本发明涉及具有基本薄片状构造和高的面积与厚度纵横比的薄片 碱性电池。本发明涉及其中阳极或阴极集电器预涂布有密封金属的薄片 碱性电池，所述密封金属形成耐碱性金属氧化物薄膜以改善粘结。本发 明涉及其中阳极包含锌和阴极包含二氧化锰的薄片碱性电池。

常规的碱性电化学电池具有包含锌的阳极和包含二氧化锰的阴极 以及碱性电解质。电池典型地形成有圆柱形外部外壳。新电池具有约 1.6伏的开路电压(EMF)，并在中等耗电服务(100至300毫安)下 具有介于约1.0至1.2伏之间的典型平均运行电压。圆柱形外壳最初 形成有扩大的开口端和相对的封闭端。当提供了电池内容物之后，将具 有绝缘索环和负端端帽的端帽组件插入到外壳开口端内。通过将外壳边 缘在绝缘索环边缘之上卷曲并在绝缘索环周围径向压缩外壳使开口端 封闭以提供紧密的密封。绝缘索环使负端帽与电池外壳电绝缘。在相对 的封闭端处的电池外壳的一部分形成正端。

圆柱体形状的常规碱性电池可以多种普遍公认的型号购得，即， AAAA、AAA、AA、C和D型电池。在提交于2003年11月26日的普通 转让的美国专利申请序列10/722,879中描述了一种薄片电池，其中将 电池内容物装入固体金属壳体中。金属壳体具有含封闭端和相对开口端 的完整主体表面。将电池内容物插入开口端内，然后用端帽将其密封。 端帽设计有金属裙边、塑料绝缘索环和设置在索环内的金属柱或铆钉。 将金属裙边压缩在绝缘索环周围，而索环压缩在金属柱周围，以在两个 界面处均形成耐碱性密封。然后通过焊接将端帽组件的金属裙边接合到 金属壳体上。

用阳极和阴极材料填充这种电池变得日益困难，因为期望的电池厚 度变得更小，例如远远低于约6mm。因此，需要平的或薄片碱性电池， 其甚至可在电池厚度小于约6mm，例如介于约0.5mm和6mm之间，理 想地介于约1.5和4mm之间的电池厚度下容易地加工并用电池内容 物填充。这样将使得可利用薄的棱柱碱性电池用作小型电子装置的一次 (不可充电)电源或备用电源，所述装置通常可由薄的可充电电池例如 薄锂离子电池供电。通过适当调整电池化学组成和内部组件，也可构造 薄的碱性可充电电池。许多电子装置，例如便携式收音机、音频播放器 和通讯装置在近几年变得更小且更薄。因此，需要总厚度小的薄层状薄 片电池用于这种小型电子装置。

一次碱性电化学电池典型地包括锌阳极活性材料、碱性电解质、二 氧化锰阴极活性材料和典型为纤维素或纤维质和聚乙烯醇纤维的电解 质可渗透的隔离膜。例如，阳极活性材料可包括与常规胶凝剂(例如羧 甲基纤维素钠或者丙烯酸共聚物的钠盐)混合的锌粒和电解质。胶凝剂 用于悬浮锌粒并使它们保持相互接触。典型地采用插入到阳极活性材料 中的导电金属钉作为阳极集电器，其电连接到负端端帽。电解质可以是 碱金属氢氧化物例如氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂的水溶液。阴极典 型地包括作为电化学活性材料的粒状二氧化锰，其与典型为石墨材料的 导电添加剂混合以提高导电率。任选地，可以在阴极中加入少量聚合物 粘合剂(例如聚乙烯粘合剂)和其它添加剂(例如含钛化合物)。

用于阴极的二氧化锰优选为通过硫酸锰和硫酸的浴的直接电解制 备的电解二氧化锰(EMD)。EMD是理想的，这是由于其具有高密度和高 纯度。EMD的导电率(1/电阻率)相当低。将导电材料加入到阴极混合 物中以改善单独的二氧化锰颗粒之间的导电性。这种导电添加剂也改善 二氧化锰颗粒与电池外壳之间的导电性，所述外壳还用作常规圆柱形碱 性电池内阴极集电器。合适的导电添加剂可包括，例如，石墨、石墨材 料、导电碳粉末，如炭黑，包括乙炔黑。优选地，导电材料包括薄片状 结晶天然石墨、或薄片状结晶人造石墨、或膨胀石墨、或石墨类碳纳米 纤维、以及它们的混合物。

现在可购得小尺寸矩形形状的可充电电池，它们可用于为小型电子 装置，如MP3音频播放器和迷你盘(MD)播放器提供电源。这些电池 典型地为小型的且具有大致一包口香糖大小的矩形形状(立方体)。文 所用术语“立方体”是指其通常的几何定义，即“长方体”。例如，这 种电池可为可充电的镍金属氢化物(NiMH)形式，尺寸为按照 International Electrotechnical Commission(IEC)提出的这种电池 的标准尺寸的F6型或者7/5F6型立方体。F6型(无标签)具有6.0mm 的厚度、17.0mm的宽度和35.7mm的长度。有一种形式的F6型，其 中长度可以达到约48.0mm。7/5-F6型具有6.0mm的厚度、17.0mm的 宽度和67.3mm的长度。当用于给微型数字音频播放器如MP3音频播 放器或迷你盘(MD)播放器提供电源时，F6或7/5F6 NiMH可充电电 池的平均运行电压介于约1.0和1.2伏之间，典型地为约1.12伏。

当用于给迷你盘(MD)播放器提供电源时，电池在介于约200和 250毫安之间的速率下被消耗。当用于给数字音频MP3播放器提供电 源时，电池典型地在约100毫安的速率下被消耗。

期望能有与小尺寸立方体形状(长方体)镍金属氢化物电池同样尺 寸和形状的小型扁平碱性电池，使得该小型碱性电池可与镍金属氢化物 电池交替使用，以给小型电子装置如迷你盘播放器或MP3播放器提供 电源。

如上所提及的，还期望具有总厚度小于6mm，例如，介于约0.5和 6mm之间，优选介于约1.5和4mm之间的薄片碱性电池。

期望设计薄片电池以最小化或大大降低电解质渗漏的机会。在参考 文献M.Hull，H.James的“Why Alkaline Cells Leak”(Journal of the Electrochemical Society，第124卷，第3期，1977年3月， 第332至329页)和S.Davis，M.Hull的“Aspects of Alkaline Cell Leakage”(Journal of the Electro-chemical Society，第125 卷，第12期，1978年12月)中，碱性电池渗漏的一个方面依据大 气氧在吸附水分存在下在负的外部电池端子上电化学还原生成OH-离 子被解释。然后这些电化学生成的OH-离子吸引水合正离子如K(H2O)x+ 或Na(H2O)x+。K(H2O)x+或Na(H2O)x+离子生成于电池内部，越过负极密 封表面迁移至电池外部，以保持水分吸附薄膜内的电中性。最终结果是 将KOH或NaOH电解质由电池内部吸引至端子表面，并因此实际上促 进了这种电解质由电池内部向端子表面的迁移或渗漏。

也期望这种薄的薄片电池应包含足量的活性材料以用作耗电装置 的长寿命电源。因此，尽管很薄，但薄片电池也应具有投影面积和足够 大的内部体积以包含足量的活性材料，从而以足够的速率送电足够的时 间。

在以下的讨论中，薄片电池将意味着薄片状单元电池。电池可具有 一个或多个扁平或弯曲或任意扭曲的表面。电池可具有均匀厚度或其厚 度可随处不同。电池可关于任意点、轴线或平面对称或不对称。电池的 “占有面积”定义为当已考虑电池所有可能的取向后，电池在任何平面 上的最大正交投影面积。

电池的边缘为外表面，取决于电池形状，一个或多个外表面将组成 厚度尺寸。在电池具有不同厚度的情况下，厚度将在某一给定点处具有 最大值。电池的正面为一个限定电池占有面积并且具有标称垂直厚度轴 的外表面。在电池为扁平的且具有均匀厚度情况下，任一正面的面积将 等于电池占有面积。在电池为弯曲或非均匀厚度或两者均有的情况下， 任一正面的面积可匹配或超过电池占有面积。在类似方式中，电池边缘 不必具有均匀厚度。

将期望这种薄片电池容易制造成适形于多种总体形状和尺寸，例 如，其中至少一个侧面为多边形或可供选择地圆形、椭圆形或至少部分 为曲线。

因此，将期望使这种薄片电池容易制造，以能够即使在小于6mm的 如此小电池厚度下，也可容易地插入电池内容物。薄片电池还必须足够 地坚固耐用以抵挡来自释出气体的内部压力，抵抗来自机械滥用或操作 的伤害，并且避免由于密封失败造成的任何电解质渗漏。

本发明的一个主要方面涉及一次或二次薄片碱性电池。薄片电池被 设计用作电能来源，其包括负端子和正端子、一对包括所述电池至少大 部分边界表面的相对侧面。相对侧面在某些点上限定其间的平均短电池 尺寸(厚度)。电池包括粘结在一起形成层压结构的阳极组合件和阴极 组合件。

在一个方面，电池可为基本薄片状构造，其内包括多个介于导电元 件与非导电元件之间的密封界面。耐碱性电解质的密封剂设置在这些界 面内。包含密封剂的密封界面通过构造设计特征或者通过采用结构粘合 剂而被保护免于剥离和剪切力。采用新型电池设计和外包装设计以确保 由电池内部向两电池端子的任一端子的可能渗漏通道远远长于电池厚 度尺寸。

在一个主要方面，本发明薄片碱性电池具有包含锌的阳极、包含二 氧化锰的阴极以及碱性电解质，优选含水氢氧化钾。然而，薄片碱性电 池可具有其它活性材料的阳极和阴极，并且其它碱性电解质也是可能 的。例如，阳极可包含锌、镉或金属氢化物合金，阴极可包含二氧化锰、 羟基氧化镍、氧化银(单独或混合的Ag2O或AgO)、氧化铜(CuO)、 银铜氧化物(单独或彼此混合的或与MnO2混合的AgCuO2或 Ag2Cu2O3)。以上所列举的阳极材料中的每一种可与以上所列举的阴极材 料中的每一种匹配。碱性电解质可包含氢氧化钠或氢氧化钠与氢氧化钾 的混合物，其减弱电解质由电池内部迁移的趋势。薄片电池也可为可充 电电池形式。

隔板层包括在阳极组合件内或阴极组合件内，其可为离子可渗透 膜、隔膜或非织造织物。可供选择地，隔板层可位于阳极和阴极组合件 之间，在一些实施方案中，其可突出至阳极与阴极组合件的配合面形成 的部分密封区域内。

在一个具体实施方案中，电池为立方体形状。电池可具有薄的厚度， 例如介于约0.5至6mm之间，例如介于约1.5和6mm之间，典型地 介于约1.5至4mm之间。

在本发明的一个主要方面，阳极组合件包括用于所述阳极的外壳， 阴极组合件包括用于所述阴极的外壳。隔板层可设置在阳极或阴极组合 件内以便面向相对的组合件，或者隔板可设置在这两个组合件之间。阳 极与阴极组合件优选用粘合剂粘结在一起，其中隔板位于阳极和阴极活 性材料之间以形成耐用的，优选刚性的紧凑层压结构。

在本发明的一个方面，形成阳极组合件一部分的阳极外壳包括阳极 框架，优选为耐用有机高分子材料，如塑料，其具有限定阳极腔体边界 的内周边。该框架沿所述周边具有正面和相对的背面。将阳极集电器片 粘结到框架的背面上，使得其面向电池的外表面边界。将阳极材料插入 到所述阳极腔体中，使得其与所述阳极集电器片接触。阳极集电器片为 导电性的，优选为金属铜、黄铜(铜和锌的合金)、青铜(铜和锡的合 金)、锡或锌，或者为镀有锌、锡、银、铟或铋的铜或黄铜或这些金属 的组合。

形成阴极组合件一部分的阴极外壳包括优选为耐用塑料的阴极框 架，其具有限定阴极腔体边界的内周边。该框架沿所述周边具有正面和 相对的背面。将阴极集电器片粘结到框架的背面上，使得其面向电池的 外表面边界。将阴极材料插入到所述阴极腔体中，使得其与所述阴极集 电器片接触。阴极集电器片优选为镍、镀镍钢或涂覆碳的金属片，优选 涂敷碳或碳化的镍片。可供选择地，阴极集电器片可为镀有或包有镍的 冷轧钢。镍可覆盖有碳，或者一层钴然后钴上一层碳。在另一个实施方 案中，阴极集电器可覆盖有碳，然后涂布有包含油漆的碳。

在另一个方面，可采用单一框架代替独立的阳极和阴极框架。在这 种实施方案中，优选为塑料的单一框架构造具有可将阳极材料和阴极装 入单一框架相对侧内的优点，避免需要将单独的框架粘结在一起。

本发明层压薄片电池结构的优点为容易加工具有基本任何占有面 积尺寸但仍具有小的总厚度的电池，所述占有面积尺寸范围从非常小， 例如1cm2变化至非常大，例如600cm2，所述厚度例如介于约1.5和 6mm之间，典型地介于约1.5和4mm之间。电池厚度甚至可更低，例 如，低至约0.5mm。因此，电池容易贴合到具有小的总厚度的电子装置 腔体内。层压电池结构的另一个优点为可将其制造成基本任何期望的总 体形状，例如，多边形、椭圆形、圆形、曲线形，或者部分多边形且部 分曲线形。本发明的层压电池耐用且紧密粘结，使得其可暴露于热冷气 候及高低湿度的大气中且仍能抵挡电解质渗漏。

在本发明的薄片电池中，可通过三种方法减小电解质渗漏的机会：

1)通过在电池内部与阳极和阴极集电器片之间产生非常紧密地粘 结且基本上电解质不可渗透的密封。

2)通过产生特别长的曲折通道(渗漏阻挡通道)，来自电池内部 的电解质要想从电池逸出必须经过该通道。总的渗漏阻挡通道由框架宽 度加上框架外缘至暴露的电池端子的距离的总和组成。

3)通过将暴露的外部负极接触的表面积降至最低，从而降低OH- 在外部负极接触表面上生成的总速率。

至于电解质渗漏减少方法1，优选通过在框架边缘与每个阳极和阴 极集电器片边缘之间采用分级粘合剂密封而实现本发明薄片电池内紧 密粘结的、电解质不可渗透的密封。分级密封包括至少两个沿塑料框架 边缘并置(并列型)排列的不同粘合剂涂层，从而将集电器片粘结到其 各自的框架上。外部粘合剂涂层优选为结构型粘合剂如环氧。这种粘合 剂向薄片电池构造赋予结构强度。内涂层优选为粘合密封剂，其可为例 如聚酰胺或官能化聚乙烯或沥青。这种粘合剂涂层改善总体粘结，但其 主要功能是密封电解质。可供选择地，除了结构粘合剂之外还可采用铆 钉或者用铆钉代替结构粘合剂，并且可将密封剂涂层施用到铆钉之间的 部分框架上。

已确定阳极集电器片与塑料阳极框架之间界面处的密封性可通过 在用粘合剂将阳极集电器片粘结到阳极框架上之前用一薄层密封金属 预涂布阳极集电器片的内表面而得到改善。因此，代替直接接触阳极集 电器表面，粘合剂，例如以上所提及的分级粘合剂，将接触预涂布到阳 极集电器片上的密封金属。已确定这样可改善阳极集电器片与塑料阳极 框架之间的界面处粘合剂密封的密封性，尤其是长期强度及粘结均匀 性。

如上所述，通过利用其间的粘合剂将塑料阳极框架表面粘结到阳极 集电器片上。尽管可采用单一的均匀粘合剂，但如上所指出的，优选采 用分级密封，即，两种不同的粘合剂在被粘结的阳极框架与阳极集电器 片之间的界面处横向并列型排列。已确定如果与粘合剂接触的部分阳极 集电器表面预涂布有特定的密封金属，或者可供选择地，如果阳极集电 器片本身由这种密封金属构成，则粘合剂/金属界面可在长期，例如多 年后仍较好地耐劣化。因此，塑料阳极框架与阳极集电器片之间的均匀 强粘合可长期保持，减少电解质通过这种界面渗漏的机会。

作为例子，如果阳极集电器片为如上所列举的铜、黄铜、青铜、锡 或锌，则 镁、 锆或 钛为预涂布到与将塑料阳极框架粘结到阳极集电器上 的粘合剂接触的那部分阳极集电器表面上的优选密封金属。(已确定镁 或锆为用于铜或黄铜集电器片的尤其优选的密封金属。)因此，如果 采用粘合剂(无论是均一化粘合剂还是分级粘合剂)将塑料阳极框架粘 结到阳极集电器片上，所述粘合剂将与预涂布到集电器片的正对表面 (通常为正对电池内部的内表面)上的镁或锆密封金属直接接触。密封 金属与粘合剂之间的这种界面粘结看来可耐长期降解，因此与阳极集电 器片没有预涂布密封金属相比，可更好地保持碱性薄片电池的塑料阳极 框架与阳极集电器片之间的粘结。

尽管优选的密封金属如镁或锆为其纯元素形式，但并不旨在将密封 金属局限于纯元素金属，因为也可采用镁或锆的合金。在这种情况下， 镁或锆或其组合作为合金主要组分是优选的。然而，如果镁或锆或其组 合为合金的次要组分，也可实现有益效果。

可利用常规技术将密封金属以薄涂层施用到阳极集电器片上。常规 技术例如，但不必限于真空沉积、溅射、离子镀、等离子沉积、射流辅 助等离子沉积、烧结、冷金属喷涂、爆炸喷涂、高速火焰喷涂、电镀(由 非水电解质)或热浸镀(将阳极集电器片浸入熔融密封金属浴中)。密 封金属可以均匀厚度施用到阳极集电器片的内表面上，厚度优选介于约 0.10微米至50微米之间，例如，约3微米。

尽管镁或锆是用于本发明碱性薄片电池情况下的优选密封金属，但 其它金属也可在粘合剂施用到阳极集电器表面上以将塑料阳极框架粘 结到集电器上之前以具有类似有益效果的类似方式用作阳极集电器表 面上的预涂层。这种密封金属的列表包括镁(Mg)、锆(Zr)、钛(Ti)、 铪(Hf)、钪(Sc)和钇(Y)以及镧系元素(La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、 Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)。在这些元素中，考虑可得性、 功能和成本的总体因素，镁(Mg)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)和钇(Y) 是优选的。

本发明并不意味着对用于阳极框架的任何具体塑料或聚合材料的 限制。阳极框架可由多种塑性材料构成，只要该塑料耐用并且耐碱性电 解质的侵蚀。用于阳极框架的优选材料为例如高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、 丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚砜或聚氯乙烯(PVC)塑料。

通常，当新加工的金属片或金属结构暴露于环境空气时很快在其表 面上生成原始金属氧化物或金属氢氧化物薄膜。这种原始金属氧化物或 氢氧化物薄膜只能在痕量水及氧气都不存在的纯惰性气体存在下的基 本真空内临时且困难地去除。当将粘合剂或粘合密封剂材料施用到这种 表面上时，形成在化学上涉及原始金属氧化物或金属氢氧化物薄膜的粘 合剂粘结。金属片或金属结构上存在原始金属氧化物或金属氢氧化物薄 膜在将粘合剂涂布的塑料表面化学粘结到金属结构中起着重要作用。换 句话讲，粘合剂与金属氧化物或氢氧化物之间的化学粘结在粘结过程中 形成。对于基本上所有的粘合剂或粘合密封剂通常都是如此，包括以上 列举的优选用于将塑料阳极框架粘结到阳极集电器片的分级粘合密封 剂。然而，如果这种塑料到金属的粘结的任何部分暴露于碱性薄片电池 内(或通常任何碱性电池内)的碱性电解质，原始金属氧化物或氢氧化 物可被侵蚀，从而逐渐削弱粘结。已确定一些金属氧化物或氢氧化物与 其它相比，不易被碱性电解质侵蚀，主要是由于它们比其它金属氧化物 难溶于碱性电解质中。

已发现当上述列举的密封金属，尤其是镁和锆涂布到阳极集电器片 表面上时，它们在集电器片表面上生成镁氧化物或氢氧化物或锆氧化物 薄膜。这种镁氧化物或氢氧化物或锆氧化物薄膜在碱性电解质存在下比 原始金属氧化物薄膜更难溶解。例如，如果阳极集电器片为铜或铜合金 (如黄铜或青铜)，在集电器片表面上生成的镁氧化物或氢氧化物或锆 氧化物薄膜在碱性电解质中比原始氧化物薄膜(例如，氧化铜、或氧化 铜+氧化锌、或氧化铜+氧化锡)更难溶解。在这点上，用密封金属 (例如镁或锆或以上所列举的其它密封金属)预涂布阳极集电器片，与 如果阳极集电器片没有如此涂布相比，可在碱性环境中更好地保持对金 属集电器的界面粘合剂粘结，当然除非集电器片本身是形成于密封金 属。

粘合剂向金属界面处的粘结可随时间劣化的另一种方式为如果被 粘结金属表面上的原始金属氧化物或氢氧化物薄膜由于其所处的环境 而发生氧化或还原。依据在本发明的薄片碱性电池情况下将塑料阳极框 架粘结到阳极集电器片，如果氧化物或氢氧化物中的原始金属具有比锌 更正的电化学电位，原始氧化物或氢氧化物薄膜可具有被阳极中的锌 还原的趋势。还原成较低的氧化物或金属本身造成体积收缩以及金属界 面粘结内的粘合剂劣化或损失。以上所列举的密封金属，包括优选的金 属镁和锆，具有比锌更负的电位，因此不会被锌还原。所以用密封金属 如镁或锆预涂布典型为铜或铜合金(黄铜或青铜)或锡的金属集电器可 保护向金属界面粘结的粘合剂不变质。这是因为以上所列举的密封金属 如镁和锆的氧化物或氢氧化物不会通过与锌阳极材料的直接接触或者 当在电解质共同体内保持在锌阳极电位上时被还原。

以上所定义的密封金属适用于通常的碱性电池，与电池构型无关。 本文所定义的碱性电池为“电化学电池，其为内部采用碱性电解质的一 次或可充电电池”。电解质典型地包括含水氢氧化钾，但也可包括其它 碱性组分，例如氢氧化钠或氢氧化锂、以及它们的混合物。通常以钮扣 电池形式用于助听器的金属/空气电池，例如锌/空气电池也为碱性电 池，因为其采用与锌阳极活性材料混合的碱性电解质。锌/空气电池也 可为细长的圆柱体构型或其它构型形式，所有这些均可由于其内使用碱 性电解质而被看作碱性电池。商业碱性电池典型地具有包含锌的阳极， 通常为与胶凝剂和碱性电解质混合的颗粒形式。阴极典型地包含二氧化 锰、羟基氧化镍等作为阴极活性材料。这种电池由于在其内使用碱性电 解质而被认为是碱性电池。

碱性电池具有典型地为细长的金属构件形式的阳极集电器，例如， 如金属钉、杯状金属构件或金属片。本文所用术语“阳极集电器”是通 常为金属的导电构件，其一部分与阳极的至少一部分接触，而另一部分 与电池负端子接触。阳极集电器提供由阳极至电池负端子的连续导电通 路。在一些碱性电池中，例如，在碱性钮扣电池如锌/空气钮扣电池中， 阳极壳体本身用作阳极集电器。在碱性电池中，阳极集电器的一部分穿 过或毗邻典型为有机高分子或塑性材料的电绝缘构件，其使阳极集电器 与电池正面电绝缘。这在本领域经常称作“负馈通部分”。阳极集电器 的一部分(负馈通)典型地用粘合剂材料(例如，沥青或聚酰胺基密封 剂)粘结到绝缘构件上以提供其间优良的密封性。通过用以上限定的本 发明密封金属(尤其是镁、锆或钛)预涂布阳极集电器的所述部分(负 馈通部分)，与如果阳极集电器的那部分没有如此预涂布密封金属相比， 阳极集电器与绝缘构件之间的粘合剂粘结变得更耐碱性并且通常随着 时间的流逝可更好地抗劣化。可供选择地，阳极集电器本身整体上或者 被粘结到绝缘构件上的部分本身可以由密封金属形成。在这种方式中， 阳极集电器与绝缘构件之间的粘合剂密封可得到改善且电解质通过其 渗漏的机会减少。

至于电解质渗漏减少方法2，其涉及提供加长的或较长的阻挡通 道，以减少电解质由电池内部向外部环境渗漏的机会。在该方面，已确 定设置任何可能渗漏通道的长度远远大于总电池厚度是理想的，所述长 度从任一活性电极边缘测量至其在电池外部上的相应端子接触。在本文 的一个优选实施方案中，可能渗漏通道(渗漏阻挡通道)与电池厚度的 比率大于1.5，并且更优选大于2。

这可通过两种不同方法实现，所述方法可单独采用或以合作方式。

在第一种方法中，塑料框架的宽度提供第一渗漏阻挡通道A。塑料 框架的宽度(渗漏阻挡通道A)从框架内周边(与电池活性材料和电解 质接触)向其外周边测量，并且应设定为与电池的厚度尺寸大约一样长 或者比厚度尺寸长。因此，对于3mm(1/8″)厚的电池，框架宽度(A) 理想地为大约3mm(1/8″)或更大。尽管期望将框架宽度(渗漏阻挡通 道A)增加至最大值以阻止渗漏，但应当理解这将以牺牲电池内活性材 料的可用内部体积为代价。因此，对于给定的电池占有面积(平行或基 本平行于阳极或阴极框架正面的电池侧面)，框架宽度有一上限，其将 容许合适量的活性材料装入电池中。

在第二种方法中，电池的外表面理想地覆盖有塑料薄膜，该塑料薄 膜通过密封剂粘附到电池外表面上，包括塑料框架的所有暴露边缘，还 有两个导电性端板(集电器片)的大部分表面，只是不包括每个端板上 距框架外周边一定距离定位的小的端子接触区域。在一个优选实施方案 中，暴露接触，例如负极接触，以距框架所有外缘尽可能最远的距离位 于导电性端板上。因此，定义了从阳极框架外周边至暴露的负极接触的 距离B，其与电池厚度至少一样长。距离B限定了第二电解质渗透阻 挡通道(阻挡通道B)的长度。距离B被薄膜包装或带横跨，所述包 装或带优选包括第一与第二覆盖的收缩薄膜包装带，优选其间以及第一 包装与电池表面之间具有密封剂。第一薄膜带与电池之间的密封剂以及 两个薄膜带之间的密封剂有助于实现优良的电解质阻挡性，防止或大大 延迟电解质沿通道B渗漏的机会。第一塑料薄膜包装优选为在电池周 边(边缘)附近施加的塑料管收缩带(周边带)。未收缩带的中心轴平 行于厚度方向定向。收缩后，该带覆盖并粘附到大部分粘合剂支承外表 面上，包括所有边缘以及导电端板的大部分。不包括电池末端接触区域 (这些保持裸露)。因此，可能的渗漏通道还由框架外周边向电池端子 附近延伸。

将第二塑料薄膜包装，优选塑料管收缩带(横向带)与第一带成直 角施加到电池上。未收缩带的中心轴垂直于厚度尺寸定向。第二收缩包 装(横向带)紧密收缩，覆盖大多数剩余的暴露表面。横向带配置有表 明外部金属端板上不含密封剂的接触区域的小的冲孔或切孔，从而暴露 电池端子。第一与第二收缩包装带(周边带和横向带)一起覆盖电池的 整个外表面，电池端子除外。

为进一步增强抗渗漏，在施加第二横向带之前，第一收缩包装带(周 边带)的外表面可涂布有附加密封剂，从而实现第一带(周边带)与第 二带(横向带)外部之间的密封。这样确保唯一剩余的任何渗漏电解质 出口点为暴露的电池接触点。

在具有粘结在一起的单独阳极和阴极框架情况下，如本文所参考的 第一电解质渗透阻挡通道(阻挡通道A)可限定为具有等于阳极框架周 边宽度(即，围绕框架内中空空间的框架边缘的宽度)的长度。(然而， 应当理解，通过类推，阴极框架宽度决定电池阴极侧上的第一阻挡通道 A。)在具有容纳阳极和阴极材料的单一共用框架情况下，第一电解质 渗透阻挡通道(阻挡通道A)限定为具有等于该共用框架边缘宽度的长 度。如上所提及的第二电解质渗透阻挡通道(阻挡通道B)测量为由阳 极框架的外周边边界至电池表面上暴露的负极接触的距离。总的电解质 渗漏阻挡通道A+B理想地至少介于电池厚度的约1.5至4倍之间， 对于具有非常高占有面积区域的电池甚至可以更大。

至于渗漏减少方法3，可通过最小化与电池占有面积总区域成比例 的外部负极接触面积而实现。因此，通过采用密封剂和塑料薄膜覆盖尽 可能多的负极接触外表面，暴露的接触面积与电池占有面积区域的比率 最小化。该比率优选小于5％(对于具有1cm2至14.5cm2占有面积的 电池)，更优选小于1％(对于具有14.5cm2至603cm2占有面积的电 池)，并且最优选小于0.1％(对于603cm2或更大占有面积的电池)。

如此描述的排列适用于本发明具有多种形状(如正方形、矩形、多 边形、圆形或椭圆形)和扁平或弯曲表面的薄片电池。

总渗漏通道由框架宽度加上框架外缘至电池端子距离的总和组成。 在本发明的优选实施方案中，总渗漏通道为电池厚度尺寸的至少两倍。 更优选地，总渗漏通道为电池厚度尺寸的至少3倍，并且最优选地， 总渗漏通道为电池厚度尺寸的至少4倍。通过用密封剂和塑料薄膜覆 盖电池外部，可能的渗漏通道由框架的外周边向电池端子进一步延伸。 利用本文公开的设计原理，可构造非常大面积的薄碱性电池，例如大约 21.6cm×27.9cm或603cm2(8.5in×11in或93.5in2)或更大。

在另一个方面，薄片电池可具有贯穿在限定电池短尺寸的相对侧之 间并完全通过相对侧的一个或多个小孔。限定任何一个所述小孔的边界 表面优选不与任何其它此类小孔的边界表面相交或接触。限定每个小孔 的边界表面也不与电池外周边相交或接触，所述外周边如限定电池短尺 寸的相对侧之间的外缘表面所限定的。在矩形薄片电池(立方体)中， 所述小孔可理想地垂直于限定其间电池短尺寸的两个相对平行侧面定 向。小孔可对称或不对称。具体地讲，在矩形薄片电池的所述两个相对 侧面之间沿电池轴线中心定位的小孔使得薄片电池方便地插在连接到 需供电装置的轴上。

图1为本发明薄片电池实施方案的透视图。

图1A为具有双重框架构造的图1薄片电池实施方案的横向剖面 图。

图2为图1电池沿定位线2-2截取的横截面正视图。

图3为图1电池沿定位线3-3截取的横截面正视图。

图4A为显示包括阳极组合件的组件实施方案的分解图。

图4B为显示包括阴极组合件的组件实施方案的分解图。

图5A为显示包括铆接的阳极组合件的组件分解图。

图5B为显示包括铆接的阴极组合件的组件分解图。

图6A为图5A中阳极组合件的横截面，示出由阳极集电器片内的 小孔穿过的阳极塑料框架突出的铆钉。

图6B为图5A中阳极组合件的横截面，示出层压至位于阳极集电 器片表面之下的铆钉头部。

图7A为具有单一框架构造的图1薄片电池第二实施方案的横向 剖面图。

图7B为图7A薄片电池实施方案的分解图，示出包括阳极和阴极 组合件的组件。

图8A为显示可收缩周边薄膜带在电池边缘周围插入之前的透视 图。

图8B为显示可收缩周边薄膜带正在电池边缘周围插入时的透视 图。

图8C为显示具有在电池边缘周围收缩的周边薄膜带的电池的透 视图。

图8D为显示在电池周围插入且在周边薄膜带之上的横向收缩薄 膜带的透视图。

图8E为显示具有在电池周围收缩的横向薄膜带的电池的透视图。

图9A为显示具有双曲面的薄片电池实施方案的透视图。

图9B为显示具有单曲面的薄片电池实施方案的透视图。

图9C为显示具有曲面和不均匀厚度的薄片电池实施方案的透视 图。

图10A为图1电池沿定位线3-3截取的横截面正视图，示出在 利用本发明密封金属作为阳极集电器上的涂层的一个实施方案中包括 阳极组合件的组件。

图10B为图1电池沿定位线3-3截取的横截面正视图，示出在 利用本发明密封金属作为阳极集电器上的涂层的另一个实施方案中包 括阳极组合件的组件。

图10C为图1电池沿定位线3-3截取的横截面正视图，示出在 利用本发明密封金属作为阳极集电器上的涂层的另一个实施方案中包 括阳极组合件的组件。

图10D为图1电池沿定位线3-3截取的横截面正视图，示出在 利用本发明密封金属作为阳极集电器上的涂层的另一个实施方案中包 括阳极组合件的组件。

图10E为图1电池沿定位线3-3截取的横截面正视图，示出在 利用本发明密封金属作为阳极集电器上的涂层的另一个实施方案中包 括阳极组合件的组件。

图10F为图1电池沿定位线3-3截取的横截面正视图，示出在 利用涂布到塑料薄膜上的本发明密封金属的另一个实施方案中包括阳 极组合件的组件。

图10G为图1电池沿定位线3-3截取的横截面正视图，示出在 利用涂布到塑料薄膜上的本发明密封金属的另一个实施方案中包括阳 极组合件的组件。

本发明的代表性薄片碱性电池10示于图1中。在图1的实施方 案中，电池具有带圆角的总体矩形形状。电池10具有两个形成电池主 体的相对矩形薄片状表面20’和80’以及其间的两对相对的矩形端 面，一对为端面110a、110b，第二对为端面110c和110d。相对的薄 片状表面20’和80’优选相互平行。如图1所示，相对端面110a 和110b优选相互平行，并且相对端面110c和110d优选相互平行。 因此电池10为具有圆角的立方体(长方体)形状。

应当理解，相对的薄片状表面20’和80’可为其它形状，例如 多边形，并且也可为圆形、椭圆形，或者可为不同表面积的曲线或部分 曲线周边。因此，本发明并不意味着限定为矩形电池。相对的薄片状表 面20’和80’可以不平行。因此，如果需要，电池可具有可变的厚 度。相对的薄片状表面20’和80’可以不平坦。因此，如果需要， 电池可具有单一或双重曲率，具有恒定或可变厚度。例如，具有单一曲 率的电池示于图9B和9C中。在图9B中，当从顶部表面20’向下 观察时，电池向内弯曲(凹的)。在图9C中，当从顶部表面20’向 下观察时，电池向外弯曲(凸的)。在图9C中，电池还在一端110a处 比相对端110b处更薄。类似地，电池在末端110a处的宽度也可不同 于相对端110b处的宽度。在图9C中，电池宽度在末端110a处小于 相对端110b处。电池表面也可具有多重曲率。在图9A中，示出了双 重(鞍形)曲率的电池。

在电池的薄片状结构形成后，例如，如图1A所示，可将一个或多 个塑料薄膜带施加到电池表面上。这些带优选为热收缩塑料材料，理想 地为聚氯乙烯膜。如图8A所示，除了电池端子接触区域25和26之 外，电池外部首先覆盖有第一外部粘合剂层120(如下所述的粘合密封 剂B)。然后将第一热收缩包装，即周边收缩塑料薄膜带210施加在 电池周边附近(图8B)。带210优选形成于限定中空内部空间212的 封闭主体表面211。当薄膜带210热收缩到电池表面上时，薄膜带210 的主体211折叠到电池表面上并粘附到第一外部密封剂层120上(图 8C)。除了在端子接触区域25处之外，密封剂120的一部分在中心 暴露(图8C)。将第二外部密封剂层121(如下所述的粘合密封剂B) 施用到周边收缩塑料带210的外表面上，除此之外，这种密封剂121 可任选地从电池的周边省略。然后将第二热收缩包装，即，横向收缩 塑料薄膜带220垂直施加到周边收缩塑料带210上，覆盖剩余的暴露 薄片状表面20’和80’。当横向薄膜带220热收缩到电池表面上时， 其与第二密封剂层121接触。因此横向带220粘附到施加在周边带 210之上的第二密封剂层121上。横向带220也粘附到第一密封剂 120(图8C)的暴露部分上，所述第一密封剂施用到薄片状表面20’和 80’上但不被周边收缩塑料带210覆盖。横向带220在薄片状表面 20’和80’上具有暴露端子接触区域25的小孔222以及在带220 的相对面上暴露相对的端子接触区域26的类似小孔(未示出)。在例 如图2所示的具体实施方案中，端子接触区域25提供电池负端子， 而相对的接触区域26提供正端子。在带220已收缩到周边带210上 之后，横向带220的一小部分在带220的开口端处提供小孔或窗口 224。下面的周边带210的一小部分显示出通过窗口224(图8E)暴 露。

优选地，电池10的总厚度较小，例如介于约0.5和6mm之间， 例如，介于约1.5和6mm之间，更典型地介于约1.5和4mm之间。

电池10(图1)的具体构造分别示于图1A的剖面图以及侧截面 与端截面图2和3中。电池10特征在于首先形成阳极组合件如组合 件30A(图4A)，然后形成阴极组合件如组合件70A(图4B)。阳极 组合件30A与阴极组合件70A随后优选用粘合剂彼此粘结在一起，以 形成完整电池。完整电池优选涂布有密封剂，并用优选为热收缩聚氯乙 烯的塑料薄膜200包裹，优选包裹两次。将热量施加到塑料薄膜200上 以形成电池标签。可采用其它类型的外部薄膜包装200，例如，粘合剂 涂布的塑料薄膜和热收缩聚烯烃或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄 膜。如上所述，外部薄膜包装200优选包括双重包装，即，施加在电 池周边的第一薄膜带210和横向施加在第一薄膜210之上的第二包 装220。

然而，在某些情况下，可期望首先施加横向薄膜带其次施加周边带。 横向带可包括覆盖两个集电器片外表面至少一部分的薄膜材料封闭环。 可供选择地，横向带可包括覆盖两个集电器片外表面至少一部分的薄膜 材料折叠片，其被折叠在包括电池厚度尺寸的一部分边缘上。可供选择 地，横向带可包括两个独立的薄膜片，每一个均覆盖各自集电器片外表 面的至少一部分。

将粘合剂或密封剂在优选位置涂布到或施用到多个组件上。描述了 粘合剂与密封剂的通常类型并指定了具体的优选类型。然而，应当理解， 具体粘合剂与密封剂的替代品是可以的，因此本发明并不旨在限于本文 给定的那些。将有三种类型的粘合剂/密封剂用于形成本文所述的薄片 电池10实施方案。

粘合剂A：这是一种主要用于向被粘结的组件赋予保持强度的结构 粘合剂。粘合剂A优选利用环氧基粘合剂。例如，优选的环氧粘合剂 可由以商品命名2216购自3M Company的两组分环氧组成。其也可为 以商品命名非金属填充环氧2214购自3M的单组分、热活化环氧或以 商品命名LC-1211购自3M的紫外引发丙烯酸酯粘合剂或以商品命名 AF-111 Scotch-Weld薄膜粘合剂购自3M的薄膜粘合剂。

粘合密封剂B：这是一种有助于将组件粘结在一起并且同样也用作 密封剂(即，密封并阻挡碱性电解质的渗透)的粘性粘合剂。粘合密封 剂B优选作为包含粘性聚酰胺的溶剂基溶液施用。可供选择地，密封 剂B可包含官能化聚乙烯，其为具有接枝侧基的聚乙烯。优选的官能 化聚乙烯粘合密封剂以商品名J-43粘合剂购自Haerbin Renown Tech. Co.Ltd.，China。可供选择地，其可为沥青。包含聚酰胺树脂的溶剂 基溶液形式的优选密封剂B  商品命名Specseal售自Specialty Chemicals Co.。另一种优选的包含粘性聚酰胺树脂的溶剂基溶液以商 品名REAMID-100和VERSAMID-100购得(购自Henkel Corp.或 Cognis Corp.)。这种粘合剂组分理想地为低分子量热塑性聚酰胺树脂。 优选的聚酰胺树脂以商品名REAMID-100和VERSAMID-100购得(购自 Henkel Corp.或Cognis Corp.)。这些树脂在室温下为凝胶，其为分 子量约390的二聚脂肪酸以及二聚脂肪酸与二胺的反应产物。尽管可 利用较高分子量的聚酰胺基粘合剂组分，但优选较低分子量的组分，因 为它们更容易溶解于所选的优选溶剂中。粘合剂组分溶解于溶剂中至所 需粘度。可利用多种溶剂，如异丙醇或甲苯，以及溶剂的混合物。优选 地，异丙醇由于其在处理时相对无害的本性而用作溶剂。聚酰胺具有附 加优点，因为它们可抵挡氢氧化钾电解质的化学侵蚀。粘合剂可采用常 规的喷雾涂布技术(包括通过射流法)施用到电池组件上。可施用粘合 剂以为电池提供聚合物组件的所需表面之间、金属组件的表面之间或聚 合物与金属组件的表面之间的粘合剂密封。

粘合剂C：这种粘合剂主要用于粘结两种相同或类似塑性材料的塑 料组件。于是，优选的粘合剂也具有与被粘结的塑性材料相同的聚合物 基。例如，如果被粘结的塑性材料为高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，则优选 的粘合剂也包含聚苯乙烯粘合剂树脂。这种粘合剂可以包含溶解于合适 溶剂中的粘合剂树脂的溶剂基溶液形式常规施用。

在描述本发明具体实施方案的过程中，除非另外指明，粘合剂通过 参考如上指定的粘合剂A、B或C给定。

优选的阳极组合件30A(图4A)包括优选为有机高分子材料如塑 料的阳极框架30，其具有外周边33a和内周边37。内周边37围绕 中空内部空间33b。阳极框架30优选由耐用而柔韧且可用粘合剂粘结 的塑性材料构成。用于框架30的优选材料为高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、 丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚砜或聚氯乙烯(PVC)塑料。阳极组合 件30A还包括阳极材料40、阳极集电器片20以及隔离膜板50。因 此，阳极框架30形成用于阳极40的外壳的一部分，并且也用作防止 阳极集电器片20与电池正极侧之间接触的绝缘密封构件。任选地，隔 离膜板可作为阴极组合件70A的一部分或者作为阳极与阴极组合件之 间的单独体被包括。在组合件中，集电器片20可用粘合剂粘结到框架 30的背面(图4A)。在这种实施方案(图4A)中，框架30与粘结 到其上的阳极集电器片20有效地形成用于阳极材料40的外壳。优选 的集电器片20为铜。片20厚度理想地介于约0.152和0.254mm(6 和10mil)之间。集电器片20优选通过采用分级密封固定并密封到框 架30的背面，所述分级密封由邻近框架外缘的结构粘合剂带20a(上 述粘合剂A)和邻近框架内缘的密封剂材料带20b(上述粘合密封剂B) 组成。均一化组成的单一粘合剂可替代分级密封施用，然而，分级密封 是优选的，因为其提供更好的用于密封电解质的系统。可将间隔小珠掺 入到结构粘合剂中以控制粘合剂层的厚度。然后可将阳极材料40插入 到框架30内的内部空间33b内，使得其压向集电器片20。框架30 可具有形成框架内缘的凹陷架36。凹陷架36优选涂布有粘合剂37。 粘合剂37可为溶剂基压合式粘合剂，例如，以商品命名1357-L购自 3M公司的压合式粘合剂或以商品命名30-N购自3M的水基压合式粘 合剂。用于施用到架36上的优选溶剂基粘合剂包括10％重量的高抗 冲聚苯乙烯合90％重量甲苯的溶液。可将隔板片50插在阳极材料40 之上，使得其边缘靠着架36并且通过粘合剂涂层37粘结到其上。可 供选择地，隔板片50的边缘可通过超声或热量和压力焊接技术焊接到 架36上。因此完整的阳极组合件30为包含压向集电器片20的阳极 材料40的层压结构形式，其中集电器片20与隔板50粘结到框架 30的相对侧上。

优选的阴极组合件70A(图4B)包括优选为有机高分子材料(例 如，塑料)的阴极框架70，其具有外周边73a和内周边77。内周边77 围绕中空内部空间73b。阴极框架70优选由耐用而柔韧且可用粘合剂 粘结的塑性材料构成。用于框架70的优选材料为高抗冲聚苯乙烯、丙 烯腈丁二烯苯乙烯、聚砜或聚氯乙烯塑料。阴极组合件70A也包括阴 极材料60和阴极集电器片80。阴极集电器片80理想地为镀镍钢片， 优选为在镍之上具有碳层的镀镍钢。钢片可典型地为冷轧钢。另一种合 适的阴极集电器片80可为具有镍层之上的钴层和钴之上的碳漆层的 镀镍钢片，如美国专利6,555,266B1所述。另一种合适的阴极集电器 为蚀刻并碳化且涂布有碳漆涂层的纯镍片。镍片可理想地具有介于约 0.152至0.254mm(6至10mil)之间的厚度。镍片上的碳涂层可通过 溶剂基涂布技术施用，例如，如美国专利6,555,266所述。通过使镍 片经过高温操作的炉子而使该片碳化，其中来自挥发性碳前体的碳沉积 在镍表面上。后面这个将碳沉积在镍表面上以形成碳化镍表面的技术描 述于美国专利2,051,828(William F.Dester，1936年8月25日)中。 在碱性电池中使用碳化镍集电器描述于美国专利3,713,896(RalphH. Feldhake，1970年8月19日)中。

在组合件中，集电器片80可用粘合剂粘结到框架70的背面(图 4B)。在这种实施方案(图4B)中，框架70与粘结到其上的阴极集 电器片80有效地形成用于阴极材料60的外壳。集电器片80优选通 过采用分级密封粘结到框架70的背部边缘73a上，所述分级密封由 邻近框架外缘的结构粘合剂带70a(如上所述粘合剂A)和邻近框架内 缘的密封剂材料带70b(如上所述粘合密封剂B)组成。均一化组成的 单一粘合剂可替代分级密封施用，然而，分级密封是优选的，因为其提 供更好的用于密封电解质的系统。然后可将阴极材料60插入到框架 70内的内部空间73b内，使得其压向集电器片80。因此完整的阴极 组合件70a为包含压向集电器片20的阴极材料60的层压结构形 式，但阴极材料60的一部分暴露。

然后可将阳极组合件30A用粘合剂固定到阴极组合件70A上，以 形成单一层压电池结构10，其中阳极40和阴极60材料彼此相对， 并且隔板50位于其间(图1A)。通过向阳极框架30(图4A)的暴 露正面施用粘合剂，阳极组合件30A与阴极组合件70A可方便地粘结 在一起。阳极框架30(介于外缘33a和内缘37之间)宽度可典型地 介于约3mm和6mm(1/8和1/4英寸)之间，该宽度为待施用的粘合 剂留有足够空间。粘合剂32理想地包含粘合剂树脂，其来自与框架30 的塑性材料相同的种类。因此，如果框架30为高抗冲聚苯乙烯，则优 选粘合剂32为高抗冲聚苯乙烯在甲苯中的溶液。可供选择地，如果框 架由ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)或PVC(聚氯乙烯)制成，则可采用 这些塑料聚合物在甲苯或其它溶剂中的溶液。在将粘合剂32施用到 阳极框架30前面之后，将阳极框架30压制到阴极框架70上，从而 将阳极组合件30A用粘合剂粘结到阴极组合件70a上，以形成组成图 1至3所示完整电池10的粘结层压结构。

最佳地示于图1A、2和3中的完整电池10为刚性、坚固且紧凑 的。粘结层压电池构造产生其内保持电池内容物的紧紧密封的电池。如 图2和3所示，电池可涂布有一层或两层密封剂并包裹在一层或两层 优选为热收缩聚氯乙烯薄膜的塑料薄膜内。当向薄膜施加热量时，所述 薄膜在电池边界表面周围收缩以形成标签。

本发明的一个方面是设计电池使得在来自电池内部的任何电解质 到达外部逸出点之前为它们提供穿越的长渗漏通道。(这是除了向多个 电池组件提供上述的粘合剂与粘合密封剂之外。)因此，设计本发明的 薄片电池10使得框架30和70(或在图7A和7B所示单一框架实 施方案情况中的框架130)具有优选与总电池厚度一样大的框架边缘宽 度(例如，介于图4A所示的边缘33a和37之间或者介于图4B所 示的边缘73a和77之间或者介于图7B所示的边缘130a和137 之间)。这样为从电池内部穿越至框架外端的电解质提供较长的第一渗 漏阻挡通道“通道A”，例如，如图2所示。然后外部热收缩薄膜包 装200(其可包括如图8A至8E所示的双重薄膜包装210和220) 提供第二渗透阻挡通道“通道B”。阻挡通道B定义为从位于导电端 板(例如端板20)上的暴露的端子接触(例如端子接触25)至框架(例 如框架30)的外周边处的距离″B″(图2)，其为至少与框架宽度一样 长的距离，即，近似等于或大于电池厚度的距离。在这种情况下，总电 解质渗漏阻挡通道A+B(图2)优选为电池厚度的至少两倍。应当理解， 对渗漏阻挡通道A和B的定义同样也适用于图7A和7B所示的本 发明单一框架130实施方案。

本发明电池10的优选放电速率可为，例如高达约15至45毫瓦 /cm2(13.5至40.5毫安/cm2)。(所述平方厘米面积是基于阳极/阴 极界面处的面积。)总尺寸为4cm宽×8cm长×3mm厚的典型薄片 电池10可供应介于约1和1,000毫安之间，优选介于约10毫安和 100毫安之间的电流消耗速率。

在图5A和5B所示的可供选择的实施方案中，完整电池的结构完 整性可通过整体模铸阳极框架30和阴极框架70以包括邻近各自的 框架边缘33a和73a的突出铆钉而增强。这种整体模铸铆钉35显示 由阳极框架30的后边缘伸出。类似地，这种整体模铸铆钉显示由阴极 框架70的后边缘伸出。阳极集电器片20沿其边缘具有小孔22以与 阳极框架30上的突出铆钉35配合。类似地，阴极集电器片80沿其 边缘可具有小孔82以与阴极框架70上的突出铆钉75配合。因此， 可通过将铆钉35插过小孔22将阳极集电器片20固定到阳极框架 30上，并且可通过将铆钉75插过小孔82将阴极集电器片80固定 到阴极框架70上。然后可通过向铆钉头部施加热量和压力而将它们打 平(层压)。理想地，密封剂也可施用到阳极集电器片上的铆钉孔22之 间的空间上以及阴极集电器片上的铆钉孔82之间的空间上。用于此用 途的优选密封剂可为具有粘性官能化聚乙烯树脂的溶剂基密封剂，例如 以商品命名J-43粘合剂购自Haerbin Renown Tech.Co.Ltd，China 的那种。在图6A和6B中所示的实施方案中，沿阳极框架的突出铆钉 35可具有沿阳极框架30边缘由浅的锯齿状空间38突出的凹陷基 座。这种构型使得在插入集电器片小孔22并层压后，铆钉头部可凹陷 至低于阳极集电器片20表面的水平面。相同的凹陷铆钉头部构型可用 于由阴极框架70突出的铆钉75。

已依照图4A和4B所示的实施方案以及图5A和5B所示的铆 接实施方案制造电池10。在图4A和4B所示的采用阳极和阴极组合 件的具体构造中，电池具有2.8mm的总厚度和38mm(1.5英寸)的宽 度以及38mm(1.5英寸)的长度。电池在77.5和0.775毫瓦/cm2之 间的不同恒定速率下放电至约0.6伏的截止电压(基于阳极和阴极之 间的界面面积上的面积)。至约0.6伏截止的放电循环期间的平均负 载电压为约1.1伏。因此，以上瓦特密度范围转化为介于约70.5至 0.705毫安/cm2之间的电流消耗密度。在该放电范围内，电池膨胀了高 达约其原始厚度10％的厚度。电池没有破裂，也没有任何电解质渗漏。 为了确保电池在电子装置的电池腔体内不会膨胀太紧，推荐设计这种腔 体基本大于电池或者设计电池厚度基本小于腔体开口以容许标称10％ 的电池膨胀。

在另一个优选的薄片电池实施方案(图7A和7B)中，可采用单 一框架130替代图4A和4B实施方案中所示的两个框架30和70。 优选为塑料的单一框架构造具有可将阳极材料40和阴极60装入单 一框架130相对侧内的优点，避免需要将单独的框架粘结在一起。最 佳地示于图7B中的单一框架130具有围绕中空内部空间133b的内 周边132。在图7A和7B所示的单一框架实施方案情况下，阳极组合 件包括阳极集电器20、阳极40、隔板50和框架130的顶侧。阴极 组合件包括阴极集电器80、阴极60和同一框架130的下侧。将阳极 集电器20与阴极集电器80粘结到框架130的相对侧，以形成薄片 电池构造。

为实现用于采用单一框架(图7A和7B)的实施方案的电池构造， 将粘合剂137沿着框架130的内缘施用到凹陷架136上(图7B)。

粘合剂137可为溶剂基压合式粘合剂，例如，以商品命名1357-L 购自3M公司的压合式粘合剂或以商品命名30-NF购自3M的水基压 合式粘合剂。用于施用到架136上的优选溶剂基粘合剂包括10％重量 的高抗冲聚苯乙烯合和90％重量甲苯的溶液。

用压合式粘合剂137将隔板片50粘结到凹陷架136上。可供选 择地，可通过热量和压力或者通过超声将隔板片50直接焊接到凹陷架 136上，而无需采用粘合剂。

将阴极60压制在隔板片50的暴露侧上。然后将阴极集电器片 80施加在阴极60之上，使得集电器片80的边缘接触框架130的边 缘。分级粘合剂80a与80b保持阴极集电器80牢固地粘结到框架 130的下侧，这可由图7A和7B推断出。

将阳极40挤压或压制到隔板片50的相对暴露侧上。然后将阳极 集电器片20施加在阴极40之上，使得集电器片20的边缘接触框架 130的边缘。分级粘合剂130A与130b保持阳极集电器20牢固地粘 结到框架130的顶侧，如图7A中所示。

分级密封优选施加在框架130的外缘133a与内缘137之间。分 级密封可包括邻近框架外缘的结构粘合剂带130a(如上所述粘合剂A) 和密封剂材料带130b(粘合密封剂B)(邻近框架内缘)。均一化组 成的单一粘合剂可替代分级密封施用在框架130的外缘133a与内缘 137之间，然而，分级密封是优选的，因为其提供更好的用于密封电解 质的系统。

类似的分级粘合剂可施用到框架130的相对侧或者可沿着阴极集 电器片80的边缘施用。后者示于图7B中。分级粘合剂包括邻近阴极 集电器片80外缘的结构粘合剂80a(如上所述粘合剂A)和邻近阴极 集电器片80内缘的密封剂材料带80b(粘合密封剂B)。均一化组成 的单一粘合剂可替代分级粘合剂施用，然而，分级粘合剂是优选的，因 为其提供更好的用于密封电解质的系统。

作为非限制性例子，对于具有38mm乘76mm(1.5英寸乘3.0英 寸)占有面积尺寸的薄片薄电池10(4mm厚度)，典型的工作电流消 耗可介于约1毫安至约2,000毫安之间，典型地介于约10和250 毫安之间，更典型地介于约10和100毫安之间。应当理解，通常本 发明较大尺寸的电池10(依据它们的阳极/阴极界面面积，而非厚度) 将使得电池在越来越高的电流消耗需求下显示具有良好性能。

在某些类型的锌粉末合金、锌粒尺寸以及具有某些类型的阳极集 电器情况下，阳极可产生的氢气快于该氢气向阴极扩散并被阴极材料氧 化以生成水。因此，可能需要某种形式的气体管理系统。具体地讲，可 能需要排放积聚氢气的系统。例如，这可采取气体可渗透聚合物的管道 形式，该管道具有贯穿其长度设置的多孔插件，管道穿越阳极腔体并越 过塑料框架的外缘而终止，类似于Polaroid Corporation在美国专利 4,105,831中所公开的。

阳极集电器片20与塑料阳极框架30之间的界面处的密封性可 通过在施用粘合剂以将阳极集电器片20粘结到塑料框架30上之前 用一薄层密封金属预涂布阳极集电器片的内表面而得到改善。因此， 代替直接接触阳极集电器表面，粘合剂，例如以上所提及的分级粘合剂 20a和20b，将接触预涂布到阳极集电器片20上的密封金属300(图 10A)。已确定这样可改善阳极集电器片与塑料阳极框架之间的界面处 粘合剂密封的密封性，尤其是长期强度及均匀性。可供选择地，阳极集 电器片20本身可形成于密封金属300，使得位于密封金属300与塑 料框架20之间的粘合剂将两者粘结在一起。

尽管上述薄片电池实施方案图1至9C在电池存放及正常使用期 间为电池提供足够密封，但本文也给出了对密封的另外改进。所述改进 将主要针对包括阳极组合件(例如，阳极组合件30A(图4A))的密 封组件进行描述。然而，应当理解这种改进也可适用于包括阴极组合件 (例如，阴极组合件70A)的密封组件。

如上所述，一种或多种粘合剂，例如，分级粘合剂密封20a和20b (图4A)可用于将阳极集电器片20粘结到框架边缘30上。例如， 邻近阳极框架30外缘33a的结构粘合剂带20a(上述粘合剂A)和 邻近所述框架内缘37的密封剂材料带20b(上述粘合密封剂B)可如 图4A所示施用。均一化组成的单一粘合剂可替代分级粘合剂密封施 用，然而，分级密封是优选的，因为其在阳极集电器片20与塑料阳极 框架30之间的界面处提供更好的用于密封电解质的系统。

已确定阳极集电器片20与塑料阳极框架30之间的界面处的密 封性可通过在粘合剂，例如粘合剂20a和20b施用到其上之前用一薄 层密封金属300预涂布阳极集电器20的内表面(图10A)而得到改 善。因此，代替直接接触阳极集电器20表面，粘合剂，例如粘合剂20a 和20b，将接触预涂布到阳极集电器20上的密封金属300。已确定这 样可改善阳极集电器20与塑料阳极框架30之间的界面处粘合剂密 封的密封性，尤其是长期强度及粘结均匀性。

作为例子，如果阳极集电器片20为如上所列举的铜、黄铜、青铜、 锡或锌，则镁、锆或钛为预涂布到与将塑料阳极框架30粘结到阳极集 电器片20上的粘合剂，例如分级粘合剂20a和20b接触的那部分阳 极集电器表面上的优选密封金属。(已确定镁或锆为用于铜或黄铜集电 器片的尤其优选的密封金属。)因此，如果采用粘合剂(无论是均一化 粘合剂还是分级粘合剂)将塑料阳极框架粘结到阳极集电器片上，所述 粘合剂将与预涂布到集电器片的正对表面(通常为内表面)上的镁或锆 密封金属直接接触。密封金属涂层与粘合剂之间的这种界面看来可耐长 期(例如，多年)劣化，因此与阳极集电器片没有预涂布密封金属相比， 可更好地保持碱性薄片电池的塑料阳极框架与阳极集电器片之间的粘 结。

尽管镁或锆是用于本发明碱性薄片电池10情况下的优选密封金 属300，但其它金属也可在粘合剂施用到阳极集电器表面上以将塑料阳 极框架粘结到集电器上之前以类似方式用作阳极集电器表面上的预涂 层。这种密封金属列表包括镁(Mg)、锆(Zr)、钛(Ti)、铪(Hf)、钪 (Sc)和钇(Y)以及镧系元素(La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、 Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)。在这些元素中，考虑可得性、功能和成本 的总体因素，镁(Mg)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)和钇(Y)是优选 的。

密封金属可以均匀厚度施用到阳极集电器片20的内表面上，厚度 介于约0.10至50.0微米之间，典型地介于约1和5微米之间，例 如，约3微米。可供选择地，阳极集电器片20本身可由密封金属形 成。在这种情况下，阳极集电器片可典型地具有介于约0.152和 0.254mm(6和10mil)之间的厚度。

尽管优选的密封金属300为其纯元素形式，但并不旨在将密封金 属局限于纯金属，因为也可采用密封金属的合金，例如，镁(Mg)、锆 (Zr)、钛(Ti)、铪(Hf)、钪(Sc)和钇(Y)的合金。在这种情况下， 纯密封金属，例如镁或锆或其组合作为合金主要组分是优选的。然而， 如果纯密封金属为合金的次要组分，也可实现有益效果。作为非限制性 例子，可取的具体镁合金如下：均匀合金2％Mg、余量Cu或均匀合金 5％Mg、余量Cu或包含20％Mg、余量Cu的合金4800A(Belmont Metals，New York，NY)。

可利用常规技术用密封金属涂布阳极集电器片20或阴极集电器 片80的表面。这种常规技术包括，例如真空沉积、溅射、离子镀、等 离子沉积、射流辅助等离子沉积、烧结、冷金属喷涂、爆炸喷涂、高速 火焰喷涂、电镀(由非水电解质)或热浸镀(将阳极集电器片浸入熔融 密封金属浴中)。

已确定将密封金属300涂布到阳极集电器片20上与如果集电器 片20没有如此涂布相比，可更好地保持碱性环境中集电器片20与塑 料框架30之间的粘合剂粘结。据信这至少部分是由于事实上由这种密 封金属涂层形成的原始氧化物金属薄膜基本上不溶于碱性电解质。因 此，即使当暴露于碱性环境时，在化学上涉及这种原始氧化物的粘合剂 粘结也可耐劣化。可供选择地，阳极集电器片20本身可形成于密封金 属或其合金。此外，上述所列举的密封金属具有其氧化物和氢氧化物在 阳极活性材料例如锌存在下不被还原的性质。这种性质也用于保持阳极 集电器片20与塑料框架30(图4A和10B)之间界面粘结的强度和 均匀性。

在阳极集电器片20的内表面上利用密封金属涂层300的阳极组 合件30A(图4A)的多种实施方案示于图10A至10G中。可利用多 种不同的密封金属涂层，但已确定最理想的为镁或锆金属涂层。密封金 属涂层300理想地以其纯元素形式施用，例如阳极集电器20内表面 上薄的镁或锆金属涂层，但密封金属也可为合金形式，理想地为镁合金 或锆合金。不必用密封金属涂布阳极集电器20的整个内表面。然而， 当使用密封金属300时，其应当预涂布到一种或多种粘合密封剂(例 如分级密封剂20a和20b)施用到其上的阳极集电器20的至少部分 内表面上，如图10A所示。因此，密封金属涂层典型地周向施用，以 覆盖面向框架30的阳极集电器20的部分内表面。

阳极框架30(框架边界)宽度可典型地介于约3mm和6mm(1/8和 1/4英寸)之间，该宽度为待施用的粘合剂留有足够空间。当框架30宽 度被制成较小，即，接近3mm(1/8英寸)或更小时，在阳极集电器20 的内表面上使用密封金属300显示出对于增强阳极组合件30A的密 封性特别有用。

图10A至10G为结合对本发明密封金属300的使用的阳极组合 件30A的多个实施方案的实施例。

图10A所示阳极组合件30A的实施方案类似于图4A中所示出 的，不同的是正对分级粘合密封剂20a和20b的部分阳极集电器20 已预涂布有密封金属300。用于该实施方案的优选密封金属300包含 元素镁或锆。优选将密封金属涂层300周向施用到阳极集电器20的内 表面上，所述施用仅仅沿着直接正对分级粘合密封剂20a和20b的 总宽度的所述集电器内表面的部分。在这种方式中，如果需要，可避免 密封金属表面直接暴露于阳极材料40。尽管镁涂层可直接暴露于包含 锌的阳极40，但锆涂层直接暴露于这种锌阳极40可在某些情况下有 助于电池放气，因此应避免。

可通过常规技术例如通过真空金属喷镀将密封金属涂层300(图 10A)如元素镁或锆施用到阳极集电器20的内表面上。然而，可采用 将密封金属300施用到阳极集电器20上的其它常规方法。例如，可 通过采用溅射、离子镀、等离子沉积、射流辅助等离子沉积、烧结、冷 金属喷涂、爆炸喷涂、高速火焰喷涂、电镀(由非水电解质)或热浸镀 (将阳极集电器浸入熔融密封金属浴中)技术施用密封金属。优选为元 素镁或锆的密封金属300可以均匀厚度施用到阳极集电器20的内表 面上，厚度优选介于约0.10和50微米之间，例如，约3微米。尽 管优选元素镁或锆，但密封金属300可为镁或锆的合金，优选其中镁 或锆(或者两者一起)占合金的大多数组分。

示于图10A中的优选集电器片20为铜。然而，阳极集电器20也 可理想地为黄铜或青铜。集电器片20厚度理想地介于约0.152和 0.254mm(6和10mil)之间。尽管可采用单一粘合剂，但优选将分级 粘合剂20a和20b施用到阳极框架30的顶侧上。分级粘合剂包括邻 近框架外缘的结构粘合剂带20a(上述粘合剂A)和邻近框架内缘的密 封剂材料带20b(上述粘合密封剂B)。均一化组成的单一粘合剂可替 代分级密封施用，然而，分级密封是优选的，因为其提供更好的用于密 封电解质的系统。然后将粘合剂涂布的框架施用到阳极集电器边缘上， 使得其接触形成阳极集电器20与分级粘合剂20a和20b之间界面 的密封金属300。用于框架30的优选材料为高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、 丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚砜或聚氯乙烯(PVC)塑料。图10A中 所示的隔板50可为碱性电池隔板中常规采用的材料。例如，隔板50 可由层压到玻璃纸薄膜上的非织造聚乙烯醇纤维片构成。

图10B示出阳极组合件30A的一个实施方案，其中铜集电器20 完全被相同或相似厚度的镁或锆片集电器替换。换句话讲，集电器20 的厚度理想地介于约0.152和0.254mm(6和10mil)之间。利用镁 或锆集电器片20避免了需要用密封金属如镁或锆单独涂布铜集电器 内表面的任何部分。在这个实施方案(图10B)中，优选利用镁阳极集 电器20，因为锆金属暴露于锌阳极40会增加电池存放期间或正常操 作期间的电池放气。然而，镁或锆与粘合密封剂20a和20b的界面可 确保在长至多年的长期电池存放或使用后集电器20与塑料框架30 之间的良好粘合。包括优选分级粘合剂20a与20b的剩余组件与参照 图10A中实施方案所述的相同。

图10C示出具有铜集电器20的阳极组合件30A的实施方案，在 铜片20整个内表面的下面具有镁密封金属涂层300。铜片20下面的 镁涂层300可具有典型为约0.10至50微米，例如，约3微米的厚 度。片20与300的组合厚度介于约0.152和0.254mm(6和10mil) 之间。包括施用到阳极框架30上的优选分级粘合剂20a与20b的剩 余组件与参照图10A中实施方案所述的相同。

图10D示出具有铜集电器20的阳极组合件30A的实施方案，在 邻近其周边的铜片20内表面周围已涂布有一薄层锆金属。将锆层以约 3微米的厚度施用到铜阳极集电器片20的下表面，其宽度对应粘合剂 20a与20b的组合宽度，即大约阳极框架30的宽度。阳极框架(框 架边界)30的宽度以及随之锆密封金属300的宽度可典型地介于约 3mm和6mm(1/8和1/4英寸)之间。该实施方案具有为分级粘合剂 20a与20b提供锆接触表面但锆不直接暴露于锌阳极材料40的优 点。如上所提及的，优选避免锆密封金属于锌阳极材料40之间的直接 接触，因为这种直接接触可有助于电池放气。包括施用到阳极框架30 上的优选分级粘合剂20a与20b的剩余组件与参照图10A中实施方 案所述的相同。

图10E示出具有锆金属集电器20的阳极组合件30A的实施方 案。当塑料框架30与集电器片20粘结在一起时，锆金属集电器20 直接接触分级粘合剂20a与20b。换句话讲，锆集电器片20本身用 作靠着粘合剂20a与20b的密封金属。然而，锆集电器20内表面的 中部涂布或镀有薄铜层28，使得锌阳极40将直接暴露于所述铜层28 而不是锆，以减少电池放气的机会。在该实施方案中，锆集电器20可 具有理想地介于约0.152和0.254mm(6和10mil)之间的厚度，而 下面的铜层28可具有典型地介于约0.5和5微米之间，例如约3 微米的厚度。如上所述，阳极框架边缘30以及随之与粘合剂20a和 20b接触的组合区域的宽度可典型地介于约3mm和6mm(1/8和1/4 英寸)之间。包括施用到阳极框架30上的优选分级粘合剂20a与20b 的剩余组件与参照图10A中实施方案所述的相同。

图10F与10G示出其中阳极集电器20上形成镁密封金属薄层 300的实施方案。镁层可通过常规的真空金属喷镀技术涂布到优选聚酰 亚胺膜的聚合物膜250上，以形成镁/聚合物膜层压材料。如图10F和 10G所示，分级粘合剂20a和20b将塑料框架30粘结到镁层20 上。聚合物膜250为下面的镁层提供保护性涂层。镁层20可具有典 型地介于约5和50微米(0.2和2.0mil)之间的厚度，而聚合物膜 250可具有理想地介于约0.50和5.0mils之间的厚度。为了提供阳 极端子接触(负端子)，镁/聚合物膜层压材料的插片部分310可由电 池边缘延伸并卷绕至本身之上，从而暴露镁层300的一部分，如图10F 所示。镁层300在插片310中的暴露部分(图10F)可用作电池负端 子。

可供选择地，镁层300的一部分可远离聚合物膜250暴露，并且 可由电池边缘伸出以形成负端子接触插片310，如图10G所示。图10F 和10G所示实施方案具有的优点为提供阳极集电器20与分级粘合剂 20a和20b之间的直接接触而不必用密封金属另外涂布阳极集电器 20。换句话讲，集电器20本身形成于密封金属300，即镁。图10F所 示的实施方案还提供保护性膜层以保护镁密封金属300不与粗糙的外 部元件例如磨料或酸性流体直接接触，并保护镁薄层免受机械伤害，例 如用利器刺破。包括施用到阳极框架30上的优选分级粘合剂20a与 20b的剩余组件与参照图10A中实施方案所述的相同。

可能有其它实施方案，其中阳极集电器20包括薄膜层压材料，所 述层压材料包括至少一个聚合物膜层和其上的至少一个多层金属片。多 层金属片可包括基本上由非密封金属组成的金属基薄膜以及其上的基 本上由覆盖至少部分金属基薄膜的密封金属组成的涂层。

前面实施方案针对在具有层压构造(即，非卷曲密封和扁平负极集 电器)的扁平碱性电池的密封结构内使用密封金属进行描述。然而，应 当理解，采用棒状、圆柱状或杯状阳极(负极)集电器的常规碱性电池 构造也可有利地采用密封金属以改善密封完整性。在这种构造中，密封 金属位于负极集电器的表面上，与绝缘密封构件(例如，塑料绝缘索环 或密封垫圈)相对，多种粘合剂或密封剂置于其间。任选地，在这种常 规碱性电池构造(例如圆柱体或钮扣电池)中，在负极集电器与密封组 合件内的绝缘索环之间施加卷曲力处，粘合剂或密封剂可全部省略。在 这种情况下，负极集电器可理想地预涂布有密封金属或者本身可由密封 金属组成。集电器表面上密封金属原始氧化物或氢氧化物薄膜的不溶性 及非还原性将改善密封完整性，即使在缺乏补充密封粘合剂涂布的情况 下。

因此，由采用其间的密封金属得到的阳极(负极)集电器向部分绝 缘密封构件(负极穿过部分)的粘结改善旨在适用于通常与构型无关的 碱性电池。(在图4A所述的实施方案中，除了容纳阳极40之外，框 架30还用作防止阳极集电器片20与电池阴极60或电池正极侧之 间接触的绝缘密封构件。)

例如，在有代表性的美国专利4,740,435所示的圆柱形碱性电池 中，穿过绝缘密封构件12(塑料顶部)的部分细长的阳极集电器钉15 可在用沥青密封剂17(或等价物)将所述集电器钉15粘结到所述绝 缘密封构件12上之前预涂布或包覆本发明的密封金属。在例如美国专 利申请公开2002-0192545-A1所示的锌/空气钮扣电池中，毗邻绝缘密 封构件172的阳极壳体侧壁163(阳极集电器)的部分外表面可在阳 极壳体163粘结到所述绝缘密封构件上之前预涂布有本发明的密封金 属。如本文所述用于此用途的优选密封金属为镁、锆和钛，但密封金属 也可选自以上所限定的列表。

通过用以上限定的密封金属(尤其是镁、锆或钛)预涂布阳极集电 器的所述部分(负馈通部分)，与如果阳极集电器的那部分没有如此预 涂布密封金属相比，阳极集电器与绝缘构件之间的粘合剂粘结更耐碱性 并且通常随着时间的流逝可更好地抗劣化。可供选择地，阳极集电器本 身整体或与绝缘构件粘结的部分可本身形成于密封金属。在这种方式 中，阳极集电器与绝缘构件之间的粘合剂密封可得到改善且电解质通过 其渗漏的机会减少。

为改善电池外部负端子的电接触性，覆盖或组成负极接触端子的那 部分密封金属表面或其一部分可镀有或涂布有具有优良接触性的另一 种金属如铜或镍。

为降低直接接触负极活性材料或可直接暴露于电池内部的电池电 解质(例如锌和KOH电解质)的密封金属表面任何部分的放气速率， 密封金属表面的那部分或其任何一部分可涂布有另一种金属，其在某些 情况下可具有比密封金属本身更低的放气性。例如，这种其它金属可为 铜、锡、铟、锌或其合金。

本发明的其它实施方案是可能的，其中密封金属，例如镁或锆或任 何以上指定的密封金属也可涂布有包含相同密封金属的化合物，但非氧 化物或氢氧化物，所述化合物不溶解于碱性电解质中并且不被锌阳极活 性材料还原。例如，密封金属如镁不管是以阳极集电器片20的形式使 用还是作为阳极集电器片如铜或黄铜上的涂层使用，其本身均可涂布有 保护层。这种保护层可为通过真空蒸发技术(例如用于涂敷光学组件的 那些)施用的氟化镁(MgF2)薄膜。

用于薄片电池10的其它构型也是可能的并且属于本发明的范围 内。例如，薄片电池10可具有通过其中心的连续小孔(未示出)，这 种小孔沿电池短尺寸其间穿行并完全通过相对侧面20’和80’。(限 定其间电池短尺寸的侧面20’和80’如图1所示。)这种小孔可 具有不同尺寸并且可居中或偏心定位。这种实施方案的优点为薄片电池 10可随后固定到连接至需供电装置(例如小型纺丝装置等)的轴上， 其需要供电电池中心定位。

薄片电池10可具有多个这种在电池的两个相对侧面20’和80’ 之间穿行并完全通过所述相对侧面的连续小孔。小孔可为相同尺寸或不 同尺寸，并且可对称或不对称定位。具体地讲，具有阳极框架30和单 独的阴极框架70(图1A至5B)或共用阳极与阴极框架130(图7A至 9C)的薄片电池10实施方案也可具有一个或多个这种在相对侧面20’ 和80’之间穿行并通过所述相对侧面的连续小孔。在图1所示的薄 片电池10实施方案中，这种小孔将典型地垂直于相对的平行侧面20’ 和80’排列，并且完全穿过这些侧面。

如图1所示，薄片电池10具有外周边表面，例如表面110a、 110b、110c和110d。在相对侧面20’和80’之间穿行并通过所述 相对侧面的小孔由电池内的侧面20’和80’之间的内周边表面限定。 这种内周边表面限定小孔边界。因此，当薄片电池10具有这种在相对 侧面20’和80’之间穿行并通过所述相对侧面的小孔时，外周边表 面与内周边表面在任何点处也不会彼此接触或相交。类似地，当具有多 个在相对侧面20’和80’之间穿行并完全通过所述相对侧面的小孔 时，将具有外周边表面110、110b、110c和110d(图1)以及每一个 用于每个小孔的多个内周边表面。换句话讲，每一个小孔具有由单独的 内周边表面限定的边界。没有外周边表面和内周边表面在任何点处与任 何其它所述周边表面接触或相交。

代表性电池的化学组成

以下关于阳极40、阴极60与隔板50的化学组成的电池组合物 的描述适用于上述实施方案中所公开的代表性薄片电池10。

在上述电池10中，阴极60包括二氧化锰和电解质，阳极40包 括锌、胶凝剂和电解质。含水电解质包括KOH与氧化锌的常规混合物。 阳极材料40可以为包含无汞(零加入汞)的锌合金粉末的胶凝混合物 形式。换句话讲，电池具有的汞总含量为按重量计每一百万份的锌中小 于约100份(ppm)，优选按重量计每一百万份的锌中小于50份的汞。 电池优选也不包含任何添加量的铅，因此基本上是无铅的，换句话讲， 总铅含量小于阳极中锌总量的30ppm，理想地小于15ppm。这种混合物 可典型地包含KOH电解质水溶液、胶凝剂(例如，以商品名CARBOPOL C940购自Noveon(先前购自B.F.Goodrich)的丙烯酸共聚物)和表 面活性剂(例如，以商品名GAFAC RA600购自Rhne Poulenc的有机 磷酸酯类表面活性剂)。仅给出这种混合物作为说明性的实施例，并不 意味着对本发明的限制。用于锌阳极的其它代表性胶凝剂公开于美国专 利4,563,404中。

应用于本发明电池10的阴极60理想地为引入本发明以供参考 的美国专利6,207,322 B1中所述类型的软阴极或半固体阴极。然而， 应当理解，也可采用更常规的固体二氧化锰阴极，例如，具有的二氧化 锰含量按所述阴极重量计介于约87％和93％之间。然而，已确定软阴 极或半固体阴极可理想地应用于本发明薄片电池，因为其可容易地模铸 至阴极框架70内的腔体73b内。此外，这种软阴极或半固体阴极在 本发明粘结固定电池范围内是优选的，因为已发现其在电池寿命期间可 保持与阴极集电器80的暴露表面的紧密均匀接触。在本发明的粘接叠 层电池10中，不存在强的压缩力保持固体阴极与阴极集电器的紧密均 匀接触，并且这种接触过一段时间可能有所变松。因此软阴极或半固体 阴极是优选的。

本文所用术语“半固体”旨在广泛地覆盖性质介于真实固体与真实 液体中间的所有物理状态。因此，术语半固体旨在包括(例如，但不作 为限制)具有通常与灰泥和糊剂相关的柔软结构及流变学性质的物理状 态。本文所用半固体材料包括(例如，但不作为任何限制)不像液体自 由流动但通常需要外力以使材料通过导管的材料。术语半固体也旨在 (例如，但不作为任何限制)适用于可挤出且施加外压时可变形而不破 裂的材料。

用于本发明薄片电池的理想半固体阴极60可具有如下引入本发 明的美国专利6,207,322 B1中所述的性质及组成范围。

因此，用于本发明电池10的半固体阴极60理想地包含二氧化 锰，其含量按所述阴极重量计小于80％，优选按重量计介于约40％和 80％之间，典型地介于约45％和78％之间，更典型地按所述阴极重量 计介于约45％和70％之间。包含二氧化锰的半固体阴极可为灰泥或糊 剂形式或具有可测量粘度的高粘性材料。

软阴极60典型地包含MnO2(EMD)(介于阴极的约45％和78％重 量之间，更典型地按所述阴极重量计介于约45％和70％之间)、炭黑 (Shawingan乙炔黑或更优选地石墨化炭黑如购自Timcal，Belgium 的MM 131或MM 179，如WO9703133所述)和KOH电解质水溶液(7 至9当量)。优选也可加入少量石墨。有利的是，炭黑含量按所述半 固体阴极重量计优选介于约4％和15％之间。炭黑增加半固体阴极的 导电性并提供内部网络以保持阴极为半固体状态。炭黑也用作电解质吸 收剂，并固定碱性电解质溶液使得自由流动的电解质不明显。石墨含量 可介于阴极的约1％和10％重量百分比之间，并改善阴极导电性。本 发明的半固体阴极还理想地包括含有氢氧化钾的电解质溶液。半固体阴 极还可包括粘合剂如聚四氟乙烯，其含量按所述阴极重量计理想地介于 约0和2％之间。任选地，可加入少于2％重量的粘土如购自 Southern Clay Products Company的Laponite RDS粘土以调节稠度。

半固体阴极60可具有介于约30％和70％之间，优选介于约35％ 和70％之间，更优选介于约40％和70％之间的孔隙度。本文孔隙度 是指由非固体材料，即电解质+空气构成的阴极体积分数。半固体阴 极60还可理想地具有高于常规使用的用于碱性电池的包含固体MnO2的 阴极的电解质含量(作为总阴极的重量百分比)。半固体阴极材料60可 具有按总阴极材料重量计介于约6％和18％之间的KOH含量(纯)和 按重量计介于约9％和27％之间的总水含量。本文和实施例中针对 KOH所用术语KOH(纯)是用于计算用途的纯的无水KOH含量(即， 不含水)。

阴极孔隙度可如下计算：测定被电解质、其它液体和夹带空气占据 的体积(包括夹带在固体孔内的液体及空气体积)，并用该体积除以阴 极的表观体积再乘以100。(表观体积是当包含在样本的外部边界内的 样本总体积。)在固体混合到阴极中之前，阴极孔隙度可通过首先用常 规的氦置换法得到每种固体的真实密度来方便计算。(每种固体的真实 密度为固体样本重量除以其真实体积，即，固体样本表观体积减去被夹 带空气占据的体积。)然后用混合到阴极中的各自固体重量除以其各自 的真实密度以得到阴极中固体的真实体积。从总体上阴极的表观体积中 减去固体的真实体积，并用该差值除以阴极表观体积×100，以得到孔 隙度百分数。

电解二氧化锰典型地具有介于约1和100微米之间，理想地介于 约20和60微米之间的平均粒度。石墨典型地为天然、人造或膨胀石 墨或其混合物的形式。石墨也可包括单独或与天然、人造或膨胀石墨混 合的石墨类碳纳米纤维。这种阴极混合物旨在说明性的，并不意味着对 本发明的限制。

阳极材料40包括：62％至72％重量的锌合金粉末(99.9％重量 的锌包含200至500ppm的铟作为合金与与电镀材料)、包含38％重 量KOH和约2％重量ZnO的KOH水溶液；以商品名“CARBOPOL C940” 市售于Noveon的交联丙烯酸聚合物胶凝剂(例如，0.5％至2％重量) 和任选的以商品名“Waterlock A-221”市售于Grain Processing Co. 的接枝到淀粉主链上的水解的聚丙烯腈(介于0.01％和0.5％重量之 间)；有机磷酸酯表面活性剂RA-600或以商品名RM-510购自 Rhone-Poulenc的二壬基酚磷酸酯表面活性剂(介于10和100ppm之 间)。本文所用术语锌应该理解为包括含有非常高浓度锌的锌合金粉末， 例如按重量计至少99.9％的锌。这种锌合金材料与纯锌的电化学功能 基本相同。

对于本发明薄片碱性电池10的阳极40，锌粉末的中值平均粒度 理想地介于约1和350微米之间，理想地介于约1和250微米之 间，优选介于约20和250微米之间。典型地，锌粉末可以具有约150 微米的中值平均粒度。阳极40中的锌粒可以为针状或球形形状。阳极 中锌的堆密度介于每立方厘米阳极约1.75和2.2克锌之间。阳极中 电解质水溶液的体积百分数按阳极体积计优选介于约69.2％和75.5％ 之间。

电池10可以常规方式被平衡，使得EMD的毫安小时容量(基于 410毫安小时每克EMD)除以锌的毫安小时容量(基于820毫安小时 每克锌)为约1。然而，通过平衡电池使得阴极过量可减弱深放电膨胀。 因此，电池10被平衡使得EMD的总理论容量除以锌的总理论容量介 于约1.03和1.10之间，理想地介于约1.05和1.08之间，优选约 1.07以减弱电池膨胀。

测试电池实施例1

制造如图1至3所示的正方形构型的测试电池10。测试电池10 具有38mm(1.5英寸)的长度、38mm(1.5英寸)的宽度和2.8mm的 总厚度。阳极集电器20为铜，而阴极集电器80为镍。电池10在没 有贴到电池外表面上的任何标签200下进行测试。阳极40和阴极60 具有以下组成。

阳极组成：               重量百分比(％)

锌1                     69.9

表面活性剂2             0.12

溶液

(RM 510)

电解质3

(9当量KOH)               29.98

100.0

注：

1.锌粒具有约150微米的中值平均粒度，并被合金化且镀以铟以 得到约200ppm的总铟含量。

2.得自Rhne Poulenc的有机磷酸酯类表面活性剂溶液RM 510， 在H2O中按重量计3％。

3.电解质溶液包含胶凝剂Waterlock A221和Carbopol C940， 总共包括约1.5％重量的电解质溶液和约2％重量的ZnO。

软(半固体)阴极组成#1：

                                          重量百分比(％)

MnO2(EMD)

(得自Kerr McGee的

Trona D)                                  63.0

碳

(Shawinigan

乙炔黑                                    5.0

50％压缩)

石墨1

(Grafmax MP12 du

天然石墨)                                 2.0

电解质

(9当量KOH)                                 30.0

                                          100.0

注：

1.Grafmax MP12 du天然石墨购自Nacional De Grafite。

阳极塑料框架由HIPS(高抗冲聚苯乙烯)塑性材料组成并具有约 0.76mm的厚度。阴极塑料框架由HIPS塑性材料组成并具有约1.52mm 的厚度。隔板50包括层压至玻璃纸薄膜的聚乙烯醇纤维非织造材料 片。阴极含有1.61克MnO2。阳极、阴极、电解质和隔板占电池外部体 积的约37％。

电池以在电力需求范围内给出电池性能指示的以下方式进行放电。

新电池10首先以500毫瓦(454毫安)的消耗功率放电至约0.6 伏的截止电压。测量容量为37.1毫瓦小时。将该电池放置1小时， 然后将同一电池以250毫瓦(227毫安)的速率放电至0.6伏的截止 电压。这次消耗的测量增加容量为100.4毫瓦小时。将该电池放置1 小时，然后将同一电池以100毫瓦(90.9毫安)的速率放电至0.6伏 的截止电压。这次消耗的测量增加容量为90.19毫瓦小时。然后将同 一电池以15毫瓦、10毫瓦和5毫瓦逐渐放电至0.6伏的截止电压， 每次放电之间有1小时的放置期。最后三次放电的增加容量分别为 30.99、106.28和8.87毫瓦小时。

放电测试结束后，检查电池的膨胀和渗漏。经测定，电池总厚度膨 胀约10％，即从约2.8mm的厚度膨胀至3.1mm。不存在可识别的电解 质渗漏。

测试电池实施例2-具有镁阳极集电器片

制造如图1至3所示的正方形构型的测试电池10。测试电池10 具有38.1mm(1.5英寸)的长度和38.1mm(1.5英寸)的宽度。采 用图4A所示的阳极组合件30A构型使用镁箔作为阳极集电器片20 构造电池。采用镁箔集电器20的完整阳极组合件30A示于图10B 中。镁箔20为0.25mm(0.01in)厚且具有99.9％的纯度(金属主成 分)。阴极集电器片80为镍。

将镁阳极集电器片20固定并密封到0.76mm(0.030in)厚且 6.35mm(0.25in)宽的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)塑料框架30(图4A 和10B)的背面。镁阳极集电器片20通过采用分级密封固定，所述分 级密封由邻近框架外缘的结构粘合剂带20a(购自3M的Scotch-Weld 2216环氧粘合剂)和邻近框架的密封剂材料带20b(购自Harbin Jinxin Company，China的J-43密封剂)组成，如图4A和10B所 示。在组合之前，高抗冲聚苯乙烯(HIPS)塑料框架30的背面用硅硬 质合金研磨剂轻轻打磨并电晕处理。然后将具有实施例1中所述组成 的1.67g阳极材料40糊到框架30内的内部空间33b内(图4A)。 将隔板50放置在框架30内缘上的凹陷架36上，隔板50由玻璃纸 用粘合剂粘结到包括聚乙烯醇纤维的非织造层上组成，非织造侧放置在 凹陷架上。然后将热量和压力施加到与凹陷架36接触的隔板50上， 以实现隔板与塑料框架30之间的粘结。完整的阳极组合件最佳地示于 图10B中。

阴极组合件70A(图4B)以类似的方式由1.52mm(0.060in)厚 且3.175mm(0.125in)宽的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)阴极框架70和 由0.15mm(0.006in)厚的酸蚀镍箔组成的阴极集电器片80制成。酸 蚀镍集电器片80通过采用分级密封用粘合剂粘结到框架70的背面 上，所述分级密封由邻近框架外缘73a的结构粘合剂带70a(购自3M 的Scotch-Weld 2216环氧粘合剂)和邻近框架内缘77的密封剂材料 带20b(购自Harbin Jinxin Company，China的J-43密封剂)组成。 在组合之前，塑料框架70的背面用硅硬质合金研磨剂轻轻打磨并电晕 处理。然后用导电性碳基涂层(购自Acheson的Electrodag 109B) 涂布蚀刻镍集电器片80的内表面。

制作以下组成的软(半固体)阴极：

软(半固体)阴极组成#2：

                                      重量百分比(％)

MnO2(EMD)

(购自Kerr McGee的Trona D)            55.0

碳

(购自Timcal Belgium的

MM131石墨化炭黑)                     6.1

电解质

(9当量KOH)                            38.9

                                     100.0

将3.640g这种软阴极糊到框架70内的内部空间73b内。

然后将图4A中的阳极组合件30A(完整地示于图10B中)用粘 合剂固定到阴极组合件70A(图4B)上，所述固定通过施用溶剂基粘 合剂(购自IPS Corp.的Weld-On 4807)至高抗冲聚苯乙烯(HIPS)框 架30和70的两个自由表面上，从而形成单一层压电池。

组合后，电池的OCV测量为1.558V。然后将电池在60℃时存放。

在该温度下存放40天后检查表明在已将镁集电器片20固定并 密封到塑料框架30背面处没有渗漏或分层。(电池在60℃时存放约 40天估计等价于在环境温度(22℃)时存放约1至2年。)

与阳极集电器中不包含密封金属的实施例1中新电池相比，包括 用于阳极集电器的镁片密封金属的实施例2中电池在60℃下可存放 至少多两周(在从阳极集电器20与塑料阳极框架30之间形成的接头 处检测到任何电解质渗漏之前)。

测试电池实施例3-具有锆阳极集电器片

通过利用0.25mm(0.01英寸)厚的锆箔(99.5％金属主成分)作 为阳极集电器片20代替实施例2中的镁箔如测试电池实施例2中 所述制造电池。用1.68g的阳极材料40和3.131g的软阴极60组 合电池。所有其它电池组件与实施例2中所述相同。

组合后，电池的OCV测量为1.556V。然后将电池在60℃时存放。

在该温度下存放40天后检查表明在已将锆集电器片20固定并 密封到高抗冲聚苯乙烯(HIPS)塑料框架30背面处没有渗漏或分层。 (电池在60℃时存放约40天估计等价于在环境温度(22℃)时存 放约1至2年。)

与阳极集电器中不包含密封金属的实施例1中新电池相比，包括 用于阳极集电器的锆片密封金属的该实施例3中电池在60℃下可存 放至少多两周(在从阳极集电器20与塑料阳极框架30之间形成的接 头处检测到任何电解质渗漏之前)。

利用本文公开的设计原理，可构造非常大面积的薄碱性电池，例如 大约21.6cm×27.9cm或603cm2(8.5in×11in或93.5in2)或更 大。涉及更复杂框架设计的本发明其它实施方案属于本发明范围内。例 如，薄片电池也可构造为在框架内具有内部分割件或肋，从而将阳极框 架或阴极框架的内部细分成多个体积。通过用粘合剂、分级密封(并列 型排列的密封剂涂层和粘合剂涂层)或密封剂加铆钉将这些内部肋连接 到端板上，总电池结构可被机械加固以给予更大的硬度及抗挠曲。该特 征将对具有大面积的电池尤其有益，其为最外面的周边密封由于剪切或 剥离造成的失效提供额外保护，所述剪切或剥离由电池封套的弯曲或扭 曲造成。

尽管本发明的优选实施方案已借助具体实施方案进行了描述，但应 当理解，其它实施方案也是可能的并且在本权利要求的范围内。