(57)【要約】  本発明はバッテリ状態指示器に関する。バッテリ状態指示器は、少なくとも一つの指示器電極と、該少なくとも一つの指示器電極用のカウンタ電極と、電解質と一体化されたセパレータと、を含む。上記少なくとも一つの指示器電極は、バッテリの第１端子と電気的に接続されている。上記少なくとも一つの指示器電極は、少なくとも一つの酸化還元材料を含む。上記カウンタ電極は、バッテリの第２端子である。電解質と一体化された上記セパレータは、上記少なくとも一つの指示器電極と上記カウンタ電極との間に配置される。
2017500704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの酸化還元材料を備え、バッテリの第１端子と電気的に接続された少なくとも一つの指示器電極と、
前記少なくとも一つの指示器電極用であって、前記バッテリの第２端子であるカウンタ電極と、
電解質と一体化され、前記少なくとも一つの指示器電極と前記カウンタ電極との間に配置されたセパレータと、
を備えるバッテリ状態指示器。
【請求項２】
前記少なくとも一つの指示器電極は、導電性基板をさらに備え、
前記導電性基板は、金属箔、金属膜、金属グリッド、金属メッシュ、カーボン箔、カーボン膜、カーボングリッド、カーボンメッシュ、銅箔、銅膜、銅グリッド、銅メッシュ、黒鉛ネットワーク、黒鉛膜、黒鉛箔、黒鉛グリッド、または黒鉛メッシュを備える、
請求項１に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項３】
前記少なくとも一つの指示器電極は、導電性基板をさらに備え、
前記導電性基板は、長さと、第１の基板酸化還元ゾーンと、少なくとも一つの第２の基板酸化還元ゾーンと、を備え、
前記第１の基板酸化還元ゾーンは、前記導電性基板の前記長さに沿って前記少なくとも一つの第２の基板酸化還元ゾーンに隣接し、
前記第１の基板酸化還元ゾーンは少なくとも一つの酸化還元材料を備え、前記少なくとも一つの第２の基板酸化還元ゾーンは少なくとも一つの酸化還元材料を備える、
請求項１に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項４】
前記少なくとも一つの指示器電極は、
非導電性基板と、
前記非導電性基板の少なくとも一つの表面にコーティングされた導電性材料と、
前記導電性材料の少なくとも一つの表面にコーティングされた少なくとも一つの酸化還元材料と、をさらに備え、
前記非導電性基板は、ポリマ薄膜、ポリマグリッドまたはポリマメッシュを備え、
前記導電性材料は、黒鉛、グラフェン、銅、亜鉛、錫およびインジウムを備える、
請求項１に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項５】
前記少なくとも一つの酸化還元材料は、亜鉛、錫、インジウム、クロム、アンチモン、ビスマス、銅、真鍮、青銅、酸化銅、水酸化銅、酸化クロム、酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、これらの合金、またはこれらの任意の合成物を備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項６】
前記カウンタ電極は、金属酸化物、金属水酸化物、オキシ水酸化金属、ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化バナジウム、マンガン、酸化マンガン、水酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、二酸化マンガン、銅、酸化銅、水酸化銅、鉄、酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、クロム、酸化クロム、水酸化クロム、カーボンブラック、グラフェン、グラファイト、酸素またはこれらの合成物を備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項７】
前記少なくとも一つの指示器電極は、導線を介して前記バッテリの前記第１端子に永続的に電気的に接続され、
前記導線は、黒鉛、グラフェン、カーボンブラック、銅、ニッケル、亜鉛、またはこれらの合成物を備える、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項８】
前記導電性基板は銅を備え、
前記第１の基板酸化還元ゾーンの前記少なくとも一つの酸化還元材料は亜鉛を備え、
前記第２の基板酸化還元ゾーンの前記少なくとも一つの酸化還元材料は錫またはインジウムを備える、
請求項３に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項９】
前記バッテリは、アルカリバッテリ、リチウム金属一次バッテリ、ニッケル金属水素バッテリ、オキシ水酸化ニッケルバッテリ、高原子価ニッケルバッテリ、リチウム金属二次バッテリ、およびリチウムイオン二次バッテリから成るグループから選択される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項１０】
前記カウンタ電極は電気化学的容量を有し、
前記少なくとも一つの指示器電極は電気化学的容量を有し、
前記カウンタ電極の電気化学的容量は、前記指示器電極の電気化学的容量の少なくとも３倍である、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項１１】
前記カウンタ電極の電気化学的容量は、前記指示器電極の電気化学的容量の約３倍から約１０００倍までである、請求項１０に記載のバッテリ状態指示器。
【請求項１２】
前記カウンタ電極の電気化学的容量は約１５０ｍＣ／ｃｍ２から約１，０００，０００ｍＣ／ｃｍ２であり、前記指示器電極の電気化学的容量は約５０ｍＣ／ｃｍ２から約１，０００ｍＣ／ｃｍ２までである、請求項１１または１２に記載のバッテリ状態指示器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広く電気化学セル、すなわちバッテリに関し、特に、バッテリと該バッテリの状態を表示するバッテリ状態指示器との組み合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学セル、すなわちバッテリは、通常、電気エネルギー源として使用される。バッテリは、典型的にはアノードと呼ばれる陰極と、典型的にはカソードと呼ばれる陽極とを含む。アノードは、酸化可能な活物質を含む。カソードは、還元可能な活物質を含む。アノードの活物質は、カソードの活物質を還元することができる。セパレータは、アノードとカソードとの間に配置される。これらの部品は、典型的には金属から作製される缶、またはハウジング内に収容される。
【０００３】
デバイスにおける電気的エネルギー源としてバッテリが使用されるとき、アノードおよびカソードに対して電気的接触が行われ、これにより、電子がデバイス内を流れることが可能になり、酸化および還元のそれぞれの反応が起こって電力の供給が可能になる。アノードおよびカソードに接する電解質は、アノードとカソードとの間のセパレータを流れるイオンを含み、放電の間全バッテリ内で電荷バランスを維持する。
【０００４】
例えば充電状態などのバッテリの状態を視覚的に表示するための指示器を含むバッテリが知られている。既知の指示器は、例えば、バッテリと電気的に接触するエレクトロクロミック材料、および、バッテリを間に挟んで接続されるように適合化された抵抗素子と温度的に接触するサーモクロミック材料を含む。エレクトロクロミック材料とは、電荷に晒されたときに色または透明性を変化させる材料である。サーモクロミック材料とは、温度変化に晒されたときに色または透明性を変化させる材料である。
【０００５】
既知の指示器はまた、通常、バッテリ関連の情報を表示するために、指示器との間で物理的に相互動作を行うよう消費者に要求する。例えば、サーモクロミック指示器は、バッテリと直列に接続されて電圧測定の間に回路を形成する抵抗器を含むこととしてもよい。この回路内には、指示器が使用されていないときに指示器からバッテリへの電気的接続を切断するスイッチが存在しなければならない。サーモクロミック指示器がバッテリと永続的に電気的に接触している場合、リーク電流がバッテリからサーモクロミック指示器を通って流れるため、バッテリは早々に放電してしまう。既知のエレクトロクロミック指示器もまた、指示器の回路内にスイッチが存在しなければ、サーモクロミック指示器の場合と同様に、バッテリリーク電流に関連する問題に悩まされる。また、消費者は、器用さを持ち合わせていてもいなくても、指示器内のスイッチを操作することが困難であることが分かるであろう。スイッチは、通常、回路を閉じるために取り付けられなければならない少なくとも一つの、大抵は２つの押圧点を含む。押圧点は、典型的には非常に小さく、見づらいかもしれず、押すのが難しいかもしれない。既知の指示器はまた、押圧点を閉じる力の量に敏感である。表示されるバッテリの状態は、表示される場合に、この敏感さによって影響を受けるかもしれず、したがって、指示の正確性が悪影響を受けるかもしれない。
【０００６】
既知の指示器は、バッテリ状態指示器を起動するために消費者による相互作用が必要とされないようバッテリに永続的に接続されてもよい。しかしながら、既知のこのタイプの指示器は、通常、指示器の構成内に明確な指示器電極と明確なカウンタ電極とを含む。指示器内への２つの電極の包含は、スペースを占有し、指示器製造の複雑さを増大させる。さらに、追加の部品が指示器製造の全コストを増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電気化学的に生成され、永続的にバッテリに電気的に接続されたディスプレイを備えるバッテリテスタを採用することにより、既知の指示機に関連する問題を克服する。バッテリ充電の状態や段階を示すための消費者の協働は不要である。指示器を起動するための消費者の協働が必要ないので、スイッチ操作によって指示器の正確性が悪影響を受けることはない。本発明のバッテリ状態指示器内で寄生放電の影響は最小化され、延長された貯蔵期間に亘ってバッテリの有用な容量は最小限に低減される。本発明の指示器はまた、デザインにおいて極めてシンプルであり、既知の指示器に対して製造コストはより低い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施の一形態において、本発明はバッテリ状態指示器に関する。該バッテリ状態指示器は、少なくとも一つの指示器電極と、該少なくとも一つの指示器電極用のカウンタ電極と、電解質と一体化されたセパレータとを含む。少なくとも一つの指示器電極は、バッテリの第１端子と電気的に接続されている。少なくとも一つの指示器電極は、少なくとも一つの酸化還元材料を含む。カウンタ電極は、バッテリの第２端子である。電解質と一体化されたセパレータは、少なくとも一つの指示器電極とカウンタ電極との間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書は、本発明を形成すると考えられる主題を具体的に指摘して明瞭に請求する請求項によって結ばれるが、本発明は、以下の説明を添付の図面と併せて検討することによって、よりよく理解されると確信される。
【図１】一次アルカリバッテリの断面図である。
【図２】バッテリと本発明に係るバッテリ状態指示器との組み合わせの透視図である。
【図３】バッテリと本発明に係るバッテリ状態指示器との組み合わせの他の透視図である。
【図４】バッテリと本発明に係るバッテリ状態指示器との組み合わせの他の透視図である。
【図５】バッテリと本発明に係るバッテリ状態指示器との組み合わせの他の透視図である。
【図６】バッテリと本発明に係るバッテリ状態指示器との組み合わせの他の透視図であって、バッテリに貼付されたラベル内にバッテリ状態指示器が含まれる図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
電気化学セル、すなわちバッテリは、一次であっても二次であってもよい。一次バッテリは、例えば空になるまで１回だけ放電し、その後に廃棄されるように意図される。一次バッテリは、例えばデイビットリンデン（Ｄａｖｉｄ  Ｌｉｎｄｅｎ）のＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、第４版、２０１１年）に記載されている。二次バッテリは、再充電されるように意図される。二次バッテリは、例えば５０回超、１００回超、またはそれ以上など、多数回の放電および再充電が可能である。二次バッテリは、例えばデイビットリンデン（Ｄａｖｉｄ  Ｌｉｎｄｅｎ）のＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、第４版、２０１１年）に記載されている。したがって、バッテリは、種々の電気化学対と電解質の組み合わせを含んでよい。本明細書および本明細書に提示される実施例は、広く一次のアルカリ電気化学セルすなわちバッテリに適用されるようなバッテリ状態指示器に関するが、本発明は、水性または非水性のシステムの一次および二次の両方のバッテリに適用することを理解されたい。したがって、水性または非水性のシステムの一次および二次の両方のバッテリに適用されるようなバッテリ状態指示器は本出願の技術的範囲に包含され、本発明は、いかなる特定の実施の形態にも限定されるものではない。
【００１１】
図１を参照すると、カソード１２と、アノード１４と、セパレータ１６と、ハウジング１８とを含む電気化学セルすなわちバッテリ１０が示されている。バッテリ１０はまた、集電体２０と、シール２２と、端部キャップ２４とを含む。電解質溶液が、バッテリ１０の全体に広がっている。バッテリ１０は、例えば一次のアルカリバッテリであり、単三形（ＡＡ）、単四形（ＡＡＡ）、単六形（ＡＡＡＡ）、単二形（Ｃ）、または単一形（Ｄ）のアルカリバッテリであり得る。
【００１２】
ハウジング１８は、バッテリの製作において通常使用されている任意の伝統的な種類のハウジングとすることができ、例えば冷間圧延鋼またはニッケルめっき冷間圧延鋼などの任意の適切な材料で製作可能である。ハウジング１８は、円筒形を有していても、または、少なくとも２つの例えば長方形や四角形などの平行平板を備える形状などの例えば角柱形など、任意の他の適切な非円筒形を有していてもよい。ハウジング１８はまた、冷間圧延鋼またはニッケルめっき鋼などのシート状の基材からの例えば深絞りでもよい。
【００１３】
ハウジング１８用の基材は、ハウジング１８の形成に先立って、表面コーティングで例えばプレメッキなどの処理を行ってもよい。表面コーティングは、基材の少なくとも一表面に行ってよい。表面コーティングは、基材の全表面に行ってよい。表面コーティングは、例えば金属酸化物、金属水酸化物、オキシ水酸化金属、ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化バナジウム、マンガン、酸化マンガン、水酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、二酸化マンガン、銅、酸化銅、水酸化銅、鉄、酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、クロム、酸化クロム、水酸化クロム、カーボンブラック、グラフェン、グラファイトまたはこれらの合成物でよい。
【００１４】
ハウジング１８は、例えば基材から円筒形へ引き出してもよい。ハウジング１８は、少なくとも一つの開放端を有してもよい。ハウジング１８は、閉口端と開放端とこれらの間の側面とを有してもよい。ハウジング１８の表面コーティングは、プレメッキの基材から引き出される場合、少なくともハウジング１８の外壁に配置されるとよい。
【００１５】
ハウジング１８は、ハウジング１８の形成の後に、表面コーティングで例えばポストメッキなどの処理を行ってもよい。ハウジング１８の表面コーティングは、ハウジング１８の少なくとも外壁に配置されるとよい。ハウジング１８の表面コーティングは、ハウジング１８の外表面領域の一部を覆ってもまたは全部を覆ってもよい。表面コーティングは、例えば金属酸化物、金属水酸化物、オキシ水酸化金属、ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化バナジウム、マンガン、酸化マンガン、水酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、二酸化マンガン、銅、酸化銅、水酸化銅、鉄、酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、クロム、酸化クロム、水酸化クロム、カーボンブラック、グラフェン、グラファイトまたはこれらの合成物でよい。
【００１６】
ハウジング１８の内壁は、ハウジング１８の内壁と電極との間の電気接触抵抗が小さい材料で処理してもよい。ハウジング１８の内壁は、例えばニッケルまたはコバルトでめっきし、かつ／またはカーボン含有の塗料で塗装してハウジングの内壁と電極１２との間の接触抵抗を低減してもよい。
【００１７】
ハウジング１８は、バッテリ１０の正極端子または負極端子として機能してもよい。ハウジング１８は、バッテリ１０の第１端子であってもまたは第２端子であってもよい。図１に示すように、ハウジング１８は、バッテリ１０の第２端子１２０である。図１におけるバッテリ１０の第２端子１２０もまた、バッテリ１０の正極端子である。
【００１８】
カソード１２は、１つ以上の電気化学的に活性なカソード物質を含む。電気化学的に活性なカソード物質は、酸化マンガン、二酸化マンガン、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）、化成二酸化マンガン（ＣＭＤ）、ハイパワー電解二酸化マンガン（ＨＰ  ＥＭＤ）、ラムダ型二酸化マンガン、ガンマ型二酸化マンガン、ベータ型二酸化マンガン、およびこれらの混合物を含んでよい。他の電気化学的に活性なカソード物質は、酸化銀、酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化銅、例えばヨウ化銅のような銅塩、酸化ビスマス、高原子価ニッケル化合物、酸素、およびこれらの混合物を含み、しかし、これらに限定されるわけではない。酸化ニッケルは、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、オキシ水酸化コバルトでコーティングされたオキシ水酸化ニッケル、脱リチウム化（ｄｅｌｉｔｈｉａｔｅｄ）層状リチウムニッケル酸化物、およびこれらの合成物を含むことができる。水酸化ニッケルまたはオキシ水酸化ニッケルは、ベータ型オキシ水酸化ニッケル、ガンマ型オキシ水酸化ニッケル、ならびに／またはベータ型オキシ水酸化ニッケルおよび／もしくはガンマ型オキシ水酸化ニッケルの連晶（ｉｎｔｅｒｇｒｏｗｔｈ）を含むことができる。オキシ水酸化コバルトでコーティングされたオキシ水酸化ニッケルは、オキシ水酸化コバルトでコーティングされたベータ型オキシ水酸化ニッケル、オキシ水酸化コバルトでコーティングされたガンマ型オキシ水酸化ニッケル、ならびに／またはオキシ水酸化コバルトでコーティングされた、ベータ型オキシ水酸化ニッケルおよびガンマ型オキシ水酸化ニッケルの連晶を含むことができる。酸化ニッケルは、Ｌｉ１−ｘＨｙＮｉ０２（ここで、０．１＜ｘ＜０．９かつ０．１＜ｙ＜０．９）という化学一般式を有する、部分的に脱イオン化された層状ニッケル酸化物を含むことができる。高原子価ニッケル化合物は、例えば四価ニッケルを含むことができる。
【００１９】
カソード１２はまた、カーボン粒子などの導電性添加物および結合剤を含んでもよい。カソード１２はまた、他の添加物を含んでもよい。カーボン粒子は、カソード内に含まれて電子がカソード内を流れることを可能にする。カーボン粒子は、例えば膨張黒鉛および天然黒鉛などの黒鉛、グラフェン、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンナノファイバ、およびこれらの混合物を含んでもよい。カソードにおけるカーボン粒子の量は、例えば約７．０％未満、３．７５％未満、または３．５％未満で、例えば２．０％〜３．５％など、比較的少ないことが好ましい。カソード１２は、計量可能な気孔率を有する。カソード１２の計量可能な気孔率は、約１５％から約４５％まででよく、円筒形のアルカリバッテリ用には約２２％と約３５％の間であることが好ましい。
【００２０】
例えば活性なカソード物質、カーボン粒子、結合剤、および他の任意の添加物などのカソードの構成要素は、混合され、完成品のバッテリ生産に使用するためのペレットに圧縮された含水カリウム水酸化電解質のような液体と組み合わせてもよい。最適なペレット加工のために、通常は、カソードの材料が約２．５％〜約５％、より好ましくは約２．８％〜約４．６％の範囲の水分レベルを有することが好ましい。ペレットは、バッテリ組み立て工程の間バッテリのハウジング内に配置された後は、均一のカソードアセンブリを形成するために通常再度圧縮される。カソード１２に使用してよい結合剤の例は、ポリエチレン、ポリアクリル酸、またはＰＶＤＦまたはＰＴＦＥなどのフッ化炭素樹脂を含む。
【００２１】
ポリエチレン結合剤の例が、ＣＯＡＴＨＹＬＥＮＥ  ＨＡ−１６８１という商品名で販売されている（ＨｏｅｃｈｓｔまたはＤｕＰｏｎｔから入手可能）。他のカソード添加剤の例が、例えば米国特許第５，６９８，３１５号、第５，９１９，５９８号、および第５，９９７，７７５号、ならびに第７、３５１，４９９号に記載され、参照によりこれらはすべて本明細書に取り込まれる。
【００２２】
カソード１２内における電気化学的に活性なカソード物質の量を、カソードローディング（ｃａｔｈｏｄｅ  ｌｏａｄｉｎｇ）と称してもよい。カソード１２のローディングは、バッテリ内で使用される電気化学的に活性なカソード物質およびバッテリのセルサイズに応じて変化してよい。二酸化マンガンである電気化学的に活性なカソード物質を含むバッテリについてのカソードローディングは、例えば単三形（ＡＡ）のバッテリについて約９．０グラム以上から、単四形（ＡＡＡ）のバッテリについて約４．０グラム以上から、単六形（ＡＡＡＡ）サイズのバッテリについて約２．０グラム以上から、単二形（Ｃ）サイズのバッテリについて約２５．０グラム以上から、単一形（Ｄ）サイズのバッテリについて約５４．０グラム以上からである。
【００２３】
アノード１４は、少なくとも１つの電気化学的に活性なアノード物質と、ゲル化剤と、例えば有機および／または無機のガス化抑制剤などの少量の添加剤とで形成することができる。電気化学的に活性なアノード物質は亜鉛を含んでもよい。
【００２４】
アノード１４内における電気化学的に活性なアノード物質の量を、アノードローディング（ａｎｏｄｅ  ｌｏａｄｉｎｇ）と称してもよい。アノード１４のローディングは、バッテリ内で使用される電気化学的に活性なアノード物質およびバッテリのセルサイズに応じて変化してもよい。亜鉛である電気化学的に活性なアノード物質を含むバッテリについてのアノードローディングは、例えば単三形（ＡＡ）のバッテリについて約３．３グラム以上から、単四形（ＡＡＡ）のバッテリについて約１．９グラム以上から、単六形（ＡＡＡＡ）サイズのバッテリについて約０．６グラム以上から、単二形（Ｃ）サイズのバッテリについて約９．５グラム以上から、単一形（Ｄ）サイズのバッテリについて約１９．５グラム以上からである。
【００２５】
使用してよいゲル化剤の例は、ポリアクリル酸、例えばカーボポール（Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標））のような、ジビニルグリコールのいずれかのポリアルケニルで架橋されたポリアクリル酸、グラフト化でんぷん材料、ポリアクリル酸の塩、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースの塩（例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム）、またはこれらの合成物を含む。アノードは、ビスマス、スズ、またはインジウムなどの無機材料を含むことがあるガス発生防止剤を含んでよい。あるいは、ガス発生防止剤は、例えばリン酸エステルなどの有機化合物、イオン性界面活性剤、または非イオン性界面活性剤を含むことができる。
【００２６】
電解質は、カソード１２、アノード１４、およびセパレータ１６の全体に分散させてもよい。電解質は、イオン伝導性の成分を水溶液内に備える。イオン伝導性の成分は、水酸化物であってよい。水酸化物は、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化セシウム、およびこれらの混合物であってよい。イオン伝導性の成分はまた、塩を含んでもよい。塩は、例えば塩化亜鉛、塩化アンモニウム、過塩素酸マグネシウム、臭化マグネシウム、およびこれらの混合物であってよい。イオン伝導性の成分の濃度を、バッテリの設計およびバッテリの所望の性能に応じて選択してもよい。水性アルカリ電解質は、水を有する溶液中に水酸化物をイオン伝導性の成分として含むことができる。電解質における水酸化物の濃度は、電解質の総重量にもとづいて約０．２５〜約０．４０または約２５％〜約４０％であってよい。水性アルカリ電解質はまた、自身の中に溶解された酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでよい。ＺｎＯは、アノード内における亜鉛の腐食を抑えるように機能することがある。電解質中に含まれるＺｎＯの濃度は、電解質の約３重量％未満であってよい。単三形（ＡＡ）のアルカリバッテリ内における水性アルカリ電解質の総重量は、例えば約３．０グラムを超えてよい。単四形（ＡＡＡ）のアルカリバッテリ内における水性のアルカリ電解質の総重量は、例えば約１．０グラムを超えてよい。
【００２７】
セパレータ１６は、電解質によって濡らすことができる材料または電解質によって濡らされた材料を備える。材料は、液体と表面との間の接触角度が９０°未満である場合、または液体が自発的に表面全体に広がろうとする場合に、液体によって濡らされると称され、これら両条件は通常は共存する。セパレータ１６は、織られた紙もしくは布または不織の紙もしくは布を備えてよい。セパレータ１６は、例えば不織材料の層と組み合わせられたセロハンの層を含んでよい。セパレータはまた、不織の材料で形成された追加の層を含むことができる。セパレータ１６はバッテリ１０内においてインサイチュで形成されてもよい。例えば米国特許第６，５１４，６３７号は、このようなセパレータ材料と、これらの出願に潜在的に好適な方法とを記載し、これは参照によりすべて本明細書に取り込まれる。セパレータの材料は、薄くてよい。例えば、セパレータは、２５０マイクロメートル（ミクロン）未満の乾燥厚さを有してよい。セパレータは、例えば１００ミクロン未満の乾燥厚さを有してよい。セパレータは、好ましくは約７０ミクロン〜約９０ミクロン、より好ましくは約７０ミクロン〜約７５ミクロンの乾燥厚さを有する。セパレータ１６は、４０ｇ／ｍ２以下の坪量を有する。セパレータは、好ましくは約１５ｇ／ｍ２〜約４０ｇ／ｍ２、より好ましくは約２０ｇ／ｍ２〜約３０ｇ／ｍ２の坪量を有する。セパレータ１６は、ＩＳＯ  ２９６５に定められるとおりの透気度値を有してよい。セパレータ１６の透気度値は、約２０００ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ＠１ｋＰａ〜約５０００ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ＠１ｋＰａであってよい。
【００２８】
集電体２０は、既知の方法により、特定のバッテリ設計のための適切な形状に作製してよい。集電体２０は、例えば釘状の形状を有してよい。集電体２０は、円柱状の本体と、該円柱状本体の一端に配置された頭部とを有してよい。集電体２０は、例えば亜鉛、銅、真鍮、銀などの金属または他の適切な物質で作製してよい。集電体２０は、錫、亜鉛、ビスマス、インジウム、または集電体２０と例えばアノード１４との間に低い電気的接触抵抗と気体の形成を抑止する能力とを提供する他の適切な材料で任意にメッキしてよい。
【００２９】
シール２２は、例えばポリアミド、ポリプロピレン、ポリエーテルウレタンなどのポリマ、ポリマ複合材料、およびこれらの混合に対して射出成形を行って所定寸法の形状にすることにより準備してよい。シール２２は、例えばナイロン６，６、ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、ポリプロピレン、ポリエーテルウレタン、共重合体、およびこれらの複合材料および混合物から形成してよい。例としての射出成形方法は、コールドランナ方式およびホットランナ方式のいずれをも含む。シール２２は、例えば可塑剤、結晶核剤、抗酸化物質、離型剤、潤滑剤および帯電防止剤などの他の既知の機能材料を含んでよい。シール２２はまた、封止材で覆われてもよい。シール２２は、バッテリ１０内での使用に先立って湿気を与えられてもよい。シール２２は、例えば、シールの材料に応じて、約１．０重量％から約９．０重量％の水分含量を有してよい。集電体２０は、シール２２内へ、そしてシール２２を貫通して挿入されてよい。
【００３０】
端部キャップ２４は、各バッテリを閉じるために十分な形状に形成されてよい。端部キャップ２４は、例えば円筒または角柱の形状を有してよい。端部キャップ２４は、適切な寸法を有する所望の形状に材料をプレスすることにより形成されてよい。端部キャップ２４は、バッテリ１０の放電の間に電子を伝導する任意の適切な材料から形成されてよい。端部キャップ２４は、例えば、ニッケルメッキ鋼または錫メッキ鋼から形成されてよい。端部キャップ２４は、集電体２０に電気的に接続されてよい。端部キャップ２４は、例えば集電体２０へ溶接されることにより、集電体２０への電気的接続を行ってよい。端部キャップ２４はまた、デバイス内のバッテリの、通気口の破裂をもたらすかもしれない例えば重放電または反転の間にバッテリ１０のガス処理のイベント中に端部キャップ２４の下方で増大することがある気体圧力を抜くための一つまたは複数の孔などの（図示しない）開口を含んでよい。
【００３１】
端部キャップ２４は、端部キャップ２４の形成後に表面コーティングで例えばポストメッキなどの処理を行ってもよい。端部キャップ２４の表面コーティングは、端部キャップ２４の外表面領域の一部を覆ってもよいし、全部を覆ってもよい。表面コーティングは、例えば、金属酸化物、金属水酸化物、オキシ水酸化金属、ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化バナジウム、マンガン、酸化マンガン、水酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、二酸化マンガン、銅、酸化銅、水酸化銅、鉄、酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、クロム、酸化クロム、水酸化クロム、カーボンブラック、グラフェン、グラファイト、またはこれらの合成物でよい。
【００３２】
図１に示すように、端部キャップ２４は、バッテリ１０の第１端子１１０である。この構成において、バッテリ１０の第１端子１１０は、バッテリ１０の負極端子とも称してよい。
【００３３】
バッテリ状態指示器は、バッテリの充電の状態に合わせて調整された電気化学的ディスプレイを含んでよい。バッテリ状態指示器は、少なくとも一つの指示器電極と、該少なくとも一つの指示器電極のためのカウンタ電極とを備える。バッテリ状態指示器はバッテリと組み合わされる。バッテリは、第１端子と第２端子とを有してよい。バッテリ状態指示器の少なくとも一つの指示器電極は、バッテリの第１端子と電気的に接続されていてよい。バッテリ状態指示器の少なくとも一つの指示器電極は、少なくとも一つの酸化還元材料を備える。カウンタ電極は、バッテリの第２端子を備える。電解質と一体化されたセパレータは、少なくとも一つの指示器電極とカウンタ電極との間に配置されてよい。
【００３４】
少なくとも一つの指示器電極は、導電性基板または非導電性基板を含んでよい。少なくとも一つの指示器電極は、少なくとも一つの表面を含んでよい。導電性基板は、金属箔、金属膜、金属グリッド、金属メッシュ、カーボン箔、カーボン膜、カーボングリッド、カーボンメッシュ、銅箔、銅膜、銅グリッド、銅メッシュ、または、例えば黒鉛膜、黒鉛箔、黒鉛グリッド、もしくは黒鉛メッシュなどのいかなるタイプの黒鉛ネットワークでもよい。非導電性基板は、ポリマ薄膜、ポリマグリッドおよびポリマメッシュでよい。好適なポリマの例は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアクリル酸、テレフタル酸ポリエチレン、ポリビニル、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリイミド、およびポリエーテルを含む。非導電性基板の少なくとも一つの表面上には導電性材料がコーティングされるとよい。導電性材料は、例えばグラファイト、グラフェン、銅、亜鉛、錫およびインジウムなどの電気的に導電性の金属、カーボンまたはポリマでよい。
【００３５】
少なくとも一つの指示器電極は、少なくとも一つの電気化学的に活性の材料を含むとよい。電気化学的に活性の材料は、本明細書において酸化還元材料と称される。少なくとも一つの酸化還元材料は、亜鉛、錫、インジウム、クロム、アンチモン、ビスマス、銅、真鍮、青銅、酸化銅、水酸化銅、酸化クロム、酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、これらの合金、またはこれらの任意の合成物を含むとよい。少なくとも一つの酸化還元材料は、例えば電解メッキ、化学メッキ、ペインティングまたはブラッシングなどの適切な電気化学的、化学的または物理的プロセスにより指示器電極上へコーティングされてよい。
【００３６】
少なくとも一つの酸化還元材料、例えば亜鉛は、電解メッキ工程を介して少なくとも一つの指示器電極上にコーティングされてよい。少なくとも一つの酸化還元材料、例えば錫は、化学メッキ工程を介して少なくとも一つの指示器電極上にコーティングされてよい。少なくとも一つの指示器電極上に少なくとも二つの酸化還元材料が順次にコーティングされてもよい。例えば、第１の酸化還元材料、例えば錫が、化学メッキ工程を介して少なくとも一つの指示器電極上にコーティングされてよい。次いで、第２の酸化還元材料、例えば亜鉛が、電解メッキ工程により少なくとも一つの指示器電極上の錫コーティングを覆って連続的にコーティングされてよい。続いて、第１および第２の酸化還元材料を含む指示器電極がバッテリ状態指示器内で使用されてよい。
【００３７】
導電性基板は長さを含んでよい。導電性基板の該長さに沿って少なくとも一つの基板酸化還元ゾーンが配置されてよい。少なくとも一つの基板酸化還元ゾーンは、第１の基板酸化還元ゾーン、第２の基板酸化還元ゾーン、第３の基板酸化還元ゾーン、第４の基板酸化還元ゾーン、第５の基板酸化還元ゾーン、または、他の任意の数量の追加の酸化還元ゾーンを含んでよい。
【００３８】
少なくとも二つの基板酸化還元ゾーンを有する指示器電極は、マルチプロング（ｍｕｌｔｉ−ｐｒｏｎｇ）指示器電極と称されてよい。第１の基板酸化還元ゾーンおよび任意の数量の追加の基板酸化還元ゾーンは、マルチプロング指示器電極の導電性基板の長さに沿って互いに間隙を以て離散的に、例えば離隔もしくは分離して、明確に、別々に、不連続に、または離ればなれに配置されてよい。第１の基板酸化還元ゾーンおよび任意の数量の追加の基板酸化還元ゾーンは、マルチプロング指示器電極の導電性基板の長さに沿って互いに隣接して、例えば接近して、近接して、接触して、または接していてよい。少なくとも二つの基板酸化還元ゾーンは、同一の基板または基板上の表面コーティングに電気的に接続されてよい。
【００３９】
少なくとも一つの基板酸化還元ゾーンは、少なくとも一つの酸化還元材料を含んでよい。単一の酸化還元材料、例えば亜鉛は、電解メッキ工程を介して、指示器電極の少なくとも一つの基板酸化還元ゾーン上にメッキされてよい。少なくとも一つの酸化還元ゾーンは、第１の酸化還元材料と、少なくとも一つの第２の酸化還元材料とを含んでよい。第１の酸化還元材料、例えば錫は、化学メッキ工程を介して指示器電極の第１の基板酸化還元ゾーン上にメッキされてよい。第２の酸化還元材料、例えば亜鉛は、電解メッキ工程を介して指示器電極の少なくとも一つの酸化還元ゾーン上の錫コーティングを覆ってメッキされてよい。
【００４０】
少なくとも一つの酸化還元材料は、バッテリの使用または放電中に発生する、バッテリ内の電圧変化に応答して、例えば減少や酸化などの電気化学的変化を受ける。酸化還元材料の電気化学的変化は、視覚変化を伴ってよい。視覚変化は、バッテリ状態指示器を見る消費者の目に見える、酸化還元材料の色彩における変化を含むとよい。色彩の変化は、バッテリの電圧を少なくとも一つの酸化還元材料の酸化状態に関連付ける。変化した色彩は、例えば、バッテリの有用な残存容量を表す。
【００４１】
指示器電極上の酸化還元材料は、バッテリの放電の間、単一の色彩変化または一連の色彩変化を受けてよい。酸化還元材料は、例えば最初はシャイニーグレイ（ｓｈｉｎｙ  ｇｒａｙ）であってよい。次に、酸化還元材料は、バッテリ電圧の降下に伴い、真鍮に類似の（ｂｒａｓｓ−ｌｉｋｅ）色またはブロンズに類似の（ｂｒｏｎｚｅ−ｌｉｋｅ）色へ変化してよい。続いて酸化還元材料は、バッテリがさらに放電してバッテリ電圧の降下が続くと、ダークカッパ（ｄａｒｋ  ｃｏｐｐｅｒ）色またはイエローティンティドダークグレイ（ｙｅｌｌｏｗ−ｔｉｎｔｅｄ  ｄａｒｋ  ｇｒａｙ）になるとよい。さらに、酸化還元材料は、バッテリの更なる放電とバッテリ電圧の更なる降下に伴い、ダークカッパ色、ライトグレイ色またはイエローティンティドダークグレイになるとよい。
【００４２】
例えば、指示器電極の指示器は、バッテリの放電の間、約１．６ボルトから約０．４ボルトまでのバッテリ電位窓の中で３つの明確な色彩変化を通過してよい。指示器電極は、バッテリの電位が１．５ボルトよりも高い場合にシャイニーグレイ色を示してよい。バッテリの電位が低減すると、指示器電極は、色彩を変化し始めるとよい。バッテリの電位が約１．３ボルトと１．５ボルトとの間にあるとき、指示器電極は、真鍮に類似の色を示すとよい。バッテリの電位が約０．７５ボルトと１．０ボルトとの間にあるとき、指示器電極は、ダークカッパ色を示すとよい。指示器電極の色は、例えば単三形（ＡＡ）の円筒状バッテリのような一次アルカリバッテリの有用な残存容量に合わせて調整されてもよい。シャイニーグレイ色は、バッテリが未使用であることを消費者に指示してよい。真鍮に類似の色は、バッテリが放電または使用を始めたことを消費者に指示してよい。ダークカッパ色は、バッテリが使い切られて交換されるべきであることを消費者に指示してよい。
【００４３】
他の例において、指示器電極は、バッテリの放電の間、約１．３５ボルトから約０．４ボルトまでのバッテリ電位窓の中で２つの明確な色彩変化を通過してよい。指示器電極は、バッテリの電位が約１．３ボルトよりも高いときにシャイニーグレイ色を示してよい。バッテリの電位が約１．３ボルトを下回ると、指示器電極は色彩を変化する。バッテリの電位が約１．３ボルトよりも低く約０．４５ボルトよりも高いとき、指示器電極は、イエローティンティドダークグレイ色を示す。指示器電極の色は、例えば単三形（ＡＡ）の円筒状バッテリのような一次アルカリバッテリの有用な残存容量に合わせて調整されてよい。シャイニーグレイ色は、バッテリが未使用であることを消費者に指示してよい。イエローティンティドダークグレイ色は、バッテリが使い切られて交換されるべきであることを消費者に指示してよい。
【００４４】
他の例において、指示器電極の指示器は、バッテリの放電の間、約１．６ボルトから約０．７０ボルトまでのバッテリ電位窓の中で３つの明確な色彩変化を通過してよい。指示器電極は、バッテリの電位が１．５ボルトよりも高いときにシャイニーグレイ色を示してよい。バッテリの電位が低下すると、指示器電極は、色彩を変化し始めるとよい。バッテリの電位が約１．３ボルトと１．５ボルトとの間にあるとき、指示器電極は、黄色がかった真鍮の色を示すとよい。バッテリの電位が約１．２ボルトと約１．３ボルトとの間にあるとき、指示器電極は、ライトグレイ色を示すとよい。バッテリの電位が約１．２ボルトよりも低く約１．１ボルトよりも高いとき、指示器電極は、イエローティンティドダークグレイ色を示すとよい。指示器電極の色は、例えば単三形（ＡＡ）の円筒状バッテリのような一次アルカリバッテリの有用な残存容量に合わせて調整されてよい。シャイニーグレイ色は、バッテリがその有用な容量の約１００％を有していることを消費者に指示してよい。黄色がかった真鍮の色は、バッテリがその有用な容量の約７５％を有していることを消費者に指示してよい。ライトグレイ色は、バッテリがその有用な容量の約５０％を有していることを消費者に指示してよい。イエローティンティドダークグレイブロンズ色は、バッテリがその有用な容量の約２５％を有していることを消費者に指示してよい。
【００４５】
他の例において、マルチプロング電極の第１および第２の指示器電極は、バッテリの放電の間、約１．６５ボルトから約０．７ボルトまでのバッテリ電位窓の中で４つの明確な色彩変化をそれぞれ通過してよい。第１および第２の指示器電極は、バッテリの電位が１．５ボルトよりも高いときにシャイニーグレイ色をそれぞれ示してよい。バッテリの電位が約１．５ボルトと１．３ボルトとの間にあるとき、第１の指示器電極はブロンズ色を示してよく、第２の指示器電極はライトグレイ色を示してよい。バッテリの電位が約１．３ボルトと１．２ボルトとの間にあるとき、第１の指示器電極は銅の色を示してよく、第２の指示器電極はブロンズ色を示してよい。バッテリの電位が約１．２ボルト未満であるとき、第１の指示器電極は銅の色を示してよく、第２の指示器電極はブロンズティンティドダークグレイ色を示すとよい。マルチプロング電極の色は、例えば単三形（ＡＡ）の円筒状バッテリのような一次アルカリバッテリの有用な残存容量に合わせて調整されてもよい。灰色がかった色は、バッテリが未使用であることを消費者に指示してよい。真鍮に類似の色は、バッテリが放電または使用を始めたことを消費者に指示してよい。銅に類似の色は、バッテリが使い切られて交換されるべきであることを消費者に指示してよい。
【００４６】
酸化還元材料の視覚変化はまた、（１）指示器電極上の沈着物の出現、（２）指示器電極からの酸化還元材料の消失、（３）酸化還元材料の形態変化、および（４）酸化還元材料の屈折率変化を含んでよい。沈着物の出現は、例えば、背景を遮るような電気化学的反応の結果としての不透明な沈着物や沈殿物の出現があり得る。指示器電極からの酸化還元材料の消失は、例えば、背景を露呈させるような電気化学的反応の結果としての酸化還元材料の消失があり得る。酸化還元材料の形態変化は、例えば酸化還元材料の光散乱特性の変化により顕著である、酸化還元材料の電気化学的に誘発された変化であり得る。酸化還元材料の屈折率変化は、例えば、銅の金属が酸化銅または水酸化銅へ酸化する場合などの酸化還元材料の酸化状態における変化に関連し得る。
【００４７】
酸化還元材料は、可逆反応を行ってもよい。本明細書に記載された通りに酸化還元材料の対応する視覚変化もまた、可逆的でよい。例えば、バッテリ電圧における一時のまたは時々の低下に起因する酸化還元材料の視覚変化の出現は、バッテリ電圧が上昇または回復するのであれば、元の視覚状態へ戻ってよい。例えばデバイスの空洞内でバッテリが不用意に誤って配置されたり、バッテリが短時間のうちに高電流で放電されたりした場合、酸化還元材料の視覚状態の可逆性は、バッテリ状態指示器の有益な特性であり得る。これらの状況は、酸化還元材料の視覚変化をもたらす遷移閾値電圧を介してバッテリの電位を低減することがあるが、バッテリの容量が顕著には低減しないであろう。したがって、酸化還元材料の視覚状態が可逆的であれば、消費者に対して、バッテリが容量を著しく失った、またはその有用な容量の終了に近づいていると偽って指示することが解消される。
【００４８】
バッテリ状態指示器の少なくとも一つの指示器電極は、バッテリの第１端子に恒久的に電気的に接続されていてもよい。バッテリ状態指示器の少なくとも一つの指示器電極は、バッテリの第２端子に恒久的に電気的に接続されていてもよい。恒久的な電気的接続は導線を含んでよい。導線は、例えば黒鉛、グラフェン、カーボンブラック、銅、ニッケル、亜鉛、およびこれらの任意の合成物などの任意の導電性材料を含んでよい。導線は、任意の受容可能な態様の工程により指示器電極とバッテリの第１端子との間に与えてよい。例えば、その成分がインクの態様である導線は、塗布または印刷を介して与えてよい。好適なインクは、例えばカーボン（例えば黒鉛もしくはグラフェン）または銅、例えばアルコールもしくは水などのキャリア液、および結合剤などの電導成分を含んでよい。例となるカーボンインクは、クリエイティブマテリアルズ（Ｃｒｅａｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（マサチューセッツ州、エア））から利用可能な１１２−４８  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｉｎｋ、および、フォルベックマテリアルズ（Ｖｏｒｂｅｋ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（メリーランド州、ジェサップ））から利用可能なＶｏｒ−ｉｎｋ（登録商標）を含む。例となる銅インクは、ドュポンマイクロサーキットマテリアルズ（ノースカロライナ州、リサーチトライアングルパーク）から利用可能なＤｕＰｏｎｔ  ＣＢ２００を含む。
【００４９】
バッテリ状態指示器の少なくとも一つの指示器電極の電気化学的容量は、指示器電極が接続されるバッテリの端子の電極における電気化学的に活性な材料よりも小さくなるように選択される。バッテリ状態指示器が組み合わせられるバッテリの放電電圧範囲内における酸化還元電圧を有するように少なくとも一つの指示器電極が賢明に選択されると、バッテリにおける電圧変化は、バッテリ状態指示器の少なくとも一つの指示器電極の色彩変化に効果的に反映される。
【００５０】
カウンタ電極は、金属酸化物、金属水酸化物、オキシ水酸化金属、ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化バナジウム、マンガン、酸化マンガン、水酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、二酸化マンガン、銅、酸化銅、水酸化銅、鉄、酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、クロム、酸化クロム、水酸化クロム、カーボンブラック、グラフェン、グラファイト、酸素またはこれらの任意の合成物でよい。バッテリ状態指示器のカウンタ電極は、同時にバッテリの第２端子であってよい。カウンタ電極は、電解質と一体化されたセパレータによって覆われる、バッテリの第２端子の領域を含んでよい。
【００５１】
バッテリの電位が高いとき、バッテリ状態指示器のカウンタ電極は、酸化された形態に留まる。例えば放電の間、バッテリ電位が下がるにつれカウンタ電極は部分的に還元される。カウンタ電極は、少なくとも一つの指示器電極の電気化学的容量よりも大きな電気化学的容量を有する。したがって、カウンタ電極上の酸化還元材料が消尽する前に指示器電極上の酸化還元材料の消尽が発生する場合がある。この構成において、バッテリ内の電圧変化は、カウンタ電極よりもむしろ指示器電極へ殆ど適用される。カウンタ電極の容量は、指示器電極の容量の、例えば少なくとも３倍、約３倍から約１０００倍、または約５倍から約１００倍大きくてよい。少なくとも一つの指示器電極の容量は、例えば約５０ｍＣ／ｃｍ２から約１，０００ｍＣ／ｃｍ２でよい。カウンタ電極の容量は、例えば約１５０ｍＣ／ｃｍ２から約３，０００ｍＣ／ｃｍ２、約２５０ｍＣ／ｃｍ２から約５，０００ｍＣ／ｃｍ２、約５，０００ｍＣ／ｃｍ２から約１０，０００ｍＣ／ｃｍ２、または、約５０，０００ｍＣ／ｃｍ２から約１，０００，０００ｍＣ／ｃｍ２でよい。
【００５２】
バッテリ状態指示器は、電解質と一体化されたセパレータを含む。電解質と一体化されたセパレータは、少なくとも一つの指示器電極とカウンタ電極との間に配置される。電解質と一体化されたセパレータにより、バッテリ電圧の変化と連動してバッテリ状態指示器内で電気化学的反応が発生することが可能になる。電解質と一体化されたセパレータは、固体ポリマと、例えば水性のアルカリ溶液などの液体と、これらの任意の合成物とを含んでよい。固体ポリマは、例えば、ポリエチレン・オキシド、ポリメチル・メタクリレート、例えばセルロース、ポリアクリル酸、ポリフッ化ビニリデンを含有するゲル、およびこれらの任意の合成物を含んでよい。電解質と一体化されたセパレータは、例えば塩化亜鉛、水酸化カリウム、炭酸カリウム、カリウムリン酸塩および塩化アンモニウムなどの塩を含んでよい。電解質と一体化されたセパレータは、約１×１０−６Ｓ／ｃｍより大きくてよい導電性を有する。
【００５３】
バッテリ状態指示器は、バッテリの表面に取り付けてよい。バッテリ状態指示器は、バッテリの表面に直接付着してよい。バッテリ状態指示器は、バッテリ上に直接プリントしてよい。バッテリは、バッテリ状態指示器およびバッテリを収縮包装したラベルを含んでよい。バッテリ状態指示器は、バッテリの表面に直接貼り付けられたラベル内に組み込まれてよい。
【００５４】
バッテリ状態指示器は、バッテリの状態を消費者に視覚的に示すために消費者の介入を要求してはならない。バッテリ電圧が例えば１．６５Ｖと高いとき、バッテリ状態指示器は、例えば約０．５Ｍオームを超える大きな内部抵抗を有することがある。バッテリ状態指示器の内部抵抗が高いと、バッテリからのリーク電流が低くなる。その結果、バッテリのリーク電流を介してバッテリの利用可能な容量が著しく低減することのないバッテリ状態指示器が製造される。バッテリ状態指示器を経由してバッテリから流れる電流は、例えば約１０年の期間に亘ってバッテリの全初期容量から低減するのは約１０％もない。例えば、本発明のバッテリ状態指示器と組み合わされた単三形（ＡＡ）バッテリは、１０年の期間に亘る全初期容量の低減は約３％から約５％でよい。約３Ａ時の初期容量を有する単三形（ＡＡ）バッテリは、例えば約１０年棚に貯蔵された後に約２．９Ａ時の容量を持つことができる。本発明のバッテリ状態指示器はまた、より簡素なデザインと組み立てをもたらす。バッテリの端子は、同時にバッテリ状態指示器用のカウンタ電極として利用される。その結果、バッテリ状態指示器が取り付けられるバッテリの端子とは明確に異なるカウンタ電極を利用する既知の指示器と比較した場合、このバッテリ状態指示器は、要求される部品点数がより少なく、より組み立てやすく、より安価である。
【００５５】
図２を参照すると、バッテリ状態指示器１００とバッテリ１０との組み合わせが示されている。バッテリ１０は、第１端子１１０と第２端子１２０とを含む。バッテリ状態指示器１００は、指示器電極１３０と、指示器電極１３０用のカウンタ電極１４０と、電解質１５０と一体化されたセパレータとを含む。バッテリ状態指示器１００の指示器電極１３０は、導電性基板１８０を含む。導電性基板１８０は、少なくとも一つの表面１９０を有してよい。導電性基板１８０は、少なくとも一つの表面１９０上の少なくとも一つの酸化還元材料１６０を含んでよい。指示器電極１３０は、導線１７０を介してバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。導線１７０の一端は指示器電極１３０の導電性基板１８０と電気的に接触していてよく、また、導線１７０の他端はバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。カウンタ電極１４０は、電解質１５０と一体化されたセパレータに覆われた、バッテリ１０の第２端子１２０の領域を含む。バッテリ状態指示器１００およびバッテリ１０は、バッテリ１０の現在の充電状況の表示を開始するために消費者がバッテリ状態指示器１００と協働する必要が無いように組み合わせられる。
【００５６】
図３を参照すると、バッテリ状態指示器１００とバッテリ１０との組み合わせが示されている。バッテリ１０は、第１端子１１０と第２端子１２０とを含む。バッテリ状態指示器１００は、指示器電極２３０と、指示器電極２３０用のカウンタ電極２４０と、電解質２５０と一体化されたセパレータとを含む。バッテリ１０の指示器電極２３０は、非導電性基板２６０を含んでよい。非導電性基板２６０は、少なくとも一つの表面２７０を有してよい。非導電性基板２６０の少なくとも一つの表面２７０は、少なくとも一つの導電層２８０を含んでよい。少なくとも一つの酸化還元材料１６０が少なくとも一つの導電層２８０上にコーティングされてよい。指示器電極２３０は、導線１７０を介してバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。導線１７０の一端は指示器電極２３０の導電層２８０と電気的に接触していてよく、また、導線１７０の他端はバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。カウンタ電極２３０は、電解質２５０と一体化されたセパレータに覆われた、バッテリ１０の第２端子１２０の領域を含む。バッテリ状態指示器１００およびバッテリ１０は、バッテリ１０の現在の充電状況の表示を開始するために消費者がバッテリ状態指示器１００と協働する必要が無いように組み合わせられる。
【００５７】
図４を参照すると、バッテリ状態指示器１００とバッテリ１０との組み合わせが示されている。バッテリ１０は、第１端子１１０と第２端子１２０とを含む。バッテリ状態指示器１００は、指示器電極３３０と、指示器電極３３０用のカウンタ電極３４０と、電解質３５０と一体化されたセパレータとを含む。指示器電極３３０は、導電性基板３００を含んでよい。導電性基板３００は、少なくとも一つの表面３１０を有してよい。導電性基板３００は、長さＬを含んでよい。第１の基板酸化還元ゾーン３６０が、導電性基板３００の長さＬに沿って少なくとも一つの表面３１０上に配置されるとよい。少なくとも一つの第２の基板酸化還元ゾーン３７０が、導電性基板３００の長さＬに沿って少なくとも一つの表面３１０上に配置されるとよい。第１の基板酸化還元ゾーン３６０と少なくとも一つの第２の基板酸化還元ゾーン３７０とは、指示器電極３３０の長さＬに沿って間隙をおいて隔てられるとよい。指示器電極３３０は、導線１７０を介してバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。導線１７０の一端は指示器電極３３０の導電性基板３００と電気的に接触していてよく、また、導線１７０の他端はバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。カウンタ電極３４０は、電解質３５０と一体化されたセパレータに覆われた、バッテリ１０の第２端子１２０の領域を含む。バッテリ状態指示器１００およびバッテリ１０は、バッテリ１０の現在の充電状況の表示を開始するために消費者がバッテリ状態指示器１００と協働する必要が無いように組み合わせられる。
【００５８】
第１の基板酸化還元ゾーン３６０は、少なくとも一つの第１の酸化還元材料１６０を含んでよい。少なくとも一つの第２の基板酸化還元ゾーン３７０は、少なくとも一つの第２の酸化還元材料１６２を含んでよい。第１および第２の酸化還元材料１６０，１６２は、同一の材料でも異なる材料でもよく、また、それぞれ、指示器電極の第１の基板酸化還元ゾーン３６０および少なくとも一つの第２の基板酸化還元ゾーン３７０上でコーティングされてもメッキされてもよい。
【００５９】
図５を参照すると、バッテリ状態指示器１００とバッテリ１０との組み合わせが示されている。バッテリ１０は、第１端子１１０と第２端子１２０とを含む。バッテリ状態指示器１００は、指示器電極４３０と、指示器電極４３０用のカウンタ電極４４０と、電解質４５０と一体化されたセパレータとを含む。指示器電極４３０は、導電性基板４００を含んでよい。導電性基板４００は、少なくとも一つの表面４１０を有してよい。導電性基板４００は、長さＬを含んでよい。第１の基板酸化還元ゾーン４６０が、導電性基板４００の長さＬに沿って少なくとも一つの表面４１０上に配置されるとよい。第２の基板酸化還元ゾーン４７０が、導電性基板４００の長さＬに沿って少なくとも一つの表面４１０上に配置されるとよい。第３の基板酸化還元ゾーン４８０が、導電性基板４００の長さＬに沿って少なくとも一つの表面４１０上に配置されるとよい。第１の基板酸化還元ゾーン４６０、第２の基板酸化還元ゾーン４７０および第３の基板酸化還元ゾーン４８０は、導電性基板４００の長さＬに沿って互いに隣接してよく、例えば近接して、接近して、接触して、または境界を接しているとよい。指示器電極４３０は、導線１７０を介してバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触しているとよい。導線１７０の一端は指示器電極１３０の導電性基板４００と電気的に接触していてよく、また、導線１７０の他端はバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。カウンタ電極４４０は、電解質４５０と一体化されたセパレータに覆われた、バッテリ１０の第２端子１２０の領域を含む。バッテリ状態指示器１００およびバッテリ１０は、バッテリ１０の現在の充電状況の表示を開始するために消費者がバッテリ状態指示器１００と協働する必要が無いように組み合わせられる。
【００６０】
第１の基板酸化還元ゾーン４６０は、少なくとも一つの酸化還元材料１６０を含んでよい。第２の基板酸化還元ゾーン４７０は、少なくとも一つの酸化還元材料１６２を含んでよい。第３の基板酸化還元ゾーン４８０は、少なくとも一つの酸化還元材料１６４を含んでよい。酸化還元材料１６０，１６２，１６４は、同一の材料でも異なる材料でもよく、また、それぞれ、指示器電極の第１の基板酸化還元ゾーン４６０、第２の基板酸化還元ゾーン４７０および第３の基板酸化還元ゾーン４８０上でコーティングされてもメッキされてもよい。
【００６１】
図６を参照すると、バッテリ状態指示器１００とバッテリ１０との組み合わせが示されており、該組み合わせでは、バッテリ状態指示器１００がラベル５６０に含まれてバッテリ１０に貼り付けられている。バッテリ１０は、第１端子１１０と第２端子１２０とを含む。バッテリ状態指示器１００は、指示器電極５３０と、指示器電極５３０用のカウンタ電極５４０と、電解質５５０と一体化されたセパレータとを含む。バッテリ状態指示器１００の指示器電極５３０は、導電性基板５００を含む。導電性基板５００は、少なくとも一つの表面５１０と少なくとも一つの第２の表面５２０とを有してよい。導電性基板５００は、少なくとも一つの表面５１０上の少なくとも一つの酸化還元材料１６０を含んでよい。指示器電極５３０は、導線１７０を介してバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。導線１７０の一端は指示器電極１３０の導電性基板５００と電気的に接触していてよく、また、導線１７０の他端はバッテリ１０の第１端子１１０と電気的に接触していてよい。カウンタ電極５４０は、電解質５５０と一体化されたセパレータに覆われた、バッテリ１０の第２端子１２０の領域を含む。ラベル５６０は、ラベル図形およびテキストを有する透明または半透明の層を有する多層積層膜であるとよい。ラベル５６０は、覗き窓５７０を含むとよく、該覗き窓５７０を介して消費者は指示器電極５３０を見、指示器電極５３０の目視によるアクティビティに基づいてバッテリ１０の現在の状況を決定することができる。ラベル５６０は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）および他の類似のポリマ材料から作製してよい。第１端子１１０および第２端子１２０間の電気的短絡を防止するために、第２端子１２０と導線１７０との間に絶縁体５８０が配置されるとよい。ラベル５６０が付属されたバッテリ状態指示器１００とバッテリ１０とは、バッテリ１０の現在の充電状況の表示を開始するために消費者がバッテリ状態指示器１００と協働する必要が無いように組み合わせられる。
【００６２】
本明細書に開示の寸法および値は、記載のとおりの正確な数値に厳密に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、とくに指定されない限り、そのような寸法の各々は、記載の値およびその値の周囲の機能的に同等な範囲の両方を意味するように意図される。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味するように意図されている。
【００６３】
相互参照や関連する特許もしくは特許出願、および、本出願がその優先権もしくは利益を主張する特許出願または特許を含む文献を本明細書において引用した場合、これらの文献は、明確に除外したり他の限定を加えたりしたものでない限り、いずれもその全体を参照により本明細書に取り込んだものとする。いかなる文献の引用も、本明細書で開示されまたは権利主張された発明に関して先行技術であることも、単独もしくは他のいかなる文献との組み合わせにおいても本願発明を教示し示唆し開示することをも承認するものではない。さらに、本明細書における用語のなんらかの意味または定義が、引用により取り込まれた文書における同一の用語のなんらかの意味または定義に抵触する程度において、本明細書における用語に与えられた意味または定義が優先する。
【００６４】
本発明の特定の実施の形態を図示および説明したが、さまざまな他の変更および改良を本発明の技術的思想および技術的範囲から離れることなく行うことができることは、当業者にとって自明である。したがって、本発明の技術的範囲に包含されるすべてのそのような変更および改良は、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。例えば、バッテリ内で使用可能な電気化学的システムは、多様であり、バッテリ構造は、上述した例としてのアルカリバッテリ構造から変動してよい。本発明のバッテリ状態指示器は、いかなる電気化学的システムをも利用するいかなるバッテリ構造に適用してよい。バッテリ状態指示器は、例えば、アノードの活物質が亜鉛を含み、カソードの活物質が高原子価ニッケルを含み、電解質がアルカリ性で水性である高原子価ニッケルバッテリに適用してよい。バッテリ状態指示器は、例えば、アノードの活物質が亜鉛を含み、カソードの活物質がオキシ水酸化ニッケルを含み、電解質がアルカリ性で水性であるオキシ水酸化ニッケルバッテリに適用してよい。バッテリ状態指示器は、例えば、アノードの活物質がリチウムを含み、カソードの活物質が２硫化鉄を含み、電解質が非水性であるリチウム２硫化鉄バッテリのようなリチウム金属一次バッテリに適用してよい。バッテリ状態指示器は、例えば、アノードの活物質が、水素を吸収できる金属合金を含み、カソードの活物質がオキシ水酸化ニッケルを含み、電解質が含水水酸化カリウムであるニッケル金属水素化物バッテリに適用してよい。バッテリ状態指示器は、例えば、アノードの活物質がカーボンを含み、カソードの活物質がリチウム層間化合物を含み、電解質が非水性であるリチウム金属二次バッテリに適用してよい。バッテリ状態指示器は、例えば、アノードの活物質がカーボンを含み、カソードの活物質がリチウム層間化合物を含み、電解質が非水性であるリチウムイオン二次バッテリに適用してよい。
【図１】
2017500704.tif 000003
【図２】
2017500704.tif 000004
【図３】
2017500704.tif 000005
【図４】
2017500704.tif 000006
【図５】
2017500704.tif 000007
【図６】
2017500704.tif 000008
【国際調査報告】
2017500704.tif 000009
2017500704.tif 000010
2017500704.tif 000011