JP2006512740A - 扁平なハウジングを有するアルカリ電池 - Google Patents

扁平なハウジングを有するアルカリ電池 Download PDF

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Abstract

【課題】 長方形（直方体）形状のハウジングを有し、ハウジングの肉厚を小さくしたままとし、通常の電池の使用中にハウジングは大きく隆起または膨張しないようになっているようなアルカリ電池を設計する。
【解決手段】 アルカリ電池は、扁平なハウジング、好ましくは直方体形状のハウジングを有している。電池は、亜鉛を有する負極と、二酸化マンガンを有する正極とを備えている。ハウジングは、全体的に厚さが比較的小さくなっており、この厚さは概して約５〜１０ｍｍの範囲内の大きさとなっている。電池の内蔵物はハウジングの開口端部を介して供給され、端部キャップ組合せ体が挿入され、電池がシールされる。端部キャップ組合せ体は、負極カレント・コレクタの幅の広い部分を覆う包囲スカートを有する絶縁シール部材を備えている。このことにより、カレント・コレクタの前記の幅の広い部分と、電池のハウジングとの間に仕切りが形成される。端部キャップ組合せ体は、電池内のガス圧力が約１００〜３００ｐｓｉｇ（６．８９×１０５〜２０．６９×１０５パスカル）の間の範囲に達したときに駆動する通気機構を備えている。正極は、位置合わせされた中空の中央部分を有する複数の積み重ねられた厚板から形成されており、中空の中央部分は、負極材料が内部に配置されるような中央のコア部分を形成する。セパレータが負極と正極との間に設けられている。ハウジングは、好ましくは肉厚が０．３０〜０．４５ｍｍの範囲内となっているような鋼鉄製のものとすることができる。

Description

本発明は、実質的に扁平な外部ハウジングを有するアルカリ電池に関する。本発明は、亜鉛を有する負極と、二酸化マンガンを有する正極と、水酸化カリウム水溶液を有する電解液とを備えたアルカリ電池に関する。
従来のアルカリ電気化学電池は、亜鉛を有する負極と二酸化マンガンを有する正極とを備えている。一般的に、電池は円筒型の外部ハウジングから形成されている。新品の電池は約１．５ボルトの開路電圧（ＥＭＦ）を有しており、中位の消費操作（１００〜３００ミリアンペア）において、一般的な平均稼働電圧は約１．０〜１．２ボルトの範囲内となっている。初期状態において、円筒型のハウジングは拡大した開口端部および対向する閉止端部により形成されている。電池の内蔵物が供給されると、絶縁パッキンと負端子端部キャップとを有する端部キャップ組合せ体が、ハウジングの開口端部に挿入される。ハウジングの端縁を絶縁プラグの端縁に圧接して絶縁プラグの周りのハウジングを半径方向に押し込んで密封することにより、開口端部が閉じられる。絶縁パッキンは電池のハウジングから負端部キャップを電気的に隔離する。対向する閉止部分における電池ハウジングの一部分は負端子を形成する。
様々な電気化学電池、とりわけアルカリ電池の設計に関する問題点は、電池がガスを発生させがちであり、このことにより電池が一定のレベル、一般的には電池の実用的な容量を完全に消耗するようなレベルを超えて放電し続けるようになってしまうことが挙げられる。電気化学電池、とりわけアルカリ電池には、従来より、端部キャップ組合せ体の内部に破裂隔壁または破裂膜が設けられている。破裂隔壁または膜は、米国特許第３，６１７，３８６号に記載されているようにプラスチック絶縁部材の内部に形成されている場合がある。
従来技術において、破裂通気膜が開示されている。この破裂通気膜は、端部キャップ組合せ体の内部に含まれる絶縁ディスクの内部で薄層領域と一体的に形成されている。このような通気膜は、例えば米国特許第５，５８９，２９３号に示すように電池の長手軸に垂直な平面上に置かれるようその位置が定められ、または米国特許第４，２２７，７０１号に示すように電池の長手軸に対して傾かせるようその位置が定められる。米国特許第６，１２７，０６２号には、絶縁シールディスクおよび一体化して形成された破裂膜が開示されており、破裂膜は垂直に、すなわち電池の中央の長手軸と平行になるようその位置が定められている。電池内のガス圧力が予め設定されたレベルまで上昇したときには、膜が破裂して端部キャップの開口を介してガス圧力を外部環境に解放する。
電気化学電池内のガス圧力を和らげるための、他の種類の通気方法が従来技術において開示されている。ある種の通気方法は再装着可能なゴムプラグであり、このゴムプラグは、小さく平らな長方形形状の再充電可能なニッケル金属水素電池と接続して効果的に用いられる。再装着可能な通気用ゴムプラグを有するような再充電可能な電池の一例としては、香港のＧｏｌｄ Ｐｅａｋ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓにより製造された電池モデルＧＰ１４Ｍ１４５として商業的に利用される７／５−Ｆ６サイズの再充電可能なニッケル金属水素電池が挙げられる。ゴムプラグは物理的に押圧されてキャビティ内の傾斜した孔の内部に固く締められ、または電池の端部キャップ組合せ体の中に装着される。電池の内部ガス圧力が予め設定されたレベルに達したときには、プラグが装着状態から外れ、下にある孔を通ってガスが逃げるようにする。電池内のガス圧力が通常状態に戻ったときには、プラグが再装着される。
一般的に、一次アルカリ電気化学電池は、亜鉛の負極活物質と、アルカリ電解液と、二酸化マンガンの正極活物質と、通常はセルロースまたはセルロース誘導体およびポリビニルアルコールの繊維から形成され電解液が浸透可能なセパレータ・フィルムと、を備えている。負極活物質は、例えば、カルボキシルメチル・セルロース・ナトリウムまたはアクリル酸共重合体のナトリウム塩のような従来のゲル化剤、および電解質が混じった亜鉛粒子を含んでいてもよい。ゲル化剤は、亜鉛粒子を懸濁させてこれらの亜鉛粒子同士を互いに接触させた状態を維持する機能を果たす。一般的には、負極活物質内に挿入された導電性の金属くぎ部材は、負端子端部キャップに電気的に接触する負極カレント・コレクタとして用いられる。電解液は、アルカリ金属水酸化物、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウムまたは水酸化リチウムの水溶液とすることができる。一般的に、正極は、導電率を向上させるための導電性の添加物、通常は黒鉛材料が混じった電気化学活物質として微粒子の二酸化マンガンを含んでいる。少量の高分子バインダー、例えばポリエチレン・バインダー、およびチタン含有の化合物のような他の活物質が正極に選択的に加えられてもよい。
正極に用いられる二酸化マンガンは、硫酸マンガン溶液および硫酸の直接的な電解により製造される電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）であることが好ましい。ＥＭＤが好ましいのは、濃度および純度が高いからである。ＥＭＤの導電率（抵抗率）は非常に低い。導電性の材料が正極の混合物に加えられ、各々の二酸化マンガン粒子間の導電率を向上させる。また、導電性の添加剤は二酸化マンガン粒子と電池のハウジングとの間の導電性も向上させ、従来の円筒型のアルカリ電池の正極カレント・コレクタとしての機能を果たす。適合する導電性の添加剤は、例えばアセチレン・ブラックを含んだカーボン・ブラックのような黒鉛、黒鉛材料、導電性の炭素粉末を含むことができる。導電性の材料は、膨張黒鉛、剥離黒鉛、黒鉛状炭素ナノファイバーまたはこれらの混合物を含んだフレーク状の結晶天然黒鉛またはフレーク状の結晶合成黒鉛を有することが好ましい。
今日では、小さなサイズの長方形形状の再充電可能な電池が、ＭＰ３オーディオプレーヤーやミニディスク（ＭＤ）プレーヤーのような小さな電化製品に電力を供給するために用いられている。これらの電池は一般的に、いくぶんチューインガムの包みのサイズのような小さな直方体形状となっている。ここで用いられる「直方体」という言葉は、通常の幾何学的な定義での直方体を意味している。このような電池は、例えば、交換可能であり再充電可能なニッケル金属水素（ＮｉＭＨ）から形成され、国際電気標準会議（ＩＥＣ）により定められた電池のような標準のサイズに沿ったＦ６または７／５−Ｆ６サイズの直方体となっている。Ｆ６サイズの厚さは６．０ｍｍ、幅は１７．０ｍｍ、長さは３５．７ｍｍとなっている（ラベルを除く）。Ｆ６サイズの変形例においては、長さを約４８．０ｍｍまで増加させることができる。７／５−Ｆ６サイズの厚さは６．０ｍｍ、幅は１７．０ｍｍ、高さは６７．３ｍｍとなっている。ＩＥＣ標準規格によれば、７／５−Ｆ６サイズの偏差を、厚さでは＋０ｍｍ、−０．７ｍｍ、幅では＋０ｍｍ、−１ｍｍ、高さでは＋０ｍｍ、−１．５ｍｍとすることができる。ＭＰ３オーディオプレーヤーやミニディスク（ＭＤ）プレーヤーのような小型のデジタルオーディオプレーヤーに電力を供給するために用いる場合には、Ｆ６または７／５−Ｆ６の再充電可能なＮｉＭＨ電池の平均稼働電圧は、約１．１〜１．４ボルトの範囲内の大きさ、通常は約１．１２ボルトとなる。
ミニディスク（ＭＤ）プレーヤーに電力を供給するために用いられる場合は、電池は約２００〜２５０ミアンペアの範囲内の割合で消耗する。デジタルオーディオＭＰ３プレーヤーに電力を供給するために用いられる場合は、電池は約１００ミリアンペアの割合で消耗する。
小さな扁平のアルカリ電池は、小さなサイズの直方体形状のニッケル金属水素電池と同じサイズおよび形状のものを用いることが好ましい。このことにより、ミニディスクプレーヤーやＭＰ３プレーヤーのような小さな電化製品に電力を供給するにあたり、小さなサイズのアルカリ電池をニッケル金属水素電池と交互に用いることができる。
小さな長方形形状の再充電可能な電池、とりわけ小さなサイズの再充電可能なニッケル金属水素電池の交換用として、（再充電することができない）一次アルカリ電池を用いることが好ましく、亜鉛／二酸化マンガンアルカリ電池を用いることがより好ましい。
しかしながら、長方形（直方体）形状の亜鉛／二酸化マンガンの一次電池の設計に関する大きな問題点は、電池の放電中に電極が膨張しがちであるということが挙げられる。放電中に負極および正極の両方が膨張する。
公知のハウジングの肉厚によれば、長方形形状の電池のハウジングは、同程度のサイズおよび容量の円筒形形状のハウジングよりも、（ガス発生および正極の膨張による）電池の内部圧力の増加に対する耐久力が弱くなっている。これは、いかなる圧力およびハウジングの壁の厚さであっても、長方形（直方体）形状のハウジングに与えられる周方向応力（フープ応力）が、同サイズの円筒形ハウジングよりも十分に大きくなることによる。長方形形状の電池に関する隆起または膨張の問題は、ハウジングの肉厚を十分に大きくすることにより解決することができる。しかしながら、全体的に厚さが小さな、例えば厚さが約１０ｍｍ以下の長方形形状の電池において、ハウジングの肉厚を大きくし過ぎると、負極材料および正極材料の使用可能な量が大きく減少してしまうこととなる。肉厚を大きくすると、電池の製造コストが増大してしまう。このように、ハウジングの肉厚を約０．５０ｍｍよりも小さく、できれば約０．４７ｍｍよりも小さくするよう維持することが好ましい。
長方形（直方体）形状のハウジングを有し、ハウジングの肉厚を小さくしたままとし、通常の電池の使用中にハウジングは大きく隆起または膨張しないようになっているような、Ｆ６または７／５−Ｆ６サイズの小さな扁平の（再充電することができない）アルカリ電池を設計することが好ましい。
このような長方形の電池は、同じサイズの扁平な再充電可能のニッケル金属水素電池の代替品として用いられることが好ましい。
本発明の主な態様は、放電中に水素ガスを発生させる（再充電することができない）一次アルカリ電池を対象としており、この電池は外部ケーシング（ハウジング）と、ガス圧力が予め設定されたレベルに達したときに水素ガスを電池から逃がさせることができるような通気機構を有する端部キャップ組合せ体とを備えている。ケーシングは少なくとも一対の対向する、電池の長さ方向に延びる平らな壁部を有している。
端部キャップ組合せ体は、ケーシングの開口端部に挿入されて圧接または溶接によりシールされてケーシングを閉じる。アルカリ電池は平行６面体形状であってもよいが、直方体形状であることが好ましい。ケーシングは、全体として円筒型の部分を有することのないような直方体形状となっていることが好ましい。アルカリ電池は、亜鉛を有する負極と、アルカリ電解液、できれば水酸化カリウム水溶液とを備えることが好ましい。
端部キャップ組合せ体は通気機構を有しており、長方形形状の金属カバーを有していることが好ましい。カバーは、電池の内蔵物がケーシングの内部に挿入された後にケーシングの開口端部を閉じるために用いられる。絶縁物がカバーの端縁とケーシングの端縁との間に挿入されたときに、金属カバーは電池の負端子を形成することができる。代わりに、カバーはケーシングの端縁に直接取り付けられていてもよい。カバーがケーシングの端縁に取り付けられたときには、カバーから隔離された分離端部キャップが負極と電気的に接続して電池の負端子として機能することができるようになる。ケーシングはプラス側であり、電池の正端子を形成する。
二酸化マンガンを有する正極、好ましくは複数の小型の厚板（スラブ）またはディスクから形成された正極が挿入される。正極の厚板またはディスクは、各々が中央に厚板の厚さ方向に貫通する中空コア部分を有する長方形形状であることが好ましい。厚板は、重なり合って積み重ねられて挿入されることが好ましい。厚板は、その外部表面がケーシングの内部表面と接触するよう、電池の長さ方向に沿って位置合わせされる。積み重ねられた正極板は、電池の長手軸方向に沿って延びる中央の中空コア部分を形成する。厚板内の中央の中空コア部分を画定する各正極板の内部表面は、湾曲表面となっていることが好ましい。このような湾曲した内部表面により、搬送中および取り扱い時における厚板の機械的強度を大きくすることができ、また、電解液を浸透させることができるセパレータと正極との間の接触をより強固なものとすることができる。セパレータは電池の中央の中空コア部分の内部に挿入され、セパレータの外部表面が正極の内部表面と境を接して密着するようになる。亜鉛粒子を含む負極懸濁液はセパレータとともに中央の中空コア部分の内部に挿入され、負極と正極とを接続する。
本発明の一の態様において、端部キャップ組合せ体は細長い負極カレント・コレクタを有しており、この負極カレント・コレクタは負極に挿入され、電池の負端子に電気的に接続するようになっている。端部キャップ組合せ体は絶縁シール部材を有しており、この絶縁シール部材は負極カレント・コレクタを電池の外側ハウジングから絶縁している。端部キャップ組合せ体は通気機構を有しており、この通気機構は、絶縁シール部材内のキャビティに押し込まれる弾力性のゴムプラグ、または絶縁シール部材を通過する金属製のリベットからなっている。電池内のガス圧力が予め設定された閾値に達したときには、プラグがキャビティから外れてガスがキャビティから逃げ出すことができるようになる。代わりに、通気機構が破裂膜を有しており、絶縁シール部材の全体部分を形成するようになっていてもよい。
本発明の一の態様において、通気機構は、電池内のガス圧力が約１００〜３００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカル）の範囲内、好ましくは約１００〜２００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜１３．７９×１０５パスカル）の範囲内の閾値に達したときに、駆動するよう設計されている。外部ケーシング（ハウジング）は、鋼鉄であることが好ましく、ニッケルメッキの鋼鉄であることがより好ましい。ケーシングの壁の厚さは約０．３０〜０．４５ｍｍの範囲内となっていることが好ましく、０．３０〜０．４０ｍｍの範囲内となっていることがより好ましく、０．３５〜０．４０ｍｍの範囲内となっていることがさらに好ましい。
本発明の他の態様において、負極カレント・コレクタの最も幅の広い部分が、このカレント・コレクタの最も広い部分と電池のケーシングとの間にある絶縁仕切りにより覆われている。負極カレント・コレクタの表面と電池のケーシングの内部表面との間の、例えば０．５ｍｍより小さいような狭い隙間により、電池の放電中に腐食性の副生成物を発生させるような領域が形成される。このことにより、負極カレント・コレクタの隣接する領域を不動態化し、ガスの発生を促進させてしまう。カレント・コレクタの最も幅の大きな部分を覆うような下方に延びるスカートを有する絶縁シール部材を用いることが好ましい。このことにより、カレント・コレクタの最も幅の大きな部分と電池のケーシングとの間の仕切りを形成し、電池の放電中にこの場所における腐食性化学物質の生成またはガスの発生を低減させる。好ましい態様においては、負極カレント・コレクタの最も幅の広い部分は、ケーシングの内部表面から約０．５〜２．０ｍｍの間の範囲内、好ましくは約０．５〜１．５mmの間の範囲内の大きさだけ離間しており、絶縁スカートは負極カレント・コレクタのこのような最も幅の広い部分を覆うことが好ましい。このような設計の特徴により、負極と電池ケーシングとの間の腐食性化学物質の生成を低減させることができる。このような腐食性化学物質は、ガスの発生を促進し電池の性能を低下させるような物質または化合物を含む複合金属体を有している。この問題を解決するために、本発明の扁平な一次アルカリ電池の実際の通気機構として、再びシールを行うことが可能な通気用ゴムプラグ組合せ体が用いられる。
本発明の一の態様において、正極が十分な量となるよう電池のバランスが保たれている。電池は、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンの理論的な容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ−ｈｒ容量で割った商の大きさが約１．１５〜２．０の範囲内となるよう、好ましくは約１．２〜２．０の範囲内となるよう、さらに好ましくは約１．４〜１．８の範囲内となるよう、バランスが保たれていることが好ましい。亜鉛の理論的な容量に対する二酸化マンガンの理論的な容量の割合が高くなると、全体の膨張量が小さくなるよう、扁平なアルカリ電池が設計されている。このようなことがなぜ起こるかについては、十分に公知のものとなっている。このことは、ひとつには、ほとんど全ての亜鉛が消費されるという事実に基づいている。このような場合、膨張を発生させるような水酸化亜鉛の中間体がいくらかでも負極に残ることがなくなる。
ケーシングの外側厚さに対する負極の厚さの割合は約０．３０〜０．４０の範囲内にあることが好ましい。（このような厚さは、電池の長手軸に対して垂直であり電池の外側厚みを横切るような平面に沿って測定される）。放電中の電池の膨張がこのようにして制御されることにより、扁平または長方形形状のアルカリ電池を、携帯用のデジタルオーディオプレーヤーや類似品のような電化製品の一次電源として用いることができるようになる。
ある態様において、アルカリ電池は、概して外側厚さが約５〜１０ｍｍの範囲内、とりわけ厚さが約５〜７ｍｍの範囲内となっている小さな直方体の全体形状となっている。外側厚さは、電池の短寸法を規定する、ハウジングの対向する一対の側面の外側表面の間の距離により測定される。このような実施の形態において、本発明の（再充電を行うことができない）一次アルカリ電池が、例えば小さなサイズの扁平な再充電可能な電池の代替品として用いられる。とりわけ、このような一次アルカリ電池は、同サイズの再充電可能なニッケル金属水素電池、例えば７／５−Ｆ６サイズの長方形の再充電可能なニッケル金属水素電池の代替品として用いられる。
本発明の扁平なアルカリ電池１０の具体的な実施の形態を図１乃至５に示す。電池１０は少なくとも２つの対向する平らな側面を有し、これらの側面は電池の長手軸に対して平行となっている。電池１０は長方形形状、すなわち、図１および１Ａに最も良く示すように直方体であることが好ましい。ここで用いられる「直方体」という言葉は、幾何学的な直方体の定義のことを意味している。しかしながら、電池１０は平行６面体であってもよい。図示される外側ケーシング１００は直方体形状であることが好ましく、このことにより全体として円筒型とはなっていない。一般的に、電池１０の厚さは幅よりも小さくなっており、幅は長さよりも小さくなっている。電池の厚さ、幅および長さの寸法が異なる場合は、通常はこれらの３つの寸法のうち最も小さいものが厚さと見なされる。
電池１０は、直方体形状のケーシング（ハウジング）１００を備えていることが好ましく、ニッケルメッキの鋼鉄からなることが好ましい。図示される実施の形態において、ケーシング（ハウジング）１００は、一対の対向する平らな大きい壁部１０６ａ、１０６ｂと、一対の対向する平らな小さい壁部１０７ａ、１０７ｂと、閉止端部１０４と、対向する開口端部１０２とにより組み立てられている。電池の厚さは、壁部１０６ａおよび１０６ｂの外部表面の間の距離により規定される。電池の幅は、壁部１０７ａおよび１０７ｂの外部表面の間の距離により規定される。導電率を上げるために、ケーシング１００はその内部表面が炭素またはインジウムの層により覆われることが好ましい。電池の構成部材は、負極１５０、正極１１０およびこれらの間にあるセパレータ１４０を有しており、これらのものは開口端部１０２を通って供給される。好ましい実施の形態においては、負極１５０は亜鉛微粒子を有し、正極１１０は二酸化マンガンを有している。水酸化カリウム水溶液が、負極および正極の一部分を形成している。
図５に最も良く示すように、正極１１０は複数の厚板（スラブ）１１０ａから形成されていてもよく、この厚板１１０ａは厚みを貫通するような中央の中空コア部分１１０ｂを有している。正極板１１０ａは全体的に長方形形状であることが好ましい。正極板１１０ａはケーシング１００に挿入され、図２、３および５に示すように電池の長手方向に沿って１枚ずつ垂直に積み重ねられる。各正極板１１０ａは、ケーシング１００内に挿入された後に再結合させられてもよい。このような再結合により、各正極板１１０ａの外部表面がケーシング１００の内部表面に密接に接触することとなる。正極板１１０ａ内の中央の中空コア部分１１０ｂは位置合わせされ、電池の長手軸１９０に沿った、負極懸濁液１５０を受けるための１つの連続的な中央コア部分が形成されることが好ましい。ケーシング１００の閉止端部１０４に最も接近した正極板１１０ａは、任意で、閉止端部１０４の内部表面に隣接してこの内部表面を覆う底面を有することができる。
正極板１１０ａは圧力鋳造または圧縮成形により製造することができる。代わりに、正極１１０は、ノズルを通過して押し出されて中空コア部分を有する１つの連続的な正極１１０を形成するような正極材料から形成されていてもよい。また、正極１１０は、中空コア部分１１０ｂを有する複数の厚板１１０ａであって、各厚板がケーシング１００内に押し出されるような複数の厚板から形成されていてもよい。
正極１１０が挿入された後、電解液を透過させることができるセパレータ１４０が各厚板１１０ａの中央のコア部分１１０ｂ内部に配置される。このことにより、図２、３および５に示すように、セパレータ１４０の外部表面が正極の内部表面に隣接する。前述の中央の中空コア部分１１０ｂを画定するような各正極板１１０ａの内部表面は、湾曲した表面であることが好ましい。このような湾曲した内部表面により、搬送中および取り扱い時における厚板の機械的強度を大きくすることができ、また、セパレータ１４０と正極１１０との間の密着性をより強固なものとすることができる。
負極１５０は、亜鉛粒子および水溶性アルカリ電解質のゲル状の亜鉛懸濁液から形成されることが好ましい。負極懸濁液１５０は、電池の長手軸１９０に沿った当該電池の中央のコア部分内に注がれる。負極１５０は、間にあるセパレータ１４０により正極１１０との直接的な接触から隔離される。
電池の内蔵物が供給された後に、電池組合せ体１２（図４）が開口端部１０２内に挿入され、電池がシールされて負端子２９０が形成される。ケーシングの閉止端部１０４は電池の正端子としての機能を果たす。閉止端部１０４は引き込まれてあるいは打ち抜かれて、突出したプラス側ピップ、または図１Ａに示すようなケーシングの閉止端部１０４に結合された突出ピップ１８０を有する分離した端部プレート１８４を形成する。
端部キャップ組合せ体１２の具体的な実施の形態による各構成要素が図４に最も良く示される。端部キャップ組合せ体１２は、細長い負極カレント・コレクタ１６０と、絶縁シール部材２２０と、シール部材２２０の上に重ねられる金属カバー２３０と、絶縁シール部材２２０を部分的に貫通する金属リベット２４０と、リベット２４０を金属カバー２３０から隔離するプラスチック製のスペーサー２５０と、リベット２４０の孔２４８内に差し込まれる通気用ゴムプラグ２６０と、ゴムプラグ２６０上に設けられる通気用ピップ・キャップ２７０と、プラスチック製のエクステンダー２８０と、プラスチック製のエクステンダー２８０の上方に設けられた負端子プレート２９０と、を備えている。
リベット２４０内のキャビティ２４８の内部に差し込まれた通気用ゴムプラグ２６０、およびゴムプラグ２６０上の通気用ピップ・キャップ２７０は開示されており、商業的に７／５−Ｆ６サイズの長方形の再充電可能なニッケル金属水素電池モデルＮｏ．ＧＰ１４Ｍ１４５（香港のＧｏｌｄ Ｐｅａｋ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓにより製造）に接続して用いられることが既に知られている。しかしながら、本発明の出願を行った出願人は、前述の再充電可能なニッケル金属水素電池モデルＮｏ．ＧＰ１４Ｍ１４５の端部キャップ組合せ体は、概して、亜鉛／二酸化マンガンの一次アルカリ電池に用いられたときに腐食を引き起こしてガスを発生させることを認識していた。このような腐食は、細長いカレント・コレクタと電池のハウジングの内部表面との間に発生することが見いだされていた。なぜならば、カレント・コレクタの最も幅の大きな部分は電池のハウジングの内部表面に非常に接近していた（約０．５ｍｍ未満となっていた）からである。カレント・コレクタ１６０の最も幅の大きな部分、すなわちフランジ１６１は、再装着可能な通気用プラグに接続するよう用いられることが好ましい。カレント・コレクタは絶縁シール部材２２０の底面にリベット止めされるので、カレント・コレクタにおいてこのような幅の大きな部分（フランジ１６１）が必要とされる。このため、フランジ１６１はリベット２４０のベース２４６に固定されるよう十分に幅が広くなければならない。電池１０が小さなサイズの扁平な電池、例えば全体的な厚さが約５〜１０ｍｍの範囲内にある直方体形状の電池である場合には、フランジ１６１の端縁はケーシング１００の内部表面に接近した位置となってしまう。
出願人は、カレント・コレクタ１６０および絶縁シール部材２２０を有する部分組み立て品に対して、絶縁シール部材２２０に包囲スカート２２６を取り付けることにより改良を行った。絶縁シールスカート２２６は負極カレント・コレクタ１６０の最も幅の大きな部分、すなわちフランジ１６１を取り囲んでいる。絶縁スカート１６１は、カレント・コレクタのフランジ１６１の端縁とケーシング１００の内部表面との間に仕切りを形成する。絶縁スカート１６１は、電池が放電を行う際に、フランジ１６１とケーシング１００の内部表面との間のスペースにおける腐食性化学物質、一般的には合成物または化合物を含む金属の生成を減少させるようになっている。このような腐食性化学物質が大量に生成された場合は、電池の性能を低下させ、電池にガスを発生させてしまう。また、上述のような改良された設計において、負極カレント・コレクタ１６０の最も幅の大きな部分、すなわちフランジ１６１は、ハウジングの内部表面から約０．５〜２ｍｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍｍの範囲内の大きさ分だけ離間する。カレント・コレクタフランジ１６１を覆うよう絶縁シールスカート２２６の使用を組み合わせることにより、カレント・コレクタの幅の大きな部分（フランジ１６１）と、ケーシング１００の内部表面との間において腐食性化学物質が多量に生成されることを抑制することができる。本発明のこのような改良された設計により、再装着可能な通気用ゴムプラグ組合せ体を、上述の扁平な一次アルカリ電池における実用的な通気機構として適合させることができる。
図４および図５に最も良く示される端部キャップ組合せ体１２の構成要素は、下記の方法により組み立てられる。負極カレント・コレクタ１６０は、細長いシャフトまたはワイヤ１６２を有しており、このシャフトまたはワイヤ１６２は、下端がチップ１６３となるよう延びるとともに、上端が、全体として外方に広がり好ましくはシャフト１６２に対して垂直となっているフランジ１６１となるよう延びている。カレント・コレクタ１６０が負極１５０内に挿入されたときに、外方に延びるフランジ１６１の端縁は、シャフト１６２よりもケーシング１００の内部表面に、より接近する。絶縁シール部材２２０は頂部パネル２２７および対向する開口底部２２８を有している。絶縁シール部材２２０は、アルカリに対して耐久力、抵抗力があり水素を通過させることができるナイロン６６またはナイロン６１２から形成されていることが好ましい。代わりに、絶縁シール部材２２０は、耐久力があり水素を通過させることができるポリプロピレン、タルクが充満したポリプロピレン、スルホン化ポリエチレンまたはポリアミド（ナイロン）グレードから形成されていてもよい。絶縁部材２２０は長方形であることが好ましく、このことによりケーシング１００の開口端部１０２内にぴったりと嵌めることができるようになる。対向する側壁２２６ａおよび対向する端部壁２２６ｂは、絶縁部材２２０の頂端２２７から延びて、頂部パネル２２７の周囲に、下方に延びるスカート２２６を形成する。スカート２２６は、絶縁シール部材２２０の開口底部２２８の境界を画定する。頂部パネル２２７を貫通する開口２２４が設けられている。貫通する開口２３４を有する金属プレートとなっている金属カバー２３０が設けられている。頭部２４７およびベース２４５を有する金属リベット２４０が設けられている。リベット２４０はニッケルメッキの鋼鉄またはステンレス鋼から形成されている。リベット２４０は、頭部２４７の内部にキャビティ２４８を有している。キャビティ２４８はリベット頭部２４７およびリベットシャフト２４５を完全に貫通している。カレント・コレクタ１６０のフランジ１６１は絶縁シール部材２２０の開口底部２２８内に挿入され、このことによりカレント・コレクタ１６０のフランジ１６１は前述のシール部材２２０の絶縁スカート２２６に覆われてこの絶縁スカート２２６により保護されることとなる。図４に示すように、カレント・コレクタ１６０のフランジ部分１６１は貫通する開口１６４を有している。リベット２４０のベース２４６はこの開口１６４を通過してフランジ１６１にリベット固定され、このようにしてカレント・コレクタ１６０とリベットとの電気的接続が維持される。
このような実施の形態において、絶縁スカート２２６は、カレント・コレクタのフランジ１６１と電池のケーシング１００の内部表面との間の仕切りを形成する。負極カレント・コレクタ１６０の表面と電池のケーシング１００の内部表面との間の、例えば約０．５ｍｍより小さいような狭い隙間により、アルカリ電池の放電中に腐食性の副生成物を発生させるような領域が形成される。このことにより、負極カレント・コレクタ１６０の隣接する領域を不動態化し、ガスの発生を促進させてしまう。絶縁シール部材２２０の下方に延びるスカート２２６は、全体フランジ１６１のようなカレント・コレクタ１６０の外方に延びる部分を覆い、カレント・コレクタ１６０の最も幅の大きな部分とケーシング１００との間に仕切りを形成する。このことにより、腐食の問題を解決することができ、ガスの発生を減少させることができる。出願人は、カレント・コレクタの最も幅の大きな部分を設計し直すことにより、好ましくは負極カレント・コレクタ１６０の最も幅の大きな部分、すなわちフランジ１６１の周りに、仕切り、すなわち絶縁スカート２２６を形成することにより、設計の改良を行った。スカート２２６の配置および効果の詳細については下記の段落において記載されている。上述の出願人により改良された設計において、負極カレント・コレクタ１６０の最も幅の大きな部分、すなわちフランジ１６１は、ハウジングの内部表面から約０．５〜２ｍｍの間の範囲内、好ましくは約０．５〜１．５ｍｍの間の範囲内の大きさだけ離間している。また、包囲用の絶縁スカート２２６により、カレント・コレクタのフランジ１６１とケーシング１００との間に仕切りが形成される。このような設計の特徴により、腐食の問題を解決することができ、再装着可能な通気用ゴムプラグ組合せ体を、本発明の扁平な一次アルカリ電池における実用的な通気機構として適合させることができる。
端部キャップ組合せ体１２を形成するにあたり、カレント・コレクタ１６０のフランジ部分１６１が配置され、絶縁シール部材２２０の頂部パネル２２７を貫通する開口２２４に対する、フランジ部分１６１を貫通する開口１６４の位置合わせが行われる。金属カバー２３０が絶縁シール部材２２０の頂部パネル２２７上に配置され、金属カバー２３０を貫通する開口２３４が開口２２４に対して位置合わせされる。プラスチックのスペーサーディスク２５０が金属カバー２３０上に挿入され、スペーサーディスク２５０を貫通する開口２５２が金属カバー２３０の開口２３４に対して位置合わせされる。好ましい実施の形態（図４）において、リベット２４０のベース２４６はプラスチックのスペーサー２５０の開口２５２および金属カバー２３０の開口２３４を通過する。また、リベット２４０のベース２４６は絶縁シール部材２２０の開口２２４およびカレント・コレクタのフランジ１６１の開口１６４も通過する。プラスチックのスペーサー２５０はリベット２４０を金属カバー２３０から隔離する。リベットシャフト２４５のベース２４６は絶縁シール部材２２０の開口２２４を通過して延び、根元が負極カレント・コレクタ１６０の頂部フランジ部分１６１内の開口１６４に取り付けられる。リベットシャフトのベース２４６は、環状のリベット締め機または類似のものを用いることによりカレント・コレクタのフランジ１６１の底部表面に対して内部スペースに打ち付けられる。このことにより、リベットシャフトが絶縁シール部材２２０の開口２２４内のスペースにロックされ、カレント・コレクタ１６０がリベットシャフト２４５に固定される。このようにして、カレント・コレクタ１６０とリベット２４０との永続的な電気的接続が維持され、リベットシャフト２４５が取り除かれたり絶縁シール部材２２０の開口２２４から取り外されたりすることを抑止することができる。リベットの頭部２４７はプラスチックのスペーサー２５０上に固く締め付けられる。このことにより、リベット２４０、プラスチックのスペーサー２５０、金属カバー２３０、絶縁シール部材２２０および負極カレント・コレクタ１６０の組合せ体が形成される。この組合せ体は、更なる組み立ての準備が行われるまで保管される。
組み立て工程は、通気用ゴムプラグ２６０をリベット頭部２４７内のキャビティ２４８の内部に挿入することにより終了する。プラグ２６０は先端が切り取られた円錐形状であることが好ましく、リベット頭部２４７のキャビティ２４８内にぴったりと適合するよう設計されている。プラグ２６０は、アルカリ電解液に対して耐久性があるとともに圧縮性および弾力性を有する材料から形成されることが好ましい。プラグ２６０として好ましい材料は、ネオプレンのようなゴムまたは他のアルカリ耐久性のある圧縮性ゴムが挙げられる。金属の通気用ピップ・キャップ２７０がプラグ２６０上で挿入される。通気用ピップ・キャップ２７０は、プラグを約０．５５ｍ分だけ圧縮させるような十分に強い力でプラグ２６０上に押圧される。このことにより、約２００ｐｓｉｇ（１３．７９×１０５パスカル）に増加した内部のガス圧力に耐えることができるシールが形成される。プラグ２６０の圧縮が調整されることにより、シールは概して約１００〜３００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカル）の範囲内、好ましくは約１００〜２００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜１３．７９×１０５パスカル）の範囲内の内部圧力に耐えることができるようになる。必要であればプラグ２６０の圧縮の度合いをより大きくすることもでき、このことにより、シールは３００ｐｓｉｇ（２０．６９×１０５パスカル）よりも大きな、より高い圧力にも耐えることができるようになる。反対に、必要であればプラグ２６０の圧縮を低減させることもでき、このことにより、シールは１００ｐｓｉｇより小さな目標値に圧力を維持させることもできる。通気用ピップ・キャップ２７０のベース２７３は複数の下方に延びる部材を有しており、通気用キャップ２７０がプラグ２６０上に押圧されることにより、これらの部材はプラスチックのスペーサー２５０の頂面にあるくぼみまたは割れ目２５３に嵌るようになっている。このことは図５に最も良く示されている。通気用ピップ・キャップ２７０がプラグ２６０上に挿入された後、前述のプラグをリベット頭部のキャビティ２４８内に圧縮し、通気用キャップ２７０をリベット頭部２４７に結合させる。このことにより、プラグ２６０がリベット頭部のキャビティ２４８内で圧縮された状態を維持する。プラスチックのエクステンダー２８０が通気用キャップ頭部２７１上に設置される。通気用キャップ頭部２７１はプラスチックのエクステンダー２８０内部の開口２８２を貫通して突出する。端部端子プレート２９０（負端子）が通気用キャップ頭部２７１に取り付けられる。このことにより、通気用キャップ２７０は端部プレート２９０およびリベット２４０の両方に取り付けられることとなる。端部端子プレート２９０は、ニッケルメッキの冷延鋼板、ステンレス鋼、好ましくはニッケルメッキの低炭素鋼のような、良好な機械的強度および耐食性を有する導電性の金属から形成される。このようにして、永続的にカレント・コレクタ１６３と電気的に接続される端部端子プレート２９０を有するような端部キャップ組合せ体１２の完成品が形成される。
端部キャップ組合せ体１２の完成品は、ケーシング１００の開口端部１０２内に挿入される。カレント・コレクタのシャフト１６２が負極懸濁液１５０内に浸される。金属カバー２３０の端縁が、ケーシングの頂部の周辺端部１０４に、好ましくはレーザー溶接により結合される。このことにより、図１および図１Ａに示すように、端部キャップ組合せ体１２が堅固に保持され、ケーシングの開口端部１０２がシールされる。端部端子プレート２９０はカレント・コレクタ１６０および負極１５０に電気的に接続し、上記の実施の形態の亜鉛／二酸化マンガンアルカリ電池における電池の負端子を形成する。負端子プレート２９０はプラスチックのエクステンダー２４０によりケーシング１００から電気的に隔離されていることが好ましい。リベット２４０および負極カレント・コレクタ１６０は、プラスチックのスペーサー２５０および絶縁シール部材２２０により電気的にケーシング１００から隔離されている。図１Ａ、２および３に示すように、ケーシング１００の対向する閉止端部にあるピップ１８０は電池の正端子を形成する。ピップ１８０はケーシングの閉止端部１０４と一体的に形成され、あるいは図１Ａに示すように閉止端部に独立して取り付けられた分離プレート１８４として形成される。電池の完成品は、図１、１Ａの斜視図および図２、３の断面図に示される。
電池が放電または蓄電を行う際に、電池内のガス圧力が増加して設計閾値を超えたときには、プラグ２６０がリベット頭部のキャビティ２４８内から外れる。このことにより、ガスが電池内部からリベット頭部のキャビティ２４８および通気用キャップ２７０の通気用開口２７２を順に通過して外部環境に逃げることができるようになる。電池内の圧力が低下したときには、プラグ２６０はリベット頭部のキャビティ２４８内に再び装着される。
本発明は、特定のサイズの長方形の電池に限定することを意図するものではない。しかしながら、ある例において、アルカリ電池１００を小さなサイズの長方形のものとすることができ、概して電池の厚さ方向におけるケーシングの外部表面により測定された厚さが約５〜１０ｍｍの範囲内であり特に厚さが約５〜７ｍｍの範囲内のものとすることができる。電池の幅は概して約１２〜３０ｍｍの範囲内となっており、電池の高さは概して約４０〜８０ｍｍの範囲内となっている。特に、本発明のアルカリ電池１０は、同じサイズの再充電可能なニッケル金属水素電池、例えば標準の７／５−Ｆ６サイズの長方形の電池の交換用のものとして用いられる。７／５−Ｆ６サイズの電池は厚さが６．１ｍｍであり、幅が１７．３ｍｍであり、高さが６７．３ｍｍとなっている。
代表的な電池の化学組成
負極１５０、正極１１０およびセパレータ１４０の化学組成に関する電池の構成についての以下の記載は、上記の実施の形態により開示される扁平な電池に適用することができる。
上記の電池１０において、正極１１０は二酸化マンガンを有しており、負極１５０は亜鉛および電解質を有している。水溶性の電解質は、水酸化カリウム、酸化亜鉛およびゲル化剤の従来からの混合物を有している。負極材料１５０は、水銀を使用しない（水銀が全く加えられない）亜鉛合金粉末を含むゲル化された混合物から形成することができる。すなわち、電池における水銀の全含有量は、亜鉛１００万質量部に対して約１００質量部（１００ｐｐｍ）よりも小さくなり、好ましくは亜鉛１００万質量部に対して水銀は５０質量部よりも小さくなる。また、電池は鉛が加えられないことが好ましく、すなわち、負極の全ての亜鉛に対して鉛の全含有量が３０ｐｐｍより小さくなり、好ましくは１５ｐｐｍより小さくなる。このような混合物は、概して水溶性の水酸化カリウム電解液、ゲル化剤（例えば、Ｂ．Ｆ．ｇｏｏｄｒｉｃｈによる商品名ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０のアクリル酸共重合体）および界面活性剤（例えば、Ｐｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃによる商品名ＧＡＦＡＣ ＲＡ６００の有機リン酸塩のエステルベースの界面活性剤）を含んでいる。このような混合物は、単に実施例の説明に役立つものとして用いているだけであって、本発明を限定することを意図するものではない。他の亜鉛の負極用の代表的なゲル化剤は、米国特許第４，５６３，４０４号に開示されている。
正極１１０は下記の構成となっていることが好ましい。すなわち、電解二酸化マンガン（例えば、Ｋｅｒｒ−ＭｃＧｅｅによるＴｒｏｎａ Ｄ）が８７−９３質量％、黒鉛（総量）が２−６質量％、約３０−４０質量％の水酸化カリウムの濃縮体を有する通常の水溶性の７−１０水酸化カリウム溶液が５−７質量％各々含まれており、ポリエチレン・バインダーが任意で０．１−０．５質量％含まれている。電解二酸化マンガンの粒径の平均値は概して約１〜１００ミクロンの範囲内であり、好ましくは約２０〜６０ミクロンの範囲内となっている。黒鉛は概して天然黒鉛または膨張黒鉛、あるいはこれらの混合物とすることができる。また、黒鉛は、黒鉛状炭素のナノファイバーのみまたはこれに天然黒鉛または膨張黒鉛を混合させたものであってもよい。このような正極の混合物は説明に役立つものとして用いることを意図しており、本発明を制限することを意図するものではない。
負極材料１５０は、６２−６９質量％の亜鉛合金粉末（合金としての２００−５００ｐｐｍのインジウムとメッキの金属とを有するインジウムを含んだ９９．９質量％の亜鉛）と、３８質量％の水酸化カリウムおよび約２％の酸化亜鉛を含む水溶性の水酸化カリウム水溶液と、Ｂ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈの商品名「ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０」として商業的に得られる架橋結合のアクリル酸重合体のゲル化剤（例えば０．５−２．０質量％）と、Ｇｒａｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｏ．の商品名「Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ−２２１」として商業的に得られる、でんぷん基質に移植された加水分解されたポリアクリルニトリル（０．０１〜０．５質量％の範囲内）と、有機リン酸塩エステルの界面活性剤ＲＡ−６００またはＰｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃの商品名ＲＭ−５１０として得られるダイオナイル（ｄｉｏｎｙｌ）フェノールリン酸塩エステルの界面活性剤（１００〜１０００ｐｐｍの範囲内）と、を備えている。ここで用いられる亜鉛という言葉は、非常に高い濃度の亜鉛、例えば少なくとも９９．９質量％の亜鉛を含む亜鉛合金粉末を含むものとして理解されよう。このような亜鉛合金材料は本質的に純粋な亜鉛としての電気化学的な機能を果たす。
本発明の扁平なアルカリ電池１０の負極１５０において、亜鉛粉末の粒径の平均値は約１〜３５０ミクロンであることが好ましく、より好ましくは約１〜２５０ミクロンとなっており、さらに好ましくは約２０〜２５０ミクロンとなっている。一般的には、亜鉛粉末は粒径の平均値が約１５０ミクロンとなっている。負極１５０の亜鉛粒子は尖ったもの、あるいは球状のものとなっている。亜鉛粒子は球状となっていることが好ましい。電池の比較的小さな負極キャビティに亜鉛懸濁液を充満させるために用いられる投入ノズルから、より良好な亜鉛粒子の投入を行うことができるからである。負極の亜鉛のバルク密度（かさ密度）は、負極１立方センチメートルに対して亜鉛が約１．７５〜２．２グラムの範囲内の量となっている。負極における水溶性電解液の容積百分率は、負極の容積に対して約６９．２〜７５．５％の範囲内となっている。
従来の方法においては、電池１０は、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンのｍＡｍｐ／ｈｒ容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商の大きさが１となるよう、バランスが保たれている。しかしながら、正極が十分な量となるよう、電池のバランスを保つことが好ましい。二酸化マンガンの理論的な合計容量を亜鉛の理論的な合計容量で割った商が約１．１５〜２．０の範囲内となるよう、好ましくは１．２〜２．０の範囲内となるよう、さらに好ましくは１．４〜１．８の範囲内となるよう、さらに好ましくは１．５〜１．７の範囲内となるよう、電池１０のバランスが保たれることが好ましい。このような正極の量が十分となるような電池のバランスは、正極の膨張の低減量により決められる。なぜならば、電池の全質量に基づいた、放電中における二酸化マンガンの水和酸化マンガンへの反応の割合がより小さくなるからである。このことにより、電池のケーシングの膨張量が減少する。
ケーシング１００の肉厚は約０．３０〜０．４５ｍｍの範囲内であることが好ましく、約０．３０〜０．４０ｍｍの範囲内であることがより好ましく、約０．３５〜０．４０ｍｍの範囲内であることが更に好ましい。電池１０は、全体的な厚さが約５〜１０ｍｍの範囲内となっている直方体形状（図１および２参照）であることが好ましい。更に、正極の量が十分となるよう電池のバランスが保たれている。電池は、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンの理論的な容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ−ｈｒ容量で割った商が約１．１５〜２．０の範囲内、好ましくは約１．２〜２．０の範囲内、さらに好ましくは約１．４〜１．８の範囲内となるようバランスが保たれている。
ケーシングの外側の厚さに対する負極の厚さの割合が約０．３０〜０．４０の範囲内にあることが好ましい（このような厚さは、長手軸１９０に対して垂直であり電池の厚み（短寸法方向）を横切るような平面に沿って測定される）。
セパレータ１４０としては、セルロース誘導体の不織布材料およびポリビニルアルコール繊維からなる内層と、セロファンからなる外層とを有する従来のイオンの多孔性のセパレータを用いることができる。このような材料は、単に説明に役立つものとして用いているだけであって、本発明を限定することを意図するものではない。
ケーシング１００はニッケルメッキの鋼鉄から形成されることが好ましい。ケーシング１００は、内部表面が炭素被覆、好ましくは黒鉛炭素被覆によりコーティングされることが好ましい。このような黒鉛被覆は例えば黒鉛分散をベースとする水溶性のものとして形成され、ケーシングの内部表面に用いられてその後、自然環境下で乾燥される。黒鉛炭素は、導電性を向上させ、ケーシングの内部表面において発生する表面腐食の発生を低減させることにより間接的に電池のガス発生を低減させることができる。また、金属製のカバー２３０、負端子プレート２９０および正端子プレート１８０もニッケルメッキの鋼鉄であることが好ましい。カレント・コレクタ１６０は、カレント・コレクタ材料として実用的な、例えば真鍮、スズメッキが施された真鍮、青銅、銅またはインジウムメッキが施された真鍮のような、公知の様々な導電性のある金属から選択したものを用いることができる。絶縁シール部材２２０は、ナイロン６６またはナイロン６１２から形成されることが好ましい。
以下に、同じサイズの長方形の電池であって、電池バランスが異なるような電池を用いた場合の比較性能を示す特定の例について説明する。各ケースにおける新品の電池は、厚さが５．６ｍｍ、幅が１７ｍｍ、高さが６７ｍｍとなっている（全ての寸法は、特別の定めのない限り、ケーシングの周囲にあるラベルを除いた外形寸法である）。ケーシング１００の肉厚は、テスト用の各電池で同じ大きさとなっている０．３８ｍｍである。各電池のケーシング１００はニッケルメッキの鋼鉄であり、内部表面は黒鉛炭素によりコーティングされている。各ケースにおける電池の構造は同一であり、図面（図１〜５）に示されるものとなっている。負極カレント・コレクタ１６０の幅の広い部分（フランジ１６１）の端縁は、ケーシング１００の内部表面から約０．５ｍｍ離間している。絶縁シール部材２２０の包囲スカート２２６は、カレントコレクタ１６０の前述の幅の広い部分（フランジ１６１）を覆っており、このことにより、この幅の広い部分とケーシング１００の内壁表面との間に仕切りを形成している。
全ての電池の構成要素は上述のものと同一となっており、テスト用の各々の電池は図示の通気用端部キャップ組合せ体１２を有している。唯一異なる点は、電池のバランスおよび負極の構成である。比較用の電池（比較例）は、バランスの割合、すなわち、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンの理論的な容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商が１．１となるよう、バランスが取られている。実施例１におけるテスト用の電池は、二酸化マンガンの理論的な容量を亜鉛の理論的な容量で割ったバランス割合が１．２５となるよう、バランスが保たれている。実施例２および３におけるテスト用の電池は、各々、二酸化マンガンの理論的な容量を亜鉛の理論的な容量で割ったバランス割合が１．６および２．０となるよう、それぞれバランスが保たれている。
以下の例における比較用の電池およびテスト用の電池において、９０ミリワットの出力で電源オンとしその後に３時間の電源オフを行うようなサイクルで、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで、断続的に放電が行われる（このような間欠的な放電により、ＭＰ３オーディオ形式に概して用いられる携帯用の固形のデジタルオーディオプレーヤーの一般的な使用についての模擬実験が行われる）。実際の稼働時間の合計が記録され、また、電池のケーシングの膨張量が測定されるとともに記録される。
比較例（比較用の電池）
長方形（直方体）形状の比較テスト用の電池１０および図示の端部キャップ組合せ体を準備する。長さが約６７ｍｍであり、幅が約１７ｍｍであり、厚さ（放電前）が約５．６ｍｍである外形寸法のハウジング１００により電池が画定される。負極１５０および正極１１０は下記の構成となっている。
負極の構成
亜鉛１ ７０．０質量％
界面活性剤２（ＲＡ６００） ０．０８８質量％
電解質３ ２９．９１質量％
（９ Ｎｏｒｍａｌ ＫＯＨ）
合計 １００．００質量％
注記
１． 亜鉛粒子の粒径の平均値は約１５０ミクロンであり、合金となっており、しかもインジウムにより全インジウムの含有率が約２００ｐｐｍとなるようメッキされている。
２． Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃの、有機リン酸塩エステルをベースとした界面活性剤溶液ＲＡ６００である。
３． ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１およびＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０が合計で約１．５質量％分だけ含まれる電解質溶液である。
正極の構成
二酸化マンガン（ＥＭＤ） ８７．５質量％
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅによるＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１ ７．４質量％
（ＮｄＧ１５天然黒鉛）
電解質 ５．１質量％
（９ Ｎｏｒｍａｌ ＫＯＨ）
合計 １００．０質量％
注記
１． 黒鉛ＮｄＧ１５はＮａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅの天然黒鉛である。
電池に用いられるケーシング１００の肉厚は０．３８ｍｍである。新品の電池１０は長さが６７ｍｍであり、厚さが５．６ｍｍであり、幅が１７ｍｍである。電池の負極１５０および正極１１０は、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンの理論的な容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商が１．１となるよう、バランスが保たれている。負極は２．８グラムの亜鉛を有している（正極は６．８９グラムの二酸化マンガンを有している）。負極１５０、正極１１０およびセパレータ１４０は、図１、１Ａに示す構成のケーシング１００の外部容積の約６６％を占めている。ケーシングの外側厚さに対する負極の厚さの割合は約０．３５となっている。このような厚さは、長手軸１９０に対して垂直であり電池の外側厚み（短寸法方向）を横切るような平面に沿って測定される。
電池は、９０ミリワットの出力で「電源オン」としその後に３時間の「電源オフ」を行うようなサイクルで、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで、断続的に放電が行われる。実際の稼働時間は２４．５時間であった。ケーシングは、厚さが５．６ｍｍから６．１３ｍｍまで膨張した（厚さは、図１Ａに示す側壁１０６ａ、１０６ｂの外部表面間の大きさを測定した）。
テスト用電池を用いた実施例１
長方形形状となっており比較例と同じサイズのテスト用電池１０を準備する。負極１５０および正極１１０は下記の構成となっている。
負極の構成
亜鉛１ ６６．０質量％
界面活性剤２（ＲＡ６００） ０．０８３質量％
電解質３ ３４．０質量％
（９ Ｎｏｒｍａｌ ＫＯＨ）
合計 １００．０８質量％
注記
１． 亜鉛粒子の粒径の平均値は約１５０ミクロンであり、合金となっており、しかもインジウムにより全インジウムの含有率が約２００ｐｐｍとなるようメッキされている。
２． Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃの、有機リン酸塩エステルをベースとした界面活性剤溶液ＲＡ６００である。
３． ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１およびＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０が合計で約１．５質量％分だけ含まれる電解質溶液である。
正極の構成
二酸化マンガン（ＥＭＤ） ８７．５質量％
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅによるＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１ ７．４質量％
（ＮｄＧ１５天然黒鉛）
電解質 ５．１質量％
（９ Ｎｏｒｍａｌ ＫＯＨ）
合計 １００．０質量％
注記
１． 黒鉛ＮｄＧ１５はＮａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅの天然黒鉛である。
テスト用の電池に用いられるケーシング１００の肉厚は０．３８ｍｍである。新品の電池１０は長さが６７ｍｍであり、厚さが５．６ｍｍであり、幅が１７ｍｍである。電池の負極１５０および正極１１０は、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンの理論的な容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商が１．２５となるよう、バランスが保たれている。負極は２．５６グラムの亜鉛を有している（正極は７．１１グラムの二酸化マンガンを有している）。負極、正極、電解質およびセパレータは、ケーシング１００の外部容積、言い換えると、閉止端部１０４と開口端部１０２との間の測定値の約６６％を占めている。ケーシングの外側厚さに対する負極の厚さの割合は約０．３５となっている。このような厚さは、長手軸１９０に対して垂直であり電池の外側厚み（短寸法方向）を横切るような平面に沿って測定される。
電池は、９０ミリワットの出力で「電源オン」としその後に３時間の「電源オフ」を行うようなサイクルで、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで、断続的に放電が行われる。実際の稼働時間は２４．３時間であった。ケーシングは、厚さが５．６ｍｍから６．０３ｍｍまで膨張した（厚さは、図１Ａに示す側壁１０６ａ、１０６ｂの外部表面間の大きさを測定した）。稼働時間は比較例のものとほぼ同じであったが、ケーシングの膨張の度合いが小さくなった。
テスト用電池を用いた実施例２
長方形形状となっており比較例と同じサイズのテスト用電池１０を準備する。負極１５０および正極１１０は下記の構成となっている。
負極の構成
亜鉛１ ６０．０質量％
界面活性剤２（ＲＡ６００） ０．０８３質量％
電解質３ ３９．９２質量％
（９ Ｎｏｒｍａｌ ＫＯＨ）
合計 １００．００質量％
注記
１． 亜鉛粒子の粒径の平均値は約１５０ミクロンであり、合金となっており、しかもインジウムにより全インジウムの含有率が約２００ｐｐｍとなるようメッキされている。
２． Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃの、有機リン酸塩エステルをベースとした界面活性剤溶液ＲＡ６００である。
３． ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１およびＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０が合計で約１．５質量％分だけ含まれる電解質溶液である。
正極の構成
二酸化マンガン（ＥＭＤ） ８７．５質量％
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅによるＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１ ７．４質量％
（ＮｄＧ１５天然黒鉛）
電解質 ５．１質量％
（９ Ｎｏｒｍａｌ ＫＯＨ）
合計 １００．０質量％
注記
１． 黒鉛ＮｄＧ１５はＮａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅの天然黒鉛である。
テスト用の電池に用いられるケーシング１００の肉厚は０．３８ｍｍである。新品の電池１０は長さが６７ｍｍであり、厚さが５．６ｍｍであり、幅が１７ｍｍである。電池の負極１５０および正極１１０は、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンの理論的な容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商が１．６となるよう、バランスが保たれている。負極は２．０１グラムの亜鉛を有している（正極は７．１３グラムの二酸化マンガンを有している）。負極、正極およびセパレータは、ケーシング１００の外部容積の約６６％を占めている。ケーシングの外側厚さに対する負極の厚さの割合は約０．３５となっている。
このような厚さは、長手軸１９０に対して垂直であり電池の外側厚み（短寸法方向）を横切るような平面に沿って測定される。
電池は、９０ミリワットの出力で「電源オン」としその後に３時間の「電源オフ」を行うようなサイクルで、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで、断続的に放電が行われる。実際の稼働時間は２０．９時間であった。ケーシングは、厚さが５．６ｍｍから５．９５ｍｍまで膨張した（厚さは、図１Ａに示す側壁１０６ａ、１０６ｂの外部表面間の大きさを測定した）。
テスト用電池を用いた実施例３
長方形形状となっており比較例と同じサイズのテスト用電池１０を準備する。負極１５０および正極１１０は下記の構成となっている。
負極の構成
亜鉛１ ５２．０質量％
界面活性剤２（ＲＡ６００） ０．０８３質量％
電解質３ ４７．９２質量％
（９ Ｎｏｒｍａｌ ＫＯＨ）
合計 １００．００質量％
注記
１． 亜鉛粒子の粒径の平均値は約１５０ミクロンであり、合金となっており、しかもインジウムにより全インジウムの含有率が約２００ｐｐｍとなるようメッキされている。
２． Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃの、有機リン酸塩エステルをベースとした界面活性剤溶液ＲＡ６００である。
３． ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１およびＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０が合計で約１．５質量％分だけ含まれる電解質溶液である。
正極の構成
二酸化マンガン（ＥＭＤ） ８７．５質量％
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅによるＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１ ７．４質量％
（ＮｄＧ１５天然黒鉛）
電解質 ５．１質量％
（９ Ｎｏｒｍａｌ ＫＯＨ）
合計 １００．０質量％
注記
１． 黒鉛ＮｄＧ１５はＮａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅの天然黒鉛である。
テスト用の電池に用いられるケーシング１００の肉厚は０．３８ｍｍである。新品の電池１０は長さが６８ｍｍであり、厚さが５．６ｍｍであり、幅が１７ｍｍである。電池の負極１５０および正極１１０は、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンの理論的な容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商が２．０となるよう、バランスが保たれている。負極は１．６１グラムの亜鉛を有している（正極は７．１３グラムの二酸化マンガンを有している）。負極、正極およびセパレータは、ケーシング１００の外部容積の約６６％を占めている。ケーシングの外側厚さに対する負極の厚さの割合は約０．３５となっている。
このような厚さは、長手軸１９０に対して垂直であり電池の外側厚み（短寸法方向）を横切るような平面に沿って測定される。
電池は、９０ミリワットの出力で「電源オン」としその後に３時間の「電源オフ」を行うようなサイクルで、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで、断続的に放電が行われる。実際の稼働時間は１８．５時間であった。ケーシングは、厚さが５．６ｍｍから５．８７ｍｍまで膨張した（厚さは、図１Ａに示す側壁１０６ａ、１０６ｂの外部表面間の大きさを測定した）。
テスト結果についての検討
上記のテストにおいて、同じサイズの扁平な電池において、徐々にバランス割合が大きくなるよう、バランスが保たれている。負極カレント・コレクタ１６０の幅の広い部分（フランジ１６１）の端縁は、ケーシング１００の内部表面から約０．５ｍｍ離間しており、絶縁仕切り２２６により覆われている。バランス割合は、（二酸化マンガン１グラムあたりの容量が３７０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）二酸化マンガンの理論的な容量を、（亜鉛１グラムあたりの容量が８２０ｍＡｍｐ／ｈｒであることに基づく）亜鉛のｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商により画定される。上述の比較例において、電池のバランス割合（亜鉛の理論的容量に対する二酸化マンガンの理論的容量）が約１．１であるときに、扁平なテスト用電池の膨張量は非常に大きく、全体の厚さが５．６ｍｍから６．１３ｍｍまで膨らんだ。実施例１（バランス割合が１．２５）においては、電池の膨張量は小さく、すなわち、５．６ｍｍから６．０３ｍｍまで膨らんだ。実施例２（バランス割合が１．６）においては、電池は５．６ｍｍから５．９５ｍｍまで膨らんだ。実施例３（バランス割合が２．０）においては、電池は５．６ｍｍから５．８７ｍｍまでしか膨らまなかった。バランス割合を１．１〜１．６の範囲内で増加させると電池の稼働時間はほどほどに短くなり（２４．５時間から２０．９時間となり）、バランス割合が最大の２．０となると稼働時間は大幅に短くなった（１８．５時間となった）。
全体的に直方体形状となっている扁平なアルカリ電池に関する本発明の好ましい実施の形態について述べたが、様々な全体形状を用いることができ、このような様々な全体形状は本発明の概念の範囲内となることが理解できよう。扁平な電池の場合において、例えば直方体形状である場合には、直方体形状を維持しながらハウジングの端部端末をわずかに外側にまたは内側に向かって先細としてもよい。このように変更された形状の全体的な外観でも、本質的に直方体形状の外観となっており、直方体または法上の均等物の意義の範囲内となっている。ハウジングの側面のうちのいずれか一つに対して電池の端部がなす角度をわずかに変更し、平行６面体が厳密な直方体からわずかに傾くような全体形状の他の変形例もまた、請求項の範囲内でこのように用いられることにより、直方体の意義の範囲内となる。
本発明は、好ましくは、ケーシングの長さ方向に沿った外部ケーシングの側面が実質的に平らとなるような扁平形状となっている全体的な電池形状にまで及ぶようになっている。すなわち、「扁平」という言葉は、表面の湾曲の度合いがわずかであるような実質的に平らな表面まで及んでこれを含むようになっていることが理解されよう。特に、本発明の概念は、ケーシングの長さ方向に沿った電池のケーシング表面の側面が平らな多角形の表面となっている扁平な電池にまで及んでいる。このように、電池は、外部ケーシングの全ての側面が多角形である多面体の全体形状とすることができる。また、本発明は、ケーシングの長さ方向に沿った電池のケーシングの側面が平らな平行四辺形の表面を有し、電池の全体形状が角柱形となっているような電池にまで及んでいる。
本発明の扁平なアルカリ電池の斜視図であって、電池の負端子端部を示す図である。 図１の扁平なアルカリ電池の斜視図であって、正端子端部を示す図である。 図１Ａに示す電池のライン２−２矢視による断面図である。 図２Ａに示す電池のライン３−３矢視による断面図である。 扁平なアルカリ電池に用いられる端部キャップ組合せ体の構成要素の分解図である。 電池の内蔵物および端部キャップ組合せ体の、電池のケーシング（ハウジング）内への挿入を示す分解図である。

Claims (39)

  1. 負端子と、正端子と、一対の対向する平らな側面を有する外側ハウジングとを備え、この一対の対向する平らな側面は前記ハウジングの丈の一部分に沿って延びるような一次アルカリ電池であって、前記ハウジングは、閉止端部と、対向する開口端部とを有し、このハウジングは全体として円筒型となっておらず、前記電池は更に、亜鉛を有する負極および二酸化マンガンを有する正極であって前記ハウジング内に設けられた負極および正極と、前記負極および正極の間に設けられたセパレータと、前記ハウジングの開口端部をシールする端部キャップ組合せ体とを備え、
    正極は、正極物質が存在することのないよう貫通して画定された開口を有する少なくとも１つの正極板を有し、前記正極の外部表面の少なくとも一部分が前記ハウジングの内部表面に接触することを特徴とするアルカリ電池。
  2. 前記電池の厚さは全体的に５〜１０ｍｍの範囲内の大きさであって、この全体的な厚さは、前記ハウジングの短寸法を規定するような前記ハウジングの対向する両側面の外部表面の間の距離により規定されることを特徴とする請求項１記載のアルカリ電池。
  3. 前記ハウジングは直方体形状となっており、前記正極は複数の長方形の正極板を有し、各正極板は正極物質が存在することのないよう貫通して画定された開口を有し、前記各開口の配置が正極物質の全くないコア部分を形成するよう前記各正極板が位置合わせされ、前記正極の外側表面が前記ハウジングの内側表面に接触することを特徴とする請求項１記載のアルカリ電池。
  4. 負端子と、正端子と、一対の対向する平らな側面を有する外側ハウジングとを備え、この一対の対向する平らな側面は前記ハウジングの丈に沿って延びるような一次アルカリ電池であって、前記ハウジングは、閉止端部と、対向する開口端部とを有し、前記電池は更に、亜鉛を有する負極および二酸化マンガンを有する正極であって前記ハウジング内に設けられた負極および正極と、前記負極および正極の間に設けられたセパレータと、前記ハウジングの開口端部をシールする端部キャップ組合せ体とを備え、前記正極の外部表面が前記ハウジングの内部表面に接触するようこの正極が前記ハウジング内に配置され、前記電池は、二酸化マンガン１グラムあたり３７０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた二酸化マンガンの理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量を、亜鉛１グラムあたり８２０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた亜鉛の理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商の大きさが１．２〜２．０の範囲内となるよう電気化学的にバランスが保たれていることを特徴とするアルカリ電池。
  5. 電池は、二酸化マンガン１グラムあたり３７０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた二酸化マンガンの理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量を、亜鉛１グラムあたり８２０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた亜鉛の理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商の大きさが１．４〜１．８の範囲内となるようバランスが保たれていることを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  6. 前記ハウジングは直方体形状となっていることを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  7. 正極は、電池の中央の長手軸に沿って延びる中央の中空コア部分を有し、前記負極はこの中央のコア部分内に配置されていることを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  8. 正極は複数の長方形の正極板を有し、各正極板は、この正極板の厚さ方向に通過して延びる中空の中央部分の境界を画定する内部表面を有し、前記正極板はハウジングの中央の長手軸に沿って当該ハウジング内に積み重ねられ、その結果前記長手軸に沿って連続的な中空のコア部分を形成するよう中空の中央部分が位置合わせされ、前記正極の外部表面が前記ハウジングの内部表面に接触することを特徴とする請求項６記載のアルカリ電池。
  9. 前記負極は前記中央のコア部分の内部に配置されることを特徴とする請求項８記載のアルカリ電池。
  10. 負極は電池の長手軸に沿って延びることを特徴とする請求項９記載のアルカリ電池。
  11. 電池は、水酸化カリウム水溶液を有するアルカリ電解液を備えたことを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  12. 前記正極板の各々の内部表面は湾曲した表面となっていることを特徴とする請求項８記載のアルカリ電池。
  13. 前記電池の厚さは全体的に５〜１０ｍｍの範囲内の大きさであって、この全体的な厚さは、前記ハウジングの短寸法を規定するような前記ハウジングの対向する両側面の外部表面の間の距離により規定されることを特徴とする請求項６記載のアルカリ電池。
  14. 端部キャップ組合せ体は、電池内のガス圧力が約１００〜３００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカル）の範囲内のレベルに達したときに駆動する通気機構を有し、この通気機構が駆動すると、電池内の水素ガスが電池の内部から外部環境へ逃げることができるようになっていることを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  15. 端部キャップ組合せ体は、電池内のガス圧力が１００〜２００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜１３．７９×１０５パスカル）の範囲内のレベルに達したときに駆動する通気機構を有し、この通気機構が駆動すると、電池内の水素ガスが電池の内部から外部環境へ逃げることができるようになっていることを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  16. ハウジングは、肉厚が０．３０ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内にある金属を有することを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  17. ハウジングは、肉厚が０．３０ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲内にある金属を有することを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  18. ハウジングは鋼鉄製であることを特徴とする請求項４記載のアルカリ電池。
  19. 前記ハウジングの全体的な厚さに対する前記負極の厚さの割合は０．３０〜０．４０の範囲内にあり、前記ハウジングの全体的な厚さは、ハウジングの短寸法を規定するような前記ハウジングの対向する両側面の外部表面の間の距離により規定されることを特徴とする請求項６記載のアルカリ電池。
  20. 負端子と、正端子と、直方体形状の外側ハウジングとを備えた一次アルカリ電池であって、前記ハウジングは、閉止端部と、対向する開口端部とを有し、前記電池は更に、亜鉛を有する負極および二酸化マンガンを有する正極であって前記ハウジング内に設けられた負極および正極と、前記負極および正極の間に設けられたセパレータと、前記ハウジングの開口端部をシールする端部キャップ組合せ体とを備え、
    正極は、複数の長方形の正極板を有し、各正極板は正極物質が存在しない中空の中央部分を有し、前記正極板は電池の中央の長手軸に沿ってハウジングの内部に積み重ねられ、その結果前記長手軸に沿って連続的な中空のコア部分を形成するよう中空の中央部分が位置合わせされ、前記正極の外部表面が前記ハウジングの内部表面に接触することを特徴とするアルカリ電池。
  21. 前記端部キャップ組合せ体は、前記負端子を形成する長方形の端部プレートを有することを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  22. 負極は前記中央のコア部分内に設けられていることを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  23. 電池は、水酸化カリウム水溶液を有するアルカリ電解液を備えたことを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  24. 電池は、二酸化マンガン１グラムあたり３７０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた二酸化マンガンの理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量を、亜鉛１グラムあたり８２０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた亜鉛の理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商の大きさが１．１５〜２．０の範囲内となるように正極が十分な量となるよう、バランスが保たれていることを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  25. 電池は、二酸化マンガン１グラムあたり３７０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた二酸化マンガンの理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量を、亜鉛１グラムあたり８２０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた亜鉛の理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商の大きさが１．２〜２．０の範囲内となるように正極が十分な量となるよう、バランスが保たれていることを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  26. 電池は、二酸化マンガン１グラムあたり３７０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた二酸化マンガンの理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量を、亜鉛１グラムあたり８２０ｍＡｍｐ／ｈｒとなっている理論的な特定値に基づいた亜鉛の理論的なｍＡｍｐ／ｈｒ容量で割った商の大きさが１．４〜１．８の範囲内となるように正極が十分な量となるよう、バランスが保たれていることを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  27. 前記電池の厚さは全体的に５〜１０ｍｍの範囲内の大きさであって、この全体的な厚さは、前記ハウジングの短寸法を規定するような前記ハウジングの対向する両側面の外部表面の間の距離により規定されることを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  28. 端部キャップ組合せ体は、電池内のガス圧力が１００〜３００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカル）の範囲内のレベルに達したときに駆動する通気機構を有し、この通気機構が駆動すると、電池内の水素ガスが電池の内部から外部環境へ逃げることができるようになっていることを特徴とする請求項２２記載のアルカリ電池。
  29. 端部キャップ組合せ体は、電池内のガス圧力が１００〜２００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜１３．７９×１０５パスカル）の範囲内のレベルに達したときに駆動する通気機構を有し、この通気機構が駆動すると、電池内の水素ガスが電池の内部から外部環境へ逃げることができるようになっていることを特徴とする請求項２２記載のアルカリ電池。
  30. ハウジングは、肉厚が０．３０ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内にある金属を有することを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  31. ハウジングは、肉厚が０．３０ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲内にある金属を有することを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  32. ハウジングは鋼鉄製であることを特徴とする請求項２０記載のアルカリ電池。
  33. 前記電池の全体的な厚さに対する前記負極の厚さの割合は０．３０〜０．４０の範囲内にあり、前記電池の全体的な厚さは、前記ハウジングの短寸法を規定するような前記ハウジングの対向する両側面の外部表面の間の距離により規定されることを特徴とする請求項２２記載のアルカリ電池。
  34. 前記端部キャップ組合せ体は、絶縁シール部材および負極カレント・コレクタを備え、このカレント・コレクタは負極および前記負端子と電気的に接続し、前記カレント・コレクタは、細長いシャフト部分と、外方に延びる一体的な面とを有し、前記カレント・コレクタの外方に延びる表面は前記絶縁シール部材により覆われており、このことにより前記の外方に延びる表面と前記ハウジングの内部表面との間に仕切りが形成されることを特徴とする請求項２８記載のアルカリ電池。
  35. 前記絶縁シール部材は、閉止端部と、対向する開口端部と、これらの間にあり当該絶縁シール部材内で中空の内部部分を覆う側壁とを有する直方体形状となっており、負極カレント・コレクタの前記の外方に延びる部分は、前記の中空の内部部分に挿入されるとともに、前記絶縁シール部材の前記の包囲用の側壁により保護されることを特徴とする請求項３４記載のアルカリ電池。
  36. 前記カレント・コレクタの少なくとも一部分は電池ハウジングの内部表面から２ｍｍ以内の位置にあることを特徴とする請求項３４記載のアルカリ電池。
  37. 前記絶縁シール部材は、当該絶縁シール部材の閉止端部を貫通する開口を有し、端部キャップ組合せ体は更に、この開口に挿入される金属リベットを有し、前記リベットは前記負極カレント・コレクタの前記の外方に延びる部分に取り付けられ、このリベットは前記負端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３５記載のアルカリ電池。
  38. 前記リベットは、このリベットの中央の長手軸に沿って延びる中空のキャビティを有し、前記通気機構は、前記の中空のキャビティ内に配置された圧縮プラグを有し、その結果電池内のガス圧力が設定値に達したときに、前記プラグが外れ、ガスがリベット内の前記の中空のキャビティを通って外部環境へ逃げることができるようになることを特徴とする請求項３７記載のアルカリ電池。
  39. 電池内のガス圧力が１００〜３００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカル）の範囲内のレベルに達したときに、前記プラグが外れることを特徴とする請求項３８記載のアルカリ電池。
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