JP5509498B2 - 空気電極及び付勢レバーガスケットを有するバッテリ - Google Patents

Description

本発明は、一般的に電気化学バッテリの密封閉止に関し、より詳細には、セル漏れ及び電極アセンブリのドーミングを防止又は低減する空気減極セルバッテリのような流体消費電極を有するバッテリセルの密封閉止に関する。

空気減極バッテリセルのような電気エネルギを生成する活物質としてセル外部からの酸素又は他のガスのような流体を利用する電気化学バッテリセルは、様々な携帯用電子デバイスに電力を供給するために使用することができる。亜鉛／空気セルは、電子補聴器及び他の電子デバイスのためのバッテリとしての特定の有用性を有するボタン形セルの形態に一般的に組み立てられる。亜鉛／空気ボタン形セルは、カソード缶、及びアノードカップ又はアノードカバーを通常含み、それらは、一緒にセルハウジングを形成する。セルハウジング内部には、正極及び負極（それぞれ、カソード及びアノード）、セパレータ、及び水溶性電解質が配置される。空気減極セルにおいては、正極は、一般的にスポンジ状で多孔質の空気電極である。ガスケットが、第１及び第２のハウジング構成要素の間に配置され、セルハウジングを密封閉止する。セルハウジング内に開口部が通常設けられ、酸素を含む大気がカソード反応剤として機能するために空気正極に入ることを可能にする。

亜鉛／空気セルでは、空気電極は、集電スクリーン内に押し付けられたカーボン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂粉末、二酸化マンガン、及び結合剤の電極混合物として通常設けられる。微孔性ＰＴＦＥフィルムのような微孔性層が、通常は空気電極の空気取り入れ側に接着され、空気電極混合物に空気が入ることを可能にする。集電スクリーンを有する空気電極と、微孔性層と、セパレータとは、一般的に積層シートの形態で空気電極アセンブリとして通常一緒に組み立てられる。空気電極アセンブリは、セルハウジングが圧着閉止された時に電極アセンブリの周縁がハウジング構成要素間にガスケットと共に圧縮されるようにハウジング内に挿入される。空気電極アセンブリは、一般的に可撓性かつスポンジ状であり、ガスケットと共に圧縮してセルハウジングの密封閉止をもたらす多孔質材料を含む。

従来型の絶縁ガスケットは、一般的に、外側直立壁と、より短い内側直立壁と、相互接続底基部壁とを有するＪ字形ガスケットである。ガスケットの外側直立壁は、一般的に、２つのハウジング構成要素の側壁の間に圧縮される。ガスケットの基部壁は、一般的に、アノードカップ又はアノードカバーの側壁の底縁と空気電極アセンブリとの間に圧縮され、これは、次に、カソード缶に当接する。従来型のＪ字形ガスケットの内側直立壁は、それが、バッテリ内の容積を消費し、かつ必ずしも最適な密封係合をもたらさないようにセルハウジングの内部容積内に延びている。

多孔質電極アセンブリを使用する従来型の電気化学セルは、いくつかの欠点があると考えられる。例えば、バッテリハウジングの圧着閉止は、缶及びガスケットに対して軸線方向の力を一般的に生じさせ、その力は、ガスケットと空気電極アセンブリとのインタフェースに伝達される。空気電極アセンブリは、一般的に高い空隙率を有して製造されているので、空気電極アセンブリは、剛体構造の部材ではなく、従って、必ずしも頑強な密封閉止をもたらすとは限らない。バッテリハウジングの圧着閉止中に、空気電極アセンブリは圧縮され、それは、望ましくない非平坦状態であるアノードに向かう空気電極アセンブリのドーミングを通常生じさせる。空気電極アセンブリのドーミングは、一般的に、バッテリセル内のそうでなければ使用可能な内部容積の損失をもたらし、空気電極アセンブリの亀裂を生じさせる場合があり、かつバッテリセルからの電解質漏れを引き起こす場合がある。

従って、活物質のためのバッテリハウジングの使用可能な内部容積を最適化するバッテリセルを提供することが望ましい。特に、空気電極アセンブリのドーミングを最小にする空気セルを提供することが望ましい。更に、バッテリセルの適度な長期保管寿命を保証するために漏れ防止性の強化を更に示すバッテリセルを提供することが望ましい。

本発明の教示により、バッテリハウジングに適度な密封閉止を与えるバッテリを提供する。本発明の１つの態様により、第１及び第２のハウジング構成要素を含むセルハウジングと、第１及び第２のハウジング構成要素との間に配置されたガスケットとを含むバッテリを提供する。セルハウジングは、セルハウジング内への流体の通過のためにセルハウジングの側面を通過する少なくとも１つの流体入口ポートを有する。バッテリは、第１のハウジング構成要素に電気的に接触してセルハウジング内に配置された第１の電極と、第２のハウジング構成要素に電気的に接触してセルハウジング内に配置された第２の流体消費電極を含む電極アセンブリとを更に含む。ガスケットは、外側直立壁と、基部壁と、第１の内側壁が第１のハウジング構成要素に付勢的に接触し、第２の内側壁が電極アセンブリに付勢的に接触するように延びる第１及び第２の内側壁とを含む。

本発明の別の態様により、セルハウジング内への流体の通過のためにセルハウジングの側面を通過する少なくとも１つの流体入口ポートを有するセルハウジングを含むバッテリを提供する。セルハウジングは、第１のハウジング構成要素及び第２のハウジング構成要素を含む。第１の電極は、第１のハウジング構成要素に電気的に接触してセルハウジング内に配置される。第２の流体消費電極を含む電極アセンブリは、第２のハウジング構成要素に電気的に接触してセルハウジング内に配置される。ガスケットは、第１及び第２のハウジング構成要素間に配置される。ガスケットは、外側直立壁と、基部壁と、基部壁から延びて終端部を有する第１及び第２の内側延長部とを含み、この第１及び第２の内側延長壁は、第１の内側壁が第１のハウジング構成要素に付勢的に接触し、かつ第２の内側壁が電極アセンブリに付勢的に接触するように圧縮される。

本発明の様々な態様の１つ又はそれよりも多くにより、バッテリは、セルハウジングの強化した密封閉止を有利に達成する。更に、バッテリは、そうでなければバッテリ内の使用可能容積を消費する場合がある電極アセンブリのドーミングの低減を示す。

本発明のこれら及び他の特徴、利点、及び目的は、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付図面を参照することにより、当業者によって更に理解かつ評価されるであろう。

本発明の第１の実施形態に従って構成された角形空気セルバッテリの斜視上部側面図である。 図１に見られる角形バッテリの斜視底部側面図である。 図１に示す角形バッテリの分解斜視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線を通して得られた角形バッテリの拡大断面図である。 図１の角形バッテリに使用される空気電極アセンブリ（遊離した微孔性層は図示せず）の上面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線を通して得られた空気電極アセンブリ及び遊離した微孔性層の拡大断面図である。 図１に見られるセルに使用するための空気電極アセンブリを予備圧縮して切断するプレス組立機械の立面側面図である。 空気電極アセンブリの圧縮及び切断を更に説明するプレス組立機械の立面側面図である。 セルハウジング内挿入に待機する予備圧縮した空気電極アセンブリの側面図である。 セルハウジング内挿入及び圧縮の前の図３のＸ−Ｘ線を通して得られたガスケットの拡大断面図である。 一実施形態によるガスケットの高圧縮領域を更に説明する角形バッテリの断面図である。 図１１に示す断面ＸＩＩの拡大図である。 一実施形態による様々な表面上のシーラントの付加を更に説明するバッテリの分解断面図である。

本発明の実施形態は、電極のうちの１つで用いる活物質としてセルの外側からの流体（酸素又は別の気体のような）を利用する電気化学セルを含むバッテリを含む。バッテリセルは、電気化学的活性成分としてセルの外側から受け入れた流体（例えば、酸素）を使用する酸素還元電極のような流体消費電極を有する。バッテリセルは、空気減極セル又は空気支援流体利用セルとすることができる。本発明は、酸素還元電極を有する空気減極セルによって下記に例示するが、本発明は、より一般的に、他の種類の流体消費電極を有する流体消費セルに使用することができる。更に、例示的なセルは、実質的に矩形の形状を有する角形セルとして示しているが、バッテリセルは、円筒形又はボタン形セルのような他の形状及び大きさから成ることができる。

ここで図１−図４を参照すると、電気化学流体消費バッテリセル１０が、本発明の一実施形態に従って構成されて示されている。図示のように、この実施形態では空気減極セルである流体消費セル１０は、アノードカップ又はカバーと呼ばれる第１のハウジング構成要素１６と、カソード缶と呼ばれる第２のハウジング構成要素１４とを有するセルハウジング１２を含む。缶１４及びカバー１６は、それ以外に缶又はカバーと見なされると考えられるものとは異なる他の形状及び大きさから成ることができる。開示された例については、第１のハウジング構成要素は、以下でカバー１６と称し、一方、第２のハウジング構成要素は、以下で缶１４と呼ぶ。缶１４及びカバー１６の両方は、導電材料で製造され、ガスケット２２によって相互に電気的に分離される。缶１４が、流体消費セル１０のための外側正接触端子として一般的に機能するのに対して、カバー１６は、外側負接触端子として一般的に機能する。

缶１４は、周囲部分と凹部中央部分の間に移行部３０を有する中央の外側に窪んだ底面を含む。複数の流体入口ポート（穴）３２が、缶１４の底部に形成され、それによって流体（酸素を含む大気）が、セルハウジング１２の内部に入り、電極アセンブリ２４の一部分として組み立てられた流体消費電極５２に移動することが可能とされる。カソード反応剤（例えば、酸素）を含有する十分な流体が流体消費電極５２に到達することを可能にする１つ又はそれよりも多くの流体入口ポート３２を使用することができる点を認めるべきである。更に、バッテリセル１０内への流体の流入速度を調整するために、流体調整システムをバッテリセル１０内に又はその外側に組み込むことができる。

セルハウジング１２内部に、負極又はアノードとも称される第１の電極が配置される。セルハウジング１２内には、第２の流体消費電極５２（図６）を含む電極アセンブリ２４も配置される。第２の電極５２は、本明細書では正極又はカソードとも称される。電極アセンブリ２４の一部としても示されているセパレータ５０は、第１の電極３４と第２の電極５２の間に配置される。セパレータ５０は、それぞれの電極３４と電極５２の間のイオン導電体として機能する。セパレータ５０は、電極３４と電極５２の間の内部短絡を防止するための電気誘電体としても機能する。一実施形態では、セパレータ５０は、２つの層を有するが、セパレータ材料の１つ又はそれよりも多くの層を使用することができる。

第１の電極３４は、好ましくは、カバー１６と電気的に接触する。一実施形態によれば、第１の電極３４は、アノードカップ又はカバー１６内に収容された、アノード電気化学活物質として亜鉛を有する亜鉛電極である。電極３４は、カップ１６内に置かれた亜鉛粉末を含むことができ、アノードカップ又はカバー１６と電気接触を行う。一例示的実施形態では、第１の電極３４は、亜鉛粉末と、水溶性電解質と、結合剤のような有機成分との混合物を含むことができ、それらは、バッテリセル１０の負極を構成する。水溶性電解質は、一例に従えば３０パーセント（３０％）水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液である水酸化カリウム水溶液を含むことができる。第１の電極３４は、負極を提供するための他の公知の材料を含むことができる。開示した実施形態では、負極３４の全ての電気化学活物質は、セル組立て時に、組み合わされてハウジング１２内部に収容される。

第１の電極３４の底面に接して、空気電極５２に付加（例えば、接着）されたセパレータ５０を含む空気電極アセンブリ２４が配置される。空気電極アセンブリ２４は、組み合わされ、圧縮され、切断され、次に、底部内面にほぼ沿ってカソード缶１４内に挿入されている積層シートとして形成されて示されている。空気電極アセンブリ２４は、圧縮されてその後ガスケット２２と缶１４の底部周囲内面との間に配置された周囲領域又は周囲部分２８を含む。空気電極アセンブリ２４は、それが類似形状の缶１４内部に適合するように丸いコーナを有するほぼ角型又は矩形の形状を有して図５及び図６に更に示されている。本明細書に示して説明する実施形態では、空気電極アセンブリ２４は、セパレータ５０と、空気電極５２と、空気電極５２内部に配置された集電スクリーン５４と、空気透過性で多孔質材料の層５６から成る。空気アセンブリ２４は、電気化学セル１０内への容易な挿入及び組立を可能にする様々な層で構成された積層シートとして一般的に形成される。

空気電極５２は、当業技術で公知であるように、カーボンと、触媒と、結合剤とのカソード混合物で製造される。一例示的実施形態によれば、正極混合物は、全混合物の約６０パーセント（６０％）から約８０パーセント（８０％）の量でのカーボン、全混合物の約３パーセント（３％）から約１２パーセント（１２％）の量での酸化マンガン触媒、及び全混合物の約５パーセント（５％）から約４０パーセント（４０％）の量でのテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）結合剤を使用する。別の実施形態によれば、空気電極５２の混合物調製は、１０パーセント（１０％）から１５パーセント（１５％）のＴＦＥ結合剤を使用する。集電体５４は、空気電極５２内部に配置された又は正極混合物５４の片側、好ましくは、セパレータ５０に隣接した側に電極アセンブリ２４の周縁にまで延びて組み込まれたニッケルｅｘｍｅｔスクリーンを含むことができる。空気正極５２は、好ましくは、缶１４に電気的に接触する。電気的接触は、主として集電体５４により、好ましくは、電極アセンブリ２４の外縁と缶側壁１８の内面との間の締まり嵌めの結果として行うことができる。カーボンは活性炭であり、これは、空気電極５２の活性電気化学物質として機能する。更に、酸素のような外側流体も空気電極５２の活性成分として機能し、これは、酸化マンガンによる触媒作用で、活性炭の表面上で空気電極内の水と反応する。その結果、空気電極５２は、セルバッテリ１０の外側から受け入れた活性成分を使用する。

空気電極アセンブリ２４と缶１４の底部内面の間に、空気分配層又は拡散層６０が配置される。空気拡散層６０は、低密度紙のような高度に多孔質の遊離層を含むことができ、これは、開口部３２に入り、空気電極アセンブリ２４、特に空気電極５２に達する空気、特に酸素の均一な分布を容易にする。図示の実施形態では、空気拡散層６０は、アセンブリ２４の一部としては形成されず、かつガスケット２２と缶１４の間の圧縮した圧着閉止領域内部に延びていない。

空気電極アセンブリ２４は、多孔質材料で構成されたほぼ可撓性でスポンジ状の多孔質シートである。空気電極５２は、強化した電気化学作動を達成するために高度の多孔性を有して製造される。微孔性層５６は、空気の制御された通過を可能にする相当多孔性であるＰＴＦＥフィルム層とすることができる。微孔性層５６は、液体の出入を制御するように詳細には水溶性電解質の通過に抵抗するために疎水性でもある。一実施形態によれば、微孔性層５６は、空気電極５２の底面に加圧積層される。

別の空気透過性の微孔性層５８は、電極アセンブリ２４と缶１４の間でセル１０内に配置することができる。一実施形態によれば、微孔性層５８は、微孔性層５６の下に置かれるＰＴＦＥフィルムの遊離層とすることができ、例えば、層５６が亀裂又はその他で損傷した時のセル１０からの電解質漏れに対する付加的な障壁を提供する。

空気電極アセンブリ２４は、セルハウジング１２内への挿入の前に周囲領域２８内で予備圧縮される積層シートとして一般的に構成される。本明細書で使用される時、「予備圧縮された」空気電極アセンブリ２４とは、その構成要素の積層の後かつ電極アセンブリ２４が缶１４内に挿入される前に、このアセンブリの周囲部分２８が圧縮されるものである。空気電極アセンブリ２４は、圧縮された周囲部分２８に対して圧縮されずに残されるかなりの中間領域又は中間部分２６を有する。圧縮されない中間部分２６は、スポンジ状で可撓性かつ多孔性のままであり、開口部３２に入る外気（例えば、酸素）を受け入れ、セパレータ５０を通じてアノード３４とイオン的に連通する。周囲圧縮部分２８は、空気電極アセンブリ２４がガスケット２２の底基部壁４２と缶１４の内側底面の周囲部分との間に配置されることになる周囲領域内で圧縮される。圧縮周囲部分２８と非圧縮中央部分２６の間には、移行帯域が存在することができ、そこでは電極アセンブリ２４が部分的に圧縮されて電極アセンブリに対する損傷が防止される。

圧縮部分２８の幅は、空気電極アセンブリ２４の周方向強度を高めるように選択され、それによって半径方向の閉止力を硬い予備圧縮部分２８によって吸収することができ、より多孔質の非圧縮部分２６に向け更に内側に伝達されないようになっている。その結果、空気電極アセンブリ２４のドーミングが低減される。アセンブリ２４の予備圧縮部分２８の大きさは、高められる漏れ防止性と、電極ドーミングのあらゆる悪影響と、低減される電気化学的機能との間で均衡させることができる。

一実施形態によれば、空気電極アセンブリ２４の圧縮部分２８は、非圧縮部分２６の厚みである初期の厚みの少なくとも２０パーセント（２０％）圧縮される。約２５ミリメートルの全体的な長さ及び７．５ミリメートルの幅を有するＰＲ４８バッテリセルの例によれば、空気電極アセンブリ２４は、約０．３８１ミリメートル（０．０１５インチ）の開始非圧縮高さを有して形成される。周囲部分２８の予備圧縮の後に、空気電極アセンブリの非圧縮部分２６は、約０．３８１ミリメートル（０．０１５インチ）の厚みのままであり、圧縮部分は、約０．２９２１ミリメートル（０．０１１５インチ）に圧縮される。従って、圧縮部分２８は、０．０５０８ミリメートル（０．００２インチ）を超えて、より具体的には約０．０６３５ミリメートル（０．００２５インチ）圧縮される。約０．０２９２１ミリメートル（０．００１１５インチ）の圧縮厚みを達成するために、一例によれば、圧縮部分は、それが約０．０１２７ミリメートル（０．０００５インチ）反発して戻るのが可能なように、約０．２７９４ミリメートル（０．０１１０インチ）にまで最初に圧縮することができる。

周囲部分２８を予備圧縮することにより、ハウジング１２内でのその後の圧着閉止は、空気電極アセンブリ２４の圧縮のためのかなりのエネルギの印加とは逆に、ガスケット２２の圧縮に向かうエネルギをもたらすことになる。これは、予備圧縮部分２８が柔軟性を除去され、非常に固くなっていることによる。予備圧縮部分２８は、水溶性電解質の移動を更に遅らせ、それは、周囲への水溶性電解質の接近を低減し、従って、バッテリセル１０の漏れを更に低減する。この部分２８の圧縮は、少なくとも多孔質材料５２及び微孔性層５６内の空隙空間の圧縮を生じさせ、並びにセパレータ５０のいくらかの圧縮をもたらす。圧縮部分２８の予備圧縮の結果として、空気電極アセンブリ２４の圧縮性の大部分が、バッテリセルハウジング１２内へのこのアセンブリの組立及びその後のハウジング１２の圧着閉止の前に除去されることも見出されており、周囲部分２８は、高度のバネ状挙動を呈することになり、それによって密封セル１０内のより良好な軸線方向密封を提供する。

図７−図９を参照すると、一例示的実施形態に従って予備圧縮空気電極アセンブリ２４の製造が示されている。図７では、プレス及び切断（打ち抜き）機械９０が示され、予め製造された空気電極アセンブリ材料のシート５１が受け入れられている。機械９０は、周囲下方延長プレス部分１０２を有するほぼ角形の上側プレス１００を有し、これは、延長部分１０２に位置決めした周囲上方延長プレス部分１０６を有する下側プレス基部１０４に位置決めされる。支持ブロック１０８が、基部１０４の外縁の周囲に設けられる。図８に見られるように、上側プレス１００は、強制的に下方に移動され、プレス部分１０２及び１０６の間のシート５１を圧縮して圧縮領域２８を形成するために、予め製造された空気電極アセンブリ材料のシート５１に接触するように移動される。一実施形態によれば、プレス１００は、約１２．７から１５．５ｋｇ／ｃｍ²（１８０から２２０ｐｓｉ）の範囲での積層圧力を印加することができる。例示的な実施形態によれば、プレス部分１０２及び１０６は、シート５１を上面及び底面で圧縮して圧縮部分２８を形成する。他の実施形態によれば、圧縮部分２８は、電極アセンブリ２４の上面又は底面だけに形成することができる。更に、上側プレス１００は下方に移動し、それによってシート５１を望ましい角形の形状及び大きさに切断するように、圧縮部分２８の周縁で過剰のシート材料５３が、支持ブロック１０８のコーナによって切除される。図５及び図９に示されている空気電極アセンブリ２４は、次に、電気化学セル１０の組立中の缶１４内への挿入に待機する。

１つよりも多い空気電極アセンブリ２４を積層材料の単一のシート５１から切り取ることができる。例えば、シート５１は、それから一連の電極アセンブリ２４が打ち抜きされるストリップの形態とすることができる。隣り合った電極アセンブリ２４は、単一のパンチ又はローラを用いるなどで両方の圧縮部分２８の少なくとも一部分の基本的に同時の圧縮によって形成された隣接する圧縮部分２８を有することができる。

電気化学セル１０は、有利な態様においては、ハウジング１２の圧着閉止部の内側に設けられた第１及び第２の内部延長壁又は延長部４４及び４６を有する絶縁ガスケット２２を使用する。図１０を参照すると、セルハウジング１２内への挿入の前の絶縁ガスケット２２が、一実施形態に従って示されている。見られるように、ガスケット２２は、外側直立壁４０と、底基部壁４２と、１対のレバー又は脚部を形成する第１及び第２の内側延長壁４４及び４６とを含む。第１及び第２の内側壁４４及び４６は、終端部を有し、底基部壁４２によって外側直立壁４０に相互接続される。内側壁４４の外面には、終端部に接近して約１５度（１５°）のテーパ４５が形成され、これは、カバー側壁２０との高度の位置決めを可能にする。

第１及び第２の内側延長壁４４及び４６は、９０度（９０°）よりも大きい角度φで形成され、それによって内側直立壁４４の外面と第２の内側壁４６の底面とが９０度（９０°）よりも大きい角度φに置かれるようになっている。一実施形態によれば、角度φは、９５度（９５°）から１３５度（１３５°）の範囲であり、より詳細には、約１００度（１００°）である。第１の内側壁４４は、外側壁４０に実質的に平行な直立壁であり、それによってこの内側壁が、カバー１６の下方延長壁２０の内面に係合するようになっている。内側壁４４及び外側直立壁は、カバー１６の側壁２０を受け入れるためにその間に設けられたスロット４１を有する。第２の内側壁４６は、水平から５度（５°）から４５度（４５°）、より詳細には、約１０度（１０°）下方に傾斜し、それによってその底面が空気電極アセンブリ２４の上面に係合するようになっている。第１及び第２の内側延長壁４４及び４６を９０度（９０°）より大きい角度で形成することにより、カバー１６の下方延長壁２０の内面に対する付勢力及び空気電極アセンブリ２４の上面に対する付勢力を提供するバネとして機能するように、ガスケット２２の第１及び第２の内側壁４４及び４６は、セル１０が組み立てられる時に互いに向けて曲げられる。これは、セルハウジング１２の密封閉止に高度の堅牢性を提供する。

ガスケット２２の外側直立壁４０は、内面６６を有し、その角度は、位置６４で変化し、位置６４での増大した厚みを提供する。位置６４での角度の変化は、密封閉止を強化し、位置６４で高圧縮領域を形成する。結果として生じた直立外側壁４０の内面６６は、位置６４で角度の単一の変化を有する。

位置６４での角度の単一の変化の提供において、ガスケット２２の内面６６の幾何形状の変化に関連するツール痕跡又は非一貫性は存在しない。外側直立側壁４０の外面は、セルハウジング１２が圧着閉止される時、密封帯域内に形成される隆起部を生じさせる様々な角度を有する場合がある。従って、カバー１６の下方延長側壁２０は、密封帯域内の僅かに大きい密封の圧力によって内側に押し込めることができる。その時、カバー１６の壁２０は、温度変化の間であってもガスケット２２に連続した力を提供するバネとして機能する。カバー１６の上部は、負接触表面になるカバー１６の残った部分によって固定される。カバー１６の底部は、カバー１６の壁２０の末端部を半径方向の位置に保持するガスケット２２の基部４２によって固定される。これは、カバー１６の中央に（すなわち、密封帯域に）印加された力で両端が実質的に保持されているカバー側壁２０をもたらす。得られるバネ負荷密封部材は、温度変化の間にそれらが密封表面上に間断ない圧力を提供するので好ましい。従って、バッテリセル１０の保管時の漏れ防止性を改善することができる。更に、内部ガス発生時などのようなバッテリセル１０が加圧された時に、この圧力は、内側カバー側壁２０上に作用し、従って、ガスケット２２上の圧縮を増強させ、それによってガスケット２２は実質的に自己密封性になる。

図１１に見られるように、圧縮されたガスケット２２は、位置６４の近くの側壁の胴部内の密封帯域、並びに第１の内側延長壁４４の外面及び第２の内側延長壁４６の底面を含む高圧縮密封帯域４８を生成する。半径方向及び軸線方向の両方の密封帯域が、特に、高圧縮密封帯域４８で確立される。高圧縮帯域４８の複数の密封領域は、漏れ経路をより蛇行させて、製造誤差への主密封帯域の感受性を軽減させる。

一例では、ＰＲ４８バッテリセルは、約３．７°に高めて傾斜された缶側壁１８を使用することができる。従って、バッテリセル１０がコレット内に再度引かれる時に、缶側壁１８は直線的になる。缶１４の内側直径とガスケット２２の外側直径との間の締まりは、クリアランスから僅かな締まりにまで高められる。

図１１及び１２を参照すると、第２の内側延長壁４６が、缶１４の底部壁、特に、底部壁の周囲部分と中央凹部部分の間の傾斜した移行部３０の内面に関連して示されている。一実施形態によれば、移行部３０の半径方向最外側ポイントと、第２の内側延長壁４６と空気電極アセンブリ２４との接触部の半径方向最内側ポイントとの間の間隔Ｄ（図１２）は、０．１２７ミリメートル（０．００５インチ）よりも大きく、より詳細には、約０．２０３２ミリメートル（０．００８インチ）である。缶底部内の移行部３０の内面は、好ましくは、水平から１５度よりも大きい角度で中央凹部領域から上方向かつ外方向に延びる（セルが図１１に示すように向いている時）。缶底部内の移行部３０は、実質的に直線的な傾斜部、急な（例えば、垂直な）ステップ、又は電極アセンブリ２４の中央部分をガスケット２２の第１の内側延長部４６の先端部によって内部に押し込むことができる凹部を提供する他の構成を含むことができる。

移行部３０の内面上の半径方向最外側ポイントを超えて半径方向内側に延びるガスケット２２の第２の内側延長壁４６を提供することにより、第２の内側延長壁４６は、そうでなければ生じる可能な電極アセンブリ２４のドーミングの量を低減するために電極アセンブリ２４を本質的に下方に押し付ける。従って、ガスケット２２の第２の内側延長壁４６は、本質的に空気電極アセンブリ２４を下方に圧縮し、アセンブリ２４を窪んだ缶１４内に下方に押し付けて電極ドーミングに対抗するレバー効果を生じさせる。缶１４の外側周囲に合わせて形成することにより、レバー効果を空気電極アセンブリ２４上に下向き方向に発生させることができる。

一般的に、電極アセンブリを予備圧縮するために印加される力（予備圧縮力）は、電極アセンブリ２４の構成要素が破損されない限り強いほど良く、かつ予備圧縮力は、セル閉止の間に電極アセンブリ２４に印加される力と一般的に等しいか又はより大きいことになる。

好ましくは、空気電極アセンブリ２４の予備圧縮部分２８は、中央の非予備圧縮部分２６の厚みの８５％よりも大きくなく、より好ましくは、８０％よりも大きくなく、より好ましくは、７５％よりも大きくない厚みに圧縮されることになる。電極アセンブリの損傷を回避するために、予備圧縮部分２８の厚みは、非予備圧縮部分２６の厚みの７０％を下回らない厚みに圧縮されることになる。

予備圧縮の結果として、セル１０が閉止された後の予備圧縮部分２８の跳ね返り特性が低減される。コンピュータモデルは、電極の大きさにより、平均約２７から殆ど１００％までに及ぶ跳ね返りの低減を予測している。一般的に、電極が大きいほど予備圧縮の効果が高い。約１５ｍｍ又はそれよりも大きい幅を有する電極について、好ましくは、予備圧縮は、電極アセンブリ２４が密封セル１０から取り除かれる時に、予備圧縮部分２８の厚みが、平均約１２％より大きく増大しないことになるようなものであり、それは、密封セル１０を切断し、切断されたセルから電極アセンブリ２４を取り除いた前後の予備圧縮部分２８の厚みを測定することによって判断することができる。より好ましくは、平均厚みの増大は、１０パーセントよりも大きくなく、最も好ましくは、約５パーセントよりも大きくないことになる。

電極アセンブリ２４は、それが積層電極アセンブリストックのより大きいシート５１から切り出されるか又は打ち抜かれる前、その最中、又はその後に予備圧縮することができるが、それらが個別の電極アセンブリ２４に切断される前に隣接する電極アセンブリ２４の周囲部分を予備圧縮することが有利である可能性がある。そうすることにより、空気電極混合物５２の側方流れを最小にすることができ、予備圧縮中の混合物の圧密が改善され、切断された電極アセンブリ２４の端面からの予備圧縮中の混合物のはみ出しが防止される。

缶内への挿入の前の電極アセンブリ２４の周囲部分の予備圧縮の代替として、電極アセンブリ２４は、ガスケット２２及びカバー１６が缶１４と共に組み立てられる前に圧縮することができる。例えば、電極アセンブリ２４は、缶内に挿入されて、圧縮力を例えば剛体パンチを用いて電極アセンブリ２４の周囲部分に印加することができる。圧縮段階中の電極アセンブリ２４の損傷を回避するために、缶底部の隣接部分の形状と類似した形状を有する電極アセンブリ接触表面を備えたパンチを使用することが望ましいであろう。この圧縮段階中の電極アセンブリ２４の端面からのカソード混合物５２のはみ出しを回避することも望ましい。電極アセンブリ２４が圧縮された後、ガスケット２２とアノード３４を収容したカバー１６とが缶１４と組み合わされ、缶側壁１８の上端部分が内向きかつ下向きに曲げられてハウジング１２が密封される。

缶内への挿入の前の電極アセンブリ２４の予備圧縮と、挿入の後及び缶１４、ガスケット２２、及びカバー１６の組合せの前の圧縮とは、電極アセンブリ２４だけに行うことができ、又は微孔性層５８のような他のセル構成要素と共に電極アセンブリ２４に対して行うことができる。セル閉止の前の圧縮中に電極アセンブリ２４に微孔性層５８を含めることは、有利に低減し、微孔性層５８の密封特性も同様に改善する。

電極アセンブリの密封形成部分の圧縮は、上述したような角形及びボタン形流体消費セルにおいてより頑強な密封を提供することができる。電極アセンブリの同様の圧縮がセルの一端又は両端に配置されるか又はセルの円筒形側壁に隣接して配置された電極アセンブリを有する円筒形セルを含む円筒形セルのような他の形状の流体消費セルにおいて良好な密封を提供することができることも考えられる。

図１３を参照すると、亜鉛空気セルバッテリ１２０（バッテリセル１０の実施形態）が、様々な表面上にシーラント１２２−１３６を用いて一般的に示されている。電気化学セル１２０は、セル１２０内の１つ又はそれよりも多くの様々な位置でセル組立て中に付加されるシーラントを使用する。シーラント位置は、空気電極アセンブリ２４の圧縮領域２８の上面に付加されたシーラント１２２を含むことができ、それによってシーラント１２２が、空気電極アセンブリ２４とガスケット２２の基部壁４２の底面との間のインタフェースに設けられる。シーラント１２４は、空気電極５２の周囲部分と電極アセンブリ２４の微孔性材料５６の遊離層との間に付加することができる。シーラント１２６は、微孔性材料５６の遊離層の周囲部分と缶１４の底部との間に配置することができる。シーラント１３０は、ガスケット２２の第１の内側延長部４４とカバー７の下方延長壁２０の内面との間に配置することができる。シーラント１３２は、ガスケット２２の直立外側壁４０にインタフェースで接続する缶１４の上側延長壁１８の内面上に配置することができる。シーラント１３４は、カバー１６の下方延長壁２０にインタフェースで接続するガスケット２２の直立壁４０の内面上に配置することができる。更に、シーラント１３６は、ガスケット２２の直立外側壁４０の上側内面にインタフェースで接続するカバー１６の壁２０の肩部上に配置することができる。

一部の例によれば、様々なシーラント１２２から１３６は、アスファルト又はポリアミドホットメルト接着剤のような公知のシーラントを含むことができる。トリクロロエチレン、イソプロピルアルコール、ナフサ、並びに他の公知の溶媒のような様々な溶媒は、シーラントの付加を容易とするためにシーラントと混合させることができる。この混合物内のシーラント１２２から１３６の重量負荷は、一実施形態によれば、５パーセント（５％）から３０パーセント（３０％）の間で選択することができる。様々なシーラント１２２から１３６は、噴霧法、液滴法、ホットメルト分注法などのような当業技術で公知であるシーラントのための付加方法を用いて付加することができる。ホウ酸、クエン酸、酢酸、及びその他のような中和剤は、あらゆる水酸化カリウム漏れを中和するために使用することができる。シーラント１２２から１３６を様々な位置に付加することにより、ガスケット２２の浸漬コーティングを不要とすることができる。これは、粘着ガスケットのような製造不具合の低減をもたらすことができる。シーラント１２２から１３６がこの例で示されているが、シーラント１２２から１３６は、セル１２０に頑強な密封閉止を提供するために全ての位置で必要とはされない場合があることを認めるべきである。

従って、本発明のバッテリセル１０は、電解質漏れ及び空気電極アセンブリ２４のドーミングを最小にする頑強な密封閉止部を有利に提供する。本発明の教示は、角形、円筒形、円板形、及び他の形状を含む様々な形状及び大きさに構成されたバッテリセルに適用することができる。

開示された概念の精神を逸脱することなく本発明に対して様々な修正及び改良を行うことができることは、本発明の実施者、並びに当業者によって理解されるであろう。与えられる保護の範囲は、特許請求の範囲により、並びに法的に許容される解釈の幅により判断されることになる。

１４ 第２のハウジング構成要素
１６ 第１のハウジング構成要素
２２ ガスケット
２４ 電極アセンブリ
３４ 第１の電極

Claims (10)

1. 下方に延びる側壁を有する第１のハウジング構成要素と底面を含む第２のハウジング構成要素とを含み、かつセルハウジング内への流体の通過のためにセルハウジングを通過する少なくとも１つの流体入口ポートを有するセルハウジングと、
   前記第１のハウジング構成要素と電気的に接触して前記セルハウジング内に配置された第１の電極と、
   前記第２のハウジング構成要素と電気的に接触して前記セルハウジング内に配置された第２の流体消費電極を含む電極アセンブリと、
   前記第１及び第２のハウジング構成要素の間に配置され、かつ外側直立壁と、基部壁と、該第１のハウジング構成要素に付勢的に接触するように延びる第１の内側壁及び前記電極アセンブリに付勢的に接触するように延びる第２の内側壁とを含むガスケットと、
   を含み、
   前記第１及び前記第２の内側壁は、終端部を有し、かつ前記基部壁によって外側直立壁に相互接続しており、
   前記第１の内側壁及び前記外側直立壁には、その間に、前記第１のハウジング構成要素の前記下方に延びる側壁を受けるためのスロットが設けられ、該第１の内側壁は、該第１のハウジング構成要素の該側壁の内面に係合し、
   非撓み状態の前記第１及び前記第２の内側壁は、前記第１の内側壁の外面と前記第２の内側壁の底面との間の角度を９５度から１３５度で形成し、
   前記第１の内側壁の前記外面は、前記第１のハウジング構成要素の前記下方に延びる側壁に係合し、前記第２の内側壁の前記底面は、前記電極アセンブリの上面に係合する、ことを特徴とするバッテリ。
2. 前記第２の内側壁の前記底面は、水平から下方に５度から４５度傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
3. 前記ガスケットの前記第１の内側壁は、前記第１のハウジング構成要素の内面に向いており、該ガスケットの前記第２の内側壁は、前記電極アセンブリに向いていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
4. 前記第１の電極及び第２の流体消費電極の間に配置されたセパレータを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
5. 前記第２のハウジング構成要素は、底部壁を含み、当該底部壁は、周囲部分と、該周囲部分で囲まれており、該底部壁の該周囲部分から窪んでいる中央凹部と、該中央凹部及び該周囲部分の間の移行部と、を有し、
   前記第２の内側壁は、前記電極アセンブリが前記第２のハウジング構成要素における前記中央凹部に向けて付勢されるように延びる表面を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
6. 前記第２の内側壁表面は、前記第２のハウジング構成要素における前記底部壁の前記周囲部分から前記中央凹部に向けて延びており、かつ、前記底部壁の前記移行部から前記中央凹部に向けて０．１２７ミリメートルよりも大きい距離だけ延びていることを特徴とする請求項５に記載のバッテリ。
7. 前記中央凹部は、前記移行部の傾斜によって窪んでいることを特徴とする請求項５に記載のバッテリ。
8. 前記第１及び第２の内側壁の各々は、終端部を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
9. 前記ガスケットは、前記第１及び第２のハウジング構成要素の間に高圧縮領域をもたらす前記外側直立壁の厚みの変化を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
10. 前記第２の電極は空気電極であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。

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