JP4342610B2 - バッテリーの状態テスター - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーすなわち主電池の状態を決定し、かつテスターをそれに完全に関連づけるための状態テスターに関するものである。本発明は充電の電気化学的テスターに関するものである。
電池の充電の状態を視覚的に指示するための種々の装置を含む一次電池が開示されている。既知の指示体は、バッテリー内部の物質と反応する化学的指示体と、バッテリーの外部に配置されている化学的指示体と、電極内に埋め込まれて放電中に見えるようになる素子と、電池の端子間に接続されるようになっている抵抗素子に熱接触している熱変色物質とを含むが、それらに限定されるものではない。それらの指示体の多くのものの問題はそれの指示の時期が、バッテリーの外部または内部の指示体の構造形状に左右されることである。したがって、製造中に本質的に起きる自然の変動のために、放電中にバッテリーごとに指示が行われる時期が不定になる。
電気化学電池の状態を判定するための市販されているテスターは通常は薄膜感熱型である。この種のテスターは、導電素子に熱接触する熱変色物質を含む。そのようなテスターは帯状で市販されている。そのような帯状テスターは電池の内部または電池ラベルに一体にされない。テスターを使用するためにはそれを試験する電池の端子端末に付着しなければならない。そのようなテスターの例およびテスターの応用の例が米国特許第４７２３６５６号および第５１８８２３１号に開示されている。それらのテスターはバッテリーの有用寿命中のバッテリーの間欠試験には良く動作する。それらのテスターは、視覚的指示体が熱変色物質であるために、バッテリーに恒常的に取りつけることがより困難である。指示体の適正な動作を妨害する熱伝達を阻止するために、指示体をバッテリーケースから熱絶縁するように注意を払わなければならない。また、試験中は導電素子が直列接続されて、バッテリーから電流を流す。したがって、作動できる接触装置が存在しないと、テスターの電気接点をバッテリー端子に恒常的に取り付けることはできず、さもなければバッテリーはテスターを通じて早期に放電させられる。
他の種類のバッテリーテスターは、米国特許第５２５０９０５号および第５３９６１７７号に開示されているような、自分自身の起電力（ｅ．ｍ．ｆ．）を有する電気化学的テスターである。指示体電池は、放電中の主電池の開回路電圧（ＯＣＶ）とほぼ同じＯＣＶを持つように設計されている。その場合には、指示体電池は主電池に直接並列接続できる。そのようなテスターの利点は、試験されるバッテリーに恒常的に取りつけられて、作動できる接触装置を必要としないことである。この種のテスターは、金属の薄膜が電気化学的にはぎ取られて、すなわち、除去されて、異なる色の背景を見せる程度まで、バッテリーの放電度の視覚的指示を行う。
電気量装置が、それに組合わせることができる電子装置を流れる電荷の電気量についての情報を得ることができる。通った電荷の量を視覚的に指示するために水銀柱の長さの電気化学的変化を用いる電気量装置の例が米国特許第３０４５１７８号および第３３４３０８３号に開示されている。電気量装置はそれ自身の起電力を持たず、実際には電解槽である。
本発明は図面を参照してより良く理解されるであろう。
図１は試験される主電池への、指示体電池部分の電圧が主電池の電圧より低い、本発明の状態指示体（テスター組立体）の接続を示す回路図である。
図１Ａは試験される主電池への、指示体電池部分の電圧が主電池の電圧より高い、本発明の状態指示体組立体の接続を示す回路図である。
図２は図１に示す状態指示体組立体の一部切り離し斜視図である。
図２Ａは部分横断面で拡大して示す、状態指示体組立体が恒常的に接続されているバッテリーを示す。
以下の説明のために、測定される電気化学電池すなわちバッテリーのことを「主電池」と呼び、表示を行う電気化学電池のことを「指示体電池」と呼ぶことにする。
本発明は、主電池すなわちバッテリーに電気的に接続されて、それの状態を視覚的に表示する状態指示体テスターに向けられている。状態指示体はアノードと、カソードと、前記アノードとカソードとの少なくとも一部に接触する電解質とを含む薄膜電気化学電池である指示体電池を含む。指示体電池は材料が異なるアノードとカソードを有し、それの起電力（ｅ．ｍ．ｆ．）は有限で、通常は１００ミリボルトより高い、たとえば、約１００ミリボルトと１．５ボルトの間である。本発明では、起電力（ｅ．ｍ．ｆ．）が有限である補助電池が指示体電池に直列に接続されて指示体電池と主電池との間の開回路電圧の差を補償するならば、指示体電池の開回路電圧を主電池の開回路電圧より高くしたり、または低くしたりするように指示体電池を設計できることが決定されている。すなわち、補助電池のアノードとカソードの一方が、指示体電池のアノードとカソードの一方に電気的に接続される。補助電池の残りの電極と指示体電池の残りの電極が主電池端子に並列に電気的に接続される。主電池の放電中は、指示体電池の可視電極内で反応が起き、それの離れた領域へ続く。試験されている主電池の放電中は、指示体電池と補助電池を有する状態指示体の主電池の開回路電圧に類似する、主電池の開回路電圧の約（プラスマイナス）３００ミリボルト以内であることが好ましい。
図１に示す回路構成では、状態指示体１０は指示体電池２０と補助電池２５を有する。指示体電池２０と補助電池２５はそれ自体の起電力（ｅ．ｍ．ｆ．）を持つ電気化学電池である。図１に示す回路構成では、指示体電池２０の開回路電圧（ＯＣＶ）は主電池３０の開回路電圧より低い。この場合には、補助電池のアノード７７は指示体電池のカソード４３に電気的に接続され、補助電池のカソード８３は主電池のカソード１４５に接続され、指示体電池のアノード４７は主電池のアノード１１５に接続される。（補助電池２５のアノードまたは指示体電池２０のアノードは酸化されている、すなわち、電子を放出している、電極として定義される。また、主電池３０と、指示体電池２０と、補助電池２５とのおのおのには内部抵抗があることを理解すべきである。）図１に示す回路構成では、指示体電池２０の開回路電圧は補助電池２５の開回路電圧に加え合わされるようになって、状態指示体１０の組合わされた開回路電圧が全体として、すなわち、補助電池２５のカソード８３と状態指示体電池２０のアノード４７との間の電圧が主電池３０の開回路電圧とほぼ同じであるようにする。指示体電池２０の容量は主電池２０の容量よりはるかに小さく、指示体電池２０と補助電池２５との組合わされた内部抵抗値は主電池３０のそれよりはるかに高い。状態指示体組立体１０の内部抵抗が非常に高いために、指示体電池２０を主電池よりはるかに緩やかに放電させることができる。これが求められる理由は、指示体電池２０の容量が主電池と比較してはるかに小さいためである。主電池３０の放電中は、補助電池のアノードまたはカソードの一方の消耗率が主電池のアノードまたはカソードの一方の消耗率とほぼ同じであるように、主電池を流れる電流、ｉ_M、と指示体電池を流れる電流、ｉ_T、との比を一定にできる。したがって、主電池３０の充電状態を反映させるために、指示体電池の電極の一方の消耗率を示す視覚的表示を使用できる。
図１Ａに示す、回路構成では、状態指示体１０は指示体電池２０と補助電池２５を有する。図１Ａに示す回路構成では、指示体電池２０の開回路電圧（ＯＣＶ）は主電池３０の開回路電圧より高い。補助電池のカソードが指示体電池のカソードに電気的に接続される場合には、補助電池のアノード７７は主電池のカソード１４５に接続され、指示体電池のアノード４７は主電池のアノード１１５に接続される。そのような構成では、補助電池２５の開回路電圧は指示体電池２０の開回路電圧を減少させて、状態指示体１０全体としての開回路電圧、すなわち、補助電池２５のアノード７７と状態指示体電池２０のアノード４７との間の開回路電圧は、主電池３０の開回路電圧とほぼ同じであるようにする。この場合には、指示体電池２０のカソード４３を補助電池２５のカソード８３に接続し、指示体電池２０のアノード４７を主電池３０のアノード１１５に接続し、補助電池２５のアノード７７を主電池３０のカソード１４５に接続することによって同じ効果を達成することもできる。
指示体電池２０と補助電池２５を有する状態指示体１０を、図１の回路図と一致する構成で図２に示す。たとえば、状態指示体１０を主電池１０のラベルに一体にすることにより、通常のアルカリ電池などの、主電池１０に状態指示体を恒常的に接続できる（図２Ａ）。状態指示体１０の両端の開回路電圧の放電輪郭が主電池３０の開回路電圧の放電輪郭とほぼ同じであるから、主電池を流れる電流と補助電池を流れる電流との比はほぼ一定の値にとどまる。これは主電池に加えられる負荷とは無関係にできる。したがって、主電池の放電中の任意の時刻には、指示体電池２０または補助電池２５の制御するアノードまたはカソードの一方の消耗率は、主電池１０の制御するアノードまたはカソードの一方の消耗率とほぼ同じである。（主電池３０または指示体電池２０のいずれかのアノード活性物質またはカソード活性物質の量が過剰であれば、２つの電池の間の消耗率の比較を、活性物質を過剰に含んでいない電極を用いて行うべきである。過剰でない電極のことをここでは制御する電極と呼ぶことにする。）
通常、主電池の制御する電極の消耗率を反映するために指示体電池２０のアノードの消耗率（除去）を使用できる。これを用いて主電池の状態（充電状態）の連続視覚的指示を行うことができる。指示体電池２０の活性物質の残留率は、主電池の寿命中の任意の時に視覚的に見分けることができる。たとえば、指示体アノード４７が消耗されているとすると、そのアノードを視覚的に見分けることができ、そのアノードの次に配置されているグラフ尺度（graphics scale）が主電池３０に残っている百分率電荷と、主電池を交換することが必要かどうかとの少なくとも一方を指示できる。
状態指示体１０は、たとえば、図１の回路図に示すように、試験されている主電池３０と並列に接続できる。図１に、負端子１１５と正端子１４５を有する主電池３０を概略的に示す。使用時には、主電池３０が負荷３８に接続されて放電すると、電流ｉ_L＝ｉ_M＋ｉ_Tであるように、電流ｉ_Lが負荷３８を流れ、電流ｉ_Tが状態指示体１０を流れる。図１の回路構成では、主電池が、正常な動作中の内部抵抗値が０．１オームである、従来のＡＡ型アルカリ電池であるとすると、指示体電池２０と補助電池２５との組合わされた内部抵抗値が、主電池３０の内部抵抗値の少なくとも約１０⁴倍、より一般的には１０⁴倍と１０⁶倍との間である。指示体電池２０と補助電池２５とのおのおのの内部抵抗値を変化することにより、またはそれら２つの電池に直列に抵抗を付加することにより、状態指示体１０の全抵抗値を調整できることを理解すべきである。
好適な実施形態では、状態指示体１０（テスター組立体）は図２に示すように指示体電池２０を有する。この指示体電池は、図１の回路構成に対応するやり方で、補助電池２５に直列に電気的に接続される。状態指示体１０（テスター）の厚さは１００ミル（２．５ｍｍ）より薄く、好ましくは２ミルと１００ミル（０．０５ｍｍと０．４ｍｍ）の間である。補助電池２５は超小型の薄い電源で、指示体電池２０を少なくとも部分的に駆動する。主電池３０は一次バッテリーまたは二次バッテリーにできるが、通常は従来のアルカリ電池にできる。状態指示体１０は、たとえば、それをラベルの内面に取り付けることにより、主電池１０のラベルと一体にできる。指示体電池２０は、異なる物質で構成されて、電解質に接触するアノード４７とカソード４３を含む。指示体電池２０と補助電池２５は、負荷３８とは無関係に、主電池３０の放電に比例して直線的に放電する。たとえば、主電池３０の放電中は指示体電池２０の制御するアノードまたはカソードの放電率が主電池３０の制御するアノードまたはカソードの放電率とほぼ同じであるように、指示体電池２０を較正できる。極めて大きい電流または極めて小さい電流で、すなわち、正常な使用から極めて逸脱して、主電池３０を使用するために、指示体電池２０のこの放電は主電池の放電率の関数である。もっともこれはそれの一次関数ではない。
指示体電池２０（図２）は、カソード物質４３とアノード物質４７を含む超小型電気化学電池である。カソード物質４３とアノード物質４７は相互に離隔することが望ましく、かつ同じ平面内に置くことができる。カソード４３とアノード４７は異なる電気化学的に活性な物質であることが望ましく、かつ電解質に接触して有限の起電力を持つ電池を構成することが望ましい。カソード４３とアノード４７は基板４２、４３にそれぞれ付着された薄い被覆である。カソード４３とアノード４７に使用する物質は周囲の大気内で反応せず、または腐食されないことが望ましい。図２に示す実施形態では、好適なカソード物質はラムダＭｎＯ₂とすることができ。好適なアノード物質は銀とすることができる。アノード基板４８は導電性であることが好ましく、かつ炭素であることが好ましい。カソード基板４２は導電性である。（アノード基板４８に非導電性物質を使用することが可能であるが、導電性基板が好ましく、ここで説明することにする。）導電性アノード基板４８を用いて金属の電気的に絶縁された島が基板上に現れることを阻止し、アノード４７が一端から他端まで電気化学的に取り去られる（除去される）。その他の要求は、アノード基板４８の色をアノード４７の色に対して高いコントラストを成す色にして、アノード４７の除去を非常に見分けやすい視覚的指示を与えるようにすることである。カソード４３とアノード４７の相互間および下側の導電性基板の好適な構成を図２に示す。間隔４４がカソード４３をアノード４７から分離し、かつ、図２に最も良く見えるように、下側の導電性基板４２を４８から分離する。また、導電性基板４２と４８の下に絶縁物質の膜３５を設けることができる。
導電性基板４２（図２）は上のカソード物質の縁部４３（ｂ）を超えて延長して、延長させられた基板部分４２（ａ）を形成できる。同様に、導電性基板４８は上のアノード物質の縁部４７（ｂ）を超えて延長して、延長させられた基板部分４８（ａ）を形成できる。延長させられた部分４２（ａ）と４８（ａ）との表面に接着剤を塗布して、導電性基板４２と４８との周辺の周囲に接着剤境界５５を形成する。接着剤境界５５はカソード４３とアノード４７の上に窓スペース５３を形成する。透明な電解質の層４５がカソード４３とアノード４７を覆うように層４５が窓スペース５３内に付着される。延長させられた基板部分４８（ａ）の端部４８（ｂ）が電池２０のアノード側から突き出る。同様に、延長させられた基板部分４２（ａ）の端部４２（ｂ）が電池２０のカソード側から突き出る。アルミニウム箔６５の一片が、それとアノード基板端部４８（ｂ）との間に置かれた導電性接着剤６２を用いてアノード基板端部４８（ｂ）に取り付けられる。箔６５は基板４８からバッテリー負端子１１５（図２Ａ）まで電流を流す。カソード基板端部４２（ｂ）の１番上の表面が導電性接着剤６１で被覆される。窓５３の上に透明な障壁膜５２が付着される。その膜の縁部が接着剤境界５５に接触する。したがって、障壁膜５２は電解質４５を被覆して緊密に封止する保護膜である。障壁膜５２は接着剤境界５５により所定場所に保持される。指示体電池２０は、絶縁膜３５の下の状態指示体の下側に付着されている感圧接着剤３２により主電池３０のケースに固定できる。
補助電池２５（図１）は薄くて平らなパワー電池であることが望ましい。補助電池２５の厚さは１００ミル（２．５ｍｍ）より薄く、好ましくは約２ミルと約１００ミル（０．０５ｍｍと２．５ｍｍ）の間であり、より好ましくは約２ミルと約１５ミル（０．０５ｍｍと０．４ｍｍ）の間である。補助電池２５はアノード活性物質の被覆７７と、カソード活性物質の被覆８３と、それの間の電解質層７３とを含む。アノード活性物質７７は導電性基板７６に被覆すなわち重ねることができる。アノード活性物質７７は電解質７３が充てんされている分離体７２に接触する。導電性基板８１に被覆すなわち重ねることができるカソード活性物質８３も、分離体７２に含まれている電解質７３に接触する。アノード活性物質７７とカソード活性物質８３は炭素が被覆されたアルミニウムまたは金属箔とすることができる。導電性接着剤９２を、導電性基板８１の露出されている表面に接触させて、補助電池２５の下側に付着することができる。補助電池２５のアノードタブ７７（ａ）が指示体電池２０のカソード基板タブ４２（ｂ）に接触するように、アノードタブ７７（ａ）を取り付けることにより、補助電池２５は指示体電池２０に電気的に接続される（図２）。指示体電池２０のカソード４２への補助アノード活性物質７７のこの電気的接続は、図１の回路図と一致する。主電池、通常は普通のアルカリ電池、への接続を図２Ａを参照して説明する。補助カソード活性物質８３を主電池ハウジングに図２Ａに示すように接続する導電性接着剤９２（図２）を介して、補助カソード活性物質８３は主電池３０の正端子１４５に電気的に接続されるようになる。導電性接着剤６２が主電池の負端部キャップ１１０（図２Ａ）に接触するように、箔タブ６５が押されて端部キャップ１１０に永久に接触させられる。そのような接続により指示体電池２０のアノード４７が主電池３０の負端子に電気的に接触させられる。
状態指示体１０を主電池のフィルムラベル５８の内面に図２Ａに示すように一体にできる。ラベル５８は、塩化ポリビニルまたはポリプロピレンなどの熱収縮膜にすることが望ましい。指示体電池２０と補助電池２５を構成する各被覆を順次印刷または順次重ねることにより、状態指示体１０をラベルの一方の側に形成できる。耐熱感熱接着剤の層をラベルの内面に付着でき、状態指示体が一体にされているラベルを主電池１０のハウジングの周囲に巻き付けることによって、主電池１０に取り付けることができる。その後で、ラベルの縁部を熱収縮させるために十分加熱することにより、ラベルの端部を上肩部１５２と下肩部１５４との上に通常のやり方で熱収縮させることができる。
動作時には、主電池３０が放電すると、指示体アノード活性物質４７が放電する（クリヤする）。アノード活性物質４７は、アノード活性層のうちカソード層４３に最も近い部分から、すなわち、端部４７（ａ）から徐々に消滅する。このために視覚的に見分けることができる燃料計効果が得られる。主電池３０の寿命中の任意の時に電池２０に残っている指示体アノードの量を透明な電解質４５を通じて容易に見ることができる。これにより、指示体電池２０に残っているアノード４７の量を窓５３を通じて視覚的に検査することにより、主電池の放電度を容易に検査できる。アノード４７が十分に消耗されて主電池３０を取り替えなければならないときを指示することを容易にするために、較正したグラフィックス尺度を指示体アノード４７の近くに設けることができる。
状態指示体１０を製造するために下記の材料を使用できる。指示体電池アノード４７は、スパッタリングまたは電子ビーム蒸着によりアノード基板４８の上に付着された銀被覆（厚さが５００オングストロームと１０００オングストロームの間）で構成できる。指示体電池アノード基板４８とカソード基板４２は炭素充填ポリエチレン材料（３ＭからのVelstat）で構成できる。Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．（ＣＭＩ）。あるいは、アノード基板４８は、Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏ．からのＡＣＬＡＲフィルム（ポリクロロトリフルオロエチレン）、または酸化すずインジウム（ＩＴＯ）などの導電性膜を被覆したＩＣＩ ＡｍｅｒｉｃａｓからのＫＡＬＯＤＥＸフィルム（ポリエチレン・ナフタレート）などの絶縁プラスチックフィルムで構成できる。あるいは、アノード基板４８は絶縁材料で構成できる。アノード基板４８の厚さは約０．５ミルと１ミルの間が望ましい。
指示体電池カソード４３は、たとえば、Ｖ_２Ｏ_５またはラムダＭｎＯ_２などのカソード活性物質を含むカソード混合物で構成できる。Ｖ_２Ｏ_５またはラムダＭｎＯ_２物質を含むカソード混合物は、そのような物質に、たとえば、炭素、黒鉛、または金属粉末などの導電性粒子を混合することにより製造できる。カソード混合物には結合剤と、ポリふっ化ビニリデンおよび１−メチル−２−ピロリジノン（１−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｏｎｅ）などの溶剤を更に混合して被覆可能なインキを構成できる。その後でこのインキを０，２〜２ミル厚の湿った膜としてカソード基板４２の上に被覆し、乾燥させてカソードを構成できる。
指示体電池電解質４５（図２）は、銀トリフルオロメタンスルフォニルイミド（ＡｇＴＦＳＩ）と、３−メチルスルフォラン（３−methylsulfolane）溶液に溶解されているリチウム・トリフルオロメタンスルフォニルイミド（ＬｉＴＦＳＩ）とを混合したもので構成した電解質溶液をまず形成し、その後でその溶液をポリふっ化ビニリデンでゲル化して構成できる。電解質４５は、電解質溶液８重量部にポリふっ化ビニリデン３重量部を混合することにより製造される。この混合物を１４０℃の温度で希望の厚さ、好ましくは約１ミルと約４ミル（０．０２５ｍｍと０．１０ｍｍ）の間、に押し出して、指示体電池アノード４７とカソード４３との上に付着する。
指示体接着剤フレーム５５（図２）を広範囲の感圧接着剤から選択できる。望ましい接着剤は、ＥＸＸＯＮ Ｃｏ．からＢｕｔｙｌ ０６５ゴム接着剤として入手できる、ポリイソブチレン／イソプレン共重合体接着剤などの、ブチルゴムをベースにした通常の接着剤である。接着剤フレーム５５の厚さは約１ミルと約２．５ミル（０．０２５ｍｍと０．０６２５ｍｍ）の間が望ましい。指示体透明障壁５２は、厚さが約０．６ミルと約１ミル（０．０１５ｍｍと０．０２５ｍｍ）の間のＡＣＬＡＲ（ポリクロロトリフルオロエチレン）フィルム（Allied Signal Co.）、またはＫａｒｏｄｅｘフィルム（ポチエチレン・ナフタレート）で構成できることが望ましい。導電性接着剤６２は、商品名ＡＲＣＬＡＤ導電性転写接着剤（transfer adhesive）の下にＡｄｈｅｓｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ．から入手できる接着剤などの、炭素充填導電性接着剤であることが望ましい。接着剤膜の厚さは約０．５ミル（０．０１２ｍｍ）であることが望ましい。箔裏打ち６５は約０．２５ミルと約０．５ミル（０．００６ｍｍと０．０１２ｍｍ）の間の厚さのアルミニウム箔であることが望ましい。
補助電池２５で使用する材料は指示体電池の開回路電圧に依存する。状態指示体組立体１０全体としての全開回路電圧が、放電させられる主電池の全開回路電圧と同じであるように、補助電池２５の材料が選択される。補助電池２５には水性電解質または有機電解質を使用できる。水性電解質を使用したとすると、典型的な補助電池はその導電性基板８１を導電性炭素充填ポリ（酢酸ビニル）／ポリ（塩化ビニル）重合体フィルム（Rexham Graohics導電性プラスチックフィルムｎｏ．２６６４−０１）で構成できる。上記のように、導電層８１はアルミニウム箔の層８２に重ねられる。導電性ポリマーフィルムの厚さは１ミル（０．０２５ｍｍ）であることが望ましく、アルミニウム箔の厚さは約０．２５ミルと約０．５ミル（０．００６ｍｍと０．０１２ｍｍ）の間であることが望ましい。補助電池カソード８３は電解質の二酸化マンガン（ＥＭＤ）Ｘ％と、黒鉛（９０−Ｘ）％と、塩化ポリビニル結合剤１０％とを含む印刷した被覆で構成することが望ましい。ＥＭＤと黒鉛との混合物３重量部を、水性０．７５％Ｃａｒｂｏｐｏｌ９４０（S.F.Goodrich Co.）交差結合したアクリル酸共重合体７重量部中に分散させ、その混合物のｐＨをＫＯＨで１０まで調整し、その後で、ＨＡＬＯＦＬＥＸ３２０（相ci Americas-u.s.Resins Division）ＰＶＣラテックスを、最終の乾燥したカソード物質１０ｗｔ．％を含むのに十分な量加えることにより、カソード活性層８３を製造できる。その後でこの混合物を湿った膜（厚さ０．２ないし０．５ミル）として、炭素充填重合体層８１に被覆し、次に空気乾燥して乾燥したカソード活性層８３を形成する。
補助電池分離体７２は、ＺｎＯを加えてｐＨ４に調整した水性ＺｎＣｌ約２４ないし３２重量％で構成された電解質溶液７３を約２〜８マイクロリットル含む、厚さが約１ミル（０．０２５ｍｍ）のニトロセルローズまたはセロファンのｏ多孔性膜とすることができる。アノード７７の外縁部とカソード８３との間にシール８６が設けられて補助電池を一緒に保持し、汚染物質が電池内部に入ることを阻止する。シール８５は酢酸ポリビニル／塩化ポリビニルの熱封止可能なフィルムで適当に形成できる。あるいは、Ｅｘｘｏｎ Ｃｏ．からのＢｕｔｙｌ ０６５ゴムなどのブチルゴム感圧接着剤で構成できる。シール８５の厚さは約１ミルと２ミル（０．０２５ｍｍと０．０５ｍｍ）の間にすると有利である。
ポリ（酢酸ビニル）／ポリ（塩化ビニル）重合体フィルム（Rexham Graohics導電性プラスチックフィルムｎｏ．２６６４−０１）で構成された基板７６に補助電池アノード物質７７を被覆できる。アノード物質７７とは反対側の基板７６の表面上のアルミニウム箔の層（図示せず）に基板７６を重ねることができる。導電性共重合体フィルムの厚さは約１ミル（０．０２５ｍｍ）であることが望ましく、アルミニウム箔の厚さは約０．２５ミルと約０．５ミル（０．００６ｍｍと約０．０１２ｍｍ）の間が望ましい。補助電池アノード層７７は９０％アノード粉末、（たとえば、必要な電圧に応じて亜鉛粉末またはその他の金属粉末）９０％と、スチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）結合剤１０％とで構成された被覆とすることができる。アノード層７７は、Ｚｎ粉末（粒子寸法が５ないし７ミクロン）６．５重量部を水性１．２５％Ｃａｒｂｏｐｏｌ ９４０交差結合したアクリル酸共重合体ゲル（ＫＯＨでｐＨを１２に調整してある）中にまず分散して製造する。その後で、スチレン−ブタジエン・ゴムラテックス（Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａｓｓ Ｃｏ．からのＧＯＶＥＮＥ ５５５０ラテックス）を、最終的な乾燥フィルム中の亜鉛９部当りスチレン−ブタジエン・ゴム１重量部を生ずるために十分な量だけ加える。その後で、この混合物を湿った膜（０．５ミルないし１．５ミルの厚さ）として炭素充填重合体層７６の上に被覆し、その後で空気乾燥する。
補助電池接触接着剤６１と９２を種々の導電性接着剤から選択できる。適当な接着剤６１または９２は，Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ．からＡＲＣＬＡＤとして入手できる導電性炭素充填転写接着剤とすることができる。そのような接着剤は、アルミニウム箔層８２の上に約０．５ミル（０．０１２ｍｍ）の厚さに塗布して接着剤層９２を形成できる。同じ接着剤組成を約０．５ミル（０．０１２ｍｍ）の厚さに塗布して、指示体カソード基板端部４２（ｂ）上に接着剤層６１を形成できる。
指示体裏打ち接着剤３２を広範囲の感圧接着剤から選択できる。望ましい接着剤３２は、Ｅｘｘｏｎ Ｃｏ．からのＢｕｔｙｌ ０６５ゴムなどのブチルゴム感圧接着剤である。
下記は図２を参照して説明したテスターの動作例である。
例１
好適な実施形態（図２）で説明した種類の動作状態指示体組立体１０を製作し、種々の負荷を通じて放電させた通常のＺｎ／ＭｎＯ₂（１．５ボルト）アルカリ電池の充電の状態を指示するために使用した。
図２を参照して説明した指示体電池２０を以下の部品で製造した。導電性炭素充填基板４８（３ＭからのＶｅｌｓｔａｔ炭素充填ポリエチレン）上に６００オングストロームの銀をスパッタ付着することにより指示体電池アノード４７を製造した。アノードの面積は約０．８６ｉｎ（２．２ｃｍ）×０，２ｉｎ（０．５２ｃｍ）である。Ｖ₂Ｏ₅と黒鉛が７０：３０（重量比）のカソード混合物をまず製造することによって指示体電池カソード４３を製造した。その後で、このＶ₂Ｏ₅と黒鉛との混合物３ｇｍに０．４ｇのフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）と、４．５ｇの１−メチル−２−プロリジノンとを混合してインキを製造した。このインキを基板４２（Ｖｅｌｓｔａｔ炭素充填ポリエチレン）上に塗布し、空気中で１５０℃で１時間乾燥して１ミル厚さのカソード被覆を形成した。カソードの面積は約０，２ｉｎ（０．５２ｃｍ）×０，２ｉｎ（０．５２ｃｍ）である。内部スペースが長さ約０．７ｉｎ．幅約０．３０ｉｎの、２．５ミル（０．０６ｍｍ）厚のブチルゴム感圧接着剤窓の内部に約０．０５ｉｎ（０．１３ｃｍ）の間隙でカソードはアノードから分離される。溶剤中の０．５ＭのＬｉＴＦＳＩ（リチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド）と０．００３ＭのＡｇＴＦＳＩ（銀トリフルオロメタンスルホニルイミド）で構成され、好適な実施形態について前記したようにして製造した、長さ約０．６１ｉｎ．幅約０．２ｉｎの、２ミル厚の透明な電解質によりアノードとカソードは接触させられる。長さ約１ｉｎ．幅約０．６０ｉｎの、１ミル厚のＫＯＬＯＤＥＸポリ（エチレン・ナフタレート）の透明な障壁膜５２を用いて指示体を封止する。完成した指示体の厚さは約６ミルと約７ミル（０．１５ｍｍと０．１８ｍｍ）の間である。
図２を参照して説明した種類の補助電池２５を以下の部品で製造した。電解質二酸化マンガン（ＥＭＤ）を含む二酸化マンガン層を、前記Ｒｅｘｈａｍ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ｎｏ．２６６４−０１導電性炭素充填プラスチックフィルムで構成された導電性基板８３上に被覆することにより、補助電池過疎８３を製作する。二酸化マンガン被覆を、ＥＭＤ６８％と黒鉛１７％を含む乾燥組成の０５ミル厚の湿った膜として付着する。
前の説明で述べたＲｅｘｈａｍ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ｎｏ．２６６４−０１導電性炭素充填プラスチック基板上に亜鉛被覆を付着することにより、補助電池アノード７７を製造する。乾燥亜鉛アノードの厚さは約１ミルで、面積が約０，０７０ｉｎ²（０．４５ｃｍ²）であって、過疎の容量の数倍の容量となる。ｐＨ４（２８％のＺｎＣｌ₂）の電解質を約６×１０^-6リットル含む１ミル厚のセロファン膜を用いて分離体７２を製造する。シール８５は、補助電池を封止するために用いる、２ミル厚のブチルゴム感圧接着剤（ＥｘｘｏｎからのＢｕｔｙｌ ｒｕｂｂｅｒ ０６５接着剤）である。完成した補助電池の厚さは約８ミルであって、１ＫＨｚで測定した交流抵抗値は約２ｋオームであった。
指示体電池と補助電池は互いに直列接続されて、図２に示すような状態指示体組立体１０を形成する。完成した状態指示体１０の厚さは、この例では、約６ミルと約８ミル（０．１５ｍｍと０．２ｍｍ）の間である。状態指示体１０は、新しいＺｎ／ＭｎＯ₂（１．５ボルト）単２アルカリ電池の端子に、前記したように、ＡＲＣＬＡＤ０．５ミル厚導電性接着剤（６１と９２）を用いて図１と図２Ａに示すように並列接続される。指示体電池２０は正の起電力（ｅ．ｍ．ｆ．）を持つ。状態指示体組立体１０の開回路電圧は全体として、放電させられている主電池のそれとほぼ同じである。
単２電池は１オーム、４オーム、３６オームまたは７５オームの負荷抵抗を通じて連続的または断続的に、１．５ボルトから０．８ボルトまで放電させられる。指示体電池２０を流れる電流は約（０．５〜２）×１０^-4ａｍｐｓである。あらゆる場合に、指示体アノードは計器のようにして除かれて、下側の黒い導電性アノード基板４８を視覚的に出現させる。除去はカソードに最も近い端部４７ａから始まり、カソードの他端部まへ向かって進む。除去の量は単２電池の放電度に比例相関する。したがって、このテスターは主電池の実効充電状態指示体として機能する。
この例で説明した特定の状態指示体組立体を用いて、約１オームと約１０００オームの間の負荷抵抗値で通常動作できる通常のＺｎ／ＭｎＯ₂アルカリ電池の状態を試験できるから有利である。しかし、本発明の応用はアルカリ電池に限定することを意図するものではなく、それよりもむしろ任意の乾電池の状態を試験するために効果的に使用できる。
例２
指示体電池２０は、Ｖ₂Ｏ₅カソード混合物を、ラムダＭｎＯ₂を含んでいる異なるカソード混合物で置き換えられたことを除き、例１で説明したのと同じやり方で製造される。ＬｉＭｎ₂Ｏ₄と黒鉛との混合物（７０：３０重量比）３ｇと、ポリビニリデン・フルオライド（ＰＶＤＦ）０．４ｇと、ｎ−メチルピロリジン（ＮＭＰ）０．４５ｇと混合することによりカソードインキをまず製造する。このカソードインキを基板４２３（ＶＥＬＳＴＡＴ物質）上に塗布し、空気中において１５０℃で１時間乾燥させる。乾燥したインキに含まれているＬｉＭｎ₂Ｏ₄は、基板上の乾燥したインキを０．０３ＭのＨ₂ＳＯ₄内で３０分間浸出することによりラムダＭｎＯ₂に転化させる。酸浸出の後で、カソードを水洗いし、空気中で１時間乾燥する。指示体電池２０は、Ｐｂアノードを使用することを除き、例１で説明したのと同じやり方で製造する。Ｐｂアノードは、Ｐｂ粉末をＺｎの代わりに用いることを除き、Ｚｎアノードと同じやり方で製造できる。使用する電解質はＰｂＣｌ₂で飽和されたｐＨ４の２８％ＺｎＣｌ₄である。したがって、製造した補助電池の開回路電圧（ＯＣＶ）は約１．０５ボルトである。
指示体電池と補助電池は例２におけるのと同様に互いに直列接続されて、新しいＺｎ／ＭｎＯ₂（１．５ボルト）単２アルカリ電池に接続される状態指示体組立体１０を構成する。この状態指示体組立体１０の開回路電圧は単２電池のそれとほぼ同じである。単２電池の放電中は、状態指示体は例１のそれと同様に挙動する。あらゆる場合に、指示体アノードは計器のようにして無くなって下側の黒い導電性基板４８を視覚的に出現させる。除去はカソードに最も近い端部４７（ａ）から始まり、アノードの他端部へ向かって進む。除去の量は単２電池の放電度に比例して相関する。したがって、組立体１０は主電池の実効充電状態指示体として機能する。
特定の実施形態および特定の製造材料について本発明を説明したが、本発明の概念から逸脱することなしに他の実施形態および他の材料が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明はここで説明した特定の実施形態に限定することを意図するものではなく、むしろ発明の範囲は請求の範囲およびそれに均等なものにより定めるものである。

Claims (10)

1. バッテリーと、そのバッテリーの充電の状態を決定するためのバッテリー状態指示体組立体と、による状態表示器付バッテリーであって、前記バッテリーはケースと、負端子と、正端子とを備え、前記状態指示体組立体は前記バッテリーに取り付けられるラベルに一体にされ、前記指示体組立体は指示体電池を備え、その指示体電池はアノードと、カソードと、電解質とを含み、その電解質は指示体電池の前記アノードと前記カソードとの少なくとも一部に電気的に接触し、前記指示体電池はそれ自身の起電力（ｅ．ｍ．ｆ．）を持ち、指示体電池の前記アノードとカソードの一方の少なくとも一部が見えることができ、前記状態指示体組立体は電力発生電気化学的電池である補助電池を更に備え、その補助電池はアノードと、カソードと、電解質とを含み、その電解質は前記補助電池のアノードとカソードとの少なくとも一部に電気的に接触し、補助電池のアノードとカソードの一方は指示体電池のアノードとカソードの一方に電気的に接続され、補助電池の残りの電極と指示体電池の残りの電極とはバッテリーの端子に並列に接続されると共に、前記指示体電池及び前記補助電池の合計の開回路電圧が前記バッテリーの開回路電圧と同じである、状態表示器付バッテリー。
2. 請求の範囲１記載の状態表示器付バッテリーであって、電池状態指示体組立体の厚さが約２ミルと約１００ミル（０．０５ｍｍと２．５ｍｍ）の間である状態表示器付バッテリー。
3. 請求の範囲１記載の状態表示器付バッテリーであって、指示体電池のアノードとカソードは異なる電気化学的に活性な物質である状態表示器付バッテリー。
4. 請求の範囲１記載の状態表示器付バッテリーであって、指示体電池のアノードがどの部分も電解質電池カソードのどの部分とも重なり合わないように、指示体電池のアノードとカソードは横に離隔される状態表示器付バッテリー。
5. 請求の範囲１記載の状態表示器付バッテリーであって、前記指示体電池のアノードは銀を含む状態表示器付バッテリー。
6. 請求の範囲５記載の状態表示器付バッテリーであって、前記指示体電池のカソードは
   Ｖ₂Ｏ₅を含む状態表示器付バッテリー。
7. 請求の範囲５記載の状態表示器付バッテリーであって、前記指示体電池のカソードはラムダＭｎＯ₂を含む状態表示器付バッテリー。
8. 請求の範囲５記載の状態表示器付バッテリーであって、指示体電池電解質はリチウム・トリフルオロメタンスルフォニルイミドおよび銀トリフルオロメタンスルフォニルイミドを含む状態表示器付バッテリー。
9. 請求の範囲１記載の状態表示器付バッテリーであって、補助電池のアノードは亜鉛を含み、補助電池のカソードは二酸化マンガンを含む状態表示器付バッテリー。
10. 請求の範囲１記載の状態表示器付バッテリーであって、補助電池のアノードは鉛を含み、補助電池のカソードは二酸化マンガンを含む状態表示器付バッテリー。

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