JPS597184B2 - ガス減極電気化学電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ネ発明は一般的に電気化学的電池に係り、更に詳細にい
えば、ボタン状の外観により一般にボタン電池と呼称さ
れている補聴器等に利用されるガス減極電気化学的電池
に係るものである。

本発明のガス減極電池は改良された電解液密封作用を有
すると共に物理的寸法に比較して従来のものより容量が
大きい。本発明ａ刊の面は最少限の部品を有する密封さ
れた電池を製造するため寸法決め工程も含む種々の工程
により電池を組立てる方法に孫るものである。

ガス減極電池の概念は幾多の特許明細書に記載されてい
るように当業界では新しいものではない。

本発明に最も関係のある特許ぱ空気電極の外側に疎水膜
を有する金属・空気電池である。この種の金属・空気電
池の新たな応用例は小型電池の分野である。当業界には
従来技術の小型電池が多く知られているが、今日までボ
タン電池の分野に金属空気電池を応用した例が少ない。
亜鉛・空気電池の１つの例が米国特許第３７４６５８０
号明細書に記載されている。この特許明細書には空気正
極と亜鉛負極とを使用するガス減極ボタン電也力記載さ
れている。本発明はこの種の亜鉛・空気電池を改良しこ
の従来技術の電池に卦ける密封に関する問題を実質的に
解決するものである。

すなわち、前記米国特許明細書に記載した如き金属・空
気ボタン電池では密封に問題がある。たとえば、前記米
国特許の電池は密封するには組合わせ電極の外縁部にプ
ラスチツクのストリツプを射出成形する必要がある。こ
のことは笥池の利用できる容積を減少するばかりでなく
また製造費と電池の組立ての困難とを増すという欠点を
有している。本発明は電池請封すると共に電池の正端子
を負端子から絶縁する作用もする単一の絶縁体を利用す
ることによりこの問題を解決するものである。本発明の
別の面は、２重の機能を果す部品を使用することと電池
の部品を濱封すると同時にこれら部品を一体的に組合わ
せた作動可能な電池に形成する寸法決め処哩とにより電
池の組立が非常に単純化されたことである。

本発明の更に他の１つの面は部品が事実上重複してない
ので電池が同じ物哩的寸法の従来技術の亜鉛ボタン電池
より大なるエネルギー容量を有しているということであ
る。

従つて本発明の目的は本発明は最少限の部品数でかつそ
れらが２重の機能を果すために電池の有効容積を噌大す
るポタン型の改良されたガス減極電気化学電池を提供す
るものである。

この電池は絶縁体として、かつシール材としても作用す
る部材を陰み、この部材は電池の外部接点としても作用
する一対のハウシング（カツプ）の間でハウジングと協
働して漏洩防止電池を形成し、又両接点間を絶縁するも
のである。本発明の目的は更に電池を組立ると同時に電
池を一体のユニツトに密封する寸法決めダイスを利用す
ることにより密封された一体の電池を製造するための電
池組立て方法を提供することである。

添付図面に於て、符号１０は本発明の金属・空気電池の
全般をさし、これは正極ハウジング即ちカツプ１１と、
負極・・ウジング即ちカツプ１２と、負極材料１３と、
正極カツプ１１と負極カツプ１２との間に位置決めされ
た絶酸体１４と、正極組立本１５とを有する。好ましい
実施態様においては、負極用の活性材料１３はアマルガ
ム化岨鉛であるが本発明は必ずしもこの材料に限定され
る ｊものではない。第１図の実施態様にはまた本発明
には絶対的に必要なものではないが安全特性として好ま
しい実施態様に加えてある１つＱ追加の特徴も示してあ
る。こＱ追加の特徴は疎水性電極組立体のガス出入側に
設けられ電池が極端な壌境条件下で漏洩する様な場合に
電解液の吸収部材として作用する吸取シート１６の如き
多孔性物質から成る。正極ハウジング即ちカツプ１１は
断面がほぼ円形で、中高のクラウン部分即ち凹凸部分２
３に一本的に接続するように垂直の側部２６から半径方
向に内方に傾斜している環状の平たい部分２４を有して
いる。

クラウン部分２３はガスが正極組立体１５に拡散できる
ようにする開口２０，２１を有している。２つの開口が
示してあるが、それ以下又はそれ以上の数の開口とした
り開口の寸法を変えることも電池がその作用に十分なガ
スを得られる限り広い範囲で変化させ得る。

クラウン部分２３を設けた目的は電池１０のクリップと
寸法決めとをできるようにするためである。

すなわち、密封卦よび寸法決め作業中に、正極カツプ１
１は正極カツブを含む電池を正極カツプの外径より小さ
い直径を有しているダイス開口により圧縮することによ
り直径を縮少される。正極カツプ１１の外径を圧縮すな
わち減少すると正極カツブの中高部即ちクラウン部分は
更に外方に膨脹せしめられる。もし正極カツプ１１の頂
部がクラウン、即ち凹凸状でなく平たいと、寸法決め工
程によりカツブの頂部は内方に皿形に変形する。もし頂
部が内方に向けて皿形となれば正極カツプの外側を外部
電気接点として使用することは困難となる。従つて、本
発明の好ましい実施態様では、正極カツプ１１の中心部
には寸法決め工程中凹凸形状を保持することが好ましい
凹凸クラウン部分を有している。

しかしながら、正極カツプの頂部がすべての電池に卦い
て同一方向に連続的に皿形になる様に変形するのであれ
ば凹凸状以外の他の形状にすることもできる。密封９よ
び寸法決め工程が正極カップが正極カツブを恒久的に変
形するようにすなわちカツプの材料の座屈強度を越すこ
とにより直径が十分に縮少されるようにすることが重要
である。典型的な例では、寸法決め以前の正極カツプの
外径は約１１．６９ｗ！（０．４６０インチ）で寸法決
めした後は直径は約１１．５１ｍＣ０．４５３インチ）
である。しかしながら、この寸法は単なる例示にすぎな
い。第１図に卦いて、正極カツプ１１の底部２７は絶縁
体１４と負極カツプ１２とに形状的に相互に組付けられ
るように半径方向に内方に変形されている。

正極ハウジング１１が半径方向に変形しているので、絶
縁体１４は絶縁密封部材であり、正極カツプ１１と負極
カツプ１２との間に圧力係合状態に保持される。絶縁体
即ち絶縁密封部材１４は正極カツプ１１と負極カツプ１
２との間の電気的接触を防止するばかりでなく電解液用
のシールの作用をなすほぼ逆Ｌ型断面の環状の部材から
出来ている。絶縁密封部材１４は正極組立体１５に角度
的に係合する傾斜した環状頂部５０と負極カツプ１２の
縁部を越えて半径方向に内方に延びている環状下部５１
とを有する環状部分と壌状部分外周辺から懸下するスカ
ート部５２とを有している。絶縁密封部材１４は任意適
当な不導体材料で作ることもできるが、高密度ポリエチ
レン、ポリプロピレンまたはナイａンの々口き積層可能
な重合体のプラスチツク材料が望ましい。

絶縁密封部材１４に使用する材料は低温流動の傾向が殆
んどないもの力望ましい。本発明では正極カツプと負極
カツプとの間で絶縁体を圧縮することによりシールが形
成されるので、もし絶縁密封部材が圧力の下に流れると
シールの効果が害われることは明かである。電池１１が
第１図に示した如く組立てられ、密封され、寸法決めさ
れると、正極カツプ１１の下方部分２７は半径方向に内
方に変形されすなわち締付けられ絶縁密封部材１４を正
極カツプ１１の下方部分２７と負極カツプ１２との間で
圧縮して絶縁密封部材１４とそれに圧力接触しているカ
ツブのそれぞれの表面との間をきつく圧力嵌合すなわち
シールを形成する。

従つて、本発明の１つＯ時徴は漏洩防市電池を形成する
ため絶縁部材を間で圧縮する様に接触協働するハウジン
グ部材すなわちカツプを使用することである。

更にまた、負極カツプ１２の環状縁部６２は絶縁密封部
材１４の下側に衝合していてすなわち軸線方向に圧接し
ていて周囲に電解液力凋洩するのを防止する付加的な密
封面を形成する。

図面を見れば判るように、縁部６２は実際には絶縁密封
部材１４中に幾分埋込まれている。縁部６２の最小幅が
密封卦よび寸法決め工程中に絶縁密封部材１４を剪断す
る程度に小さくならないように、または絶縁密封部材と
良好な接触を行うのを妨げる程度に大きくならないよう
に注意する必要がある。また、負極カツブ１２の外面と
この外面と正極カツブ１１により圧力接触状態に保持さ
れている絶縁密封部材１４の内面との間にもシールが形
成される。同様に、絶縁密封部材１４と正極カツプ１１
との界面にもこれら２つの部材間が圧力接触状態に保持
されることにより電解液用シールが形成される。絶縁密
封部材１４の頂部５０は正極組立体１５の下側に圧接し
て保持され正極カツプ１１の環状の平たい部分２４とほ
ぼ同じ角度を有するようになされている。

これら環伏面とそのまわりの絶縁体と正極カツプとにほ
ぼ同じ角度をもたせることにより組立て工程中に正極組
立体を絶縁密封部材１４と正極カツプ１１との間に圧搾
しないようにすることである。従つて、正極カツプ１１
の環状の平たい部分２４と絶縁密封部材１４の頂部の平
たい部分５０とは正極組立本の接触面として作用する。
本発明の笥池に卦いては、正極カップと負極カツプとの
間に４つのそれぞれ独立した主密封面が形成されそのう
ちの少くとも２つは？ｕ的な主密封面である。

たとえば、縁部６２と絶縁本の唇状ＧＪ，５ｌとの間の
電解液シールは絶縁本１４の内面と負極カツブ１２の外
面との間の電解液ツールと―連の系列となつている。同
様に、正極カツプ１１の内面と絶縁体１４の外面との間
の電解液シールは唇状部２７を絶縁体１４に部分的に埋
込むことにより形成された環伏部分６０のまわりに形成
された電解液シールに続いている。正極組立体１５は集
電部材すなわちスクリーン３１と、正極材料３２と、疎
水部．材３０とセパレータ３３とからなる。

正極材料３２は典型的にはカーボン・ブラツクと、触５
媒と正極内にわたり拡散される疎水性のバインダーとか
ら成る。正極組立体１５の外面には典型的に多孔性のポ
リテトラフロロエチレンの如き重合本とすることが出来
る疎水性部材３０が設けてある。

しかしながら、他の疎水性材料もまたこの種の金属・空
気電池に使用するのに適している。正極組立体１５は正
極カツプ１１に低い電気抵抗で接触する導電性のコレク
タ・スクリーンすなわち集電部材３１を包含している。

典型的には、正極組立体は当初はその直径が寸法決め以
前の正極カツプ１１の内径とほぼ同じで寸法決め後の阻
付けられた正極カツプ１１の内径より大となるような寸
法にしてある。これがため正極組立体を正極カツプ１１
に入れやすくししかも寸法決め工程中正極カゾプ１１の
直径を減少することによりスクリーン３１と正極カツプ
１１との間を低い低抗で電気的に接触させる。すなわち
、寸法決め工程は電池１１を占封するばかりでなくをた
集電スクリーン３１の円周方向縁部に正極カツプ１１が
半径方向の圧力をかけるので不クリニン３丁と正極カツ
プ１１との間に抵抗の低い電気的圧力接触が行われるよ
うにする。負極カツプ１２内には負極，材料１３がスパ
レータ３３により正極組立体１５と接触しないように位
置決めされている。

この負極材料１３は亜鉛かアマルガム化岨鉛粉末から作
るのが好ましい。しかしながら、本発明はこの例示材料
を使用することにの朔恨定されるものではない。第１図
と、第２図と第３図とには電池の形状と外観とまたその
内部にガスが通過するようにする開口２０，２１とが示
されている。

好ましい実施態様では、吸取りシート１６は正極カップ
１１のクラウン部分２３のすぐ内側に設けてある。吸取
りノート即ち吸取紙１６は極端な環境条件の下に卦いて
生ずることのある電池内での電解液ａ輸洩分を吸収する
ため安全用として付加されている。しかしながら、密封
卦よび寸法決め工程中に正極組立体が絶縁密封部材１４
の環状の平たい頂部５０と正極カツプ１１の下面６３と
の間で軸線方向に圧縮されることにより付加的な有効電
解液シールが形成される。正極組立体のこのような軸線
方向の圧縮は密封され寸法決めされた電池がダイスから
取出された後も維持されて、正常な作用条件の下では、
電解液の電池からの漏洩を防止する。従来技術の電池の
あるものでは、正極組立体１５の縁部にはシールを形成
し電解液が正極を越えて漏洩しないようにするためのプ
ラスチツクがリング状に射出成形されている。しかしな
がら、本発明ではこのようなシールの必要をなくし従つ
て電池の内部容積を一層有効に使用できるようにする。
第４図ないし第９図には本発明の電池組立ての際の種々
の工程が示してある。簡単に説明すると、電池組立ての
際の基本的工程は負極材料を負極カツプに入れることと
、絶縁密封部材を負極カツプ上に置くことと、正極組立
体を正極カツプ内に入れることと、正極組立本を入れた
正極カツプを負極カツプと絶縁密封部材との上に置くこ
とと、上記０未完成電池を寸法決めダイスに入れて圧縮
することとを包陰している。本発明の組立てＪ程を使用
して密封された電池を形成する際に、密封工程の効果を
挙げるためある特徴が加えられている。

本発明の特徴の１つは正極カツプ１１に中高のクラウン
部分２３を形成することである。クラウン部分２３は電
池の正極用の外部接触子を形成すると共にまた電池の組
立て中制御された膨脹部分を形成するので２重の機能を
果す。すなわち、第１図に示した如き電池の密封卦よび
寸法決め中、正極カツブ１１の外径は寸法決めダイス内
で組立てた電池を圧縮することにより減少せしめられる
が、正極カツプ１１の頂部は容易に減少せしめられない
ので、従つて、正極カツプの頂部は必然的に変形される
様になる。正極カツプ１１にクラウン部分を設けること
により、クラウン部分は変形しすなわち上方に付加的な
量だけ変形することにより第１図に示した弧状の形にな
る。負極カップ１２内に負極材料を入れた後に、絶縁体
１４を負極カツプ上に置き負極カツプ半組立体を形成す
る（第５図）。

同様に、正極組立体１５と吸取シート即ち吸取紙１６と
を正極カツプ１１に合わせて配置する（第６図）。次の
工程で、正極組立体１５と吸取シート１６とを正極カッ
プ１１内に入れ正極カツプの半組立体を形成する（第７
図）。前にも述べたように、正極組立体１５の図示寸法
は寸法決め前には正極カツプの内径とほぼ同じに示して
あつて正極組立体が正極カツプに僅かに圧入されるよう
になつている。

しかしながら、正極組立体の外径は寸法決め工程以前の
正極カツプの内径より僅かに小さくても良い。正極組立
体１５の特定の寸法は正甑カツプ１１の直径を縦小中正
極カツプが正極組立体１５Ｑ集電スクリーン３１と電気
的に接触するような程度にしてある。正極カツプ半組立
体と負極カツプ半組立体とが形成された後、正極の半組
立体を負極半組立本の頂部に置く（第８図）。電池が組
立てた状態になると電池は最終的な密封卦よび寸法決め
工程にかけられる。密封卦よび寸法決め１程中、電池を
円錐状にテーパを付した側部８１を有する寸法決めダイ
ス８０（第９図、第９ａ図）に入れる。

寸法決めダイス８０の上方には動力で作動する環状のパ
ンチ８２が位置決めされている。

同様に、ダイス８０の下方にはこのダイス中に突出する
動力作動のパンチ９０が位置決めされ、このパンチ９０
はダイス８０の底部に衝合するカラー９１を有している
。パンチ９０はそれに一定の上向きの力Ｆ２をかける適
当な動力機構（図示なし）により第９ａ図に示した位置
に保持される。バンチ９０の頂部には上に組立てた電池
を置く平な表面９２が設けてある。寸法決め工程におい
て、組立てたがまだ寸法決めされてない電池１０を表面
９２上に置く。

次に、環状パンチ８２を電池１０の上に接触させこの環
状バンチ８０に下向きの力Ｆ１をかける。下向きの力Ｆ
１は下方のパンチ９０にかかる上向きの力Ｆ２に打勝つ
に十分な程度である。環状パンチ８２にかける力Ｆ１は
電池１０をダイス８０内を下降させる。パンチ９０の直
径が寸法決めダイス８０の直径より小さいので、パンチ
９０はダイス８０内を自由に通過する。しかしながら、
電池１０の外径は円錐形状にテ一／くを付した側部８１
の内径より大さい。従つて、電池１０の外面は電池が寸
法決めダイス８０内を降下せしめられる時半径方向に内
方に変形せｔめられる。電池１０がダイス８０の底部に
達すると、電池１０のフランｊジすなわちスカート部２
７は圧縮すなわち内方に変形せしめられ負極カツプを正
極肋ツプにかみ合わせる。第９図には寸法決め工程を終
つた際の電池１０が示してある。フランジ即ちスカート
部２７が変形すなわち締付けられた後、環状パンチ８２
にかけた力Ｆ１を取除き下方のポンチ９０にかけた力Ｆ
２が電池１０と壌状ポンチ８２とを寸法決めダイス８０
から押出せるようにする。第１０図には密封卦よび寸法
決め工程以前の組立てた電池が断面で示してある。負極
カツプ１２の外径はＤ１で示してあり正極カツブ１１の
外径はＤ，で示してありまた正極カツブ１１ｑ内径はＤ
２で示してある。絶縁密封部材１４の厚味はＴ２で示し
てありまた負極カツプ１２ｑ享味はＴ，で示してある。
組立ててあるが寸法決めされてない電池の典型的な以下
の例を参照すると種々の部品の相互関係が判る。実施例 約１１．６９ｗｍ（０．４６０インチ）の外径Ｄ３を有
する正極カツプを鋼で作り、正極カツプの内外面をニツ
ケル鍍金して耐蝕性にした。

正極カツプの内径Ｄ２は約１１．１８ｗｎ（０．４４０
インチ）であつた。絶縁密封部材は約２．５４ｍ（０．
０１０インチ）の厚味Ｔ２を有していム負極カツプは鋼
で作り約１０．４１ｔｗｎ（０．４１０インチ）の外径
Ｄ，を有していて耐蝕性を与えるため内面を錫で被覆し
た。負極カツプの厚味Ｔ１は約２．５４ｆｍ（０．０１
０インチ）であつた。組立てたが寸法決めされていない
電池を第９図と第９ａ図とに示した寸法決めダイスに入
れ約４．０５４ないし１１．３４１ｃｆ（１０ないし２
５ポンド）（好ましいのは約８．０４蛇すなわち１５ポ
ンド）の軸線方向の力Ｆ１を環状のパンチ８２にかけた
。

寸法決めダイス８０内で変形した後、電池をダイスから
取出した。電池の外径Ｄ２は約１１．６９１Ｉ（０．４
６０インチ）から約１１．５１聰（０．４５３インチ）
に減少せしめられたすなわち直径が約０．１８ｗｒＩｎ
（０５００７インチ）減少せしめられた。直径がこのよ
うに減少することにより正極カップを正極組立体１５の
集電スクリーンに良好に電気的に接触した状態に保持し
また正極カツプ１１を絶縁体１４と負極カツプ１２とに
びつたりかみ合わせ電解液（ハ）瀦洩剤坊止するシール
を形成するのに役立つ５。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属・空気電池の断面図、第２図
は第１図の笥池の上面図、第３図は第１図の電池の底面
図、第４図は負極カツプと負極材料とから部分的に組立
てた電池の断面図、第５図は第４図に示した部分的に組
立てた電池部品上に絶縁体を置いて示した部分的に組立
てた電池の断面図、第６図は正極組立体と正極カツプと
Ｑ外解断面図、第７図は第６図の電池部品の組立て図、
第８図は密封卦よび寸法決め工程以前に卦ける組立てた
電池の断面Ｍ、第９図は密封卦よび寸法決め工程中にお
ける寸法決めダイスと組立てた電池とを示す図、第９ａ
図は密封卦よび寸法決め程以前の寸法決めダイスと組立
てた電池とを示す図、第１０図は寸法決め工程以前に卦
ける組立てた電池を示す図である。 １０・・・・・・電池、１１・・・・・・第１の一・ウ
ジング即ち正極、１２・・・・・・第２の・・ウジング
即ち負極カツプ、１３・・・・・・負極材料、１４・・
・・・艶縁密封部材、１５・・・・・・正極組立体、２
０，２１・・・・・・開口、２７，４０・・・・・・締
付けまたは係合装置、３０・・・・・・疎水層、３１・
・・・・・集電部材即ちスクリーン、３３・・・・・・
セパレータ、５０・・・・・・環状頂部、５１・・・・
・・環伏下部、５２・・・・・・スカート部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス電極電気化学電池の組立方法で；閉鎖上方端部
   と垂直側方部分とを有し、上方端部にガス通路手段を備
   えた第１の電極カップを形成することと；閉鎖底端部と
   、頂部縁に終端する垂直側壁部分とを有する第２の電極
   カップで前記第１の電極カップ内に両者の閉鎖端部を互
   いに向きあつて一番離れた位置としてはじめ込むことが
   可能な第２の電極カップを形成することと；前記第１の
   電極カップに集電部材を含む正極組立体を挿入すること
   と；前記第２の電極カップに負極材料も配置することと
   ；絶縁密封部材をその一部分が前記第２の電極カップ上
   で前記第２の電極カップの前記頂部縁に係合する様に位
   置決めすることと；前記第２の電極カップと前記絶縁密
   封部材を共に、又前記負極材料を前記第１の電極カップ
   内にはめ込むことと；前記第１と第２の電極カップとを
   前記絶縁密封部材をその間にして固定せしめることと；
   を含むものである組立方法に於て、 前記絶縁密封部材の前記頂部縁に係合する前記部分が環
   状部分であり、又前記絶縁密封部材が前記環状部分の外
   周辺から実質的に垂直に懸下するスカート部分を有する
   様に前記絶縁密封部材が形成され、前記環状部分の上側
   面が前記正極組立体を前記第１の電極カップに対して保
   持する様になされ、前記スカート部分は前記第１の電極
   カップの前記側方部分と前記第２の電極カップの前記垂
   直側壁部分との間に配置され、前記第１の電極カップは
   その閉鎖端部の面が外方に突き出す様に中央で中高とな
   る様に形成され、前記正極組立体も前記第１の電極カッ
   プの中高部分と同じ方向に突起して中央で中高となされ
   、前記第１と第２の電極カップの固定は、前記第１の電
   極カップと前記絶縁密封部材とに寸法決め及び変形作業
   を加えて、その作業が前記第１の電極カップの側方部分
   と前記第２の電極カップの側壁部分が前記密封部材を其
   の間にして形状的に係合しこれにより、前記集電部材が
   前記第１の電極カップの内側面に係合する様になる迄前
   記の寸法決め及び変形作業を行うことを特徴とする組立
   方法。 ２ ガス減極電気化学電池で、 閉鎖端部と開口端部とを有し、閉鎖端部にはガスの通過
   を許容する通路を有する第１の電極カップと；閉鎖端部
   と開口端部とを有する第２の電極カップで、前記第１の
   電極カップ内に両カップの開口端部を互いに向い合わせ
   て挿入され、両カップが互いに固定されている第２の電
   極カップと；前記第１と第２の電極カップの間に配置さ
   れている環状の絶縁密封部材と；集電部材を含み、前記
   第１の電極カップ内に配置された正極組立体と；前記第
   ２の電極カップ内に配置された負極材料と；前記正極組
   立体と前記負極材料との間に配置されたセパレータと；
   を含む電池に於て、 前記第１の電極カップの閉鎖端部は軸方向外方に突出し
   て中央が中高となされ、前記正極組立体は前記第１の電
   極カップの中高と同じ方向に突出して中央で中高となさ
   れ、前記絶縁密封部材は環状部分とこの環状部分の外周
   辺から懸下するスカート部分とを有し、環状部分の上側
   面は前記正極組立体を前記第１の電極カップに対して担
   持する様になされて居り、下側面は第２の電極カップの
   開口部の縁に係合して居り前記スカート部分は前記第１
   と第２の電極カップの夫々の側部分の間に配置され、前
   記第１と第２の電極カップはその間に前記絶縁密封部材
   を位置せしめたままカップに加えた寸法決め及び変形作
   業により互いにしつかりと組付けられて前記集電部材が
   前記第１の電極カップの内側壁にしつかりと接触されて
   いることを特徴とする電池。