(57)【要約】  電池ハウジングの開放端部の閉鎖及び封止のためのエンドキャップ組立体、並びにその中の通気システム。エンドキャップ組立体は、エンドキャップの下に存在する封止ディスク、及びエンドキャップと封止ディスクとの間の金属支持ディスクを含む。金属支持ディスクは、その表面を通る複数個の第１通気開口及び複数個の第２通気開口を有する。第１通気開口は、金属支持ディスクの中心長手軸から、第２通気開口より大きい距離のところに位置する軌道に沿って間隙をおく。絶縁封止ディスクは、その中に封止ディスクの中心ハブを包囲する破裂可能な膜を形成する薄肉部分を有してもよい。絶縁封止ディスクは、その上面から出ている突出部を有して破裂中の膜の方向を変えることができる。通気システムは、過度の又は短絡放電の場合に、内部ガスを迅速に電池から放出する。
2008530757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負及び正端子、並びに閉鎖端部及び相対する開放端部を有する外部ハウジング、並びにその中に挿入されて前記ハウジングを閉鎖するエンドキャップ組立体を備えた一次電気化学電池であって、
前記エンドキャップ組立体が、前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、エンドキャップ、及び前記エンドキャップの下に存在する絶縁封止部材、及び前記エンドキャップと前記絶縁封止部材との間の支持部材を含み、前記支持部材が、一体成形金属構造の支持ディスクから形成され、この一体成形金属構造の支持ディスクはそれを通る通気開口の第１群及び通気開口の第２群を有し、前記通気開口の群の各々が、少なくとも複数個の個々の開口を含み、前記第１群の前記通気開口が、前記電池の中心長手軸から離れる半径方向において、前記第２群の前記通気開口と間隙をおく、一次電気化学電池。
【請求項２】
前記電池がアルカリ電解液を含み、前記電池が、１ワットの連続定出力を受けるとき、少なくとも１．２ワット時を発生できるとして定義される高出力を発生できる、請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項３】
前記絶縁部材が、前記電池ハウジングと隣接する絶縁封止ディスクを含み、前記支持ディスクを前記電池ハウジングから電気的に絶縁し、前記絶縁封止ディスクが、中心突起、及び前記突起から伸びる一体形成されたラジアル・アームを有し、前記半径方向に伸びるアームが表面を形成し、前記半径方向に伸びるアームが、前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、前記エンドキャップの下に存在する破裂可能な膜を形成する薄肉部分をその中に有し、前記膜が、前記電池内のガス圧力が上昇するときに破裂し、それによってガスを前記電池内から前記支持ディスク中の前記通気開口の第１及び第２群を通して、そこから周囲に通過させる、請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４】
前記通気開口の第１及び第２群において、前記第１群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸から、平均垂直距離Ｒ１のところにあり、前記第２群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸から、平均垂直距離Ｒ２のところにあり、Ｒ２がＲ１より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項５】
前記第１群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸の周囲の半径Ｒ１の１つの円周軌道に実質的に沿って位置し、前記第２群を構成する前記通気開口が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸の周囲の半径Ｒ２のもう１つの円周軌道に実質的に沿って位置し、Ｒ２がＲ１より小さい、請求項４に記載の電気化学電池。
【請求項６】
Ｒ２が、Ｒ１より少なくとも２ｍｍ小さい、請求項５に記載の電気化学電池。
【請求項７】
前記金属支持ディスクが、少なくとも１つの回旋状の表面を有し、前記第１群を構成する前記通気開口が、前記支持ディスクの周辺端部に最も近い前記回旋状の表面の側に位置し、前記第２群を構成する前記通気開口が、前記支持ディスクの中心に最も近い前記回旋状の表面の側に位置する、請求項５に記載の電気化学電池。
【請求項８】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記第１群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約６〜１２ｍｍ２であり、前記第２群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約０．４０〜０．７１ｍｍ２である、請求項４に記載の電気化学電池。
【請求項９】
前記電池が単２又は単１サイズ円筒型電池であり、前記第１群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約６〜１８ｍｍ２であり、前記第２群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約０．４〜１８．８ｍｍ２である、請求項４に記載の電気化学電池。
【請求項１０】
前記電池内のガス圧力が６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）未満の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項３に記載の電気化学電池。
【請求項１１】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜６．５４９ＭＰａ（９５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項３に記載の電気化学電池。
【請求項１２】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜５．１７１ＭＰａ（７５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項３に記載の電気化学電池。
【請求項１３】
前記電池が単２サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約０．６８９４ＭＰａ（１００ｐｓｉｇ）〜２．７５８ＭＰａ（４００ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項３に記載の電気化学電池。
【請求項１４】
前記電池が単１サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）〜１．７２４ＭＰａ（２５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項３に記載の電気化学電池。
【請求項１５】
前記電池が単４サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約３．１０２ＭＰａ（４５０ｐｓｉｇ）〜７．９２８ＭＰａ（１１５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項３に記載の電気化学電池。
【請求項１６】
前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直配向で見るとき、前記膜を形成する前記薄肉部分が、前記半径方向に伸びるアームの上面及び下面の少なくとも１つに切り込まれた溝の基部により形成される、請求項３に記載の電気化学電池。
【請求項１７】
前記溝が、前記電池の長手軸を包囲する環状の溝である、請求項１６に記載の電気化学電池。
【請求項１８】
前記突起に最も近い前記溝の縁部である、前記溝の先端縁部が、前記突起表面から２ｍｍ以内であるように、前記環状の溝が位置する、請求項１７に記載の電気化学電池。
【請求項１９】
前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、前記絶縁封止ディスクが、その上面から出ている複数個の一体形成された突出部を有し、前記突出部が、前記破裂可能な膜と前記絶縁封止ディスクの周辺端部との間に位置し、前記突出部が、前記膜の破裂に際して、前記破裂可能な膜の破片をそらして、前記通気開口のいずれかに侵入及び目詰まりしないようにすることができる、請求項１７に記載の電気化学電池。
【請求項２０】
前記突出部が、前記絶縁封止ディスクの前記中心長手軸の周囲の円周軌道に沿って間隙をおく、請求項１９に記載の電気化学電池。
【請求項２１】
前記突出部が、傾斜した上面を有するくさび形の形状であり、前記傾斜した表面上の高い点が、前記傾斜した表面上の低い点より前記破裂可能な膜に近い、請求項２０に記載の電気化学電池。
【請求項２２】
ハウジング、正及び負端子、亜鉛を含むアノード、オキシ水酸化ニッケルを含むカソード、並びにアルカリ電解液を有する一次電気化学電池であって、前記ハウジングが、閉鎖端部及び相対する開放端部を有する本体、並びに前記ハウジングの前記開放端部を封止するエンドキャップ組立体を有し、
前記エンドキャップ組立体が、前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、エンドキャップ、前記エンドキャップの下に存在する絶縁封止ディスク、及び前記エンドキャップと前記絶縁封止ディスクとの間の一体成形金属構造の支持ディスクから形成される支持部材を備え、前記エンドキャップ組立体が更に
前記電池内部に６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）を超えてガス圧力が蓄積するのを防ぐために、前記電池からガスを放出するための手段を含む、一次電気化学電池。
【請求項２３】
前記支持ディスクが、それを通る通気開口の第１群及び通気開口の第２群を有し、前記通気開口の群の各々が、少なくとも複数個の個々の開口を含み、前記第１群の前記通気開口が、前記電池の中心長手軸から離れる半径方向において、前記第２群の前記通気開口と間隙をおく、請求項２２に記載の電気化学電池。
【請求項２４】
少なくとも１つのカソードスラブを含むカソードであって、それを通る、境界を定めた、カソード材料がない開口部を有し、前記カソードの外側表面の一部分が前記ハウジングの内部表面に接触し、前記アノードが前記カソード開口部内に、それらの間にセパレータを有して挿入される、請求項２２に記載の電気化学電池。
【請求項２５】
前記金属支持ディスク及び前記絶縁封止ディスクを通過する細長い電流コレクタを更に含み、前記電流コレクタの一末端部が前記アノードの中に貫通し、前記電流コレクタの相対する末端部が、前記エンドキャップと電気的接続をしている、請求項２２に記載の電気化学電池。
【請求項２６】
前記電池ハウジング本体が円筒状である、請求項２２に記載の電気化学電池。
【請求項２７】
前記電池が、新しい場合、１ワットの連続定出力を受けるときに、少なくとも１．２ワット時として定義される長期の高出力を発生できる、請求項２２に記載の電気化学電池。
【請求項２８】
前記絶縁封止ディスクが前記電池ハウジングと隣接し、前記支持ディスクを前記電池ハウジングから電気的に絶縁し、前記絶縁封止ディスクが中心突起、及び前記突起から伸びる一体形成されたラジアル・アームを有し、前記半径方向に伸びるアームが表面を形成し、前記半径方向に伸びるアームが、前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、前記エンドキャップの下に存在する破裂可能な膜を形成する薄肉部分をその中に有し、前記膜が、前記電池内のガス圧力が上昇するときに破裂し、それによってガスを前記電池内から前記支持ディスク中の前記通気開口の第１及び第２群を通して、そこから周囲に通過させる、請求項２３に記載の電気化学電池。
【請求項２９】
前記通気開口の第１及び第２群において、前記第１群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸から、平均垂直距離Ｒ１のところにあり、前記第２群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸から、平均垂直距離Ｒ２のところにあり、Ｒ２がＲ１より小さいことを特徴とする、請求項２３に記載の電気化学電池。
【請求項３０】
前記第１群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸の周囲の半径Ｒ１の１つの円周軌道に沿って位置し、前記第２群を構成する前記通気開口が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸の周囲の半径Ｒ２のもう１つの円周軌道に沿って位置し、Ｒ２がＲ１より小さい、請求項２９に記載の電気化学電池。
【請求項３１】
Ｒ２が、Ｒ１より少なくとも２ｍｍ小さい、請求項３０に記載の電気化学電池。
【請求項３２】
前記金属支持ディスクが、少なくとも１つの回旋状の表面を有し、前記第１群を構成する前記通気開口が、前記支持ディスクの周辺端部に最も近い前記回旋状の表面の側に位置し、前記第２群を構成する前記通気開口が、前記支持ディスクの中心に最も近い前記回旋状の表面の側に位置する、請求項３０に記載の電気化学電池。
【請求項３３】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記第１群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約６〜１２ｍｍ２であり、前記第２群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約０．４０〜０．７１ｍｍ２である、請求項２９に記載の電気化学電池。
【請求項３４】
前記電池が単２又は単１サイズ円筒型電池であり、前記第１群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約６〜１８ｍｍ２であり、前記第２群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約０．４〜１８．８ｍｍ２である、請求項２９に記載の電気化学電池。
【請求項３５】
前記電池内のガス圧力が、６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）未満の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項２８に記載の電気化学電池。
【請求項３６】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約２．０６９ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜６．５４９ＭＰａ（９５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項２８に記載の電気化学電池。
【請求項３７】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜５．１７１ＭＰａ（７５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項２８に記載の電気化学電池。
【請求項３８】
前記電池が単２サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約０．６８９４ＭＰａ（１００ｐｓｉｇ）〜２．７５８ＭＰａ（４００ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項２８に記載の電気化学電池。
【請求項３９】
前記電池が単１サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）〜１．７２４ＭＰａ（２５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項２８に記載の電気化学電池。
【請求項４０】
前記電池が単４サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約３．１０２ＭＰａ（４５０ｐｓｉｇ）〜７．９２８ＭＰａ（１１５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項２８に記載の電気化学電池。
【請求項４１】
前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直配向で見るとき、前記膜を形成する前記薄肉部分が、前記半径方向に伸びるアームの上面及び下面の少なくとも１つに切り込まれた溝の基部により形成される、請求項２８に記載の電気化学電池。
【請求項４２】
前記溝が、前記電池の中心長手軸を包囲する環状の溝である、請求項４１に記載の電気化学電池。
【請求項４３】
前記突起に最も近い前記溝の縁部である、前記溝の先端縁部が、前記突起表面から２ｍｍ以内であるように、前記環状の溝が位置する、請求項４２に記載の電気化学電池。
【請求項４４】
前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、前記絶縁封止ディスクが、その上面から出ている複数個の一体形成された突出部を有し、前記突出部が、前記破裂可能な膜と前記絶縁封止ディスクの周辺端部との間に位置し、前記突出部が、前記膜の破裂に際して、前記破裂可能な膜の破片をそらして、前記通気開口のいずれかに侵入及び目詰まりしないようにすることができる、請求項４２に記載の電気化学電池。
【請求項４５】
前記突出部が、前記絶縁封止ディスクの前記中心長手軸の周囲の円周軌道に沿って間隙をおく、請求項４４に記載の電気化学電池。
【請求項４６】
前記突出部が、傾斜した上面を有するくさび形の形状であり、前記傾斜した表面上の高い点が、前記傾斜した表面上の低い点より前記破裂可能な膜に近い、請求項４５に記載の電気化学電池。
【請求項４７】
ハウジング、正及び負端子、亜鉛を含むアノード、オキシ水酸化ニッケルを含むカソード、並びにアルカリ電解液を含む一次電気化学電池であって、前記ハウジングが、閉鎖端部及び相対する開放端部を有する本体、並びに前記ハウジングの前記開放端部を封止するエンドキャップ組立体を有し、前記電池が更に、
前記電池が短絡状態を受けるときに、前記ハウジング外側表面温度が１６０℃未満の温度のまま留まることを確実にするために、前記電池内部からガスを放出するための手段を含む、一次電気化学電池。
【請求項４８】
前記電池がＰＴＣ（正温度係数）部材を含まない、請求項４７に記載の一次電池。
【請求項４９】
前記電池が、ＰＴＣ部材、バイメタルたわみ部材、及び形状記憶合金たわみ部材から成る群から選択される熱反応性部材を含まない、請求項４７に記載の一次電池。
【請求項５０】
前記電池内部からガスを放出するための前記手段が、前記電池内部に６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）を超えてガス圧力が蓄積するのを防ぐ、請求項４７に記載の電池。
【請求項５１】
前記エンドキャップ組立体が、前記電池を、前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、エンドキャップ、前記エンドキャップの下に存在する絶縁封止ディスク、及び前記エンドキャップと前記絶縁封止ディスクとの間の一体成形金属構造の支持ディスクから形成される支持部材を含む、請求項４７に記載の電池。
【請求項５２】
前記エンドキャップ組立体が、前記電池内部からガスを放出するための前記手段を含む、請求項５１に記載の電池。
【請求項５３】
前記支持ディスクが、それを通る通気開口の第１群及び通気開口の第２群を有し、前記通気開口の群の各々が、少なくとも複数個の個々の開口を含み、前記第１群の前記通気開口が、前記電池の中心長手軸から離れる半径方向において、前記第２群の前記通気開口と間隙をおく、請求項５１に記載の電気化学電池。
【請求項５４】
前記カソードが少なくとも１つのカソードスラブを含み、前記カソードスラブが、それを通る、境界を定めた、カソード材料がない開口部を有し、前記カソードの外側表面の一部分が前記ハウジングの内部表面に接触し、前記アノードが前記カソード開口部内に、それらの間にセパレータを有して挿入される、請求項４７に記載の電気化学電池。
【請求項５５】
前記金属支持ディスク及び前記絶縁封止ディスクを通過する細長い電流コレクタを更に含み、前記電流コレクタの一末端部が前記アノードの中に貫通し、前記電流コレクタの相対する末端部が、前記エンドキャップと電気的接続をしている、請求項５１に記載の電気化学電池。
【請求項５６】
前記電池ハウジング本体が円筒状である、請求項４７に記載の電気化学電池。
【請求項５７】
前記電池が、新しい場合、１ワットの連続定出力を受けるときに、少なくとも１．２ワット時として定義される長期の高出力を発生できる、請求項５１に記載の電気化学電池。
【請求項５８】
前記絶縁封止ディスクが前記電池ハウジングと隣接し、前記支持ディスクを前記電池ハウジングから電気的に絶縁し、前記絶縁封止ディスクが中心突起、及び前記突起から伸びる一体形成されたラジアル・アームを有し、前記半径方向に伸びるアームが表面を形成し、前記半径方向に伸びるアームが、前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、前記エンドキャップの下に存在する破裂可能な膜を形成する薄肉部分をその中に有し、前記膜が、前記電池内のガス圧力が上昇するときに破裂し、それによってガスを前記電池内から前記支持ディスク中の前記通気開口の第１及び第２群を通して、そこから周囲に通過させる、請求項５３に記載の電気化学電池。
【請求項５９】
前記通気開口の第１及び第２群において、前記第１群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸から、平均垂直距離Ｒ１のところにあり、前記第２群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸から、平均垂直距離Ｒ２のところにあり、Ｒ２がＲ１より小さいことを特徴とする、請求項５３に記載の電気化学電池。
【請求項６０】
前記第１群を構成する前記通気開口の中心が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸の周囲の半径Ｒ１の１つの円周軌道に沿って位置し、前記第２群を構成する前記通気開口が、前記金属支持ディスクの前記中心長手軸の周囲の半径Ｒ２のもう１つの円周軌道に沿って位置し、Ｒ２がＲ１より小さい、請求項５９に記載の電気化学電池。
【請求項６１】
Ｒ２が、Ｒ１より少なくとも２ｍｍ小さい、請求項６０に記載の電気化学電池。
【請求項６２】
前記金属支持ディスクが、少なくとも１つの回旋状の表面を有し、前記第１群を構成する前記通気開口が、前記支持ディスクの周辺端部に最も近い前記回旋状の表面の側に位置し、前記第２群を構成する前記通気開口が、前記支持ディスクの中心に最も近い前記回旋状の表面の側に位置する、請求項６０に記載の電気化学電池。
【請求項６３】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記第１群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約６〜１２ｍｍ２であり、前記第２群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約０．４０〜０．７１ｍｍ２である、請求項５９に記載の電気化学電池。
【請求項６４】
前記電池が単２又は単１サイズ円筒型電池であり、前記第１群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約６〜１８ｍｍ２であり、前記第２群を構成する前記通気開口の合計断面積が、約０．４〜１８．８ｍｍ２である、請求項６０に記載の電気化学電池。
【請求項６５】
前記電池内のガス圧力が６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）未満の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項５８に記載の電気化学電池。
【請求項６６】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜６．５４９ＭＰａ（９５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項５８に記載の電気化学電池。
【請求項６７】
前記電池が単３サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜５．１７１ＭＰａ（７５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項５８に記載の電気化学電池。
【請求項６８】
前記電池が単２サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約０．６８９４ＭＰａ（１００ｐｓｉｇ）〜２．７５８ＭＰａ（４００ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項５８に記載の電気化学電池。
【請求項６９】
前記電池が単１サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）〜１．７２４ＭＰａ（２５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項５８に記載の電気化学電池。
【請求項７０】
前記電池が単４サイズ円筒型電池であり、前記電池内のガス圧力が約３．１０２ＭＰａ（４５０ｐｓｉｇ）〜７．９２８ＭＰａ（１１５０ｐｓｉｇ）の圧力に達するとき、前記膜が破裂する、請求項５８に記載の電気化学電池。
【請求項７１】
前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直配向で見るとき、前記膜を形成する前記薄肉部分が、前記半径方向に伸びるアームの上面及び下面の少なくとも１つに切り込まれた溝の基部により形成される、請求項５８に記載の電気化学電池。
【請求項７２】
前記溝が、前記電池の中心長手軸を包囲する環状の溝である、請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７３】
前記突起に最も近い前記溝の縁部である、前記溝の先端縁部が、前記突起表面から２ｍｍ以内であるように、前記環状の溝が位置する、請求項７２に記載の電気化学電池。
【請求項７４】
前記電池を前記エンドキャップ組立体を上にして垂直位で見るとき、前記絶縁封止ディスクが、その上面から出ている複数個の一体形成された突出部を有し、前記突出部が、前記破裂可能な膜と前記絶縁封止ディスクの周辺端部との間に位置し、前記突出部が、前記膜の破裂に際して、前記破裂可能な膜の破片をそらして、前記通気開口のいずれかに侵入及び目詰まりしないようにすることができる、請求項７２に記載の電気化学電池。
【請求項７５】
前記突出部が、前記絶縁封止ディスクの前記中心長手軸の周囲の円周軌道に沿って間隙をおく、請求項７４に記載の電気化学電池。
【請求項７６】
前記突出部が、傾斜した上面を有するくさび形の形状であり、前記傾斜した表面上の高い点が、前記傾斜した表面上の低い点より前記破裂可能な膜に近い、請求項７５に記載の電気化学電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学電池、特に高出力一次電池を封止するためのエンドキャップ組立体及び通気システムに関する。本発明はアルカリ電池、更に詳しくは高出力アルカリ電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ電池のような従来の電気化学電池は、開放端部及びハウジングを封止するためにその中に挿入されるエンドキャップ組立体を有する円筒状ハウジングの形状を呈する。従来のアルカリ電池は典型的には、亜鉛を含むアノード、二酸化マンガンを含むカソード、及び水性の水酸化カリウムを含むアルカリ電解液を含む。また、アルカリ電池は、例えば、亜鉛を含むアノード、オキシ水酸化ニッケルを含むカソード、水性の水酸化カリウムを含むアルカリ電解液を含んでもよい。こうしたオキシ水酸化ニッケルのアルカリ電池は、例えば公開された出願ＵＳ２００４／００４３２９２Ａ１及び米国特許第６，６８６，０９１Ｂ２号に示されている。電池の内容物が供給された後、電池はハウジング縁部をエンドキャップ組立体の上に圧着することにより閉鎖され、電池のための密封を提供する。エンドキャップ組立体は、電池端子として機能する露出されたエンドキャッププレートを含み、典型的にはプラスチック絶縁栓を含み、電池ハウジングの開放端部を封止する。
【０００３】
様々な電気化学電池、特にアルカリ電池の設計に関連する問題は、それが過度の放電状態を受けるとき、又はそれがある時点を過ぎて、通常は電池の有用な容量の完全消耗に近い時点で放電し続けるときに、電池がガスを発生する傾向である。電気化学電池、特にアルカリ電池は、従来、エンドキャップ組立体内に破裂可能な隔膜又は破裂可能な膜が備えられている。破裂可能な隔膜又は膜は、例えば米国特許第３，６１７，３８６号に記載されるように、プラスチック絶縁部材内に形成されてよい。こうした隔膜は、電池内のガス圧力が予め定められたレベルを超えるときに破裂するように設計されている。エンドキャップは、隔膜又は膜が破裂するときにガスが脱け出すための幾つかの通気孔が備えられている場合がある。米国特許第３，６１７，３８６号に開示されたエンドキャップ組立体は、溝付き破裂可能封止隔膜、及びエンドキャップと封止隔膜との間の分離金属接触ディスクを公開している。参考文献中に開示されたエンドキャップ組立体は、半径方向圧縮力に耐えるようには設計されておらず、並びに電池が極度に熱い及び冷たい環境にさらされるときに、漏電する傾向がある。
【０００４】
密封を提供するために、現在の先行技術は、典型的には、エンドキャッププレートと絶縁部材との間に挿入された金属支持ディスクを含むエンドキャップ組立体を明らかにしている。電池ハウジング縁部がエンドキャップ組立体の上に圧着されるとき、分離金属支持ディスクは、半径方向に圧縮される。絶縁栓は典型的には、電池の中心から電池ハウジングに向かって伸びるプラスチック絶縁ディスクの形態であり、金属支持ディスクを電池ハウジングから電気的に絶縁する。金属支持ディスクは、米国特許第５，７５９，７１３号又は同第５，０８０，９８５号に示されるように、高度な回旋状の表面を有してもよく、これは、エンドキャップ組立体が、エンドキャップ組立体周囲の電池ハウジング縁部の圧着中に、高い半径方向の圧縮力に耐え得ることを確実にする。これは、結果として常にエンドキャップ組立体周囲の機械的密封をもたらす。
【０００５】
先行技術は、エンドキャップ組立体内に含まれる絶縁ディスク内の薄肉領域として一体形成される、破裂可能な通気隔膜を明らかにしている。こうした通気隔膜は、例えば米国特許第５，５８９，２９３号に示されるように、電池の長手軸に垂直な平面内に位置するように配向されることもできるし、又は米国特許第４，２２７，７０１号に示されるように、電池の長手軸に対して斜めを向くように配向されてもよい。後者の米国特許第４，２２７，７０１号では、絶縁封止ディスクは、それを貫通する細長い電流コレクタ上に摺動可能に設置されている。電池内のガス圧力が増加するとき、絶縁封止ディスクの中心部分は、電池エンドキャップに向かって上向きに摺動し、それによって膜が破裂するまで膜を引き伸ばし、ガスは端子プレート中の通気孔を通って放出される。米国特許第６，１２７，０６２号は、絶縁封止ディスク及び一体形成される破裂可能な膜であって、垂直に、即ち電池の中心長手軸に平行に配向されるものを開示する。電池内のガス圧力が予め定められたレベルまで上昇するとき、膜が破裂し、それによってガス圧力を外部環境に放出する。
【０００６】
破裂可能な膜は、米国特許第５，５８９，２９３号に示されるように、絶縁ディスク内の薄い材料の１以上の島状形態であることができる。あるいは、破裂可能な膜は、米国特許第５，０８０，９８５号に示されるように、電池の長手軸を包囲する薄い部分の形態であることができる。膜が破裂するとき、ガスは、金属支持ディスク４０の外側下向き傾斜アームに沿って配向された通気孔４９を通って放出される。破裂可能な膜を形成する包囲薄肉部分は、米国特許第４，２３７，２０３号に示されるように、絶縁ディスク内の環状の溝の基部にある薄肉領域の形態であることができる。破裂可能な膜はまた、特許出願公報ＵＳ２００２／０１２７４７０Ａ１に示されるように、金属支持ディスクと絶縁ディスクとの間に挟まれ、その中の開口に面する、ポリマーフィルムの別個の片であってもよい。米国特許第３，３１４，８２４号に示されるように、先の尖った又は他の突き出た部材が、破裂可能な膜の上に配向されて、膜の破裂を助けることができる。電池内のガス圧力が過剰になるとき、膜が膨張し、そして先の尖った部材と接触することで破裂し、それによって、ガスは、電池内から上に存在する端子エンドキャップ中の開口を通って、周囲へ脱け出すことができる。
【０００７】
一次電池、特に一次アルカリ電池に対して改善がなされ、これは、分極が起こる前に、これまで可能であったものより、高電力レベルで、より長い期間、より高出力で放電することを可能にする。（分極はイオンの輸送を制限し、電極における電荷の蓄積を生じ、最終的に達成可能な出力のレベルを制限する場合がある。）こうした高出力の一次アルカリ電池の開発は、それらを、高出力充電式電池を代替するものとして、例えばデジタルカメラ又は携帯電話に一般に用いられるニッケル水素又はリチウムイオン充電式電池を代替するものとして、より好適にする。改善されたアルカリ電池の高出力特性のために、典型的には、厳密な試験に従ってその安全性を確実にする。１つのこうした試験方法は、電池を短絡させて、電池内の安全システムが適切に動作して、いかなる壊滅的な結果も回避するのに間に合うように、電池が停止するかどうかを判断することである。
【０００８】
高出力電池では、電池が不適切に使用される場合、例えば電池が短絡状態を受ける場合には、電池内の急速な温度上昇及び過剰なガス発生が相前後して起こり得る。電池温度が上昇するにつれて、益々速くなる速度で二次反応が起こるため、ガス発生が増加する場合がある。電池内のガス圧力はまた、電池温度上昇の直接作用として上昇する。ガス発生及び付随する内部ガス圧力蓄積の速度は、上に述べるように、高出力一次電池がこうした短絡状態を受けるときに増加することが予想され得る。
【０００９】
先行技術は、電池の電極と通常直列に接続されているＰＴＣ（正温度係数）装置の設置及び使用を教示する。材料の薄いスラブであってよいＰＴＣ装置は、電池温度が増加するにつれて、例えば短絡状況では、その抵抗が劇的に増加するという特性を有する。（抵抗の増加は、ＰＴＣ装置が高温に暴露されるときの抵抗率の増加及び長さの膨張によるものである。）ＰＴＣ抵抗が増加するとき、電池の電流の流れ及び出力が停止する。バイメタルディスク及び形状記憶のような他の熱反応性機器は、高温への暴露の際にたわむ。これらの機器は、電池が過熱するときに、電極材料と対応する端子との間の導電経路を破断し、したがって電池を即座に停止させるために高出力電池に用いられてきた。こうした熱反応性機器を組み込む、高出力電池のためのエンドキャップ組立体は、米国特許第５，８７９，８３２号及び米国特許第６，０８３，６３９号に示されている。これらの機器は非常に有効であるが、エンドキャップ組立体内に場所を取り、並びに電池の費用を増大させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
それ故に、高出力一次電池、特に高出力アルカリ電池のための改善された通気システムをその中に備えるエンドキャップ組立体を有することは望ましく、これは、電池が短絡状態を受ける場合に電池を保護する。
【００１１】
高出力一次電池が、電池が短絡放電状態などの過度な稼動を受ける場合に、電池の内部温度を迅速に下げることができる、電池の中に内蔵された安全機構を有することは望ましい。
【００１２】
電池が、過度の電池稼動が原因で電池内のガス圧力が急速に増加する場合に、電池内のガスを電池から迅速に放出することができる改善された通気システムを有することは望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
主な態様では、本発明は、改善された通気システムをその中に有するエンドキャップ組立体を備える電気化学電池を対象とする。通気システムは、電池内のガス圧力が、予め定められた設計の限界を超えるレベルまで蓄積するときに作動される。ひとたび作動した通気システムは、電池内のガスをそこから環境へと迅速に通過させて、壊滅的破裂から電池を守ることができる。電池ハウジングは、閉鎖端部及び相対する開放端部を有する、一体型の本体表面を有することを特徴とする。ハウジング本体は、好ましくは円筒状であり、したがって好ましい実施形態では、電池は円筒型電池である。しかしながら、ハウジングはまたその長さに沿って走る少なくとも１つの実質的に平らな側面、又はその長さに沿って走る１対の相対する実質的に平らな側面を有してもよい。電池は、好ましくは一次（非充電式）電池である。電解液が通常はアルカリ電解液であるという点で、電池は、一次アルカリ電池が好ましい。アノード及びカソード材料が、それらの間のセパレータと共に、電池ハウジングの中に挿入された後、エンドキャップ組立体が、ハウジングの開放端部の中に置かれ、圧着されるか又は別の方法でその縁部に沿って固定され、電池を封止する。
【００１４】
主な態様では、改善された通気システムを備える本発明のエンドキャップ組立体は、高出力電池、特に高出力一次アルカリ電池を封止することに関連して重要な有用性及び適用性を有する。以後使用されるとき、用語「高出力」とは、アノード及びカソードが単３サイズの電池に構成され、及び単３サイズの電池が１ワットの連続定出力レベルで消費されるとき、電池が少なくとも１．２ワット時の電気エネルギーを出力できるという特徴を有する電池を意味する。試験は、新しい単３電池に対して、負荷抵抗を徐々に低くすることにより、即ち、１ワットの連続出力を、そのような出力レベルがもはや得られなくなるまで維持するために、放電中の電池の電圧が降下するにつれて、電流の流れを徐々に増やすことにより行なわれる。こうした試験は「新しい」電池、即ち、以前に消費者による使用を受けていない電池に対して実施されることを前提とする。試験される電池は典型的には、新しいときに、約１〜３ボルトの開放回路電圧を有してもよい。好ましい実施形態では、電池は亜鉛／オキシ水酸化ニッケルのアルカリ電池であってもよいが、または亜鉛／ＭｎＯ２電池であってもよい。本発明は、放電に際してガスを発生する他の一次アルカリ電池又は他の一次電池にも等しく適用可能なので、本発明の改善された通気システムを備えるエンドキャップ組立体が、これらの２種類のアノード／カソード化学材料だけに限定されることを意図していない。
【００１５】
本発明の改善された通気システムは、電池内でガス圧力の予め定められたレベルに達すると、電池内からガスを非常に迅速に放出することができる。電池内のガスが予め定められた高いレベルまで蓄積する場合、たとえ直接短絡及び長期短絡を含む過度の稼動状態を電池が受ける場合でさえも、本発明の通気システムは、電池の安全保護、及び電池ハウジングの壊滅的な破裂又はエンドキャップ組立体の圧着はずれ（decrimping）を防ぐことに特別な有用性を有する。
【００１６】
本発明の改善された通気システムを備えるエンドキャップ組立体は、亜鉛／オキシ水酸化ニッケルのアルカリ電池などの高出力一次電池の安全保護のために特別な有用性を有する。こうした電池は非常に活性である。過度の短絡試験を受けると、電池内部の温度は僅か２〜３分以内に、非常に熱くなり得る。こうした状態の下で、短絡放電が中断されないままの場合、電池内部のＩ２Ｒ加熱は、電池ハウジングの外側表面温度を僅か２〜３分の間に、２００℃を超える、更には２５０℃を超えるレベルにまで到達させ得る。電池の内部温度が増加するにつれて、二次電気化学反応の速度が増加する。これらの反応は発熱であり、追加の熱及び更なるガスを発生する。電池温度の増加は、ガス圧力を更に高める。本発明の通気システムは、自動的に作動され、ガスが迅速に電池から放出されて、電池破裂のいかなる可能性も回避する。ガスの迅速な放出はまた、電池の内部温度を素早く下げ、それによって更に電池を安全保護する。
【００１７】
本発明のエンドキャップ組立体は、エンドキャップ及び絶縁封止ディスクと、それらの間に金属支持ディスクを含む。本発明の改善された通気システムは、第１の通気開口の群、並びに第２の通気開口の群を、金属支持ディスクの表面内に有する。第２通気開口は、それらが前記金属支持ディスクの中心から、第１通気開口より小さい距離のところに位置付けられるように、それらが金属支持ディスクの表面を通して位置することを特徴とする。望ましくは、第１通気開口の中心は、金属支持ディスクの中心長手軸から平均距離Ｒ１のところにあり、第２通気開口は、金属支持ディスクの中心長手軸から平均距離Ｒ２のところにあり、Ｒ２＜Ｒ１である。好ましくは第１通気開口の中心は、金属支持ディスクの中心長手軸から平均半径Ｒ１のところの円周軌道に沿った平面内に実質的に位置し、第２通気開口の中心は、金属支持ディスクの中心長手軸から平均半径Ｒ２のところの円周軌道に沿った平面内に実質的に位置し、Ｒ２＜Ｒ１である。単３サイズの電池では、典型的には、金属支持ディスクの表面を介して間隙をおく約２〜４個の第１開口、及び約２〜４個の第２開口が存在してもよい。第１及び第２開口は、形状が円形、若しくは多角形であってもよいし、又は曲線状である１以上の表面及び直線状である１以上の表面を有してもよい。単３サイズの電池では、長方形の形状に基づく第１開口は、典型的には、電池の長手方向に約１．５ｍｍの高さ、及び電池の周方向に約２．０ｍｍの長さを有してもよい。第２開口は典型的には、円形の形状に基づく約０．５〜１．５ｍｍの直径を有してもよい。第１開口は、したがって典型的には約６〜１２ｍｍ２の合計クロス面積（cross area）を有してもよく、並びに第２開口は典型的には、約０．４０〜７．１ｍｍ２の組み合わされた合計クロス面積を有してもよい。（クロス面積は、開口の長手軸に垂直な平面により決定される面積として定義される。）
主な態様では、絶縁封止ディスクは、中心突起、並びにそこから伸び且つ前記突起を囲む、一体形成されたラジアル円周アームを有する。好ましくは、半径方向に伸びるアームの一部分は、突起に隣接し且つ突起を包囲する、環状の薄肉部分をその中に有する。環状の薄肉部分は、電池内のガスが予め定められた圧力レベルまで達したときに膜が破裂するような厚さを有する、破裂可能な膜を形成する。更に、複数個の一体形成された隆起した突出部（スタンドオフ）であって、絶縁封止ディスクの上面から出ている、傾斜した上面を有する、好ましくはくさび形の形状の突出部が存在する。（突出部は、傾斜した上面の高い末端部が破裂可能な膜に面し、ほとんど隣接するように配向される。）これらの突出部は、破裂する膜のいかなる破片の方向も変えて、前記膜の破裂中に第１通気開口に侵入及び目詰まりしないように、好ましくは絶縁封止ディスクの中心周囲の円周軌道に配向され、位置付けられる。
【００１８】
また、本発明のエンドキャップ組立体は、望ましくは、電池ハウジングの最上周辺端部に存在する、紙又はプラスチックの絶縁ワッシャを取り付けられている。エンドキャップであって、それを通る複数個の開口を有するエンドキャップが、ワッシャの上に位置付けられている。絶縁封止ディスクの中心突起を通り、アノード材料の中へと入り込む細長い電流コレクタが存在する。好ましくは、エンドキャップは金属支持ディスクの上面に溶接されている。亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池、又は亜鉛／オキシ水酸化ニッケルアルカリ電池では、亜鉛アノード材料は、電池ハウジングのコア内の中心に位置し、並びにＭｎＯ２又はオキシ水酸化ニッケルカソード材料は、それがハウジングの内部表面に隣接するように環状に位置する。したがって、アルカリ電池では、負電流経路は、アノードから細長い電流コレクタへ、そして金属支持ディスクへ、そしてエンドキャップに至り、正の導電経路はカソードからハウジングへ、そしてハウジングの閉鎖端部に至る。
【００１９】
本発明の態様では、絶縁封止ディスク内の膜の厚さを調整することにより、膜は、電池内のガスが６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）未満のレベルまで蓄積するとき、破裂するように設計され得る。単３サイズ円筒型電池では、膜破裂圧力は、望ましくは、約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜６．５４９ＭＰａ（９５０ｐｓｉｇ）、好ましくは約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜５．１７１ＭＰａ（７５０ｐｓｉｇ）の圧力である。単２サイズ円筒型電池では、膜破裂圧力は、望ましくは、約０．６８９４ＭＰａ（１００ｐｓｉｇ）〜２．７５８ＭＰａ（４００ｐｓｉｇ）である。単１サイズ円筒型電池では、膜破裂圧力は、望ましくは、約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）〜１．７２４ＭＰａ（２５０ｐｓｉｇ）である。単４サイズ円筒型電池では、膜破裂圧力は、約３．１０２ＭＰａ（４５０ｐｓｉｇ）〜７．９２８ＭＰａ（１１５０ｐｓｉｇ）である。膜、好ましくはナイロンの膜は、それが約０．０８ｍｍ（３ミル）〜０．３１ｍｍ（１２ミル）、望ましくは約０．０８ｍｍ（３ミル）〜０．２０ｍｍ（８ミル）、典型的には約０．１５ｍｍ（６ミル）〜０．２５ｍｍ（１０ミル）の厚さを有するように設計されるとき、破裂して上記の破裂圧力を達成するように設計されてもよい。
【００２０】
本発明の改善された通気システムを備えるエンドキャップ組立体は、電池の内部ガス圧力及び温度を素早く上昇し得る、直接及び長期の短絡状態を電池が受ける場合でさえも、電池内部からのガスの迅速な放出を可能にする。本発明の通気システムは、即座に作動し、内部ガスを迅速に放出して、いかなる壊滅的電池破裂も起こらないように設計される。特に、亜鉛／オキシ水酸化ニッケルのアルカリ電池に関して、内部ガス圧力が約６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）のレベルに達する前に、本発明のエンドキャップ組立体を用いて、電池からガスを放出することは、電池が短絡状態を受けるときに、ハウジング外側表面温度が１６０℃未満の温度のまま留まることを確実にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のエンドキャップ組立体１００の好ましい構造が、図１に示される。その中に組み込まれたエンドキャップ組立体１００を備える代表的なアルカリ電池１０の具体的実施形態が、図２に示される。エンドキャップ組立体１００の構成要素の分解図が、図３に示される。電池の中に圧着される前の絶縁封止ディスク１５０の拡大透視図が、図４に示される。絶縁ディスク１５０の上に存在する金属支持ディスク１３０の主な実施形態が図５に示され、及び金属支持ディスク１３０の代替の実施形態が、図５Ａに示される。エンドキャップ１１０の主な実施形態が、図６に示される。
【００２２】
エンドキャップ組立体１００は、円筒型電気化学電池、特に標準規格の単６（４２×８ｍｍ）、単４（４４×９ｍｍ）、単３（４９×１２ｍｍ）、単２（４９×２５ｍｍ）、及び単１（５８×３２ｍｍ）サイズの円筒型アルカリ電池に、特に適用できる。エンドキャップ組立体１００は、電池ハウジング（ケーシング）１２の開放端部２０に封止を提供し、またその中に組み込まれた露出したエンドキャップ１１０を有する。エンドキャップ１１０は、図２に示されるように、ディスクの形態であり、電池端子の１つ（アルカリ電池については負端子）として機能してもよい。エンドキャップ１１０は、紙又はプラスチック材料であってよい絶縁ワッシャ１２０により、電池ハウジング１２から絶縁されている。エンドキャップ組立体１００は、絶縁封止ディスク１５０の上に金属支持ディスク１３０を有してもよい。エンドキャップ組立体１００が形成され、電池ハウジングの開放端部２０の中に挿入された後、ハウジングの周辺端部１６ａは封止ディスク１５０の上向きに伸びる周辺端部１５６ａの上に圧着され、そして周辺端部１５６ａは、次に金属支持ディスク１３０の周縁部１３８の上に圧着される。半径方向の力もまた圧着プロセス中に適用され、金属支持体の周縁部１３８を、封止ディスク１５０の縁部壁１５６の中に食い込ませる。圧着中に適用される半径方向の力は、電池が、たとえ極度に冷たい及び熱い環境温度に暴露されたとしても、密封を提供する。
【００２３】
代表的な実施形態の本発明のエンドキャップ組立体１００（図１〜３）は、エンドキャップディスク１１０、電気的絶縁封止部材１５０、及びエンドキャップ１１０と絶縁封止部材１５０との間の金属支持ディスク１３０から構成される。金属支持ディスク１３０及び絶縁封止ディスク１５０の中心の開口を通過する、細長い電流コレクタ１７０が存在する。絶縁封止部材１５０は、好ましくは、回旋状の表面を有する絶縁封止ディスク（グロメット）の形態である。絶縁封止ディスク１５０は、化学攻撃及びアルカリ攻撃に対して耐性がある丈夫なプラスチックからなる。好ましくは、封止ディスク１５０は、ナイロン６６又はナイロン６１２からできている。しかしながら、封止ディスク１５０をこれらの材料に限定しないようにするのは、他のナイロン等級、並びにポリプロピレン、タルク充填ポリプロピレン、ポリエチレン、及びスルホン酸化ポリエチレンなどもまた使用され得るからである。絶縁封止ディスク１５０は、金属電流コレクタ１７０を受け取るために、それを貫通する開口１５９を備える太い中心突起１５１を有する。電流コレクタ１７０は、好ましくは、ヘッド１７６の下に間隔をあける一体形成されたフランジ１７２を有する細長い釘の形状であり得る。したがって、エンドキャップ組立体１００を組み立てるとき、電流コレクタ１７０は、フランジ１７２が金属支持ディスク１３０の上面に対して止まるまで、電流コレクタの上部１７４を突起の開口１５９を通して押すことにより、開口１５９を通して挿入される。電流コレクタのヘッド１７６は、次に金属支持ディスク１３０の上面に対して打ちつけられ（リベットで留められ）、それによって電流コレクタの上部１７４を開口１５９内の適所に固定することができる。電流コレクタ１７０は、電流コレクタ材料として有用であることがわかっている多様な既知の電気的に導電性の金属、例えば黄銅、スズめっき黄銅、青銅、銅、又はインジウムめっき黄銅から選択されることができる。好ましくは、電流コレクタ１７０の表面は、開口１５９の中への挿入前に、アスファルトコーティングのような封止材料によりコーティングされる。あるいは、開口１５９を画定する表面は、それを通して電流コレクタ１７０が挿入される前に、こうしたアスファルトコーティングによりプリコーティングされることができる。電流コレクタヘッド１７６は、エンドキャップ１１０と電気的接続をするように、エンドキャップ１１０の上面に溶接されてもよい。しかしながら、図１及び２に示される実施形態では、金属支持ディスク１３０の最上部表面１３５が、代わりにエンドキャップ１１０に、例えば電気抵抗溶接により溶接される。電流コレクタ１７０は、それによって、電流コレクタ１７０、金属支持ディスク１３０とエンドキャップ１１０との間の導電経路により、エンドキャップ１１０と電気的接続をする。突起１５１は、金属支持ディスク１３０の下で不動化され、電池内のガス圧力が増加するときに、電流コレクタ１７０に沿って摺動しない。
【００２４】
金属支持ディスク１３０は、金属から、好ましくは回旋状の表面を有するニッケルめっき鋼からなる。支持ディスク１３０は、望ましくは、約０．３〜０．８ｍｍの壁の厚さを有する。支持ディスク１３０は、典型的には、単４サイズ電池については約０．３〜０．８ｍｍ、単３電池については約０．５ｍｍ、並びに単２及び単１電池については約０．８ｍｍの壁の厚さを有してもよい。主な実施形態では、金属支持ディスク１３０は、押し下げられた中心ハブ１３１を有して、それを通る中心開口１３９と共に成形される（図５及び５Ａ）。中心ハブ１３１の縁部は、上部平面１３５の中で終了する、上向きに伸びる内壁１３３の中に融合する（図５）。上部平面１３５の外側縁部は、下向きに傾斜した外壁１３６の中に伸びる。下向きに傾斜した壁１３６の上部１３６ａは、好ましくは図３及び５に示されるように、傾斜している。下向きに傾斜した外壁１３６は、円周トラフ１３７の中で終了し、これは次に上向きに伸びる周縁部１３８の中で終了する。したがって、図５に示されるように、金属支持ディスクは、上向きに伸びる内壁１３３、上部平面１３５、及び下向きに伸びる外壁１３６により画定される、主だった表面に回旋を有する。好ましくは、第１通気開口１３２の群は、下向きに伸びる外壁１３６の中に、その外周に沿って形成される。金属支持ディスク１３０は、好ましくは、第２の通気開口の群を、内壁１３３を通して、その外周に沿って有する。第１通気開口１３２及び第２通気開口１３４は、異なる形状及び大きさからできていてもよい。例えば、それらは円形、楕円形、又は多角形であってもよいし、また不規則な形状であってもよく、例えば開口１３２及び１３４の外辺部は、曲線状である部分及び直線状である別の部分を有してもよい。好ましい実施形態（図５）では、第１通気開口１３２は、長方形の形状を有するとして示され、並びに第２開口１３４は、円形の形状を有するとして示される。第１通気開口１３２（図５）は、金属支持ディスク１３０の中心長手軸から平均半径Ｒ１を有する円周軌道に沿って間隙をおく。第２開口１３４（図５）は、金属支持ディスク１３０の中心長手軸から平均半径Ｒ２を有する円周軌道に沿って間隙をおき、Ｒ２はＲ１より小さい。
【００２５】
金属支持ディスク１３０の代替の実施形態は、図５Ａに示される。この実施形態は、下向きに伸びる外壁１３６の外周に沿って間隙をおく関係で位置する第１通気開口１３２を有する、図５に示されるものと本質的に同じである。しかしながら、第２通気開口は、外壁１３６を貫通し、また金属支持ディスク１３０の上部平面１３５も通過する、複数個のスロット１３４ａの構成において示される。したがって、金属支持ディスクの第１の実施形態では（図５）、電池内のガス圧力が予め定められた閾値レベルまで蓄積するとき、円周の薄膜１５２（図２及び４）が破裂し、それによってガスは、電池から金属支持ディスク１３０内の第１及び第２通気開口１３２及び１３４を通り、最後にエンドキャップ１１０の開口１１６を通って迅速に脱け出せる。金属支持ディスク１３０が、スロット１３４ａの形態の第２通気開口を備え、図５Ａに示されるように構成される場合には、膜１５２が破裂するとき、ガスは電池内部から更により迅速に脱け出し得る。
【００２６】
絶縁封止ディスク１５０（図２、３、及び４）は、好ましくはナイロン６６又はナイロン６１０ポリマーを用いて、望ましくは、全体として射出成形される。絶縁封止ディスク１５０は、その本体表面から出ている中心突起１５１、突起１５１を包囲する一体形成された半径方向に伸びるアーム１５３を有する。突起１５１に隣接するアーム１５３の環状部分は、突起１５１を包囲する破裂可能な膜１５２を形成する薄肉部分である。円周膜１５２は、電池内のガス圧力が予め定められたレベルまで蓄積するとき、それが破裂するような厚さを有するように設計される。好ましい実施形態では、円周膜１５２は、突起１５１を包囲する環状の溝付き又は凹部領域１５２ａの下に存在する（図４）。あるいは、円周膜１５２は、環状の溝１５２ａの上に存在してもよく、即ち環状の溝１５２ａは電池内部に面してもよい。環状の溝１５２ａは、好ましくは、突起１５１に最も近い溝１５２ａの縁部である、前記溝の先端縁部が、前記突起表面から約２ｍｍ以内であるように位置する。
【００２７】
複数個の間隙をおく隆起した突出部（スタンドオフ）１５８は、一体形成され、半径方向に伸びる円周アーム１５３の上面から上向きに伸びる（図４）。これらの突出部（スタンドオフ）１５８は、内部ガス圧力が予め定められたレベルを超えて上昇するときの破裂中に破れ去る可能性がある、破裂する膜１５２の部分の方向を変える役割を果たす。膜１５２の破裂中に、スタンドオフ１５８は、膜１５２の破片の方向を金属支持ディスク１３０の第１通気開口１３２からそらし、即ち、その結果それらは前記通気開口１３２に詰まらない。図４に最良に示されるように、半径方向に伸びるアーム１５３は、ラジアル・アーム１５３を包囲する一体形成された下向きに伸びるアーム１５４の中で終了する。下向きに伸びるアーム１５４は、その下面に沿って、複数個の間隙をおくレッグ１５５の中で終了し、これは図２及び４に最良に示されるように、突起１５１を包囲し、電池内部に突出する。上向きに伸びる縁部壁１５６は、アーム１５４の縁部から上向きに伸びて周辺端部１５６ａを形成し、これは、エンドキャップ組立体１００が電池ハウジング１２の開放端部２０の中に挿入された後、金属支持ディスク１３０の周縁部１３８の上に圧着される。
【００２８】
電池の構築中に、カソード材料４０、アノード材料５０と共に、それらの間のセパレータ６０が、電池内部へ最初に挿入される。次に、封止ディスク１５０、金属支持ディスク１３０、及び電流コレクタ１７０を含むエンドキャップサブ組立体が、上記のごとく、電流コレクタ１７０が封止突起開口１５９及び金属支持体中心開口１３９内の適所に固定されて、形成され得る。このサブ組立体は、それから電池ハウジング１２の開放端部２０の中に挿入させることができる。ハウジングの縁部１６ａは次に、絶縁封止ディスク１５０の周辺端部１５６ａの上に圧着され得、その結果、今度は封止ディスク縁部１５６ａが上記のように金属支持ディスク１３０の周縁部１３８の上に圧着されることになる。好ましくは厚紙（クラフト紙）又は丈夫なプラスチック材料の、絶縁ワッシャ１２０は、次に金属支持ディスク１３０の上部平面１３５が、ワッシャ１２０の開口１２２から突き出るように、金属支持ディスク１３０の上に挿入されてもよい。エンドキャップ１１０は、金属支持ディスク１３０の上に挿入され、エンドキャップ１１０の隆起した中心部分１１２の下面が次に、電気抵抗溶接又は同等なものにより、金属支持ディスク１３０の平面１３５に溶接される。したがって、完成された電池１０は、エンドキャップ組立体１００内の適所にしっかりと形成されて、電池ハウジング１２の開放端部２０を堅く閉鎖する。示される高出力アルカリ電池の具体的実施形態（図２）では、負電流経路はアノード５０から電流コレクタ１７０へ、そして金属支持ディスク１３０へ、そしてエンドキャップ１１０に至る。正電流経路は、カソード４０からハウジング１２へ、そして正端子２４に至る。
【００２９】
好ましい実施形態では、高出力一次電池１０は、亜鉛を含むアノード５０、オキシ水酸化ニッケルを含むカソード、及び水性の水酸化カリウムを含む電解液を有する高出力オキシ水酸化ニッケル一次電池であってもよい。（以下オキシ水酸化ニッケル一次電池と称する。）該電池は、その電圧出力（例えば、約０．９〜１．５Ｖ）を、例えば１アンペアを優に超える高い電流の流れで、相対的に長期間の間維持できるように、本質的に非常に活性である。したがって、そのような電池、例えば単３サイズの電池は、過度の短絡試験を受けるとき、電池の内部温度は、僅か２〜３分の間に、非常に熱くなり得る。これらの条件下で、電流の流れは非常に高く、少なくとも２〜３分の間に平均して２アンペアを優に超える。短絡放電が中断されないままの場合、電池内部のＩ２Ｒ加熱は、僅か２〜３分の間に、電池ハウジングの外側表面温度を２００℃を超える、更には２５０℃を超えるレベルにまで到達させ得る。電池の内部温度が増加するにつれて、二次電気化学反応の速度が増加する。これらの反応は発熱であり、並びに追加の熱を発生する。電池の内部温度が増加すると、二次反応がより多くのガスを発生し、電池内のガス圧力が上昇する。オキシ水酸化ニッケルアルカリ電池では、こうした二次反応は、例えば亜鉛と水との反応からの水素ガスの発生、及びオキシ水酸化ニッケルと水との反応からの酸素の発生を伴う。電池内のガス圧力もまた、温度が増加するにつれて急速に上昇する（理想気体挙動を仮定すると、ガス圧力はシャルルの法則（Charles law）に従って、絶対温度に正比例して上昇する）。こうした短絡放電及び継続的電池加熱が衰えないままの場合、危険な状態が起きる可能性があり、これは材料及び金属部品の周囲環境への放出を伴う電池破裂につながり得る。
【００３０】
壊滅的な破損から保護することに加えて、電池はまた米国規格協会（American National Standards Institute）（ＡＮＳＩ）のような様々な機関により制定された温度規格指針（temperature specification guidelines）にも合格しなければならない。いかなる過度の電池使用又は他の過度な状態により生じる電池ハウジング外側表面温度についての暗黙の限界は、約１５０℃〜１６０℃である。本明細書に開示される通気及びエンドキャップ組立体の特徴の組み合わせは、電池内のＰＴＣ（正の熱係数）機器、又はバイメタル部材若しくは形状記憶合金のような他の熱反応性部材を使用する必要なく、ハウジング表面がこの限界に近づくのを防ぐための役割を果たす。亜鉛／オキシ水酸化ニッケル電池が、例えば過度の短絡状態においてハウジング表面温度が１６０℃まで上昇する前に通気するように設計され得る場合には、電池内の内部ガス圧力は、約６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）のレベルを超えて上昇しないことが、実験から明らかにされている。壊滅的な電池の破損又は破裂は、その結果回避され得る。（電池ハウジング１２の壁の厚さは、典型的には約０．１５〜０．３ｍｍである。例えば、ニッケルめっき冷間圧延鋼を使用して、単３サイズ電池については、ハウジング１２の壁の厚さは典型的には約０．２ｍｍであってもよく、単２又は単１電池については、ハウジング１２の壁の厚さは、約０．２５ｍｍであってもよい。）先行技術は、電池温度の迅速な増加に対して保護するために、ＰＴＣ（正温度係数）装置を電極と直列に組み込む傾向にある場合がある。（ＰＴＣ装置では、温度と共に抵抗が増加し、それによって電流の流れを停止する。）あるいは、当該技術は、高温を受けたときにたわみ、その結果電池の内部回路を破断するバイメタルディスク若しくは形状記憶合金などの、他の熱反応性機器の使用について示す場合もある。（米国特許第５，８７９，８３２号及び米国特許第６，０８３，６３９号）こうした機器は非常に有効である一方で、エンドキャップ組立体内に場所を取り、且つ電池の費用を増大させる。これらの機器はしたがって、二次（充電式）電池について、より大きな有用性を有する。
【００３１】
実に驚くべきことに、アルカリ電池の設計に通常使われる通気システムを増強することにより、オキシ水酸化ニッケル一次アルカリ電池のような高出力電池のハウジング表面温度は、約１５０℃〜１６０℃の危険な領域に達しないように保たれる可能性があることが明らかにされた。これは、ＰＴＣ又はバイメタルディスク若しくは形状記憶合金のような他の熱反応性機器を追加する必要性を取り除く。より具体的には、出願人は、好ましい電池設計（図１〜６）の中に、連携して機能する通気機構の組み合わせを組み込んだ。改善は次のとおりである。
【００３２】
ａ）円周の破裂可能な膜１５２は、絶縁封止ディスク１５０の半径方向に伸びるアーム１５３内の環状薄肉領域から一体形成される。円周の又は環状の膜１５２は、好ましくは、ラジアル・アーム１５３の表面上の円周の溝１５２ａの下に存在する。円周膜１５２は、好ましくは絶縁封止ディスク１５０のラジアル・アーム１５３と突起１５１との間の接合部に又は接合部に近接して位置している。膜１５２は、典型的には約０．０８ｍｍ（３ミル）〜（０．３０ｍｍ（１２ミル）であり、例えば、膜がラジアル・アーム１５３の中に一体成形されるとき、約０．２０ｍｍ（８ミル）の厚さを有してもよい。これにより、ナイロンの膜１５２は、約６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）未満の圧力で破裂することができる。膜１５２の厚さは、更に薄く、例えば厚さを約０．０８ｍｍ（３ミル）までにすることができ、並びに膜の表面にナイフ又は刃先を適用して、その周辺若しくは部分に沿って切り込みを入れることにより、更に幾分かより薄くすることができる。上に存在する環状の溝１５２ａの幅は、ナイロンの封止ディスク１５０を使えば、典型的には約０．１〜１．０ｍｍであってもよい。
【００３３】
ｂ）金属支持ディスク１３０は、その中に、好ましくは第１及び第２通気開口の両方の組み合わせを組み込む。これらの通気開口は、支持ディスクの表面を貫通する（図５及び５Ａ）。エンドキャップ組立体１００が適所にあるとき、第１通気開口１３２（通気開口の第１群）及び第２通気開口１３４（通気開口の第２群）は望ましくは、エンドキャップ１１０により近い破裂可能な膜１５２の上に位置する。（通気開口は互いに間隙をおき、したがって個々の開口として示される。）望ましくは第１通気開口１３２の中心は、金属支持ディスク１３０の中心長手軸１９０から平均距離Ｒ１のところにあり、第２通気開口１３４は、金属支持ディスク１３０の中心長手軸１９０から平均距離Ｒ２のところにあり、Ｒ２はＲ１より小さい。好ましくは、第１通気開口１３２の中心は、金属支持ディスク１３０の中心長手軸１９０から測定されるとき、平均半径Ｒ１のところにある円周軌道に沿った平面内に実質的に位置する。Ｒ１は、単３サイズ電池については約４．２５ｍｍである。第２通気開口１３４の中心は、金属支持ディスク１３０の中心長手軸１９０から、平均半径Ｒ２のところにある円周軌道に沿った平面内に実質的に位置する。Ｒ２は、単３電池については約１．７５ｍｍである。（望ましくは、Ｒ２は、Ｒ１より少なくとも２ｍｍ小さい。）第１通気開口１３２は、好ましくは、金属支持ディスク１３０の下向きに傾斜する外壁１３６ｂ上の円周軌道に沿って間隙をおく関係で位置する。第２通気開口１３４は、好ましくは、金属支持ディスク１３０の上向きに伸びる内壁１３３上の円周軌道に沿って位置し、これは第１通気開口１３２より、前記金属支持ディスク１３０の中心ハブ１３１及び中心長手軸１９０に近い。別の実施形態では、第２通気開口は、内壁１３３を通過する、また金属支持ディスク１３０の上面も通過するスロット１３４ａの形態である（図５Ａ）。
【００３４】
好ましい実施形態（単３サイズ電池）では、約２〜４個の第１通気開口１３２、望ましくは電池の長手方向に高さ１．５ｍｍ及び電池の周方向に長さ２．０ｍｍの、長方形の形状の約３個の第１開口１３２が存在してもよい。第１通気開口１３２は、典型的には金属支持ディスク１３０の外側アーム１３６ｂの表面の周囲に等しい間隔をあけていてもよい。約２〜４個の第２通気開口１３４、望ましくは金属支持ディスク１３０の内側アーム１３３の表面の周囲に等しい間隔をあけ、典型的には約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの直径を有する円形の形状である、約４個の第２通気開口１３４が存在してもよい。単３サイズの電池については、第１開口１３２は、典型的には、約６〜１２ｍｍ２の合計クロス面積を有してもよく、第２開口１３４は典型的には、約０．４０〜７．１ｍｍ２の合計クロス面積を有してもよい。（クロス面積は、開口の長手軸に垂直な平面により決定される面積として定義される。）
ｃ）より大きい電池サイズ、例えば単２及び単１の電池サイズについては、約２〜６個の第１通気開口１３２、望ましくは電池の長手方向に高さ１．５ｍｍ、及び電池の周方向に長さ２．０ｍｍの長方形の形状の約３個の第１開口１３２が存在してもよい。また、こうしたより大きい電池サイズ、例えば単２及び単１の電池サイズについては、第２通気開口１３４は、約０．５〜２．０ｍｍの直径を有する円形であってもよく、望ましくは金属支持ディスク１３０の内側アーム１３３の表面の周囲に間隙をおく約２〜６個の第２通気開口１３４が存在する。単２及び単１の電池については、第１開口１３２は、典型的には、約６〜１８ｍｍ２の合計クロス面積を有してもよく、第２開口１３４は典型的には、約０．４０ｍｍ２〜１８．８ｍｍ２の合計クロス面積を有してもよい。
【００３５】
ｄ）複数個の間隙をおく突出部１５８（スタンドオフ）が、絶縁封止ディスク１５０の半径方向に伸びるアーム１５３の表面上に一体形成されて、破裂した膜１５２の破片が、金属支持ディスク１３０内の第１通気開口１３２の中に吹き付けられ、開口を詰まらせることを防ぐ。
【００３６】
ｅ）エンドキャップ１１０が、その中に複数個の間隙をおく通気開口１１６を含み（図６）、これは典型的には直径が約０．５ｍｍであってもよい。
【００３７】
亜鉛を含むアノード５０、オキシ水酸化ニッケルを含むカソード４０、及び水性の水酸化カリウムを含むアルカリ電解液を有し、単３サイズ電池について図１〜６に示され、記載されるような上記の構成を有する高出力電池は、ガス圧力が６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）未満のレベルまで蓄積するときに破裂する膜１５２を有することができる。膜１５２の厚さを、上記の値、約０．０８ｍｍ（３ミル）〜０．３１ｍｍ（１２ミル）、望ましくは約０．０８ｍｍ（３ミル）〜０．２０ｍｍ（８ミル）、典型的には約０．１５ｍｍ（６ミル）〜０．２５ｍｍ（１０ミル）の範囲内にて調整することにより、該膜１５２は、電池サイズに依存する電池内の所望のガスの蓄積圧力において破裂するように設計され得る。単３サイズ円筒型電池では、膜１５２は、望ましくは、約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜６．５４９ＭＰａ（９５０ｐｓｉｇ）の圧力、好ましくは約２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉｇ）〜５．１７１ＭＰａ（７５０ｐｓｉｇ）の圧力で破裂する。単３サイズ電池では、膜１５２は、上記の範囲内の他の圧力で、例えば約３．４４７ＭＰａ（５００ｐｓｉｇ）〜６．５４９ＭＰａ（９５０ｐｓｉｇ）で破裂してもよい。単２サイズ円筒型電池では、膜１５２は、電池内のガス圧力が、望ましくは約０．６８９４ＭＰａ（１００ｐｓｉｇ）〜２．７５８ＭＰａ（４００ｐｓｉｇ）のときに破裂する。単１サイズ円筒型電池では、膜１５２は、電池内のガス圧力が、望ましくは約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）〜１．７２４ＭＰａ（２５０ｐｓｉｇ）のときに破裂する。単４サイズ円筒型電池では、膜１５２は、電池内のガス圧力が、約３．１０２ＭＰａ（４５０ｐｓｉｇ）〜７．９２８ＭＰａ（１１５０ｐｓｉｇ）のときに破裂する。
【００３８】
いずれの場合にも、膜１５２が破裂するとき、電池内のガスは、図５に示されるように、第１及び第２通気孔、それぞれ１３２及び１３４、又は図５Ａに示されるように、第１及び第２通気孔、それぞれ１３２及び１３４ａの両方を使用する本明細書に記載される多重通気システムのために、外部環境に非常に迅速に脱け出す。（絶縁封止ディスク１５０の表面から出ているスタンドオフ１５８は、破裂した膜の噴射をそらして、第１通気開口１３２の目詰まりを防ぐ。）ガスは第１及び第２通気孔１３２及び１３４を通って脱け出す。第１及び第２通気孔１３２及び１３４から出てくるガスの一部分は、絶縁ワッシャ１２０の下を通過して環境に出る。ガスの残りの部分は、通気キャップ開口１１６を通過して環境に出る。
【００３９】
本発明の上記の通気システムは、エンドキャップ組立体１００の中に組み込まれ、並びに高出力一次電池、例えば高出力オキシ水酸化ニッケル一次電池に適用されるときに、特別な有用性を有することが明らかにされた。こうした適用では、電池が極めて過度な状態、例えば直接及び長期の短絡を受ける場合でさえも、膜１５２が破裂し、第１及び第２通気開口、それぞれ１３２及び１３４を含む上記の通気システムがガスを十分に素早く電池内部から脱け出させて、ハウジング１２の表面温度が、約１５０℃をはるかに超える温度に達しないようにする。こうした効果は、膜１５２が、電池内のガス圧力が６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）未満の閾値レベルに達したときに破裂するように設計される場合に実現され得ることが明らかにされた。特に、亜鉛／オキシ水酸化ニッケルのアルカリ電池に関して、内部ガス圧力が約６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）のレベルに達する前に、エンドキャップ組立体１００を用いて、電池からガスを放出することは、電池が連続的な短絡状態を受けるときに、ハウジング１２の外側表面温度が１６０℃未満の温度で留まることを確実にする。
【００４０】
約０．０８ｍｍ（３ミル）〜０．３０ｍｍ（１２ミル）、好ましくは約０．０８ｍｍ（３ミル）〜０．２０ｍｍ（８ミル）の厚さを有するナイロンの破裂可能な膜１５２は、電池（単４、単３、単２、又は単１電池）内のガス圧力が６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）に達する前に破裂する。エンドキャップ組立体１００において示されるように、本発明の通気システムは、ガスが電池から迅速に脱け出せるようにし、次には電池内部温度及びハウジング１２の表面温度の非常に迅速な低下をもたらす。これは実質的に暴走電気化学反応が起こるのを防ぎ、及び更なるガス圧力の蓄積を防ぎ、その結果、電池がなお短絡中であっても、電池ハウジング１２の壊滅的な破裂を防ぐ。
【００４１】
本発明の通気システム（エンドキャップ組立体１００）を用いてガス圧力の蓄積を放出する結果として生じる電池内部温度の迅速な低下は、２つの現象の結果であり得る。膜１５２が破裂する前に、いずれかの液体の水が電池内に残っている場合（高圧下でのサブクール液体）、そのような液体は、脱け出すガスと共に環境に噴出される。該液体が噴出されるとき、その気化熱が電池内部から熱を取り除く。また、高温Ｔ１及び高圧Ｐ１下のガスが、本発明の通気システム（エンドキャップ組立体１００）を通って電池の体積から脱け出すとき、電池内に残るガスは、最終的なガス温度Ｔ２及び圧力Ｐ２に達するまで、典型的な熱力学的ブローダウンを経験する。
【００４２】
例えば、電池が十分に絶縁されていると仮定される場合、電池内に残るガスは、可逆断熱（等エントロピー）ブローダウンを経験し、電池内に残るガスのモル当たりのモルエントロピー変化は０（ΔＳ＝０）である。（ブローダウンが起こるとき、電池内に残るガス分子は周囲の圧力及び温度の、一連の無限小の低下を経験するため、可逆状態が起こる。）熱力学第一法則から、ｄＵ＝ｄＱ−ｄＷである。状態の可逆変化について、熱力学第一法則と第二法則の組み合わせから次のことを示すことができる。ｄＵ−Ｔｄｓ＋ｐｄｖ＝０、ｄＵは、ガスの内部エネルギーの微分変化であり、Ｔｄｓは可逆熱であり、ｐｄｖはガスに対して行なわれた可逆仕事である。状態の可逆断熱変化及び理想気体の法則による挙動を仮定すると、Ｔｄｓ＝０であり、電池内に残るガスについて次の関係が得られる。（バーネットＦ．ドッジ（Barnett F. Dodge）の気体の状態の可逆変化についての微分（derivations for reversible change of state of gases）、化学工学熱力学（Chemical Engineering Thermodynamics）、マグローヒル（McGraw-Hill）（１９４４）、２７０頁を参照のこと）。第一及び第二法則から、次の２つの方程式が導かれ、適用され得る。理想気体挙動、モル当たりＰＶ＝ＲＴ及び状態の可逆断熱変化を仮定する。
ＴｄＳ＝ｄＱ＝ＣｖｄＴ＋Ｐｄｖ＝０（方程式１）
及びＴｄＳ＝ｄＱ＝ＣｐｄＴ−ＲＴ  ｄＰ／Ｐ＝０（方程式２）
【００４３】
積分により、これらの方程式は、固定タンク又は電池からのガスの可逆断熱ブローダウンについて、次の関係を結果としてもたらす。
［Ｖ１／Ｖ２］（ｋ−１）＝Ｔ２／Ｔ１＝［Ｐ２／Ｐ１］（ｋ−１）／ｋ（方程式３）
【００４４】
上記の方程式（方程式３）において、Ｖ１及びＶ２は、電池内の残留ガスの最初及び最後のモル比体積であり、Ｔ１及びＴ２は、電池内の残留ガスの最初及び最後の絶対温度であり、Ｐ１及びＰ２は、電池内に残るガスの最初及び最後の圧力であり（ブローダウンは、Ｐ２が大気圧となるまで継続されたままでよい）、ｋは、ガスについてのモル比熱容量Ｃｖで除されたモル比熱容量Ｃｐの比であり（２原子気体、例えばＨ２について、ｋ＝１．４０である）、及びＲ＝Ｃｐ−Ｃｖである。したがって、方程式３から、６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）を超える相対的に高いレベル、Ｐ１から、約３．４４７ＭＰａ（５００ｐｓｉｇ）又は０．６８９４ＭＰａ（１００ｐｓｉｇ）又は０．０６９ＭＰａ（１０ｐｓｉｇ）のはるかにより低いレベル、Ｐ２に、内部ガス圧力が低下するときに、電池内部温度の低下は非常に顕著であり得ると、理解されてもよい。実際には、完全な断熱状態は存在せず、またハウジング壁を通る熱損失もある。そして先に述べたように、放出時点での電池内に存在するいずれかの液体が噴出して、その気化熱により蒸気になり、電池の内部温度を更に低下させる。また上記の方程式は、放出速度を考慮せず及び反映していない。本発明の通気システムは、例えば、内部圧力約６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）から約３．４４７ＭＰａ（５００ｐｓｉｇ）へ、又は約０．６８９４ＭＰａ（１００ｐｓｉｇ）への電池の内部ガス圧力の顕著なブローダウンをできるだけ迅速に、例えば典型的には放出活性化の僅か数秒以内に、又は１秒未満に行うように設計されていることは評価される。更に、第２通気開口１３４の包含は、万一第１通気開口の１以上が膜１５２の破裂中に詰まった場合にも、十分な通気開口部が存在することを確実にするための追加的保護を提供する。絶縁封止表面１５８の表面から突き出る突出部（スタンドオフ）１５８は、破裂した膜１５２からの残骸の方向を変えて、該残骸が第１通気孔１３２に詰まる可能性を低減するように設計されている。
【００４５】
つまり、エンドキャップ組立体１００に関して示され、記載された本発明の通気システムは、高出力一次電池内、例えば高出力オキシ水酸化ニッケル一次アルカリ電池内のガス圧力の有効且つ安全な放出を提供して、電池が過度の長期短絡放電状態を受ける場合でさえ、電池ハウジングが破裂しないことを確実にすることが明らかにされた。好ましい実施形態では、電池ハウジング１２は、約０．１５〜０．３ｍｍの厚さのニッケルめっき冷間圧延鋼から作製され得る。環状の破裂可能な膜１５２は、約（０．０８ｍｍ（３ミル）〜０．３０ｍｍ（１２ミル）、典型的には約（０．１５ｍｍ（６ミル）〜０．２５ｍｍ（１０ミル）の厚さを有するナイロンからなってもよい。金属支持ディスク１３０を通る、第１及び第２通気開口、それぞれ１３２及び１３４の組み合わせが上記のように使用される。絶縁封止ディスク１５０の表面は、上記のように、複数個の間隙をおく一体形成された突出部（スタンドオフ）１５８を有し、破裂した膜１５２の破片の方向を変えて、その結果それらが第１通気開口１３２の中に侵入及び目詰まりしないようにする。エンドキャップ組立体１００に関して示され、記載されたように、本発明の通気システムは、一般に電池サイズにかかわりなく適用でき、例えばそれらは、単６、単４、単３、単２、及び単１サイズの電池のような円筒型電池のサイズに適用され、また１以上のハウジング側面が実質的に平らなフラット電池にも適用され得る。
【００４６】
上記のように本発明の通気システムをその中に有するエンドキャップ組立体１００は、有益なことには、いかなる高出力一次電池、及び特に高出力アルカリ電池に適用されてもよい。こうした電池１０（図２）は、例えば、亜鉛を含むアノード５０、二酸化マンガン及び導電性炭素、例えばグラファイトを含むカソード４０、並びにそれらの間にセパレータ６０を有してもよい。アルカリ電解液、好ましくは水性の水酸化カリウムが、アノード及びカソードの両方に加えられる。電池は、典型的には、電池の高出力性能を改善する、アノード又はカソード又は両方への添加物を含有してもよい。例として、電池はアノード中に亜鉛微粉を、例えば本明細書に参考としてその全体を組み込まれる米国特許第６，５２１，３７８Ｂ２号に記載されるように、含有してもよい。亜鉛微粉のアノードへの添加は、電池の性能率（rate capability）及び出力を改善し、亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池を、実質的に高出力電池にする。本発明のエンドキャップ組立体１００は、したがって、こうした電池に関連して有効に用いることができる。
【００４７】
しかしながら、上記のように、本発明の通気システムをその中に有するエンドキャップ組立体１００は、高出力、例えば、少なくとも１ワットの連続出力を、従来の亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池より長い期間にわたって持続できる、一次電池のための封止閉鎖手段として、更により大きい有用性を有する。本明細書で使用するとき、高出力電池という用語は、１ワットの連続定出力を受けるときに、１．２ワット時のエネルギーを発生できる、新しい電池として定義される。したがって、上記のように、並びに図に示されるように、本発明の通気システムをその中に有するエンドキャップ組立体１００は、好ましくは環状の破裂可能な膜１５２と共に、特別な有用性を有し、高出力オキシ水酸化ニッケル一次電池のための封止及び通気システムを有する。
【００４８】
その中に改善された通気システムを有する本発明のエンドキャップ組立体１００を使用するオキシ水酸化ニッケル一次電池の具体的実施例が、図２に示される。電池は、単６、単４、単３、単２、及び単１サイズを含むいかなるサイズであってもよい。単３サイズ電池が図２に示される。図面に関連して、本発明のエンドキャップ組立体１００を使用する単３オキシ水酸化ニッケル一次電池の具体的実施例は次のとおりである。
【００４９】
実施例（オキシ水酸化ニッケル一次アルカリ電池）
単３サイズ円筒型電池１０が図２に示される。アノード５０は、亜鉛粒子のスラリーを含む。カソード４０は、オキシ水酸化ニッケル（nickel oxyhydroxde）及び導電性炭素を含む。アノード及びカソードの両方は、水酸化カリウムの水溶液を含む電解液を含む。ハウジング１２は、約０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの厚さのニッケルめっき冷間圧延鋼からなってよい。上記のようにアルカリ電池に従来用いられる、セルロース系及びポリビニルアルコール系繊維を含むセパレータ６０が電池１０の中に用いられ得る。電池がアノード５０及びカソード４０により満たされた後、本発明のエンドキャップ組立体１００が挿入され、上記のように、ハウジング縁部１５６ａと共に適所に圧着されて、電池の開放端部２０を閉鎖及び封止する。絶縁封止１５０は、好ましくは、ナイロンからできており、且つ約（０．０８ｍｍ（３ミル）〜０．２５ｍｍ（１０ミル）、典型的には約（０．１５ｍｍ（６ミル）〜０．２５ｍｍ（１０ミル）の膜厚を有する環状の破裂可能な膜１５２を有する（図２及び４）。電池の長手方向に高さ１．５ｍｍ、及び電池の周方向に長さ２．０ｍｍの長方形の３個の第１通気開口１３２が存在する。これらの第１通気開口は、図５に示されるように、金属支持ディスク１３０の外側アーム１３６ａの周囲の円周に均等の間隔で並んでいる。金属支持ディスク１３０の内側アーム１３３の周囲に均等の間隔で並ぶ、直径０．５ｍｍの円形の４個の第２通気開口１３４が存在する。
【００５０】
図４に示されるように、絶縁封止ディスク１５０の表面から出ている、等しい間隔で並ぶ一体形成されたくさび形の形状の５個の突出部１５８（スタンドオフ）が存在する。各スタンドオフ１５８は、約１．２ｍｍの長さ及び約０．７５ｍｍの幅、並びに典型的には約０．５５ｍｍの最大高さを有する。図６に示されるように、５個の通気孔１１６がエンドキャップ１１０に存在する。これらの通気孔は、約０．５ｍｍの直径を有する。膜１５２が破裂するとき、電池内部からのガスは、金属支持ディスク内の第１及び第２通気開口、それぞれ１３２及び１３４を通過する。次にガスは、電池から、絶縁ワッシャ１２０の下の封止していない空間を通過し、またエンドキャップ１１０の通気孔１１６を通過する。
【００５１】
カソード材料４０は、カソード材料がない中心コアを有する１以上のスラブ４０ａの形態で挿入されてもよい（図２）。各スラブ４０ａの外側表面は、ハウジング１２の内側表面に接触する（図２）。中心コアは、アノード材料５０により満たされ、それらの間にはセパレータ６０を有する。
【００５２】
アノード５０及びカソード４０は、次の代表的な組成を有してもよい。
【表１】
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注：
１．ＮｉＯＯＨ粉末は、主に、平均粒径が約１９μのβ−オキシ水酸化ニッケル（＋３）を含む。ＮｉＯＯＨ粒子は、オキシ水酸化コバルトの表面コーティングを総量で純粋なＮｉＯＯＨの約４重量％有する。したがって、活性ＮｉＯＯＨの実際の量は、カソードの約８５／１．０４＝８１．７重量％を構成してもよい。オキシ水酸化コバルトコーティングβ−オキシ水酸化ニッケルは、関西触媒化学株式会社（Kansai Catalyst Co., Ltd.）（日本、大阪）から入手できる。
２．グラファイトＮｄＧ−０５０７は、平均粒径が約７μ、ＢＥＴ表面積が約１０ｍ２／ｇ、結晶子サイズＬｃ＞２００ｎｍの天然グラファイトであり、ナショナル・デ・グラファイト（Nacional de Grafite）（ブラジルＭＧ、イタペセリカ（Itapecerica））より入手できる。
３．ヘキスト・セラニーズ（Hoechst Celanese）からの商標名「コアチレン（Coathylene）」のポリエチレン結合剤。
４．電解質溶液は、水中に３８重量％の溶解されたＫＯＨ及び約２重量％の溶解された酸化亜鉛を含有する。
【００５３】
オキシ水酸化ニッケルは、オキシ水酸化コバルトコーティングβ−オキシ水酸化ニッケルであった。典型的なオキシ水酸化コバルトコーティングβ−オキシ水酸化ニッケルは、次の公称組成を有する：ＮｉＯＯＨ  ９０．２重量％、ＣｏＯＯＨ  ６．６重量％、ＮａＯＨ  １．５重量％、水分  １．６重量％。
【表２】
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注：
１．０．０７５ｍｍ（２００メッシュ）〜０．８５ｍｍ（２０メッシュ）のサイズの正方形の開口部のふるいを通過した亜鉛系粒子。亜鉛系粒子は、約３７０μの平均粒径を有し、約３５０ｐｐｍの全インジウム含有量を与えるようにインジウムと合金及びめっきされた。
２．Ｂ．Ｆ．グッドリッチ社（B. F. Goodrich Co.）より、カーボポール（CARBOPOL）９４０の商標名で入手可能なポリアクリル酸系ゲル化剤。
３．グレイン・プロセッシング社（Grain Processing Corp.）より、ウォーターロック（Waterlock）Ａ２２１の商標名で入手可能なグラフト化デンプン系ゲル化剤。
４．ローヌ・プーラン（Rhone-Poulenc）より、ＲＭ５１０の商標名で３重量％溶液の形態で入手可能な有機リン酸エステル系界面活性剤。
５．無機ガス化抑制剤として添加された酢酸インジウム。
６．電解質溶液は、３５．４重量％の溶解されたＫＯＨ及び約２重量％の溶解された酸化亜鉛を含有した。
【００５４】
電池は、直接及び連続短絡を受ける。短絡中の電池の出力は、１ワットを優に超え、及び電流の流れは、２アンペアを優に超えた。ハウジング１２の外側表面温度（表面温度）は監視された。僅か約数分の間に、ハウジング表面温度は１００℃を超えるレベルまで上昇した。ハウジング表面温度が、約１６０℃のレベルに達する前に、意図されたように環状の膜１５２が破裂し、それによって、意図されたように、電池のガスを、本発明の通気システムを通って環境に安全に放出した。上記のように、環状の膜１５２は、電池内部で付随するガスの蓄積が６．８９４ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ）の圧力に達する前に、破裂するように設計された。電池のハウジング表面温度（表面温度）は、短絡状態が維持されている場合でさえも、低下し続けた。ガス圧力の電池内の顕著な低下及び電池ハウジング表面温度の付随する低下は、膜１５２の破裂により、本発明の通気システムの作動の数秒以内に非常に素早く起こった。したがって、電池は極めて過度の短絡状態を受けたが、本発明の通気システムは、成功裡に及び安全に、電池ハウジングのいかなる壊滅的破裂又はエンドキャップ組立体の壊滅的な圧着のはずれ（decrimping）も防いだ。
【００５５】
本発明について特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、当然のことながら、本発明の概念から逸脱することなくその他の実施形態も可能であり、即ち、その他の実施形態は本発明の特許請求及び均等物の範囲内にあることは理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のエンドキャップ組立体の表面を一部切りとった透視図。
【図２】図１に示される本発明のエンドキャップ組立体を含むアルカリ電池の断面図。
【図３】図１に示されるエンドキャップ組立体の構成要素の分解図。
【図４】電池内の適所に圧着される前の、図１の絶縁封止ディスクの拡大透視図。
【図５】電池内の適所に圧着される前の、図１の金属支持ディスクの拡大透視図。
【図５Ａ】電池内の適所に圧着される前の、金属支持ディスクの別の実施形態の拡大透視図。
【図６】図１に示されるエンドキャップの拡大透視図。
【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５Ａ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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