JP4535617B2 - 大口径の開口末端を有する缶を用いて形成される電気化学電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、電気化学電池に関する。特に、本発明は、非円筒状の容器を有する電気化学電池の製造方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
従来のアルカリ電池は、一般に、一方の端部に正極カバーが設けられ、反対の端部に負極のカバーが設けられた、円筒形状のスチール缶を採用している。この円筒状のスチール缶は、カソードと呼ばれる正電極を収容しているが、これは、好ましくは二酸化マンガン、グラファイト、水酸化カリウム溶液、脱イオン水、及びその他の添加剤の混合物で形成されており、円筒状のスチール缶の内部側面の周囲に形成されるのが通常である。通常、カップ形状のセパレータが、カソードの内部表面の周囲に配置される。負電極は、アノードと呼ばれ、一般に亜鉛粉末、ゲル化剤、及びその他の添加剤で形成され、電解質溶液に沿ってセパレータ内に施与される。
従来の円筒状の電池は、ＡＡＡＡ、ＡＡＡ（Ｒ０３）、ＡＡ（Ｒ６）、Ｃ（Ｒ１４）、及びＤ（Ｒ２０）のサイズで、電気で作動する様々なデバイス用の電源として使用するのに、広く入手可能である。従来の円筒状の電池が普及しているにも関らず、非円筒形の電池構造を提供することに対する潜在的な要求が存在することが見出された。そのような潜在的な要求の一つは、通常電気的に直列に接続された１．５ボルトのセルを収容する９ボルトバッテリ等の、多重セルバッテリにおける使用との関係で存在する。従来は、多数の円筒状セルが、単一の方形容器内に一緒に組み立てられており、これによって、隣接するセルの間、並びに、各セルとバッテリ容器の内壁との間に、未使用の空間が存在する結果となっていた。さらに、多数のバッテリで作動する電気デバイスに、有効寿命が増大し得る非円筒状の電池を使用可能であることも見出された。非円筒状の電池の一例が、共に係属する米国特許出願第０９／１１０１１９号（発明の名称：「電気化学セル及びバッテリ」、１９９８年４月２日出願、ルイス・アリーによる。）の明細書に開示されている。
【０００３】
アルカリバッテリの設計における主たるゴールは、電池の有効寿命を増大させることにある。他のゴールは、高品質な電池の製造技術を達成することにある。有効寿命とは、所定の負荷の下で、電池がもはや意図された目的には有用ではなくなる特定の電圧まで、電池が放電する時間の長さである。市販されているアルカリセル及びバッテリは、通常、工業規格によって規定された外部寸法を有しており、これによって、所定の電池内の活物質の量を増加させる能力には限界があり、また使用可能な容積は制限される。したがって、有効寿命を増大させ、好適な製造技術を提供するための新たな方法を見出すことに対する要求が、電池設計者の主たるゴールとして依然として存在する。
米国特許第５，４９０，８６７号明細書は、方形の特大の口を有する方形の缶を備える電気化学電池を開示している。この缶の開口部は、次いで缶の半径方向のいずれの最大寸法をも超えないサイズまで縮小され、方形の縮小されたサイズの口が提供される。
【０００４】
（発明の開示）
開口末端が特大の口を有する非円筒状の缶であって、少なくとも部分的に缶を充填した後に、この口をクリンプし、完全にシールすることが可能であるものから製造を開始することによって、無駄な空間が著しく少ない電池を提供することが可能であることが見出された。
本発明は、活物質のアッセンブリを電池内部に収容するための拡大された開口末端を有する缶を用意し、この拡大された開口末端を、小型で円形のカバーに都合よく適合し得る縮小されたサイズの円形の開口末端に縮小することによって、方形の構造の缶等の非円筒状の角柱状の缶を有する電池の組立てを改良するものである。
【０００５】
したがって、第１の観点において、本発明は、電気化学電池を組み立てる手法あるいは方法であって、開口末端を有する非円筒状の缶（好ましくは、その長さに沿って、実質的に固定された断面を有するもの）を使用する工程を含み、該開口末端の口は全体として環状であり、該口は、該缶の半径方向の断面のいずれの寸法よりも小さい寸法を有さず、該缶の口は、他の要素が装填される間あるいはその後、シールされる前に、そのサイズが縮小される、前記製造方法を提供する。この方法により、電池の構成要素を装填する上での妨げはなく、また末端カバーを便宜上環状とすることができる。
一般に、上記の口は、前記缶の本体の残りの部分と同軸であるのが好ましい。これによって、製造が容易になり、また缶の口の製造において無駄になる材料が最少となる。
缶の本体は、正方形、長方形、または楕円形等の任意の一般的な形状であってよく、あるいは不規則な形状を有していてもよいが、一般に、充填の目的から、電池の長さに沿って断面が一貫しているのが好ましい。また、缶の口は、缶の断面の最大寸法よりも小さい寸法を有さず、実質的に環状であるのが好ましい。
【０００６】
缶の開口末端から口への移行部は、本発明にとってさほど重要な事項ではない。この移行部は、断崖状のものであっても、斜面状のものであってもよい。ただし、材料の浪費を最少とするため、製造と、圧縮しあるいはクリンプして口のサイズを縮小するのに必要とされる材料の量との両方の観点から、斜面状の移行部が一般には好ましい。
口は、縮小後、必ずしも環状である必要はないが、他の形状は、信頼性をもって製造するのがより困難であり、そこにカバーを組み立てることに伴う問題をもたらす傾向にあることが多い。したがって、実質的に環状に収縮された開口が好ましい。
開始時の口のサイズは缶よりも一般に大きいのに対し、最終的なサイズは、缶の全体的な半径方向の領域と同等であるかあるいはそれより小さいのが好ましく、缶の半径方向の断面のいずれの寸法を超える寸法も存在しないのが好ましいと考えられる。
一般に、該電池は、当業界で公知の手段によって、また以下に記載する通り、製造することができる。
かくして、他の観点において、本発明は、特大の口を有する非円筒状の缶を備えた電気化学電池であって、該口が、前記缶の半径方向の断面の残りの部分の寸法を超える寸法を有し、該特大の口が、該缶の半径方向のいずれの最大寸法よりも小さいサイズに縮小されており、縮小されたサイズの口が実質的に環状である、前記電池を提供する。
【０００７】
一般に、本発明は、電気化学電池の製造方法であって、閉じた底部末端及び大口径の円形の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程を含む、前記製造方法を提供する。該大口径の円形の開口頂部末端は、該角柱状の部分の最大内部断面幅に少なくとも等しい直径を有する。この方法は、カソードを、前記大口径の開口頂部末端を通して前記角柱状の部分の内部へ配置する工程を含む。該カソードは、その内部の中央に形成されたキャビティを有し、該キャビティと前記缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積を該カソードが消費するように、該缶内に配置される。この方法は、前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程、及び、さらに前記キャビティ内のセパレータの内部に、アノードを配置する工程をさらに含む。この方法によれば、前記大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、その上に円形のカバーを組み立てる縮小された直径の円形の開口頂部末端が提供される。
【０００８】
他の観点において、本発明は、電気化学電池の製造方法であって、次の工程： 閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
カソードを、前記大口径の開口頂部末端を通して前記角柱状の部分の内部へ配置する工程であって、該カソードが、その内部の中央に形成されたキャビティを有し、該キャビティと前記缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積を該カソードが消費するように配置される、前記工程；
前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程；
前記キャビティ内のセパレータの内部に、アノードを配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記製造方法を提供する。
【０００９】
さらに一般に、電気化学電池の製造方法であって、次の工程：
閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、非円筒状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該非円筒状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
第１の電極を、前記大口径の開口頂部末端を通して前記非円筒状の部分の内部へ配置する工程であって、該第１の電極が、その内部の中央に形成されたキャビティを有し、該キャビティと前記缶の内壁との間の非円筒状の部分の実質的な容積を該第１の電極が消費するように配置される、前記工程；
前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程；
前記キャビティ内のセパレータの内部に、第２の電極を配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記製造方法を提供する。
【００１０】
好ましい形態において、電気化学電池を組み立てるリング成形の方法であって、次の工程：
閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
１つまたはそれより多数の成形されたカソードリングを形成する工程であって、該カソードリングの各々が、前記缶の角柱状の部分の内部に適合するように形成され、さらにその内部に形成されたキャビティを有する、前記工程；
前記１つまたはそれより多数のカソードリングを、前記大口径の開口頂部末端を通して前記角柱状の部分の内部へ配置する工程であって、該１つまたはそれより多数のカソードリングが、該キャビティと前記缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積を消費するように配置される、前記工程；
前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程；
前記キャビティ内のセパレータの内部に、アノードを配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記方法を提供する。
【００１１】
他の形態において、電気化学電池の製造方法であって、次の工程：
閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
カソードを、前記角柱状の部分の内部へ配置する工程；
前記角柱状の部分の内部に、アノードを配置する工程；
前記アノードと前記カソードとの間にセパレータを配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記製造方法を提供する。
【００１２】
前記大口径の開口頂部末端を提供する円筒状の部分を含むように前記缶を形成するのが好ましい。また、前記角柱状の部分と前記円筒状の部分との間にテーパした移行部を形成するのが好ましい。
一般に、縮小された開口頂部末端の直径が、前記角柱状の部分の最小断面幅に等しいかあるいはそれより小さくなるように、大口径の開口末端頂部を縮小させるのが好ましい。これを行うのに好ましい手法は、ロータリースエージ加工である。
好ましい形態では、前記角柱状の部分は、実質的に方形の部分を有する。
前記缶の内部にカソードを配置する工程が、カソードリング成形プロセスを含むのが好ましく、特に、該カソードリング成形プロセスが、相互に積層された多数のカソードリングを挿入する工程を含むのが好ましい。
一般に、前記アノードと接触させて、集電装置を施与するのが好ましい。前記缶は、好ましくはスチール缶である。
【００１３】
非円筒状の部分は、好ましくは角柱状の部分である。
前記角柱状の部分が、前記アノードおよび前記カソードによって実質的に消費されるように、アノード及びカソードを角柱状の部分の内部に配置するのが好ましい。
前記カソードを角柱状の部分の内部に配置する工程が、キャビティをその内部の中央に形成する工程、及び、キャビティと缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積をカソードが消費するように、カソードを配置する工程（ここで、アノード及びセパレータは、キャビティの内部に配置される。）を含むのが好ましい。
【００１４】
本発明はまた、電気化学電池であって：
閉じた底部末端及び円形の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する容器であって、該容器は、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する大口径の開口頂部末端を当初有する、前記容器；
実質的に前記角柱状の部分の内部へ配置された、第１の電極；
実質的に前記角柱状の部分の内部へ配置された、第２の電極；
前記第１の電極と第２の電極との間に配置された、セパレータ；及び、
円形のカバー、
を備え、前記缶の大口径の開口頂部末端は、前記第１の電極の挿入に次いで、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端となるまでそのサイズが縮小され、該縮小された円形の開口末端が、前記角柱状の部分の最小断面幅に等しいかあるいはそれより小さい直径を有するようにされ、前記カバーが、該缶の縮小された円形の開口頂部末端に組み立てられる、前記電気化学電池を提供する。該電池の一般的に好ましい形態は、本発明の方法との関連で上に記載した通りである。
該缶の大口径の開口頂部末端は、カソードの組立て、特にリング成形組立てを都合よく可能にし得る。また、カソードの挿入に続く大口径の開口頂部末端の縮小は、縮小されたサイズの円形の頂部カバーがそこに組み立てられるのを可能にする。
【００１５】
（発明を実施するための最良の形態）
添付した図面を参照して、本発明についてさらに説明する。
図１及び２を参照して、本発明による電気化学電池の組立てで使用する、拡大された開口末端（ここでは、大口径の開口末端１８と呼ぶ。）を有する角柱状のスチール缶１０が示されている。スチール缶１０は、非円筒状の角柱状の部分１２（方形の部分として構成された場合について示されている。）であって、閉じた底部末端１６を有するものを備えている。スチール缶１０は、底部末端１６の反対側に、角柱状の部分１２から大口径の開口頂部末端１８へ移行している円筒状の部分１４を有している。電池１０の角柱状の部分１２には、４つの実質的に平坦であって方形の形状の壁が付与されており、これを丸められた隣接する端部をもって配列して、丸められた角を有する実質的に方形の半径方向の断面を提供することができる。
【００１６】
特に図２を参照して、缶１０の円筒状の部分１４は、角柱状の部分１２の内部へ続く開口部を提供する。円筒状の部分１４は、角柱状の部分１２の対向する壁の間の断面幅Ｗ1よりも大きい直径Ｄ1を有する、大口径の丸い開口部１８を提供する。さらに、円筒状の部分１４の大口径の直径Ｄ1が、角柱状の部分１２の内部の最大断面幅Ｗ2に等しいかあるいはそれより大きいことにより、電池材料をスチール缶１０内に容易に組み立てることができ、円筒部分１４の構造によって妨げられないのが好ましい。
【００１７】
図３に示されている他の形態によって、スチール缶１０を構成してもよい。該他の形態によれば、スチール缶１０は、傾斜角θで角柱状の部分１２の平坦な側壁の各々から円柱状の部分１４へ移行する、平面テーパした移行部２０をさらに備えている。テーパした移行部２０の各々は、０度よりも大きく９０度以下である傾斜角θで設けられている。テーパした移行部２０は、円筒状の部分１４のサイズをスムーズに縮小するのを補助するクロージングのための導入部を提供する。さらに、テーパした移行部２０は、ローラフィーダ及び電池の製造組立てにおいて存在するその他の組立装置における取扱い及び使用を改善することを可能にする。
【００１８】
本発明による電気化学電池の製造方法においては、拡大された大口径の開口部１８を有する角柱状のスチール缶１０を採用する。図４を参照して、電池の製造方法２４が示されている。この電池の製造方法２４は、図１〜３との関連で上に記載した通り、大口径の開口末端１８を有する角柱状のスチール缶１０を形成する工程２６から開始する。スチール缶１０は、深絞り缶成形技術、スタンピング、ハイドロホーミング、あるいはその他の様々なスチール缶製造技術によって、角柱状の部分１２及び円筒状の部分１４とともに形成することができる。本発明の製造方法は、一般に、スチール缶１０が、角柱状の部分１２を有し、また、電池の内部材料の組立てを容易にする、角柱状の部分１２の最大内部断面幅Ｗ2に等しいかあるいはそれより大きい直径Ｄ1を有する拡大された大口径の円形の開口部１８を有することを必要とする。これは、カソードと呼ばれる正電極を予備成形したリングの構造で缶内に施与する、リング成形されたカソードの挿入の技術を可能にするのに、特に有用である。
リング成形されたカソード電池の組立てについては、電池製造方法２４は、１つまたはそれより多数のリング成形されたカソードを形成する工程２８を提供する。リング成形されたカソードを形成するプロセスは、一般に、秤量したカソード混合物をリング形状のダイセットに添加する工程、ダイプレスを使用して、カソード混合物をリングの形状に成形する工程を含む。リング成形されたカソードを形成するプロセスは、当業界で広く知られている。ただし、本発明の成形されたカソードリングは、角柱状の部分１２の内部の形状及びサイズに実質的に従って形成され、またこれを通って中央に延びる円筒状のキャビティを有するのが好ましい。
【００１９】
次に、工程３０は、１つまたはそれより多数のリング成形されたカソードのスチール缶１０への挿入を提供する。これは、所定の数の１つまたはそれより多数のカソードリングをマンドレル上に装填し、次いでこれを缶１０の内部に沈め、アッパーパンチによりカソードリングを缶の内部に押し込むことによって、遂行することができる。特定の電池に挿入されるカソードリングの数は、電池のサイズによって変化し得る。ＡＡＡ及びＡＡＡＡサイズのアルカリ電池と同等の長さ及び幅を有する電池の場合、３つまたは４つのリング成形されたカソードが、各電池のカソードを形成するのに適当であると考えられる。
【００２０】
簡単に図５を参照して、リング成形されたカソードを缶１０へ挿入する工程３０が示されている。成形されたカソードリング４０の各々は、角柱状の部分１２の内壁によって規定されるサイズ及び形状に実質的に従う方形の構造を有する。カソードリング４０は、角柱状の部分１２の内部に挿入されて、相互に積層される。この場合において、カソードリングの各々が、その周囲にある缶１０の内部の壁に接するように、ぴったりと適合する関係にあるのが好ましい。各カソードリングの周縁を規定する外壁は、さらに、炭素が含浸されていてもよい。さらに、各カソードリングは、これを通って延びている円筒状の開口部４２を備えている。缶１０の内部に組み立てられた際、円筒状の開口部４２は整列して、その内部にセパレータ及びアノードが配置されるアノードキャビティを形成する。
【００２１】
図４の製造方法２４に戻って、缶１０の角柱状の部分へリング成形されたカソードを挿入した結果、缶１０の中央の長さ方向の軸を通って内部の円筒状のキャビティが延び、角柱状の部分１２の残りの容積をカソードが実質的に消費する。工程３４によって、カップ形状のセパレータが、内部の円筒状のキャビティの内部に配置される。カップ形状のセパレータの内部に配置されるのは、アノードと呼ばれる負電極であり、これはゲル化されたアノードを含んでいてよい。電解質溶液を、缶１０の内部にさらに配置する。
上記の電池材料を缶１０の内部に配置した後、電池製造方法２４は、円筒状の部分１４のサイズを縮小させることによって、大口径の開口末端１８のサイズを縮小させる工程３６を提供する。組立工程３６の後ではあるが、完全に組み立てられる前の、縮小されたサイズの円形の開口末端を有する部分的に組み立てられた缶１０が、図６及び図７に示されている。大口径の開口末端１８は、好ましくは、缶１０の角柱状の部分１２の最小断面幅Ｗ1に等しいかあるいはそれより小さい直径Ｄ2を有する円形の開口末端５５まで、そのサイズが縮小される。縮小されたサイズの開口末端５５は、円筒状の部分１４を半径方向に内部に向かって絞ることによって得られる。これによって、角柱状の部分１２から縮小されたサイズの円形の開口末端５５へ移行するボトルネック５４が好適に形成される。
【００２２】
大口径の開口末端の縮小は、最大直径の縮小が、直径（線形）の縮小で３０％を、断面積で７０％を超えないのが好ましい。さらに、縮小された円形の頂部末端は、円形の開口末端につながる実質的に円筒状の部分を含んでいてもよい。この円筒状の部分の長さは短いのが好ましく、円形のカバーが円形の開口末端に気密にかみ合う。
直径Ｄ1の大口径の開口部１８を縮小して、直径Ｄ2の縮小されたサイズの開口末端５５とすることは、多数の缶閉鎖技術の任意の１つによって達成し得る。缶閉鎖技術には、衝撃閉鎖、ビード閉鎖、ロータリースエージ、及びローラ閉鎖が含まれるが、これらに限定されるものではない。電気化学電池の開口を閉鎖するこのような技術の１つが、米国特許第３，０６９，４８９号明細書（発明の名称：「容器の閉鎖」）に開示されている。
【００２３】
図４を再度参照して、製造方法２４は、アノードと接触させて集電器を組み立て、また縮小されたサイズの円形の開口頂部末端５５にシール及びカバーアッセンブリを組み立てる工程３８をさらに含む。この工程３８により、缶１０は閉鎖され、シールされる。かくして、大口径の開口末端１８を備える缶を使用することにより、電池材料を容易に挿入することが可能となり、またこの開口末端のサイズを、縮小されたサイズの円形の開口末端に縮小することにより、従来のタイプの円形のカバー及びシールアッセンブリで缶を閉鎖し、シールすることが可能となる。開口末端の縮小によって、都合よく、干渉を生ずることなく複数の電池を相互に連結させることが可能となる。
他の形態によれば、電気化学電池の製造方法２４は、リング成形されたカソードを缶に挿入する工程３０に続いて、円形の大口径の開口末端を部分的に縮小させる工程３２をさらに含んでいてよい。この中間的な縮小工程３２は、部分的に縮小された円形の開口末端であって、次に工程３４に従ってこれを通してセパレータ、アノード、及び電解質を挿入するものを提供する。このアプローチによれば、円形の開口末端のサイズの完全に縮小された寸法への縮小は工程３６で完了し、次いでそこにシール及びカバーアッセンブリが組み立てられる。
【００２４】
図８及び図９を参照して、本発明の製造方法２４にしたがって組み立てられた、完全に組み立てられた電気化学電池５０が示されている。活性電池材料は、実質的に缶１０の角柱状の部分１２の内部に配置されて示されている。円形のカバー及びシールアッセンブリ５６は、缶１０の縮小されたサイズの開口末端に組み立てられる。開口末端のサイズを適切に縮小するとともに、円形のカバー及びシールアッセンブリ５６を、角柱状の部分１２の断面幅Ｗ1に等しいか、あるいはそれより小さくする。したがって、円形のカバー及びシールアッセンブリ５６は、角柱状の部分１２を形成するいずれの側壁をも半径方向に越えて延びないのが好ましい。円形のカバー及びシールアッセンブリ５６は、縮小されたサイズの円形の頂部末端に対し、容易に溶接し、接着剤によって取り付け、あるいは他の方法で組み立てることができる。
外部負極カバー６２を有するカバー及びシールアッセンブリ５６が、電池５０の頂部末端に組み立てられて示されている。収縮チューブ絶縁体の薄膜７２が、スチール缶１０の側面を被覆し、電池の金属ケーシングを電気的に絶縁している。カソード４０は、好ましくは二酸化マンガン、グラファイト、水酸化カリウム溶液、脱イオン水、及びその他の添加剤の混合物で形成されており、セパレータ４４と缶１０の内壁との間に、実質的に角柱状の部分１２の全体に配置されている。カップ形状のセパレータ４４は、電池中での任意の固体粒子の移動を防止する不織布で形成されるのが好ましい。図示されているように、アノード４６及びカソード４０を含む電池５０の活性材料は、角柱状の部分１２に実質的に配置されている。
【００２５】
カバー及びシールアッセンブリ５６は、電池５０の組立てに対するクロージャを提供し、シール体７６及び圧縮部材７４を含んでいる。シール体７６は、一般に、ディスク状の形状とされ、電気的に非伝導性の材料で作製される。圧縮部材７４は、チューブ形状の金属部品であって、集電装置７０の周囲にシール体７６を圧縮する。シールアッセンブリ５６はまた、集電装置７０の露出した末端に溶接された外部負極カバー６２を含み、電池の負極端子を形成している。スチール缶１０のリムは、電池本体に向かって内側にクリンプされ、シールを形成する。カバー６２を伴うシールアッセンブリ５６は、米国特許第５，４２２，２０１号明細書に記載されているもの等の、通常のラウンドアッセンブリを含んでいてよい。
電池５０の底部末端１６は、正極カバーとして機能して、正極電池端子を提供する。カバー及びシールアッセンブリ５６は、負極電池カバー端子６２を備えている。角柱状の缶１０を使用した場合、電池５０は、標準的な円形のカバー及びシールアッセンブリ５６に容易に適合する円形の頂部末端５５を備える一方、直径が電池の壁の幅Ｗ1に等しい従来の円筒状の電池に比べて角柱状の部分１２の容積を増大させることを実現する。これにより、角柱状の部分１２の側壁の幅に等しい直径を有するサイズの従来の円筒状の電池に比べて、活性電池材料を増加させることが可能となる。
【００２６】
アノード４６と呼ばれる負電極は、缶１０の角柱状の部分１２の内部の円筒状容積内に配置するのが好ましいのに対し、カソード４０と呼ばれる正電極は、缶１０の全ての角を含む、セパレータ４４とスチール缶１０の内壁との間の容積を充填するのが好ましいと考えられる。方形の構造を付与することにより、電池５０の角柱状の部分１２の内部の容積は、電池５０の方形の壁の内部に適合し得る寸法を有する従来の円筒状の電池よりも大きくなる。これによって、カソード４０並びにアノード４６の体積を増大させることが可能となる。また、カップ形状のセパレータ４４を、電池５０の長さ方向の軸から半径方向外向きにさらに配置して、アノード４６とカソード４０を相互に分離するアノードからカソードへの一層優れた界面領域を提供してもよい。カソード４０の角に配置されたものを含む、追加の活性材料は、放電して電池５０の容量を増加させると考えられる。
本発明の電池５０は、一方の末端に電池の活性材料を受けるための大口径の開口部１８を有する、非円筒状の角柱状の部分１２を有する缶１０を有利に採用するものであり、リング成形されたカソードアッセンブリに特に好適である。ただし、本発明の製造方法は、衝撃成形等の他のカソードアッセンブリにも同様に適用可能であると考えられる。さらに、本発明の教示は、ボビンタイプの電池に制限されるものではなく、他の可能な電池アッセンブリのうち、ゼリーロール成形あるいは積層いた電池アッセンブリ等の他の電池アッセンブリに、当該教示を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電池の組立てに使用する、大口径の開口末端を有する円筒状の部分を有する、角柱状のスチール缶の透視図である。
【図２】 図１の角柱状の缶の上面図である。
【図３】 他の形態による、大口径の開口末端を有し、テーパした移行部をさらに有する、角柱状のスチール缶の透視図である。
【図４】 本発明の電気化学電池の製造方法を説明するフローダイヤグラムである。
【図５】 リング成形されたカソードアッセンブリを示す、部分的に組み立てられた電池の分解組立図である。
【図６】 本発明の製造方法による、縮小されたサイズの円形の開口末端を有する角柱状の缶を示す、部分的に組み立てられた電池の透視図である。
【図７】 缶の縮小されたサイズの円形の開口末端をさらに示す、図６の部分的に組み立てられた電池の上面図である。
【図８】 完全に組み立てられた電池の、長さ方向の軸から見た断面図である。
【図９】 完全に組み立てられた電池の、図８のＩＸ−ＩＸ線から見た半径方向の断面図である。
【符号の説明】
１０ 角柱状のスチール缶
１２ 角柱状の部分
１４ 円筒状の部分
１６ 閉じた底部末端
１８ 大口径の開口末端
（技術分野）
本発明は、一般に、電気化学電池に関する。特に、本発明は、非円筒状の容器を有する電気化学電池の製造方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
従来のアルカリ電池は、一般に、一方の端部に正極カバーが設けられ、反対の端部に負極のカバーが設けられた、円筒形状のスチール缶を採用している。この円筒状のスチール缶は、カソードと呼ばれる正電極を収容しているが、これは、好ましくは二酸化マンガン、グラファイト、水酸化カリウム溶液、脱イオン水、及びその他の添加剤の混合物で形成されており、円筒状のスチール缶の内部側面の周囲に形成されるのが通常である。通常、カップ形状のセパレータが、カソードの内部表面の周囲に配置される。負電極は、アノードと呼ばれ、一般に亜鉛粉末、ゲル化剤、及びその他の添加剤で形成され、電解質溶液に沿ってセパレータ内に施与される。
従来の円筒状の電池は、ＡＡＡＡ、ＡＡＡ（Ｒ０３）、ＡＡ（Ｒ６）、Ｃ（Ｒ１４）、及びＤ（Ｒ２０）のサイズで、電気で作動する様々なデバイス用の電源として使用するのに、広く入手可能である。従来の円筒状の電池が普及しているにも関らず、非円筒形の電池構造を提供することに対する潜在的な要求が存在することが見出された。そのような潜在的な要求の一つは、通常電気的に直列に接続された１．５ボルトのセルを収容する９ボルトバッテリ等の、多重セルバッテリにおける使用との関係で存在する。従来は、多数の円筒状セルが、単一の方形容器内に一緒に組み立てられており、これによって、隣接するセルの間、並びに、各セルとバッテリ容器の内壁との間に、未使用の空間が存在する結果となっていた。さらに、多数のバッテリで作動する電気デバイスに、有効寿命が増大し得る非円筒状の電池を使用可能であることも見出された。非円筒状の電池の一例が、共に係属する米国特許出願第０９／１１０１１９号（発明の名称：「電気化学セル及びバッテリ」、１９９８年４月２日出願、ルイス・アリーによる。）の明細書に開示されている。
【０００３】
アルカリバッテリの設計における主たるゴールは、電池の有効寿命を増大させることにある。他のゴールは、高品質な電池の製造技術を達成することにある。有効寿命とは、所定の負荷の下で、電池がもはや意図された目的には有用ではなくなる特定の電圧まで、電池が放電する時間の長さである。市販されているアルカリセル及びバッテリは、通常、工業規格によって規定された外部寸法を有しており、これによって、所定の電池内の活物質の量を増加させる能力には限界があり、また使用可能な容積は制限される。したがって、有効寿命を増大させ、好適な製造技術を提供するための新たな方法を見出すことに対する要求が、電池設計者の主たるゴールとして依然として存在する。
米国特許第５，４９０，８６７号明細書は、方形の特大の口を有する方形の缶を備える電気化学電池を開示している。この缶の開口部は、次いで缶の半径方向のいずれの最大寸法をも超えないサイズまで縮小され、方形の縮小されたサイズの口が提供される。
【０００４】
（発明の開示）
開口末端が特大の口を有する非円筒状の缶であって、少なくとも部分的に缶を充填した後に、この口をクリンプし、完全にシールすることが可能であるものから製造を開始することによって、無駄な空間が著しく少ない電池を提供することが可能であることが見出された。
本発明は、活物質のアッセンブリを電池内部に収容するための拡大された開口末端を有する缶を用意し、この拡大された開口末端を、小型で円形のカバーに都合よく適合し得る縮小されたサイズの円形の開口末端に縮小することによって、方形の構造の缶等の非円筒状の角柱状の缶を有する電池の組立てを改良するものである。
【０００５】
したがって、第１の観点において、本発明は、電気化学電池を組み立てる手法あるいは方法であって、開口末端を有する非円筒状の缶（好ましくは、その長さに沿って、実質的に固定された断面を有するもの）を使用する工程を含み、該開口末端の口は全体として環状であり、該口は、該缶の半径方向の断面のいずれの寸法よりも小さい寸法を有さず、該缶の口は、他の要素が装填される間あるいはその後、シールされる前に、そのサイズが縮小される、前記製造方法を提供する。この方法により、電池の構成要素を装填する上での妨げはなく、また末端カバーを便宜上環状とすることができる。
一般に、上記の口は、前記缶の本体の残りの部分と同軸であるのが好ましい。これによって、製造が容易になり、また缶の口の製造において無駄になる材料が最少となる。
缶の本体は、正方形、長方形、または楕円形等の任意の一般的な形状であってよく、あるいは不規則な形状を有していてもよいが、一般に、充填の目的から、電池の長さに沿って断面が一貫しているのが好ましい。また、缶の口は、缶の断面の最大寸法よりも小さい寸法を有さず、実質的に環状であるのが好ましい。
【０００６】
缶の開口末端から口への移行部は、本発明にとってさほど重要な事項ではない。この移行部は、断崖状のものであっても、斜面状のものであってもよい。ただし、材料の浪費を最少とするため、製造と、圧縮しあるいはクリンプして口のサイズを縮小するのに必要とされる材料の量との両方の観点から、斜面状の移行部が一般には好ましい。
口は、縮小後、必ずしも環状である必要はないが、他の形状は、信頼性をもって製造するのがより困難であり、そこにカバーを組み立てることに伴う問題をもたらす傾向にあることが多い。したがって、実質的に環状に収縮された開口が好ましい。
開始時の口のサイズは缶よりも一般に大きいのに対し、最終的なサイズは、缶の全体的な半径方向の領域と同等であるかあるいはそれより小さいのが好ましく、缶の半径方向の断面のいずれの寸法を超える寸法も存在しないのが好ましいと考えられる。
一般に、該電池は、当業界で公知の手段によって、また以下に記載する通り、製造することができる。
かくして、他の観点において、本発明は、特大の口を有する非円筒状の缶を備えた電気化学電池であって、該口が、前記缶の半径方向の断面の残りの部分の寸法を超える寸法を有し、該特大の口が、該缶の半径方向のいずれの最大寸法よりも小さいサイズに縮小されており、縮小されたサイズの口が実質的に環状である、前記電池を提供する。
【０００７】
一般に、本発明は、電気化学電池の製造方法であって、閉じた底部末端及び大口径の円形の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程を含む、前記製造方法を提供する。該大口径の円形の開口頂部末端は、該角柱状の部分の最大内部断面幅に少なくとも等しい直径を有する。この方法は、カソードを、前記大口径の開口頂部末端を通して前記角柱状の部分の内部へ配置する工程を含む。該カソードは、その内部の中央に形成されたキャビティを有し、該キャビティと前記缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積を該カソードが消費するように、該缶内に配置される。この方法は、前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程、及び、さらに前記キャビティ内のセパレータの内部に、アノードを配置する工程をさらに含む。この方法によれば、前記大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、その上に円形のカバーを組み立てる縮小された直径の円形の開口頂部末端が提供される。
【０００８】
他の観点において、本発明は、電気化学電池の製造方法であって、次の工程： 閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
カソードを、前記大口径の開口頂部末端を通して前記角柱状の部分の内部へ配置する工程であって、該カソードが、その内部の中央に形成されたキャビティを有し、該キャビティと前記缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積を該カソードが消費するように配置される、前記工程；
前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程；
前記キャビティ内のセパレータの内部に、アノードを配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記製造方法を提供する。
【０００９】
さらに一般に、電気化学電池の製造方法であって、次の工程：
閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、非円筒状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該非円筒状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
第１の電極を、前記大口径の開口頂部末端を通して前記非円筒状の部分の内部へ配置する工程であって、該第１の電極が、その内部の中央に形成されたキャビティを有し、該キャビティと前記缶の内壁との間の非円筒状の部分の実質的な容積を該第１の電極が消費するように配置される、前記工程；
前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程；
前記キャビティ内のセパレータの内部に、第２の電極を配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記製造方法を提供する。
【００１０】
好ましい形態において、電気化学電池を組み立てるリング成形の方法であって、次の工程：
閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
１つまたはそれより多数の成形されたカソードリングを形成する工程であって、該カソードリングの各々が、前記缶の角柱状の部分の内部に適合するように形成され、さらにその内部に形成されたキャビティを有する、前記工程；
前記１つまたはそれより多数のカソードリングを、前記大口径の開口頂部末端を通して前記角柱状の部分の内部へ配置する工程であって、該１つまたはそれより多数のカソードリングが、該キャビティと前記缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積を消費するように配置される、前記工程；
前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程；
前記キャビティ内のセパレータの内部に、アノードを配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記方法を提供する。
【００１１】
他の形態において、電気化学電池の製造方法であって、次の工程：
閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
カソードを、前記角柱状の部分の内部へ配置する工程；
前記角柱状の部分の内部に、アノードを配置する工程；
前記アノードと前記カソードとの間にセパレータを配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記製造方法を提供する。
【００１２】
前記大口径の開口頂部末端を提供する円筒状の部分を含むように前記缶を形成するのが好ましい。また、前記角柱状の部分と前記円筒状の部分との間にテーパした移行部を形成するのが好ましい。
一般に、縮小された開口頂部末端の直径が、前記角柱状の部分の最小断面幅に等しいかあるいはそれより小さくなるように、大口径の開口末端頂部を縮小させるのが好ましい。これを行うのに好ましい手法は、ロータリースエージ加工である。
好ましい形態では、前記角柱状の部分は、実質的に方形の部分を有する。
前記缶の内部にカソードを配置する工程が、カソードリング成形プロセスを含むのが好ましく、特に、該カソードリング成形プロセスが、相互に積層された多数のカソードリングを挿入する工程を含むのが好ましい。
一般に、前記アノードと接触させて、集電装置を施与するのが好ましい。前記缶は、好ましくはスチール缶である。
【００１３】
非円筒状の部分は、好ましくは角柱状の部分である。
前記角柱状の部分が、前記アノードおよび前記カソードによって実質的に消費されるように、アノード及びカソードを角柱状の部分の内部に配置するのが好ましい。
前記カソードを角柱状の部分の内部に配置する工程が、キャビティをその内部の中央に形成する工程、及び、キャビティと缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積をカソードが消費するように、カソードを配置する工程（ここで、アノード及びセパレータは、キャビティの内部に配置される。）を含むのが好ましい。
【００１４】
本発明はまた、電気化学電池であって：
閉じた底部末端及び円形の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する容器であって、該容器は、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する大口径の開口頂部末端を当初有する、前記容器；
実質的に前記角柱状の部分の内部へ配置された、第１の電極；
実質的に前記角柱状の部分の内部へ配置された、第２の電極；
前記第１の電極と第２の電極との間に配置された、セパレータ；及び、
円形のカバー、
を備え、前記缶の大口径の開口頂部末端は、前記第１の電極の挿入に次いで、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端となるまでそのサイズが縮小され、該縮小された円形の開口末端が、前記角柱状の部分の最小断面幅に等しいかあるいはそれより小さい直径を有するようにされ、前記カバーが、該缶の縮小された円形の開口頂部末端に組み立てられる、前記電気化学電池を提供する。該電池の一般的に好ましい形態は、本発明の方法との関連で上に記載した通りである。
該缶の大口径の開口頂部末端は、カソードの組立て、特にリング成形組立てを都合よく可能にし得る。また、カソードの挿入に続く大口径の開口頂部末端の縮小は、縮小されたサイズの円形の頂部カバーがそこに組み立てられるのを可能にする。
【００１５】
（発明を実施するための最良の形態）
添付した図面を参照して、本発明についてさらに説明する。
図１及び２を参照して、本発明による電気化学電池の組立てで使用する、拡大された開口末端（ここでは、大口径の開口末端１８と呼ぶ。）を有する角柱状のスチール缶１０が示されている。スチール缶１０は、非円筒状の角柱状の部分１２（方形の部分として構成された場合について示されている。）であって、閉じた底部末端１６を有するものを備えている。スチール缶１０は、底部末端１６の反対側に、角柱状の部分１２から大口径の開口頂部末端１８へ移行している円筒状の部分１４を有している。電池１０の角柱状の部分１２には、４つの実質的に平坦であって方形の形状の壁が付与されており、これを丸められた隣接する端部をもって配列して、丸められた角を有する実質的に方形の半径方向の断面を提供することができる。
【００１６】
特に図２を参照して、缶１０の円筒状の部分１４は、角柱状の部分１２の内部へ続く開口部を提供する。円筒状の部分１４は、角柱状の部分１２の対向する壁の間の断面幅Ｗ1よりも大きい直径Ｄ1を有する、大口径の丸い開口部１８を提供する。さらに、円筒状の部分１４の大口径の直径Ｄ1が、角柱状の部分１２の内部の最大断面幅Ｗ2に等しいかあるいはそれより大きいことにより、電池材料をスチール缶１０内に容易に組み立てることができ、円筒部分１４の構造によって妨げられないのが好ましい。
【００１７】
図３に示されている他の形態によって、スチール缶１０を構成してもよい。該他の形態によれば、スチール缶１０は、傾斜角θで角柱状の部分１２の平坦な側壁の各々から円柱状の部分１４へ移行する、平面テーパした移行部２０をさらに備えている。テーパした移行部２０の各々は、０度よりも大きく９０度以下である傾斜角θで設けられている。テーパした移行部２０は、円筒状の部分１４のサイズをスムーズに縮小するのを補助するクロージングのための導入部を提供する。さらに、テーパした移行部２０は、ローラフィーダ及び電池の製造組立てにおいて存在するその他の組立装置における取扱い及び使用を改善することを可能にする。
【００１８】
本発明による電気化学電池の製造方法においては、拡大された大口径の開口部１８を有する角柱状のスチール缶１０を採用する。図４を参照して、電池の製造方法２４が示されている。この電池の製造方法２４は、図１〜３との関連で上に記載した通り、大口径の開口末端１８を有する角柱状のスチール缶１０を形成する工程２６から開始する。スチール缶１０は、深絞り缶成形技術、スタンピング、ハイドロホーミング、あるいはその他の様々なスチール缶製造技術によって、角柱状の部分１２及び円筒状の部分１４とともに形成することができる。本発明の製造方法は、一般に、スチール缶１０が、角柱状の部分１２を有し、また、電池の内部材料の組立てを容易にする、角柱状の部分１２の最大内部断面幅Ｗ2に等しいかあるいはそれより大きい直径Ｄ1を有する拡大された大口径の円形の開口部１８を有することを必要とする。これは、カソードと呼ばれる正電極を予備成形したリングの構造で缶内に施与する、リング成形されたカソードの挿入の技術を可能にするのに、特に有用である。
リング成形されたカソード電池の組立てについては、電池製造方法２４は、１つまたはそれより多数のリング成形されたカソードを形成する工程２８を提供する。リング成形されたカソードを形成するプロセスは、一般に、秤量したカソード混合物をリング形状のダイセットに添加する工程、ダイプレスを使用して、カソード混合物をリングの形状に成形する工程を含む。リング成形されたカソードを形成するプロセスは、当業界で広く知られている。ただし、本発明の成形されたカソードリングは、角柱状の部分１２の内部の形状及びサイズに実質的に従って形成され、またこれを通って中央に延びる円筒状のキャビティを有するのが好ましい。
【００１９】
次に、工程３０は、１つまたはそれより多数のリング成形されたカソードのスチール缶１０への挿入を提供する。これは、所定の数の１つまたはそれより多数のカソードリングをマンドレル上に装填し、次いでこれを缶１０の内部に沈め、アッパーパンチによりカソードリングを缶の内部に押し込むことによって、遂行することができる。特定の電池に挿入されるカソードリングの数は、電池のサイズによって変化し得る。ＡＡＡ及びＡＡＡＡサイズのアルカリ電池と同等の長さ及び幅を有する電池の場合、３つまたは４つのリング成形されたカソードが、各電池のカソードを形成するのに適当であると考えられる。
【００２０】
簡単に図５を参照して、リング成形されたカソードを缶１０へ挿入する工程３０が示されている。成形されたカソードリング４０の各々は、角柱状の部分１２の内壁によって規定されるサイズ及び形状に実質的に従う方形の構造を有する。カソードリング４０は、角柱状の部分１２の内部に挿入されて、相互に積層される。この場合において、カソードリングの各々が、その周囲にある缶１０の内部の壁に接するように、ぴったりと適合する関係にあるのが好ましい。各カソードリングの周縁を規定する外壁は、さらに、炭素が含浸されていてもよい。さらに、各カソードリングは、これを通って延びている円筒状の開口部４２を備えている。缶１０の内部に組み立てられた際、円筒状の開口部４２は整列して、その内部にセパレータ及びアノードが配置されるアノードキャビティを形成する。
【００２１】
図４の製造方法２４に戻って、缶１０の角柱状の部分へリング成形されたカソードを挿入した結果、缶１０の中央の長さ方向の軸を通って内部の円筒状のキャビティが延び、角柱状の部分１２の残りの容積をカソードが実質的に消費する。工程３４によって、カップ形状のセパレータが、内部の円筒状のキャビティの内部に配置される。カップ形状のセパレータの内部に配置されるのは、アノードと呼ばれる負電極であり、これはゲル化されたアノードを含んでいてよい。電解質溶液を、缶１０の内部にさらに配置する。
上記の電池材料を缶１０の内部に配置した後、電池製造方法２４は、円筒状の部分１４のサイズを縮小させることによって、大口径の開口末端１８のサイズを縮小させる工程３６を提供する。組立工程３６の後ではあるが、完全に組み立てられる前の、縮小されたサイズの円形の開口末端を有する部分的に組み立てられた缶１０が、図６及び図７に示されている。大口径の開口末端１８は、好ましくは、缶１０の角柱状の部分１２の最小断面幅Ｗ1に等しいかあるいはそれより小さい直径Ｄ2を有する円形の開口末端５５まで、そのサイズが縮小される。縮小されたサイズの開口末端５５は、円筒状の部分１４を半径方向に内部に向かって絞ることによって得られる。これによって、角柱状の部分１２から縮小されたサイズの円形の開口末端５５へ移行するボトルネック５４が好適に形成される。
【００２２】
大口径の開口末端の縮小は、最大直径の縮小が、直径（線形）の縮小で３０％を、断面積で７０％を超えないのが好ましい。さらに、縮小された円形の頂部末端は、円形の開口末端につながる実質的に円筒状の部分を含んでいてもよい。この円筒状の部分の長さは短いのが好ましく、円形のカバーが円形の開口末端に気密にかみ合う。
直径Ｄ1の大口径の開口部１８を縮小して、直径Ｄ2の縮小されたサイズの開口末端５５とすることは、多数の缶閉鎖技術の任意の１つによって達成し得る。缶閉鎖技術には、衝撃閉鎖、ビード閉鎖、ロータリースエージ、及びローラ閉鎖が含まれるが、これらに限定されるものではない。電気化学電池の開口を閉鎖するこのような技術の１つが、米国特許第３，０６９，４８９号明細書（発明の名称：「容器の閉鎖」）に開示されている。
【００２３】
図４を再度参照して、製造方法２４は、アノードと接触させて集電器を組み立て、また縮小されたサイズの円形の開口頂部末端５５にシール及びカバーアッセンブリを組み立てる工程３８をさらに含む。この工程３８により、缶１０は閉鎖され、シールされる。かくして、大口径の開口末端１８を備える缶を使用することにより、電池材料を容易に挿入することが可能となり、またこの開口末端のサイズを、縮小されたサイズの円形の開口末端に縮小することにより、従来のタイプの円形のカバー及びシールアッセンブリで缶を閉鎖し、シールすることが可能となる。開口末端の縮小によって、都合よく、干渉を生ずることなく複数の電池を相互に連結させることが可能となる。
他の形態によれば、電気化学電池の製造方法２４は、リング成形されたカソードを缶に挿入する工程３０に続いて、円形の大口径の開口末端を部分的に縮小させる工程３２をさらに含んでいてよい。この中間的な縮小工程３２は、部分的に縮小された円形の開口末端であって、次に工程３４に従ってこれを通してセパレータ、アノード、及び電解質を挿入するものを提供する。このアプローチによれば、円形の開口末端のサイズの完全に縮小された寸法への縮小は工程３６で完了し、次いでそこにシール及びカバーアッセンブリが組み立てられる。
【００２４】
図８及び図９を参照して、本発明の製造方法２４にしたがって組み立てられた、完全に組み立てられた電気化学電池５０が示されている。活性電池材料は、実質的に缶１０の角柱状の部分１２の内部に配置されて示されている。円形のカバー及びシールアッセンブリ５６は、缶１０の縮小されたサイズの開口末端に組み立てられる。開口末端のサイズを適切に縮小するとともに、円形のカバー及びシールアッセンブリ５６を、角柱状の部分１２の断面幅Ｗ1に等しいか、あるいはそれより小さくする。したがって、円形のカバー及びシールアッセンブリ５６は、角柱状の部分１２を形成するいずれの側壁をも半径方向に越えて延びないのが好ましい。円形のカバー及びシールアッセンブリ５６は、縮小されたサイズの円形の頂部末端に対し、容易に溶接し、接着剤によって取り付け、あるいは他の方法で組み立てることができる。
外部負極カバー６２を有するカバー及びシールアッセンブリ５６が、電池５０の頂部末端に組み立てられて示されている。収縮チューブ絶縁体の薄膜７２が、スチール缶１０の側面を被覆し、電池の金属ケーシングを電気的に絶縁している。カソード４０は、好ましくは二酸化マンガン、グラファイト、水酸化カリウム溶液、脱イオン水、及びその他の添加剤の混合物で形成されており、セパレータ４４と缶１０の内壁との間に、実質的に角柱状の部分１２の全体に配置されている。カップ形状のセパレータ４４は、電池中での任意の固体粒子の移動を防止する不織布で形成されるのが好ましい。図示されているように、アノード４６及びカソード４０を含む電池５０の活性材料は、角柱状の部分１２に実質的に配置されている。
【００２５】
カバー及びシールアッセンブリ５６は、電池５０の組立てに対するクロージャを提供し、シール体７６及び圧縮部材７４を含んでいる。シール体７６は、一般に、ディスク状の形状とされ、電気的に非伝導性の材料で作製される。圧縮部材７４は、チューブ形状の金属部品であって、集電装置７０の周囲にシール体７６を圧縮する。シールアッセンブリ５６はまた、集電装置７０の露出した末端に溶接された外部負極カバー６２を含み、電池の負極端子を形成している。スチール缶１０のリムは、電池本体に向かって内側にクリンプされ、シールを形成する。カバー６２を伴うシールアッセンブリ５６は、米国特許第５，４２２，２０１号明細書に記載されているもの等の、通常のラウンドアッセンブリを含んでいてよい。
電池５０の底部末端１６は、正極カバーとして機能して、正極電池端子を提供する。カバー及びシールアッセンブリ５６は、負極電池カバー端子６２を備えている。角柱状の缶１０を使用した場合、電池５０は、標準的な円形のカバー及びシールアッセンブリ５６に容易に適合する円形の頂部末端５５を備える一方、直径が電池の壁の幅Ｗ1に等しい従来の円筒状の電池に比べて角柱状の部分１２の容積を増大させることを実現する。これにより、角柱状の部分１２の側壁の幅に等しい直径を有するサイズの従来の円筒状の電池に比べて、活性電池材料を増加させることが可能となる。
【００２６】
アノード４６と呼ばれる負電極は、缶１０の角柱状の部分１２の内部の円筒状容積内に配置するのが好ましいのに対し、カソード４０と呼ばれる正電極は、缶１０の全ての角を含む、セパレータ４４とスチール缶１０の内壁との間の容積を充填するのが好ましいと考えられる。方形の構造を付与することにより、電池５０の角柱状の部分１２の内部の容積は、電池５０の方形の壁の内部に適合し得る寸法を有する従来の円筒状の電池よりも大きくなる。これによって、カソード４０並びにアノード４６の体積を増大させることが可能となる。また、カップ形状のセパレータ４４を、電池５０の長さ方向の軸から半径方向外向きにさらに配置して、アノード４６とカソード４０を相互に分離するアノードからカソードへの一層優れた界面領域を提供してもよい。カソード４０の角に配置されたものを含む、追加の活性材料は、放電して電池５０の容量を増加させると考えられる。
本発明の電池５０は、一方の末端に電池の活性材料を受けるための大口径の開口部１８を有する、非円筒状の角柱状の部分１２を有する缶１０を有利に採用するものであり、リング成形されたカソードアッセンブリに特に好適である。ただし、本発明の製造方法は、衝撃成形等の他のカソードアッセンブリにも同様に適用可能であると考えられる。さらに、本発明の教示は、ボビンタイプの電池に制限されるものではなく、他の可能な電池アッセンブリのうち、ゼリーロール成形あるいは積層いた電池アッセンブリ等の他の電池アッセンブリに、当該教示を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電池の組立てに使用する、大口径の開口末端を有する円筒状の部分を有する、角柱状のスチール缶の透視図である。
【図２】 図１の角柱状の缶の上面図である。
【図３】 他の形態による、大口径の開口末端を有し、テーパした移行部をさらに有する、角柱状のスチール缶の透視図である。
【図４】 本発明の電気化学電池の製造方法を説明するフローダイヤグラムである。
【図５】 リング成形されたカソードアッセンブリを示す、部分的に組み立てられた電池の分解組立図である。
【図６】 本発明の製造方法による、縮小されたサイズの円形の開口末端を有する角柱状の缶を示す、部分的に組み立てられた電池の透視図である。
【図７】 缶の縮小されたサイズの円形の開口末端をさらに示す、図６の部分的に組み立てられた電池の上面図である。
【図８】 完全に組み立てられた電池の、長さ方向の軸から見た断面図である。
【図９】 完全に組み立てられた電池の、図８のＩＸ−ＩＸ線から見た半径方向の断面図である。
【符号の説明】
１０ 角柱状のスチール缶
１２ 角柱状の部分
１４ 円筒状の部分
１６ 閉じた底部末端
１８ 大口径の開口末端
Claims (10)
- 電気化学電池の製造方法であって、開口末端を有する非円筒状の缶を使用する工程を含み、該開口末端の口は全体として環状であり、該口は、該缶の半径方向の断面のいずれの寸法よりも小さい寸法を有さず、該缶の口は、他の要素が装填される間あるいはその後、末端カバーでシールされる前に、そのサイズが縮小される、前記製造方法。
- 電気化学電池の製造方法であって、次の工程：
閉じた底部末端及び大口径の開口頂部末端を有する、角柱状の部分を有する缶を用意する工程であって、該大口径の開口頂部末端が、実質的に円形であり、該角柱状の部分の最大内部断面幅に等しいかあるいはそれより大きい直径を有する、前記工程；
カソードを、前記大口径の開口頂部末端を通して前記角柱状の部分の内部へ配置する工程であって、該カソードが、その内部の中央に形成されたキャビティを有し、該キャビティと前記缶の内壁との間の角柱状の部分の実質的な容積を該カソードが消費するように配置される、前記工程；
前記キャビティの内部にセパレータを配置する工程；
前記キャビティ内のセパレータの内部に、アノードを配置する工程；
前記缶の大口径の開口頂部末端のサイズを縮小させて、縮小されたサイズの円形の開口頂部末端を提供する工程；及び、
前記縮小されたサイズの円形の開口頂部末端に、カバーを組み立てる工程、
を含む、前記製造方法。 - 請求項１または２に記載の方法であって、該電池の本体が、その長さに沿って、実質的に固定された断面を有する、前記方法。
- 前記口が、前記缶の本体の残りの部分と同軸である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- シールする直前の前記缶の口が、前記缶の半径方向の断面の全ての寸法のうち最大のものを超える寸法を有しない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記縮小された口が実質的に環状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記口を提供する円筒状の部分を含むように前記缶を形成する工程をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
- 前記缶の本体から前記口へテーパした移行部を形成する工程をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
- 前記口を縮小させる工程が、ロータリースエージ加工の工程を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記缶が、実質的に方形の部分を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
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