カソードエキステンダを利用する高容量アルカリ電池
【課題】電気化学電池及びそれらの構成部品を提供する。
【解決手段】コンテナと、コンテナ内に配置されたカソード及びアノードと、アノードとカソードの間に配置されたセパレータとを含む電気化学電池が提供される。電池は、カソードに含まれるか又はそれから分離したエキステンダを更に含む。作用物質が更に提供され、これは、カソードに発生する可溶性イオン化学種と相互作用してこの化学種のアノードへの移動を抑制する。
【解決手段】コンテナと、コンテナ内に配置されたカソード及びアノードと、アノードとカソードの間に配置されたセパレータとを含む電気化学電池が提供される。電池は、カソードに含まれるか又はそれから分離したエキステンダを更に含む。作用物質が更に提供され、これは、カソードに発生する可溶性イオン化学種と相互作用してこの化学種のアノードへの移動を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００３年１２月１０日出願の米国特許仮出願第６０／５２８，４１４号の恩典を請求するものであり、その開示内容は、本明細書においてその全内容が示されるように引用により組み込まれている。
【０００２】
連邦後援調査又は開発に関するステートメント
適用せず。
【背景技術】
【０００３】
消費者向けアルカリバッテリのための市場は、バッテリ作動式装置のためのより長時間の実働時間をサポートするより高容量の標準サイズ電池を求め続けている。従来型のアルカリＺｎアノード／ＭｎＯ2カソードのバッテリの放電効率は、使用される材料の電気化学的容量のためにそれらの限界に達している。本発明は、従来型のアルカリＺｎ／ＭｎＯ2バッテリにおいて今まで可能であったものよりも高い容量を有するアルカリ電池に関する。従来型アルカリ電池が単一のカソード活性材料（例えば、ＭｎＯ2）を通常含有するのに対して、本発明のある一定の態様に従って構成された電池は、１次カソード活性材料及びカソードエキステンダを含有する。本発明のある一定の態様による電池は、カソードエキステンダのない従来型アルカリ電池で利用することができるものよりも高い電池容量バランスを特徴とする。電池バランスは、アノード活性材料の容量と１次カソード活性材料の容量との間の比率（以後、アノード：１次カソード容量比）として表現することができる。
【０００４】
いくつかの理由のために、適正な電池バランスが望ましい。還元及び酸化の半反応によってバッテリ内に電気化学電流が発生する。アノード活性材料の酸化の間に放出された全ての電子は、カソード活性材料の還元の間に消費される。これらの２つの半反応が進行すべきであるという事実は、１つの半電池反応が全電池放電容量を制限することができるように電池を設計することを可能にする。従って、一方の電極活性材料が電気化学的に過剰に与えられ、同時に他方が電気化学的限界量で与えられる場合、放電の終わりには、限界活性材料の実質的に全てが消費され、一方で一部の非限界活性材料が消費されずに残る。毎年製造されて販売される莫大な数のバッテリを考えれば、この消費されない活性材料は、無駄なコストを表すものである。
【０００５】
いずれにせよ、大部分のバッテリシステムの設計においては、安全上の理由で、一方の電極の活性材料の量を電池の放電の後にその材料が残らないように意図的に制限するのが一般的な方法である。例えば、１次リチウムバッテリは、残留リチウムを含有する「表面的に失活した」バッテリの不適切な廃棄がもたらす可能性がある火災及び爆発の危険を避けるために、ほぼ完全なリチウム消費が保証されるように設計される。
【０００６】
同様に、残留電極及び／又は電解液を含有するアルカリバッテリは、過放電での電解液及び水の分解は、バッテリシールの破裂圧力を超えて電池の膨張、噴気、漏洩、又は破裂を不要にもたらす可能性のあるレベルまで内部電池圧力を高めるのに十分な量のＨ2又はＯ2ガスを発生させる可能性がある。電池が設計容量を使い尽くした後の還元−酸化反応に使用される残留水分の量は、重要な設計パラメータである。カソード制限型電池（すなわち、過剰のアノードを含有する電池）の過放電では、カソードの電圧が十分に低い値まで達した時、電解液内の水は、反応（４Ｈ2Ｏ＋４ｅ→２Ｈ2＋４ＯＨ-）において減少して水素ガスが発生することになり、この反応は、過剰の液体又はアノードが使い尽くされるまでカソード表面で進行することができる。同じように、アノード制限型電池においては、アノード電位が酸素発生のための電気化学的閾値を超えると、アノード表面で利用可能な水酸化物が酸化されることになり（４ＯＨ-→Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-）、酸素ガスが発生する。両方の反応が同時に起こった時は、両電極でガスが発生する可能性がある。
【０００７】
良好なバッテリ設計のためには、アノードが制限電極であることが好ましく、それは、そのようなアノード制限型電池においては、移動電子当たり発生するガスのモル数が、同等のカソード制限型電池よりも少ないであろうという理由による。アノード制限型電池においては、アノード材料が実質的に使い尽くされる時、更なる電子移動は、電解液及び水を分解して１モルのみの酸素を発生させるが、カソード制限型電池における同じ数の電子の移動は、上述の式で見られるように２モルの水素を発生する。水素及び酸素のモル容積は、同等の温度及び圧力で類似のものであるので、電解液のガス発生は、アノード制限型電池ではカソード制限型電池の約半分の内部圧力を生じさせるのみである。この条件においては、図１Ａに概略的に示すように、カソード電圧が水素ガスを発生させるほど十分に低いレベルまで低下することができる前に、アノード電圧が急速に高まる。
【０００８】
電池の空隙容積及びシール通気圧力は、放電の終わりに電池内に残ると推定される電解液の量に基づき、上昇した圧力を漏洩又は破裂なしに受容するように設計される。当業者はまた、電解液濃度及び電解液と電極の相対量もまた、必要に応じて最適化することができる重要な電池設計要素であることを理解している。従来型の亜鉛アノード及び従来型の二酸化マンガンカソードを有する市販電池では、アノード：カソード容量比は、約１：１よりも低いが、約０．９０から約１．０の範囲とすることができる。約０．９８：１よりも大きい比の使用は危険であり、商用製品においてはもしあったとしても稀にしか見られない。更に、約１：１よりも大きいアノード：カソード容量比では、カソード電圧が過放電の時に水素発生電気化学的閾値よりも低い電圧に急落し、残留電解液が分解してガス発生及び潜在的にはセル破裂をもたらす可能性がある高い危険性が存在する。類似の状況は、１つの電池が列内の他のものよりも先に消耗され、従って電流が列を通過して依然として流れる直列の電池内で電圧逆転が発生した時の電池の過放電中に同じく生じる可能性がある。
【０００９】
電池のガス発生だけが、１：１よりも大きいアノード：ＭｎＯ2容量比を有するアルカリ電池が直面する問題ではない。二酸化マンガンカソードは、多めの量の電解液と共に与えられた時に固定の電圧カットオフに対してより高い放電効率を示すことは公知である。通常の容量比（１：１未満）では、十分なアノード及び電解液がないことは、カソードの利用度を妨げ、ほとんど装置に対してＭｎＯ2の利用可能な放電容量の小さい割合だけを典型的なカットオフ電圧を超えて取り出すことを可能にしている。（図２は、実用電池のカソード放電を利用可能な電解液の無制限（理想的）供給を有するものと比較している。）従って、有意なガス発生の可能性を高めることなくより良くカソードを利用するように設計された実用電池は、現在可能であるものよりも高い電池容量を有するであろう。しかし、現在の物理的な設計制約を考慮すると、消費者向け円形アルカリ電池の放電容量を大きく向上させる唯一の公知の方法は、より高い効率の活性材料を使用するか、又は他のより高い容量の活性材料を用いることである。
【００１０】
従って、過剰なガス発生の問題なしに、従来的に達成されるよりも多量のアノードを含有する電気化学電池を準備する（すなわち、従来型のアルカリバッテリよりも多量の電解液も準備する）ことによりアルカリバッテリの放電効率を向上させることが望ましい。
【００１１】
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／５２８，４１４号
【発明の開示】
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、電気化学電池は、コンテナ及びそのコンテナ内に配置されたカソードを含む。カソードは、１次活性材料を含む。電池は、１次活性材料と異なり、かつ１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダを更に含む。アノード材料を含むアノードは、カソードに隣接してコンテナ内に配置される。少なくとも１つのセパレータが、アノードとカソードの間に配置され、更にアノードとエキステンダの間に配置される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、電気化学電池は、コンテナ及びそのコンテナ内に配置されたカソードを含む。カソードは、１次活性材料を含む。電池は、１次活性材料と異なるエキステンダを更に含む。エキステンダは、１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有する。アノード材料を含むアノードは、カソードに隣接してコンテナ内に配置される。少なくとも１つのセパレータが、アノードとカソードの間に配置され、更にアノードとエキステンダの間に配置される。
【００１４】
本発明の更に別の態様によれば、電気化学電池を生成する方法が提供される。本方法は、電池コンテナを準備する段階と、１次活性材料を含むカソードをコンテナに入れる段階と、１次活性材料と異なり、かつ１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダをコンテナに入れる段階と、アノードをコンテナに入れる段階と、少なくとも１つのセパレータをアノードとカソード及びエキステンダの両方との間に設ける段階とを含む。
【００１５】
本発明の更に別の態様によれば、電気化学電池を生成する方法が提供される。本方法は、電池コンテナを準備する段階と、１次活性材料を含むカソードをコンテナに入れる段階と、１次活性材料と異なり、かつ１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有するエキステンダをコンテナに入れる段階と、アノードをコンテナに入れる段階と、少なくとも１つのセパレータをアノードとカソード及びエキステンダの両方との間に設ける段階とを含む。
【００１６】
本発明の１つのバージョンによれば、電気化学電池は、アノード、カソード、及びアノードとカソードの間に配置されたセパレータを含む。アノードは、電池内部容積の立方センチ当たり少なくとも０．５Ａｈの容量を有する。
【００１７】
本発明の別のバージョンによれば、電気化学電池は、アノード、マンガン酸化物を含むカソード、エキステンダ、及びアノードとカソード及びエキステンダの両方との間に配置された少なくとも１つのセパレータとを含む。
【００１８】
本発明の更に別のバージョンによれば、電気化学電池に使用することができるカソードは、１次活性材料と、１次活性材料と異なり、かつ１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダとを含む。
【００１９】
本発明の更に別のバージョンによれば、電気化学電池に使用することができるカソードは、マンガン酸化物を含む１次活性材料とエキステンダとを含む。
【００２０】
本発明の別の側面では、電気化学電池の１次活性材料を含むカソードと組み合わせて使用することができるエキステンダが提供される。エキステンダは、１次活性材料とは異なり、かつ１次活性材料よりも多くない量で存在する。
【００２１】
本発明の更に別の側面では、電気化学電池は、アノード、カソード、アノードとカソードの間に配置されたセパレータを含む。カソードの少なくとも一部分は、一般的に、ＭxＣｕyＯzによって特定され、式中の「Ｍ」は、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるいずれかの元素である。
【００２２】
特許請求の範囲と共に様々な実施形態の以下の詳細説明を考察すると、他の態様及び利点が明らかになり、特定の適応、組成の変形、及び物理的特性のより十分な認識が得られるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、例えば、アルカリ電気化学電池である電気化学電池及びそれらの構成部品に関する。本発明のある一定の態様は、性能及び／又は信頼性の理由のためにある一定のアノード：カソード容量バランスを現在必要とするあらゆる電気化学システムに適用することができる。従来型の円筒形アルカリ電池が図３に示されているが、当業者は、本発明がこの示された電池に限定されず、他の円筒形電池構成及び平型電池（角型電池及びボタン電池）のような他の非円筒形電池に適用されることを認めるであろう。
【００２４】
図３を参照すると、軸線方向に延びる円筒形アルカリ電池１８は、約０．０１２インチの厚みであり、最初に一端が開き一端が閉じている引き抜きスチール製コンテナである正側集電子２０を含む。１つ又はそれよりも多くの環状カソードリング２４は、それらの外側周囲側壁での外径が正側集電子２０の内径よりも大きくなるようにして、複数のリングの形態のカソードマトリックスを生成するようにカソード混合物に圧力を印加することによって形成され、正側集電子２０内に設けられて正側集電子２０との圧力接触部が形成される。カソードリング２４は、アノード区画２８を提供する中央に形成された空隙を形成する内面を呈する。セパレータ３２とゲル化亜鉛を含むことができるアノード２６とは、カソードリング２４によって形成される空隙内部に設けられ、カソードリング２４の内面及びアノード２６の外面がセパレータ３２に係合する。それを貫通して延びる負側集電子３６を有するシールディスク２９が、コンテナの開放端部に配置され、開放端部の近くでコンテナ内に巻き込まれてシールディスク２９を支持するビード２５と接触する。コンテナ２０の開放端部は、シールディスク２９の上に圧着され、従って、シールディスク２９を圧着開放端部とビード２５の間で圧縮し、電池１８を閉じてシールする。正側集電子は、外側に延びる残りの部分２１を形成する。
【００２５】
セパレータ３２は実質的に円筒形であり、イオン透過性材料を含み、かつアノード２６とカソードリング２４の内側周囲側壁との間に挿入されて、アノード２６とカソード２４の間の電気的接触を妨げ、一方でアノード２６とカソード２４の間のイオン輸送を可能にする。セパレータ３２は、正端子端部の近くに缶２２の内面とアノード２６との間で電池１８の平面を半径方向に横切って更に延びている。セパレータ３２のこの部分は、円筒形セパレータ３２と一体化することができ、又は、当業技術で普通のように、類似であるが多くの場合により厚い材料から成る図３に示すような分離された「ボトムカップ」の形態とすることができる。一般的に、水酸化カリウム及び水を含むアルカリ性水性電解液は、アノード２６、カソードリング２４、及びセパレータ３２を少なくとも部分的に湿潤させる。図３に示す電池１８は、本発明を限定することを意図せず、本発明を実施するために使用することができる電気化学電池の一例を提供するものであり、アルカリ性電解液濃度、アノード亜鉛充填レベル、及びアノード亜鉛粒径分布のうちの１つ又はそれよりも多くが性能的利点を得るために変更された電池構造を含むいくつかの他の電池構造を代替的に使用することができることが認められるものとする。円筒形電池が示されているが、本発明は、寸法及び形状を問わずあらゆる電気化学電池に等しく良好に適用することができ、それらとしては、以下に限定されるものではないが、サイズＡＡ、ＡＡＡ、Ｃ、Ｄ、９Ｖの各電池、並びにボタン電池及び角型電池が挙げられる。
【００２６】
カソード２４は、二酸化マンガンとすることができるカソード活性材料を含む。二酸化マンガンは、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）とすることができる。従って、ＥＭＤがカソード混合物に添加される時に、対応して、電池１８の放電効率が高まる。化学二酸化マンガン（ＣＭＤ）又は天然二酸化マンガン（ＮＭＤ）をＥＭＤの代わりに又はＥＭＤと共に代替的に利用することができることを認めるべきである。従って、本発明の開示を通じて用いられる時の二酸化マンガンという用語は、ＥＭＤ、ＣＭＤ、ＮＭＤ、又はその組合せを意味する。過剰のアノードガス発生を起こす可能性のある不純物を最小化するために、二酸化マンガンは、必要に応じて従来的に精製することができることも更に認めるべきである。
【００２７】
広範な実施形態では、電気化学電池１８は、１次カソード活性材料と異なる電気活性エキステンダ材料を含む。エキステンダ材料は、セパレータ３２に関してアノード２６とは反対の電池１８内の位置に配置され、そのエキステンダ材料は、電池放電特性を改善するので、エキステンダ材料はまた、カソードエキステンダとも称することができ、以下でより詳細に説明するように、これは、カソード２４と物理的に分離でき（図５及び図７Ｂ）、又はカソード２４と混和することができる（図６）。
【００２８】
適切なカソードエキステンダ材料の非限定的な例としては、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、Ｃｕ2Ｏ、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、酸化銀、オキシ水酸化ニッケルである単一及び混合金属の酸化物、硫化物、水酸化物又は塩、並びにヨウ素酸塩銅、オキシ燐酸塩銅、又は鉱物源から直接に利用でき又は合成錯体として利用することができるものを含むあらゆる安定な金属錯体である錯体が挙げられる。
【００２９】
本発明のある一定の態様による適切なカソードエキステンダ材料の追加の非限定的な例は、一般的に式ＭxＣｕyＯzによって示され、式中のＭは、説明したようないずれかの適切な元素であり、１≦ｘ≦５、１≦ｙ≦５、及び１≦ｚ≦２０である。一般式としてＡＭxＣｕyＯz（式中Ａは、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａ、並びにそれらの混合物の中から選択することができる）を有する化合物もまたカソード活性材料として用いるように設計することができる。本発明の特定的な実施形態では、ＣｕＯ、Ｃｕ（ＯＨ）2及びＭxＣｕyＯzのうちの少なくとも一方がカソードエキステンダとして使用される。
【００３０】
混合酸化物カソードエキステンダ材料を調製する処理の一例は、錯化剤及び還元剤（例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4）、ギ酸ナトリウム、ギ酸、ホルムアルデヒド、フマル酸、又はヒドラジン）を加えて塩の混合溶液を化学還元し、金属を含有する化合物を生成することである。式ＡＭxＣｕyの錯化合物はまた、この還元段階で前駆物質として第３の金属塩を添加して調製することができる。得られる生成物は、酸化剤（例えば、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、過硫酸カリウム又は塩素酸カリウム）を使用して酸性条件で酸化し、銅ベースの混合酸化物を生成することができる。
【００３１】
例えば、このようにして調製されたＣｕ／Ｍｎ化合物は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析によって混合銅マンガン酸化物相を含むことが示されている。この酸化物に相当するＡＳＴＭカードはないが、その回折パターンは、Ｃｕ2Ｍｎ3Ｏ8のパターンと同様である。Ｃｕ2Ｍｎ2Ｏ5単独又はＣｕＯとの組合せなどである他の化合物もまた、酸化処理の間にｐＨがより低減された（すなわち、より酸性にされた）時に検出されている。酸化条件の制御は、得られる銅ベースの混合酸化物材料の構造を変化させるのに使用することができる。これらの生成物の最終組成及び結晶化度は、有効に制御することができる。この混合酸化物相に加え、合成の生成物は、マンガン酸化物及び銅酸化物を含む他の相を含有することができる。当業者に公知のように、ある程度の低温度から中間温度の溶液ベースの合成方法は、不定形の混合金属酸化物の生成物を生じさせる可能性がある。
【００３２】
Ｃｕ／Ｍｎ化合物の酸化は、例えば、アルカリ溶液中又はｐＨが中性の溶液中で行うことができることも想定されている。有機又は無機酸（又は塩基）を用いて、酸化液のｐＨを調整することができる。同様に、化合物は、化学酸化の前に最初に熱処理することができる。更に、合成した混合銅金属酸化物化合物は、導電材料と混合される前に熱処理してカソードを形成することができる。
【００３３】
混合酸化物化合物はまた、高エネルギのボールミルを使用する公知の機械的合金形成法により、又はオーブン中での直接高温合成法により、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などのような様々な出発原料を用いて調製することができる。こうした転移反応は、当業者によって容易に設計することができ、電気化学電池の構成要素に使用するための望ましい純度を伴った高収率の反応が達成される。ＭxＣｕyＯz又はＡＭxＣｕyＯzの銅ベースの混合酸化物材料は、金属塩溶液の混合物を共沈させた後、適切な条件下でこの沈殿物を加熱することによって代替的に形成することができることが更に想定されている。
【００３４】
上述の材料は、１次活性材料として又はその放電電圧が１次活性材料の初期放電電圧よりも低い程度までエキステンダ材料として提供することができることを認めるべきである。酸化銅は、本明細書で共通式ＣｕＯで示されているが、当業者が認めるように、この材料は、完全な化学量論性を本質的に持たないこともまた注意すべきである。換言すれば、ＣｕＯ内の銅及び酸素は、正確には１：１の比率ではなく、Ｃｕ：Ｏ比は、通常約０．９：１から１：１．１の範囲にある。こうした材料がある一定の範囲の化学量論比率にわたって得られ、そのような範囲で有用な電極材料としての実用性もまた証明されることが見出されるのは一般的である。これは、本明細書に開示された他の電極材料に対しても同様に当て嵌まる。
【００３５】
本発明の１つの態様は、電池内のエキステンダ材料を１次活性材料よりも多くない量で提供する。例えば、アルカリＺｎ／ＭｎＯ2電池の場合、その中の活性材料が１００％ＥＭＤであるカソードの代わりに、カソードは、実質的に同じ合計重量の活性材料を有し、５０％を超える材料がＥＭＤであり、残った部分は、カソードエキステンダ材料である。カソード構成要素の残りは、アルカリＺｎ／ＭｎＯ2バッテリにおいて慣行的なものとすることができるが、その比率は、エキステンダ材料の量並びに導電性及び結合特性によって変えることができることを当業者は容易に認識するであろう。
【００３６】
本発明の別の態様は、１次カソード活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を示すカソードエキステンダ材料を提供する。アルカリＭｎ／ＺｎＯ2電池の場合、カソードエキステンダ材料は、望ましくは、二酸化マンガン還元の第１電子よりも低い電圧で放電する。
【００３７】
本発明の別の態様は、高い比放電エネルギ密度（１次カソード活性材料のものと少なくとも同程度の）を有するエキステンダ材料を提供する。当業者に公知のように、エネルギ密度は、単位質量当たりの容量（重量エネルギ密度）、又は単位容積当たりのアンペア−時（Ａｈ）として定めることができ、それぞれｍＡｈ／ｇ又はＡｈ／ｃｃの単位を有する。例えば、マンガン酸化物カソードを有するアルカリ電池の場合、エキステンダ材料は、例えば、ＣｕＯ（２電子放電に対して６７４ｍＡｈ／ｇ、４．２６Ａｈ／ｃｃ）、Ｃｕ2Ｏ（３３７ｍＡｈ／ｇ）、又はＣｕ（ＩＯ3）2（９０２ｍＡｈ／ｇ）のように、少なくとも約３００ｍＡｈ／ｇ又は少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃのエネルギ密度を有する。本発明のある一定の態様では、高い容積及び高い重量密度材料が望ましく、その理由は、少量のエキステンダが電池内で過度の容積を占めることなく、放電挙動及び容量に対して望ましい影響を有することをそれが可能にするからである。例えば、本発明のある一定の態様によれば、エキステンダは、カソード容積の約３０％未満を占める。
【００３８】
本発明の別の態様は、１：１よりも大きいアノード／１次カソード容量比を達成するエキステンダ材料を含む電池を提供する。エキステンダ材料は、酸化銅又は水酸化銅エキステンダの場合におけるように、実質的に平坦で安定な放電電圧プロフィールを有する。図１Ｂは、アノード／１次カソード容量比が１．０よりも大きく、カソードがＣｕエキステンダ材料を含有する電池のアノード及びカソード電圧プロフィールを示している。放電のための十分なアノードがある時、ＣｕＯは、以下の２段階で放電することになることを認めるべきである。
【００３９】
段階１：２ＣｕＯ＋２ｅ＋Ｈ2Ｏ→Ｃｕ2Ｏ＋２ＯＨ-
段階２：Ｃｕ2Ｏ＋２ｅ＋Ｈ2Ｏ→２Ｃｕ＋２ＯＨ-
【００４０】
更に、本発明の更に別の態様によるエキステンダを含む電気化学電池は、その下限を０．５Ａｈ／ｃｃ又は代替的に０．５５Ａｈ／ｃｃと定め、その上限を０．９Ａｈ／ｃｃ又は代替的に１．０Ａｈ／ｃｃと定めた範囲内のアノード容量／電池内部容積比を有する。カソードエキステンダ材料は、過剰アノード及び電解液の全てが実質的に消費されるまでカソードが放電を継続することを可能にし、それによって過剰にガスを発生させる残留電解液が十分に残らないようにする。現在の市販のアルカリ電池は、８２０ｍＡｈ／ｇの亜鉛容量と、ＭｎＯ2の１．３３電子還元を仮定した４００ｍＡｈ／ｇのＭｎＯ2容量とに基づく、約０．５Ａｈ／ｃｃのアノード容積／内部容積比に制限されている。
【００４１】
亜鉛／二酸化マンガン電池の場合には、カソードエキステンダは、顕著な新しい設計柔軟性を可能にし、アノード対１次カソード容量比が０．９８：１、１．０３：１、１．０５：１、及び／又は１．１：１の間にあってそれを含むその下限と、１．５：１のその上限とで定められる範囲内であり、それによってこうした電池の放電容量を多くの装置の利用可能な放電電圧（すなわち、０．８Ｖを超える）内で顕著に増加させ、かつ、約０．８Ｖ未満（放電電圧による）の放電電圧での放電を延長させて、それによって本発明において先に詳述された亜鉛及びＭｎＯ2容量を用いて計算して１：１よりも大きいアノード：カソード容量比が使用される時に、従来型電池（エキステンダを用いない）における過放電で通常発生すると考えられる水素発生が避けられる。エキステンダを含む電気化学電池は、エキステンダの代わりに１次活性材料を含有するそれ以外は同一の電池の放電容量よりも大きい電池放電容量を有する。
【００４２】
更に、エキステンダは、過放電の間及び電池が電圧逆転に陥った時に１：１よりも大きいアノード対１次カソード電気化学バランス比を有する電池において通常直面する過剰のガス発生を回避する。ガス発生の減少は、直列系列内の電池の信頼性を向上させ、系列内の１つの電池が早発的に劣化した場合での電圧逆転及びデクリンピングの可能性を低減する。
【００４３】
カソードエキステンダ材料の使用は、従来型電池に比較して高められたアノード−１次カソード容量比の使用を可能にし、従って、カソード内のＭｎＯ2に利用することができる電池内の電解液（従って、水）の量が高まる。これは、電池のガス発生の不都合なしに、従来型電池に比較してＭｎＯ2の放電効率を顕著に向上させることができる。１次カソード活性材料の放電効率が高まると、必要なカソードの量が低減され、それによって電池内部の空間が要望される追加の活性材料又はエキステンダ材料のために解放されることが認められるであろう。
【００４４】
それに関連して、全アノード容積が増大された時、その時のカソード容積（従って、質量）は、利用可能な電池容積に適合するように低減される。標準ボビンデザイン円形電池においては、従って、カソード内径が必然的により大きくされるべきであり、より大きいカソード活性表面積を作り出す（増えた直径のため）。これは、放電の時のカソード電流密度を低下させることにより、カソード放電効率に利益を与える。
【００４５】
図４を参照すると、従来型電池と、本発明の少なくとも１つの態様に従ってエキステンダを含む電池との電気化学バランスが示されている。図４において、Ｘは、アノードの電気化学容量（（ｍＡｈ／ｇ）*ｇ）を表し、Ｙは、１次カソード活性材料の電気化学容量を表す。上述のように、従来型電池は、アノード制限型であり、過剰のカソード容量を有するようにバランスが取られ、Ｘは、Ｙよりも小である。本発明のある一定の態様に沿えば、カソードエキステンダＺの包含は、付加のアノード容量が電池設計内に組み込まれることを可能にする。これは、従来のアノード容量Ｘへの電気化学活性アノード容量の付加（Ｘ1）として表される。この設計は、Ｘ＋Ｘ1＞Ｙであるので、１次カソード材料Ｙの実質的に全てを使用することができ、一方で、Ｘ＋Ｘ1≦Ｙ＋Ｚであるので、電池の全体的な電気化学バランスは、アノード制限型のままである。
【００４６】
一般的に、エキステンダは、それが正端子又は１次カソード材料と電子的に接触している限りはどこにでも配置することができる。従って、それは、１次カソード材料と混和でき又はそれから分離することができる。一部の場合には、それを１次活性材料から分離しておくことが望ましい場合がある。一例として、標準的Ｚｎ／ＭｎＯ2電池では、ＭｎＯ2は、４．５ｇ／ｃｃの密度を有し、ＭｎＯ2１モル当たり２モルの水を消費し、かつその構造内に陽子を取り込んでＭｎＯＯＨ（不良電子伝導体かつＭｎＯ2よりも低密度の材料）を生成させる。カソード反応で電池内の余分の水を必要とすることにより、使用することができる亜鉛の量が制限され、比較的低い容積密度になる。また、ＥＭＤは、傾斜放電曲線を有する。
【００４７】
一方で、約６．３ｇ／ｃｃの密度を有する酸化銅（ＣｕＯ）は、第１の電子の放電においてＭｎＯ2に比較して半分の水を消費し、より小さい容積膨張を示し、比較的平坦な放電曲線を有して、電池内で高い容積エネルギ密度を提供する。適切な比率のＥＭＤ（例えば、全カソード活性材料の８０−９０重量％）及び１０−２０重量％のＣｕＯエキステンダを含むカソードでは、初期作動電圧が高いが若干傾斜する放電曲線を有するＥＭＤが最初に放電してＣｕＯが続き、それらの間は比較的鋭く遷移する。この２つの物理的混合物を含有するカソードでは、場合によっては以下の理由でＭｎＯ2含量が増大すると、カソードのＣｕＯ部分の性能が劣化する。このようなカソードでは、ＭｎＯ2がその第１の電子を放電した後、ＣｕＯ放電反応が支配的になる。しかし、この第１のステージではＣｕＯに使用することができる電解液は有効な反応のためには不十分であり、質量移動分極が生じる。ＭｎＯ2の容積膨張もまた、ＣｕＯ粒子をＭｎＯ2自体から、またカソード内に通常提供されている導電材料（グラファイト）から分離させる可能性がある。導電材料は、天然グラファイト又は合成グラファイトとすることができ、かつ、当業者が認めるように更に膨張グラファイトを含むことができる。初期ＭｎＯ2放電反応の影響は、カソードでのオーミック抵抗の増大であり、結果として更に別の電圧損失が生じる。これらの処理の正味の影響は、ＣｕＯ材料が、それがそうでなくて単独に放電する時よりも顕著に低い電圧で作動することである。
【００４８】
従って、本発明のある一定の態様は、１次カソードとエキステンダとを個別の層又はペレット（又は、酸化物の混合物を含むことができる別々の層）として又は電池内の別々の位置において電池内に任意的に提供し、その本来の還元電位にできるだけ近く有効に放電することができるようにすることにより、異種の放電作動の悪影響の緩和を追求するものである。
【００４９】
カソードをディスク形態とすることができる平型（角型）バッテリでは、活性材料は、一方が他方の上にある積重ね環状層、一方が他方の内部にある同心リング又は隣接するアーチ形セグメント（例えば、半円形セグメント）とすることができ、これらは図５に示されている。層のうちの少なくとも１つがエキステンダ材料を含むことができ、一方で残りの層が１次カソード活性材料を含むことができることを認めるべきである。代替的に、層のうちの少なくとも１つは、エキステンダ材料と１次カソード活性材料との混合物を含むことができる。
【００５０】
「タブレット」とも称される複数の中空円筒として外部から加圧挿入されるか又は缶内に原位置で製作される円筒形カソードを缶内に使用する円筒形バッテリ構成の場合には、図６に示すように、材料を分離したまま維持するために同じ概念を使用することができる。材料は、物理的及び電子的に接触しているが、共に混合又は混和されてはいない。しかし、望ましいエキステンダの量に基づき、カソードタブレットのうちの１つが、全てのエキステンダと幾らかの１次カソード活性材料を含有することができ、一方で残りのタブレットは、１次活性材料を含有するのみであると考えられる。
【００５１】
製造工程での利点を有する更に関連する電池構成もまた考えられている。例えば、アルカリＺｎ／ＭｎＯ2電池の場合、エキステンダは、図８に示すようにＥＭＤの重量がエキステンダの重量よりも大きくなるようにして、１次カソード材料とは別の位置で電池内に含まれる（すなわち、エキステンダは、カソードの一部を形成しない）。
【００５２】
図７Ａを参照すると、エキステンダ材料は、分離したタブレットの形態で提供することができ、例えば、負電池端子２３に接近した電池内部の選択された位置で缶の一部分を占めることができる。代替的に、図７Ｂに示すように、エキステンダ材料を含むタブレットは、電池の負側端部の近く、電池の中央付近、又は電池の正側端部の近くに配置することができる。更に代替的に、１個を超える、エキステンダ材料を含むタブレットを、他のエキステンダタブレットに隣接するか又は隣接しないで（例えば、カソードタブレットによって分離されて）含むことができる。
【００５３】
エキステンダが、腐食してアノード汚染化学種を生成する可能性のある材料を含み、その化学種をアノードに移行させると、バッテリ性能にマイナスの影響を与える可能性がある場合には、アノード汚染可溶性化学種の移動を実質的に抑制することができる分離バリア３５を設けることができる。適切なバリア材料としては、セロハンのようなセルロースフィルム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム、改質又は架橋ＰＶＡフィルム、及びこのようなフィルムなどの積層組合せ体又は適切な混成物が挙げられる。別のこのようなポリマーは、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）エマルジョンであり、これは、ビニルアセテートモノマー、ビニルアセテート−エチレン・コポリマー、及びビニルアセテートポリマーを含有し、フィルムとして使用することができるか又は不織セパレータ材料に被覆することができ、アノード汚染可溶性化学種の移動を実質的に抑制する。バリア材料３５は、カソードエキステンダをアノードから隔離し、そのようにしてアノード汚染を最小化する。エキステンダ材料が図７Ａ及び図７Ｂに示すように配置され、又は図６にあるように１次カソード材料と混和される時、管状セパレータ３２全体は、アノード汚染可溶性化学種の移動を実質的に抑制するバリア材料を含むことができる。代替的に、図７Ａに示すように、従来型のセパレータ３２（螺旋、渦巻き、交差配置）をバリアセパレータ３５と組み合わせて設けることができる。このようなセパレータシステムは、セパレータの縁部周りのアノード汚染可溶性化学種の移動を抑制する継ぎ目シール及び底部シールによって利益を受ける。
【００５４】
代替的に、図８を参照すると、エキステンダ３３は、残りの部分２１を少なくとも部分的に満たすことができ、正端子に接近した位置で電池の全範囲にわたって更に拡がることができる。この実施形態では、バリアセパレータ材料３５は、エキステンダ３３のアノードに面した表面にわたって拡がり、必要に応じて図示のように従来型のセパレータ３２と組み合わせて設けることができる。図８において、バリアセパレータ層の使用は、エキステンダがアノード汚染可溶性化学種を生成する可能性のある材料を含む時に図６及び図７に示す実施形態では望ましいと考えられるアノードと１次カソード材料の間の管状セパレータのための何らかの継ぎ目及び底部シールの必要性もまた都合よく未然に避けるものである。残りのカソードは、従って、従来型の多孔質円筒形（螺旋、渦巻き、交差配置）セパレータ３２を有する従来型の円筒形カソードタブレット２４の形態とすることができる。
【００５５】
代替的に、ここで図９Ａを参照すると、電池１８は、導電媒体（例えば、カーボンブラック、グラファイト粉末又はグラファイト繊維、金属粒子又は金属繊維など）と組み合わされたエキステンダ材料を含み、バッテリコンテナ２０の内面の一部分に被覆された層３９を含むことができる。従来型の現在のアルカリバッテリ缶は、バッテリコンテナの内面に炭素コーティングを含むことができ、カソードと缶との接触を改善してカソードの抵抗を低減させ、それによって特に高い電流排出でのバッテリ性能を向上させる。そのような炭素コーティングを導電媒体と組み合わされたエキステンダを含む層と置換することは、顕著な製造の自由度を提供でき、かつバッテリ製造コストを顕著に低減することができる。代替的に、層３９（これは、導電媒体と混合されたエキステンダ材料を含むことができる）は、図９Ｂに示すように、従来型炭素コーティング４１とコンテナ２０の間に配置することができる。更に代替的に、層３９は、図９Ｂに示すように、従来型炭素コーティングの内面に配置することができる。層３９及び４１は、様々な方法で吹付けることができ、又は別途当業者に認められるいずれかの方式で被覆することができる。
【００５６】
典型的な製造工程では、分離したドーナツ型カソードタブレットが、バッテリ缶に挿入される前にタブレット作製装置で作製される。複数のタブレットが、必要な高さが得られるまで缶内に挿入される。このような処理は、異なる材料の別々のタブレットの使用によく適している。従って、必要なエキステンダの量に基づいて材料比Ａ対Ｂが変化することができることが想定されている。同様に、こうしたタブレットの数もまた用途に基づいて変化することができる。
【００５７】
アルカリ電池のアノード：１次カソード容量比を高め、かつ電池を再均衡化するいくつかの手法が考えられている。アノードとカソードの容積が固定されている（かつ従来型とすることができる）第１の実施形態では、アルカリ電池は、単位アノード容積当たり従来型のものを超える亜鉛質量を有するアノードを含み、それによって広範囲の放電率にわたってより大きい電気化学放電容量を提供する。ゲル化亜鉛アノードの他の成分は、従来型とすることができ、電解液、ゲル化剤、界面活性剤などを含むことができる。
【００５８】
第２の実施形態では、アノード：１次カソード容量比は、現在の業界の標準である約１：１未満から、本発明のある一定の態様に従ってアノードに使用することができる容積を増加させることによって約１．５：１のような高さにまで増大することができる。この第２の実施形態では、高められたアノード容量と、その結果高められた水：１次カソードのモル比とが組み合って、より大きいアノード及びカソード放電効率、従って電池容量が得られる。理論によって制約されることは意図しないが、より大きいアノードの量によって可能とされる電池内のより多い電解液（従って、より多い水）の存在は、質量輸送を向上させることによってカソード放電を助け、それによって従来型の電池バランスを有する従来型電池におけるよりも１次カソード活性材料が少なく存在しても、図２に示すように１次カソードの放電効率を高めると考えられる。その結果、顕著な容量の増加を１Ｂ又はそれよりも低い終点の場合の典型的な標準放電率での電池放電の間で得ることができる。
【００５９】
必要に応じて、エキステンダ材料３３とアノード２６の間に配置されたバリアセパレータ３５は、エキステンダ３３からアノード区画２８内への生成した銀化学種、銅化学種、及び／又は硫黄化学種であるアノード汚染可溶性化学種の移動を実質的に制限し、一方で水酸化イオン及び水の移動を可能にする。更に、カソード２４又はエキステンダ３３又はその両方は、イオン性化学種のカソードからアノードに向う移動を低減又は抑制する作用物質を含むことができる。ポリビニルアルコール、活性炭、様々な粘土、及びラポナイトのようなケイ酸塩などである作用物質は、イオン性化学種を吸着又は阻止する能力を示している。
【実施例】
【００６０】
図１０は、９０％ＥＭＤ及び１０％ジェットミル加工ＣｕＯ（エキステンダとして）を含有するカソードを有するアルカリ電池の１２．５ｍＡ（２５０ｍＡ相当ＡＡ）連続電流での放電挙動を示し、ここで、ＣｕＯの重量パーセントは、全カソード活性材料のパーセントとして測定された。市販のＺｎ／ＭｎＯ2電池（Ｒａｙｏｖａｃ）放電曲線もまた示されている。０．９Ｖのカットオフ電圧に至るまでの放電容量の最大４５％増加が、アノードゲル内のより少ない亜鉛装填と組み合わせてアノード：１次カソード容量比を高めることによって得ることができることが分る。アノード制限型設計を用いて約０．９５：１の容量比を有する市販電池は、電池電圧でのこの切り立った低下で示すように突然失活する。多くの装置は、０．９Ｖ未満でも作動を続け、従って、エキステンダを含むバッテリは、５０％を超えて増加した容量を提供することができる。エキステンダの存在は、低電圧の放電を顕著に延長させ、ガスを発生するほど電圧が低下するのが抑えられる。その効果は、より少ないアノード装填（例えば、６６％対６８％亜鉛装填）、及びより低電流が使用された例２（図１１）に見られるようなより低い放電率で最も明確に見られる。設計最適化は、カソード容量及びエキステンダ性能を更に向上させることができる。
【００６１】
図１１は、９０％ＥＭＤ及び１０％ジェットミル加工ＣｕＯ（エキステンダとして）を含有するカソードを有するアルカリ電池の５ｍＡ（１００ｍＡ相当ＡＡ）電流での放電挙動を示し、ここで、ＣｕＯの重量パーセントは、全カソード活性材料のパーセントとして測定された。約０．９５：１のアノード／カソード容量比を有する市販ＡＡと比較して、０．９Ｖに至るまでの最大１５％の容量増加を得ることができる。より低い電圧では、この恩典は、３０−５０％である。約０．９５：１比を有する市販電池は、この場合もやはり突然の電圧低下を示し、０．８Ｖよりも下では容量を持たない。ここでもまた、エキステンダが存在する時に放電は顕著に延びる。
【００６２】
図１２から図１４は、Ｈｇ／ＨｇＯ基準電極を有するＺｎ／ＭｎＯ2アルカリＡＡ電池における様々なシナリオの影響を示している。図１２は、Ｈｇ／ＨｇＯ基準電極に対する従来型アノード：ＭｎＯ2容量比を有するＬＲ６（ＡＡ）のアノード及びカソード電圧を示している。左軸は電池電圧を示している。電池がアノード制限型であるので、アノード電圧（基準に対する）は、８．５時間を超える過放電で急速に上昇し、カソード電圧は約０．４５Ｖである。図１３は、アノード：ＭｎＯ2比を約１．２に高めることが、エキステンダがなくてもバッテリの作動時間を顕著に増加させるであろうことを示している。しかし、この場合はカソード制限型であるので、水素発生のための閾値電位を過ぎてカソード電圧（基準に対する）が約−１．０Ｖに低下すること（前の実施例とは違って）に注意することが重要である。これは、カソード及びカソード集電子（缶壁部）表面上での急速で顕著な水素発生をもたらし、シールの破れを発生させ、電解液の漏洩又はバッテリ破裂の可能性をもたらすものである。
【００６３】
図１４は、高い容量及び重量エネルギ密度を有するＣｕＯのような電気活性カソードエキステンダ材料の存在において、エキステンダが複数の段階で放電してカソード放電容量の顕著な増加をもたらすことを概略的に示している。ＣｕＯの放電機構は複雑であるが、２つの段階で放電すると理解されている。
【００６４】
段階１：２ＣｕＯ＋２ｅ＋Ｈ2Ｏ→Ｃｕ2Ｏ＋２ＯＨ-
段階２：Ｃｕ2Ｏ＋２ｅ＋Ｈ2Ｏ→２Ｃｕ＋２ＯＨ-
【００６５】
図１４に示すように、この電池は、カソード電圧が水素発生の閾値よりも低下することを回避し、それによって過剰亜鉛の放電を延長させ、電解液ガス放出電位に到達する前に過剰の電解液を消費する。このようにして、寿命の終期で、この電池は、あらゆる従来型のアルカリ電池と同様に無害の状態であるが、非常に高い容量を有する。図１４に表された電池は、約１．２：１のアノード：ＭｎＯ2放電容量比を有していた。
【００６６】
以上を鑑みて、本発明のいくつかの利点が達成され、他の有利な結果が得られたことが分るであろう。上述の処理及び複合材料において本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができるので、上述の説明に含まれて添付図面で示された全ての事項は、限定的ではなく例示的に解釈されるべきであるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１Ａ】従来型のアノード制限型電池によるガス放出の領域を概略的に示す図である。
【図１Ｂ】本発明のある一定の態様に従って構成された電池によるガス放出の領域を概略的に示す図である。
【図２】実用電池と利用可能な無制限（理想的）電解液を有する（無制限アノード容量を模擬する）半電池とに対して、放電効率に対するカソード放電電圧を比較した図である。
【図３】円筒形電気化学電池の側面断面図である。
【図４】従来型電池及び本発明の１つの態様に従ってエキステンダを含む電池の電気化学バランスを概略的に示す図である。
【図５】平型電気化学電池のための複数の構成を示す図である。
【図６】円筒形電気化学電池のための複数の構成を示す図である。
【図７Ａ】エキステンダが１次カソード材料から分離されて電池内部の様々な位置にタブレットの状態で配置されている円筒形電気化学電池のための代替の構成を示す図である。
【図７Ｂ】電気化学電池のための複数の代替の構成を示す図である。
【図８】エキステンダが１次カソード材料から分離されて正電池端子の近くに配置されている円筒形電気化学電池のための別の代替の構成を示す図である。
【図９Ａ】電池コンテナの内面に隣接して配置されたエキステンダ材料を含む円筒形電気化学電池の側面断面図である。
【図９Ｂ】エキステンダが代替的な実施形態に従って配置されている図９Ａに類似した円筒形電気化学電池の側面断面図である。
【図９Ｃ】エキステンダが別の代替的な実施形態に従って配置されている図９Ｂに類似した円筒形電気化学電池の側面断面図である。
【図１０】様々なアノード／１次カソード容量比及び９０％ＥＭＤ／１０％ジェットミル加工ＣｕＯ（エキステンダ）を有するアルカリ電池の１２．５ｍＡ（２５０ｍＡ相当ＡＡ）での連続放電挙動を全ＥＭＤ従来型ＡＡ電池と比較して示し、本発明の態様によるエキステンダ効果を示すグラフである。
【図１１】５ｍＡ（１００ｍＡ相当ＡＡ）の電流での放電挙動である以外は図１０と同様のグラフである。
【図１２】従来型アノード：１次カソード容量比を有するＬＲ６（ＡＡ）電池のアノード及びカソード放電電圧を電池に設けられたＨｇ／ＨｇＯ基準電極に対してプロットした図である。
【図１３】過剰のアノード（すなわち、約１．２：１のアノード：１次カソード容量比）を有するＬＲ６（ＡＡ）電池のＨｇ／ＨｇＯ基準電極に対するアノード及びカソード放電電圧を示す図である。
【図１４】本発明のある一定の態様によるカソードエキステンダを含むＬＲ６（ＡＡ）電池の基準電極に対するアノード及びカソード放電電圧を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００３年１２月１０日出願の米国特許仮出願第６０／５２８，４１４号の恩典を請求するものであり、その開示内容は、本明細書においてその全内容が示されるように引用により組み込まれている。
【０００２】
連邦後援調査又は開発に関するステートメント
適用せず。
【背景技術】
【０００３】
消費者向けアルカリバッテリのための市場は、バッテリ作動式装置のためのより長時間の実働時間をサポートするより高容量の標準サイズ電池を求め続けている。従来型のアルカリＺｎアノード／ＭｎＯ2カソードのバッテリの放電効率は、使用される材料の電気化学的容量のためにそれらの限界に達している。本発明は、従来型のアルカリＺｎ／ＭｎＯ2バッテリにおいて今まで可能であったものよりも高い容量を有するアルカリ電池に関する。従来型アルカリ電池が単一のカソード活性材料（例えば、ＭｎＯ2）を通常含有するのに対して、本発明のある一定の態様に従って構成された電池は、１次カソード活性材料及びカソードエキステンダを含有する。本発明のある一定の態様による電池は、カソードエキステンダのない従来型アルカリ電池で利用することができるものよりも高い電池容量バランスを特徴とする。電池バランスは、アノード活性材料の容量と１次カソード活性材料の容量との間の比率（以後、アノード：１次カソード容量比）として表現することができる。
【０００４】
いくつかの理由のために、適正な電池バランスが望ましい。還元及び酸化の半反応によってバッテリ内に電気化学電流が発生する。アノード活性材料の酸化の間に放出された全ての電子は、カソード活性材料の還元の間に消費される。これらの２つの半反応が進行すべきであるという事実は、１つの半電池反応が全電池放電容量を制限することができるように電池を設計することを可能にする。従って、一方の電極活性材料が電気化学的に過剰に与えられ、同時に他方が電気化学的限界量で与えられる場合、放電の終わりには、限界活性材料の実質的に全てが消費され、一方で一部の非限界活性材料が消費されずに残る。毎年製造されて販売される莫大な数のバッテリを考えれば、この消費されない活性材料は、無駄なコストを表すものである。
【０００５】
いずれにせよ、大部分のバッテリシステムの設計においては、安全上の理由で、一方の電極の活性材料の量を電池の放電の後にその材料が残らないように意図的に制限するのが一般的な方法である。例えば、１次リチウムバッテリは、残留リチウムを含有する「表面的に失活した」バッテリの不適切な廃棄がもたらす可能性がある火災及び爆発の危険を避けるために、ほぼ完全なリチウム消費が保証されるように設計される。
【０００６】
同様に、残留電極及び／又は電解液を含有するアルカリバッテリは、過放電での電解液及び水の分解は、バッテリシールの破裂圧力を超えて電池の膨張、噴気、漏洩、又は破裂を不要にもたらす可能性のあるレベルまで内部電池圧力を高めるのに十分な量のＨ2又はＯ2ガスを発生させる可能性がある。電池が設計容量を使い尽くした後の還元−酸化反応に使用される残留水分の量は、重要な設計パラメータである。カソード制限型電池（すなわち、過剰のアノードを含有する電池）の過放電では、カソードの電圧が十分に低い値まで達した時、電解液内の水は、反応（４Ｈ2Ｏ＋４ｅ→２Ｈ2＋４ＯＨ-）において減少して水素ガスが発生することになり、この反応は、過剰の液体又はアノードが使い尽くされるまでカソード表面で進行することができる。同じように、アノード制限型電池においては、アノード電位が酸素発生のための電気化学的閾値を超えると、アノード表面で利用可能な水酸化物が酸化されることになり（４ＯＨ-→Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-）、酸素ガスが発生する。両方の反応が同時に起こった時は、両電極でガスが発生する可能性がある。
【０００７】
良好なバッテリ設計のためには、アノードが制限電極であることが好ましく、それは、そのようなアノード制限型電池においては、移動電子当たり発生するガスのモル数が、同等のカソード制限型電池よりも少ないであろうという理由による。アノード制限型電池においては、アノード材料が実質的に使い尽くされる時、更なる電子移動は、電解液及び水を分解して１モルのみの酸素を発生させるが、カソード制限型電池における同じ数の電子の移動は、上述の式で見られるように２モルの水素を発生する。水素及び酸素のモル容積は、同等の温度及び圧力で類似のものであるので、電解液のガス発生は、アノード制限型電池ではカソード制限型電池の約半分の内部圧力を生じさせるのみである。この条件においては、図１Ａに概略的に示すように、カソード電圧が水素ガスを発生させるほど十分に低いレベルまで低下することができる前に、アノード電圧が急速に高まる。
【０００８】
電池の空隙容積及びシール通気圧力は、放電の終わりに電池内に残ると推定される電解液の量に基づき、上昇した圧力を漏洩又は破裂なしに受容するように設計される。当業者はまた、電解液濃度及び電解液と電極の相対量もまた、必要に応じて最適化することができる重要な電池設計要素であることを理解している。従来型の亜鉛アノード及び従来型の二酸化マンガンカソードを有する市販電池では、アノード：カソード容量比は、約１：１よりも低いが、約０．９０から約１．０の範囲とすることができる。約０．９８：１よりも大きい比の使用は危険であり、商用製品においてはもしあったとしても稀にしか見られない。更に、約１：１よりも大きいアノード：カソード容量比では、カソード電圧が過放電の時に水素発生電気化学的閾値よりも低い電圧に急落し、残留電解液が分解してガス発生及び潜在的にはセル破裂をもたらす可能性がある高い危険性が存在する。類似の状況は、１つの電池が列内の他のものよりも先に消耗され、従って電流が列を通過して依然として流れる直列の電池内で電圧逆転が発生した時の電池の過放電中に同じく生じる可能性がある。
【０００９】
電池のガス発生だけが、１：１よりも大きいアノード：ＭｎＯ2容量比を有するアルカリ電池が直面する問題ではない。二酸化マンガンカソードは、多めの量の電解液と共に与えられた時に固定の電圧カットオフに対してより高い放電効率を示すことは公知である。通常の容量比（１：１未満）では、十分なアノード及び電解液がないことは、カソードの利用度を妨げ、ほとんど装置に対してＭｎＯ2の利用可能な放電容量の小さい割合だけを典型的なカットオフ電圧を超えて取り出すことを可能にしている。（図２は、実用電池のカソード放電を利用可能な電解液の無制限（理想的）供給を有するものと比較している。）従って、有意なガス発生の可能性を高めることなくより良くカソードを利用するように設計された実用電池は、現在可能であるものよりも高い電池容量を有するであろう。しかし、現在の物理的な設計制約を考慮すると、消費者向け円形アルカリ電池の放電容量を大きく向上させる唯一の公知の方法は、より高い効率の活性材料を使用するか、又は他のより高い容量の活性材料を用いることである。
【００１０】
従って、過剰なガス発生の問題なしに、従来的に達成されるよりも多量のアノードを含有する電気化学電池を準備する（すなわち、従来型のアルカリバッテリよりも多量の電解液も準備する）ことによりアルカリバッテリの放電効率を向上させることが望ましい。
【００１１】
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／５２８，４１４号
【発明の開示】
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、電気化学電池は、コンテナ及びそのコンテナ内に配置されたカソードを含む。カソードは、１次活性材料を含む。電池は、１次活性材料と異なり、かつ１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダを更に含む。アノード材料を含むアノードは、カソードに隣接してコンテナ内に配置される。少なくとも１つのセパレータが、アノードとカソードの間に配置され、更にアノードとエキステンダの間に配置される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、電気化学電池は、コンテナ及びそのコンテナ内に配置されたカソードを含む。カソードは、１次活性材料を含む。電池は、１次活性材料と異なるエキステンダを更に含む。エキステンダは、１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有する。アノード材料を含むアノードは、カソードに隣接してコンテナ内に配置される。少なくとも１つのセパレータが、アノードとカソードの間に配置され、更にアノードとエキステンダの間に配置される。
【００１４】
本発明の更に別の態様によれば、電気化学電池を生成する方法が提供される。本方法は、電池コンテナを準備する段階と、１次活性材料を含むカソードをコンテナに入れる段階と、１次活性材料と異なり、かつ１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダをコンテナに入れる段階と、アノードをコンテナに入れる段階と、少なくとも１つのセパレータをアノードとカソード及びエキステンダの両方との間に設ける段階とを含む。
【００１５】
本発明の更に別の態様によれば、電気化学電池を生成する方法が提供される。本方法は、電池コンテナを準備する段階と、１次活性材料を含むカソードをコンテナに入れる段階と、１次活性材料と異なり、かつ１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有するエキステンダをコンテナに入れる段階と、アノードをコンテナに入れる段階と、少なくとも１つのセパレータをアノードとカソード及びエキステンダの両方との間に設ける段階とを含む。
【００１６】
本発明の１つのバージョンによれば、電気化学電池は、アノード、カソード、及びアノードとカソードの間に配置されたセパレータを含む。アノードは、電池内部容積の立方センチ当たり少なくとも０．５Ａｈの容量を有する。
【００１７】
本発明の別のバージョンによれば、電気化学電池は、アノード、マンガン酸化物を含むカソード、エキステンダ、及びアノードとカソード及びエキステンダの両方との間に配置された少なくとも１つのセパレータとを含む。
【００１８】
本発明の更に別のバージョンによれば、電気化学電池に使用することができるカソードは、１次活性材料と、１次活性材料と異なり、かつ１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダとを含む。
【００１９】
本発明の更に別のバージョンによれば、電気化学電池に使用することができるカソードは、マンガン酸化物を含む１次活性材料とエキステンダとを含む。
【００２０】
本発明の別の側面では、電気化学電池の１次活性材料を含むカソードと組み合わせて使用することができるエキステンダが提供される。エキステンダは、１次活性材料とは異なり、かつ１次活性材料よりも多くない量で存在する。
【００２１】
本発明の更に別の側面では、電気化学電池は、アノード、カソード、アノードとカソードの間に配置されたセパレータを含む。カソードの少なくとも一部分は、一般的に、ＭxＣｕyＯzによって特定され、式中の「Ｍ」は、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるいずれかの元素である。
【００２２】
特許請求の範囲と共に様々な実施形態の以下の詳細説明を考察すると、他の態様及び利点が明らかになり、特定の適応、組成の変形、及び物理的特性のより十分な認識が得られるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、例えば、アルカリ電気化学電池である電気化学電池及びそれらの構成部品に関する。本発明のある一定の態様は、性能及び／又は信頼性の理由のためにある一定のアノード：カソード容量バランスを現在必要とするあらゆる電気化学システムに適用することができる。従来型の円筒形アルカリ電池が図３に示されているが、当業者は、本発明がこの示された電池に限定されず、他の円筒形電池構成及び平型電池（角型電池及びボタン電池）のような他の非円筒形電池に適用されることを認めるであろう。
【００２４】
図３を参照すると、軸線方向に延びる円筒形アルカリ電池１８は、約０．０１２インチの厚みであり、最初に一端が開き一端が閉じている引き抜きスチール製コンテナである正側集電子２０を含む。１つ又はそれよりも多くの環状カソードリング２４は、それらの外側周囲側壁での外径が正側集電子２０の内径よりも大きくなるようにして、複数のリングの形態のカソードマトリックスを生成するようにカソード混合物に圧力を印加することによって形成され、正側集電子２０内に設けられて正側集電子２０との圧力接触部が形成される。カソードリング２４は、アノード区画２８を提供する中央に形成された空隙を形成する内面を呈する。セパレータ３２とゲル化亜鉛を含むことができるアノード２６とは、カソードリング２４によって形成される空隙内部に設けられ、カソードリング２４の内面及びアノード２６の外面がセパレータ３２に係合する。それを貫通して延びる負側集電子３６を有するシールディスク２９が、コンテナの開放端部に配置され、開放端部の近くでコンテナ内に巻き込まれてシールディスク２９を支持するビード２５と接触する。コンテナ２０の開放端部は、シールディスク２９の上に圧着され、従って、シールディスク２９を圧着開放端部とビード２５の間で圧縮し、電池１８を閉じてシールする。正側集電子は、外側に延びる残りの部分２１を形成する。
【００２５】
セパレータ３２は実質的に円筒形であり、イオン透過性材料を含み、かつアノード２６とカソードリング２４の内側周囲側壁との間に挿入されて、アノード２６とカソード２４の間の電気的接触を妨げ、一方でアノード２６とカソード２４の間のイオン輸送を可能にする。セパレータ３２は、正端子端部の近くに缶２２の内面とアノード２６との間で電池１８の平面を半径方向に横切って更に延びている。セパレータ３２のこの部分は、円筒形セパレータ３２と一体化することができ、又は、当業技術で普通のように、類似であるが多くの場合により厚い材料から成る図３に示すような分離された「ボトムカップ」の形態とすることができる。一般的に、水酸化カリウム及び水を含むアルカリ性水性電解液は、アノード２６、カソードリング２４、及びセパレータ３２を少なくとも部分的に湿潤させる。図３に示す電池１８は、本発明を限定することを意図せず、本発明を実施するために使用することができる電気化学電池の一例を提供するものであり、アルカリ性電解液濃度、アノード亜鉛充填レベル、及びアノード亜鉛粒径分布のうちの１つ又はそれよりも多くが性能的利点を得るために変更された電池構造を含むいくつかの他の電池構造を代替的に使用することができることが認められるものとする。円筒形電池が示されているが、本発明は、寸法及び形状を問わずあらゆる電気化学電池に等しく良好に適用することができ、それらとしては、以下に限定されるものではないが、サイズＡＡ、ＡＡＡ、Ｃ、Ｄ、９Ｖの各電池、並びにボタン電池及び角型電池が挙げられる。
【００２６】
カソード２４は、二酸化マンガンとすることができるカソード活性材料を含む。二酸化マンガンは、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）とすることができる。従って、ＥＭＤがカソード混合物に添加される時に、対応して、電池１８の放電効率が高まる。化学二酸化マンガン（ＣＭＤ）又は天然二酸化マンガン（ＮＭＤ）をＥＭＤの代わりに又はＥＭＤと共に代替的に利用することができることを認めるべきである。従って、本発明の開示を通じて用いられる時の二酸化マンガンという用語は、ＥＭＤ、ＣＭＤ、ＮＭＤ、又はその組合せを意味する。過剰のアノードガス発生を起こす可能性のある不純物を最小化するために、二酸化マンガンは、必要に応じて従来的に精製することができることも更に認めるべきである。
【００２７】
広範な実施形態では、電気化学電池１８は、１次カソード活性材料と異なる電気活性エキステンダ材料を含む。エキステンダ材料は、セパレータ３２に関してアノード２６とは反対の電池１８内の位置に配置され、そのエキステンダ材料は、電池放電特性を改善するので、エキステンダ材料はまた、カソードエキステンダとも称することができ、以下でより詳細に説明するように、これは、カソード２４と物理的に分離でき（図５及び図７Ｂ）、又はカソード２４と混和することができる（図６）。
【００２８】
適切なカソードエキステンダ材料の非限定的な例としては、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、Ｃｕ2Ｏ、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、酸化銀、オキシ水酸化ニッケルである単一及び混合金属の酸化物、硫化物、水酸化物又は塩、並びにヨウ素酸塩銅、オキシ燐酸塩銅、又は鉱物源から直接に利用でき又は合成錯体として利用することができるものを含むあらゆる安定な金属錯体である錯体が挙げられる。
【００２９】
本発明のある一定の態様による適切なカソードエキステンダ材料の追加の非限定的な例は、一般的に式ＭxＣｕyＯzによって示され、式中のＭは、説明したようないずれかの適切な元素であり、１≦ｘ≦５、１≦ｙ≦５、及び１≦ｚ≦２０である。一般式としてＡＭxＣｕyＯz（式中Ａは、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａ、並びにそれらの混合物の中から選択することができる）を有する化合物もまたカソード活性材料として用いるように設計することができる。本発明の特定的な実施形態では、ＣｕＯ、Ｃｕ（ＯＨ）2及びＭxＣｕyＯzのうちの少なくとも一方がカソードエキステンダとして使用される。
【００３０】
混合酸化物カソードエキステンダ材料を調製する処理の一例は、錯化剤及び還元剤（例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4）、ギ酸ナトリウム、ギ酸、ホルムアルデヒド、フマル酸、又はヒドラジン）を加えて塩の混合溶液を化学還元し、金属を含有する化合物を生成することである。式ＡＭxＣｕyの錯化合物はまた、この還元段階で前駆物質として第３の金属塩を添加して調製することができる。得られる生成物は、酸化剤（例えば、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、過硫酸カリウム又は塩素酸カリウム）を使用して酸性条件で酸化し、銅ベースの混合酸化物を生成することができる。
【００３１】
例えば、このようにして調製されたＣｕ／Ｍｎ化合物は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析によって混合銅マンガン酸化物相を含むことが示されている。この酸化物に相当するＡＳＴＭカードはないが、その回折パターンは、Ｃｕ2Ｍｎ3Ｏ8のパターンと同様である。Ｃｕ2Ｍｎ2Ｏ5単独又はＣｕＯとの組合せなどである他の化合物もまた、酸化処理の間にｐＨがより低減された（すなわち、より酸性にされた）時に検出されている。酸化条件の制御は、得られる銅ベースの混合酸化物材料の構造を変化させるのに使用することができる。これらの生成物の最終組成及び結晶化度は、有効に制御することができる。この混合酸化物相に加え、合成の生成物は、マンガン酸化物及び銅酸化物を含む他の相を含有することができる。当業者に公知のように、ある程度の低温度から中間温度の溶液ベースの合成方法は、不定形の混合金属酸化物の生成物を生じさせる可能性がある。
【００３２】
Ｃｕ／Ｍｎ化合物の酸化は、例えば、アルカリ溶液中又はｐＨが中性の溶液中で行うことができることも想定されている。有機又は無機酸（又は塩基）を用いて、酸化液のｐＨを調整することができる。同様に、化合物は、化学酸化の前に最初に熱処理することができる。更に、合成した混合銅金属酸化物化合物は、導電材料と混合される前に熱処理してカソードを形成することができる。
【００３３】
混合酸化物化合物はまた、高エネルギのボールミルを使用する公知の機械的合金形成法により、又はオーブン中での直接高温合成法により、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などのような様々な出発原料を用いて調製することができる。こうした転移反応は、当業者によって容易に設計することができ、電気化学電池の構成要素に使用するための望ましい純度を伴った高収率の反応が達成される。ＭxＣｕyＯz又はＡＭxＣｕyＯzの銅ベースの混合酸化物材料は、金属塩溶液の混合物を共沈させた後、適切な条件下でこの沈殿物を加熱することによって代替的に形成することができることが更に想定されている。
【００３４】
上述の材料は、１次活性材料として又はその放電電圧が１次活性材料の初期放電電圧よりも低い程度までエキステンダ材料として提供することができることを認めるべきである。酸化銅は、本明細書で共通式ＣｕＯで示されているが、当業者が認めるように、この材料は、完全な化学量論性を本質的に持たないこともまた注意すべきである。換言すれば、ＣｕＯ内の銅及び酸素は、正確には１：１の比率ではなく、Ｃｕ：Ｏ比は、通常約０．９：１から１：１．１の範囲にある。こうした材料がある一定の範囲の化学量論比率にわたって得られ、そのような範囲で有用な電極材料としての実用性もまた証明されることが見出されるのは一般的である。これは、本明細書に開示された他の電極材料に対しても同様に当て嵌まる。
【００３５】
本発明の１つの態様は、電池内のエキステンダ材料を１次活性材料よりも多くない量で提供する。例えば、アルカリＺｎ／ＭｎＯ2電池の場合、その中の活性材料が１００％ＥＭＤであるカソードの代わりに、カソードは、実質的に同じ合計重量の活性材料を有し、５０％を超える材料がＥＭＤであり、残った部分は、カソードエキステンダ材料である。カソード構成要素の残りは、アルカリＺｎ／ＭｎＯ2バッテリにおいて慣行的なものとすることができるが、その比率は、エキステンダ材料の量並びに導電性及び結合特性によって変えることができることを当業者は容易に認識するであろう。
【００３６】
本発明の別の態様は、１次カソード活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を示すカソードエキステンダ材料を提供する。アルカリＭｎ／ＺｎＯ2電池の場合、カソードエキステンダ材料は、望ましくは、二酸化マンガン還元の第１電子よりも低い電圧で放電する。
【００３７】
本発明の別の態様は、高い比放電エネルギ密度（１次カソード活性材料のものと少なくとも同程度の）を有するエキステンダ材料を提供する。当業者に公知のように、エネルギ密度は、単位質量当たりの容量（重量エネルギ密度）、又は単位容積当たりのアンペア−時（Ａｈ）として定めることができ、それぞれｍＡｈ／ｇ又はＡｈ／ｃｃの単位を有する。例えば、マンガン酸化物カソードを有するアルカリ電池の場合、エキステンダ材料は、例えば、ＣｕＯ（２電子放電に対して６７４ｍＡｈ／ｇ、４．２６Ａｈ／ｃｃ）、Ｃｕ2Ｏ（３３７ｍＡｈ／ｇ）、又はＣｕ（ＩＯ3）2（９０２ｍＡｈ／ｇ）のように、少なくとも約３００ｍＡｈ／ｇ又は少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃのエネルギ密度を有する。本発明のある一定の態様では、高い容積及び高い重量密度材料が望ましく、その理由は、少量のエキステンダが電池内で過度の容積を占めることなく、放電挙動及び容量に対して望ましい影響を有することをそれが可能にするからである。例えば、本発明のある一定の態様によれば、エキステンダは、カソード容積の約３０％未満を占める。
【００３８】
本発明の別の態様は、１：１よりも大きいアノード／１次カソード容量比を達成するエキステンダ材料を含む電池を提供する。エキステンダ材料は、酸化銅又は水酸化銅エキステンダの場合におけるように、実質的に平坦で安定な放電電圧プロフィールを有する。図１Ｂは、アノード／１次カソード容量比が１．０よりも大きく、カソードがＣｕエキステンダ材料を含有する電池のアノード及びカソード電圧プロフィールを示している。放電のための十分なアノードがある時、ＣｕＯは、以下の２段階で放電することになることを認めるべきである。
【００３９】
段階１：２ＣｕＯ＋２ｅ＋Ｈ2Ｏ→Ｃｕ2Ｏ＋２ＯＨ-
段階２：Ｃｕ2Ｏ＋２ｅ＋Ｈ2Ｏ→２Ｃｕ＋２ＯＨ-
【００４０】
更に、本発明の更に別の態様によるエキステンダを含む電気化学電池は、その下限を０．５Ａｈ／ｃｃ又は代替的に０．５５Ａｈ／ｃｃと定め、その上限を０．９Ａｈ／ｃｃ又は代替的に１．０Ａｈ／ｃｃと定めた範囲内のアノード容量／電池内部容積比を有する。カソードエキステンダ材料は、過剰アノード及び電解液の全てが実質的に消費されるまでカソードが放電を継続することを可能にし、それによって過剰にガスを発生させる残留電解液が十分に残らないようにする。現在の市販のアルカリ電池は、８２０ｍＡｈ／ｇの亜鉛容量と、ＭｎＯ2の１．３３電子還元を仮定した４００ｍＡｈ／ｇのＭｎＯ2容量とに基づく、約０．５Ａｈ／ｃｃのアノード容積／内部容積比に制限されている。
【００４１】
亜鉛／二酸化マンガン電池の場合には、カソードエキステンダは、顕著な新しい設計柔軟性を可能にし、アノード対１次カソード容量比が０．９８：１、１．０３：１、１．０５：１、及び／又は１．１：１の間にあってそれを含むその下限と、１．５：１のその上限とで定められる範囲内であり、それによってこうした電池の放電容量を多くの装置の利用可能な放電電圧（すなわち、０．８Ｖを超える）内で顕著に増加させ、かつ、約０．８Ｖ未満（放電電圧による）の放電電圧での放電を延長させて、それによって本発明において先に詳述された亜鉛及びＭｎＯ2容量を用いて計算して１：１よりも大きいアノード：カソード容量比が使用される時に、従来型電池（エキステンダを用いない）における過放電で通常発生すると考えられる水素発生が避けられる。エキステンダを含む電気化学電池は、エキステンダの代わりに１次活性材料を含有するそれ以外は同一の電池の放電容量よりも大きい電池放電容量を有する。
【００４２】
更に、エキステンダは、過放電の間及び電池が電圧逆転に陥った時に１：１よりも大きいアノード対１次カソード電気化学バランス比を有する電池において通常直面する過剰のガス発生を回避する。ガス発生の減少は、直列系列内の電池の信頼性を向上させ、系列内の１つの電池が早発的に劣化した場合での電圧逆転及びデクリンピングの可能性を低減する。
【００４３】
カソードエキステンダ材料の使用は、従来型電池に比較して高められたアノード−１次カソード容量比の使用を可能にし、従って、カソード内のＭｎＯ2に利用することができる電池内の電解液（従って、水）の量が高まる。これは、電池のガス発生の不都合なしに、従来型電池に比較してＭｎＯ2の放電効率を顕著に向上させることができる。１次カソード活性材料の放電効率が高まると、必要なカソードの量が低減され、それによって電池内部の空間が要望される追加の活性材料又はエキステンダ材料のために解放されることが認められるであろう。
【００４４】
それに関連して、全アノード容積が増大された時、その時のカソード容積（従って、質量）は、利用可能な電池容積に適合するように低減される。標準ボビンデザイン円形電池においては、従って、カソード内径が必然的により大きくされるべきであり、より大きいカソード活性表面積を作り出す（増えた直径のため）。これは、放電の時のカソード電流密度を低下させることにより、カソード放電効率に利益を与える。
【００４５】
図４を参照すると、従来型電池と、本発明の少なくとも１つの態様に従ってエキステンダを含む電池との電気化学バランスが示されている。図４において、Ｘは、アノードの電気化学容量（（ｍＡｈ／ｇ）*ｇ）を表し、Ｙは、１次カソード活性材料の電気化学容量を表す。上述のように、従来型電池は、アノード制限型であり、過剰のカソード容量を有するようにバランスが取られ、Ｘは、Ｙよりも小である。本発明のある一定の態様に沿えば、カソードエキステンダＺの包含は、付加のアノード容量が電池設計内に組み込まれることを可能にする。これは、従来のアノード容量Ｘへの電気化学活性アノード容量の付加（Ｘ1）として表される。この設計は、Ｘ＋Ｘ1＞Ｙであるので、１次カソード材料Ｙの実質的に全てを使用することができ、一方で、Ｘ＋Ｘ1≦Ｙ＋Ｚであるので、電池の全体的な電気化学バランスは、アノード制限型のままである。
【００４６】
一般的に、エキステンダは、それが正端子又は１次カソード材料と電子的に接触している限りはどこにでも配置することができる。従って、それは、１次カソード材料と混和でき又はそれから分離することができる。一部の場合には、それを１次活性材料から分離しておくことが望ましい場合がある。一例として、標準的Ｚｎ／ＭｎＯ2電池では、ＭｎＯ2は、４．５ｇ／ｃｃの密度を有し、ＭｎＯ2１モル当たり２モルの水を消費し、かつその構造内に陽子を取り込んでＭｎＯＯＨ（不良電子伝導体かつＭｎＯ2よりも低密度の材料）を生成させる。カソード反応で電池内の余分の水を必要とすることにより、使用することができる亜鉛の量が制限され、比較的低い容積密度になる。また、ＥＭＤは、傾斜放電曲線を有する。
【００４７】
一方で、約６．３ｇ／ｃｃの密度を有する酸化銅（ＣｕＯ）は、第１の電子の放電においてＭｎＯ2に比較して半分の水を消費し、より小さい容積膨張を示し、比較的平坦な放電曲線を有して、電池内で高い容積エネルギ密度を提供する。適切な比率のＥＭＤ（例えば、全カソード活性材料の８０−９０重量％）及び１０−２０重量％のＣｕＯエキステンダを含むカソードでは、初期作動電圧が高いが若干傾斜する放電曲線を有するＥＭＤが最初に放電してＣｕＯが続き、それらの間は比較的鋭く遷移する。この２つの物理的混合物を含有するカソードでは、場合によっては以下の理由でＭｎＯ2含量が増大すると、カソードのＣｕＯ部分の性能が劣化する。このようなカソードでは、ＭｎＯ2がその第１の電子を放電した後、ＣｕＯ放電反応が支配的になる。しかし、この第１のステージではＣｕＯに使用することができる電解液は有効な反応のためには不十分であり、質量移動分極が生じる。ＭｎＯ2の容積膨張もまた、ＣｕＯ粒子をＭｎＯ2自体から、またカソード内に通常提供されている導電材料（グラファイト）から分離させる可能性がある。導電材料は、天然グラファイト又は合成グラファイトとすることができ、かつ、当業者が認めるように更に膨張グラファイトを含むことができる。初期ＭｎＯ2放電反応の影響は、カソードでのオーミック抵抗の増大であり、結果として更に別の電圧損失が生じる。これらの処理の正味の影響は、ＣｕＯ材料が、それがそうでなくて単独に放電する時よりも顕著に低い電圧で作動することである。
【００４８】
従って、本発明のある一定の態様は、１次カソードとエキステンダとを個別の層又はペレット（又は、酸化物の混合物を含むことができる別々の層）として又は電池内の別々の位置において電池内に任意的に提供し、その本来の還元電位にできるだけ近く有効に放電することができるようにすることにより、異種の放電作動の悪影響の緩和を追求するものである。
【００４９】
カソードをディスク形態とすることができる平型（角型）バッテリでは、活性材料は、一方が他方の上にある積重ね環状層、一方が他方の内部にある同心リング又は隣接するアーチ形セグメント（例えば、半円形セグメント）とすることができ、これらは図５に示されている。層のうちの少なくとも１つがエキステンダ材料を含むことができ、一方で残りの層が１次カソード活性材料を含むことができることを認めるべきである。代替的に、層のうちの少なくとも１つは、エキステンダ材料と１次カソード活性材料との混合物を含むことができる。
【００５０】
「タブレット」とも称される複数の中空円筒として外部から加圧挿入されるか又は缶内に原位置で製作される円筒形カソードを缶内に使用する円筒形バッテリ構成の場合には、図６に示すように、材料を分離したまま維持するために同じ概念を使用することができる。材料は、物理的及び電子的に接触しているが、共に混合又は混和されてはいない。しかし、望ましいエキステンダの量に基づき、カソードタブレットのうちの１つが、全てのエキステンダと幾らかの１次カソード活性材料を含有することができ、一方で残りのタブレットは、１次活性材料を含有するのみであると考えられる。
【００５１】
製造工程での利点を有する更に関連する電池構成もまた考えられている。例えば、アルカリＺｎ／ＭｎＯ2電池の場合、エキステンダは、図８に示すようにＥＭＤの重量がエキステンダの重量よりも大きくなるようにして、１次カソード材料とは別の位置で電池内に含まれる（すなわち、エキステンダは、カソードの一部を形成しない）。
【００５２】
図７Ａを参照すると、エキステンダ材料は、分離したタブレットの形態で提供することができ、例えば、負電池端子２３に接近した電池内部の選択された位置で缶の一部分を占めることができる。代替的に、図７Ｂに示すように、エキステンダ材料を含むタブレットは、電池の負側端部の近く、電池の中央付近、又は電池の正側端部の近くに配置することができる。更に代替的に、１個を超える、エキステンダ材料を含むタブレットを、他のエキステンダタブレットに隣接するか又は隣接しないで（例えば、カソードタブレットによって分離されて）含むことができる。
【００５３】
エキステンダが、腐食してアノード汚染化学種を生成する可能性のある材料を含み、その化学種をアノードに移行させると、バッテリ性能にマイナスの影響を与える可能性がある場合には、アノード汚染可溶性化学種の移動を実質的に抑制することができる分離バリア３５を設けることができる。適切なバリア材料としては、セロハンのようなセルロースフィルム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム、改質又は架橋ＰＶＡフィルム、及びこのようなフィルムなどの積層組合せ体又は適切な混成物が挙げられる。別のこのようなポリマーは、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）エマルジョンであり、これは、ビニルアセテートモノマー、ビニルアセテート−エチレン・コポリマー、及びビニルアセテートポリマーを含有し、フィルムとして使用することができるか又は不織セパレータ材料に被覆することができ、アノード汚染可溶性化学種の移動を実質的に抑制する。バリア材料３５は、カソードエキステンダをアノードから隔離し、そのようにしてアノード汚染を最小化する。エキステンダ材料が図７Ａ及び図７Ｂに示すように配置され、又は図６にあるように１次カソード材料と混和される時、管状セパレータ３２全体は、アノード汚染可溶性化学種の移動を実質的に抑制するバリア材料を含むことができる。代替的に、図７Ａに示すように、従来型のセパレータ３２（螺旋、渦巻き、交差配置）をバリアセパレータ３５と組み合わせて設けることができる。このようなセパレータシステムは、セパレータの縁部周りのアノード汚染可溶性化学種の移動を抑制する継ぎ目シール及び底部シールによって利益を受ける。
【００５４】
代替的に、図８を参照すると、エキステンダ３３は、残りの部分２１を少なくとも部分的に満たすことができ、正端子に接近した位置で電池の全範囲にわたって更に拡がることができる。この実施形態では、バリアセパレータ材料３５は、エキステンダ３３のアノードに面した表面にわたって拡がり、必要に応じて図示のように従来型のセパレータ３２と組み合わせて設けることができる。図８において、バリアセパレータ層の使用は、エキステンダがアノード汚染可溶性化学種を生成する可能性のある材料を含む時に図６及び図７に示す実施形態では望ましいと考えられるアノードと１次カソード材料の間の管状セパレータのための何らかの継ぎ目及び底部シールの必要性もまた都合よく未然に避けるものである。残りのカソードは、従って、従来型の多孔質円筒形（螺旋、渦巻き、交差配置）セパレータ３２を有する従来型の円筒形カソードタブレット２４の形態とすることができる。
【００５５】
代替的に、ここで図９Ａを参照すると、電池１８は、導電媒体（例えば、カーボンブラック、グラファイト粉末又はグラファイト繊維、金属粒子又は金属繊維など）と組み合わされたエキステンダ材料を含み、バッテリコンテナ２０の内面の一部分に被覆された層３９を含むことができる。従来型の現在のアルカリバッテリ缶は、バッテリコンテナの内面に炭素コーティングを含むことができ、カソードと缶との接触を改善してカソードの抵抗を低減させ、それによって特に高い電流排出でのバッテリ性能を向上させる。そのような炭素コーティングを導電媒体と組み合わされたエキステンダを含む層と置換することは、顕著な製造の自由度を提供でき、かつバッテリ製造コストを顕著に低減することができる。代替的に、層３９（これは、導電媒体と混合されたエキステンダ材料を含むことができる）は、図９Ｂに示すように、従来型炭素コーティング４１とコンテナ２０の間に配置することができる。更に代替的に、層３９は、図９Ｂに示すように、従来型炭素コーティングの内面に配置することができる。層３９及び４１は、様々な方法で吹付けることができ、又は別途当業者に認められるいずれかの方式で被覆することができる。
【００５６】
典型的な製造工程では、分離したドーナツ型カソードタブレットが、バッテリ缶に挿入される前にタブレット作製装置で作製される。複数のタブレットが、必要な高さが得られるまで缶内に挿入される。このような処理は、異なる材料の別々のタブレットの使用によく適している。従って、必要なエキステンダの量に基づいて材料比Ａ対Ｂが変化することができることが想定されている。同様に、こうしたタブレットの数もまた用途に基づいて変化することができる。
【００５７】
アルカリ電池のアノード：１次カソード容量比を高め、かつ電池を再均衡化するいくつかの手法が考えられている。アノードとカソードの容積が固定されている（かつ従来型とすることができる）第１の実施形態では、アルカリ電池は、単位アノード容積当たり従来型のものを超える亜鉛質量を有するアノードを含み、それによって広範囲の放電率にわたってより大きい電気化学放電容量を提供する。ゲル化亜鉛アノードの他の成分は、従来型とすることができ、電解液、ゲル化剤、界面活性剤などを含むことができる。
【００５８】
第２の実施形態では、アノード：１次カソード容量比は、現在の業界の標準である約１：１未満から、本発明のある一定の態様に従ってアノードに使用することができる容積を増加させることによって約１．５：１のような高さにまで増大することができる。この第２の実施形態では、高められたアノード容量と、その結果高められた水：１次カソードのモル比とが組み合って、より大きいアノード及びカソード放電効率、従って電池容量が得られる。理論によって制約されることは意図しないが、より大きいアノードの量によって可能とされる電池内のより多い電解液（従って、より多い水）の存在は、質量輸送を向上させることによってカソード放電を助け、それによって従来型の電池バランスを有する従来型電池におけるよりも１次カソード活性材料が少なく存在しても、図２に示すように１次カソードの放電効率を高めると考えられる。その結果、顕著な容量の増加を１Ｂ又はそれよりも低い終点の場合の典型的な標準放電率での電池放電の間で得ることができる。
【００５９】
必要に応じて、エキステンダ材料３３とアノード２６の間に配置されたバリアセパレータ３５は、エキステンダ３３からアノード区画２８内への生成した銀化学種、銅化学種、及び／又は硫黄化学種であるアノード汚染可溶性化学種の移動を実質的に制限し、一方で水酸化イオン及び水の移動を可能にする。更に、カソード２４又はエキステンダ３３又はその両方は、イオン性化学種のカソードからアノードに向う移動を低減又は抑制する作用物質を含むことができる。ポリビニルアルコール、活性炭、様々な粘土、及びラポナイトのようなケイ酸塩などである作用物質は、イオン性化学種を吸着又は阻止する能力を示している。
【実施例】
【００６０】
図１０は、９０％ＥＭＤ及び１０％ジェットミル加工ＣｕＯ（エキステンダとして）を含有するカソードを有するアルカリ電池の１２．５ｍＡ（２５０ｍＡ相当ＡＡ）連続電流での放電挙動を示し、ここで、ＣｕＯの重量パーセントは、全カソード活性材料のパーセントとして測定された。市販のＺｎ／ＭｎＯ2電池（Ｒａｙｏｖａｃ）放電曲線もまた示されている。０．９Ｖのカットオフ電圧に至るまでの放電容量の最大４５％増加が、アノードゲル内のより少ない亜鉛装填と組み合わせてアノード：１次カソード容量比を高めることによって得ることができることが分る。アノード制限型設計を用いて約０．９５：１の容量比を有する市販電池は、電池電圧でのこの切り立った低下で示すように突然失活する。多くの装置は、０．９Ｖ未満でも作動を続け、従って、エキステンダを含むバッテリは、５０％を超えて増加した容量を提供することができる。エキステンダの存在は、低電圧の放電を顕著に延長させ、ガスを発生するほど電圧が低下するのが抑えられる。その効果は、より少ないアノード装填（例えば、６６％対６８％亜鉛装填）、及びより低電流が使用された例２（図１１）に見られるようなより低い放電率で最も明確に見られる。設計最適化は、カソード容量及びエキステンダ性能を更に向上させることができる。
【００６１】
図１１は、９０％ＥＭＤ及び１０％ジェットミル加工ＣｕＯ（エキステンダとして）を含有するカソードを有するアルカリ電池の５ｍＡ（１００ｍＡ相当ＡＡ）電流での放電挙動を示し、ここで、ＣｕＯの重量パーセントは、全カソード活性材料のパーセントとして測定された。約０．９５：１のアノード／カソード容量比を有する市販ＡＡと比較して、０．９Ｖに至るまでの最大１５％の容量増加を得ることができる。より低い電圧では、この恩典は、３０−５０％である。約０．９５：１比を有する市販電池は、この場合もやはり突然の電圧低下を示し、０．８Ｖよりも下では容量を持たない。ここでもまた、エキステンダが存在する時に放電は顕著に延びる。
【００６２】
図１２から図１４は、Ｈｇ／ＨｇＯ基準電極を有するＺｎ／ＭｎＯ2アルカリＡＡ電池における様々なシナリオの影響を示している。図１２は、Ｈｇ／ＨｇＯ基準電極に対する従来型アノード：ＭｎＯ2容量比を有するＬＲ６（ＡＡ）のアノード及びカソード電圧を示している。左軸は電池電圧を示している。電池がアノード制限型であるので、アノード電圧（基準に対する）は、８．５時間を超える過放電で急速に上昇し、カソード電圧は約０．４５Ｖである。図１３は、アノード：ＭｎＯ2比を約１．２に高めることが、エキステンダがなくてもバッテリの作動時間を顕著に増加させるであろうことを示している。しかし、この場合はカソード制限型であるので、水素発生のための閾値電位を過ぎてカソード電圧（基準に対する）が約−１．０Ｖに低下すること（前の実施例とは違って）に注意することが重要である。これは、カソード及びカソード集電子（缶壁部）表面上での急速で顕著な水素発生をもたらし、シールの破れを発生させ、電解液の漏洩又はバッテリ破裂の可能性をもたらすものである。
【００６３】
図１４は、高い容量及び重量エネルギ密度を有するＣｕＯのような電気活性カソードエキステンダ材料の存在において、エキステンダが複数の段階で放電してカソード放電容量の顕著な増加をもたらすことを概略的に示している。ＣｕＯの放電機構は複雑であるが、２つの段階で放電すると理解されている。
【００６４】
段階１：２ＣｕＯ＋２ｅ＋Ｈ2Ｏ→Ｃｕ2Ｏ＋２ＯＨ-
段階２：Ｃｕ2Ｏ＋２ｅ＋Ｈ2Ｏ→２Ｃｕ＋２ＯＨ-
【００６５】
図１４に示すように、この電池は、カソード電圧が水素発生の閾値よりも低下することを回避し、それによって過剰亜鉛の放電を延長させ、電解液ガス放出電位に到達する前に過剰の電解液を消費する。このようにして、寿命の終期で、この電池は、あらゆる従来型のアルカリ電池と同様に無害の状態であるが、非常に高い容量を有する。図１４に表された電池は、約１．２：１のアノード：ＭｎＯ2放電容量比を有していた。
【００６６】
以上を鑑みて、本発明のいくつかの利点が達成され、他の有利な結果が得られたことが分るであろう。上述の処理及び複合材料において本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができるので、上述の説明に含まれて添付図面で示された全ての事項は、限定的ではなく例示的に解釈されるべきであるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１Ａ】従来型のアノード制限型電池によるガス放出の領域を概略的に示す図である。
【図１Ｂ】本発明のある一定の態様に従って構成された電池によるガス放出の領域を概略的に示す図である。
【図２】実用電池と利用可能な無制限（理想的）電解液を有する（無制限アノード容量を模擬する）半電池とに対して、放電効率に対するカソード放電電圧を比較した図である。
【図３】円筒形電気化学電池の側面断面図である。
【図４】従来型電池及び本発明の１つの態様に従ってエキステンダを含む電池の電気化学バランスを概略的に示す図である。
【図５】平型電気化学電池のための複数の構成を示す図である。
【図６】円筒形電気化学電池のための複数の構成を示す図である。
【図７Ａ】エキステンダが１次カソード材料から分離されて電池内部の様々な位置にタブレットの状態で配置されている円筒形電気化学電池のための代替の構成を示す図である。
【図７Ｂ】電気化学電池のための複数の代替の構成を示す図である。
【図８】エキステンダが１次カソード材料から分離されて正電池端子の近くに配置されている円筒形電気化学電池のための別の代替の構成を示す図である。
【図９Ａ】電池コンテナの内面に隣接して配置されたエキステンダ材料を含む円筒形電気化学電池の側面断面図である。
【図９Ｂ】エキステンダが代替的な実施形態に従って配置されている図９Ａに類似した円筒形電気化学電池の側面断面図である。
【図９Ｃ】エキステンダが別の代替的な実施形態に従って配置されている図９Ｂに類似した円筒形電気化学電池の側面断面図である。
【図１０】様々なアノード／１次カソード容量比及び９０％ＥＭＤ／１０％ジェットミル加工ＣｕＯ（エキステンダ）を有するアルカリ電池の１２．５ｍＡ（２５０ｍＡ相当ＡＡ）での連続放電挙動を全ＥＭＤ従来型ＡＡ電池と比較して示し、本発明の態様によるエキステンダ効果を示すグラフである。
【図１１】５ｍＡ（１００ｍＡ相当ＡＡ）の電流での放電挙動である以外は図１０と同様のグラフである。
【図１２】従来型アノード：１次カソード容量比を有するＬＲ６（ＡＡ）電池のアノード及びカソード放電電圧を電池に設けられたＨｇ／ＨｇＯ基準電極に対してプロットした図である。
【図１３】過剰のアノード（すなわち、約１．２：１のアノード：１次カソード容量比）を有するＬＲ６（ＡＡ）電池のＨｇ／ＨｇＯ基準電極に対するアノード及びカソード放電電圧を示す図である。
【図１４】本発明のある一定の態様によるカソードエキステンダを含むＬＲ６（ＡＡ）電池の基準電極に対するアノード及びカソード放電電圧を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正側電池端子端部及び負側電池端子端部を形成するコンテナと、
前記コンテナ内に配置されて１次活性材料を含むカソードと、
前記１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダと、
前記カソードに隣接して前記コンテナ内に配置された、アノード材料を含むアノードと、
前記アノード及びカソード間に配置され、更に該アノード及びエキステンダ間に配置された少なくとも１つのセパレータと、
を含むことを特徴とする電気化学電池。
【請求項２】
前記エキステンダの代わりに１次活性材料を含有する以外は同一の電池よりも大きい放電容量を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項３】
前記量は、重量であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項５】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の電気化学電池。
【請求項６】
前記エキステンダは、前記１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項７】
前記エキステンダは、銅の酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項８】
前記エキステンダは、金属、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項９】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の電気化学電池。
【請求項１０】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項９に記載の電気化学電池。
【請求項１１】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１２】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定される材料を含み、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１３】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の電気化学電池。
【請求項１４】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の電気化学電池。
【請求項１５】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の電気化学電池。
【請求項１６】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１７】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１８】
前記カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接するアーチ形セグメントとして設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１９】
０．９８：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項２０】
１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項２１】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項２０に記載の電気化学電池。
【請求項２２】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項２１に記載の電気化学電池。
【請求項２３】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項２２に記載の電気化学電池。
【請求項２４】
０．５Ａｈ／ｃｃよりも大きいアノード容量／電池内部容積比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項２５】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項２４に記載の電気化学電池。
【請求項２６】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項２５に記載の電気化学電池。
【請求項２７】
前記エキステンダは、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項２８】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と混合されることを特徴とする請求項２７に記載の電気化学電池。
【請求項２９】
前記カソードエキステンダは、前記正側電池端子端部及び前記負側電池端子端部の少なくとも一方の近くに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項３０】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記アノードに向けて移動することができるアノード汚染化学種を発生させることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項３１】
作用物質を用いない同一電池に対して前記可溶性化学種によるアノード汚染を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項３０に記載の電気化学電池。
【請求項３２】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３３】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３４】
前記作用物質は、前記可溶性化学種と相互作用して、該発生した可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを防止することを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３５】
前記作用物質は、前記可溶性化学種が前記アノードに向けて移動するのを阻止することを特徴とする請求項３４に記載の電気化学電池。
【請求項３６】
前記作用物質は、前記エキステンダへの前記電解液の接近を制限して可溶性化学種の発生を低減することを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３７】
前記作用物質は、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３８】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項３７に記載の電気化学電池。
【請求項３９】
前記カソードは、膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４０】
前記カソードは、天然グラファイト及び合成グラファイトのうちの少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４１】
前記１次活性材料は、ニッケル、鉛、及び銀のうちの少なくとも１つの酸化物及び水酸化物のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４２】
前記エキステンダと導電剤とを含む層が、前記カソードと前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４３】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、導電剤の層と前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項４２に記載の電気化学電池。
【請求項４４】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、前記コンテナの内面に隣接して配置された導電剤の層の内面上に配置されていることを特徴とする請求項４２に記載の電気化学電池。
【請求項４５】
アルカリ電気化学電池を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４６】
正側電池端子端部及び負側電池端子端部を形成するコンテナと、
前記コンテナ内に配置されて１次活性材料を含むカソードと、
前記１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有するエキステンダと、
前記カソードに隣接して前記コンテナ内に配置された、アノード材料を含むアノードと、
前記アノード及びカソード間に配置され、更に該アノード及びエキステンダ間に配置された少なくとも１つのセパレータと、
を含むことを特徴とする電気化学電池。
【請求項４７】
前記エキステンダの代わりに１次活性材料を含有する以外は同一の電池よりも大きい放電容量を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項４８】
前記量は、重量であることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項４９】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５０】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５１】
前記エキステンダは、銅の酸化物を含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５２】
前記エキステンダは、金属、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５３】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項５２に記載の電気化学電池。
【請求項５４】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項５３に記載の電気化学電池。
【請求項５５】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５６】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５７】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５８】
前記カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接するアーチ形セグメントとして設けられる、
ことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５９】
０．９８：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項６０】
１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項６１】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項６０に記載の電気化学電池。
【請求項６２】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項６１に記載の電気化学電池。
【請求項６３】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項６１に記載の電気化学電池。
【請求項６４】
０．５Ａｈ／ｃｃよりも大きいアノード容量／電池内部容積比を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項６５】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項６４に記載の電気化学電池。
【請求項６６】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項６５に記載の電気化学電池。
【請求項６７】
前記エキステンダは、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項６８】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と混合されることを特徴とする請求項６７に記載の電気化学電池。
【請求項６９】
前記カソードエキステンダは、前記正側電池端子端部及び前記負側電池端子端部の少なくとも一方の近くに配置されていることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項７０】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記アノードに向けて移動することができるアノード汚染化学種を発生させることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項７１】
作用物質を用いない同一電池に対して前記可溶性化学種によるアノード汚染を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項７０に記載の電気化学電池。
【請求項７２】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７３】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７４】
前記作用物質は、前記可溶性化学種と相互作用して、該発生した可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを防止することを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７５】
前記作用物質は、前記可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを阻止することを特徴とする請求項７４に記載の電気化学電池。
【請求項７６】
前記作用物質は、前記エキステンダへの前記電解液の接近を制限して可溶性化学種の発生を低減することを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７７】
前記作用物質は、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７８】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項７７に記載の電気化学電池。
【請求項７９】
前記カソードは、膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８０】
前記カソードは、天然グラファイト及び合成グラファイトのうちの少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８１】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８２】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項８１に記載の電気化学電池。
【請求項８３】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項８１に記載の電気化学電池。
【請求項８４】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項８３に記載の電気化学電池。
【請求項８５】
前記エキステンダと導電剤とを含む層が、前記カソードと前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８６】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、導電剤の層と前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項８５に記載の電気化学電池。
【請求項８７】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、前記コンテナの内面に隣接して配置された導電剤の層の内面上に配置されていることを特徴とする請求項８５に記載の電気化学電池。
【請求項８８】
アルカリ電気化学電池を更に含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８９】
電気化学電池を生成する方法であって、
（Ａ）正側電池端子端部及び負側電池端子端部を形成する電池コンテナを準備する段階と、
（Ｂ）１次活性材料を含むカソードを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｃ）前記１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｄ）アノードを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｅ）前記アノード及びカソード間と該アノード及び前記エキステンダ間に少なくとも１つのセパレータを設ける段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９０】
前記電池は、前記エキステンダの代わりに１次活性材料を含有する以外は同一の電池よりも大きい放電容量を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
段階（Ｂ）は、前記カソードのアノード対向面によって形成された内部空洞に前記アノードを入れる段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９２】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９３】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記エキステンダは、前記１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９５】
前記エキステンダは、銅の酸化物を含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９６】
前記エキステンダは、金属、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９７】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、ＣｕＭｎＯ4、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９８】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳの混合物を含むことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項９９】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１００】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０１】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項１００に記載の方法。
【請求項１０３】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０５】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０６】
前記カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接するアーチ形セグメントの形態である、
ことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０７】
段階（Ａ）は、前記正側電池端子端部及び前記負側電池端子端部の少なくとも一方の近くにカソードエキステンダを配置する段階を含むことを特徴とする請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記電池は、１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０９】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１３】
前記エキステンダを前記カソード内に統合する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１１４】
段階（Ｃ）の前に前記エキステンダを前記カソード内に統合する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
段階（Ｃ）は、前記カソードとは別個に前記エキステンダを維持する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１１６】
段階（Ｃ）は、前記電池の端子端部の近くに前記エキステンダを配置する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１１７】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記アノードに向けて移動することができるアノード汚染化学種を発生させることを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記カソードは、作用物質を用いない同一電池に対して前記可溶性化学種によるアノード汚染を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２１】
前記作用物質は、前記可溶性化学種と相互作用して、該発生した可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを防止することを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２２】
前記作用物質は、前記可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを阻止することを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２３】
前記作用物質は、前記エキステンダへの前記電解液の接近を制限して可溶性化学種の前記発生を低減することを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２４】
前記作用物質は、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２５】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
段階（Ｃ）は、前記エキステンダと導電剤とを含む層を前記コンテナの内面に付加する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１２７】
電気化学電池を生成する方法であって、
（Ａ）正側電池端子端部及び負側電池端子端部を形成する電池コンテナを準備する段階と、
（Ｂ）１次活性材料を含むカソードを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｃ）前記１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有するエキステンダを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｄ）アノードを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｅ）前記アノード及び前記カソード間と該アノード及び前記エキステンダ間に少なくとも１つのセパレータを設ける段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２８】
前記電池は、前記エキステンダの代わりに１次活性材料を含有する以外は同一の電池よりも大きい放電容量を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１２９】
段階（Ｂ）は、前記カソードのアノード対向面によって形成された内部空洞に前記アノードを入れる段階を更に含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３０】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３１】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
前記エキステンダは、金属、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３３】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳの混合物を含むことを特徴とする請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３５】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３６】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項１３５に記載の方法。
【請求項１３７】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項１３５に記載の方法。
【請求項１３８】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項１３９に記載の方法。
【請求項１３９】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４０】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４１】
前記カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接するアーチ形セグメントの形態である、
ことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４２】
段階（Ａ）は、前記正側電池端子端部及び前記負側電池端子端部の少なくとも一方の近くにカソードエキステンダを配置する段階を含むことを特徴とする請求項１３１に記載の方法。
【請求項１４３】
０．９８：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１２７に記載の電気化学電池。
【請求項１４４】
１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４５】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項１４４に記載の方法。
【請求項１４６】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１４５に記載の方法。
【請求項１４７】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４８】
０．５Ａｈ／ｃｃよりも大きいアノード容量／電池内部容積比を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４９】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５０】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項１４９に記載の方法。
【請求項１５１】
前記エキステンダを前記カソード内に統合する段階を更に含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１５２】
段階（Ｃ）の前に前記エキステンダを前記カソード内に統合する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５１に記載の方法。
【請求項１５３】
段階（Ｃ）は、前記カソードとは別個に前記エキステンダを維持する段階を更に含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１５４】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記アノードに向けて移動することができるアノード汚染化学種を発生させることを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１５５】
前記カソードは、作用物質を用いない同一電池に対して前記可溶性化学種によるアノード汚染を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５６】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１５７】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１５８】
前記作用物質は、前記可溶性化学種と相互作用して、該発生した可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを防止することを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１５９】
前記作用物質は、前記可溶性化学種が前記アノードに向けて移動するのを阻止することを特徴とする請求項１５８に記載の方法。
【請求項１６０】
前記作用物質は、前記エキステンダへの前記電解液の接近を制限して可溶性化学種の前記発生を低減することを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１６１】
前記作用物質は、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１６２】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項１６１に記載の方法。
【請求項１６３】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１６４】
アノードと、
カソードと、
前記アノード及びカソード間に配置されたセパレータと、
を含み、
前記アノードは、電池内部容積の立方センチ当たり少なくとも０．５Ａｈの容量を有する、
ことを特徴とする電気化学電池。
【請求項１６５】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１６６】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項１６５に記載の電気化学電池。
【請求項１６７】
前記カソードは、１次活性材料と、該１次活性材料とは異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダとを含むことを特徴とする請求項１６６に記載の電気化学電池。
【請求項１６８】
前記エキステンダは、前記カソードに含まれていることを特徴とする請求項１６７に記載の電気化学電池。
【請求項１６９】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と混合されることを特徴とする請求項１６８に記載の電気化学電池。
【請求項１７０】
前記エキステンダは、前記カソードとは別々であることを特徴とする請求項１６９に記載の電気化学電池。
【請求項１７１】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１６７に記載の電気化学電池。
【請求項１７２】
前記カソードは、膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７３】
前記カソードは、天然グラファイト及び合成グラファイトのうちの少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項１７２に記載の電気化学電池。
【請求項１７４】
前記カソードは、銅の酸化物を更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７５】
前記カソードは、マンガンを更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７６】
前記カソードは、ＭｎＯ2を更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７７】
アルカリ電気化学電池を更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７８】
アノードと、
マンガン酸化物を含むカソードと、
エキステンダと、
前記アノードと前記カソード及び前記エキステンダの両方との間に配置された少なくとも１つのセパレータと、
を含むことを特徴とする電気化学電池。
【請求項１７９】
前記マンガン酸化物は、二酸化マンガンであることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８０】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８１】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８２】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８３】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項１８２に記載の電気化学電池。
【請求項１８４】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項１８２に記載の電気化学電池。
【請求項１８５】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項１８４に記載の電気化学電池。
【請求項１８６】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８７】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８８】
前記エキステンダは、前記１次活性材料よりも多くない量で存在することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８９】
０．９８：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１９０】
１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１８９に記載の電気化学電池。
【請求項１９１】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項１９０に記載の電気化学電池。
【請求項１９２】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１９１に記載の電気化学電池。
【請求項１９３】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１９２に記載の電気化学電池。
【請求項１９４】
０．５Ａｈ／ｃｃよりも大きいアノード容量／電池内部容積比を有することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１９５】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項１９４に記載の電気化学電池。
【請求項１９６】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項１９５に記載の電気化学電池。
【請求項１９７】
前記エキステンダは、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１９８】
前記カソードは、膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１９９】
前記膨張グラファイトは、天然及び合成グラファイトから成る群から選択されることを特徴とする請求項１９８に記載のアルカリ電気化学電池。
【請求項２００】
アルカリ電気化学電池を更に含むことを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項２０１】
前記エキステンダと導電剤とを含む層が、前記カソードと前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項２０２】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、導電剤の層と前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項２０１に記載の電気化学電池。
【請求項２０３】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、前記コンテナの内面に隣接して配置された導電剤の層の内面上に配置されていることを特徴とする請求項２０１に記載の電気化学電池。
【請求項２０４】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項２０５】
アルカリ電気化学電池に使用可能なカソードであって、
１次活性材料と、
前記１次活性材料とは異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダと、
を含むことを特徴とするカソード。
【請求項２０６】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２０７】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項２０６に記載のカソード。
【請求項２０８】
前記エキステンダは、銅含有材料、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２０７に記載のカソード。
【請求項２０９】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項２０８に記載のカソード。
【請求項２１０】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項２０９に記載のカソード。
【請求項２１１】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２１２】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項２１１に記載のカソード。
【請求項２１３】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項２１１に記載のカソード。
【請求項２１４】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項２１３に記載のカソード。
【請求項２１５】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記カソードから移動することができるアノード汚染化学種を発生することを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２１６】
作用物質を用いない同一カソードに比較してカソードから移動することができるアノード汚染化学種の量を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項２１５に記載のカソード。
【請求項２１７】
前記作用物質は、前記化学種の少なくとも一部を捕捉することを特徴とする請求項２１６に記載のカソード。
【請求項２１８】
前記作用物質は、前記化学種の少なくとも一部が前記アノードに向って移動することを阻止することを特徴とする請求項２１７に記載のカソード。
【請求項２１９】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項２１５に記載のカソード。
【請求項２２０】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項２１５に記載のカソード。
【請求項２２１】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項２１６に記載のカソード。
【請求項２２２】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２３】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２４】
カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接したアーチ形セグメントの形態である、
ことを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２５】
膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２６】
前記膨張グラファイトは、天然及び合成グラファイトから成る群から選択されることを特徴とする請求項２２６に記載のカソード。
【請求項２２７】
エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２８】
電気化学電池に使用可能なカソードであって、
マンガン酸化物を含む１次活性材料と、
エキステンダと、
を含むことを特徴とするカソード。
【請求項２２９】
前記エキステンダは、基準電極に対する前記１次活性材料の初期電圧レベルよりも低い該基準電極に対する電圧レベルを有することを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３０】
前記マンガン酸化物は、二酸化マンガンであることを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３１】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、ＣｕＭｎＯ4、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３２】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項２３１に記載のカソード。
【請求項２３３】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３４】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３５】
前記エキステンダは、前記１次活性材料よりも多くない量で存在することを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３６】
膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３７】
前記膨張グラファイトは、天然及び合成グラファイトから成る群から選択されることを特徴とする請求項２３６に記載のカソード。
【請求項２３８】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３９】
電気化学電池の１次活性材料を含むカソードと組み合わせて使用可能なエキステンダであって、
１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在する、
ことを特徴とするエキステンダ。
【請求項２４０】
前記１次活性材料の基準電極に対する初期電圧レベルよりも低い該基準電極に対する電圧レベルを有することを特徴とする請求項２３９に記載のカソード。
【請求項２４１】
銅含有材料、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２４２】
ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、ＣｕＭｎＯ4、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２４３】
ＣｕＯ及びＣｕＳの混合物を含むことを特徴とする請求項２４１に記載のエキステンダ。
【請求項２４４】
エキステンダが、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２４５】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項２４４に記載のエキステンダ。
【請求項２４６】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項２４５に記載のエキステンダ。
【請求項２４７】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項２４６に記載のエキステンダ。
【請求項２４８】
前記電解液に可溶であって電気化学電池のアノードを汚染することができる化学種をアルカリ性電解液の存在下で発生し、
前記化学種の少なくとも一部と相互作用する作用物質を含む、
ことを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２４９】
前記作用物質は、前記化学種の少なくとも一部を吸着することを特徴とする請求項２４８に記載のエキステンダ。
【請求項２５０】
前記作用物質は、前記化学種の少なくとも一部を阻止することを特徴とする請求項２４８に記載のエキステンダ。
【請求項２５１】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項２４８に記載のエキステンダ。
【請求項２５２】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項２４８に記載のエキステンダ。
【請求項２５３】
前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２５４】
少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２５５】
Ｃｕ2Ｏを更に含むことを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２５６】
アノードと、
カソードと、
前記アノード及び前記カソード間に配置されたセパレータと、
を含み、
前記カソードの少なくとも一部分は、ＭxＣｕyＯzで一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする電気化学電池。
【請求項２５７】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項２５６に記載の電気化学電池。
【請求項２５８】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項２５６に記載の電気化学電池。
【請求項２５９】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項２５８に記載の電気化学電池。
【請求項１】
正側電池端子端部及び負側電池端子端部を形成するコンテナと、
前記コンテナ内に配置されて１次活性材料を含むカソードと、
前記１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダと、
前記カソードに隣接して前記コンテナ内に配置された、アノード材料を含むアノードと、
前記アノード及びカソード間に配置され、更に該アノード及びエキステンダ間に配置された少なくとも１つのセパレータと、
を含むことを特徴とする電気化学電池。
【請求項２】
前記エキステンダの代わりに１次活性材料を含有する以外は同一の電池よりも大きい放電容量を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項３】
前記量は、重量であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項５】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の電気化学電池。
【請求項６】
前記エキステンダは、前記１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項７】
前記エキステンダは、銅の酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項８】
前記エキステンダは、金属、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項９】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の電気化学電池。
【請求項１０】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項９に記載の電気化学電池。
【請求項１１】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１２】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定される材料を含み、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１３】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の電気化学電池。
【請求項１４】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の電気化学電池。
【請求項１５】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の電気化学電池。
【請求項１６】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１７】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１８】
前記カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接するアーチ形セグメントとして設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項１９】
０．９８：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項２０】
１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項２１】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項２０に記載の電気化学電池。
【請求項２２】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項２１に記載の電気化学電池。
【請求項２３】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項２２に記載の電気化学電池。
【請求項２４】
０．５Ａｈ／ｃｃよりも大きいアノード容量／電池内部容積比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項２５】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項２４に記載の電気化学電池。
【請求項２６】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項２５に記載の電気化学電池。
【請求項２７】
前記エキステンダは、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項２８】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と混合されることを特徴とする請求項２７に記載の電気化学電池。
【請求項２９】
前記カソードエキステンダは、前記正側電池端子端部及び前記負側電池端子端部の少なくとも一方の近くに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項３０】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記アノードに向けて移動することができるアノード汚染化学種を発生させることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項３１】
作用物質を用いない同一電池に対して前記可溶性化学種によるアノード汚染を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項３０に記載の電気化学電池。
【請求項３２】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３３】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３４】
前記作用物質は、前記可溶性化学種と相互作用して、該発生した可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを防止することを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３５】
前記作用物質は、前記可溶性化学種が前記アノードに向けて移動するのを阻止することを特徴とする請求項３４に記載の電気化学電池。
【請求項３６】
前記作用物質は、前記エキステンダへの前記電解液の接近を制限して可溶性化学種の発生を低減することを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３７】
前記作用物質は、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学電池。
【請求項３８】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項３７に記載の電気化学電池。
【請求項３９】
前記カソードは、膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４０】
前記カソードは、天然グラファイト及び合成グラファイトのうちの少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４１】
前記１次活性材料は、ニッケル、鉛、及び銀のうちの少なくとも１つの酸化物及び水酸化物のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４２】
前記エキステンダと導電剤とを含む層が、前記カソードと前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４３】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、導電剤の層と前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項４２に記載の電気化学電池。
【請求項４４】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、前記コンテナの内面に隣接して配置された導電剤の層の内面上に配置されていることを特徴とする請求項４２に記載の電気化学電池。
【請求項４５】
アルカリ電気化学電池を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項４６】
正側電池端子端部及び負側電池端子端部を形成するコンテナと、
前記コンテナ内に配置されて１次活性材料を含むカソードと、
前記１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有するエキステンダと、
前記カソードに隣接して前記コンテナ内に配置された、アノード材料を含むアノードと、
前記アノード及びカソード間に配置され、更に該アノード及びエキステンダ間に配置された少なくとも１つのセパレータと、
を含むことを特徴とする電気化学電池。
【請求項４７】
前記エキステンダの代わりに１次活性材料を含有する以外は同一の電池よりも大きい放電容量を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項４８】
前記量は、重量であることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項４９】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５０】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５１】
前記エキステンダは、銅の酸化物を含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５２】
前記エキステンダは、金属、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５３】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項５２に記載の電気化学電池。
【請求項５４】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項５３に記載の電気化学電池。
【請求項５５】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５６】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５７】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５８】
前記カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接するアーチ形セグメントとして設けられる、
ことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項５９】
０．９８：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項６０】
１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項６１】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項６０に記載の電気化学電池。
【請求項６２】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項６１に記載の電気化学電池。
【請求項６３】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項６１に記載の電気化学電池。
【請求項６４】
０．５Ａｈ／ｃｃよりも大きいアノード容量／電池内部容積比を有することを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項６５】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項６４に記載の電気化学電池。
【請求項６６】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項６５に記載の電気化学電池。
【請求項６７】
前記エキステンダは、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項６８】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と混合されることを特徴とする請求項６７に記載の電気化学電池。
【請求項６９】
前記カソードエキステンダは、前記正側電池端子端部及び前記負側電池端子端部の少なくとも一方の近くに配置されていることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項７０】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記アノードに向けて移動することができるアノード汚染化学種を発生させることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項７１】
作用物質を用いない同一電池に対して前記可溶性化学種によるアノード汚染を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項７０に記載の電気化学電池。
【請求項７２】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７３】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７４】
前記作用物質は、前記可溶性化学種と相互作用して、該発生した可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを防止することを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７５】
前記作用物質は、前記可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを阻止することを特徴とする請求項７４に記載の電気化学電池。
【請求項７６】
前記作用物質は、前記エキステンダへの前記電解液の接近を制限して可溶性化学種の発生を低減することを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７７】
前記作用物質は、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項７１に記載の電気化学電池。
【請求項７８】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項７７に記載の電気化学電池。
【請求項７９】
前記カソードは、膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８０】
前記カソードは、天然グラファイト及び合成グラファイトのうちの少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８１】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８２】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項８１に記載の電気化学電池。
【請求項８３】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項８１に記載の電気化学電池。
【請求項８４】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項８３に記載の電気化学電池。
【請求項８５】
前記エキステンダと導電剤とを含む層が、前記カソードと前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８６】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、導電剤の層と前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項８５に記載の電気化学電池。
【請求項８７】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、前記コンテナの内面に隣接して配置された導電剤の層の内面上に配置されていることを特徴とする請求項８５に記載の電気化学電池。
【請求項８８】
アルカリ電気化学電池を更に含むことを特徴とする請求項４６に記載の電気化学電池。
【請求項８９】
電気化学電池を生成する方法であって、
（Ａ）正側電池端子端部及び負側電池端子端部を形成する電池コンテナを準備する段階と、
（Ｂ）１次活性材料を含むカソードを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｃ）前記１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｄ）アノードを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｅ）前記アノード及びカソード間と該アノード及び前記エキステンダ間に少なくとも１つのセパレータを設ける段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９０】
前記電池は、前記エキステンダの代わりに１次活性材料を含有する以外は同一の電池よりも大きい放電容量を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
段階（Ｂ）は、前記カソードのアノード対向面によって形成された内部空洞に前記アノードを入れる段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９２】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９３】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記エキステンダは、前記１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９５】
前記エキステンダは、銅の酸化物を含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９６】
前記エキステンダは、金属、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９７】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、ＣｕＭｎＯ4、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９８】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳの混合物を含むことを特徴とする請求項９６に記載の方法。
【請求項９９】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１００】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０１】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項１００に記載の方法。
【請求項１０３】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０５】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０６】
前記カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接するアーチ形セグメントの形態である、
ことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０７】
段階（Ａ）は、前記正側電池端子端部及び前記負側電池端子端部の少なくとも一方の近くにカソードエキステンダを配置する段階を含むことを特徴とする請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記電池は、１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１０９】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１３】
前記エキステンダを前記カソード内に統合する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１１４】
段階（Ｃ）の前に前記エキステンダを前記カソード内に統合する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
段階（Ｃ）は、前記カソードとは別個に前記エキステンダを維持する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１１６】
段階（Ｃ）は、前記電池の端子端部の近くに前記エキステンダを配置する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１１７】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記アノードに向けて移動することができるアノード汚染化学種を発生させることを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記カソードは、作用物質を用いない同一電池に対して前記可溶性化学種によるアノード汚染を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２１】
前記作用物質は、前記可溶性化学種と相互作用して、該発生した可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを防止することを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２２】
前記作用物質は、前記可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを阻止することを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２３】
前記作用物質は、前記エキステンダへの前記電解液の接近を制限して可溶性化学種の前記発生を低減することを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２４】
前記作用物質は、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２５】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
段階（Ｃ）は、前記エキステンダと導電剤とを含む層を前記コンテナの内面に付加する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項１２７】
電気化学電池を生成する方法であって、
（Ａ）正側電池端子端部及び負側電池端子端部を形成する電池コンテナを準備する段階と、
（Ｂ）１次活性材料を含むカソードを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｃ）前記１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料の初期放電電圧よりも低い放電電圧を有するエキステンダを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｄ）アノードを前記コンテナに入れる段階と、
（Ｅ）前記アノード及び前記カソード間と該アノード及び前記エキステンダ間に少なくとも１つのセパレータを設ける段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２８】
前記電池は、前記エキステンダの代わりに１次活性材料を含有する以外は同一の電池よりも大きい放電容量を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１２９】
段階（Ｂ）は、前記カソードのアノード対向面によって形成された内部空洞に前記アノードを入れる段階を更に含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３０】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３１】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
前記エキステンダは、金属、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３３】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳの混合物を含むことを特徴とする請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３５】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３６】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項１３５に記載の方法。
【請求項１３７】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項１３５に記載の方法。
【請求項１３８】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項１３９に記載の方法。
【請求項１３９】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４０】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４１】
前記カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接するアーチ形セグメントの形態である、
ことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４２】
段階（Ａ）は、前記正側電池端子端部及び前記負側電池端子端部の少なくとも一方の近くにカソードエキステンダを配置する段階を含むことを特徴とする請求項１３１に記載の方法。
【請求項１４３】
０．９８：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１２７に記載の電気化学電池。
【請求項１４４】
１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４５】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項１４４に記載の方法。
【請求項１４６】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１４５に記載の方法。
【請求項１４７】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４８】
０．５Ａｈ／ｃｃよりも大きいアノード容量／電池内部容積比を有することを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１４９】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項１４８に記載の方法。
【請求項１５０】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項１４９に記載の方法。
【請求項１５１】
前記エキステンダを前記カソード内に統合する段階を更に含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１５２】
段階（Ｃ）の前に前記エキステンダを前記カソード内に統合する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５１に記載の方法。
【請求項１５３】
段階（Ｃ）は、前記カソードとは別個に前記エキステンダを維持する段階を更に含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１５４】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記アノードに向けて移動することができるアノード汚染化学種を発生させることを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１５５】
前記カソードは、作用物質を用いない同一電池に対して前記可溶性化学種によるアノード汚染を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５６】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１５７】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１５８】
前記作用物質は、前記可溶性化学種と相互作用して、該発生した可溶性化学種の少なくとも一部が前記アノードに向けて移動するのを防止することを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１５９】
前記作用物質は、前記可溶性化学種が前記アノードに向けて移動するのを阻止することを特徴とする請求項１５８に記載の方法。
【請求項１６０】
前記作用物質は、前記エキステンダへの前記電解液の接近を制限して可溶性化学種の前記発生を低減することを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１６１】
前記作用物質は、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項１５５に記載の方法。
【請求項１６２】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項１６１に記載の方法。
【請求項１６３】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１２７に記載の方法。
【請求項１６４】
アノードと、
カソードと、
前記アノード及びカソード間に配置されたセパレータと、
を含み、
前記アノードは、電池内部容積の立方センチ当たり少なくとも０．５Ａｈの容量を有する、
ことを特徴とする電気化学電池。
【請求項１６５】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１６６】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項１６５に記載の電気化学電池。
【請求項１６７】
前記カソードは、１次活性材料と、該１次活性材料とは異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダとを含むことを特徴とする請求項１６６に記載の電気化学電池。
【請求項１６８】
前記エキステンダは、前記カソードに含まれていることを特徴とする請求項１６７に記載の電気化学電池。
【請求項１６９】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と混合されることを特徴とする請求項１６８に記載の電気化学電池。
【請求項１７０】
前記エキステンダは、前記カソードとは別々であることを特徴とする請求項１６９に記載の電気化学電池。
【請求項１７１】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１６７に記載の電気化学電池。
【請求項１７２】
前記カソードは、膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７３】
前記カソードは、天然グラファイト及び合成グラファイトのうちの少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項１７２に記載の電気化学電池。
【請求項１７４】
前記カソードは、銅の酸化物を更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７５】
前記カソードは、マンガンを更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７６】
前記カソードは、ＭｎＯ2を更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７７】
アルカリ電気化学電池を更に含むことを特徴とする請求項１６４に記載の電気化学電池。
【請求項１７８】
アノードと、
マンガン酸化物を含むカソードと、
エキステンダと、
前記アノードと前記カソード及び前記エキステンダの両方との間に配置された少なくとも１つのセパレータと、
を含むことを特徴とする電気化学電池。
【請求項１７９】
前記マンガン酸化物は、二酸化マンガンであることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８０】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８１】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８２】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８３】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項１８２に記載の電気化学電池。
【請求項１８４】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項１８２に記載の電気化学電池。
【請求項１８５】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項１８４に記載の電気化学電池。
【請求項１８６】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８７】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８８】
前記エキステンダは、前記１次活性材料よりも多くない量で存在することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１８９】
０．９８：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１９０】
１：１よりも大きいアノード：１次カソード容量比を有することを特徴とする請求項１８９に記載の電気化学電池。
【請求項１９１】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０３：１よりも大きいことを特徴とする請求項１９０に記載の電気化学電池。
【請求項１９２】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．０５：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１９１に記載の電気化学電池。
【請求項１９３】
前記アノード：１次カソード容量比は、１．１：１と１．５０：１の間であることを特徴とする請求項１９２に記載の電気化学電池。
【請求項１９４】
０．５Ａｈ／ｃｃよりも大きいアノード容量／電池内部容積比を有することを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１９５】
前記アノード容量／電池内部容積比は、０．５５Ａｈ／ｃｃよりも大きいことを特徴とする請求項１９４に記載の電気化学電池。
【請求項１９６】
前記アノード容量／電池内部容積比は、１．０Ａｈ／ｃｃ未満であることを特徴とする請求項１９５に記載の電気化学電池。
【請求項１９７】
前記エキステンダは、前記カソード内に配置されていることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１９８】
前記カソードは、膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項１９９】
前記膨張グラファイトは、天然及び合成グラファイトから成る群から選択されることを特徴とする請求項１９８に記載のアルカリ電気化学電池。
【請求項２００】
アルカリ電気化学電池を更に含むことを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項２０１】
前記エキステンダと導電剤とを含む層が、前記カソードと前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項２０２】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、導電剤の層と前記コンテナの間に配置されていることを特徴とする請求項２０１に記載の電気化学電池。
【請求項２０３】
前記エキステンダと導電剤とを含む前記層は、前記コンテナの内面に隣接して配置された導電剤の層の内面上に配置されていることを特徴とする請求項２０１に記載の電気化学電池。
【請求項２０４】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１７８に記載の電気化学電池。
【請求項２０５】
アルカリ電気化学電池に使用可能なカソードであって、
１次活性材料と、
前記１次活性材料とは異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在するエキステンダと、
を含むことを特徴とするカソード。
【請求項２０６】
前記１次活性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２０７】
前記１次活性材料は、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マンガン、及び天然二酸化マンガンから成る群から選択されることを特徴とする請求項２０６に記載のカソード。
【請求項２０８】
前記エキステンダは、銅含有材料、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２０７に記載のカソード。
【請求項２０９】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項２０８に記載のカソード。
【請求項２１０】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項２０９に記載のカソード。
【請求項２１１】
前記エキステンダは、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２１２】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項２１１に記載のカソード。
【請求項２１３】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項２１１に記載のカソード。
【請求項２１４】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項２１３に記載のカソード。
【請求項２１５】
アルカリ性電解液の存在下で、前記エキステンダは、該電解液に可溶であって前記カソードから移動することができるアノード汚染化学種を発生することを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２１６】
作用物質を用いない同一カソードに比較してカソードから移動することができるアノード汚染化学種の量を低減する作用物質を更に含むことを特徴とする請求項２１５に記載のカソード。
【請求項２１７】
前記作用物質は、前記化学種の少なくとも一部を捕捉することを特徴とする請求項２１６に記載のカソード。
【請求項２１８】
前記作用物質は、前記化学種の少なくとも一部が前記アノードに向って移動することを阻止することを特徴とする請求項２１７に記載のカソード。
【請求項２１９】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項２１５に記載のカソード。
【請求項２２０】
前記可溶性化学種は、銅化学種であることを特徴とする請求項２１５に記載のカソード。
【請求項２２１】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項２１６に記載のカソード。
【請求項２２２】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２３】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２４】
カソードの少なくとも一部分は、環状の形状で設けられ、
前記１次活性材料は、積み重ねた層又はタブレット、同心リング、又は隣接したアーチ形セグメントの形態である、
ことを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２５】
膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２６】
前記膨張グラファイトは、天然及び合成グラファイトから成る群から選択されることを特徴とする請求項２２６に記載のカソード。
【請求項２２７】
エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項２０５に記載のカソード。
【請求項２２８】
電気化学電池に使用可能なカソードであって、
マンガン酸化物を含む１次活性材料と、
エキステンダと、
を含むことを特徴とするカソード。
【請求項２２９】
前記エキステンダは、基準電極に対する前記１次活性材料の初期電圧レベルよりも低い該基準電極に対する電圧レベルを有することを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３０】
前記マンガン酸化物は、二酸化マンガンであることを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３１】
前記エキステンダは、ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、ＣｕＭｎＯ4、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３２】
前記エキステンダは、ＣｕＯ及びＣｕＳを含むことを特徴とする請求項２３１に記載のカソード。
【請求項２３３】
前記エキステンダは、前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３４】
前記エキステンダは、少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３５】
前記エキステンダは、前記１次活性材料よりも多くない量で存在することを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３６】
膨張グラファイトを更に含むことを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３７】
前記膨張グラファイトは、天然及び合成グラファイトから成る群から選択されることを特徴とする請求項２３６に記載のカソード。
【請求項２３８】
前記エキステンダは、Ｃｕ2Ｏを含むことを特徴とする請求項２２８に記載のカソード。
【請求項２３９】
電気化学電池の１次活性材料を含むカソードと組み合わせて使用可能なエキステンダであって、
１次活性材料と異なり、かつ該１次活性材料よりも多くない量で存在する、
ことを特徴とするエキステンダ。
【請求項２４０】
前記１次活性材料の基準電極に対する初期電圧レベルよりも低い該基準電極に対する電圧レベルを有することを特徴とする請求項２３９に記載のカソード。
【請求項２４１】
銅含有材料、硫黄含有材料、水酸化物、及び塩のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２４２】
ＣｕＯ、ＣｕＳ、Ｃｕ（ＯＨ）2、ＣｕＦ2、ＣｕＭｎＯ4、Ｃｕ（ＩＯ3）2、及びオキシ燐酸銅から成る群から選択されることを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２４３】
ＣｕＯ及びＣｕＳの混合物を含むことを特徴とする請求項２４１に記載のエキステンダ。
【請求項２４４】
エキステンダが、ＭxＣｕyＯzによって一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２４５】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項２４４に記載のエキステンダ。
【請求項２４６】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項２４５に記載のエキステンダ。
【請求項２４７】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項２４６に記載のエキステンダ。
【請求項２４８】
前記電解液に可溶であって電気化学電池のアノードを汚染することができる化学種をアルカリ性電解液の存在下で発生し、
前記化学種の少なくとも一部と相互作用する作用物質を含む、
ことを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２４９】
前記作用物質は、前記化学種の少なくとも一部を吸着することを特徴とする請求項２４８に記載のエキステンダ。
【請求項２５０】
前記作用物質は、前記化学種の少なくとも一部を阻止することを特徴とする請求項２４８に記載のエキステンダ。
【請求項２５１】
前記可溶性化学種は、硫黄化学種であることを特徴とする請求項２４８に記載のエキステンダ。
【請求項２５２】
前記作用物質は、ポリビニルアルコール、活性炭、及びケイ酸塩から成る群から選択されることを特徴とする請求項２４８に記載のエキステンダ。
【請求項２５３】
前記１次活性材料と少なくとも同じくらい高い比放電容量を有することを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２５４】
少なくとも１．５Ａｈ／ｃｃの比放電容量を有することを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２５５】
Ｃｕ2Ｏを更に含むことを特徴とする請求項２３９に記載のエキステンダ。
【請求項２５６】
アノードと、
カソードと、
前記アノード及び前記カソード間に配置されたセパレータと、
を含み、
前記カソードの少なくとも一部分は、ＭxＣｕyＯzで一般的に特定され、
Ｍは、混合酸化物の化合物又は錯体を生成することができるあらゆる元素であり、
１≦ｘ≦５、
１≦ｙ≦５、及び
１≦ｚ≦２０、
であることを特徴とする電気化学電池。
【請求項２５７】
Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｂ、及びＡｇから成る群から選択されることを特徴とする請求項２５６に記載の電気化学電池。
【請求項２５８】
前記銅ベースの混合酸化物材料は、化合物ＡＭxＣｕyＯzに特定されている付加的な金属「Ａ」を更に含むことを特徴とする請求項２５６に記載の電気化学電池。
【請求項２５９】
「Ａ」は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、及びＢａから成る群から選択されることを特徴とする請求項２５８に記載の電気化学電池。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００７−５１５７５８（Ｐ２００７−５１５７５８Ａ）
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４４０３５（Ｐ２００６−５４４０３５）
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４１４８４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６００２６
【国際公開日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５０６０４４７２０）ロヴカル インコーポレイテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４１４８４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６００２６
【国際公開日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５０６０４４７２０）ロヴカル インコーポレイテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
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