TW306078B - - Google Patents

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B7 B7 85\3〇0 五、發明説明（J ) 電池及電池狀態指示器之組合 本發明係有關於一種狀態指示器，，用於測定一電池或 主要電池之電荷狀態：及與該處之電池測試器有關，。本發 明有關於該電荷電子化學狀態之測試器,。 5 具有不同裝置以做目視檢測電池之電荷條件或狀態之 電子主要電池已經揭露：這些已知之指示裝置包括：但不 限於：化學指示器.，其係與電池內之材料反應，，該化學式 指示器係設置在該電池之外部，.元件係著床在一電極棒 內\該電極棒在放電時變得可以看得見，，及熱變色材料.， 10 係舆一電阻性材料熱接觸，，該電阻性材料適於跨過電池連 接。.許多這類指示器的一個問題在於指示之時機係與該指 示器在電池外或電池內之結構幾何有密切關係因此，，在 製造過程中所伴隨之自然變化，，便會造成每個電池之指示 器都不盡相同：於是在放電時：指示器之顯示時機也因而 15 不同？ 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 現有用於檢測電子化學式電池電荷狀態之化學式測試 器爲一種標準式之薄膜熱反應式丨這型測試器包括一熱變 色材料：其與一導電元件形成熱接觸，。\這種商業化之測試 器爲一種條片式測試器)並且並未整合在電池或電池標_ 20 內。、要使用這型測試器時，，必需將測試器連接至受測電池 兩端之電極。，這類測試器及其應用則揭露在美國專利第 4，7 2 3，6 5 6號及第5，1 8 8,2 3 1號內。，這種測試器在電池 有用放電期間進行間歇性測試的效果很好：這種測試器要 永久地固定在電池上是有很大的困難，，因爲目視指示器是 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7

__------- ---- ~S335D 五、發明说明（乞） 採熱變色材料製造。，同時要非常注意指示器與電泡殼體間 之熱隔絕以避免其間之熱傳導：因爲熱傳導會影響到指示 器之正常運作 此外.，導電性材料係以串聯方式連接，在 測試期間：也會消耗電池之電量？因此.，測試器不能在沒 5 有觸動性接觸裝置下.，而永久地連接在受測電池之電極， 否則，.電池會經由該測試器不斷地進行放電 另一種型式之電池測試器爲一種電子化學式測試器，， 其具有本身之電動勢（e.m.f.)，.如美國專利第 5,250,905號及第5,396,177號所揭露這種指示器電 10 池在設計上，.在主要電池放電時：亦具有相同的開放電路 電壓（OCV)。、在此情況下，、該指示器電池係直接地以並 聯方式連接至主要電池？這種測試器的優點在於其可以永 久地固定在受測主要電池上，，並且不需要觸動式接觸裝 置。，這類測試器利用一薄膜金屬，.以電子化學地裸露或淸 15 楚可見，.以揭示出不同之背景顏色，.進而目視指示出電池 之放電期限。. 電量分析裝置可以追蹤通過電氣設備電荷之庫侖.，該 電量分析裝置係安裝在受測電池上：庫侖裝置之範例，，則 揭露在美國專利第3,045,178號及第3,343，〇83號中.， 20 其中庫侖裝置利用電子化學感應之電荷、，配合水銀柱之高 度，、以目視顯示通過電荷之數量。.庫侖式裝置並不具備其 本身之電動勢，.同時以電解式電池實施.。 本發明在配合以下之圖示說明下：可得到更佳之瞭解: 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -------.--------1T------年 - * -(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3^β〇78 Α7 __ Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（多） 圖1爲電路圖，，揭露出本發明狀態指示器（測試器總成） 連接至受測主要電池上，.其中指示器電池部份之電壓較主 要電池之電壓爲低；、 圖1A爲一電路圖：其中揭露出本發明狀態指示器總 5成連接至受測主要電池上，.其中指示器電池部份之電壓較 主要電池之電壓爲高；， 圖2爲圖i揭露狀態指示器總成之剖開立體圖；;^ 圖2 A揭露出一電池.，其上永久連接一狀態指示器總 成，.其中狀態指示器總成係部份剖開放大.。 10 爲了以下討論之目的：ι受測電子化學式電浊將稱之爲 ”主要電池” 而產生顯示之電子化學式電池則以”指示器 電池”稱之 本發明係有關於一種狀態指示器總成（測試器），，其係 導電地連接至主要電池上，，以目視顯示該主要電池之狀 15 態『該狀態指示器包括一指示器電池.，爲一薄膜式電子化 學式電池，.包括一陽極，.一陰極，及一電極棒至少連接著該 陽極及該陰極之一部份？該指示器電池之陽極與陰極係採 用不同材料製作：並且有限的電動勢（e.m.f.)，，大於100 毫伏：例如介於1 〇 〇毫伏至1 . 5伏間：經過測定.，在本發 20 明中，，該指示器電池可以設計成具有一開放電路電壓.，如 果一具有限電動勢（e.m.f.)之輔助電池係串連至該指示 器電池，，以補償介於該指示器電池及該主要電池間之電壓 差*、則該電壓可高於或低於受測主要電池之電壓；即，，該 輔助電池之陽極或陰極之一可以連接至該指示器電池之陽 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0¾ 、-* 丁 良 本紙張尺度速用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 __B7 — 85360 五、發明説明（矽） 極或陰極之一該輔助電池剩下之電極與該指示器電浊剩 下之電極，.則可以並聯方式導電地連接至該主要電池之電 極。.在該主要電池之放電期間，，反應會由該指示器電池可 見之電極棒處開始.，朝向遠端繼續進行.。在該主要電池之 5 放電期間：該狀態指示器之開放電路電壓，，包括指示器電 池及該輔助電池，.則與該主要電池之開放電路電壓相同/ 最好係在該主要電池開放電路電壓之300(加減）毫伏之 內·; 在電路圖中.，如圖1所示.，該狀態指示器10包括一指 1° 示器電池20及一輔助電池25.。該指示器電池20及一輔助 電池25爲電子化學式電池，，並且具有本身之有限電動勢 4.111.;^)。,在_1所描述之電路設計上，，該指示器電池20 之開放電路電壓（OCV)是較該主要電池30之開放電路電 <n / 壓爲低。.在此情況下：輔助電池陽極77係與指示器電池 * » » 15 陰極145連接，，而該指示器電池陽極4 =則是連接至該主要 電池陽極115,。（不論是輔助電池25或指示電池20之陽 極，_都將被定義爲被氧化之電極棒：並且由該處釋放電 子。，必需要瞭解的是：每一主要電池30,，該指示器電池 20及該輔助電池25都設置有內電阻。）在圖1所描述之電 f 20 路圖設計中：該指示器電池2 0之開放電路電壓因爲加入 了輔助電池25之開放電路電壓：因此組合後之開放電路 電壓便成爲指示器電池10之開放電路電壓；即介於該輔 助電池25之陰極83及該指示器電池20之陽極47之開放電 路電壓約等於該主要電池30之開放電路電壓/指示器電 -⑥- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） I------一--^-------、1T------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 306G78 A7 B7 - 85360 五、發明説明（j ) 池20之電容則遠較該主要電池30之電容爲小；而該指示 器電池20及該輔助電池25之內部電阻，，則遠較該主要電 池3 0爲大。，狀態指示器總成1 0具較高之電阻，，使得指示 • 器電池20以較該主要電池慢的速度放電，。這是必要的，， 5 因爲指示器電池20的電容較該主要電池30之電容小了許 多。.在主要電池30放電期間，.電流比率iM :經由主要電 池至電流，iT:經由指示器電池可以爲一常數」因此該輔 助電池陽極或陰極之一之放電百分比：大致等於主要電池 陽極或陰極之一之放電百分比：> 於是，.針對指示器電池電 10 極之一之放電百分比進行目視顯示.，便可以反應出該主要 電池30電荷狀態,。 在此情況下，如圖1 A所示，狀態指示器10包括一指 示器電池20及一輔肋電池25 :在圖1 A所揭露之電路設計 中，，該指示器電池2〇之開放電路電壓（OCV)係高於主要 β y 15 電池3 0之開放電路電壓；在此情況下&該輔助電池之陰？ 極83係與該指示器電池陰極43連接，，該輔助電池之陽極 77係與該主要電池池陰極145連接；]及該指示器電池之陽彳 極4 7則係連接至該主要電池之陽極1 1 5]在這種電路設計 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 中，，該輔助電池25之開放電路電壓降低了該指示器20之 20 開放電路電壓，，因此該指示器電池10之開放電路電壓在 做爲整體來看時，，即介於該輔助電池25之陽極7 7及該狀 *» 態指示器電池20間之電壓，，即與該主要電池30之開放電 路電壓相同。，在此電路設計中，，以上的情況，，也可以藉著 將該指示器電池30之陽極47連接至該輔助電池25之陽極 7 ___^_ 本紙張尺度適用中國國家榡率（CNS )八4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 85360 五、發明説明（6) ? 77，該指示器電池20之陰極43連接至該主要電池30之陰 極145及該輔助電池25之陰極83連接至該主要電池30之 陽極1 1 5而達到相同的結果： 如圖2所示，，狀態指示器1〇包括一指示器電池20及一 5輔助電池25’，其電路設計與圖1揭露者相同.。狀態指示器 10可永久地連接至主要電池30(圖2A),，例如一傳統之鹼 性電池，.該指示器10可以結合至主要電池30之標籤內 因爲跨過狀態指示器10之開放電路電壓放電圖與主要電 池30之開放電路電壓放電圖相同.，因此流經該主要電池 10 之電池與流經該輔助電池之電流比率，，則維持著常數。.該 s < 比率可與主要電池之負載無關\於是，.在主要電池放電的 任何期間，.不論是指示器電池20或輔助電池25受控之陽 極或陰極之放電百分比：都與該主要電池30受控陽極或 陰極之放電百分比相同(如果在主要電池30或指示器電 15 池20內之陽極活性材料或陰極活性材料都過量：則用來 做爲兩電池放電百分比比較之電極：其所含之活性材料必 需不過童。，未過量之電極，，在本說明書中將稱之爲控制電 極。） 一般來說，，指示器電池20之放電百分比（透明）可以用 20 來反應在主要電池中控制電極之放電百分比，。這可以被用 來做爲該主要電池狀態（電荷狀態）之一連續視覺指示/在 指示器電池20內殘存之活性材料：在主要電池之壽命期 間內，，在任何時間內都可以做視覺上的辦識：例如：如果 指示器陽極4 7在放電，，則該陽極可做爲視覺辦識，，同時 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -------:——^------1T------0 (請先閱讀背面之注意事項再填窍本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 A7 B7 . 5^3501 五、發明説明（7) 設置在陽極附近之刻度尺便可以用來指示在主要電池30 剩餘電荷百分比/或著是否要更換主要電池30了，。 狀態指示器10可以並聯地連接在該受測之主要電池 3 〇，，如圖1所揭露者，。在圖1中(該主要電池3 0係以負極 5 115及正極145來做象徵性地表示]使用時，.當主要電池 3〇連接至一負載38.，並且放電時：電流iL會流經負載 3 8，，電流iM會流經主要電池30 .，而電流iT會流經狀態指 示器10:於是iL = iM + iT。，在圖1所揭露之電路結構中.， 如果該主要電池爲傳統之AA尺寸鹼性電池：其在正常操 10 作時，，其內電阻約爲0.1歐姆，，而該指示器電池20及該輔 助電池25之組合內電阻則至少爲該主要電池30內電阻之 1〇4，，最好是在1〇4及1〇6之間。，可以瞭解的是.，該狀態 指示器10之全部內電阻，，可以藉由改變該指示器電池20 及該輔助電池25之內電阻或在該兩個電池上串聯電阻器 15 來改變 圖3所揭露狀態指示器1 0 (測試器總成）之較佳實施例 中、在相較於圖1之電路設計上I其包括一指示器電池20 係以串聯方式連接至該輔助電池25.。狀態指示器1〇(測試 器）的厚度低於100密耳（2.5厘米）：較佳係介於2至100 20 密耳（〇.〇5至2.5厘米）之間.，最好是在2至15密耳（〇.〇5 至0.4厘米間）輔助電池2 5爲一超薄電源供應源：其至 少可以驅動指示器電池2 〇。.該主要電池3〇可以爲一第一 或第二電池，，典型地爲一傳統鹼性電池：狀態指示器10 可以結合在該主要電池3 0之標籤上、’例如，，貼合在該標 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X29?公釐） I . I I I I —— I I I I I —- I I 訂 I I I [ I 备· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 ^ 851517 五·、發明説明（δ ) 籤的內側：指示器電池2〇包括一陽極47及一陰極43 .，分 別係由不同的材料構成：並與電解液接觸。.該指示器電池 20及輔助電池25係根據該主要電池30之放電而做線性比 率式放電：與負載無關。、例如：指示器電池2 0可以經過 5 調整’，使得在該主要電池30之放電期間：不論是該指示 器電池2〇之控制陽極或陰極放電百分比.，都與該主要電 池30之控制電極之放電百分比相同$當主要電池30在使 用時，、係以非常高或低的方式放電.，則該指示器電池2 0 之放電百分比,便與該主要電池之放電百分比呈函數關係，， 10 而不是線性關係3 旨示器電池2 0 (圖2 )爲一迷你電子化學電池.，其包一 陰極材料43及陽極材料47二者可根據需要而間隔開 來，.同時可置於相同平面上：陰極43及陽極47最好採用 不同之電子化學活性材料製造，.同時與電解液接觸：進而 15 構成了一具有限電動勢之電池，。陰極43與陽極47爲薄塗 層，、分別塗佈在基層42及48上。，最好用於製造該陰極43 及陰極基層42之材料在大氣條件下不會反應，，或不會腐 蝕。.在圖2所揭露之一實施例中.，陰極43之較佳材料爲λ 二氧化錳，.而陽極材料則爲銀：陽極基層48最好具導電 20 性，.最好爲碳製造，，陰極材料亦爲導電性？（陽極基層4 8 亦可能採用非導電性材料製造：但是一較佳之基層將在以 下揭露。）一導電陽極基層48係用於防止絕緣之金屬島.， 在該陽極47導電地由一端至另一端裸露（透明）時出現 在基層上，4於是提供了該透明陽極47高度可見之視覺顯 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公釐） -------.--聲------1Τ------0 (請先閱讀背面之注意事項再填离本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 306078 -------—----Έ53δ0 五、發明説明（3) 示' 彼此相互有關之陰極43及陽極47.，及其底下之基 層\則揭露在圖2中，。在圖2中，，也可以淸楚地看到空間 44 :將陰極43與陽極47分隔開，.同時也將導電基層42及 48分隔開。同時，在該導電基層42及48下.，亦設置有一 • * 5 層絕緣材料3 5 導電基層42(圖2)可延伸超過疊在其上之陰極材料之 邊緣4 3 b，，以形成一延伸基層部份4 2 a ,。同樣的？導電基 層48(圖2)可延伸超過叠在其上之陰極材料之邊緣47 b.， 以形成一延伸基層部份4 8 a。，在該延伸基層部份4 2 a及 10 48a之表面上塗上黏膠，.於是在該導電基層42a及48a之 周緣形成一黏性帶5 5 黏性帶5 5定義了陰極4 3,及陽極4 7. 上之視窗空間5 。一層透明之電解液4 5係塗佈在該視窗 空間53上.，因此擾蓋陰極43及陽極47。，延伸基層部份 48a之端部48 b.係由電池20之陽極側突出.。同樣的.，延伸 15 基層部份42a之端部42b係由電池20之陰極側突出，。使用 了導電性黏膠62而將一片鋁箔65黏在陽極基層端部 48b 鋁箔65之作用在於將電流由基層48載往電極負極 115(圖2A) '陰極基層端部42b在其頂面覆蓋有一導電黏 膠6 1 ,。一層透明阻隔膜5 2,係塗佈在視窗5 3上；該薄膜5 2 20 之端部係與該黏性帶5 5接觸/於是，，該阻隔膜5 2爲一保 護膜，、覆蓋在電解液45上：並將電解液密封起來，。阻隔 膜52同時亦利用黏合帶55將其固定位。.指示器電池20可 利用塗佈指示器電池底下絕緣材料35之壓力感應黏膠32 而固定在主要電池30之殼體上>。 -砂- 本紙张尺度適用中國國家揉準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） --------；--装------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（VO) 輔助電泡25(圖2)最好爲一薄而平之電源電池。輔助

I 電池25厚度低於100密耳（2.5厘米）.，較佳係介於2至 100密耳（0.05至2.5厘米）之間：最好是在2至15密耳 (0.05至0.4厘米間）：輔助電池25包括一陽極活性材料 5 7 7塗層，.一陰極活性材料8 7塗層.，及位在其間之電解液 層73 :陽極活性材料77可以塗佈或層佈在導電基層76 上。.陽極活性材料77接觸著充滿電解液73之分隔裝置 72。.陰極活性材料83亦可以塗佈或層佈在導電基層81 上，，並且內部灌裝在分隔裝置72內之電解液73接觸，。陰 10 極及陰極導電基層78及81可分別地採用塗有碳之鋁或金 屬薄箔製造：可在該輔助電池25之底側塗上一層導電黏 膠92 :並與該導電基層81之裸露平面接觸：輔助電池25 係利用該輔助電池25之陽極凸片77a而導電地連接在該指 示器電池20(圖2)，.因此其接觸到該指示器電池20之陰極 15 基層凸片20b之導電性黏膠61這種將輔助陽極活性材料 77與指示器電池20陰極43之導電連接.，與圖1所揭露之 電路圖相符。.主要電池3 0之連接.，例如一鹼性電池.，則 揭露在圖2A中：輔助電池活性材料83則經由導電黏膠 92(圖2)而與該主要電池30之正極145連接：而該導電黏 20 膠92則將陰極83連接至該主要電池30殻體.，如圖2A所 示。，箔膜凸片65則經沖壓而與該主要電池3〇(_2A)之負 端蓋110永久地接觸：因此該導電黏膠62亦接觸到端蓋 110 '這種接線方式使得該指示器電池20之陽極47與該 主要電池30之負極115接觸_。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-=s

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本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0'乂 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明说明（Η) 85360 ί狀態指示器10可以結合在該主要電池30薄膜式標籤 58之內側平面上：如圖2 Α所示.。標籤58最好爲一種熱收 縮式薄膜’·例如聚氯乙烯或聚丙烯，。狀態指示器1〇可以 利用連續印刷或層佈方式：將該指示器電池20及該輔助 5電池25成型在該標籤之一側〗一耐熱壓力感應式黏膠可 以塗佈在該標籤之內側，，然後再將具有狀態指示器之標籤 一起捲繞在該主要電池30之電池穀體上，。該標籤之端部 於是以傳統方式加熱，.使其分別收縮在該頂部及底部肩部 152及I54上，、傳統之方式係將標嬢之端緣受到足夠的熱 10 量，以使其收縮j。 操作時：當該主要電池30放電時，.該指示器陽性活性 材料47亦放電（轉透明），。該陽極活性材料47會逐漸地由 該陽極活性材料靠近陰極層43之部份處開始消失.，即由 端部4 7 a (圖2 )開始：這種情況便提供了一視覺可辦識之 15 燃料表效果〗在該電池20內之指示器陽極數量：在該主 要電池3 0之壽命期間.，都可隨時經由透明電解液4 5看 到。，於是可以經由視窗5 3利用目視檢査指示器電池2 0內 之陽極47數量，.而能很容易地確定該主要電池30之放電 程度。.在靠近該指示器陽極47位置附近，，可以設置有刻 20 度尺，，以更容易地確定陽極47已經放電完畢，.而該主要 電池30赤需要更換了，。 以下的材料可以用來製造指示器10:該指示器電池47 可以包括一銀塗層（厚度在5〇〇至1000埃之間）.，塗佈在 該陽極基層48之頂部.，其係利用噴濺或電子束蒸發方式 ___~β'_ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐） — 111 11 111 訂 I I n 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 __B7 五、發明説明85,36° 來塗佈。.該指示器電泡陽極基層4 8及陰極基層4 2可以包 括塡充碳的聚乙烯材料（3M公司製造之Velstat)材料公 司（CMI)。、在另一種實施中；該陽極材料48可以包括一 絕緣塑膠薄膜：例如ACLAR薄膜（三氟甲烷磺醯亞胺）.， 5由聯合信號公司或KALODEX薄膜（聚乙烯奈），由ICI美 國公司製造，.然後再將該薄膜塗上一層導電薄膜，，例如氧 化錫碘（ITO)或導電碳塗層、。在另一種實施中，.該陽極基 層48可以包括一層絕緣層。·該陽極基層48之厚度最好在 〇 · 5至1密耳間？ 10 該指示器電池陰極43可以包括一陰極混合物.，例如， 包括陰極活性材料.，例如五氧化二釩或λ二氧化錳：含有 該五氧化二釩或λ二氧化錳之陰極混合物可以藉著將該等 材料混合導電顆粒製做而成，，例如碳，.石墨或金屜粉末，。 該陰極混合物可進一步地與黏合劑及溶液混合，，例如聚偏 15 二氟乙烯及1-甲基-2-口比咯烷酮，，進而形成一可塗佈之墨 水 '該墨水然後可以塗佈在陰極基層42上.，以形成厚度 爲0.2-2密耳之濕薄膜、，等其乾燥後：即形成陰極/ 指示器電池電解液45(圖2)可以按照以下方式製備.， 先以三氟甲烷磺醯亞胺銀（AgTFSI)及三氟甲烷磺醯亞胺 20 鋰（LiTFSI)溶解在3-甲烷五硫氧烷溶劑內製成電解液.， 然後以聚偏二氟乙烯將該電解液膠化.。電解液45製備可 利用重量比方式來製備，、即8份之電解液配合3份之聚偏 二氟乙烯。.然後該混合物在攝氏1 4 0度下擠出’.以得到適 參 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐） ----------裝^ 訂 I I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（/3) 當厚度之電解液；該厚度最好在1至4密耳（0.025至0.1 毫米間），然後再塗怖在指示器電池陽極4 7及陰極4 3上j 該指示器黏膠架55(圖2)可選自各種不同之壓力感應 黏膠。適合之黏膠可爲一傳統以丁基合成橡膠爲主要成份 5之黏膠，.例如聚異丁烯/異戊二烯共聚物黏膠：如由 EXXON公司生產之丁基065橡膠黏膠；黏膠架55最好 具有1至2.5密耳（〇.〇25至0.0625毫米）之厚度。.指示器 透明膜52最好可以包括ACLAR(聚氯三氟乙烯）薄膜（聯 合信號公司厚度在0·6至1密耳（0.015至0.025毫米) 10或Kalodex薄膜（聚乙烯奈）。.導電黏膠62最好爲—種充 塡碳之導電黏膠：例如以ARCLAD商標銷售之導電黏 膠，.係由黏膠硏究公司生產。，黏膠塗層62最好具有0.5密 耳（0 0 1 2毫米）之厚度。，箔膜背層6 5則最好爲鋁箔.，其 厚度在0.25至0.5密耳（0.006至0·012毫米）間，。 15 用於該輔助電池2 5之材料，.則視該指示器電池之開放 電路電壓而定》用於該輔助電池25之材料必需經過特殊 選擇，因此當狀態指示器總成1 0的全部開啓電路電壓當 成一體來看時：必需與該放電之主要電池之開放電路電壓 相同。.該輔助電池25可使用液態或有機式電解液，。如果 20 使用液態電解液：則一典型的輔助電池陰極導電基層8ι 可包括塡充導電碳的聚（乙酸乙烯酯）/聚氯乙烯聚合物薄 膜（Re xham Graphics導電薄膜編號2664-01):如以上 所述，，該導電層S1最好塗上一層鋁箔層82,。該導電聚合 物薄膜的厚度最好爲1密耳（0.025毫米）.，而該鋁箔的厚 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝| 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

Si)G〇78 A7 B7 --- ---85-360 五、發明説明（Ί^) 度則最好在0.25至0.5密耳（0.006至0.012毫米）間。該 輔助電池25之陰極最好包括一印刷塗層：其包括X%之電 解性二氧化錳（E M D ) ’.（ 9 0 - X ) %之石墨.，及1 0 %之聚氯 乙烯黏合劑。陰極活性層83之製備方式如下，重量百分 5 比爲3份之EMD及石墨之混合物及7份水溶性之 0.75%Carbopol 940(B.F.固特異公司）互聯亞克力共 聚物，.使用氫氧化鉀調整該混合物之pH値，.使其達到 10 .，然後加入足量之HALOFLEX 320(ICI美國公司-美 國樹脂分部）PVC膠乳：該膠乳佔該最後乾燥陰極材料百 1〇 分之十之重量百分比『然後該混合物當成濕薄膜（厚度在 0.2至0.5密耳）塗佈在塡充碳之聚合物層81上.，再用空氣 風乾，即得到乾燥之陰極活性層83。 輔助電池分離器72可以爲一厚度在1密耳（0.025毫米） 之硝酸纖維素或玻璃紙多孔薄膜.，其包含有2-8微升之電 15 解液73，.其係由重量百分比在24至32之氯化鋅，.利用加 入氧化鋅使pH値調整到4而製成.。在該陽極77及該陰極 83之外緣處設置有密封85進而將該輔助電池固持在一 起，.並且防止污染物進入電池.。該密封85可適當地利用 聚乙酸乙烯酯/聚氯乙烯製之熱密封式薄膜製造，。在另一 20 種實施中，，該密封亦可包括丁基合成橡膠爲主之壓力感應 橡膠製造：例如由Exxon公司製之丁基065橡膠。，密封 85的厚度最好是在1至2密耳（0.025至0.05毫米）間 該輔助電池陽極材料77可以塗佈在基層76上.，該基 層係由導電塡充碳之聚（乙酸乙烯酯）/聚氯乙烯聚合物薄 -16- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） I.--------裝J------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 . 85360 五、發明説明（仏） 膜（Rexham Graphics)導電薄膜編號2664-01)。，基層 76可以塗佈在基層76平面上之鋁箔（圖中未示）上.，在陽 極材料77之另一面，。該導電聚合物薄膜的厚度最好爲1密 耳（0.025毫米），·而鋁箔之厚度則在0.25至0.5密耳 5 (0.006至0.012毫米）間該輔助電池陽極層77可以爲一 包含9 0 %陽極粉末之塗層..，（例如，鋅粉或其他的金屬 粉，視所需的電壓而定）及1〇 %之苯乙烯-丁二烯共聚物 (SBR)黏合劑。陽極層77可利用以下方式製備，取6.5重 量百分比之鋅粉（顆粒尺寸爲5至7微米），及3.5重量百分 10 比之水溶性1.25 % Carbopol 940互聯亞克力酸共聚物 膠（使用氫氧化鉀調整pH値至12)。然後加入足量之 s t y r e n e - b u t a d i e n e 橡膠膝乳（由 R 〇 h m & H a a s 公司製 造之ROVENE 5550 SBR膠乳），以產生最終之乾燥薄 膜，其中苯乙烯-丁二烯橡膠之重量百分比爲1，鋅之重 15 量百分比爲9.»該混合物於是當成濕薄膜（厚度在0.5至 1.5密耳間）塗佈在塡充碳之聚合物層76上，再用空氣風 乾。 該輔助電池接觸黏膠61及92可選自各種不同之導電 黏膠。、適當的黏膠61或92可爲導電塡充碳傳導黏膠.，如 20 黏膠硏究公司生產之ARCLAD黏膠。.這種黏膠可以塗佈 在鋁箔層82上，厚度在〇.5密耳（0.012毫米）.，以構成黏 膠層9 2 ?相同的黏膠成份亦可以塗到0 . 5 ( 0 · 0 1 2毫米）密 耳厚，.以在指示器陰極基層端42b上形成黏膠層61 ; -17- 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS〉A4規格（210X297公釐） n I n^卷 ' 1 : !ί 訂 I n I , I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 85f360 五、發明説明（Y6) 指示器背層32可以選自各種不同的黏膠，最好的黏膠 3 2係由丁基橡膠爲主之壓力感應黏膠，例如丁基0 6 5橡 膠，由Exxon公司製造.。 以下的爲根據圖2揭露內容製成之工作範例： 5 範例1 製造了一根據較佳實施例（圖2 )之工作狀態指示器總 成10，，其係用於指示傳統之鋅/二氧化錳（1 . 5伏）A A鹼性 電池經由不同負載放電時之電荷狀態/ 10 根據圖2揭露之指示器電池20係利用以下之組件構成: 該指示器電池陽極47在塡充導電碳之基層48上以噴濺-塗 佈方式製備一層厚度爲600埃之銀箔（該基層係由3M公司 生產之Velstat塡充碳聚乙烯構成）,。該陽極之面積爲 0.86英寸（2.2公分）乘0·2英寸（0.51公分）；該指示器電 I5 池陰極43係先以重量百分比爲70:30之五氧化二釩及石 墨構成之陰極混合物製成然後；將3克之五氧化二釩及 石墨混合物混以0.45克之聚偏二氟乙烯（PVDF)及4.5克 之1-甲基-2-Pfci^烷酮：以形成墨水（。再將該墨水塗佈在 基層42(VELSTAT塡充碳之聚乙烯），，然後在攝氏150 20 度下：在空氣中乾燥1小時，.以形成1密耳厚之陰極塗 層 '陰極面積爲0.2英寸（0.51公分）乘0.2英寸（0.51公 分）。、陰極與陽極在厚度爲2.5密耳（0.06毫米）之丁基橡 膠黏膠視窗內，，利用0 · 0 5英寸之間隙隔開：該視窗之內 部空間爲0.7英寸長乘0.3英寸寬，。陽極與陰極係以2密耳 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-0

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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___ B7 五、發明説明（V·?) 85360 厚之透明電解液45接觸在一起，，該電解液長0.61英寸乘 0.2英寸寬、，係由〇·5Μ之LiTFSI(三氟甲烷磺醯亞胺鋰） 及〇·〇〇3Μ之AgTFSI(三氟甲烷磺醯亞胺銀）溶在溶劑 內，，並以先前實施例揭露之方式製備：一 1密耳厚之 5 KOLODEX聚（乙撐奈）透明隔絕膜52:長1英寸.，寬 0.60英寸：則用來密封指示器。.指示器之成品厚度在6至 7密耳（0. 1 5至0. 1 8毫米）間，。 根據圖2所揭露之輔助電池2 5 ,，則以下列之組件製 備。、輔助電池陰極83係在導電基層81,，塗佈一層含有電 10 解性之二氧化錳（EMD)之二氧化錳層：該基層如前所 述，、係Rexham Graphics編號2664-01之導電塡充碳塑 膠薄膜。二氧化錳塗層係當成濕薄膜塗佈0.5密耳厚，當 » » 其乾燥時、，其含有68 %之EMD及16 %之石墨： 該輔助電池陽極77之製備.，係在前述Rexham 15 Graphics編號2664-0 1之導電塡充碳塑膠薄膜基層上塗 佈一層鋅塗層？該乾燥之鋅陽極厚度爲1密耳.，面積爲 〇.70平方英寸（0.45平方公分）：使其電容超過該陰極之 好幾倍：該分離器72係在電解液上塗上一層1密耳厚之玻 璃紙薄膜，，其含有約6xl〇·6公升之PH 4(28%之氯化 20 鋅）。、密封85爲2密耳厚之丁基橡膠壓力感應黏膠（由 Exxon公司生產之丁基橡膠065黏膝），，並將輔助電池密 封起來。.輔助電池之成品爲8密耳厚：同時在1kHz測得 之交流電阻約2-k歐姆、。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇X 297公釐） ---------裝^------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 85360 五、發明説明US) 指示器及輔助電池係串聯在一起：以構成圖2所揭露 之狀態指示器總成1 〇 η在本實施例中.，整套狀態指示器 10之厚度爲6至8密耳（0.15至0.2毫米）.。圖1及2Α中之 狀態指示器10係利用前述厚度爲0.5密耳之ARCLAD導 5 電黏膠（61及92)，.以並聯方式連接在一全新鋅/二氧化錳 (1.5伏）A Α鹼性電池之電極上。.指示器電池20具有一正 向電動勢（e.m.f.):整個狀態指示器總成10開放電路電 壓在做爲一體時\亦與該放電之主要電池相等.。 該AA電池經由1歐姆、.4歐姆、，36歐姆.、或75歐姆.， 1〇 不論採連續或非連續：其放電電壓都在1.5至0.8伏之 間，而流經指示器電池之電流則爲（〇.5-2)χ10_6安倍.。 « 在所有的情況下.，該指示器之陽極都像儀表樣地透明.，同 時淸楚地將底下之黑色導電陽極基層48顯現出來.，同時 透明部份係由靠近陰極之端部47a處開始：漸漸地朝向陰 15 極的相對側移動。，透明之程度則與該AA電池放電之壽命 成比率：於是該測試器便可以有效地指出該主要電池之電 荷狀態。. 本範例中所掲露之特殊狀態指示器可以有效地用來測 試傳統之鋅/二氧化錳鹼性電池之狀態.，該電池一般之負 20 載電阻値在1至1 000歐姆間：然而：本發明之應用不限於 該鹼性電池，、而可以應用在所有類型之乾電池上、。 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2I0X 297公嫠） I i I I I I 1 — I n I ~~ 訂 I I A (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 — "" 853όδ~" 五、發明説明W9) 範例2 指示器電池20係根據範例1所述之相同方式製備/除 了五氧化二釩陰極混合物使用了不同之陰極混合物取代， 該混合物含有λ二氧化錳，。先取3克之四氧化二錳鋰與石 5 墨混合物（重量百分比爲70:30)，0.45克之聚偏二氟乙 烯（？乂0卩）及4.5克之11-甲荃口比略烷酮”厘？）；並製成 墨水。.該陰極墨水於是塗佈在基層42(VELSTAT材料） 上，.並在攝氏1 5 0度下，.在空氣中乾燥1小時.。墨水中之 四氧化二錳鋰在將乾燥墨水利用0.03M之硫酸漂白30分 10 鐘後轉變成λ二氧化錳，。在利用酸漂白後.，沖洗陰極，並 在空氣中風乾1小時：該指示器電池2 0則以範例中相同之 方式組合，.但是採用前述之陰極。.本範例中，.該指示器電 池20之開放電路電壓約爲0.5伏.。 該輔助電池亦以範例1之方式製備，^但是使用了鉛做爲 15 陽極。，鉛陽極之製備方式與鋅陽極之製備方式相同.。所使 用之電解液爲20%之氯化鋅，pH値爲4,在氯化鉛中飽和。 如是製備之輔助電池：其開放電路電壓（OCV)約爲1.05 伏。. 該指示器電池及輔助電池係如範例1所揭示之方式/彼 20 此以串聯方式連接而構成狀態指示器總成iq,再連接至全 新之鋅/二氧化錳（1.5伏）AA鹼性電池T該狀態指示器總 成10之開放電路電壓係與AA電池之開放電路電壓相同，。 在該A A電池放電期間，該狀態指示器之運作與範例1所揭 示者相同。.在所有的情況下，該指示器陽極都呈透明狀態, -21 - 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------------、訂------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 8>3δίΓ^-- 五、發明説明（之⑺ 而可淸楚地顯示出底下之黑色導電基層48;同時透明部份 係由靠近該陰極之端部47a處開始，朝向陽極之另一端前 進。透明之程度則與該AA電池放電之壽命成比率，。於是 該測試器便可以有效地指出該主要電池之電荷狀態·。 5 雖然本發明係以特殊實施例及特殊之材料結構來說 明，但在不脫離本發明之槪念下.，能有其他之實施例.，同 時可用其他之材料製造？於是，.本發明不應限於前述之特 殊實施例，，而是由以下之申請專利範圍來界定。 I---------装^------訂------線 (請先閲讀背面之注意_事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -22 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（21()>( 297公幻

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 Γ. 一種電池及電池狀態指示器總成之組合：用於測定電 池之電荷狀態指示器；其中該電池包括一殻體.，一負極/ 及一正極，.及該電池狀態指示器總成係整合在依附在該電 池之標籤上；其中該指示器總成包括一指示器電池.，其包 $ 括一陽極，.一陰極：及一電極棒.，該電極棒係導電地至少 與該指示器電池陽極及陰極之部份接觸；其中該指示器電 池本身具有一電動勢（e.m.f.)及至少該指示器電池陽極 及陰極之一部份是可見的，其中狀態指示器總成進一步包 括一輔助電池、，其爲電力產生電子化學式電池.，其包括有 φ 一陽極，.一陰極，.及一電極棒.，至少部份地與該輔助電池 陽極及陰極之部份接觸；其中該輔助電池陽極及陰極之一 係與該指示器電池陽極及陰極之一接觸；，其中該輔助電池 之另一電極及該指示器電池之另一電極係與該電池之電極 並聯地連接在一起;及其中在該電池放電時.，反應係自該 1/5 指示電池之可見電極處開始，.同時繼續延伸至較遠之區 域。· 2二根據申請專利範圍第1項之組合.，其中該電池指示器 總成之厚度在2及100密耳（0·05至2.5毫米間）,》 3：根據申請專利範圍第1項之組合：其中指示器電池之 30 陽極及陰極包括不同電子化學活性材料.。 4:根據申請專利範圍第1項之組合、，其中指示器電池之 陽極及陰極係橫向地間隔開來，.因此該指示器電池之陽極 不會與該電解性電池之陰極叠合.。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標芈（CNS ) A4規格（210X297公釐） n n n n n 訂 i I I 务 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 DB ^06078 申請專利範圍 5:根據申請專利範圍第1項之組合：，其中該指示器電池 之陽極包括銀f 6'.根據申請專利範圍第5項之組合.，其中該指示器電池 之陰極包括五氧化二釩.。 5 7'.根據申請專利範圍第5項之組合.，其中該指示器電池 之陰極包括λ二氧化錳.。 8'.根據申請專利範圍第5項之組合，.其中該指示器電池 之電極棒包括三氟甲烷磺醯亞胺鋰及三氟甲烷磺醯亞胺 銀》. 根據申請專利範圍第1項之組合^其中該輔助電池之 陽極包括鋅及該輔助電池之陽極包括二氧化錳： 10.根據申請專利範圍第1項之組合，< 其中該輔助電池之 陽極包括鉛及該輔助電池之陽極包括二氧化錳,。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）