JP2003532263A - 空気補助バッテリー用のカソード - Google Patents

空気補助バッテリー用のカソード

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Abstract

(57)【要約】 空気回復アルカリバッテリー（１０）用のカソード（８０）を開示する。カソード（８０）は少なくとも約６０重量％のＭｎＯ２および少なくとも約２重量％の疎水性重合体を含む。ＭｎＯ２は実質的に電気化学的合成されたＭｎＯ２からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、一般的には空気回復バッテリーおよびこれらのバッテリー用のカソ
ードに関するものである。
【０００２】 バッテリーは一般的に使用される電気エネルギー供給源である。バッテリーは
、典型的にはアノードと呼ばれる陰電極、および典型的にはカソードと呼ばれる
陽電極を含む。アノードは、酸化され得る活性材料を含み、カソードは還元され
得る活性材料を含む。アノード活性材料はカソード活性材料を還元することがで
きる。アノード材料とカソード材料の直接反応を阻止するために、アノードおよ
びカソードはセパレーターにより相互から電気的に隔離されている。
【０００３】 ある装置中でバッテリーを電気エネルギー供給源として使用する場合、アノー
ドとカソードを電気的に接触させ、その装置を通して電子を流し、それぞれの酸
化および還元反応を起こさせ、電力を得る。アノードおよびカソードと接触する
電解質はイオンを含み、そのイオンが電極間のセパレーターを通って流れ、放電
中にバッテリー全体にわたって電荷のバランスを維持する。
【０００４】 空気回復バッテリーは、空気の支援を受ける、または空気により復活するバッ
テリーとも呼ばれ、バッテリーのカソードが空気により再生(recharge)されるバ
ッテリーである。空気回復バッテリーは、亜鉛粉末を含むアノード、二酸化マン
ガン（ＭｎＯ２）を含むカソード、および電解質として水酸化カリウムの水溶液
を有することができる。
【０００５】 アノードでは、亜鉛が亜鉛酸塩に酸化される。 Ｚｎ＋４ＯＨ− → Ｚｎ（ＯＨ）４ ２−＋２ｅ−
【０００６】 カソードでは、ＭｎＯ２がマンガンオキシハイドレートに還元される。 ＭｎＯ２＋Ｈ２Ｏ＋ｅ− → ＭｎＯＯＨ＋ＯＨ−
【０００７】 電池が使用されていない時、または放電速度が十分に低い時、大気中の酸素が
電池に入り、カソードと反応することにより、ＭｎＯ２カソードを再生する。 1/2Ｏ２＋ＭｎＯＯＨ−−−→ＭｎＯ２＋ＯＨ−
【０００８】 放電速度が高い間は、空気回復バッテリーは、「新しい」（還元されていない）
ＭｎＯ２を還元することにより、通常のアルカリ電池のように作用する。放電速
度が低い、および電流の流れが無い休止期間の間は、「消費された」（還元された
）ＭｎＯ２が、大気中の酸素により新しい状態に回復または再生される。
【０００９】 ＭｎＯ２の還元が起こるためには、カソードは電解質で濡れている必要がある
。しかし、バッテリーのカソードは、再生のために酸素がＭｎＯ２に到達する必
要があるので、電解質で完全に濡れているべきではない。カソードが電解質で完
全に濡れている場合、カソード内部の空気輸送が低下することがあり、ＭｎＯ２ の再生が遅くなるか、または完全に停止することがある。
【００１０】 本発明は、空気回復バッテリーに使用するカソード、およびこれらのカソード
で製造された空気回復バッテリーを提供する。これらのバッテリーは、高および
低電力用途の両方に有用であり、断続的に使用する用途に特に有用である。
【００１１】 一態様では、本発明は、少なくとも約６０重量％のＭｎＯ２および少なくとも
約２重量％の疎水性重合体を含むカソードペーストを含む再生可能なカソードを
提供するものである。ＭｎＯ２は、実質的に電気化学的に合成されたＭｎＯ２か
らなる。
【００１２】 ここで使用する「再生可能なカソード」とは、還元され、次いでカソードを取り
巻く大気中の酸素により再酸化され得る触媒を含むカソードである。
【００１３】 本発明のカソードは、導電性、イオン伝導性、およびガス拡散特性間のバラン
スを維持する。さらに、カソードは比較的緻密な形態のＭｎＯ２を含むので、こ
れらのカソードは比較的薄くすることができる。本発明のカソードは、例えば従
来のアルカリ電池カソードよりも占有体積が小さいので、より多くの空間をアノ
ード活性材料に使用することができる。空気回復バッテリーに有用であることに
加えて、これらのカソードは金属−空気バッテリーにも有用である。
【００１４】 別の態様で、本発明は、（ａ）空気到達口を有する容器、（ｂ）少なくとも約
６０重量％のＭｎＯ２を含み、ＭｎＯ２が実質的に電気化学的に合成されたＭｎ
Ｏ２からなるカソードペーストを含むカソード、（ｃ）亜鉛を含んでなるアノー
ド、および（ｄ）カソードとアノードの間のセパレーターを包含する空気回復バ
ッテリーを提供するものである。
【００１５】 本発明の空気回復バッテリーは、対応する低放電速度のアルカリバッテリーよ
りも長い耐用寿命を有する。さらに、空気回復バッテリーは、金属−空気バッテ
リーよりも活性化された貯蔵寿命が長く、金属−空気バッテリーよりも電力能力
が高い。
【００１６】 別の態様で、本発明は、空気回復バッテリーの製造法を提供する。この方法は
、（ａ）少なくとも６０重量％のＭｎＯ２、炭素および結合剤を混合し、ＭｎＯ２ が実質的に電気化学的に合成されたＭｎＯ２からなるカソードペーストを形成
する工程、（ｂ）カソードペーストを集電体(current collector)上に塗り広げ
てカソードを形成する工程、（ｃ）空気到達口を有する容器中にカソードを挿入
する工程、（ｄ）亜鉛を含むアノード材料を容器中に挿入する工程、および（ｅ
）容器を密封する工程を包含する。
【００１７】 さらに別の態様では、本発明は再生可能なカソードの製造法を提供するもので
ある。この方法は、（ａ）触媒、炭素粒子、および溶剤を混合して混合物を形成
する工程、（ｂ）混合物を疎水性重合体と温度約１０℃未満で混合し、ペースト
を形成する工程、（ｃ）ペーストを温度１０℃未満で攪拌する工程、および（ｄ
）ペーストを少なくとも約２０℃に温め、ペーストをこの温度で混合する工程を
包含する。
【００１８】 この方法により、カソードペースト中のすべての成分が均一に混合される。均
一な混合により、良好なカソード性能が強化される。
【００１９】 本発明の他の特徴および優位性は、好ましい実施態様の説明および請求項から
明らかになるであろう。
【００２０】 本発明のカソードは、空気回復バッテリーに使用できる。本発明のバッテリー
のそれぞれは、少なくとも１個の空気到達口、カソード、アノード、およびカソ
ードとアノード間のセパレーターを包含する。これらのバッテリーは、様々な用
途に有用であり、短時間使用し、使用サイクル間に休止時間を置く装置に特に有
用である。
【００２１】 カソードは、活性材料のスラリーまたは寸法的に安定化させた柔らかいかたま
りを先ず形成することにより、製造することができる。一般的に、各成分を０℃
で混合した時にスラリーが形成され、各成分を２０℃で混合した時に柔らかいか
たまりが形成される。集電体がニッケルフォーム集電体である場合、スラリーま
たは柔らかいかたまりを使用でき、集電体が拡張金属（「Xmet」）集電体である場
合、柔らかいかたまりが好ましい。ここで使用する用語「スラリー」は、スラリー
と柔らかいかたまりの両方を意味する。
【００２２】 ペーストを形成するには、ＭｎＯ２および炭素をＶ−ブレンダー中で混合する
。次いで、粉体混合物を溶剤と共にプラネタリーブレンダー中に入れる。結合剤
を加え、混合物を、冷却して、またはせずに、１〜６０分間攪拌する。次いでペ
ーストを集電体上に、以下に説明する様に装填する。
【００２３】 あるいは、溶剤、例えば水、および炭素粒子を混合してプレミックスを先ず形
成することもできる。プレミックスを製造する間に、炭素粒子が予め濡らされ、
これによってカソードペーストが確実に十分に混合される。プレミックスをケー
キに成形し、乾燥させる。次いで乾燥したケーキを細かい粉末に粉砕する。この
粉末を追加の溶剤および水と混合する。二酸化マンガンを加え、次いで溶剤をさ
らに追加する。加える毎に混合物を高速度で攪拌する。次に、結合剤、例えばＰ
ＴＦＥ（例えばTeflonR）、を加え、混合物を約０℃に冷却する。低温により、
重合体が、フィブリル化されることなく、混合物中に確実に分散される。冷却し
た混合物を真空下で低速度で攪拌する。ＰＴＦＥを追加し、混合物を再度攪拌す
る。最後に、温度を約２０℃に上げ、混合物を真空下で攪拌する。温度を上げる
時、フィブリル化が起こり、混合物の接着−凝集特性を与えることができる。
【００２４】 ペーストの最終的な固体含有量は約５０〜約８０である。スラリーを使用する
場合、スラリーの粘度は好ましくは約１５００〜約４０００センチポアズである
。
【００２５】 二酸化マンガンは、カソード中の過酸化物を還元し、それによって使用電圧を
増加させる。カソード中のＭｎＯ２は、好ましくは実質的に電気化学的に合成さ
れたＭｎＯ２（ＥＭＤ）からなる。電気化学的に合成された二酸化マンガンは、
他の形態のＭｎＯ２、例えば化学的に合成された二酸化マンガン（ＣＭＤ）、よ
りも緻密なので好ましい。密度の増加により、比較的大量のＥＭＤを各カソード
に含むことができる。カソードペーストは６０〜９１重量％のＭｎＯ２を含むこ
とができ、その際、カソードペーストの総重量は、ＥＭＤ、結合剤、炭素、およ
びペーストを集電体上に装填する前に加えられる他のすべての添加剤の組合せ重
量として計算される。例えば、カソードペーストは少なくとも約６０重量％、少
なくとも約７０重量％、少なくとも約８０重量％、少なくとも約８５重量％、ま
たは少なくとも約９０重量％のＥＭＤを含むことができる。ＥＭＤは、例えばKe
rr-McGee Chemical Corp.(Henderson, NV)から購入することができる。
【００２６】 ペーストは、伝導性を与えるカーボンブラック粒子も含む。高表面積炭素であ
る炭素粒子は、ＭｎＯ２を再生できるのに有効な量で存在する。カソードペース
トは、約１〜１５重量％の炭素粒子を含むことができる。使用可能な様々な種類
の炭素粒子の例には、Black Pearls 2000(Cabot, Billerica, MA)、Vulcan XC-7
2R(Cabot)、Monarch 1300、Shawinigan Black (SAB)(Chevron, San Fransisco,
CA)、Printex、Ketjenblack particles(Akzo Nobel, Chicago, IL)、およびPWA(
Calgon Carbon, Pittsburgh, PA)が挙げられる。
【００２７】 結合剤は、ＭｎＯ２の放電が関与する電気化学的反応を妨害することなく、濡
れ防止（すなわち電解質によるカソードの過剰浸漬を制限すること）に十分な量
で存在する。結合剤は、カソードペーストをフィブリル化し、カソードペースト
に接着／凝集特性を与える。カソードペーストは、好ましくは約２〜２０重量％
の結合剤、より好ましくは少なくとも約２重量％、３重量％、約４重量％、５重
量％、約６重量％、または７重量％の結合剤を含む。
【００２８】 結合剤は、例えば疎水性結合剤、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）、ポリエチレン、またはポリプロピレンである。
【００２９】 カソードペーストは溶剤を含むこともできる。適当な溶剤の例はIsopar（Exxo
n Chemical Company, Houston, TXから市販）、水、アルコール（例えばイソプ
ロピルアルコール）、または水とアルコールの混合物である。Isoparは柔らかい
かたまりの製造に使用でき、水およびアルコールはスラリーまたは柔らかいかた
まりの製造に使用できる。
【００３０】 カソードペーストは、カソードの導電性および物理的強度を改良する集電体の
上に装填する。柔らかいかたまりを使用する場合、集電体は、グリッド、メッシ
ュ、または拡張した導電性の金属または金属の組合せ、例えばニッケルメッキし
た鋼（「Xmetと呼ばれる」）、から製造されたスクリーンでよい。グリッドは、カ
ソードと以下に説明するバッテリー容器との電気的接触を改良することができ、
カソードを所望の形状に形成し易くすることができる。スラリーを使用する場合
、集電体はニッケルフォームまたはXmetでよいが、フォームが好ましい。
【００３１】 一実施態様では、上記の様にして製造したペーストは、集電体を含む円筒形の
金型中に押し出すか、または射出成形し、管状のカソードを形成することができ
る。あるいは、ペーストをシートに押し出し、次いで金属グリッド上にカレンダ
ー加工することができる。カソードを乾燥させ、次いで再度カレンダー加工する
。次いで、個々のカソードをシートから裁断し、所望の形状に巻き付けることが
できる。カソードは、単層を有する管または多層を管に巻き付けることができる
。上記の方法はすべて、集電体上の活性材料の充填密度がカソード全体にわたっ
て極めて均一なカソードを製造する。
【００３２】 完成したカソードの所望の厚さは、それを使用するバッテリーのサイズおよび
形状によって異なる。例えば、ＡＡＡ電池では、カソードは一般的に厚さが約０
．４ｍｍ以下であり、ＡＡ電池では、カソードは一般的に厚さが約０．４〜０．
８ｍｍである。ＣおよびＤ円筒形電池用のカソードは、一般的にＡＡＡおよびＡ
Ａ電池用のカソードより厚い。これらのカソードは、標準的なアルカリカソード
より薄いので、比較的大量のアノード材料を電池中に組み込むことができる。ボ
タンおよびプリズム形の電池では、カソードは厚さが約０．４ｍｍ〜０．７ｍｍ
でよい。
【００３３】 空気回復電極を製造するには、導電性、イオン伝導性、およびガス拡散特性間
のバランスを最適化しなければならない。例えば、電解質をはじく性質が強すぎ
るカソードは、電解質の浸透に対して効果的であり、ガス輸送には効果的である
が、イオン伝導性は乏しく、ＭｎＯ２の放電効率は悪いであろう。
【００３４】 さらに、電解質をはじく性質が不十分なカソードは、イオン伝導性は良好であ
るが、イオン濃度勾配が濡れまたは過剰浸漬を引き起こし、ガス拡散特性および
ＭｎＯ２の再生には有害であろう。導電性と放電効率の間のバランスは、結合剤
、ＭｎＯ２、および炭素の適切な相対量を選択することにより、達成できる。
【００３５】 図１に関して、濡れ防止の必要条件が示されている。カソード混合物中に僅か
１％のＰＴＦＥでは、濡れ防止性は不十分である。１％ＰＴＦＥで製造したカソ
ードの放電効率は、開放した、または密閉した電池で実質的に差が無い。カソー
ドは電解質で浸漬され、空気が進入してＭｎＯ２を再生することができない。
【００３６】 図２に関して、カソード中のＰＴＦＥ量が７％である場合、カソードは効果的
に濡れ防止される。開放した電池におけるＭｎＯ２の放電効率は密閉した電池に
おける効率より７倍以上高い。この結果は、空気が電池に入り、ＭｎＯ２を再生
できることを立証している。一般的に、ＰＴＦＥの量がカソード５０中で２〜２
０％、好ましくは２〜７％、である場合に電解質を効果的に防止できる。
【００３７】 ＰＴＦＥを混合する時間の量も完成した電極に対して影響する。ＰＴＦＥの混
合時間が長過ぎると、ＰＴＦＥは過度にせん断される。ＰＴＦＥが過度にせん断
されると、ペーストを集電体中に容易に挿入できないことがある。
【００３８】 本発明のバッテリーはアノードも含むものである。アノードは、亜鉛材料、ゲ
ル化剤、および電解質を含むアノードゲルから形成される。アノードは、ゲル化
剤および亜鉛粉末を混合し、乾燥アノード混合物を形成することにより製造され
る。この混合物をアノード缶の中に入れ、次いで電解質を加えてアノードゲルを
形成する。
【００３９】 亜鉛材料は、鉛、インジウム、ビスマス、スズ、またはアルミニウム、または
これらの元素の組合せと合金化することができる。例えば、亜鉛は、約４００〜
６００ｐｐｍ（例えば５００ｐｐｍ）の鉛、１００〜６００ｐｐｍ（例えば５０
０ｐｐｍ）のインジウム、または約５０〜９０ｐｐｍ（例えば７０ｐｐｍ）のア
ルミニウムと合金化することができる。好ましくは、亜鉛材料は鉛、インジウム
およびアルミニウム、鉛およびインジウム、あるいは鉛およびビスマスを含むこ
とができる。あるいは、亜鉛は、他の金属添加剤無しに、鉛を含むこともできる
。亜鉛材料は、エアブロウンまたはスパン亜鉛でよい。好適な亜鉛粒子は、例え
ばそれぞれここにその全文を参考として含めるＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．第０９／１５６
，９１５号、１９９８年９月１８日提出、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．第０８／９０５，２
５４号、１９９７年８月１日提出、およびＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．第０９／１１５，８
６７号、１９９８年７月１５日提出、各明細書に記載されている。亜鉛は粉末で
もよい。亜鉛の粒子径は、球形または非球形でよい。例えば、亜鉛粒子は形状が
針状（縦横比が少なくとも２である）でよい。
【００４０】 亜鉛材料はほとんどの粒子径が６０メッシュ〜３２５メッシュである。例えば
、亜鉛材料は下記の粒子径分布を有することができる。 ０〜３重量％が６０メッシュスクリーン上、 ４０〜６０重量％が１００メッシュスクリーン上、 ３０〜５０重量％が２００メッシュスクリーン上、 ０〜３重量％が３２５メッシュスクリーン上であり、 ０〜０．５重量％がパン上である。
【００４１】 好適な亜鉛材料には、Union Miniere(Overpelt、 ベルギー)、Duracell（米国
）、Noranda（米国）、Grillo（独国）、またはToho Zink（日本国）から市販の
亜鉛が挙げられる。
【００４２】 ゲル化剤は、電池から電解質が漏れるのを防止し、亜鉛粒子をアノード材料中
に懸濁し易くする吸収性ポリアクリレートである。吸収性ポリアクリレートは、
ここに参考として含める米国特許第４，５４１，８７１号明細書に記載されてい
る様にして測定して、ゲル化剤１グラムあたり食塩水約３０グラム未満の吸収性
エンビロープを有する。アノードゲルは、アノード混合物中の亜鉛の乾燥重量で
３％未満のゲル化剤を含む。好ましくは、ゲル化剤含有量は約０．２〜０．８重
量％、より好ましくは約０．３〜０．６重量％、最も好ましくは約０．３３重量
％、である。吸収性ポリアクリレートは、懸濁重合により製造されるナトリウム
ポリアクリレートでよい。好適なナトリウムポリアクリレートは、平均粒子径が
約１０５〜１８０ミクロンで、ｐＨが約７．５である。好適なゲル化剤は、例え
ば米国特許第４，５４１，８７１号、第４，５９０，２２７号、または第４，５
０７，４３８号各明細書に記載されている。
【００４３】 特定の実施態様では、アノードゲルは非イオン系界面活性剤、およびインジウ
ムまたは鉛化合物、例えば水酸化インジウムまたは酢酸鉛、を含むことができる
。アノードゲルは約５０〜５００ｐｐｍ、好ましくは５０〜２００ｐｐｍ、のイ
ンジウムまたは鉛化合物を含むことができる。界面活性剤は、亜鉛表面上に被覆
した非イオン系ホスフェート界面活性剤、例えば非イオン系アルキルホスフェー
トまたは非イオン系アリールホスフェート（例えばRohm & Haasから市販のRA600
およびRM510）でよい。界面活性剤はガス発生抑制剤として使用できる。
【００４４】 電解質は、水酸化カリウムの水溶液でよい。電解質は、約３０〜４５％、好ま
しくは３５〜４２％、の水酸化カリウムを含むことができる。電解質は、約１〜
２％の酸化亜鉛も含むことができる。
【００４５】 本発明のカソードを使用して、様々な形状およびサイズの空気回復バッテリー
を製造することができる。例えば、プリズム形電池、コイン電池、円筒形電池、
および「レーストラック」電池を製造することができる。
【００４６】 図３および４に関して、プリズム形空気回復バッテリー１０は、金属製アノー
ド缶２０および金属製カソード缶５０を含む。アノード缶２０は密封部３０およ
びアノード材料４０を含む。カソード缶５０は、空気拡散層６０、メンブラン７
０、カソード８０、セパレーター９０、および少なくとも１個の空気到達開口部
１００を含む。アノード缶２０およびカソード缶５０は、例えばカソード缶５０
の中にシーラント１１０を塗布し、カソード缶５０を密封部３０の上に機械的に
折り曲げることにより、一つに合わせて密封される。
【００４７】 アノード缶２０は、トリ−クラッドまたはバイ−クラッド材料を含み、典型的
には厚さが０．２〜０．５ｍｍである。バイ−クラッド材料は、銅の内側表面を
備えたステンレス鋼でよい。好ましくは、内側表面は、銅約７０％および亜鉛約
３０％を有する黄銅を含む。トリ−クラッド材料は、缶の外側表面上にニッケル
層を有し、缶２０の内側表面上に銅または黄銅（７０％Ｃｕ／３０％Ｚｎ）層を
有するステンレス鋼から構成することができる。銅は安価で、例えばフラッシュ
付着または高温付着により容易に被覆することができるが、アノード材料４０中
の亜鉛と反応することがある。黄銅は、アノード缶２０がアノード材料４０と反
応するのを抑えるのに好ましい。一般的に厚さが約６０ミクロンの黄銅層を典型
的には高温プレスしてバイ−クラッドまたはトリ−クラッド材料を形成させる。
バッテリー１０を深放電にかけるのではない場合、アノード缶２０は内側表面上
にスズを含むことができる。スズはアノード材料４０と反応せず、良好な初期ガ
ス発生特性を有する。スズは缶の内側表面上の連続層でよい。スズ層は、厚さが
約１〜１２ミクロン、好ましくは約２〜７ミクロン、より好ましくは約４ミクロ
ン、のメッキされた層でよい。スズは、金属片上に予めメッキされても、アノー
ド缶２０の上に後からメッキされてもよい。例えば、スズは浸漬メッキ（例えば
Technics, Rhode Islandから市販のメッキ溶液を使用して）により付着させるこ
とができる。メッキ層は光沢仕上げまたはつや消し仕上げすることができる。被
覆は銀または金化合物を含むこともできる。
【００４８】 アノード缶２０は、プリズム形構造を有し、実質的に垂直、すなわちアノード
缶２０の底部表面に対して直角の側部１２０を有する。側部１２０は、以下に説
明する様に、密封部３０およびカソード缶５０と係合する構造も有する。電池の
寸法は電池の用途または使用によって異なる。典型的には、アノード缶２０は幅
が約３０ｍｍ、長さが４０ｍｍ、高さが２．０ｍｍであるが、他の寸法も使用で
きる。
【００４９】 密封部３０は、アノード缶２０の周縁部の周りに堅く適合し、以下に説明する
様に、カソード缶５０を密封部３０の上に折り曲げることができる構造を有する
。密封部３０は典型的には厚さ０．５ｍｍのナイロン製である。
【００５０】 次にカソード缶５０に関して、カソード缶５０は、厚さが典型的には３〜５ミ
クロンのニッケルの内側および外側層を有する冷間圧延した鋼から製造すること
ができる。鋼は典型的には厚さが０．２５〜０．５ｍｍである。典型的には、カ
ソード缶５０は、直線的な壁を有するプリズム形構造を有し、以下に説明する様
に、カソード缶５０をアノード缶２０で密封できる様に、アノード缶２０および
密封部３０と係合する寸法を有する。例えば、カソード缶５０は幅が３３ｍｍ、
長さが４３ｍｍ、高さが４ｍｍでよい。
【００５１】 カソード８０の再生能力は、部分的に、大気中酸素がカソード８０の中に拡散
する速度、および酸素とＭｎＯ２の間の反応速度によって支配される。開口部１
００により、空気がカソード８０に到達することができるので、ＭｎＯ２カソー
ドを再生することができる。カソード缶５０中の開口部の数を最大限にすること
により、バッテリー１０の性能を最適化することができるが、製造コストも増加
する。開口部１００は一般的に直径が０．３ｍｍであり、典型的にはレーザード
リル加工により形成する。均一な性能を得るには、開口部１００をカソード缶５
０の上に均一に配分するとよい。ある種の実施態様では、穴は、カソード缶５０
の周縁部から０．２５インチ、他の開口部から０．１２５インチの間隔を置いて
配置することができる。
【００５２】 空気拡散層６０は、典型的にはカソード缶５０の底部に隣接して配置する。シ
ーラント材料、例えばアスファルトシーラント、例えばBiWax Corp.から市販のA
sphalt B1128、をカソード缶５０の中に先ず配置し、空気拡散層６０を所定の位
置に固定する。バッテリー１０が放電する際、アノード４０から来る亜鉛（Ｚｎ
）が酸化亜鉛（ＺｎＯ）に酸化され、アノード４０の体積が増加し、カソード８
０をカソード缶５０の底部に押し付ける。空気拡散層６０は、カソード８０が缶
５０中の空気到達開口部１００をふさぐか、または詰まらせるのを抑えることに
より、カソード８０とカソード缶５０の間の拡散空間を維持し、それによってバ
ッテリー１０の再充電が可能になる。空気拡散層６０は、典型的には厚さ０．１
〜０．２ｍｍの多孔質または繊維状材料、例えばフィルター材料（例えばWhatma
n (Clifton, NJ) Grades 54, F490-08およびF490-02）、である。
【００５３】 メンブラン７０は、典型的には空気拡散層６０に隣接して配置される。メンブ
ラン７０は、空気透過性材料、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）
、である。メンブラン７０は、典型的には厚さ約０．１ｍｍであり、カソード缶
５０に接着剤で付けるか、またはラミネートすることができる。
【００５４】 カソード缶中に含まれるカソード８０は、上記の様な触媒ペースト、およびカ
ソード缶と電気的に接触している集電体（図には示されていない）を含む。カソ
ードは、典型的にはメンブラン７０に隣接している。カソード８０は、典型的に
は平らであり、主要表面１３０、１４０および側部１５０をする。ここで使用す
る「主要表面」は、最も大きな面積を有する表面である。カソード８０は、主要表
面１３０、１４０がバッテリー１０の中央軸（Ａ）に対して直角になる様にカソ
ード缶５０中に配置される。ここで使用する「中央軸」は、主要表面に対して直角
に走る軸である。ある種の実施態様では、カソード８０の主要表面１３０、１４
０は、空気到達開口部１００の中央軸に対しても直角である。
【００５５】 セパレーター９０は、カソード８０に隣接し、アノード４０をカソード８０か
ら電気的に隔離するために使用する。セパレーター９０は、典型的には厚さが０
．０４〜０．０８ｍｍであり、典型的にはカソード８０上に被覆されたポリビニ
ルアルコール（ＰＶＡ）である。セパレーター９０は、消泡剤および微生物の成
長を阻止するための殺真菌剤を含む２０％ＰＶＡ水溶液を使用してその場でカソ
ード８０の上に被覆することができる。その場で被覆されたセパレーターは、例
えばここに参考として含める米国特許出願第Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／２８０，３
６７号明細書、１９９９年３月２９日提出、に記載されている。セパレーター９
０は、微細孔ポリプロピレンメンブラン(Celgard 5550, Hoechst Celanese, (Su
mmit, New Jersey))でもよいが、その場で被覆することにより、典型的にはより
薄く、抵抗損がより小さいセパレーターが得られる。
【００５６】 バッテリー１０は、それぞれの内容物を内側に配置したアノード缶２０および
カソード缶５０を一つに合わせて密封することにより組み立てる。典型的にはア
スファルトシーラント１１０（例えばAsphalt B1128、BiWax Corp.）をカソード
缶５０の中に配置し、電解質の漏れに対してさらに保護する。典型的には、缶２
０、５０を適当な大きさのダイの中に置き、カソード缶５０のリムを機械的に密
封部３０の上に折り曲げ、バッテリー１０を密封する。折り曲げることにより、
密封部３０がカソード８０およびシーラント１１０に対しても圧迫され、電解質
の漏れがさらに防止される。
【００５７】 図５に示される本発明の別の実施態様では、プリズム形バッテリー２００はコ
イン電池構造を有する。バッテリー２００は、円形のカソード缶２１０および円
形のアノード缶２２０を含んでなり、これらの缶は、一つに組み立てられた時、
中央の縦軸（Ｃ）を有する円形プリズムの形状を有するバッテリー２００を形成
する。バッテリー２００の具体的な寸法は、バッテリーの用途および使用によっ
て異なる。バッテリー２００は、図１に示すバッテリー１０と同じ断面構造を有
し、バッテリー１０と同様に組み立てられる。バッテリー２００のカソードの主
要表面は、縦軸Ｃに対して直角である。
【００５８】 図６に示される本発明の別の実施態様では、バッテリー３００は、非金属また
は非導電性の材料、例えばプラスチック、から製造された缶３１０、３２０を含
んでなる。アノード缶３１０およびカソード缶３２０は、それぞれ側部３３０、
３４０を有する。側部３３０、３４０は、それぞれ外側表面３５０、３６０を有
する。アノード缶３１０およびカソード缶３２０は、それらの側部の外側表面３
５０、３６０が同一平面をなす様に、一つに密封される。バッテリー３００は超
音波密封により密封される。バッテリー１０および２００と同様に、組み立てた
バッテリー３００は中央の縦軸（Ｄ）を有するプリズム形構造を有する。
【００５９】 バッテリー３００の内側構造は、バッテリー１０と実質的に同一のままである
。カソード缶３２０は、少なくとも１個の空気到達開口部３７０を含んでなり、
各開口部の中央縦軸はバッテリー３００の中央縦軸（Ｄ）と平行である。カソー
ド缶３２０は、シーラント３８５により固定された空気拡散層３８０、メンブラ
ン３９０、中央縦軸Ｄに対して直角に配置されたカソード４００、およびセパレ
ーター４１０を包含する。アノード缶３１０は、アノード材料４２０および集電
体４３０を包含する。
【００６０】 缶３１０、３２０は非導電性であるので、ある装置中でバッテリーを作動させ
るために、缶３１０、３２０中に電流接点を形成させる。典型的には、アノード
缶３１０は、リベット４４０を受け入れるための穴（図には示されていない）を
含んでなる。リベット４４０はアノード集電体４３０に、例えば溶接により、電
気的に接続される。バッテリー３００の均一な性能を得るために、アノード集電
体４３０は、一般的にアノード缶３１０の内側キャビティ全体を通って均一に伸
びる様に、例えばアノード缶３１０全体に伸びるジグザグ構造のワイヤとして、
または板またはグリッドとして形成される。
【００６１】 同様に、カソード缶３２０も電流接点（図には示していない）を含んでなる。
用途に応じて、カソード電流接点は、例えば溶接により、カソード４００の金属
グリッドに電気的に接続されたリベットでよい。あるいは、導電性のタブをカソ
ード４００に溶接し、バッテリー３００の外側に伸ばすことができる。
【００６２】 本発明のバッテリーは円筒形の電池でもよい。図７に関して、円筒形の空気回
復バッテリー５００は、缶５１０の壁にある少なくとも１個の空気到達開口部５
２０を備えた壁を有する管５１０を含む。缶５１０は、缶５１０の内側に適合し
てキャビティを画成する様に形成されたカソード組立機構５３０を包含する。カ
ソード組立機構５３０は、セパレーター５４０、カソード５５０、バリヤー層５
６０、および空気拡散層５７０を包含する。カソード組立機構５３０は、カソー
ド５５０に溶接したタブ５８０、およびカソード組立機構５３０の一端上に配置
され、タブ５８０に溶接されたボトムカップ５９０をさらに含む。カソード組立
機構５３０のキャビティの内側にはアノード６００が配置されている。カソード
組立機構５３０の他端の上には、集電体６２０を包含する密封組立機構６１０が
配置されている。缶５１０は、例えば機械的な折り曲げによりシールされたバッ
テリー５００を形成する。一般的に、バッテリー５００の組立方法は、カソード
組立機構５３０およびアノード６００を缶５１０の中に配置し、缶５１０を密封
してバッテリー５００を形成させることを含む。
【００６３】 バッテリーの寸法は電池の用途または使用により異なる。缶５１０の全体的な
寸法は、the International Electriotechnical Commission (IEC)により規定さ
れている。例えば、円筒形ＡＡＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡ、ＣまたはＤ電池を製造する
ことができる。缶は典型的にはニッケルメッキした鋼(Thomas Steel Co., Charl
otte, NC)から製造される。
【００６４】 開口部５２０により、空気はカソード５５０に到達できるので、ＭｎＯ２カソ
ードを再生することができる。缶５１０中の開口部５２０の数を最大限にするこ
とにより、バッテリー５００の性能および製品寿命を最適化することができるが
、製造コストも増加する。開口部５２０は、缶５１０の壁および／または缶５１
０の末端にも配置することができる。缶５１０の壁中に配置された開口部５２０
は、缶５１０に入る空気の拡散経路を減少させることができ、それによってバッ
テリー５００の再充電効率を改良することができる。開口部５２０は一般的に直
径が約０．３ｍｍであり、典型的にはレーザードリル加工により形成される。均
一な性能を得るために、開口部５２０は典型的には缶５１０の上に均一に配分さ
れる。
【００６５】 カソード５５０は、カソード５５０の導電特性を改良するために、集電体（図
には示していない）上に形成される。集電体は、拡張した、導電性の金属または
合金、例えばニッケル−メッキした鋼、のグリッドである。グリッドはカソード
５５０を所望の形状に容易に成形することができ、下記の様に、カソード５５０
とタブ５８０およびボトムカップ５９０との電気的接触を改良することができる
。
【００６６】 カソード５５０は、好ましくは厚さが０．４〜１．４ｍｍであるが、カソード
５５０の具体的な寸法はバッテリー５００のサイズおよび用途、例えば放電の深
度、により異なる。カソード５５０は、導電性タブ５８０に例えば溶接により取
り付ける。タブ５８０は、カソード５５０とボトムカップ５９０の間により優れ
た電気的接触を与える。タブ５８０は、約０．１ｘ３ｘ１５ｍｍであり、典型的
には純粋なニッケルの平らな材料である。タブ５８０を取り付けたカソード５５
０は、缶５１０の内側に適合する様に形成する。例えば、バッテリーが円筒形で
ある場合、カソード５５０は適当な大きさのマンドレル上に巻き付け、円筒形の
カソード組立機構５３０を形成することができる。
【００６７】 カソード組立機構５３０は、バリヤー層５６０で包む。バッテリー５００が古
くなると、アノード材料４０中の電解質が、例えばカソード５５０を通る芯作用
により、カソード５５０を通って移動し、バッテリー５００から漏れることがあ
る。バリヤー層５６０は、典型的には厚さが０．１〜０．２ｍｍであり、空気透
過性の材料、例えばＰＴＦＥ、であり、電解質がバッテリー５００から漏れるの
を阻止するのに役立つ。
【００６８】 バリヤー層５６０は空気拡散層５７０で包む。バッテリー５００の放電中、ア
ノード１００から来る亜鉛（Ｚｎ）が酸化亜鉛（ＺｎＯ）に酸化され、アノード
１００の体積が増加し、カソード５５０を缶５１０の側部に押し付ける。空気拡
散層５７０は、カソード５５０が缶５１０中の空気到達開口部５２０をふさぐか
、または詰まらせるのを抑えることにより、カソード５５０と缶５１０の間の空
気拡散空間を維持し、バッテリー５００を再充電させるのに役立つ。空気拡散層
の厚さはバッテリーのサイズによって異なる。例えば、空気拡散層は、厚さ約０
．２ｍｍがＡＡバッテリーに最適である。空気拡散層が０．１ｍｍより薄い場合
、空気のカソードへの到達が困難になることがある。空気拡散層が０．６ｍｍよ
り厚くなると、空気拡散層により占有される体積が大きくなり過ぎる。空気拡散
層５７０は、典型的には多孔質または繊維状の材料、例えばフィルター材料（例
えばWhatman (Clifton, NJ) Grades 54, F490-08およびF490-02）、である。
【００６９】 空気拡散層５７０を使用するかわりに、あるいはそれに加えて、缶５１０に溝
を形成し、カソード５５０が空気到達開口部５２０をふさぐのを抑えることがで
きる。溝は典型的には缶５１０の中に、ほぼ空気拡散層５７０の厚さである約０
．１〜０．２ｍｍ伸びる。拡張するアノード材料はカソード組立機構５３０の中
央で最も大きくふくれるので、溝は、バッテリー５００の中央のあたりにだけ伸
びていればよい。別の実施態様では、バッテリー５００は、バッテリー５００の
高さに沿って間隔を置いて配置された複数の溝を含むことができる。カソード組
立機構５３０を缶５１０の中に挿入できる様に、溝は典型的にはバッテリー５０
０を組み立てた後に形成させる。窪みの付いた車輪の周りにバッテリー５００を
転がすことにより、缶５１０を変形させる。
【００７０】 バッテリーを組み立てるには、ボトムカップ５９０をカソード組立機構５３０
の一端に配置する。ボトムカップ５９０はカソード組立機構５３０を収容し、電
解質の漏れを最少に抑え、カソード５５０と缶５１０の間の電気的接触を改良す
る。ボトムカップ５９０は、カソード組立機構５３０の一端の上および缶５１０
の中に適合する様に加工する。例えば、円筒形バッテリー５００では、ボトムカ
ップ５９０は、図７に示される様に、缶５１０に接触する様に設計された底部表
面を有する管として成形することができる。さらに、ボトムカップ５９０は溝６
３０を画成し、その中にカソード組立機構５３０を配置する。ボトムカップ５９
０をカソード組立機構５３０上に配置する前に、電解質がカソード組立機構５３
０を通してバッテリー５００の外に漏れるのを抑えるバリヤーとして、シーラン
ト（図には示されていない）を溝６３０の中に配置する。シーラントは、典型的
にはアスファルトシーラント、例えばBiWax Corp.から市販のAsphalt B1128、で
ある。ボトムカップ５９０は、典型的にはタブ５８０に、例えば溶接により、接
続する。溶接により、ボトムカップはカソード組立機構５３０に固定され、缶、
ボトムカップ、およびカソード間の電気的接触が改良される。
【００７１】 カソード組立機構５３０は、カソード５５０が缶５１０に電気的に接触する様
に缶５１０の中に配置する。カソード５５０は、タブ５８０およびボトムカップ
５９０を介して缶５１０に電気的に接触する。タブ５８０およびボトムカップ５
９０を使用しない場合、カソード５５０は缶に直接接触することができる。カソ
ード５５０を缶５１０に直接接触させるには、カソード材料を先ず集電体から取
り除くとよい。次いで、集電体を缶５１０に溶接することができる。
【００７２】 セパレーター５４０をカソード組立機構５３０中に配置する。セパレーター５
４０は、アノード６００を収容し、カソード５５０とアノード６００の直接反応
によりバッテリー５００が短絡しない様に、アノードをカソード５５０から電気
的に隔離する。セパレーター５４０は、一般的に厚さが０．０４〜０．０８ｍｍ
であり、典型的には多孔質の電気的絶縁性重合体、例えばポリプロピレン(Celga
rd 5550, Celanese, (Summit, New Jersey))またはポリビニルアクリレート（Ｐ
ＶＡ）であり、アノード材料１００中の電解質をカソード５５０に接触させる。
図７に示される様に、セパレーター５４０は、開いた末端および閉じた末端を有
するチューブでよい。セパレーター５４０は、カソード組立機構５３０の内側に
適合する様に、適当なサイズのマンドレル上で形成する。
【００７３】 トップカップ６４０をカソード組立機構５３０の開いた末端の上に配置する。
図７に示される様に、典型的には非導電性材料、例えばナイロン、から製造され
たトップカップは、セパレーター５４０およびカソード組立機構５３０の開いた
末端の上に適合し、密封部と係合する大きさを有する。ボトムカップ５９０と同
様に、トップカップ６４０は溝を画成する。カソード組立機構をトップカップの
中に配置する前に、アスファルトシーラント（図には示していない）を溝の中に
配置し、電解質の漏れに対するバリヤーとして作用させる。
【００７４】 図８〜１１に関して、空気回復バッテリー７００は、レーストラック形の断面
を有する缶７１０を含む。缶７１０は、缶７１０の内側に適合し、キャビティを
画成する様に形成されたカソード組立機構７２０を含む。カソード組立機構７２
０は、セパレーター７３０、カソード７４０、およびバリヤー層７５０を包含す
る。カソード組立機構７２０は一端に配置されたボトムカップ７６０をさらに含
む。カソード組立機構７２０のキャビティの内側にはアノード７７０が配置され
ている。カソード組立機構７２０の他端には、集電体７９０を含む密封組立機構
７８０が配置されている。缶７１０は、例えば機械的な折り曲げにより、密封さ
れ、バッテリー７００を形成する。一般的に、バッテリー７００の組立方法は、
カソード組立機構７２０およびアノード７７０を缶７１０の中に配置し、缶７１
０を密封してバッテリー７００を形成させることを含む。
【００７５】 ここで使用する「レーストラック形」とは、周縁部が細長く、一対の全体的に平
行な縁部を有する末端面または末端面間の断面を有するバッテリーを意味する。
周縁部は、例えば２個の湾曲した末端により接合された２本の長い平行な縁部を
有するか、または全体的に長円形状（例えば楕円の数学的等式により限定される
周縁部を含む）でよいか、または全体的にアーチ形形状、例えば豆さや形、を有
することができよう。
【００７６】 バッテリー７００の寸法は、電池の用途または使用により異なる。例えば、バ
ッテリー７００は、隣り合わせに並列させた複数の円筒形バッテリー（例えばＡ
Ａ、ＡＡＡ）に近い寸法を有することができる。バッテリー７００は、他のバッ
テリー上に積み重ねられる様な寸法を有することもできる。缶は典型的にはニッ
ケルメッキした鋼（Thomas Steel Co., Charlotte, NC)から製造される。
【００７７】 カソード７４０は、カソード７４０の導電性を改良するために集電体（図には
示されていない）上に形成させる。集電体は、拡張した、導電性の金属または合
金、例えばニッケル−メッキした鋼、のグリッドである。グリッドはカソード７
４０を所望の形状に容易に成形することができる。さらに、グリッドは、下記の
様に、ボトムカップ７６０に溶接し、カソード７４０と缶７１０の間の電気的接
触を改良することができる。
【００７８】 カソード７４０は、缶７１０の内側に適合しながら、カソード組立機構７２０
と缶７１０の間に空気高圧部９０を維持する様に形成させる。空気高圧部９０に
より、空気がカソード７４０に分配される。例えば、カソード７４０は、適当な
サイズのマンドレル上で、レーストラック形カソード組立機構７２０を形成する
形状に加工することができる。
【００７９】 カソード組立機構７２０はバリヤー層７５０で包む。バッテリー７００が古く
なると、アノード７７０中の電解質が、例えばカソード７４０を通る芯作用によ
り、カソード７４０を通って移動し、バッテリー７００から漏れることがある。
バリヤー層７５０は、典型的には厚さが０．１〜０．２ｍｍであり、空気透過性
の材料、例えばＰＴＦＥ、であり、電解質がバッテリー７００から漏れるのを抑
える。
【００８０】 缶７１０が缶の壁中に形成された空気到達開口部を有する場合、バリヤー層７
５０は空気拡散層（図には示されていない）で包む。バッテリー７００の放電中
、アノード７７０から来る亜鉛（Ｚｎ）が酸化亜鉛（ＺｎＯ）に酸化され、アノ
ード７７０の体積が増加し、カソード７４０を缶７１０の側部に押し付ける。空
気拡散層５７０は、カソード７４０が缶７１０中の空気到達開口部をふさぐか、
または詰まらせるのを抑えることにより、カソード７４０と缶７１０の間の空気
拡散空間または高圧部を維持し、バッテリー７００を再充電させるのに役立つ。
空気拡散層は、典型的には厚さ０．１〜０．２ｍｍの多孔質または繊維状の材料
、例えばフィルター材料（例えばWhatman (Clifton, NJ) Grades 54, F490-08お
よびF490-02）、である。
【００８１】 典型的には鋼製のボトムカップ７６０をカソード組立機構７２０の一端に配置
する。ボトムカップ７６０は、カソード組立機構７２０を収容し、電解質の漏れ
を最少に抑え、カソード７４０と缶７１０の間の電気的接触を改良する。ボトム
カップ７６０はカソード組立機構７２０の一端の上および缶７１０の中に適合す
る様に製作する。ボトムカップ７６０は、溶接によりカソード組立機構７２０に
接続することができる。溶接により、ボトムカップ７６０はカソード組立機構７
２０に固定され、缶７１０、ボトムカップ７６０、およびカソード７４０間の電
気的接触が改良される。図９および１０に示される様に、ボトムカップ７６０は
リム７８０を有し、カソード組立機構７２０と缶７１０の間に空気高圧部８００
を維持し易くする。例えば、レーストラック形バッテリー７００では、ボトムカ
ップ７６０を、図８に示される様に、缶７１０と接触する様に設計されたリムお
よび底部表面を有するレーストラック形状の缶として成形することができる。さ
らに、ボトムカップ７６０は溝７９０を画成し、その中にカソード組立機構７２
０を配置する。ボトムカップ７６０をカソード組立機構７２０上に配置する前に
、電解質がカソード組立機構７２０を通してバッテリー７００の外に漏れるのを
抑えるバリヤーとして、シーラント８０５を溝７９０の中に配置する。シーラン
トは、典型的にはアスファルトシーラント、例えばBiWax Corp.から市販のAspha
lt B1128、である。
【００８２】 セパレーター７３０をカソード組立機構７２０中に配置する。セパレーター７
３０は、アノード７７０を収容し、カソード７４０とアノード７７０の直接反応
によりバッテリー７００が短絡しない様に、アノード７７０をカソード７４０か
ら電気的に隔離する。セパレーター７３０は、一般的に厚さが０．０５〜０．０
８ｍｍであり、典型的には多孔質の電気的絶縁性重合体、例えばポリプロピレン
(Celgard 5550, Celanese, (Summit, New Jersey))またはポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）であり、アノード材料８０中の電解質をカソード７４０に接触させる
。図８に示される様に、セパレーター７３０は、開いた末端および閉じた末端を
有するレーストラック形容器でよい。セパレーター７３０は、カソード組立機構
７２０の内側に適合する様に、適当なサイズのマンドレル上に形成させる。ある
いは、セパレーター７３０はその場で付けることもできる。
【００８３】 トップカップ８１０をカソード組立機構７２０の開いた末端の上に配置する。
図８に示される様に、典型的には非導電性材料、例えばナイロン、から製造され
たトップカップ８１０は、セパレーター７３０およびカソード組立機構７２０の
開いた末端の上に適合し、以下に記載する様に、密封部８２０と係合する大きさ
を有する。ボトムカップ７６０と同様に、トップカップ８１０は溝８３０を画成
する。カソード組立機構７２０をトップカップ８１０の中に配置する前に、図９
に示すアスファルトシーラント８４０を溝８３０の中に配置し、電解質の漏れに
対するバリヤーとして作用させる。カソード７４０が缶７１０と電気的に接触す
る様に、カソード組立機構７２０を缶７１０の中に配置する。カソード３０は、
ボトムカップ７６０を介して缶７１０と電気的に接触させる。ボトムカップ７６
０を使用しない場合、カソードは缶７１０に直接接触させることができる。カソ
ードを缶７１０に直接接触させるには、活性材料を先ず集電体から取り除くとよ
い。次いで、集電体を缶７１０に溶接することができる。
【００８４】 アノード材料を缶７１０の中に入れた後、密封部８２０、集電体７９０、およ
び支持板９２０を包含する密封組立機構７８０を缶７１０の中に配置する。密封
組立機構７８０は、アノード材料の漏れを阻止し、バッテリー７００を密封し、
バッテリー７００をある装置中で使用する時にアノードを外部回路に電子的に接
続するために使用する。
【００８５】 図８および９に示される様に、密封部８２０は、集電体７９０を受け入れ、ア
ノード材料８０がバッテリー７００から漏れない様にトップカップ８１０と係合
する様に製作する。密封部８２０は、典型的には非導電性材料、例えばナイロン
、から製造され。密封部８２０は、集電体７９０を受け入れるための１個の穴９
４０を有する。密封部８２０は、複数の集電体、例えば複数の爪形集電体、を受
け入れるための２個以上の穴を有することができるが、アノード材料がバッテリ
ー７００から漏れる機会を最少に抑えるために穴の数は少なくする。密封部８２
０は、少なくとも１個の空気到達開口部９５０も有する。典型的には６〜１８個
の開口部９５０が密封部８２０の周りに、密封部８２０の外側周縁部に隣接して
均一に配分され、均一な放電および一定した性能を与える。開口部９５０は、好
ましくは直径が０．５〜１ｍｍであり、密封部８２０を射出成形する際に加工さ
れる。
【００８６】 空気拡散層を使用する代わりに、あるいはそれに加えて、缶７１０に溝を形成
し、カソード７４０が空気到達開口部８９０をふさぐのを抑えることができる。
溝は典型的には缶７１０の中に、ほぼ空気拡散層の厚さである約０．１〜０．２
ｍｍ伸びる。拡張するアノード材料はカソード組立機構７２０の中央で最も大き
くふくれるので、溝は、バッテリー７００の中央のあたりにだけ伸びていればよ
い。別の実施態様では、バッテリー７００は、バッテリー７００の高さに沿って
間隔を置いて配置された複数の溝を含むことができる。カソード組立機構７２０
を缶７１０の中に挿入できる様に、溝は典型的にはバッテリー７００を組み立て
た後に形成させ、窪みの付いた車輪の周りにバッテリー７００を転がすことによ
り、溝を変形させる。
【００８７】 密封部８２０は、支持板９２０を収容する大きさの窪み９１０も画成する。支
持板９２０は、導電体、例えば鋼、から製造され、缶７１０を密封部８２０の上
に機械的に折り曲げることにより、バッテリー７００を密封できる様に、窪み９
１０の中に適合する寸法を有する。支持板９２０は、支持板９２０にリベット止
めされて電気的接点を与える集電体７９０を受け入れるための開口部９３０を有
する。
【００８８】 アノード集電体７９０は、バッテリー７００を均一に放電させる様な形状を有
する。レーストラック形バッテリーの長さは、典型的にはその厚さよりも大きい
、すなわち異方性であるので、集電体７９０は、集電体７９０とアノード７７０
の反応界面の間隔が最小になり、バッテリー７００全体にわたって一般的に均一
になる様な形状を有する。放電が均一でない場合、バッテリー性能が一定せず、
バッテリーの最適な容量が得られないことがある。従って、効果的に集電するに
は、集電体７９０は、バッテリー７００の全長に実質的に沿って伸び、バッテリ
ー７００を均一な速度で放電させる形状を有する。例えば、集電体７９０は、バ
ッテリー７００の全長に実質的に沿って伸びる少なくとも２個の個別部分を有す
るワイヤの様な部材でよいか、または三角形に類似した形状を有することができ
る。集電体７９０は、アノード材料８０の腐食作用に耐えられる導電性材料、例
えば黄銅またはスズメッキした黄銅ワイヤ、から製造する。集電体７９０は、密
封部１７０の開口部と係合する様にも製作する。
【００８９】 バッテリー７００は、缶７１０を支持板９２０の上に機械的に折り曲げること
により、密封する。組み立てたバッテリー７００を適当なサイズのダイの中に配
置し、缶７１０のリムを支持板９２０および密封部８２０の上に機械的に折り曲
げ、バッテリー７００を密封する。さらに、貯蔵中の、例えばバッテリー７００
の膨脹および収縮によるバッテリー７００の漏れを防止するために、缶７１０を
密封する際、折り曲げ加工と共に、シーラント、例えばアスファルトシーラント
(BiWax Corp.)、を施すとよい。組み立てたバッテリー７００は図１１に示す通
りである。
【００９０】 円筒形空気回復バッテリーは、ここにその全文を参考として含めるＵ．Ｓ．Ｓ
．Ｎ．０９／４８７，３５５号明細書、２０００年１月１９日提出、により詳細
に記載されており、プリズム形空気回復バッテリーは、ここにその全文を参考と
して含めるＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／４８８，２１７号明細書、２０００年１月１
９日提出、により詳細に記載されており、レーストラック形空気回復バッテリー
は、ここにその全文を参考として含めるＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／５４４，０７６
号明細書、２０００年４月６日提出、により詳細に記載されている。
【００９１】 下記の例は本発明をさらに説明するためのものであるが、これらの例は、請求
項に記載する本発明の範囲を制限するものではない。
【００９２】例１ 空気回復バッテリー用のカソードを下記の様に製造した。ＳＡＢ炭素（１００
％固体）７０ｇ、グラファイト（１００％固体）３０ｇ、Pregel（２．５％固体
）２００ｇ、および脱イオン（ＤＩ）水１１２ｇを６５ｒｐｍで３０分間攪拌し
た。Pregelは、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（CMC、Herculesから市
販）およびナトリウムポリアクリレート（SPA、3V, Inc.から市販）を３：２の
比で含む。炭素混合物をＭｎＯ２（１００％固体）８６０ｇおよびＤＩ水１１２
ｇと混合した。得られた混合物を６５ｒｐｍで３０分間攪拌した。攪拌を続けな
がら、追加のＤＩ水（２２４．１５ｇ）を加え、混合物を６５ｒｐｍでさらに３
０分間攪拌した。
【００９３】 ＰＴＦＥ（TeflonR T-30、５８．３３ｇ、６０％固体）を加えた。混合物を２
℃に冷却し、真空を作用させた。冷却した混合物を１５ｒｐｍで３０分間攪拌し
た。次いで、混合物を室温に温め、真空下、１５ｒｐｍで５分間攪拌した。スラ
リーの密度および固体百分率を確認した。スラリーの密度は１．７６ｇ／ｃｃで
、固体分は５９％（内訳は、ＭｎＯ２８６％、炭素とグラファイトの合計１０％
、TeflonR ３．５％、およびPregel０．５０％である）であった。
【００９４】 スラリーをニッケルフォーム上に塗布し、７０℃で４時間乾燥させた。被覆し
たシートを所望の厚さにカレンダー加工した。
【００９５】例２ カソードスラリーを例１に記載する様にして製造した。カソードスラリーは固
体６０％を含んでおり、その内訳はＥＭＤ８６％、ＳＡＢ炭素７％、グラファイ
ト３％、T-30ＰＴＦＥ３．５％、およびＣＭＣ／ＳＰＡPregel０．５％（Pregel
はＣＭＣとＳＰＡを３：２の比で含む）であった。カソード気孔率は４５％、フ
ォーム集電体上への装填量は１５ｇ／ｍ２、厚さは０．８ｍｍであった。
【００９６】 カソードをチューブに成形した。各チューブの周りに３個のTeflonRリングを
巻き付け、各TeflonRリングの幅は４〜５ｍｍであった。TeflonRリングはカソー
ドと缶壁の間に隙間を維持するのに使用した。これらのカソードを使用して１５
個のＡＡ電池を製造した。アノードは亜鉛６９％を含んでいた。各電池の製造に
は、電解質プレ−ショット（１．０３ｇ）を使用した。各電池で、缶の壁は１０
個の０．３ｍｍ穴を有していた。電池を閉じた状態に７２時間保持した。次いで
、これらの電池を、様々な使用／放電休止期間（例えば２分間使用、２８分間休
止）で、様々な電流で試験した。開放電圧は１．４７９Ｖ〜１．５５２Ｖであっ
た。各電池のオーム抵抗を測定した結果を下記の表に示す通りである。 電池＃ ＯＣＶ オーム抵抗 期間 Ｉ（ｍＡ） (mOhm) １ 1.548 87 2/28分 300 ２ 1.552 64 2/28分 500 ３ 1.542 67 2分/6時間 500 ４ 1.542 88 2/28分 200 ５ 1.547 68 2/58分 500 ６ 1.550 83 2/28分 300 ７ 1.547 74 2/28分 400 ８ 1.549 64 2/28分 500 ９ 1.551 58 2/28分 600 10 1.525 70 2/58分 500 11 1.525 63 2/28分 600 12 1.479 62 4分/12時間 500 13 1.530 89 2/28分 200 14 1.542 77 2/28分 400 15 1.540 65 2分/12時間 500
【００９７】 上記の表に示す様に、電池のオーム抵抗は低かった。一般的に、電池のオーム
抵抗が低い程、電池の性能は優れている。
【００９８】 下記の表は、様々な電流および放電期間を使用して電池を試験した時のアンペ
ア−時間およびワット−時間を示す。 電池＃ 試験 A-hr A-hr A-hr A-hr W-hr W-hr W-hr W-hr (I、期間) @1.1V @1.0V @0.9V @0.8V @1.1V @1.0V @0.9V @0.8V 11 600 0.20 1.18 2.18 2.69 0.24 1.24 2.20 2.64 2/28分 9 600 0.24 1.08 2.32 2.85 0.29 1.14 2.34 2.79 2/28分 2 500 0.36 2.16 2.89 3.26 0.42 2.32 3.02 3.34 2/28分 8 500 0.27 1.99 2.79 3.12 0.32 2.11 2.88 3.17 2/28分 10 500 0.13 1.76 2.65 3.04 0.15 1.85 2.70 3.04 2/58分 5 500 0.25 1.84 2.76 3.15 0.30 1.95 2.83 3.17 2/58分 7 400 0.70 2.68 3.13 3.33 0.82 2.94 3.37 3.55 2/28分 14 400 0.50 2.64 3.18 3.44 0.58 2.87 3.39 3.61 2/28分 1 300 2.19 3.32 3.68 3.85 2.52 3.73 4.08 4.23 2/28分 6 300 2.18 3.29 3.60 3.71 2.51 3.69 3.98 4.08 2/28分
【００９９】例３ プレミックスを下記の様に形成した。イソプロピルアルコール８７．２ｇおよ
び脱イオン水１１１．９ｇを混合した。ＳＡＢ炭素８４ｇを加え、得られた混合
物を６５ｒｐｍで１５〜３０分間攪拌した。
【０１００】 カソードの柔らかいかたまりを形成するために、プレミックス粉末１８９．２
ｇをイソプロピルアルコール１５９．６ｇおよび脱イオン水２０３．２ｇと混合
し、得られた混合物を６５ｒｐｍで１５分間攪拌した。ＭｎＯ２６８８ｇを加え
、混合物を６５ｒｐｍで５分間攪拌した。さらにイソプロピルアルコール８８ｇ
および脱イオン水１１２ｇを加え、得られた混合物を６５ｒｐｍでさらに１５分
間攪拌した。
【０１０１】 次に、T-30ＰＴＦＥ２０ｇを加えた。この混合物を２℃に冷却し、真空下、低
速度１５ｒｐｍで５分間攪拌した。さらにＰＴＦＥ２０ｇを加え、得られた混合
物を真空下、１５ｒｐｍで１５秒間攪拌した。温度を２０℃に上げ、真空下、１
５ｒｐｍで１．５分間攪拌した。
【０１０２】 最終的なカソードの柔らかいかたまりは固体５４重量％を含んでいた。これら
の固体の内訳はＭｎＯ２８６重量％、炭素７重量％、ＰＴＦＥ７重量％であった
。この柔らかいかたまりをXmat上にロール被覆した。
【０１０３】例４ カソードの柔らかいかたまりを下記の様に形成した。ＭｎＯ２（３４４ｇ、１
００％固体）およびＳＡＢ炭素粉末（２８、１００％固体）を、インテンシファ
イアーバーを備えたＶ−ブレンダー中で１０分間攪拌した。この粉末をＤＩ水１
５３ｇとプラネタリーミキサー中、室温、６５ｒｐｍで３０分間混合した。湿っ
た粉末にＰＴＦＥ（TeflonR T-30、４７ｇ、６０％固体）を加え、この混合物を
、室温、２７インチＨｇの真空下、高速度で１分間攪拌した。この柔らかいかた
まりは固体７０％（内訳は、ＭｎＯ２８６％、ＳＡＢ炭素７％、およびＰＴＦＥ
７％である）を含んでいた。
【０１０４】 カソードを形成するために、予め計量した量の柔らかいかたまりをニッケルメ
ッキしたXmat上に広げた。柔らかいかたまりをカレンダー加工ミル上で速度７ｒ
ｐｍで少量ずつカレンダー加工した。柔らかいかたまりは厚さ１．０〜１．２ｍ
ｍにカレンダー加工し、柔らかいかたまりがXmat上に均一に配分される様に注意
した。この電極を７５℃で３０分間乾燥させた。必要に応じて、電極を再度カレ
ンダー加工し、所望の厚さを達成した。
【０１０５】 本願に記載したすべての文献および特許は、個々の文献または特許を参考とし
て含めることが特別に、および個別に示されているのと同じ程度に、ここに参考
として含める。
【０１０６】 上記の説明から、ここに記載する発明に変形および修正を加え、様々な用途お
よび条件に使用できることは明らかである。その様な実施態様も請求項の範囲内
に入る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＰＴＦＥ１重量％を含むカソードで製造した開放および密閉電池に対する電圧
（Ｖ）と電流（ｍＡ／ｇＭｎＯ２）の関係を示すグラフ。
【図２】 ＰＴＦＥ７重量％を含むカソードで製造した開放および密閉電池に対する電圧
（Ｖ）と電流（ｍＡ／ｇＭｎＯ２）の関係を示すグラフ。
【図３】 プリズム形空気回復バッテリーの断面図。
【図４】 金属製カソード缶および金属製アノード缶を有するプリズム形空気回復バッテ
リーの簡素化された分解組立図。
【図５】 コインバッテリーの透視図。
【図６】 非金属製カソード缶および非金属製アノード缶を有するプリズム形空気回復バ
ッテリーの断面図。
【図７】 円筒形空気回復バッテリーの断面図。
【図８】 本発明のレーストラック形空気回復バッテリーの分解組み立て図。
【図９】 本発明のレーストラック形空気回復バッテリーの断面図。
【図１０】 本発明のレーストラック形空気回復バッテリーの断面図。
【図１１】 本発明の組み立てたレーストラック形空気回復バッテリーの透視図。
───────────────────────────────────────────────────── 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 ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， 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 ビート、エイチ．ブュー アメリカ合衆国ウィスコンシン州、ミドル トン、ナンバー210、グリーンウェイ、ブ ールバード、8531 Ｆターム(参考） 5H024 AA03 AA14 BB07 BB08 CC02 CC03 CC04 DD02 DD07 HH01 5H032 AA01 AS06 BB05 BB10 EE05 HH00 HH01 HH06 5H050 BA04 CA05 CB13 DA02 DA09 EA24 HA01

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも約６０重量％のＭｎＯ２および少なくとも約２重量％の疎水性重合
    体を含むカソードペーストを含んでなり、ＭｎＯ２が、実質的に電気化学的に合
    成されたＭｎＯ２からなることを特徴とする再生可能なカソード。
  2. 【請求項２】 カソードペーストが少なくとも約３重量％の疎水性重合体を含む、請求項１に
    記載のカソード。
  3. 【請求項３】 カソードペーストが少なくとも約４重量％の疎水性重合体を含む、請求項１に
    記載のカソード。
  4. 【請求項４】 カソードペーストが少なくとも約５重量％の疎水性重合体を含む、請求項１に
    記載のカソード。
  5. 【請求項５】 カソードペーストが少なくとも約６重量％の疎水性重合体を含む、請求項１に
    記載のカソード。
  6. 【請求項６】 カソードペーストが少なくとも約７重量％の疎水性重合体を含む、請求項１に
    記載のカソード。
  7. 【請求項７】 カソードペーストが少なくとも約７０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項１に記
    載のカソード。
  8. 【請求項８】 カソードペーストが少なくとも約８０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項７に記
    載のカソード。
  9. 【請求項９】 カソードペーストが少なくとも約８５重量％のＭｎＯ２を含む、請求項８に記
    載のカソード。
  10. 【請求項１０】 カソードペーストが少なくとも約９０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項９に記
    載のカソード。
  11. 【請求項１１】 カソードペーストが１〜１５重量％の炭素を含む、請求項１に記載のカソード
    。
  12. 【請求項１２】 疎水性重合体がポリテトラフルオロエチレンである、請求項１に記載のカソー
    ド。
  13. 【請求項１３】 カソードの充填密度が、カソードの対向する末端で実質的に等しい、請求項１
    に記載のカソード。
  14. 【請求項１４】 カソードが集電体を含む、請求項１に記載のカソード。
  15. 【請求項１５】 （ａ）空気到達口を有する容器、 （ｂ）少なくとも約６０重量％のＭｎＯ２を含み、ＭｎＯ２が実質的に電気化
    学的に合成されたＭｎＯ２からなるカソードペーストを含んでなるカソード、 （ｃ）亜鉛を含んでなるアノード、および （ｄ）カソードとアノードの間のセパレーター を含んでなることを特徴とする空気回復バッテリー。
  16. 【請求項１６】 カソードペーストが少なくとも約７０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項１５に
    記載のバッテリー。
  17. 【請求項１７】 カソードペーストが少なくとも約８０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項１６に
    記載のバッテリー。
  18. 【請求項１８】 カソードペーストが少なくとも約８５重量％のＭｎＯ２を含む、請求項１７に
    記載のバッテリー。
  19. 【請求項１９】 カソードペーストが少なくとも約９０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項１８に
    記載のバッテリー。
  20. 【請求項２０】 カソードペーストが少なくとも約２重量％の疎水性重合体を含む、請求項１５
    に記載のバッテリー。
  21. 【請求項２１】 カソードペーストが少なくとも約３重量％の疎水性重合体を含む、請求項２０
    に記載のバッテリー。
  22. 【請求項２２】 カソードペーストが少なくとも約４重量％の疎水性重合体を含む、請求項２１
    に記載のバッテリー。
  23. 【請求項２３】 カソードペーストが少なくとも約５重量％の疎水性重合体を含む、請求項２２
    に記載のバッテリー。
  24. 【請求項２４】 カソードペーストが少なくとも約６重量％の疎水性重合体を含む、請求項２３
    に記載のバッテリー。
  25. 【請求項２５】 カソードペーストが少なくとも約７重量％の疎水性重合体を含む、請求項２４
    に記載のバッテリー。
  26. 【請求項２６】 カソードが集電体をさらに含んでなる、請求項１５に記載のバッテリー。
  27. 【請求項２７】 バッテリーが円筒形バッテリーである、請求項１５に記載のバッテリー。
  28. 【請求項２８】 バッテリーがＡＡＡバッテリーである、請求項２７に記載のバッテリー。
  29. 【請求項２９】 バッテリーがＡＡバッテリーである、請求項２７に記載のバッテリー。
  30. 【請求項３０】 バッテリーがＣバッテリーである、請求項２７に記載のバッテリー。
  31. 【請求項３１】 バッテリーがＤバッテリーである、請求項２７に記載のバッテリー。
  32. 【請求項３２】 バッテリーがプリズム形バッテリーである、請求項１５に記載のバッテリー。
  33. 【請求項３３】 バッテリーがレーストラック形バッテリーである、請求項１５に記載のバッテ
    リー。
  34. 【請求項３４】 空気回復バッテリーの製造法であって、 （ａ）ＭｎＯ２、炭素および結合剤を混合し、カソードペーストを形成する工
    程（ＭｎＯ２が実質的に電気化学的に合成されたＭｎＯ２からなり、カソードペ
    ーストが少なくとも６０重量％のＭｎＯ２を含む）、 （ｂ）カソードペーストを集電体上に塗り広げてカソードを形成する工程、 （ｃ）空気到達口を有する容器中にカソードを挿入する工程、 （ｄ）亜鉛を含んでなるアノード材料を容器中に挿入する工程、および （ｅ）容器を密封する工程 を含んでなることを特徴とする方法。
  35. 【請求項３５】 カソードペーストが少なくとも約７０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項３４に
    記載の方法。
  36. 【請求項３６】 カソードペーストが少なくとも約８０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項３５に
    記載の方法。
  37. 【請求項３７】 カソードペーストが少なくとも約８５重量％のＭｎＯ２を含む、請求項３６に
    記載の方法。
  38. 【請求項３８】 カソードペーストが少なくとも約９０重量％のＭｎＯ２を含む、請求項３７に
    記載の方法。
  39. 【請求項３９】 再生可能なカソードの製造法であって、 （ａ）触媒、炭素粒子、および溶剤を混合して混合物を形成する工程、 （ｂ）混合物を疎水性重合体と温度約１０℃未満で混合し、ペーストを形成す
    る工程、 （ｃ）ペーストを温度約１０℃未満で攪拌する工程、および （ｄ）ペーストを少なくとも約２０℃に温め、ペーストをこの温度で混合する
    工程 を含んでなることを特徴とする方法。
  40. 【請求項４０】 工程（ｃ）がペーストを真空下で攪拌することを含んでなる、請求項３９に記
    載の方法。
  41. 【請求項４１】 工程（ｄ）がペーストを真空下で攪拌することを含んでなる、請求項３９に記
    載の方法。
  42. 【請求項４２】 工程（ｃ）がペーストを約１５ｒｐｍの速度で攪拌することを含んでなる、請
    求項３９に記載の方法。
  43. 【請求項４３】 工程（ｄ）がペーストを約１５ｒｐｍの速度で攪拌することを含んでなる、請
    求項３９に記載の方法。
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