JP2004515038A - 接着性閉鎖を有するアルカリ電気化学電池 - Google Patents

Abstract

電気化学電池容器の開放端部を閉鎖するように密閉するための接着閉鎖。電気化学電池は、開放端部ならびに側壁を有する缶、および缶に配置された陽極ならびに陰極を具備する。前記電池は、缶の開放端部に配置され、かつ缶の側壁の外側に放射状の周辺壁を有するカバーも有する。カバーを缶に接着するために、１またはそれ以上の接着剤が缶の外部側壁とカバーの周辺壁との間に配置される。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は一般的に、電気化学電池、すなわちバッテリに関し、より特定的には、アルカリ電池容器の開放端部を閉じるように密閉するための密閉された閉鎖アセンブリに関する。
【０００２】
（背景技術）
従来のアルカリ電気化学電池は一般的に、活性剤として二酸化マンガンを含む、カソードと称される陽極を有するスチール製円筒缶を含む。電気化学電池は、活性剤として亜鉛粉を含む、アノードと称される陰極も含む。ボビン・タイプ電池の構造では、カソードは通常密閉された缶の内側表面に対して形成される一方で、アノードは、通常缶の中央に配置される。他に、ゼリー・ロール電池においては、アノードおよびカソードはらせん状に巻いている。セパレータは、アノードとカソードの間に配置され、および通常は水酸化カリウムを含むアルカリ電解溶液が同時にアノード、カソードおよびセパレータに接触する。伝導電流コレクタが一般的にアノード活性剤へ挿入され、および密閉部材を含む密閉アセンブリは、密閉された缶の容量に、活性電気化学物質を密閉するために、スチール缶の開放端部に閉鎖を与える。
【０００３】
円筒形アルカリ電池は一般的に、アセンブリがスチール缶の内部に配置されるように、スチール缶の開放端部に、あらかじめ組み立てられたコレクタおよびシール・アセンブリを挿入することによって閉鎖される。コレクタおよび密閉アセンブリは通常、コレクタ・ネイル、環状ナイロン・シール、および前記ナイロン・シールを放射状に支持している内部金属カバーを含む。スチール缶は通常、それを正しい位置に固定する前に、所望の方向にコレクタおよび密閉アセンブリを支持するように機能する、テーパーまたは内側に伸びるビードをその開放端部に有する。コレクタおよび密閉アセンブリが缶に挿入された後、外部金属カバーはアセンブリの上に配置され、および前記アセンブリならびにカバーは、コレクタおよび密閉アセンブリおよび外部カバーに対して缶を放射状に押し込むことによって、およびスチール缶の開放端部の中に外部カバーおよびコレクタおよび密閉アセンブリを固定するために、コレクタおよび密閉アセンブリおよび外部カバーの周辺端部に対して、缶の端部をクリンプすることによって、正しい場所に固定される。
【０００４】
さらに、アルカリ電解溶液が、クリンプされた閉鎖部から漏れるのを防止するために、アスファルトなどのシーラントが缶およびシール接触面に用いられることがある。シーラントは、漏洩を防止する目的を果たす一方で、クリンプされた閉鎖部は、缶閉鎖に構造的機械的強度を与える。シーラントは一般的に、通常水酸化カリウムを含むアルカリ電解溶液を含む、電池の内容成分に化学的抵抗を有することが求められる。従来のクリンプされた閉鎖技術では、シール・アセンブリは、缶の内側の相当な容量を消費し、および陽極ならびに陰極を含む活性電気化学物質に利用可能な高さを制約する。
【０００５】
従って、アルカリ電気化学電池に強力な機械的閉鎖を提供する容器の開放端部への非クリンプ密閉閉鎖を供給することが望ましい。さらに、延長された高さの電極を見込んだ密閉閉鎖を供給することが望ましい。
【０００６】
（発明の開示）
本発明は、強力な機械的接合を提供し、かつ電気化学的に活性のある内容成分に抵抗性を有する方法で、アルカリ電気化学電池容器の開放端部に接着閉鎖を供給する。この効果および他の効果を達成するために、およびここで具体化され、かつ説明された本発明の目的に従って、本発明は、開放端部および側壁を有する容器を含む電気化学電池を供給する。陽極および陰極が前記容器に配置される。カバーは容器の開放端部に配置され、および好ましくは、容器の側壁の外側に放射状に延びる周辺壁を有する。接着剤は、容器にカバーを接着するために、容器の外側壁とカバーの周辺壁の間に配置される。
【０００７】
本発明のこれらのおよび他の特徴、効果、および目的は、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付の図面を参照することによって、当業者にさらに理解され、評価されるだろう。
【０００８】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照すると、本発明の第一の実施態様に従ってセル容器の開放端部を閉鎖するように密着するための接着閉鎖アセンブリをそこに有する円筒形アルカリ電気化学電池１０が示されている。電気化学電池１０は、閉鎖した底端部１４、開放上端部、および上端部と底端部の間に伸びる側壁を有する円筒形スチール缶１２を含む。缶１２の閉鎖底端部１４は、セル１０の陽極接触端子を供給するためにその中央領域に形成された、突出した節１８を含む。陽極接触端子１８は、缶１２の底端部１４と一体に形成されてもよく、または缶１２の平坦な底端部に溶接され、そうでなければ取り付けられうる。
【０００９】
スチール缶１２の開放端部１６を閉じるように覆い、かつ密閉する金属カバー３０が、スチール缶１２の開放上端部１６に組み立てられる。金属カバー３０は、セル１０の陰極接触端子として機能する。金属陰極カバー３０は、その一端に延長した本体および拡大された頭部を有するブラス・ネールを含むかもしれない電流コレクタ２８に溶接され、または電気的に接続される。カバー３０は、本発明に従ってここに説明されたような接着閉鎖アセンブリによって、スチール缶１２に対して閉鎖するように密閉される。
【００１０】
金属化した、プラスティック・フィルム・ラベル２０が、スチール缶１２の端部を除き、スチール缶１２の外側表面の周りに形成される。フィルム・ラベル２０は、スチール缶１２の底端部１４の周辺エッジの上に形成され、および図示されたような陰極カバー３０へと部分的に伸びうる。
【００１１】
カソード２２は、スチール缶１２の内側表面の周りに形成される。カソード２２は、一例によれば、二酸化マンガン、グラファイト、水酸化カリウム溶液、および添加物の混合物で形成されてもよい。セルにおけるあらゆる固体の粒子の移動を防ぐ不織布で形成されうるセパレータ２４が、カソード２２の内側表面周辺に配置される。アノード２６は、電解液とともにセパレータ２４へ、および電流コレクタ２８と接触するように配置される。アノード２６は、一例によれば、亜鉛パウダー、ゲル化剤、および添加物から形成されうる。従って、カソード２２は陽極として構成され、およびアノード２６は陰極として構成される。円筒形ボビン・タイプ・セル構造が示されている一方で、電気化学電池１０はジェリー・ロール・セル構造またはミニチュア・ボタン・タイプ・セル構造のように、他の構造でもよいことが理解されるべきである。
【００１２】
スチール缶１２の上端部は、開放端部において、スチール缶１２の中心縦軸へ向かって放射状に内側に伸びる、内側への階段状の表面を有する。スチール缶１２は、傾斜した角度で放射状に内側に遷移する、第一の内側に階段状になった表面３４を含む。さらに傾斜した角度で内側に放射状に遷移する第二の階段状表面３５が、スチール缶１２の表面３４と開放端部１６との間に配置される。第二の階段状表面３５は、それで、第一の階段状表面３４と比較して、さらに放射状に内側に向かって配置される。
【００１３】
陰極カバー３０は一般的に、スチール缶１２の側壁表面３４および３５の外側周辺に伸びる外部周辺壁を有するカップ型である。従って、周辺壁３２は、側壁表面３４および３５から外側に向かって放射状に配置され、および実質的にそれに平行して伸びる。陰極カバー３０は、スチール缶１２における階段状表面３５の遷移に実質的に一致する階段状表面３３を含み、および密閉閉鎖を形成するための密閉部材３８にかみ合うように構成される。周辺壁３２は、階段状表面３４に沿って配置された接着層３６を介して、スチール缶１２の外側表面に接合される。接着層３６は、Ｍｉｎｅｓｏｔａ，Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙから市販され、ＳＣＯＴＣＨ−ＷＥＬＤ^ＴＭ２２１６として販売されている２液性エポキシなどのエポキシを含んでもよい。前述されたようなエポキシを採用している接着層３６は、適切なポリマー（硬化剤）と混合した、ＣＡＳ番号２５０６８−３８−６を有するビスフェノールＡエポキシ樹脂のようなエポキシ樹脂を含んでもよい。他の接着剤が、本発明の教示から逸脱することなく採用されてもよいことが理解されるべきである。他の適切な接着剤の例は、これもＭｉｎｎｅｓｏｔａ，Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＳＣＯＴＣＨ−ＷＥＬＤ^ＴＭエポキシ接着剤ＤＰ−１９０、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル樹脂を有し、および同じくＣＡＳ番号２５０６８−３８−６を有し、ＩＴＷ　Ｄｅｖｃｏｎから市販されている５分エポキシ樹脂、および化学名ビスフェノールＡ／エピクロロヒドリン・ベース・エポキシならびにＣＡＳ番号２５０６８−３８−６を有し、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎから市販されているＡｒｍｓｔｒｏｎｇ　ＭＤ−４８樹脂を含んでもよい。
【００１４】
缶１２の階段状表面３５とカバー３０の階段状表面３３との間には、ナイロン・シール３８が配置される。ナイロン・シール３８は、同心円状の環の形状でもよく、および好ましくは、水酸化カリウム溶液を密閉し、かつ水酸化カリウム溶液が漏洩して接着層３６と接触しないように、通常は第一の階段状表面３４の上に配置される。従って、陰極カバー３０の周辺壁３２は、接着層３６を介して階段状表面３４へと壁３２を接着するように、およびスチール缶１２の周辺壁３２の表面３３と階段状表面３５との間にシール３８を押し付けるように、シール３８と、およびスチール缶１２の階段状側壁表面３４ならびに３５の外側に、および上に放射状に伸びる。スチール缶１２に、陰極カバー３０を下方に配置することで、シール３８は接着層３６の養生の間、および養生の後、押し付けられる。接着層３６は効果的にスチール缶１２に対してカバー３０の閉鎖を維持するための強力な機械的接合を供給する一方で、シール３８は電解溶液が、電気化学電池１０から外部環境にもれるのを防ぐ。
【００１５】
本発明のカバー・アセンブリは、クリンプされた閉鎖を用いることなくスチール缶１２に組み立てられ、その結果クリンプされていないアルカリ電気化学電池を生む。その代わり、カバー３０の周辺壁３２が、スチール缶１２の側壁の階段状表面３４および３５から外側に向かって放射状に配置されるように、陰極カバー３０がスチール缶１２の開放端部１６の上部の上に挿入される。周辺壁３２の最も外側の端部は、接着層３６を介してスチール缶１２に接着され、および第一の階段状表面３４につながる角度のついた傾斜の上に位置する。接着層３６は、陽極と陰極との分離を維持しつつ、同時に陰極カバー３０をスチール缶１２に機械的に接着するように、スチール缶１２から陰極カバー３０を電気的に絶縁するための電気絶縁体としても機能する。加えて、押し付けられたシール３８は、接着層が水酸化カリウムと接触しないように、アルカリ電解溶液の漏洩を防止する。従って、陰極カバー３０は、電気化学電池１０の内部容量からの、アルカリ電解溶液の漏洩を防ぐのに十分なシールとのかみ合いを供給するために、スチール缶１２の表面と周辺壁３２との間にシール３８を押し付ける方法でスチール缶１２の上に、下向きに配置されてもよい。クリンプされた閉鎖に対する必要性を排除することによって、電気化学電池１０は効果的に、カソード２２およびアノード２６が、スチール缶１２の開放端部により近く伸びていくようにし、そうして活性電気化学物質のための、より大きな利用可能な内高を提供する。
【００１６】
図２を参照すると、本発明の第二の実施態様に従って接着閉鎖アセンブリを有するアルカリ電気化学電池１１０の上部が図示されている。電気化学電池１１０は同様に、閉鎖底端部（図示されていない）、側壁、および開放上端部を有するスチール缶１１２、カソード２２、セパレータ２４、アノード２６、および電流コレクタ２８を含む。スチール缶１１２の側壁は、スチール缶１１２の開放端部の近くに配置された、放射状に内側に向かった階段状表面１３４を含む。電気化学電池１１０は、電流コレクタ２８に溶接され、そうでなければ接続された外部陰極カバー１３０を含む。電流コレクタ２８は、ポリマー・シール１３８における開口部へと挿入され、およびポリマー・シール１３８に接合されてもよい。それとともに、シール１３８および陰極カバー１３０は、スチール缶１１２の開放端部を閉鎖するためのカバー・アセンブリを形成する。シール１３８は、それぞれ上部および下部１３５および１３６として示されている、接着層を介してスチール缶１１２に接合される。ポリマー・シール１３８は、ナイロンまたは他の適した素材で構成されてもよい。
【００１７】
より特定的には、シール１３８の内側表面は、スチール缶１１２の階段状表面１３４の外側表面に接着される。上部接着層１３５は水酸化カリウムアルカリ電解溶液と化学的に融和性があり、よって過大な漏洩を引き起こすであろう水酸化カリウムによる損傷は受けにくい。下部接着層１３６は好ましくは、同様に、水酸化カリウムアルカリ電解溶液と化学的に融和性がある。接着層１３５および１３６の例は、接着層３６と接触する上述されたエポキシ樹脂を含んでもよい。しかしながら、下部接着層１３６が、水酸化カリウムによって生じる損傷に対する抵抗性が弱い他の接着剤を採用してもよいのは、上部接着層１３５が、下部接着層１３６への水酸化カリウムの移動を防止するからであることが理解されるべきである。下部接着層１３６は、そのすべてがＬｏｃｔｉｔｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている、Ｌｏｃｔｉｔｅ製品３６５０ポリオレフィン熱溶解接着剤、Ｌｏｃｔｉｔｅ製品３６４２ポリアミド熱溶解接着剤ならびにウレタンシーラント、およびＤｏｗ　Ｃｏｒｎｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている、Ｄｏｗ　Ｃｏｒｎｉｎｇ７３０溶剤抵抗シーラント（１００％フルオロシリコンゴム）を含んでもよい。シール１３８は活性電気化学物質のために利用できる、スチール缶１１２の開放容量を残すように、スチール缶１１２の壁に沿って、外側に放射状に伸びる。従って、アノード２６およびカソード２２は、従来のクリンプされた閉鎖セル・アセンブリで可能になるものよりも、より多くの高さを使用してもよい。
【００１８】
従って、本発明は効果的に、クリンプされた閉鎖を必要とすることなく、電池容器の開放端部を密閉し、および閉鎖するための接着閉鎖アセンブリを供給する。接着して接合されたカバーは、アルカリ電解溶液の漏洩を防止しつつ、カバーがスチール缶に密閉され閉鎖された状態を維持するための強力な機械的接合強度を供給するために、バッテリ缶に対して接着され、および密閉される。さらに、セル１０および１１０におけるスチール缶の外壁にカバーを接着して接合することによって、活性電気化学電極物質のためにより大きな内容量を利用することができ、それは効果的に向上したサービス性能を供給する。
【００１９】
本発明を実施する人および当業者によって、開示された概念の精神から逸脱することなく、本発明に様々な変更および改善がなされてもよいことが理解される。与えられる保護の範囲は、特許請求の範囲、および法律によって許可される解釈の幅によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の第一の実施態様に従って、缶の開放端部を閉じるように密閉するための接着閉鎖アセンブリを有する電気化学電池の部分的縦方向断面図である。
【図２】
図２は、本発明の第二の実施態様に従って、缶の開放端部を閉じるように密閉するための接着閉鎖アセンブリを有する電気化学電池の部分的縦方向断面図である。

Claims (13)

1. 接着閉鎖を有する非クリンプ・アルカリ電気化学電池であって：
   開放端部および側壁を有する容器と；
   前記容器に配置された陽極と；
   前記容器に配置された陰極と；
   前記容器に配置されたアルカリ電解溶液と；
   前記容器の前記開放端部に配置され、および前記容器の側壁の外側に放射状に伸びる周辺壁を有するカバーと；および
   前記容器に前記カバーを接着するための、前記容器の側壁と、前記カバーの周辺壁との間に配置された接着剤
   を含む電気化学電池であって
   前記電気化学電池はさらに、前記容器の側壁と前記カバーの前記周辺壁との間に配置されたシールを具備し、および前記容器は第一の階段状表面および第二の階段状表面を具備し、前記第一の階段状表面は前記接着剤に接着され、および前記第二の階段状表面は前記シールとかみ合う
   ことを特徴とする電気化学電池。
2. 前記カバーの周辺壁は、前記カバーの内側に階段状になった表面と、前記容器の第二の階段状表面との間に前記シールを押し付けるように、前記シールとかみ合った、内側に階段状になった表面を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電気化学電池。
3. 前記接着剤はエポキシを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
4. 前記エポキシはビスフェノールＡを含むことを特徴とする請求項３に記載の電気化学電池。
5. 前記容器の側壁は、内側に向かって放射状に形成された階段状表面を有し、および前記接着剤は前記階段状表面に接着されることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
6. 前記アルカリ電解溶液は水酸化カリウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
7. 前記容器はさらに閉鎖端部を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
8. 前記容器はスチール缶を具備することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
9. 接着閉鎖を有する非クリンプ・アルカリ電気化学電池であって：開放端部および側壁を有する容器と；前記容器に配置された陽極と；前記容器に配置された陰極と；前記容器に配置されたアルカリ電解溶液と；前記容器の開放端部に配置されたカバーと；前記カバーと前記容器との間に配置された第一の接着剤と；および前記カバーと前記容器との間に配置された第二の接着剤とを具備する電気化学電池。
10. 前記第一および第二の接着剤は、前記第一の接着剤が前記容器の開放端部に近くなるように、および前記第二の接着剤は前記容器の開放端部からより離れて配置されるように配置されることを特徴とする請求項９に記載の電気化学電池。
11. 前記第一の接着剤は、ビスフェノールＡを有するエポキシを含むことを特徴とする請求項１０に記載の電気化学電池。
12. 前記カバーは、シールを具備することを特徴とする請求項９に記載の電気化学電池。
13. 前記カバーは、前記容器の外側表面に配置された周辺壁を有することを特徴とする請求項９に記載の電気化学電池。