(57)【要約】  本発明は平面状、好ましくは長方体状のハウジングを備えたアルカリ電池に関するものである。該電池には、亜鉛が含まれている負極とオキソ水酸化ニッケルが含まれている正極を搭載することができる。ケーシングの全厚は比較的薄く、典型的には約５〜１０ｍｍにすることができるが、該厚さよりも薄くしてもよい。電池内容物を開口端部からケーシングに充填し、続いてエンドキャップ組立体を開口端部に挿入して電池を封止することができる。エンドキャップ組立体には通気機構、好ましくは溝付き通気口が備わっており、該機構は、電池内のガス圧が閾値レベル約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）に到達した場合に作動するようにできる。該電池には、該圧力よりも高い圧力レベルで作動する補完通気機構（ケーシング表面上のレーザ溶接領域など）を搭載することができる。
2008502121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負端子及び正端子と、外部ケーシングとを備えてなる１次アルカリ電池であって、
該外部ケーシングが、該外部ケーシングの全長部分に沿って走る完全円筒型の面と別の側面を１つ以上備えてなり、前記ケーシングが閉口端部及び該反対側の開口端部とを有し、
前記電池が、前記ケーシング内に亜鉛を含む負極及びオキソ水酸化ニッケルを含む正極と、前記負極及び正極との間におけるセパレータと、前記ケーシングの開口端部を封止することにより前記電池内部周辺に境界面を形成させるエンドキャップ組立体とをさらに備えてなる、１次アルカリ電池。
【請求項２】
前記オキソ水酸化ニッケルがオキソ水酸化ニッケルから成る粉末状であり、前記オキソ水酸化ニッケル粒子表面の一部以上がオキソ水酸化コバルトでコーティングされている、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項３】
前記正極に、前記オキソ水酸化ニッケルとの混合物の形で二酸化マンガンをさらに備えてなる、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項４】
前記二酸化マンガンが電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）を備えてなる、請求項３に記載のアルカリ電池。
【請求項５】
前記正極が、耐酸化性グラファイトから成る導電性カーボンをさらに備えてなる、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項６】
前記正極が、導電性カーボンを約２〜１２重量％さらに含み、前記導電性カーボンが、耐酸化性グラファイトを約１０〜１００重量％含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項７】
耐酸化性グラファイトが平均粒子サイズ約３〜３０ミクロンの粒子状である、請求項６に記載のアルカリ電池。
【請求項８】
耐酸化性グラファイトが平均粒子サイズ約５〜２０ミクロンの粒子状である、請求項６に記載のアルカリ電池。
【請求項９】
前記耐酸化性グラファイトの総灰分が０．１重量％未満である、請求項８に記載のアルカリ電池。
【請求項１０】
前記耐酸化性グラファイトがＢＥＴ比表面積１０ｍ２／ｇ未満の粒子状である、請求項９に記載のアルカリ電池。
【請求項１１】
前記耐酸化性グラファイトの総灰分が０．１重量％未満、ＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇ未満、レーザー回折による平均粒子サイズが約３〜２０ミクロンである、請求項６に記載のアルカリ電池。
【請求項１２】
前記外部ケーシングの内面が前記正極に面し、前記内面に耐酸化性グラファイトによる導電コーティングが施されている、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１３】
前記ケーシングに実質的に平らな側面が１つ以上ある、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１４】
負端子及び正端子と、外部ケーシングとを備えてなる１次アルカリ電池であって、
該外部ケーシングが、該外部ケーシングの全長部分に沿って走る１対の向かい合っている側面を備えてなり、前記ケーシングが閉口端部及び該反対側の開口端部とを有し、
前記電池が、前記ケーシング内に亜鉛を含む負極及びオキソ水酸化ニッケルを含む正極と、前記負極及び正極との間におけるセパレータと、前記ケーシングの開口端部を封止することにより前記電池内部周辺に境界面を形成させるエンドキャップ組立体とをさらに備えてなり、
前記正極に、正極材を使用せずに開口部が貫くようにして配置されている１つ以上の正極スラブと、前記外部ケーシングの内面と接触している前記正極の１つ以上の外面部分とをさらに備えてなる、１次アルカリ電池。
【請求項１５】
前記正極に長方形状の正極スラブが複数と、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とを備えてなり、前記正極スラブをケーシング内で積み重ね、該正極の外面が該ケーシングの内面と接触することにより正極材が使用されていない開口部によってコアが形成される、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項１６】
前記正極スラブの外面に接触している前記ケーシングの内面に、耐酸化性グラファイトによる導電コーティングが施されている、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項１７】
前記向かい合っている側面が少なくとも実質的に平らである、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項１８】
前記外部ケーシングが長方体状である、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項１９】
前記オキソ水酸化ニッケルが平均粒子サイズ約２〜５０ミクロンの粉末状である、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２０】
前記亜鉛が平均粒子サイズ約１〜２５０ミクロンの粉末状である、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２１】
負極内の総亜鉛の５重量％以上が、０．０７５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な２００メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉である、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２２】
負極内の亜鉛全体の１０重量％以上が、０．０７５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な２００メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉であり、前記亜鉛全体の平均粒子サイズが約７５〜３４０ミクロンになるように、負極内の前記亜鉛全体に前記亜鉛微粉よりもサイズの大きい亜鉛粒子をさらに含有する、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２３】
負極内の亜鉛全体の１０重量％以上が、０．０７５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な２００メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉であり、前記亜鉛微粉の平均粒子サイズは約１〜７５ミクロンであり、前記亜鉛全体の平均粒子サイズが約７５〜３４０ミクロンになるように、負極内の前記亜鉛全体に前記亜鉛微粉よりもサイズの大きい亜鉛粒子をさらに含有する、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２４】
負極内の亜鉛全体の５０重量％が、０．０７５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な２００メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉であり、前記亜鉛全体の平均粒子サイズが約７５〜２００ミクロンになるように、負極内の前記亜鉛全体に前記亜鉛微粉よりもサイズの大きい亜鉛粒子をさらに含有する、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２５】
負極内の亜鉛全体の５０重量％が、０．０７５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な２００メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉であり、前記亜鉛微粉の平均粒子サイズが約１〜７５ミクロンであり、前記亜鉛全体の平均粒子サイズが約７５〜２００ミクロンになるように、負極内の前記亜鉛全体に前記亜鉛微粉よりもサイズの大きい亜鉛粒子をさらに含有する、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２６】
負極内の総亜鉛の５重量％が、０．０４５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な３２５メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉である、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２７】
負極内の亜鉛全体の１０重量％が、０．０４５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な３２５メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉であり、前記亜鉛全体の平均粒子サイズが約３５〜３１４ミクロンになるように、負極内の前記亜鉛全体に前記亜鉛微粉よりもサイズの大きい亜鉛粒子をさらに含有する、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２８】
負極内の亜鉛全体の１０重量％以上が、０．０４５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な３２５メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉であり、前記亜鉛微粉の平均粒子サイズが約１〜３５ミクロンであり、前記亜鉛全体の平均粒子サイズが約３５〜３１４ミクロンになるように、負極内の前記亜鉛全体に前記亜鉛微粉よりもサイズの大きい亜鉛粒子をさらに含有する、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項２９】
負極内の亜鉛全体の５０重量％以上が、０．０４５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な３２５メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉であり、前記亜鉛全体の平均粒子サイズが約３５〜１２５ミクロンになるように、負極内の前記亜鉛全体に前記亜鉛微粉よりもサイズの大きい亜鉛粒子をさらに含有する、請請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項３０】
負極内の亜鉛全体の５０重量％以上が、０．０４５ｍｍの方形型開口部を有する標準的な３２５メッシュスクリーンを貫通可能な大きさの亜鉛微粉であり、前記亜鉛微粉の平均粒子サイズが約１〜３５ミクロンであり、前記亜鉛全体の平均粒子サイズが約３５〜１２５ミクロンになるように、負極内の前記亜鉛全体に前記亜鉛微粉よりもサイズの大きい亜鉛粒子をさらに含有する、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項３１】
前記オキソ水酸化ニッケルに、アルミニウム、マグネシウム、コバルト、亜鉛、ガリウム、インジウム及びこれらの混合物から成る群から選択されるバルク化学ドーパントをさらに含む、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項３２】
前記オキソ水酸化ニッケルに、β−オキソ水酸化ニッケル、γ−オキソ水酸化ニッケル、及びこれらの混合物から成る群から選択されるオキソ水酸化ニッケルがさらに含まれている、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項３３】
前記オキソ水酸化ニッケルが粒子から成る粉末状であり、前記オキソ水酸化ニッケル粒子の１つ以上の表面部分がオキソ水酸化コバルトでコーティングされている、請求項１４に記載アルカリ電池。
【請求項３４】
前記正極に約８０〜９５重量％のオキソ水酸化ニッケルが含まれている、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項３５】
前記正極に、前記オキソ水酸化ニッケルとの混合物の形で電解二酸化マンガンがさらに含まれている、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項３６】
前記正極に、耐酸化性グラファイトから成る導電性カーボンがさらに含まれている、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項３７】
前記耐酸化性グラファイトの総灰分が０．１重量％未満である、請求項３６に記載のアルカリ電池。
【請求項３８】
前記耐酸化性グラファイトがＢＥＴ比表面積１０ｍ２／ｇ未満の粒子状である、請求項３７に記載のアルカリ電池。
【請求項３９】
前記耐酸化性グラファイトのレーザー回折による平均粒子サイズが約３〜３０ミクロンである、請求項３８に記載のアルカリ電池。
【請求項４０】
前記耐酸化性グラファイトのレーザー回折による平均粒子サイズが約５〜２０ミクロンである、請求項３９に記載のアルカリ電池。
【請求項４１】
前記耐酸化性グラファイトの総灰分が０．１重量％未満、ＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇ未満、レーザー回折による平均粒子サイズが約５〜２０ミクロンである、請求項３６に記載のアルカリ電池。
【請求項４２】
前記耐酸化性グラファイトが、１５０ｎｍ（１５００オングストローム）を超える非常に高い結晶化度（結晶の「ｃ」軸方向の晶子サイズ、Ｌｃ）を有し、格子定数ｄ００２が０．３３５６ｎｍ（３．３５６オングストローム）未満であることを特徴とする、請求項３９に記載のアルカリ電池。
【請求項４３】
前記耐酸化性グラファイトの結晶格子欠陥比率（１次レーザーラマン吸収スペクトルによって、１３３０〜１３６０ｃｍ−１に集中している「Ｄ」バンド下の結合エリアの、１５７０〜１５８０ｃｍ−１に集中している「Ｇ」バンド下の結合エリアに対する比率を測定した値）が約０．１５未満である、請求項３９に記載のアルカリ電池。
【請求項４４】
前記耐酸化性グラファイトがグラファイト粉末Ｔｉｍｒｅｘ  ＳＦＧという名称で市販されている、請求項３６に記載のアルカリ電池。
【請求項４５】
前記正極に導電性カーボンが約２〜１２重量％含まれており、前記導電性カーボンに耐酸化性グラファイトが約１０〜１００重量％、さらに含まれている請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項４６】
耐酸化性グラファイトが平均粒子サイズ約３〜３０ミクロンの粒子状である、請求項３６に記載のアルカリ電池。
【請求項４７】
耐酸化性グラファイトが平均粒子サイズ約５〜２０ミクロンの粒子状である、請求項３６に記載のアルカリ電池。
【請求項４８】
前記外部ケーシングの内面が前記正極に面しており、前記内面に耐酸化性グラファイトによる導電コーティングが施されている、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項４９】
前記正極及び負極にさらに、水酸化カリウムの水溶液からなる電解質が含まれている、請求項１４に記載のアルカリ電池。
【請求項５０】
負端子及び正端子と、外部ケーシングとを備えてなる１次アルカリ電池であって、
該外部ケーシングが、該外部ケーシングの全長部分に沿って走る１対の向かい合っている側面を備えてなり、前記ケーシングが閉口端部及び該反対側の開口端部とを有し、
前記電池が、前記ケーシング内に亜鉛を含む負極及びオキソ水酸化ニッケルを含む正極と、前記負極及び正極との間におけるセパレータと、前記ケーシングの開口端部を封止するエンドキャップ組立体とを備えてなり、
前記正極に、正極材を使用せずに開口部が貫くようにして配置されている１つ以上の正極スラブと、前記外部ケーシングの内面と接触している前記正極の外面部が１つ以上ある１次アルカリ電池であって、
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のうち、前記通気機構に、前記境界面上に溝がある第１の破壊領域と前記境界面上に位置する第２の破壊領域があり、前記境界面上の溝によって下部の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、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５１】
前記正極に長方形状の複数の正極スラブと、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とを備えてなり、前記正極スラブをケーシング内で積み重ね、該正極の外面が該ケーシングの内面と接触することにより正極材が使用されていない開口部によってコアが形成される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５２】
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５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５３】
電池缶内のガス圧が約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５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５４】
電池缶内のガス圧が約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）まで上昇した場合に前記第１の破裂ゾーンが破裂する、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５５】
電池缶内のガス圧が約５，５１５×１０３〜１７，２３５×１０３パスカルゲージ（８００〜２，５００ｐｓｉｇ）まで上昇した場合に前記第２の破裂ゾーンが破裂する、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５６】
前記第２の破裂ゾーンの境界面部内にレーザ溶接部が備わっている、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５７】
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５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５８】
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、前記ケーシングと、前記ケー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、該開口端部を閉鎖させた、請求項５６に記載のアルカリ電池。
【請求項５９】
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、前記ケーシングの内面と、前記ケー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た、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６０】
前記レーザ溶接部をＮｄ：Ｙａｇレーザによって形成させ、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）のレベルまで上昇した場合に前記レーザ溶接部が破裂する、請求項５６に記載のアルカリ電池。
【請求項６１】
前記金属カバーが長方形状の金属プレートである、請求項５８に記載のアルカリ電池。
【請求項６２】
前記金属カバーが開口部を有する長方形状のプレートである、請求項５８に記載のアルカリ電池。
【請求項６３】
前記エンドキャップ組立体に、前記金属カバー、端子エンドプレート、絶縁封止部材、前記絶縁封止部材と前記金属カバーとの両方に一部が貫通している細長い電気的導電性部材を備えてなり、前記導電性部材が前記端子エンドプレートに電気接続している、請求項５９に記載のアルカリ電池。
【請求項６４】
前記電気的導電性部材が前記負極に電気接続している、請求項６３に記載のアルカリ電池。
【請求項６５】
細長い前記導電性部材の一部が前記負極を貫通し、負極電流コレクタとしての役割を果たす、請求項６４に記載のアルカリ電池。
【請求項６６】
前記エンドキャップ組立体において、前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間に電気的絶縁性部材をさらに配置することによって、前記端子エンドプレートを前記金属カバーから絶縁させる、請求項６３に記載のアルカリ電池。
【請求項６７】
前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間にある前記電気的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６６に記載のアルカリ電池。
【請求項６８】
前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間にある前記電気的絶縁性部材が紙材から構成される、請求項６６に記載のアルカリ電池。
【請求項６９】
前記端子エンドプレートの中央領域の厚さが前記エンドプレートの平均厚よりも薄く、細長い前記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エンドプレートに溶接させた、請求項６６に記載のアルカリ電池。
【請求項７０】
細長い前記導電性部材の表面の少なくとも一部と前記金属カバーとの間に、アスファルトから成るシーラント材を配置して、前記表面からアルカリ電解液が漏出するのを防ぐ、請求項６３に記載のアルカリ電池。
【請求項７１】
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領域の少なくとも一部にキャビティを設けた、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項７２】
前記キャビティが長円形状である、請求項７１に記載のアルカリ電池。
【請求項７３】
水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム及びこれらの混合物から成る群から選択されるアルカリ金属水酸化物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５０に記載のアルカリ電池。
【請求項７４】
前記アルカリ電解液に酸化亜鉛がさらに含まれている、請求項７３に記載のアルカリ電池。
【請求項７５】
前記向かい合っている側面が少なくとも実質的に平らである、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項７６】
前記電池の全厚が約５〜１０ｍｍであり、前記全厚が前記ケーシングの向かい合っている側面の外面間の距離（前記ケーシングの短直径）を意味する、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項７７】
ケーシングが、壁厚約０．３０ｍｍ〜０．５０ｍｍの金属から構成されている、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項７８】
ケーシングが、壁厚約０．３０ｍｍ〜０．４０ｍｍの金属から構成されている、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項７９】
前記ケーシングが鋼から構成されている、請求項５０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、オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極、水性の水酸化カリウムから成る電解質を備えてなる、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には、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が備わっている。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、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。まず、拡大させ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内に設けることもできる。
【０００４】
亜鉛負極及びオキソ水酸化ニッケル正極を備えた円筒型アルカリ電池は、同一出願人による特許出願のうち２００２年８月２８日申請の米国特許出願番号１０／２２８，９５７号、公開番号ＵＳ２００４／００４３２９２Ａ１号に開示されている。一般的にこのような電池は、同程度の亜鉛負極を備えた従来型のアルカリ電池よりも水素ガスの発生量が少なく、その結果、放電後の内部圧力も低い。同一出願人による特許出願のうち２００４年４月２６日申請の米国特許出願番号１０／８３１，８９９号には、本願における本発明の組成物と関連のある、亜鉛負極及びオキソ水酸化ニッケル正極を備えたアルカリ電池の負極及び正極の構成について開示されている。
【０００５】
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、絶縁封止ディスク及び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。
【０００６】
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口が開示されている。このような通気口の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金属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通気口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金属電池がある。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、ゴム製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、ゴム製プラグは自動的に再固定される。１次アルカリ電気化学電池には、通常、亜鉛負極活性剤、アルカリ電解質、二酸化マンガン正極活性剤、電解質透過性セパレータフィルム、通常はセルロース又はセルロース繊維もしくはポリビニルアルコール繊維の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。
【０００７】
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、水酸化リチウム、又はこれらの混合物にすることができる。正極には、バルク導電性を高める目的で導電添加剤、典型的には黒鉛炭素（例えばグラファイト）のような炭質物質と混ぜ合わせる電気化学活性剤として、粒子状の金属酸化物、例えば二酸化マンガン、オキソ水酸化ニッケル、又はこれらの混合物を含めることができる。任意に、少量の高分子結合剤（例えばポリエチレンやポリテトラフルオロエチレン）、及びチタン含有化合物のように効果を向上させる添加剤を正極に含めることもできる。
【０００８】
好適な負極活性剤は、二酸化マンガン、好ましくは硫酸マンガンの酸性溶液を直接電解して生成した電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）、オキソ水酸化ニッケル（例えば、β−オキソ水酸化ニッケルやγ−オキソ水酸化ニッケル）、及び電解二酸化マンガンとオキソ水酸化ニッケルの物理的混合物から選択することができる。一般的に、ＥＭＤもオキソ水酸化ニッケルも導電率が比較的低い。このため、正極材の各粒子間、及び正極材と円筒型電池ハウジング内面の粒子間の導電性を高める目的で、正極混合物には導電添加剤が含まれている。前記ハウジングは正極電流コレクタとしての機能も果たす。好適な導電性電解質としては、炭質物質、例えばグラファイト、黒鉛炭素、カーボンブラック（アセチレンブラック、石油コークスなど）のような導電性炭素粉末が挙げられる。導電添加剤は望ましくは、黒鉛炭素、例えば片状の高結晶性天然黒鉛、片状の高結晶性合成グラファイト、膨張及び剥離グラファイト、黒鉛化炭素繊維、炭素ナノ繊維、フラーレン、又はこれらの混合物にすることができる。黒鉛炭素は耐酸化性グラファイトであるのが好ましい。
【０００９】
現在、長方形状の充電式小型電池が市販されており、これらの電池は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電子機器に電力を供給する目的で利用することができる。前記電池は典型的には長方体（直方体）の形状をしており、サイズはスティックタイプのチューイングガムのパッケージとほぼ同じである。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）金属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。
【００１０】
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。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。
【００１１】
ミニディスクプレイヤー、ＭＰ３プレイヤー、携帯ゲーム機などの小型電子機器に電力を供給する際に、小型充電式ニッケル水素金属電池の代わりに小型１次アルカリ電池を使えるように、長方体（直方体）状の充電式小型ニッケル水素金属電池と同じサイズ、同じ形状を備えた（非充電式）小型平面１次アルカリ電池があれば望ましい。
【００１２】
長方形状の充電式小型電池、とりわけ充電式小型ニッケル水素金属電池の代わりに、長方形状の小型１次アルカリ電池、好ましくはオキソ水酸化ニッケルが含まれている正極を備えた電池を使用できれば非常に望ましい。
【００１３】
既定の電池ハウジング（ケーシング）の壁厚に関して言えば、当然のことながら、長方形状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ハウジングよりも、電池内圧の上昇（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が一定とした場合、長方形（長方体）状のハウジングににかかる円周応力（フープ応力）が同等のサイズの円筒状ハウンジングよりもかなり大きくなることに起因する。長方形電池が変形（膨らみ又は膨張）する問題は、ハウン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、全体壁厚が薄い、例えば約１０ｍｍ未満の長方形電池では、ハウジングの壁厚をかなり厚くすると、負極材及び正極材用の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向上する。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１次アルカリ電池、例えば、長方形（長方体）のハウンジングを備え、ハウンジングの壁厚が薄く、電池を通常使用している時にハウンジングがあまり膨張しないＦ６又は７／５−Ｆ６サイズの電池を設計するのが望ましい。
【００１５】
つまり、前記長方形状の１次アルカリ電池を同等サイズの充電式小型平面ニッケル水素金属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、従来のアルカリ電池よりも放電時の水素ガスの発生量が少ない１次（非充電式）アルカリ電池に関するもので、前記電池には、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水素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が備わっている。前記電池ケーシングには、電池の全長方向に沿って走る平らな向かい合っている壁が１対以上ある。
【００１７】
アルカリ電池は平行６面体状でもよいが、長方体（直方体）であるのが望ましい。電池ケーシングは長方体状にすることができ、一体型の円筒型断面がないのが好ましい。アルカリ電池には、亜鉛系粒子が含まれている負極、オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極、アルカリ電解質、好ましくは水性の水酸化カリウム溶液が備わっているのが望ましい。
【００１８】
本発明の別の態様では、平面アルカリ電池には、オキソ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）が含まれている正極、亜鉛又は亜鉛系合金が含まれている負極、負極及び正極の間に配置されたセパレータ、水酸化カリウムが含まれており負極及び正極と接触しているアルカリ電解液を含めることができる。
【００１９】
ある態様では正極には、オキソ水酸化ニッケル、黒鉛炭素、好ましくは耐酸化性グラファイトのような導電添加剤、水溶性アルカリ電解液が含まれている。任意に、正極に高分子結合材、酸化添加剤、又はこれらの混合物を含めることができる。正極には例えば、オキソ水酸化ニッケルを６０〜９７重量％、８０〜９５重量％、又は８５〜９０重量％含めることができる。
【００２０】
オキソ水酸化ニッケルとしては、β−オキソ水酸化ニッケル、オキソ水酸化コバルトでコーティングされたβ−オキソ水酸化ニッケル、γ−オキソ水酸化ニッケル、オキソ水酸化コバルトでコーティングされたγ−オキソ水酸化ニッケル、β−オキソ水酸化ニッケルとγ−オキソ水酸化ニッケルの混合物、オキソ水酸化コバルトでコーティングされたβ−オキソ水酸化ニッケルとオキソ水酸化コバルトでコーティングされたγ−オキソ水酸化ニッケルの混合物が挙げられる。前記オキソ水酸化ニッケルは、名目上、球形又は楕円形の形状をしている粒子が含まれている粉末にすることができる。オキソ水酸化ニッケル粉末の平均粒子サイズは２〜５０ミクロン、５〜３０ミクロン、１０〜２５ミクロン、又は１５〜２０ミクロンにすることができる。オキソ水酸化ニッケルにはバルクドーパントを１つ以上含めることができる。バルクドーパントには、オキソ水酸化ニッケルの伝導率を高めるとともに、オキソ水酸化ニッケルの半電池電位を減少させ、その結果、電池の開放回路電圧（ＯＣＶ）減少させる機能がある。
【００２１】
本発明の別の態様では、正極に、正極のバルク導電性を高める働きのある導電添加剤を含めることができる。好適な導電添加剤の例としては、導電性炭素粒子、ニッケル粉末、コバルト粉末、酸化コバルト、オキソ水酸化コバルト、炭素繊維、炭素ナノ繊維、又はこれらの混合物が挙げられる。炭素ナノ繊維については、例えば、同一出願人が２０００年９月７日に申請した米国特許出願番号０９／６５８，０４２号及び２００１年４月１０日に申請した米国特許出願番号０９／８２９，７０９号に記されている。さらに具体的に言えば、正極には導電性炭素粒子を２〜２０重量％、５〜１５重量％、又は６〜８重量％含めることができる。導電性炭素粒子としては、黒鉛化炭素、カーボンブラック、アセチレンブラック、石油コークが挙げられる。導電性炭素粒子は、球形に非常に近い形状；縦、横、高さのうちの１つが残りの２つよりも実質的に長い細長い形状；縦、横、高さのうちの２つが残りの１つよりも細長いフレーク様の形状；又は繊維性若しくは糸様の形状など、さまざまな形状にすることができる。導電性炭素は黒鉛化炭素であるのが好ましい。黒鉛化炭素としては、天然黒鉛、合成グラファイト、膨張性グラファイト、黒鉛化カーボンブラック、黒鉛状炭素ナノ繊維、フラーレン、又はこれらの混合物が挙げられる。典型的には、天然及び合成グラファイト粒子はフレークのような形状をしている。さらに、正極に黒鉛化炭素を比較的高い割合で、例えば６〜１０重量％含めることによって正極の効率性を向上させ、保管期間を経た後、低い消耗率で放電させた電池の容量を高めることができる。
【００２２】
正極活性剤としてオキソ水酸化ニッケルを含有させたアルカリ電池では、耐酸化性を備えた天然又は合成グラファイトを使用するのが好ましい。典型的には、耐酸化性グラファイトは非常に高い温度、例えば約２５００°Ｃ超又は約３０００°Ｃ超の不活性大気下で高純度の天然又は合成グラファイトに処理を施すことによって生成することができる。オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極を有する電池には、ガスアルカリ電解液を酸化させて酸素ガスを発生させるのに十分な高さの解放回路電圧（ＯＶＣ）を備えさせることができる。オキソ水酸化ニッケルによってアルカリ電解液が酸化するのは、荷電ニッケル電極による既知の自己放電プロセスである。発生した酸素ガスには負極内のグラファイトの酸化を促す作用があり、これにより正極の伝導率が低下し、副生成物として可溶性炭酸カリウムが生成される。電解質の炭酸イオン濃度が向上すると、イオン伝導率が低下する可能性がある。また、高温での保管中には、オキソ水酸化ニッケルが直接グラファイトを酸化させる可能性がある。
【００２３】
本発明の別の態様では、オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極とともに耐酸化性グラファイトを電池に使用すると、望ましくない自己放電プロセスの程度が大きく軽減される可能性があることが分かっている。一般的に、グラファイトの耐酸化性は、多くの要因によって判断することができる。例えば、グラファイトの酸化率は少なくとも部分的にグラファイト粒子の比表面積と関連性があり、表面積が小さいほどグラファイトの耐酸化性は高くなると考えられている。同様に、グラファイトの耐酸化性は少なくとも部分的に平均粒子サイズ及び粒度分布と関連性がある。典型的には粒子のサイズが大きいほど表面積は小さいため、耐酸化性は高くなる可能性がある。また、耐酸化性は少なくとも部分的に、Ｘ線回折によって測定するグラファイト粒子の平均晶子サイズとも関連性があり、晶子サイズが大きいほどグラファイトの耐酸化性は高くなると考えられている。さらには、耐酸化性は少なくとも部分的に、グラファイト粒子の表面欠陥又は転位の相対数によっても決まると考えられている。すなわち、欠陥の相対数が少ないほど、グラファイトの耐酸化性は高い。
【００２４】
ある態様では平面アルカリ電池は、正極、負極、負極及び正極間のセパレータ、負極及び正極の双方と接触しているアルカリ電解液を備えている。正極にはオキソ水酸化ニッケル及び耐酸化グラファイトが含まれているのが好ましい。負極には例えば、亜鉛又は亜鉛合金から成る亜鉛系粒子を約６０〜８０重量％、約６２〜７５重量％、又は約６２〜７２重量％、含めることができる。本明細書で使用する時、「亜鉛」という用語には「亜鉛合金」が含まれ、この亜鉛合金には非常に高い濃度の亜鉛が含まれており、電気化学的に純亜鉛と実質的に同じ働きをすると理解するものとする。亜鉛系粒子の平均粒子サイズは、例えば約１〜３５０ミクロン、望ましくは約１〜２５０ミクロン、好ましくは約２０〜２５０ミクロンにすることができる。本明細書で示すとき、粒径及び平均粒子サイズは別段の定めがない限り、レーザー回折法で測定したものと見なすものとする。亜鉛系粒子は一般的に針状、フレーク状、又は球形状にすることができる。
【００２５】
本明細書の他の主な態様では、保管期間を経た平面アルカリ電池の放電性能を高める方法として、オキソ水酸化ニッケルから成る正極活性剤及び耐酸化性グラファイトから成る添加剤が含まれている正極、少なくとも約１０〜２００重量％は、大きさが２００メッシュ以内の亜鉛又は亜鉛合金から成る亜鉛系粒子が含まれている負極を搭載して、正極及び負極を備えた平面電池を形成させることが挙げられている。
【００２６】
平面亜鉛／オキソ水酸化ニッケル電池では、負極に亜鉛微粉が含まれている場合、保管期間を経た後に高温で放電すると性能を向上させることができる。本明細書で使用する時、「亜鉛微粉」とは、２００メッシュサイズのふるい（２００メッシュサイズとは０．０７５ｍｍの方形型開口部を有するふるいに相当する）を貫通可能なほど小さい亜鉛粒子である。通常、２００メッシュサイズのふるいを貫通可能な亜鉛微粉の平均粒子サイズは約１〜７５ミクロンにすることができる。平面亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池の負極に亜鉛微粉を含めるのは、高い消耗率及び想定外ではあるが低い消耗率における放電性能を高めるのが目的である。亜鉛微粉を加えることで、亜鉛系粒子と電流コレクタ間の導電性が向上するとともに、負極の亜鉛系粒子の総表面積を増大させることができると考えられている。オキソ水酸化ニッケルの充放電率が高いため、亜鉛系粒子の表面積を増大させることで、有効電流密度（アンペア／ｃｍ２）を低下させ、亜鉛負極の充放電率を向上させ、これによって電池性能を高めることができる。
【００２７】
亜鉛負極に亜鉛微粉を加えることによって性能を大幅に高めるのに加え、負極に含有させる従来の天然又は合成グラファイトを耐酸化グラファイトに置き換えることによって、新品及び保管後の亜鉛／ＮｉＯＯＨ平面電池の連続的かつ間欠的放電機能をさらに向上させることができる。また、耐酸化性グラファイトは有益なことに、電池ハウジングの内面に施される導電コーティングの中に含有させることもできる。従って、亜鉛／ＮｉＯＯＨ平面電池における正極の耐酸化性グラファイトと負極の亜鉛微粉という独特の組み合わせは、高い消耗率で連続的又は断続的に電池を放電させた場合、とりわけ、高温の場所で長期間保管した後に放電させた場合に、正極、負極の双方における分極の発生を遅らせるのに特に有効であると理論付けられる。さらに具体的に言うと、亜鉛負極の分極の開始を遅らせることによって、新品の電池及び長期間、例えば１年以上保管しておいた電池の双方の連続的かつ断続的な放電力を実質的に向上させることができる。好都合なことに、亜鉛微粉が含まれている負極と、オキソ水酸化ニッケル及び耐酸化グラファイトが含まれている正極という独特の組み合わせを実現することによって性能を全体的に向上させる際には、電極構成を変える、例えば他の添加剤やドーパントを組み込んだり、亜鉛／ＮｉＯＯＨ平面電池の設計容量を実質的に増大させたりするなどして負極又は正極に修正を加える必要がない。
【００２８】
本発明の別の態様では、電池内容物をケーシング内に充填した後、通気機構及び好ましくは長方形状の金属カバーを備えたエンドキャップ組立体を使って、電池ケーシングの開口端部を閉鎖する。前記エンドキャップ組立体を電池ケーシングの開口端部に挿入し、圧着加工又は溶接によって封止して、前記ケーシングを閉鎖する。金属カバーの縁部及び電池ケーシングの縁部と、絶縁封止部材を覆うように圧着した縁部との間に、絶縁材又は絶縁封止部材（通常はナイロン又はポリプロピレン製）を挿入した場合、前記金属カバーは負端子としての役割を果たすことができる。金属カバーは電池ケーシングの縁部に直接レーザー溶接できるのが好ましい。金属カバーを電池ケーシングの縁部にレーザー溶接する時には、プラスチックエキステンダーシールを金属カバーの上に積み重ね、次に、金属カバーから隔離していると同時に負極と電気接続しているプラスチックエキステンダーの上に、負端子として機能する独立型エンドキャップを積み重ねる。代替策として、プラスチックエキステンダーの代わりに紙ワッシャを使ってもよい。電池ケーシングは正極電流コレクタ及び正端子として機能する。
【００２９】
オキソ水酸化ニッケル及び耐酸化グラファイト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する。スラブは電池の長さ方向に合わせて並べ、スラブの外面がケーシングの内面と接するようにする。積み重ねた正極スラブによって、電池の長手軸に沿って中空セントラルコアが形成される。積み重ね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によってスラブ内に中空セントラルコア（負極キャビティ）が形成されるが、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、移動時及び処理時のスラブの機械的強度を向上させるとともに、電解質透過性セパレータと正極をより均一に接触させる。中空セントラルコア（負極キャビティ）にセパレータを挿入して、セパレータ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の役割を果たすセパレータとともに、亜鉛系粒子が含まれている負極スラリーを負極キャビティに挿入する。エンドキャップ組立体の細長い負極電流コレクタを負極スラリーに挿入して、負端子と電気接続するようにする。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ケーシングから絶縁させるものである。
【００３０】
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長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、さら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、さらには約０．３５〜０．４０ｍｍであるのが望ましい。
【００３１】
ある態様では再利用又は再稼動可能な通気口、好ましくは再固定可能なプラグ通気口を第１の通気口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。
【００３２】
別の態様では、間隔を開けて配置した１つ以上の溝通気口、好ましくは、ケーシング面に型打ち又は刻込み加工を施した領域を１つ以上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、下部の薄肉領域が、圧力Ｐ１（約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ））で破裂するようにできる。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、正端子に接している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。溝境界は閉鎖しても開口してもよい。溝は直線状又はほぼ直線状にすることができ、ケーシングの縁部と平行であるのが好ましい。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、ケーシングの長面上に、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つ配置するのが望ましい。
【００３３】
本発明のこの態様では、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。この破裂圧力約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、溝通気口の下部の薄肉材の壁厚を約０．０７〜０．１５ｍｍにすることができる。
【００３４】
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。鍛造型をケーシングの外面に打ち込む際には、マンドレルをケーシングの内面と向かい合うように設置する。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。
【００３５】
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つ以上備わっ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。
【００３６】
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５，５１０×１０３〜１７，２３５×１０３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足的な通気システムとして機能する場合がある。
【００３７】
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単一の溝通気口が１つ以上存在する。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する場合もあり、電池内のガス圧が約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）、さらに典型的には約２，５７８×１０３〜５，５１５×１０３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足的な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。
【００３８】
ある特定の態様では、平面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電池の短直径を画定している側面の外側の距離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水素金属電池、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水素金属電池の代わりに使用することができる。
【００３９】
亜鉛／ＭｎＯ２という従来の化学構成では、セルバランスを調節することで、ガスの発生量と電池ケーシングの変形（膨張）を抑えることができる。しかし好都合なことに、亜鉛微粉が含まれている負極とオキソ水酸化ニッケルが含まれている正極を備えた長方形状の平面アルカリ電池では、亜鉛系粒子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た同様の電池よりも、ガスの発生量とガスの発生に伴う電池の変形が少ないことが分かっている。本明細書で使用する時、「実質的に平らな」という用語には、平ら又は、膨張、例えば電池内におけるガスの発生が原因で多少変形した、ほぼ平らなケーシング表面が含まれるものとする。アルカリ電池の内部でガスが発生するのは一般的に、亜鉛粒子が電解質水に反応して水素ガスを発生させるのが原因である。亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池では基本的に、発生した水素ガスをオキソ水酸化ニッケルが消費し、オキソ水酸化ニッケルの自己放電によって発生した酸素を負極内の亜鉛系粒子が消費して酸化亜鉛を生成する。従って、正極にオキソ水酸化ニッケルを含有させる効果の１つは、電池内部のガス圧を低下させることである。これに関連して、オキソ水酸化ニッケルの理論容量（単位：ミリアンペアアワー）（ＮｉＯＯＨ１グラム当たりの理論容量２９２ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の理論容量（単位：ミリアンペアアワー）（亜鉛１グラム当たりの理論容量８２０ミリアンペアをベースに算出）で除した数が約１、例えば０．９８になるように、亜鉛微粉が含まれている亜鉛負極とオキソ水酸化ニッケル正極を備えた長方形状の平面アルカリ電池を平衡化することができる。
【００４０】
本発明の亜鉛／ＮｉＯＯＨ平面電池の開路電圧（新品の場合）は約１．７５〜１．８０ボルトで、平均運転電圧は約１．５ボルトである。また前記電池は、その耐用期間を通じて放電中に平らな電圧分布を示すことを特徴としている。一般に、前記電池では、消耗率が高くても高レベルかつ平らな電圧分布が維持される。この点で、前記電池は通常、同形状（長方体など）の亜鉛／ＭｎＯ２平面電池よりも耐用期間が長く、低電力から高電力まで幅広い用途に対応でき、特に高電力の用途に強い、際立った優位性を持っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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には向かい合っている側面が２つ以上あり、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、つまりは図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、長さがそれぞれ異なる場合、通常は、その３つの中で厚みの値が１番小さくなるものと考えられる。
【００４２】
電池１０には、長方体の形状をしたケーシング（ハウンジング）１００が備わっ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、溶剤系導電炭素コーティング剤、例えばＴＩＭＲＥＸ（登録商標）Ｅ−ＬＢという名称で市販されているコーティング剤の層でコーティングすることができる。図に示した実施例では、ケーシング１００は、１対の向かい合っている長平壁１０６ａ及び１０６ｂ、１対の向かい合っている短平壁１０７ａ及び１０７ｂ、閉口端部１０４及びその反対側の開口端部１０２で囲まれている。電池の厚みは、平壁１０６ａの外面と平壁１０６ｂの外面の間の距離を測定したものである。電池の幅は、平壁１０７ａの外面と平壁１０７ｂの外面の間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と望ましい。電池内容物には、負極１５０、正極１１０、及び負極１５０と正極１１０との間に配置するセパレータ１４０があり、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には粒子状亜鉛が、正極１１０にはオキソ水酸化ニッケルが含まれている。そして水酸化カリウムの水溶液が該負極及び正極の一部を形成している。
【００４３】
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（ディスク）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、図３、図５に示すように、ケーシング１００に挿入して、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、正極スラブ１１０ａの各々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が一直線にそろい、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が形成され、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。
【００４４】
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、スラブ１１０ａを複数集めて正極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内部へ押し出す。
【００４５】
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内に電解質透過性セパレータ１４０を配置して、図２、図３、図５に示すように、セパレータ１４０の外面が正極の内面に隣接するようにする。正極スラブ１１０ａの各々の内面は前記中空セントラルコア１１０ｂを形成しているが、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、移動時及び処理時におけるスラブの機械的強度を向上させるとともに、セパレータ１４０と正極１１０をより均一に接触させる。
【００４６】
上述のように、スラブ１１０ａのセントラルコア１１０ｂが一直線にそろって、間断のない１つのセントラルコアを形成する。セパレータ２４０を挿入した後、間断のない前記コアによって負極キャビティ１５５を形成させて、負極材１５０が収まるようにする。負極キャビティは、正極材のない正極スラブ１１０ａのセントラルコアの内部にある。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、細長い形状又はほぼ長円形をしている。境界線１５６によって形成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細長い形状をしていたり、ほぼ楕円形に見えたりする。負極キャビ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。
【００４７】
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、図４Ｃ、図４Ｄ）で見た場合、細長い形状又は長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によって形成されるキャビティ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では、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は長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のほぼ全体が湾曲している。具体的に言うと、図４Ｂに最も分かりやすく示されているように、少なくともキャビティ１５５の向かい合っている面１５７ａ及び１５７ｂの、電池の短側面１０７ａ及び１０７ｂに１番近い部分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及び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及び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及び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、例えば凸部面と凹部面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及び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、キャビティ１５５の、前記平面における最大長の長径Ｄ１、及び前記平面における最大幅の短径Ｄ２が存在している。図４Ｂに示すように、通常、長直径（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、短直径（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長円形の形状を反映して、Ｄ１をＤ２で除した値が１．０を超え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を超える、左右対称の長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、径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。
【００４８】
負極１５０は、亜鉛系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に充填する。従って、負極１５０は、負極及び正極の間に配置したセパレータ１４０によって、正極１１０と直接接触しないように隔離される。
【００４９】
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、或いは図１Ａに示すように、突出ピップ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。
【００５０】
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。
【００５１】
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水素金属電池（型番ＧＰ１４Ｍ１４５）との関連で、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、ゴム製プラグ２６０を覆う通気ピップキャップ２７０が開示且つ利用されているのが認められている。ただし、前記充電式ニッケル水素金属電池（モデル番号ＧＰ１４Ｍ１４５）のエンドキャップ組立体は、そのまま従来型の１次アルカリ電池、例えば亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池に適用した場合、腐食を引き起こし、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。該腐食は、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。電流コレクタの幅広部分（フランジ１６１）が必要とされるのは、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。その結果、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。
【００５２】
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、負極電流コレクタ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。前記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。さらに、該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。これと併せて、電流コレクタフランジ１６１を取り囲んでいる絶縁封止スカート２２６を利用すると、電流コレクタの幅広部分（フランジ１６１）とケーシング１００の内面の間に腐食性化学物質が大量に発生するのを抑えられることが分かっている。同様に、本発明における改良型デザインでは、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作り上げた。
【００５３】
図４及び図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と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、該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の縁部をシャフト１６２よりもケーシング１００の内面に近接させることができる。絶縁封止部材２２０には上端パネル２２７と反対側の開口底部２２８が備わっている。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１０２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っている側壁２２６ａ及び端壁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、前記絶縁封止部材２２０の開口底部２２８の境界を形成する。そして、上端パネル２２７を貫く開口部２２４がある。また、金属カバー２３０があり、このカバーはそこを通る開口部２３４を備えた金属プレートであってよい。さらには、ヘッド２４７及びベース２４５を備えた金属リベット２４０がある。リベット２４０は、ニッケルメッキ鋼又はステンレス鋼製から製造し得る。リベット２４０には２４７内にキャビティ２４８が備わっている。キャビティ２４８はリベットヘッド２４７及びリベットシャフト２４５を貫通している。電流コレクタ１６０のフランジ１６１は、前記封止部材２２０の絶縁スカート２２６に囲まれると同時に保護されるように、絶縁封止部材２２０の開口底部２２８に挿入する。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を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。
【００５４】
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、従来型のアルカリ電池では放電中に、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、該間隙は、負極電流コレクタ１６０の隣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を隔てる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さらに詳しく説明する。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、囲繞絶縁スカート２２６は電流コレクタフランジ１６１とケーシング１００を隔てる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。
【００５５】
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は、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、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を、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をも貫通している。さらにリベット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の上端フランジ部分１６１内の基部開口部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から取れる、又は外れるのを防ぐ。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、更なる組立作業の準備が整うまで保管しておくことができる。
【００５６】
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、弾性がある、アルカリ電解液に対する耐性を備えた材料であるのが好ましい。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、又はアルカリ耐性を備えたその他の圧着性ゴムが好ましい。プラグ２４０の表面は、テフロン（Ｒ）（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）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）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。所望ならば、封止部がさらに高いガス圧の上昇、すなわち２０．６９×１０５パスカルゲージ（３００ｐｓｉｇ）の上昇に耐えられるように、プラグ２６０の圧着度をさらに高めることも可能である。逆に、所望ならば、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）未満の所望の閾値になるように、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、端子エンドプレート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、エンドプレート２９０、リベット２４０の双方に溶接されることになる。端子エンドプレート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、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エンドプレート２９０によっ���形成される。
【００５７】
続いてエンドキャップ組立体１２の完成品をケーシング１００の開口端部１０２に挿入する。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及び図１Ａに示すように、ケーシングの開口端部１０２が封止される。端子エンドプレート２９０は電流コレクタ１６０及び負極１５０と電気接続して、本明細書に記載した実施形態である亜鉛／ＮｉＯＯＨ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、図２、及び図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、図１Ａに示すように、単独で閉口端部に溶接する独立型プレート１８４から形成させてもよい。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及び図３に示す。
【００５８】
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。
【００５９】
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。該補完通気口は、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（非充電式電池）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該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平面電池用充電器、例えば平面ニッケル水素金属電池用充電器で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。
【００６０】
（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周期的に開放される。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。このように再充電プロセスが続行されると、ガス圧が閾値に到達してプラグ２６０の引っ張られ広がる空間が狭くなっていくため、プラグ２６０は徐々にきちんと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からガスがきちんと放出されなくなる可能性もある。
【００６１】
本明細書では、前記結晶性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。
【００６２】
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、電池内のガス圧が想定のガス圧閾値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Ｐ１よりも高いガス圧Ｐ２で作動する補完通気機構が備わっているのが望ましい。前記の誤用とは例えば、不注意にも電池を長時間充電するケースである。本発明のある具体的な実施例では、第１の通気システムとして、想定圧力閾値Ｐ１（約６８９．５×１０３〜２，０６９×１０３パスカルゲージ（約１００〜３００ｐｓｉｇ））で作動する再固定可能なプラグ２４０を搭載させる。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の切除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。脆弱な該レーザ溶接部は、電池内のガス圧が圧力Ｐ２、望ましくは約２，７４８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）を上回る値まで到達したら破裂するように設計する。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する。
【００６３】
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の内面の間のレーザ溶接境界面の部分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する。）図６に示すように、金属カバーのいずれか一方の長縁部２３０ａ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の少なくともいずれか一方の長縁部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約１０ｍｍ以上、典型的には約１３ｍｍにしてよい。
【００６４】
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、１０６ｄ）（図６）との境界面周辺の残存部分には、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さらに微調整すると、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。
【００６５】
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及び１０８ｂ、並びに向かい合っている短縁１０８ｃ及び１０８ｄから成るケーシング縁部１０８を圧着して、該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及び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、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。
【００６６】
さらに別の実施形態では、ケーシング１００の本体内に切除部分があり得る。前記切除部分はさまざまな形状にしてよい。例えば、該切除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）又は金属プレート５００（図７Ａ）を該切除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該切除部分を閉鎖してもよい。該溶接部は、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。該溶接部は、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。
【００６７】
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。上述の脆弱な溶接部は、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。
【００６８】
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。該薄肉材は、高い圧力Ｐ２で破裂するように設計してもよい。
【００６９】
さら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。一つの溝が、小さく薄い下部薄肉領域を設け、電池内のガス圧が所定の圧力Ｐ１まで上昇した場合に該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（第１の溝と隣接させても、第１の溝から離してもよい）の下部に薄肉領域を設け、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。
【００７０】
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、該下部材は、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。
【００７１】
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で、好ましくは刃先を備えた型で鍛造製造することが可能である。鍛造型をケーシングの外面に打ち込む際には、マンドレルはケーシングの内面と向かい合うように設置する。このような鍛造又は刃先によって形成させた溝との関連で、下部の薄肉領域６１０（図９）が破裂する圧力は主に、該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し得る。
【００７２】
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、又は長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湾曲形状、すなわち一部が凸部、一部が凹部である形状であってもよい。溝の境界部は閉口状態でも開口状態でもよい。本発明の好ましい実施形態では、溝は直線又はほぼ直線にすることができ、ケーシングの長縁部１０８ａと平行に走らせるのが望ましい（図８−８Ａ）。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、該縁部から約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。
【００７３】
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。約１，７２４×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（２５０〜８００ｐｓｉｇ）の破裂圧力を実現させるには、溝６００ａの下部の薄肉材の厚みを約０．０４〜０．１５ｍｍにする。また、溝６００ａの下の薄肉材は、電池内のガス圧が所定破裂圧力約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）に到達した場合に破裂するように設計することもできる。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。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）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。
【実地例】
【００７４】
実施例１（Ｎｄ：Ｙａｇレーザを使った脆弱な溶接部）
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（図６又は６Ａ）ために使用する脆弱な溶接部は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを作って作製することができる。該レーザは、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）は毎分約７．６センチ（約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を該溶接部に溶接する。該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）だった。該溶接部は、電池内のガス圧が約２７５７×１０３〜５５１５×１０３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。
【００７５】
実施例２（Ｎｄ：Ｙａｇレーザを使った強固な溶接部）
金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｄ、１０７ｃ、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レーザを作って作製することができる。金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｄ、１０７ｃ、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レーザを作って作成することができる。該レーザは、約１２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）は毎分約５センチ（約２インチ）である。ケーシングの長縁部１０６ｄ、１０７ｃ、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該溶接部に溶接する。前記溶接部の均一な浸透深度は約５〜７ミル（０．１２７〜０．１７８ｍｍ）、典型的には約６ミル（０．１５２ｍｍ）である。該溶接部は、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。
【００７６】
商業生産では、上記のＮｄ：Ｙａｇレーザによって、約１２ワット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。
【００７７】
さらに、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の占める空間が減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、図３Ａ、図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、図３、図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、該プラグが格納されているキャビティ２４８内の空間は約１０％、望ましくは約１０〜４０％広くなる。これに対し、図２、図３、図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１０％狭くなる。
【００７８】
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％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、電池内のガス圧が所定の閾値、例えば約６８９．５×１０３〜２，０６９×１０３パスカルゲージ（約１００〜３００ｐｓｉｇ）に到達した場合に外れるのが望ましい。リベットヘッドキャビティ２４８内のスペースが拡大すると、徐々に生成されていく結晶性ＫＯＨ（この問題は、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）をそこに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。
【００７９】
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、及び該ベースよりも直径が短く、該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、典型的には１０〜４０％増えるように、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に力を加えて通気キャップ２７０をリベットヘッド２４７に溶接することによって、リベットヘッドキャビティ２４８内に圧着する。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及び図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６８９．５×１０３〜２，０６９×１０３パスカルゲージ（約１００〜３００ｐｓｉｇ）まで上昇した場合、自動的にプラグが外れて、ガスを電池内から開放し、通気キャップ２７０内の通気開口部２７２を通じてガスを外へ逃がす。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際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２つ以上あるのが好ましい。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るうえに、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に好適なゴム材は加硫ＥＰＤＭゴム、望ましくはデュロメーター硬度が約８０〜８５の加硫ＥＰＤＭゴムである。
【００８０】
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。さらに、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。
【００８１】
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）電池にすることができ、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、さらには約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６７．３ｍｍである。
【００８２】
代表的な電池の化学組成
以下に示す負極１５０、正極１１０、セパレータ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長方形状の平面アルカリ電池に適用可能なものである。
【００８３】
上記の電池１０では、正極１１０にはオキソ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）が、負極１５０には亜鉛、イオン透過性セパレータ、アルカリ電解液が含まれている。負極材１５０は、無水銀亜鉛合金粉末（加えられている水銀がゼロ）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。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やアクリル酸共重合体のナトリウム塩といった従来のゲル化剤及びアルカリ電解液とともに、亜鉛系粒子を含めることができる。該アルカリ電解質には、水酸化カリウム及び酸化亜鉛から成る従来型の混合物の水溶液が含まれている。
【００８４】
正極１１０は以下の構成をしているのが望ましい。
【００８５】
好ましくは正極には、オキソ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）が含まれている正極活性剤、導電性炭素粒子、好ましくは、耐酸化性黒鉛炭素粒子を含有可能な導電添加剤、及びアルカリ電解液を含有させることができる。一般に、正極には例えば、オキソ水酸化ニッケルを６０〜９７重量％、８０〜９５重量％、又は８５〜９０重量％含めることができる。例えば米国特許第６，５６６，００９号に開示されているように、正極活性剤にはさらにオキソ水酸化ニッケル及び二酸化マンガン（例えばＥＭＤ）の混合物を含めることができる。任意で、さらに正極に酸化添加剤、高分子結合剤、又はこれらの混合物を含めることができる。酸化添加剤は正極活性剤よりも容易に還元可能であるため、犠牲添加剤としての役割を果たす。酸化添加剤の例としては、次亜塩素酸ナトリウム、ペルオキシ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、過マンガン酸バリウム、鉄酸塩バリウム、又は酸化銀が挙げられる。酸化添加剤が含有されていると、オキソ水酸化ニッケルを安定させることにつながり、これによって電池の保存特性が向上する。
【００８６】
式１に示す以下の典型的反応によれば、正極における基本的な電気化学放電反応はオキソ水酸化ニッケルの還元を伴う。ただし、当然のことながら、その他の２次反応（例えば自己放電）も起こり得る。
ＮｉＯＯＨ+  Ｈ２Ｏ＋１ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−      （式１）
【００８７】
オキソ水酸化ニッケルにはニッケル酸化物を１つ以上含めることができる。オキソ水酸化ニッケルは、β−オキソ水酸化ニッケル、オキソ水酸化コバルト被覆β−オキソ水酸化ニッケル、γ−オキソ水酸化ニッケル、オキソ水酸化コバルト被覆γ−オキソ水酸化ニッケル、β−オキソ水酸化ニッケル及びγ−オキソ水酸化ニッケルの固溶体又は物理的混合物、オキソ水酸化コバルト被覆β−オキソ水酸化ニッケル及びオキソ水酸化コバルト被覆γ−オキソ水酸化ニッケルの固溶体又は物理的混合物から選択することができる。オキソ水酸化ニッケルは、名目上、球、球形又は楕円形の形状をしている粒子が含まれている粉末にすることができる。オキソ水酸化ニッケル粉末の平均粒子サイズは１〜１００ミクロン、２〜５０ミクロン、又は５〜１０ミクロンにすることができる。オキソ水酸化ニッケルにはバルクドーパントを１つ以上含めることができる。バルクドーパントは、アルミニウム、マンガン、コバルト、亜鉛、ガリウム、インジウム、又はビスマスから選択することができる。バルクドーパントの含有量は相対重量比で１０重量％未満、約５重量％未満、又は約２重量％未満にすることができる。該ドーパントには、オキソ水酸化ニッケルの伝導度を向上させるとともに、電池の開放回路電圧（ＯＣＶ）を減少させることによって保管中に電解質の酸化を抑える機能がある。
【００８８】
オキソ水酸化コバルトをオキソ水酸化ニッケル粒子の表面に配置して、該表面の６０％以上、望ましくは７０％以上、望ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上を覆うようにすることができる。オキソ水酸化コバルト被覆オキソ水酸化ニッケルは、２〜１５重量％、３〜１０重量％、４〜８重量％、又は４〜５重量％の水酸化コバルトで被覆したオキソ水酸化ニッケルから形成させることができる。オキソ水酸化コバルトで被覆することによって、オキソ水酸化ニッケル粒子の粒子間電気接続を促し、正極のバルク伝導率の向上につなげることができる。さらに、オキソ水酸化コバルトで被覆することによって、高温、例えば６０°Ｃの場所で長期間保管した後の電池容量の保持度の向上につなげることができる。任意で、オキソ水酸化コバルト被覆には、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、希土類元素、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、銀、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ビスマス、又はこれらの混合物から選択されるドーパントを１つ以上含めることができる。
【００８９】
市販のオキソ水酸化ニッケル及びコバルト被覆オキソ水酸化ニッケルの中で好適なものは、関西触媒化学株式会社（日本、大阪）、株式会社田中化学研究所（日本、福井）、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．（ドイツ、ゴスラル）、Ｕｍｉｃｏｒｅ−Ｃａｎａｄａ  Ｉｎｃ．（カナダ、アルバータ州、シャーウッドパーク）又はＯＭ  Ｇｒｏｕｐ  Ｉｎｃ．（米国、オハイオ州、ウェストレイク）から入手できる。
【００９０】
導電添加剤をオキソ水酸化ニッケルとの混合物に含有させて、正極のバルク導電性を高めることができる。好適な導電添加剤の例としては、炭素粒子、ニッケル粉末、コバルト粉末、酸化コバルト、オキソ水酸化コバルト、炭素繊維、炭素ナノ繊維、フラーレン、又はこれらの混合物が挙げられる。炭素ナノ繊維については、例えば、同一出願人が２０００年９月７日に申請した米国特許出願番号０９／６５８，０４２号及び２００１年４月１０日に申請した米国特許出願番号０９／８２９，７０９号に記されている。さらに具体的に言えば、正極には導電性炭素粒子を２〜２０重量％、又は５〜１５重量％、又は６〜８重量％含めることができる。導電性炭素粒子としては、黒鉛化炭素、カーボンブラック、石油コーク、又はアセチレンブラックが挙げられる。導電性炭素は黒鉛化炭素であるのが好ましい。黒鉛化炭素としては、天然黒鉛、合成グラファイト、膨張性グラファイト、黒鉛化カーボンブラック、炭素ナノ繊維、フラーレン、又はこれらの混合物が挙げられる。黒鉛化炭素粒子は、球形に非常に近い形状、縦、横、高さのうちの１つが残りの２つよりも実質的に長い細長い形状又は針のような形状、縦、横、高さのうちの２つが残りの１つよりも細長いフレーク又は繊維のような形状、糸のような形状など、さまざまな形状にすることができる。一般的には、天然及び合成グラファイト粒子はいずれもフレーク状をしている。黒鉛化炭素粒子の混合物には、例えば天然又は合成グラファイトを約１０〜９０重量％、及び膨張性グラファイトを９０〜１０重量％含めることができる。ただし、上記の混合物は実例を示すためのものであり、いかなる方法でも本発明を限定するものではない。
【００９１】
正極活性剤としてオキソ水酸化ニッケルが含まれているアルカリ電池では、耐酸化性を備えた天然又は合成グラファイトを使用するのが好ましいことが分かっている。オキソ水酸化ニッケルの酸化電位は、電池の保管期間中にアルカリ電解液の酸化を促進させるほど高いため、式２のように酸素ガスが発生し得る。
２ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ→２Ｎｉ（ＯＨ）２＋１／２  Ｏ２      （式２）
【００９２】
オキソ水酸化ニッケルによって電解質が酸化することは、水性ニッケル電極の自己放電プロセスとして既知のものであり、このプロセスにより正極の放電能力が低下し得る。また、発生した酸素ガスによって、正極内のグラファイトの酸化も進み得る。グラファイトが酸化すると、正極のバルク伝導率が低下するとともに、式３のように二酸化炭素が生成され得る。さらに二酸化炭素ガスが電解質と反応して、式４のように炭素カリウム溶液が生成され得る。
Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２                          （式３）
ＣＯ２＋２ＫＯＨ→Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ      （式４）
【００９３】
電解質の炭酸イオンの濃度が向上すると、イオン伝導率が低下するとともに、亜鉛負極の極性が増大し、全体的な電池性能が低下する恐れがある。発生した酸素は、電池ケーシングの内面に施した導電性被覆剤のグラファイトを酸化させ、正極と正極電流コレクタ間の接触抵抗を高め得る。さらに、長期間電池を高温で保管すると、オキソ水酸化ニッケルが正極及び導電性被覆剤の双方のグラファイトを直接酸化し得る。発生した酸素は、正極のグラファイトを酸化させるのに加え、負極中に拡散し、負極の亜鉛系粒子と反応して酸化亜鉛を生成させ、その結果、負極の容量を減少させる。本発明の一部として、オキソ水酸化ニッケルが含まれている電池の導電性添加剤として耐酸化グラファイトを使用すると、上述したような不都合な自己放電プロセスがかなり抑制され、特に高温で保存した後の電池容量の低下が最小限に抑えられる可能性のあることが分かっている。オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極に含有させるグラファイトには、例えば耐酸化性グラファイトをグラファイト全体の１０〜９０重量％、好ましくは１００重量％を含めることが望ましい。
【００９４】
一般的に、グラファイトの耐酸化性は、多くの要因によって判断する。例えば、グラファイトの酸化率は少なくとも部分的にグラファイト粒子の比表面積と関連性があり、表面積が小さいほどグラファイトの耐酸化性は高くなると考えられている。同様に、グラファイトの耐酸化性は少なくとも部分的に平均粒子サイズ及び粒度分布と関連性がある。典型的には粒子のサイズが大きいほど表面積は小さいため、耐酸化性は高くなると予測することができる。従って、小粒子の割合が高い粒度分布を有するグラファイトは、小粒子の割合が低い粒度分布を有するグラファイトよりも耐酸化性が低くなる。ただし、正極内部に効果的な導電網が形成され、グラファイト粒子がオキソ水酸化ニッケル粒子及び他のグラファイト粒子の双方と緊密に接触できるように、平均粒子サイズは十分に小さくしなければならない。従って、耐酸化性グラファイトの平均粒子サイズは約３〜３０ミクロンであるのが望ましく、好ましくは約５〜２０ミクロンである。また、耐酸化性は少なくとも部分的に、グラファイト粒子の平均晶子サイズ（Ｘ線回折によって測定）と関連性があり、平均晶子サイズが大きいほど、グラファイトの耐酸化性が高くなると考えられている。結晶単位格子のａ軸方向の平均晶子サイズ、Ｌａは約２００ｎｍ（２０００オングストローム）を超え、ｃ軸方向の平均晶子サイズ、Ｌｃは約１５０ｎｍ（１５００オングストローム）であるのが望ましい。さらに、耐酸化性は少なくとも部分的に、グラファイト粒子の表面欠陥又は転位の相対数によっても決まると考えられている。欠陥の相対数は、１次レーザーラマン吸収スペクトルによって、１３３０〜１３６０ｃｍ−１に集中している「Ｄ」吸収バンド下の結合エリアの１５７０〜１５８０ｃｍ−１に集中している「Ｇ」吸収バンド下の結合エリアに対する比率を測定した値によって表わされる。典型的には、サイズの小さいグラファイト粒子の欠陥レベルは、粒子サイズの小さい同種のグラファイトよりも高い。耐酸化性グラファイトの欠陥レベルは比較的低く、例えば欠陥比率０．１５未満に匹敵するレベルであるのが望ましい。
【００９５】
典型的には、耐酸化性グラファイトは、非酸化性大気において非常に高い温度で、例えば約２５００°Ｃ又は３０００°Ｃを超える温度で、高純度の天然又は合成グラファイトに処理を施すことによって、生成することができる。高い黒鉛化温度で高純度の合成グラファイトに長時間処理を施すと、処理前のグラファイトよりも結晶化度が高く、晶子サイズが大きく、表面欠陥が少なく、比表面積が小さく、化学的純度が高い（灰分が低い）グラファイトを生成することができる。最大灰分が０．１重量％未満の耐参加グラファイトが望ましく、該灰分が約０．０５重量％未満であればさらに望ましい。
【００９６】
好適な耐酸化性合成グラファイトは、Ｔｉｍｃａｌ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏ．（米国、オハイオ州、ウェストレイク）が「ＴＩＭＲＥＸ（登録商標）ＳＦＧ」の名称で市販しているものである。本発明の電池の正極内のオキソ水酸化ニッケルとの混合物内で使用するのに好適なＳＦＧシリーズのグラファイトには、ＳＦＧ４４、ＳＦＧ１５、ＳＦＧ１０、ＳＦＧ６がある。好ましい耐酸化性合成グラファイトとしては、ＴＩＭＲＥＸ  ＳＦＧ１０及びＳＦＧ１５が挙げられる。（ＳＦＧの登録商標の後ろの数字は、粒径ｄ９０を表しており、粒径と体積パーセントを軸に取る分布プロットにおける９０体積パーセントの粒子の粒径はミクロン表示においてレーザー回折法による測定値よりも小さい。例えば、ＳＦＧ１０のグラファイトの粒径ｄ９０は約１０ミクロンである。典型的には平均粒子サイズの方がかなり小さくなる（例えばＳＦＧ１０では７ミクロンである）点は留意する必要がある。）その他の好適な耐酸化性合成グラファイトとしては、ＴｉｍｃａｌがＴＩＭＲＥＸ（登録商標）ＳＬＰ５０及びＳＬＸ５０の名称で市販しているのもがある。
【００９７】
好適な耐酸化性熱処理天然グラファイトとしては、例えばＳｕｐｅｒｉｏｒ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｃｏ．（米国、イリノイ州、シカゴ）が２９３９ＡＰＨ−Ｍの名称で市販しているものがある。この耐酸化性精製天然グラファイトの特性及び電池における性能は、参照として上に示した耐酸化性合成グラファイトの特性及び性能とあまり変わらないと見られる。
【００９８】
耐酸化性合成グラファイトは、被膜バインダ及び界面活性剤又は分散補助剤が含まれている有機溶媒又は水の中に分散させ、連続層状で電池ケーシングの内面に配置することもできる。乾燥後、被覆層には導電性が備わり、正極と正極電流コレクタとして機能する電池ケーシングの間の電気接続性を向上させる働きをする。このような耐酸化性被覆は、特に電池を高温又は室温で長期間保管した後に、オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極と電池ケーシングとの間の伝導率を高く維持する働きもする。
【００９９】
オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極を備えたアルカリ電池は特徴として、二酸化マンガンが含まれている正極によって、とりわけ高い消耗率で、放電中の閉路電圧を従来のアルカリ電池よりも高く保つ平らな放電電圧分布を有している。さらにオキソ水酸化ニッケルを二酸化マンガンとの混合物に含有させて従来のアルカリ電池の平均閉路電圧を高めることができる。
【０１００】
負極１５０の構成は以下のとおりである。
【０１０１】
負極１５０には、亜鉛系粒子を約６０〜８０重量％、約６２〜７５重量％、好ましくは約６２〜７２重量％含めることができる。亜鉛系粒子には、合金及びメッキ材として２００〜５００ｐｐｍのインジウムを含有している亜鉛を９９．９重量％含んでいる亜鉛合金粒子が含まれているのが好ましい。本明細書で使用する時、「亜鉛」という用語には「亜鉛合金」が含まれ、この亜鉛合金には非常に高い濃度、例えば９９．９重量％の亜鉛を含めることができるものと理解する。基本的に亜鉛合金は、電気化学的には純粋亜鉛としての役割を果たすことができる。前記亜鉛系粒子の平均粒子サイズは約１〜３５０ミクロン、約１〜２５０ミクロン、好ましくは約２０〜５０ミクロンにすることができる。亜鉛系粒子の形状は、その大部分を針状、フレーク状、又は球形状にすることができる。典型的には亜鉛系粒子のバルク密度は、負極１立法センチメートルあたり約１．７５〜２．２グラムである。
【０１０２】
通常、負極１５０にはアルカリ電解液、ゲル化剤、界面活性剤も含めることができる。負極内における電解質の割合は、容量で負極の約６９．２〜７５．５％であるのが好ましい。電解質は、アルカリ金属水酸化物、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム又はこれらの混合物の水溶液にすることができる。該電解質には、アルカリ金属水酸化物を１５〜６０重量％、２０〜５５重量％、又は３０〜５０重量％、例えば３８％重量含めることができる。該電解質には、溶解金属酸化物を０〜６重量％、例えば酸化亜鉛を約２重量％含めることができる。好適なゲル化剤としては、架橋ポリアクリル酸、デンプン骨格にグラフト化した加水分解ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸塩、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塩（カルボキシメチルセルロースナトリウムなど）又はこれらの混合物を挙げることができる。ポリアクリル酸の例としては、ＣＡＲＢＯＰＯＬ９４０及び９３４（Ｂ．Ｆ．Ｇｏｏｆｒｉｃｈiより入手可能）、並びにＰＯＬＹＧＥＬ４Ｐ（３Ｖから入手可能）が挙げられ、グラフト化デンプン材としてはＷＡＴＥＲＬＯＣＫ  Ａ２２１及びＡ２２０（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．から入手可能）が挙げられる。ポリアクリル酸の塩の例としては、ＡＬＣＯＳＯＲＢ  Ｇ１（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能）が挙げられる。負極には、例えば１つ以上のゲル化剤を０．０５〜２重量％、又は０．１〜１重量％含めることができる。亜鉛負極用のその他の代表的ゲル化剤は、米国特許４，５６３，４０４号に開示されている。好適な界面活性剤としては、ＧＡＦＡＣ  ＲＡ６００の名称で市販されている有機燐光体エステル基界面活性剤（Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから入手可能）、並びにＲＭ−５１０の名称で市販されているジノニルフェノールリン酸エステル系界面活性剤（Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから入手可能）が挙げられる。界面活性剤は、重量比で１００〜１０００ｐｐｍの濃度で負極に添加することができる。前記負極組成物は単に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。
【０１０３】
電池放電時における亜鉛負極の半電池反応式を式５及び式６に示す。
Ｚｎ→Ｚｎ＋２＋２ｅ                  （式５）
Ｚｎ＋２＋２ＯＨ→ＺｎＯ＋Ｈ２Ｏ      （式６）
【０１０４】
負極１５０には、より大きな平均粒子サイズを有するその他の亜鉛系粒子との混合物に含有可能な亜鉛微粒子を含めるのが好ましい。亜鉛微粒子の相対量を表す好都合な方法の１つが、２００メッシュサイズのスクリーン（ふるい）を貫通可能な亜鉛系粒子の重量パーセントである。従って、本明細書で使用する時、「亜鉛微粒子」とは、２００メッシュスクリーンを貫通可能なサイズの亜鉛系粒子である。該メッシュサイズは、業界で広く使われているＴｙｌｅｒ基準のメッシュサイズで、０．０７５ｍｍの方形型開口部を備える米国の標準的なふるいに相当する。（例えば米国のＳｔａｎｄａｒｄ  Ｓｃｒｅｅｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ＡＳＴＭＥ−１１で、特殊なＴｙｌｅｒ基準のメッシュサイズをミリメートル表示の方形型開口部に換算する表を入手できる。）表１は換算表を簡略化したものである。
【表１】
2008502121.tif 000003
【０１０５】
負極には、２００メッシュスクリーンを貫通可能なサイズの全亜鉛系粒子の、望ましくは１０重量％以上、３０重量％以上、５０重量％以上、又は８０重量％以上、典型的には３５〜７５重量％含めることができる。例えば、−２００メッシュサイズの亜鉛微粒子の平均粒子サイズは約１〜７５ミクロン、例えば７５ミクロンにすることができる。
【０１０６】
２００メッシュスクリーンを貫通可能なサイズの亜鉛微粒子は比較的少量、例えば全亜鉛系粒子の約１重量％又は約５重量％でも、電池性能全体に有益な効果をもたらすことができる。２５％重量以上、例えば５０重量％以上の亜鉛系微粒子のサイズを大きく（例えば−２０／＋２００メッシュに）して、約２０〜２００メッシュサイズのスクリーン（約０．８５０〜０．０７５ｍｍの方形型開口部を有するスクリーン）を貫通可能にすることもできる。例えば、負極内の亜鉛系粒子に、−２００メッシュサイズの亜鉛微粒子を１０重量％、より大きいサイズ（−２０〜＋２００メッシュサイズ）の亜鉛系粒子を９０重量％含めると、亜鉛系粒子全体の平均粒子サイズは例えば約３４０ミクロンにすることができる。負極内の亜鉛系粒子に、−２００メッシュサイズの亜鉛微粒子を５０重量％、より大きいサイズ（−２０〜＋２００メッシュサイズ）の亜鉛系粒子を５０重量％含めると、亜鉛系粒子全体の平均粒子サイズは例えば約２００ミクロンにすることができる。負極内の亜鉛系粒子の１００重量％を−２００メッシュサイズの亜鉛微粒子にすると、亜鉛系粒子全体の平均粒子サイズは例えば約７５ミクロンにすることができる。
【０１０７】
当然のことながら、負極内の亜鉛系粒子全体の一部として亜鉛微粒子を含有させることができれば好ましいものの、負極内の亜鉛系粒子全体の一部として含有させる物質を凝集亜鉛系粒子（亜鉛微粒子の有無は問わない）にする可能性を排除するものではない。凝集亜鉛系粒子は、同一出願人による米国特許第６，３００，０１１号に開示されている。
【０１０８】
別の実施形態では、亜鉛系粒子全体の約１０重量％以上、約４５％重量以上、又は約８０重量％以上が３２５メッシュサイズスクリーン（約０．０４５ｍｍの方形型開口部を有するスクリーン）を貫通するようにできる。３２５メッシュスクリーンを貫通可能な亜鉛系粒子の平均粒子サイズは典型的には約１〜３５ミクロン、例えば約５〜３５ミクロン又は約５〜２５ミクロンにすることができる。
【０１０９】
３２５メッシュスクリーンを貫通可能なサイズの比較的少量、例えばの亜鉛系粒子の約５重量％又は約１重量％でも、電池性能全体に有益な効果をもたらすことができる２５重量％以上、例えば５０重量％以上の亜鉛系微粒子のサイズを大きく（例えば−２０／＋３２５メッシュ）して、約−２０〜＋３２５メッシュサイズのスクリーン（約０．８５０〜０．０４５ｍｍの方形型開口部を有するスクリーン）を貫通可能にすることもできる。例えば、負極内の亜鉛系粒子に、−３２５メッシュサイズの亜鉛微粒子を１０重量％、より大きいサイズ（−２０〜＋３２５メッシュサイズ）の亜鉛系粒子を９０重量％含めると、亜鉛系粒子全体の平均粒子サイズは約３１４ミクロンにすることができる。負極内の亜鉛系粒子に、−３２５メッシュサイズの亜鉛微粒子を５０重量％、より大きいサイズ（−２０〜＋３２５メッシュサイズ）の亜鉛系粒子を５０重量％含めると、亜鉛系粒子全体の平均粒子サイズは例えば約１２５ミクロンにすることができる。負極内の亜鉛系粒子に、−３２５メッシュサイズの亜鉛微粒子を７０重量％、より大きいサイズ（−２０〜＋３２５メッシュサイズ）の亜鉛系粒子を３０重量％含めると、亜鉛系粒子全体の平均粒子サイズは例えば約５０ミクロンにすることができる。負極内の亜鉛系粒子の１００重量％を−３２５メッシュサイズの亜鉛微粒子にすると、亜鉛系粒子全体の平均粒子サイズは例えば約３５ミクロンにすることができる。
【０１１０】
本明細書に記載の粒径は、当該技術分野で広く用いられている方法、つまり粒子サイズの体積配分と平均換算値を算出するフラウンホーファーアルゴリズムを使ったレーザー回折法によって割り出したものと解釈するものとする。レーザー回折法については、例えばＭ．Ｐｕｃｋｈａｂｅｒ及びＳ．Ｒｏｔｈｅｌｅ著「Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ‐Ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ  Ｌｉｎｋ  ｆｏｒ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」（Ｐｏｗｄｅｒ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、１１巻、１号、１９９９年１月／３月）に説明が記載されている。該方法によって、粒径が球等価粒度分布換算で算出される。例えば、針状粒子の極端なケースでは、中心軸(長軸と垂直な短軸）周辺での粒子の回転に基づき球形回転図として球等価粒度分布を視覚化することができる。本明細書及び請求項で使用する時、「平均粒子サイズ」という用語は別段の定めがない限り、粒子サイズと累積体積百分率を軸に取る分布プロットに基づく平均値として理解するものとする。
【０１１１】
精度が多少劣る別の伝統的方法（ふるい法）を使用して平均粒子サイズ及びサイズ分布を測定することもできる。この方法では、方形開口部のサイズが１番大きい（１番小さいメッシュサイズ）ふるいを１番上にして、そして下に行くほど、方形開口部のサイズが小さい（大きいメッシュサイズ）ふるいが来るように順番に積み重ねた一連のふるいに粒子混合物全体を貫通させて粒子サイズ分布を得ることができる。各ふるいに残った粒子のサイズｙ、粒子相対量の累積体積百分率ｘを軸に取る画像プロットから、１００容量パーセントの基数で除したプロット面積に相当する積分ｙ  ｄｘ／１００として、平均粒子サイズを算出することができる。ただし、より精度が高く、より広く使われていることから、本明細書で示す平均粒子サイズはレーザー回折法によって測定した値である。
【０１１２】
本発明の亜鉛／ＮｉＯＯＨアルカリ平面電池の負極に含まれている亜鉛系粒子の形状は、本明細書で定義するように、長軸沿いの長さが短軸沿いの長さよりも２倍以上の長さを有する針状にすることができるのが好ましい。また亜鉛系粒子は、本明細書で定義するように、フレーク厚が粒子の最大線寸法の２０％以下であるほぼフレーク状の形状にすることもできる。本出願人は、高い消耗率でも低い消耗率でも電池性能を高められるように、本発明の亜鉛／ＮｉＯＯＨ平面アルカリ電池の負極に亜鉛微粒子を含める判断を下した。
【０１１３】
負極１５０の総水銀量は典型的には重量比で亜鉛の約１００万分の１００（１００ｐｐｍ）未満、好ましくは重量比で亜鉛の１００万分の５０未満である。負極には、追加的な量の鉛が含まれていないのが好ましく、つまり、基本的に無鉛であるのが好ましく、総鉛含有量は負極の総亜鉛量の３０ｐｐｍ未満、望ましくは１５ｐｐｍ未満である。
【０１１４】
通常、本発明の亜鉛／ＮｉＯＯＨアルカリ電池のガスの発生量は、同サイズ、同形状の亜鉛／ＭｎＯ２電池よりも基本的に少ないため、電池１０は、オキソ水酸化ニッケルの理論容量（単位：ミリアンペアアワー）（ＮｉＯＯＨ１グラム当たりの理論容量２９２ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛の理論容量（単位：ミリアンペアアワー）（亜鉛１グラム当たりの理論容量８２０ミリアンペアをベースに算出）で除した数が約１、例えば０．９８になるように、従来の方法で平衡化することができる。さらに、本発明の亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池は、ＮｉＯＯＨ、亜鉛のいずれかが多少多くなるように、例えばオキソ水酸化ニッケルの理論容量（単位：ミリアンペアアワー）を亜鉛の理論容量（単位：ミリアンペアアワー）で除した数が約０．９５〜約１．０５になるように平衡化することもできる。
【０１１５】
セパレータ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製の不織布材による内層及びセロファンによる外層から構成されている従来型のイオン透過性セパレータにすることができる。該不織布材には、ポリビニルアルコールを７８〜８２重量％、セルロース系レーヨンを１８〜２２重量％含めることができる。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。
【０１１６】
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、さらに望ましくは約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及び図２）をしているのが好ましい。
【０１１７】
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、その内面を導電性炭素被覆剤、望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。黒鉛炭素被覆剤は耐酸化性グラファイトから構成されているのが好ましい。このような黒鉛炭素被覆剤は、例えば水溶性黒鉛分散から形成させることができ、ケーシングの内面の６０％以上、好ましくは約７５〜９０％に配置した後、周囲条件下で乾かすことができる。黒鉛炭素被覆剤は、正極１１０とケーシング１００の間の電気接続性を高く維持させるとともに、ケーシング内面の表面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働きをし得る。金属カバー２３０、負端子プレート２９０、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、電流コレクタ向け材料として有用であることが明らかなさまざまな既知の電気的導電性金属、例えば黄銅、スズメッキ黄銅、青銅、銅、又はインジウムメッキ黄銅から形成させることができる。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。
【０１１８】
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、該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、該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ケーシング面上に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してもよい。
【０１１９】
図１０〜１７の実施形態で示したように、第１の通気機構として、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を使用することができることが分かっている。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に近接しているケーシングの閉口端部に近接させて設置するのが好ましい。溝境界は閉鎖しても開口していてもよい。本発明の好ましい実施形態では、溝は直線又はほぼ直線にすることができ、ケーシングの長縁部１０８ａと平行に走らせるのが望ましい（図８−８Ａ）。例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池では、ケーシングの長面１６０ａに溝通気口６００ｂを設けてよい（図１０Ａ）。好ましい実施形態では、溝６００ｂに備わっているのは、ケーシング面の溝通気口１つのみである。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、溝６００ｂは図１０Ａに示すように、長さは約８ｍｍ、ケーシングの閉口端部１０４からの距離は約５〜１０ｍｍにしてよい。直線溝６００ｂが望ましいものの、通気機構の構成を該記溝に限定するつもりはない。当然のことながら、溝通気口６００ｂには、曲線状、一部が直線、一部が曲線の形状といったその他の構成を採用してもよく、また該溝通気口が開口又は閉口境界パターンを形成するようにしてもよい。
【０１２０】
溝６００ｂ（図１０Ａ）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。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６００ｂの下部の薄肉材の厚さは約０．０４〜０．１５ｍｍにする。また、溝６００ｂの下部の薄肉材は、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）に達した時に破裂するように設計することもできる。該想定破裂圧力約２，７５８×１０３〜５，５１５×１０３パスカルゲージ（４００〜８００ｐｓｉｇ）を実現させるために、溝６００ｂの下部の薄肉材の厚さは約０．０７〜０．１５ｍｍにする。溝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、さらに典型的には約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する。ただし、当然のことながら、ケーシング１００には、下部の薄肉領域とともに、上記よりも幅広の溝領域や切断領域を設けることもできる。
【０１２１】
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してもよい。鍛造型をケーシングの外面に打ち込む際には、マンドレルはケーシングの内面と向かい合うように設置する。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、該レーザ溶接部はＮｄ：Ｙａｇによって作製してもよい。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及び図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５，５１０×１０３〜１７，２３５×１０３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。
【０１２２】
従って、図１０及び図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、該通気機構では、溝６００ｂの下部の薄肉材６１０（図９及び図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）、さらに典型的には約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。該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。該緊急事態時にレーザ溶接部３１０ｂが破裂することによって、レーザ溶接部の破裂部分を通じてガスを素早く逃がして、電池内のガス圧を通常レベルまで低下させることができるようになる。
【０１２３】
図１０及び図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及び図１２では、前述した具体的な実施形態（図２及び図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及び図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にも示してある。この図１３は電池内側の構成部の分解図である。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及び図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。
【０１２４】
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は厚さ約１〜３ミクロン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、該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以外の部分をより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、該プレートの溶接部の厚さを約４ミル（０．１０２ｍｍ）まで薄くできることが分かっている。該鍛造作業は、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。該手順を取ると、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。
【０１２５】
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、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の直径が約３ｍｍの場合、鍛造領域２９０ａの長直径は約４ｍｍ、短直径は約３〜４ｍｍにしてよい。鍛造領域２９０ａが円形ならば、リベットヘッド２４７の直径が３ｍｍの場合、該領域の直径は約３〜４ｍｍにしてよい。
【０１２６】
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、亜鉛微粉が含まれている負極材１５０、及びオキソ水酸化ニッケルが含まれている正極材は、負極材１５０及び正極材との間に配置したセパレータ１４０とともに、開口端部１０２から電池ケーシング１００の中に挿入する。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）を形成させて、該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。該リベットは、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及び図１２に示すように一体型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の底面に挟まれることになる。
【０１２７】
図１０及び図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の内面に溶接する。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（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）であるのが好ましい）は、金属カバー２３０（図１１及び図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％のアスファルトと約３０〜４５重量％のアスファルトの混合物から成る非硬化アスファルトである。該封止剤の粘度は、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１Ｐａ・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の間をさらにしっかり封止して保護する。続いて、金属カバー２３０、リベット２４０、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及び図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及び図１２に示す。
【０１２８】
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。該伝熱媒体は、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°Ｃ超まで上昇することを防ぐことができる。この代わりに、金属カバーを周囲室温（２１°Ｃ）未満、好ましくは水の氷点近い温度、さら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°Ｃを超えないようにすることができる。さらに、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。
【０１２９】
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と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°Ｃの脱イオン水を金属カバー２３０のトラフ領域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°Ｃ未満に保つことができ、シール２８０（図１１及び図１２）の温度も好適な使用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シーラン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。該金属ブロック、典型的に鋼製には、溶接作業中に熱を十分に吸収して、金属カバー２３０の温度が約１００°Ｃを超えないようにする力がある。
【０１３０】
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、その他の好適な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との間をさら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及び図１２）の裏面に直接塗布して、シール２８０の裏面をさらにしっかり封止して保護することもできる。
【０１３１】
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、従来の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の表面にコーティングして、金属カバー２３０とシール２８０との間をさら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及び図１２）、ゲル化剤でシール２８０をコーティングして、さらにしっかり封止して保護することができる。
【０１３２】
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と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セパレータ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ことができるか、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ことができる。
【０１３３】
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。エンドプレート２９０はリベット２４０と電気接続しているが、リベット２４０が負極電流コレクタ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。
【０１３４】
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、該デザインを本発明の概念の範囲内に留めるつもりはない。例えば、電流コレクタ１６０（図４及び図１３）は、釘状の細長い部材として示してあり、そこを通る開口部１６４と横に伸びているフランジ１６１の上端部で終端する。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２７９（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。該デザインは、従来の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。該デザインでは、電流コレクタシャフトはオフセットしており、電池の中心長手軸と外れている。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、直線状の釘として、図１３の実施例では、湾曲面を備えた直線状の釘として示されている。いずれのケースでも、該釘は、例えば図１１に示したように、電池の中心長手軸１９０からオフセットしている。
【０１３５】
当然のことながら、電流コレクタには他のデザインも採用可能である。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から下向きに伸びる釘の形状をしており、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に沿って中央に配置されるように方向を合わせることができる。ただし、該リベットのヘッド部２４７は上記の方法で端子エンドプレート２９０に溶接することができる。
【０１３６】
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２９０と負端子プレート２９０の間に配置することができる。クラフト紙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。さらに、プラスチックエキステンダー２８０を成型する必要がなくなるという利点もある。この利点によって、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実質的に同じである。）当然のことながら、図１７に示したリベット２４０は、該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、例えば釘状の電流コレクタ（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。
【０１３７】
当然のことながら、電池の各実施形態は、電池ケーシングを従来の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好適な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。該ラベルには、所望のデザイン又は印を刻印することができる。該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。典型的なラベル１２を図１７に示す。
【０１３８】
セパレータの組み立て
図１０〜１３に示した電池の実施形態では、セパレータ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セパレータ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。望ましいセパレータは、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（図１１）からケーシングに挿入した後にセパレータ１４０を挿入して、セパレータ１４０の外部層が正極の露出面に面するようにする。
【０１３９】
前述の平面電池（図１０〜１３）で使用するセパレータ１４０は好都合なことに、図１４〜１４Ｂに示した平面状のセパレータシートを丸めることによって形成させてよい。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）は、セパレータ表面１４０ｄに接するように配置し得る。向こう側のセパレータ縁部１４０ｃを該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に示したような一部が巻き付け形状になるようにする。引き続き向こう側の縁部１４０ｃをＦ２（図１４Ａ）方向へセパレータ表面を覆うように巻き付ける。縁部１４０ｃは、接着剤によってセパレータ表面に固定することができる。次に、図１４Ｂに示すようにセパレータ底縁部１４２を約３ｍｍ、セパレータの背面を覆うように内側に折り畳み、接着剤で該背面に固定する。セパレータ底縁部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／又はセパレータ底縁部１４２を固定する工程は省くことができる。折り畳んだセパレータをケーシングに挿入する際、正極の形状も、図１４Ｂに示した袋状のセパレータ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セパレータ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。セパレータ境界面１４８は、負極材１５０を収容するキャビティ１５５を形成する。
【０１４０】
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セパレータ１４０を挿入して、セパレータ面が正極の露出面に面するようにする。セパレータ境界面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。該楕円形状の長径は、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、セパレータの短側面の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、セパレータ開口端部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との間に位置するセパレータ１４０でケーシング１００を満たすことができ、セパレータの短側面の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。
【０１４１】
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。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該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、正極は配置しても、負極材を負極キャビティに挿入していない時点で追加電解質の一部を間隙１４５に加えてもよい。電解質の一部を注入した後に負極材を電池の負極キャビティに追加することができ、続いて残りの電解質を間隙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。電解質は電池の膨張を抑制する要因でもあり得る。
【０１４２】
上述のようにセパレータ１４０と正極１１０との間隙１４５に電解液加えることで、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、そもそもセパレータ１４０と正極１１０との間に間隙がなく、追加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望ましくなく、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である。該湿潤が発生すると、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。
【０１４３】
追加電解液を間隙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、セパレータ１４０をケーシングに挿入してから追加電解質を間隙１４５に加える場合には、追加電解質は、時間的間隔、典型的には約１〜４分の間隔を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電解質を負極、セパレータ、正極に吸収させる時間を確保でき、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に加える追加電解液の量は約１ｇ未満である。この場合、各工程で加えられた電解質を負極、セパレータ、正極にしっかり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１〜４分間隔で均等な量を４回に分けて加えることができる。驚くべきことに、追加電解質を間隙１４５に充填すると、負極１５０は、セパレータ面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、セパレータ面１４８が押し出されて負極と正極の両方にぴったり付くため、間隙１４５が完全に閉鎖される。
【０１４４】
図１０〜１６で表示及び説明した実施形態に従って電池１０の性能試験を行ったので、以下の実験実施例でその結果を報告する。以下の具体例では、放電したばかりの同サイズの平面アルカリ電池の比較性能を示す。比較対象の電池（以下「比較例」という）としては、図１０〜１３に示した従来の亜鉛負極と、ＭｎＯ２及び天然黒鉛が含まれている従来の正極を備えた同サイズの平面電池使用した。試験電池（以下「標本」という）としては、図１０〜１３に示した同サイズの平面電池も使用したが、亜鉛微粉が含まれている負極と、正極活性剤としてのオキソ水酸化ニッケル及び耐酸化性グラファイトが含まれている正極を採用した。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だった。（別段の定めがない限り、すべての寸法は外径（ケースのラベルは含まない）である。）ケーシング１００の壁厚はいずれの試験された電池でも同じで、０．３８ｍｍだった。各電池のケーシング１００は、内面が黒鉛炭素でコーティングされているニッケルメッキ鋼だった。
【０１４５】
試験電池−比較例（亜鉛微粉が含まれていない亜鉛／ＭｎＯ２電池）
すべて図１０〜１３に示した長方形（長方体など）の形状をした試験電池を複数用意した。電池の外径は、長さが約６７ｍｍ、幅が約１７ｍｍ、厚さが約５．６ｍｍ（新たに放電する前の値）だった。比較例の試験電池の負極及び正極の構成は以下のとおりである。
【表２】
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注：
１．平均粒子サイズが約１５０ミクロンである−６０メッシュサイズの亜鉛系粒子を合金にして、インジウムでメッキし、亜鉛系粒子の総重量に対するインジウムの総含有量が約２００ｐｐｍになるようにした。
２．３重量％の溶液の形でＲｈｏｎｅ−ＰｏｕｌｅｎｃがＲＭ−５１０の名称で市販している有機燐光体エステル基界面活性剤。
３．ＫＯＨが３５．３重量％、酸化亜鉛が約２重量％、Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ＣｏｒｐのＷａｔｅｒｌｏｃｋ  ２２１及びＢ．Ｆ．  Ｇｏｏｄｒｉｃｈ  ＣｏのＣａｒｂｏｐｏｌ  Ｃ９４０という２つのゲル化剤が合わせて約１．５％含まれている電解液。
【表３】
2008502121.tif 000005
注：
１．二酸化マンガンは、Ｘｉａｎｇｔａｎ  Ｘｉａｎｇｈｅ  Ｎｅｗ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄ．（ＰＲＣ）が市販しているＥＭＤ。
２．グラファイトＮｄＧ−１５は、平均粒子サイズが約８ミクロン、ＢＥＴ表面積が約７．６ｍ２／ｇ、晶子サイズが２００ｎｍ未満の天然グラファイトで、Ｎａｃｉｏｎａｌ  ｄｅ  Ｇｒａｆｉｔｅ（ブラジル、イタペセリカ）が市販しているものである。
【０１４６】
比較例の電池の正極及び負極は、ＭｎＯ２正極の理論容量（単位：ミリアンペアアワー）（ＭｎＯ２１グラム当たりの理論容量３７０ミリアンペアアワーをベースに算出）を亜鉛負極の理論容量（単位：ミリアンペアアワー）（亜鉛１グラム当たりの理論容量８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が１．５になるように平衡化した。正極には、ＭｎＯ２を約６．６３ｇ含有させた。負極には亜鉛を約２．０ｇ含有させた。
【０１４７】
カットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、新品の試験電池を９０ミリワットの消耗率で、１０分おきに１００ミリワットで５秒間放電するサイクルを連続して１時間実施し、３時間放置した後、また１時間放電させ３時間放置するというサイクルを繰り返した。（この試験は、典型的なソリッドステートオーディオ（ＳＳＡ）プレーヤーで電池を使用するシミュレーションを行う際に利用することができる。）比較試験電池の平均耐用時間は２０．３時間だった。最高５５°Ｃの温度で２週間保管した試験電池についても同様の試験を実施した。保管期間を経た電池の平均耐用時間は１９．３時間だった。電池ケーシングは、放電前の新品状態では厚さ５．６ｍｍだったが、放電後にはおしなべて５．９５ｍｍまで膨張した。厚さは、図１Ａに示した側壁１０６ａ及び１０６ｂの外側表面間の長さを測定したものである。
【０１４８】
カットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、新品の試験電池を１２５ミリワットの消耗率で、１０分おきに３００ミリワットで５秒間放電するサイクルを連続して１時間実施し、３時間放置した後、また１時間放電させ３時間放置するというサイクルを繰り返した。（この試験は、ＣＤ又はＭＰ３デジタルオーディオプレーヤーで電池を使用するシミュレーションを行う際に利用することができる。）該試験電池の平均耐用時間は１１．２時間だった。最高５５°Ｃの温度で２週間保管した試験電池についても同様の試験を実施した。保管期間を経た電池の平均耐用時間は１０．６時間だった。
【０１４９】
さらに、カットオフ電圧が１．０ボルトに達するまで、新品の試験電池を４３５ミリワットの消耗率で、１秒おきに１０００ミリワットで２０ミリ秒放電するサイクルを連続して１時間実施し、続いて５ミリワットの一定の消耗率で１時間放電し、１時間放置した後、再び該２つの放電作業を行ってから１時間放置するというサイクルを繰り返した。（この試験は、高電圧機器、例えばカラーディスプレイを備えた携帯端末（ＰＤＡ）で電池を使用するシミュレーションを行う際に利用することができる。）該試験電池の平均耐用時間は４．４時間だった。
【０１５０】
試験電池−試験実施例１（亜鉛が５０重量％含まれている亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池）
すべて図１０〜１３に示した長方形（長方体など）の形状をした試験電池を複数用意した。試験実施例１の試験電池の負極及び正極の構成は以下のとおりである。
【表４】
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注：
１．平均粒子サイズが約１５０ミクロンである−６０メッシュサイズの亜鉛系粒子と、平均粒子サイズが約３５ミクロンである−３２５メッシュサイズの亜鉛微粉を１対１の重量比で混合した。すなわち、亜鉛微粉が負極内の亜鉛系粒子全体の５０重量％を占めている。亜鉛微粉が含まれている亜鉛系粒子を合金にして、インジウムでメッキし、亜鉛系粒子の総重量に対するインジウムの総含有量が約２００ｐｐｍになるようにした。
２．３重量％の溶液の形でＲＭ−５１０の名称で市販されている有機燐光体エステル基界面活性剤（Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから入手可能）を、亜鉛全体の重量に対して約５０ｐｐｍの濃度で追加した。
３．ＫＯＨが３５．３重量％、酸化亜鉛が約２重量％、Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ２２１（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐから入手可能）及びＣａｒｂｏｐｏｌ  Ｃ９４０（Ｂ．Ｆ．  Ｇｏｏｄｒｉｃｈ  Ｃｏから入手可能）という２つのゲル化剤が合わせて約１．５％含まれている電解液。
【表５】
2008502121.tif 000007
注：
１．ＮｉＯＯＨ粉末は主に、平均（Ｄ５０）粒子サイズが約１９ミクロンのβ‐水酸化ニッケル（＋３）から構成されている。ＮｉＯＯＨ粒子には、オキソ水酸化コバルトによる表面被覆部が純オキソ水酸化コバルトの約４重量％備わっている。従って、活性ＮｉＯＯＨの実際量は、正極との重量比で約８５／１．０４＝８１．７重量％を占める。オキソ水酸化コバルト被覆オキソ水酸化ニッケル粉末は、関西触媒化学株式会社（日本、大阪）から入手できる。
２．結合剤は、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ＣｅｌａｎｅｓｅがＣｏａｔｈｙｌｅｎｅの名称で市販しているポリエチレンである。
３．グラファイトは、Ｔｉｍｃａｌ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏ．（米国、オハイオ州、ウェストレイク）がＴＩＭＲＥＸ（登録商標）ＳＦＧ  １５の名称で市販している、平均粒子サイズが約９ミクロン、ＢＥＴ比表面積が約９．５ｍ２／ｇ、晶子サイズＣｎが１００ｎｍ未満の耐酸化性合成グラファイトである。
【０１５１】
試験実施例１の試験電池の正極及び負極は、ＮｉＯＯＨの理論容量（単位：ミリアンペアアワー）（ＮｉＯＯＨ１ｇあたりの理論容量２９２ミリアンペアをベースに算出）を亜鉛の理論容量（単位：ミリアンペアアワー）（亜鉛１ｇ当たりの理論容量８２０ミリアンペアアワーをベースに算出）で除した値が１．０になるように平衡化した。負極には、亜鉛系粒子を約２．０ｇ含有させた。正極には、オキソ水酸化コバルト被覆オキソ水酸化ニッケルを約６．１２ｇ含有させ、該オキソ水酸化コバルトの含有量は純ＮｉＯＯＨの総量の約４重量％とした。正極内のＮｉＯＯＨの含有量（純ＮｉＯＯＨベース）は６．１２／１．０４＝５．８８ｇだった。
【０１５２】
カットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、新品の試験電池を９０ミリワットの消耗率で、１０分おきに１００ミリワットで５秒間放電するサイクルを連続して１時間実施し、３時間放置した後、また１時間放電させ３時間放置するというサイクルを繰り返した。試験実施例１の試験電池の平均耐用時間は２３．９時間だった。最高５５°Ｃの温度で２週間保管した試験電池についても同様の試験を実施した。保管期間を経た電池の平均耐用時間は２１．５時間だった。電池ケーシングは、放電前の新品状態では厚さ５．６ｍｍだったが、放電後にはおしなべて５．７５ｍｍまで膨張した。厚さは、図１Ａに示した側壁１０６ａ及び１０６ｂの外側表面間の長さを測定したものである。
【０１５３】
カットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、新品の試験電池を１２５ミリワットの消耗率で１０分おきに３００ミリワットで５秒間放電するサイクルを連続して１時間実施し、３時間放置した後、また１時間放電させ３時間放置するというサイクルを繰り返した。試験実施例１の試験電池の平均耐用時間は１６．０時間だった。最高５５°Ｃの温度で２週間保管した試験電池についても同様の試験を実施した。保管期間を経た電池の平均耐用時間は１４．２時間だった。
【０１５４】
さらに、カットオフ電圧が１．０ボルトに達するまで、新品の試験電池を４３５ミリワットの消耗率で、１秒おきに１０００ミリワットで２０ミリ秒放電するサイクルを連続して１時間実施し、続いて５ミリワットの一定の消耗率で１時間放電し、１時間放置した後、再び該２つの放電作業を行ってから１時間放置するというサイクルを繰り返した。試験実施例１の試験電池の平均耐用時間は５．９時間だった。
【０１５５】
試験電池−試験実施例２（亜鉛微分が含まれていない亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池）
すべて図１０〜１３に示した長方形（長方体など）の形状をしており比較例の電池とサイズも同じである試験電池を用意した。正極と負極の構成は試験実施例１の試験電池と同じにした。試験実施例２の試験電池は、負極に亜鉛微粉を含めない点を除いて、すべて試験実施例１の試験電池と同じにした。すなわち、亜鉛系粒子のサイズを試験実施例１よりも大きく、約−６０〜＋２００メッシュとした。
【０１５６】
カットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、新品の電池を９０ミリワットの消耗率で、１０分おきに１００ミリワットで５秒間放電するサイクルを１時間実施し、３時間放置した後、また１時間放電させ３時間放置するというサイクルを繰り返した。試験実施例２の試験電池の平均耐用時間は２３．１時間だった。最高５５°Ｃの温度で２週間保管した試験電池についても同様の試験を実施した。保管期間を経た電池の平均耐用時間は２２．０時間だった。電池ケーシングは、放電前の新品状態では厚さ５．６ｍｍだったが、放電後にはおしなべて５．７８ｍｍまで膨張した。厚さは、図１Ａに示した側壁１０６ａ及び１０６ｂの外側表面間の長さを測定したものである
さらに、カットオフ電圧が０．９ボルトに達するまで、新品の電池を１２５ミリワットの一定の消耗率で、１０分おきに３００ミリワットで５秒間放電するサイクルを１時間実施し、３時間放置した後、また１時間放電させ３時間放置するというサイクルを繰り返した。試験実施例２の試験電池の平均耐用時間は１５．２時間だった。最高５５°Ｃの温度で２週間保管した試験電池についても同様の試験を実施した。保管期間を経た電池の平均耐用時間は１２．７時間だった。
【０１５７】
性能試験結果の考察
本発明の平面亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池の性能試験結果から、オキソ水酸化ニッケルが含まれている正極を備えた試験電池は、消耗率が低くても高くても、二酸化マンガンが含まれている正極を備えた同サイズの試験電池よりも耐用期間が長いことは明らかである。耐用期間の拡大は、消耗率が高くなるほど顕著になる。比較的低い間欠的消耗率、例えば、約９０〜１００ミリワットでは、試験実施例１における新品の亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池の平均耐用時間が２３．９時間だったのに対し、比較例である新品の亜鉛／ＭｎＯ２試験電池（実施例１の電池と同サイズ）では２０．３時間だった。つまり約１８％耐用期間が拡大したことになる。比較的高い間欠的消耗率、例えば、約１２５〜３００ミリワットでは、試験実施例１における新品の亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池の平均耐用時間が１６．０時間だったのに対し、比較例である新品の亜鉛／ＭｎＯ２試験電池（実施例１の電池と同サイズ）では１１．２時間だった。つまり約４３％耐用期間が拡大したことになる。さらに高い間欠的消耗率、例えば、約４３５〜１０００ミリワットでは、試験実施例１における新品の亜鉛／ＮｉＯＯＨ電池の平均耐用時間が５．９時間だったのに対し、比較例である新品の亜鉛／ＭｎＯ２試験電池（実施例１の電池と同サイズ）では４．４時間だった。つまり約３４％耐用期間が拡大したことになる。
【０１５８】
また、試験結果から、負極に亜鉛微粉が含まれている試験実施例１の試験電池は、とりわけ高い消耗率において、実施例１の電池と同サイズながら負極に亜鉛微粉が含まれていない試験実施例２の試験電池よりも耐用期間が長いことが分かっている。比較的低い断続的消耗率、例えば、約９０〜１００ミリワットでは、亜鉛微粉が５０重量％含まれている実施例１の試験電池の平均耐用期間が２３．９時間だったのに対し、亜鉛微粉が含まれていない実施例２の電池では２３．１時間だった。つまり約３％耐用期間が拡大したことになる。比較的高い断続的消耗率、例えば、約１２５〜３００ミリワットでは、亜鉛微粉が５０重量％含まれている実施例１の試験電池の平均耐用期間が１６．０時間だったのに対し、亜鉛微粉が含まれていない実施例２の電池では１５．２時間だった。つまり約５％耐用期間が拡大したことになる。
【０１５９】
さらに、試験結果から、試験前に最高５５°Ｃの温度で２週間保管した試験電池の平均耐用期間は、低〜中程度の消耗率で放電させた場合、試験実施例１、２のいずれのケースでも比較例の試験電池よりも長くなることが分かっている。保管期間を経た試験電池を比較的低い間欠的消耗率、例えば、約９０〜１００ミリワットで放電させたところ、試験電池の平均耐用期間は、試験実施例１、２のいずれのケースでも約２２時間だったのに対し、比較例の試験電池では１９．３時間だった。保管期間を経た試験電池を中程度の間欠的消耗率、例えば、約１２５〜３００ミリワットで放電させたところ、試験実施例１の試験電池の平均耐用期間は１４．２時間、試験実施例２の試験電池では１２．７時間だったのに対し、比較例の試験電池ではわずか１０．６時間だった。
【０１６０】
また、試験結果から、本発明の亜鉛／ＮｉＯＯＨ平面電池が放電後に膨張するために生じる電池ケーシングの変形の度合が、同サイズの平面亜鉛／ＭｎＯ２電池を大きく下回っていることが分かっている。例えば、試験実施例１及び２双方の試験電池では、低い消耗率（９０ｍＷ、１００ｍＷなど）で間欠的に放電した後の膨張率が３％だったのに対し、比較例の試験電池では約６％だった。
【０１６１】
本発明の好ましい実施形態では、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ついて説明してあるが、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、例えば長方体の形状をした電池では、長方形状を維持させながらも、ケーシ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。全体的外観のその他のバリエーション、例えば、電池の端部と、ケーシングのいずれか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、該面は「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、外部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、電池の全体的外観を多角形状にすることができる。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実質的に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】図１に示した電池を表示線２−２に沿って切った断面図で、改良型プラグのデザインを示している。
【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】図１Ａに示した電池を表示線３−３に沿って切った断面図で、改良型プラグのデザインを示している。
【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及び図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】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であり、細長い負極キャビティを示している。
【図４Ｃ】電池の横断面の平面図で、細長い負極キャビティの第２の実施形態を示している。
【図４Ｄ】電池の横断面の平面図で、細長い負極キャビティの第３の実施形態を示している。
【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、電池ケーシング内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】電池の側面図で、薄肉材の下部領域を形成するケーシング本体の溝を示している。
【図８Ａ】電池の側面図で、各溝が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している。
【図９】図８及び図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】平面アルカリ電池の実施形態の側面図で、ケーシングの長側面にある単一の溝付き通気口を示している。
【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枚のセパレータ材から、図１０Ａの電池のセパレータを組み立てる方法を示している。
【図１４Ａ】巻き付け状のセパレータシートを形成させるプロセスを示している。
【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セパレータの完成品を示している。
【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を示している。
【図１６】セパレータの短側面と正極との間に間隙を備えた実施形態を示している。
【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を示している。
【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】
2008502121.tif 000016
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
2008502121.tif 000020
【図６Ａ】
2008502121.tif 000021
【図７】
2008502121.tif 000022
【図７Ａ】
2008502121.tif 000023
【図８】
2008502121.tif 000024
【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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【国際調査報告】
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