高活性电池 【技术领域】
本发明是有关于一种电池，且特别是有关于一种高活性电池。
背景技术
由于行动电话、携带型电脑及数位相机等可携式电子产品的普及，其发展走向均力求轻小化及高功能化。而作为上述可携式电子产品的主要电源来源的蓄电池(亦即二次电池)，为了配合可携式电子产品需求及未来趋势，蓄电池的目前开发重心大都朝缩小体积、减轻重量、增加可重复充放电次数、提高能量密度以及提升可靠性等方向来发展。此外，先进国家在未来家电用品上，将朝向交流电与直流电共生发展。尤其在天灾不断的国家如日本，均长期朝向发展交流电与直流电共生之民生必需用品，以增加灾害时抗灾能力，将伤亡降至最低。
电池的改良手段不外是在其机械结构上与其材料上来加以改良。例如在材料上的改良，有近年来新兴的镍氢蓄电池与锂离子蓄电池。但是材料上的改良需要长时间的发展，而机械结构上的改良，又因为制造电池所用的材料的物理与化学特性、制造过程中与空气中水气接触以及电池内部一些杂质颗粒的影响，其改善效果有限。此外，一般移动电话所用的锂离子蓄电池，充电往往需要一小时以上，若是携带型电脑则需要3小时以上。所以，若能在现有蓄电池的结构与制程的架构下，制造出充电时间更短，使用寿命更长之蓄电池，以减少电池的回收数目，对于电池的使用便利性与环保来说将会有很大之助益。
【发明内容】
本发明的目的之一就是提供一种高活性电池，以增加电池的充放电次数及其使用寿命。
根据本发明的上述与其他目的，提出一种高活性电池，此高活性电池至少包含具有金属外壳的电池以及位于金属外壳表面上的一种高活性涂料。此高活性涂料至少包含一种竹炭粉末、一种陶瓷粉末以及一种电气石粉末，使其远红外线发射率大于0.92且其负离子提供能力大于500负离子/毫克。
依据本发明一较佳实施例，上述地陶瓷粉末的材料至少包含负离子提供能力大于500负离子/毫克的金属氧化物、碳化物或磷酸盐矿物。上述的竹炭粉末、陶瓷粉末以及电气石粉末的重量百分比较佳分别约为70-90％、5-20％与5-10％，依上述电池的输出电压而定。
依据本发明另一较佳实施例，上述的高活性涂料更包含天然火山岩矿石粉末。上述的竹炭粉末、天然火山岩矿石粉末、陶瓷粉末与电气石粉末的重量百分比较佳分别约为60-70％、10-20％、5-20％与5-10％，依电池的输出电压而定。
根据本发明的上述与其它目的，提出一种高活性电池涂料的制造方法，其至少包含下列步骤。首先，先混合陶瓷材料与竹子材料，再让上述二者一起在大于摄氏1000度之下进行锻烧两次。上述的陶瓷材料可为金属氧化物或碳化物。然后再加入电气石与磷酸盐矿物，或者再加入电气石、磷酸盐矿物与天然火山岩矿石，加以混合研磨之以得一电池高活性涂料。
依据本发明一较佳实施例，上述的竹炭以及电气石的重量百分比较佳分别约为70-90％与5-10％，而陶瓷材料与磷酸盐矿物合起来的重量百分比约为5-20％。若包含天然火山岩矿石，则竹炭、天然火山岩矿石与电气石的重量百分比较佳分别约为60-70％、10-20％与5-10％，而陶瓷材料与磷酸盐矿物合起来的重量百分比约为5-20％。上述各种成分的比例系依其所涂布的电池的输出电压而定。
由上述可知，因为本发明较佳实施例所提供的高活性涂料具有高远红外线发射率，可对蓄电池持续加温，加速其内部的氧化还原反应以及正负离子的移动速率，因此可使其能快速地完全充放电。而且高活性涂料所发射出的远红外线还可使蓄电池内部之杂质分子振幅增加，使杂质微粒不易卡在电池内隔板中的微孔洞内而影响正负离子在正极与负极间移动，因此可以有效延长电池的充放电次数与其使用时间。再者，本发明较佳实施例所提供的高活性涂料具有良好的提供负离子的能力，使蓄电池能放出比额定电容量还高的电量。
本发明的有益效果在于有效延长电池的充放电次数和其使用时间。此外，本发明较佳实施例所提供之高活性涂料，不仅可应用于蓄电池上，亦可应用于一般的一次电池之上。
【附图说明】
图1A～图1B是习知的蓄电池的结构示意图。
图中，100、150为蓄电池；105、155为隔板；110、160为正极板；115、165为负极板；120、170为金属外壳；125、175为正极端子。
图2为本发明一较佳实施例制出的锂离子蓄电池(A)与一般市售锂离子蓄电池(B、C)进行循环充放电的测试结果图。
【具体实施方式】
由于可携式电子产品的兴起与普及化，供给其电源所需的蓄电池的需求亦日益增加。因此本发明提供一种高活性蓄电池，以期能相容在现有蓄电池的结构与制程的架构下，制造出具有更长寿命、更短充电时间与更长放电时间的蓄电池。
实施例一
依据本发明一较佳实施例，将能发射出远红外线的竹炭以及能提供负离子的陶瓷材料与电气石加以混合研磨，使其颗粒大小约为1-10微米。然后经由接着剂的协助，将高活性涂料，亦即研磨好的混合粉末，涂抹在蓄电池金属外壳的内表面或是外表面上即可。
蓄电池的形状一般分为两种，一种为如图1A所示的长方体型，一种为如图1B所示的圆筒型。在图1A中，长方体型的蓄电池100系以隔板105为界面，将正极板110与负极板115压成积层状之后，分置于隔板105两侧，再一起插入长方体的金属外壳120中。正极端子125位在长方体蓄电池100的上方，而金属外壳120即为负极端子。上述的混合粉末，涂抹在金属外壳120的外表面上即可。
在图1B中，圆筒型的蓄电池150系以隔板155为界面，与各一片的正极板160与负极板165一起卷成圆筒状，再一起插入圆筒金属外壳170中而成。正极端子175位在圆筒型蓄电池100的上方，而金属外壳170即为负极端子。上述的混合粉末，涂抹在金属外壳170的内表面即可。
上述的竹炭，较佳为选择产地为台湾、日本、韩国或中国等国所出产的竹子，再加以锻烧而成。竹子的锻烧温度较佳为摄氏1000度以上，且至少锻烧两次，以得到具有高远红外线发射率的竹炭。依照上述方法所得的竹炭，其远红外线发射率在波长8-12微米的范围内甚至可高达0.96以上。
上述的能提供负离子的陶瓷材料，例如可为金属氧化物、碳化物或磷酸盐矿物。金属氧化物例如可为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化矽、氧化锌、氧化镁、氧化钇、氧化铜、氧化钴、氧化镍、氧化锰、氧化铁、氧化铬、氧化锡或上述的混合物等。碳化物例如可为碳化矽、碳化锆、碳化钽或上述的混合物。这些提供负离子的陶瓷材料之中，可只使用一种陶瓷材料，亦可将数种陶瓷材料混合使用。例如，可将等重量的氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化矽与氧化锌混合后使用。而磷酸盐矿物较佳为选用中国、韩国、澳洲、巴西等国出产的矿石。上述的陶瓷材料亦有发射远红外线的功用，较佳为选择远红外线发射率大于等于0.92者
依据本发明的一较佳实施例，上述的高活性涂料中的陶瓷材料若为只选用金属氧化物与/或碳化物，则其程序较佳为先将上述的陶瓷材料与竹子一起置于摄氏1000度以上，进行锻烧至少两次，得到竹炭与陶瓷材料的混合物。然后再加入电气石与上述的竹炭与陶瓷材料加以混合研磨，以得到高活性涂料。
若是陶瓷材料有选用磷酸盐矿物，则只有让非磷酸盐矿物的陶瓷材料与竹子在大于摄氏1000度下一起进行锻烧两次，得到竹炭与陶瓷材料的混合物。然后，才加入磷酸盐矿物与电气石，与上述的竹炭与陶瓷材料加以混合研磨以得到高活性涂料。
能发射出远红外线的竹炭以及能提供负离子的陶瓷材料与电气石的重量百分比较佳分别约为70-90％、5-20％与5-10％，此重量百分比依蓄电池的输出电压而定。例如，若蓄电池的输出电压为1.5-4.2V，竹炭、陶瓷材料以及电气石的重量百分比较佳分别约为80％、10％与10％。若蓄电池的输出电压为6-9V，则竹炭、陶瓷材料以及电气石的重量百分比较佳分别约为90％、5％与5％。若蓄电池的输出电压为10-16V，则竹炭、陶瓷材料以及电气石的重量百分比较佳分别约为70％、20％与10％。
依上述方法制备的高活性涂料成品，其远红外线发射率较佳为大于0.92，而其负离子的提供能力较佳为大于500-1000负离子/毫克。
而上述的接着剂，可使用者包含市面上常见的接着剂，例如PU接着剂、环氧树脂接着剂、强力胶等等。接着剂的用量只要能足以将上述的混合粉末涂布在电池上所需位置，并能使混合粉末附着于其上即可。接着剂的用量较佳约为上述的高活性涂料与接着剂总重量的30-40％。
实施例二
依照本发明另一较佳实施例，高活性涂料的成分除了实施例一所述的能发射出远红外线的竹炭以及能提供负离子的陶瓷材料与电气石之外，还可加入能发射远红外线的天然火山岩矿石。天然火山岩矿石较佳为选择日本、墨西哥或美国等国家所出产的。
含有天然火山岩矿石的高活性涂料的制备方式，若陶瓷材料只选用金属氧化物与/或碳化物，则其程序较佳为先将上述的陶瓷材料与竹子一起置于摄氏1000度以上，进行锻烧至少两次，得到竹碳与陶瓷材料的混合物。然后再加入电气石与天然火山岩矿物与上述的竹炭与陶瓷材料加以混合研磨，以得到高活性涂料。
若是陶瓷材料有选用磷酸盐矿物，则只有让非磷酸盐矿物的陶瓷材料与竹子在大于摄氏1000度下一起进行锻烧两次，得到竹炭与陶瓷材料的混合物。然后，才加入磷酸盐矿物、电气石与天然火山岩矿物，与上述的竹炭与陶瓷材料加以混合研磨以得到高活性涂料。
能发射出远红外线的竹炭与天然火山岩矿石，以及能提供负离子的陶瓷材料与电气石之重量百分比较佳分别约为60-70％、10-20％、5-20％与5-10％，此重量百分比依蓄电池的输出电压而定。例如，若蓄电池的输出电压为1.5-4.2V，竹炭、天然火山岩矿石、陶瓷材料与电气石的重量百分比较佳分别约为70％、10％、10％与10％。若蓄电池的输出电压为6-9V，则竹炭、天然火山岩矿石、陶瓷材料以及电气石的重量百分比较佳分别约为70％、20％、5％与5％。若蓄电池的输出电压为10-16V，则竹炭、天然火山岩矿石、陶瓷材料以及电气石的重量百分比较佳分别约为60％、10％、20％与10％。
依上述方法制备的高活性涂料成品，其远红外线发射率较佳为大于0.92，而其负离子的提供能力较佳为大于500-1000负离子/毫克。
加入天然火山岩矿石的混合粉末亦可藉由接着剂的协助涂布在电池的金属外壳的内表面或外表面上。因其与实施例一相同，在此不再赘述。
测试结果
依照上述的较佳实施例，将竹炭、陶瓷材料与电气石依照重量百分比80％、10％与10％的比例来混合成一高活性涂料，其中陶瓷材料系将磷酸盐矿石、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化矽与氧化锌以等重量比例混合而得。再将所得的高活性涂料藉由接着剂涂布在摩托罗拉(Motorola)手机型号E365的锂离子蓄电池的金属外壳上，进行超过100次的充放电测试。测试的条件为每次将锂离子蓄电池充电至其电压为4.2V为止，每次放电则是进行至其输出电压为3.0V为止。此型号的锂离子蓄电池的额定电容量为740mAh。
请参照图2，其系绘示与相同型号的另外两个锂离子蓄电池在相同测试条件之下所得的结果。在图2中，曲线A为有涂布上述高活性涂料的锂离子蓄电池，曲线B、C为另外两个同型号且未经任何处理的锂离子蓄电池。由图2可知，有涂布上述高活性涂料的锂离子蓄电池自始至终皆具有较佳的放电能力，在经过140次的循环充放电之后，其所放出的电量(756mAh)仍大于其额定的电容量(740mAh)，更别提其第一次放电量竟可高达806mAh。而且有涂布上述高活性涂料的锂离子蓄电池所放出电量随着充放电次数的下降速率也较其它二个未经处理的同型号锂离子蓄电池要慢。
由上述本发明较佳实施例可知，有涂布上述高活性涂料的锂离子蓄电池的充放电行为，较直接从市面上买来的同型号的锂离子蓄电池要优秀。因此应用本发明的较佳实施例至少具有下列优点：
1.本发明较佳实施例所提供的高活性涂料具有高远红外线发射率，可对蓄电池持续加温，以加速其内部的氧化还原反应以及正负离子的移动速率，因此可使其能快速地完全充放电。
2.本发明较佳实施例所提供的高活性涂料所发射出的远红外线还可使蓄电池内部的杂质分子与其在电池制造过程中所吸附的水分子的振幅增加，使杂质微粒所吸附的水层厚度减少而不易卡在电池内隔板中的微孔洞内而影响正负离子在正极与负极间移动。因此可以有效延长电池的充放电次数与其使用时间。
3.本发明较佳实施例所提供的高活性涂料具有良好的提供负离子的能力，使蓄电池能放出比额定电容量还高的电量。
此外，将依上述较佳实施例所制造出的蓄电池应用在可携式电子产品上，蓄电池的充电时间平均可以减少15％以上，每次使用时间平均可延长15％以上，且充放电的循环次数亦平均增加15％以上。本发明较佳实施例所提供的高活性涂料，不仅可应用于蓄电池上，亦可应用于一般的一次电池之上。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当由本发明权利要求书界定为准。