JP2021515381A - 電極充填突起を有する電気化学電池 - Google Patents
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Abstract
電気化学電池は、閉端壁から延在する円筒形側壁を備える缶を備える。前記閉端壁は、突起を備える。前記突起は、内部に突起キャビティを有する。前記電気化学電池は、更に、内側キャビティを画定し、外側キャビティから前記内側キャビティを分離するセパレータを備える。前記外側キャビティは、前記缶及び前記セパレータによって画定される。前記電気化学電池は、更に、前記外側キャビティ及び前記突起キャビティに配設される第１の電極材料と、前記内側キャビティに配設される第２の電極材料とを備える。【選択図】図３
Description
[0001] 例示的な実施形態は、点突起などの突起を有する電気化学電池に関する。例示的な実施形態は、一般に、アルカリ電池に関する。
[0002] 電池の放電効率は、電池によって供給される利用可能出力の最大化及び電池実行時間の延長にとって重要である。特に、電気化学電池の放電効率は、電池を放電するとき、電気化学電池によって蓄積されるエネルギのどのくらいの部分が、内部抵抗に対して失われるかを示す。したがって、放電効率が高いほど、電気化学電池によって蓄積されるエネルギのより多くを用いて、例えば消費者の装置を作動させることになる。したがって、より高い放電効率を有する電気化学電池は、内部抵抗により、内部に蓄積されるエネルギの無駄が少ない。
[0003] 様々な例示的な実施形態は、放電効率を向上させた電池を提供する。様々な例示的な実施形態は、第１の電極材料の体積を増加させた電池を提供する。様々な例示的な実施形態では、電池は、ＡＡ、ＡＡＡ、Ｃ、Ｄ、ＬＲ６、ＬＲ０３、ＬＲ１４、ＬＲ２０、及び／又は点突起又は他の突起を有する他の電池サイズである。例示的な実施形態では、突起は、第１の電極材料で少なくとも部分的に充填される。例えば、突起の部分的な充填は、第１の電極材料と第２の電極材料との間の界面積を増加させることができる。例示的な実施形態では、電気化学電池は、アルカリ電気化学電池である。
[0004] 本開示の第１の態様によれば、電気化学電池が提供される。例示的な実施形態では、電気化学電池は、閉端壁から延在する円筒形側壁を備える缶を備える。前記閉端壁は、突起、例えば点突起を備え、前記突起は、内部に突起キャビティを画定する。前記電気化学電池は、更に、内側キャビティを画定し、外側キャビティから前記内側キャビティを分離するセパレータを備える。前記外側キャビティは、前記缶及び前記セパレータによって画定される。前記電気化学電池は、更に、前記内側キャビティに配設される第２の電極材料と、前記外側キャビティ及び前記突起キャビティに配設される第１の電極材料とを備える。
[0005] 本開示の別の態様によれば、電気化学電池を製造するための方法が提供される。例示的な実施形態では、前記方法は、閉端壁から延在する円筒形側壁を備える缶を準備するステップを含む。前記閉端壁は、内部に突起キャビティを有する突起を備える。前記方法は、更に、前記突起キャビティ内に第１の電極材料を入れるステップと、前記缶内に中央空隙を有する第１の電極材料の第１の電極リングを形成するステップと、前記中央空隙内にセパレータを挿入して、内側キャビティを画定するステップであって、前記セパレータは、円筒形セパレータ壁及び底面を備える、ステップと、前記内側キャビティ内に第２の電極材料を入れて、前記第２の電極材料が、前記セパレータの前記円筒形セパレータ壁及び前記底面の両方に沿って、前記第１の電極材料との界面積を有するようにするステップと、第２の端部と反対側の前記缶の第１の端部を封止するステップと、を含む。
[0006] 本開示の更に別の態様によれば、電気化学電池を製造するための別の方法が提供される。例示的な実施形態では、前記方法は、閉端壁から延在する円筒形側壁を備える缶を準備するステップを含む。前記閉端壁は、内部に突起キャビティを有する突起を備える。前記方法は、更に、前記缶内に、第１の電極材料を含む材料を挿入して、前記突起キャビティを少なくとも部分的に充填するようにするステップと、前記突起キャビティ内に前記材料をぎっしり詰め込むように、前記材料を詰めるステップとを含む。前記方法は、更に、前記缶内にカソードリングを形成するステップと、前記カソードリング内にセパレータを挿入するステップと、前記セパレータによって画定される内側キャビティ内に第２の電極材料を入れるステップと、第２の端部と反対側の前記缶の第１の端部を封止するステップと、を含む。
[0007] このように、一般的な用語で特定の例示的な実施形態を説明したが、以下、添付図面を参照する。但し、これらは、必ずしも縮尺通りではない。
[0013] ここで、以下、本開示の全てではないがいくつかの実施形態を示す添付図面を参照して、いくつかの実施形態をより詳しく説明する。実際、本開示の様々な実施形態は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書で示される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供されている。「又は（ｏｒ）」という用語（「／」とも表す）は、特に指示がない限り、代替的及び共同的意味の両方で本明細書で使用される。「例示的な（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｖｅ）」及び「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という用語は、クオリティレベルを示さない例として使用される。全体を通じて同様の参照番号が同様の要素を指している。本明細書で使用する「近似的に（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「概して（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」という用語、及び同様の用語は、対応する要素が適切な製造上及び／又は工学上の公差内であることを示すために用いられる。
[0014] 図１は、電池１０を示す。電池１０は、缶２と、底部カップ４を備えるセパレータ６とを備える。第２の電極材料１６が、セパレータ６及び底部カップ４によって画定され且つベント付きシール１２によって密閉される内側キャビティ６６内に配設される。集電体８が、第２の電極材料１６内に延在して、負極カバー１４と電気的に接続している。第１の電極材料２０が、缶２及びセパレータ６の側壁の間に環状に配設される。正の点端子を有する正極カバー１８が、負極カバー１４と反対側の缶２の端部にスポット溶接される。正の点端子は、突起キャビティ２８を画定する。突起キャビティ２８は、概して、空気で充填される。缶の端壁４８が、セパレータ６の底部カップ４及び第１の電極材料２０から、突起キャビティ２８を分離及び／又は絶縁する。ある場合には、正の点端子を有する正極カバー１８は、缶２と一体に形成されて、突起キャビティと底部カップ４との間に缶の端壁４８がないようにすることができるが、これらの場合、突起キャビティ２８は、依然として、通常、空気で充填される。
[0015] 図２、図３及び図４は、円筒形電気化学電池１００（本明細書では、電池１００と呼ぶ）を示す。電池１００は、様々な実施形態では、アルカリ電池である。例えば、電池１００は、ＡＡ、ＡＡＡ、Ｃ、Ｄ、ＬＲ６、ＬＲ０３、ＬＲ１４、ＬＲ２０、又は突起１３０を備える他の電池構造とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、突起１３０は、正の点突起である。例えば、電池１００は、一実施形態では、ボビン形電気化学電池とすることができる。
[0016] 電池１００は、全体として缶１０２として示される容器を備える。例示的な実施形態では、缶１０２は円筒形である。例示的な実施形態では、缶１０２はスチール缶である。例示的な実施形態では、電池１００は、低炭素でアルミニウムをなくしたＳＡＥ１００６、又は内側にニッケル及びコバルトのめっきが施され、外側にニッケルのめっきが施された同等のスチールを用いるＡＡサイズの電気化学電池である。理解されるように、電池１００の他の実施形態は、用途及び電池タイプに対して適切であるように、様々な寸法を有することができる。
[0017] 様々な実施形態では、缶１０２は、第１の端部（又は上端部）１５０と、第２の端部（又は底端部）１５２と、第１の端部１５０と第２の端部１５２との間に延在する円筒形側壁１５４とを備える。缶１０２の第２の端部１５２は、閉端壁１４８を有する。例示的な実施形態では、閉端壁１４８は、缶１０２の形成時に、缶１０２と一体に形成することができる。これは、深絞り成形法などの従来の缶１０２の形成プロセスによって達成することができる。代替的に、閉端壁１４８は、円筒形側壁１５４の第２の端部１５２に連結（例えば溶接）して、缶１０２を形成することができる。
[0018] 缶１０２及びその閉端壁１４８は、任意の適切な金属又は他の導電性材料で作ることができ、該材料は、所望の形状に形成することができ、電池１００内に内容物を封入するように構成して、電池が本明細書で説明するように機能することができるようにすることができるものである。図２に示す実施形態では、缶１０２は、カソード集電体として機能することもでき、導電性である。いくつかの実施形態では、缶１０２の内面１５６は、缶１０２の内面１５６と第１の電極材料１２０との間の内部抵抗を低減することができる黒鉛などの材料で被覆することができる。例えば、いくつかの実施形態では、缶１０２の内面１５６は、導電性材料で被覆されて、缶１０２を第１の電極材料１２０に効率的に電気的に結合することができる。缶１０２の外面１５８は、耐蝕性、高い導電性及び／又は魅力的な外観を提供する材料でめっきすることができる。一実施形態によれば、スチール缶１０２の内面１５６は、１又は２以上の金属でめっきされ、熱処理されて、これらの特性を向上させる。一実施形態によれば、缶１０２の円筒形側壁１５４及び閉端壁１４８は、約０．００５インチ〜０．０１４インチ（０．１３ミリメートル〜０．３６ミリメートル）の範囲内の厚さを有する。缶１０２、円筒形側壁１５４及び閉端壁１４８は、同じ又は異なる厚さ、被覆及び／又はめっきを有することができる。
[0019] 缶１０２の第２の端部１５２の外面上に、例えば溶接等によって、正極接点端子又はカバー１１８が取り付けられる。例示的な実施形態では、正極接点端子又はカバー１１８は、ニッケルめっき鋼などのめっき鋼から形成されるが、他の導電性材料から形成することができる。第１の接点端子又はカバー１１８は、その中央領域に、こぶ状の突起１３０（すなわち、点突起又は他の突起）を有し、これは、電池１００の第１の接点端子１１８として機能する。例示的な実施形態では、第１の接点端子又はカバー１１８は、缶１０２と一体に形成され、及び／又は缶１０２の一体部分である。例えば、例示的な実施形態では、缶の閉端壁１４８は、また、第１の接点端子又はカバー１１８である。例えば、第１の接点端子又はカバー１１８は、缶１０２が製造されるとき、缶１０２と一体に形成することができるか、又は缶の閉端壁１４８として、缶１０２上に溶接することができる。例えば、例示的な実施形態では、第１の接点端子又はカバー１１８の突起１３０によって画定される突起キャビティ１２８は、セパレータ１０６及び／又は第１の電極材料１２０から分離及び／又は絶縁されない。
[0020] 缶１０２の第１の端部１５０には、電池１００の第２の接点端子として機能する第２の接点端子又はカバー１１４がある。第１の接点端子又はカバー１１８及び第２の接点端子又はカバー１１４は、金属、金属合金、導電性ポリマー等などの導電性材料で作られ、それぞれの第１の電気端子及び第２の電気端子を形成する。例示的な実施形態では、第１の接点端子１１８は、正極接点端子であり、電気化学電池１００の正極電気端子を形成し、第２の接点端子１１４は、負極接点端子であり、電気化学電池１００の負極電気端子を形成する。例示的な実施形態では、第１の接点端子１１８は、負極接点端子であり、電気化学電池１００の負極電気端子を形成し、第２の接点端子１１４は、正極接点端子であり、電気化学電池１００の正極電気端子を形成する。
[0021] ジャケット１６０が、スチール缶の外面１５８の周りに形成され、更に、缶１０２の第２の閉端部１５２の周縁部上に形成される。ジャケット１６０は、金属化プラスチックフィルムラベルなどの層を含むことができ、これは、絶縁体及び／又はブランド識別名等として働くことができる。
[0022] セパレータ又はバスケット１０６は、缶１０２内に配設され、電池１００の内側キャビティ１６６を画定する。電池１００の外側キャビティ１６８が、缶１０２及びセパレータ１０６によって画定される。例示的な実施形態では、セパレータ１０６の断面は、Ｕ字形であり、セパレータが、円筒形セパレータ壁１２６及び底面１０４を備えるようになっている。例示的な実施形態では、円筒形セパレータ壁１２６及び底面１０４は、電池１００の内側キャビティ１６６を画定する。
[0023] セパレータ又はバスケット１０６は、電池１００内の所定のサイズの固体粒子の移動を防止する不織布から形成することができ、これらの用語（すなわち、セパレータ及びバスケット）は、本明細書で同義的に使用される。また、他のセパレータ材料を用いて、セパレータ１０６を形成することができ、該材料は、以下に限定されるわけではないが、多孔性及び微孔性ポリマーシート、セラミックス、織布材料又は他の任意の材料、又は電極及び電解質と適合性があり、電極間にイオン透過性の物理的障壁を形成して、電池１００が本明細書で説明するように機能することができる材料の組み合わせを含む。
[0024] また、第２の電極材料１１６が、缶１０２内のセパレータ１０６の内部に配設される。例えば、第２の電極材料１１６は、電池１００の内側キャビティ１６６内に配設される。いくつかの実施形態では、第２の電極材料は、別個の集電体１０８及び／又はセパレータ１０６自体などの別の構成要素に被覆したり、付着したり、又は他の方法で物理的に取り付けることができる。
[0025] いくつかの実施形態では、第１の電極材料１２０及び第２の電極材料１１６の一方は、カソード材料である。いくつかの実施形態では、カソード材料は、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、黒鉛、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、及び（一実施形態によれば）添加物の混合物から形成することができる。いくつかの実施形態では、他のカソード材料を用いることができる。いくつかの実施形態では、第１の電極材料１２０及び第２の電極材料１１６の他方は、負極とも呼ばれるアノード及び電解質材料である。例示的な実施形態では、アノード及び電解質材料は、亜鉛粉末、ゲル化剤及び添加物を含む及び／又はこれらから形成される。他のアノード材料を用いることができ、アノードは、別個の集電体１０８、セパレータ１０６及び／又は缶１０２などの別の構成要素に被覆したり、付着したり、又は他の方法で物理的に取り付けることができる。例示的な実施形態では、アノード及び電解質材料は、アルカリ性電解質を含む。例えば、例示的な実施形態では、第１の電極材料は、カソード材料であり、第２の電極材料は、アノード及び電解質材料である。別の例示的な実施形態では、第１の電極材料は、アノード及び電解質材料であり、第２の電極材料は、カソード材料である。
[0026] 集電体及びシール組立体１１１が、缶１０２の第１の端部すなわち開放端部上に組み付けられて、缶１０２の開放端部を閉じる。図示の集電体及びシール組立体は、集電体１０８、環状のポリマー（例えばナイロン）シール１１２、及び第２の接点端子又はカバー１１４を含む。集電体１０８は、細長い本体及び拡大頭部を有する黄銅又は他のタイプの導電性釘／棒を含むことができ、第２の電極材料１１６及び第２の接点端子又はカバー１１４と接触して配設される。例えば、集電体１０８は、缶１０２の第１の端部１５０に配設される頭部と、内側キャビティ１６６の長さの少なくとも途中まで延在する細長い本体とを有する。第２の接点端子又はカバー１１４は、缶１０２の開放端部を横切って延在し、シール１１２（例えばナイロン又はポリマーシール）に係合する。シール１１２は、一実施形態によれば、概ねＪ字形の断面を有するリング状のポリマーシールを含むことができる。シール１１２の製造は、シール１１２を、缶１０２の開放端部において、缶１０２の円筒形側壁１５４に半径方向内方に形成されるビードの上に、又は代替的に缶１０２のフレア形開口部内に配置し、缶１０２の上端部を、内方に且つシール１１２及び第２の接点端子又はカバー１１４の外周上にクリンプして、シール１１２をビードに押し当てて圧縮することを含むことができる。これによって、シール１１２は、第２の接点端子又はカバー１１４の周縁部と缶１０２の円筒形側壁１５４との間に圧縮される。
[0027] 第２の接点端子又はカバー１１４は、電気絶縁材料で作られるシール１１２によって缶１０２から電気的に絶縁されることを理解されたい。図示の残りの集電体及びシール組立体は、缶１０２の開放端部に対する低体積のクロージャとなる。更に、他のクロージャ組立体を用いて、缶１０２の第１の開放端部１５０を封止して閉じることができることを理解されたい。
[0028] 缶１０２内には、第１の電極材料１２０が配設される。本開示によれば、第１の電極材料１２０は、外側キャビティ１６８内及び突起キャビティ１２８内に配設することができる。いくつかの実施形態では、第１の電極材料１２０は、別個の集電体、セパレータ１０６自体及び／又は缶１０２などの別の構成要素に被覆したり、付着したり、又は他の方法で物理的に取り付けることができる。当業者であれば理解するように、セパレータ１０６は、第１の電極材料１２０を第２の電極材料１１６から分離及び／又は絶縁して、第１の電極材料１２０が、第２の電極材料１１６から物理的に分離されたまま維持されるようにする。
[0029] 図５は、例示的な実施形態による電池１００を製造するために用いることができる例示的なプロセス及び手順を示すフローチャートである。ブロック５０２から開始して、突起キャビティ１２８を、第１の電極材料１２０で少なくとも部分的に充填することができる。様々な実施形態では、突起キャビティ１２８を第１の電極材料１２０で少なくとも部分的に充填し、次に、缶１０２内に、第１の電極材料１２０を含むカソードリングを形成することによって、第１の電極材料１２０を、缶１０２内に挿入及び／又は配設することができる。例示的な実施形態では、カソードリングは、セパレータ１０６を挿入すると外側キャビティ１６８を形成する電池１００の領域を少なくとも部分的に満たす。例えば、例示的な実施形態では、第１の電極材料１２０を含むプリフォームペレットを、突起キャビティ１２８内に挿入して、突起キャビティ１２８を、第１の電極材料１２０で少なくとも部分的に充填することができる。例示的な実施形態では、プリフォームペレットは、円筒形状又はコイン形状とすることができる。例示的な実施形態では、プリフォームペレットは、突起キャビティ１２８を満たすような形状である。例えば、プリフォームペレットは、突起キャビティ１２８と近似的に同じ寸法を有することができる。例えば、プリフォームペレットは、突起キャビティ１２８の内側輪郭に合致するような形状とすることができる。
[0030] 様々な実施形態では、第１の電極材料１２０を用いて、突起キャビティ１２８を、第１の電極材料１２０を含む材料で充填することによって、突起キャビティ１２８を少なくとも部分的に満たすことができる。例えば、該材料は、流動性材料（例えば、粉末、粒状材料等）とすることができる。次に、例えば、突起キャビティ１２８のベース１２９の領域に適合するような形状である棒を用いて、突起キャビティ１２８内に、第１の電極材料１２０を含む材料をぎっしり詰め込むように、材料を詰めることができる。
[0031] ブロック５０４で、缶１０２内に、第１の電極材料１２０を含むカソードリングを形成する。いったん突起キャビティ１２８が第１の電極材料１２０で少なくとも部分的に充填されると、缶内にセパレータ１０６を挿入すると外側キャビティ１６８を形成する缶１０２の部分が、第１の電極材料１２０で少なくとも部分的に充填される。例えば、缶１０２内に、第１の電極材料１２０を含むカソードリングを形成することができる。例えば、例示的な実施形態では、缶１０２内に、１又は２以上のプリフォームリング及び／又は第１の電極材料を含む中空円筒体を挿入することができる。例えば、プリフォームリング及び／又は中空円筒体は、セパレータ１０６を受け入れるような大きさである中央開口、中心コア又は中央空隙１６５を含むことができる。例示的な実施形態では、プリフォームペレット及びプリフォームリング及び／又は中空円筒体は、第１の電極材料１２０を含む単一のプリフォームインサートとすることができる。例示的な実施形態では、突起キャビティ１２８を第１の電極材料１２０で少なくとも部分的に充填した後、缶１０２の内面１５６に対して、第１の電極材料１２０を円筒形リングに衝撃成形することができる。例えば、円筒形リングは、セパレータ１０６を受け入れるような大きさである中央開口を有することができる。
[0032] 様々な実施形態では、最初に、缶１０２を、第１の電極材料１２０を含む材料で完全に充填することができる。例えば、第１の電極材料１２０を含む流動性材料を用いて、缶１０２を満たすことができる。次に、この材料を缶内にぎっしり詰めることによって衝撃成形して、カソードがぎっしり詰め込まれた缶を形成するようにすることができる。第１の電極材料１２０は、中央開口、中心コア又は中央空隙１６５を有する最終的なリング形状に衝撃成形することができる。カソードがぎっしり詰め込まれた缶１０２の中央開口、中心コア又は中央空隙１６５は、成形後、穴をあけて、セパレータ１０６及び第２の電極材料１１６を挿入するための空間を設けるようにすることができる。例えば、ぎっしり詰め込まれた第１の電極材料１２０を、カソードがぎっしり詰め込まれた缶の中心コアから除去して、カソードリングを形成し、缶１０２内にセパレータ１０６を挿入するための空間を設けるようにすることができる。例えば、中心コアは、セパレータ１０６を受け入れるような大きさとすることができる。
[0033] 様々な実施形態では、いったん突起キャビティ１２８及び缶１０２の外側キャビティ１６８を形成する缶１０２内の領域が、第１の電極材料１２０で少なくとも部分的に充填されると、ブロック５０６で、セパレータ１０６をカソードリング（例えば、中心コア）内に挿入することができる。例示的な実施形態では、セパレータ１０６をカソードリング内に挿入することによって、円筒形セパレータ壁１２６の外面及び底面１０４の外面を、第１の電極材料１２０と接触させる。ブロック５０８で、第２の電極材料を、缶１０２の内側キャビティ１６６内に挿入することができる。ブロック５１０で、集電体１０８を内側キャビティ１６６内に挿入することができ、シール１１２及び第２の接点端子又はカバー１１４を用いて、缶１０２の第１の端部１５０を封止して、電池１００を形成することができる。例えば、いったんセパレータが内側キャビティ１６６内に挿入されると、円筒形セパレータ壁１２６及び底面１０４は、両方とも、第１の電極材料１２０と接触している。
[0034] 様々な実施形態では、突起キャビティ１２８を第１の電極材料１２０で少なくとも部分的に充填することによって、電池１００内の第１の電極材料１２０の量を、電池１０に対して（例えば、外側キャビティ１６８内に同じサイズの第１の電極材料リングを有するが、第１の電極材料で充填された突起キャビティ１２８がない電池に対して）近似的に２％増加させる。様々な実施形態では、内側キャビティ１６６内に配設される第２の電極材料１１６の量を、電池１０の第２の電極材料１６に対して増加させて、電池１００内の第２の電極材料及び第１の電極材料の量及び／又は比率を最適化するようにすることができる。例示的な実施形態では、第１の電極材料１２０又は第２の電極材料１１６のアノードと電解質との比を、電池１０のアノードと電解質との比に対して適宜調整して、電池１００内のカソード材料及びアノード材料の量及び／又は比率を最適化するようにすることができる。例えば、電池１００内の第２の電極材料１１６の量を、電池１０内の第２の電極材料１６と比較して増加させることができる（これに対応して、外側キャビティ１６８内の第１の電極材料リング内の第１の電極材料の量が減少する）。例示的な実施形態では、内側キャビティ１６６の容積を（電池１０の対応する内側キャビティ６６に対して）調整して、増加した第２の電極材料１１６を収容することができる。例示的な実施形態では、電池１００のアノードとカソードとの比は、０．７５〜１．５の範囲内とすることができる。例示的な実施形態では、電池１００のアノードとカソードとの比は、０．８５〜１．２５の範囲内とすることができる。例示的な実施形態では、電池１００のアノードとカソードとの比は、０．８５〜０．９２の範囲内とすることができる。例示的な実施形態では、電池１００のアノードとカソードとの比は、１．１４〜１．２５の範囲内とすることができる。
[0035] 突起キャビティ１２８の少なくとも部分的な充填は、また、電池１０のアノードとカソードとの間の界面表面積と比較して、電池１００のアノードとカソードとの間の界面表面積を増加させる。例えば、セパレータ１０６の底面１０４は、表面積Ａを有する。電池１００のアノードとカソードとの間の界面表面積は、電池１０のアノードとカソードとの間の界面表面積よりも表面積Ａだけ大きい。電池１００のアノードとカソードとの間の界面表面積の増加は、電池１０と比較して、電池１００の放電の効率を高めることができる。
[0036] 本明細書で示される実施形態が関係する上記の記載及び関連する図面で提示された教示の利益を有する当業者であれば、これらの実施形態の多くの修正及び他の実施形態を想到しうるであろう。したがって、本開示は、本明細書で開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、修正及び他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるべきであることが意図されていることを理解されたい。更に、上記の記載及び関連する図面は、要素及び／又は機能の特定の例示的な組み合わせに関連して例示的な実施形態を説明するが、代替実施形態によって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、要素及び／又は機能の異なる組み合わせを提供することができることを理解されたい。この点において、例えば、上記に明示的に説明されたものとは異なる要素及び／又は機能の組み合わせも、添付の請求項のいくつかに示すことができるように想定される。本明細書では特定の用語が採用されているが、それらは、一般的で説明的な意味で使用されており、限定することを目的とするものではない。
２ 缶
４ 底部カップ
６ セパレータ
８ 集電体
１０ 電池
１２ シール
１４ 負極カバー
１６ 第２の電極材料
１８ 正極カバー
２０ 第１の電極材料
２８ 突起キャビティ
４８ 缶の端壁
６６ 内側キャビティ
１００ 電気化学電池
１０２ 缶
１０４ 底面
１０６ セパレータ／バスケット１０６
１０８ 集電体
１１１ 集電体及びシール組立体
１１２ シール
１１４ 第２の接点端子又はカバー
１１６ 第２の電極材料
１１８ 第１の接点端子又はカバー
１２０ 第１の電極材料
１２６ 円筒形セパレータ壁
１２８ 突起キャビティ
１２９ ベース
１３０ 突起
１４８ 閉端壁
１５０ 第１の端部
１５２ 第２の端部
１５４ 円筒形側壁
１５６ 内面
１５８ 外面
１６０ ジャケット
１６５ 中央開口／中心コア／中央空隙
１６６ 内側キャビティ
１６８ 外側キャビティ
Ａ 表面積
４ 底部カップ
６ セパレータ
８ 集電体
１０ 電池
１２ シール
１４ 負極カバー
１６ 第２の電極材料
１８ 正極カバー
２０ 第１の電極材料
２８ 突起キャビティ
４８ 缶の端壁
６６ 内側キャビティ
１００ 電気化学電池
１０２ 缶
１０４ 底面
１０６ セパレータ／バスケット１０６
１０８ 集電体
１１１ 集電体及びシール組立体
１１２ シール
１１４ 第２の接点端子又はカバー
１１６ 第２の電極材料
１１８ 第１の接点端子又はカバー
１２０ 第１の電極材料
１２６ 円筒形セパレータ壁
１２８ 突起キャビティ
１２９ ベース
１３０ 突起
１４８ 閉端壁
１５０ 第１の端部
１５２ 第２の端部
１５４ 円筒形側壁
１５６ 内面
１５８ 外面
１６０ ジャケット
１６５ 中央開口／中心コア／中央空隙
１６６ 内側キャビティ
１６８ 外側キャビティ
Ａ 表面積
Claims (20)
- 電気化学電池であって、
閉端壁から延在する円筒形側壁を備える缶であって、前記閉端壁は、内部に突起キャビティを有する突起を備える、缶と、
前記缶内に配置され、内側キャビティを画定するセパレータであって、前記セパレータは、前記缶及び前記セパレータによって画定される外側キャビティから、前記内側キャビティを分離する、セパレータと、
前記外側キャビティ及び前記突起キャビティの両方に配設される第１の電極材料と、
前記内側キャビティに配設される、前記第１の電極材料とは異なる第２の電極材料と、
を備えることを特徴とする電気化学電池。 - 前記セパレータは、セパレータ壁及び底面を備え、前記第２の電極材料は、前記セパレータ壁及び前記底面と接触していることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学電池。
- 前記突起キャビティに配設される前記第２の電極材料は、プリフォームペレットであることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学電池。
- 前記プリフォームペレットは、コイン形状であるか、又は前記突起キャビティの内側輪郭に合致するような形状であることを特徴とする、請求項３に記載の電気化学電池。
- 前記突起キャビティに配設される前記第２の電極材料は、衝撃成形された第１の電極材料であることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学電池。
- 構造が、ＬＲ６、ＬＲ０３、ＬＲ１４又はＬＲ２０電気化学電池の１つであることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学電池。
- 前記第１の電極材料と前記第２の電極材料との間の界面積は、前記セパレータのセパレータ壁及び前記セパレータの底面の両方の表面積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。
- 前記電気化学電池のアノードとカソードとの比は、０．７５〜１．５の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学電池。
- 前記第１の電極材料又は前記第２の電極材料の１つは、アルカリ性電解質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。
- 電気化学電池を製造するための方法であって、前記方法は、
閉端壁から延在する円筒形側壁を備える缶を準備するステップであって、前記閉端壁は、内部に突起キャビティを有する突起を備える、ステップと、
前記突起キャビティ内に第１の電極材料を入れるステップと、
前記缶内に中央空隙を有する第１の電極材料の第１の電極リングを形成するステップと、
前記中央空隙内にセパレータを挿入して、内側キャビティを画定するステップであって、前記セパレータは、円筒形セパレータ壁及び底面を備える、ステップと、
前記内側キャビティ内に第２の電極材料を入れて、前記第２の電極材料が、前記セパレータの前記円筒形セパレータ壁及び前記底面の両方に沿って、前記第１の電極材料との界面積を有するようにするステップと、
第２の端部と反対側の前記缶の第１の端部を封止するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記突起キャビティ内に前記第１の電極材料を入れるステップは、前記突起キャビティ内に、第１の電極材料を含むプリフォームペレットを入れることを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
- 前記プリフォームペレットは、コイン形状であるか、又は前記突起キャビティの内側輪郭に合致するような形状であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
- 前記プリフォームペレットは、第１の電極材料を含むプリフォーム中空円筒体に固定され、前記プリフォーム中空円筒体は、缶内に挿入されるような大きさであることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
- 更に、前記円筒形側壁の内面に対して、第１の電極材料の円筒形リングを衝撃成形するステップを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
- 前記缶内に前記セパレータを挿入するステップは、前記セパレータの前記底面及び前記セパレータ壁の両方を、前記第１の電極材料と接触させることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
- 電気化学電池を製造するための方法であって、前記方法は、
閉端壁から延在する円筒形側壁を備える缶を準備するステップであって、前記閉端壁は、内部に突起キャビティを有する突起を備える、ステップと、
前記缶内に、第１の電極材料を含む材料を挿入して、前記突起キャビティを少なくとも部分的に充填するようにするステップと、
前記突起キャビティ内に前記材料をぎっしり詰め込むように、前記材料を詰めるステップと、
前記缶内にカソードリングを形成するステップと、
前記カソードリング内にセパレータを挿入するステップと、
前記セパレータによって画定される内側キャビティ内に第２の電極材料を入れるステップと、
第２の端部と反対側の前記缶の第１の端部を封止するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 更に、前記円筒形側壁の内面に対して、第１の電極材料の円筒形リングを衝撃成形するステップを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
- 前記缶内に前記第１の電極材料を含む前記材料を挿入するステップは、前記缶を前記材料で充填することを含み、前記突起キャビティ内に前記材料をぎっしり詰め込むように前記材料を詰めるステップは、ぎっしり詰め込まれた材料で前記缶を少なくとも部分的に充填するように、前記缶内に前記材料を詰めることを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
- 前記方法は、更に、前記缶から、前記ぎっしり詰め込まれた材料の中心コアを除去することを含み、前記セパレータは、前記中心コア内に挿入されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
- 前記缶内に前記セパレータを挿入するステップは、前記セパレータの底面及びセパレータ壁の両方を、前記第１の電極材料と接触させることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
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