JP2003530669A - 空気回収電池 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
正極(50)、負極(80)、および隔離板(40)を有してなる競馬場型空気回収電池(10)。この電池(10)には、競馬場の断面形状がある缶(20)、この缶の中に置かれた正極組立体(30)、この正極組立体の一方端部に設けられた底カップ(70)、および前記缶の中に入れられた負極材料が含まれている。この電池(10)には、前記缶の中に置かれた密封用組立体(140)も含まれている。この密封用組立体(140)には、この電池の均等な放電を最大にする形状の備わっている集電装置(100)が含まれていてもよい。
Description
【0001】
この発明は一般に、空気回収型電気化学電池(air recovery electrochenical
cell)に関するものである。
cell)に関するものである。
【0002】
電池は一般に、電気エネルギー源として使われている。電池には、一般的に負
極と称される負の電極と、一般的に正極と称される正の電極とが含まれている。
負極には、酸化される活性材料が含まれており、正極には、還元される活性材料
が含まれている。負極の活性材料は、正極の活性材料を還元することができる。
これらの負極材料と正極材料とが直接反応するのを防止するために、負極および
正極は、隔離板によって、互いから電気的に絶縁されている。
極と称される負の電極と、一般的に正極と称される正の電極とが含まれている。
負極には、酸化される活性材料が含まれており、正極には、還元される活性材料
が含まれている。負極の活性材料は、正極の活性材料を還元することができる。
これらの負極材料と正極材料とが直接反応するのを防止するために、負極および
正極は、隔離板によって、互いから電気的に絶縁されている。
【0003】
この電池が、ある装置の電気エネルギー源として使われるときには、その負極
と正極との電気的接触が行われて電子がその装置を通って流れることができ、そ
れによって、それぞれの酸化反応および還元反応が生じて、電力が供給される。
負極および正極に接触する電解質には、両電極の間にある隔離板を通って流れ、
放電中の電池の全体にわたる電荷平衡を維持するイオンが含まれている。
と正極との電気的接触が行われて電子がその装置を通って流れることができ、そ
れによって、それぞれの酸化反応および還元反応が生じて、電力が供給される。
負極および正極に接触する電解質には、両電極の間にある隔離板を通って流れ、
放電中の電池の全体にわたる電荷平衡を維持するイオンが含まれている。
【0004】
空気補助電池あるいは空気復元電池としても知られた空気回収電池は、低放電
あるいは無放電の間にその正極を再充電するために空気を用いる電池である。1
つの型の空気回収電池には、負極として亜鉛粉末が用いられ、正極として二酸化
マンガン(MnO2)が用いられ、電解質として水酸化カリウムの水溶液が用い
られる。負極では、亜鉛は酸化されて亜鉛酸塩になる。
あるいは無放電の間にその正極を再充電するために空気を用いる電池である。1
つの型の空気回収電池には、負極として亜鉛粉末が用いられ、正極として二酸化
マンガン(MnO2)が用いられ、電解質として水酸化カリウムの水溶液が用い
られる。負極では、亜鉛は酸化されて亜鉛酸塩になる。
【0005】
Zn+40H−−>Zn(OH)4 2−+2e−
正極では、MnO2が還元されて酸水素マンガンになる。
【0006】
MnO2+H2O+e−−>MnOOH+OH−
この電池が使われないとき、あるいは、放電速度が充分に遅いときには、大気
中の酸素が電池の中へ入ってその正極と反応する。酸水素マンガンは酸化されて
、MnO2が生成される。
中の酸素が電池の中へ入ってその正極と反応する。酸水素マンガンは酸化されて
、MnO2が生成される。
【0007】
1/2O2+MnOOH−>MnO2+OH−
放電速度が速い間には、空気回収電池は、「生成されたばかりの」(還元され
ていない)MnO2を還元することによって、従来のアルカリ電池のように作用
する。放電速度が遅く、かつ、電流の流れない休止時間が少ない間には、「使わ
れた」(還元された)MnO2が、大気中の酸素によって、「生成されたばかり
の」状態に回収されあるいは復元される。再充電のために酸素がMnO2に達し
なければならないので、この電池の正極は、電解質によって完全に湿らされては
ならない。正極が湿った電解質によって湿らされると、正極の内側における空気
輸送性が劣化するとともに、MnO2の再充電が妨げられる。
ていない)MnO2を還元することによって、従来のアルカリ電池のように作用
する。放電速度が遅く、かつ、電流の流れない休止時間が少ない間には、「使わ
れた」(還元された)MnO2が、大気中の酸素によって、「生成されたばかり
の」状態に回収されあるいは復元される。再充電のために酸素がMnO2に達し
なければならないので、この電池の正極は、電解質によって完全に湿らされては
ならない。正極が湿った電解質によって湿らされると、正極の内側における空気
輸送性が劣化するとともに、MnO2の再充電が妨げられる。
【0008】
この発明は、1つの観点によれば、正極、負極、および隔離板を有してなるレ
ーストラック型空気回収電池を特徴とする。正極には、二酸化マンガンが含まれ
ていてもよく、負極には、亜鉛が含まれていてもよい。この電池によれば、正極
への良好な空気分配と、電解質の漏れに対する良好な保護とがもたらされる。こ
の電池は、高容量あるいは高電圧をもたらすために、いくつかまとめて積層する
こともできる。
ーストラック型空気回収電池を特徴とする。正極には、二酸化マンガンが含まれ
ていてもよく、負極には、亜鉛が含まれていてもよい。この電池によれば、正極
への良好な空気分配と、電解質の漏れに対する良好な保護とがもたらされる。こ
の電池は、高容量あるいは高電圧をもたらすために、いくつかまとめて積層する
こともできる。
【0009】
この発明は、別の観点によれば、レーストラックの断面形状がある缶、この缶
の中に置かれた正極組立体、この正極組立体の一方端部に設けられた底部分、お
よび前記缶の中に入れられた負極材料が含まれているレーストラック型空気回収
電池を特徴とする。この底部分は底カップであってもよい。正極組立体には、遮
断層および二酸化マンガンが含まれていてもよい。負極材料には亜鉛が含まれて
いてもよい。缶には溝が設けられていてもよい。底カップによって、正極が缶に
いっそう良好に電気的接触することができるようになるとともに、一般に、電解
質の漏れに対する良好な保護がもたらされる。底カップと溝とによって、正極組
立体と缶との間に充気室が簡単に設けられ、正極への良好な空気分配がもたらさ
れる。
の中に置かれた正極組立体、この正極組立体の一方端部に設けられた底部分、お
よび前記缶の中に入れられた負極材料が含まれているレーストラック型空気回収
電池を特徴とする。この底部分は底カップであってもよい。正極組立体には、遮
断層および二酸化マンガンが含まれていてもよい。負極材料には亜鉛が含まれて
いてもよい。缶には溝が設けられていてもよい。底カップによって、正極が缶に
いっそう良好に電気的接触することができるようになるとともに、一般に、電解
質の漏れに対する良好な保護がもたらされる。底カップと溝とによって、正極組
立体と缶との間に充気室が簡単に設けられ、正極への良好な空気分配がもたらさ
れる。
【0010】
この発明は、別の観点によれば、レーストラックの断面形状がある缶、この缶
の中に入れられた負極材料、およびこの缶の中に置かれた密封用組立体が含まれ
ているレーストラック型空気回収電池であって、その密封用組立体に、この電池
の均等な放電を最大にする形状の備わっている集電装置が含まれている空気回収
電池を特徴とする。集電装置は、実質的にこの電池の長手軸の全長に沿って伸び
ることができる。集電装置の少なくとも2つの分離部分は、実質的にこの電池の
長手軸の全長に沿って伸びることができる。集電装置の一部分はほぼ三角形であ
ってもよい。この集電装置によれば、安定したかつ最適な電池性能のために均等
な放電をもたらすことができる。
の中に入れられた負極材料、およびこの缶の中に置かれた密封用組立体が含まれ
ているレーストラック型空気回収電池であって、その密封用組立体に、この電池
の均等な放電を最大にする形状の備わっている集電装置が含まれている空気回収
電池を特徴とする。集電装置は、実質的にこの電池の長手軸の全長に沿って伸び
ることができる。集電装置の少なくとも2つの分離部分は、実質的にこの電池の
長手軸の全長に沿って伸びることができる。集電装置の一部分はほぼ三角形であ
ってもよい。この集電装置によれば、安定したかつ最適な電池性能のために均等
な放電をもたらすことができる。
【0011】
この発明は、別の観点によれば、レーストラック型空気回収電池の組立方法を
特徴とする。この方法には、(a)正極組立体をレーストラックの断面形状があ
る缶の中へ挿入するステップ、(b)負極材料をその缶の中へ入れるステップ、
(c)集電装置の備わった密封用組立体をその缶の中へ挿入するステップ、およ
び(d)その缶を密封するステップが含まれている。この方法には、さらに、正
極組立体の近傍に遮断層を設けるステップ、正極組立体の周囲に拡散層を設ける
ステップ、および正極組立体の一方端部に底カップを設けるステップが含まれて
いてもよい。この方法には、缶に溝を形成するステップが含まれていてもよい。
缶の密封には、機械的圧着が含まれていてもよい。
特徴とする。この方法には、(a)正極組立体をレーストラックの断面形状があ
る缶の中へ挿入するステップ、(b)負極材料をその缶の中へ入れるステップ、
(c)集電装置の備わった密封用組立体をその缶の中へ挿入するステップ、およ
び(d)その缶を密封するステップが含まれている。この方法には、さらに、正
極組立体の近傍に遮断層を設けるステップ、正極組立体の周囲に拡散層を設ける
ステップ、および正極組立体の一方端部に底カップを設けるステップが含まれて
いてもよい。この方法には、缶に溝を形成するステップが含まれていてもよい。
缶の密封には、機械的圧着が含まれていてもよい。
【0012】
この発明における1つ以上の実施態様の詳細は、添付図面および以下の説明に
記載されている。この発明の他の特徴、目的および利点は、明細書本文、図面お
よび特許請求の範囲から明らかになる。
記載されている。この発明の他の特徴、目的および利点は、明細書本文、図面お
よび特許請求の範囲から明らかになる。
【0013】
図1〜図3によれば、空気回収電池10には、レーストラックの断面が備わっ
ている缶20が含まれている。これらの図において、同じ要素について言及する
ために、異なった図に同じ符号が用いられている。缶20には、缶20の内側に
嵌め込まれるように形成されて空所を画定する正極組立体30が含まれている。
この正極組立体30には、隔離板40、正極50、および遮断層60が含まれて
いる。正極組立体30にはさらに、その一方端部に配置された底カップ70が含
まれている。正極組立体30の空所の内側には、負極80が入れられている。正
極組立体30の別の端部には、集電装置100の含まれている密封用組立体14
0が配置されている。缶20は例えば機械的圧着によって密封されて、電池10
が形成されている。一般に、電池10を組み立てる方法には、正極組立体30お
よび負極80を缶20の中に入れるステップと、その缶20を密封して電池10
を形成するステップとが含まれている。
ている缶20が含まれている。これらの図において、同じ要素について言及する
ために、異なった図に同じ符号が用いられている。缶20には、缶20の内側に
嵌め込まれるように形成されて空所を画定する正極組立体30が含まれている。
この正極組立体30には、隔離板40、正極50、および遮断層60が含まれて
いる。正極組立体30にはさらに、その一方端部に配置された底カップ70が含
まれている。正極組立体30の空所の内側には、負極80が入れられている。正
極組立体30の別の端部には、集電装置100の含まれている密封用組立体14
0が配置されている。缶20は例えば機械的圧着によって密封されて、電池10
が形成されている。一般に、電池10を組み立てる方法には、正極組立体30お
よび負極80を缶20の中に入れるステップと、その缶20を密封して電池10
を形成するステップとが含まれている。
【0014】
この明細書で使われた「レーストラック」という用語は、外周が長めであって
ほぼ平行な一対の縁部を有している1つの端面かあるいは2つの端面の間におけ
る1つの断面かが備わっている電池を意味している。その外周は、例えば、湾曲
した2つの端部によって連結された平行な2つの長い縁部を有していてもよく、
ほぼ楕円形(例えば、楕円の数学的方程式によって定義された外周を含んでいる
)であってもよく、例えばエンドウ豆のさや(pea−pod)のようなほぼ円
弧形状を有していてもよい。
ほぼ平行な一対の縁部を有している1つの端面かあるいは2つの端面の間におけ
る1つの断面かが備わっている電池を意味している。その外周は、例えば、湾曲
した2つの端部によって連結された平行な2つの長い縁部を有していてもよく、
ほぼ楕円形(例えば、楕円の数学的方程式によって定義された外周を含んでいる
)であってもよく、例えばエンドウ豆のさや(pea−pod)のようなほぼ円
弧形状を有していてもよい。
【0015】
電池10の寸法は、この電池の用途あるいは使い方によって決まる。例えば、
電池10は、横に並列配置された多数の円筒型電池(例えば、AA型乾電池、A
AA型乾電池)に近い寸法であってもよい。電池10は、他の電池の上に積み重
ねることができるような寸法にされていてもよい。その缶は、普通はニッケルメ
ッキ鋼板(米国ノースカロライナ州シャルロット(Charlotte)のトー
マス・スチール・カンパニー(Thomas Steel Co.,)から手に
入る)から作られている。
電池10は、横に並列配置された多数の円筒型電池(例えば、AA型乾電池、A
AA型乾電池)に近い寸法であってもよい。電池10は、他の電池の上に積み重
ねることができるような寸法にされていてもよい。その缶は、普通はニッケルメ
ッキ鋼板(米国ノースカロライナ州シャルロット(Charlotte)のトー
マス・スチール・カンパニー(Thomas Steel Co.,)から手に
入る)から作られている。
【0016】
正極50は、その正極50の導電率特性および物理的強度を改善するために、
集電装置(図示略)の上に形成されている。この集電装置は、ニッケルメッキ鋼
板のような電気伝導性の金属あるいは合金から作られて引き伸ばされた格子であ
る。この格子によって、正極50を所望形状に形成することがいっそう容易にな
る。加えて、以下に説明するように、この格子を底カップ70に溶接することで
、正極50と缶20との間におけるいっそう良好な電気的接触をもたらすことが
できる。
集電装置(図示略)の上に形成されている。この集電装置は、ニッケルメッキ鋼
板のような電気伝導性の金属あるいは合金から作られて引き伸ばされた格子であ
る。この格子によって、正極50を所望形状に形成することがいっそう容易にな
る。加えて、以下に説明するように、この格子を底カップ70に溶接することで
、正極50と缶20との間におけるいっそう良好な電気的接触をもたらすことが
できる。
【0017】
正極50には、MnO2、疎水性結合剤、および炭素粒子を含んでいる物質の
混合物が含まれていてもよい。正極50には、60〜93%の、好ましくは80
〜93%のMnO2、2〜25%の結合剤、および残部の炭素粒子が含まれてい
てもよい。正極50の特定寸法は、電池10の大きさと例えば放電深度などの用
途との関数であるが、正極50の厚さは0.4〜1.4mmであるのが好ましい
。正極50の中のMnO2には、電気分解により合成されたMnO2(EMD)
、化学的に合成されたMnO2(CMD)、EMDとCMDとの混合物、あるい
は化学的に変性されたMnO2(p−CMD)が含まれていてもよい。正極50
にはEMDが含まれているのが好ましい。正極50の中のMnO2は、例えばカ
ー−マックギー・ケミカル・コーポレーション(Kerr−McGee Che
mical Corp.)(米国ネバダ州ヘンダーソン)から手に入れることが
できる。
混合物が含まれていてもよい。正極50には、60〜93%の、好ましくは80
〜93%のMnO2、2〜25%の結合剤、および残部の炭素粒子が含まれてい
てもよい。正極50の特定寸法は、電池10の大きさと例えば放電深度などの用
途との関数であるが、正極50の厚さは0.4〜1.4mmであるのが好ましい
。正極50の中のMnO2には、電気分解により合成されたMnO2(EMD)
、化学的に合成されたMnO2(CMD)、EMDとCMDとの混合物、あるい
は化学的に変性されたMnO2(p−CMD)が含まれていてもよい。正極50
にはEMDが含まれているのが好ましい。正極50の中のMnO2は、例えばカ
ー−マックギー・ケミカル・コーポレーション(Kerr−McGee Che
mical Corp.)(米国ネバダ州ヘンダーソン)から手に入れることが
できる。
【0018】
結合剤は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、別のフルオロエチレン
、あるいはポリエチレンのようなポリマーであって、MnO2の放電が含まれる
電気化学的反応を妨げることなく防水性をもたらす(すなわち、電解質によって
正極の大放電を制限する)のに足りる量だけ存在しているポリマーであってもよ
い。
、あるいはポリエチレンのようなポリマーであって、MnO2の放電が含まれる
電気化学的反応を妨げることなく防水性をもたらす(すなわち、電解質によって
正極の大放電を制限する)のに足りる量だけ存在しているポリマーであってもよ
い。
【0019】
気体拡散電極を効果的なものにするために、電子導電率、イオン導電率および
気体拡散性の間における平衡を最適なものにする必要がある。この平衡は、効果
的な量の結合剤、MnO2および炭素が含まれている正極において達成すること
ができる。電解質をほとんど通さない正極は、電解質の浸透に対して効果的であ
り、また、気体透過性のために効果的であるが、MnO2のイオン導電率および
放電効率については劣っている。正極50の再充電性は、大気中の酸素が正極5
0の中へ拡散する拡散速度と、酸素とMnO2との間における化学反応速度とに
支配される。
気体拡散性の間における平衡を最適なものにする必要がある。この平衡は、効果
的な量の結合剤、MnO2および炭素が含まれている正極において達成すること
ができる。電解質をほとんど通さない正極は、電解質の浸透に対して効果的であ
り、また、気体透過性のために効果的であるが、MnO2のイオン導電率および
放電効率については劣っている。正極50の再充電性は、大気中の酸素が正極5
0の中へ拡散する拡散速度と、酸素とMnO2との間における化学反応速度とに
支配される。
【0020】
図4によれば、防水性の利点が示されている。正極混合物中にわずか1%のP
TFEがあれば、1%のPTFEで作られた正極の放電効率は、開放型電池と閉
鎖型電池との間では実質的に異なっていない。正極が電解質で濡らされると、空
気はMnO2を再充電するために入り込むことができない。
TFEがあれば、1%のPTFEで作られた正極の放電効率は、開放型電池と閉
鎖型電池との間では実質的に異なっていない。正極が電解質で濡らされると、空
気はMnO2を再充電するために入り込むことができない。
【0021】
図5によれば、正極中のPTFEの量が7%であるときには、開放型電池にお
けるMnO2の放電効率は、閉鎖型電池におけるそれに比べて7倍よりも大きい
。この結果は、空気が電池の中へ入り込んでMnO2を再充電することができる
ということを示している。正極50には2〜25%のPTFEが含まれているの
が好ましく、2〜7%のPTFEが含まれているのがいっそう好ましい。
けるMnO2の放電効率は、閉鎖型電池におけるそれに比べて7倍よりも大きい
。この結果は、空気が電池の中へ入り込んでMnO2を再充電することができる
ということを示している。正極50には2〜25%のPTFEが含まれているの
が好ましく、2〜7%のPTFEが含まれているのがいっそう好ましい。
【0022】
さらにまた、電解質不透過性が不充分である正極50には良好なイオン導電率
があるが、イオン濃度勾配によって、濡れあるいは大放電が引き起こされるおそ
れがあり、また、気体拡散性やMnO2の再充電に有害な状態が生じることがあ
る。炭素の添加量を5〜15%にすると、効果的な電子導電率およびイオン導電
率をもたらすことができる。炭素粒子は、MnO2の再充電を可能にするのに有
効な量だけ存在する大表面積の炭素である。用いることができる、異なった型の
炭素としては、ブラック・パール(Black Pearls)2000(米国
マサチューセッツ州のキャボット,ビレリカ(Cabot,Billerica
)、バルカン(Vulcan)XC−72(キャボット)、モナーク(Mona
rch)1300、シャウイニガン・ブラック(Shawinigan Bla
ck)、プリンテックス(Printex)、ケチェン・ブラック(Ketje
n Black)、およびPWAが含まれるが、これらに限定されるものではな
い。
があるが、イオン濃度勾配によって、濡れあるいは大放電が引き起こされるおそ
れがあり、また、気体拡散性やMnO2の再充電に有害な状態が生じることがあ
る。炭素の添加量を5〜15%にすると、効果的な電子導電率およびイオン導電
率をもたらすことができる。炭素粒子は、MnO2の再充電を可能にするのに有
効な量だけ存在する大表面積の炭素である。用いることができる、異なった型の
炭素としては、ブラック・パール(Black Pearls)2000(米国
マサチューセッツ州のキャボット,ビレリカ(Cabot,Billerica
)、バルカン(Vulcan)XC−72(キャボット)、モナーク(Mona
rch)1300、シャウイニガン・ブラック(Shawinigan Bla
ck)、プリンテックス(Printex)、ケチェン・ブラック(Ketje
n Black)、およびPWAが含まれるが、これらに限定されるものではな
い。
【0023】
正極50は、缶20の内側に嵌め込まれて正極組立体30と缶20との間に充
気室90が維持されるように形成される。充気室90によって空気が正極50へ
分配される。例えば、正極50は、レーストラック型正極組立体30を形成する
ために、適切な寸法にされた心棒の上に形成することができる。
気室90が維持されるように形成される。充気室90によって空気が正極50へ
分配される。例えば、正極50は、レーストラック型正極組立体30を形成する
ために、適切な寸法にされた心棒の上に形成することができる。
【0024】
正極組立体30には遮断層60が巻き付けられている。電池10が消耗すると
、負極物質80における電解質は、例えば正極50による液体排出作用により、
正極50を通ることができるとともに、電池10から漏れ出すことができる。普
通は厚さが0.1〜0.2mmであり、PTFEのような空気透過性物質からな
る遮断層60によって、電解質が電池10から漏れ出すのが制限される。
、負極物質80における電解質は、例えば正極50による液体排出作用により、
正極50を通ることができるとともに、電池10から漏れ出すことができる。普
通は厚さが0.1〜0.2mmであり、PTFEのような空気透過性物質からな
る遮断層60によって、電解質が電池10から漏れ出すのが制限される。
【0025】
以下に説明するように、この発明に係る1つの実施態様では、缶壁に形成され
た空気導入用開口が缶20に備わっている箇所では、遮断層60が空気拡散層(
図示略)によって巻き付けられている。電池10の放電の間、負極80からの亜
鉛(Zn)が酸化亜鉛(ZnO)に酸化して、負極80の体積が増大するととも
に、正極50が缶20の側部へ押される。空気拡散層があるので、正極50が缶
20における空気導入用開口を邪魔したり塞いだりするのを制限することによっ
て、正極50と缶20との間における空気拡散空間すなわち充気室が維持され、
それによって、電池10を再充電することができるようになる。この空気拡散層
は普通、フィルター材料(例えば、ホワットマン(Whatman)(米国ニュ
ージャージー州のクリフトン(Clifton))のグレード54、F490−
08、およびF490−02)のような、厚さが0.1〜0.2mmの多孔質あ
るいは繊維状の材料からなっている。
た空気導入用開口が缶20に備わっている箇所では、遮断層60が空気拡散層(
図示略)によって巻き付けられている。電池10の放電の間、負極80からの亜
鉛(Zn)が酸化亜鉛(ZnO)に酸化して、負極80の体積が増大するととも
に、正極50が缶20の側部へ押される。空気拡散層があるので、正極50が缶
20における空気導入用開口を邪魔したり塞いだりするのを制限することによっ
て、正極50と缶20との間における空気拡散空間すなわち充気室が維持され、
それによって、電池10を再充電することができるようになる。この空気拡散層
は普通、フィルター材料(例えば、ホワットマン(Whatman)(米国ニュ
ージャージー州のクリフトン(Clifton))のグレード54、F490−
08、およびF490−02)のような、厚さが0.1〜0.2mmの多孔質あ
るいは繊維状の材料からなっている。
【0026】
この明細書で使われたように、「底カップ」という用語は、一般に、缶20を
負極80および/または正極50の底から隔離する部材を意味している。この部
材には、底部分と、この底部分の周縁の周りに伸びている壁とが備わっているの
が好ましい。底カップは、電気的に伝導性があり、かつ、レーストラックの形態
を備えることで正極組立体30の一方端部に嵌めかぶせられて缶20の中へ入れ
られるように組み立てられるのが好ましい。
負極80および/または正極50の底から隔離する部材を意味している。この部
材には、底部分と、この底部分の周縁の周りに伸びている壁とが備わっているの
が好ましい。底カップは、電気的に伝導性があり、かつ、レーストラックの形態
を備えることで正極組立体30の一方端部に嵌めかぶせられて缶20の中へ入れ
られるように組み立てられるのが好ましい。
【0027】
例えばニッケルメッキ鋼板から作られた、好ましい底カップ70は、正極組立
体30の一方端部に配置される。底カップ70には、電解質の漏れを最小限にす
るとともに正極50と缶20との間におけるいっそう良好な電気的接触をもたら
すために、正極組立体30が含まれている。底カップ70は、溶接によって正極
組立体30に連結することができる。溶接によって、底カップ70が正極組立体
30に固着されて、缶20、底カップ70および正極50の間におけるいっそう
良好な電気的接触がもたらされる。図2および図3に示すように、底カップ70
には、正極組立体30と缶20との間における充気室90の維持が容易になるよ
うに、リム95が備わっているのが好ましい。例えば、レーストラック型電池1
0にあっては、図1に示されるように、底カップ70は、缶20に接触するよう
適合されたリムと底面とが備わっているレーストラック型の缶として形作ること
ができる。加えて、底カップ70には、正極組立体30が置かれる溝75を画定
してもよい。正極組立体30に底カップ70を取り付ける前に、電解質が正極組
立体30を通って漏れて電池10の外へ出るのを制限する障壁として、溝75の
中に密封材100を入れてもよい。この密封材は普通、ビワックス・コーポレー
ション(BiWax Corp.)から手に入るアスファルト(Asphalt
)B1128のようなアスファルトである。
体30の一方端部に配置される。底カップ70には、電解質の漏れを最小限にす
るとともに正極50と缶20との間におけるいっそう良好な電気的接触をもたら
すために、正極組立体30が含まれている。底カップ70は、溶接によって正極
組立体30に連結することができる。溶接によって、底カップ70が正極組立体
30に固着されて、缶20、底カップ70および正極50の間におけるいっそう
良好な電気的接触がもたらされる。図2および図3に示すように、底カップ70
には、正極組立体30と缶20との間における充気室90の維持が容易になるよ
うに、リム95が備わっているのが好ましい。例えば、レーストラック型電池1
0にあっては、図1に示されるように、底カップ70は、缶20に接触するよう
適合されたリムと底面とが備わっているレーストラック型の缶として形作ること
ができる。加えて、底カップ70には、正極組立体30が置かれる溝75を画定
してもよい。正極組立体30に底カップ70を取り付ける前に、電解質が正極組
立体30を通って漏れて電池10の外へ出るのを制限する障壁として、溝75の
中に密封材100を入れてもよい。この密封材は普通、ビワックス・コーポレー
ション(BiWax Corp.)から手に入るアスファルト(Asphalt
)B1128のようなアスファルトである。
【0028】
隔離板40は正極組立体30の中に配置されている。隔離板40は、負極80
を収容するために、また、正極50と負極80とが直接反応することで電池10
が短絡しないように負極80を正極50から電気的に絶縁するために、使われて
いる。隔離板40は、厚さがほぼ0.05〜0.08mmであって、普通は、ポ
リプロピレン(セルガード(Celgard)5550、セラニーズ(Cela
nese)(米国ニュージャージー州のサミット(Summit))あるいはポ
リビニルアルコール(PVA)のような、負極物質80の中における電解質が正
極50に接触することのできる多孔質の電気絶縁性ポリマーからなる。図1に示
されたように、隔離板40は、開口端部と閉鎖端部とが備わっているレーストラ
ック型容器であってもよい。隔離板40は、正極組立体30の内側に嵌まるよう
に、適切な寸法にされた心棒の上に形成されている。この代わりに、隔離板40
は、現場で設けることができる。例えば、厚さが0.05〜0.1mmの固体状
PVA膜は、有機的成長を防止するために正極50を脱泡剤および殺菌剤が含ま
れている5〜20%PVA水溶液でコーティングして、その正極50を約60℃
で乾燥させることによって、形成することができる。現場でコーティングされた
隔離板は例えば、1999年3月29日に出願され、引用によってこの明細書に
組み入れられた米国特許出願U.S.S.N.09/280,367号に記載さ
れている。
を収容するために、また、正極50と負極80とが直接反応することで電池10
が短絡しないように負極80を正極50から電気的に絶縁するために、使われて
いる。隔離板40は、厚さがほぼ0.05〜0.08mmであって、普通は、ポ
リプロピレン(セルガード(Celgard)5550、セラニーズ(Cela
nese)(米国ニュージャージー州のサミット(Summit))あるいはポ
リビニルアルコール(PVA)のような、負極物質80の中における電解質が正
極50に接触することのできる多孔質の電気絶縁性ポリマーからなる。図1に示
されたように、隔離板40は、開口端部と閉鎖端部とが備わっているレーストラ
ック型容器であってもよい。隔離板40は、正極組立体30の内側に嵌まるよう
に、適切な寸法にされた心棒の上に形成されている。この代わりに、隔離板40
は、現場で設けることができる。例えば、厚さが0.05〜0.1mmの固体状
PVA膜は、有機的成長を防止するために正極50を脱泡剤および殺菌剤が含ま
れている5〜20%PVA水溶液でコーティングして、その正極50を約60℃
で乾燥させることによって、形成することができる。現場でコーティングされた
隔離板は例えば、1999年3月29日に出願され、引用によってこの明細書に
組み入れられた米国特許出願U.S.S.N.09/280,367号に記載さ
れている。
【0029】
正極組立体30の開放端部には天カップ110が取り付けられている。図1に
示されたように、普通はナイロンのような非導電性物質から作られる天カップ1
10は、以下に説明されるように、隔離板40の開放端部および正極組立体30
に嵌めかぶせられるような、そしてシール120に合うような寸法にされている
。底カップ70と同様に、天カップ110には溝115が画定されている。正極
組立体30を天カップ110の中に入れる前に、図2に示されたように、電解質
の漏れに対する障壁として作用するように、溝115の中にアスファルト密封材
130が入れられる。
示されたように、普通はナイロンのような非導電性物質から作られる天カップ1
10は、以下に説明されるように、隔離板40の開放端部および正極組立体30
に嵌めかぶせられるような、そしてシール120に合うような寸法にされている
。底カップ70と同様に、天カップ110には溝115が画定されている。正極
組立体30を天カップ110の中に入れる前に、図2に示されたように、電解質
の漏れに対する障壁として作用するように、溝115の中にアスファルト密封材
130が入れられる。
【0030】
正極組立体30は、正極50が缶20に電気的に接触するように、缶20の中
に置かれる。正極50は、底カップ70を介して、缶20に電気的に接触する。
底カップ70が使われないときには、正極50が缶20に直接、接触することが
できる。正極50が缶20に直接、接触するために、活性物質50がまず集電装
置から取り除かれる。集電装置はその後、缶20に溶接することができる。
に置かれる。正極50は、底カップ70を介して、缶20に電気的に接触する。
底カップ70が使われないときには、正極50が缶20に直接、接触することが
できる。正極50が缶20に直接、接触するために、活性物質50がまず集電装
置から取り除かれる。集電装置はその後、缶20に溶接することができる。
【0031】
負極物質80は普通、亜鉛、電解質、およびゲル化剤が含まれている混合物を
含有しているゲルである。亜鉛含有率は、約60〜80重量パーセントであり、
好ましくは約70重量パーセントである。この電解質は、9Nの水酸化カリウム
水溶液であってもよい。この電解質には、約25〜35重量パーセントの水酸化
カリウムが含まれていてもよく、約30重量パーセントの水酸化カリウムが含ま
れているのが好ましい。この電解質には、約1〜2重量パーセントの酸化亜鉛が
含まれていてもよい。
含有しているゲルである。亜鉛含有率は、約60〜80重量パーセントであり、
好ましくは約70重量パーセントである。この電解質は、9Nの水酸化カリウム
水溶液であってもよい。この電解質には、約25〜35重量パーセントの水酸化
カリウムが含まれていてもよく、約30重量パーセントの水酸化カリウムが含ま
れているのが好ましい。この電解質には、約1〜2重量パーセントの酸化亜鉛が
含まれていてもよい。
【0032】
以下でもっと詳しく説明されるゲル化剤によって、電池から電解質が漏れるの
を防止することができるとともに、亜鉛の粒子を懸濁させることができる。
を防止することができるとともに、亜鉛の粒子を懸濁させることができる。
【0033】
亜鉛物質は、鉛、インジウム、アルミニウム、あるいはビスマスが混ぜられた
亜鉛粉末であってもよい。例えば、亜鉛には、400〜600ppm(例えば5
00ppm)の鉛、400〜600ppm(例えば500ppm)のインジウム
、あるいは約50〜90ppm(例えば70ppm)のアルミニウムを混ぜるこ
とができる。この亜鉛物質は、空気ブロー亜鉛あるいは空気スピン亜鉛であって
もよい。適切な亜鉛粒子は、例えば、1998年9月18日に出願されたU.S
.S.N.09/156,915号、1997年8月1日に出願されたU.S.
S.N.08/905,254号、および1998年7月15日に出願されたU
.S.S.N.09/115,867号に記載されており、これらの記載は引用
によって全体としてこの明細書に組み入れられている。この亜鉛は粉末であって
もよい。この亜鉛の粒子は、球状であってもよく、非球状であってもよい。例え
ば、この亜鉛粒子は針状形状(縦横比が少なくとも2である)であってもよい。
亜鉛粉末であってもよい。例えば、亜鉛には、400〜600ppm(例えば5
00ppm)の鉛、400〜600ppm(例えば500ppm)のインジウム
、あるいは約50〜90ppm(例えば70ppm)のアルミニウムを混ぜるこ
とができる。この亜鉛物質は、空気ブロー亜鉛あるいは空気スピン亜鉛であって
もよい。適切な亜鉛粒子は、例えば、1998年9月18日に出願されたU.S
.S.N.09/156,915号、1997年8月1日に出願されたU.S.
S.N.08/905,254号、および1998年7月15日に出願されたU
.S.S.N.09/115,867号に記載されており、これらの記載は引用
によって全体としてこの明細書に組み入れられている。この亜鉛は粉末であって
もよい。この亜鉛の粒子は、球状であってもよく、非球状であってもよい。例え
ば、この亜鉛粒子は針状形状(縦横比が少なくとも2である)であってもよい。
【0034】
この亜鉛物質には、大きさが60メッシュ〜325メッシュである過半数の粒
子が含まれている。例えば、この亜鉛物質には次のような粒度分布があってもよ
い。
子が含まれている。例えば、この亜鉛物質には次のような粒度分布があってもよ
い。
【0035】
60メッシュのスクリーンに残るもの 0〜3重量%
100メッシュのスクリーンに残るもの 40〜60重量%
200メッシュのスクリーンに残るもの 30〜50重量%
325メッシュのスクリーンに残るもの 0〜3重量%
受皿に残るもの 0〜0.5重量%
適切な亜鉛物質には、ユニオン・ミニエール(Union Miniere)
(ベルギーのオーバーペルト)、デュラセル(Duracell)(アメリカ合
衆国)、ノランダ(Noranda)(アメリカ合衆国)、グリロ(Grill
o)(ドイツ)、あるいは東邦亜鉛(日本)から手に入れることのできる亜鉛が
含まれている。
(ベルギーのオーバーペルト)、デュラセル(Duracell)(アメリカ合
衆国)、ノランダ(Noranda)(アメリカ合衆国)、グリロ(Grill
o)(ドイツ)、あるいは東邦亜鉛(日本)から手に入れることのできる亜鉛が
含まれている。
【0036】
ゲル化剤は、吸湿性ポリアクリレートであるのが好ましい。吸湿性ポリアクリ
レートには、米国特許第4,541,871号公報に記載され、引用によってこ
の明細書に組み入れられた内容と同様にして測定された、1グラムのゲル化剤当
り約30グラムの食塩水よりも少ない吸湿性の外皮がある。負極ゲルには、負極
混合物中の亜鉛の乾燥重量で表したときに1%よりも少ないゲル化剤が含まれて
いる。ゲル化剤の含有量は、約0.2〜0.8重量%であるのが好ましく、約0
.3〜0.6重量%であるのがより好ましく、約0.33重量%であるのがもっ
とも好ましい。吸湿性ポリアクリレートは、懸濁重合によって作られたポリアク
リル酸ナトリウムであってもよい。適切なポリアクリル酸ナトリウムには、約1
05〜180ミクロンの平均粒度と約7.5のpHとがある。適切なゲル化剤は
、例えば、米国特許第4,541,871号公報、米国特許第4,590,22
7号公報、あるいは米国特許第4,507,438号公報に記載されている。
レートには、米国特許第4,541,871号公報に記載され、引用によってこ
の明細書に組み入れられた内容と同様にして測定された、1グラムのゲル化剤当
り約30グラムの食塩水よりも少ない吸湿性の外皮がある。負極ゲルには、負極
混合物中の亜鉛の乾燥重量で表したときに1%よりも少ないゲル化剤が含まれて
いる。ゲル化剤の含有量は、約0.2〜0.8重量%であるのが好ましく、約0
.3〜0.6重量%であるのがより好ましく、約0.33重量%であるのがもっ
とも好ましい。吸湿性ポリアクリレートは、懸濁重合によって作られたポリアク
リル酸ナトリウムであってもよい。適切なポリアクリル酸ナトリウムには、約1
05〜180ミクロンの平均粒度と約7.5のpHとがある。適切なゲル化剤は
、例えば、米国特許第4,541,871号公報、米国特許第4,590,22
7号公報、あるいは米国特許第4,507,438号公報に記載されている。
【0037】
いくつかの実施態様では、負極ゲルには、非イオン界面活性剤と、水酸化イン
ジウムあるいは酢酸鉛のようなインジウム混合物あるいは鉛混合物とが含まれて
いる。この負極ゲルには、インジウム混合物あるいは鉛混合物を、約50〜50
0ppm、好ましくは約50〜200ppm含むことができる。界面活性剤は、
亜鉛表面にコーティングされた非イオンリン酸アルキルあるいは非イオンリン酸
アリル(例えば、ローム・アンド・ハース(Rohm & Haas)から手に
入るRA600あるいはRM510)のような非イオンリン酸界面活性剤であっ
てもよい。この負極ゲルには、亜鉛物質の表面にコーティングされた約20〜1
00ppmの界面活性剤が含まれていてもよい。この界面活性剤はガス吸収抑制
剤として作用することができる。
ジウムあるいは酢酸鉛のようなインジウム混合物あるいは鉛混合物とが含まれて
いる。この負極ゲルには、インジウム混合物あるいは鉛混合物を、約50〜50
0ppm、好ましくは約50〜200ppm含むことができる。界面活性剤は、
亜鉛表面にコーティングされた非イオンリン酸アルキルあるいは非イオンリン酸
アリル(例えば、ローム・アンド・ハース(Rohm & Haas)から手に
入るRA600あるいはRM510)のような非イオンリン酸界面活性剤であっ
てもよい。この負極ゲルには、亜鉛物質の表面にコーティングされた約20〜1
00ppmの界面活性剤が含まれていてもよい。この界面活性剤はガス吸収抑制
剤として作用することができる。
【0038】
負極物質80を缶20の中に入れた後に、シール120、集電装置160、お
よび保持板150が含まれている密封用組立体140を缶20の中に入れる。密
封用組立体140は、負極物質100が漏れるのを防止するためと、電池10を
密封するためと、この電池10が何らかの装置の中で使われるときに負極物質1
00を外部回路に接触させるためとに設けられている。
よび保持板150が含まれている密封用組立体140を缶20の中に入れる。密
封用組立体140は、負極物質100が漏れるのを防止するためと、電池10を
密封するためと、この電池10が何らかの装置の中で使われるときに負極物質1
00を外部回路に接触させるためとに設けられている。
【0039】
図1および図2に示されたように、シール120は、集電装置160を受け入
れるために、また、負極物質80が電池10から漏れないように天カップ110
を接合するために、構成されている。シール120は普通、ナイロンのような非
導電性材料から作られている。このシール120には、集電装置160を受け入
れるために1つの穴170が備わっている。このシール120には、例えば多数
の爪状集電装置のような多数の集電装置を受け入れるために2以上の穴があって
もよいが、そのような穴の数が少ないときには、負極物質80が電池10から漏
れるおそれが少なくなる。
れるために、また、負極物質80が電池10から漏れないように天カップ110
を接合するために、構成されている。シール120は普通、ナイロンのような非
導電性材料から作られている。このシール120には、集電装置160を受け入
れるために1つの穴170が備わっている。このシール120には、例えば多数
の爪状集電装置のような多数の集電装置を受け入れるために2以上の穴があって
もよいが、そのような穴の数が少ないときには、負極物質80が電池10から漏
れるおそれが少なくなる。
【0040】
シール120には、少なくとも1つの空気導入用開口180もまた備わってい
る。正極50の再充電性は、大気中の酸素が正極50の中へ拡散する拡散速度と
、酸素とMnO2との化学反応速度とに、一部支配される。開口180によって
空気が正極50へ達することができ、MnO2正極を再充電することができる。
電池10における開口180の数を最大にすると電池10の性能が最適化される
が、これらの開口をどのようにして形成するかによって、例えば、射出成形、穿
孔、切削、あるいはレーザー穿孔によるかによって、製造コストもまた増大する
ことになる。均等な放電と安定した性能を実現するために、普通は、6〜18個
の開口180がシール120の周りに、すなわち、シール120の外周の近傍に
、均等に設けられる。これらの開口180は、直径が0.5〜1mmであってシ
ール120の射出成形の間に作られるのが好ましい。
る。正極50の再充電性は、大気中の酸素が正極50の中へ拡散する拡散速度と
、酸素とMnO2との化学反応速度とに、一部支配される。開口180によって
空気が正極50へ達することができ、MnO2正極を再充電することができる。
電池10における開口180の数を最大にすると電池10の性能が最適化される
が、これらの開口をどのようにして形成するかによって、例えば、射出成形、穿
孔、切削、あるいはレーザー穿孔によるかによって、製造コストもまた増大する
ことになる。均等な放電と安定した性能を実現するために、普通は、6〜18個
の開口180がシール120の周りに、すなわち、シール120の外周の近傍に
、均等に設けられる。これらの開口180は、直径が0.5〜1mmであってシ
ール120の射出成形の間に作られるのが好ましい。
【0041】
この代わりに、空気導入用開口180は缶20の壁に形成することができる。
缶20の壁に配設された開口180によって、空気が缶20の中へ入るための拡
散通路が減り、それによって、電池10の再充電効率が改善される。前記の開口
180と同様に、缶20の壁に形成された開口は、直径が約0.1〜1mmの穴
であってもよい。開口180は、伸びた長穴182として形成することもできる
。例えば、図6Aには、缶20の湾曲端部のそれぞれに3つのルーバーすなわち
長穴182のある電池缶20が示されている。缶の一部からその材料を例えば打
ち抜きによって排除することで形成されたルーバー182は、缶の厚さとルーバ
ーの幅とによって変わるが、約0.2〜0.5mmだけ缶20の中へ伸びている
。ルーバー付き電池は、1999年8月13日に出願され、引用によってこの明
細書に全体として組み入れられた、米国特許出願第09/374,277号にい
っそう詳しく記載されている。図6Bによれば、幅が約0.1〜0.4mmであ
る伸びた長穴182を、缶20のレーザー切断によってもまた形成することがで
きる。長穴182の特定寸法は、最適で均等な性能がある電池をもたらすように
選ばれるが、電池の大きさとその用途とによって異なる。空気導入用開口につい
ての他の構成もまた可能である。
缶20の壁に配設された開口180によって、空気が缶20の中へ入るための拡
散通路が減り、それによって、電池10の再充電効率が改善される。前記の開口
180と同様に、缶20の壁に形成された開口は、直径が約0.1〜1mmの穴
であってもよい。開口180は、伸びた長穴182として形成することもできる
。例えば、図6Aには、缶20の湾曲端部のそれぞれに3つのルーバーすなわち
長穴182のある電池缶20が示されている。缶の一部からその材料を例えば打
ち抜きによって排除することで形成されたルーバー182は、缶の厚さとルーバ
ーの幅とによって変わるが、約0.2〜0.5mmだけ缶20の中へ伸びている
。ルーバー付き電池は、1999年8月13日に出願され、引用によってこの明
細書に全体として組み入れられた、米国特許出願第09/374,277号にい
っそう詳しく記載されている。図6Bによれば、幅が約0.1〜0.4mmであ
る伸びた長穴182を、缶20のレーザー切断によってもまた形成することがで
きる。長穴182の特定寸法は、最適で均等な性能がある電池をもたらすように
選ばれるが、電池の大きさとその用途とによって異なる。空気導入用開口につい
ての他の構成もまた可能である。
【0042】
一般的に、これらの開口180が缶20の壁に形成されているかあるいはシー
ル120の中に形成されているかは、電池の用途の関数および/または、開口1
80の面積と拡散通路の長さとの比の関数であり、この比はA/L比と称される
こともある。拡散通路の長さは例えば、充気室90の長さであってもよい。A/
L比の大きい電池は、再充電あるいは復元を速く行うことができるが、速く乾燥
してしまうとともに、貯蔵寿命が短い。A/L比の小さい電池は、貯蔵寿命が長
いものの、回復が遅い。開口180は、一般に約0.3mmの直径があり、レー
ザー穿孔によって形成されるのが普通である。図7には、側壁に空気導入用開口
180が備わっている、展開された電池の缶20の一部分が示されている。この
発明のこの実施態様では、空気拡散層に加えて、あるいは空気拡散層を利用する
のに代えて、図8A〜図8Bに示されたように、缶20に溝185を形成して、
正極50が空気導入用開口180の邪魔になるのを制限することができる。溝1
85は、典型的には、缶20の中へ約0.1〜0.2mm伸びているが、これは
空気拡散層の厚さにほぼ等しい。図8Aに示されたように、溝185は電池10
のちょうど中心の周りに伸びているが、これは、広がっている負極物質80によ
って正極組立体30の中心がもっとも膨れ出るのが普通であるためである。図8
Bに示された別の実施態様では、電池10には、電池10の高さに沿って間隔を
置いて設けられた複数の溝185が含まれている。溝185は、正極組立体30
を缶20の中へ挿入することができるように、電池10が組み立てられた後に形
成されるのが普通であり、これらの溝185は、電池10を圧入ホイールの周り
に転がすことで形成される。
ル120の中に形成されているかは、電池の用途の関数および/または、開口1
80の面積と拡散通路の長さとの比の関数であり、この比はA/L比と称される
こともある。拡散通路の長さは例えば、充気室90の長さであってもよい。A/
L比の大きい電池は、再充電あるいは復元を速く行うことができるが、速く乾燥
してしまうとともに、貯蔵寿命が短い。A/L比の小さい電池は、貯蔵寿命が長
いものの、回復が遅い。開口180は、一般に約0.3mmの直径があり、レー
ザー穿孔によって形成されるのが普通である。図7には、側壁に空気導入用開口
180が備わっている、展開された電池の缶20の一部分が示されている。この
発明のこの実施態様では、空気拡散層に加えて、あるいは空気拡散層を利用する
のに代えて、図8A〜図8Bに示されたように、缶20に溝185を形成して、
正極50が空気導入用開口180の邪魔になるのを制限することができる。溝1
85は、典型的には、缶20の中へ約0.1〜0.2mm伸びているが、これは
空気拡散層の厚さにほぼ等しい。図8Aに示されたように、溝185は電池10
のちょうど中心の周りに伸びているが、これは、広がっている負極物質80によ
って正極組立体30の中心がもっとも膨れ出るのが普通であるためである。図8
Bに示された別の実施態様では、電池10には、電池10の高さに沿って間隔を
置いて設けられた複数の溝185が含まれている。溝185は、正極組立体30
を缶20の中へ挿入することができるように、電池10が組み立てられた後に形
成されるのが普通であり、これらの溝185は、電池10を圧入ホイールの周り
に転がすことで形成される。
【0043】
シール120には、保持板150を収容するために適切な寸法に形成された凹
所190もまた画定されている。保持板150は、缶20をシール120に機械
的圧着することによって電池10を密封することができるように、電気導体、例
えばニッケルメッキ鋼板から作られ、凹所190に合うような寸法にされている
。保持板150には、集電装置160を受け入れるために開口200が設けられ
ており、集電装置160は保持板150にリベット固定されて、電気的接触がも
たらされる。
所190もまた画定されている。保持板150は、缶20をシール120に機械
的圧着することによって電池10を密封することができるように、電気導体、例
えばニッケルメッキ鋼板から作られ、凹所190に合うような寸法にされている
。保持板150には、集電装置160を受け入れるために開口200が設けられ
ており、集電装置160は保持板150にリベット固定されて、電気的接触がも
たらされる。
【0044】
負極の集電装置160は、電池10に均等な放電をもたらすように形作られて
いる。レーストラック型電池の長さは普通、その厚さよりも大きいので、すなわ
ち、レーストラック型電池は異方性であるので、集電装置160は、集電装置1
60と負極80の反応界面との距離が、最小になり、かつ、電池10を通じてほ
ぼ均等になるように、形作られている。放電が不均等に起きると、電池性能が不
安定になるとともに、電池の最適容量が少なくなることがある。したがって、効
果的な集電のためには、集電装置160は、電池10が均等な速度で放電するの
に役立つよう、実質的に電池10の全長に沿って伸びるように形作られている。
例えば、図9A〜図9Bに示されたように、集電装置160は、実質的に電池1
0の全長に沿って伸びている少なくとも2つの分離部が備わった針金のような部
材であってもよく、三角形と同様に形作られていてもよい。集電装置160は、
真鍮線材あるいはスズメッキ真鍮線材のような電気伝導性材料から作られており
、負極材料80の腐食作用をくい止めることができる。集電装置160はまた、
シール120の開口に嵌まるように構成されている。
いる。レーストラック型電池の長さは普通、その厚さよりも大きいので、すなわ
ち、レーストラック型電池は異方性であるので、集電装置160は、集電装置1
60と負極80の反応界面との距離が、最小になり、かつ、電池10を通じてほ
ぼ均等になるように、形作られている。放電が不均等に起きると、電池性能が不
安定になるとともに、電池の最適容量が少なくなることがある。したがって、効
果的な集電のためには、集電装置160は、電池10が均等な速度で放電するの
に役立つよう、実質的に電池10の全長に沿って伸びるように形作られている。
例えば、図9A〜図9Bに示されたように、集電装置160は、実質的に電池1
0の全長に沿って伸びている少なくとも2つの分離部が備わった針金のような部
材であってもよく、三角形と同様に形作られていてもよい。集電装置160は、
真鍮線材あるいはスズメッキ真鍮線材のような電気伝導性材料から作られており
、負極材料80の腐食作用をくい止めることができる。集電装置160はまた、
シール120の開口に嵌まるように構成されている。
【0045】
この電池10は、缶20を保持板150に機械的圧着することで、密封されて
いる。組み立てられた電池10は、適切な寸法に形成された金型の中に置かれ、
缶20のリムが保持板150およびシール120に機械的圧着されて、電池10
が密封される。加えて、電池10が貯蔵の間に例えば電池10の膨張および収縮
によって漏れるのを防ぐため、缶20を密封することには、そのひだに沿って、
密封材、例えばアスファルト密封材(ビワックス・コーポレーション)を施すこ
とが含まれていてもよい。組み立てられた電池10は図10に示されている。
いる。組み立てられた電池10は、適切な寸法に形成された金型の中に置かれ、
缶20のリムが保持板150およびシール120に機械的圧着されて、電池10
が密封される。加えて、電池10が貯蔵の間に例えば電池10の膨張および収縮
によって漏れるのを防ぐため、缶20を密封することには、そのひだに沿って、
密封材、例えばアスファルト密封材(ビワックス・コーポレーション)を施すこ
とが含まれていてもよい。組み立てられた電池10は図10に示されている。
【0046】
実施例
レーストラック型空気回収電池は次のようにして用意された。
【0047】
正極が所望の寸法(12mm×86mm)に切断された。3〜4mm幅のプラ
ークがこすられて、集電装置の格子が露出された。長さ約14mmのタブが、露
出したその格子に溶接された。
ークがこすられて、集電装置の格子が露出された。長さ約14mmのタブが、露
出したその格子に溶接された。
【0048】
隔離板を適切な寸法に切断して、それを、電池の缶の場合よりも小さい幅、長
さおよび半径のレーストラック型デザインがある心棒の周りに巻き付けることに
よって、正極組立体が形成された。隔離板の一方端部はヒートシールされた。
さおよび半径のレーストラック型デザインがある心棒の周りに巻き付けることに
よって、正極組立体が形成された。隔離板の一方端部はヒートシールされた。
【0049】
正極は隔離板の上端におけるその心棒の周りにきつく巻かれた。正極の周りに
、前もって切断されたテフロン(登録商標)(遮断)層が巻き付けられ、その層
は引っ張られて、きつい装着がもたらされた。このテフロン(登録商標)層の周
りに空気拡散層が巻き付けられた。
、前もって切断されたテフロン(登録商標)(遮断)層が巻き付けられ、その層
は引っ張られて、きつい装着がもたらされた。このテフロン(登録商標)層の周
りに空気拡散層が巻き付けられた。
【0050】
注入器を使って、缶の底に密封材が計量配分された。正極組立体が心棒から滑
り外れて、図7に示されたように配置された10個の開口が備わった缶へ移動し
た。わずかに大きいレーストラック型心棒が缶の中へ挿入されて、正極組立体が
缶の壁に圧接されることなく、隔離板と正極とのきつい嵌合を確保することがで
きた。前記タブは缶の側壁に溶接された。
り外れて、図7に示されたように配置された10個の開口が備わった缶へ移動し
た。わずかに大きいレーストラック型心棒が缶の中へ挿入されて、正極組立体が
缶の壁に圧接されることなく、隔離板と正極とのきつい嵌合を確保することがで
きた。前記タブは缶の側壁に溶接された。
【0051】
注入器を使って、正極の上端に密封材が計量配分された。注入器を使って、亜
鉛負極が、正極と隔離板によって形成された空所の中へ計量配分された。負極の
集電装置の端部は、シールと保持板を通して挿入され、次いで、先端が打ちつぶ
されて保持板に固定され、上端における半組立体が形成された。
鉛負極が、正極と隔離板によって形成された空所の中へ計量配分された。負極の
集電装置の端部は、シールと保持板を通して挿入され、次いで、先端が打ちつぶ
されて保持板に固定され、上端における半組立体が形成された。
【0052】
上端におけるこの半組立体は正極の上端に置かれた。この電池は、適切な寸法
に形成された金型の中に置かれ、次いで、電池の缶の縁がシールおよび保持板に
機械的圧着されて、電池が密封された。
に形成された金型の中に置かれ、次いで、電池の缶の縁がシールおよび保持板に
機械的圧着されて、電池が密封された。
【0053】
この出願に述べられた刊行物および特許はすべて、まるで個々の刊行物あるい
は特許が引用によって組み入れられるように具体的にかつ別々に表示されたのと
同じ程度まで、引用によってこの明細書に組み入れられている。
は特許が引用によって組み入れられるように具体的にかつ別々に表示されたのと
同じ程度まで、引用によってこの明細書に組み入れられている。
【0054】
この発明に係るいくつかの実施態様について説明してきた。それにもかかわら
ず、この発明の趣旨と範囲から逸脱することなくさまざまな改変を行うことがで
きる、ということは理解されるであろう。例えば、缶20には、正極50へ向か
って内方へ伸びて、缶20の内部で正極50を中心に置くのに役立つとともに正
極50の周りに均等な充気室をもたらす戻り止め、隆起部、あるいは垂直溝が含
まれていてもよい。したがって、底カップ70は、これらの戻り止め、隆起部、
あるいは垂直溝を通るように、充分な隙間を置いて形成されるべきである。缶2
0には、シール120を保持するために、缶20の上端に保持部および/または
アンダーカットされた弱いリップ部が含まれていてもよい。これらの保持部およ
び/またはリップ部によって、缶を機械的圧着するときに起きるおそれのある損
傷から正極を保護することができる。これに代えて、あるいはこれに加えて、そ
の圧着力を減らすことができる。
ず、この発明の趣旨と範囲から逸脱することなくさまざまな改変を行うことがで
きる、ということは理解されるであろう。例えば、缶20には、正極50へ向か
って内方へ伸びて、缶20の内部で正極50を中心に置くのに役立つとともに正
極50の周りに均等な充気室をもたらす戻り止め、隆起部、あるいは垂直溝が含
まれていてもよい。したがって、底カップ70は、これらの戻り止め、隆起部、
あるいは垂直溝を通るように、充分な隙間を置いて形成されるべきである。缶2
0には、シール120を保持するために、缶20の上端に保持部および/または
アンダーカットされた弱いリップ部が含まれていてもよい。これらの保持部およ
び/またはリップ部によって、缶を機械的圧着するときに起きるおそれのある損
傷から正極を保護することができる。これに代えて、あるいはこれに加えて、そ
の圧着力を減らすことができる。
【0055】
他の実施態様は特許請求の範囲にある。
【図1】
本発明に係るレーストラック型空気回収電池の分解図である。
【図2】
本発明に係るレーストラック型空気回収電池の断面図である。
【図3】
本発明に係るレーストラック型空気回収電池の別の断面図である。
【図4】
1%PTFEを含有する正極で作られた開放型電池および閉鎖型電池について
の電圧(V)対電流(mA/g MnO2)を示すグラフである。
の電圧(V)対電流(mA/g MnO2)を示すグラフである。
【図5】
7%PTFEを含有する正極で作られた開放型電池および閉鎖型電池について
の電圧(V)対電流(mA/g MnO2)を示すグラフである。
の電圧(V)対電流(mA/g MnO2)を示すグラフである。
【図6】
図6Aおよび図6Bは、長穴が備わっているレーストラック型電池の斜視図で
ある。
ある。
【図7】
缶壁に導入用開口が備わっている、展開された電池の缶における一部分のレイ
アウト図である。寸法はミリメートルで表されている。
アウト図である。寸法はミリメートルで表されている。
【図8】
図8Aおよび図8Bは、溝が備わっている電池の缶の断面図である。
【図9】
図9Aおよび図9Bは、集電装置の斜視図である。
【図10】
本発明に係るレーストラック型空気回収電池の組み立て後の斜視図である。
10 空気回収電池
20 缶
30 正極組立体
40 隔離板
50 正極
60 遮断層
70 底カップ
75 溝
80 負極
90 充気室
100 集電装置
110 天カップ
115 溝
120 シール
140 密封用組立体
150 保持板
160 集電装置
170 穴
180 電気導入用開口
182 長穴
190 凹所
200 開口
─────────────────────────────────────────────────────
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,TR),OA(BF
,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,
ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G
M,KE,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,B
Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE
,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,
GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I
S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK
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MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P
T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL
,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,
UZ,VN,YU,ZA,ZW
(72)発明者 ビエット、エイチ.ブー
アメリカ合衆国ウィスコンシン州、ミドル
タウン、グリーンウェイ、ブールバード、
ナンバー210、8531
Fターム(参考) 5H024 AA00 AA02 AA14 BB14 CC02
CC06 CC09 CC14 DD09 DD10
DD15 FF09
5H050 BA04 BA20 CA05 CB13 DA04
DA19 GA07
Claims (31)
- 【請求項1】 正極、負極、および隔離板を備えてなるレーストラック型空気回収電池。
- 【請求項2】 正極が、二酸化マンガンを含んでいる請求項1に記載の電池。
- 【請求項3】 負極が、亜鉛を含んでいる請求項1に記載の電池。
- 【請求項4】 レーストラックの断面形状がある缶、 この缶の中に置かれた正極組立体、 この正極組立体の一方端部に設けられた底カップ、および 前記缶の中に入れられた負極材料 を備えてなる空気回収電池。
- 【請求項5】 底カップが、底部分と、この底部分の周縁の周りに伸びている壁とを備えてな
る請求項4に記載の電池。 - 【請求項6】 前記底カップが、前記壁の部分の周りに伸びているリムをさらに備えてなる請
求項5に記載の電池。 - 【請求項7】 前記底カップが、溝を備えてなる請求項4に記載の電池。
- 【請求項8】 前記底カップが、レーストラックの形状を有している請求項4に記載の電池。
- 【請求項9】 前記正極組立体の一部が前記底カップに溶接されている請求項4に記載の電池
。 - 【請求項10】 前記正極組立体と前記底カップとの間に密封材をさらに備えてなる請求項4に
記載の電池。 - 【請求項11】 前記正極組立体が、遮断層を含んでいる請求項4に記載の電池。
- 【請求項12】 前記正極組立体が、空気拡散層を含んでいる請求項4に記載の電池。
- 【請求項13】 前記缶が、溝を含んでいる請求項4に記載の電池。
- 【請求項14】 前記缶が、少なくとも1つの空気導入用開口を含んでいる請求項4に記載の電
池。 - 【請求項15】 前記空気導入用開口が、伸びた長穴である請求項14に記載の電池。
- 【請求項16】 前記空気導入用開口が、ルーバー(louver)である請求項14に記載の電池。
- 【請求項17】 正極組立体が、二酸化マンガンを含んでいる請求項4に記載の電池。
- 【請求項18】 負極材料が、亜鉛を含んでいる請求項4に記載の電池。
- 【請求項19】 レーストラックの断面形状がある缶、 この缶の中に置かれた正極組立体、 前記缶の中に入れられた負極材料、および 前記缶の中に入れられた密封用組立体 を備えてなる空気回収電池であって、前記密封用組立体が、この電池の均等な放
電を最大にする形状の備わっている集電装置を含んでいる空気回収電池。 - 【請求項20】 レーストラックの断面形状がある缶、 この缶の中に置かれた正極組立体、 前記缶の中に入れられた負極材料、および 前記缶の中に入れられた密封用組立体 を備えてなる空気回収電池であって、密封用組立体が、実質的にこの電池の全長
に沿って伸びている集電装置を含んでいる空気回収電池。 - 【請求項21】 前記集電装置の少なくとも2つの分離部分が、実質的にこの電池の全長に沿っ
て伸びている請求項20に記載の電池。 - 【請求項22】 前記集電装置の一部分が、ほぼ三角形である請求項20に記載の電池。
- 【請求項23】 前記正極組立体が、遮断層を含んでいる請求項20に記載の電池。
- 【請求項24】 前記正極組立体が、二酸化マンガンを含んでいる請求項20に記載の電池。
- 【請求項25】 前記負極材料が、亜鉛を含んでいる請求項20に記載の電池。
- 【請求項26】 空気回収電池の組立方法であって、この方法が、 (a)正極組立体をレーストラックの断面形状がある缶の中に挿入するステッ
プ、 (b)負極物質をその缶の中に入れるステップ、 (c)集電装置が備わっている密封用組立体をその缶の中に挿入するステップ
、および (d)その缶を密封するステップ を備えてなる空気回収電池の組立方法。 - 【請求項27】 前記正極組立体の近傍に遮断層を設けるステップをさらに備えてなる請求項2
6に記載の方法。 - 【請求項28】 前記正極組立体の周りに空気拡散層を設けるステップをさらに備えてなる請求
項26に記載の方法。 - 【請求項29】 前記正極組立体の一方端部に底カップを設けるステップをさらに備えてなる請
求項26に記載の方法。 - 【請求項30】 前記缶に溝を形成するステップをさらに備えてなる請求項26に記載の方法。
- 【請求項31】 ステップ(d)が、機械的圧着を含んでいる請求項26に記載の方法。
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