(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛粉体の混合物を含む第１の電極を備えた化学セルであって、
前記混合物が、第１の粉体からの亜鉛粒体と少なくとも第２の粉体からの亜鉛粒体とを含み、前記第１の粉体の粒径の範囲と前記第２の粉体の粒径の範囲とが重ならず、（ｉ）前記第１の粉体と前記第２の粉体の粒体との間の平均粗度指数の差が少なくとも２．０パーセントであり、及び／又は（ii）前記第１の粉体と前記第２の粉体の粒体との間の平均長短度指数の差が少なくとも３．０パーセントであることを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記第１の粉体の粒体が７５ミクロン未満の粒径を有し、前記第２の粉体の粒体が７５ミクロンを越える粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記第１の粉体の粒体が、７５ミクロンから１５０ミクロンの間の粒径を有し、前記第２の粉体の粒体が、１５０ミクロンを越える粒径を有する第１のグループと７５ミクロン未満の粒径を有する第２のグループとを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記第１の粉体の粒体が１５０ミクロンを越える粒径を有し、前記第２の粉体の粒体が１５０ミクロン未満の粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記亜鉛粉体の混合物が単一形粒径分布を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記第１の粉体と前記第２の粉体の粒体との間の平均粗度指数の差が少なくとも３．０パーセントであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記第１の粉体と前記第２の粉体の粒体との間の平均粗度指数の差が少なくとも３．５パーセントであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記第１の粉体と前記第２の粉体の粒体との間の平均長短度指数の差が少なくとも３．５パーセントであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記第１の粉体と前記第２の粉体の粒体との間の平均長短度指数の差が少なくとも４．０パーセントであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にアルカリ化学セルに関する。より詳細には、本発明は、ブレンド亜鉛粉体を含むアノードを有するアルカリセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形化学セルは、懐中電灯、ラジオ及びカメラなどの幅広い種類のデバイスにおいて消費者が使用するのに好適である。これらのデバイスで使用されるバッテリは通常、２つの電極と、セパレータと、ある量の電解質と、集電体を含む閉鎖組立体とを収容する円筒型金属容器を使用する。典型的な電極材料には、カソードとして二酸化マンガンとアノードとして亜鉛がある。一般的な電解質は水酸化カリウムの水溶液である。セパレータは、一般には１つ又はそれ以上の紙ストリップで形成され、電極間に配置される。電解質は、セパレータ及びアノードに容易に吸収される。
【０００３】
市販の円筒形アルカリバッテリは、粒体の亜鉛を含むアノードを使用している。アノードは、水性電解質を吸収したゲルである。亜鉛粒体は、ゲル内部に均一に分散され、これにより粒体間の接触がアノード全体にわたり導電性マトリクスを構築するようになる。集電体は、亜鉛に接触し、アノードとセル端子のうちの１つとの間に導電経路を形成する。
【０００４】
消費者に対してより良好に機能するバッテリを提供することが常に要求されているので、バッテリ技術者は、消費者のデバイスへのバッテリの給電時間の長さを向上させるように絶えず努めている。同時に、セルの供用性能を維持しながらセルコストを低減する必要性が最も重要になっている。供用性を改善するこれまでの試みには、亜鉛合金の改質、亜鉛粒体の形状の変更、亜鉛粉体の粒径分布の修正、及び易流動性の亜鉛粒体から亜鉛凝集体への成形が含まれていた。例えば、米国特許第６，０２２，６３９号では、アルカリ化学セルで使用される亜鉛粉体中に亜鉛フレークを混和することが記載されている。残念ながら、亜鉛フレークの使用は、亜鉛フレークを含有するゲル化アノードの粘度を大幅に増大させることが知られている。粘度が増大すると、セル製造工程の効率に悪影響を及ぼす加工上の問題を引き起こす可能性がある。米国特許第６，２８４，４１０号では、亜鉛細粒又は亜鉛粉末を亜鉛粉体に添加することが記載されている。細流又は粉末の添加は、セルの性能全体に有利であると説明されている。しかしながら、細粒又は粉末の添加により、ゲル化アノードの粘度が増大し、セル製造工程での加工上の問題を引き起こす可能性があることが知られている。ビスマス、インジウム、アルミニウム、鉛、スズ、又はマンガンといった１つ又はそれ以上の元素を亜鉛と合金化することによって、セルの作動時間を向上させる多くの試みがなされてきた。亜鉛と合金化する元素は、セルの供用性を高めるのに有効であることが立証されているが、合金化工程は、亜鉛製造施設での追加コストが発生し、最終的にはセルコストを増大させることになる。易流動性亜鉛粉体からの亜鉛凝集体の形成は、米国特許公開２００４／００１３９４０  Ａ１に記載されている。凝集体は、特定の使用試験でのセルの作動時間を向上させるが、凝集体を形成するのに必要な工程段階もまた亜鉛のコストを増大させ、従ってバッテリコストが増大する。上述の亜鉛に対する変更の全ては、亜鉛粉体の特定の物理的及び／又は化学的特性を変えることによってセル性能を向上させるように亜鉛粉体を設計する業界全体の取り組みとして総括することができる。しかしながら、セルに対するあらゆる追加コストを最低限に抑えながら供用の改善を可能にし、或いは、セルの供用を維持しながらセルコストを低減する亜鉛粉体の開発の更なる向上の必要性が引き続きある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，０２２，６３９号公報
【特許文献２】米国特許第６，２８４，４１０号公報
【特許文献３】米国特許公開２００４／００１３９４０  Ａ１公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、製造が経済的で且つデバイスで使用されたときに望ましい作動時間を提供する亜鉛粉体を用いたセルを提供する。
【０００７】
１つの実施形態において、本発明の電気化学セルは、少なくとも第１の粉体と第２の粉体とのブレンドである第１の電極を含む。第１及び第２の粉体の双方は、共通の粒径範囲内の粒体を有する。共通の粒径範囲内の第１の粉体の粒体は、共通の粒径範囲内の第２の粉体の粒体の粗度指数値よりも少なくとも２．０パーセント高い粗度指数値を有する。
【０００８】
本発明はまた、亜鉛粉体の混合物を含む電気化学セルに関する。混合物は、第１の粉体及び少なくとも第２の粉体からの亜鉛粒体を含む。第１の粉体の粒径の範囲と第２の粉体の粒径の範囲とは重なり合わない。
【０００９】
本発明はまた、第１の粉体を粒径に基づいて少なくとも２つのグループに区分し、第２の粉体を粒径に基づいて少なくとも２つのグループに区分することによって得られる亜鉛粉体の混合物を含み、第１の粉体からの少なくとも１つのグループと第２の粉体からの少なくとも１つのグループとは共通の粒径範囲を有し、第１の粉体の共通粒径範囲内のグループは、第２の粉体の共通粒径範囲内のグループの粗度指数値よりも少なくとも２．０パーセント高い平均粗度指数値を有する化学セルに関する。次いで、第１の粉体の共通粒径範囲からのグループを第２の粉体からの少なくとも１つのグループとブレンドする。
【００１０】
本発明はまた、ブレンド亜鉛粉体を製造する工程に関する。本工程は次の段階を含む。第１の粉体を粒径に基づいて少なくとも２つのグループに区分する段階。第２の粉体を粒径に基づいて少なくとも２つのグループに区分する段階。第１の粉体からの少なくとも１つのグループを第２の粉体からの少なくとも１つのグループとブレンドし、これによってブレンド亜鉛粉体を形成する段階。第１の粉体からの少なくとも１つのグループと第２の粉体からの１つのグループとが共通の粒径範囲を有する。第１の粉体の共通粒径範囲内の粒体は、第２の粉体の共通粒径範囲内の粒体の平均粗度指数値よりも少なくとも２．０パーセント高い平均粗度指数値を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の化学セルの断面図である。
【図２】２種の亜鉛粉体についての粒径範囲に対する粗度指数のグラフである。
【図３】２種の亜鉛粉体についての粒径範囲に対する長短度指数のグラフである。
【図４】２つの粒径分布のグラフである。
【図５】粒径分布のグラフである。
【図６】３つの供用試験の試験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで図面及びより詳細には図１を参照すると、本発明の組立化学セルの断面図が示される。セルの構成部品は、セルの外側から始めて、容器１０、容器１０の内側表面に隣接して位置する第１の電極５０、第１の電極５０の内側表面５６に接触するセパレータ２０、セパレータ２０によって定められるキャビティ内に配置された第２の電極６０、及び容器１０に固定された閉鎖組立体７０がある。容器１０は、開放端部１２、閉鎖端部１４及びこれらの間の側壁１６を有する。閉鎖端部１４、側壁１６及び閉鎖組立体７０は、セルの電極が収容される容積を定める。
【００１３】
第１の電極５０は、二酸化マンガンと、黒鉛と、水酸化カリウム含有水溶液との混合物を含む。この電極は、二酸化マンガンを含有するある量の混合物を開口容器内に配置し、次いで該混合物をラムを用いて容器の側壁と同軸のキャビティを定める中実の円筒形状に成形することによって形成される。第１の電極５０は、桟部５２及び内側表面５６を有する。或いは、カソードは、二酸化マンガンを含む混合物から複数のリングを予備成形し、次いで該リングを容器に挿入して円筒形状の第１の電極を形成することによって形成してもよい。
【００１４】
第２の電極６０は、水性アルカリ電解質と、２つ又はそれ以上の亜鉛粉体のブレンドと、架橋ポリアクリル酸のようなゲル化剤との均一な混合物である。水性アルカリ電解質は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、又はこれらの混合物のようなアルカリ金属水酸化物を含む。好ましいのは水酸化カリウムである。本発明のセルで用いるのに好適なゲル化剤は、米国オハイオ州クリーブランド所在のＢ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈ，Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能なＣａｒｂｏｐｏｌ９４０（登録）などの架橋ポリアクリル酸とすることができる。カルボキシメチルセルロース、ポリアクリルアミド、及びポリアクリル酸ナトリウムは、アルカリ電解質溶液での使用に好適な他のゲル化剤の例である。ブレンド亜鉛粉体は、純亜鉛か、或いはインジウム、鉛、ビスマス、リチウム、カルシウム及びアルミニウムからなるグループから選択された１つ又はそれ以上の金属の適量を含む合金とすることができる。適切なアノード混合物は、６７重量パーセントの亜鉛粉末と、０．５０重量パーセントのゲル化剤と、３２．５重量パーセントのアルカリ電解質とを含み、このアルカリ電解質は４０重量パーセントの水酸化カリウムを有する。亜鉛の量は、アノードの重量の６３パーセントから７０パーセントの範囲とすることができる。ガス発生抑制剤、有機又は無機防錆剤、結合剤、或いは界面活性剤といった他の要素を上記の成分に任意選択的に添加することができる。ガス発生抑制剤或いは防錆剤の例としては、インジウム塩（水酸化インジウムのような）、ペルフルオロアルキルアンモニウム塩、アルカリ金属硫化物などがある。界面活性剤の例としては、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンアルキルエーテル、ペルフルオロアルキル化合物などがある。
【００１５】
第２の電極は、上述の成分をリボンブレンダ又はドラムミクサで組み合わせて、次いで該混合物を徐々に湿潤スラリに加工することによって製造することができる。
【００１６】
本発明のセルで用いるのに適切な電解質は、３７重量パーセントの水酸化カリウム水溶液である。電解質は、第１の電極によって定められたキャビティ内にある量の流体電解質を配置することによってセル内に組み込むことができる。電解質はまた、第２の電極の製造に用いられる工程の間に、ゲル化媒質が水酸化カリウム水溶液を吸収できるようにすることによってセルに導入することができる。電解質が第１の電極５０、第２の電極６０及びセパレータ２０に接触している場合には、電解質をセル内に導入するのに使用される方法は重要ではない。
【００１７】
閉鎖組立体７０は、閉鎖部材７２及び集電体７６を備える。閉鎖部材７２は、セルの内圧が過剰になると閉鎖部材７２を破裂させることが可能なベント８２を含むように成形される。閉鎖部材７２はナイロン６，６製とすることができ、或いは、集電体７６が第１の電極の集電体として機能する容器１０から電気的に絶縁されている場合には、金属などの他の材料で作ることができる。集電体７６は、黄銅製の細長い釘状の構成部品である。集電体７６は、閉鎖部材７２の中央に位置する穴を通して挿入される。
【００１８】
セパレータは、不織繊維製である。セパレータの機能の１つは、第１の電極と第２の電極との間の界面に障壁を形成することである。この障壁は、電気絶縁性があり、イオン透過性でなければならない。適切なセパレータが、ＷＯ０３／０４３１０３に開示されている。
【００１９】
本発明のセルに使用されるブレンド亜鉛粉体は、少なくとも第１の亜鉛粉体と第２の亜鉛粉体との組み合わせである。第１及び第２の粉体の特性は、亜鉛粉体の粒径分布内の全範囲の亜鉛粒体がランダムに生成される亜鉛粉体製造工程で製造されていた従来型の亜鉛粉体を用いては容易には得られないような供用上及び／又はコスト上の利点が提供されるように選択する必要がある。こうした工程においては、粒体は、工程の種類及びその工程を制御するのに使用される特定の条件によって決定付けられる基本的な物理特性を有する。工程によって粒体に与えられる物理特性は、電気化学セルにおいて亜鉛がどれ程効率的に放電するかに大きく影響する可能性のある特徴の１つとして、発明者らによって認識された。例えば、発明者らは、粒体粗度及び／又は粒体長短度などの亜鉛粒体の特性を粒径分布のような他の物理的パラメータと組み合わせて用いて、第１の亜鉛粉体、又は第２の亜鉛粉体と組み合わせることが可能な第１の亜鉛粉体の特定の粒径分布、又は第２の亜鉛粉体の特定の粒径分布を選択して、望ましい供用又はコスト上の利点をもたらすことになるブレンド亜鉛粉体を生成することができることを認識した。上述のように、電気化学的活物質として亜鉛粉体を使用するバッテリ業界及び亜鉛粉体を供給する亜鉛製造業者は、粒径分布、粒体形状及び亜鉛と合金化される化学元素といった亜鉛の物理的及び化学的特性を変えることによって、セルの作動時間として知られるセル供用を改善させるように試みて来た。しかしながら、粗度指数で計測される粒体の粗度、及び長短度指数で計測される粒体の長短度は、共に混合して供用及び／又はコスト上の利点を提供するブレンド亜鉛粉体を生成することができる亜鉛粉体を選択するための判定基準としては用いられていなかった。
【００２０】
図２は、本明細書で粉体Ａ及び粉体Ｂとして識別される２つの亜鉛粉体の粗度のチャートである。粉体Ａは、ベルギー国ブリュッセル所在のＮ．Ｖ．ＵＭＩＣＯＲＥ，Ｓ．Ａ．から購入され、ＢＩＡ１１５として識別される。この亜鉛粉体は、１００ｐｐｍビスマス、２００ｐｐｍインジウム、及び１００ｐｐｍアルミニウムを含有する合金である。粉体の粒径を特徴付けるのに使用される尺度である粉体のＤ50は約１１５であった。亜鉛粉体を製造するのに、２０００年８月１７日に公開されたＷＯ００／４８２６０において概略的に記載されている遠心噴霧工程を使用した。粉体Ｂは、粉体Ａと同じ合金組成を有し、これもＵＭＩＣＯＲＥから購入した。粉体Ｂは、溶融亜鉛の流れから粉体を製造するのに使用される従来の製造工程であるガス噴霧プロセスで製造した。亜鉛粉体を製造するのに使用される第３の工程は、インパルス噴霧であり、これはＷＯ２００４／０１２８８６に記載されている。図２のデータは、スクリーンを用いて、遠心噴霧工程又はガス噴霧工程の何れかで製造された粉体を篩別することによって作成した。粉体は、製造業者から入手したものを篩別し、これによって粉体の各々を粒径範囲に基づいて４つのグループに区分した。この粒径範囲は、４５〜７５ミクロン、７５〜１０５ミクロン、１０５〜１５０ミクロン及び１５０ミクロンを越えるものであった。次いで、二次元画像解析を用いて各区分されたグループの粗度を特徴付けた。画像解析技法は、デジタルカメラと組み合わせたオリンパスＳＺＸ１２顕微鏡を使用し、個々の粒体の周辺長を正確に計測することができる十分な倍率で亜鉛粒体を撮影した。この技法は、ガラス片上に複数の粒体を均等に散布することを含み、次いで粒体を照明する透過光を用いた顕微鏡の視野内にこのガラス片を配置した。粒体間の接触を最小限又は回避するように粒体を配列した。顕微鏡の倍率は、小さい粒体について少なくとも１０画素を可能にするように選択した。次いで、デジタル画像を試料の異なる領域で取り込んだ。各画像は、別の粒体に接触しない、少なくとも２つの粒体を含まなければならない。多数の画像を取り込み、別の粒体に接触しない１０００個の粒体画像を得た。ニューヨーク州メルビル所在のＯｌｙｍｐｕｓ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｉｎｃ．によって作成されたＭｉｃｒｏｓｕｉｔｅソフトウェアを用いてデータを処理した。１０００個の粒体の画像を解析することにより各グループの粗度指数を求めた。各粒体において、粗度は、粒体画像の周辺長を当該粒体の等価楕円の周辺長で除算して算定し、該等価楕円は、粒体と同じ面積を有し且つその長径が粒体の画像の最長寸法に等しい楕円として定義される。各グループの粗度指数は、１０００個の粒体の粗度値を平均して計算した。粗度指数が高いほど、低い粗度指数を有する粒体よりも凹凸がより大きいことを意味する。図２で分かるように、粉体Ａの４つのグループのうちの３つは、粉体Ｂでの対応するグループよりも高い平均粗度指数値を有していた。詳細には、１０５〜１５０ミクロンの範囲内に分けられる粉体Ａの粒体は、平均粗度指数値（１．２２０）を有し、これは粉体Ｂからの対応するグループの平均粗度指数値（１．１８０）よりも約３．４パーセント高い値であった。同様に、１５０ミクロンよりも大きい粒体からなるグループに分けられる粉体Ａの粒体は、平均粗度指数値（１．２４５）を有し、これは粉体Ｂからの対応するグループの平均粗度指数値（１．２１０）よりも約２．９パーセント高い値であった。好ましくは、本発明のセルにおいて有用な２つの粒体間の平均粗度指数の差は、少なくとも２．０パーセント、より好ましくは３．０パーセント、更により好ましくは３．５パーセントである。
【００２１】
図３は、粉体Ａ及び粉体Ｂとして上記で識別された２種の亜鉛粉体の長短度指数の値のチャートである。上述の二次元画像解析装置を用いて、粉体Ａ及び粉体Ｂの各グループからの１０００個の粒体の長短度を特徴付けた。各粒体の長短度指数値は、等価楕円の長径を粒体画像のＨｅｙｗｏｏｄ直径で除算することによって計算した。Ｈｅｙｗｏｏｄ直径は、粒体の画像の面積と等しい面積の円の直径である。各グループの平均長短度指数の値は、そのグループの試料内の１０００個の粒体についての個々の長短度指数値を平均することにより求めた。図３のデータポイントは、粉体Ａの４グループのうちの３グループが、粉体Ｂの対応するグループよりも少なくとも４パーセント高い平均長短度指数値を有する粒体からなることを明確に示している。好ましくは、本発明のセルに有用な２種の粒体間の平均長短度指数の差は、少なくとも３．０パーセント、より好ましくは３．５パーセント、更により好ましくは４．０パーセントである。
【００２２】
これらの平均粗度指数値及び平均長短度指数値に基づいて、第１の亜鉛粉体及び第２の亜鉛粉体、或いは亜鉛粉体の区分グループを選択することに加えて、選択された第１の粉体及び第２の粉体のブレンドによって得られたブレンド亜鉛粉体の粒径分布は、ブレンド亜鉛を含むセルの加工性及び放電効率に有意に影響を与えることが知られている。単一の最大点を有する粒径分布の亜鉛粉体は、本明細書では単一形粒径分布亜鉛粉体として知られる。図４において、ライン８０は単一形粒径分布の実施例である。亜鉛粉体が、これらの間に谷を形成する２つ又はそれ以上のピークを備えた粒径分布を有する場合、この亜鉛粉体は、本明細書では多峰形粒径分布亜鉛粉体として知られる。図４において、ライン８２は、多峰形粒径分布の実施例である。単一形粒径分布を有する亜鉛粉体は、その加工がより容易であるので、多峰形粒径分布を有する亜鉛粉体よりも好ましい場合が多い。高い割合の亜鉛微粒体を含有する多峰形粉体は、多峰形粉体を含有するゲル化アノードの粘度を本質的に増大させる。粘度の増大は、アノードを輸送して分注するのに使用されるアノード配分及び分注設備において加工上の問題を引き起こす可能性がある。
【００２３】
好ましくは、本発明のセルにおいて使用される第１及び第２の亜鉛粉体は、亜鉛合金である。これらの合金は、ビスマス、インジウム、及びアルミニウムといった同じ化学元素を含有し、各合金内の化学元素の量は同じである。
【００２４】
１つの実施形態において、本発明のセルは、単一形粒径分布を有する第１の亜鉛粉体を含むが、分布のうちの少なくとも１つの選択された部分は、第２の亜鉛粉体からの亜鉛粒体の同様な分布と置き換えられている。第２の亜鉛粉体からの粒体は、置換された第１の粉体中の粉体よりも高い粗度指数値を有する。例えば、図５は、３つの選択された部分に分けられた亜鉛粉体の分布を示す。第１の部分は、７５ミクロンの開口を有するスクリーンを通った粒体を含む。第２の部分は、１５０ミクロンの開口を有するスクリーンを通過したが７５ミクロンの開口のスクリーンは通過しなかった粒体を含む。第３の部分は、１５０ミクロンの開口のスクリーンを通過しない粒体を含む。本発明のセルに有用なブレンド亜鉛粉体は、より低い平均粗度指数値を有する亜鉛粉体の選択された部分をより高い平均粗度指数値を有する異なる亜鉛粉体の別の部分と置換することによって得ることができる。好ましくは、亜鉛粉体の選択された部分の粒径分布は、ブレンドされる亜鉛粉体の粒径分布と重ならない。粉体の粒径を望ましい粒径範囲内に制限する際に、最新の商用工程を用いてスクリーニング前後の亜鉛粉体の重量に基づき少なくとも９８％有効である第１の粒径分布がスクリーニング又は他の方法で区分された場合に、第１の分布は第２の粒径分布に重ならないと見なされる。粉体の１００％区分が望ましいが、或る工程では、より小さい粒体がより大きい粒体に付着するのを防ぐことができず、これによってより小さい粒体の一部がより大きい粒体の分布内にとどまる。或いは、本発明のセルに有用な別のブレンド亜鉛粉体は、より高い平均粗度指数値を有する亜鉛粉体の選択された部分を、より低い平均粗度指数値を有する異なる亜鉛粉体の選択された部分と置換することによって得ることができる。どちらの粉体が１つ又はそれ以上のグループに区分されて、後で別の粉体からの１つ又はそれ以上のグループとブレンドされるかに関係なく、最終結果は、粒径分布及び表面粗度に基づいて、別の亜鉛粉体の選択された部分からの粒体で置換された亜鉛粒体の選択された部分を有するブレンド亜鉛粉体である。
【００２５】
別の実施形態において、ブレンド亜鉛粉体は、第１の粉体から選択されたグループを表面粗度及び粒径分布に基づいたグループに区分されていない第２の粉体とブレンドして製造される。第１の粉体の選択されたグループの粒体は、本明細書では「共通」粒径範囲として知られる同じ粒径範囲からの第２の粉体の平均粗度指数値よりも少なくとも２パーセント高い平均粗度指数値を有する。例えば、第１の粉体の選択されたグループからの粒体が、７５ミクロン〜１０５ミクロンの間の粒径範囲を有し、第２の粉体が、７５〜１０５ミクロンの範囲内に粒体の少なくとも一部を有する場合、第１の粉体と第２の粉体とは共通の粒径範囲の粒体を有する。この実施形態は、第１の粉体からの粒体が第２の粉体の共通粒径範囲内の粒体よりも粗い条件下で、第１の粉体からの選択された「共通」グループを第１の粉体のものと同じ「共通」粒径範囲内の粒体を有する第２の粉体とブレンドすることを可能にする。
【００２６】
別の実施形態においては、本発明のセルに有用なブレンド亜鉛粉体は、基本的に同じ粒径分布を有するが、第１の粉体の選択された部分の平均粗度及び／又は長短度指数値が第２の亜鉛粉体の同じ選択された部分の平均粗度及び／又は長短度指数値よりも大きい２つの亜鉛粉体を混合することで得ることができる。この実施形態において、ブレンド亜鉛粉体の粒径分布は、ブレンドされる２つの粉体の粒径分布と同じであるが、ブレンド粉体はこれらの粉体のうちの１つ内の粒体よりもより粗く及び／又はより細長い粒体を含む。
【００２７】
異なる粗度及び／又は長短度指数値を有する亜鉛粉体のブレンドは、ブレンド亜鉛粉体のコスト対性能の特性を調整する能力をセル製造業者に対して提供する。例えば、第１の亜鉛粉体が化学セルにおける優れた供用を提供することが知られているが、この粉体は、作動時間がより短い別の亜鉛粉体よりも高価である場合には、セル製造業者は、より安価な粉体の選択された部分を除去し、これをより高価な粉体の部分と置換することを選ぶことができる。その結果として得られるのは、より高価な粉体よりも安価なブレンド粉体であって、図６に示すように、このブレンド亜鉛を含有するセルの供用性能は、より高価な亜鉛のみを含有するセルの供用能力と同等か或いはそれよりも良好である。ブレンド粉体のコスト対性能の比率を調整する能力により、非ブレンド亜鉛粉体では利用可能ではなかった選択肢がセル設計者に提供される。
【００２８】
本発明のセルで使用するブレンド亜鉛粉体を製造するのに使用できる工程は以下の段階を含む。第１の粉体を粒径に基づいて少なくとも２つのグループに区分する段階。第２の粉体を粒径に基づいて少なくとも２つのグループに区分する段階。この場合、第１の粉体からの少なくとも１つのグループと第２の粉体からの少なくとも１つのグループは、共通の粒径範囲を有し、第１の粉体の共通粒径範囲の粒体は、第２の粉体の共通粒径範囲における粒体の平均粗度指数値よりも少なくとも２．０パーセント高い平均粗度指数値を有する。次に、第１の粉体からの少なくとも１つのグループを第２のグループからの少なくとも１つのグループとブレンドし、これによってブレンド亜鉛粉体を形成する段階。
【００２９】
語句「ブレンド亜鉛粉体」で用いられる場合の用語「ブレンド」は、混合、タンブル、攪拌、又は他の物理的方法でかき混ぜて２種又はそれ以上の亜鉛粉体からの亜鉛粒体の均一な分布を提供した２種又はそれ以上の亜鉛粒体を記述することを意図している。
【００３０】
本発明のブレンド亜鉛粉体を使用することによって得ることができる供用の利点を説明するために、図１に示され上述のものと同様のセル構成を有する８ロットのＡＡサイズバッテリを作製し、３つの高率放電試験で放電を行った。カソード、セパレータ、電解質、シール組立体及びアノード配合物は、亜鉛粉体以外は同一であった。各ロットに使用された亜鉛粉体は、以下のようにして得られた。上記において粉体Ａとして表した第１の亜鉛粉体はＵＭＣＯＲＥから入手された。この粉体は、上記のように１００ｐｐｍのビスマス、２００ｐｐｍのインジウム、及び１００ｐｐｍのアルミニウムを含有する亜鉛の合金であった。この粉体は、遠心噴霧工程で製造され、１１５ミクロンのＤ50を有した。粉体Ａをスクリーニングし、７５ミクロンの開口のスクリーンを通過した粒体を有する、Ａ‐１で示した第１のグループと、１５０ミクロンの開口のスクリーンを通過したが７５ミクロンの開口のスクリーンを通過しない粒体を有する、Ａ‐２で示した第２のグループと、１５０ミクロンの開口のスクリーンを通過しない粒体を有する、Ａ‐３で示した第３のグループとを製造した。上記で粉体Ｂで表した亜鉛粉体もまたＵＭＣＯＲＥから入手した。この粉体は、１００ｐｐｍのビスマス、２００ｐｐｍのインジウム及び１００ｐｐｍのアルミニウムを含有する亜鉛の合金であり、遠心噴霧工程で製造され、１６０ミクロンのＤ50を有した。粉体Ｂもまたスクリーニングし、７５ミクロンの開口のスクリーンを通過した粒体を有する、Ｂ‐１で表した第１のグループと、１５０ミクロンの開口のスクリーンを通過したが７５ミクロンの開口のスクリーンを通過しない粒体を有する、Ｂ‐２で表した第２のグループと、１５０ミクロンの開口のスクリーンを通過しなかった粒体を有する、Ｂ‐３で表した第３のグループとを製造した。２つの亜鉛粉体からのグループの様々な組み合わせをブレンドしてロット１００〜ロット１０７で表した８つの異なるブレンド亜鉛粉体を得た。ロット１００は、粉体Ｂからの亜鉛粉体のみを含有した。ロット１０１は、グループＡ‐１、Ｂ‐２及びＢ‐３を含有した。このブレンドにおいては、粉体Ａからの粒体の粒径範囲は粉体Ｂからの粒体の粒径範囲よりも小さかった。ロット１０２は、グループＢ‐１、Ａ‐２及びＡ‐３を含有した。ロット１０３は、グループＢ‐１、Ｂ‐２及びＡ‐３を含有した。ロット１０４は、グループＢ‐１、Ｂ‐２及びＡ‐３を含有した。ロット１０５は、グループＡ‐１、Ｂ‐２及びＡ‐３を含有した。ロット１０６は、グループＡ‐１、Ａ‐２及びＢ‐３を含有した。ロット１０７は、グループＡ‐１、Ａ‐２及びＡ‐３を含有した。図６のデータは、全てが２１℃の環境で行われた以下の３つの放電試験の各々において各ロットからの５つのバッテリを放電させることにより得られた。第１の放電試験では、セルの閉回路電圧が１．０ボルト未満に低下するまで、各セルは１アンペアで連続して放電した。第２の放電試験では、各セルは、１ワットでの３秒間繰り返し放電し、次いで７秒間休止させた。この放電方式は、セルの閉回路電圧が０．９ボルト未満に低下するまで連続的に繰り返した。第３の放電試験では、セルの閉回路電圧が１．０ボルト未満��低下するまで、各セルが１ワットで連続的に放電した。各セルで試験が行われ、電圧カットオフを上回る時間量が記録され、次いで平均化されて各試験での各ロットの平均作動時間を得た。ロット１００内のセルの平均放電時間が標準として選定され、これと対照させて全ての他のセルの放電時間を正規化した。図６のデータは、ブレンド亜鉛粉体を含むセル（ロット１０１からロット１０６まで、これらを含める）が、粉体Ｂのみを含むセル（ロット１００）よりも実質的に高い供用を可能にし、更にまた、ブレンド亜鉛粉体を収容したセルは、１アンペア連続試験と１ワット連続試験の双方で粉体Ａのみを収容したセルよりもよりも長い作動時間を可能にすることを明らかに示している。ロット１０１〜ロット１０６での作動時間の範囲は、粒径分布によって区分された亜鉛粉体のグループの混合が、セル製造業者にブレンド亜鉛粉体に組み合わされるいずれかのグループを選定するによって、所望のレベルの作動時間を選択する能力を提供することを明確に示している。
【００３１】
上述の明細書は、好ましい実施形のものだけとみなされる。本発明の修正を当業者及び本発明を実施又は使用する人であれば想定されるであろう。従って、図面に示され且つ上述された実施形態は例証の目的に過ぎず、均等論を含む特許法の原理に従って解釈される添付の請求項によって定義される本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１０  容器
１２  開放端部
１４  閉鎖端部
１６  側壁
２０  セパレータ
５０  第１の電極
５２  桟部
５６  内側表面
６０  第２の電極
７０  閉鎖組立体
７２  閉鎖部材
７６  集電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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