JP2017525124A

JP2017525124A - 電池

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Publication number: JP2017525124A
Application number: JP2017521274A
Authority: JP
Inventors: ニールスベイカー
Original assignee: パテントテクノロジートレーディングリミテッド
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2035-07-06
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Abstract

電池であって、内部に電解質が配置されるチャンバーを画定する内面を有する筐体と、筐体の内面に隣接してチャンバー内に位置し、電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、筐体内に位置し、電解質を導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、導電棒であって、電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、電解質と電気的に連通するように構成されている導電棒の第２の端部とを有する、導電棒と、筐体に配されている開口と、を備え、筐体は、互いに可動に取り付けられる少なくとも第１の部分及び第２の部分を備え、第１の部分及び第２の部分は、少なくとも、開口を介して筐体内に液体を浸入させないように開口が実質的に遮断される第１の取付け位置と、開口を介して液体が浸入してチャンバー内の電解質と接触し、導電面と導電棒との間に電位差を発生させることにより電池を起動させるように、開口が実質的に解放される第２の取付け位置との間で互いに対して可動である、電池。【選択図】図１

Description

本発明は、再使用可能な電池の分野に関し、特に、水等の液体を加えることにより起動する電池に関する。

従来の既製のタイプの単３電池及び単４電池は、保管の間に経時的に性能が劣化する傾向がある。このことにより、電池の性能の信頼性が非常に重要となる場合、例えば、電池により懐中電灯、ラジオ、移動電話、又は救命用となり得る他の電子機器に給電することが必要となる緊急の状況において、深刻な問題を被る可能性がある。

この問題への対処を試みるにあたり、水により起動可能な電池（water-activatable batteries：注水式電池）が開発されている。この電池は、比較的長期間にわたり不使用状態（すなわち、電解質粉末混合物を活性化させるために電池内の電解質粉末混合物と水とがまだ混合されていない状態）で保管され得るが、水を加えることでその後電池が起動したときに、電池の性能に実質的な損失がない。

しかしながら、既存の注水電池（water-activated batteries）にもいくらかの欠点があり、それには、このような電池の構造及び材料組成は、大量に製造するには過度に複雑であり、必要とし得るよりもコストがかかると一部では未だに考えられていることが挙げられる。また、既存の注水電池の構造は、電池の部品を不慮に失することにより、そのような電池が使用不能になるようなものである。当然ながらこのことは、特に緊急の状況において望ましくない。

さらに、電池の製造中、電池筐体に電解質粉末を充填する際に問題が生じる傾向がある。具体的には、電解質が電池筐体に注入される際、電解質粉末は送達チャネルに詰まりやすく、送達チャネルを頻繁に清掃する必要がある。チューブの詰まりに伴うこの問題により、電池の製造において許容し得ない遅延及び非効率がもたらされ、製造の全体コストに影響を与える。

本発明は、従来技術に関して上述した問題のうちの少なくとも１つを軽減することを試みる。

本発明は、複数の包括形態を含み得る。本発明の実施形態は、本明細書に記載の様々な包括形態のうちの１つ又は任意の組み合わせを含み得る。

第１の包括形態において、本発明は、電池であって、
内部に電解質が配置されるチャンバーを画定する内面を有する筐体と、
筐体の内面に隣接してチャンバー内に位置し、電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
筐体内に位置し、電解質を導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
導電棒であって、電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、電解質と電気的に連通するように構成されている導電棒の第２の端部とを有する導電棒と、
筐体に配されている開口と、を備え、
筐体は、互いに可動に取り付けられる少なくとも第１の部分及び第２の部分を備え、第１の部分及び第２の部分は、少なくとも、開口を介して筐体内に液体を浸入させないように開口が実質的に遮断される第１の取付け位置と、開口を介して液体が浸入してチャンバー内の電解質と接触し、導電面と導電棒との間に電位差を発生させることにより電池を起動させるように、開口が実質的に解放される第２の取付け位置との間で互いに対して可動である、電池を提供する。

好ましくは、第１の部分及び第２の部分は、摺動、回転、枢動、捻り、引き及び押し動作のうちの少なくとも１つによって互いに対して可動とすることができる。

通常、筐体の第１の部分及び第２の部分は、チャンバー内に液体を制御可能に浸入させるように筐体の弁の部品を備えることができる。

好ましくは、筐体はプラスチック材料を含むことができる。より好ましくは、このプラスチックは、リサイクル可能なプラスチック材料を含むことができる。

好ましくは、導電面は、筐体の導電性ライニングを含むことができる。

好ましくは、導電面は亜鉛材料を含むことができる。

好ましくは、導電面は、実質的に導電面の長軸に沿って延在する除去部（abatement）、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つを有することができる。

好ましくは、除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つは、導電面の切欠き部として形成することができる。

好ましくは、アノード端子は筐体の第１の端部部分（end portion）に配置することができ、第１の端部部分はプラスチック材料と金属材料との組み合わせを含む。好ましくは、プラスチック領域は、金属材料によって形成されるコアを同心円状に囲むことができる。

好ましくは、本発明は、筐体内に位置付けられ、筐体の導電面とアノード端子との間に電気的な連通をもたらすように構成されているばねを備えることができる。

好ましくは、電解質は、およそ直径が約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の実質的に球状の粒子を含むことができる。

好ましくは、電解質は、密度がおよそ１．７１ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲の粒子を含むことができる。

好ましくは、粒子は含水量をおよそ３％以下とすることができる。

第２の包括形態において、本発明は、電池であって、
内部に電解質が配置されているチャンバーを画定する内面を有するプラスチック製筐体と、
筐体の内面に隣接してチャンバー内に位置し、電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
筐体内に位置し、電解質を導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
導電棒であって、電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、電解質と電気的に連通するように構成されている導電棒の第２の端部とを有する導電棒と、
筐体に配される開口であって、チャンバー内への液体の浸入を可能にし、導電面と導電棒との間に電位差を発生させることにより電池を起動させる、開口と、を備える、電池を提供する。

好ましくは、プラスチックは、リサイクル可能なプラスチック材料を含むことができる。

通常、導電面は筐体の導電性ライニングを含むことができる。

好ましくは、導電面は亜鉛材料を含むことができる。

好ましくは、導電面は、実質的に導電面の長軸に沿って延在する除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つを有することができる。

好ましくは、アノード端子は筐体の第１の端部部分に配置することができ、第１の端部部分はプラスチック材料と金属材料との組合せを含む。

好ましくは、プラスチック領域は、金属材料によって形成されるコアを同心円状に囲むことができる。

好ましくは、筐体は、互いに可動に取り付けられる少なくとも第１の部分及び第２の部分を備えることができ、第１の部分及び第２の部分は、少なくとも、開口を介して筐体内に液体を浸入させないように開口が実質的に遮断される第１の取付け位置と、開口を介して液体が浸入してチャンバー内の電解質と接触し、導電面と導電棒との間に電位差を発生させることにより電池を起動させるように、開口が実質的に解放される第２の取付け位置との間で互いに対して可動である。

好ましくは、筐体の第１の部分及び第２の部分は、チャンバー内に液体を制御可能に浸入させるように筐体の弁の部品を備えることができる。

第３の包括形態において、本発明は、電池であって、
内部に電解質が配置されるチャンバーを画定する内面を有する筐体と、
筐体の内面に隣接してチャンバー内に位置し、電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
筐体内に位置し、電解質を導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
導電棒であって、電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、電解質と電気的に連通するように構成されている導電棒の第２の端部とを有する導電棒と、
筐体に配されている開口であって、チャンバー内への液体の浸入を可能にし、導電面と導電棒との間に電位差を発生させることにより電池を起動させる、開口と、を備え、
導電面は、実質的に導電面の長軸に沿って延在する除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つを有する、電池を提供する。

好ましくは、導電面は亜鉛材料を含むことができる。

第４の包括形態において、本発明は、電池であって、
内部に電解質が配置されるチャンバーを画定する内面を有する筐体と、
筐体の内面に隣接してチャンバー内に位置し、電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
筐体内に位置し、電解質を導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
導電棒であって、電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、電解質と電気的に連通するように構成されている導電棒の第２の端部とを有する導電棒と、
筐体に配されている開口であって、チャンバー内への液体の浸入を可能にし、導電面と導電棒との間に電位差を発生させることにより電池を起動させる、開口と、を備え、
アノード端子は筐体の第１の端部部分に配置され、第１の端部部分はプラスチック材料と金属材料との組み合わせを含む、電池を含む。

好ましくは、導電面は亜鉛材料を含むことができる。

第５の包括形態において、本発明は、電池筐体に電解質粉末を充填する方法であって、（i）電解質粉末を、およそ直径が約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の実質的に球状の粒子に形成するステップと、（ii）実質的に球状の粒子を電池筐体内に導くステップと、を含む、方法を提供する。

好ましくは、実質的に球状の粒子は、密度をおよそ１．７１ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲とすることができる。

好ましくは、実質的に球状の粒子は含水量をおよそ３％以下とすることができる。

好ましくは、粒子を電池筐体内に導くステップは、漏斗を介して粒子を電池筐体内に注入することを含むことができる。

好ましくは、本発明は、粒子を電池筐体内に導く間又はその後、電池筐体を振盪又は振動させるステップを含むことができる。

第６の包括形態において、本発明は、本発明の第５の包括形態に従って内部に電解質粉末が配置された電池筐体を備える電池を提供する。

更なる一包括形態において、本発明は、電池であって、
内部に電解質が配置されるチャンバーを画定する内面を有する筐体と、
筐体の内面に隣接してチャンバー内に位置し、電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
筐体内に位置し、電解質を導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
導電棒であって、電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、電解質と電気的に連通するように構成されている導電棒の第２の端部とを有する導電棒と、
筐体に配されている開口と、を備え、
筐体は、開口を介して筐体内へ液体を浸入させないように開口が実質的に遮断される第１の形態と、開口を介して液体が浸入してチャンバー内の電解質と接触し、導電面と導電棒との間に電位差を発生させることにより電池を起動させるように、開口が実質的に解放される第２の形態との間の少なくとも一方の形態をとり得る、電池を提供する。

好ましくは、筐体は、互いに可動に取り付けられる少なくとも第１の部分及び第２の部分を備え、第１の部分及び第２の部分は、少なくとも、開口を介して筐体内へ液体を浸入させないように開口が実質的に遮断される第１の形態と、開口を介して液体が浸入してチャンバー内の電解質と接触し、導電面と導電棒との間に電位差を発生させることにより電池を起動させるように、開口が実質的に解放される第２の形態との間で互いに対して可動である。

本発明は、添付図面に関連して記載する、好ましいが限定しない本発明の実施形態の以下の詳細な説明から、より十分に理解されるであろう。

本発明に係る第１の実施形態の電池の側面断面図である。第１の実施形態の電池の第１の端部の拡大された側面断面図であり、第１の端部部分を筐体の円筒形セクションに可動に取り付け、筐体内に水を制御可能に浸入させることができる１つの方法を示している。本発明の実施形態に従い、筐体の内面を裏張りするように構成されている導電性ライニングを示す図である。円筒形態に巻かれる前の板状の導電性ライニングを示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付の図１〜図４を参照して記載する。本明細書に記載の例示的な実施形態は、電池筐体の開口を介して電池のチャンバー内に液体を制御可能に浸入させ、チャンバー内の電解質粉末１０４と接触させることにより起動可能な電池を含む。このような実施形態は、既製のタイプの単３電池及び単４電池の標準的な形状及び寸法要件に則するとともに、既製のタイプの単３電池及び単４電池に匹敵し得る電気出力をもたらすように好適に構成することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池の側面断面図を示している。電池は、生分解性のプラスチック材料から作製される筐体１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを備え、筐体１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃは、第１の端部部分１０１Ｂと第２の端部部分１０１Ｃとの間に配置される円筒形セクション１０１Ａを含み、第１の端部部分１０１Ｂ及び第２の端部部分１０１Ｃは、筐体の円筒形セクション１０１Ａの互いに反対側の端部に取り付けられる。

筐体の第１の端部部分１０１Ｂは、筐体の円筒形セクション１０１Ａに可動に取り付けられ、それにより、少なくとも、筐体に配された開口を介して水の浸入が可能である第１の取付け位置と、筐体の開口を介した筐体内への水の浸入が遮断される第２の取付け位置との間で可動であるように構成されている。筐体の第１の端部部分１０１Ｂは、第１の取付け位置及び第２の取付け位置のいずれかに配置されると、電池の通常使用において筐体の円筒形セクション１０１Ａから分離したり取り外されたりしないように構成されている。それに対して、或る特定の既存の注水電池は、筐体の端部の開口を介して筐体に水を充填することを可能にするために、筐体から取外し可能又は分離可能な（例えば、筐体からねじ式に外す（unscrewed）ことができる）端部キャップを備える電池筐体を備える。しかし、このような既存の注水電池の端部キャップは、筐体から取外し又は分離されると、失くしたり置き忘れたりしやすい場合がある。したがって、このような問題は本発明の実施形態によって軽減することができる。

図２は、筐体の第１の端部部分１０１Ｂが筐体の円筒形セクション１０１Ａに回転可能に取り付けられる例示的な一実施形態を示している。この例示的な実施形態では、筐体の第１の端部部分１０１Ｂは、第１の端部部分１０１Ｂの周縁部の周囲に延在するリップ２０２を備え、それにより、電池の組立て中に第１の端部部分１０１Ｂが円筒形セクション１０１Ａの内方に付勢されると、リップ２０２が、筐体の円筒形セクション１０１Ａの内面の周囲に延在する対応する凹部２０１に弾性的に係合する。凹部２０１内に弾性リップ２０２を受けると、第１の端部部分１０１Ｂが、少なくとも、第１の端部部分１０１Ｂに配される開口２００Ｃと筐体の円筒形セクション１０１Ａに配される開口とが位置合わせされた構成になる第１の取付け位置の間で筐体の円筒形セクション１０１Ａに対して同軸に回転することが可能である。この第１の取付け位置に配置されると、電池を水に浸すことにより、位置合わせされた開口を介して筐体内へ水が浸入することが可能になる。これに対して、筐体の第１の端部部分１０１Ｂと筐体の円筒形セクション１０１Ａとを第２の取付け位置に回転させると、第１の端部部分１０１Ｂに配された開口２００Ｃと筐体の円筒形セクション１０１Ａに配された開口とが位置合わせ状態ではなくなり、筐体への水の浸入が可能でなくなる。

本発明の代替的な実施形態において、筐体の第１の端部部分１０１Ｂ及び筐体の円筒形セクション１０１Ａは、他の方法で互いに対して可動に取り付け、そうすることで、電池の通常使用において、互いから取外し又は分離することなく筐体内に水を制御可能に浸入させることができる。例えば、筐体の第１の端部部分１０１Ｂ及び円筒形セクション１０１Ａは、筐体内に水を制御可能に浸入させるために、様々な取付け位置間で互いに摺動可能に取り付け、互いに対して可動とすることができる。１つのそのような実施形態において、筐体の第１の端部部分１０１Ｂを筐体の円筒形セクション１０１Ａの第１の端部から外方に引っ張って第１の取付け位置にすると、第１の端部部分１０１Ｂの開口と円筒形セクション１０１Ａの開口とが位置合わせ状態になり、筐体内への水の浸入を可能にすることができる。それに対して、第１の端部部分１０１Ｂを筐体の第１の端部の内方に押すと、開口は位置合わせ状態ではなくすることができ、これにより、筐体内への水の浸入が防止される。また代替的には、筐体の第１の端部部分１０１Ｂは、筐体の円筒形セクション１０１Ａにヒンジ式に取り付けてもよい。

また更なる実施形態において、第１の端部部分１０１Ｂは、必ずしも筐体の円筒形セクション１０１Ａに可動に取り付けなくてもよい。筐体内に水を制御可能に浸入させるための他の方法及び形態で、筐体の他の部分をそれぞれに対して可動に取り付けるように構成することが可能である。例として、筐体の第１の端部部分１０１Ｂ及び第２の端部部分１０１Ｃは、筐体の円筒形セクション１０１Ａの第１の端部及び第２の端部のそれぞれに固定し、全く動かないように構成してもよい。その代わり、開口を介して筐体内に水を制御可能に浸入させるために、円筒形セクション１０１Ａに沿った中間位置に筐体への開口を配してもよく、円筒形セクション１０１Ａは、可動に取り付けられる第１の部分及び第２の部分を備えてもよい。本発明の実施形態の製造及び操作を簡単にするために、好適な形状及び寸法の既製のタイプの弁機構、例えば「ツイスト式弁（twist type valve）」を電池の筐体に組み込み、筐体内に水を制御可能に浸入させてもよい。

図２に示されているように、筐体の第１の端部部分１０１Ｂは電池のアノード端子２００Ａを形成する。或る特定の他の注水電池とは異なり、第１の端部部分１０１Ｂは、全体的に金属から作製されるのではなく、生分解性のプラスチックと金属との新規の組合せから形成される。本発明の実施形態における金属２００Ａと生分解性のプラスチック２００Ｂとの組合せを含む第１の端部部分１０１Ｂの新規の構成は、（金属の使用がより少ないことによる）製造コストの低減及び電池の全体重量の低減の観点において、既存の電池に勝る利点をもたらす。金属材料により、第１の端部部分の一方の側から他方の側に延在するとともに、プラスチック材料２００Ｂによって同心円状に囲まれるコア２００Ａが形成される。第１の端部部分１０１Ｂが筐体の円筒形セクション１０１Ａに取り付けられる場合、第１の端部部分１０１Ｂのプラスチック周縁部２００Ｂと筐体の円筒形セクション１０１Ａのプラスチック材料とを、或る程度互いに変形可能に係合するように構成することができ、それにより、或る特定の既存の注水電池と比べてより良好な気密シールがもたらされやすい場合がある。すなわち、金属製端部キャップ及び金属製筐体を備える或る特定の既存の注水電池は、金属対金属の係合によって、より粗悪なシールを形成しがちである。Ｏリングを含む場合でさえ（これにより、このような既存の電池のコスト及び複雑性が増す）、気密シールは本発明の実施形態ほど有効ではない場合がある。

第２の端部部分１０１Ｃは、円筒形セクション１０１Ａの第２の端部に強固に固定され、それにより、第２の端部部分１０１Ｃと筐体の円筒形セクション１０１Ａの第２の端部との間に気密シールを形成する。或る特定の実施形態において、第２の端部部分１０１Ｃは、生分解性のプラスチックの単一片から筐体の円筒形セクション１０１Ａとともに一体成形してもよい。およそ４ｍｍ〜６ｍｍの直径の孔を第２の端部部分１０１Ｃの中心に配することができ、この孔を通して、導電性カソード端子１０１Ｃ’を突出させるように構成されている。この実施形態におけるカソード端子１０１Ｃ’は、ステンレス鋼製キャップ１０１Ｃ’を含み、電池チャンバー内にも気密シールをもたらすように、孔内に密に嵌まるように座する。炭素棒１０３は電池筐体の内方に延在し、炭素棒１０３の一端部が鋼製キャップ１０１Ｃ’に固定され、鋼製キャップ１０１Ｃ’と電気的に連通しており、炭素棒１０３の別の端部が筐体内に延び、筐体に電解質１０４が充填されている場合、筐体内の電解質１０４と電気的に連通するようになっている。

図１及び図２に示されているように、円筒形の導電性ライニング１０２が筐体の円筒形セクション１０１Ａ内に位置付けられる。ここでは、円筒形の導電性ライニング１０２は、筐体の円筒形セクション１０１Ａの内面上に又は内面に隣接して置かれ、筐体の内面を密に補完する。導電性ライニング１０２は、６つの離間した切欠きスロット１０２Ａを有し、切欠きスロット１０２Ａは、導電性ライニング１０２の長軸に沿って互いに実質的に平行に延在する。この実施形態の電池の製造中、筐体の第１の端部部分を筐体の円筒形セクション１０１Ａの第１の端部に可動に取り付ける前に、円筒形セクション１０１Ａの開放した第１の端部を介して筐体のチャンバー内に導電性ライニング１０２を挿入する。

円筒形の導電性ライニング１０２は、図４に示されているような、厚さ０．５ｍｍ、長さ４５ｍｍ、及び幅３５．５ｍｍのおおよその寸法を有する亜鉛板を巻き上げることによって形成される。切欠きスロット１０２Ａは、それぞれ長さおよそ３５ｍｍ及び幅２ｍｍである。亜鉛板が円筒形に巻かれた場合、亜鉛ライニングの直径はおよそ１１．３ｍｍである。本発明の代替的な実施形態では、スロットの代わりに、導電性ライニングの伸長方向の長さ（elongate length）に沿って除去部又は一連の穴が延在してもよい。この実施形態では、スロットは亜鉛板における切欠き部として形成されているが、スロットは、成形技法を使用して亜鉛板に一体的に形成してもよいことが考えられる。更に代替的には、スロット、除去部又は一連の孔が配されている導電性ライニングの全体形状及び構成は、任意の好適な技法を用いて２つ以上の異なる亜鉛板をともに接合した複合材として形成してもよい。導電性ライニング１０２を備えるプラスチック製筐体の新規の構成は、（金属の使用がより少ないことによる）製造コストの低減及び電池の全体重量の低減の観点において、電池の性能を損なうことなく、全体が金属の筐体を備える既存の電池に勝る利点をもたらす。

また、透過性セパレーターシート１０５が、電池筐体内で導電性ライニングに隣接して位置する。この場合、導電性ライニング１０２は、透過性セパレーターシート１０５と筐体の内面との間に位置付けられる。透過性セパレーターシート１０５は、２層の０．０８ｍｍクラフト紙を円筒形態に巻くことによって形成される。透過性セパレーターシート１０５は、電池の製造中、第１の端部部分１０１Ｂが筐体の第１の端部にまだ取り付けられていないときに、筐体のチャンバー内に摺動させて配置することができる。代替的な実施形態では、合成ポリマー又は天然ポリマー材料を使用することができる。透過性セパレーターシート１０５のうち、筐体の第２の端部に隣接して位置付けられる部分は、電解質１０４の粒子を内包するエンベロープを形成するように折り畳まれる。電解質１０４の粒子は、第１の端部部分１０１Ｂによってシールされる前に、筐体の円筒形セクション１０１Ａの第１の端部を介して、筐体の第１の端部から電池筐体内に注入される。

電解質１０４は、二酸化マンガン、酸化鉄又は結晶質の酸化銀等の金属酸化物粉末を含む。この実施形態では、電解質は、電解質の重量パーセントでおよそ３％の塩化アンモニウム粒子、１６％の塩化亜鉛粒子、６８％の二酸化マンガン粒子、１２．４％のアセチレンカーボンブラック粒子、及び０．６％の酸化亜鉛粒子を含む。

電解質１０４は、回転ボールミル又は遊星ボールミル、及びメノウ（カーネリアン）等のセラミックボールを用いてボールミルにかけた。試験中、５００ｍｌ容の実験室用ボールミル機を、重量１１０ｇ及び直径２２．４ｍｍのセラミック製のミル用ボール、又は重量１９０ｇ及び直径１０．０ｍｍの小サイズのボールとともに用いた。また、試験中、各場合に１５０ｇの電解質をミルにかけた。電解質１０４のボールミルは、より大規模な製造に適応するように工業用サイズに好適にスケールアップすることができることが理解されるであろう。このボールミルにより得られる電解質の粒子は、およそ直径が約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲、密度がおよそ１．７１ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲、及び含水量がおよそ３％以下の実質的に球状の形態を有する。本発明の実施形態は、一般的に「ドライルーム」と称する湿度制御環境で組み立てられ、湿気により電解質１０４が不慮に活性化するリスクを軽減する。

電解質１０４の粒子が上述のプロセスに従って好適に形成されると、第１の端部部分が円筒形セクション１０１Ａにまだ取り付けられていない間に、電解質１０４の粒子が、電池の筐体内の透過性セパレーターシート１０５によって形成されるエンベロープに漏斗を介して注入される。電解質粉末を電池筐体内に流し入れることにより電池筐体を充填する或る特定の既存の器具及びプロセスが用いられてきたが、そのような既存の器具及びプロセスとは対照的に、本明細書に記載の電解質粒子を使用する本発明の実施形態は、漏斗内に粒子が詰まる事象を軽減する傾向があり、そのような電池の製造における遅延の発生が軽減される。さらに、本発明の実施形態に従った形状及び寸法の電解質粒子は、他の既存の注水電池よりも容易に、筐体内の電解質塊を通って水が自然に浸入することを可能にする傾向があることがわかっている。

電解質１０４の粒子を透過性セパレーターシート１０５のエンベロープ内に注入する間又はその後、透過性セパレーターシート１０５のエンベロープ内の電解質１０４の粒子を沈下させ、筐体内に貯蔵されている電解質１０４の粒子の量を最大にすることを補助するように、筐体を振盪又は振動させる。プランジャーを用いて、電解質１０４の粒子を筐体内に更に押し込むのを補助することも可能であるが、このステップは、好適な量の電解質１０４の粒子を電池の筐体内に送達するために必須ではない場合がある。電解質１０４の粒子が透過性セパレーターシート１０５によって形成されるエンベロープ内に注入されると、カソード端子１０１Ｃ’から筐体の内方かつエンベロープ内に延在する炭素棒１０３は、電解質１０４と電気的に連通するように電解質１０４の粒子によって包囲される。

必要量の電解質が筐体内に注入されると、透過性セパレーターシート１０５は、エンベロープ内の電解質粉末１０４を実質的に封入するように、筐体の第１の端部において電解質１０４の粒子を覆って折り曲げられる。図１は、その後筐体内に挿入されるテーパー状のコイルばね１０６を示しており、ここでは、図２に示されているように、コイルばね１０６の基部１０６Ａが、電解質１０４を封入している透過性セパレーターシート１０５の折り曲げられた部分の上に載る。コイルばね１０６の基部１０６Ａは、筐体の円筒形セクション１０１Ａ内の導電性ライニング１０２と電気的に連通するのに十分幅広である。コイルばね１０６のテーパー状の端部１０６Ｂは、第１の端部部分１０１Ｂが筐体の第１の端部に取り付けられる場合、第１の端部部分１０１Ｂの金属製コア２００Ａと電気的に連通するように構成されている。利便的には、コイルばね１０６の存在は、電解質を覆って折り曲げられる透過性セパレーターシート１０５の保持を補助するだけでなく、コイルばね１０６は、導電性ライニング１０２と、筐体の第１の端部部分１０１Ｂに配置される金属製コア２００Ａによってもたらされるアノード端子２００Ａとの間の直接の電気的な連通をもたらすようにも構成されている。このことは、電池内で折り曲げられる透過性セパレーターシートを保持するのに「膜」又は「保持部材」が用いられるが、筐体内の導電面と電池のアノード端子との間に直接の電気的な連通をもたらさない或る特定の他の注水電池に勝る、注目すべき改良をもたらす。

一旦組み立てられた電池の実施形態は、上述した電池の操作に従った筐体内への水の浸入が起こるまで、不使用状態に保たれる。利便的には、導電性ライニング１０２に設けられた細長い切欠きスロット１０２Ａにより、水が切欠きスロット１０２Ａから透過性セパレーターシート１０５を通過して電解質１０４と接触する際に、水と電解質１０４との全体接触表面積が向上するように、筐体内に送達される水が筐体の円筒形セクション１０１Ａの長さに沿って比較的自由かつ均一に流れることが可能になる。透過性セパレーターシート１０５は、導電性ライニング１０２の切欠きスロット１０２Ａの長さに沿った領域から水を吸い上げ（wicking）、その後、透過性セパレーターシート１０５を介して電解質１０４と接触させることを可能にする。例えば、筐体内に波形の金属板を使用し、波形の谷部を介して電池筐体に沿って水を引くことができるようになっている或る特定の既存の注水電池とは対照的に、本発明の実施形態における導電性ライニング１０２の切欠きスロット１０２Ａの使用により、少なくとも同等の水流を筐体内にもたらし、それと同時に、筐体内の電解質の貯蔵容量の損失を軽減する傾向がある。また、導電性ライニング１０２の切欠きスロット１０２Ａの使用により（既存の電池の導電性シートにおける波形形態の使用とは対照的に）、全体の金属の使用をより少なくすることができ、これによりまた、製造されるユニット当たりの全体コスト及び本発明の実施形態に係る電池の全体重量が低減される。

一旦水が筐体内の電解質と好適に接触すると、活性化された電解質１０４が透過性シート１０５を介して導電性ライニング１０２と化学反応を起こし、それにより、電気的に絶縁された導電棒１０３と導電性ライニング１０２との間に電位差が発生する。導電性ライニング１０２と導電棒１０３との間に配置されている透過性セパレーターシート１０５は、導電性ライニング１０２と導電棒１０３とを互いに物理的及び電気的に隔離するが、導電性ライニング１０２から透過性セパレーターシート１０５を通って導電棒１０３に向かう方向において、その間を通る、化学反応の結果として生じた陽イオンの自由な流れは可能にし、電位差の発生及び維持が継続されるようになっている。したがって、負荷装置に給電するように、電池から負荷装置を通って電子が流れることが可能である。

本発明の電池の実施形態は、使用するまで不使用状態に保たれるため、このような電池の実施形態は、同様の使用が意図される従来の既製のタイプの電池よりもかなり長く持続する保管期間を享受することが有利である。それに対して、従来のタイプの電池は、製造の時点で電解質粉末混合物を活性化させることから、保管時にはるかに早く性能が劣化する傾向がある。本明細書に記載の本発明の実施形態は、保管期間がより長いため、特に、緊急の状況時の使用に十分適し、またそのような使用が意図されるが、このような電池の実施形態の実際の出力性能は、或る特定の従来の電池に期待される電力出力に匹敵するか又はそれを上回る場合がある。

本発明の実施形態に係る電池の構造設計及び材料組成は、要素部品の再使用性及びリサイクル性を容易にするのに役立つことも有利である。電池の様々な部品は、自動機械を使用して、迅速かつ効率的に互いから取り外すことができる。その後、分離した部品は、回収して工場に戻し、そのような部品のリサイクルに時間、コスト及びエネルギーをかけることなく、新しい電池の製造に再使用することができる。これらの再使用可能な要素部品を回収し、比較的コスト効果的な製造管轄区の工場に大量に輸送することにより、更なるコスト削減を得ることができる。

当業者は、本明細書に記載した発明が、本発明の範囲から逸脱することなく、具体的に記載したもの以外の変形及び変更が可能であることを理解するであろう。当業者に明らかとなるこうした全ての変形及び変更は、広範に上述したように本発明の趣旨及び範囲内にあるものとみなされるべきである。本発明は、全てのこうした変形及び変更を含むように理解されるべきである。本発明はまた、本明細書において個々に又はまとめて言及するか又は示したステップ及び特徴の全てと、上記ステップ又は特徴のうちの任意の２つ以上のありとあらゆる組合せとを含む。

本明細書におけるいかなる従来技術に対する言及も、その従来技術が共通の一般知識の一部を形成するということを認めるものであるか、又はいかなる形態で示唆するものでもなく、かつそのように解釈されるべきではない。

Claims

電池であって、
内部に電解質が配置されるチャンバーを画定する内面を有する筐体と、
前記筐体の前記内面に隣接して前記チャンバー内に位置し、該電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
前記筐体内に位置し、前記電解質を前記導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
該電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、前記電解質と電気的に連通するように構成されている第２の端部とを有する導電棒と、
前記筐体に配置されている開口と、を備え、
前記筐体は、互いに可動に取り付けられる少なくとも第１の部分及び第２の部分を備え、
前記第１の部分及び前記第２の部分は、少なくとも、前記開口を介して前記筐体内に液体を浸入させないように前記開口が実質的に遮断される第１の取付け位置と、前記開口を介して前記液体が浸入して前記チャンバー内の前記電解質と接触し、前記導電面と前記導電棒との間に電位差を発生させることにより該電池を起動させるように、前記開口が実質的に解放される第２の取付け位置との間で互いに対して可動である、電池。
前記第１の部分及び前記第２の部分は、摺動、回転、枢動、捻り、引き及び押し動作のうちの少なくとも１つによって互いに対して可動である、請求項１に記載の電池。
前記筐体の前記第１の部分及び前記第２の部分は、前記チャンバー内に前記液体を制御可能に浸入させるように前記筐体の弁の部品を備える、請求項１又は２に記載の電池。
前記筐体はプラスチック材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
前記導電面は、前記筐体の導電性ライニングを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池。
前記導電面は亜鉛材料を含む、請求項５に記載の電池。
前記導電面は、実質的に該導電面の長軸に沿って延在する除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池。
前記除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つは、前記導電面の切欠き部として形成される、請求項７に記載の電池。
前記アノード端子は前記筐体の第１の端部部分に配置され、該第１の端部部分はプラスチック材料と金属材料との組合せを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電池。
前記プラスチック領域は、前記金属材料によって形成されるコアを同心円状に囲む、請求項９に記載の電池。
前記筐体内に位置付けられ、該筐体の前記導電面と前記アノード端子との間に電気的な連通をもたらすように構成されているばねを備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電池。
前記電解質は、およそ直径が約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の実質的に球状の粒子を含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電池。
前記電解質は、密度がおよそ１．７１ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲の粒子を含む、請求項１２に記載の電池。
前記粒子は含水量がおよそ３％以下である、請求項１１又は１２に記載の電池。
電池であって、
内部に電解質が配置されているチャンバーを画定する内面を有するプラスチック製筐体と、
前記筐体の前記内面に隣接して前記チャンバー内に位置し、該電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
前記筐体内に位置し、前記電解質を前記導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
該電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、前記電解質と電気的に連通するように構成されている第２の端部とを有する導電棒と、
前記筐体に配置される開口であって、前記チャンバー内への液体の浸入を可能にし、前記導電面と前記導電棒との間に電位差を発生させることにより該電池を起動させる開口と、を備える、電池。
前記導電面は、前記筐体の導電性ライニングを含む、請求項１５に記載の電池。
前記導電面は、亜鉛材料を含む、請求項１５又は１６に記載の電池。
前記導電面は、実質的に該導電面の長軸に沿って延在する除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つを有する、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の電池。
前記除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つは、前記導電面の切欠き部として形成される、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の電池。
前記アノード端子は、前記筐体の第１の端部部分に配置され、
前記第１の端部部分は、プラスチック材料と金属材料との組み合わせを含む、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の電池。
前記プラスチック領域は、前記金属材料によって形成されるコアを同心円状に囲む、請求項２０に記載の電池。
前記筐体内に位置付けられ、前記筐体の前記導電面と前記アノード端子との間に電気的な連通をもたらすように構成されているばねを備える、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の電池。
前記筐体は、互いに可動に取り付けられる少なくとも第１の部分及び第２の部分を備え、
前記第１の部分及び前記第２の部分は、少なくとも、前記開口を介して前記筐体内に液体を浸入させないように前記開口が実質的に遮断される第１の取付け位置と、前記開口を介して前記液体が浸入して前記チャンバー内の前記電解質と接触し、前記導電面と前記導電棒との間に電位差を発生させることにより前記電池を起動させるように、前記開口が実質的に解放される第２の取付け位置との間で互いに対して可動である、請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の電池。
前記第１の部分及び前記第２の部分は、摺動、回転、枢動、捻り、引き及び押し動作のうちの少なくとも１つによって互いに対して可動である、請求項に記載の電池。
前記筐体の前記第１の部分及び前記第２の部分は、前記チャンバー内に前記液体を制御可能に浸入させるように前記筐体の弁の部品を備える、請求項２３又は２４に記載の電池。
前記電解質は、およそ直径が約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の実質的に球状の粒子を含む、請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の電池。
前記電解質は、密度がおよそ１．７１ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲の粒子を含む、請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の電池。
前記粒子は含水量がおよそ３％以下である、請求項１５〜２７のいずれか１項に記載の電池。
電池であって、
内部に電解質が配置されるチャンバーを画定する内面を有する筐体と、
前記筐体の前記内面に隣接して前記チャンバー内に位置し、該電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
前記筐体内に位置し、前記電解質を前記導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
該電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、前記電解質と電気的に連通するように構成されている第２の端部とを有する導電棒と、
前記筐体に配置されている開口であって、前記チャンバー内への液体の浸入を可能にし、前記導電面と前記導電棒との間に電位差を発生させることにより該電池を起動させる開口と、を備え、
前記導電面は、実質的に該導電面の長軸に沿って延在する除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つを有する、電池。
前記筐体は、プラスチック材料を含む、請求項２９に記載の電池。
前記導電面は、前記筐体の導電性ライニングを含む、請求項２９又は３０に記載の電池。
前記導電面は、亜鉛材料を含む、請求項３１に記載の電池。
前記除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つは、前記導電面の切欠き部として形成される、請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の電池。
前記筐体は、互いに可動に取り付けられる少なくとも第１の部分及び第２の部分を備え、
前記第１の部分及び前記第２の部分は、少なくとも、前記開口を介して前記筐体内に液体を浸入させないように前記開口が実質的に遮断される第１の取付け位置と、前記開口を介して前記液体が浸入して前記チャンバー内の前記電解質と接触し、前記導電面と前記導電棒との間に電位差を発生させることにより前記電池を起動させるように、前記開口が実質的に解放される第２の取付け位置との間で互いに対して可動である、請求項２９〜３３のいずれか１項に記載の電池。
前記第１の部分及び前記第２の部分は、摺動、回転、枢動、捻り、引き及び押し動作のうちの少なくとも１つによって互いに対して可動である、請求項３４に記載の電池。
前記筐体の前記第１の部分及び前記第２の部分は、前記チャンバー内に前記液体を制御可能に浸入させるように前記筐体の弁の部品を備える、請求項３４又は３５に記載の電池。
前記アノード端子は、前記筐体の第１の端部部分に配置され、
前記第１の端部部分は、プラスチック材料と金属材料との組み合わせを含む、請求項２９〜３６のいずれか１項に記載の電池。
前記プラスチック領域は、前記金属材料によって形成されるコアを同心円状に囲む、請求項３７に記載の電池。
前記筐体内に位置付けられ、前記筐体の前記導電面と前記アノード端子との間に電気的な連通をもたらすように構成されているばねを備える、請求項２９〜３８のいずれか１項に記載の電池。
前記電解質は、およそ直径が約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の実質的に球状の粒子を含む、請求項２９〜３９のいずれか１項に記載の電池。
前記電解質は、密度がおよそ１．７１ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲の粒子を含む、請求項４０に記載の電池。
前記粒子は、含水量がおよそ３％以下である、請求項４０又は４１に記載の電池。
電池であって、
内部に電解質が配置されるチャンバーを画定する内面を有する筐体と、
前記筐体の前記内面に隣接して前記チャンバー内に位置し、該電池のアノード端子と電気的に連通するように構成されている導電面と、
前記筐体内に位置し、前記電解質を前記導電面から電気的に絶縁するように構成されている透過性セパレーターシートと、
該電池のカソード端子と電気的に連通するように構成されている第１の端部と、前記電解質と電気的に連通するように構成されている第２の端部とを有する導電棒と、
前記筐体に配置されている開口であって、前記チャンバー内への液体の浸入を可能にし、前記導電面と前記導電棒との間に電位差を発生させることにより該電池を起動させる開口と、を備え、
前記アノード端子は前記筐体の第１の端部部分に配置され、
前記第１の端部部分は、プラスチック材料と金属材料との組み合わせを含む、電池。
前記プラスチック領域は、前記金属材料によって形成されるコアを同心円状に囲む、請求項４３に記載の電池。
前記筐体内に位置付けられ、前記筐体の前記導電面と前記アノード端子との間に電気的な連通をもたらすように構成されているばねを備える、請求項４３又は４４に記載の電池。
前記筐体は、プラスチック材料を含む、請求項４３〜４５のいずれか１項に記載の電池。
前記導電面は、前記筐体の導電性ライニングを含む、請求項４３〜４６のいずれか１項に記載の電池。
前記導電面は、亜鉛材料を含む、請求項４７に記載の電池。
前記導電面は、実質的に該導電面の長軸に沿って延在する除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つを有する、請求項４３〜４８のいずれか１項に記載の電池。
前記除去部、スロット及び一連の孔のうちの少なくとも１つは、前記導電面の切欠き部として形成される、請求項４９に記載の電池。
前記筐体は、互いに可動に取り付けられる少なくとも第１の部分及び第２の部分を備え、
前記第１の部分及び前記第２の部分は、少なくとも、前記開口を介して前記筐体内に液体を浸入させないように前記開口が実質的に遮断される第１の取付け位置と、前記開口を介して前記液体が浸入して前記チャンバー内の前記電解質と接触し、前記導電面と前記導電棒との間に電位差を発生させることにより前記電池を起動させるように、前記開口が実質的に解放される第２の取付け位置との間で互いに対して可動である、請求項４３〜５０のいずれか１項に記載の電池。
前記第１の部分及び前記第２の部分は、摺動、回転、枢動、捻り、引き及び押し動作のうちの少なくとも１つによって互いに対して可動である、請求項５１に記載の電池。
前記筐体の前記第１の部分及び前記第２の部分は、前記チャンバー内に前記液体を制御可能に浸入させるように前記筐体の弁の部品を備える、請求項５１又は５２に記載の電池。
前記電解質は、およそ直径が約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の実質的に球状の粒子を含む、請求項４３〜５３のいずれか１項に記載の電池。
前記電解質は、密度がおよそ１．７１ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲の粒子を含む、請求項５４に記載の電池。
前記粒子は、含水量がおよそ３％以下である、請求項５４又は５５に記載の電池。
電池筐体に電解質粉末を充填する方法であって、
（i）前記電解質粉末を、およそ直径が約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の実質的に球状の粒子に形成するステップと、
（ii）前記実質的に球状の粒子を前記電池筐体内に導くステップと、を含む、方法。
前記実質的に球状の粒子は、密度がおよそ１．７１ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲である、請求項５７に記載の方法。
前記実質的に球状の粒子は、含水量がおよそ３％以下である、請求項５７又は５８に記載の方法。
前記粒子を前記電池筐体内に導く前記ステップは、漏斗を介して前記粒子を前記電池筐体内に注入することを含む、請求項５７〜５９のいずれか１項に記載の方法。
前記粒子を前記電池筐体内に導く間又はその後、前記電池筐体を振盪又は振動させるステップを含む、請求項５７〜６０のいずれか１項に記載の方法。
請求項５７〜６１のいずれか１項に記載の前記方法に従って内部に電解質粉末が配置された電池筐体を備える電池。