(57)【要約】向上した放電容量を有するアルカリ・バッテリが提供される。電極の直径を増加させずに、高さを増加させることによって、電池の容量全体を不必要に増加させることなく、内容積及び電極のインターフェース面の表面積の両方が増加され、これにより、電池の容量全体が不必要に増加されることを回避する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ・バッテリ電池であって、
直線状の側壁と閉じた底端部と開放した頂端部を含む円筒の電池容器と、
電解質の二酸化マンガンを含む正極と、亜鉛を含む負極と、セパレータと、前記容器の内側に配置されて水中に水酸化カリウム溶質を含む電解質と、
前記容器の前記開放端を閉鎖し、前記両電極及び前記電解質を前記電池内にシールする閉鎖要素とからなり、
前記正極は、中空の円筒形状を有し、前記容器の前記側壁及び前記底端部に押し当てて配置されて前記中空円筒内にキャビティを形成し、前記負極は、前記正極内の前記キャビティ内に配置され、前記セパレータは、該負極と該正極との間及び該負極と該容器の底部との間に配置され、
前記容器の直線状の側壁が、７．３ｍｍから１４．５ｍｍまでの外径を有し、
前記正極が、前記容器の底部から４５．７ｍｍから７６．２ｍｍまでの高さを有することを特徴とする電池。
【請求項２】
前記容器の外径が、９．０ｍｍから１０．５ｍｍまでであり、前記正極の高さが、５３．４ｍｍから６８．６ｍｍまでであることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記正極の高さが、少なくとも５５．９ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記正極の高さが、少なくとも６１．０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の電池。
【請求項５】
前記理論的な電池容量が、２５００ｍＡｈより大きいことを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項６】
前記正極が前記セパレータを介して前記負極とインターフェースするための面を有し、前記インターフェース面が１２．０ｃｍ2より大きい面積を有することを特徴とする請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記正極の容積が、１．９ｃｍ3より大きいことを特徴とする請求項６に記載の電池。
【請求項８】
前記正極が、さらに黒鉛を備え、電解質の二酸化マンガンと黒鉛の重量比が、１９：１より大きいことを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項９】
水酸化カリウムと水の総量に基づいた、放電前の前記電池内の全体の水酸化カリウム濃度は、該電池が放電し前記二酸化マンガン内のマンガンをＭｎ+3.0に還元した場合に、計算された水酸化カリウム濃度が４９．５パーセントから５１．５パーセント（ｗ／ｗ溶液）までの間となる、ことを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項１０】
前記容器外径が７．３ｍｍから８．３ｍｍまでであり、前記正極高さが４５．７ｍｍから６８．６ｍｍまでであることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項１１】
前記正極高さが、少なくとも５０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載の電池。
【請求項１２】
前記容器の外径が１３．１ｍｍから１４．５ｍｍまでであり、前記正極の高さが５８．４ｍｍから７６．２ｍｍまでであることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項１３】
前記正極の高さが、少なくとも６３．５ｍｍであることを特徴とする請求項１２に記載の電池。
【請求項１４】
アルカリ・バッテリ電池であって、
側壁と閉じた底端部と開放した頂端部を含む円筒形の電池容器と、
電解質の二酸化マンガンを含む正極と、亜鉛を含む負極と、セパレータと、前記容器の内側に配置されて水中に水酸化カリウム溶質を含む電解質と、
前記容器の前記開放端を閉鎖し、前記電極及び電解質を前記電池内にシールする閉鎖要素と、とからなり、
前記正極は、中空の円筒形状を有し、前記容器の前記側壁及び前記底端部に押し当てて配置されて前記中空円筒にキャビティを形成し、前記負極は、前記正極内の前記キャビティ内に配置され、前記セパレータは、該負極と該正極との間及び該負極と該容器の底部との間に配置され、
前記容器が、９．０ｍｍから１０．５ｍｍまでの外径を有し、
前記正極が、前記容器の底部から５５．９ｍｍから６８．６ｍｍまでの高さを有し、
前記電池の理論的な容量が、２５００ｍＡｈより大きく、
前記正極が前記セパレータを介して前記負極とインターフェースするための面を有し、前記インターフェース面が１２．０ｃｍ2より大きい面積を有し、
前記正極が１．９ｃｍ3より大きい容積を有し、
前記正極が、さらに黒鉛を備え、電解質の二酸化マンガンと黒鉛の重量比が、１９：１より大きいことを特徴とする電池。
【請求項１５】
アルカリ・バッテリ電池であって、
直線状の側壁と閉じた底端部と開放した頂端部を含む円筒形の電池容器と、
電解質の二酸化マンガンを含む正極と、亜鉛を含む負極と、セパレータと、前記容器の内側に配置されて水中に水酸化カリウム溶質を含む電解質と、
前記容器の前記開放端を閉鎖し、前記電極及び電解質を前記電池内にシールする閉鎖要素と、からなり、
前記正極は、中空の円筒形状を有し、前記容器の前記側壁及び前記底端部に押し当てて配置されて前記中空の円筒体内にキャビティを形成し、前記負極は、前記正極内の前記キャビティ内に配置され、前記セパレータは、該負極と該正極との間及び該負極と該容器の底部との間に配置され、
前記容器の直線状の側壁が、９．０ｍｍから１０．５ｍｍまでの外径を有し、
前記正極が、前記容器の底部から５３．４ｍｍから６８．６ｍｍまでの高さを有し、
前記電池の実際の放電容量（ミリワット時：ｍＷｈ）は、補間法に従ったＬＲ０３電池及びＬＲ６電池の放電試験から補間された場合に、補間された電池の放電容量の少なくとも１１０パーセントであることを特徴とする電池。
【請求項１６】
前記正極が前記セパレータを介して前記負極とインターフェースするための面を有し、前記インターフェース面が１２．０ｃｍ2より大きい面積を有することを特徴とする請求項１５に記載の電池。
【請求項１７】
前記正極の容積が、１．９ｃｍ3より大きいことを特徴とする請求項１６に記載の電池。
【請求項１８】
前記正極の高さが、少なくとも５５．９ｍｍであることを特徴とする請求項１７に記載の電池。
【請求項１９】
前記正極の高さが、少なくとも６１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１８に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、円筒形のアルカリ二酸化亜鉛／マンガン電気化学電池（セル）バッテリに関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形のアルカリ二酸化亜鉛／マンガン・バッテリは、消費者によって用いられる携帯型装置のための一般的な電源である。これらは、容易に入手可能であり、信頼性が高く、適当なコストで良好な保存寿命と放電特性を提供する。
【０００３】
携帯型装置は、高速の出力（電流及び出力）能力、及び該装置に動力を供給するバッテリからの一層長い放電時間を、ますます必要としている。同時に、コンパクトな装置が多くなり、よってバッテリが小さくなる傾向がある。
【０００４】
高速の出力を達成し、放電時間を増加させるための１つの方法は、バッテリの放電効率を改善することである。バッテリは、理論的な能力の一部分しか発揮することができず、一般に、放電速度が増加するにつれてその割合（放電効率）が減少する。バッテリの放電効率に影響を与え得る１つの要因は、バッテリの電池内の電極間のインターフェース面の表面積である。インターフェース面の表面積の増加は、一般に、電流密度、内部抵抗、濃淡分極、及び放電効率に影響を与え得る他の特性に対して積極的な影響を有する。したがって、アノードとカソードとの間のインターフェース面の表面積を増加させることによって、アルカリ・バッテリの電流、出力、及び放電能力を増加させることができる。
【０００５】
典型的な消費者用の円筒形のアルカリＺｎ／ＭｎＯ2バッテリ電池は、電極が同軸状に配置された糸巻き型の構成を有する。正極（カソード）は、本質的に、電池容器側の近くに配置された滑らかで丸い内面を備えた中空の円筒形状を有する。負極（アノード）は、対向するアノードの面とカソードの面との間のセパレータ（すなわち、電極のインターフェース面）を有する該カソードの中空のキャビティ内に配置される。そのインターフェース面の面積は、中空のカソード円筒体の内面の面積を測定することによって概算できるインターフェース面の表面積である。
【０００６】
電極のインターフェース面の面積を増加させることによって、アルカリ・バッテリの高い出力能力及び／又は高速の放電能力を改善する従来の試みがあった。米国特許第３，３３５，０３１号、第５，８６９，２０５号、第６，０７４，７８１号、及び第６，３４２，３１７号に例を見出すことができる。しかしながら、これらの参考文献の各々は、特にＡＡＡ／ＬＲ０３及びＡＡＡＡ／ＬＲ８Ｄ４２５サイズのような小さな直径、小さな容積の電池についての以下の欠点の１つ又はそれ以上を有する。
【０００７】
電流コレクタ突出部が複数の同じ極性の電極の各々の中に延びなければならない際には、電池の製造は困難である。このことは、電流コレクタの突出部の各々を、複数の電極の１つと位置合わせしなければならず、電池及び電流コレクタの両方を配向することを必要とする。さらに、多数の電流コレクタ突出部を必要とする場合には、単一の電流コレクタ突出部で十分な電池の設計と比較すると、コレクタの全容積の増加を可能にするために、活性物質の容積を減少させなければならない。
【０００８】
電極のインターフェース面の形状は、本質的に直角の円筒体ではなく（例えば、半径方向の突出部がある場合）、凹凸のある面及び小さな間隙のために、セパレータを挿入することが困難である。細片又はシートの形態の典型的なセパレータ材料（例えば、高分子フィルム、織られた又は不織紙又は布）を、カソード内のキャビティの表面にうまく適合させることができない。吹付け用セパレータを電極の１つのインターフェース面に塗布することでさえ困難である。カソードのインターフェース面の鋭利なコーナー部及び狭い凹部により、特に高い製造速度で、キャビティをアノード材料で完全に満たすことが困難になる。電極のインターフェース面（及び反対側の電極）からの最大距離が、両電極の様々な部分で著しく変わるので、放電中、活性物質が、非均一に、よって不完全に消費される。電極のローブをより脆弱なものとすることもできるが、組立て中の損傷及び電池内の短絡がもたらされることになる。
【０００９】
セパレータの容積の相対的な増加は、アノード及びカソードの容積の増加より大きいものとすることができ、活性物質量の相対的な還元による減少で、改善された放電効率を通じて達成できる放電能力の増加を少なくとも部分的に相殺する。
【００１０】
バッテリの放電能力を増加させる別の方法は、電池内に引き入れられる活性物質の量を増加させることである。種々の業界基準における標準的なバッテリ・タイプにはよくあることだが、最大寸法が特定される際のように、バッテリの外のり寸法が増加されない場合には、このことは困難になり得る。この手法の例は、米国特許第５，２８３，１３９号及び第６，２６５，１０１号に見出される。これらの参考文献の各々は、最大寸法が維持され、バッテリの活性物質（よって、理論的な容量）の量の可能な増加量が制限されるという欠点を有する。
【００１１】
多くの場合、携帯型装置のサイズを最小にすることが望ましいので、これらの装置に動力を供給するバッテリの容積を最小にすることも同様に望ましい。
【００１２】
上述の理由により、電池の容積の増加を最小にしながら、向上した理論的容量及び放電効率を有する円筒形のアルカリ電池への必要性がある。
【発明の開示】
【００１３】
同じアノード及びカソード直径を維持しながら、該アノード及び該カソードの長さを拡張させることによって、電池の容積全体における影響を最小にする、拡張されたインターフェース面の表面積のアルカリ電池を開発した。
【００１４】
本発明の第１の態様は、直線状の側壁と閉じた底端部と開放された頂端部を有する円筒形の電池容器と、電解質の二酸化マンガンを含む正極と、亜鉛を含む負極と、セパレータと、水中に水酸化カリウム溶質を含む電解質と、該容器の開放端を閉鎖し、電極及び電解質を電池内にシールする閉鎖要素とからなるアルカリ・バッテリ電池である。正極は、中空の円筒形状であり、容器の側壁及び底部に押し当てて配置されてキャビティを形成する。負極はキャビティ内に配置され、セパレータは、負極と正極の間及び該負極と容器の底部の間に配置される。容器の直線状の側壁は、７．３ｍｍから１４．５ｍｍまでの外径を有し、正極は、容器の底部から４５．７ｍｍから７６．２ｍｍまでの高さを有する。
【００１５】
本発明の実施形態においては、容器の直線状の側壁の直径及び正極の高さは、それぞれ、９．０ｍｍから１０．５ｍｍまで及び５３．４ｍｍから６８．６ｍｍまで、７．３ｍｍから８．３ｍｍまで及び４５．７ｍｍから６１．２ｍｍまで、１３．１ｍｍから１４．５ｍｍまで及び５８．４ｍｍから７６．２ｍｍまでである。
【００１６】
本発明の第２の態様は、直線状の側壁と閉じた底端部と開放された頂端部を有する円筒形の電池容器と、電解質の二酸化マンガンを含む正極と、亜鉛を含む負極と、セパレータと、水中に水酸化カリウム溶質を含む電解質と、該容器の開放端を閉鎖し、電極及び電解質を電池内にシールする閉鎖要素とからなるアルカリ・バッテリ電池である。正極は、中空の円筒形状であり、容器の側壁及び底部に押し当てて配置され、キャビティを形成する。負極はキャビティ内に配置され、セパレータは、負極と正極の間及び該負極と容器の底部の間に配置される。容器の直線状の側壁は、９．０ｍｍから１０．５ｍｍまでの外径を有し、正極は、容器の底部から５５．９ｍｍから６８．６ｍｍまでの高さを有する。電池の理論的な容量は２５００ｍＡｈより大きく、正極はセパレータを介して負極にインターフェースする面を有し、そのインターフェース面は１２．０ｃｍ2より大きい面積を有し、正極は１．９ｃｍ3より大きい容積を有し、正極は黒鉛をさらに含み、電解質の二酸化マンガンと黒鉛の重量比は１９：１より大きい。
【００１７】
本発明のこれら及び他の特徴、利点、並びに目的は、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付の図面を参照することによって、さらに理解され、認識されるであろう。
【００１８】
特に指定する場合を除いて、以下の定義及び方法が、ここに用いられる。
【００１９】
（１）「固形物（又は固体）」は、２０重量パーセントから５０重量パーセントまでの範囲のどこにも、水性ＫＯＨ溶液における有効な溶解度を有していない（すなわち、水の重量に基づいて１パーセントより小さい）物質を意味する。
【００２０】
（２）固形物の内容物（すなわち、固形百分率及び固形パッキング百分率）は、その電極内の全ての固形物の容積の合計をその電極の全容積で割り、その結果に１００を乗算することによって求められる。
【００２１】
（３）電極内の固形物の容積は、ヘリウム比重びん法又は比較方法によって求められるように、その材料の重量をその実際の密度で割ることによって求めることができる。
【００２２】
（４）「電極の多孔率（又は気孔率）」は、電極内の非固形物の容積百分率を意味し、非固形物（液体、液体に溶けた物質、及び閉じ込められた気体）を電極の容積全体で割ることによって求めることができる。百分率で表される場合は、電極の多孔率は、１００％から該電極の固形物の容積パーセントを引いたものに等しい。
【００２３】
（５）「電極の容積」は、電極（アノード又はカソード）の外面内の容積を意味する。
【００２４】
（６）「電極のインターフェース面」は、反対の極性の電極に隣接する電極の面を意味する。隣接する電極のインターフェース面の形状及びサイズは、電池の内容積を最も効率的に使用するために、通常互いに非常に類似しているが、内部の短絡を防止し、製造におけるばらつきを収容するために、一方の電極が他方の電極をわずかに超えて延びることができる。インターフェース面の表面積は、隣接する電極の対応するインターフェース面を超えて延びる電極の一部分を含む、インターフェース面全体の面積である。
【００２５】
（７）電極の理論的な容量は、該電極の活性物質の特定の容量（グラム毎のＡｈ）に基づいたアンペア時（Ａｈ）の計算された容量であり、活性物質の全てが、公称放電反応に従って反応すると仮定する。特に示され、明らかでない限り、電解質の二酸化マンガンの特定の容量のために用いられる特定の容量は、０．３７９Ａｈ／ｇであり、マンガンの全てがＭｎ+2.67（平均Ｍｎ原子当たり約１．３３電子）及び亜鉛の特定の容量が０．８２０Ａｈ／ｇであると仮定する。電池の理論的な容量は、低い容量の電極（制限的な電極）のものに等しい。代替的に、容量は、ミリアンペア時（ｍＡｈ）で表すことができる。
【００２６】
（８）「長いＡＡＡ電池」は、乾電池及びバッテリについての米国標準規格の規格、ＡＮＳＩ  Ｃ１８．１に特定されるような、ＬＲ０３バッテリの寸法要求を満たすバッテリに用いられる電池に適した直径を有する電池である。
【００２７】
（９）「長いＡＡＡＡ電池」は、乾電池及びバッテリについての米国標準規格の規格、ＡＮＳＩ  Ｃ１８．１に特定されるような、ＬＲ８Ｄ４２５バッテリの寸法要求を満たすバッテリに用いられる電池に適した直径を有する電池である。
【００２８】
特に指定がない限り、全ての開示された特徴及び範囲は、室温（２０℃から２５℃まで）で求められるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明のアルカリ・バッテリ電池は、放電容量が増加した電池である。本発明の電池においては、全体の電池容積を不必要に増加させることなく、内容積及び電極のインターフェース面の表面積の両方が増加される。円筒形のカソードによって囲まれている円筒形のアノードを有する電池（標準的な円筒形のアルカリ電池に代表的な）の場合は、該円筒形のアノードの直径を増加させること（これにより、周囲のカソードの内径も増加される）、アノード及びカソードの長さを増加させること、或いはアノード及びカソードの直径及び長さの両方を増加させることのいずれかによって、このような増加を達成することができる。全ての他の要因が同じままである場合には、インターフェース面の表面積は、前述の直径の増加に比例して、及び／又は前述の長さの増加量に比例して増加する。例えば、同軸の円筒形の電極を有する電池のアノード直径の１０％の増加は、電極のインターフェース面の表面積の１０％の増加をもたらす。アノード及び周囲のカソードの長さの１０％の増加も、インターフェース面の表面積の１０％の増加をもたらす。これらの解決法の両方とも、電池の容積を増加させるものである。しかしながら、アノード及び周囲のカソードの長さの１０％の増加は、全体の電池の容積の少なくとも１０％の増加をもたらし、一方、アノードの直径の１０％の増加は、少なくとも２１％の増加をもたらす。このように、全体の電池の容積への影響が、直径も増加された場合よりも小さくなるように、直径ではなく、アノード及び周囲のカソードの長さだけを増加させることによって、インターフェース面の電極の表面積を増加させることが望ましい。
【００３０】
本発明の電池は、既存の電池と同じ基本設計及び活性物質を有することができるが、より長い電極を収容するためのより長い電池容器を有する。ＬＲ０３及びＬＲ８Ｄ４２５バッテリ電池は、通常は溶質としてＫＯＨを有する水性アルカリ電解質を含む、円筒形のＺｎ／ＭｎＯ2電池である。ＬＲ０３及びＬＲ８Ｄ４２５電池を、それぞれ長いＡＡＡ電池及び長いＡＡＡＡ電池を製造するために、上述のように修正することができる。代替的に、シール、カバー、電流コレクタ、電極の組成、電解質の組成などのような他の電池の特徴を修正することもできる。
【実施例１】
【００３１】
長いＡＡＡの円筒形アルカリ電池が、従来のＬＲ０３センチの直径に対応する直径、及び従来のＬＲ０３電池の高さの１．５倍に対応する高さを有するように作られた。この電池は、糸巻き型構成を有していた。各々の長いＡＡＡ電池は、閉鎖した底部及び開放した頂端部を有する円筒形のスチール缶と、該缶の側壁の内面に押し当てて形成された中空の直角の円筒体の形態のカソードと、該カソードの内面及び該缶の底部によって形成されたキャビティ内に配置されたアノードと、アノードとカソード及びアノードと缶の底部の間に配置されたセパレータと、該缶の開放端を閉鎖するシール及びコレクタ組立体とを含んでいた。
【００３２】
英国特許出願番号ＧＢ００１５００３．７、ＧＢ０１１３９９０．６、ＧＢ０１１３９９１．４、及びＧＢ０１２０８２４．８に記載される電池の設計が、次に述べられる。例えば、アノードの多孔率は少なくとも６９％であり、カソードの多孔率は少なくとも２６％であり、電解質の濃度は、１回の放電加工後の最終的なＫＯＨ濃度が、４９．５％から５１．５％まで（重量／重量の電池）の間になるように選択された。
【００３３】
各々の電池は、７．３２グラムのカソード混合物と、４．３１グラムのアノード混合物と、１．０４グラムの電解質溶液とを含み、密封された電池内に５．０容積パーセントのボイド（空隙）容量を有していた。
【００３４】
各々のカソードは、カソード混合物をリング形状のペレット内に形成し、６つのペレットを各々の缶内に押し込むことによって、該ペレットと該缶との間が締まり嵌めされた状態で作られた。一片の被覆されたセパレータ・ペーパーが、チューブ内に巻かれ、バスケット形状に折り畳まれ、カソードと缶の底部によって形成されたキャビティ内に配置された。アノードのゲル混合物及び遊離型の電解質が、電池に付加された。電池は、中央に配置されたアノード内に延びるピン形状の電流コレクタと共に、シール及びコレクタ組立体で閉じられた。
【００３５】
電池の缶は、外面がニッケルでめっきされた、冷間圧延された従来の材料のスチール片から、従来の方法で作られた。カソードに接触する缶の内面は、ＥＢ０９９、すなわち米国ミシガン州Ｐｏｒｔ  Ｈｕｒｏｎ所在のＡｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能な黒鉛被覆材料で被覆された。全体の缶の高さは６４ミリメートルであり、全体の直径は１０ミリメートルであった。
【００３６】
実施例１の電池に用いられたカソード混合物は、２３：１のＥＭＤ：黒鉛の比を有し、Ｋｅｒｒ  ＭｃＧｅｅ  ＥＭＤ（９４．３０重量パーセント）、Ｓｕｐｅｒｉｏｒ  Ｇｒａｐｈｉｔｅの膨張黒鉛（４．１０重量パーセント）、及び水に対する４０重量パーセントのＫＯＨ（１．６０重量パーセント）を含んでいた。１．２２グラムの重さのカソード・ペレットの各々は、挿入前には９．６０ｍｍの外径及び９．８０ｍｍの高さを有し、缶への挿入後は６．３０ｍｍの内径を有し、３０．０容積パーセントの最終的なカソード多孔率がもたらされた。
【００３７】
アノード混合物は、６９．５０容積パーセントの多孔率を有し、６４．１０重量パーセントの亜鉛粉末（ベルギー、ブリュッセル所在のＵｍｉｃｏｒｅ社からの、Ｂｉ−Ｉｎ−Ａｌ亜鉛合金を含み、１１０μｍのｄ50を有するＢＩＡ１１０）と、５．６０亜鉛フレーク（米国オハイオ州コロンバス所在のＴｒａｎｓｍｅｔ  Ｃｏｒｐ．からの、Ｂｉ−Ｉｎ−Ａｌ亜鉛合金を含むグレード５４５４．３）と、０．３８重量パーセントのゲル化剤（米国オハイオ州クリーブランド所在のＢ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社からの、１００％酸の形態のＣＡＲＢＯＰＯＬ（登録商標）９４０アクリル酸）と、０．０２重量パーセントの水酸化インジウムと、０．０４重量パーセントの酸化亜鉛と、水に対する３８重量パーセントのＫＯＨからなる２９．８６重量パーセントのＫＯＨ溶液とを含んでいた。
【００３８】
英国特許出願番号ＧＢ０１１３９８９．８に開示されるように、セパレータは、アクリル酸：ナトリウム・スチレン・スルホネートの２０：８０の比で、３０グラム／ｍ2のポリ（アクリル酸−コ−ナトリウム−４−スチレン−スルホネート）に被覆された２層のＶＬＺ７５セパレータ・ペーパー（日本国高知県所在のニッポン高度紙工業株式会社からの）を有していた。
【実施例２】
【００３９】
長いＡＡＡＡの円筒形アルカリ電池が、従来のＬＲ８Ｄ４２５の直径に対応する直径及び従来のＬＲ８Ｄ４２５電池の高さの１．５倍に対応する高さを有するように作られた。これらの電池は、以下を除いて、実施例１の電池について開示されたものと同じ方法で作られた。
【００４０】
各々の電池は、３．７１グラムのカソード混合物と、１．８０グラムのアノード混合物と、０．９０グラムの電解質溶液とを含み、密封された電池内に３．５容積％のボイド容量を有していた。
【００４１】
電池の缶は、５９．２５ミリメートルの缶の全高と、７．６ミリメートルの全直径とを有していた。
【００４２】
０．６２グラムの重さのカソード・ペレットの各々は、挿入前は７．１１ｍｍの外径及び８．５０ｍｍの高さを、缶への挿入後は４．５５ｍｍの内径を有し、２９．０容積パーセントの最終的なカソードの多孔率がもたらされた。
【００４３】
アノード混合物は、６８．００容積パーセントの多孔率を有し、７１．００重量％の亜鉛粉末と、亜鉛フレークは含まず、０．３６重量パーセントのゲル化剤と、０．０２重量パーセントの水酸化インジウムと、０．０４重量パーセントの酸化亜鉛と、水に対して３８重量パーセントのＫＯＨからなる２８．５８重量のＫＯＨ溶液を含んでいた。
【実施例３】
【００４４】
比較放電試験のために、サンプルが、利用可能な円筒形アルカリＬＲ８Ｄ４２５、ＬＲ０３、及びＬＲ６バッテリから選択された。
【実施例４】
【００４５】
実施例１、実施例２、及び実施例３からの電池は、表１及び表２に示されるような、種々の一定出力の放電管理のもとで、１．１ボルトまで放電された。この結果は、表１及び表２において比較される。表１においては、放電時間が、時間又は分で示される。表２においては、放電時間の結果が、各々の試験においてＬＲ０３電池に標準化される（すなわち、１００％は、所定の試験におけるＬＲ０３電池の放電時間であり、１５０％は、例えば、同じ試験におけるＬＲ０３電池の放電時間の１．５倍となる）。
【００４６】
表１
2005525678.tif 000003
【００４７】
表２
2005525678.tif 000004
【００４８】
実施例４で行われた一定出力試験における、実施例１からの長いＡＡＡ電池についての典型的な放電曲線が、図１に示され、そこでは、放電時の電圧が、放電の時間にわたってプロットされる。
【００４９】
図２は、１０００ｍＷの連続放電試験における実施例１の長いＡＡＡ電池について典型的な放電曲線を、実施例３からのＬＲ０３及びＬＲ６電池についての典型的な放電曲線と比較するものである。
【００５０】
１００ｍＷ、２５０ｍＷ、及び４００ｍＷの一定出力試験における実施例２の長いＡＡＡＡ電池についての典型的な放電曲線が、図３に示される。
【００５１】
表１の結果から、容量（ｍＷｈ）が、電池の外部容積の関数として計算され、プロットされた。４つの試験の各々において、長いＡＡＡ電池１が、同じ試験におけるＬＲ０３電池のデータポイントとＬＲ６電池のデータポイントとの間の直線補間に基づいて、予想されるより高い平均容量を有していた。長いＡＡＡ電池の平均容量は、１００ｍＷ、２５０ｍＷ、４００ｍＷ、及び１０００ｍＷにおける補間された容量より、それぞれ約１０７％、１１４％、１３８％、及び１３４％優れたものであった。
【００５２】
実施例２からの長いＡＡＡＡ電池の場合は、容量のプロット対電池の全容量についてのＬＲ８Ｄ４２５電池とＬＲ０３電池との間の直線補間に対する容量の利点は観察されなかった。これは、長いＡＡＡＡ電池の組み立ての難しさに起因する、該長いＡＡＡＡ電池の欠陥によるものであった。
【実施例５】
【００５３】
長いＡＡＡの円筒形アルカリ電池が、表３に示されるものを除き、実施例１の長いＡＡＡ電池について開示されたものと同じ方法で、本発明に従って作られた。全ての電池成分の量は、入力された量に基づいており、製造中に損失（例えば、水の蒸発）がないものと仮定する。英国特許出願番号ＧＢ００１５００３．７、ＧＢ０１１３９９０．６、ＧＢ０１１３９９１．４、及びＧＢ０１２０８２４．８に記載される電池の設計原理に、必ずしも実施例５の長いＡＡＡ電池において従う必要はなかった。実施例１の電池と比較した活性物質の増加が、より小さな容積のシール及びコレクタ組立体の使用によって、部分的に可能になった。実施例５の長いＡＡＡ電池は、２５００ｍＡｈより大きい理論的な放電容量と、１２．０ｃｍ2より大きいカソードインターフェース面の表面積と、１．９ｃｍ3より大きいカソード容量とを有し、ＭｎＯ2：炭素の重量比は１９：１より大きかった。
【００５４】
表３
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【実施例６】
【００５５】
実施例５の長いＡＡＡ電池のものに最も近いパラメータを有するバッテリが、利用可能なＬＲ０３及びＬＲ６電池から選択された。上の表３は、これらのＬＲ０３及びＬＲ６電池の主要なパラメータを含む。
【実施例７】
【００５６】
実施例５及び実施例６からの電池は、幾つかの連続的な定電流及び一定出力放電試験において、２１℃（華氏７０°Ｆ）で試験された。１．０ボルトまでの平均容量が、表４に要約される。
【００５７】
表４
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【実施例８】
【００５８】
実施例７の試験の結果を用いて、電池の全容積及びカソードの容積の双方の関数として、一定出力放電についての長いＡＡＡ電池の放電容量（ｍＷｈ）が、以下の補間方法によるＬＲ０３及びＬＲ６の放電容量と比較された。表５に示されるように、長いＡＡＡ電池の放電容量は、ＬＲ０３の結果とＬＲ６の結果の間の直線補間に基づいた、各々の試験において予想されるものより大きい。
【００５９】
表５の結果は、上の実施例４において説明されたものと合致しており、実際の容量は、長いＡＡＡ電池より大きい容量及び小さい容量をもつ電池の種類についてのデータポイント間の直線補間に基づいて予想されるものを超えている。このことは、容量のプロット対電池の全容積が用いられようと、或いは容量対カソード容積が用いられようと言えることである。この利点の大きさと一定放電出力の増加との間の直接的相関関係もある。
【００６０】
表５
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【００６１】
補間方法
ステップ（１）：長い電池及び２つの比較対象電池が、以下の基準に従って選択される。
（ａ）各々の電池の種類が、同軸の正及び負極をもつ円筒形の容器と、該電極間のセパレータと、電解質と、閉鎖要素とを有し、該正極は、電解質の二酸化マンガンを含み、中空の円筒形状を有し、該容器本体の側壁及び底部に押し当てて形成され、円筒体内にキャビティを形成し、該負極は、亜鉛を含み、該正極及び該容器の底部によって形成された該キャビティ内に配置され、電解質は、水中に水酸化カリウム溶質を含み、閉鎖要素は、該容器の開放端を閉鎖し、電極及び電解質を該電池内にシールする。
【００６２】
（ｂ）全ての電池の種類において、長い電池のカソード混合物における電解質の二酸化マンガンの重量パーセントと、比較対象電池の各々におけるものの比が、０．９９：１から１．０１：１までの範囲である水及びＫＯＨと、該長い電池の該カソード混合物における他の成分の各々の重量パーセントと、該比較対象電池の各々におけるものの比が、０．９０：１から１．１０：１までの範囲である水及びＫＯＨとを除いて、該カソード混合物は、同じ種類の材料を含む。
【００６３】
（ｃ）全ての電池の種類において、長い電池のアノード混合物における電解質の二酸化マンガンの重量パーセントと、比較対象電池の各々におけるものの比が、０．９９：１から１．０１：１までの範囲である水及びＫＯＨと、該長い電池の該アノード混合物における他の成分の各々の重量パーセントと、該比較対象電池の各々におけるものの比が、０．９０：１から１．１０：１までの範囲である水及びＫＯＨとを除いて、該アノード混合物は、同じ種類の材料を含む。
【００６４】
（ｄ）長い電池の水全体の百分率（アノード混合物、カソード混合物、ＫＯＨ溶液、及び水の合計の重量パーセントとしての）と、他の電池の各々におけるものの比は、０．９８：１から１．０２：１．０５までの範囲であり、長い電池のＫＯＨ濃度全体（ＫＯＨ及び水全体の重量パーセントとしての）と、比較対照電池の各々のものの比は、０．９５：１から１．０５：１の範囲内であり、電池の製造中に水の損失がないものと仮定する。
【００６５】
（ｅ）各々の電池の種類が同じ種類のセパレータ材料を有し、長い電池についてのカソードインターフェース面の表面積（ｃｍ2）当たりのセパレータ容積（ｃｍ3）と、比較対象電池の各々のものの比が、０．９９：１から１．０１：１までの範囲内である。
【００６６】
ステップ（２）：室温において、少なくとも１つの各々の種類の電池を、１０００ｍＷで１．０ボルトまで連続的に放電させ、各々の種類について、実際の放電容量をｍＷｈで求める。
ステップ（３）：ｘ軸上に放電時間を、ｙ軸上に電池の全容積及びカソード容積のうちの１つを有した状態で、電池の種類の各々についての平均をグラフ上に表すデータポイントをプロットする。
ステップ（４）：比較対象電池の種類についてのデータポイント間に直線を引く。
ステップ（５）：直線上に、長い電池の種類の容積に対応する点を見出し、対応する補間された長い電池の放電容量をｙ軸上に求める。
ステップ（６）：ステップ（５）で補間された放電容量を、ステップ（２）で得た長い電池の実際の放電容量と比較する。
【００６７】
ＬＲ０３バッテリの電池容器は、ある程度、円筒形の容器の周りに塗布できる何らかの被覆物の厚さによって、０．３５９インチから０．４１３インチまで（９．０ｍｍから１０．５ｍｍまで）の範囲の直径を有することができる。同様の利点は、長いＡＡＡＡ電池（容器の直径が０．２８８インチから０．３２７まで（７．３ｍｍから８．３ｍｍまで））、長いＡＡ電池（容器の直径が０．５１６インチから０．５７１インチまで（１３．１ｍｍから１４．５ｍｍまで））、及び他のもののような、他の直径を有する円筒形のアルカリ電池にも認めることができる。したがって、長いバッテリの電池容器の直径は、約０．２８８インチから０．５７１インチ（１４．５ｍｍ）までに及ぶことができる。
【００６８】
長い電池のカソードの高さは、直径が同じである従来の電池のカソードの高さの約１．４倍から１．８倍までに及ぶことができ、例えば、電池の閉鎖要素の容積を減少させ、活性物質のためのより多くの空間を可能にできる際に、より高いカソードの高さが好ましい。ＬＲ８Ｄ４２５、ＬＲ０３、及びＬＲ６の直径の場合は、これは、対応する長い電池について約１．８インチから３．０インチまで（４５．７ｍｍから７６．２ｍｍまで）、又はＬＲ８Ｄ４２５及びＬＲ０３の直径を有する長い電池について約１．８インチから２．７インチまで（４５．７ｍｍから６８．６ｍｍまで）の範囲を含む。長いＡＡＡ電池は、約２．１インチから２．７インチまで（５３．４ｍｍから６８．６ｍｍまで）、及び特定の条件のもとでは、好ましくは少なくとも２．２インチ又は２．４インチ（５５．９ｍｍ又は６１．０ｍｍ）のカソードの高さを有することができる。長いＡＡＡＡ電池は、約１．８インチから２．４インチまで（４５．７ｍｍから６１．２ｍｍまで）、好ましくは少なくとも２．０インチ（５０．８ｍｍ）のカソードの高さを有することができる。長いＡＡ電池は、約２．３インチから３．０インチまで（５８．４ｍｍから７６．２ｍｍまで）、好ましくは少なくとも２．５インチ（６３．５ｍｍ）のカソードの高さを有することができる。
【００６９】
電池容器の直径を増加させない他の電池の特徴を変えることによって、電池の放電性能をさらに改善することができる。例えば、不活性の電池部品（例えば、電池容器、閉鎖要素、電流コレクタ、及びセパレータ）の容積を減少させ、活性物質のためにより多くの内容積を利用できるようにすることが可能である。電極及び電解質の処方を変えて、理論的な容量及び／又は放電効率を改善することもできる。電極の成分（例えば、二酸化マンガン、黒鉛、又は他の導電材料、結合剤、亜鉛、アノード・ゲル化剤、水酸化カリウム、及び種々の電極添加剤の量）を変えて、より良い放電性能を与えることができる。電極の形状を変えることができるように、電流コレクタ材料、形状、サイズ、及びコーティングを変えることもできる。
【００７０】
異なる電気化学システム（活性物質及び電解質）並びに異なる形状（例えば、角柱状の電池）を有する電池において同様の利点を達成することも可能となる。
本発明は、特定の好ましいバージョンに関連してかなり詳細に説明されたが、他のバージョンも実行可能であり、実施例が上に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】４つの一定出力放電試験における長いＡＡＡ電池についての平均放電曲線（放電における電圧対時間）を示すグラフである。
【図２】１０００ｍＷの連続放電試験における、長いＡＡＡ電池、ＬＲ０３電池、及びＬＲ６電池についての平均放電曲線を示すグラフである。
【図３】３つの一定出力放電試験における、長いＡＡＡＡ電池についての平均放電曲線を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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