(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的活性構成要素を容器内に密封するための集電子シールアセンブリであって、
内側直立壁を備えたハブを有する弾性及び非導電性シール本体であって、該内側直立壁が該シール本体を貫通する開口部を形成するシール本体と、
前記開口部を通って挿入され、電気化学的電池の電気化学的活性構成要素に接触するようになっている集電子と、
前記ハブの前記内側直立壁の外側周縁に接触し、前記集電子に対して前記ハブの前記直立壁を圧縮する、ポリマー材料から成る圧縮ブッシュと、
を含むことを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
前記圧縮ブッシュは、前記ハブを収容するための縦軸線に沿って伸びる開口を有し、前記縦軸線と垂直な軸線に関して実質的に対称であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
電気化学的活性構成要素を容器内に密封するための集電子シールアセンブリであって、
内側直立壁を備えたハブを有する弾性及び非導電性シール本体であって、該内側直立壁が該シール本体を貫通する開口部を形成するシール本体と、
前記開口部を通って挿入され、電気化学的電池の電気化学的活性構成要素に接触するようになっている集電子と、
中心縦軸線を通して形成された開口を有し、前記ハブの前記内側直立壁の外側周縁に接触し、前記集電子に対して前記ハブの前記直立壁を圧縮する、前記縦軸線と垂直な軸線に関して実質的に対称な圧縮ブッシュと、
を含むことを特徴とするアセンブリ。
【請求項４】
前記圧縮ブッシュは、ポリスチレンを含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記圧縮ブッシュは、射出成形されることを特徴とする請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記圧縮ブッシュは、リング形であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記集電子が前記開口部を通って挿入された後、前記集電子及び前記圧縮ブッシュは協働し、前記シールの前記ハブの前記内側直立壁に対して半径方向圧縮応力及び接線方向圧縮応力を働かせることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記シールは、前記シールの周縁に形成された外側直立壁と、前記内側直立壁及び外側直立壁の間を相互連結する隔膜とを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記ブッシュの外側周縁に隣接する領域において前記隔膜に形成された応力集中部分を更に含むことを特徴とする請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記隔膜は、前記容器内に高い圧力が存在すると前記隔膜を圧縮させる凹状底面を有することを特徴とする請求項８又は請求項９のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記隔膜の前記凹状底面は、肘形を有することを特徴とする請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記シールは、セパレータの端部を収容するために、前記隔膜と前記外側直立壁との間に位置する逆Ｖ字形部分を有することを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記圧縮ブッシュは、少なくとも１つの垂直通路を有する直立壁を含み、通気状態の間の前記圧縮ブッシュの前記壁に対する前記シールの密封を防止することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの垂直通路は、前記圧縮ブッシュの前記直立壁に見出せる複数の溝を含むことを特徴とする請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記シールは、放射状支持部材により半径方向に支持されていないことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の集電子シールアセンブリを含むことを特徴とする電気化学的電池。
【請求項１７】
前記集電子に接触する端子カバーを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の電池。
【請求項１８】
水酸化カリウムを有するアルカリ電解液を含むことを特徴とする請求項１７に記載の電池。
【請求項１９】
閉塞底端部、開放上端部、及び、該上端部及び底端部の間の直立壁を有する容器を準備する段階と、
前記容器に正電極及び負電極を含む電気化学的活性材料を配置する段階と、
内側直立壁を有するシール本体であって、該内側直立壁が該内側直立壁に設けられた第１の直径を有する開口部を形成するシール本体を準備する段階と、
前記シールの前記内側直立壁の外側周縁の周りに、前記開口部の大きさを第２の直径に減少させるために前記直立壁を圧縮するような圧縮の下で、前記電池の縦軸線を通って伸びる開口を有し前記縦軸線と垂直な軸線に関して実質的に対称な、ポリマー材料から成る圧縮ブッシュを組み立てる段階と、
集電子が前記開口部の大きさを前記第２の直径からほぼ前記第１の直径に拡大させて、これにより前記シールの前記直立壁に対する引張力の存在を防止するように、前記直立壁に形成された前記開口部を通って集電子を配置する段階と、
前記容器を閉塞して密封するために、前記容器の前記開放端部に前記シールと前記集電子とのアセンブリを組み立てる段階と、
を含むことを特徴とする、電気化学的電池を組み立てる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般的に電気化学的電池に関し、より詳細には、電気化学的電池のための集電子とシールとのアセンブリに関する。
【０００２】
（背景技術）
アルカリ電気化学的電池は、通常、閉鎖端部、開放端部、及び、それらの間に伸びる側壁を有する円筒型のスチール缶を含む。この缶は、活性材料として二酸化マンガンを含む一般にカソードと称される陽極と、亜鉛粉末を含む一般にアノードと称される陰極とを含む電気化学的活性材料を収容する。従来式の電池は、缶壁に接触する管状のカソードによって中央部分に配置されたアノードが取り囲まれるボビン型の構成を採用することが多い。アノードとカソードとの間には通常セパレータが配置され、アルカリ性電解質溶液は、カソード、アノード、及び、セパレータと同時に接触する。
【０００３】
従来式の電気化学的電池は、一般的に細長い黄銅釘の形状をしてアノード活性材料の中に挿入された導電性集電子とシールとのアセンブリを有し、該アセンブリは、スチール缶の開放端部を閉鎖する。集電子は、一般にシールに設けられた開口部又は孔を通って伸び、アノードと負極端子として働く外側の導電性カバーとの間の電気的接続をもたらす。
集電子、シール、及び、内側金属カバーは、通常、予め一緒に組み立てられ、一般に集電子とシールとのアセンブリと称されるものを形成する。シールは、集電子が通って突出する、中央に位置する開口部を有し、集電子とシールとの間には、通常、シーラントが配置される。シールの外側周縁と中央に位置する開口部を囲むシールの中央部分とは、通常、シールの材料を肉厚にして強化される。外側周縁と中央部分との間には、応力集中圧力解放孔をもたらす肉薄部分を有することが多い隔膜があり、電池の内部圧力が所定の限界を超えた時にシールが裂けることを可能にし、それによって電池内部からの高圧ガスを排出する。
【０００４】
中央に位置した開口部を取り囲んでそれを画定するシールの補強中央部分は、通常「ハブ」と称される。集電子は、集電子とシールのハブとの間に締まりばめができるように、ハブの開口部を通して挿入される。いくつかの市販の電池においては、集電子釘の直径は、開口部の初期の内径よりも大きく、電解液が集電子の表面に沿って電池から漏出できないように締まりばめを作り出す。この締まりばめは、しばしば接線方向の張力を作り出す結果となり、過度の場合は、シールハブの材料強度を超えてシールの引裂きを引き起こし、電解液を漏出させる場合がある。一方で、締まりばめが不十分な場合、電解液は、集電子とシールとの間から漏出する場合がある。
【０００５】
シールと集電子との間の密封閉塞を維持するためのいくつかの集電子シールアセンブリが知られている。１つの手法は、集電子にプラスチックを押し付けて電解液の漏洩を防止するためにシールの内面に配置された、プラスチック被覆した金属スリーブを用いることである。
別の手法は、集電子を囲むシールハブの直立壁が内側金属カバーに対して外側に押されるように集電子がシールの中央開口部を通って挿入される、内側金属カバーを用いるものである。しかし、集電子は、ハブを形成するシールの直立壁に接線方向張力を作用する。更に、ある市販のバッテリは、シール本体の周囲に平らな金属リングを用いたために、集電子がシールの中央開口部を通って押しこまれる時、シールが集電子とリングとの間で圧縮されるようになっている。
従って、上述のアセンブリの多くは、シールに接線方向張力を発生させる結果となり、これは、シールが水酸化カリウム（ＫＯＨ）に曝された時、応力腐食亀裂をもたらす場合があり、従って、電解液を漏洩を許すことがある。応力腐食亀裂の可能性を最小にするために、従来の手法では、多くの場合アスファルトのような保護材でシールを被覆する必要がある。
【０００６】
ＵＳ−Ａ−５、４２２、２０１に開示されているような最近の手法は、外側に放射状に開いた一端を有する管状の金属構成要素の形態の圧縮手段を用いる。この金属構成要素は、シールのハブを形成する直立壁の周囲に挿入され、ハブに形成された中央開口部を圧縮する。管状金属構成要素が所定の位置に置かれると、集電子釘は、圧縮された開口部を通って底部側から上方に押し込まれる。そうすることにおいて、圧縮された開口部は、シールのハブにおける接線方向張力の発生を防止し、しかも、集電子に対するハブの圧縮を許す量だけ強制的に直径が拡大される。管状金属構成要素の外に開いた端部は、シールの通気孔に対する剪断縁を作り出す。しかし、この金属構成要素は配向に敏感であり、従って、最新の電池製造機器での取り扱い及び組立が困難であろう。
【０００７】
多年にわたり、既知の集電子アセンブリが使用されてきたが、組立が容易で、ハブが裂けることを避けるためにシールのハブにおける接線方向張力をほとんど又は全く与えず、集電子とシールとの間の電解液の漏洩を防止するのに十分なシールハブに対する半径方向圧縮応力及び接線方向圧縮応力をもたらす、改良された集電子シールアセンブリへの必要性が存在している。本出願人は、今回驚くべきことに、本明細書に記述される圧縮ブッシュを備えた集電子シールアセンブリを準備することによってこれを達成し得ることを見出した。
【０００８】
（発明の開示）
本発明は、第１の態様において容器内に電気化学的活性構成要素を封入するための集電子シールアセンブリを提供し、該アセンブリは、
内側直立壁を備えたハブを有する弾性及び非導電性シール本体であって、該内側直立壁が該シール本体を貫通する開口部を形成するシール本体と、
前記開口部を通って挿入され、電気化学的電池の電気化学的活性構成要素に接触するようになっている集電子と、
前記ハブの内側直立壁の外側周縁に接触し、前記集電子に対して前記ハブの内側直立壁を圧縮する圧縮ブッシュと、
を含む。
【０００９】
第２の態様において、本発明は、容器内に電気化学的活性構成要素を封入するための集電子シールアセンブリを提供し、該アセンブリは、
内側直立壁を備えたハブを有する弾性及び非導電性シール本体であって、該内側直立壁が該シール本体を貫通する開口部を形成するシール本体と、
前記開口部を通って挿入され、電気化学的電池の電気化学的活性構成要素に接触するようになっている集電子と、
中心縦軸線を通して形成された開口を有し、前記ハブの内側直立壁の外側周縁に接触し、前記集電子に対して前記ハブの直立壁を圧縮する、前記縦軸線と垂直な軸線に関して実質的に対称な圧縮ブッシュと、
を含む。
【００１０】
第３の態様において、本発明は、上記で規定した集電子シールアセンブリを備える電気化学的電池を提供する。
第４の態様において、本発明は、電気化学的電池を組み立てる方法を提供し、該方法は、
閉塞底端部、開放上端部、及び、該上端部と底端部との間の直立壁を有する容器を準備する段階と、
前記容器内に正電極及び負電極を含む電気化学的活性材料を配置する段階と、
第１の直径を有する開口部が設けられてそれを画定する内側直立壁を有するシール本体を準備する段階と、
前記シールの前記内側直立壁の外側周縁の周囲に、前記開口部の大きさを第２の直径に縮小させるために前記直立壁を加圧する圧縮の下で、電池の縦軸線を通って伸びる開口を有し前記縦軸線に垂直な軸線に関して実質的に対称な圧縮ブッシュを組み立てる段階と、
前記集電子が前記開口部の大きさを第２の直径から概略第１の直径まで増大させ、これによりシール直立壁に対する引張力の存在を防止するように、前記直立壁に形成された開口部を通って集電子を配置する段階と、
容器を閉塞して密封するために、前記容器の前記開放端部に前記集電子シールアセンブリを組み立てる段階と、
を含む。
【００１１】
本発明の利点は、電気化学的電池に使用する集電子シールアセンブリの信頼性及び組立方法が改善されることである。集電子シールアセンブリは、直立壁を有して該直立壁がそれを通る開口部を画定する弾性及び非導電性シール本体を含む。集電子は開口部を通って挿入され、電池の電気化学的活性材料と接触するようになっている。ポリマー性圧縮ブッシュは、シールの直立壁と接触して圧縮する。従って、集電子及び圧縮ブッシュは、集電子が開口部を通って挿入された後、シールの直立壁に対して半径方向圧縮応力及び接線方向圧縮応力を働かせるために協働することが好ましい。
【００１２】
本発明の集電子シールアセンブリは、電気化学的電池で使用するために組み立てられる。電気化学的電池は、閉塞底端部、開放上端部、及び、上端部と底端部との間に延びる側壁を一般に含む容器を有する。電気化学的活性材料は、この容器に配置され、一般に正電極及び負電極を含む。集電子シールアセンブリは、容器の開放端部に配置され、その開放端部を密封閉塞する。集電子シールアセンブリは、容易に組み立てられ、シールの張力を最小にしてシールの応力腐食亀裂を防止する。
電池は、筒型電池であることが好ましいが、集電子を挿入したシールを採用する、例えば角柱型電池のような他の電池形状を用いてもよいことが認められるであろう。
【００１３】
電池は、アルカリ電池であることが好ましい。従って、好ましい実施形態においては、電池は、亜鉛を含むアノード、二酸化マンガンを含むカソード、及び、好ましくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解液であるアルカリ性電解液を有する。特に好ましい実施形態においては、カソードは、二酸化マンガン、グラファイト、ＫＯＨ溶液、及び、添加物の混合物から形成され、アノードは、亜鉛粉末、ゲル化剤、及び、添加物で形成される。従って、好ましくは、カソードは電池の正電極として形成され、アノードは電池の負電極として形成される。
【００１４】
セパレータは、アノードとカソードとの間に配置され、好ましくは、カップ型セパレータの形態でカソードの内部表面の周りに配置される。セパレータは、好ましくは、電池内の固体粒子の移動を防止する不織布で形成される。アノードは、アルカリ性電解液と共に、好ましくはセパレータの内側の電池の中央部分に配置される。
集電子は、電極の１つ、好ましくはアノードの中に突出するように一般的に細長くされることになる。当業技術で知られているような、いかなる好適な集電子材料及び構造を使用してもよい。好ましくは、集電子は黄銅で形成され、例えば、細長い本体と一端に拡大された頭部を備えた黄銅釘の形態を有する。
アノード、カソード、及び、セパレータは、好ましくはボビン型構成に形成される。しかし、アノード、カソード、及び、セパレータは、代替的に、ゼリーロール電池構造のための螺旋巻構成に形成されてもよく、又は、本発明に従って、別の方法で１次又は２次電池に形成されてもよい。
【００１５】
圧縮ブッシュは、堅い非延伸性材料、好ましくは非金属材料、より好ましくはポリマー材料で形成され、堅い非延伸性ポリスチレンで作られることが特に好ましい。圧縮ブッシュは、好ましくは射出成形で形成され、また、開口部を通過する電池の中心縦軸線に関して対称になるようにほぼ筒型に形成される。
圧縮ブッシュは、好ましくは、縦軸線と垂直に配向された平面に関して同様に対称である。ブッシュの上端部は、従って、底端部と対称であることになるので、圧縮ブッシュは配向に敏感ではない。従って、圧縮ブッシュは、上端部又は底端部のいずれからでもハブ上に挿入できる。これは、製造機器が上端部及び底端部を区別する必要もなく圧縮ブッシュを容易に取り扱い、ハブ上に挿入するための垂直位置に配向することができるので、電池組立工程を有利に単純化する。
【００１６】
集電子、環状シール（弾性材料で形成され、好ましくはナイロンで形成される）、及び、圧縮ブッシュは、好ましくは予め組み立てられ、組立ユニットとしてバッテリ缶（好ましくはスチールで形成される）の開放端部の中に挿入される。このように、好ましくは、電池は、缶の開放端部を閉塞する集電子シールアセンブリを含む。集電子シールアセンブリには、集電子、環状シール、及び、圧縮ブッシュが含まれる。製造中、圧縮ブッシュはハブ上に強く挿入され、その後、集電子は、好ましくは上端部から下方に向けて、シールのハブに形成された中央開口部の中に挿入される。
【００１７】
好ましくはメッキしたスチールで形成された外側導電性カバーは、集電子シールアセンブリを覆って配置されるのが好ましく、電池の負極接触端子を形成することが好ましい。外側導電性カバーと集電子との電気的接触は、好ましくは圧着又は溶接によって為される。外側カバーは、好ましくは１つ又はそれ以上の通気開口部を有し、これは、電池の非密封容積を周囲の外部大気に曝し、電池が通気状態の間のガス抜きを可能にするのに役立つ。
環状シールは、好ましくは、その外側周縁に形成された外側周縁直立壁、シールの中央での肉厚のハブを形成する内側直立壁、及び、外側周縁直立壁と中央ハブとの間に形成された隔膜を有する。ハブは、好ましくは、電池内容物から離れてシールの外部表面から突出する。
【００１８】
好ましくは、隔膜は、電池の外側から見て凹状である。従って、隔膜は、断面で見た時に内側に向いた湾曲、肘形、又は、他の形態を示し、湾曲形又は肘形であるのが好ましい。缶の密封内部容積に向かって内側に湾曲した又は曲げられた凹状隔膜を設けることにより、電池の密封容積内の圧力が非密封容積内の大気圧力よりも大きくなった時、シールに加えられる圧縮力が引き起される。シールが缶に配置された時、密封容積は僅かに加圧され、電池が放電するにつれて圧力は一般的に増大する。電池の密封容積は、一般的に常に大気圧よりも高い圧力を有するので、シールは、一般的に常に圧縮下にある。有利なことには、シールを圧縮状態に維持することにより、ＫＯＨのような電解液に曝された時にシールが損傷を受け難くなる。シールを圧縮の下に保つことにより、ＫＯＨ又は他の電解液により引き起こされる悪影響が低減されるので、保護アスファルト被覆がほとんど又は全く不要となり得る。
シールはまた、断面において、隔膜と外側周縁直立壁との接合部で逆Ｖ字断面を示すことが好ましい。すなわち、逆Ｖ字断面は、隔膜と外側直立壁との間にセパレータの上部開放端部を収容する持ち上がったチャンネルをもたらし、これにより、セパレータは、逆Ｖ字断面に嵌合し、そこに適合することができる。
【００１９】
シールの中央ハブは、集電子を収容して集電子とハブとの間に締まりばめの密封閉塞をもたらすための、該ハブを通って垂直に形成された筒状開口部を有する。ハブは、その外側周縁を形成する外側筒状直立壁を有する。圧縮ブッシュは、ハブを半径方向内側に圧縮するようにハブの外側直立壁の周囲に強制嵌合される。圧縮ブッシュは、好ましくは、ハブの外側直立壁を完全に取り巻く。好ましい実施形態において、このブッシュは、ハブの上方に更に伸び、外側カバーの底面に接触して、以下で更に説明するように、通気孔剪断縁を強化し集電子及びシール配向を支援する支持構造をもたらす。
【００２０】
シールは、好ましくは更に、圧縮ブッシュの底部外側周縁部に隣接する隔膜に形成された肉薄部分を有する。この肉薄部分は、電池の密封容積の内部圧力が所定の圧力限界に達した時に圧力を解放する力集中通気孔をもたらすように働く。肉薄部分を圧縮ブッシュの底部外側縁部に隣接する位置に置くことにより、圧縮ブッシュの底部外側縁部は、より一貫した通気作用を達成する剪断縁をもたらすように働く。それに加えて、圧縮ブッシュは、好ましくは、電池が通気状態の間、圧縮ブッシュの直立壁に対する湾曲シール隔膜の密封を防止するための、圧縮ブッシュの外側直立周縁壁に形成された少なくとも１つの垂直溝、好ましくは複数の垂直溝を有する。溝又はチャンネルは、好ましくは、圧縮ブッシュの外面の周縁周りの円周上に間隔をおいて設置され、約１３０〜１８０ミクロン（５〜７ミル）の好ましい深さを有する。
【００２１】
ハブの外側直立壁は、最初の非圧縮直径ＤHを画定する。ハブの外壁壁の直径は、その最初の非圧縮状態にある時、圧縮ブッシュに形成された中央開口部の内径よりも大きい。それに加えて、圧縮ブッシュを更に容易にハブと係合させるために、ハブの直立壁は、上端部でより小さい直径を有する僅かなテーパを有してもよい。
圧縮ブッシュは、ハブの外側直立壁上に強く挿入されているので、ハブの直立壁は、半径方向内側に圧縮される。圧縮ブッシュがハブの直立壁上に強く挿入された時、圧縮ブッシュがハブに対して引き起こした半径方向の圧縮のために、ハブの中央開口部の直径が減少する。ハブの外側壁の直径もまた減少する。
【００２２】
ハブの中央開口部の大きさを減少させるためにハブ上に圧縮ブッシュが強制嵌合された状態で、集電子が次にハブ開口部内に挿入される。集電子を完全に挿入すると、開口部は、実質的にその元の圧縮されない大きさまで拡大するように強いられる。そうすることによって、圧縮ブッシュは、ハブが引張状態にあることを許す代りにハブを圧縮状態に保つために、ハブに対して圧縮力をもたらす。
こうして、シールのハブに対して半径方向圧縮応力及び接線方向圧縮応力を働かせるために、シールハブが圧縮ブッシュと集電子との間で圧縮される。ハブを張力の下に置くよりも圧縮の状態に維持することにより、シールがＫＯＨのような電解液に曝される時に特に顕著となるハブの応力腐食亀裂の傾向がより少なくなることが見出されている。その結果、集電子とシールとの間に使用されるシーラントの量及びシールの底部に使用されるアスファルトの量を低減することができ、除くことさえもできる。集電子シールアセンブリが内側金属カバーを使用しない点もまた認識する必要がある。
【００２３】
１つの実施形態によると、
閉塞底端部、開放上端部、及び、底端部及び上端部の間に伸びる直立壁を有する容器と、
前記容器に配置され、正電極及び負電極を含む電気化学的活性材料と、
内側直立壁を備えたハブを有する弾性及び非導電性シール本体であって、該内側直立壁が表面から突出し、該シール本体を貫通する開口部を形成するシール本体と、
電池内部及び電池外部の前記電気化学的活性材料の間の電気的連続をもたらすために、前記シール本体の開口部を通って延長する導電性の集電子と、
前記内側直立壁の外側周縁に接触し、前記ハブの直立壁を前記集電子に対して圧縮するポリマー圧縮ブッシュと、
を含む電気化学的電池が提供される。
【００２４】
別の実施形態によると、
閉塞底端部、開放上端部、及び、底端部及び上端部の間に伸びる直立壁を有する容器と、
前記容器に配置され、正電極及び負電極を含む電気化学的活性材料と、
内側直立壁を備えたハブを有する弾性及び非導電性シール本体であって、該内側直立壁が表面から突出し、該シール本体を貫通する開口部を形成するシール本体と、
電池内部及び電池外部の前記電気化学的活性材料の間の電気的連続をもたらすために、前記シール本体の開口部を通って延長する導電性の集電子と、
開口が形成され、前記電池の縦軸線に沿って伸び、前記内側直立壁の外側周縁に接触し、前記集電子に対して前記ハブの直立壁を圧縮する、前記縦軸線と垂直な軸線に関して実質的に対称な圧縮ブッシュと、
を含む電気化学的電池が提供される。
本発明は、図面に示される実施形態を参照することにより更に理解されるであろう。
【００２５】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照すると、１つの実施例に従ったアルカリ電池として筒型電気化学的電池１０が示されている。電気化学的電池１０は、閉塞底端部１４及び開放上端部１６を有する筒型スチール缶１２を備える。缶１２の閉塞底端部１４は、中央部分に電池１０の正極接触端子を形成する突出したこぶを有する、メッキスチールで形成されて該底端部に溶接又は他の方法で装着された正極カバー１８を備える。金属被覆されたプラスチックフィルムラベル２０は、スチール缶１２の端部を除き、スチール缶１２の外部表面の周りに形成される。フィルムラベル２０は、正極カバーの周縁部を覆って形成してもよく、図示のように陰極カバー上に部分的に伸びてもよい。
【００２６】
カソード２２は、スチール缶１２の内部表面の周りに形成され、ほぼ管状である。１つの実施例に従えば、カソード２２は、二酸化マンガン、グラファイト、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、及び、添加物の混合物から形成される。セパレータ２４は、好ましくは不織布で形成され、カソード２２の内部表面の周りに配置される。アノード２６は、セパレータ２４の内側で一般的に電池１０の中央にアルカリ電解液と共に配置される。１つの実施例に従えば、アノード２６は、亜鉛粉末、ゲル化剤、及び、添加材で形成される。アノード２６に接触して配置される集電子２８は、例えば黄銅釘であり、細長い本体と一端に拡大された頭部とを有する。このように、カソード２２は電池の正電極として形成され、アノード２６は電池の負電極として形成される。
【００２７】
電気化学的電池１０は、スチール缶１２の開放端部１６を閉塞する集電子シールアセンブリを備える。集電子シールアセンブリには、集電子２８、環状ナイロンシール３０、及び、ポリマー圧縮ブッシュ４２が含まれる。集電子２８、環状ナイロンシール３０、及び、ポリマー圧縮ブッシュ４２は、好ましくは予め組み立てられて、スチール缶１２の開放端部１６内に組立ユニットとして挿入される。それに加えて、電池１０の負極接触端子を形成する外側導電性カバー４６が、集電子シールアセンブリを覆って配置される。好ましくはメッキスチールで形成される外側負極カバー４６は、好ましくは圧着又は溶接を通じて、集電子２８と接触する。外側負極カバーは、１つ又はそれ以上の通気開口部４８を備える。
【００２８】
環状ナイロンシール３０は、その外側周縁に形成された外側周縁直立壁３２、及び、シール３０の中央で厚みのあるハブ３８を形成する内側直立壁を有する。中央ハブ３８と外側直立壁３２との間には、内側に湾曲したすなわち凹状の隔膜３４と逆Ｖ字断面３６が形成される。逆Ｖ字断面は、隔膜３４と外側直立壁３２との間に、セパレータ２４の上部開放端を収容する持ち上がったチャンネルを準備する。従って、セパレータ２４は逆Ｖ字断面に嵌合され、そこに適合する。
【００２９】
シールの中央ハブ３８は、集電子２８を収容して集電子２８とハブ３８との間に締まりばめの密封閉塞をもたらすための、該中央ハブを貫通して垂直方向に形成された筒状開口部を有する。ハブ３８の外側周縁の周りには、外側筒状直立壁が形成される。ポリマー圧縮グロメット４２は、ハブ３８を半径方向内側に圧縮するために、ハブ３８の外側直立壁の周りに強制嵌合される。圧縮グロメットは、ハブ３８の外側直立壁を完全に取り巻き、更にハブ３８の上方に延長し、外側カバー４６の底面に接触して、通気孔剪断縁を強化し集電子及びシール配向を支援する支持構造をもたらす。
【００３０】
シール３０は、圧縮ブッシュ４２の底部外側周縁部に隣接して隔膜３８に形成された肉薄部分４０を更に有する。肉薄部分４０は、電池の密封容積内の内部圧力が所定の圧力限界に達した時、圧力を解放する力集中通気孔をもたらすように作用する。肉薄部分４０をポリマー圧縮ブッシュ４２の底部外側縁部に隣接する位置に置くことにより、圧縮ブッシュ４２の底部外側端部は、より一貫した通気作用を達成する剪断縁をもたらすように働く。それに加えて、ポリマー圧縮ブッシュ４２には、電池が通気状態の間、圧縮ブッシュ４２の直立壁に対する湾曲シール隔膜３４の密封を防止するために、垂直溝４４が形成されている。
【００３１】
集電子シールアセンブリを形成するための集電子２８、シール３０、及び、圧縮ブッシュ４２の組立が図２〜図５に示されている。特に図２を参照すると、ポリマー圧縮ブッシュ４２は、それを貫通して直径ＤBで中央に形成された筒状開口部５２を有する。ポリマー圧縮ブッシュ４２は、例えばポリスチレンである堅い非延伸性材料で形成される。圧縮ブッシュ４２は、それが開口部５２を通過する電池の中心縦軸線と、この縦軸線と垂直に配向された平面との両方に関して対称であるようにほぼ筒形に形成される。
【００３２】
圧縮ブッシュ４２は、複数の垂直チャンネル４４を外側の直立壁に形成した外側周縁壁５０を有する。チャンネル４４は、圧縮ブッシュ４２の外面の周縁の周りの円周上に間隔をおいて配置される。圧縮ブッシュ４２は、上端部が底端部と対称であり、従ってハブ３８上にその上端部又は底端部のいずれからも挿入できるので配向に敏感ではない。製造中、ポリマー圧縮ブッシュ４２は、ハブ３８上に強く挿入され、その後、集電子２８が、シール３０のハブ３８に形成された中央開口部５４内に上端部から下方に挿入される。
【００３３】
特に図３を参照すると、集電子シールアセンブリの組立前のナイロンシール３０が示されている。シールのハブ３８に形成された中央開口部５４は、初期の非圧縮内径ＤOを有する。ハブ３８の外側直立壁は、初期の非圧縮直径ＤHを形成する。ハブ３８の外側壁直径ＤHは、圧縮ブッシュ４２に形成された中央開口部の内径ＤBよりも大きい。それに加えて、ハブ３８の直立壁は、圧縮ブッシュ４２を更に容易にハブ３８と係合させるために、上端部をより小さな直径にした僅かなテーパを有してもよい。
【００３４】
圧縮ブッシュ４２がハブ３８の外側直立壁上に強く挿入されると、ハブ３８の直立壁は、図４に示されるように半径方向内側に圧縮される。ポリマー圧縮ブッシュ４２がハブ３８の直立壁上に強く挿入されると、圧縮ブッシュ４２がハブ３８に対して引き起こす半径方向の圧縮のために、中央開口部５４’は、減少した直径ＤO’に縮小される。同じく、ハブ３８の外側壁直径ＤHもまた直径ＤH’に減少する。
【００３５】
開口部５４’の大きさを減少させるために圧縮ブッシュ４２がハブ３８上に強制嵌合された状態で、集電子釘２８が、次に図５に示されるように開口部５４の中に挿入される。集電子釘２８が完全に挿入されると、開口部５４’の大きさは、実質的にその元の大きさ５４に拡がるように強いられる。そのすることにより、圧縮ブッシュ４２は、ハブ３８を張力状態にさせる代わりにハブ３８を圧縮状態で維持するために、ハブ３８に対して圧縮力をもたらす。こうして、シールのハブ３８に対して半径方向圧縮応力と接線方向圧縮応力とを働かせるために、シールハブ３８は、ポリマー圧縮ブッシュ４２と集電子２８との間で圧縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態による圧縮ブッシュを包含する集電子シールアセンブリを有する電気化学的電池の縦方向断面図である。
【図２】  図１の集電子シールアセンブリの立面分解図である。
【図３】  組立前のシールの上面断面図である。
【図４】  圧縮ブッシュを用いて部分的に組み立てられたシールの上面断面図である。
【図５】  シールハブの中央開口部を通って挿入された集電子のアセンブリを更に示すシールの上面断面図である。
【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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