JP2003534638A - 無水銀空気電池 - Google Patents
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Abstract
Description
細には本発明は無水銀ボタン型空気電池に関する。 空気電気化学電池は適切に機能するための酸素供給を必要とし、ボタン型空気
電池は補聴器などの装置において広範に使用されている。典型的な市販のボタン
型アルカリ電気化学電池は、活物質としての亜鉛又は亜鉛合金を有する負極(ア
ノード)及びアルカリ性電解液、例えば水酸化カリウムを有している。漏液(le
akage)、特に電気化学反応中の電池内でのガス発生により引き起こされる漏液
を減少させるために、水銀を電池へ添加していた。現在、市場にでているボタン
型電池は少量の水銀を使用している。しかしながら、水銀は環境並びにヒト及び
動物の健康に対して危険であることが明らかになってきた。それゆえ、ボタン型
電池を含む全ての電気化学電池中の水銀を実質的に減少させる又は排除すること
について、公衆及び連邦政府、州及び地方自治体による要求が増加してきた。 商業的に入手可能なボタン電池へその他の変化を与えることなしに水銀を排除
すると、以下の原因:(1)ガス発生、(2)シール領域の毛管現象、(3)電
池内の電位差により促進される電気化学的クリープ(creepage)、(4)破損し
た又は層間剥離(delaminate)した疎水性層(例えばポリテトラフルオロエチレ
ン)の1つ又はこれらの組合せにより引き起こされる電池漏液が起こる。更にボ
タン型空気電池内の圧力が疎水性層の空気電極からの層間剥離を引き起こし、こ
れにより隙間が作成され、その隙間内に電解液が蓄積する。電解液の蓄積は、空
気が電池の空気電極へ到達することについての障壁を生じさせる。 電池の水銀含量を実質的に減少又は排除するのと同時に、ボタン型電池の漏液
問題を除去することを試みる複数のアプローチが採られてきた。Mansfield, Jr.
らの米国特許第5,306,580号及び同5,279,905号明細書は、再
折畳み(refold)型負極カップ(anode cup)の内面がインジウムで電気メッキ
された空気電池を開示している。しかしながら、インジウムはガス発生を減少さ
せるけれども、負極カップの内面上のインジウムは、商業的に入手可能なインジ
ウム電気メッキ使用ボタン型電池にとって許容できないレベルのソルティング(
salting)を起こす。これは、ガス発生については銅表面よりもインジウム表面
で低いけれども、粗さについては銅と比較してインジウムの方が大きいことに起
因する増加した毛管現象の結果である。
)はトリクラッド(triclad)(ニッケル、ステンレス鋼及び銅)層状組成物か
らなる再折畳み型負極カップを有する非アマルガム化(unamalgamated)空気電
池を開示している。負極に特定のかさ密度範囲を有する亜鉛粉末及び電解液比を
使用して、放電利用率(discharge utilization rate)及び漏液耐性を増強する
ことを試みている。許容できない高レベルのソルティングを生じることなしに、
この文献単独の教示はボタン電池へ首尾よく適用されなかった。 米国特許第5,168,018号(Yoshizawaら)明細書は、無機阻害剤、例
えばIn(OH)3及び有機界面活性剤、例えばペルフルオロアルキルポリエチ
レンオキシドを、添加水銀を有しないアルカリ電池の腐食耐性亜鉛合金含有負極
へ添加して水素ガス発生を減少させることを開示している。当該特許の発明者等
は、In(OH)3の一部は亜鉛合金の表面へ電着して亜鉛合金表面で水素過電
圧を引き起こすが、残りのIn(OH)3は電池放電中に新たに暴露される亜鉛
合金表面へ電着するまでアルカリ性電解液中に残ると推測している。界面活性剤
は疎水性単分子層を亜鉛合金表面上に形成し亜鉛合金を更に腐食耐性にする。許
容されない高レベルの漏液なしに、Yoshizawaらの教示は単独でボタン電池へ首
尾よく適用されなかった。 添加水銀を含まず、漏液及びソルティングに対して高度に耐性があり、良好な
電気的性能を提供しかつ製造及び商品化に対して対費用効果が高い無水銀ボタン
型電気化学電池に対するニーズが存在する。
ット又はシールと接触するためのシール面(sealing surface)を有する負極カ
ップを含み、当該負極カップのシール面はその上に非原位置堆積インジウム(no
n-in situ-deposited indium)を有さず、好ましくは銅よりも水素過電圧が大き
い非原位置堆積金属を有しないことを特徴とする電池である。本発明の電気化学
電池は添加水銀を有さず、低ガス発生性亜鉛を好ましくは含んでいる活物質を含
む負極を有している。好ましくは水酸化インジウムを負極混合物へ添加する。イ
ンジウム又は高い水素過電圧を有する別の金属を、本発明の電池を作成するため
に使用する負極カップの内面上へ置く場合、当該インジウム又はその他の金属は
シール領域に存在しない負極カップの内面部分へ制限される。 本明細書で使用するとき、負極カップのシール領域とは、ガスケット又はシー
ルと接触して負極カップとガスケットとの間にシールを形成する負極カップ表面
の一部である。 本明細書で使用するとき、原位置堆積金属とは、負極カップと負極混合物及び
/又は電解液とを組み合わせた後に当該負極混合物及び/又は電解液との接触の
結果として負極カップ表面に堆積する金属である。非原位置堆積金属とは、(例
えば、クラッディング(cladding)、コーティング、電解メッキなどの結果とし
て)負極カップを負極混合物及び/又は電解液と組み合わせる前に負極カップ又
は負極カップを構成する材料の表面上に存在している金属である。 本明細書で使用するとき、「負極カップ上に非原位置堆積インジウム(又は銅
よりも高い水素過電圧を有する金属)を有しない」負極カップとは、負極カップ
と負極混合物及び/又は電解液とを組み合わせる前に当該負極カップ表面上に存
在しているインジウム(又は銅よりも高い水素過電圧を有する金属)を当該負極
カップ表面上に有しない負極カップである。しかしながら表面は、インジウム(
又は銅よりも高い水素過電圧を有する金属)を不純物又は微量成分(すなわち、
質量基準で約100ppm未満)として含む金属であってもよい。 本発明の別の側面は、電気化学電池を形成する方法であって、 (a)亜鉛を含む活物質を有する負極を形成する工程、 (b)ガスケットに対してシールするための、インジウム又は銅よりも高い水素
過電圧を有するその他の金属を有しない領域を含む内面を有する負極カップを提
供する工程、 (c)該負極カップの内面を洗浄(clean)する工程、 (d)電解液、空気電極及び正極缶(cathode can)を提供する工程、及び (e)負極、空気電極、電解液、洗浄した負極カップ及び正極缶を組み合わせて
ボタン型空気電池を形成する工程 を含むことを特徴とする方法である。形成した電池は添加水銀を含まない。 本発明の電気化学電池は好ましくは水銀を実質的に有しない。すなわち、電池
の全成分中の総水銀量は、電池が処分されたときに環境汚染の有害量を生じない
量である。更に本発明の電池は好ましくは添加水銀を有しない。「添加水銀を有
しない」とは、どの電池成分にも水銀が添加されないことを意味する。 典型的には少量の水銀が天然産物中に含まれることができる。それゆえ、本発
明の好ましい電池に含まれる唯一の水銀は、電池成分中に天然に存在するもので
ある。本発明の好ましい電池について、存在する水銀の量は電池の総質量に対し
て10ppm未満、好ましくは5ppm未満、より好ましくは2ppm未満、特
に好ましくは1ppm未満であろう。
al)「Battery Industry Standard Analytical Method for the Determination
of Mercury, Cadmium and Lead in Manganese Cells Using AAS, ICP-AES and '
Cold Vapor'」からボタン型空気電池へ適合させる。この基準はEuropean Portab
le Battery Association (EPBA)、Battery Association of Japan (BAJ) 及び N
ational Electrical Manufacturers Association (NEMA, USA)から入手可能であ
る。20gの亜鉛粉末、40gのMnO2及び6gのKOHを2リットルビーカ
ーに秤量する。500mlの脱イオン水及び400mlのHNO3をビーカーへ
添加する。過酸化水素(H2O2)を添加したときに気泡が発生しなくなるまで過
酸化水素を溶液中へ滴下する。更にビーカーをホットプレート上に置いて溶解を
補助する。次いでマトリックス溶液を2リットル メスフラスコに移しその容積
まで希釈する。1ppmのHg標準の0μl、50μl、100μl、250μ
l、500μl及び700μlのアリコートを6つの300mlビンへ置くこと
により0〜0.7μgの水銀を含む6つの標準溶液を調製する。前記のマトリッ
クス溶液100mlを各ボトルへ添加する。分析する電池を秤量し、プラスチッ
クバックの内側を開ける。ボタン型及びコイン型電池については、十分な数の電
池を組み合わせて約2.3gの負極を得る。方法の8節に記載の、AAA電池に
関連する方法パラメーターをボタン型及びコイン型電池の集合物に使用すること
ができる。導体を有する負端子を取り出し、負極を含むセパレータ紙を更に取り
出す。セパレータ上の負極スラリー物質を遠心管へ擦り取り、当該遠心管を遠心
して亜鉛からゲル化剤を分離する。ゲル化剤部分はマイクロ波容器へ入れ、残り
の電池成分及び亜鉛部分は三角フラスコ中に置く。三角フラスコに硝酸及び水を
添加する。反応が完了(すなわち、H2O2添加したときに気泡が発生しなくなる
)するまで過酸化水素をサンプル溶液へ滴下する。サンプルをホットプレート上
で加熱して、十分な時間の反応及び溶解を許容する。得られた前記のゲル化剤を
HNO3及びH2O2を使用した閉鎖容器マイクロ波技術により分解する。分解し
たゲル化剤溶液を残りの成分と同様の三角フラスコへ移す。サンプル溶液を徹底
的に混合し、次いで冷却させる。溶液をろ過し、最終容積まで希釈する。AAS
冷蒸気装置を製造者マニュアルに従いセットアップする。次いで、5mlの5硫
酸を添加し、混合し、5mlの35%硝酸を添加し、混合し、1mlの5%過マ
ンガン酸カリウム溶液を添加し、2mlのヒドロキシルアミンサルフェート溶液
を添加し、透明になるまで混合し、5mlの塩化第一スズ溶液を添加し、直ちに
通気装置をボトルに取り付けることにより標準を分析する。溶液を静置し、レコ
ーダーピン(recorder pin)が安定したとき通気装置を取り外す。各サンプルの
100mlのアリコートを300mlのボトルに移し、標準と同様に分析する。
サンプルの水銀含量(ppm)を、総電池質量(TCW)に基づいて以下の式に
したがい計算する。 ppm Hg = (a-b) × V /v ×TCW (g) (式中、「a」はサンプルアリコート中の水銀のμg数であり、「b」はブラン
クアリコート中の水銀のμg数であり、「v」は水銀分析用に採用したアリコー
トの容積(ml)であり、「V」はサンプルの総容積(ml)である。ボタン型
及びコイン型電池について、試験に使用する電池の集合体の質量がTCWを定義
するだろう。)
様を示している。図1に示される空気電池10は正極缶12を含み、これは均一
な高さの直立壁(upstanding wall)16と連続しかつ当該直立壁16により囲
まれる比較的平らな中央領域14を有するようにニッケルメッキした鋼から形成
される。代わりに缶底部の中央領域14が、当該缶底部の周辺部分から外向きに
突出していてもよい。正極缶12の底部には、空気の入口ポートとして作用する
少なくとも1つの穴18が開けられる。 空気電極20を正極缶12の底部近くに配置する。空気電極20は空気電極に
おける使用に適しているどんな材料であってもよいが、好ましくは炭素、酸化マ
ンガン(MnOx)及びテトラフルオロエチレン(TFE)の混合物である。当
該混合物はTFE中にしばしば存在する界面活性剤を任意に含んでいる。好まし
くは空気電極20は、その上に積層されたポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)層22を有している。図1に示されるように、PTFE層22は空気電極2
0の裏面上(電池の底部近く)に積層される。好ましくは空気電極20は、PT
FE積層層の反対側に包埋された金属ふるい(好ましくはニッケルエキスパンデ
ッドメタル製)を含んでいる。空気電極は、PTFE層22と缶12底部の平面
中央領域14との間に隔膜(図示せず)、例えばPTFEフィルムを任意に含ん
でいてもよい。少なくとも1層のセパレータ24を空気電極20の上に位置付け
る。好ましくは多孔質材料層を空気電極20と缶12の底部との間に位置付けて
、空気を電極20へ均等に分配する。 電池10はカップ形状の金属構成要素26を含んでいる。これは一般的に負極
カップと呼ばれる電池の上部を形成する。好ましくは負極カップ26は、ニッケ
ルクラッド鋼(nickel-clad steel)製のストリップの被覆されていない側(bar
e side)に積層された銅を含むトリクラッド(triclad)材料からなる。ニッケ
ル層は鋼製ストリップの外面を保護し、負極カップにおける電池10の上部で外
側を形成する側に存在する。銅層は電池10の内側に面し、それゆえ負極カップ
26の内面36を形成する。それゆえ、トリクラッド負極カップは外側から内側
へ向かって好ましくはNi/ステンレス鋼/Cuである。その他の積層材料を使
用して、ステンレス鋼基材上の銅の二積層物又は三層を超える層からなる積層物
を含む負極カップ26を形成してもよい。前述の通り、そのほかの電池構成要素
を用いて組み立てる前に、好ましくは負極カップの内側はインジウム及び銅より
も水素過電圧が高いその他すべての金属を有さず、少なくとも負極カップの一部
はシールを含んでいる。負極混合物及び/又は電解液を負極カップへ添加する間
又はその後には、銅よりも高い水素過電圧を有する金属が現位置で堆積した結果
として、当該金属が負極カップのシール領域に存在していてもよい。しかしなが
ら、現位置で堆積した、銅よりも高い水素過電圧を有する金属は、負極カップの
シール領域の表面に好ましくは存在しない。電池製造の間、好ましくは負極カッ
プ26を逆さにして、負極混合物28及び電解液をカップ26の中へ入れる。電
解液は、負極混合物28及び/又は電解液中に含まれる材料と共に、負極カップ
26の内面36に沿ってクリープ(creep)又はウィック(wick)することがで
きる。電解液がカップ26と接触するどんな場合でも、銅よりも高い水素過電圧
を有する金属(例えばインジウム及び亜鉛)のイオンを負極カップの内側表面3
6へメッキすることができる。
及び有機化合物からなる混合物を含んでいる。好ましくは混合物28は、亜鉛粉
末、ゲル化剤、例えばCarbopol(登録商標)及びガス発生阻害剤、例えば水酸化
インジウム(In(OH)3)をそれぞれ約99.7質量%、約0.25質量%
及び約0.045質量%の量で含んでいる。Carbopol(登録商標)とは100%
酸形態のアクリル酸ポリマーであり、B.F. Goodrichから入手可能である。 本発明にしたがう亜鉛粉末は当該亜鉛粉末に添加される水銀を有しない。好ま
しい亜鉛粉末は低ガス発生性亜鉛粉末である。亜鉛製品は、下記の試験方法にし
たがい決定するガス発生量が好ましくは亜鉛5gにつきせいぜい0.5cc、よ
り好ましくは亜鉛5gにつきせいぜい0.15ccであるものである。5.00
±0.02gの亜鉛粉末を、取り外した3/4”の首を除くすべての50ml容
量フラスコ中に置く。容量フラスコを水酸化カリウム溶液(45質量%のKOH
)で一杯にし、フラスコをたたくことにより全ての泡を除去する。8オンスのプ
ラスチック製ジャーの約3/4をKOH溶液で満たし、その中にフラスコを置く
。KOH溶液はフラスコの首のリムを覆わなければならない。目盛りを付けた遠
心分離管をKOH溶液で満たし、逆さにして、シールする。逆さにした遠心分離
管をプラスチック製ジャー中に浸積し、開封する。遠心分離管を容量測定フラス
コよりも低くしてフラスコの肩の上に置く。ジャー中の過剰量のKOHを除去し
て液体レベルを逆さにした遠心分離管の開口端部上3/4”よりも低くする。ジ
ャーのカバーを遠心分離管の上に置き、ねじって、ジャーの上のカバーを固定す
る。ジャーをトレイの中に置き、71℃下で24時間オーブン中に置く。24時
間後、サンプルをオーブンから取り出して、12回激しくたたいてガス泡を除去
する。サンプルを45分間冷却する。次いでサンプルを更に13回たたき、集ま
ったガスの容積を液体のメニスカスの底を用いて読む。しかしながら、容積を記
録する前に、下記の式を用いて容積を補正しなければならない。 Vcorr=Vread×P/760×298(T+273) (式中、Pは大気圧(水銀柱ミリメートル)であり、Tは容積を読むときの周囲
温度(摂氏)である。)
る。亜鉛粉末は好ましくは最大で1.5質量%(より好ましくは最大で0.5質
量%)の酸化亜鉛(ZnO)を含んでいる。更に亜鉛粉末はいくらかの不純物を
含んでいてもよい。クロム、鉄、モリブデン、ヒ素、アンチモン及びバナジウム
の不純物は、亜鉛の質量に基づいて好ましくは総量で25ppmである。更にク
ロム、鉄、モリブデン、ヒ素、アンチモン、バナジウム、カドミウム、銅、ニッ
ケル、スズ及びアルミニウムの不純物は、総量で亜鉛粉末組成物質量のせいぜい
68ppmである。より好ましくは亜鉛粉末は、鉄、カドミウム、銅、スズ、ク
ロム、ニッケル、モリブデン、ヒ素、バナジウム、アルミニウム及びゲルマニウ
ムを、亜鉛の質量に基づきせいぜい以下に示す量で含んでいる。Fe−3.5p
pm、Cd−8ppm、Cu−8ppm、Sn−5ppm、Cr−3ppm、N
i−6ppm、Mo−0.25ppm、As−0.1ppm、Sb−0.25p
pm、V−2ppm、Al−3ppm及びGe−0.06ppm。 電解液組成物は、負極中の亜鉛質量に基づいて好ましくは約97質量%の水酸
化カリウム(KOH)(水酸化カリウムは33%水溶液である)、約3.00質
量%の酸化亜鉛(ZnO)及び極少量、好ましくは約10〜500ppm、より
好ましくは約30〜100ppmのCarbowax(登録商標)550(Union Carbide C
orp.から入手可能なポリエチレングリコール化合物である)からなる混合物であ
る。 電池10はエラストマー材料からなりシールとして役立つ管状ガスケット30
を更に含んでいる。ガスケット30のボトムエッジは、負極カップ26のリムと
隣接する内向きリップ(inwardly facing lip)32を作成するように形成され
ている。適宜封止剤をガスケット、缶及び/又は負極カップのシール面へ適用し
てもよい。適切な封止剤材料は当業者に認識されるだろう。例には、アスファル
ト単独、エラストマー材料又はエチレン酢酸ビニルと組み合わせたアスファルト
、脂肪族又は脂肪ポリアミド(fatty polyamide)、熱可塑性エラストマー、例
えばポリオレフィン、ポリアミン、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリイソ
ブテンが含まれる。
カップのリムが上向きに面するように逆さまにしたカップを用いてあらかじめ組
み立てられた負極カップ/ガスケットアセンブリに対してプレスされる。逆さま
にされている間、正極缶12のエッジは内方へ変形され、正極缶12のリム34
が正極缶12と負極カップ26との間のエラストマーガスケット30に対して圧
縮され、これにより負極カップ26と正極缶12との間にシール及び電気的障壁
が形成される。クリンピング(crimping)、コレッティング(colleting)、ス
ェージング(swaging)、リドローイング(redrawing)及びこれらの組合わせを
含むあらゆる適切な方法を使用して缶のエッジを内側に変形させて電池をシール
してよい。好ましくは、良好なシールを生成する間に電池をダイから容易に取り
除くことができるように、セグメント化したダイを用いたクリンピング又はコレ
ッティングにより電池をシールする。 本明細書で使用するとき、「セグメント化したダイ」とは、閉じられる電池を
挿入しかつ取り出す開口部を拡大するために別々に広がるセグメントを含む成形
面を有するダイである。 個々のセグメントが独立して移動して電池を損傷すること又は挿入もしくは取り
出しを妨害することを防ぐために、セグメントが自由に浮動しないように、好ま
しくはセグメントの一部を一緒に結合又は保持する。好ましいクリンピング機構
及び方法は一般に所有されている米国特許出願第09/495,528号(20
00年1月31日出願)(参照することにより本明細書に組み込まれる)に開示
されている。 電池使用前に空気が電池に入らないようにするために、電池を使用する準備が
できるまで、適切なタブ(図示せず)を穴18の上に置くことができる。 好ましい態様において及び図1に示されるように、本発明のボタン型空気電気
化学電池は、まっすぐな壁(straight-walled)を有する負極カップ26、すな
わち再折畳みされていない負極カップを含んでいる。まっすぐな壁を有するカッ
プは、漏液を最小化することができる点で再折畳みされた負極カップ(図2参照
)よりもいくつかの利点を提供することができる。まっすぐな壁を有するカップ
の鋭いリムは、再折畳みされたカップ126のより丸いリム140よりもより効
率的にガスケット表面を貫通(penetrate)することができ、電池を閉じる間に
圧力を適用するとき、堅いはめ込み(fit)を生成し、電解液が境界面(を通過
することをより困難にすることができる。カップの壁の再折畳み部分146にお
ける「U」1の外側部分144の端部エッジの真上の領域における缶とカップと
の間はガスケット130による圧縮が少ないので、このポイントに到達した電解
液は残りの距離をより容易に移動して電池の外側に到達することができる(図3
参照)。しかしながら、本発明は再折畳みの特徴を有する負極カップを有する電
池に組み込まれることを企図する。本明細書で使用するとき「まっすぐな壁を有
する負極カップ」とは、カップの開口部を定義する、切断された端部エッジを有
するカップである。「再折畳み部」146は、カップの開口部が「U」142の
底により定義されるようにU字構造に折り返された負極カップの壁部分である。 負極カップ26の内面36はインジウムを有さず、好ましくは銅よりも水素過
電圧が高い金属を有さず、少なくともガスケット30と接触している(図1)。
内面36は、汚染物質、例えばガス発生を引き起こす潤滑剤を除去し電池からの
漏液を減少させるのに十分な程度に洗浄される。負極カップ26の内面36を洗
浄する好ましい方法は蒸気による脱脂であるが、電池の漏液を減少させるのに十
分な程度に表面を洗浄する限りその他の方法を使用することが企図される。正極
缶の上部をシールするための改良されたクリンピング法に加えて洗浄は、たとえ
水銀が添加されないときでさえ、電池のソルティング傾向を減少させると考えら
れる。 更に本発明の空気電池は減少したソルティングを有している。ソルティングと
は、電池から漏れる物質の量が少なく、その速度が遅いため、当該物質が漏れる
ときに液体の蒸発が許容され、しめった外観を一般的に有しない漏液形態のこと
である。漏液を引き起こす同一事象はソルティングを引き起こすことができる。
ソルティングは電池容器がジャケットにより隠されていない小型電池にとって特
に重要である。顧客及び消費者のソルティングに関する基準は極めて高い。販売
に直接影響することに加えて、塩の存在は接触抵抗に悪影響を及ぼしかつ電池外
側の腐食を誘導することができる。更に、電池がソルティングするとき、電解液
が失われて電池の放電容量が低下する。本発明の目的に対してソルティングとは
、缶−ガスケット又はカップ−ガスケットの境界面のいずれかに存在し、倍率2
0×又はそれ以下で可視可能な電解液の塩結晶として定義される。比較用の電池
及び本発明の電池を使用して比較試験を行った。電池の組成を表1に示す。
他のあらゆる材料に関して、比較用電池と本発明の電池との間に有意な差異は存
在しなかった。 表2は、比較用電池と表1で本発明者が使用した電池とを比較しての、4つの
異なるタイプの空気電池について行ったソルティング試験の結果を示している。
の電池と比較した本発明の好ましい態様の電池についてのソルティング(マイナ
ス数はソルティングが少ないことを示している)の平均改善率を示している。予
想外かつ驚くべきことに、添加水銀を有しない電池は、21℃で1年後に、3%
の水銀を有する従来型の電池よりも少ないソルティングを有していた。各50個
の電池の3つのロットを71℃下で試験したとき、同様の結果が観察された。非
常に高い温度下での試験は促進試験であり、これは電池にストレスをかけること
を意図するものである。そのため、問題を比較的短期間に同定することができる
。71℃で4週間後及び8週間後、本発明の電池について観察されたソルティン
グの量は、従来型の電池について観察されたソルティングの量よりも一般的に少
なかった。本発明の電池について71℃での保存後にソルティングが大きかった
数例において、差異の大きさは小さかった。21℃及び71℃での試験は、本発
明の電池のソルティング及び漏液のレベルが、添加水銀を含む商業的に入手可能
な電池よりも(たとえ低くないとしても)少なくとも同程度に低いことを示して
いる。71℃で試験した電池は3ピースのセグメント化クリンプダイ(crimp di
e)を用いて閉じた。 セグメント化クリンプダイで閉じた、添加水銀を有しない電池は、従来型の1
ピースクリンプダイで閉じたことを除いて同一の方法で製造した電池と比較して
優れたソルティング性能を有していた。結果を表3に示す。
体クリンプダイではなくセグメントクリンプダイを用いて閉じた、添加水銀を有
しない電池についてのソルティングの改善率(マイナス数はソルティングが少な
いことを示している)を示している。 電池を閉じるためにセグメント化ダイを使用したことを除き前記と同様にして
、従来型電池と本発明を用いた電池との間で放電容量を比較した。各電池タイプ
について、表4に定義されるように適用試験(application test)及び定格試験
(定格試験)を行った。全ての放電容量試験は21℃かつ50%の相対湿度下で
行った。
を表5に要約する。
物質量に制限されるが、本発明の電池では水銀が除去されるときに活物質につい
てのより広い空間があるからである。表5に示されるように、AC312及びA
C10電池タイプについて、これらの電池の初期放電容量は予想量の約2倍であ
る。これは驚くべきかつ予想外の結果である。表5に示されるように、全ての電
池タイプにおける容量の改善が高温下での保存後でさえより大きかったことは更
に驚くべきかつ予想外な事実である。過去において、水銀は良好な保存期間を提
供するために使用されてきたが、表5に示されるように水銀を取り除いたときの
結果は予想外のものである。 本発明の空気電池は、水銀を含む類似の電池と比較したときに、商業化に対し
て許容可能な漏液速度、非常に低いソルティング及び増加した放電容量を提供す
る。したがって、本発明は、非常に良好なサービスを維持しつつ、水銀が存在し
ないために商業的にフレンドリーな製品及び漏液傾向が低くかつソルティング傾
向が低いために商業化することができる製品を提供する。
ある。
ある。
である。
Claims (18)
- 【請求項1】 ボタン型電気化学電池であって、 正極缶、 ガスケット、 該ガスケットと接触するためのシール面を有する負極カップであって、該負極
カップのシール面が、銅よりも水素過電圧が高い非現位置堆積金属を有していな
い負極カップ、 正極、 アルカリ性電解液溶液、及び、 ガス発生が低い亜鉛であって、45質量%KOH水溶液中、71℃で24時間
後に5gの亜鉛につき0.5cc以下のガスを生成する亜鉛 を含み、 該電気化学電池が添加水銀を有しないことを特徴とする電池。 - 【請求項2】 前記正極が二酸化マンガンを含む空気電極であり、前記電解
液溶液がKOHを含んでいる、請求項1記載の電気化学電池。 - 【請求項3】 前記亜鉛が、45質量%KOH水溶液中、71℃で24時間
後に5gの亜鉛につき0.15cc以下のガスを生成する、請求項1又は2記載
の電気化学電池。 - 【請求項4】 前記亜鉛が鉛で合金化されている、請求項1〜3のいずれか
に記載の電気化学電池。 - 【請求項5】 前記鉛が亜鉛に対して重量基準で400〜550ppmの量
で存在している、請求項4記載の電気化学電池。 - 【請求項6】 前記亜鉛が質量基準で総量がせいぜい68ppmのクロム、
鉄、モリブデン、ヒ素、アンチモン、バナジウム、カドミウム、銅、ニッケル、
スズ及びアルミニウムを含み、更に該亜鉛が質量基準で総量がせいぜい25pp
mのクロム、鉄、モリブデン、ヒ素、アンチモン及びバナジウムを含んでいる、
請求項4又は5記載の電気化学電池。 - 【請求項7】 前記亜鉛が、該亜鉛の質量基準でせいぜい以下に示す量の成
分:3.5ppmの鉄、8ppmのカドミウム、8ppmの銅、5ppmのスズ
、3ppmのクロム、6ppmのニッケル、0.25ppmのモリブデン、0.
1ppmのヒ素、0.25ppmのアンチモン、2ppmのバナジウム、3pp
mのアルミニウム及び0.06ppmのゲルマニウムを含んでいる、請求項6記
載の電気化学電池。 - 【請求項8】 前記電解液がポリエチレングリコール化合物を更に含んでい
る、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学電池。 - 【請求項9】 前記ポリエチレングリコール化合物が亜鉛質量に基づいて1
0〜500ppmの量で電池中に存在している、請求項8記載の電気化学電池。 - 【請求項10】 前記ポリエチレングリコール化合物が亜鉛質量に基づいて
30〜100ppmの量で電池中に存在している、請求項9記載の電気化学電池
。 - 【請求項11】 前記電解液が酸化亜鉛を更に含んでいる、請求項1〜10
のいずれかに記載の電気化学電池。 - 【請求項12】 前記負極が水酸化インジウムを含んでいる、請求項1〜1
1のいずれかに記載の電気化学電池。 - 【請求項13】 前記負極カップが、銅よりも水素過電圧が高い非現位置堆
積金属を有さない内面を有している、請求項1〜12のいずれかに記載の電気化
学電池。 - 【請求項14】 前記負極カップがまっすぐな壁を有している、請求項1〜
13のいずれかに記載の電気化学電池。 - 【請求項15】 前記負極カップが、銅を含む内面を有している、請求項1
〜14のいずれかに記載の電気化学電池。 - 【請求項16】 封止剤がシールと負極カップのシール面との間に配置され
ている、請求項1〜15のいずれかに記載の電気化学電池。 - 【請求項17】 以下の工程を含む方法により得られる、請求項1〜16の
いずれかに記載の電気化学電池。 (a)負極カップを洗浄する工程、 (b)負極、正極及び負極カップ内の電解液及び正極缶と、該負極カップと該
正極缶との間に配置されたガスケットとを組み合わせる工程、及び (c)個々のセグメントを含むダイを使用して該正極缶を内側に変形させて、
該ガスケットを通して該缶で該負極カップをシールする工程であって、該ダイセ
グメントが協調的に配置されて個々のセグメントが独立して移動することを防い
でいる工程。 - 【請求項18】 該負極カップが蒸気脱脂により洗浄される、請求項17記
載の電気化学電池。
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