專(zhuān)利名稱：用于錳干電池的正電極集流體和使用該集流體的錳干電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于錳干電池的正電極集流體和一種使用該集流體的錳干電池，該正電極集流體包括碳棒。
背景技術(shù)：
過(guò)去，錳干電池的正電極集流體使用的碳棒是多孔的。為了防止空氣通過(guò)這些孔隙進(jìn)入電池，通常用石蠟浸漬碳棒。
過(guò)去通常將135°F的固體石蠟用作低熔點(diǎn)的石蠟。這種固體石蠟中在45℃或更低溫度下熔化的組分的含量通常為數(shù)個(gè)百分?jǐn)?shù)。由于錳干電池在運(yùn)輸或存儲(chǔ)期間可能會(huì)暴露在45℃或更高溫度中，因此，通常在45℃進(jìn)行存儲(chǔ)測(cè)試。存儲(chǔ)測(cè)試包括高溫存儲(chǔ)期間的耐久性測(cè)試和加速評(píng)估(accelerated evaluation)，在加速評(píng)估中，在縮短的時(shí)間段內(nèi)評(píng)估室溫下長(zhǎng)期存儲(chǔ)期間的耐久性。為此，優(yōu)選情況下，不使用含有熔點(diǎn)為45℃的組分的固體石蠟。過(guò)去使用的是高密度的碳棒，因此浸漬僅需少量的固體石蠟，從而在使用高密度碳棒時(shí)，由于固體石蠟的熔化對(duì)電池的密封性能影響很小。
但是，出于諸如降低成本等合乎經(jīng)濟(jì)原則的目的，在使用低密度碳棒作為錳干電池的碳棒的情況下，低密度碳棒的孔隙率高，從而需要浸漬大量的固體石蠟。因此，在45℃存儲(chǔ)期間，大量的固體石蠟將會(huì)熔化，并產(chǎn)生諸如固體石蠟熔化所導(dǎo)致的密封劑熔化以及密封劑熔化所導(dǎo)致的電池密封失效等問(wèn)題。
解決上述問(wèn)題的一個(gè)可行辦法是使用高熔點(diǎn)的固體石蠟。例如，日本特許公開(kāi)No.Hei 3-297063提出了一種通過(guò)將浸漬劑的熔點(diǎn)設(shè)為90℃或更高溫度以防止含有固體石蠟的浸漬劑組分在高溫存儲(chǔ)期間滲出的方法。
在高熔點(diǎn)的固體石蠟中，依賴于原材料產(chǎn)地和制備方法的一些固體石蠟包含45℃或更低溫度熔化的組分，從而即使使用高熔點(diǎn)的固體石蠟時(shí)，也會(huì)在高溫存儲(chǔ)期間降低電池的密封性能。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于錳干電池的正電極集流體，該集流體包括碳棒，該碳棒密度低，并且還可以在高溫存儲(chǔ)期間有效地保持電池的密封性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種通過(guò)使用上述正電極集流體的、具有高溫存儲(chǔ)性能的錳干電池。
為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明的用于錳干電池的正電極集流體包括碳棒和固體石蠟，該固體石蠟包含浸漬在碳棒中的、分子量為300至500的碳?xì)浠衔?，其中該固體石蠟中分子量不大于310的碳?xì)浠衔锏暮坎淮笥?.5wt％。
優(yōu)選情況下，該固體石蠟中分子量不大于310的碳?xì)浠衔锏暮渴峭ㄟ^(guò)氣相色譜法測(cè)得的。
優(yōu)選情況下，該碳棒的密度為1.50至1.75g/cm3。
優(yōu)選情況下，該錳干電池中采用聚丁烯作為密封劑。
優(yōu)選情況下，本發(fā)明的錳干電池包括上述正電極集流體。
更優(yōu)選的情況下，本發(fā)明的錳干電池還包括一個(gè)密封部件，該密封部件有一個(gè)空隙，用于將該正電極集流體裝配在其中，聚丁烯放置在該正電極集流體和該密封部件之間的裝配部分中，用作密封劑。
雖然附加的權(quán)利要求中特別列出了本發(fā)明的新穎性特征，但從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，可以更好地理解和認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的組織和內(nèi)容以及其中的其它目的和特征。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的錳干電池的部分橫截面的正視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的用于錳干電池的正電極集流體包括浸漬了固體石蠟的碳棒，該固體石蠟包含分子量為300至500的碳?xì)浠衔铩４送?，該固體石蠟中分子量不大于310的碳?xì)浠衔锏暮坎淮笥?.5wt％。
本發(fā)明的主要特征在于使用了特定的固體石蠟作為浸漬在上述碳棒中的石蠟，從而，即使包含低密度碳棒的電池也可以保持其密封性能。
考慮到評(píng)估電池特性期間制備的電池存儲(chǔ)在45℃下，可用于本發(fā)明中的固體石蠟需要包含0至0.5wt％的、分子量不大于310的碳?xì)浠衔铮撎細(xì)浠衔餅樵?5℃熔化的組分。
這是因?yàn)?，如果分子量不大?10的碳?xì)浠衔锏暮砍^(guò)0.5wt％，那么，在45℃或更低溫度下，從碳棒中熔化的固體石蠟的含量將增加，這可能會(huì)導(dǎo)致密封劑的熔化。
測(cè)定固體石蠟中在45℃或更低溫度下熔化的、分子量不大于310的碳?xì)浠衔锏暮康姆椒▽?shí)例為氣相色譜分析法。
優(yōu)選情況下，本發(fā)明中使用的碳棒的密度為1.50至1.75g/cm3，更優(yōu)選情況下，為1.50至1.65g/cm3的低密度。如果碳棒浸漬了上述的固體石蠟，即使用這種低密度的碳棒，也可以將固體石蠟的熔化和密封性能的降低最小化。
該碳棒可以通過(guò)傳統(tǒng)方法制備，或者是可從市場(chǎng)上得到的碳棒。例如，可以通過(guò)將石墨和諸如瀝青這樣的粘合劑的混合物擠壓成棒狀來(lái)制備該碳棒?？梢酝ㄟ^(guò)傳統(tǒng)方法，用固體石蠟浸漬該碳棒。
通過(guò)采用上述固體石蠟浸漬碳棒，可以制備本發(fā)明的正電極集流體。
此外，使用正電極集流體，可以通過(guò)傳統(tǒng)方法制備具有優(yōu)異密封性能的錳干電池。
在該錳干電池中，設(shè)置一個(gè)密封部件來(lái)密封電池，該密封部件有一個(gè)孔隙，其中裝配正電極，聚丁烯處于正電極集流體和密封部件之間的裝配部分內(nèi)。
通過(guò)使用本發(fā)明的正電極集流體來(lái)制備錳干電池，即使當(dāng)電池在高溫下存儲(chǔ)時(shí)，也可以將固體石蠟自身的熔化最小化。具體而言，當(dāng)將聚丁烯用作干電池的密封劑時(shí)，可以防止固體石蠟和聚丁烯熔化以及相互混合。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于此。
示例1通過(guò)將石墨和作為粘合劑的瀝青的混合物擠壓成棒狀，來(lái)制備具有1.62g/cm3低密度的低質(zhì)量碳棒。用固體石蠟浸漬該碳棒，該固體石蠟中包含的碳?xì)浠衔锞哂斜?所示的熔點(diǎn)且分子量不大于310、其含量如表1所示，以給出本發(fā)明的正電極集流體2。
表1

*HC＝分子量不大于310的碳?xì)浠衔铩?br> 通過(guò)氣相色譜分析法測(cè)定固體石蠟中分子量不大于310且熔點(diǎn)不高于45℃的碳?xì)浠衔锏暮?。使用Shimadzu公司提供的GC17A作為分析儀器，在表2所示的條件下執(zhí)行氣相色譜分析。
表2


使用正電極集流體2，通過(guò)下面的步驟制備R20型的錳干電池。
圖1示出該示例中制備的R20型錳干電池的部分橫截面的正視圖。
圓柱形正電極材料混合物1容納在負(fù)電極鋅外殼4內(nèi)，該鋅外殼是通過(guò)將金屬鋅形成帶底的圓柱形外殼而制得的，隔膜3位于其中間。在正電極材料混合物1內(nèi)插入上面制備的正電極集流體2。正電極材料混合物1和負(fù)電極鋅外殼4通過(guò)隔膜3相互絕緣。通過(guò)以重量比50∶10∶40混合二氧化錳、導(dǎo)電碳黑和電解質(zhì)，制備正電極材料混合物1。電解質(zhì)由重量比為3∶7的氯化鋅和水構(gòu)成。
密封部件5由聚烯烴樹(shù)脂制得并有一個(gè)孔隙5a，該孔隙5a將正電極集流體2裝配在其中心處。當(dāng)將正電極集流體2裝配到密封部件5的孔隙中時(shí)，作為密封劑的聚丁烯被置于密封部件5和正電極集流體2之間的裝配部分內(nèi)。牛皮紙9，即通過(guò)打孔獲得的其中心有孔的盤(pán)形紙，放置在正電極材料混合物1的頂部。穿過(guò)密封部件5和牛皮紙9的中心孔的正電極集流體2的上面部分與正電極端子11接觸，從而將正電極集流體2用作該正電極的集流體。
用鍍錫鐵皮制成的正電極端子11包括用于覆蓋正電極集流體2頂部的帽形中心部分和扁平的周邊部分。用樹(shù)脂制成的絕緣環(huán)12設(shè)置在正電極端子11的扁平周邊部分的邊緣。確保絕緣的底部紙13放置在正電極材料混合物1的底部和負(fù)電極鋅外殼4之間。密封環(huán)7放置在負(fù)電極端子6的扁平周邊部分的邊緣。
設(shè)置樹(shù)脂管8以完全覆蓋負(fù)電極鋅外殼4，該樹(shù)脂管由可熱收縮的樹(shù)脂薄膜制成，以確保絕緣。樹(shù)脂管8的上面部分覆蓋密封部件5的邊緣并且其下面部分覆蓋密封環(huán)7的底表面。
然后，樹(shù)脂管8被圓柱形金屬外護(hù)層10完全覆蓋，該外護(hù)層10是用鍍錫鋼皮制成的。圓柱形金屬外護(hù)層的上面和下面部分分別向內(nèi)彎曲。該護(hù)層的上部尖端通過(guò)彎曲與絕緣環(huán)12接觸。因此，絕緣環(huán)12、正電極端子11的扁平周邊部分、樹(shù)脂管8的上面部分、密封部件5的周邊和負(fù)電極鋅外殼4的開(kāi)口邊緣以及樹(shù)脂管8的下面部分、密封環(huán)7和負(fù)電極端子6分別固定到某一確定位置上。
制備100個(gè)如上所述的錳干電池。在制備完成后，立即檢測(cè)每個(gè)電池的電壓。在45℃存儲(chǔ)3個(gè)月后，再一次檢測(cè)每個(gè)電池的電壓。然后，測(cè)定在制備完成后立即得到的電壓和在45℃存儲(chǔ)3個(gè)月后的電壓之間的電壓差(壓降)的平均值。
再制備10個(gè)前面所述的錳干電池。每個(gè)電池在負(fù)載2.2Ω下連續(xù)地放電。在45℃存儲(chǔ)3個(gè)月后，每個(gè)電池以相同的方式再一次放電。放電是在環(huán)境溫度20℃下進(jìn)行的。示例2至4和對(duì)比例1至3每個(gè)示例中的R20型錳干電池是以與示例1相同的方式制備的，不同之處在于使用表1所示密度的碳棒和固體石蠟的組合物。分別以與示例1相同的方式評(píng)估在此獲得的正電極集流體和錳干電池。
每個(gè)示例中使用的固體石蠟都含有碳?xì)浠衔?，該碳?xì)浠衔锞哂斜?所示的熔點(diǎn)并具有不大于310的分子量，其含量如該表所示。
表3示出了示例1至4和對(duì)比例1至3的電池的評(píng)估結(jié)果。
表3

從該表可以看出，含有分子量不大于310、含量為0.5wt％或更低的碳?xì)浠衔锏墓腆w石蠟的實(shí)施例1至4的電池較對(duì)比例1至3的電池表現(xiàn)出更好的高溫存儲(chǔ)特性。
在對(duì)比例2和3的電池中，在高溫存儲(chǔ)期間熔化溢出的組分含量增加。這是因?yàn)椋@些示例中使用了低密度的碳棒，從而使得每個(gè)電池需要包含的固體石蠟的含量增加，因此固體石蠟中在45℃或更低溫度熔化的組分含量超過(guò)0.5wt％。密封劑主要由熔化的聚丁烯組成并且與熔化的固體石蠟相容混合，這損害了其密封性能。上述這些因素可能會(huì)使空氣更容易通過(guò)碳棒的孔隙進(jìn)入電池，導(dǎo)致電池的性能惡化。
在示例1至3的電池中，也使用了低密度的碳棒，以使它們也含有增加量的固體石蠟。但是，固體石蠟中在45℃或更低溫度熔化的組分的含量不大于0.5wt％。所以，在45℃存儲(chǔ)期間熔化溢出的組分量很小，從而能夠有效地保持電池的密封性能。換句話說(shuō)，在使用聚丁烯作為干電池密封劑的情況下，本發(fā)明能夠?qū)⒐腆w石蠟的熔化最小化并且防止固體石蠟和聚丁烯熔化以及相互相容混合，因此，能夠保持密封劑的密封性能。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種用于錳干電池的、具有碳棒的正電極集流體，該碳棒密度低并且在高溫存儲(chǔ)期間可以很好地保持電池的密封性能。也可以通過(guò)使用該正電極集流體提供一種具有優(yōu)異高溫存儲(chǔ)性能的錳干電池。
盡管上面根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述公開(kāi)不應(yīng)當(dāng)解釋為具有限制性。在閱讀上述公開(kāi)內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種變形和修改無(wú)疑都是顯而易見(jiàn)的。因此，這意味著應(yīng)將附加的權(quán)利要求解釋為覆蓋那些落入本發(fā)明真正精神和范圍內(nèi)的所有變形和修改。
工業(yè)應(yīng)用性通過(guò)使用本發(fā)明的正電極集流體來(lái)制備錳干電池，即使當(dāng)電池在高溫環(huán)境下儲(chǔ)存時(shí)，也可以將固體石蠟本身的熔化最小化。具體而言，當(dāng)將聚丁烯用作干電池的密封劑時(shí)，可以防止固體石蠟和聚丁烯熔化以及相互混合。
權(quán)利要求
1.一種用于錳干電池的正電極集流體，包括碳棒和固體石蠟，所述固體石蠟包含浸漬在所述碳棒中的、分子量為300至500的碳?xì)浠衔?，所述固體石蠟包含的分子量不大于310的碳?xì)浠衔锏暮坎淮笥?.5wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于錳干電池的正電極集流體，其中，通過(guò)氣相色譜分析法測(cè)量所述固體石蠟中分子量不大于310的所述碳?xì)浠衔锏暮俊?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于錳干電池的正電極集流體，其中，所述碳棒的密度為1.50至1.75g/cm3。
4.一種錳干電池，包括根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的用于錳干電池的正電極集流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的錳干電池，還包括密封部件和聚丁烯，所述密封部件有一個(gè)裝配所述正電極集流體的孔隙，所述聚丁烯放置在所述正電極集流體和所述密封部件之間的裝配部分內(nèi)，用作密封劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于錳干電池的、包括碳棒的正電極集流體，該碳棒具有低密度并且在高溫存儲(chǔ)期間可以很好地保持電池的密封性能。該用于錳干電池的正電極集流體包括碳棒和浸漬在碳棒中的固體石蠟，該固體石蠟中含有分子量為300至500的碳?xì)浠衔铮摴腆w石蠟中包含的分子量不大于310的碳?xì)浠衔锏暮坎淮笥?.5wt％。
文檔編號(hào)H01M4/75GK1723579SQ20048000180
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者村上元 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社