CN118266100A - 运行时间增加且内部短路减少的电化学电池单元 - Google Patents
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Abstract
提供了碱性电化学电池单元，其中用于通过防止氧化锌反应沉淀物在两个电极之间产生导电桥来减少或消除电池中的短路的方法。所述碱性电化学电池单元包括在至少电解质溶液中的溶解的氧化锌或氢氧化锌和/或阳极中的固体氧化锌颗粒或氢氧化锌、阳极中的硅供体和/或最佳地包括高密度层和低密度层的双层隔膜。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年11月24日提交的美国临时申请第63/282,971号的权益，所述美国临时申请的内容特此通过引用整体并入。
背景技术
可商购获得的碱性电化学电池单元的电池单元大小通常称为LR6(AA)、LR03(AAA)、LR14(C)和LR20(D)。这些电池单元具有必须遵守由国际电工委员会(InternationalElectrotechnical Commission)等组织制定的尺寸标准的圆柱形形状。消费者利用电化学电池单元来为各种电气装置供电，例如时钟、收音机、玩具、电子游戏机、通常包含闪光灯单元的胶片相机以及数码相机。此类电气装置创造出各种放电条件，如从低消耗到相对高消耗放电条件。由于高消耗装置(如数码相机)的使用增加，一直存在对具有期望的高消耗放电性质的电池的需求。
由于电池的形状和大小通常是固定的，电池制造商必须修改电池单元特性以提供更高的性能。关于解决如何在特定装置(如数码相机)中提高电池性能的问题的尝试通常涉及改变电池单元的内部构造和/或化学。例如，已经通过增加电池单元内使用的活性材料的数量修改了电池单元构造和化学。
锌(Zn)是众所周知的物质，其通常在电化学电池单元中用作活性阳极材料。在电化学电池单元的放电期间，锌被氧化以形成氧化锌(ZnO)。这种氧化锌反应产物形成可能抑制剩余锌的有效放电的钝化层，从而降低电池性能。据信，电池单元中的短路也可能是由于结晶氧化锌在隔膜附近形成并且穿过隔膜在阴极与阳极之间形成桥。
所描述的权利要求和实施例涉及减少和终止含有氧化锌或氢氧化锌的碱性电池单元中的短路。
发明内容
一种具有固体的和溶解的氧化锌或氢氧化锌的碱性电化学电池单元，相比于现有技术，所述碱性电化学电池单元具有增加的效率，使得由于其内部用于减少或消除短路的机制而实现运行时间增加。
一实施例是一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质弹丸溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；2)阳极液；3)固体氧化锌颗粒、固体氢氧化锌颗粒、溶解于所述阳极液中的氧化锌或溶解于所述阳极液中的氢氧化锌；以及4)硅供体；并且
其中所述硅供体以占所述碱性电化学电池单元的全电池单元电解质溶液的至少0.036重量％的量存在。
一实施例是一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质弹丸溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；2)阳极液；以及3)固体氧化锌颗粒、固体氢氧化锌颗粒、溶解于所述阳极液中的氧化锌或溶解于所述阳极液中的氢氧化锌；并且
其中所述碱性电化学电池单元包括的总氧化锌重量为至少3.0重量％；并且
其中所述隔膜是双层型隔膜或低孔隙率隔膜或具有玻璃纸层的层压隔膜。
附图说明
图1是一实施例的碱性电化学电池单元的横截面正视图。
图2在电压对时间图中展示了短路对其它方面相同电池单元的影响。
图3A示出了全电池单元电解质溶液ZnO重量百分比对LR6 DSC(ANSI标准数字静态相机测试)性能的影响，单位为分钟，其中每分钟有2个脉冲(ANSI/IEC单位)。图3B示出了全电池单元电解质溶液ZnO重量百分比对50mA运行时间性能的影响。
图4A示出了增加硅供体的量并且从而增加硅酸盐离子与氧化锌的比率对电池单元运行时间的影响。图4B示出了全电池单元电解质溶液二氧化硅重量百分比对50mA 5分钟/20分钟运行时间的影响。
图5A和5B分别示出了相对于阳极溶液和全电池单元电解质溶液，包括不同隔膜类型的电池单元中增加的硅酸钠浓度对运行时间的影响。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述各个实施例，在附图中示出了一些但并非全部的实施例。事实上，各个实施例可以以许多不同的形式具体化并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将满足适用的法律要求。贯穿全文，相似的数字指代相似的元件。在以下描述中，各种组件可以被标识为具有特定值或参数；然而，提供这些项目作为示例性实施例。事实上，示例性实施例不限制实施例的各个方面和概念，因为可以实施许多可比较的参数、大小、范围和/或值。术语“第一”、“第二”等以及“示例性”等不表示任何次序、数量或重要性，而是用于将一个要素与另一个要素区分开。进一步地，术语“一个/一种(a/an)”以及“所述(the)”不表示数量限制，而是表示存在至少一个所引用项目。
设想了本文公开的每个实施例适用于其它公开的实施例中的每一个。本文所描述的各种要素的所有组合和子组合都在实施例的范围内。
应当理解，在提供参数范围的情况下，实施例还提供所述范围内的所有整数和范围以及其十分之一和百分之一。例如，“5％-10％”包含5％、6％、7％、8％、9％和10％；5.0％、5.1％、5.2％...9.8％、9.9％和10.0％；以及5.00％、5.01％、5.02％...9.98％、9.99％和10.00％，以及例如，6％-9％、5.1％-9.9％和5.01％-9.99％。
如本文所使用的，在数值或范围的上下文中的“约”意指所列举或要求保护的数值或范围的±10％内。
如本文所使用的，“全电池单元重量”是指电池单元的内部元件，如阳极(第一电极18)、阴极(第二电极12)、电解质弹丸溶液和任何添加剂的重量。这不包含如图1所示并在下文中更详细地描述的容器或罐10、闭合的底端24、顶端22、侧壁26、端子盖20、内壁16、底端24、标签28、负极端子盖46、闭合组合件40、闭合构件42、集电器44、隔膜14或导电端子46。
如本文所使用的，“全电池单元电解质质量”是指电池单元中的碱性金属氢氧化物(例如，KOH)的总质量，并且“全电池单元电解质浓度”是指电池单元中的碱性金属氢氧化物的总浓度。如果要以百分比形式传送，则可以根据计算(全电池单元电解质质量)/(全电池单元电解质溶液的质量)乘以100来得到全电池单元电解质浓度。全电池单元电解质溶液的质量计算如下：(全电池单元电解质质量)+(全电池单元水性溶剂的质量)+(溶液中的添加剂的质量)。全电池单元电解质溶液中的总添加剂重量百分比可以通过计算(电池单元中添加剂的总质量)/(电解质溶液的全电池单元质量)×100来确定。
如本文所使用的，电池单元或其部分中的化合物的“总重量％”是指与电池单元或相关部分中的其它材料的总质量或重量相比，所述化合物的总重量，所述其它材料可以包含但不限于：锌化合物(例如，氧化锌或氢氧化锌)、电解质、水、隔膜、活性材料和添加剂。例如，“电池单元的总氧化锌重量％”计算为(氧化锌质量)/(全电池单元重量)×100％，其中所述“全电池单元重量”如上文所描述。化合物相对于电池单元的任何部分(例如，阳极)的重量％可以类似地通过在计算中仅使用包括电池单元的所述部分的材料的总和来计算。水可以来自电池单元内的任何来源。所有电池单元组分和添加剂的浓度和量可以通过本领域已知的任何方法来确定。此类方法的非限制性实例描述于美国专利第8,318,350号中，所述美国专利的内容通过引用整体并入本文。
全电池单元电解质中的“总溶解的氧化锌重量％”计算为(电池单元中的溶解的氧化锌质量)/(电池单元中的溶解的氧化锌质量+电池单元中的电解质质量+电池单元中的水质量)×100％。此测量不考虑阳极中的固体(即，未溶解的)氧化锌的质量。同样的公式，经过必要的修改，可以用于计算总溶解的氢氧化锌重量％。
如本文所使用的，电极中的“电解质浓度百分比”是指与电极中的电解质和水的总重量相比的电极中的电解质的总重量。例如，电极的“KOH重量％”计算为(电极中的KOH质量)/(电极中的KOH质量+电极中的水质量)×100％。
如本文所使用的，关于比容量的“提高”意指比容量增加。通常，材料或电化学电池单元的性质或性能指标的“改进”意指所述性质或性能指标以所述材料或电池单元的用户或制造商期望的方式(即，成本更低、持续时间更长、提供更多功率、更耐久、更容易或更快地制造等)而不同(与不同材料或电化学电池单元的性质或性能指标相比)。
如本文所使用的，“放电容量”是指当以特定速率放电时，电化学电池单元的电荷的总量。这通常以安培小时为单位进行测量。
如本文所使用的，“运行时间”是指在闭合电路电压下降至功能终点以下之前，电化学电池单元能够支持电流消耗的时间长度。
如本文所使用的，将溶液描述为用溶质“饱和X％”意指所述溶液包括在相同温度、压力等条件下可以溶解在溶液中的溶质的最大量的X％作为溶质，考虑到溶液的所有其它组分(例如，溶解的电解质)。本文中包含的饱和值是根据Cheh等人(《电化学学会杂志(J.Electrochem.Soc.)》，第141卷，第1期，圆柱形碱性电池单元的建模(Modeling ofCylindrical Alkaline Cells)(1994年1月))的方法计算的。为了促进氧化锌或氢氧化锌的溶解，可以在45℃或以上使用搅拌棒将氧化锌或氢氧化锌颗粒混合到氢氧化钾溶液中。在某些实施例中，溶液可以是超过100％饱和的(即，过饱和的)。
如本文所使用的，术语“电解质弹丸”是指添加到电池单元中的液体电解质溶液。这种电解质弹丸在很大程度上被吸收到隔膜和阴极中。进一步地，术语“游离电解质”是指未被电池的阳极、阴极、隔膜或任何其它部分吸收的电解质溶液。在制造期间，游离电解质在电池中保持液体形式。
如本文所使用的，“阳极液”是指形成阳极的一部分的第一碱性电解质水溶液。在某些实施例中，将阳极液与胶凝剂组合以形成胶凝的阳极。阳极液包括碱性金属氢氧化物电解质和溶解的氧化锌或氢氧化锌。阳极液可以另外地包括添加剂，如硅供体和/或表面活性剂。
如本文所使用的，“阴极液”是指形成阴极的一部分的第二碱性电解质水溶液。阴极液包括碱性金属氢氧化物电解质。阴极液可以另外地包括添加剂，如硅供体、溶解的氧化锌或氢氧化锌和/或表面活性剂。
将电化学电池单元描述为具有化合物的“X％总电池单元饱和度”考虑了溶解于电解质弹丸溶液中的化合物以及所述化合物在电极中的存在两者。例如，在计算电化学电池单元的氧化锌的总电池单元饱和度时，需要确定溶解于电解质弹丸溶液中的氧化锌以及阳极中的固体氧化锌和溶解的氧化锌的量。这可能导致总电池单元饱和百分比超过100％。
如本文所使用的，“锌酸根离子的来源”是指溶解时产生锌酸根离子(Zn(OH)4 2-)的任何化合物。非限制性实例包含氧化锌(ZnO)和氢氧化锌(Zn(OH)2)。在一实施例中，此术语可以仅指氧化锌和氢氧化锌。如本文所使用的，“氧化锌当量”是指提供与所述量的氧化锌相等数量的Zn2+摩尔数的锌酸根离子的来源(如氧化锌或氢氧化锌)的量。例如，0.0994g(0.001摩尔)的Zn(OH)2等同于0.0814g(0.001摩尔)的ZnO。
如本文所使用的，术语“硅供体”不仅指元素硅，还指任何含有硅的添加剂。实例包含但不限于硅酸钠、硅二氧化物(SiO2，也被称为二氧化硅)和硅酸钾。
如本文所使用的，“硅酸盐”是指任何硅酸盐阴离子，意指可以通过向电池单元中添加硅供体而形成的由硅和氧组成的任何阴离子。
如本文所使用的，“固体氧化锌”是指添加到电池单元中的固体氧化锌颗粒和/或此类颗粒的物理性质。“固体氢氧化锌”是指添加到电池单元中的固体氢氧化锌颗粒和/或此类颗粒的物理性质。
本文所描述的电池单元实施例涉及构建时的电池单元。电池单元内的许多材料的浓度可能随着使用而波动，并且这些变化往往不一致。进一步地，即使在未使用的电池中，由于时间的平衡，这些浓度也会略有变化。
一实施例是一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；2)固体氧化锌颗粒或固体氢氧化锌颗粒；3)硅供体；并且
其中所述电解质溶液包括溶解的氧化锌或溶解的氢氧化锌。
另一个实施例是一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；以及2)固体氧化锌颗粒或固体氢氧化锌，
其中所述阴极包括硅二氧化物，并且
其中所述电解质溶液包括溶解的氧化锌或溶解的氢氧化锌。
一实施例是一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；以及2)固体氧化锌颗粒或固体氢氧化锌；并且
其中所述电解质溶液包括溶解的氧化锌或溶解的氢氧化锌；并且
其中所述隔膜是双层隔膜。
一实施例是一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质弹丸溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；2)阳极液；3)固体氧化锌颗粒、固体氢氧化锌颗粒、溶解于所述阳极液中的氧化锌或溶解于所述阳极液中的氢氧化锌；以及4)硅供体；并且
其中所述硅供体以占所述碱性电化学电池单元的全电池单元电解质溶液的至少0.036重量％的量存在。
一实施例是一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质弹丸溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；2)阳极液；以及3)固体氧化锌颗粒、固体氢氧化锌颗粒、溶解于所述阳极液中的氧化锌或溶解于所述阳极液中的氢氧化锌；并且
其中所述碱性电化学电池单元包括的总氧化锌重量为至少3.0重量％；并且
其中所述隔膜是双层型隔膜或低孔隙率隔膜或具有玻璃纸层的层压隔膜。
在一实施例中，隔膜是具有高密度层和低密度层的双层。在一实施例中，高密度层的密度比低密度层的密度更高。在一实施例中，高密度层的密度介于0.5与0.8克每立方厘米之间，厚度为25-50微米，并且平均孔径小于1.5微米，并且优选地小于1.0微米。在一实施例中，低密度层的密度介于0.2与0.5克每立方厘米之间，并且厚度为25-75微米。
在一实施例中，阳极包括固体氧化锌颗粒，并且电解质弹丸溶液包括溶解的氧化锌。
在一实施例中，电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的量大于0.1重量％。在一实施例中，电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的量大于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的量小于0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的量等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的量大于2.0重量％。在一另外的实施例中，电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的量为约4.0-6.5重量％。
在一实施例中，阳极包括胶凝电解质，其中所述胶凝电解质是通过将胶凝剂与第一碱性电解质水溶液(或“阳极液”)组合而制备的，其中所述第一碱性电解质水溶液包括碱性金属氢氧化物电解质和溶解的氧化锌或氢氧化锌。在一实施例中，第一碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量大于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，第一碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量小于0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，第一碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一另外的实施例中，第一碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量≥2.5、≥2.6、≥2.7、≥2.8、≥2.9、≥3.0、≥3.1、≥3.2、≥3.3、≥3.4、≥3.5、≥3.6、≥3.7、≥3.8、≥3.9或≥4.0重量％。在一实施例中，第一碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量为约2.7-3.3重量％。
在一实施例中，第一碱性电解质水溶液用氧化锌或氢氧化锌饱和至少5％。在一实施例中，负电极电解质溶液用氧化锌或氢氧化锌饱和至少100％。在一实施例中，负电极电解质溶液用氧化锌或氢氧化锌饱和5-100％。在一实施例中，负电极电解质溶液用氧化锌或氢氧化锌饱和大于、小于或等于约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％或这些数字中的任何两个数字之间的范围。
在一实施例中，阴极包括第二碱性电解质水溶液(或“阴极液”)，其中所述第二碱性电解质水溶液包括碱性金属氢氧化物电解质和溶解的氧化锌或氢氧化锌。在一实施例中，第二碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量大于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，第二碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量小于0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，第二碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一另外的实施例中，第二碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量≥2.5、≥2.6、≥2.7、≥2.8、≥2.9、≥3.0、≥3.1、≥3.2、≥3.3、≥3.4、≥3.5、≥3.6、≥3.7、≥3.8、≥3.9或≥4.0重量％。在一另外的实施例中，第二碱性电解质水溶液包括的溶解的氧化锌当量的量为约2.5-4.0重量％或约2.7-3.3重量％。
在一实施例中，第一碱性电解质水溶液和第二碱性电解质水溶液相同。
在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总溶解的氧化锌当量重量％大于0.1、0.2、0.3、0.4、O.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总溶解的氧化锌当量重量％小于0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总溶解的氧化锌当量重量％等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9或14.0重量％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总溶解的氧化锌当量重量％为约1.5-4.5重量％。
在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总氧化锌当量重量％大于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、15.1、15.2、15.3、15.4、15.5、15.6、15.7、15.8、15.9或16.0重量％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总氧化锌当量重量％小于0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、15.1、15.2、15.3、15.4、15.5、15.6、15.7、15.8、15.9或16.0重量％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总氧化锌当量重量％等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、15.1、15.2、15.3、15.4、15.5、15.6、15.7、15.8、15.9或16.0重量％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总氧化锌当量重量％为约2.0-4.0或约2.5-3.5重量％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总氧化锌当量重量％大于约4.5重量％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总氧化锌当量重量％为约0.5-4.5重量％、或约0.5-3.0重量％、或约0.5-2.0重量％。
在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质用溶解的氧化锌当量饱和大于5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、55％、50％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、105％、110％、115％、120％或125％。在一实施例中，电化学电池单元的全电池单元电解质用溶解的氧化锌当量饱和大于40％。
在一实施例中，固体氧化锌颗粒或固体氢氧化锌颗粒是经取代的固体氧化锌或经取代的固体氢氧化锌，并且包括阳离子取代基或阴离子取代基，其中与未经取代的固体氧化锌或未经取代的固体氢氧化锌相比，经取代的固体氧化锌或经取代的固体氢氧化锌的可溶性较低。
在一实施例中，经取代的固体氧化锌具有式Zn1-xYxO，其中Y是至少一个阳离子取代基，并且0<x≤0.50。
在一实施例中，经取代的固体氢氧化锌具有式Zn1-xYx(OH)2，其中Y是至少一个阳离子取代基，并且0<x≤0.50。
在一实施例中，经取代的固体氧化锌具有式ZnO1-wA(2w/z)，其中A是至少一个阴离子取代基，0<w≤0.50，并且z是所述阴离子取代基的电荷。
在一实施例中，经取代的固体氢氧化锌具有式Zn(OH)2-wA(w/z)，其中A是至少一个阴离子取代基，0<w≤0.50，并且z是所述阴离子取代基的电荷。
在一实施例中，经取代的固体氧化锌具有式Zn1-xYxO1-w(OH)2w，其中Y是至少一个阳离子取代基，其中0<x≤0.50，并且其中0<w≤0.50。
在一实施例中，经取代的固体氧化锌是阳离子取代的和阴离子取代的混合氧化物氢氧化物。在一另外的实施例中，所述阳离子取代的和阴离子取代的混合氧化物氢氧化物具有式Zn1-xYxO1-w-t(OH)2wA(2t/z)，其中Y是至少一个阳离子取代基，其中0<x≤0.50，其中A是至少一个阴离子取代基，0<w≤0.50，0<t≤0.50，并且z是所述阴离子取代基的电荷。
在一实施例中，阳离子取代基选自由以下组成的组：Ca、Bi、Ba、Al、Mg、Si、Be和Sr以及其任何组合。
在一实施例中，阴离子取代基选自由以下组成的组：S2-、CO3 2-和PO4 3-以及其任何组合。在一实施例中，阴离子取代基选自由以下组成的组：S2-、CO3 2-和PO4 3-以及其组合。
在一实施例中，基于阳极的总体积，阳极包括的固体氧化锌当量颗粒的量小于约5体积％。在一实施例中，基于阳极的总体积，阳极包括的固体氧化锌当量颗粒的量大于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0体积％。在一实施例中，基于阳极的总体积，阳极包括的固体氧化锌当量颗粒的量小于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0体积％。在一实施例中，基于阳极的总体积，阳极包括的固体氧化锌当量颗粒的量等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0体积％。在一实施例中，基于阳极的总体积，阳极包括的固体氧化锌当量颗粒的量为约0.2至5体积％。在一实施例中，基于阳极的总体积，阳极包括的固体氧化锌当量颗粒的量为约0.1至1.5体积％。在一实施例中，基于阳极的总体积，阳极包括的固体氧化锌当量颗粒的量为约0.66体积％。
在一实施例中，基于阳极的总重量，阳极包括的硅供体的量为约0.1、0.2、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0重量％。在一实施例中，基于阳极的总重量，阳极包括的硅供体的量为0.1-4.0、0.5-3.5、1.0-3.0、1.4-2.6或1.8-2.2重量％。在一实施例中，基于阳极的总重量，阳极包括的硅酸钠的量为约0.1至4重量％。
在一实施例中，阳极液包括的硅供体的量为约0.1、0.2、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0重量％。在一实施例中，基于阳极液的总重量，阳极液包括的硅供体的量为0.1-4.0、0.5-3.5、1.0-3.0、1.4-2.6或1.8-2.2重量％。在一实施例中，基于阳极液的总重量，阳极液包括的硅酸钠的量为约0.1至4重量％。
在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％为约1.0-12.5％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌重量％大于0.1重量％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％大于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0重量％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％小于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0重量％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0重量％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％为约3.0-8.8％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％为约0.5-3.0％、1.0-5.0％、约3.0-4.0％、约4.0-5.0％、约5.0-6.0％、约6.0-7.0％、约7.0-8.0％或约8.0-9.0％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％大于约3.0％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％大于、小于或等于约3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％、6.5％、7.0％、7.5％、8.0％、8.5％、9.0％、9.5％、10.0％、10.5％、11.0％、11.5％或12.0％。在一实施例中，碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量重量％为约4.75％。
在一实施例中，阳极包括的电解质浓度百分比为约1.0-50.0重量％。在一实施例中，阳极包括的电解质浓度百分比为约20.0-36.0重量％。在一实施例中，阳极包括的电解质浓度百分比为约14.0-28.0重量％。在一实施例中，阳极包括的电解质浓度小于、大于或为约16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35或36重量％。
在一实施例中，全电池单元电解质浓度为约1.0-50.0重量％。在一实施例中，全电池单元电解质浓度为约15.0-40.0重量％。在一实施例中，全电池单元电解质浓度为10-32％。在一实施例中，全电池单元电解质浓度小于30.0％。在一实施例中，全电池单元电解质浓度小于、大于或为约16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35或36重量％。
在一实施例中，氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为至少约5％至至少约400％。在一实施例中，氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为至少约5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％、130％、140％、150％、160％、170％、180％、190％、200％、210％、220％、230％、240％、250％、260％、270％、280％、290％、300％、310％、320％、330％、340％、350％、360％、370％、380％、390％或400％。在一实施例中，氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为至少约40％。在一实施例中，氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为至少约40-125％。在一实施例中，氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为约40-125％。在一实施例中，氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为至少约40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、105％、110％、115％、120％或125％。
在一实施例中，电化学电池单元是一次电池单元。在一替代性实施例中，电化学电池单元是二次电池单元。
在一实施例中，电解质溶液包括氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化锂(LiOH)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、高氯酸镁(Mg(ClO4)2)、氯化镁(MgCl2)或溴化镁(MgBr2)。
在一实施例中，碱性电化学电池单元的比容量或运行时间大于电解质溶液或阳极中缺少溶解的氧化锌或氢氧化锌的类似碱性电化学电池单元的比容量或运行时间。在一另外的实施例中，比容量或运行时间大1％至大200％、或大1％至大150％、或大1％至大100％、或大5％至大90％、或大10％至大80％、或大15％至大70％、或大20％至大60％、或大25％至大50％、或大30％至大40％。
在一实施例中，其中电池单元的电压为0.1V-2.0V、0.2V-1.9V、0.3V-1.8V、0.4V-1.7V、0.5V-1.6V、0.6V-1.5V、0.7V-1.4V、0.8V-1.3V、0.9V-1.2V、1.0V-1.1V或为0.1V、0.2V、0.3V、0.4V、0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V、1.0V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、1.7V、1.8V、1.9V或2.0V。
在一实施例中，在LR6电池单元中，阳极中的硅酸钠的绝对重量在0.005与0.03克之间。
在一实施例中，将二氧化硅添加到电池单元中以提供溶液中的硅酸盐阴离子的来源。这可以来自含有硅酸钠、硅酸钾或固体硅二氧化物二氧化硅添加剂的溶液。
在一实施例中，将硅二氧化物添加到阴极中。
在一实施例中，硅供体以占碱性电化学电池单元的全电池单元电解质溶液的至少0.036重量％的量存在。在一实施例中，硅供体以占碱性电化学电池单元的全电池单元电解质溶液的至少1.25重量％的量存在。在一实施例中，硅供体以大于、小于或等于碱性电化学电池单元的全电池单元电解质溶液的0.036、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.15、1.2或1.25重量％或这些值中的任何两个值之间的范围的量存在。
在一实施例中，溶解的氧化锌或氢氧化锌的全电池单元摩尔浓度为约0.1至约1.5。在一实施例中，溶解的氧化锌或氢氧化锌的全电池单元摩尔浓度大于、小于或为约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5或这些值中的任何两个值之间的范围。
在一实施例中，总电池单元氧化锌当量为约0.05至约0.7g。在一实施例中，总电池单元氧化锌当量大于、小于或为约0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65或0.7或这些值中的任何两个值之间的范围。
在一实施例中，电池单元中的Zn2+摩尔的总数为约0.00061至约0.00860。在一实施例中，电池单元中的Zn2+摩尔的总数大于、小于或为约0.00061、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008或0.00860或这些值中的任何两个值之间的范围。
表征电池单元的充电容量的一种方式是测量在给定电流下到拐点的充电容量，如美国专利第5,780,994中所讨论的，所述美国专利通过引用整体并入本文。具体地，当使用恒定电流对电池进行充电时，可以使用电压对时间图来监测电池的充电状态。电压将以恒定的速率上升，然后将以逐渐更快的速率上升；然而，当电池充满电时，速率将变慢，从而产生拐点(即，电压对时间图的一阶导数(dV/dt)中的峰值)。可替代地，充电容量可以被测量到特定的电压截止值。此充电容量可以用作确定电池单元中的ZnO的量的间接方法；电压随着ZnO被镀到Zn上而逐渐上升并且一旦可用的ZnO被消耗则急剧上升。
在一实施例中，当在0.5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少25mAh。在一实施例中，当在0.5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在0.5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为25-500mAh。
在一实施例中，当在1mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少22mAh。在一实施例中，当在1mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在1mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为22-500mAh。
在一实施例中，当在5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少17mAh。在一实施例中，当在5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为17-500mAh。
在一实施例中，当在10mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少14mAh。在一实施例中，当在10mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在10mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为14-500mAh。
在一实施例中，当在50mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少13mAh。在一实施例中，当在50mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在50mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为13-500mAh。
在一实施例中，当在100mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少12mAh。在一实施例中，当在100mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在100mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到拐点的充电容量为12-500mAh。
在一实施例中，当在0.5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少25mAh。在一实施例中，当在0.5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在0.5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为25-500mAh。
在一实施例中，当在1mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少22mAh。在一实施例中，当在1mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在1mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为22-500mAh。
在一实施例中，当在5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少17mAh。在一实施例中，当在5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在5mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为17-500mAh。
在一实施例中，当在10mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少14mAh。在一实施例中，当在10mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在10mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为14-500mAh。
在一实施例中，当在50mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少13mAh。在一实施例中，当在50mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在50mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为13-500mAh。
在一实施例中，当在100mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少12mAh。在一实施例中，当在100mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少500mAh。在一实施例中，当在100mA、21℃下对电池单元进行充电时，电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为12-500mAh。
参考图1将更好地理解这些实施例，其示出了圆柱形电池单元1的立面横截面，所述电池单元具有钉型或线轴型构造并且其尺寸与传统LR6(AA)大小的碱性电池单元相当，所述尺寸特别适合这些实施例。然而，应当理解，根据实施例的电池单元可以具有其它大小和形状(如棱柱形状或按钮型形状)以及本领域已知的电极配置。图1中展示的电化学电池单元的组件的材料和设计仅供展示，并且其它材料和设计可以替代。此外，在某些实施例中，阴极和阳极材料可以被涂覆到隔膜和/或集电器的表面上，并被轧制以形成“果冻卷(jelly roll)”构型。
在图1中，示出了电化学电池单元1，其包含容器或罐10，所述容器或罐具有闭合的底端24、顶端22和其之间的侧壁26。闭合的底端24包含端子盖20，所述端子盖包含突出部。罐10具有内壁16。在此实施例中，正极端子盖20被焊接或以其它方式附接到底端24。在一个实施例中，端子盖20可以由镀钢形成，例如在其中心区域具有突出的小块。容器10可以由如钢等金属形成，优选地在其内部镀有镍、钴和/或其它金属或合金，或具有与电化学电池单元中的各种输入兼容的足够的结构性质的其它材料。标签28可以在容器10的外表面周围形成，并且可以形成在正极端子盖20和负极端子盖46的周围边缘上，只要负极端子盖46与容器10和正极端子20电绝缘即可。
安置在容器10内的是第一电极18和第二电极12以及其之间的隔膜14。第一电极18安置在由隔膜14和固定到容器10的开口端22的闭合组合件40限定的空间内。闭合端24、侧壁26和闭合组合件40限定了容纳电池单元的电极的空腔。
闭合组合件40包括如垫圈等闭合构件42、集电器44和与集电器44电接触的导电端子46。闭合构件42优选地包含释压孔，如果电池单元的内部压力变得过大，则所述释压孔将允许闭合构件破裂。闭合构件42可以由聚合物或弹性体材料(例如尼龙-6，6或尼龙-6，12)、可注射成型的聚合物混合物(如与聚(亚苯基氧化物)或聚苯乙烯合并的聚丙烯基质)或其它材料(如金属)形成，只要集电器44和导电端子46与充当第二电极12的集电器的容器10电绝缘。在所展示的实施例中，集电器44是细长的钉子或线轴形状的组件。集电器44由金属或金属合金(如铜或黄铜)、导电电镀的金属或塑料集电器等制成。可以利用其它合适的材料。集电器44***穿过闭合构件42中优选地中心定位的孔。
第一电极18优选地是负电极或阳极。负电极包含锌(作为活性材料)、导电材料、固体氧化锌或氢氧化锌颗粒、或溶解的氧化锌或氢氧化锌以及表面活性剂的混合物。负电极可以任选地包含其它添加剂，例如粘合剂或胶凝剂等。优选地，负电极中使用的活性材料的体积足以维持期望的颗粒与颗粒的接触和期望的阳极与阴极(A：C)比率。
在电池的使用寿命期间，应保持颗粒与颗粒的接触。如果负电极中活性材料的体积太低，则当电池单元向装置供电时，电池单元的电压可能突然下降到不可接受的低值。据信电压降低是由负电极的导电矩阵中的连续性损失引起的。导电基质可以由未放电的活性材料颗粒、导电电化学形成的氧化物或其组合形成。电压下降可能发生在氧化物开始形成之后，但在建立足够的网络以桥接所有存在的活性材料颗粒之前。
适合在实施例中使用的锌可以以各种名称(如BIA 100、BIA 115)从许多不同的商业来源购买。比利时布鲁塞尔的Umicore S.A.公司(Umicore S.A.，Brussels，Belgium)就是锌供应商的实例。在一优选实施例中，锌粉通常具有25％至40％的小于75微米的细粒，并且优选地28％至38％的小于75微米的细粒。通常，较低百分比的细粒将不允许实现期望的DSC服务，并且利用较高百分比的细粒可能导致析气增加。需要正确的锌合金以减少电池单元中的负电极析气并维持测试服务结果。
在一实施例中，固体氧化锌是氧化锌材料类型，其布鲁诺、埃梅特和泰勒(Brunauer，Emmett，and Teller，BET)表面积大于4平方米每克，含有大于0.1重量％的镁化合物和/或钠化合物，如但不限于硫酸镁(MgSO4)、碳酸镁(MgCO3)、氧化镁(MgO)、硫酸钠(Na2SO4)和碳酸钠(Na2CO3)。固体氧化锌颗粒中的镁和/或钠化合物使得能够跨阳极均匀放电，这有助于减轻由阳极/隔膜界面处形成的浓缩ZnO晶体引起的内部电池单元短路。在一实施例中，BET表面积大于20平方米每克。在一实施例中，BET表面积大于4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20米每克。
负电极中存在作为非离子或阴离子表面活性剂或其组合的表面活性剂。在一实施例中，表面活性剂是磷酸酯表面活性剂。已经发现，阳极电阻在放电期间通过单独添加固体氧化锌颗粒而增加，但通过添加表面活性剂而减轻。添加表面活性剂增加了固体氧化锌颗粒的表面电荷密度并降低了阳极电阻，如上文所指示的。据信，当表面活性剂吸附在固体氧化锌颗粒上时，表面活性剂的使用被认为有助于形成更多孔的放电产物。当表面活性剂是阴离子时，其携带负电荷，并且在碱性溶液中，据信吸附在固体氧化锌颗粒表面上的表面活性剂会改变固体氧化锌或氢氧化锌颗粒表面的表面电荷密度。据信被吸附的表面活性剂引起固体氧化锌或氢氧化锌颗粒之间的排斥性静电相互作用。据信，表面活性剂减少了由添加固体氧化锌或氢氧化锌颗粒引起的阳极电阻增加，因为固体氧化锌颗粒上吸附的表面活性剂引起固体氧化锌或氢氧化锌颗粒表面的表面电荷密度增强。固体氧化锌的BET表面积越高，固体氧化锌颗粒的表面上吸附的表面活性剂就越多。在一实施例中，相对于电极活性材料，表面活性剂浓度为按重量计约5-50ppm。在一实施例中，表面活性剂浓度为约10-20ppm。
在一实施例中，基于负电极的总重量，负电极包括的固体氧化锌或当量颗粒的量为约0.1至12重量％。在一实施例中，负电极包括的固体氧化锌或当量颗粒的量为约1至7重量％。在一实施例中，负电极包括的固体氧化锌当量颗粒的量为约0.5至1.5重量％。在一更优选的实施例中，负电极包括的固体氧化锌或当量颗粒的量为约1.2重量％。
在一实施例中，电池单元包括的固体氧化锌当量颗粒的量为全电池单元重量的约0.05重量％至约5重量％。在一实施例中，电池单元包括的固体氧化锌当量颗粒的量为全电池单元重量的约0.1重量％至约5重量％。在一实施例中，电池单元包括的固体氧化锌当量颗粒的量为全电池单元重量的约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0重量％。
在一实施例中，固体氧化锌被取代，从而降低其溶解度。在一实施例中，固体氧化锌中的一部分锌被另一种阳离子取代。在一实施例中，经取代的固体氧化锌具有式Zn1- xYxO，其中Y是至少一个阳离子取代基，并且0<x≤0.50。在一实施例中，阳离子取代基选自由以下组成的组：Ca、Bi、Ba、Al、Mg、Si、Be和Sr以及其任何组合。在一实施例中，x是0.01-0.40、或0.02-0.35、或0.4-0.30、或0.05-0.25、或0.10-0.20。在一实施例中，x≥0.01、≥0.02、≥0.04、≥0.06、≥0.08、≥0.10、≥0.12、≥0.14、≥0.16、≥0.18、≥0.20、≥0.25、≥0.30、≥0.35或≥0.40。
在一实施例中，固体氧化锌中的一部分氧被另一种阴离子取代。在一实施例中，经取代的固体氧化锌具有式ZnO1-wA(2w/z)，其中A是至少一个阴离子取代基，0<w≤0.50，并且z是所述阴离子取代基的电荷。在一实施例中，阴离子取代基选自由以下组成的组：S2-、CO3 2-和PO4 3-以及其任何组合。在一实施例中，w是0.01-0.40、或0.02-0.35、或0.4-0.30、或0.05-0.25、或0.10-0.20。在一实施例中，w≥0.01、≥0.02、≥0.04、≥0.06、≥0.08、≥0.10、≥0.12、≥0.14、≥0.16、≥0.18、≥0.20、≥0.25、≥0.30、≥0.35或≥0.40。在一实施例中，固体氧化锌包括阳离子取代基和阴离子取代基。
碱性电解质水溶液(或简称“电解质水溶液”)包括碱性金属氢氧化物，如氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)等或其混合物。优选氢氧化钾。基于碱性电解质溶液的总重量，用于形成负电极的胶凝电解质的碱性电解质含有的碱性金属氢氧化物的量为约1至约50重量％，例如，约16至约36重量％，或约16至约28重量％，并且尤其是约18至约22重量％，或约20重量％。在一实施例中，所述碱性金属氢氧化物以16-36重量％的量存在。在一实施例中，所述碱性金属氢氧化物以大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50重量％的量存在。在一实施例中，所述碱性金属氢氧化物以小于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50重量％的量存在。在一实施例中，所述碱性金属氢氧化物以等于约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50重量％的量存在。
在负电极中优选地使用本领域熟知的胶凝剂，如交联聚丙烯酸，如可从美国俄亥俄州克利夫兰的诺誉公司(Noveon，Inc.)获得的940。羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠是适用于碱性电解质溶液的其它胶凝剂的实例。胶凝剂是期望的，以维持锌和固体氧化锌颗粒在负电极中基本上均匀分散。选择存在的胶凝剂的量，使得获得较低的电解质分离速率，并且屈服应力下的阳极粘度不会太大，粘度太大会导致阳极分配问题。
溶解的氧化锌或氢氧化锌优选地通过在电解质水溶液中的溶解存在于阳极中，以改善在线圈或钉状集电器上的电镀并降低负电极架析气。添加的溶解的氧化锌或氢氧化锌与存在于阳极组合物中的固体氧化锌或氢氧化锌颗粒是分离的并且不同。在一个实施例中，基于负电极电解质溶液的总重量，优选的溶解的氧化锌或等效物的水平为3-4重量％的量。
在一实施例中，溶解的氧化锌当量以大于0.1重量％的量存在于负电极电解质溶液中。在一实施例中，溶解的氧化锌当量以大于0.1重量％至大于14重量％的量存在于负电极电解质溶液中。可溶性或溶解的氧化锌的BET表面积通常为约4m2/g或更小，利用来自Micrometrics公司(Micrometrics)的Tristar 3000BET比表面积分析仪测量，所述分析仪在氧化锌在150℃下脱气一小时后具有多点校准；并且粒径D50(平均直径)为约1微米，使用如上文所指示的CILAS粒径分析仪测量。
负电极可以以本领域已知的多种不同方式形成。例如，可以将负电极组分干式混合并添加到电池单元中，其中单独添加碱性电解质，或者如在优选实施例中，利用预胶凝负电极工艺。
在一个实施例中，锌和固体氧化锌或氢氧化锌是粉末，并且除了胶凝剂之外的其它任选粉末被组合和混合。然后，将表面活性剂引入到含有锌和固体氧化锌或氢氧化锌颗粒的混合物中。将包括碱性电解质溶液、可溶性氧化锌或氢氧化锌和胶凝剂以及任选的其它液体组分的预凝胶引入到表面活性剂、锌和固体氧化锌或氢氧化锌混合物中，将其进一步混合以获得基本上均匀的混合物，然后添加到电池单元中。可替代地，在一另外的优选实施例中，将固体氧化锌或氢氧化锌预分散在包括碱性电解质、胶凝剂、可溶性氧化锌和其它期望的液体的负电极预凝胶中并混合，如持续约15分钟。然后，添加固体氧化锌或氢氧化锌颗粒和表面活性剂，并将负电极混合持续另外一段时间，如约20分钟。基于负电极的总重量，负电极中使用的胶凝电解质的量通常为约22至约47重量％，例如约25至约35重量％，或约32重量％。基于负电极的总体积，胶凝电解质的体积百分比可以为约63％至约80％，例如约70％。
在一实施例中，硅供体与溶解的氧化锌或当量的比率为按重量计0.033至152.2。在一实施例中，硅供体与溶解的氧化锌的比率为按重量计0.05至150、或0.1至130、或0.3至110、或0.5至100、或0.7至90、或1至80、或1.5至70、或2至60、或3至50、或4至40、或5至30、或6至20。在一实施例中，硅供体与溶解的氧化锌当量的比率按重量计大于、小于或等于约0.033、0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、3、4、5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150或152.2。在一实施例中，硅供体与溶解的氧化锌当量的比率按重量计≥0.2、≥0.3、≥0.4、≥0.5、≥0.6、≥0.7、≥0.8≥0.9、≥1.0、≥1.1、≥1.2、≥1.3、≥1.4、≥1.5或≥1.6。此比率可以解释阳极、电解质弹丸溶液或全电池单元中的硅供体和溶解的氧化锌当量。
在一实施例中，硅供体与总氧化锌当量的比率为按重量计0.012至5.7。在一实施例中，硅供体与总氧化锌当量的比率为按重量计0.02至5.5、或0.05至5、或0.1至4.5、或0.5至4、或1.0至3.5。在一实施例中，硅供体与总氧化锌当量的比率按重量计大于、小于或等于约0.012、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5或5.7。在一实施例中，硅供体与总氧化锌当量的比率按重量计≥0.2、≥0.3、≥0.4、≥0.5、≥0.6、≥0.7、≥0.8、≥0.9、≥1.0、≥1.1、≥1.2、≥1.3、≥1.4、≥1.5或≥1.6。此比率可以解释阳极、电解质弹丸溶液或全电池单元中的硅供体和溶解的氧化锌当量。
在一实施例中，在LR6电池中，电池单元中的二氧化硅(SiO2)的绝对重量大于0.002克。在一实施例中，电池单元中的硅供体的绝对重量大于0.002克。在一实施例中，电池单元中的硅供体的绝对重量为0.002-1.0克。在一实施例中，电池单元中的硅供体的绝对重量大于、小于或等于约0.002、0.004、0.006、0.008、0.01、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1.0克或这些值中的任何两个值之间的范围。
除了在负电极制造过程期间被胶凝剂吸收的碱性水性电解质之外，在制造过程期间向电池单元中添加另外的量的碱性金属氢氧化物的水溶液。可以通过将电解质弹丸安置到由正电极或负电极或其组合限定的空腔中来将电解质弹丸并入到电池单元中。用于将电解质弹丸并入到电池单元中的方法并不关键，只要其可以接触到负电极、正电极和隔膜。在一个实施例中，在添加负电极混合物之前以及添加之后都添加电解质弹丸。在一个实施例中，向LR6型电池单元中添加约0.97克的1-50重量％的氢氧化钾溶液作为电解质弹丸。在一个实施例中，将约0.97克的34重量％的氢氧化钾溶液添加到LR6型电池单元中作为电解质弹丸，其中在***负电极之前，将约0.87克添加到隔膜衬里的空腔中。在***负电极之后，将34重量％的氢氧化钾溶液的剩余部分注入到隔膜衬里的空腔中。在一实施例中，此电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的范围为约0.01-12.0重量％。在另一个实施例中，电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的范围为至少约0.1至至少约14.0重量％。在一优选实施例中，电解质弹丸包括的溶解的氧化锌当量的量为约4.0-6.0重量％。在实施例中，电解质弹丸包括的溶解的氧化锌当量的量大于、小于或等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0或14.0重量％，或这些值中的两个值之间的任何范围。
在一实施例中，电解质弹丸可以用溶解的氧化锌或氢氧化锌饱和大于或等于约5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％，或者用溶解的氧化锌或氢氧化锌饱和超过100％。
第二电极12，在本文中也被称为正电极或阴极，包含电化学活性材料。电解二氧化锰(EMD)是常用的电化学活性材料，并且基于正电极，即EMD、导电材料、正电极电解质和添加剂(包含有机添加剂(如果存在的话))的总重量，EMD存在的量通常为按重量计约80至约92重量％，并且优选地约86至92重量％。正电极是通过组合和混合期望的电极的组分，随后将一定量的混合物分配到容器的开口端，并且然后使用冲头将混合物模制成固体管状构型而形成的，所述固体管状构型限定了容器内的空腔，隔膜14和第一电极18随后安置在所述空腔中。如图1所展示的，第二电极12具有台肩30和内表面32。可替代地，正电极可以通过由包括EMD和任选地添加剂的混合物预形成多个环并且然后将环***到容器中以形成管状第二电极来形成。图1示出的电池单元通常包含3个或4个环。
正电极可以包含其它组分，如导电材料，例如石墨，当与EMD混合时，所述其它组分基本上在整个正电极上提供导电基质。导电材料可以是天然的，即开采的，或者合成的，即制造的。在一个实施例中，电池单元包含正电极，所述正电极的活性材料或氧化物与碳比率(O∶C比率)的范围为约12至约22。氧化物与碳的比率过高会增加容器与阴极的电阻，这会影响电池单元的整体电阻，并且可能对高速率测试(如DSC测试)或更高的截止电压产生潜在影响。此外，石墨可以膨胀或不膨胀。用于碱性电池的石墨的供应商包含俄亥俄州西湖市的Timcal America公司(Timcal America)、伊利诺伊州芝加哥的超级石墨公司(SuperiorGraphite Company)和瑞士巴塞尔的龙沙公司(Lonza，Ltd.)。基于正电极的总重量，导电材料通常以约5至约10重量％的量存在。过多的石墨可能会减少EMD输入，并且因此减少电池单元容量；太少的石墨可能会增加容器与阴极的接触电阻和/或主体阴极电阻。另外的添加剂的实例是硫酸钡(BaSO4)，其可从意大利马萨的Bario E.Derivati S.p.A.公司(BarioE.Derivati S.p.A.)商购获得。基于正电极的总重量，硫酸钡通常以约0.5至约2重量％的量存在。其它添加剂可以包含例如乙酸钡、二氧化钛、粘合剂(如coathylene)以及硬脂酸钙。
在一个实施例中，将正电极组分(如EMD)、导电材料和硫酸钡以及任选的添加剂混合在一起以形成均质混合物。在混合过程期间，将碱性电解质溶液(如约1％至约50％KOH溶液，任选地约37％至约40％KOH溶液，并且任选地包含有机添加剂)均匀地分散到混合物中，由此确保溶液遍布正电极材料的均匀分布。在一实施例中，用于形成阴极的碱性电解质溶液包括任何量的溶解的氧化锌或氢氧化锌，其至多并包含用溶解的氧化镁或氢氧化锌饱和或用溶解的氧化铝或氢氧化锌过饱和(>100％饱和)。然后将混合物添加到容器中，并切利用冲头模制。在模制之前和之后，容器和正电极混合物内的水分以及混合物的组分优选地被优化以允许模制高质量的正电极。混合水分优化使正电极模制时因混合液潮湿而产生的飞溅和闪光最小，并且因混合液干燥而产生的剥落和过度工具磨损最小，并且优化有助于实现期望的高阴极重量。正电极混合物中的水分含量可能会影响整个电池单元电解质平衡，并且对高速率测试产生影响。
电池单元设计者利用的参数之一将电池单元设计表征为一个电极的电化学容量与相对电极的电化学电容的比率，如阳极(A)与阴极(C)比率，即，A∶C比率。对于在负电极或阳极中使用锌并且在正电极或阴极中使用二氧化锰(MnO2)的LR6型碱性一次电池单元，A∶C比率可以大于1.32∶1，如大于1.34∶1，并且尤其是对于冲击模制的正电极，1.36∶1。环形模制的正电极的A∶C比率可以更低，如约1.3∶1至约1.1∶1。
提供隔膜14是为了将第一电极18与第二电极12分离。隔膜14维持正电极的电化学活性材料与负电极的电化学活性材料的物理介电分离，并且允许离子在电极材料之间传输。此外，隔膜充当电解质的芯吸介质和防止负电极的碎片部分接触正电极的项部的套环。隔膜14可以是分层的离子可渗透的非织造纤维织物。隔膜可以具有一个层，或者两个或更多个层。常规的隔膜通常通过将隔膜材料预成型为杯形篮而形成，所述杯形篮随后***在由第二电极12和闭合端24以及其上的任何正电极材料限定的空腔下方。常规的预成型隔膜通常由一片非织造织物制成，所述非织造织物被卷成与第二电极的内壁一致的圆柱形并具有闭合的底端。在电池单元组装期间，通过将两片矩形隔膜***到空腔中，使材料相互成90°角旋转而形成篮子，可以形成两层或更多层隔膜。
在一实施例中，隔膜是低孔隙率隔膜或具有玻璃纸层的层压隔膜。在一实施例中，隔膜是平均孔径小于12微米并且最大孔径小于30微米的低孔隙率隔膜。
在一实施例中，隔膜是具有高密度层和低密度层的双层。在一些实施例中，高密度层的孔径可以小于或等于1微米。不受理论的约束，据信高密度层中的这种孔径通过防止ZnO反应产物沉淀而在电极之间形成导电网络来减少电池中的短路。进一步地，低密度层改进电解质的吸收，以改进如通过数字静态相机(DSC)测试测量的高速率性能。进一步地，即使当使用较薄的隔膜厚度时，利用具有这些特性的隔膜也会实现短路减少。隔膜厚度的这种减小增加了电池单元内可以用于另外的活性材料和/或更多添加剂的可用体积(例如，在不调整电池单元内的其他材料的量的情况下，增加阳极中的硅供体的量)。
在一实施例中，双层隔膜包括至少一个层，所述至少一个层包括平均直径在约0.3-20微米之间的孔。在一实施例中，孔的平均直径为约1-10微米、或约2-8微米、或约3-6微米、或约4-5微米、或约4.5微米。在一实施例中，孔的平均直径大于、小于或等于约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20微米或这些值中的任何两个值之间的范围。在一实施例中，孔的平均直径小于或等于0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5微米。
上文所引用的所有参考文献以及本文中所引用的所有参考文献通过引用整体并入本文。
尽管上文已经详细地展示和描述了实施例，但是此类说明和描述将被认为是说明性的或示例性的，而非限制性的。将理解，普通技术人员可以在以下权利要求的范围和精神内进行改变和修改。具体地，实施例包含来自上文和下文所描述的不同实施例的特征的任何组合。
通过以下提供对实施例和其许多优点的更好理解的说明性非限制性实例来另外地描述实施例。包含了以下实例以说明优选实施例。本领域的技术人员应当理解，以下实例中所公开的技术表示实施例中所使用的在实施例的实践中很好地起作用并且因此可以被认为构成其实践的优选模式的技术。然而，根据本公开，本领域的技术人员应当理解，在不脱离实施例的精神和范围的情况下，可以对所公开的具体实施例进行许多改变并且仍然获得相同或类似的结果。
讨论和实例
如先前所提及的，基于锌的电池的放电涉及阳极中的锌的氧化，引起氧化锌的形成。氧化锌反应产物形成抑制剩余锌的有效放电的钝化层。通过用溶解的氧化锌或氢氧化锌(在电解质弹丸溶液和包含在阳极中的溶液两者中)和另外的固体氧化锌或氢氧化锌颗粒(在阳极中)进行制造，促进固体反应产物在其它地方形成。防止钝化层涂覆阳极允许更好地利用锌。这实现高速率测试并且尤其是数字静态相机(DSC)ANSI标准测试中运行时间的显著改进。
尽管与先前的电池模型相比，其显示出改进的性能，但在阳极和电解质弹丸溶液两者中含有锌和/或氧化锌或氢氧化锌的电池在放电期间可能表现出内部短路。据信，短缺与氧化锌反应产物的晶体形成有关，所述晶体形成使电极之间形成导电网络桥。当存在与阴极和阳极电极接触的穿过隔膜的导电路径时，这种电池单元中会发生内部短路。短路使电池电量耗尽，由此减少为装置供电的可用容量。硅酸盐的作用是通过抑制细长晶体链的形成来改变结晶氧化锌的形状。随着硅供体的添加量的增加，电池运行时间得到改进，进而使硅酸盐的浓度增加，因为不会形成晶体链并桥接电极，由此减少短路并提高性能。尽管本文的许多实施例涉及硅酸钠和硅酸钾，但也可以使用其它化合物。
进一步地，双层隔膜允许电解质在阳极之间流动，同时针对氧化锌晶体形成屏障。理想的隔膜是具有低密度层和高密度层的隔膜，低密度层足够多孔以促进电解质吸收，高密度层具有足够小的孔以防止大小介于一微米与三微米之间的氧化锌晶体转移。尽管本文中的大多数讨论涉及将氧化锌添加到电极和电解质溶液中，但代替氧化锌或除氧化锌之外，可以使用充当锌酸根离子的来源的其它化合物。例如，代替氧化锌或除氧化锌之外，本文所描述的实施例可以在电极和/或电解质溶液中含有氢氧化锌(Zn(OH)2)。
内部短路的证明
图2示出了内部短路对电池单元的影响。具体地，图2描绘了电压对时间图，比较了相同构造的两个电池单元。使两个电池单元在21℃下在50mA的电流下放电；每8小时进行1小时的放电(意味着在8小时的时间段中，通电1小时并且断电7小时)。
与电池A相比，由于内部短路，电池B的电压下降得更早。内部短路使电池性能更差，并且性能更多变，这也是不期望的。
DSC运行时间对低消耗运行时间中的折衷
图3A和3B证明了在不同类型的放电测试中，ZnO水平增加带来的性能增益的折衷。具体地，图3A示出了在到1.05V的截止电压的运行时间(以分钟为单位测量)方面的DSC(间歇性高速率放电)测试性能与全电池单元电解质溶液ZnO重量％相比的图。ZnO重量％的增加与DSC性能的增加之间存在明显的直接相关性。
另一方面，图3B是在45℃下老化3个月的电池单元的恒定50mA运行时间性能(以分钟为单位测量，到1.0V的电压截止值)对全电池单元中的ZnO饱和度的图。这里，对于恒定低速率放电，性能随着ZnO饱和度的增加而下降。这是由于在较高的ZnO水平下内部短路增加。因此，由于增加的ZnO水平可以提供改进的DSC性能，因此在增加的ZnO水平方面存在折衷，但也与内部短路增加相关。
不同硅酸盐与氧化锌比率的电池单元运行时间的比较
图4A示出了展示运行时间随硅酸钠与溶解的氧化锌的重量比的增加而变化的图。此试验使用两种不同浓度的氢氧化钾(KOH)(30重量％的KOH和32.2重量％的KOH)进行。将包括28.7重量％的硅二氧化物的N级硅酸钠溶液添加到电池单元中。在传统电池单元中，添加0.4重量％的N级溶液。对于此试验，添加到电池单元中的N级溶液的重量％从0.4增加到1.6。
本试验通过使每个电池单元以50mA的消耗率放电5分钟随后停止15分钟来进行。放电循环持续直到电池单元的闭路电压(CCV)达到1.0电压截止值为止。此试验模拟了电池在具有低消耗率的装置(如遥控器或收音机)中的使用。此程序有效地确定电池单元中是否存在短路。在具有固体的和溶解的锌和/或氧化锌的组合的改进的电池单元中，短路随着电池单元中的硅酸钠的量相对于电池单元中的溶解的氧化锌的量从0.04重量比增加到0.18重量比而减少。在多种氢氧化钾浓度下均观察到这些改进。这些结果证实，硅酸盐水平的提高抑制了含氧化锌电池单元中的短路。
结果还证明，KOH水平产生次要影响。具体地，具有较高KOH水平的电池单元表现出改进的运行时间。
图4B展示了电池单元在60℃下老化一个月后，运行时间(到1.0V的小时数)对电池单元的全电池单元电解质溶液中的二氧化硅重量％的图。二氧化硅重量％的增加与运行时间的增加之间存在明显的相关性。
不同硅酸钠浓度以及对照隔膜和双层型隔膜两者的电池单元运行时间的比较
图5A展示了具有不同隔膜类型的电池单元因硅酸盐的增加而增加的电池单元运行时间的量不同。在此试验中，将电池单元储存在温度为60℃并且相对湿度为50％的烘箱中持续4周，然后以50mA的消耗率放电。如图5A所示，在使用具有较大孔径的对照隔膜纸的电池单元中，将阳极溶液中的硅酸钠的总重量％从约0.4重量％增加到约1重量％，使平均运行时间提高大约15小时，进一步证明了当添加硅供体时，电池单元得到改进。
据信，增加阳极中的硅酸钠水平抑制了提供阳极与阴极之间的短路路径的氧化锌枝晶的形成。相比之下，对于利用具有一个高密度层和一个低密度层的双层隔膜的电池单元，在0.4重量％和1.0重量％的硅酸钠水平下消除了内部电池单元短路。电池单元运行时间与阳极中的硅酸钠水平无关，这指示双层型隔膜在短路保护方面的稳健性。图5B描绘了相同的运行时间数据，但与全电池单元电解质溶液的二氧化硅重量％相比，增加的二氧化硅和双层隔膜实现的同样的改进都很明显。
这些发现支持双层隔膜是对先前发明的改进，并且具有减少或消除短路的作用。据信，这是因为高密度层中减小的孔径抑制了氧化锌形成穿过隔膜的桥，而低密度层允许改进的电解质吸收。
受益于前述描述和相关联的附图中呈现的教导，这些实施例所属领域的技术人员将想到许多修改和其它实施例。因此，应理解，实施例不应限于所公开的具体实施例，并且修改和其它实施例旨在被包含在所附权利要求以及本文所公开的实施例的列表的范围内。尽管本文中采用了特定术语，但是其仅在通用和描述性意义上使用而不用于限制目的。对于本申请中所描述的实施例，本文所公开的每个实施例被设想为适用于其它所公开的实施例中的每个实施例。例如，尽管本申请主要描述了包括固体和溶解的氧化锌的实施例，但其中固体和/或溶解的氧化锌的全部或部分被氢氧化锌替代的类似实施例也被认为在实施例的范围内。类似地，对于涉及硅酸盐或SiO2的任何实施例，其中硅酸盐或SiO2的全部或部分被不同的硅供体替代的类似实施例也被认为在实施例的范围内。
Claims (61)
1.一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质弹丸溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；2)阳极液；3)固体氧化锌颗粒、固体氢氧化锌颗粒、溶解于所述阳极液中的氧化锌或溶解于所述阳极液中的氢氧化锌；以及4)硅供体；
其中所述硅供体以占所述碱性电化学电池单元的全电池单元电解质溶液的至少0.036重量％的量存在。
2.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述碱性电化学电池单元包括的总氧化锌当量为约0.5-3.0重量％。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中所述阳极包括胶凝电解质，其中所述胶凝电解质是通过将胶凝剂与第一碱性电解质水溶液组合而制备的，其中所述第一碱性电解质水溶液包括碱性金属氢氧化物电解质和溶解的氧化锌。
4.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述阳极液包括的溶解的氧化锌当量的量为0.1-12重量％。
5.根据权利要求4所述的碱性电化学电池单元，其中所述阳极液包括的溶解的氧化锌当量的量为约1.5-2.5重量％。
6.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述阳极液用氧化锌或氢氧化锌饱和至少5％。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中所述阴极包括阴极液，其中所述阴极液包括碱性金属氢氧化物电解质和溶解的氧化锌。
8.根据权利要求7所述的碱性电化学电池单元，其中所述阴极液包括的溶解的氧化锌当量的量为0.1-12重量％。
9.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的量大于2.0重量％。
10.根据权利要求9所述的碱性电化学电池单元，其中所述电解质弹丸溶液包括的溶解的氧化锌当量的量大于3.0重量％。
11.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述电解质弹丸溶液包括碱性金属氢氧化物和溶解的氧化锌。
12.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述电解质弹丸溶液包括硅供体。
13.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中按重量％计，硅供体与溶解的氧化锌当量的比率≥0.016、≥0.020、≥0.025、≥0.030、≥0.035、≥0.040、≥0.045、≥0.050、≥0.055、≥0.06、≥0.065、≥0.07或≥0.075。
14.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中在LR6电池单元中，硅供体的绝对重量的范围为0.002至1克。
15.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述固体氧化锌颗粒的布鲁诺、埃梅特和泰勒(Brunauer，Emmett and Teller，BET)表面积大于4m2/g；并且
其中所述氧化锌含有多于0.1重量％的镁和/或钠化合物。
16.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述隔膜是包括高密度层的双层隔膜。
17.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述隔膜是包括低密度层的双层隔膜。
18.根据权利要求16所述的碱性电化学电池单元，其中所述双层隔膜被放置为第一纸带或第二纸带，其中所述高密度层面向所述阴极。
19.根据权利要求16所述的碱性电化学电池单元，其中所述高密度层的平均孔径小于1微米。
20.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中相对于阳极活性材料，表面活性剂浓度介于5与50ppm之间。
21.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述硅供体是硅酸钾。
22.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述硅供体是硅酸钠。
23.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述阴极包括硅供体。
24.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中所述电解质溶液进一步包括二氧化硅。
25.根据权利要求1所述的碱性电化学电池单元，其中全电池单元电解质浓度为约15.0-40.0重量％。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中所述电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总溶解的氧化锌当量重量％为至少约0.5重量％。
27.根据权利要求1至25中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中所述电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总溶解的氧化锌当量重量％为至少约11重量％。
28.根据权利要求1至25中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中所述电化学电池单元的全电池单元电解质用溶解的氧化锌或氢氧化锌饱和大于10％。
29.根据权利要求1至25中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中所述固体氧化锌或固体氢氧化锌被取代并且包括阳离子取代基或阴离子取代基，其中与未经取代的固体氧化锌或未经取代的固体氢氧化锌相比，经取代的固体氧化锌或经取代的固体氢氧化锌的可溶性较低。
30.根据权利要求1至25中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为至少约40％。
31.根据权利要求1至25中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中所述电池单元的电压为0.1V-2.0V、0.2V-1.9V、0.3V-1.8V、0.4V-1.7V、0.5V-1.6V、0.6V-1.5V、0.7V-1.4V、0.8V-1.3V、0.9V-1.2V、1.0V-1.1V或为0.1V、0.2V、0.3V、0.4V、0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V、1.0V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V、1.5V、1.6V、1.7V、1.8V、1.9V或2.0V。
32.一种碱性电化学电池单元，其包括：
a)容器；以及
b)电极组合件，所述电极组合件安置在所述容器内，并且包括阴极、阳极、隔膜以及电解质弹丸溶液，所述隔膜位于所述阴极与所述阳极之间；
其中所述阳极包括：1)固体锌；2)阳极液；以及3)固体氧化锌颗粒、固体氢氧化锌颗粒、溶解于所述阳极液中的氧化锌或溶解于所述阳极液中的氢氧化锌；并且
其中所述碱性电化学电池单元的全电池单元电解质溶液中的总氧化锌当量为至少3.0重量％；并且
其中所述隔膜包括双层或低孔隙率隔膜或具有玻璃纸层的层压隔膜。
33.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中所述双层隔膜包括高密度层和低密度层。
34.根据权利要求33所述的碱性电化学电池单元，其中所述低密度层被放置为第一纸带或第二纸带，其中所述高密度层面向所述阴极。
35.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中所述双层隔膜具有至少一个层，所述至少一个层包括平均直径小于或等于0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5微米的孔。
36.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中相对于阳极活性材料，表面活性剂浓度介于5与50ppm之间。
37.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中所述阳极包括硅酸钠或硅酸钾。
38.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中按重量％计，硅供体与溶解的氧化锌当量的比率≥0.016、≥0.020、≥0.025、≥0.030、≥0.035、≥0.040、≥0.045、≥0.050、≥0.055、≥0.06、≥0.065、≥0.07、≥0.075。
39.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为至少约30％。
40.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中氧化锌或氢氧化锌的总电池单元饱和度为至少约400％。
41.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中所述隔膜是平均孔径小于12微米并且最大孔径小于30微米的低孔隙率隔膜。
42.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中所述隔膜是包括非织物层和玻璃纸层的层压隔膜。
43.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中所述全电池单元电解质溶液中的总溶解的氧化锌重量％为至少约0.5重量％。
44.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中所述全电池单元电解质溶液中的总溶解的氧化锌重量％为至少约11重量％。
45.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中基于负电极的总重量，所述阳极包括的固体氧化锌颗粒的量为约0.1至12重量％。
46.根据权利要求32所述的碱性电化学电池单元，其中所述硅供体以占所述碱性电化学电池单元的全电池单元电解质溶液的至少0.036重量％的量存在。
47.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中溶解的氧化锌或氢氧化锌的全电池单元摩尔浓度为约0.1至约1.5。
48.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中总电池单元氧化锌当量为约0.05至约0.7g。
49.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中所述电池单元中的Zn2+摩尔的总数为约0.00061至约0.00860。
50.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在0.5mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到拐点的充电容量为至少25mAh。
51.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在1mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到拐点的充电容量为至少22mAh。
52.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在5mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到拐点的充电容量为至少17mAh。
53.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在10mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到拐点的充电容量为至少14mAh。
54.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在50mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到拐点的充电容量为至少13mAh。
55.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在100mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到拐点的充电容量为至少12mAh。
56.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在0.5mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少25mAh。
57.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在1mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少22mAh。
58.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在5mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少17mAh。
59.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在10mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少14mAh。
60.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在50mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少13mAh。
61.根据权利要求1至46中任一项所述的碱性电化学电池单元，其中当在100mA、21℃下对所述电池单元进行充电时，所述电池单元的到选自由1.7、1.8、1.9、2.0、2.1和2.2V组成的组的电压的充电容量为至少12mAh。
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