ウェーハアルカリ電池
薄板状構造のウェーハアルカリ電池を開示する。該電池は、前記電池の境界表面の少なくとも大部分を含む、１対の対向する側部を有し、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定する。該電池は、積層構造を形成するように１つに結合されたアノードアセンブリとカソードアセンブリとを含む。該電池は、アノード材料およびカソード材料を収める単一プラスチックフレームまたは別個の２つのプラスチックフレームを含む。アノード集電体は、フレームへの結合を改善するために、耐アルカリ性金属酸化物被膜を形成する封止金属であらかじめコーティングされてもよい。アノードアセンブリは、その中に、通常は亜鉛を含むアノード材料を有しており、カソードアセンブリは、その中に、通常は二酸化マンガンを含むカソード材料を有する。電池は、耐久性があり、好ましくは剛性で、細長い漏れブロック経路を有し、電解質漏れを起こさない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ほぼ薄板状の構成を有する、面積対厚さのアスペクト比が大きいウェーハアルカリバッテリに関する。本発明は、アノードまたはカソード集電体が、結合を改善するために耐アルカリ性金属酸化物被膜を形成する封止金属であらかじめコーティングされた、ウェーハアルカリ電池に関する。本発明は、アノードが亜鉛を含み、カソードが二酸化マンガンを含む、ウェーハアルカリ電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアルカリ電気化学電池は、亜鉛を含むアノードと二酸化マンガンおよびアルカリ電解質を含むカソードとを有する。電池は、通常、円筒形の外部ハウジングから形成される。新しい電池は、約１．６ボルトの開回路電圧（ＥＭＦ）を有し、中程度の供給状態（medium drain service）（１００〜３００ミリアンペア）において典型的な平均動作時電圧約１．０〜１．２ボルトを有する。まず、拡大させた開口端部とその反対側の閉口端部によって、円筒形ハウジングを形成させる。電池内容物を充填した後、絶縁グロメットと負端子エンドキャップを備えたエンドキャップ組立体をハウジング開口端部に挿入する。開口端は、ハウジング縁部を絶縁グロメットの縁部に被せて圧着して緊密な封止をもたらすために絶縁グロメットの周りにハウジングを径方向に圧縮することにより閉じられる。絶縁グロメットは、負側のエンドキャップを電池ハウジングから電気的に絶縁する。反対側の閉口端部のところで、電池ハウジングの一部によって正端子を形成させる。
【０００３】
従来の円筒形アルカリ電池は、一般的に認識可能な様々なサイズ、即ち、ＡＡＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、およびＤサイズ電池で入手可能である。同一譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／７２２，８７９号（２００３年１１月２６日出願）には、電池内容物が固体金属ケーシングに収められた薄板状電池が記載されている。該金属ケーシングは、閉止端と反対側の開口端とを有する一体型の主要表面を有する。電池内容物は、開口端に挿入され、次いで該開口端がエンドキャップで封止される。エンドキャップは、金属スカートと、プラスチック絶縁グロメットと、グロメット内に配置された金属支柱またはリベットを備えるように設計される。金属スカートは、絶縁グロメットの周りに圧縮され、グロメットは、金属支柱の周りに圧縮されて、両方の境界面に耐アルカリシールを形成する。次いで、エンドキャップアセンブリの金属スカートが溶接によって金属ケーシングに接合される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
望ましい電池厚が、より小さく例えば約６ｍｍよりもはるかに小さくなるにつれて、そのような電池にアノード材料およびカソード材料を充填することがますますより困難になってくる。故に、約６ｍｍ未満例えば約０．５ｍｍ〜６ｍｍ、望ましくは約１．５〜４ｍｍの電池厚で容易に製作可能であり、電池内容物で充填可能である扁平または薄板状アルカリ電池に対する必要性がある。これによって、薄い角柱型のアルカリ電池が、薄いリチウムイオン電池のような薄い充電式電池により通常電力供給される小型の電子デバイス用の一次（非充電式）電源としてまたはバックアップ電源として利用可能になる。また、電池化学および内部構成要素の適切な調節によって、薄い充電式アルカリ電池を構築することもできる。近年、携帯型ラジオ、オーディオプレイヤー、および通信デバイスなどの多くの電子デバイスが、より小さく、より薄くなっている。故に、そのような小さい電子デバイスで使用するための、全厚の小さい、薄い薄板状のウェーハ電池が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１次アルカリ電気化学電池は、通常、亜鉛アノード活物質、アルカリ電解質、二酸化マンガンカソード活物質、および電解質透過性セパレータフィルム、通常はセルロースまたはセルロース繊維若しくはポリビニルアルコール繊維のフィルムが含まれる。アノード活物質は、例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウムまたはアクリル酸コポリマーのナトリウム塩のような従来のゲル化剤および電解質と混合させた、亜鉛粒子を挙げることができる。ゲル化剤は、亜鉛粒子を懸濁させ、かつ各粒子が接触し合うよう維持する働きをする。通常、アノード活物質に挿入された導電性金属ツメは、負端子エンドキャップに電気的に接続されたアノード集電体の役割を果たす。電解質は、アルカリ金属水酸化物、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、または水酸化リチウムの水溶液にすることができる。カソードは、通常、電気伝導度を高めるために、導電性添加物、通常はグラファイト材料と混合された電気化学的活物質として、粒子状二酸化マンガンが含まれる。所望により、少量のポリマー結合剤、例えば、ポリエチレン結合剤、およびチタン含有化合物のような他の添加物を、カソードに加えることもできる。
【０００６】
カソードで使用される二酸化マンガンは、好ましくは、硫酸マンガンおよび硫酸の液槽の直接電気分解によって製造される、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）である。ＥＭＤは、高密度且つ高純度であるので望ましい。ＥＭＤの電気伝導度（１／固有抵抗）は、かなり低い。個々の二酸化マンガン粒子間の電気伝導度を改善するために、導電性材料がカソード混合物に添加される。そのような導電性添加物は、また、二酸化マンガン粒子と、従来の円筒形アルカリ電池ではカソード集電体の役割も果たす電池ハウジングとの間の電気伝導度を改善する。適した導電性添加物には、例えば、グラファイト、グラファイト状材料、アセチレンブラックを含めたカーボンブラックのような導電性炭素粉末を挙げることができる。好ましくは、導電性材料は、薄片状結晶の天然グラファイト、若しくは薄片状結晶の合成グラファイト、或いは膨張若しくは剥離グラファイトまたはグラファイト状炭素ナノ繊維、およびそれらの混合物を含む。
【０００７】
現在、ＭＰ３オーディオプレイヤーおよびミニディスク（ＭＤ）プレイヤーのような小さな電子デバイスに電力供給するために使用される、小さいサイズの方形の充電式バッテリが利用可能である。これらのバッテリは、通常は小さく、幾分チューインガムのパックのサイズの、方形（直方体）である。本明細書で使用する時、「直方体」という用語は、その通常の幾何学的定義、即ち、「直平行六面体」を意味するものとする。そのようなバッテリは、例えば、国際電気標準会議（ＩＥＣ）によって規定された該バッテリについての標準サイズに従って、充電式ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）サイズＦ６または７／５Ｆ６サイズの直方体の形態をとることができる。Ｆ６サイズは、厚さ６．０ｍｍ、幅１７．０ｍｍ、長さ３５．７ｍｍ（ラベルを含まない）である。長さを約４８．０ｍｍほどの大きさにすることができる、Ｆ６サイズの変形形態がある。７／５−Ｆ６サイズは、６．０ｍｍの厚さと１７．０ｍｍの幅と６７．３ｍｍの長さとを有する。ＭＰ３オーディオプレイヤーまたはミニディスク（ＭＤ）プレイヤーのような小型のデジタルオーディオプレイヤーに電力供給するために使用される時には、Ｆ６または７／５Ｆ６ ＮｉＭＨ充電式バッテリの平均動作時電圧は、約１．０〜１．２ボルトであり通常約１．１２ボルトである。
【０００８】
ミニディスク（ＭＤ）プレイヤーに電力供給するために使用される時には、バッテリは、約２００〜２５０ミリアンペアの割合で消耗する。電池の消耗率は、デジタルオーディオＭＰ３プレイヤーに電力を供給する目的で使われる場合で、典型的には約１００ミリアンペアである。
【０００９】
小さいサイズの直方体形（直平行六面体）ニッケル金属水素化物バッテリと同じサイズおよび形状の小さい扁平なアルカリバッテリがあることが望ましく、それによって、ミニディスクやＭＰ３プレイヤーなどの小さい電子デバイスに電力供給するために、その小さいアルカリサイズバッテリをニッケル金属水素化物バッテリと交換可能に使用できるようになる。
【００１０】
また、前述したように、全厚が６ｍｍ未満、例えば、約０．５〜６ｍｍ、好ましくは約１．５〜４ｍｍのウェーハアルカリ電池があることも望ましい。
【００１１】
ウェーハ電池が、電解質の可能性を最小限に抑える、または大幅に低減するように設計されることが望ましい。参考文献、Ｍ・ハル（M.Hull）、Ｈ・ジェイムズ（H.James）、「アルカリ電池は何故漏れるか（Why Alkaline Cells Leak）」、電気化学会雑誌（Journal of the Electrochemical Society）、第１２４巻、第３号、１９７７年３月、３３２〜３２９頁）、およびＳ・デイヴィス（S.Davis）、Ｍ・ハル（M.Hull）、「アルカリ電池漏れの態様（Aspects of Alkaline Cell Leakage）」、電気化学会雑誌（Journal of the Electro-chemical Society）、第１２５巻、第１２号、１９７８年１２月）では、ＯＨ−イオンを形成するような吸着された水分の存在下での負の外部電池端子上で大気中の酸素の電気化学的還元の観点から、アルカリ電池漏れの一態様が説明されている。次いで、これら電気化学的に発生したＯＨ−イオンは、Ｋ（Ｈ２Ｏ）ｘ＋またはＮａ（Ｈ２Ｏ）ｘ＋のような水和した正イオンを引き付ける。Ｋ（Ｈ２Ｏ）ｘ＋またはＮａ（Ｈ２Ｏ）ｘ＋イオンは、電池内部で発生し、負のシール表面をまたいで電池外部へと移動して、水分を吸着したフィルム内の電気的中性を維持する。最終的結果として、ＫＯＨまたはＮａＯＨ電解質を電池内部から端子表面に引き寄せることになり、したがって、そのような電解質の電池内部から端子表面への泳動または沿面泳動を事実上促進することになる。
【００１２】
また、そのような薄いウェーハ電池が、電力消費の大きいデバイス用の長寿命電源として役立つように十分な活物質を含有することも望ましい。したがって、薄いことに加えて、ウェーハ電池は、また、かなりの割合でかなりの時間にわたって電気エネルギーを供給するための十分な活物質を含有するように、投影面積および十分に大きい内部容積を有するべきである。
【００１３】
以下の議論では、ウェーハ電池は、薄い薄板状の単電池を意味するものとする。電池は、その表面のうちの１つ以上が、平らな表面、または湾曲した表面若しくはランダムに歪んだ表面であってよい。電池は、均一な厚さであってよく、またはその厚さが地点によって異なってもよい。電池は、任意の点、軸、若しくは平面に関して対称または非対称であってよい。電池の「設置面積」は、電池の可能な向きすべてが考慮されている時に、任意の平面上の電池の最大直交投影面積として定義される。
【００１４】
電池の縁部とは、外表面であり、そのうちの１つ以上が、電池の形状に応じて厚さ寸法を構成することになる。厚さが一定でない電池の場合、厚さは、いずれか所与の点で最大値をもつことになる。電池の面とは、該電池の設置面積を画定し、且つ名目上垂直な厚さ軸を有する、一外表面である。電池が扁平で均一な厚さの場合、どの面の面積も電池設置面積に等しくなる。電池が湾曲している、若しくは不均一な厚さである、またはその両方である場合、どの面の面積も、電池設置面積に合致する、またはそれを上回る可能性がある。同様に、電池の縁部は、均一な厚さである必要はない。
【００１５】
そのようなウェーハ電池が、例えば側部のうちの少なくとも１つが多角形、或いは円形、卵形、または少なくとも部分的に曲線状である、様々な全体形状およびサイズに一致するように、容易に製造されることが望ましい。
【００１６】
故に、６ｍｍ未満の小さい電池厚であっても電池内容物の容易な挿入が可能なように、そのようなウェーハ電池を容易に製造されるようにすることが望ましい。ウェーハ電池は、更に、発生したガスによる内圧に耐え、機械的誤用および取扱いによる損傷を起こさず、シール不具合に起因した電解質漏れを防ぐように、十分に頑丈で耐久性がなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の主態様は、１次または２次ウェーハアルカリ電池を対象とする。該ウェーハ電池は、電気エネルギー源の役割を果たすように設計され、負端子および正端子と、前記電池の境界表面の少なくとも大部分を構成する１対の対向する側部とを含む。対向する側部は、いずれかの地点でそれらの間に平均短電池寸法（厚さ）を画定する。該電池は、積層構造を形成するように１つに結合されたアノードアセンブリとカソードアセンブリとを含む。
【００１８】
一態様では、電池を、その中の導電性要素と非導電性要素との間に様々なシール境界面を含んだ、ほぼ薄板状の構成にすることができる。アルカリ電解質に対して耐性のあるシーラントが、これらの境界面内に配置される。シーラントを含むシール境界面は、機械的な設計特徴によって、または構造用接着剤を用いて、剥離力および剪断力から保護される。電池内部から２つの電池端子のいずれかへの潜在的漏れ経路が、確実にバッテリ厚さ寸法よりもかなり大きくなるようにするために、新規の電池設計および上包み（over-wrap）設計が使用される。
【００１９】
主態様では、本発明のウェーハアルカリ電池は、亜鉛を含むアノードと、二酸化マンガンを含むカソードと、アルカリ電解質、好ましくは水酸化カリウム水溶液とを有する。ただし、ウェーハアルカリ電池は、他の活物質のアノードおよびカソードを有してよく、また、他のアルカリ電解質が可能である。例えば、アノードは、亜鉛、カドミウム、または水素貯蔵合金（metal hydride alloy）を含んでよく、カソードは、二酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケル、酸化銀（Ａｇ２Ｏ若しくはＡｇＯ、単独若しくは混合で）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化銀銅（silver copper oxide）（ＡｇＣｕＯ２若しくはＡｇ２Ｃｕ２Ｏ３、単独若しくはそれらの混合で、またはＭｎＯ２との混合で）を含んでよい。以上に列挙したアノード材料は、それぞれ、以上に列挙したカソード材料それぞれと組み合わせることができる。アルカリ電解質は、電解質が電池内部から移動する傾向を低減する、水酸化ナトリウム、または水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとの混合物を含んでよい。ウェーハ電池は、また、充電式バッテリの形態であってもよい。
【００２０】
アノードアセンブリ内またはカソードアセンブリ内にはセパレータ層が含まれており、そのセパレータ層は、イオン透過性のフィルム、膜、または不織布であってよい。別の方法として、セパレータ層は、アノードアセンブリとカソードアセンブリとの間に位置してもよく、また一部の実施形態では、アノードアセンブリとカソードアセンブリとの合わせ面によって形成されたシール領域の一部分に突き出てもよい。
【００２１】
特定の実施形態では、電池は、直方体形である。電池は、薄い厚さでよく、例えば、約０．５〜６ｍｍ、例えば約１．５〜６ｍｍ、通常は約１．５〜４ｍｍである。
【００２２】
本発明の主態様では、アノードアセンブリは、前記アノードのためのハウジングを含み、カソードアセンブリは、前記カソードのためのハウジングを含む。セパレータ層は、反対側のアセンブリに面するようにアノードアセンブリ若しくはカソードアセンブリ内に配置されてよく、または、セパレータは、これら２つのアセンブリの間に配置されてよい。アノードアセンブリおよびカソードアセンブリは、好ましくは、アノード活物質とカソード活物質との間に位置するセパレータとともに接着結合されて、耐久性のある、好ましくは堅い、小型の積層構造を形成する。
【００２３】
本発明の一態様では、アノードアセンブリの一部を形成するアノードハウジングは、アノードキャビティの境界を画定する内側周縁部を有する、好ましくは耐久性のある有機ポリマー材料、例えばプラスチック製のアノードフレームを含む。フレームは、前記周縁部に沿って前側部と反対側の後側部とを有する。アノード集電シートは、電池の外表面境界に面するように、フレームの後側部に結合される。アノード材料は、前記アノード集電シートと接触するように、前記アノードキャビティに挿入される。アノード集電シートは、導電性であり、好ましくは、銅、黄銅（銅と亜鉛との合金）、青銅（銅とスズとの合金）、スズ若しくは亜鉛の金属、または、亜鉛、スズ、銀、インジウム若しくはビスマス若しくはそれらの金属の組み合わせでめっきされた銅若しくは黄銅の金属である。
【００２４】
カソードアセンブリの一部を形成するカソードハウジングは、カソードキャビティの境界を画定する内側周縁部を有する、好ましくは耐久性プラスチック製のカソードフレームを含む。フレームは、前記周縁部に沿って前側部と反対側の後側部とを有する。カソード集電シートは、電池の外表面境界に面するように、フレームの後側部に結合される。カソード材料は、前記カソード集電シートと接触するように、カソードキャビティに挿入される。カソード集電シートは、好ましくはニッケル、ニッケルめっき鋼、または炭素コーティングされた金属シートであり、好ましくは、炭素コーティング若しくは炭化されたニッケルシートである。或いは、カソード集電シートは、ニッケルでめっきまたは被覆された、冷延鋼製であってよい。ニッケルに炭素を重ねてもよく、またはコバルト層を重ね、次いでそのコバルトの上に炭素層を重ねてもよい。他の実施形態では、カソード集電体に炭素を重ね、次いで炭素含有塗料でコーティングしてもよい。
【００２５】
他の態様では、別個のアノードフレームおよびカソードフレームの代わりに単一のフレームを使用してもよい。そのような実施形態では、好ましくはプラスチック製の単一フレーム構成には、アノード材料およびカソードを単一フレームの両側に詰め入れることができ、個々のフレームを１つに結合させる必要が避けられるという利点がある。
【００２６】
本発明の積層ウェーハ電池構造の利点は、非常に小さいサイズ、例えば１ｃｍ２から、非常に大きいサイズ、例えば６００ｃｍ２までに及ぶ、本質的にあらゆる設置面積の、ただし全厚が小さい、例えば約１．５〜６ｍｍ、通常約１．５〜４ｍｍの電池を、容易に製作できることである。電池厚は、更に小さくすることができ、例えば、約０．５ｍｍほどの小ささにすることができる。したがって、電池を、全厚の小さい電子デバイスのキャビティに容易に嵌め込むことができる。積層電池構造の他の利点は、本質的にあらゆる所望の全体形状、例えば、多角形、卵形、円形、曲線状、または一部が多角形で一部が曲線状の形状にも作製できることである。本発明の積層電池は、耐久性があり、緊密に結合されるので、高温／低温の気候および高湿／低湿の雰囲気に曝すことができ、それでも電解質漏れを起こさない。
【００２７】
本発明のウェーハ電池では、電解質漏れの可能性が３つの方法によって低減される。
１）電池内部とアノード集電シートおよびカソード集電シートとの間に、非常に緊密に結合された、本質的に電解質不透過性のシールを作り出すことによる方法。
２）電池内の電解質が電池から脱出するために通らなければならない、非常に長い曲がりくねった経路（漏れブロック経路）を作り出すことによる方法。全漏れブロック経路は、フレーム幅に、フレームの外縁部から露出した電池端子までの距離を加えた合計からなる。
３）露出した外部負接点の表面積を最小限まで削減し、それによって外部負接点表面上での全体的なＯＨ−発生速度を低減することによる方法。
【００２８】
電解質漏れ低減方法１に関して、緊密に結合された電解質不透過性シールは、本発明のウェーハ電池では、好ましくは、フレーム縁部とアノード集電シートおよびカソード集電シートそれぞれの縁部との間に段階的な接着剤シールを用いて達成される。段階的シールは、集電シートをそれぞれのフレームに結合させるためにプラスチックフレームの縁部に沿って並置された（隣に並べられた）配置で、異なる接着剤の少なくとも２つのコーティングを含む。外側の接着剤コーティングは、好ましくはエポキシのような構造型接着剤である。そのような接着剤は、積層電池構成に構造強度を付与する。内側のコーティングは、好ましくは接着剤シーラントであり、それは、例えば、ポリアミド若しくは機能化されたポリエチレン、またはアスファルトであってよい。そのようなシーラントコーティングは、全体的な結合を改善するが、その主要な機能は、電解質を密封することである。別の方法として、構造用接着剤に加えて、または構造用接着剤の代わりに、リベットを使用することもでき、リベット間のフレームの部分にシーラントコーティングを適用することができる。
【００２９】
アノード集電シートとプラスチックアノードフレームとの間の境界面における封止特性は、アノード集電シートをアノードフレームに結合させるために接着剤が使用される前に、アノード集電シートの内側表面を封止金属の薄層であらかじめコーティングすることにより改善できることが確認されている。故に、アノード集電体表面を直接接触させる代わりに、前述の段階的接着剤のような接着剤は、アノード集電シート上にあらかじめコーティングされた封止金属に接触することになる。このことは、封止特性、特に、アノード集電シートとプラスチックアノードフレームとの間の境界面における接着剤シールの長期的な強度および結合均一性を改善することが確認されている。
【００３０】
上述のようにプラスチックアノードフレーム表面は、アノード集電シートに、前記プラスチックアノードフレーム表面とアノード集電シートとの間の接着剤を用いて結合される。単一の均質な接着剤を使用してもよいが、以上に示したように段階的な封止を用いることが好ましく、即ち、アノードフレームとアノード集電シートとの間の境界面のところで横方向の並列配置にある２つの異なる接着剤が結合されることが好ましい。接着剤と接触しているアノード集電体表面の部分が、特定の封止金属であらかじめコーティングされる場合、または或いはアノード集電シート自体が、そのような封止金属から構成される場合、接着剤／金属の境界面が、長期にわたって、例えば何年にもわたって、より良好に劣化に耐えられることが確認されている。故に、プラスチックアノードフレームとアノード集電シートとの間の強力で均一な結合は、長期にわたって維持されて、そのような境界面を通じた電解質漏れの可能性を低減する。
【００３１】
例としてアノード集電シートが、以上に列挙したように銅、黄銅、青銅、スズ、または亜鉛製の場合、マグネシウム、ジルコニウム、またはチタンが、プラスチックアノードフレームをアノード集電体に結合させる接着剤と接触するアノード集電体表面の部分の上にあらかじめコーティングされるべき、好ましい封止金属である。（マグネシウム若しくはジルコニウムは、銅または黄銅製の集電シートに特に好ましい封止金属であることが確認されている。）故に、接着剤が、均質な接着剤であるか段階的接着剤であるかを問わずプラスチックアノードフレームをアノード集電シートに結合させるために使用され、前記接着剤は、集電シートの面する表面（通常は電池内部に面する内側表面）上にあらかじめコーティングされたマグネシウム若しくはジルコニウム封止金属と直接接触することになる。封止金属と接着剤との間のそのような境界面結合は、長期にわたって劣化に耐えるように思われ、したがって、アノード集電シートが封止金属であらかじめコーティングされない場合に比べて、より良好にアルカリウェーハ電池のプラスチックアノードフレームとアノード集電シートとの間の結合を維持する。
【００３２】
マグネシウム若しくはジルコニウムなどの好ましい封止金属は、それらの純元素形態であるが、マグネシウム若しくはジルコニウムの合金も使用できるので、封止金属を純元素金属だけに制限しようとするものではない。そのような場合、合金の主構成成分としてマグネシウム若しくはジルコニウムまたはそれらの組み合わせを有することが好ましい。ただし、マグネシウム若しくはジルコニウムまたはそれらの組み合わせが、合金の微量構成成分である場合にも、また利益を得ることができる。
【００３３】
封止金属は、必ずしもこれらに限定するものではないが、真空蒸着、スパッタリング、イオンめっき、プラズマ蒸着、ジェット補助下プラズマ蒸着（jet assisted plasma deposition）、焼結、低温金属溶射、爆発溶射（detonation gun spraying）、高速酸素燃料溶射、電気めっき（非水性電解質から）などの従来技術を用いて、または溶融めっき（hot dipping）（アノード集電シートを溶融封止金属槽に浸漬すること）によって、薄いコーティングでアノード集電シートに適用されてよい。封止金属は、好ましくは約０．１０ミクロン〜５０ミクロンの間、例えば約３ミクロンの均一な厚さで、アノード集電シートの内側表面に適用されてよい。
【００３４】
マグネシウム若しくはジルコニウムは、本発明のアルカリウェーハ電池の状況で使用するのに好ましい封止金属であるが、また、プラスチックアノードフレームをアノード集電体に結合させるために接着剤がそれらに適用される前に、同様の有益な結果をもたらす同様の方法で、他の金属をアノード集電体表面上のプレコートとして使用することもできる。そのような封止金属を列挙すれば、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびイットリウム（Ｙ）、並びにランタニド系列元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）が挙げられる。これらの元素のうち、利用可能性、機能、およびコストの総合的因子を考慮すれば、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびイットリウム（Ｙ）が好ましい。
【００３５】
本発明は、アノードフレームについていずれか特定のプラスチックまたはポリマー材料だけに制限することは意図されていない。アノードフレームは、そのプラスチック材料に耐久性があり、そのプラスチック材料が一般にアルカリ電解質による侵食に耐える限り、多種多様なプラスチック材料から構成されてよい。アノードフレームに好ましい材料は、例えば、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリスルホン、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）プラスチックである。
【００３６】
一般に、新しく製作された金属シートまたは金属構造は、周囲空気に曝された時に、それらの表面上に自然金属酸化物または金属水酸化物被膜を急速に発達させる。そのような自然金属酸化物または水酸化物被膜は、微量の水および酸素が完全に存在しない、純粋な不活性ガスの存在する実質的な真空中で一時的に除去できるにすぎず、その除去は困難である。接着剤または接着シーラント材料が、そのような表面に適用される時には、自然金属酸化物または金属水酸化物被膜を化学的に含む接着結合が、形成される。金属シート若しくは金属構造上の自然金属酸化物または金属水酸化物被膜の存在は、接着剤でコーティングされたプラスチック表面を金属構造に化学的に結合させる重要な役割を果たす。即ち、接着剤と金属酸化物または金属水酸化物との間の化学結合が、結合プロセスにおいて形成される。このことは、一般に、プラスチックアノードフレームをアノード集電シートに結合させる際に好ましい、以上に列挙した段階的接着シーラントを含む本質的にすべての接着剤または接着シーラントに当てはまる。しかしながら、そのようなプラスチックと金属との結合のいずれかの部分が、アルカリウェーハ電池内で、または一般的に任意のアルカリ電池においてアルカリ電解質に曝される場合、自然金属酸化物または金属水酸化物が浸食を受けて、結合を徐々に弱めることがある。ある金属酸化物または金属水酸化物は、他の金属酸化物よりもアルカリ電解質への溶解性が低いという主な理由により、前記金属酸化物または金属水酸化物は、他の金属酸化物または金属水酸化物よりもアルカリ電解質による侵食を受けにくいことが確認されている。
【００３７】
以上に列挙した封止金属、特にマグネシウムおよびジルコニウムが、アノード集電シートの表面上にコーティングされた時に、該集電シートの表面上に酸化マグネシウム若しくは水酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウム被膜を発達させることが見出されている。そのような酸化マグネシウム若しくは水酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウム被膜は、自然金属酸化物被膜よりも、アルカリ電解質の存在下での溶解性が低い。例えば、アノード集電シートが銅または銅の合金（黄銅若しくは青銅など）製の場合、集電シートの表面上に発達する酸化マグネシウム若しくは水酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウム被膜は、自然酸化物被膜、例えば、酸化銅、または酸化銅＋酸化亜鉛、または酸化銅＋酸化スズよりも、アルカリ電解質への溶解性が低い。この点に関して、マグネシウム若しくはジルコニウムまたは以上に列挙した封止金属のうちの他のものなどの封止金属で、アノード集電シートをあらかじめコーティングする工程は、言うまでもなく該集電シート自体が、封止金属から形成される場合を除き、該アノード集電シートがそのようにあらかじめコーティングされない場合に比べて、アルカリ性環境において金属集電体に対する境界面の接着結合をより良好に維持する。
【００３８】
接着剤対金属の境界面結合が、徐々に劣化し得る別の道筋は、結合されている金属の表面上の天然の金属酸化物または金属水酸化物被膜が、前記被膜が存在する環境に起因した酸化または還元を受ける場合である。本発明のウェーハアルカリ電池の状況でプラスチックアノードフレームをアノード集電シートに結合させる点に関して、天然の酸化物または水酸化物被膜は、該酸化物または水酸化物中の天然の金属が、亜鉛に比べてより正の電気化学ポテンシャルを有する場合、アノード内の亜鉛により還元される傾向を有することがある。より低級の酸化物へのまたは金属自体への還元は、体積収縮および劣化、または金属との境界面結合内の接着剤の喪失を引き起こす。好ましい金属であるマグネシウムおよびジルコニウムを含め、以上に列挙した封止金属は、亜鉛に比べてより負の電位を有しており、したがって亜鉛によって還元されることがない。故に、通常銅若しくは銅合金（黄銅若しくは青銅）またはスズ製の金属集電体をマグネシウム若しくはジルコニウムなどの封止金属であらかじめコーティングする工程は、接着剤対金属の境界面結合を劣化から保護する。これは、マグネシウムおよびジルコニウムなど、以上に列挙した封止金属の酸化物または水酸化物が、亜鉛アノード材料との直接接触により、または電解質の共通主要部において亜鉛アノード電位で保持される時に還元されないからである。
【００３９】
以上で定義した封止金属は、電池の構成に関わらず、一般的にアルカリ電池に当てはまる。本明細書で定義されるアルカリ電池は、「その中でアルカリ電解質を使用している１次電池または充電式電池である電気化学電池」である。電解質は、通常、水酸化カリウム水溶液を含むが、他のアルカリ性構成成分、例えば、水酸化ナトリウム若しくは水酸化リチウムまたはそれらの混合物を含んでもよい。また、金属／空気電池、例えば、一般的に補聴器に使用されるボタン電池の形態の亜鉛／空気電池も、亜鉛アノード活物質との混合でアルカリ電解質を使用するので、アルカリ電池である。亜鉛／空気電池は、また、細長い円筒形構成または他の構成の形態であってもよく、それらすべては、それらの中でアルカリ電解質を使用することから、アルカリ電池と見なされてもよい。市販のアルカリ電池は、通常はゲル化剤およびアルカリ電解質と混合された微粒子の形態の亜鉛を含むアノードを通常有する。カソードは、カソード活物質として二酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケルなどを通常含んでよい。そのような電池は、前記電池の中でアルカリ電解質を使用することからアルカリ電池と見なされる。
【００４０】
アルカリ電池は、例えば金属ツメ、カップ形の金属部材または金属シートなどの通常細長い金属部材の形態をしたアノード集電体を有する。本明細書で使用する時、用語「アノード集電体」は、アノードの少なくとも一部分と接触する部分と電池の負端子と接触する別の部分とを有する通常は金属製の、電気的に伝導性の部材である。アノード集電体は、アノードから電池の負端子への連続的な電子伝導性の経路を提供する。一部のアルカリ電池、例えば亜鉛／空気ボタン電池などのアルカリボタン電池では、アノードケース自体がアノード集電体の役割を果たす。アルカリ電池では、アノード集電体の一部分は、アノード集電体を電池の正側から電気的に絶縁する通常は有機ポリマー若しくはプラスチック材料製の電気的に絶縁性の部材を通過する、または該電気的に絶縁性の部材に接する。これは、当該技術分野において、しばしば「負の貫通配線部分」と呼ばれる。アノード集電体の一部分（負の貫通配線）は、通常、接着性物質（例えば、アスファルトまたはポリアミド系シーラント）で絶縁部材に結合され、前記アノード集電体の一部と前記絶縁部材との間に良好な密着を提供する。アノード集電体の前記部分（負の貫通配線部分）を、以上で定義した本発明の封止金属、特にマグネシウム、ジルコニウム、またはチタンであらかじめコーティングすることにより、アノード集電体と絶縁部材との間の接着結合は、アノード集電体の前記部分がそのように封止金属であらかじめコーティングされない場合に比べてより耐アルカリ性となり、一般に経時的により良好に劣化に耐えるようになる。別の方法として、絶縁部材に結合される全体または部分としてのアノード集電体自体が、封止金属から形成されてもよい。この方法では、アノード集電体と絶縁部材との間の接着性密着が改善され、前記アノード集電体と前記電体絶縁部材との間を通じた電解質漏れの可能性が低減される。
【００４１】
電解質漏れ低減方法２に関し、これは、電解質が電池内部から外部環境に漏れる可能性を低減するために、長さを増大させた、または比較的長い妨害経路を設けるものである。この点において、いずれかの活性電極の縁部からそれに対応するバッテリ外部の端子接点まで測定される潜在的な漏れ経路の長さを、全体的な電池厚よりもかなり大きくなるように設定することが望ましいことが確認されている。本明細書の好ましい実施形態では、潜在的な漏れ経路（漏れブロック経路）とバッテリ厚との比は、１．５よりも大きく、より好ましくは２よりも大きい。
【００４２】
これは、別々に、または協働する形で使用できる、異なる２つの手段によって達成される。
【００４３】
第１の手段では、プラスチックフレームの幅が第１の漏れブロック経路Ａを提供する。プラスチックフレームの幅（漏れブロック経路Ａ）は、フレームの内側周縁部（バッテリ活物質および電解質と接触している）からその外側周縁部まで測定され、ほぼ電池の厚さ寸法ほどの長さまたはそれよりも長くなるように設定すべきである。故に、厚さ３ｍｍ（１／８”）の電池では、フレームの幅（Ａ）は、望ましくは約３ｍｍ（１／８”）以上である。漏れを防止するためにフレーム幅（漏れブロック経路Ａ）を最大限まで増大させることが望ましいが、このことが、電池内の活物質に利用可能な内部容積を犠牲にすることになることが認識されよう。したがって、所与の電池設置面積（アノードフレーム若しくはカソードフレームの面に平行またはほぼ平行な電池側部）について、妥当な量の活物質を電池に詰め込むことのできる、フレーム幅の上限が存在する。
【００４４】
第２の手段では、プラスチックフレームの露出した縁部すべてと、更に２つの導電性エンドプレート（集電シート）の表面の大部分（フレームの外側周縁部からある距離に位置する、各エンドプレート上の小さい端子接点領域だけは除く）とを含めて、電池の外部表面が、望ましくは、シーラントによって電池の外部表面に接着されたプラスチックフィルムで被覆される。好ましい実施形態では、露出した接点、例えば負接点が、フレームのすべての外縁部から最大可能距離のところで導電性エンドプレート上に配置される。したがって、少なくとも電池厚と同程度の長さの、アノードフレームの外側周縁部から露出した負接点までの距離Ｂが画定される。距離Ｂは、第２の電解質漏れブロック経路（ブロック経路Ｂ）の長さを画定する。距離Ｂは、好ましくは第１および第２の重ね合わされた収縮フィルムラップバンドを含み、好ましくは前記のラップバンド間および第１のラップと電池の表面との間にシーラントを有するフィルムラップまたはテープにより横切られる。第１のフィルムバンドと電池との間のシーラントおよび２つのフィルムバンド間のシーラントは、優れた電解質遮断特性を得るために役立ち、経路Ｂに沿っての電解質の漏れの変化を防ぎまたは大きく遅延させる。第１のプラスチックフィルムラップは、好ましくは、電池の周囲（縁部）の周りに付与されたプラスチック管の収縮バンド（周囲バンド）である。未収縮のバンドの中心軸は、厚さ方向に平行に向けられている。収縮後、このバンドは、すべての縁部と導電性エンドプレートのかなりの部分とを含めた、シーラントを支承する外部表面の大部分を覆って接着される。電池端子接点領域は除く（剥き出しのままにする）。したがって、潜在的な漏れ経路は、更に、フレームの外側周縁部から電池端子の近傍に向かって延長される。
【００４５】
第２のプラスチックフィルムラップ、好ましくはプラスチック管の収縮バンド（横方向バンド）が、第１のバンドに対して直角に電池に付与される。未収縮のバンドの中心軸は、厚さ寸法に対して垂直に向けられている。第２の収縮ラップ（横方向バンド）は、密接に収縮されて、残りの露出表面の大部分を被覆する。横方向バンドには、外側の金属エンドプレート上の、シーラントが存在しない接点領域と位置合わせされた、穿孔されたまたは切り抜かれた小さい穴が設けられていて、電池端子を露出させる。第１および第２の収縮ラップバンド（周囲バンドおよび横方向バンド）は、併せて、電池端子を除いた電池の外部表面全体を被覆する。
【００４６】
耐漏れ性を更に強めるために、第２の横方向バンドを付与する前に、第１の収縮ラップバンド（周囲バンド）の外部表面が、追加シーラントでコーティングされることもあり得、従って第１のバンド（周囲バンド）の外部と第２のバンド（横方向バンド）との間の封止を効果的にする。これによって、確実に、漏れた電解質のために残っている出口点が、露出した電池接点だけになる。
【００４７】
１つに結合された別個のアノードフレームおよびカソードフレームが存在する場合、本明細書で言及する第１の電解質漏れブロック経路（ブロック経路Ａ）を、アノードフレーム周縁部の幅、即ち、フレーム内の中空スペースを取り囲むフレーム縁部の幅と等しい長さを有するものとして定義することができる。（ただし、類推により、電池のカソード側ではカソードフレームの幅が第１のブロック経路Ａを決定することが理解されよう。）アノード材料とカソード材料との両方を収める単一の共通フレームが存在する場合、第１の電解質漏れブロック経路（ブロック経路Ａ）は、この共通フレームの縁部の幅と等しい長さを有するものとして定義される。前述した第２の電解質漏れブロック経路（ブロック経路Ｂ）は、アノードフレームの外側周縁部境界から電池表面上の露出した負接点までの距離として測定される。総電解質漏れブロック経路Ａ＋Ｂは、望ましくは電池厚の少なくとも約１．５〜４倍であり、非常に大きい設置面積を有する電池では更に大きくなり得る。
【００４８】
漏れ低減方法３に関し、これは、電池設置面積の総面積に比べ、外部の負接点の面積を最小限に抑えることによって達成される。故に、負接点の外部表面のできる限り多くを被覆することにより、シーラントおよびプラスチックフィルムを使用することにより、露出された接点面積と電池設置面積との比が最小限に抑えられる。好ましくは、この比は、５％未満（設置面積１ｃｍ２〜１４．５ｃｍ２の電池の場合）、より好ましくは１％未満（設置面積１４．５ｃｍ２〜６０３ｃｍ２の電池の場合）、最も好ましくは０．１％未満（設置面積６０３ｃｍ２以上の電池の場合）である。
【００４９】
ここに記載の配置は、正方形、長方形、多角形、円形、若しくは楕円形のような様々な形状、および平らでも湾曲していてもよい表面を有する、本発明のウェーハ電池に適用可能である。
【００５０】
全漏れ経路は、フレーム幅にフレームの外縁部から電池端子までの距離を加えた和からなる。本発明の好ましい実施形態では、全漏れ経路は、電池の厚さ寸法の少なくとも２倍である。より好ましくは、全漏れ経路は、電池の厚さ寸法の少なくとも３倍であり、最も好ましくは、全漏れ経路は、電池の厚さ寸法の少なくとも４倍である。電池外部をシーラントおよびプラスチックフィルムで被覆することにより、潜在的な漏れ経路は、更にフレームの外側周縁部から電池端子まで延長される。本明細書に開示の設計原理を用いると、非常に面積の大きい、例えば、２１．６ｃｍ×２７．９ｃｍ若しくは６０３ｃｍ２（約８．５ｉｎ×１１ｉｎ若しくは９３．５ｉｎ２）またはそれ以上の面積の、薄いアルカリ電池を構築することができる。
【００５１】
他の態様では、ウェーハ電池は、電池の短寸法を画定する該電池の対向する側部間を完全に通り抜ける、１以上の穴を有してよい。前記穴のいずれか１つを画定する境界表面は、好ましくはいずれの他のそのような穴の境界表面とは交わらないか、または触れていない。各穴を画定する境界表面は、また電池の短寸法を画定する対向する側部間の電池の外縁表面として定義されるような、電池の外側周縁部とは交わらないか、または触れていない。方形のウェーハ電池（直方体）では、穴は、望ましくは、電池の短寸法をそれらの間に画定する該電池の対向する２つの平行側部に垂直に向き合ってもよい。穴は、対称または非対称であってよい。具体的には、長方形のウェーハ電池の前記２つの対向する側部間の電池軸に沿って中央に配置された穴は、ウェーハ電池が電力供給されるべきデバイスに連結されたシャフト上に便利に挿入されることを可能にする。
【００５２】
本発明の代表的なウェーハアルカリ電池１０を図１に示す。図１の実施形態では、電池は、隅角部が丸み付けされた、全体的に方形の形状をしている。電池１０は、電池の主要部を形成する２つの対向する方形薄板状表面２０’および８０’と、それらの間にある２対の対向する方形端面とを有しており、その１対が端面１１０ａ、１１０ｂであり、第２の対が端面１１０ｃおよび１１０ｄである。対向する薄板状表面２０’および８０’は、好ましくは互いに平行である。対向する端面１１０ａおよび１１０ｂは、好ましくは互いに平行であり、対向する端面１１０ｃおよび１１０ｄは、好ましくは図１に示したように互いに平行である。故に、電池１０は、隅角部が丸み付けされた直方体（直平行六面体）の形状である。
【００５３】
対向する薄板状表面２０’および８０’が、他の形状、例えば多角形であってもよく、また円形若しくは楕円形であってもよく、様々な表面積の、曲線状の周囲、または一部が曲線状の周囲であってもよいことが理解されよう。したがって、本発明は、方形電池だけに限定されるものではない。対向する薄板状表面２０’および８０’は、平行でなくてもよい。故に、望むなら、電池は、厚さが一定でなくてもよい。対向する薄板状表面２０’および８０’は、平らでなくてもよい。故に、望むなら、電池は、一定の厚さまたは一定ではない厚さで、単一曲率または２重曲率をもつことができる。単一曲率の電池は、例えば、図９Ｂおよび９Ｃに示されている。図９Ｂでは、電池は、上面２０’から見下ろした時に、内側に湾曲している（凹面）。図９Ｃでは、電池は、上面２０’から見下ろした時に、外側に湾曲している（凸面）。図９Ｃでは、電池は、また、一端１１０ａでは、反対側の端部１１０ｂよりも薄い。また同様に、端部１１Ｏａでの電池の幅は、反対側の端部１１０ｂでの幅とは異なるものであってよい。図９Ｃでは、電池の幅は、端部１１０ａでは、反対側の端部１１０ｂでの幅よりも小さい。電池表面は、また、多重曲率の表面であってもよい。図９Ａでは、２重（鞍状（saddle））曲率の電池が示されている。
【００５４】
例えば図１Ａに示したように、電池の薄板状構造が形成された後、１つ以上のプラスチックフィルムバンドを電池の表面に適用することができる。バンドは、好ましくは熱収縮性プラスチック材料製であり、望ましくはポリ塩化ビニルフィルム製である。図８Ａに示したように、電池端子接点領域２５および２６を除いた電池の外側が、初めにシーラント１２０（後述するような接着剤シーラントＢ）の第１の外層で被覆される。次いで、第１の熱収縮ラップ、即ち、収縮プラスチックの周囲フィルムバンド２１０が、電池の周縁部の周りに適用される（図８Ｂ）。バンド２１０は、好ましくは、中空の内部２１２を画定する閉じた主要表面２１１から形成される。フィルムバンド２１０が、電池の表面上に熱収縮される時、フィルムバンド２１０の主要部２１１は、電池表面上に折り重なり第１の外側シーラント層１２０に接着する（図８Ｃ）。シーラント１２０の一部分は、端子接点領域２５を除く中央部（図８Ｃ）で露出したままである。外側シーラント１２１（後述する接着剤シーラントＢ）の第２の層が、周囲の収縮プラスチックバンド２１０の外表面に適用されるが、電池の周縁部では所望により該シーラント１２１を省略してもよい。次いで、第２の熱収縮ラップ、即ち、収縮プラスチックの横フィルムバンド２２０が、収縮プラスチックの周囲バンド２１０に垂直に適用されて、残りの露出した薄板状表面２０’および８０’を被覆する。横フィルムバンド２２０が電池表面上に熱収縮されると、該フィルムバンドは、第２のシーラント層１２１と接触する。したがって、横方向バンド２２０は、周囲バンド２１０を覆って適用された第２のシーラント層１２１に接着する。横方向バンド２２０は、また、薄板状表面２０’および８０’に適用された、ただし収縮プラスチックの周囲バンド２１０によって被覆されていなかった、第１のシーラント１２０の露出部分（図８Ｃ）にも接着する。横方向バンド２２０には、薄板状表面２０’上の端子接点領域２５を露出させる穴２２２と、薄板状表面８０’上の反対側の端子接点領域２６を露出させるバンド２２０の反対側の面上の同様の穴（図示せず）とが設けられている。例えば図２に示される特定の実施形態では、端子接点領域２５は、電池の負端子を提供し、反対側の接点領域２６は、正端子を提供する。横方向バンド２２０の小さい部分は、横方向バンド２２０が、周囲バンド２１０上に収縮した後に、バンド２２０の開口端のところに小さい孔または窓２２４をもたらす。下層の周囲バンド２１０の小さい部分が、窓２２４を通じて露出した状態で示されている（図８Ｅ）。
【００５５】
好ましくは、電池１０の全厚が小さく、例えば約０．５〜６ｍｍ、例えば約１．５〜６ｍｍ、より典型的には約１．５〜４ｍｍである。
【００５６】
電池１０（図１）の具体的な構成は、図１Ａに切欠図で、図２および図３にそれぞれ縦断面図および横断面図で示されている。電池１０は、初めにアセンブリ３０Ａ（図４Ａ）のようなアノードアセンブリを形成し、次いでアセンブリ７０Ａ（図４Ｂ）のようなカソードアセンブリを形成することを特徴とする。次いで、アノードアセンブリ３０Ａおよびカソードアセンブリ７０Ａが、好ましくは接着剤によって互いに結合されて、完成した電池を形成する。完成した電池は、好ましくはシーラントでコーティングされ、好ましくは熱収縮性ポリ塩化ビニル製のプラスチックフィルム２００で、好ましくは２回包まれる。プラスチックフィルム２００に熱が加えられて、電池のラベルを形成する。他の種類の外側フィルムラップ２００が使用可能であり、例えば、接着剤コーティングされたプラスチックフィルムおよび熱収縮性ポリオレフィン若しくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムがある。前述したように、外側フィルムラップ２００は、好ましくは２重ラップを含み、即ち、電池の周縁部の周りに適用された第１のフィルムバンド２１０と、第１のフィルム２１０を覆って横方向に適用された第２のラップ２２０とを含む。
【００５７】
しかしながら、場合によっては、初めに横方向フィルムバンドを適用し、２番目に周囲バンドを適用することが望ましいこともあり得る。横方向バンドは、両方の集電体プレート外面の少なくとも一部分を被覆するフィルム材料の閉じたループを含んでよい。別の方法として、横方向バンドは、両方の集電体プレート外面の少なくとも一部分を被覆するフィルム材料の折り畳まれた小片を含み、電池の厚さ寸法を含む縁部の一部分上に折り重ねられてもよい。別の方法として、横方向バンドは、２つの別個のフィルム片を含んでもよく、各々が、各集電体プレート外面の少なくとも一部分を被覆する。
【００５８】
接着剤またはシーラントは、様々な構成要素に好ましい位置でコーティングまたは適用される。接着剤およびシーラントの一般的な種類について説明し、特に好ましいものを指定する。ただし、特定の接着剤およびシーラントの代替が可能であることが理解され、したがって、本発明を本明細書に提示したものだけに制限しようとするものではない。本明細書に記載のウェーハ電池１０の実施形態を形成する際に使用される接着剤／シーラントには、３つの種類がある。
【００５９】
接着剤Ａ：これは、主に、結合される構成要素に保持強度を付与する構造用接着剤である。接着剤Ａにエポキシ系接着剤を使用することが好ましい。好ましいエポキシ接着剤は、例えば、３Ｍ社（3M Company）から２２１６の商品名で入手可能な２成分エポキシからなるものであってよい。また、単成分の、３Ｍから非金属充填エポキシ２２１４（non-metallic filled epoxy 2214）の商品名で入手可能な熱活性型エポキシ、または３ＭからＬＣ−１２１１の商品名で入手可能なＵＶ開始型アクリレート接着剤、または３ＭからＡＦ−１１１ スコッチ・ウェルドフィルム接着剤（AF-111 Scotch-Weld film adhesive）の商品名で入手可能なフィルム接着剤であってもよい。
【００６０】
接着剤シーラントＢ：これは、構成要素を１つに結合させるのに役立ち、また同時にシーラントの役割も果たす、即ち、アルカリ電解質を密封し、且つその透過を妨害する働きをする、粘着性接着剤である。接着剤シーラントＢは、好ましくは、粘着性ポリアミドを含む溶剤系溶液として適用される。或いは、シーラントＢは、グラフト側基（grafted side groups）をもつポリエチレンである機能化されたポリエチレンを含んでもよい。好ましい機能化されたポリエチレン接着剤シーラントは、中国のハルビン・レナウン・テック社（Haerbin Renown Tech.Co.Ltd.）から商標名Ｊ−４３接着剤（J-43 adhesive）として入手可能である。或いは、アスファルトであってもよい。ポリアミド樹脂を含む溶剤系溶液の形態の好ましいシーラントＢは、スペシャリティ・ケミカルズ社（Specialty Chemicals Co.）から商品名スペックシール（Specseal）として販売されている。粘着性ポリアミド樹脂を含む他の好ましい溶剤系溶液は、商標名ＲＥＡＭＩＤ−１００およびＶＥＲＳＡＭＩＤ−１００として入手可能である（ヘンケル社（Henkel Corp.）またはコグニス社（Cognis Corp.）から）。そのような接着剤構成成分は、望ましくは低分子量の熱可塑性ポリアミド樹脂である。好ましいポリアミド樹脂は、商標名ＲＥＡＭＩＤ−１００およびＶＥＲＳＡＭＩＤ−１００として入手可能である（ヘンケル社（Henkel Corp．）またはコグニス社（Cognis Corp．）から）。これらの樹脂は、室温でゲルであって、分子量約３９０の二量体化脂肪酸であり、且つ二量体化脂肪酸とジアミンとの反応生成物である。より高分子量のポリアミド系接着剤構成成分を使用できるが、低分子量の構成成分は、選択される好ましい溶剤中により容易に溶解するので好ましい。接着剤構成成分は、所望の粘度になるように溶剤に溶解される。イソプロパノールまたはトルエンのような様々な溶剤、並びに溶剤の混合物を使用することができる。好ましくは、取扱時に比較的無害な性質であるので、イソプロパノールが溶剤として使用される。ポリアミドは、水酸化カリウム電解質による化学的侵食に耐えるという、さらなる利点を有する。ジェットスプレー方法を含めた従来のスプレーコー
ティング技術を使用して、接着剤を電池構成要素に適用することができる。接着剤は、電池のポリマー構成要素の所望の表面間、電池の金属構成要素の表面間、または電池のポリマー構成要素の表面と電池の金属構成要素の表面との間に接着剤シールをもたらすように適用することができる。
【００６１】
接着剤Ｃ：この接着剤は、主に同一のまたは類似のプラスチック材料製の２つのプラスチック構成要素を結合させるために使用される。好ましい接着剤は、それ故にまた結合されるべきプラスチック材料と同一のポリマーベースも有する。例えば、結合されているプラスチック材料が耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）である場合、好ましい接着剤は、やはりポリスチレン接着剤樹脂を含有する。そのような接着剤は、適した溶剤に溶解した接着剤樹脂を含む溶剤系溶液の形態で便利に適用することができる。
【００６２】
本発明の特定の実施形態について記載する際、特に指示のない限り、接着剤は、以上で指定した接着剤Ａ、Ｂ、またはＣを参照することによって与えられる。
【００６３】
好ましいアノードアセンブリ３０Ａ（図４Ａ）は、外側周縁部３３ａと内側周縁部３７とを有する好ましくは有機ポリマー材料、例えばプラスチック製のアノードフレーム３０を含む。内側周縁部３７は、中空の内部スペース３３ｂを取り囲む。アノードフレーム３０は、好ましくは、耐久性があり、更に可撓性で接着結合可能でもある、プラスチック材料から構成される。フレーム３０に好ましい材料は、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリスルホン、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）プラスチックである。アノードアセンブリ３０Ａは、また、アノード材料４０と、アノード集電シート２０と、セパレータシート５０とを含む。故に、アノードフレーム３０は、アノード４０のためのハウジングの一部分を形成し、アノード集電シート２０と電池の正側との間の接触を妨げる絶縁封止部材の役割も果たす。所望により、セパレータシートを、カソードアセンブリ７０Ａの一部として含めてもよく、またはアノードアセンブリとカソードアセンブリとの間の別個の物体として含めてもよい。組立時には、集電シート２０を、フレーム３０の後側部に接着結合させることができる（図４Ａ）。そのような実施形態（図４Ａ）では、フレーム３０とそれに結合したアノード集電シート２０とが、事実上、アノード材料４０のためのハウジングを形成する。好ましい集電シート２０は、銅製である。シート２０は、望ましくは厚さ約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間である。集電シート２０は、好ましくは、フレームの外縁部に隣接する構造用接着剤のバンド２０ａ（前述の接着剤Ａ）とフレームの内縁部に隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）とからなる段階的シールを用いて、フレーム３０の後側に固定され封止される。段階的シールの代わりに均一な組成の単一の接着剤を適用してもよいが、電解質を密封するより優れたシステムをもたらすので段階的シールが好ましい。接着剤層の厚さを制御するために、スペーサビーズを構造用接着剤に組み込むことができる。次いで、アノード材料４０を、集電シート２０に押し当てられた配置になるようにフレーム３０内の内部スペース３３ｂに挿入することができる。フレーム３０には、フレームの内縁を形成する陥凹レッジ（ledge）３６を設けてよい。陥凹レッジ３６は、好ましくは接着剤３７でコーティングされる。接着剤３７は、溶剤系接触接着剤、例えば、３Ｍ社（3M Company）から商品名１３５７−Ｌで入手可能な接触接着剤、または３Ｍから商品名３０−ＮＦで入手可能な水系接触接着剤であってよい。レッジ３６に適用するための好ましい溶剤系接着剤は、１０重量％の耐衝撃性ポリスチレンと９０重量％のトルエンとの溶液を含む。セパレータシート５０の縁部がレッジ３６に接して配置され、且つ接着剤コーティング３７によって該レッジに結合されるように、セパレータシート５０をアノード材料４０上に被せて挿入してよい。或いは、超音波または熱および圧力溶接法によって、セパレータシート５０の縁部をレッジ３６に溶接してもよい。したがって、完成したアノードアセンブリ３０は、集電シート２０およびセパレータ５０がフレーム３０の両側に結合した、集電シート２０に押し当てられたアノード材料４０を含む積層構造の形態である。
【００６４】
好ましいカソードアセンブリ７０Ａ（図４Ｂ）は、外側周縁部７３ａと内側周縁部７７とを有する、好ましくは有機ポリマー材料、例えばプラスチック製のカソードフレーム７０を含む。内側周縁部７７は、中空の内部スペース７３ｂを取り囲む。カソードフレーム７０は、好ましくは、耐久性があり、更に可撓性で接着結合可能でもある、プラスチック材料から構成される。フレーム７０に好ましい材料は、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリスルホン、またはポリ塩化ビニルプラスチックである。カソードアセンブリ７０Ａは、また、カソード材料６０とカソード集電シート８０とを含む。カソード集電シート８０は、望ましくはニッケルめっき鋼シートであり、好ましくは、ニッケルの上を炭素層が覆う、ニッケルめっき鋼である。鋼シートは、通常、冷延鋼であってよい。他の適したカソード集電シート８０は、米国特許第６，５５５，２６６Ｂ１号に開示されているような、ニッケル層をコバルト層が覆い、コバルトを炭素塗料層が覆う、ニッケルめっき鋼シートであってよい。他の適したカソード集電体は、エッチングされ、炭化され、炭素塗料コーティングでコーティングされた、純ニッケルシートである。ニッケルシートは、望ましくは約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間の厚さを有してよい。ニッケルシート上の炭素コーティングは、例えば、米国特許第６，５５５，２６６号に記載されているような、溶剤系コーティング法によって適用されてよい。ニッケルシートは、該ニッケルシートを高温で動作している炉に通過させることによって炭化されてよく、その際、揮発した炭素前駆体から炭素がニッケル表面上に蒸着する。ニッケル表面上に炭素を蒸着させて炭化ニッケル表面を形成する後者の技術については、米国特許第２，０５１，８２８号（ウィリアム・Ｆ・デスター（William F. Dester）、１９３６年８月２５日）に記載されている。アルカリ電池における炭化ニッケル集電体の使用については、米国特許第３，７１３，８９６号（ラルフ・Ｈ・フェルダケ（Ralph H. Feldhake）、１９７０年８月１９日）に記載されている。
【００６５】
組立時には、集電シート８０をフレーム７０の後側部に接着結合させてよい（図４Ｂ）。かかる実施形態（図４Ｂ）では、フレーム７０とそれに結合したカソード集電シート８０とが、事実上、カソード材料６０のためのハウジングを形成する。集電シート８０は、フレームの外縁部に隣接した構造用接着剤のバンド７０ａ（前述の接着剤Ａ）と、フレームの内縁部に隣接したシーラント材料のバンド７０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）とからなる段階的シールを好ましくは用いて、フレーム７０の後側の縁部７３ａに結合されてよい。段階的シールの代わりに均一な組成の単一の接着剤を適用してもよいが、電解質を密封するより優れたシステムをもたらすので段階的シールが好ましい。次いで、カソード材料６０を、集電シート８０に押し当てられた配置になるようにフレーム７０内の内部スペース７３ｂに挿入することができる。したがって、完成したカソードアセンブリ７０ａは、集電シート２０に押し当てられたカソード材料６０を含む、ただしカソード材料６０の一部分が露出した、積層構造の形態である。
【００６６】
次いで、アノードアセンブリ３０Ａをカソードアセンブリ７０Ａに接着固定して、アノード材料４０とカソード材料６０とが互いに向き合い、且つそれらの間にセパレータ５０が存在する、単一積層電池構造１０を形成することができる（図１Ａ）。アノードアセンブリ３０Ａおよびカソードアセンブリ７０Ａは、接着剤をアノードフレーム３０の露出された前側部（図４Ａ）に適用することにより、互いに都合よく結合される。アノードフレーム３０（外縁部３３ａと内縁部３７との間）は、通常、接着剤が適用されるのに十分な空間を許容する約３ｍｍ〜６ｍｍ（１／８〜１／４インチ）の幅であってよい。接着剤３２は、望ましくは、フレーム３０のプラスチック材料と同じ部類由来の接着剤樹脂を含有する。故に、フレーム３０が耐衝撃性ポリスチレン製の場合、好ましい接着剤３２は、耐衝撃性ポリスチレンのトルエン溶液である。或いは、フレームがＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）若しくはＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）から作製される場合、これらのプラスチックポリマーのトルエン溶液または他の溶剤溶液を使用してよい。接着剤３２がアノードフレーム３０の前部に付与された後、アノードフレーム３０は、カソードフレーム７０上に押圧され、故に図１〜３に示された完成された電池１０を形成する結合された積層構造を形成するためにアノードアセンブリ３０Ａをカソードアセンブリ７０ａに接着結合させる。図１Ａ、図２、および図３に最もよく示されている完成した電池１０は、堅く、頑丈で、且つ小型である。結合された積層電池構成は、電池内容物をその中に保持する、緊密に封止された電池をもたらす。図２および図３に示したように、電池は、１層または２層のシーラントでコーティングされ、１層または２層のプラスチックフィルム、好ましくはポリ塩化ビニルの熱収縮性フィルムで包まれてよい。フィルムに熱が加えられると、該フィルムは、電池の境界表面の周りで収縮してラベルを形成する。
【００６７】
本発明の一態様は、電池内部から電解質が外部脱出点に到達するまでに通る長い漏れ経路が設けられるように、電池を設計することである。（これは、様々な電池構成要素に前述の接着剤および接着剤シーラントを与えることに加えて実施される。）故に、本発明のウェーハ電池１０は、フレーム３０および７０（または、図７Ａおよび図７Ｂに示した単一フレームの実施形態の場合にはフレーム１３０）が、好ましくは少なくとも総電池厚と同じ大きさの、フレーム縁部幅（例えば、図４Ａに示した縁部３３ａと３７との間、または図４Ｂに示した縁部７３ａと７７との間、または図７Ｂに示した縁部１３０ａと１３７との間）をもつように設計される。これは、例えば図２に示したように、電解質が電池内部からフレームの外端まで通る、比較的長い第１の漏れブロック経路「経路Ａ」をもたらす。次いで、外側の熱収縮性フィルムラップ２００（図８Ａ〜８Ｅに示したように２重のフィルムラップ２１０および２２０を含んでもよい）が、第２の漏れブロック経路「経路Ｂ」をもたらす。ブロック経路Ｂは、フレーム（例えば、フレーム３０）の外側周縁部から距離「Ｂ」（図２）のところにある導電性エンドプレート（例えば、エンドプレート２０）上に配置された露出端子接点（例えば、端子接点２５）からの距離として定義され、それは、少なくともフレーム幅と同じ長さの距離、即ち、電池厚にほぼ等しいまたはそれ以上の距離である。この状況では、総電解質漏れブロック経路Ａ＋Ｂ（図２）は、好ましくは電池厚の少なくとも２倍である。漏れブロック経路ＡおよびＢに対するのと同一の定義が、図７Ａおよび図７Ｂに示した本発明の単一フレーム１３０の実施形態にも同様に当てはまることが理解されよう。
【００６８】
本発明の電池１０に好ましい放電レートは、例えば、約１５〜４５ミリワット／ｃｍ２（１３．５〜４０．５ミリアンペア／ｃｍ２）ほどの大きさであってよい。（平方センチメートル面積は、アノード／カソード境界面での面積に基づく。）全体寸法が幅４ｃｍ×長さ８ｃｍ×厚さ３ｍｍの典型的なウェーハ電池１０は、電流ドレインレート（current drain rate）約１〜１，０００ミリアンペア、好ましくは約１０ミリアンペア〜１００ミリアンペアに対応し得る。
【００６９】
図５Ａおよび図５Ｂに示された代替的な実施形態では、完成された電池の構造上の一体性が、アノードフレーム３０およびカソードフレーム７０を、それぞれのフレーム縁部３３ａおよび７３ａの隣の突出したリベットを含むように一体成型することにより、強められることがあり得る。そのような一体成型されたリベット３５が、アノードフレーム３０の後面縁部から突き出る様子が示されている。同様に、一体成型されたリベットが、カソードフレーム７０の後面縁部から突き出る様子が示されている。アノード集電シート２０は、アノードフレーム３０上の突出リベット３５と対合するための孔２２をその縁部に沿って設ける。同様に、カソード集電シート８０には、その縁部に沿って、カソードフレーム７０上の突出リベット７５と対合するための孔８２を設けることができる。したがって、リベット３５を孔２２に挿通することによって、アノード集電シート２０をアノードフレーム３０に固定することができ、リベット７５を孔８２に挿通することによって、カソード集電シート８０をカソードフレーム７０に固定することができる。次いで、リベットヘッドに熱と圧力を加えることによって、該リベットヘッドをピーニング処理（peened）（積層化）することができる。望ましくは、アノード集電シート上のリベット孔２２間のスペースおよびカソード集電シート上のリベット孔８２間のスペースにも、シーラントを適用してよい。そのような目的のために好ましいシーラントは、中国のハルビン・レナウン・テック社（Haerbin Renown Tech.Co.Ltd.）から商品名Ｊ−４３接着剤（J-43 Adhesive）として入手可能であるような、粘着性のある機能化されたポリエチレン樹脂を有する溶剤系シーラントであってよい。図６Ａおよび図６Ｂに示した実施形態では、アノードフレームに沿った突出リベット３５は、アノードフレーム３０の縁部に沿った浅い窪んだスペース３８から突き出る陥凹した基部を有してよい。そのような構成によって、リベットヘッドがアノード集電シート２０の孔２２に挿入されて積層化された後で、該リベットヘッドを該アノード集電シートの表面よりも低い水平面に下げることができる。同一の陥凹リベットヘッド構成を、カソードフレーム７０から突き出るリベット７５に使用してよい。
【００７０】
図４Ａおよび図４Ｂに示した実施形態、並びに図５Ａおよび図５Ｂに示したリベットを備えた実施形態にしたがって、電池１０を作製した。図４Ａおよび図４Ｂに示されたアノードアセンブリおよびカソードアセンブリを使用する特定の構成では、電池は、全厚２．８ｍｍ、幅３８ｍｍ（１．５インチ）、長さ３８ｍｍ（１．５インチ）を有していた。電池を、約０．６ボルトのカットオフ電圧まで７７．５〜０．７７５ミリワット／ｃｍ２の様々な一定レートで放電させた（面積は、アノードとカソードとの間の境界面積に基づく）。約０．６ボルトのカットオフまでの放電サイクルの間、平均負荷電圧は、約１．１ボルトであった。したがって、前述のワット密度範囲は、電流ドレイン密度約７０．５〜０．７０５ミリアンペア／ｃｍ２となる。この放電範囲では、電池は、元の厚さの最大約１０％の厚さまで膨らんだ。電池は、破裂せず、電解質の漏れもなかった。電子デバイスのバッテリキャビティ内で電池が密接に膨張しすぎないようにするために、公称１０％の電池膨張を見込むように、該バッテリキャビティを電池よりも十分に大きく設計すること、または電池をキャビティ開口部よりも厚さが十分に小さくなるように設計することが推奨される。
【００７１】
他の好ましいウェーハ電池の実施形態（図７Ａおよび図７Ｂ）では、図４Ａおよび図４Ｂの実施形態に示した２つのフレーム３０および７０の代わりに、単一フレーム１３０を使用してよい。好ましくはプラスチック製の単一フレーム構成は、アノード材料４０およびカソード６０を単一フレーム１３０の両側に詰め込み可能であり、個々のフレームを互いに結合させる必要性を回避するという利点がある。図７Ｂに最も良く示されている単一フレーム１３０は、中空の内部スペース１３３ｂを取り囲む内側周縁部１３２を有する。図７Ａおよび図７Ｂに示した単一フレームの実施形態の状況では、アノードアセンブリは、アノード集電体２０と、アノード４０と、セパレータ５０と、フレーム１３０の上側とを含む。カソードアセンブリは、カソード集電体８０と、カソード６０と、同じフレーム１３０の下側とを含む。アノード集電体２０およびカソード集電体８０は、フレーム１３０の両側に結合されて、薄板状電池構成を形成する。
【００７２】
単一フレームを使用する実施形態のための電池構成（図７Ａおよび図７Ｂ）を達成するには、接着剤１３７が、フレーム１３０の内縁に沿って陥凹レッジ１３６に適用される（図７Ｂ）。
【００７３】
接着剤１３７は、溶剤系接触接着剤、例えば、３Ｍ社（3M Company）から商品名１３５７−Ｌで入手可能な接触接着剤、または３Ｍから商品名３０−ＮＦで入手可能な水系接触接着剤であってよい。レッジ１３６に適用するための好ましい溶剤系接着剤は、１０重量％の耐衝撃性ポリスチレンと９０重量％のトルエンとの溶液を含む。
【００７４】
セパレータシート５０は、接触接着剤１３７によって陥凹レッジ１３６に結合される。或いは、接着剤を使用せずに、熱および圧力によって、または超音波によって、セパレータシート５０を陥凹レッジ１３６に直接溶接してもよい。
【００７５】
カソード６０は、セパレータシート５０の露出した側部の上に押圧される。次いで、カソード集電シート８０の縁部がフレーム１３０の縁部と接触するように、該集電シート８０がカソード６０に被せて適用される。段階的接着剤８０ａおよび８０ｂは、図７Ａおよび図７Ｂから推測されるように、カソード集電体８０をフレーム１３０の下側にしっかりと結合された状態で保持する。
【００７６】
アノード４０は、セパレータシート５０の反対側の露出した側部上に押し出され、または押圧される。次いで、アノード集電シート２０が、該集電シート２０の縁部がフレーム１３０の縁部と接触するように、アノード４０に被せて適用される。段階的接着剤１３０Ａおよび１３０ｂは、図７Ａのようにアノード集電体２０をフレーム１３０の上側にしっかりと結合された状態で保持する。
【００７７】
段階的シールは、好ましくはフレーム１３０の外縁部１３３ａと内縁部１３７との間に適用される。段階的シールは、フレームの外縁部に隣接した構造用接着剤のバンド１３０ａ（前述の接着剤Ａ）と、シーラント材料のバンド１３０ｂ（接着剤シーラントＢ）（フレームの内縁部に隣接）とを含んでよい。均質な組成の単一の接着剤が、段階的シールの代わりにフレーム１３０の外縁部１３３ａと内縁部１３７との間に適用されてもよいが、段階的シールが好ましく、前記段階的シールは、電解質を密封するためのより優れたシステムをもたらすからである。
【００７８】
同様の段階的接着剤を、フレーム１３０の反対側の側部に適用してよく、またはカソード集電シート８０の縁部に沿って適用してよい。後者は、図７Ｂに示されている。段階的接着剤は、カソード集電シート８０の外縁部に隣接した構造用接着剤８０ａ（前述の接着剤Ａ）と、カソード集電シート８０の内縁部に隣接したシーラント材料のバンド８０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）とを含む。段階的接着剤の代わりに均一な組成の単一の接着剤を適用してもよいが、電解質を密封するより優れたシステムをもたらすので段階的接着剤が好ましい。
【００７９】
非限定例として、３８ｍｍ×７６ｍｍ（１．５インチ×３．０インチ）の設置面積サイズのウェーハ薄型電池１０（厚さ４ｍｍ）の場合、典型的な動作時電流ドレインは、約１ミリアンペア〜約２，０００ミリアンペア、一般的に約１０〜２５０ミリアンペア、より一般的に約１０〜１００ミリアンペアであり得る。一般に、本発明の電池１０のサイズをより大きくすれば（厚さではなく、それらのアノード／カソード境界面積に関して）、ますます高くなる電流ドレイン需要において該電池が良好な性能を示すことができることが理解されよう。
【００８０】
特定のタイプの亜鉛粉末合金、亜鉛粒径、および特定のタイプのアノード集電体の場合、水素ガスがカソードへと拡散し、且つカソード材料によって酸化されて水を形成できるよりも速く、アノードが水素ガスを生成することがある。したがって、何らかの形態のガス管理システムが必要なことがある。具体的には、蓄積した水素ガスを排気するためのシステムが必要なことがある。これは、例えば、米国特許第４，１０５，８３１号（ポラロイド社（Polaroid Corporation））によって開示されているのと同様に、その長さ全体にわたって配置された多孔質インサートを有するガス透過性ポリマーのチューブの形態をとることができ、該チューブは、アノードキャビティを横切り、プラスチックフレームの外縁部を越えたところで終端する。
【００８１】
アノード集電シート２０とプラスチックアノードフレーム３０との間の境界面における封止特性は、アノード集電シート２０をプラスチックフレーム３０に結合させるために接着剤が適用される前に、アノード集電シートの内側表面を封止金属の薄層であらかじめコーティングすることにより改善可能である。故に、アノード集電体表面を直接接触させる代わりに、前述の段階的接着剤２０ａおよび２０ｂのような接着剤が、アノード集電シート２０上にあらかじめコーティングされた封止金属３００（図１０Ａ）と接触することになる。このことは、封止特性、特にアノード集電シートとプラスチックアノードフレームとの間の境界面における接着剤シールの長期的な強度および均一性を改善することが確認されている。別の方法として、接着剤が封止金属３００とプラスチックフレーム２０との間に前記の２つを互いに結合させるように、アノード集電シート２０は、それ自体、封止金属３００から形成されてもよい。
【００８２】
前述したウェーハ電池の実施形態の図１〜９Ｃは、電池の保管時にも通常使用時にも電池に十分な封止をもたらすが、本明細書ではシールの付加的な改善が提示される。改善が、主にアノードアセンブリ例えばアノードアセンブリ３０Ａ（図４Ａ）を含む封止構成要素に関して説明されるてあろう。しかしながら、そのような改善は、カソードアセンブリ例えばカソードアセンブリ７０Ａを含む封止構成要素にも同様に適用可能であることが理解されよう。
【００８３】
前述のように１以上の接着剤、例えば段階的接着剤シール２０ａおよび２０ｂ（図４Ａ）が、アノード集電シート２０をフレーム縁部３０に結合させるために使用されてもよい。例えば、アノードフレーム３０の外縁部３３ａに隣接した構造用接着剤のバンド２０ａ（前述の接着剤Ａ）と該フレームの内縁部３７に隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）が、図４Ａに示されるように適用されてもよい。均質な組成の単一の接着剤が段階的接着剤シールの代わりに適用されてもよいが、段階的シールが、好ましく、段階的シールは、アノード集電シート２０とプラスチックアノードフレーム３０との間の境界面に電解質を密封するための、より優れたシステムをもたらすからである。
【００８４】
アノード集電シート２０とプラスチックアノードフレーム３０との間の境界面における封止特性は、接着剤２０ａおよび２０ｂのような接着剤が、アノード集電体に適用される前に、アノード集電体２０の内側表面を封止金属３００の薄層（図１０Ａ）であらかじめコーティングすることにより改善可能であることが確認されている。故に、アノード集電体２０表面を直接接触させる代わりに、接着剤２０ａおよび２０ｂのような接着剤が、アノード集電シート２０上にあらかじめコーティングされた封止金属３００に接触することになる。このことは、封止特性、特にアノード集電体２０とプラスチックアノードフレーム３０との間の境界面における接着剤シールの長期的な強度および結合均一性を改善することが確認されている。
【００８５】
一例として、アノード集電シート２０が前述に列挙したような銅、黄銅、青銅、スズ、または亜鉛製の場合、マグネシウム、ジルコニウム、またはチタンは、プラスチックアノードフレーム３０をアノード集電シート２０に結合させる接着剤、例えば段階的接着剤２０ａおよび２０ｂと接触するアノード集電体表面の部分の上にあらかじめコーティングされるべき好ましい封止金属である。（マグネシウムまたはジルコニウムは、銅または黄銅製の集電シートに特に好ましい封止金属であることが確認されている。）故に、均質な接着剤または段階的接着剤いずれかの接着剤が、プラスチックアノードフレームをアノード集電シートに結合させるために接着剤が使用され、前記接着剤は、集電シートの対面する表面（通常は内側表面）上にあらかじめコーティングされたマグネシウム若しくはジルコニウム封止金属と直接接触することになる。封止金属コーティングと接着剤との間のそのような境界面は、長期（例えば、多数年）にわたっての劣化に耐えるように思われ、従って、アノード集電シートが、封止金属であらかじめコーティングされない場合に比べて、より良好にアルカリウェーハ電池のプラスチックアノードフレームとアノード集電シートとの間の結合を維持する。
【００８６】
マグネシウム若しくはジルコニウムは、本発明のアルカリウェーハ電池１０の状況で使用するのに好ましい封止金属３００であるが、接着剤がプラスチックアノードフレームをアノード集電体に結合させるためにアノード集電体表面に適用される前に、他の金属が、アノード集電体表面上のプレコートとして同様の方法で使用可能である。そのような封止金属の目録として、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびイットリウム（Ｙ）、並びにランタニド系列元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）が挙げられる。これらの元素のうち、利用可能性、機能、およびコストの総合的因子を考慮すれば、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびイットリウム（Ｙ）が好ましい。
【００８７】
封止金属は、約０．１０〜５０．０ミクロンの、通常は約１〜５ミクロンの、例えば約３ミクロンの均一な厚さでアノード集電シート２０の内側表面に適用されてもよい。別の方法として、アノード集電シート２０は、それ自体封止金属から形成されてもよい。そのような場合、アノード集電シートは、通常約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の厚さを有してよい。
【００８８】
好ましい封止金属３００は、それらの純元素形態であるが、封止金属の合金、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびイットリウム（Ｙ）の合金も使用可能であるので、封止金属を純金属だけに制限しようとするものではない。そのような場合、純粋な封止金属、例えばマグネシウム若しくはジルコニウムまたは合金の主構成成分としてのそれらの組み合わせを有することが好ましい。しかしながら、純粋な封止金属が、合金の微量構成成分である場合にも、その上利益を得ることができる。非限定例として、望ましい具体的なマグネシウム合金は、次の通りである：２％のＭｇと残部にＣｕとの均質な合金、または５％のＭｇと残部にＣｕとの均質な合金、または２０％のＭｇと残部にＣｕとを含有する合金４８００Ａ（Alloy 4800 A）（ニューヨーク州ニューヨーク、ベルモント・メタルズ（Belmont Metals））。
【００８９】
従来技術が、アノード集電シート２０またはカソード集電シート８０の表面を封止金属でコーティングするために使用可能である。そのような従来技術は、例えば、真空蒸着、スパッタリング、イオンめっき、プラズマ蒸着、ジェット補助されたプラズマ蒸着、焼結、低温金属溶射、爆裂銃溶射、高速酸素燃料溶射、電気めっき（非水性電解質から）、または溶融めっき（hot dipping）（アノード集電シートを溶融封止金属槽に浸漬すること）が挙げられる。
【００９０】
アノード集電シート２０上に封止金属３００をコーティングする工程は、集電シート２０がそのようにコーティングされない場合に比べてアルカリ性環境においてより良好に、集電シート２０とプラスチックフレーム３０との間の接着結合を維持することが確認されている。このことは、そのような封止金属コーティングにより形成される天然の金属酸化物被膜が、本質的にアルカリ電解質に不溶性であるという事実に少なくとも部分的に起因すると考えられている。従って、そのような天然の酸化物を化学的に含む接着結合は、アルカリ性環境に曝された時でも劣化に耐える。別の方法として、アノード集電シート２０は、それ自体、封止金属またはそれらの合金から形成されてもよい。更に、前述で列挙した封止金属は、それらの酸化物および水酸化物が、亜鉛などのアノード活物質の存在下で還元されないという特性を有する。そのような特性はまた、アノード集電シート２０とプラスチックフレーム３０（図４Ａおよび図１０Ｂ）との間の境界面結合の強度および均一性を維持する働きもする。
【００９１】
アノード集電シート２０の内側表面上で封止金属コーティング３００を用いるアノードアセンブリ３０Ａ（図４Ａ）の様々な実施形態が、図１０Ａ〜１０Ｇに示されている。多数の異なる封止金属コーティングを使用してよいが、最も望ましいのは、マグネシウム若しくはジルコニウム金属のコーティングであると確認されている。封止金属コーティング３００は、望ましくはその純元素形態で、例えばアノード集電体２０の内側表面上のマグネシウム若しくはジルコニウム金属の薄いコーティングで適用されるが、封止金属はまた、合金の形態、望ましくはマグネシウムの合金若しくはジルコニウムの合金の形態であってもよい。アノード集電体２０の内側表面全体を封止金属でコーティングする必要はない。しかしながら、封止金属３００が使用される時には、該封止金属は、１以上の接着剤シーラント、例えば段階的シーラント２０ａおよび２０ｂが、図１０Ａに示したようにそれに適用されることになる、アノード集電体２０の内側表面の少なくとも一部分の上にあらかじめコーティングされるべきである。故に、封止金属コーティングは、通常、フレーム３０に面するアノード集電体２０の内側表面の一部分を被覆するように、周囲方向に適用される。
【００９２】
アノードフレーム３０（フレーム境界）は、通常、接着剤を適用するのに十分な空間をもたらす約３ｍｍ〜６ｍｍ（１／８〜１／４インチ）の幅であってよい。アノード集電体２０の内側表面上での封止金属３００の使用は、フレーム３０の幅が、小さくなるにつれて、即ち、３ｍｍ（１／８インチ）に近づくにつれて、またはより少なくなるにつれて、アノードアセンブリ３０Ａの封止特性を強める特定の有用性を示す。
【００９３】
図１０Ａ〜１０Ｇは、本発明の封止金属３００の使用を組み込んだアノードアセンブリ３０Ａの様々な実施形態の例である。
【００９４】
図１０Ａは、段階的接着剤シーラント２０ａおよび２０ｂに面するアノード集電体２０の部分が、封止金属３００であらかじめコーティングされていることを除いて、図４Ａに示されたものに類似のアノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。この実施形態に好ましい封止金属３００は、元素マグネシウム若しくはジルコニウムを含む。封止金属コーティング３００をアノード集電体２０の内側表面の周辺囲に、段階的接着剤シーラント２０ａおよび２０ｂの全幅に直接面する集電体の前記内側表面の部分にちょうど沿って適用することが好ましい。この方法では、そのように所望された場合、アノード材料４０への封止金属表面の直接の露出が回避可能である。マグネシウムのコーティングは、亜鉛を含むアノード４０に直接露出可能であるが、そのような亜鉛アノード４０へのジルコニウムのコーティングの直接露出は、状況によっては電池のガス発生（cell gassing）に寄与することがあり得、従って回避されるべきである。
【００９５】
元素マグネシウム若しくはジルコニウムなどの封止金属コーティング３００（図１０Ａ）は、真空金属被覆によるなどの従来技術によりアノード集電体２０の内側表面に適用されてよい。しかしながら、封止金属３００をアノード集電体２０に適用する他の従来の方法が使用可能である。例えば、封止金属は、スパッタリング、イオンめっき、プラズマ蒸着、ジェット補助されたプラズマ蒸着、焼結、低温金属溶射、爆裂銃溶射（detonation gun spraying）、高速酸素燃料溶射、電気めっき（非水性電解質から）の技術を用いて、または溶融めっき（アノード集電体を溶融封止金属槽に浸漬すること）により適用されてよい。好ましくは元素マグネシウム若しくはジルコニウムの封止金属３００は、好ましくは約０．１０〜５０ミクロンの、例えば約３ミクロンの均一な厚さでアノード集電シート２０の内側表面に適用されてよい。元素マグネシウム若しくはジルコニウムが好ましいが、封止金属３００は、好ましくはマグネシウム若しくはジルコニウム（または両方供に）が合金の大部分の構成成分を成す、マグネシウム若しくはジルコニウムの合金であってもよい。
【００９６】
図１０Ａに示された好ましい集電シート２０は、銅製である。しかしながら、アノード集電体２０は、望ましくはまた黄銅若しくは青銅製であってもよい。集電シート２０は、望ましくは厚さで約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）である。単一の接着剤が、使用されてもよいが、段階的接着剤２０ａおよび２０ｂをアノードフレーム３０の上側に適用することが好ましい。段階的接着剤は、フレームの外縁部に隣接した構造用接着剤のバンド２０ａ（前述の接着剤Ａ）と、フレームの内縁部に隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）とを含む。段階的シールの代わりに均一な組成の単一の接着剤を適用してもよいが、電解質を密封するより優れたシステムをもたらすので段階的シールが好ましい。次いで、接着剤でコーティングされたフレームが、アノード集電体３００と段階的接着剤２０および２０ｂとの間の境界面を形成する封止金属３００と接触するように、アノード集電体の縁部に適用される。フレーム３０に好ましい材料は、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリスルホン、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）プラスチックである。図１０Ａに示されたセパレータ５０は、アルカリ電池セパレータにおいて従来使用される材料製であってよい。セパレータ５０は、例えば、セロファンフィルムに積層されたポリビニルアルコール繊維の不織布シートから構成されてよい。
【００９７】
図１０Ｂは、銅の集電体２０が同一または類似の厚さのマグネシウム若しくはジルコニウムシーティングの集電体で完全に置き換えられている、アノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。即ち、集電体２０の厚さは、望ましくは約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間である。マグネシウム若しくはジルコニウム集電シート２０の使用は、銅の集電体の内側表面のいずれかの部分をマグネシウム若しくはジルコニウムなどの封止金属で別個にコーティングする必要性を回避する。この実施形態（図１０Ｂ）では、亜鉛アノード４０への露出が、ジルコニウム金属の電池の保管時または通常動作時の電池のガス発生（cell gassing）を増加することがあり得るので、マグネシウムのアノード集電体２０の使用が、好ましい。しかしながら、接着剤シーラント２０ａおよび２０ｂとマグネシウム若しくはジルコニウムの境界面は、多数年に及ぶ長期間の電池の保管および使用にわたって、集電体２０とプラスチックフレーム３０との間に優れた結合を保証する。好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含めた残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載したものと同一である。
【００９８】
図１０Ｃは、銅シーティング２０の内側表面全体の下にあるマグネシウムの封止金属コーティング３００を伴う銅製の集電体２０を備えたアノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。マグネシウムのコーティング３００は、銅シート２０の下に、通常約０．１０〜５０ミクロン、例えば約３ミクロンの厚さを有してよい。シーティング２０と３００とを組み合わせた厚さは、約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間である。アノードフレーム３０に適用された好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含む残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載されたものと同一である。
【００９９】
図１０Ｄは、周縁部に隣接した銅シート２０の内側表面までジルコニウム金属の薄層で周囲方向にコーティングされた銅製の集電体２０を備えたアノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。ジルコニウム層は、銅のアノード集電シート２０の下面に、接着剤２０ａと２０ｂとを組み合わせた幅、即ち、ほぼアノードフレーム３０の幅に相当する、厚さ約３ミクロンで適用される。アノードフレーム（フレーム境界）３０の幅と必然的にジルコニウム封止金属３００の幅とは、通常約３ｍｍ〜６ｍｍ（１／８〜１／４インチ）であってよい。この実施形態は、段階的接着剤２０ａおよび２０ｂにジルコニウム接触表面を提供する利点を有するが、それでもジルコニウムを直接には亜鉛アノード材料４０に曝さない。前述のように、ジルコニウム封止金属と亜鉛アノード材料４０との間の直接接触を回避することが好ましく、そのような直接接触は、電池のガス発生に寄与する虞があるからである。アノードフレーム３０に適用される好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含む残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載されたものと同一である。
【０１００】
図１０Ｅは、ジルコニウム金属の集電体２０を備えたアノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。ジルコニウム金属集電体２０は、プラスチックフレーム３０と集電シート２０とが１つに結合される時、段階的接着剤２０ａおよび２０ｂと直接接触する。即ち、ジルコニウム製の集電シート２０が、それ自体接着剤２０ａおよび２０ｂに対する封止金属の役割を果たす。しかしながら、ジルコニウム集電体２０の内側表面の中央部分は、銅の薄い層２８でコーティングまたはめっきされ、そのため亜鉛アノード４０が、電池のガス発生の可能性を低減するためにジルコニウムではなく前記銅の層２８に直接曝される。この実施形態では、ジルコニウム集電体２０は、望ましくは約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間の厚さを有してよく、下にある銅の層２８は、通常約０．５〜５ミクロン、例えば約３ミクロンの厚さを有してよい。前述のように、アノードフレーム縁部３０の幅と、必然的に接着剤２０ａおよび２０ｂと接触する組み合わされた領域とは、通常約３ｍｍ〜６ｍｍ（１／８〜１／４インチ）の間であってもよい。アノードフレーム３０に適用される好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含む残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載されたものと同一である。
【０１０１】
図１０Ｆおよび図１０Ｇは、アノード集電体２０が、マグネシウム封止金属の薄い層３００から形成される、実施形態を示す。マグネシウムの層は、マグネシウム／ポリマーフィルム積層体を形成するための従来の真空金属被覆技術により、ポリマーフィルム２５０、好ましくはポリイミドフィルム上にコーティングされてよい。段階的接着剤２０ａおよび２０ｂは、図１０Ｆおよび図１０Ｇに示されるようにプラスチックフレーム３０をマグネシウム層２０に結合させる。ポリマーフィルム２５０は、下にあるマグネシウム層に保護コーティングを提供する。マグネシウム層２０は、通常約５〜５０ミクロン（０．２〜２．０ｍｉｌ）の厚さを有してよく、ポリマーフィルム２５０は、望ましくは約０．５０〜５．０ｍｉｌの厚さを有してよい。アノード端子接点（負端子）を提供するには、マグネシウム／ポリマーフィルム積層体のタブ部分３１０は、電池縁部から延びてもよく、それ自体の上に捲り上げてもよく、従って図１０Ｆに示されるようにマグネシウム層３００の一部分を露出する。タブ３１０内のマグネシウム層３００の露出された部分（図１０Ｆ）は、電池の負端子の役割を果たすことができる。
【０１０２】
別の方法として、マグネシウム層３００の一部分は、ポリマーフィルム２５０から離して露出させてもよく、図１０Ｇに示されるように負端子接点タブ３１０を形成するように電池縁部から突き出させてもよい。図１０Ｆおよび図１０Ｇに示される実施形態は、付加的にアノード集電体２０を封止金属でコーティングする必要なくして、アノード集電体２０と段階的接着剤２０ａおよび２０ｂとの間に直接的接触をもたらすという利点を有する。即ち、集電体２０がそれ自体、封止金属３００、即ちマグネシウムから形成される。図１０Ｆに示される実施形態はまた、研磨材または酸性流体などの厳しい外部要素との直接的接触からマグネシウム封止金属３００を保護するための保護フィルム層を提供し、尖った器具による穿刺などの機械的誤用から薄いマグネシウム層を保護する。アノードフレーム３０に適用される好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含む残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載されたものと同一である。
【０１０３】
アノード集電体２０が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの多層金属シートとを含むフィルム積層体から形成される、他の実施形態が、可能である。多層金属シートは、本質的に非封止金属からなる金属基膜と、本質的に該金属基膜の少なくとも一部分を被覆する封止金属からなる前記金属基膜上のコーティングとを含んでよい。
【０１０４】
先行する実施形態は、積層体構造を有する扁平なアルカリ電池の封止構造非圧着シールおよび扁平な負の集電体での封止金属の使用に関して記載された。しかしながら、ロッド、シリンダまたはカップ形のアノード（負）集電体を使用する従来のアルカリ電池構造が、封止の一体性を改善するために封止金属を都合良く使用することもあり得ることが理解されよう。そのような構造では、封止金属は、負の集電体の表面上に位置し、、絶縁封止部材（例えば、プラスチック絶縁グロメット若しくは封止ワッシャ）と、前記封止金属と前記絶縁封止部材との間に配置される様々なシーラントまたは接着剤を伴って対向する。任意に、圧着力がシールアセンブリ内で負の集電体と絶縁グロメットとの間に適用される、そのような従来のアルカリ電池構造、例えば円筒形若しくはボタン電池では、接着剤またはシーラントは、完全に省かれてもよい。この場合、負の集電体は、望ましくは封止金属であらかじめコーティングしてよく、またはそれ自体封止金属から構成されてもよい。集電体の表面上の封止金属の天然の酸化物または水酸化物被膜の不溶性および非還元性は、付加的なシーラント−接着剤の適用がない場合でも封止の一体性を改善する。
【０１０５】
故に、アノード（負）集電体を前記アノード集電体と絶縁シール部材の一部分との間に封止金属を用いることにより得られる絶縁シール部材の一部分（負のパススルー部分）に結合させる工程の改善は、構成に関わらず一般的にアルカリ電池に適用されることが意図されている。（図４Ａに記載された実施形態では、ハウジングアノード４０に加えて、フレーム３０も、アノード集電シート２０と電池のカソード６０若しくは電池の正側との間の接触を妨げる絶縁封止部材の役割を果たす。）
【０１０６】
例えば、代表的な米国特許第４，７４０，４３５号に示されている円筒形のアルカリ電池内の、絶縁シール部材１２（プラスチックの上部）を貫通する延長されたアノード集電体ツメ１５の部分は、前記集電体ツメ１５が、アスファルトシーラント１７（または同等のもの）で絶縁封止部材１２に結合される前に、本発明の封止金属であらかじめコーティングまたは被覆可能である。例えば米国特許公開２００２−０１９２５４５−Ａ１に示される亜鉛／空気ボタン電池では、絶縁シール部材１７２に接するアノードケーシング側壁１６３（アノード集電体）の外側表面の部分は、該アノードケーシング１６３が、前記絶縁封止部材に結合される前に、本発明の封止金属であらかじめコーティング可能である。本発明に記載されたような目的に好ましい封止金属は、マグネシウム、ジルコニウム、およびチタンであるが、封止金属は、また、以上で定義された列挙から選択可能である。
【０１０７】
アノード集電体の前記部分（負の貫通配線部分）を、前述で定義された封止金属、特に、マグネシウム、ジルコニウム、またはチタンであらかじめコーティングすることにより、アノード集電体と絶縁部材との間の接着結合は、アノード集電体の前記部分が、そのように封止金属であらかじめコーティングされない場合に比べて、より耐アルカリ性となり、一般に経時的により良好に劣化に耐える。別の方法として、全体的に、アノード集電体自体が、または絶縁部材と結合される部分がそれ自体、封止金属から形成されてもよい。この方法では、アノード集電体と絶縁部材との間の接着剤シールが改善され、それらを通じた電解質漏れの可能性が低減される。
【０１０８】
バッテリの外部負端子の電気接点の品質を改善するために、負の接点端子を被覆若しくは構成する封止金属表面の部分またはその一部は、銅若しくはニッケルなどの優れた接触特性を有する別の金属でめっきまたはコーティングされてもよい。
【０１０９】
負の活物質と直接接触する、または電池内部の電池電解質、例えば亜鉛およびＫＯＨ電解質に直接曝される可能性のある、封止金属表面のいずれかの部分からのガス発生率を低減するために、封止金属表面のその部分またはそのいずれかの一部分が、ある状況のもとで封止金属自体よりも低いガス発生特徴を有する場合のある別の金属でコーティングされてもよい。例えば、そのような他の金属は、銅、スズ、インジウム、亜鉛、またはそれらの合金であってよい。
【０１１０】
封止金属、例えばマグネシウム若しくはジルコニウムまたは前述の指定された封止金属のいずれかはまた、アルカリ電解質に不溶性であり、亜鉛アノード活物質により還元されない酸化物または水酸化物以外の、同一の封止金属を含有する化合物でコーティング可能である、本発明の他の実施形態が可能である。例えば、アノード集電シート２０の形態で使用されるかまたは銅若しくは黄銅などのアノード集電シート上のコーティングとして使用されるマグネシウムなどの封止金属はそれ自体、保護層でコーティング可能である。そのような保護層は、光学部品をオーバーコーティングするために使用されるもののような、真空蒸着技術により適用されるフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）被膜であってよい。
【０１１１】
また、ウェーハ電池１０について他の構成も可能であり、本発明の概念内にある。例えば、ウェーハ電池１０は、その中央を通る連続穴（図示せず）を有してよく、その際、かかる穴は、電池の短寸法に沿って対向する側部２０’および８０’間を完全に通り抜ける。（側部２０’および８０’は、図１に示されるように、前記側部の間に電池の短寸法を画定する。）かかる穴は、様々な寸法であってよく、中央に位置してもまたは中央から外れていてもよい。そのような実施形態の利点は、ウェーハ電池１０が電池が中央に位置されることを命令する電力供給されているデバイス、例えば小さい回転デバイスなどに連結されたシャフト上に、固定可能であることである。
【０１１２】
ウェーハ電池１０は、電池の２つの対向する側部２０’および８０’間を完全に通り抜ける、そのような複数の連続穴を有することができる。穴は、同一の寸法または異なる寸法であってよく、対称または非対称に配置されてよい。具体的には、アノードフレーム３０と別個のカソードフレーム７０（図１Ａ〜５Ｂ）とを、または共通のアノードフレームとカソードフレーム１３０（図７Ａ〜９Ｃ）とを有するウェーハ電池１０の実施形態はまた、対向する側部２０’および８０’間を通り抜ける１以上のそのような連続穴を有することができる。図１に示されたウェーハ電池１０の実施形態では、かかる穴は、通常対向する平行な側部２０’および８０’に対して垂直に位置合わせされ、これらの側部を完全に通り抜けるであろう。
【０１１３】
ウェーハ電池１０は、外側周辺表面、例えば図１に示されるように表面１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄを有する。対向する側部２０’および８０’間を通り抜ける穴は、側部２０’および８０’間の電池内の内側周辺表面により画定される。そのような内側周辺表面は、穴の境界を画定する。故に、ウェーハ電池１０が、対向する側部２０’と８０’と間を通り抜けるそのような穴を有する時には、外側および内側周辺表面は、どの地点でも互いに触れずまたは交わらない。同様に、対向する側部２０’と８０’と間を完全に通り抜ける複数の穴が存在する時には、外側周辺表面１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄ（図１）と、各穴に１つずつの、複数の内側周辺表面とが存在することになる。即ち、穴の各々は、別個の内側周辺表面により画定される境界を有する。外側および内側周辺表面のいずれも、どの地点でも前記周辺表面のいずれの他のものと触れずまたは交わらない。
【０１１４】
代表的な電池の化学組成
以下の、アノード４０、カソード６０、およびセパレータ５０の化学組成に関する電池組成についての説明は、前述の実施形態で開示した代表的なウェーハ電池１０に適用可能である。
【０１１５】
前述の電池１０では、カソード６０は、二酸化マンガンと電解質とを含み、アノード４０は、亜鉛と、ゲル化剤と、電解質とを含む。電解質水溶液は、ＫＯＨと酸化亜鉛との従来の混合物を含む。アノード材料４０は、水銀フリーの（水銀無添加の）亜鉛合金粉末を含有するゲル化した混合物の形態にすることができる。即ち、電池は、重量当たり亜鉛の約１００ｐｐｍ未満の総水銀含有量を有し、好ましくは重量当たり亜鉛の５０ｐｐｍ未満の水銀を含有する。また、電池は、好ましくは、鉛が添加されておらず、したがって本質的に無鉛であり、即ち、総鉛含有量は、アノード中の総亜鉛量の３０ｐｐｍ未満、望ましくは１５ｐｐｍ未満である。そのような混合物は、通常、ＫＯＨ電解質水溶液、ゲル化剤（例えば、ノベオン（Noveon）（旧Ｂ．Ｆ．グッドリッチ（B. F. Goodrich））から商標名ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０として入手可能なアクリル酸コポリマー）、および界面活性剤（例えば、ローヌ・プーラン（Rhone Poulenc）から商標名ＧＡＦＡＣ ＲＡ６００として入手可能な有機リン酸エステル系界面活性剤）を含有することができる。このような混合物は、単に実例として与えるにすぎず、本発明を制限しようとするものではない。亜鉛アノード用の他の代表的なゲル化剤は、米国特許第４，５６３，４０４号に開示されている。
【０１１６】
本発明の電池１０に利用するためのカソード６０は、望ましくは、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第６，２０７，３２２Ｂ１号に記載されている種類の軟質または半固体カソードである。ただし、例えばカソードの約８７〜９３重量％の二酸化マンガン含有量を有する、より従来型の固体二酸化マンガンカソードも、やはり使用できることが理解されよう。それでも、軟質または半固体カソードが、それらをカソードフレーム７０内のキャビティ７３ｂへと容易に成型できることから、本発明のウェーハ電池に利用するのに望ましいことが確認されている。更に、電池の耐用期間中、カソード集電体８０の露出表面と密接且つ均一な接触を維持することが見出されたので、本発明の接着固定された電池の状況では、そのような軟質または半固体カソードが好ましい。接着剤によって積層化された本発明の電池１０では、固体カソードをカソード集電体と密接且つ均一に接触した状態に保持するための強い圧縮力が存在せず、そのような接触は、時間が経つといくらか緩むことがある。故に、軟質または半固体カソードが好ましい。
【０１１７】
本明細書で使用する時、用語「半固体」は、広く、真の固体と真の液体との間の中間的性質のすべての物理状態に及ぶものとする。故に、半固体という用語は（これだけに限定するものではないが、例えば）、一般にパテおよびペーストに関係付けられる、柔らかい質感およびレオロジー特性を有する物理状態を包含するものとする。本明細書で使用する時、半固体材料は（これだけに限定するものではないが、例えば）、液体のように自由流動性ではないが、一般に該材料を導管内で移動させるのに外力を必要とする材料を包含する。また、半固体という用語は（これだけに限定するものではないが、例えば）、押出可能であり、且つ外力を受けて破砕することなく変形できる材料にも当てはまるものとする。
【０１１８】
本発明のウェーハ電池で使用するのに望ましい半固体カソード６０は、以下のような、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第６，２０７，３２２Ｂ１号に記載の特性および組成範囲を有することができる。
【０１１９】
したがって、本発明の電池１０用の半固体カソード６０は、望ましくは、該カソードの８０重量％未満、好ましくは該カソードの約４０〜８０重量％、典型的には約４５〜７８重量％、より典型的には４５〜７０重量％の量の二酸化マンガンを含む。二酸化マンガンを含む半固体カソードは、パテ若しくはペースト、または測定可能な粘度を有する高粘性材料の形態であってよい。
【０１２０】
軟質カソード６０は、通常、該カソードの約４５〜７８重量％、より典型的には該カソードの約４５〜７０重量％のＭｎＯ２（ＥＭＤ）と、カーボンブラック（シャウィンガン（Shawingan）アセチレンブラック、より好ましくは、ＷＯ９７０３１３３に記載されているような、ベルギーのティムカル（Timcal）から得られるＭＭ１３１またはＭＭ１７９のような黒鉛化カーボンブラック）と、ＫＯＨ電解質水溶液（７〜９規定）とを含む。好ましくは、また、少量のグラファイトも添加される。有利には、カーボンブラックは、好ましくは半固体カソードの約４〜１５重量％含まれる。カーボンブラックは、半固体カソードの伝導度を増大させ、カソードを半固体状態に維持するための内部の網状構造をもたらす。カーボンブラックは、また、電解質吸収体の役割も果たしており、アルカリ電解質溶液を固定化するので、自由な流体電解質が明らかではなくなる。グラファイトは、カソードの約１重量％〜１０重量％で含まれてよく、カソードの伝導度を改善する。望ましくは、本発明の半固体カソードは、また、水酸化カリウムを含む電解質溶液も含む。半固体カソードは、また、ポリテトラフルオロエチレンのような結合剤も含んでよく、望ましくは該カソードの約０〜２重量％含む。所望により、稠度（consistency）を調節するために、サザンクレイプロダクツ社（Southern Clay Products Company）のラポナイトＲＤＳ粘土（Laponite RDS clay）のような粘土を２重量％未満加えてもよい。
【０１２１】
半固体カソード６０は、多孔率約３０〜７０％、好ましくは約３５〜７０％、より好ましくは約４０〜７０％であってよい。本明細書では、多孔率は、非固体材料、即ち電解質＋空気から構成される、カソードの体積分率を意味するものと理解される。また、半固体カソード６０は、望ましくは、全カソードの重量％として、アルカリ電池用の固体ＭｎＯ２含有カソードで従来使用されるよりも高い電解質含有量を有してよい。半固体カソード材料６０は、全カソード材料の約６〜１８重量％のＫＯＨ含有量（純粋）と、約９〜２７重量％の総水分含有量とを有してよい。ＫＯＨに関して本明細書および実施例で使用する時、ＫＯＨ（純粋）という用語は、計算の目的で、純粋な無水ＫＯＨ含有量である（即ち、水を含めない）。
【０１２２】
カソード多孔率は、電解質、他の液体、および封じ込められた空気（固体の孔隙内に封じ込められた液体および空気の体積を含める）が占める体積を決定し、その体積をカソードの見掛体積で除して１００を乗じることによって計算してよい。（見掛体積は、試料の外部境界内に含まれる試料の全体積である。）カソード多孔率は、固体がカソードへと混合される前に、従来のヘリウム置換法によって初めに各固体の実密度を得ることによって、簡便に計算してよい。（各固体の実密度は、固体試料の重量を、その実体積、即ち、固体試料の見掛体積から封じ込められた空気が占める体積を減じた体積で除したものである。）次いで、カソードへと混合すべき固体の各重量をそれぞれの実密度で除して、カソード中の固体の実体積を得る。全体としてのカソードの見掛体積から固体の実体積を差し引き、この差をカソードの見掛体積で除し、１００を乗じて、多孔率％を得る。
【０１２３】
電解二酸化マンガンは、通常約１〜１００μｍ、望ましくは約２０〜６０μｍの平均粒径を有する。グラファイトは、通常、天然、合成、若しくは膨張グラファイト、またはそれらの混合物の形態である。グラファイトは、また、グラファイト状炭素ナノ繊維を、単独で、または、天然、合成、若しくは膨張グラファイトとの混合で含むこともできる。そのようなカソード混合物は、例示を目的としたものであって、本発明を制限しようとするものではない。
【０１２４】
アノード材料４０は、亜鉛合金粉末６２〜７２重量％（合金およびめっき材料として２００〜５００ｐｐｍのインジウムを含有する９９．９重量％亜鉛）、３８重量％のＫＯＨと約２重量％のＺｎＯとを含むＫＯＨ水溶液、ノベオン（Noveon）から商標「ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０」として市販される架橋アクリル酸ポリマーゲル化剤（例えば０．５〜２重量％）、および、任意で、グレイン・プロセシング社（Grain Processing Co．）から商標「ウォーターロックＡ−２２１（Waterlock A-221）」として市販される、デンプン骨格鎖上にグラフトされた加水分解ポリアクリロニトリル（０．００１〜０．５重量％）、ローヌ・プーラン（Rhone-Poulenc）から商標ＲＭ−５１０として入手可能な、有機リン酸エステル界面活物質ＲＡ−６００またはジオニル（dionyl）フェノールリン酸エステル界面活性剤（１０〜１００ｐｐｍ）を含む。本明細書で使用する時、亜鉛という用語は、亜鉛を非常に高濃度で含む、例えば亜鉛を少なくとも９９．９重量％含む亜鉛合金粉末を包むと理解されるものとする。そのような亜鉛合金材料は、電気化学的には本質的に純粋な亜鉛として機能する。
【０１２５】
本発明の薄板状アルカリ電池１０のアノード４０に関して、亜鉛粉末の平均粒径は、望ましくは約１〜３５０μｍ、望ましくは約１〜２５０μｍ、好ましくは約２０〜２５０μｍである。通常、亜鉛粉末は、平均粒径約１５０μｍであってよい。アノード４０における亜鉛粒子は、針状または球状の形状のものにすることができる。アノード中の亜鉛のかさ密度（bulk density）は、アノード１立方センチメートル当たり亜鉛約１．７５〜２．２グラムである。アノード中の電解質水溶液の体積％は、好ましくはアノードの約６９．２〜７５．５体積％である。
【０１２６】
電池１０は、ＥＭＤの容量ｍＡ・ｈｒ（ＥＭＤ１ｇ当たり４１０ｍＡ・ｈｒに基づく）を亜鉛の容量ｍＡ・ｈｒ（亜鉛１ｇ当たり８２０ｍＡ・ｈｒに基づく）によって除すと約１になるように、従来式にバランスをとることができる。ただし、カソードが過剰になるように電池のバランスをとることによって、完全放電時のバルジング（deep discharge bulging）を低減することができる。故に、電池のバルジングを低減するために、ＥＭＤの理論総容量を亜鉛の理論総容量で除すと、約１．０３〜１．１０、望ましくは約１．０５〜１．０８、好ましくは約１．０７になるように、電池１０のバランスをとることができる。
【実施例】
【０１２７】
試験電池の実施例１
図１〜３に示した正方形構成の試験電池１０を調製した。試験電池１０は、長さ３８ｍｍ（１．５インチ）、幅３８ｍｍ（１．５インチ）、全厚２．８ｍｍであった。アノード集電体２０は、銅製で、カソード集電体８０は、ニッケル製であった。電池１０を、電池の外表面に適用されるラベル２００なしに試験した。アノード４０およびカソード６０は、以下の組成であった。
【表１】
注：
１．亜鉛粒子は、平均粒径約１５０μｍであり、総インジウム含量約２００ｐｐｍをもたらすようにインジウムで合金且つめっきした。
２．Ｈ２Ｏ中３重量％のローヌ・プーラン（Rhone Poulenc）からの有機リン酸エステル系界面活性剤溶液ＲＭ５１０。
３．電解質溶液は、合計で電解質溶液の約１．５重量％を成すゲル化剤ウォーターロックＡ２２１（Waterlock A221）およびカーボポールＣ９４０（Carbopol C940）と、約２重量％のＺｎＯとを含有した。
【表２】
注：
１．グラフマックスＭＰ１２ドゥ天然グラファイト（Grafmax MP12 du natural graphite）、ナショナル・デ・グラファイト（Nacional De Grafite）より。アノードプラスチックフレームは、ＨＩＰＳ（耐衝撃性ポリスチレン）プラスチック材料から構成され、約０．７６ｍｍの厚さであった。カソードプラスチックフレームは、ＨＩＰＳプラスチック材料から構成され、約１．５２ｍｍの厚さであった。セパレータ５０は、セロファンフィルムに積層されたポリビニルアルコール繊維の不織布シートを含んだ。カソードは、１．６１ｇのＭｎＯ２を有した。アノード、カソード、電解質、およびセパレータは、電池の外部体積の約３７％を構成した。
【０１２８】
一連の電力需要にわたって電池の性能の指示を与える以下の方法で、電池を放電させた。
【０１２９】
新しい電池１０を、初めに、電力ドレイン５００ミリワット（４５４ミリアンペア）で、カットオフ電圧約０．６ボルトまで放電させた。測定された容量は、３７．１ｍＷ・ｈｒであった。電池を１時間休ませた後、同じ電池を２５０ミリワット（２２７ミリアンペア）のレートでカットオフ電圧０．６ボルトまで放電させた。このドレインについて測定された増分容量は、１００．４ｍＷ・ｈｒであった。電池を１時間休ませた後、同じ電池を１００ミリワット（９０．９ミリアンペア）のレートでカットオフ電圧０．６ボルトまで放電させた。このドレインについて測定された増分容量は、９０．１９ｍＷ・ｈｒであった。次いで、同じ電池を、各放電間で１時間休ませて、１５ミリワット、１０ミリワット、および５ミリワットで、カットオフ０．６ボルトまで増分的に放電させた。最後の３つの放電の増分容量は、それぞれ３０．９９、１０６．２８、および８．８７ｍＷ・ｈｒであった。
【０１３０】
放電試験が完了した後、電池をバルジングおよび漏れについて調べた。電池が、全厚で約１０％、即ち、約２．８ｍｍから３．１ｍｍの厚さに膨張したことが確認された。電解質の漏れは認められなかった。
【０１３１】
試験電池の実施例２−マグネシウムアノード集電シートを使用
図１〜３に示した正方形構成の試験電池１０を調製した。試験電池１０は、３８ｍｍ（１．５インチ）の長さ、３８ｍｍ（１．５インチ）の幅であった。図４Ａに示されたアノードアセンブリ３０Ａ構成を使用して、アノード集電シート２０としてマグネシウム箔を用いて、電池は構築された。マグネシウム箔集電体２０を使用して完成されたアノードアセンブリ３０Ａが、図１０Ｂに示される。マグネシウム箔２０は、０．２５ｍｍ（０．０１インチ）の厚さであり、９９．９％（金属ベース）の純度を有していた。カソード集電シート８０は、ニッケル製であった。
【０１３２】
マグネシウムアノード集電シート２０は、０．７６ｍｍ（０．０３０インチ）の厚さ、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の幅の耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）プラスチックフレーム３０の裏側に固定して封止された（図４Ａおよび図１０Ｂ）。マグネシウムアノード集電シート２０は、図４Ａおよび図１０Ｂに示されたように、フレームの外縁部に隣接した構造用接着剤のバンド２０ａ（３Ｍのスコッチ・ウェルド２２１６エポキシ接着剤（Scotch-Weld 2216 Epoxy Adhesive））と、フレームに隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（中国のハルビン・ジンシン社（Harbin Jinxin Company）のＪ−４３シーラント）とから構成される段階的シールを用いることにより固定された。組み立てる前に、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）プラスチックフレーム３０の裏側は、炭化ケイ素研磨材で軽く研磨され、コロナ処理された。次いで、実施例１に記載された組成の１．６７ｇのアノード材料４０は、フレーム３０内の内部スペース３３ｂ内に貼り付けた（図４Ａ）。ポリビニルアルコール繊維を含む不織布層に接着結合されたセロファンから構成されるセパレータ５０は、フレーム３０の内側縁部の陥凹レッジ３６上に、不織布側を陥凹レッジ上にして置かれた。次いで、熱および圧力がセパレータとプラスチックフレーム３０との間の結合を得るために陥凹レッジ３６と接触しているセパレータ５０に付加された。完成されたアノードアセンブリは、図１０Ｂに最もよく示されている。
【０１３３】
同様の方法で、カソードアセンブリ７０Ａ（図４Ｂ）が１．５２ｍｍ（０．０６０インチ）の厚さ、３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）の幅の耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）カソードフレーム７０と、０．１５ｍｍ（０．００６インチ）の厚さの酸エッチング処理されたニッケル箔から構成されるカソード集電シート８０とを用いて準備された。酸エッチング処理されたニッケル集電シート８０は、フレームの外縁部７３ａに隣接した構造用接着剤のバンド７０ａ（３Ｍのスコッチ・ウェルド２２１６エポキシ接着剤（Scotch-Weld 2216 Epoxy Adhesive））と、フレーム内縁部７７に隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（中国のハルビン・ジンシン社（Harbin Jinxin Company）のＪ−４３シーラント）とから構成される段階的シールを用いることにより、フレーム７０の裏側に接着結合された。組み立てる前に、プラスチックフレーム７０の裏側は、炭化ケイ素研磨材で軽く研磨され、コロナ処理された。次いで、エッチング処理されたニッケル集電シート８０の内表面は、伝導性の炭素系コーティング（アチソン（Acheson）のエレクトロダグ１０９Ｂ（Electrodag 109B））でコーティングされた。
【０１３４】
以下の組成の軟質（半固体）カソードが調製された：
【表３】
【０１３５】
この軟質カソード３．６４０ｇは、フレーム７０内の内部スペース７３ｂ内に貼り付けられた。
【０１３６】
次いで、図４Ａのアノードアセンブリ３０Ａ（図１０Ｂに完成状態で示されている）は、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）フレーム３０および７０の自由表面両方に溶媒系セメント（ＩＰＳ社（IPS Corp.）のウェルド・オン４８０７（Weld-On 4807））を付与することにより、カソードアセンブリ７０Ａ（図４Ｂ）に接着固定されて、単一積層電池を形成した。
【０１３７】
組み立てた後、電池のＯＣＶは、１．５５８Ｖと測定された。次いで、電池を６０℃で保管した。
【０１３８】
この温度で４０日間保管した後の検査は、マグネシウム集電シート２０が、プラスチックフレーム３０の裏側に固定されて且つ封止されていた場所では、漏れまたは層間剥離を示さなかった。（６０℃で約４０日間の電池の保管は、周囲温度（２２℃）で約１〜２年の保管と同等と推定される。）
【０１３９】
アノード集電体のためにマグネシウムシート封止金属を含むこの実施例２の電池は、アノード集電体内に封止金属を含まない実施例１の新しい電池よりも、（アノード集電体２０とプラスチックアノードフレーム３０との間に形成された接合部からの電解質漏れが検出されるまで）６０℃において少なくとも２週間長く保管された。
【０１４０】
試験電池の実施例３ − ジルコニウムアノード集電シートを使用
電池が、試験電池の実施例２に記載されたように、ただし、実施例２のマグネシウム箔の代わりにアノード集電シート２０として０．２５ｍｍ（０．０１インチ）の厚さのジルコニウム箔（金属ベースで９９．５％）を使用して準備された。電池は、１．６８ｇのアノード材料４０と、３．１３１ｇの軟質カソード６０とを用いて組み立てられた。他の電池構成要素は、すべて、実施例２に記載されたものと同一であった。
【０１４１】
組み立てた後、電池のＯＣＶは、１．５５６Ｖと測定された。次いで、電池を６０℃で保管した。
【０１４２】
この温度で４０日間保管した後の検査は、ジルコニウム集電シート２０が耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）プラスチックフレーム３０の裏側に固定されて封止されていた場所では、漏れまたは層間剥離を示さなかった。（６０℃で約４０日間の電池の保管は、周囲温度（２２℃）で約１〜２年の保管と同等と推定される。）
【０１４３】
アノード集電体のためにジルコニウムシート封止金属を含むこの実施例３の電池は、アノード集電体内に封止金属を含まない実施例１のフレッシュな電池よりも、（アノード集電体２０とプラスチックアノードフレーム３０との間に形成された接合部からの電解質漏れが検出されるまで）６０℃において少なくとも２週間長く保管された。
【０１４４】
本明細書に開示の設計原理を用いると、非常に面積の大きい、例えば、約２１．６ｃｍ×２７．９ｃｍ若しくは６０３ｃｍ２（約８．５ｉｎ×１１ｉｎ若しくは９３．５ｉｎ２）またはそれ以上の面積の、薄いアルカリ電池を構築することができる。より複雑なフレーム設計に関わる本発明の他の実施形態は、本発明の概念内にある。例えば、ウェーハ電池を、フレーム内に内部パーティション若しくはリブを設けて構築し、それによってアノードフレームまたはカソードフレームの内部を多数の容積に細分することもできる。これらの内部リブを、接着剤、段階的シール（隣に並べられた配置のシーラントコーティングおよび接着剤コーティング）、またはシーラントとリベットとによってエンドプレートに取り付けることによって、全体的な電池構造を機械的に補強して、より大きい剛性および耐曲げ性を与えることができる。この特徴は、面積の大きい電池の場合に特に有用であり、最も外側の周囲シールに、電池エンベロープの曲げまたはねじりに起因した剪断または剥がれによる故障に対する追加的な保護をもたらす。
【０１４５】
本発明の好ましい実施形態が具体的な実施形態を参照して記載されたが、他の実施形態が可能であり、特許請求の範囲内にあることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明のウェーハ電池の一実施形態の斜視図。
【図１Ａ】２重フレーム構成を有する図１のウェーハ電池の実施形態の切欠断面図。
【図２】部位線２−２に沿った図１の電池の横断立面図。
【図３】部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図４Ａ】アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す、一実施形態の分解図。
【図４Ｂ】カソードアセンブリを構成する諸構成要素を示す、一実施形態の分解図。
【図５Ａ】リベット付きアノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す分解図。
【図５Ｂ】リベット付きカソードアセンブリを構成する諸構成要素を示す分解図。
【図６Ａ】リベットがアノードプラスチックフレームからアノード集電シートの孔を通って突き出る様子を示す、図５Ａのアノードアセンブリの断面図。
【図６Ｂ】リベットヘッドがアノード集電シートの表面よりも下方にくるように積層された様子を示す、図５Ａのアノードアセンブリの断面図。
【図７Ａ】単一フレーム構成を有する図１のウェーハ電池の第２の実施形態の切欠断面図。
【図７Ｂ】アノードアセンブリおよびカソードアセンブリを構成する諸構成要素を示す、図７Ａのウェーハ電池の実施形態の分解図。
【図８Ａ】電池縁部の周りに嵌め込まれる前の収縮性周囲フィルムバンドを示す斜視図。
【図８Ｂ】収縮性周囲フィルムバンドが電池縁部の周りに嵌め込まれる様子を示す斜視図。
【図８Ｃ】周囲フィルムバンドが電池縁部の周りで収縮された状態の電池を示す斜視図。
【図８Ｄ】横収縮性フィルムバンドが周囲フィルムバンドに被せて電池の周りに嵌め込まれる様子を示す斜視図。
【図８Ｅ】横フィルムバンドが電池縁部の周りで収縮された状態の電池を示す斜視図。
【図９Ａ】複曲面を有するウェーハ電池の実施形態を示す斜視図。
【図９Ｂ】単曲面を有するウェーハ電池の実施形態を示す斜視図。
【図９Ｃ】曲面を有する不均一な厚さのウェーハ電池の実施形態を示す斜視図。
【図１０Ａ】アノード集電体上のコーティングとして本発明の封止金属を用いる実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｂ】アノード集電体として本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｃ】アノード集電体上のコーティングとして本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｄ】アノード集電体上のコーティングとして本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｅ】アノード集電体として本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｆ】プラスチックフィルム上にコーティングされた本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｇ】プラスチックフィルム上にコーティングされた本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ほぼ薄板状の構成を有する、面積対厚さのアスペクト比が大きいウェーハアルカリバッテリに関する。本発明は、アノードまたはカソード集電体が、結合を改善するために耐アルカリ性金属酸化物被膜を形成する封止金属であらかじめコーティングされた、ウェーハアルカリ電池に関する。本発明は、アノードが亜鉛を含み、カソードが二酸化マンガンを含む、ウェーハアルカリ電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアルカリ電気化学電池は、亜鉛を含むアノードと二酸化マンガンおよびアルカリ電解質を含むカソードとを有する。電池は、通常、円筒形の外部ハウジングから形成される。新しい電池は、約１．６ボルトの開回路電圧（ＥＭＦ）を有し、中程度の供給状態（medium drain service）（１００〜３００ミリアンペア）において典型的な平均動作時電圧約１．０〜１．２ボルトを有する。まず、拡大させた開口端部とその反対側の閉口端部によって、円筒形ハウジングを形成させる。電池内容物を充填した後、絶縁グロメットと負端子エンドキャップを備えたエンドキャップ組立体をハウジング開口端部に挿入する。開口端は、ハウジング縁部を絶縁グロメットの縁部に被せて圧着して緊密な封止をもたらすために絶縁グロメットの周りにハウジングを径方向に圧縮することにより閉じられる。絶縁グロメットは、負側のエンドキャップを電池ハウジングから電気的に絶縁する。反対側の閉口端部のところで、電池ハウジングの一部によって正端子を形成させる。
【０００３】
従来の円筒形アルカリ電池は、一般的に認識可能な様々なサイズ、即ち、ＡＡＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、およびＤサイズ電池で入手可能である。同一譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／７２２，８７９号（２００３年１１月２６日出願）には、電池内容物が固体金属ケーシングに収められた薄板状電池が記載されている。該金属ケーシングは、閉止端と反対側の開口端とを有する一体型の主要表面を有する。電池内容物は、開口端に挿入され、次いで該開口端がエンドキャップで封止される。エンドキャップは、金属スカートと、プラスチック絶縁グロメットと、グロメット内に配置された金属支柱またはリベットを備えるように設計される。金属スカートは、絶縁グロメットの周りに圧縮され、グロメットは、金属支柱の周りに圧縮されて、両方の境界面に耐アルカリシールを形成する。次いで、エンドキャップアセンブリの金属スカートが溶接によって金属ケーシングに接合される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
望ましい電池厚が、より小さく例えば約６ｍｍよりもはるかに小さくなるにつれて、そのような電池にアノード材料およびカソード材料を充填することがますますより困難になってくる。故に、約６ｍｍ未満例えば約０．５ｍｍ〜６ｍｍ、望ましくは約１．５〜４ｍｍの電池厚で容易に製作可能であり、電池内容物で充填可能である扁平または薄板状アルカリ電池に対する必要性がある。これによって、薄い角柱型のアルカリ電池が、薄いリチウムイオン電池のような薄い充電式電池により通常電力供給される小型の電子デバイス用の一次（非充電式）電源としてまたはバックアップ電源として利用可能になる。また、電池化学および内部構成要素の適切な調節によって、薄い充電式アルカリ電池を構築することもできる。近年、携帯型ラジオ、オーディオプレイヤー、および通信デバイスなどの多くの電子デバイスが、より小さく、より薄くなっている。故に、そのような小さい電子デバイスで使用するための、全厚の小さい、薄い薄板状のウェーハ電池が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１次アルカリ電気化学電池は、通常、亜鉛アノード活物質、アルカリ電解質、二酸化マンガンカソード活物質、および電解質透過性セパレータフィルム、通常はセルロースまたはセルロース繊維若しくはポリビニルアルコール繊維のフィルムが含まれる。アノード活物質は、例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウムまたはアクリル酸コポリマーのナトリウム塩のような従来のゲル化剤および電解質と混合させた、亜鉛粒子を挙げることができる。ゲル化剤は、亜鉛粒子を懸濁させ、かつ各粒子が接触し合うよう維持する働きをする。通常、アノード活物質に挿入された導電性金属ツメは、負端子エンドキャップに電気的に接続されたアノード集電体の役割を果たす。電解質は、アルカリ金属水酸化物、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、または水酸化リチウムの水溶液にすることができる。カソードは、通常、電気伝導度を高めるために、導電性添加物、通常はグラファイト材料と混合された電気化学的活物質として、粒子状二酸化マンガンが含まれる。所望により、少量のポリマー結合剤、例えば、ポリエチレン結合剤、およびチタン含有化合物のような他の添加物を、カソードに加えることもできる。
【０００６】
カソードで使用される二酸化マンガンは、好ましくは、硫酸マンガンおよび硫酸の液槽の直接電気分解によって製造される、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）である。ＥＭＤは、高密度且つ高純度であるので望ましい。ＥＭＤの電気伝導度（１／固有抵抗）は、かなり低い。個々の二酸化マンガン粒子間の電気伝導度を改善するために、導電性材料がカソード混合物に添加される。そのような導電性添加物は、また、二酸化マンガン粒子と、従来の円筒形アルカリ電池ではカソード集電体の役割も果たす電池ハウジングとの間の電気伝導度を改善する。適した導電性添加物には、例えば、グラファイト、グラファイト状材料、アセチレンブラックを含めたカーボンブラックのような導電性炭素粉末を挙げることができる。好ましくは、導電性材料は、薄片状結晶の天然グラファイト、若しくは薄片状結晶の合成グラファイト、或いは膨張若しくは剥離グラファイトまたはグラファイト状炭素ナノ繊維、およびそれらの混合物を含む。
【０００７】
現在、ＭＰ３オーディオプレイヤーおよびミニディスク（ＭＤ）プレイヤーのような小さな電子デバイスに電力供給するために使用される、小さいサイズの方形の充電式バッテリが利用可能である。これらのバッテリは、通常は小さく、幾分チューインガムのパックのサイズの、方形（直方体）である。本明細書で使用する時、「直方体」という用語は、その通常の幾何学的定義、即ち、「直平行六面体」を意味するものとする。そのようなバッテリは、例えば、国際電気標準会議（ＩＥＣ）によって規定された該バッテリについての標準サイズに従って、充電式ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）サイズＦ６または７／５Ｆ６サイズの直方体の形態をとることができる。Ｆ６サイズは、厚さ６．０ｍｍ、幅１７．０ｍｍ、長さ３５．７ｍｍ（ラベルを含まない）である。長さを約４８．０ｍｍほどの大きさにすることができる、Ｆ６サイズの変形形態がある。７／５−Ｆ６サイズは、６．０ｍｍの厚さと１７．０ｍｍの幅と６７．３ｍｍの長さとを有する。ＭＰ３オーディオプレイヤーまたはミニディスク（ＭＤ）プレイヤーのような小型のデジタルオーディオプレイヤーに電力供給するために使用される時には、Ｆ６または７／５Ｆ６ ＮｉＭＨ充電式バッテリの平均動作時電圧は、約１．０〜１．２ボルトであり通常約１．１２ボルトである。
【０００８】
ミニディスク（ＭＤ）プレイヤーに電力供給するために使用される時には、バッテリは、約２００〜２５０ミリアンペアの割合で消耗する。電池の消耗率は、デジタルオーディオＭＰ３プレイヤーに電力を供給する目的で使われる場合で、典型的には約１００ミリアンペアである。
【０００９】
小さいサイズの直方体形（直平行六面体）ニッケル金属水素化物バッテリと同じサイズおよび形状の小さい扁平なアルカリバッテリがあることが望ましく、それによって、ミニディスクやＭＰ３プレイヤーなどの小さい電子デバイスに電力供給するために、その小さいアルカリサイズバッテリをニッケル金属水素化物バッテリと交換可能に使用できるようになる。
【００１０】
また、前述したように、全厚が６ｍｍ未満、例えば、約０．５〜６ｍｍ、好ましくは約１．５〜４ｍｍのウェーハアルカリ電池があることも望ましい。
【００１１】
ウェーハ電池が、電解質の可能性を最小限に抑える、または大幅に低減するように設計されることが望ましい。参考文献、Ｍ・ハル（M.Hull）、Ｈ・ジェイムズ（H.James）、「アルカリ電池は何故漏れるか（Why Alkaline Cells Leak）」、電気化学会雑誌（Journal of the Electrochemical Society）、第１２４巻、第３号、１９７７年３月、３３２〜３２９頁）、およびＳ・デイヴィス（S.Davis）、Ｍ・ハル（M.Hull）、「アルカリ電池漏れの態様（Aspects of Alkaline Cell Leakage）」、電気化学会雑誌（Journal of the Electro-chemical Society）、第１２５巻、第１２号、１９７８年１２月）では、ＯＨ−イオンを形成するような吸着された水分の存在下での負の外部電池端子上で大気中の酸素の電気化学的還元の観点から、アルカリ電池漏れの一態様が説明されている。次いで、これら電気化学的に発生したＯＨ−イオンは、Ｋ（Ｈ２Ｏ）ｘ＋またはＮａ（Ｈ２Ｏ）ｘ＋のような水和した正イオンを引き付ける。Ｋ（Ｈ２Ｏ）ｘ＋またはＮａ（Ｈ２Ｏ）ｘ＋イオンは、電池内部で発生し、負のシール表面をまたいで電池外部へと移動して、水分を吸着したフィルム内の電気的中性を維持する。最終的結果として、ＫＯＨまたはＮａＯＨ電解質を電池内部から端子表面に引き寄せることになり、したがって、そのような電解質の電池内部から端子表面への泳動または沿面泳動を事実上促進することになる。
【００１２】
また、そのような薄いウェーハ電池が、電力消費の大きいデバイス用の長寿命電源として役立つように十分な活物質を含有することも望ましい。したがって、薄いことに加えて、ウェーハ電池は、また、かなりの割合でかなりの時間にわたって電気エネルギーを供給するための十分な活物質を含有するように、投影面積および十分に大きい内部容積を有するべきである。
【００１３】
以下の議論では、ウェーハ電池は、薄い薄板状の単電池を意味するものとする。電池は、その表面のうちの１つ以上が、平らな表面、または湾曲した表面若しくはランダムに歪んだ表面であってよい。電池は、均一な厚さであってよく、またはその厚さが地点によって異なってもよい。電池は、任意の点、軸、若しくは平面に関して対称または非対称であってよい。電池の「設置面積」は、電池の可能な向きすべてが考慮されている時に、任意の平面上の電池の最大直交投影面積として定義される。
【００１４】
電池の縁部とは、外表面であり、そのうちの１つ以上が、電池の形状に応じて厚さ寸法を構成することになる。厚さが一定でない電池の場合、厚さは、いずれか所与の点で最大値をもつことになる。電池の面とは、該電池の設置面積を画定し、且つ名目上垂直な厚さ軸を有する、一外表面である。電池が扁平で均一な厚さの場合、どの面の面積も電池設置面積に等しくなる。電池が湾曲している、若しくは不均一な厚さである、またはその両方である場合、どの面の面積も、電池設置面積に合致する、またはそれを上回る可能性がある。同様に、電池の縁部は、均一な厚さである必要はない。
【００１５】
そのようなウェーハ電池が、例えば側部のうちの少なくとも１つが多角形、或いは円形、卵形、または少なくとも部分的に曲線状である、様々な全体形状およびサイズに一致するように、容易に製造されることが望ましい。
【００１６】
故に、６ｍｍ未満の小さい電池厚であっても電池内容物の容易な挿入が可能なように、そのようなウェーハ電池を容易に製造されるようにすることが望ましい。ウェーハ電池は、更に、発生したガスによる内圧に耐え、機械的誤用および取扱いによる損傷を起こさず、シール不具合に起因した電解質漏れを防ぐように、十分に頑丈で耐久性がなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の主態様は、１次または２次ウェーハアルカリ電池を対象とする。該ウェーハ電池は、電気エネルギー源の役割を果たすように設計され、負端子および正端子と、前記電池の境界表面の少なくとも大部分を構成する１対の対向する側部とを含む。対向する側部は、いずれかの地点でそれらの間に平均短電池寸法（厚さ）を画定する。該電池は、積層構造を形成するように１つに結合されたアノードアセンブリとカソードアセンブリとを含む。
【００１８】
一態様では、電池を、その中の導電性要素と非導電性要素との間に様々なシール境界面を含んだ、ほぼ薄板状の構成にすることができる。アルカリ電解質に対して耐性のあるシーラントが、これらの境界面内に配置される。シーラントを含むシール境界面は、機械的な設計特徴によって、または構造用接着剤を用いて、剥離力および剪断力から保護される。電池内部から２つの電池端子のいずれかへの潜在的漏れ経路が、確実にバッテリ厚さ寸法よりもかなり大きくなるようにするために、新規の電池設計および上包み（over-wrap）設計が使用される。
【００１９】
主態様では、本発明のウェーハアルカリ電池は、亜鉛を含むアノードと、二酸化マンガンを含むカソードと、アルカリ電解質、好ましくは水酸化カリウム水溶液とを有する。ただし、ウェーハアルカリ電池は、他の活物質のアノードおよびカソードを有してよく、また、他のアルカリ電解質が可能である。例えば、アノードは、亜鉛、カドミウム、または水素貯蔵合金（metal hydride alloy）を含んでよく、カソードは、二酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケル、酸化銀（Ａｇ２Ｏ若しくはＡｇＯ、単独若しくは混合で）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化銀銅（silver copper oxide）（ＡｇＣｕＯ２若しくはＡｇ２Ｃｕ２Ｏ３、単独若しくはそれらの混合で、またはＭｎＯ２との混合で）を含んでよい。以上に列挙したアノード材料は、それぞれ、以上に列挙したカソード材料それぞれと組み合わせることができる。アルカリ電解質は、電解質が電池内部から移動する傾向を低減する、水酸化ナトリウム、または水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとの混合物を含んでよい。ウェーハ電池は、また、充電式バッテリの形態であってもよい。
【００２０】
アノードアセンブリ内またはカソードアセンブリ内にはセパレータ層が含まれており、そのセパレータ層は、イオン透過性のフィルム、膜、または不織布であってよい。別の方法として、セパレータ層は、アノードアセンブリとカソードアセンブリとの間に位置してもよく、また一部の実施形態では、アノードアセンブリとカソードアセンブリとの合わせ面によって形成されたシール領域の一部分に突き出てもよい。
【００２１】
特定の実施形態では、電池は、直方体形である。電池は、薄い厚さでよく、例えば、約０．５〜６ｍｍ、例えば約１．５〜６ｍｍ、通常は約１．５〜４ｍｍである。
【００２２】
本発明の主態様では、アノードアセンブリは、前記アノードのためのハウジングを含み、カソードアセンブリは、前記カソードのためのハウジングを含む。セパレータ層は、反対側のアセンブリに面するようにアノードアセンブリ若しくはカソードアセンブリ内に配置されてよく、または、セパレータは、これら２つのアセンブリの間に配置されてよい。アノードアセンブリおよびカソードアセンブリは、好ましくは、アノード活物質とカソード活物質との間に位置するセパレータとともに接着結合されて、耐久性のある、好ましくは堅い、小型の積層構造を形成する。
【００２３】
本発明の一態様では、アノードアセンブリの一部を形成するアノードハウジングは、アノードキャビティの境界を画定する内側周縁部を有する、好ましくは耐久性のある有機ポリマー材料、例えばプラスチック製のアノードフレームを含む。フレームは、前記周縁部に沿って前側部と反対側の後側部とを有する。アノード集電シートは、電池の外表面境界に面するように、フレームの後側部に結合される。アノード材料は、前記アノード集電シートと接触するように、前記アノードキャビティに挿入される。アノード集電シートは、導電性であり、好ましくは、銅、黄銅（銅と亜鉛との合金）、青銅（銅とスズとの合金）、スズ若しくは亜鉛の金属、または、亜鉛、スズ、銀、インジウム若しくはビスマス若しくはそれらの金属の組み合わせでめっきされた銅若しくは黄銅の金属である。
【００２４】
カソードアセンブリの一部を形成するカソードハウジングは、カソードキャビティの境界を画定する内側周縁部を有する、好ましくは耐久性プラスチック製のカソードフレームを含む。フレームは、前記周縁部に沿って前側部と反対側の後側部とを有する。カソード集電シートは、電池の外表面境界に面するように、フレームの後側部に結合される。カソード材料は、前記カソード集電シートと接触するように、カソードキャビティに挿入される。カソード集電シートは、好ましくはニッケル、ニッケルめっき鋼、または炭素コーティングされた金属シートであり、好ましくは、炭素コーティング若しくは炭化されたニッケルシートである。或いは、カソード集電シートは、ニッケルでめっきまたは被覆された、冷延鋼製であってよい。ニッケルに炭素を重ねてもよく、またはコバルト層を重ね、次いでそのコバルトの上に炭素層を重ねてもよい。他の実施形態では、カソード集電体に炭素を重ね、次いで炭素含有塗料でコーティングしてもよい。
【００２５】
他の態様では、別個のアノードフレームおよびカソードフレームの代わりに単一のフレームを使用してもよい。そのような実施形態では、好ましくはプラスチック製の単一フレーム構成には、アノード材料およびカソードを単一フレームの両側に詰め入れることができ、個々のフレームを１つに結合させる必要が避けられるという利点がある。
【００２６】
本発明の積層ウェーハ電池構造の利点は、非常に小さいサイズ、例えば１ｃｍ２から、非常に大きいサイズ、例えば６００ｃｍ２までに及ぶ、本質的にあらゆる設置面積の、ただし全厚が小さい、例えば約１．５〜６ｍｍ、通常約１．５〜４ｍｍの電池を、容易に製作できることである。電池厚は、更に小さくすることができ、例えば、約０．５ｍｍほどの小ささにすることができる。したがって、電池を、全厚の小さい電子デバイスのキャビティに容易に嵌め込むことができる。積層電池構造の他の利点は、本質的にあらゆる所望の全体形状、例えば、多角形、卵形、円形、曲線状、または一部が多角形で一部が曲線状の形状にも作製できることである。本発明の積層電池は、耐久性があり、緊密に結合されるので、高温／低温の気候および高湿／低湿の雰囲気に曝すことができ、それでも電解質漏れを起こさない。
【００２７】
本発明のウェーハ電池では、電解質漏れの可能性が３つの方法によって低減される。
１）電池内部とアノード集電シートおよびカソード集電シートとの間に、非常に緊密に結合された、本質的に電解質不透過性のシールを作り出すことによる方法。
２）電池内の電解質が電池から脱出するために通らなければならない、非常に長い曲がりくねった経路（漏れブロック経路）を作り出すことによる方法。全漏れブロック経路は、フレーム幅に、フレームの外縁部から露出した電池端子までの距離を加えた合計からなる。
３）露出した外部負接点の表面積を最小限まで削減し、それによって外部負接点表面上での全体的なＯＨ−発生速度を低減することによる方法。
【００２８】
電解質漏れ低減方法１に関して、緊密に結合された電解質不透過性シールは、本発明のウェーハ電池では、好ましくは、フレーム縁部とアノード集電シートおよびカソード集電シートそれぞれの縁部との間に段階的な接着剤シールを用いて達成される。段階的シールは、集電シートをそれぞれのフレームに結合させるためにプラスチックフレームの縁部に沿って並置された（隣に並べられた）配置で、異なる接着剤の少なくとも２つのコーティングを含む。外側の接着剤コーティングは、好ましくはエポキシのような構造型接着剤である。そのような接着剤は、積層電池構成に構造強度を付与する。内側のコーティングは、好ましくは接着剤シーラントであり、それは、例えば、ポリアミド若しくは機能化されたポリエチレン、またはアスファルトであってよい。そのようなシーラントコーティングは、全体的な結合を改善するが、その主要な機能は、電解質を密封することである。別の方法として、構造用接着剤に加えて、または構造用接着剤の代わりに、リベットを使用することもでき、リベット間のフレームの部分にシーラントコーティングを適用することができる。
【００２９】
アノード集電シートとプラスチックアノードフレームとの間の境界面における封止特性は、アノード集電シートをアノードフレームに結合させるために接着剤が使用される前に、アノード集電シートの内側表面を封止金属の薄層であらかじめコーティングすることにより改善できることが確認されている。故に、アノード集電体表面を直接接触させる代わりに、前述の段階的接着剤のような接着剤は、アノード集電シート上にあらかじめコーティングされた封止金属に接触することになる。このことは、封止特性、特に、アノード集電シートとプラスチックアノードフレームとの間の境界面における接着剤シールの長期的な強度および結合均一性を改善することが確認されている。
【００３０】
上述のようにプラスチックアノードフレーム表面は、アノード集電シートに、前記プラスチックアノードフレーム表面とアノード集電シートとの間の接着剤を用いて結合される。単一の均質な接着剤を使用してもよいが、以上に示したように段階的な封止を用いることが好ましく、即ち、アノードフレームとアノード集電シートとの間の境界面のところで横方向の並列配置にある２つの異なる接着剤が結合されることが好ましい。接着剤と接触しているアノード集電体表面の部分が、特定の封止金属であらかじめコーティングされる場合、または或いはアノード集電シート自体が、そのような封止金属から構成される場合、接着剤／金属の境界面が、長期にわたって、例えば何年にもわたって、より良好に劣化に耐えられることが確認されている。故に、プラスチックアノードフレームとアノード集電シートとの間の強力で均一な結合は、長期にわたって維持されて、そのような境界面を通じた電解質漏れの可能性を低減する。
【００３１】
例としてアノード集電シートが、以上に列挙したように銅、黄銅、青銅、スズ、または亜鉛製の場合、マグネシウム、ジルコニウム、またはチタンが、プラスチックアノードフレームをアノード集電体に結合させる接着剤と接触するアノード集電体表面の部分の上にあらかじめコーティングされるべき、好ましい封止金属である。（マグネシウム若しくはジルコニウムは、銅または黄銅製の集電シートに特に好ましい封止金属であることが確認されている。）故に、接着剤が、均質な接着剤であるか段階的接着剤であるかを問わずプラスチックアノードフレームをアノード集電シートに結合させるために使用され、前記接着剤は、集電シートの面する表面（通常は電池内部に面する内側表面）上にあらかじめコーティングされたマグネシウム若しくはジルコニウム封止金属と直接接触することになる。封止金属と接着剤との間のそのような境界面結合は、長期にわたって劣化に耐えるように思われ、したがって、アノード集電シートが封止金属であらかじめコーティングされない場合に比べて、より良好にアルカリウェーハ電池のプラスチックアノードフレームとアノード集電シートとの間の結合を維持する。
【００３２】
マグネシウム若しくはジルコニウムなどの好ましい封止金属は、それらの純元素形態であるが、マグネシウム若しくはジルコニウムの合金も使用できるので、封止金属を純元素金属だけに制限しようとするものではない。そのような場合、合金の主構成成分としてマグネシウム若しくはジルコニウムまたはそれらの組み合わせを有することが好ましい。ただし、マグネシウム若しくはジルコニウムまたはそれらの組み合わせが、合金の微量構成成分である場合にも、また利益を得ることができる。
【００３３】
封止金属は、必ずしもこれらに限定するものではないが、真空蒸着、スパッタリング、イオンめっき、プラズマ蒸着、ジェット補助下プラズマ蒸着（jet assisted plasma deposition）、焼結、低温金属溶射、爆発溶射（detonation gun spraying）、高速酸素燃料溶射、電気めっき（非水性電解質から）などの従来技術を用いて、または溶融めっき（hot dipping）（アノード集電シートを溶融封止金属槽に浸漬すること）によって、薄いコーティングでアノード集電シートに適用されてよい。封止金属は、好ましくは約０．１０ミクロン〜５０ミクロンの間、例えば約３ミクロンの均一な厚さで、アノード集電シートの内側表面に適用されてよい。
【００３４】
マグネシウム若しくはジルコニウムは、本発明のアルカリウェーハ電池の状況で使用するのに好ましい封止金属であるが、また、プラスチックアノードフレームをアノード集電体に結合させるために接着剤がそれらに適用される前に、同様の有益な結果をもたらす同様の方法で、他の金属をアノード集電体表面上のプレコートとして使用することもできる。そのような封止金属を列挙すれば、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびイットリウム（Ｙ）、並びにランタニド系列元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）が挙げられる。これらの元素のうち、利用可能性、機能、およびコストの総合的因子を考慮すれば、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびイットリウム（Ｙ）が好ましい。
【００３５】
本発明は、アノードフレームについていずれか特定のプラスチックまたはポリマー材料だけに制限することは意図されていない。アノードフレームは、そのプラスチック材料に耐久性があり、そのプラスチック材料が一般にアルカリ電解質による侵食に耐える限り、多種多様なプラスチック材料から構成されてよい。アノードフレームに好ましい材料は、例えば、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリスルホン、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）プラスチックである。
【００３６】
一般に、新しく製作された金属シートまたは金属構造は、周囲空気に曝された時に、それらの表面上に自然金属酸化物または金属水酸化物被膜を急速に発達させる。そのような自然金属酸化物または水酸化物被膜は、微量の水および酸素が完全に存在しない、純粋な不活性ガスの存在する実質的な真空中で一時的に除去できるにすぎず、その除去は困難である。接着剤または接着シーラント材料が、そのような表面に適用される時には、自然金属酸化物または金属水酸化物被膜を化学的に含む接着結合が、形成される。金属シート若しくは金属構造上の自然金属酸化物または金属水酸化物被膜の存在は、接着剤でコーティングされたプラスチック表面を金属構造に化学的に結合させる重要な役割を果たす。即ち、接着剤と金属酸化物または金属水酸化物との間の化学結合が、結合プロセスにおいて形成される。このことは、一般に、プラスチックアノードフレームをアノード集電シートに結合させる際に好ましい、以上に列挙した段階的接着シーラントを含む本質的にすべての接着剤または接着シーラントに当てはまる。しかしながら、そのようなプラスチックと金属との結合のいずれかの部分が、アルカリウェーハ電池内で、または一般的に任意のアルカリ電池においてアルカリ電解質に曝される場合、自然金属酸化物または金属水酸化物が浸食を受けて、結合を徐々に弱めることがある。ある金属酸化物または金属水酸化物は、他の金属酸化物よりもアルカリ電解質への溶解性が低いという主な理由により、前記金属酸化物または金属水酸化物は、他の金属酸化物または金属水酸化物よりもアルカリ電解質による侵食を受けにくいことが確認されている。
【００３７】
以上に列挙した封止金属、特にマグネシウムおよびジルコニウムが、アノード集電シートの表面上にコーティングされた時に、該集電シートの表面上に酸化マグネシウム若しくは水酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウム被膜を発達させることが見出されている。そのような酸化マグネシウム若しくは水酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウム被膜は、自然金属酸化物被膜よりも、アルカリ電解質の存在下での溶解性が低い。例えば、アノード集電シートが銅または銅の合金（黄銅若しくは青銅など）製の場合、集電シートの表面上に発達する酸化マグネシウム若しくは水酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウム被膜は、自然酸化物被膜、例えば、酸化銅、または酸化銅＋酸化亜鉛、または酸化銅＋酸化スズよりも、アルカリ電解質への溶解性が低い。この点に関して、マグネシウム若しくはジルコニウムまたは以上に列挙した封止金属のうちの他のものなどの封止金属で、アノード集電シートをあらかじめコーティングする工程は、言うまでもなく該集電シート自体が、封止金属から形成される場合を除き、該アノード集電シートがそのようにあらかじめコーティングされない場合に比べて、アルカリ性環境において金属集電体に対する境界面の接着結合をより良好に維持する。
【００３８】
接着剤対金属の境界面結合が、徐々に劣化し得る別の道筋は、結合されている金属の表面上の天然の金属酸化物または金属水酸化物被膜が、前記被膜が存在する環境に起因した酸化または還元を受ける場合である。本発明のウェーハアルカリ電池の状況でプラスチックアノードフレームをアノード集電シートに結合させる点に関して、天然の酸化物または水酸化物被膜は、該酸化物または水酸化物中の天然の金属が、亜鉛に比べてより正の電気化学ポテンシャルを有する場合、アノード内の亜鉛により還元される傾向を有することがある。より低級の酸化物へのまたは金属自体への還元は、体積収縮および劣化、または金属との境界面結合内の接着剤の喪失を引き起こす。好ましい金属であるマグネシウムおよびジルコニウムを含め、以上に列挙した封止金属は、亜鉛に比べてより負の電位を有しており、したがって亜鉛によって還元されることがない。故に、通常銅若しくは銅合金（黄銅若しくは青銅）またはスズ製の金属集電体をマグネシウム若しくはジルコニウムなどの封止金属であらかじめコーティングする工程は、接着剤対金属の境界面結合を劣化から保護する。これは、マグネシウムおよびジルコニウムなど、以上に列挙した封止金属の酸化物または水酸化物が、亜鉛アノード材料との直接接触により、または電解質の共通主要部において亜鉛アノード電位で保持される時に還元されないからである。
【００３９】
以上で定義した封止金属は、電池の構成に関わらず、一般的にアルカリ電池に当てはまる。本明細書で定義されるアルカリ電池は、「その中でアルカリ電解質を使用している１次電池または充電式電池である電気化学電池」である。電解質は、通常、水酸化カリウム水溶液を含むが、他のアルカリ性構成成分、例えば、水酸化ナトリウム若しくは水酸化リチウムまたはそれらの混合物を含んでもよい。また、金属／空気電池、例えば、一般的に補聴器に使用されるボタン電池の形態の亜鉛／空気電池も、亜鉛アノード活物質との混合でアルカリ電解質を使用するので、アルカリ電池である。亜鉛／空気電池は、また、細長い円筒形構成または他の構成の形態であってもよく、それらすべては、それらの中でアルカリ電解質を使用することから、アルカリ電池と見なされてもよい。市販のアルカリ電池は、通常はゲル化剤およびアルカリ電解質と混合された微粒子の形態の亜鉛を含むアノードを通常有する。カソードは、カソード活物質として二酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケルなどを通常含んでよい。そのような電池は、前記電池の中でアルカリ電解質を使用することからアルカリ電池と見なされる。
【００４０】
アルカリ電池は、例えば金属ツメ、カップ形の金属部材または金属シートなどの通常細長い金属部材の形態をしたアノード集電体を有する。本明細書で使用する時、用語「アノード集電体」は、アノードの少なくとも一部分と接触する部分と電池の負端子と接触する別の部分とを有する通常は金属製の、電気的に伝導性の部材である。アノード集電体は、アノードから電池の負端子への連続的な電子伝導性の経路を提供する。一部のアルカリ電池、例えば亜鉛／空気ボタン電池などのアルカリボタン電池では、アノードケース自体がアノード集電体の役割を果たす。アルカリ電池では、アノード集電体の一部分は、アノード集電体を電池の正側から電気的に絶縁する通常は有機ポリマー若しくはプラスチック材料製の電気的に絶縁性の部材を通過する、または該電気的に絶縁性の部材に接する。これは、当該技術分野において、しばしば「負の貫通配線部分」と呼ばれる。アノード集電体の一部分（負の貫通配線）は、通常、接着性物質（例えば、アスファルトまたはポリアミド系シーラント）で絶縁部材に結合され、前記アノード集電体の一部と前記絶縁部材との間に良好な密着を提供する。アノード集電体の前記部分（負の貫通配線部分）を、以上で定義した本発明の封止金属、特にマグネシウム、ジルコニウム、またはチタンであらかじめコーティングすることにより、アノード集電体と絶縁部材との間の接着結合は、アノード集電体の前記部分がそのように封止金属であらかじめコーティングされない場合に比べてより耐アルカリ性となり、一般に経時的により良好に劣化に耐えるようになる。別の方法として、絶縁部材に結合される全体または部分としてのアノード集電体自体が、封止金属から形成されてもよい。この方法では、アノード集電体と絶縁部材との間の接着性密着が改善され、前記アノード集電体と前記電体絶縁部材との間を通じた電解質漏れの可能性が低減される。
【００４１】
電解質漏れ低減方法２に関し、これは、電解質が電池内部から外部環境に漏れる可能性を低減するために、長さを増大させた、または比較的長い妨害経路を設けるものである。この点において、いずれかの活性電極の縁部からそれに対応するバッテリ外部の端子接点まで測定される潜在的な漏れ経路の長さを、全体的な電池厚よりもかなり大きくなるように設定することが望ましいことが確認されている。本明細書の好ましい実施形態では、潜在的な漏れ経路（漏れブロック経路）とバッテリ厚との比は、１．５よりも大きく、より好ましくは２よりも大きい。
【００４２】
これは、別々に、または協働する形で使用できる、異なる２つの手段によって達成される。
【００４３】
第１の手段では、プラスチックフレームの幅が第１の漏れブロック経路Ａを提供する。プラスチックフレームの幅（漏れブロック経路Ａ）は、フレームの内側周縁部（バッテリ活物質および電解質と接触している）からその外側周縁部まで測定され、ほぼ電池の厚さ寸法ほどの長さまたはそれよりも長くなるように設定すべきである。故に、厚さ３ｍｍ（１／８”）の電池では、フレームの幅（Ａ）は、望ましくは約３ｍｍ（１／８”）以上である。漏れを防止するためにフレーム幅（漏れブロック経路Ａ）を最大限まで増大させることが望ましいが、このことが、電池内の活物質に利用可能な内部容積を犠牲にすることになることが認識されよう。したがって、所与の電池設置面積（アノードフレーム若しくはカソードフレームの面に平行またはほぼ平行な電池側部）について、妥当な量の活物質を電池に詰め込むことのできる、フレーム幅の上限が存在する。
【００４４】
第２の手段では、プラスチックフレームの露出した縁部すべてと、更に２つの導電性エンドプレート（集電シート）の表面の大部分（フレームの外側周縁部からある距離に位置する、各エンドプレート上の小さい端子接点領域だけは除く）とを含めて、電池の外部表面が、望ましくは、シーラントによって電池の外部表面に接着されたプラスチックフィルムで被覆される。好ましい実施形態では、露出した接点、例えば負接点が、フレームのすべての外縁部から最大可能距離のところで導電性エンドプレート上に配置される。したがって、少なくとも電池厚と同程度の長さの、アノードフレームの外側周縁部から露出した負接点までの距離Ｂが画定される。距離Ｂは、第２の電解質漏れブロック経路（ブロック経路Ｂ）の長さを画定する。距離Ｂは、好ましくは第１および第２の重ね合わされた収縮フィルムラップバンドを含み、好ましくは前記のラップバンド間および第１のラップと電池の表面との間にシーラントを有するフィルムラップまたはテープにより横切られる。第１のフィルムバンドと電池との間のシーラントおよび２つのフィルムバンド間のシーラントは、優れた電解質遮断特性を得るために役立ち、経路Ｂに沿っての電解質の漏れの変化を防ぎまたは大きく遅延させる。第１のプラスチックフィルムラップは、好ましくは、電池の周囲（縁部）の周りに付与されたプラスチック管の収縮バンド（周囲バンド）である。未収縮のバンドの中心軸は、厚さ方向に平行に向けられている。収縮後、このバンドは、すべての縁部と導電性エンドプレートのかなりの部分とを含めた、シーラントを支承する外部表面の大部分を覆って接着される。電池端子接点領域は除く（剥き出しのままにする）。したがって、潜在的な漏れ経路は、更に、フレームの外側周縁部から電池端子の近傍に向かって延長される。
【００４５】
第２のプラスチックフィルムラップ、好ましくはプラスチック管の収縮バンド（横方向バンド）が、第１のバンドに対して直角に電池に付与される。未収縮のバンドの中心軸は、厚さ寸法に対して垂直に向けられている。第２の収縮ラップ（横方向バンド）は、密接に収縮されて、残りの露出表面の大部分を被覆する。横方向バンドには、外側の金属エンドプレート上の、シーラントが存在しない接点領域と位置合わせされた、穿孔されたまたは切り抜かれた小さい穴が設けられていて、電池端子を露出させる。第１および第２の収縮ラップバンド（周囲バンドおよび横方向バンド）は、併せて、電池端子を除いた電池の外部表面全体を被覆する。
【００４６】
耐漏れ性を更に強めるために、第２の横方向バンドを付与する前に、第１の収縮ラップバンド（周囲バンド）の外部表面が、追加シーラントでコーティングされることもあり得、従って第１のバンド（周囲バンド）の外部と第２のバンド（横方向バンド）との間の封止を効果的にする。これによって、確実に、漏れた電解質のために残っている出口点が、露出した電池接点だけになる。
【００４７】
１つに結合された別個のアノードフレームおよびカソードフレームが存在する場合、本明細書で言及する第１の電解質漏れブロック経路（ブロック経路Ａ）を、アノードフレーム周縁部の幅、即ち、フレーム内の中空スペースを取り囲むフレーム縁部の幅と等しい長さを有するものとして定義することができる。（ただし、類推により、電池のカソード側ではカソードフレームの幅が第１のブロック経路Ａを決定することが理解されよう。）アノード材料とカソード材料との両方を収める単一の共通フレームが存在する場合、第１の電解質漏れブロック経路（ブロック経路Ａ）は、この共通フレームの縁部の幅と等しい長さを有するものとして定義される。前述した第２の電解質漏れブロック経路（ブロック経路Ｂ）は、アノードフレームの外側周縁部境界から電池表面上の露出した負接点までの距離として測定される。総電解質漏れブロック経路Ａ＋Ｂは、望ましくは電池厚の少なくとも約１．５〜４倍であり、非常に大きい設置面積を有する電池では更に大きくなり得る。
【００４８】
漏れ低減方法３に関し、これは、電池設置面積の総面積に比べ、外部の負接点の面積を最小限に抑えることによって達成される。故に、負接点の外部表面のできる限り多くを被覆することにより、シーラントおよびプラスチックフィルムを使用することにより、露出された接点面積と電池設置面積との比が最小限に抑えられる。好ましくは、この比は、５％未満（設置面積１ｃｍ２〜１４．５ｃｍ２の電池の場合）、より好ましくは１％未満（設置面積１４．５ｃｍ２〜６０３ｃｍ２の電池の場合）、最も好ましくは０．１％未満（設置面積６０３ｃｍ２以上の電池の場合）である。
【００４９】
ここに記載の配置は、正方形、長方形、多角形、円形、若しくは楕円形のような様々な形状、および平らでも湾曲していてもよい表面を有する、本発明のウェーハ電池に適用可能である。
【００５０】
全漏れ経路は、フレーム幅にフレームの外縁部から電池端子までの距離を加えた和からなる。本発明の好ましい実施形態では、全漏れ経路は、電池の厚さ寸法の少なくとも２倍である。より好ましくは、全漏れ経路は、電池の厚さ寸法の少なくとも３倍であり、最も好ましくは、全漏れ経路は、電池の厚さ寸法の少なくとも４倍である。電池外部をシーラントおよびプラスチックフィルムで被覆することにより、潜在的な漏れ経路は、更にフレームの外側周縁部から電池端子まで延長される。本明細書に開示の設計原理を用いると、非常に面積の大きい、例えば、２１．６ｃｍ×２７．９ｃｍ若しくは６０３ｃｍ２（約８．５ｉｎ×１１ｉｎ若しくは９３．５ｉｎ２）またはそれ以上の面積の、薄いアルカリ電池を構築することができる。
【００５１】
他の態様では、ウェーハ電池は、電池の短寸法を画定する該電池の対向する側部間を完全に通り抜ける、１以上の穴を有してよい。前記穴のいずれか１つを画定する境界表面は、好ましくはいずれの他のそのような穴の境界表面とは交わらないか、または触れていない。各穴を画定する境界表面は、また電池の短寸法を画定する対向する側部間の電池の外縁表面として定義されるような、電池の外側周縁部とは交わらないか、または触れていない。方形のウェーハ電池（直方体）では、穴は、望ましくは、電池の短寸法をそれらの間に画定する該電池の対向する２つの平行側部に垂直に向き合ってもよい。穴は、対称または非対称であってよい。具体的には、長方形のウェーハ電池の前記２つの対向する側部間の電池軸に沿って中央に配置された穴は、ウェーハ電池が電力供給されるべきデバイスに連結されたシャフト上に便利に挿入されることを可能にする。
【００５２】
本発明の代表的なウェーハアルカリ電池１０を図１に示す。図１の実施形態では、電池は、隅角部が丸み付けされた、全体的に方形の形状をしている。電池１０は、電池の主要部を形成する２つの対向する方形薄板状表面２０’および８０’と、それらの間にある２対の対向する方形端面とを有しており、その１対が端面１１０ａ、１１０ｂであり、第２の対が端面１１０ｃおよび１１０ｄである。対向する薄板状表面２０’および８０’は、好ましくは互いに平行である。対向する端面１１０ａおよび１１０ｂは、好ましくは互いに平行であり、対向する端面１１０ｃおよび１１０ｄは、好ましくは図１に示したように互いに平行である。故に、電池１０は、隅角部が丸み付けされた直方体（直平行六面体）の形状である。
【００５３】
対向する薄板状表面２０’および８０’が、他の形状、例えば多角形であってもよく、また円形若しくは楕円形であってもよく、様々な表面積の、曲線状の周囲、または一部が曲線状の周囲であってもよいことが理解されよう。したがって、本発明は、方形電池だけに限定されるものではない。対向する薄板状表面２０’および８０’は、平行でなくてもよい。故に、望むなら、電池は、厚さが一定でなくてもよい。対向する薄板状表面２０’および８０’は、平らでなくてもよい。故に、望むなら、電池は、一定の厚さまたは一定ではない厚さで、単一曲率または２重曲率をもつことができる。単一曲率の電池は、例えば、図９Ｂおよび９Ｃに示されている。図９Ｂでは、電池は、上面２０’から見下ろした時に、内側に湾曲している（凹面）。図９Ｃでは、電池は、上面２０’から見下ろした時に、外側に湾曲している（凸面）。図９Ｃでは、電池は、また、一端１１０ａでは、反対側の端部１１０ｂよりも薄い。また同様に、端部１１Ｏａでの電池の幅は、反対側の端部１１０ｂでの幅とは異なるものであってよい。図９Ｃでは、電池の幅は、端部１１０ａでは、反対側の端部１１０ｂでの幅よりも小さい。電池表面は、また、多重曲率の表面であってもよい。図９Ａでは、２重（鞍状（saddle））曲率の電池が示されている。
【００５４】
例えば図１Ａに示したように、電池の薄板状構造が形成された後、１つ以上のプラスチックフィルムバンドを電池の表面に適用することができる。バンドは、好ましくは熱収縮性プラスチック材料製であり、望ましくはポリ塩化ビニルフィルム製である。図８Ａに示したように、電池端子接点領域２５および２６を除いた電池の外側が、初めにシーラント１２０（後述するような接着剤シーラントＢ）の第１の外層で被覆される。次いで、第１の熱収縮ラップ、即ち、収縮プラスチックの周囲フィルムバンド２１０が、電池の周縁部の周りに適用される（図８Ｂ）。バンド２１０は、好ましくは、中空の内部２１２を画定する閉じた主要表面２１１から形成される。フィルムバンド２１０が、電池の表面上に熱収縮される時、フィルムバンド２１０の主要部２１１は、電池表面上に折り重なり第１の外側シーラント層１２０に接着する（図８Ｃ）。シーラント１２０の一部分は、端子接点領域２５を除く中央部（図８Ｃ）で露出したままである。外側シーラント１２１（後述する接着剤シーラントＢ）の第２の層が、周囲の収縮プラスチックバンド２１０の外表面に適用されるが、電池の周縁部では所望により該シーラント１２１を省略してもよい。次いで、第２の熱収縮ラップ、即ち、収縮プラスチックの横フィルムバンド２２０が、収縮プラスチックの周囲バンド２１０に垂直に適用されて、残りの露出した薄板状表面２０’および８０’を被覆する。横フィルムバンド２２０が電池表面上に熱収縮されると、該フィルムバンドは、第２のシーラント層１２１と接触する。したがって、横方向バンド２２０は、周囲バンド２１０を覆って適用された第２のシーラント層１２１に接着する。横方向バンド２２０は、また、薄板状表面２０’および８０’に適用された、ただし収縮プラスチックの周囲バンド２１０によって被覆されていなかった、第１のシーラント１２０の露出部分（図８Ｃ）にも接着する。横方向バンド２２０には、薄板状表面２０’上の端子接点領域２５を露出させる穴２２２と、薄板状表面８０’上の反対側の端子接点領域２６を露出させるバンド２２０の反対側の面上の同様の穴（図示せず）とが設けられている。例えば図２に示される特定の実施形態では、端子接点領域２５は、電池の負端子を提供し、反対側の接点領域２６は、正端子を提供する。横方向バンド２２０の小さい部分は、横方向バンド２２０が、周囲バンド２１０上に収縮した後に、バンド２２０の開口端のところに小さい孔または窓２２４をもたらす。下層の周囲バンド２１０の小さい部分が、窓２２４を通じて露出した状態で示されている（図８Ｅ）。
【００５５】
好ましくは、電池１０の全厚が小さく、例えば約０．５〜６ｍｍ、例えば約１．５〜６ｍｍ、より典型的には約１．５〜４ｍｍである。
【００５６】
電池１０（図１）の具体的な構成は、図１Ａに切欠図で、図２および図３にそれぞれ縦断面図および横断面図で示されている。電池１０は、初めにアセンブリ３０Ａ（図４Ａ）のようなアノードアセンブリを形成し、次いでアセンブリ７０Ａ（図４Ｂ）のようなカソードアセンブリを形成することを特徴とする。次いで、アノードアセンブリ３０Ａおよびカソードアセンブリ７０Ａが、好ましくは接着剤によって互いに結合されて、完成した電池を形成する。完成した電池は、好ましくはシーラントでコーティングされ、好ましくは熱収縮性ポリ塩化ビニル製のプラスチックフィルム２００で、好ましくは２回包まれる。プラスチックフィルム２００に熱が加えられて、電池のラベルを形成する。他の種類の外側フィルムラップ２００が使用可能であり、例えば、接着剤コーティングされたプラスチックフィルムおよび熱収縮性ポリオレフィン若しくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムがある。前述したように、外側フィルムラップ２００は、好ましくは２重ラップを含み、即ち、電池の周縁部の周りに適用された第１のフィルムバンド２１０と、第１のフィルム２１０を覆って横方向に適用された第２のラップ２２０とを含む。
【００５７】
しかしながら、場合によっては、初めに横方向フィルムバンドを適用し、２番目に周囲バンドを適用することが望ましいこともあり得る。横方向バンドは、両方の集電体プレート外面の少なくとも一部分を被覆するフィルム材料の閉じたループを含んでよい。別の方法として、横方向バンドは、両方の集電体プレート外面の少なくとも一部分を被覆するフィルム材料の折り畳まれた小片を含み、電池の厚さ寸法を含む縁部の一部分上に折り重ねられてもよい。別の方法として、横方向バンドは、２つの別個のフィルム片を含んでもよく、各々が、各集電体プレート外面の少なくとも一部分を被覆する。
【００５８】
接着剤またはシーラントは、様々な構成要素に好ましい位置でコーティングまたは適用される。接着剤およびシーラントの一般的な種類について説明し、特に好ましいものを指定する。ただし、特定の接着剤およびシーラントの代替が可能であることが理解され、したがって、本発明を本明細書に提示したものだけに制限しようとするものではない。本明細書に記載のウェーハ電池１０の実施形態を形成する際に使用される接着剤／シーラントには、３つの種類がある。
【００５９】
接着剤Ａ：これは、主に、結合される構成要素に保持強度を付与する構造用接着剤である。接着剤Ａにエポキシ系接着剤を使用することが好ましい。好ましいエポキシ接着剤は、例えば、３Ｍ社（3M Company）から２２１６の商品名で入手可能な２成分エポキシからなるものであってよい。また、単成分の、３Ｍから非金属充填エポキシ２２１４（non-metallic filled epoxy 2214）の商品名で入手可能な熱活性型エポキシ、または３ＭからＬＣ−１２１１の商品名で入手可能なＵＶ開始型アクリレート接着剤、または３ＭからＡＦ−１１１ スコッチ・ウェルドフィルム接着剤（AF-111 Scotch-Weld film adhesive）の商品名で入手可能なフィルム接着剤であってもよい。
【００６０】
接着剤シーラントＢ：これは、構成要素を１つに結合させるのに役立ち、また同時にシーラントの役割も果たす、即ち、アルカリ電解質を密封し、且つその透過を妨害する働きをする、粘着性接着剤である。接着剤シーラントＢは、好ましくは、粘着性ポリアミドを含む溶剤系溶液として適用される。或いは、シーラントＢは、グラフト側基（grafted side groups）をもつポリエチレンである機能化されたポリエチレンを含んでもよい。好ましい機能化されたポリエチレン接着剤シーラントは、中国のハルビン・レナウン・テック社（Haerbin Renown Tech.Co.Ltd.）から商標名Ｊ−４３接着剤（J-43 adhesive）として入手可能である。或いは、アスファルトであってもよい。ポリアミド樹脂を含む溶剤系溶液の形態の好ましいシーラントＢは、スペシャリティ・ケミカルズ社（Specialty Chemicals Co.）から商品名スペックシール（Specseal）として販売されている。粘着性ポリアミド樹脂を含む他の好ましい溶剤系溶液は、商標名ＲＥＡＭＩＤ−１００およびＶＥＲＳＡＭＩＤ−１００として入手可能である（ヘンケル社（Henkel Corp.）またはコグニス社（Cognis Corp.）から）。そのような接着剤構成成分は、望ましくは低分子量の熱可塑性ポリアミド樹脂である。好ましいポリアミド樹脂は、商標名ＲＥＡＭＩＤ−１００およびＶＥＲＳＡＭＩＤ−１００として入手可能である（ヘンケル社（Henkel Corp．）またはコグニス社（Cognis Corp．）から）。これらの樹脂は、室温でゲルであって、分子量約３９０の二量体化脂肪酸であり、且つ二量体化脂肪酸とジアミンとの反応生成物である。より高分子量のポリアミド系接着剤構成成分を使用できるが、低分子量の構成成分は、選択される好ましい溶剤中により容易に溶解するので好ましい。接着剤構成成分は、所望の粘度になるように溶剤に溶解される。イソプロパノールまたはトルエンのような様々な溶剤、並びに溶剤の混合物を使用することができる。好ましくは、取扱時に比較的無害な性質であるので、イソプロパノールが溶剤として使用される。ポリアミドは、水酸化カリウム電解質による化学的侵食に耐えるという、さらなる利点を有する。ジェットスプレー方法を含めた従来のスプレーコー
ティング技術を使用して、接着剤を電池構成要素に適用することができる。接着剤は、電池のポリマー構成要素の所望の表面間、電池の金属構成要素の表面間、または電池のポリマー構成要素の表面と電池の金属構成要素の表面との間に接着剤シールをもたらすように適用することができる。
【００６１】
接着剤Ｃ：この接着剤は、主に同一のまたは類似のプラスチック材料製の２つのプラスチック構成要素を結合させるために使用される。好ましい接着剤は、それ故にまた結合されるべきプラスチック材料と同一のポリマーベースも有する。例えば、結合されているプラスチック材料が耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）である場合、好ましい接着剤は、やはりポリスチレン接着剤樹脂を含有する。そのような接着剤は、適した溶剤に溶解した接着剤樹脂を含む溶剤系溶液の形態で便利に適用することができる。
【００６２】
本発明の特定の実施形態について記載する際、特に指示のない限り、接着剤は、以上で指定した接着剤Ａ、Ｂ、またはＣを参照することによって与えられる。
【００６３】
好ましいアノードアセンブリ３０Ａ（図４Ａ）は、外側周縁部３３ａと内側周縁部３７とを有する好ましくは有機ポリマー材料、例えばプラスチック製のアノードフレーム３０を含む。内側周縁部３７は、中空の内部スペース３３ｂを取り囲む。アノードフレーム３０は、好ましくは、耐久性があり、更に可撓性で接着結合可能でもある、プラスチック材料から構成される。フレーム３０に好ましい材料は、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリスルホン、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）プラスチックである。アノードアセンブリ３０Ａは、また、アノード材料４０と、アノード集電シート２０と、セパレータシート５０とを含む。故に、アノードフレーム３０は、アノード４０のためのハウジングの一部分を形成し、アノード集電シート２０と電池の正側との間の接触を妨げる絶縁封止部材の役割も果たす。所望により、セパレータシートを、カソードアセンブリ７０Ａの一部として含めてもよく、またはアノードアセンブリとカソードアセンブリとの間の別個の物体として含めてもよい。組立時には、集電シート２０を、フレーム３０の後側部に接着結合させることができる（図４Ａ）。そのような実施形態（図４Ａ）では、フレーム３０とそれに結合したアノード集電シート２０とが、事実上、アノード材料４０のためのハウジングを形成する。好ましい集電シート２０は、銅製である。シート２０は、望ましくは厚さ約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間である。集電シート２０は、好ましくは、フレームの外縁部に隣接する構造用接着剤のバンド２０ａ（前述の接着剤Ａ）とフレームの内縁部に隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）とからなる段階的シールを用いて、フレーム３０の後側に固定され封止される。段階的シールの代わりに均一な組成の単一の接着剤を適用してもよいが、電解質を密封するより優れたシステムをもたらすので段階的シールが好ましい。接着剤層の厚さを制御するために、スペーサビーズを構造用接着剤に組み込むことができる。次いで、アノード材料４０を、集電シート２０に押し当てられた配置になるようにフレーム３０内の内部スペース３３ｂに挿入することができる。フレーム３０には、フレームの内縁を形成する陥凹レッジ（ledge）３６を設けてよい。陥凹レッジ３６は、好ましくは接着剤３７でコーティングされる。接着剤３７は、溶剤系接触接着剤、例えば、３Ｍ社（3M Company）から商品名１３５７−Ｌで入手可能な接触接着剤、または３Ｍから商品名３０−ＮＦで入手可能な水系接触接着剤であってよい。レッジ３６に適用するための好ましい溶剤系接着剤は、１０重量％の耐衝撃性ポリスチレンと９０重量％のトルエンとの溶液を含む。セパレータシート５０の縁部がレッジ３６に接して配置され、且つ接着剤コーティング３７によって該レッジに結合されるように、セパレータシート５０をアノード材料４０上に被せて挿入してよい。或いは、超音波または熱および圧力溶接法によって、セパレータシート５０の縁部をレッジ３６に溶接してもよい。したがって、完成したアノードアセンブリ３０は、集電シート２０およびセパレータ５０がフレーム３０の両側に結合した、集電シート２０に押し当てられたアノード材料４０を含む積層構造の形態である。
【００６４】
好ましいカソードアセンブリ７０Ａ（図４Ｂ）は、外側周縁部７３ａと内側周縁部７７とを有する、好ましくは有機ポリマー材料、例えばプラスチック製のカソードフレーム７０を含む。内側周縁部７７は、中空の内部スペース７３ｂを取り囲む。カソードフレーム７０は、好ましくは、耐久性があり、更に可撓性で接着結合可能でもある、プラスチック材料から構成される。フレーム７０に好ましい材料は、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリスルホン、またはポリ塩化ビニルプラスチックである。カソードアセンブリ７０Ａは、また、カソード材料６０とカソード集電シート８０とを含む。カソード集電シート８０は、望ましくはニッケルめっき鋼シートであり、好ましくは、ニッケルの上を炭素層が覆う、ニッケルめっき鋼である。鋼シートは、通常、冷延鋼であってよい。他の適したカソード集電シート８０は、米国特許第６，５５５，２６６Ｂ１号に開示されているような、ニッケル層をコバルト層が覆い、コバルトを炭素塗料層が覆う、ニッケルめっき鋼シートであってよい。他の適したカソード集電体は、エッチングされ、炭化され、炭素塗料コーティングでコーティングされた、純ニッケルシートである。ニッケルシートは、望ましくは約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間の厚さを有してよい。ニッケルシート上の炭素コーティングは、例えば、米国特許第６，５５５，２６６号に記載されているような、溶剤系コーティング法によって適用されてよい。ニッケルシートは、該ニッケルシートを高温で動作している炉に通過させることによって炭化されてよく、その際、揮発した炭素前駆体から炭素がニッケル表面上に蒸着する。ニッケル表面上に炭素を蒸着させて炭化ニッケル表面を形成する後者の技術については、米国特許第２，０５１，８２８号（ウィリアム・Ｆ・デスター（William F. Dester）、１９３６年８月２５日）に記載されている。アルカリ電池における炭化ニッケル集電体の使用については、米国特許第３，７１３，８９６号（ラルフ・Ｈ・フェルダケ（Ralph H. Feldhake）、１９７０年８月１９日）に記載されている。
【００６５】
組立時には、集電シート８０をフレーム７０の後側部に接着結合させてよい（図４Ｂ）。かかる実施形態（図４Ｂ）では、フレーム７０とそれに結合したカソード集電シート８０とが、事実上、カソード材料６０のためのハウジングを形成する。集電シート８０は、フレームの外縁部に隣接した構造用接着剤のバンド７０ａ（前述の接着剤Ａ）と、フレームの内縁部に隣接したシーラント材料のバンド７０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）とからなる段階的シールを好ましくは用いて、フレーム７０の後側の縁部７３ａに結合されてよい。段階的シールの代わりに均一な組成の単一の接着剤を適用してもよいが、電解質を密封するより優れたシステムをもたらすので段階的シールが好ましい。次いで、カソード材料６０を、集電シート８０に押し当てられた配置になるようにフレーム７０内の内部スペース７３ｂに挿入することができる。したがって、完成したカソードアセンブリ７０ａは、集電シート２０に押し当てられたカソード材料６０を含む、ただしカソード材料６０の一部分が露出した、積層構造の形態である。
【００６６】
次いで、アノードアセンブリ３０Ａをカソードアセンブリ７０Ａに接着固定して、アノード材料４０とカソード材料６０とが互いに向き合い、且つそれらの間にセパレータ５０が存在する、単一積層電池構造１０を形成することができる（図１Ａ）。アノードアセンブリ３０Ａおよびカソードアセンブリ７０Ａは、接着剤をアノードフレーム３０の露出された前側部（図４Ａ）に適用することにより、互いに都合よく結合される。アノードフレーム３０（外縁部３３ａと内縁部３７との間）は、通常、接着剤が適用されるのに十分な空間を許容する約３ｍｍ〜６ｍｍ（１／８〜１／４インチ）の幅であってよい。接着剤３２は、望ましくは、フレーム３０のプラスチック材料と同じ部類由来の接着剤樹脂を含有する。故に、フレーム３０が耐衝撃性ポリスチレン製の場合、好ましい接着剤３２は、耐衝撃性ポリスチレンのトルエン溶液である。或いは、フレームがＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）若しくはＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）から作製される場合、これらのプラスチックポリマーのトルエン溶液または他の溶剤溶液を使用してよい。接着剤３２がアノードフレーム３０の前部に付与された後、アノードフレーム３０は、カソードフレーム７０上に押圧され、故に図１〜３に示された完成された電池１０を形成する結合された積層構造を形成するためにアノードアセンブリ３０Ａをカソードアセンブリ７０ａに接着結合させる。図１Ａ、図２、および図３に最もよく示されている完成した電池１０は、堅く、頑丈で、且つ小型である。結合された積層電池構成は、電池内容物をその中に保持する、緊密に封止された電池をもたらす。図２および図３に示したように、電池は、１層または２層のシーラントでコーティングされ、１層または２層のプラスチックフィルム、好ましくはポリ塩化ビニルの熱収縮性フィルムで包まれてよい。フィルムに熱が加えられると、該フィルムは、電池の境界表面の周りで収縮してラベルを形成する。
【００６７】
本発明の一態様は、電池内部から電解質が外部脱出点に到達するまでに通る長い漏れ経路が設けられるように、電池を設計することである。（これは、様々な電池構成要素に前述の接着剤および接着剤シーラントを与えることに加えて実施される。）故に、本発明のウェーハ電池１０は、フレーム３０および７０（または、図７Ａおよび図７Ｂに示した単一フレームの実施形態の場合にはフレーム１３０）が、好ましくは少なくとも総電池厚と同じ大きさの、フレーム縁部幅（例えば、図４Ａに示した縁部３３ａと３７との間、または図４Ｂに示した縁部７３ａと７７との間、または図７Ｂに示した縁部１３０ａと１３７との間）をもつように設計される。これは、例えば図２に示したように、電解質が電池内部からフレームの外端まで通る、比較的長い第１の漏れブロック経路「経路Ａ」をもたらす。次いで、外側の熱収縮性フィルムラップ２００（図８Ａ〜８Ｅに示したように２重のフィルムラップ２１０および２２０を含んでもよい）が、第２の漏れブロック経路「経路Ｂ」をもたらす。ブロック経路Ｂは、フレーム（例えば、フレーム３０）の外側周縁部から距離「Ｂ」（図２）のところにある導電性エンドプレート（例えば、エンドプレート２０）上に配置された露出端子接点（例えば、端子接点２５）からの距離として定義され、それは、少なくともフレーム幅と同じ長さの距離、即ち、電池厚にほぼ等しいまたはそれ以上の距離である。この状況では、総電解質漏れブロック経路Ａ＋Ｂ（図２）は、好ましくは電池厚の少なくとも２倍である。漏れブロック経路ＡおよびＢに対するのと同一の定義が、図７Ａおよび図７Ｂに示した本発明の単一フレーム１３０の実施形態にも同様に当てはまることが理解されよう。
【００６８】
本発明の電池１０に好ましい放電レートは、例えば、約１５〜４５ミリワット／ｃｍ２（１３．５〜４０．５ミリアンペア／ｃｍ２）ほどの大きさであってよい。（平方センチメートル面積は、アノード／カソード境界面での面積に基づく。）全体寸法が幅４ｃｍ×長さ８ｃｍ×厚さ３ｍｍの典型的なウェーハ電池１０は、電流ドレインレート（current drain rate）約１〜１，０００ミリアンペア、好ましくは約１０ミリアンペア〜１００ミリアンペアに対応し得る。
【００６９】
図５Ａおよび図５Ｂに示された代替的な実施形態では、完成された電池の構造上の一体性が、アノードフレーム３０およびカソードフレーム７０を、それぞれのフレーム縁部３３ａおよび７３ａの隣の突出したリベットを含むように一体成型することにより、強められることがあり得る。そのような一体成型されたリベット３５が、アノードフレーム３０の後面縁部から突き出る様子が示されている。同様に、一体成型されたリベットが、カソードフレーム７０の後面縁部から突き出る様子が示されている。アノード集電シート２０は、アノードフレーム３０上の突出リベット３５と対合するための孔２２をその縁部に沿って設ける。同様に、カソード集電シート８０には、その縁部に沿って、カソードフレーム７０上の突出リベット７５と対合するための孔８２を設けることができる。したがって、リベット３５を孔２２に挿通することによって、アノード集電シート２０をアノードフレーム３０に固定することができ、リベット７５を孔８２に挿通することによって、カソード集電シート８０をカソードフレーム７０に固定することができる。次いで、リベットヘッドに熱と圧力を加えることによって、該リベットヘッドをピーニング処理（peened）（積層化）することができる。望ましくは、アノード集電シート上のリベット孔２２間のスペースおよびカソード集電シート上のリベット孔８２間のスペースにも、シーラントを適用してよい。そのような目的のために好ましいシーラントは、中国のハルビン・レナウン・テック社（Haerbin Renown Tech.Co.Ltd.）から商品名Ｊ−４３接着剤（J-43 Adhesive）として入手可能であるような、粘着性のある機能化されたポリエチレン樹脂を有する溶剤系シーラントであってよい。図６Ａおよび図６Ｂに示した実施形態では、アノードフレームに沿った突出リベット３５は、アノードフレーム３０の縁部に沿った浅い窪んだスペース３８から突き出る陥凹した基部を有してよい。そのような構成によって、リベットヘッドがアノード集電シート２０の孔２２に挿入されて積層化された後で、該リベットヘッドを該アノード集電シートの表面よりも低い水平面に下げることができる。同一の陥凹リベットヘッド構成を、カソードフレーム７０から突き出るリベット７５に使用してよい。
【００７０】
図４Ａおよび図４Ｂに示した実施形態、並びに図５Ａおよび図５Ｂに示したリベットを備えた実施形態にしたがって、電池１０を作製した。図４Ａおよび図４Ｂに示されたアノードアセンブリおよびカソードアセンブリを使用する特定の構成では、電池は、全厚２．８ｍｍ、幅３８ｍｍ（１．５インチ）、長さ３８ｍｍ（１．５インチ）を有していた。電池を、約０．６ボルトのカットオフ電圧まで７７．５〜０．７７５ミリワット／ｃｍ２の様々な一定レートで放電させた（面積は、アノードとカソードとの間の境界面積に基づく）。約０．６ボルトのカットオフまでの放電サイクルの間、平均負荷電圧は、約１．１ボルトであった。したがって、前述のワット密度範囲は、電流ドレイン密度約７０．５〜０．７０５ミリアンペア／ｃｍ２となる。この放電範囲では、電池は、元の厚さの最大約１０％の厚さまで膨らんだ。電池は、破裂せず、電解質の漏れもなかった。電子デバイスのバッテリキャビティ内で電池が密接に膨張しすぎないようにするために、公称１０％の電池膨張を見込むように、該バッテリキャビティを電池よりも十分に大きく設計すること、または電池をキャビティ開口部よりも厚さが十分に小さくなるように設計することが推奨される。
【００７１】
他の好ましいウェーハ電池の実施形態（図７Ａおよび図７Ｂ）では、図４Ａおよび図４Ｂの実施形態に示した２つのフレーム３０および７０の代わりに、単一フレーム１３０を使用してよい。好ましくはプラスチック製の単一フレーム構成は、アノード材料４０およびカソード６０を単一フレーム１３０の両側に詰め込み可能であり、個々のフレームを互いに結合させる必要性を回避するという利点がある。図７Ｂに最も良く示されている単一フレーム１３０は、中空の内部スペース１３３ｂを取り囲む内側周縁部１３２を有する。図７Ａおよび図７Ｂに示した単一フレームの実施形態の状況では、アノードアセンブリは、アノード集電体２０と、アノード４０と、セパレータ５０と、フレーム１３０の上側とを含む。カソードアセンブリは、カソード集電体８０と、カソード６０と、同じフレーム１３０の下側とを含む。アノード集電体２０およびカソード集電体８０は、フレーム１３０の両側に結合されて、薄板状電池構成を形成する。
【００７２】
単一フレームを使用する実施形態のための電池構成（図７Ａおよび図７Ｂ）を達成するには、接着剤１３７が、フレーム１３０の内縁に沿って陥凹レッジ１３６に適用される（図７Ｂ）。
【００７３】
接着剤１３７は、溶剤系接触接着剤、例えば、３Ｍ社（3M Company）から商品名１３５７−Ｌで入手可能な接触接着剤、または３Ｍから商品名３０−ＮＦで入手可能な水系接触接着剤であってよい。レッジ１３６に適用するための好ましい溶剤系接着剤は、１０重量％の耐衝撃性ポリスチレンと９０重量％のトルエンとの溶液を含む。
【００７４】
セパレータシート５０は、接触接着剤１３７によって陥凹レッジ１３６に結合される。或いは、接着剤を使用せずに、熱および圧力によって、または超音波によって、セパレータシート５０を陥凹レッジ１３６に直接溶接してもよい。
【００７５】
カソード６０は、セパレータシート５０の露出した側部の上に押圧される。次いで、カソード集電シート８０の縁部がフレーム１３０の縁部と接触するように、該集電シート８０がカソード６０に被せて適用される。段階的接着剤８０ａおよび８０ｂは、図７Ａおよび図７Ｂから推測されるように、カソード集電体８０をフレーム１３０の下側にしっかりと結合された状態で保持する。
【００７６】
アノード４０は、セパレータシート５０の反対側の露出した側部上に押し出され、または押圧される。次いで、アノード集電シート２０が、該集電シート２０の縁部がフレーム１３０の縁部と接触するように、アノード４０に被せて適用される。段階的接着剤１３０Ａおよび１３０ｂは、図７Ａのようにアノード集電体２０をフレーム１３０の上側にしっかりと結合された状態で保持する。
【００７７】
段階的シールは、好ましくはフレーム１３０の外縁部１３３ａと内縁部１３７との間に適用される。段階的シールは、フレームの外縁部に隣接した構造用接着剤のバンド１３０ａ（前述の接着剤Ａ）と、シーラント材料のバンド１３０ｂ（接着剤シーラントＢ）（フレームの内縁部に隣接）とを含んでよい。均質な組成の単一の接着剤が、段階的シールの代わりにフレーム１３０の外縁部１３３ａと内縁部１３７との間に適用されてもよいが、段階的シールが好ましく、前記段階的シールは、電解質を密封するためのより優れたシステムをもたらすからである。
【００７８】
同様の段階的接着剤を、フレーム１３０の反対側の側部に適用してよく、またはカソード集電シート８０の縁部に沿って適用してよい。後者は、図７Ｂに示されている。段階的接着剤は、カソード集電シート８０の外縁部に隣接した構造用接着剤８０ａ（前述の接着剤Ａ）と、カソード集電シート８０の内縁部に隣接したシーラント材料のバンド８０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）とを含む。段階的接着剤の代わりに均一な組成の単一の接着剤を適用してもよいが、電解質を密封するより優れたシステムをもたらすので段階的接着剤が好ましい。
【００７９】
非限定例として、３８ｍｍ×７６ｍｍ（１．５インチ×３．０インチ）の設置面積サイズのウェーハ薄型電池１０（厚さ４ｍｍ）の場合、典型的な動作時電流ドレインは、約１ミリアンペア〜約２，０００ミリアンペア、一般的に約１０〜２５０ミリアンペア、より一般的に約１０〜１００ミリアンペアであり得る。一般に、本発明の電池１０のサイズをより大きくすれば（厚さではなく、それらのアノード／カソード境界面積に関して）、ますます高くなる電流ドレイン需要において該電池が良好な性能を示すことができることが理解されよう。
【００８０】
特定のタイプの亜鉛粉末合金、亜鉛粒径、および特定のタイプのアノード集電体の場合、水素ガスがカソードへと拡散し、且つカソード材料によって酸化されて水を形成できるよりも速く、アノードが水素ガスを生成することがある。したがって、何らかの形態のガス管理システムが必要なことがある。具体的には、蓄積した水素ガスを排気するためのシステムが必要なことがある。これは、例えば、米国特許第４，１０５，８３１号（ポラロイド社（Polaroid Corporation））によって開示されているのと同様に、その長さ全体にわたって配置された多孔質インサートを有するガス透過性ポリマーのチューブの形態をとることができ、該チューブは、アノードキャビティを横切り、プラスチックフレームの外縁部を越えたところで終端する。
【００８１】
アノード集電シート２０とプラスチックアノードフレーム３０との間の境界面における封止特性は、アノード集電シート２０をプラスチックフレーム３０に結合させるために接着剤が適用される前に、アノード集電シートの内側表面を封止金属の薄層であらかじめコーティングすることにより改善可能である。故に、アノード集電体表面を直接接触させる代わりに、前述の段階的接着剤２０ａおよび２０ｂのような接着剤が、アノード集電シート２０上にあらかじめコーティングされた封止金属３００（図１０Ａ）と接触することになる。このことは、封止特性、特にアノード集電シートとプラスチックアノードフレームとの間の境界面における接着剤シールの長期的な強度および均一性を改善することが確認されている。別の方法として、接着剤が封止金属３００とプラスチックフレーム２０との間に前記の２つを互いに結合させるように、アノード集電シート２０は、それ自体、封止金属３００から形成されてもよい。
【００８２】
前述したウェーハ電池の実施形態の図１〜９Ｃは、電池の保管時にも通常使用時にも電池に十分な封止をもたらすが、本明細書ではシールの付加的な改善が提示される。改善が、主にアノードアセンブリ例えばアノードアセンブリ３０Ａ（図４Ａ）を含む封止構成要素に関して説明されるてあろう。しかしながら、そのような改善は、カソードアセンブリ例えばカソードアセンブリ７０Ａを含む封止構成要素にも同様に適用可能であることが理解されよう。
【００８３】
前述のように１以上の接着剤、例えば段階的接着剤シール２０ａおよび２０ｂ（図４Ａ）が、アノード集電シート２０をフレーム縁部３０に結合させるために使用されてもよい。例えば、アノードフレーム３０の外縁部３３ａに隣接した構造用接着剤のバンド２０ａ（前述の接着剤Ａ）と該フレームの内縁部３７に隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）が、図４Ａに示されるように適用されてもよい。均質な組成の単一の接着剤が段階的接着剤シールの代わりに適用されてもよいが、段階的シールが、好ましく、段階的シールは、アノード集電シート２０とプラスチックアノードフレーム３０との間の境界面に電解質を密封するための、より優れたシステムをもたらすからである。
【００８４】
アノード集電シート２０とプラスチックアノードフレーム３０との間の境界面における封止特性は、接着剤２０ａおよび２０ｂのような接着剤が、アノード集電体に適用される前に、アノード集電体２０の内側表面を封止金属３００の薄層（図１０Ａ）であらかじめコーティングすることにより改善可能であることが確認されている。故に、アノード集電体２０表面を直接接触させる代わりに、接着剤２０ａおよび２０ｂのような接着剤が、アノード集電シート２０上にあらかじめコーティングされた封止金属３００に接触することになる。このことは、封止特性、特にアノード集電体２０とプラスチックアノードフレーム３０との間の境界面における接着剤シールの長期的な強度および結合均一性を改善することが確認されている。
【００８５】
一例として、アノード集電シート２０が前述に列挙したような銅、黄銅、青銅、スズ、または亜鉛製の場合、マグネシウム、ジルコニウム、またはチタンは、プラスチックアノードフレーム３０をアノード集電シート２０に結合させる接着剤、例えば段階的接着剤２０ａおよび２０ｂと接触するアノード集電体表面の部分の上にあらかじめコーティングされるべき好ましい封止金属である。（マグネシウムまたはジルコニウムは、銅または黄銅製の集電シートに特に好ましい封止金属であることが確認されている。）故に、均質な接着剤または段階的接着剤いずれかの接着剤が、プラスチックアノードフレームをアノード集電シートに結合させるために接着剤が使用され、前記接着剤は、集電シートの対面する表面（通常は内側表面）上にあらかじめコーティングされたマグネシウム若しくはジルコニウム封止金属と直接接触することになる。封止金属コーティングと接着剤との間のそのような境界面は、長期（例えば、多数年）にわたっての劣化に耐えるように思われ、従って、アノード集電シートが、封止金属であらかじめコーティングされない場合に比べて、より良好にアルカリウェーハ電池のプラスチックアノードフレームとアノード集電シートとの間の結合を維持する。
【００８６】
マグネシウム若しくはジルコニウムは、本発明のアルカリウェーハ電池１０の状況で使用するのに好ましい封止金属３００であるが、接着剤がプラスチックアノードフレームをアノード集電体に結合させるためにアノード集電体表面に適用される前に、他の金属が、アノード集電体表面上のプレコートとして同様の方法で使用可能である。そのような封止金属の目録として、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびイットリウム（Ｙ）、並びにランタニド系列元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）が挙げられる。これらの元素のうち、利用可能性、機能、およびコストの総合的因子を考慮すれば、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびイットリウム（Ｙ）が好ましい。
【００８７】
封止金属は、約０．１０〜５０．０ミクロンの、通常は約１〜５ミクロンの、例えば約３ミクロンの均一な厚さでアノード集電シート２０の内側表面に適用されてもよい。別の方法として、アノード集電シート２０は、それ自体封止金属から形成されてもよい。そのような場合、アノード集電シートは、通常約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の厚さを有してよい。
【００８８】
好ましい封止金属３００は、それらの純元素形態であるが、封止金属の合金、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびイットリウム（Ｙ）の合金も使用可能であるので、封止金属を純金属だけに制限しようとするものではない。そのような場合、純粋な封止金属、例えばマグネシウム若しくはジルコニウムまたは合金の主構成成分としてのそれらの組み合わせを有することが好ましい。しかしながら、純粋な封止金属が、合金の微量構成成分である場合にも、その上利益を得ることができる。非限定例として、望ましい具体的なマグネシウム合金は、次の通りである：２％のＭｇと残部にＣｕとの均質な合金、または５％のＭｇと残部にＣｕとの均質な合金、または２０％のＭｇと残部にＣｕとを含有する合金４８００Ａ（Alloy 4800 A）（ニューヨーク州ニューヨーク、ベルモント・メタルズ（Belmont Metals））。
【００８９】
従来技術が、アノード集電シート２０またはカソード集電シート８０の表面を封止金属でコーティングするために使用可能である。そのような従来技術は、例えば、真空蒸着、スパッタリング、イオンめっき、プラズマ蒸着、ジェット補助されたプラズマ蒸着、焼結、低温金属溶射、爆裂銃溶射、高速酸素燃料溶射、電気めっき（非水性電解質から）、または溶融めっき（hot dipping）（アノード集電シートを溶融封止金属槽に浸漬すること）が挙げられる。
【００９０】
アノード集電シート２０上に封止金属３００をコーティングする工程は、集電シート２０がそのようにコーティングされない場合に比べてアルカリ性環境においてより良好に、集電シート２０とプラスチックフレーム３０との間の接着結合を維持することが確認されている。このことは、そのような封止金属コーティングにより形成される天然の金属酸化物被膜が、本質的にアルカリ電解質に不溶性であるという事実に少なくとも部分的に起因すると考えられている。従って、そのような天然の酸化物を化学的に含む接着結合は、アルカリ性環境に曝された時でも劣化に耐える。別の方法として、アノード集電シート２０は、それ自体、封止金属またはそれらの合金から形成されてもよい。更に、前述で列挙した封止金属は、それらの酸化物および水酸化物が、亜鉛などのアノード活物質の存在下で還元されないという特性を有する。そのような特性はまた、アノード集電シート２０とプラスチックフレーム３０（図４Ａおよび図１０Ｂ）との間の境界面結合の強度および均一性を維持する働きもする。
【００９１】
アノード集電シート２０の内側表面上で封止金属コーティング３００を用いるアノードアセンブリ３０Ａ（図４Ａ）の様々な実施形態が、図１０Ａ〜１０Ｇに示されている。多数の異なる封止金属コーティングを使用してよいが、最も望ましいのは、マグネシウム若しくはジルコニウム金属のコーティングであると確認されている。封止金属コーティング３００は、望ましくはその純元素形態で、例えばアノード集電体２０の内側表面上のマグネシウム若しくはジルコニウム金属の薄いコーティングで適用されるが、封止金属はまた、合金の形態、望ましくはマグネシウムの合金若しくはジルコニウムの合金の形態であってもよい。アノード集電体２０の内側表面全体を封止金属でコーティングする必要はない。しかしながら、封止金属３００が使用される時には、該封止金属は、１以上の接着剤シーラント、例えば段階的シーラント２０ａおよび２０ｂが、図１０Ａに示したようにそれに適用されることになる、アノード集電体２０の内側表面の少なくとも一部分の上にあらかじめコーティングされるべきである。故に、封止金属コーティングは、通常、フレーム３０に面するアノード集電体２０の内側表面の一部分を被覆するように、周囲方向に適用される。
【００９２】
アノードフレーム３０（フレーム境界）は、通常、接着剤を適用するのに十分な空間をもたらす約３ｍｍ〜６ｍｍ（１／８〜１／４インチ）の幅であってよい。アノード集電体２０の内側表面上での封止金属３００の使用は、フレーム３０の幅が、小さくなるにつれて、即ち、３ｍｍ（１／８インチ）に近づくにつれて、またはより少なくなるにつれて、アノードアセンブリ３０Ａの封止特性を強める特定の有用性を示す。
【００９３】
図１０Ａ〜１０Ｇは、本発明の封止金属３００の使用を組み込んだアノードアセンブリ３０Ａの様々な実施形態の例である。
【００９４】
図１０Ａは、段階的接着剤シーラント２０ａおよび２０ｂに面するアノード集電体２０の部分が、封止金属３００であらかじめコーティングされていることを除いて、図４Ａに示されたものに類似のアノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。この実施形態に好ましい封止金属３００は、元素マグネシウム若しくはジルコニウムを含む。封止金属コーティング３００をアノード集電体２０の内側表面の周辺囲に、段階的接着剤シーラント２０ａおよび２０ｂの全幅に直接面する集電体の前記内側表面の部分にちょうど沿って適用することが好ましい。この方法では、そのように所望された場合、アノード材料４０への封止金属表面の直接の露出が回避可能である。マグネシウムのコーティングは、亜鉛を含むアノード４０に直接露出可能であるが、そのような亜鉛アノード４０へのジルコニウムのコーティングの直接露出は、状況によっては電池のガス発生（cell gassing）に寄与することがあり得、従って回避されるべきである。
【００９５】
元素マグネシウム若しくはジルコニウムなどの封止金属コーティング３００（図１０Ａ）は、真空金属被覆によるなどの従来技術によりアノード集電体２０の内側表面に適用されてよい。しかしながら、封止金属３００をアノード集電体２０に適用する他の従来の方法が使用可能である。例えば、封止金属は、スパッタリング、イオンめっき、プラズマ蒸着、ジェット補助されたプラズマ蒸着、焼結、低温金属溶射、爆裂銃溶射（detonation gun spraying）、高速酸素燃料溶射、電気めっき（非水性電解質から）の技術を用いて、または溶融めっき（アノード集電体を溶融封止金属槽に浸漬すること）により適用されてよい。好ましくは元素マグネシウム若しくはジルコニウムの封止金属３００は、好ましくは約０．１０〜５０ミクロンの、例えば約３ミクロンの均一な厚さでアノード集電シート２０の内側表面に適用されてよい。元素マグネシウム若しくはジルコニウムが好ましいが、封止金属３００は、好ましくはマグネシウム若しくはジルコニウム（または両方供に）が合金の大部分の構成成分を成す、マグネシウム若しくはジルコニウムの合金であってもよい。
【００９６】
図１０Ａに示された好ましい集電シート２０は、銅製である。しかしながら、アノード集電体２０は、望ましくはまた黄銅若しくは青銅製であってもよい。集電シート２０は、望ましくは厚さで約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）である。単一の接着剤が、使用されてもよいが、段階的接着剤２０ａおよび２０ｂをアノードフレーム３０の上側に適用することが好ましい。段階的接着剤は、フレームの外縁部に隣接した構造用接着剤のバンド２０ａ（前述の接着剤Ａ）と、フレームの内縁部に隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（前述の接着剤シーラントＢ）とを含む。段階的シールの代わりに均一な組成の単一の接着剤を適用してもよいが、電解質を密封するより優れたシステムをもたらすので段階的シールが好ましい。次いで、接着剤でコーティングされたフレームが、アノード集電体３００と段階的接着剤２０および２０ｂとの間の境界面を形成する封止金属３００と接触するように、アノード集電体の縁部に適用される。フレーム３０に好ましい材料は、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリスルホン、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）プラスチックである。図１０Ａに示されたセパレータ５０は、アルカリ電池セパレータにおいて従来使用される材料製であってよい。セパレータ５０は、例えば、セロファンフィルムに積層されたポリビニルアルコール繊維の不織布シートから構成されてよい。
【００９７】
図１０Ｂは、銅の集電体２０が同一または類似の厚さのマグネシウム若しくはジルコニウムシーティングの集電体で完全に置き換えられている、アノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。即ち、集電体２０の厚さは、望ましくは約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間である。マグネシウム若しくはジルコニウム集電シート２０の使用は、銅の集電体の内側表面のいずれかの部分をマグネシウム若しくはジルコニウムなどの封止金属で別個にコーティングする必要性を回避する。この実施形態（図１０Ｂ）では、亜鉛アノード４０への露出が、ジルコニウム金属の電池の保管時または通常動作時の電池のガス発生（cell gassing）を増加することがあり得るので、マグネシウムのアノード集電体２０の使用が、好ましい。しかしながら、接着剤シーラント２０ａおよび２０ｂとマグネシウム若しくはジルコニウムの境界面は、多数年に及ぶ長期間の電池の保管および使用にわたって、集電体２０とプラスチックフレーム３０との間に優れた結合を保証する。好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含めた残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載したものと同一である。
【００９８】
図１０Ｃは、銅シーティング２０の内側表面全体の下にあるマグネシウムの封止金属コーティング３００を伴う銅製の集電体２０を備えたアノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。マグネシウムのコーティング３００は、銅シート２０の下に、通常約０．１０〜５０ミクロン、例えば約３ミクロンの厚さを有してよい。シーティング２０と３００とを組み合わせた厚さは、約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間である。アノードフレーム３０に適用された好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含む残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載されたものと同一である。
【００９９】
図１０Ｄは、周縁部に隣接した銅シート２０の内側表面までジルコニウム金属の薄層で周囲方向にコーティングされた銅製の集電体２０を備えたアノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。ジルコニウム層は、銅のアノード集電シート２０の下面に、接着剤２０ａと２０ｂとを組み合わせた幅、即ち、ほぼアノードフレーム３０の幅に相当する、厚さ約３ミクロンで適用される。アノードフレーム（フレーム境界）３０の幅と必然的にジルコニウム封止金属３００の幅とは、通常約３ｍｍ〜６ｍｍ（１／８〜１／４インチ）であってよい。この実施形態は、段階的接着剤２０ａおよび２０ｂにジルコニウム接触表面を提供する利点を有するが、それでもジルコニウムを直接には亜鉛アノード材料４０に曝さない。前述のように、ジルコニウム封止金属と亜鉛アノード材料４０との間の直接接触を回避することが好ましく、そのような直接接触は、電池のガス発生に寄与する虞があるからである。アノードフレーム３０に適用される好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含む残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載されたものと同一である。
【０１００】
図１０Ｅは、ジルコニウム金属の集電体２０を備えたアノードアセンブリ３０Ａの実施形態を示す。ジルコニウム金属集電体２０は、プラスチックフレーム３０と集電シート２０とが１つに結合される時、段階的接着剤２０ａおよび２０ｂと直接接触する。即ち、ジルコニウム製の集電シート２０が、それ自体接着剤２０ａおよび２０ｂに対する封止金属の役割を果たす。しかしながら、ジルコニウム集電体２０の内側表面の中央部分は、銅の薄い層２８でコーティングまたはめっきされ、そのため亜鉛アノード４０が、電池のガス発生の可能性を低減するためにジルコニウムではなく前記銅の層２８に直接曝される。この実施形態では、ジルコニウム集電体２０は、望ましくは約０．１５２〜０．２５４ｍｍ（６〜１０ｍｉｌ）の間の厚さを有してよく、下にある銅の層２８は、通常約０．５〜５ミクロン、例えば約３ミクロンの厚さを有してよい。前述のように、アノードフレーム縁部３０の幅と、必然的に接着剤２０ａおよび２０ｂと接触する組み合わされた領域とは、通常約３ｍｍ〜６ｍｍ（１／８〜１／４インチ）の間であってもよい。アノードフレーム３０に適用される好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含む残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載されたものと同一である。
【０１０１】
図１０Ｆおよび図１０Ｇは、アノード集電体２０が、マグネシウム封止金属の薄い層３００から形成される、実施形態を示す。マグネシウムの層は、マグネシウム／ポリマーフィルム積層体を形成するための従来の真空金属被覆技術により、ポリマーフィルム２５０、好ましくはポリイミドフィルム上にコーティングされてよい。段階的接着剤２０ａおよび２０ｂは、図１０Ｆおよび図１０Ｇに示されるようにプラスチックフレーム３０をマグネシウム層２０に結合させる。ポリマーフィルム２５０は、下にあるマグネシウム層に保護コーティングを提供する。マグネシウム層２０は、通常約５〜５０ミクロン（０．２〜２．０ｍｉｌ）の厚さを有してよく、ポリマーフィルム２５０は、望ましくは約０．５０〜５．０ｍｉｌの厚さを有してよい。アノード端子接点（負端子）を提供するには、マグネシウム／ポリマーフィルム積層体のタブ部分３１０は、電池縁部から延びてもよく、それ自体の上に捲り上げてもよく、従って図１０Ｆに示されるようにマグネシウム層３００の一部分を露出する。タブ３１０内のマグネシウム層３００の露出された部分（図１０Ｆ）は、電池の負端子の役割を果たすことができる。
【０１０２】
別の方法として、マグネシウム層３００の一部分は、ポリマーフィルム２５０から離して露出させてもよく、図１０Ｇに示されるように負端子接点タブ３１０を形成するように電池縁部から突き出させてもよい。図１０Ｆおよび図１０Ｇに示される実施形態は、付加的にアノード集電体２０を封止金属でコーティングする必要なくして、アノード集電体２０と段階的接着剤２０ａおよび２０ｂとの間に直接的接触をもたらすという利点を有する。即ち、集電体２０がそれ自体、封止金属３００、即ちマグネシウムから形成される。図１０Ｆに示される実施形態はまた、研磨材または酸性流体などの厳しい外部要素との直接的接触からマグネシウム封止金属３００を保護するための保護フィルム層を提供し、尖った器具による穿刺などの機械的誤用から薄いマグネシウム層を保護する。アノードフレーム３０に適用される好ましい段階的接着剤２０ａおよび２０ｂを含む残りの構成要素は、図１０Ａの実施形態を参照して記載されたものと同一である。
【０１０３】
アノード集電体２０が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの多層金属シートとを含むフィルム積層体から形成される、他の実施形態が、可能である。多層金属シートは、本質的に非封止金属からなる金属基膜と、本質的に該金属基膜の少なくとも一部分を被覆する封止金属からなる前記金属基膜上のコーティングとを含んでよい。
【０１０４】
先行する実施形態は、積層体構造を有する扁平なアルカリ電池の封止構造非圧着シールおよび扁平な負の集電体での封止金属の使用に関して記載された。しかしながら、ロッド、シリンダまたはカップ形のアノード（負）集電体を使用する従来のアルカリ電池構造が、封止の一体性を改善するために封止金属を都合良く使用することもあり得ることが理解されよう。そのような構造では、封止金属は、負の集電体の表面上に位置し、、絶縁封止部材（例えば、プラスチック絶縁グロメット若しくは封止ワッシャ）と、前記封止金属と前記絶縁封止部材との間に配置される様々なシーラントまたは接着剤を伴って対向する。任意に、圧着力がシールアセンブリ内で負の集電体と絶縁グロメットとの間に適用される、そのような従来のアルカリ電池構造、例えば円筒形若しくはボタン電池では、接着剤またはシーラントは、完全に省かれてもよい。この場合、負の集電体は、望ましくは封止金属であらかじめコーティングしてよく、またはそれ自体封止金属から構成されてもよい。集電体の表面上の封止金属の天然の酸化物または水酸化物被膜の不溶性および非還元性は、付加的なシーラント−接着剤の適用がない場合でも封止の一体性を改善する。
【０１０５】
故に、アノード（負）集電体を前記アノード集電体と絶縁シール部材の一部分との間に封止金属を用いることにより得られる絶縁シール部材の一部分（負のパススルー部分）に結合させる工程の改善は、構成に関わらず一般的にアルカリ電池に適用されることが意図されている。（図４Ａに記載された実施形態では、ハウジングアノード４０に加えて、フレーム３０も、アノード集電シート２０と電池のカソード６０若しくは電池の正側との間の接触を妨げる絶縁封止部材の役割を果たす。）
【０１０６】
例えば、代表的な米国特許第４，７４０，４３５号に示されている円筒形のアルカリ電池内の、絶縁シール部材１２（プラスチックの上部）を貫通する延長されたアノード集電体ツメ１５の部分は、前記集電体ツメ１５が、アスファルトシーラント１７（または同等のもの）で絶縁封止部材１２に結合される前に、本発明の封止金属であらかじめコーティングまたは被覆可能である。例えば米国特許公開２００２−０１９２５４５−Ａ１に示される亜鉛／空気ボタン電池では、絶縁シール部材１７２に接するアノードケーシング側壁１６３（アノード集電体）の外側表面の部分は、該アノードケーシング１６３が、前記絶縁封止部材に結合される前に、本発明の封止金属であらかじめコーティング可能である。本発明に記載されたような目的に好ましい封止金属は、マグネシウム、ジルコニウム、およびチタンであるが、封止金属は、また、以上で定義された列挙から選択可能である。
【０１０７】
アノード集電体の前記部分（負の貫通配線部分）を、前述で定義された封止金属、特に、マグネシウム、ジルコニウム、またはチタンであらかじめコーティングすることにより、アノード集電体と絶縁部材との間の接着結合は、アノード集電体の前記部分が、そのように封止金属であらかじめコーティングされない場合に比べて、より耐アルカリ性となり、一般に経時的により良好に劣化に耐える。別の方法として、全体的に、アノード集電体自体が、または絶縁部材と結合される部分がそれ自体、封止金属から形成されてもよい。この方法では、アノード集電体と絶縁部材との間の接着剤シールが改善され、それらを通じた電解質漏れの可能性が低減される。
【０１０８】
バッテリの外部負端子の電気接点の品質を改善するために、負の接点端子を被覆若しくは構成する封止金属表面の部分またはその一部は、銅若しくはニッケルなどの優れた接触特性を有する別の金属でめっきまたはコーティングされてもよい。
【０１０９】
負の活物質と直接接触する、または電池内部の電池電解質、例えば亜鉛およびＫＯＨ電解質に直接曝される可能性のある、封止金属表面のいずれかの部分からのガス発生率を低減するために、封止金属表面のその部分またはそのいずれかの一部分が、ある状況のもとで封止金属自体よりも低いガス発生特徴を有する場合のある別の金属でコーティングされてもよい。例えば、そのような他の金属は、銅、スズ、インジウム、亜鉛、またはそれらの合金であってよい。
【０１１０】
封止金属、例えばマグネシウム若しくはジルコニウムまたは前述の指定された封止金属のいずれかはまた、アルカリ電解質に不溶性であり、亜鉛アノード活物質により還元されない酸化物または水酸化物以外の、同一の封止金属を含有する化合物でコーティング可能である、本発明の他の実施形態が可能である。例えば、アノード集電シート２０の形態で使用されるかまたは銅若しくは黄銅などのアノード集電シート上のコーティングとして使用されるマグネシウムなどの封止金属はそれ自体、保護層でコーティング可能である。そのような保護層は、光学部品をオーバーコーティングするために使用されるもののような、真空蒸着技術により適用されるフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）被膜であってよい。
【０１１１】
また、ウェーハ電池１０について他の構成も可能であり、本発明の概念内にある。例えば、ウェーハ電池１０は、その中央を通る連続穴（図示せず）を有してよく、その際、かかる穴は、電池の短寸法に沿って対向する側部２０’および８０’間を完全に通り抜ける。（側部２０’および８０’は、図１に示されるように、前記側部の間に電池の短寸法を画定する。）かかる穴は、様々な寸法であってよく、中央に位置してもまたは中央から外れていてもよい。そのような実施形態の利点は、ウェーハ電池１０が電池が中央に位置されることを命令する電力供給されているデバイス、例えば小さい回転デバイスなどに連結されたシャフト上に、固定可能であることである。
【０１１２】
ウェーハ電池１０は、電池の２つの対向する側部２０’および８０’間を完全に通り抜ける、そのような複数の連続穴を有することができる。穴は、同一の寸法または異なる寸法であってよく、対称または非対称に配置されてよい。具体的には、アノードフレーム３０と別個のカソードフレーム７０（図１Ａ〜５Ｂ）とを、または共通のアノードフレームとカソードフレーム１３０（図７Ａ〜９Ｃ）とを有するウェーハ電池１０の実施形態はまた、対向する側部２０’および８０’間を通り抜ける１以上のそのような連続穴を有することができる。図１に示されたウェーハ電池１０の実施形態では、かかる穴は、通常対向する平行な側部２０’および８０’に対して垂直に位置合わせされ、これらの側部を完全に通り抜けるであろう。
【０１１３】
ウェーハ電池１０は、外側周辺表面、例えば図１に示されるように表面１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄを有する。対向する側部２０’および８０’間を通り抜ける穴は、側部２０’および８０’間の電池内の内側周辺表面により画定される。そのような内側周辺表面は、穴の境界を画定する。故に、ウェーハ電池１０が、対向する側部２０’と８０’と間を通り抜けるそのような穴を有する時には、外側および内側周辺表面は、どの地点でも互いに触れずまたは交わらない。同様に、対向する側部２０’と８０’と間を完全に通り抜ける複数の穴が存在する時には、外側周辺表面１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄ（図１）と、各穴に１つずつの、複数の内側周辺表面とが存在することになる。即ち、穴の各々は、別個の内側周辺表面により画定される境界を有する。外側および内側周辺表面のいずれも、どの地点でも前記周辺表面のいずれの他のものと触れずまたは交わらない。
【０１１４】
代表的な電池の化学組成
以下の、アノード４０、カソード６０、およびセパレータ５０の化学組成に関する電池組成についての説明は、前述の実施形態で開示した代表的なウェーハ電池１０に適用可能である。
【０１１５】
前述の電池１０では、カソード６０は、二酸化マンガンと電解質とを含み、アノード４０は、亜鉛と、ゲル化剤と、電解質とを含む。電解質水溶液は、ＫＯＨと酸化亜鉛との従来の混合物を含む。アノード材料４０は、水銀フリーの（水銀無添加の）亜鉛合金粉末を含有するゲル化した混合物の形態にすることができる。即ち、電池は、重量当たり亜鉛の約１００ｐｐｍ未満の総水銀含有量を有し、好ましくは重量当たり亜鉛の５０ｐｐｍ未満の水銀を含有する。また、電池は、好ましくは、鉛が添加されておらず、したがって本質的に無鉛であり、即ち、総鉛含有量は、アノード中の総亜鉛量の３０ｐｐｍ未満、望ましくは１５ｐｐｍ未満である。そのような混合物は、通常、ＫＯＨ電解質水溶液、ゲル化剤（例えば、ノベオン（Noveon）（旧Ｂ．Ｆ．グッドリッチ（B. F. Goodrich））から商標名ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０として入手可能なアクリル酸コポリマー）、および界面活性剤（例えば、ローヌ・プーラン（Rhone Poulenc）から商標名ＧＡＦＡＣ ＲＡ６００として入手可能な有機リン酸エステル系界面活性剤）を含有することができる。このような混合物は、単に実例として与えるにすぎず、本発明を制限しようとするものではない。亜鉛アノード用の他の代表的なゲル化剤は、米国特許第４，５６３，４０４号に開示されている。
【０１１６】
本発明の電池１０に利用するためのカソード６０は、望ましくは、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第６，２０７，３２２Ｂ１号に記載されている種類の軟質または半固体カソードである。ただし、例えばカソードの約８７〜９３重量％の二酸化マンガン含有量を有する、より従来型の固体二酸化マンガンカソードも、やはり使用できることが理解されよう。それでも、軟質または半固体カソードが、それらをカソードフレーム７０内のキャビティ７３ｂへと容易に成型できることから、本発明のウェーハ電池に利用するのに望ましいことが確認されている。更に、電池の耐用期間中、カソード集電体８０の露出表面と密接且つ均一な接触を維持することが見出されたので、本発明の接着固定された電池の状況では、そのような軟質または半固体カソードが好ましい。接着剤によって積層化された本発明の電池１０では、固体カソードをカソード集電体と密接且つ均一に接触した状態に保持するための強い圧縮力が存在せず、そのような接触は、時間が経つといくらか緩むことがある。故に、軟質または半固体カソードが好ましい。
【０１１７】
本明細書で使用する時、用語「半固体」は、広く、真の固体と真の液体との間の中間的性質のすべての物理状態に及ぶものとする。故に、半固体という用語は（これだけに限定するものではないが、例えば）、一般にパテおよびペーストに関係付けられる、柔らかい質感およびレオロジー特性を有する物理状態を包含するものとする。本明細書で使用する時、半固体材料は（これだけに限定するものではないが、例えば）、液体のように自由流動性ではないが、一般に該材料を導管内で移動させるのに外力を必要とする材料を包含する。また、半固体という用語は（これだけに限定するものではないが、例えば）、押出可能であり、且つ外力を受けて破砕することなく変形できる材料にも当てはまるものとする。
【０１１８】
本発明のウェーハ電池で使用するのに望ましい半固体カソード６０は、以下のような、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第６，２０７，３２２Ｂ１号に記載の特性および組成範囲を有することができる。
【０１１９】
したがって、本発明の電池１０用の半固体カソード６０は、望ましくは、該カソードの８０重量％未満、好ましくは該カソードの約４０〜８０重量％、典型的には約４５〜７８重量％、より典型的には４５〜７０重量％の量の二酸化マンガンを含む。二酸化マンガンを含む半固体カソードは、パテ若しくはペースト、または測定可能な粘度を有する高粘性材料の形態であってよい。
【０１２０】
軟質カソード６０は、通常、該カソードの約４５〜７８重量％、より典型的には該カソードの約４５〜７０重量％のＭｎＯ２（ＥＭＤ）と、カーボンブラック（シャウィンガン（Shawingan）アセチレンブラック、より好ましくは、ＷＯ９７０３１３３に記載されているような、ベルギーのティムカル（Timcal）から得られるＭＭ１３１またはＭＭ１７９のような黒鉛化カーボンブラック）と、ＫＯＨ電解質水溶液（７〜９規定）とを含む。好ましくは、また、少量のグラファイトも添加される。有利には、カーボンブラックは、好ましくは半固体カソードの約４〜１５重量％含まれる。カーボンブラックは、半固体カソードの伝導度を増大させ、カソードを半固体状態に維持するための内部の網状構造をもたらす。カーボンブラックは、また、電解質吸収体の役割も果たしており、アルカリ電解質溶液を固定化するので、自由な流体電解質が明らかではなくなる。グラファイトは、カソードの約１重量％〜１０重量％で含まれてよく、カソードの伝導度を改善する。望ましくは、本発明の半固体カソードは、また、水酸化カリウムを含む電解質溶液も含む。半固体カソードは、また、ポリテトラフルオロエチレンのような結合剤も含んでよく、望ましくは該カソードの約０〜２重量％含む。所望により、稠度（consistency）を調節するために、サザンクレイプロダクツ社（Southern Clay Products Company）のラポナイトＲＤＳ粘土（Laponite RDS clay）のような粘土を２重量％未満加えてもよい。
【０１２１】
半固体カソード６０は、多孔率約３０〜７０％、好ましくは約３５〜７０％、より好ましくは約４０〜７０％であってよい。本明細書では、多孔率は、非固体材料、即ち電解質＋空気から構成される、カソードの体積分率を意味するものと理解される。また、半固体カソード６０は、望ましくは、全カソードの重量％として、アルカリ電池用の固体ＭｎＯ２含有カソードで従来使用されるよりも高い電解質含有量を有してよい。半固体カソード材料６０は、全カソード材料の約６〜１８重量％のＫＯＨ含有量（純粋）と、約９〜２７重量％の総水分含有量とを有してよい。ＫＯＨに関して本明細書および実施例で使用する時、ＫＯＨ（純粋）という用語は、計算の目的で、純粋な無水ＫＯＨ含有量である（即ち、水を含めない）。
【０１２２】
カソード多孔率は、電解質、他の液体、および封じ込められた空気（固体の孔隙内に封じ込められた液体および空気の体積を含める）が占める体積を決定し、その体積をカソードの見掛体積で除して１００を乗じることによって計算してよい。（見掛体積は、試料の外部境界内に含まれる試料の全体積である。）カソード多孔率は、固体がカソードへと混合される前に、従来のヘリウム置換法によって初めに各固体の実密度を得ることによって、簡便に計算してよい。（各固体の実密度は、固体試料の重量を、その実体積、即ち、固体試料の見掛体積から封じ込められた空気が占める体積を減じた体積で除したものである。）次いで、カソードへと混合すべき固体の各重量をそれぞれの実密度で除して、カソード中の固体の実体積を得る。全体としてのカソードの見掛体積から固体の実体積を差し引き、この差をカソードの見掛体積で除し、１００を乗じて、多孔率％を得る。
【０１２３】
電解二酸化マンガンは、通常約１〜１００μｍ、望ましくは約２０〜６０μｍの平均粒径を有する。グラファイトは、通常、天然、合成、若しくは膨張グラファイト、またはそれらの混合物の形態である。グラファイトは、また、グラファイト状炭素ナノ繊維を、単独で、または、天然、合成、若しくは膨張グラファイトとの混合で含むこともできる。そのようなカソード混合物は、例示を目的としたものであって、本発明を制限しようとするものではない。
【０１２４】
アノード材料４０は、亜鉛合金粉末６２〜７２重量％（合金およびめっき材料として２００〜５００ｐｐｍのインジウムを含有する９９．９重量％亜鉛）、３８重量％のＫＯＨと約２重量％のＺｎＯとを含むＫＯＨ水溶液、ノベオン（Noveon）から商標「ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０」として市販される架橋アクリル酸ポリマーゲル化剤（例えば０．５〜２重量％）、および、任意で、グレイン・プロセシング社（Grain Processing Co．）から商標「ウォーターロックＡ−２２１（Waterlock A-221）」として市販される、デンプン骨格鎖上にグラフトされた加水分解ポリアクリロニトリル（０．００１〜０．５重量％）、ローヌ・プーラン（Rhone-Poulenc）から商標ＲＭ−５１０として入手可能な、有機リン酸エステル界面活物質ＲＡ−６００またはジオニル（dionyl）フェノールリン酸エステル界面活性剤（１０〜１００ｐｐｍ）を含む。本明細書で使用する時、亜鉛という用語は、亜鉛を非常に高濃度で含む、例えば亜鉛を少なくとも９９．９重量％含む亜鉛合金粉末を包むと理解されるものとする。そのような亜鉛合金材料は、電気化学的には本質的に純粋な亜鉛として機能する。
【０１２５】
本発明の薄板状アルカリ電池１０のアノード４０に関して、亜鉛粉末の平均粒径は、望ましくは約１〜３５０μｍ、望ましくは約１〜２５０μｍ、好ましくは約２０〜２５０μｍである。通常、亜鉛粉末は、平均粒径約１５０μｍであってよい。アノード４０における亜鉛粒子は、針状または球状の形状のものにすることができる。アノード中の亜鉛のかさ密度（bulk density）は、アノード１立方センチメートル当たり亜鉛約１．７５〜２．２グラムである。アノード中の電解質水溶液の体積％は、好ましくはアノードの約６９．２〜７５．５体積％である。
【０１２６】
電池１０は、ＥＭＤの容量ｍＡ・ｈｒ（ＥＭＤ１ｇ当たり４１０ｍＡ・ｈｒに基づく）を亜鉛の容量ｍＡ・ｈｒ（亜鉛１ｇ当たり８２０ｍＡ・ｈｒに基づく）によって除すと約１になるように、従来式にバランスをとることができる。ただし、カソードが過剰になるように電池のバランスをとることによって、完全放電時のバルジング（deep discharge bulging）を低減することができる。故に、電池のバルジングを低減するために、ＥＭＤの理論総容量を亜鉛の理論総容量で除すと、約１．０３〜１．１０、望ましくは約１．０５〜１．０８、好ましくは約１．０７になるように、電池１０のバランスをとることができる。
【実施例】
【０１２７】
試験電池の実施例１
図１〜３に示した正方形構成の試験電池１０を調製した。試験電池１０は、長さ３８ｍｍ（１．５インチ）、幅３８ｍｍ（１．５インチ）、全厚２．８ｍｍであった。アノード集電体２０は、銅製で、カソード集電体８０は、ニッケル製であった。電池１０を、電池の外表面に適用されるラベル２００なしに試験した。アノード４０およびカソード６０は、以下の組成であった。
【表１】
注：
１．亜鉛粒子は、平均粒径約１５０μｍであり、総インジウム含量約２００ｐｐｍをもたらすようにインジウムで合金且つめっきした。
２．Ｈ２Ｏ中３重量％のローヌ・プーラン（Rhone Poulenc）からの有機リン酸エステル系界面活性剤溶液ＲＭ５１０。
３．電解質溶液は、合計で電解質溶液の約１．５重量％を成すゲル化剤ウォーターロックＡ２２１（Waterlock A221）およびカーボポールＣ９４０（Carbopol C940）と、約２重量％のＺｎＯとを含有した。
【表２】
注：
１．グラフマックスＭＰ１２ドゥ天然グラファイト（Grafmax MP12 du natural graphite）、ナショナル・デ・グラファイト（Nacional De Grafite）より。アノードプラスチックフレームは、ＨＩＰＳ（耐衝撃性ポリスチレン）プラスチック材料から構成され、約０．７６ｍｍの厚さであった。カソードプラスチックフレームは、ＨＩＰＳプラスチック材料から構成され、約１．５２ｍｍの厚さであった。セパレータ５０は、セロファンフィルムに積層されたポリビニルアルコール繊維の不織布シートを含んだ。カソードは、１．６１ｇのＭｎＯ２を有した。アノード、カソード、電解質、およびセパレータは、電池の外部体積の約３７％を構成した。
【０１２８】
一連の電力需要にわたって電池の性能の指示を与える以下の方法で、電池を放電させた。
【０１２９】
新しい電池１０を、初めに、電力ドレイン５００ミリワット（４５４ミリアンペア）で、カットオフ電圧約０．６ボルトまで放電させた。測定された容量は、３７．１ｍＷ・ｈｒであった。電池を１時間休ませた後、同じ電池を２５０ミリワット（２２７ミリアンペア）のレートでカットオフ電圧０．６ボルトまで放電させた。このドレインについて測定された増分容量は、１００．４ｍＷ・ｈｒであった。電池を１時間休ませた後、同じ電池を１００ミリワット（９０．９ミリアンペア）のレートでカットオフ電圧０．６ボルトまで放電させた。このドレインについて測定された増分容量は、９０．１９ｍＷ・ｈｒであった。次いで、同じ電池を、各放電間で１時間休ませて、１５ミリワット、１０ミリワット、および５ミリワットで、カットオフ０．６ボルトまで増分的に放電させた。最後の３つの放電の増分容量は、それぞれ３０．９９、１０６．２８、および８．８７ｍＷ・ｈｒであった。
【０１３０】
放電試験が完了した後、電池をバルジングおよび漏れについて調べた。電池が、全厚で約１０％、即ち、約２．８ｍｍから３．１ｍｍの厚さに膨張したことが確認された。電解質の漏れは認められなかった。
【０１３１】
試験電池の実施例２−マグネシウムアノード集電シートを使用
図１〜３に示した正方形構成の試験電池１０を調製した。試験電池１０は、３８ｍｍ（１．５インチ）の長さ、３８ｍｍ（１．５インチ）の幅であった。図４Ａに示されたアノードアセンブリ３０Ａ構成を使用して、アノード集電シート２０としてマグネシウム箔を用いて、電池は構築された。マグネシウム箔集電体２０を使用して完成されたアノードアセンブリ３０Ａが、図１０Ｂに示される。マグネシウム箔２０は、０．２５ｍｍ（０．０１インチ）の厚さであり、９９．９％（金属ベース）の純度を有していた。カソード集電シート８０は、ニッケル製であった。
【０１３２】
マグネシウムアノード集電シート２０は、０．７６ｍｍ（０．０３０インチ）の厚さ、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の幅の耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）プラスチックフレーム３０の裏側に固定して封止された（図４Ａおよび図１０Ｂ）。マグネシウムアノード集電シート２０は、図４Ａおよび図１０Ｂに示されたように、フレームの外縁部に隣接した構造用接着剤のバンド２０ａ（３Ｍのスコッチ・ウェルド２２１６エポキシ接着剤（Scotch-Weld 2216 Epoxy Adhesive））と、フレームに隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（中国のハルビン・ジンシン社（Harbin Jinxin Company）のＪ−４３シーラント）とから構成される段階的シールを用いることにより固定された。組み立てる前に、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）プラスチックフレーム３０の裏側は、炭化ケイ素研磨材で軽く研磨され、コロナ処理された。次いで、実施例１に記載された組成の１．６７ｇのアノード材料４０は、フレーム３０内の内部スペース３３ｂ内に貼り付けた（図４Ａ）。ポリビニルアルコール繊維を含む不織布層に接着結合されたセロファンから構成されるセパレータ５０は、フレーム３０の内側縁部の陥凹レッジ３６上に、不織布側を陥凹レッジ上にして置かれた。次いで、熱および圧力がセパレータとプラスチックフレーム３０との間の結合を得るために陥凹レッジ３６と接触しているセパレータ５０に付加された。完成されたアノードアセンブリは、図１０Ｂに最もよく示されている。
【０１３３】
同様の方法で、カソードアセンブリ７０Ａ（図４Ｂ）が１．５２ｍｍ（０．０６０インチ）の厚さ、３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）の幅の耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）カソードフレーム７０と、０．１５ｍｍ（０．００６インチ）の厚さの酸エッチング処理されたニッケル箔から構成されるカソード集電シート８０とを用いて準備された。酸エッチング処理されたニッケル集電シート８０は、フレームの外縁部７３ａに隣接した構造用接着剤のバンド７０ａ（３Ｍのスコッチ・ウェルド２２１６エポキシ接着剤（Scotch-Weld 2216 Epoxy Adhesive））と、フレーム内縁部７７に隣接したシーラント材料のバンド２０ｂ（中国のハルビン・ジンシン社（Harbin Jinxin Company）のＪ−４３シーラント）とから構成される段階的シールを用いることにより、フレーム７０の裏側に接着結合された。組み立てる前に、プラスチックフレーム７０の裏側は、炭化ケイ素研磨材で軽く研磨され、コロナ処理された。次いで、エッチング処理されたニッケル集電シート８０の内表面は、伝導性の炭素系コーティング（アチソン（Acheson）のエレクトロダグ１０９Ｂ（Electrodag 109B））でコーティングされた。
【０１３４】
以下の組成の軟質（半固体）カソードが調製された：
【表３】
【０１３５】
この軟質カソード３．６４０ｇは、フレーム７０内の内部スペース７３ｂ内に貼り付けられた。
【０１３６】
次いで、図４Ａのアノードアセンブリ３０Ａ（図１０Ｂに完成状態で示されている）は、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）フレーム３０および７０の自由表面両方に溶媒系セメント（ＩＰＳ社（IPS Corp.）のウェルド・オン４８０７（Weld-On 4807））を付与することにより、カソードアセンブリ７０Ａ（図４Ｂ）に接着固定されて、単一積層電池を形成した。
【０１３７】
組み立てた後、電池のＯＣＶは、１．５５８Ｖと測定された。次いで、電池を６０℃で保管した。
【０１３８】
この温度で４０日間保管した後の検査は、マグネシウム集電シート２０が、プラスチックフレーム３０の裏側に固定されて且つ封止されていた場所では、漏れまたは層間剥離を示さなかった。（６０℃で約４０日間の電池の保管は、周囲温度（２２℃）で約１〜２年の保管と同等と推定される。）
【０１３９】
アノード集電体のためにマグネシウムシート封止金属を含むこの実施例２の電池は、アノード集電体内に封止金属を含まない実施例１の新しい電池よりも、（アノード集電体２０とプラスチックアノードフレーム３０との間に形成された接合部からの電解質漏れが検出されるまで）６０℃において少なくとも２週間長く保管された。
【０１４０】
試験電池の実施例３ − ジルコニウムアノード集電シートを使用
電池が、試験電池の実施例２に記載されたように、ただし、実施例２のマグネシウム箔の代わりにアノード集電シート２０として０．２５ｍｍ（０．０１インチ）の厚さのジルコニウム箔（金属ベースで９９．５％）を使用して準備された。電池は、１．６８ｇのアノード材料４０と、３．１３１ｇの軟質カソード６０とを用いて組み立てられた。他の電池構成要素は、すべて、実施例２に記載されたものと同一であった。
【０１４１】
組み立てた後、電池のＯＣＶは、１．５５６Ｖと測定された。次いで、電池を６０℃で保管した。
【０１４２】
この温度で４０日間保管した後の検査は、ジルコニウム集電シート２０が耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）プラスチックフレーム３０の裏側に固定されて封止されていた場所では、漏れまたは層間剥離を示さなかった。（６０℃で約４０日間の電池の保管は、周囲温度（２２℃）で約１〜２年の保管と同等と推定される。）
【０１４３】
アノード集電体のためにジルコニウムシート封止金属を含むこの実施例３の電池は、アノード集電体内に封止金属を含まない実施例１のフレッシュな電池よりも、（アノード集電体２０とプラスチックアノードフレーム３０との間に形成された接合部からの電解質漏れが検出されるまで）６０℃において少なくとも２週間長く保管された。
【０１４４】
本明細書に開示の設計原理を用いると、非常に面積の大きい、例えば、約２１．６ｃｍ×２７．９ｃｍ若しくは６０３ｃｍ２（約８．５ｉｎ×１１ｉｎ若しくは９３．５ｉｎ２）またはそれ以上の面積の、薄いアルカリ電池を構築することができる。より複雑なフレーム設計に関わる本発明の他の実施形態は、本発明の概念内にある。例えば、ウェーハ電池を、フレーム内に内部パーティション若しくはリブを設けて構築し、それによってアノードフレームまたはカソードフレームの内部を多数の容積に細分することもできる。これらの内部リブを、接着剤、段階的シール（隣に並べられた配置のシーラントコーティングおよび接着剤コーティング）、またはシーラントとリベットとによってエンドプレートに取り付けることによって、全体的な電池構造を機械的に補強して、より大きい剛性および耐曲げ性を与えることができる。この特徴は、面積の大きい電池の場合に特に有用であり、最も外側の周囲シールに、電池エンベロープの曲げまたはねじりに起因した剪断または剥がれによる故障に対する追加的な保護をもたらす。
【０１４５】
本発明の好ましい実施形態が具体的な実施形態を参照して記載されたが、他の実施形態が可能であり、特許請求の範囲内にあることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明のウェーハ電池の一実施形態の斜視図。
【図１Ａ】２重フレーム構成を有する図１のウェーハ電池の実施形態の切欠断面図。
【図２】部位線２−２に沿った図１の電池の横断立面図。
【図３】部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図４Ａ】アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す、一実施形態の分解図。
【図４Ｂ】カソードアセンブリを構成する諸構成要素を示す、一実施形態の分解図。
【図５Ａ】リベット付きアノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す分解図。
【図５Ｂ】リベット付きカソードアセンブリを構成する諸構成要素を示す分解図。
【図６Ａ】リベットがアノードプラスチックフレームからアノード集電シートの孔を通って突き出る様子を示す、図５Ａのアノードアセンブリの断面図。
【図６Ｂ】リベットヘッドがアノード集電シートの表面よりも下方にくるように積層された様子を示す、図５Ａのアノードアセンブリの断面図。
【図７Ａ】単一フレーム構成を有する図１のウェーハ電池の第２の実施形態の切欠断面図。
【図７Ｂ】アノードアセンブリおよびカソードアセンブリを構成する諸構成要素を示す、図７Ａのウェーハ電池の実施形態の分解図。
【図８Ａ】電池縁部の周りに嵌め込まれる前の収縮性周囲フィルムバンドを示す斜視図。
【図８Ｂ】収縮性周囲フィルムバンドが電池縁部の周りに嵌め込まれる様子を示す斜視図。
【図８Ｃ】周囲フィルムバンドが電池縁部の周りで収縮された状態の電池を示す斜視図。
【図８Ｄ】横収縮性フィルムバンドが周囲フィルムバンドに被せて電池の周りに嵌め込まれる様子を示す斜視図。
【図８Ｅ】横フィルムバンドが電池縁部の周りで収縮された状態の電池を示す斜視図。
【図９Ａ】複曲面を有するウェーハ電池の実施形態を示す斜視図。
【図９Ｂ】単曲面を有するウェーハ電池の実施形態を示す斜視図。
【図９Ｃ】曲面を有する不均一な厚さのウェーハ電池の実施形態を示す斜視図。
【図１０Ａ】アノード集電体上のコーティングとして本発明の封止金属を用いる実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｂ】アノード集電体として本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｃ】アノード集電体上のコーティングとして本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｄ】アノード集電体上のコーティングとして本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｅ】アノード集電体として本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｆ】プラスチックフィルム上にコーティングされた本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【図１０Ｇ】プラスチックフィルム上にコーティングされた本発明の封止金属を用いる別の実施形態における、アノードアセンブリを構成する諸構成要素を示す部位線３−３に沿った図１の電池の横断立面図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、負端子および正端子と、アノードおよびカソードと、アノード集電体とを含むアルカリ電池であって、前記集電体の第１の部分は、前記アノードと接触しており、前記集電体の第２の部分は、前記負端子と接触しており、前記集電体の第３の部分は、電気的に絶縁性の部材に当接しており、改良点が、
前記絶縁性の部材に接する前記集電体の前記第３の部分の表面の少なくとも一部分が、封止金属を含むこと、
からなることを特徴とする、アルカリ電池。
【請求項２】
前記集電体の前記第３の部分の少なくとも一部分が、前記電気絶縁性部材に前記一部分と前記電気的絶縁部材との間の接着性材料により結合されており、そのために前記集電体が、前記絶縁部材に結合された時に、前記接着性材料の少なくとも一部分が、前記封止金属の少なくとも一部分に接触する、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項３】
前記アノード集電体が、金属を含んでおり、前記封止金属が、重量で前記金属の大部分の構成成分を含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項４】
前記アノード集電体が、本質的に前記封止金属からなる、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項５】
前記アノード集電体の前記第３の部分の表面の少なくとも一部分が、前記封止金属であらかじめコーティングされる、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項６】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属を含む、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属層とを含む、フィルム積層体を含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項７】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属から本質的になる、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属層とを含む、フィルム積層体を含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項８】
前記封止金属が、周囲空気に曝された時にその表面上に同じ金属の酸化物および同じ金属の水酸化物のうちの少なくとも１つを含む金属被膜化合物を形成するという特性を有しており、前記金属被膜化合物が、アルカリ電解質による侵食に耐える、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項９】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、本質的にアルカリ電解質に不溶性である、請求項８に記載のアルカリ電池。
【請求項１０】
前記アノードが、電池が放電される時に電気化学反応を経るアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記アノード活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有し、そのために前記封止金属の表面上に存在する前記封止金属の化合物が、前記アルカリ電解質の存在下で前記アノード活物質により還元されない、請求項８に記載のアルカリ電池。
【請求項１１】
前記アノードが、亜鉛を含むアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記封止金属の表面上に存在する前記封止金属の化合物が前記アルカリ電解質の存在下で前記亜鉛によって還元されないように、前記亜鉛に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有する、請求項８に記載のアルカリ電池。
【請求項１２】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタニド系列元素、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１３】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、イットリウム、スカンジウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１４】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１５】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１６】
前記電気的に絶縁性の部材が、有機ポリマー材料を含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１７】
前記接着剤が、エポキシ、ポリアミド、機能化されたポリエチレン、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項２に記載のアルカリ電池。
【請求項１８】
前記接着剤が、エポキシおよびアスファルトからなる群から選択される、請求項２に記載のアルカリ電池。
【請求項１９】
負端子および正端子、並びに前記電池の境界表面の少なくとも大部分を含む１対の対向する側部を含むウェーハアルカリ電池であって、前記対向する側部は、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定しており、前記短電池寸法は、約０．５〜６ｍｍであり、前記電池は、積層構造を形成する互いに固定されたアノードアセンブリとカソードアセンブリとを含んでおり、前記アノードアセンブリは、アノード材料を含んでおり、前記カソードアセンブリは、前記カソードアセンブリ内にカソード材料を含んでおり、
前記アノードアセンブリは、前記アノードのためのハウジングを含んでおり、前記カソードアセンブリは、前記カソードのためのハウジングを含んでおり、前記アノードおよびカソードアセンブリは、積層構造を形成するために前記アノードアセンブリと前記カソードアセンブリとの間のセパレータに接着結合されており、
前記アノードハウジングは、アノードフレームを含んでおり、前記アノードフレームは、アノードキャビティの境界を画定する内側周縁部と前記アノードフレームの外側境界を画定する外側周縁部とを有しており、前記フレームは、前記周縁部を含む前側部と反対側の後側部とを有しており、前記アノードハウジングは、接着性材料により前記アノードフレームの後側部に結合されたアノード集電シートを更に含んでおり、そのために前記アノード集電シートが、電池の外表面境界に面しており、アノード材料は、前記アノード集電シートと接触するように前記アノードキャビティ内に配置されており、
前記アノード集電シートの少なくとも一部分が、封止金属であらかじめコーティングされるか、または封止金属を含み、そのために前記アノード集電シートが、前記アノードフレームに結合された時に、前記接着性材料の少なくとも一部分が、前記封止金属の少なくとも一部分に接触する、ウェーハアルカリ電池。
【請求項２０】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属から本質的になる、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属シートとを含むフィルム積層体を含む、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２１】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの多層金属シートとを含むフィルム積層体を含んでおり、前記多層金属シートが、非封止金属から本質的になる金属基膜と、前記金属基膜の少なくとも一部分を覆う封止金属から本質的になる、前記金属基膜上のコーティングとを含む、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２２】
前記封止金属が、周囲空気に曝された時に前記封止金属の表面上に同じ金属の酸化物および同じ金属の水酸化物のうちの少なくとも１つを含む金属被膜化合物を形成するという特性を有しており、前記金属被膜化合物が、アルカリ電解質による侵食に耐える、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２３】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、前記封止金属でコーティングされていない前記集電体の表面上に形成される前記金属酸化物または前記金属水酸化物よりもアルカリ電解質への溶解性が低い、請求項２２に記載のアルカリ電池。
【請求項２４】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属酸化物または前記金属水酸化物が、本質的にアルカリ電解質に不溶性である、請求項２２に記載のアルカリ電池。
【請求項２５】
前記アノードが、電池が放電される時に電気化学反応を経るアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記アノード活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有し、そのために前記封止金属の表面上に存在する封止金属化合物の被膜が、前記アルカリ電解質の存在下で前記アノード活物質により還元されない、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２６】
前記アノードが、亜鉛を含むアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記亜鉛に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有し、そのために前記封止金属の表面上に存在する封止金属化合物の被膜が、前記アルカリ電解質の存在下で前記亜鉛により還元されない、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２７】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタニド系列元素、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２８】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、およびイットリウム、並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２９】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項３０】
前記アノードフレームが、有機ポリマー材料を含む、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項３１】
前記接着剤が、エポキシ、ポリアミド、機能化されたポリエチレン、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項３２】
前記接着剤が、エポキシおよびアスファルトからなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項３３】
アノード材料が、亜鉛、カドミウム、および水素吸蔵合金からなる群から選択され、カソード材料は、ＭｎＯ２、ＮｉＯＯＨ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、ＣｕＯ、ＡｇＣｕＯ２、Ａｇ２Ｃｕ２Ｏ３、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１９に記載のウェーハ電池。
【請求項３４】
前記電池が、１次アルカリ電池であり、アノード材料は、亜鉛を含んでおり、カソード材料が、二酸化マンガンを含む固体と前記固体との混合状態にある水酸化カリウムを含む電解質水溶液とを含んでおり、カソードは、約４５％〜７０％の多孔率を有する半固体である、請求項１９に記載の電池。
【請求項３５】
カソード材料が、黒鉛化カーボンブラックを更に含む、請求項３４に記載の電池。
【請求項３６】
カソード材料が、黒鉛化カーボン繊維を更に含む、請求項３４に記載の電池。
【請求項３７】
カソードハウジングが、カソードフレームを含んでおり、前記カソードフレームが、カソードキャビティの境界を画定する内側周縁部とカソードフレームの外側境界を画定する外側周縁部とを有しており、前記フレームが、前記周縁部を含む前側部と反対側の後側部とを有しており、前記カソードハウジングは、電池の外表面境界に面するように接着剤により前記カソードフレームの後側部に結合されたカソード集電シートを更に含んでおり、カソード材料が、前記カソード集電シートと接触するように前記カソードキャビティ内に配置されており、前記カソード集電シートの少なくとも一部分が、封止金属であらかじめコーティングされ、そのために前記カソード集電シートが、前記カソードフレームに結合された時に、前記封止金属が、前記接着剤と接触する、請求項１９に記載の電池。
【請求項３８】
それらの間に電池の短寸法を画定する前記側部は、互いに平行な１対の対向する側部を含む、請求項１９に記載の電池。
【請求項３９】
前記電池の全厚は、約０．５〜６ｍｍであり、前記１対の側部は、対向する側部であり、前記全厚は、前記電池の前記対向する側部の外側表面間の距離として定義される、請求項３８に記載の電池。
【請求項４０】
電池の周囲の少なくとも一部分は、多角形である、請求項１９に記載の電池。
【請求項４１】
電池の周囲の少なくとも一部分は、曲線状である、請求項１９に記載の電池。
【請求項４２】
前記電池外表面の少なくとも一部分は、曲率を有する、請求項１９に記載の電池。
【請求項４３】
前記外表面の少なくとも一部分は、複合曲率を有する、請求項１９に記載の電池。
【請求項４４】
電池の外側から見た時に、前記電池外表面の一部分は、凸曲率を有し、前記外表面の別の部分は、凹曲率を有する、請求項１９に記載の電池。
【請求項４５】
電池の厚さが、均一ではない、請求項１９に記載の電池。
【請求項４６】
前記電池が、立方体形である、請求項１９に記載の電池。
【請求項４７】
電池は、外側周辺表面と内側周辺表面とを有しており、前記外側および内側周辺表面は、いずれの地点でも互いに触れず、または交わらず、内側周辺表面は、それらの間に短電池寸法を画定する電池の前記対向する側部の両方を完全に通り抜ける連続穴の境界を画定する、請求項１９に記載の電池。
【請求項４８】
電池が、外側周辺表面と複数の内側周辺表面とを有しており、前記周辺表面のいずれも、いずれの地点でも前記周辺表面の他のものと触れずまたは交わらず、内側周辺表面が、複数の連続穴を画定しており、各連続穴が、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定する電池の前記対向する側部の両方を完全に通り抜ける、請求項１９に記載の電池。
【請求項４９】
前記電池が、剛構造である、請求項１９に記載の電池。
【請求項５０】
負端子および正端子、並びに前記電池の境界表面の少なくとも大部分を含む１対の対向する側部を含む１次アルカリ電池であって、前記対向する側部は、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定しており、前記電池は、アノードアセンブリとカソードアセンブリとを含む積層構造を形成しており、前記アノードアセンブリは、亜鉛を含むアノード材料のためのハウジングを含んでおり、前記カソードアセンブリは、二酸化マンガンを含むカソード材料のためのハウジングを含んでおり、前記アノードハウジングおよびカソードハウジングのそれぞれは、共通ユニットフレームを含んでおり、前記共通フレームは、前記アノードハウジングおよびカソードハウジングのそれぞれの少なくとも一部分を形成しており、前記アノードハウジングは、電池の外表面境界に面するように接着性物質により前記共通フレームの後側部に結合されたアノード集電シートを更に含んでおり、アノード材料は、前記アノード集電シートと接触するように前記アノードキャビティ内に配置されており、
前記共通フレームは、前記フレームの第１の側部にアノードキャビティと前記フレームの反対側の第２の側部にカソードキャビティとを画定する内側周縁部を有しており、前記アノード材料は、前記フレームの第１の側部で前記アノードキャビティ内に配置されており、前記カソード材料は、前記フレームの反対側の第２の側部で前記カソードキャビティ内に配置されており、
前記アノード集電シートの少なくとも一部分が、封止金属であらかじめコーティングされた金属シートを含むか、または封止金属を含み、そのために前記アノード集電シートが、前記フレームに結合された時に、前記接着性物質の少なくとも一部分が、前記封止金属の少なくとも一部分に接触する、１次アルカリ電池。
【請求項５１】
前記アノード集電体は、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属から本質的になる、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属シートとを含む、フィルム積層体を含む、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５２】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの多層金属シートとを含むフィルム積層体を含んでおり、前記多層金属シートが、非封止金属から本質的になる金属基膜と、前記金属基膜の少なくとも一部分を覆う封止金属から本質的になる、前記金属膜上のコーティングとを含む、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５３】
前記封止金属が、周囲空気に曝された時にその表面上に同じ金属の酸化物および同じ金属の水酸化物のうちの少なくとも１つを含む金属被膜化合物を形成するという特性を有しており、前記金属被膜化合物が、アルカリ電解質による侵食に耐える、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５４】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、前記封止金属でコーティングされていない前記集電体の表面上に形成される酸化物被膜よりもアルカリ電解質への溶解性が低い、請求項５３に記載のアルカリ電池。
【請求項５５】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、本質的にアルカリ電解質に不溶性である、請求項５３に記載のアルカリ電池。
【請求項５６】
前記アノードが、電池が放電される時に電気化学反応を経るアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記アノード活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有しており、そのために前記封止金属の表面上に存在する封止金属化合物の被膜が、前記アルカリ電解質の存在下で前記アノード活物質によって還元されない、請求項５３に記載のアルカリ電池。
【請求項５７】
前記アノードが、亜鉛を含むアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記亜鉛活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有しており、そのために前記封止金属の表面上に存在する封止金属化合物の被膜が、前記アルカリ電解質の存在下で前記亜鉛によって還元されない、請求項５３に記載のアルカリ電池。
【請求項５８】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタニド系列元素、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５９】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、およびイットリウム、並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６０】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６１】
前記共通フレームが、有機ポリマー材料を含む、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６２】
前記接着剤が、エポキシ、ポリアミド、機能化されたポリエチレン、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６３】
前記接着剤が、エポキシおよびアスファルトからなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６４】
カソード材料が、二酸化マンガンを含む固体と前記固体との混合状態にある水酸化カリウムを含む電解質水溶液とを含んでおり、カソードが、約４５％〜７０％の多孔率を有する半固体である、請求項５０に記載の電池。
【請求項６５】
前記積層構造が、前記アノード材料と前記カソード材料との間にセパレータを有する、請求項５０に記載の電池。
【請求項６６】
前記アノードハウジングが、電池の外表面境界に面するように前記共通フレームの前記第１の側部に結合されたアノード集電シートを更に含んでおり、前記アノード材料は、前記アノード集電シートと接触している、請求項５０に記載の電池。
【請求項６７】
前記カソードハウジングが、電池の外表面境界に面するように前記フレームの前記反対側の第２の側部に結合されたカソード集電シートを更に含んでおり、前記カソード材料が、前記カソード集電シートと接触している、請求項５０に記載の電池。
【請求項６８】
電池の前記１対の対向する側部が、互いに平行である、請求項５０に記載の電池。
【請求項６９】
前記電池が、立方体形である、請求項５０に記載の電池。
【請求項７０】
前記電池が、剛構造である、請求項５０に記載の電池。
【請求項７１】
前記電池の全厚が、約０．５〜６ｍｍの間であり、前記全厚が、前記電池の前記対向する側部の外側表面間の距離として定義される、請求項５０に記載の電池。
【請求項７２】
負端子および正端子、並びに前記電池の境界表面の少なくとも大部分を含む１対の対向する側部を含む１次アルカリ電池であって、前記対向する側部が、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定しており、前記電池が、互いに結合されて積層構造を形成するアノードアセンブリとカソードアセンブリとを含んでおり、前記アノードアセンブリは、亜鉛を含むアノード材料とアルカリ電解質とを含んでおり、前記カソードアセンブリは、二酸化マンガンを含むカソード材料とアルカリ電解質とを含んでおり、
前記アノードアセンブリは、アノードフレームを含んでおり、前記アノードフレームは、アノードキャビティの境界を画定する内側周縁部とアノードフレームの外側境界を画定する外側周縁部とを有しており、前記フレームは、前記周縁部を含む前側部と反対側の後側部とを有しており、前記アノードアセンブリは、電池の外表面境界に面するように前記フレームの後側部に結合されたアノード集電シートを更に含んでおり、アノード材料は、前記アノード集電シートと接触するように前記アノードキャビティに挿入されており、
前記アノード集電シートは、前記アノード集電シートに面する前記アノードフレームの後側部に沿って互いに並置された関係で設置された実質的に異なる接着剤である第１および第２の接着剤を用いて、前記アノードフレームの幅に沿って結合されており、
前記アノード集電シートの少なくとも一部分が、封止金属であらかじめコーティングされた金属シートまたは封止金属を含み、そのために前記アノード集電シートが、前記アノードフレームに結合された時に、前記第１および第２の接着剤が、前記封止金属の少なくとも一部分と接触する、１次アルカリ電池。
【請求項７３】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属から本質的になる、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属シートとを含むフィルム積層体を含む、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項７４】
前記封止金属が、周囲空気に曝された時に前記封止金属の表面上に同じ金属の酸化物および同じ金属の水酸化物のうちの少なくとも１つを含む金属被膜化合物を形成するという特性を有しており、前記金属被膜化合物が、アルカリ電解質による侵食に耐える、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項７５】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、前記封止金属でコーティングされていない前記集電体の表面上に形成される酸化物被膜または水酸化物被膜よりもアルカリ電解質への溶解性が低い、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７６】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、本質的にアルカリ電解質に不溶性である、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７７】
前記アノードが、電池が放電される時に電気化学反応を経るアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記アノード活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有しており、そのために前記封止金属の表面上に存在する前記金属被膜化合物が、前記アルカリ電解質の存在下で前記アノード活物質により還元されない、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７８】
前記アノードが、亜鉛を含むアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記亜鉛に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有しており、そのために前記封止金属の表面上に存在する前記封止金属化合物が、前記アルカリ電解質の存在下で前記亜鉛によって還元されない、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７９】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタニド系列元素、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８０】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、およびイットリウム、並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８１】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８２】
前記アノードフレームが、有機ポリマー材料を含む、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８３】
前記接着剤が、エポキシ、ポリアミド、機能化されたポリエチレン、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８４】
前記接着剤が、エポキシおよびアスファルトからなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８５】
第１の接着剤が、前記アノードフレームの外側周縁部の最も近くに適用され、主に、前記アノードフレームと前記アノード集電シートとの間に構造性強度を付与する構造性接着剤の役割を主に果たしており、第２の接着剤が、前記アノードフレームの内側周縁部のより近くに適用され、前記アノードフレームと前記アノード集電シートとの間の全体的な結合強度を改善する接着剤シーラントであり、また電解質を密封するためのシーラントの役割も果たす、請求項７２に記載の電池。
【請求項８６】
前記第１の接着剤が、エポキシおよびＵＶ開始型アクリレート接着剤からなる群から選択され、前記第２の接着剤が、粘着性ポリアミド、機能化されたポリエチレン接着剤、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項８５に記載の電池。
【請求項８７】
前記電池の全厚が、約０．５〜６ｍｍであり、前記全厚は、前記電池の前記対向する側部の外側表面間の距離として定義される、請求項７２に記載の電池。
【請求項８８】
前記電池の全厚が、約１．５〜６ｍｍであり、前記全厚は、前記電池の前記対向する側部の外側表面間の距離として定義される、請求項７２に記載の電池。
【請求項８９】
前記電池が、剛構造である、請求項７２に記載の電池。
【請求項９０】
カソードは、二酸化マンガンを含む固体と前記固体との混合状態にある水酸化カリウムを含む電解質水溶液とを含んでおり、カソードは、約４５％〜７０％の多孔率を有する半固体である、請求項７２に記載の電池。
【請求項９１】
カソード材料は、黒鉛化カーボンブラックを更に含む、請求項９０に記載の電池。
【請求項９２】
カソード材料は、黒鉛化カーボン繊維を更に含む、請求項９０に記載の電池。
【請求項９３】
前記カソードアセンブリは、カソードフレームを含んでおり、前記カソードフレームは、カソードキャビティの境界を画定する内側周縁部とカソードフレームの外側境界を画定する外側周縁部とを有しており、前記フレームは、前記周縁部を含む前側部と反対側の後側部とを有しており、前記カソードアセンブリは、電池の外表面境界に面するように前記フレームの後側部に結合されたカソード集電シートを更に含んでおり、カソード材料は、前記カソード集電シートと接触するように前記カソードキャビティ内に配置されており、
前記カソード集電シートは、前記カソード集電シートに面する前記カソードフレームの後側部に沿って互いに並置された関係で設置された異なる接着剤である第１および第２の接着剤を用いて、前記カソードフレームの幅に沿って結合される、請求項７２に記載の電池。
【請求項９４】
第１の接着剤が、前記カソードフレームの外側周縁部の最も近くに適用され、前記カソードフレームと前記カソード集電シートとの間に構造性強度を付与する構造性接着剤の役割を主に果たしており、第２の接着剤が、前記カソードフレームの内側周縁部のより近くに適用されており、前記第２の接着剤が、前記カソードフレームとカソード集電シートとの間の全体的な結合強度を改善する接着剤シーラントであり、また電解質を密封するためのシーラントの役割も果たす、請求項９３に記載の電池。
【請求項９５】
前記第１の接着剤が、エポキシおよびＵＶ開始型アクリレート接着剤からなる群から選択され、前記第２の接着剤は、粘着性ポリアミド、機能化されたポリエチレン接着剤、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項９４に記載の電池。
【請求項９６】
前記アノードおよびカソードフレームが、有機ポリマー材料を含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項９７】
前記電池が、水酸化カリウム水溶液を含むアルカリ電解質を含む、請求項７２に記載の電池。
【請求項９８】
前記電池を形成する前記積層構造が、熱収縮性プラスチックフィルムで包まれる、請求項７２に記載の電池。
【請求項９９】
封止金属の下にある金属シートが、銅、黄銅、青銅、亜鉛、スズ、若しくはモネル、または前記銅、黄銅、青銅、亜鉛、スズ、若しくはモネルでめっきされた鋼基材を含む、請求項７２に記載の電池。
【請求項１００】
カソード集電シートが、炭素コーティングされた金属シートを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０１】
カソード集電シートが、炭素コーティングされたニッケルシートを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０２】
カソード集電シートが、炭素コーティングされてエッチングされたニッケルシートを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０３】
カソード集電シートが、ニッケル層でめっきされた鋼とニッケルの上の炭素コーティングとを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０４】
カソード集電シートが、ニッケル−コバルト層でめっきされた鋼とニッケル−コバルトの上の炭素層とを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０５】
カソード集電シートが、炭素コーティングされた金属シートを含んでおり、下層の金属シートが、意図的に粗面化された質感を有する、請求項９３に記載の電池。
【請求項１】
ハウジングと、負端子および正端子と、アノードおよびカソードと、アノード集電体とを含むアルカリ電池であって、前記集電体の第１の部分は、前記アノードと接触しており、前記集電体の第２の部分は、前記負端子と接触しており、前記集電体の第３の部分は、電気的に絶縁性の部材に当接しており、改良点が、
前記絶縁性の部材に接する前記集電体の前記第３の部分の表面の少なくとも一部分が、封止金属を含むこと、
からなることを特徴とする、アルカリ電池。
【請求項２】
前記集電体の前記第３の部分の少なくとも一部分が、前記電気絶縁性部材に前記一部分と前記電気的絶縁部材との間の接着性材料により結合されており、そのために前記集電体が、前記絶縁部材に結合された時に、前記接着性材料の少なくとも一部分が、前記封止金属の少なくとも一部分に接触する、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項３】
前記アノード集電体が、金属を含んでおり、前記封止金属が、重量で前記金属の大部分の構成成分を含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項４】
前記アノード集電体が、本質的に前記封止金属からなる、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項５】
前記アノード集電体の前記第３の部分の表面の少なくとも一部分が、前記封止金属であらかじめコーティングされる、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項６】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属を含む、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属層とを含む、フィルム積層体を含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項７】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属から本質的になる、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属層とを含む、フィルム積層体を含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項８】
前記封止金属が、周囲空気に曝された時にその表面上に同じ金属の酸化物および同じ金属の水酸化物のうちの少なくとも１つを含む金属被膜化合物を形成するという特性を有しており、前記金属被膜化合物が、アルカリ電解質による侵食に耐える、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項９】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、本質的にアルカリ電解質に不溶性である、請求項８に記載のアルカリ電池。
【請求項１０】
前記アノードが、電池が放電される時に電気化学反応を経るアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記アノード活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有し、そのために前記封止金属の表面上に存在する前記封止金属の化合物が、前記アルカリ電解質の存在下で前記アノード活物質により還元されない、請求項８に記載のアルカリ電池。
【請求項１１】
前記アノードが、亜鉛を含むアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記封止金属の表面上に存在する前記封止金属の化合物が前記アルカリ電解質の存在下で前記亜鉛によって還元されないように、前記亜鉛に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有する、請求項８に記載のアルカリ電池。
【請求項１２】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタニド系列元素、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１３】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、イットリウム、スカンジウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１４】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１５】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１６】
前記電気的に絶縁性の部材が、有機ポリマー材料を含む、請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項１７】
前記接着剤が、エポキシ、ポリアミド、機能化されたポリエチレン、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項２に記載のアルカリ電池。
【請求項１８】
前記接着剤が、エポキシおよびアスファルトからなる群から選択される、請求項２に記載のアルカリ電池。
【請求項１９】
負端子および正端子、並びに前記電池の境界表面の少なくとも大部分を含む１対の対向する側部を含むウェーハアルカリ電池であって、前記対向する側部は、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定しており、前記短電池寸法は、約０．５〜６ｍｍであり、前記電池は、積層構造を形成する互いに固定されたアノードアセンブリとカソードアセンブリとを含んでおり、前記アノードアセンブリは、アノード材料を含んでおり、前記カソードアセンブリは、前記カソードアセンブリ内にカソード材料を含んでおり、
前記アノードアセンブリは、前記アノードのためのハウジングを含んでおり、前記カソードアセンブリは、前記カソードのためのハウジングを含んでおり、前記アノードおよびカソードアセンブリは、積層構造を形成するために前記アノードアセンブリと前記カソードアセンブリとの間のセパレータに接着結合されており、
前記アノードハウジングは、アノードフレームを含んでおり、前記アノードフレームは、アノードキャビティの境界を画定する内側周縁部と前記アノードフレームの外側境界を画定する外側周縁部とを有しており、前記フレームは、前記周縁部を含む前側部と反対側の後側部とを有しており、前記アノードハウジングは、接着性材料により前記アノードフレームの後側部に結合されたアノード集電シートを更に含んでおり、そのために前記アノード集電シートが、電池の外表面境界に面しており、アノード材料は、前記アノード集電シートと接触するように前記アノードキャビティ内に配置されており、
前記アノード集電シートの少なくとも一部分が、封止金属であらかじめコーティングされるか、または封止金属を含み、そのために前記アノード集電シートが、前記アノードフレームに結合された時に、前記接着性材料の少なくとも一部分が、前記封止金属の少なくとも一部分に接触する、ウェーハアルカリ電池。
【請求項２０】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属から本質的になる、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属シートとを含むフィルム積層体を含む、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２１】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの多層金属シートとを含むフィルム積層体を含んでおり、前記多層金属シートが、非封止金属から本質的になる金属基膜と、前記金属基膜の少なくとも一部分を覆う封止金属から本質的になる、前記金属基膜上のコーティングとを含む、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２２】
前記封止金属が、周囲空気に曝された時に前記封止金属の表面上に同じ金属の酸化物および同じ金属の水酸化物のうちの少なくとも１つを含む金属被膜化合物を形成するという特性を有しており、前記金属被膜化合物が、アルカリ電解質による侵食に耐える、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２３】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、前記封止金属でコーティングされていない前記集電体の表面上に形成される前記金属酸化物または前記金属水酸化物よりもアルカリ電解質への溶解性が低い、請求項２２に記載のアルカリ電池。
【請求項２４】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属酸化物または前記金属水酸化物が、本質的にアルカリ電解質に不溶性である、請求項２２に記載のアルカリ電池。
【請求項２５】
前記アノードが、電池が放電される時に電気化学反応を経るアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記アノード活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有し、そのために前記封止金属の表面上に存在する封止金属化合物の被膜が、前記アルカリ電解質の存在下で前記アノード活物質により還元されない、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２６】
前記アノードが、亜鉛を含むアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記亜鉛に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有し、そのために前記封止金属の表面上に存在する封止金属化合物の被膜が、前記アルカリ電解質の存在下で前記亜鉛により還元されない、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２７】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタニド系列元素、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２８】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、およびイットリウム、並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項２９】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項３０】
前記アノードフレームが、有機ポリマー材料を含む、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項３１】
前記接着剤が、エポキシ、ポリアミド、機能化されたポリエチレン、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項３２】
前記接着剤が、エポキシおよびアスファルトからなる群から選択される、請求項１９に記載のアルカリ電池。
【請求項３３】
アノード材料が、亜鉛、カドミウム、および水素吸蔵合金からなる群から選択され、カソード材料は、ＭｎＯ２、ＮｉＯＯＨ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、ＣｕＯ、ＡｇＣｕＯ２、Ａｇ２Ｃｕ２Ｏ３、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１９に記載のウェーハ電池。
【請求項３４】
前記電池が、１次アルカリ電池であり、アノード材料は、亜鉛を含んでおり、カソード材料が、二酸化マンガンを含む固体と前記固体との混合状態にある水酸化カリウムを含む電解質水溶液とを含んでおり、カソードは、約４５％〜７０％の多孔率を有する半固体である、請求項１９に記載の電池。
【請求項３５】
カソード材料が、黒鉛化カーボンブラックを更に含む、請求項３４に記載の電池。
【請求項３６】
カソード材料が、黒鉛化カーボン繊維を更に含む、請求項３４に記載の電池。
【請求項３７】
カソードハウジングが、カソードフレームを含んでおり、前記カソードフレームが、カソードキャビティの境界を画定する内側周縁部とカソードフレームの外側境界を画定する外側周縁部とを有しており、前記フレームが、前記周縁部を含む前側部と反対側の後側部とを有しており、前記カソードハウジングは、電池の外表面境界に面するように接着剤により前記カソードフレームの後側部に結合されたカソード集電シートを更に含んでおり、カソード材料が、前記カソード集電シートと接触するように前記カソードキャビティ内に配置されており、前記カソード集電シートの少なくとも一部分が、封止金属であらかじめコーティングされ、そのために前記カソード集電シートが、前記カソードフレームに結合された時に、前記封止金属が、前記接着剤と接触する、請求項１９に記載の電池。
【請求項３８】
それらの間に電池の短寸法を画定する前記側部は、互いに平行な１対の対向する側部を含む、請求項１９に記載の電池。
【請求項３９】
前記電池の全厚は、約０．５〜６ｍｍであり、前記１対の側部は、対向する側部であり、前記全厚は、前記電池の前記対向する側部の外側表面間の距離として定義される、請求項３８に記載の電池。
【請求項４０】
電池の周囲の少なくとも一部分は、多角形である、請求項１９に記載の電池。
【請求項４１】
電池の周囲の少なくとも一部分は、曲線状である、請求項１９に記載の電池。
【請求項４２】
前記電池外表面の少なくとも一部分は、曲率を有する、請求項１９に記載の電池。
【請求項４３】
前記外表面の少なくとも一部分は、複合曲率を有する、請求項１９に記載の電池。
【請求項４４】
電池の外側から見た時に、前記電池外表面の一部分は、凸曲率を有し、前記外表面の別の部分は、凹曲率を有する、請求項１９に記載の電池。
【請求項４５】
電池の厚さが、均一ではない、請求項１９に記載の電池。
【請求項４６】
前記電池が、立方体形である、請求項１９に記載の電池。
【請求項４７】
電池は、外側周辺表面と内側周辺表面とを有しており、前記外側および内側周辺表面は、いずれの地点でも互いに触れず、または交わらず、内側周辺表面は、それらの間に短電池寸法を画定する電池の前記対向する側部の両方を完全に通り抜ける連続穴の境界を画定する、請求項１９に記載の電池。
【請求項４８】
電池が、外側周辺表面と複数の内側周辺表面とを有しており、前記周辺表面のいずれも、いずれの地点でも前記周辺表面の他のものと触れずまたは交わらず、内側周辺表面が、複数の連続穴を画定しており、各連続穴が、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定する電池の前記対向する側部の両方を完全に通り抜ける、請求項１９に記載の電池。
【請求項４９】
前記電池が、剛構造である、請求項１９に記載の電池。
【請求項５０】
負端子および正端子、並びに前記電池の境界表面の少なくとも大部分を含む１対の対向する側部を含む１次アルカリ電池であって、前記対向する側部は、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定しており、前記電池は、アノードアセンブリとカソードアセンブリとを含む積層構造を形成しており、前記アノードアセンブリは、亜鉛を含むアノード材料のためのハウジングを含んでおり、前記カソードアセンブリは、二酸化マンガンを含むカソード材料のためのハウジングを含んでおり、前記アノードハウジングおよびカソードハウジングのそれぞれは、共通ユニットフレームを含んでおり、前記共通フレームは、前記アノードハウジングおよびカソードハウジングのそれぞれの少なくとも一部分を形成しており、前記アノードハウジングは、電池の外表面境界に面するように接着性物質により前記共通フレームの後側部に結合されたアノード集電シートを更に含んでおり、アノード材料は、前記アノード集電シートと接触するように前記アノードキャビティ内に配置されており、
前記共通フレームは、前記フレームの第１の側部にアノードキャビティと前記フレームの反対側の第２の側部にカソードキャビティとを画定する内側周縁部を有しており、前記アノード材料は、前記フレームの第１の側部で前記アノードキャビティ内に配置されており、前記カソード材料は、前記フレームの反対側の第２の側部で前記カソードキャビティ内に配置されており、
前記アノード集電シートの少なくとも一部分が、封止金属であらかじめコーティングされた金属シートを含むか、または封止金属を含み、そのために前記アノード集電シートが、前記フレームに結合された時に、前記接着性物質の少なくとも一部分が、前記封止金属の少なくとも一部分に接触する、１次アルカリ電池。
【請求項５１】
前記アノード集電体は、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属から本質的になる、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属シートとを含む、フィルム積層体を含む、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５２】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの多層金属シートとを含むフィルム積層体を含んでおり、前記多層金属シートが、非封止金属から本質的になる金属基膜と、前記金属基膜の少なくとも一部分を覆う封止金属から本質的になる、前記金属膜上のコーティングとを含む、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５３】
前記封止金属が、周囲空気に曝された時にその表面上に同じ金属の酸化物および同じ金属の水酸化物のうちの少なくとも１つを含む金属被膜化合物を形成するという特性を有しており、前記金属被膜化合物が、アルカリ電解質による侵食に耐える、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５４】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、前記封止金属でコーティングされていない前記集電体の表面上に形成される酸化物被膜よりもアルカリ電解質への溶解性が低い、請求項５３に記載のアルカリ電池。
【請求項５５】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、本質的にアルカリ電解質に不溶性である、請求項５３に記載のアルカリ電池。
【請求項５６】
前記アノードが、電池が放電される時に電気化学反応を経るアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記アノード活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有しており、そのために前記封止金属の表面上に存在する封止金属化合物の被膜が、前記アルカリ電解質の存在下で前記アノード活物質によって還元されない、請求項５３に記載のアルカリ電池。
【請求項５７】
前記アノードが、亜鉛を含むアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記亜鉛活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有しており、そのために前記封止金属の表面上に存在する封止金属化合物の被膜が、前記アルカリ電解質の存在下で前記亜鉛によって還元されない、請求項５３に記載のアルカリ電池。
【請求項５８】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタニド系列元素、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項５９】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、およびイットリウム、並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６０】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６１】
前記共通フレームが、有機ポリマー材料を含む、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６２】
前記接着剤が、エポキシ、ポリアミド、機能化されたポリエチレン、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６３】
前記接着剤が、エポキシおよびアスファルトからなる群から選択される、請求項５０に記載のアルカリ電池。
【請求項６４】
カソード材料が、二酸化マンガンを含む固体と前記固体との混合状態にある水酸化カリウムを含む電解質水溶液とを含んでおり、カソードが、約４５％〜７０％の多孔率を有する半固体である、請求項５０に記載の電池。
【請求項６５】
前記積層構造が、前記アノード材料と前記カソード材料との間にセパレータを有する、請求項５０に記載の電池。
【請求項６６】
前記アノードハウジングが、電池の外表面境界に面するように前記共通フレームの前記第１の側部に結合されたアノード集電シートを更に含んでおり、前記アノード材料は、前記アノード集電シートと接触している、請求項５０に記載の電池。
【請求項６７】
前記カソードハウジングが、電池の外表面境界に面するように前記フレームの前記反対側の第２の側部に結合されたカソード集電シートを更に含んでおり、前記カソード材料が、前記カソード集電シートと接触している、請求項５０に記載の電池。
【請求項６８】
電池の前記１対の対向する側部が、互いに平行である、請求項５０に記載の電池。
【請求項６９】
前記電池が、立方体形である、請求項５０に記載の電池。
【請求項７０】
前記電池が、剛構造である、請求項５０に記載の電池。
【請求項７１】
前記電池の全厚が、約０．５〜６ｍｍの間であり、前記全厚が、前記電池の前記対向する側部の外側表面間の距離として定義される、請求項５０に記載の電池。
【請求項７２】
負端子および正端子、並びに前記電池の境界表面の少なくとも大部分を含む１対の対向する側部を含む１次アルカリ電池であって、前記対向する側部が、前記対向する側部の間に短電池寸法を画定しており、前記電池が、互いに結合されて積層構造を形成するアノードアセンブリとカソードアセンブリとを含んでおり、前記アノードアセンブリは、亜鉛を含むアノード材料とアルカリ電解質とを含んでおり、前記カソードアセンブリは、二酸化マンガンを含むカソード材料とアルカリ電解質とを含んでおり、
前記アノードアセンブリは、アノードフレームを含んでおり、前記アノードフレームは、アノードキャビティの境界を画定する内側周縁部とアノードフレームの外側境界を画定する外側周縁部とを有しており、前記フレームは、前記周縁部を含む前側部と反対側の後側部とを有しており、前記アノードアセンブリは、電池の外表面境界に面するように前記フレームの後側部に結合されたアノード集電シートを更に含んでおり、アノード材料は、前記アノード集電シートと接触するように前記アノードキャビティに挿入されており、
前記アノード集電シートは、前記アノード集電シートに面する前記アノードフレームの後側部に沿って互いに並置された関係で設置された実質的に異なる接着剤である第１および第２の接着剤を用いて、前記アノードフレームの幅に沿って結合されており、
前記アノード集電シートの少なくとも一部分が、封止金属であらかじめコーティングされた金属シートまたは封止金属を含み、そのために前記アノード集電シートが、前記アノードフレームに結合された時に、前記第１および第２の接着剤が、前記封止金属の少なくとも一部分と接触する、１次アルカリ電池。
【請求項７３】
前記アノード集電体が、少なくとも１つのポリマーフィルム層と、前記封止金属から本質的になる、前記ポリマーフィルム層上の少なくとも１つの金属シートとを含むフィルム積層体を含む、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項７４】
前記封止金属が、周囲空気に曝された時に前記封止金属の表面上に同じ金属の酸化物および同じ金属の水酸化物のうちの少なくとも１つを含む金属被膜化合物を形成するという特性を有しており、前記金属被膜化合物が、アルカリ電解質による侵食に耐える、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項７５】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、前記封止金属でコーティングされていない前記集電体の表面上に形成される酸化物被膜または水酸化物被膜よりもアルカリ電解質への溶解性が低い、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７６】
前記封止金属の表面上に形成される前記金属被膜化合物が、本質的にアルカリ電解質に不溶性である、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７７】
前記アノードが、電池が放電される時に電気化学反応を経るアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記アノード活物質に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有しており、そのために前記封止金属の表面上に存在する前記金属被膜化合物が、前記アルカリ電解質の存在下で前記アノード活物質により還元されない、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７８】
前記アノードが、亜鉛を含むアノード活物質を含んでおり、前記封止金属が、前記亜鉛に比べてより負の電気化学ポテンシャルを有しており、そのために前記封止金属の表面上に存在する前記封止金属化合物が、前記アルカリ電解質の存在下で前記亜鉛によって還元されない、請求項７４に記載のアルカリ電池。
【請求項７９】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタニド系列元素、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８０】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、スカンジウム、およびイットリウム、並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８１】
前記封止金属が、マグネシウム、ジルコニウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８２】
前記アノードフレームが、有機ポリマー材料を含む、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８３】
前記接着剤が、エポキシ、ポリアミド、機能化されたポリエチレン、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８４】
前記接着剤が、エポキシおよびアスファルトからなる群から選択される、請求項７２に記載のアルカリ電池。
【請求項８５】
第１の接着剤が、前記アノードフレームの外側周縁部の最も近くに適用され、主に、前記アノードフレームと前記アノード集電シートとの間に構造性強度を付与する構造性接着剤の役割を主に果たしており、第２の接着剤が、前記アノードフレームの内側周縁部のより近くに適用され、前記アノードフレームと前記アノード集電シートとの間の全体的な結合強度を改善する接着剤シーラントであり、また電解質を密封するためのシーラントの役割も果たす、請求項７２に記載の電池。
【請求項８６】
前記第１の接着剤が、エポキシおよびＵＶ開始型アクリレート接着剤からなる群から選択され、前記第２の接着剤が、粘着性ポリアミド、機能化されたポリエチレン接着剤、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項８５に記載の電池。
【請求項８７】
前記電池の全厚が、約０．５〜６ｍｍであり、前記全厚は、前記電池の前記対向する側部の外側表面間の距離として定義される、請求項７２に記載の電池。
【請求項８８】
前記電池の全厚が、約１．５〜６ｍｍであり、前記全厚は、前記電池の前記対向する側部の外側表面間の距離として定義される、請求項７２に記載の電池。
【請求項８９】
前記電池が、剛構造である、請求項７２に記載の電池。
【請求項９０】
カソードは、二酸化マンガンを含む固体と前記固体との混合状態にある水酸化カリウムを含む電解質水溶液とを含んでおり、カソードは、約４５％〜７０％の多孔率を有する半固体である、請求項７２に記載の電池。
【請求項９１】
カソード材料は、黒鉛化カーボンブラックを更に含む、請求項９０に記載の電池。
【請求項９２】
カソード材料は、黒鉛化カーボン繊維を更に含む、請求項９０に記載の電池。
【請求項９３】
前記カソードアセンブリは、カソードフレームを含んでおり、前記カソードフレームは、カソードキャビティの境界を画定する内側周縁部とカソードフレームの外側境界を画定する外側周縁部とを有しており、前記フレームは、前記周縁部を含む前側部と反対側の後側部とを有しており、前記カソードアセンブリは、電池の外表面境界に面するように前記フレームの後側部に結合されたカソード集電シートを更に含んでおり、カソード材料は、前記カソード集電シートと接触するように前記カソードキャビティ内に配置されており、
前記カソード集電シートは、前記カソード集電シートに面する前記カソードフレームの後側部に沿って互いに並置された関係で設置された異なる接着剤である第１および第２の接着剤を用いて、前記カソードフレームの幅に沿って結合される、請求項７２に記載の電池。
【請求項９４】
第１の接着剤が、前記カソードフレームの外側周縁部の最も近くに適用され、前記カソードフレームと前記カソード集電シートとの間に構造性強度を付与する構造性接着剤の役割を主に果たしており、第２の接着剤が、前記カソードフレームの内側周縁部のより近くに適用されており、前記第２の接着剤が、前記カソードフレームとカソード集電シートとの間の全体的な結合強度を改善する接着剤シーラントであり、また電解質を密封するためのシーラントの役割も果たす、請求項９３に記載の電池。
【請求項９５】
前記第１の接着剤が、エポキシおよびＵＶ開始型アクリレート接着剤からなる群から選択され、前記第２の接着剤は、粘着性ポリアミド、機能化されたポリエチレン接着剤、およびアスファルトからなる群から選択される、請求項９４に記載の電池。
【請求項９６】
前記アノードおよびカソードフレームが、有機ポリマー材料を含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項９７】
前記電池が、水酸化カリウム水溶液を含むアルカリ電解質を含む、請求項７２に記載の電池。
【請求項９８】
前記電池を形成する前記積層構造が、熱収縮性プラスチックフィルムで包まれる、請求項７２に記載の電池。
【請求項９９】
封止金属の下にある金属シートが、銅、黄銅、青銅、亜鉛、スズ、若しくはモネル、または前記銅、黄銅、青銅、亜鉛、スズ、若しくはモネルでめっきされた鋼基材を含む、請求項７２に記載の電池。
【請求項１００】
カソード集電シートが、炭素コーティングされた金属シートを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０１】
カソード集電シートが、炭素コーティングされたニッケルシートを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０２】
カソード集電シートが、炭素コーティングされてエッチングされたニッケルシートを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０３】
カソード集電シートが、ニッケル層でめっきされた鋼とニッケルの上の炭素コーティングとを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０４】
カソード集電シートが、ニッケル−コバルト層でめっきされた鋼とニッケル−コバルトの上の炭素層とを含む、請求項９３に記載の電池。
【請求項１０５】
カソード集電シートが、炭素コーティングされた金属シートを含んでおり、下層の金属シートが、意図的に粗面化された質感を有する、請求項９３に記載の電池。
【図１】
【図１Ａ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図１０Ｇ】
【図１Ａ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図１０Ｇ】
【公表番号】特表２００８−５０９５３９（Ｐ２００８−５０９５３９Ａ）
【公表日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２５６４６（Ｐ２００７−５２５６４６）
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２６８２８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２０４１９
【国際公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【出願人】（５９３０９３２４９）ザ ジレット カンパニー (349)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２６８２８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２０４１９
【国際公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【出願人】（５９３０９３２４９）ザ ジレット カンパニー (349)
【Ｆターム（参考）】
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