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公開番号2025118714
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2025073656,2023119799
出願日2025-04-25,2018-11-09
発明の名称安全機構を伴うバッテリー
出願人デュラセル、ユーエス、オペレーションズ、インコーポレーテッド
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 50/572 20210101AFI20250805BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】バッテリーが水溶液又は湿組織に晒されるときに、組織の損傷及び/又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリーを提供する。
【解決手段】バッテリー50は、第1及び第2の極を備えるハウジングを備える。少なくとも1つの電子伝導体66が、第1及び第2の極のうちの一方に電子的に結合される。電子絶縁材料を備えるスペーサ64が、電子伝導体と第1及び第2の極の他方との間の電子的結合が防止されるように電子伝導体と第1及び第2の極の他方との間に設けられる。スペーサは、電子伝導体と第1及び第2の極の他方との間の電子的結合が起こり得るように水溶液の存在下で物理的変化を受けることができる。
【選択図】図2B
特許請求の範囲【請求項１】
組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリーであって、
カソード缶とアノードカップとを備えるハウジングと、電子絶縁材料を含むスペーサとを備え、
前記スペーサは、前記カソード缶と前記アノードカップの間の電子的接触が防止されるように前記カソード缶の延在部と前記アノードカップの外壁との間に設けられ、
前記スペーサは、前記スペーサが、溶解、軟化、または膨潤化することができ、前記スペーサの抵抗力が前記延在部の付勢力よりも小さくなり、前記延在部と前記アノードカップとの間の電子的結合が起こり得るように、水溶液の存在下で物理的変化を受けることができるものであり、
前記物理的変化に続いて、（ｉ）前記延在部と前記アノードカップとの間の直接的な物理的接触、または（ｉｉ）前記延在部と前記アノードカップとの間に配置された１つ以上の更なる介在する電子伝導材料を介した前記延在部と前記アノードカップとの間の間接的な物理的接触に基づいて、電子的結合が生じるものであり、
前記延在部と前記カソード缶は一体構造を成し、前記延在部は前記アノードカップの外壁と係合する方向に付勢されている、バッテリー。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記電子伝導体は、金属、金属合金、導電性ポリマー、導電性複合体、又は、それらの任意の組み合わせを備える、請求項１に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
【請求項３】
前記電子絶縁材料が少なくとも１つの水溶性材料を備える、請求項１から２のいずれか一項に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
【請求項４】
前記電子絶縁材料は、糖、ポリエーテル、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、アクリレートコポリマー、ポリビニルピロリドン、プルラン、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、低粘度グレードヒドロキシプロピルセルロース、多糖類、天然ポリマー、加工デンプン、前述のコポリマー、その塩、又は、これらの任意の組み合わせを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
【請求項５】
前記スペーサが少なくとも１つのヒドロゲルを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
【請求項６】
前記スペーサは、ＮａＨＰＯ
４
、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、重曹、砂糖、砂糖のような物質、クエン酸、その混合物、及び、これらの任意の組み合わせを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
【請求項７】
前記電子絶縁材料の抵抗は、０．５メガオームよりも大きい、５メガオームよりも大きい、又は、５００メガオームよりも大きい、請求項１から６のいずれか一項に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
【請求項８】
前記スペーサは、前記延在部の張り出し部とアノードカップとの間に配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
【請求項９】
前記延在部は突起を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
【請求項１０】
前記延在部は、前記アノードカップとの係合する方向に向けて付勢された屈曲部を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリー。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、バッテリーに関し、より詳細には、バッテリーが水溶液又は湿組織に晒されるときに、組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリーに関する。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
本明細書中で与えられる背景の説明は、一般に、本開示の前後関係を提示することを目的としている。
【０００３】
多くの場合に単にバッテリーと呼ばれる電気化学セルは、一般に、電気エネルギー源として使用される。小型バッテリーは、消費者製品の給電において特に役立つ。小型バッテリーには様々なセルタイプがある。一般的な小型バッテリーセルタイプとしては、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、９Ｖ、ＣＲ２、及び、ＣＲ１２３Ａが挙げられる。ボタンセル（コインセルと呼ばれることもある幅の広いセルも含む）として知られる他のタイプの小型バッテリーは、腕時計、カメラ、電卓、車両等のためのキーレスエントリーシステム、レーザポインタ、グルコメーターなどを含むがこれらの限定されない様々な製品に給電するために頻繁に使用される。
【０００４】
図１は、カソード缶１４内に配置されるカソード１２と、アノードカップ１８内に配置されるアノード１６とを備える代表的なボタンセル１０の構造を示す。セパレータ２０がアノード１６をカソード１２から物理的に分離して電子的に絶縁させる。絶縁ガスケット２２が、電解質損失を防止するとともにセル内への周囲の大気成分の侵入を防いでカソード缶１４をアノードカップ１８から電子的に絶縁するべくセルを密閉するのに役立つ。ボタンセルは、通常は長い耐用年数、例えば、一般に腕時計の連続使用においては１年をはるかに超える耐用年数を有する。更に、ほとんどのボタンセルは、自己放電が少なく、そのため、負荷がかかっていないときに比較的長時間にわたってそれらの電荷を保持する。
【０００５】
ボタンセルバッテリーは、多くの携帯できる消費者電子機器において一般的であるが、これらのバッテリー、特にＣＲ２０１６リチウムセル及びＣＲ２０３２リチウムセルなどの直径が２０ｍｍのコインセルのサイズ、形状、及び、外観は、特に乳児、幼児、及び、ペットに危険をもたらす可能性がある。これらの危険は、特に周りの他人が知らないうちにセルが飲み込まれる場合に、身体的危害をもたらす可能性がある。また、これらのボタンセルバッテリーの一部は、他のセルよりも比較的大きな危険をもたらす可能性があり、この危険を消費者が十分に理解していない場合がある。例えば、リチウムと二酸化マンガンとの化学反応に基づくＣＲ２０１６３Ｖリチウムセル及びＣＲ２０３２３Ｖリチウムセルなどの３Ｖコインセルバッテリーは、それらが人の喉に容易に詰まり得るようなサイズであり、したがって、例えば飲み込まれる場合には、体液の電気分解及び／又は湿った食道／臓器組織の燃焼を引き起こす可能性がある。勿論、そのようなバッテリーは、うまく飲み込まれる場合に、かなりの胃部不快感をもたらす可能性もある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリーが提供される。バッテリーは、第１及び第２の極を備えるハウジングを備える。少なくとも１つの電子伝導体が、第１及び第２の極のうちの一方に電子的に結合される。電子絶縁材料を備えるスペーサが、電子伝導体と第１及び第２の極の他方との間の電子的結合が防止されるように電子伝導体と第１及び第２の極の他方との間に設けられる。スペーサは、電子伝導体と第１及び第２の極の他方との間の電子的結合が起こり得るように水溶液の存在下で物理的変化を受けることができる。
【０００７】
組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴う更なる典型的なバッテリーも提供される。安全機構を伴うバッテリーは、第１及び第２の極を備えるハウジングと、電子伝導体と、第１及び第２のスペーサとを備える。第１及び第２のスペーサは電子絶縁材料を備える。第１のスペーサは、バッテリーの第１の極と電子伝導体との間に配置され、また、第２のスペーサは、バッテリーの第２の極と電子伝導体との間に配置され、この場合、電子伝導体は、第１及び第２のスペーサ間に配置されてこれらのスペーサと接触する。スペーサは、水溶液の存在下で物理的変化を受けることができ、また、電子伝導体は、水溶液の存在下で第１及び第２の極の両方と電子的接触をもたらすようになっている。
【０００８】
本明細書は、本発明を形成すると見なされる主題を特に指摘して明確に請求する特許請求の範囲で締めくくられるが、本発明は、添付図面と併せて解釈される以下の説明からより良く理解される。以下で説明される図は、本明細書中に開示されるバッテリーの様々な態様を描く。それぞれの図が本明細書中に開示される組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようになっている安全機構を伴うバッテリーの典型的な態様を描くことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
従来のボタンセルを示す。
本開示による典型的な実施形態に係る、組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有する、コインセルの形態を成すバッテリーを示す。
本開示による典型的な実施形態に係る、組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有する、コインセルの形態を成すバッテリーを示す。
２つの異なるバッテリーに関するセル電圧対時間のプロットを示し、第１のバッテリーは従来のコインセルバッテリーであり、第２のバッテリーは、本開示による典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルバッテリーである。
本開示による他の典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルの形態を成す他のバッテリーを示す。
本開示による他の典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルの形態を成す他のバッテリーを示す。
本開示による更なる典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルの形態を成す他のバッテリーを示す。
本開示による更なる典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルの形態を成す他のバッテリーを示す。
本開示による他の典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルの形態を成す他のバッテリーを示す。
本開示による他の典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルの形態を成す他のバッテリーを示す。
本開示による他の典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルの形態を成す他のバッテリーを示す。
本開示による他の典型的な実施形態に係る組織の損傷及び／又は電気分解から保護するようなっている安全機構を有するコインセルの形態を成す他のバッテリーを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
電気化学セル又はバッテリーは、一次バッテリー又は二次バッテリーであってもよい。一次バッテリーは、例えば消耗するまで一回だけ放電されてその後に廃棄されるようになっている。一次バッテリーは、例えば、ＤａｖｉｄＬｉｎｄｅｎのＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＢａｔｔｅｒｉｅｓ（ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ、第４版、２０１１年）に記載される。二次バッテリーは充電されるようになっている。二次バッテリーは、放電され得るとともに、その後、何度も、例えば５０回を超えて、１００回を超えて、又は、１０００回を超えて再充電され得る。二次バッテリーは、例えば、ＤａｖｉｄＬｉｎｄｅｎのＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＢａｔｔｅｒｉｅｓ（ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ、第４版、２０１１年）に記載される。バッテリーは、水溶性又は非水溶性の電解質を含んでもよい。したがって、バッテリーは、様々な電気化学的結合及び電解質の組み合わせを含んでもよい。消費者バッテリーは、一次バッテリー又は二次バッテリーのいずれかとなり得る。しかしながら、バッテリーに蓄えられる電荷に起因して及び露出した極に起因して、消費者バッテリー、特に小型消費者バッテリーを、湿組織に晒されたときに消費者が傷付かないように保護することが有益である。特に、消費者を電気分解又は火傷に晒さないようにバッテリーを保護することが有益であり、電気分解又は火傷はいずれも例えばバッテリーが飲み込まれる場合に起こり得る。これに関して、バッテリーのプラス極及びマイナス極が湿った体液に晒されれば、水の電気分解が起こって水酸化物イオンの発現とマイナス極に隣接する組織の燃焼とをもたらす可能性があるとともに、潜在的に、組織、特にプラス極（又はカソード缶）に隣接する組織の直接酸化が引き起こされる。加えて、カソード缶自体の著しい酸化は、カソード缶での穴の形成をもたらす場合があり、それにより、バッテリーの有毒な内容物を放出させ得る。
本出願は、水溶液の存在下でバッテリーを短絡させるための安全機構を提供する。水溶液の存在下でバッテリーを短絡させることにより、開示される安全機構は、飲み込まれるバッテリーのセル電圧を有利に低下させ、それにより、飲み込まれたバッテリーの制御されない放電によって引き起こされる組織の損傷及び他の有害な影響を効果的に防止できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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