JP5220003B2 - 通気口及び非対称溶接カバーを有する電池缶 - Google Patents
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Description
本発明は、全体的には電気化学セル（電池）に関し、より詳細には、過剰圧力でガスを効果的に通気するためのセル容器内に形成された圧力放出通気口を有するアルカリ電気化学セルに関する。
アルカリ電気化学セルは、閉鎖下端部、開放上端部、及び上端部と下端部との間に延びる円筒形側壁を有する、通常は円筒形スチール缶の形態の容器を使用する。缶の内部には、カソードとも呼ばれる正電極が収容され、通常、二酸化マンガンを含む。また、缶の内部には、アノードとも呼ばれる負電極が収容され、通常亜鉛を含む。ボビン型セル構造では、カソードは、スチール缶の内面に接してリング成形又はインパクト成形することができ、一方、アノードは、全体的に缶の内部の中心に配置される。セパレータは、アノードとカソードとの間に位置付けられ、アルカリ電解質溶液は、アノード、カソード及びセパレータと接触する。伝導性電流コレクタはアノード活物質に挿入される。コレクタ及びシール組立体は、通常、環状ポリマーシール、内部金属カバー、電流コレクタ、及び外側カバーを含み、スチール缶の開放上端部にクロージャを設け、閉鎖されたスチール缶をシール閉鎖する。
従来型のアルカリ電気化学セルは、一般に、スチール缶の開放端部内の環状ポリマー（例えば、ナイロン）シールを用いてコレクタ及びシール組立体を配置して、缶に接してシールを圧縮するように半径方向内向きで且つシールの外周を覆って缶の上端をクリンプすることによりシール閉鎖される。亜鉛のような電気化学的活物質は、水素ガス及び他のガスを発生することができる。缶がシール閉鎖された状態では、シール缶内部の高圧ガスの過剰な集積は、セル及び／又はセルが使用されるデバイスの損傷を引き起こす可能性がある。従って、缶をクリンプ解除して過剰な電解質溶液及び粒子状物質を放出させる可能性のある過剰なレベルにまで加圧ガスが達するのを防ぐために、缶の内部から高度に加圧ガスを通気する制御通気機構を設けることが望ましい。
電気化学セルの内部から過剰な加圧ガスを通気する一般的な手法は、コレクタ及びシール組立体の環状ポリマーシール内に形成された通気口の使用を含み、セルのシール容積内部で過剰な圧力を生じたときに破裂させることを意図している。環状ポリマーシール内の薄い部分として形成された通気口の１つの実施例は、米国特許第５，６６７，９１２号に開示されており、通気口は、圧力が予め設定された圧力限界を超えると剪断することを意図している。シール構造内に通気口を使用する従来の手法では、一般に電池缶内で使用可能な容積の有意な量を費す組立体を必要とする。これにより、電気化学的活物質が利用可能な空間が少なくなり、従って、電池の耐用年数能力が制限される。
コレクタ及びシール組立体が専有する空間を最小にするために、金属缶の閉鎖下端壁内に圧力放出通気機構を形成すること、及び正接触端子で通気口を覆うことが提案されている。電池缶の閉鎖下端壁上に設けられた通気口及び接触端子の実施例は、米国特許第６，６２０，５４３号及び米国特許出願公開第２００４／０１５７１１５ Ａ１号で開示され、これら開示事項全体は、引用により本明細書に組み込まれる。これらの手法によれば、金属缶の下端壁内の薄厚溝として形成された圧力放出通気口は、缶の下閉鎖端部の中心位置の周りのほぼ中心にある１つ又は２つの半円形のＣ字形で形成される。内部圧力が予め設定された限界を超えると（外気圧に対して）、通気口が破裂し、電池缶の内部容積の内部から外部の大気に圧力を放出する。上記で提案されたＣ字形通気口は、場合によっては、許容可能な通気口圧力をもたらすために５０．８０μｍ（２．０ミル）のような薄いコイン厚みを必要とする可能性がある。このような薄い通気口は、容器製造中に破損の影響を受ける可能性があり、更に通気口が薄くなると、通気溝の側面底部近傍でニッケルメッキ層の過剰な薄層化を示す可能性がある。薄い通気口はまた、セルの製造（例えば、インパクト成形）の間に損傷を受ける可能性があり、従って、一部のセルでは受け入れることはできない。
典型的には、正接触端子又はカバーが従来型の電池缶の閉鎖下端壁上に溶接され、該正接触端子又はカバーは、缶の閉鎖下端壁に溶接される周辺フランジから延びた直立壁を有する外方に突出した小塊を含む。従来、周辺フランジは、互いに等距離で離間して配置され、すなわち１２０度（１２０°）の角度で順次的に位置付けられた３つの対称溶接部を介してスチール缶にスポット溶接される。提案された電池によっては、正接触端子は、接触端子の周辺フランジと隣接する溶接部間の缶の下端壁との間にガスが逃げることができるようになっている。しかしながら、缶の膨出及び下端壁の結果として生じる屈曲に起因して、更に、ロープロファイル壁の改良、及び隣接する溶接部の対称間隔（例えば、１２０°）に起因して、上にあるカバーの周辺フランジは、缶の下端壁に接してシールを形成し、外部環境へのガスの適切な通気を妨げる可能性がある。従って、過剰なガスの適切な通気が抑制される可能性があり、これは、可能性のあるクリンプ放出を引き起こす場合がある。
従って、有効な通気口を電池缶内に形成した電気化学セルを提供することが望ましい。過剰なガスを通気し、過剰なガスを外部環境に効果的に放出可能にするカバーを有する電池缶を提供することが更に望ましい。
本発明は、容器の閉鎖端壁からのガスの効果的な通気を達成する改良通気口及びカバー構成をセル容器の閉鎖端壁上に備えることで、電気化学セルの保護的な安全手段を改良する。本明細書で具現化され記載された本発明の目的に従って、当該利点及び他の利点を達成するために、本発明は、第１の端部、第２の端部、第１の端部と第２の端部との間に延びる側壁、及び第１の端部全体にわたって延びる端壁を有する容器を含む電気化学セルを提供する。セルは、正電極、負電極、及び水性アルカリ電解質を有し、容器内に配置されている。セルは更に、内部圧力が過剰になったときに内部圧力を容器内から放出するように容器内に形成された圧力放出通気機構を含む。セルは更に、容器の端壁上に溶接され、圧力放出通気機構全体にわたって延びるカバーを含む。カバーは、少なくとも３つの溶接部を介して容器の端壁に溶接された周辺フランジを含み、該少なくとも３つの溶接部は、２つの隣接する溶接部間の角度が１２０°よりも大きいように位置付けられる。
本発明の別の態様によれば、圧力放出通気機構と、電気化学セル容器として使用するための溶接カバーとを有する金属缶が提供される。金属缶は、側壁と、開放端部と、閉鎖端壁とを含む。圧力放出通気機構は、閉鎖端壁内に形成される。カバーは、圧力放出通気機構全体にわたり閉鎖端壁に溶接される。カバーは、少なくとも３つの溶接部を介して溶接され、ここでは２つの隣接する溶接部が１２０°を越えて角度的に分離される。有利には、溶接部間の角度分離が１２０°よりも大きいことにより、過剰なガスの通気を適切に行うことが可能になる。溶接部間の改良された間隔により、再シールの可能性を最小にしながら、通気ガスが開口を通って外部環境に移動できる周辺フランジが可能にされる。また、この改良された間隔により、カバーにより提供される支持又は拘束の量が低減され、大きな溶接間隔を備えたカバーを用いたときに観測される通気圧力が、等間隔に配置された溶接部を用いたときに観測される通気圧力に対して低下するようになる。
本発明の別の態様は、２つの相対する端部、両端部間に延びる側壁、端部の一方の全体にわたって延びる端壁を備えた容器と；正電極、負電極、及び容器内に配置された水性アルカリ電解質と；内部圧力が過剰になったときに該内部圧力を容器内から放出するように容器の端壁内に形成された圧力放出通気機構と；容器の端壁上に溶接され、圧力放出通気機構全体にわたって延びるカバーと；を有する電気化学セルである。カバーは、正確に２つの溶接部を介して容器の端壁に溶接された周辺フランジを含み、溶接部間の角度は１８０°ではない。
本発明のこれら及び他の特徴、利点並びに目的は、当業者であれば以下の明細書、請求項及び添付図面を参照することにより更に理解し評価されるであろう。
図１を参照すると、本発明の１つの実施形態による、セル缶１２の閉鎖下端壁内に形成された応力集中圧力放出通気機構４０と缶下端壁に非対称的に溶接された上にある外側カバー５０とを有する円筒形アルカリ電気化学セル（電池）１０が全体的に示されている。薄厚溝として形成された圧力放出機構４０は、過剰なガスを電池の内部から通気するように圧力破裂通気口として動作し、外側カバー５０と協働して過剰なガスの効果的放出を可能にする。電気化学セル１０は、１つの実施例によるＡＡサイズ電池セルのような円筒形アルカリセルを含むことができる。単一又は複数セル電池に用いるための他の形状及びサイズのセルは、本発明の教示による通気口４０及びカバー５０構成を利用することができる点を理解されたい。
電気化学セル１０は、第１又は上端部１４、第２又は下端部１６、及び上端部１４と下端部１６との間に延びる円筒形側壁を有する円筒形スチール缶１２として全体的に示された容器を含む。スチール缶１２の第２又は下端部１６は、スチール缶１２の形成中に図示の実施形態では一体的に形成される閉鎖端壁１８を有する。これは、深絞りプロセスのような従来型の缶形成プロセスによって達成することができる。代替的に、閉鎖端壁１８は、円筒形側壁の下端部１６に接続（例えば溶接）し、缶１２を形成することができる。
缶１２及びその閉鎖端壁１８は、所望の形状に形成することができ且つセル１０内の内容物をシールするように適合することができるあらゆる好適な金属で作ることができる。図示の実施形態では、スチール缶１２はまた、カソード電流コレクタとして機能し、従って、良好な導電性を有する。スチール缶１２の内面は、黒鉛のような材料でコーティングすることができる。スチール缶１２の外面は、耐食性、高導電性、及び魅力的な外観を提供するようにメッキすることができる。１つの実施形態によれば、スチール缶１２の内面は、ニッケル及びコバルトでメッキした後、拡散焼きなまし処理を行うことができる。１つの実施形態によれば、スチール缶１２の側壁及び閉鎖下端壁は、約０．１３ミリメートルから０．３６ミリメートル（０．００５インチから０．０１４インチ）の範囲内の厚みを有することができる。缶側壁及び下端壁は、同じ又は異なる厚みを有することができる。
スチール缶１２の閉鎖下端壁１８の外面上に溶接されるのは、ニッケルメッキスチールなどのメッキスチールで形成された正接触端子又はカバー５０である。カバー５０は、中心領域において突出小塊（すなわち、突起物）５４を有し、これはセル１０の正接触端子として機能する。スチール缶１２の反対側の上端部１６上に組み立てられるのは、セル１０の負接触端子を形成する負接触端子又はカバー３０である。正側カバー５０及び負側カバー３０は導電性金属で作られ、それぞれ正及び負の電気端子を形成する。
ジャケット２８は、スチール缶１２の外面の周りに形成され、更に、缶１２の閉鎖下端壁１８の周縁部上に形成される。ジャケット２８は、金属化プラスチックフィルムラベルのような接着層を含むことができる。
スチール缶１２の内部に配置されるのは、正電極とも呼ばれるカソード２０であり、これは、１つの実施形態による二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、黒鉛、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、及び添加剤の混合物で形成することができる。カソード２０は、スチール缶１２内でインパクト成形して、缶１２の内部側壁に接して円筒形リングの形状にすることができる。これは、スチール缶１２内部でカソード混合物を圧縮する段階を含む。代替的に、カソード２０は、カソード混合物の１つ又はそれ以上のプリフォーム成形リングをスチール缶１２に挿入することによってリング成形することができる。
セパレータ２２は、カソード２０の内面に接してスチール缶１２内部に配置される。セパレータ２２は、セル１０内の固体粒子の移動を防止する不織布で形成することができる。負電極とも呼ばれるアノード２４はまた、セパレータ２２の内側のスチール缶１２内に配置される。アルカリ電解質は、更に、スチール缶１２内に且つカソード２０、セパレータ２２、及びアノード２４の各々と接触した状態で配置される。アノード２４は、１つの実施形態による亜鉛粉末、ゲル化剤、及び添加剤で形成することができる。本明細書ではボビン型セル構造を図示し説明してきたが、電気化学セル１０は、ゼリーロール（螺旋状に巻かれた）電極及びセパレータセル構造のような、他の方法で構成することができる点を理解されたい。
コレクタ及びシール組立体は、スチール缶１２の開放端部１４を閉鎖するために、スチール缶１２の第１又は開放端部１４上に組み立てられる。図示したコレクタ及びシール組立体は、電流コレクタ２６、環状ポリマー（例えば、ナイロン）シール３２、及び負接触端子３０を含む。電流コレクタ２６は、細長本体及び細長ヘッドを有する黄銅釘を含むことができ、アノード２４及び負側外側カバー３０と接触した状態で配置される。負側外側カバー３０は、スチール缶１２の開放端部１４全体にわたって延び、ナイロンシール３２を係合する。シール３２は、１つの実施形態によるほぼＪ字形断面を有するリング形ポリマーシールを含むことができる。シール３２の組立は、缶１２の側壁上に半径方向内向きに形成されたビード３４の上部のスチール缶１２の開放端部１４内に、或いは、代替的に缶１２の張り出し開口内にシール３２を配置する段階と、ビード３４に対してシール３２を圧縮するように内向きでシール３２及び負側カバー３０の外周上にスチール缶１２の上端をクリンプする段階とを含むことができる。これによりポリマーシール３２は、負側カバー３０の周縁部とスチール缶１２の上端壁との間で圧縮される。
負側カバー３０は、中間ポリマーシール３２を用いてスチール缶１２から電気的に絶縁される点を理解されたい。結果として得られる図示のコレクタ及びシール組立体は、スチール缶１２の開放端部１４に低容積クロージャを提供する。更に、他の閉鎖組立体を使用して、スチール缶１２の開放端部１４をシール閉鎖することができる点を理解されたい。
本発明によれば、応力集中圧力放出通気機構４０は、スチール缶１２の閉鎖下端壁１８内に形成され、正側カバー５０は、選択された位置で閉鎖端壁１８に溶接されて圧力放出通気機構４０を覆う。通気機構４０は、８つの半径方向に延びる薄厚溝セグメント４２Ａ−４２Ｈを有する十字形の全体的な形状で、スチール缶１２の下端壁１８の内面内に形成される薄厚コイン溝として形成された第１の実施形態により図２及び３に示されている。通気機構４０は、少なくとも５つの半径方向に延びる薄厚溝セグメントを有することができ、１つの実施形態によれば、８つの半径方向溝セグメントを有する。薄厚溝通気機構４０は、過剰な圧力差に曝されたときに、加圧ガスを通気するための圧力放出機構として働く。通気機構４０は、過剰な圧力を受けると、薄厚溝セグメント４２Ａ−４２Ｈの１つ又はそれ以上に沿って破砕するように設計されている。
十字形通気口の実施形態によれば、圧力放出通気機構４０は、スチール缶１２の閉鎖下端壁１８上の中心に位置付けられ、複数の薄厚セグメント４２Ａ−４２Ｈが端壁１８の中心位置４４から半径方向に延びている。圧力放出通気機構４０は、１つの実施形態による少なくとも５つの半径方向に延びた薄厚セグメントを含む。別の実施形態によれば、通気機構４０は、少なくとも６つの半径方向に延びる薄厚セグメントを含む。図示の実施形態によれば、通気機構４０は、８つの半径方向薄厚セグメント４２Ａ−４２Ｈを有し、各々が連続した分離角φ＝４５°で等角に形成されている。十字形通気口４０は、別の実施形態による８つよりも多い半径方向薄厚セグメントを含むことができる。
図４及び５を参照すると、薄厚溝通気機構４０は更に、スチール缶１２の下端壁１８の内面内に形成されて示されている。薄厚溝通気機構４０は、金属プレート内に薄厚溝を生成するためのあらゆる好適な方法によって形成することができる。好適な方法は、スタンピング、鋳造、鍛造、圧延、切削、研磨、レーザースクライビング、及び化学エッチングを含む。１つの実施形態によれば、通気機構４０の薄厚溝は、コイニングのようなスタンピング法によって形成される。薄厚溝通気機構４０は、缶／端壁製造プロセスの間に、或いは分離プロセスとして形成することができる点を理解されたい。コイニング通気口形成の実施形態では、パンチとダイの間に位置する金属端壁１８に力が加わり、ここでは、パンチ及びダイのいずれか又は両方が、缶１２の金属を所望の形状に流動させる突出部を含むことができる。
図５に示す溝セグメント４２Ａなどの通気機構４０の薄厚溝は、スチール缶１２の下端壁１８内に深さＧだけ延びる。スチール缶１２の非薄下端壁１８は、通常は１２７．０から３８１．０μｍ（５から１５ミル（０．００５−０．０１５インチ））、及びより厳密には約１５２．４から２５４．０μｍ（６から１０ミル）の範囲内の厚みＴを有する。従って、通気機構４０は、合計缶厚みＴと溝深さＧとの間の差に等しい金属厚みを有する。１つの実施形態では、通気機構４０の薄厚溝は、約２１０．８２μｍ（８．３ミル）の厚みＴを有するスチール缶１２において、スチールの約６３．５μｍ（２．５ミル）を通気機構４０に残して、約１４７．３２μｍ（５．８ミル）の深さＧまで形成することができる。下端溝１８の内面上に溝が形成されたＡＡサイズアルカリ電気化学セルの１つの実施例によれば、通気機構４０は、溝の底部において５０．８０μｍ（２．０ミル）よりも大きな、より詳細には約６３．５μｍ（２．５ミル）の缶厚みを許容し、約６２０５．５ｋＰａ（９００ｐｓｉ）の期待される通気破裂圧力を提供する。
１つの実施例によれば、電気化学セル１０は、ニッケル及びコバルトの内側缶メッキ及びニッケルの外側メッキを備えた、低炭素、アルミキルド、ＳＡＥ１００６又は同等のスチールを使用したＡＡサイズセルである。スチール基材は、最大０．０８重量パーセントの炭素、０．４５重量パーセントのマンガン、０．０２５重量パーセントのリン、及び０．０２重量パーセントの硫黄を含み、スチールの粒度がＡＳＴＭ８から１２である。鋼帯は、以下の機械的特性、すなわち、２０，４３０ｋｇ（４５，０００ポンド）の最大降伏強度、２７，２４０ｋｇ（６０，０００ポンド）の極限強度、５０．８ミリメートル（２インチ）の２５パーセント最小伸び、及び最大ロックウェル１５Ｔ硬さが８２を有することができる。缶１２は、約３．３０ｃｍ（１．３インチ）の製造全高、及び約１．３９ｃｍ（０．５４９インチ）の外径を有する。薄厚溝通気口４０は、缶１２の閉鎖端壁１８内の中心に位置し、約０．６４５ｃｍ（０．２５４インチ）の直径を有する外接円、又はスチール缶１２の端壁１８の直径の約半分によって定められる。薄厚溝通気機構４０は、１つの実施例では、互いに対して約６８°の角度を成す側壁及び実質的に平坦な底部を有する、実質的に台形状のコイン通気口として形成され図示されている。通気口４０の実質的に平坦な底部は、約２８９．５６μｍ（１１．４ミル）の通気機構４０の最も広い全幅と比較して約１０１．６μｍ（４ミル）の幅を有する。
缶１２の材料及び厚み、並びに薄厚溝通気口４０の形状及びサイズは、セルの電気化学的性質、サイズ、並びに缶１２の閉鎖及びシールの方法といった種々の要件に基づいて選択することができる点を理解されたい。更に、圧力放出通気口４０の開放が見込まれる所期の圧力は、特定のセルの要求に適合するように薄厚溝のサイズ及び形状を決定することができる点を理解されたい。
通気機構４０が、スチール缶１２の下端壁１８内、詳細には端壁１８の内面に形成されると、缶１２は外方に膨出することができる。スチール缶１２は、カソード２０の挿入中、詳細にはカソードインパクト成形手順中に再成形し、図４に見られるような缶１２の実質的に平坦な下端壁１８を形成するようにすることができる。端壁１８の内面に通気機構４０を形成することで、カソード２０のインパクト成形により、薄厚溝の最小深さＧでより小さな通気圧力の達成を可能にすることができる。加えて、端壁１８の内面に通気機構４０を形成することにより、コイン通気溝の反転に起因する通気口の損傷の可能性を低減することができる。或いは、圧力放出通気機構４０は、缶１２の下端壁１８の外側（外部）表面内に形成することもできる。
第２の実施形態によれば、薄厚溝通気機構６０は、Ｃ字形溝６２として形成することができる。缶１２の閉鎖下端部１８内に形成されたＣ字形溝通気口６０の１つの実施形態が図６及び７に示されている。Ｃ字形溝通気機構６０は、端壁１８の内面又は外面の一方もしくは両方に形成することができ、予め設定された圧力で破裂するような大きさにされる。図示の例示的な実施形態において、通気機構６０は、中心からオフセットされたＣ字形溝６２であり、該Ｃ字形溝６２の終端部６４及び６６が端壁１８の中心から離れて位置付けられるようになる。この実施形態において、溝６２の端部６４及び６６の間の中間点６８は、缶１２の下端壁１８の実質的に中心近傍に存在することができる。
缶１２の下端壁１８において他の形状の通気構成を利用してもよい点は理解されたい。更に、十字形のような通気口、オフセットＣ字形通気口、又は他の通気機構は、端壁１８の内面及び／又は端壁１８の外面のいずれかに形成することができる点を理解されたい。しかしながら、スチール缶１２の端壁１８の内面に通気機構を形成することにより、より薄い缶及び／又はより大きな溝深さＧの使用を可能にすることができ、この缶は、カソードのインパクト成形中の力による反転に起因するコイン領域への損傷に対してより耐性がある点を理解されたい。
正接触端子５０は、スチール缶１２の下端壁１８上に溶接され、正接触端子５０が圧力放出通気機構４０又は６０を覆うようにする。従って、接触端子５０はまた、通気機構４０が破裂したときに電気化学物質（例えば、ガス及び／又は液体）がセル１０から直接外方に吹き出すのを防ぐカバーとして機能する。正接触端子５０は、十字形通気口４０が正接触端子５０に対して実質的に中心にあるように、下端壁１８上の実質的に中心にある。正端子５０の突出小塊５４は、通気動作中に十字形放出通気口４０が破裂することができる十分な直径及び高さを有し、セル１０の内部から過剰な加圧ガス及び／又は液体の放出を十分に可能にする。
図７−９を参照すると、正側カバー５０は、特に外気への通気ガスの放出制御を可能にするように配置された、３つの非対称配置溶接部５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃを介してスチール缶１２の閉鎖端壁１８に接続されて示される。具体的には、溶接部５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃは、本発明によれば、互いに対して等しい角度で間隔を置いて配置されないので非対称である。或いは、第１及び第２の溶接部５８Ａ及び５８Ｂは、約１８０°の角度θAだけ角度的に離間して配置される。第２及び第３の溶接部５８Ｂ及び５８Ｃは、約９０°に等しい角度θBで角度的に離間して配置され、第３及び第１の溶接部５８Ｃ及び５８Ａはまた、約９０°の角度θCで角度的に離間して配置される。隣接する溶接部５８Ａ及び５８Ｂの間の間隔は、１２０°よりも大きな角度θA、より厳密には１２０°と２４０°の間の角度θA、更により厳密には１６０°から１８０°の範囲の角度θAである。１つの実施形態によれば、角度θB及びθCは、各々８０°から１００°の範囲にある。角度θA、θB及びθCは、図９に示すように溶接部５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃの中心点から測定される。
正側カバー５０の周辺フランジ５２は、スチール缶１２の端壁１８の直径よりもわずかに小さい直径を有して示される。溶接部５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃは、周辺フランジ５２の外周近くに形成される。本明細書で記載されるＡＡサイズ電気化学セルの実施例によれば、小塊５４は、約０．１９８ｃｍ（０．０７８インチ）の高さと約０．５３３ｃｍ（０．２１０インチ）の直径とを有する。この実施例では、溶接部５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃは、約１．３７２ｃｍ（０．５４インチ）の外径を有する缶１２の閉鎖端壁１８の中心から約０．６１０ｃｍ（０．２４インチ）に位置付けられる。正側カバー５０は、スチール缶１２の適切な通気を可能にするような大きさにされたその周辺フランジ５２及び突出小塊５４を有すると同時に、スチール缶１２の下端壁１８は、缶１２内部に集積される圧力に起因して膨出する点を理解されたい。
正側カバー５０の周辺フランジ５２は、導電性材料で作られ、フランジ５２が適切な通気動作中に屈曲できるように選択された厚みを有する。従って、周辺フランジ５２は、正側カバー５０の下で十分な加圧ガス及び／又は液体に曝されると上方に屈曲することができる。１２０°よりも大きな角度θAで、又はより厳密には１２０°と２４０°の間の角度θAで、又は更により厳密には１６０°から１８０°の範囲の角度θAで溶接部５８Ａ及び５８Ｂを間隔を置いて配置することによって、正側カバー５０の周辺フランジ５２は、隣接する溶接部５８Ａ及び５８Ｂ間でより容易に屈曲し、通気口４０から出る通気ガスが外部環境に移動可能にすることができる点を理解されたい。
溶接部５８Ａ−５８Ｃは、例証としてレーザー又は抵抗溶接法によって形成された従来型スポット溶接部を含むことができる。しかしながら、他の溶接材料を利用して、外側カバー５０の周辺フランジ５２をスチール缶１２の下端壁１８の外面に接続することができる点を理解されたい。３つよりも多い溶接部を使用してもよく、この場合、２つの隣接する溶接部間の分離距離は、１２０°よりも大きな角度θC、又はより厳密には１２０°と２４０°の間の角度θC、又はより厳密には１６０°から１８０°の範囲内を有する点を更に理解されたい。少なくとも３つの溶接部を使用することによって、カバー５０は、下端壁１８上にカバー５０を維持する平面を定める接続点においてスチール缶１２の下端壁１８に接続されると共に、溶接部５８Ａ及び５８Ｂ間に延びる周辺フランジ５２の一部が屈曲可能であり、通気動作中に通気しているガス及び／又は液体の放出を可能にする。
スチール缶１２の下端壁１８は更に、通気機構４０が通気動作の後に開口部７０に沿って破裂した状態で図１０に更に示される。通気機構４０は、通気セグメント４２Ａ及び４２Ｅの２つに沿って破裂して通気開口部７０を定めるように示されている。通気破裂開口部７０は、薄厚通気セグメント４２Ａ−４２Ｈのいずれにおいても発生することができ、全体的には、溝セグメント４２Ａ−４２Ｈの少なくとも２つに沿って破裂することになる点を理解されたい。図１０に示す典型的なコイン通気破裂は、十字形通気口の実施形態における１つの通気動作事象を例証している。通気動作前に、缶１２の閉鎖端壁１８は、缶１２内部の圧力が増大するにつれて外方に膨出することになり、予め設定された通気圧力に達すると、通気口４０が破裂し、加圧ガス及び／又は液体を放出することになる。通気口４０内部で他の通気破裂が発生する可能がある点も理解されたい。破裂すると、加圧ガス及び／又は液体は、缶１２から出て隣接する溶接部間の領域において、カバー５０の周辺フランジ５２と缶１２の端壁１８との間に移動する。
従って、本発明の電気化学セル１０は、有利には、過剰圧力限界に達したときにガス及び／又は液体の改良された効果的な通気を達成する。セル１０は、過剰圧力がセル１０内部で生じたときに、ガスの適切な通気を妨げる可能性を最小にするようにして、効果的な通気を可能にするなどのために通気機構及び外側カバー５０を使用する。
本発明の別の実施形態において、カバーは、正確に２つの場所にある缶の端壁に溶接され、これらの溶接部の位置は、溶接部間の２つの角度が１８０°でないようにされる。換言すると、両溶接部は、端壁の外面の中心を通る仮想線の片側上に配置される。
本発明の実施者及び当業者であれば、開示された概念の技術的思想から逸脱することなく本発明に対して種々の変更及び改良を行うことができる点は理解されるであろう。与えられる保護の範囲は、請求項によって、及び法律が許容する解釈の外延によって決定付けられることになる。
１８ 閉鎖端壁
５０ 正接触端子
５２ 周辺フランジ
５４ 突出小塊
５８Ａ、Ｂ、Ｃ 非対称配置溶接部
６０ 薄厚溝通気機構
６２ Ｃ字形溝
６４、６６ 終端部
６８ 中間点
５０ 正接触端子
５２ 周辺フランジ
５４ 突出小塊
５８Ａ、Ｂ、Ｃ 非対称配置溶接部
６０ 薄厚溝通気機構
６２ Ｃ字形溝
６４、６６ 終端部
６８ 中間点
Claims (18)
- 第１の端部、第２の端部、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びる側壁、及び前記第１の端部全体にわたって延びる端壁を有する容器と、
前記容器内に配置された正電極と、
前記容器内に配置された負電極と、
前記容器内に配置された水性アルカリ電解質と、
内部圧力が過剰になったときに該内部圧力を前記容器内から放出するように前記容器内に形成された圧力放出通気機構と、
前記容器の端壁上に溶接され、前記圧力放出通気機構全体にわたって延びるカバーと、を備え、
前記カバーが、少なくとも３つの溶接部を介して前記容器の端壁に溶接された周辺フランジを含み、前記少なくとも３つの溶接部が、２つの隣接する前記溶接部間の角度を１２０°よりも大きくするように非対称的に位置付けられている、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 前記２つの隣接する溶接部間の角度が、１６０°から１８０°の範囲である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。 - 前記溶接部が３つの溶接部からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。 - 前記容器がスチール缶からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。 - 前記圧力放出通気機構が、前記容器の端壁内に形成された薄厚溝を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。 - 前記カバーが更に、接触面と、該接触面及び周辺フランジ間の直立壁とを有する突出小塊を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。 - 前記カバーが正接触端子を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル - 前記正電極が二酸化マンガンを含み、前記負電極が亜鉛を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。 - 前記容器が実質的に円筒形である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。 - 圧力放出通気機構と、電気化学セル容器として使用するための溶接カバーとを有する金属缶であって、
側壁と、
開放端部と、
閉鎖端壁と、
前記閉鎖端壁内に形成された圧力放出通気機構と、
非対称的に位置付けられた３つの溶接部を介して前記圧力放出通気機構全体にわたり前記閉鎖端壁に溶接されたカバーと、
を備え、
２つの隣接する前記溶接部が１２０°を越えて角度的に分離されている、
ことを特徴とする金属缶。 - 前記２つの隣接する溶接部間の角度が、１６０°から１８０°の範囲である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の金属缶。 - 前記溶接部が３つの溶接部からなる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の金属缶。 - 前記容器がスチール缶からなる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の金属缶。 - 前記圧力放出通気機構が、前記容器の端壁内に形成された薄厚溝を含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の金属缶。 - 前記カバーが更に、接触面と、該接触面及び周辺フランジ間の直立壁とを有する突出小塊を含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の金属缶。 - 前記カバーが正接触端子を含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載の金属缶。 - 前記容器が実質的に円筒形である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の金属缶。 - 第１の端部、第２の端部、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びる側壁、及び前記第１の端部全体にわたって延びる端壁を有する容器と、
前記容器内に配置された正電極と、
前記容器内に配置された負電極と、
内部圧力が過剰になったときに該内部圧力を前記容器内から放出するように前記容器の端壁内に形成された圧力放出通気機構と、
前記容器の端壁上に溶接され、前記圧力放出通気機構全体にわたって延びるカバーと、を備え、
前記カバーが、正確に２つの非対称的に位置付けられた溶接部を介して前記容器の端壁に溶接された周辺フランジを含み、前記溶接部間の角度が１８０°ではない、
ことを特徴とする電気化学セル。
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