(57)【要約】全体容量を犠牲にすることなく大きなアノード／カソード界面表面積と高率放電での改善された放電効率とを有する電気化学的電池を製造する方法は、セパレータ被覆電極と第２電極を構成する流動性材料との使用を伴う。第１電極と第２電極を構成する流動性材料とは、電池ハウジング内に配置される。流動性材料は、第１電極の被覆表面を取り囲む。本発明はまた、大きなアノード／カソード界面表面積を有する電気化学的電池を製造する簡易化した方法を提供する。
2004538599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された第１電極と、
セパレータとして機能する、前記第１電極の表面上に位置した被覆と、
前記ハウジング内に配置され、前記第１電極の前記被覆表面を取り囲む流動性第２電極材料と、
含むことを特徴とするバッテリ。
【請求項２】
前記第１電極は、非円筒形状を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項３】
前記第１電極は、非対称形状を有することを特徴とする請求項２に記載のバッテリ。
【請求項４】
前記第１電極は、リボン電極を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項５】
前記リボン電極は、螺旋状に巻かれることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ。
【請求項６】
前記リボン電極は、ジグザグ模様に折り畳まれることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ。
【請求項７】
前記リボン電極は、亜鉛箔から構成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ。
【請求項８】
前記セパレータ被覆は、１００マイクロメートル未満、好ましくは６０マイクロメートル未満、より好ましくは４０マイクロメートル未満、最も好ましくは３０マイクロメートル未満の厚みを有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のバッテリ。
【請求項９】
前記第１電極は、多孔性金属電極であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１０】
前記多孔性金属電極は、金属発泡材であることを特徴とする請求項９に記載のバッテリ。
【請求項１１】
前記多孔性金属電極は、焼結金属であることを特徴とする請求項９に記載のバッテリ。
【請求項１２】
前記多孔性金属電極は、亜鉛から構成されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリ。
【請求項１３】
前記第１電極は、電気化学的活物質の多孔性固定網状組織を含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ。
【請求項１４】
前記第１電極は、電気化学的活物質が堆積した導電性材料の多孔性固定網状組織を含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ。
【請求項１５】
前記電気化学的活物質は、亜鉛であることを特徴とする請求項１３又は請求項１４のいずれか１項に記載のバッテリ。
【請求項１６】
前記第２電極材料は正極を構成し、前記第１電極は負極であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のバッテリ。
【請求項１７】
前記第２電極材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項１６に記載のバッテリ。
【請求項１８】
前記第１電極は、亜鉛を含むことを特徴とする請求項１６に記載のバッテリ。
【請求項１９】
前記第１電極又は第２電極材料のうちの一方は、リチウム、ニッケル、金属水素化物、カドミウム、炭素、グラファイト、及び、リチウム化二酸化マンガンから成るグループから選択された少なくとも１つの電気化学的活物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項２０】
ハウジングを準備する段階と、
第１電極を準備する段階と、
前記第１電極の表面にセパレータとして機能する被覆を形成する段階と、
前記被覆された第１電極を前記ハウジング内に配置する段階と、
第２電極材料を含み前記第１電極の表面に被覆された前記セパレータを取り囲む流動性材料を前記ハウジング内に配置する段階と、
を含むことを特徴とする、バッテリを製造する方法。
【請求項２１】
前記第１電極は、リボン電極を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記リボン電極は、螺旋状に巻かれることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記リボン電極は、ジグザグ模様に折り畳まれることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記リボン電極は、亜鉛箔から構成されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記セパレータ被覆は、１００マイクロメートル未満、好ましくは６０マイクロメートル未満、より好ましくは４０マイクロメートル未満、最も好ましくは３０マイクロメートル未満の厚みを有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１電極は、前記流動性材料が前記ハウジングの中に配置される前に前記ハウジングの中に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記流動性材料は、前記第１電極が前記ハウジングの中に配置される前に前記ハウジングの中に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１電極は、多孔性金属電極であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記多孔性金属電極は、金属発泡材であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記多孔性金属電極は、焼結金属であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記多孔性金属電極は、亜鉛から構成されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、電気化学的電池の分野に関し、より詳細には、非常に大きなアノード／カソード界面表面積を有する、つまり、高率の放電効率を有する電気化学的電池に関する。
【０００２】
（背景技術）
電気化学的電池は、電気的に作動する装置、特に携帯用電気作動装置に電圧を供給するために通常利用される。ほぼ円筒型の一般的なアルカリ電池は、Ｄサイズ、Ｃサイズ、ＡＡサイズ、ＡＡＡサイズ、及び、ＡＡＡＡサイズの電池を含む工業規格サイズで市販されている。高い放電率での放電効率の改善を示すアルカリ電池、特に一般的に市販されているサイズのアルカリ電池の需要が増加している。
【０００３】
高い放電率のバッテリのためにしばしば用いられる形態は、正極、負極、及び、セパレータシートが螺旋状に巻かれて電極間に大きな表面積がもたらされるゼリーロール型アセンブリとしても知られる渦巻き型電極アセンブリであり、それにより高い放電率が達成可能である。渦巻き型構造には、短絡を回避するために電極にセパレータを設けることが必要である。紙やセルロースのセパレータのような従来型のセパレータが使用された場合、１１０平方センチメートルのアノード／カソード表面積を有するＡＡサイズのゼリーロール電池の全容積の通常約１０％から２０％が不活性セパレータ材料により費やされる。界面表面積を増加すると、高率容量の増加をもたらす。しかし、活物質容積の減少は、低い放電率での容量を低下させる原因になる。仮に電流セパレータがより薄いセパレータに置換し得るとしたら、より大きな界面表面積及び増加した高率性能を有するアルカリ電池を生み出す渦巻き型電極形態及び代替的電池構造を提供することができるであろう。
【０００４】
従来型の渦巻き型電池構造の別の欠点は、２つの電極及びセパレータを螺旋状に巻くために使用される機械を製造、運転、及び、維持する経費が比較的高いことである。従って、改良された方法及び電池構造が必要である。
ＵＳ−Ａ−５，８６９，２０５は、アノード／カソード界面面積を増加させるための多重アノード隔室を有する電気化学的電池を開示している。１つの実施形態は、容器内に配置された第１電極を含み、その第１電極は、第２電極が各々の内部に配置された４つの円筒形状の空洞を含む。従来型のセパレータは、その４つの空洞の各々の内部に配置される。ＵＳ−Ａ−５，８６９，２０５に記載された電池形態は、高率容量の十分な改善を達成するが、そこでは従来型のセパレータが使用されている。従って、アノード／カソード界面表面積の増加に付随する高い放電率での放電効率の改善はまた、セパレータ面積及びセパレータ容積の相応の増加を伴う。従って、高い放電率での放電効率の改善は、少なくともある程度は全体容量を犠牲にして達成される。高い放電率での更に大きな放電効率の改善が達成され、また、好ましくはそのような改善が全体容量の犠牲なしに達成されることが必要であろう。
【０００５】
ＵＳ−Ａ−３，１５６，５８５は、従来型セパレータによって隣接する電極から各々が分離された同心円的に配列された複数のリング形状電極を含む密封シール蓄電池を開示している。この特許は、高い放電率での放電効率の改善に特別に言及してはいないが、示された電池構造は、増加したアノード／カソード界面表面積を有すると期待され、高い放電率での放電効率の少なくとも何らかの改善を示すことが期待されると思われる。しかし、この電池構造は極めて複雑であり、競争力のある価格での製造は困難であろう。高い放電率での放電効率のいかなる改善も、セパレータの面積及び容積のかなりの増加、従って、全体容量の著しい減少を伴うであろう。増加したアノード／カソード界面面積を有し、デザインがより簡単で従って高価でなく、高い放電率での放電効率の改善を好ましくは全体容量の犠牲なしに達成する、アルカリ電池を準備することが必要であろう。
【０００６】
１９９８年１１月２４日に提出された米国特許出願シリアル番号第０９／１９８，８０２号は、容器内に配置された第１極性の第１電極、第１電極の一方の側に配置された第２極性の第２電極、第１電極に接触して配置された第１集電子、及び、第２極性を有し第１電極の他方の側に配置された外側電気化学的活性層を含む高率電気化学的電池を開示している。セパレータは、第１電極と第２電極との間、及び、第２電極と外側電気化学的活性層との間に配置される。米国特許出願シリアル番号第０９／１９８，８０２号に開示された構造は、競争力のある価格で製造できる比較的簡単なデザインを用いて、アノード／カソード界面表面積の十分な増加、従って、高い放電率での放電効率の改善を達成する利点を有する。しかし、第１電極と第２電極との間及び第２電極と外側電気化学的活性層との間のセパレータが従来型セパレータであるから、高い放電率での放電効率の改善は、セパレータ容積の増加、従って、全体容量の減少を伴う。
【０００７】
（発明の開示）
本発明は、大きなアノード／カソード界面表面積、及び、高い放電率での改善された放電効率を有するバッテリに関する。本発明はまた、大きなアノード／カソード界面表面積、及び、高い放電率での改善された放電効率を有するバッテリの製造方法を提供する。本発明のバッテリ及び方法は、一般的に、セパレータとして機能する被覆を設けた第１電極又は電極材料の使用、及び、被覆された電極の周囲を流動して電極に接触する流動性電極材料の使用を含む。
【０００８】
従って、第１の態様において、本発明は、
ハウジング、
ハウジング内に配置された第１電極、
第１電極の表面に位置してセパレータとして機能する被覆、及び
ハウジング内に配置されて第１電極の被覆表面を取り囲む流動性第２電極材料、
を含むバッテリを提供する。
【０００９】
第２の態様において、本発明は、
ハウジングを準備する段階、
第１電極を準備する段階、
セパレータとして機能する被覆を第１電極の表面に形成する段階、
被覆された第１電極をハウジング内に配置する段階、及び
第２電極材料を含み、第１電極の表面上に被覆されたセパレータを取り囲む、流動性材料をハウジング内に配置する段階、
を含むバッテリを製造する方法を提供する。
【００１０】
「流動性電極材料」という表現は、固体電極を完全に取り囲み、その周囲を流動する能力を有する電極材料を意味する。このような材料は、一般的に、液体電解質と電気化学的活物質の分散固体粒子との混合物を含む。流動性電極は、液体のような低粘度の材料、又は、ペーストのような比較的高粘度の材料であってもよい。代替的に、流動性電極は粉末であってもよい。この形態の組合せは、非常に大きなアノード／カソード界面表面積と比較的小さなセパレータ容積とを有する電気化学的電池の作成を可能にする。実際に、本発明の原理を利用して、電気化学的電池を形成するスチール缶の内壁に隣接して配置されたカソードの中央に形成された円筒形容積内部にアノードが配置されたボビン型電池構造を有する従来型円筒形アルカリ電池と比較して、アノード／カソード界面表面積の十分な増加、従って、高い放電率での放電効率の十分な改善を達成することができる一方で、全電池容量を維持し、あるいは、増加させることもできる。
【００１１】
第１電極は、第１電極の表面上に被覆を備え、この被覆は、セパレータとして機能する。セパレータ被覆は、電極の表面上に形成された材料の薄いフィルム又は層である。被覆は、少なくとも最初は、機械的、化学的、又は、電気的な力により電極表面に固定される。電池が組み立てられた後は、被覆は、それ以上電極表面に固定され続けられなくてもよい。反対に従来型のセパレータ材料は、そのセパレータを電極表面に隣接して置く前に、乾燥自立型フィルムに注意深く転化される。従来型のセパレータは、電極表面に巨視的スケールで適合し、従って、不規則な形状の電極表面上に均一な厚い層を形成することができない。セパレータ被覆はまた、セパレータ被覆がセパレータ及び電極間の界面面積全体に沿って電極表面に最初に結合されている事実によっても、従来型セパレータ材料から区別される。電池が組み立てられた後は、セパレータ材料が電極に結合され続ける必要はない。
【００１２】
好適なセパレータ被覆の例は、電極又は電極材料にポリマー性被覆混合物を塗布し、そのポリマー性被覆混合物をポリマーフィルムに転化することによって形成された被覆を含む。そのようなポリマー性被覆混合物は、セルロースのようなポリマーを溶剤に溶解することによって調製することができる。好適なセパレータ被覆はまた、電極の表面上でセパレータ被覆を直接重合させることによっても形成することができる。本発明に使用するのに好適な種々のセパレータ被覆のより詳細な説明は、本明細書においてその全内容が引用により援用されている、１９９９年９月３０日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／４１０，３００号に示されている。
【００１３】
本発明で使用されるセパレータ被覆又はフィルムは、好ましくは約１００マイクロメートル又はそれ以下の厚み、より好ましくは６０マイクロメートル未満、更により好ましくは４０マイクロメートル未満、最も好ましくは３０マイクロメートル未満の厚みを有する。従来型の紙セパレータ（通常、少なくとも２００マイクロメートルの厚みを有する）に比較した時に本発明で使用されるセパレータ被覆の厚みの十分な減少のために、全セパレータ容積を減少させながらアノード／カソード界面表面積を十分に増加させることが可能である。従って、１００マイクロメートル未満、６０マイクロメートル未満、４０マイクロメートル未満、又は、３０マイクロメートル未満の厚みを有するセパレータ被覆の使用は、高い放電率での放電効率の改善及び全放電容量の増加を同時に示す電気化学的電池の製造を可能にすることになる。例えば、２５マイクロメートルの厚みを有するセパレータ被覆は、２５０マイクロメートルのセパレータを有するボビン型構成を使用する従来型ＡＡサイズのバッテリデザインの約１０倍のアノード／カソード界面表面積を有するＡＡサイズの電気化学的電池の製造を、全体容量を減少させることなく容易にするであろう。あるいは、より薄いセパレータ被覆を使用して、アノード／カソード界面表面積の増加、高い放電率での放電効率の改善、及び、より大きな全体容量の組合せを有する電気化学的電池を製作することができる。
【００１４】
より薄いセパレータの製造を容易にすることに加え、電極の表面上に直接形成されたセパレータ被覆の使用は、高度に不規則な形状及び大きな表面積を有する電極を備えた電気化学的電池を製作することを現実的なものにする。これは、一般的に平面的で滑らかに湾曲した電極表面に適合することができるのみである従来型の紙及びセロファンセパレータとは対照的である。より具体的には、従来型の紙及びセロファンセパレータを不規則表面に適合させることができないことが、それらの使用をプレート電極、リボン電極、及び、円筒形電極を有する電気化学的電池に限定してきた。従来型の紙及びセロファンセパレータを不規則な形状の電極に適合させる試みは、一般的に、セパレータをそれ自体の上に折り畳まれた状態にして電気化学的電池の容積の許容できない大きな部分を占有させることになり、これに対して、本発明で使用するセパレータ被覆は、電極の不規則形状の表面上に直接形成することができ、電気化学的電池において許容できない大きな容積を占有しない実質的に均一な薄いセパレータが達成される。
【００１５】
本発明の別の重要な形態は、不規則形状、非対称形状、及び／又は、非円筒形状のセパレータ被覆された第１電極の表面を取り囲んでその周囲を流動することができる、流動性の第２電極材料の使用である。非対称及び非円筒形の形状を有する電極の例は、渦巻き型電極又は樹枝状亜鉛電極である（これは本明細書で後述される）。流動性第２電極材料と組み合わせたセパレータ被覆電極の使用は、非常に大きなアノード／カソード界面表面積、従って、高い放電率での放電効率の改善を有し、全放電容量を犠牲にしない電気化学的電池を製造する経済的な方法を提供する。
【００１６】
渦巻き型リボン電極、例えば、図１に示されるような電気化学的電池構造を使用する実施形態においては、電池は、流動性電極材料を缶又はハウジングの中に配置し、次いで螺旋状に巻かれたセパレータ被覆電極を缶に挿入することにより製作されるであろう。渦巻き型電極が缶内に挿入されると、流動性電極は渦巻き型電極により形成される空間を満たすように上方に流れ、好ましくは、渦巻き型電極の表面を完全に取り囲む。代替的に、最初に渦巻き型電極を缶内に挿入し、その後、渦巻き型電極の表面及び缶の周囲及びそれらの間に電極材料が流れるように缶内に電極材料を配置することによって電池を製作してもよい。導電性リードは、渦巻き型電極の缶への挿入前又は挿入後のいずれかに渦巻き型電極の上端に取り付けられるであろう。電気化学的電池は、シール及びカバーを用いる従来的な方法で完成させることができる。
【００１７】
好ましくは、第２電極材料は正極を構成し、第１電極は負極である。この場合、第１電極は、アノード材料として好ましくは亜鉛箔のようなリボンの形態をした亜鉛を含むことが好ましく、第２電極材料は、カソード活物質として二酸化マンガンを含むことが好ましい。代替的には、第２電極は負極であって、その場合、流動性材料はアノード活物質を含む。アノード活物質として亜鉛を含む流動性材料は、例えば、亜鉛、結合材、水酸化カリウム、水、及び、任意選択のゲル化剤の混合物で構成することができる。
他の好適な電極材料は、目標とするバッテリの種類及び電池の化学的性質に従って選択されてもよい。例えば、第１電極又は第２電極材料は、リチウム、ニッケル、金属水素化物、カドミウム、炭素、グラファイト、リチウム化二酸化マンガンから選択された少なくとも１つの電気化学的活物質を含むであろう。
【００１８】
渦巻き型リボン電極を使用する実施形態、特に、例えば図１に示される電気化学的電池構造における本発明の利点は、渦巻き型又はゼリーロール型電気化学的電池を製造する従来型の方法に付随する種々の問題を排除することである。渦巻き型電気化学的電池は、従来的には、アノードとカソードとの間に配置された第１のセパレータと共にアノード及びカソードを巻くことにより製造される。従来型の工程においては、セパレータ及び電極は、電極及びセパレータを巻く前に適切に配列されなければならない。本発明に従って少なくとも１つの電極上に直接セパレータを形成することにより、セパレータを電極に整列させる必要性が排除され、第１電極を第２電極に整列させる必要性も排除される。このことは、バッテリの組立てを単純化し、それにより渦巻き型バッテリの製造コストを低減させる。単一のウェブを巻くための設備は、３つ又はそれ以上のウェブを同時に巻いて整列させる設備よりも経費がかからない。アノードは一般的に金属箔であり、カソードは、一般的に微粒子電極材料及び結合材から成る複合材料である。カソードをアノードと共に螺旋状に巻くことを可能にするには、結合材は柔軟でなければならない。更に、カソードとアノードとを一緒に巻く従来型機械は、箔のアノードを単独で巻くのに使用される機械よりも経費がかかる。従って、本発明は、高価なゼリーロール巻き取り機械の必要性を排除し、カソード材料における柔軟性結合材の必要性を排除する、例えば図１に示すような電気化学的電池の構造を可能にする。すなわち、渦巻き型電気化学的電池をより低コストで製造できるようにする電池構造が可能になる。更に、渦巻き型リボン電極の両側のセパレータ被覆は、従来型の紙又はセロファンセパレータよりも薄くて少ない容積を占有することが可能であり、それによって、より大きなアノード／カソード界面表面積及び／又は増加した全体容量を有する渦巻き型電気化学的電池の製造を容易にする。
【００１９】
代替的実施形態において、電池は、セパレータ被覆を有してジグザグ的に折り畳まれたリボン電極、例えば、図２に示された電気化学的電池構造を含む。折り畳まれた電極は、缶の中に挿入されて流動性電極材料により取り囲まれる。電極材料は、セパレータ被覆電極の缶内への挿入前又は挿入後に、缶の中に置かれるであろう。
更なる代替的実施形態において、第１電極は、亜鉛のような電気化学的活物質の多孔性固定網状組織、又は、亜鉛のような電気化学的活物質がその上に堆積された黄銅のような導電性材料の多孔性固定網状組織を含んでもよい。金属発泡材及び「樹枝状亜鉛」のような例は、以下で説明される。
すなわち、１つの実施形態においては、電気化学的電池は、缶に挿入されたセパレータ被覆多孔性金属（亜鉛のような）電極、例えば、図３に示すような電気化学的電池構造を含む。多孔性又は網状電極は、金属発泡材又は焼結金属電極であることが可能である。
【００２０】
金属発泡材は、種々の既知の方法で製造されてもよい。例えば、溶融金属は、それが非反応性気体を溶かすように高圧の下に置かれるであろう。圧力が解放されて金属が冷却されると、溶解気体が逃げ出して金属本体に開放気泡の細孔を残す。別の処理においては、発泡剤を溶融金属に添加してもよい。別の処理は、モノマーを金属粒子に混合し、混合物を加熱して、樹脂の発泡及び固化を誘導する。別の処理においては、高温高圧の適切な条件の下で金属粒子を従来の方法で圧縮することができ、目標とする形状を有するアノードが形成される。用いられる温度及び圧力は、粒子の完全な焼結及び結合が起こらないという条件で、特に重要ではない。用いられる圧力においてほぼ金属の焼結温度である温度が好ましい。代替的に、金属粒子をポリテトラフルオロエチレンのような粉末樹脂結合材と乾式混合することができる。金属粒子と結合材との混合物は、ここでもまた高温高圧の適切な条件の下で従来の方法で圧縮してもよく、目標とする形状を有するアノードが形成される。その温度は、選択された樹脂と、通常約１．７から１７０ＭＰａ（２５０から２５、０００ポンド／平方インチ）である加えられる圧力とに依存する。
【００２１】
通気孔構造を有する電極を製作する別の方法は、透かし細工の熱分解可能な合成樹脂サポート上又はその中に、少なくとも１つの電極が選択された金属の少なくとも１つの成分から成る１対の電極とそのサポートを並列にすることにより、アーク蒸着によって金属を堆積する段階を伴う。電極は接触するまで進められて、電極間に電気アークを発生し、電極の１つから金属が蒸発させ、サポート上への金属の蒸着を達成する。サポートが電極と並置された空間は、金属の堆積以前又はその途中で空にされ、それによって、通気孔構造を最終的に形成するようになっている金属の全体量の一部分が被覆の形で堆積する。噴霧堆積作業において、全体量の残りを補うのに十分な金属量が、サポート及び／又は被覆上に噴霧される。その後、サポートは熱分解され、主としてこの金属から成る透かし細工の骨組みが形成される。最終段階において、金属の骨組みは、通気孔構造を構成する凝集体に焼結される。この方法の更なる詳細は、ＵＳ−Ａ−５，０１１，６３８に示されている。
【００２２】
網状又は多孔性金属電極（例えば、金属発泡材、焼結金属、その他）には、例えば、１９９９年９月３０日出願の米国特許出願シリアル番号第０９／４１０、３００号で示されているいずれかの技術を使用するなど、任意の適切な方法によりセパレータ被覆を設けてもよい。その後、セパレータ被覆多孔性電極は缶の中に挿入されて、多孔性電極の細孔の周り及びその中に流れる流動性電極材料に取り囲まれる。代替的に、多孔性電極は、セパレータ被覆が設けられる前に缶内に挿入されてもよい。流動性材料は、多孔性電極の挿入前及び／又は挿入後に缶に加えられるであろう。
【００２３】
例えば図４に示すような別の実施形態によれば、電気化学的電池は、葉脈に類似し、セパレータ被覆で被覆された、「樹枝状亜鉛」として知られる材料のような金属の３次元樹木様構造を含む。セパレータ被覆を有する電極は、例えばカソード混合物のスラリーである流動性カソード材料を収容した缶に浸される。代替的に、流動性材料は、電極が挿入された後で加えられる。樹枝状亜鉛電極を作成する適切な方法は、本明細書において援用されている、ＵＳ−Ａ−３，０７１，６３８及びＵＳ−Ａ−３，７５３，７７９で開示されている。
【００２４】
第１の態様の好ましい実施形態において、
内部壁を有するハウジング、
ハウジングに配置され、セパレータ材料で被覆された第１電極、及び
被覆された第１電極の周囲、及び、第１電極とハウジングの内部壁との間を流れるようにハウジング内に分配された、第２電極材料と電解質液との流動性混合物、
を含むバッテリが準備される。
【００２５】
この好ましい実施形態に従えば、第１の電極は、好ましくは亜鉛リボンである電気的活物質を含む少なくとも１つのストリップを有することが好ましい。このストリップは、例えば、螺旋状に巻かれるか、又は、ジグザグ模様に折り畳まれるであろう。代替的に、第１電極は、亜鉛のような電気化学的活物質の多孔性固定網状組織を含むか、又は、亜鉛のような電気化学的活物質が堆積した導電性材料の多孔性固定網状組織を含んでもよい。バッテリは、１つの第１電極を含んでもよく、又は、各々がセパレータ材料で被覆され、流動性混合物が被覆第１電極の周囲と第１電極及びハウジング内部壁間とで流れるように各々がハウジング内に配置された複数の第１電極を含んでもよい。第２電極材料が正極を構成し、第１電極が負極を構成することが好ましい。例えば、第２電極材料は、二酸化マンガンを含んでもよく、第１電極は、好ましくは亜鉛を含む。しかし、代替的に、第１電極及び第２電極材料のうちの一方は、リチウム、ニッケル、金属水素化物、カドミウム、炭素、グラファイト、及び／又は、リチウム化二酸化マンガンを含んでもよい。
【００２６】
第１の態様の別の好ましい実施形態において、
ハウジング、
ハウジング内に配置され、亜鉛を含み、セパレータで被覆された成形負極、及び
負極を取り囲むようにハウジング内に分配された、電解質液と二酸化マンガンを含む正極との流動性混合物、
を含むバッテリが準備される。
【００２７】
第２の態様の好ましい実施形態において、
流動性電極材料をハウジング内に分配する段階、
固定構造を有する電極を形成する段階、
固定構造を有する電極をセパレータ材料で被覆する段階、及び
被覆された電極をハウジング内の流動性電極材料に浸す段階、
を含む、バッテリを製造する方法が準備される。
本発明は、各図面に示される実施形態を参照することにより、更によく理解されるであろう。
【００２８】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の実施形態が図１に示されている。この実施形態に従えば、電気化学的電池１０は、流動性電極材料１２を缶又はハウジング１４の中に配置し、渦巻き型のセパレータ被覆された電極１６を缶１４の中に挿入することにより製作される。渦巻き型電極１６が缶１４の中に挿入されると、流動性電極材料１２が上方に流れて渦巻き型電極１６により形成された空間１８を満たし、渦巻き型電極１６の表面を完全に取り囲む。代替的に、最初に渦巻き型電極１６を缶１４の中に挿入し、その後電極材料１２をそれが電極１６の表面と缶１４との周囲及びそれらの間に流れるように缶１４の中に配置することによっても電気化学的電池１０を製作することができる。導電性リード２０は、渦巻き型電極１６が缶１４に挿入される前又は後のいずれかで渦巻き型電極１６の上端に取り付けられるであろう。電気化学的電池１０は、シール２２及びカバー２４を用いて従来の方法で完成される。
【００２９】
本発明の代替的実施形態が図２に示されている。この実施形態に従えば、電気化学的電池３０は、ジグザグ方式で折り畳まれたセパレータ被覆３３を有するリボン電極３２を含む。折り畳まれた電極３２は、缶３４の中に挿入され、流動性電極材料３６に取り囲まれる。電極材料３６は、セパレータ被覆電極３２が缶３４の中に挿入される前又は後で缶３４の中に置かれるであろう。
【００３０】
本発明の更なる代替的実施形態が図３に示されている。この実施形態に従えば、電気化学的電池４０は、缶４４に挿入されたセパレータ被覆多孔性金属（亜鉛など）電極４２を含む。多孔性又は網状電極４２は、金属発泡材又は焼結金属電極であることができる。網状又は多孔性金属電極には、セパレータ被覆が設けられる。その後、セパレータ被覆多孔性電極４２は、缶４４の中に挿入され、多孔性電極４２の細孔４８の周囲及びその中を流れる流動性電極材料４６に取り囲まれる。
【００３１】
本発明の更なる代替的実施形態が図４に示されている。この実施形態に従えば、電気化学的電池５０は、「樹枝状亜鉛」として知られる材料のような、葉脈に類似し、セパレータで被覆された金属の３次元樹木様構造５２を含む。セパレータ被覆５３を有する電極５２は、カソード混合物５６のスラリーを収容する缶５４に浸される。
上記の教示に照らして考えると、本発明の多くの変更及び変形が可能である。従って、本発明は、特許請求の範囲内であれば、具体的に説明されたもの以外でも実施し得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による渦巻き型電気化学的電池の分解全体図である。
【図２】
本発明によりジグザグ模様に折り畳まれたリボン電極を有する電気化学的電池の概略断面図である。
【図３】
本発明による多孔性金属電極を有する電気化学的電池の概略縦断面図である。
【図４】
本発明による３次元フラクタル構造を有する電極を含む電気化学的電池の概略縦断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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