(57)【要約】  本発明は、電気化学セルのためのカソード活性分割体を対象とする。本カソード活性分割体は、少なくとも１つのカソード活性物質と、第１曲線表面を含む横断面方向の幅と、第２曲線表面と、長手方向の長さと、少なくとも１つのカソード接合表面と、を含む。少なくとも１つのカソード接合表面は、本カソード活性分割体の長手方向の長さに沿って延在する。
2016526779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セルのためのカソード活性分割体であって、
少なくとも１つのカソード活性物質と、
第１曲線表面を含む横断面方向の幅と、
第２曲線表面と、
長手方向の長さと、
前記長手方向の長さに沿って延在する少なくとも１つのカソード接合表面と、を備える、カソード活性分割体。
【請求項２】
前記少なくとも１つのカソード接合表面に付着するセパレータを更に備える、請求項１に記載の電気化学セルのためのカソード活性分割体。
【請求項３】
前記第２曲線表面に付着するセパレータを更に備える、請求項１又は２に記載のカソード活性分割体。
【請求項４】
前記第１曲線表面が弧状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気化学セルのためのカソード活性分割体。
【請求項５】
前記少なくとも１つのカソード接合表面が平面状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気化学セルのためのカソード活性分割体。
【請求項６】
前記カソード活性物質が、酸化マンガン、二酸化マンガン、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）、化学二酸化マンガン（ＣＭＤ）、高出力電解二酸化マンガン（ＨＰ  ＥＭＤ）、λ型二酸化マンガン、γ型二酸化マンガン、β型二酸化マンガン、酸化銀、酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化銅、酸化ビスマス、高原子価ニッケル化合物、及びそれらの混合物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気化学セルのためのカソード活性分割体。
【請求項７】
前記セパレータが、接着剤で前記少なくとも１つのカソード接合表面に付着されている、請求項２又は３に記載の電気化学セルのためのカソード活性分割体。
【請求項８】
前記接着剤が、ポリビニルアルコール、架橋されたポリビニルアルコール、ヒドロキシルエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及び酢酸セルロースからなる群から選択される、請求項７に記載の電気化学セルのためのカソード活性分割体。
【請求項９】
前記第２曲線表面に沿って少なくとも１つの丸い突出部を更に備えている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気化学セルのためのカソード活性分割体。
【請求項１０】
前記第２曲線表面に沿って２つの丸い突出部を更に備えている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電気化学セルのためのカソード活性分割体。
【請求項１１】
電気化学セルであって、
外表面を有するハウジングであって、前記ハウジングが、
アノードと、
カソード組立体であって、
少なくとも１つのカソード活性物質、第１曲線表面を含む横断面方向の幅、第２曲線表面、長手方向の長さ、及び第１カソード活性分割体の前記長手方向の長さに沿って延在する少なくとも１つのカソード接合表面を備える、前記第１カソード活性分割体と、
少なくとも１つのカソード活性物質、第１曲線表面を含む横断面方向の幅、第２曲線表面、長手方向の長さ、及び第２カソード活性分割体の長手方向の長さに沿って延在する少なくとも１つのカソード接合表面を備える、前記第２カソード活性分割体と、を備え、
前記第１カソード活性分割体の前記少なくとも１つのカソード接合表面が、前記第２カソード活性分割体の前記少なくとも１つのカソード接合表面と隣り合って位置付けられている、カソード組立体と、
前記アノードと前記カソード組立体との間に配置されているセパレータと、
電解質と、
を含むハウジングを備える、電気化学セル。
【請求項１２】
前記ハウジングの前記外表面に付着するラベルを備え、前記ラベルが、電圧テスタを含む、請求項１１に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルのためのカソードに関し、より具体的には、カソード分割体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学セル又は電池は、通常、電気エネルギー源として使用される。電池は、通常アノードと称される負極と、通常カソードと称される正極とを含む。アノードは、酸化可能な活性物質を含有する。カソードは、還元可能な活性物質を含有する。アノード活性物質は、カソード活性物質を還元することができる。アノードとカソードとの間にはセパレータが配置されている。これらの構成要素は、典型的に金属で作製される缶、又はハウジング内に配置されている。
【０００３】
デバイス内で電池が電気エネルギー源として使用されるとき、アノード及びカソードに対する電気接点が作製され、電子がデバイスを貫流することを可能にし、それぞれの酸化及び還元反応を生じさせて電力を提供することを可能にする。アノード及びカソードと接触する電解質は、放電中の電池全体の電荷の均衡を維持するためにアノードとカソードとの間のセパレータを貫流するイオンを含有する。
【０００４】
玩具、リモコン、オーディオデバイス、懐中電灯、ディジタルカメラ及び写真用周辺機器、電子ゲーム、歯ブラシ、無線装置、並びに時計などの現代の電子デバイスに給電するためにより好適な電池を作製することが、ますます必要とされている。この必要性を満たすため、電池は、有効寿命の増加を提供するように、より高い荷重のアノード及びカソード活性物質を含む場合がある。しかしながら、電池はまた、固定の外部寸法及び制約された内部容積を有する、単３、単４、単６、単２、及び単１電池サイズなどの共通のサイズで提供される。したがって、より良好な性能の電池を得るために活性物質の荷重のみを増加させる能力は限定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アノード及びカソード活性物質間の境界面積は、前述の制約内で性能改良を提供するために調整され得る別の設計特徴である。円筒形電池内のアノード及びカソード活性物質間の境界表面積を増加させる１つの潜在的な方法は、例えば、カソードの電極ペレットの内表面上にこぶ状部などの特徴を含むことである。しかしながら、そのような特徴の包含は、こぶ状部が適切に順序付けられるようにペレットを整列させることを必要とする。ペレットの整列は、電池を生産するための生産時間、ひいては全体的なコストを増加させる。また、表面特徴と共に整列されたペレットを保持する電池ハウジング内にセパレータを挿入することは厄介である。例えば、過量のセパレータが、一般的に、アノードとカソードとの間の電気的短絡の可能性を十分に最小化するために必要とされる。過剰のセパレータは、電池の内部抵抗を増加させ、これは電池性能の低減につながる。過剰のセパレータはまた、電池の材料費を増加させる。更に、セパレータ挿入プロセスは、一般的に、電池の生産時間及び全体的なコストを増加させる。給電能力及び有効寿命を含む全体的な電池性能を増加させるために、ペレットの整列、セパレータ挿入に関連する困難性、並びに過剰のセパレータの必要性を排除する、電池内のアノード及びカソード活性物質間の増加された境界面積を提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、本発明は、電気化学セルのためのカソード活性分割体を対象とする。本カソード活性分割体は、少なくとも１つのカソード活性物質と、第１曲線表面を含む横断面方向の幅と、第２曲線表面と、長手方向の長さと、少なくとも１つのカソード接合表面と、を含む。少なくとも１つのカソード接合表面は、本カソード活性分割体の長手方向の長さに沿って延在する。
【０００７】
別の実施形態では、本発明は、電気化学セルのためのカソード組立体を対象とする。本カソード組立体は、第１カソード活性分割体及び第２カソード活性分割体を含む。第１カソード活性分割体は、少なくとも１つのカソード活性物質と、第１曲線表面を含む横断面方向の幅と、第２曲線表面と、長手方向の長さと、長手方向の長さに沿って延在する少なくとも１つのカソード接合表面と、を含む。第２カソード活性分割体は、少なくとも１つのカソード活性物質と、第１曲線表面を含む横断面方向の幅と、第２曲線表面と、長手方向の長さと、長手方向の長さに沿って延在する少なくとも１つのカソード接合表面と、を含む。第１カソード活性分割体の少なくとも１つのカソード接合表面は、第２カソード活性分割体の少なくとも１つのカソード接合表面と隣り合って位置付けられている。
【０００８】
別の実施形態では、本発明は、電気化学セルを対象とする。本電気化学セルは、外表面、及び外表面に付着するラベルを有する、ハウジングを含む。ハウジングは、アノードと、カソード組立体と、アノードとカソード組立体との間のセパレータと、電解質と、を含む。本カソード組立体は、第１カソード活性分割体及び第２カソード活性分割体を含む。第１カソード活性分割体は、少なくとも１つのカソード活性物質と、第１曲線表面を含む横断面方向の幅と、第２曲線表面と、長手方向の長さと、長手方向の長さに沿って延在する少なくとも１つのカソード接合表面と、を含む。第２カソード活性分割体は、少なくとも１つのカソード活性物質と、第１曲線表面を含む横断面方向の幅と、第２曲線表面と、長手方向の長さと、長手方向の長さに沿って延在する少なくとも１つのカソード接合表面と、を含む。第１カソード活性分割体の少なくとも１つのカソード接合表面は、第２カソード活性分割体の少なくとも１つのカソード接合表面と隣り合って位置付けられている。ラベルは、電圧テスタを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書は、本発明を構成するとみなされる主題を具体的に指摘し、かつ明確に主張する特許請求の範囲を結論とするが、本発明は、添付の図面と関連してなされた以下の説明によってより良好に理解されると考えられる。
【図１】本発明のカソード組立体を含む電気化学セルの断面である。
【図２】本発明のカソード組立体の斜視図である。
【図３】本発明のカソード組立体の別の斜視図である。
【図４】本発明のカソード組立体を含む電池の断面図である。
【図５】本発明のカソード組立体の別の実施形態の斜視図である。
【図６】本発明のカソード組立体の別の実施形態の別の斜視図である。
【図７】本発明のカソード組立体の別の実施形態を含む電池の断面図である。
【図８】本発明のカソード組立体を含む完成した電池の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
電気化学セル又は電池は、一次又は二次とすることができる。一次電池は、例えば、一度のみ使い切りまで放電された後に廃棄されるように意図されている。一次電池は、例えば、Ｄａｖｉｄ  Ｌｉｎｄｅｎ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，４ｔｈ  ｅｄ．２０１１）に記載される。二次電池は、再充電されることが意図されている。二次電池は、放電され、次に、多くの回数、例えば、５０回より多く、１００回、あるいはそれ以上、再充電することができる。二次電池は、例えば、Ｄａｖｉｄ  Ｌｉｎｄｅｎ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，４ｔｈ  ｅｄ．２０１１）に記載される。したがって、電池は、様々な電気化学的結合及び電解質の組み合わせを含むことができる。本明細書に提供される説明及び実施例は、概して、一次アルカリ電気化学セル又は電池を対象とするが、本発明は、水性又は非水性系の一次及び二次電池の両方に適用することを理解されたい。したがって、水性又は非水性系の一次及び二次電池の両方が本願の範囲内であり、本発明は、いずれの特定の実施形態にも限定されない。
【００１１】
ここで図１を参照すると、丸い突出部６４を備えているカソード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、電気化学セル又は電池１０が示されている。電池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。電解液（図示せず）は、電池１０の全体に分散されている。電池１０は、例えば、単３形、単４形、単６形、単２形、又は単１形アルカリ電池であってよい。
【００１２】
ハウジング１８は、一次アルカリ電池に通常使用される任意の従来型のハウジングであってもよく、任意の好適な材料、例えば、冷間圧延鋼又はニッケルメッキした冷間圧延鋼で作製されてもよい。ハウジング１８は、円筒形状を有するか、又は、任意の他の好適な非円筒形状、例えば、プリズム形状、例えば、長四角形若しくは正方形の形状などの、少なくとも２つの平行板を備える形状を有してもよい。ハウジング１８は、例えば、冷間圧延鋼又はニッケルメッキした鋼などのベース材料のシートから深絞りされ得る。ハウジング１８は、例えば、円筒形状に絞ることができる。完成したハウジング１８は、少なくとも１つの開放端部を有することができる。完成したハウジング１８は、間に側壁を有する閉鎖端部及び開放端部を有することができる。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に低い電気接触抵抗を提供する材料で処理されてよい。ハウジング１８の内壁は、ハウジングの内壁とカソード１２との間の接触抵抗を減少させるために、例えば、ニッケル、コバルトでメッキされ、かつ／又は炭素充填塗料で塗装されてもよい。
【００１３】
カソード１２は、１つ又は２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）、化学二酸化マンガン（ＣＭＤ）、高出力電解二酸化マンガン（ＨＰ  ＥＭＤ）、λ型二酸化マンガン、γ型二酸化マンガン、β型二酸化マンガン、及びそれらの混合物を含むことができる。他の電気化学的に活性なカソード物質としては、酸化銀、酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化銅、ヨウ素酸銅などの銅塩、酸化ビスマス、高原子価ニッケル化合物、酸素、それらの合金、及びそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。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、脱リチウム層状リチウムニッケル酸化物、及びそれらの組み合わせを含むことができる。水酸化ニッケル又はオキシ水酸化ニッケルは、β−オキシ水酸化ニッケル、γ−オキシ水酸化ニッケル、並びに／又はβ−オキシ水酸化ニッケル及び／若しくはγ−オキシ水酸化ニッケルの合生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β−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γ−オキシ水酸化ニッケル、並びに／又は、オキシ水酸化コバルトでコーティングされたβ−オキシ水酸化ニッケル及びγ−オキシ水酸化ニッケルの合生を含むことができる。ニッケル酸化物は、０．１≦ｘ≦０．９及び０．１≦ｙ≦０．９である一般化学式Ｌｉ1-xＨyＮｉＯ2を有する部分脱リチウム化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。
【００１４】
カソード１２はまた、炭素粒子などの伝導性添加剤、及び結合剤を含んでもよい。カソード１２はまた、他の添加剤を含んでもよい。カソード１２は、以下の式によって製造時に計算され得る有孔率を有する。
カソード有孔率＝（１−（カソード固体容積÷カソード容積））×１００
【００１５】
カソード有孔率は、約１５％〜約４５％とすることができ、好ましくは約２２％〜約３５％である。有孔率は、とりわけ、カソードの電解質湿潤に関連するカソードの膨潤及び電池の放電に起因して経時的に変化するため、カソードの有孔率は、典型的に、製造時に計算される。
【００１６】
炭素粒子は、カソード中に含まれ、電子がカソードを貫流することを可能にする。炭素粒子は、膨張黒鉛及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、炭素繊維、炭素ナノ繊維、並びにそれらの混合物とすることができる。カソード内の炭素粒子の量は比較的低いこと、例えば、約７．０％未満、３．７５％未満、又は更に３．５％未満、例えば、２．０％〜３．５％であることが好ましい。より低い炭素レベルは、セルの容積を増加させることなく、又は（セル内でガスが生成された場合に内圧が上昇し過ぎることを防ぐために、ある特定のレベル以上に維持されなければならない）空隙体積を低減させることなく、カソード内のより高い荷重の活性物質の包含を可能にする。電池内での使用に好適な膨張黒鉛は、例えば、Ｔｉｍｃａｌから得ることができる。
【００１７】
一般的に、カソードは非膨張黒鉛を実質的に含まないことが好ましい。非膨張黒鉛粒子はカソードペレット形成機器に潤滑性を提供するが、この種類の黒鉛は、膨張黒鉛よりも大幅に伝導性が低く、したがって、膨張黒鉛を含有するカソードと同じカソード伝導性を得るためには、より多くの非膨張黒鉛を使用することが必要である。好ましくはないが、カソードは低レベルの未膨張黒鉛を含んでもよいが、しかしながら、これは、特定のカソード伝導度を維持しながら得ることができる黒鉛濃度の減少を犠牲にすることになる。
【００１８】
活性カソード物質（複数可）、炭素粒子、結合剤、及び任意の他の添加剤などのカソード構成要素は、水性水酸化カリウム電解質などの液体と合わされ、ブレンドされ、加圧されて完成した電池の製造における使用のためのペレットになることができる。最適なペレット加工のために、一般的に、カソード物質が約２．５％〜約５％、より好ましくは約２．８％〜約４．６％の範囲内の水分レベルを有することが好ましい。ペレットは、電池組み立てプロセスの間に電池ハウジング内に置かれた後、典型的に、再圧縮されて、均一なカソード組立体を形成する。
【００１９】
カソード１２に使用され得る結合剤の例としては、ポリエチレン、ポリアクリル酸、又はＰＶＤＦ若しくはＰＴＦＥなどのフッ化炭素樹脂が挙げられる。ポリエチレン結合剤の一例は、ＣＯＡＴＨＹＬＥＮＥ  ＨＡ−１６８１（Ｈｏｅｃｈｓｔ又はＤｕＰｏｎｔから入手可能）の商品名で販売されている。
【００２０】
他のカソード添加剤の例は、例えば、米国特許第５，６９８，３１５号、同第５，９１９，５９８号、及び同第５，９９７，７７５号、並びに同第７，３５１，４９９号に記載されており、これらの全ては、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２１】
カソード１２内の電気化学的に活性なカソード物質の量は、カソード荷重と称される場合がある。カソード１２の荷重は、電池の中で使用される電気化学的に活性なカソード物質、及び電池のセルのサイズに応じて変動し得る。例えば、二酸化マンガンの電気化学的に活性なカソード物質を有する単３電池は、少なくとも９．０グラムの二酸化マンガンのカソード荷重を有することができる。カソード荷重は、例えば、少なくとも約９．５グラムの二酸化マンガンであってもよい。カソード荷重は、例えば、約９．７グラム〜約１１．５グラムの二酸化マンガンであってもよい。カソード荷重は、約９．７グラム〜約１１．０グラムの二酸化マンガンであってもよい。カソード荷重は、約９．８グラム〜約１１．２グラムの二酸化マンガンであってもよい。カソード荷重は、約９．９グラム〜約１１．５グラムの二酸化マンガンであってもよい。カソード荷重は、約１０．４グラム〜約１１．５グラムの二酸化マンガンであってもよい。単４電池に対しては、カソード荷重は、約４．０グラム〜約６．０グラムの二酸化マンガンであってもよい。単６電池に対しては、カソード荷重は、約２．０グラム〜約３．０グラムの二酸化マンガンであってもよい。単２電池に対しては、カソード荷重は、約２５．０グラム〜約２９．０グラムの二酸化マンガンであってもよい。単１電池に対しては、カソード荷重は、約５４．０グラム〜約７０．０グラムの二酸化マンガンであってもよい。
【００２２】
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、ゲル化剤、並びに少量の添加剤、例えば、有機及び／又は無機ガス発生防止剤から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、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、カドミウム、鉄、金属水素化物、例えば、ＡＢ5（Ｈ）、ＡＢ2（Ｈ）、及びＡ2Ｂ7（Ｈ）など、それらの合金、並びにそれらの混合物を含むことができる。
【００２３】
アノード１４内の電気化学的に活性なアノード物質の量は、アノード荷重と称される場合がある。アノード１４の荷重は、電池の中で使用される電気化学的に活性なアノード物質、及び電池のセルのサイズに応じて変動し得る。例えば、亜鉛の電気化学的に活性なアノード物質を有する単３電池は、少なくとも約３．３グラムの亜鉛のアノード荷重を有することができる。アノード荷重は、例えば、少なくとも約４．０、約４．３、約４．６グラム、約５．０グラム、又は約５．５グラムの亜鉛であってもよい。アノード荷重は、約４．０グラム〜５．５グラムの亜鉛であってもよい。アノード荷重は、約４．２グラム〜５．２グラムの亜鉛であってもよい。例えば、亜鉛の電気化学的に活性なアノード物質を有する単４電池は、少なくとも約１．９グラムの亜鉛のアノード荷重を有することができる。例えば、アノード荷重は、少なくとも約２．０又は約２．１グラムの亜鉛であってもよい。例えば、亜鉛の電気化学的に活性なアノード物質を有する単６電池は、少なくとも約０．６グラムの亜鉛のアノード荷重を有することができる。例えば、アノード荷重は、少なくとも約０．７〜約１．０グラムの亜鉛であってもよい。例えば、亜鉛の電気化学的に活性なアノード物質を有する単２電池は、少なくとも約９．５グラムの亜鉛のアノード荷重を有することができる。例えば、アノード荷重は、少なくとも約１０．０〜約１５．０グラムの亜鉛であってもよい。例えば、亜鉛の電気化学的に活性なアノード物質を有する単１電池は、少なくとも約１９．５グラムの亜鉛のアノード荷重を有することができる。例えば、アノード荷重は、少なくとも約２０．０〜約３０．０グラムの亜鉛であってもよい。
【００２４】
使用され得るゲル化剤の例としては、ポリアクリル酸、Ｃａｒｂｏｐｏｌなどのジビニルグリコールのポリアルケニルエーテルで架橋されたポリアクリル酸、グラフト化デンプン材料、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）、又はそれらの組み合わせが挙げられる。アノードは、ビスマス、スズ、又はインジウムなどの無機材料を含み得るガス発生防止剤を含むことができる。代替的に、ガス発生防止剤として、リン酸エステル、イオン性界面活性剤、又は非イオン性界面活性剤などの有機化合物を挙げることができる。
【００２５】
電解質は、カソード１２、アノード１４、及びセパレータ１６の全体に分散されてもよい。電解質は、水性溶液中のイオン伝導性成分を含む。イオン伝導性成分は、水酸化物とすることができる。水酸化物としては、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、及びそれらの混合物とすることができる。イオン伝導性成分はまた、塩を含むことができる。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、及びそれらの混合物とすることができる。イオン伝導性成分の濃度は、電池設計及びその所望の性能に応じて選択することができる。水性アルカリ電解質は、水溶液中に、イオン伝導性成分として、水酸化物を包んでもよい。電解質内の水酸化物の濃度は、約０．２５〜約０．４０、又は電解質の総重量を基準として約２５％〜約４０％であってもよい。例えば、電解質の水酸化物濃度は、約０．２５〜約０．３２、又は電解質の総重量を基準として約２５％〜約３２％であってもよい。水性アルカリ電解質はまた、その中に溶解された酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むことができる。ＺｎＯは、アノード内で亜鉛腐食を抑制する働きをすることができる。電解質内に包含されるＺｎＯの濃度は、電解質の約３重量％未満とすることができる。ＺｎＯ濃度は、例えば、電解質の約１重量％〜約３重量％とすることができる。
【００２６】
単３アルカリ電池内の水性アルカリ電解質の総重量は、例えば、約３．０グラム〜約４．０グラムであってもよい。単３電池内の電解質の重量は、好ましくは、例えば、約３．３グラム〜約３．８グラムであってもよい。単３電池内の電解質の重量は、より好ましくは、例えば、約３．４グラム〜約３．６５グラムであってもよい。単４アルカリ電池内の水性アルカリ電解質の総重量は、例えば、約１．０グラム〜約２．０グラムであってもよい。単４電池内の電解質の重量は、好ましくは、例えば、約１．２グラム〜約１．８グラムであってもよい。単４電池内の電解質の重量は、より好ましくは、例えば、約１．４グラム〜約１．６グラムであってもよい。
【００２７】
セパレータ１６は、電解質によって湿潤可能であるか、又は湿潤されている材料を備える。液体と表面との間の接触角が９０°未満であるとき、又は液体が表面全体に自発的に広がる傾向があるとき、材料はその液体によって湿潤されると言われ、両方の条件が通常は共存する。セパレータ１６は、織又は不織の紙や布を含むことができる。セパレータ１６は、例えば、不織材料の層と組み合わせたセロハンの層を含むことができる。セパレータはまた、不織材料の追加層を含むことができる。セパレータ１６はまた、電池１０内でその場で形成することができる。例えば、米国特許第６，５１４，６３７号は、そのようなセパレータ材料、及びそれらの適用の潜在的に好適な方法を説明し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。セパレータ材料は、薄くてもよい。セパレータは、例えば、２５０マイクロメートル（ミクロン）未満の乾燥厚みを有してもよい。セパレータは、例えば、１００マイクロメートル未満の乾燥厚みを有してもよい。セパレータは、好ましくは、約７０マイクロメートル〜約９０マイクロメートル、より好ましくは約７０マイクロメートル〜約７５マイクロメートルの乾燥厚みを有する。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、空気透過性値を有することができる。セパレータ１６は、ＩＳＯ  ２９６５に定義される空気透過性値を有することができる。セパレータ１６の空気透過性値は、１ｋＰａにおいて約２０００ｃｍ3／ｃｍ2・分〜１ｋＰａにおいて約約５０００ｃｍ3／ｃｍ2・分であってもよい。セパレータ１６の空気透過性値は、１ｋＰａにおいて約３０００ｃｍ3／ｃｍ2・分〜１ｋＰａにおいて約４０００ｃｍ3／ｃｍ2・分であってもよい。セパレータ１６の空気透過性値は、１ｋＰａにおいて約３５００ｃｍ3／ｃｍ2・分〜１ｋＰａにおいて約３８００ｃｍ3／ｃｍ2・分であってもよい。
【００２８】
集電体２０は、当該技術分野における任意の既知の方法によって、特定の電池設計のための任意の好適な形状に作製することができる。集電体２０は、例えば、釘様形状を有することができる。集電体２０は、柱状体と、柱状体の一端に位置する頭部とを有することができる。集電体２０は、金属、例えば、亜鉛、銅、真鍮、銀、又は任意の他の好適な材料で作製することができる。集電体２０は、集電体２０と、例えば、アノード１４との間の低い電気接触抵抗、及びガス形成を抑制する能力を示す、スズ、亜鉛、ビスマス、インジウム、又は別の好適な材料で任意にメッキされてよい。
【００２９】
シール２２は、ポリマー、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、ポリマー複合体、及びそれらの混合物を、所定の寸法を有する形状に射出成形することによって調製され得る。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、コポリマー、並びにそれらの複合体及び混合物から作製することができる。例示的な射出成形法としては、コールドランナー法及びホットランナー法の両方が挙げられる。シール２２は、可塑剤、結晶質成核剤、抗酸化剤、離型剤、潤滑剤、及び帯電防止剤などの、他の既知の機能的材料を含有することができる。シール２２はまた、封止剤でコーティングされてもよい。シール２２は、電池１０内で使用前に加湿されてもよい。シール２２は、例えば、シール材料に応じて約１．０重量パーセント〜約９．０重量パーセントの含水量を有することができる。集電体２０は、シール２２の中に、かつそれを通じて挿入することができる。
【００３０】
端部キャップ２４は、電池１０の負又は陽端子として機能することができる。端部キャップ２４は、それぞれの電池を閉鎖するのに十分な任意の形状で形成されてよい。端部キャップ２４は、例えば、円筒形又はプリズム形状を有することができる。端部キャップ２４は、材料に加圧して好適な寸法を有する所望の形状にすることによって形成することができる。端部キャップ２４は、電池１０の放電中に電子を伝導する任意の好適な材料から作製されることができる。端部キャップ２４は、例えば、ニッケルメッキした鋼又はスズメッキした鋼から作製することができる。端部キャップ２４は、集電体２０に電気的に接続することができる。端部キャップ２４は、例えば、集電体２０に溶接されることによって集電体２０に電気的に接続してもよい。端部キャップ２４はまた、排出口の破裂を引き起こし得る、電池１０内のガス発生事象の間、例えば、デバイス内の電池の深放電又は逆転の間に、端部キャップ２４の下に蓄積し得るいかなるガス圧力も排出するために、１つ又は２つ以上の開口部（図示せず）、例えば、孔を含むことができる。
【００３１】
ここで図２〜７を参照すると、少なくとも１つの第１カソード分割体２８と、少なくとも１つの第２カソード分割体３８と、を含む、電気化学セルのためのカソード組立体２６が示されている。
【００３２】
第１カソード分割体２８は、第１カソード活性分割体３０及びセパレータ１６を有する。第１カソード活性分割体３０は、少なくとも１つの電気化学的に活性なカソード物質を含むことができる。第１カソード活性分割体３０は、少なくとも１つの電気化学的に活性なカソード物質、少なくとも１つの伝導性添加剤、結合剤、及び電解質を含む、加工に好適な任意の粘度のスラリーから形成することができる。第１カソード活性分割体３０は、圧縮、加圧、押出、又は任意の他の好適な方法を介して形成することができる。カソード活性物質、伝導性添加剤、結合剤、及び電解質は、電池内での使用に好適な任意の材料から選択されてよく、電池内での使用に好適な任意の組み合わせ及び量であってよい。例示的な材料、組み合わせ、有孔率、及び配合は、上で述べられている。
【００３３】
第１カソード活性分割体３０は、第１曲線表面３２と、第２曲線表面３４と、少なくとも１つのカソード接合表面３６と、を有する。第１曲線表面３２及び第２曲線表面３４は、弧を形成することができる。第２曲線表面３４は、表面に沿って少なくとも１つの特徴、例えば、丸い突出部６４を含むことができる。第２曲線表面３４は、任意の数の特徴、例えば、１つの丸い突出部（図２〜４のように）、２つの丸い突出部（図５〜７のように）、３つの丸い突出部、若しくは任意の数の丸い突出部、又は特徴の任意の組み合わせを含むことができる。
【００３４】
第１カソード活性分割体３０は、横断面方向の幅Ｗ及び長手方向の長さＬを有する。横断面方向の幅Ｗは、第１カソード活性分割体３０の第１曲線表面３２及び第２曲線表面３４を含む。少なくとも１つのカソード接合表面３６は、第１カソード活性分割体３０の長手方向の長さＬに沿って延在する。セパレータ１６は、第１カソード活性分割体３０の少なくとも１つのカソード接合表面３６に付着してもよい。セパレータ１６は、第１カソード活性分割体３０の少なくとも１つのカソード接合表面３６及び第２曲線表面３４に付着してもよい。
【００３５】
接着剤（図示せず）が、セパレータ１６と、第１カソード活性分割体３０の少なくとも１つのカソード接合表面３６との間に配置され得る。接着剤（図示せず）は、セパレータ１６と、第１カソード活性分割体３０の少なくとも１つのカソード接合表面３６及び第２曲線表面３４との間に配置されてもよい。接着剤は、第１カソード活性分割体３０にセパレータ１６を少なくとも初めのうちは保持する、任意の好適な接着剤とすることができる。好適な接着剤は、例えば、ポリビニルアルコール、ヒドロキシルエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及び酢酸セルロースとすることができる。
【００３６】
第２カソード分割体３８は、第１カソード活性分割体４０及びセパレータ１６を有する。第２カソード活性分割体４０は、少なくとも１つの電気化学的に活性なカソード物質を含むことができる。第２カソード活性分割体４０は、少なくとも１つの電気化学的に活性なカソード物質、少なくとも１つの伝導性添加剤、結合剤、及び電解質を含む、加工に好適な任意の粘度のスラリーから形成することができる。第２カソード活性分割体４０は、圧縮、加圧、押出、又は任意の他の好適な方法によって形成することができる。カソード活性物質、伝導性添加剤、結合剤、及び電解質は、任意の従来の電池材料から選択されてよく、電池内での使用に好適な任意の組み合わせ及び量であってよい。例示的な材料、組み合わせ、有孔率、及び配合は、上で述べられている。
【００３７】
第２カソード活性分割体４０は、第１曲線表面４２と、第２曲線表面４４と、少なくとも１つのカソード接合表面４６と、を有する。第１曲線表面４２及び第２曲線表面４４は、弧を形成することができる。第２曲線表面４４は、表面に沿って少なくとも１つの特徴、例えば、丸い突出部６６を含むことができる。第２曲線表面４４は、任意の数の特徴、例えば、１つの丸い突出部（図２〜４のように）、２つの丸い突出部（図５〜７のように）、３つの丸い突出部、若しくは任意の数の丸い突出部、又は特徴の任意の組み合わせを含むことができる。
【００３８】
第２カソード活性分割体４０は、横断面方向の幅Ｗ及び長手方向の長さＬを有する。横断面方向の幅Ｗは、第２カソード活性分割体４０の第１曲線表面４２及び第２曲線表面４４を含む。少なくとも１つのカソード接合表面４６は、第２カソード活性分割体４０の長手方向の長さＬに沿って延在する。セパレータ１６は、第２カソード活性分割体４０の少なくとも１つのカソード接合表面４６に付着してもよい。セパレータ１６は、第２カソード活性分割体４０の少なくとも１つのカソード接合表面４６及び第２曲線表面４４に付着してもよい。セパレータ１６は、第１カソード分割体２８のために選択される材料と同じセパレータ材料、又は異なるセパレータ材料を含んでもよい。
【００３９】
接着剤（図示せず）が、セパレータ１６と、第２カソード活性分割体４０の少なくとも１つのカソード接合表面４６との間に配置され得る。接着剤（図示せず）は、セパレータ１６と、第２カソード活性分割体４０の少なくとも１つのカソード接合表面４６及び第２曲線表面４２との間に配置されてもよい。接着剤は、第２カソード活性分割体４０にセパレータ１６を少なくとも初めのうちは保持する、任意の好適な接着剤とすることができる。好適な接着剤は、例えば、ポリビニルアルコール、ヒドロキシルエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及び酢酸セルロースとすることができる。
【００４０】
カソード組立体２６は、第１カソード活性分割体３０の少なくとも１つのカソード接合表面３６を、第２カソード活性分割体４０の少なくとも１つのカソード接合表面４６と反対側に位置付けることによって形成することができる。第１カソード活性分割体３０の少なくとも１つのカソード接合表面３６、及び第２カソード活性分割体４０の少なくとも１つのカソード接合表面４６は、それぞれ、それに付着するセパレータ１６を有することができる。追加のカソード分割体のカソード接合表面は、所望のカソード組立体が完成するまで同様の方法で位置付けられてよい。例えば、合計２つのカソード活性分割体、３つのカソード活性分割体、４つのカソード活性分割体、５つのカソード活性分割体、６つのカソード活性分割体、又は１つを超える任意の数のカソード活性分割体が、カソード組立体３４を完成させるために使用されてよい。
【００４１】
ここで図３及び６を参照すると、第１カソード分割体２８、第２カソード分割体３８、及びセパレータディスク４８を含む電池（図示せず）の円筒形ハウジング内に配置され得るカソード組立体２６が示されている。
【００４２】
第１カソード活性分割体３０の第１カソード接合表面５０は、第２カソード活性分割体４０の第１カソード接合表面５４と反対側に位置付けられる。第１カソード活性分割体３０の第２カソード接合表面５２は、第２カソード活性分割体４０の第２カソード接合表面５６と反対側に位置付けられる。セパレータ１６は、第１カソード活性分割体３０の第１カソード接合表面５０及び第２カソード接合表面５２に付着してもよい。セパレータ１６は、第１カソード活性分割体３０の第２曲線表面３４に付着してもよい。セパレータ１６は、第２カソード活性分割体４０の第１カソード接合表面５４及び第２カソード接合表面５６に付着してもよい。セパレータ１６は、第２カソード活性分割体４０の第２曲線表面４４に付着してもよい。
【００４３】
第１カソード分割体２８の上部及び第２カソード分割体３８の上部は、カソード組立体２６の概ね均一かつ平坦な上面が形成されるように整列される。第１カソード分割体２８の底部及び第２カソード分割体３８の底部は、カソード組立体２６の概ね均一かつ平坦な底面が形成されるように整列される。セパレータディスク４８が、カソード組立体２６の底面に付着してもよい。セパレータディスク４８は、第１カソード分割体２８及び第２カソード分割体３８のセパレータ１６のために選択される材料と同じセパレータ材料、又は異なるセパレータ材料を含んでもよい。
【００４４】
セパレータディスク４８を有するカソード組立体２６は、電池のハウジング（図示せず）の開放端部内に挿入することができる。亜鉛、電解質、及びゲル化剤を含むアノード１４が、カソード組立体２６の中央部分５８内に形成される空隙空間内に配置され得る。ハウジング１８の開放端部は、ハウジングの長さが端部キャップ組立体を超えて延在するように、シール、少なくとも１つの集電体、及び端部キャップを含む端部キャップ組立体を開放端部内に配置すること、並びに、次に延在するハウジング長さを端部キャップ組立体の上に圧着させることによって、閉鎖され得る。
【００４５】
ここで図４及び７を参照すると、電池１０の円筒形ハウジング１８内に含まれるカソード組立体２６が示されている。カソード組立体２６は、第１カソード分割体２８と、第２カソード分割体３８と、セパレータディスク（図示せず）と、を含む。亜鉛、電解質、及びゲル化剤を含むアノード１４が、カソード組立体２６の中央部分５８内に形成される空隙空間内に配置され得る。少なくとも１つの集電体２０が、カソード組立体２６の中央部分５８内のアノード１４内に挿入される。
【００４６】
少なくとも１つの集電体２０は、カソード組立体２６の中央部分５８内の任意の位置に配置されてよい。例えば、１つの集電体２０が、円筒形ハウジング１８の中央内に位置してよい。代替的に、第１集電体２０が、カソード組立体２６の１つの位置、例えば、円筒形ハウジング１８の中心から延在する半径の約２分の１に配置されてもよく、第２集電体２０が、円筒形ハウジング１８の中心から第１集電体２０が延在するものとは異なる半径の約２分の１に配置されてもよい。電池設計者が必要かつ実用的と判断する場合、任意の数及び位置の集電体２０が、カソード組立体２６の中央部分５８内のアノード１４内に配置され得ることを理解されたい。
【００４７】
従来のアルカリ電池内で使用されるように再圧縮されるペレットを含むものなどの従来のカソード組立体は、広い範囲の放電プロファイル下で許容可能なレベルの放電性能を提供しない場合があることがわかっている。従来のカソード組立体を含む電池は、低又は中ドレイン放し得るが、高ドレイン放電プロファイル下では乏しい放電性能を提供する。反対に、高ドレイン放電プロファイルに最適化される従来のカソード組立体を含む電池は、高ドレイン放電プロファイル下では許容可能な性能を提供し得るが、低又は中ドレイン放電プロファイル下では乏しい放電性能を提供する。本発明のカソード組立体は、電池内に組み込まれると、従来のカソード組立体を含む電池と比較して、低、中、及び高ドレイン放電プロファイルに対して改良された放電性能を提供する。
【００４８】
ここで図８を参照すると、電池１０の電圧、容量、状態、及び／又は電力を決定するためにラベル内に組み込まれるインジケータ若しくはテスタ６２を有するラベル６０を含む、電池１０が示されている。ラベル６０は、ラベル画像及びテキストを有する透明又は半透明層による積層多層フィルムとすることができる。ラベル６０は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及び他の同様のポリマー材料から作製することができる。電池上に配置される既知の種類のテスタは、サーモクロミック及びエレクトロクロミックインジケータを含むことができる。サーモクロミック電池テスタでは、インジケータは、電池のアノード及びカソード電極間に配置され得る。消費者は、スイッチを手動で押下することによってインジケータを起動する。スイッチが押下されると、消費者は、サーモクロミックテスタを通して電池のアノードを電池のカソードに接続させたことになる。サーモクロミックテスタは、伝導体の抵抗もまた、その長さに沿って変化するように、可変幅を有する銀伝導体を含むことができる。電流が銀伝導体を通って移動すると、電流は、銀伝導体の上にあるサーモクロミックインクディスプレイの色を変化させる熱を生成する。サーモクロミックインクディスプレイは、電池の相対的容量を示すゲージとして配置され得る。電流が高いほど、より多くの熱が生成され、よりゲージが変化して電池が良好であることを示す。
【００４９】
実験的試験
組み立てられた単３アルカリ一次電池の性能試験
例示的な本発明のカソード組立体を含む単３電池を組み立てる。このカソード組立体は、２つのカソード分割体を含む。各カソード分割体は、カソード活性分割体及びセパレータを含む。各カソード活性分割体は、横断面方向の幅に沿った第１及び第２曲線表面、並びにカソード活性分割体の長手方向の長さに沿って伸びる２つのカソード接合表面を含む。両方のカソード活性分割体の第２曲線表面は、第２曲線表面のそれぞれに沿って単一の丸い突出部を含む。ポリビニルアルコールとレーヨン繊維との混合物を含む不織セパレータを、両方のカソード活性分割体のカソード接合表面及び第２曲線表面に付着させる。それに積層されたセロハン材料の層を有する不織材料を含むセパレータディスクを、セロハン層がカソード組立体に面するようにカソード組立体の底面に付着させる。カソード組立体を、円筒形ハウジングの開放端部内に挿入する。アノードを、追加量の電解質と共に、ハウジングの開放端部を通してカソード組立体の中央部分内に配置する。シール、中央に位置する１つの集電体、及び端部キャップを含む、端部キャップ組立体を、ハウジングの開放端部内に配置する。次に、ハウジングを端部キャップ組立体の上に圧着して、電池組立プロセスが完了する。次に、例示的な電池を条件付け、次に放電することができる。電池Ａとも称されるこの例示的な本発明のカソード組立体を含む電池の特定の設計特徴は、以下の表１に含まれる。
【００５０】
別の例示的な本発明のカソード組立体を含む単３電池を組み立てる。このカソード組立体は、２つのカソード分割体を含む。各カソード分割体は、カソード活性分割体及びセパレータを含む。各カソード活性分割体は、横断面方向の幅に沿った第１及び第２曲線表面、並びにカソード活性分割体の長手方向の長さに伸びる２つのカソード接合表面を含む。両方のカソード活性分割体の第２曲線表面は、第２曲線表面のそれぞれに沿って２つの丸い突出部を含む。ポリビニルアルコールとレーヨン繊維との混合物を含む不織セパレータを、両方のカソード活性分割体のカソード接合表面及び第２曲線表面に付着させる。それに積層されたセロハン材料の層を有する不織材料を含むセパレータディスクを、セロハン層がカソード組立体に面するようにカソード組立体の底面に付着させる。カソード組立体を、円筒形ハウジングの開放端部内に挿入する。アノードを、追加量の電解質と共に、ハウジングの開放端部を通してカソード組立体の中央部分内に配置する。シール、中央に位置する１つの集電体、及び端部キャップを含む、端部キャップ組立体を、ハウジングの開放端部内に配置する。ハウジングを次に端部キャップ組立体の上に圧着して、電池組立プロセスが完了する。次に、例示的な電池を条件付け、次に放電することができる。電池Ｂとも称されるこの例示的な本発明のカソード組立体を含む電池の特定の設計特徴は、以下の表１に含まれる。
【００５１】
従来のカソード組立体を含む単３電池を組み立てる。このカソード組立体は、４つのカソードペレットを含む。各ペレットは円筒形状であり、カソード物質を欠く中央部分を含む。カソードペレットを円筒形ハウジングの開放端部内に挿入し、次に再圧縮して、中央部分を有する均一な円筒形カソード組立体を形成する。セロハン層に積層される不織層を備えるセパレータを、ハウジング内にあるカソード組立体の中央部分内に挿入する。アノードを、追加量の電解質と共に、カソード組立体／セパレータの中央部分内に配置する。シール、中央に位置する１つの集電体、及び端部キャップを含む、端部キャップ組立体を、ハウジングの開放端部内に配置する。ハウジングを次に端部キャップ組立体の上に圧着して、電池組立プロセスが完了する。従来の電池を、次に条件付け、次に放電することができる。電池Ｃとも称される従来のカソード組立体を含む電池の特定の設計特徴は、以下の表１に含まれる。
【００５２】
【表１】
2016526779.tif 000003
【００５３】
放電性能試験前に、電池Ａ及びＢを２４時間にわたって周囲条件で静置させ、次に放電性能試験を受けさせる。電池Ｃを、温度条件付け管理体制に曝露する。温度条件付け管理体制下で、電池Ｃを１４日の過程にわたって様々な温度に曝露する。単一の２４時間期間の過程にわたる１周期と称される場合があるものに電池を曝露する。１周期は、６．５時間の過程にわたって約２８℃から約２５℃に下降する温度に電池を曝露することからなる。次に、４．５時間の過程にわたって約２５℃から約３４℃に上昇する温度に電池を曝露する。次に、２時間の過程にわたって約３４℃から約４３℃に上昇する温度に電池を曝露する。次に、１時間の過程にわたって約４３℃から約４８℃に上昇する温度に電池を曝露する。次に、１時間の過程にわたって約４８℃から約５５℃に上昇する温度に電池を曝露する。次に、１時間の過程にわたって約５５℃から約４８℃に下降する温度に電池を曝露する。次に、１時間の過程にわたって約４８℃から約４３℃に下降する温度に電池を曝露する。次に、３時間の過程にわたって約４３℃から約３２℃に下降する温度に電池を曝露する。最後に、４時間の過程にわたって約３２℃から約２８℃に下降する温度に電池を曝露する。この周期を１４日の過程にわたって繰り返し、次に電池に放電性能試験を受けさせる。
【００５４】
性能試験は、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ電動玩具試験（玩具試験）と称される場合がある放電性能試験を含む。電池Ａに、１時間にわたって３．９オームの一定負荷が電池に適用され、次に電池が１１時間にわたって静置される、加速された玩具試験プロトコルを受けさせる。電池Ｃに、１時間にわたって３．９オームの一定負荷が電池に適用され、次に電池が２３時間にわたって静置される、玩具試験プロトコルを受けさせる。０．８ボルトのカットオフ電圧に達するまで、それぞれの玩具試験周期を繰り返す。次に、達成される有効時間を報告する。
【００５５】
性能試験はまた、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ  ＣＤプレーヤ＆電子ゲーム試験（ＣＤプレーヤ試験）と称される場合がある放電性能試験を含む。電池Ａに、１時間にわたって０．２５アンプの一定負荷が電池に適用され、次に電池が１１時間にわたって静置される、加速されたＣＤプレーヤ試験プロトコルを受けさせる。電池Ｃに、１時間にわたって０．２５アンプの一定負荷が電池に適用され、次に電池が２３時間にわたって静置される、ＣＤプレーヤ試験プロトコルを受けさせる。０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで、それぞれのＣＤプレーヤ周期を繰り返す。次に、達成される有効時間を報告する。
【００５６】
性能試験はまた、ＡＮＳＩ／ＩＥＣオーディオ試験（オーディオ試験）と称される場合がある放電性能試験を含む。電池Ａに、１時間にわたって０．１００アンプの一定負荷、次に電池が１１時間にわたって静置される、加速されたオーディオ試験を受けさせる。電池Ｃに、１時間にわたって０．１００アンプの一定負荷、次に電池が２３時間にわたって静置される、オーディオ試験を受けさせる。０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで、それぞれのオーディオ試験周期を繰り返す。次に、達成される有効時間を報告する。
【００５７】
性能試験はまた、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ歯ブラシ及びカミソリ試験（歯ブラシ試験）と称される場合がある放電性能試験を含む。歯ブラシ試験プロトコルは、２分にわたって０．５アンプの一定負荷を電池に適用することを含み、次に電池が１５分間にわたって静置される。０．８ボルトのカットオフ電圧に達するまで、この周期を繰り返す。次に、達成される有効時間を報告する。
【００５８】
性能試験はまた、ＡＮＳＩ／ＩＥＣディジタルカメラ試験（ディジカム）と称される場合がある放電性能試験を含む。ディジカム試験プロトコルは、２８秒にわたって６５０ｍＷの直後に２秒にわたって１５００ｍＷの一定負荷を含むその電池に３０秒の振動を適用することを含む。５分にわたってこの周期を繰り返し、次に電池を５５分にわたって静置させる。１．０５ボルトのカットオフ電圧に達するまで、これを繰り返す。次に、達成される振動の総数を報告する。
【００５９】
性能試験結果
電池Ａ及び電池Ｃの両方に、玩具、ＣＤプレーヤ、オーディオ、歯ブラシ、並びにディジカム性能試験を受けさせる。電池Ｂには、歯ブラシ性能試験を受けさせる。本発明のカソード組立体の一実施形態を含む電池Ａは、従来のカソード組立体を含む電池Ｃの性能と比較して、全放電試験で向上した性能を提供する。電池Ａ内に含まれる本発明のカソード組立体の実施形態は、電池Ｃと比較して、全性能試験プロトコルにわたって改良された放電性能試験に寄与することができる。電池Ａは、低ドレインプロトコルでの改良も提供しながら、中及び高ドレイン放電プロトコルでの実質的な改良を提供することができる。例えば、電池Ｃと比較して、電池Ａは、中ドレイン試験における２桁の改良及び低ドレイン試験における１桁の改良を達成しながら、ディジカム試験でのほぼ２倍の改良を提供する。電池Ｂもまた、電池Ｃと比較して、高ドレイン放電プロトコルでの実質的な改良を提供することができる。以下の表２は、性能試験結果を要約する。差異％の列は、電池Ａ、又は電池Ｂの、電池Ｃに対する性能の差異の百分率を含む。
【００６０】
【表２】
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【００６１】
本明細書に開示される寸法及び値は、列挙される正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。むしろ、特に明記しない限り、そのような各寸法は、列挙される値、及びその値を取り巻く機能的に等量の範囲の両方を意味するよう意図される。例えば、「４０ｍｍ」と開示された寸法は、「約４０ｍｍ」を意味するものである。
【００６２】
相互参照されるか又は関連する全ての特許又は特許出願、及び本願が優先権又はその利益を主張する任意の特許出願又は特許を含む、本願に引用される全ての文書は、特に除外すること又は限定することを明言しない限りにおいて、その全容にわたって本願に援用するものである。いかなる文書の引用も、それが本明細書で開示若しくは特許請求される任意の発明に対する先行技術であること、又はそれが単独で、若しくは任意の他の参考文献（単数若しくは複数）との任意の組み合わせにおいて、そのような発明のいずれかを教示、示唆、若しくは開示することを容認するものではない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照することによって組み込まれた文書内の同じ用語の意味又は定義と競合する程度に、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。
【００６３】
本発明の特定の実施形態を例示及び説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正が行われ得ることが、当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内であるそのような全ての変更及び修正を、添付の特許請求の範囲に含むことが意図される。例えば、２つのカソード活性分割体を形成することができる。一方のカソード活性分割体の上部は、他方のカソード活性分割体の底部と隣り合って配置され得る。次にセパレータが、カソード活性分割体のカソード接合表面に沿って付着して、カソード組立体内での使用のための第１カソード活性分割体を形成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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