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公開番号2024056818
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-23
出願番号2024018153,2022166366
出願日2024-02-08,2018-08-14
発明の名称安全層を伴うバッテリーセル
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,ナショナルテクノロジーアンドエンジニアリングソリューションズオブサンディア, エルエルシー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 50/572 20210101AFI20240416BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】バッテリーセルが水溶液又は湿潤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できる水応答性安全層を伴うバッテリーセルを提供する。
【解決手段】バッテリー50は、第1の極及び第2の極を備えるハウジングと、ポリマー材料を備えるとともに、第1の極及び第2の極のうちの少なくとも一方に隣接して位置される複合水応答性安全層64であって、複合水応答性安全層が水溶液との接触時にバッテリーを1.5V未満に短絡させるようになっており、複合水応答性安全層が少なくとも1つの金属塩を更に含む、複合水応答性安全層と、を備える。
【選択図】図2B
特許請求の範囲【請求項１】
バッテリーであって、
ハウジングであって、第１の極及び第２の極を備えるハウジングと、
ポリマー材料を備えるとともに、前記第１の極及び前記第２の極のうちの少なくとも一方に隣接して位置される複合水応答性安全層であって、前記複合水応答性安全層が水溶液との接触時に前記バッテリーを１．５Ｖ未満に短絡させるようになっており、前記複合水応答性安全層が少なくとも１つの金属塩を更に含む、複合水応答性安全層と、
を備える、バッテリー。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ポリマー材料は、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール及び改質ポリビニルアルコール、水溶性アクリレートコポリマー、ポリビニルエステル、ポリビニルピロリドン、プルラン、ゼラチン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、低粘度グレードのヒドロキシプロピルセルロース、多糖類、水溶性天然ポリマー、改質デンプン、及び、前述したものの共重合体のグループのうちの１つまたは複数から選択される１つまたは複数のポリマー材料を含む、請求項１に記載のバッテリー。
【請求項３】
前記ポリマー材料は、生物学的に不活性な材料である、請求項１に記載のバッテリー。
【請求項４】
前記複合水応答性安全層が、酸化されていない状態の金属粉末をさらに含む、請求項１に記載のバッテリー。
【請求項５】
前記金属粉末は、ビスマス（０）（Ｂｉ）、銅（０）（Ｃｕ）、鉄（０）（Ｆｅ）、インジウム（０）（Ｉｎ）、鉛（０）（Ｐｂ）、ニッケル（０）（Ｎｉ）、マグネシウム（０）（Ｍｇ）、水銀（０）（Ｈｇ）、銀（０）（Ａｇ）、スズ（０）（Ｓｎ）、亜鉛（０）（Ｚｎ）、これらの合金、及び、これらの任意の組み合わせから成るグループから選択される１つ又は複数の金属粉末を含む、請求項４に記載のバッテリー。
【請求項６】
少なくとも１つの前記極の外部表面と接触する金属層をさらに有する、請求項１に記載のバッテリー。
【請求項７】
金属層が前記負極（バッテリーのアノードに対応する）に接触し、ビスマス（０）（Ｂｉ）、インジウム（０）（Ｉｎ）、鉛（０）（Ｐｂ）、水銀（０）（Ｈｇ）、スズ（０）（Ｓｎ）、亜鉛（０）（Ｚｎ）、これらの合金、及び、これらの任意の組み合わせから成るグループから選択される金属を含む、請求項１に記載のバッテリー。
【請求項８】
前記複合水応答性安全層は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、及び、これらの任意の組み合わせから選択される１つまたは複数のポリマーを含み、前記金属塩は、硫酸銅（ＣｕＳＯ
４
）を含む、請求項１に記載のバッテリー。
【請求項９】
前記複合水応答性安全層は、亜鉛（Ｚｎ)粒子をさらに有する、請求項８に記載のバッテリー。
【請求項１０】
前記硫酸銅は、前記複合水応答性安全層の総重量に基づいて、少なくとも５重量％の量で存在する、請求項８に記載のバッテリー。
（【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】
関連出願との相互参照
この出願は、２０１７年８月１５日に出願された米国特許出願第１５／６７７，９２１号の一部継続出願である２０１８年６月２２日に出願された米国特許出願第１６／０１６，４６６号の優先権を主張し、これらの特許出願はいずれも、その全体が参照により本願に組み入れられるとともに、本願の一部を構成する。
続きを表示（約 2,100 文字）【０００２】
連邦政府出資の研究又は開発に関する声明
この発明は、Ｐｒｏｃｔｅｒ＆ＧａｍｂｌｅＣｏｍｐａｎｙとＳａｎｄｉａＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓとの間のＣＲＡＤＡ（ＳＣ０３／１６７２）の下で行われ、米国エネルギー省のために運営された。ＤｕｒａｃｅｌｌＣｏｍｐａｎｙ及びその子会社ＤｕｒａｃｅｌｌＵ．Ｓ．Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ、Ｉｎｃ．は、ＣＲＡＤＡ（ＳＣ０３／１６７２）に基づくＰｒｏｃｔｅｒ＆ＧａｍｂｌｅＣｏｍｐａｎｙの利益承継者である。政府は、この発明において特定の権利を有する。
【０００３】
本開示は、バッテリーセルに関し、より詳細には、バッテリーセルが水溶液又は湿潤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できる水応答性安全層を伴うバッテリーセルに関する。
【背景技術】
【０００４】
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。
【０００５】
電気化学セル又はバッテリーは、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は、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、９Ｖ、ＣＲ２、及び、ＣＲ１２３Ａである。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、レーザーポインタ、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。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する。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、殆どのボタンセルは、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。
【０００６】
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２０１６リチウムセル及び２０３２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、乳児、幼児、及び、ペットに嚥下の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２０１６３Ｖリチウムセル及び２０３２３Ｖリチウムセルなどの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、体液の電気分解、或いは、例えば飲み込んだ場合の食道／臓器組織の燃焼を引き起こす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
１つの態様において、本開示は、ハウジングであって、第１及び第２の極を備えるハウジングと、ポリマー材料を備えるとともに、第１及び第２の極のうちの少なくとも一方に隣接して位置される複合水応答性安全層であって、該複合水応答性安全層が水溶液との接触時に電子非伝導状態から電子伝導状態へと変化するようになっており、複合水応答性安全層が少なくとも１つの金属塩を更に含む、複合水応答性安全層とを備えるバッテリーを提供する。
【０００８】
バッテリー１つの改良において、複合水応答性安全層の少なくとも１つの金属塩は、少なくとも第１の金属塩及び第２の金属塩を備える。
【０００９】
他の態様において、本開示は、第１及び第２の極を備えるバッテリーハウジングを用意するステップと、組成物が第１及び第２の極のうちの少なくとも一方に隣接するように極間に組成物を堆積させることによってバッテリーハウジングの第１及び第２の極間に複合水応答性安全層を形成するステップであって、組成物がポリマー材料及び少なくとも１つの金属塩を含み、複合水応答性安全層が水溶液との接触時に電子非伝導状態から電子伝導状態へと変化するようになっている、ステップとを含む方法を提供する。
【００１０】
本方法の１つの改良において、組成物の少なくとも１つの金属塩は、少なくとも第１の金属塩及び第２の金属塩を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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