(57)【要約】  電気化学セルは、セル容器の閉鎖端部内に形成された改良圧力放出通気口を備え、容器の閉鎖端部からガスの効果的な通気を可能にする。セルは、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。セルは、正電極、負電極、及び水性アルカリ電解質を有し、全て容器内に配置されている。セルは更に、容器の端壁内に形成されたオフセットＣ字形薄厚溝を有する圧力放出通気機構を含む。カバーは、圧力放出通気機構全体にわたって容器の閉鎖端部に溶接することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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金属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の金属端壁内に形成された圧力放出通気機構と、
を備え、
前記圧力放出通気機構が、第１及び第２の端部と、該第１及び第２の端部間に延びる湾曲部とを有するＣ字形に形成された薄厚溝を含み、前記溝は、前記端部の間のＣ字形薄厚溝の湾曲部が前記第１及び第２の端部よりも前記金属端壁の中心により近接しているように前記金属端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記圧力放出機構を実質的に覆うように前記容器の金属端壁の外側に溶接されたカバーを更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記容器がニッケルメッキスチール缶を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記薄厚溝が、前記容器の金属端壁の外面内に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記薄厚溝が、前記容器の金属端壁の内面内に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項６】
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。
【請求項７】
前記Ｃ字形薄厚溝が、０．０１インチよりも大きい距離だけ前記端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記Ｃ字形薄厚溝が、少なくとも０．０２インチだけ前記端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記Ｃ字形薄厚溝が、約０．０４インチだけ前記端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする請求項８に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記薄厚溝が、１８０°から３２４°の範囲の角度にわたる半円形に延びる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１１】
前記薄厚溝が、２８０°から３１０°の範囲の角度にわたる半円形に延びる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の電気化学セル。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
前記端部の間の前記溝の湾曲部が前記金属端壁の中心の片側上にあり、前記溝の端部が前記金属端壁の中心の反対側にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記端部と前記溝の端部との間の前記溝の湾曲部が、前記金属端壁の中心の同じ側にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
前記端部の間の前記溝の湾曲部が、前記金属端壁の中心に位置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１６】
少なくとも３つの溶接部を介して前記容器の端壁上に溶接されたカバーを更に備え、２つの隣接する前記溶接部間の角度間隔が１２０°よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１７】
電気化学セル容器で使用するための金属缶であって、
側壁と、
開放端部と、
一体的な金属端壁を含む閉鎖端部と、
前記容器の金属端壁内に形成された薄厚溝を有する圧力放出通気機構と、
を備え、
前記薄厚溝が、第１及び第２の端部と該第１及び第２の端部間に延びる湾曲部とを有するＣ字形に形成され、前記溝が、前記Ｃ字形の湾曲部が前記第１及び第２の端部よりも前記端壁の中心により近接しているように前記金属端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする金属缶。
【請求項１８】
前記薄厚溝が、前記容器の外面内に形成される、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項１９】
前記薄厚溝が、前記容器の金属端壁の内面内に形成される、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項２０】
前記缶が円筒形である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項２１】
前記金属缶がニッケルメッキスチール缶である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項２２】
前記Ｃ字形薄厚溝が、０．０１インチよりも大きい距離だけ前記端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項２３】
前記Ｃ字形薄厚溝が、少なくとも０．０２インチだけ前記端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項２４】
前記Ｃ字形薄厚溝が、約０．０４インチだけ前記端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする請求項２３に記載の金属缶。
【請求項２５】
前記薄厚溝が、１８０°から３２４°の範囲の角度にわたる半円形に延びる、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項２６】
前記薄厚溝が、２８０°から３１０°の範囲の角度にわたる半円形に延びる、
ことを特徴とする請求項２５に記載の金属缶。
【請求項２７】
前記端部の間の前記溝の湾曲部が前記金属端壁の中心の片側上にあり、前記溝の端部が前記金属端壁の中心の反対側にある、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項２８】
前記端部と前記溝の端部との間の前記溝の湾曲部が、前記金属端壁の中心の同じ側にある、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項２９】
前記端部の間の前記溝の湾曲部が、前記金属端壁の中心に位置する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項３０】
前記圧力放出通気機構を実質的に覆うように前記金属端壁の外側に溶接されたカバーを更に備える、
ことを特徴とする請求項１７に記載の金属缶。
【請求項３１】
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金属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の金属端壁内に形成された圧力放出通気機構と、
を備え、
前記圧力放出通気機構が、第１及び第２の端部と、該第１及び第２の端部間に延びる湾曲部とを有するＣ字形に形成された薄厚溝を含み、前記溝は、前記２つの端部の間の溝に位置する前記溝の中間点が前記金属端壁の半径方向最外部分よりも該金属端壁の中心により近接しているように前記金属端壁の中心からオフセットされている、
ことを特徴とする電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
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。
【技術分野】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、セルの製造（例えば、インパクト成形）の間など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。
【０００６】
加えて、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。周辺フランジは通常、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。
【０００７】
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するのを適切に可能にする電池缶を提供することが更に望ましい。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，６６７，９１２号公報
【特許文献２】米国特許第６，６２０，５４３号公報
【特許文献３】米国特許出願公報第２００４／０１５７１１５  Ａ１号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、容器からのガスの効果的な通気を達成する改良圧力放出通気口をセル容器の閉鎖端壁内に形成することで、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。セルはまた、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の金属端壁内に形成された圧力放出通気機構を含む。圧力放出通気機構は、第１及び第２の端部と、該第１及び第２の端部間の湾曲部とを有する実質的にＣ字形に形成された薄厚溝を有する。更に、溝は、端部の間のＣ字形薄厚溝の湾曲部が第１及び第２の端部よりも金属端壁の中心により近接しているように金属端壁の中心からオフセットされている。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、電気化学セル容器として使用するための圧力放出通気機構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、一体的な金属端壁を有する閉鎖端壁とを含む。圧力放出通気機構は、容器の金属端壁内に形成される。薄厚溝は、第１及び第２の端部と該第１及び第２の端部間に延びる湾曲部とを有する実質的にＣ字形に形成される。該溝は、Ｃ字形の湾曲部が第１及び第２の端部よりも端壁の中心により近接しているように金属端壁の中心からオフセットされている。有利には、金属端壁の中心からオフセットされたＣ字形溝を形成することで、特に圧力放出通気機構を覆うカバーを利用する一部の電池セルにおいて過剰なガスを適切に通気することができるようになる。
【００１１】
本発明の更に別の態様によれば、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金属端壁を有する容器と；容器内に配置された正電極、負電極、及び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金属端壁内に形成された圧力放出通気機構と；を有する電気化学セルを提供する。圧力放出通気機構は、Ｃ字形に形成された薄厚溝を有する。Ｃ字形溝は、２つの端部と、該端部間の湾曲部とを有し、溝は、２つの端部の間の溝に位置する該溝の中間点が金属端壁の半径方向最外部分よりも該金属端壁の中心により近接しているように金属端壁の中心からオフセットされている。
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、過剰なガスを電池セル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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、電気メッキ後に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０．００５インチから０．０１４インチ（０．１３ミリメートルから０．３６ミリメートル、すなわち５から１４ミル）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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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。代替的に、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。インパクト成形は、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図２−５を参照すると、応力集中圧力放出通気機構４０が、スチール缶１２の閉鎖下端壁１８の中心からオフセットしたＣ字形薄厚溝として形成される。正側カバー５０は、閉鎖下端壁１８に溶接され、応力集中圧力放出通気機構４０を覆う。通気機構４０は、第１の実施形態によれば、ほぼ半円形状のＣ字でスチール缶１２の下端壁１８の外側（外部）表面内に形成される薄厚コイン溝４２（Ｃ字形溝と呼ばれる）として示されている。Ｃ字形溝４２は、第１及び第２の終端部４４、４６と、第１及び第２の端部４４、４６間に延びる湾曲部４８とを有する。Ｃ字形溝４２は、１８０°から３２４°の範囲の角回転にわたる半円経路に沿って延び、これにより、通気破裂時のヒンジとして機能する非薄型区域を終端部４４及び４６間に直接設ける。より詳細には、Ｃ字形溝４２は、１つの実施形態によれば、２８０°から３１０°の範囲の角回転にわたって延びる。ＡＡサイズセルにおいて、終端部４４及び４６間に形成されるヒンジは、１つの実施形態によれば、溝４２が３２４°の角回転にわたって延びるときには０．０６０インチの最小幅を有する。該ヒンジは、通気動作中に損傷を受けていない状態のままであり、破断しないのが好ましい。
【００２３】
Ｃ字形溝４２は、金属端壁１８の中心からオフセットされ、終端部４６及び４８の中間のＣ字形薄厚溝４２の湾曲部４８が第１及び第２の端部４４及び４６よりも金属端壁１８の中心により近接するようにする。１つの実施形態によれば、Ｃ字形溝４２は、０．０１インチよりも大きな距離７８だけ端壁１８の中心７０からオフセットされた中心７４を有する。Ｃ字形溝４２の中心７４は、外接円の中心点である。１つの実施形態において、Ｃ字形溝４２の中心７４は、約０．０２インチだけ端壁１８の中心７０からオフセットされる。別の実施形態では、Ｃ字形溝７２の中心７４は、約０．０４インチだけ端壁１８の中心７０からオフセットされる。
【００２４】
中心７０からのオフセット距離７８の量は、上にあるカバー５０及びその突出小塊５４のサイズによって決定付けることができる。通気機構４０は、該通気機構４０がカバー５４により実質的に閉塞されないように距離７８だけカバー５０からオフセットされる必要がある。缶１２内の圧力が増大すると、缶１２の端壁１８が膨出し、上にあるカバー５０と端壁１８との接触が増大する可能性がある。有利には、オフセットＣ字形通気機構４０は、溝４２の所与の缶厚に対する圧力通気の低減を達成する。Ｃ字形溝４２は通気機構４０の低圧の破裂を可能にするのに十分にオフセットされ、中心７４から端壁１８の中心７０までのオフセット量７８は、正側カバー５０の大きさ、溶接部、及び特性に依存することができる点を理解されたい。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、薄厚溝に沿って破砕するように設計されている。
【００２５】
図２及び３に示すように、金属端壁１８の中心７０からのオフセット距離７８の量は、端部４６の中間の溝４２が金属端壁１８の中心７０の片側にあるようにされる。しかしながら、Ｃ字形溝４２は、該Ｃ字形溝４２が金属端壁１８の中心７０と交差するように、或いはＣ字形溝４２全体が中心７０の片側に配置されるように位置付けられる他の実施形態も企図される。
【００２６】
Ｃ字形溝４２は、図２及び３では半円形を有するように示されているが、これに代わって、例えば半長円形のような変形半円形を有することもできる。このような実施形態では、Ｃ字形溝は、２つの端部の間の溝に位置する中間点が端壁１８の最外周よりも中心７０に近接するようにオフセットされることになる。本明細書で使用される場合、端壁１８の最外周は、缶側壁の下端部１６（例えば、図４に示す丸みのあるコーナー）を含まない。
【００２７】
半径７２を有する缶１２の端壁１８が図示されている。更に、半径７６を有するＣ字形通気機構４０が図示されている。１つの実施例において、端壁１８の半径７２は、ＡＡサイズ電気化学セルでは約０．２７３インチである。この実施例によれば、通気機構４０の半径７６は、約０．１０２インチである。１つの実施形態によれば、オフセット距離７８は０．０１インチよりも大きく、別の実施形態によれば、オフセット距離７８は、０．０２から０．０４インチとすることができる。
【００２８】
図示の実施形態において、通気機構４０の薄厚溝４２は、スチール缶１２の下端壁１８の外面内に形成されて示されている。通気機構４０の薄厚溝４２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４２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。通気機構４０の薄厚溝４２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。
【００２９】
図４及び５に示す通気機構４０の薄厚溝４２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５から１５ミル（０．００５−０．０１５インチ）、及びより厳密には約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４２は、約８．３ミルの厚みＴを有するスチール缶１２において、非薄缶の約２．５ミルを通気機構４０に残して、約５．８ミルの深さＧまで形成することができる。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、２．０ミルよりも大きい、より詳細には約２．５ミルの非薄缶厚を許容し、約９００ｐｓｉの期待される通気破裂圧力を提供する。
【００３０】
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、４５，０００ポンドの最大降伏強度、６０，０００ポンドの極限強度、２インチ（５０．８ミリメートル）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１．３インチの製造全高、及び約０．５４９インチの外径を有する。Ｃ字形通気機構４０は、缶１２の閉鎖端壁１８内に配置され、約０．２０４インチの半径を有する外接円により境界付けられる。
【００３１】
薄厚溝通気機構４０は、実質的に台形状のコイン溝で形成されて図示されている。１つの実施例では、コイン溝４２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。コイン溝４２の実質的に平坦な底部は、約１１．４ミルの通気機構４０の最も広い全幅と比較して約４ミルの幅を有する。
【００３２】
缶１２の材料及び厚み、並びに薄厚溝通気機構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、圧力放出通気機構４０の開放が見込まれる所期の圧力は、特定の電池セルの要求に適合するように薄厚溝４２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。
【００３３】
通気機構４０が、スチール缶１２の下端壁１８内に形成されると、缶１２は外方に膨出し、丸みのあるコーナーを有することができる。スチール缶１２は、カソードインパクト成形手順中などのカソード２０の挿入中に再成形し、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。カソード２０は、１つ又はそれ以上のカソードリングを挿入するリング成形プロセスにより形成することができる。或いは、カソード２０は、インパクト成形により形成することができる。通気機構４０のＣ字形溝４２は、端壁１８の内面に形成することができる。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、コイン通気溝の反転に起因する通気機構４０の損傷の可能性を低減することができる。加えて、内面上にコイン溝を形成すると、ニッケルメッキ表面層が損傷を受ける場合に湿潤又は腐食性環境で錆が生じ易くなる可能性がある外部缶表面の変動が最小になるという追加の利点が得られる。
【００３４】
通気機構４０のＣ字形溝４２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４０は、端壁１８の中心７０からオフセットされたＣ字形溝４２であり、該Ｃ字形溝４２の終端部４４及び４６が端壁１８の中心７０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、湾曲溝４２の終端部４４及び４６の間の中間点４８は、終端部４４及び４６よりも缶１２の下端壁１８の中心７０により近接している。
【００３５】
缶１２の下端壁１８においてＣ字形通気機構４０の他の大きさ及びオフセット構成を利用してもよい点は理解されたい。更に、オフセットＣ字形通気機構４０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の内面で通気機構４０を形成することにより、カソード２０のインパクト成形中の力による反転に起因して、缶１２がコイン領域への損傷に対しより耐性があるので、より薄い缶１２及び／又はより大きな溝深さＧの使用を可能にできる点を理解されたい。
【００３６】
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、実質的に下端壁１８上の中心にあり、通気機構４０が実質的に突出小塊５４の下に位置するような大きさにされる。正端子５０の突出小塊５４は、通気動作中に通気機構４０が最小の干渉で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。
【００３７】
図６及び７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。図示の実施形態では、溶接部５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃは、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、より厳密には１２０°と２４０°の間の角度、更により厳密には１６０°から１８０°の範囲の角度である。溶接部間の角度は、溶接部５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃの中心点から測定される。溶接部５８Ａと５８Ｂの間の大きな角度は、カバー５０により提供される支持又は拘束の量を低減し、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。
【００３８】
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ている。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たＡＡサイズ電気化学セルの実施例によれば、小塊５４は、約０．０７８インチの高さと約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０．２４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。
【００３９】
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°よりも大きな角度で、又はより厳密には１２０°と２４０°の間の角度で、又は更により厳密には１６０°から１８０°の範囲の角度で溶接部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、通気機構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。
【００４０】
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。他の実施形態では、溶接分離角度は異なることができ、等間隔に離間することができる。更に、３つよりも多い溶接部を利用してもよい点は理解されたい。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。
【００４１】
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７に示される。通気機構４０は、終端部４４及び４６間の非薄型区域がヒンジを形成するように溝４２に沿って破裂するように示されている。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は、溝に沿って破裂して、加圧ガス及び／又は液体を放出することになる。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。或いは、正側カバー５０は、３つの溶接部を介して１２０°の等距離で互いに離間して端壁１８上に溶接することができ、又は他のどのような数の溶接部を用いてもよい。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の１つの実施形態によるセル缶の閉鎖下端部上に設けられた圧力放出通気機構及び接触端子カバーを有する電気化学セルの縦方向断面図である。
【図２】１つの実施形態による端壁の外面内に形成された、オフセットＣ字形通気機構を示すセル缶の下端部の斜視図である。
【図３】オフセットＣ字形通気機構を更に示すセル缶の底面図である。
【図４】薄厚溝通気機構を更に示す、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿ったセルの底部の拡大断面図である。
【図５】薄厚溝通気機構を更に示す、図３の線Ｖ−Ｖに沿ったセル缶の拡大断面図である。
【図６】オフセットＣ字形通気機構を有する缶の端壁上に溶接されたカバー接触端子を示すセルの下端部の拡大斜視図である。
【図７】通気動作中に隣接する溶接部間のカバー接触端子周辺フランジの通気破裂及び変形を示す、電池の下端部の拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１２  スチール缶
１８  閉鎖下端壁
４０  応力集中圧力放出通気機構
４２  薄厚コイン溝（Ｃ字形溝）
４４  第１の終端部
４６  第２の終端部
４８  湾曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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