(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的セルであって、
開放端を有している缶、
２つの電極を前記缶の内部に設けた、電気化学材料、
前記缶の前記開放端に設けてあって、前記缶から前記電気化学材料が漏出するのを防止するためのシール、及び
前記缶の前記開放端に設けられ且つ前記シールから間隔を置いて配置され、高湿周囲空気が前記シールに達するのを防止するための水素透過可能な湿気防護壁を備えている、前記電気化学的セル。
【請求項２】
前記湿気防護壁は、前記缶の内部の圧力が過剰になった場合に、内部発生ガスを発散させるための圧力逃がしを備えている、請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項３】
前記湿気防護壁は、少なくとも１個の開口を有する内側被覆を備えている、請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項４】
前記湿気防護壁は、前記内側被覆と接触状態に配置されていて、前記内側被覆の前記開口を解放自在に塞ぐためのプラグ材料を更に備えている、請求項３に記載の電気化学的セル。
【請求項５】
前記プラグ材料はアスファルトである、請求項４に記載の電気化学的セル。
【請求項６】
前記内側被覆の内側表面は、前記シールの外側表面に緊密に近接した状態で配置されており、前記湿気防護壁は、前記シールの前記外側表面上に配置された湿気不浸透性材料の層を更に備えている、請求項３に記載の電気化学的セル。
【請求項７】
前記湿気不浸透性材料は、前記開口の下に在る領域の前記シール上に設けられている、請求項６に記載の電気化学的セル。
【請求項８】
前記湿気不浸透性材料はアスファルトである、請求項７に記載の電気化学的セル。
【請求項９】
前記湿気不浸透性材料としてワニスが挙げられる、請求項７に記載の電気化学的セル。
【請求項１０】
前記湿気不浸透性材料はアスファルトである、請求項６に記載の電気化学的セル。
【請求項１１】
前記湿気不浸透性材料としてワニスが挙げられる、請求項６に記載の電気化学的セル。
【請求項１２】
前記湿気防護壁は、少なくとも１個の開口を有する外側被覆を備えており、湿気不浸透性材料が前記少なくとも１個の開口を封鎖している、請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項１３】
前記外側被覆は負の接触端子として作用する、請求項１２に記載の電気化学的セル。
【請求項１４】
前記電気化学材料は酸化マンガンおよび亜鉛を含んでいる、請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項１５】
更に、前記缶の前記開放端の内部で、かつ、そこを横断して設けてある、換気穴を設けた外側被覆と、少なくとも１個の開口を有し、かつ、前記シールと前記換気穴を設けた外側被覆との間で、前記缶の前記開放端に設けてある内側被覆と、を有し、前記缶の開放端に設けられた前記湿気防護壁は、前記内側被覆と接触状態に配置されて、前記内側被覆の前記開口を解放自在に塞ぐための湿気不浸透性材料を備えている、請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項１６】
前記シールは、前記缶の内部の圧力が過剰になった場合に、内部発生ガスを発散させるための圧力逃がしを備えている、請求項１５に記載の電気化学的セル。
【請求項１７】
前記湿気不浸透性材料はアスファルトである、請求項１５に記載の電気化学的セル。
【請求項１８】
前記湿気不浸透性材料としてワニスが挙げられる、請求項１５に記載の電気化学的セル。
【請求項１９】
更に、前記缶の前記開放端の内部で、かつ、そこを横断して設けてある、換気穴を設けた外側被覆と、少なくとも１個の開口を有し、かつ、前記シールと前記換気穴を設けた外側被覆との間で、前記缶の前記開放端に設けてある金属製内側被覆と、を有し、前記金属製内側被覆の内側表面は、前記シールの外側表面に緊密に近接した状態で配置され、前記缶の開放端に設けられた前記湿気防護壁は、前記開口の下に在る領域で前記シールの前記外側表面上に配置されている湿気不浸透性材料を備えている請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項２０】
前記湿気不浸透性材料はアスファルトである、請求項１９に記載の電気化学的セル。
【請求項２１】
前記湿気不浸透性材料としてワニスが挙げられる、請求項１９に記載の電気化学的セル。
【請求項２２】
前記缶の前記開放端の内部、および、そこを横断して設けてあり、少なくとも１個の開口を有している外側被覆をさらに有し、前記缶の開放端に設けられた前記湿気防護壁は、前記外側被覆の開口を横断して配置されている湿気不浸透性材料を備えている、請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項２３】
前記缶の前記開放端に設けてあって、前記缶から前記電気化学材料が漏出するのを防止するためのシールを更に備え、前記外側被覆および前記湿気不浸透性材料が協働して、湿気が前記シールに達するのを防止する、請求項２２に記載の電気化学的セル。
【請求項２４】
前記外側被覆は負の接触端子として作用する、請求項２２に記載の電気化学的セル。
【請求項２５】
前記湿気不浸透性材料はアスファルトである、請求項２２に記載の電気化学的セル。
【請求項２６】
前記湿気不浸透性材料としてワニスが挙げられる、請求項２３に記載の電気化学的セル。
【請求項２７】
前記缶の前記開放端に設けられた湿気防護壁は、周囲空気が前記シールに達するのを防止するための周囲空気防護壁である、請求項１に記載の電気化学的セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、電気化学的セルに関するものである。より特定すると、本発明は、乾電池の機械的構造に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
乾電池を再生処理する際の環境配慮のために、従来のアルカリ乾電池は、今や、水銀を利用せずに製造されている。アルカリ乾電池からの水銀排除はかかる環境配慮を払拭しはするが、電池の有効期間中に、無水銀電池はより大きい体積の、主として水素などの気体を発生する傾向がある。気体発生のかかる潜在的増加は幾つかの問題を生じ得る。第１に、電気化学的セル内の十分な空間は、かかる気体の蓄積に備えていなければならない。無水銀電池において潜在的な増加体積分の発生気体を収容するのに、より大きな空間を必要とするので、陽極および陰極を形成する各活性材料の量を低減しなければならない。活性材料のかかる低減は、残念ながら、乾電池の有効使用期間を減じる。
【０００３】
無水銀電池における増加気体発生に関与する別な問題は、放電期間中に生成された追加気体がセル内の圧力を相当に増大させることである。この増加圧の結果としてセルが爆発するのを防止するために、セルの構造には、防護策として、圧力逃し点が備えつけられている。かかる防護策を備えた従来型セル構造の一具体例を、図１に言及しながら説明する。
【０００４】
図１に示したように、従来型乾電池10は、開放端16と、低部表面18が規定した閉鎖端とを有する、スチール缶15を備えている。乾電池10は、缶15の内部側部表面および低部表面18に電気接触状態の、第１の電極材料20が更に設けられている。第２電極25は、乾電池10の内部に設けられていると共に、セパレータ層（図示せず）により、第１電極20から分離されている。電極材料を缶15に挿入した後で、シール30を缶15の開放端16に挿入する。次に、中央穴を有した円板として一般に成形された内側カバー40を、その周辺部表面がシール30の外部31と接触状態になるように、かつ、中央穴を規定するその表面がシール30の内側ハブ部32の周囲に固定状態になるように、挿入する。
【０００５】
図１に示したように、シール30の内側ハブ部32は、電流コレクタ爪45を受容するための中央穴33を備えており、この爪を穴33へ押し通すことにより、内側被覆40と接触状態にあるシール30の各部を圧縮させる。コレクタ爪45を適所まで十分に押しやった後で、シール30の外部31が規定した開放領域へと負の外側被覆50を挿入する。負の被覆50はコレクタ爪45の頭部46と電気接触状態に設けられていると同時に、シール30により缶15から電気絶縁状態にされている。負の被覆50を適所に置くと、開口部16の付近の缶15の側壁を内方向にかしめて、負の被覆50を適所に固定する。次いで、正の被覆60を缶15の低部表面18に溶着する。これに続いて、伸縮自在ＰＶＣ材料から形成可能なラベル65を缶15の周辺部の周りに固着する。
【０００６】
気体蓄積の結果として生じる過剰な内部圧力に対する防護策として、内部セル圧力が過剰となった場合に破断開放状態になる比較的薄いセクションを設けたシールを形成することにより、シール30の下部に圧力逃がし点35を設けている。この時に乾電池の外部に気体を発散させるように、内側被覆40を貫通して１個以上の換気穴42が設けられており、かつ、複数の換気穴52が負の被覆50に設けられている。
【０００７】
シールの主要機能は、セルの内側の各材料が漏出するのを防止すると共に、水素ガスがシールを通り抜けて、各換気穴を通って逃れられるようにすることである。水素ガスが逃げられるようにすることにより、セル内部の圧力レベルは過剰となる可能性が少なくなる。かかるアルカリ乾電池で使用するのが典型的であるシールは、ナイロン、または、その他の樹脂製材料から作成されているので、セル内部の活性材料との接触状態の結果として生じるシール30の劣化を防止するために、シール30の下部表面の高応力領域上に、アスファルト被膜38が設けられているのが典型的である。水素はアスファルト被膜を透過可能であるけれども、最適量の水素を逃がすことができるようにするために、シール30の下部表面全体が被膜されるわけではないのが典型的である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、過剰な気体発生に備えて防護策を設けるばかりか、セル内部で蓄積される気体の量を低減しもする機械的構造を有した電気化学的セルを提供することにより、前述の気体発生問題を解決すること、または、少なくとも改善することが、本発明の一局面である。本発明の別な局面は、外部湿気がセルの内部に達するのを阻止する電気化学的セルのための被覆アセンブリを提供することである。本発明のまた別な局面は、湿気がセルの内部に達するのを阻止するばかりでなく、セルの圧力レベルが過剰になった場合に、内部水素ガスを継続的に発散させることを可能にすると共に、全ての内部気体を発散させることを可能にする被覆アセンブリを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述の局面および利点と、それ以外の局面および利点を達成するために、本発明の電気化学的セルは、開放端を有する缶、缶の内部に２つの電極を設けた電気化学材料、缶の開放端に設けられていて、電気化学材料が缶から漏出するのを防止するシール、及び、缶の開放端に設けられていて、外部湿気がシールに達するのを防止する湿気防護壁を備えている。湿気防護壁は、少なくとも１個の開口を有していて、過剰に加圧した気体が缶の内部から逃れるのを可能にする内側被覆を備えているのが、好ましい。湿気防護壁は、内側被覆と協働して内側被覆の開口を封鎖することにより、外側被覆の開口を通って入ってくる外部湿気に対する防護壁を設ける、湿気不浸透性材料を備えているのが、更に好ましい。
【００１０】
当業者ならば、以下の明細書記載、特許請求の範囲、および、添付の図面を参照することにより、本発明の前述の特性、利点、目的、および、それ以外の特性、利点、目的を更に理解し、かつ、正当に評価するだろう。
【００１１】
【発明実施の形態】
図２は、本発明の第１実施態様に従って構成した電気化学的セル100の部分断面図を例示している。セル100の構成は、改良型被覆アセンブリ117を例外として、従来型電気化学的セルと概ね同一である。このため、改良型被覆アセンブリ117に関連する電気化学的セルの部分のみが、図中に例示されている。
【００１２】
図２に示したように、セル100は、本発明の被覆アセンブリ117が閉鎖および封鎖した開放端116を有している缶115を備えている。封鎖する前に、第１電極120および第２電極125を備えている電気化学材料が缶115に設けられている。従来の態様で、各電極間にはセパレータ（図示せず）が設けられているのが、好ましい。アルカリセルについては、第１電極は酸化マンガンから形成され、第２電極は亜鉛から形成されているのが、典型的である。
【００１３】
ナイロンなどの樹脂製材料から制作されたシール130を、缶115の開放端116に挿入する。シール130は、組立処理期間中にコレクタ爪145を受容するように中央穴133を設けた、特有の環状構成を有している。シール130は、シール130の他の部分よりも遥かに薄い、少なくとも１つの圧力逃がしセグメント135を有していて、過剰な内部セル圧力により圧力逃がしセグメント135が裂け、すなわち、破断開放状態になり、従って、以下に説明する開口および換気穴を通って内部気体がセルを出るのを可能にするようにするのが、好ましい。穴133を形成したシール130の中央ハブ部132は、薄い圧力逃がしセグメント135よりも遥かに厚くして、コレクタ爪145の周囲に十分な封鎖を設けるようにした結果、それらの間の電気化学材料の漏出を防止するのが、好ましい。同様に、シール130の外側周辺部131もまた遥かに厚くして、缶115の端縁に沿って直径を拡張することにより、シール130と缶115の内部表面との間で電気化学材料が漏出するのを防止するのに十分な封鎖を設けている。
【００１４】
追加の機械的力、保全性、および、圧縮力を封鎖構造に供与するために、内側被覆140は金属から制作し、シール130のより厚い周辺ハブ部131と中央ハブ部132との間に、それぞれに、挿入するのが、好ましい。組立処理期間中は、内側被覆140はシール130の開放状態の外方向に面した部分の内部にびったり収まるように載置されている。図中に描かれているように、内側被覆140は概ね円板状の形状を有して、その周辺部端縁がシール130の周辺部131の内側表面に当接している。更に、シール130のより厚い中央ハブ部132は、内側被覆140に設けた中央配置した穴を通って延在している。その結果、コレクタ爪145がシール130の穴133に挿入されている場合、内側被覆140に当接しているシール130の各部は、相当に圧縮されている。シール130内部で内側被覆140が堅固に適所に在る状態で、湿気不浸透性で、かつ、水素透過可能である材料の層170が、内側被覆140に設けた開口142に向けて露出した、シール130の外方向に面した表面上に配置されている。内側被覆140は、シール130の圧力逃がしセグメント135に近接した状態で、１個以上のかかる開口142を備えており、圧力逃がしセグメント135がセルの過剰圧力のせいで裂け剥がれた場合に、セル100の内部の気体が逃れ得るようにするのが、好ましい。湿気不浸透性材料の層170はアスファルトから形成されているのが好ましく、これは、硫黄、窒素、および、酸素を含有した複素環式化合物と共に、パラフィン族炭化水素、ナフテン族炭化水素、および、芳香族炭化水素の高度に粘性の混合物であるのが、一般的である。別な好適な材料はワニスであり、これは、植物性油と溶剤とを構成要素とし得る、または、合成樹脂または天然樹脂と溶剤とを構成要素とし得る有機保護皮膜であるのが、一般的である。
【００１５】
層170を付与した後で、シール130の外側に面した開口部内に外側被覆150を挿入する。外側被覆150はコレクタ爪145の頭部146と電気接触状態にあって、セル100の内部で第２電極材料125と電気接触状態になるようにするのが，好ましい。更に、シール130の周辺部131により、被覆150はスチール缶115から電気絶縁状態にされている。従来型アルカリセルでは、外側被覆150は、乾電池のための負の接触端子として作用する。発散した気体が逃れるのを可能にするために、少なくとも１個の換気穴152が外側被覆150に設けられている。
【００１６】
外側被覆150を缶115の開口部116に位置決めした後で、缶115の上部端縁を下方向にかしめて、被覆150を適所に固着させる。次いで、従来の態様で、缶115の外側表面にラベル165を付与するのが、好ましい。
【００１７】
先に留意したように、本願発明者は、多様な換気穴および開口を通って電気化学的セルに入ってくる湿気は、セル内部の気体蓄積量を増大させることを、看破している。特に、本願発明者は、極めて高温高湿の条件では、シールに達した高湿周囲空気はセル内部でより多量の気体蓄積すら生じる結果となることを、看破している。この現象が発生する理由は十分に理解されていないが、実験の証明したところでは、図２および図３に例示したタイプの周囲空気／湿気の防護壁を設けることにより、セル気体発生に及ぼす雰囲気条件の影響は相当に、予測し得ない程に低減される。かかる実験の結果が下記の表１に例示されている。
【００１８】
高湿の周囲空気としてセルに入り得る外部湿気は、従来型セルではシールが吸収可能であり、それにより、通常はシールを通って逃れ得る内部発生した水素の量を減じ得ると、信じられている。シールの水素透過性をそのように減じた場合は、水素ガスは逃げるよりも速く、または、内部還元するよりも速く発生する可能性がある。この現象が発生し得る別な理由は、湿気がシールを通過することによりセル内部に入り、電気化学材料が発生した水素ガスと再結合する容量に幾分か影響を与えることである。かかる外部湿気が気体発生に逆効果を有するという理由とは無関係に、湿気不浸透性層170を設けることは、気体発生を低減するために効果的である。
【００１９】
表１に例示したように、10個の制御セル（ｎ＝10）を、電解液に晒したシールの最内部表面にのみアスファルトを付与した状態で構築し、10個のセルを、シールの両側にアスファルト層を付与することにより、本発明に従って構築し、更に、10個のセルを、シールの最内部表面にアスファルト層を付与し、かつ、外部環境に晒したシールの最外部側面にワニス型被膜を付与することにより、本発明に従って構築した。試験したセルは全て、AAAサイズのセルであり、60℃、90％の相対湿度の環境で継続的に維持されていた。この試験の途中の期間は、セル膨出の量はインチ単位で測定し、漏出した試験セルの割合を監視した。試験結果が明瞭に示すように、各シールの最外部表面をワニス型被膜またはアスファルト被膜で被膜したセルは、シールと換気穴を設けた外側被膜アセンブリとの間にいかなる形態の湿気防護壁も備えていなかった制御セルと比較して、気体発生による膨出および漏出の可能性は遥かに低かった。
【００２０】
【表１】
0004225696.tif 000002
【００２１】
「制御セル」として前述した試験済みのものなどの従来型セルはシールの最内部表面にアスファルト被膜を備えているが、湿気または高湿周囲空気がシールの外側用面のどの部分にでも達し得るという事実が、シールの気孔率のせいで、シールと、恐らくは電気化学的セルの内部とに湿気が入ることを可能にしている。しかしながら、シールの領域が内側被覆により十分に圧縮されている場合は、湿気および高湿周囲空気はシールの上記圧縮領域内へ透過不能、または、同領域を通過不能であることに注目するべきである。従って、内側被膜が圧縮しているシールの各領域を越えて外方向に延在するシールの表面を被膜することは、必要ではない。しかし、内側被覆の開口のうちの１個を通過する高湿周囲空気に、内側被覆の内側のシールの一部が晒される可能性がある限りは、かかる周囲空気に晒される可能性のあるシールの表面領域全体をアスファルトまたはワニス型被膜で封鎖して、シールのかかる部分が湿気に晒されるのを防止するべきである。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施態様に従って構成した電気化学的セル200を例示している。第２実施態様のセル200が第１実施態様の電気化学的セル100の構成要素と同一構成要素を含んでいる場合は、同一参照番号を使用して、かかる構成要素を指定している。第２実施態様に従った構成は、内側被覆の最内部表面の下に在るかなりの空隙で分離されているシールおよび内側被覆を有している被覆アセンブリについて、一解決案を提供している。この第２実施態様では、アスファルトまたはワニスなどの湿気不浸透性の材料から制作したプラグ270が、内側被覆140の開口142内部に設けられている。この態様で、シール130の圧縮領域、内側被覆140、コレクタ爪145、および、プラグ270が協働して、シール130と外側被覆150との間に湿気防護壁を設けている。更に、プラグ270は、他の態様では開口142を透過してしまう湿気に対する防護壁を提供しているが、セル内部からの高加圧気体が開口142からプラグ270を吹き飛ばし、同開口を通って、かつ、外側被覆150の換気穴152を通って気体が逃げるのを防ぐわけではない。更に、プラグ270は、セル内部に在って継続的に逃げる微小水素原子を阻止するわけではない。
【００２３】
図４は、本発明の第３実施態様に従って構成されたセル300を例示している。セル300がセル100および／またはセル200の構成要素と同一構成要素を含んでいる場合は、同一参照番号が使用されて、かかる各構成要素を指定している。セル300は、多数のプラグとして設けられ得る、または、外側被覆150の内部表面または外部表面の周辺部上の連続層として設けられ得る湿気不浸透性層370で、外側被覆150の開口152を封鎖しているという点で、他の実施態様とは異なっている。外側被覆150上に層370を設けることにより、セルが内側被覆を用いて構築されているかどうかとは無関係に、湿気防護壁を設けてもよい。
【００２４】
第３実施態様の代替構成は、可塑性ラベル165を拡張して外側被覆150にそれを粘着させ、ラベル165により開口152を湿気から封鎖するようにしている。
【００２５】
セル100、セル200、および、セル300の内部の電気化学材料からシール130を保護するために、シール130の最内部表面の各部をアスファルトで被膜するのが、好ましい。
【００２６】
本発明をアルカリセルに関して説明してきたが、本発明の被覆アセンブリを非水性セルなど、他の諸形態の電気化学的セルに適用し得ることを、当業者なら正当に評価するだろう。更に、湿気がシールに達するのを阻止するように設けた材料は、シールが劣化するのを防止するようにシールの底面に付与した材料と同一でもよいし、異なっていてもよいことが、認知可能である。上記説明は、好ましい実施態様の説明にすぎないと見なす。当業者、および、本発明を実施または利用する者には、本発明の修正例が思い浮かぶであろう。それゆえ、図面に示され、かつ、先に説明された各実施態様は例示を目的としているにすぎず、本発明の範囲を限定する意図はないものと理解し、本発明の範囲は、均等理論を含む、特許方の諸原則に従って解釈されるような上記特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来型アルカリ電気化学的セルの部分断面図である。
【図２】  本発明の第１実施態様に従って構成した電気化学的セルの、拡大部分断面図である。
【図３】  本発明の第２実施態様に従って構成した電気化学的セルの、拡大部分断面図である。
【図４】  本発明の第３実施態様に従って構成した電気化学的セルの、拡大部分断面図である。
【符号の説明】
１００      電気化学的セル
１１５      缶
１１６      開放端
１１７      被覆アセンブリ
１２０      第１電極
１２５      第２電極
１３０      シール
１３１      外側周辺部
１３２      中央ハブ部
１３３      中央穴
１３５      圧力逃がしセグメント
１４０      内側被覆
１４２      開口
１４５      コレクタ爪
１４６      コレクタ爪頭部
１５０      外側被覆
１５２      換気穴
１６５      ラベル
１７０      材料層
【図１】
0004225696.tif 000003
【図２】
0004225696.tif 000004
【図３】
0004225696.tif 000005
【図４】
0004225696.tif 000006