(57)【要約】  エンドキャップ２４と、集電体２０と、シール２２と、を有する電気化学電池１０のためのエンドキャップ組立体２６。集電体２０は、一方の端部にヘッド３４を有する柱状体３２を備える。シール２２は、集電体２０が通って挿入される開口部３８を有する中心ボス３６を有する。シール２２はまた、周縁部４０と、中心ボス３６を周縁部４０と接続する接続部４２と、を有する。中心ボス３６の上面４８は、エンドキャップ２４の底面５０と向かい合い、中心ボス３６の底面５０は、接続部４２の底面４６より下方には延出しない。集電体２０は、集電体２０のヘッド３４が中心ボス３６の上面４８に接触しないように、中心ボス３６の開口部３８内に位置付けられ、集電体２０のヘッド３４と中心ボス３６の上面４８との間に約０．０１ｍｍ〜約０．５０ｍｍの間隙を形成する。集電体２０のヘッド３４は、エンドキャップ２４の底面３０に電気的に接続している。
2016517145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学電池のためのエンドキャップ組立体であって、
上面及び底面を有するエンドキャップと、
一方の端部にヘッドを有する柱状体を備える集電体と、
前記集電体が通って挿入される開口部を有する中心ボスと、周縁部と、前記中心ボスを前記周縁部と接続する接続部と、を備えるシールと、
を備え、
前記接続部が、上面及び底面を有し、
前記中心ボスが、上面及び底面を備え、前記中心ボスの前記上面が、前記エンドキャップの前記底面と向かい合い、前記中心ボスの前記底面が、前記接続部の前記底面より下方には延出せず、
前記集電体が、前記集電体の前記ヘッドが前記中心ボスの前記上面に接触しないように、前記中心ボスの前記開口部内に位置付けられ、前記集電体の前記ヘッドと前記中心ボスの前記上面との間に０．０１ｍｍ〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、
前記集電体の前記ヘッドが、前記エンドキャップの前記底面に電気的に接続している、エンドキャップ組立体。
【請求項２】
前記集電体の前記ヘッドと前記中心ボスの前記上面との間の前記間隙にシーラントを更に含む、請求項１に記載の電気化学電池のためのエンドキャップ組立体。
【請求項３】
前記中心ボスの前記上面が、陥凹部を有する、請求項１又は２に記載の電気化学電池のためのエンドキャップ組立体。
【請求項４】
前記中心ボスの前記上面の前記陥凹部内にシーラントを更に含む、請求項３に記載の電気化学電池のためのエンドキャップ組立体。
【請求項５】
前記シールが、ポリマー、ポリマー複合体、及びこれらの混合物からなる群から選択される材料を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気化学電池のためのエンドキャップ組立体。
【請求項６】
前記材料が、ナイロン６，６、ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエーテルウレタン、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項５に記載の電気化学電池のためのエンドキャップ組立体。
【請求項７】
前記シールが、前記接続部と一体型の破断可能な通気栓を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学電池のためのエンドキャップ組立体。
【請求項８】
電気化学電池であって、
少なくとも１つの開放端部を有するハウジングと、
アノード、カソード、前記アノードと前記カソードとの間に配置されるセパレータ、及び前記ハウジング内の電解質と、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンドキャップ組立体と、
を備える、電気化学電池。
【請求項９】
前記電気化学電池が、ＡＡＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、及びＤからなる群から選択されるサイズを含む、請求項８に記載の電気化学電池。
【請求項１０】
前記集電体の前記ヘッドと前記中心ボスの前記上面との間の前記間隙にシーラントを含む、請求項８又は９に記載の電気化学電池。
【請求項１１】
前記中心ボスの前記上面が、陥凹部を有する、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の電気化学電池。
【請求項１２】
前記中心ボスの前記上面の前記陥凹部内にシーラントを含む、請求項１１に記載の電気化学電池。
【請求項１３】
前記シールが、ポリマー、ポリマー複合体、及びこれらの混合物からなる群から選択される材料を含む、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の電気化学電池。
【請求項１４】
前記材料が、ナイロン６，６、ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエーテルウレタン、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の電気化学電池。
【請求項１５】
前記シールが、前記接続部と一体型の破断可能な通気栓を備える、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の電気化学電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ電気化学電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学電池、又は電池は、電気エネルギー源として広く使用されている。電池は、通常アノードと呼ばれる負極と、通常カソードと呼ばれる正極と、を含む。アノードは、酸化され得る活物質を含んでいる。カソードは、還元され得る活物質を含んでいる。アノード活物質は、カソード活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セパレータが配置される。これらの構成要素は、典型的に金属から作製される、カン（can）、又はハウジング内に配置される。
【０００３】
電池が装置の電気エネルギー源として用いられるとき、アノード及びカソードに電気接触が形成され、それによって電子が装置を貫流することができるとともに、酸化及び還元それぞれの反応を生じさせることで電力が供給される。アノード及びカソードと接触している電解質は、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ことで、放電中の電池全体の荷電平衡を維持する。
【０００４】
電池を、玩具、リモコン、オーディオ装置、懐中電灯、デジタルカメラ及び撮像周辺機器、電子ゲーム機、歯ブラシ、ラジオ、並びに時計等の最新の電子装置への給電により適するようにすることが、ますます必要とされてきている。この必要を満たすために、電池は、アノード及びカソード活物質のより高いローディング（loading）を含んで耐用寿命を延長させることができる。しかしながら、電池は、一定の外部寸法を有するＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡＡＡ、Ｃ、及びＤの電池サイズ等の普通サイズとしても供給される。アノード及びカソード活物質の増加したローディングを含めることを更に可能にするために、電池ハウジングの内部体積を増大させてもよい。エンドキャップ組立体によって占有される体積の減少は、アノード及びカソード活物質の更なる量を内部に含めるためにより大きい内部体積を提供する、１つの利用可能な変数である。これらの変更は、最低でも、現在の設計に匹敵する水準で電解質漏れ抵抗を維持しなければならない。電力容量、耐用寿命、周囲条件及び加速環境条件下での漏れ抵抗、並びに長期保管等の一般的な電池性能を実質的に高めるために、最低でも、電解質漏れ抵抗を維持しつつ、活性アノード及びカソード物質の量を増加させるために内部電池体積の増加を可能にする、電池において使用するためのエンドキャップ組立体を提供する必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、本発明は、電気化学電池のためのエンドキャップ組立体に関する。エンドキャップ組立体は、上面及び底面を有するエンドキャップと、一方の端部にヘッドを有する柱状体を備える集電体と、該集電体が通って挿入される開口部を有する中心ボスを備えるシールと、を備える。シールは、周縁部と、該中心ボスを周縁部と接続する接続部と、を備える。接続部は、上面及び底面を有する。中心ボスは、上面及び底面を備える。中心ボスの上面は、エンドキャップの底面と向かい合い、中心ボスの底面は、接続部の底面より下方には延出しない。集電体は、集電体のヘッドが、中心ボスの上面に接触しないように中心ボスの開口部内に位置付けられ、集電体のヘッドと中心ボスの上面との間に約０．０１ｍｍ〜約０．５０ｍｍの間隙を形成する。集電体のヘッドは、エンドキャップの底面に電気的に接続している。
【０００６】
別の実施形態では、本発明は、電気化学電池に関する。電気化学電池は、少なくとも１つの開放端部を有するハウジング、アノード、カソード、アノードとカソードとの間に配置されるセパレータ、及びハウジング内の電解質を含む。エンドキャップ組立体は、ハウジングの少なくとも１つの開放端部内に適合されている。エンドキャップ組立体は、上面及び底面を有するエンドキャップと、一方の端部にヘッドを有する柱状体を備える集電体と、該集電体が通って挿入される開口部を有する中心ボスを備えるシールと、を備える。シールは、周縁部と、該中心ボスを周縁部と接続する接続部と、を備える。接続部は、上面及び底面を有する。中心ボスは、上面及び底面を備える。中心ボスの上面は、エンドキャップの底面と向かい合い、中心ボスの底面は、接続部の底面より下方には延出しない。集電体は、集電体のヘッドが中心ボスの上面に接触しないように、中心ボスの開口部内に位置付けられ、集電体のヘッドと中心ボスの上面との間に約０．０１ｍｍ〜約０．５０ｍｍの間隙を形成する。集電体のヘッドは、エンドキャップの底面に電気的に接続している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本明細書は、本発明を形成すると考えられる主題を詳しく指摘して明瞭に請求する特許請求の範囲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】電気化学電池の断面図である。
【図２】本発明のエンドキャップ組立体の図である。
【図３】本発明のエンドキャップ組立体を含む完成した電気化学電池の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
電気化学電池、又は電池は、一次であっても二次であってもよい。一次電池は、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。一次電池は、例えば、Ｄａｖｉｄ  Ｌｉｎｄｅｎ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，４ｔｈ  ｅｄ．２０１１）に記載されている。二次電池は、再充電されるように意図される。二次電池は、多数回、例えば、５０回超、１００回超、又はそれ以上の放電及びその後の再充電が可能である。二次電池は、例えば、Ｄａｖｉｄ  Ｌｉｎｄｅｎ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，４ｔｈ  ｅｄ．２０１１）に記載されている。したがって、電池は、種々の電気化学対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、一次アルカリ電気化学電池、即ち電池に関するが、本発明が、水性系又は非水性系いずれかの一次電池及び二次電池の両方に適用されることを理解されたい。したがって、水性系又は非水性系いずれかの一次電池及び二次電池の両方が、本出願の範囲内であり、本発明は、任意の特定の実施形態に限定されない。
【０００９】
図１を参照すると、アルカリ電気化学電池、即ち電池１０は、カソード１２、アノード１４、セパレータ１６、及びハウジング１８を含む。電池１０は更に、集電体２０、シール２２、及びエンドキャップ２４を含む。電解質溶液（図示せず）は、電池１０全体に分散している。電池１０は、例えば、ＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡＡＡ、Ｃ、又はＤサイズのアルカリ電池であり得る。
【００１０】
ハウジング１８は、一次アルカリ電池において広く使用されている任意の従来の種類のハウジングであってよく、例えば、冷間圧延鋼又はニッケルめっき冷間圧延鋼等の任意の適切な材料で作製可能である。ハウジング１８は、従来の円筒形状を有してもよいし、又は例えば角柱形等、任意の他の適切な非円筒形状を有してもよい。ハウジング１８は、冷間圧延鋼又はニッケルめっき鋼等の母材のシートから、例えば、深絞りされ得る。ハウジング１８は、例えば、円筒形状内に絞られ得る。完成したハウジング１８は、少なくとも１つの開放端部を有し得る。完成したハウジング１８は、それらの間に側壁を持つ閉鎖端部及び開放端部を有し得る。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で低電気接触抵抗を有する材料により処理されてよい。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ように、例えば、ニッケル、コバルトでめっきされてもよく、及び／又は炭素充填塗料で塗布されてもよい。
【００１１】
カソード１２は、１つ以上の電気化学的に活性のカソード材料を含む。電気化学的に活性なカソード材料として、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）、ハイパワー電解二酸化マンガン（ＨＰＥＭＤ）、λ二酸化マンガン、及びこれらの混合物を挙げることができる。その他の電気化学的に活性なカソード材料として、酸化銀、酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化銅、ヨウ素酸銅等の銅塩、酸化ビスマス、高原子価ニッケル、酸素、これらの合金、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。酸化ニッケルには、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、及びこれらの組み合わせが含まれ得る。オキシ水酸化ニッケルには、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／あるいはβ−オキシ水酸化ニッケル及び／又はγ−オキシ水酸化ニッケルの連晶（intergrowth）が含まれ得る。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には、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／あるい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連晶（intergrowth）が含まれ得る。酸化ニッケルには、一般化学式Ｌｉ1-xＨyＮｉＯ2を有する部分的に脱リチウム化された層状酸化ニッケルが含まれ得、式中、０．１≦ｘ≦０．９及び０．１≦ｙ≦０．９である。多価ニッケルには、例えば四価ニッケルが含まれ得る。
【００１２】
電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）は、その高い密度のため及び電解法により高純度のものが好都合に得られるため、アルカリ電池等の電気化学電池のための二酸化マンガンの好ましい形態である。化学二酸化マンガン（ＣＭＤ）、即ち化学的に合成される二酸化マンガンも、アルカリ電池及びヘビーデューティ（heavy-duty）電池を含む電気化学電池において電気化学的に活性なカソード材料として使用されている。
【００１３】
ＥＭＤは、典型的に、硫酸マンガン及び硫酸を含有する水溶液の直接電解法から製造される。ＥＭＤの製造のためのプロセス及びその特性は、Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｋａｒｌ  Ｖ．Ｋｏｒｄｅｓｃｈ，Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，Ｖｏｌ．１，（１９７４），ｐ．４３３〜４８８に見られる。ＣＭＤは、典型的には、「Ｓｅｄｅｍａ  ｐｒｏｃｅｓｓ」として当該技術分野において既知のプロセス、即ち米国特許第２，９５６，８６０号（Ｗｅｌｓｈ）により開示される化学プロセスによって作製される。電池品質のＭｎＯ2を、ＭｎＳＯ4とアルカリ金属塩素酸塩（好ましくは、ＮａＣｌＯ3）との反応混合物を使用することによって、Ｓｅｄｅｍａ  ｐｒｏｃｅｓｓにて生成することができる。二酸化マンガンの販売業者として、Ｔｒｏｎｏｘ、Ｅｒａｃｈｅｍ、Ｔｏｓｏｈ、Ｄｅｌｔａ  Ｍａｎｇａｎｅｓｅ、及びＸｉａｎｇｔａｎが挙げられる。電池において、放電中のカン歪みが非常に低いか又は全くないことを所望する場合、高電力（ＨＰ）ＥＭＤが使用されてもよい。好ましくは、カソード活物質としてＨＰ  ＥＭＤを含む電池は、少なくとも１．６３５ボルト（Ｖ）の開回路電圧（ＯＣＶ）を有する。好適なＨＰ  ＥＭＤは、ＴｒｏｎｏｘからＨｉｇｈ  Ｄｒａｉｎの商標名で市販されている。
【００１４】
カソード１２は、炭素粒子及びバインダーを更に含むことができる。カソード１２は、その他の添加剤を更に含むことができる。カソード１２は、製造時点において以下の式によって計算され得る多孔率を有するであろう：
カソード多孔率＝（１−（カソード固体体積÷カソード体積））×１００
カソード多孔率は、約１５％〜約４５％であってもよく、好ましくは、約２２％〜約３１％である。カソードの多孔率は、カソードの電解質による濡れ及び電池の放電に関係するカソードの膨潤に起因して、多孔率が時間とともに変化するため、典型的には製造時点において計算される。
【００１５】
カソード中に炭素粒子を含むことにより、電子がカソードを貫流できるようになる。炭素粒子は、膨張黒鉛及び天然黒鉛等の黒鉛；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；及びこれらの混合物であってよい。カソード中の炭素粒子の量は比較的少ない、例えば、約７．０％未満、３．７５％未満、又は更には３．５％未満、例えば２．０％〜３．５％であることが好ましい。炭素濃度が低いほど、電池の体積を増やす、又は空隙の体積（電池内で気体が発生するときに内圧が過度に上昇することがないよう、特定の水準以上に保たれなければならない）を減らすことなく、カソード内の活物質のより高いローディングを組み込むことができる。電池内で使用するのに好適な膨張黒鉛は、例えば、Ｔｉｍｃａｌから入手できる。
【００１６】
一般的には、カソードが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装置に潤滑性を提供するが、この種類の黒鉛は、膨張黒鉛よりも著しく伝導度が低く、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度を得るために、より多くの非膨張黒鉛を使用する必要がある。好ましくはないが、カソードは、低濃度の非膨張黒鉛を含んでもよいが、これは、特定のカソード伝導度を保ちつつ得ることができる黒鉛の濃度の低減を損なうであろう。
【００１７】
活性カソード材料（複数可）等のカソード成分、炭素粒子、バインダー、及び任意のその他の添加剤は、水性水酸化カリウム電解質等の液体と組み合わされ、ブレンドされ、完成した電池の製造において使用するペレット内にプレス加工されてもよい。最適なペレット加工のためには、一般的に、カソード材料が、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。
【００１８】
カソード１２で使用され得るバインダーの例としては、ポリエチレン、ポリアクリル酸、又はＰＶＤＦ若しくはＰＴＦＥ等のフッ化炭素樹脂が挙げられる。ポリエチレンバインダーの例は、商標名ＣＯＡＴＨＹＬＥＮＥ  ＨＡ−１６８１（Ｈｏｅｃｈｓｔ又はＤｕＰｏｎｔから入手可能）で販売されている。
【００１９】
その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、並びに米国出願第１０／７６５，５６９号に記載されており、参照によりすべてが本明細書に組み込まれる。
【００２０】
カソード１２内の電気化学的に活性なカソード材料の量は、カソードローディング（cathode loading）と称する場合がある。カソード１２のローディングは、電池内において使用される電気化学的に活性なカソード材料及び電池の電池サイズに応じて、様々であり得る。例えば、電気化学的に活性なカソード材料である二酸化マンガンによるＡＡサイズの電池は、少なくとも９．０グラムの二酸化マンガンのカソードローディングを有することができる。カソードローディングは、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よい。カソードローディングは、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よい。カソードローディングは、約９．７グラム〜約１１．０グラムの二酸化マンガンであってよい。カソードローディングは、約９．８グラム〜約１１．２グラムの二酸化マンガンであってよい。カソードローディングは、約９．９グラム〜約１１．５グラムの二酸化マンガンであってよい。カソードローディングは、約１０．４グラム〜約１１．５グラムの二酸化マンガンであってよい。ＡＡＡサイズの電池においては、カソードローディングは、約４．０グラム〜約６．０グラムの二酸化マンガンであってよい。ＡＡＡＡサイズの電池においては、カソードローディングは、約２．０グラム〜約３．０グラムの二酸化マンガンであってよい。Ｃサイズの電池においては、カソードローディングは、約２５．０グラム〜約２９．０グラムの二酸化マンガンであってよい。Ｄサイズの電池においては、カソードローディングは、約５４．０グラム〜約７０．０グラムの二酸化マンガンであってよい。
【００２１】
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材料、ゲル化剤、並びに有機及び／又は無機気体発生防止剤等の少量の添加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材料は、亜鉛、カドミウム、鉄、ＡＢ5（Ｈ）、ＡＢ2（Ｈ）、及びＡ2Ｂ7（Ｈ）等の金属水酸化物、これらの合金、並びにこれらの混合物を含むことができる。
【００２２】
アノード１４内の電気化学的に活性なアノード材料の量は、アノードローディング（anode loading）と称する場合がある。アノード１４のローディングは、電池内において使用される電気化学的に活性なアノード材料及び電池の電池サイズに応じて、様々であり得る。例えば、電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛によるＡＡサイズの電池は、少なくとも約３．３グラムの亜鉛のアノードローディングを有することができる。アノードローディングは、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よい。アノードローディングは、約４．０グラム〜５．５グラムの亜鉛であってよい。アノードローディングは、約４．２グラム〜５．２グラムの亜鉛であってよい。例えば電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛によるＡＡＡサイズの電池は、少なくとも約１．９グラムの亜鉛のアノードローディングを有することができる。例えば、アノードローディングは、少なくとも約２．０又は約２．１グラムの亜鉛を有することができる。例えば電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛によるＡＡＡＡサイズの電池は、少なくとも約０．６グラムの亜鉛のアノードローディングを有することができる。例えば、アノードローディングは、少なくとも約０．７〜約１．０グラムの亜鉛を有することができる。例えば電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛によるＣサイズの電池は、少なくとも約９．５グラムの亜鉛のアノードローディングを有することができる。例えば、アノードローディングは、少なくとも約１０．０〜約１５．０グラムの亜鉛を有することができる。例えば電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛によるＤサイズの電池は、少なくとも約１９．５グラムの亜鉛のアノードローディングを有することができる。例えば、アノードローディングは、少なくとも約２０．０〜約３０．０グラムの亜鉛を有することができる。
【００２３】
使用され得るゲル化剤の例としては、ポリアクリル酸；Ｃａｒｂｏｐｏｌ等の、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）；又はこ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、又はインジウム等の無機材料を含むことができる気体発生防止剤を含むことができる。あるいは、気体発生防止剤として、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のような有機化合物を挙げることができる。
【００２４】
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、及びこれらの混合物であってもよい。イオン伝導性成分は、塩を含むこともできる。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、及びこれらの混合物であってもよい。イオン伝導性成分の濃度は、電池の設計及び電池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、水を有する溶液において水酸化物をイオン伝導性成分として含むことができる。電解質中の水酸化物の濃度は、電解質の総重量にもとづいて約０．２５〜約０．３５又は約２５％〜約３５％であってよい。例えば、電解質の水酸化物の濃度は、電解質の総重量にもとづいて約０．２５〜約０．３２又は約２５％〜約３２％であってよい。水性アルカリ電解質はまた、その中に溶解される酸化亜鉛（ＺｎＯ）も含むことができる。ＺｎＯは、アノード中の亜鉛の腐食を抑えるように機能することができる。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。例えば、ＺｎＯ濃度は、電解質の約１重量％〜約３重量％であってよい。
【００２５】
ＡＡサイズのアルカリ電池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〜約４．０グラムであってよい。好ましくは、ＡＡサイズの電池における電解質の重量は、例えば約３．３グラム〜約３．８グラムであってよい。より好ましくは、ＡＡサイズの電池における電解質の重量は、例えば約３．４グラム〜約３．６グラムであってよい。ＡＡＡサイズのアルカリ電池における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グラムであってよい。好ましくは、ＡＡＡサイズの電池における電解質の重量は、例えば約１．２グラム〜約１．８グラムであってよい。より好ましくは、ＡＡサイズの電池における電解質の重量は、例えば約１．４グラム〜約１．６グラムであってよい。
【００２６】
セパレータ１６は、電解質によって濡らすことができる又は電解質によって濡らされた材料を含む。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、又は液体が自発的に表面全体に広がる傾向がある場合に、液体によって濡らされると言われ、これら両条件は通常は共存する。セパレータ１６は、織られた紙又は布あるいは不織の紙又は布を含むことができる。セパレータ１６は、例えば不織布材料の層と組み合わせられたセロハンの層を含むことができる。セパレータは、更なる不織布材料の層を有してもよい。セパレータの材料は、薄くてよい。例えば、セパレータは、１５０マイクロメートル（ミクロン）未満の乾燥厚さを有することができる。セパレータは、例えば１００ミクロン未満の乾燥厚さを有することができる。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、ある空気透過率値を有することができる。セパレータ１６は、ＩＳＯ  ２９６５に定義されるような空気透過率値を有することができる。セパレータ１６の空気透過率値は、約２０００ｃｍ3／ｃｍ2・ｍｉｎ＠１ｋＰａ〜約５０００ｃｍ3／ｃｍ2・ｍｉｎ＠１ｋＰａであってよい。セパレータ１６の透気度値は、約３０００ｃｍ3／ｃｍ2・ｍｉｎ＠１ｋＰａ〜約４０００ｃｍ3／ｃｍ2・ｍｉｎ＠１ｋＰａであってよい。セパレータ１６の透気度値は、約３５００ｃｍ3／ｃｍ2・ｍｉｎ＠１ｋＰａ〜約３８００ｃｍ3／ｃｍ2・ｍｉｎ＠１ｋＰａであってよい。
【００２７】
図２を参照すると、アルカリ電池１０のためのエンドキャップ組立体２６は、集電体２０、シール２２、及びエンドキャップ２４を含む。エンドキャップ組立体２６は、電池を圧着することによって閉鎖する前に、電池１０のハウジング１８の開放端部内に挿入され得る。エンドキャップ組立体２６は、電池１０の内容物をハウジング１８内に維持するのに役立つ。集電体２０は、電池１０のアノード１４から、例えばデバイスの外部回路を通してカソード１２まで電子を伝導させる。エンドキャップ２４は、電池１０の集電体２０に電気的に接続している。シール２２は、ハウジング１８と電池１０のエンドキャップ２４との間に断熱性障壁を提供する。
【００２８】
集電体２０は、当該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され得る。集電体２０は、例えば、爪のような形状を有してもよい。集電体２０は、柱状体３２、及び柱状体３２の一方の端部に位置するヘッド３４を有してもよい。集電体２０のヘッド３４は、上面５８及び底面６０を有する。集電体２０は、金属、例えば亜鉛、銅、真ちゅう、銀、又は任意のその他の好適な材料で作製することができる。集電体２０は、必要に応じて、集電体２０と例えばアノード１４との間に低い電気接触抵抗、及び気体形成を抑制する能力を呈する、スズ、亜鉛、ビスマス、インジウム、又は別の適切な材料でめっきすることができる。
【００２９】
シール２２は、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエーテルウレタン等のポリマー、ポリマー複合体、及びこれらの混合物を所定の寸法の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、並びにこれらの複合体及び混合物から作製され得る。例示的な射出成形方法は、コールドランナー方法及びホットランナー方法の両方を含む。シール２２は、可塑剤、結晶性造核剤、酸化防止剤、離型剤、潤滑剤、及び帯電防止剤等のその他の既知の機能材料を含有してもよい。シール２２はまた、シーラントでコーティングされてもよい。シール２２は、電池１０内で使用する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重量パーセントの湿分含量を有し得る。
【００３０】
シール２２は、中心円筒部分、即ちボス３６を含む。中心ボス３６は、上面４８及び底面５０を有する。中心ボス３６は、円筒形状を有し得る。中心ボス３６は、外径を有し得る。中心ボス３６は、高さＨを有し得る。中心ボス３６の底面５０は、陥凹部（図示せず）を含み得る。
【００３１】
中心ボスの外径は、電池サイズに依存するであろう。ＡＡサイズの電池の中心ボスの直径は、例えば、少なくとも約３．４０ｍｍ〜約３．７０ｍｍ、少なくとも約３．５０ｍｍ〜約３．６０ｍｍ、又は約３．５５ｍｍであり得る。ＡＡＡサイズの電池の中心ボスの直径は、例えば、少なくとも約２．９ｍｍ〜約３．９５ｍｍ、少なくとも約２．９５ｍｍ〜約３．８７ｍｍ、少なくとも約３．０ｍｍ〜約３．１２５ｍｍであり得る。ＡＡＡＡサイズの電池の中心ボスの直径は、例えば、少なくとも約２．９０ｍｍ〜約３．２０ｍｍ、少なくとも約２．９７ｍｍ〜約３．１２ｍｍ、又は約３．０５ｍｍであり得る。Ｃ及びＤサイズの電池の中心ボスの直径は、例えば、少なくとも約３．４０ｍｍ〜約３．７０ｍｍであり得る。
【００３２】
中心ボス３６の高さＨは、電池サイズに依存するであろう。ＡＡサイズの電池の中心ボスの高さは、例えば、少なくとも約１．５０ｍｍ〜約５．５０ｍｍ、少なくとも約１．６５ｍｍ〜約１．８５ｍｍ、約２．０ｍｍ〜約２．２０ｍｍ、又は約４．９０ｍｍ〜約５．２５ｍｍであり得る。ＡＡＡサイズの電池の中心ボスの高さは、例えば、少なくとも約２．７５ｍｍ〜約４．５０ｍｍ、少なくとも約２．８０ｍｍ〜約３．０ｍｍ、又は少なくとも約４．２０ｍｍ〜約４．４５ｍｍであり得る。ＡＡＡＡサイズの電池の中心ボスの高さは、例えば、少なくとも約２．２５ｍｍ〜約２．６０ｍｍ又は少なくとも約２．３５ｍｍ〜約２．５５ｍｍであり得る。Ｃサイズの電池の中心ボスの高さは、例えば、少なくとも約６．１５ｍｍ〜約６．６５ｍｍ又は約６．２５ｍｍ〜約６．５０ｍｍであり得る。Ｄサイズの電池の中心ボスの高さは、例えば、少なくとも約６．５０ｍｍ〜約７．２５ｍｍ又は約６．７５ｍｍ〜約７．２０ｍｍであり得る。
【００３３】
中心ボス３６は、開口部３８を含んでもよい。集電体２０は、中心ボス３６の開口部３８内にそれを通って挿入され得る。集電体２０は、間隙５２が集電体２０のヘッド３４の底面とシール２２の中心ボス３６の上面４８との間に存在するように、中心ボス３６の開口部３８内にそれを通って挿入され得る。間隙５２は、ボスから爪部までの間隙と称する場合がある。
【００３４】
集電体２０が中心ボス３６の開口部３８内にそれを通って挿入されたときの集電体２０の材料面とシール２２の材料面との接合面は、静止摩擦係数を有するであろう。静止摩擦係数は、電池１０のハウジング１８がエンドキャップ組立体全体にわたって圧着される間、又は圧着された後に、集電体２０が移動しないようなものでなければならない。静止摩擦係数はまた、電池１０の集電体２０と中心ボス３６との間に起こり得る電解質漏れの減少にも寄与し得る。静止摩擦係数は、約０．０９５を超えるものでなければならない。静止摩擦係数は、例えば、約０．１０〜約０．５０であり得る。
【００３５】
ボスから爪部までの間隙の距離は、すべての電池の大きさに対して同じであってもよい。ボスから爪部までの間隙は、例えば、少なくとも約０．０１ｍｍ〜約０．５０ｍｍ、約０．０１ｍｍ〜約０．０９ｍｍ、約０．１０ｍｍ〜約０．４０ｍｍ、又は約０．２０ｍｍ〜約０．３０ｍｍ、又は約０．２２５ｍｍ〜約０．２７５ｍｍであり得る。
【００３６】
シーラント（図示せず）は、集電体２０と中心ボス３６の開口部３８との間の電解質漏れの可能性を減少させるように、集電体２０を中心ボス３６の開口部３８内にそれを通して挿入する前に、ボスの上面及び／又は爪部に置かれてもよい。中心ボス３６の上面４８は、陥凹部５４を含んでもよい。シーラント（図示せず）は、集電体２０と中心ボス３６の開口部３８との間の電解質漏れの可能性を減少させるように、集電体２０を中心ボス３６の開口部３８内にそれを通して挿入する前に、陥凹部５４に置かれてもよい。集電体を中心ボス３６の開口部３８内にそれを通して挿入する前に間隙内に置かれ得るシーラント及び集電体を中心ボス３６の開口部３８内にそれを通して挿入する前に陥凹部５４内に置かれ得るシーラントは、電解質の存在下で化学分解に対する抵抗性を呈する任意のシーラントであってよい。シーラントは、間隙５２及び／又は陥凹部５４を完全に充填してもよいし部分的に充填してもよい。シーラントは、例えば、ポリアミド、樹脂、ポリビニールアルコールの水溶液、ブローンアスファルト、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリエチレンワックス、及びこれらの混合物であってもよい。
【００３７】
シール２２は、周縁部４０を含む。周縁部４０は、電池１０のエンドキャップ２４とハウジング１８との間に介在する。シール２２は、中心ボス３６を周縁部４０に接続する接続部４２を含む。接続部４２は、上面４４及び底面４６を有する。中心ボス５０の底面は、接続部４２の底面４６を越えるように、底面４６より上方に、又は底面４６より下方には、延出しない。
【００３８】
接続部４２は、接続部４２と一体型の破断可能な通気栓５６を含み得る。破断可能な通気栓５６は、接続部４２の上面４４に位置してもよく、接続部４２の底面４６に位置してもよく、また接続部４２の上面４４及び底面４６の両方に位置してもよい。破断可能な通気栓５６は、電池ハウジングの内部の気体の圧力が、例えば、短絡状態に起因して過度に高くなった場合に安全装置として作用する、接続部４２の薄くなった区分であり得る。破断可能な通気栓５６は、任意の形状及び構成のものであってよい。破断可能な通気栓５６は、例えば、円形状、楕円形状、ｖ−チャネル形状、多角形状、及びこれらの組み合わせを有してよい。破断可能な通気栓５６は、例えば、環状構成、放射状構成、コイン状構成（coined configuration）、及びこれらの組み合わせを有してよい。
【００３９】
破断可能な通気栓の厚さは、電池サイズに応じて様々であろう。例えば、ＡＡサイズの電池の破断可能な通気栓の厚さは、約０．０２ｍｍ〜約０．２０ｍｍであり得る。例えば、ＡＡＡサイズの電池の破断可能な通気栓の厚さは、約０．０５ｍｍ〜約０．２０ｍｍであり得る。破断可能な通気栓の厚さは、例えば、約０．０６ｍｍ〜約０．０９５ｍｍ又は約０．１５ｍｍ〜約０．１８ｍｍであり得る。例えば、ＡＡＡＡサイズの電池の破断可能な通気栓の厚さは、約０．０７ｍｍ〜約０．１０ｍｍであり得る。例えば、Ｃサイズの電池の破断可能な通気栓の厚さは、約０．０８ｍｍ〜約０．２０ｍｍであり得る。例えば、Ｄサイズの電池の破断可能な通気栓の厚さは、約０．０３８ｍｍ〜約０．１５５ｍｍであり得る。
【００４０】
シール２２はまた、他の構造特徴を含んでもよい。シール２２は、例えば、スカート２２ａを含んでよい。スカートは、電池の開放端部がエンドキャップ組立体全体にわたって圧着されて閉鎖されたときに、適所にセパレータ材料を保持するように機能し得る。シール２２はまた、圧着中等の電池組み立て中に起こり得る変形を吸収及び／又は緩衝する特徴（図示せず）も含み得る。これらの特徴は、例えば、シール２２内の破断可能な通気栓５６の不要な変形の転移及びそれへの不要な応力の転移を制限し得る。
【００４１】
エンドキャップ２４は、電池１０の陰端子として機能し得る。エンドキャップ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得る。エンドキャップ２４は、例えば、円筒又はプリズム形状を有し得る。エンドキャップ２４は、好適な寸法の所望の形状に材料をプレス加工することによって形成され得る。エンドキャップ２４は、電池１０の放電中に電子を伝導するであろう任意の好適な材料から作製され得る。エンドキャップ２４は、例えば、ニッケルめっき鋼又はスズめっき鋼から作製され得る。エンドキャップ２４は、上面２８及び底面３０を有し得る。エンドキャップ２４は、集電体２０に電気的に接続し得る。エンドキャップ２４の底面３０は、集電体２０のヘッド３４の上面５８に電気的に接続し得る。エンドキャップ２４の底面３０は、例えば、集電体２０のヘッド３４の上面５８と物理的に接触していることによって集電体２０のヘッド３４に電気的接続させることができる。エンドキャップ２４の底面３０は、例えば、集電体２０のヘッド３４の上面５８に溶接されることによって集電体２０のヘッド３４に電気的接続させることができる。エンドキャップ２４は、例えば、デバイス内の重放電又は電池の逆転中等の通気栓５６の破断をもたらす、電池１０内の発気現象中にエンドキャップ２４下に構築され得る任意の気体の圧力を排出させるための穴等の１つ以上の開口（図示せず）を更に含むことができる。
【００４２】
シールの特定の設計は、ひび割れ又は接続部と中心ボスとの間の剥離を受けやすい可能性があることが見出されている。ひび割れた又は剥離したボスを呈する電池は、この状態を呈さない電池と比較した場合、漏電の傾向がより高い。剥離した又はひび割れたボスは、例えば、内部応力がシール材料の最終応力を超えた場合に生じ得る。加えて、シール材料の降伏応力を超える中心ボスの外径での応力は、ボスのひび割れにも寄与し得る。例えば、中心ボスの外径での応力は、シールのために選択される材料の降伏点を下回る必要がある。圧着後の更なる応力はまた、シールが構造的に不具合をもたらす及び電池がその後漏電する傾向を引き起こす又は更に悪化させる場合がある。加えて、例えば、保管又は発送中等に電池が曝露され得る高周囲温度及び高相対湿度等の環境条件も、シールの構造的不具合を悪化させ得、漏れを増大させ得る。本発明のエンドキャップ組立体はシールを含むが、中心ボスの底面は、シールの接続部の底面より下方には延出しない。本発明のエンドキャップ組立体は、間隙が集電体のヘッドの底面とシールの中心ボスの上面との間に存在するように、中心ボスの開口部内にそれを通って挿入される集電体を更に含む。とりわけ、これらの特徴は、中心ボスとシールの接続部との間の接続点で発現した応力を最小限に抑えるのに役立つ。これらの特性はまた、エンドキャップ組立体が電池内に組み込まれた場合、高温及び高相対湿度等の環境条件に対する電池の曝露に起因するシールの構造的不具合を軽減するのにも役立つ。
【００４３】
図３を参照すると、電池１０は、電池１０の電圧、容量、状態、及び／又は電力を決定するためにその内部にインジケータ又はテスタ６４が組み込まれたラベル６２を含んで示されている。ラベル６２は、透明又は半透明な層がラベルの図柄及び文章を載せた積層多層フィルムであってもよい。ラベル６２は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びその他の同様のポリマー材料から作製することができる。電池に配置される公知の種類のテスタとして、サーモクロミック（thermochromic）及びエレクトロクロミック（electrochromic）インジケータを挙げることができる。サーモクロミック電池テスタにおいては、インジケータを、電池のアノードの電極とカソードの電極との間に配置することができる。消費者は、スイッチを手で押すことによってインジケータを作動させる。ひとたびスイッチが押されると、消費者が電池のアノードをサーモクロミックテスタを介して電池のカソードに接続したことになる。サーモクロミックテスタは、幅が変化する銀導体を備えることができ、したがって導体の抵抗もその長さに沿って変化している。電流は、銀導体を通って流れるときに熱を生じさせ、銀導体の上方のサーモクロミックインク表示部の色を変化させる。サーモクロミックインク表示部は、電池の相対容量を示すためのゲージとして構成することができる。電流が大きいほど、生じる熱も多くなり、ゲージがより大きく変化して、電池が良好であることを知らせる。
【００４４】
実験的試験
組み立てられたＡＡサイズのアルカリ一次電池の性能試験
代表的なＡＡサイズの電池を組み立てて、電池漏れ及び放電性能についての本発明の効果を評価する。アノードは、４．２６グラムの亜鉛、水に約３１重量％のＫＯＨ及び２重量％のＺｎＯを溶解させた１．７９７グラムの水酸化カリウムアルカリ電解質、０．０２６５グラムのポリアクリル酸ゲル化剤、並びに０．００５グラムの腐食防止剤を含有するアノードスラリを含む。カソードは、ＥＭＤ、黒鉛、及び水酸化カリウム水性電解質溶液のブレンドを含む。カソードは、９．９８７グラムのＥＭＤのローディング、０．１１６３グラムのＴｉｍｃａｌ  ＢＮＢ−９０黒鉛のローディング、０．４６４グラムのＴｉｍｃａｌ  ＭＸ１５黒鉛、及び０．６３２グラムの電解質を含む。セパレータは、アノードとカソードとの間に介在する。アノード、カソード、セパレータ、及び更なる１．３３０グラムの電解質を、形状が円筒形であるハウジングの開放端部に置く。エンドキャップ組立体を、様々な設計のシールを含めて提供する。ボスから爪部への間隙が変化するように、集電体を、シールの中心ボスの開口部内にそれを通って挿入する。エンドキャップ組立体を、ハウジングの開放端部内に置く。次いで、ハウジングを、エンドキャップアセンブリ全体にわたって圧着して電池組み立てプロセスを完了する。
【００４５】
放電性能試験を受ける電池を、まず、温度調節条件に曝露させてよい。温度調節条件下で、電池を、１４日にわたって様々な温度に曝露する。電池を、単一の２４時間周期にわたって１サイクルと称され得るものに曝露する。サイクルは、６時間半（６．５）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。次いで、４時間半（４．５）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。次いで、２時間（２）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。次いで、１時間（１）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。次いで、１時間（１）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。次いで、１時間（１）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。次いで、１時間（１）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。次いで、３時間（３）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（４）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。１４日にわたってサイクルを繰り返し、次いで電池は、放電性能試験を受ける。
【００４６】
性能試験は、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ  Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ  Ｔｏｙｓ  Ｔｅｓｔ（玩具試験）と称する場合がある放電性能試験を含む。玩具試験プロトコルは、上記の温度調節条件に電池を曝露した後、３．９オームの一定負荷を１時間電池に適用することを含む。その後、電池を２３時間にわたって休ませる。このサイクルが、０．８ボルトのカットオフ電圧に達するまで繰り返される。次いで、達成された耐用時間を報告する。
【００４７】
性能試験は、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ  Ｔｅｓｔ（リモコン試験）と称する場合がある放電性能試験を更に含む。リモコン試験プロトコルは、８時間にわたって１分間につき１５秒間２４オームの一定負荷を電池に適用することを含む。次いで、電池を１６時間にわたって休ませる。このサイクルが、１．０ボルトのカットオフ電圧に達するまで繰り返される。次いで、達成された耐用時間を報告する。
【００４８】
性能試験は、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ  Ｃｌｏｃｋ／Ｒａｄｉｏ  Ｔｅｓｔ（時計／ラジオ試験）と称する場合がある放電性能試験を更に含む。時計／ラジオ試験プロトコルは、４３オームの一定負荷を４時間電池に適用することを含む。次いで、電池を２０時間にわたって休ませる。このサイクルが、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで繰り返される。次いで、達成された耐用時間を報告する。
【００４９】
性能試験は、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ  ＣＤ  Ｐｌａｙｅｒ  ＆  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｇａｍｅ  Ｔｅｓｔ（ＣＤプレーヤ試験）と称する場合がある放電性能試験を更に含む。ＣＤプレーヤ試験プロトコルは、上記の温度調節条件に電池を曝露した後、０．２５アンペアの一定負荷を１時間電池に適用することを含む。その後、電池を２３時間にわたって休ませる。このサイクルが、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで繰り返される。次いで、達成された耐用時間を報告する。
【００５０】
性能試験は、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ  Ａｕｄｉｏ  Ｔｅｓｔ（オーディオ試験）と称する場合がある放電性能試験を更に含む。オーディオ試験プロトコルは、０．１００アンペアの一定負荷を１時間電池に適用することを含む。その後、電池を２３時間にわたって休ませる。このサイクルが、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで繰り返される。次いで、達成された耐用時間を報告する。
【００５１】
性能試験は、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ  Ｔｏｏｔｈｂｒｕｓｈ  ａｎｄ  Ｓｈａｖｅｒ  Ｔｅｓｔ（歯ブラシ試験）と称する場合がある放電性能試験を更に含む。歯ブラシ試験プロトコルは、上記の温度調節条件に電池を曝露した後、０．５アンペアの一定負荷を２分間電池に適用することを含む。次いで、電池を１５分間にわたって休ませる。このサイクルが、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで繰り返される。次いで、達成された耐用時間を報告する。
【００５２】
性能試験は、温度湿度試験（ＴＨＴ）と称する場合がある加速保管試験を更に含む。ＴＨＴ試験は、２９日間にわたって高い相対湿度での高温に組電池を曝露することを含む。まず、電池を、例えば、約２１℃かつ約５０％の相対湿度である周囲条件での１日の予備試験工程に曝露する。次いで、電池を週サイクルに曝露する。週サイクルは、高い相対湿度での高温への曝露を含み、それに続いて、周囲条件で休ませる。週サイクル中、電池を、９０％の相対湿度で６０℃の温度に６日間曝露し、次いで、１６〜２４時間、周囲条件下で休ませる。週サイクルを合計で４回完了させる。次いで、漏れ率を報告する。
【００５３】
性能試験は、部分放電温度湿度保管試験（ＰＤ−ＴＨＴ）と称する場合がある、組電池の部分放電後の加速保管試験を更に含む。ＰＤ−ＴＨＴ試験は、組電池を部分的に放電することを含み、それに続いて、２９日間にわたって部分放電電池をＴＨＴサイクルに曝露する。ＡＡサイズ電池は、例えば１時間半（１．５）、３．９オームの不変抵抗で放電する。ＡＡＡサイズ電池は、例えば２時間（２）、１０オームの不変抵抗で放電する。ＴＨＴサイクルは、上記の温度湿度試験に説明される通りである。次いで、漏れ率を報告する。
【００５４】
性能試験は、部分放電７１℃保管試験（ＰＤ−７１℃）と称する場合がある、組電池の部分放電後の加速保管試験を更に含む。ＰＤ−７１℃試験は、組電池を部分的に放電することを含み、それに続いて、２９日間にわたって部分放電電池を７１℃の保管に曝露する。ＡＡサイズ電池は、例えば１時間半（１．５）、３．９オームの不変抵抗で放電する。次いで、部分放電電池を、２９日間にわたって高温に曝露する。まず、電池を、例えば、約２１℃かつ約５０％の相対湿度である周囲条件での１日の予備調節工程に曝露する。次いで、電池を週サイクルに曝露する。週サイクルは、高温への曝露を含み、その後、周囲条件で休ませる期間が続く。週サイクル中、電池を、７１℃の温度に６日間曝露し、次いで、１６〜２４時間、周囲条件下で休ませる。週サイクルを合計で４回完了させる。次いで、漏れ率を報告する。
【００５５】
性能試験結果
接続部の底面を越えて延出しない中心ボスを有し、ボスから爪部への間隙が０．２７ｍｍであるシールを含むエンドキャップ組立体を有して、ＡＡサイズの電池を組み立てる。電池は、例えば約２１℃の室温で保管し、次いで、以下の試験を実施する：玩具試験、リモコン試験、時計／ラジオ試験、ＣＤプレーヤ試験、歯ブラシ試験、オーディオ試験、ＴＨＴ、ＰＤ−ＴＨＴ、及びＰＤ−７１℃。
【００５６】
電池は、玩具試験で８．５２の耐用時間の平均性能、リモコン試験で平均５０．７１の耐用時間、時計／ラジオ試験で平均９７．６０の耐用時間、ＣＤプレーヤ試験で平均９．０９の耐用時間、歯ブラシ試験で平均３．８６の耐用時間、及びオーディオ試験で平均２６．４７の耐用時間を示す。電池は、シールと、接続部の底面を越えて延出する中心ボスと、の組み合わせを含み、ボスから爪部への間隙を有さない［即ち、ゼロ（０）ｍｍのボスから爪への間隙］、エンドキャップ組立体を有する比較電池と比較して、玩具試験、リモコン試験、時計／ラジオ試験、ＣＤプレーヤ試験、歯ブラシ試験、及びオーディオ試験で統計的に等しい性能を示す。電池は、比較電池の２％、４０％、及び６４％漏れと比較して、それぞれ０％のＴＨＴ漏れ、３２％のＰＤ−ＴＨＴ漏れ、及び０％のＰＤ−７１℃漏れを更に示す。
【００５７】
本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、特に断らないかぎり、そのような各寸法は、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味するものとする。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することを意図する。
【００５８】
任意の相互参照又は関連特許若しくは関連出願を含む本明細書に引用される文献はすべて、明らかに除外されるか又は別の方法で限定されないかぎり、それらの全容を本明細書に参照によって援用する。いずれの文献の引用も、こうした文献が本明細書で開示又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を容認するものではなく、あるいは、こうした文献が、単独で、又は他の任意の参照文献との任意の組み合わせにおいて、こうした発明のいずれかを教示、示唆又は開示していることを容認するものでもない。更に、本文書内の用語のいずれかの意味又は定義が、参照によって援用される文書内の同じ用語のいずれかの意味又は定義と矛盾する場合、本文書においてその用語に付与される意味又は定義が優先するものとする。
【００５９】
本発明の特定の実施形態が例示され説明されてきたが、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を実施できることが、当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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