JP2002523877A - 扁平な封止組立体を持つ電気化学的電池 - Google Patents
扁平な封止組立体を持つ電気化学的電池Info
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Abstract
Description
、アルカリ電池のような電気化学的電池に使用する容器及びコレクタ組立体に関
する。
うに、電池10は、解放端及び閉鎖端を持つ円筒形の缶12を含む。缶12は、
缶12の閉鎖端で底表面14に溶接された外カバー11が電池に対する電気的接
触端子として機能するような、電導性材料で形成されることが好ましい。 電池10は、更に、一般に第1の電極材料15を含んでおり、これが正極(カ
ソードとしても知られている)として機能する。第1の電極材料15は前もって
作り、缶12に挿入するか、又は、缶12の内面に接触するようにそこに型込め
してもよい。アルカリ電池の場合、第1の電極材料15は、通常MnO2を含む
。第1の電極材料15が缶12に備えられた後、隔壁17が第1の電極材料15
により形成された空間に挿入される。隔壁17は、好ましくは非織物生地である
。隔壁17は、電極材料間のイオン輸送を可能にしながら、第1の電極材料15
と、電解質及び第2の電極材料の混合物20との物理的分離を維持するために設
けられる。 一旦隔壁17が第1の電極材料15により形成された空洞内に収められると、
隔壁17により形成された空間に電解質及び第2の電極材料の混合物20と共に
電解質が調剤され、これが負極(アノードとしても知られている)となり得る。
電解質・第2電極材料混合物20は、好ましくはゲル化剤を含む。一般のアルカ
リ電池の場合、混合物20は、KOH水溶液電解質と亜鉛との混合物で形成され
、それが第2の電極材料として機能する。水及び追加添加物もまた、混合物20
に含まれてもよい。
形成されると、組立済みコレクタ組立体25が缶12内に挿入される。缶12は
、通常その解放端が僅かに先細りになっている。この先細りは、コレクタ組立体
を正しい位置に固定する前に目標とする方向に向けて支える働きをする。コレク
タ組立体25が挿入された後、コレクタ組立体25に外カバー45が被せられる
。コレクタ組立体25は、缶をコレクタ組立体25に対し半径方向に締め付ける
ことにより適切に固定される。缶12の終縁部13がコレクタ組立体25の唇縁
の上に折り込まれ、それにより外カバー45及びコレクタ組立体25を缶12の
末端内部に固定する。下記に更に説明するように、コレクタ組立体25が果たす
機能の1つは、電気化学的電池に対する第2の外部電気的接触を準備することで
ある。加えて、コレクタ組立体25は、缶12の解放端を封止して、内部の電気
化学的材料がこの電池から漏れるのを防がなければならない。更に、コレクタ組
立体25は、十分な強度を備えて電池が通常曝される物理的に厳しい取り扱いに
耐えなければならない。また、電気化学的電池は、水素ガスを発生することがあ
るので、コレクタ組立体25は、内部で発生した水素ガスがそれを透過して電気
化学的電池の外に逃げることができるものとなろう。更にまた、コレクタ組立体
25は、何らかの形の圧力軽減機構を備え、電池内部で生成された圧力を、もし
この圧力が過剰になったら軽減しなければならない。そのような状況は、電気化
学的電池が、内部で発生した水素ガスがコレクタ組立体を通して電池の外部に浸
出できる速度を超える速度で水素ガスを発生する時に起きるであろう。
、座金50、及び、複数の突出部52を含む。封止30は、コレクタ釘40が挿
入される孔を持つ中央ハブ32を含むことが示す。封止30は、更に第1電極材
料15の上面16と接触し得るV字型部34を含む。 封止30はまた、封止30の周辺に沿って環状に上方に延びる周縁直立壁36
を含む。周縁直立壁36は、コレクタ組立体25のインタフェースと缶12との
間の封止として機能するだけではなく、正極の缶と電池の負極の端子との間に電
気的短絡が生じるのを防ぐための電気絶縁体として機能する。 剛性金属で形成された内カバー44は、剛性を強め、コレクタ組立体25の半
径方向の圧縮を支え、それにより封止の有効性を改善するために準備されている
。図1で示すように、内カバー44は、中央ハブ部32及び周縁直立壁36に接
触するように構成されている。コレクタ組立体25をこのように構成することに
より、内カバー44は、コレクタ釘40が中央ハブ部32を圧縮できるように役
立つ一方で、缶12の内面による周縁直立壁36の圧縮も支える。
縁直立壁36により形成される領域から延びて、コレクタ釘40の頭部42と電
気的に接触するように構成されている。外カバー45は、いかなる接触損失をも
防ぐように、コレクタ釘40の頭部42に溶接してもよい。図1で示すように、
コレクタ組立体25が缶12の解放端に挿入された時、コレクタ釘40は、電解
質・第2電極材料混合物20内に深く貫通し、それと十分な電気的接触を確立す
る。図1で示す例で、外カバー45は、外カバー45の周囲に沿って上方へ延び
る唇縁47を含む。唇縁47より大きな長さを持つ封止30の周縁直立壁36を
形成することにより、周縁直立壁36の一部分は、缶12の上部周縁13のどの
部分も外カバー45と接触しないようにするため、折り込み工程の間に唇縁47
の上に折り曲げることができる。
力をそのような圧力が過剰になった時に軽減することのできる圧力軽減機構が準
備される。更にまた、内カバー44及び外カバー45は、通常水素ガスを電池1
0の外に逃がすことができる開口部を備える。図示された機構は、封止30と内
カバー44との間に準備された環状金属座金50及び複数の突出部52を含む。
各突出部52は、封止30の薄い中間部38に押しつけられる尖端53を含む。
電池10の内部圧力が増加し、それに従って封止30が内カバー44へ向かう押
し上げにより変形した時、突出部52の尖端53が封止30の薄い中間部38を
突き通し、それにより封止30を破裂させ内部で発生したガスが開口部43を通
って逃げることができるように、突出部52は、内カバー44の低い方の内面に
対して斜めに向けられている。 上記で説明したコレクタ組立体25は、上記で着目した全ての目標とする機能
を満足に果たすのであるが、その断面形状から明らかなように、この特別なコレ
クタ組立体は、電池10の内部の空間の相当部分を占めるのである。図1で示す
構造は、電池構造のほんの1例に過ぎないことに注意されたい。扁平な、従って
電池内部でより小さな空間しか占めない別のコレクタ組立体が存在する。しかし
そのようなコレクタ組立体は、通常その占有容積の低減をコレクタ組立体の封止
特性か圧力軽減機構の性能及び信頼性かを犠牲にして達成するのである。
図2A及び図2Bで示す表に列記してある。表は、Dサイズ、Cサイズ、AAサ
イズ、及び、AAAサイズの電池に対する容積(立法センチメートル)を列記し
ている。図1Aに列記した市販の電池に対するコレクタ組立体容積、及び、全電
池容積のうちコレクタ組立体を構成する部分の割合が図2Bに与えられている。
また図2Aに、全電池容積のうち電気化学的な活性材料を収容するのに利用でき
る内部容積を構成する部分の割合が与えられている。
す電池の場合、全容積は、理想的には図3Aに示すような全斜線部を含む。電池
の「内部容積」は、図3Bに示す斜線部により表される。ここで使用する「内部
容積」とは、電池の封止された容積に閉じこめられる如何なる(コレクタ釘を除
き)空洞や電気化学的に不活性な材料のほか、電気化学的な活性材料を収容する
電池又はセル内部の容積である。そのような化学的不活性材料には、隔壁、導体
、及び、電極内の如何なる不活性添加物をも含まれ得る。ここで述べる「電気化
学的活性材料」と言う語は、正負の電極及び電解質を含む。「コレクタ組立体容
積」は、コレクタ釘、封止、内カバー、座金、突出部、及び、負極カバーの底表
面と封止との間の如何なる空洞容積をも含む(図3Cの斜線により指示す)。「
容器容積」は、缶の容積、ラベル、負極カバー(外カバー45)、ラベルと負極
カバーとの間の容積、正極カバー、及び、正極カバーと缶との間の空洞容積を含
む(図3Dの斜線部で示す)。ラベルが負極カバー上又は負極カバー内に延びて
接触している場合、ラベルと負極カバーとの間に存在する空洞容積は容器容積に
含められ、従ってまた全容積の一部と考えられる。そうでない場合には、空洞部
分は、容器容積にも全容積にも含められない。
容積」に等しいことを理解されたい。従って、電気化学的活性材料を収容するの
に使用できる内部容積は、コレクタ組立体容積及び容器容積を計測し、計測した
電池の全容積からコレクタ組立体容積及び容器容積を減算することにより確定す
ることができる。 電気化学的電池の外径は、一般的に米国規格協会(ANSI)又は他の標準規
格組織により一定なので、コレクタ組立体が占める空間が大きいほど電池内で電
気化学的材料が使用できる空間が少なくなる。従って、電池内で供給される電気
化学的材料の量の低減により電池の有効寿命が短くなる。従って、電気化学的活
性成分が利用できる電気化学的電池内の内部容積を最大にすることが必要である
。
する一方で、コレクタ組立体が占める空間及び容器容積が占める空間を最小にす
る電気化学的電池を構成することにより上記が達成し得ることが見出された。 従って、本発明は、第1の態様として 少なくとも正負の電極及び電解質を含む電気化学的活性材料を収容し、解放端
と閉鎖端とを含む缶と、 前記缶の前記解放端に亘って置かれた第1の外カバーと、 前記第1の外カバーに電気的に結合し、前記缶内を内部に延びて前記正負の電
極の一方と電気的に接触するコレクタと、 L字型断面を持ち、前記缶を前記第1の外カバーから電気的に絶縁して前記第
1の外カバーと前記缶との間に封止を作り出すため前記缶と前記第1の外カバー
との間に配置された環状封止と、を含む電気化学的電池を提供する。
の解放端に置かれるように作られたカバーと、 前記カバーに電気的に結合し、前記缶内で内部に延びて前記正負の電極の一方
と電気的に接触するように作られたコレクタと、 L字型断面を持ち、前記缶を前記カバーから電気的に絶縁し、前記カバーと前
記缶との間に封止を作り出すように作られた、前記カバーと封止的に係合する環
状封止と、を含む電気化学的電池用のコレクタ及び封止組立体を提供する。
を準備する段階と、 少なくとも正負の電極及び電解質を含む電気化学的活性材料を前記缶に配置す
る段階と、 コレクタ・カバー組立体を形成するためにコレクタを第1の外カバーに固定す
る段階と、 コレクタ・カバー・封止組立体を形成するためにL字型断面を持つ環状封止を
前記コレクタ・カバー組立体の周囲に固定する段階と、 前記コレクタと前記第1の外カバーとが前記正負の電極の一方と電気的に接触
するように前記コレクタ・カバー・封止組立体を前記缶内に配置し、その結果、
前記環状封止が前記第1の外カバーと前記缶との間に封止を形成するように前記
第1の外カバーを前記缶の前記解放端内に配置する段階と、を含む電気化学的電
池を準備する方法を提供する。
表面に形成されることがより好ましい。 有利なことには、外カバーを缶から電気絶縁するL字型断面を持つ環状封止を
使用することにより、かなり扁平なコレクタ組立体が利用でき、それにより電気
化学的電池内に占める空間がかなり小さくなる。更に、この配置により従来の組
立体よりも時間の経過による水損失の低い電池構造が可能になり、それにより電
池の保存期間が延びる。本発明の追加の利点は、利用可能電池容積に多くの割合
を占めずに信頼性のある圧力軽減機構を備えることが可能なことである。更に別
の利点は、電池構造が製造するのにより簡単で、より少ない材料しか必要とせず
、そのため恐らく製造コストがより低くなることである。その上、電池を十分に
封止するために缶によって加えられる半径方向の圧縮力がより少なくて済み、そ
の結果、より薄い側壁を持つ缶の使用が可能になり、従ってより大きな内部電池
容積をもたらす電池構造が可能になる。 本発明は、図を参照することにより一層良く理解されるであろう。
するのに利用できる電池の内部容積を、電池に設ける圧力軽減機構の信頼性を低
減して損なうことなく、そうでない場合に電池が漏れを生じるであろう可能性を
増大させることなく、増加させることである。 電気化学的電池は、少なくとも正負の電極及び電解質を含む電気化学的活性材
料を収容する缶を含み、その缶は、解放端と閉鎖端、及び、その解放端と閉鎖端
との間に延びる側壁とを持ち、第1の外カバーは、缶の解放端に亘って置かれ、
コレクタは、電気的に第1の外カバーに結合され、缶内を内部に延びて正極及び
負極の一方と電気的に接触し、L字型断面を持つ環状封止は、缶を第1の外カバ
ーから電気的に絶縁するため、及び、第1の外カバーと缶との間に封止を作り出
すために、缶と第1の外カバーとの間に配置されている。該封止は、J字型の断
面を形成するために延長した垂直部材を更に含み得る。
過剰になった時、缶内部からの内部圧力を逃がすために缶の閉鎖端に形成される
。その結果、既知の複雑なコレクタ・封止組立体は、使用する容積がより少なく
部品数がより少ない本発明のコレクタ組立体と置き換えることができる。従って
、内部電池容積効率における相当の改善を得ることができる。 圧力軽減機構は、好ましくは缶の表面に溝を備えることにより形成される。こ
の溝は、例えば缶の底表面の鋳造、底表面の切削、又は、正極が成形される時に
缶の底表面に溝を成形することにより形成される。AAサイズの電池の場合、鋳
造した溝の底における金属の適切な厚さは約50ミクロン(2ミル)である。D
サイズの電池の場合、適切な厚さは、約75ミクロン(3ミル)である。溝は、
約300度の弧として形成され得る。溝により形成された形状を少し開いておく
ことにより、圧力軽減機構は、効果的な蝶番を持つことになる。
ように、圧力軽減機構は、好ましくは外カバーの下に配置される。また、電池が
、他の電池と共に電池正極端子の末端が他の電池の負極に押しつけられる直列で
使用される場合、外カバーを圧力軽減機構の上に準備することは、正極の突起の
もとでこの機構が外側にたわむことを可能にし、最終的には破裂させる。そのよ
うな環境で外カバーが無い場合、2つの電池の接触は、圧力軽減機構の破裂をそ
うではなく防ぐことができる。更に、外カバーが圧力軽減機構を覆っていない場
合、電池の正極末端にある圧力軽減機構は、損害をもっと受け易いであろう。外
カバーはまた、圧力軽減機構を周囲環境の腐食効果から防護し、従って早々に通
気孔があいたり漏れが生じたりする可能性を低減する。従って、圧力軽減機構は
、好ましくは、電池缶の閉鎖端における外カバーの下に形成される。外カバーは
、好ましくは、電池の正極外部端子として機能する。 溝により囲まれる領域のサイズは、過剰な内部圧力で破裂する時、溝内部の領
域が外カバーに妨げられることなく正極突出部内部の蝶番で枢点するように選択
されることが好ましい。一般に、溝により形成される領域は、選択された溝の深
さのほか、缶の直径と圧力軽減機構が破裂して内部で発生したガスが逃げるその
圧力とに左右される。
けることにより封止される。封止材は、他の適切な材料も使うことができるが、
好ましくはナイロンである。好ましくは負極として機能し、好ましくは折返し縁
部部を持つ外カバーは、封止内に挿入される。続いて、缶の外縁は、封止及びカ
バーを正しく保持するために折り込まれる。封止を正しく保持し易いように、好
ましくは缶の解放端の周囲にビードが形成される。封止は、好ましくはアスファ
ルトのような材料で覆われ、封止を電気化学的活性材料から保護し、より良好な
封止をもたらす。 環状封止は、その最も外側の周囲に延長垂直壁、封止の半径方向内側により低
い垂直壁を含み、垂直壁の間に形成された水平方向の基礎部材を持ってJ字型の
断面を構成し得る。短い垂直部分があるので、この環状封止は、ここでJ字型又
はL字型断面の何れかを持つものとして言及されるのである。J字型封止もまた
、低い垂直部分をなくすように配置して、単純なL字型断面を形成するができる
ことを理解されたい。
円筒形の缶は、解放端、及び、好ましくは缶の閉鎖に先立って内部に収容される
電池材料を受け入れるためのビード、を形成する側壁を持つように形成される。
缶内部に、隔壁及び何らかの添加物のほか、正負の電極及び電解質を含む活性な
電気化学的電池材料が収容される。カバーの底表面に固定されたコレクタと共に
、外カバー及び環状封止が組立てられ、缶の解放端に挿入され、缶を封止して塞
ぐ。好ましくは釘であるコレクタは、外カバーの底表面にスポット溶接のような
溶接により固定されるのが好ましい。コレクタ及びカバーは、共に封止に係合さ
れてコレクタ組立体を形成し、コレクタ組立体は、外カバーの好ましくは折り曲
げられた周縁が、封止を支えるビード上方の環状封止の内壁に対して配置される
ように、缶に挿入される。コレクタ組立体は、缶の解放端内に強制配置されて、
缶の開口部にぴったりと係合してそれを塞ぐ。その後、缶の外縁は、好ましくは
内側に折り曲げられ、軸方向に力を加えて、封止及び外カバーを正しい位置に保
つ。
される。防食被膜は、電気化学的に負極と適合する材料を含む。そのような電気
化学的適合材料の例には、エポキシ、テフロン(登録商標)、ポリオレフィン、
ナイロン、弾性重合体材料、又は、他の如何なる不活性材料も、単独であれ他の
材料との組み合わせであれ含まれる。被膜は噴霧又は塗布され、外カバー及びコ
レクタの内面の好ましくは電池の正負の電極上方の空洞部分で活性材料に曝され
る部分を覆う。カバーの内面は、錫、銅、又は、他の同様に電気化学的に適合す
る材料でメッキされ得ることもまた理解されたい。防食被膜を施すことにより、
外カバー及びコレクタの腐食が低減、及び/又は、防止され、それにより、もし
それがない場合に電気化学的電池内で生じ得るガス発生の量を好都合に低減する
。電池内のガス発生の低減は、内部圧力蓄積の低減をもたらす。
出部を持つように缶を形成してもよい。このようにして、缶の閉鎖端と正極外カ
バーとの間に存在する空洞は、電気化学的活性材料を収容するか、又は、そうで
なければ、いずれにせよ電池内に設ける必要があるガスを集めるための空間とし
て使用してもよい。缶の底に直接に突出部を形成することにより得られる電池容
積の増加は、図7Aの表には与えられていないが、この内部容積は、表に列記さ
れた別々のカバーで形成された電池に対する列記された容積よりも通常1%大き
いことが当業者には理解されるであろう。
えられる。ラベル基板と共にではなく印刷層として缶外部の上に直接ラベルを加
えることにより、ANSI又は他の外部寸法標準規格を満足する電池を構築する
のにラベル基板の厚みを考慮する必要がないので、電池の内部容積は更に増加す
るであろう。「直接に」という語は、印刷層と缶の外面との間にラベル基板が存
在しないことを意味する。現在のラベル基板は、75ミクロン(3ミル)程度の
厚みを持つ。そのようなラベル基板は、重なり合って電池の長さに沿って走る合
わせ目を形成するので、これらの従来のラベルは、事実上直径に約250ミクロ
ン(10ミル)、電池の折り曲げ高さに330ミクロン(13ミル)加える。結
果として、電池は、ANSI又は他の寸法標準規格を満足するために、ラベルの
合わせ目の厚みを収容するように直径を選択しなければならない。しかし、石版
印刷されたラベルを直接缶の表面に印刷することにより、缶の直径は、これに対
応して約250ミクロン(10ミル)増加することになろう。そのような缶の直
径の増加は、電池の内部容積を相当に増加させるであろう。従って、基板付きラ
ベルを備えた電池の内部容積は、もしラベルが缶の外部に直接印刷されると、例
えばDサイズの電池で2%(1.02立方センチメートル)、Cサイズの電池で
2.6%(0.65立方センチメートル)、AAサイズの電池で3.9%(0.
202立方センチメートル)、AAAサイズの電池で5.5%(0.195立方
センチメートル)ほど更に増加し得る。
、ラベル画像を先ず転写媒体に印刷し、次いで直接缶外部に転写するものである
。歪み石版印刷もまた使用してよい。歪み石版印刷は、引き続いて平面材料が電
池缶の管又は円筒に形成される時の平面材料の応力歪みを計算に入れて、意図的
にゆがめられた図形を平面材料に印刷するものである。 石版印刷ラベルの印刷に先立って、缶の外面が好ましくは清掃される。缶への
印刷の固着を強めるために、缶の外面に下塗り剤の基礎塗りが行われる。既知の
石版印刷技術により次ぎに印刷層が缶の基礎塗りの上に直接塗布される。ラベル
は、更に、電気絶縁保護被膜を含むことがある。ワニス保護被膜は、好ましくは
印刷層の上に塗布して印刷層を覆って保護し、また、電気絶縁層として機能する
。印刷したラベルは、高温加熱又は紫外線放射技術の使用により硬化されてもよ
い。
低減し、最大で約13ミクロン(0.5ミル)となろう。特別の実施形態では、
印刷ラベルは、約2.5から5ミクロン(0.1から0.2ミル)の範囲の厚さ
の基礎塗り層、約2.5ミクロン(0.1ミル)の厚さの印刷層、及び、約2.
5から5ミクロン(0.1から0.2ミル)の範囲の厚さのワニス保護被膜層を
持つ。 ラベルの厚さを低減することにより、缶の直径を増加することができ、それに
より電池の所定の外径を維持しながら、活性電池材料に利用できる容積の一層の
増加をもたらすことができる。
るのに要求されたものに比べて厚い壁を必要としないので、以下で理解される通
り、上記の構築の利用を通して、電池缶は、100から200ミクロン(4から
8ミル)の程度のより薄い壁で形成することができる。その上、ラベルは、電池
缶の外面上に直接石版印刷してもよい。缶壁をより薄くし、ラベルを電池缶の外
面上に直接石版印刷することにより、ANSIの外部寸法標準規格を満足する電
池を構築するのにラベル基板の厚みを考慮する必要がなくなるので、電池の内部
容積は更に増加する。 本発明がアルカリ電池に対して主要な応用性を持つものとして説明されている
一方で、その革新的構造を他の電気化学的システムを利用する電池に利用するこ
とにより、同様の利益が得られることを当業者は理解するであろう。例えば、革
新的構造は、炭素亜鉛やリチウムを基礎とする電池のような1次システム、及び
、NiCd、金属水素、及び、Liを基礎とする電池のような蓄電池に利用して
もよい。更に、本発明のある特定構造は、未加工電池(すなわちバッテリパック
やマルチセル電池で使用されるようなラベルのない電池)に使用し得る。加えて
、本発明は、上記で円筒形電池と結びつけて説明してきたが、本発明のある特定
構造は、角柱電池を構築するのに利用してもよい。
いる。図4A、図4B、図5、及び、図6に示すように、圧力軽減機構370は
、缶312の底表面に溝372を準備することにより形成される。圧力軽減機構
370は、外カバー311の下に配置される。図4A及び図4Bに示すように、
J字型断面を持つナイロン封止330又はL字型断面を持つナイロン封止330
’を缶312の解放端に配置し、折返し縁部347を持つ負極外カバー345を
ナイロン封止330又は330’に挿入し、その後、缶312の外縁313を折
り返して封止330又は330’、及び、負極外カバー345を正しい位置に保
持することにより、缶312の解放端を封止する。封止330又は330’を正
しい位置に保持するのを補助するために、缶312の解放端周囲の周りにビード
316が形成される。ナイロン封止330又は330’は、アスファルトで被覆
され、それにより電気化学的活性材料からその封止を保護し、より優れた封止を
もたらす。
び、封止の半径方向内側により低い垂直壁336を含み、垂直壁332及び33
6の間に形成された水平方向の基礎部材334を持つJ字型断面で構成された環
状ナイロン封止が示される。低い垂直部分336があるので、この環状封止は、
ここでJ字型又はL字型断面の何れかを持つものとして言及されるのである。J
字型ナイロン封止330もまた、低い垂直部分336が無いように構成して、図
4Bに見るような単純なL字型断面を形成し得る。
示される。円筒形の缶312は、解放端及び缶の閉鎖に先立って内部に収容され
る電池材料を受け入れるためのビード316を形成する側壁を持つように形成さ
れる。缶312内部に隔壁及び何らかの添加物のほか、正負の電極及び電解質を
含む活性電気化学的電池材料が収容される。カバー345の底表面に溶接された
コレクタ釘340と共に、外カバー345及び環状ナイロン封止330が組立て
られて缶312の解放端に挿入され、缶312を封止して塞ぐ。コレクタ釘34
0が外カバー345の底側面にスポット溶接により溶接される。コレクタ釘34
0とカバー345とを共に封止330に係合させてコレクタ組立体を形成し、コ
レクタ組立体は、外カバー345の折返し縁部347が、封止330を支えるビ
ード316上方の環状封止330の内壁に対して配置されるように缶312に挿
入される。コレクタ組立体は、缶312の解放端内に強制配置されて、缶の開口
部にぴったりと係合してそれを塞ぐ。その後、缶312の外縁313は、内側に
折り曲げられ、軸方向に力を加えて、封止330及び外カバー345を正しい位
置に保つ。
340の頭部は、防食被膜344で被覆されていることが示される。防食被膜3
44は、電気化学的に負極と適合する材料を含む。被膜344は、噴霧又は塗布
され、外カバー345及びコレクタ釘340の内面の電池の正負の電極上方の空
洞部分で活性材料に曝される部分を覆うことが好ましい。防食被膜を施すことに
より、外カバー及びコレクタの如何なる腐食も低減、及び/又は、防止される。 図によって示され、上記で説明した実施形態は単に例示的であり、本発明の範
囲を限定するものではないことを理解されたい。
が利用可能な内部容積は、コンピュータ援用設計(CAD)の図、写真、又は、
エポキシ樹脂に封入して縦に切断した電池の実物断面を調査することにより測定
される。CAD図、写真、又は、実物縦断面を使用して電池寸法を調査し測定す
ることにより、電池内部に存在する全ての空洞容積を含めたものを計算に入れる
ことができる。全電池容積を測定するために、その中央縦方向の対称軸線を通っ
て切断した電池の断面図を調査し、幾何学的計算により全容積を測定する。電気
化学的活性材料を収容する内部容積を測定するために、中央縦方向の対称軸線を
通って切断した電池の断面図を調査し、電池の封止された容積内部に閉じ込めら
れた電気化学的活性材料、空洞容積、及び、化学的不活性材料(コレクタ釘以外
)を含む内部容積を構成する要素を幾何学的計算により測定する。同様に、コレ
クタ組立体容積を測定するために、その中央縦方向の対称軸線を通って切断した
電池の断面図を調査し、コレクタ釘、封止、内カバー、及び、負極カバーの底表
面と封止との間に形成されるいかなる空洞をも含むコレクタ組立体容積を構成す
る要素を幾何学的計算により測定する。容器の容積は、電池の中央縦方向断面を
調査し、缶、ラベル、負極カバー、ラベルと負極カバーとの間の空洞容積、正極
カバー、及び、正極カバーと缶との間の空洞容積により占められる容積を計算す
ることにより同様に測定することができる。
とにより行われる。電池及びその構成要素は、通常軸対称であるので、これによ
り正確な容積が与えられる。電池の幾何学的形状図を得るために、電池は、先ず
エポキシ樹脂に封入され、エポキシ樹脂が固化した後、封入された電池とその構
成要素は、対称軸線を通る中央断面に至るまで研削された。更に詳細には、電池
は、最初にエポキシ樹脂に封入され、次いで中央断面に達しないところまで研削
された。次ぎに、仕上がり断面の測定がより良くできるように、負極、正極、及
び、隔壁の紙のような、全ての内部構成要素が取り去られた。封入された電池は
、次いで全ての残留屑が一掃され、空気乾燥され、残る空洞容積は、エポキシ樹
脂で満たされ、中央までの研削研磨が完了する前に電池にある完全性を与える。
電池は、再びその中心断面に仕上がるまで研削研磨され、その後図面に透写され
、それから容積が測定される。 電池をエポキシ樹脂に封入する前に、電池の測定がパスで行われ、全体の高さ
、折り曲げの高さ、及び、電池の頂部、底部、及び、中間部での外径が測定され
た。加えて、同一の電池が分解され、その構成要素が測定された。分解した電池
の構成要素の測定は、電流コレクタ釘の直径、電流コレクタ釘の長さ、電流コレ
クタ釘の負極カバーまでの長さ、及び、ラベルを除いた電池の頂部、底部、中間
部での外径を含む。
で研削されると、電池の断面図は、図面を作るのに使用された。ソフトウェアQ
C−4000を備えるミツトヨ光学比較測長器を使用して、電池の輪郭及びその
個々の構成要素を透写し、電池の中央断面図を作り出した。それを行う時、電池
は正しい位置にしっかりと固定され、電池構成要素の輪郭は、後で問題の電池容
積を計算する立体モデル化ソフトウェアに使用できる書式で保存された。しかし
、何らかの容積寸法を取る前に、図面を調節して電池の中心に正確に整列してい
ない如何なる電池構成要素をも補償してよい。これは、電池の断面を作る前に電
池から取られた寸法や分解された同一電池から取った寸法を使用して行ってもよ
い。例えば、容積測定用に図面を一層正確にするために、電流コレクタ釘の直径
と長さ、及び、電池の全体的な外径を修正して、図面がその対応する既知の断面
寸法を含むように調節することにより図面を一層正確に描くことができる。封止
、カバー、及び、折り曲げ区域の詳細は、それらが光学比較測長器上に描かれた
時に使用された。
た。立体3次元容積表現は、左右両方の断面輪郭を縦方向の対称軸線について1
80度回転することにより生成された。従って、問題の各領域の容積がソフトウ
ェアにより計算され、左右両側を180度回転し、左右の容積を合計することに
より平均容積の値が測定されたが、これは、電池が非対称形態を持っている場合
には有利であろう。如何なる非対称形態をも含む容積は、一層正確な容積測定値
が得られるように必要なだけ調整できる。
1998年10月2日出願の米国特許出願第60/102,951号、及び、1
998年8月21日出願の米国特許出願第60/097,445号において更に
十分に開示されている。図7Aの「缶底の圧力軽減」及び「薄い壁を備える缶底
の圧力軽減」と付された行で、図4Aで示した構造を使用して構築されたDサイ
ズの電池は、缶壁が250ミクロン(10ミル)の厚さの時、93.5容積パー
セントの内部容積を持ち、缶壁が200ミクロン(8ミル)の厚さの時、94.
9容積パーセントの内部容積を持つ。図7Bで示すように、図4Aで示した構造
を使用して構築されたDサイズの電池は、缶壁が250ミクロン(10ミル)及
び200ミクロン(8ミル)の厚さの時、全容積の2パーセントのコレクタ組立
体容積を持つ。同様の構造を持つC、AA、及び、AAAサイズの電池もまた、
内部容積効率において図7Aの表から明らかなように、相当の改善を示している
。
と電気化学的活性材料を収容するのに利用可能な内部電池容積とを示す表である
。
立体容積とを示す表である。
電池の断面図である。
電池の断面図である。
電池の断面図である。
電池の断面図である。
力軽減機構を持つ、本発明の実施形態により構成されたCサイズアルカリ電気化
学的電池の断面図である。
れたCサイズアルカリ電気化学的電池の頭部の断面図である。
の分解全体図である。
計算値を示す表である。
の計算値を示す表である。
Claims (29)
- 【請求項1】 少なくとも正負の電極及び電解質を含む電気化学的活性材料
を収容し、解放端と閉鎖端とを含む缶と、 前記缶の前記解放端に亘って置かれた第1の外カバーと、 前記第1の外カバーに電気的に結合し、前記缶内を内部に延びて前記正負の電
極の一方と電気的に接触するコレクタと、 L字型断面を持ち、前記缶を前記第1の外カバーから電気的に絶縁して前記第
1の外カバーと前記缶との間に封止を作り出すため前記缶と前記第1の外カバー
との間に配置された環状封止と、 を含むことを特徴とする電気化学的電池。 - 【請求項2】 圧力軽減機構は、内部圧力が過剰になった時に前記缶内から
前記内部圧力を逃がすために前記缶の表面に形成されることを特徴とする請求項
1に記載の電気化学的電池。 - 【請求項3】 前記圧力軽減機構は、前記缶の前記閉鎖端に形成された溝を
含むことを特徴とする請求項2に記載の電気化学的電池。 - 【請求項4】 前記缶の前記閉鎖端にそれと電気的に接触して置かれ、前記
圧力軽減機構の上に重なる第2の外カバーを更に含むことを特徴とする請求項2
又は請求項3のいずれか1項に記載の電気化学的電池。 - 【請求項5】 前記第2の外カバーは、前記正の電極と電気的に結合して正
極外部電池端子として機能し、前記第1の外カバーは、前記負の電極と電気的に
結合して負極外部電池端子として機能することを特徴とする請求項4に記載の電
気化学的電池。 - 【請求項6】 前記第1の外カバーは、外部周縁部に形成される折り返し縁
を持つことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電気化学
的電池。 - 【請求項7】 前記環状封止は、J字型断面を形成する垂直部材を更に含む
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電気化学的電池
。 - 【請求項8】 前記コレクタは、釘を含むことを特徴とする請求項1から請
求項7のいずれか1項に記載の電気化学的電池。 - 【請求項9】 前記第1の外カバーの内面に被覆される、電気化学的に適合
する材料から成る保護被膜を更に含むことを特徴とする請求項1から請求項8の
いずれか1項に記載の電気化学的電池。 - 【請求項10】 前記被膜は、前記第1の外カバーと結合した前記コレクタ
の一端に少なくとも部分的に更に延びることを特徴とする請求項9に記載の電気
化学的電池。 - 【請求項11】 前記環状封止は、ナイロンを含むことを特徴とする請求項
1から請求項10のいずれか1項に記載の電気化学的電池。 - 【請求項12】 前記環状封止は、延長垂直部材を更に含んでJ字型断面を
形成することを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電気
化学的電池。 - 【請求項13】 前記第1の外カバーの内面に少なくとも部分的に延び、前
記電気化学的電池内の腐食とガス発生とを低減する電気化学的に適合した材料を
備える保護被膜を含むことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項
に記載の電気化学的電池。 - 【請求項14】 前記被膜は、エポキシ、テフロン(登録商標)、ポリオレ
フィン、ナイロン、弾性重合体材料、及び、それらの混合物から選択された材料
を含むことを特徴とする請求項13に記載の電気化学的電池。 - 【請求項15】 前記電池は、円筒形電池であることを特徴とする請求項1
から請求項14のいずれか1項に記載の電気化学的電池。 - 【請求項16】 少なくとも正負の電極及び電解質を含む電気化学的活性電
池材料を収容する缶の解放端に置かれるように作られたカバーと、 前記カバーに電気的に結合し、前記缶内で内部に延びて前記正負の電極の一方
と電気的に接触するように作られたコレクタと、 L字型断面を持ち、前記缶を前記カバーから電気的に絶縁して前記カバーと前
記缶との間に封止を作り出すように作られ、前記カバーと封止的に係合する環状
封止と、 を含むことを特徴とする、電気化学的電池用のコレクタ及び封止組立体。 - 【請求項17】 前記カバーは、その外部周縁部に形成された折り返し縁を
持つことを特徴とする請求項16に記載の組立体。 - 【請求項18】 前記環状封止は、延長垂直部材を更に含んでJ字型断面を
形成することを特徴とする請求項16又は請求項17のいずれか1項に記載の組
立体。 - 【請求項19】 前記コレクタは、釘を含むことを特徴とする請求項16か
ら請求項18のいずれか1項に記載の組立体。 - 【請求項20】 前記環状封止は、ナイロンを含むことを特徴とする請求項
16から請求項19のいずれか1項に記載の組立体。 - 【請求項21】 解放端と閉鎖端、及び、前記解放端と前記閉鎖端との間に
延びる側壁を持つ缶を準備する段階と、 少なくとも正負の電極及び電解質を含む電気化学的活性材料を前記缶に配置す
る段階と、 コレクタ・カバー組立体を形成するためにコレクタを第1の外カバーに固定す
る段階と、 コレクタ・カバー・封止組立体を形成するためにL字型断面を持つ環状封止を
前記コレクタ・カバー組立体の周囲に固定する段階と、 前記コレクタと前記第1の外カバーとが前記正負の電極の一方と電気的に接触
するように前記コレクタ・カバー・封止組立体を前記缶内に配置し、その結果、
前記環状封止が前記第1の外カバーと前記缶との間に封止を形成するように前記
第1の外カバーを前記缶の前記解放端内に配置する段階と、 を含むことを特徴とする、電気化学的電池を組み立てる方法。 - 【請求項22】 前記缶の側壁を前記解放端で半径方向内側に折り曲げる段
階を更に含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。 - 【請求項23】 内部圧力が過剰になった時、前記缶内から前記内部圧力を
逃がすために前記缶の前記閉鎖端において表面に形成された圧力軽減機構を準備
する段階を更に含むことを特徴とする請求項21又は請求項22のいずれか1項
に記載の方法。 - 【請求項24】 前記圧力軽減機構を準備する段階は、前記缶の前記閉鎖端
に溝を形成する段階を含むことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - 【請求項25】 前記缶の前記閉鎖端に置かれ、前記圧力軽減機構の上に重
なる第2の外カバーを前記閉鎖端と電気的に接触して接続する段階を更に含むこ
とを特徴とする請求項23又は請求項24のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項26】 前記第1の外カバーの前記外部周縁部に折り返し縁を形成
する段階を更に含むことを特徴とする請求項21から請求項25のいずれか1項
に記載の方法。 - 【請求項27】 J字型断面を備えるために延長垂直部材を含む前記環状封
止を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項21から請求項26のいず
れか1項に記載の方法。 - 【請求項28】 前記第1の外カバーの内面に、電気化学的に適合する材料
から成っている保護被膜を施す段階を更に含むことを特徴とする請求項21から
請求項27のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項29】 前記保護被膜を施す段階は、エポキシ、テフロン(登録商
標)、ポリオレフィン、ナイロン、弾性重合体材料、及び、それらの混合物から
選択された材料を施す段階を含むことを特徴とする請求項28に記載の方法。
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