JP2003530669A

JP2003530669A - 空気回収電池

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Publication number: JP2003530669A
Application number: JP2001574934A
Authority: JP
Inventors: アレキサンダー、カプラン; ゲアリー、エム．サール; ビエット、エイチ．ブー
Original assignee: ザジレットカンパニー
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2003-10-14
Also published as: HK1047191A1; AU2001249771A1; EP1240682A1; WO2001078184A1; AR027780A1; US6399243B1; CN1366720A; CN1292513C

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

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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（ＭｎＯ_２）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、ＭｎＯ_２が還元されて酸水素マンガンになる。

【０００６】ＭｎＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋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
、ＭｎＯ_２が生成される。

【０００７】１／２Ｏ_２＋ＭｎＯＯＨ−＞ＭｎＯ_２＋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）ＭｎＯ_２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）ＭｎＯ_２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ＭｎＯ_２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、ＭｎＯ_２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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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（ＴｈｏｍａｓＳｔｅｅｌＣｏ．，）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。

【００１７】正極５０には、ＭｎＯ_２、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ＭｎＯ_２、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ＭｎＯ_２には、電気分解により合成されたＭｎＯ_２（ＥＭＤ）
、化学的に合成されたＭｎＯ_２（ＣＭＤ）、ＥＭＤとＣＭＤとの混合物、あるい
は化学的に変性されたＭｎＯ_２（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ＭｎＯ_２は、例えばカ
ー−マックギー・ケミカル・コーポレーション（Ｋｅｒｒ−ＭｃＧｅｅＣｈｅ
ｍｉｃａｌＣｏｒｐ．）（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、ＭｎＯ_２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、ＭｎＯ_２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、ＭｎＯ_２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ＭｎＯ_２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ＭｎＯ_２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ＭｎＯ_２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ＭｎＯ_２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ＭｎＯ_２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、ＭｎＯ_２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（ＢｌａｃｋＰｅａｒｌｓ）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（ＳｈａｗｉｎｉｇａｎＢｌａ
ｃｋ）、プリンテックス（Ｐｒｉｎｔｅｘ）、ケチェン・ブラック（Ｋｅｔｊｅ
ｎＢｌａｃｋ）、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。

【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。

【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。

【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。

【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（ＢｉＷａｘＣｏｒｐ．）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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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（ＵｎｉｏｎＭｉｎｉｅｒｅ）
（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。

【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。

【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。

【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。

【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ＭｎＯ_２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、ＭｎＯ_２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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００５５】他の実施態様は特許請求の範囲にある。

【図面の簡単な説明】

【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／ｇＭｎＯ_２）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／ｇＭｎＯ_２）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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，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，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，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

【特許請求の範囲】

【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。