JP2003507861A - 金属−空気電池 - Google Patents

金属−空気電池

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JP2003507861A
JP2003507861A JP2001517453A JP2001517453A JP2003507861A JP 2003507861 A JP2003507861 A JP 2003507861A JP 2001517453 A JP2001517453 A JP 2001517453A JP 2001517453 A JP2001517453 A JP 2001517453A JP 2003507861 A JP2003507861 A JP 2003507861A
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JP2001517453A
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ロバート、ペイン
ゲイリー、エム．サール
バンス、ロジャーズ、シェパード、ジュニア
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ザ ジレット カンパニー
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 ａ）アノード；ｂ）カソード；ｃ）該アノードとカソード間のセパレータ；ｄ）開放されているルーバを有する外装を具備することを特徴とする金属−空気電池。更に膜も備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、金属−空気電池に関する。
【０００２】 電池は、電気エネルギ源として通常使用されている。電池は、通常アノードと
呼ばれる負極と、カソードと通常呼ばれる正極を備えている。アノードは酸化さ
れる活性材料即ち活物質を含み、カソードは、還元される活性材料を含みそして
これは消費される。アノード活性材料は、カソード活性材料を還元できる。アノ
ード材料とカソード材料の直接反応を避けるため、アノードとカソードは、セパ
レータによって互いに電気的に分離されている。
【０００３】 電池が、例えば携帯電話のようなデバイスの電源として使用されるとき、アノ
ードとカソードが電気的に接続され、デバイスを介して電子が流れ、それぞれの
酸化や還元反応が起こり電力を発生する。アノードとカソードに接触する電解液
は、放電中電池全体の電荷バランス維持するため、両電極間にセパレータを介し
て流れるイオンを含んでいる。
【０００４】 金属−空気電池においては、酸素はカソードで還元され、金属はアノードで酸
化される。酸素は電池の外部の周囲の空気から、電池の外装の一つ以上の空気口
を介して、カソードに供給される。
【０００５】 高速放電下即ち大負荷状態においては、カソードを通して流れる空気流は常に
は一様ではない。それよりも空気取り入れ口に接近するカソードの領域は、過剰
に使用され、空気取り入れ口から離れたカソードの領域は、余り使用されない。
カソードの一様でない使用は、電池の機能を貧弱にし、電池の寿命を減少させる
。
【０００６】 本発明の電池は、異なる厚さを有する膜を備えている。異なる厚さの膜は、カ
ソードの面のすべての部分に平等に空気を分配するのに役立つ。
【０００７】 本発明の一つの観点によれば、本発明は、（ａ）少なくとも一つの空気取り入
れ口を有する外装と；（ｂ）アノード；（ｃ）カソード；（ｄ）アノードとカソ
ード間のセパレータ；（ｅ）カソードと外装間の膜を具備する金属−空気電池に
特徴がある。膜は異なる厚さをしている。
【０００８】 例えば、空気取り入れ口に隣接する膜の部分は、空気取り入れ口に隣接しない
膜の部分より厚く、又は膜の一部分は元の厚みに対して圧縮され、他方膜の他の
部分は圧縮されない。これらの形状は、カソードのすべての部分に対し比較的に
一様な長さの空気拡散通路を提供する。空気取り入れ口は、電池外装の構造的な
一体性を保持しつつ、カソード面の大部分に空気流を提供するためのルーバであ
る。
【０００９】 他の観点によれば、本発明は、金属−空気電池のカソードに流れる空気流を制
御する方法に特徴がある。該方法は、（ａ）膜でカソードを被覆する工程、該膜
は異なる厚さをしており、且つ（ｂ）カソードと膜を少なくとも一つの空気取り
入れ口を有する外装に挿入する工程を備えている。
【００１０】 この方法は、空気取り入れ口とカソード間の膜の厚さを変えることにより、部
分的に調整されるカソードに流れる空気流を制御することができる。異なる厚さ
の膜は、例えばカソードのすべての部分に比較的に一様な長さの空気拡散通路を
提供することにより、カソードに一様に空気流を分配できる。電池の放電性能は
、カソードへの空気流を制御することにより改善される。
【００１１】 本明細書で使用する用語“隣接”は、空気取り入れ口から０．５ｍｍ内にある
ことを言う。
【００１２】 本明細書で使用する用語“異なる厚さ”は、膜の第一の部分が、膜の第二の部
分の厚さより少なくとも１２％薄いことを言う。 本明細書で使用する用語“圧縮された”は、膜の部分における孔の数を減少す
るため圧縮された膜の一部分を言い、“圧縮されない”は、膜の厚さが元の膜の
厚さの少なくとも８０％で有ることを言う。
【００１３】 本明細書で使用する用語“ルーバ（louver）”は、それを介して空気が流れる
リーフ（leaf）又はタブ（tab）を有する一つ以上の開口を言う。ルーバの一つ
の側部が開いているとき、タブは外装の外面にほぼ並行である。
【００１４】 本明細書で使用する用語“ルーバの開口”は、缶即ち外装とルーバのリーフ又
タブの縁との間の間隔を言う。
【００１５】 本明細書で使用する用語“ルーバの開口面積”は、ルーバ、又は２つの側部で
ルーバが開いている場合の複数のルーバの幅と、ルーバの長さの積を言う。
【００１６】 本発明の電池は、大気から電池のカソード面に空気を流すように一つ以上のル
ーバを備えている。ルーバは、カソード面のすべての部分に一様に空気を分配す
るのに役立つ。
【００１７】 一つの観点によれば、本発明は、ａ）アノード；ｂ）カソード；ｃ）該アノー
ドとカソード間のセパレータ；ｄ）一つ以上のルーバを有する外装を具備する金
属−空気電池に関する。
【００１８】 ルーバは、電池外装の構造的な一体性を保持しつつ、カソード面の大部分に空
気流を提供することができる。ルーバを備えた電池外装は、異なる厚さの膜と組
合わされる。ルーバ開口に隣接する膜の部分は、ルーバ開口から遠く離れている
膜の部分より厚くなっている。かかる形状は、カソードのすべての部分に対し比
較的一様な長さの空気拡散通路を提供できる。
【００１９】 他の観点によれば、本発明は、金属−空気電池を製造する方法に関する。この
方法は、（ａ）電池外装に一つ以上のルーバを設ける工程；（ｂ）該外装内にカ
ソードトアノードを挿入する工程を備えている。
【００２０】 該方法は、電池外装を迅速に製造することができる。外装にルーバをカッテン
グする工程は、ルーバをカットするとき外装から何らの材料を除去しないので、
外装に孔を穿孔する工程より迅速にできる。更にカッテング作業でギザギザや面
の切れ目が発生しても、それらは缶即ち外装の一部分に置かれ、カソード面とは
接触しない。
【００２１】 本発明の特徴や利点は、好ましい実施の形態の記載や請求の範囲の記載から明
瞭になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は、一つ以上のルーバを有する外装を備える電池に関する。図１を参照
すると、電池外装２は、上部４，下部６、側部壁８を備える。側部壁は、３個の
ルーバが示されているが、６個のルーバについては図示されていない。ルーバ１
０は、大気から電池のカソード面により良い空気流を供給する。
【００２３】 本発明の外装は、例えば次のようにして製造される。ディスクは、ニッケルメ
ッキ冷間圧延鋼の板をカットすることにより得られる。所望の形状や寸法（例え
ばＡＡＡＡ，ＡＡＡ，ＡＡ，Ｃ，Ｄ電池用の円筒形外装）の外装が、これらの板
から深絞り（deep draw）される。
【００２４】 一つ以上のルーバが、各外装に切り込まれる。ルーバをカットするため、問題
としているルーバと、同じ寸法の孔を取り除き且つ作成するために使用される工
具と類似する工具が使用される。カッテングパンチのカッテング縁やダイが合致
しないので、カッテングパンチの４個のカッテング縁の３個が除去される。この
除去により、カットパネルは、外装に取り付けられたまま残存できる。単サイク
ルの工具も又使用できる。大量生産のために、例えば標準の金属加工プレスのよ
うな高速連続機械が使用され得る。ルーバーをカッテングやパンチングするため
の方法は、ボーシラガー、板金打ち抜き：コレクテッド・アーティクルス アン
ド・テクニカル・ペーパー（Ｂｏｅｓｅｌａｇｅｒ，Ｓｈｅｅｔ Ｍｅｔａｌ
Ｐｕｎｃｈｉｎｇ： Ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ Ａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ）（１９９３） により詳細に記載されている。
【００２５】 図２ａを参照すると、ルーバ１０は、一つの側部が開いており、変位した材料
のフラップは、リーフ１２となる。ルーバ１４はまた両側が開いている。ルーバ
の両側部が開いているとき、変位した材料の区分は、タブ１６と言う。図２ａの
Ｅ−Ｅ線に沿って見た図２ｂを参照すると、リーフ又はタブの縁と元の面の縁の
間の間隔は、ルーバ開口１８である。
【００２６】 図３ａを参照すると、ルーバのリーフやタブは、外装壁の元の面から変位して
おり、外装の内側に延在している。変位したルーバのリーフやタブの縁は、缶の
変位した直径とみなされる直径２０を形成し、缶の内部の直径２２より短い。変
位された直径は、幾分かは、使用されるカソードの寸法やアノードゲルの量を決
定する。使用されるカソードをより大きく、且つアノードゲルをより多くするた
めに、ルーバリーフの縁は、缶の変位した直径を増加するために薄く切り取られ
る。図３ｂを参照すると、リーフの縁と膜２６の間の間隔２４は、リーフの縁が
ずんどう（blunt）のままである時、比較的に小さい。図３ｃを参照すると、縁
が例えばリーマ削り、フライス削りまたは他の金属除去方法により削られると、
リーフの縁と膜２６の間の間隔２８は大きくなる。従って、変位した直径はルー
バーリーフのずんどうの縁を刷り取ることにより増加する。
【００２７】 缶の内径２２に対する変位した直径の比率は、例えば少なくとも５０％、６０
％、７０％、８０％、又は少なくとも９５％である。例示したように、０．２０
ｍｍの壁厚を持つ外装の内径は、９．６８ｍｍである。リーマ削り前の変位した
直径は９．０２ｍｍであり、リーマ削り後は９．３７ｍｍであった。最終の外装
においては、内径に対する変位された直径の比率は、９７％である。０．１３ｍ
ｍ厚の缶について、外装ＩＤは９．８３ｍｍ，リーマ削り後の変位した直径は９
．５３ｍｍである。この缶においては、内径に対する変位した直径の比率は、９
７％である。
【００２８】 最大の空気拡散を得るために、ルーバ１４は、図４に示すように開いており、
または両側カットされている。各ルーバは、外装壁９に空気が貫流する２個の開
口を備えている。この構成においては、空気流がカソードチューブ部分に対し制
限され、これはルーバのタブと直接接触するからである。
【００２９】 より大きな構造的な一体性を保持するために、ルーバ１０は、図５に示すよう
に単に一つの側部のみ開口している。他の側部は外装壁８に取り付けられたまま
である。単一のカットされたルーバは、二重にカットされたルーバより空気を取
り入れる開放面積は僅かである。
【００３０】 図６を参照すると、ルーバ１０は電池の外装２の周囲に軸方向に設けられてい
る。ルーバは、外装の周囲の周りに均等に６０度の間隔で設けられている。外装
の一体性を保つために、カットは連続していない。事実３個のカットは、それぞ
れ軸方向に配設される。多重のカットが、金属作業パンチのカット面の部分を取
り除くことにより、単一のパンチやダイを使用して実行される。
【００３１】 完成した外装は、それぞれ軸方向位置で３個の分離したルーバを備えている。
ルーバの各列は、電池の頂部から底へ直線状の３個のセグメントを備えている。
各ルーバの長さは、例えば約２ｍｍから約５０ｍｍであり、好ましくは、約５ｍ
ｍから約２５ｍｍ、または約５ｍｍから約１５ｍｍである。通常のＡＡＡ電池で
は、各ルーバは約１０ｍｍの長さである。ルーバ開口は、例えば０．０１ｍｍか
ら約２．０ｍｍ、そして好ましくは約０．０５ｍｍから約１．０ｍｍまたは約０
．１ｍｍから約０．５ｍｍである。携帯電話パック用に作られた通常のＡＡＡ電
池においては、ルーバの開口は約０．１２５ｍｍである。低速度用途においては
、ルーバ開口はより小さい。
【００３２】 ルーバは、缶の頂部及び底部から約３ｍｍ離間しており、長手方向には互いに
約１−２ｍｍ離間している。ルーバは構造上の一体性を保持するため、一つの側
部があいている。ルーバ開口に対するルーバの長さの比率は、約５００：１から
約２：１である。好ましくは比率は、約２００：１から約２５：１または約１０
０：１から約５０：１である。通常のＡＡＡ電池では、比率は約８０：１である
。
【００３３】 ルーバの開口面積は、ルーバの長さとルーバの開口の積によって決まる。両側
があいているルーバの場合には、ルーバ開口面積は、２個の開口の面積の和であ
る。各ルーバ開口面積は、例えば少なくとも０．５ｍｍ２、少なくとも１．０ｍ
ｍ２、または少なくとも２．０ｍｍ２である。高速度用の通常のＡＡＡ電池にお
いては、ルーバ開口面積は、１．２６ｍｍ２である。通常のＡＡＡ電池において
は、１８個のルーバを有しているので、ルーバ開口面積の合計は、２２．６８ｍ
ｍ２である。
【００３４】 外装の側壁８の表面面積に対する前述の面積の合計の比率は、一部空気流がい
かに早くカソード面を横切って流れるかによって決定される。空気流の望ましい
速度は、電池が使用される用途に応じて決まる。外装の表面面積に対するルーバ
開口の比率は、約１：１０００から約１：１０、約１：５００から約１：２０、
または約１：１００から約１：３０である。
【００３５】 一例として、ＡＡＡ電池外装の壁の表面面積は、３．１４１６ｘ１０．１ｍｍ
ｘ４４．２ｍｍ＝１４０２ｍｍ２である。高速の用途に設計された外装のルーバ
開口面積の合計は、約２２．６８ｍｍ２である。したがって外装壁の表面面積に
対するルーバ開口面積の合計の比率は、約１：６０である。低速度の用途には、
比率は約１：１２０である。
【００３６】 図６を参照すると、ルーバ開口は同じ方向に向いている。他の実施の形態では
、ルーバの方向は、区分毎に変化している。例えば、ルーバの方向が変化すると
き、各列は４個のルーバ区分を持つことになる。一つの列では、第一の区分が時
計回りに向き、該列の次のルーバは反時計回りに向く。次の列では、第一の区分
が反時計方向に向く。
【００３７】 図７を参照すると、６個の等間隔で離間したルーバ１４の列が電池外装にカッ
トされている。各列は、電池の頂部から底部に直線状の３個のルーバ区分を備え
ている。ルーバは、最大の空気流を得るため両側が開口している。
【００３８】 図８を参照すると、６個の等間隔で離間したルーバ１４の列が電池外装にカッ
トされている。各列は、電池の頂部から底部に直線状の１２個のルーバ区分を備
えている。ルーバは、最大の空気流を得るため両側が開口している。
【００３９】 本発明による電池は、次のように製造される。金属メッシュ・スクリーンから
形成されたカソードチューブが、活性カソード塗布混合物で被覆される。混合物
は、バインダと、カーボン粒子と、例えばマンガン化合物のような還元過酸化物
の触媒を含んでいる。好ましいバインダは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）粒子を含んでいる。カソード被覆混合物が硬化された後、カソード組立体
はカソード構成体から残留揮発物を取り除くため加熱される。
【００４０】 ルーバに面するこのチューブの外側は、ＰＴＦＥ膜で被覆される。膜は、電池
内の湿度を一定値に維持する働きがある。膜は、電解液を電池からリークするの
を阻止する働きがある。又膜は電池内で、ＣＯ２の拡散を阻止する働きがある。
【００４１】 カソード面を横切って拡散する空気の望ましい量は、電池が使用される用途に
の放電比率に依存している。空気量は、一部ルーバ開口の合計面積に依存する。
またそれはバリアと缶の内径間の間隔に依存する。
【００４２】 図９を参照すると、ＰＴＦＥ膜３０が一様な厚みの時には、．ルーバ１０の開
口に隣接するカソード３２の部分は、最大の空気にさらされる。高速の放電状態
の時には、カソードのこの部分は過剰に利用され、一方この開口から離れた部分
は余り利用されない。
【００４３】 空気流を一様に分配するのを助けるために、膜３４は、空気開口に関して異な
る部分で異なる厚みになっている。図１０を参照すると、ルーバ１０の開口に最
も接近しているＰＴＦＥ膜３４の部分は、空気開口から離れた部分よりも厚くな
っている。膜の厚みは円周に沿って異なる。このような設計は、カソード面のど
の点においても空気拡散通路をほぼ同じにするのに役立つ。例えば、膜は、膜の
最も薄い部分の厚みの少なくとも１．５倍、２．０倍、３．０倍または３．５倍
の最も厚い部分を有する。膜の最も厚い部分は、空気取り入れ口に隣接している
。異なる厚みの膜は、例えばシートに射出成型またはＰＴＦＥのストリップを積
層することにより、製造される。順次寸法が減少するストリップを、各点で所望
の厚みが得られるまで、シートの上に積層される。ルーバに最も接近している区
域は、ストリップの数は最大である。ストリップの数は、ルーバからの距離が増
加するほど減少する。膜は、少なくとも３乃至４枚のストリップを含んでいる。
【００４４】 空気流を調整する他の方法は、ＰＴＦＥ膜の異なる部分を漸進的に圧縮するこ
とである。ＰＴＦＥ膜を圧縮することは、膜の気孔を閉鎖することになるので、
膜を介して流れる空気流を制限できる。膜は、電池外装にカソードチューブが挿
入されるとき、チューブの両側とローラーが接触することにより圧縮される。膜
の第一の部分は、元の厚みより少なくとも約８０％、約７０％、約６０％、また
は約５０％以下に圧縮され、一方、膜の第二の部分は非圧縮状態を保つ。カソー
ドチューブは、最大程度に圧縮された膜の部分が、ルーバの開口に接近するよう
に挿入される。
【００４５】 電池を組み立てるため、ＰＴＦＥ膜でラップされたカソードチューブが外装内
に設置される。外装内のルーバは、空気の充満した空間にカソードチューブを中
央に位置決めするのに役立つ。電気接続は、カソード集電体と外装の底部間で、
例えば集電体を外装の底部に溶接することにより、直接物理的な接続ができる。
【００４６】 更に、導電性タブを集電体と外装の底部両方に取り付けることによってもでき
る。
【００４７】 カソードチューブが挿入され、且つルーバによって中央に位置決めされた後、
セパレータが外装に設置される。セパレータは多孔質で電気的に絶縁された重合
体、例えば電解液がカソードに接触できるポリプロピレンである。セパレータに
より形成された内部空洞は、アノードゲルで充填される。
【００４８】 アノードゲルは、亜鉛と電解液の混合物を含んでいる。亜鉛と電解液の混合物
は、電池から電解液の漏洩を阻止し、アノード内に亜鉛粒子を懸濁するのに役立
つゲル化剤を含んでいる。
【００４９】 亜鉛材料は、鉛、インジウム、アルミニウム、又はビスマスと合金化される。
例えば、亜鉛は、約４００と６００ｐｐｍ（例えば５００ｐｐｍ）の間の鉛と、
４００と６００ｐｐｍの間（例えば５００ｐｐｍ）のインジウムと、又は約５０
と９０ｐｐｍの間（７０ｐｐｍ）のアルミニウムと合金化される。好ましくは、
亜鉛材料は、鉛もインジウムとアルミニウム、鉛とインジウム又は鉛とビスマス
を含んでいる。更に亜鉛は、他の金属添加物は無くて鉛を含んでいる。亜鉛材料
は、空気吹きつけや脱水亜鉛であっても良い。適切な空気粒子は、例えば1998年
9月18日米国出願されたU.S.S.N.09/156,915号、及び1998年7月15日米国出願され
たU.S.S.N.09/115,867号に記載されており、本明細書ではそれぞれを全般的に参
考例として挙げる。
【００５０】 亜鉛粒子は、球形か非球形である。例えば、亜鉛粒子は、針状形（縦横比が少
なくとも２）をしている。亜鉛材料は、主として６０メッシュと３２５メッシュ
の間の寸法を有する粒子を含んでいる。例えば、亜鉛材料は、次の粒子寸法分布
をしている。 ６０メッシュスクリーン上に０−３重量％； １００メッシュスクリーン上に４０−６０重量％； ２００メッシュスクリーン上に３０−５０重量％； ３２５メッシュスクリーン上に０−３重量％； パン（ｐａｎ）上に０−０．５重量％
【００５１】 適切な亜鉛材料は、ベルギーのオバーペルト(Overpelt)社から売り出されてい
る商品名ユニオン・ミニエル（Union Miniere）社、米国のデュラセル社（Dura
cell）、米国のノランダ社（Noranda）、ドイツのグリロ社(Grillo)、又は日本
の東邦亜鉛会社から市販されている亜鉛を含む。
【００５２】 ゲル化剤は、ポリアクリラート吸収剤である。ポリアクリラート吸収剤は、米
国特許第4,541,871号（本明細書では参考例として挙げる）に記載されている方
法で測定して、ゲル化剤のグラム当たり約３０グラム以下の塩分の吸収性外皮（
envelope）を備えている。アノードゲルは、アノード混合物の中に乾燥亜鉛の重
量比でゲル化剤の１％以下を含んでいる。好ましくは、ゲル化剤含量は、重量比
で約０．２と０．８％の間、より好ましくは０．３と０．６重量％の間、且つ最
も好ましくは約０．３３重量％である。ポリアクリラート吸収剤は、懸濁重合に
より生成されたポリアクリル酸ナトリウムである。適切なポリアクリル酸ナトリ
ウムは、約１０５と１８０ミクロンの間の平均粒子寸法で、約７．５のｐＨ である。適切なゲル化剤は、例えば米国特許第4,541,871号、米国特許第4,590,2
274号,米国特許第4,507,438号に記載されている。
【００５３】 ある実施の形態では、アノードゲルは非イオン表面活性剤を含んでいる。表面
活性剤は、亜鉛面に被覆された、例えば非イオンアルキル燐酸塩または非イオン
アリル燐酸塩（例えばローム・アンド・ハース（Rohm & Haas）社の商品名Ｒ
Ａ６００，ＲＭ５１０）のような非イオン燐酸塩表面活性剤である。アノードゲ
ルは、亜鉛材料の面に被覆された表面活性剤の約２０と１００ｐｐｍの間のもの
を含んでいる。表面活性剤は、ガス発生を抑止剤としても働く。
【００５４】 電解液は、水酸化カリウムの水性溶液である。電解液は、約３０と４０％の間
、好ましくは３５と４０％の間の水酸化カリウムを含んでいる。又電解液は、約
１と２％の間の酸化亜鉛を含んでいる。
【００５５】 アノードゲルが外装に挿入された後、予め組み立てられた頂部組立体が、外装
の頂部に配設される。外装の上部外周（即ちリップ）は、外装の頂部で頂部組立
体をシールするため、予め組み立てられた頂部組立体がすえ込み（swage)加工さ
れる。
【００５６】 前述した方法は、また円筒形状以外の形状を有する金属ー空気電池を製造する
のにも用いられる。例えば、ルーバを有する角形金属ー空気電池を製造するのに
も使用される。
【００５７】 図１１aを参照すると、角形電池４０は、２個のルーバを備えている。空気が
一つのルーバに入ると、カソード４４を横切って他のルーバから出ていく。図１
１ｂは、ルーバ４２の拡大図を示している。図１１ｃを参照すると、角形電池は
４個のルーバを有している。ルーバは、空気をカソード４４に仕向けるのに役立
つ。
【００５８】 プラスチック角形電池外装においては、ルーバは外装が製造される同じもモー
ルドサイクルで成型される。この場合、金属を取り除く場合の節約はないが、開
口の代わりにルーバを使用する利点がある。ルーバは、図１１ａに示すように、
カソード面上に空気流を仕向けるために使用される。
【００５９】 貯蔵中電池は、ルーバを被覆する取外し可能なシートで被覆されている。シー
ト、例えば酸素非透過性で水素透過性のシートが、電池の内外間に空気の流れを
制限している。ユーザは使用に先立ち、電池からシートをはぎ取り、空気から酸
素を電池内部に入るようにする。電池は又密封された金属バッグに貯蔵すること
もできる。ユーザは、使用前にバッグから電池を取り出す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態の電池の概略図である。
【図２ａ】 ２個のルーバの斜視図である。
【図２ｂ】 ２個のルーバの断面図である。
【図３ａ】 電池の外装の断面図である。
【図３ｂ】 電池の外装の断面図である。
【図３ｃ】 電池の外装の断面図である。
【図４】 電池の外装の断面図である。
【図５】 電池の外装の断面図である。
【図６】 ルーバを備える電池外装の概略図である。
【図７】 ルーバを備える電池外装の概略図である。
【図８】 ルーバを備える電池外装の概略図である。
【図９】 本発明の一実施の形態の電池の断面図である。
【図１０】 本発明の一実施の形態の電池の断面図である。
【図１１ａ】 ルーバを備える角形電池の断面図である。
【図１１ｂ】 ルーバを備える角形電池の断面図である。
【図１１ｃ】 ルーバを備える角形電池の断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 バンス、ロジャーズ、シェパード、ジュニ ア アメリカ合衆国マサチューセッツ州、ラン セスター、センター、ブリッジ、ロード、 157 Ｆターム(参考） 5H032 AA01 AS01 CC02 HH01 HH04

Claims (69)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）少なくとも一つの空気取り入れ口を有する外装と、 （ｂ）アノードと、 （ｃ）カソードと、 （ｄ）前記アノードとカソード間のセパレータと、 （ｅ）前記カソードと外装間にある異なる厚さの膜と、 を具備することを特徴とする金属−空気電池。
  2. 【請求項２】 前記膜は、最も厚い部分が膜の最も薄い部分の少なくとも１．５倍であること
    を特徴とする請求項１に記載の電池。
  3. 【請求項３】 前記膜は、最も厚い部分が膜の最も薄い部分の少なくとも２．０倍であること
    を特徴とする請求項２に記載の電池。
  4. 【請求項４】 前記膜は、最も厚い部分が膜の最も薄い部分の少なくとも２．５倍であること
    を特徴とする請求項３に記載の電池。
  5. 【請求項５】 前記最も厚い部分が膜の最も薄い部分の少なくとも３．０倍であることを特徴
    とする請求項４に記載の電池。
  6. 【請求項６】 前記最も厚い部分が膜の最も薄い部分の少なくとも３．５倍であることを特徴
    とする請求項４に記載の電池。
  7. 【請求項７】 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に記載の電池。
  8. 【請求項８】 前記電池は、ＡＡＡ電池であることを特徴とする請求項７に記載の電池。
  9. 【請求項９】 前記電池は、ＡＡ電池であることを特徴とする請求項７に記載の電池。
  10. 【請求項１０】 前記電池は、Ｃ電池であることを特徴とする請求項７に記載の電池。
  11. 【請求項１１】 前記電池は、Ｄ電池であることを特徴とする請求項７に記載の電池。
  12. 【請求項１２】 前記空気取り入れ口は、ルーバであることを特徴とする請求項１に記載の電池
    。
  13. 【請求項１３】 前記空気取り入れ口に接近する膜の部分は、前記空気取り入れ口から遠く離れ
    た膜の部分より厚いことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  14. 【請求項１４】 前記空気取り入れ口に隣接する膜の部分は、前記空気取り入れ口に隣接しない
    膜の部分より厚いことを特徴とする請求項１３記載の電池。
  15. 【請求項１５】 前記空気取り入れ口に隣接する膜の部分は、前記空気取り入れ口に隣接しない
    膜の部分より少なくとも２．０倍厚いことを特徴とする請求項１４記載の電池。
  16. 【請求項１６】 前記空気取り入れ口に隣接する膜の部分は、前記空気取り入れ口に隣接しない
    膜の部分より少なくとも２．５倍厚いことを特徴とする請求項１５記載の電池。
  17. 【請求項１７】 前記空気取り入れ口に隣接する膜の部分は、前記空気取り入れ口に隣接しない
    膜の部分より少なくとも３．０倍厚いことを特徴とする請求項１６記載の電池。
  18. 【請求項１８】 前記空気取り入れ口に隣接する膜の部分は、前記空気取り入れ口に隣接しない
    膜の部分より少なくとも３．５倍厚いことを特徴とする請求項１７記載の電池。
  19. 【請求項１９】 前記膜の第一の部分は、元の厚みより約８０％以下に圧縮され、前記膜の第二
    の部分は圧縮されないことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  20. 【請求項２０】 前記膜の第一の部分は、元の厚さより約７０％以下に圧縮されることを特徴と
    する請求項１９に記載の電池。
  21. 【請求項２１】 前記膜の第一の部分は、元の厚さより約６０％以下に圧縮されることを特徴と
    する請求項２０に記載の電池。
  22. 【請求項２２】 前記膜の第一の部分は、元の厚さより約５０％以下に圧縮されることを特徴と
    する請求項２１に記載の電池。
  23. 【請求項２３】 前記膜は、複数枚の重合材料のストリップを備え、該ストリップは順次寸法を
    減少していることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  24. 【請求項２４】 前記ストリップの枚数は、前記空気取り入れ口から離れるのに応じて減少する
    ことを特徴とする請求項２３記載の電池。
  25. 【請求項２５】 前記膜は、少なくとも３枚のストリップを備えることを特徴とする請求項２４
    記載の電池。
  26. 【請求項２６】 前記膜は、少なくとも４枚のストリップを備えることを特徴とする請求項２５
    記載の電池。
  27. 【請求項２７】 （ａ）異なる厚さの膜を有するカソードを被覆する工程と、 （ｂ）該カソードと該膜を、少なくとも一つの空気取り入れ口を備える外装に
    挿入する工程と、 を具備することを特徴とする金属−空気電池におけるカソードに対する空気流を
    制御する方法。
  28. 【請求項２８】 前記膜は、膜の最も薄い部分の厚さの少なくとも１．５倍の最も厚い部分を備
    えることを特徴とする請求項２７記載の電池。
  29. 【請求項２９】 前記膜の第一の部分は、元の厚さより約８０％以下に圧縮され、前記膜の第二
    の部分は圧縮されないことを特徴とする請求項２７に記載の電池。
  30. 【請求項３０】 前記膜は、複数枚の重合材料のストリップを備え、該ストリップは順次寸法を
    減少していることを特徴とする請求項２７に記載の電池。
  31. 【請求項３１】 （ａ）膜を有するカソードを被覆する工程と、 （ｂ）該カソードと膜を少なくとも一つの空気取り入れ口を備える外装に挿入
    する工程と、 を具備し、前記空気取り入れ口に接近する膜の一部分は、前記空気取り入れ口か
    ら遠く離れた膜の部分より厚いことを特徴とする金属−空気電池におけるカソー
    ドに対する空気流を制御する方法。
  32. 【請求項３２】 （ａ）アノードと、 （ｂ）カソードと、 （ｃ）前記アノードとカソード間のセパレータと、 （ｅ）ルーバを有する外装と、 を具備することを特徴とする金属−空気電池。
  33. 【請求項３３】 前記外装は、複数のルーバを有することを特徴とする請求項３２に記載の金属
    −空気電池。
  34. 【請求項３４】 前記ルーバの各々は、一つの側部が開いていることを特徴とする請求項３３に
    記載の金属−空気電池。
  35. 【請求項３５】 前記ルーバの各々は、両側部が開いていることを特徴とする請求項３３に記載
    の金属−空気電池。
  36. 【請求項３６】 前記ルーバは、前記外装の周囲に均等に離間している列に配置されていること
    を特徴とする請求項３３に記載の金属−空気電池。
  37. 【請求項３７】 前記列の各々は、前記外装の周囲に均等に離間している６個の列に配置されて
    いることを特徴とする請求項３６に記載の金属−空気電池。
  38. 【請求項３８】 前記列の各々は、３個のルーバを有していることを特徴とする請求項３７に記
    載の金属−空気電池。
  39. 【請求項３９】 前記列の各々は、１２個のルーバを有していることを特徴とする請求項３７に
    記載の金属−空気電池。
  40. 【請求項４０】 前記ルーバの各々は、約２ｍｍから約５０ｍｍの長さを有することを特徴とす
    る請求項３３に記載の金属−空気電池。
  41. 【請求項４１】 前記ルーバの各々は、約５ｍｍから約２５ｍｍの長さを有することを特徴とす
    る請求項４０に記載の金属−空気電池。
  42. 【請求項４２】 前記ルーバの各々は、約５ｍｍから約１５ｍｍの長さを有することを特徴とす
    る請求項４１に記載の金属−空気電池。
  43. 【請求項４３】 前記ルーバの各々は、約０．０１ｍｍから約２．０ｍｍのルーバ開口を有する
    ことを特徴とする請求項３３に記載の金属−空気電池。
  44. 【請求項４４】 前記ルーバの各々は、約０．０５ｍｍから約１．０ｍｍのルーバ開口を有する
    ことを特徴とする請求項４３に記載の金属−空気電池。
  45. 【請求項４５】 前記ルーバの各々は、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍのルーバ開口を有するこ
    とを特徴とする請求項４４に記載の金属−空気電池。
  46. 【請求項４６】 前記ルーバの各々において、ルーバの開口に対するルーバの長さの比率は、約
    ５００：１から約２：１であることを特徴とする請求項４３に記載の金属−空気
    電池。
  47. 【請求項４７】 前記ルーバの各々において、ルーバの開口に対するルーバの長さの比率は、約
    ２００：１から約２５：１であることを特徴とする請求項４６に記載の金属−空
    気電池。
  48. 【請求項４８】 前記ルーバの各々において、ルーバの開口に対するルーバの長さの比率は、約
    １００：１から約５０：１であることを特徴とする請求項４７に記載の金属−空
    気電池。
  49. 【請求項４９】 前記ルーバの各々は、少なくとも０．５ｍｍ２のルーバ開口面積を有すること
    を特徴とする請求項３３に記載の金属−空気電池。
  50. 【請求項５０】 前記ルーバの各々は、少なくとも１．０ｍｍ２のルーバ開口面積を有すること
    を特徴とする請求項４９に記載の金属−空気電池。
  51. 【請求項５１】 前記ルーバの各々は、少なくとも２．０ｍｍ２のルーバ開口面積を有すること
    を特徴とする請求項５０に記載の金属−空気電池。
  52. 【請求項５２】 前記外装壁の表面積に対するルーバ開口の面積の総和の比率は、約１：１００
    ０ら約１：１０であることを特徴とする請求項４９に記載の電池。
  53. 【請求項５３】 前記外装壁の表面積に対するルーバ開口の面積の総和の比率は、約１：５００
    から約１：２０であることを特徴とする請求項５２に記載の電池。
  54. 【請求項５４】 前記外装壁の表面積に対するルーバ開口の面積の総和の比率は、約１：１００
    から約１：３０であることを特徴とする請求項５３記載の電池。
  55. 【請求項５５】 前記電池は更に、カソードに隣接する膜を備えることを特徴とする請求項３２
    に記載の金属−空気電池。
  56. 【請求項５６】 前記ルーバ開口に接近する膜の部分は、ルーバ開口から遠く離れた膜の部分よ
    り厚いことを特徴とする請求項５５に記載の金属−空気電池。
  57. 【請求項５７】 前記電池は、円筒形電池であることを特徴とする請求項３２に記載の金属−空
    気電池。
  58. 【請求項５８】 前記電池は、ＡＡＡＡ電池であることを特徴とする請求項５７に記載の金属−
    空気電池。
  59. 【請求項５９】 前記電池は、ＡＡＡ電池であることを特徴とする請求項５７に記載の金属−空
    気電池。
  60. 【請求項６０】 前記電池は、ＡＡ電池であることを特徴とする請求項５７に記載の金属−空気
    電池。
  61. 【請求項６１】 前記電池は、Ｃ電池であることを特徴とする請求項５７に記載の金属−空気電
    池。
  62. 【請求項６２】 前記電池は、Ｄ電池であることを特徴とする請求項５７に記載の金属−空気電
    池。
  63. 【請求項６３】 前記電池は、角形電池であることを特徴とする請求項３２に記載の金属−空気
    電池。
  64. 【請求項６４】 （ａ）電池外装にルーバを設ける工程と、 （ｂ）カソードとアノードを外装に挿入する工程と、 を具備することを特徴とする金属−空気電池の製造方法。
  65. 【請求項６５】 前記方法は、前記外装内に６列のルーバを設ける工程を備え、該列は外装の周
    囲に均等に離間して配置されていることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
  66. 【請求項６６】 前記ルーバの各々は、一つの側部が開いていることを特徴とする請求項６５に
    記載の方法。
  67. 【請求項６７】 前記ルーバの各々は、両側部が開いていることを特徴とする請求項６５に記載
    の方法。
  68. 【請求項６８】 前記電池は、円筒形電池であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
  69. 【請求項６９】 前記電池は、角形電池であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
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