JPH07505009A - 亜鉛−空気電池用圧縮性フォーム支持材 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 亜鉛−空気電池用圧縮性フオーム支持材発明の背景 本発明は亜鉛−空気電池、アルミニウムー空気電池、マグネシウム−空気電池お よびリチウム−空気電池のような金属−空気電池すなわち金属−空気バッテリに 関する。これらの電池は種々の利点のなかでも特に高比エネルギーをもつから有 利である。亜鉛−空気電気化学対は商業的に入手し得るバッテリ系の内で最高の ４５０Ｗｈ／ｋｇまでの比エネルギーをもつ。更に、亜鉛−空気系は本来的に安 全である。両方の電極共に穏健な材料であり、すなわち負電極は主として無毒の 金属亜鉛からなり、正電極は炭素−ＰＴＦＥ　（ポリテトラフルオロエチレン） 空気陽極から構成される。

亜鉛−空気電池の現在最も普及している形態はボタン型電池である。亜鉛−空気 ボタン型電池は競合関係にある酸化水銀電池および酸化銀電池のエネルギー密度 の２倍の高エネルギー密度をもつために補聴器市場の主要部分を占める。現在ま で亜鉛−空気電池の他の用途は例えばワイン用の酸素ゲッター（米国特許第４゜ ８３８、４４２号）および８．４ボルト医療用遠隔計測電池（これはプラスチッ クケース中に収納された６個のボタン電池集合体からなる）のような特殊な用途 に限られてきた。これらの用途を一緒にしても、これらの用途はＡＡＡ電池、Ａ Ａ電池、Ｃ電池およびＤ電池サイズにより占められる一次電池用の全世界市場の 小割合を示すに過ぎない。これらの電池（ＡＡＡ電池、ＡＡ電池、等）は円筒形 のものが代表的であり、通常、炭素−亜鉛およびアルカリニ酸化マンガン化学反 応を使用し、大衆消費製品、玩具および懐中電灯からポケットベルに亘る工業的 電気および電子製品及び医療遠隔操作器具の分野で広範な用途がある。

過去３０年間に亘って電池の開発業者達は亜鉛−空気電池化学反応を上述した普 及型大衆消費電池と互換性がある円筒型に適用しようと試みてきた。これらの試 みでは空気陽極が円筒形で環状の亜鉛陰極の内側に配置された円形同心円のデザ イン（米国特許第２．９３８．０６４号、同第３．１２４．４８７号、同第３． ６８２．７０６号、同第３，８８１、９５９号、同第４．３４１．８４７号及び 同第４．４９１．６２４号参照）か、あるいは空気陽極が中央の陰極円筒の外側 に配置された円形同心円デザイン（例えば米国特許第３．８７１、９２０号、同 第４．００９．３２０号、同第４．２１１．８３０号、同第４．２１４．０４４ 号及び同第４．３０３゜７４３号参照）を一般に使用してきた。しかし、これら の試みを工業的亜鉛−空気円筒電池製品に適用して成功したものはなかった。

亜鉛−空気電池のような一次および二次金属−空気電池に付随する共通の障害は 電池の放電中の金属電極の膨張である。放電中に金属が金属酸化物（例えば酸化 亜鉛）に酸化すると金属酸化物は第２固相として陰極中に止まる。金属酸化物の 密度は通常その金属の密度より低いから金属電極が酸素原子を吸収すると体積が 増し、また電極の質量が増大する。亜鉛電極（陰極）の場合には、放電中に約２ ０％だけ陰極は膨張する。電池内に膨張空間が具備されていないと膨張する陰極 は電池を膨らませて崩壊させ、電解液を漏洩させる。これらのいずれもが極めて 望ましくない。膨張空間が具備されているとしても、電極と電解液との良好な接 触が保証されない。この膨張問題に対する［チェイキー（Ｃｈｅｉｋｙ）に許与 された米国特許第４．８９４．２９５号で提哨された］解決策の１つは電池容器 の底部に金属電極に隣接して組込まれた隔膜を使用することであった。放電中に 、上方に向けてへこんだ容器の底部は膨張する陰極により押されて余分の容積の 形に順応する。

しかし、この解決策は容器材料に制限される複雑な製品デザインとこのような膨 張を許容する厚さを必要とする。

発明の概要 本発明は電池の充電あるいは放電中に金属電極の体積変化に順応する簡単で有効 な手段を提供し、かくして電池容器の膨れや崩壊を回避する手段を提供するもの でる。本発明はこの手段を非常に低い内部電池圧力で達成し、従って、電池から 電解液が漏洩の可能性を最小となす。本発明はまた、工業的円筒形及び角柱形の 電池およびバッテリと互換性がある耐久性で、長寿命の金属−空気電池を提供す る。

本発明の一面は、下記の２因子が円筒形及び角柱形金属−空気電池の工業的成功 を妨げてきたとの認識にある。すなわち第１は、ＰＴＦＥを結合した圧搾カーボ ン紙の薄いシートまたは層である空気電極は曲がった形に合わせるのが極めて困 難であることであり、第２は空気電極の電池容器（代表的には陰極缶）への電解 液モレを防止するためのシールの信頼性が通常良好でないことである。

本発明の金属−空気電池の１つは、空気電極が取付けられる領域を備えた実質上 円筒形または角柱形の側壁を備える。空気電極は事実上平らなシートであり、容 器の軸線に平行である。このデザインは従来技術のデザインでは得られなかった 耐久性を空気電極に付与する非円筒形空気電極を使用すると云う利点をもち、シ ーラントを使用して電池の内容物が空気電極と容器側壁との間から漏れないこと を保証できる。亜鉛負電極（亜鉛陰極）のような金属電極は電解液と共に容器内 に置かれ、空気電極から電子的に隔離されている。圧縮性フオーム支持材が陰極 区画内に配置されて金属電極の寸法すなわち大きさの変化に順応する。正端子お よび負端子が容器の端部に取付けられて電池が構成される。

本発明の好適な実施態様においては、金属−空気電池は角柱形陰極トレー（これ は代表的にはアルカリ電解液中で化学的に安定なプラスチック樹脂から造られる ）を備える。このトレーの底部には１個またはそれ以上の開口が備えられ、これ らの開口は疎水性の多孔質膜により覆われて電解液の漏出を防止している。圧縮 性独立気泡フオームのシートを多孔質膜の上面に置いて放電中の金属電極の膨張 に順応させる。トレーの底部の開口はフオームの気孔内に含まれたガスを放出さ せ、電池内に圧力が蓄積されるのを最小にする。

本発明の好適な態様においては、電池のトレーは非導電性チューブにより囲まれ て電池に全体として円筒形を付与する。電池は付加的に空気電極の外側に取付け られた空気分散器を備えることができる。別の好適な態様においてはトレーすな わち容器、空気電極および電池端子を収縮性チューブで囲み、この収縮性チュー ブを電池内容物の周りで収縮させて漏洩防止性シールを形成させる。

本発明の電池の金属電極は時にゲル化アルカリ電解液に懸濁した金属亜鉛粉末を 含むことができる。本発明で使用する弾性フオーム支持材は代表的にはゲル化電 解液／金属電極と容器底部すなわちトレー底部との間にそれらに接触して設置さ れる。最適には、フオーム支持材は独立気泡ポリエチレン材である。

本発明は電極の体積変化に順応するための従来の隔膜デザインでは得られなかっ た簡単で低価格の方法を使用するものである。本発明の他の特徴および利点は本 発明の好適な実施態様を添付図面と共に詳細に説明する下記の記載から明らかと なろう。

図面の簡単な説明 図１は本発明の好適な実施態様による亜鉛−空気電池の断面図；図２は本発明の 好適な実施態様による電池容器の透視図；図３は本発明の好適な実施態様による 空気電極組体の透視図；図４は本発明の好適な実施態様により構築された亜鉛− 空気電池の概略断面図図５は電池容器と金属電極との間に弾性フオーム支持材を 備えた電池の他の実施態様の断面図；及び 図６は市販のＡＡ電池の放電特性と本発明の亜鉛−空気電池の放電特性とを比較 する放電曲線図である。

好適な実施態様の記載 図１は本発明で意図する型の金属−空気電池を示す。電池７０は半円筒形容器４ ０を備え、この容器４０は電池のほぼ外側表面を形成する。弾性フオーム支持材 ６２と金属電極／電解液ペースト６０とは容器４０内に置かれる。フオーム支持 材６２は容器４０と金属電極／電解液ペースト６０との間にそれらに接触して配 置される。使用中、フオーム支持材６２は圧縮されて、充電中の、または放電中 の金属電極に通常付随する体積変化に順応する。電池が繰返し充電および放電サ イクルに首尾よく耐えねばならないときは、このフオーム支持材は寸法の変化の 繰返しに追随することができるように充分な弾性をもたねばならない。空気電極 ４８とＬ字型集電部材５０とを備える空気電極組体は、この空気電極組体が金属 電極／電解液ペースト６０と電解的接触を保つように容器４０に結合される。

両電極間の短絡を防止し同時に電解的接触を保つために空気電極組体と金属電極 との間に隔離部材（スペーサ）５２が配置される。集電部材５０（空気電極に付 属する）はフラップ６６を備え、このフラップ６６は正極（陽極）端子５６に電 気的に接触して結合する。フラップ６６は空気電極集電部材５０の本体に垂直に 配向される。絶縁材５８が、空気電極集電部材５０の正に帯電したフラップ６６ から負に帯電した容器４０の左側壁を隔離する。負極端子６４は電池の容器４０ に電気に接触して結合される。容器４０は金属電極の集電部材として作用する。

最後に、空気電極表面上に均一に酸素を分配する空気分散器５４が空気電極表面 で空気電極組体に結合される。空気分散器５４は多孔質の疎水性部材で、例えば ゴルテツクス［ＧｏｒｅＴｅｘ、　（米国、メリーランド州、エルクトンのＷ、 　Ｌ、　Ｇｏｒｅ　ａｎｄ＾５ｓｏｃｆａｔｅｓの登録商標）］またはポレック ス［Ｐｏｒｅｘ　（米国、ジョーシア州、フェアバーンのＰｏｒｅｘ　Ｃｏｒｐ 、の登録商標）］からなる。

図２は本発明で使用できる実質上円筒形の容器４ｏの１型式を示す。この容器は 例えばニッケルメッキした真鍮からなる。図示の態様においては、容器４ｏは半 円形の樋の形をもつ。容器４０の湾曲した底部（あるいは側壁）はＡＡＡ、ＡＡ 、ＣまたはＤ電池のような対応する円筒形電池の底部（あるいは側壁）にほぼ等 しい半径により区画される。ＡＡ電池の場合には、容器４ｏの半径は約７ｍｍ（ ０，２７８インチ）である。ＡＡ電池の場合、容器の底部は四角形として巾と高 さとが約１３．８ｍｍ　（０，５４５インチ）としたものもある。この型式の電 池は角柱形電池と呼ばれる。角柱形電池は円筒形電池と同じ機能をもち、代表的 には丸い表面でなく平らな表面をもつ電池区画をもつデバイスに使用される。

図２に示す容器４０は電解液と金属空気電極を収納する空洞４２を備え、この空 洞４２は通常長四角の開口４５を区画する平らなシール縁４４を備える。シール 縁４４は空気電極を容器にシールするための平らな表面４７をもつ。容器４゜は １個またはそれ以上の空気電極を取付ける１個またはそれ以上の開口をさらに備 えてもよい。

図３は空気電極シート４８、隔離部材５２および集電部材５０を備えた空気電極 組体４６の透視図を示す。空気電極組体４６は、シール縁を電池容器に結合する 表面となる、空気電極組体の長さに沿って１個またはそれ以上の平らな区域を備 える。このようにして、平らなシール縁に空気電極を結合する作業が簡単で信頼 性あるものであるために電池のシール作業が少なくなる。この結合作業は電池の 周りに緊密に収縮する薄い収縮性プラスチックチューブである包装材またはラベ ル材により作用される圧縮力によりさらに補足される。

空気電極４８はＰＴＦＥと結合したニッケル製網集電部材に圧入した炭素の薄い ［代表的には０．２５〜０．５１ｍｍ　（０，０１〜０．０２インチ）］の多孔 質シートからなる。空気電極はまた空気電極と二酸化マンガン電極との併用電極 のような混成電極であってもよい。

空気電極組体は、空気電極および集電部材の他に、金属電極集団（ｍａｓｓ）へ の電気的短絡を防止するために、代表的には該組体の活性面に隔離部材５２を備 えることを要する。隔離部材は水酸化カリウム水溶液のような強アルカリ性電解 液中で安定な多孔質または半透過性構造体で造られる。隔離部材材料の例はＣｈ ｉｃ。

ｐｅｅ　Ｃａｒｐ、（米国、ニューシャーシー州、二ニー・ブラウンスウィッチ ）により製造された１００％ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）紙、セルガード［ Ｃｅｌｇａｒｄ、米国−ｆ−スカロライナ州、シャーロッテのへキストーセラニ ーズ社の登録商ｔＩＡ］のような微孔性ポリプロピレン、およびＲＡＩ　Ｃｏｒ ｐ、　（米国、ニューヨーク化、ハウパウジ）により製造された照射グラフト重 合ポリオレフィンフィルムである。隔離部材は例えばＰＶＡ結合剤により空気電 極に結合して空気電極組体の一部となすことができる。しかし、組立て中に隔離 部材を空気電極とは無関係に別の部材として直接容器に結合してもよい。

隔離部材と空気電極とは別々に、あるいは１つの単位（部材）として適当な結合 剤、セメント、または樹脂で容器に結合される。これらの結合剤の例にはアスフ ァルト系セメント、およびポリアミド系セメントであり、これらの物質は例えば 米国特許第３．９２２．１７８号、同第４．７４０．４３５号、同第４．２４８ ．９４４号、同第４．２８２．２９３号および同第４．２２４．７３６号明細書 に開示されているので、これらを参照されたい。

その上、結合は容器と空気電極組体とを囲む熱収縮性チューブにより、あるいは 熱シールまたは摩擦圧接により達成もしくは増強される。

図１に示す型式の金属−空気電池は下記の１稈により組立てられる：まず最初に 、容器の底部に沿って圧縮性ポリマーフォ、−ムの層と金属電極／電解液配合剤 とを置き、次に空気電極表面上に空気分散器を置くことにより空気電極組体を造 る。正に帯電する端部キャップ（これは代表的にはニッケルメッキしたスチール である）を空気電極集電部材のフラップの裸出した網材に、例えばハンダ付けま たは点溶接により、結合する。正に帯電する端部キャップを備えた空気電極集電 部材のフラップをこの空気電極集電部材フラップから紙製または適当なポリマー 製の絶縁スペーサ（隔離部材）により絶縁された容器すなわちトレーの端部全面 上に重ね合わせる。負に帯電する端部キャップ（これは代表的にはニッケルメッ キしたスチールである）を容器の他端に、例えばハンダ付けまたは点溶接により 、結合する。最後に、熱収縮性プラスチックチューブのような収縮性チューブを こうして得られた組体を覆うようにかぶせ、収縮させて緊張した外装を形成させ る。

チューブが収縮するとチューブは正に帯電したキャップを所定に位置に保持し、 空気電極を容器に押圧してシールする。このチューブは、電池中に酸素を流入さ せるために、空気分散器と流体流通可能に組合わされた開口または空気透過性手 段を備えなければならない。或はまた、収縮性プラスチックチューブはその構造 中に組込まれた空気分散手段を備えたものでもよい。

図４は本発明の好適な金属−空気電池を示す。電池は上面壁、左端部壁、右端部 壁、および周辺側蓋を備えたプラスチック製または金属製のトレー（容器）２を 備える。周辺側壁は実質上平坦な底部を含み、この底部には１個またはそれ以上 の空気孔３が備えられる。述語「左端部」と「右端部」および「上面」と「底部 」とは単に便宜上使用したもので、トレー２のそれぞれ対向する側面を云うに過 ぎない。これら底部の空気孔は、電解液が外部に漏れないように、多孔性疎水性 膜４（この膜はその周縁に沿ってトレー底部の内面に結合されている）によりシ ールされている。圧縮性フオーム支持材５が膜４の上に重ね合わされ、また金属 電極６がフオーム支持材上に配置される。電池が放電するとフオーム支持材は金 属電極の膨張により圧縮され、フオーム支持材中の気孔中のガスはトレーの空気 孔を通って電池から放出され、それにより圧力の蓄積を最小となす。金属電極針 ７と釘７に導電的に接続した導電性網材８とにより金属電極への電気的接触が行 われる。酸素電極９と多孔質隔離部材（スペーサ）１０とは接点１１ａおよび１ １ｂで適当なセメント、熱シールまたは摩擦圧接によりトレーの上部縁に結合さ れる。酸素電極への電気的接続は酸素電極９に導電的に結合された網部材１２に より行われる。電池は導電性で正に帯電した端部キャップ１３と、網部材８と釘 ７とに導電的に結合した負に帯電した端部キャップ１４とを備える。電池は慣用 の円筒形電池の外径および長さに等しい外径および長さをもつ非導電性チューブ （図示せず）中に挿入される。

フオーム支持材は、電池組立て中に金属電極／電解液ペーストを載せる電解液非 透過性底部となり、隔離部材１０および空気電極（すなわち酸素電極）９に対し て所定位置に金属電極６を保持させる。電池が放電するにつれて、金属電極はフ オーム支持材に向かって膨張し徐々にフオーム支持材を圧縮する。電池が再充電 性であると、（負電極とともに収縮し膨張できる）弾性フオーム支持材を使用す べきである。

好適なフオーム支持材はＶｏｌａｒａ　（日本国、Ｖｏｌｔｅｘ　Ｃｏｒｐ、の 登録商標）のような独立気孔ポリオレフィン材料である。ポリオレフィンは電解 液（代表的には水酸化カリウム水溶液）の存在において特に不活性で、非汚染性 であり、独立気孔構造により電池の性能を劣化させるフオームによる電解液の吸 収が防止される。

フオームは好適には最小の圧力で圧縮される性質をもつべきである。これにより 圧力により誘発される電極および電解液の膨張および漏洩の問題を回避する。円 筒形ＡＡ電池とほぼ同じ容積を置換する電池の場合に、約２．４ｍｍ（約０．０ ９４インチ）の厚さで０．０３２ｇ／ａｍ”の密度のＶｏｌａｒａの単一層は最 小の圧縮圧で所要の体積圧縮を生じることが見出された。より小さい、またはよ り大きい電池の場合にはフオームの層数と表面積とを対応して変えなければなら ない。

上記のように、電解液はゲル化アルカリ水溶液、例えばゲル化水酸化カリウム水 溶液であることもできる。一般に、金属電極は例えば亜鉛、マグネシウム、アル ミニウム、それらの合金、または業界で既知の他の適当な金属電極材料のような 金属の粉末または微細な金属粒であることができる。亜鉛電極の場合には、金属 電極／電解液材料は好適には電池用品位亜鉛粉末と水酸化カリウム電解液とゲル 化剤（このゲル化剤はアルカリ・二酸化マンガン電池において工業的に使用され るペーストと同様なペーストを形成する）の配合物である。この金属電極配合物 は個々の用途、例えば低放電（ｌｏｗ　ｄｒａｉｎ）用、高放電（ｈｉｇｈ　ｄ ｒａｉｎ）用または汎用の用途に応じて電池性能を最適化するように業界で周知 の手段によって調整できる。

膜４はセルガード（Ｃｅｌｇａｒｄ）　２４００　（Ｃｅｌａｎｅｓｅ　Ｃａｒ ｐ、製）またはゴルテツクス（Ｇｏｒｅｔｅｘ）　［米国、メリランド州、エル クトン（Ｅｌｋｔｏｎ）のＷ、　Ｌ、　Ｇｏｒｅ　＆Ａｓ５ｏｃｉａｔｅｓ社製 ］のような多孔質疎水性ポリマーフィルムにより造ることができる。この膜はそ の周縁に沿って電解液が漏れないようにアスファルト系またはポリアミド系セメ ントにより、または熱シールにより、または摩擦圧接によりシールされる。

図４に示すように電池の組立て中に、電池容器（トレー）底部に疎水性バリヤー 膜４を内張すしてバリヤー膜４の周縁に沿って漏洩密にシールする。次に圧縮性 フオーム支持材５を挿入した後、亜鉛電極／ｗＬ解液（水酸化カリウム／水／ゲ ル化剤）ＩＦ合物６を挿入する。次いで多孔性隔離板１ｏと酸素電極９とを電池 容器（トレー）２の上縁に結合する。集電部材である釘７を次いで容器壁を貫通 して挿入し、適切にシールする。所望により、釘７と共に金属製網材８を使用し フッオーム支持材の上面に置いて金属電極／電解液配合剤を加える前に釘７にハ ンダ付けまたは点溶接により導電的に結合できる。次に、集電部材である網部材 １２を酸素電極９に導電的に結合する。網部材１２は、負に帯電する端部キャッ プ１４に導電的に結合する針部材７の反対側の、電池端部上の正に帯電するキャ ップ１３にも導電的に結合し、次に全組体をプラスチックチューブ中に挿入する 。

完成した電池は、空気と接触しなければならない部分上に取外し自在に置かれた 防湿接着材または熱シールした保護テープを備えることができる。これは貯蔵中 に水の吸収防止手段や水の逸失防止手段のないバラ売りまたはパッケージ売りの 電池の場合にに望ましい。更に、電池をこのようにシールする時には最終パッケ ージに使用する材料としてより低価格の材料を使用できる。

別法として、電池を多孔質透明なブリスター／厚紙包装材中に包装してもよい。

この形態では包装を開くと保護テープが自動的に取外される。このデザインはブ リスターと厚紙との間をシールするようにテープを挿入する。同様な方法は米国 特許第４．８３８．４２２号明細書に記載されているから参照されたい。未シー ル電池を包装するための他の選択肢は防湿性袋または防湿性透明ブリスター／厚 紙包装を使用するにある。

本発明の他の面は上述の従来型の円筒形電池以外の装置に弾性フオーム支持材を 使用するにある。例えば、ボタン型電池およびプレート／枠型電池では弾性フオ ーム支持材をを有利に使用できる。図５に本発明のこの面によるボタン型または 角柱形電気化学電池１０１を示す。容器（支持トレー）１０５は電池がボタン型 のときは円筒形である。他方、電池が角柱形の場合には容器１０５はボタン型側 面の外に１個またはそれ以上の平坦な側面を備える。現在市販されているボタン 型電池の例は、特に、レイヨバック（Ｒａｙｏｖａｃ）社、ニブレディ（Ｅｖｅ ｒｅａｄｙ）社、およびデュラセル（Ｄｕｒａｃｅｌｌ）社により製造された亜 鉛陰極電池である。角柱形亜鉛−空気電池は現在スペイン国、ビトリア（Ｖｉｔ ａｒｉａ）のセガサ（Ｃｅｇａｓａ）社により製造され、また米国、カリフォル ニア州、リング・バーバラのＤＥＭＩ及び米国、ジョーシア州、スマイルナのエ ア・エナージ・リソ−スズ（Ａｉｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅ５ｏｕｒｃｅｓ）によ り開発中である。各場合において、電池はゲル化アルカリ電解液中に懸濁された 亜鉛金属粉末陰極を備えた一次電池を使用している。

図５に示すように、圧縮性ポリマーフオーム支持材１０７は容器（支持トレー） １０５の底部に配置される。フオーム支持材の上面に直接接して金属電極１０２ および付属する金属電極用集電部材１０６がある。空気電極１０３は容器１０５ の上面に配置され、金属電極１０２から隔離部材１０４により隔離される。容器 １０５は金属またはポリマー材料から造られる。金属容器１０５の場合には例え ば点溶接あるいはハンダ付けににより容器１０５に固定的に結合されるか、また はポリマー容器１０５の場合にはポリマー容器１０５から出たチューブ手段に固 定的に結合される集電部材１０６は金属電極での化学反応から発生した電流を電 池容器１０５へ運ぶ。この集電部材はアルカリ亜鉛電極用にはエキスパンデッド 銅シートもしくはフオーム、またはエキスパンデッド真鍮シートまたはフオーム で造ることができる。

例 約１３．８４ｍｍ平方（０，５４５インチ平方）で長さ５０．８ｍｍ　（２，０ ０インチ）（ＡＡアルカリ電池のそれぞれ直径と長さとにほぼ等しい）の角柱形 亜鉛−空気電池を下記のように組立てた・ 密実アクリルプラスチックシート材料のブロックから陰極トレー（容器）上部部 分を切削して上部開口と開口底部の周辺に巾３．１８ｍｍ　（０，１２５インチ ）で厚さ１．０２ｍｍ　（０，０４０インチ）の縁をもつ、高さ１２．７ｍｍ　 （０，５００インチ）、厚さ１．０２ｍｍ　（０，０４インチ）の側壁および端 部壁を造った。

厚さ１．０２ｍｍ　（０，０４インチ）のアクリル製プラスチックシートから、 中１３．８４ｍｍ　（０，５４５インチ）および長さ５０．８０ｍｍ　（２，０ インチ）のトレー（容器）底部部分を切取り、得られたトレー底部に直径３．１ ８ｍｍ　（０，１２５インチ）の穴３個を巾の中心線に沿って相互に、またト・ レー底部の端部からそれぞれ等間隔にあけた。

中１３．８４ｍｍ　（０，５４５インチ）、長さ５０．８ｍｍ　（２，０インチ ）のガス透過性疎水性材料（Ｃｅｌｇａｒｄ　２４００）の切片を前記トレー底 部の上に重ね、この重ねた切片をトレー（容器）の上部部分の底部端に向がい合 わせて置き、それらをポリアミドセメン１（Ｈｅｎｋｅｌ　ＧＡＸ　１ｌ−９７ ２）を使用してその場で結合した。

直径’１．４０ｍｍ　（０，０５５インチ）の予備孔を陰極上部トレーの一端に あけ、次いでこの予備孔を３．２５ｍｍ　（０，１２８インチ）の旧式（円錐形 の穴）にし、この旧式に０−リング（Ｐａｒｋｅｒ　２−００２）を入れ、更に このＯ−リングに直径１゜３７ｍｍ（０，０５４インヂ）、長さ５０．８ｍｍ　 （２，Ｏ０インチ）の真鍮棒を挿入し陰極区画を貫通してほぼ反対側の端部壁ま で延ばした。これが陰極集電部材である。

次いで、巾１１．８１ｍｍ　（０，４６５インチ）、長さ４８．７７ｍｍ　（１ ，９２インチ）および厚さ４．７８ｍｍ　（０，１，８８インチ）の圧縮性独立 気泡プラスチック材料（Ｖｏｌａｒａ　２＾）の切片をトレーに挿入しトレー底 部の内側のセルガード（Ｃｅ１．ｇａｒｄ）ライニングに対して密着させて載置 した。

容器（トレー）の空洞を、電池級品位の亜鉛粉末（３重量％の水銀によりアマル ガム化した亜鉛粉末［オーバーベルト・グレード（Ｏｖｅｒｐｅｌｔ　Ｇｒａｄ ｅ）　３０８１１７０重量％と３５％水酸化カリウム水溶液と０．６重量％のゲ ル化剤［か−ボボール（Ｃａｒｂｏｐｏｌ）　９４０］とを予め混合した配合物 で満たした。容器（トレー）の空洞は亜鉛陰極配合物の上部表面が陰極トレーの 上部表面と同高となるように充填した。

巾１０．６７ｍｍ　（０，４２０インチ）、長さ４７．６３ｍｍ　（１，８７５ インチ）の隔離部材［チコビー（Ｃｈｉｃｏｐｅｅ）　７６０１］の切片をトレ ーと陰極配合物との上に置いて約１．５２ｍｍ（約０．０６０インチ）のトレー 縁を外部に露出させた。トレー縁の露出部をポリアミドセメント（Ｈｅｎｋｅｌ 　ＧＡＸＺ　１ｌ−９７２）で被覆し、次いで巾１３．８４ｍｍ　（０，５４５ インチ）、長さ５０．８ｍｍ　（２，００インチ）の切片からなる空気陽極材料 ［エルクトロメディア（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｄｉａ）　ＡＥ−２０１を前記繰上 に置き、その場でセメントが固まるまで強固に保持した。

中１２．７０ｍｍ　（０，５００インチ）、長さ５７．１５ｍｍ　（２，２５イ ンチ）の陽極集電部材片［厚さ０．７１ｍｍ　（０，０２８インチ）のデルカー （Ｄｅｌｋｅｒ）製エキスパンデッド・ニッケルシート］を空気陽極の上面に置 き、余った長さは真鍮陰極棒を含むトレ一端部壁の反対側の端部壁上に折曲げた 。巾１２．７０ｍｍ（０，５００インチ）、長さ５０．８０ｍｍ　（２，００イ ンチ）、厚さ１．０２ｍｍ（０，０４インチ）のガス透過性疎水性連続気泡材料 ［ボレツクス（Ｐｏｒｅｘ）　４７６５コを陽極集電部材上に置き、全トレー長 に亘って４側面全部を厚さ領１２ｍｍ（０，００５インチ）の裏面に接着剤を塗 布した巾５０．８０ｍｍ　（０，２００インチ）、長さ５７．１５ｍｍ　（２， ２５インチ）の熱収縮性プラスチック材料［アベ１ルメタライズド・ビニル表面 シート材料（＾ｖｅｒｙ　１ｌｅｔａｌｉｚｅｄ　Ｖｉｎｙｌ　−Ｆａｃｅｄ　 ５ｈｅｅｔ　５ｔｏｃｋ）］で捲回した。このタイプの材料はアルカリＡＡ電池 の外装に通常使用されている。次いで、熱空気銃により熱を施して電池組体の周 りに緊密に外装を収縮させた。

こうして完成した電池の重量は３６２．９ｇ　（０，８０オンス）であった。慣 用の類似のＡＡアルカリ電池の重量は４０８．５ｇ　（０，９オンス）である。

得られた電池を次に２０オーム抵抗器に接続し、その電圧（ボルト）を時間に対 してその中断（カットオフ）電圧が０．９ボルトに到達するまで記録した。

次に、従来のＡＡ電池［デュラセル（Ｄｕｒａｃｅｌｌ）社製］を２０オーム抵 抗器に接続し、０．９ボルトの中断電圧に到達するまでの電圧を時間に対して記 録した。

これら２つの放電曲線を図６に示す。亜鉛−空気電池（実線放電曲線）は１１０ 時間持続したが、従来のＡＡ電池（破線放電曲線）は３２時間持続したのに過ぎ ず、亜鉛−空気電池は後者に対し約３．４倍永続きした。従来のＡＡ電池の出力 容量は１．８アンペア・時間（Ａｈ）であるのに対して、亜鉛−空気の場合は６ ゜５Ａｈであった。

本発明を好適な実施例について記載してきたが、本発明の本質的性質から逸脱す ることなく多くの改変が本発明に対して意図し得るから、本発明を規定する添付 特許請求の範囲をこれを包括的広義の意味に読取る可きである。

ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ　５゜ Ｗ濯ＩＰｌ＝８（要全Ｌ） 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成　６年　６月１６ 日

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. １．軸線と第１端部および第２端部とを備えた実質上円筒形の周辺側壁、前記第 １端部および第２端部における端部壁を備え、前記周辺側壁と両端部壁とが内部 区画を規定する内側表面を備え、該側壁の一部が空気電極区域を規定してなる容 器； 空気電極区域に流体流通的に結合する酸素源；前記軸線と実質上平行に配向し、 前記空気電極区域を覆う大きさで、前記酸素源と流体流通的に接続する通常平ら な空気電極：容器内部区画内に収納された金属電極；容器内部区画内に収納され た電解液； 空気電極から金属電極を電子的に隔離する隔離部材；および空気電極区域を覆う ように空気電極を周辺側壁にシール状態で取付けるシーラントを備えてなる金属 一空気電池。
2. ２．空気電池が更に金属電極に接して配置された圧縮性フォーム支持材を備える 、請求項１記載の金属一空気電池。
3. ３．周辺側壁が少なくとも６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の平均半径をもつ、 請求項１記載の金属一空気電池。
4. ４．空気電極区域が内部区画への開口を備える、請求項１記載の金属一空気電池 。
5. ５．空気電極区域が開口を囲む平らな縁を備える、請求項４記載の金属一空気電 池。
6. ６．１個またはそれ以上の空気孔をもつ底部を備える周辺側壁と、空気電極区域 と、第１端部および第２端部と、該第１端部と第２端部とにおける端部壁とを備 え、且つ周辺側壁と両端部壁とが内部区画を規定する内側表面を備えてなるトレ ー； 酸素源； 空気電圧区域を実質上覆う寸法をもち、且つ酸素源と流体流通的に接続する空気 電極； トレー内部に収納された金属電極； １過またはそれ以上の空気孔をを覆う疎水性膜；空気電極から金属電極を電子的 に隔離する隔離部材：前記空気孔を覆うように空気電極をトレーにシール状態で 取付けるシーラントを備えてなる金属一空気電池。
7. ７．金重一空気電池が更に金属電極に接して配置された圧縮性フォーム支持材を 備える、請求項６記載の金属一空気電池。
8. ８．金属一空気電池が更にトレーを囲む非導電性チューブを備える、請求項６記 載の金属一空気電池。
9. ９．金属電極が電解液中に懸濁した亜鉛金属粉末からなり、電解液がゲル化して アルカリ電解液である、請求項６記載の金属一空気電池。
10. １０．電池を囲む収縮性チューブを更に備える、請求項６記載の金属一空気電池 。
11. １１．金属電極、空気電極、隔離部材、容器内に収納された電解液を代表的に備 えてなる型式に代表される改普された金属一空気電池において、該改善が軸線と 第１端部および第２端部と、第１端部と第２端部とにおける端部壁とを備えた実 質上円筒形の周辺側壁を備え、周辺側壁と両端部壁とは内部区画を規定する内側 表面をもち、周辺側壁の一部が空気電極区域を規定してなる容器；空気電極区域 を覆う大きさで、且つ軸線と実質上平行に配向された通常平らな空気電極； 空気電極区域を覆うように空気電極を周辺側壁にシール状態で取付けるシーラン トを備えることからなる改善された金属一空気電池。
12. １２．少なくとも１つが１個またはそれ以上の空気孔と空気電極区域と第１端部 及び第２端部とを備えた１個またはそれ以上の側壁と、該第１端部と第２端部と における端部壁とを備え、該側壁と両端部壁とが内部区画を規定する内側表面を 備えてなる容器； 空気電極区域を覆う大きさで通常平らな空気電極；容器内部区画内に収納された 金属電極；容器内部区画内に収納された電解液； 空気電圧への酸素供給手段； 空気電極から金属電極を電子的に隔離する手段；および空気電極区域を覆うよう に空気電極を容器にシール状態で取付ける手段とを備えてなる金属一空気電池。
13. １３．代表的に２個の電極、隔離部材および容器内に収納された電解液を備えて なる型式の改善された電池において、該改善が電極表面を備え、充電および放電 中に第１寸法が変化する型の金属電極；および 前記電極表面と容器との間に配置され且つそれらに接触する支持表面をもつ圧縮 性弾性フォーム支持材であって、弾性フォーム表面が金属電極の第１寸法の変化 に応じて第２寸法に変化する圧縮性弾性フォーム支持材を備えることからなる改 善された電池。
14. １４．フォーム支持材が電極表面と容器との間に位置してそれらに接触する請求 項１３記載の電池。
15. １５．フォーム支持材が絶縁材である請求項１３記載の電池。
16. １６．フォーム支持材が独立気泡フォームである請求項１３記載の電池。
17. １７．フォーム支持材がポリエチレンからなる請求項１３記載の電池。
18. １８．金属電極が亜鉛電極である請求項１３記載の電池。
19. １９．金属電極がゲル化アルカリ電解液中に懸濁した亜鉛金属粉末である請求項 １３記載の電池。
20. ２０．金属電極がアルミニウム電極である請求項１３記載の電池。
21. ２１．金属電極とフォーム支持材との間に配置された集電部材を更に備える請求 項１３記載の電池。
22. ２２．電池がボタン型電池である請求項１３記載の電池。
23. ２３．電池が角柱形電池である請求項１３記載の電池。
24. ２４．容器がフォーム支持材に隣接した、１個またはそれ以上の空気孔を備える 容器の区域を備える請求項１３記載の電池。
25. ２５．フォーム支持材と１個またはそれ以上の空気孔との間に位置し、それらに 接触する疎水性膜を備える請求項２４記載の電池。
26. ２６．電池を充電または放電させ、該充電または放電が電極の第１寸法を変化さ せ； 電極の表面を圧縮性フォーム支持材で支持し、電極の第１寸法の変化に応じて該 圧縮性フォーム支持材が第２寸法に変化することからなる電極の寸法変化に順応 する方法。
27. ２７．充電または放電を亜鉛電極上で行う請求項２６記載の方法。
28. ２８．支持工程が独立気泡ポリエチレフォームを使用して行う請求項２６記載の 方法。
29. ２９．弾性フォーム支持材からのガスを放出させて電池からガスを放出させる請 求項２６記載の方法。