电池和电池系统的利记博彩app

专利名称：电池和电池系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电池和电池系统。
电池是常用的电能源。电池包含一个负电极，典型地称作阳极，以及一个正电极，典型地称作阴极。阳极包含可以被氧化的活性物质；阴极包括或者消耗可以被还原的活性物质。阳极活性物质能够还原阴极活性物质。为了防止阳极物质和阴极物质的直接反应，阳极和阴极由隔板彼此电隔离。
当电池用作设备中的电能源时，电接触点被制作到阳极和阴极，使电子流过设备并且使相应的氧化和还原反应发生，以提供电能。与阳极和阴极接触的电解液例如氢氧化钾包含离子，离子流过电极之间的隔板以维持放电期间贯穿整个电池的电荷平衡。
在金属-空气电化学电池中，氧在阴极被还原，而金属在阳极被氧化。氧从电池外部的大气通过电池壳中的一个或多个气孔提供到阴极。
为了延长电池寿命，最好是阴极在使用时暴露于气流，而不使用时与气流隔离。在使用过程中，希望向阴极提供均匀而且充足的空气进入，以提供例如活性物质的均匀放电和/或相对高的放电电压外形。
本发明涉及电池和电池系统。
一个方面，本发明的特征是一种非气密的电化学电源，其具有第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间。隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的密度。
另一方面，本发明的特征是一种非气密的电化学电源，其具有第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间。隔膜具有第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的孔隙度。
另一方面，本发明的特征是一种非气密的电化学电源，其包括第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的物质，第二电极位于隔板和该物质之间。穿过该物质第一部分的透气性与穿过该物质第二部分的透气性不同。
另一方面，本发明的特征是一种非气密的电化学电源，其具有第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间。隔膜具有第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的质量输运阻抗。
另一方面，本发明的特征是一种非气密的电化学电源，其具有第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板。隔板包括第一部分，该第一部分具有与隔板第二部分不同的质量输运阻抗。
本发明这些方面的实施方案可以包括下面特征的一种或多种。电源还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔邻近并且具有比第二部分高的密度。第二部分离空气进入孔比第一部分离空气进入孔远。第一部分与空气进入孔对齐。第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。隔膜是可透气的。第一和第二部分作为一个组件整体形成。隔膜包括聚四氟乙烯。电源是金属-空气电池。电源还包括具有多个空气进入孔的容器，其中隔膜具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。
另一方面，本发明的特征是一种电池盒，其包括外壳和外壳中的电化学电池，外壳具有多个空气进入孔，这些空气进入孔被配置以可选择地控制进入该外壳的气流，电池具有与空气进入孔邻近的顶面和侧面。孔位于电池侧面之上，而外壳不含完全在电池顶面之上的孔。
实施方案可以包括下面特征的一种或多种。盒包括盒中两个相邻的电化学电池，该两个电池定义它们之间的间隙，其中孔仅位于电池侧面之上以及该间隙之上。盒包括盒中两个相邻的电化学电池，该两个电池定义它们之间的间隙，其中孔仅位于电池侧面之上或者该间隙之上。孔偏离电池。孔在电池侧面之上集中。
实施方案可以包括下面优点的一种或多种。电池和/或电池系统可以具有相对长的活化保存寿命。电池和/或电池系统可以相对高的活性物质利用率。电池和/或电池系统可以具有电流分布或密度的增强的均匀性。结果，相对均匀的溢流和/或改进的活性物质利用率可以被获得。电池和/或电池系统可以用于高电流或速率的应用或设备。
一个方面，本发明的特征是一种电池，例如金属-空气电池，该电池具有阴极，阴极具有内表面和外表面并且定义一个腔，与阴极的内表面相邻的隔板，与隔板相邻并位于腔内的阳极，以及与阴极的外表面相邻的透气、不透液体的阻挡层，阻挡层定义电池的外表面。因此，阴极充当电池的容器或外壳。
阴极可以定义两个开口端。两个端件可以连接到阴极的开口端，并且阳极集电器可以贯穿该两个端件。
本发明的实施方案可以包括下面特征的一种或多种。阴极包括集电器，并且电池还包括连接到该集电器的导电接头。集电器接合到一起以形成接缝，并且导电接头沿着该接缝连接到集电器。电池还包括位于导电接头之上的密封剂。阻挡层包括聚四氟乙烯。端件被配置以与阴极紧密配合，并且沿着电池的纵轴与阴极对齐。电池还包括连接到阳极集电器的导电接头。端件和阴极由密封剂来接合。端件包括电绝缘材料例如丙稀腈-丁二烯-苯乙烯。隔板粘合到阴极。阻挡层层压到阴极。
阴极可以具有基本上矩形，基本上正方形的横截面，基本上三角形或基本上圆形的横截面。
电池可以选定尺寸以安装在外壳内，外壳适合于管理流入或流出该外壳的气流。
另一方面，本发明的特征是一种制造电池的方法。该方法包括放置与阴极相邻的第一层，第一层是电绝缘的，放置与阴极相邻的第二层，第二层是透气但不透液体的，以及形成阴极，其中第二层定义电池的外表面。该方法也可以包括使已形成的阴极与两个端件紧密配合，并且用密封剂将两个端件接合到阴极，其中使已形成的阴极与两个端件紧密配合包括放置通过端件的阳极集电器。
本发明的实施方案可以包括下面特征的一种或多种。放置与阴极相邻的第二层包括将第二层层压到阴极。放置与阴极相邻的第一层包括将第一层粘合到阴极。形成阴极包括用阴极定义一个腔，并且该方法还包括在腔中放置阳极。阴极包括集电器，并且形成阴极还包括将集电器接合到一起以形成接缝。该方法还包括将导电接头连接到集电器。该方法还包括在导电接头上放置密封剂。
本发明的其他特征和优点将从其优选实施方案的描述以及从权利要求书中变得明白。


图1是电池盒实施方案的透视图。
图2是图1电池盒的分解透视图，同时显示电化学电池。
图3是图1电池盒的平面图。
图4是图3电池盒沿着线4-4所取的横截面视图。
图5是图4电池盒的详细视图。
图6是电化学电池实施方案的透视图。
图7是图6电池的部分切去的视图。
图8是图6电池的横截面视图。
图9是图8电池的详细视图。
图10是电池系统实施方案的部分透视图。
图11是图10电池系统的详细视图。
图12是电池组实施方案的横截面示意图。
图13是图12电池组一部分的示意图。
图14是作为每气室列数的函数的氧浓度的曲线。
图15是用于设计空气进入口的方法的实施方案的流程图。
图16A，16B，16C和16D是修改的阻挡层的模拟图案的实施方案的说明。
图17是钮扣电池45度部分的有限单元网格。
图18A和18B分别是修改的和未修改的阻挡层在5mA外加电压时的模拟氧分布。
图19是作为图16A-16D图案最终孔隙度的函数的极限电流的曲线。
图20是作为图16A-16D图案最终孔隙度的函数的改变的保存寿命/未改变的保存寿命的曲线。
图21是图16A-16D图案的最大电流密度/最小电流密度的曲线。
图22显示作为空气进入口直径增量的函数的标准偏差和最大/最小的曲线。
图23显示作为空气进入口直径改变的函数的极限电流和保存寿命的改变，以及电流密度标准偏差的改变的曲线。
图24显示作为空气进入口直径改变的函数的活化寿命的改变和极限电流的改变的曲线。
参考图1-5，矩形棱柱形电池盒或电池组100包括外壳102，这里也显示外壳内的多个金属-空气电池104(例如三个)。外壳102形状为矩形，具有围绕矩形的外围延伸的壁。盒100还包括安装在外壳102之上的阀框架106，活动的气阀108，以及固定的气阀110。气阀108和110每个都具有空气进入口或孔112的图案，这些孔可以彼此对齐(例如完全重叠)，部分对齐(例如部分重叠)，或者不对齐(例如不重叠)，当活动的气阀108在由气阀108定义的平面内滑动时(图2，箭头A)。
当盒100用于设备例如移动电话时，活动的气阀108可以根据设备的操作模式相对于固定的气阀110来调动例如滑动。例如，当设备处于“关闭”模式时，气阀108和110的孔112完全或基本上完全不对齐。盒紧紧地或充分地密封电池104使得与外界隔绝。到电池104的气流被限制以增加电池的服务寿命，例如，通过防止电池自放电和/或通过使因过度暴露于空气而引起的电池材料过早退化达到最小。当设备处于“备用”模式时，气阀108和110的孔112部分对齐。到电池104的气流被平衡，例如使得足够量的空气可以到达电池以满足在备用模式期间设备的电源和/或上电要求。当设备处于“开启”模式时(例如移动电话的“通话”模式)，孔112完全或基本上完全对齐。在该模式中，充足的空气到达电池104以允许电池以满的或基本上满的电平操作。
在一些实施方案中，电池组100还包括低摩擦吸收层(例如具有非编织聚酰胺纤维结构的Whatman纸(P3))，其在活动的气阀108合电池104之间延伸穿过外壳102。电池组100还可以包括吸收层和电池104之间的多孔层(例如聚氨基甲酸酯开口泡沫塑料)。电池组100还可以包括多孔层和电池104之间的具有疏水防潮层的吸收层(例如具有聚四氟乙烯薄膜的Whatman纸(P3))。电池组或盒的其他实施方案，包括使用和操作方法，在2000年10月20日申请的名称为“电池系统”的共同所有U.S.S.N 09/693,010中描述，在此整体引入作为参考。
电池104是被配置以放置在盒100内的棱柱形金属-空气电化学电池。参考图6和7，金属-空气电池104包括阴极组件22，连接到组件22一端的底部端件24，以及连接到组件22另一端的顶部端件26。阴极组件22包括形成于集电器30上的阴极28，粘合到阴极28内侧的隔板32，以及围绕阴极28的外侧包装的阻挡层34例如聚四氟乙烯(PTFE或Teflon)层。阴极组件22被形成例如包装，以定义一个腔36。电池104还包括阳极38和位于腔36中的阳极集电器40。该阳极集电器40从底部端件24延伸，穿过腔36，然后穿过顶部端件26。负接头42连接到阳极集电器40，而正接头44连接到阴极集电器30。当电池104完全装配时，阻挡层34定义电池的外表面。也就是，电池104不包括阻挡层34外的外壳例如圆筒形金属容器或壳。使用期间，来自空气的氧流过孔112，通过阻挡层34，接触阴极28，并且作为电池电化学反应的一部分被还原来提供电能。电池104在下面以及在引入作为参考的U.S.S.N.60/265,822中更详细地描述。
更改的阻挡层不希望被理论束缚，相信在金属-空气电池组中，有例如对于物质例如氧和水的两种质量输运阻抗。一种输运阻抗是组层次的，另一种是电池层次的。在组层次，质量输运阻抗例如对氧的，部分地是气室深度(电池104和活动气阀108之间的距离)，以及空气进入孔的布局和面积的函数。在电池层次，组的活化保存寿命依赖于传入和/或传出电池的水输运。阴极中水的蒸汽压(其依赖于电解液的浓度)和/或与隔膜接触的空气的相对湿度也是影响水蒸汽通量的变量。一般地，传出电池的水输运可以缩短电池的活化保存寿命。因此，有时候，优选地使对水的质量输运阻抗达到最大以使水通量达到最小。
此外，相信在阻挡层34均匀围绕电池104的实施方案中，在阻挡层/阴极分界面的电池顶部的氧浓度比在电池两侧的氧浓度高大约至少30％。这可能是因为电池顶部比侧面更接近空气进入孔，也就是更短的扩散程。氧输运程的这种差异可能导致阴极处的非均匀电流分布，其又可能导致阳极中的非均匀反应平面运动和降低的阳极利用率。减少氧分压的这种非均匀性可以提供相对更均匀的电流分布，以及因此增加的阳极利用率。因此，相信为了增强性能，均匀的氧进入优选地达到最大和/或水输运优选地达到最小。
因此，在实施方案中，电池104的阻挡层34被修改或改变以影响例如增加或减少电池的质量输运阻抗。例如，改变电池顶部的阻挡层34的性质可以允许较少的水蒸汽进入和/或退出聚四氟乙烯阻挡层或气室，从而允许电池相对长时间地蓄水。改变顶面也可以增强电池的性能，因为氧分压可以在电池104的侧面上相对更均匀，从而增强阳极利用率。
在一些实施方案中，阻挡层34的一个或多个部分相对于阻挡层另外的部分而被修改以调节物质例如氧和水通过阻挡层的流率。阻挡层34的部分可以具有与阻挡层其他部分不同的对所选物质的质量输运阻抗或透过性。阻挡层34的部分可以具有与阻挡层其他部分不同的孔隙度。阻挡层34的部分可以具有与阻挡层其他部分不同的表观密度。在实施方案中，阻挡层34的一个或多个部分不是均匀围绕电池的。
许多方法可以用来修改例如增加或减少阻挡层34的性质，例如通过该层的物质例如水和/或氧的质量输运阻抗。在一些实施方案中，阻挡层34被机械加工。阻挡层34可以被例如钝击(thumping)，压制，变形，和/或拉伸。钝击和/或压制可以使用适当尺寸的模具例如钝点(blunt point)或锥钻来执行。例如，机械加工阻挡层34可以导致可变的孔隙度，其中加工区域的孔隙度低于不加工区域，可变的密度，其中加工区域的密度高于未不加工区域，和/或可变的质量输运阻抗，其中相对于不加工区域，加工区域中的输运阻抗增加。
修改程度可以改变并且可以被控制，例如通过控制施加的加工量。在实施方案中，相对于不改变的区域，改变区域可以具有较低的孔隙度，例如为未改变区域孔隙度的90％，80％，70％，60％，50％，40％，30％，20％，或10％。未改变和改变区域在质量输运阻抗和/或密度方面可以具有类似的差异。
修改物质的质量输运阻抗的其他方法包括化学方法，例如，为了增加质量输运阻抗，所选区域可以被修改，通过用阻碍例如水和/或氧通量的材料来涂敷，例如涂刷，喷射或镀层。适当材料的例子包括环氧树脂，氟液体(例如Kel-F油)，或胶水。所选区域可以用阻隔或阻塞该区域的物质例如化学前体或反应物来注入。例如，注入物质可以与阳极反应，以形成ZnO从而阻塞阻挡层34。
在一些实施方案中，阻挡层34的厚度可以被修改例如以影响质量输运阻抗。多层的阻挡层34可以用于所选区域例如电池顶部，以增加该区域的质量输运阻抗。阻挡层34可以被形成例如压制，使得所选区域具有不同于例如大于其他区域的厚度。获得与孔隙度减少50％类似的结果所需要的阻挡层额外厚度可以被估算。蒸汽的质量输运阻抗或气相阻抗作为气体扩散程长度(阻挡层厚度)与气相扩散系数的比值来给出，数学表示如下
RMT=δDϵ1.5]]>其中，RMT是质量输运阻抗，δ是阻挡层的厚度，而Dε1.5是势垒矩阵中的有效扩散系数。为了达到与通过孔隙度减小50％所获得的相同的改进，例如保存寿命的改进，阻挡层的厚度应该增加到未改变层的大约2.8倍。
修改阻挡层34质量输运阻抗的方法的各种组合可以被使用。也就是，所选区域可以通过机械方法，化学方法，和/或这里所描述的任何方法来修改。例如，所选区域可以通过使用多层的阻挡层34来修改，该多层的阻挡层用增加质量输运阻抗的物质来镀层，或者区域可以通过机械加工或化学方法来修改。
电池104的各个区域可以被修改。待修改的区域通常被选择以通过使活性物质的均匀利用率达到最大和使水流失达到最小来使电池性能达到最大。修改的区域可以包括电池104的整个顶表面或顶表面的所选部分。沿着所选区域，例如顶表面，修改程度可以不同。例如，质量输运阻抗可以从电池一侧到电池另一侧逐渐变化，例如，质量输运阻抗在顶表面的中间最小，而在侧面附近最大。电池104的侧面和/或底面可以如这里所描述的来修改。
在其他实施方案中，如这里所描述的阻挡层的修改可以应用于除电池104之外的系统，例如其他电池系统。一般而言，任何电化学电源的阻挡层都可以被修改。电源可以是非气密的。电源可以包括金属-空气电池(例如锌-空气电池，铝-空气电池，和镁-空气电池)，空气恢复电池，以及空气去极化电池。这些电源的例子在美国专利号2,597,119；3,436,270；2000年1月31日申请的U.S.S.N.09/494,584；以及2000年4月6日申请的U.S.S.N.09/544,076中描述，所有这些在此引入作为参考。电源可以是包括非圆形空气进入孔，例如狭缝，狭槽和气窗的那些电源，如在美国专利号6,232,007；和2001年2月1日申请的名称为“电池”的U.S.S.N.09/773,962中所描述的，所有这些在此引入作为参考。电源可以是燃料电池。
阻挡层的修改可以应用于各种结构的电化学电源。例如，电源可以是圆柱电池，钮扣电池，任何横截面的棱柱形电池，或者跑道形电池。
对于非气密的电化学电源，被修改的阻挡层部分的表面积或体积可以改变。被修改部分可以与电源上的空气进入孔相邻例如与电源外壳中的孔对齐。被修改部分的面积可以与空气进入孔的面积相同，或面积可以不同。例如，相对于空气进入孔的面积，阻挡层被修改部分的面积可以是两倍，四倍，六倍，八倍，十六倍，三十二倍，或六十四倍。在其他实施方案中，相对于阻挡层被修改部分的面积，空气进入孔的面积可以是两倍，四倍，六倍，八倍，十六倍，三十二倍，或六十四倍。区域可以基本上对齐或不对齐。
阻挡层可以如这里所描述的来修改，例如，通过使用机械和/或化学方法，和/或通过改变阻挡层的厚度。在一些实施方案中，阻挡层可以在电源已经装配之后修改。例如，阻挡层可以通过钝击或压制电池壳的外部来加工，电池壳外部在钝击后可以弹回原位。
在其他实施方案中，阻挡层部分被修改的程度可以不同。一些被修改部分可以具有与其他被修改部分不同的孔隙度，密度，和/或质量输运阻抗。这里所描述的阻挡层的修改，包括如方法，程度和修改区域的位置，也可以应用于阴极和阳极之间的隔板层，例如以影响水和/或电解液的扩散，和/或应用于具有上述疏水防潮层的吸收层。在其他实施方案中，代替修改某些区域来增加它们的质量输运阻抗或者除此之外，其他区域可以被修改以相对降低它们的质量输运阻抗，例如通过使用阻挡层或隔板的较薄或较少孔或较低密度部分。
空气进入孔设计如上所讨论的，在组层次，盒100的例如对于氧的质量输运阻抗部分地是空气进入孔112的图案，例如它们的布局和/或面积的函数。孔的尺寸和/或位置被优选地设计以使氧输运达到最大而使水输运达到最小。而且，穿过组中阴极的氧通量应该是均匀的，以使活性物质的利用率达到最大。例如，如果有太多孔或者如果孔位于不太优选的位置，水从电池组的进入或流出可能引起过早损坏。如果没有足够位于优选位置的孔来供给足够的氧，电池组可能不能为给定应用提供所需的电流。
使用气体输运的有限元模拟，包括变量例如孔的数目和孔的位置，空气孔的某些图案或设计被计算，以导致水进入电池或从电池中流出的比率降低，而为所选应用提供充足的氧输运。对于三个电池的电信电池组，例如，空气孔位于在电池之间，例如位于电池之间的间隙的设计导致水输运减少3倍，而同时保持例如CDMA或GSM率所必须的氧浓度。
模型仿真显示，在电池组100中，大部分水输运来自直接在空气进入孔下面的阴极。随着孔直接增加在电池之上，水输运连续增加。相信水蒸气输运的机制是扩散，所以浓度梯度是驱动力。这里，主要的浓度梯度在电池顶部，所以水输运横跨电池顶部而存在。相比较，电池侧面和底部的浓度梯度相对小，所以，横跨侧面和底部的水输运驱动力相对小。因此，直接在电池104之上形成孔显著增加水输运率。有时，去除直接在电池顶部之上的孔并且仅使用那些在电池间隙之上的孔，减少电池的水损失/增益率大约60％。
而且，虽然氧分压直接在孔的下面是最高的，直接在电池100之上形成孔不会显著增加氧进入。到电池底部的氧进入也不会由于直接在电池之上放置孔而增加。实际上，有时，去除直接在电池顶部的孔不会影响氧输运很大，例如小于大约1-2％。因此相信，位于电池组100中电池间隙之上的孔单独可以提供均匀且必须的氧分布，例如，以GSM和/或CDMA等级(rate)，而水通量达到最小。
空气进入孔的直径也可以被设计，以影响电池组100或者电化学电池例如金属-空气电池的性能(实例3)。在实施方案中，随着孔直径增加，极限电流增加，而保存寿命减少。极限电流可以增加得相对多于保存寿命的减少。增加孔的直径也可以降低最大电流密度与最小电流密度的比率(最大/最小比)，以及反应电流密度的标准偏差。相信最大/最小比是溢流或浸润的均匀性的指示，而标准偏差是阳极利用率的指示。也就是，减小孔的尺寸退化标准偏差和最大/最小比，而相反地影响利用率和浸润。因此，在减小极限电流和增加保存寿命方面，减小孔的尺寸似乎具有与上述修改阻挡层相同的效果。因此，在一些实施方案中，空气进入孔的设计可以与上述修改阻挡层结合来使用。例如，钝击的聚四氟乙烯可以用于电池的顶面以进一步减少水通量，除设计仅位于电池间隙的空气进入孔之外。通过直接在空气进入孔的下面使用钝击的聚四氟乙烯，可以实现减小电流密度的非均匀性并且提高电池组的保存寿命的改进。
下面给出的实例提供用于设计空气进入孔的一些方法。在一些实施方案中，孔优选地位于相邻电池之间的间隙之上。孔的行可以被布置，使得它们在电池的侧壁上集中。孔可以偏离电池侧壁。例如，仅一部分，例如每个孔的10％，20％，30％，40％，60％，70％，80％，或90％在电池侧壁之上。在一些实施方案中，没有空气进入孔直接和/或完全在电池之上。行可以完全和/或直接在相邻电池之间的间隙之上。间隙附近的孔的相邻行的数目可以改变，例如1，2，3，4，5或更大。相邻行优选地均匀间隔，但是它们可以非均匀间隔。相邻孔之间的间隔可以是均匀的或非均匀的。孔可以是非圆形的例如椭圆形，细长形，和/或狭缝。
金属-空气电池参考图6-11，金属-空气电池104包括阴极组件22，连接到组件22一端的底部端件24，以及连接到组件22另一端的顶部端件26。阴极组件22包括形成于集电器30上的阴极28，粘合到阴极28内侧的隔板32，以及围绕阴极28的外侧包装例如层压到阴极28外侧的阻挡层34。阴极组件22被形成，以定义一个腔36。电池104还包括阳极38和位于腔36中的阳极集电器40。阳极集电器40从底部端件24延伸，穿过腔36，然后穿过顶部端件26。负接头42连接到阳极集电器40，而正接头44连接到阴极集电器30。当电池104完全装配时(图1)，阻挡层34定义电池的外表面。
阴极组件22包括形成于集电器30上的阴极28，隔板32，和阻挡层34。
阴极28包括具有用于还原过氧化物的催化剂例如锰化合物，碳粒子和粘合剂的活性阴极混合物。有用的催化剂包括锰氧化物，例如Mn2O3，Mn3O4和MnO2，其可以例如通过加热硝酸锰或者通过还原高锰酸钾来准备。阴极28包括按重量大约1％到大约10％，优选地大约3％到大约5％的催化剂。
碳粒子并不局限于任何特定类型的碳。碳的例子包括BlackPearls 2000，Vulcan XC-72(Cabot Corp，Billerica，MA)，Shawinigan Black(Chevron，SanFrancisco，CA)，Printex，Ketjen Black(Akzo Nobel，Chicago，IL)，以及Calgon PWA(Calgon Carbon，Pittsburgh，PA)。一般地，阴极混合物包括按重量大约30％到大约70％，优选地大约50％到大约60％的总碳量。
粘合剂的例子包括聚乙烯粉末，聚丙烯酰胺，硅酸盐水泥和氟碳树脂，例如聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯。聚乙烯粘合剂的一个例子在商号Coathylene HA-1681(Hoechst)下出售。优选的粘合剂包括聚四氟乙烯(PTFE)粒子。一般地，阴极混合物包括按重量大约10％到大约40％，优选地大约30％到大约40％的粘合剂。
阴极混合物通过混和催化剂，碳粒子和粘合剂而形成，然后涂敷在阴极集电器30例如金属网筛上，以形成阴极28。阴极混合物变硬之后，阴极28受热以去除任何残留的挥发物。
在阴极组件22的内侧，隔板32粘合到阴极28。隔板32可以是多孔的电绝缘聚合物例如聚丙烯，其允许电解液(下面所描述的)接触阴极28。
在阴极组件22的外侧，阻挡层34被层压到阴极28以完成阴极组件22。阻挡层34是透气但不透液体的。该层34，例如PTFE隔膜，有助于维持电池104中一致的湿度级。层34也有助于防止电解液渗漏出电池，以及防止CO2渗漏进电池。
阳极凝胶体38包含锌和电解液的混合物。该锌和电解液的混合物可以包括胶凝剂，该凝胶剂可以有助于防止电解液从电池渗漏以及有助于保留锌的粒子于阳极中。
锌物质可以是与铅，铟，铝，或铋制成合金的锌粉末。例如，锌可以与大约400～600ppm(例如500ppm)的铅，400～600ppm(例如500ppm)的铟，或大约50～90ppm(例如70ppm)的铝制成合金。优选地，锌物质可以包括铅，铟和铝，铅和铟，或者铅和铋。可选地，锌可以包括铅，而没有另外的金属添加物。锌物质可以是空气吹制或旋制的锌。适用的锌粒子例如在1998年9月18日申请的U.S.S.N.09/156,915，1997年8月1日申请的U.S.S.N.08/905,254，以及1998年7月15日申请的U.S.S.N.09/115,867中描述，这些申请的每篇整体引入作为参考。
锌的粒子可以是球形或非球形的。例如，锌粒子可以是针形的(具有至少为二的纵横比)。锌物质包括具有尺寸60网格～325网格(mesh)的大多数粒子。例如，锌物质可以具有下面的粒子尺寸分布0-3wt％在60网筛(60mesh screen)上；40-60在100网筛上；30-50wt％在200网筛上；0-3wt％在325网筛上；0-0.5wt％在盘(pan)上。
适用的锌物质包括可从Union Miniere(Overpelt，Belgium)，Duracell(USA)，Noranda(USA)，Grillo(Germany)，或者Toho Zinc(Japan)获得的锌。
胶凝剂是吸收性的聚丙烯酸酯。该吸收性聚丙烯酸酯具有每克胶凝剂少于大约30克盐的吸收性外壳，如在美国专利号4,541,871中描述的测定，在此引入作为参考。按锌在阳极混合物中的干重，阳极凝胶体包括小于1％的胶凝剂。优选地，胶凝剂含量按重量为大约0.2％～0.8％，更优选地，按重量大约0.3％～0.6％，最优选地，按重量大约3.3％。吸收性的聚丙烯酸酯可以是由悬浮聚合法制成的聚丙烯酸钠。适用的聚丙烯酸钠具有大约105～108微米的平均粒子尺寸和大约7.5的pH值。适用的胶凝剂例如在美国专利号4,541,871，美国专利号4,590,227，或者美国专利号4,507,438中描述。
在某些实施方案中，阳极凝胶体可以包括非离子表面活性剂。该表面活性剂可以是涂敷在锌表面上的非离子磷酸盐表面活性剂，例如非离子磷酸烷基酯或者非离子磷酸芳基酯(例如RA600或者RM510，可从Rohm&Haas获得)。阳极凝胶体可以包括涂敷到锌物质表面上的大约20～100ppm的表面活性剂。表面活性剂可以充当气体抑制剂。
电解液可以是氢氧化钾的水溶液。电解液可以包括大约30％～40％，优选地35％～40％的氢氧化钾。电解液也可以包括大约1％～2％的氧化锌。
端件24和26由电绝缘材料例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制成。每个端件24和26包括定尺寸以容纳阳极集电器40的孔。端件24和26也分别包括台阶45和49，有助于使阴极组件22和端件对齐，如下面所描述。此外，顶部端件26也定义槽口47，正接头44延伸通过该槽口(图6)。
阳极集电器40，正接头44，以及负接头42由对存在于电池104中的化学物和电势稳定的材料制成。例如，阳极集电器由黄铜制成；正接头44由镍金属制成；而负接头42由镀锡的黄铜制成。
为了装配电池104，希望尺寸的坯件例如矩形片从更大片的阴极组件22(由阴极28，集电器30，隔板32和阻挡层34构成)冲孔或切割。随着阻挡层34和隔板32的部分暂时足够地剥离，阴极物质28从阴极组件22的相对边的两侧移除(例如通过刮削)，以暴露集电器30的两个区域。这些暴露的区域将在阴极组件22定形之后被焊接在一起。然后阴极组件22定形以定义腔36以及将集电器30的暴露区域重叠在一起。例如，阴极组件可以被折叠，以形成具有矩形或正方形横截面的阴极管，或者可以围绕心轴弯曲或卷曲以形成具有圆形横截面的阴极管。集电器30的暴露区域被重叠并焊接在一起，以提供阴极组件22的相对硬的管。暂时被剥离的隔板32的部分重新位于由于焊接产生的接缝上，重叠并用几滴环氧树脂固定，以将阴极28和阳极38分隔。
然后，正接头44沿着接缝焊接到阴极组件22外侧的集电器30。然后，密封剂条46例如环氧树脂(可以从3M，St.Paul，MN获得)，沿着阴极组件22的长度涂敷在正接头44和接缝上，以使电解液和阳极38从电池104的渗漏达到最小。
阳极集电器40通过底部端件24的孔插入。环氧树脂48涂敷到底部端件24的孔的外侧上，以将阳极集电器40固定到底部端件，并且使电解液和阳极38通过该孔的渗漏达到最小。
然后，底部端件24连接到阴极组件22，通过将阳极集电器40插入腔36，并且使阴极组件和底部端件紧密配合。台阶45有助于使阴极组件22在底部端件24上居中。围绕阴极组件22扩展的环氧树脂50滴将阴极组件固定到底部端件24，并且使从电池104的渗漏达到最小。在一些实施方案中，底部端件24可以包括一个凹槽，阴极组件22可以位于该凹槽中，并且环氧树脂50滴可以沉积于该凹槽中。
然后，腔36用阳极38充满。
一层环氧树脂56被涂敷到顶部端件26的内表面，以使从电池104的渗漏达到最小。然后，顶部端件26置于阴极组件22上，使得槽口47容纳正接头44并且阳极集电器40通过顶部端件的开口延伸。台阶49有助于使阴极组件22在顶部端件26上居中。通过将阳极集电器40延伸穿过端件24和26，阳极集电器充当增强电池104的机械完整性的刚性支承。而且，沿着电池104的长度而延伸的阳极集电器也可以通过提供相对小的电压降来优化放电效率。一滴环氧树脂52围绕阴极组件22类似于环氧树脂48涂敷到顶部端件26。环氧树脂54也涂敷到顶部端件26的孔的外侧，以将阳极集电器40固定到顶部端件并且使电解液和阳极38通过该孔的渗漏达到最小。
然后，负接头42被焊接到阳极接电器40，以完成电池104的装配。
电池104被放置于组100中，它们的负和正接头适当地连接，例如串连(图10和11)。
许多其他步骤组合可以用来装配电池104。例如，阳极集电器40可以粘合到顶部端件26并且焊接到负接头42，然后该装配可以作为一个部件连接到阴极组件22。底部端件24可以不包括孔。阳极集电器40可以仅延伸电池20的长度的一部分。接头42和44可以从电池104延伸到电池的相对端。电池104可以不包括负接头。端件24和26和/或阴极组件22可以具有不同的横截面形状，例如三角形，圆形，正方形，和矩形。电池104可以用许多尺寸来形成，例如以安装在金属-空气盒内并与金属-空气盒一起使用，如在共同转让U.S.S.N.09/693,010中所描述的。
在其他实施方案中，隔板32和阻挡层34可以通过其他方法与阴极28相邻。例如，隔板32可以从溶液浇铸并且当溶液变干时形成于阴极28上。
下面的实例是说明性的而不是局限性的。
实例1应用有限元模拟一般包括求解系统具体几何结构的方程(如下面给出的)。求解过程一般包括，将几何结构输入FEMLAB/MATLAB软件，输入几何结构中每个边界处的方程，以及使用软件中的有限元解算程序的内置算法来求解方程。气室被划分成3,000～19,000单元的网格。
基本方程包括质量守恒(整体)·v＝0质量守恒(物种)ρv·Xm+·(-DρXm)＝0动量守恒ρv·vX+·(-μvX)+δp/δx＝0其中v＝速度；ρ＝密度；X＝质量分数。
边界条件包括空气进入孔，壁，以及阴极。对于空气进入孔，ρ，Xm和p都是外界条件。速度(v)与外加电流成正比。对于壁，法线通量是零(整体，种类，动量)。对于阴极，n·(-DρXm)与电流密度j成正比。电流密度(j)与ρXm成正比。
氧浓度[O2]，从[O2]＝ρXm求出，对外界条件归一化。
实例2本实例将3-D有限元模拟结果精简成包含一组经验方程和条件的经验算法。该算法可以提供一般框架，该框架有助于找到一种优选的空气进入孔设计，使得在电池盒或组的设计过程中获得优选数目的孔和它们的布局。该算法对任何任意棱柱形组设计都有效。该算法也提出一种解决在组的设计过程中可能出现的机械约束的方法。该方法可以导致节省时间以及与每次在设计中做改变时运行有限元模拟无关的独立性。图15显示概述用于设计的算法以及该算法有效时的条件的流程图。
该算法是通用的并且可用于具有n个棱柱形无壳电池的任何电池组。参考图12和13，电池参数是电池宽度(x)；电池高度(y)；接头宽度(z)；以及活性电池长度(l)。气室参数是电池间气室宽度(w)；顶部上气室深度(p)；以及底部上气室深度(b)。孔图案参数是孔直径(d)；每个电池间气室之上的列数(c)；以及孔的行数(r)。该算法可以用来确定d，c以及r，使用例如维持金属-空气组中CDMA或GSM等级所需的输入参数x，y，z，l，w，p和b。孔的总数是rc(n+1)。
一般地，最低的氧浓度位于电池底部，因为这是最长的扩散程长度(从空气进入孔到电池底部)。因此，相对电化学惰性的每个电池的接头侧，优选地位于盒的底部，以提供其他阴极表面处的平均氧浓度的增加。
有限元分析指出，孔优选地位于电池之间的气室之上，例如不直接在电池之上。这种布局使从孔到电池顶部和到电池侧面和/或底部的扩散阻抗之间的差异达到最小，假如到底部的扩散阻抗大于到顶部的扩散阻抗。该条件可以用公式表示如下x2p<2yw+x-z2b---(1)]]>因此，在不等式(1)成立的组设计中，孔优选地位于电池间气室之上。如果机械考虑排除位于末端电池和电池组壁之间的气室之上的孔布局，那么孔可以位于末端电池之上，离气室尽可能地近。除末端电池之外，直接位于电池之上的孔布局可以加重水流失，而不会显著改进空气进入。
在一些实施方案中，机械约束被设置，使得当电池组闭合时，各个片中的相应圆孔之间的中心到中心距离大约是孔直径的两倍。因为片之间从孔到孔的距离是2d，片内从孔到孔的距离在纵向上应该是4d。而且，如果多列孔用于每个电池间气室之上(即c＞1)，列之间的中心到中心距离应该是2d。
仅仅基于使电池间的孔面积达到最大的孔图案将在每个气室之上具有单列大孔(即c＝1)，以便使列之间的空间更有效。在这种设计中，d将等于电池间的宽度w。因此，纵向的中心到中心距离将至少是4w。但是，模拟已经显示，孔在纵向上相隔越远，氧进入对于离孔最远的点就越糟。特别地，4w可能太远了，因此在孔面积的量和它在纵向上的分布之间折衷是优选的。
参考图14，最小归一化氧浓度一般地随c的增加而增加。随着c从1增加到2，浓度的增加大约是c＝1的值的15％。随着c从2增加到3和4，最小浓度的增加大约是c＝2的值的4％。因此，将c从1增加到2的收益是显著的，而当c增加到超过2时收益降低。从制造的立场和密封泄漏的立场，随着越多的孔被形成，会有更高的成本和更高的失败几率。因此，c＝2表示在每个电池间气室上的列的优选数目。模拟已经显示，c＝2的首选不依赖于气室宽度w。
有限元分析也已经表明，该两列应该在电池/气室的分界面上居中。在这种情况下，由于列之间中心到中心距离至少是2d的约束，孔直径优选地满足下面的不等式d≤w2---(2)]]>
d实际上是否等于或小于w/2不是明显的先验。如果d＝w/2，那么列之间的中心到中心距离等于2d，从而孔面积达到最大。但是孔之间的纵向距离，4d，也达到最大。模拟已经显示，对给定的c，通过使孔面积达到最大而获得的收益稍微超过不好的纵向分布带来的损害。因此，优选的直径如下给出d=w2---(3)]]>如果列中孔之间的中心到中心距离是ad，其中a大约为4，那么孔的行数由下式给出r=lad---(4)]]>其中，l是活性电池长度。等式3和4，连同c＝2一起，可以用来确定对于给定w的优选的孔图案。
如果设计给定组设计的孔图案时，由这些公式给出的孔图案不是机械可行的，那么可以对图案做一些修改。模拟已经显示，横向上列的位置，它们之间的距离，孔直径(d)，和/或参数(a)可以被调节。在调节d和a时，优选地满足等式4(也就是，r因此优选地改变)，但是不等式2会替代等式3。如果可行的孔图案不能通过在这四个参数中做小改变来获得，那么选择不同的c值可能会有帮助。
当设计新组时，上面的方法可以用来预测优选的孔图案，而不是反复模拟对旧的孔图案的改变。该方法在图15中显示。每个电池间气室之上的列的优选数目(c)设置为2，并且等式3和4用来确定孔直径(d)和行数(r)的优选值。如果由d，c和r给出的孔图案是可行的，那么它可以被使用。如果是不可行的，调节可以如上所述用来设计可行的孔图案。如果可能，与在每个电池间气室之上一样，相同尺寸，数目和图案的孔优选地位于每个末端电池之上，并且每个末端电池之上的孔优选地离组壁尽可能地近。根据该方法设计的孔图案可以使空气进入达到最大而使水流失达到最小，同时基本上维持盖设计上的机械约束。
实例3本实例研究钮扣电池中钝击的聚四氟乙烯的使用，以使阴极中的电流密度变得更均匀并提高活化保存寿命。使用上述有限元气体输运模型，研究钝击9孔675 Duracell锌-空气钮扣电池中的非层压聚四氟乙烯层的效果。
钮扣电池中非层压聚四氟乙烯盘的选择性钝击可以用来显著延长活化保存寿命，并且也提高阴极中电流分布的均匀性。例如，直接在孔下面的具有4倍空气进入孔直径的圆形部分中的非层压聚四氟乙烯的钝击，导致保存寿命延长大约2倍。而且，电流密度更均匀5-10％。更均匀的电流密度可以导致更均匀的溢流和提高的阳极利用率，这都是钮扣电池性能非常希望的。但是，这些优点可能会以减小的电池极限电流为代价。
被计算的MEV675钮扣电池在外壳具有9个空气进入孔8个孔围绕一个圆均匀间隔，而1个孔在圆的中心。考虑45°扇形区中的扩散，该扇形区包含外围孔中的一个和中心孔的八分之一。扩散被模拟通过孔隙度为0.5的Whatman纸空气分散盘，孔隙度为0.2的聚四氟乙烯盘，以及孔隙度也是0.2的层压聚四氟乙烯层(阴极上)。模拟钝击对电流分布和保存寿命的影响，并且与未钝击的电池相比较。
四种不同的钝击图案被模拟，以获得关于钝击如何影响氧扩散的一般意义(图16A-16D)。参考图16A，在图案16A中，只有直接在每个孔下面的区域被钝击。因此，图案16A包括九个圆形区域，每个具有与空气进入孔直径相等的直径。类似地，图案16B(图16B)包括在空气进入孔下面居中的九个圆形区域，但是每个被钝击区域具有空气进入孔的直径四倍的直径。图案16B中的被钝击区域是图案16A中的被钝击区域的16倍。图案16C和16D每个包括一个位于中心孔下面的圆形被钝击区域和一个位于八个外围孔下面的环形被钝击带(图16C和16D)。在图案16C中，圆形被钝击区域的直径和被钝击带的宽度都等于空气进入孔的直径。在图案16D中，圆形被钝击区域的直径和被钝击带的宽度都是空气进入孔直径的四倍。有时，从电流分布的观点，图案16A和16B可能相对更合理，但是从制造的立场，图案16C和16D可能更方便。对于各种钝击图案，0～0.2的各种最终孔隙度被模拟。
使用FEMLAB，3-D有限元网格在三层上产生(图17)。3-D稳态扩散方程基于该网格对各种钝击图案，最终孔隙度，以及边界条件来数值求解。根据等式Deff＝Dε1.5，每种子域(Whatman纸，未钝击的聚四氟乙烯，以及钝击的聚四氟乙烯)中的有效扩散系数与层孔隙度ε有关。空气进入孔处的氧浓度假设为外界条件。在用来确定极限电流的模拟中，阴极/层压聚四氟乙烯的分界面处的氧浓度设置为0。然后通量被积分以确定极限电流。未钝击情况的极限电流也通过一系列静电放电来用实验方法近似。对于未钝击的情况，30mA的测量值是60mA的预测值的一半。相信该差异是由于扩散系数D和/或每摩尔氧的电子摩尔数n的值的不准确。将D或n减半给出准确的极限电流。因为D和n对所有模拟具有相同的效果，任一参数可以被减半。
对几种代表性的钝击图案，求解5mA外加电流时的归一化氧分压图(使用实验方法校正的D或n)。图18A和18B分别显示未钝击和钝击情况下的样本氧分布。如从图18A和18B中所看到的，直接在空气进入孔下面的氧分压因钝击而降低。这导致电流分布中非均匀性的降低。
图19显示钝击对极限电流的影响。对未钝击情况归一化的极限电流对全部四种钝击图案的最终孔隙度作图。在每种情况下，随着孔隙度的减小，极限电流几乎线性减小。具有更多区域被钝击的图案显示极限电流更大程度的减小。所示最大程度的减小是图案16D，对0.01％的孔隙度钝击。在该情况下，极限电流是未钝击情况的一半。
活化保存寿命与极限电流成反比。因此，极限电流可以用来预测钝击对活化保存寿命的影响。图20显示对最终孔隙度作图的钝击保存寿命与未钝击保存寿命的比值。保存寿命随孔隙度减小而增加。具有更多区域被钝击的图案显示出活化保存寿命更大程度的增加。在图案16D中，对0.01％的孔隙度钝击，活化保存寿命是未钝击情况的两倍。
局部电流密度的标准偏差和范围(最小和最大值)被认为是电流分布均匀性的指示。在更均匀的电流分布中，标准偏差相对低并且范围相对窄。电流密度的标准偏差对于被考虑的所有情况是粗略地相等，没有观察到任何显著的趋势。5mA外加电流时的最小局部电流密度对于被考虑的所有情况也是相同的。但是，在最大局部电流密度方面，观察到显著的变化。
参考图21，对几种情况绘制最大局部电流密度与平均局部电流密度的比值。在未钝击的情况下，最大值是平均值的1.15倍。钝击图案16A显示对该最大值没有影响。但是，在每个孔下面区域的16倍被钝击的钝击图案16B中，观察到5mA时最大局部电流密度的显著降低。范围的这种变窄随着最终孔隙度的减小变得更明显。随着最终孔隙度接近0，最大值与平均值的比接近1.08。虽然图案16D也显示范围的变窄，但它的效果不如图案16B那么显著。在图案16D中，钝击不是关于孔对称的。这种非对称性对电流的非均匀性有贡献。
聚四氟乙烯盘的选择性钝击可以用来显著地延长活化保存寿命。在这些说明性的模拟中，钝击可以延长保存寿命到未钝击情况的两倍。最终的孔隙度越小并且钝击的面积越大，保存寿命的增加越大。保存寿命的这种提高以降低的极限电流为代价，因为保存寿命与极限电流成反比。因此，在选择钝击图案时，应该确定电池要维持的最大电流。然后对于最大活化保存寿命，钝击图案和孔隙度可以被选择，以给出比该最大电流稍微高的极限电流。
而且，如从图19中看到的，有多种钝击图案和孔隙度会提供相同的极限电流。例如，如果希望极限电流等于未钝击情况的80％，图案16C对2％的孔隙度钝击以及图案16B和16D对11％的孔隙度钝击都可以是有效的。实际上，虽然在这里只有几种图案被模拟，有无数可能的图案和孔隙度会提供希望的极限电流。为了选择这些中哪个是优选的，制造和电流分布都应当被考虑。关于电流分布，有时，高局部电流密度(在未钝击情况下)的区域被钝击的图案将是最佳的。这种图案可以将一些负载从这些区域转移到其他区域，从而平滑电流分布。最高电流密度(在未钝击情况下)的区域正好位于孔下，随着离孔的距离增加，电流密度逐渐减小。对于一级近似，最佳的钝击图案因此应当包括在孔上居中的圆形区域(尺寸和孔隙度由希望的极限电流来确定)，如在图案16A和16B中。如果这从制造的立场不是可行的，其他的图案例如16C和16D可以被使用。有时，第一优先考虑的事可能是选择适当的极限电流，从而最优化保存寿命，然后第二优先考虑的事可能是选择钝击图案，该图案将在制造约束内提供这种极限电流并平滑电流分布。
如上所讨论的，空气进入孔的尺寸可以被设计，例如增大或减小，以影响电池的性能。图22显示作为空气进入孔直径增加的函数的标准偏差和最大/最小的曲线。图23显示作为空气进入孔直径改变的函数的极限电流和保存寿命改变，以及电流密度标准偏差改变的曲线。图24显示作为空气进入孔直径改变的函数的活性寿命改变和极限电流改变的曲线。阻挡层被修改到5％的最终孔隙度。修改后的图案与图案16A类似，其中只有直接位于每个孔下面的区域被修改例，如被钝击的。
在本申请中提到的所有公开和专利在此引入作为参考，与各个公开和专利明确且单独地指出在此引入作为参考的程度一样。
其他的实施方案在权利要求书内。
权利要求
1.一种非气密的电化学电源，包括第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间，其中隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的密度。
2.权利要求1的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔相邻，并且具有比第二部分高的密度。
3.权利要求2的电源，其中第二部分距离空气进入孔比第一部分距离空气进入孔远。
4.权利要求2的电源，其中第一部分与空气进入孔对齐。
5.权利要求2的电源，其中第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。
6.权利要求1的电源，其中隔膜是可透气的。
7.权利要求1的电源，其中第一和第二部分作为一个组件整体形成。
8.权利要求1的电源，其中隔膜包括聚四氟乙烯。
9.权利要求1的电源，其中该电源包括金属-空气电池。
10.权利要求1的电源，还包括具有多个空气进入孔的容器，其中隔膜具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。
11.一种非气密的电化学电源，包括第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间，其中隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的孔隙度。
12.权利要求11的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔相邻，并且具有比第二部分低的孔隙度。
13.权利要求12的电源，其中第二部分距离空气进入孔比第一部分距离空气进入孔远。
14.权利要求12的电源，其中第一部分与空气进入孔对齐。
15.权利要求12的电源，其中第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。
16.权利要求11的电源，其中隔膜是可透气的。
17.权利要求11的电源，其中第一和第二部分作为一个组件整体形成。
18.权利要求11的电源，其中隔膜包括聚四氟乙烯。
19.权利要求11的电源，其中该电源包括金属-空气电池。
20.权利要求11的电源，还包括具有多个空气进入孔的容器，其中隔膜具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。
21.一种非气密的电化学电源，包括第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；与电池外部的环境流体联通的物质，第二电极位于隔板和该物质之间，其中穿过该物质第一部分的透气性与穿过该物质第二部分的透气性不同。
22.权利要求21的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔相邻，并且具有比第二部分低的透气性。
23.权利要求22的电源，其中第二部分距离空气进入孔比第一部分距离空气进入孔远。
24.权利要求22的电源，其中第一部分与空气进入孔对齐。
25.权利要求22的电源，其中第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。
26.权利要求21的电源，其中物质是可透气的。
27.权利要求21的电源，其中第一和第二部分作为一个组件整体形成。
28.权利要求21的电源，其中物质包括聚四氟乙烯。
29.权利要求21的电源，其中该电源包括金属-空气电池。
30.权利要求21的电源，还包括具有多个空气进入孔的容器，其中物质具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。
31.一种非气密的电化学电源，包括第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间，其中隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的质量输运阻抗。
32.权利要求31的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔相邻，并且具有比第二部分高的质量输运阻抗。
33.权利要求32的电源，其中第二部分距离空气进入孔比第一部分距离空气进入孔远。
34.权利要求32的电源，其中第一部分与空气进入孔对齐。
35.权利要求32的电源，其中第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。
36.权利要求31的电源，其中隔膜是可透气的。
37.权利要求31的电源，其中第一和第二部分作为一个组件整体形成。
38.权利要求31的电源，其中隔膜包括聚四氟乙烯。
39.权利要求31的电源，其中电源包括金属-空气电池。
40.权利要求31的电源，还包括具有多个空气进入孔的容器，其中隔膜具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。
41.一种非气密的电化学电源，包括第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；其中隔板包括第一部分，该第一部分具有与隔板第二部分不同的质量输运阻抗。
42.权利要求41的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔相邻，并且具有比第二部分高的质量输运阻抗。
43.权利要求42的电源，其中第二部分距离空气进入孔比第一部分距离空气进入孔远。
44.权利要求42的电源，其中第一部分与空气进入孔对齐。
45.权利要求42的电源，其中第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。
46.权利要求41的电源，其中第一和第二部分作为一个组件整体形成。
47.权利要求41的电源，其中电源包括金属-空气电池。
48.一种电池盒，包括具有多个空气进入孔的外壳，空气进入孔被配置以可选择地控制进入该外壳的气流；外壳中的电化学电池，该电池具有与空气进入孔邻近的顶面以及侧面，其中孔位于电池的侧面之上，而外壳不含完全在电池顶面之上的孔。
49.权利要求48的盒，包括盒中两个相邻的电化学电池，该电池确定它们之间的间隙，其中孔仅位于电池的侧面之上和间隙之上。
50.权利要求48的盒，包括盒中两个相邻的电化学电池，该电池确定它们之间的间隙，其中孔仅位于电池的侧面之上或间隙之上。
51.权利要求48的盒，其中孔偏心地偏离电池。
52.权利要求48的盒，其中孔在电池的侧面之上对中。
53.一种电池，包括具有内表面和外表面的阴极，该阴极确定一个腔和两个开口端；与阴极的内表面相邻放置的隔板；与隔板相邻并且在腔内的阳极；与阴极的外表面相邻的透气而且不透液体的阻挡层，该阻挡层确定电池的外表面；连接到阴极的开口端的两个端件；延伸穿过两个端件的阳极集电器。
54.权利要求53的电池，其中阴极包括集电器，并且电池还包括连接到集电器的导电接头。
55.权利要求54的电池，其中集电器接合在一起以形成接缝，并且导电接头沿接缝连接到集电器。
56.权利要求55的电池，还包括导电接头之上的密封剂。
57.权利要求53的电池，其中阻挡层包括聚四氟乙烯。
58.权利要求53的电池，其中端件被配置以与阴极配对，并且沿着电池的纵轴与阴极对齐。
59.权利要求53的电池，还包括连接到阳极集电器的导电接头。
60.权利要求53的电池，其中端件和阴极用密封剂连接。
61.权利要求53的电池，其中端件包括电绝缘材料。
62.权利要求53的电池，其中阴极具有基本上矩形的横截面。
63.权利要求53的电池，其中阴极具有基本上正方形的横截面。
64.权利要求53的电池，其中阴极具有基本上三角形的横截面。
65.权利要求53的电池，其中阴极具有基本上圆形的横截面。
66.权利要求53的电池，其中该电池被定尺寸以安装于外壳内，外壳适合于管理进入和流出该外壳的气流。
67.权利要求53的电池，其中该电池是金属-空气电池。
全文摘要
一种非气密的电化学电源，其包括第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的隔膜。第二电极位于隔板和隔膜之间。隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜的第二部分不同的性质，例如密度，孔隙度，质量输运阻抗，厚度，或者透气性。本发明也公开设计电化学电池盒的方法。
文档编号H01M12/06GK1552111SQ02805233
公开日2004年12月1日 申请日期2002年1月31日 优先权日2001年2月1日
发明者耶利那·库兹尼特索娃, 鲍里斯·马克维茨基, 罗伯特·帕夫林斯基, 戴维·L.·帕帕斯, 奥里格·波多普利戈娃, 托马斯·R·理查兹, 乔纳森·奥尼尔, 威廉·温德洛斯基, 史蒂文·G.·凯尔西, 萨亚·莫图帕里, G. 凯尔西, R 理查兹, 奥尼尔, 帕夫林斯基, 波多普利戈娃, 马克维茨基, L. 帕帕斯, 温德洛斯基, 耶利那 库兹尼特索娃, 莫图帕里 申请人:吉莱特公司