平面ハウジングを備えるアルカリ電池
好ましくは立方体形状の平面ハウジングを有するアルカリ電池。電池は、亜鉛を含む陽極と、ＭｎＯ２を含む陰極とを有し得る。ハウジングは、典型的には５〜１０ｍｍの間の比較的小さな全体的厚さを有し得る。電池含有物は、ハウジングの開放端部を通じて供給され、電池を封止するために、エンドキャップ組立体がそこに挿入される。追加的な電解質の挿入のために、隔離板と陰極との間には間隙があり得る。エンドキャップ組立体は、好ましくは溝付き通気口の通気機構を含み、それは、電池内のガス圧力が典型的には約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の閾値レベルに達するときに活性化し得る。電池は、ハウジング表面上のレーザ溶接された領域のような補足的な通気機構を有し、それはより高い圧力レベルで活性化し得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に平面的な外部ハウジングを有するアルカリ電池に関する。本発明は、亜鉛を含む陽極と、二酸化マンガンを含む陰極と、水性の水酸化カリウムを含む電解質とを有するアルカリ電池にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来的なアルカリ電気化学電池は、亜鉛を含む陽極と、二酸化マンガンを含む陰極とを有する。電池は、典型的には、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１．５ボルトの開放回路電圧（ＥＭＦ）と、中間ドレインサービスにおいて約１．０〜１．２ボルトの間の典型的な平均運転電圧（１００〜３００ミリアンペア）とを有する。初めに、円筒形ハウジングは、拡大開放端部と反対側の閉塞端部で形成される。電池含有物が供給された後、絶縁グロメット及び負端子エンドキャップを備えるエンドキャップ組立体が、ハウジング開放端部に挿入される。ハウジング縁部を絶縁栓上でクリンプ加工し、且つ、緊密な封止をもたらすために、開放端部は、ハウジングを絶縁栓の周りで径方向に圧縮することによって閉塞される。絶縁グロメットは、負端子キャップを電池ハウジングから電気的に絶縁する。反対側の閉塞端部にある電池ハウジングの一部は、正端子を形成する。
【０００３】
多様な電気化学電池、特にアルカリ電池の設計に関連する問題は、電池が特定地点、普通は、電池の耐用容量の完全な消耗の地点付近を超過して放電し続けると、電池はガスを発生する傾向があることである。電気化学電池、特にアルカリ電池は、従来的には、エンドキャップ組立体内に破裂可能な隔膜又は破裂可能な膜を備える。破裂可能な隔膜又は膜を例えば米国特許第３，６１７，３８６号に記載されるようなプラスチック絶縁部材内に形成し得る。
【０００４】
従来技術は破裂可能な通気隔膜を開示し、それはエンドキャップ組立体内に含まれる絶縁ディスク内の薄肉領域として一体的に形成される。そのような通気隔膜は、例えば、米国特許第５，５８９，２９３号に示されるように、電池の長手軸に対して直交する平面内に位置するよう向けられ得るし、或いは、それらは、米国特許第４，２２７，７０１号に示されるように、電池の長手軸に対して傾斜して向けられ得る。米国特許第６，１２７，０６２号は、絶縁封止ディスクと、一体成形された破裂可能な隔膜とを開示し、それは垂直に、換言すれば、電池の中心長手軸と平行に向けられている。電池内のガス圧が所定レベルまで上昇すると、膜は破裂し、それによって、エンドキャップを通じて外部環境にガス圧を解放する。
【０００５】
電気化学電池内のガス圧を解放するための他の種類の通気口が従来技術に開示されている。１つのそのような通気口は、レシート可能なゴム栓であり、それは小さな平面的な長方形状の充電式ニッケル水素電池と関連して効果的に用いられてきた。レシート可能なゴム栓通気口を備える１つのそのような充電式電池は、Ｇｏｌｄ Ｐｅａｋ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（香港）によって製造される電池型式ＧＰ１４Ｍ１４５として商業的に入手可能な７／５−Ｆ６サイズの充電式ニッケル水素電池である。ゴム栓は、キャビティ内の傾斜開口内に緊密に位置するよう或いは電池のエンドキャップ組立体に着座するよう物理的に圧縮される。電池の内部ガス圧が所定レベルに達すると、栓はその座から持ち上がって離れ、それによって、下に位置する開口からガスを逃がす。電池内のガス圧が通常に戻ると、栓は再着座する。
【０００６】
主要なアルカリ電気化学電池は、典型的には、亜鉛陽極活性化材料と、アルカリ電解質と、二酸化マンガン陰極活性化材料と、典型的にはセルロース又はセルロース誘導体及びポリビニルアルコール系繊維の電解質透過性分離フィルムとを含む。陽極活性化材料は、例えば、カルボキシルメチルセルロースナトリウム又はアクリル酸共重合体のような従来的なゲル化剤及び電解質と混合された亜鉛粒子を含み得る。ゲル化剤は、亜鉛粒子を橋架し、それらを相互に接触して維持する働きをする。典型的には、陽極活性化材料内に挿入される伝導性金属釘は、陽極電流コレクタとして働き、それは負端子エンドキャップに電気的に接続される。電解質は、アルカリ水酸化金属、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、又は、水酸化リチウムの水溶液であり得る。陰極は、導電性を増大するために導電性添加剤、典型的には、黒鉛材料と混合された電気化学活性化材料として、粒子状二酸化マンガンを典型的に含む。選択的に、少量の高分子結合剤、例えば、ポリエチレン結合剤、及び、チタン含有化合物他の添加剤を、陰極に加え得る。
【０００７】
陰極において用いられる二酸化マンガンは、好ましくは、硫酸マンガン及び硫酸の浴槽の直接電気分解によって生成される電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）である。ＥＭＤは高密度及び高純度を有するので、ＥＭＤが望ましい。ＥＭＤの電気伝導率（抵抗率）はかなり低い。個々の二酸化マンガン粒子間の電気伝導率を向上するために、導電性材料が陰極混合物に加えられる。そのよう導電性添加剤は、二酸化マンガン粒子と電池ハウジングとの間の電気伝導率も向上し、それは従来的な円筒形アルカリ電池における陰極電流コレクタとしても作用する。適切な導電性添加剤は、例えば、黒鉛、黒鉛状材料、アセチレンブラックを含むカーボンブラックのような、伝導性炭素粉末を含み得る。好ましくは、伝導性材料は、薄片状の結晶性天然黒鉛、又は、展伸若しくは剥離黒鉛若しくは黒鉛状炭素ナノ繊維及びそれらの混合物を含む薄片状の結晶性合成黒鉛を含む。
【０００８】
小型サイズの長方形状の充電式電池が現在入手可能であり、それらはＭＰ３オーディオプレーヤー及びミニディスク（ＭＤ）プレーヤーのような小型電子装置に電力供給するために用いられる。これらの電池は、典型的には、幾分チューインガムパックのサイズの小さな立方体（直平行六面体）の形状である。ここで用いられる「立方体」という用語は、その普通の幾何学的定義、即ち、「直平行六面体」を意味するものとする。例えば、そのような電池は、例えば、国際電気標準会議（ＩＥＣ）によって定められるそのような電池のための標準サイズに従った置換可能な充電式ニッケル水素（ＮｉＭＨ）サイズＦ６又は７／５Ｆ６サイズの立方体の形態であり得る。Ｆ６サイズは、６．０ｍｍの厚さ、１７．０ｍｍの幅、及び、３５．７ｍｍの長さを有する（ラベルなし）。長さが約４８．０ぐらいの大きさであり得るＦ６サイズのバージョンがある。７／５−Ｆ６サイズは、６．０ｍｍの厚さ、１７．０ｍｍの幅、及び、６７．３ｍｍの長さを有する。ＩＥＣ規格によれば、７／５−Ｆ６サイズの許容偏差は、厚さが＋０，−０．７ｍｍ、幅が＋０，−１ｍｍ、長さが＋０，−１．５ｍｍである。ＭＰ３オーディオプレーヤー又はミニディスク（ＭＤ）プレーヤーのような小型デジタルオーディオプレーヤーに電力供給するために用いられるとき、Ｆ６又は７／５Ｆ６ＮｉＭＨ充電式電池の平均運転圧力は、約１．１〜１．４ボルトの間であり、典型的には、１．１２ボルトである。
【０００９】
ミニディスク（ＭＤ）プレーヤーに電力供給するために用いられるとき、電池は約２００〜２５０ミリアンペアの速度で消耗される。デジタルオーディオＭＰ３プレーヤーに電力供給するために用いられるとき、電池は約１００ミリアンペアの速度で消耗されるのが典型的である。
【００１０】
ミニディスク（ＭＤ）又はＭＰ３プレーヤーのような小型電子装置に電力供給するために、小型アルカリサイズ電池をニッケル水素電池と置換可能に用い得るよう、小型サイズの立方体形状（直平行六面体）のニッケル水素電池と同じサイズ及び形状の小型の平面アルカリ電池を有するのが望ましい。
【００１１】
小型の長方形状の充電式電池、具体的には、小型サイズの充電式ニッケル水素電池の代わりとして、主（非充電式）アルカリ電池、好ましくは、亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池を使用するのが望ましい。
【００１２】
しかしながら、長方（立方体）形状の主Ｚｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池の設計に関連する特別な問題は、電極が電池放電中に膨張する傾向があることである。放電中、陽極及び陰極の双方が膨張する。
【００１３】
所与のハウジング壁厚に関して、長方形状の電池ハウジングは、同程度のサイズ及び容量の円筒形状ハウジングよりも、（ガス化及び陽極膨張に起因する）電池内部圧力の所与の増大に余り耐え得ない。これは、任意の所与圧力及びハウジング壁厚に関して、類似サイズの円筒形状ハウジング上に加えられるよりも著しく高い、長方（立方体）形状ハウジング上に加えられる円周応力（フープ応力）の故である。ハウジングの壁厚を著しく増大することによって、長方形状の電池に関連するバルジング又は膨張の問題を克服し得る。しかしながら、ハウジング壁厚の著しい増加は、小さな全体的な厚さ、例えば、約１０ｍｍより下の厚さの長方形状電池用の陽極及び陰極材料のために利用可能な容量の著しい減少を招き得る。付加される壁厚は、電池の製造コストを増加させる。この関係で、ハウジング壁厚を約０．５０未満、好ましくは、約０．４７ｍｍ未満に保つのが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
よって、長方（立方体）形状ハウジングを有するが、通常の電池使用中にハウジングが著しく膨らまず若しくは膨張しないＦ６又は７／５−Ｆ６サイズ電池のような、小型の平面（非充電式）アルカリ電池を設計するのが望ましい。
【００１５】
そのような長方形状電池を同一サイズの平面充電式ニッケル水素電池の代わりとして用い得るのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の主たる特徴は、放電後に水素ガスを発生する（非充電式）アルカリ電池に主として向けられ、該電池は、外部ケーシング（ハウジング）と、ガス圧力が所定値に達するときに水素ガスを電池から逃がす通気機構を含むエンドキャップ組立体とを有する。ケーシングは、電池の長さに沿って走る少なくとも一組の対向する平面壁を有する。
【００１７】
エンドキャップ組立体がケーシングの開放端部に挿入され、ケーシングを閉塞するために、クリンプ加工又は溶接によって封止される。ケーシング縁部は、開放端部で、典型的にはナイロン又はポリプロピレンの絶縁封止部材上にクリンプ加工され、開放端部内に挿入され得るが、開放端部を閉塞するために、金属カバーをケーシングにレーザ溶接するのが好ましい。アルカリ電池は、平行六面体の形状であり得るが、望ましくは、立方体（直平行六面体）の形状である。よって、ケーシングは好ましくは立方体形状であり、それは如何なる一体的な筒形状部分も有しない。アルカリ電池は、望ましくは、亜鉛を含む陽極と、水性アルカリ電解質、好ましくは、水酸化カリウムの水溶液とを有する。
【００１８】
エンドキャップ組立体は、通気機構と、好ましくは、長方形状の金属カバーとを含む。カバーは、電池含有物がケーシング内に挿入された後に、ケーシングの開放端部を閉塞するために用いられる。もし絶縁体又は絶縁封止部材が前記カバーの縁部とケーシング縁部との間に挿入され、ケーシング縁部が絶縁体上にクリンプ加工されるならば、金属カバーは、電池の負端子を形成し得る。代替的に、カバーをケーシング縁部に直接的に溶接し得る。もしカバーがケーシング縁部に溶接されるならば、電池の負端子として機能するよう、カバーから絶縁された別個のエンドキャップを陽極と電気的に連絡して用い得る。ケーシングは正であり、電池の正端子を形成する。
【００１９】
１つの特徴において、金属カバーは、ケーシングの開放端部を閉塞するために、ケーシング縁部に直接的に溶接され、プラスチックエキステンダー封止が金属カバー上に積層され、次いで、負エンドプレートがプラスチックエキステンダー上に積層される。他の特徴において、プラスチックエキステンダーの代わりに、紙ワッシャを用い得る。
【００２０】
好ましくは複数のコンパクト化されたスラブ又はディスクの形態のＭｎＯ２を含む陰極が挿入される。陰極スラブ又はディスクは好ましくは長方形状であり、それぞれスラブの厚さを通じて走る中心中空コアを有する。スラブは積み重なるように挿入される。スラブは、その外面がケーシングの内面と接触するよう、電池の長さに沿って整列される。積層陰極スラブは、電池の長手軸に沿って走る中心中空コアを形成する。積層陰極スラブ内の中心中空コアは、陽極キャビティを形成する。スラブ内に中心中空コア（陽極キャビティ）を定める各陰極スラブの内面は、好ましくは湾曲面である。そのような湾曲した内面は、移送及び処理期間中に、スラブの機械強度を向上し、電解質透過性隔離板と陰極との間のより均一な接触をもたらす。隔離板の外面が陰極の内面と当接し且つ密接に接触するよう、隔離板は電池の中心中空コア（陽極キャビティ）内に挿入される。亜鉛粒子を含む陽極スラリーが、陽極と陰極との間の接合面をもたらす隔離板を備える陽極キャビティ内に挿入される。エンドキャップ組立体は細長い陽極電流コレクタを有し、それは陽極スラリー内に挿入され且つ電池の負端子と電気的に連絡する。エンドキャップ組立体は、絶縁封止部材を有し、それはそのような陽極電流コレクタを電池の外部ケーシングから絶縁する。
【００２１】
陽極キャビティが、電池の長手軸に対して直交する平面に沿った陰極スラブの断面を取った後に平面で見られるときに、陽極キャビティは、好ましくは細長い又は長円形構造を有する。外部ケーシング（ハウジング）は、望ましくは鋼であり、好ましくはニッケルめっき鋼である。ケーシング壁厚は、望ましくは約０．３０〜０．５０ｍｍの間、典型的には約０．３０〜０．４５ｍｍの間、好ましくは約０．３０〜０．４０ｍｍの間、より望ましくは約０．３５〜０．４０の間である。
【００２２】
１つの特徴において、再使用可能な或いは再活性化可能な通気口、好ましくは、レシート可能な栓通気機構を、主通気機構として用い得る。レシート可能な栓は、約１００〜３００ｐｓｉｇ（６８９．５×１０３〜２０６９×１０３パスカルゲージ）の間、望ましくは約１００〜２００ｐｓｉｇ（６８９．５×１０３〜１３７９×１０３パスカルゲージ）の間の電池の内部ガス圧力が閾値レベル圧力Ｐ１に達するときに活性化するよう設計されるのが好ましい。
【００２３】
他の特徴において、もう１つの離間した溝通気口、好ましくは、ケーシング表面上の少なくとも１つの打抜き又は刻込み領域を含む単一の連続的な溝通気口（鋳造通気口）を、主通気機構として用い得る。溝通気口は、下方に位置する薄肉領域が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４．５×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力Ｐ１で破裂するよう、ケーシング表面に打ち抜かれ、切断され、或いは、刻み込まれ得る。そのような設計では、レシート可能な栓を除去し得る。好ましくは、溝通気口は、正端子近傍のケーシングの閉塞端部近傍に位置付けられる。溝境界を閉塞或いは開放し得る。溝は、好ましくはケーシング縁部と平行な、直線又は実質的直線であり得る。溝幅は、典型的には小さく、例えば、約１ｍｍ未満である。しかしながら、ここでもちいられるような「溝」又は「溝通気口」という用語は、如何なる特定の幅又は形状に限定されることは意図されず、むしろ、電池内のガス圧力が標的閾値レベルに達するときに亀裂し或いは破裂することが期待される下方に位置する薄肉の材料領域をもたらす、電池のケーシングの如何なる凹みをも包含する。非限定的な実施例として、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池には、好ましくはケーシング閉塞端部近傍に、ケーシングの広い面に位置付けられ且つ広い縁部と平行な溝通気口がある。複数のそのような溝通気口があり得るが、ケーシングの広い側面上にあり、長さが約８ｍｍであり、且つ、ケーシングの閉塞端部から約５〜１０ｍｍの単一の溝通気口だけがあるのが望ましい。
【００２４】
本発明のそのような特徴において、薄肉材料が下方に位置する溝通気口は、電池内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力Ｐ１に達するときに破裂するよう設計され得る。約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の爆発圧力におけるそのような範囲を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝は、約０．０４〜０．１５ｍｍの間の厚さを有し得る。代替的に、薄肉材料が下方に位置する溝通気口は、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間、望ましくは約４００〜６００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜４１３６×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力に達するときに破裂するよう設計され得る。４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝は、約０．０７〜０．１５ｍｍの間の厚さを有し得る。
【００２５】
ケーシング表面を型、好ましくは切断ナイフ縁部を有する型で打ち抜くことによって溝通気口を作成し得る。打抜き型がケーシング外面を先行するときに、マンドレルがケーシングの内面に対して保持される。溝は、等長側面を有するＶ字形状或いは非等長側面を有するＶ字形状に便利に切断され得る。前者の場合、Ｖ字形状溝を形成する側面は、望ましくは約４０度の鋭角を形成し、後者の場合、それらは好ましくは１０〜３０度の間の角度を形成する。
【００２６】
溝通気口と共に、金属カバーをケーシングに固定する１つ又はそれ以上のレーザ溶接部を含む補足的な通気システムがあり得る。そのような溶接部は、薄肉領域が下方に位置する溝通気口の破裂圧力Ｐ１よりも高い圧力で破裂するよう設計され得る弱い溶接部及び強い溶接部の一方又は双方から成り得る。そのようなレーザ溶接は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いてなされる。
【００２７】
本発明の特徴において、１つだけのレーザ溶接部、即ち、金属カバーの周縁全体をケーシングに固定する強い溶接部があり得る。強い溶接部は、壊滅的条件の下で、例えば、もし電池が極めて高い電流の下で或いは電池内のガス発生を約８００ｐｓｉｇ〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに急激に上昇させる極めて不正使用の条件の下で不注意に充電に晒されるならば破裂するよう設計される補足的な通気システムとして機能し得る。
【００２８】
よって、好適な特徴において、電池ケーシング上を打ち抜かれた或いは切断された少なくとも単一の溝通気がある。単一の溝通気機能は電池の主要通気機構として機能し、その場合には、薄肉材料が下方に位置する溝は、もし電池内のガスが約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間、より典型的には約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに上昇するならば破裂するよう設計される。そして、金属カバーの縁部をケーシングに固定する強いレーザ溶接部を含む補足的通気システムが組み合わせがある。そのような強いレーザ溶接部は、電池内のガスが約８００ｐｓｉｇ〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに急激に上昇する壊滅的状況の場合に亀裂し或いは破裂するよう設計される。そのような場合には、電池内のガスは破裂を通じて迅速に逃げ、電池の内部圧力は直ちに通常レベルに戻る。
【００２９】
本発明の特徴において、電池は、陰極が超過するよう平衡される。望ましくは、電池は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛の理論比値に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２の理論比値に基づく）ＭｎＯ２の理論容量の比率が、約１．１５〜２．０の間、望ましくは約１．２〜２．０の間、好ましくは約１．４〜１．８の間であるように平衡される。ここの平面アルカリ電池の設計は、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量のより高い比率で、全体的な膨張の量を低減することが測定された。全体的な膨張を減少するために、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量の比率は、約２．５の高さ或いは約３．０まででさえあり得るが、電池設計は、約２．０より上のそのように高い比率で、電池容量をより顕著に減少し、よって、その観点から余り望ましくなくなる。何故これが起こるかは確実に知られていない。それは部分的には亜鉛の殆ど全てが放電されるという事実の故であり得る。そのような場合には、たとえあったとしても僅かの水酸化亜鉛中間体が陽極内に残るだけであり、それは膨張を引き起こし得る。
【００３０】
ケーシング外側の厚さに対する陽極の厚さの比率は、望ましくは約０．３０〜０．４０の間である。（そのような厚さは、電池の外側厚さを横断して、電池の長手軸と平行な平面に沿って測定される。）放電後の電池の膨張はそれによって制御され、平面又は長方形状のアルカリ電池が携帯デジタルオーディオプレーヤー及び類似物のような電子装置のための主電源として用いられるのを可能にする。
【００３１】
１つの特徴において、アルカリ電池は、小さな立方体（直平行六面体）の全体的形状を有し、典型的には約５〜１０ｍｍの外側厚さ、具体的には約５〜７ｍｍの厚さを有する。外側厚さは、電池の短い寸法を定めるハウジングの対向側面の外側面の間の距離によって測定される。そのような実施態様では、本発明の主（非充電式）アルカリ電池を、例えば、小型サイズの平面充電式電池の取替えとして用い得る。具体的には、そのような主アルカリ電池を、同一サイズの充電式ニッケル水素電池、例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形の充電式ニッケル水素電池のための取替えとして用い得る。
【００３２】
本発明の特徴において、隔離板を開放端部及び反対側の閉塞端部を有するバッグ形状に組み立て得る。単一シートの隔離板材料を巻き付け且つ一端を接着剤又は熱封止で閉塞することによって、そのような隔離板を容易に形成し得る。陰極ディスクが電池ケーシング内に挿入された後、次に、巻き付けられた隔離板は、隔離板表面が露出された陰極表面に面するよう挿入される。好ましくは、隔離板の幅は、陽極キャビティ全体の幅よりも幾分少ない。この結果、隔離板の１つの短い側面と陰極ディスクとの間に間隙が得られる。間隙は、約２〜４ｍｍの間、好ましくは約２〜３ｍｍの間である。次に、隔離板の開放端部を通じて、陽極材料を陽極キャビティ内に充填し得る。この結果、陽極材料、陰極材料、及び、それらの間の隔離板で充填されたケーシングが得られ、この場合には、隔離板の１つの短い側面と陰極との間に間隙（空所）がある。
【００３３】
追加的なアルカリ電解液を間隙内に注入することによって、追加的なアルカリ電解液を電池内部に今や加え得る。陽極及び陰極が電池内の所定位置に配置された後に少量の追加的な電解液を電池内部に追加するのが望ましくあり得る。望ましくは増分電解質計量分配の間に短い時間間隔を備えて、追加的な電解液を小さな増分で隔離板と陰極との間の前記間隙に加え得る。代替的な実施態様では、陰極が所定位置に配置された後、陽極が陽極キャビティ内に挿入される前に、追加的な電解質の一部を間隙に加え得る。次に、陽極材料が電池の陽極キャビティ内に挿入され、然る後、追加的な電解液が間隙に加えられ得る。最後の量のアルカリ電解質が隔離板と陰極との間の間隙に加えられた後、陽極は膨張し、隔離板表面を陰極に対して面一に押し付け、よって、間隙を消失させる。
【００３４】
追加的な電解液は、陽極の利用及び全体的な電池性能を向上するのに役立ち得る。それは電池の膨張を抑制する傾向のある要因であり得る。もし追加的な電解質が前記間隙に加えられるならば、電解質の吸収を可能にするために、計量分配間に例えば約１〜４分の間で十分な時間遅延を備えて、それは計量分配増分で加えられるのが好ましい。そのような手順は、エンドキャップ組立体キャビティ、即ち、陽極上の空間への電解質のオーバーフローを引き起こさずに、陽極及び陰極への追加的な電解質の吸収を可能にする。そのようなオーバーフローは、ケーシングに対する金属カバーの均一なレーザ溶接を妨げるのに十分な金属カバー表面及び縁部の湿潤を引き起こす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の平面アルカリ電池１０の具体的な実施態様が図１乃至５に示されている。電池１０は、少なくとも２つの平面的な対向する側面を有し、それらは電池の長手軸と平行である。図１及び１Ａに最良に示されるように、電池は長方形状、換言すれば、立方体であるのが好ましい。ここで用いられる「立方体」という用語は幾何学的定義を意味し、それは直平行六面体である。しかしながら、電池１０は平行六面体でもよい。図面に示されるような外部ケーシング１００は、好ましくは立方体形状であり、よって、如何なる一体的な円錐形状部分も有さない。電池１０は、典型的には、その幅よりも小さな厚さ、且つ、その長さよりも小さな幅を有する。電池の厚さ、幅、及び、長さが異なる寸法であるとき、厚さは、普通、これらの３つの寸法のうちで最小と考えられる。
【００３６】
電池は、好適にはニッケルめっき鋼の立方体形状ケーシング（ハウジング）１００を含むのが好ましい。ケーシング１００の背面は、例えば、商品名ＴＩＭＲＥＸ Ｅ−ＬＢ炭素塗膜の下で入手可能な溶剤に基づく炭素塗膜の層で被覆されるのが好ましい。図面に示される実施態様において、ケーシング（ハウジング）１００は、一組の対向する大きな平面的な壁１０６ａ，１０６ｂと、一組の対向する小さな平面的な壁１０７ａ，１０７ｂと、閉塞端部１０４と、反対側の開放端部１０２とによって境界付けられている。電池の厚さは、壁１０６ａ，１０６ｂの外面の間の距離によって定められる。電池の幅は、壁１０７ａ，１０７ｂの外面の間の距離によって定められる。ケーシング１００は、伝導性を向上するために、その内面が炭素又はインジウムの層で被覆されるのが望ましい。陽極１５０と、陰極１１０と、それらの間の隔離板１４０とを含む電池含有物は、開放端部１０２を通じて供給される。好適実施態様において、陽極１５０は粒子状亜鉛を含み、陰極１１０はＭｎＯ２を含む。水酸化カリウムの水溶液が陽極及び陰極の一部を形成する。
【００３７】
図５に最良に示されるように、陰極１１０は、その厚さを通じて中空中心コア１１０ｂを有する複数のスラブ１１０ａの形態であり得る。陰極スラブ１１０ａは、全体的に長方形状である。図２、３、及び、５に示されるように、陰極スラブ１１０ａはケーシング１００内に挿入され、電池の長さに沿って垂直に積み重なって積層化されている。ケーシング１００内への挿入後、各陰極スラブ１１０ａを再圧縮し得る。そのような再圧縮は、各陰極スラブ１１０ａの外面がケーシング１００の内面と緊密に接触することを保証する。好ましくは、陰極スラブ１１０ａ内の中空中心コア１１０ｂは、陽極スラリー１５０を受容するために電池の長手軸１９０に沿って１つの連続的な中心コアを形成するよう整列される。選択的に、ケーシング１００の閉塞端部１０４に最も近い陰極スラブ１１０ａは、閉塞端部１０４の内面に当接し且つ被覆する底面を有し得る。
【００３８】
陰極スラブ１１０ａをダイカスト又は圧縮成形し得る。代替的に、中空コアを有する単一の連続的な陰極１１０を形成するようノズルを通じて押し出される陰極材料で陰極１１０を形成し得る。中空コア１１０ｂを備える複数のスラブ１１０ａを用いても陰極１１０を形成可能であり、その場合には、各スラブはケーシング１００内に押し出される。
【００３９】
陰極１１０の挿入後、図２、３、及び、５に示されるように、隔離板１４０の外面が陰極の内面に当接するよう、電解質透過性隔離板１４０が、次に、各スラブ１１０ａの中心コア１１０ｂ内に位置付けられる。前記中空中心コア１１０ｂを定める各陰極スラブ１１０ａの内面は、好ましくは曲面である。そのような湾曲した内面は、移動及び処理期間中、スラブの機械的強度を向上し、隔離板１４０と陰極１１０との間のより均一な接触をもたらす。
【００４０】
スラブ１１０ａの中心コア１１０ｂは、上記されたように、１つの連続的なコアを形成するよう整列される。隔離板２４０の挿入後、連続的なコアは、陽極材料１５０を収容するための陽極キャビティ１５５を形成する。陽極キャビティは、陰極材料の全くない陰極スラブ１１０ａの中心コアの内側にある。陽極キャビティ１５５は、電池の長手軸１９０に対して直交する平面に沿って陰極スラブ１１０ａの断面を取った後の平面図（図４Ｂ）で見られるとき、細長い又は長円の形状を有する。境界パラメータ１５６によって定められる陽極キャビティ１５５の断面は、楕円形又は実質的に楕円形である。キャビティ１５５は、短い寸法Ｄ２よりも大きな長い寸法Ｄ１を有する。よって、キャビティ１５５は、電池の狭い側面（１０７ａ又は１０７ｂ）と平行な平面の方向の直径（又は幅）Ｄ２よりも大きな、電池の広い側面（１０６ａ又は１０６ｂ）と平行な平面の経路に沿った直径（又は幅）Ｄ１を有し得る。よって、非限定的な実施例として、陽極キャビティ１５５は、中心長手軸１９０に対して直交する平面に沿った断面で見られるときに、楕円形状を取り得るし、或いは、実質的に楕円形のようであり得る。陽極キャビティの対向する長い境界縁部１５８ａ，１５８ｂは、断面（図４Ｂ）で見られるときに、全体的な構造が完全な楕円ではないが、それにも拘わらず図示のように細長い或いは長円形であるよう、平面的或いは実質的に平面的であり得る。
【００４１】
キャビティ１５５は、電池の中心長手軸１９０に対して直交する平面によって陰極スラブ１１０ａを切断することによって得られる断面（図４Ｂ、４Ｃ、及び、４Ｄ）で見られるときに、細長い又は長円形の形状を有する。そのような細長い形状は、図４Ｃに示されるような細長い多角形又は長方形状であり得る。境界パラメータ１５６によって定められるキャビティ１５５の長い寸法Ｄ１及び短い寸法Ｄ２を定める軸を、図４Ｄに示されるように傾斜し得る。好ましくは、電池中心長手軸１９０（図１Ａ）に対して直交する平面によって陰極スラブ１１０ａを切断することによって得られる断面（図４Ｂ）で見られるときに、キャビティ１５５は、湾曲した境界パラメータ１５６の少なくとも一部を有する。キャビティ１５５は長円形構造であるのが望ましい。好適実施態様では、キャビティ１５５を定める実質的に全ての境界パラメータ１５６が湾曲している。具体的には、図４Ｂに最良に示されるように、少なくとも、電池の対向する狭い側面１０７ａ，１０７ｂに最も近い、キャビティ１５５の対向する表面１５７ａ，１５７ｂは、湾曲しているのが望ましい。好ましくは、上記のような断面で見られるときに、キャビティ１５５の実質的に全てのパラメータ１５６は湾曲している。図４Ｂに示されるように外側ケーシング１００から見られるときに、対向する長い縁部１５８ａ，１５８ｂは、外向きに湾曲している（凸状である）のが好ましい。しかしながら、長い縁部１５８ａ，１５８ｂは平面的又は実質的に平面的であり得る。代替的に、例えば、交互の凸状及び凹状の表面を有することによって、長い縁部１５８ａ，１５８ｂは僅かに内側に湾曲し（凸状になり）得るし、或いは、僅かに外向きに湾曲し（凹状になり）得る。同様に、短い縁部１５７ａ，１５７ｂは、僅かに内側に湾曲し（凸状になり）得るし、或いは、僅かに外向きに湾曲し（凹状になり）得るし、或いは、例えば、交互に凹状及び凸状の表面を有することによって、回旋状の湾曲であり得る。電池の長手軸に対して直交する平面に沿って取られた陰極スラブ１１０ａの如何なる断面にも、平面内の最大長さを表わすキャビティ１５５の長い寸法Ｄ１と、前記平面内の最大幅を表わす短い寸法Ｄ２もある。長い直径（Ｄ１）は、普通、電池の広い側面（１０６ａ，１０６ｂ）と平行な平面に沿った方向にあり、小さい寸法（Ｄ２）は、図４Ｂに示されるような電池の狭い側面（１０７ａ，１０７ｂ）と平行な平面に沿った方向にある。キャビティ１５５は、上記されたような断面で見られるときに、少なくともある曲率を有し、Ｄ１／Ｄ２の比率が１．０よりも大きいことによって特徴とし、それが細長い或いは長円構造であることを反映している。長手軸１９０に対して直交する平面に沿って取られた断面で見られるときに、キャビティ１５５の形状は、１．０よりも大きな１／Ｄ２比率を有する対称的な長円構造を有するのが望ましい。そのような場合には、寸法Ｄ１及びＤ２は、図４Ｂに示されるように、互いに直交している。特別な非制限的な実施例として、キャビティ１５５の形状は、そのような断面で見られるときに、長円形状であり、且つ、楕円又は実質的に楕円であり得る。
【００４２】
陽極１５０は、亜鉛粒子及び水性アルカリ電解質を含むゲル化亜鉛スラリーの形態であるのが好ましい。陽極スラリー１５０は、電池の長手軸１９０に沿って電池の中心コア１５５内に注入される。よって、陽極１５０は、それらの間の隔離板１４０によって、直接的な接触から隔離されている。
【００４３】
電池含有物の供給後、次に、電池を封止し且つ負端子２９０を提供するために、電池組立体（図４）は、開放端部１０２内に挿入される。ケーシングの閉塞端部１０４は、電池の正端子として機能し得る。突出する正ピップを提供するために、閉塞端部１０４を引き抜き或いは打ち抜きし得るし、さもなければ、図１Ａに示されるように、突出ピップ１８０を有する別個のエンドプレート１８４をケーシング１０４の閉塞端部１０４に溶接し得る。
【００４４】
エンドキャップ組立体１２の具体的な実施態様を構成する構成要素が、図４に最良に示されている。エンドキャップ組立体１２は、細長い陽極電流コレクタ１６０と、絶縁封止部材２２０と、封止部材２２０の上に位置する金属カバー２３０と、絶縁封止部材２２０を部分的に貫通する金属リベット２４０と、金属カバー２３０からリベット２４０を絶縁するプラスチックスペーサ２５０と、リベット２４０内のキャビティ２４８内に位置するゴム通気栓２６０と、プラスチックエキステンダー封止２８０と、プラスチックエキステンダー２８０上の負端子プレート２９０とを含む。
【００４５】
リベット２４０内のキャビティ２４８内に位置するときのゴム通気栓２６０と、ゴム栓２６０上の通気ピップキャップ２７０とが開示され、Ｇｏｌｄ Ｐｅａｋ Ｂａｔｔｅｒｙ（香港）によって製造される商業的な７／５−Ｆ６サイズの長方形状の充電式ニッケル水素電池型番ＧＰ１４Ｍ１４５と関連して用いられることが認知される。しかしながら、本特許出願の出願人は、エンドキャップ組立体が全体的に前記充電式ニッケル水素電池型番ＧＰ１４Ｍ１４５において腐食を引き起こし、主要な亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池に適用されるならば、気泡発生を促進することを測定した。電流コレクタの最も広い部分は電池ハウジング内面に極めて近い（約０．５ｍｍ未満）ので、そのような腐食は細長い電流コレクタと電池ハウジングの背面との間で発生することが分かった。電流コレクタ１６０の広い部分、即ち、フランジ１６１は、レシート可能な通気栓設計と関連して用いられることが理解されよう。電流コレクタのそのような広い部分（フランジ１６１）が必要とされるのは、電流コレクタが絶縁封止部材２２０の下面にリベット締めされるからである。よって、フランジ１６１は、そこにリベット２４０のベース２４６を締結するのに十分な広さでなければならない。もし電池１０が小型サイズの平面電池、例えば、約５〜１０ｍｍの全体的な厚さを有する立方体形状の電池であるならば、フランジ１６１の縁部は、従って、ケーシング１００の内面に近接して終端する。
【００４６】
本出願人は、絶縁封止部材に囲繞スカート２２６を提供するために、絶縁封止部材２２０を設計変更することによって、電流コレクタ１６０と絶縁封止部材２２０とを含むサブ組立体を変更した。絶縁封止スカート２２６は、陽極電流コレクタ１６０の最も広い部分、即ち、フランジ１６１を取り囲む。よって、絶縁スカート１６１は、電流コレクタフランジ１６１とケーシング１００内面との間に障壁をもたらす。絶縁スカート１６１は、電池放電期間中、フランジ１６１とケーシング１００内面との間の空間において、腐食性化学薬品、典型的には、複合体又は化合物を含有する金属の生産を削減することが測定された。そのような腐食性化学薬品は、もし大量に生成されるならば、電池性能と干渉し、電池の気泡発生を促進し得る。また、ここに記載される変更された設計において、陽極電流コレクタ１６０の最も広い部分、即ち、フランジ１６１は、ハウジング内面から、約０．５〜２ｍｍの間、好ましくは約０．５〜１．５ｍｍの間である。これは、電流コレクタフランジ１６１を取り囲む絶縁封止スカート２２６の使用との組み合わせにおいて、電流コレクタの広い部分（フランジ１６１）とケーシング１００内面との間の如何なる顕著な量の腐食性化学薬品の生成をも防止することが測定された。次いで、そのような本発明の変更された設計は、レシート可能なゴム通気栓組立体を平面的主要アルカリ電池のための実現性のある通気機構として適切にする。
【００４７】
図４及び５に最良に示されるエンドキャップ組立体１２の構成要素を以下のように組み立て得る。陽極電流コレクタ１６０は、底端において先端部で終端し且つ頂端において外向きに延びる一体型フランジ１６１で終端する細長いシャフト１６２を含み、一体型フランジはシャフト１６２に対して直角であるのが好ましい。よって、電流コレクタ１６０が陽極１５０内に挿入されると、外向きに延びるフランジ１６１は、シャフト１６２よりもケーシング１００の内面に近接し得る。絶縁封止部材２２０は、頂部パネル２２７と、反対側の開放底部２２８とを有する。絶縁封止部材２２０は、耐久性があり、アルカリに対する耐性があり、且つ、水素透過性を有するナイロン６６又はナイロン６１２から成るのが好ましい。代替的に、絶縁封止部材２２０は、耐久性があり、且つ、水素透過性を有するポリプロピレン、タルク充填ポリプロピレン、スルホン化ポリエチレン、又は、他のポリアミド（ナイロン）等級から構成され得る。絶縁部材２２０は、ケーシング１００の開放端部１０２内に滑り嵌めし得る長方形であるのが好ましい。絶縁封止部材２２０の頂端部２２７から延びる対向する側壁２２６ａ及び対向する側壁２２６ｂは、下向きに延びるスカート２２６を頂部パネル２２７の周りに形成する。スカート２２６は、前記絶縁封止部材２２０の開放底部２２８の限界を定める。頂部パネル２２７を貫通する開口２２４がある。金属カバー２３０があり、それは貫通する開口２３４を有する金属プレートであり得る。ヘッド２４７とベース２４５とを有する金属リベット２４０がある。リベット２４０はニッケルきっき鋼又はステンレス鋼であり得る。リベット２４０はヘッド２４７内にキャビティ２４８を有する。キャビティ２４８は、リベットヘッド２４７及びリベットシャフト２４５を完全に貫通する。電流コレクタ１６０のフランジ１６１が前記封止部材２２０のスカート２２６によって取り囲まれ且つ保護されるよう、電流コレクタ１６０のフランジ１６１は、絶縁封止部材２２０の開放底部２２８内に挿入される。図４に示されるように、電流コレクタ１６０のフランジ部１６１は、そこを貫通する開口１６４を有する。リベット２４０のベース２４６を前記開口１６４に通し、前記リベットと電気接触する電流コレクタ１６０を保持するために、前記フランジ１６１にリベット締めし得る。
【００４８】
そのような実施態様において、絶縁スカート２２６は、電流コレクタのフランジ１６１と電気のケーシング１００の内面との間の障壁をもたらす。陽極電流コレクタ１６０の如何なる表面と電池のケーシング１００内面との間の、例えば、約０．５ｍｍ未満の狭い間隙も、アルカリ電池の放電期間中に腐食性副産物が生じ得る領域を提供し得ることが測定された。次いで、これは、陽極電流コレクタ１６０の隣接領域を不動態化し、気泡発生を促進し得る。絶縁封止部材２２０の下向きに延びるスカート２２６は、一体型フランジ１６１のような電流コレクタ１６０の外向きに延びる部分を取り囲み、それによって、電流コレクタ１６０の最も広い部分とケーシング１００との間に障壁をもたらすことが意図されている。これは腐食問題を解決し且つ気泡発生を減少することが測定された。本出願人は、電流コレクタの最も広い部分を設計変更することによって、好ましくは、障壁、即ち、陽極電流コレクタ１６０の最も広い部分、即ち、フランジ１６１を取り囲む絶縁スカート２２６を設けることによって設計を変更した。ここの以下の段落において、スカート２２６の配置及び効果をより詳細に記載する。ここに記載された本出願人の変更された設計において、陽極電流コレクタ１６０の最も広い部分、即ち、フランジ１６１は、ハウジング内面から約０．５〜２ｍｍの間、好ましくは、約０．５〜１．５ｍｍの間である。また、囲繞絶縁スカート２２６は、電流コレクタフランジ１６１とケーシング１００との間に障壁をもたらした。これらの設計の機能は、腐食問題を解決し、且つ、レシート可能なゴム通気栓組立体を本発明の平面的主要アルカリ電池のための実現可能な通気機構として適させることが測定された。
【００４９】
エンドキャップ組立体１２を形成する場合には、電流コレクタ１６０のフランジ部分１６１は、そこを貫通する開口１６４が、絶縁封止部材２２０の頂部パネル２２７を貫通する開口２２４と整列するよう位置付けられる。金属カバー２３０は、金属カバー２３０を貫通する開口２３４が開口２２４と整列されるよう、絶縁封止部材２２０の頂部パネル２２７の上に位置付けられる。プラスチックスペーサディスク２５０が、スペーサディスク２５０を貫通する開口２５２が金属カバー２３０の開口２３４と整列するよう金属カバー２３０の上に挿入される。好適実施態様（図４）において、リベット２４０のベース２４６は、プラスチックスペーサ２５０の開口２５２に通され、また、金属カバー２３０の開口に通される。リベット２４０のベース２４６も、絶縁封止部材２２０の開口２２４及び電流コレクタフランジ１６１の開口１６４を通される。プラスチックスペーサ２５０は、金属カバー２３０からリベット２４０を絶縁する。リベットシャフト２４５のベース２４６は、絶縁封止部材２２０の開口２２４と、陽極電流コレクタ１６０の頂部フランジ部分１６１内の下に位置する開孔１６４を通じて延びる。軌道リベット打機を用いて、リベットシャフトのベース２４６を、電流コレクタフランジ１６１の底表面に対する所定位置に打ち込み得る。これはリベットシャフトを絶縁封止部材２２０の開口２２４内の所定位置に係止し、また、電流コレクタ１６０をリベットシャフト２４５に固定する。これは、電流コレクタ１６０をリベット２４０と恒久的に電気接触状態に維持し、リベットシャフト２４５が絶縁封止部材２２０の開口２２４から取り外され或いは取り除かれるのを防止する。リベットヘッド２４７は、プラスチックスペーサ２５０上に気密に位置する。これは、リベット２４０と、プラスチックスペーサ２５０と、金属カバー２３０と、絶縁封止部材２２０と、陽極電流コレクタ１６０を含むサブ組立体を形成する。さらなる組立てのために準備が出来るまでサブ組立体を保管し得る。
【００５０】
組み立てプロセスは、ゴム通気栓２６０をリベットヘッド２４７内のキャビティ２４８内に挿入することによって完成される。栓２６０は、好ましくは、切頭円錐形状であり、リベットヘッド２４７内のキャビティ２４８内に滑り嵌めするよう設計される。栓２６０は、アルカリ電解質に対して耐性を有する圧縮性の可撓材料から成るのが好ましい。栓２６０のための好適な材料は、ゴム、好ましくは、ネオプレン若しくはＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンジエンターポリマー）ゴム、又は、他の耐アルカリ圧縮性ゴムである。栓２４０の表面は、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）、アスファルト、又は、ポリアミドのような非湿潤材によって被覆されるのが好ましい。次に、金属通気ピップキャップ２７０が、栓２６０上に挿入される。通気ピップキャップ２７０は、栓を約０．５ｍｍだけ圧縮するのに十分な力で栓２６０に押圧される。これは、約２００ｐｓｉｇ（１３．７９×１０５パスカル）の内部圧力の蓄積に耐え得る封止をもたらすことが測定された。封止が典型的には約１００〜３００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカルゲージ）の間、望ましくは約１００〜２００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜１３．７９×１０５パスカルゲージ）の間の内部圧力に耐え得るよう、栓２６０圧縮を調節し得る。より高い、即ち、３００ｐｓｉｇ（２０．６９×１０５パスカルゲージ）より高い圧力に耐える封止を可能にするために、望ましければ、栓２６０のより高い程度の圧縮も可能である。逆に、望ましければ、封止が１００ｐｓｉｇ未満の任意の所望値にある圧力閾値まで維持されるよう、栓２６０の圧縮の減少も可能である。通気ピップキャップ２７０のベース２７３は、通気キャップ２７０が栓２６０上に押圧されるときに、プラスチックスペーサ２５０の頂面内の圧痕又はクレバス２５３に嵌入する幾つかの下向きに延びるセグメントを有し得る。これは図５に最良に示されている。通気ピップキャップ２７０が栓２６０上へ挿入され、それによって、リベットヘッドキャビティ２４８内の前記栓を圧縮した後、通気キャップ２７０はリベットヘッド２４７に溶接される。栓２６０は、それによって、リベットヘッドキャビティ２４８内に圧縮状態に維持される。プラスチックエキステンダー部材２８０は、通気キャップヘッド２７１上に配置される。通気キャップヘッド２７１は、プラスチックエキステンダー２８０内の開口２８２を通じて突出する。次に、端子エンドキャップ２９０（負端子）が通気キャップヘッド２７１に溶接される。よって、通気キャップ２７０は、エンドプレート２９０及びリベット２４０の双方に溶接される。端子エンドプレート２９０は、ニッケルめっき冷間圧延鋼又はステンレス鋼、好ましくは、ニッケルめっき低炭素鋼のような良好な機械的強度及び耐食性を有する伝導性金属から構成される。よって、完成されたエンドキャップ組立体１２は、電流コレクタ１６３と恒久的に電気接触する端子エンドプレート２９０で形成される。
【００５１】
次に、完成されたエンドキャップ組立体１２は、ケーシング１００の開放端部１０２内に挿入される。電流コレクタシャフト１６２は、陽極スラリー１５０内に貫通する。金属カバー２３０の縁部は、好ましくはレーザ溶接によって、ケーシングの頂部周縁１０４に溶接される。これはエンドキャップ組立体１２を所定位置に確実に保持し、図１及び１Ａに示されるように、ケーシング１００の開放端部１０２を封止する。端子プレート２９０は、電流コネクタ１６０及び陽極１５０と電気的に接触し、よって、ここに記載される亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池実施態様のための電池の負端子を形成する。負端子プレート２９０はプラスチックエキステンダー２８０によってケーシング１００から電気的に絶縁されていることが理解されよう。リベット２４０及び電流コレクタ１６０は、プラスチックスペーサ２５０によってケーシング１００から電気的に絶縁され、封止部材２２０を封止する。図１Ａ、２、及び、３に示されるように、ピップ１８０は、対向するケーシング１００の閉塞端部で、電池の正端子を形成する。ピップ１８０をケーシング１００の閉塞端部１０４から一体的に形成し得るし、或いは、図１Ａに示されるように閉塞端部に別個に溶接された別個のプレート１８４から形成し得る。完成された電池は、図１及び１Ａの斜視図及び図２及び３の断面図に示されている。
【００５２】
動作中、電池の放電又は蓄電の期間中、もし電池内のガス圧力が蓄積して設計閾値レベルを超えるならば、栓２６０はリベットヘッドキャビティ２４８内で外れるようになる。これは、ガスが、リベットヘッドキャビティ２４８を通じて、次に、通気キャップ２７０の通気開口２７２を通じて、電池内部から外部環境に逃げ出すことを可能にする。電池内の圧力が減少すると、栓２６０はリベットヘッドキャビティ２４８内で脱座するようになる。
【００５３】
追加的な安全機能として、電池は、レシート可能な栓通気２６０を補足する働きをする第二通気装置を備え得る。補足的通気は、壊滅的状況において、例えば、使用者が平面的に充電可能な電池用の充電器を用いて不注意に主電池１０を長時間に亘って充電しようと試みるならば動作するよう設計され得る。本発明の電池１０は、主（充電不能電池）であるよう設計される。電池は充電されてはならないという電池ラベル上の十分な書面通知にも拘わらず、使用者が、不注意に、平面的充電器、例えば、平面的ニッケル水素電池を充電するために設計された充電器内で電池の充電を試みる可能性が常にある。もし電池が長時間に亘って充電することを試みることによってこのように不正使用されるならば、内部圧力レベルが突然に上昇し得る危険性がある。
【００５４】
もし電池１０が（主要な充電不能電池として意図されているに拘わらず）不注意に充電に晒されるならば、栓通気２６０は外れ、それによって、内部圧力が設計閾値、望ましくは約１００〜３００（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカルゲージ）の間の圧力）に達するときに圧力を解放する。圧力が長時間に亘る連続充電後に再び蓄積するならば、栓２６０は再び脱座する。そのようなプラグ脱座及び再着座のプロセスは多数回反復され、その結果、電池内部からのガス圧力のパルス開放が得られ得る。そのような不正使用条件の下で、ＫＯＨ電解質が、栓２６０とリベットヘッドキャビティ２４８ハウジング栓２６０の内面との間の自由空間内に漸進的に進入し結晶化する可能性がある。（栓２６０は、リベットヘッドに溶接された通気キャップ２７０によって、リベットヘッドキャビティ２４８内に圧縮状態に保持される。）そのような結晶化されたＫＯＨの蓄積は、栓２６０と通気キャップ２７０の内面との間の自由空間の量を減少する。閾値ガス圧力に達したときに、栓２６０の膨張のために利用可能な自由空間がより少なくなり得るので、充電プロセスが継続されるときに、これは栓２６０が正しく脱座するのを漸進的により困難にし得る。リベットヘッド２４８内の少量の自由空間内の結晶化ＫＯＨの蓄積も、通気キャップ２７０内の通気開口２７２を通じたガスの正しい通気を妨げ得る。
【００５５】
栓２６０と通気キャップ２７０の内面との間のそのようなＫＯＨ結晶蓄積の有害な効果を減少するために、ここでは設計における幾つかの改良が提案される。
【００５６】
本発明の通気システムは、主要な及び補足的な通気機構を含み得る。電池内のガス圧力が設計圧力閾値レベルＰ１まで蓄積すると、主通気機構が活性化される。主通気機構が動作不良となる場合に、或いは、もし電池がガス圧力の急激な蓄積を生む不正使用状況にさらされるならば、より高い圧力レベルＰ２で活性化する補足的通気機構を有するのが望ましい。例えば、もし電池が不注意に長時間に亘って充電に晒されるならば、１つのそのような不正使用状況が起こり得る。本発明の１つの具体的な実施態様において、レシート可能な栓２４０は主通気機構として用いられ、それは約１００〜３００ｐｓｉｇの間の設計閾値圧力Ｐ１で活性化する。補足的通気機構は、エンドキャップ組立体１２又はケーシング本体１００の切欠き部内のどこかの弱いレーザ溶接部であり得る。弱いレーザ溶接部は、電池内のガス圧力がより高い圧力Ｐ２、望ましくは約４００〜８００ｐｓｉｇの間に達するときに破裂するよう設計される。好ましくは弱い溶接部と接触する強い溶接部もあり得る。
【００５７】
金属カバー２３０とケーシング１００の内面との間のレーザ溶接接合面の一部に沿って弱いレーザ溶接部を形成することによって、補足的通気システムの１つの実施態様を提供し得る。（金属カバー２３０は、ケーシング１００の開放端部１０２を閉塞するために用いられる。）好ましくは、図６に示されるように、金属カバーの長い縁部２３０ａ１つの主要部とケーシング縁部１０８ａとの間に、弱い溶接部３１０ａを塗布し得る。電池内のガスが約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカル）の間の圧力まで蓄積するときに溶接部が所望に亀裂し或いは破裂する厚さであるよう、弱いレーザ溶接部３１０ａを塗布し得る。所望の破裂圧力を達成するために、弱い溶接部の浸透深度を調節し得る。約２〜４ミル（０．０５０８〜０．１０２ｍｍ）の間のレーザ溶接の浸透深度で、約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力を達成し得る。弱い溶接部は、望ましくは、金属カバー２３０の長い縁部２３０ａの少なくとも１つの主要部に沿って走り得る。好ましくは、弱い溶接部は、ケーシング１００の短い縁部１０８ｃと長い縁部１０８ａとの交差する隅部から少なくとも約１ｍｍの地点３１２ａで開始する。よって、平面的７／５−Ｆ６電池に関して、弱い溶接部の長さは少なくとも１０ｍｍ、典型的には約１３ｍｍであり得る。
【００５８】
金属カバー２３０の縁部とケーシング縁部（ケーシング縁部１０７ｃ、１０７ｄ、１０６ｄ）（図６）の間の周接合面の残部は、より高い圧力レベル、例えば、約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間、典型的には約８００〜１６００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１１０３０×１０３パスカルゲージ）の間の強いレーザ溶接部３１０ｂを備え得る。所望の破裂圧力を達成するために、強い溶接部の浸透深度を調節し得る。約５〜７ミル（０．１２７〜０．１７８ｍｍ）の間のレーザ溶接部の浸透深度で、約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力を達成し得る。強い溶接部の浸透深度をより精細に調節可能であり、溶接部が所望の圧力レベル、例えば、約１３００〜１６００ｐｓｉｇ（８９６２×１０３〜１１０３０×１０３パスカルゲージ）で破裂するのを可能にする。
【００５９】
図６に示されるように、金属ケーシング１００の内面に溶接された金属プレート２３０の縁部が示されているが、金属プレート２３０の縁部がケーシング１００の内面の代わりに金属ケーシングの縁部に溶接された代替的な実施態様があり得る。そのような代替的な実施態様の１つが、図６Ａに示されている。そのような実施態様（図６Ａ）において、対向する長い縁部１０８ａ，１０８ｂ及び対向する短い縁部１０８ｃ，１０８ｄによって定められるケーシング縁部１０８は、そのような縁部が金属プレート２３０とほぼ同一平面に位置するようクリンプ加工される。よって、金属プレート２３０の縁部２３０ａ，２３０ｂをクリンプ加工されたケーシング縁部１８０に直接的に溶接し得る。より強いレーザ溶接部３１０ｂをプレート縁部２３０ｂとケーシング縁部１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとの間に加え得るし、弱いレーザ溶接部３１０ａをプレート縁部２３０ａとケーシング縁部１０８ａとの間に加え得る。
【００６０】
さらに他の実施態様において、ケーシング１００の本体内に切欠き部があり得る。切欠き部は、様々な形状であり得る。例えば、切欠き部は、多角形（図７）であり得るし、或いは、湾曲（図７Ａ）したその境界の少なくとも一部を有し得る。金属プレート、例えば、プレート４００（図７）又はプレート５００（図７Ａ）をそのような切欠き部内に挿入し得る。切欠き部を閉塞するために、金属プレート４００（図７）又は金属プレート５００（図７Ａ）の縁部をケーシングに溶接し得る。図７の実施態様に示されるように、溶接部は、望ましくは、強いレーザ溶接部４１０ｂ及び接触する弱いレーザ溶接部４１０ａの形態であり得る。図７Ａに示されるように、溶接部は、強いレーザ溶接部５１０ｂ及び好ましくは接触する弱いレーザ溶接部５１０ａの形態であり得る。
【００６１】
ピーク電力出力の範囲内で動作する異なる種類のレーザを用いて、強い及び弱い溶接部を達成し得る。以下は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いて生成される弱い及び強い溶接部の非限定的な実施例である。上記されたような弱い溶接部は、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の閾値圧力に達するときに亀裂し或いは破裂する。強い溶接部は、電池内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）、典型的には８００〜１６００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１１０３０×１０３パスカルゲージ）の間の閾値圧力に達するときに破裂する。特に、弱い溶接部は、補足的な通気システムをもたらし、もし電池が上記されたように不正使用されるならば、ガスが電池内から逃げ出すのを可能にする。
【００６２】
代替的に、補足的通気機構は、溝付き通気口、即ち、下方に位置する薄肉材料領域を生むケーシング１００の表面上の１つ又はそれ以上の溝の形態であり得る。電池内のガス圧力がＰ１より大きな圧力Ｐ２に上昇するときに薄肉領域が破裂するよう、溝の深さ及び下方に位置する薄肉材料領域の厚さを調節し得る。他の実施態様では、レシート可能な栓を排除し、圧力Ｐ１で動作する主通気機構としてレーザ溶接を用い得る。そのような実施態様において、補足的通気機構は、ケーシング表面上の溝の下方に位置する薄肉材料領域であり得る。より高い圧力レベルＰ２で破裂するよう薄肉材料を設計し得る。
【００６３】
さらに他の実施態様では、ケーシング表面上の複数の溝があり得る。１つの溝は、小さな厚さの下方に位置する薄肉領域を有し、電池内のガスが設計圧力レベルＰ１まで蓄積されるときに、それが破裂するのを可能にし得る。第一溝と接触し或いは離間し得るケーシング表面上の第二溝は、電池内のガス圧力がより高い圧力Ｐ２まで蓄積するならば破裂するよう設計された下方に位置する薄肉領域を有し得る。
【００６４】
ケーシング１００から鋼、例えば、ニッケルめっき冷間圧延鋼又はステンレス鋼から成るとき、溝の下方に位置する薄肉材料が、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力に達するときに破裂するよう、ケーシング表面上に溝６００ａ（図８）のような溝を形成し得る。ケーシング壁の溝なし部分は、典型的には、約０．３〜０．５０ｍｍの間、望ましくは、約０．３〜０．４５ｍｍの間の平均壁厚を有する。約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力を得るために、溝は、下方に位置する薄肉材料が、典型的には約０．０７〜０．０８ｍｍの間の厚さを有するよう形成される。具体的に非限定的な実施例において、もし下方に位置する薄肉材料が約０．０７４ｍｍの厚さを有するよう溝が形成されるならば、そのような下方に位置する材料は、電池内のガス圧力が約４３５ｐｓｉｇ（２９９９×１０３パスカルゲージ）のレベルに達するときに破裂する。
【００６５】
ケーシングの表面を型、好ましくは切断ナイフ縁部を有する型で打抜きすることによって、例えばケーシング表面上の溝６００ａ又は６００ｂ（図８及び８Ａ）の形態であり得る溝６００を形成し得る。打抜き型がケーシング外面を穿孔するときに、マンドレルがケーシングの内面に対して保持される。そのような打抜き又は切断型で形成される溝に関して、下方に位置する薄肉領域６１０（図９）の厚さは、薄肉領域が破裂する圧力を主として決定する。溝切断は、望ましくはＶ字形状であり、それは好ましくはナイフ縁部を有する打抜き型で得られ得る。Ｖ字形状溝は、望ましくは、約４０度の鋭角を有する。溝６００を他の方法、例えば、化学的エッチング処理で形成し得る。
【００６６】
溝６００の下方に位置する薄肉材料は、典型的には、ニッケルめっき冷間圧延鋼から成るケーシング材料と同一であるのが好ましい。溝６００は、直線又は曲線の境界を有し得るし、或いは、直線及び曲線の組み合わせを有し得る。溝６００は、長方形、多角形、又は、長円形の境界を有し得る。溝は、回旋状の、換言すれば、部分的に凸状であり部分的凹状の、それらの境界の少なとも一部を有し得る。溝の境界は、閉塞又は開閉され得る。ここの好適実施態様において、溝は、直線又は実質的に直線、好ましくはケーシングの広い縁部１０８ａと平行であり得る（図８及び８Ａ）。例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池において、溝６００ａ（図８及び８Ａ）は、ケーシングの広い縁部１０８ａと平行に且つそこから約１０ｍｍに位置し得るし、約８ｍｍの長さを有し得る。
【００６７】
図８Ａに示されるように、第一溝６００ａから離間した第二溝６００ｂがあり得る。具体的な非限定的な実施態様において、第二溝６００ｂは、溝６００ａと平行であり、正端子１８０（閉塞端部）から約１０ｍｍであり得る。溝６００ｂは、約８ｍｍの長さを有する。そのような場合には、電池内のガス圧力が異なる圧力レベルに達するときに、下方に位置する材料がそれぞれ破裂するよう、各溝６００ａ，６００ｂの下方に位置する材料の厚さは異なり得る。例えば、電池内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇの間の設計爆発圧力に達するときに破裂するよう、薄肉材料が下方に位置する溝６００ａを設計し得る。約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の爆発圧力にあるそのような範囲を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝６００ａは、約０．０４〜０．１５ｍｍの間の厚さを有する。代替的に、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力に達したときに破裂するよう、薄肉材料が下方に位置する溝６００ａを設計し得る。約４００〜８００ｐｓｉｇの間にあるそのような爆発圧力を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝６００ａは、約０．０７〜０．１５ｍｍの間の厚さを有する。電池が誤用され、電池内のガス圧力が約８００〜１６００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１１０３０×１０３パスカルゲージ）のレベルに急激に上昇する場合に、電池内のガス圧が壊滅的状況において破裂するときに破裂するよう、薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂを設計し得る。約８００〜１６００ｐｓｉｇの間の圧力レベルでの破裂を達成するために、薄肉材料６１０が下方に位置する溝６００ｂは、典型的には、約０．１５〜０．３５ｍｍの厚さを有する。
【００６８】
実施例１（Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いた弱い溶接部）
Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることによって、金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｃ（図６又は６Ａ）に沿ってケーシング１００に溶接するために用いられる弱い溶接部を生成する。レーザは、約１００ヘルツの周波数で動作される。パルス当たりのピーク電力出力は、約３５ワットである。平均電力出力は、０．５キロワットである。パルス幅（ピーク出力の間の周期時間）は、約０．７ミリ秒である。レーザ供給速度（溶接経路に沿ったレーザの移動の速度）は、約３インチ毎分である。ケーシングの長い縁部１０６ｃに沿った均一な溶接部が生成され、それによって、当接する金属カバー２３０の長い縁部２３０ａをそこに溶接する。溶接部は、約２〜４ミル（０．０５０８〜０．１０２ｍｍ）の間の、典型的には、約３ミル（０．０７６２ｍｍ）の均一な浸透深度を有した。電池内の圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（）の間のレベルに達するときに溶接部は亀裂し、それによって、もし主通気口（栓２６０）の動作が妥協されるようになるならば、補足的通気口として機能する。
【００６９】
実施例２（Ｂｄ：Ｙａｇレーザを用いた強い溶接部）
Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることによって、金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｄ，１０７ｃ，１０７ｄ（図６又は６Ａ）に沿ってケーシング１００に溶接するために用いられる強い溶接部を生成し得る。Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることによって、金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｄ，１０７ｃ，１０７ｄに沿ってケーシング１００に溶接するために用いられる強い溶接部を生成し得る。レーザは、約１２ヘルツの周波数で動作する。パルス当たりのピーク電力出力は、０．６５キロワットである。パルス幅（ピーク出力間の周期時間）は、約５．９ミリ秒である。レーザ供給速度（溶接経路に沿ったレーザの移動の速度）は、約２インチ毎分である。長い縁部１０６ｄ，１０７ｃ，１０７ｄに沿った均一な溶接部が生成され、それによって、図６に示されるように、当接する金属カバー２３０の縁部をそこに溶接する。溶接部は、約５〜７ミル（０．１２７〜０．１７８ｍｍ）の間の、典型的には、約６ミル０．１５２ｍｍ）の均等な浸透深度を有した。電池内の圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の、典型的には、約８００〜１６００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１１０３０×１０３パスカル）のレベルに達するときに溶接部は亀裂する。
【００７０】
商業生産では、上記のＮｄ：Ｙａｇレーザを、弱い溶接部を生成するために約１２５ワットのより高いピーク出力で動作し、強い溶接部を生成するために約１５０ワットのピーク出力で動作し得る。より高いピーク出力でのそのような動作は、レーザがより高速で溶接経路（供給速度）に沿って移動されることを可能にする。
【００７１】
加えて、もし電池が不注意に充電に晒されるならば起こり得る、栓２６０と通気キャップ２７０の内面との間の如何なるＫＯＨ結晶蓄積の有害な効果をも減少するために、栓が栓２６０を収容するリベットヘッド２４７内のキャビティ内のより少ない空間を占めるように、栓２６０を変更し得る。そのような改良された設計の具体的な実施態様が、図２Ａ、３Ａ、及び、４Ａに示されている。図４に示されるせん２６０の改良された設計では、栓は、リベットヘッドキャビティ２４８内で、図２、３、及び、４に示される栓のための切頭体設計よりも少ない空間を占める。栓２６０がリベットヘッドキャビティ２４８内に圧縮された後、前記栓を収容するキャビティ２４８内の自由空間の量は、約１０％、望ましくは、約１０〜４０％より大きい。対称的に、図２、３、及び、４に示される切頭体で示される栓２６０のリベットキャビティ内の自由空間の量は、典型的には、約１０％より少ない。
【００７２】
変更された栓設計（図４Ａ）を用いて達成されるリベットヘッドキャビティ２４８内で典型的には約１０〜４０％より多い量の自由空間は、不正使用状況において、例えば、上述のように、もし電池が不注意に充電に晒されるならば、栓のより有効な動作を保証する。そのような変更された栓２６０（図４Ａ）は、電池内のガス圧力が設計閾値レベル、例えば、約１００〜３００ｐｓｉｇに達するときに、望ましくは脱座する。リベットキャビティ２４８内のより多い自由空間は、もし電池が不注意な充電によって不正使用されるならば起こり得る、それらの内部で蓄積する如何なる漸進的なＫＯＨ結晶蓄積にも対応する。それにも拘わらず、電池内の圧力が設計閾値レベルまで蓄積するときにガス圧力が解放されるのを可能にするようそれ自体を脱座するときに、栓２６０が有効に動作するのを可能にするために、リベットヘッドキャビティ２４８内に十分な自由空間がある。
【００７３】
リベットヘッドキャビティ２４８内のより多くの量の自由空間を達成するために、栓２６０の形状を図４Ａに示されるように変更し得る。変更された設計（図４Ａ）では、栓２６０は、円筒形のベース２６２と、そこから延びるより小さな直径の一体的に形成された円筒形の本体２６１とを有する。変更された栓２６０（図４Ａ）がキャビティ内で圧縮された後、リベットヘッドキャビティ２４８内に典型的には約１０〜４０％の間の所望のより多くの量の自由空間を達成するために、必要に応じて、ベース２６２の直径に対する本体２６１の直径の比率を調節し得る。本体２６１の円筒形状は、リベットヘッドキャビティ２４８内の圧縮栓２６０の圧力に十分に耐える。栓の頂面２６３に力を加え、次に、通気キャップ２７０をリベットヘッド２４７に溶接することによって、変更された栓２６０（図４Ａ）はリベットヘッドキャビティ２４８内で圧縮される。これは栓２６０をリベットヘッドキャビティ２４８内で圧縮状態に気密に着座させ続ける。圧縮状態において、栓２６０の本体２６１は、図１Ａ及び２Ａに示されるような球根状構造を取る。電池内なのガス圧力が閾値レベル、望ましくは約１００〜３００ｐｓｉｇの間まで蓄積すると、栓は脱座し、それによって、電球内からのガスを通気キャップ２７０内の通気開口２７２を通じて逃がす。好ましくは、栓２７０が脱座するときにガスが通気キャップ２７０から逃げ得る明確な通路があることを保証するために、通気キャップ２７０内に少なくとも２つの通気開口２７２がある。栓２６０は、エラストマーから成るのが望ましく、十分な圧縮性及び弾性がありながら、アルカリ電解質に接触後の化学的攻撃又は物理的劣化に対する耐性を有するゴム材料から成るのが好ましい。栓２６０のための好適なゴム材料は、加硫処理されたＥＰＤＭゴムであり、約８０〜８５の間のデュロメーター硬度を有するのが望ましい。
【００７４】
図４に示されるような栓２６０のための変更構造が望ましいが、栓の他の形状も栓を収容するリベットヘッドキャビティ２４８内の自由空間の所望の増大を達成するのに役立ち得る。例えば、図４Ａに示されるような円筒形の代わりに、栓の本体２６１を僅かに傾斜させ得る。また、リベットヘッドキャビティの幅も電池の広い側面の方向に拡大し得る（図２Ａ）。そのような場合、リベットヘッドキャビティ２４８は、１つの軸に沿って、即ち、電池の広い側面の方向に細長くされる（図２Ａ）。しかしながら、現在図面に示されている対称的な（円形の）リベットヘッドキャビティ２４８が好ましい。
【００７５】
本発明を如何なる特定のサイズの長方形電池に限定することは意図されない。しかしながら、具体的な実施例として、アルカリ電池１００は、小型サイズの長方形（立方体）であり、典型的には、約５〜１０ｍｍの間の厚さ、具体的には、ケーシングの外面によって電池の厚さ方向に測定されるとき、約５〜７ｍｍの厚さを有し得る。電池の幅は、典型的には、約１２〜３０ｍｍであり、電池の長さは、典型的には、約４０〜８０ｍｍの間であり得る。具体的には、本発明のアルカリ電池１０を、同一サイズの充電式ニッケル水素電池、例えば、標準的な７／５−Ｆ６サイズの長方形状電池の代わりとして用い得る。７／５−Ｆ６サイズの電池は、６．１ｍｍの厚さ、１７．３ｍｍの幅、及び、約６７．３ｍｍの長さを有する。
【００７６】
代表的な電池の化学組成
陽極１５０、陰極、及び、隔離板１４０の化学組成に関する電池組成の以下の記載は、上記実施態様において記載された平面的電池に適用可能である。
【００７７】
上記の電池１０において、陰極１１０は、二酸化マンガンを含み、陽極１５０は、亜鉛及び電解質を含む。水性電解質は、ＫＯＨ、酸化亜鉛、及び、ゲル化剤の従来的な混合物から成る。陽極材料１５０は、水銀なし（ゼロ添加水銀）亜鉛合金粉末を含有するゲル化混合物であり得る。換言すれば、電池は、重量で亜鉛の１００万分の１００（ｐｐｍ）未満、好ましくは、重量で亜鉛の１００万分の５０水銀未満の合計水銀含有量を有する。電池は、好ましくは、如何なる追加的な量の鉛も有さず、よって、本質的に無鉛である、換言すれば、合計鉛含有量は、陽極中の亜鉛全体の３０ｐｐｍ未満、望ましくは１５ｐｐｍ未満である。そのような混合物は、典型的には、水性ＫＯＨ電解質溶液、ゲル化剤（例えば、商品名ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０の下でＢ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈから入手可能なアクリル酸共重合体）と、界面活性剤（例えば、商品名ＧＡＦＡＣ ＲＡ６００の下でＲｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｅから入手可能な有機燐光体エステル基界面活性剤）とを含み得る。そのような混合物は、冷笑的な実施例としてのみ与えられ、本発明を限定することは意図されない。亜鉛陽極のため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。
【００７８】
陰極１１０は、望ましくは、以下の組成を有する。８７〜９３ｗｔ％の電解質二酸化マンガン（例えば、Ｋｅｒｒ−ＫｃＧｅｅからのＴｒｏｎａ Ｄ）、２〜６ｗｔ％（合計）の黒鉛、約３０〜４０ｗｔ％のＫＯＨ濃度を有する５〜７ｗｔ％の７〜１０の普通のＫＯＨ水溶液、及び、０．１〜０．５ｗｔ％の選択的なポリエチレン結合剤。電解質二酸化マンガンは、典型的には、約１〜１００ミクロン、望ましくは約２０〜６０ミクロンの間の平均粒子サイズを有する。黒鉛は、典型的には、天然、エキスパンド黒鉛、又は、それらの混合物の形態である。黒鉛は、黒鉛炭素ナノファイバ単独、又は、天然若しくはエキスパンド黒鉛との混合物を含み得る。そのような陰極混合物は例示的であり、本発明を限定することは意図されない。
【００７９】
陽極材料１５０は、亜鉛合金粉末６２〜６９ｗｔ％（合金及びめっき材料として２００〜５００ｐｐｍインジウムを含有するインジウムを含有する９９．９％亜鉛）と、３８ｗｔ％ＫＯＨ及び約２ｗｔ％ＺｎＯを含むＫＯＨ水溶液と、商品名「ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０」の下でＢ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈから商業的に入手可能な架橋アクリル酸共重合体ゲル化剤及び「Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ−２２１」の商品面の下でＧｒａｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｏ．から商業的に入手可能な澱粉バックボーン上にグラフトされた加水分解ポリアクリロニトリル（０．０１〜０．５ｗｔ％の間）と、有機燐酸塩エステル界面活性剤ＲＡ−６００又はＲＭ−５１０の商品名の下でＲｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｅから入手可能なジオニルフェノール燐酸塩エステル界面活性剤（１００〜１０００ｐｐｍの間）を含む。ここで用いられている亜鉛という用語は、極めて高い濃度の亜鉛、例えば、重量で少なくとも９９．９パーセントの亜鉛を含む亜鉛合金粉末を含むもとと境されるべきである。そのような亜鉛合金材料は、電気化学的には本質的に純亜鉛として機能する。
【００８０】
本発明の平面的アルカリ電池１０の陽極１５０に関して、亜鉛粉末の平均の平均粒子サイズは、望ましくは約１〜３５０ミクロンの間、望ましくは約１〜２５０ミクロンの間、好ましくは約２０〜２５０ミクロンの間である。典型的には、亜鉛粉末は、約１５０ミクロンの平均の平均粒子サイズを有し得る。陽極１５０内の亜鉛粒子は、針形状又は球形状であり得る。球状亜鉛粒子が好ましい。何故ならば、それらは、亜鉛スラリーを備える電池の比較的小さな陽極キャビティ内に充填するために用いられる計量分配ノズルからより良好に計量分配するからである。陽極内の亜鉛のバルク密度は、陽極の立方センチメータ当たり約１．７５〜２．２グラム亜鉛である。陽極内の水性電解質溶液の容量パーセントは、陽極の約６９．２〜７５．５容量パーセントである。
【００８１】
（１グラム当たり８２０ミリアンペア−時間に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（１グラムのＭｎＯ２当たり３７０ミリアンペア−時間に基づく）ＭｎＯ２のミリアンペア−時間容量が約１であるよう、電池１０は従来的な方法で平衡される。しかしながら、陰極が顕著に超過するよう、電池を平衡することが好ましい。好ましくは、電池１０は、亜鉛の総理論容量によって割り算されたＭｎＯ２の総理論容量が約１．１５〜２．０の間、望ましくは約１．２〜２．０の間、好ましくは１．４〜１．８の間、より好ましくは約１．５〜１．７の間であるように平衡される。総電池重量に基づいて放電時により小さな割合のＭｎＯ２からＭｎＯＯＨへの転換があるので、そのような陰極超過を備える電池の平衡は、陰極拡張の量を減少するために決定された。次いで、これは電池ケーシングの膨張の量を削減する。全体的な膨張を減少するために、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量の上記比率は、実行可能であるように約２．５ぐらいの高さ、或いは、約３．０までの高さでさえあり得るが、電池設計は、約２．０を越えるそのようなより高い比率では、電池容量を著しく減少し、よって、その観点から余り望ましくなくなる。
【００８２】
約０．３０〜０．５０ｍｍの間、典型的には約０．３０〜０．４５ｍｍの間、好ましくは約０．３０〜０．４０ｍｍの間、より望ましくは０．３５〜０．４５の間のケーシング１０壁厚を有することが望ましいと測定された。電池１０は、望ましくは約５〜１０ｍｍの間の全体的な厚さを有する立方体形状（図１及び２）であるのが好ましい。それとの組み合わせで、電池は、陰極が超過するように平衡される。望ましくは、電池は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量の比率が、約１．１５〜２．０の間、望ましくは約１．２〜２．０の間、好ましくは約１．４〜１．８の間であるように平衡される。ケーシングの外側の厚さに対する陽極の厚さの比率は、望ましくは約０．３０〜０．４０である。（そのような厚さは、電池の厚さ（小さな寸法）に横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。）
【００８３】
隔離板１４０は、セルロース及びポリビニルアルコール繊維の不織材料の内部層とセロハンの外部層から成る従来的な鉄多孔性の隔離板であり得る。そのような材料は例証的であるに過ぎず、本発明を制限することは意図されない。
【００８４】
ケーシング１００は、ニッケルめっき鋼から成るのが望ましい。ケーシング１００は、その内面が炭素塗膜、好ましくは黒鉛炭素塗膜で塗布されるのが望ましい。そのような黒鉛塗膜は、例えば、水性基の黒鉛分散の形態であり、それはケーシング内面に塗布され、引き続き、それは環境条件の下で乾燥され得る。黒鉛炭素は伝導性を向上し、ケーシング内面上に起こる表面腐食の可能性を低減することによって、間接的に電池の気泡発生を減少し得る。金属カバー２３０、負端子プレート２９０、及び、正端子プレート１８０も、ニッケルめっき鋼であるのが好ましい。電流コレクタ材料として有用であると分かった多様な既知の導電性金属、例えば、真鍮、スズめっき真鍮、青銅、銅、又は、インジウムめっき真鍮から電流コレクタ１６０を選択し得る。絶縁封止部材２２０は、ナイロン６６又はナイロン６１２から成るのが好ましい。
【００８５】
以下は、異なる電池平衡を備える同一サイズの長方形電池を用いた比較性能を示す具体的な実施例である。新しい電池は、各場合において、５．６ｍｍの厚さ、１７ｍｍの幅、及び６７ｍｍの長さを有した。（特段の定めのない限り、全ての寸法はケーシング周囲のラベルなしの外径寸法である。）ケーシング壁厚は、試験された電池のそれぞれのために０．３８ｍｍで同一であった。）各電池のためのケーシング１００は、その内面が黒鉛炭素で被覆されたニッケルめっき鋼であった。図面（図１乃至５）に描写されるように、電池構造は各場合に同一であった。陽極電流コレクタ１６０の広い部分（フランジ１６１）の縁部は、ケーシング１００の内面から約０．５ｍｍであった。絶縁封止部材２２０の囲繞スカート２２６は、電流コレクタ１６０の前記広い部分（フランジ１６１）を取り囲み、それによって、それとケーシング１００の内壁面との間に障壁をもたらし得る。
【００８６】
全ての電池構成要素は上記と同一であり、試験された各電池は図面に示されるような通気エンドキャップ組立体１２を有した。唯一の相違は、電池平衡及び陽極組成にあった。比較電池（比較実施例）は、平衡比率、即ち、グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間容量のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．１であるように平衡された。試験実施例１の試験電池は、平衡比率、即ち、亜鉛の理論容量によって割り算されたＭｎＯ２の理論容量が１．２５であるように平衡された。試験実施例２の試験電池は、亜鉛の理論容量によって割り算されたＭｎＯ２の理論容量がそれぞれ１．６及び２．０であるように平衡された。
【００８７】
以下の実施例における比較及び試験電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで電源オン及び後続の３時間の電源オフを備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。（そのような間欠的放電は、典型的にはＭＰ３オーディオ形式を用い得る携帯型ソリッドステートデジタルアーディオプレーヤーの典型的な使用を模擬実験している。）実際の総使用時間を次に記録し、電池ケーシングの膨張の量を評価し且つ記録した。
【００８８】
比較実施例（比較電池）
図面に示される長方形（立方体）構造及びエンドキャップ組立体の比較試験電池１０を準備した。ケーシング１００外径寸法によって定められるような電池は、約６７ｍｍの長さ、約１７の幅、及び、約５．６ｍｍの厚さ（放電前）を有した。陽極１５０及び陰極１１０は、以下の組成を有した。
【００８９】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ７０．０
界面活性剤２ ０．０８８
（ＲＡ６００）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ２９．９１
１００．００
【００９０】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＡ６００
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【００９１】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８７．５
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） ７．４
電解質
（９正常ＫＯＨ） ５．１
１００．００
【００９２】
注記：
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【００９３】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６７ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．１であるように平衡された。陽極は２．８グラムの亜鉛を有した。（陰極は６．８９グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０は、図１及び１Ａに示される構造のケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【００９４】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は２４．５時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから６．１３ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）
【００９５】
試験電池実施例１
長方形構造で比較実施例におけると同一サイズの試験電池を準備した。陽極１５０及び陰極１１０は以下の組成を有した。
【００９６】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ６６．０
界面活性剤２ ０．０８３
（ＲＡ６００）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ３４．０
１００．０８
【００９７】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＡ６００
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【００９８】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８７．５
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） ７．４
電解質
（９正常ＫＯＨ） ５．１
１００．００
【００９９】
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【０１００】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６７ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．２５であるように平衡された。陽極は２．５６グラムの亜鉛を有した。（陰極は７．１１グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、電解質、及び、隔離板１４０は、換言すれば、ケーシングの閉塞端部１０４と開放端部１０２との間で測定されるときに、ケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【０１０１】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は２４．３時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから６．０３ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）使用時間は比較実施例におけるとほぼ同一であったが、ケーシング膨張はより少なかった。
【０１０２】
試験電池実施例２
長方形構造で比較実施例におけると同一サイズの試験電池を準備した。陽極１５０及び陰極１１０は以下の組成を有した。
【０１０３】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ６０．０
界面活性剤２ ０．０８３
（ＲＡ６００）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ３９．９２
１００．００
【０１０４】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＡ６００
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【０１０５】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８７．５
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） ７．４
電解質
（９正常ＫＯＨ） ５．１
１００．００
【０１０６】
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【０１０７】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６７ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．６であるように平衡された。陽極は２．０１グラムの亜鉛を有した。（陰極は７．１３グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。
【０１０８】
厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【０１０９】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は２０．９時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから５．９５ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）
【０１１０】
試験電池実施例３
長方形構造で比較実施例におけると同一サイズの試験電池を準備した。陽極１５０及び陰極１１０は以下の組成を有した。
【０１１１】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ５２．０
界面活性剤２ ０．０８３
（ＲＡ６００）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ４７．９２
１００．００
【０１１２】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＡ６００
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【０１１３】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８７．５
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） ７．４
電解質
（９正常ＫＯＨ） ５．１
１００．００
【０１１４】
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【０１１５】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６８ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が２．０であるように平衡された。陽極は１．６１グラムの亜鉛を有した。（陰極は７．１３グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【０１１６】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は１８．５時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから５．８７ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）
【０１１７】
上記試験において、同一サイズの平面電池は、漸進的により高い平衡比率で平衡された。陽極電流コレクタ１６０の広い部分（フランジ１６１）の縁部は、ケーシング１００の内面から約０．５ｍｍであり、絶縁障壁２２６によって取り囲まれた。平衡比率は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量として定められた。以上の比較試験において、電池の平衡比率（亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量）が約１．１であるとき、平面試験電池の膨張は、５．６ｍｍ〜６．１３ｍｍの全体的厚さに著しく増大した。試験実施例１（１．２５の平衡比率）では、電池の膨張はより少なく、即ち、５．６ｍｍから６．０３ｍｍである。試験実施例２（１．６の平衡比率）では、電池は５．６ｍｍから５．９５ｍｍに膨張した。試験実施例３（２．０の平衡比率）では、電池の膨張はより少なく、５．６ｍｍ〜５．８７ｍｍであった。平衡比率が１．１〜１．６の間で増大するに応じて、電池の耐用年数は（２４．５時間から２０．９時間へ）緩やかに少なくなり、２．０の最大平衡比率でより著しく少なくなる。
【０１１８】
本発明の他の好適実施態様が図１０乃至１７に示されている。レシート可能な栓２６０のような再使用可能又は再活性化可能な通気機構が望ましいが、図１０乃至１７に示される実施態様におけるように、それを除去し得る。レシート可能な栓２６０を除去し得ること、並びに、レシート可能な栓の活性化圧力、即ち、好ましくは約１００〜３００ｐｓｉｇ（６８９×１０３〜２０６８×１０３パスカル）の間の圧力Ｐ１で亀裂し或いは破裂する主通気機構として弱いレーザ溶接部を用い得ることが、既に上記において指摘された。そのような場合（レシート可能な栓が排除された状態）には、補足的通気機構は、ケーシング表面上で、溝（溝６００ａ又は６００ｂ）の下方に位置する薄肉材料領域であり得ることが上記において述べられた。より高い圧力レベルＰ２で破裂するように薄肉材料を設計し得る。
【０１１９】
今や図１０乃至１７の実施態様に示されるように、１つ又はそれ以上の溝通気口、好ましくは単一の溝通気口６００ａ又は６００ｂを主通気機構として用い得る。そのような場合、可能に位置する薄肉領域が圧力Ｐ１で破裂するよう、６００ａ又は６００ｂのような単一の溝通気口をケーシング表面に切り込み或いは刻み込み得る。好ましくは、単一の溝通気口６００ｂは、図１０Ａに示されるように、正端子１８０近傍のケーシングの閉塞端部近傍に位置し得る。溝境界は閉塞或いは開放され得る。この好適実施態様において、溝は、好ましくはケーシングの広い縁部１０８ａと平行な（図８及び８Ａ）、直線又は実質的直線であり得る。例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池には、ケーシングの広い面１０６ａ上に位置する溝通気口６００ｂがあり得る（図１０Ａ）。好適実施態様において、溝通気口６００ｂは、ケーシング表面上に唯一の溝通気口を含む。非限定的な実施例として、溝６００ｂは、電池の閉塞端部と平行な直線溝であり得る（図１０Ａ）。好ましくは、直線溝６００ｂの両端部は、ケーシングの狭い側面から等距離にあり得る。そのような好適実施態様において、図１０Ａに示されるように、溝６００ｂは約８ｍｍの長さであり、ケーシングの閉塞端部１０４から約５〜１０ｍｍである。直線溝６００ｂが望ましいが、そのような溝をそのような構造に限定することは意図されない。溝通気口６００ｂは、曲線形状又は部分的に直線で部分的に曲線のような他の構造を有し、開放又は閉塞境界パターンを形成し得ることが理解されよう。
【０１２０】
薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂ（図１０Ａ）は、電池内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力に達するときに破裂するよう設計され得る。約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の爆発圧力におけるそのような範囲を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂは、約０．０４〜０．１５ｍｍの間の厚さを有する。代替的に、薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂは、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（１７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力に達するときに破裂するよう設計され得る。約４００〜８００ｐｓｉｇ（１７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間のそのような爆発圧力を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂは、約０．０７〜０．１５ｍｍの厚さを有する。溝６００ｂ（図１０Ａ）の幅は、そのベース（隣接する薄肉領域６１０）で、典型的には、約０．１〜１ｍｍの間、より典型的には約０．１〜０．５ｍｍの間であり得る。そのような範囲内で、破裂圧力は主として下方に位置する薄肉領域の厚さによって制御される。しかしながら、ケーシング上に下方に位置する薄肉領域を備えるより広い溝付き又は切断領域も可能であることが理解されよう。
【０１２１】
溝６００ｂは、ケーシング１００の表面を型、好ましくは切断ナイフ縁部を有する型で打ち抜くことによって作成され得る。打抜き型がケーシング外面を穿孔するときに、マンドレルがケーシングの内面に対して保持される。溝６００ｂは、図９に示されるような等長の側面を有するＶ字形状、或いは、図１５に示されるような非等長の側面を有するＶ字形状に切断され得る。前者の場合（図９）、Ｖ字形状溝を形成する側面は、約４０度の鋭角αを有するのが望ましく、後者の場合（図１５）、それは約１０〜３０度の間の角度を有するのが好ましい。溝６００ｂと共に、金属カバー２３０をケーシング１００に固定する１つ又はそれ以上のレーザ溶接があり得る。そのような溶接部は、薄肉領域が下方に位置する溝６００ｂの破裂圧力よりも高い圧力で破裂するよう設計され得る弱いレーザ溶接部及び強いレーザ溶接部の一方又は双方から構成され得る。前記されたように、そのようなレーザ溶接は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いてなされ得る。金属カバー２３０をケーシング１００に固定するために用いられる隣接する弱いレーザ溶接部及び強いレーザ溶接部、例えば、溶接部３１０ａ及び３１０ｂの配置は、図６及び６Ａを参照して示され且つ記載された。好適実施態様では、１つのレーザ溶接部だけ、即ち、図１０に示されるように、金属カバー２３０の周縁全体をケーシング１００に固定する強い溶接部３１０ｂだけがあり得る。強い溶接部３１０は、壊滅的条件の下で、例えば、もし電池が不注意に極めて高い電流の下で又は電池内のガス発生を急激に約８００ｐｓｉｇ〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルまで上昇させるような極めて不正な条件の下で充電に晒されるならば破裂するよう設計され得る。
【０１２２】
よって、図１０及び１３に示される変更された好適な電池の実施態様において、単一の溝６００ｂは、電池の主通気機構として機能し、その場合には、薄肉材料６１０（図９及び１５）が下方に位置する溝６００ｂは、もし電池内のガスが約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間、より典型的には、約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルまで上昇するならば破裂するよう設計される。そして、金属カバー２３０の縁部をケーシング１００に固定する強いレーザ溶接部３１０ｂ（図１０）は、電池の補足的な通気システムとして機能するよう設計される。そのような強いレーザ溶接部３１０ｂは、電池内のガス圧力が約８００ｐｓｉｇ〜２５００ｐｓｉｇの間のレベルまで急激に上昇するときのような壊滅的状況の場合に亀裂し或いは破裂するよう設計される。
【０１２３】
図１０及び１０Ａに示される電池は、広い側面１０６ａと平行な平面と通じて取られた図１１の断面、及び、狭い側面１０７ａと平行な平面を通じて取られた図１２の断面として示されている。図１１及び１２に示されるように、前記の具体的な実施態様（図２及び図４）を組み込んだレシート可能な栓２６０は除去されている。電池のエンドキャップ組立体１２を形成する関連部材を除去すること、即ち、前記実施態様（図２及び４）に示される通気ピップキャップ２７０及びプラスチックスペーサディスク２５０の除去も可能である。エンドキャップ組立体１２を形成する構成要素の数の削減も、電池の内部構成要素の展開図である図１３中に反映されている。よって、変更された実施態様（図１０乃至１３）において、リベット２４０は、図１１及び１２に最良に示されるように、負端子プレート２９０に直接的に溶接され得る。
【０１２４】
負端子プレート２９０へのリベット２４０の溶接は、電気抵抗溶接によって効率的に遂行され得る。リベット２４０は真鍮であるのが好ましく、望ましくは、典型的には約１〜３ミクロンの厚さのスズの層で鍍金された真鍮である。負端子プレート２９０は、ニッケルめっき冷間圧延鋼であるのが好ましい。端子プレート２９０の厚さが溶接場所で約４ミル（０．１０２ｍｍ）であるとき、溶接は最も効率的になされ得るし、均一な溶接が容易に達成され得ることが測定された。全体的強度のために、端子プレート２９０の残部はより厚い、好ましくは約８ミル（０．２０４ｍｍ）であることが望ましい。８ミル厚の冷間圧延鋼プレートが商業的に入手可能であるので、溶接場所でのプレートの厚さを約４ミル（０．１０２ｍｍ）まで減少するために、マンドレルを用いて端子プレート２９０の中央部２９０ａ（図１３）、即ち、溶接領域はを容易に打ち抜き得ることが測定された。打抜きは、打抜き領域を形成するために、端子プレート２９０（図１３）の頂面からなされるのが好ましい。そのような手順は、端子プレート２９０の残部２９０ｂ（図１３）の厚さを元の８ミル（０．２０４ｍｍ）の厚さのままにする。
【０１２５】
端子プレート２９０の中央部分２９０ａ（図１３）は、多様な構造、例えば、長方形、円形、又は、楕円形に打ち抜かれ得る。長方形又は楕円形の打抜き領域２９０ａの場合、溶接電極（図示せず）の配置を可能にするために、（ケーシングの広い側面の方向における）打抜き領域２９０ａの長い寸法は、リベットヘッド２４７直径よりも幾分大きくなければならない。例えば、３ｍｍ直径のリベットヘッド２４７を用いると、打抜き領域２９０ａの長い寸法は約４ｍｍであり、打抜き領域２９０ａの長い寸法は約３〜４ｍｍの間である。もし打抜き領域が円形であるならば、もしリベットヘッド２４７直径が約３ｍｍであるならば、その直径は約３〜４ｍｍの間であり得る。
【０１２６】
変更された実施態様（図１０乃至１３）の平面アルカリ電池１０を組み立てる場合、亜鉛を含む陽極材料１５０及びＭｎＯ２を含む陰極材料は、隔離板１４０をそれらの間に備えた状態で、開放端部１０２を通じて電池ケーシング１００内に挿入される。エンドキャップ組立体１２（図１３）は、絶縁封止部材の突出ヘッド２２１が金属カバー２３０の開口２３４内に挿入されるよう、金属カバー２３０を絶縁封止部材２２０の上に挿入することによって形成される。次に、リベットシャフト２４０が開口２３４を通じて金属カバー２３０内に挿入される（図１３）。リベットシャフト２４０は、絶縁封止部材２２０の突出ヘッド２２１によって金属カバー２３０から絶縁される。好ましくは真鍮から成る陽極電流コレクタの頂部フランジ部分１６１は、封止部材２２０の底面に対して押し上げられ、従来的なリベット締め技法によって、好ましくは真鍮又はスズめっき真鍮から成るリベット２４０の下部に締結され、よって、電流コレクタ１６０をリベット２４０に電気的に接続する。陽極電流コレクタをリベット２４０に締結するのを容易にするために、電流コレクタフランジ１６１には開口１６４があり、リベット２４０の下部には開口２４９ａもある。（図１１及び１２に示されるように、リベット２４０の上部２４９ｂは中実であることが望ましい。）電流コレクタ１６０をリベット２４０に締結した後、封止部材２２０は電流コレクタフランジ１６１と金属カバー２３０の底面との間に楔止めされる。
【０１２７】
図１０及び１１に最良に示されるように、金属カバー２３０は、強いレーザ溶接部（好ましくは８００〜２５００ｐｓｉｇの間の破裂圧力）によってケーシング１００の内面に溶接される。金属カバー２３０の中央部分は押し込まれ或いは押圧され、池領域２３５（図１１）を形成する。封止材料２３６、好ましくは商品名ＫＯＲＩＴＥアスファルト封止材（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）の下で入手可能なアスファルト封止材が、金属カバー２３０の表面上の押圧された池領域２３５に塗布される（図１１及び１３）。ＫＯＲＩＴＥアスファルト封止材は、約５５〜７０ｗｔ％アスファルト及び３０〜４５％アスファルトの混合物から成る非硬化アスファルトである。封止材が塗布されるときに、アスファルト／溶剤比及び封止材温度を調節することによって、封止材の粘度を調節し得る。カバープレート２３０内の池領域２３５及びリベットヘッド２４７は、アスファルト封止材が池領域２３５内に注入される前に加熱されるのが好ましい。望ましくは、アスファルト封止材は、池領域２３５内に注入されるときに、約１０００センチポイズの粘度である。アスファルトは、くぼみ領域２３５を充填し、リベット２４０と封止部材２２０との間の追加的な封止保護をもたらす。次に、電流コレクタシャフト１６２が陽極材料１５０中に浸透するよう、金属カバー２３０、リベット２４０、及び、絶縁封止部材２２０から成るサブ組立体は、ケーシングの開放端部内に挿入される（図１１及び１２）。金属カバー２３０の周縁がケーシング１００にレーザ溶接された後、プラスチックエキステンダー封止２８０（図１３）がリベット２４０上に挿入され得る。これは、リベットヘッド２４７をプラスチックエキステンダー２８０の開口２８２を通じて挿入することによってなされる。次に、平面負金属プレート２９０が突出するリベットヘッド２４７と接触するよう、平面負金属プレートはプラスチックエキステンダー２８０の頂面上に配置される。次に、エンドキャップ組立体１２の構築を完成するために、負プレート２９０は、リベットヘッド２４７に溶接される。電池１０内の完成されたエンドキャップ組立体１２は、図１１及び
１２に示されている。
【０１２８】
金属カバー２３０の縁部をケーシング１００にレーザ溶接するときには、伝熱媒体、望ましくは液体又は金属を金属カバーに塗布するのが好ましい。伝熱媒体は、金属カバー２３０の表面上の池又はトラフ領域２３５内に便利に配置され得る液体であるのが好ましい。そのような伝熱媒体は、レーザ溶接期間中に発生する熱のかなりの部分を吸収し得る。このようにして、Ｎｄ：Ｙａｇ（又は等価物）を用いるときの溶接期間中に、金属カバー２３０が約１００℃より高い温度に達することを防止するために、十分な熱を吸収し得る。代替的に、金属カバーは、周囲室温（２１℃）未満の温度、好ましくは水の氷点に接近する温度及びさらに低い温度に事前冷却され得る。そのような事前冷却は、金属カバー２３０が溶接動作期間中に１００℃を越えることを防止する。加えて、金属カバー２３０は事前冷却され得るし、伝熱媒体も金属カバー２３０に塗布され得る。
【０１２９】
プラスチックエキステンダー封止２８０は、金属カバー２３０上でケーシング１００にプレス嵌めされる。もし金属カバー２３０がレーザ溶接期間中に十分に冷却され続けないならば、封止２８０は、場合によっては、その物理特性に不利に影響する地点まで過熱し得る。この結果、径方向圧縮の損失、即ち、封止２８０とケーシング１００との間の緊密な嵌合の緩みを招き、次いで、電解質が金属カバー２３０と金属カバー２８０との間の領域に漏れ出し得るケーシング外部への通路をもたらす。よって、金属カバー２３０を十分に冷たく保つこと、或いは、レーザ溶接動作期間中に十分な熱が吸収されるのを保証するために、伝熱媒体を金属カバーに塗布することが推奨される。これを達成する便利な方法は、少量の冷却脱イオン水を、例えば約５〜１０℃で、金属カバー２３０のトラフ領域２３５に加えることにである。これは金属カバー２３０の温度を約１００℃未満に保ち、次いで、封止（図１１及び１２）が好適な動作温度内に留まることを可能にする。（レーザ溶接動作後、封止材、例えば、アスファルト封止材が、前述された方法で池領域に加えられ得る。）代替的に、金属ブロック（選択的に事前冷却される）が、金属カバー２３０に接触して塗布され得る。金属カバー２３０が１００℃を越える温度に達しないことを保証するために、典型的には鋼から成る金属ブロックは、溶接動作期間中に十分な熱を吸収し得る。
【０１３０】
レーザ動作期間中に金属カバー２３０を冷たく保つために水を加え得るが、他の適切な冷却材を用い得ることが理解されよう。例えば、純水の代わりに、ポリビニルアルコール及び水酸化カリウムの冷却水溶液を用い得る。ポリビニルアルコールは、金属カバー２３０の表面の外を被覆し、それによって、金属カバー２３０と封止２８０との間の追加的な封止保護をもたらす。そのような溶剤をプラスチック封止２８０（図１１及び１２）の下面に直接的に塗布可能であり、それによって、封止２８０の下面に追加的な封止保護をもたらす。
【０１３１】
代替的に、池２３５に塗布される冷却水溶液にゲル化剤を加え得る。ゲル化剤という用語は、従来的なゲル化剤と同様に高吸収剤を含むことが意図される。そのようなゲル化剤は、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、アクリル酸共重合体のナトリウム塩、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、澱粉グラフト共重合体、及び、類似物を含む。ゲル化剤は、金属カバー２３０と封止２８０との間の追加的な封止保護をもたらすために、金属カバー２３０の表面を被覆する。圧縮ローラ及び類似物（図１１及び１２）を用いて、プラスチック封止２８０の下面に粉末としてゲル化剤を塗布可能であり、それによって、封止２８０をゲル化剤で被覆し、追加的な封止保護をもたらし得る。
【０１３２】
プラスチック封止２８０の代わりに紙ワッシャ２９５を用いる図１７に示される実施態様において、紙ワッシャは、ゲル化剤を含む水溶液又はポリビニルアルコール及び水酸化カリウムの水溶液で事前含浸され得る。電解質が金属カバー２３０と端子プレート２９０との間の領域に漏れ出すならば、そのような紙ワッシャ２９５の事前湿潤は、追加的な封止保護をもたらす（図１７）。加えて、ゲル化剤粉末を含む別個の層が、圧縮ローラ及び類似物を用いて、ワッシャ２９５の下面に押圧され得るし、或いは、米国特許第４，９９９，２６４号に記載されるように、ワッシャ２９５を含む繊維網目内に分散され得る。
【０１３３】
別個の突出金属部材１８０を電池の対向する閉塞端部１０４に溶接し得る。完成された電池１０（図１０乃至１３）において、金属部材１８０は、電池ケーシングと電気的に接触し、よって、電池の正端子を形成する。エンドプレートお２９０はリベット２４０と電気的に接触し、次いで、それは陽極電流コレクタ１６０と電気的に接触し、よって、電池の負極を形成する。
【０１３４】
本発明は具体的な実施態様に関して詳細に記載されているが、具体的な構成要素の多様な設計が可能であり、本発明の概念の範囲内であることが意図されることが理解されよう。例えば、電流コレクタ１６０（図４及び１３）は、釘の形状の細長い部材として示されており、頂端部が水平に延びるフランジ１６１で終端し、フランジは貫通する開口１６４を備える。電流コレクタ１６０の頂部フランジ１６１をリベット２４０の底面（図１１）に締結するのを容易にするので、この設計は魅力的である。これは従来的なリベット締め技法によって達成され、リベットの底面２４９はフランジ開口１６４内に挿入され、次に、電流コレクタフランジ１６１をリベット２４０に固定するためにクリンプ加工され得る。そのような設計では、電流コレクタシャフトは偏心し、換言すれば、電池の中心長手軸に沿って位置しない。そのような偏心は、陽極の効率的な放電或いは電池の全体的性能と著しく干渉しないように思われる。電流コレクタシャフト１６２は、図４の実施態様では、直線釘として示され、図１３に示される実施態様では、曲面を有する直線釘として示されている。いずれの場合にも、例えば図１１に示されるように、釘は電池の中心長手軸１９０から偏心している。
【０１３５】
他の電流コレクタ設計が可能であることが理解されよう。例えば、リベット２４０は、ヘッド２４７から下向きに延び且つ少なくとも部分的に陽極１５０内に進入する釘の形態の一体形成された細長いシャフト部（図示せず）を備えるヘッド部２４７（図１１）を有する中実部材であり得る。そのような場合には、電流コレクタシャフトは、電池の中心長手軸１９０に沿って位置するよう位置付けられ得る。そのようなリベットのヘッド部２４７は、依然として上述の方法で端子エンドプレート２９０に溶接され得る。
【０１３６】
本発明の平面電池の他の具体的な実施態様が図１７に示されている。この実施態様において、プラスチックエキステンダー２８０の代わりに、例えば、クラフト紙の紙ワッシャ２９５を金属カバー２３０と負端子プレート２９０との間に用い得る。クラフトワッシャは耐久性があり、金属カバー２３０と端子プレート２９０との間に所要の電気絶縁をもたらす。そのような設計は、リベットヘッド２４７の高さを低減し、それによって、エンドキャップ組立体１２の全体的な高さをコンパクト化している。それはプラスチックエキステンダー２８０を成型する必要も排除するという利点も有する。次いで、これは、電池内部に陽極／陰極活性化材料のために、より多くの利用可能な容積をもたらす。（図１７に示される電池の他の構成要素は、図１０乃至１２に示される電池に関して記載されたものと本質的に同じである）。リベットに締結された別個の電流コレクタ１６０を備える図１７に示されるリベット２４０を、例えば、電流コレクタから延び且つ陽極の少なくとも一部に進入する釘の形状の一体的な細長い電流コレクタ１６０を備えた単一リベットと置換し得る。そのような一体的な電流コレクタは、電池の中心長手軸１９０に沿って中心的に位置付けられ得る。
【０１３７】
電池のそれぞれの実施態様は、電池ケーシングを巻き付ける従来的なフィルムラベルを有することが意図されることが理解されよう。そのようなラベルのための適切なプラスチックフィルムは当該技術分野において既知であり、典型的にはポリ塩化ビニルを含む。ラベルは、所望の設計又は表示で刻印され得る。そのようなラベルは、典型的には端部で接着剤で被覆され、ケーシング表面の周りに巻き付けることによって塗布され得る。代替的に、ラベルはスリーブの形態で塗布され、ケーシング表面上で熱収縮され得る。典型的なラベル１２が図１７に示されている。
【０１３８】
隔離板の組み立て
図１０乃至１３に示される電池の実施態様において、アルカリ電池において従来的に用いられる隔離板材料から、隔離板１４０を従来的に形成し得る。例えば、典型的には、セルロース又はセルロース誘導体及びポリビニルアルコール繊維から成る。電池１０（図１０乃至１３）は、典型的には、約１６ｍｍの厚さ、約１７ｍｍの幅、及び、約３５〜６７ｍｍの長さを有する立方体形状であり得る。所望の隔離板は、二重の層から構成され、（陰極１１０に面する）外層はセルロース誘導体及びポリビニルアルコール繊維を含み、陽極１５０に面する内層はレーヨンのようなセルロース材料を含む。陰極ディスク１１０が開放端部１０２（図１１）を通じてケーシング内に挿入された後、隔離板が陰極面に晒されるように、隔離板１４０が挿入される。
【０１３９】
上述の平面電池（図１０乃至１３）における使用のための隔離板１４０は、図１４及び１４Ｂに示されるように、平面隔離板シートを転動することによって従来的に作成される。先ず、近端部１４０ａが、縁部１４０ａから約３〜５ｍｍ変位した屈曲線１４０ｂに沿って、Ｆ１の方向に内向きに折り畳まれる。隔離板表面１４０ｄに対してマンドレル（図示せず）を配置し得る。次に、遠縁部１４０ｃが縁部１４０ａの周りを通過し、その結果、図１４Ａに示される部分的に巻き付けられた構造が得られるよう、隔離板の遠縁部１４０ｃがマンドレルの周りに巻き付けられる。遠縁部１４０ｃは、隔離板面上でＦ２方向に継続的に巻き付けられる（図１４Ａ）。縁部１４０ｃは、隔離板面に接着可能に固定され得る。次に、底部隔離板縁部１４２が、図１４Ｂに示されるように、隔離板の背面を覆って約３ｍｍ内向きに折り畳まれ、そこに接着可能に固定される。単に底部隔離板縁部１４３ｃをＦ３方向に折り畳み、次に、図１４Ｂに示されるようなバッグ構造を形成するために、それを押し付けることによって、縁部１４０ｃ及び／又は底部隔離板縁部１４２を固定するための接着剤の使用を排除し得る。折り畳まれた隔離板がケーシング内に挿入されると、陰極形状も隔離板を図１４Ｂに示されるバッグ構造に保持するのを助ける。マンドレル（図示せず）は除去される。結果として得られる巻き付けられた隔離板１４０（図１４Ｂ）は、開放端部１４４と対向する閉塞端部１４３を備える閉塞境界面１４８を有するバッグの形状である。隔離板境界面１４８は、そこへ陽極材料の挿入するためのキャビティ１５５を定める。
【０１４０】
陰極ディスク１１０ａが電池ケーシング１００内に挿入された後、図１４Ｂに示される構造に巻き付けられた隔離板１４０は、隔離板表面が露出した陰極表面に面するように挿入される。隔離板境界面１４８は、陽極キャビティ１５５を形成する。陽極キャビティ１５５は、好ましくは、図１４Ｂに示されるような長円形構造を有する。キャビティ１５５の長円形構造の短い寸法は、典型的には、立方体構造の約６ｍｍの全体的厚さの電池１０のために約２〜３ｍｍの間である。好ましくは、長円形構造の長い寸法は陽極キャビティ全体のために電池内で利用可能な空間の幅よりも幾分少ない。これは、図１６に示されるように、隔離板の短い側面と陰極ディスク１００ａとの間に間隙１４５を生む。間隙１４５は、約２〜４ｍｍの間、好ましくは約２〜３ｍｍの間である。次に、陽極材料１５０は、隔離板の開放端部１４３を通じて陽極キャビティ１５５内に充填され、その結果、陽極材料１５０、陰極材料１１０、及び、それらの間の隔離板１４０で充填されたケーシング１００が得られ、その場合には、図１６に示されるように、隔離板の１つの短い側面と陰極との間の間隙１４５（空所）がある。
【０１４１】
所望であれば、間隙１４５内に直接的に計量分配することによって、追加的なアルカリ電解液を電池内部に加え得ることが測定された。追加的な電解質は、計量分配ノズルを間隙内に直接的に挿入することによって計量分配され得る。好適実施態様では、陽極１５０及び陰極１１０が電池内の所定位置に配置された後、少量の追加的な電解液を間隙１４５内に加え得る。代替的な実施態様では、陰極が所定位置に配置された後、陽極材料が陽極キャビティ内に挿入される前に、追加的な電解質の一部を間隙１４５内に加え得る。次に、陽極材料を電池の陽極キャビティ内に挿入し、然る後、最終量の電解質を間隙１４５内に加え得る。いずれの場合にも、追加的な電解質は、陽極の利用（放電された活性陽極百分率）及び全体的な電池性能を向上するのを助ける。それは電池の膨張を抑制する傾向のある要因でもあり得る。
【０１４２】
上記されたような隔離板１４０と陰極１１０との間の間隙１４５への電解液の追加は、もし電解質が陽極に直接的に加えられるならば起こり得るオーバーフロー問題を回避する。例えば、もし初めに隔離板１４０と陰極１１０との間に間隙がなく、追加的な電解質が電池内部に加えられるならば、陽極１５０上の空所１４６（図１１）への電解質のオーバーフローがあり得る。そのようなオーバーフローは望ましくない。何故ならば、それは、金属カバー２３０が電池の開放端部１０２を覆う所定位置に配置された後、金属カバー２３０の下面又は縁部に沿った湿潤を引き起こすからである。次いで、そのような湿潤は、ケーシング１００への金属カバー２３０の適切なレザー溶接に不利に影響を与える。
【０１４３】
もし追加的な電解質が間隙１４５に加えられるならば、それが増分ステップでなされることが推奨される。例えば、もし追加的な電解質が、陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０がケーシング内に挿入された後に間隙１４５に加えられるならば、そのような追加的な電解質が複数の計量分配ステップで増分追加され、計量分配間に典型的には約１〜４分の間の時間経過を許容することが推奨される。これは、電解質の各増分量のための時間が陽極、隔離板、及び、陰極に吸収されることを可能にし、金属カバー２３０の適切な溶接を妨げ得る如何なるオーバーフローが発生する可能性も低減する。もし電池が長方形の７／５−Ｆ６サイズ電池であるならば、間隙１４５に加えられるべき追加的な電解液の量は、典型的には、約１グラムより下である。好ましくは、そのような各場合には、増分量の電解質が陽極、陰極、及び、隔離板に適切に吸収されるべき十分な時間を可能にするよう、計量分配間に約１〜４分の間の時間間隔を備えて、約４回の増分均等計量分配で電解質を加え得る。驚くべきことに、前記追加的電解質の全体が間隙１４５内に計量分配されるとき、陽極１５０は、隔離板表面１４８によって境界付けられた陽極キャビティ１５５を拡張するのに十分に膨張することが発見された。陽極１５０が膨張すると、隔離板表面１４８は陽極及び陰極の双方に対して面一に押し付けられ、それによって、間隙１４５を完全に閉塞する。
【０１４４】
図１０乃至１６を参照して図示され開示される実施態様に従って作成された電池１０の性能試験がなされ、以下の試験電池実施例４において報告される。
【０１４５】
試験電池実施例４
図１０乃至１３に示される実施態様における長方形構造及び比較実施例におけると同一サイズの試験電池を準備した。陽極内の亜鉛の量は２．０１グラムであり、ＭｎＯ２の量は６．６９であった。陽極１５０及び陰極１１０は以下の組成を有した。
【０１４６】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ６０．０
界面活性剤２ ０．０７５
（ＲＭ５１０）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ３９．９
１００．００
【０１４７】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＭ５１０
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【０１４８】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８４．０
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） １０．０
電解質
（９正常ＫＯＨ） ６．０
１００．００
【０１４９】
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【０１５０】
陽極及び陰極が電池ケーシング内の所定位置に配置された後、追加的な合計０．８２グラムの９Ｎ ＫＯＨ電荷質が、４回の計量分配増分（増分当たり０．２０５グラム）で、隔離板１４０と陰極（図６）との間の間隙１４５に加えられた。計量分配増分の間の時間間隔は、約１〜４分の間であった。合計０．８２グラムの電解質の追加は、上記の陽極及び陰極組成を著しく変えなかった。追加された電解質全体の一部は陽極内に吸収され、他の部分は陰極に吸収され、一部は隔離板に吸収された。間隙１４５に加えられた電解質は陽極を膨張させ、それによって、間隙１４５を閉塞する。この技法は、陽極上の空所１４６への電解質の如何なるオーバーフローも生じさせることなしに、追加的な電解質が陽極に加えられることを可能にする。そのような電解質のオーバーフローは望ましくない。何故ならば、それは金属カバー２３０の縁部の質順を引き起こし、次いで、それは電池ケーシングへのカバー２３０の適切な溶接を妨げ得るからである。
【０１５１】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６７ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．５であるように平衡された。陽極は２．０１グラムの亜鉛を有した。（陰極は６．６９グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。
【０１５２】
厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【０１５３】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は２０．１時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから５．９９ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）
【０１５４】
比較試験では、電池の平衡比率（亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量）が約１．１であるとき、平面試験電池の膨張は、５．６ｍｍ〜６．１３ｍｍの全体的厚さに著しく増大した。上記試験実施例４（１．５の平衡比率）では、電池の膨張はより少なく、即ち、５．６ｍｍから６．０３ｍｍである。試験実施例４（１．５の平衡比率）では、電池は５．６ｍｍから５．９９ｍｍに膨張した。
【０１５５】
本発明の好適実施態様は、立方体（直平行六面体）の全体的形状を有する平面アルカリ電池に関して記載されたが、そのような全体的形状の変形が可能であり、本発明の概念内に入ることが意図される。平面電池の場合には、例えば、立方体（直平行六面体）の形状において、ハウジングの両端部は、それらの長方形状を維持しながらも、僅かに外向き或いは内向きにテーパ付きであり得る。そのような多様な形状の全体的外観は、依然として本質的に立方体のそれであり、立方体又はその法律的均等物の意味内に入ることが意図される。平行六面体が厳密な直方形から僅かに偏位するように電池の両端部がハウジングの側面の任意の１つと成す角度を僅かに変えるような全体的形状に対する他の変形も、ここで並びに請求項において用いられるような立方体（直平行六面体）の意味の範囲内に入ることが意図される。
【０１５６】
本発明は、ケーシングの長さに沿った外部ケーシングの側面が実質的に平面であるという点で平面である全体的な電池形状に望ましくは及ぶことが意図される。よって、「平面」という用語は、そのような表面の曲率度が僅かであるという点で実質的に平面的である表面に及び且つ含むことが意図される。具体的には、本発明の概念は、ケーシングの長さに沿った電池ケーシング表面の側面が平面的な多角形面を有する平面電池に及ぶことが意図される。よって、電池は、多角形である外部ケーシングの全ての側面を備えた多面体の全体的形状を有し得る。本発明は、その長さに沿った電池ケーシングの側面が平面を有し、それは平行四辺形であり、電池の全体的形状がプリズム状である電池に及ぶことも意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】電池の負端子端部を示す本発明の平面アルカリ電池を示す斜視図である。
【図１Ａ】電池の正端子端部を示す図１の平面アルカリ電池を示す斜視図である。
【図２】線２−２に沿って取られた図１Ａに示される電池を示す断面図である。
【図２Ａ】線２−２に沿って取られ且つ変更された栓設計を示す図１に示される電池を示す断面図である。
【図３】線３−３に沿って取られた図１Ａに示す電池を示す断面図である。
【図３Ａ】線３−３に沿って取られ且つ変更された栓設計を示す図１Ａに示される電池を示す断面図である。
【図４】平面アルカリ電池のためのエンドキャップ組立体を構成する構成要素を示す展開図である。
【図４Ａ】線がそのハウジングキャビティ内に圧縮される前の図２Ａ及び図３Ａに示される変更された栓を示す斜視図である。
【図４Ｂ】細長い陽極キャビティを示すために図１Ａの視線に沿った電池の長手軸に対して直交する平面で取られた電池の断面を示す平面図である。
【図４Ｃ】細長い陽極キャビティの他の実施態様を示す電池の断面を示す平面図である。
【図４Ｄ】細長い陽極キャビティの第三実施態様を示す断面を示す平面図である。
【図５】電池ケーシング（ハウジング）内への電池含有物及びエンドキャップ組立体の導入を示す展開図である。
【図６】電池のケーシングの内面への強い溶接部及び弱い溶接部を備えた縁部に沿ってレーザ溶接された金属カバープレートを示す平面図である。
【図６Ａ】電池のケーシングのクリンプ加工された縁部への強い溶接部及び弱い溶接部を備えた縁部に沿ってレーザ溶接された金属カバープレートを示す平面図である。
【図７】強い溶接部及び弱い溶接部の実施態様を示す電池ケーシング本体を示す側面図である。
【図７Ａ】湾曲した強い溶接部及び弱い溶接部の実施態様を示す電池ケーシング本体を示す側面図である。
【図８】下方に位置する薄肉材料の涼気を形成するケーシング本体内の溝を示す電池の側面図である。
【図８Ａ】ケーシング本体内の複数の溝を示す電池の側面図であり、各溝は下方に位置する薄肉材料の領域を形成している。
【図９】図８及び８Ａに示される代表的な溝を示す断面図である。
【図１０】図１０Ａに示される電池ケーシングにレーザ溶接された金属カバーを示す上面図である。
【図１０Ａ】ケーシングの広い側面上の単一の溝を示す平面アルカリ電池の実施態様を示す側面図である。
【図１１】図１０Ａに示される電池の広い側面を示す断面図である。
【図１２】図１０Ａに示される電池の短い側面に沿った断面図である。
【図１３】図１０Ａに示される平面電池のためのエンドキャップ組立体を構成する構成部材を示す展開図である。
【図１４】単一シートの隔離板材料から図１０Ａの電池のための隔離板を組み立てを示す斜視図である。
【図１４Ａ】巻き付けられた隔離板シートを形成するステップを示す斜視図である。
【図１４Ｂ】開放端部及び反対側の閉塞端部を有する完成された巻き付けられた隔離板を示す斜視図である。
【図１５】溝付き通気口から切断されたＶ字形状溝の代替的な種類を示す断面図である。
【図１６】隔離板の短い側面と陰極との間に間隙がある実施態様を示す断面図である。
【図１７】プラスチックエキステンダーの代わりに紙ワッシャが溶接された金属カバーの上に積層されている点を除き図１１の電池と類似する代替的な実施態様を示す断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に平面的な外部ハウジングを有するアルカリ電池に関する。本発明は、亜鉛を含む陽極と、二酸化マンガンを含む陰極と、水性の水酸化カリウムを含む電解質とを有するアルカリ電池にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来的なアルカリ電気化学電池は、亜鉛を含む陽極と、二酸化マンガンを含む陰極とを有する。電池は、典型的には、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１．５ボルトの開放回路電圧（ＥＭＦ）と、中間ドレインサービスにおいて約１．０〜１．２ボルトの間の典型的な平均運転電圧（１００〜３００ミリアンペア）とを有する。初めに、円筒形ハウジングは、拡大開放端部と反対側の閉塞端部で形成される。電池含有物が供給された後、絶縁グロメット及び負端子エンドキャップを備えるエンドキャップ組立体が、ハウジング開放端部に挿入される。ハウジング縁部を絶縁栓上でクリンプ加工し、且つ、緊密な封止をもたらすために、開放端部は、ハウジングを絶縁栓の周りで径方向に圧縮することによって閉塞される。絶縁グロメットは、負端子キャップを電池ハウジングから電気的に絶縁する。反対側の閉塞端部にある電池ハウジングの一部は、正端子を形成する。
【０００３】
多様な電気化学電池、特にアルカリ電池の設計に関連する問題は、電池が特定地点、普通は、電池の耐用容量の完全な消耗の地点付近を超過して放電し続けると、電池はガスを発生する傾向があることである。電気化学電池、特にアルカリ電池は、従来的には、エンドキャップ組立体内に破裂可能な隔膜又は破裂可能な膜を備える。破裂可能な隔膜又は膜を例えば米国特許第３，６１７，３８６号に記載されるようなプラスチック絶縁部材内に形成し得る。
【０００４】
従来技術は破裂可能な通気隔膜を開示し、それはエンドキャップ組立体内に含まれる絶縁ディスク内の薄肉領域として一体的に形成される。そのような通気隔膜は、例えば、米国特許第５，５８９，２９３号に示されるように、電池の長手軸に対して直交する平面内に位置するよう向けられ得るし、或いは、それらは、米国特許第４，２２７，７０１号に示されるように、電池の長手軸に対して傾斜して向けられ得る。米国特許第６，１２７，０６２号は、絶縁封止ディスクと、一体成形された破裂可能な隔膜とを開示し、それは垂直に、換言すれば、電池の中心長手軸と平行に向けられている。電池内のガス圧が所定レベルまで上昇すると、膜は破裂し、それによって、エンドキャップを通じて外部環境にガス圧を解放する。
【０００５】
電気化学電池内のガス圧を解放するための他の種類の通気口が従来技術に開示されている。１つのそのような通気口は、レシート可能なゴム栓であり、それは小さな平面的な長方形状の充電式ニッケル水素電池と関連して効果的に用いられてきた。レシート可能なゴム栓通気口を備える１つのそのような充電式電池は、Ｇｏｌｄ Ｐｅａｋ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（香港）によって製造される電池型式ＧＰ１４Ｍ１４５として商業的に入手可能な７／５−Ｆ６サイズの充電式ニッケル水素電池である。ゴム栓は、キャビティ内の傾斜開口内に緊密に位置するよう或いは電池のエンドキャップ組立体に着座するよう物理的に圧縮される。電池の内部ガス圧が所定レベルに達すると、栓はその座から持ち上がって離れ、それによって、下に位置する開口からガスを逃がす。電池内のガス圧が通常に戻ると、栓は再着座する。
【０００６】
主要なアルカリ電気化学電池は、典型的には、亜鉛陽極活性化材料と、アルカリ電解質と、二酸化マンガン陰極活性化材料と、典型的にはセルロース又はセルロース誘導体及びポリビニルアルコール系繊維の電解質透過性分離フィルムとを含む。陽極活性化材料は、例えば、カルボキシルメチルセルロースナトリウム又はアクリル酸共重合体のような従来的なゲル化剤及び電解質と混合された亜鉛粒子を含み得る。ゲル化剤は、亜鉛粒子を橋架し、それらを相互に接触して維持する働きをする。典型的には、陽極活性化材料内に挿入される伝導性金属釘は、陽極電流コレクタとして働き、それは負端子エンドキャップに電気的に接続される。電解質は、アルカリ水酸化金属、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、又は、水酸化リチウムの水溶液であり得る。陰極は、導電性を増大するために導電性添加剤、典型的には、黒鉛材料と混合された電気化学活性化材料として、粒子状二酸化マンガンを典型的に含む。選択的に、少量の高分子結合剤、例えば、ポリエチレン結合剤、及び、チタン含有化合物他の添加剤を、陰極に加え得る。
【０００７】
陰極において用いられる二酸化マンガンは、好ましくは、硫酸マンガン及び硫酸の浴槽の直接電気分解によって生成される電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）である。ＥＭＤは高密度及び高純度を有するので、ＥＭＤが望ましい。ＥＭＤの電気伝導率（抵抗率）はかなり低い。個々の二酸化マンガン粒子間の電気伝導率を向上するために、導電性材料が陰極混合物に加えられる。そのよう導電性添加剤は、二酸化マンガン粒子と電池ハウジングとの間の電気伝導率も向上し、それは従来的な円筒形アルカリ電池における陰極電流コレクタとしても作用する。適切な導電性添加剤は、例えば、黒鉛、黒鉛状材料、アセチレンブラックを含むカーボンブラックのような、伝導性炭素粉末を含み得る。好ましくは、伝導性材料は、薄片状の結晶性天然黒鉛、又は、展伸若しくは剥離黒鉛若しくは黒鉛状炭素ナノ繊維及びそれらの混合物を含む薄片状の結晶性合成黒鉛を含む。
【０００８】
小型サイズの長方形状の充電式電池が現在入手可能であり、それらはＭＰ３オーディオプレーヤー及びミニディスク（ＭＤ）プレーヤーのような小型電子装置に電力供給するために用いられる。これらの電池は、典型的には、幾分チューインガムパックのサイズの小さな立方体（直平行六面体）の形状である。ここで用いられる「立方体」という用語は、その普通の幾何学的定義、即ち、「直平行六面体」を意味するものとする。例えば、そのような電池は、例えば、国際電気標準会議（ＩＥＣ）によって定められるそのような電池のための標準サイズに従った置換可能な充電式ニッケル水素（ＮｉＭＨ）サイズＦ６又は７／５Ｆ６サイズの立方体の形態であり得る。Ｆ６サイズは、６．０ｍｍの厚さ、１７．０ｍｍの幅、及び、３５．７ｍｍの長さを有する（ラベルなし）。長さが約４８．０ぐらいの大きさであり得るＦ６サイズのバージョンがある。７／５−Ｆ６サイズは、６．０ｍｍの厚さ、１７．０ｍｍの幅、及び、６７．３ｍｍの長さを有する。ＩＥＣ規格によれば、７／５−Ｆ６サイズの許容偏差は、厚さが＋０，−０．７ｍｍ、幅が＋０，−１ｍｍ、長さが＋０，−１．５ｍｍである。ＭＰ３オーディオプレーヤー又はミニディスク（ＭＤ）プレーヤーのような小型デジタルオーディオプレーヤーに電力供給するために用いられるとき、Ｆ６又は７／５Ｆ６ＮｉＭＨ充電式電池の平均運転圧力は、約１．１〜１．４ボルトの間であり、典型的には、１．１２ボルトである。
【０００９】
ミニディスク（ＭＤ）プレーヤーに電力供給するために用いられるとき、電池は約２００〜２５０ミリアンペアの速度で消耗される。デジタルオーディオＭＰ３プレーヤーに電力供給するために用いられるとき、電池は約１００ミリアンペアの速度で消耗されるのが典型的である。
【００１０】
ミニディスク（ＭＤ）又はＭＰ３プレーヤーのような小型電子装置に電力供給するために、小型アルカリサイズ電池をニッケル水素電池と置換可能に用い得るよう、小型サイズの立方体形状（直平行六面体）のニッケル水素電池と同じサイズ及び形状の小型の平面アルカリ電池を有するのが望ましい。
【００１１】
小型の長方形状の充電式電池、具体的には、小型サイズの充電式ニッケル水素電池の代わりとして、主（非充電式）アルカリ電池、好ましくは、亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池を使用するのが望ましい。
【００１２】
しかしながら、長方（立方体）形状の主Ｚｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池の設計に関連する特別な問題は、電極が電池放電中に膨張する傾向があることである。放電中、陽極及び陰極の双方が膨張する。
【００１３】
所与のハウジング壁厚に関して、長方形状の電池ハウジングは、同程度のサイズ及び容量の円筒形状ハウジングよりも、（ガス化及び陽極膨張に起因する）電池内部圧力の所与の増大に余り耐え得ない。これは、任意の所与圧力及びハウジング壁厚に関して、類似サイズの円筒形状ハウジング上に加えられるよりも著しく高い、長方（立方体）形状ハウジング上に加えられる円周応力（フープ応力）の故である。ハウジングの壁厚を著しく増大することによって、長方形状の電池に関連するバルジング又は膨張の問題を克服し得る。しかしながら、ハウジング壁厚の著しい増加は、小さな全体的な厚さ、例えば、約１０ｍｍより下の厚さの長方形状電池用の陽極及び陰極材料のために利用可能な容量の著しい減少を招き得る。付加される壁厚は、電池の製造コストを増加させる。この関係で、ハウジング壁厚を約０．５０未満、好ましくは、約０．４７ｍｍ未満に保つのが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
よって、長方（立方体）形状ハウジングを有するが、通常の電池使用中にハウジングが著しく膨らまず若しくは膨張しないＦ６又は７／５−Ｆ６サイズ電池のような、小型の平面（非充電式）アルカリ電池を設計するのが望ましい。
【００１５】
そのような長方形状電池を同一サイズの平面充電式ニッケル水素電池の代わりとして用い得るのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の主たる特徴は、放電後に水素ガスを発生する（非充電式）アルカリ電池に主として向けられ、該電池は、外部ケーシング（ハウジング）と、ガス圧力が所定値に達するときに水素ガスを電池から逃がす通気機構を含むエンドキャップ組立体とを有する。ケーシングは、電池の長さに沿って走る少なくとも一組の対向する平面壁を有する。
【００１７】
エンドキャップ組立体がケーシングの開放端部に挿入され、ケーシングを閉塞するために、クリンプ加工又は溶接によって封止される。ケーシング縁部は、開放端部で、典型的にはナイロン又はポリプロピレンの絶縁封止部材上にクリンプ加工され、開放端部内に挿入され得るが、開放端部を閉塞するために、金属カバーをケーシングにレーザ溶接するのが好ましい。アルカリ電池は、平行六面体の形状であり得るが、望ましくは、立方体（直平行六面体）の形状である。よって、ケーシングは好ましくは立方体形状であり、それは如何なる一体的な筒形状部分も有しない。アルカリ電池は、望ましくは、亜鉛を含む陽極と、水性アルカリ電解質、好ましくは、水酸化カリウムの水溶液とを有する。
【００１８】
エンドキャップ組立体は、通気機構と、好ましくは、長方形状の金属カバーとを含む。カバーは、電池含有物がケーシング内に挿入された後に、ケーシングの開放端部を閉塞するために用いられる。もし絶縁体又は絶縁封止部材が前記カバーの縁部とケーシング縁部との間に挿入され、ケーシング縁部が絶縁体上にクリンプ加工されるならば、金属カバーは、電池の負端子を形成し得る。代替的に、カバーをケーシング縁部に直接的に溶接し得る。もしカバーがケーシング縁部に溶接されるならば、電池の負端子として機能するよう、カバーから絶縁された別個のエンドキャップを陽極と電気的に連絡して用い得る。ケーシングは正であり、電池の正端子を形成する。
【００１９】
１つの特徴において、金属カバーは、ケーシングの開放端部を閉塞するために、ケーシング縁部に直接的に溶接され、プラスチックエキステンダー封止が金属カバー上に積層され、次いで、負エンドプレートがプラスチックエキステンダー上に積層される。他の特徴において、プラスチックエキステンダーの代わりに、紙ワッシャを用い得る。
【００２０】
好ましくは複数のコンパクト化されたスラブ又はディスクの形態のＭｎＯ２を含む陰極が挿入される。陰極スラブ又はディスクは好ましくは長方形状であり、それぞれスラブの厚さを通じて走る中心中空コアを有する。スラブは積み重なるように挿入される。スラブは、その外面がケーシングの内面と接触するよう、電池の長さに沿って整列される。積層陰極スラブは、電池の長手軸に沿って走る中心中空コアを形成する。積層陰極スラブ内の中心中空コアは、陽極キャビティを形成する。スラブ内に中心中空コア（陽極キャビティ）を定める各陰極スラブの内面は、好ましくは湾曲面である。そのような湾曲した内面は、移送及び処理期間中に、スラブの機械強度を向上し、電解質透過性隔離板と陰極との間のより均一な接触をもたらす。隔離板の外面が陰極の内面と当接し且つ密接に接触するよう、隔離板は電池の中心中空コア（陽極キャビティ）内に挿入される。亜鉛粒子を含む陽極スラリーが、陽極と陰極との間の接合面をもたらす隔離板を備える陽極キャビティ内に挿入される。エンドキャップ組立体は細長い陽極電流コレクタを有し、それは陽極スラリー内に挿入され且つ電池の負端子と電気的に連絡する。エンドキャップ組立体は、絶縁封止部材を有し、それはそのような陽極電流コレクタを電池の外部ケーシングから絶縁する。
【００２１】
陽極キャビティが、電池の長手軸に対して直交する平面に沿った陰極スラブの断面を取った後に平面で見られるときに、陽極キャビティは、好ましくは細長い又は長円形構造を有する。外部ケーシング（ハウジング）は、望ましくは鋼であり、好ましくはニッケルめっき鋼である。ケーシング壁厚は、望ましくは約０．３０〜０．５０ｍｍの間、典型的には約０．３０〜０．４５ｍｍの間、好ましくは約０．３０〜０．４０ｍｍの間、より望ましくは約０．３５〜０．４０の間である。
【００２２】
１つの特徴において、再使用可能な或いは再活性化可能な通気口、好ましくは、レシート可能な栓通気機構を、主通気機構として用い得る。レシート可能な栓は、約１００〜３００ｐｓｉｇ（６８９．５×１０３〜２０６９×１０３パスカルゲージ）の間、望ましくは約１００〜２００ｐｓｉｇ（６８９．５×１０３〜１３７９×１０３パスカルゲージ）の間の電池の内部ガス圧力が閾値レベル圧力Ｐ１に達するときに活性化するよう設計されるのが好ましい。
【００２３】
他の特徴において、もう１つの離間した溝通気口、好ましくは、ケーシング表面上の少なくとも１つの打抜き又は刻込み領域を含む単一の連続的な溝通気口（鋳造通気口）を、主通気機構として用い得る。溝通気口は、下方に位置する薄肉領域が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４．５×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力Ｐ１で破裂するよう、ケーシング表面に打ち抜かれ、切断され、或いは、刻み込まれ得る。そのような設計では、レシート可能な栓を除去し得る。好ましくは、溝通気口は、正端子近傍のケーシングの閉塞端部近傍に位置付けられる。溝境界を閉塞或いは開放し得る。溝は、好ましくはケーシング縁部と平行な、直線又は実質的直線であり得る。溝幅は、典型的には小さく、例えば、約１ｍｍ未満である。しかしながら、ここでもちいられるような「溝」又は「溝通気口」という用語は、如何なる特定の幅又は形状に限定されることは意図されず、むしろ、電池内のガス圧力が標的閾値レベルに達するときに亀裂し或いは破裂することが期待される下方に位置する薄肉の材料領域をもたらす、電池のケーシングの如何なる凹みをも包含する。非限定的な実施例として、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池には、好ましくはケーシング閉塞端部近傍に、ケーシングの広い面に位置付けられ且つ広い縁部と平行な溝通気口がある。複数のそのような溝通気口があり得るが、ケーシングの広い側面上にあり、長さが約８ｍｍであり、且つ、ケーシングの閉塞端部から約５〜１０ｍｍの単一の溝通気口だけがあるのが望ましい。
【００２４】
本発明のそのような特徴において、薄肉材料が下方に位置する溝通気口は、電池内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力Ｐ１に達するときに破裂するよう設計され得る。約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の爆発圧力におけるそのような範囲を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝は、約０．０４〜０．１５ｍｍの間の厚さを有し得る。代替的に、薄肉材料が下方に位置する溝通気口は、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間、望ましくは約４００〜６００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜４１３６×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力に達するときに破裂するよう設計され得る。４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝は、約０．０７〜０．１５ｍｍの間の厚さを有し得る。
【００２５】
ケーシング表面を型、好ましくは切断ナイフ縁部を有する型で打ち抜くことによって溝通気口を作成し得る。打抜き型がケーシング外面を先行するときに、マンドレルがケーシングの内面に対して保持される。溝は、等長側面を有するＶ字形状或いは非等長側面を有するＶ字形状に便利に切断され得る。前者の場合、Ｖ字形状溝を形成する側面は、望ましくは約４０度の鋭角を形成し、後者の場合、それらは好ましくは１０〜３０度の間の角度を形成する。
【００２６】
溝通気口と共に、金属カバーをケーシングに固定する１つ又はそれ以上のレーザ溶接部を含む補足的な通気システムがあり得る。そのような溶接部は、薄肉領域が下方に位置する溝通気口の破裂圧力Ｐ１よりも高い圧力で破裂するよう設計され得る弱い溶接部及び強い溶接部の一方又は双方から成り得る。そのようなレーザ溶接は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いてなされる。
【００２７】
本発明の特徴において、１つだけのレーザ溶接部、即ち、金属カバーの周縁全体をケーシングに固定する強い溶接部があり得る。強い溶接部は、壊滅的条件の下で、例えば、もし電池が極めて高い電流の下で或いは電池内のガス発生を約８００ｐｓｉｇ〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに急激に上昇させる極めて不正使用の条件の下で不注意に充電に晒されるならば破裂するよう設計される補足的な通気システムとして機能し得る。
【００２８】
よって、好適な特徴において、電池ケーシング上を打ち抜かれた或いは切断された少なくとも単一の溝通気がある。単一の溝通気機能は電池の主要通気機構として機能し、その場合には、薄肉材料が下方に位置する溝は、もし電池内のガスが約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間、より典型的には約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに上昇するならば破裂するよう設計される。そして、金属カバーの縁部をケーシングに固定する強いレーザ溶接部を含む補足的通気システムが組み合わせがある。そのような強いレーザ溶接部は、電池内のガスが約８００ｐｓｉｇ〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに急激に上昇する壊滅的状況の場合に亀裂し或いは破裂するよう設計される。そのような場合には、電池内のガスは破裂を通じて迅速に逃げ、電池の内部圧力は直ちに通常レベルに戻る。
【００２９】
本発明の特徴において、電池は、陰極が超過するよう平衡される。望ましくは、電池は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛の理論比値に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２の理論比値に基づく）ＭｎＯ２の理論容量の比率が、約１．１５〜２．０の間、望ましくは約１．２〜２．０の間、好ましくは約１．４〜１．８の間であるように平衡される。ここの平面アルカリ電池の設計は、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量のより高い比率で、全体的な膨張の量を低減することが測定された。全体的な膨張を減少するために、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量の比率は、約２．５の高さ或いは約３．０まででさえあり得るが、電池設計は、約２．０より上のそのように高い比率で、電池容量をより顕著に減少し、よって、その観点から余り望ましくなくなる。何故これが起こるかは確実に知られていない。それは部分的には亜鉛の殆ど全てが放電されるという事実の故であり得る。そのような場合には、たとえあったとしても僅かの水酸化亜鉛中間体が陽極内に残るだけであり、それは膨張を引き起こし得る。
【００３０】
ケーシング外側の厚さに対する陽極の厚さの比率は、望ましくは約０．３０〜０．４０の間である。（そのような厚さは、電池の外側厚さを横断して、電池の長手軸と平行な平面に沿って測定される。）放電後の電池の膨張はそれによって制御され、平面又は長方形状のアルカリ電池が携帯デジタルオーディオプレーヤー及び類似物のような電子装置のための主電源として用いられるのを可能にする。
【００３１】
１つの特徴において、アルカリ電池は、小さな立方体（直平行六面体）の全体的形状を有し、典型的には約５〜１０ｍｍの外側厚さ、具体的には約５〜７ｍｍの厚さを有する。外側厚さは、電池の短い寸法を定めるハウジングの対向側面の外側面の間の距離によって測定される。そのような実施態様では、本発明の主（非充電式）アルカリ電池を、例えば、小型サイズの平面充電式電池の取替えとして用い得る。具体的には、そのような主アルカリ電池を、同一サイズの充電式ニッケル水素電池、例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形の充電式ニッケル水素電池のための取替えとして用い得る。
【００３２】
本発明の特徴において、隔離板を開放端部及び反対側の閉塞端部を有するバッグ形状に組み立て得る。単一シートの隔離板材料を巻き付け且つ一端を接着剤又は熱封止で閉塞することによって、そのような隔離板を容易に形成し得る。陰極ディスクが電池ケーシング内に挿入された後、次に、巻き付けられた隔離板は、隔離板表面が露出された陰極表面に面するよう挿入される。好ましくは、隔離板の幅は、陽極キャビティ全体の幅よりも幾分少ない。この結果、隔離板の１つの短い側面と陰極ディスクとの間に間隙が得られる。間隙は、約２〜４ｍｍの間、好ましくは約２〜３ｍｍの間である。次に、隔離板の開放端部を通じて、陽極材料を陽極キャビティ内に充填し得る。この結果、陽極材料、陰極材料、及び、それらの間の隔離板で充填されたケーシングが得られ、この場合には、隔離板の１つの短い側面と陰極との間に間隙（空所）がある。
【００３３】
追加的なアルカリ電解液を間隙内に注入することによって、追加的なアルカリ電解液を電池内部に今や加え得る。陽極及び陰極が電池内の所定位置に配置された後に少量の追加的な電解液を電池内部に追加するのが望ましくあり得る。望ましくは増分電解質計量分配の間に短い時間間隔を備えて、追加的な電解液を小さな増分で隔離板と陰極との間の前記間隙に加え得る。代替的な実施態様では、陰極が所定位置に配置された後、陽極が陽極キャビティ内に挿入される前に、追加的な電解質の一部を間隙に加え得る。次に、陽極材料が電池の陽極キャビティ内に挿入され、然る後、追加的な電解液が間隙に加えられ得る。最後の量のアルカリ電解質が隔離板と陰極との間の間隙に加えられた後、陽極は膨張し、隔離板表面を陰極に対して面一に押し付け、よって、間隙を消失させる。
【００３４】
追加的な電解液は、陽極の利用及び全体的な電池性能を向上するのに役立ち得る。それは電池の膨張を抑制する傾向のある要因であり得る。もし追加的な電解質が前記間隙に加えられるならば、電解質の吸収を可能にするために、計量分配間に例えば約１〜４分の間で十分な時間遅延を備えて、それは計量分配増分で加えられるのが好ましい。そのような手順は、エンドキャップ組立体キャビティ、即ち、陽極上の空間への電解質のオーバーフローを引き起こさずに、陽極及び陰極への追加的な電解質の吸収を可能にする。そのようなオーバーフローは、ケーシングに対する金属カバーの均一なレーザ溶接を妨げるのに十分な金属カバー表面及び縁部の湿潤を引き起こす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の平面アルカリ電池１０の具体的な実施態様が図１乃至５に示されている。電池１０は、少なくとも２つの平面的な対向する側面を有し、それらは電池の長手軸と平行である。図１及び１Ａに最良に示されるように、電池は長方形状、換言すれば、立方体であるのが好ましい。ここで用いられる「立方体」という用語は幾何学的定義を意味し、それは直平行六面体である。しかしながら、電池１０は平行六面体でもよい。図面に示されるような外部ケーシング１００は、好ましくは立方体形状であり、よって、如何なる一体的な円錐形状部分も有さない。電池１０は、典型的には、その幅よりも小さな厚さ、且つ、その長さよりも小さな幅を有する。電池の厚さ、幅、及び、長さが異なる寸法であるとき、厚さは、普通、これらの３つの寸法のうちで最小と考えられる。
【００３６】
電池は、好適にはニッケルめっき鋼の立方体形状ケーシング（ハウジング）１００を含むのが好ましい。ケーシング１００の背面は、例えば、商品名ＴＩＭＲＥＸ Ｅ−ＬＢ炭素塗膜の下で入手可能な溶剤に基づく炭素塗膜の層で被覆されるのが好ましい。図面に示される実施態様において、ケーシング（ハウジング）１００は、一組の対向する大きな平面的な壁１０６ａ，１０６ｂと、一組の対向する小さな平面的な壁１０７ａ，１０７ｂと、閉塞端部１０４と、反対側の開放端部１０２とによって境界付けられている。電池の厚さは、壁１０６ａ，１０６ｂの外面の間の距離によって定められる。電池の幅は、壁１０７ａ，１０７ｂの外面の間の距離によって定められる。ケーシング１００は、伝導性を向上するために、その内面が炭素又はインジウムの層で被覆されるのが望ましい。陽極１５０と、陰極１１０と、それらの間の隔離板１４０とを含む電池含有物は、開放端部１０２を通じて供給される。好適実施態様において、陽極１５０は粒子状亜鉛を含み、陰極１１０はＭｎＯ２を含む。水酸化カリウムの水溶液が陽極及び陰極の一部を形成する。
【００３７】
図５に最良に示されるように、陰極１１０は、その厚さを通じて中空中心コア１１０ｂを有する複数のスラブ１１０ａの形態であり得る。陰極スラブ１１０ａは、全体的に長方形状である。図２、３、及び、５に示されるように、陰極スラブ１１０ａはケーシング１００内に挿入され、電池の長さに沿って垂直に積み重なって積層化されている。ケーシング１００内への挿入後、各陰極スラブ１１０ａを再圧縮し得る。そのような再圧縮は、各陰極スラブ１１０ａの外面がケーシング１００の内面と緊密に接触することを保証する。好ましくは、陰極スラブ１１０ａ内の中空中心コア１１０ｂは、陽極スラリー１５０を受容するために電池の長手軸１９０に沿って１つの連続的な中心コアを形成するよう整列される。選択的に、ケーシング１００の閉塞端部１０４に最も近い陰極スラブ１１０ａは、閉塞端部１０４の内面に当接し且つ被覆する底面を有し得る。
【００３８】
陰極スラブ１１０ａをダイカスト又は圧縮成形し得る。代替的に、中空コアを有する単一の連続的な陰極１１０を形成するようノズルを通じて押し出される陰極材料で陰極１１０を形成し得る。中空コア１１０ｂを備える複数のスラブ１１０ａを用いても陰極１１０を形成可能であり、その場合には、各スラブはケーシング１００内に押し出される。
【００３９】
陰極１１０の挿入後、図２、３、及び、５に示されるように、隔離板１４０の外面が陰極の内面に当接するよう、電解質透過性隔離板１４０が、次に、各スラブ１１０ａの中心コア１１０ｂ内に位置付けられる。前記中空中心コア１１０ｂを定める各陰極スラブ１１０ａの内面は、好ましくは曲面である。そのような湾曲した内面は、移動及び処理期間中、スラブの機械的強度を向上し、隔離板１４０と陰極１１０との間のより均一な接触をもたらす。
【００４０】
スラブ１１０ａの中心コア１１０ｂは、上記されたように、１つの連続的なコアを形成するよう整列される。隔離板２４０の挿入後、連続的なコアは、陽極材料１５０を収容するための陽極キャビティ１５５を形成する。陽極キャビティは、陰極材料の全くない陰極スラブ１１０ａの中心コアの内側にある。陽極キャビティ１５５は、電池の長手軸１９０に対して直交する平面に沿って陰極スラブ１１０ａの断面を取った後の平面図（図４Ｂ）で見られるとき、細長い又は長円の形状を有する。境界パラメータ１５６によって定められる陽極キャビティ１５５の断面は、楕円形又は実質的に楕円形である。キャビティ１５５は、短い寸法Ｄ２よりも大きな長い寸法Ｄ１を有する。よって、キャビティ１５５は、電池の狭い側面（１０７ａ又は１０７ｂ）と平行な平面の方向の直径（又は幅）Ｄ２よりも大きな、電池の広い側面（１０６ａ又は１０６ｂ）と平行な平面の経路に沿った直径（又は幅）Ｄ１を有し得る。よって、非限定的な実施例として、陽極キャビティ１５５は、中心長手軸１９０に対して直交する平面に沿った断面で見られるときに、楕円形状を取り得るし、或いは、実質的に楕円形のようであり得る。陽極キャビティの対向する長い境界縁部１５８ａ，１５８ｂは、断面（図４Ｂ）で見られるときに、全体的な構造が完全な楕円ではないが、それにも拘わらず図示のように細長い或いは長円形であるよう、平面的或いは実質的に平面的であり得る。
【００４１】
キャビティ１５５は、電池の中心長手軸１９０に対して直交する平面によって陰極スラブ１１０ａを切断することによって得られる断面（図４Ｂ、４Ｃ、及び、４Ｄ）で見られるときに、細長い又は長円形の形状を有する。そのような細長い形状は、図４Ｃに示されるような細長い多角形又は長方形状であり得る。境界パラメータ１５６によって定められるキャビティ１５５の長い寸法Ｄ１及び短い寸法Ｄ２を定める軸を、図４Ｄに示されるように傾斜し得る。好ましくは、電池中心長手軸１９０（図１Ａ）に対して直交する平面によって陰極スラブ１１０ａを切断することによって得られる断面（図４Ｂ）で見られるときに、キャビティ１５５は、湾曲した境界パラメータ１５６の少なくとも一部を有する。キャビティ１５５は長円形構造であるのが望ましい。好適実施態様では、キャビティ１５５を定める実質的に全ての境界パラメータ１５６が湾曲している。具体的には、図４Ｂに最良に示されるように、少なくとも、電池の対向する狭い側面１０７ａ，１０７ｂに最も近い、キャビティ１５５の対向する表面１５７ａ，１５７ｂは、湾曲しているのが望ましい。好ましくは、上記のような断面で見られるときに、キャビティ１５５の実質的に全てのパラメータ１５６は湾曲している。図４Ｂに示されるように外側ケーシング１００から見られるときに、対向する長い縁部１５８ａ，１５８ｂは、外向きに湾曲している（凸状である）のが好ましい。しかしながら、長い縁部１５８ａ，１５８ｂは平面的又は実質的に平面的であり得る。代替的に、例えば、交互の凸状及び凹状の表面を有することによって、長い縁部１５８ａ，１５８ｂは僅かに内側に湾曲し（凸状になり）得るし、或いは、僅かに外向きに湾曲し（凹状になり）得る。同様に、短い縁部１５７ａ，１５７ｂは、僅かに内側に湾曲し（凸状になり）得るし、或いは、僅かに外向きに湾曲し（凹状になり）得るし、或いは、例えば、交互に凹状及び凸状の表面を有することによって、回旋状の湾曲であり得る。電池の長手軸に対して直交する平面に沿って取られた陰極スラブ１１０ａの如何なる断面にも、平面内の最大長さを表わすキャビティ１５５の長い寸法Ｄ１と、前記平面内の最大幅を表わす短い寸法Ｄ２もある。長い直径（Ｄ１）は、普通、電池の広い側面（１０６ａ，１０６ｂ）と平行な平面に沿った方向にあり、小さい寸法（Ｄ２）は、図４Ｂに示されるような電池の狭い側面（１０７ａ，１０７ｂ）と平行な平面に沿った方向にある。キャビティ１５５は、上記されたような断面で見られるときに、少なくともある曲率を有し、Ｄ１／Ｄ２の比率が１．０よりも大きいことによって特徴とし、それが細長い或いは長円構造であることを反映している。長手軸１９０に対して直交する平面に沿って取られた断面で見られるときに、キャビティ１５５の形状は、１．０よりも大きな１／Ｄ２比率を有する対称的な長円構造を有するのが望ましい。そのような場合には、寸法Ｄ１及びＤ２は、図４Ｂに示されるように、互いに直交している。特別な非制限的な実施例として、キャビティ１５５の形状は、そのような断面で見られるときに、長円形状であり、且つ、楕円又は実質的に楕円であり得る。
【００４２】
陽極１５０は、亜鉛粒子及び水性アルカリ電解質を含むゲル化亜鉛スラリーの形態であるのが好ましい。陽極スラリー１５０は、電池の長手軸１９０に沿って電池の中心コア１５５内に注入される。よって、陽極１５０は、それらの間の隔離板１４０によって、直接的な接触から隔離されている。
【００４３】
電池含有物の供給後、次に、電池を封止し且つ負端子２９０を提供するために、電池組立体（図４）は、開放端部１０２内に挿入される。ケーシングの閉塞端部１０４は、電池の正端子として機能し得る。突出する正ピップを提供するために、閉塞端部１０４を引き抜き或いは打ち抜きし得るし、さもなければ、図１Ａに示されるように、突出ピップ１８０を有する別個のエンドプレート１８４をケーシング１０４の閉塞端部１０４に溶接し得る。
【００４４】
エンドキャップ組立体１２の具体的な実施態様を構成する構成要素が、図４に最良に示されている。エンドキャップ組立体１２は、細長い陽極電流コレクタ１６０と、絶縁封止部材２２０と、封止部材２２０の上に位置する金属カバー２３０と、絶縁封止部材２２０を部分的に貫通する金属リベット２４０と、金属カバー２３０からリベット２４０を絶縁するプラスチックスペーサ２５０と、リベット２４０内のキャビティ２４８内に位置するゴム通気栓２６０と、プラスチックエキステンダー封止２８０と、プラスチックエキステンダー２８０上の負端子プレート２９０とを含む。
【００４５】
リベット２４０内のキャビティ２４８内に位置するときのゴム通気栓２６０と、ゴム栓２６０上の通気ピップキャップ２７０とが開示され、Ｇｏｌｄ Ｐｅａｋ Ｂａｔｔｅｒｙ（香港）によって製造される商業的な７／５−Ｆ６サイズの長方形状の充電式ニッケル水素電池型番ＧＰ１４Ｍ１４５と関連して用いられることが認知される。しかしながら、本特許出願の出願人は、エンドキャップ組立体が全体的に前記充電式ニッケル水素電池型番ＧＰ１４Ｍ１４５において腐食を引き起こし、主要な亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池に適用されるならば、気泡発生を促進することを測定した。電流コレクタの最も広い部分は電池ハウジング内面に極めて近い（約０．５ｍｍ未満）ので、そのような腐食は細長い電流コレクタと電池ハウジングの背面との間で発生することが分かった。電流コレクタ１６０の広い部分、即ち、フランジ１６１は、レシート可能な通気栓設計と関連して用いられることが理解されよう。電流コレクタのそのような広い部分（フランジ１６１）が必要とされるのは、電流コレクタが絶縁封止部材２２０の下面にリベット締めされるからである。よって、フランジ１６１は、そこにリベット２４０のベース２４６を締結するのに十分な広さでなければならない。もし電池１０が小型サイズの平面電池、例えば、約５〜１０ｍｍの全体的な厚さを有する立方体形状の電池であるならば、フランジ１６１の縁部は、従って、ケーシング１００の内面に近接して終端する。
【００４６】
本出願人は、絶縁封止部材に囲繞スカート２２６を提供するために、絶縁封止部材２２０を設計変更することによって、電流コレクタ１６０と絶縁封止部材２２０とを含むサブ組立体を変更した。絶縁封止スカート２２６は、陽極電流コレクタ１６０の最も広い部分、即ち、フランジ１６１を取り囲む。よって、絶縁スカート１６１は、電流コレクタフランジ１６１とケーシング１００内面との間に障壁をもたらす。絶縁スカート１６１は、電池放電期間中、フランジ１６１とケーシング１００内面との間の空間において、腐食性化学薬品、典型的には、複合体又は化合物を含有する金属の生産を削減することが測定された。そのような腐食性化学薬品は、もし大量に生成されるならば、電池性能と干渉し、電池の気泡発生を促進し得る。また、ここに記載される変更された設計において、陽極電流コレクタ１６０の最も広い部分、即ち、フランジ１６１は、ハウジング内面から、約０．５〜２ｍｍの間、好ましくは約０．５〜１．５ｍｍの間である。これは、電流コレクタフランジ１６１を取り囲む絶縁封止スカート２２６の使用との組み合わせにおいて、電流コレクタの広い部分（フランジ１６１）とケーシング１００内面との間の如何なる顕著な量の腐食性化学薬品の生成をも防止することが測定された。次いで、そのような本発明の変更された設計は、レシート可能なゴム通気栓組立体を平面的主要アルカリ電池のための実現性のある通気機構として適切にする。
【００４７】
図４及び５に最良に示されるエンドキャップ組立体１２の構成要素を以下のように組み立て得る。陽極電流コレクタ１６０は、底端において先端部で終端し且つ頂端において外向きに延びる一体型フランジ１６１で終端する細長いシャフト１６２を含み、一体型フランジはシャフト１６２に対して直角であるのが好ましい。よって、電流コレクタ１６０が陽極１５０内に挿入されると、外向きに延びるフランジ１６１は、シャフト１６２よりもケーシング１００の内面に近接し得る。絶縁封止部材２２０は、頂部パネル２２７と、反対側の開放底部２２８とを有する。絶縁封止部材２２０は、耐久性があり、アルカリに対する耐性があり、且つ、水素透過性を有するナイロン６６又はナイロン６１２から成るのが好ましい。代替的に、絶縁封止部材２２０は、耐久性があり、且つ、水素透過性を有するポリプロピレン、タルク充填ポリプロピレン、スルホン化ポリエチレン、又は、他のポリアミド（ナイロン）等級から構成され得る。絶縁部材２２０は、ケーシング１００の開放端部１０２内に滑り嵌めし得る長方形であるのが好ましい。絶縁封止部材２２０の頂端部２２７から延びる対向する側壁２２６ａ及び対向する側壁２２６ｂは、下向きに延びるスカート２２６を頂部パネル２２７の周りに形成する。スカート２２６は、前記絶縁封止部材２２０の開放底部２２８の限界を定める。頂部パネル２２７を貫通する開口２２４がある。金属カバー２３０があり、それは貫通する開口２３４を有する金属プレートであり得る。ヘッド２４７とベース２４５とを有する金属リベット２４０がある。リベット２４０はニッケルきっき鋼又はステンレス鋼であり得る。リベット２４０はヘッド２４７内にキャビティ２４８を有する。キャビティ２４８は、リベットヘッド２４７及びリベットシャフト２４５を完全に貫通する。電流コレクタ１６０のフランジ１６１が前記封止部材２２０のスカート２２６によって取り囲まれ且つ保護されるよう、電流コレクタ１６０のフランジ１６１は、絶縁封止部材２２０の開放底部２２８内に挿入される。図４に示されるように、電流コレクタ１６０のフランジ部１６１は、そこを貫通する開口１６４を有する。リベット２４０のベース２４６を前記開口１６４に通し、前記リベットと電気接触する電流コレクタ１６０を保持するために、前記フランジ１６１にリベット締めし得る。
【００４８】
そのような実施態様において、絶縁スカート２２６は、電流コレクタのフランジ１６１と電気のケーシング１００の内面との間の障壁をもたらす。陽極電流コレクタ１６０の如何なる表面と電池のケーシング１００内面との間の、例えば、約０．５ｍｍ未満の狭い間隙も、アルカリ電池の放電期間中に腐食性副産物が生じ得る領域を提供し得ることが測定された。次いで、これは、陽極電流コレクタ１６０の隣接領域を不動態化し、気泡発生を促進し得る。絶縁封止部材２２０の下向きに延びるスカート２２６は、一体型フランジ１６１のような電流コレクタ１６０の外向きに延びる部分を取り囲み、それによって、電流コレクタ１６０の最も広い部分とケーシング１００との間に障壁をもたらすことが意図されている。これは腐食問題を解決し且つ気泡発生を減少することが測定された。本出願人は、電流コレクタの最も広い部分を設計変更することによって、好ましくは、障壁、即ち、陽極電流コレクタ１６０の最も広い部分、即ち、フランジ１６１を取り囲む絶縁スカート２２６を設けることによって設計を変更した。ここの以下の段落において、スカート２２６の配置及び効果をより詳細に記載する。ここに記載された本出願人の変更された設計において、陽極電流コレクタ１６０の最も広い部分、即ち、フランジ１６１は、ハウジング内面から約０．５〜２ｍｍの間、好ましくは、約０．５〜１．５ｍｍの間である。また、囲繞絶縁スカート２２６は、電流コレクタフランジ１６１とケーシング１００との間に障壁をもたらした。これらの設計の機能は、腐食問題を解決し、且つ、レシート可能なゴム通気栓組立体を本発明の平面的主要アルカリ電池のための実現可能な通気機構として適させることが測定された。
【００４９】
エンドキャップ組立体１２を形成する場合には、電流コレクタ１６０のフランジ部分１６１は、そこを貫通する開口１６４が、絶縁封止部材２２０の頂部パネル２２７を貫通する開口２２４と整列するよう位置付けられる。金属カバー２３０は、金属カバー２３０を貫通する開口２３４が開口２２４と整列されるよう、絶縁封止部材２２０の頂部パネル２２７の上に位置付けられる。プラスチックスペーサディスク２５０が、スペーサディスク２５０を貫通する開口２５２が金属カバー２３０の開口２３４と整列するよう金属カバー２３０の上に挿入される。好適実施態様（図４）において、リベット２４０のベース２４６は、プラスチックスペーサ２５０の開口２５２に通され、また、金属カバー２３０の開口に通される。リベット２４０のベース２４６も、絶縁封止部材２２０の開口２２４及び電流コレクタフランジ１６１の開口１６４を通される。プラスチックスペーサ２５０は、金属カバー２３０からリベット２４０を絶縁する。リベットシャフト２４５のベース２４６は、絶縁封止部材２２０の開口２２４と、陽極電流コレクタ１６０の頂部フランジ部分１６１内の下に位置する開孔１６４を通じて延びる。軌道リベット打機を用いて、リベットシャフトのベース２４６を、電流コレクタフランジ１６１の底表面に対する所定位置に打ち込み得る。これはリベットシャフトを絶縁封止部材２２０の開口２２４内の所定位置に係止し、また、電流コレクタ１６０をリベットシャフト２４５に固定する。これは、電流コレクタ１６０をリベット２４０と恒久的に電気接触状態に維持し、リベットシャフト２４５が絶縁封止部材２２０の開口２２４から取り外され或いは取り除かれるのを防止する。リベットヘッド２４７は、プラスチックスペーサ２５０上に気密に位置する。これは、リベット２４０と、プラスチックスペーサ２５０と、金属カバー２３０と、絶縁封止部材２２０と、陽極電流コレクタ１６０を含むサブ組立体を形成する。さらなる組立てのために準備が出来るまでサブ組立体を保管し得る。
【００５０】
組み立てプロセスは、ゴム通気栓２６０をリベットヘッド２４７内のキャビティ２４８内に挿入することによって完成される。栓２６０は、好ましくは、切頭円錐形状であり、リベットヘッド２４７内のキャビティ２４８内に滑り嵌めするよう設計される。栓２６０は、アルカリ電解質に対して耐性を有する圧縮性の可撓材料から成るのが好ましい。栓２６０のための好適な材料は、ゴム、好ましくは、ネオプレン若しくはＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンジエンターポリマー）ゴム、又は、他の耐アルカリ圧縮性ゴムである。栓２４０の表面は、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）、アスファルト、又は、ポリアミドのような非湿潤材によって被覆されるのが好ましい。次に、金属通気ピップキャップ２７０が、栓２６０上に挿入される。通気ピップキャップ２７０は、栓を約０．５ｍｍだけ圧縮するのに十分な力で栓２６０に押圧される。これは、約２００ｐｓｉｇ（１３．７９×１０５パスカル）の内部圧力の蓄積に耐え得る封止をもたらすことが測定された。封止が典型的には約１００〜３００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカルゲージ）の間、望ましくは約１００〜２００ｐｓｉｇ（６．８９５×１０５〜１３．７９×１０５パスカルゲージ）の間の内部圧力に耐え得るよう、栓２６０圧縮を調節し得る。より高い、即ち、３００ｐｓｉｇ（２０．６９×１０５パスカルゲージ）より高い圧力に耐える封止を可能にするために、望ましければ、栓２６０のより高い程度の圧縮も可能である。逆に、望ましければ、封止が１００ｐｓｉｇ未満の任意の所望値にある圧力閾値まで維持されるよう、栓２６０の圧縮の減少も可能である。通気ピップキャップ２７０のベース２７３は、通気キャップ２７０が栓２６０上に押圧されるときに、プラスチックスペーサ２５０の頂面内の圧痕又はクレバス２５３に嵌入する幾つかの下向きに延びるセグメントを有し得る。これは図５に最良に示されている。通気ピップキャップ２７０が栓２６０上へ挿入され、それによって、リベットヘッドキャビティ２４８内の前記栓を圧縮した後、通気キャップ２７０はリベットヘッド２４７に溶接される。栓２６０は、それによって、リベットヘッドキャビティ２４８内に圧縮状態に維持される。プラスチックエキステンダー部材２８０は、通気キャップヘッド２７１上に配置される。通気キャップヘッド２７１は、プラスチックエキステンダー２８０内の開口２８２を通じて突出する。次に、端子エンドキャップ２９０（負端子）が通気キャップヘッド２７１に溶接される。よって、通気キャップ２７０は、エンドプレート２９０及びリベット２４０の双方に溶接される。端子エンドプレート２９０は、ニッケルめっき冷間圧延鋼又はステンレス鋼、好ましくは、ニッケルめっき低炭素鋼のような良好な機械的強度及び耐食性を有する伝導性金属から構成される。よって、完成されたエンドキャップ組立体１２は、電流コレクタ１６３と恒久的に電気接触する端子エンドプレート２９０で形成される。
【００５１】
次に、完成されたエンドキャップ組立体１２は、ケーシング１００の開放端部１０２内に挿入される。電流コレクタシャフト１６２は、陽極スラリー１５０内に貫通する。金属カバー２３０の縁部は、好ましくはレーザ溶接によって、ケーシングの頂部周縁１０４に溶接される。これはエンドキャップ組立体１２を所定位置に確実に保持し、図１及び１Ａに示されるように、ケーシング１００の開放端部１０２を封止する。端子プレート２９０は、電流コネクタ１６０及び陽極１５０と電気的に接触し、よって、ここに記載される亜鉛／ＭｎＯ２アルカリ電池実施態様のための電池の負端子を形成する。負端子プレート２９０はプラスチックエキステンダー２８０によってケーシング１００から電気的に絶縁されていることが理解されよう。リベット２４０及び電流コレクタ１６０は、プラスチックスペーサ２５０によってケーシング１００から電気的に絶縁され、封止部材２２０を封止する。図１Ａ、２、及び、３に示されるように、ピップ１８０は、対向するケーシング１００の閉塞端部で、電池の正端子を形成する。ピップ１８０をケーシング１００の閉塞端部１０４から一体的に形成し得るし、或いは、図１Ａに示されるように閉塞端部に別個に溶接された別個のプレート１８４から形成し得る。完成された電池は、図１及び１Ａの斜視図及び図２及び３の断面図に示されている。
【００５２】
動作中、電池の放電又は蓄電の期間中、もし電池内のガス圧力が蓄積して設計閾値レベルを超えるならば、栓２６０はリベットヘッドキャビティ２４８内で外れるようになる。これは、ガスが、リベットヘッドキャビティ２４８を通じて、次に、通気キャップ２７０の通気開口２７２を通じて、電池内部から外部環境に逃げ出すことを可能にする。電池内の圧力が減少すると、栓２６０はリベットヘッドキャビティ２４８内で脱座するようになる。
【００５３】
追加的な安全機能として、電池は、レシート可能な栓通気２６０を補足する働きをする第二通気装置を備え得る。補足的通気は、壊滅的状況において、例えば、使用者が平面的に充電可能な電池用の充電器を用いて不注意に主電池１０を長時間に亘って充電しようと試みるならば動作するよう設計され得る。本発明の電池１０は、主（充電不能電池）であるよう設計される。電池は充電されてはならないという電池ラベル上の十分な書面通知にも拘わらず、使用者が、不注意に、平面的充電器、例えば、平面的ニッケル水素電池を充電するために設計された充電器内で電池の充電を試みる可能性が常にある。もし電池が長時間に亘って充電することを試みることによってこのように不正使用されるならば、内部圧力レベルが突然に上昇し得る危険性がある。
【００５４】
もし電池１０が（主要な充電不能電池として意図されているに拘わらず）不注意に充電に晒されるならば、栓通気２６０は外れ、それによって、内部圧力が設計閾値、望ましくは約１００〜３００（６．８９５×１０５〜２０．６９×１０５パスカルゲージ）の間の圧力）に達するときに圧力を解放する。圧力が長時間に亘る連続充電後に再び蓄積するならば、栓２６０は再び脱座する。そのようなプラグ脱座及び再着座のプロセスは多数回反復され、その結果、電池内部からのガス圧力のパルス開放が得られ得る。そのような不正使用条件の下で、ＫＯＨ電解質が、栓２６０とリベットヘッドキャビティ２４８ハウジング栓２６０の内面との間の自由空間内に漸進的に進入し結晶化する可能性がある。（栓２６０は、リベットヘッドに溶接された通気キャップ２７０によって、リベットヘッドキャビティ２４８内に圧縮状態に保持される。）そのような結晶化されたＫＯＨの蓄積は、栓２６０と通気キャップ２７０の内面との間の自由空間の量を減少する。閾値ガス圧力に達したときに、栓２６０の膨張のために利用可能な自由空間がより少なくなり得るので、充電プロセスが継続されるときに、これは栓２６０が正しく脱座するのを漸進的により困難にし得る。リベットヘッド２４８内の少量の自由空間内の結晶化ＫＯＨの蓄積も、通気キャップ２７０内の通気開口２７２を通じたガスの正しい通気を妨げ得る。
【００５５】
栓２６０と通気キャップ２７０の内面との間のそのようなＫＯＨ結晶蓄積の有害な効果を減少するために、ここでは設計における幾つかの改良が提案される。
【００５６】
本発明の通気システムは、主要な及び補足的な通気機構を含み得る。電池内のガス圧力が設計圧力閾値レベルＰ１まで蓄積すると、主通気機構が活性化される。主通気機構が動作不良となる場合に、或いは、もし電池がガス圧力の急激な蓄積を生む不正使用状況にさらされるならば、より高い圧力レベルＰ２で活性化する補足的通気機構を有するのが望ましい。例えば、もし電池が不注意に長時間に亘って充電に晒されるならば、１つのそのような不正使用状況が起こり得る。本発明の１つの具体的な実施態様において、レシート可能な栓２４０は主通気機構として用いられ、それは約１００〜３００ｐｓｉｇの間の設計閾値圧力Ｐ１で活性化する。補足的通気機構は、エンドキャップ組立体１２又はケーシング本体１００の切欠き部内のどこかの弱いレーザ溶接部であり得る。弱いレーザ溶接部は、電池内のガス圧力がより高い圧力Ｐ２、望ましくは約４００〜８００ｐｓｉｇの間に達するときに破裂するよう設計される。好ましくは弱い溶接部と接触する強い溶接部もあり得る。
【００５７】
金属カバー２３０とケーシング１００の内面との間のレーザ溶接接合面の一部に沿って弱いレーザ溶接部を形成することによって、補足的通気システムの１つの実施態様を提供し得る。（金属カバー２３０は、ケーシング１００の開放端部１０２を閉塞するために用いられる。）好ましくは、図６に示されるように、金属カバーの長い縁部２３０ａ１つの主要部とケーシング縁部１０８ａとの間に、弱い溶接部３１０ａを塗布し得る。電池内のガスが約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカル）の間の圧力まで蓄積するときに溶接部が所望に亀裂し或いは破裂する厚さであるよう、弱いレーザ溶接部３１０ａを塗布し得る。所望の破裂圧力を達成するために、弱い溶接部の浸透深度を調節し得る。約２〜４ミル（０．０５０８〜０．１０２ｍｍ）の間のレーザ溶接の浸透深度で、約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力を達成し得る。弱い溶接部は、望ましくは、金属カバー２３０の長い縁部２３０ａの少なくとも１つの主要部に沿って走り得る。好ましくは、弱い溶接部は、ケーシング１００の短い縁部１０８ｃと長い縁部１０８ａとの交差する隅部から少なくとも約１ｍｍの地点３１２ａで開始する。よって、平面的７／５−Ｆ６電池に関して、弱い溶接部の長さは少なくとも１０ｍｍ、典型的には約１３ｍｍであり得る。
【００５８】
金属カバー２３０の縁部とケーシング縁部（ケーシング縁部１０７ｃ、１０７ｄ、１０６ｄ）（図６）の間の周接合面の残部は、より高い圧力レベル、例えば、約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間、典型的には約８００〜１６００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１１０３０×１０３パスカルゲージ）の間の強いレーザ溶接部３１０ｂを備え得る。所望の破裂圧力を達成するために、強い溶接部の浸透深度を調節し得る。約５〜７ミル（０．１２７〜０．１７８ｍｍ）の間のレーザ溶接部の浸透深度で、約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力を達成し得る。強い溶接部の浸透深度をより精細に調節可能であり、溶接部が所望の圧力レベル、例えば、約１３００〜１６００ｐｓｉｇ（８９６２×１０３〜１１０３０×１０３パスカルゲージ）で破裂するのを可能にする。
【００５９】
図６に示されるように、金属ケーシング１００の内面に溶接された金属プレート２３０の縁部が示されているが、金属プレート２３０の縁部がケーシング１００の内面の代わりに金属ケーシングの縁部に溶接された代替的な実施態様があり得る。そのような代替的な実施態様の１つが、図６Ａに示されている。そのような実施態様（図６Ａ）において、対向する長い縁部１０８ａ，１０８ｂ及び対向する短い縁部１０８ｃ，１０８ｄによって定められるケーシング縁部１０８は、そのような縁部が金属プレート２３０とほぼ同一平面に位置するようクリンプ加工される。よって、金属プレート２３０の縁部２３０ａ，２３０ｂをクリンプ加工されたケーシング縁部１８０に直接的に溶接し得る。より強いレーザ溶接部３１０ｂをプレート縁部２３０ｂとケーシング縁部１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとの間に加え得るし、弱いレーザ溶接部３１０ａをプレート縁部２３０ａとケーシング縁部１０８ａとの間に加え得る。
【００６０】
さらに他の実施態様において、ケーシング１００の本体内に切欠き部があり得る。切欠き部は、様々な形状であり得る。例えば、切欠き部は、多角形（図７）であり得るし、或いは、湾曲（図７Ａ）したその境界の少なくとも一部を有し得る。金属プレート、例えば、プレート４００（図７）又はプレート５００（図７Ａ）をそのような切欠き部内に挿入し得る。切欠き部を閉塞するために、金属プレート４００（図７）又は金属プレート５００（図７Ａ）の縁部をケーシングに溶接し得る。図７の実施態様に示されるように、溶接部は、望ましくは、強いレーザ溶接部４１０ｂ及び接触する弱いレーザ溶接部４１０ａの形態であり得る。図７Ａに示されるように、溶接部は、強いレーザ溶接部５１０ｂ及び好ましくは接触する弱いレーザ溶接部５１０ａの形態であり得る。
【００６１】
ピーク電力出力の範囲内で動作する異なる種類のレーザを用いて、強い及び弱い溶接部を達成し得る。以下は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いて生成される弱い及び強い溶接部の非限定的な実施例である。上記されたような弱い溶接部は、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の閾値圧力に達するときに亀裂し或いは破裂する。強い溶接部は、電池内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）、典型的には８００〜１６００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１１０３０×１０３パスカルゲージ）の間の閾値圧力に達するときに破裂する。特に、弱い溶接部は、補足的な通気システムをもたらし、もし電池が上記されたように不正使用されるならば、ガスが電池内から逃げ出すのを可能にする。
【００６２】
代替的に、補足的通気機構は、溝付き通気口、即ち、下方に位置する薄肉材料領域を生むケーシング１００の表面上の１つ又はそれ以上の溝の形態であり得る。電池内のガス圧力がＰ１より大きな圧力Ｐ２に上昇するときに薄肉領域が破裂するよう、溝の深さ及び下方に位置する薄肉材料領域の厚さを調節し得る。他の実施態様では、レシート可能な栓を排除し、圧力Ｐ１で動作する主通気機構としてレーザ溶接を用い得る。そのような実施態様において、補足的通気機構は、ケーシング表面上の溝の下方に位置する薄肉材料領域であり得る。より高い圧力レベルＰ２で破裂するよう薄肉材料を設計し得る。
【００６３】
さらに他の実施態様では、ケーシング表面上の複数の溝があり得る。１つの溝は、小さな厚さの下方に位置する薄肉領域を有し、電池内のガスが設計圧力レベルＰ１まで蓄積されるときに、それが破裂するのを可能にし得る。第一溝と接触し或いは離間し得るケーシング表面上の第二溝は、電池内のガス圧力がより高い圧力Ｐ２まで蓄積するならば破裂するよう設計された下方に位置する薄肉領域を有し得る。
【００６４】
ケーシング１００から鋼、例えば、ニッケルめっき冷間圧延鋼又はステンレス鋼から成るとき、溝の下方に位置する薄肉材料が、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力に達するときに破裂するよう、ケーシング表面上に溝６００ａ（図８）のような溝を形成し得る。ケーシング壁の溝なし部分は、典型的には、約０．３〜０．５０ｍｍの間、望ましくは、約０．３〜０．４５ｍｍの間の平均壁厚を有する。約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７４８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力を得るために、溝は、下方に位置する薄肉材料が、典型的には約０．０７〜０．０８ｍｍの間の厚さを有するよう形成される。具体的に非限定的な実施例において、もし下方に位置する薄肉材料が約０．０７４ｍｍの厚さを有するよう溝が形成されるならば、そのような下方に位置する材料は、電池内のガス圧力が約４３５ｐｓｉｇ（２９９９×１０３パスカルゲージ）のレベルに達するときに破裂する。
【００６５】
ケーシングの表面を型、好ましくは切断ナイフ縁部を有する型で打抜きすることによって、例えばケーシング表面上の溝６００ａ又は６００ｂ（図８及び８Ａ）の形態であり得る溝６００を形成し得る。打抜き型がケーシング外面を穿孔するときに、マンドレルがケーシングの内面に対して保持される。そのような打抜き又は切断型で形成される溝に関して、下方に位置する薄肉領域６１０（図９）の厚さは、薄肉領域が破裂する圧力を主として決定する。溝切断は、望ましくはＶ字形状であり、それは好ましくはナイフ縁部を有する打抜き型で得られ得る。Ｖ字形状溝は、望ましくは、約４０度の鋭角を有する。溝６００を他の方法、例えば、化学的エッチング処理で形成し得る。
【００６６】
溝６００の下方に位置する薄肉材料は、典型的には、ニッケルめっき冷間圧延鋼から成るケーシング材料と同一であるのが好ましい。溝６００は、直線又は曲線の境界を有し得るし、或いは、直線及び曲線の組み合わせを有し得る。溝６００は、長方形、多角形、又は、長円形の境界を有し得る。溝は、回旋状の、換言すれば、部分的に凸状であり部分的凹状の、それらの境界の少なとも一部を有し得る。溝の境界は、閉塞又は開閉され得る。ここの好適実施態様において、溝は、直線又は実質的に直線、好ましくはケーシングの広い縁部１０８ａと平行であり得る（図８及び８Ａ）。例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池において、溝６００ａ（図８及び８Ａ）は、ケーシングの広い縁部１０８ａと平行に且つそこから約１０ｍｍに位置し得るし、約８ｍｍの長さを有し得る。
【００６７】
図８Ａに示されるように、第一溝６００ａから離間した第二溝６００ｂがあり得る。具体的な非限定的な実施態様において、第二溝６００ｂは、溝６００ａと平行であり、正端子１８０（閉塞端部）から約１０ｍｍであり得る。溝６００ｂは、約８ｍｍの長さを有する。そのような場合には、電池内のガス圧力が異なる圧力レベルに達するときに、下方に位置する材料がそれぞれ破裂するよう、各溝６００ａ，６００ｂの下方に位置する材料の厚さは異なり得る。例えば、電池内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇの間の設計爆発圧力に達するときに破裂するよう、薄肉材料が下方に位置する溝６００ａを設計し得る。約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の爆発圧力にあるそのような範囲を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝６００ａは、約０．０４〜０．１５ｍｍの間の厚さを有する。代替的に、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力に達したときに破裂するよう、薄肉材料が下方に位置する溝６００ａを設計し得る。約４００〜８００ｐｓｉｇの間にあるそのような爆発圧力を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝６００ａは、約０．０７〜０．１５ｍｍの間の厚さを有する。電池が誤用され、電池内のガス圧力が約８００〜１６００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１１０３０×１０３パスカルゲージ）のレベルに急激に上昇する場合に、電池内のガス圧が壊滅的状況において破裂するときに破裂するよう、薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂを設計し得る。約８００〜１６００ｐｓｉｇの間の圧力レベルでの破裂を達成するために、薄肉材料６１０が下方に位置する溝６００ｂは、典型的には、約０．１５〜０．３５ｍｍの厚さを有する。
【００６８】
実施例１（Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いた弱い溶接部）
Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることによって、金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｃ（図６又は６Ａ）に沿ってケーシング１００に溶接するために用いられる弱い溶接部を生成する。レーザは、約１００ヘルツの周波数で動作される。パルス当たりのピーク電力出力は、約３５ワットである。平均電力出力は、０．５キロワットである。パルス幅（ピーク出力の間の周期時間）は、約０．７ミリ秒である。レーザ供給速度（溶接経路に沿ったレーザの移動の速度）は、約３インチ毎分である。ケーシングの長い縁部１０６ｃに沿った均一な溶接部が生成され、それによって、当接する金属カバー２３０の長い縁部２３０ａをそこに溶接する。溶接部は、約２〜４ミル（０．０５０８〜０．１０２ｍｍ）の間の、典型的には、約３ミル（０．０７６２ｍｍ）の均一な浸透深度を有した。電池内の圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（）の間のレベルに達するときに溶接部は亀裂し、それによって、もし主通気口（栓２６０）の動作が妥協されるようになるならば、補足的通気口として機能する。
【００６９】
実施例２（Ｂｄ：Ｙａｇレーザを用いた強い溶接部）
Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることによって、金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｄ，１０７ｃ，１０７ｄ（図６又は６Ａ）に沿ってケーシング１００に溶接するために用いられる強い溶接部を生成し得る。Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることによって、金属カバー２３０をケーシング縁部１０６ｄ，１０７ｃ，１０７ｄに沿ってケーシング１００に溶接するために用いられる強い溶接部を生成し得る。レーザは、約１２ヘルツの周波数で動作する。パルス当たりのピーク電力出力は、０．６５キロワットである。パルス幅（ピーク出力間の周期時間）は、約５．９ミリ秒である。レーザ供給速度（溶接経路に沿ったレーザの移動の速度）は、約２インチ毎分である。長い縁部１０６ｄ，１０７ｃ，１０７ｄに沿った均一な溶接部が生成され、それによって、図６に示されるように、当接する金属カバー２３０の縁部をそこに溶接する。溶接部は、約５〜７ミル（０．１２７〜０．１７８ｍｍ）の間の、典型的には、約６ミル０．１５２ｍｍ）の均等な浸透深度を有した。電池内の圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の、典型的には、約８００〜１６００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１１０３０×１０３パスカル）のレベルに達するときに溶接部は亀裂する。
【００７０】
商業生産では、上記のＮｄ：Ｙａｇレーザを、弱い溶接部を生成するために約１２５ワットのより高いピーク出力で動作し、強い溶接部を生成するために約１５０ワットのピーク出力で動作し得る。より高いピーク出力でのそのような動作は、レーザがより高速で溶接経路（供給速度）に沿って移動されることを可能にする。
【００７１】
加えて、もし電池が不注意に充電に晒されるならば起こり得る、栓２６０と通気キャップ２７０の内面との間の如何なるＫＯＨ結晶蓄積の有害な効果をも減少するために、栓が栓２６０を収容するリベットヘッド２４７内のキャビティ内のより少ない空間を占めるように、栓２６０を変更し得る。そのような改良された設計の具体的な実施態様が、図２Ａ、３Ａ、及び、４Ａに示されている。図４に示されるせん２６０の改良された設計では、栓は、リベットヘッドキャビティ２４８内で、図２、３、及び、４に示される栓のための切頭体設計よりも少ない空間を占める。栓２６０がリベットヘッドキャビティ２４８内に圧縮された後、前記栓を収容するキャビティ２４８内の自由空間の量は、約１０％、望ましくは、約１０〜４０％より大きい。対称的に、図２、３、及び、４に示される切頭体で示される栓２６０のリベットキャビティ内の自由空間の量は、典型的には、約１０％より少ない。
【００７２】
変更された栓設計（図４Ａ）を用いて達成されるリベットヘッドキャビティ２４８内で典型的には約１０〜４０％より多い量の自由空間は、不正使用状況において、例えば、上述のように、もし電池が不注意に充電に晒されるならば、栓のより有効な動作を保証する。そのような変更された栓２６０（図４Ａ）は、電池内のガス圧力が設計閾値レベル、例えば、約１００〜３００ｐｓｉｇに達するときに、望ましくは脱座する。リベットキャビティ２４８内のより多い自由空間は、もし電池が不注意な充電によって不正使用されるならば起こり得る、それらの内部で蓄積する如何なる漸進的なＫＯＨ結晶蓄積にも対応する。それにも拘わらず、電池内の圧力が設計閾値レベルまで蓄積するときにガス圧力が解放されるのを可能にするようそれ自体を脱座するときに、栓２６０が有効に動作するのを可能にするために、リベットヘッドキャビティ２４８内に十分な自由空間がある。
【００７３】
リベットヘッドキャビティ２４８内のより多くの量の自由空間を達成するために、栓２６０の形状を図４Ａに示されるように変更し得る。変更された設計（図４Ａ）では、栓２６０は、円筒形のベース２６２と、そこから延びるより小さな直径の一体的に形成された円筒形の本体２６１とを有する。変更された栓２６０（図４Ａ）がキャビティ内で圧縮された後、リベットヘッドキャビティ２４８内に典型的には約１０〜４０％の間の所望のより多くの量の自由空間を達成するために、必要に応じて、ベース２６２の直径に対する本体２６１の直径の比率を調節し得る。本体２６１の円筒形状は、リベットヘッドキャビティ２４８内の圧縮栓２６０の圧力に十分に耐える。栓の頂面２６３に力を加え、次に、通気キャップ２７０をリベットヘッド２４７に溶接することによって、変更された栓２６０（図４Ａ）はリベットヘッドキャビティ２４８内で圧縮される。これは栓２６０をリベットヘッドキャビティ２４８内で圧縮状態に気密に着座させ続ける。圧縮状態において、栓２６０の本体２６１は、図１Ａ及び２Ａに示されるような球根状構造を取る。電池内なのガス圧力が閾値レベル、望ましくは約１００〜３００ｐｓｉｇの間まで蓄積すると、栓は脱座し、それによって、電球内からのガスを通気キャップ２７０内の通気開口２７２を通じて逃がす。好ましくは、栓２７０が脱座するときにガスが通気キャップ２７０から逃げ得る明確な通路があることを保証するために、通気キャップ２７０内に少なくとも２つの通気開口２７２がある。栓２６０は、エラストマーから成るのが望ましく、十分な圧縮性及び弾性がありながら、アルカリ電解質に接触後の化学的攻撃又は物理的劣化に対する耐性を有するゴム材料から成るのが好ましい。栓２６０のための好適なゴム材料は、加硫処理されたＥＰＤＭゴムであり、約８０〜８５の間のデュロメーター硬度を有するのが望ましい。
【００７４】
図４に示されるような栓２６０のための変更構造が望ましいが、栓の他の形状も栓を収容するリベットヘッドキャビティ２４８内の自由空間の所望の増大を達成するのに役立ち得る。例えば、図４Ａに示されるような円筒形の代わりに、栓の本体２６１を僅かに傾斜させ得る。また、リベットヘッドキャビティの幅も電池の広い側面の方向に拡大し得る（図２Ａ）。そのような場合、リベットヘッドキャビティ２４８は、１つの軸に沿って、即ち、電池の広い側面の方向に細長くされる（図２Ａ）。しかしながら、現在図面に示されている対称的な（円形の）リベットヘッドキャビティ２４８が好ましい。
【００７５】
本発明を如何なる特定のサイズの長方形電池に限定することは意図されない。しかしながら、具体的な実施例として、アルカリ電池１００は、小型サイズの長方形（立方体）であり、典型的には、約５〜１０ｍｍの間の厚さ、具体的には、ケーシングの外面によって電池の厚さ方向に測定されるとき、約５〜７ｍｍの厚さを有し得る。電池の幅は、典型的には、約１２〜３０ｍｍであり、電池の長さは、典型的には、約４０〜８０ｍｍの間であり得る。具体的には、本発明のアルカリ電池１０を、同一サイズの充電式ニッケル水素電池、例えば、標準的な７／５−Ｆ６サイズの長方形状電池の代わりとして用い得る。７／５−Ｆ６サイズの電池は、６．１ｍｍの厚さ、１７．３ｍｍの幅、及び、約６７．３ｍｍの長さを有する。
【００７６】
代表的な電池の化学組成
陽極１５０、陰極、及び、隔離板１４０の化学組成に関する電池組成の以下の記載は、上記実施態様において記載された平面的電池に適用可能である。
【００７７】
上記の電池１０において、陰極１１０は、二酸化マンガンを含み、陽極１５０は、亜鉛及び電解質を含む。水性電解質は、ＫＯＨ、酸化亜鉛、及び、ゲル化剤の従来的な混合物から成る。陽極材料１５０は、水銀なし（ゼロ添加水銀）亜鉛合金粉末を含有するゲル化混合物であり得る。換言すれば、電池は、重量で亜鉛の１００万分の１００（ｐｐｍ）未満、好ましくは、重量で亜鉛の１００万分の５０水銀未満の合計水銀含有量を有する。電池は、好ましくは、如何なる追加的な量の鉛も有さず、よって、本質的に無鉛である、換言すれば、合計鉛含有量は、陽極中の亜鉛全体の３０ｐｐｍ未満、望ましくは１５ｐｐｍ未満である。そのような混合物は、典型的には、水性ＫＯＨ電解質溶液、ゲル化剤（例えば、商品名ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０の下でＢ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈから入手可能なアクリル酸共重合体）と、界面活性剤（例えば、商品名ＧＡＦＡＣ ＲＡ６００の下でＲｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｅから入手可能な有機燐光体エステル基界面活性剤）とを含み得る。そのような混合物は、冷笑的な実施例としてのみ与えられ、本発明を限定することは意図されない。亜鉛陽極のため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。
【００７８】
陰極１１０は、望ましくは、以下の組成を有する。８７〜９３ｗｔ％の電解質二酸化マンガン（例えば、Ｋｅｒｒ−ＫｃＧｅｅからのＴｒｏｎａ Ｄ）、２〜６ｗｔ％（合計）の黒鉛、約３０〜４０ｗｔ％のＫＯＨ濃度を有する５〜７ｗｔ％の７〜１０の普通のＫＯＨ水溶液、及び、０．１〜０．５ｗｔ％の選択的なポリエチレン結合剤。電解質二酸化マンガンは、典型的には、約１〜１００ミクロン、望ましくは約２０〜６０ミクロンの間の平均粒子サイズを有する。黒鉛は、典型的には、天然、エキスパンド黒鉛、又は、それらの混合物の形態である。黒鉛は、黒鉛炭素ナノファイバ単独、又は、天然若しくはエキスパンド黒鉛との混合物を含み得る。そのような陰極混合物は例示的であり、本発明を限定することは意図されない。
【００７９】
陽極材料１５０は、亜鉛合金粉末６２〜６９ｗｔ％（合金及びめっき材料として２００〜５００ｐｐｍインジウムを含有するインジウムを含有する９９．９％亜鉛）と、３８ｗｔ％ＫＯＨ及び約２ｗｔ％ＺｎＯを含むＫＯＨ水溶液と、商品名「ＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０」の下でＢ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈから商業的に入手可能な架橋アクリル酸共重合体ゲル化剤及び「Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ−２２１」の商品面の下でＧｒａｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｏ．から商業的に入手可能な澱粉バックボーン上にグラフトされた加水分解ポリアクリロニトリル（０．０１〜０．５ｗｔ％の間）と、有機燐酸塩エステル界面活性剤ＲＡ−６００又はＲＭ−５１０の商品名の下でＲｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｅから入手可能なジオニルフェノール燐酸塩エステル界面活性剤（１００〜１０００ｐｐｍの間）を含む。ここで用いられている亜鉛という用語は、極めて高い濃度の亜鉛、例えば、重量で少なくとも９９．９パーセントの亜鉛を含む亜鉛合金粉末を含むもとと境されるべきである。そのような亜鉛合金材料は、電気化学的には本質的に純亜鉛として機能する。
【００８０】
本発明の平面的アルカリ電池１０の陽極１５０に関して、亜鉛粉末の平均の平均粒子サイズは、望ましくは約１〜３５０ミクロンの間、望ましくは約１〜２５０ミクロンの間、好ましくは約２０〜２５０ミクロンの間である。典型的には、亜鉛粉末は、約１５０ミクロンの平均の平均粒子サイズを有し得る。陽極１５０内の亜鉛粒子は、針形状又は球形状であり得る。球状亜鉛粒子が好ましい。何故ならば、それらは、亜鉛スラリーを備える電池の比較的小さな陽極キャビティ内に充填するために用いられる計量分配ノズルからより良好に計量分配するからである。陽極内の亜鉛のバルク密度は、陽極の立方センチメータ当たり約１．７５〜２．２グラム亜鉛である。陽極内の水性電解質溶液の容量パーセントは、陽極の約６９．２〜７５．５容量パーセントである。
【００８１】
（１グラム当たり８２０ミリアンペア−時間に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（１グラムのＭｎＯ２当たり３７０ミリアンペア−時間に基づく）ＭｎＯ２のミリアンペア−時間容量が約１であるよう、電池１０は従来的な方法で平衡される。しかしながら、陰極が顕著に超過するよう、電池を平衡することが好ましい。好ましくは、電池１０は、亜鉛の総理論容量によって割り算されたＭｎＯ２の総理論容量が約１．１５〜２．０の間、望ましくは約１．２〜２．０の間、好ましくは１．４〜１．８の間、より好ましくは約１．５〜１．７の間であるように平衡される。総電池重量に基づいて放電時により小さな割合のＭｎＯ２からＭｎＯＯＨへの転換があるので、そのような陰極超過を備える電池の平衡は、陰極拡張の量を減少するために決定された。次いで、これは電池ケーシングの膨張の量を削減する。全体的な膨張を減少するために、亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量の上記比率は、実行可能であるように約２．５ぐらいの高さ、或いは、約３．０までの高さでさえあり得るが、電池設計は、約２．０を越えるそのようなより高い比率では、電池容量を著しく減少し、よって、その観点から余り望ましくなくなる。
【００８２】
約０．３０〜０．５０ｍｍの間、典型的には約０．３０〜０．４５ｍｍの間、好ましくは約０．３０〜０．４０ｍｍの間、より望ましくは０．３５〜０．４５の間のケーシング１０壁厚を有することが望ましいと測定された。電池１０は、望ましくは約５〜１０ｍｍの間の全体的な厚さを有する立方体形状（図１及び２）であるのが好ましい。それとの組み合わせで、電池は、陰極が超過するように平衡される。望ましくは、電池は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量の比率が、約１．１５〜２．０の間、望ましくは約１．２〜２．０の間、好ましくは約１．４〜１．８の間であるように平衡される。ケーシングの外側の厚さに対する陽極の厚さの比率は、望ましくは約０．３０〜０．４０である。（そのような厚さは、電池の厚さ（小さな寸法）に横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。）
【００８３】
隔離板１４０は、セルロース及びポリビニルアルコール繊維の不織材料の内部層とセロハンの外部層から成る従来的な鉄多孔性の隔離板であり得る。そのような材料は例証的であるに過ぎず、本発明を制限することは意図されない。
【００８４】
ケーシング１００は、ニッケルめっき鋼から成るのが望ましい。ケーシング１００は、その内面が炭素塗膜、好ましくは黒鉛炭素塗膜で塗布されるのが望ましい。そのような黒鉛塗膜は、例えば、水性基の黒鉛分散の形態であり、それはケーシング内面に塗布され、引き続き、それは環境条件の下で乾燥され得る。黒鉛炭素は伝導性を向上し、ケーシング内面上に起こる表面腐食の可能性を低減することによって、間接的に電池の気泡発生を減少し得る。金属カバー２３０、負端子プレート２９０、及び、正端子プレート１８０も、ニッケルめっき鋼であるのが好ましい。電流コレクタ材料として有用であると分かった多様な既知の導電性金属、例えば、真鍮、スズめっき真鍮、青銅、銅、又は、インジウムめっき真鍮から電流コレクタ１６０を選択し得る。絶縁封止部材２２０は、ナイロン６６又はナイロン６１２から成るのが好ましい。
【００８５】
以下は、異なる電池平衡を備える同一サイズの長方形電池を用いた比較性能を示す具体的な実施例である。新しい電池は、各場合において、５．６ｍｍの厚さ、１７ｍｍの幅、及び６７ｍｍの長さを有した。（特段の定めのない限り、全ての寸法はケーシング周囲のラベルなしの外径寸法である。）ケーシング壁厚は、試験された電池のそれぞれのために０．３８ｍｍで同一であった。）各電池のためのケーシング１００は、その内面が黒鉛炭素で被覆されたニッケルめっき鋼であった。図面（図１乃至５）に描写されるように、電池構造は各場合に同一であった。陽極電流コレクタ１６０の広い部分（フランジ１６１）の縁部は、ケーシング１００の内面から約０．５ｍｍであった。絶縁封止部材２２０の囲繞スカート２２６は、電流コレクタ１６０の前記広い部分（フランジ１６１）を取り囲み、それによって、それとケーシング１００の内壁面との間に障壁をもたらし得る。
【００８６】
全ての電池構成要素は上記と同一であり、試験された各電池は図面に示されるような通気エンドキャップ組立体１２を有した。唯一の相違は、電池平衡及び陽極組成にあった。比較電池（比較実施例）は、平衡比率、即ち、グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間容量のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．１であるように平衡された。試験実施例１の試験電池は、平衡比率、即ち、亜鉛の理論容量によって割り算されたＭｎＯ２の理論容量が１．２５であるように平衡された。試験実施例２の試験電池は、亜鉛の理論容量によって割り算されたＭｎＯ２の理論容量がそれぞれ１．６及び２．０であるように平衡された。
【００８７】
以下の実施例における比較及び試験電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで電源オン及び後続の３時間の電源オフを備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。（そのような間欠的放電は、典型的にはＭＰ３オーディオ形式を用い得る携帯型ソリッドステートデジタルアーディオプレーヤーの典型的な使用を模擬実験している。）実際の総使用時間を次に記録し、電池ケーシングの膨張の量を評価し且つ記録した。
【００８８】
比較実施例（比較電池）
図面に示される長方形（立方体）構造及びエンドキャップ組立体の比較試験電池１０を準備した。ケーシング１００外径寸法によって定められるような電池は、約６７ｍｍの長さ、約１７の幅、及び、約５．６ｍｍの厚さ（放電前）を有した。陽極１５０及び陰極１１０は、以下の組成を有した。
【００８９】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ７０．０
界面活性剤２ ０．０８８
（ＲＡ６００）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ２９．９１
１００．００
【００９０】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＡ６００
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【００９１】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８７．５
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） ７．４
電解質
（９正常ＫＯＨ） ５．１
１００．００
【００９２】
注記：
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【００９３】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６７ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．１であるように平衡された。陽極は２．８グラムの亜鉛を有した。（陰極は６．８９グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０は、図１及び１Ａに示される構造のケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【００９４】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は２４．５時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから６．１３ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）
【００９５】
試験電池実施例１
長方形構造で比較実施例におけると同一サイズの試験電池を準備した。陽極１５０及び陰極１１０は以下の組成を有した。
【００９６】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ６６．０
界面活性剤２ ０．０８３
（ＲＡ６００）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ３４．０
１００．０８
【００９７】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＡ６００
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【００９８】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８７．５
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） ７．４
電解質
（９正常ＫＯＨ） ５．１
１００．００
【００９９】
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【０１００】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６７ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．２５であるように平衡された。陽極は２．５６グラムの亜鉛を有した。（陰極は７．１１グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、電解質、及び、隔離板１４０は、換言すれば、ケーシングの閉塞端部１０４と開放端部１０２との間で測定されるときに、ケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【０１０１】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は２４．３時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから６．０３ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）使用時間は比較実施例におけるとほぼ同一であったが、ケーシング膨張はより少なかった。
【０１０２】
試験電池実施例２
長方形構造で比較実施例におけると同一サイズの試験電池を準備した。陽極１５０及び陰極１１０は以下の組成を有した。
【０１０３】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ６０．０
界面活性剤２ ０．０８３
（ＲＡ６００）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ３９．９２
１００．００
【０１０４】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＡ６００
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【０１０５】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８７．５
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） ７．４
電解質
（９正常ＫＯＨ） ５．１
１００．００
【０１０６】
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【０１０７】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６７ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．６であるように平衡された。陽極は２．０１グラムの亜鉛を有した。（陰極は７．１３グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。
【０１０８】
厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【０１０９】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は２０．９時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから５．９５ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）
【０１１０】
試験電池実施例３
長方形構造で比較実施例におけると同一サイズの試験電池を準備した。陽極１５０及び陰極１１０は以下の組成を有した。
【０１１１】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ５２．０
界面活性剤２ ０．０８３
（ＲＡ６００）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ４７．９２
１００．００
【０１１２】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＡ６００
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【０１１３】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８７．５
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） ７．４
電解質
（９正常ＫＯＨ） ５．１
１００．００
【０１１４】
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【０１１５】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６８ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が２．０であるように平衡された。陽極は１．６１グラムの亜鉛を有した。（陰極は７．１３グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【０１１６】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は１８．５時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから５．８７ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）
【０１１７】
上記試験において、同一サイズの平面電池は、漸進的により高い平衡比率で平衡された。陽極電流コレクタ１６０の広い部分（フランジ１６１）の縁部は、ケーシング１００の内面から約０．５ｍｍであり、絶縁障壁２２６によって取り囲まれた。平衡比率は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量として定められた。以上の比較試験において、電池の平衡比率（亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量）が約１．１であるとき、平面試験電池の膨張は、５．６ｍｍ〜６．１３ｍｍの全体的厚さに著しく増大した。試験実施例１（１．２５の平衡比率）では、電池の膨張はより少なく、即ち、５．６ｍｍから６．０３ｍｍである。試験実施例２（１．６の平衡比率）では、電池は５．６ｍｍから５．９５ｍｍに膨張した。試験実施例３（２．０の平衡比率）では、電池の膨張はより少なく、５．６ｍｍ〜５．８７ｍｍであった。平衡比率が１．１〜１．６の間で増大するに応じて、電池の耐用年数は（２４．５時間から２０．９時間へ）緩やかに少なくなり、２．０の最大平衡比率でより著しく少なくなる。
【０１１８】
本発明の他の好適実施態様が図１０乃至１７に示されている。レシート可能な栓２６０のような再使用可能又は再活性化可能な通気機構が望ましいが、図１０乃至１７に示される実施態様におけるように、それを除去し得る。レシート可能な栓２６０を除去し得ること、並びに、レシート可能な栓の活性化圧力、即ち、好ましくは約１００〜３００ｐｓｉｇ（６８９×１０３〜２０６８×１０３パスカル）の間の圧力Ｐ１で亀裂し或いは破裂する主通気機構として弱いレーザ溶接部を用い得ることが、既に上記において指摘された。そのような場合（レシート可能な栓が排除された状態）には、補足的通気機構は、ケーシング表面上で、溝（溝６００ａ又は６００ｂ）の下方に位置する薄肉材料領域であり得ることが上記において述べられた。より高い圧力レベルＰ２で破裂するように薄肉材料を設計し得る。
【０１１９】
今や図１０乃至１７の実施態様に示されるように、１つ又はそれ以上の溝通気口、好ましくは単一の溝通気口６００ａ又は６００ｂを主通気機構として用い得る。そのような場合、可能に位置する薄肉領域が圧力Ｐ１で破裂するよう、６００ａ又は６００ｂのような単一の溝通気口をケーシング表面に切り込み或いは刻み込み得る。好ましくは、単一の溝通気口６００ｂは、図１０Ａに示されるように、正端子１８０近傍のケーシングの閉塞端部近傍に位置し得る。溝境界は閉塞或いは開放され得る。この好適実施態様において、溝は、好ましくはケーシングの広い縁部１０８ａと平行な（図８及び８Ａ）、直線又は実質的直線であり得る。例えば、７／５−Ｆ６サイズの長方形電池には、ケーシングの広い面１０６ａ上に位置する溝通気口６００ｂがあり得る（図１０Ａ）。好適実施態様において、溝通気口６００ｂは、ケーシング表面上に唯一の溝通気口を含む。非限定的な実施例として、溝６００ｂは、電池の閉塞端部と平行な直線溝であり得る（図１０Ａ）。好ましくは、直線溝６００ｂの両端部は、ケーシングの狭い側面から等距離にあり得る。そのような好適実施態様において、図１０Ａに示されるように、溝６００ｂは約８ｍｍの長さであり、ケーシングの閉塞端部１０４から約５〜１０ｍｍである。直線溝６００ｂが望ましいが、そのような溝をそのような構造に限定することは意図されない。溝通気口６００ｂは、曲線形状又は部分的に直線で部分的に曲線のような他の構造を有し、開放又は閉塞境界パターンを形成し得ることが理解されよう。
【０１２０】
薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂ（図１０Ａ）は、電池内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力に達するときに破裂するよう設計され得る。約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の爆発圧力におけるそのような範囲を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂは、約０．０４〜０．１５ｍｍの間の厚さを有する。代替的に、薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂは、電池内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（１７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の設計爆発圧力に達するときに破裂するよう設計され得る。約４００〜８００ｐｓｉｇ（１７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間のそのような爆発圧力を達成するために、薄肉材料が下方に位置する溝６００ｂは、約０．０７〜０．１５ｍｍの厚さを有する。溝６００ｂ（図１０Ａ）の幅は、そのベース（隣接する薄肉領域６１０）で、典型的には、約０．１〜１ｍｍの間、より典型的には約０．１〜０．５ｍｍの間であり得る。そのような範囲内で、破裂圧力は主として下方に位置する薄肉領域の厚さによって制御される。しかしながら、ケーシング上に下方に位置する薄肉領域を備えるより広い溝付き又は切断領域も可能であることが理解されよう。
【０１２１】
溝６００ｂは、ケーシング１００の表面を型、好ましくは切断ナイフ縁部を有する型で打ち抜くことによって作成され得る。打抜き型がケーシング外面を穿孔するときに、マンドレルがケーシングの内面に対して保持される。溝６００ｂは、図９に示されるような等長の側面を有するＶ字形状、或いは、図１５に示されるような非等長の側面を有するＶ字形状に切断され得る。前者の場合（図９）、Ｖ字形状溝を形成する側面は、約４０度の鋭角αを有するのが望ましく、後者の場合（図１５）、それは約１０〜３０度の間の角度を有するのが好ましい。溝６００ｂと共に、金属カバー２３０をケーシング１００に固定する１つ又はそれ以上のレーザ溶接があり得る。そのような溶接部は、薄肉領域が下方に位置する溝６００ｂの破裂圧力よりも高い圧力で破裂するよう設計され得る弱いレーザ溶接部及び強いレーザ溶接部の一方又は双方から構成され得る。前記されたように、そのようなレーザ溶接は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いてなされ得る。金属カバー２３０をケーシング１００に固定するために用いられる隣接する弱いレーザ溶接部及び強いレーザ溶接部、例えば、溶接部３１０ａ及び３１０ｂの配置は、図６及び６Ａを参照して示され且つ記載された。好適実施態様では、１つのレーザ溶接部だけ、即ち、図１０に示されるように、金属カバー２３０の周縁全体をケーシング１００に固定する強い溶接部３１０ｂだけがあり得る。強い溶接部３１０は、壊滅的条件の下で、例えば、もし電池が不注意に極めて高い電流の下で又は電池内のガス発生を急激に約８００ｐｓｉｇ〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルまで上昇させるような極めて不正な条件の下で充電に晒されるならば破裂するよう設計され得る。
【０１２２】
よって、図１０及び１３に示される変更された好適な電池の実施態様において、単一の溝６００ｂは、電池の主通気機構として機能し、その場合には、薄肉材料６１０（図９及び１５）が下方に位置する溝６００ｂは、もし電池内のガスが約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間、より典型的には、約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルまで上昇するならば破裂するよう設計される。そして、金属カバー２３０の縁部をケーシング１００に固定する強いレーザ溶接部３１０ｂ（図１０）は、電池の補足的な通気システムとして機能するよう設計される。そのような強いレーザ溶接部３１０ｂは、電池内のガス圧力が約８００ｐｓｉｇ〜２５００ｐｓｉｇの間のレベルまで急激に上昇するときのような壊滅的状況の場合に亀裂し或いは破裂するよう設計される。
【０１２３】
図１０及び１０Ａに示される電池は、広い側面１０６ａと平行な平面と通じて取られた図１１の断面、及び、狭い側面１０７ａと平行な平面を通じて取られた図１２の断面として示されている。図１１及び１２に示されるように、前記の具体的な実施態様（図２及び図４）を組み込んだレシート可能な栓２６０は除去されている。電池のエンドキャップ組立体１２を形成する関連部材を除去すること、即ち、前記実施態様（図２及び４）に示される通気ピップキャップ２７０及びプラスチックスペーサディスク２５０の除去も可能である。エンドキャップ組立体１２を形成する構成要素の数の削減も、電池の内部構成要素の展開図である図１３中に反映されている。よって、変更された実施態様（図１０乃至１３）において、リベット２４０は、図１１及び１２に最良に示されるように、負端子プレート２９０に直接的に溶接され得る。
【０１２４】
負端子プレート２９０へのリベット２４０の溶接は、電気抵抗溶接によって効率的に遂行され得る。リベット２４０は真鍮であるのが好ましく、望ましくは、典型的には約１〜３ミクロンの厚さのスズの層で鍍金された真鍮である。負端子プレート２９０は、ニッケルめっき冷間圧延鋼であるのが好ましい。端子プレート２９０の厚さが溶接場所で約４ミル（０．１０２ｍｍ）であるとき、溶接は最も効率的になされ得るし、均一な溶接が容易に達成され得ることが測定された。全体的強度のために、端子プレート２９０の残部はより厚い、好ましくは約８ミル（０．２０４ｍｍ）であることが望ましい。８ミル厚の冷間圧延鋼プレートが商業的に入手可能であるので、溶接場所でのプレートの厚さを約４ミル（０．１０２ｍｍ）まで減少するために、マンドレルを用いて端子プレート２９０の中央部２９０ａ（図１３）、即ち、溶接領域はを容易に打ち抜き得ることが測定された。打抜きは、打抜き領域を形成するために、端子プレート２９０（図１３）の頂面からなされるのが好ましい。そのような手順は、端子プレート２９０の残部２９０ｂ（図１３）の厚さを元の８ミル（０．２０４ｍｍ）の厚さのままにする。
【０１２５】
端子プレート２９０の中央部分２９０ａ（図１３）は、多様な構造、例えば、長方形、円形、又は、楕円形に打ち抜かれ得る。長方形又は楕円形の打抜き領域２９０ａの場合、溶接電極（図示せず）の配置を可能にするために、（ケーシングの広い側面の方向における）打抜き領域２９０ａの長い寸法は、リベットヘッド２４７直径よりも幾分大きくなければならない。例えば、３ｍｍ直径のリベットヘッド２４７を用いると、打抜き領域２９０ａの長い寸法は約４ｍｍであり、打抜き領域２９０ａの長い寸法は約３〜４ｍｍの間である。もし打抜き領域が円形であるならば、もしリベットヘッド２４７直径が約３ｍｍであるならば、その直径は約３〜４ｍｍの間であり得る。
【０１２６】
変更された実施態様（図１０乃至１３）の平面アルカリ電池１０を組み立てる場合、亜鉛を含む陽極材料１５０及びＭｎＯ２を含む陰極材料は、隔離板１４０をそれらの間に備えた状態で、開放端部１０２を通じて電池ケーシング１００内に挿入される。エンドキャップ組立体１２（図１３）は、絶縁封止部材の突出ヘッド２２１が金属カバー２３０の開口２３４内に挿入されるよう、金属カバー２３０を絶縁封止部材２２０の上に挿入することによって形成される。次に、リベットシャフト２４０が開口２３４を通じて金属カバー２３０内に挿入される（図１３）。リベットシャフト２４０は、絶縁封止部材２２０の突出ヘッド２２１によって金属カバー２３０から絶縁される。好ましくは真鍮から成る陽極電流コレクタの頂部フランジ部分１６１は、封止部材２２０の底面に対して押し上げられ、従来的なリベット締め技法によって、好ましくは真鍮又はスズめっき真鍮から成るリベット２４０の下部に締結され、よって、電流コレクタ１６０をリベット２４０に電気的に接続する。陽極電流コレクタをリベット２４０に締結するのを容易にするために、電流コレクタフランジ１６１には開口１６４があり、リベット２４０の下部には開口２４９ａもある。（図１１及び１２に示されるように、リベット２４０の上部２４９ｂは中実であることが望ましい。）電流コレクタ１６０をリベット２４０に締結した後、封止部材２２０は電流コレクタフランジ１６１と金属カバー２３０の底面との間に楔止めされる。
【０１２７】
図１０及び１１に最良に示されるように、金属カバー２３０は、強いレーザ溶接部（好ましくは８００〜２５００ｐｓｉｇの間の破裂圧力）によってケーシング１００の内面に溶接される。金属カバー２３０の中央部分は押し込まれ或いは押圧され、池領域２３５（図１１）を形成する。封止材料２３６、好ましくは商品名ＫＯＲＩＴＥアスファルト封止材（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）の下で入手可能なアスファルト封止材が、金属カバー２３０の表面上の押圧された池領域２３５に塗布される（図１１及び１３）。ＫＯＲＩＴＥアスファルト封止材は、約５５〜７０ｗｔ％アスファルト及び３０〜４５％アスファルトの混合物から成る非硬化アスファルトである。封止材が塗布されるときに、アスファルト／溶剤比及び封止材温度を調節することによって、封止材の粘度を調節し得る。カバープレート２３０内の池領域２３５及びリベットヘッド２４７は、アスファルト封止材が池領域２３５内に注入される前に加熱されるのが好ましい。望ましくは、アスファルト封止材は、池領域２３５内に注入されるときに、約１０００センチポイズの粘度である。アスファルトは、くぼみ領域２３５を充填し、リベット２４０と封止部材２２０との間の追加的な封止保護をもたらす。次に、電流コレクタシャフト１６２が陽極材料１５０中に浸透するよう、金属カバー２３０、リベット２４０、及び、絶縁封止部材２２０から成るサブ組立体は、ケーシングの開放端部内に挿入される（図１１及び１２）。金属カバー２３０の周縁がケーシング１００にレーザ溶接された後、プラスチックエキステンダー封止２８０（図１３）がリベット２４０上に挿入され得る。これは、リベットヘッド２４７をプラスチックエキステンダー２８０の開口２８２を通じて挿入することによってなされる。次に、平面負金属プレート２９０が突出するリベットヘッド２４７と接触するよう、平面負金属プレートはプラスチックエキステンダー２８０の頂面上に配置される。次に、エンドキャップ組立体１２の構築を完成するために、負プレート２９０は、リベットヘッド２４７に溶接される。電池１０内の完成されたエンドキャップ組立体１２は、図１１及び
１２に示されている。
【０１２８】
金属カバー２３０の縁部をケーシング１００にレーザ溶接するときには、伝熱媒体、望ましくは液体又は金属を金属カバーに塗布するのが好ましい。伝熱媒体は、金属カバー２３０の表面上の池又はトラフ領域２３５内に便利に配置され得る液体であるのが好ましい。そのような伝熱媒体は、レーザ溶接期間中に発生する熱のかなりの部分を吸収し得る。このようにして、Ｎｄ：Ｙａｇ（又は等価物）を用いるときの溶接期間中に、金属カバー２３０が約１００℃より高い温度に達することを防止するために、十分な熱を吸収し得る。代替的に、金属カバーは、周囲室温（２１℃）未満の温度、好ましくは水の氷点に接近する温度及びさらに低い温度に事前冷却され得る。そのような事前冷却は、金属カバー２３０が溶接動作期間中に１００℃を越えることを防止する。加えて、金属カバー２３０は事前冷却され得るし、伝熱媒体も金属カバー２３０に塗布され得る。
【０１２９】
プラスチックエキステンダー封止２８０は、金属カバー２３０上でケーシング１００にプレス嵌めされる。もし金属カバー２３０がレーザ溶接期間中に十分に冷却され続けないならば、封止２８０は、場合によっては、その物理特性に不利に影響する地点まで過熱し得る。この結果、径方向圧縮の損失、即ち、封止２８０とケーシング１００との間の緊密な嵌合の緩みを招き、次いで、電解質が金属カバー２３０と金属カバー２８０との間の領域に漏れ出し得るケーシング外部への通路をもたらす。よって、金属カバー２３０を十分に冷たく保つこと、或いは、レーザ溶接動作期間中に十分な熱が吸収されるのを保証するために、伝熱媒体を金属カバーに塗布することが推奨される。これを達成する便利な方法は、少量の冷却脱イオン水を、例えば約５〜１０℃で、金属カバー２３０のトラフ領域２３５に加えることにである。これは金属カバー２３０の温度を約１００℃未満に保ち、次いで、封止（図１１及び１２）が好適な動作温度内に留まることを可能にする。（レーザ溶接動作後、封止材、例えば、アスファルト封止材が、前述された方法で池領域に加えられ得る。）代替的に、金属ブロック（選択的に事前冷却される）が、金属カバー２３０に接触して塗布され得る。金属カバー２３０が１００℃を越える温度に達しないことを保証するために、典型的には鋼から成る金属ブロックは、溶接動作期間中に十分な熱を吸収し得る。
【０１３０】
レーザ動作期間中に金属カバー２３０を冷たく保つために水を加え得るが、他の適切な冷却材を用い得ることが理解されよう。例えば、純水の代わりに、ポリビニルアルコール及び水酸化カリウムの冷却水溶液を用い得る。ポリビニルアルコールは、金属カバー２３０の表面の外を被覆し、それによって、金属カバー２３０と封止２８０との間の追加的な封止保護をもたらす。そのような溶剤をプラスチック封止２８０（図１１及び１２）の下面に直接的に塗布可能であり、それによって、封止２８０の下面に追加的な封止保護をもたらす。
【０１３１】
代替的に、池２３５に塗布される冷却水溶液にゲル化剤を加え得る。ゲル化剤という用語は、従来的なゲル化剤と同様に高吸収剤を含むことが意図される。そのようなゲル化剤は、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、アクリル酸共重合体のナトリウム塩、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、澱粉グラフト共重合体、及び、類似物を含む。ゲル化剤は、金属カバー２３０と封止２８０との間の追加的な封止保護をもたらすために、金属カバー２３０の表面を被覆する。圧縮ローラ及び類似物（図１１及び１２）を用いて、プラスチック封止２８０の下面に粉末としてゲル化剤を塗布可能であり、それによって、封止２８０をゲル化剤で被覆し、追加的な封止保護をもたらし得る。
【０１３２】
プラスチック封止２８０の代わりに紙ワッシャ２９５を用いる図１７に示される実施態様において、紙ワッシャは、ゲル化剤を含む水溶液又はポリビニルアルコール及び水酸化カリウムの水溶液で事前含浸され得る。電解質が金属カバー２３０と端子プレート２９０との間の領域に漏れ出すならば、そのような紙ワッシャ２９５の事前湿潤は、追加的な封止保護をもたらす（図１７）。加えて、ゲル化剤粉末を含む別個の層が、圧縮ローラ及び類似物を用いて、ワッシャ２９５の下面に押圧され得るし、或いは、米国特許第４，９９９，２６４号に記載されるように、ワッシャ２９５を含む繊維網目内に分散され得る。
【０１３３】
別個の突出金属部材１８０を電池の対向する閉塞端部１０４に溶接し得る。完成された電池１０（図１０乃至１３）において、金属部材１８０は、電池ケーシングと電気的に接触し、よって、電池の正端子を形成する。エンドプレートお２９０はリベット２４０と電気的に接触し、次いで、それは陽極電流コレクタ１６０と電気的に接触し、よって、電池の負極を形成する。
【０１３４】
本発明は具体的な実施態様に関して詳細に記載されているが、具体的な構成要素の多様な設計が可能であり、本発明の概念の範囲内であることが意図されることが理解されよう。例えば、電流コレクタ１６０（図４及び１３）は、釘の形状の細長い部材として示されており、頂端部が水平に延びるフランジ１６１で終端し、フランジは貫通する開口１６４を備える。電流コレクタ１６０の頂部フランジ１６１をリベット２４０の底面（図１１）に締結するのを容易にするので、この設計は魅力的である。これは従来的なリベット締め技法によって達成され、リベットの底面２４９はフランジ開口１６４内に挿入され、次に、電流コレクタフランジ１６１をリベット２４０に固定するためにクリンプ加工され得る。そのような設計では、電流コレクタシャフトは偏心し、換言すれば、電池の中心長手軸に沿って位置しない。そのような偏心は、陽極の効率的な放電或いは電池の全体的性能と著しく干渉しないように思われる。電流コレクタシャフト１６２は、図４の実施態様では、直線釘として示され、図１３に示される実施態様では、曲面を有する直線釘として示されている。いずれの場合にも、例えば図１１に示されるように、釘は電池の中心長手軸１９０から偏心している。
【０１３５】
他の電流コレクタ設計が可能であることが理解されよう。例えば、リベット２４０は、ヘッド２４７から下向きに延び且つ少なくとも部分的に陽極１５０内に進入する釘の形態の一体形成された細長いシャフト部（図示せず）を備えるヘッド部２４７（図１１）を有する中実部材であり得る。そのような場合には、電流コレクタシャフトは、電池の中心長手軸１９０に沿って位置するよう位置付けられ得る。そのようなリベットのヘッド部２４７は、依然として上述の方法で端子エンドプレート２９０に溶接され得る。
【０１３６】
本発明の平面電池の他の具体的な実施態様が図１７に示されている。この実施態様において、プラスチックエキステンダー２８０の代わりに、例えば、クラフト紙の紙ワッシャ２９５を金属カバー２３０と負端子プレート２９０との間に用い得る。クラフトワッシャは耐久性があり、金属カバー２３０と端子プレート２９０との間に所要の電気絶縁をもたらす。そのような設計は、リベットヘッド２４７の高さを低減し、それによって、エンドキャップ組立体１２の全体的な高さをコンパクト化している。それはプラスチックエキステンダー２８０を成型する必要も排除するという利点も有する。次いで、これは、電池内部に陽極／陰極活性化材料のために、より多くの利用可能な容積をもたらす。（図１７に示される電池の他の構成要素は、図１０乃至１２に示される電池に関して記載されたものと本質的に同じである）。リベットに締結された別個の電流コレクタ１６０を備える図１７に示されるリベット２４０を、例えば、電流コレクタから延び且つ陽極の少なくとも一部に進入する釘の形状の一体的な細長い電流コレクタ１６０を備えた単一リベットと置換し得る。そのような一体的な電流コレクタは、電池の中心長手軸１９０に沿って中心的に位置付けられ得る。
【０１３７】
電池のそれぞれの実施態様は、電池ケーシングを巻き付ける従来的なフィルムラベルを有することが意図されることが理解されよう。そのようなラベルのための適切なプラスチックフィルムは当該技術分野において既知であり、典型的にはポリ塩化ビニルを含む。ラベルは、所望の設計又は表示で刻印され得る。そのようなラベルは、典型的には端部で接着剤で被覆され、ケーシング表面の周りに巻き付けることによって塗布され得る。代替的に、ラベルはスリーブの形態で塗布され、ケーシング表面上で熱収縮され得る。典型的なラベル１２が図１７に示されている。
【０１３８】
隔離板の組み立て
図１０乃至１３に示される電池の実施態様において、アルカリ電池において従来的に用いられる隔離板材料から、隔離板１４０を従来的に形成し得る。例えば、典型的には、セルロース又はセルロース誘導体及びポリビニルアルコール繊維から成る。電池１０（図１０乃至１３）は、典型的には、約１６ｍｍの厚さ、約１７ｍｍの幅、及び、約３５〜６７ｍｍの長さを有する立方体形状であり得る。所望の隔離板は、二重の層から構成され、（陰極１１０に面する）外層はセルロース誘導体及びポリビニルアルコール繊維を含み、陽極１５０に面する内層はレーヨンのようなセルロース材料を含む。陰極ディスク１１０が開放端部１０２（図１１）を通じてケーシング内に挿入された後、隔離板が陰極面に晒されるように、隔離板１４０が挿入される。
【０１３９】
上述の平面電池（図１０乃至１３）における使用のための隔離板１４０は、図１４及び１４Ｂに示されるように、平面隔離板シートを転動することによって従来的に作成される。先ず、近端部１４０ａが、縁部１４０ａから約３〜５ｍｍ変位した屈曲線１４０ｂに沿って、Ｆ１の方向に内向きに折り畳まれる。隔離板表面１４０ｄに対してマンドレル（図示せず）を配置し得る。次に、遠縁部１４０ｃが縁部１４０ａの周りを通過し、その結果、図１４Ａに示される部分的に巻き付けられた構造が得られるよう、隔離板の遠縁部１４０ｃがマンドレルの周りに巻き付けられる。遠縁部１４０ｃは、隔離板面上でＦ２方向に継続的に巻き付けられる（図１４Ａ）。縁部１４０ｃは、隔離板面に接着可能に固定され得る。次に、底部隔離板縁部１４２が、図１４Ｂに示されるように、隔離板の背面を覆って約３ｍｍ内向きに折り畳まれ、そこに接着可能に固定される。単に底部隔離板縁部１４３ｃをＦ３方向に折り畳み、次に、図１４Ｂに示されるようなバッグ構造を形成するために、それを押し付けることによって、縁部１４０ｃ及び／又は底部隔離板縁部１４２を固定するための接着剤の使用を排除し得る。折り畳まれた隔離板がケーシング内に挿入されると、陰極形状も隔離板を図１４Ｂに示されるバッグ構造に保持するのを助ける。マンドレル（図示せず）は除去される。結果として得られる巻き付けられた隔離板１４０（図１４Ｂ）は、開放端部１４４と対向する閉塞端部１４３を備える閉塞境界面１４８を有するバッグの形状である。隔離板境界面１４８は、そこへ陽極材料の挿入するためのキャビティ１５５を定める。
【０１４０】
陰極ディスク１１０ａが電池ケーシング１００内に挿入された後、図１４Ｂに示される構造に巻き付けられた隔離板１４０は、隔離板表面が露出した陰極表面に面するように挿入される。隔離板境界面１４８は、陽極キャビティ１５５を形成する。陽極キャビティ１５５は、好ましくは、図１４Ｂに示されるような長円形構造を有する。キャビティ１５５の長円形構造の短い寸法は、典型的には、立方体構造の約６ｍｍの全体的厚さの電池１０のために約２〜３ｍｍの間である。好ましくは、長円形構造の長い寸法は陽極キャビティ全体のために電池内で利用可能な空間の幅よりも幾分少ない。これは、図１６に示されるように、隔離板の短い側面と陰極ディスク１００ａとの間に間隙１４５を生む。間隙１４５は、約２〜４ｍｍの間、好ましくは約２〜３ｍｍの間である。次に、陽極材料１５０は、隔離板の開放端部１４３を通じて陽極キャビティ１５５内に充填され、その結果、陽極材料１５０、陰極材料１１０、及び、それらの間の隔離板１４０で充填されたケーシング１００が得られ、その場合には、図１６に示されるように、隔離板の１つの短い側面と陰極との間の間隙１４５（空所）がある。
【０１４１】
所望であれば、間隙１４５内に直接的に計量分配することによって、追加的なアルカリ電解液を電池内部に加え得ることが測定された。追加的な電解質は、計量分配ノズルを間隙内に直接的に挿入することによって計量分配され得る。好適実施態様では、陽極１５０及び陰極１１０が電池内の所定位置に配置された後、少量の追加的な電解液を間隙１４５内に加え得る。代替的な実施態様では、陰極が所定位置に配置された後、陽極材料が陽極キャビティ内に挿入される前に、追加的な電解質の一部を間隙１４５内に加え得る。次に、陽極材料を電池の陽極キャビティ内に挿入し、然る後、最終量の電解質を間隙１４５内に加え得る。いずれの場合にも、追加的な電解質は、陽極の利用（放電された活性陽極百分率）及び全体的な電池性能を向上するのを助ける。それは電池の膨張を抑制する傾向のある要因でもあり得る。
【０１４２】
上記されたような隔離板１４０と陰極１１０との間の間隙１４５への電解液の追加は、もし電解質が陽極に直接的に加えられるならば起こり得るオーバーフロー問題を回避する。例えば、もし初めに隔離板１４０と陰極１１０との間に間隙がなく、追加的な電解質が電池内部に加えられるならば、陽極１５０上の空所１４６（図１１）への電解質のオーバーフローがあり得る。そのようなオーバーフローは望ましくない。何故ならば、それは、金属カバー２３０が電池の開放端部１０２を覆う所定位置に配置された後、金属カバー２３０の下面又は縁部に沿った湿潤を引き起こすからである。次いで、そのような湿潤は、ケーシング１００への金属カバー２３０の適切なレザー溶接に不利に影響を与える。
【０１４３】
もし追加的な電解質が間隙１４５に加えられるならば、それが増分ステップでなされることが推奨される。例えば、もし追加的な電解質が、陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０がケーシング内に挿入された後に間隙１４５に加えられるならば、そのような追加的な電解質が複数の計量分配ステップで増分追加され、計量分配間に典型的には約１〜４分の間の時間経過を許容することが推奨される。これは、電解質の各増分量のための時間が陽極、隔離板、及び、陰極に吸収されることを可能にし、金属カバー２３０の適切な溶接を妨げ得る如何なるオーバーフローが発生する可能性も低減する。もし電池が長方形の７／５−Ｆ６サイズ電池であるならば、間隙１４５に加えられるべき追加的な電解液の量は、典型的には、約１グラムより下である。好ましくは、そのような各場合には、増分量の電解質が陽極、陰極、及び、隔離板に適切に吸収されるべき十分な時間を可能にするよう、計量分配間に約１〜４分の間の時間間隔を備えて、約４回の増分均等計量分配で電解質を加え得る。驚くべきことに、前記追加的電解質の全体が間隙１４５内に計量分配されるとき、陽極１５０は、隔離板表面１４８によって境界付けられた陽極キャビティ１５５を拡張するのに十分に膨張することが発見された。陽極１５０が膨張すると、隔離板表面１４８は陽極及び陰極の双方に対して面一に押し付けられ、それによって、間隙１４５を完全に閉塞する。
【０１４４】
図１０乃至１６を参照して図示され開示される実施態様に従って作成された電池１０の性能試験がなされ、以下の試験電池実施例４において報告される。
【０１４５】
試験電池実施例４
図１０乃至１３に示される実施態様における長方形構造及び比較実施例におけると同一サイズの試験電池を準備した。陽極内の亜鉛の量は２．０１グラムであり、ＭｎＯ２の量は６．６９であった。陽極１５０及び陰極１１０は以下の組成を有した。
【０１４６】
陽極組成：
Ｗｔ％
亜鉛１ ６０．０
界面活性剤２ ０．０７５
（ＲＭ５１０）
電解質３
（９正常ＫＯＨ） ３９．９
１００．００
【０１４７】
注記：
１．亜鉛粒子は約１５０ミクロンの平均粒子サイズを有し、約２００ｐｐｍの総インジウム含有量をもたらすよう、インジウムで合金化されメッキされた。
２．Ｒｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機燐酸エステル基界面活性剤溶液ＲＭ５１０
３．電解質は、全体で電解質溶液の約１．５ｗｔ％を構成するゲル化剤Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ Ａ２２１及びＣａｒｂｏｐｏｌ Ｃ９４０を含有した。
【０１４８】
陰極組成：
Ｗｔ％
ＭｎＯ２（ＥＭＤ） ８４．０
（Ｋｅｒｒ ＭｃＧｅｅ
からのＴｒｏｎａ Ｄ）
黒鉛１
（ＮｄＧ１５天然黒鉛） １０．０
電解質
（９正常ＫＯＨ） ６．０
１００．００
【０１４９】
１．黒鉛ＮｄＧ１５は、Ｎａｃｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｇｒａｆｉｔｅからの天然黒鉛である。
【０１５０】
陽極及び陰極が電池ケーシング内の所定位置に配置された後、追加的な合計０．８２グラムの９Ｎ ＫＯＨ電荷質が、４回の計量分配増分（増分当たり０．２０５グラム）で、隔離板１４０と陰極（図６）との間の間隙１４５に加えられた。計量分配増分の間の時間間隔は、約１〜４分の間であった。合計０．８２グラムの電解質の追加は、上記の陽極及び陰極組成を著しく変えなかった。追加された電解質全体の一部は陽極内に吸収され、他の部分は陰極に吸収され、一部は隔離板に吸収された。間隙１４５に加えられた電解質は陽極を膨張させ、それによって、間隙１４５を閉塞する。この技法は、陽極上の空所１４６への電解質の如何なるオーバーフローも生じさせることなしに、追加的な電解質が陽極に加えられることを可能にする。そのような電解質のオーバーフローは望ましくない。何故ならば、それは金属カバー２３０の縁部の質順を引き起こし、次いで、それは電池ケーシングへのカバー２３０の適切な溶接を妨げ得るからである。
【０１５１】
電池のためのケーシング１００壁厚は０．３８ｍｍであった。新しい電池は、６７ｍｍの長さ、５．６ｍｍの厚さ、及び、１７ｍｍの幅を有した。電池の陽極１５０及び陰極１１０は、（グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛に基づく）亜鉛のミリアンペア−時間容量によって割り算された（グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２に基づく）ＭｎＯ２の理論容量が１．５であるように平衡された。陽極は２．０１グラムの亜鉛を有した。（陰極は６．６９グラムのＭｎＯ２を有した。）陽極１５０、陰極１１０、及び、隔離板１４０は、ケーシング１００の外部容量の約６６％を構成した。ケーシング外側厚さに対する陽極の厚さの比率は約０．３５であった。
【０１５２】
厚さは、電池の外側厚さ（小さな寸法）を横断して、長手軸１９０に対して直交する平面に沿って測定される。
【０１５３】
電池は、０．９ボルトのカットオフ電圧に達するまで「電源オン」及び後続の３時間の「電源オフ」を備える９０ミリワットの周期で間欠的に放電された。実際の耐用年数は２０．１時間であった。ケーシングは、５．６ｍｍの厚さから５．９９ｍｍの厚さに膨張した。（厚さは、図１Ａに示される側壁１０６ａ，１０６の外面間で測定された。）
【０１５４】
比較試験では、電池の平衡比率（亜鉛の理論容量に対するＭｎＯ２の理論容量）が約１．１であるとき、平面試験電池の膨張は、５．６ｍｍ〜６．１３ｍｍの全体的厚さに著しく増大した。上記試験実施例４（１．５の平衡比率）では、電池の膨張はより少なく、即ち、５．６ｍｍから６．０３ｍｍである。試験実施例４（１．５の平衡比率）では、電池は５．６ｍｍから５．９９ｍｍに膨張した。
【０１５５】
本発明の好適実施態様は、立方体（直平行六面体）の全体的形状を有する平面アルカリ電池に関して記載されたが、そのような全体的形状の変形が可能であり、本発明の概念内に入ることが意図される。平面電池の場合には、例えば、立方体（直平行六面体）の形状において、ハウジングの両端部は、それらの長方形状を維持しながらも、僅かに外向き或いは内向きにテーパ付きであり得る。そのような多様な形状の全体的外観は、依然として本質的に立方体のそれであり、立方体又はその法律的均等物の意味内に入ることが意図される。平行六面体が厳密な直方形から僅かに偏位するように電池の両端部がハウジングの側面の任意の１つと成す角度を僅かに変えるような全体的形状に対する他の変形も、ここで並びに請求項において用いられるような立方体（直平行六面体）の意味の範囲内に入ることが意図される。
【０１５６】
本発明は、ケーシングの長さに沿った外部ケーシングの側面が実質的に平面であるという点で平面である全体的な電池形状に望ましくは及ぶことが意図される。よって、「平面」という用語は、そのような表面の曲率度が僅かであるという点で実質的に平面的である表面に及び且つ含むことが意図される。具体的には、本発明の概念は、ケーシングの長さに沿った電池ケーシング表面の側面が平面的な多角形面を有する平面電池に及ぶことが意図される。よって、電池は、多角形である外部ケーシングの全ての側面を備えた多面体の全体的形状を有し得る。本発明は、その長さに沿った電池ケーシングの側面が平面を有し、それは平行四辺形であり、電池の全体的形状がプリズム状である電池に及ぶことも意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】電池の負端子端部を示す本発明の平面アルカリ電池を示す斜視図である。
【図１Ａ】電池の正端子端部を示す図１の平面アルカリ電池を示す斜視図である。
【図２】線２−２に沿って取られた図１Ａに示される電池を示す断面図である。
【図２Ａ】線２−２に沿って取られ且つ変更された栓設計を示す図１に示される電池を示す断面図である。
【図３】線３−３に沿って取られた図１Ａに示す電池を示す断面図である。
【図３Ａ】線３−３に沿って取られ且つ変更された栓設計を示す図１Ａに示される電池を示す断面図である。
【図４】平面アルカリ電池のためのエンドキャップ組立体を構成する構成要素を示す展開図である。
【図４Ａ】線がそのハウジングキャビティ内に圧縮される前の図２Ａ及び図３Ａに示される変更された栓を示す斜視図である。
【図４Ｂ】細長い陽極キャビティを示すために図１Ａの視線に沿った電池の長手軸に対して直交する平面で取られた電池の断面を示す平面図である。
【図４Ｃ】細長い陽極キャビティの他の実施態様を示す電池の断面を示す平面図である。
【図４Ｄ】細長い陽極キャビティの第三実施態様を示す断面を示す平面図である。
【図５】電池ケーシング（ハウジング）内への電池含有物及びエンドキャップ組立体の導入を示す展開図である。
【図６】電池のケーシングの内面への強い溶接部及び弱い溶接部を備えた縁部に沿ってレーザ溶接された金属カバープレートを示す平面図である。
【図６Ａ】電池のケーシングのクリンプ加工された縁部への強い溶接部及び弱い溶接部を備えた縁部に沿ってレーザ溶接された金属カバープレートを示す平面図である。
【図７】強い溶接部及び弱い溶接部の実施態様を示す電池ケーシング本体を示す側面図である。
【図７Ａ】湾曲した強い溶接部及び弱い溶接部の実施態様を示す電池ケーシング本体を示す側面図である。
【図８】下方に位置する薄肉材料の涼気を形成するケーシング本体内の溝を示す電池の側面図である。
【図８Ａ】ケーシング本体内の複数の溝を示す電池の側面図であり、各溝は下方に位置する薄肉材料の領域を形成している。
【図９】図８及び８Ａに示される代表的な溝を示す断面図である。
【図１０】図１０Ａに示される電池ケーシングにレーザ溶接された金属カバーを示す上面図である。
【図１０Ａ】ケーシングの広い側面上の単一の溝を示す平面アルカリ電池の実施態様を示す側面図である。
【図１１】図１０Ａに示される電池の広い側面を示す断面図である。
【図１２】図１０Ａに示される電池の短い側面に沿った断面図である。
【図１３】図１０Ａに示される平面電池のためのエンドキャップ組立体を構成する構成部材を示す展開図である。
【図１４】単一シートの隔離板材料から図１０Ａの電池のための隔離板を組み立てを示す斜視図である。
【図１４Ａ】巻き付けられた隔離板シートを形成するステップを示す斜視図である。
【図１４Ｂ】開放端部及び反対側の閉塞端部を有する完成された巻き付けられた隔離板を示す斜視図である。
【図１５】溝付き通気口から切断されたＶ字形状溝の代替的な種類を示す断面図である。
【図１６】隔離板の短い側面と陰極との間に間隙がある実施態様を示す断面図である。
【図１７】プラスチックエキステンダーの代わりに紙ワッシャが溶接された金属カバーの上に積層されている点を除き図１１の電池と類似する代替的な実施態様を示す断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部ハウジングを含む圧力容器であって、
前記外部ハウジングは、閉塞端部と、反対側の開放端部とを含み、当該容器は、前記外部ハウジングの前記開放端部を封止するエンドキャップ組立体をさらに含み、前記外部ハウジング及び前記エンドキャップ組立体は、当該容器の内部の周りに圧力境界面を形成し、
当該容器は、前記圧力境界面上に位置する通気機構を含み、該通気機構は、当該容器内からガス圧力を解放するよう活性化し、前記通気機構は、前記境界面上に溝を形成する第一破裂ゾーンと、前記境界面上の第二破裂ゾーンとを含み、前記溝は、前記境界面の平均厚さよりも薄い材料領域を定め、前記第一破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が第一圧力レベルまで上昇するときに破裂し、前記第二破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が前記第一圧力レベルよりも高い第二圧力レベルまで上昇するときに破裂する容器。
【請求項２】
前記第一破裂ゾーン及び前記第二破裂ゾーンは、前記境界面上で離間している、請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記第一破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで上昇するときに破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項４】
前記第一破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで上昇するときに破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項５】
前記第二破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで達するときに破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項６】
前記第二破裂ゾーンは、前記境界面の一部の内側のレーザ溶接部を含む、請求項１に記載の容器。
【請求項７】
前記溝は、前記境界面を打ち抜くことによって形成される、請求項１に記載の容器。
【請求項８】
前記レーザ溶接部は、前記外部ハウジングと前記外部ハウジングの前記開放端部内に嵌入された金属部材との間に形成され、それによって、前記開放端部を閉塞する、請求項６に記載の容器。
【請求項９】
前記レーザ溶接部は、前記外部ハウジングの前記内面と前記外部ハウジングの前記開放端部内に嵌入された前記金属部材の縁部との間に形成され、それによって、前記開放端部を閉塞する、請求項６に記載の容器。
【請求項１０】
前記レーザ溶接部は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザによって作成され、前記レーザ溶接部は、当該電池内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルまで上昇するときに破裂する、請求項６に記載の容器。
【請求項１１】
当該容器は、立方体形状を有し、前記金属部材は長方形状の金属プレートである、請求項８に記載の容器。
【請求項１２】
前記金属部材は、貫通する開口を有する長方形状のプレートである、請求項８に記載の容器。
【請求項１３】
負端子と、正端子と、立方体形状の外部ハウジングとを含む主アルカリ電池であって、該外部ハウジングは、閉塞端部と、開放端部とを有し、当該電池は、前記外部ハウジング内に、亜鉛を含む陽極と、ＭｎＯ２を含む陰極とをさらに含み、当該電池は、前記陽極と前記陰極との間の隔離板と、前記外部ハウジングの前記開放端部を封止するエンドキャップ組立体とをさらに含み、それによって、当該電池の内部の周りに境界面を形成し、
前記陰極は、複数の長方形状の陰極スラブを含み、各陰極スラブは、陰極材料のない中心開口を有し、前記陰極スラブは、前記陰極の外面が前記外部ハウジングの前記内面と接触した状態で、前記陰極材料のない開口がコアを形成するよう、前記外部ハウジング内に積層し、
当該電池は、前記境界面上に位置する通気機構を含み、該通気機構は、ガス圧力が上昇するに応じて、前記電池内から前記ガス圧力を開放するよう活性化し、前記通気機構は、前記境界面上に溝を含み第一破裂ゾーンと、前記境界面上の第二破裂ゾーンとを含み、前記溝は、前記境界の平均厚さよりも薄い下方に位置する材料領域を定め、前記第一破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が第一圧力レベルまで上昇するときに破裂し、前記第二破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が前記第一圧力レベルよりも高い第二圧力レベルまで上昇するときに破裂し、よって、当該電池内からのガスが、当該電池の内部から前記破裂部を通じて逃げ出すのを許容するアルカリ電池。
【請求項１４】
前記第一破裂ゾーン及び前記第二破裂ゾーンは、前記境界面上で離間している、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１５】
前記第一破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで上昇するときに破裂する、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１６】
前記第一破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで上昇するときに破裂する、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１７】
前記第二破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで達するときに破裂する、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１８】
前記第二破裂ゾーンは、前記境界面の一部の内側のレーザ溶接部を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１９】
前記溝は、前記境界面を打ち抜くことによって形成される、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項２０】
前記エンドキャップ組立体は、金属カバーを含み、前記レーザ溶接部は、前記ハウジングと前記ハウジングの前記開放端部内に嵌入される前記金属カバーとの間に形成され、それによって、前記開放端部を閉塞する、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項２１】
前記エンドキャップ組立体は、金属カバーを含み、前記レーザ溶接部は、前記ハウジングの内面と前記ハウジングの前記開放端部内に陥入される前記金属カバーの縁部との間に形成され、それによって、前記開放端部を閉塞する、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項２２】
前記レーザ溶接部は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザによって作成され、前記レーザ溶接部は、当該電池内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルまで上昇するときに破裂する、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項２３】
前記金属カバーは、長方形状の金属プレートである、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２４】
前記金属カバーは、貫通する開口を有する長方形の金属プレートである、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２５】
前記エンドキャップ組立体は、前記金属カバーと、端子エンドプレートと、絶縁封止部材と、その一部が前記絶縁封止部材及び前記金属カバーの双方を通過する細長い導電性部材とを含み、該導電性部材は、前記端子エンドプレートに電気的に接続されている、請求項２４に記載のアルカリ電池。
【請求項２６】
前記導電性部材は、前記陽極に電気的に接続されている、請求項２５に記載のアルカリ電池。
【請求項２７】
前記細長い導電性部材の一部は、前記陽極内に進入し、陽極電流コレクタ（１６０）として機能する、請求項２６に記載のアルカリ電池。
【請求項２８】
前記エンドキャップ組立体は、前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間に導電性部材をさらに含み、それによって、前記端子エンドプレートを前記金属カバーから絶縁する、請求項２６に記載のアルカリ電池。
【請求項２９】
前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間の前記導電性部材は、プラスチック材料を含む、請求項２８に記載のアルカリ電池。
【請求項３０】
前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間の前記導電性部材は、紙材料を含む、請求項２８に記載のアルカリ電池。
【請求項３１】
前記端子エンドプレートは、前記エンドプレートの平均厚さよりも小さな厚さの中央領域を有し、前記細長い伝導性材料は、電気抵抗溶接によって、前記中央領域で前記端子エンドプレートに溶接されている、請求項２８に記載のアルカリ電池。
【請求項３２】
アスファルトを含む封止材料が、前記細長い伝導性部材の表面の少なくとも一部と前記金属カバーとの間に塗布されることで、そこを通じたアルカリ電解質の漏出を防止する、請求項２５に記載のアルカリ電池。
【請求項３３】
前記陰極スラブ内の前記中央開口の少なくとも一部は、前記陽極を収容するためのキャビティを形成する、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項３４】
前記キャビティは、長円形構造を有する、請求項３３に記載のアルカリ電池。
【請求項３５】
当該電池は、水酸化カリウムの水溶液を含むアルカリ電解質を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項３６】
当該電池は、陰極が、グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛の理論比値に基づく亜鉛のミリアンペア−時間によって割り算された、グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２の理論比値に基づくＭｎＯ２の理論容量の比率が、約１．２〜２．０の間であるよう超過するよう平衡された、請求項３５に記載のアルカリ電池。
【請求項３７】
当該電池は、陰極が、グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛の理論比値に基づく亜鉛のミリアンペア−時間によって割り算された、グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２の理論比値に基づくＭｎＯ２の理論容量の比率が、約１．４〜１．８の間であるよう超過するよう平衡された、請求項３５に記載のアルカリ電池。
【請求項３８】
当該電池は、約５〜１０ｍｍの間の全体的厚さを有し、前記全体的厚さは、前記ハウジングの短い寸法を定める前記ハウジングの対向する側面の外面の間の距離として定められる、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項３９】
前記ハウジングは、約０．３０ｍｍから０．５０ｍｍの間の壁厚を有する金属を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項４０】
前記ハウジングは、約０．３０ｍｍから０．４０ｍｍの間の壁厚を有する金属を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項４１】
前記ハウジングは鋼を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項４２】
負端子と、正端子と、立方体形状の外部ハウジングとを含む主アルカリ電池であって、該外部ハウジングは、閉塞端部と、開放端部とを有し、当該電池は、前記外部ハウジング内に、亜鉛を含む陽極と、ＭｎＯ２を含む陰極とをさらに含み、当該電池は、前記陽極と前記陰極との間の隔離板と、前記外部ハウジングの前記開放端部を封止するエンドキャップ組立体とをさらに含み、それによって、当該電池の内部の周りに境界面を形成し、
前記陰極は、複数の長方形状の陰極スラブを含み、各陰極スラブは、陰極材料のない中心開口を有し、前記陰極スラブは、前記陰極の外面が前記外部ハウジングの前記内面と接触した状態で、前記陰極材料のない開口が、前記長手軸に沿って中心コアを形成するよう、当該電池の中心長手軸に沿って前記外部ハウジング内に積層し、
当該電池は、前記境界面上に位置する通気機構を含み、該通気機構は、ガス圧力が上昇するに応じて、前記電池内から前記ガス圧力を解放するよう活性化し、前記通気機構は、前記境界面上に第一破裂ゾーン及び第二破裂ゾーンを含み、前記破裂ゾーンの少なくとも一方は、前記境界面上に溝を含み、該溝は、前記境界の平均厚さよりも薄い下方に位置する金属領域を定め、前記第一破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が第一圧力レベルまで上昇するときに破裂し、前記第二破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が前記第一圧力レベルよりも高い第二圧力レベルまで上昇するときに破裂し、よって、当該電池内からのガスが当該電池の内部から前記破裂部を通じて逃げ出すことを許容する電池。
【請求項４３】
前記第一破裂ゾーンと第二破裂ゾーンは、前記境界面上で離間している、請求項４２に記載の電池。
【請求項４４】
前記第二破裂ゾーンは、前記境界面の一部の内側のレーザ溶接部を含む、請求項４２に記載の電池。
【請求項４５】
前記溝は、前記境界面を打ち抜くことによって形成される、請求項４２に記載の電池。
【請求項４６】
前記境界面上の前記第一破裂ゾーンは、当該電池内部内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達するときに破裂し、前記境界面上の前記第一破裂ゾーンは、当該電池内部内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達するときに破裂する、請求項４２に記載の電池。
【請求項４７】
前記境界面上の前記第一破裂ゾーンは、当該電池内部内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達するときに破裂し、前記境界面上の前記第一破裂ゾーンは、当該電池内部内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達するときに破裂する、請求項４２に記載の電池。
【請求項４８】
前記エンドキャップ組立体は、金属カバーを含み、前記第一破裂ゾーンは、前記ハウジングの前記外面上の溝によって形成され、前記第二破裂ゾーンは、金属部材の縁部と前記ハウジングの内面との間のレーザ溶接部によって形成され、よって、前記金属部材を、その縁部の一部に沿って、前記ハウジングの前記開放端部の近傍で、前記外部ハウジングの前記内面に固定する、請求項４２に記載の電池。
【請求項４９】
前記金属カバーは、長方形状のプレートである、請求項４８に記載の電池。
【請求項５０】
前記溝は、当該電池の前記閉塞端部と平行に走る、請求項４２に記載の電池。
【請求項５１】
前記ハウジングは、約０．３０ｍｍ〜０．５０ｍｍの間の壁厚を有する金属を含む、請求項４２に記載の電池。
【請求項５２】
当該電池は、約５〜１０ｍｍの間の全体的厚さを有し、前記全体的厚さは、前記ハウジングの短い寸法を定める前記ハウジングの対向する側面の外面の間の距離として定められる、請求項４２に記載の電池。
【請求項５３】
アルカリ電池の外部ハウジングを閉塞する方法であって、前記外部ハウジングは、閉塞端部と、対向する開放端部と、少なくとも１つの平面とを有し、当該方法は、
金属カバーの縁部が前記ハウジングに当接し、且つ、前記金属カバーの少なくとも一部が露出されるよう、前記金属カバーを前記開放端部の近傍で前記ハウジング内に挿入するステップと、伝熱媒体を前記金属カバーの一部に塗布するステップと、前記開放端部を閉塞するために、前記カバーの前記縁部を前記ハウジングにレーザ溶接するステップとを含み、前記伝熱媒体は、前記レーザ溶接の期間中に発生する熱の少なくとも一部を吸収する方法。
【請求項５４】
前記金属カバーは、その露出された表面の一部が湾曲してトラフを形成し、当該方法は、前記伝熱媒体を前記トラフ内に配置するステップをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記金属カバーが、前記溶接期間中に約１００℃よりも大きな温度に達しないよう、前記溶接によって発生する十分な熱が、前記伝熱媒体によって吸収される、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記伝熱媒体は固体又は液体を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
前記伝熱媒体は金属を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
前記金属カバーを前記ハウジングに溶接した後、前記封止部材が前記金属カバーの少なくとも一部と接触するよう、非金属封止部材を前記金属カバーの上に配置するステップをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５９】
前記伝熱媒体は、前記金属カバーの露出部に塗布される脱イオン水を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項６０】
前記伝熱媒体は、ポリビニルアルコールと水酸化カリウムとを含む水溶液を含み、前記ポリビニルアルコールは、前記金属カバーの露出部を被覆する、請求項５３に記載の方法。
【請求項６１】
前記伝熱媒体は、ゲル化剤を含む水溶液を含み、前記ゲル化剤は、前記金属カバーの露出部を被覆する、請求項５３に記載の方法。
【請求項６２】
前記封止部材を前記金属カバー上に配置する前に、前記非金属封止部材の一部をゲル化剤で被覆するステップをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項６３】
前記封止部材はプラスチックを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６４】
前記封止部材は紙を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６５】
前記レーザ溶接は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることで達成される、請求項５３に記載の方法。
【請求項６６】
前記閉塞されたハウジングは、立方体の形状である、請求項５３に記載の方法。
【請求項６７】
前記ハウジングは、約５〜１０ｍｍの間の全体的厚さを有し、前記全体的厚さは、前記ハウジングの短い寸法を定める前記ハウジングの対向する側面の外面の間の距離として定められる、請求項５３に記載の方法。
【請求項６８】
アルカリ電池の外部ハウジングを閉塞する方法であって、前記外部ハウジングは、閉塞端部と、反対側の開放端部と、少なくとも１つの平面とを有し、当該方法は、
金属カバーの縁部が前記ハウジングに当接し、且つ、前記金属カバーの少なくとも一部が露出されるよう、前記金属カバーを前記開放端部の近傍で前記ハウジング内に挿入するステップと、前記金属カバーを周囲室温より下の温度に冷却するステップと、前記開放端部を閉塞するために、前記金属カバーの縁部を前記ハウジングにレーザ溶接するステップとを含む方法。
【請求項６９】
前記金属カバーが、前記溶接期間中に約１００℃よりも大きい温度に達しないよう、前記金属カバーは、周囲室温より十分に下に冷却される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記金属カバーを前記ハウジングに溶接した後、前記封止部材が前記金属カバーの少なくとも一部と接触するよう、非金属封止材料を前記金属カバーの上に配置するステップをさらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記金属カバーは、脱イオン水を前記金属カバーの露出部に塗布することによって冷却される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
前記金属カバーは、ポリビニルアルコールと水酸化カリウムとを含む水溶液を塗布することによって冷却され、前記ポリビニルアルコールは、前記金属カバーの露出部を被覆する、請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】
前記金属カバーは、ゲル化剤を含む水溶液を塗布することによって冷却され、前記ゲル化剤は、前記金属カバーの露出部を被覆する、請求項６８に記載の方法。
【請求項７４】
前記封止部材を前記金属カバー上に配置する前に、前記非金属封止部材の一部をゲル化剤で被覆するステップをさらに含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７５】
前記封止部材はプラスチックを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７６】
前記封止部材は紙を含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７７】
前記レーザ溶接は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることで達成される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７８】
前記閉塞されたハウジングは、立方体の形状である、請求項６８に記載の方法。
【請求項７９】
前記ハウジングは、約５〜１０ｍｍの間の全体的厚さを有し、前記全体的厚さは、前記ハウジングの短い寸法を定める前記ハウジングの対向する側面の外面の間の距離として定められる、請求項７８に記載の方法。
【請求項１】
外部ハウジングを含む圧力容器であって、
前記外部ハウジングは、閉塞端部と、反対側の開放端部とを含み、当該容器は、前記外部ハウジングの前記開放端部を封止するエンドキャップ組立体をさらに含み、前記外部ハウジング及び前記エンドキャップ組立体は、当該容器の内部の周りに圧力境界面を形成し、
当該容器は、前記圧力境界面上に位置する通気機構を含み、該通気機構は、当該容器内からガス圧力を解放するよう活性化し、前記通気機構は、前記境界面上に溝を形成する第一破裂ゾーンと、前記境界面上の第二破裂ゾーンとを含み、前記溝は、前記境界面の平均厚さよりも薄い材料領域を定め、前記第一破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が第一圧力レベルまで上昇するときに破裂し、前記第二破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が前記第一圧力レベルよりも高い第二圧力レベルまで上昇するときに破裂する容器。
【請求項２】
前記第一破裂ゾーン及び前記第二破裂ゾーンは、前記境界面上で離間している、請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記第一破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで上昇するときに破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項４】
前記第一破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで上昇するときに破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項５】
前記第二破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで達するときに破裂する、請求項１に記載の容器。
【請求項６】
前記第二破裂ゾーンは、前記境界面の一部の内側のレーザ溶接部を含む、請求項１に記載の容器。
【請求項７】
前記溝は、前記境界面を打ち抜くことによって形成される、請求項１に記載の容器。
【請求項８】
前記レーザ溶接部は、前記外部ハウジングと前記外部ハウジングの前記開放端部内に嵌入された金属部材との間に形成され、それによって、前記開放端部を閉塞する、請求項６に記載の容器。
【請求項９】
前記レーザ溶接部は、前記外部ハウジングの前記内面と前記外部ハウジングの前記開放端部内に嵌入された前記金属部材の縁部との間に形成され、それによって、前記開放端部を閉塞する、請求項６に記載の容器。
【請求項１０】
前記レーザ溶接部は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザによって作成され、前記レーザ溶接部は、当該電池内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルまで上昇するときに破裂する、請求項６に記載の容器。
【請求項１１】
当該容器は、立方体形状を有し、前記金属部材は長方形状の金属プレートである、請求項８に記載の容器。
【請求項１２】
前記金属部材は、貫通する開口を有する長方形状のプレートである、請求項８に記載の容器。
【請求項１３】
負端子と、正端子と、立方体形状の外部ハウジングとを含む主アルカリ電池であって、該外部ハウジングは、閉塞端部と、開放端部とを有し、当該電池は、前記外部ハウジング内に、亜鉛を含む陽極と、ＭｎＯ２を含む陰極とをさらに含み、当該電池は、前記陽極と前記陰極との間の隔離板と、前記外部ハウジングの前記開放端部を封止するエンドキャップ組立体とをさらに含み、それによって、当該電池の内部の周りに境界面を形成し、
前記陰極は、複数の長方形状の陰極スラブを含み、各陰極スラブは、陰極材料のない中心開口を有し、前記陰極スラブは、前記陰極の外面が前記外部ハウジングの前記内面と接触した状態で、前記陰極材料のない開口がコアを形成するよう、前記外部ハウジング内に積層し、
当該電池は、前記境界面上に位置する通気機構を含み、該通気機構は、ガス圧力が上昇するに応じて、前記電池内から前記ガス圧力を開放するよう活性化し、前記通気機構は、前記境界面上に溝を含み第一破裂ゾーンと、前記境界面上の第二破裂ゾーンとを含み、前記溝は、前記境界の平均厚さよりも薄い下方に位置する材料領域を定め、前記第一破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が第一圧力レベルまで上昇するときに破裂し、前記第二破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が前記第一圧力レベルよりも高い第二圧力レベルまで上昇するときに破裂し、よって、当該電池内からのガスが、当該電池の内部から前記破裂部を通じて逃げ出すのを許容するアルカリ電池。
【請求項１４】
前記第一破裂ゾーン及び前記第二破裂ゾーンは、前記境界面上で離間している、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１５】
前記第一破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで上昇するときに破裂する、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１６】
前記第一破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで上昇するときに破裂する、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１７】
前記第二破裂ゾーンは、当該容器内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力まで達するときに破裂する、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１８】
前記第二破裂ゾーンは、前記境界面の一部の内側のレーザ溶接部を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項１９】
前記溝は、前記境界面を打ち抜くことによって形成される、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項２０】
前記エンドキャップ組立体は、金属カバーを含み、前記レーザ溶接部は、前記ハウジングと前記ハウジングの前記開放端部内に嵌入される前記金属カバーとの間に形成され、それによって、前記開放端部を閉塞する、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項２１】
前記エンドキャップ組立体は、金属カバーを含み、前記レーザ溶接部は、前記ハウジングの内面と前記ハウジングの前記開放端部内に陥入される前記金属カバーの縁部との間に形成され、それによって、前記開放端部を閉塞する、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項２２】
前記レーザ溶接部は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザによって作成され、前記レーザ溶接部は、当該電池内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間のレベルまで上昇するときに破裂する、請求項１８に記載のアルカリ電池。
【請求項２３】
前記金属カバーは、長方形状の金属プレートである、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２４】
前記金属カバーは、貫通する開口を有する長方形の金属プレートである、請求項２０に記載のアルカリ電池。
【請求項２５】
前記エンドキャップ組立体は、前記金属カバーと、端子エンドプレートと、絶縁封止部材と、その一部が前記絶縁封止部材及び前記金属カバーの双方を通過する細長い導電性部材とを含み、該導電性部材は、前記端子エンドプレートに電気的に接続されている、請求項２４に記載のアルカリ電池。
【請求項２６】
前記導電性部材は、前記陽極に電気的に接続されている、請求項２５に記載のアルカリ電池。
【請求項２７】
前記細長い導電性部材の一部は、前記陽極内に進入し、陽極電流コレクタ（１６０）として機能する、請求項２６に記載のアルカリ電池。
【請求項２８】
前記エンドキャップ組立体は、前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間に導電性部材をさらに含み、それによって、前記端子エンドプレートを前記金属カバーから絶縁する、請求項２６に記載のアルカリ電池。
【請求項２９】
前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間の前記導電性部材は、プラスチック材料を含む、請求項２８に記載のアルカリ電池。
【請求項３０】
前記端子エンドプレートと前記金属カバーとの間の前記導電性部材は、紙材料を含む、請求項２８に記載のアルカリ電池。
【請求項３１】
前記端子エンドプレートは、前記エンドプレートの平均厚さよりも小さな厚さの中央領域を有し、前記細長い伝導性材料は、電気抵抗溶接によって、前記中央領域で前記端子エンドプレートに溶接されている、請求項２８に記載のアルカリ電池。
【請求項３２】
アスファルトを含む封止材料が、前記細長い伝導性部材の表面の少なくとも一部と前記金属カバーとの間に塗布されることで、そこを通じたアルカリ電解質の漏出を防止する、請求項２５に記載のアルカリ電池。
【請求項３３】
前記陰極スラブ内の前記中央開口の少なくとも一部は、前記陽極を収容するためのキャビティを形成する、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項３４】
前記キャビティは、長円形構造を有する、請求項３３に記載のアルカリ電池。
【請求項３５】
当該電池は、水酸化カリウムの水溶液を含むアルカリ電解質を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項３６】
当該電池は、陰極が、グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛の理論比値に基づく亜鉛のミリアンペア−時間によって割り算された、グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２の理論比値に基づくＭｎＯ２の理論容量の比率が、約１．２〜２．０の間であるよう超過するよう平衡された、請求項３５に記載のアルカリ電池。
【請求項３７】
当該電池は、陰極が、グラム当たり８２０ミリアンペア−時間の亜鉛の理論比値に基づく亜鉛のミリアンペア−時間によって割り算された、グラム当たり３７０ミリアンペア−時間のＭｎＯ２の理論比値に基づくＭｎＯ２の理論容量の比率が、約１．４〜１．８の間であるよう超過するよう平衡された、請求項３５に記載のアルカリ電池。
【請求項３８】
当該電池は、約５〜１０ｍｍの間の全体的厚さを有し、前記全体的厚さは、前記ハウジングの短い寸法を定める前記ハウジングの対向する側面の外面の間の距離として定められる、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項３９】
前記ハウジングは、約０．３０ｍｍから０．５０ｍｍの間の壁厚を有する金属を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項４０】
前記ハウジングは、約０．３０ｍｍから０．４０ｍｍの間の壁厚を有する金属を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項４１】
前記ハウジングは鋼を含む、請求項１３に記載のアルカリ電池。
【請求項４２】
負端子と、正端子と、立方体形状の外部ハウジングとを含む主アルカリ電池であって、該外部ハウジングは、閉塞端部と、開放端部とを有し、当該電池は、前記外部ハウジング内に、亜鉛を含む陽極と、ＭｎＯ２を含む陰極とをさらに含み、当該電池は、前記陽極と前記陰極との間の隔離板と、前記外部ハウジングの前記開放端部を封止するエンドキャップ組立体とをさらに含み、それによって、当該電池の内部の周りに境界面を形成し、
前記陰極は、複数の長方形状の陰極スラブを含み、各陰極スラブは、陰極材料のない中心開口を有し、前記陰極スラブは、前記陰極の外面が前記外部ハウジングの前記内面と接触した状態で、前記陰極材料のない開口が、前記長手軸に沿って中心コアを形成するよう、当該電池の中心長手軸に沿って前記外部ハウジング内に積層し、
当該電池は、前記境界面上に位置する通気機構を含み、該通気機構は、ガス圧力が上昇するに応じて、前記電池内から前記ガス圧力を解放するよう活性化し、前記通気機構は、前記境界面上に第一破裂ゾーン及び第二破裂ゾーンを含み、前記破裂ゾーンの少なくとも一方は、前記境界面上に溝を含み、該溝は、前記境界の平均厚さよりも薄い下方に位置する金属領域を定め、前記第一破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が第一圧力レベルまで上昇するときに破裂し、前記第二破裂ゾーンは、当該電池内のガス圧力が前記第一圧力レベルよりも高い第二圧力レベルまで上昇するときに破裂し、よって、当該電池内からのガスが当該電池の内部から前記破裂部を通じて逃げ出すことを許容する電池。
【請求項４３】
前記第一破裂ゾーンと第二破裂ゾーンは、前記境界面上で離間している、請求項４２に記載の電池。
【請求項４４】
前記第二破裂ゾーンは、前記境界面の一部の内側のレーザ溶接部を含む、請求項４２に記載の電池。
【請求項４５】
前記溝は、前記境界面を打ち抜くことによって形成される、請求項４２に記載の電池。
【請求項４６】
前記境界面上の前記第一破裂ゾーンは、当該電池内部内のガス圧力が約２５０〜８００ｐｓｉｇ（１７２４×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達するときに破裂し、前記境界面上の前記第一破裂ゾーンは、当該電池内部内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達するときに破裂する、請求項４２に記載の電池。
【請求項４７】
前記境界面上の前記第一破裂ゾーンは、当該電池内部内のガス圧力が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達するときに破裂し、前記境界面上の前記第一破裂ゾーンは、当該電池内部内のガス圧力が約８００〜２５００ｐｓｉｇ（５５１５×１０３〜１７２３５×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達するときに破裂する、請求項４２に記載の電池。
【請求項４８】
前記エンドキャップ組立体は、金属カバーを含み、前記第一破裂ゾーンは、前記ハウジングの前記外面上の溝によって形成され、前記第二破裂ゾーンは、金属部材の縁部と前記ハウジングの内面との間のレーザ溶接部によって形成され、よって、前記金属部材を、その縁部の一部に沿って、前記ハウジングの前記開放端部の近傍で、前記外部ハウジングの前記内面に固定する、請求項４２に記載の電池。
【請求項４９】
前記金属カバーは、長方形状のプレートである、請求項４８に記載の電池。
【請求項５０】
前記溝は、当該電池の前記閉塞端部と平行に走る、請求項４２に記載の電池。
【請求項５１】
前記ハウジングは、約０．３０ｍｍ〜０．５０ｍｍの間の壁厚を有する金属を含む、請求項４２に記載の電池。
【請求項５２】
当該電池は、約５〜１０ｍｍの間の全体的厚さを有し、前記全体的厚さは、前記ハウジングの短い寸法を定める前記ハウジングの対向する側面の外面の間の距離として定められる、請求項４２に記載の電池。
【請求項５３】
アルカリ電池の外部ハウジングを閉塞する方法であって、前記外部ハウジングは、閉塞端部と、対向する開放端部と、少なくとも１つの平面とを有し、当該方法は、
金属カバーの縁部が前記ハウジングに当接し、且つ、前記金属カバーの少なくとも一部が露出されるよう、前記金属カバーを前記開放端部の近傍で前記ハウジング内に挿入するステップと、伝熱媒体を前記金属カバーの一部に塗布するステップと、前記開放端部を閉塞するために、前記カバーの前記縁部を前記ハウジングにレーザ溶接するステップとを含み、前記伝熱媒体は、前記レーザ溶接の期間中に発生する熱の少なくとも一部を吸収する方法。
【請求項５４】
前記金属カバーは、その露出された表面の一部が湾曲してトラフを形成し、当該方法は、前記伝熱媒体を前記トラフ内に配置するステップをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記金属カバーが、前記溶接期間中に約１００℃よりも大きな温度に達しないよう、前記溶接によって発生する十分な熱が、前記伝熱媒体によって吸収される、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記伝熱媒体は固体又は液体を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
前記伝熱媒体は金属を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
前記金属カバーを前記ハウジングに溶接した後、前記封止部材が前記金属カバーの少なくとも一部と接触するよう、非金属封止部材を前記金属カバーの上に配置するステップをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５９】
前記伝熱媒体は、前記金属カバーの露出部に塗布される脱イオン水を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項６０】
前記伝熱媒体は、ポリビニルアルコールと水酸化カリウムとを含む水溶液を含み、前記ポリビニルアルコールは、前記金属カバーの露出部を被覆する、請求項５３に記載の方法。
【請求項６１】
前記伝熱媒体は、ゲル化剤を含む水溶液を含み、前記ゲル化剤は、前記金属カバーの露出部を被覆する、請求項５３に記載の方法。
【請求項６２】
前記封止部材を前記金属カバー上に配置する前に、前記非金属封止部材の一部をゲル化剤で被覆するステップをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項６３】
前記封止部材はプラスチックを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６４】
前記封止部材は紙を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６５】
前記レーザ溶接は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることで達成される、請求項５３に記載の方法。
【請求項６６】
前記閉塞されたハウジングは、立方体の形状である、請求項５３に記載の方法。
【請求項６７】
前記ハウジングは、約５〜１０ｍｍの間の全体的厚さを有し、前記全体的厚さは、前記ハウジングの短い寸法を定める前記ハウジングの対向する側面の外面の間の距離として定められる、請求項５３に記載の方法。
【請求項６８】
アルカリ電池の外部ハウジングを閉塞する方法であって、前記外部ハウジングは、閉塞端部と、反対側の開放端部と、少なくとも１つの平面とを有し、当該方法は、
金属カバーの縁部が前記ハウジングに当接し、且つ、前記金属カバーの少なくとも一部が露出されるよう、前記金属カバーを前記開放端部の近傍で前記ハウジング内に挿入するステップと、前記金属カバーを周囲室温より下の温度に冷却するステップと、前記開放端部を閉塞するために、前記金属カバーの縁部を前記ハウジングにレーザ溶接するステップとを含む方法。
【請求項６９】
前記金属カバーが、前記溶接期間中に約１００℃よりも大きい温度に達しないよう、前記金属カバーは、周囲室温より十分に下に冷却される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記金属カバーを前記ハウジングに溶接した後、前記封止部材が前記金属カバーの少なくとも一部と接触するよう、非金属封止材料を前記金属カバーの上に配置するステップをさらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記金属カバーは、脱イオン水を前記金属カバーの露出部に塗布することによって冷却される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
前記金属カバーは、ポリビニルアルコールと水酸化カリウムとを含む水溶液を塗布することによって冷却され、前記ポリビニルアルコールは、前記金属カバーの露出部を被覆する、請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】
前記金属カバーは、ゲル化剤を含む水溶液を塗布することによって冷却され、前記ゲル化剤は、前記金属カバーの露出部を被覆する、請求項６８に記載の方法。
【請求項７４】
前記封止部材を前記金属カバー上に配置する前に、前記非金属封止部材の一部をゲル化剤で被覆するステップをさらに含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７５】
前記封止部材はプラスチックを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７６】
前記封止部材は紙を含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７７】
前記レーザ溶接は、Ｎｄ：Ｙａｇレーザを用いることで達成される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７８】
前記閉塞されたハウジングは、立方体の形状である、請求項６８に記載の方法。
【請求項７９】
前記ハウジングは、約５〜１０ｍｍの間の全体的厚さを有し、前記全体的厚さは、前記ハウジングの短い寸法を定める前記ハウジングの対向する側面の外面の間の距離として定められる、請求項７８に記載の方法。
【図１】
【図１Ａ】
【図２】
【図２Ａ】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図６Ａ】
【図７】
【図７Ａ】
【図８】
【図８Ａ】
【図９】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１Ａ】
【図２】
【図２Ａ】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図６Ａ】
【図７】
【図７Ａ】
【図８】
【図８Ａ】
【図９】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公表番号】特表２００７−５１２６７１（Ｐ２００７−５１２６７１Ａ）
【公表日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４１２８３（Ｐ２００６−５４１２８３）
【出願日】平成１６年１１月１２日（２００４．１１．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３７９７９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５５３４２
【国際公開日】平成１７年６月１６日（２００５．６．１６）
【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１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１２日（２００４．１１．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３７９７９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５５３４２
【国際公開日】平成１７年６月１６日（２００５．６．１６）
【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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