(57)【要約】バッテリー用のバッテリーケース(１１０）であって、対向型の波状嵌合い面（１３０，１３２）と、乾燥セパレータの束の外側部分がチャネルの少なくとも80%で98%以下を占めるようにグリップチャネルを形成するために予定された分の距離だけ面から離すためのサイズのリム及び溝とをもつケース部材(１１２，１１４）を含む、膨潤可能なセルロースセパレータを含有する、前記バッテリー用のバッテリーケース。前記ケース内に液体電解質を注入すると、このセパレータが膨潤して、前記波状部分によってしっかりと捕まれて、面が嵌合う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のものを組み合わせて含むバッテリーケースであって、
第一の輪郭をもつ、第一の周辺縁部で終端する後壁と側壁とをもつ第一の中空ケース部材；
前記第一の輪郭と嵌合う第二の輪郭をもつ、第二の周辺縁部で終端する後壁と側壁とをもつ第二の中空ケース部材；
少なくとも二つの凸形波状部分を含む前記第一の輪郭の内側部分；
少なくとも二つの嵌合い凹形の溝を含む前記第二の輪郭の対向する内側部分と；
膨潤可能なセパレータの縁部を受容するように適合させたセパレータを掴むチャネルを形成するために、予定された分だけ対向部分から一定して離しておくための前記部材の上の手段とを含む、前記バッテリーケース。
【請求項２】
前記波状部分と対向する溝が丸くなっている、請求項１に記載のバッテリーケース。
【請求項３】
前記チャネルが外部開口部をもち、さらにこの開口部を封止するための手段を含む、請求項２に記載のバッテリーケース。
【請求項４】
前記間隔をあける手段が、前記開口部にわたって伸長する長さをもつ前記部材の一方の外側部分の上のリムと、前記間隔をあける手段を形成している前記予定された分だけリムの長さより短い前記部材のもう一方の対向する外側部分の上の嵌合う溝とを含む、請求項３に記載のバッテリーケース。
【請求項５】
前記リムと前記溝の外部接合を封止するための手段をさらに含む、請求項４に記載のバッテリーケース。
【請求項６】
前記封止手段が、溶剤結合、接着剤接合、ホットプレート溶接、及び超音波溶接を含む、請求項５に記載のバッテリーケース。
【請求項７】
前記もう一方のケース部材が、前記リムと溝の外部接合でシーラントを受けるための凹部を含む、請求項６に記載のバッテリーケース。
【請求項８】
乾燥時に前記セパレータが前記間隔の少なくとも80%であるが、98%以下を占めるように前記間隔を選択する、請求項３に記載のバッテリーケース。
【請求項９】
前記間隔が乾燥セパレータの厚さの90〜95%である、請求項８に記載のバッテリーケース。
【請求項１０】
バッテリーを組み立てる方法であって、
第一の硬質バッテリーケース部材のキャビティにアノードを設置し；
第二の硬質ケース部材のキャビティにカソードを設置し；
前記アノードとカソードとの間に、前記キャビティより大きな長さと幅の膨潤可能なセパレータの束を設置し；
前記ケース部材の縁部の嵌合い縁部上の波状部分と対向する溝とが、乾燥セパレータの束の厚さと少なくとも同程度の大きさの間隔を形成し、且つ前記セパレータの外側部分を掴むように、ケースを閉め；
前記ケースを封止し；次いで
前記セパレータの外側部分が前記間隔の中で膨潤するように、液体電解質を前記セパレータに添加する、各段階を含む前記方法。
【請求項１１】
前記セパレータがセルロースを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記アノードが亜鉛を含み、前記カソードが銀を含み、前記電解質がアルカリ性水溶液である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
亜鉛アノード、銀カソードとアルカリ性水溶液の電解質を含む請求項１に記載の封止バッテリーケースと、２〜10個のセルロースセパレータの束とを組み合わせて含むバッテリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池(electric  storage  battery)に関し、特に本発明は、膨潤可能なセパレータを含むバッテリーケース用の縁部シールに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーを正しく操作するには、バッテリーの正電極と負電極との間に電気的な絶縁が必要である。もしほんの僅かでも破損個所があると、バッテリーは放電したり、ゆっくりと短絡して、静電容量が早く失われてしまう。電極を隔てるには、セパレータを使用する。セパレータ縁部を含むバッテリーアセンブリは、ケース部品と正しく嵌合って、異なる電極区画の間のマスフローを絶縁するためにシールを形成しなければならない。通常、このケース部品は、耐久性プラスチックなどの非金属材料で製造できるようになっているが、どちらかと言えばステンレススチール缶である。セパレータ材料は、イオン的に導電性であるように変性させた半多孔質ポリオレフィンフィルムまたは再生セルロースの傾向がある。従って、ポリマーセパレータを金属ハウジングまたはプラスチックハウジングを封止する必要性が高まっている。
【特許文献１】
米国特許第5,057,385号、Hopeら
【特許文献２】
米国特許第,4209,574号、Ruetschiら
【特許文献３】
米国特許第4,172,183号、Ruetschi
【特許文献４】
米国特許第4,121,021号、Ogawaら
【特許文献５】
米国特許第3,884,723号、Wuttke
【特許文献６】
米国特許第3,708,343号、Walshら
【特許文献７】
米国特許第3,489,616号、Frangradt
【０００３】
米国特許第5,272,020号では、セパレータ系の底の縁部領域でホットメルト熱可塑性のシーラントを使用して、縁部領域でセパレータ系に染み込ませている。米国特許第5,462,819号では、セル内に計量されるホットメルト材料を開示しており、ホットメルトした材料がセパレータの底の縁部下を流れ、次いで押し下げられて、冷えるに従ってホットメルト材料中に設置される。これによって最後には、セルの底部と、セパレータとの両側とにバリヤが形成する。米国特許第6,099,987号は、シール内で使用するホットシーラントの量を最小化する目的で、少量のホットシーラントで付着させた微孔質または非多孔質膜でできたカップシールを連通させている。
【０００４】
米国特許第4,209,574号及び同第4,172,183号(Ruetschi)は、セパレータを押して、次いでナイロン、ネオプレンまたはテフロン（Ｒ）でできた封止リング内に押し込む金属ケースを設計している。Ogawaらの米国特許第4,121,021号では、環状ガスケット上で押していて、次いでセパレータを押し付ける金属ケースを示している。Walshの米国特許第3,708,343号では、絶縁ゴム上で押しているバッテリー上部があり、この状態でバッテリーはエポキシで封止される。Gordyの米国特許第5,198,314号では、封止材料としてポリフェニレンスルフィドを使用している。
【０００５】
米国特許第6,099,987号で記載されているように、ホットメルトシーラントは、バッテリーの静電容量を減じ、容積密度(volumetric  density)を下げる。本発明において、本出願人は、バッテリーがそれ自体で封止するメカニズムに依存して、ホットメルトシーラントを全体で使用しないようにした。本発明において、本出願人は、封止を行うためにセパレータに直接圧縮力を適用することにも依存していない。むしろ、本出願人は、二つのバッテリー区画の間にタイトシールを提供するために、水酸化アルカリの存在下でのセルロースの膨潤特性に依存している。
【０００６】
セロファン状のセルロースは、多様なアルカリバッテリーで広く使用されるセパレータであった。その理由としては、電気インピーダンスが低いこと、並びにアルカリ環境中での優れたイオン輸送性が挙げられる。水溶液中におけるセルロースと水酸化アルカリとの相互作用は強く、不均整(asymmetrical)であることは公知である。水酸化アルカリの存在下でのセルロース材料の膨潤は、秒から分の時間スケールで起きる。この膨潤力は、水酸化アルカリの濃度に依存し、特定のアルカリ液濃度より上ではX-線での格子の寸法に大きな変化が起きる。膨潤化は、セルロース出発物質にも依存する。セロファンの場合には、数秒を超える間、水酸化カリウム水溶液(50重量%)に暴露したときに、１ミル(１mil＝1000分の１インチ)の厚さのフィルムは元の厚さの少なくとも２倍に膨潤する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
熱可塑性樹脂で好適に製造され、乾燥状態で利用可能な縁部間隔の少なくとも80%を占める嵌合いケースの半分の波状接合縁部の間に配置されたセルロースベースの単数または複数種類のセパレータは、比重1.25〜1.45の水酸化アルカリの存在下で、その乾燥時の厚さの少なくとも20%膨潤して、バッテリーの電極区画を絶縁するタイトシールを生成するバッテリーシールを開示する。
【０００８】
本発明の縁部封止系では、膨潤可能なセパレータを掴んで封止するために、２つの嵌合いケーシング部材の縁部の輪郭を利用する。一方の縁部は、少なくとも２つの凸形波状部分を含むように形成する。対向するケーシング部材の縁部は、同数の嵌合いの凹形の溝を含む。スペーサ手段を設置して、その乾燥状態での膨潤可能なセパレータの束の縁部の厚さと殆ど同じ分だけ溝から凹形の波状部分を浮かせる。通常、セパレータの乾燥厚さは、波状部分と溝との間の間隔の少なくとも80%で98%以下、好ましくは90〜95%を占める。セパレータが電解質を吸収すると、セパレータは膨張して、嵌合い面の間で固定される。波状部分は、セパレータを切断したり、引き裂いたりしないように丸いのが好ましい。
【０００９】
バッテリーケースが電解質を漏出しないように、この間隔の外縁を封止しなければならない。この縁部を封止する好ましい方法は、セパレータの縁部を掴む間隔の外部開口部にわたって突出するケースの半分の外縁部にリムを形成することである。対向するケース部材には、このリムを受ける溝がある。この溝の長さはリムの長さよりも短く、予定された距離は、セパレータを掴む間隔の厚さを画定する境または止め具を形成する。リムと溝との接合部に窪みを形成して、エポキシなどのシーラントまたは鋳込み材料を受けることができる。窪みを封止した後で、電解質をセパレータ内に注入する。
【００１０】
膨張したセパレータを小型チャネルによって確実に掴む。丸みのついた波状部分は、セパレータを破いたり、穴を開けたり引き裂くことなくセパレータの縁部を確実に掴む。リムと溝はチャネルを封止し、同時に一定の間隔をあけて縁部を設置する。このケーシングは、安いコストで樹脂材料を成形することによって容易に製造される。
【００１１】
本発明のこれら及び他の多くの特徴及び付帯する好都合な点は、本発明として明白であろうし、付記図面と合わせて考える際、以下の詳細な説明を参照することにより良く理解できよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜５を参照して、本発明のバッテリー１０は、アノード１８、カソード２０と、セパレータ２４の束２２とを受容するための区画１６を画定している第一のケース部材１２と第二のケース部材１４とを含む。このセパレータ２４は、区画１６よりも大きく、ケース部材１２、１４の嵌合い縁部３４、３５の内側部分に形成された波状嵌合い面３０、３２の間に形成されたチャネル２８に受容される、外側の部分２６を形成している。このチャネル２８は、乾燥セパレータ２４の束２２の厚さよりも大きい一定の間隙をもつ。通常、乾燥セパレータは、チャネル２８の少なくとも80%、好適には90〜95%を占める。
【００１３】
このチャネル２８は、もう一方のケース部材１２または１４の対向する溝３８に収容されるケース部材の一方に形成された外縁３６により閉鎖される。この溝３８の長さは、リム３６の長さよりもチャネル２８の幅と等しい分だけ短い。
【００１４】
窪み４０は、溝３８の止め具または境面４３とリム３６のリップ４４の接合部４２で形成することができる。図４に示されているように、この窪みは、塗布装置５０のチップ４８からエポキシなどのシーラント４６で充填することができる。アノード端子５４は、アノードスクリーン・カレント・コレクタ５６に接続することができる。カソード端子５８は、カソードスクリーン・カレント・コレクタ６０に接続することができる。図５に示すように、電解質は、デバイス６２からケースの中に注入することができる。
【００１５】
図６に示されているバッテリー１１０の別の態様では、ケース部材１１２と１１４に関してはたった一つの構造しか必要ではない。このケース部材は、180度回転すると、凹形波状面１３０が嵌合う凸形波状面１３２と常に向かい合うように、互いに鏡像になっている。
【００１６】
このケース材料は、これらに限定されないが、ポリプロピレン、ABS、エチルセルロースなどの任意の射出成形可能な熱可塑性樹脂材料で製造することができる。そのようなプラスチックの縁部を機械加工または射出成形して、図面に示されているような輪郭を作る。上部縁部と底部縁部は波状で、接合するように設計され、一方の側の突起部がもう一方の側の窪みと合う。少なくとも二つの波状部分は、本発明の必須部分である。この波状部分は、セパレータを引き裂かないように平滑でなければならない。
【００１７】
バッテリーは、以下のようにして組み立てることができる。アノードペーストをケースの一方の側に均一に付着させる。ケースのもう一方の側のカソードペーストに関しても、同様のプロセスを行う。二つの対向面を、その間の単数または複数種類のセパレータに関して示されているようにくっつける。単数または複数種類のセパレータの全体の乾燥厚さは、単に並列された対向面によって与えられる間隔の少なくとも80%でなければならない。バッテリー周囲の縁部を、封止プラスチックの業界の当業者に公知の任意の方法で封止する。これらの方法としては、溶媒結合、市販の充填接着剤による封止、熱結合、熱板溶接または超音波溶接が挙げられる。後者の方法では、嵌合い面が振動し、界面で加熱するに連れて圧縮されたセパレータが変形すると予測したかもしれない。本発明の組立プロセスでは、そのような変形は、セパレータが乾燥している間にケースを封止することによって回避される。従ってセパレータは空間的な余裕があり、変形しない。電解質に暴露した時点で、セパレータは膨潤して、利用可能なチャネル空間を充填する。水酸化アルカリ、これらに限定されないが、好ましくは比重が1.25〜1.45の水酸化カリウムを、真空充填または電解質注入を含む、任意の公知方法により封止したバッテリーに導入する。
【００１８】
本発明の好ましい態様についてのみ記載してきたが、請求の範囲に定義された本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、多くの置換、変形及び代替が許容されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従ったケースとバッテリー部品の分解断面図である。
【図２】波状面の間のチャネルに入っているセパレータの束の外縁部を示している断面のさらなる分解図である。
【図３】組み立てられたバッテリーの断面図である。
【図４】封止剤を周囲凹部に注入しているのを示す断面図である。
【図５】バッテリーケースに電解質を注入しているのを示す断面図である。
【図６】ケースとバッテリー部品の別の態様の分解断面図である。
【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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2004525492.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月20日(2002.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図１〜５を参照して、本発明のバッテリー１０は、アノード１８、カソード２０と、セパレータ２４の束２２とを受容するための区画１６を画定している第一のケース部材１２と第二のケース部材１４とを含む。このセパレータ２４は、区画１６よりも大きく、ケース部材１２、１４の嵌合い縁部３４、３５の内側部分に形成された波状嵌合い面３０、３２の間に形成されたチャネル２８に受容される、外側の部分２６を形成している。このチャネル２８は、乾燥セパレータ２４の束２２の厚さよりも大きい一定の間隙をもつ。通常、乾燥セパレータは、チャネル２８の少なくとも80%、好適には90〜95%を占める。アノードは亜鉛を収容し、カソードは銀を収容することができる。




【国際調査報告】
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