JP2003507857A - 断熱体を有するアルカリ電池 - Google Patents

断熱体を有するアルカリ電池

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Abstract

(57)【要約】 亜鉛陽極と二酸化マンガン陰極を有するアルカリ電池の性能は、断熱材をセルケーシングへ適用することにより、特に高電力使用に際して改良可能である。断熱材はセルラベルとケーシングの間に都合よく適用可能である。断熱材は電池に関する全体の熱伝達係数Ｕ０を著しく減少させる。断熱材は放電に際して電池の内部温度を上昇させ、その結果として性能を更に良好にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は二酸化マンガン陰極を有するアルカリ電池に関する。本発明は詳細に
は亜鉛を含む陽極と二酸化マンガンを含む陰極と水酸化カリウムを含む電解質を
有するアルカリ電池に関し、本電池は性能を改良するために断熱体を有する。
【０００２】 一次アルカリ電池の電池内容物は一般に亜鉛陽極活性物質を含む陽極とアルカ
リ性電解質と二酸化マンガン陰極活性物質を含む陰極と一般に繊維素繊維および
ポリビニルアルコール繊維を含む非織物材料を有する電解イオン透過性セパレー
タ（分離体）とによって構成される。陽極活性物質には酸化亜鉛および例えばカ
ルボキシ・メチルセルローズ又はアクリル酸共重合体のような従来型ゲル化剤と
混合された亜鉛粒子および電解質が含まれる。ゲル化剤は亜鉛粒子を相互に接触
した状態で所定位置に保持する。陽極電流コレクタとして知られている導電性金
属釘は一般に電池の負端子を形成するエンドキャップと接触した状態で陽極物質
内に挿入される。アルカリ電解質は一般に水酸化カリウムの水溶液であるが、ナ
トリウム又はリチウム水酸化物の他のアルカリ溶液を使用しても差し支えない。
陰極物質は一般に二酸化マンガンであり、導電率を増加させるために少量の炭素
またはグラファイトを含んでも差し支えない。従来型のアルカリ電池は蓄電池級
微粒子二酸化マンガンを含む固体の陰極を備える。ここで使用する蓄電池級二酸
化マンガンは通常少なくとも約９１重量パーセントの純度の二酸化マンガンを意
味する。電解液ＭｎＯ2（ＥＭＤ）は、電気分解法によって高純度を都合よく達
成可能であり、その高密度の故にアルカリ電池用二酸化マンガンの形であること
が好ましい。ＥＭＤは一般に硫化マンガンと硫酸のバスを直接電気分解すること
によって製造される。
【０００３】 従来型のＺｎ／ＭｎＯ2アルカリ電池の陰極に含まれる二酸化マンガンの組成
は一般に約７０から８７重量パーセントの間である。陰極混合物を形成するため
に二酸化マンガンに微粒子グラファイトとＫＯＨ水溶液（７−１１ Ｎｏｒｍａ
ｌ）を加えることができる。この種の混合物は、プランジャ又はセルケーシング
と接触した状態で詰め固められた陰極塊（マス）を形成させるための他のこの種
装置を用いて電池ケーシング内に十分に詰め込むことが可能な含湿固形混合物を
形成する。陰極物質は積み重ねて配置構成した後で再度詰め固めることによって
セル内に挿入されて環状リングを形成するディスクの形状に成型可能である。
【０００４】 工業用の電池サイズは固定されているので、電極活性材料の表面積を増大する
こと及び更に大量の活性物質を電池内へ充填することによって容量すなわち電池
の実質的実用寿命を増大させるための試行が望まれている。この方法は実用面に
おいて制限される。活性物質が電池内に過剰な程緻密に詰め込まれた場合には、
放電に際して、電気化学反応のレート（速度）を低下させ、ひいては実用寿命を
短縮させることがあり得る。特に電流ドレーンが高い（使用電力が大きい）場合
には、分極などの他の有害な影響が発生することがあり得る。分極は電極活性物
質内および電解質内におけるイオンの移動性を限定し、ひいては実用寿命を短縮
する。ＭｎＯ2陰極活性物質とアルカリ電池のセルケーシングとの間の接触抵抗
も実用寿命を短縮する。この種の接触抵抗損失は、一般に、特に電池が高使用電
力（約０．５から１ワット）で放電される際に増加する。
【０００５】 高使用電力用として更に適した一次アルカリ電池を作成する工業的需要は増大
しつつある。例えば携帯（セル式）電話、デジタルカメラ及び玩具、フラッシュ
装置、遠隔制御玩具、カムコーダ、及び、高強度ランプなどの現代電子装置はこ
の種高電力使用の諸例である。この種装置は、約０．５から２アンペア、更に一
般的には約０．５から１．５アンペアの間の一般にパルス化されたドレーンの高
電流ドレーンレートを必要とする。これと応対的に、これらの装置は約０．５か
ら２ワットの間の電力需要において作動することを必要とする。例えば携帯電話
、デジタルカメラ及び玩具、フラッシュ装置、遠隔制御玩具、カムコーダ、及び
、高強度ランプなどの現代電子装置はこの種高電力使用の諸例である。従って、
分極の影響または電池の性能に及ぼす悪影響を著しく増大させることなしに、従
来型一次アルカリ電池、特に高電力使用に際して用いられる電池に関して実質的
実用寿命を確実に増大させる方法を提供することが望ましい。
【０００６】 アルカリ電池の鋼製ケーシングは、通常、図形および当該電池とメーカに関す
る印刷された情報を含むラベルによって覆われている。蓄電池の技術分野におい
ては、この種ラベルをできる限り薄くし、それによって、電気化学的活性物質用
最大容積を有する電池を提供するすることが習慣とされている。従来型電池のラ
ベルは柔軟ではあるが熱収縮可能であり、一般にポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）又
はポリプロピレン薄膜によって形成される。ただし、ポリエチレンテレフタレー
ト薄膜（ＰＥＴ）又はグリコール変性ポリエチレンテレフタレート薄膜（ＰＥＴ
Ｇ）であることも望ましい。この種ラベルは一般に単一層または２重層であり、
単一層が好ましい。ラベルの厚さは通常１０ミル（２５０ミクロン）未満、一般
に５ミル（１２５ミクロン）未満である。ラベルの厚さは一般に３ミル（７５ミ
クロン）から１０ミル（２５０ミクロン）の間であり、更に一般的には約３か５
ミル（７５から１２５ミクロン）の間である。この種ラベルは例えば米国特許第
４，６０８，３２３号および第５，４４３，６６８号に開示されている。例えば
Ｕ．Ｓ．４，６０８，３２３において、好ましいジャケット（２層ラベル）の最
大厚さは全般的に約８０から８５ミクロンであることが述べられている。これに
は、外側層用として約４０ミクロン、内側層用として３０ミクロン、インキ及び
（それらの間の）透明接着剤用として約１０から１５ミクロンが含まれることが
述べられている。この程度の厚さにおいて、当該ラベルは無視できる程度の断熱
性を提供する。
【０００７】 電池に関する条件標識（セル添付インジケータ）は、例えば米国特許第５，６
１２，１５１号に示されるように、ラベルの一部分にまとめて記載される。この
種の標識（インジケータ）は薄く、しかもケーシングの非常に小さい部分のみに
亙って添付されるので、電池には無視できる程度の断熱効果を及ぼすに過ぎない
。
【０００８】 当出願者は、セルケーシング（ハウジング）の周りに断熱を施した場合に高使
用電力用最新アルカリ電池の適合性が著しく改良されることを確認した。陽極に
おける電解質ローディング（亜鉛バルク密度）が変化、或いは、陽極または陰極
活性物質の組成が変化する場合であっても、性能は断熱によって改良される。た
だし、断熱材を使用する本発明は特に亜鉛／ＭｎＯ2アルカリ電池に適用可能で
あり、この場合、陽極における亜鉛のバルク密度は約１．５から３．０ｇ／ｃｍ 3 であることが望ましく、約１．７５から２．５ｇ／ｃｍ3であることが好ましい
。陽極における電解水溶液の体積百分率は約５８から８０パーセントであり、約
６５．０から７５．５陽極体積パーセントであることが好ましい。
【０００９】 電池が断熱されている場合に、高電力使用状態においてアルカリ電池の性能動
作が著しく改良される理由は確実には知られていない。電池が放電するにつれて
、例えば需要電力が約０．５から２．０ワット（０．５から２アンペアドレーン
）のような特に高電力使用状態において、電池は熱を発生する。断熱は電池を更
に高い温度において作動させる。電池が断熱されている場合に、イオンの移動性
および移送が非常に改良されることは理論化されている。 これは、電池内で発生する分極の程度を減少させ、著しく良好な活性物質の利
用および更に良好な性能へと導く。分極は放電に際しての電位降下であり、この
降下と関連した抵抗の増加はしばしば「分極抵抗」と呼ばれる。分極は純抵抗性
（オーム的）分極と運動学的分極と濃度分極に分類できる。
【００１０】 純抵抗性分極は主として分離体および電極を通過する電解質の導電率に起因す
る。電解質の導電率は温度と共に改良されるので、電池の内部温度が高くなると
、純抵抗は減少する。運動学的分極は化学反応に使用できるはずのエネルギ損失
を反映する。高い電池温度において、運動学的分極は低下する。濃度分極は反応
物（水、水酸基イオン、陽子）および生成物（亜鉛酸塩イオン）の濃度勾配を抑
止する。高い電池温度において、これら物質の移送特質（移動性および拡散率）
は高められ、結果として濃度分極は低下する。
【００１１】 一態様において、その内側表面が接着剤で覆われた断熱層の形で適当な断熱が
施される。セルケーシングに付着するように断熱材がセルケーシングのまわりに
巻きつけられ、その後で、断熱材の外側表面にセルラベルが添付される。その代
りに、セルラベルは断熱層の外側表面に前以て添付するか、或いは、セルラベル
は断熱物内に統合することも可能である。断熱は、例えば鋳造または浸せき塗装
、又は、押出しなどの他の方法によってセルケーシングに添付された断熱薄膜の
形であっても差し支えない。
【００１２】 その代りに、断熱材はバッテリコンパートメントを裏張りするように電子装置
メーカ（ＯＥＭ）によって添付可能である。従って、断熱材はバッテリコンパー
トメントの外側表面または内側表面（又は、内外両表面）のいずれかを裏張りす
るように添付可能である。断熱材は、断熱プラスチック又は層間に空気間隙を備
えるか或いは空気間隙なしの発泡材および他の断熱材を含む１つ又は複数の層で
あっても差し支えない。バッテリコンパートメントの壁部自体は、断熱材製であ
っても差し支えなく、或いは、所定断熱値を持つことが出来る程度に十分に厚く
することも可能である。従って、断熱材はセルケーシング（ハウジング）と周囲
環境との間に所在する任意の断熱物質または合成断熱物質であっても差し支えな
い。断熱物質という用語は、約４．１４ｘ１０-2ｃａｌ／［（ｓｅｃ）（ｃｍ）
（°Ｋ）］未満に等価な約１０ＢＴＵ／［（ｈｒ）（ｆｔ）（°Ｆ）］未満の所
定断熱値を持つことが望ましい実質的に任意の物質または合成物質が含まれるよ
うに広範囲に亙って意味することを意図するものである。断熱物質は約４．１４
ｘ１０-3ｃａｌ／［（ｓｅｃ）（ｃｍ）（°Ｋ）］）未満に等価な約１．０ＢＴ
Ｕ／［（ｈｒ）（ｆｔ）（°Ｆ）］未満の導電率を持つことが好ましい。
【００１３】 その代りに、断熱材は、電池をバッテリコンパートメント内に挿入する以前に
ユーザによってセルケーシング全体を滑り込ませる断熱スリーブの形にすること
も可能である。断熱スリーブはセルケーシングに恒久的に付着させるか、又は、
手作業でそこから取り外し可能なスリーブとして取り付けることもできる。断熱
スリーブの厚さは約１ｍｍから１２ｍｍの間であることが望ましい。
【００１４】 断熱物質は電池に関する全体の熱伝達係数Ｕ0を前記断熱なしの同一電池と比
較して少なくとも６５％だけ減少させる（Ｕ0はケーシングの内側表面に基づき
、ケーシングの内側表面と電池の外側の周囲空気との間の全体的熱伝達係数であ
る）。従って、電池の放電につれて、断熱は電池内部の温度を著しく上昇させる
。
【００１５】 断熱材の厚さが約２５０ミクロン（１０ミル又は０．２５ｍｍ）から１５ｍｍ
（以上）の間であることが有利である場合には、約５００ミクロン（２０ミル又
は０．５０ｍｍ）から１５ｍｍ（以上）の間であることが好ましい。断熱材の厚
さが約１０００のミクロン（１ｍｍ）から１５ｍｍの間であることが望ましい場
合には、約２０００のミクロン（２ｍｍ）から１５ｍｍの間であることが好まし
く、約２０００のミクロン（２ｍｍ）から１２ｍｍの間であることが更に好まし
い。断熱厚さが約３０００ミクロン（３ｍｍ）から１５ｍｍの間であることが有
利である場合には、約３０００ミクロン（３ｍｍ）から１２ｍｍの間であること
が好ましい。電池がＤ電池の外側直径となるようにＣ電池の外側表面に断熱を追
加すれば、断熱厚さは３．８４ｍｍ（０．３８４ｃｍ）である。電池がＤ電池の
外側直径となるようにＡＡ電池の外側表面に断熱を追加すれば、断熱厚さは９．
４７ｍｍ（０．９４７ｃｍ）である。電池がＤ電池の外側直径となるようにＡＡ
Ａ電池の外側表面に断熱を追加すれば、断熱厚さは１１．３７ｍｍ（１．１４ｃ
ｍ）である。電池がＤ電池の外側直径となるようにＡＡＡＡ電池の外側表面に断
熱を追加すれば、断熱厚さは１２．６ｍｍ（１．２６ｃｍ）である。
【００１６】 断熱材は広範囲に亙る物質の中から、即ち、プラスチック、ゴム、又は、セラ
ミックスのクラスから特定の物質を選択可能である。これらのクラスに含まれる
特に望ましい材料は、コルク、煉瓦、セルロイド、マイラ箔、ナイロン又はポリ
スチレン、又は、ポリウレタン発泡材料である。例えば、ナイロン、ポリスチレ
ン、又は、ポリウレタン発泡フォームなどの材料は、比較的安価であり、熱伝導
率が低く、従来型接着方法によって容易に添付されるので好ましい。
【００１７】 断熱を施したＺｎ／ＭｎＯ2アルカリ電池は、特に高電力使用状態、例えば、
電流ドレーンが約０．５から２アンペア、更に一般に約０．５から１．５アンペ
アの間、或いは逆に、約０．５か２ワットの電力需要状態において、更に良好な
性能を示すことが確認された。断熱を施したアルカリ電池は、例えば、更に長い
実用寿命、及び、電池のサイズに関係無しに断熱措置無しの同じ電池よりも更に
大きい全エネルギ出力などの更に良好な性能を発揮する。高速度レート又は高電
力放電に際して、例えばＤサイズ電池のような従来の大型アルカリ電池における
実際の比容量（ｍＡｍｐ−ｈｒ／ｇ）（活性物質の低い利用度）は例えばＡＡ電
池のような更に小さいサイズの電池の場合よりも小さいことが確認されている。
【００１８】 本発明の一態様において、全直径がＤ電池の場合と同じになるようにＣ電池は
断熱材に包まれている。例えば、０．８Ｖのカットオフ電圧に対する電流ドレー
ンが約１から２アンペアまでの連続ドレーンであるか、又は、例えば１日当たり
１時間１アンペアの間欠ドレーンのような高電力使用状態において、断熱を施し
たＣ電池の実用寿命が断熱なしのＤ電池の場合に匹敵する程度に、断熱はＣ電池
における活性物質の利用を改良する。
【００１９】 本発明の亜鉛／ＭｎＯ2アルカリ電池は実質的に水銀を含まない、即ち、一切
の添加水銀を含まない。従って、本発明の電池の全水銀含有量は全電池重量の約
５０ｐｐｍ未満であり、全電池重量の約２０ｐｐｍ未満であることが好ましく、
全電池重量の約１０ｐｐｍ未満であることが更に好ましい。また、本発明の電池
にも鉛は一切追加されないことが好ましく、従って、鉛は実質的に一切含まれず
、即ち、鉛の全含有量は３０ｐｐｍ未満であり、陽極の全金属含有量の１５ｐｐ
ｍ未満であることが望ましい。本電池は水銀および鉛を実質的に含まないという
事実にもかかわらず、電池の高率放電（０．５から２アンペア）に際して、断熱
材使用に起因する比較的高温における電池の作動は電池の全性能を阻害する程度
まではガス発生を増大させない。それとは逆に、亜鉛／ＭｎＯ2アルカリ電池の
ケーシングの周りに断熱材を使用することによって高率放電状態における性能を
強化する。アルカリ電池が放電する際には、放電に起因する熱発生によって電池
温度は増大する。
【００２０】 熱源は電池内における発熱電気化学反応に起因する。非常に多量の熱を発生す
ることも可能である。電池が高温で動作する際には、電池性能が著しく向上する
ことが確認されている。通常、放電に際して大部分の熱は周囲に放散される。セ
ルケーシングの外側に断熱措置が施され、それによって、電池全体の熱伝達係数
を低下させ、電池を高温作動させた場合には、電池の性能が著しく改良され得る
ことが確認されている。その代りに、電子装置メーカ（ＯＥＭ）はバッテリコン
パートメントを裏張りするように断熱材を使用することが可能である。従って、
バッテリコンパートメントの外側表面または内部表面（又は、内外両表面）のい
ずれかを裏張りするように断熱を適用することが可能である。バッテリコンパー
トメントの壁部自体は、断熱材料製とするか、或いは、所定断熱値を持つことが
できる程度に十分厚くすることが可能である。バッテリコンパートメントの表面
を裏張りするように断熱材が試用される場合には、試用する断熱材の厚さは約１
ｍｍから１２ｍｍであることが望ましい。その代りに、断熱材は、電池をバッテ
リコンパートメントに挿入する以前に、ユーザによって、セルケーシング全体を
その中に滑り込ませることのできる断熱スリーブの形であっても差し支えない。
断熱スリーブはセルケーシングに恒久的に付着されるか、又は、手作業で取り去
ることのできる適合スリーブであっても差し支えない。断熱スリーブの厚さは約
１ｍｍから１２ｍｍの間であることが望ましい。断熱スリーブは、所定断熱値を
有する様々な従来型材料の中から選択可能である。この種の材料には、織物また
は非織物繊維材料、例えば、ポリスチレン、ポリオレフィン・ポリカーボネート
などのプラスチック、又は、ナイロン、コルク又はセルロイドなどのセルローズ
物質、発泡ポリスチレン、セラミックス及びエラストマ、及び、ポリウレタンな
どの発泡物質が含まれる。
【００２１】 セルケーシングに断熱措置が事前に施されている電池を対象とする性能改良デ
ータを後続する例および表に示す。同じ厚さの同じ断熱材料がバッテリコンパー
トメントを裏張りするように使用されている場合、或いは、ユーザによって、電
池をバッテリコンパートメント内に挿入する以前に、セルケーシング全体を収容
する断熱スリーブとして施工されている場合には、ほぼ同じ性能改良結果が予測
されることを理解されたい。
【００２２】 プラスチック又は発泡材料および他の従来型断熱材料によって断熱措置が実施
可能である。断熱材は、セルケーシングを被覆するか又はセルケーシング上に押
し出し施工されるか、或いは、巻き付けテープの形で施工されても差し支えない
。断熱措置は、層間空隙を備えるか又は備えない同じか又は異なる材料の１つ又
は複数の層によって構成される。セルケーシングの周りの断熱材は その表面に
不連続、遮断、または、間隙が有っても差し支えない。従って、断熱材は、セル
ケーシング（ハウジング）と周囲環境との間に介在する任意の断熱材料または断
熱合成材料であっても差し支えない。断熱材料という用語は、所定断熱値を有す
る実質的に任意の物質が広範囲に亙って含まれるように意味することを意図した
ものである。この場合の所定断熱値を有する物質とは約４．１４ｘ１０-2ｃａｌ
／［（ｓｅｃ）（ｃｍ）（°Ｋ）］未満に等価な約１０ＢＴＵ／［（ｈｒ）（ｆ
ｔ）（°Ｆ）］未満の熱伝導率を有する物質であることが好ましい。断熱材料の
熱伝導率は約４．１４ｘ１０-3ｃａｌ／［（ｓｅｃ）（ｃｍ）］（°Ｋ）］未満
に等価な約１．０ＢＴＵ／［（ｈｒ）（ｆｔ）（°Ｆ）］未満であることが好ま
しい。
【００２３】 代表的な一次亜鉛／二酸化マンガンアルカリＡＡ電池７１０は二酸化マンガン
微粒子を用いて作成可能である。ＡＡ電池は内外表面がニッケルめっきされた鋼
製セルケーシング（ハウジング）７２０を用いて作成される。ケーシングの内側
表面は、例えば炭素のような導電性物質を用いて被覆可能である。ここに示す諸
例において用いられるケーシングは炭素被覆されている。従来型の陰極および陽
極混合物質、電解質、及び、分離膜（セパレータメンブレイン）が用いられてい
る。本発明の断熱層７７５はケーシング７２０上に施工可能である。断熱層７７
５はセルケーシングの主要部分、例えば５０％以上を覆うことが望ましく、ケー
シング表面の７５％以上を覆うことが好ましく、全ケーシング（長さ方向）表面
を覆うことが更に好ましい。断熱層７７５は単一または複層によって構成可能で
あり、回旋状表面、又は、その中に不連続部分または開口部を有する表面であっ
ても差し支えない。
【００２４】 断熱材７７５の室温における熱伝導率は約４．１４ｘ１０-5から４．１４ｘ１
０-2ｃａｌ／［（ｓｅｃ）（ｃｍ）（°Ｋ）］の間に等価な約０．０１から１０
ＢＴＵ／［（ｈｒ）（ｆｔ）（°Ｆ）］の間であることが望ましく、室温におけ
るプラスチックに関しては約４．１４ｘ１０-5から４．１４ｘ１０-2ｃａｌ／［
（ｓｅｃ）（ｃｍ）（°Ｋ）］の間に等価な約０．０１から１０ＢＴＵ／［（ｈ
ｒ）（ｆｔ）（°Ｆ）］の間であることが好ましい。
【００２５】 断熱材７７５の厚さは約２５０ミクロン（１０ミルまたは０．２５ｍｍ）から
１５ｍｍ（これ以上）であることが望ましく、約５００のミクロン（２０ミルま
たは０．５ｍｍ）から１５ｍｍ（これ以上）の間であることが好ましい。断熱材
の厚さは約１０００ミクロン（１ｍｍ）から１５ｍｍの間であることが望ましく
、約２０００ミクロン（２ｍｍ）から１５ｍｍの間であることが好ましく、約２
０００ミクロン（２ｍｍ）から１２ｍｍの間であることが更に好ましい。断熱材
の厚さは約３０００のミクロン（３ｍｍ）から１５ｍｍの間であることが有利で
あり、約３０００ミクロン（３ｍｍ）から１２ｍｍの間であることが好ましい。
Ｄ電池の外側直径と等しくなるようにＣ電池の外側表面に断熱材を追加する場合
には、断熱材の厚さは３．８４ｍｍ（０．３８４ｃｍ）である。Ｄ電池の外側直
径と等しくなるようにＡＡ電池の外側表面に断熱材を追加する場合には、断熱材
の厚さは９．４７ｍｍ（０．９４７ｃｍ）である。Ｄ電池の外側直径と等しくな
るようにＡＡ電池の外側表面に断熱材を追加する場合には、断熱材の厚さは１１
．３７ｍｍ（１．１４ｃｍ）である。Ｄ電池の外側直径と等しくなるようにＡＡ
Ａ電池の外側表面に断熱材を追加する場合には、断熱材の厚さは１２．６ｍｍ（
１．２６ｃｍ）である。
【００２６】 断熱材は広範囲に亙る物質の中から選択可能である。詳細には、プラスチック
、ゴム、又は、セラミックスのクラスから特定材料が選定される。断熱材はケー
シングに巻きつけ可能に十分な柔軟性を持つ単一または多重層の可塑性薄膜であ
ることが望ましい。これらのクラスの中の特に望ましい材料はコルク、煉瓦、セ
ルロイド、マイラ箔、好ましくはナイロン又はポリスチレン又はウレタン発泡物
質である。例えばナイロン、ポリスチレン、又は、ポリウレタンフォーム（発泡
材）などの材料が好ましい。理由は、これらの材料が比較的安価であり、熱伝導
率が４．１４ｘ１０-3から４．１４ｘ１０-3ｃａｌ／［（ｓｅｃ）（ｃｍ）（°
Ｋ）］に等価な約０．０１から１．０ＢＴＵ／［（ｈｒ）（ｆｔ）（°Ｆ）］の
間であって低く、例えば付着によってセルケーシングに容易に施工可能であるこ
とによる。
【００２７】 断熱材７７５は層の内側表面が接着剤で覆われた断熱層の形で使用可能である
。断熱材は、好ましくは図１に示すようにケーシング外側表面全体にセルケーシ
ングに付着するようにセルケーシングに巻きつけ可能である。断熱材は、例えば
鋳造または浸せき被覆、又は、押出しによる他の方法によってセルケーシングに
施工される断熱薄膜の形であっても差し支えない。
【００２８】 次に、従来型のセルラベル７７０は断熱層７７５の外側表面に施工可能である
。セルラベル７７０はその内側表面上に粘着性被覆を備えても差し支えなく、従
って本ラベルは断熱層の周りに巻きつけ可能である。その代りに、本ラベルは例
えばポリビニルクロライド又はポリプロピレンなどのような熱可塑性物質および
断熱層上で熱収縮する物質の形であっても差し支えない。その代りに、セルラベ
ルは、断熱７７５をセルケーシングへ添付する以前に断熱層の外側表面へ事前に
付着させても差し支えない。従来型のセルラベル７７０は、柔軟かつポリビニル
クロライド（ＰＶＣ）薄膜の形であり得るが、熱収縮可能である。ただし、ポリ
エチレンｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅフィルムは、または ポリエチレン・テレ
フタレート薄膜（ＰＥＴ）又はグリコール性ポリエチレン・テレフタレート薄膜
（ＰＥＴＧ）又はポリプロピレンも望ましい。ラベル７７０は一般的に単一また
は二重層であるが、単一層（プライ）であることが好ましい。セルラベル７７５
の厚さは、通常、１０ミル（２５０ミクロン）未満であり、一般に５ミル（１２
５ミクロン）未満であり、約３から５ミル（７５から１２５ミクロン）の間であ
ることが好ましい。この種のラベルは、例えば、米国特許第４，６０８，３２３
号、及び、第５，４４３，６６８号に開示されている。この種厚さの本ラベルは
無視できる程度の断熱性を提供する。
【００２９】 ラベル７７０は断熱材７７５内に統合可能であるか、又は、ラベルの代りに断
熱材を使用可能であることを理解されたい。後者の場合には、印刷済み材料を断
熱材７７５に直接添付することが可能であり、ラベルという用語は、特許請求の
範囲に使用されているように、断熱材料に含まれている印刷物を意味することを
意図する。
【００３０】 陽極材料は水銀を含まない（水銀ゼロ添加）亜鉛合金粉末を含むゲル化した混
合物のであり得る。この種混合物は一般に水性ＫＯＨ電解溶液、例えばＢ．Ｆ．
ＧｏｏｄｒｉｃｈからのＣＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０のようなアクリル酸共重合
体などのゲル化剤、および、例えばＲｈｏｎｅ Ｐｏｕｌｅｎｃからの有機リン
酸エステル界面活性剤ＧＡＦＡＣ ＲＡ６００などの界面活性剤を含む。この種
混合物は説明を目的とするものであり、本発明を限定することを意図するもので
はない。亜鉛陽極用に使用される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。亜鉛スラリに追加可能な他の有機添加物は欧州特
許広報第０４７４３８２Ａ１号に開示されている。分離膜は、ポリビニルアルコ
ール及びセルローズ（レーヨン）繊維物を含む非織物物質の従来型イオン浸透膜
であり得る。電解質は、約７−１１ＮｏｒｍａｌのＫＯＨおよび２ｗｔ％のＺｎ
Ｏを含み今後「水性ＫＯＨ溶液」と呼ばれるＫＯＨの水溶液である。
【００３１】 電池内の陰極は次に示す組成であることが望ましい。即ち： 電解二酸化マンガン（８０−８７ｗｔ％）、グラファイト（７−１０ｗｔ％）
、および、７−１０Ｎｏｒｍａｌ（「約３０−４０ｗｔのＫＯＨ濃度の水性ＫＯ
Ｈ溶液」）（５−７ ｗｔ％）；ポリエチレン又はポリアクリルアミド結合剤（
０．１から０．５ ｗｔ％）。この種陰極混合物は説明を目的とするものであっ
て、本発明を限定することを意図するものでない。
【００３２】 陽極物質は次に示す組成であることが望ましい。即ち； ６２から６９ｗｔ％（インジウムを含む亜鉛９９．９ｗｔ％）の亜鉛合金粉末
、（３８ｗｔ％のＫＯＨおよび約２ｗｔ％のＺｎＯ）を含む水性ＫＯＨ溶液；Ｃ
ＡＲＢＯＰＯＬ Ｃ９４０（Ｂ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈ）クロスリンクしたアク
リル酸高分子ゲル化剤（０．３から２ｗｔ％の間）およびＷａｔｅｒｌｏｃｋ
Ａ−２２１（Ｇｒａｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｏ．）澱粉バックボーン接
合された水分解済みポリアクリルニトリル（０．０１から０．５ｗｔ．％の間）
；ＲＭ−５１０（Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃ）ジオニルフェノールリン酸エス
テル界面活性剤（５０ｐｐｍ）。亜鉛合金の平均粒子サイズは約３０から３５０
ミクロンの間であることが望ましい。陽極内亜鉛のバルク密度（陽極多孔度）は
陽極１ｃｍ3当たり約１．７５から２．５グラムの間の亜鉛である。陽極内水性
電解溶液の体積％は陽極体積当たり約６５．０から７５．５％パーセントである
。
【００３３】 各場合における分離体（セパレータ）はセルローズ（レーヨン）の非織物物質
の内側層およびポリビニルアルコール繊維およびセロハンの外側層を有する従来
型イオン多孔性セパレータであった。この種物質は説明を目的とするものであっ
て、本発明を限定することを意図するものでない。ＭｎＯ2（１グラムのＭｎＯ2 当たり３７０ｍＡｍｐ−ｈｒに基づく）のｍＡｍｐ−ｈｒ容量を亜鉛合金のｍＡ
ｍｐ−ｈｒ容量（１グラムの亜鉛合金当たり８２２ｍＡｍｐ−ｈｒに基づく）に
よって割算した値が約１であるような従来型仕方においてテスト済み電池はバラ
ンス調整された。
【００３４】 代表的なアルカリ電池の構成を図１に示す。アルカリ電池７１０は閉止端末部
７１４と開口端末部７１６を備えた円筒形鋼製ケーシング７２０を有する。電池
にはＭｎＯ2を含む陰極７１２と亜鉛を含む陽極７１５と電解質とが充填される
。陽極内の電解質はＫＯＨの従来型混合物とＺｎＯとゲル化剤とを含む。陰極７
１２は一連の圧縮された環状ブロック７１２ａの形で供給可能である。陰極ブロ
ック７１２ａは、図１に示すようにそれらの外側表面がケーシング７２０の内側
表面７５０に接触するように電池内に挿入される。陽極と陰極は、例えばポリビ
ニルアルコール及びセルローズ繊維物質を含む従来型イオン多孔性セパレータ７
９０によって分離可能である。電池６１０が充填された後で、断熱プラグ７６０
が開口端６１６に挿入される。断熱プラグ７６０は、ポリプロピレン、タルク充
填ポリプロピレン、硫化ポリエチレン、または、ナイロンであって差し支えない
。図１に示すように、プラグ７６０は開口端７１６内の所定位置に固定されるよ
うに、周囲段７１８の周りにキチンと取り付けられることが好ましい。プラグ７
６０は、電池内のガス圧力が事前決定されたレベルを超過する程上昇した場合に
、破裂してガスが逃げることを可能にするように設計されたコイン状の薄くされ
た一体構造部分７８５を備えることがあり得る。ケーシング７２０の周辺縁（エ
ッジ）７２７は断熱プラグ７６０の最上面上にクリンプされる。紙断熱ワッシャ
７８０はケーシング７２０のクリンプされた周辺縁７２７上に配置される。断熱
ワッシャ７８０はポリエチレン被覆された紙ワッシャでもよい。
【００３５】 端子エンドキャップ７３０は電流コレクタ７４０の頭部に溶接される。次に、
エンドキャップ６３０が断熱ワッシャ７８０に接触するように細長い電流コレク
タ７４０が断熱プラグ７６０の開口小孔７４４に挿入（強制取り付け）される。
電流コレクタ７４０は電流コレクタ金属として有用であると考えられるよく知ら
れた、例えば、真鍮、錫めっきされた真鍮、青銅、銅、または、インジウムめっ
きされた真鍮などの様々な導電性金属から選択可能である。テスト電池に用いら
れる電流コレクタ７４０は真鍮であった。電流コレクタ７４０が開口小孔７４４
に挿入される前に、従来型アスファルトシーラント（密封剤）を電流コレクタの
周りに前以て施工しておいても差し支えない。本発明の断熱層７７５は包み込ま
れ、押し出され、熱収縮されるか、又は、ケーシング７２０全体を覆うように挿
入される。断熱層７２０は、ケーシング７２０に付着するようにその内側表面に
接着剤を備えることが可能である。印刷済み情報を含む薄膜ラベル７７０は断熱
層７７５の周りに添付可能である。端子エンドキャップ７３０はアルカリ電池７
１０の負端子になり、ケーシング７２０の閉止端におけるピップ７２５は正端子
になる。
【００３６】 図１に示す電池７１０はＡＡ電池であり得る。ただし、図１に示すアルカリ電
池は一切の特定サイズを限定することを意図するものではない。従って、本発明
はＡＡＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、及び、Ｄサイズの円筒形アルカリ電池、ならび
に、あらゆるサイズ又は形状のボタンサイズアルカリ電池に適用可能である。ア
ルカリ電池７１０は、断熱層７７５がセルケーシング７２０の周りに施工される
ということを除けば、如何なる特定の電池の化学的性質または電池サイズも限定
することを意図するものでない。従って、電池７１０には、ゼロ添加水銀（電池
全重量に対して５０ｐｐｍ未満の水銀、好ましくは電池全重量に対して１０ｐｐ
ｍ未満の水銀）を含むそれら及びそれらの変体を含む従来型アルカリ電池の化学
作用が含まれ得る。例えば、この種の代表的化学作用は、引用によってここに組
み込み済みの米国特許第５，４０１，５９０号に開示されている。また、本発明
の電池７１０は一切の追加鉛を含まず、従って実質的に一切の鉛を含まないこと
、即ち、鉛の全含有量は３０ｐｐｍ未満であることが好ましく、陽極の全金属含
有量の１５ｐｐｍ未満であることが望ましい。同様に、本発明は主として一次ア
ルカリ電池に向けられているが、陽極および陰極化学作用は、当該技術分野にお
いて知られているように、これらの電池が二次（充電可能な）電池となるように
調節可能である。
【００３７】 前述の電池（図１）はテスト電池として作成され、かつ使用されるＡＡＡＡ、
ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、または、Ｄ電池であり得る。ＣおよびＤテスト電池は上述の
場合と同様に作成されたが、陽極組成は以下の諸例に示す通りである。Ｃ及びＤ
電池はこれらの諸例においてテスト電池として使用された。各場合における陰極
組成および電池構成成分は上述の場合と同じであった。次の特定陰極組成は以下
の諸例において使用可能である：ＭｎＯ2−８６．５ｗｔ．％；グラファイト６
．３ｗｔ．％；水性ＫＯＨ溶液（３８ｗｔ．％ＫＯＨ）６．９ｗｔ．％、および
、ポリエチレン結合剤０．３ｗｔ．％。以下の諸例における電池に関する陽極組
成、亜鉛の濃度と粒子サイズ、ゲル化剤および電解質組成は記述の通りである。
テストされたＣ及びＤ電池のバルク密度は１ｃｍ3の陽極当たりそれぞれ約７．
０５１及び７．０９１グラムの亜鉛を含む。実際の亜鉛密度は７．１４ｇ／ｃｍ 3 であった。陽極における水性電解溶液の体積％は陽極の体積に対してそれぞれ
約２９．４および２９．６％であった。Ｃ電池の陽極における亜鉛の量は１２．
０４グラムであり、Ｄ電池の陽極における亜鉛の量は２３．７３グラムであった
。Ｃ電池に関する陽極の理論容量は９．９０Ａｍｐ−Ｈｒｓであり、Ｄ電池に関
する陽極の理論容量は１９．５１Ａｍｐ−Ｈｒｓであった。電池は、ＭｎＯ2（
ＭｎＯ2１グラム当た３７０ｍＡｍｐ−ｈｒに基づき）のｍＡｍｐ−ｈｒ容量を
亜鉛合金のｍＡｍｐ−ｈｒ容量によって割り算した値（亜鉛合金１グラム当たり
８２２ｍＡｍｐ−ｈｒに基づき）が約１であるように従来型の仕方において平衡
調整される。
【００３８】 例１は、上述したと同様に作成された比較用Ｃ電池の性能を示す。この電池は
セルケーシングとラベルの間に断熱層を備えていない。例２は 例１と同じＣ電
池であるが図１に示すように、セルラベルとケーシングの間に挿入され、外側表
面（長さ方向）全体のを覆う断熱層を備える。断熱材は、Ｃ電池にＤ電池と同じ
全直径、即ち３２．３１ｍｍの全直径を与えるように、均一な厚さ７．６７ｍｍ
のジイソシアン酸多糖類を伴ったウレタンフォームによって構成された。この物
質は、ケーシング表面の周りに巻きつけることによってケーシングに固定される
ようにその内側表面が接着剤で覆われていても差し支えない。例３は陽極と陰極
の組成および電池構成成分が例１におけるＣ電池と実質的に同じ比較用Ｄ電池で
ある。従って、例３におけるＤ電池は断熱層を含まない。
【００３９】 各々の例において、電池は高電力状態の下で放電され、性能が比較された。新
品電池は、１Ａｍｐおよび２Ａｍｐ連続放電において、０．８ボルトのカットオ
フ電圧まで高率連続放電された。新品電池は、１．５オーム一定抵抗において、
４分間放電し、続いて１１分間休止する断続放電され、このサイクルは０．８ボ
ルトのカットオフ電圧まで１日当たり８時間に亙って連続的に実施された。（こ
れは、高強度フラッシュライトテストに相当する）。新品電池は、１日当たり１
Ａｍｐの一定電流ドレーンにおいて、０．８ボルトのカットオフ電圧まで連続的
に放電された。（これは、スーパブームボックス及びポータブルカラーテレビセ
ットにおける使用をシミュレートする）。
【００４０】 各テスト毎の電池性能を次の表１および２に示す。
【００４１】 表１ 電池の性能 ０．８Ｖカットオフまでの連続放電データ １Ａ連続（使用時間） ２Ａ連続（使用時間） 例１（Ｃ電池：断熱無し） ２．７８６ ０．７５８ 例２（Ｃ電池：断熱有り） ４．４８６ １．４１１例３（Ｄ電池：断熱無し） ３．６３７ ２．０４７
【００４２】 表１から分かるように、両テストにおいて、断熱材（例２）で包まれたＣ電池
は断熱無し（例１）の同一電池よりも更に良好な性能（使用時間）を与える。ま
た、断熱材で包まれた例２のＣ電池の性能と例３のＤ電池（断熱無し）の性能を
比較することによって明白となる事実を次に示す。１．０における性能。断熱有
りのＣ電池に関する連続放電は断熱無しのＤ電池よりも実際に良好である。更に
、断熱有りのＣ電池の性能（使用時間）は、断熱有り電池の方が有利であるため
に、１．０及び２．０Ａｍｐ連続放電においてそれぞれ６１％及び８６％だけ改
良される。従って、アルカリ電池を断熱することにより連続放電における性能に
利益が得られるという結論に達する。
【００４３】 表２ 電池の性能 ０．８Ｖカットオフまでの断続放電データ １．０Ａ１時間／日 1.5オーム ４分 （使用時間） （オン）／１１分 （オフ）：８時間 ／日（使用時間） 例１（Ｃ電池：断熱無し） ４．２５ ８．６９ 例２（Ｃ電池：断熱有り） ４．２４ ８．６９例３（Ｄ電池：断熱無し） ６．０８ １９．５ 注記：１．０Ａｍｐにおける断続放電は、０．８ボルトカットオフに到達する
まで、１日当たり１時間だけ１．０Ａｍｐにおいて電池放電を実施したことを意
味する。断続放電は、０．８ボルトカットオフに到達するまで、１．５オームに
おいて４分間電池放電、続いて１１分間休止（放電無し）の１日当たり８時間サ
イクルを実施したことを意味する。
【００４４】 表２から分かるように、断熱材で包まれたＣ電池（例２）は、断熱無し電池（
例１）と同じように、両断続テストにおいて同様の性能を与える。また、断熱材
で包まれた例２のＣ電池の性能と例３のＤ電池（断熱無し）の性能を比較するこ
とによって明白となる事実を次に示す。断熱有りＣ電池の性能はＤ電池（断熱無
し）に等価でなく、アルカリバッテリの容量収量は断続放電テストに関して改良
されない。アルカリ電池に断熱を施すことによって、連続放電に際しては性能が
改良されるが、前述の断続テスト方式においては改良されないことが、データか
ら結論される。
【００４５】 鋼製ケーシング７２０の内側表面７５０と外部周囲温度との間における全体の
熱伝達係数Ｕ0は、断熱層有り及び無しの異なるサイズのアルカリ電池に関して
決定可能である。全体の熱伝達係数はケーシングの内側表面７５０に基づく。計
算を実施するために、外部周囲温度は２５°Ｃであり、ラベル７７０は厚さ１０
０ミクロン（０．０１ｃｍ）のポリビニルクロライド（接着剤およびインクを含
む）であると仮定するものとする。ラベル７７０の熱伝導率は約４．１４ｘ１０ -4 Ｃａｌ／［ｓｅｃ ｃｍ °Ｋ］である。ケーシング７２０は厚さ約０．２５
４ｍｍ（０．０２５４ｃｍ）のニッケルめっき鋼製であり、熱伝導率は０．２Ｃ
ａｌ／［ｓｅｃ ｃｍ °Ｋ］である。計算実施に際して、好ましい断熱材７７
５は熱伝導率が２．０７ｘ１０-4Ｃａｌ／［ｓｅｃ ｃｍ °Ｋ］に等価な約０
．０５ ＢＴＵ／［ｈｒ ｆｔ °Ｆ］の物質である。
【００４６】 円筒形管材の壁体を通過する熱伝達に適用される前述の関係を方程式１に示す
。ここにＵ0はケーシング内側表面Ｑおよび熱伝達率（Ｃａｌ／ｓｅｃ）に基づ
く全体の熱伝達係数であり、ｒ０はケーシング内側表面までの半径であり、Ｔ０ はケーシング内側表面の温度であり、Ｔａは周囲温度、Ｌは電池の長さである。
【数１】 ここに、全体の熱伝達係数Ｕ0は次のように算定可能である：
【数２】
【００４７】 例２において、Ｃセルケーシングは、この電池の外側直径をＤ電池の場合と同
じにするように断熱材を装備する。この場合の断熱材厚さは３．８４ｍｍ（０．
３８４ｃｍ）である。室温における鋼製ケーシングの熱伝導率はｋ０１＝０．２
Ｃａｌ／［ｓｅｃ ｃｍ °Ｋ］である。本断熱材のｋ12は２．０７ｘ１０-4Ｃ
ａｌ／［ｓｅｃ ｃｍ °Ｋ］であるものと仮定する。（これは、多くのプラス
チックの特性としての熱伝導率０．０５ＢＴＵ／［ｈｒ ｆｔ °Ｆ］に等価で
ある）。
【００４８】 ポリビニルクロライドラベルの熱伝導率ｋ２３は約４．１４ｘ１０-4Ｃａｌ／
［ｓｅｃ ｃｍ °Ｋ］である。周囲空気の熱伝達係数ｈ３は約４．１４ｘ１０ -2 Ｃａｌ／［ｓｅｃ ｃｍ２ ０Ｋ］である。図２に示すように、ｒ0はケーシ
ングの内側表面までの半径である。（Ｃ電池の場合、ｒ０＝１．２５ｃｍ）。ま
た、図２に示すように、ｒ０はケーシングの外側表面までの半径であり、ｒ２は
断熱材の外側表面までの半径であり、ｒ３はラベルの外側表面までの半径である
。Ｃ電池のｒ１／ｒ０比は１．２７５ｃｍ／１．２５ｃｍ＝１．０２である。ｒ ２ ／ｒ１比は１．６６ｃｍ／１．２７５ｃｍ＝１．３０である。断熱材の厚さは
０．３８４ｃｍである。ラベルの厚さは１００ミクロン（０．０１ｃｍ）である
ものと仮定する。ｒ３／ｒ２比は１．６７ｃｍ／１．６６ｃｍ＝１．０１である
。
【００４９】 前述の値方程式２に代入することにより全体の熱伝達係数Ｕ0は次のように算
定される：
【数３】
【００５０】 全体の熱伝達方程式は方程式１と同じである。ここにＱは熱伝達率（Ｃａｌ／
ｓｅｃ）であり、Ｔ０はケーシング内側表面の温度であり、Ｔａは周囲温度であ
り、Ｌは電池の長さである：
【数４】
【００５１】 比較のために、断熱材無しの同じＣ電池（例１参照）に関する全体の熱伝達係
数Ｕ0を算定可能である。この場合において、ｒ２＝ｒ１；ｒ０＝１．２５ｃｍ
；ｒ１／ｒ０＝１．２７５／１．２５＝１．０２；ｒ３／ｒ２＝１．２８５／１
．２７５＝１．０１であり、ここに、ｒ０はケーシングの内側表面までの半径で
あり、ｒ１＝ｒ２はケーシングの外側表面までの半径であり、ｒ３はラベルの外
側表面までの半径である。ケーシングの熱伝導率はｋ０１であって、ラベルの熱
伝導率はｋ２３であり、室温における周囲空気の熱伝達係数はｈ３である。
【数５】
【００５２】 従って、例２におけるＣ電池の熱伝達係数は全体の熱伝達係数Ｕ0であった。
全体の熱伝達係数Ｕ0は０．０００６１３／０．０１９＝０．０３２であり、断
熱材で包まれていない同じＣ電池のそれの約３％であった。
【００５３】 これとは逆に、断熱材によってＣ電池を包むことによって全体の熱伝達係数Ｕ 0 の低下は約９７％であった。これは、ケーシングの内側表面温度および電池の
内部温度を著しく上昇させ、それによって電池の性能を遥かに向上させる。
【００５４】 厚さ２ｍｍ（０．２ｃｍ）の断熱材を用いて前述の計算を行った場合には、全
体の熱伝達係数Ｕ0は０．００１０７Ｃａｌ／［ｃｍ２ ｓｅｃ °Ｋ］として
算定される。これは、断熱無しの同じ電池の熱伝達係数の０．００１０７／０．
０１９、又は、５．６％であり、全体の熱伝達係数における９４．４％減少に相
当する。
【００５５】 厚さ１ｍｍ（０．１ｃｍ）の断熱材を用いて前述の計算を行った場合には、全
体の熱伝達係数Ｕ0は０．００２０Ｃａｌ／［ｃｍ２ ｓｅｃ °Ｋ］として算
定される。これは、断熱無しの同じ電池の熱伝達係数の０．００２０／０．０１
９、又は、１０．９％であり、全体の熱伝達係数における８９．５％減少に相当
する。厚さ０．５０ｍｍ（５００ミクロン）の断熱材を用いて前述の計算を行っ
た場合には、全体の熱伝達係数Ｕ0は０．００３６０Ｃａｌ／［ｃｍ２ ｓｅｃ
°Ｋ］として算定される。これは、断熱無しの同じ電池の熱伝達係数の０．０
０３６／０．０１９、又は、１８．９５％であり、全体の熱伝達係数における８
１．０５％減少に相当する。厚さ０．２５ｍｍ（２５０ミクロン又は０．０２５
ｃｍ）の断熱材を用いて前述の計算を行った場合には、全体の熱伝達係数Ｕ0は
０．００６１Ｃａｌ／［ｃｍ２ ｓｅｃ °Ｋ］として算定される。これは、断
熱無しの同じ電池の熱伝達係数の０．００６１／０．０１９、又は、３２．１％
であり、全体の熱伝達係数における６７．９％減少に相当する。従って、断熱材
の厚さが約０．２５から４ｍｍ、望ましくは約０．５から４ｍｍの間である場合
には、セルケーシングに断熱を施すことによって全体の熱伝達係数Ｕ0は少なく
とも６５％、一般的には７５％、更に一般的には少なくとも９０％だけ容易に低
下させることが可能であることが確認された。断熱材の厚さは約１から４ｍｍの
間であることが望ましく、約２から４ｍｍの間であることが好ましい。厚さ０．
１ｍｍ（１００ミクロン又は０．０１ｃｍ）の断熱材を用いて前述の計算を行っ
た場合には、全体の熱伝達係数Ｕ0は０．０１０７Ｃａｌ／［ｃｍ２ ｓｅｃ
°Ｋ］として算定される。これは、断熱無しの同じ電池の熱伝達係数の０．０１
０７／０．０１９、又は、５６．３％であり、全体の熱伝達係数における４３．
７％減少に相当する。厚さ０．０２ｍｍ（２０ミクロン又は０．００２ｃｍ）の
断熱材を用いて前述の計算を行った場合には、全体の熱伝達係数Ｕ0は０．０１
７７Ｃａｌ／［ｃｍ２ ｓｅｃ °Ｋ］として算定される。これは、断熱無しの
同じ電池の熱伝達係数の０．０１７７／０．０１９、又は、９３．２％であり、
全体の熱伝達係数における６．８％減少に相当する。
【００５６】 例１のＣ電池は種々異なる厚さの断熱材を用いて包まれた。用いられた断熱材
はスコッチブランド幅１／２インチポリウレタン両面テープ（３ＭＣｏｍｐａｎ
ｙ）であった。断熱材は１ｍｍ、２．５ｍｍ及び４ｍｍの断熱厚さまで（半径方
向に測定）セルケーシングの周りに連続的に巻き付けられた。（断熱厚さ４ｍｍ
において、Ｃ電池の全直径はほぼＤ電池の場合に等しくなった。）断熱された電
池には断熱材を覆って厚さ約１００のミクロンの従来型ポリビニールクロライド
製ラベルが添付可能である。例を比較するために用いられた全ての対照（断熱無
し）電池には、セルケーシングに巻きつけられた従来型１００ミクロンポリビニ
ルクロライドラベルが用いられた。断熱有り電池は０．９Ｖおよび０．８Ｖカッ
トオフまで１．０アンペアで連続放電された。
【００５７】 電池容量（Ａｍｐ−ｈｒ）が記録され、同様に放電された断熱無しＣ電池の容
量と比較された。（断熱無しＣ電池は、セルケーシングに巻きつけられた厚さ約
１００ミクロンの従来型ＰＶＣラベルのみを備えた。）同じ断熱厚さで包まれた
新品Ｃ電池を用いて同じ実験が実施された。ただし、これらの電池は０．５アン
ペアの連続放電において連続的に放電された。電池容量（Ａｍｐ−ｈｒ）が記録
され、同様に放電された断熱無しＣ電池の場合と比較された。
【００５８】 断熱無しＡＡ電池の容量と比較した種々異なる断熱厚さのＡＡ電池の電池容量
（Ａｍｐ−Ｈｒｓ）に関する性能テスト結果を表３Ａに示す。断熱無しＡＡ電池
のエネルギ出力と比較した種々異なる断熱厚さのＡＡ電池の電池エネルギ出力（
Ｗａｔｔ−Ｈｒｓ）に関する性能テスト結果を表３Ａに示す。（図２に示すよう
に、断熱厚さは半径方向の厚さである（ｒ２−ｒ１））。テストされた全ての電
池には、セルケーシングを覆って厚さ約１００ミクロンの従来型ポリビニルクロ
ライドラベルが備えられた。このラベルは断熱材の一部とは見なされない。
【００５９】 表３Ａ 断熱有りＣ電池の０．５Ａｍｐ連続放電 断熱厚さ ｍｍ 電池容量収量（Ａｍｐ−ｈｒ） ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） ０（対照） ３．９９３ ４．８００ １．０ ４．４０５ ４．９２７ ２．５ ４．６５７ ５．１６７ ４．０ ４．６７２ ５．１２７ 断熱有りＣ電池の１．０Ａｍｐ連続放電 断熱厚さ ｍｍ 電池容量収量（Ａｍｐ−ｈｒ） ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） ０（対照） １．８５４ ２．６２９ １．０ ２．０１１ ２．７９７ ２．５ ２．２８４ ３．００８ ４．０ ２．３１８ ３．０１５ 断熱有りＣ電池の０．５Ａｍｐ連続放電（％） 断熱厚さ ｍｍ Ａｍｐ−ｈｒ．対照を越えて増大 ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） １．０ １０．３ ２．６ ２．５ １６．６ ７．６ ４．０ １７．０ ６．８ 断熱有りＣ電池の１．０Ａｍｐ連続放電（％） 断熱厚さ ｍｍ Ａｍｐ−ｈｒ．対照を越えて増大 ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） １．０ ８．５ ６．４ ２．５ ２３．２ １４．４ ４．０ ２５．０ １４．７ 表３Ｂ 断熱有りＣ電池の０．５ Ａｍｐ連続放電（％） 断熱厚さ ｍｍ 電池エネルギ（Ｗａｔｔ−Ｈｒｓ） ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） ０（対照） ４．２９６ ４．９８５ １．０ ４．８７９ ５．３２６ ２．５ ５．１５３ ５．５９１ ４．０ ５．２２７ ５．６１６ 断熱有りＣ電池の１．０Ａｍｐ連続放電 断熱厚さ ｍｍ 電池エネルギ（Ｗａｔｔ−Ｈｒｓ） ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） ０（対照） １．９８０ ２．６４１ １．０ ２．１４４ ２．８１５ ２．５ ２．４３４ ３．０５１ ４．０ ２．４８７ ３．０８１ 断熱有りＣ電池の０．５Ａｍｐ連続放電（％） 断熱厚さ ｍｍ Ｗａｔｔ−Ｈｒｓ，対照を越えて増大 ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） １．０ １３．６ ６．８ ２．５ １９．９ １２．２ ４．０ ２１．７ １２．７ 断熱有りＣ電池の１．０Ａｍｐ連続放電（％） 断熱厚さ ｍｍ Ｗａｔｔ−Ｈｒｓ，対照を越えて増大 ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） １．０ ８．３ ６．６ ２．５ ２２．９ １５．５ ４．０ ２５．６ １６．７
【００６０】 結果的に約１．０から４ｍｍの断熱厚さ（ｒ２−ｒ１）になるようにポリウレ
タンテープ（Ｓｃｏｔｃｈ Ｂｒａｎｄの両面ポリウレタンテープ）断熱材を巻
き付けたＡＡアルカリ電池は０．５Ａｍｐドレーンで０．８Ｖのカットオフ電圧
まで放電した電池に関して約２．６から６．８％の著しい容量改良が達成される
ことが容量収量データの比較結果によって示される。０．８ボルトまで放電され
た同じ断熱有り電池に関するエネルギ出力の改良百分率は約６．８から１２．７
％の間であった。
【００６１】 ０．８Ｖのカットオフ電圧までの１．０Ａｍｐドレーンで放電した電池に関し
て、約１．０から４ｍｍまでの間の薄い巻き付けられたポリウレタンテープ（Ｓ
ｃｏｔｃｈ Ｂｒａｎｄ両面ポリウレタンテープ）断熱材を備えたＡＡアルカリ
電池においては、約６．４から１４．７％までの間の著しい容量改良が得られる
こおとがデータによって示される。０．８まで放電した同じ断熱有り電池に関す
るエネルギ出力における改良百分率は約６．６から１６．７％までの間であった
。
【００６２】 次に、電池の末端部を露出させて電池本体がブロック内に確実に取り付けられ
るように、新品ＡＡアルカリ電池（Ｄｕｒａｃｅｌｌ Ｕｌｔｒａ）が厚さ１．
５インチ（３．８１ｃｍ）の スタイロフォームブロックに挿入された。これら
の電池は０．１から２．０Ａｍｐまでの間のレベルにおいて連続的な一定電流ド
レーンで放電された。次に、新品ＡＡアルカリ電池（Ｄｕｒａｃｅｌｌ Ｕｌｔ
ｒａ）は、一切の追加断熱無しに放電された。（全てのＡＡセルはケーシングに
巻きつけられた厚さ約１００ミクロンの印刷済みプラスチック製ラベルを備えて
供給される。）断熱有り及び断熱無しＡＡアルカリ電池（Ｄｕｒａｃｅｌｌ Ｕ
ｌｔｒａ）は０．１Ａｍｐから２．０Ａｍｐの間の一定電流ドレーンレベルにお
いて連続的に放電された。各々の場合における容量収量（Ａｍｐ−Ｈｒ）は、当
該電池が０．９Ｖおよび０．８Ｖの電圧カットオフレベルに到達したときに記録
された。各々の断熱有りおよび断熱無し電池に関する放電容量収量ならびに追加
断熱に起因する百分率増加を表４に示す。
【００６３】 表４ 電流(Amp):断熱無し 電池容量収量（Ａｍｐ−ｈｒ）ＡＡアルカリ ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） ２．０ ０．３３６ ０．６２６ １．６ ０．５２１ ０．７９２ １．２ ０．７０７ ０．８８６ １．０ ０．８０８ １．０１４ ０．９ ０．８６４ １．０７６ ０．８ ０．９８７ １．１３６ ０．７ １．０９５ １．２３９ ０．６ １．２１４ １．３５７ ０．５ １．３４３ １．４４８ ０．３ １．７００ １．７６７ ０．２ ２．０５０ ２．１０３ ０．１ ２．３４８ ２．４１５ 電流(Amp):厚さ1.5インチ の発泡スチロールにより 電池容量収量（Ａｍｐ−ｈｒ）断熱されたAAアルカリ ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） ２．０ ０．７７２ １．１３４ １．６ １．０６４ １．２９５ １．２ １．２１０ １．４１５ １．０ １．３１９ １．５２４ ０．９ １．３６２ １．５５３ ０．８ １．４５３ １．６１３ ０．７ １．４８５ １．６５３ ０．６ １．５７４ １．７３３ ０．５ １．６２２ １．７９５ ０．３ １．８９０ １．９８０ ０．２ ２．１２０ ２．１７９ ０．１ ２．４１１ ２．５２３ 電流（Ａｍｐ） パーセント容量、対照を越えて増大 ０．９Ｖ（Cut-Off） ０．８Ｖ（Cut-Off） ２．０ １２９．７６ ８１．１５ １．６ １０４．３８ ６３．５１ １．２ ７１．１５ ５９．７１ １．０ ６３．２４ ５０．３０ ０．９ ５７．６４ ４４．３３ ０．８ ４７．２１ ４１．９９ ０．７ ３５．６２ ３３．４１ ０．６ ２９．６５ ２７．７１ ０．５ ２０．７７ ２３．９６ ０．３ １１．１８ １２．０５ ０．２ ３．４２ ３．６１ ０．１ ２．６８ ４．４７
【００６４】 容量（Ａｍｐ−ｂｒ）収量データの比較結果は、１．０から２．０Ａｍｐまで
の間の高電流ドレーンにおいて０．８Ｖまで放電される電池に関して断熱有りＡ
Ａアルカリ電池は容量におけ５０％から８０％の間の増加というかなりの百分率
改良を示すことを明らかにする。データは、断熱有りＡＡアルカリ電池は容量に
おける０．３Ａｍｐから１．０Ａｍｐの間の電流ドレーンにおける０．８Ｖまで
放電する電池に関して約１２％から５０％の間の改良という著しい百分率改良を
示すことを明らかにする。
【００６５】 特定の一実施形態は均一な厚さで施工された断熱層を示すが、例えば、断熱材
はその長さに沿って均一でない変化する厚さであるか、又は、切り欠き部分、穴
、間隙、または、他の物質で満たすか、又は、空の状態のままにしておいても差
し支えの無いその表面における他の不連続性を持つなどの変化が可能であること
を理解されたい。本発明は特定の実施形態に関して記述されたが、本発明の概念
から逸脱することなしに改変が可能であることを認識されたい。従って、本発明
は特定の実施形態に限定されることを意図するものでなくて、その範囲は特許請
求の範囲およびその等価物よって反映されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ケーシングの外側に断熱体を有するアルカリセル電池の横断面図である。
【図２】 種々層の半径に関する図１に示す電池の横断面概略図である。
【記号の説明】
７１０ アルカリ電池 ７１２ 陰極 ７１４ 閉止端 ７１５ 陽極 ７１６ 開口端 ７２０ ケーシング ７３０ 端子エンドキャップ ７４０ 電流コレクタ ７５０ 内側表面 ７６０ 断熱プラグ ７７５ 断熱層 ７７０ 薄膜ラベル ７８０ 断熱紙ワッシャ ７９０ 分離体（セパレータ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 スチュアート、エム．デイビス アメリカ合衆国マサチューセッツ州、ノー フォーク、ヌーン、ヒル、アベニュ、26 Ｆターム(参考） 5H011 AA02 AA10 BB03 CC02 KK01 5H024 AA03 AA14 CC02 CC14 DD01 EE09 FF07 HH00 HH13

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気化学電池であって、ハウジングと、正および負端子と、亜鉛を含む陽極と
    、水性アルカリ電解溶液とを有し、前記電池は更に前記ハウジングの周りに断熱
    材を有する電気化学電池。
  2. 【請求項２】 前記電池が更に前記ハウジングの周りにラベルを有する請求項１に記載の電池
    。
  3. 【請求項３】 前記ラベルの厚さが２５０ミクロン（１０ミル又は２５０ｘ１０-6ｍ）未満で
    ある請求項２に記載の電池。
  4. 【請求項４】 前記ラベルの厚さが約７５ミクロン（３ミル又は７５ｘ１０-6ｍ）から２５０
    ミクロン（１０ミル又は２５０ｘ１０-6ｍ）の間である請求項２に記載の電池。
  5. 【請求項５】 前記断熱材が前記ラベルと前記ハウジングの間に所在する請求項２に記載の電
    池。
  6. 【請求項６】 前記断熱材が前記断熱無しの同じ電池と比較して少なくとも６．５％だけ前記
    電池に関する全体の熱伝達係数Ｕ0を減少させる請求項１に記載の電池（ここに
    、Ｕ0は前記ケーシングの前記内側表面に基づき、かつ前記ケーシングの内側表
    面と前記電池の前記外側の周囲空気との間における全体の熱伝達係数である）。
  7. 【請求項７】 前記断熱材が前記断熱無しの同じ電池と比較して少なくとも４０％だけ前記電
    池に関する全体の熱伝達係数Ｕ0を減少させる請求項１に記載の電池（ここに、
    Ｕ0は前記ケーシングの前記内側表面に基づき、かつ前記ケーシングの内側表面
    と前記電池の前記外側の周囲空気との間における全体の熱伝達係数である）。
  8. 【請求項８】 前記断熱材が前記断熱無しの同じ電池と比較して少なくとも６５％だけ前記電
    池に関する全体の熱伝達係数Ｕ0を減少させる請求項１に記載の電池（ここに、
    Ｕ0は前記ケーシングの前記内側表面に基づき、かつ前記ケーシングの内側表面
    と前記電池の前記外側の周囲空気との間における全体の熱伝達係数である）。
  9. 【請求項９】 前記断熱材が前記ハウジングの前記表面を覆う請求項１に記載の電池。
  10. 【請求項１０】 前記断熱材が前記ハウジングの前記表面に付着する請求項９に記載の電池。
  11. 【請求項１１】 前記断熱材がその表面に開口部を有する請求項９に記載の電池。
  12. 【請求項１２】 前記断熱材の厚さが約５００のミクロン（２０ミル又は０．５０ｍｍ）から１
    ５ｍｍの間である請求項１に記載の電池。
  13. 【請求項１３】 前記断熱材の厚さが約１０００ミクロン（１ｍｍ）から１５ｍｍの間である請
    求項１に記載の電池。
  14. 【請求項１４】 前記断熱材の厚さが約２０００ミクロン（２ｍｍ）から１５ｍｍの間である請
    求項１に記載の電池。
  15. 【請求項１５】 前記断熱材の厚さが約３０００ミクロン（３ｍｍ）から１５ｍｍの間である請
    求項１に記載の電池。
  16. 【請求項１６】 前記断熱材の熱伝導率が約０．０１から１０ＢＴＵ／［ｈｒ ｆｔ °Ｆ］（
    ４．１４ｘ１０-5から４．１４ｘ１０-2ｃａｌ／［ｓｅｃ ｃｍ °Ｋ］）の間
    である請求項１に記載の電池。
  17. 【請求項１７】 前記断熱材の熱伝導率が約０．０１から１ＢＴＵ／［ｈｒ ｆｔ °Ｆ］（４
    ．１４ｘ１０-5から４．１４ｘ１０-3ｃａｌ／［ｓｅｃ ｃｍ °Ｋ］）の間で
    ある請求項１に記載の電池。
  18. 【請求項１８】 前記断熱材にはナイロンとポリスチレンとポリウレタンから成るグループから
    選択された材料が含まれる請求項１に記載の電池。
  19. 【請求項１９】 前記電池が二酸化マンガンで構成される陰極を有する請求項１に記載の電池。
  20. 【請求項２０】 前記水性電解溶液には水酸化カリウムが含まれる請求項１に記載の電池。
  21. 【請求項２１】 前記電池の全水銀含有量が全電池重量の２０ｐｐｍ未満である請求項１に記載
    の電池。
  22. 【請求項２２】 前記電池の全鉛含有量が前記陽極の全金属含有量の３０ｐｐｍ未満である請求
    項１に記載の電池。
  23. 【請求項２３】 前記陽極が前記電池内の前記水性アルカリ溶液の一部分を含み、前記陽極内の
    前記水性電解溶液の体積パーセントが前記陽極の約５８から８０体積パーセント
    である請求項１に記載の電池。
  24. 【請求項２４】 電気化学電池であって、ハウジングと、前記ハウジングの前記表面の周りのラ
    ベルと、正および負端子と、亜鉛を含む陽極と、水性アルカリ電解溶液と、分離
    体と、二酸化マンガンを含む陰極とを有し、前記電池が更に前記ハウジングと前
    記ラベルの間の断熱材を有し、前記断熱材が前記電池に関して全体の熱伝達係数
    Ｕ0を前記断熱無しの同じ電池に比較して少なくとも６．５％だけ減少させる電
    気化学電池（ここに、Ｕ0は前記ケーシングの前記内側表面に基づき、かつ前記
    ケーシングの内側表面と前記電池の前記外側の周囲空気との間における全体の熱
    伝達係数である）。
  25. 【請求項２５】 前記断熱材が前記電池に関して全体の熱伝達係数Ｕ0を前記断熱無しの同じ電
    池に比較して少なくとも４０％だけ減少させる請求項２４に記載の電池。
  26. 【請求項２６】 前記ラベルの厚さが２５０ミクロン（１０ミル又は２５０ｘ１０-6ｍ）未満で
    ある請求項２４に記載の電池。
  27. 【請求項２７】 前記ラベルの厚さが約７５ミクロン（３ミル又は７５ｘ１０-6ｍ）から２５０
    ミクロン（１０ミル又は２５０ｘ１０-6ｍ）の間である請求項２４に記載の電池
    。
  28. 【請求項２８】 前記断熱材の厚さが約１ｍｍから１２ｍｍの間である請求項２４に記載の電気
    化学電池。
  29. 【請求項２９】 前記断熱材の厚さが約２ｍｍから１２ｍｍの間である請求項２４に記載の電気
    化学電池。
  30. 【請求項３０】 電気化学電池の組合わせ体であって、ケーシングと、正および負端子と、亜鉛
    を含む陽極と、水性アルカリ電解溶液と、分離体および二酸化マンガンを含む陰
    極と、前記電池を収容するバッテリコンパートメントハウジングとを有し、前記
    バッテリコンパートメントハウジングが内側および外側表面と、前記電池と前記
    内側および外側表面の少なくとも１つとの間の断熱材とを有する電気化学電池の
    組合わせ体。
  31. 【請求項３１】 前記断熱材の厚さが約１ｍｍから１２ｍｍの間である請求項３０に記載の電気
    化学電池。
  32. 【請求項３２】 前記電池が更に前記セルケーシングの周りのラベルを有する請求項３０に記載
    の電池。
  33. 【請求項３３】 前記ラベルの厚さが２５０ミクロン（１０ミル又は２５０ｘ１０-6ｍ）未満で
    ある請求項３２に記載の電池。
  34. 【請求項３４】 前記断熱材が前記バッテリコンパートメントハウジングの前記内側表面の少な
    くとも一主要部分と接触している請求項３０に記載の組合わせ体。
  35. 【請求項３５】 前記断熱材が前記バッテリコンパートメントハウジングの前記外側表面の少な
    くとも一主要部分と接触している請求項３０に記載の組合わせ体。
  36. 【請求項３６】 電気化学電池であって、ハウジングと、正および負端子と、亜鉛を含む陽極と
    、水性アルカリ電解溶液と、分離体と、二酸化マンガンを含む一陰極とを有し、
    前記電池が更に前記ハウジングの周りの断熱材を有し、前記断熱材が前記セルケ
    ーシングの周りに手作業によって挿入可能なリーブの形である電気化学電池。
  37. 【請求項３７】 前記断熱スリーブが前記セルケーシングから手作業で取外し可能である請求項
    ３６に記載の電池。
  38. 【請求項３８】 前記断熱スリーブの厚さが約１ｍｍから１２ｍｍの間である請求項３６に記載
    の電池。
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