(57)【要約】  電気化学セル（すなわち、バッテリ）、特に、過剰の水分進入を防止するセル構成を提供する。本発明は、セル内への水分の通過を実質的に防止するために集電体アセンブリ（３０）に配置されたポリマー水分障壁材料（５０）を使用するアルカリ電気化学セル（１０）を提供する。ポリマー水分障壁材料は、水分の進入及び進出を防止するために外側カバー、又は内側中性カバー、又はシールの上部側面に付加されたポリ塩化ビニリデン層を含むことができる。ポリ塩化ビニリデンは、事前形成された薄いシートとして付加することができる。ポリマー水分障壁材料は、１．０（グラム×ミル）／（１００インチ）未満の非常に低い水蒸気透過率を示す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放端を有する缶と、
前記缶内に設けられた第１の電極及び第２の電極を含む電気化学材料と、
前記缶内からの前記電気化学材料の漏れを防止するために該缶の前記開放端に設けられたシールと、
湿った外気が前記缶の前記密封された容積に到達することを防止するために、該缶の前記開放端に配置された構成要素に事前形成シートとして付加された水分障壁材料と、
を含み、
前記水分障壁材料は、ポリマー材料を含み、かつ該水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで１．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有する、
ことを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで０．１（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の蒸気透過率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】
前記水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで０．０５（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率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４】
前記水分障壁材料は、０．５から５．０ミルの範囲の厚み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】
前記ポリマー水分障壁材料は、ポリ塩化ビニリデン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６】
前記ポリマー水分障壁材料は、前記構成要素に付加されたポリ塩化ビニリデンのシートを含むことを特徴とする請求項５に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記シートは、超音波溶接によって前記構成要素に接着されることを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記シートは、接着剤によって前記構成要素に接着されることを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記シールは、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで５．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）よりも大きい水蒸気透過率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１０】
前記シールは、ナイロンガスケットを含むことを特徴とする請求項９に記載の電気化学セル。
【請求項１１】
前記缶内の圧力が過剰になった時に内部発生ガスを通気させるために前記シールに形成された圧力解放通気部を更に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１２】
前記缶の前記開放端に設けられたカバーを更に含み、
前記カバーは、少なくとも１つの開口を含み、
前記水分障壁材料は、湿った外気が前記少なくとも１つの開口を通過することを防止する、
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１３】
前記缶の前記開放端に設けられた外側カバーと、該外側カバーと前記シールの間に設けられた内側カバーとを更に含み、
前記外側カバー及び前記内側カバーの各々は、少なくとも１つの開口を含み、
前記水分障壁材料は、湿った外気が前記内側カバーの前記少なくとも１つの開口を通過することを防止する、
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１４】
アルカリ電気化学セル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１５】
開放端を有する缶と、
前記缶内に設けられた第１の電極及び第２の電極を含む電気化学材料と、
前記缶内からの前記電気化学材料の漏れを防止するために該缶の前記開放端に設けられたシールと、
湿った外気が前記缶の前記密封された容積に到達することを防止するために該缶の前記開放端に配置された構成要素に接着された水分障壁材料の事前形成シートと、
を含むことを特徴とする電気化学セル。
【請求項１６】
前記水分障壁材料の事前形成シートは、ポリマー水分障壁材料を含むことを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項１７】
前記ポリマー水分障壁材料のシートは、ポリ塩化ビニリデンを含むことを特徴とする請求項１６に記載の電気化学セル。
【請求項１８】
前記ポリマー水分障壁材料のシートは、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の電気化学セル。
【請求項１９】
前記水分障壁材料のシートは、超音波溶接によって前記構成要素に接着されることを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２０】
前記水分障壁材料のシートは、接着剤によって前記構成要素に接着されることを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２１】
前記水分障壁材料のシートは、０．５から５．０ミルの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２２】
前記水分障壁材料のシートは、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで１．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有することを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２３】
前記水分障壁材料のシートは、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで０．１（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有することを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２４】
前記水分障壁材料のシートは、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで０．０５（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有することを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２５】
前記シールは、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで５．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）よりも大きい水蒸気透過率を有することを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２６】
前記シールは、ナイロンガスケットを含むことを特徴とする請求項２５に記載の電気化学セル。
【請求項２７】
圧力解放通気部が、前記缶内の圧力が過剰になった時に内部発生ガスを通気させるために前記シールに形成されることを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２８】
前記缶の前記開放端に設けられたカバーを更に含み、
前記カバーは、少なくとも１つの開口を含み、
前記水分障壁材料の事前形成シートは、前記少なくとも１つの開口を塞ぐために前記カバーに付加される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２９】
前記缶の前記開放端に設けられた外側カバーと、該外側カバーと前記シールの間に設けられた内側カバーとを更に含み、
前記外側カバー及び前記内側カバーの各々は、少なくとも１つの開口を含み、
前記水分障壁材料の事前形成シートは、前記内側カバーの前記少なくとも１つの開口を塞ぐために該内側カバーに付加される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項３０】
アルカリ電気化学セルを含むことを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項３１】
開放端を有する缶と、
前記缶内に設けられた第１の電極及び第２の電極を含む電気化学材料と、
前記缶内からの前記電気化学材料の漏れを防止するために該缶の前記開放端に設けられたシールと、
湿った外気が前記缶の前記密封された容積に到達することを防止するために該缶の前記開放端に配置された構成要素に付加された水分障壁材料と、
を含み、
前記水分障壁材料は、ポリ塩化ビニリデン材料を含み、かつ該水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで１．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有する、
ことを特徴とする電気化学セル。
【請求項３２】
前記水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで０．１（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の蒸気透過率を有することを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３３】
前記水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで０．０５（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有することを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３４】
前記水分障壁材料は、０．５から５．０ミルの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３５】
ポリマー水分障壁材料が、前記構成要素に付加されたポリ塩化ビニリデンのシートを含むことを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３６】
前記シートは、前記構成要素に接着されることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３７】
前記ポリ塩化ビニリデンは、水性ラテックスとして付加されることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３８】
前記缶の前記開放端に設けられたカバーを更に含み、
前記カバーは、少なくとも１つの開口を含み、
前記水分障壁材料は、湿った外気が前記少なくとも１つの開口を通過することを防止する、
ことを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３９】
前記缶の前記開放端に設けられた外側カバーと、該外側カバーと前記シールの間に設けられた内側カバーとを更に含み、
前記外側カバー及び前記内側カバーの各々は、少なくとも１つの開口を含み、
前記水分障壁材料は、湿った外気が前記内側カバーの前記少なくとも１つの開口を通過することを防止する、
ことを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項４０】
アルカリ電気化学セルを含むことを特徴とする請求項３１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、一般的には電気化学セル（すなわち、バッテリ）に関し、より詳細には、過剰の水分進入を防止するセル構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来型のアルカリ電気化学セルは、一般的に、閉じた下端と、円筒形側壁と、開放した上端とを有する円筒形鋼缶の形態のセル容器を含む。鋼缶内には、カソードとも称される正極と、アノードとも称される負極とが配置される。カソードは、活物質として二酸化マグネシウムを典型的に使用し、一方、負極は、活物質として亜鉛粉末を典型的に使用する。セパレータが、アノードとカソードの間に置かれ、水性アルカリ電解質溶液が、アノード、カソード、及びセパレータに同時に接触する。集電体アセンブリが、缶の開放端に対してその開放端を密封閉鎖するように組み立てられる。集電体アセンブリは、環状のポリマー（例えば、ナイロン）シールと、集電体と、集電体と電気的に接触する外側カバーとを含む。一部のセルにおいては、集電体アセンブリは、シールを更に半径方向に支持するグロメット又は内側中性カバーを更に含む。
【０００３】
従来型のアルカリ電気化学セルは、典型的には、一般的に環状ポリマーシールの薄肉部分の形態である通気機構を含む。薄肉通気機構は、意図したセル保護手段として、所定の圧力差で破裂して高圧ガスを放出するように設計される。外側カバー及び内側中性カバーの各々は、通気ガスを外側大気に通過させる開口部を含む。従来型の環状ポリマーシールは、水蒸気の形態の水分が、ポリマー（例えば、ナイロン）シールに浸透してそれを通過することができるように、特に薄肉通気部において水分浸透性である。シールは、セル内部に収容された電気化学材料の缶からの漏れを防止するように機能する。
【０００４】
高湿の保存条件の下では、ポリマー（例えば、ナイロン）シールを通る水分進入は、アルカリセルに水分を吸収させる。これに反して、低湿の保存条件の下では、ナイロンシールを通る水分進出は、アルカリセルに水分を損失させる。アルカリセルに対する水分の進入及び進出は、品質問題をもたらす可能性がある。例えば、シールを通る過剰水分の進入は、セルの内圧を上昇させ、それは、特にシールの表面に沿って電解質の漏れを加速させる。缶からの電解質漏れは、電解質漏れにより生じた腐食のためにラベルが軟化した時などに、使用者によって望ましくないと感じられる場合がある。
【０００５】
電気化学セル内への水蒸気浸透を低減するための提案された技術が存在する。例えば、「水分障壁を有する電気化学セル」という名称の米国特許第６、０２２、６３５号は、シール上又は外側カバーの表面上に配置されたアスファルト又はワニス製の水分不浸透性材料の適用を開示している。上述の米国特許は、この引用により本明細書に組み込まれる。これら及び他の従来型の水分不浸透性材料は、水分進入を抑制するために電気化学セルに用いるように提案されている。典型的にセルに用いるために開示された一部の材料は、ある一定の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を示す水蒸気障壁を提供し、かつ過剰の水分進入を適度に防止するための最小厚み材料を必要とし、一方、金属ホイルのような他の材料は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）からの腐食を受けやすく、他の欠点を有する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６、０２２、６３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、セル漏れの可能性を低減するために水分の進入及び進出を実質的に最小にする電気化学セルに対する必要性が存在する。更に、特に高湿度条件を受ける時に過剰の水分がセルに入ることを防止するための水蒸気浸透の低減を達成する低コストで薄い水蒸気障壁材料を利用することができるようなアルカリ電気化学セルに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、過剰の水分の進入及び進出を防止してセル漏れの可能性を低減するための費用効率が高く、非腐食性で、容積が小さく、かつ組立容易な電気化学セルにおける水分障壁を提供する。これら及び他の利点を達成するために、かつ本明細書に具現化かつ説明する本発明の目的に従って、本発明による電気化学セルを提供する。本発明の１つの態様によれば、電気化学セルは、開放端を有する缶と、缶内に設けられた第１の電極及び第２の電極を含む電気化学材料とを含む。セルは、缶内からの電気化学材料の漏れを防止するために缶の開放端に設けられたシールを有する。セルは、湿った外気が缶の密封容積に到達することを防止するために、缶の開放端に配置された構成要素に事前形成シートとして付加される水分障壁材料を更に含む。水分障壁材料は、ポリマー材料を含み、かつ水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで１．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有する。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、電気化学セルは、開放端を有する缶と、缶内に設けられた第１の電極及び第２の電極を含む電気化学材料とを含む。セルは、缶内からの電気化学材料の漏れを防止するために缶の開放端に設けられたシールを有する。セルは、湿った外気が缶の密封容積に到達することを防止するために、缶の開放端に配置された構成要素に接着された水分障壁材料の事前形成シートを更に含む。
【００１０】
本発明の更に別の態様によれば、電気化学セルは、開放端を有する缶と、缶内に設けられた第１の電極及び第２の電極を含む電気化学材料とを含む。セルは、缶内からの電気化学材料の漏れを防止するために缶の開放端に設けられたシールを有する。セルは、更に、湿った外気が缶の密封容積に到達することを防止するために、缶の開放端に配置された構成要素に付加された水分障壁材料を含む。水分障壁材料は、ポリ塩化ビニリデンを含み、かつ水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで１．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有する。
本発明のこれら及び他の特徴、利点、及び目的は、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付図面の参照によって当業者により更に理解かつ評価されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態によるポリマー水分障壁材料を使用する電気化学セルの縦断面図である。
【図２】外側カバーの内側に付加されたポリマー水分障壁材料を更に例示する図１に示すセルの上部部分の拡大断面図である。
【図３】第２の実施形態による外側カバーの外側のポリマー水分障壁材料を使用する別の電気化学セルの上部部分の断面図である。
【図４】第３の実施形態による外側カバーの内面上のポリマー水分障壁材料を使用する電気化学セルの上部部分の断面図である。
【図５】第４の実施形態による内側中性カバーの内面上のポリマー水分障壁材料を使用する電気化学セルの上部部分の縦断面図である。
【図６】第５の実施形態による外側カバーの外面上のポリマー水分障壁材料を使用する電気化学セルの上部部分の縦断面図である。
【図７】第６の実施形態による環状ナイロンシールの上のポリマー水分障壁層を使用する電気化学セルの上部部分の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１及び図２を参照すると、円筒形アルカリ電気化学セル１０は、本発明によりセル１０に付加されたポリマー水分障壁材料５０を有して示されている。電気化学セル１０は、一般的に、閉止下端１４と、開放上端１６と、下端と上端の間に延びる円筒形側壁とを有する容器とも称される円筒形鋼缶を含む。缶１２の閉止下端１４には、メッキ鋼で形成された正極接触端子１８が溶接又は他の方法で取り付けられており、外向きに突出する小塊が中心領域に設けられ、これは、セル１０の正極接触端子を形成する。鋼缶１２の開放上端１６には、集電体とシールのアセンブリ３０が組み付けられ、これは、缶１２の開放端１４を密封するのに役立ち、かつ電流の収集の機能を果たす。
【００１３】
電気化学セル１０は、カソードとも呼ばれる正極２２及びアノードとも呼ばれる負極２６も含み、両方が鋼缶１２の密封容積内に配置されている。開示する実施形態では、ほぼ円筒形の形状である鋼缶１２の内面の回りに外側電極として形成されたカソード２２を有するように両電極がボビン型形態に形成される。一例によれば、カソード２２は、二酸化マンガン、グラファイト、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、及び添加物の混合物で形成することができる。カソード２２は、リング成形又は衝撃成形カソード形成及び組立技術を用いて形成することができる。
【００１４】
セパレータ２４は、カソード２２の内面の回りに配置され、例示的な実施形態によれば、側壁、閉止底壁、及び開放上端を有したカップ状とすることができる。セパレータ２４は、当業者に明らかなように、アノード２６とカソード２２の間の固体粒子の移動を防止する不織布で形成することができる。
アノード２６は、セパレータ２４の内側の鋼缶１２内の中心に配置され、内側電極が形成される。アノード２６は、ゲル型のアノードとすることができ、ほぼ円筒形の形状を有する。アノード２６は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含有するアルカリ電解質を含むことができる電解質と共に配置することができる。一例によれば、アノード２６は、亜鉛粉末、ゲル化剤、及び添加物で形成することができる。開示するボビン型セル構成においては、カソード２２は、セルの正極として機能する外側電極として構成され、アノード２６は、セルの負極として機能する内側電極として構成される。開示する特定的な実施例では、カソード２２及びアノード２６にそれぞれ使用される二酸化マンガン及び亜鉛は、電気化学セル活物質である。他の電極構造と電気化学セル活物質及び添加物とは、本発明の様々な実施形態による水分障壁材料５０を使用する電気化学セル１０に使用することができることを認めるべきである。
【００１５】
本明細書において集電体アセンブリとも称する集電体とシールのアセンブリ３０は、導電性集電体２８と、環状シール（ガスケット）３２と、グロメット４６と、導電性外側カバー４２とで構成され、図１及び図２に示されている。集電体２８は、外側カバー４２と集電体２８の間に電気接触をもたらすように外側カバー４２の内面に溶接されるか又は別途圧入された黄銅釘を含むことができる。それによって外側カバー４２は、負極接触端子として機能する。
【００１６】
ポリマー環状シール３２は、ガスケットの形態であり、ナイロン６６樹脂とも称するポリアミド６６のような熱可塑性樹脂で製造することができる。シール３２は、細長い集電体釘２８がそれを通過する中央開口部を形成する中央ハブ３４を含む。シール３２は、缶閉止圧着工程中に外側カバー４２の周縁に対して圧縮される周囲部分３８も含む。中央ハブ３４と周囲部分３８の間には、薄肉通気部４０を含むシール３２の中間区画３６が延びている。薄肉通気部４０は、十分な圧力差を受けた状態で破裂することが意図されている。ナイロンシール３２は、一般的に、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで５．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）を超える水蒸気透過率を有する。その透過率の結果として、シール３２も幾らかの水分がそれを浸透することを許す。ＡＡサイズセルに対する一例として、約２０ミルの平均中間区画厚みを有し、通気部４０で約７．５ミルの減少した厚みを有するシール３２が、ＤｕＰｏｎｔから市販されているＺｙｔｅｌ（登録商標）ナイロンで製造され、７７゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで約１６（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）の比較的高い水蒸気透過率を有する。
シール３２の中央直立ハブ３４の回りには、グロメット４６が配置される。シール３２のハブ部分３４は、集電体釘２８とグロメット４６の間で実質的に圧搾され、集電体２８とシール３２の間のセル漏れが最小にされる。
【００１７】
外側カバー４２は、一般的に、セル１０の負極接触端子の機能を果たす中央部分に示されている外側接触表面を含む。負極接触端子の半径方向外側には、シール３２の周囲部分３８に密封的に係合する外側カバー４２の折り重ね周囲部分がある。外側カバー４２は、錫又はインジウムメッキ／表面処理を有する銅合金、黄銅、又は青銅のような導電材料で製造される。外側カバー４２は、通気部４０を通過して放出されたガスがセル１０から外部環境に流出することができるようにする１つ又はそれよりも多くの通気孔開口部４４を更に含む。
【００１８】
電気化学セル１０は、鋼缶１２の外面の回りに形成された金属化プラスチックフィルムラベル２０を更に含む。フィルムラベル２０は、缶１２の閉止端１４で正極カバー１８の周縁にわたって形成することができ、かつ反対端１６で外側カバー４２の周縁にわたって延びることが更に示されている。ラベル２０は、開示する実施形態では、電気絶縁性（すなわち、誘電体）である。
電気化学セル１０は、セル１０の密封容積に入り、かつそこから出る水蒸気の形態の水分のような水分の進入及び進出を防止する水分又は水蒸気障壁ポリマー材料５０を更に含む。図１及び図２に示す実施形態では、ポリマー水分障壁材料５０は、１つ又はそれよりも多くの通気孔４４を覆って外側カバー４２の内面に付加される薄いシートとして示される。ポリマーシート５０は、一実施形態によれば、接着剤によって外側カバー４２の内面に取り付けることができ、他の実施形態によれば、超音波溶接又はヒートシールすることができる。薄いシート５０は、傾斜リングの形状とすることができ、又は個々の通気開口部４４を塞ぐために付加された個々のシートを含むことができる。薄いシート５０は、実質的に平坦（ある一定の角度で）として示されているが、シート５０は、外側カバー４２の内面の輪郭に合わせて形成することができることを認めるべきである。
【００１９】
ポリマー水分障壁材料５０は、シール３２を通じてセル１０の密封容積内にまで外部環境から水分が通過することを防止することにより、水分のセル１０内への進入及びそこからの進出を有利に制限する。ポリマー水分障壁材料５０は、非常に低い水蒸気透過率を有するポリマー材料で製造される。一実施形態によれば、ポリマー材料５０は、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）から成る。ポリ塩化ビニリデンは、「Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ」から市販のＳａｒａｎ（登録商標）５２０水分障壁テープの商品名で事前形成シートの状態で市販されている。この実施形態では、Ｓａｒａｎ（登録商標）は、缶１２の開放端１６に配置された構成要素に例えば接着剤により又は超音波を用いて接着することができる事前形成シートとして使用可能である。図示の実施形態では、水分障壁材料５０は、セル１０の集電体アセンブリ３０の構成要素に付加される。ポリ塩化ビニリデンは、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで約１．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の非常に低い水蒸気透過率を有する。一実施形態によれば、Ｓａｒａｎ（登録商標）シート５０は、約３．５ミルの全体の厚みに対して、約２．０ミルのＰＶＤＣ厚み及び１．５ミルのアクリル接着剤を有することができる。
【００２０】
別の実施形態によれば、ポリマー水分障壁材料５０は、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌから市販の特にＣｌａｒｕｓ（登録商標）Ｐ２０００ＴＲフィルムと呼ばれる商品名Ｃｌａｒｕｓ（登録商標）で販売されるポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）ベースのポリマーフィルムの事前形成シートを含むことができる。Ｃｌａｒｕｓ（登録商標）Ｐ２０００ＴＲテープ又はフィルムは、例えば、接着剤又は超音波溶接により、集電体アセンブリ３０の構成要素に取り付けることができる。一例において、Ｃｌａｒｕｓ（登録商標）Ｐ２０００ＴＲフィルムのシートは、２．０ミルの厚みを有し、Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  Ｉｎｃ．」によって適用されるＮＴ−９８９−２接着剤によって付加され、かつ１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで約０．０１６（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）の水蒸気透過率を示している。
【００２１】
更に別の実施形態によれば、ポリマー材料５０は、Ｓｏｌｖａｙから市販のＤｉｏｆａｎ（登録商標）ＸＢ２０１の商品名で市販されるポリ塩化ビニリデンの水性ラテックスバージョンを含むことができる。この例においては、集電体アセンブリ３０の構成要素上に液体コーティングとして付加することができる「Ｄｉｏｆａｎ（登録商標）ＸＢ２０１」ＰＶＤＣは、約２．０ミルの厚みで付加することができ、水分のセル１０への進入及びそこからの進出が制限される。「Ｄｉｏｆａｎ（登録商標）ＸＢ２０１」ＰＶＤＣは、１００゜Ｆ及び９０パーセントＲＨで約０．０２８（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）の水蒸気透過率を有する。
【００２２】
従って、ポリマー水分障壁材料５０は、薄い層において得られる非常に低い水蒸気透過率を示し、この層は、それを通じた水分の浸透を有利な態様において制限し、この材料の薄い構成のために非常に薄い容積を消費するだけである。シート形状におけるポリマー水分障壁材料５０の厚みは、好ましくは０．５から５．０ミルの範囲内であるが、材料の種類に応じて変えることができる。一実施形態によれば、特にポリマー水分障壁材料５０である水分障壁材料は、１００゜Ｆ及び１００パーセント相対湿度（ＲＨ）で１．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有する。別の実施形態によれば、ポリマー水分障壁材料５０は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで０．１（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有する。更に別の実施形態によれば、ポリマー水分障壁材料５０は、１００゜Ｆ及び１００パーセントＲＨで０．０５（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）未満の水蒸気透過率を有する。本明細書に開示する水蒸気透過率の値は、当業者に明らかなような公知の試験手順に基づいて判断することができる。
【００２３】
図３を参照すると、第２の実施形態による代替の集電体アセンブリ３０及びポリマー水分障壁材料５０を使用する電気化学セル１０が示されている。この実施形態では、集電体アセンブリ３０は、細長い集電体釘２８と、環状（ガスケット）シール３２と、中性内側カバー６０と、外側カバー４２とを使用する。第１の実施形態と対比的に、中性内側カバー６０は、シール３２を中央に位置する細長い黄銅釘２８と鋼缶１２に接触するシールの外側周囲部分３８との間の所定の位置に支持するための半径方向構造支持体を提供する。内側中性カバー６０は、そこに形成された１つ又はそれよりも多くの通気孔６２を有するワッシャーを含むことができ、通気孔６２は、シール３２内に形成された薄厚通気部４０とほぼ整列する。上述のように、外側カバー４２もそこに形成された１つ又はそれよりも多くの通気孔４４を有する。通気孔４４及び６６は、シール通気部４０を通じて放出された通気ガスを外部環境に通過させることができる。
【００２４】
図３に示す実施形態では、ポリマー水分障壁材料５０は、外側カバー４２の上に、かつラベル２０の上端にある鋼缶１２の開放端１６にわたって付加された薄いシートの形態で示されている。ポリマー水分障壁材料５０は、２つの表面に接着剤によって接着することができ、又は超音波溶接によるなどの他の方法によって取り付けることができる。この配置の場合、ポリマー水分障壁材料５０は、外側カバー４２に設けられた１つ又はそれよりも多くの通気孔４４の上のカバーを形成する。その結果、ポリマー水分障壁材料５０は、水蒸気を含む水分の外部環境からの通気孔４４の通過を制限し、従って、水分がセル１０内に入ることを防止する。
【００２５】
図４を参照すると、第３の実施形態による集電体３０の外側カバー４２に付加されたポリマー水分障壁材料５０の薄いシートを有する電気化学セル１０が示されている。この実施形態では、ポリマー水分障壁材料５０は、外側カバー４２に形成された１つ又はそれよりも多くの通気孔４４を覆うために外側カバー４２の内面の形状に適合する方式で外側カバー４２の下側に付加される。ポリマー水分障壁材料５０は、外側カバー４２の内面に接着剤によって接着され、超音波溶接され、又は他の方法で取り付けることができる。この実施形態では、外側カバー４２における１つ又はそれよりも多くの通気孔４４を経由する例えば水蒸気である水分の通過が実質的に防止される。
【００２６】
図５を参照すると、内側カバー６０に形成された１つ又はそれよりも多くの通気孔６２を覆うために内側中性カバー６０の下側に付加されたポリマー水分障壁材料５０の薄いシートが示されている。ポリマー水分障壁材料５０は、カバー６０に接着剤によって取り付けられ、超音波溶接され、又は内側中性カバー６０の下側に他の方法で取り付けることができる。この実施形態では、カバー６０における１つ又はそれよりも多くの通気孔６２を経由する水分の通過が実質的に制限される。
【００２７】
図６を参照すると、１つ又はそれよりも多くの通気孔４４が設けられている外側カバー４２の外側を覆うために、ポリマー水分障壁材料５０が外側カバー４２の外側に付加される。この実施形態では、外側カバー４２の１つ又はそれよりも多くの通気孔４４を経由する水分の通過を実質的に阻止するために、ポリマー水分障壁材料５０の厚い層を付加することができる。この実施形態では、ポリマー水分障壁材料５０は、「Ｂｏｓｔｉｃ  Ｆｉｎｄｌｅｙ、Ｉｎｃ．」から市販されている「Ｂｏｓｔｉｋ（登録商標）Ｔｈｅｒｍｏｇｒｉｐ（登録商標）２１０３」のようなエチレン酢酸ビニルベースのホットメルト接着剤を含むことができる。このホットメルト接着剤は、１つ又はそれよりも多くの通気孔４４を覆う硬化材料を形成するようにグルーガンを用いて付加することができる。他の実施形態によれば、エポキシ又はＵＶ硬化型アクリルのような他の流動性材料を材料５０として付加することができると考えられる。
【００２８】
図７を参照すると、シール３２の中間区画３６の外側又は上部表面上に配置されたポリマー水分障壁材料５０を有する電気化学セル１０が示されている。そうすることで、ポリマー水分障壁材料５０は、そこに薄肉通気部４０が形成されているシール３２の薄い部分を覆う。また、水分障壁材料は、内側中性カバー６０の底面及びそこに形成された１つ又はそれよりも多くの通気孔６２を図示のように覆うことができる。その結果、水蒸気のような水分は、通気孔６０を通過することが実質的に防止され、従って、シール３２を容易に浸透できない。
【００２９】
缶１２の開放端内の集電体アセンブリの構成要素に付加されたポリマー水分障壁材料５０を本明細書に示して説明したが、水分障壁材料５０は、内側カバー６０の上に直接のように他の位置に付加することができ、又は複数の表面上に付加することができることを認めるべきである。例えば、ポリマー水分障壁材料５０は、１つ又はそれよりも多くの通気開口部６２を塞ぐために内側カバー６０の上面及び底面の両方に付加することができる。更に、いくつかの実施形態では、水分障壁材料５０は、ポリマー材料を含むが、他の材料をポリマー材料と組み合わせることができることを認めるべきである。水分障壁材料５０は、金属材料及びセラミック材料を含む他の材料を含むことができる。例えば、水分障壁材料５０は、アルミニウム、シリカ、又はニッケルホイルを使用することができる。ポリマー水分障壁材料５０を使用して得られる電気化学セル１０は、低減した水分進入率を有利に達成し、それは、セル１０内の圧力上昇をより小さくする。ポリマー水分障壁材料５０を含めることは、ラベルの軟化問題を低減し、水分障壁材料５０を持たないものに対して少なくとも５倍の水分進入率低減を達成することができ、かつ比較的薄い付加で適用される。
【００３０】
従って、本発明の様々な実施形態による電気化学セル１０は、非常に低い水蒸気透過率を示すポリマー水分障壁材料５０を有利に使用する。ポリマー水分障壁材料５０は、鋼缶１２の開放端１６に配置された集電体アセンブリ３０の構成要素に薄いシートとして設けることができる。更に、ポリマー水分障壁材料５０は、アルカリ性電解質、特に水酸化カリウムによる腐食を受けにくい。ポリマー水分障壁材料５０は、集電体アセンブリ３０の小さい容積のみを消費する非常に薄い材料として付加することができることを認めるべきであり、それによって電気化学活物質の使用ためのセル１０内のより有用な容積が残される。
以上の説明は、単に好ましい実施形態のものであると考えられる。当業者、並びに本発明を実行するか又は使用する者は、本発明の修正を想起するであろう。従って、図面に示して上述した実施形態は、例示目的のためだけのものであり、均等物の教義を含む特許法の原則に従って解釈される以下の特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲を限定することを意図しないことを理解されたい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  アルカリ電気化学セル
３０  集電体アセンブリ
５０  ポリマー水分障壁材料
【図１】
2010534399.tif 000003
【図２】
2010534399.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010534399.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月26日(2010.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放端を有する缶と、
前記缶内に設けられた第１の電極及び第２の電極を含む電気化学材料と、
前記缶内からの前記電気化学材料の漏れを防止するために該缶の前記開放端に設けられたシールと、
湿った外気が前記缶の前記密封された容積に到達することを防止するために該缶の前記開放端に配置された構成要素に事前形成シートとして付加され、ポリマー材料を含み、かつ３７．８℃［１００゜Ｆでは、１．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）］及び１００パーセントＲＨで１．０（グラム×２５．４μｍ）／（６４５．１６ｃｍ2×日）未満の水蒸気透過率を有する水分障壁材料と、
前記缶の前記開放端に設けられ、かつ少なくとも１つの開口を含むカバーと、
を含み、
前記水分障壁材料は、湿った外気が前記少なくとも１つの開口を通過することを防止する、
ことを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記水分障壁材料は、３７．８℃［１００゜Ｆでは、０．１（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）］及び１００パーセントＲＨで０．１（グラム×２５．４μｍ）／（６４５．１６ｃｍ2×日）未満の蒸気透過率を有し、好ましくは、該水分障壁材料は、３７．８℃［１００゜Ｆでは、０．０５（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）］及び１００パーセントＲＨで０．０５（グラム×２５．４μｍ）／（６４５．１６ｃｍ2×日）未満の水蒸気透過率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】
前記水分障壁材料は、１２．７から１２７μｍ（０．５から５．０ミル）の範囲の厚み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４】
前記ポリマー水分障壁材料は、ポリ塩化ビニリデン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５】
前記ポリマー水分障壁材料は、前記構成要素に付加されたポリ塩化ビニリデンのシートを含むことを特徴とする請求項４に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記シートは、超音波溶接によって前記構成要素に接着されることを特徴とする請求項５に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記シートは、接着剤によって前記構成要素に接着されることを特徴とする請求項５に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記シールは、３７．８℃［１００゜Ｆでは、５．０（グラム×ミル）／（１００インチ2×日）］及び１００パーセントＲＨで５．０（グラム×２５．４μｍ）／（６４５．１６ｃｍ2×日）よりも大きい水蒸気透過率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９】
前記シールは、ナイロンガスケットを含むことを特徴とする請求項８に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記缶内の圧力が過剰になった時に内部発生ガスを通気させるために前記シールに形成された圧力解放通気部を更に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１１】
前記缶の前記開放端に設けられた外側カバーと、該外側カバーと前記シールの間に設けられた内側カバーとを更に含み、
前記外側カバー及び前記内側カバーの各々は、少なくとも１つの開口を含み、
前記水分障壁材料は、湿った外気が前記内側カバーの前記少なくとも１つの開口を通過することを防止する、
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１２】
アルカリ電気化学セル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１３】
前記水分障壁材料は、湿った外気が前記缶の前記密封された容積に到達することを防止するために該缶の前記開放端に配置された構成要素に接着された水分障壁材料の事前形成シートであり、
電気化学セルが、アルカリ電気化学セルを含む、
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１４】
前記水分障壁材料の事前形成シートは、ポリマー水分障壁材料を含むことを特徴とする請求項１３に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
前記ポリマー水分障壁材料のシートは、ポリ塩化ビニリデンを含むことを特徴とする請求項１４に記載の電気化学セル。
【請求項１６】
前記ポリマー水分障壁材料のシートは、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の電気化学セル。
【国際調査報告】
2010534399.tif 000010
2010534399.tif 000011
2010534399.tif 000012