特許 7433251 通気孔を有する電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-08

(45)【発行日】2024-02-19

(54)【発明の名称】通気孔を有する電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/342 20210101AFI20240209BHJP

   H01M 50/152 20210101ALI20240209BHJP

   H01M 50/107 20210101ALI20240209BHJP

   H01M 50/559 20210101ALI20240209BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20240209BHJP

【ＦＩ】

H01M50/342 101

H01M50/152

H01M50/107

H01M50/559

H01M50/548

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2020571773

(86)(22)【出願日】2019-07-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-02

(86)【国際出願番号】 US2019040905

(87)【国際公開番号】W WO2020033090

(87)【国際公開日】2020-02-13

【審査請求日】2022-01-21

(31)【優先権主張番号】16/058,735

(32)【優先日】2018-08-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】315014051

【氏名又は名称】デュラセル、ユーエス、オペレーションズ、インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(72)【発明者】

【氏名】マーク、アッシュボルト

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー、シェルキン

(72)【発明者】

【氏名】ブリエン、メリル

(72)【発明者】

【氏名】オレグ、ポドプリゴラ

(72)【発明者】

【氏名】ロバート、エス．フェリン

【審査官】梅野 太朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０４９６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５９４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０６１０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ５０／１０、５０／３０、５０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングであって、
第１端子および第２端子を含み、
前記第１端子はカバーを含み、前記カバーはその内部に少なくとも１つの弱化線を含み、前記弱化線は、前記ハウジング内で閾値圧力が満足される場合に開口を形成し、前記開口を通して前記ハウジングからガスを排出できるように構成され、
前記ハウジング内に前記カバーに隣接して配置されるフィルタであって、前記ガスを前記ハウジングから排出できるように、かつ前記閾値圧力が満足される場合に前記ハウジング内に収容される固形物が前記開口から流出するのを抑止するように構成されている開口部を有するフィルタ、を含むハウジング、
を含む、電池。

【請求項2】

前記ハウジングは、アノードおよびカソード、ならびに前記アノードと前記カソードの間に配置されるセパレータを収容する、請求項１に記載の電池。

【請求項3】

前記ハウジングは、前記アノードの膨張に適応する第１空間および前記カソードの膨張に適応する第２空間を含む、請求項２に記載の電池。

【請求項4】

前記弱化線は切り込み線である、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池。

【請求項5】

前記切り込み線は前記ハウジングの側壁に隣接して配置され、ラベルにより覆われて、前記閾値圧力が満足される場合に前記ハウジング内に収容される前記固形物が前記開口から流出するのをさらに抑止する、請求項４に記載の電池。

【請求項6】

前記切り込み線は、前記ハウジング内に配置されるカソードから縦方向に離間している、請求項４に記載の電池。

【請求項7】

前記切り込み線は、前記側壁に隣接する中央部を有する円弧を含む、請求項５に記載の電池。

【請求項8】

前記弱化線は８ミリメートルの長さである、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池。

【請求項9】

前記開口部および前記弱化線は、前記閾値圧力が満足される場合に前記ガスが前記開口部を通過できるように、かつ前記ガスが前記カバーに作用して前記弱化線が開口を形成できるように、略位置合わせされている、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池。

【請求項10】

前記フィルタは前記カバーを補強するように構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載の電池。

【請求項11】

前記弱化線は第１弱化線であり、前記開口は第１開口であり、前記カバーは第２弱化線をさらに含み、前記第２弱化線は前記閾値圧力が満足される場合に第２開口を形成して前記ガスを前記ハウジングから排出できるように構成される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池。

【請求項12】

前記カバーは突出部を含み、前記第１弱化線は前記突出部の第１側に配置され、前記第２弱化線は前記突出部の第２側に配置される、請求項１１に記載の電池。

【請求項13】

前記フィルタは放射状に間隔をおいて配置される複数の開口部を含み、前記放射状に間隔をおいて配置される複数の開口部は、前記閾値圧力が満足される場合に前記ガスを前記ハウジングから排出できるように、かつ前記ハウジング内に収容される前記固形物が前記開口から流出するのを抑止するように構成される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の電池。

【請求項14】

前記第１端子はアノードであり、前記第２端子はカソードである、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池。

【請求項15】

前記弱化線を覆う第２カバーをさらに含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の電池。

【請求項16】

前記弱化線はコイン状通気孔である、請求項１～１５のいずれか一項に記載の電池。

【請求項17】

第１端子および第２端子を含むハウジングであって、前記第１端子は、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるようにする手段を含むカバーを有する、ハウジングと、
前記閾値圧力が満足される場合に固形物を前記ハウジング内に収容されたままとする手段と、
を含むものであり、
前記閾値圧力が満足される場合に前記固形物を前記ハウジング内に収容されたままとする前記手段は、前記ハウジング内に前記カバーに隣接して配置されるフィルタを含む、電池。

【請求項18】

前記閾値圧力が満足される場合に前記ガスを前記ハウジングから排出できるようにする前記手段は、前記閾値圧力が満足される場合に開口を形成するように構成される弱化線を含む、請求項１７に記載の電池。

【請求項19】

前記弱化線はアーチ形の溝である、請求項１８に記載の電池。

【請求項20】

前記フィルタは、前記閾値圧力が満足される場合に前記ガスを前記ハウジングから排出できるように、かつ前記ハウジング内に収容される前記固形物が前記開口から流出するのを抑止するように構成される放射状に間隔をおいて配置される複数の開口部を有する、請求項１８または１９に記載の電池。

【請求項21】

ハウジングであって、
第１端子および第２端子を含み、
前記第１端子は圧力放出口を有するカバーを含み、前記圧力放出口は、閾値圧力が満足される場合にガスを前記ハウジングから排出できるように作動可能であり、
前記ハウジング内に前記カバーに隣接して配置されるフィルタであって、前記ガスを前記ハウジングから排出できるように、かつ前記ハウジング内に収容される固形物が前記ハウジングから流出するのを抑止するように構成されているフィルタ、を含むハウジング、
を含む、電池。

【請求項22】

前記圧力放出口は、閾値圧力が満足される場合に切断されて開口を形成してガスを排出できるように構成される弱化線を含む、請求項２１に記載の電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は電池に関し、より詳細には通気孔を有する電池に関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学セル、すなわち電池は、電気エネルギー源として使用されうる。一部の例では、電池は電子機器に電源を供給するのに使用される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

第１例によれば、電池は、第１端子と第２端子を含むハウジングを含む。第１端子はカバーを含む。カバーはその内部に少なくとも１つの弱化線（ｌｉｎｅ ｏｆ ｗｅａｋｎｅｓｓ）を含む。弱化線は、ハウジング内で閾値圧力が満足される場合に開口（ｏｐｅｎｉｎｇ）を形成して、この開口を通してガスをハウジングから排出することができるように構成される。フィルタがハウジング内にカバーに隣接して配置される。フィルタは開口部（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を有し、この開口部は閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるように、かつハウジング内に収容される固形物がこの開口から流出するのを抑止するように構成される。一改良例では、フィルタは、他の構成要素がカバーとフィルタの間に配置されないように、カバーのすぐ隣に配置されうる。

【0004】

第２例によれば、電池は、第１端子と第２端子を含むハウジングを含む。第１端子は、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるようにする手段を含むカバーを有する。閾値圧力が満足される場合に固形物をハウジング内に収容されたままとする手段。一改良例では、閾値圧力が満足される場合に固形物をハウジング内に収容されたままとする手段は、カバーと閾値圧力が満足される場合に固形物をハウジング内に収容されたままとする手段との間に他の構成要素が配置されないように、カバーのすぐ隣に配置されうる。

【0005】

第３例によれば、電池は、第１端子と第２端子を含むハウジングを含む。圧力放出口（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｅａｓｅ）を有するカバーを含む第１端子。圧力放出口は、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるように作動可能である。フィルタがハウジング内にカバーに隣接して配置される。フィルタは、ガスをハウジングから排出できるように、かつハウジング内に収容される固形物がハウジングから流出するのを抑止するように構成される。一改良例では、フィルタは、他の構成要素がカバーとフィルタの間に配置されないように、カバーのすぐ隣に配置されうる。

【0006】

第４例によれば、電池は、正極および負極を含むハウジングを含み、正極はピップ（ｐｉｐ）およびピップに隣接する弱化線の両方を含む最外部のカバーを含み、弱化線はハウジング内で閾値圧力が満足される場合に開口を形成するように構成される。

【0007】

さらに上述の第１、第２、第３、および／または第４例によれば、装置および／または方法は、以下のうちのいずれか１つまたは複数をさらに含みうる。

【0008】

一例によれば、ハウジングはアノードおよびカソードを収容し、セパレータがアノードとカソードの間に配置される。

【0009】

別の例によれば、ハウジングは、アノードの膨張に適応する第１空間およびカソードの膨張に適応する第２空間を含む。

【0010】

別の例によれば、弱化線は切り込み線である。

【0011】

別の例によれば、切り込み線はハウジングの側壁に隣接して配置され、少なくとも部分的にラベルにより覆われて、閾値圧力が満足される場合にハウジング内に収容される固形物が開口から流出するのをさらに抑止する。

【0012】

別の例によれば、切り込み線は、切り込み線とカソードが電池の縦軸に沿って一列とならないように、カソードから縦方向に離間している。

【0013】

別の例によれば、切り込み線は、側壁に隣接する中央部を有する円弧を含む。

【0014】

別の例によれば、弱化線は約８ミリメートルの長さである。

【0015】

別の例によれば、フィルタの開口部およびカバーの弱化線は、閾値圧力が満足される場合にガスが開口部を通過できるように、かつガスがカバーに作用して弱化線が開口を形成できるように、略位置合わせされている。

【0016】

別の例によれば、フィルタはカバーを補強するように構成され、配置されて、閾値圧力が満足される場合に、例えばハウジング内に収容される固形物の少なくとも一部を保持することでこの固形物の一部が開口から流出するのを抑止する。

【0017】

別の例によれば、弱化線は第１弱化線であり、開口は第１開口であり、カバーは第２弱化線をさらに含み、第２弱化線は閾値圧力が満足される場合に第２開口を形成してガスをハウジングから排出できるように構成される。

【0018】

前述の例の改良例によれば、カバーは突出部を含み、第１弱化線は突出部の第１側に配置され、第２弱化線は突出部の第２側に配置される。

【0019】

別の例によれば、フィルタは放射状に間隔をおいて配置される複数の開口部を含み、放射状に間隔をおいて配置される複数の開口部は、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるように、かつハウジング内に収容される固形物がこの開口から流出するのを抑止するように構成される。

【0020】

別の例によれば、第１端子はアノードであり、第２端子はカソードである。

【0021】

別の例によれば、電池は弱化線を覆う第２カバーをさらに含む。

【0022】

別の例によれば、弱化線はコイン状通気孔である。

【0023】

別の例によれば、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるようにする手段は、閾値圧力が満足される場合に開口を形成するように構成されている弱化線を含む。

【0024】

別の例によれば、弱化線はアーチ形の溝である。

【0025】

別の例によれば、閾値圧力が満足される場合に固形物をハウジング内に収容されたままとする手段は、ハウジング内にカバーに隣接して配置されるフィルタを含み、このフィルタは、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるように、かつハウジング内に収容される固形物が開口から流出するのを抑止するように構成される、放射状に間隔をおいて配置される複数の開口部を有する。

【0026】

別の例によれば、圧力放出口は、閾値圧力が満足される場合に切断されて開口を形成してガスを排出できるように構成されている弱化線を含む。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本開示の教示に従う例示の電池を示す。

【図2】図１の電池の分解組立等角図を示す。

【図3】図１の電池の別の分解組立等角図を示す。

【図4】図１の電池の別の分解組立等角図を示す。

【図5】図１の例示の電池の端面図を示し、閉位置にある例示の圧力放出口を含む正極側カバーを示す。

【図6】図１の電池のハウジング内に配置される、例示の開口部を有する例示のフィルタを示す。

【図7】図１の電池を実現するのに使用可能な、別の例示のフィルタを示す。

【図8】図１の電池の断面立面図を示す。

【図9】図１の電池の端部の詳細な断面立面図を示す。

【図10】例示の圧力放出口を覆う大きさの例示のラベルを含む、図１の例示の電池の等角切り取り図を示す。

【図11】図１の例示の電池の等角図を示し、開位置にある圧力放出口を示す。

【図12】図１１の例示の電池の等角部分断面図を示す。

【図13】図１の電池を実現するのに使用可能な、別の例示の圧力放出口を含む別の例示のカバーを示す。

【図14】図１の電池を実現するのに使用可能な、別の例示の圧力放出口を含む別の例示のカバーを示す。

【図15】図１の電池を実現するのに使用可能な、別の例示の圧力放出口を含む別の例示のカバーを示す。

【図16】図１の電池を実現するのに使用可能な、別の例示の圧力放出口を含む別の例示のカバーを示す。

【図17】図１の電池を実現するのに使用可能な、別の例示の圧力放出口を含む別の例示のカバーを示す。

【図18】本明細書で開示される通気孔を有する電池の試験から得られる結果を描いたグラフを示す。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下の文章は例示の方法、装置、および／または製品の詳細な説明を開示しているが、財産権の法的範囲は本特許の最後に記載される請求項の文言により規定されることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は例に過ぎないと解釈されるべきであり、あらゆる考えうる例を記載するのは不可能ではないとしても現実的ではないため、あらゆる考えうる例を記載しているわけではない。多くの他の例を、最新の技術、または本特許の出願日以降に開発される技術のいずれかを使って実現することも可能である。そのような他の例もなお請求の範囲内に含まれることが想定される。

【0029】

アルカリ電池やリチウム電池などの電池の構成要素間の化学反応によりガスが発生する、および／または、電池内に収容される材料の体積を増大させる生成物が作り出されることがある。閾値圧力が満足された後に、電池内の内部圧力を制御された方法で下げるため、本明細書で開示される例は、圧力を放出できるように構成される例示の圧力放出口を含む。閾値圧力は、例えば、約１０００重量ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）から約２０００ｐｓｉの圧力、もしくは約１４００ｐｓｉ、または、任意の他の選択される圧力であってもよい。有利なことに、本開示の教示に従い実現される例示の圧力放出口は、電池ハウジング内の内部空間をあまり占有せずに、電池の要素（アノード、カソードなど）が内部で利用できる容積を、他の既知の例と比べて約５％増加させることができる。具体的には、電池端部の封止材は安全用内部通気孔を含まず、安全用内部通気孔により通常占められる空間は必要とされないため、電池の空洞内の空間が節約できる。さらに、一部の既知の電池におけるプラスチック封止材により実現される圧力放出口とは対照的に、圧力放出口は、水酸化物、閾値範囲外の温度、および／または閾値範囲外の湿度に曝されたとしても経時的に劣化しないよう構成することができる。

【0030】

例示の圧力放出口は、電池のカバー内に形成される１つまたは複数の弱化線として実現することができる。弱化線は任意の長さを持ちうる。しかし、一部の例では、各弱化線は約８ミリメートル（ｍｍ）の長さである。弱化線の長さまたは位置に関わらず、弱化線は、閾値圧力が満足される場合に開口を形成するように構成されるが、より低い圧力では電池を実質的に封止し、電池内に含まれる構成要素を囲む。言い換えれば、閾値圧力が満足される場合は例示の弱化線は割れる、または裂けて、弱化線により画定されるタブが動いて、過剰圧力を制御された方法で放出する、かつ固形物が開口から流出するのを抑止する開口を形成することができる。

【0031】

弱化線は、端子のカバーにあるピップを少なくとも部分的に取り囲む、１つまたは複数の溝、切り込み線、および／またはコイン状通気孔として形成することができる。本明細書に記載される場合、「切り込み線」という用語は、印、ひっかき傷、切り込み、レーザーエッチング／彫刻、および／または、周囲に対して薄くなった部分のことを指す。本明細書に記載される場合、「コイン状通気孔」という表現は、閾値圧力を満足する圧力に応答して砕けるように構成され、配置される、材料厚さが減らされた領域を意味する。一部の例では、弱化線は、例えば、弱化線に形成される開口をアノードにより加えられる可能性がある機械的圧力から引き離す、および／または、通気事象が発生する際にセパレータおよび／またはアノードによって弱化線に形成される開口が遮断される、または塞がれるのを抑止するために、カバーが電池端部に結合される際にカソードの上に配置される。

【0032】

一部の例では、弱化線は、１つまたは複数の円弧状弱化線、および／または各アーチ形弱化線の端部が結合される複数の半径方向弱化線を含む。弱化線が円弧状溝として実現される場合、一つの円弧状溝は（カバーの外周に対して）約７０°の円弧と約２７０°の円弧の間とすることができる、あるいはそうでなければＣ字形状を有することができる。もちろん、３６０°の円は、（最初はハウジング内に収容されている）固形物がハウジングから排出されてしまいかねないので、避けるべきである。そのような例では、一つの円弧状溝を電池の回転対称軸からオフセットさせて、円弧状溝の中央部がカバーと電池ハウジングの側壁の間の接合部へ隣接させることができて、また円弧状溝の端部を、電池のアノード領域を横切ることやアノード領域へ大きく広がることなく、電池のカソード領域に隣接して途切れさせることができる。円弧状溝の中央部を接合部に隣接して配置することにより、中央部をアノードから離間させることができるので、例えばアノードの材料が開口を塞ぐのを防ぐ／抑制することにより、アノードが開口から流出するガスの流量を減少させるのを抑止することができる。

【0033】

他の例では、弱化線は２つの円弧状溝を含む。２つの円弧状溝は、凸状ピップを通って延びる回転対称軸に対して対称とすることができる。一部のそのような例では、円弧状溝は半円として形成される。弱化線をどのように実現しうるかの様々な例が上で開示されたが、弱化線は、通気事象が発生する際に圧力を下げることができるように、任意の形状を有することができる、および／または、任意の場所に配置することができる。さらに、弱化線は任意の適切な方法で形成することができる。例えば、弱化線はレーザーまたは別の彫刻ツールを使って形成することができる。

【0034】

固形物が弱化線に形成される開口から流出するのを抑止しつつ、ガスがこの開口から流出できるようにするため、一部の例では、電池は、アノード／セパレータ／カソードのアセンブリとカバーの間に配置される例示のフィルタを含み、このフィルタはカバーに隣接して配置される。具体的には、フィルタは、ガスおよび／または液体がフィルタを通過できるように構成され、かつ固形物がフィルタを通過するのを抑止するように構成される。フィルタはカバーを補強することができて、通常の電池動作条件および電池の通気を必要とする条件の両方において弾性のある金属相または別の材料で形成することができる。例えば、フィルタは、ステンレス鋼、および／または、疲労しづらい傾向を有する別の材料で形成することができる。

【0035】

一部の例では、フィルタは、例示の開口部、および／または、材料が開口部を通過するのを抑止するような大きさの、および／または、抑止するように構成されている穿孔を有するスペーサで形成される。スペーサは、ガスが透過する円板、座金、障壁、および／またはメッシュなどの円板として形成することができる。例示のスペーサは、例えば３個の開口部、４個の開口部、８個の開口部、９個の開口部、および／または１６個の開口部を含む、任意の数の開口部を有することができる。

【0036】

開口部を通過するガスが弱化線に作用できるように、一部の例では、カバーが電池端部に結合される際に開口部を弱化線と位置合わせすることができる。開口部をスペーサの周囲に配置する、および／またはスペーサに対して放射状に間隔をおいて配置することで、開口部を正極側カバーおよび／または電池のカソードに隣接させることができる。本明細書に記載される場合、電池内で閾値圧力が満足される場合に開口部を通過するガスが弱化線に作用して弱化線が裂けて開口の形成が促される場合に、および／または、開口部を通過するガスが開位置にあるタブにより形成される開口から外へ向けられる場合に、開口部は弱化線と位置合わせされていると考えられる。別の態様では、開口部は、弱化線上の点が開口部と軸方向に位置合わせされている場合に、位置合わせされていると考えられる。上記の例は開口部を有する部品で形成されるフィルタについて述べているが、他の例では、フィルタは、アノード／セパレータ／カソードのアセンブリを補強し、かつガスが透過できるように構成されている多孔性メッシュ（例えばステンレス鋼の多孔性メッシュ）で形成されうる。

【0037】

一部の例では、開口が形成される場合に材料が開口から流出するのをさらに抑止するために、弱化線は湾曲していて、ハウジング（例えば缶）の側壁に隣接する中央部を含み、かつ少なくとも部分的に例示のカバー（例えば包装紙やラベル）により覆われる。弱化線を少なくとも部分的にカバーで覆うことにより、弱化線が割れて、関連するタブがハウジングの側壁から離れることができるようになって開口が形成される場合に、ラベルが開口を覆う、もしくは開口を超えて延びる、および／または材料（例えばガス状ではない材料や非液状材料）が開口から流出するのを抑止するが、排出された何らかのガスがハウジングから漏れるのに充分な通路が提供される。

【0038】

図１は、本開示の教示を実現するのに使用可能な、例示の電池１００を示す。図示される例では、電池１００は、円筒形状を有する例示のハウジング１０２と、例示の第１および第２カバー１０８、１１０を有する例示の第１および第２端子１０４、１０６を含み、第２カバー１１０がハウジング１０２と一体に形成されているのが示されている。図１の電池１００は円形断面を有する円筒形で描かれているが、本明細書で開示される、閾値圧力が満足される場合に開口を形成するように構成されている弱化線を含む例示のカバーと、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるようにする手段と、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるように作動可能な圧力放出口と、閾値圧力が満足される場合にガスをハウジングから排出できるように、かつハウジング内に収容される材料が開口から流出するのを抑止するように構成される開口部を有するフィルタと、閾値圧力が満足される場合に材料をハウジング内に収容されたままとする手段と、ガスをハウジングから排出できるように、かつハウジング内に収容される材料がハウジングから流出するのを抑止するように構成されるフィルタは、異なる電池の形態、例えば、矩形状断面または正方形断面を有する電池で実現することができる。したがって、本出願の教示は、限定されないが、単６形（ＡＡＡＡ）、単４形（ＡＡＡ）電池、単３形（ＡＡ）電池、Ｂ電池、単２形（Ｃ）電池、単１形（Ｄ）電池、９Ｖ電池、ＣＲ２電池、ＣＲ１２３Ａ電池、１／３Ｎ電池、および、比較的平坦な形状の例えばボタン型電池やコイン型電池を含む電池に適用可能である。

【0039】

図示される例では、第１端子１０４は負極であり、第２端子１０６は正極であり、第２カバー１１０は電池１００の端部１１４から延びる凸状ピップまたは突出部１１２を含む。さらに、図１の電池１００は、電池１００内で閾値圧力が満足される場合に開口を形成するように構成されている例示の圧力放出口１１６を含む。一部の例では、圧力放出口１１６は、圧力事象が発生する際に切断されるように、および／または断裂するように構成されている、１つまたは複数の弱化線により形成される。図１は圧力放出口１１６を含む第２カバー１１０を開示しているが、他の例では、圧力放出口１１６は第１カバー１０８に設けられることがある。

【0040】

図２～４は、図１の例示の電池１００の異なる分解組立等角図を示す。図２を参照すると、電池１００は、ハウジング１０２と、第１カバー１０８と、例示のアノード集電体２０２と、例示の封止材２０４と、を含む。示されるように、また他の既知の例とは対照的に、図２の封止材２０４は通気孔を含まず、これにより封止材２０４をより小さくすることができる、および／またはより小さい高さを持つようにすることができる。封止材２０４は一部の既知の例と比べてより小さい、および／またはより小さい高さを持つので、封止材２０４は第１カバー１０８のより近くに配置することができる、および／またはハウジング１０２内でより少ない空間を占有しうる。その結果、例示の電池１００は、電池１００の他の構成要素（例えばアノード、カソード、セパレータ）を収容するのに利用できる、他の例と比べて約４％～５％大きな空間を含む。さらに、従来知られている例は、弱化線により形成され、封止材２０４などの封止材により実現されるプラスチック製通気孔を含む。弱化線は、特定の条件下で割れて電池を制御可能に通気するように構成された。しかし、封止材２０４はプラスチックで出来ており、プラスチックは特定の環境条件下で疲労する傾向があるので、この弱化線も、上昇した温度および／または湿度へ曝された場合に疲労する／通気開口を形成する傾向があった。従来知られている例とは対照的に、本明細書で開示される例を実現するために使用される封止材２０４は通気孔を含まず、それゆえ特定の条件下で通気孔を形成するように構成されている弱化線を含まない。封止材２０４にはそのような通気孔／弱化線が含まれず、有利なことに封止材２０４の耐用年数および電池１００の耐用年数が改善される。

【0041】

開口が圧力放出口１１６に形成される場合にガスが電池１００から流出できるようにするため、また非ガス状の材料が電池１００から流出するのを抑止するため、この例では、電池１００は、例示の開口部２０８を有する例示のフィルタ２０６を含む。フィルタ２０６は、ステンレス鋼などの金属、プラスチック、または任意の適切な剛性材料で形成することができて、本明細書では円板、シム（ｓｈｉｍ）、メッシュ、ふるい（ｓｃｒｅｅｎ）などと呼ばれることがある。開口部２０８は、フィルタ２０６がハウジング１０２内に配置される場合に圧力放出口１１６に隣接して配置することができる。したがって、開口部２０８は放射状に間隔をおいて配置されることがあり、圧力放出口１１６に連なる、および／または実質的に対応する仮想的な円弧または円に沿って配置されることがある。

【0042】

図３は、圧力放出口１１６を含む電池１００の端部１１４を示す。この例では、圧力放出口１１６は、例示の第１円弧状弱化線３０２および例示の第２円弧状弱化線３０４として実現され、弱化線３０２、３０４は第２カバー１１０の横断方向軸３０６に対して略対称である。示されるように、弱化線３０２、３０４は、ハウジング１０２の側壁３１２と第２カバー１１０の間の接合部３１０に隣接して配置される中間部３０７、３０８を有する。また示されるように、弱化線３０２、３０４の端部３１３、３１４、３１６、３１８はピップ１１２の開始部３２０付近で終わる。本明細書に記載される場合、ピップの開始部３２０は、外側へ突出し始めて最終的にはピップ１１２そのものを与える第２カバー１１０の環状部分として定義される。

【0043】

中間部３０７、３０８を接合部３１０に隣接して配置することで、閾値圧力が満足された場合に結果として生じる任意の開口（図１１、１２を参照）をアノードから離間させることができる。また、中間部３０７、３０８を接合部３１０に隣接して配置することで、ラベル１０００（図１０）により弱化線３０２、３０４を覆い、圧力均一化事象の間に何らかの固形物が電池１００から流出するのをさらに抑止することができる。電池１００は特定の場所に特定の形状を有する２つの弱化線３０２、３０４を含むことが示されているが、任意の数の弱化線（例えば、１つ、３つ、４つなど）を、電池１００内の圧力を制御された方法で均一にすることができる任意の場所に含むことができる。

【0044】

図４は、ハウジング１０２の第２端部４０２、フィルタ２０６、アノード集電体２０２、封止材２０４、および第１カバー１０８を示す。示されるように、１６個の円形開口部２０８がフィルタ２０６の周囲に放射状に間隔をおいて配置され、３つの開口部２０８はフィルタ２０６の中央に配置されて、仮想的な三角形の角を形成する。しかし、フィルタ２０６は、任意の場所に配置される任意の数の開口部を含むことができる、および／または、電池１００内の圧力を制御された方法で均一にすることができる任意の断面（例えば正方形、楕円形、三角形、矩形、六角形など）を有することができる。

【0045】

図５は、ピップ１１２、弱化線３０２、３０４、および側壁３１２と第２カバー１１０の間の接合部３１０を含む電池１００の平面図を示す。

【0046】

図６は、ハウジング１０２内に配置されるフィルタ２０６の平面図を示す。示されるように、例示の開口部２０８はフィルタ２０６の外縁６０２に隣接して配置され、開口部２０８を通過する何らかのガスが弱化線３０２、３０４に作用できるようにする、および／または、ハウジング１０２内で上昇した圧力に曝された後に膨張した状態となったアノード（８０２、図８を参照）のいずれかが開口部２０８を塞ぎ、開口部２０８を通る流体の流量を変える（例えば妨害する、減少させる）のを抑止する。また、図６は、フィルタ２０６の中央に向かって配置される開口部２０８の一部も示す。この例では、中央に配置される開口部２０８により、ピップ１１２内に蓄積された電解質と電池１００の残りの部分の中の電解質との間で導通するようになる。

【0047】

図７は、図１の電池１００を実現するのに使用可能な、別の例示のフィルタ７００を示す。図６のフィルタ２０６とは対照的に、図７のフィルタ７００は中央に配置される開口部を含まない。その代わりに、フィルタ７００は、放射状に間隔をおいて配置され、弱化線３０３、３０４の輪郭と関連付けられた、および／または、弱化線３０３、３０４と位置合わせされた輪郭を有する仮想的な円の周りに配置された、１６個の開口部７０２を含む。

【0048】

図８は図１の電池１００の断面立面図を示す。示されるように、電池１００は、第１および第２カバー１０８、１１０を含み、ハウジング１０２は概してその間に配置される。アノード８０２をカソード８０４から分離するため、電池１００は例示のセパレータ８０６を含む。アノード８０２、カソード８０４、セパレータ８０６などの電池１００の構成要素がハウジング１０２内に配置された後に第２端部４０２を閉じるために、第１カバー１０８が封止材２０４の溝８０８の中で受けられ、ハウジング１０２の側壁３１２が封止材２０４の外周端部に対してカシメられる。一部の例では、封止材２０４は、カソード８０４が膨張できるように、カソード８０４から３ｍｍ以上離間される。一部の例では、封止材２０４は、アノード８０２が膨張できるように、アノード８０２から同様に離間される。

【0049】

アノード集電体２０２と第１カバー１０８を結合するため、この例では、封止材２０４は第１開口部８１０および開口８１４を有する第２開口部８１２を含み、アノード集電体２０２の端部８１６は第２開口部８１２の中に配置され、第１カバー１０８に例えば溶接により結合される。この例では、アノード集電体２０２の主部８１８は第１開口部８１０を通ってアノード８０２へと延びる。一部の例では、第２開口部８１２を有し、それ自体は通気孔を含まない封止材２０４を有する電池１００を実現することで、化学物質または他の電池構成要素を収容するのに利用できる電池１００の内部容積を他の既知の例と比べて約４％から５％増大させることができる、および／または、アノード集電体２０２を中心からずらした位置に配置することができる。例えば、一部の既知の電池がそうしているように、通気孔を封止材２０４に取り入れると、封止材２０４の大きさが大きくなりうる、および／または、封止材２０４が第１カバー１０８から離間している距離が大きくなりうる。

【0050】

図９は電池１００の詳細な断面立面図を示し、フィルタ２０６が第２カバー１１０に係合している、および／または、第２カバー１１０ならびに第１および第２弱化線３０２、３０４に隣接して配置されていることを示している。また、図９は、アノード８０２の膨張に適応する大きさの、および／または、適応するように構成されているピップ１１２により画定される空間９０２も示す。

【0051】

図１０は、第２カバー１１０と側壁３１２の間の接合部３１０を覆う、および／もしくは、接合部３１０に重ねられ、ならびに／または、弱化線３０２、３０４、より一般的には圧力放出口１１６、を覆う、および／もしくは、弱化線３０２、３０４に重ねられるラベル１０００を含む電池１００の等角図を示し、電池１００がより良く示されるようにラベル１０００が部分的に除去されている。ラベル１０００は任意の材料、例えば金属化されたプラスチック、プラスチック、ゴム、紙、ゴム入り塗膜を有するプラスチック、またはこれらの組み合わせなどで形成することができる。ラベル１０００を形成するのに使用される材料に関わらず、ラベル１０００は、伸びて図１０に示される閉位置から図１１に示される開位置まで動くタブ１００２を収容するように構成されることがある。示されるように、タブ１００２は弱化線３０２、３０４に関連し、弱化線３０２、３０４により画定される。ラベル１０００が伸びる、および／または、裂けないことで、タブ１００２は開位置へ動いて、第２カバー１１０に対する圧力を実質的に均一にしながら、固形物（例えばアノード８０２やカソード８０４）が形成されるいずれかの開口から流出するのを抑止することができる。この例では、タブ１００２は、電池１００内の圧力が満足されてタブ１００２が開位置へと動くことができる場合に砕ける弱化線３０２、３０４により画定される。

【0052】

図１１は、圧力均一化事象の間の電池１００を示し、弱化線３０２、３０４（図３）により輪郭が示されるタブ１００２が作動して、円弧状開口１１０２、１１０４を形成している。示されるように、フィルタ２０６の開口部２０８は開口１１０２、１１０４の輪郭に連なる、または開口１１０２、１１０４の輪郭に沿って配置されて、タブ１００２が開位置にある場合に開口部２０８を通過するガスが弱化線３０２、３０４へ作用できるようにする、および／または、開口部２０８を通過するガスを電池１００から容易に排出できるようにする。

【0053】

図１２は、第２カバー１１０に対する圧力が均一化される速度を早めるためにタブ１００２が開位置へ動かされ、開口部２０８が開口１１０２と位置合わせされている、および／または、開口１１０２と相関性がある、電池１００の等角部分断面図を示す。

【0054】

図１３は、図１の電池１００を実現するのに使用可能な、別の例示のカバー１３００を示す。第２カバー１１０とは対照的に、図１３のカバー１３００は、側壁３１２とカバー１３００の間の接合部３１０に連なる、および／または、接合部３１０に隣接して配置されるアーチ形状が与えられた例示の弱化線１３０２を含み、弱化線１３０２の端部１３０６、１３０８はピップ１１２の開始部３２０に向かって延びてはいない。

【0055】

図１４は、図１３のカバー１３００に類似し、かつ図１の電池１００を実現するのに使用可能な、例示のカバー１４００を示す。図１３のカバー１３００とは対照的に、図１４のカバー１４００は、例示の円弧状弱化線１４０６の各端部に結合される、例示の放射状に延びる弱化線１４０２、１４０４を含む。この例では、弱化線１４０２、１４０４、１４０６が、カバー１４００を通過する流体の流出量を変えるために異なる複数の位置の間で作動可能なタブ１４０８を画定する。例えば、第１位置および／または閉位置では、タブ１４０８は、例示のカバー１４００が実装された電池からガスが漏れるのを防ぐように配置され、第２位置および／または開位置では、タブ１４０８はそのような電池からガスが漏れることができるように配置される。放射状に延びる弱化線１４０２、１４０４が含まれているため、例示のカバー１４００により形成される開口は、図１３のカバー１３００により形成される開口よりも大きくなりうる。

【0056】

図１５は、図１の電池１００を実現するのに使用可能な、別の例示のカバー１５００を示す。第２カバー１１０とは対照的に、図１５のカバー１５００は、ピップ１１２を実質的に囲む例示の円弧状弱化線１５０２を含む。本明細書に記載される場合、「ピップ１１２を実質的に囲む」という表現は、弱化線１５０２がピップ１１２の周りで約１８０°から約２７０°にわたって画定されることを意味する。

【0057】

図１６は、図１５の例示のカバー１５００に類似し、かつ図１の電池１００を実現するのに使用可能な、例示のカバー１６００を示す。図１５のカバー１５００とは対照的に、図１６のカバー１６００は、ピップ１１２の開始部３２０に連なる、および／またはピップ１１２の開始部３２０に関連付けられる例示の円弧状弱化線１６０２を含むのに対し、図１５の弱化線１５０２は電池１００の中心部、したがってピップ１１２のより近くに規定される。示されるように、図１６の弱化線１６０２は、ピップ１１２を約２７０°囲む。しかし、弱化線１６０２は示されるより長くても短くてもよく、および／または、圧力均一化事象の間にカバー１６００に対する圧力を制御された方法で均一にすることができるように、カバー１６００上の任意の他の場所に配置されてもよい。

【0058】

図１７は、図１６の例示のカバー１６００に類似し、かつ図１の電池１００を実現するのに使用可能な、例示のカバー１７００を示す。図１６のカバー１６００とは対照的に、図１７のカバー１７００は、ピップ１１２の開始部３２０と、カバー１７００と側壁３１２の間の接合部３１０との間に配置される例示の円弧状弱化線１７０２を含む。

【0059】

図１８は、従来の電池と本開示の教示により実現される電池に対して行われた高温高湿試験（ＴＨＴ）の結果を示す例示のグラフ１８００を示す。高温高湿試験の間は、電池は比較的一定した温度である６０℃で９０％の相対湿度にさらされる。示されるように、Ｘ軸１８０２は電池が試験された週数に対応し、Ｙ軸１８０４は漏れが発生した電池の割合に対応し、第１線１８０６は従来の電池に対して行われた試験に関連する結果を示し、第２線１８０８は本明細書で開示される例示の電池に対して行われた試験に関連する結果を示す。示されるように、第１線１８０６と第２線１８０８を比較すると、８週間の試験の後には、従来の電池はこの期間の約８５％で漏れが発生しているのに対して、開示される例示の電池はこの期間の約５％で漏れが発生していて、従来の電池と開示される例示の電池の両方は特定の条件下では漏れが発生する（または、ガスを排出する）ように設計されている。

【0060】

本明細書で開示される例は、一次電池または二次電池において実現しうる。一次電池は、一度だけ、例えば消耗しきるまで放電され、その後廃棄されるように作られている。一次電池（または使い捨ての電池）については、例えば、「David Linden, "Handbook of Batteries"(4th ed. 2011)」に記述されている。二次電池（または充電池）は、何回も繰り返し再充電して使用されるように作られている。二次電池は、何度も、例えば５０回、１００回を超えて、またはそれより多くの回数、放電および再充電することができる。二次電池については、例えば、「David Linden, "Handbook of Batteries"(4th ed. 2011)」に記述されている。

【0061】

したがって、電池は様々な電気化学的な対および電解質の組み合わせを含みうる。本明細書で開示される例は、概して一次アルカリ電気化学セル、すなわち一次アルカリ電池を対象としているが、開示される例は水系、非水系、イオン液体系、および固体系の一次電池および二次電池の両方で実現しうることを理解されたい。例えば、一次アルカリ電池などの一次電池に加えて、電池は一次リチウムイオン電池であってもよい。あるいは、電池は二次電池、例えばニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池、ニッケルカドミウム（ＮｉＣａｄ）電池、銀／亜鉛電池、ニッケル／亜鉛電池、固体リチウム充電池などの二次電池とすることができる。前述の系の一次電池および二次電池は、したがって本出願の範囲内であり、開示の範囲は提供されたいずれの特定の例によっても制限されることはない。

【0062】

本明細書で開示される例は、閾値圧力が満足される場合、またはより一般的には通気事象が発生する際に、ガスを排出できるようにする例示の通気孔を含む、電気化学セル、すなわち電池に関する。一部の例では、電池は、カソードが膨張する空間、および／または、最上部アセンブリの下のアノードが膨張していく空間を含む。

【0063】

さらに、本明細書でいくつかの例が開示されたが、いずれかの例のいずれかの特徴を他の例における他の特徴と組み合わせる、または置換してもよい。また、本明細書でいくつかの例が開示されたが、請求の範囲から逸脱することなく、開示された例に対して変更を行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】