(57)【要約】  本発明は平面状のハウジング、好ましくは長方体状を備えたアルカリ電池に関するものである。前記ハウジングは、エンドキャップ組立体の一部として挿入される金属カバーをレーザ溶接して閉鎖してよい。絶縁封止剤の一部は、エンドキャップ組立体の中で、金属カバーから伸びるスリーブと負極電流コレクタのツメとの間で圧縮された状態にしてよい。前記ハウジングには、電池内のガス圧が閾値レベル、典型的には約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）に達すると作動可能な通気機構（好ましくは溝付き通気口）を搭載してよい。前記電池には、前記圧力より高い圧力レベルで作動可能な、レーザ溶接部による補完的通気機構を搭載することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部ハウジングを備えた圧力容器であって、前記ハウジングに閉口端部とその反対側の開口端部があり、前記容器には更に前記ハウジングの開口端部を封止するエンドキャップ組立体があり、前記外部ハウジング及び前記エンドキャップ組立体が、前記容器内部を取り囲んでいる圧力境界面を形成しており、
前記エンドキャップ組立体に内部開口部と、前記開口部を封止する封止部材があり、前記封止部材の少なくとも一部が前記開口部内で圧縮状態にあり、
前記容器の前記圧力境界面に通気機構があり、前記通気機構が容器内からガス圧を開放する働きをし、前記通気機構には前記境界面に溝を形成する第１の破裂ゾーンがあり、前記溝が前記境界面の平均厚よりも薄い材料領域を形成しており、更に前記通気機構には前記境界面に第２の破裂ゾーンがあり、電池内のガス圧が第１の圧力レベルまで上昇すると前記第１の破裂ゾーンが破裂し、電池内のガス圧が前記第１の圧力レベルより高い第２の圧力レベルまで上昇すると前記第２の破裂ゾーンが破裂する圧力容器。
【請求項２】
前記閉口端部と開口端部の間の電池の長さによって電池の中心長手軸方向が定義され、前記封止部材が、少なくとも前記中心長手軸のほぼ垂直方向に圧縮させたプラスチック材から構成されている、請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記第１及び第２の破裂ゾーンが前記境界面に間隔を開けて配置されている、請求項１に記載の容器。
【請求項４】
容器内のガス圧が約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）まで上昇すると前記第１の破裂ゾーンが破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項５】
容器内のガス圧が約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）まで上昇すると、前記第１の破裂ゾーンが破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項６】
容器内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）に達すると前記第２の破裂ゾーンが破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項７】
前記第２の破裂ゾーンが、前記境界面の一部内にあるレーザ溶接部から構成されている、請求項１に記載の容器。
【請求項８】
前記境界面を鍛造することによって前記溝を形成させる、請求項１に記載の容器。
【請求項９】
前記ハウジングと前記ハウジングの開口端部に取り付けられた金属部材との間に前記レーザ溶接部を設けることによって、開口端部を閉鎖させる、請求項７に記載の容器。
【請求項１０】
前記ハウジングの内面と前記ハウジングの開口端部に取り付けられた金属部材の縁部との間に前記レーザ溶接部を設けることによって、開口端部を閉鎖させる、請求項７に記載の容器。
【請求項１１】
前記レーザ溶接部をＮｄ：Ｙａｇレーザによって形成させたもので、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）のレベルまで上昇すると前記レーザ溶接部が破裂する、請求項７に記載の容器。
【請求項１２】
前記容器が直方体状をしており、前記金属部材が方形の金属プレートである、請求項９に記載の容器。
【請求項１３】
前記開口部が前記金属部材内にあり、前記圧縮封止部材が前記開口内にある、請求項９に記載の容器。
【請求項１４】
前記金属部材が、外側に伸びる一体形成のスリーブを備えたプレートから構成されており、前記スリーブが前記封止部材の一部を取り囲んで、前記封止部材の一部を圧縮状態に保っている、請求項１３に記載の容器。
【請求項１５】
前記封止部材がプラスチック材から構成されており、前記封止部材を電池の中心長手軸に垂直な方向に圧縮させた、請求項１４に記載の容器。
【請求項１６】
前記容器が更に前記開口部に挿入される細長い金属部材を備え、前記封止部材の一部を前記細長い金属部材と前記金属スリーブの間に挟んで、前記封止部材の一部を圧縮状態に保つようにした、請求項１４に記載の容器。
【請求項１７】
前記封止部材を更に電池の中心長手軸に平行な方向にも圧縮させた、請求項１５に記載の容器。
【請求項１８】
負端子及び正端子と、負極及び正極、並びに少なくとも実質的に平らな側面が１つ以上ある外部ハウジングを備えた１次アルカリ電池であって、前記ハウジングに閉口端部及びその反対側の開口端部があり、前記電池に更に前記ハウジングの開口端部を封止するエンドキャップ組立体があり、前記外部ハウジングと前記エンドキャップ組立体が電池内部周辺に圧力境界面を形成し、前記エンドキャップ組立体に内部開口部及び前記開口部を封止する絶縁封止部材があり、前記封止部材の少なくとも一部が前記開口部内で圧縮された状態にある１次アルカリ電池。
【請求項１９】
前記電池の長さが前記閉口端部と開口端部の間の距離を意味し、前記長さによって電池の中心長手軸の方向が定義され、前記封止部材が前記中心長手軸にほぼ垂直な方向に圧縮されたプラスチック材から構成されている、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項２０】
前記電池が更に、亜鉛を含む負極、及びＭｎＯ２及びオキソ水酸化ニッケルの少なくとも一方を含む正極を前記ハウジング内に備え、前記負極及び正極間に隔離材を備える、請求項１９に記載のアルカリ電池であり、
前記境界面に通気機構を備え、前記通気機構を作動させて、ガス圧が上昇した場合に電池内部からガスを放出する前記電池であって、前記通気機構に、前記境界面上に溝がある第１の破壊領域があり、前記境界面上の溝によって材料領域が前記境界面の平均厚よりも薄く形成されており、さらに前記境界面上に位置する第２の破壊領域があり、電池内部のガス圧が第１の圧力レベルまで上昇した場合には第１の領域が破裂し、電池内部のガス圧が第１の圧力を上回り第２の圧力レベルまで上昇した場合には第２の領域が破裂し、前記破裂動作によって電池内部からガスを放出する１次アルカリ電池。
【請求項２１】
前記正極に方形状の正極スラブが複数あり、前記スラブの各々に、正極材が使用されていない中央開口部があり、前記正極スラブをハウジング内で積み重ねて、正極材が使用されていない開口部によってコアを形成させるようになっており、前記正極の外面が前記ハウジングの内面と接触している、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２２】
前記外部ハウシングが直方体状である、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項２３】
前記第１及び第２の破裂ゾーンが前記境界面上に間隔を開けて設置されている、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２４】
容器内のガス圧が約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）まで上昇した場合に前記第１の破裂ゾーンが破裂する、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２５】
容器内のガス圧が約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）まで上昇すると前記第１の破裂ゾーンが破裂する、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２６】
容器内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）に達すると前記第２の破裂ゾーンが破裂する、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２７】
前記第２の破裂ゾーンは前記境界面の一部にレーザ溶接部を備えている、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２８】
前記境界面を鍛造することによって前記溝を形成させる、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２９】
前記エンドキャップ組立体に金属カバーが備わっており、前記ハウシングと、前記ハウシングの開口端部内に取り付けられた前記金属カバーとの間に前記レーザ溶接部を設けることによって、前記開口端部を閉鎖させる、請求項２７に記載のアルカリ電池。
【請求項３０】
前記エンドキャップ組立体に金属カバーが備わっており、前記ハウシングの内面と、前記ハウシングの開口端部に取り付けられた金属カバーの縁部との間に前記レーザ溶接部を設けることによって、前記開口端部を閉鎖させる、請求項２７に記載のアルカリ電池。
【請求項３１】
前記レーザ溶接部をＮｄ：Ｙａｇレーザによって形成させたもので、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）のレベルまで上昇すると前記レーザ溶接部が破裂する、請求項２７に記載のアルカリ電池。
【請求項３２】
前記金属カバーが開口部を貫通する金属プレートである、請求項２９に記載のアルカリ電池。
【請求項３３】
前記金属カバーが開口部を貫通する長方形状のプレートである、請求項２９に記載のアルカリ電池。
【請求項３４】
前記開口部が前記金属カバー内にあり、前記圧縮絶縁封止部材が前記開口部内にある、請求項３２に記載のアルカリ電池。
【請求項３５】
前記金属カバーが、外側に伸びる一体形成のスリーブを備えたプレートから構成されており、前記スリーブが前記絶縁封止部材の一部を取り囲んで、前記封止部材の一部を圧縮状態に保っている、請求項３４に記載のアルカリ電池。
【請求項３６】
前記封止部材がプラスチック材から構成されており、前記封止部材を電池の中心長手軸に垂直な方向に圧縮させた、請求項３４に記載のアルカリ電池。
【請求項３７】
前記エンドキャップ組立体に前記金属カバー、端子端プレート、絶縁封止部材、及び細長い導電性部材があり、前記細長い導電性部材の一部が前記絶縁封止部材と前記金属カバーの両方に貫通しており、前記端子端プレートに電気的に接続しているヘッドが前記細長い導電性部材にある、請求項３２に記載のアルカリ電池。
【請求項３８】
前記導電性部材が前記負極に電気的に接続している、請求項３７に記載のアルカリ電池。
【請求項３９】
前記細長い導電性部材の一部が前記負極を貫通して、負極電流コレクタとしての役割を果たしている、請求項３８に記載のアルカリ電池。
【請求項４０】
前記金属カバーが、外側に伸びる一体形成のスリーブを備えたプレートから構成されており、前記スリーブが前記絶縁封止部材の一部を取り囲んで、前記封止部材の一部を圧縮状態に保っている、請求項３７に記載のアルカリ電池。
【請求項４１】
前記絶縁封止部材に一体形成の中央突起部があり、前記突起部にはそのキャビティを形成する側壁があり、前記突起部が前記金属カバースリーブ内に締まりばめで固定されている、請求項４０に記載のアルカリ電池。
【請求項４２】
前記細長い導電性部材の一部が前記絶縁突起部のキャビティ内に締まりばめで固定されており、前記突起部の側壁の少なくとも一部が前記金属カバースリーブと前記細長い導電性部材の間で圧縮された状態にある、請求項４１に記載のアルカリ電池。
【請求項４３】
前記絶縁封止突起部の側壁の厚さの圧縮率をδ％、前記金属カバースリーブと前記絶縁突起の側壁との接合面の長さをＬ（ｍｍ）とした場合に、δ％にＬを掛けた値が約０．０４〜２４０である、請求項４２に記載のアルカリ電池。
【請求項４４】
前記絶縁封止部材を更に電池の中心長手軸に平行な方向にも圧縮させた、請求項４２に記載のアルカリ電池。
【請求項４５】
前記絶縁封止部材の少なくとも一部が、前記細長い導電性部材のヘッドと、前記細長い導電性部材から突き出ているとともに前記絶縁封止部材の表面に接している一体形成のフランジとの間で圧縮された状態にある、請求項４４に記載のアルカリ電池。
【請求項４６】
前記エンドキャップ組立体において更に、前記端子端プレートと前記金属カバーの間に電気絶縁性部材を配置することによって、前記端子端プレートを前記金属カバーから絶縁させる、請求項３８に記載のアルカリ電池。
【請求項４７】
前記端子端プレートと前記金属カバーの間にある前記電気絶縁性部材がプラスチック材から構成されている、請求項４６に記載のアルカリ電池。
【請求項４８】
前記端子端プレートと前記金属カバーの間にある前記電気絶縁性部材が紙材から構成されている、請求項４６に記載のアルカリ電池。
【請求項４９】
前記端子端プレートの中央領域の厚さが前記端プレートの平均厚よりも薄く、前記細長い導電性部材を電気抵抗溶接によって前記中央領域の前記端子端プレートに溶接させた、請求項４６に記載のアルカリ電池。
【請求項５０】
前記細長い導電性部材の表面の少なくとも一部と前記絶縁突起部の間に、アスファルトから成るシーラント材を配置して、前記導電性部材からアルカリ電解液が漏出するのを防ぐ、請求項４２に記載のアルカリ電池。
【請求項５１】
前記絶縁突起部の表面の少なくとも一部と前記金属カバースリーブの間に、アスファルトから成るシーラント材を配置して、前記絶縁突起部からアルカリ電解液が漏出するのを防ぐ、請求項４２に記載のアルカリ電池。
【請求項５２】
前記負極を格納するために、前記正極スラブ内の前記中央開口部の少なくとも一部にキャビティを設けた、請求項２１に記載のアルカリ電池。
【請求項５３】
前記キャビティが楕円形状である、請求項５２に記載のアルカリ電池。
【請求項５４】
前記電池に水酸化カリウムの水溶液から成るアルカリ電解液が含まれている、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項５５】
正極が過剰になるように釣り合いをとって、ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーの理論上の固有容量に基づくＭｎＯ２の理論的容量を、亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーの理論上の固有容量に基づく亜鉛の容量（ミリアンペアアワー）で除した値が約１．２〜２．０である、請求項５４に記載のアルカリ電池。
【請求項５６】
正極が過剰になるように釣り合いをとって、ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーの理論上の固有容量に基づくＭｎＯ２の理論的容量を、亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーの理論上の固有容量に基づく亜鉛の容量（ミリアンペアアワー）で除した値が約１．４〜１．８である、請求項５４に記載のアルカリ電池。
【請求項５７】
前記電池の全厚が約５〜１０ｍｍであり、前記全厚が前記ハウジングの向かい合っている側面の外面間の距離により定義され、前記ハウジングの短寸法を意味している、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項５８】
前記ハウジングが、壁厚約０．３０〜０．５０ｍｍの金属から構成されている、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項５９】
前記ハウジングが、壁厚約０．３０〜０．４０ｍｍの金属から構成されている、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項６０】
前記ハウジングが鋼鉄から構成されている、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項６１】
負端子及び正端子と、外部ハウジングを備えた１次アルカリ電池であって、前記ハウジングに閉口端部及びその反対側の開口端部があり、前記電池に更に前記ハウジング内の負極及び正極、前記負極及び正極間の隔離材、並びに前記ハウジングの開口端部を封止して電池内部を取り囲む境界面を形成するエンドキャップ組立体があり、前記エンドキャップ組立体には前記ハウジングの開口端部に金属カバーがあり、更に前記ハウジングと前記金属カバーの間に前記開口端部を閉じるために形成された溶接部があり、
前記エンドキャップ組立体に内部開口部と、前記開口部を封止する絶縁封止部材があり、前記封止部材の少なくとも一部が前記開口部内で圧縮状態にあるアルカリ電池。
【請求項６２】
前記負極に亜鉛が含まれており、前記正極に二酸化マンガンが含まれており、前記正極に方形状の正極スラブが複数あり、前記スラブの各々に、正極材が使用されていない中央開口部があり、前記正極スラブをハウジング内で積み重ねて、正極材が使用されていない開口部によって前記長手軸に沿って中心コアを形成させるようになっており、前記正極の外面が前記ハウジングの内面と接している、請求項６１に記載のアルカリ電池。
【請求項６３】
前記電池の長さが前記閉口端部と開口端部の間の距離を意味し、前記長さによって電池の中心長手軸の方向が定義され、前記封止部材が前記中心長手軸にほぼ垂直な方向に圧縮されたプラスチック材から構成されている、請求項６１に記載のアルカリ電池。
【請求項６４】
前記電池の前記境界面に通気機構があり、前記通気機構がガス圧の上昇時に電池内からガス圧を開放する働きをし、前記通気機構には前記境界面に溝を形成する第１の破裂ゾーンがあり、前記溝が前記境界面の平均厚より薄い材料領域を形成しており、更に前記通気機構には前記境界面に第２の破裂ゾーンがあり、電池内のガス圧が第１の圧力レベルまで上昇すると前記第１のゾーンが破裂し、電池内のガス圧が前記第１の圧力レベルより高い第２の圧力レベルまで上昇すると前記第２のゾーンが破裂し、電池内のガスを前記の破裂によって電池内から逃がす、請求項６１に記載のアルカリ電池。
【請求項６５】
前記第１及び第２の破裂ゾーンが前記境界面に間隔を開けて配置されている、請求項６４に記載の電池。
【請求項６６】
前記第２の破裂ゾーンが、前記境界面の一部に存在するレーザ溶接部から構成されている、請求項６４に記載の電池。
【請求項６７】
前記境界面を鍛造することによって前記溝を形成させた、請求項６４に記載の電池。
【請求項６８】
電池内のガス圧が約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）のレベルに達すると前記境界面の第１のゾーンが破裂し、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）のレベルに達すると前記境界面の第２のゾーンが破裂する、請求項６４に記載の電池。
【請求項６９】
電池内のガス圧が約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）のレベルに達すると前記境界面の第１のゾーンが破裂し、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１，７２４×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）のレベルに達すると前記境界面の第２のゾーンが破裂する、請求項６４に記載の電池。
【請求項７０】
前記第１の破裂ゾーンが前記ハウジングの外面上の溝によって形成され、前記第２の破裂ゾーンが前記金属カバーの縁部と前記ハウジングの内面間のレーザ溶接部によって形成され、前記金属カバーがその縁部の一部に沿って前記ハウジングの開口端部付近で前記外部ハウジングの内面に固定されている、請求項６４に記載の電池。
【請求項７１】
前記エンドキャップ組立体に前記金属カバー、端子端プレート、絶縁封止部材、及び細長い導電性部材があり、前記細長い導電性部材の一部が前記絶縁封止部材と前記金属カバーの両方に貫通しており、前記細長い導電性部材に前記端子端プレートと電気的に接続しているヘッドがある、請求項７０に記載の電池。
【請求項７２】
前記金属カバーが、それらから外側に伸びる一体形成のスリーブを備えたプレートから構成されており、前記スリーブが前記絶縁封止部材の一部を取り囲んで、前記絶縁封止部材の一部を圧縮状態に保っている、請求項７１に記載のアルカリ電池。
【請求項７３】
前記絶縁封止部材に一体形成の中央突起部があり、前記突起部にはそのキャビティを形成する側壁があり、前記突起部の側壁が前記金属カバースリーブ内に締まりばめで固定されている、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項７４】
前記細長い導電性部材の一部が前記絶縁突起部のキャビティ内に締まりばめで固定されており、前記突起部の側壁の少なくとも一部が前記金属カバースリーブと前記細長い導電性部材の間で圧縮された状態にある、請求項７３に記載のアルカリ電池。
【請求項７５】
前記絶縁封止突起の側壁の厚さの圧縮率をδ％、前記金属カバースリーブと前記絶縁突起側壁との接合面の長さをＬ（ｍｍ）とした場合に、δ％にＬを掛けた値が約０．０４〜２４０である、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７６】
前記絶縁封止部材を更に電池の中心長手軸に平行な方向にも圧縮させた、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７７】
前記絶縁封止部材の少なくとも一部が、前記細長い導電性部材のヘッドと、前記細長い導電性部材から突き出ているとともに前記絶縁封止部材の表面に接している一体形成のフランジとの間で圧縮された状態にある、請求項７６に記載のアルカリ電池。
【請求項７８】
前記溝が電池の閉口端部に平行に配置されている、請求項６４に記載の電池。
【請求項７９】
前記ハウジングが、壁厚約０．３０〜０．５０ｍｍの金属から構成されている、請求項６１に記載のアルカリ電池。
【請求項８０】
前記電池の全厚が約５〜１０ｍｍであり、前記全厚が前記ハウジングの向かい合っている側面の外面間の距離により定義され、前記ハウジングの短寸法を意味している、請求項６１に記載のアルカリ電池。
【請求項８１】
前記ハウジングに少なくとも実質的に平らな側面が１つ以上ある、請求項６１に記載のアルカリ電池。
【請求項８２】
前記ハウジングが直方体状である、請求項６１に記載のアルカリ電池。
【請求項８３】
負端子及び正端子、負極及び正極、並びに外部ハウジングを備えた１次アルカリ電池であって、前記ハウジングに閉口端部及びその反対側の開口端部があり、前記電池に更に前記ハウジングの開口端部を封止するエンドキャップ組立体があり、前記外部ハウジング及び前記エンドキャップ組立体が電池内部周辺に圧力境界面を形成し、前記エンドキャップ組立体に内部開口部及び前記開口部を封止する絶縁封止部材があり、前記絶縁封止部材の少なくとも一部が前記開口内で圧縮された状態にあり、前記エンドキャップ組立体に、外側に伸びる一体形成金属スリーブを備えた金属プレートがあり、前記絶縁封止部材の一部が前記スリーブ内で圧縮絶縁壁を形成し、前記スリーブと前記圧縮絶縁壁の間に接合面が形成され、絶縁壁の厚さの圧縮率をδ％、前記スリーブと前記絶縁壁との接合面の長さをＬ（ｍｍ）としてδ％にＬを掛けた値が約０．０４〜２４０である１次アルカリ電池。
【請求項８４】
前記金属スリーブと前記圧縮絶縁壁との接合面の長さＬ（ｍｍ）が約０．４〜６ｍｍであり、絶縁壁の厚さの圧縮率δ％が約０．１〜４０％である、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【請求項８５】
前記外部ハウジングに実質的に平らな側面が１つ以上ある、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【請求項８６】
前記絶縁封止部材にそれを貫通する開口部があり、前記圧縮絶縁壁が前記開口部の周辺境界面を形成しており、前記エンドキャップ組立体には更に細長い負極電流コレクタ部材があり、前記電流コレクタ部材の一部が前記絶縁封止部材の開口部に貫通している、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【請求項８７】
前記絶縁壁の少なくとも一部が、前記負極電流コレクタと前記金属スリーブの間で圧縮された状態にある、請求項８６に記載のアルカリ電池。
【請求項８８】
前記金属プレートにそれを貫通する開口部があり、前記金属スリーブが前記プレートの開口部の境界面を形成している、請求項８６に記載のアルカリ電池。
【請求項８９】
前記絶縁封止部材にはその表面から伸びたスカートがあり、前記スカートが細長い電流コレクタの少なくとも一部を取り囲んでいる、請求項８７に記載のアルカリ電池。
【請求項９０】
前記絶縁スカートによって前記ハウジングの内面の腐食率を減少させる、請求項８９に記載のアルカリ電池。
【請求項９１】
前記絶縁封止部材がプラスチック材から構成されている、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【請求項９２】
前記金属プレートの縁部を前記ハウジングの内面にレーザ溶接して、前記ハウジングの開口端部を閉鎖した、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【請求項９３】
前記絶縁封止部材に、前記圧縮絶縁壁を形成する周辺側壁を備えた一体形成の中央突起部があり、前記突起部が前記金属スリーブ内に締まりばめで固定されており、前記側壁が前記負極電流コレクタと前記スリーブの間で圧縮された状態にある、請求項８７に記載のアルカリ電池。
【請求項９３】
前記負極に亜鉛が含まれており、前記正極に二酸化マンガン及びオキソ水酸化ニッケルの少なくとも一方が含まれている、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【請求項９４】
前記負極に亜鉛が含まれており、前記正極に二酸化マンガンが含まれている、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【請求項９５】
前記電池の長手軸が前記開口端部と閉口端部を結ぶ方向に走っており、絶縁壁の厚さの圧縮率を前記長手軸にほぼ垂直な方向で測定する、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【請求項９６】
前記ハウジングが直方体状である、請求項８３に記載のアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に平らな外部ハウジングを備えたアルカリ電池に関するものである。本発明は、亜鉛が含まれている負極、二酸化マンガンが含まれている正極、及び水酸化カリウム水溶液から成る電解質を備えたアルカリ電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアルカリ電気化学電池は、亜鉛が含まれている負極と二酸化マンガンが含まれている正極を備えている。電池は通常、円筒形の外部ハウジングから形成される。新品電池の開回路電圧（ＥＭＦ）は約１．５ボルトであり、中程度の排流（１００〜３００ミリアンペア）における典型的な平均運転電圧は約１．０〜１．２ボルトである。初めに、大きく広げた開口端部とその反対側の閉口端部によって、円筒形ハウジングを形成させる。電池内容物を充填した後、絶縁グロメットと負端子エンドキャップを備えたエンドキャップ組立体をハウジング開口端部に挿入する。ハウジング縁部を絶縁プラグの縁部に被せて圧着加工し、絶縁プラグを囲むようにハウジングを放射状に圧着して堅く封止することによって、開口端部を閉鎖する。絶縁グロメットによって、負端子側のエンドキャップを電池ハウジングから電気絶縁する。反対側の閉口端部のところで、電池ハウジングの一部によって正端子を形成させる。
【０００３】
各種電気化学電池、とりわけアルカリ電池の設計に関わる問題は、電池が一定の限界点、通常は電池の有効容量に近い点を越えても放電を続けると、ガスが発生する傾向がある点にある。電気化学電池、とりわけアルカリ電池には通常、エンドキャップ組立体に破裂可能な隔膜又は破裂可能な膜が設置されている。破裂可能な隔膜又は破裂可能な膜は、例えば米国特許第３，６１７，３８６号に記載されているプラスチック絶縁部材に設けることもできる。
【０００４】
先行技術では、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について開示されている。この通気隔膜は、例えば米国特許第５，５８９，２９３号に示されているとおり、電池の長手軸に垂直な平面内に位置するように調整することもできるし、米国特許第４，２２７，７０１号に示されているとおり、電池の長手軸に対して斜めを向くように調整してもよい。米国特許第６，１２７，０６２号には、絶縁封止ディスクと一体形成される破裂可能な膜が開示されており、前記膜は垂直方向、つまり、電池の長手中心軸に平行に配置されている。電池内のガス圧が予め定められたレベルまで上昇すると、膜が破裂し、その結果ガス圧がエンドキャップの開口部を通じて外部環境へ解放される。
【０００５】
当該技術分野において、電気化学電池内のガス圧を解放させる他のタイプの通気膜が開示されている。このような通気膜の１つに再固定可能なゴム製プラグがあり、このゴム製プラグは、長方形状の充電式小型平面ニッケル水素電池で効果的に利用されている。再固定可能なゴム製プラグを備えたこのような充電式電池には、香港のＧｏｌｄ  Ｐｅａｋ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ製造の電池モデルＧＰ１４Ｍ１４５として市販されている７／５−Ｆ６サイズの充電式ニッケル水素電池がある。前記ゴム製プラグは、キャビティ内の傾斜開口部又は電池のエンドキャップ組立体内の取付位置にしっかり収まるように、物理的に圧着する。電池内部のガス圧が予め定められたレベルに到達すると、前記プラグのシートが外れて、下部にある開口部を通じてガスが放出される。電池内のガス圧が通常レベルに戻ると、前記プラグは自動的に再固定される。
【０００６】
１次アルカリ電気化学電池には、通常、亜鉛負極活物質、アルカリ電解質、二酸化マンガン正極活物質、及び通常はセルロース又はセルロース繊維若しくはポリビニルアルコール繊維の電解質透過性隔離材フィルムが含まれている。負極活性剤には、例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム又はアクリル酸コポリマーのナトリウム塩のような従来のゲル化剤、及び電解質と混合させた亜鉛粒子を含めることができる。ゲル化剤は、亜鉛粒子を懸濁させ、かつ各粒子が接触し合うよう維持する働きをする。通常、負極活性剤に挿入される導電性金属ツメは、負端子エンドキャップに電気接続する負極電流コレクタの役割を果たす。電解質はアルカリ金属水酸化物の水溶液、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム又は水酸化リチウムにすることができる。正極には典型的に、電気伝導度を高めるために、導電性添加物、通常はグラファイト材料と混合させた電気化学的活物質として粒子状二酸化マンガンが含まれる。任意に、少量のポリマー結合剤、例えば、ポリエチレン結合剤及びチタン含有化合物のような他の添加物を正極に加えることもできる。
【０００７】
正極で使用される二酸化マンガンは、好ましくは、硫酸マンガンと硫酸の液槽の直接電気分解によって製造される電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）である。ＥＭＤは高密度かつ高純度であるため望ましい。ＥＭＤの電気伝導度（固有抵抗）は、かなり低い。個々の二酸化マンガン粒子間の電気伝導度を向上させるために、導電性材料を正極混合物に添加する。このような導電性添加物は更に、二酸化マンガン粒子と、従来の円筒形アルカリ電池では正極電流コレクタの役割も果たす電池ハウジングとの間の電気伝導度を向上させる。適した導電性添加物には、例えば、アセチレンブラックを含めたカーボンブラックなど、グラファイト、グラファイト状材料、導電性炭素粉末を含めることができる。好ましくは、導電性材料には、膨張若しくは剥離グラファイト又はグラファイト状炭素ナノ繊維及びこれらの混合物などを含む、薄片状結晶の天然グラファイト、若しくは薄片状結晶の合成グラファイトがある。
【０００８】
現在、ＭＰ３オーディオプレイヤー及びミニディスク（ＭＤ）プレイヤーのような小型電子デバイスに電力供給するために使用される、小型サイズの充電式方形電池が利用可能である。前記電池は典型的には小さな長方体（直方体）の形状をしており、スティックタイプのチューイングガムのパックとほぼ同じサイズである。本明細書で使用する時、「長方体」という用語は、その通常の幾何学的定義、すなわち、「直方体」を意味するものとする。前記電池は、例えば国際電気標準会議（ＩＥＣ）による前記電池の標準サイズに関する規定に従えば、Ｆ６又は７／５Ｆ６サイズの交換可能な充電式ニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池の長方体の形状にすることができる。Ｆ６サイズは、厚さ６．０ｍｍ、幅１７．０ｍｍ、長さ３５．７ｍｍ（ラベルを含まない）である。Ｆ６サイズについては長さを約４８．０ｍｍとする見解もある。７／５−Ｆ６サイズは、厚さ６．０ｍｍ、幅１７．０ｍｍ、長さ６７．３ｍｍである。ＩＥＣ基準によれば、７／５−Ｆ６サイズの許容偏差は、厚さについては＋０〜−０．７ｍｍ、幅については＋０〜−１ｍｍ、長さについては＋０〜−１．５ｍｍである。Ｆ６又は７／５−Ｆ６サイズの充電式ＮｉＭＨ電池の平均運転電圧は、ＭＰ３オーディオプレイヤーやミニディスク（ＭＤ）プレイヤーなどの小型デジタルオーディオプレイヤーに電力を供給する目的で使われる場合で約１．１〜１．４ボルト、典型的には約１．１２ボルトである。
【０００９】
前記電池の消耗率は、ミニディスク（ＭＤ）プレイヤーに電力を供給する目的で使われる場合で約２００〜２５０ミリアンペアである。前記電池の消耗率は、デジタルオーディオＭＰ３プレイヤーに電力を供給する目的で使われる場合で、典型的には約１００ミリアンペアである。
【００１０】
ミニディスクプレイヤー又はＭＰ３プレイヤーなどの小型電子機器に電力を供給するために、ニッケル金属水素化物電池の代わりに小型アルカリサイズ電池を使えるように、長方体（直方体）状の小型金属水素化物電池と同じサイズ、同じ形状を備えた小型平面アルカリ電池があれば望ましい。
【００１１】
長方形状の充電式小型電池、特に小型サイズのニッケル金属水素充電式電池の代わりに、１次（非充電式）アルカリ電池、好ましくは亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池を使用することが望ましい。
【００１２】
ただし、長方形（長方体）状のＺｎ／ＭｎＯ２１次アルカリ電池には、電池の放電中に電極が膨張する傾向があるという設計上の特定の問題が存在する。負極及び正極の両方が放電中に膨張する。
【００１３】
前記ハウジングの壁厚に関していえば、当然のことながら、方形の電池ハウジングは同等のサイズと内部容量を備えた円筒形のハウジングよりも、前述した電池の内部圧力の上昇（ガスの発生と正極の膨張が原因）に対する耐性が低い。これは、圧力及びハウンジング壁厚を一定とした場合、長方形（長方体）状のハウジングにかかる円周応力（フープ応力）が同等のサイズの円筒状ハウジングよりもかなり大きくなることに起因する。長方形電池が膨らむ又は膨張する問題は、ハウジングの壁厚を著しく増加させることで解決することができる。しかし、全体の厚さが薄い、例えば約１０ｍｍ未満の長方形電池では、ハウジングの壁厚を著しく厚くすると、負極材及び正極材のためにに使える容量が大きく減少する可能性がある。また、壁厚を厚くすると、電池の製造コストがかかる。この点から、ハウジングの壁厚は約０．５０ｍｍ、好ましくは約０．４７ｍｍ未満に抑えるのが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、（非充電式）小型平面アルカリ電池、例えば、長方形（長方体）のハウンジングを備えながら、しかもハウンジングの壁厚が薄く、電池を標準使用している時にハウンジングが著しく膨張しないＦ６又は７／５−Ｆ６サイズの電池を設計するのが望ましい。
【００１５】
このような直方形の電池を同サイズの平面ニッケル金属水素充電式電池の代わりに使用するのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の主な態様の１つは、放電時にガス、一般的に水素ガス、を発生させる１次（非充電式）アルカリ電池に関するもので、前記電池は、外部ケーシング（ハウンジング）と、電池の内圧が予め定められたレベルに到達した場合にガスを電池から逃がす通気機構を備えたエンドキャップ組立体を備えている。前記ケーシングには、電池の長さ方向に沿って走る平らな向かい合っている壁が少なくとも１対ある。
【００１７】
前記エンドキャップ組立体がケーシングの開口端部に挿入され、圧着加工又は溶接によって封止して、前記ケーシングが閉鎖される。開口端部にあるケーシング縁部は、開口端部に挿入される絶縁封止部材、一般的にナイロン又はポリプロピレン製、を覆うように圧着されてもよいが、金属カバーをケーシングにレーザ溶接して開口端部を閉鎖するのが好ましい。アルカリ電池は平行６面体の形状でもよいが、長方体（直方体）であるのが望ましい。従って、ケーシングは長方体形状で、一体型の円筒形部分がないのが好ましい。アルカリ電池は、亜鉛及び水性アルカリ電解質、好ましくは水酸化カリウムの水溶液、が含まれている負極を備えているのが望ましい。
【００１８】
エンドキャップ組立体は、通気機構及び好ましくは長方形の金属カバーを備えている。前記カバーは、電池内容物をケーシングに挿入した後、ケーシングの開口端部を閉じるために使用する。前記金属カバーの縁部と前記ケーシングの縁部との間に絶縁材又は絶縁封止部材を挿入し、絶縁材を覆うようにしてケーシングの縁部を圧着した場合、前記金属カバーは電池の負端子を形成する。あるいは、カバーはケーシング縁部に直接溶接することができる。カバーをケーシング縁部に溶接した場合、電池の負端子として機能させるために、カバーから絶縁されている別のエンドキャップを使用して、負極と通電させることができる。ケーシングは正極であり、電池の正端子を形成する。
【００１９】
ある態様では、金属カバーをケーシング縁部に直接溶接してケーシングの開口端部を閉じ、プラスチックエキステンダー又は紙ワッシャを金属カバー上に積み重ね、次に負端子プレートをプラスチックエキステンダー又は紙ワッシャ上に積み重ねる。
【００２０】
ある態様では、エンドキャップ組立体には内部開口部があり、絶縁封止部材、一般的にポリプロピレン又はナイロン製、の少なくとも一部が電池を封止するように前記開口部に挿入される。本発明の態様では、封止部材は、径方向、例えば、電池の中心長手軸にほぼ垂直な方向、に圧縮させたプラスチック材から構成されている。別の態様では、封止部材の少なくとも一部は縦方向、例えば、電池の長手軸に平行な方向、にも圧縮することができる。（電池の長さはハウジングの閉口端部と開口端部間の距離として定義できるため、電池の中心長手軸は電池の長さに沿った方向に存在する。）
【００２１】
本発明の態様では、電池のケーシング（ハウジング）の開口端部は、金属カバープレートの周縁を電池の開口端部でケーシングにレーザ溶接することによって閉鎖する。この方法では、ケーシングを圧着して閉じる必要がないという利点がある。本発明の態様では、金属カバープレートの中心部に開口部があり、望ましくは電池の内部方向に向かってプレートから伸びている一体形成スリーブがある。前記スリーブは、別の実施形態では、電池内部から外側上方に伸びていてもよい。絶縁封止部材には、内部にキャビティを備えた一体形成の突起部があるのが好ましい。前記突起部は、ケーシングの開口端部の方向に面する絶縁封止部材の側面から伸びている。絶縁封止突起部は、金属カバースリーブ内で締まりばめする。次に、細長い負極電流コレクタのツメを前記突起部のキャビティに締まりばめする。これにより、絶縁突起の側壁が金属カバースリーブと負極電流コレクタのツメの間に挟まれ、締まりばめにより突起部の側壁が径方向に圧縮される。このような圧縮により、負極電流コレクタのツメと絶縁封止突起の側壁との接合面、並びに絶縁封止突起の側壁と金属カバースリーブとの接合面が、非常に緊密に封止される。その結果、電池ケーシングを圧着によって閉鎖しなくても、前記接合面を通じて電池から電解質が漏れ出す可能性が減少する。すなわち、このような緊密な封止は、電池内部の絶縁突起に径方向の圧縮力を加えることによって実現されるため、電池ケーシングの外面に径方向の圧着縮力を加える必要がなくなる。むしろ、ケーシングの開口端部は、金属カバーの縁部をケーシングにレーザ溶接することによって簡単に閉鎖できる。
【００２２】
別の態様では、絶縁封止突起は、径方向、例えば、電池の中心長手軸に垂直な方向、の圧縮に加えて、縦方向、例えば、電池の長手軸に平行な方向、にも圧縮することができる。金属カバー上に紙ワッシャ又はプラスチックワッシャを挟んで別の金属支持体プレートを追加し、支持体プレートに負極電流コレクタのツメのヘッドをリベット締めすることにより、絶縁封止突起を縦方向に圧縮することができる。
【００２３】
従って、負極電流コレクタのヘッドは、金属カバー上にプラスチックワッシャ又は紙ワッシャを挟んで積み重ねた端子エンドキャップに直接溶接することができる。あるいは、負極電流コレクタのヘッドは、金属カバー上にプラスチックワッシャ又は紙ワッシャを挟んで積み重ねた中間金属支持部材に溶接してもよい。次に、金属支持部材を端子エンドキャップに溶接し、電流コレクタと端子エンドキャップ間に必要な電気経路を設ける。
【００２４】
絶縁突起の側壁の径方向圧縮が大きいほど、絶縁突起の側壁と金属カバースリーブとの接合面で隙間から電解質の漏れを十分にきつく防ぐために必要な接合面の長さが短くなることが分かっている。絶縁封止突起の側壁の径方向圧縮の割合（すなわち、側壁の厚さの圧縮率をΔ％）、金属カバースリーブと絶縁突起の側壁との接合面の長さをＬ（ｍｍ）とした場合、好ましくはＬは約０．４〜６ｍｍであり、Δは約０．１〜４０％であるのが望ましい。Δ％にＬを掛けた値は、望ましくは約０．０４〜２４０である。この範囲は、特定の電池サイズに関わらず、一般的に適用可能であることを意味する。７／５Ｆ６サイズの平面電池の好ましい実施形態では、Ｌは約１．０８ｍｍ〜２．６６ｍｍ、Δは約１５％〜３５％であるのが望ましい。従って、７／５Ｆ６サイズの平面電池では、Δ％にＬを掛けた値は、最も望ましくは約１６．２〜９３．１である。ただし、当然のことながら、Δ％にＬを掛けた値がより幅広い範囲であっても、０．０４〜２４０の間であれば７／５Ｆ６サイズの電池に適用可能である。
【００２５】
ＭｎＯ２が含まれている正極は、コンパクトな複数のスラブ又はディスクの形で挿入するのが好ましい。正極スラブ又はディスクは長方形状であるのが好ましく、いずれも、スラブの厚さ方向に沿って走る中空セントラルコアを備えているのが好ましい。スラブは順次上に積み重ねるように挿入される。スラブは電池の長さ方向に合わせて並べられ、スラブの外面がケーシングの内面と接するようにする。積み重ねられた正極スラブは、電池の長手軸に沿って中空セントラルコアを形成する。積み重ねられた正極スラブ内の中空セントラルコアは負極キャビティとなる。各正極スラブの内面がスラブ内に中空セントラルコア（負極キャビティ）を形成するが、この内面は湾曲面であるのが好ましい。このような湾曲内面は、移動時及び取り扱い時のスラブの機械的強度を向上させるとともに、電解質透過性隔離材と正極をより均一に接触させる。電池の中空セントラルコア（負極キャビティ）に隔離材を挿入して、隔離材の外面が正極の内面と隣接及び密接するようにする。負極と正極の接合面である隔離材とともに、亜鉛粒子が含まれている負極スラリーが負極キャビティに挿入される。エンドキャップ組立体には細長い負極電流コレクタがあり、前記コレクタは負極スラリー内に挿入され、電池の負端子と電気接続する。エンドキャップ組立体には絶縁封止部材が備わっており、この部材は負極電流コレクタを電池の外部ケーシングから絶縁させる。
【００２６】
負極キャビティは、電池の長手軸に垂直な平面で切った正極スラブの断面を平面図で見た場合に細長い形状又は楕円形をしているのが好ましい。外部ケーシング（ハウジング）は鋼製であるのが望ましく、更にはニッケルメッキ鋼であるのが好ましい。ケーシングの壁厚は約０．３０〜０．５０ｍｍであるのが望ましく、典型的には約０．３０〜０．４５ｍｍであり、約０．３０〜０．４０ｍｍであるのが好ましく、更には約０．３５〜０．４０ｍｍであるのが望ましい。
【００２７】
ある態様では、第１の通気機構として、再利用又は再稼動可能な通気機構、好ましくは再固定可能なプラグ通気機構を第１の通気機構として使用してよい。再固定可能なプラグは、電池内のガス圧が閾値圧力、Ｐ１（約６８９．５×１０３〜２，０６９×１０３パスカルゲージ（１００〜３００ｐｓｉｇ）、望ましくは約６８９．５×１０３〜１，３７９×１０３パスカルゲージ（１００〜２００ｐｓｉｇ））に達した時に作動するように設計するのが好ましい。
【００２８】
別の態様では、もう１つの間隔を開けて配置した溝通気口、好ましくは、ケーシング面に少なくとも１つの型打ち又は刻込み加工を施した領域を備えた単一の連続溝通気口（鋳造通気口）を第１の通気機構として使用してよい。前記溝通気口にはケーシング面に鍛造、切断又は刻込み加工を施して、圧力、Ｐ１（約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ））で下部の薄肉領域が破裂するようにすることができる。このデザインでは再固定可能なプラグは必要ない。溝通気口は、正端子に近いケーシングの閉口端部に近接させて配置するのが好ましい。溝境界は閉じていても開いていてもよい。溝は直線状又はほぼ直線状にすることができ、好ましくはケーシング縁部と平行である。溝の幅は通常狭く、例えば１ｍｍ未満である。ただし、本明細書で使用する時、「溝」又は「溝通気口」という用語は、特定の幅や形状を有するものに限定されることはなく、電池ケーシングの凹みも含む。この凹みによって下部に薄肉材領域が形成され、電池内のガス圧が所定の閾値に到達した場合に前記領域が破損又は破裂することになる。非限定的な実施例では、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池には、ケーシングの長面に、幅の広い縁部と平行に、好ましくはケーシングの閉口端部に近接させて溝通気口を配置してよい。前記溝通気口は複数配置してもよいが、ケーシングの長側面に約８ｍｍの長さで、ケーシングの閉口端部から約５〜１０ｍｍの位置に１つだけ配置するのが望ましい。
【００２９】
本発明のこの態様では、溝通気口の下に配置される薄肉材は、電池内部のガス圧が想定破裂圧力、Ｐ１、約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）に達した時に破裂するように設計することができる。想定破裂圧力、約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）を実現させるために、溝通気口の下部の薄肉材の壁厚を約０．０４〜０．１５ｍｍにすることができる。また、溝通気口の下部の薄肉材は、電池内部のガス圧が想定破裂圧力、約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）、望ましくは約２，７５８×１０３〜４，１３６×１０３パスカルゲージ（４００〜６００ｐｓｉｇ）に達した時に破裂するように設計することもできる。破裂圧力、２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）を実現させるためには、溝通気口の下部の壁厚を約０．０７〜０．１５ｍｍにすることができる。
【００３０】
溝通気口は、ケーシング面を型、好ましくは刃先を備えた型で鍛造して形成させることができる。ケーシングの外面に鍛造型を押し付ける際、マンドレルがケーシングの内面に固定される。好都合なことに溝は、左右の長さが同じＶ字型にも、左右の長さが異なるＶ字型にもカットすることができる。前者の場合、溝のＶ字の線の角度は約４０°という鋭角であるのが望ましく、後者の場合には１０〜３０°であるのが好ましい。
【００３１】
溝通気口と併せて、金属カバーをケーシングに固定するためのレーザ溶接部が１つ以上備えられている補完通気システムを配置してもよい。このような溶接部は、１つ又は双方ともが脆弱なレーザ溶接部であっても、溝通気口の下部にある薄肉領域の破裂圧力Ｐ１よりも高い圧力に達した場合に破裂するように設計した強固なレーザ溶接部であってもよい。このようなレーザ溶接部はＮｄ：Ｙａｇレーザによって形成させるのが好ましい。
【００３２】
本発明のある態様ではレーザ溶接部を１つにしてもよく、その場合の溶接部は金属カバーの周縁全体をケーシングに固定するための強固な溶接部である。前記強固な溶接部は、緊急事態が生じた場合、例えば、不注意で非常に高い電流や限度を大きく超えた方法で電池を再充電して電池内にガスが発生し、ガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）まで急激に上昇した場合に破裂するよう設計した補完的通気システムとして機能させることができる。
【００３３】
従って、本発明の好ましい態様では、鍛造又は切断加工によって電池ケーシング上に設けられた少なくとも１つ（単一の）溝通気口が存在する。単一の溝通気口は、電池における第１の通気機構として機能させてもよい。この通気機構では、電池内のガス圧が約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）、更に典型的には約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）まで上昇した場合に、溝通気口の下の薄肉材が破裂するように設計されている。また、これに併せて、金属カバーの縁部をケーシングに固定するための強固なレーザ溶接部を備えた補完的通気システムが配置されている。この強固なレーザ溶接部は、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）まで急激に上昇して、緊急事態が発生した場合、破損又は破裂するように設計されている。上記のケースでは、破裂によって電池内のガスが素早く解放され、電池内のガス圧が通常レベルまで瞬時に低下する。
【００３４】
本発明の態様では、電池は正極が過剰になるように平衡化する。電池は、ＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たりの比較理論容量３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たりの比較理論容量８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が約１．１５〜２．０、望ましくは約１．２〜２．０、好ましくは約１．４〜１．８になるように平衡化するのが望ましい。本発明の平面アルカリ電池のデザインは、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量の割合が高いという点で、全体の膨張量を減少させることが分かっている。膨張量全体を減少させるため、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量の割合を約２．５、更には約３．０以上と高くすることは実現できるが、このような約２．０を越える高い割合の電池の設計は電池容量を著しく減少させるため、この点において望ましくない。この原因ははっきりとは分かっていない。ほぼ全量の亜鉛が放電されることが一因であるかもしれない。この場合、膨張を引き起こす可能性がある水酸化亜鉛の中間体が負極に残っていることはほとんどない。
【００３５】
ケーシングの外厚に対する負極の厚さの割合は、約０．３０〜０．４０であるのが望ましい。（前記厚さは、電池の長手軸に垂直な平面に沿って電池の外側の厚さの端から端までを測定する。）これにより、放電時の電池の膨張がコントロールされ、平面又は直方形のアルカリ電池をポータブルデジタルオーディオプレイヤーなどの電子機器の１次電源として使用できる。
【００３６】
ある特定の態様では、アルカリ電池全体が小さな長方体（直方体）の形状をしており、その外厚は典型的には約５〜１０ｍｍ、際立ったケースでは約５〜７ｍｍである。前記外厚は、ハウジングの向かい合っている側面の外側の距離、電池の短直径、を測定したものである。このような実施形態では、本発明の１次（非充電式）アルカリ電池を例えば充電式小型平面電池に代わるものとして利用することができる。具体的に言うと、前記１次アルカリ電池は、同等サイズの充電式ニッケル金属水素電池、例えば７／５−Ｆ６サイズの長方形状の充電式小型平面ニッケル金属水素電池の代わりに使用することができる。
【００３７】
本発明の態様では、隔離材は開口端部とその反対側の閉口端部を備えた袋状に作成することができる。このような隔離材は、１枚の隔離材を巻き付けて、開口端部を接着剤又は熱封止で閉鎖することによって容易に形成できる。正極ディスクを電池ケーシングに挿入した後、隔離材表面と露出した正極表面が接するように、巻き付けた隔離材を挿入する。隔離材の幅は、負極キャビティ全体の幅より若干狭いのが好ましい。これにより、隔離材の一方の短側面と正極ディスクとの間に間隙が生じる。間隙は約２〜４ｍｍ、好ましくは約２〜３ｍｍである。次に、負極材を隔離材の開口端部から負極キャビティに充填する。その結果、ケーシングに負極材、正極材、及び両者間に隔離材が挿入され、隔離材の一方の短側面と正極との間に間隙（空間）が形成される。
【００３８】
この時点で間隙にアルカリ電解液を注入することによって、電池内に追加のアルカリ電解液を添加することができる。負極及び正極を電池内の所定の位置に配置した後、電池内に追加の電解液を少量注入するのが望ましい。追加の電解液は、隔離材と正極間の間隙に少量ずつ、望ましくは少し時間の間隔を開けて、追加することができる。別の実施形態では、正極を所定の位置に配置した後であって、負極材が負極キャビティに挿入される前に、追加の電解液の一部を間隙に注入することができる。その後、負極材を電池の負極キャビティに挿入してから、追加の電解液を間隙に注入することができる。アルカリ電解液の最後の分量を隔離材と正極間の間隙に注入すると、負極が膨張して、正極と隣接する隔離材表面を押し、間隙が埋められる。
【００３９】
追加の電解液は、負極の利用率及び電池全体の性能を高める役割を果たす。また、電池の膨張を抑制する方向に進ませる要因にもなる。追加の電解液を間隙に注入する場合、電解液を吸収させるために、少量ずつ十分な時間、例えば、約１〜４分、をあけて注入するのが好ましい。このような操作を行うと、注入した電解液をエンドキャップ組立体のキャビティ、すなわち、負極の上部空間、にオーバーフローさせることなく、追加の電解液を負極及び正極に吸収させることができる。このようなオーバーフローが発生すると、金属カバー表面と縁部が濡れて、金属カバーをケーシングに均一にレーザ溶接できなくなる可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の平面アルカリ電池１０の具体的な実施例を図１〜５に示す。電池１０には向かい合った側面が少なくとも２つあり、その側面は電池の長手軸と平行に配置されている。電池１０は長方形、図１及び１Ａに最も分かりやすく示されているように、長方体の形状をしているのが好ましい。本明細書で使用する時、「長方体」という用語は幾何学的定義、すなわち、直方体を意味するものとする。ただし、電池１０は平行６面体であってもよい。各図に示されている外部ケーシング１００は長方体であるのが好ましく、従って、一体型の円筒形部分がないのが好ましい。典型的には電池１０の厚みは幅よりも薄く、幅は長さよりも短い。電池の厚み、幅、及び長さがそれぞれ異なる場合、通常は、その３つの中で厚みが１番小さいと考えられる。
【００４１】
電池１０は、長方体の形状をしたケーシング（ハウンジング）１００を備えているのが好ましく、前記ケーシングはニッケルメッキ鋼製であるのが好ましい。ケーシング１００の内面は、溶媒系炭素コーティング剤、例えばＴＩＭＲＥＸ  Ｅ−ＬＢという名称で市販されている炭素コーティング剤の層でコーティングするのが好ましい。図に示した実施例では、ケーシング（ハウジング）１００は、１対の向かい合っている長平壁１０６ａと１０６ｂ、１対の向かい合っている短平壁１０７ａと１０７ｂ、閉口端部１０４とその反対側の開口端部１０２で囲まれている。電池の厚みは、壁１０６ａと壁１０６ｂの外表面の距離を測定したものである。電池の幅は、壁１０７ａと壁１０７ｂの外表面の距離を測定したものである。ケーシング１００は、伝導率を高める目的でその内面に炭素又はインジウムの層によるコーティングを施してあるのが望ましい。電池内容物は、負極１５０、正極１１０及びそれらの間の隔離材１４０を含み、これらは開口端部１０２から挿入する。好ましい実施形態では、負極１５０は粒子状亜鉛を含み、正極１１０はＭｎＯ２を含んでいる。水酸化カリウムの水溶液が前記負極及び正極の一部を形成している。
【００４２】
正極１１０は、図５に最も分かりやすく示されているように、厚さ方向に沿って走る中空セントラルコア１１０ｂを備えた複数のスラブ１１０ａの形状をしていてもよい。正極スラブ１１０ａは、ほぼ長方形の形状をしているのが好ましい。正極スラブ１１０ａは、図２、３及び５に示すように、ケーシング１００に挿入されて、電池の長さ方向に沿って順次上に縦に積み重ねられる。正極スラブ１１０ａの各々は、ケーシング１００に挿入した後、再圧縮してもよい。この再圧縮作業によって、各々の正極スラブ１１０ａの外面がケーシング１００の内面と密接するようにする。正極スラブ１１０ａの中空セントラルコア１１０ｂが集まって、電池の長手軸１９０に沿って間断なく走る１つのセントラルコアを形成し、負極スラリー１５０が収まるようにするのが好ましい。ケーシング１００の閉口端部１０４に１番近い正極スラブ１１０ａには、閉口端部１０４の内面に隣接し、且つ前記内面を覆う底面を任意に設けることができる。
【００４３】
正極スラブ１１０ａは、ダイカスト又は圧縮成型することができる。あるいは、正極材をノズルから押し出して正極１１０として、中空コアを備えた、間断のない１つの正極１１０を形成させることもできる。また、複数のスラブ１１０ａと中空コア１１０ｂを集めて正極１１０を形成させることもでき、この場合、各スラブはケーシング１００内部へ押し出される。
【００４４】
正極１１０を挿入した後、スラブ１１０ａの各々のセントラルコア１１０ｂ内に電解質透過性隔離材１４０を配置して、図２、３、及び５に示すように、隔離材１４０の外面が正極の内面に隣接するようにする。各々の正極スラブ１１０ａの内面は前記中空セントラルコア１１０ｂを形成し、この内面は湾曲面であるのがこ好ましい。このような湾曲内面は、移動時及び取り扱い時におけるスラブの機械的強度を向上させるとともに、隔離材１４０と正極１１０をより均一に接触させる。
【００４５】
上記のとおり、スラブ１１０ａのセントラルコア１１０ｂが集まって、間断のない１つのコアを形成する。隔離材１４０を挿入した後、負極材１５０を収めるため、間断のない前記コアで負極キャビティ１５５を形成する。負極キャビティは、正極材のない正極スラブ１１０ａのセントラルコア内部にある。負極キャビティ１５５は、電池の長手軸１９０に垂直な平面で切った正極スラブ１１０ａの断面を平面図（図４Ｂ）で見た場合、細長い形状又は楕円形をしている。境界線１５６によって画定される負極キャビティ１５５の断面図は、楕円形状又はほぼ楕円形状であってよい。キャビティ１５５には長径Ｄ１があり、その寸法は短径Ｄ２よりも長い。つまりキャビティ１５５には、電池の短側面（１０７ａ又は１０７ｂ）に平行な平面に沿って走る直径（又は幅）Ｄ２よりも長く、電池の長側面（１０６ａ又は１０６ｂ）に平行な平面に沿って走る直径（又は幅）Ｄ１がある。従って、非限定的な実施例によれば、負極キャビティ１５５は、長手中心軸１９０に垂直な平面に沿って切った断面を見た場合に楕円形状をしていたり、ほぼ楕円形に見えたりする。負極キャバティの向かい合っている長境界縁１５８ａ及び１５８ｂは、断面（図４Ｂ）で見た場合、平ら又はほぼ平らであってよく、全体の形状は完全な楕円形ではないが、それにもかかわらず図に示したように細長い形状又は長円形の形状をしている。
【００４６】
キャビティ１５５は、電池の長手中心軸１９０に垂直な平面に沿って正極スラブ１１０ａを切った断面（図４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄ）で見た場合、細長い形状又は楕円形の形状をしている。この長細い形状は、図４Ｃに示したように、細長い多角形又は長方形であってよい。境界縁１５６によって画定されるキャビティ１５５の長径Ｄ１及び短径Ｄ２の長さを測定する際の軸は、図４Ｄに示したように、傾斜していてもよい。電池の長手中心軸１９０（図１Ａ）に垂直な平面に沿って正極スラブ１１０ａを切った断面（図４Ｂ）で見た場合、キャビティ１５５は、境界線１５６の少なくとも一部が湾曲しているのが好ましい。キャビティ１５５は楕円形の形状をしているのが望ましい。好ましい実施形態では、キャビティ１５５を形成している境界線１５６の全体が湾曲している。具体的には、図４Ｂに最も分かりやすく示されているように、少なくとも電池の短側面１０７ａと１０７ｂに１番近いキャビティ１５５の向かい合った面１５７ａと１５７ｂが湾曲しているのが望ましい。前述の断面図で見た場合、キャビティ１５５の外辺部１５６のほぼ全体が湾曲しているのが好ましい。図４Ｂに示すように外部ケーシング１００の方から見た場合、向かい合っている長縁部１５８ａと１５８ｂが外側へ湾曲している（凸状になっている）のが好ましい。ただし、長縁部１５８ａと１５８ｂは平ら又はほぼ平らであってもよい。あるいは、長縁部１５８ａと１５８ｂは内側にやや湾曲していても（凹状になっていても）、外側にやや湾曲していても（凸状になっていても）よく、また、複雑な湾曲形状、例えば凸部と凹部が交互に並んでいる形状をしていてもよい。同様に、短縁部１５７ａと１５７ｂも、内側にやや湾曲していても（凹状になっていても）、外側にやや湾曲していても（凸状になっていても）よく、また、複雑な湾曲形状、例えば凸部と凹部が交互に並んでいる形状をしていてもよい。電池の長手軸に垂直な平面に沿って正極スラブ１１０ａを切った断面のいずれにも、前記平面における最大長を示すキャビティ１５５の長径Ｄ１及び前記平面における最大幅を示す短径Ｄ２が存在している。図４Ｂに示すように、通常、長径（Ｄ１）は電池の長側面（１０６ａ又は１０６ｂ）に平行な面に沿って走っており、短径（Ｄ２）は短側面（１０７ａ又は１０７ｂ）に平行な面に沿って走っている。キャビティ１５５は、前述の断面図で見た場合、少なくとも多少湾曲しており、その細長い形状又は楕円形の形状を反映して、Ｄ１をＤ２で除した値が１．０超であることを特徴としている。キャビティ１５５の形状は、長手軸１９０に垂直な面に沿って切った断面図で見た場合、Ｄ１をＤ２で除した値が１．０超である、左右対称の楕円形であるのが望ましい。このようなケースでは、図４Ｂに示すように、寸法Ｄ１及びＤ２は垂直関係にある。ある特定の非限定的な実施例では、キャビティ１５５の形状は、前述の断面図で見た場合、長円形であり、楕円形又はほぼ楕円形であってもよい。
【００４７】
負極１５０は、亜鉛粒子と水溶性アルカリ電解液が含まれているゲル化亜鉛スラリーの形状であるのが好ましい。負極スラリー１５０は、電池の長手軸１９０に沿って走る電池のセントラルコア１５５に充填される。従って、負極１５０は、負極及び正極の間に配置した隔離材１４０によって、正極１１０と直接接触しないように隔離される。
【００４８】
電池内容物の充填後、電池組立体１２（図４）を開口端部１０２に挿入して電池を封止し、負端子２９０を配置する。ケーシングの閉口端部１０４は、電池の正端子として機能させることができる。閉口端部１０４を延伸又は鍛造加工して、突出正極ピップを形成させることもでき、また図１Ａに示すように、突出正極ピップ１８０を備えた独立型端部プレート１８４をケーシングの閉口端部１０４に溶接することもできる。
【００４９】
図４には、エンドキャップ組立体１２の具体的な実施例が含まれている構成材が最も分かりやすく示されている。エンドキャップ組立体１２は、細長い負極電流コレクタ１６０、絶縁封止部材２２０、封止部材２２０上に配置した金属カバー２３０、一部が絶縁封止部材２２０を貫通している金属リベット２４０、リベット２４０を金属カバー２３０から絶縁させるプラスチックスペーサ２５０、リベット２４０のキャビティ２４８内に設置したゴム製通気プラグ２６０、ゴム製プラグ２６０を覆う通気ピップキャップ２７０、プラスチックエキステンダーシール２８０、プラスチックエキステンダー２８０の上の負端子プレート２９０から構成されている。
【００５０】
本明細書では、香港のＧｏｌｄ  Ｐｅａｋ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ社が市販している７／５−Ｆ６サイズの長方形状の充電式ニッケル金属水素電池、型番ＧＰ１４Ｍ１４５と関して、リベット２４０のキャビティ２４８に配置したゴム製通気プラグ２６０、及びゴム製プラグ２６０を覆う通気ピップキャップ２７０が開示され、さらに使用されているのが確認されている。ただし、前記充電式ニッケル金属水素電池、型番ＧＰ１４Ｍ１４５の全体であるエンドキャップ組立体は、１次亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池に適用した場合、腐食を引き起こし、さらにガスの発生を促すことを本明細書に記載の本特許出願の出願者は認めている。前記腐食は、細長い電流コレクタと電池ハウジングの内面の間で発生することが明らかになっており、これは、電流コレクタの最大幅部分が電池ハウジングの内面に非常に近接している（約０．５ｍｍ未満）ことに起因する。当然のことながら、電流コレクタ１６０の幅広部分、つまりフランジ１６１は、再固定可能な通気プラグデザインとともに搭載される。このような電流コレクタの幅広部分（フランジ１６１）が必要なのは、電流コレクタを絶縁封止部材２２０の下面にリベットで固定するためである。従って、フランジ１６１には、リベット２４０のベース２４６を固定するために十分な幅がなくてはならない。電池１０が小型平面電池、例えば全厚が約５〜１０ｍｍの長方体電池である場合、フランジ１６１の縁部はケーシング１００の内面近くにまで達することになる。
【００５１】
出願者は、絶縁封止部材２２０を再設計して絶縁封止部材に囲繞スカート２２６を搭載させることによって、電流コレクタ１６０及び絶縁封止部材２２０を備えたサブ組立体を改良した。絶縁封止スカート２２６は、電流コレクタ１６０の最大幅部分、つまりフランジ１６１を取り囲んでいる。従って、絶縁スカート１６１は、電流コレクタフランジ１６１の縁部とケーシング１００の内面を隔てる障壁の役割を果たすことになる。絶縁スカート１６１は、電池の放電中にフランジ１６１とケーシング１００の内面の間の空間に腐食性物質、典型的には錯体又は化合物が含まれている金属が生成されるのを抑える働きをすることが認められている。このような腐食性化学物質が大量に生成されると、電池性能が低下し、電池内のガス発生が進みかねない。更に、ここに示した改良型デザインでは、負極電流コレクタ１６０の最大幅部分、つまりフランジ１６１は、ハウジングの内面から約０．５〜２ｍｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍｍの位置に配置する。このことは、電流コレクタフランジ１６１を包囲する絶縁封止スカート２２６の使用と併せて、電流コレクタの幅広い部分（フランジ１６１）とケーシング１００の内面との間で相当量の腐食性化学物質の生成を防止するということが確認されている。このような改善された本発明のデザインは言い換えると、ここに示した平面１次アルカリ電池に適用できる通気機構として適したゴム製通気プラグ組立体を構成する。
【００５２】
図４及び５に最も分かりやすく示したとおり、エンドキャップ組立体１２の構成材は、底端１６３及び外側に向かって伸びている一体型フランジ１６１の上端を終点とする細長いシャフト又はワイヤ１６２から負極電流コレクタ１６０が構成されるように組み立てることができる。その際、前記フランジはシャフト１６２に対して直角の方向を向いているのが好ましい。従って、電流コレクタ１６０を負極１５０に挿入する時、外側に向かって伸びているフランジ１６１の縁部をケーシング１００の内面にシャフト１６２よりも近接させることができる。絶縁封止部材２２０は上端パネル２２７と反対側に開口底部２２８を備えている。絶縁封止部材２２０は、耐久性、耐アルカリ性、水素透過性を備えたナイロン６６又はナイロン６１２で形成させるのが好ましい。あるいは、絶縁封止部材２２０は、耐久性と水素透過性を備えたポリプロピレン、タルク充填ポリプロピレン、スルホン化ポリプロピレン、又はその他のポリアミド（ナイロン）系物質から形成させてもよい。絶縁部材２２０は、ケーシング１００の開口端部にぴったり収まるように、長方形状であるのが好ましい。絶縁部材２２０の上端２２７から伸びている向かい合う側壁２２６ａ及び向かい合う端壁２２６ｂは、上端パネル２２７を取り囲みながら下向きに伸びているスカート２２６を形成する。スカート２２６は、絶縁封止部材２２０の開口底部２２８の境界を形成する。上端パネル２２７を貫く開口部２２４が存在する。金属カバー２３０が存在し、このカバーは開口部２３４を備えた金属プレートであってよい。ヘッド２４７とベース２４５を備えた金属リベット２４０が存在する。リベット２４０は、ニッケルメッキ鋼又はステンレス鋼から形成させることができる。リベット２４０はヘッド２４７内にキャビティ２４８を備えている。キャビティ２４８はリベットヘッド２４７とリベットシャフト２４５を完全に貫通している。電流コレクタ１６０のフランジ１６１は、絶縁封止部材２２０の開口底部２２８に挿入され、それによって電流コレクタ１６０のフランジ１６１は、封止部材２２０の絶縁スカート２２６に囲まれて、保護される。図４に示すように、電流コレクタ１６０のフランジ部分１６１には開口部１６４が貫通している。リベット２４０のベース２４６を前記開口部１６４に貫通させて前記フランジ１６１に固定し、電流コレクタ１６０と前記リベットが電気接続した状態を維持するようにする。
【００５３】
このような実施形態では、絶縁スカート２２６が電流コレクタのフランジ１６１と電池ケーシング１００の内面を隔てる障壁の役割を果たす。負極電流コレクタ１６０の表面と電池ケーシング１００の内面の間にある小さな、例えば約０．５ｍｍ未満の間隙は、アルカリ電池の放電中に、腐食性を有する副生成物を発生させる場となる可能性があることが分かっている。つまり、前記間隙は、負極電流コレクタ１６０の周辺領域を不動態化してガスの発生を促す可能性がある。絶縁封止部材２２０の下向きに伸びるスカート２２６は、電流コレクタ１６０の外側に伸びる部分、一体型フランジ１６１など、を囲むようにして、電流コレクタ１６０の最大幅部分とケーシング１００との間の障壁の役割を果たすようにする。これにより腐食の問題が解消し、ガスの発生が減少することが分かっている。出願者は、電流コレクタの最大幅部分を再設計することによって、好ましくは障壁、つまり負極電流コレクタ１６０の最大幅部分であるフランジ１６１を取り囲む絶縁スカート２２６を設けることによって、デザインを修正した。スカート２２６の配置及び効果に関しては、本明細書の以下の項で更に詳しく説明する。本明細書に記載されている出願者による改良型デザインでは、負極電流コレクタ１６０の最大幅部分、つまりフランジ１６１は、ハウジングの内面から約０．５〜２ｍｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍｍの位置に配置する。また、絶縁スカート２２６は電流コレクタフランジ１６１とケーシング１００との間の障壁の役割を果たす。これらのデザイン特性によって、腐食の問題が解消され、本発明の平面１次アルカリ電池向けとして利用可能な通気機構に適した再固定可能なゴム製通気プラグ組立体を形成できるようになることが分かっている。
【００５４】
エンドキャップ組立体１２を形成するにあたり、電流コレクタ１６０のフランジ部分１６１は、開口部１６４が絶縁封止部材２２０の上端パネル２２７の開口部２２４と一直線になるように配置する。金属カバー２３０の開口部２３４が開口部２２４と一直線になるようにして、金属カバー２３０を絶縁封止部材２２０の上部パネル２２７にかぶせる。プラスチックスペーサディスク２５０は、スペーサディスク２５０の開口部２５２が金属カバー２３０の開口部２３４と一直線になるように、金属カバー２３０の上に挿入する。好ましい実施形態（図４）では、リベット２４０のベース２４６は、プラスチックスペーサ２５０の開口部２５２及び金属カバー２３０の開口部２３４を貫通している。更にリベット２４０のベース２４６は、絶縁封止部材２２０の開口部２２４及び電流コレクタフランジ１６１の開口部１６４を貫通している。プラスチックスペーサ２５０はリベット２４０を金属カバー２３０から絶縁させる。リベットシャフト２４５のベース２４６は、絶縁封止部材２２０の開口部２２４及び負極電流コレクタ１６０の上端フランジ部１６１の基部開口部１６４を通って伸びている。リベットシャフトのベース２４６は、オービタルリベッタなどを使って、電流コレクタフランジ１６１の底面と向かい合う位置に打ち込んでもよい。こうすることで、リベットシャフトが絶縁封止部材２２０の開口部２２４の所定の位置に固定され、電流コレクタ１６０もリベットシャフト２４５に固定される。これにより、電流コレクタ１６０をリベット２４０に恒久的に電気接続させ、リベットシャフト２４５が絶縁封止部材２２０の開口部２２４から外れるのを防ぐ。リベット２４７は、プラスチックスペーサ２５０の上にしっかり取り付ける。この結果、リベット２４０、プラスチックスペーサ２５０、金属カバー２３０、絶縁封止部材２２０、負極電流コレクタ１６０から成るサブ組立体が形成される。サブ組立体は、次の組立作業の準備が整うまで保管しておくことができる。
【００５５】
ゴム製通気プラグ２６０をリベットヘッド２４７のキャビティ２４８に挿入すると、組立プロセスは完了する。プラグ２６０は、切頂円錐形であるとともに、リベットヘッド２４７のキャビティ２４８にぴったり収まるように設計するのが好ましい。プラグ２６０は、圧着性、弾性、アルカリ電解液に対する耐性を備えた材料から作るのが好ましい。プラグ２６０の材料として好ましいのはゴムであり、ネオプレン又はＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンジエンターポリマー）ゴム、又はその他のアルカリ耐性を備えた圧縮性ゴムが好ましい。プラグ２４０の表面は、テフロン（ポリテトラフルオロエチレン）、アスファルト又はポリアミドのような非湿潤材でコーティングするのが好ましい。続いてプラグ２６０の上に金属通気ピップキャップ２７０を挿入する。通気ピップキャップ２７０は、プラグ２６０を約０．５５ｍｍ圧着させることのできる力でプラグ２６０の上にプレスする。これにより、内部ガス圧が約１３．７９×１０５パスカルゲージ（２００ｐｓｉｇ）に上昇しても封止部分が耐えられるようになることが分かっている。プラグ２６０の圧着度は、内部ガス圧が典型的には約６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカルゲージ（１００〜３００ｐｓｉｇ）、望ましくは約６．８９５×１０５〜１３．７９×１０５パスカルゲージ（１００〜２００ｐｓｉｇ）に上昇しても封止部分が耐えられるように調節することもできる。必要に応じて、封止部が更に高いガス圧、すなわち２０．６９×１０５パスカルゲージ（３００ｐｓｉｇ）以上のガス圧に耐えられるように、プラグ２６０の圧着度を更に高めることも可能である。逆に、必要に応じて、封止部が耐えることのできる最大圧力が６．８９５×１０５パスカルゲージ（１００ｐｓｉｇ）未満の所望の値になるように、封止部プラグ２６０の圧着度を下げることも可能である。ベントキャップ２７０をプラグ２６０上にプレスする時、ベントピップキャップ２７０のベース２７３に、プラスチックスペーサ２５０の上面内のくぼみ又はクレバス２５３にぴったり収まる下向きに伸びる領域を複数設けることもできる。これは図５に最も分かりやすく示されている。ベントピップキャップ２７０をプラグ２６０の上に挿入した後、つまり前記プラグをリベットヘッドキャビティ２４８内で圧着させた後、ベントキャップ２７０をリベットヘッド２４７に溶接する。これによってプラグ２６０をリベットヘッドキャビティ２４８内で圧着させた状態が維持される。プラスチックエキステンダー部材２８０をベントキャップヘッド２７１の上に配置する。ベントキャップヘッド２７１は、プラスチックエキステンダー２８０の開口部２８２から突出するようにする。続いて、端子端プレート２９０（負端子）を通気キャップヘッド２７１に溶接する。従って、通気キャップ２７０は、端プレート２９０とリベット２４０の双方に溶接されることになる。端子端プレート２９０は、高い機械的強度と耐食性を備えた導電性金属、例えばニッケルメッキ冷間圧延鋼またはステンレス鋼、好ましくはニッケルメッキ低炭素鋼から生成する。つまり、エンドキャップ組立体１２の完成品は、電流コレクタ１６３と恒久的に電気接続している端子端プレート２９０によって形成さ���る。
【００５６】
続いてエンドキャップ組立体１２の完成品はケーシング１００の開口端部１０２に挿入される。電流コレクタシャフト１６２は負極スラリー１５０に浸透させる。金属カバー２３０の縁部はケーシングの周辺上縁部１０４にレーザ溶接で溶接するのが好ましい。これにより、エンドキャップ組立体１２が所定の位置にしっかり固定され、図１及び１Ａに示すように、ケーシングの開口端部１０２が封止される。端子端プレート２９０は電流コレクタ１６０及び負極１５０と電気接続して、すなわち本明細書に記載した実施形態である亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池の負端子となる。当然のことながら、負端子プレート２９０はプラスチックエキスデンダー２８０によってケーシング１００から電気的に絶縁されている。リベット２４０及び負極電流コレクタ１６０はプラスチックスペーサ２５０及び絶縁封止部材２２０によってケーシング１００から電気的に絶縁されている。図１Ａ、２及び３に示すように、ケーシング１００の向かい合っている閉口端部にあるピップ１８０が電池の正端子の役割を果たす。ピップ１８０は、ケーシングの閉口端部１０４から一体形成させることができ、また、独立型プレート１８４から形成させてもよい。前記プレートは図１Ａに示すように、別に閉口端部に溶接する。電池の完成品については、斜視図を図１及び１Ａに、断面図を図２及び３に示す。
【００５７】
電池の放電又は保管中に、電池内のガス圧が想定閾値を上回る数値まで上昇した場合、プラグ２６０がリベットヘッドキャビティ２４８内で外れる。これにより、リベットヘッドキャビティ２４８を通じてガスを電池内部から逃がし、ベントキャップ２７０の通気開口部２７２を通じて電池の外へガスを放出することが可能になる。電池内のガス圧が低下すると、プラグ２６０はリベットヘッドキャビティ２４８に再び固定される。
【００５８】
追加の安全機能として、再固定可能なプラグ通気口２６０を補完する働きをする第２の通気装置を電池に搭載することもできる。前記補完通気口は、緊急事態が発生した場合、例えばユーザーが不注意で充電式平面電池用充電器で１次電池１０を長時間再充電しようとした場合に作動するように設計してもよい。本発明の電池１０は、１次電池（非充電式）として設計してある。電池を再充電できない旨を通知する文が前記電池のラベルに十分に記載されていても、ユーザーが不注意で既存の充電式平面電池用充電器、例えば平面ニッケル金属水素電池用充電器で前記電池を再充電しようとする可能性は常に存在する。このように電池を誤用して長時間再充電を試みると、電池内のガス圧が急激に上昇する危険性が生じる。
【００５９】
（非充電式１次電池として作られているにもかかわらず）不注意で電池１０を再充電した場合、電池内のガス圧が想定閾値、望ましくは約６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカルゲージ（１００〜３００ｐｓｉｇ）に到達すると、プラグ通気口２６０が外れて、ガスを放出する。継続的に長時間の充電が行われ、ガス圧が再度上昇した場合には、プラグ２６０は再び外れる。プラグが外れ、再び固定されるこのプロセスは何度も繰り返すことが可能で、それにより、電池内部からガスが逐次開放される。前記の誤用が行われると、プラグ２６０とプラグ２６０を格納しているリベッドヘッドキャビティ２４８の内面の間の空間内にＫＯＨ電解質が徐々に侵入して結晶化する可能性がある。（プラグ２６０は、リベットヘッドに溶接した通気キャップ２７０によってリベットヘッドキャビティ２４８内に圧着固定する。）結晶化したＫＯＨが蓄積すると、プラグ２６０と通気キャップ２７０の内面の間の空間が狭くなる。こうなると、再充電プロセスが続行され、ガス圧が閾値に到達して外れた時に、プラグ２６０が延び入る空間が狭くなるため、プラグ２６０は次第に適切に外れにくくなる可能性がある。また、結晶化したＫＯＨがリベット２４８内の小さな空間に蓄積すると、通気キャップ２７０の通気開口部２７２からガスが適切に放出されなくなる可能性もある。
【００６０】
本明細書では、この結晶性ＫＯＨがプラグ２６０と通気キャップ２７０の内面の間に蓄積することによる悪影響を軽減するためのデザイン改良を複数提示している。
【００６１】
本発明の通気システムには、第１の通気機構と補完通気機構を搭載してもよい。第１の通気機構は、電池内のガス圧が所定のガス圧閾値Ｐ１まで上昇した場合に作動する。第１の通気機構が適切に作動しなかった場合、あるいは、電池の誤用が原因でガス圧が急激に上昇した場合により高いガス圧Ｐ２で作動する補完通気機構が備えられているのが望ましい。このような誤用の１つは、例えば、不注意に電池が長時間充電された場合に起こりうる。本発明の１つの具体的な実施例では、第１の通気システムとして再固定可能なプラグ２４０を搭載させ、このプラグは、想定圧力閾値Ｐ１、約１００〜３００ｐｓｉｇで作動する。補完通気機構は、ケーシング本体１００又はエンドキャップ組立体１２の切り取り部分内のいずれかの場所に脆弱なレーザ溶接部として設けることができる。脆弱な前記レーザ溶接部は、電池内のガス圧がより高い圧力Ｐ２、望ましくは約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）まで到達したら破裂するように設計される。強固な溶接部があってもよく、強固な溶接部は脆弱な溶接部と隣接させるのが好ましい。強固な溶接部はさらにより高い圧力Ｐ３、望ましくは約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）を上回る値まで到達したら破裂するように設計される。
【００６２】
補完通気システムの実施例の１つは、金属カバー２３０とケーシング１００の内面との間のレーザ溶接境界面に沿って脆弱なレーザ溶接部を設けることによって実現することができる。（金属カバー２３０は、ケーシング１００の開口端部１０２を閉鎖する目的で使用される。）図６に示すように、金属カバーの長縁部２３０ａの１つの主要部とケーシング縁部１０８ａの間に脆弱なレーザ溶接部３１０ａを設けることができれば好ましい。脆弱な溶接部３１０ａでは、望ましくは電池内のガス圧が約２，７４８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）まで上昇した場合に破損又は破裂するように溶接部の厚みを設定することができる。脆弱な前記溶接部は、想定破裂圧力が実現されるように浸透深度を調節することができる。レーザ溶接部の浸透深度を約２〜４ミル（０．０５０８〜０．１０２ｍｍ）にすると、破裂圧力、約２，７４８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）を実現できる。脆弱な溶接部は、金属カバー２３０の少なくとも１つの長縁部２３０ａの主要部に沿って走らせるのが望ましいといえる。脆弱な溶接部は、ケーシング１００の短縁部１０８ｃとケーシング１００の長縁部１０８ａが交じわる角から少なくとも約１ｍｍ以上離れている位置３１２ａが始点になるようにするのが好ましい。従って、７／５−Ｆ６サイズの平面電池では、脆弱な溶接部分の長さは少なくとも約１０ｍｍ以上、典型的には約１３ｍｍにしてよい。
【００６３】
金属カバー２３０の縁部とケーシング縁部（ケーシング縁部１０７ｃ、１０７ｄ、及び１０６ｄ）（図６）との境界部の残存部分には、より高いガス圧、例えばガス圧約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）、典型的には約５，５１５×１０３〜１１，０３０×１０３パスカルゲージ（８００〜１，６００ｐｓｉｇ）で破裂するように設計した強固な溶接部３１０ｂを配置できる。強固な前記溶接部は、所定の破裂圧力を達成できるように浸透深度を調節することができる。レーザ溶接部の浸透深度を約５〜７ミル（０．１２７〜０．１７８ｍｍ）にすると、破裂圧力、約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）を実現できる。強固な溶接部の浸透深度を更に微調整すると、前記溶接部が所定のガス圧、例えば約８，９６２×１０３〜１１，０３０×１０３パスカルゲージ（１，３００〜１，６００ｐｓｉｇ）で破裂するようにすることができる。
【００６４】
図６に示すように、金属プレート２３０の縁部は金属ケーシング１００の内面に溶接してあるが、金属プレート２３０の縁部をケーシング１００の内面ではなく金属ケーシングの縁部に溶接させる別の実施形態もある。このような別の実施形態を図６Ａに示す。この実施形態（図６Ａ）では、向かい合っている長縁１０８ａと１０８ｂ、並びに向かい合っている短縁１０８ｃと１０８ｄから成るケーシング縁部１０８を圧着して、前記各端部が金属プレート２３０とほぼ同一平面上に並ぶようにする。従って、金属プレート２３０の縁部２３０ａと２３０ｂは、圧着ケーシング縁部１８０に直接レーザ溶接することができる。強固なレーザ溶接部３１０ｂは、プレート縁部２３０ｂとケーシング縁部１０８ｂ、１０８ｃ、及び１０８ｄの間に配置でき、脆弱なレーザ縁部３１０ａは、プレート縁部２３０ａとケーシング縁部１０８ａの間に配置できる。
【００６５】
更に別の実施形態では、ケーシング１００の本体内に切り取り部分がある。前記切り取り部分はさまざまな形状にしてよい。例えば、前記切り取り部分は多角形にしてもよく（図７）、また、少なくとも境界線の一部が湾曲していてもよい（図７Ａ）。金属プレート、例えばプレート４００（図７）又はプレート５００（図７Ａ）を前記切り取り部分に挿入してもよい。金属プレート４００（図７）又はプレート５００（図７Ａ）の縁部をケーシングにレーザ溶接して前記切り取り部分を閉鎖してもよい。前記溶接部は、図７の実施形態に示したとおり、強固なレーザ溶接部４１０ｂ及びそれに隣接する脆弱なレーザ溶接部４１０ａとするのが望ましい。前記溶接部は、図７Ａの実施形態に示したとおり、強固なレーザ溶接部５１０ｂ、好ましくは隣接する脆弱なレーザ溶接部５１０ａとしてもよい。
【００６６】
強固及び脆弱な溶接部は、ピーク電力出力の範囲内でさまざまな種類のレーザを使って形成させることができる。以下にＮｄ：Ｙａｇレーザを使って作成した脆弱及び強固な溶接部の非限定的な実施例を示す。上に示した脆弱な溶接部は、上に示したように電池内のガス圧が圧力閾値約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）に到達した場合に破損又は破裂する。強固な溶接部は、電池内のガス圧が圧力閾値、約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）、典型的には約５，５１５×１０３〜１１，０３０×１０３パスカルゲージ（８００〜１，６００ｐｓｉｇ）に到達した場合に破裂する。脆弱な溶接部は特に、補完通気システムの役割を果たし、上に示したように電池を誤用した場合にガスが電池内から放出されるようにする。
【００６７】
あるいは、補完通気機構は、溝付き通気口、つまりケーシング１００の表面上の１つ以上の溝の形を取ってもよく、この溝により、下部に薄肉材領域が形成される。溝の深さ及び下部の薄肉材領域の厚みを調節して、電池内のガス圧が圧力Ｐ１よりも高いＰ２まで上昇した場合に、薄肉材領域が破裂するようにすることができる。別の実施形態では、再固定可能なプラグを除去して、圧力Ｐ１で作動する第１の通気機構としてレーザ溶接部を採用することもできる。このような実施形態では、ケーシング表面の溝の下部にある薄肉材領域を補完通気機構としてもよい。薄肉材は、より高い圧力レベルＰ２で破裂するように設計することができる。
【００６８】
更に別の実施形態では、ケーシング表面に複数の溝を設けることができる。１つの溝に小さな厚みの薄肉領域を設け、電池内のガス圧が所定の圧力Ｐ１まで上昇した場合に前記領域が破裂するようにしてよい。ケーシング表面の第２の溝は第１の溝と隣接させても、第１の溝から離してもよく、それに薄肉領域を設け、電池内のガス圧がＰ１よりも高い圧力Ｐ２まで上昇した場合にその領域が破裂するようにしてもよい。
【００６９】
ケーシング１００が鋼、例えばニッケルメッキ冷間圧延鋼又はステンレス鋼から作られている場合、溝６００ａ（図８）のような溝をケーシング表面に配置して、電池内のガス圧が圧力、約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）に到達した場合に、溝下部の薄肉材が破裂するようにすることができる。ケーシングにおける溝以外の部分の壁厚は、典型的には約０．３〜０．５０ｍｍ、望ましくは約０．３〜０．４５ｍｍにしてよい。破裂圧力、約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）を実現させるために、溝を形成する際には、下部の薄肉材の壁厚が典型的には約０．０７〜０．０８ｍｍになるようにする。ある特定の非限定的な実施例では、下部の薄肉材の壁厚が約０．０７４ｍｍになるように溝を形成させると、前記下部材は、電池内のガス圧が約２，９９９×１０３パスカルゲージ（４３５ｐｓｉｇ）に到達すると破裂する。
【００７０】
溝６００（例えばケーシング表面の溝６００ａ又は６００ｂ（図８−８Ａ）のような形状にしてよい）は、ケーシングの表面を型、好ましくは刃先を備えた型で鍛造して形成させてよい。ケーシングの外面に鍛造型を押し付ける際、マンドレルがケーシングの内面に固定される。このような鍛造又は刃先によって形成させた溝によって、下部の薄肉領域６１０（図９）が破裂する圧力は主に、前記薄肉領域の厚みによって決まる。溝の切断部はＶ字形（図９）をしているのが望ましく、このＶ字型は刃先を備えた鍛造型を使って形成させるのが好ましい。溝のＶ字の線の角度αは、約４０°の鋭角であるのが望ましい。溝６００は、他の方法、例えば化学エッチングによって形成させることもできる。
【００７１】
溝６００の下の薄肉材は、ケーシング材と同じ、典型的にはニッケルメッキ冷間圧延鋼であるのが好ましい。溝６００の境界部は、直線や曲線であっても、直線と曲線の部分が混在している線であってもよい。溝６００の境界部は、長方形、多角形又は楕円形であってもよい。溝の境界線の少なくとも一部分が複雑な形状、すなわち一部が凸部、一部が凹部である形状であってよい。溝の境界は閉じていても開いていてもよい。本明細書の好ましい実施形態では、溝は好ましくはケーシングの長縁部１０８ａに平行な、直線又はほぼ直線であることができる（図８及び８Ａ）。例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池では、溝６００ａ（図８及び８Ａ）は、ケーシングの長縁部１０８ａと平行に、前記縁部から約１０ｍｍの位置に配置できれば望ましく、また長さは約８ｍｍにしてよい。
【００７２】
図８Ａに示すように、第１の溝６００ａから離れた位置に第２の溝６００ｂを設けてもよい。ある特定の非限定的な実施形態では、第２の溝６００ｂは、溝６００ａと平行に、正端子１８０（閉口末端部）から約１０ｍｍの位置に配置してもよい。溝６００ｂの長さは約８ｍｍにしてよい。この場合、溝６００ａと６００ｂの下部の薄肉材を異なる素材にして、下部の薄肉材がそれぞれ異なる電池内ガス圧で破裂するようにしてもよい。例えば、溝６００ａの下部の薄肉材は、電池内のガス圧が所定破裂圧力、約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）に到達した場合に破裂するように設計することができる。このような約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）の破裂圧力範囲を達成するには、溝６００ｂの下部にある薄肉材料は約０．０４〜０．１５ｍｍの厚さを有する。あるいは、電池内のガス圧が約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）の設計破裂圧力に達すると破裂するように、溝６００ｂの下部にある薄肉材料を設計することができる。この想定破裂圧力、約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）を実現させるには、溝６００ａの下部の薄肉材の厚みを約０．０７〜０.１５ｍｍにする。第２の溝６００ｂの下部の薄肉材は、電池の誤用が原因で、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１１，０３０×１０３パスカルゲージ（８００〜１，６００ｐｓｉｇ）まで急激に上昇し、電池内のガス圧が危険な状態になった場合に破裂するように設計することができる。圧力レベル約５，５１５×１０３〜１１，０３０×１０３パスカルゲージ（８００〜１，６００ｐｓｉｇ）パスカルゲージ（８００〜１，６００ｐｓｉｇ）で破裂するようにするには、典型的には溝６００ｂの下部の薄肉材６１０の厚みを約０．１５〜０．３５ｍｍにする。
【実施例】
【００７３】
（実施例１）
（Ｎｄ：Ｙａｇレーザを使用した脆弱な溶接部）
金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｃに沿ってケーシング１００に溶接するために使用する脆弱な溶接部は（図６又は６Ａ）、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを使用して作成することができる。前記レーザは、約１００ヘルツの周波数で作動させる。１パルス当たりの最大出力は約３５ワットである。平均出力は０．５キロワットである。パルス幅（（最大出力のサイクル時間）は約０．７ミリ秒である。レーザ供給速度（レーザが溶接経路に沿って移動する速度）は１分当たり約７．６２ｃｍ（３インチ）である。ケーシングの縁部１０６ｃに沿って走る均一な溶接部を設けて、金属カバー２３０の隣接する溶接長縁部２３０ａを前記溶接部に溶接する。前記溶接部の均一な浸透深度は約２〜４ミル（０．０５０８〜０．１０２ｍｍ）、典型的には約３ミル（０．０７６２ｍｍ）であった。前記溶接部は、電池内のガス圧が約２，７５７×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）に到達すると破損し、第１の通気口（プラグ２６０）の機能が低下した場合に、補完通気機構としての役割を果たす。
【００７４】
（実施例２）
（Ｎｄ：Ｙａｇレーザを使用した強固な溶接部）
金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｄ、１０７ｃ及び１０７ｄに沿ってケーシング１００に溶接する（図６又は６Ａ）ために使用する強固な溶接部は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを使って作成することができる。金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｄ、１０７ｃ及び１０７ｄに沿ってケーシング１００に溶接するために使用する強固な溶接部は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを使って作成することができる。前記レーザは、約１２ヘルツの周波数で作動される。１パルス当たりの最大出力は約４６ワットである。平均出力は０．６５キロワットである。パルス幅（最大出力のサイクル時間）は約５．９ミリ秒である。レーザ供給速度（レーザが溶接経路に沿って移動する速度）は１分当たり約５．０８ｃｍ（２インチ）である。ケーシングの長縁部１０６ｄ、１０７ｃ、及び１０７ｄに沿って走る均一な溶接部を設けて、図６に示すように、金属カバー２３０の隣接する溶接縁部を前記溶接部に溶接する。前記溶接部の均一な浸透深度は約５〜７ミル（０．１２７〜０１．１７８ｍｍ）、典型的には約６ミル（０．１５２ｍｍ）である。前記溶接部は、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）、典型的には約５，５１５×１０３〜１１，０３０×１０３パスカルゲージ（８００〜１，６００ｐｓｉｇ）に到達すると破損する。
【００７５】
商業生産では、上記のＮｄ：Ｙａｇレーザによって、約１２５ワットというより高い最大出力で作動させて脆弱な溶接部を、約１５０ワットの最大出力で作動させて強固な溶接部を作ることができる。このように、より高い最大出力で作動させると、より速い速度（供給速度）でレーザを溶接経路に沿って動かせるようになる。
【００７６】
更に、プラグ２６０と通気キャップ２７０の内面の間に結晶性ＫＯＨが蓄積すること（不注意で電池を充電した場合に発生すると思われる）による悪影響を減らすために、プラグ２６０を改良して、プラグ２６０が格納されているリベットヘッド２４７内の空間におけるプラグ２６０の比率が低下するようにしてもよい。このような修正デザインの具体的な実施形態は、図２Ａ、３Ａ、及び４Ａのプラグ２６０に示されている。図４に示したプラグ２６０の改良型デザインでは、リベットヘッドキャビティ２４８におけるプラグの占有空間は、図２、３及び４に示す錘台デザインのプラグよりも狭い。プラグ２６０をリベットヘッドキャビティ２４８に圧着すると、前記プラグが格納されているキャビティ２４８内の空間は約１０％より、望ましくは約１０〜４０％広くなる。これに対し、図２、３、及び４に示す錘台デザインの実地形態では、プラグ２６０のリベットキャビティ内の空間は、典型的には約１０％より狭くなる。
【００７７】
改良型デザインのプラグ（図４Ａ）を採用することによってリベットヘッドキャビティ２４８内の空間が典型的には約１０〜４０％に拡大すると、電池の誤用時、例えば、既に記したように不注意で電池を充電してしまった場合のプラグ機能の効果を高めることができることが分かっている。このような改良型プラグ２６０（図４Ａ）は、望ましくは電池内のガス圧が想定閾値、例えば約６８９×１０３〜２，０６８×１０３パスカルゲージ（１００〜３００ｐｓｉｇ）に達すると外れる。リベットヘッドキャビティ２４８内の空間が拡大すると、徐々に生成されていく結晶性ＫＯＨ（これは、不注意で電池を充電するなどの誤用を行った場合に発生する）を収容できるようになる。その一方で、リベッドヘッドキャビティ２４８内には、電池内のガス圧が所定の閾値まで上昇した場合にプラグ２６０が外れてガス圧を開放させる機能が効率的に行われるのに十分な空間も確保される。
【００７８】
図４Ａに示すようにプラグ２６０の形状を改良して、リベットヘッドキャビティ２４８内の空間を広げることができる。改良型デザイン（図４Ａ）では、プラグ２６０は円筒型ベース２６２及び前記ベースよりも直径が短く、前記ベースから延びている一体型の円筒型ボディ２６１から構成されている。修正プラグ２６０（図４Ａ）をキャビティ内に圧着した後、リベットヘッドキャビティ２４８内の空間が所望どおり大きな、典型的には１０〜４０％になるように、ボディ２６１の直径のベース２６２の直径に対する比率を必要に応じて調節することができる。ボディ２６１の円筒型の形状は、リベットヘッドキャビティ２４８内のプラグ２６０を圧着する際の圧力に十分耐えることができる。修正プラグ２６０（図４Ａ）は、プラグの上端面２６３に力を加えてリベットヘッドキャビティ２４８内に圧着し、さらに通気キャップ２７０をリベットヘッド２４７に溶接する。こうすることで、プラグ２６０は、圧着された状態でリベットヘッドキャビティ２４８内にしっかり固定される。図１Ａ及び２Ａに示すように、プラグ２６０のボディ２６１は圧着状態では球根状の形状をしている。電池内のガス圧が閾値レベル、望ましくは約６８９×１０３〜２，０６８×１０３パスカルゲージ（１００〜３００ｐｓｉｇ）まで上昇すると、プラグが自動的に外れ、ガスが電池内から通気キャップ２７０の通気開口２７２を通じて放出される。プラグ２７０が外れた場合に通気キャップ２７０からガスを放出するための経路を十分に確保できるように、通気キャップ２７０内には通気開口部２７２が少なくとも２つあるのが好ましい。プラグ２６０はエラストマー材であるのが望ましく、十分な圧縮性及び弾性を備え、さらにアルカリ電解液に接触した場合の化学物質による腐食や物理的劣化に耐えうるゴム材であるのが好ましい。プラグ２６０に適したゴム材は、望ましくはジュロ硬度が約８０〜８５の加硫ＥＰＤＭゴムである。
【００７９】
図４Ａに示したプラグ２６０の改良形状が好ましいものの、当然ながら、他のプラグ形状によっても、プラグが格納されるリベットヘッドキャビティ２４８内の空間を要望どおりに拡大させることができる。例えば、図４Ａに示した円筒形状の代わりに、プラグのボディ２６１に多少傾斜を付けることもできる。更に、リベットヘッドキャビティの幅を電池の長面の方向に広げることもできる（図２Ａ）。このケースでは、リベットヘッドキャビティ２４８は、１つの軸に沿って、すなわち電池の長面の方向に伸張することになる（図２Ａ）。ただし、当該各図に示すように、リベットヘッドキャビティ２４８は左右対称（円形）にするのが好ましい。
【００８０】
本発明は、特定のサイズの長方形電池に限られたものではない。しかし特定の実施例では、アルカリ電池１００は、小型の長方形（長方体）にすることができ、その厚みは、電池の厚み方向にケーシング外面を測定した場合、典型的には約５〜１０ｍｍ、更には約５〜７ｍｍにすることができる。電池の幅は、典型的には約１２〜３０ｍｍ、長さは典型的には約４０〜８０ｍｍにしてよい。とりわけ、本発明のアルカリ電池１０は、同サイズの充電式ニッケル金属水素電池、例えば標準的な７／５−Ｆ６サイズの長方形電池の代わりに利用することができる。７／５−Ｆ６サイズの電池の厚さは６．１ｍｍ、幅は１７．３ｍｍ、長さは約６７．３ｍｍである。
【００８１】
代表的な電池の化学組成
以下に示す負極１５０、正極１１０及び隔離材１４０の化学組成に関わる電池組成物は、上記の実施形態で開示した平面電池に適用可能なものである。
【００８２】
上記に示した電池１０では、正極１１０には好ましくは二酸化マンガンが含まれ、負極１５０には亜鉛及び電解質が含まれている。水性の電解質は、従来のＫＯＨ、酸化亜鉛、及びゲル化剤の混合物から構成されている。あるいは、負極１５０には亜鉛を、正極１１０にはオキソ水酸化ニッケルを含むことができる。このような実施形態では、水性電解質もＫＯＨから構成させるのが好ましい。オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極の配合は当該技術分野において既知であり、本発明の平面電池１０の正極１１０に適している。例えば、このような一般的なオキソ水酸化ニッケルの正極の配合は、米国特許第６，６８６，０９１  Ｂ２号又は米国特許出願公開ＵＳ２００４／００４３２９２Ａ１号に記載されている。これらの特許は共に参照として全文が本明細書に組み込まれている。負極材１５０は、無水銀（水銀無添加）亜鉛合金粉末が含まれているゲル化混合物の形状にすることができる。すなわち、電池は、重量当たり亜鉛の約１００ｐｐｍ未満、好ましくは重量当たり亜鉛の５０ｐｐｍ未満の総水銀含有量を含有する。また、電池は、好ましくは、鉛が添加されておらず、したがって事実上無鉛であり、すなわち、総鉛含有量は、負極中の総亜鉛量の３０ｐｐｍ未満、望ましくは１５ｐｐｍ未満である。このような混合物には、通常、ＫＯＨ電解質水溶液、ゲル化剤（例えば、Ｂ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈから商標名ＣＡＲＢＯＰＯＬ  Ｃ９４０として入手可能なアクリル酸コポリマー）、及び界面活性剤（例えば、Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから商標名ＧＡＦＡＣ  ＲＡ６００として入手可能な有機リン酸エステル系界面活性剤）を含有させることができる。このような混合物は、単に実例として示したにすぎず、本発明を制限しようとするものではない。亜鉛負極用の他の代表的なゲル化剤は、米国特許第４，５６３，４０４号に開示されている。
【００８３】
正極１１０は、８７〜９３重量％の電解二酸化マンガン（例えば、Ｋｅｒｒ  ＭｃＧｅｅから入手可能なＴｒｏｎａ  Ｄ）、２〜６重量％（合計）のグラファイト、５〜７重量％の７〜１０規定水性ＫＯＨ溶液（ＫＯＨ濃度が約３０〜４０重量％のもの）、及び任意で０．１〜０．５重量％のポリエチレン結合剤という構成が望ましい。電解二酸化マンガンの平均粒径は典型的には、約１〜１００μｍ、望ましくは約２０〜６０μｍである。グラファイトは典型的には、天然、若しくは膨張グラファイト、又はこれらの混合物の形状である。また、グラファイトには、グラファイト状炭素ナノ繊維を単独で、又は、天然、若しくは膨張グラファイトとの混合で含めることもできる。これらの正極混合物は、例示を目的としたものであって、本発明を制限しようとするものではない。
【００８４】
負極材料１５０には、亜鉛合金粉末が６２〜６９重量％（合金及びメッキ材として２００〜５００ｐｐｍのインジウムが含有されている９９．９重量％の亜鉛）、３８重量％のＫＯＨと約２重量％のＺｎＯが含有されているＫＯＨ水溶液、Ｂ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈから商標「ＣＡＲＢＯＰＯＬ  Ｃ９４０」として市販されている架橋アクリル酸ポリマーゲル化剤（例えば０．５〜２重量％）及びＧｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏ．から商標「Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ−２２１」として市販されているデンプン骨格をグラフト化した加水分解ポリアクリロニトリル（０．０１〜０．５重量％）、Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから商標ＲＭ−５１０として入手可能な有機リン酸エステル界面活性剤ＲＡ−６００又はジノニル(dionyl)フェノールリン酸エステル系界面活性剤（１００〜１０００ｐｐｍ）が含まれている。「亜鉛」という用語は、本明細書で使用する時、非常に高濃度の亜鉛、例えば、亜鉛を少なくとも９９．９重量％含有している亜鉛合金粉末を含むと理解するものとする。このような亜鉛合金材料は、基本的には電気化学的に純粋な亜鉛として働く。
【００８５】
本発明の平面アルカリ電池１０の負極１５０に関して、亜鉛粉末の平均粒径は、約１〜３５０μｍ、望ましくは約１〜２５０μｍ、好ましくは約２０〜２５０μｍであるのが望ましい。典型的には、亜鉛粉末の平均粒径は約１５０μｍであってよい。負極１５０における亜鉛粒子は針状又は球状にすることができる。電池の比較的小さな負極キャビティに亜鉛スラリーを充填する際に使用する注入ノズルから注入しやすいため、亜鉛粒子は球状であるのが好ましい。負極中の亜鉛のバルク密度は、負極１立方センチメートル当たり亜鉛約１．７５〜２．２グラムである。負極中の電解質水溶液の容積百分率は、好ましくは負極の約６９．２〜７５．５容積％である。
【００８６】
電池１０は、従来どおり、ＭｎＯ２の容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算定）で除した値が約１になるように平衡化することができる。ただし、電池は正極が著しく過剰になるように平衡化することが好ましい。電池は、ＭｎＯ２の総理論容量を亜鉛の総理論容量で除した値が約１．１５〜２．０、望ましくは約１．２〜２．０、好ましくは約１．４〜１．８、更に好ましくは約１．５〜１．７になるように平衡化することが好ましい。このように正極を過剰にした電池平衡は、電池の全重量に基づく放電時のＭｎＯ２のＭｎＯＯＨへの変換割合が小さくなるため、正極の膨張量を減少させることが確認されている。その結果、電池ケーシングの膨張量が減少する。膨張量全体を減少させるため、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量の割合を約２．５、更には約３．０以上と高くすることは実現可能であるが、このような約２．０を越える高い割合の電池の設計は電池容量を著しく減少させるため、この点において望ましくない。
【００８７】
ケーシング１００の壁厚は約０．３０〜０．５０ｍｍ、典型的には約０．３０〜０．４５ｍｍ、好ましくは約０．３０〜０．４０ｍｍ、更に望ましくは約０．３５〜０．４０ｍｍであるのが望ましいことが分かっている。電池１０は、全厚が望ましくは約５〜１０ｍｍの長方体の形状（図１及び２）をしているのが好ましい。この組み合わせにおいて、電池は正極が過剰になるように平衡化する。電池は、ＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した割合が約１．１５〜２．０、望ましくは約１．２〜２．０、好ましくは約１．４〜１．８になるように平衡化することが望ましい。ケーシングの外厚に対する負極の厚さの割合は、約０．３０〜０．４０であることが望ましい。（このような厚さは、長手軸１９０に垂直な平面に沿って電池の厚さ（短径）の端から端まで測定する。）
【００８８】
隔離材１４０は、セルロース系繊維及びポリビニルアルコール系繊維の不織布材料の内層と、セロファンの外層から成る従来のイオン多孔性隔離材にすることができる。ただし、このような材料は実例を示すためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００８９】
ケーシング１００はニッケルメッキ鋼から形成させるのが好ましい。ケーシング１００には、その内面を炭素被覆剤、好ましくは黒鉛炭素被覆剤でコーティングするのが望ましい。このような黒鉛炭素被覆剤は、例えば、ケーシングの内面に適用可能で、自然乾燥が可能な、水系分散性グラファイトの形状であってもよい。黒鉛炭素は、伝導度を高め、更にケーシング内面の腐食を抑えることによって、ガスの発生量を間接的に減少させることができる。金属カバー２３０、負端子プレート２９０及び正端子プレート１８０もニッケルメッキ銅から形成させるのが好ましい。電流コレクタ１６０は、黄銅、スズメッキ黄銅、青銅、銅又はインジウムメッキ黄銅など、電流コレクタ材として有用なことが知られている既知の種々の導電性金属から選択することができる。絶縁封止部材２２０はナイロン６６又はナイロン６１２で形成させるのが好ましい。
【００９０】
以下に、電池平衡が異なる同じサイズの長方形電池を使用して性能を比較した特定の実施例を示す。いずれのケースでも、新品の電池の厚さは約５．６ｍｍ、幅は１７ｍｍ、長さは６７ｍｍであった。（別段の定めがない限り、すべての寸法はケースのラベルを含まない、外径である。）ケーシング１００の壁厚は、試験を行った各電池とも同じ０．３８ｍｍであった。各電池のケーシング１００は、内面を黒鉛炭素でコーティングされているニッケルメッキ鋼であった。電池の形状は、図面（図１〜５）に示すように、いずれの場合も同じであった。負極電流コレクタ１６０の幅広部（フランジ１６１）の縁部と、ケーシング１００の内面との距離は約０．５ｍｍであった。絶縁封止部材２２０のスカート２２６を迂回して、前記電流コレクタ１６０の幅広部（フランジ１６１）を取り囲み、フランジとケーシング１００の内壁表面との間に障壁を形成させた。
【００９１】
電池のすべての構成要素は前述したものと同一であり、試験を行った各電池には図に示したように通気エンドキャップ組立体１２が備わっていた。唯一異なる点は、電池平衡と負極の組成のみであった。比較電池（比較例）は、平衡比率、すなわちＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が１．１になるように平衡化した。試験実施例１の試験電池は、平衡比率、すなわちＭｎＯ２の理論容量を亜鉛の理論容量で除した値が１．２５になるように平衡化した。試験実施例２及び３の試験電池は、平衡比率、すなわちＭｎＯ２の理論容量を亜鉛の理論容量で除した値がそれぞれ１．６及び２．０になるように平衡化した。
【００９２】
以下の実施例の比較電池及び試験電池は、カットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、９０ミリワットの電源オンと３時間の電源オフのサイクルで間欠的に放電した。（このような間欠的な放電は、一般的にＭＰ３オーディオ形式の使用が可能なポータブルソリッドステートデジタルオーディオプレイヤーの一般的な使用を想定している。）その後、実際の合計耐用時間を記録し、電池ケーシングの膨張量を測定及び記録した。
【００９３】
比較例（比較電池）
比較試験電池１０は、長方形（長方体）状で、図面に示すエンドキャップ組立体が備えられているものを用意した。電池は、ケーシング１００の外寸によって画定され、長さ約６７ｍｍ、幅約１７ｍｍ、厚さ（放電前）約５．６ｍｍであった。負極１５０及び正極１１０は、以下の構成とした。
【表１】
2008502120.tif 000002
注：
１．亜鉛粒子の平均粒径は約１５０μｍであり、インジウムの総含有量が約２００ｐｐｍになるようにインジウムで合金且つメッキした。
２．Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから入手した有機リン酸エステル系界面活性剤溶液ＲＡ６００。
３．電解質溶液には、ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ  Ｃ９４０を合わせて電解質溶液の約１．５重量％含有させた。
【表２】
2008502120.tif 000003
注：
１．グラファイトＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ  Ｄｅ  Ｇｒａｆｉｔｅから入手した天然グラファイトである。
【００９４】
電池のケーシング１００の壁厚は０．３８ｍｍであった。新品の電池１０の長さは６７ｍｍ、厚さは５．６ｍｍ、幅は１７ｍｍであった。電池の負極１５０及び正極１１０は、ＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が１．１になるように平衡化した。負極の亜鉛の量は２．８ｇであった。（正極のＭｎＯ２の量は６．８９ｇであった。）負極１５０、正極１１０及び隔離材１４０は、図１及び１Ａに示す形状のケーシング１００の外部容量の約６６％を占めていた。ケーシングの外厚に対する負極の厚さの割合は約０．３５であった。厚さは、長手軸１９０に垂直な平面に沿って電池の外厚（短径）の端から端までを測定した。
【００９５】
電池はカットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、９０ミリワットの「電源オン」と３時間の「電源オフ」のサイクルで間欠的に放電した。実際の耐用時間は２４．５時間であった。ケーシングの厚さは５．６ｍｍから６．１３ｍｍに膨張した。（厚さは、図１Ａに示す側壁１０６ａと１０６ｂとの外面の間を測定した。）
【００９６】
試験電池の実施例１
試験電池１０は、長方形で、比較例と同じサイズのものを用意した。負極１５０及び正極１１０は、以下の構成とした。
【表３】
2008502120.tif 000004
注：
１．亜鉛粒子の平均粒径は約１５０μｍであり、インジウムの総含有量が約２００ｐｐｍになるようにインジウムで合金且つメッキした。
２．Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから入手した有機リン酸エステル系界面活性剤溶液ＲＡ６００。
３．電解質溶液には、ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ  Ｃ９４０を合わせて電解質溶液の約１．５重量％含有させた。
【表４】
2008502120.tif 000005
注：
１．グラファイトＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ  Ｄｅ  Ｇｒａｆｉｔｅから入手した天然グラファイトである。
【００９７】
試験電池のケーシング１００の壁厚は０．３８ｍｍであった。新品の電池１０の長さは６７ｍｍ、厚さは５．６ｍｍ、幅は１７ｍｍであった。電池の負極１５０及び正極１１０は、ＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が１．２５になるように平衡化した。負極の亜鉛の量は２．５６ｇであった。（正極のＭｎＯ２の量は７．１１ｇであった。）負極、正極、電解質及び隔離材は、ケーシング１００の外部容量（すなわち、閉口端部１０４と開口端部１０２との間で測定した場合）の約６６％を占めていた。ケーシングの外厚に対する負極の厚さの割合は約０．３５であった。厚さは、長手軸１９０に垂直な平面に沿って電池の外側の厚さ（短径）の端から端まで測定した。
【００９８】
電池はカットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、９０ミリワットの「電源オン」と３時間の「電源オフ」のサイクルで間欠的に放電された。実際の耐用時間は２４．３時間であった。ケーシングの厚さは５．６ｍｍから６．０３ｍｍに膨張した。（厚さは、図１Ａに示す側壁１０６ａと１０６ｂとの外面の間を測定した。）耐用時間は比較例とほぼ同じであったが、ケーシングの膨張は少なかった。
【００９９】
試験電池の実施例２
試験電池１０は、長方形で、比較例と同じサイズのものを用意した。負極１５０及び正極１１０は、以下の構成とした。
【表５】
2008502120.tif 000006
注：
１．亜鉛粒子の平均粒径は約１５０μｍであり、インジウムの総含有量が約２００ｐｐｍになるようにインジウムで合金且つメッキした。
２．Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから入手した有機リン酸エステル系界面活性剤溶液ＲＡ６００。
３．電解質溶液には、ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ  Ｃ９４０を合わせて電解質溶液の約１．５重量％含有させた。
【表６】
2008502120.tif 000007
注：
１．グラファイトＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ  Ｄｅ  Ｇｒａｆｉｔｅから入手した天然グラファイトである。
【０１００】
試験電池のケーシング１００の壁厚は０．３８ｍｍであった。新品の電池１０の長さは６７ｍｍ、厚さは５．６ｍｍ、幅は１７ｍｍであった。電池の負極１５０及び正極１１０は、ＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が１．６になるように平衡化した。負極の亜鉛の量は２．０１ｇであった。（正極のＭｎＯ２の量は７．１３ｇであった。）負極、正極及び隔離材は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を占めていた。ケーシングの外厚に対する負極の厚さの割合は約０．３５であった。
【０１０１】
厚さは、長手軸１９０に垂直な平面に沿って電池の外厚さ（短径）の端から端までを測定した。
【０１０２】
電池はカットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、９０ミリワットの「電源オン」と３時間の「電源オフ」のサイクルで間欠的に放電した。実際の耐用時間は２０．９時間であった。ケーシングの厚さは５．６ｍｍから５．９５ｍｍに膨張した。（厚さは、図１Ａに示す側壁１０６ａと１０６ｂとの外面の間を測定した。）
【０１０３】
試験電池の実施例３
試験電池１０は、長方形で、比較例と同じサイズのものを用意した。負極１５０及び正極１１０は、以下の構成とした。
【表７】
2008502120.tif 000008
注：
１．亜鉛粒子の平均粒径は約１５０μｍであり、インジウムの総含有量が約２００ｐｐｍになるようにインジウムで合金且つメッキした。
２．Ｒｈｏｎｅ  Ｐｏｕｌｅｎｃから入手した有機リン酸エステル系界面活性剤溶液ＲＡ６００。
３．電解質溶液には、ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ  Ｃ９４０を合わせて電解質溶液の約１．５重量％含有させた。
【表８】
2008502120.tif 000009
注：
１．グラファイトＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ  Ｄｅ  Ｇｒａｆｉｔｅから入手した天然グラファイトである。
【０１０４】
試験電池のケーシング１００の壁厚は０．３８ｍｍであった。新品の電池１０の長さは６８ｍｍ、厚さは５．６ｍｍ、幅は１７ｍｍであった。電池の負極１５０及び正極１１０は、ＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が２．０になるように平衡化した。負極の亜鉛の量は１．６１ｇであった。（正極のＭｎＯ２の量は７．１３ｇであった。）負極、正極及び隔離材は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を占めていた。ケーシングの外厚に対する負極の厚さの割合は約０．３５であった。厚さは、長手軸１９０に垂直な平面に沿って電池の外側の厚さ（短径）の端から端までを測定した。
【０１０５】
電池はカットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、９０ミリワットの「電源オン」と３時間の「電源オフ」のサイクルで間欠的に放電した。実際の耐用時間は１８．５時間であった。ケーシングの厚さは５．６ｍｍから５．８７ｍｍに膨張した。（厚さは、図１Ａに示す側壁１０６ａと１０６ｂとの外面の間を測定した。）
【０１０６】
試験結果の考察
上記の試験では、同じサイズの平面電池を段階的に平衡比率を上げて平衡化した。負極電流コレクタ１６０の幅広部（フランジ１６１）の縁部は、ケーシング１００の内面から約０．５ｍｍの位置にあり、絶縁障壁２２０に囲まれていた。平衡比率は、ＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛のグラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値として定義した。上記の比較試験では、電池の平衡比率（亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量の割合）が約１．１の場合、平面試験電池は著しく膨張し、全厚が５．６ｍｍから６．１３ｍｍになった。試験実施例１（平衡比率１．２５）では、電池の膨張は減少し、５．６ｍｍから６．０３ｍｍになった。試験実施例２（平衡比率１．６）では、電池の膨張は５．６ｍｍから５．９５ｍｍになった。試験実施例３（平衡比率２．０）では、電池の膨張は更に減少し、５．６ｍｍから５．８７ｍｍになった。電池の耐用時間は、平衡比率を１．１から１．６に上げるとやや減少し（２４．５時間から２０．９時間）、平衡比率が最も高い２．０の場合、耐用時間はより有意に減少した（１８．５時間）。
【０１０７】
本発明の別の好ましい実施形態を図１０〜１７に示す。再固定可能なプラグ２６０のように再利用又は再稼動可能な通気機構が望ましいが、図１０〜１７に示したように、前記機構を除外することもできる。再固定可能なプラグ２６０を除外して、前記再固定可能なプラグの作動圧力、つまり圧力Ｐ１、好ましくは約６８９×１０３〜２，０６８×１０３パスカルゲージ（１００〜３００ｐｓｉｇ）で破損又は破裂する第１の通気機構として脆弱なレーザ溶接部を使用できることはすでに上で示した。このようなケース（再固定可能なプラグを除外したケース）では、溝（溝６００ａ又は６００ｂ）の下の薄肉材領域から補完通気機構を形成させてもよいことはすでに述べた。薄肉材は、より高い圧力レベルＰ２で破裂するように設計することができる。
【０１０８】
図１０〜１７の実施形態に示すように、１つ以上の溝通気口、好ましくは単一の溝通気口６００ａ又は６００ｂは、第１の通気機構として使用可能であることが確認されている。このようなケースでは、溝通気口６００ａ又は６００ｂといった単一の溝通気口には、ケーシング面に切断又は刻込み加工を施して、下層の薄肉領域が圧力Ｐ１で破裂するようにすることができる。単一の溝通気口６００ｂは、図１０Ａに示すように、正端子１８０に近いケーシングの閉口端部付近に配置するのが好ましい。溝の境界は閉じていても開いていてもよい。本明細書の好ましい実施形態では、溝は好ましくはケーシングの長縁部１０８ａに平行な、直線又はほぼ直線であることができる（図８及び８Ａ）。例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池では、溝通気口６００ｂはケーシングの長側面１０６ａに配置する（図１０Ａ）。好ましい実施形態では、溝通気口６００ｂは、ケーシング表面上の唯一の溝通気口から構成される。非限定的な実施例では、溝６００ｂは、電池の閉口端部と平行に走る直線溝であってよい（図１０Ａ）。直線溝６００ｂの端部は、ケーシングの短側面から等距離の位置に配置するのが好ましい。このような好ましい実施形態では、図１０Ａに示すように、溝６００ｂは長さ約８ｍｍで、ケーシングの閉口端部１０４から約５〜１０ｍｍの位置に配置することができる。直線である溝６００ｂが望ましいが、このような溝をこのような形状に限定しようとするものではない。当然のことながら、溝通気口６００ｂは、曲線形状又は部分的に直線及び部分的に曲線などの、その他の形状にすることができ、開口又は閉鎖境界パターンを形成できる。
【０１０９】
溝６００ｂ（図１０Ａ）の下部にある薄肉材は、電池内のガス圧が想定破裂圧力、約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）に達すると破裂するように設計することができる。このような想定破裂圧力、約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）を実現するには、溝６００ｂの下部にある薄肉材の厚さは約０．０４〜０．１５ｍｍにする。あるいは、電池内のガス圧が想定破裂圧力、約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）に達すると破裂するように、溝６００ｂの下部にある薄肉材を設計することができる。このような破裂圧力、約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）を実現するには、溝６００ｂの下部にある薄肉材の厚さは約０．０７〜０．１５ｍｍにする。溝通気口６００ｂのベース部分（薄型領域６１０に隣接している部分）の幅（図１０Ａ）は典型的には約０．１〜１ｍｍ、更に典型的には約０．１〜０．５ｍｍにしてよい。上記の範囲内では、破裂圧力は主に、下部の薄肉領域によって調整される。ただし、当然のことながら、ケーシング１００の下部の薄肉領域に、より広い溝又は切り込み領域を適用することも可能である。
【０１１０】
溝６００ｂは、ケーシング１００の表面を型、好ましくは刃先を備えた型で鍛造して形成させてよい。ケーシングの外面に鍛造型を押し付ける際、マンドレルをケーシングの内面に固定する。溝６００ｂは、図９に示すように左右の長さが同じＶ字型にも、図１５に示すように左右の長さが異なるＶ字型にもカットすることができる。前者（図９）の場合、溝のＶ字の線の角度αは約４０°という鋭い角度にするのが望ましく、後者（図１５）の場合には１０〜３０°にするのが好ましい。溝６００ｂと併せて、金属カバー２３０をケーシング１００に固定するためのレーザ溶接部を１つ以上配置してもよい。このような溶接部は、１つ又は双方ともが脆弱なレーザ溶接部であっても、溝６００ｂの下部の薄肉領域の破裂圧力よりも高い圧力に達した場合に破裂するように設計した強固なレーザ溶接部であってもよい。すでに述べたとおり、前記レーザ溶接部はＮｄ：Ｙａｇによって形成させてよい。金属カバー２３０をケーシング１００に固定するために脆弱なレーザ溶接部と強固なレーザ溶接部、例えば溶接部３１０ａ及び３１０ｂを隣接させて配置するケースについては、図６及び６Ａで表示及び説明してある。好ましい実施形態では、レーザ溶接部、すなわち図１０に示すような金属カバー２３０の周縁全体をケーシング１００に固定するための強固な溶接部３１０ｂは１つのみにしてよい。強固な溶接部３１０ｂは、緊急事態が生じた場合、例えば、不注意で非常に高い電流や限度を大きく超えた状況で電池を再充電して電流内にガスを発生させ、そのガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）のレベルまで急激に上昇した場合に破裂するように設計してよい。
【０１１１】
従って、図１０及び１３に示したように改良を施した好ましい電池の実施形態では、単一の溝６００ｂが、電池の第１の通気機構としての役割を果たしており、前記通気機構では、溝６００ｂの下部の薄肉材６１０（図９及び１５）は、電池内のガス圧が約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）、更に典型的には約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）のレベルまで上昇した場合に破裂するように設計してある。また、金属カバー２３０の縁部をケーシング１００に固定するための強固なレーザ溶接部３１０ｂ（図１０）は、電池の補完通気システムとしての役割を果たすように設計する。このような強固なレーザ溶接部３１０ｂは、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）のレベルまで急激に上昇して、緊急事態が発生した場合に破損又は破裂するように設計する。このような突発的な状況下でレーザ溶接部３１０ｂが破裂すると、ガスが溶接部から放出され、電池内のガス圧が通常レベルまで急速に低下する。
【０１１２】
図１０及び１０Ａに示した電池を長側面１０６ａに平行な平面に沿って切った断面図を図１１に、短側面１０７ａに平行な平面に沿って切った断面図を図１２に示す。図１１及び１２では、前述した具体的な実施形態（図２及び４）に組み込まれている再固定可能なプラグ２６０が除外されている。電池のエンドキャップ組立体１２を形成する関連構成要素、ずなわち、前述した実施形態（図２及び４）における通気ピップキャップ２７０及びプラスチックスペーサディスク２５０も除外することができる。エンドキャップ組立体１２を形成する構成要素の数を減少させたものは図１３にも示してあり、これは電池内側の構成部の展開図である。従って、改良を施した実施形態（図１０〜１３）では、リベット２４０は、図１１及び１２に最も分かりやすく示されているように、負端子プレート２９０に直接溶接することができる。
【０１１３】
リベット２４０を負端子プレート２９０に溶接する作業は、電気抵抗溶接によって効率的に行うことができる。リベット２４０は、黄銅製から生成するのが好ましく、望ましくは、典型的に厚さ約１〜３μｍのスズの層でメッキした黄銅から生成する。負端子プレート２９０は、ニッケルメッキ冷間圧延鋼から生成するのが好ましい。端子プレート２９０の溶接部分の厚さを約４ミル（０．１０２ｍｍ）にすると、前記溶接作業を最も能率的に行うことができ、均一のとれた溶接部を実現できることが分かっている。全体の強度を高めるために、端子プレート２９０の残りの（溶接部以外の）領域は溶接部よりも厚くするのが望ましく、約８ミル（０．０２４ｍｍ）にするのが好ましい。厚さ８ミルの冷間圧延鋼プレートが市販されているため、端子プレート２９０の中央部２９０ａ（図１３）、すなわち溶接領域は、マンドレルで素早く鍛造して、前記プレートの溶接部の厚さを約４ミル（０．１０２ｍｍ）まで薄くするのが可能なことが分かっている。前記鍛造作業は、端子プレート２９０（図１３）の上部から行って鍛造領域２９０ａを形成させるのが好ましい。このような手順を取ると、端子プレート２９０の残存部２９０ｂ（図１３）の厚さは鍛造前と変わらず８ミル（０．２０４ｍｍ）のままになる。
【０１１４】
端子プレート２９０の中央部２９０ａ（図１３）は、さまざまな形状、例えば長方形、円形又は楕円形に鍛造することができる。鍛造領域２９０ａが長方形又は楕円形状である場合、鍛造領域２９０ａの長径（ケーシングの長側面方向の直径）は、リベットヘッド２４７の直径よりも多少長くして、溶接電極（図示なし）を配置できるようにする必要がある。例えば、リベットヘッド２４７の直径が３ｍｍの場合、鍛造領域２９０ａの長径は約４ｍｍ、鍛造領域２９０ａの短径は約３〜４ｍｍにしてよい。鍛造領域が円形ならば、リベットヘッド２４７の直径が約３ｍｍの場合、前記領域の直径は約３〜４ｍｍにしてよい。
【０１１５】
改良を施した実施形態（図１０〜１３）の平面アルカリ電池を組み立てる際、亜鉛が含まれている負極材１５０とＭｎＯ２が含まれている正極材は、それらの間の隔離材１４０とともに、開口端部１０２から電池ケーシング１００の中に挿入される。金属絶縁封止部材２２０の上に金属カバー２３０を挿入することによってエンドキャップ組立体１２（図１３）を形成させ、封止部材の突出ヘッド２２１が金属カバー２３０の開口部２３４に入るようにする。続いてリベットシャフト２４０を金属カバープレート２３０の開口部２３４を貫くように挿入する（図１３）。リベットシャフト２４０は、絶縁封止部材２２０の突出ヘッド２２１によって金属カバー２３０から絶縁された状態となる。負極電流コレクタ１６０の上端フランジ部１６１（黄銅製であるのが好ましい）を封止部材２２０の底面に押し付けるようにして取り付け、リベット２４０の下部に固定する。前記リベットは、一般的なリベット技法を使って黄銅又はスズメッキ黄銅から形成させてから、リベット２４０に電流コレクタ１６０を電気接続するのが好ましい。電流コレクタフランジ１６１には開口部１６４があり、また、リベット２４０の下部にも開口部２４９ａがあり、負極電流コレクタ１６０をリベット２４０に簡単に固定できるようになっている。（リベット２４０の上部２４９ｂは、図１１及び１２に示すように中空でないのが望ましい。）電流コレクタ１６０をリベット２４０に固定すると、封止部材２２０は電流コレクタフランジ１６１と金属カバー２３０の底面との間に挟まれることになる。
【０１１６】
図１０及び１１に最も分かりやすく示されているように、金属カバー２３０は、強固な溶接部（圧力５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）で破裂するのが好ましい）によってケーシング１００の内面に溶接される。金属カバー２３０の中央部を押し込むか押圧するかして、領域２３５（図１１）を形成させる。封止剤２３６、好ましくはＫＯＲＩＴＥの名称で市販されているアスファルト封止剤（消費者向け製品）は、金属カバー２３０（図１１及び１３）の表面上にある押圧したくぼみ領域２３５に配置する。ＫＯＲＩＴＥアスファルト封止剤は、約５５〜７０重量％のアスファルト及び３０〜４５％のトルエン溶媒の混合物から成る非硬化アスファルトである。前記封止剤の粘度は、アスファルトと溶媒の割合と配置する際の封止剤の温度を調整することによって調整することができる。カバープレート２３０のくぼみ領域２３５とリベット２４７を加熱してから、アスファルト封止剤をくぼみ領域２３５に流し入れるのが好ましい。アスファルト封止剤をくぼみ領域２３５に流し入れる際のアスファルト封止剤の粘度は約１０Ｐａ・ｓ（約１０００センチポアズ）であるのが望ましい。アスファルトによってくぼみ領域２３５を満たし、リベット２４０と封止部材２２０の間を更にしっかり封止して保護する。続いて、次に金属カバー２３０、リベット２４０及び絶縁封止部材２２０から成るサブ組立体をケーシングの開口端部１０２に挿入し、電流コレクタシャフト１６２が負極材１５０を貫通するようにする（図１１及び１２）。金属カバー２３０の周縁をケーシング１００にレーザ溶接した後、プラスチックエキステンダーシール２８０（図１３）をリベット２４０の上に挿入することができる。この作業は、リベットヘッド２４７をプラスチックエキステンダー２８０の開口部２８２に挿入することによって行う。続いて、平面状の負端子金属プレート２９０をプラスチックエキステンダー２８０の上面の上に配置して、突起リベットヘッド２４７に接触するようにする。次に、負端子プレート２９０をリベットヘッド２４７に溶接して、エンドキャップ組立体１２を完成させる。電池１０のエンドキャップ組立体１２の完成体を図１１及び１２に示す。
【０１１７】
金属カバー２３０の縁部をケーシング１００にレーザ溶接する際には、金属カバー２３０に伝熱媒体（液体又は金属が望ましい）を塗布するのが好ましい。伝熱媒体は、金属カバー２３０の表面上のくぼみ又は溝領域２３５内に都合よく注入できる液体であるのが好ましい。このような伝熱媒体によって、レーザ溶接中に発生する熱の大半を吸収することができる。この方法によって熱を十分に吸収して、Ｎｄ：Ｙａｇ（又は類似の）レーザを使って溶接を行っている最中に金属カバー２３０の温度が約１００℃以上に上昇することを防ぐことができる。別に、金属カバーを周囲室温（２１℃）未満、好ましくは水の氷点近い温度、更にはそれ以下の温度まで予冷することもできる。この予冷作業によっても、溶接作業中に金属カバー２３０の温度が１００℃を超えないようにすることができる。更に、金属カバー２３０を予冷したうえで、伝熱媒体を金属カバー２３０に塗布することもできる。
【０１１８】
プラスチックエキステンダー２８０は、金属カバー２３０の上の位置でケーシング１００に圧入する。レーザ溶接中に金属カバー２３０の温度が十分に低くないと、シール２８０がその物理特性に悪影響を与える温度まで過熱する可能性がある。こうなると、径方向の圧縮力が衰え、すなわち、シール２８０とケーシング１００の密着性が低下し、その結果、電解質がケーシング外部へと流れ出る経路が形成され、金属カバー２３０と金属カバー２８０の間の領域に電解質が漏れる恐れがある。従って、金属カバー２３０を十分に冷却するか、伝熱媒体を金属カバーに塗布するかして、レーザ溶接作業中に熱が十分吸収されるようにすることを奨励する。この条件を満たすのに好都合な方法は、単に冷たい、例えば約５〜１０℃の少量の脱イオン水を金属カバー２３０の溝領域２３５に追加するというものである。こうすることによって、金属カバー２３０の温度を約１００℃未満に保つことができ、シール２８０（図１１及び１２）の温度も適した作業温度内に留めることができる。（レーザ溶接作業後に、封止剤、例えばアスファルトを上記の方法によってくぼみ領域２３５に加えることができる。）代替策として、金属ブロック（任意で予冷してもよい）を金属カバー２３０と接触するように配置することもできる。金属ブロック（典型的には鋼製）は、金属カバー２３０の温度が約１００℃を超えないようにするために、溶接作業中に熱を十分に吸収することが出来る。
【０１１９】
くぼみ領域２３５に水を加えて、レーザ作業中に金属カバー２３０の温度を低く保つようにできるが、当然のことながら、その他の適した冷却剤も使用することができる。例えば、純水の代わりにポリビニルアルコール及び水酸化カリウムの冷水溶液を使用してもよい。ポリビニルアルコールを金属カバー２３０の上面全体にコーティングして、金属カバー２３０とシール２８０の間を更にしっかり封止して保護する。このような溶液をプラスチックシール２８０（図１１及び１２）の裏面に直接塗布して、シール２８０の裏面を更にしっかり封止して保護することもできる。
【０１２０】
代替策として、くぼみ２３５に注入する冷却水溶液にゲル化剤を加えることもできる。ゲル化剤という用語には、一般的なゲル化剤と高吸収剤が含まれるものとする。このようなゲル化剤としては、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、アクリル酸共重合体のナトリウム塩、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、デンプングラフト共重合体などがある。ゲル化剤を金属カバー２３０にコーティングして、金属カバー２３０とシール２８０の間を更にしっかり封止して保護する。ゲル化剤は、圧縮ローラなどを使って粉末の形でシール２８０の裏面に配置して（図１１及び１２）、前記ゲル化剤でシール２８０をコーティングして、更にしっかり封止して保護することができる。
【０１２１】
プラスチックシール２８０の代わりに紙ワッシャ２９５を採用した図１７に示す実施形態では、ゲル化剤が含まれている水溶液又はポリビニルアルコール及び水酸化カリウムの水溶液で紙ワッシャを事前に飽和させることができる。このように紙ワッシャ２９５を事前に湿潤させることによって、万が一、金属カバー２３０と端子プレート２９０の間の領域（図１７）に電解質が漏洩しても、しっかり封止して保護する。加えて、粉末状ゲル化剤から成る隔離材層を圧縮ローラなどを使ってワッシャ２９５の裏面に押し入れるか、米国特許第４，９９９，２６４号に記載されているように、ワッシャ２９５を備えた繊維網目内に分散させるかすることができる。
【０１２２】
独立型の突出金属部材１８０を電池の向かい合っている閉口端部１０４に溶接することができる。電池１０の完成品（図１０〜１３）では、金属部材１８０は電池ケーシングと電気接続して、電池の正端子として機能する。端プレート２９０はリベット２４０と電気接続しており、リベット２４０は負極電流コレクタ１６０と電気接続しているため電池の負端子として機能する。
【０１２３】
本発明では、特定の実施形態について詳細に述べているが、当然のことながら、各構成要素のデザインはさまざまなバリエーションが可能であり、それらのデザインを本発明の概念の範囲内に含める。例えば、電流コレクタ１６０（図４及び１３）は、ツメ状の細長い部材として示してあり、開口部１６４を備えた水平に伸びたフランジ１６１がある。このデザインによって、電流コレクタ１６０の上部フランジ１６１をリベット２４０の底面２４９（図１１）に簡単に固定できるため、このデザインは魅力的なものである。前記デザインは、一般的なリベット技法によって実現させてよく、リベットの底面２４９をフランジ開口部１６４に挿入してから、電流コレクタフランジ１６１をリベット２４０に圧着する。前記デザインでは、電流コレクタシャフトはオフセットされており、電池の中心長手軸とはずれている。ここのようなオフセットは、負極の効率的な放電又は電池の全体性能を著しく妨げることはないものと思われる。電流コレクタシャフト１６２は、図４の実施例では、直線状のツメとして、図１３の実施例では、湾曲面を備えた直線状のツメとして示されている。いずれのケースでも、前記ツメは、例えば図１１に示したように、電池の中心長手軸１９０からオフセットされている。
【０１２４】
当然のことながら、電流コレクタには他のデザインも可能である。例えば、リベット２４０は、ヘッド部２４７（図１１参照）並びにヘッド２４７から下方向に伸びるツメの形状をしており、少なくとも一部が負極１５０を貫通するよう一体成形させた細長いシャフト部（図示なし）を備えた一体型部材であってもよい。このようなケースでは、電流コレクタシャフトは、電池の中央長手軸１９０に沿って中央に伸びるように方向を合わせることができる。更に、前記リベットのヘッド部２４７は上記の方法で端子端プレート２９０に溶接することができる。
【０１２５】
本発明の平面電池の別の具体的な実施例を図１７に示す。この実施例では、紙ワッシャ２９５、例えばクラフト紙は、プラスチックエキステンダー２８０の代わりに金属カバーと負端子プレート２９０の間に配置することができる。クラフトワッシャは耐久性に優れ、金属カバー２３０と端子プレート２９０の間に必要な電気絶縁性をもたらす。このようなデザインによってリベットヘッド２４７の高さは低くなり、エンドキャップ組立体１２の全高が縮小する。更に、プラスチックエキステンダーを成型する必要がなくなるという利点もある。これによって、電池内に、負極／正極活性剤のためのスペースが増大する。（図１７に示した電池の他の構成要素は、図１０〜１２の電池について表示及び説明した構成要素と本質的に同じである。）当然のことながら、図１７に示したリベット２４０は、前記リベットに固定されている独立型電流コレクタ１６０も含め、細長い、例えばツメ状の電流コレクタ（リベットから伸びていて、負極１５０の少なくとも一部分を貫通している）と一体化している単一のリベットと差し替えてもよい。このような一体型電流コレクタは、電池の中央長手軸１９０に沿って中央に配置してよい。
【０１２６】
当然のことながら、電池の各実施形態は、電池ケーシングを一般的なフィルムラベルで覆うよう意図してある。このようなラベルに適したプラスチックフィルムは当該技術分野で既知であり、典型的にはポリ塩化ビニルから成るものである。前記ラベルには、所望のデザイン又は印を刻印することができる。前記ラベルに接着剤によるコーティングを典型的には縁部に施して、ケーシング表面を覆うように配置してよい。代替策として、ラベルをスリーブ状に配置し、ケーシング表面上で熱収縮させることもできる。一般的なラベル１２を図１７に示す。
【０１２７】
本発明の電池について、更に３つの実施形態を図に示す。第１の追加の実施形態を図１８Ａ〜１８Ｃに、第２の実施形態を図１９Ａ〜１９Ｂに、第３の実施形態を図２０Ａ〜２０Ｂに示す。これら３つの実施形態はそれぞれ、負極電流コレクタと溶接させた金属カバー間、並びにプラスチック絶縁封止剤と前記の溶接させた金属カバー間の封止を強化するように設計した改良型エンドキャップ組立体１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃ（それぞれ図１８〜１８Ｃ、図１９Ａ〜１９Ｂ、及び図２０Ａ〜２０Ｂ）を備えている。このようなデザインは、一つには、好ましくはエンドキャップ組立体を構成する２つ以上の構成要素間に少なくとも２つの締まりばめが存在するように、エンドキャップ構成要素を設計することにより実現される。このような締まりばめにより、取り付けられるエンドキャップ組立体の構成要素が径方向に圧縮され、更に緊密な封止が提供される。このような締まりばめの一つは、望ましくは直線的なツメ状の負極電流コレクタが絶縁封止部材の狭い開口に押し込まれるときに生じることが好ましい。第２の締まりばめは、絶縁封止部材の上向きに伸びた突起部分を、金属カバーの中心部分から伸びたスリーブ内に押し込むときに生じる。
【０１２８】
このような第２の締まりばめを生じさせるには、前記の３つの実施形態の各プラスチック絶縁部材（図１８Ａ〜２０Ａ）に、一体形成の上向きの中央突起が備えられているのが望ましい。逆に、金属カバーは、電池の内部方向に伸びる、中心に位置するスリーブを備えているのが望ましい。このようなスリーブはカバーに一体形成し、その内径は絶縁封止剤の中央突起の外径と同じか、それより小さいことが望ましい。その結果、突起を前記スリーブに押し込むと、前記金属カバー内のスリーブがまず圧縮から開放されて、突起との間で締まりばめが形成される。エンドキャップ組立体の形成において、金属カバーは、ケーシングの開口縁部を閉じてエンドキャップ組立体をケーシング内の所定の位置に固定するように、好ましくはその周辺縁部に沿って電池ケーシングにレーザ溶接する。レーザ溶接部は、前記の実施形態で説明したように、Ｎｄ：Ｙａｇレーザ（又は同等品）を使用して作成することができる。あるいは、金属カバーの縁部をケーシング上に圧着してもよい。
【０１２９】
図１８Ａ〜１８Ｃの電池の実施形態では、ケーシング（ハウジング）１００には、図１８Ａに示すように、開口端１０２をエンドキャップ組立体１２ａによって閉鎖した開口上端部１０２がある。負端子エンドキャップ７９０は、電池上部でケーシング１００から電気的に絶縁していることが示されている。ケーシング１００には、反対側に、閉口端部（図示なし）、例えば図１９Ａの実施形態に示す正端子１８０を備えた閉口端部１０４を設けることができる。図１８Ａ〜１８Ｃに示す電池の実施形態では、エンドキャップ組立体１２ａは、金属カバー（ふた）７３０、プラスチック絶縁封止剤７２０、負極電流コレクタのツメ７６０、エンドキャップ７９０、及び端子エンドキャップ７９０と金属カバー７３０間の紙ワッシャ７８０から構成される。金属カバー７３０及び端子エンドキャップ７９０は、高い機械的強度と耐食性を備えた導電性金属、例えばニッケルメッキ冷間圧延鋼又はステンレス鋼、好ましくはニッケルメッキ低炭素鋼などから形成させる。電流コレクタ７６０は、黄銅、スズめっき黄銅、青銅、銅、又はインジウムめっき黄銅など、電流コレクタ材料として有用なことが知られている、既知の種々の導電性金属から選択することができる。前記の実施形態で説明したように、正極１１０は、二酸化マンガンが含まれている積み重ねたスラブ１１０ａの形状であっても、あるいは電池ケーシング１００の内面に充填した押出ペーストの形状であってもよい。負極１５０は、負極キャビティ１５５に挿入した、亜鉛粒子が含まれているスラリーであってもよい。この場合、エンドキャップ７９０は電池の負端子を形成する。エンドキャップ７９０は、中心部に負端子を接続する起立部分７９４を備えているのが好ましい。電池の正端子（図示なし）は、電池の反対側の閉口端部にあってもよい。例えば図１７の実施形態で表示及び説明したように、電池の閉口端部と正端子は同一の構造物であってもよい。負極１５０と正極１１０の間には、電解質透過性隔離材１４０がある。エンドキャップ組立体１２ａは、形成後、負極電流コレクタ７６０の先端７６３（図１８Ｃ）が負極１５０に貫入するように、電池の開口端部１０２に挿入される。金属カバー７３０の周辺縁部７３２は電池ケーシングの内面に、ケーシングの開口端部１０２を閉鎖するようにレーザ溶接されるのが好ましい。電池の端子を形成するエンドキャップ７９０は、電池の上部に露出させる。
【０１３０】
エンドキャップ組立体１２ａは、最初の工程として、負極電流コネクタ７６０のヘッド７６２をエンドキャップ７９０の底面に始めに溶接することによって形成することができる。負極電流コレクタ７６０は、図１８Ｃに最も分かりやすく示すように、一方の端部にヘッド７６２、もう一方の端部に先端７６３を備えた細長いツメ状であることが望ましい。金属カバー７３０には一体形成させた下向きのスリーブ７３３があり、前記スリープはカバー７３０の中心部分を貫通する開口部７３４を形成する。プラスチック絶縁封止剤７２０は、封止剤の上面を形成するパネル７２７を備えている。パネル２７２の一方の側面には下向きに伸びた一体形成させたスカート７２６、パネル２７２の反対側の側面には上向きに突出した一体形成させた突起７２５が存在する。スカート７２６は一体形成させたサイドパネル７２６ａから構成されており、前記パネルは絶縁封止剤の開口底部７２８を形成する（図１８Ｃ）。スカート７２６は、図１８Ａ及び１８Ｂに示すように、隔離材１４０の上部を保護し、所定の位置に固定する。絶縁封止剤７３０から伸びた突起７２５は、絶縁封止剤７３０を貫通する開口７２４を形成する。金属カバースリーブ７３３の内径は、絶縁封止剤７２０の突起７２５の外径と同じか、それより小さい。
【０１３１】
第２の工程では、封止剤（例えば、商品名ＫＯＲＩＴＥ封止剤として市販されているアスファルト封止剤など）のビードを突起７２５の外面に適用することができる。（ＫＯＲＩＴＥアスファルト封止剤は、約５５〜７０重量％のアスファルトと約３０〜４５％のトルエン溶媒の混合物から成る非硬化アスファルトである。）次に、金属カバー７３０のスリーブ７３３を突起７２５上に押し込むことで、突起７２５が径方向に圧縮され、これら２つの構成要素間に締まりばめが生じる。これにより、金属カバー７３０が絶縁封止剤７２０上に固定される。スリーブ７３３と突起７２５間の封止剤、例えばＫＯＲＩＴＥアスファルト封止剤などは、これら２つの構成要素間に更なる封止保護を提供する。
【０１３２】
第３の工程では、紙（又はプラスチック）ワッシャ７８０を金属カバー７３０の上面に接着剤で配置することができる。ワッシャ７８０の下面は、ワッシャ７８０が金属カバー７３０の上面に接着するように、感圧性接着剤などで事前にプレコーティングすることができる。負極電流コレクタのツメ７６０の表面の一部には、封止剤（ＫＯＲＩＴＥアスファルトなど）を適用することができる。このようなアスファルト封止剤又は同等の封止剤は、ビードの形態で容易に適用可能であり、ヘッド７６２のすぐ下に配置されることが好ましい。ツメ７６０の外径は、絶縁封止剤７２０の突起７２５内の開口７２４の内径と同じか、それより大きい。次に、ツメ７６０を開口７２５に押し込む。その結果、開口７２５を形成する突起７２５の内面が径方向（長手軸１９０に垂直な方向）に圧縮され、ツメ７６０が突起７２５の内面に締まりばめで固定される。ツメ７６０と突起７２５の内面間の封止剤、例えばＫＯＲＩＴＥアスファルト封止剤などは、これら２つの構成要素間に更なる封止保護を提供する。ツメ７６０を絶縁封止剤７２０の開口７２４に押し込むと、エンドキャップ組立体１２ａが完成する。
【０１３３】
第４の工程では、ツメ７６０が負極１５０に貫入するように、エンドキャップ組立体１２ａをケーシング１００の開口端部１０２に挿入する。次に、金属カバー７３０の周縁７３２をケーシング１００の内面に好ましくはレーザで溶接し、ケーシングの開口端部１０２を閉鎖する。エンドキャップ組立体１２ａの中で、負極のツメ７６０と絶縁封止剤７２０間、及び絶縁封止剤７２０と金属カバー７３０間に緊密な封止が生じることにより、電池からの電解質の漏れが防止される。
【０１３４】
図１９Ａ及び１９Ｂに示す本発明の電池の別の実施形態では、エンドキャップ組立体１２ａは、前述したエンドキャップ組立体１２ａと同様である。ケーシング（ハウジング）１００には、図１９Ａに示すように、上部に開口端部１０２と反対側に閉口端部１０４が備わっており、開口端部１０２はエンドキャップ組立体１２ａによって閉鎖されている。負端子エンドキャップ７９０は、電池の上部でケーシング１００から電気的に絶縁されており、反対側の正端子１８０は向かい合っている端部に存在する。ケーシング表面には、適用されたフィルムラベル１１２が表示されている。図１９Ａの実施形態と前記の実施形態（図１８Ａ）との相違点の１つは、負極電流コレクタのツメ７６０がリベット締めされている点である。すなわち、ツメ７６０は、ツメ７６０のフランジ７６５が絶縁封止剤７２０の底面に当たるまで、ツメ７６０のヘッド７６２（図１９Ｂ）を絶縁封止剤７２０の下面から開口７２４に押し込むことにより、絶縁封止部材７２０の開口７２４に挿入する。その後、強度を高めるために、ツメのヘッド７６２を、好ましくは金属支持部材７７０を間に挟んで、封止剤７２０の所定の高さまで打ち付けるか、リベット締めする。前記の実施形態（図１８Ａ〜１８Ｃ）で説明したように、負極電流コレクタのツメ７６０を絶縁封止剤７２０の開口７２４に挿入する前に、アスファルト封止剤をビードとしてヘッド７６２とフランジ７６５間の負極電流コレクタのツメ７６０の外面に適用することができる。また、ツメ７６０を開口７２４に挿入する前の開口７２４の直径は、ツメ７６０の外径と同じか、それより小さい。その結果、ツメ７６０を開口７２４に押し込むと、ツメ７６０の表面と、開口７２４を画定する突起７２５の内面間に締まりばめが生じる。更に、前記の実施形態（図１８Ａ〜１８Ｃ）で説明したように、金属カバー７３０から下向きに伸びるスリーブ７３３の内径は、絶縁封止剤７３０から伸びる突起７２５の外径と同じか、それより小さい。従って、スリーブ７３３を突起７２５上に押し込むと、突起７２５が径方向に圧縮され、これら２つの構成要素間に締まりばめが生じる。このような締まりばめにより、金属カバー７３０が絶縁封止剤７２０に効果的に固定され、絶縁封止突起７２５と金属カバースリーブ７３３間で電解質が漏れる可能性が減少する。前記の実施形態（図１８〜１８Ｃ）で説明したように、金属カバー７３０から伸びるスリーブ７３３を突起７２５上に押し込む前に、アスファルト封止剤（ＫＯＲＩＴＥアスファルト又は同等品など）を突起７２５の外面に適用することができる。これにより、絶縁封止突起７２５と金属カバースリーブ７３３間の封止が更に強化される。
【０１３５】
図１９Ａ〜１９Ｂに示す実施形態では、紙ワッシャ７８０上に更に金属支持部材７７０（負端子支持タブ）が備えられているのが好ましい。支持部材７７０は、高い機械的強度と耐食性を備えた導電性金属、例えばニッケルメッキ冷間圧延鋼又はステンレス鋼、好ましくはニッケルメッキ低炭素鋼などから構成される。金属支持部材７７０の中心部分７７２には、紙ワッシャ７８０の開口７８２に合わせて凹部が形成される。負極電流コレクタ７６０を金属支持部材７７０と共にリベット締めするエンドキャップ組立体１２ｂの構成では、絶縁封止突起７２５が垂直方向に圧縮される。特に、ツメ７６０を開口７２４に挿入し、絶縁突起７２５の上部で所定の高さにリベット締めすると、突起７２５はフランジ７６５と金属支持部材７７０間で垂直方向に圧縮された状態になる。また、絶縁突起の側壁７２５ａも、前述したように、絶縁突起７２５と金属カバースリーブ７３３間の締まりばめと、負極電流コレクタ７６０と突起７２５の内面の間の勘合力により、径方向に圧縮される。更に、リベット締めにより、負極電流コレクタ７６０が更に径方向に圧縮されて膨張する。その結果、図１９Ａ〜１９Ｂに示すエンドキャップ組立体１２ｂのデザインでは、絶縁封止突起７２５の表面と金属カバー７３０の間に非常に緊密な封止が提供される。このことは、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３の間の接合面で、望ましい電解質の漏れ防止の程度を提供するように、突起７２５の長さをある程度短くできることを意味する。このような設計の実施形態（図１９Ａ）では、負極電流コレクタをエンドキャップ７９０に直接溶接する必要がないという別の利点もある。
【０１３６】
図１９Ａに示す実施形態の組立体では、最初に金属カバースリーブ７３３を絶縁突起７２５上に押し込むことで、金属カバー７３０を絶縁封止剤７２０に固定でき、両者間に締まりばめが生じる。金属支持部材７７０は、紙ワッシャ７９０の凹部にはめ込む。金属支持部材７７０をはめ込んだ紙ワッシャ７８０は、ワッシャ７８０の底面が金属カバー７３０に接着するように、金属カバー７３０の上面に接着剤で貼り付ける。負極電流コレクタのツメ７６０の上部には、ツメのヘッド７６２とフランジ７６５の間で、アスファルト封止剤又は同等品を事前にコーティングすることができる。ツメのヘッド７６２は、絶縁封止剤７２０の下面から絶縁封止突起７２５の開口７２４に押し込む。金属スリーブ７３３と絶縁突起７２５間の締まりばめは、電流コレクタのツメ７６０と絶縁突起７２５間の締まりばめと共に、絶縁突起の側壁７２５ａを径方向に圧縮する。すなわち、図１９Ａに示す電池の実施形態では、突起の側壁７２５ａが中心長手軸１９０に垂直な方向に圧縮される。電流コレクタのツメの上部寄りにあるフランジ７６５は、絶縁封止剤７２０の底面に当たる。負極電流コレクタ７６０のヘッド７６２は、金属支持部材７７０の中心開口７７２から突出する。その後、電流コレクタのツメ７６０を打ち付け、所定の高さにリベット締めすると、電流コレクタのヘッド７６２が金属支持体７７０と絶縁封止剤７２０の方向に膨張する。これにより、突起７２５に垂直方向（中心長手軸１９０に平行な方向）の圧縮力が加わり、突起が電流コレクタの打ち付けられたヘッド７６２とフランジ７６５の間で圧縮された状態になる。（その結果、図１９Ａに示す電池の実施形態では、絶縁突起の側壁７２５ａは、径方向と垂直方向の両方に圧縮されている。）その後、エンドキャップ７９０を金属支持体７９０上に配置して溶接すると、エンドキャップ組立体１２ｂが完成する。次に、電流コレクタのツメ７６０が負極１５０に貫入するように、エンドキャップ組立体１２ｂをケーシング１００の開口端部１０２に挿入することができる。その後、金属カバー７３０の周縁を電池ケーシング１００の内面に好ましくはレーザで溶接し、ケーシングの開口端部１０２を閉鎖する。
【０１３７】
エンドキャップ組立体の別の実施形態を図２０Ａ及び２０Ｂに組立体１２ｃとして示す。この第３の実施形態には、金属支持部材７７０（負端子支持タブ）が削除された以外は、前記の実施形態（図１９Ａ〜１９Ｂ）のすべての要素が含まれている。その結果、負極電流コレクタ７６０の上端７６２は、エンドキャップ７９０に直接溶接する。従って、図２０Ａ〜２０Ｂに示すデザインの実施形態では、金属支持部材７７０が存在しないため、絶縁封止突起７２５は垂直方向に圧縮されない。ただし、ツメ７６０の端部７６２は所定の高さにリベット締めし、外側に膨張するため、突起の側壁７２５ａは更に径方向に圧縮される。一方、金属カバー７３０から下向きに伸びるスリーブ７３３の内径は、絶縁封止剤７３０から伸びる突起７２５の外径と同じか、それより小さい。また、絶縁封止突起７２５の開口７２４の内径は、電流コレクタのツメ７６０の外径と同じか、それより小さい。その結果、絶縁突起の側壁７２５ａは、前述したように、絶縁突起７２５と金属カバースリーブ７３３の間の締まりばめと、負極電流コレクタ７６０と突起７２５の内面の間の締まりばめにより、径方向に圧縮される。すなわち、図２０Ａに示す電池の実施形態では、絶縁突起の側壁７２５ａは、径方向、中心長手軸１９０に垂直な方向、に圧縮されている。前記の実施形態（図１８Ａ〜１９Ｂ）で説明したように、エンドキャップ組立体１２ａの中で、負極のツメ７６０と絶縁封止剤７２０の間、及び絶縁封止剤７２０と金属カバー７３０の間に緊密な封止が生じることにより、電池からの電解質の漏れが防止される。
【０１３８】
封止突起の側壁の長さに対する径方向圧縮
それぞれ図１８Ａ〜１８Ｃ、図１９Ａ〜１９Ｂ、及び図２０Ａ〜２０Ｂに示す３つの電池の各実施形態において、当然のことながら、絶縁封止剤７２０及び一体型突起７２５に種々のプラスチック材を使用できる。前記プラスチック材は、耐久性、圧縮性、及びアルカリ溶液に対する耐性を備えたものでなければならない。プラスチックをいずれか一種類の材料に限定しようとするものではないが、絶縁封止剤７２０及び一体型突起７２５に適したプラスチックは、ポリプロピレン及びナイロン、特にナイロン６６又はナイロン６１２である。絶縁封止剤７２０及び一体型突起７２５に更に適したプラスチックは、ナイロン６６である。
【０１３９】
前記の３つの実施形態（図１８Ａ〜２０Ｂ）において、絶縁突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３の間、及び絶縁突起の側壁７２５ａと負極電流コレクタ７６０の間に良好な封止を提供するには、絶縁突起の側壁７２５ａに必要な径方向圧縮の量に望ましい範囲が存在することが分かっている。一般に、絶縁突起の側壁７２５ａの径方向圧縮の割合は、０．１％以上、望ましくは約５％〜４０％である。この範囲は、前記のポリプロピレンやナイロンを含む適したプラスチック材を広範囲に考慮したものであり、更にいずれか１つの電池サイズに限定しようとするものではない。また、この範囲は、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３の間に封止剤、例えばアスファルト封止剤など、を追加適用しているかどうかにかかわらない。突起の側壁７２５ａの圧縮が約５％〜４０％と広範囲の場合、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３との接合する長さは、望ましくは約０．４〜６ｍｍ、一般的には約１〜３ｍｍである。（突起の側壁７２５ａの長さは、本明細書で使用する時、他に記載がない限り、絶縁突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３との接合する長さも意味するものと理解するものとする。）
【０１４０】
図１８Ｄ及び１８Ｅは、図１８Ａの部分拡大図であり、金属カバースリーブ７３３に隣接する絶縁突起７２５の側壁７２５ａを示している。図１８Ｄは、突起の側壁７２５ａの元の状態の厚さ、すなわち金属スリーブ７３３内に押し込まれる前の厚さを示している。突起の側壁７２５ａを金属スリーブ７３３の開口７３４に押し込み、更に突起の側壁７２５ａの内面にツメ７６０を挿入すると、突起の側壁７２５ａを径方向に圧縮する一組の力Ｆ１及びＦ２（図１８Ｅ）が生じる。すなわち、突起の側壁７２５ａの元の厚さをＲｉ（スリーブ７３３に挿入される前）、最終的な厚さをＲｆとすると、突起の側壁７２５ａの圧縮率Δ％は以下の式で表される。
Δ％＝［Ｒｉ−Ｒｆ］／Ｒｉ×１００（式１）
【０１４１】
例えば図１８Ｅに示すように、絶縁突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３との接合する長さＬは、電解質の第１の漏れ防止経路と考えられることは理解されるであろう。すなわち、このような経路を適切に封止しないと、電池内の電解質がこのような経路を通じて電池内部から滲み出す可能性がある。（第２の同様の防止経路は、負極電流コレクタのツメ７６０と絶縁突起の側壁７２５ａの間に存在すると考えられる。）すでに定義したように、絶縁突起の側壁７２５ａの径方向圧縮の割合をΔ％、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３との接合する長さをＬとすると、Δ％とＬとの間には広範囲かつ最適な設計上の関係が存在する。全体的な目的としては、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３の間に非常に有効な第１の封止を提供することであるが（図１８Ａ〜２０Ｂ）、Ｌが増加すると負極材及び正極材に使用可能な電池内の空間が減少するため、接合する長さＬはできる限り小さく抑えられる。絶縁突起の側壁７２５ａの径方向圧縮Δ％が増加すると、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３の間の封止の度合を犠牲にせずに、接合する長さＬをある程度減少できることが分かっている。
【０１４２】
十分な封止を達成するための良好なガイドとして、Δ％及びＬ（ｍｍ）の計算値が約０．０４〜２４０の範囲内であると望ましいことが分かっている。この範囲の最小値０．０４は、使用可能な適した径方向圧縮の割合Δ％の最小値０．１％に、適した接合する長さＬの最小値、すなわち０．４ｍｍ、を掛けることで求められる。範囲の最大値２４０は、使用可能な径方向圧縮の割合Δ％の最大値４０％に、適した接合する長さＬの最大値、すなわち６ｍｍ、を掛けることで求められる。この範囲は、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３の間にアスファルトなどの封止剤を使用しているかどうかにかかわらず求められる。ただし、当然のことながら、このような封止剤の追加使用によっても封止が強化される。
【０１４３】
非限定的なある実施例では、例えば図１８Ａ〜２０Ｂに示す本発明の実施形態を使用する７／５Ｆ６サイズの平面電池の場合、良好な封止は、絶縁突起の側壁７２５ａの径方向圧縮Δ％が約１５％〜３５％、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３との接合する長さＬが約１．０８ｍｍ〜２．６６ｍｍの場合に実現される。７／５Ｆ６サイズの平面電池の好ましい封止は、絶縁突起の側壁７２５ａの径方向圧縮Δ％が約３５％、突起の側壁７２５ａと金属カバースリーブ７３３との接合する長さＬが約２．６６ｍｍの場合に実現される。従って、７／５Ｆ６サイズの平面電池の場合、非限定的な実施例では、Δ％とＬ（ｍｍ）の計算値は約１６．２〜９３．１であることが最も望ましい。
【０１４４】
当然のことながら、図１８Ａ〜２０Ｂに示す電池の実施形態の通気機構は、図１０〜１７で表示及び説明した実施形態の通気機構と同じであってもよい。
【０１４５】
従って、図１０〜１７の実施形態に示すように、１つ以上の溝通気口、好ましくは単一の溝通気口６００ａ又は６００ｂは、第１の通気機構として使用可能であることが分かっている。このような溝通気口６００ａ又は６００ｂは、図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す３つの追加の電池の実施形態にも適している。この場合、前述したように、６００ａ又は６００ｂなどの単一の溝通気口（図８及び８Ａ）は、下部の薄肉領域が圧力Ｐ１で破裂するように、ケーシング表面に切断、又は刻込み加工を施すことができる。同様の溝通気口は、図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態にも適用可能である。単一の溝通気口６００ｂは、図１０Ａに示すように、正端子１８０に近いケーシングの閉口端部付近に配置するのが好ましい。同様の溝通気口は、図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態にも適用可能であり、これらの実施形態は、同じように配置した同様の単一の溝通気口を有することができる。溝境界は閉じていても開いていてもよい。本明細書の好ましい実施形態では、溝は好ましくはケーシングの長縁部１０８ａに平行な、直線又はほぼ直線であることができる（図８及び８Ａ）。例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池では、溝通気口６００ｂはケーシングの長側面１０６ａに配置する（図１０Ａ）。図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態において、溝通気口６００ｂなどの溝がケーシング１００上に同様に配置可能であれば、これらの実施形態にも同様の溝通気口を適用することができる。好ましい実施形態では、溝通気口６００ｂは、ケーシング表面上の単一の溝通気口から構成される。非限定的な実施例では、溝６００ｂは、電池の閉口端部に平行な直線溝であってもよい（図１０Ａ）。直線溝６００ｂの両末端部は、ケーシングの短辺側面から等距離であることが好ましい。同様の溝は、図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態にも適用可能である。このような好ましい実施形態では、図１０Ａに示すように、溝６００ｂは長さ約８ｍｍで、ケーシングの閉口端部１０４から約５〜１０ｍｍの位置に配置することができる。同様の溝通気口は、図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態にも適用可能である。直線の溝６００ｂが望ましいが、このような溝をこのような形状に限定しようとするものではない。当然のことながら、溝通気口６００ｂは、曲線形状又は部分的に直線と部分的に曲線の組み合わせなど、その他の形状にすることができ、開口又は閉鎖境界パターンを形成できる。
【０１４６】
溝６００ｂ（図１０Ａ）の下部にある薄肉材は、電池内のガス圧が想定破裂圧力、約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）に達すると破裂するように設計することができる。同様の溝通気口は、図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態にも適用可能である。このような想定破裂圧力、約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）を実現するには、溝６００ｂの下部にある薄肉材の厚さは約０．０４〜０．１５ｍｍにする。あるいは、電池内のガス圧が想定破裂圧力、約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）に達すると破裂するように、溝６００ｂの下部にある薄肉材を設計することができる。このような破裂圧力、約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）を実現するには、溝６００ｂの下部にある薄肉材の厚さは約０．０７〜０．１５ｍｍにする。溝通気口６００ｂのベース部分（薄型領域６１０に隣接している部分）の幅（図１０Ａ）は典型的には約０．１〜１ｍｍ、更に典型的には約０．１〜０．５ｍｍにしてよい。同様の溝は、図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態にも適用可能である。このような範囲において、破裂圧力は主に下部の薄肉領域の厚さによりコントロールされる。ただし、当然のことながら、ケーシング１００の下部の薄肉領域に、より広い溝又は切り込み領域を適用することも可能である。
【０１４７】
従って、図１０及び１３に示す電池の実施形態で説明したように、単一の溝６００ｂは電池の第１の通気機構として働き、溝６００ｂの下部にある薄肉材６１０（図９及び１５）は、電池内のガス圧が約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）、更に典型的には約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）のレベルまで上昇した場合に破裂するように設計してある。図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態にも同様の溝を適用可能であり、図１７に示すように、ケーシング側面に配置した単一の溝通気口を有することが好ましい。また、金属カバー２３０の縁部をケーシング１００に固定するための強固なレーザ溶接部３１０ｂ（図１０）は、電池の補完通気システムとしての役割を果たすように設計する。前記強固なレーザ溶接部３１０ｂは、電池内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）のレベルまで急激に上昇して、緊急事態が発生した場合に破損又は破裂するように設計する。このような突発的な状況下でレーザ溶接部３１０ｂが破裂すると、ガスが溶接部から放出され、電池内のガス圧が通常レベルまで急速に低下する。図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す金属カバー７３０の縁部７３２を、金属カバー２３０（図１０）で表示及び説明した強レーザ溶接部と同じように溶接する場合、図１８Ａ、１９Ａ、及び２０Ａに示す追加の電池の実施形態にも同様のレーザ溶接部を適用することができる。
【０１４８】
隔離材の組み立て
図１０〜１３に示した電池の実施形態では、隔離材１４０は好都合なことに、一般的にアルカリ電池で使われている隔離材材から形成させることができる。例えば、典型的にはセルロース又はセルロース系及びポリビニルアルコール系繊維から形成させることができる。電池１０（図１０〜１３）は、典型的には、全厚約６ｍｍ、幅１７ｍｍ、長さ約３５〜６７ｍｍの長方体の形状にしてよい。望ましい隔離材は、セルロース系及びポリビニルアルコール系繊維から成る外部層（正極１１０に面する層）とレーヨンなどのセルローズ系繊維から成る内部層（負極１５０に面する層）という二重の層から構成させてよい。正極ディスク１１０を開口端部１０２からケーシングに挿入した後（図１１）に隔離材１４０を挿入して、前記隔離材が正極の露出面に接するようにする。
【０１４９】
前述の平面電池（図１０〜１３）で使用する隔離材１４０は好都合なことに、図１４〜１４Ｂに示した平面状の隔離材シートを丸めることによって形成させる。まず、縁部１４０ａから約３〜５ｍｍの位置に引いた折り線１４０ｂに沿って、手前側の縁部１４０ａをＦ１の方向へ内側に折り畳む。マンドレル（図示なし）を隔離材表面１４０ｄに接するようにして配置する。向こう側の隔離材縁部１４０ｃを前記マンドレルに巻き付けて、縁部１４０ｃが縁部１４０ａを巻き込むようにして、図１４Ａに示したような巻き付け形状にする。引き続き向こう側の縁部１４０ｃをＦ２（図１４Ａ）方向へ隔離材表面を覆うように巻き付ける。縁部１４０ｃは、接着剤によって隔離材表面に固定することができる。次に、図１４Ｂに示すように隔離材底縁部１４２を約３ｍｍ、隔離材の背面を覆うように内側に折り畳み、接着剤で前記背面に固定する。隔離材底縁部１４０ｃを単にＦ３方向へ折り畳んで押圧して図１４Ｂに示した袋状にすれば、接着剤を使用して縁部１４０ｃ及び／又は隔離材底縁部１４２を固定する工程は省くことができる。折り畳んだ隔離材をケーシングに挿入する際、正極の形状も、図１４Ｂに示した袋状の隔離材を保持する役割を果たす。マンドレル（図示なし）を取り外す。これらの作業を経て得られた巻き付け状の隔離材１４０（図１４Ｂ）は、開口端部１４４及びその反対側の閉口端部１４３とともに閉口境界面１４８を備えた袋状の形状をしている。隔離材境界面１４８は、負極材１５０を収容するキャビティ１５５を形成する。
【０１５０】
正極ディスク１１０ａを電池ケーシング１００に挿入した後、図１４Ｂに示した巻き付け状の隔離材１４０を挿入して、隔離材面が正極の露出面に面するようにする。隔離材境界面１４８は負極キャビティ１５５を形成する。負極キャビティ１５５は、図１４Ｂに示すように、楕円形の形状をしているのが好ましい。長方体形状の電池１０では、キャビティ１５５の楕円形状の短直径は典型的には約２〜３ｍｍにしてよく、全厚は約６ｍｍにしてよい。前記楕円形状の長直径は、負極キャビティ１５５全体を収容するための電池内の空間の幅よりも多少短いのが好ましい。これによって、図１６に示すように、隔離材の短側面の１つと正極ディスク１１０ａの間の間隙１４５が形成される。間隙１４５の大きさは約２〜４ｍｍ、好ましくは約２〜３ｍｍである。次に、隔離材開口端部１４３から負極材１５０を負極キャビティ１５５に充填すると、負極材１５０、正極材１１０、負極材１５０と正極材１１０の間に位置する隔離材１４０でケーシング１００を満たすことができ、隔離材の短側面の１つと正極ディスク１１０ａの間には、図１６に示すように間隙１４５（空間）が形成される。
【０１５１】
この時点では、必要に応じて、間隙１４５に直接充填することによって追加のアルカリ電解液を電池内部に加えることができることが分かっている。前記追加電解質は、注入ノズルを直接間隙１４５に挿入することによって前記間隙に充填してもよい。好ましい実施形態では、負極１５０及び正極１１０を電池の所定の位置に配置してから、少量の追加の電解溶液を間隙１４５に加えてもよい。代替的な実施形態では、正極は配置したものの、負極材を負極キャビティに挿入していない時点で追加の電解質の一部を間隙１４５に加えてもよい。それから、負極材を電池の負極キャビティに挿入することができ、その後、最終的な量の電解質を間隙１４５に加えてよい。いずれのケースでも、追加の電解質は負極の利用率（放電した負極活性剤の割合）及び電池全体の性能を高める役割を果たす。また、電池の膨張を抑制する方向に進ませる要因にもなる。
【０１５２】
上述のように隔離材１４０と正極１１０との間隙１４５に電解液を加えることで、電解液を負極に直接加えた場合に発生する可能性のあるオーバーフローの問題が回避される。例えば、初めから隔離材１４０と正極１１０の間に間隙がなく、追加の電解液を電池内部に加えると、電解液が負極１５０上の空間１４６（図１１）にあふれ出る場合がある。このようなオーバーフローは、金属カバー２３０を電池の開口端部１０２を覆う位置に配置した後、金属カバー２３０の底面又は縁部沿いが湿潤するため、望ましくない。前記湿潤が発生すると、金属カバー２３０をケーシング１００に適切にレーザ溶接する作業に悪影響が及ぶ。
【０１５３】
追加の電解液を間隙１４５に加える場合には、電解液は複数の段階を踏んで加えた方がよい。例えば、負極１５０、正極１１０及び隔離材１４０をケーシングに挿入してから追加の電解質を間隙１４５に加える場合には、前記追加の電解質は、時間的間隔、典型的には添加の間隔を約１〜４分間あけて工程を何回かに分けて徐々に加えた方がよい。こうすることで、各工程で加えられた量の電解質が負極、隔離材及び正極に吸収される時間を確保でき、金属カバー２３０を適切にレーザ溶接する作業の妨げとなるオーバーフローが発生する可能性が減少する。電池が７／５−Ｆ６サイズの長方形電池である場合、典型的には間隙１４５に加える追加の電解液の量は約１ｇ未満である。この場合、追加の量の電解質を負極、正極及び隔離材に適切に吸収させる時間を十分に確保するために、好ましくは、電解質を添加の間隔を約１〜４分間あけて均等な量を４回に分けて加えることができる。驚くべきことに、前記追加の電解質の全量を間隙１４５に充填すると、負極１５０は、隔離材面１４８を境界とする負極キャビティ１５５を拡大させるのに十分な程度まで膨張することが明らかになった。負極１５０が膨張すると、隔離材面１４８が押し出されて負極及び正極にぴったり付くため、間隙１４５が完全に閉鎖される。
【０１５４】
図１０〜１６で表示及び説明した実施形態に従って作成された電池１０について、性能試験を実施した。結果を以下の試験電池の実施例４に示す。
【０１５５】
試験電池の実施例４
図１０〜１３に示した実施形態の方形の形状した比較例と同じサイズの試験電池１０を用意した。負極の亜鉛量は２．０１ｇ、ＭｎＯ２の量は６．６９ｇであった。負極１５０及び正極１１０は、以下の構成とした。
【表９】
2008502120.tif 000010
注：
１．亜鉛粒子の平均粒径は約１５０μｍであり、インジウムの総含有量が約２００ｐｐｍになるようにインジウムで合金且つメッキした。
２．Ｒｈｏｎｅ  Ｐｏｕｌｅｎｃから入手した有機リン酸エステル系界面活性剤溶液ＲＭ５１０。
３．電解質溶液には、ゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ  Ｃ９４０を合わせて電解質溶液の約１．５重量％含有させた。
【表１０】
2008502120.tif 000011
注：
１．グラファイトＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ  Ｄｅ  Ｇｒａｆｉｔｅから入手した天然グラファイトである。
【０１５６】
負極及び正極を電池ケーシングの所定の位置に配置した後、追加の９規定ＫＯＨ電解質の合計０．８２ｇを隔離材１４０と正極間の間隙１４５（図１６）に４回に分けて（０．２０５ｇずつ）注入した。次の注入までの時間的間隔は約１〜４分であった。電解質０．８２ｇの全量を注入しても、前記の負極及び正極の構成に大きな変化はない。追加の電解質の全量は、その一部が負極に、別の一部が正極に、更に一部が隔離材にそれぞれ吸収される。間隙１４５に注入した電解質は、負極を膨張させ、その結果、間隙１４５が閉鎖される。この手法により、負極上の空間１４６に電解質をオーバーフローさせることなく、追加の電解質を負極に注入することができる。このような電解質のオーバーフローは、金属カバー２３０の縁部を濡らし、金属カバー２３０を電池ケーシングに適切に溶接できなくする可能性があるため、望ましくない。
【０１５７】
試験電池のケーシング１００の壁厚は０．３８ｍｍであった。新品の電池１０の長さは６７ｍｍ、厚さは５．６ｍｍ、幅は１７ｍｍであった。電池の負極１５０及び正極１１０は、ＭｎＯ２の理論容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の容量（亜鉛１グラム当たり８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が１．５になるように平衡化した。負極の亜鉛量は２．０１ｇであった。（正極のＭｎＯ２の量は６．６９ｇであった。）負極、正極及び隔離材は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を占めていた。ケーシングの外厚に対する負極の厚さの割合は約０．３５であった。
【０１５８】
厚さは、長手軸１９０に垂直な平面に沿って電池の外厚（短直径）の端から端までを測定した。
【０１５９】
電池はカットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、９０ミリワットの「電源オン」と３時間の「電源オフ」のサイクルで間欠的に放電された。実際の耐用時間は２０．１時間であった。ケーシングの厚さは５．６ｍｍから５．９９ｍｍに膨張した。（厚さは、図１Ａ又は図１２に示す長側壁１０６ａ及び１０６ｂの外面間を測定した。）
【０１６０】
上記の比較試験では、電池の平衡比率（亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論比値）が約１．１の場合、平面試験電池は著しく膨張し、全体の厚さが５．６ｍｍから６．１３ｍｍになった。上記の試験実施例４（平衡比率１．５）では、電池の膨張は少なく、５．６ｍｍから６．０３ｍｍになった。この試験実施例４（平衡比率１．５）では、電池の膨張は５．６ｍｍから５．９９ｍｍであった。
【０１６１】
本発明の好ましい実施形態は、全体として長方体（方形平行６面体）形状を有する平面アルカリ電池に関して説明してあるが、当然のことながら、このような全体の形状は種々のさまざまなバリエーションが可能であり、それらのバリエーションは本発明の概念の範囲内に入る。平面電池の場合、例えば長方体（方形平行６面体）形状では、長方形の形状を維持しながらも、ハウジングの端子端部が外側又は内側に向かうほど少し細くなるようにすることができる。このように変形させた形状の全体的外観は、本質的には直方体のままであり、本明細書における長方体又はその法律上の同等物の趣旨の範囲内に入るものとする。その他の全体的形状のバリエーションには、例えば、電池の端部と、ハウジングのいずれか１つの側面との角度を多少変更して、平行６面体を厳密な方形からわずかに逸脱させるものなど、すなわち完全な長方形からやや不完全な長方形にしたものなどがあるが、いずれも、本明細書及び請求項で使用する長方体（方形平行６面体）の趣旨の範囲内に入るものとする。
【０１６２】
本発明の範囲は、平面状、すなわち外部ケーシングの長さ方向沿いの側面が実質的に平らな形状をしている電池の形状全体にまで及ぶものとするのが望ましい。つまり、「平面」という用語の範囲は、湾曲率が小さく実質的に平らである面にまで及び、これらの表面も「平面」という用語に含まれると理解するものとする。とりわけ、本発明の概念の範囲は、電池ケーシングの長さ方向沿いの側面が平面多角形状の面である平面電池にまで及ぶものとする。つまり、外部ケーシングの側面をすべて多角形にして、前記電池の全体的外観を多面体形状にしてよい。また、本発明の範囲は、電池ケーシングの長さ方向沿いの側面が平面、つまり平行四辺形で、電池の全体の形状がプリズム型である電池にまで及ぶものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】本発明の平面アルカリ電池の負端子端部の斜視図。
【図１Ａ】図１の平面アルカリ電池の正端子端部の斜視図。
【図２】図１Ａに示した電池を表示線２−２に沿って切った断面図。
【図２Ａ】改良型プラグのデザインを示す、図１に示した電池を表示線２−２に沿って切った断面図。
【図３】図１Ａに示した電池を表示線３−３に沿って切った断面図。
【図３Ａ】改良型プラグのデザインを示す、図１Ａに示した電池を表示線３−３に沿って切った断面図。
【図４】平面アルカリ電池のエンドキャップ組立体の構成要素の分解図。
【図４Ａ】図２Ａ及び３Ａに示した改良型プラグをハウジングキャビティ内で圧縮する前のプラグの斜視図。
【図４Ｂ】細長い負極キャビティを示しており、電池を図１Ａの表示線４Ｂ−４Ｂに沿って電池の長手軸に垂直な平面で切った断面の平面図。
【図４Ｃ】細長い負極キャビティのもう一つの実施形態を示す、電池の横断面の平面図。
【図４Ｄ】細長い負極キャビティの第３の実施形態を示す、電池の横断面の平面図。
【図５】電池ケーシングに組み込まれる電池内容物とエンドキャップ組立体の分解図。
【図６】強固な溶接部及び脆弱な溶接部によって縁部が電池ケーシングの内面にレーザ溶接されている金属カバープレートの平面図。
【図６Ａ】強固な溶接部及び脆弱な溶接部によって縁部が電池ケーシングの圧着縁部にレーザ溶接されている金属カバープレートの平面図。
【図７】電池ケーシング本体の図で、電池ケーシングの強固な溶接部及び脆弱な溶接部の実施形態を示している。
【図７Ａ】電池ケーシング本体の図で、電池ケーシングの強固な湾曲溶接部及び脆弱な湾曲溶接部の実施形態を示している。
【図８】薄肉材の下部領域を形成するケーシング本体の溝を示す、電池の側面図。
【図８Ａ】薄肉材の下部領域を形成するケーシング本体の複数の溝を示す、電池の側面図。
【図９】図８及び８Ａに示した典型的な溝の断面図。
【図１０】図１０Ａに示す電池ケーシングにレーザ溶接した金属カバーの上面図。
【図１０Ａ】ケーシングの長側面にある単一の溝付き通気口を示す、平面アルカリ電池の実施形態の側面図。
【図１１】図１０Ａに示した電池を長側面に沿って切った断面図。
【図１２】図１０Ａに示した電池を短側面に沿って切った断面図。
【図１３】図１０Ａに示した平面電池のエンドキャップ組立体の構成要素の分解図。
【図１４】１枚の隔離材材から、図１０Ａの電池の隔離材を組み立てる方法。
【図１４Ａ】巻き付け状の隔離材シートを形成させるプロセス。
【図１４Ｂ】開口端部とその反対側の閉口端部を備えた巻き付け状の隔離材の完成品。
【図１５】溝付き通気口を切り取って形成させたＶ字型の溝の代替的な形状。
【図１６】隔離材の短側面と正極の間に間隙を備えた実施形態。
【図１７】プラスチックエキステンダーの代わりに、溶接した金属カバー上に紙ワッシャを配置した点以外は図１１の電池と同じである代替的な実施形態。
【図１８Ａ】スリーブ付きカバーを備えた本発明の電池の実施形態を長側面に沿って切った断面図の一部。
【図１８Ｂ】図１８Ａに示した電池の短側面に沿って切った断面図の一部。
【図１８Ｃ】図１８Ａ及び図１８Ｂの実施形態に示したエンドキャップ組立体の構成要素の分解図。
【図１８Ｄ】突起の側壁が径方向に圧縮される前の元の状態を示している、図１８Ａの絶縁突起の拡大断面図。
【図１８Ｅ】突起の側壁が径方向に圧縮された後の状態を示している、図１８Ａに示した絶縁突起の拡大断面図の一部。
【図１９Ａ】スリーブ付きカバーを備えた本発明の電池の第２の実施形態を長側面に沿って切った断面図の一部。
【図１９Ｂ】図１９Ａの実施形態に示したエンドキャップ組立体の構成要素の分解図。
【図２０Ａ】スリーブ付きカバーを備えた本発明の電池の第３の実施形態を長側面に沿って切った断面図の一部。
【図２０Ｂ】図２０Ａの実施形態に示したエンドキャップ組立体の構成要素の分解図。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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