(57)【要約】内側空間を規定するセルハウジングと、第１端子及び第２端子と、前記セルハウジングの内側空間内に配置した少なくとも１つの予備成形ペレットとを有する電気化学バッテリセルを提供する。前記ペレットは、このペレットを幾何学的に固体形状に規定する材料から形成した外側電極部分を有する。この外側電極部分は、セルハウジングの第１端子と電気的に繋がっている。前記ペレットは、セパレータによりカプセル封止され且つ外側電極部分の材料内に埋込まれている内側電極をも有している。この内側電極は、セルハウジングの第２端子と電気的に繋がっているとともに、外側電極材料から電気的に絶縁されている。好適例では、内側電極がアノードを有し、外側電極部分がカソード部分を有する。アノードとカソードとの一体化ペレット構造により、バッテリセルの性能特性を維持又は増大させた状態で、価格の低廉化、設計のより一層の頑丈化、製造の容易化の促進を図る。
2006524901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側空間を規定するセルハウジングと、第１端子及び第２端子と、前記セルハウジングの内側空間内に配置された少なくとも１つの予備成形ペレットとを有する電気化学バッテリセルであって、前記ペレットが、
このペレットを幾何学的に固体形状に規定する材料から成り、前記セルハウジングの第１端子と電気的に繋がっている外側電極部分と、
セパレータによりカプセル封止されているとともに前記外側電極部分の材料内に埋込まれており、前記セルハウジングの第２端子と電気的に繋がっており、且つ前記外側電極部分から電気絶縁されている内側電極と
を具えている電気化学バッテリセル。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記内側電極が、薄肉でほぼ平坦な構造体をコイル状に巻いたものを有している電気化学バッテリセル。
【請求項３】
請求項１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記内側電極が、前記セルハウジングの負端子との電気的な繋がりを容易にする電気リードを有している電気化学バッテリセル。
【請求項４】
請求項１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記内側電極がアノードを有し、前記外側電極部分がカソード部分を有し、前記第１端子が正極性を有し、前記第２端子が負極性を有している電気化学バッテリセル。
【請求項５】
請求項４に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記アノードが、薄肉でほぼ平坦な構造体をコイル状に巻いたものを有している電気化学バッテリセル。
【請求項６】
請求項４に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記アノードが、前記セルハウジングの負端子との電気的な繋がりを容易にする電気リードを有している電気化学バッテリセル。
【請求項７】
請求項４に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記アノードが、金属亜鉛、亜鉛合金、酸化亜鉛及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した材料を有し、前記カソード部分がMnＯ2 を有している電気化学バッテリセル。
【請求項８】
請求項４に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記カソード部分の材料が、主として、
MnＯ2 と、
導電性粉末と、
結合剤、電解質、再結合触媒及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した添加剤と
から成る電気化学バッテリセル。
【請求項９】
請求項４に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記カソード部分の材料が、主として、
約８８重量％のMnＯ2 と、
約７．５重量％の導電性粉末と、
結合剤、電解質、再結合触媒及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した約４．５重量％の添加剤と
から成る電気化学バッテリセル。
【請求項１０】
請求項４に記載の電気化学バッテリセルにおいて、この電気化学バッテリセルが更に、前記カソード部分の材料内に埋込まれた集電体を有している電気化学バッテリセル。
【請求項１１】
内側空間を規定するセルハウジングと、正端子及び負端子と、前記セルハウジングの内側空間内に配置された複数個の予備成形ペレットとを有する電気化学バッテリセルであって、前記ペレットの各々が、
このペレットを幾何学的に固体形状に規定する材料から成り、前記セルハウジングの正端子と電気的に繋がっているカソード部分と、
セパレータによりカプセル封止されているとともに前記カソード部分の材料内に埋込まれており、前記セルハウジングの正端子と電気的に繋がっており、且つ前記カソード部分の材料から電気絶縁されているアノードと
を具えている電気化学バッテリセル。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記複数個の予備成形ペレットの各々のカソード部分が少なくとも１つの他の予備成形ペレットのカソード部分と直接電気接触している電気化学バッテリセル。
【請求項１３】
請求項１１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記複数個の予備成形ペレットの各々のアノードが電気リードを有し、この電気リードが他の１つの予備成形ペレットのアノードの電気リードか又は前記セルハウジングの負端子に直接電気接触されている電気化学バッテリセル。
【請求項１４】
請求項１１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記アノードが、薄肉でほぼ平坦な構造体をコイル状に巻いたものを有している電気化学バッテリセル。
【請求項１５】
請求項１１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記アノードが、金属亜鉛、亜鉛合金、酸化亜鉛及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した材料を有している電気化学バッテリセル。
【請求項１６】
請求項１１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記カソード部分の材料が、主として、
MnＯ2 と、
導電性粉末と、
結合剤、電解質、再結合触媒及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した添加剤と
から成る電気化学バッテリセル。
【請求項１７】
請求項１１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記カソード部分の材料が、主として、
約８８重量％のMnＯ2 と、
約７．５重量％の導電性粉末と、
主として結合剤、電解質、再結合触媒及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した約４．５重量％の添加剤と
から成る電気化学バッテリセル。
【請求項１８】
請求項１１に記載の電気化学バッテリセルにおいて、この電気化学バッテリセルが更に、前記カソード部分の材料内に埋込まれた集電体を有している電気化学バッテリセル。
【請求項１９】
電気化学バッテリセルに用いるペレットであって、このペレットが、
このペレットを幾何学的に固体形状に規定する材料から成り、前記セルハウジングの第１端子と電気的に繋がっている外側電極部分と、
セパレータによりカプセル封止されているとともに前記外側電極部分の材料内に埋込まれており、前記セルハウジングの第２端子と電気的に繋がっている電気リードを有するとともに前記外側電極部分の材料から電気絶縁されている内側電極と
を具えているペレット。
【請求項２０】
請求項１９に記載のペレットにおいて、前記内側電極が、薄肉でほぼ平坦な構造体をコイル状に巻いたものを有しているペレット。
【請求項２１】
請求項１９に記載のペレットにおいて、前記内側電極がアノードを有し、前記外側電極部分がカソード部分を有しているペレット。
【請求項２２】
請求項２１に記載のペレットにおいて、このペレットが更に、前記カソード部分の材料内に埋込まれた集電体を有しているペレット。
【請求項２３】
電気化学バッテリセルであって、この電気化学バッテリセルが、
内側空間を規定するセルハウジングと、
このセルハウジングに接続されているとともにこのセルハウジングの外部に配置した部分を有する正端子及び負端子と、
前記セルハウジングの内側空間内に配置された少なくとも１つの予備成形ペレットと
を有しており、この予備成形ペレットが、カソード部分と、セパレータによりカプセル封止されているアノードとを有しており、前記カソード部分を形成するのに用いた材料内に前記アノードを埋込むとともに予備成形ペレットを幾何学的に規定するように前記カソード部分を形成することによりこの予備成形ペレットを形成し、前記カソード部分が電気化学バッテリセルの正端子と電気的に繋がっており、前記アノードが電気化学バッテリセルの負端子と電気的に繋がっている電気化学バッテリセル。
【請求項２４】
請求項２３に記載の電気化学バッテリセルにおいて、前記予備成形ペレットが更に、前記カソード部分を形成するのに用いた材料内に埋込まれた集電体を有している電気化学バッテリセル。
【請求項２５】
電気化学バッテリセルに用いるペレットの製造方法であって、この方法が、
内側電極を形成する工程と、
この内側電極にセパレータを被着する工程と、
この内側電極を外側電極調合材料内に埋込む工程と、
ペレットを幾何学的に規定するようにこの外側電極調合材料を成形する工程と
を具えるペレットの製造方法。
【請求項２６】
電気化学バッテリセルに用いるペレットの製造方法であって、この方法が、
アノードを形成する工程と、
このアノードにセパレータを被着する工程と、
このアノードをカソード調合材料内に埋込む工程と、
ペレットを幾何学的に規定するようにこのカソード調合材料を成形する工程と
を具えるペレットの製造方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載のペレットの製造方法において、アノードを形成する前記工程が、アノードをらせん形状に巻く工程を有するペレットの製造方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載のペレットの製造方法において、カソード調合材料を成形する前記工程が、ペレットを幾何学的に規定するようにこのカソード調合材料を型成形する工程を有するペレットの製造方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載のペレットの製造方法において、カソード調合材料を成形する前記工程が、ペレットを幾何学的に規定するようにこのカソード調合材料を圧縮成形する工程を有するペレットの製造方法。
【請求項３０】
請求項２６に記載のペレットの製造方法において、この方法が更に、アノードをカソード調合材料内に埋込む前に、このアノードに、絶縁された電気リードを被着する工程を有するペレットの製造方法。
【請求項３１】
請求項２６に記載のペレットの製造方法において、アノードにセパレータを被着する前記工程が、付着性で可撓性の微小孔性セパレータ材料をアノードに被覆する工程を有するペレットの製造方法。
【請求項３２】
請求項２６に記載のペレットの製造方法において、この方法が更に、
電解質MnＯ2 と、
導電性粉末と、
結合剤、他の電解質、再結合触媒及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した添加剤と
を混合して、カソード調合材料を生ぜしめる工程を有するペレットの製造方法。
【請求項３３】
請求項２６に記載のペレットの製造方法において、この方法が更に、前記カソード調合材料内に集電体を埋込む工程を有するペレットの製造方法。
【請求項３４】
電気化学バッテリセルの製造方法において、この方法が、
第１端子及び第２端子を有するバッテリセルケーシングを形成する工程と、
内側電極を形成する工程と、
この内側電極にセパレータを被着する工程と、
この内側電極を外側電極調合材料内に埋込む工程と、
ペレットを幾何学的に規定するように外側電極調合材料を成形する工程と、
前記内側電極を前記第２端子に接続する工程と、
前記外側電極調合材料が前記第１端子と繋がるように、前記ペレットをバッテリセルケーシング内に配置する工程と
を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項３５】
電気化学バッテリセルの製造方法において、この方法が、
正端子及び負端子を有するバッテリセルケーシングを形成する工程と、
アノードを形成する工程と、
このアノードにセパレータを被着する工程と、
このアノードをカソード調合材料内に埋込む工程と、
ペレットを幾何学的に規定するようにカソード調合材料を成形する工程と、
前記カソード調合材料が前記正端子と繋がるように、前記ペレットをバッテリセルケーシング内に配置する工程と
を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の電気化学バッテリセルの製造方法において、アノードを形成する前記工程が、アノードをらせん形状に巻く工程を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項３７】
請求項３５に記載の電気化学バッテリセルの製造方法において、カソード調合材料を成形する前記工程が、ペレットを幾何学的に規定するようにこのカソード調合材料を型成形する工程を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項３８】
請求項３５に記載の電気化学バッテリセルの製造方法において、カソード調合材料を成形する前記工程が、ペレットを幾何学的に規定するようにこのカソード調合材料を圧縮成形する工程を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項３９】
請求項３５に記載の電気化学バッテリセルの製造方法において、この方法が更に、アノードをカソード調合材料内に埋込む前に、このアノードに、絶縁された電気リードを被着して前記負端子との接続を容易にする工程を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項４０】
請求項３５に記載の電気化学バッテリセルの製造方法において、アノードにセパレータを被着する前記工程が、付着性で可撓性の微小孔性セパレータ材料をアノードに被覆する工程を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項４１】
請求項３５に記載の電気化学バッテリセルの製造方法において、この方法が更に、
電解質MnＯ2 と、
導電性粉末と、
結合剤、電解質、再結合触媒及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した添加剤と
を混合して、カソード調合材料を生ぜしめる工程を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項４２】
請求項３５に記載の電気化学バッテリセルの製造方法において、この方法が更に、前記カソード調合材料内に集電体を埋込む工程を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項４３】
電気化学バッテリセルの製造方法であって、この方法が、
（Ａ）正端子及び負端子を有するバッテリセルケーシングを形成する工程と、
（Ｂ）複数のペレットを形成する工程であって、
アノードを大きな表面積を有する形態に形成し、
このアノードにセパレータを被着し、
このアノードをカソード調合材料内に埋込み、
ペレットを幾何学的に規定するようにこのカソード調合材料を成形する
ことにより、各ペレットを形成する工程と、
（Ｃ）各アノードを負端子及び他のアノードの双方に接続する工程と、
（Ｄ）各ペレットの前記カソード調合材料が前記正端子と繋がるように、前記ペレットをバッテリセルケーシング内に配置する工程と
を有する電気化学バッテリセルの製造方法。
【請求項４４】
電気化学バッテリセルに用いるペレットの製造方法であって、この方法が、
アノードにセパレータを被着する工程と、
このアノードをカソード調合材料内に埋込む工程と、
ペレットを幾何学的に規定するようにこのカソード調合材料を成形する工程と
を具えるペレットの製造方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載のペレットの製造方法において、この方法が更に、カソード調合材料内に集電体を埋込む工程を有するペレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にバッテリセルに関するものであり、特にペレットの形態の電極アセンブリを採用している電気化学ペレット型バッテリセルに関するものである。
【０００２】
種々の分野で採用されている、又充電式と使い捨てとの双方のプラットフォームで採用されている電気化学バッテリセルには多くの種類及び構造のものがある。家庭の用途、特に電流ドレインが高い用途に用いられる最も一般的なバッテリセルには、アルカリ電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池が含まれる。一例としては、酸化マンガンカソードに基づくアルカリ電池が家庭の用途に広く用いられている。家庭用途の装置の所要電力が近年増大している為、アルカリ電池の製造者は、組立て方法及び設計を簡単で低価格に保って、これら電池の高電流ドレイン出力を改善する方法を追求している。電流ドレインレートを高く、容量を高くする条件に対処する種々の設計方法が提案され実行された。
【０００３】
本発明の背景として図１を参照するに、代表的な使い捨て又は充電式のアルカリバッテリセルの構造をボビン型セル１０の形態で示してある。このセル１０は、
円柱状の内側空間及び内面を規定するスチール缶１２の形態とし、任意ではあるが導電性の被膜を被覆しうるセルハウジングと、
このスチール缶１２内に押入された複数の中空の、すなわち円筒状のペレット１６より成る二酸化マンガンカソード１４と、
このカソード１４を形成する円筒状のペレット１６の中空部分内に配置されたアノードゲルより成る亜鉛アノード１８と、
このアノード１８をカソード１４から分離する円筒状のセパレータ２０と
を有している。アノード及びカソード間のイオン伝導率は、予め決定した量でボビン型セル内に加える水酸化カリウム（ＫＯＨ）のような電解質の存在により高揚される。
【０００４】
スチール缶１２はその底部で閉じられており、バッテリセルに対する正端子として作用する中央の円形ピップ２２を有する。スチール缶１２の頂部はセル封止用アセンブリによりハーメチック封止する。このアセンブリは薄肉金属シートより成る負端子（キャップ）２４と、この負端子２４に取り付けられ且つアノード１８内に配置され、アノード１８と電気接触する集電体（カレントコレクタ）ネイル２６と、負端子２４をスチール缶１２から電気絶縁させるとともにカソード及びアノード構造体をそれぞれ越えて形成された気体スペースを分離させるプラスチック頂部２８とを有する。
【０００５】
図１に示すように、セパレータ２０の底部は代表的にはホットメルトビード３４により封止されるものであり、このホットメルトビード３４はセパレータ２０をセル内のワッシャ３３に封止するのに用いられる。他の変形例では、ワッシャを省略して、ホットメルト接着剤のみが用いられる。更に他の変形例では、ホットメルト接着剤を用いることなく底部封止用のカップを用いることができる。
【０００６】
図１は、実施可能なアルカリバッテリセルの構造を示しているが、電流出力及びその他の性能パラメータを維持するか更に改善して、価格を低減させ、より頑丈な設計特性で、容易に製造しうるようにしたバッテリセル構造の必要性が高まってきている。従って、家庭用電子機器の最新の設計傾向には、製造費用を低減させて利益幅を増大させつつ、所要電力を絶えず高めるという重要な課題がある。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、特に、上述した増大する必要性に対処するように改善したバッテリセルを提供することにある。
【０００８】
本発明は、１つ以上のペレットを用いるいかなる形式の電気化学バッテリセルに対しても用いる単一電極ペレットの構造体内に、アノード及びカソードを組み込むのを容易にすることにある。ここで説明する、又具体化する本発明の原理によれば、本発明の１つの特定な特徴には、内側空間を規定するセルハウジングと、第１及び第２端子と、前記セルハウジングの内側空間内に配置された少なくとも１つの予備成形ペレットとを有する電気化学バッテリセルがある。このペレットは、これを幾何学的に固体形状に規定する材料から成る外側電極部分を有する。この外側電極部分はセルハウジングの第１端子と電気的に繋がっている。又、ペレットは内側電極をも有し、この内側電極はセパレータによりカプセル封止されているとともに外側電極部分の材料内に埋込まれている。内側電極はセルハウジングの第２端子と電気的に繋がっているとともに、外側電極部分から電気絶縁されている。
【０００９】
本発明の一体化した内側／外側電極ペレット構造によれば、特に、バッテリセルの性能特性を維持したまま、又は増大させて、価格の低廉化、より頑丈とする設計及び製造の容易化を促進する。本発明によれば、代表的ならせん状に巻いたバッテリセルのような従来のバッテリセルに比べて、一体化した内側／外側電極ペレット構造を形成することにより、セルハウジング、すなわち容器の有効利用を維持して、電極の相対的な位置決め及び整列の公差を大きくした大表面積の電気化学バッテリセルが得られる。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、前記内側電極が、薄肉でほぼ平坦な構造体をコイル状に巻いたものを有しているようにする。
【００１１】
本発明の更に他の観点によれば、前記内側電極が、前記セルハウジングの負端子との電気的な繋がりを容易にする電気リードを有しているようにする。
【００１２】
本発明の更に他の観点によれば、バッテリセルをアルカリバッテリセルとした特定例で、外側電極を正極性のカソードとし、内側電極を負極性のアノードとする。このアルカリバッテリセルの例では、カソードを主として二酸化マンガンから形成し、アノードを主として亜鉛から形成するのが好まし。
【００１３】
本発明の更に他の観点によれば、アノードが、金属亜鉛、亜鉛合金、酸化亜鉛及びこれらの任意の組合せより成る群から選択した材料を有するようにする。カソード部分の材料は主として、MnＯ2 と、導電性粉末と、結合剤、電解質、再結合触媒及びこれらの任意の組合せから成る群から選択した添加剤とを有する。
【００１４】
本発明の更に他の観点によれば、バッテリセルに用いるペレットの製造方法及び１つ以上のペレットを用いたバッテリセルを製造する方法をも提供する。電気化学バッテリセルに用いるペレットの製造方法の一特定例は、内側電極を形成する工程と、この内側電極にセパレータを被着する工程と、この内側電極を外側電極調合材料内に埋込む工程と、ペレットを幾何学的に規定するようにこの外側電極調合材料を成形する工程とを有する。電気化学バッテリセルを製造する方法の一特定例は、第１端子及び第２端子を有するバッテリセルケーシングを形成する工程と、内側電極を形成する工程と、この内側電極にセパレータを被着する工程と、この内側電極を外側電極調合材料内に埋込む工程と、ペレットを幾何学的に規定するように外側電極調合材料を成形する工程と、前記内側電極を前記第２端子に接続する工程と、前記外側電極調合材料が前記第１端子と繋がるように、前記ペレットをバッテリセルケーシング内に配置する工程とを有する。電気化学バッテリセルを製造する方法の更に他の例は、
（Ａ）第１端子及び第２端子を有するバッテリセルケーシングを形成する工程と、
（Ｂ）複数のペレットを形成する工程であって、
内側電極を形成し、
この内側電極にセパレータを被着し、
この内側電極を外側電極調合材料内に埋込み、
ペレットを幾何学的に規定するようにこの外側電極調合材料を成形する
ことにより、各ペレットを形成する工程と、
（Ｃ）各内側電極を第２端子及び他の内側電極の何れにも接続する工程と、
（Ｄ）各ペレットの前記外側電極調合材料が前記第１端子と繋がるように、前記ペレットをバッテリセルケーシング内に配置する工程と
を有する。
【００１５】
本発明の上述した観点及びその他の観点は、明細書、図面及び特許請求の範囲の内容を考慮することにより明らかとなるであろう。
【実施例】
【００１６】
本発明は多くの異なる形態で具現化しうるが、図面には数個の特定例を示し、これらにつき詳細に説明するものであり、これらは本発明の原理の代表例であって、本発明はこれらに限定されるものではないことを理解すべきである。
【００１７】
本発明は、内側電極、好ましくはアノードと、外側電極、好ましくはカソードとを一体化して単一電極ペレットの構造体とし、これを、１つ以上の電極ペレットを用いるいかなる形式の電気化学バッテリセルに対しても用いられるようにするのを容易にすることにある。電極ペレットの構造体は、例えば、ニッケル水素（NiＭＨ）、リチウムイオン（Liイオン）、ニッケルカドミウム（NiCd）及びアルカリ電池のような種々の電気化学形態のバッテリセルに用いることができる。更に、この電極ペレットの構造体は、例えば、ボビン型である円筒型電池、コイン型電池又は平板型電池のような、１つ以上の電極ペレットを用いるいかなる形態のバッテリセルにも適用しうるものである。内側及び外側電極を、個別の構成材料として別々に組立てずに、単一電極ペレットの構造体として、これをセルハウジング又はケーシング内に挿入しうるようにすることにより、低価格化、より頑丈とする設計、製造の容易化及びその他の利点を達成する。単一のバッテリセル内に複数の電極ペレットを用いて所望の電池容量を達成することができる。本発明の原理による電極の組み込みはバッテリセルの性能特性に悪影響を及ぼさない。
【００１８】
図２Ａ〜２Ｃ、特に図２Ａを参照するに、本発明の１つの特定の特徴は、内側空間５４を規定するセルハウジング５２と、正端子５６の形態の第１端子と、負端子５８の形態の第２端子とを有する電気化学バッテリセル５０にある。端子５６及び５８はハウジング５２と一体に形成するか又はキャップのようなハウジングの一部としての個別の構成素子としてハウジングに連結することができる。更に、特定の実施例に応じては、端子５６及び５８の各々の極性は、正又は負極性の何れかに限定されるものではない。バッテリセル５０は、セルハウジング５２の内側空間５４内に配置された少なくとも１つの予成形ペレット６０を有する。図２Ｂ及び２Ｃに最も明瞭に示すように、ペレット６０はカソード調合材料から形成したカソード部分６２の形態の外側電極を有し、このカソード部分は形成されると幾何学的にペレットを規定する。このカソード調合材料は、カソードペレットを形成するのに代表的に用いられている、当業者に既知のいかなる種類のものにもしうる。好適実施例では、カソード部分の調合材料は主として、電解質のMnＯ2 （ＥＭＤ）と、導電性粉末と、例えば、結合剤、電解質、再結合触媒又はこれらの一種以上の組み合わせのような一種以上の添加剤とより成る。ペレット６０は、カソード部分６２内に埋込まれたアノード６４の形態の内側電極をも有する。ここで述べる全ての実施例では、内側電極と外側電極との双方を、特定の適用分野に応じて、アノード又はカソードの何れかとして構成することができることを理解すべきである。カソード部分６２はセルハウジングの正端子５６と電気的に繋がっている。図２Ａに示す実施例では、この電気的な繋がりが、カソード部分６２と、最終的に正端子５６と電気的に繋がるセルハウジング５２の内面との接触により達成される。アノード６４はバッテリセル５０の負端子５８と電気的に繋がっており、カソード材料からは電気絶縁されている。図２Ａに示す構成のように、複数のペレットを用いる構成では、アノード６４の各々は他のアノード６４及びバッテリセル５０の負端子５８の何れにも直接電気接触される。アノード６４の電気接続は、ワイヤ、タブ、端子、アノードの延長部等の電気リード６４ａにより容易に行える。図示の実施例では、パレット６０が貫通孔６５を有し、パレット６０のアノード６４間の電気接続を容易にしている。当該技術分野において既知の他の電気接続法も同様に採用しうる。
【００１９】
カソード部分６２をカソード材料から形成する前に、アノード６４をこのカソード材料内に埋込む。カソード部分６２の形成は、例えば、圧縮形成、モールディング、キャスティング、押出し成形等のような種々の形成技術及び手段により容易にしうる。図２Ｂの実施例に示すように、アノード６４は、薄肉でほぼ平坦な、すなわち、プレート状とした構造体をコイル状にしたものである。しかし、他の種類の構造又は形状のアノード６４、特に表面積を最大にした構造のアノード６４を用いることができる。
【００２０】
アノード６４はセパレータ６６によりカプセル封止されている。このセパレータ６６は、セパレータ材料として代表的に用いられている積層又は複合材料を有する。好適実施例では、セパレータ６６は、電解質との湿潤性があり吸収性で繊維質としたシート材料と、イオンに対する透過性があるが、小粒子に対する透過性のない絶縁材料との組み合わせを有する。吸収性の材料は、不織のポリアミドのようなマクロ孔質構造のものとするのが好ましい。短絡は絶縁材料により阻止され、この絶縁材料は、吸収性で繊維質のシート材料に積層又は被覆された１層以上の微小孔性又は無孔性材料を有することができる。絶縁材料は一例として、不織のポリアミドシート上に積層された１つ以上のセロハン膜を有しうる。他の例の絶縁材料は、不織のポリアミドシート上に被覆され且つこれに部分的に染みこませて複合材料となる再生セルロース又はビスコースの１つ以上の被膜である。他の適切な被膜は、スルホン化ポリフェニレンオキシド及びその誘導体のような高分子材料を有する。１層以上の積層又は複合材料は、巻いてすなわちコイル状にして、図示するようにらせん状すなわちコイル状の構造にするのが好ましい。
【００２１】
図３に示すように、埋込まれたアノード６４に加えて、コイル状の集電体７０をペレットのカソード部分内に埋込むことができる。集電体７０は、カソード部分６２に対する追加の集電を容易にする。この集電体７０は網状のニッケル材料とし、これをペレット６０のカソード部分６２内に収容するのが好ましい。
【００２２】
上述したことに基づいて、本発明の原理によるペレットの製造方法と、本発明の原理による１つ以上のペレットを用いるバッテリセルの製造方法とを説明する。
【００２３】
特定の実施例における、本発明の原理による電気化学バッテリセルに用いるペレットの製造方法は次の通りである。この方法は、
（Ａ）表面積を大きくした形状とするのが好ましい、アノードのような内側電極を形成する工程と、
（Ｂ）この内側電極にセパレータを被着する工程と、
（Ｃ）この内側電極を、カソード調合材料のような外側電極調合材料内に埋込む工程と、
（Ｄ）この外側電極調合材料を成形してペレットを幾何学的に規定する工程と
を有する。
【００２４】
他の実施例における、本発明の原理による少なくとも１つのペレットを用いる電気化学バッテリセルの製造方法は次の通りである。この方法は、
（Ａ）正極性とするのが好ましい第１端子と、負極性とするのが好ましい第２端子とを有するバッテリセルケーシングを形成する工程と、
（Ｂ）アノードとするのが好ましい内側電極を大きな表面積の形状に形成する工程と、
（Ｃ）この内側電極にセパレータを被着する工程と、
（Ｄ）この内側電極を、カソード調合材料とするのが好ましい外側電極調合材料内に埋込む工程と、
（Ｅ）この外側電極調合材料を成形してペレットを幾何学的に規定する工程と、
（Ｆ）内側電極を第２端子に接続する工程と、
（Ｇ）ペレットをバッテリセルケーシング内に配置して外側電極調合材料を第１端子と繋げる工程と
を有する。
【００２５】
本発明の原理による更に他の実施例における電気化学バッテリセルの製造方法は、
（Ａ）正端子とするのが好ましい第１端子と、負端子とするのが好ましい第２端子とを有するバッテリセルケーシングを形成する工程と、
（Ｂ）アノードとするのが好ましい内側電極を、大きな表面積を有する形状に形成し、この内側電極にセパレータを被着し、この内側電極を、カソード調合材料とするのが好ましい外側電極調合材料内に埋込み、この外側電極調合材料を成形してペレットを幾何学的に規定することにより、各ペレットを形成して複数のペレットを形成する工程と、
（Ｃ）内側電極の各々を第２端子及び他の内側電極の何れにも接続する工程と、
（Ｄ）複数のペレットをバッテリセルケーシング内に配置して各ペレットの外側電極調合材料を第１端子と繋げる工程と
を有する。
【００２６】
これらの方法には、上述した説明と矛盾しない他の観点を含めることができる。例えば、内側電極を形成する工程が、この内側電極をらせん形状に巻く処理を含むか、外側電極調合材料を形成する工程が、この外側電極調合材料をモールディングしてペレットを幾何学的に規定する処理を含むか、内側電極にセパレータを被着する工程が、接着性及び可撓性で微小孔性のセパレータ材料を内側電極に被覆する処理を含むか、或いは外側電極調合材料を形成する工程が、この外側電極調合材料を圧縮形成してペレットを幾何学的に規定する処理を含むようにすることができる。
【００２７】
上述した方法には他の工程、例えば、内側電極を外側電極調合材料内に埋込む前に、絶縁された電気リードをこの内側電極に取り付ける工程、外側電極調合材料を形成するために電解質のMnＯ2 と、導電性粉末と、添加剤とを混合する工程、又は外側電極調合材料内に集電体を埋込む工程を含めることができる。
【００２８】
本発明の原理の説明を補助するために、且つ本発明及びその原理並びに利点を当業者が良好に理解するのを補足するために、本発明の好適実施例の幾つかに関しより一層詳細な例を以下に説明する。しかし、これらの例は本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【００２９】
例
本例は、アルカリ二酸化マンガン電池の形態とした本発明の実施例に関する幾つかの詳細を特定する。この特定例では、各アルカリ電池が、図２Ａのバッテリセル５０内に示す３つのペレット６０のような３つのカソード／アノードペレットを有する。各ペレットの外側電極材料部分、本例ではカソード材料部分は約３．４ｇである。カソード調合材料は、一次アルカリ電池を代表するＩ型の調合材料であり、８８重量％のＥＭＤ（MnＯ2 ）と、７．５重量％の導電性粉末と、その残りである結合剤、電解質及び再結合触媒のような他の添加剤とより成っている。カソード調合材料の成分を混ぜ合わせ、この材料内にアノードの形態の内側電極を埋込む。次に、この調合材料をペレットの幾何学的形状に圧縮成形する。ペレット当りのカソード容量と適合するように、アノード内に充分な重量（約１ｇ）の亜鉛を存在させる必要がある。アノードは、好ましくは４〜５ｇ／ｃｍ3 の固体密度とした、乾燥された薄肉で可撓性の亜鉛構造体を、吸収体及び薄肉で可撓性の金属メッシュの集電体の双方又はいずれか一方に被覆したものをもって予備成形しておく。アノードに対する適切な調合材料の成分には、ある範囲の粒子寸法としたZn粉末、複合体であってその全体に亘る導電率を良好にするZn繊維を有するもの、粉末のＫＣ３２のようなポリマー、又はナイロン、ＰＰ或いはKRATON（クレイトン）（登録商標）のような他の吸収材料が含まれる。アノード調合材料に適した処理方法には、調合材料を吸収体又はエキスパンドメタル上へペースト化、溶融加工、ロール練り及び加圧成形する処理が含まれる。ペースト化は種々の基板、例えば、含浸吸収体又はＥＸＭＥＴ（登録商標）のようなエキスパンドメタル上で行うことができる。アノードは、その高さをペレットの約８０％とし、長さを１．５〜２インチ（２．３１〜３．０８mm）とし、厚さを３０〜６０ミル（０．７６２〜１．５２４mm）とする。アノードは、一旦形成したその形状を保持するために半固体の堅さにする必要があるが、屈曲又は圧縮時にこれらがひび割れする程度にもろくしてはならない。寸法は合理的に制御する必要があるが、アノードは電解質を吸収して適切な膨潤が得られるようにする必要がある。アノード内の金属基板には絶縁ワイヤを取り付けて電気接続を容易に行いうるようにすることができる。埋込まれたアノードに電気接続する他の手段、例えば、アノードと一体に形成され、ペレットの形成中に外方に延在させる電気リードを用いることもできる。形成されたアノードは、ペレット内に埋込む前にセパレータ被膜によりカプセル封止する。本例のセパレータ被膜は“スターチ”であり、これには更にTiＯ2 懸濁粉末を含めることができる。アノードは、セパレータ被膜が被覆された後に乾燥させるのが好ましい。或いは、登録商標ＥＸＣＥＬＬＥＲＡＴＯＲでW.L. Gore & Associates社により製造されたセパレータのようなポリテトラフルオロエチレンより成る可撓性セパレータ材料、又は登録商標ＦＡＳでAdvanced Membrane Systems 社により製造されたセパレータのような他のセパレータ材料等でアノードを被覆することができる。
【００３０】
セパレータを被着する前又は後の何れかで、アノードをらせんコイル形状にゆるく巻いてカソードの調合材料内に埋込むが、この場合カソードの材料をペレットの形状に形成する際にアノードを過度に変形させたり短絡を生ぜしめたりしないようにする。任意ではあるが、カソード集電体をコイル状のアノードに沿って埋込むか、又はアノードを埋込むことによりこのアノードと一体に埋込むようにすることができる。
【００３１】
それぞれの種々の型の電池には、１アンペアで１ボルトまで放電させ、充電式電池の場合にはこれに続き、５００ｍＡの電流制限をもって１．７５ボルトで１２時間の間テーパ充電することより成る周期的な電気試験処理を行うことができる。
【００３２】
本例では、アルカリ二酸化マンガン電池は、カソード部分がペレットを幾何学的に規定するように形成されると、このカソード部分のカソード材料内に埋込まれた比較的大きい表面積のアノード構造を有する。アノード構造体は可撓性である為、このアノード構造体を圧縮成形前にペレットの型内でコイル状に巻き、圧縮成形中に、破断させることなしに変形さることができる。本例では、アノード構造体は、亜鉛粉末と亜鉛繊維との双方又はいずれか一方と、ポリマーの結合剤と、吸収体と、その他の添加剤とより成る複合混合体を、銅又は黄銅としうる薄肉金属箔又はメッシュの集電体に被覆したものをもって構成する。アノード構造体にはセパレータ層を被覆し、このセパレータ層も同様に可撓性とする為、このセパレータ層はペレット型成形処理中にひび割れしたり、引きはがされたりしない。このセパレータ層の被膜は微小孔性として、アノードとカソードとの間にイオンを良好に転送させうるようにするとともに、圧縮形成処理の前にも後にも２つの電極間を短絡させないようにするのが適している。カソードへの電子の転送を改善するために、並列のカソード集電体をペレット内に埋込むこともできる。アノード構造体にはペレットの形成前にワイヤや、リードや、タブの接続体を接着し、これをペレットの形成中又は形成後に外部に引き出すことができる。ワイヤや、リードや、タブの接続体は缶又はセルハウジングの負接点への接続を容易にする。従って、アノードとカソードとの界面領域を増大させ、アノード構造体を従来のボビン型セルの設計に比べて薄肉にすることにより、材料の利用率が良好となるとともに、高電流ドレインレートでのセルのランタイムを多くしうる。
【００３３】
好適実施例では、二酸化マンガンのカソードと、亜鉛のアノードと、これらアノード及びカソード間のセパレータと、水溶性でアルカリの水酸化カリウム電解質とを有するアルカリ二酸化マンガン‐亜鉛電池を得る。アノードは、亜鉛成分と、吸収体と、ポリマー及びその他の添加剤とを有し、大表面積の形態に形成されており、これには付着性が良好で可撓性の微小孔セパレータが被覆されている。このアノードがコイル状に巻かれてペレット鋳型内に配置され、このペレット鋳型内にカソード調合材料が粉末として加えられ、質量全体が圧縮成形されてペレットとなる。次に、このペレットを、代表的なボビン型である円筒型電池の缶のようなセルハウジング、すなわちケーシング内に配置しうる。必要に応じ、リード又はワイヤをアノード構造体から引き出して缶の負端子に接続する。追加の電解質を加え、ある程度の電圧変化をアノードに与えることができる。しかし、これらの処理工程の全体に亘って、セパレータの被膜が適切な微小孔特性を維持して、亜鉛のデンドライトや、アノードとカソードとの間の短絡を阻止するようにする。
【００３４】
特定の実施例を上述したが、本発明の精神を逸脱することなく種々の変形例が可能であることを銘記すべきであり、本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、既知の代表的な円筒型であるボビン型のバッテリセルを示す縦断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の原理によるペレットの第１実施例を有する円筒型のバッテリセルを示す縦断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の原理による図２Ａのバッテリセルに用いているペレットの第１実施例を示す横断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｃのペレットの縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の原理によるバッテリセル用ペレットの第２実施例であって、集電体を加えた例を示す横断面図である。
【図１】
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【図３】
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【国際調査報告】
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