(57)【要約】  アルカリ電池のような電気化学電池のためのエンドキャップシール組立体が開示される。エンドキャップ組立体は金属支持ディスク、その下にある絶縁シールディスク、及び金属支持ディスクを覆っている金属エンドキャップを含む。エンドキャップ及び金属支持ディスクの縁部は絶縁シールディスクの圧着された縁部によって捕捉される。支持ディスクは上方に延在する壁を、それを通る少なくとも１つの開口部と共に有する。絶縁ディスクは破裂可能な薄膜を形成する傾斜した上方に延在する壁も有し、これは支持ディスクの上方に延在する壁の内面の下にありかつ隣接する。破裂可能な薄膜は金属支持ディスクの上方に延在する壁中の開口部の下にありかつ隣接する。電池内のガス圧力が所定のレベルを超えるとき、破裂可能な薄膜は開口部に押し入り破裂して、ガスがそこから環境まで逃される。
2010515216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放端部、対向する閉鎖端部、及びそれらの間の円筒形側壁を有するハウジングと、前記ハウジングの前記開放端部に挿入されて前記ハウジングを閉鎖するエンドキャップ組立体と、を含むことを特徴とする電気化学電池であって、前記電池が正極端子及び負極端子を有し、
前記エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で前記電池を見るとき、前記エンドキャップ組立体が絶縁シールディスク、前記絶縁シールディスクを覆っている金属を含む支持ディスク、前記金属支持ディスクを覆っている金属を含むエンドキャップ、及び前記エンドキャップと電気的に接触している細長い集電体を含み、前記絶縁シールディスクが前記支持ディスク及びエンドキャップを前記電池ハウジングから電気的に絶縁しており、前記絶縁シールディスクが前記電池の中心長手方向軸から９０°未満の角度で傾斜して上方に延在しかつ前記長手方向軸に平行でない表面を有するプラスチック材料を含み、前記絶縁ディスクの前記の上方に延在する表面がその上の低点からその上の高点まで上方に延在し、前記エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で前記電池を見るとき、前記低点が前記高点よりも前記電池の中心長手方向軸に近く、前記支持ディスクがそれを通る少なくとも１つの開口を有する一体成形の金属構造からなり、前記エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で前記電池を見るとき、前記絶縁シールディスクがその中に前記支持ディスク内の前記開口の下にある薄くされた破裂可能な薄膜部分を有する、電気化学電池。
【請求項２】
前記ハウジングがその前記開放端部での縁部を有し、並びに前記絶縁シールディスク、金属支持ディスク、及びエンドキャップのそれぞれが周囲縁部を有し、前記ハウジングのその前記開放端部での前記縁部が前記絶縁シールディスクの前記周囲縁部の上に圧着されて前記絶縁シールディスクを前記ハウジング内の所定位置に固定されており、前記絶縁シールディスクの前記周囲縁部が前記エンドキャップ及び前記金属支持ディスクの前記周囲縁部の両方の前記周辺縁部の上に圧着され、それによって前記金属支持ディスク及び前記エンドキャップを前記絶縁シールディスク内の所定位置に固定する、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記金属支持ディスクが前記電池の中心長手方向軸から９０°未満の角度で傾斜して上方に延在しかつ前記長手方向軸に平行でない表面を有し、前記支持ディスクの前記の上方に延在する表面がその上の低点からその上の高点まで上方に延在し、前記エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で前記電池を見るとき、前記低点が前記電池の中心長手方向軸に前記高点より近く、前記絶縁ディスクの前記の上方に延在する表面が前記支持ディスクの前記の上方に延在する表面の少なくともかなりの部分で下にありかつ隣接し、前記金属支持ディスク内の前記少なくとも１つの開口部が前記支持ディスクの前記の上方に延在する表面を貫通し、前記破裂可能な薄膜の一部分が前記開口部の下にありかつ隣接する、請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記金属支持ディスク内の前記開口部の下にある前記絶縁ディスクの前記部分が前記ハウジングの前記開放端部に面するその表面の側の上に溝を有し、前記溝が開放端部及び対向する閉鎖基底部を有し、前記溝の前記基底部が前記金属支持ディスク内の前記開口部に隣接する薄くされた破裂可能な薄膜を形成し、それによって前記電池内のガス圧力が上昇するとき、前記破裂可能な薄膜が前記金属支持ディスク内の前記開口部を貫通し破裂して、それによって前記電池内部から前記開口部を通ってガスが放出される、請求項３に記載の電池。
【請求項５】
前記絶縁シールディスクの前記の上方に傾斜した表面が前記電池の中心長手方向軸から約１５〜８０°間の角度で傾斜している、請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記支持ディスクの前記の上方に延在する表面が前記電池の中心長手方向軸から前記絶縁シールディスクの前記の上方に延在する表面と同じ角度で傾斜している、請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記金属支持ディスクの前記の上方に延在する表面と、前記絶縁シールディスクの前記の、その下にありかつ隣接する上方に延在する表面との間の平均空隙が約０．５ｍｍ以下である、請求項５に記載の電池。
【請求項８】
前記金属支持ディスクの前記の上方に延在する表面と、前記のその下にありかつ隣接する前記絶縁シールディスクの上方延在表面との間の平均空隙が約０．１〜０．５ｍｍである、請求項５に記載の電池。
【請求項９】
開放端部、対向する閉鎖端部、及びそれらの間の円筒形側壁を有するハウジングと、前記ハウジングの前記開放端部に挿入されて前記ハウジングを閉鎖するエンドキャップ組立体と、を含むことを特徴とする電気化学電池であって、前記電池が正極端子及び負極端子を有し、
前記エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で前記電池を見るとき、前記エンドキャップ組立体が絶縁シールディスク、前記絶縁シールディスクを覆っている金属を含む支持ディスク、前記金属支持ディスクを覆っている金属を含むエンドキャップ、及び前記エンドキャップと電気的に接触している細長い集電体を含み、前記絶縁シールディスクが前記支持ディスク及びエンドキャップを前記電池ハウジングから電気的に絶縁し、前記絶縁シールディスクが前記電池の中心長手方向軸から９０°未満の角度で傾斜して上方に延在し、前記長手方向軸に平行でない表面を有するプラスチック材料を含み、前記絶縁ディスクの前記の上方に延在する表面がその上の低点からその上の高点まで上方に延在し、前記エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で前記電池を見るとき、前記低点が前記高点よりも前記電池の中心長手方向軸に近く、前記ハウジングがその前記開放端部での縁部を有し、並びに前記絶縁シールディスク、金属支持ディスク、及びエンドキャップのそれぞれが周囲縁部を有し、前記支持ディスクが一体成形の金属構造からなり、それを通る少なくとも１つの開口部を有し、その前記開放端部での前記ハウジングの前記縁部が前記絶縁シールディスクの前記周囲縁部の上に圧着されて、前記絶縁シールディスクを前記ハウジング内の所定位置に固定されており、前記絶縁シールディスクの前記周囲縁部が前記エンドキャップ及び前記金属支持ディスクの前記周囲縁部の両方の前記周辺縁部の上に圧着され、それによって前記金属支持ディスク及び前記エンドキャップを前記絶縁シールディスク内の所定位置に固定し、前記エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で前記電池を見るとき、前記絶縁シールディスクが前記支持ディスク内の前記開口部の下にあるその表面の一部分を有する、電気化学電池。
【請求項１０】
前記金属支持ディスク内の前記開口部の下にある前記絶縁ディスクの前記部分が前記ハウジングの前記開放端部に面するその表面の側の上に溝を有し、前記溝が開放縁部及び対向する閉鎖基底部を有し、前記溝の前記基底部が前記支持ディスク内の前記開口部に隣接する薄くされた破裂可能な薄膜を形成し、それによって前記電池内のガス圧力が上昇するとき、前記破裂可能な薄膜が前記金属支持ディスク内の前記開口部を貫通し破裂して、それによって前記電池内部から前記開口部を通ってガスが放出される、請求項９に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気化学電池、特にアルカリ電池のシール用エンドキャップ組立体に関する。本発明は電池の内部から環境までガスが逃されるエンドキャップ組立体内の破裂可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ電池のような従来の電気化学電池は開放端部及び開放端部に挿入されてハウジングをシールするエンドキャップ組立体を有する円筒形ハウジングから形成される。従来のアルカリ電池は典型的には、亜鉛を含むアノード、二酸化マンガンを含むカソード、及び水性の水酸化カリウムを含むアルカリ電解質を含む。アノードとカソードとの間には、電解質透過性セパレータシートがある。電池の内容物が供給された後、電池はハウジング縁部をエンドキャップ組立体の上に圧着することによって閉鎖されて、電池のためのしっかりとしたシールをもたらす。エンドキャップ組立体は電池端子として機能する露出したエンドキャップ及び電池ハウジングの開放端部をシールする、典型的にはプラスチックの絶縁プラグを含む。各種電気化学電池、特に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超えて放電を続けると、ガスが発生する傾向がある点にある。
【０００３】
電気化学電池、特にアルカリ電池は破裂可能な隔膜又は破裂可能な薄膜をエンドキャップ組立体内に含む破裂可能なガス抜き機構を備えていることがある。破裂可能な隔膜又は破裂可能な薄膜は例えば米国特許第３，６１７，３８６号に記載されているように、プラスチック絶縁部材内に形成されていることがある。こうした隔膜は電池内のガス圧力が所定のレベルを超えるときに破裂するように設計されている。エンドキャップ組立体は隔膜又は薄膜の破裂時に、ガスが逃げるためのガス抜き穴を備えていることがある。米国特許第３，６１７，３８６号に開示されたエンドキャップ組立体は溝付き破裂可能シール隔膜及びエンドキャップとシール隔膜との間の別個の金属接触ディスクを開示している。参考文献中に開示されたエンドキャップ組立体は半径方向の圧縮力に耐えるように設計されておらず、電池が極度に暑い気候及び冷たい気候に曝されるとき、漏れる傾向がある。
【０００４】
しっかりとしたシールをもたらす目的で、現代の先行技術ではエンドキャップと絶縁部材との間に挿入された金属支持ディスクを含むエンドキャップ組立体が開示されている。電池ハウジング縁部をエンドキャップ組立体の上に圧着するとき、別個の金属支持ディスクは径方向に圧縮される場合がある。絶縁プラグは典型的にはプラスチック絶縁シールディスクの形態であり、これは電池の中心から電池ハウジングに向かって延在し、金属支持ディスクを電池ハウジングから電気的に絶縁している。金属支持ディスクは米国特許第５，７５９，７１３号又は同第５，０８０，９８５号に示されるように、高度に回旋状の表面を有する場合があり、これはエンドキャップ組立体の周りへの電池ハウジング縁部の圧着中に、高い半径方向の圧縮力にエンドキャップ組立体が確実に耐えられるようにしている。この結果、エンドキャップ組立体の周りに恒常的な機械的シールが得られる。絶縁シールディスクは典型的には、絶縁ディスクの周囲縁部の近くに位置し、ディスクの基底部から電池内部まで下方に延在する複数個の相隔たる脚部を有する。こうした脚部により、絶縁ディスクは電池ハウジングの中にはめ込まれることができ、それらはアノードとカソードとの間のセパレータシートを収容するのにも役立つ。しかしながら、こうした脚部は電池内部の内側のカソードカラム内の空隙を占めるが、この空隙はそうでなければ、更なるカソード材料に使用され得るものである。
【０００５】
先行技術はエンドキャップ組立体内に包含される絶縁ディスク内の薄くされた区域として一体形成される、破裂可能なガス抜き用薄膜を開示している。そのようなガス抜き用薄膜は例えば、米国特許第５，５８９，２９３号に示されるように、電池の長手方向軸に対して垂直である平面内に存在するように通常は配向される。米国特許第４，２２７，７０１号では、破裂可能な薄膜は電池の長手方向軸に関して傾斜する絶縁ディスクのアーム内に位置する環状の「スリット又は溝」から形成されている。絶縁ディスクはそれを通る細長い集電体の上に摺動可能に取り付けられる。電池内のガス圧力が増加するに従って、絶縁ディスクの中心部分は電池エンドキャップに向かって上方に摺動し、それによって薄くされた薄膜の「溝」をそれが破裂するまで伸張する。米国特許第６，１２７，０６２号及び第６，８８７，６１４  Ｂ２号は絶縁シールディスク及び一体形成された破裂可能な薄膜を開示しており、この破裂可能な薄膜は覆っている金属支持ディスク内の開口部に隣接している。覆っている金属支持ディスクの中の開口部に隣接する破裂可能な薄膜は同一出願人による米国特許出願第１１／５９０５６１号（２００６年１０月３１日出願）にも示されている。電池内のガス圧力が上昇するとき、薄膜は金属支持ディスク内の開口部を通って破裂し、それによって、外部環境に通過するガスの圧力を放出する。後者３つの参照文献中の絶縁シールディスク及び絶縁シールディスクを覆っている金属支持ディスクはディスクのハブからディスクの周囲縁部近くまで延在する径方向に延在する表面を有する。エンドキャップ組立体を有する電池の外側から電池を見るとき、こうした径方向に延在する表面は外側に膨らむような輪郭を示し、即ち、凸形の形状を形成する。
【０００６】
米国特許第６，８８７，６１４号において、破裂可能な薄膜は覆っている金属支持ディスク内の開口部と隣接する。更に、米国特許第６，８８７，６１４号では、薄膜の下面の上にアンダーカット溝がある。その溝は電池の長手方向軸を包囲している。その溝は薄くされた薄膜部分をその基底部で形成しており、この薄膜部分は電池の内部ガス圧力が所定のレベルに達するとき、上にある金属支持ディスク内の開口部を通って破裂する。米国特許第６，８８７，６１４号に示されている設計においては、露出したエンドキャップを電池ハウジングから分離する絶縁ワッシャがある。そのような設計は更なる構成要素、即ちエンドキャップ組立体に挿入される必要のある絶縁ワッシャが必要になるという欠点を有する。エンドキャップの縁部は電池ハウジングの肩部の上に位置し、ワッシャによってハウジングから分離される。これによって、エンドキャップの不正開封が可能となり、即ちエンドキャップが電池から容易に取り出され、より容易に電池の内容物に触れられる場合がある。この点において、絶縁ワッシャの使用は電池の不正開封防止を行わない。
【０００７】
破裂可能な薄膜は米国特許第４，５３７，８４１号、同第５，５８９，２９３号、及び同第６，０４２，９６７号に示されるように、絶縁ディスク内の薄い材料の１つ以上の「島」の形態である場合がある。あるいは、破裂可能な薄膜は米国特許第５，０８０，９８５号及び同第６，９９１，８７２号に示されているように、電池の長手方向軸を包囲する薄い部分の形態をなすことができる。破裂可能な薄膜を形成する、包囲する薄くされた部分は米国特許第４，２３７，２０３号及び同第６，９９１，８７２号に示されるように、絶縁ディスク内のスリット又は溝の形態であることができる。破裂可能な薄膜は米国特許出願公開第２００２／０１２７４７０  Ａ１号に示されるように、金属支持ディスクと絶縁ディスクとの間に挟まれ、その中の開口に面する、ポリマーフィルムの別個の片である場合もある。米国特許第３，３１４，８２４号に示されるように、先の尖った又は他の突き出た部材は破裂可能な薄膜の上方に配向されて、薄膜の破裂を助けることができる。電池内のガス圧力が過剰になるとき、薄膜は膨張し、先の尖った部材と接触すると破裂し、それによって電池内から覆っている端子エンドキャップ内の開口を通って環境までガスが逃がされる。
【０００８】
米国特許第５，０８０，９８５号及び同第５，７５９，７１３号に示されているような回旋状の表面を典型的には備える別個の金属支持ディスクはエンドキャップ組立体内に包含されてきた。金属支持ディスクはプラスチック絶縁シールのための支持をもたらし、エンドキャップ組立体の周りのハウジング縁部の圧着中に、エンドキャップ組立体に適用される場合がある高い半径方向の圧縮力に耐える。高い半径方向の圧縮力は電池内のガス圧力が高いレベルまで、非常に高いレベルまで、例えば、６８９．４×１０４ＰａＧ（１０００ｐｓｉｇ）を超えて増加したとしても、エンドキャップ組立体及び電池ハウジングの周囲縁部に沿ったシールが維持できることを確実にする。
【０００９】
米国特許第４，５３７，８４１号では、円筒形アルカリ電池の開放端部を閉鎖するためのプラスチック絶縁シールが示されている。絶縁シールの上に金属支持ディスクがある。プラスチック絶縁シールは中央ハブ及びハブから電池のケーシング壁まで径方向に延在する一体形成されたラジアルアームを有する。「島」型の破裂可能な薄膜は絶縁シールの径方向に延在するアームの内に一体形成される。「島」型の破裂可能な薄膜は絶縁シールの半径方向に延びるアームの一部分を型押しするか又は圧縮することで、小さな円形の薄くされた島部分を形成することによって形成され、この島部分は電池内のガス圧力が所定のレベルに達すると破裂するように設計されている。この関連において示される島の破裂可能な薄膜は絶縁シールの径方向に延在するアームと同じ高さであり、即ち、それは電池の中心長手方向軸に対して垂直である平面内に配向される。薄くされた破裂可能な薄膜の上面（電池の開放端部に面する）は半径方向に延びる絶縁アームの上面とほぼ同じ高さにある。この設計は有効であるが、破裂可能な薄膜と金属支持ディスクとの間に小さい限られた空隙のみを提供する。電池が火炎に曝されるなど、意図的に過酷な条件に曝されるとき、結果として、電池内部の温度及びガス発生が非常に急速に高まる場合がある。こうした極限状況下では、薄膜が軟化するため、薄膜が破裂せずに膨らむ場合があり、薄膜と金属支持ディスクとの間に、僅かな空隙しか存在しなくなる。
【００１０】
円筒形アルカリ電池では、典型的には、二酸化マンガンを含むカソード材料は環状領域内にぎっしりと詰められ、これは電池ハウジングの内面に隣接するカソードカラムを形成する。電解質透過性セパレータはカソード材料の内面に対して位置付けられ、即ち、それはハウジング内部の中央部分に面し、この中央部分はアノードカラムを形成する。電池の中心長手方向軸は通常は、アノードカラムの中心を通過する。アノードカラムは典型的には、亜鉛粒子のゲル状スラリーを含むアノード材料で充填される。通常、エンドキャップ組立体の下にあるセパレータの上縁部は電池の長手方向軸に向かって内側に湾曲しており、絶縁シールディスクの基底部から電池内部に向かって延在する下方に延在する周辺スカートにより収容される。セパレータの上縁部を収容するためのこうした周辺スカートは米国特許第６，９９１，８７２号に示されている。例えば、この今挙げた参照文献の図３は絶縁シールディスク１２０の基底部から生じる周辺スカート１２５をはっきりと示している。周辺スカート１２５はセパレータ１４０の上縁部を所定位置に保つ。アノードカラムの上部をカソードカラムの上部から区切るために、セパレータの上縁部を適切に収容する一方で、こうした設計はアノード及びカソードカラムのこれらの上部領域に使用されない空隙を結果として生じる。絶縁シールディスクの基底部から生じる周辺スカートはカソードカラム内の空隙をも占める。
【００１１】
ガス発生抑制剤の改善、特に複数のガス発生抑制剤の使用を鑑みて、現在のアルカリ電池は過去よりも幾分か低い圧力でガス抜きするように設計される場合がある。即ち、アルカリ電池内のガス抜き機構に対する設計上の作動圧力を低下させる傾向がある。しかし、設計上のガス抜き作動圧力の低下により、設計に難題が課せられる。「島」タイプの破裂可能な薄膜がガス抜き機構を始動させるために使用される場合、射出成形などの従来の成形技法を使用して、そのような薄膜をいかに薄く成形し得るかに関して、実際的な限界が存在する。また、電池のサイズに応じて、そのような薄膜に利用可能な表面積に制限がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第３，６１７，３８６号
【特許文献２】米国特許第５，７５９，７１３号
【特許文献３】米国特許第５，０８０，９８５号
【特許文献４】米国特許第５，５８９，２９３号
【特許文献５】米国特許第４，２２７，７０１号
【特許文献６】米国特許第６，１２７，０６２号
【特許文献７】米国特許第６，８８７，６１４  Ｂ２号
【特許文献８】米国特許出願第１１／５９０５６１号
【特許文献９】米国特許第６，８８７，６１４号
【特許文献１０】米国特許第４，５３７，８４１号
【特許文献１１】米国特許第６，０４２，９６７号
【特許文献１２】米国特許第６，９９１，８７２号
【特許文献１３】米国特許第４，２３７，２０３号
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００２／０１２７４７０  Ａ１号
【特許文献１５】米国特許第３，３１４，８２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、電池が作業又は気候における極限に曝される場合があっても、電池をしっかりとシールするためのエンドキャップ組立体を有することは望ましい。
【００１４】
所与のサイズの円筒形ハウジング内のカソード材料の高さを増加する、即ち、所与のサイズの電池についてカソードカラムの高さ及びその中に充填され得るカソード材料の量を増加することは望ましい。
【００１５】
セパレータの上縁部を収容するために、絶縁シールディスクの基底部で下方に延在するスカートを使用する以外の代替的方法を見出し、それによってカソード材料のために、カソードカラム内により多くの利用可能空隙を提供することは望ましい。
【００１６】
絶縁シールディスクの基底部から、従来のように下方に延在する周辺スカートを排除し、それによってカソード材料のために、カソードカラム内により多くの利用可能空隙を提供することは望ましい。
【００１７】
電池が過酷な条件を受けたときにも、適切に作動し機能する、信頼性のある破裂可能なガス抜き機構を、エンドキャップ組立体内に有することは望ましい。
【００１８】
電池が更なる量のアノード及びカソード材料により充填され得、それによって電池容量を増加するように、破裂可能なガス抜き機構が最小量の空隙を電池内に占めることは望ましい。
【００１９】
エンドキャップが不正開封防止である、即ちエンドキャップ組立体から容易に取り出せないことは望ましい。
【００２０】
特定の所定の圧力レベルでガス抜きが生じるように、破裂可能なガス抜き機構が容易に製造され及び信頼性を有することは望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は電池用の円筒形ハウジング（ケーシング）の開放端部に挿入されたエンドキャップシール組立体を含む電気化学電池、例えばアルカリ電池に関する。１つの態様では、エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で電池を見るとき、エンドキャップ組立体は金属支持ディスク及び金属ディスクの下にある、その下にある絶縁シールディスク（絶縁グロメット）を含む。エンドキャップ組立体は金属支持ディスクの上に配置された端子エンドキャップも含む。
【００２２】
本発明の主な態様では、金属支持ディスクは従来の構成から逆転した径方向に延在する壁を有する。エンドキャップ組立体を上にして電池を見るとき、本発明の金属支持ディスクの径方向に延在する壁はディスクの基底部又はその付近からディスクの周囲縁部まで上方に延在する。即ち、金属支持ディスクの径方向に延在する壁は電池の中心長手方向軸に最も近い径方向に延在する壁の縁部又は部分が金属支持ディスクの周囲縁部に最も近い径方向に延在する壁の縁部又は部分より低くなるように、上方に傾斜している。したがって、エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で電池を見るとき、金属支持ディスクの径方向に延在する壁は凹形又はボウル形の形状の壁を形成する。したがって、金属支持ディスクの径方向に延在する壁は先行技術の米国特許第６，８８７，６１４号に示される構成と比べるとき、逆転した構成を有するように見える。この今挙げた参照文献の金属支持ディスク（エンドキャップ）もまた、傾斜して径方向に延在する壁を有する。しかし、エンドキャップ組立体を上にして電池を見るとき、前記参照の電池の中心長手方向軸に最も近いの径方向に延在する壁の部分は支持ディスクの周囲縁部に最も近い径方向に延在する壁の部分より高い。これは、電池の中心長手方向軸に最も近い径方向に延在する壁の部分が金属支持ディスクの周囲縁部に最も近い径方向に延在する壁の部分より低いように、金属支持ディスクの径方向に延在する壁が上方に傾斜している、本発明の金属支持ディスクの上記の構成の反対である。したがって、本発明の金属支持ディスクの径方向に延在する壁は逆転して見え、即ち、エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で電池を見るとき、米国特許第６，８８７，６１４号に示されるような凸形の形状と比べて凹形の形状を生成する。
【００２３】
同様に、金属支持ディスクの下にある絶縁シールディスクは上記の金属支持ディスクの径方向に延在する壁と同じ上方傾斜を有する径方向に延在する壁を有する。具体的には、電池の中心長手方向軸に最も近い絶縁シールディスクの径方向に延在する壁の部分はディスクの周囲縁部に最も近い径方向に延在する壁の部分より低い。絶縁シールディスクの上方に傾斜する径方向に延在する壁は望ましくは、覆っている金属支持ディスクの径方向に延在する壁と同じ傾斜度を有する。したがって、絶縁シールディスクの上方に傾斜する径方向に延在する壁は覆っている金属支持ディスクの上方に傾斜する径方向に延在する壁と隣接している。好ましくは、絶縁シールディスクの上方に傾斜した径方向に延在する壁は金属支持ディスクの上方への径方向に延在する壁に対して面一であるか又はほぼ面一である。電池が完全に組み立てられ、商業販売への用意ができた後、金属支持ディスクの上方に傾斜する径方向に延在する壁と隣接する絶縁シールディスクの上方に傾斜する径方向に延在する壁との間の平均空隙は約０．５ｍｍ未満である。好ましくは、２つの壁の間の平均空隙は約０．１〜０．５ｍｍである。
【００２４】
エンドキャップ組立体を上にして電池を見るとき、金属支持ディスク及びその下にありかつ隣接する絶縁ディスクの径方向に延在する壁は凹形又はボウル形の形状の表面を形成し、カソード材料のためにより多くの高さが利用可能である。即ち、カソード材料のために利用可能なカソードカラムの高さは所与のサイズの電池について、先行技術の米国特許第６，８８７，６１４号に示される設計の中のものより高い。これは金属支持ディスクの径方向に延在する壁及びその下にある絶縁シールディスクの径方向に延在する壁は下方ではなく上方に傾斜しているため、並びにディスクの縁部に近い絶縁シールディスクの基底部から生じる脚部、例えば米国特許第６，８８７，６１４号に示されるような脚部が排除されているためである。本発明の絶縁ディスクのこうした構成は周辺スカートの必要性を排除し、例えば、米国特許第６，９９１，８７２  Ｂ２号に示されるような、絶縁シールディスクの基底部から延在し、アノード及びカソードカラムの中へと延在する周辺スカート１２０をも排除する。これらの改善は次には、所与の電池サイズについて、より多くの高さまで、カソード材料が電池ハウジングの中に装填され得るように、カソードカラムのために、より多くの利用可能な高さを結果としてもたらす。
【００２５】
その上、金属支持ディスクの径方向に延在する壁及びその下にある絶縁シールディスクの径方向に延在する壁の両方の凹形の（逆転した）形状はアノードカラムのプラグを生成する。具体的には、絶縁シールディスクの径方向に延在する壁の凹形の形状はアノードカラムの上部（開放）端部を直接塞ぎ、したがって、アノードカラムのより有効なシールを提供する。また、絶縁シールディスクの径方向に延在する壁の凹形の（逆転した）構成はセパレータの上縁部が絶縁シールディスクの径方向に延在する壁の下面に沿って外側に、及びディスクの周囲縁部に向かう方向に傾斜することを可能にする。これは、アノード及びカソードカラムの間により有効な仕切りを提供し、即ち、電池の蓄電又は放電中にアノード材料がカソードカラムの中にこぼれる可能性を結果としてより少なくする。
【００２６】
金属支持ディスクは好ましくは、回旋状の表面及びその表面を通る少なくとも１つの開口部を有する、一体成形の金属構造のディスクから形成される。エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で電池を見るとき、絶縁シールディスクは回旋状の表面を有しており、その表面の一部分は金属支持ディスク内の開口部の下にある。エンドキャップ組立体を上にして電池を見るとき、開口部の下にある絶縁シールディスクの部分は溝、好ましくはオーバーカット溝、即ち開口部に面する絶縁シールディスクの部分の上側に位置する溝を有する。あるいは、溝は電池内部に面するアンダーカット溝であってもよい。溝は開放端部及び対向する閉鎖基底部を有しており、溝の基底部は薄くされた破裂可能な薄膜を形成する。破裂可能な薄膜は金属支持ディスク内の開口部と隣接している。電池内のガス圧力が上昇するとき、破裂可能な薄膜は開口部を貫通して破裂して、それによって開口部を通じて直接周囲環境にガスが放出される。
【００２７】
絶縁シールディスクは破裂可能な薄膜部分を含む上方に傾斜して径方向に延在する壁を有するプラスチック材料を含む。上方に傾斜した壁は電池の中心長手方向軸から９０°未満の角度であり、長手方向軸に平行ではない。エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で電池を見るとき、絶縁ディスクの上方に延在する壁は電池の中心長手方向軸により近い低点から延在し、次いで絶縁ディスクの表面上の高点に向かってかつ絶縁シールディスクの周囲縁部に向かって上方に延在する。金属支持ディスクは電池の中心長手方向軸から９０°未満の角度で傾斜して上方に延在する壁をも有する。エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で電池を見るとき、金属支持ディスクの上方に延在する壁は電池の中心長手方向軸により近い低点から上方に延在し、次いで金属支持ディスクの表面上の高点に向かってかつディスクの周囲縁部に向かって上方に延在する。少なくとも１つの開口部が破裂可能な薄膜が隣接する金属支持部材の上方に延在する壁内に存在する。好ましくは、絶縁シールディスクの上方に延在する壁は電池の中心長手方向軸から約１５〜８０°の角度で傾斜し得る。覆っている金属支持ディスクの上方に延在する壁は絶縁シールディスクの上方に延在する壁と望ましくは同じ角度、好ましくは電池の中心長手方向軸から約１５〜８０°の角度で傾斜している。これによって、絶縁シールディスクの上方に延在する壁の破裂可能な薄膜の部分は金属支持部材の上方に延在する壁の中の開口部に隣接しかつその開口部に対して面一であり得る。絶縁シールディスクの上方に延在する壁は金属支持ディスクの覆っている上方に延在する壁に対して面一であるか又はほぼ面一である。
【００２８】
破裂可能な薄膜の部分を形成する上方に延在する壁の絶縁シールディスクの内面上の溝は好ましくは、絶縁ディスクの中心を包囲するように作られている。電池の圧力が所定のレベルに上昇するとき、金属支持ディスク中の開口部に隣接する、少なくともこうした包囲する破裂可能な薄膜の部分は破裂する。破裂可能な薄膜は好ましくはナイロン、ポリエチレン又はポリプロピレンからできている。本発明のエンドキャップ組立体では、金属支持ディスクの上方傾斜アームの傾斜配向のため、破裂開口部を大きく作製することができる。破裂可能な薄膜中の溝により、破裂位置、即ち溝の基底部において、薄膜がより薄くされることができる。これによって、次には設計上の破裂圧力の低減が可能になり、それに伴って電池ハウジングの薄い壁厚、例えば約０．１０〜０．３０ｍｍ（４〜１２ミル）が可能になり、それによりアノード及びカソード活性材料に利用可能な電池内容積の量が増加する。例えば、本発明のエンドキャップ組立体により、単３及び単４サイズの電池については０．１０〜０．２０ｍｍ（４〜８ミル）、単２及び単１サイズの電池については約０．２５〜０．３０ｍｍ（１０〜１２ミル）の電池ハウジングの薄い壁厚を可能にし得る。
【００２９】
金属支持ディスクは好ましくは、中央に位置する開口部をその中に有する実質的に平坦な中央部分を有する。好ましくは、直径方向に対向する一対の同じサイズの開口部は金属支持ディスクの上方に延在する壁内に位置する。電池の活性成分が挿入された後、エンドキャップ組立体は電池のハウジングの開放端部に挿入される。金属支持ディスクの周囲縁部及び覆っているエンドキャップの周囲縁部の両方は絶縁シールディスクの周囲縁部内に存在する。ハウジングのその開放端部における縁部が次に、絶縁シールディスクの周囲縁部の上に圧着される。次には、絶縁シールディスクの縁部が金属支持ディスクの周囲縁部と上にあるエンドキャップの周囲縁部との両方の上に同時に圧着され、エンドキャップ及び金属支持ディスクが絶縁シールディスクの上の所定位置に安定に固定される。したがって、絶縁シールディスク、金属支持ディスク、及び覆っているエンドキャップはハウジングの開放端部内で固定され、それによって電池ハウジングが閉鎖される。絶縁シールディスクの周囲縁部は金属支持ディスクの縁部及びエンドキャップの縁部の両方の上に圧着されて、両方の縁部をその内部に永久的に固定して保持することを確実にするために、十分な圧着力が圧着の間に適用されなければならないのにもかかわらず、驚くべきことに、絶縁ディスクの上方に延在する壁は上にある金属支持ディスクの上方に延在する壁に対して面一であるか又はほぼ面一である（切れ目のない）ように維持される。即ち、圧着中に好ましくは、また適用される半径方向圧縮力を含む圧着力は絶縁シールディスクの上方に延在する壁が覆っている金属支持ディスクの上方に延在する壁と面一であるか又はほぼ面一であることを妨げない。電池が完全に組み立てられた後、金属支持ディスクの上方に傾斜する径方向に延在する壁と隣接する絶縁シールディスクの上方に傾斜する径方向に延在する壁との間の平均空隙は約０．５ｍｍ未満である。好ましくは、２つの上方に延在する壁の間の平均空隙は約０．１〜０．５ｍｍである。
【００３０】
本発明のエンドキャップ組立体は細長いアノード集電体を有し、そのアノード集電体はエンドキャップの下面に直接溶接され得るように、金属支持ディスク内の中央開口部を突き抜ける頭部を有する。アノード集電体の頭部は好ましくは、直接エンドキャップの下面に電気抵抗溶接によって溶接される。エンドキャップ組立体の構成要素の溶接はその他には不要である。レーザー溶接は電池組立体中のどこにも用いられる必要がなく、それによって電池組立プロセスを、より能率的にし、より少ない資本で済むようにする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明は図面を参照することにより更によく理解される。
【図１Ａ】本発明のエンドキャップ組立体の切欠透視図。
【図１Ｂ】電池の底面部分の立断面図。
【図２Ａ】電池のハウジングの透視図。
【図２Ｂ】本発明のエンドキャップ組立体の構成要素を示す分解図。
【図３】絶縁シールディスクの上面斜視図。
【図４】金属支持ディスクの底面斜視図。
【図５】エンドキャップの上面斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
電池ハウジング７０内の本発明のエンドキャップ組立体１４の好ましい構造が、図１Ａに例示されている。本発明のエンドキャップ組立体１４は開放端部１５と対向する閉鎖端部１７とを有する円筒形ハウジング７０（図２Ａ）を含む電気化学電池に特に適用性を有し、ここで、エンドキャップ組立体１４（図２Ｂ）は開放端部１５に挿入されて、電池をシールする。エンドキャップ組立体１４は標準的な単４（４４×１０ｍｍ）、単３（５０×１４ｍｍ）、単２（４９×２５．５ｍｍ）、及び単１（６０×３３ｍｍ）サイズの円筒形アルカリ電池に特に適用可能である。エンドキャップ組立体１４は単４及び単３サイズの電池など、より小さなサイズのアルカリ電池に特に有用であるが、単２及び単１サイズの電池においても同様に、有利に使用されてもよい。電池１０（図１Ａ及び１Ｂ）のようなこうしたアルカリ電池は望ましくは、亜鉛を含むアノード１４０と、ＭｎＯ２を含むカソード１２０とを有し、それらの間に、電解質透過性のセパレータ１３０を備えている。カソードはカソード材料１２０を含む、積み重ねた圧縮ディスク１２０ａの形態であってもよい（図１Ａ）。セパレータ１３０はハウジングの閉鎖端部１７の中央部分に隣接する閉鎖底端部１３１（図１Ｂ）及びエンドキャップ組立体１４の底面に隣接する上縁部１３２（図１Ａ）を有する。アノード１４０及びカソード１２０は典型的には、水性水酸化カリウムの電解質を含んでいる。アノード１４０は亜鉛を含んでいてもよく、カソード１２０はオキシ水酸化ニッケルを含んでいてもよく、アノード及びカソードは水性水酸化カリウムの電解質を含んでいてもよい。図１Ａに示されるように、エンドキャップ６０の中央部分６２はアノード１４０と電気接触しており、電池の負極端子を形成する。図１Ｂに示されるように、ハウジングの閉鎖端部１７の中央部分１３はカソード１２０と電気接触しており、及び電池の正極端子を形成する。
【００３３】
本発明のエンドキャップ組立体１４は金属支持ディスク４０（図４）、その下にあるシールディスク２０（図３）、及び図１Ａに最良に示されるように、シールディスク２０の中央開口部２４を貫通し及びアノード１４０と接触している集電体（釘）８０を含む。図５に最良に示される別個の金属の端子エンドキャップ６０が図１Ａ及び２Ｂに示されるように、金属支持ディスク４０の上に積み重ねられる。カソード１２０、セパレータ１３０、及びアノード１４０がハウジング７０の内部に挿入された後、エンドキャップ組立体１４がハウジングの開放端部１５の内部に挿入される。ハウジング７０の周囲縁部７２がシールシールディスク２０の周囲縁部２８の上に圧着される。次いで、絶縁シールディスク２０の周囲縁部２８がエンドキャップ６０の周囲縁部６６と金属支持ディスク４０の縁部４９との両方の上に圧着される。圧着プロセスでは、半径方向の力がハウジング７０の外面に適用されて、エンドキャップ６０の縁部６６が絶縁シールディスク２０の周囲縁部２８に確実に嵌合するようにしてもよい。半径方向圧縮力は金属支持ディスク４０を半径方向に圧縮させ、及び金属支持ディスク４０の縁部４９が絶縁シールディスク２０の縁部２８に対して確実に押し付けられるか又はしっかりと嵌合するようにし、それによって非常に有効なシールを生成する。
【００３４】
金属支持ディスク４０（図１Ａ及び４）は好ましくは、中央に位置する開口部４１をその中に有する、実質的に平坦な中央部分４３を有する。金属支持ディスク４０は好ましくは、回旋状の表面を有する一体成形の金属構造のディスクから形成されている。エンドキャップ組立体１４を上にした垂直位置で電池を見るとき、金属支持ディスク４０の一部分は電池の中心長手方向軸１９０に近い低点から電池ハウジング側壁７４に向かう方向にある高点まで上方に傾斜する径方向に延在する壁４６を有する。上方に傾斜する壁４６はそれを通る少なくとも１つの破裂開口部４８を有する。金属支持ディスク４０はニッケルメッキ付きの冷間圧延鋼、ステンレス鋼又は低炭素鋼など、良好な機械的強度及び耐食性を有する導電性金属で構成されている。金属支持ディスク４０は好ましくは、単４については約０．５０ｍｍの厚さ、単１電池については約０．８０ｍｍまでの厚さの回旋状の表面を有する炭素鋼からできている。好ましくは、図４に最良に示されるように、直径方向に対向する同じサイズの一対の開口部４８が金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６の中に位置している。エンドキャップ組立体１４を上にした垂直位置で電池を見るとき、金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６は支持ディスク４０の壁４６上の低点４６ａから壁４６上の高点４６ｂまで上方に延在する。支持ディスク４０の上方に延在する壁４６は上方傾斜の方向において直線状であることもできるし、電池の外側から見るとき、僅かに凹形の表面輪郭（内向き又はボウル形の形状の湾曲）を有することもできる。上方に延在する表面４６は周囲縁部４９の中で終端する。
【００３５】
絶縁シールディスク２０（図１Ａ及び３）は上方に延在する壁２６を含む回旋状の表面を有し、図１Ａに示されるように、その表面の一部分は金属支持ディスク４０の開口部４８の下にありかつ隣接する。エンドキャップ組立体１４を上にした垂直位置で電池を見るとき、絶縁シールディスク２０の一部分は電池の中心長手方向軸１９０に近い低点から電池ハウジング側壁７４に向かう方向にある高点まで上方に傾斜する径方向に延在する壁２６を有する。エンドキャップ組立体１４を上にした垂直位置で電池を見るとき、シールディスク２０の壁２６はその表面上の低点２６ａからその表面上の高点２６ｂまで上方に延在する。絶縁ディスク２０の上方に延在する壁２６は好ましくは僅かに凹形の輪郭を有するが、またハウジングの開放端部１５から見るとき、真っ直ぐであっても、実質的に真っ直ぐであってもよい。上方に延在する壁２６は絶縁シールディスク２０の周囲縁部２８ａのところ又はその近くの高点２６ｂのところで終端する。
【００３６】
金属支持ディスク４０は従来の構成からは逆転している径方向に延在する壁４６を有することが観察されることになる。図１Ａに示される具体的な実施形態では、エンドキャップ組立体１４を上にして電池を見るとき、金属支持ディスク４０の径方向に延在する壁４６は電池の長手方向軸１９０に近い、ディスク基底部４３のところ又はその近くの低点から延在しかつそこからディスクの周囲縁部４９に向かって傾斜して上方に延在する。即ち、金属支持ディスク４０の径方向に延在する壁４６は電池の中心長手方向軸１９０に最も近い径方向に延在する壁の縁部又は部分がディスクの周囲縁部４９に最も近い径方向に延在する壁の縁部又は部分より低くなるように、上方に傾斜している。したがって、エンドキャップ組立体１４を上にして電池を見るとき、金属支持ディスク４０の径方向に延在する壁４６は凹形又はボウル形の形状の壁を形成する。したがって、金属支持ディスク４０の径方向に延在する壁は米国特許第６，８８７，６１４号に示される構成と比べるとき、逆転した構成を有するように見える。この今挙げた参照文献の金属支持ディスクはまた、傾斜して径方向に延在する壁を有する。しかし、エンドキャップ組立体を上にして電池を見るとき、前記参照の電池の中心長手方向軸に最も近い径方向に延在する壁の部分は支持ディスクの周囲縁部に最も近い径方向に延在する壁の部分より高い。これは、電池の中心長手方向軸１９０に最も近い壁４６の部分がディスクの周囲縁部４９に最も近い径方向に延在する壁４６の部分より低いように、径方向に延在する壁４６が上方に傾斜している、本発明の金属支持ディスク４０の上記の構成の反対である。したがって、本発明の金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６は逆転して見え、即ち、米国特許第６，８８７，６１４号に示される金属支持ディスクの凸形の形状と比べるとき、凹形の形状に見える。
【００３７】
同様に、金属支持ディスク４０の下にある絶縁シールディスク２０は上記の金属支持ディスク４０の径方向に延在する壁４６と同じく上方への傾斜を有する径方向に延在する壁２６を有する。具体的には、電池の中心長手方向軸１９０に最も近い、絶縁シールディスク２０の径方向に延在する壁２６の部分はシールディスク２０の周囲縁部２８ａに最も近い、径方向に延在する壁２６の部分より低い。絶縁シールディスク２０の上方に傾斜する径方向に延在する壁２６は望ましくは、覆っている金属支持ディスク４０の上方に傾斜する径方向に延在する壁４６と同じ傾斜度を有する。したがって、絶縁シールディスク２０の上方に傾斜する径方向に延在する壁２６は覆っている金属支持ディスク４０の上方に傾斜する径方向に延在する壁４６に隣接する。好ましくは、絶縁シールディスク２０の上方に傾斜した径方向に延在する壁２６は金属支持ディスク４０の上方への径方向に延在する壁４６に対して面一であるか又はほぼ面一である。電池が完全に組み立てられた後、金属支持ディスク４０の上方に傾斜する径方向に延在する壁４６と隣接する絶縁シールディスク２０の上方に傾斜する径方向に延在する壁２６との間の平均空隙は約０．５ｍｍ未満である。好ましくは、２つの上方に延在する壁２６と４６との間の平均空隙は約０．１〜０．５ｍｍである。
【００３８】
エンドキャップ組立体を上にして電池を見るとき、金属支持ディスク４０の径方向に延在する壁４６及びその下にありかつ隣接する絶縁シールディスク２０の径方向に延在する壁２６は凹形又はボウル形の形状の壁を形成し、カソード材料のためにより多くの高さが利用可能である。即ち、カソード材料１２０のために利用可能なカソードカラム１２５の高さは先行技術の米国特許第６，８８７，６１４号に示される設計の中のものより大きい。これは、金属支持ディスク４０の径方向に延在する壁４６及びその下にある絶縁シールディスク２０の径方向に延在する壁２６が電池の中心長手方向軸１９０に近い低点から電池ハウジングの側壁７４に向かう方向にある高点まで径方向において上方に傾斜しているためである。こうした構成は絶縁シールディスク２０の基底部からカソードカラム１２５の中へと延在する周辺スカートの必要性を排除する。（こうしたスカートは多くの場合、従来の絶縁シールディスクの一体機構でありかつセパレータシートの上縁を収容する目的で用いられる。）これらの要因、即ち上方に傾斜した径方向に延在する壁２５、及びシールディスクの基底部から生じるスカートの排除は次には所与の電池サイズについて、より多くの高さまでカソード材料１２０が電池ハウジング７０の中に装填され得るように、カソードカラム１２５のためにより多くの利用可能な高さを結果として生じる。これはカソード１２０の幅が低減され得ることを意味し、それはより良好な電池放電性能を結果として生じ得るか、又は別の方法としてはより高い放電能力（ｍＡ−ｈｒ）を結果として生じ得るカソード材料のより多くの装填を可能にする。
【００３９】
その上、金属支持ディスク４０の径方向に延在する壁４６及びその下にある絶縁シールディスク２０の径方向に延在する壁２６の両方の凹形の（逆転した）形状はアノードカラム１４０のプラグ２１を生成する。プラグ２１は図１Ａに示されるように、ハブ２２の基底部２９及び絶縁シールディスク２０の上方に延在する壁２６の少なくとも一部分から形成される。具体的には、絶縁シールディスクの径方向に延在する壁２６の凹形の形状はアノードカラム１４５の（開放）端部を直接塞ぎ、したがってアノードカラム１４５のより有効なシールを提供する。また、エンドキャップ組立体を上にして電池を見るとき、絶縁シールディスク２０の径方向に延在する壁２６の凹形の（逆転した）ボウル形の形状の構成はセパレータ１３０の上縁部１３２が絶縁シールディスク２０の径方向に延在する壁２６の下面に沿って外側及び上方にかつカソードカラム１２５の上部に向かう方向に傾斜できるようにする。カソードディスク１２０ａはセパレータ１３０の上縁部１３２を押し付け、それによって上縁部１３２を、絶縁シールディスク２０の径方向に延在する壁２６の下面に押し付けて保持する。これはアノード及びカソードカラムの間により有効な仕切りを提供し、アノード及びカソード材料の高い装填のときでさえ、アノード材料１４０がカソードカラム１２５の中にこぼれるのを防ぐ。
【００４０】
金属支持ディスク４０の開口部４８の下にある上方に延在する表面２６の部分は（図１Ａ）、ハウジングの開放端部１５に面するその上側表面の上にオーバーカット溝２１０を有する。溝２１０は開放縁部及び対向する閉鎖基底部を有する。溝の基底部は薄くされた破裂可能な薄膜２３を形成する。破裂可能な薄膜２３は金属支持ディスク４０の開口部４８に隣接する。電池内のガス圧力が上昇するとき、破裂可能な薄膜２３は開口部４８を貫通し破裂して、それによって薄膜２３の上のヘッドスペース１８、即ち薄膜２３と覆っているエンドキャップ６０との間の空隙にガスが放出される。エンドキャップ６０は壁６３を通るガス抜き開口部６５を有し、壁６３は中央端子部分６２から下向きに延在する（図５）。ガスは次いで、エンドキャップ６０中のガス抜き開口部６５を通って外部環境に通過する（図１Ａ及び５）。好ましくは、絶縁ディスク２０の上方に延在する壁２６は組立の間、金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６の内面に対して面一である。絶縁シールディスク２０の周囲縁部２８が金属支持ディスクの縁部４９とエンドキャップの縁部６６の両方の上に緊密に圧着されることを確実にするために、十分な力が圧着の間に適用されなければならないのにもかかわらず、驚くべきことに、絶縁ディスク２０の上方に延在する壁２６は金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６に対して面一であるか又はほぼ面一であるように維持される。即ち、開放端部１５においてハウジング７０に対して適用される半径方向圧縮力を含む圧着力は絶縁ディスク２０の上方に延在する壁２６が金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６に対して実質的に面一であることを排除しない。圧着力は上方に延在する壁２６と４６との間に平均して約０．５０ｍｍを超える空隙を作り出さず、典型的には、圧着力は上方に延在する壁２６と４６との間に平均して約０．３５ｍｍを超える空隙を作り出さない。圧着力は典型的には、上方に延在する壁２６と４６との間に平均して約０．１ｍｍ〜０．５０ｍｍの空隙を作り出すことができる。
【００４１】
溝２１０は好ましくは、図１Ａ及び３に最良に示されるように、上方に延在する壁２６の上側部に沿って円周方向に広がっている。溝２１０は好ましくは、絶縁シールディスク２０の上方に延在する壁２６の上側部に沿って円周方向に広がる薄くされた部分２３を形成している（図１Ａ）。包囲する溝２１０（図１Ａ）は薄くされた部分、即ち包囲する薄膜２３を溝２１０の基底部に形成している。薄くされた部分２３は図１に示されるように、金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６に面しかつ好ましくは隣接する破裂可能な薄膜を形成している。１つ以上の開口部４８が金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６内に存在し得る（図１Ａ及び４）。好ましくは、図４に示されるように、２つの開口部が上方に延在する壁４６の表面内に存在する。２つの開口部４８が用いられる場合、それらは望ましくは、およそ同じサイズでありかつ上方に延在する壁４６上にそれぞれが直径方向に対向して位置する（図４）。開口部４８のすぐ下で広がる、包囲する薄くされた薄膜２３の部分は破裂可能な部分を形成する。電池内のガスが所定レベルに増加するとき、開口部４８のすぐ下の薄膜２３の部分は張力下で破裂するまで開口部の中へと伸張し、それによって、電池内からガスを放出する。電池の内部圧力は上にあるエンドキャップのガス抜き開口部６５を通じて環境までガスが流出すると、直ちに低減される。
【００４２】
溝２１０の深さを規定する対向する溝の壁２１２ａ及び２１２ｂはいずれかの特定の形状の湾曲をなす必要はない。しかしながら、製造を容易にする観点から、溝の壁２１２ａ及び２１２ｂは垂直に向けられることが可能であり、又は溝２１０の口部が溝の基底部（破裂可能な薄膜部分２３）よりも幅広となるように傾斜していてもよい。薄膜は好ましくは、剪断ではなく引張で破裂するように意図されているので、２１２ａの角度は薄膜２３の破裂性の要因とはならない。壁２１２ａ及び２１２ｂは好都合にも、溝２１０の基底部において破裂可能な薄膜２３に対して直角をなすこともできるし、図１Ａに示されるように破裂可能な薄膜２３と鈍角を形成することもできる。あるいは、溝の壁２１２ａ及び２１２ｂは平坦な又は湾曲した表面で形成されることもできる。望ましくは、壁２１２ａ及び２１２ｂはそれぞれが破裂可能な薄膜２３との、望ましくは約１２０〜１３５°の鈍角を形成する平坦な表面を形成し、したがって、溝２１０の開放端部は薄膜２３を形成する溝の基底部よりも僅かに幅広となる。こうした好ましい実施形態により、包囲する溝２１０は図１Ａに示されるような台形の形状が与えられる。こうした構成は射出成形による製造を容易にする観点から望ましく、薄膜２３の破裂性に影響を及ぼすことはない。
【００４３】
上方に延在する壁２６及びその中の破裂可能な薄膜部分２３は望ましくは、図１に例示されるように、電池の中心長手方向軸１９０から鋭角（９０°未満の角度）で傾斜している。こうした構成において、上方に延在する壁２６及びその中の薄膜部分２３は電池の中心長手方向軸に平行でない。好ましくは、上方に延在する壁２６は長手方向軸１９０から約１５〜８０°の鋭角で傾斜している（図１Ａ）。同様に、支持ディスク４０の上方に延在する壁４６は好ましくは、シールディスク２０の上方に延在する壁２６と同じ鋭角で、即ち中心軸１９０から約１５〜８０°で傾斜している。したがって、支持ディスク４０がシールディスク２０の上に置かれるとき、支持ディスク４０の上方に延在する壁４６はシールディスク２０の上方に延在する壁２６と隣接しかつ面一になり、破裂可能な薄膜２３は開口部４８と隣接する。上述したように、エンドキャップ縁部６６及び金属支持縁部４９の両方の上に同時にシール縁部２８を圧着させるために、より大きな圧着力が必要となるにもかかわらず、金属支持ディスクの上方に延在する壁４６とシールディスクの上方に延在する壁２６が面一で（又はほぼ面一で）維持され得ると判断された。金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６が傾斜した向きをなすことで、支持ディスク４０の所与の全高に対して、より大きな直径の開口部４８を上方に延在する壁４６内に作製することが可能となる。これにより、次には、所与の薄い厚さの薄膜２３がより低い閾値圧力で破裂できるようになり、それによって電池ハウジング７０の壁厚を低減できる。ハウジング７０の壁厚が減じられると、アノード及びカソード活性材料に利用可能な電池の内容積が増加し、それによって電池の容量が増加する。
【００４４】
絶縁シールディスク２０はプラスチック絶縁材料の一体成形構造から形成されてもよく、好ましくは、耐久性及び耐食性の射出成形ナイロンにより成形される。図１Ａ及び図３に最良に例示されるように、絶縁ディスク２０はその中心を通る開口部２４を有する中央ボス又はハブ２２を有する。ボス（ハブ）２２はディスク２０のうちの最も厚く及び最も重量のある部分を形成している。エンドキャップ組立体を上にした垂直位置で電池を見るとき、ボス２２の周囲縁部は上方に延在する壁２６において終端しており、この上方に延在する壁２６は壁２６上の低点２６ａから壁２６上の高点２６ｂまで上方に延在する（図１Ａ及び３）。同様に、支持ディスク４０の中央部分４３の周囲縁部は壁４６上の低点４６ａから壁４６上の高点４６ｂまで上方に延在する壁４６において終端している（図１Ａ及び４）。
【００４５】
また、上記の絶縁シールディスク２０の構成により、破裂可能な薄膜２３がエンドキャップ６０に、より近接して配置される。これは活性材料用に利用可能な電池内のより多くの内部空隙があることを意味する。特に、破裂可能な薄膜２３をその中に有する絶縁シールディスク壁２６の上方傾斜は所与のサイズの電池について、より大きい高さのカソードカラム１２５を提供する。絶縁ディスク２０の上方に延在する壁２６上の破裂可能な薄膜２３の位置により、ガス及び他の内部成分は薄膜２３が破裂した後、電池内部から金属支持ディスク中の開口部４８を通り、次いでエンドキャップ６０の中の開口部６５を通って直接環境まで、妨げられることなく通過することができる。電池内部から環境へのガスのこうした通過は電池が他の電池又は給電されている装置に接続されているときにも妨げられることがない。
【００４６】
破裂可能な薄膜をシール内に形成する溝がない場合、即ち、開口部４８に隣接する上方に傾斜する壁２６の部分全体が均一な一定の厚さでありかつ破裂可能な薄膜を形成している場合、近似を適用するために、所望の破裂圧力ＰＲと、破裂開口部４８の半径「Ｒ」と、結果として得られる一定の厚さの薄膜の厚さ「ｔ」との間に以下の関係が決定されており、ここで「Ｓ」は破裂可能な材料の極限引張強さである。
Ｐｒ＝ｔ／Ｒ×Ｓ          （Ｉ）
【００４７】
複数のガス発生抑制剤の使用により、電池のガス発生を低減することは可能になっている。開口部４８の半径を大きくし、一定の厚さの薄膜の厚さを可能な限り薄くすることが望ましい。これによって、所望であれば、電池内で増加したガスのより低い閾値圧力Ｐでの薄膜の破裂が可能となる。したがって、所与の電池のサイズに対し、実現可能な最大の開口部半径及び最小の膜厚によって決まる爆発圧力に、実際的な下限が存在する。破裂可能な薄膜を形成するオーバーカット溝２１０を加えることは溝の深さ及び幅など、爆発圧力をより低いレベルへと操作する更なる変数を提供する。
【００４８】
エンドキャップ組立体１４において、破裂可能な薄膜の幅（即ち、溝２１０の基底部の幅）と破裂可能な薄膜２３の厚さとの比は典型的には、約１：１〜１２．５：１である。エンドキャップ組立体１４のこの設計では、単４サイズの電池と単１サイズの電池との間の電池の一般的な電池サイズに対し、典型的には約１．８〜１０ｍｍ（円の直径）の大きさの開口部４８を金属支持ディスク４０の上方傾斜壁４６に備えることができる。
【００４９】
以下の薄膜２３のより低レベルの破裂圧力が本発明のエンドキャップ組立体１４に関して望ましい。単４のアルカリ電池に対し、薄膜２３の目標破裂圧力は望ましくは約６．２１ＭＰａ〜１２．４１ＭＰａＧ（９００〜１８００ｐｓｉｇ）である。単３のアルカリ電池に対し、薄膜２３の目標破裂圧力は望ましくは約３．４５ＭＰａ〜１０．３４ＭＰａＧ（５００〜１５００ｐｓｉｇ）である。単２サイズのアルカリ電池に対し、薄膜２３の目標破裂圧力は望ましくは約２．０７ＭＰａ〜３．７９ＭＰａＧ（３００〜５５０ｐｓｉｇ）である。単１サイズのアルカリ電池に対し、薄膜２３の目標破裂圧力は望ましくは約１．３８ＭＰａ〜２．７６ＭＰａＧ（２００〜４００ｐｓｉｇ）である。こうした破裂圧力の範囲は非限定的な例として意図されたものである。本発明のエンドキャップ組立体１４はより高くかつより低い破裂圧力でも同様に用いられ得るため、エンドキャップ組立体１４がこれらの破裂圧力の範囲に限定されるようには意図されていないことが理解されよう。
【００５０】
所与の電池サイズについて上述の破裂圧力の範囲では、ニッケルメッキ鋼のハウジング７０は典型的には単３及び単４に対しては望ましくは約０．１５〜０．３０ｍｍ（０．００６〜０．０１２インチ）、好ましくは約０．１５〜０．２０ｍｍ（０．００６〜０．００８インチ）の、また、単２及び単１に対しては約０．２５〜０．３０ｍｍ（０．０１０〜０．０１２インチ）の薄い壁厚を有してもよい。ハウジング７０の壁厚はより薄いことが望ましいが、これはその結果として、電池の内容積が増加し、より多くのアノード及びカソード材料を使用することができ、それによって電池の容量が増加するからである。エンドキャップ組立体１４は所与の電池のサイズに対して上述の破裂圧力を実現することができ、また、エンドキャップ６０が「不正開封防止」をなすという更なる機能を有する。即ち、エンドキャップ６０の縁部６６は絶縁シールディスク２０の周囲縁部２８の下に圧着されるので、エンドキャップ組立体から容易には取り出され得ない。したがって、本発明のエンドキャップ組立体１４の設計においては、電池の内容物も同様に、非常に安全であり、悪意による不正開封に対して十分に保護される。加えて、本発明のエンドキャップ組立体１４において、アノード集電体用の釘８０の頭部８５はエンドキャップ６０の下面に直接溶接される。これは、単純な電気抵抗溶接によって実現され得る。本発明のエンドキャップ組立体１４においては、他のいずれの電池構成要素の溶接も必要なく、またレーザー溶接も必要なく、したがって電池の構築が単純化される。
【００５１】
本明細書で記載されるエンドキャップ組立体に関連して、より大きいサイズの開口部４８を用いるという要望に沿うと、これは破裂可能な薄膜２３を含有する絶縁シール壁２６を傾斜させる、即ち長手方向軸１９０に非平行に配向することにより、最良に実現できると判断された。好ましくは、シール壁２６及びそれに隣接する金属支持表面４６は中心長手方向軸１９０から好ましくは約１５〜８０°の角度で上方に傾斜している。これは、上記のように、開口部４８を形成するために、より多くの利用可能な表面積を提供し、カソードカラム１２５の高さを増加する。
【００５２】
電池の爆発圧力を低減するという要望に沿うと、これはオーバーカット溝２１０をシールディスク２０の上方傾斜壁２６の上面の上に形成することにより実現され得ると判断された。こうした構成では、図１Ａに示されるように、溝２１０の基底部における破裂可能な薄膜２３はハウジングの開放端部１５に面する。こうしたオーバーカット溝２１０は例えば、シールディスク２０を形成するときの射出成形の間に、シールディスク２０の中心を包囲して形成され得る。あるいは、溝の基底部における破裂可能な薄膜２３がその結果電池内部に面するように、溝２１０はアンダーカット溝（示されず）であってもよい。
【００５３】
非限定的な例として、単３サイズのアルカリ電池を用いる好ましい実施形態では、破裂可能な薄膜２３は電池内のガスが約３．４５ＭＰａ〜１０．３４ＭＰａＧ（５００〜１５００ｐｓｉｇ）のレベルまで増加したときに破裂するように設計され得る。金属支持ディスク４０の中の開口部４８の下にある破裂可能な薄膜の部分２３は望ましくはナイロン、好ましくはナイロン６６又はナイロン６１２から形成されるが、またポリプロピレン及びポリエチレンのような他の材料から形成されることもできる。溝２１０は約０．０８〜１ｍｍ、望ましくは約０．０８〜０．８ｍｍの幅を有することができる。図１Ａに示されるように、溝２１０は好ましくは、絶縁ディスク２０の上方に延在する壁２６の上面の周りで円周方向に広がっている。円周方向の溝２１０のある区分は金属支持ディスク４０の中の開口部４８のすぐ下に広がっている。あるいは、溝２１０は個々の溝が開口部４８のすぐ下にカットされ、それらの間の壁２６の内面の部分は平坦及びカットされず残るように、包囲される必要なく区分で形成されることもできる。単４サイズの電池と単１サイズの電池との間の電池の一般的な電池サイズに対し、開口部４８は約２．５〜７８．５ｍｍ２の面積に対応する直径約１．８〜１０ｍｍ、典型的には、約３．１〜６３．６ｍｍ２の面積に対応する２〜９ｍｍ（円の直径）を有する円形形状のものであり得る。開口部４８が長方形又は楕円形などの他の形状であり得ることは理解されるべきである。また、開口部４８は矩形若しくは多角形形状又は真っ直ぐな表面と湾曲した表面との組み合わせを含む不規則な形状でもあり得る。また、こうした長方形若しくは多角形形状又は他の不規則な形状の有効径は望ましくは約２〜９ｍｍである。こうした形状の有効径はいずれかのこうした開口部を横切る最小距離として定義され得る。
【００５４】
目標破裂圧力が単３電池に対して約３．４５〜１０．３４ＭＰａＧ（５００〜１５００ｐｓｉｇ）、又は、単４サイズの電池に対して約６．２１〜１２．４１ＭＰａＧ（９００〜１８００ｐｓｉｇ）であるとき、溝の幅（溝の基底部における薄膜２３の幅）と破裂可能な薄膜２３の厚さとの比は望ましくは約１：１〜１２．５：１である。この範囲の比に従って、溝の基底部における溝の幅は望ましくは約０．１〜１ｍｍ、好ましくは約０．４〜０．７ｍｍであり、破裂可能な薄膜２３の厚さは約０．０８〜０．２５ｍｍ、望ましくは約０．１０〜０．２０ｍｍである。開口部４８は約２．５〜１６ｍｍ２の面積に対応する、典型的には約１．８〜４．５ｍｍの直径を有することができる。
【００５５】
単２及び単１のアルカリ電池が用いられるとき、破裂可能な薄膜２３は望ましくは、より低い圧力で破裂するように設計される。例えば、単２サイズの電池に対し、目標破裂圧力は約２．０７〜３．７９ＭＰａＧ（３００〜５５０ｐｓｉｇ）であってもよい。単１サイズの電池に対しては目標破裂圧力は約１．３８〜２．７６ＭＰａＧ（２００〜４００ｐｓｉｇ）であってもよい。望ましくは約１：１〜１２．５：１である溝の幅（溝の基底部における薄膜２３の幅）と破裂可能な薄膜２３の厚さとの同じ比も適用可能である。
【００５６】
一般に、電池のサイズに関わりなく、破裂可能な薄膜２３の厚さと薄膜２３に近接する上方に延在するシール壁２６の厚さとの比が１：２以下、望ましくは約１：２〜１：１０、より典型的には約１：２〜１：５であるように維持されることは望ましい。こうした実施形態において、破裂可能な薄膜２３の厚さは望ましくは、約０．０８〜０．２５ｍｍ、好ましくは約０．１〜０．２ｍｍである。薄膜２３がそれを通って破裂する開口部４８は望ましくは約１．８〜１０ｍｍの直径を有する。
【００５７】
組み立てにおいて、アノード１４０、カソード１２０、及びセパレータ１３０が電池のハウジング７０の内部に挿入された後、エンドキャップ組立体１４がハウジングの開放端部１４に挿入される。金属支持ディスク４０は最初に、ボス２２の上面２５が金属支持ディスク４０の中央開口部４１へ貫通するように、絶縁シールディスク２０に押し付けられてもよい。図１Ａに示される実施形態では、絶縁シールディスク２０の上方に延在する壁２６が金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６に隣接するように、ボス２２の本質的にすべてが金属支持ディスク４０中の開口部４１に押し通される。絶縁ディスク２０の上方に延在する壁２６は上にある金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６の内面に対して面一である。金属支持ディスク４０をその中に収容した絶縁シールディスク２０は次いで、ハウジング７０の開放端部１５に挿入されてもよい。絶縁シールの周囲縁部２８の下部分２８ａは電池ハウジングの側壁７４内の円周方向のビード７３上に載置されている。集電体用の釘８０の頭部８５は好ましくは、電気抵抗溶接によってエンドキャップ６０の下面に溶接される。
【００５８】
集電体用の釘８０がエンドキャップ６０に溶接されたあと、それは次に金属支持ディスク４０の開口部４１を通り、次いでその下にある絶縁シールディスク２０内のその下にある中央開口部２４を通って、集電体の先端８４がアノード１４０材料の中に貫通するまで挿入される。エンドキャップ６０の縁部６６は金属支持ディスク４０の縁部４９の上で止まる。金属支持ディスク４０の縁部４９と、覆っているエンドキャップ６０の縁部６６の両方は図１Ａに示されるように、絶縁シールディスク２０の周囲縁部２８の内側にある。次いで、ハウジング７０の縁部７２は絶縁シールディスク２０の周囲縁部２８の上に圧着される。次に、絶縁シールディスクの縁部２８は金属支持ディスク４０の縁部４９とエンドキャップ６０の縁部６６の両方の上に圧着され、エンドキャップ６０とその下にある金属支持ディスク４０を、絶縁シールディスク２０の上の所定位置に安定して固定する。したがって、絶縁シールディスク２０、金属支持ディスク４０、及び覆っているエンドキャップ６０はハウジングの開放端部１５内で固定され、それによって電池のハウジングが閉鎖される。エンドキャップ６０の周囲縁部６６が絶縁シールディスク２０の周囲縁部２８に嵌合することを確実にするため、及び金属支持ディスクの縁部４９が半径方向に圧縮され、それによってしっかりとしたシールの実現を助けることを確実にするため、半径方向の圧縮力が圧着の間にハウジング７０に加えられてもよい。エンドキャップ６０の縁部６６は手で触れることができず、したがって、エンドキャップ６０は不正開封防止をなすと見なされ、即ち、電池組立体から容易に取り出されない。
【００５９】
絶縁シールディスク２０の別の実施形態では、ディスクが形成された後に、加熱された道具の助けにより又はその助けなしに、ダイ又はナイフの刃でシールディスク２０の上方に延在する壁２６の下面２２０に打抜き又は型押し加工により溝２１０が形成され得ることを除き、ディスクの構成は図１Ａ及び図３に示されるものと同じであり得る。こうした実施形態では、シールディスク２０は最初に、均一な厚さの、即ち溝２１０のない上方に延在する壁２６を得るように成形することによって形成され得る。次いで、環状の刃先を有するダイがシールディスクの上方に延在する壁２６の下面２２０に適用され得る。幅１ｍｍ未満、望ましくは約０．０８〜１ｍｍ、好ましくは０．０８〜０．８ｍｍの溝２１０を形成する環状又は円弧状の切り込みがこのようにして、シールディスク２０の上方に延在する壁２６の上面に作製され得る。溝２１０は破裂可能な薄膜２３を溝の基底部に形成する。溝２１０によって形成された破裂可能な薄膜２３はシールディスクの上方に延在する壁の表面２２０に、弱い区域を形成する。溝２１０は打抜きダイ、例えば隆起したナイフの刃を有するダイの使用により作製されることができ、これはまた加熱されることもでき、上方に延在する壁２６の下面の上に押し付けられる。このようにして作製された溝２１０により、溝２１０の基底部の薄膜２３は溝２１０が上方に延在する壁２６内に成形される場合よりも薄く形成され得る。打抜きダイによって形成された溝２１０はしたがって、幅が非常に狭く及び厚さが非常に薄い破裂可能な薄膜２３を結果として生じ得る。溝の切り込み２１０によって形成された薄膜２３（図１Ａ）は切り込みの深さを調整し、次にはこれによって所望の厚さの破裂可能な薄膜２３を切り込みの基底部に形成することによって、所望の目標圧力で破裂するように設計され得る。
【００６０】
溝の切り込み２１０によって形成された薄膜２３は金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６の下面に隣接する。薄膜２３の一部分は図１Ａに示される実施形態に関連して記載したのと同じ方式で、金属支持ディスク４０の上方に延在する壁４６内の１つ以上の開口部４８の下であり得る。溝の切り込み２１０（図１Ａ及び３）は連続的な閉じた円の形状でなくてもよいが、好ましくは、開口部４８の下にある溝２１０の部分が開口部４８の全幅にわたって連続的となるように十分に長い円弧状の区分であり得ることが理解されよう。即ち、溝２１０は開口部４８の上にない上方に延在する壁４６の部分まで延びていなくてもよい。
【００６１】
具体的な実施形態では、非限定的な例として、電池のサイズに関わりなく、シールディスク２０はナイロン製であることができ、溝の切り込み２１０は典型的には約０．０８〜１．０ｍｍ、好ましくは約０．０８〜０．８ｍｍの幅を有することができる。溝の切り込みの基底部に形成された薄膜２３は薄膜２３の厚さと溝２１０に近接する上方に延在する壁２６の厚さとの比が約１：１０〜１：２、好ましくは約１：５〜１：２となるような厚さを有することができる。こうした実施形態では、破裂可能な薄膜２３の厚さは典型的には約０．０８〜０．２５ｍｍ、望ましくは約０．１〜０．２ｍｍであってもよい。
【００６２】
ナイロンは絶縁ディスク２０及びそれと一体の破裂可能な薄膜の部分２３に好ましい材料であるが、他の材料、好ましくは水素透過性で耐食性であり耐久性のあるプラスチック材料、例えばポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はタルク充填ポリプロピレンもまた好適であることはまた理解されるべきである。薄膜２３の厚さと開口部４８のサイズの組み合わせは用いられる材料の極限引張強さ及び破裂が意図されるガス圧力のレベルに応じて調整されてもよい。開口部４８を１つのみ、そしてそれに対応する１つの破裂可能な薄膜２３を用いることが適切であると判断された。しかしながら、金属支持ディスク４０内の上方に延在する壁４６はその下にある１つ以上の破裂可能な薄膜の部分２３と隣接する、同等のサイズの複数の開口部を設けてもよい。好ましくは、図４に示されるように、金属表面４６中の直径方向に対向する２つの開口部４８を用いることができる。これによって、薄膜が破裂し、ガス抜きが所望のガス圧力で生じることが更に確実となる。
【００６３】
電池のサイズに関わりなく用いられてもよい、アルカリ電池１０用のアノード１４０、カソード１２０、及びセパレータ１３０の代表的な化学組成物を以下に説明する。次の化学組成物は本発明のエンドキャップ組立体１４を有する電池中に使用するための代表的な基礎的組成物であり、そのようなものとして、限定することを意図していない。
【００６４】
上述の実施形態において、代表的なカソード１２０は二酸化マンガン、グラファイト、及び水性アルカリ電解質を含むことができ、アノード１４０は亜鉛及び水性アルカリ電解質を含むことができる。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。アノード材料１４０は水銀を含有しない（水銀無添加の）亜鉛合金粉末を含有するゲル状混合物の形態であることができる。即ち、電池は電池総重量の約５０ｐｐｍ部未満、好ましくは電池総重量の２０ｐｐｍ部未満の総水銀含有量を有し得る。電池はまた、好ましくは、いずれの鉛添加量も含有せず、したがって本質的に無鉛であり、即ち、総鉛含有量はアノードの総金属含有量の３０ｐｐｍ未満、望ましくは１５ｐｐｍ未満である。このような混合物は典型的には、ＫＯＨ電解質水溶液、ゲル化剤（例えば、Ｂ．Ｆ．グッドリッチ（B.F.Goodrich）から商標名カーボポール（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、ローヌ・プーラン（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）を含有することができる。こうした混合物は単に実例として与えるにすぎず、本発明を制限しようとするものではない。亜鉛アノード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。
【００６５】
カソード１２０は望ましくは次の組成物を有することができる。
【００６６】
８７〜９３重量％の電解二酸化マンガン（例えば、カーマギー社（Kerr-McGee）によるＴｒｏｎａ  Ｄ）、２〜６重量％（合計）のグラファイト、約３０〜４０重量％の濃度のＫＯＨを有する５〜７重量％の７〜１０ＮのＫＯＨ水溶液、及び、０．１〜０．５重量％の光学用ポリエチレン結合剤という組成を有することができる。電解二酸化マンガンは典型的には約１〜１００マイクロメートル、望ましくは約２０〜６０マイクロメートルの平均粒径を有する。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態である。また、グラファイト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により含むことができる。こうしたカソード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。
【００６７】
アノード材料１４０は亜鉛合金粉末６２〜６９重量％（合金及びメッキ材料として２００〜５００ｐｐｍのインジウムを含有する９９．９重量％亜鉛）、３８重量％のＫＯＨと約２重量％のＺｎＯとを含むＫＯＨ水溶液；Ｂ．Ｆ．グッドリッチ（B.F. Goodrich）から商標名「カーボポール（CARBOPOL）Ｃ９４０」として市販される架橋アクリル酸ポリマーゲル化剤（例えば０．５〜２重量％）、及びグレイン・プロセシング社（Grain Processing Co.）から商標名「ウォーターロック（Waterlock）Ａ−２２１」として市販される、デンプン主鎖上にグラフトされた加水分解ポリアクリロニトリル（０．０１〜０．５重量％）；ローヌ・プーラン（Rhone-Poulenc）から商標名「ＲＭ−５１０」として市販されるジオニル（dionyl）フェノールリン酸エステル界面活性剤（５０ｐｐｍ）を含む。亜鉛合金の平均粒度は望ましくは約３０〜３５０マイクロメートルである。アノードにおける亜鉛の嵩密度（アノード空隙率）はアノード１立方センチメートル当たり約１．７５〜２．２ｇの亜鉛である。アノード中の電解質水溶液の体積％は好ましくはアノードの約６９．２〜７５．５体積％である。電池は従来の方式で、ＭｎＯ２のｍＡ‐ｈｒの容量（ＭｎＯ２１グラム当たり３０８ｍＡ‐ｈｒに基づく）を亜鉛合金のｍＡ‐ｈｒの容量（亜鉛合金１グラム当たり８２０ｍＡ‐ｈｒに基づく）で除した値が約１になるように平衡化され得る。
【００６８】
セパレータ１３０はセルロース系材料からなる従来のイオン多孔質セパレータであり得る。セパレータはセルロース系繊維又はポリビニルアルコール系繊維の不織布材料の内層と、セロハンの外層とを有していてもよい。こうした材料は実例を示すためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。ガス発生の抑制を助けるために、集電体８０は黄銅、好ましくはスズメッキ付き又はインジウムメッキ付きの黄銅である。
【００６９】
本発明は具体的な実施形態に関して記載されてきたが、本発明の概念の範囲内で変更が可能であることは理解されるべきである。したがって、本発明は本明細書に記載される具体的な実施形態に限定されることを意図せず、請求項及びその等価物の範囲内にある。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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