電池隔膜制造技術

電池包括隔膜，所述隔膜具有捕獲溶解的金屬離子的捕獲層。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】?電池隔膜本專利技術涉及電池。電池，例如堿性電池，通常用作電源。一般來說，電池含有負極(陽極)和正極(陰極)。陽極含有可被氧化的活性材料(例如，鋅粒)；和陰極含有可被還原的活性材料(例如，二氧化錳)。陽極的活性材料能夠還原陰極的活性材料。為了防止陽極的活性材料和陰極的活性材料直接反應，電極彼此通過隔膜(separator)電絕緣。當電池用作諸如移動電話之類器件的電源時，使電極電接觸，從而使得電子可流經該器件并允許分別發生氧化和還原反應以提供電力。與電極接觸的電解質含有流經電極之間的隔膜的離子，以維持整個電池在放電過程中的電荷平衡。一方面，本專利技術的特征在于具有電解質、含活性材料(例如，氧化銅)的陰極和多層隔膜的堿性電池。多層隔膜包括具有捕獲組分(例如，金屬)的捕獲層。在一些情況下，陰極活性材料可溶解在電解質內，從而形成可能降低電池容量和/或儲存壽命的溶解的金屬離子(例如，金屬陽離子、多原子離子)。捕獲層可減少和/或吸著這些溶解的金屬離子的金屬陽離子組分，從而提高電池的儲存壽命和/或容量。一方面，本專利技術的特征在于電池。該電池的隔膜具有含能減少溶解的離子的金屬陽離子組分的材料的層。另一方面，本專利技術的特征在于電池。該電池具有含氧化銅的陰極、含鋅的陽極以及在陰極與陽極之間的隔膜。該隔膜具有含玻璃紙的第一層，含鉍的第二層，含二氧化鋯的第三層，和含非織造材料的第四層。根據附圖、說明書和權利要求，本專利技術的其它方面、特征和優點將變得顯而易見。圖1是電池的實施方案的截面視圖。-->圖2是隔膜的實施方案的示意圖。圖3是隔膜的另一實施方案的示意圖。圖4是隔膜的第三實施方案的示意圖。圖5是隔膜的第四實施方案的示意圖。參考圖1，電池或電化學電池10包括含陰極12、陽極14以及在陰極與陽極之間的隔膜16的圓柱形外殼18。陰極12包括活性銅材料(例如，氧化銅)，陽極14包括活性鋅材料。電池10還包括集電器20、密封件22和金屬頂蓋24(其充當電池的負端)。陰極12與外殼18接觸，電池10的正端位于電池10與負端相對的一端。電解質分散在整個電池10中。在一些情況下，電解質可溶解陰極活性材料(例如，銅材料)。例如，若電解質是相對濃的堿性電解質(例如氫氧化鉀)，和若陰極含有諸如CuO之類的銅材料，則電解質可溶解銅材料，形成Cu(OH)42-離子。Cu(OH)42-離子然后可擴散到陽極14，在此它們形成銅金屬并消耗鋅：(1)當陰極活性材料和陽極活性材料二者被消耗時，電池的容量下降。在一些情況下，銅金屬引起在陽極14處析氫，從而增加電池內的壓力，并潛在地引起電池排氣和泄漏。此外，銅金屬可形成從陽極向陰極延伸的枝狀體(dendrite)。該枝狀體可穿透隔膜并與陰極接觸，從而使電池短路。因此，電池的儲存壽命可變短和/或不可靠。構造隔膜16，以限制或防止陽極活性材料和來自陰極活性材料動溶解的金屬離子之間的接觸。由于存在隔膜16，因此電池10可經歷短路和/或產氣的幾率下降。結果，電池10不那么可能排氣和泄漏其內部的內容物。由于這些原因和其它原因，隔膜16可提高電池10的儲存壽命和容量。此外，隔膜16可實現這些優點，同時相對無毒和/或環境友好。隔膜16包括一層或多層選擇性膜、捕獲層和/或非織造層。參考圖2，隔膜16具有多層(即，大于一層)結構，所述多層結構具有在一側粘結到選擇性膜52上，和在另一側粘結到非織造層54上的捕獲層50。在圖2中，選擇性膜52位于陰極12旁邊，而非織造層-->54位于陽極14旁邊。當來自陰極活性材料的溶解的金屬離子穿過捕獲層50時，捕獲層減少和/或吸著(例如，吸附和/或吸收)溶解的金屬離子的金屬陽離子組分。例如，捕獲層可與Cu(OH)42-離子(溶解的金屬離子)反應，以還原銅(II)(Cu(OH)42-離子的金屬陽離子組分)，從而形成銅金屬。捕獲層50包括溶劑和離子可滲透的凝膠基體，例如聚(丙烯酸)、聚(乙烯醇)、聚(環氧乙烷)、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(丙烯酰胺)、聚(乙烯醇縮丁醛)或聚(4-苯乙烯磺酸)。捕獲層50還包括一種或多種(例如，2、3、4、5種)能減少和/或吸著(例如，吸附和/或吸收)溶解的金屬離子的金屬陽離子組分的捕獲組分。在一些實施方案中，捕獲層50包括一種捕獲組分“TC1”，而在另一實施方案中，捕獲層50包括兩種捕獲組分“TC1”和“TC2”。TC1可以是金屬(例如，鉍、錫、鋅、銦、鎘、鉛)；金屬氧化物(例如，氧化鈦(TiO)、氧化鐵(例如Fe3O4或FeO))、氧化鈮(例如NbO或NbO2)；金屬氫化物(例如，氫化鈦(TiH2)、氫化鋯(ZrH2)、混合稀土金屬合金氫化物)；或鹽(例如，金屬鹽，如硫化錫(ZnS)、硫化鉍(Bi2S3)、硫化鐵(FeS))。在一些情況下，TC1可以是有機材料，例如草酸鹽(例如，草酸鎂(MgC2O4·2H2O))或酒石酸鹽(例如，酒石酸鉍(Bi2(C4H4O6·6H2O))。在一些實施方案中，TC1是有機絡合劑(例如，苯并三唑、甲苯基三唑)。在一些實施方案中，TC1可以是金屬有機材料(例如，二乙基二硫代氨基甲酸鋅)。捕獲組分TC1可具有比目標溶解金屬離子中的金屬陽離子組分的還原電勢更負的還原電勢。結果，當TC1與溶解的金屬離子接觸時，TC1可將溶解的金屬離子的金屬陽離子組分還原成金屬。在通過TC1還原之后，金屬不溶，且可通過隔膜中的數層之一(例如，可捕獲金屬的捕獲層)防止穿過陽極。在一些實施方案中，捕獲組分TC1可具有比溶解的金屬離子的金屬陽離子組分的還原電勢負約10mV到約2100mV的還原電勢。在一些實施方案中，TC1具有比(例如，在pH?16下)溶解的金屬離子的金屬陽離子組分的還原電勢負約500mV到約-->1500mV(例如，約600mV)的還原電勢。例如，若溶解的金屬離子是來自于例如氧化銀(AgO)陰極的銀(II)物質(例如，Ag(OH)42-)，而捕獲組分TC1是鋅，則在pH?16下，鋅可顯示出比溶解的Ag(OH)42-中的金屬陽離子組分的還原電勢負約1850mV的還原電勢。在一些情況下，TC1具有比氫的還原電勢正的還原電勢(例如在電解質中測量)，以便TC1不可能引起氫氣的產氣。例如，鉍具有比氫的還原電勢正(約400mV)的還原電勢。或者，TC1可具有比氫的還原電勢略負的還原電勢(例如在電解質中測量)。例如，TC1可具有比氫的還原電勢負約1mV-約150mV的還原電勢。錫具有比氫的還原電勢略負(約100mV)的還原電勢。在其它情況下，TC1可具有比氫的還原電勢明顯負的還原電勢(例如在電解質中測量)。例如，TC1可具有比氫的還原電勢負約150mV-約600mV的還原電勢。在這些情況下，TC1優選具有高的析氫超電勢(例如，在堿性電解質，例如6N?KOH中，在1mA/cm2的析氫電流密度下測量的約500mV-約750mV的超電勢)，以便TC1沒有以相當大的速度引起析氫。例如，盡管鋅具有比氫的還原電勢負約500mV的還原電勢(當二者均在pH約16下在堿性電解質內測量時)，但鋅具有高的析氫超電勢(在1mA/cm2的電流密度下約720mV)。因此，在其靜止電勢下，H2從鋅表面上的實際析出速度可能非常低(例如，約0.02微升/hr/cm2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電池，其包括：含第一層的隔膜，其中第一層包括第一材料，所述第一材料能夠還原溶解的離子的金屬陽離子組分。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2003-10-9 10/682,7401.一種電池，其包括：含第一層的隔膜，其中第一層包括第一材料，所述第一材料能夠還原溶解的離子的金屬陽離子組分。2.權利要求1的電池，其中溶解的離子是多原子離子。3.權利要求1的電池，其中溶解的離子是金屬陽離子。4.權利要求1的電池，其中第一材料具有比溶解的離子的金屬陽離子組分的還原電勢更負的還原電勢。5.權利要求4的電池，其中第一材料具有比溶解的離子的金屬陽離子組分的還原電勢負約10mV-約2100mV的還原電勢。6.權利要求4的電池，其中第一材料具有比溶解的離子的金屬陽離子組分的還原電勢負約500mV-約1500mV的還原電勢。7.權利要求1的電池，其中第一材料具有比氫的還原電勢正的還原電勢。8.權利要求1的電池，其中在堿性電解質中在1mA/cm2的析氫電流密度下測量的第一材料的析氫超電勢為約500mV-約750mV。9.權利要求1的電池，其中第一材料包括金屬。10.權利要求9的電池，其中金屬是鉍、錫、鋅或銦。-->11.權利要求1的電池，其中第一材料包括金屬氧化物。12.權利要求11的電池，其中金屬氧化物是氧化鈦、FeO、Fe3O4、NbO或NbO2。13.權利要求1的電池，其中第一材料包括金屬氫化物。14.權利要求13的電池，其中金屬氫化物是氫化鈦、氫化鋯、或混合稀土金屬合金氫化物。15.權利要求1的電池，其中第一材料包括鹽。16.權利要求15的電池，其中鹽是金屬鹽。17.權利要求16的電池，其中金屬鹽是硫化錫、硫化鉍或硫化鐵。18.權利要求1的電池，其中第一材料包括有機材料。19.權利要求18的電池，其中有機材料包括草酸鹽或酒石酸鹽。20.權利要求1的電池，其中第一材料包括有機絡合劑。21.權利要求1的電池，其中第一材料包括金屬有機材料。22.權利要求21的電池，其中金屬有機材料是二乙基二硫代氨基甲酸鋅。23.權利要求1的電池，其中第一層進一步包括含選自聚(丙烯酸)、聚(乙烯醇)、聚(環氧乙烷)、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(丙烯酰胺)、-->聚(乙烯醇縮丁醛)和聚(4-苯乙烯磺酸)中的成分的基體。24.權利要求1的電池，其中第一層進一步包括第二材料，和第二材料捕獲在第一材料和溶解的離子之間的反應的產物。25.權利要求24的電池，其中第二材料是二氧化鈦或二氧化鋯。26.權利要求1的電池，其中第一層具有約1微米-約500微米的厚度。27.權利要求1的電池，其中第一層的厚度為隔膜厚度的約30％-約70％。28.權利要求1的電池，其中電池進一步包括與第一層相鄰的第二層。29.權利要求28的電池，其中第二層包括非織造材料。30.權利要求28的電池，其中第二層包括玻璃紙或接枝聚乙烯。31.權利要求28的電池，其中第二層包括第二材料，所述第二材料能夠還原溶解的離子的金屬陽離子組分。32.權利要求28的電池，其中第一層與第二層接觸。33.權利要求28的電池，其中第一層與第二層通過至少一層其它層隔開。34.權利要求28的電池，其中隔膜進一步包括第三層。-->35.權利要求34的電池，其中第一層置于第二層和第三層之間。36.權利要求34的電池，其中第二層包括玻璃紙或接枝聚乙烯。37.權利要求36的電池，其中第三層包括玻璃紙。38.權利要求36的電池，其中第三層包括接枝聚乙烯。39.權利要求36的電池，其中第一層置于第二層和第三層之間。40.權利要求34的電池，其中第二層包括非織造材料，和第三層包括玻璃紙或接枝聚乙烯。41.權利要求40的電池，其中第一層...

【專利技術屬性】
技術研發人員：SM戴維斯，JM鮑爾頓，C埃爾姆，O毛，
申請(專利權)人：吉萊特公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]