CN1361925A - 一种高速放电电化学电池及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有较大的阳极与阴极界面表面积的电化学电池结构,以一种容易制造的结构实现了高速放电工作性能的提高。形成的第一电极,如阴极,其中整体嵌有集电器。在第一电极的圆筒形内壁和外壁上布置了隔离板。一种外部电化学活性材料覆盖在第一电极外侧的隔离板上,以及在外部电化学活性材料的顶面敷设一层外部绝缘材料,从而形成一个阴极管。此阴极管装入具有封闭底端和敞开顶端的容器。第二电极,如阳极,布置在形成的第一电极的内部圆筒形空间内,在外部电化学活性材料与第二电极之间有一条导电通道。集电器布置成与第一电极相接触,顶盖组件安装到容器的敞开端。

Description

一种高速放电电化学电池及其组装方法
本发明总的来说涉及电化学电池，更确切地说，涉及一种具有增大的阳极阴极界面表面积的高速放电电化学电池。
电化学电池通常用于为电动装置，尤其是便携式电动装置供电。现时市场上很容易买到的普通碱性电池一般是圆筒型，它们的工业标准规格有D，C，AA，AAA和AAAA，以及其他尺寸和外形。电化学电池，如上面提到的型号，通常提供规定的开路电压。
普通的圆筒型碱性电池通常具有一个钢圆筒，一端具有正极盖，在与此相对的一端装有负极盖。圆筒型电池具有一个正电极，通常是指阴极，它通常由二氧化锰、石墨粉、氢氧化钾溶液、去离子水、以及形成于钢圆筒内侧表面的Teflon溶液的混合物组成。一个杯状隔离板通常布置在围绕阴极内表面的钢筒的内圆筒形空间的中间。一个负电极，通常是指阳极，一般由锌粉末、胶凝剂、以及其它的添加剂所组成，被布置在隔离板内侧。钢筒内还配置有电解液。普通圆筒型电池的一个示例在美国专利No.5,501,924中作了介绍。
上述圆筒型普通电池通常具有布置在钢筒内的单个阳极和单个阴极，有一个隔离板位于这两个电极之间的界面上。由于是筒管型的电池结构，阴极布置在靠近钢筒的内壁，而阳极布置在阴极中间形成的圆筒形空间内。因此，隔离板具有一个通常由阳极和阴极的形状和尺寸所限定的阳极阴极界面表面积。作为一般的筒管型电池，阳极和阴极界面表面积约等于限定圆筒形阳极圆周表面。
另一种电池结构，一般是指“果冻卷”电池结构，采用一片阳极薄板和一片阴极薄板，两片极板中间插放一块隔离板，然后紧紧卷在一起。虽然一般“果冻卷”式的电池由于具有较大的阳极与阴极界面积，因而具有高速放电性能。但这种电池有它固有的局限性，例如，“果冻卷”式电池的制作过程很费时间而且成本较高。此外，“果冻卷”式的隔离板占用了较大的可用体积，由此占用了准备留给活性电池材料用的体积。
设计碱性电池的主要目标是提高工作性能，也就是电池在给定的载荷条件下放电，达到特定电压的放电时间的长度，在此电压时电池已不再能用于预定用途。市场上买来的碱性电池具有由工业标准规定的外部尺寸，由此限制了增加可用的活性材料数量的可能。通常提高高速放电性能的方法集中于提高内部电池材料的效率。随着使用高科技、高耗电量的电子装置的消费者不断增长的要求，对高能电池的需求就显得愈加强烈。为了满足这方面的需求，设法找到提高放电工作性能的途径已成为电池设计人员的首要目标。
现在我们已经发现，通过一种具有增大的阳极与阴极界面表面积并以此来提高放电工作性能的容易制造的电池结构，有可能使电化学电池的放电性能得到提高。
为此，在本发明的第一方面，提出一种电化学电池，包括：
一个容器，具有封闭的底端和敞开的顶端；
一个第一电极，具有第一极性并布置在容器内；
一个第一集电器，布置成与第一电极相接触；
一个第二电极，具有第二极性并被布置在容器内第一电极的一侧；
一个外部电化学活性层，具有第二极性并被布置在第一电极的另一侧；
一个隔离板，布置在第一电极与第二电极之间，此隔离板还布置在第一电极与外部电化学活性层之间；
一个第二集电器，连接成与第二电极相接触；以及
一个顶盖组件，组装到容器敞开的顶端。
在本发明的可选择的第一方面，提出另一种高速放电电化学电池，包括：
一个容器；
一个第一电极，布置在容器内；
一个第一集电器，与第一电极相接触；
一个第二电极，布置在容器内；
一个第二集电器，与第二电极相接触；
一个第一隔离体，布置在第一电极与第二电极之间；
一个第三电极，布置在容器内并电气连接至第二电极；
一个第二隔离体，布置在第三电极与第一电极之间；
一个正端子，连接至第一和第二集电器之一；以及
一个负端子，连接至第一和第二集电器中的另一个。
在本发明的第二方面，提出一种电化学电池的组装方法，包括下列步骤：
制作第一电极，电极有一块与它相接触的导电栅格，此第一电极形成一个管状，其内部形成一个腔室；
在第一电极周围布置外部电化学活性层；
在第一电极与外部电化学活性层之间布置一个隔离板；
将电极管放入具有封闭底端和敞开顶端的容器内；
在腔室内布置第二电极；
在第一电极与第二电极之间布置一个隔离板；
布置集电器使之与第二电极相接触；以及
将顶盖组件组装到容器的敞开顶端。
在本发明的第三方面，提出一种制作第一电极管的方法，此电极管具有电极材料内层和外层，其中嵌置导电栅格，此方法包括下列步骤：
将导电栅格布置在模具内；
将第一电极的混合材料配置在导电栅格的两侧；以及
将一根推弹杆用力插入混合材料内进行冲击模压第一电极。
在本发明的可选择的第三方面，提出另一种制作第一电极管的方法，此电极管具有电极材料内层和外层，其中嵌置导电栅格，此方法包括下列步骤：
将一个或多个用第一电极材料模制成的外环布置在模具内；
将导电栅格布置在一个或多个外环的内侧；以及
将一个或多个第一电极材料内环布置在导电栅格的内侧，从而形成由环模制而成的第一电极。
在另一个可选择的第三方面，本发明提出一种制作第一电极管的方法，此电极管具有电极材料内层和外层，电极管内嵌置导电栅格，此方法包括下列步骤：
将一个或多个第一电极材料外环布置在模具内；
将导电栅格布置在外环的内表面；
将第一电极的混合材料布置在导电栅格的内空间中；以及
将一根推弹杆用力置于内空间中冲击模压第一电极混合材料形成第一电极。
本发明提出一种电化学电池，包括一个底部封闭和顶端敞开的容器。此电池包含有第一电极，此电极最好与嵌置其中的导电栅格集电器形成一个整体。电池还具有一个位于第一电极的一侧的第二电极，第一电极和第二电极被布置在容器内并通过一隔离板互相隔开。此外，在第一电极周围形成一个外部电化学活性层并用隔离板与第一电极隔开。外部电化学活性层与第二电极电气接触，以及集电器被布置成与第二电极相接触。顶盖组件组装到容器的敞开端。
这种电化学电池在结构上具有在正负电极之间增大的界面表面积，以此提高载流能力，从而达到高速放电工作能力和高容积效率。虽然这里介绍的电化学电池主要涉及圆筒形碱性锌/二氧化锰电池，可以推想，本发明的电池结构可以适用于各种不同型式的电池，包括锂、碱空气、以及气助(air-assisted)电池，还可以做成各种不同的电池尺寸规格和外形。
此电化学电池包括一个筒管、最好是一个钢筒而且是圆筒形，有一个封闭的底端和敞开的顶端。钢筒可以有一伸出的凸块，它与底部封闭端形成一个整体并充当电池的正接触端子。或者，钢筒做成平底，把凸出的凸块焊在平底端或连接在它的外部，以此形成正接触端子。此外，一个标签，如镀金属塑料膜标签，可以形成于钢筒的外圆周表面，但不能在它的两端。
本发明的电化学电池最好采用筒型电池结构，它具有一个正电极，这里是指阴极，以及一个负电极，这里是指阳极。最好阴极模制成圆筒型结构然后放入钢筒，而阳极则配置在阴极的内圆筒空间内。
根据本发明，外电化学活性材料层也布置在钢筒内。这种电化学活性材料层可以是含有电化学活性材料的薄片或金属箔片。这种薄片最好很薄，它的厚度约25微米(1密耳)左右，虽然可以采用不同厚度薄片。
内部第二电极和外部电化学活性材料层覆盖了第一电极的两侧，由此增加了阳极与阴极表面的界面积，降低了电流密度，提高了高速放电的工作性能。
第一电极最好是构成阴极，第二电极和外部电化学活性材料层构成阳极。因此，电化学活性外层最好包含最好是锌的阳极材料，作为负电极。或者，外部电化学活性层可以由阳极材料制成，如锂、镉、金属氢化物、或其它的阳极材料。外部阳极的形式可以包括泡沫、粘结粉末、多孔或膨胀金属，或其它形状。
阴极最好由混合物形成，包括二氧化锰、石墨粉、45％氢氧化钾溶液、去离子水、水性Teflon溶液，以及其它添加剂。阴极管在模制时要把导电栅格(例如镍)嵌置在内外阴极层之间。
导电栅格最好是篮状物，并在内外阴极层之间整体形成。导电栅格可以由镀有碳导电层的编织网或金属箔制成，提供导电的电流通道，此通道具有与阴极接触的很大的接触表面积。
布置在第一电极内表面和外表面的隔离板，可以由任何适用的隔离材料(如非纺织的纤维或其它材料)来形成。隔离材料可以包括一个最好是杯形的内部隔离板，以覆盖第一电极的内壁，以及一个外隔离板，它可以由薄片制成并覆盖阴极的外壁。可以想到，既然隔离材料有覆盖第一电极内壁的第一杯形隔离板和包覆第一电极外壁的第二外隔离板，那么就可以制成一个单独的具有同样整个外形的隔离板。或者，隔离材料可以采用液体，只要起到如这里说明相同的隔离作用。不管哪种情况，隔离板要覆盖第一电极的内表面以及外表面。
最好将阳极布置在阴极的内圆筒空间内并通过一内部隔离板与阴极隔开。根据一个实施例，阳极最好用锌粉末、胶凝剂、以及其它的添加剂形成。但是，阳极可以是粉末或凝胶基体的阳极，例如，锌粉末/Carbopol凝胶，或者可以包括涂有Teflon的锂粉末。
此外，最好在外部电化学活性层的外表面上形成收缩包覆的绝缘层，使外部电化学活性层与钢筒电气绝缘。根据一个示例，外部隔离板具有小于或等于0.0502毫米(2密耳)的最佳厚度，外部电化学活性层具有小于或等于0.0753毫米(3密耳)的最佳厚度，收缩包覆的绝缘层具有0.0502-0.0753毫米(2至3密耳)范围的最佳厚度。
最好把一个负集电器布置在钢筒的敞开端，与阳极相接触。负集电器可以与密封钢筒敞开端的密封组件形成一个整体。此密封组件还可能包括一个尼龙密封件，以及一个最好焊接在负集电器上的负极盖。此尼龙密封件使钢筒形成密封闭合。顶盖通过此尼龙密封与钢筒电气绝缘，并且还充当电池的负接触端子。
在根据第一方面的最佳实施例中，提出一种高速放电的电化学电池，它包括：
一个具有封闭底端和敞开顶端的钢筒；
一个布置在容器内并具有正极性的阴极；
一个布置在容器内阴极一侧的阳极，此阳极具有负极性；
一个与阴极整体形成的导电栅格，构成正集电器；
一个具有负极性的外部电化学活性层，布置在阴极的另一侧；
一个布置在阴极与阳极之间的隔离板，此隔离板还布置在阴极与外部电化学活性层之间；
一个连接成与阳极相接触的负集电器；
一个电接插件，将外部电化学活性层连接至阳极和负集电器中至少一个；
一个布置在外部电化学活性层与容器之间的绝缘层；以及
一个组装到容器敞开顶端的顶盖组件。
最好是将导电栅格连接至容器以形成正端子，以及将负集电器连接至负端子。此外，最好将导电栅格与阴极整体模制。阴极最好做成一个圆管，其内部形成一个腔室，把阳极布置在这个圆管腔室的中央。外部电化学活性层最好是一层包覆在隔离板周围的导电薄片。此导电薄片最好含有锌。
根据本发明的组装方法，在形成第一电极时将导电栅格集电器整体地嵌置其中。一个外隔离板覆盖第一电极的外表面。将外部电化学活性层布置在外隔离板的表面，由此包覆在第一电极的外侧周围。第一电极、外部电化学活性层以及隔离板构成筒管组件装入具有封闭底端和敞开顶端的容器。将一个内隔离板布置在第一电极的内圆筒空间中。将第二电极布置在第一电极的内圆筒空间中并紧靠内隔离板。集电器与第一电极和外部电化学活性层相接触。顶盖组件组装到容器的敞开端。
根据本发明的电化学电池结构在阳极与阴极之间具有很大的界面表面积，并且容易组装。由此提高了电极的全面载流能力，降低了电流密度和电极厚度，从而获得较好的放电效率和较高的放电速度。此外，组件结构允许使用较薄的钢筒，因为阴极不是在钢罐内模制成形的。
通过以下的介绍和参阅附图，可以对本发明有进一步的了解，其中：
图1是根据本发明的高速放电电化学电池的剖视图；
图2是说明本发明的电化学电池组装方法的流程图；
图3A-3C是模具组件剖视图，描述一个采用全面冲击模制法组装阴极管的实施例；
图4A-4E是模具组件剖视图，描述采用环模制技术组装阴极管的第二实施例；
图5A-5E是模具组件剖视图，描述采用冲击和环复合模制组装阴极管的第三实施例；
图6是已局部组装好的阴极管的剖视图，描述根据第一实施例的杯形隔离板的组装；
图7是已局部组装好的阴极管示意图，描述根据第二实施例的液态隔离板的应用；
图8是阴极管的透视图，描述一层外隔离板、一层电化学活性锌片以及外表面的收缩包覆层的应用；
图9是已局部组装好的电化学电池的组件剖视图，描述阴极管插入钢筒的情况；以及
图10是电化学电池的组件剖视图，描述集电器和密封组件插入钢筒的情况。
现在参阅图1，图中所示是根据本发明的圆筒型碱性电化学电池10的剖视图。电化学电池10的结构增大了正电极与负电极之间的界面表面积，以此提高载流能力，从而实现高速放电工作性能和高容积效率。
电化学电池10包括一个具有封闭底端和敞开顶端的圆筒形钢筒12。钢筒12有一个与封闭底端一体形成的凸出凸块14，它充当电池的正接触端子。钢筒12的除两端之外的外表面可以有镀金属的塑料薄膜标签(未示出)。
本发明的电化学电池10采用具有正电极(这里称作阴极16)和负电极(这里称作阳极20)的筒管型电池结构。阴极16模制成管型结构并装入钢筒12内，阳极20设置在阴极16的内圆筒空间内。本发明中，一种电化学活性材料的外层，称作锌片24布置在钢筒12内。锌片24是一种含有电化学活性材料的金属薄片，更明确地说，含有锌的薄片构成负电极。内部的阳极20和锌片24覆盖阴极16的两侧，从而增大了阳极阴极的界面表面积，由此降低了电流密度和提高了高速放电的工作性能。
阴极形成管16，筒管16由外阴极层16A和内阴极层16B构成。阴极管16在模制时应将导电栅格18嵌入内外阴极层16A和16B之间。由此，最好是篮状的导电栅格18在内外圆筒形阴极层16A和16B之间整体形成。此导电电栅格18形成一导电的电流通道，它具有与阴极16接触的大的接触表面积。
布置在阴极内侧表面和外侧表面的是隔离板。此隔离板包括内隔离板22B，它由非织造的纤维制成并做成具有杯状的外形，用于覆盖阴极16B的内圆筒壁。还配置了外隔离板22A，它可以由非织造材料薄片制成并覆盖阴极16A的外壁。作为一种选择，隔离板的材料可以采用如本文中介绍的液态隔离板22’。无论哪一种情况，隔离板不仅要覆盖阴极的内侧表面还要覆盖其外侧表面。
阳极20布置在阴极16的圆筒空间内并通过内隔离板22B与阴极隔开。根据一个实施例，阳极20最好由锌粉末、胶凝剂、以及其它的添加剂组成。
为了增加阳极与阴极的界面表面积，设置了锌片24构成的电化学活性材料层，布置在阴极16A的外表面周围，位于隔离板22A的外表面上。锌片外层24构成电化学活性阳极材料，用作另一个负电极。锌片24在组装时通过一导电接头28与阳极20形成导电接触。锌片24可以与阳极20、负集电器36、或电池的负端子形成电接触。此外，在锌片层24的外表面上形成一收缩包覆的绝缘层26，它使锌片层24与钢筒12电气绝缘。
负集电器36布置在钢筒12的敞开端，与阳极20相接触。负集电器36可以与密封钢筒12敞开端的密封组件30一体形成。密封组件30还包括一个尼龙密封32和一个最好焊接到负集电器36上的负极盖34。尼龙密封32可以接触金属垫圈38，从而使钢筒12密封闭合。负极盖34通过尼龙密封32与钢筒12电气绝缘并充当电池的负接触端子。
现在参阅图2，此图介绍本发明的高速放电电化学电池10的组装方法40。电池组装方法40包括将导电栅格18插入阴极模具内的工序42。导电栅格18采用镍或其它适用的导电材料，表面涂有碳层，并制成篮状。将其精确地在模具中就位，这样就可以在阴极中间形成。现在进行工序44，把阴极做成圆筒形的管状并有杯形导电栅格18嵌在其中。这道工序的完成是应用本文介绍的三种阴极模制技术之一，将阴极混合材料装入导电栅格18的两侧，然后形成圆筒形阴极管。
当中间嵌有导电栅格板18的阴极模制成，即把隔离板覆盖圆筒形阴极管的外壁和内壁，如工序46中所述。隔离板可采用非织造的材料或如本文所介绍的液态隔离板。在工序48中，将电化学活性锌片24包复在圆筒形阴极管的外圆表面周围，直接包在外隔离板上。锌片24最好包括一伸长的锌连接片28。将锌连接片28弯折越过阴极管的敞开端并伸入在阴极管内形成的内圆筒形腔室中。在锌片24的外表面上形成一绝缘收缩管，至此，阴极管已制作完成，如工序50中所规定的。当阴极管组装完成，电池组装方法40即进入工序52，在这道工序，阴极管装入钢筒12。这包括把阴极管放入钢筒12的敞开端，使阴极管底部的杯形部分与钢筒的封闭底端互相符合。当电极管在钢筒12内完全放好后，最好把导电栅格18焊接到钢筒底端以保证与底端有足够的导电接触。
随着阴极管组装到钢筒12中，按照工序56把其余的内部电池材料，包括阳极和电解液，设置在钢筒12内。阳极20可以是粉末型或凝胶型的阳极，设置在由阴极管形成的内圆筒形空间中。阳极20应与内圆筒形空间的形状相一致并紧贴在内隔离板22B上，而内隔离板本身又布置成紧靠阴极16的内表面。应该知道，在插入阳极20时要接触锌连接片28，这样就可使外部锌片层24与阳极20处于导电接触状态。最后，当所有的内部零部件已组装完毕，电池组装方法40即进行到工序58，组装负集电器和密封组件和把钢筒12的敞开端封闭。在布置负集流器时要使它与阳极20中的锌粉末或其它的活性材料相接触。密封组件30把钢筒12的敞开端密封闭合，同时又充当电池的负接触端子。此外，在钢筒12的外表面除了上下两端外，可以覆上一层镀金属的塑料薄膜标签，至此，电池的组装完成。
现在参阅图3至图5，图中所示为三个实施例在模制阴极管时的步骤顺序。仔细参阅图3A-3C，图中所示为根据第一实施例采用全面冲击模制法制作阴极管的过程。首先，将篮状导电栅格18放入圆筒形阴极模具60中，如图3A所示。将导电栅格18精确定位，使它与模具60圆筒形壁的间隙均匀。下一步，如图3B所示，把阴极混合材料15配置到模具60内，即分布到模具60与导电栅格64之间，又要充分填满模具60余下的内部空间。然后用推弹杆62用力冲击模具60中间圆筒形空间直到把阴极混合料15压实，形成一个坚硬的阴极筒管结构，它具有内外阴极层16B和16A并在其中整体嵌入的导电栅格18。如图3C所示，顶杆64用力把阴极管16从模具60中顶出。此时，阴极管16就可以装上隔离板、锌片、以及收缩管，然后装入钢筒12。
现在参阅图4A至图4E，图中所示为第二实施例，介绍采用环模制技术的阴极管模制过程。从图4A开始，将一串四个阴极环插入模制具60内，插入时一个叠在另一个上面，最后形成外阴极层16A。阴极环的成形过程通常包括将定量的阴极混合材料加入环形模具装置内，依靠模具压力机把阴极混合材料模压成一个环状形状。把阴极环插入模具60可以用压力机把阴极环压在另一个环上面来实现。单层环模制阴极的过程是众知技术。
现在仔细参阅图4B，将导电栅格18插入模具60中外阴极层16A的内圆筒形空间中。然后，将四个较小直径的阴极环布置在导电栅格18的内圆筒形空间中，将阴极环一个叠在另一个上面，形成内阴极层16B，如图4C所示。这样，导电栅格18嵌在外环模制阴极层16A与内环模制阴极层16B之间。如图4D所示，用力将推弹杆62在中心位置插入并穿过阴极16的内圆筒形空间，进一步把四个阴极环压在一起，形成一个其中嵌有导电栅格18的坚固的双层阴极环。下一步，用顶杆64的阴极管16顶出，如图4E所示。
现在参阅图5A至5E，这是按照另一实施例的阴极管模制过程，它采用环和冲击复合模制法。如图5A所示，外阴极层16A是通过把四个阴极环一个叠在另一个上面插入模具60而形成的。下一步，把导电栅格18插入外阴极层16A的内面上，如图5B所示。在图5C中，将余下的阴极混合材料15装入模具60内充分填满模具60的余下空间，即包括导电栅格18的空间。在图5D中，将推弹杆62用力插入阴极混合料1 5的内圆筒形空间把混合料压实，使内阴极层16B成形。推弹杆62退出模具60，然后用顶杆64把模制成的阴极管16从模具60中顶出，如图5E所示。
所以，按照分别在图3至图5中展示和说明三种技术之一，阴极管模制成型。接着，阴极管需要完成随后的组装工序，如图6至图8所示。现在仔细参阅图6，将杯形内隔离板22B插入阴极管16内形成的内圆筒形腔室中，使隔离板22B紧靠在内阴极16B的内壁上。应该可以想到，可以把杯形隔离板22B的插入工序在阴极管放入钢罐12之后进行，这样便于从钢筒12内侧的内部把导电栅格18焊接到钢筒12的底部。
作为代替非纺织隔离板的一种选择，阴极管16可以涂一层隔离液体22’，如图7所示。隔离体22’可以包括聚苯乙烯液体，如美国专利No.4,315,062中所介绍的那种，这里提到它仅作参考。隔离液体22’的应用方法是将阴极管16放入隔离液体22’容器内浸渍，然后把阴极管16从隔离液体中取出让隔离液体涂层晾干。也应该想到，可以把隔离液体22’用作为一种替代的涂敷技术进行喷涂。
现在参阅图8，将一片外隔离材料22A包覆在外阴极层16A的外表面周围。最好是将外隔离板22A和杯形内隔离板22B一起完全覆盖外阴极的壁面、内阴极的壁面、以及阴极管1 6的敞开顶端。然后将锌片24包覆在外隔离板22A的外表面周围。锌片24是一种带有导电介质的电化学活性阳极材料。锌片24最好包括一个与它一体形成的或连接在它上面的延伸的连接片28。包覆在锌片24外侧周围的是一个绝缘收缩管26，它使锌片24与钢筒12电气绝缘。应该想到，可以把邻接的各层材料，如收缩管26、锌片24、以及外隔离板22A，组合成一种多层材料，只须一次就可包覆在阴极16的外表面并附着在上面。
现在参阅图9，图中所示为一个已完成的阴极管16正在插入钢筒12中。可以看到，从锌片24伸出的一连接片28弯折越过阴极管16的敞开顶端，接着又向下弯入管的内圆筒形空间中。阴极管16与钢管12的封闭底部压入配合，而且导电栅格18和杯形隔离体22B的底部表面可能会重新变形，直至与钢筒整体形成的伸出凸部14的形状相一致。然后，将导电栅格18焊接到钢筒的底端。
当阴极管16已全部装入钢筒12，即可把其余的各种内部材料在钢筒12内进行布置。这包括将阳极20配置到阴极管16内的内圆筒形腔室中。此外，在钢筒12内放入电解液。当各种内部材料已在钢筒1 2内部配置完毕，即可将负集电器36和密封组件30组装到钢罐12的敞开端。布置负集电器36时要使它与阳极20相接触，以便可与阳极内含有的锌粉末相接触。应该可以想到，负集电器36还通过伸出连接片28与锌片24相接触。密封组件30将钢筒12的敞开端封闭并密封，还充当电化学电池10的负接触端子。此外，可以想到，在钢筒12外壁周围可以形成镀金属的标签。
根据本发明制造的电化学电池10具有较大的阳极与阴极接触界面表面积，并具有容易组装的电池结构。这样提高了电极的整体载流能力，降低电流密度和减小电极厚度，由此获得较好的放电效率和高速放电能力。此外，这种组件的结构允许使用较薄的钢筒，因为阴极的模制成形不是在钢筒内进行的。
可以理解，将本发明付诸实施的人员，以及熟知此顶技术的专业技术人员，在不脱离本发明已公开概念的精神实质情况下，可以对本发明作不同的修改和改进。本发明可获得的保护范围将由权利要求和法律允许的解释来确定。

Claims (28)

1.一种电化学电池，包括：
一具有封闭底端和敞开顶端的容器；
一个具有第一极性并布置在所述容器内的第一电极；
一个布置成与所述第一电极相接触的第一集电器；
一个具有第二极性并布置在所述容器内所述第一电极的一侧的第二电极；
一个外部电化学活性层，具有所述第二极性并布置在所述第一电极的另一侧；
一个布置在所述第一电极与所述第二电极之间的隔离板，所述隔离板还被布置在所述第一电极和所述外部电化学活性层之间；
一个第二集电器，连接成与所述第二电极相接触；以及
一组装在所述容器敞开顶端的顶盖组件。
2.根据权利要求1所述的电化学电池，还包括一个导电体，将外部电化学活性层连接到所述第二电极和所述第二集电器中至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的电化学电池，其特征在于所述第一集电器包括导电栅格。
4.根据权利要求3所述的电化学电池，其特征在于所述导电栅格嵌置在所述第一电极内。
5.根据权利要求4所述的电化学电池，其特征在于所述第一电极包括内部第一层和外部第二层，所述导电栅格在所述第一和所述第二层之间整体模制而成。
6.根据权利要求5所述的电化学电池，其特征在于所述第一电极的第一和第二层都包括一个或多个环。
7.根据以上任一项权利要求所述的电化学电池，还包括一个布置在外部电化学活性层与所述容器之间的绝缘层。
8.根据以上任一项权利要求所述的电化学电池，其特征在于所述第一电极形成一个圆筒形的管，管内形成一个圆筒形腔室，而所述第二电极布置在所述圆筒形腔室中央。
9.根据以上任一项权利要求所述的电化学电池，其特征在于所述第一电极构成阴极，而第二电极构成阳极。
10.根据以上任一项权利要求所述的电化学电池，其特征在于所述外部电化学活性层是包覆在所述隔离板周围的导电薄片。
11.根据权利要求10所述的电化学电池，其特征在于所述导电薄片含有锌。
12.一种高速放电电化学电池，它包括：
一容器；
一个布置在所述容器内的第一电极；
一个与所述第一电极相接触的第一集电器；
一个布置在所述容器内的第二电极；
一个与所述第二电极相接触的第二集电器；
一个布置在所述第一电极与所述第二电极之间的第一隔离板；
一个布置在所述容器内并电气连接至所述第二电极的第三电极；
一个布置在所述第三电极与所述第一电极之间的第二隔离板；
一个连接至所述第一和所述第二集电器之一的正端子；以及
一个连接至所述第一和所述第二集电器中另一个的负端子。
13.根据权利要求12所述的电化学电池，其特征在于所述第一电极形成圆筒形管，管中间形成一个圆筒形腔室，所述第二电极布置在所述圆筒形腔室中央，所述第三电极形成在所述圆筒形管的外侧表面上。
14.根据权利要求12或13所述的电化学电池，其特征在于所述第一电极构成阴极，所述第二电极构成阳极。
15.一种电化学电池的组装方法，包括下列步骤：
制作带有与电极相接触的导电栅格的第一电极，所述第一电极形成一个筒管，管内形成一个腔室；
围绕所述第一电极设置外部电化学活性层；
在所述第一电极与所述外部电化学活性层之间设置隔离板；
将所述电极管放入具有封闭底端和敞开顶端的容器内；
在所述腔室内布置第二电极；
在所述第一电极与所述第二电极之间布置隔离板；
布置集电器使其与所述第二电极相接触；以及
将顶盖组件安装到所述容器的敞开顶端。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括在外部电化学活性层周围形成绝缘层的步骤。
17.根据权利要求15或16所述的方法，还包括在外部电化学活性层与所述第二电极和所述集流器之一之间形成电气连接的步骤。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于所述第一电极采用环模制法制成。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于所述第一电极的成形方法包括下列步骤：
将导电栅格布置在模具内；
在所述导电栅格的两侧布置第一电极的混合材料；以及
推弹杆用力压混合材料，冲击模压第一电极使之成形。
20.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于所述第一电极的成形方法包括下列步骤：
将一个或多个用第一电极材料模制成形的外环布置在模具内；
在一个或多个外环内置入导电栅格；以及
将一个或多个第一电极材料内环布置在导电栅格的内侧表面，从而形成环模制的第一电极。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括步骤：用力将推弹杆置于由内环形成的空间中以便将各个环压在一起。
22.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于所述第一电极的成形方法包括下列步骤：
将一个或多个第一电极材料外环布置在模具内；
将导电栅格布置在外环的内表面；
将第一电极的混合材料布置在所述导电栅格的内部空间中；以及
用力将推弹杆置于内部空间中以便冲击模压第一电极混合材料从而形成第一电极。
23.一种第一电极管的制作方法，所述电极管具有电极材料内层和外层，以及嵌在其中的导电栅格，所述方法包括下列步骤：
将导电栅格布置在模具内；
在导电栅格的两侧布置第一电极的混合材料；以及
用力将推弹杆插入混合料以便冲击模压第一电极。
24.一种第一电极管的制作方法，所述电极管具有电极材料内层和外层以及嵌在其中的导电栅格，所述方法包括下列步骤：
将一个或多个第一电极材料模制外环布置在模具内；
将导电栅格布置在一个或多个外环的内侧；以及
将一个或多个第一电极材料内环布置在导电栅格的内侧，从而形成环模制而成的第一电极。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括步骤：用力将推弹杆置于环的内部空间以便把各个环压在一起。
26.一种第一电极管的制作方法，所述电极管具有电极材料内层和外层以及嵌在中的导电栅格，所述方法包括下列步骤：
将一个或多个的第一电极材料外环布置在模具内；
将导电栅格布置在外环的内表面；
将第一电极的混合材料布置在导电栅格的内部空间中；以及
用力将推弹杆置于内部空间中以便模压第一电极的混合材料，从而形成第一电极。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，还包括步骤：在所述第一电极的外表面上包覆一层隔离板；以及在隔离板外周布置第二电极层。
28.根据权利要求23至27中任一项所述的方法，其特征在于所述第一电极构成阴极。
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