JP2865424B2 - 再充電可能金属空気電池用拡散通気孔 - Google Patents

再充電可能金属空気電池用拡散通気孔

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般に電気化学電池（electrochemical ce
lls）に関し、特に金属空気電池（metal−air cell）等
の電気化学電池により生成される気体の通気孔システム
（vent systems）に関する。
発明の背景 電気化学電池の動作中、電気化学反応の間に様々な気
体が放たれ、それが電池を収納するケースを押圧するこ
とがある。生成された気体による圧力の上昇は、電池動
作を阻害してしうるため、これらの気体の排気が電池動
作にとり重要である。気体圧力の軽減は、金属空気電池
において特に重要である。金属空気電池は、水成電解液
（aqueous electrolyte）により分離される空気透過性
正極（air permeable cathode）と金属性負極（metalli
canode）を含む。例えば、亜鉛空気電池（zinc−air ba
ttery）の動作中、周囲の空気からの酸素が正極で水酸
化物イオンに変換され、亜鉛が負極で酸化され、水酸化
物イオンと反応し、水と電池が解放され、電子エネルギ
ーを生成する。この電気化学反応の間に、様々な気体が
電池構造内で生じ、その結果、継続して使用されると構
造内で気体圧力が上昇する。正極は通常、極めて高い静
水圧を支持できるものでないので（一般に2psi以下）、
正極保護のため電池ケース内で生じる気体は低圧で排気
されなければならない。気体の排気は機械装置を介して
可能であるが、これらの装置は開閉し、通気後、再密閉
しなければならない。機械的封印（mechanical seal）
の開閉により、電池の密封性が損なわれ、電解液漏れ及
び平衡蒸気圧の制御がより困難になる。漏出及び平衡蒸
気圧は、開口部の大きさ、および、機械装置が開かれて
いる時間の長さに依存し変化する。開口部から入ってく
る周囲の空気は、その相対湿度に依存して、氾濫（floo
ding）又は枯渇（drying out）と呼ばれる状態により金
属空気電池の不良を引き起こす場合がある。周囲の空気
の相対湿度が高い場合、電池は氾濫のため不良となるこ
とがある。一方、周囲の空気の相対湿度が低い場合、電
池は枯渇により不良となることがある。さらに、二酸化
炭素等の環境汚染物が、機械的密封機構を有する開口部
を通じて入って来ることもある。
再密封機械装置を使用することなく電池内から生成気
体を排気するため様々な構成が実現されてきた。例え
ば、米国特許第3,853,629号（Elliot）、同第3,904,441
号（Badger）、同第2,452,066号（Murphy）にそのよう
なシステムが開示されている。Elliotは、バッテリー・
セルを含む包装部材（wrapper members）を開示してい
る。この包装部材は、セルが生成した気体を透過させる
内層と、液体を透過させず、セルが生成した気体を内層
ほどは透過させない外層とから成る。この内層及び外層
は、バッテリ内部で生成された気体を排気するための通
路としての役割を果たす層間部を除いて共に積層され
る。内層は、層内の気体を分解あるいは拡散する機構と
して作用する。非積層気体通路は、バッテリの反対側の
外部端での大気に開かれている。非積層気体通路は、そ
の利用目的に応じ、幅、長さ、構成が変わる。Elliot
は、セルから非積層通路を通り出る前に気体を分解ある
いは拡散する膜（membrane）を開示しているが、この気
体排出通路の表面積は大きく、内部の包装が比較的多量
の外部空気に曝される。
Badgerは、特に自動車型蓄電池で使用される電池通気
システムを開示している。微小孔フィルター（micropor
ous filter）材に覆われた複数の開口部を有する電池カ
バーを開示している。微小孔フィルター材は、気体が横
方向にフィルター材を通り大気に出るように保護部材に
覆われている。一実施例では、気体がフィルター材を通
過し、両端が開かれた細長い室に至る。Badgerでも、大
気に曝されるフィルター材の面積が大きくなっている。
Murphyは、蓄電池用の気体拡散装置を開示している。
この蓄電池は数個のバッテリー・セルからなり、それそ
れが通気孔を有し、薄板状アスベスト（sheet asbesto
s）又は薄板状ウール（sheet woll）で形成される多孔
性拡散部材を通して気体が通過可能となっている。補助
カバー（supplimentary cover）が、開口部を越えある
距離まで、すべてのサイドで伸びており、偶発の機械的
損害又は、ほこりや異物の付着から拡散部材を保護して
いる。Murphyもまた、拡散部材を多量の周囲の空気に曝
すようになっている。
電池ケースを通って伸びる導線の回りに溶接密閉（he
rmetic seal）を施すことは、周囲の空気が電池に与え
る影響を減少させる上でも重要である。プラスチック製
の電池ケースでは、電極の回りに耐漏出密閉を施すよう
にプラスチックケース内の開口部を通して電極導線を伸
ばすことは、しばしば困難な製造作業となっている。特
に、ケースが継ぎ目において接合される二つの部分から
なり、電池の２電極の一つが、継ぎ目がある平面から一
定間隔をおいた平面にある電池ケース内に位置する場合
に問題となる。電極がこのように配置されたバッテリー
電池では、電池ケースの継ぎ目から最も離れた電極近く
の電池ケースに穴を設けることもできる。しかし、導線
を開口部を通過させ、溶接密閉を提供するのは困難であ
る。
従来の様々の構成は、電池ケースの継ぎ目を通過する
正極導線を開示している。これらのケースは、電極導線
の回りに溶接密閉を施す方法で製造される。米国特許第
3,026,365号（Hughes等）は、拡大（expanded）あるい
は穿孔（perforated）ニッケル薄板（nickel sheet）か
らなる正極支持部を有する電気一次電池（electric pri
mary cell）を開示している。各支持部は、負極あるい
は正極から外側に向いているピッグテイル（pig tail）
又は導線を有している。電池用ケーシング（casing）
は、ポリ塩化ビニルあるいは他の不浸透性アルカリ抵抗
材から成るプレス加工熱塑性薄板より形成される。正極
は、正極ケーシング部に配置され、その導線がケーシン
グから伸びる。同様に、負極は、導線を伸ばして負極ケ
ーシング部に配置される。正極、負極両ケーシングと
も、ケーシングの周辺にフランジ（flanges）を有して
いる。可塑性の高いポリマー塩化ビニルが正極、負極組
立体間に配置される。二つのケーシング部のフランジに
は圧力も加えられ、導線がケーシングから伸びた耐流体
密閉組立体が形成される。負極及び正極間に位置する膜
からの可塑剤の移動により、負極、正極フランジの溶接
が可能となる。そして、ケーシングのフランジが外向き
導線の近くで切断される。Hughesは、電池ケースの継ぎ
目を通って伸びる電極導線を開示しているが、継ぎ目と
揃わない電極導線の問題には対処していない。さらに、
過熱後切断しなければならないフランジを設ける必要が
あり、溶接密閉を得るのにケーシング部間に可塑性化膜
も必要とする。
米国特許第4,664,994号（Koike他）は、プレート組立
体（plate assembly）により所定位置に保持される負極
板、正極板、隔離部、電解液を有する封入型鉛蓄電池を
開示する。電池組立体用導線は、エポキシ樹脂で被覆さ
れ、その後この樹脂は乾燥させられる。エポキシ樹脂に
対して優れた付着性を有するポリオレフィン樹脂（poly
olefin resin）が、導線の回りに適合したドーナッツ状
構造を形成するため、導線部の回りに射出成形される。
次に、導線はそれぞれ負極、正極板に溶接される。次
に、種々の合成樹脂から成るジャケット（jacket）が、
プレート組立体及び伸長導線の回りで熱密閉される。ジ
ャケットは、導線の回りに形成された適合ドーナッツ状
構造の回りで導線を封入する。Koikeは電池ケースの継
ぎ目を通って伸びる電極導線を開示しているが、ケース
で導線を密閉する前に電極導線の回りにポリオレフィン
樹脂を成形することが要求される。Hughes及びKoikeと
も、電池の外向き導線の回りを密閉するため、ケーシン
グに対して部材の追加が必要である。
従って、電池の密封性を保持するように気体を排出す
る一方で、電池の周囲の空気に対する露出が少ない電気
化学電池用通気システムの技術が必要である。また、溶
接密閉電極導線の製造が簡単且つ信頼性を有するもので
ある電池ケースの技術も必要である。
発明の要約 一般的にいって、本発明は、電気化学電池を収納する
ケース内から気体を排出するシステムを提供する。本発
明に従い構成される電池ケース（cell case）は、ケー
スの外部から内部へと規定され、大気から過度の二酸化
炭素の摂取を防ぎ、電池から過度の水分損失を防ぐこと
ができるよう小さく形成される。少なくとも一個の気体
排出孔、及び、ケースの壁内に形成される凹部（reces
s）あるいはケースに取り付けられた気体拡散器により
規定されれ気体収集領域を有する。
より詳細には、気体排出孔の断面積は、0.005cm2（0.
0008平方インチ）が望ましい。気体拡散器の実施例に関
連して、本発明は更に、気体拡散器を覆い、それにより
気体収集領域の境界を規定するために、ケースの内部表
面に取り付けられる気体透過性（gas−permeable）・疎
水性（hydrophobic）膜を提供してもよい。更に、気体
拡散器とケース内部表面間に配置される第２の気体透過
性・疎水性膜を提供してもよい。気体拡散器内の気孔
（pores）の大きさは、およそ１μｍ〜20μｍの範囲が
望ましい。気体排出孔の位置は気体拡散器の幾何学的中
心が望ましく、気体拡散器の外周は円形が望ましい。
本発明のもう一つの実施例は、ケースの内側表面上に
規定され、気体収集領域を規定するためケースの外部表
面の方に伸びる少なくとも一つの凹部と、大気と連通
し、凹部より小さい断面積を有し、ケースの外部表面か
ら凹部に伸びる少なくとも一つの気体排出孔を提供す
る。さらに本発明は、凹部を覆い、それにより気体収集
領域の境界を規定できるようケースの内部表面に取り付
けられる気体透過性・疎水性膜を提供してもよく、ま
た、気体排出孔を覆うため凹部内に気体透過性膜を提供
してもよい。さらに本発明は、気体排出孔を覆うため、
凹部内に保持又は取り付けられる気体拡散器を利用して
もよい。気体拡散器は、ケースを構造的に支持する部材
（material）で構成してもよい。気体拡散器の気孔の径
（diameter）は、およそ１μｍ〜20μｍの範囲が望まし
い。本発明の好適実施例では、気体透過性・疎水性膜が
ケースの内部表面に取り付けられ、気体拡散器を覆い、
第２の気体透過性・疎水性膜が気体排出孔を覆い、気体
拡散器と気体排出孔の間に配置される。気体排出孔は、
凹部の幾何学的中心に位置するのが望ましく、凹部の外
周は円形が望ましい。また、その断面積は少なくとも2.
6cm2（0.4平方インチ）程度が望ましい。
本発明による通気システムのもう一つの実施例では、
ケース内に開口部が存在し、その開口部を埋めるよう気
体拡散器が位置している。また、本発明では、ケース内
の湿度維持を補助するため拡散器内部表面を覆う気体透
過性・疎水性膜が提供される。気体拡散器の内部表面を
覆う膜は、開口部に嵌入する気体拡散器の周辺面、ある
いは全拡散器面を覆うよう延長も可能である。拡散器気
孔の径はおよそ１μｍ〜20μｍの範囲である。開口部の
断面積は、およそ2.6cm2（0.4平方インチ）が望まし
い。
本発明では、ケースが種々の位置に向けられた時に、
気体がケースから確実に排出されるよう一定間隔で気体
排出孔を配置してもよい。電解液は、部分的にケースの
容量を満たし、それによりケース内の流体容量（fluid
volume）及び気体容量（gas volume）を規定する。ケー
スは、その表面上にある気体排出孔が上向きになる位置
によって規定される初期水平位置をとることがある。複
数の気体排出孔は、ケースが水平位置より90゜傾斜する
場合、その位置で、少なくとも気体排出孔の一個が最大
流体レベルの上に位置し、気体と連通するよう一定間隔
で配置される。各気体排出孔は、ケースに取り付けられ
る気体透過性・疎水性膜で覆ってもよい。ケースは、一
緒に密閉される複数のケース部（case sections）から
構成することができ、それにより閉じた電池ケースが規
定され、気体排出孔の少なくとも一個がケース部の少な
くとも一カ所を通って伸びる。気体排出孔は、ケース周
辺の一角から反対側の相対する角まで並べて配列される
のが望ましい。また、気体排出孔はケース周辺の角近く
に配置してもよく、その際、排出孔の一個をケースの中
心近くに配置するのが望ましい。
本発明の別の態様によれば、密閉空気正極導線（herm
eticallly sealed air cathode lead）が提供される。
導線は、空気正極から側壁に沿って電池ケースの継ぎ目
まで伸び、継ぎ目で電池から外へ伸び、継ぎ目は、導線
の回りが密封されるよう溶接される。導線は穿孔形態
で、可塑性剤（plastic material）が導線内の開口部を
通して接着されるのが望ましい。
本発明の目的は、電池ケース内で生成される気体を排
出する通気システムを提供することである。
本発明の更なる目的は、電池の密閉性を保持しながら
電池内に生成される気体を排出する通気システムを提供
することである。
本発明の更なる目的は、電池内での過度の水分の損失
又は増加を防ぎなから電池内で生成される気体を排出す
る通気システムを提供することである。
本発明の更なる目的は、二酸化炭素の摂取を最小に抑
えながら電池内で生成される気体を排出する通気システ
ムを提供することである。
本発明の更なる目的は、ケースの向きに関わらず、電
池ケース内の気体容量と連通する気体排出孔の配置を提
供することである。
本発明の更なる目的は、溶接密閉され、製造が容易な
電極導線を提供することである。
本発明の他の目的、特徴、利点は、以下の発明の好適
実施例の詳細な説明を、図面及び添付クレームと共に検
討すれば、明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の好適実施例の通気構成（vent arran
gement）を具現する電池ケース部の平面図である。
図２は、本発明の通気システムの好適実施例を具現す
る金属空気電池の断面図である。
図３は、図１に示す電池壁の一部の分解断面図であ
り、本発明の通気システムを示す。
図４は、図２に示す金属空気電池を傾斜させた状態を
示す図である。
図５は、図２に示す金属空気電池を鉛直状態にした場
合の図である。
図６〜８は、本発明の通気システムの代替実施例の断
面図である。
図9aは、本発明の代替実施例の分解断面図である。
図9bは、図９に示す代替実施例の組立図である。
図10aは、本発明の別の代替実施例の分解断面図であ
る。
図10bは、図10aに示す代替実施例の組立図である。
図11aは、本発明の別の実施例の分解断面図である。
図11bは、図11に示す代替実施例の組立図である。
図12は、図９〜11に示す本発明の代替実施例のいずれ
か一つの通気構成を具現する電池ケースの平面図であ
る。
図13は、本発明の代替実施例の部分断面図である。
発明の詳細な説明 図面中、複数の図面にわたって、同様の符号は同様の
部分（parts）を表す。図１及び図２は、金属空気電池1
4の電池ケース12で具現される通気システム10の好適実
施例を示す。一個以上の通気システム10は、電池ケース
12内で圧力が過度に上昇するのを防ぐため、電池14によ
り生成される余分な気体を電池ケース12内から排出す
る。各通気システム10に伴われる気体排出孔16は、電池
ケースを通って伸び、金属空気電池14の動作中に生成さ
れる気体を排出する手段となる。
図２には金属空気電池の種々の構成要素が示されてい
る。電池ケース12は、複数の開口部20を規定する水平グ
リッド19から成るケース本体18と、上方に伸びる周辺側
壁21とを含む。空気正極（air cathode）22は電池ケー
ス本体の底部21に沿って電池ケース本体18内に配置され
る。開口部20は正極22を大気に曝す。気体透過性・疎水
性膜23は、電池ケース12の内部に沿って、正極22及び開
口部22の間並びに側壁21に沿って広がり、電解液漏れ、
及び／又は、湿気の電池14からの流失を防ぐ一方で、正
極22での反応のため空気を透過させる。正極支持部28
は、電池ケース本体18内で正極22を所定位置に固定し、
負極スクリーン30、吸収分離部材31及び電解液32を含み
支持する。電池蓋（cell lid）24は、電池本体18を覆
い、本来と継ぎ目34に沿って合せられる。電極導管33
は、正極22から側壁21に沿って継ぎ目34を通り蓋24と電
池側壁12の間を伸びる。水成電解液（aqueous electrol
yte）32は電池ケース12を一部満たし、それにより電池
ケース12内の液体容量を規定する。残りの非固体容量
は、水成電解液32によって満たされる電池ケース12の容
量に応じ、電池ケース12内での位置を変える気体容量を
規定する。水成電解液32は、電池ケース12の非固体容量
のおよそ3/4を満たすのが望ましい。図２では、液体レ
ベルは点線（dashed lines）35で示されている。
電池14の動作中に、周囲の空気と、正極22、電解液32
及び負極スクリーン30とで起こる反応が、金属空気電池
ケース12内に様々な気体を生成する。その結果、電池ケ
ース12は加圧され、極めて高い静水圧が生じることがあ
る。一般に、空気透過性正極は通常極めて高い静水圧を
支持することは不可能であり、そのため、金属空気電池
14の動作にとって、余分な気体の通気が重要となる。電
池ケースの一部を開け、再密閉することにより電池ケー
ス内から気体を通気することは可能であるが、電池の密
閉性が損なわれる。
図３には、通気システム10の好適実施例の分解図が示
されている。電池蓋24に具現されたものが示されている
通気システム10の好適実施例は、小さい気体排出孔16、
電池ケース部内の凹部36、気体透過性・疎水性膜40、多
孔性（porous）気体拡散器42、及び気体透過性・疎水性
膜44より構成される。凹部36内では、気体透過性・疎水
性膜40が凹部36の表面に取り付けられ、膜40が気体排出
孔16を覆うようになる。凹部36の形は円形が望ましい。
複数の気孔を有する気体拡散器42が気体排出孔16を覆う
よう、凹部36内で膜40に隣接して設けられる。もう一方
の膜44は、凹部36とその中に嵌入される気体拡散器42を
覆うよう、電池ケース12の内面に取り付けることができ
る。
膜40は、超音波溶接技術（ultrasonic welding techn
iques）により溶接点（weld points）46で凹部36に取り
付けられるのが望ましい。超音波溶接に適した特性を有
する好適な膜は、Celgard4599という商標で売られてい
るポリプロピレン膜であり、ノースカロライナ州シャー
ロットのHoechet Celanese社から入手することができ
る。膜は90゜の湿潤角（wetting angle）を有するのが
望ましい。90゜の湿潤角であれば、より小さな湿潤角の
場合に比べ液体が容易に玉になる。膜上における玉化
（beading）により、電池内で生成された気体の膜通過
が可能となる。液体が膜上で玉にならない場合、液体層
が膜上に形成され、電池からの気体排出が妨げられてし
まう。膜44には、前記製造者からのCelgard2400等のポ
リプロピレン材を使用できる。
多孔性拡散器42は、溶接点47で電池ケース12の内面に
同様に超音波溶接される膜44により凹部36内に保持され
ることができる。また、膜44により凹部36内に保持され
る代わりに、多孔性拡散器42は超音波溶接技術により凹
部36に取り付けられることもできる。本発明での利用に
適した気体拡散器は、ポリプロピレン製であり、Porex
という商標でジョージア州フェアバーンのPorex社より
入手できる。膜40,44及び気体拡散器42は、当業者に知
られた他の溶接技術により凹部内に保持又は取り付け可
能であり、あるいは当業者に知られた接着剤（adhesive
s）、接合材（bonding materials）、クランプ（clamp
s）、ファスナー（fasteners）等により保持可能である
ことは言うまでもない。
本発明による通気システム10は、二重の機能を有して
いる。すなわち、電池ケース12から余分な気体の排出す
ること、及び、汚染物の電池内への侵入を防ぎ、気体排
出中に電池14内に電解液が保持されるようケース12の密
閉性の維持することである。この目的は、各通気孔にお
いて排出孔領域に対する気体収集領域の比率を比較的大
きくすることによって促進される。凹部を利用する本発
明の実施例では、拡散器なしの膜により規定されうる気
体収集領域を提供する。凹部内で拡散器が使用される場
合、凹部を設けた結果、薄くなった電池蓋の部分は拡散
器の使用により構造的に支持又は強化されうる。本発明
の実施例における重要な点は、通気システム10が疎水性
材を使用してケース14の密閉性を維持していることであ
る。
電池14の電気化学反応中に、水素が放出され、電池14
内で加圧される。電池14の動作中生成される水素を排出
するのは望ましいことだが、生成される水蒸気を通気す
るのは電池14が枯渇（dry out）してしまうので望まし
くない。気体透過性・疎水性膜44は、水素ガスは透過さ
せるが、水蒸気の電池14からの排出は実質上妨ぐ。気体
透過性・疎水性膜44を通過するどのような小量の水蒸気
に対しても、更に気体拡散器が、そのような水蒸気が電
池14から移動するのを妨げる。気体拡散器42の気孔の径
は、１μｍ〜20μｍの範囲が望ましい。表面領域の大き
な気体拡散器42を使用することにより、大きな気体収集
領域が得られ、これによりまた水蒸気の通過妨害距離が
大きくなり、それにより気体透過性・疎水性膜40,44の
みの場合よりも電池内に保持される水蒸気の量が増加す
る。凹部36内に位置し、じかに気体排出孔165を覆う気
体透過性・疎水性膜40は、電解液の電池14からの漏れを
防ぐ更なる手段となると共に、大気から水分、汚染物が
大気14へ侵入するのを防ぐ障壁となる。
電池内からの電解液又は水分が電池14から排出される
のを防ぐことは望ましいことであるが、大気から余分な
量の水蒸気又は二酸化炭素が気体排出孔16を通って電池
ケース12に侵入しないようにすることも重要である。二
酸化炭素が望ましくないのは、電池内の電解液を中和す
るからである。気体排出孔16は、大気と連通できるよう
ケース12の外面から凹部36へ伸びている。気体排出孔16
は大気と常に接しており、水蒸気圧及び大気含有物は容
易には制御できないため、通気システム10では、大気と
公然と連通する気体排出孔の潜在的悪影響を抑制する機
構を設ける。小さいサイズの排出孔16と疎水性膜40,44
により、前記のように余分な水分が電池ケース12から排
出されるのを防ぐのと同様な方法にて、余分な水分及び
二酸化炭素が電池14へ侵入するのを防ぐ。余分な水蒸気
が電池ケース12に侵入した場合は、金属空気電池14は氾
濫のため不良となる。
疎水性膜40,44によりもたされる保護に加え、気体排
出孔16の断面積（cross−sectional area）は凹部36の
断面積よりも小さくなっている。さらに、気体排出孔16
は、大気からの二酸化炭素の摂取並びに水蒸気の拡散を
最小限にするように極めて小さく形成するのが望まし
い。気体排出孔はおよそ0.005cm2が望ましいが、0.0019
cm2〜0.052cm2（0.0003〜0.008平方インチ）の範囲内に
なりえ、凹部36の幾何学的中心に位置するのが望まし
い。凹部36の断面領域は、およそ1.3cm2（0.2平方イン
チ）の円形が望ましい。電池内の気体は、比較的大きな
領域から凹部36内に集まり、次に小さな排出孔16を通り
排出され得る。当業者に理解される通り、気体排出孔16
のサイズは、大気汚染物に対する電池構成要素の感度に
応じ変わりうることは言うまでもない。このように、本
発明の好適実施例による通気システム10では、一つのシ
ステム内に多重機構（multiple mechanisms）を設け、
電池14内で最適な動作状態を維持し、その一方で電池14
内で生成される気体を排出する。
もう一度、図１を参照にすると、本発明による通気シ
ステムの好適実施例の平面図が示されている。気体排出
孔16は、電池蓋24に沿って所定間隔で示されている。ケ
ースは、ケースの表面上に位置する気体排出孔が上向き
になる初期水平位置を採りうる。電解液32は電池ケース
12を部分的に満たすため、気体排出孔16は、電解液が気
体排出孔16の一個を覆うように電池ケース12が向き付け
られ又は位置付けされる場合に、別の気体排出孔16が電
池ケース12内の気体容量と自由に連通されるように一定
間隔で配置されているのが望ましい。すなわち、気体蒸
気は電解液32より上に昇るので、水平位置から、少なく
とも90゜までの電池ケース12の方向位置に対して、少な
くとも一個の気体排出孔16が電解液流体量の最大流体レ
ベル以上となるよう、少なくとも一個の気体排出孔16が
気体容量と連通する位置に設置される。図4,5は、異な
る向きにある電池14を示す。
電池ケース12の形に応じ、気体排出孔16の位置は、所
定量の電解液32に対し変わり得る。気体排出孔16は、図
１に示すように対角線上に揃えるのが望ましいが、電池
ケース12の端又は角近くに配置しても良い。気体排出孔
16の数及び位置は、電池ケース12内で使われる電解液の
量並びに電池ケース12の形及び含有物に応じて変わりう
ることは言うまでもない。また、気体排出孔16の数は、
気体排出孔16の断面積に従って変わりうる。気体排出孔
16の断面積が減少すると、電池ケース12内で生成される
所定量の気体を排出するのに気体は排出孔16の数を増や
す必要がある。
図13に示すように、凹部36内において膜40,44の間に
拡散器部材42が設置されない場合、ケース蓋24と一体に
形成される複数のポスト45が設置されうる。ポスト45
は、電池内の電解液の圧力に対し膜44を支持するよう伸
びる。ポスト45は凹部36内に配置され、気体の排出孔16
への流れは妨げられず、膜44のあまりに多くの表面領域
をふさぎもしない。
図６において、本発明の代替実施例が示されている。
同図で示す通気システム48は、気体排出孔16、凹部36、
凹部36内に位置する一つの気体透過性・疎水性膜40、前
述した拡散器42を保持する方法により凹部36内に取り付
けられる多孔性気体拡散器42より構成される。
図７において、別の実施例の通気システム49が示さ
れ、大気と凹部36間を連通させる気体排出孔16、凹部36
内に位置する気体拡散器42、及び電池ケース12の内面に
取り付けられ、気体排出孔42と凹部32を覆う気体透過性
・疎水性膜44より構成される。
図８において、別の実施例の凹部36ないし通気システ
ム51が示されている。図６では、気体排出孔16が、電池
ケース12の外面からその内面へ伸びて、電池ケース12の
内面に取り付けられ、気体排出孔16を覆う気体透過性・
疎水性膜40と連通している。多孔性気体拡散器42は、気
体排出孔16を覆うよう気体透過性・疎水性膜40に隣接し
て配置されている。別の気体透過性・疎水性膜44は、図
示するように気体拡散器42を覆うように電池ケース12の
内面に取り付けることができる。
図６〜８及び13に示す実施例は、前述のように、気体
透過性・疎水性膜、気体排出孔、凹部、拡散器材、電池
ケース部の様々な組合せ、構造を使って、同様な電池通
気制御機構を提供している。任意の所定構造に対する湿
気制御は、通気システム10の部分として使われている様
々な構成要素の組合せ、数又は大きさに応じて変わる。
説明された実施例は、例示としてあげられており、多く
の変形が、当業者に容易に認識され、本発明の範囲内に
入りうる。
図9aにおいて、本発明による別の実施例の通気システ
ム52が示されている。同図では、開口部50が電池ケース
12内に規定され、電池ケース12の外面を通りその内面へ
伸びている。気体拡散器42は、拡散器周辺面58により接
続される拡散器外面54と拡散器内面56とを有し、拡散器
42の容量を規定している。拡散器42は、拡散器外面54が
大気と接するよう開口部50を埋める位置に設置できる。
気体透過性・疎水性膜40は、拡散器周辺面58と拡散器内
面56を覆い、電池14の平衡蒸気圧の維持を助ける。拡散
器42は、拡散器外面54が実質的に電池蓋24と平行、又は
実質的に電池蓋24と同じ平面内になって開口部50を埋め
るよう、開口部50内に固着される。それにより、拡散器
42は、電池ケース12の完全な一部となるよう開口部50を
包む。図9bは、図９に示す実施例の組み立て図である。
図10aにおいて示される、別の実施例の通気システム5
9は、図９で示す通気システムと同様の構成を有してい
る。図10aに示す通気システム59が図９の通気システム
と異なっているのは、気体透過性・疎水性膜が、図９で
示すように気体拡散器42の内面56ではなく、気体拡散器
42の外面54を覆うという点である。図10bは、図10aに示
した実施例の組立図である。図11aにおいて、通気シス
テム61は、拡散器42の全表面が気体透過性・疎水性膜40
により覆われることを除いては、図９及び図10で示した
実施例と同様の構成を有する。図11bは、図11aで示した
実施例の組立図である。図9,10及び11の各実施例におい
て、拡散器は、矢印60が示す方向へ開口部内に押しこま
れることにより、開口部50内に安着又は嵌め込まれる。
図12は、図９〜11で示した通気システム58,59又は61の
実施例の何れかの平面図である。前述のように、実施例
は、対角線上に配置された通気孔を示している。
図９〜11に示した実施例は、前述のように、気体透過
性・疎水性膜、開口部、拡散器材、電池ケース部の色々
な組合せ、構造を利用し、同様な電池通気制御機構を提
供している。しかし、図９〜11に示した実施例は、図2,
3及び６〜８に示した実施例より、多くの二酸化炭素が
電池内へ侵入するのを許す。任意の所定構造に対する湿
気制御は、通気システム10部分として使われる様々な構
成要素の組合せ、数、大きさに応じて変わる。説明され
た実施例は、例示としてあげられており、多くの変形
が、当業者に容易に認識され、本発明の範囲内に入りう
る。
本発明と対照的に、開閉して電池からの気体を排出す
る機構は、電池から電解液の流出又は二酸化炭素等汚染
物の電池内への侵入を許しうる。電池の平衡蒸気圧も、
機械装置の開放時間の長さ及び大気の相対湿度に応じ変
わりうる。このような過程中に電池に侵入する周囲の空
気が原因で、金属空気電池が不良となりうる。周囲の空
気の平衡蒸気圧が高い場合は、電池は氾濫のため不良と
なりうる。周囲の空気の平衡蒸気圧が低い場合は、枯渇
と呼ばれる状態のため不良となることがある。気体排出
中の電池密閉性の最適制御により、周囲の空気又は電解
液漏れによる不良又は性能低下がよりうまく制御でき
る。本発明の通気システムは、前述のような過度の周囲
の空気量への露出の影響を最小限にしながら、電池によ
り生成される気体を排出する。
図２を再び参照すると、電極導線33は、正極22に取り
付けられ、そこからケース本体18の周辺側壁21に沿って
上方に伸びて、ケース本体18とケース蓋24間の継ぎ目34
を通って嵌入される。本発明の電極導線33の配置は、電
池の電極がケース12の継ぎ目34から色々な距離で配置さ
れる電池構造において、密閉されたケースを提供すると
いう利点がある。
プラスチック電池ケース（plastic battery cases）
で、しばしば困難な製造上の問題となるのは、ケース内
の孔を通過する際に電極の回りに耐漏れ密閉を提供する
ように、電池ケース内の開口部を通し電極接触部を伸ば
すことである。本発明は、継ぎ目34が形成される２つの
ケース部の間の面から一定距離ずらされる電極用の電極
導線を提供する。本発明の正極導線33回りの密閉（sea
l）は、耐漏れ構造（leak proof）となっており製造も
簡単である。電極導線は、針金メッシュ又は穿孔タブ
（perforated tab）等の導電性材で形成される。導電性
正極電流コレクタ・スクリーン（conductive cathode c
urrent collector screen）を一体型に延長したもので
あっても良い。電極導線が電極32の面においてケースか
ら直接出ていけるよう開口部を有するバッテリー電池を
収容するプラスチック・ケース12を提供する代わりに、
電極導線33が電極22から伸ばされ、継ぎ目34を通過す
る。電極導線33はまず、電極22に取り付けられるか又は
一体に形成される。次に、導線は電池側壁21に沿って伸
ばされ、継ぎ目34で折り曲げられ、ケースから出され
る。ケース21のプラスチック蓋24はケースの下部18に溶
接され、加熱されたプラスチックが電極導線の穿孔穴
（perforadted holes）を通って突出する。プラスチッ
クが冷えると、金属の回りで収縮し、漏れに対する耐性
が高い射出成形型の金属−プラスチック密閉が生ずる。
前述のように正極導線33を密閉及び構成することによ
り、電極導線33の回りの耐漏れ密閉の製造が行われる。
前記説明は本発明の好適実施例にのみ関連するもので
あり、以下の請求の範囲で規定される本発明の範囲を越
えることなく多くの変更が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−98559（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−80965（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−149375（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭51−29950（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭56−16768（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平１−39407（ＪＰ，Ｙ２) 特公 昭29−3623（ＪＰ，Ｂ１) 英国公開2021306（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 2/12,12/08,2/02 H01M 12/06

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部面及び外部面並びに気体排出孔を有す
    るケースに収容され、負極及び正極を有し、その間に分
    離手段が位置する電気化学電池において、 前記電気化学電池は、負極及び空気正極を有する金属空
    気電池であり、 前記分離手段は、前記ケース・ハウジングを分離し、か
    つ、効果的に前記分離手段の負極側から前記空気正極へ
    の気体経路をブロックし、 前記気体排出孔は、前記分離手段の負極側の前記ケース
    の内部面上に規定される凹部と連通し、該凹部は、気体
    収集領域を規定するため、前記ケースの外部面に向かっ
    て伸び、 前記凹部を覆い、それにより前記気体収集領域の境界を
    規定するため、前記ケースの前記内部面に取り付けられ
    る気体透過性・疎水性膜を有し、 また、前記気体排出孔は、外気と連通し、前記凹部の断
    面積より小さい断面積を有し、前記分離手段の負極側の
    前記ケースの外部面から前記凹部へ伸び、 前記気体排出孔の断面積がおよそ0.052cm2（0.008平方
    インチ）以下であって、前記気体排気孔の大きさが大気
    からの過剰な二酸化炭素の摂取を防ぐために十分小さい
    ことと、 を特徴とする電気化学電池。
  2. 【請求項２】内部面及び外部面並びに気体排出孔を有す
    るケースに収容され、負極及び正極を有し、その間に分
    離手段が位置する電気化学電池において、 前記電気化学電池は、負極及び空気正極を有する金属空
    気電池であり、 前記分離手段は、前記ケース・ハウジングを分離し、か
    つ、効果的に前記分離手段の負極側から前記空気正極へ
    の気体経路をブロックし、 前記気体排出孔は、前記分離手段の負極側の前記ケース
    の内部面上に規定される凹部と連通し、該凹部は、気体
    収集領域を規定するため、前記ケースの外部面に向かっ
    て伸び、 前記凹部を覆い、それにより前記気体収集領域の境界を
    規定するため、前記ケースの前記内部面に取り付けられ
    る気体透過性・疎水性膜を有し、 また、前記気体排出孔は、外気と連通し、前記凹部の断
    面積より小さい断面積を有し、前記分離手段の負極側の
    前記ケースの外部面から前記凹部へ伸び、 前記気体排出孔の断面積がおよそ0.005cm2（0.0008平方
    インチ）であって、前記気体排気孔の大きさが大気から
    の過剰な二酸化炭素の摂取を防ぐために十分小さいこと
    と、 前記凹部の断面積が少なくとも2.6cm2（0.4平方イン
    チ）であること、 を特徴とする電気化学電池。
  3. 【請求項３】前記凹部の断面積が少なくとも2.6cm2（0.
    4平方インチ）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。
  4. 【請求項４】前記気体排出孔の断面積がおよそ0.0019cm
    2〜0.052cm2（0.0003〜0.008平方インチ）の範囲である
    ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
  5. 【請求項５】前記凹部の断面積がおよそ1.3cm2（0.2平
    方インチ）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。
  6. 【請求項６】複数の気孔を有し、前記気体収集領域内に
    位置されて前記気体排出孔を覆い、前記凹部内に保持さ
    れる、気体拡散手段を更に有することを特徴とする請求
    項１または２のいずれか１項に記載の電気化学電池。
  7. 【請求項７】前記気体拡散手段は、前記凹部内に位置し
    て、前記ケースに対し構造的支持を提供することを特徴
    とする請求項６に記載の電気化学電池。
  8. 【請求項８】前記気体拡散手段の気孔の直径がおよそ１
    μｍ〜２μｍの範囲内であることを特徴とする請求項６
    に記載の電気化学電池。
  9. 【請求項９】前記気体排出孔を覆い多数の気孔を有する
    気体拡散手段と、 前記気体拡散手段が前記気体排出孔と前記気体透過性・
    疎水性膜との間に位置すると同時に、前記気体透過性・
    疎水性膜が前記気体拡散手段と前記電気化学電池内の電
    解液との間に位置するように気体拡散手段を覆う気体透
    過性・疎水性膜とをさらに特徴とする請求項１または２
    のいずれか１項に記載の電気化学電池。
  10. 【請求項１０】前記気体透過性・疎水性膜が第一気体透
    過性・疎水性膜であって、さらに第二気体透過性・疎水
    性膜を備え、気体拡散手段が前記第一と前記第二気体透
    過性・疎水性膜の間に位置するように前記第二気体透過
    性・疎水性膜が前記気体排気孔を覆うことをさらに特徴
    とする請求項１または２のいずれか１項に記載の電気化
    学電池。
  11. 【請求項１１】前記凹部が幾何学的中心を有し、前記気
    体排出孔が前記凹部の幾何学的中心に位置されることを
    特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の電
    気化学電池。
  12. 【請求項１２】前記凹部の外周が円形に形成されること
    を特徴とする請求項11に記載の電気化学電池。
  13. 【請求項１３】前記気体収集領域が、前記ケースの前記
    内部面から内側に突出され、 前記膜を支持する気体透過性構造を更に含むことを特徴
    とする請求項１または２のいずれか１項に記載の電気化
    学電池。
  14. 【請求項１４】内部面及び外部面を有し、ある容量を規
    定し、電気化学電池を収容するケース内から気体を排出
    する気体排出装置において、 前記ケースの容量を部分的に満たし、それにより前記ケ
    ース内の流体容量と気体容量を規定する電解液と、 大気と連通し、前記気体容量から気体を排出するため前
    記ケースの外部から前記ケースの内部へ規定される複数
    の気体排出孔とから構成され、 前記ケースが、前記ケースの面上に位置される前記気体
    排出孔が上向きとなる位置により定義される初期水平位
    置を有し、 前記ケースが、前記水平位置から少なくとも90゜の鉛直
    方向までのいかなる向き状態にあっても、前記気体排出
    孔の少なくとも一個が前記流体容量の最大流体レベルの
    上に位置されるよう前記排出孔が一定間隔をおいて配置
    され、少なくとも前記気体排出孔の前記一個が前記気体
    容量と連通するようにし、少なくとも前記ケースの一面
    の中心部に前記気体排出孔の一個が配置され、 前記複数の気体排出孔がそれぞれ前記ケースの前記一面
    を通って伸び、 前記ケースの前記一面の外周が多角形に形成され、 前記複数の気体排出孔が、前記外周の一角から前記外周
    の反対側の対称角まで対角線上に揃えられ、 前記気体排出孔のそれぞれが前記ケースに取り付けられ
    た気体透過性・疎水性膜により覆われることを特徴とす
    る気体排出装置。
  15. 【請求項１５】前記気体排出孔が、前記外周の一角から
    前記外周の相対する反対側まで並べられたことを特徴と
    する請求項14に記載の気体排出装置。
  16. 【請求項１６】複数の前記気体排出孔が前記外周の角近
    くに配置されることを特徴とする請求項14に記載の気体
    排出装置。
  17. 【請求項１７】ケースを具備する金属空気電池におい
    て、 前記ケースが、 底面を規定する空気正極及び該空気正極から上方に伸び
    る周辺側壁とを含むプラスチックケース本体と、 前記ケース本体を覆い、前記周辺側壁の上縁とあわさる
    プラスチックケース蓋と、 前記空気正極に取り付けられ、前記側壁の内部面に沿っ
    て上方に伸び、前記ケース本体と前記ケース蓋の交差部
    で前記ケースを出る電極導線とから構成され、 前記電極導線が、前記ケースから出る位置において多孔
    性であり、溶接される時、前記ケースのプラスチック材
    質が前記導線の開口部を通過することと、 前記ケース蓋が、前記電極導線の回りに耐漏れのための
    密閉を形成するよう前記ケース本体に溶接される ことを特徴とする金属空気電池。
  18. 【請求項１８】二つの部分を有し、該部分の一方が蓋を
    規定し、他方が金属空気電池を包含するため側壁を有す
    るプラスチックケース内に収容される金属空気電池の穿
    孔金属電極導線の回りを耐漏れのための密閉をする方法
    において、 前記電極導線を、前記電極から前記他方の部分の側壁に
    沿って該側壁の頂部へ伸ばし、 前記電極導線を、前記側壁の前記頂部を横切って折り曲
    げ、 前記プラスチックケースの前記蓋を前記他方の部分に、
    前記他方の部分の側壁頂部端で溶接し、前記ケースの部
    分が接続するところに形成される継ぎ目で、前記電極導
    線の回りにプラスチック−金属密閉が形成されるように
    することからなることを特徴とする方法。
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