專利名稱：電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬-空氣電池。
電池被普遍用做電能源。一個(gè)電池含有通常稱作陽極的負(fù)電極和通常稱作陰極的正電極。陽極含有能被氧化的活性材料；陰極含有或消耗能被還原的活性材料。陽極活性材料能還原陰極活性材料。為了防止陽極材料和陰極材料的直接反應(yīng)，在陽極和陰極之間由隔離物使彼此電絕緣。
當(dāng)電池被用做一個(gè)設(shè)備中的電能源時(shí)，做成與陽極和陰極的電接觸，允許電子流經(jīng)該設(shè)備并允許發(fā)生各自的氧化和還原反應(yīng)以提供電功率。電解質(zhì)(例如氫氧化鉀)與陽極接觸，陰極含有的離子流過電極間的隔離物以在放電期間保持整個(gè)電池的電荷平衡。
在金屬-空氣電化學(xué)電池中，在陰極氧被還原，而在陽極金屬被氧化。氧是通過電池殼體(cell can)中的一個(gè)或多個(gè)孔從電池外部的大氣空氣中供給陰極的。為了延長電池壽命，希望在使用時(shí)陰極暴露于空氣流中，而在不使用時(shí)與空氣流隔離。
本發(fā)明涉及一種金屬-空氣電池，它具有通氣空間(air plenum)向電池的陰極提供好的空氣流。在某些情況下，暴露于空氣不足不能提供最優(yōu)化的電池性能，因?yàn)槟芘c陰極接觸的氧的量不足。然而，過分暴露于空氣會(huì)導(dǎo)致電池中材料過早退化。例如，二氧化碳能與氫氧化鉀電解質(zhì)反應(yīng)，形成碳酸鉀。這能導(dǎo)致電池性能變差和減少電池壽命。
在一個(gè)方面，本發(fā)明的特點(diǎn)是一種制作金屬-空氣電池的方法，該電池有空氣進(jìn)出口和通氣空間。該方法包括確定根據(jù)Fick(斐克)定律導(dǎo)出的通氣空間的厚度和構(gòu)成具有所確定的厚度的通氣空間的電池。該方法能提供一種金屬-空氣電池，它具有的尺寸(例如厚度)能增強(qiáng)電池的性能。
實(shí)施例可以包括一個(gè)或多個(gè)下述特性。確定厚度包括對一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用Fick定律。確定厚度包括迭代運(yùn)算以下公式P=RTItotalL2bDwnF[(xL)2-(xL)]+(P0-PI)(xL)+PI]]>直至達(dá)到所希望的厚度，這里P是壓強(qiáng)，R是普適氣體常數(shù)，T是溫度，Itotal是通過指定面積的電流量，L是通氣空間的長度，b是通氣空間的厚度，D是擴(kuò)散系數(shù)，w是開口到開口的間距，n是在還原氧時(shí)涉及的電子數(shù)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，x是控制體積厚度，PI是大氣壓強(qiáng)，P0是最小壓強(qiáng)。P0可以是在約0和0.21大氣壓之間選擇的一個(gè)值。
本方法能進(jìn)一步包括繪制作為x的函數(shù)的P和/或繪制作為x/L的函數(shù)的P。
另一方面，本發(fā)明的特點(diǎn)是一個(gè)電池，它包括一個(gè)具有空氣進(jìn)出口的殼體和在殼體中的陰極，其中殼體和陰極確定一個(gè)具有根據(jù)Fick定律確定的厚度的通氣空間。該通氣空間的厚度能通過迭代下列公式P=RTItotalL2bDwnF[(xL)2-(xL)]+(P0-PI)(xL)+PI]]>得到，如上文描述的那樣。
陰極可以包括二氧化錳，而陽極可以包括鋅。該殼體可以具有矩形截面，例如正方形截面。
電池盒提供簡單的和功能性的系統(tǒng)，用于管理空氣流進(jìn)入金屬-空氣電池。電池盒能做成各種形狀以適應(yīng)不同的設(shè)備，而且該電池盒能以低成本制造。該電池盒的操作是簡單的。在一些實(shí)施例中，電池盒的操作對用戶是透明的。
棱柱形電池通?？梢允浅手苯切螤畹摹＠?，棱柱形電池可以是比較扁平的，帶有兩個(gè)平行的矩形表面，使它們適于用在蜂窩電話中。更概括地說，棱柱形電池可以成型為一個(gè)多面體，其兩個(gè)多邊形表面位于兩個(gè)平行平面內(nèi)，而其他表面(如果有的話)則為平行四邊形。例如，如果多邊形表面是矩形，則電池被成型為矩形棱柱。如果多邊形表面是圓形的，則電池被成型為圓棱柱。棱柱形電池能被有效地和方便地疊加在一起，例如在蜂窩電話中和在電池盒中。
從描述和附圖以及從權(quán)利要求中將能看清本發(fā)明的其他特點(diǎn)、目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是一個(gè)電池盒實(shí)施例的透視圖；圖2是一個(gè)電池盒實(shí)施例的頂視圖；圖3是一個(gè)電池盒實(shí)施例的截面圖；圖4A-B是分別處于伸長和收縮位置的閂鎖的頂視圖；圖5A-C分別是滑蓋開口和電池開口不對準(zhǔn)、部分對準(zhǔn)和對準(zhǔn)時(shí)的示意圖；圖6是帶有輔助電源的電池盒的實(shí)施例示意圖；圖7是一個(gè)電池實(shí)施例的立面截面圖；圖8是一個(gè)電池盒實(shí)施例的部分示意圖；圖9是一個(gè)電池盒實(shí)施例的透視圖；以及圖10是一個(gè)電池盒實(shí)施例的示意性透視圖。
參考圖1-3，一個(gè)矩形棱柱電池盒20包括一個(gè)外殼30，一個(gè)滑蓋40和位于外殼30內(nèi)部的三個(gè)電池50。外殼30是矩形的，有側(cè)壁35沿矩形周邊延伸。沿側(cè)壁35的寬度和長度方向延伸的部分側(cè)壁35確定了溝槽60，用于接受滑蓋40。如下文所述，外殼30還在溝槽60內(nèi)確定了三組槽口(未畫出)，用于接受由滑蓋40確定的凸起100。每組槽口是在預(yù)先確定的位置形成的，例如對應(yīng)于電話的不同操作方式。
滑蓋40是矩形的，配置成能滑入溝槽60，從而與外殼30配對，形成電池盒20?；w40還確定了多個(gè)滑蓋開口70以允許空氣流入電池盒20。參考圖2和圖4A-B，滑蓋40還確定了多個(gè)閂鎖機(jī)構(gòu)90形成于滑蓋40的側(cè)面。每個(gè)閂鎖機(jī)構(gòu)90包括由滑蓋40確定的一個(gè)凸起100和一個(gè)空腔(void)105。當(dāng)滑蓋40在溝槽60內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，凸起100能從滑蓋40向外延伸并與外殼30確定的槽口嚙合，使滑蓋40保持在不同的預(yù)先確定的位置，這些位置對應(yīng)于設(shè)備的不同操作方式(圖4A)。當(dāng)滑蓋滑動(dòng)到凸起100與槽口不嚙合時(shí)，例如使滑蓋40從一種操作方式向另一種操作方式移動(dòng)時(shí)，凸起100向著滑蓋40變形并進(jìn)入空腔95，以允許滑蓋40在溝槽60內(nèi)移動(dòng)(圖4B)。
電池50是棱柱形金屬-空氣電池，被配置成裝入外殼30。與滑蓋40上的滑蓋開口70類似，電池50也確定了多個(gè)電池開口80用于空氣進(jìn)入電池50。通常，滑蓋開口70和電池開口80分別在滑蓋40和電池50上形成圖案，以提供最佳的和均一的電池50性能。
在操作過程中，由在溝槽60內(nèi)移動(dòng)滑蓋40直至閂鎖90與一組槽口嚙合來管理進(jìn)入電池80的空氣流量。取決于閂鎖90已與哪一組槽口嚙合，滑蓋開口70和電池開口80為完全不對準(zhǔn)(無重疊)、部分對準(zhǔn)(某些重疊)或完全對準(zhǔn)(全部重疊)。
參考圖5A，當(dāng)設(shè)備處于“斷(off)”方式時(shí)，滑蓋開口70和電池開口80完全不對準(zhǔn)。外殼30和滑蓋40嚴(yán)密地和充分地使電池80密封而與環(huán)境隔離。進(jìn)入電池80的氣流受到限制，以增長電池80的使用壽命，例如通過防止電池80自放電和使電池材料免于過分暴露于空氣中從而使電池材料質(zhì)量的過早降低減至最小。參考圖5B，當(dāng)設(shè)備處于“備用(standby)”方式時(shí)，滑蓋開口70與電池開口80部分地對準(zhǔn)。進(jìn)入電池80的空氣流是平衡的，從而有足夠量的空氣可以進(jìn)入電池50以滿足設(shè)備在備用方式期間的功率需求。參考圖5C，當(dāng)設(shè)備處于“通(on)”或“講話(talk)”方式時(shí)，滑蓋開口70和電池開口80完全對準(zhǔn)。在這種方式，足夠的空氣進(jìn)入電池50以允許電池50在全電流水平操作。
滑蓋40可以由設(shè)備用戶根據(jù)用戶想要使用該設(shè)備的方式來手動(dòng)移動(dòng)。例如，滑蓋40可與電話上的一個(gè)外部開關(guān)相連，從而用戶能根據(jù)電話的功率需求手動(dòng)移動(dòng)滑蓋40。滑蓋40還能可移動(dòng)地連接于例如電話的蓋板。當(dāng)蓋板被關(guān)閉時(shí)，滑蓋被移動(dòng)從而使凸起100與“斷”方式所對應(yīng)的閂鎖嚙合。當(dāng)蓋板被打開時(shí)，滑蓋40被移動(dòng)從而使凸起100與“通”方式所對應(yīng)的閂鎖嚙合。
參考圖6，在另一實(shí)施例中，電池盒20包括一個(gè)輔助電源110，用于自動(dòng)移動(dòng)滑蓋40，這提供了無縫的和透明的用戶接口。再有，因?yàn)樵谠O(shè)備起動(dòng)時(shí)電池50能產(chǎn)生初始電壓降，輔助電源110能被用于減小電池50準(zhǔn)備好供使用之前的電壓延遲。輔助電源110，例如鋰/二氧化錳電池，通過馬達(dá)112和連桿(link)114與設(shè)備對接，馬達(dá)112和連桿114適于移動(dòng)溝槽60內(nèi)的滑蓋。馬達(dá)由發(fā)自設(shè)備的信號(hào)啟動(dòng)，例如根據(jù)電話的操作方式?；w40的具體移動(dòng)取決于使用電池盒20的電話的類型。例如，當(dāng)用戶推動(dòng)“通(on)”鈕時(shí)，滑蓋40能從“斷(off)”方式移動(dòng)到“備用”方式。當(dāng)有一個(gè)到來的呼叫時(shí)，或者當(dāng)用戶按壓號(hào)碼盤開始撥號(hào)向外呼叫時(shí)，滑蓋40能從“備用”方式移動(dòng)到“談話”方式。當(dāng)用戶推動(dòng)“結(jié)束”鈕時(shí)，滑蓋40能從“談話”方式移動(dòng)到“備用”或“斷”方式。這樣，根據(jù)電話對電池50的功率需求滑蓋40自動(dòng)移動(dòng)，從而延長電池50的壽命。
外殼30和滑蓋40可由適合于在設(shè)備中使用的任何材料制成。例如，外殼30和滑蓋40能使用各種已知技術(shù)以非導(dǎo)電材料制成，例如能被注入成型的強(qiáng)熱熔塑膠，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。于是，例如在注入模壓過程中，槽口和閂鎖90可分別與外殼30和滑蓋40整體地形成。外殼30和滑蓋40也能由例如具有非導(dǎo)電涂層的輕金屬制成。電池盒20的具體尺寸取決于電池盒20的應(yīng)用，例如電話的電池艙的大小。
參考圖7，電池50是棱柱體金屬-空氣電池，具有矩形或正方形截面而且其尺寸允許電池50放入電池盒20中。棱柱狀陰極管210由涂有活性陰極涂層混合物的集流器，例如金屬網(wǎng)篩構(gòu)成。該混合物包含粘合劑、碳顆粒和用于還原過氧化物的催化劑，例如錳的化合物。有用的催化劑包括錳的氧化物，如Mn2O3、Mn3O4和MnO2，它們可由例如加熱錳的硝酸鹽或由還原高錳酸鉀來制備。優(yōu)選的粘合劑包括聚四氟乙烯(PTFE)顆粒。在陰極涂層混合物硬化之后，陰極組件被加熱以從陰極結(jié)構(gòu)中去除任何殘留的揮發(fā)性物質(zhì)。
面對電池開口80的管210的外部能覆以PTFE阻擋隔膜220。隔膜220有助于在電池50中保持恒定的濕度水平。隔膜220還有助于防止電解質(zhì)漏出電池并防止CO2漏入電池。
隔離物260放在陰極管210中。隔離物260可以是多孔的、電絕緣的聚合物，如聚丙烯，它允許電解質(zhì)與陰極接觸。
通氣空間250的尺寸是電池組10的使用和/或陰極性能的函數(shù)。例如，希望從電池組10流出多大電流和電池50中的陰極在低氧濃度下工作情況如何，這些都能影響通氣空間250的設(shè)計(jì)。通常，在電池組10的使用和/或陰極的性能被確定之后，通氣空間250被設(shè)計(jì)成從第一電池開口到陰極210外表面上的一點(diǎn)，空氣流平穩(wěn)地衰落至消失，該點(diǎn)是到第一電池開口和到與第一電池開口相鄰的一個(gè)開口等距離的一點(diǎn)。這一設(shè)計(jì)能向陰極210提供均一的空氣流以實(shí)現(xiàn)均一的電池性能。
更具體地說，通氣空間的設(shè)計(jì)是采用一種近似方法，該方法中Fick第一定律(Jr=D∂C∂r)]]>被應(yīng)用于一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。圖8顯示電池組10的一部分，其中b是通氣空間250的高度(例如小于1cm左右，以及小于0.1cm左右，如0.08cm)，w是孔到孔的間距(是以孔中心到孔中心測量的，例如從0.1cm左右到1cm左右，例如0.2cm左右)，L是通氣空間250的長度(例如1.5cm左右)。在通氣空間250內(nèi)氧的質(zhì)量傳送一般可表征為(物質(zhì)積累)＝[O2的產(chǎn)生+O2的流入]-[O2的流出+O2的消耗](1)對于金屬-空氣電池，沒有氧產(chǎn)生。
應(yīng)用Fick第一定律，方程(1)能寫做Jxbw-(Jxbw+∂Jx∂xbwΔx)-(ΔxL)ItotalnF=wbΔx∂C∂t---(2)]]>這里Jx＝沿x方向氧氣擴(kuò)散通量； ＝穿過一個(gè)控制體積的通量變化率；Δx＝控制體積的厚度；Itotal＝指定面積上(例如300mA/cm2)提取出的電流量；n＝在還原氧過程(4)中涉及的電子數(shù)；F＝法拉第常數(shù)(96,485庫侖/當(dāng)量)；以及
＝在控制體積中物質(zhì)對時(shí)間的累積速率。
使用代數(shù)學(xué)，方程(2)能被重寫成方程(3)，然后重寫為方程(4)-∂Jx∂xbwΔx-(ΔxL)ItotalnF=wbΔx∂C∂t---(3)]]>-∂Jx∂x-(1bwL)ItotalnF=∂C∂t---(4)]]>這里 ＝在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的濃度差。
如方程(5)中所示，在通氣空間中的氧濃度包括穩(wěn)態(tài)分量(Cs(x))和瞬時(shí)分量(Ct(x，t))。
C(x，t)＝Ct(x，t)+Cs(x) (5)然而，對于這里使用的近似方法，只考慮穩(wěn)態(tài)分量，于是，方程(4)變?yōu)镈∂2C∂x2-ItotalbwLnF=0---(6)]]>這里D是擴(kuò)散系數(shù)。
使用理想氣體定律，方程(6)能轉(zhuǎn)換成方程(7)∂2P∂x2-RTItotalDbwLnF=0---(7)]]>這里P＝壓強(qiáng)；R＝普適氣體常數(shù)；T＝溫度。
對方程(7)積分兩次，產(chǎn)生方程(8)P=RTItotal2DbwLnFx2+C1x+C2---(8)]]>定義Px＝0＝PI， (10)Px＝L＝P0(11)這里PI＝大氣壓強(qiáng)，例如0.21atm(大氣壓)O2；P0＝最小壓強(qiáng)，如小于0.21atm左右，例如小于0.15atm，以及小于0.1atm，和小于0.05atm左右。
求解C1和C2，產(chǎn)生C1=(P0-PIL)-RTItotal2DbwLnFL---(12)]]>C2＝PI(13)把方程(10)-(13)代回方程(8)，產(chǎn)生P=RTItotalL2bDwnF[(xL)2-(xL)]+(P0-PI)(xL)+PI---(14)]]>方程(14)用于設(shè)計(jì)通氣空間250。通常，對于給定的通氣空間設(shè)計(jì)，方程(14)中的全部變量都保持為常數(shù)，但通氣空間高度(b)和壓強(qiáng)(P)除外。對于保持為常數(shù)的某些變量，例如P0，其值的選擇是經(jīng)驗(yàn)性的。其他變量，如通氣空間長度(L)和希望的電流量(Itotal)之值可以由電池組10的實(shí)際應(yīng)用來控制或限定，例如在其中使用電池組10的設(shè)備的尺寸限制和/或陰極的性能。
然后，使用不同的通氣空間高度(b)對方程14進(jìn)行迭代，直至該方程產(chǎn)生平滑衰落的壓強(qiáng)(P)分布或剖面，例如從大氣壓強(qiáng)(例如在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓強(qiáng)(STP)時(shí)O2的0.21atm(大氣壓))到最小壓強(qiáng)如多項(xiàng)式函數(shù)那樣傾斜下降。由經(jīng)驗(yàn)確定的最小壓強(qiáng)的選擇是要提供好的電池性能。最好是，最小壓強(qiáng)(P0)是O2的零左右至0.21atm左右，例如0.1atm左右。
為組裝電池50，被阻擋隔膜220包圍并包括隔離物260的陰極管210放在具有電池開口80的棱柱形殼體(can)230中。為密封陰極，殼體230可以包括導(dǎo)電熱熔物240，例如以碳、石墨或鎳填充的聚酰胺。陰極集流器應(yīng)與殼體230的底部電接觸?？梢酝ㄟ^在陰極集流器和殼體底之間提供直接物理接觸來造成電接觸，例如把集流器焊接在殼體底。另一種作法是，一個(gè)導(dǎo)電接頭可固定在集流器和殼體底上。陰極管210和殼體230一起在二者之間確定了通氣空間250。
在插入陰極管210之后，在由隔離物260和陰極管210構(gòu)成的內(nèi)部空腔中填充陽極凝膠270。
陽極凝膠270含有鋅和電解質(zhì)的混合物。鋅和電解質(zhì)的混合物可包括凝膠劑，它能幫助防止電解質(zhì)從電池中漏出和幫助鋅顆粒懸浮在陽極之內(nèi)。
鋅材料可以是鋅粉末，它是與鉛、銦、鋁或鉍的合金。例如，該鋅可以是與大約400至600ppm(例如500ppm)鉛的合金，與400至600ppm(例如500ppm)銦的合金，或與大約50至90ppm(例如70ppm)鋁的合金。優(yōu)選的是該鋅材料能包括鉛、銦和鋁、鉛和銦或者鉛和鉍。另一種作法是，該鋅能包括鉛但沒有其他金屬添加物。該鋅材料能是噴吹的或旋制的鋅。適當(dāng)?shù)匿\材料在例如U.S.S.N 09/156,915(1998年9月18日申請的)；U.S.S.N.08/905,254(1997年8月1日申請的)以及U.S.S.N.09/115,867(1998年7月15日申請的)中被描述，它們每一個(gè)被全文納入作為參考。
鋅顆?？梢允乔驙畹幕蚍乔驙畹摹＠?，鋅顆?？梢允轻槧畹?有縱橫尺寸比至少為2)。鋅材料包括尺寸在60目(mesh)至325目之間的絕大部分顆粒。例如，鋅材料可以有如下顆粒尺寸分布按重量計(jì)，0-3％在60目網(wǎng)篩上；40-60％在100目網(wǎng)篩上；30-50％在200目網(wǎng)篩上；0-3％在325目網(wǎng)篩上；以及0-0.5％在盤上。
適當(dāng)?shù)匿\材料包括可從Union Miniere(Overpelt，比利時(shí))、Duracell(美國)、Noranda(美國)、Grillo(德國)或Toho Zinc(日本)等公司得到。
凝膠劑是吸收性聚丙烯酸酯。吸收性聚丙烯酸酯有每克凝膠劑小于約30克鹽分(saline)的吸收性包絡(luò)線(envelope)，如美國專利4,541,871號(hào)中描述的測量結(jié)果，該專利在這里被納入作為參考。陽極凝膠在陽極混合物中包括的凝膠劑按干重量計(jì)少于鋅的1％。優(yōu)選的凝膠劑含量按重量計(jì)在約0.2％至0.8％之間，更優(yōu)選的是按重量計(jì)在約0.3％至0.6％之間，量優(yōu)選值是按重量計(jì)約0.33％。吸收性聚丙烯酸酯可以是由懸浮聚合(suspension polymorization)制成的聚丙烯酸鈉。合適的聚丙烯酸鈉有平均顆粒大小在約105和180微米之間和pH值約7.5。合適的凝膠劑在例如美國專利4,541,871號(hào)、美國專利4,590,227號(hào)、或美國專利4,507,438號(hào)中描述。
在某些實(shí)施例中，陽極凝膠能包括非離子表面活化劑。該表面活化劑能是非離子磷酸鹽表面活化劑，如在鋅表面上涂敷的非離子磷酸烷基酯或非離子磷酸芳基酯(例如可從Rohm & Haas公司得到的RA600或RM510)。陽極凝膠能包括約20至100ppm之間的涂敷在鋅材料表面的表面活化劑。表面活化劑能用作氣化阻止劑。
電解質(zhì)能是氫氧化鉀的水溶液。電解質(zhì)能包括約30％和40％之間的氫氧化鉀，優(yōu)選值在35％和40％之間。電解質(zhì)還能包括約1％和2％之間的氧化鋅。
在陽極凝膠270已放入殼體230中之后，預(yù)先組裝好的組件280被放在殼體230的頂部。頂部組件280包括封口300、集流器290和焊接到集流器290上的端帽305。集流器290由適當(dāng)?shù)慕饘僦瞥?，如黃銅。封口300能由例如酰胺纖維制成。附加的非導(dǎo)體熱熔物315(BiWax公司)放在封口300和陰極管210之間以使電解質(zhì)和陽極材料的泄露減至最小。然后，殼體230的上部外沿(即凸緣)被鍛造倒向預(yù)先組裝的頂部組件280上，以把頂部組件280密封在殼體230的頂部。
在存儲(chǔ)過程中，電池50能以可去掉的薄片覆蓋電池50，該薄片覆蓋住電池開口80。例如，該薄片是不透氧的，但透氫的薄片，限制電池內(nèi)部和外部之間的氣流。在使用之前，用戶從電池上撕掉該薄片，以允許氧從空氣中進(jìn)入電池內(nèi)部。電池也能存儲(chǔ)在密封的金屬袋中。用戶在使用之前從袋中取出電池。
金屬-空氣電池及其制造方法在U.S.S.N.09/374,277(1999年8月13日申請)、U.S.S.N.09/374,278(1999年8月13日申請)、U.S.S.N.09/416,739(1999年10月13日申請)、U.S.S.N.09/427,371(1999年10月26日申請)以及U.S.S.N.09/494,586(2000年1月31日申請)中描述，它們在這里被全文引入作為參考。
盡管已經(jīng)描述了某些實(shí)施例，還考慮了其他實(shí)施例。例如，盒20可以不包括閂鎖90和槽口。盒20也不限于矩形的，而是能以其他形狀構(gòu)成，例如圓棱柱形電池400，例如圖9中所示鈕扣電池和薄片電池。于是，電池50能以其他形狀構(gòu)成，以適合于盒20。電池50也能構(gòu)成為一個(gè)單元，例如有三個(gè)電池并排放置在一起的尺寸。溝槽60能成型為一個(gè)夾持滑蓋的框架，該框架被熱加樁(stake)固定到外殼30上或焊接到外殼30上，而不是與外殼集成在一起。再有，盡管上文描述的設(shè)備是電話，但應(yīng)該理解，盒20能用于其他電子設(shè)備，例如步話機(jī)、收音機(jī)、計(jì)算機(jī)以及掌上個(gè)人數(shù)字助理。因?yàn)檫@些設(shè)備可以不需要“備用”操作方式，應(yīng)相應(yīng)地配置電池盒20以提供電池開口80和滑蓋開口70的適當(dāng)對準(zhǔn)。開口70和80的其他配置是可能的。例如，開口70和80可以是狹縫，或者分別在滑蓋40和電池50上延伸的一個(gè)開口。
圖10顯示電池盒20的另一實(shí)施例。外殼30和滑蓋40總體上如上文所述。電池500在總體上類似于電池50，但有三角形棱柱形狀，例如，有三角形截面的細(xì)長形結(jié)構(gòu)。帶有電池開口(未畫出)的殼體510和陰極520成型為三角形棱柱管以在它們之間確定通氣空間530。陽極270、阻擋隔膜(未畫出)和隔離物(未畫出)放在殼體510中，總體上如上文所述。在一些實(shí)施例中，外殼30和/或滑蓋40包括V形溝槽540以使電池500固定到位。溝槽540可以包含密封劑。
電池500可以在總體上如上述電池50。電池500可以只在殼體510上形成兩層，所以只產(chǎn)生一個(gè)縫。通過錯(cuò)動(dòng)角度，電池500能有效地裝在盒20中；而且電池有較大的表面面積。
在本申請中提到的所有公開文獻(xiàn)和專利在這種程度上在這里被納入作為參考，既如同具體地和單獨(dú)地指出每個(gè)單個(gè)出版文獻(xiàn)或?qū)＠话鳛閰⒖家粯印?br> 其他實(shí)施例在權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種制作具有至少一個(gè)空氣進(jìn)出口和通氣空間的金屬-空氣電池的方法，該方法包含確定根據(jù)Fick定律導(dǎo)出的通氣空間厚度；以及形成具有被確定的厚度的通氣空間的電池。
2.權(quán)利要求1的方法，其中確定厚度包含把Fick定律應(yīng)用于一維穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中確定厚度包含迭代下列公式P=RTItotalL2bDwnF[(xL)2-(xL)]+(P0-PI)(xL)+PI]]>其中P是壓強(qiáng)，R是普適氣體常數(shù)，T是溫度，Itotal是通過指定面積的電流量，L是通氣空間的長度，b是通氣空間的厚度，D是擴(kuò)散系數(shù)，w是開口到開口的間距，n是在還原氧時(shí)涉及的電子數(shù)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，x是控制體積厚度，P1是大氣壓強(qiáng)，P0是最小壓強(qiáng)。
4.權(quán)利要求3的方法，其中P0是在約0和0.21大氣壓之間選擇的一個(gè)值。
5.權(quán)利要求3的方法，進(jìn)一步包含繪制作為x的函數(shù)的P。
6.權(quán)利要求3的方法，進(jìn)一步包含繪制作為x/L的函數(shù)的P。
7.一種電池，包含含有空氣進(jìn)出口的殼體；以及殼體中的陰極；其中殼體和陰極確定一個(gè)通氣空間，通氣空間的厚度根據(jù)Fick定律確定。
8.權(quán)利要求7的電池，其中通氣空間的厚度通過迭代下列公式確定P=RTItotalL2bDwnF[(xL)2-(xL)]+(P0-PI)(xL)+PI]]>其中P是壓強(qiáng)，R是普適氣體常數(shù)，T是溫度，Itotal是通過指定面積的電流量，L是通氣空間的長度，b是通氣空間的厚度，D是擴(kuò)散系數(shù)，w是開口到開口的間距，n是在還原氧的涉及的電子數(shù)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，x是控制體積厚度，PI是大氣壓強(qiáng)，P0是最小壓強(qiáng)。
9.權(quán)利要求7的電池，其中陰極包含二氧化錳。
10.權(quán)利要求7的電池，進(jìn)一步包含一個(gè)包含鋅的陽極。
11.權(quán)利要求7的電池，其中殼體具有矩形截面。
全文摘要
一種制作金屬一空氣電池(50)的方法，該電池有空氣進(jìn)出口和通氣空間(250)。該方法包括確定根據(jù)Fick定律導(dǎo)出的通氣空間(250)的厚度，以及構(gòu)成具有被確定的厚度的通氣空間的電池。通氣空間的正確厚度是向電池陰極提供好的氣流所必須的。
文檔編號(hào)H01M12/00GK1470087SQ01817658
公開日2004年1月21日 申請日期2001年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者威廉·T·邁克胡格, 羅伯特·A·斯卡里西, 加利·M·西爾利, 羅伯特·塞利奧爾特, A 斯卡里西, 塞利奧爾特, M 西爾利, 威廉 T 邁克胡格 申請人:吉萊特公司