至其表面上的低點^b。絕緣盤20的表面沈優選在斜往下的方向上是直的 (即不往裡或往外凸)，但從電池外面觀察時，還可具有稍微凸起的表面輪廓。向下延伸的表面沈終止於向上延伸的周邊邊緣28。金屬支撐盤40 (圖1)中所述孔48下面向下延伸的表面沈的部分具有底切凹槽 210，其形成薄的可破裂膜23。可破裂膜23鄰接金屬支撐盤40中的孔48。當電池中的氣壓升高時，所述可破裂膜23穿過所述孔48並且破裂，從而釋放氣體到膜23上方的頂部空間18中，即介於膜23和上覆的端帽60之間的空間。然後氣體穿過端帽60(圖1)中的排氣小孔65到外部環境中。在本發明的一個實施方案中，分隔體130可具有圖2B中所示的構型。在該實施方案中，分隔體130由兩個層130a和130b形成，其中所述層橫向重疊，以便每層的一部分形成完整的分隔體130的外表面的一部分，並且每層的一部分形成內表面的一部分，如圖2B 中最佳地所示。即，分隔體層130a的一部分和分隔體層130b的部分形成完整的卷繞的分隔體130的外表面(圖2B)。相反，分隔體層130a的另一部分和分隔體層130b的另一部分形成完整的卷繞的分隔體130的內表面(圖2B)。這種分隔體構型(圖2B)可通過以下步驟形成將第一(頂部)膜片130a置於下面的第二膜片130b之上，以便以圖2中所示的方式第一膜片130a的暴露的垂直前緣133a覆蓋下面的膜片130b的下面的前緣13北。如圖 2中所示，第一膜片130a的後緣133al和下面的膜片130b的後緣133bl也都是暴露的。兩片膜片130a和130b可以是矩形構造的並且是相同尺寸的。可通過將所述兩片重疊的膜片 130a和130b (圖2)靠著不鏽鋼芯軸200的外表面201放置並且如圖2A中所示順時針旋轉芯軸而將它們卷繞。可使用Hibar卷繞器例如S0548型(Hibar Systems Limited, Toronto Canada)來實現所述卷繞。在卷繞期間，不向分隔體膜片130a和130b進行加熱。分隔體層 130a和130b可通過送料鼓(未示出)提起並且通過部分真空被抓到其上合適的位置處，然後傳遞至卷繞芯軸表面201。在這種情況下，內部的膜片必須具有足夠的透氣率以使真空能夠將外部的紙材抓到送料鼓上。作為卷繞過程中的最後一步，分隔體底部邊緣131可通過以下步驟封閉向內摺疊每個膜片130a和130b的底部邊緣以形成褶疊部份135，然後熱密封褶疊部份135以形成如圖2D中所示的封閉的底部131a。在褶疊部份135的熱密封之前， 可向分隔體130的底部邊緣131處的分隔體褶疊部份135施加水薄霧以促進摺疊的底部的熱密封以形成封閉的底部131a。當卷繞的分隔體130仍在芯軸表面201上時，可通過向褶疊部份135壓上溫度介於約180和340°C之間的熱壓板而實現熱密封。優選的是在卷繞過程期間，無膠水被嵌入到兩個分隔體層130a和130b的相面對的表面之間。並因此，所述分隔體層相面對的表面(即介於頂部邊緣132和底部邊緣131之間)不是化學或物理粘合在一起的，並且不是層壓在一起的。所述分隔體層相面對的表面在頂部邊緣132和底部邊緣131之間是彼此接觸的，但是不粘合在一起。而是，所述分隔體層相面對的表面主要由於封閉的底部131a而被保持在一起，所述封閉的底部131a是僅有的被熱密封的分隔體部分以封閉分隔體的底部邊緣131。所述分隔體層是足夠耐用的，以便它們不斷裂或破損，雖然它們在邊緣131和132之間未粘合在一起。有利的是在兩個分隔體層之間不使用膠水，因為這種膠水或其它粘合材料能夠延緩電解質離子傳輸通過完整的分隔體130的速率，尤其是當電池用於高功率應用中時。一旦封閉的底部131a被打開或者從剩餘的分隔體材料上切除， 能夠容易地將兩個層130a和130b剝離。因此，保持層130a和130b相面對的表面未膠合併且未熱密封或化學層壓在一起，只是將底部邊緣131熱密封以形成封閉的底部131a。所完成的卷繞的分隔體130具有圖2B和2C中所示的構型。在陰極盤120a已被置於外殼70 中之後，可將所完成的分隔體130(圖2B)插入電池外殼70中，以便分隔體130的外表面緊靠著陰極盤120a的內表面(圖1和1A)。如圖1和IA所示，分隔體頂部邊緣132保持緊靠著絕緣盤20的底部表面220，而封閉的底部131a保持靠著殼體70的封閉端17。然後插入陽極材料140，以便分隔體130緊位於陰極盤120a和陽極140之間。頂部邊緣132是足夠有彈力的，以便在電池壽命期間其保持緊靠著絕緣盤20的底部表面220。
在本發明的另一個實施方案中，分隔體130可具有圖;3B中所示的構型。在該實施方案中，分隔體130由兩個層130c和130d形成，其中第一層130c形成外層，其完全覆蓋第二層130d，即下面的內層130d，如圖;3B中最佳地所示。這種分隔體構型(圖3B)可通過以下步驟形成將第一(頂部)膜片130c置於下面的第二膜片130d之上，以便以圖2中所示的方式第一(頂部)膜片130c所暴露的垂直後緣133cl覆蓋下面的膜片130d的下面的後緣133dl。如圖3中所示，下面的膜片130d的前緣133d還延伸超過第一(頂部)膜片 130c的前緣133c。所述兩個膜片130c和130d可以是矩形構型的並且是相同尺寸的。可通過將所述兩片重疊的膜片130c和130d(圖3)靠著不鏽鋼芯軸200的外表面201放置並且如圖3A中所示順時針旋轉芯軸而將它們卷繞。可使用Hibar卷繞器例如S0548型(Hibar Systems Limited, Toronto Canada)來實現所述卷繞。作為卷繞過程中的最後一步，分隔體底部邊緣131可通過以下步驟封閉向內摺疊每個膜片130c和130d的底部邊緣以形成褶疊部份135，然後熱密封褶疊部份135以形成如圖3D中所示的封閉的底部131a。優選的是在卷繞過程期間，無膠水被嵌入到兩個分隔體層130c和130d的相面對的表面之間。並因此，所述分隔體層相面對的表面(即介於頂部邊緣132和底部邊緣131之間)不是化學或物理粘合在一起的，並且不是層壓在一起的。所述分隔體層相面對的表面在頂部邊緣132和底部邊緣131之間是彼此接觸的，但是不粘合在一起。而是，所述分隔體層相面對的表面主要由於封閉的底部131a而被保持在一起，所述封閉的底部131a是僅有的被熱密封的分隔體部分以封閉分隔體的底端。所述分隔體層是足夠耐用的，以便它們不斷裂或破損，雖然它們在邊緣131和132之間未粘合在一起。有利的是在兩個分隔體層之間不使用膠水，因為這種膠水或其它粘合材料能夠延緩電解質離子傳輸通過完整的分隔體130的速率，尤其是當電池用於高功率應用中時。一旦封閉的底部131a被打開或者從剩餘的分隔體材料上切除， 能夠容易地將兩個層130c和130d剝離。因此，保持層130c和130d相面對的表面未膠合併且未熱密封或化學層壓在一起，只是將底部邊緣131熱密封以形成封閉的底部131a。所完成的卷繞的分隔體130具有圖;3B和3C中所示的構型。在陰極盤120a已被置於外殼70 中之後，可將所完成的分隔體130(圖3B)插入電池外殼70中，以便分隔體130的外表面緊靠著陰極盤120a的內表面(圖1和1A)。如圖1和IA所示，分隔體頂部邊緣132保持緊靠著絕緣盤20的底部表面220，而封閉的底部131a保持靠著殼體70的封閉端17。然後插入陽極材料140，以便分隔體130緊位於陰極盤120a和陽極140之間。頂部邊緣132是足夠有彈力的，以便在電池壽命期間其保持緊靠著絕緣盤20的底部表面220。在本發明的另一個實施方案中，分隔體130可具有圖4B中所示的構型。在該實施方案中，分隔體130由兩個層130e和130f形成，其中所述層可以是相同尺寸和形狀的，並且被置於彼此直接覆蓋在一起，以便如圖4中所示每個膜片相應的邊緣彼此重合。在該實施方案中，分隔體130由兩個層130e和130f形成，其中第一層130e形成外層，其覆蓋第二層130f，即下面的內層130f，如圖;3B中最佳地所示。這種分隔體構型(圖4B)可通過以下步驟形成簡單地將第一(頂部)膜片130e置於下面的第二膜片130f之上，以便以圖4中所示的方式第一(頂部)膜片130e所暴露的垂直前緣13 與下面的膜片130f的下面的前緣133f重合。並且如圖4中所示，第一(頂部)膜片130e的後緣133el和下面的膜片 130f的後緣133fl重合。所述兩個膜片130e和130f可以是矩形構型的並且是相同尺寸的。可通過將所述兩片重疊的膜片130e和130f (圖4)靠著不鏽鋼芯軸200的外表面201 放置並且如圖4A中所示順時針旋轉芯軸而將它們卷繞。可使用Hibar卷繞器例如S0548型 (Hibar Systems Limited, Toronto Canada)來實現所述卷繞。在卷繞期間，不向分隔體層 130e和130f進行加熱。作為卷繞過程中的最後一步，分隔體底部邊緣131可通過以下步驟封閉向內摺疊每個膜片130e和130f的底部邊緣以形成褶疊部份135，然後熱密封褶疊部份135以形成如圖4D中所示的封閉的底部131a。優選的是在卷繞過程期間，無膠水被嵌入到兩個分隔體層130e和130f的相面對的表面之間。並因此，所述分隔體層相面對的表面 (即介於頂部邊緣132和底部邊緣131之間)不是化學粘合在一起的，並且不是層壓在一起的。所述分隔體層相面對的表面在頂部邊緣132和底部邊緣131之間是彼此接觸的，但是不粘合在一起。而是，所述分隔體層相面對的表面主要由於封閉的底部131a而被保持在一起，所述封閉的底部131a是僅有的被熱密封的分隔體部分以封閉分隔體的底端。所述分隔體層是足夠耐用的，以便它們不斷裂或破損，雖然它們在邊緣131和132之間未粘合在一起。有利的是在兩個分隔體層之間不使用膠水，因為這種膠水或其它粘合材料能夠延緩電解質離子傳輸通過完整的分隔體130的速率，尤其是當電池用於高功率應用中時。一旦封閉的底部131a被打開或者從剩餘的分隔體材料上切除，能夠容易地將兩個層130e和130f 剝離。因此，保持層130e和130f相面對的表面未膠合併且未熱密封或化學層壓在一起，只是將底部邊緣131熱密封以形成封閉的底部131a。所完成的卷繞的分隔體130具有圖4B 和4C中所示的構型。在陰極盤120a已被置於外殼70中之後，可將所完成的分隔體130 (圖 4B)插入電池外殼70中，以便分隔體130的外表面緊靠著陰極盤120a的內表面(圖1和 1A)。如圖1和IA所示，分隔體頂部邊緣132保持緊靠著絕緣盤20的底部表面220，而封閉的底部131a保持靠著殼體70的封閉端17。然後插入陽極材料140，以便分隔體130緊位於陰極盤120a和陽極140之間。頂部邊緣132是足夠有彈力的，以便在電池壽命期間其保持緊靠著絕緣盤20的底部表面220。可修改圖2B中所示的實施方案，以便可延伸分隔體膜片130b的頂部邊緣，使得其比分隔體膜片130a的頂部邊緣更高。這種構型示於圖5中，其中分隔體膜片130b的頂部邊緣130bl延伸超過，即高於分隔體膜片130a的頂部邊緣130al。如圖5中所示的卷繞的分隔體的構型在其它方面與針對圖2B所示和所述的相同。因此，卷繞的分隔體膜片的頂視5A與圖2C中所示的頂視圖相同。可將圖5中所示的分隔體的底部邊緣131摺疊並且熱密封以形成圖2D中所示的摺疊的底部。還可修改圖2B中所示的實施方案，以便可延伸分隔體膜片130b的底部邊緣，使得其比分隔體膜片130a的底部邊緣更低。這種構型示於圖6中，其中分隔體膜片130b的底部邊緣13(Λ2延伸超過，即低於分隔體膜片130a的底部邊緣130a2。如圖6中所示的卷繞的分隔體的構型在其它方面與針對圖2B所示和所述的相同。因此，卷繞的分隔體膜片的頂視6A與圖2C中所示的頂視圖相同。可將圖6中所示的分隔體的底部邊緣131摺疊並且熱密封以形成圖2D中所示的摺疊的底部。可修改圖;3B中所示的實施方案，以便可延伸內部分隔體膜片130d的頂部邊緣，使得其比外部分隔體膜片130c的頂部邊緣更高。這種構型示於圖7中，其中內部分隔體膜片 130d的頂部邊緣130dl延伸超過，即高於外部分隔體膜片130c的頂部邊緣130cl。如圖7 中所示的卷繞的分隔體的構型在其它方面與針對圖3B所示和所述的相同。因此，卷繞的分隔體膜片的頂視7A與圖3C中所示的頂視圖相同。可將圖7中所示的分隔體的底部邊緣131摺疊並且熱密封以形成圖3D中所示的摺疊的底部。可修改圖;3B中所示的實施方案，以便可延伸外部分隔體膜片130c的頂部邊緣，使得其比內部分隔體膜片130d的頂部邊緣更高。這種構型示於圖8中，其中外部分隔體膜片 130c的頂部邊緣130cl延伸超過，即高於分隔體膜片130d的頂部邊緣130dl。如圖8中所示的卷繞的分隔體的構型在其它方面與針對圖3B所示和所述的相同。因此，卷繞的分隔體膜片的頂視8A與圖3C中所示的頂視圖相同。可將圖8中所示的分隔體的底部邊緣 131摺疊並且熱密封以形成圖3D中所示的摺疊的底部。可修改圖4B中所示的實施方案，以便可延伸內部分隔體膜片130f的頂部邊緣，使得其比外部分隔體膜片130e的頂部邊緣更高。這種構型示於圖9中，其中內部分隔體膜片 130f的頂部邊緣130fl延伸超過，即高於外部分隔體膜片130e的頂部邊緣130el。如圖9 中所示的卷繞的分隔體的構型在其它方面與針對圖4B所示和所述的相同。因此，卷繞的分隔體膜片的頂視9A與圖4C中所示的頂視圖相同。可將圖9中所示的分隔體的底部邊緣131摺疊並且熱密封以形成圖4D中所示的摺疊的底部。可修改圖4B中所示的實施方案，以便可延伸外部分隔體膜片130e的頂部邊緣，使得其比內部分隔體膜片130f的頂部邊緣更高。這種構型示於圖9中，其中外部分隔體膜片 130e的頂部邊緣130el延伸超過，即高於內部分隔體膜片130f的頂部邊緣130fl。如圖9 中所示的卷繞的分隔體的構型在其它方面與針對圖4B所示和所述的相同。因此，卷繞的分隔體膜片的頂視IOA與圖4C中所示的頂視圖相同。可將圖10中所示的分隔體的底部邊緣131摺疊並且熱密封以形成圖4D中所示的摺疊的底部。以下是用於鹼性電池10的陽極140、陰極120的代表性化學組成的描述，所述化學組成可不考慮電池尺寸而被採用。以下化學組成為可用於具有本發明的分隔體130的電池中的代表性基本組成，並且同樣不旨在成為限制性的。在上述實施方案中，有代表性的陰極120可包含二氧化錳、石墨和含水的鹼性電解質；陽極140可包含鋅和含水的鹼性電解質。含水電解質包含常規的Κ0Η、氧化鋅和膠凝劑的混合物。陽極材料140可以為包含無汞(零加入汞)的鋅合金粉末的膠凝混合物形式。換句話講，電池可具有每一百萬份的電池總重量中小於約50份，優選每一百萬份的電池總重量中小於20份的總汞含量。電池優選也不包含任何添加量的鉛，因此基本上是無鉛的，換句話講，總鉛含量小於陽極的總金屬含量的30ppm，理想地小於15ppm。此類混合物通常可包含含水的KOH電解質溶液、膠凝劑(例如，可以商品名CARB0P0L C940購自B. F. Goodrich的丙烯酸共聚物)、以及表面活性劑(例如，可以商品名GAFAC RM510購自Rh5ne Poulenc的有機磷酸酯類表面活性劑)。僅給出這種混合物作為說明性的實施例，並不意味著對本發明的限制。用於鋅陽極的其它有代表性的膠凝劑公開於美國專利 4，563，404 中。陰極120可理想地具有以下組成87-93%重量的電解二氧化錳(例如，來自Kerr-McGee的Trona D)，2-6%重量的石墨，5-7%重量的7-10當量的含水KOH溶液(具有約30-40%重量的KOH濃度)；以及 0. 至0. 5%重量的任選的聚乙烯粘合劑。電解二氧化錳的平均粒度典型地介於約1和 100微米之間，理想地介於約20和60微米之間。石墨通常呈天然石墨或膨脹石墨或它們的混合物的形式。石墨也可包括單獨的或與天然或膨脹石墨混合的石墨類碳鈉米纖維。這種陰極混合物旨在說明性的，並不意味著對本發明的限制。陽極材料150包含60%至73%重量的鋅合金粉末(99. 9%重量純度的鋅，其包含200至500ppm的銦作為合金和電鍍材料)、包含約35%重量的KOH和約2%重量的ZnO 的含水KOH溶液；可以商品名「CARB0P0L C940」商購自B. F. Goodrich的交聯的丙烯酸聚合物膠凝劑(例如0.5%至2%重量)以及可以商品名「WATERLOCK A-221 」商購自Grain Processing Co.的接枝到澱粉主鏈上的水解的聚丙烯腈(介於0. 01%和0. 5%重量之間)； 可以商品名「冊-510」商購自Rhone-Poulenc的二壬基磷酸酯表面活性劑(50ppm)。鋅合金的中值平均粒度理想地介於約30微米和350微米之間。陽極中的鋅的堆積體積密度(陽極孔隙度)介於每立方釐米陽極約1. 75克鋅和2. 2克鋅之間。優選陽極中的電解質水溶液的體積百分數按陽極體積計為約69. 2%至75. 5%。電池可以常規方式平衡，以便MnA 的毫安-小時容量(基於308毫安-小時/克MnO2)除以鋅合金的毫安-小時容量(基於 820毫安-小時/克鋅合金)所得的商值為約1。本發明優選的分隔體130可具有如本文圖2-10中所示和所述的構型。分隔體130 是電解質可滲透的，可被鹼性電解質如含水氫氧化鉀滲透。然而，當電池被主要或間歇用於高功率應用中，即用於為數位照相機等供電中時，分隔體130阻止鋅枝狀體平穩地從其中通過。本發明的分隔體130是如上所述易於製造的。本發明的分隔體130由兩個非織造的分隔體材料的膜片構成，例如(130a和130b)或(130c和130d)或(130e和130f)，能夠參照本文的圖2-10將其卷繞成如上所述的管狀構型。所述兩個膜片是不同材料的。所述兩個分隔體膜片相面對的表面未膠合在一起。而是，使用如上所述的Hibar卷繞器將兩個分隔體膜片相面對的表面壓在一起，未在兩個相面對的表面之間應用任何膠水。然而，如上所述將卷繞的分隔體的底部邊緣131摺疊封閉並且熱密封。所述封閉且熱密封的底部邊緣131 防止兩個卷繞的分隔體膜片相分離，即使它們相面對的表面未粘合在一起。關於如圖2-10中其中具有第一和第二層的有代表性的分隔體構型，第一層理想地由聚乙烯醇纖維和人造絲(纖維素)纖維的共混物形成。(人造絲是由再生纖維素所構成的或由再生纖維素構成的人造纖維所構成的半合成材料，所述再生纖維素中取代基已取代了不超過15%的羥基中所含的氫。)一種優選的組成是由聚乙烯醇纖維(80%重量)和人造絲纖維(20%重量)的共混物形成的膜片，其可以商品名PA25A材料得自Papeterie de Mauduit。這種相同的材料可被壓延或壓縮，並且同樣可以商品名PA25AC材料獲得。由 PA25A或PA25AC材料構成的第一層理想地具有介於約30和120微米(乾燥)之間的厚度， 和介於約20和40g/m2(乾燥)之間的基重，以及介於75%和85% (孔體積/總體積X 100) 之間的孔隙率。可採用替代材料。例如，第一層可由100%的纖維素材料構成，而不是包含聚乙烯醇纖維和人造絲纖維的共混物。用於第一層的另一種合適的材料可以是100%尼龍 66纖維的。關於如本文圖2-9中的分隔體構型，用於第二層的優選的組成是由木漿纖維和聚乙烯醇纖維的共混物構成的材料。用於第二層的優選的組成是82%重量的木漿和18%重量的聚乙烯醇纖維的共混物，其可以商品名BH30片材購自NKK Nippon Kodoshi Corp.。此類材料形成第二層的理想厚度可以為約30微米(乾燥)。由此類材料形成的第二層可具有約20gm/m2的基重(乾燥)和介於約50%和70%之間的孔隙率。用於第二層的替代材料可由75%重量的木漿和25%重量的聚乙烯醇纖維的共混物形成，其可以商品名BF50材料購自NKK Nippon Kodoshi Corp.。由該後者材料形成的第二層理想地具有約50微米的厚度、約32g/m2的基重和約65%的孔隙率。用於根據本文圖2-10中所示的優選構型構成本發明分隔體130的第一層和第二層的上述優選的組成是可互換的。即，可採用第一層來形成分隔體130的內層，並且可採用第二層來形成分隔體130的外層，或者反之亦然。例如，在圖2B中所示的分隔體130的構型中，上述第一層的組成可以是分隔體膜片130a，而上述第二層的組成可以是分隔體膜片 130b。作為另外一種選擇，上述第二層的組成可以是分隔體膜片130a，而上述第一層的組成可以是分隔體膜片130b。同樣適用於圖5和6中所示的分隔體構型，其具有與圖2B中相同的分隔體構型，不同的是所述層中的一層是如圖所示在豎直方向延伸的。在圖;3B中所示的分隔體130的構型中，上述第一層的組成優選地形成內部分隔體膜片130d，而上述第二層的組成優選地形成外部分隔體膜片130c。然而，上述第一層的組成可用於形成外部分隔體膜片130c，而上述第二層的組成可用於形成內部分隔體層130d。 同樣適用於圖7和8中所示的分隔體構型，其具有與圖:3B中相同的分隔體構型，不同的是所述層中的一層是如圖所示在豎直方向延伸的。類似地，在圖4B中所示的分隔體130的構型中，上述第一層的組成優選地形成內部分隔體膜片130f，而上述第二層的組成優選地形成外部分隔體膜片130e。然而，上述第一層的組成可用於形成外部分隔體膜片130e，而上述第二層的組成可用於形成內部分隔體層130f。同樣適用於圖9和10中所示的分隔體構型，其具有與圖4B中相同的分隔體構型， 不同的是所述層中的一層是如圖所示在豎直方向延伸的。性能測試實施例1製備採用常規的鹼性電池分隔體的比較的AA尺寸的鹼性電池10和採用本發明的雙層分隔體130的測試電池10。所述電池在各方面是相同的，不同的是測試電池採用本發明的分隔體130，而比較電池採用常規的分隔體。如上所述，陽極140包含鋅，而陰極堆疊盤 120a包含二氧化錳。用於比較電池和測試電池的相應的陽極和陰極組成是相同的，並且用於每個電池中的電解質即含水氫氧化鉀也是相同的。用於比較電池中的分隔體130包含典型的現有技術的鹼性電池分隔體，其形成玻璃紙的外部膜片和由非織造的人造絲和聚乙烯醇纖維的共混物構成的內部膜片。所述兩個膜片是相同尺寸和形狀的，並且一片重疊在另一片之上。使用聚丙烯酸將兩個膜片膠合在一起以形成雙層分隔體膜片，使用Hibar卷繞器(型號S0M8)將其在芯軸表面201上卷繞 1. 25圈。使用Hibar卷繞器將卷繞的分隔體的底部邊緣摺疊並且熱密封，從而形成完整的管狀比較分隔體130。將該比較分隔體130插入電池10中，以便其如圖IA中所示處於陽極 140和陰極120之間，從而形成比較的AA尺寸的鹼性電池。測試電池中採用的分隔體130由雙分隔體膜片130e和130f構成，形成如圖 4B中所示的本發明的分隔體實施方案130。內層130f由75%重量的木漿纖維和25% 重量的聚乙烯醇纖維的共混物構成，其可作為膜片以商品名BF50片材購自NKK Nippon Kodoshi Corp. 0外層130e由聚乙烯醇纖維構成以形成膜片，其可以商品名PA25A片材購自Papeterie de Mauduit。將所述兩個膜片如圖4中所示一片置於另一片之上，並且使用 Hibar卷繞器卷繞1. 25圈。將卷繞的分隔體的底部邊緣131摺疊，然後熱密封以形成具有圖4B中所示構型的測試分隔體130。膜片130e和130f相面對的表面，即介於頂部邊緣132 和底部邊緣131之間相面對的表面，保持彼此未粘合併且未膠合。將具有圖4B中所示構型的該測試分隔體130插入測試電池10中，以便其如圖IA中所示處於陽極140和陰極120 之間，從而形成AA尺寸的鹼性測試電池。然後使對照的AA尺寸的電池和測試的AA尺寸的電池的組經歷數位照相機測試 (DIGICAM測試)，所述測試由以下脈衝測試規程組成，其中通過向電池應用脈衝的放電循環而將每個電池耗盡每個循環由兩部分組成1. 5安培脈衝2秒，隨後立即進行0. 65安培脈衝28秒。在每10個脈衝循環之後(消耗時間5分鐘)，使電池休息55分鐘。繼續進行這些循環直至達到1.05V的截止電壓。記錄下達到截止電壓所需的循環數。使用數位照相機來模擬為典型的數位照相機供電的一般的電池的使用。當使用上述DIGICAM測試將兩組電池放電至1. 05伏的截止電壓時，測試電池一致地顯示出比比較電池更好的性能。測試電池在達到截止電壓之前平均進行了約91個脈衝循環，而比較電池在達到1.05伏的相同截止電壓之前平均進行了約83個脈衝循環。這表示與採用常規分隔體的比較鹼性電池相比，採用本發明分隔體的測試鹼性電池有9. 6%的性能提升。實施例2製備採用本發明的雙層分隔體130的測試AA尺寸鹼性電池10。陽極140包含鋅， 而陰極堆疊盤120a包含二氧化錳。所述電解質為含水氫氧化鉀。所述測試電池在所有方面是相同的並且採用具有圖2B中所示構型的本發明的分隔體130。用於測試電池中的分隔體130由雙重分隔體膜片130a和130b構成，將其重疊以形成如圖2B中所示的本發明的分隔體實施方案130。第一膜片130a由82%重量的木漿纖維和18%重量的聚乙烯醇纖維的共混物構成，其可作為膜片以商品名BH30片材購自NKK Nippon Kodoshi Corp.。第二膜片130b由聚乙烯醇纖維和人造絲纖維構成以形成膜片，其可以商品名PA25A片材購自Papeterie de Mauduit。將所述兩個膜片如圖2中所示一片置於另一片之上，並且使用 Hibar卷繞器卷繞。將卷繞的分隔體的底部邊緣131摺疊，然後熱密封以形成具有圖2B中所示構型的測試分隔體130。膜片130a和130b相面對的表面，即介於頂部邊緣132和底部邊緣131之間相面對的表面，保持彼此未粘合併且未膠合。將具有圖2B中所示構型的測試分隔體130插入測試電池10中，以便其如圖IA中所示處於陽極140和陰極120之間，從而形成AA尺寸的鹼性測試電池。測試大量(數打)的新鮮測試電池由於電池跌落至硬質表面上而造成的任何電壓不穩定跡象。將測試電池從1米的高度跌落至混凝土上面。使所述電池從該高度跌落6次。 當處於豎直位置時使它們跌落4次，並且當處於水平位置時使它們跌落2次。然後測量電池的開路電壓。所測得的開路電壓為約1.6伏，並且在使電池跌落到混凝土上之前和之後開路電壓沒有變化。在使許多測試電池跌落到混凝土上之後，還隨機選擇它們，然後切開並且檢查。所述分隔體的頂部邊緣132保持緊靠著密封盤20的底部表面。沒有分隔體的任何部分已經移位或者任何陽極材料已進入陰極區域的跡象。雖然已參照具體的實施例對本發明進行了描述，但應意識到，在本發明原則以內的變化也是可行的。因此，本發明並不旨在限於本文所述的具體的實施方案，而是由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種電化學電池，所述電池包括外殼，所述外殼具有第一端部、相對的第二端部和位於所述第一端部和第二端部之間的圓筒形側壁、以及封閉所述外殼的插入到所述端部的一個中的端帽組件，其中所述電池具有包含鋅的陽極材料、含水鹼性電解質溶液、包含二氧化錳的陰極材料、以及介於所述陽極和陰極之間的分隔體，其中所述分隔體包括第一和第二單獨的膜片，其中所述膜片中的每一個具有前緣和相對的後緣，其中所述第一和第二膜片中的一個的前緣延伸超過所述膜片中的另一個的前緣，其中將所述膜片以一個疊置在另一個之上的方式應用，以便所述第一膜片的至少大部分面對並且接觸所述第二膜片的大部分，並且將所述膜片卷繞以形成具有管狀形狀的所述分隔體，所述膜片中的每一個的所述前緣被定義為所述膜片中的每一個的在卷繞方向上居前的邊緣。
2.如權利要求1所述的電池，其中所述第一和第二膜片中的一個的後緣在與卷繞方向相對的方向上延伸超過另一個。
3.如權利要求1所述的電池，其中以第一膜片放置到第二膜片之上的方式卷繞所述膜片，以便在卷繞方向上所述第一膜片的前緣延伸超過所述第二膜片的前緣，並且在與所述卷繞方向相對的方向上所述第二膜片的後緣延伸超過所述第一膜片的後緣。
4.如權利要求1所述的電池，其中以第一膜片放置到第二膜片之上的方式卷繞所述膜片，以便在卷繞方向上所述第二膜片的前緣延伸超過所述第一膜片的前緣，並且在與所述卷繞方向相對的方向上所述第一膜片的後緣延伸超過所述第二膜片的後緣。
5.如權利要求1所述的電池，其中所述第一和第二膜片中的至少一個包含不同於並且未被包含在所述膜片中的另一個中的材料。
6.如權利要求1所述的電池，其中所述卷繞的分隔體具有外表面和內表面，並且將所述卷繞的分隔體插入到所述電池中，以便所述外表面的大部分接觸所述陰極材料，並且所述內表面的大部分接觸所述陽極材料。
7.如權利要求6所述的電池，其中所述第一和第二膜片中的至少一個包含鹼化的木漿或人造絲。
8.如權利要求7所述的電池，其中所述第一和第二膜片中的每一個包含聚乙烯醇纖維。
9.如權利要求6所述的電池，其中所述第一膜片包含聚乙烯醇纖維和鹼化的木漿，並且所述第二膜片包含聚乙烯醇纖維。
10.如權利要求6所述的電池，其中所述第一膜片包含聚乙烯醇纖維和鹼化的木漿，所述第二膜片包含聚乙烯醇纖維和人造絲纖維。
11.如權利要求1所述的電池，其中所述第一膜片基本上由聚乙烯醇纖維和鹼化的木漿組成，並且所述第二膜片基本上由聚乙烯醇纖維和人造絲纖維組成。
12.如權利要求1所述的電池，其中所述卷繞的分隔體具有頂部邊緣和相對的底部邊緣，將所述底部邊緣摺疊並且熱密封以形成所述卷繞的分隔體的封閉底端，其中當以豎直位置並且所述開口端部在頂部來觀察所述卷繞的分隔體時，所述頂部邊緣限定所述卷繞的分隔體的開口端部，其中彼此相面對的所述第一和第二膜片的剩餘部分彼此接觸但是彼此未膠合併且未粘合，所述第一和第二膜片的所述相面對的部分形成所述分隔體主體。
13.如權利要求12所述的電池，其中將所述分隔體插入所述電池外殼中，以便將所述分隔體主體緊緊地保持在所述陽極和陰極之間，並且所述分隔體的封閉的底部邊緣鄰接所述外殼的與所述端帽組件相對的端部。
14.如權利要求12所述的電池，其中所述第一膜片的至少一部分形成所述卷繞的分隔體的外表面的一部分，並且所述第二膜片的一部分形成所述卷繞的分隔體的外表面的至少另一部分。
15.如權利要求14所述的電池，其中所述第一膜片的頂部邊緣在豎直方向延伸高於所述第二膜片的頂部邊緣，或者所述第二膜片的頂部邊緣在豎直方向延伸高於所述第一膜片的頂部邊緣。
全文摘要
本發明公開了具有改善的分隔體的鹼性電池。所述分隔體由兩個膜片(130a，130b)形成。將兩個膜片卷繞成管狀並且將卷繞的分隔體的底部邊緣摺疊並且熱密封。形成分隔體主體的兩個膜片相面對的表面未膠合或粘合在一起。所述兩片分隔體膜片可橫向重疊以便每片膜片的一部分形成分隔體外表面的不同部分。作為另外一種選擇，分隔體可由兩片膜片形成，其中第一膜片形成外層，其完整地覆蓋在第二膜片上。一個膜片優選由聚乙烯醇纖維和人造絲纖維的共混物構成，而另一個膜片由聚乙烯醇纖維和木漿纖維構成。
文檔編號H01M6/06GK102203982SQ200980143996
公開日2011年9月28日 申請日期2009年11月9日 優先權日2008年11月10日
發明者A·B·謝萊克辛, D·L·安格林, D·W·吉本斯, J·J·塞維拉, R·M·史密斯, T·L·漢密爾頓 申請人:吉列公司