[发明专利]带有改进氧化锰正电极的可再充电的电池

说明书

发明的背景

本发明涉及可再充电的电池，更为具体的说是涉及具有改进循环寿命的可再充电碱性MnO₂-Zn电池。

二氧化锰曾被广泛地用于一次性原电池中，特别是用于二氧化锰-锌干电池和二氧化锰-锌碱电池中。这种电池通常被制成充电状态，一次用完后即被丢弃。

近来，鉴于对能量要求的扩大和有关对用完电池适当废物处理的环境考虑，对能用于各种设备和消费品的可立即再充电的电池的发展给予很大的重视。可再充电电池可有很多用途，例如电动车辆和电子消费品。特别适用于可再充电电池的其它领域例子包括人造卫星、空间航行设施以及作为太阳能系统的备用物品。

由于其成本低和其稳定性将二氧化锰继续用于电池上是可取的。与其它的可再充电电池不同，二氧化锰/锌电池一般不含有毒成份。平常使用的二氧化锰形式本身并不能立即再充电。此外，如果该物质已被大量放电超过百分之五十的理论双电子容量，则基本上不能再充电。

对生产含有二氧化锰的可再充电化合物已做过各种不同的尝试。Kordesch等人在Electrochemica.Acta，26，1495(1981)杂志上发表了在某些情况下电解二氧化锰可以再充电大约100次的论说。然而，这只有在该物质被放电不超过理论上单电子容量的百分之三十，也就是相当于不超过理论上双电子容量的百分之十五的情况下才能做得到。这一局限性要求很浅的放电，这就严重地限制了能够从电池中回收的能量。这也降低了其再充电性或者完全排除了再充电性，如果该二氧化锰偶然地放电超出了限度。这样，对于再充电性就没有实用意义了。

Kordesch在Journal of Power Sources.第51期，61-78页(1994)上发表了一种由具有有限再充电性的二氧化锰构成的碱性电池。该电池包括有与寻常丢弃式电池比较起来较大量的MnO₂阴极材料，并且设计成可避免Mn(OH)₂的形成。由于二氧化锰阴极的不均匀的放电，电池的再充电容量一个循环至一个循环大约成指数地减少，最后形成只有大约10至20循环的不能令人满意的寿命。

授与Yao的美国专利4,520,005号发表了一种化学方法以制造一种包含有掺入了铋和/或铅的二氧化锰的化合物。形成的化合物是可再充电的，但是其制造方法是一种既复杂又缓慢的分批制造过程。此外，该化合物具有比在许多商业应用中所希望有的更小的密度。由于电池内的容积限制，密度在电池电极材料上可以是一个关健性因素。在一个给定的容积中，一种密度较大的材料要比一种较小密度的材料，例如在专利4,520,005号中公开的材料，产生出更多的能量。电子导电性差且密度小的粉末需要加入大量的石墨(大约百分之九十重量)以得到足够的电接触以使该混合物具有足够的电子导电性和可再充电。在C号大小的电池中用这种高石墨混合物使其总的能量提高后，该电池基于放电和充电至双电子的百分之八十也只有大约1.2Ah的最大能量。这样低的能量对于一个要具有竞争性的C电池是不实用的。这种以1.0V放电的电池，即使以高速率也不能替代以平均1.25V放电的碱性原电池和以1.2V放电的镍一镉或镍一氢蓄电池，这是因为它们不能符合寻常负荷的电力要求。