(57)【要約】  薄型電池は、電極群と非水電解質と外装体とを含み、電極群は第１電極と第２電極とセパレータとを具備し、第１電極は第１集電体シートおよび第１活物質層を含み、第２電極は第２集電体シートおよび第２活物質層を含む。第１集電体シートは第１方向に延在する第１タブを含み、第１タブに第１リードが接続されており、第２集電体シートは第１方向に延在する第２タブを含み、第２タブに第２リードが接続されている。外装体は第１リードおよび第２リードを挟持する封止代を有し、封止代と活物質層の封止代側の端部との間にライン状のスペーサが配置されており、封止代とスペーサとの間に第１隙間が形成され、スペーサと活物質層の封止代側の端部との間に第２隙間が形成されている。
2017145212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の電極群と、前記電極群に含浸された非水電解質と、前記電極群および前記非水電解質を密閉収納する外装体と、を含み、
前記電極群は、
シート状の第１電極と、
シート状の第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置されているセパレータと、
を具備し、
前記第１電極は、第１集電体シートおよび前記第１集電体シートの表面に付着した第１活物質層を含み、
前記第２電極は、第２集電体シートおよび前記第２集電体シートの表面に付着した第２活物質層を含み、
前記第１集電体シートは、前記第１集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第１タブを含み、前記第１タブに前記外装体の外部に引き出される第１リードが接続されており、
前記第２集電体シートは、前記第２集電体シートの一辺の一部から前記第１方向に延在する第２タブを含み、前記第２タブに前記外装体の外部に引き出される第２リードが接続されており、
前記外装体は、前記第１リードおよび前記第２リードを挟持する封止代を有し、
前記封止代と、前記第１活物質層および前記第２活物質層の前記封止代側の端部との間にライン状のスペーサが配置されており、
前記封止代と前記スペーサとの間に第１隙間が形成されており、
前記スペーサと前記第１活物質層および前記第２活物質層の前記封止代側の端部との間に第２隙間が形成されている、薄型電池。
【請求項２】
前記スペーサが配置されている部位の厚さＴ１と、前記封止代を有する部位の厚さＴ２とが、Ｔ１＞Ｔ２を満たす、請求項１に記載の薄型電池。
【請求項３】
１．１＜Ｔ１／Ｔ２＜６．０を満たす、請求項２に記載の薄型電池。
【請求項４】
前記スペーサが配置されている部位の厚さＴ１と、前記第１活物質層および前記第２活物質層が配置されている部位の厚さＴ３とが、０．５＜Ｔ１／Ｔ３＜１．５を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型電池。
【請求項５】
前記第２隙間の幅Ｇと前記第１活物質層および前記第２活物質層の前記第１方向における長さＬとが、０．０１＜Ｇ／Ｌ＜０．２を満たす、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄型電池。
【請求項６】
前記スペーサは、前記第１タブおよび第２タブを挟持する一対のシート部材である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄型電池。
【請求項７】
前記シート部材は、ポリオレフィン樹脂を含む、請求項６に記載の薄型電池。
【請求項８】
前記シート部材は、前記ポリオレフィン樹脂の融点で溶融しない芯材を含む、請求項７に記載の薄型電池。
【請求項９】
厚さが３ｍｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状の電極群を含む薄型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体貼付型装置、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ＩＣカード、温度センサ、補聴器、感圧ブザーなどの小型の電子機器の電源として、薄型電池が用いられている。このような薄型電池には柔軟性が求められる。例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル携帯端末に搭載される薄型電池は、生体の動きに追従するように変形することが求められる。【０００３】
特許文献１は、薄型の電気化学デバイスにおいて、集電板にタブを形成し、当該タブに外装体の外部に引き出されるリードを接続することを提案している。また、タブをリードとともに固定具で挟み込み、更に外装体のシール部で挟持することを提案している。【０００４】
薄型電池の外装体の内部は、電極群と非水電解質とを収納した状態で減圧されている。【０００５】
そのため、薄型電池の外観は、電極群の形状に応じて凹凸を生じやすい。そこで、特許文献２は、外装体に皺や歪みが発生するのを抑制するために、外装体内にスペーサを配置することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７８８９７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１０６６２号公報
【発明の概要】
【０００７】
しかし、特許文献１、２が提案する手法では、シール部近傍の剛性が高くなり、薄型電池が屈曲するとき、外装体に高い応力が発生しやすく、外装体に亀裂が発生しやすい。このような不具合は、電極群の厚さが変化する段差部位からシール部近傍に集中する傾向がある。
【０００８】
上記を鑑み、本開示の一局面の薄型電池は、シート状の電極群と、電極群に含浸された非水電解質と、電極群および非水電解質を密閉収納する外装体と、を含む。電極群は、シート状の第１電極と、シート状の第２電極と、第１電極と第２電極との間に配置されているセパレータと、を具備し、第１電極は、第１集電体シートおよび第１集電体シートの表面に付着した第１活物質層を含み、第２電極は、第２集電体シートおよび第２集電体シートの表面に付着した第２活物質層を含む。第１集電体シートは、第１集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第１タブを含み、第１タブに外装体の外部に引き出される第１リードが接続されており、第２集電体シートは、第２集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第２タブを含み、第２タブに外装体の外部に引き出される第２リードが接続されている。外装体は、第１リードおよび第２リードを挟持する封止代を有し、封止代と、第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部との間にライン状のスペーサが配置されており、封止代とスペーサとの間に第１隙間が形成されており、スペーサと第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部との間に第２隙間が形成されている。
【０００９】
本開示に係る薄型電池によれば、封止代とライン状のスペーサとの間に第１隙間が形成され、かつスペーサと活物質層の封止代側の端部との間に第２隙間が形成されているため、外装体がスペーサに沿って湾曲し、外装体が引き伸ばされたときの展開長が長くなる。これにより、外装体に伸縮を吸収する余裕が生じる。よって、薄型電池が屈曲するときに、電極群の厚さが変化する段差部位で亀裂が発生しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る薄型電池の外装体の一部を切り欠いた平面図である。
【図２】図２は、同薄型電池の要部の縦断面図である。
【図３】図３は、薄型電池が屈曲するときの外装体の状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る薄型電池は、シート状の電極群と、電極群に含浸された非水電解質と、電極群および非水電解質を密閉収納する外装体とを具備する。電極群は、シート状の第１電極と、シート状の第２電極と、第１電極と第２電極との間に配置されているセパレータとを具備する。第１電極は、第１集電体シートおよび第１集電体シートに付着した第１活物質層を含む。第２電極は、第２集電体シートおよび第２集電体シートに付着した第２活物質層を含む。第１集電体シートは、第１集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第１タブを有し、第２集電体シートは、第２集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第２タブを含む。第１タブには、外装体の外部に第１方向に引き出される第１リードが接続されており、第２タブには、外装体の外部に第１方向に引き出される第２リードが接続されている。
【００１２】
外装体は、第１リードおよび第２リードを挟持する封止代を有し、封止代と、第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部との間にライン状のスペーサが配置されている。封止代とスペーサとの間には第１隙間が形成されている。また、スペーサと第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部との間には、第２隙間が形成されている。
【００１３】
なお、外装体の封止代とは、例えば、二枚のフィルム材の周縁部を接合して外装体を形成する場合、もしくは一枚のフィルム材を折り畳んで折り目以外の周縁部を接合して外装体を形成するときの周縁部をいう。例えば外装体の外形が矩形もしくは矩形に近い形状であれば、４つの辺のうちの一つに沿う周縁部が第１リードおよび第２リードを挟持する封止代となる。
【００１４】
また、第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部とは、第１活物質層および第２活物質層を合わせた全体の端部を意味する。第１活物質層および第２活物質層の一方が他方よりも封止代側に突出している場合には、突出している活物質層の端部が全体の端部である。
【００１５】
外装体は、第１活物質層および第２活物質層と対向する第１部位と、第１集電体シートの第１活物質層を有さない領域および第２集電体シートの第２活物質層を有さない領域と対向する第２部位とを有する。
【００１６】
薄型電池の外装体の内部は、電極群と非水電解質とを収納した状態で減圧される。このとき、上記構成によれば、外装体の第２部位がスペーサに沿って湾曲する。これにより、外装体が引き伸ばされたときの展開長が長くなる。
【００１７】
薄型電池が屈曲する場合、薄型電池が凸形状になる外面では、湾曲していた外装体の第２部位が伸張し、応力を吸収する。よって、電極群の段差部位における外装体の亀裂が発生しにくくなる。中でも、外装体の亀裂は、第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部近傍で発生しやすい。よって、外装体の内部が減圧されたときに、外装体の第２部位が第２隙間に侵入して湾曲することが特に重要である。
【００１８】
また、薄型電池が凹形状になる外面では、外装体の第２部位が予めスペーサに沿って湾曲しているため、外装体が凸形状に膨らみにくくなっている。第１隙間および第２隙間に侵入している外装体の第２部位は、凹形状になると、第１隙間および第２隙間の内側により深く入り込むため、凸形状の膨らみは更に抑制される。
【００１９】
次に、スペーサが配置されている部位の厚さＴ１と、封止代を有する部位における厚さＴ２とは、Ｔ１＞Ｔ２を満たすことが望ましい。これにより、外装体が引き伸ばされたときの展開長が更に長くなる。よって、外装体の亀裂や不要な皺が更に発生しにくくなる。
【００２０】
薄型電池のスペーサが配置されている部位の厚さが均一でない場合、薄型電池のスペーサが配置されている部位の最小の厚さをＴ１として求めればよい。同様に、薄型電池の封止代における厚さＴ２が均一でない場合、薄型電池の封止代における最小の厚さをＴ２として求めればよい。
【００２１】
薄型電池のスペーサが配置されている部位の厚さＴ１と、封止代における厚さＴ２とは、１．１＜Ｔ１／Ｔ２＜６．０を満たすことがより好ましく、２．０≦Ｔ１／Ｔ２≦３．０を満たすことが更に好ましい。これにより、外装体が引き伸ばされたときの展開長を確保しやすくなる。
【００２２】
ライン状のスペーサとは、細長い形状（棒状、ストリップ状、半筒状など）の部材である。スペーサは、封止代と活物質層の封止代側の端部との間に収納可能な幅を有する。スペーサの長さは、概ね電極群の幅に対応することが望ましく、第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部のうちの長い方の６０〜１２０％程度が好ましく、８０〜１１０％程度がより好ましく、９０〜１００％程度が更に好ましい。スペーサの幅は、スペーサの長さより十分に短く、例えば長さの２０％以下であり、具体的には１．０〜５．０ｍｍであることが好ましい。
【００２３】
スペーサは、封止代と活物質層の封止代側の端部との間に、電極群の厚さを超えないように細長い隆起部を形成することのできる厚さを有することが好ましい。細長い隆起部とは、ライン状のスペーサに沿ったリブ（rib）もしくは畝（ridge）のような形状を有する。このような隆起部は、例えば、外装体の第２部位がスペーサの幅方向の両側に隣接する第１隙間および第２隙間に侵入し、スペーサの形状に沿って湾曲することで形成される。
【００２４】
スペーサの材質は、特に限定されないが、熱溶着性を有する熱可塑性樹脂が好ましい。熱溶着性を有する熱可塑性樹脂で形成されたスペーサは、集電体シートもしくはタブの任意の部位に熱溶着により固定することができる。よって、製造中、または電池を屈曲した際にスペーサが所望の位置から移動したり、脱落したりすることを防止できる。熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体などを用いることができる。ポリオレフィン樹脂としては、非水電解質に対する耐性に優れる点で、ポリプリピレン、エチレン−プロピレン共重合体などが好ましい。
【００２５】
ライン状のスペーサは、第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部に沿って配置される。すなわち、活物質層の封止代側の端部とスペーサの長さ方向とは、平行、またはできるだけ平行に近いことが望ましい。活物質層の封止代側の端部とスペーサの長さ方向とが成す角度は、１７０〜１９０度（°）が好ましく、１８０度であることがより好ましい。これにより、第１方向に沿って薄型電池が屈曲するときに、より屈曲しやすくなる。また、電極群の厚さが変化する段差部位で、より亀裂が発生しにくく、かつ凸形状の膨らみが生じにくくなる。
【００２６】
薄型電池のスペーサが配置されている部位の厚さＴ１と、第１活物質層および第２活物質層が配置されている部位の厚さＴ３とは、０．５＜Ｔ１／Ｔ３＜１．５を満たすことが好ましく、０．７≦Ｔ１／Ｔ３≦１．２を満たすことがより好ましい。これにより、スペーサにより形成される隆起部が過度に厚さ方向に突出することがなく、電池の取り扱いが容易になり、電池の使用機器への装着も容易になる。ここでも、薄型電池の第１活物質層および第２活物質層が配置されている部位の厚さＴ３が均一でない場合、薄型電池の第１活物質層および第２活物質層が配置されている部位の最小の厚さをＴ３として求めればよい。
【００２７】
第２隙間の幅Ｇと第１活物質層および第２活物質層の第１方向における長さＬとは、０．０１＜Ｇ／Ｌ＜０．２を満たすことが好ましく、０．０５≦Ｇ／Ｌ≦０．１５を満たすことがより好ましい。これにより、十分な体積エネルギー密度を有する薄型電池を形成できるとともに、外装体が引き伸ばされたときの展開長を十分に確保しやすくなる。
【００２８】
ライン状のスペーサは、第１タブおよび第２タブを挟持する一対のシート部材であることが好ましい。この場合、スペーサとなるシート部材（以下、スペーサシート）が、シート状の電極群の両面側にそれぞれ１つずつ配置される。例えば、一対のスペーサシートが第１タブおよび第２タブを挟持した状態で互いに突き合わされ、貼り合わされ、各タブに固定される。
【００２９】
スペーサシートには、例えば、熱溶着性を有する熱可塑性樹脂であるポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。スペーサシートの厚さは、薄型電池の厚さに応じて選択すればよいが、例えば２０〜５００μｍであればよい。
【００３０】
スペーサシートは、ポリオレフィン樹脂の融点で溶融しない芯材を含むことが望ましい。芯材の存在により、スペーサシートの過度な変形が回避され、スペーサシートが所望の厚さを維持しやすくなる。よって、スペーサシートを集電体シートもしくはタブの任意の部位に熱溶着する作業が容易になる。芯材の材質は、特に限定されないが、耐熱性樹脂の繊維で形成された不織布や織布が適している。耐熱性樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。
【００３１】
薄型電池の厚さは、特に限定されないが、柔軟性を考慮すると、３ｍｍ以下、さらには２ｍｍ以下もしくは１．５ｍｍ以下であることが好ましい。薄型電池の厚さの下限は、例えば５０μｍである。
【００３２】
非水電解質の少なくとも一部が、ゲル電解質を形成している場合、ゲル電解質により、第１活物質層とセパレータとの間、および、第２活物質層とセパレータとの間を接着することができる。これにより、電極群の曲げ性能は高められるが、一方で、電池を大きく曲げた際には外装体にかかる負荷は大きくなりやすい。このような場合でも、外装体の第２部位がスペーサに沿って湾曲することで、外装体にかかる負荷を緩和する顕著な効果を発揮する。
【００３３】
本発明の実施形態に係る電池搭載デバイスは、上記薄型電池と、薄型電池からの電力供給により駆動される可撓性を有する電子機器を具備し、薄型電池と電子機器とが一体となってシート化されている。薄型電池と一体となってシート化される電子機器としては、例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル（wearable）携帯端末、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ＩＣカード、温度センサ、補聴器、感圧ブザーなどが挙げられる。特に、生体貼付型装置は、生体に密着した状態で使用されるため、可撓性が要求される。生体貼付型装置としては、生体情報測定装置、イオントフォレシス経皮投薬装置などが挙げられる。
【００３４】
シート状の電池搭載デバイスの厚さは、薄型電池より厚くてもよいが、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましい。電池搭載デバイスの厚さが５ｍｍ程度以下であれば、比較的良好な柔軟性が得られる。電池搭載デバイスの厚さの下限は、例えば５０μｍである。
【００３５】
電極群の構成は、特に限定されないが、例えば以下を挙げることができる。
【００３６】
最もシンプルな構造の電極群は、１つの第１電極と、１つの第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在するセパレータとを具備する。この場合、第１電極は、第１集電体シートおよびその一方の表面に付着した第１活物質層を含む片面電極であり得る。第２電極も、第２集電体シートおよびその一方の表面に付着した第２活物質層を含む片面電極であり得る。
【００３７】
次にシンプルな構造の電極群は、１つの第１電極と、第１電極を挟持する２つの第２電極とを含む３層構造を有する。このような薄型電池は、厚さが小さく、かつ十分に実用的な容量を備える。この場合、第２電極は、第２集電体シートおよびその一方の表面に付着した第２活物質層を含む片面電極であり得る。一方、第１電極は、第１集電体シートおよびその両方の表面に付着した第１活物質層を含む両面電極であり得る。
【００３８】
別の構造の電極群は、例えば、２つ以上の第１電極と、３つ以上の第２電極とを具備し、第１電極と第２電極とが交互に積層されている。このような電極群のうち、最もシンプルな構造は、２つの第１電極と、２つの第１電極の間に介在する１つの第２電極と、２つの第１電極の外側にそれぞれ１つずつ配置された第２電極とを含む。このような薄型電池は、厚さが小さいだけでなく、高容量を備える。この場合、第１電極は、第１集電体シートおよびその両方の表面に付着した第１活物質層を含む両面電極であり得る。２つの第１電極の間に介在する１つの第２電極も、第２集電体シートおよびその両方の表面に付着した第２活物質層を含む両面電極であり得る。一方、最外にそれぞれ配置される第２電極は、第２集電体シートおよびその一方の表面に付着した第２活物質層を含む片面電極であり得る。
【００３９】
以下、本発明の実施形態を更に詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、発明の範囲を限定するものではない。
【００４０】
次に、本発明の実施形態に係る薄型電池について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は薄型電池の外装体の一部を切り欠いた平面図であり、図２は、薄型電池の要部を示す縦断面図である。なお、図２は、図１に示す薄型電池のII−II線矢視断面図に相当する。
【００４１】
薄型電池１００は、電極群１０３と、非水電解質（図示せず）と、これらを収納する外装体１０８とを備える。電極群１０３は、１つの第１電極１１０と、第１電極１１０を挟持する一対の第２電極１２０とを含み、第１電極１１０と第２電極１２０との間にはセパレータ１０７が介在している。第１電極１１０は、第１集電体シート１１１およびその両方の表面に付着した第１活物質層１１２を含む。第２電極１２０は、第２集電体シート１２１およびその一方の表面に付着した第２活物質層１２２を含む。
【００４２】
第１集電体シート１１１は、その一辺から第１方向に延在する第１タブ１１４を有する。第１タブ１１４には第１リード１１３が接続されている。第１リード１１３はシール材１３０を介して外装体１０８の封止代１０８Ｓに挟持され、第１方向に向かって外装体１０８の外部に引き出されている。
【００４３】
同様に、第２集電体シート１２１は、その一辺から第１方向に延在する第２タブ１２４を有する。一対の第２集電体シート１２１の第２タブ１２４は、互いに重ねられ、例えば溶接により電気的に接続される。これにより、集合タブ１２４Ａが形成される。集合タブ１２４Ａには、第２リード１２３が接続されている。第２リード１２３はシール材１３０を介して外装体１０８の封止代１０８Ｓに挟持され、第１方向に向かって外装体１０８の外部に引き出されている。外装体１０８の外部に導出された第１リード１１３および第２リード１２３の端部は、それぞれ第１外部端子または第２外部端子として機能する。
【００４４】
外装体１０８は、第１活物質層１１２および第２活物質層１２２と対向する第１部位１０８Ａと、第１集電体シート１１１の第１活物質層１１２を有さない領域（特に第１タブ）および第２集電体シート１２１の第２活物質層１２２を有さない領域（特に第２タブ）と対向する第２部位１０８Ｂとに区分することができる。
【００４５】
封止代１０８Ｓと、図１では破線で示される第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部（以下、活物質層端部）１０３Ｔとの間には、細長いライン状のスペーサ１０９が配置されている。封止代１０８Ｓとスペーサ１０９との間には第１隙間Ｇ１が形成され、スペーサ１０９と活物質層端部１０３Ｔとの間には第２隙間Ｇ２が形成されている。
【００４６】
スペーサ１０９の長さは、ほぼ同じ幅を有する第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部１０３Ｔの長さ（幅）の９５〜１０５％程度である。スペーサの幅は、１．０〜５．０ｍｍ程度である。図示例では、一対のスペーサシート１０９が、第１タブ１１４および第２タブ１２４を挟持した状態で互いに突き合わされ、貼り合わされている。スペーサシート１０９の１枚あたりの厚さは、例えば２０〜５００μｍもしくは５０〜３００μｍ程度である。
【００４７】
外装体１０８と各リードとの間に介在するシール材１３０は、接合後の封止代の密閉性を高めるために用いられる。シール材１３０には、熱溶着性を有する熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばスペーサの材質として例示した材料が挙げられ、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
【００４８】
図１において、電極群１０３は概ね矩形で示されているが、電極群１０３の形状は、これに限定されない。タブを除く電極の形状は、タブが突出する直線部分を有する形状であればよく、矩形（正方形を含む）、台形、平行四辺形、一部に直線部分を有する略楕円形、少なくとも一つの丸角を有する略矩形、略台形、略平行四辺形などが挙げられる。生産性の観点からは、矩形または略矩形が好ましい。電極群が矩形または略矩形である場合、薄型電池の形状も矩形または略矩形となり、その長辺Ｌ１と短辺Ｌ２との長さの比は、例えば、長辺：短辺＝１：１〜８：１である。通常、長辺に沿った方向は、タブが延在する第１方向である。
【００４９】
タブの形状も特に限定されない。タブの形状は、例えば、矩形（正方形を含む）、台形、平行四辺形、半円形、半楕円形、先端が円弧状の矩形、少なくとも一つの丸角を有する略矩形、略台形、略平行四辺形などである。
【００５０】
図２に示すように、外装体１０８は、第１活物質層１１２および第２活物質層１２２と対向する第１部位１０８Ａと、第１集電体シート１１１の第１活物質層１１２を有さない領域（特に第１タブ）および第２集電体シート１２１の第２活物質層１２２を有さない領域（特に第２タブ）と対向する第２部位１０８Ｂとを有する。第２部位１０８Ｂは、第１方向と垂直に交わるように設けられたライン状のスペーサ１０９を覆っている。外装体１０８の第２部位１０８Ｂは、部分的に第１隙間Ｇ１および第２隙間Ｇ２に侵入しており、スペーサ１０９の形状に沿って湾曲している。
【００５１】
スペーサ１０９が配置されている部位の最小厚さＴ１と封止代１０８Ｓにおける最小厚さＴ２は、図１のII´−II´線における断面から測定される。最小厚さＴ１は、概ね外装体１０８を２枚と２本のスペーサ１０９を重ねたときの総厚に相当し、最小厚さＴ２は概ね外装体１０８を２枚重ねたときの総厚に相当する。このとき、１．１＜Ｔ１／Ｔ２＜６．０を満たし、Ｔ１と第１活物質層および第２活物質層が配置されている部位の厚さＴ３とが０．５＜Ｔ１／Ｔ３＜１．５を満たすように設計される。また、第２隙間の幅Ｇと第１活物質層および第２活物質層の第１方向における長さＬとは０．０１＜Ｇ／Ｌ＜０．２を満たすように設計される。
【００５２】
次に、図３を参照しながらライン状のスペーサ１０９の役割について更に説明する。図３では、湾曲した矢印に沿って薄型電池１００が屈曲した場合を想定する。図３の矢印で概念的に示されるように、シート状の薄型電池１００が屈曲するとき、薄型電池の一方の外面は凸形状になり、他方の外面は凹形状になる。このとき、凸形状になる外面では、電極群１０３の活物質層端部１０３Ｔの近傍において、スペーサ１０９の形状に沿って湾曲している外装体１０８の第２部位１０８Ｂが、第１隙間Ｇ１および第２隙間Ｇ２から引き出されて展開される。よって、外装体に過度な応力が印加されず、電極群１０３の段差部位で外装体１０８に亀裂が発生しにくくなる。一方、凹形状になる外面では、予め第１隙間Ｇ１および第２隙間Ｇ２に侵入している第２部位１０８Ｂが、第１隙間および第２隙間の内側により深く入り込むため、不要な凸形状の膨らみの発生が抑制される。
【００５３】
第１隙間Ｇ１と第２隙間Ｇ２は、同様に、外装体１０８に印加される応力や凸形状の膨らみを抑制する作用を有する。ただし、電極群の厚さが変化する段差部位（特に第１活物質層および第２活物質層の封止代側の端部近傍）における不具合を抑制する効果を高める観点からは、スペーサ１０９によって意図的に第２隙間Ｇ２を形成することが重要である。
【００５４】
外装体１０８の開口から第１リード１１３および第２リード１２３の端部が導出された状態で外装体１０８に電極群１０３を収容し、減圧下で電極群１０３に非水電解質を含浸させる工程が行なわれる。外装体１０８の開口端部（封止代１０８Ｓ）と各リードとの間にシール材１３０を介在させて減圧下でシール材１３０を加熱し、外装体１０８の開口を封口すれば、密閉状態の薄型電池が得られる。
【００５５】
次に、電極群を構成する電極、リード、セパレータ、非水電解質、外装体などについて説明する。
【００５６】
（負極）
負極は、第１または第２集電体シートとしての負極集電体シートと、第１または第２活物質層としての負極活物質層とを有する。負極集電体シートには、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体シートの材料は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。負極集電体シートの厚みは、例えば５〜３０μｍであることが好ましい。
【００５７】
負極活物質層は、負極活物質を含み、必要に応じて結着剤と導電剤を含む。負極活物質層は、気相法（例えば蒸着）で形成される堆積膜でもよい。負極活物質としては、Ｌｉ金属、Ｌｉと電気化学的に反応する金属もしくは合金、炭素材料（例えば黒鉛）、ケイ素合金、ケイ素酸化物などが挙げられる。負極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。
【００５８】
（正極）
正極は、第１または第２集電体シートとしての正極集電体シートと、第１または第２活物質層としての正極活物質層とを有する。正極集電体シートには、金属フィルム、金属箔などが用いられる。正極集電体シートの材料は、例えば、銀、ニッケル、パラジウム、金、白金、アルミニウムおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。正極集電体シートの厚さは、例えば１〜３０μｍであることが好ましい。
【００５９】
正極活物質層は、正極活物質および結着剤を含み、必要に応じて導電剤を含む。正極活物質は、特に限定されないが、薄型電池が二次電池である場合には、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2のようなリチウム含有複合酸化物を、薄型電池が一次電池である場合には、二酸化マンガン、フッ化カーボン（フッ化黒鉛）、リチウム含有複合酸化物などを用いることができる。正極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。
【００６０】
活物質層に含ませる導電剤には、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられる。導電剤の量は、活物質１００質量部あたり、例えば０〜２０質量部である。活物質層に含ませる結着剤には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ゴム粒子などが用いられる。結着剤の量は、活物質１００質量部あたり、例えば０．５〜１５質量部である。
【００６１】
（セパレータ）
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料（樹脂）としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。セパレータの厚さは、例えば８〜３０μｍである。
【００６２】
（リード）
負極リードおよび正極リードは、負極集電体シートまたは正極集電体シートにそれぞれ溶接などにより接続される。負極リードとしては、銅リード、銅合金リード、ニッケルリード、ニッケルメッキ銅リードなどが好ましく用いられる。正極リードとしては、ニッケルリード、アルミニウムリードなどが好ましく用いられる。
【００６３】
（非水電解質）
薄型電池がリチウムイオン電池である場合、非水電解質としては、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒との混合物が好ましい。リチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、イミド塩類などが挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。
【００６４】
電極群に含浸された非水電解質の少なくとも一部は、ゲル電解質を形成していることが好ましい。ゲル電解質は、少なくとも、各活物質層と各セパレータとの界面領域に存在することが好ましい。活物質層とセパレータとの界面領域にゲル電解質が存在することで、電極とセパレータとの接着性が向上する。ゲル電解質は、各活物質層が有する空隙の内部および／または各セパレータの細孔内にも存在することが好ましい。
【００６５】
ゲル電解質は、例えば、非水電解質と、非水電解質で膨潤する樹脂とを含む。非水電解質で膨潤する樹脂としては、フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂が好ましい。フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂は、非水電解質を保持しやすく、ゲル化し易い。
【００６６】
フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）単位とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）単位とを含む共重合体（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）単位とトリフルオロエチレン（ＴＦＥ）単位とを含む共重合体などが挙げられる。フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂に含まれるフッ化ビニリデン単位の量は、フッ素樹脂が非水電解質で膨潤しやすいように、１モル％以上であることが好ましい。
【００６７】
活物質層とセパレータとの界面領域にゲル電解質を配置する場合、例えば、活物質層の表面および／またはセパレータの表面に非水電解質で膨潤する樹脂を、例えば薄膜状に塗布する。その後、活物質層とセパレータとを、樹脂の塗膜を介して積層し、得られた積層体もしくは電極群に、非水電解質を含浸させる。これにより、樹脂が非水電解質で膨湿し、界面領域にゲル電解質が形成される。ゲル電解質にフッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂を用いる場合、塗膜に含まれる樹脂の量は、活物質層とセパレータとの界面領域の単位表面積あたり（すなわち活物質層またはセパレータの単位表面積あたり）、１〜３０ｇ／ｍ2であることが好ましい。
【００６８】
外装体は、例えば、水蒸気に対するバリア層およびその両面にそれぞれ形成された樹脂層を具備するラミネートフィルム材で形成されている。バリア層に用いられる材料は、特に限定されないが、金属層、セラミックス層などを用いることが好適である。例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、鉄、白金、金、銀、スズなどの金属材料や、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどのセラミックス材料が好ましい。バリア層の厚さは、例えば、０．０１〜５０μｍであることが好ましい。外装体の内面側に配置される樹脂層の材料は、熱溶着の容易さ、耐電解質性および耐薬品性の観点から、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などであることが好ましい。内面側の樹脂層の厚さは、１０〜１００μｍであることが好ましい。外装体の外面側に配置される樹脂層は、強度、耐衝撃性および耐薬品性の観点から、６，６−ナイロンのようなポリアミド、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートのようなポリエステルなどが好ましい。外面側の樹脂層の厚さは、５〜１００μｍであることが好ましい。
【００６９】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、以下の実施例は発明の範囲を限定するものではない。
【００７０】
《実施例１》
以下の手順で、一対の負極と、これらに挟まれた正極とを有する薄型電池を作製した。
【００７１】
（１）負極の作製
負極集電体シートとして、厚さ８μｍの電解銅箔を準備した。電解銅箔の一方の表面に、負極合剤スラリーを塗布し、乾燥後、圧延して、負極活物質層を形成し、負極シートを得た。負極合剤スラリーは、負極活物質である黒鉛１００質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）８質量部と、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合して調製した。負極活物質層の厚みは５４μｍであった。負極シートから５ｍｍ×５ｍｍの負極タブを有する４７．５ｍｍ×１８ｍｍサイズの負極を切り出し、負極タブから活物質層を剥がして銅箔を露出させた。その後、負極タブの先端部分に銅製の負極リードを超音波溶接した。
【００７２】
（２）正極の作製
正極集電体シートとして、厚さ１５μｍのアルミニウム箔を準備した。アルミニウム箔の両方の表面に、正極合剤スラリーを塗布し、乾燥後、圧延して、正極活物質層を形成し、正極シートを得た。正極合剤スラリーは、正極活物質であるコバルト酸リチウム１００質量部と、導電剤であるアセチレンブラック１．２質量部と、結着剤であるＰＶｄＦ１．２質量部と、適量のＮＭＰとを混合して調製した。正極活物質層の厚み（片面あたり）は３８μｍであった。正極シートから６ｍｍ×５ｍｍのタブを有する４５ｍｍ×１６ｍｍサイズの正極を切り出し、正極タブから活物質層を剥がしてアルミニウム箔を露出させた。その後、正極タブの先端部分にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接した。
【００７３】
（３）非水電解質
非水電解質は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を主成分とする混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を溶解させることにより調製した。
【００７４】
（４）ライン状のスペーサ
熱溶着性を有する熱可塑性樹脂であるポリプロピレン製のシート（厚さ１００μｍ）から、長さ１７ｍｍ×幅２ｍｍのストリップ状の一対のスペーサシートを切り出した。
【００７５】
（５）薄型電池の組み立て
上記混合溶媒１００重量部に対し、ＰＶｄＦを５重量部溶解してポリマー溶液を調製した。得られたポリマー溶液を４９ｍｍ×１８ｍｍサイズの微多孔性ポリエチレンフィルム（厚さ９μｍ）からなるセパレータの両面に塗布した後、溶媒を揮散させ、ＰＶｄＦ膜を形成した。塗布されたＰＶｄＦ量は１５ｇ／ｍ2であった。その後、負極活物質層と正極活物質層とが互いに向かい合うように、一対の負極の間にセパレータを介して正極を配置し、電極群を形成した。このとき、正極タブと負極タブは、いずれも電極群の同じ一辺から突出させた。次に、一対のスペーサシートで第１タブおよび第２タブを挟持し、スペーサシート同士を溶着により貼り合わせるとともに各タブにも溶着した。
【００７６】
（６）外装体の作製と電池の組み立て
外装体の素材として、アルミニウム箔のバリア層、ポリプロピレン内層およびナイロン外層を有するラミネートフィルム材（厚さ７５μｍ）を用いて、以下の要領で封筒状の外装体を形成した。まず、ラミネートフィルム材を２９ｍｍ×１２０ｍｍの矩形に切り出し、長手方向の中央で二つ折りにした。
【００７７】
次に、二つ折りのラミネートフィルム材で電極群１０３を挟み込み、折り目の反対側から電極群１０３の各リードを導出させた。次に、折り目と交わる二辺の接合代を溶着させて、電極群１０３を収容した状態の封筒状の外装体１０８を成形した。次に、封筒状の外装体１０８の封止代（開口端部）と重なる各リードの部位をシール材（熱可塑性樹脂）１３０で包囲した後、開口から非水電解質を注液し、−７４０ｍｍＨｇの減圧下で封止代を熱溶着した。その後、薄型電池を４５℃環境下でエージングし、電極群全体に非水電解質を含浸させた。最後に０．２５ＭＰａの圧力で３０秒間、電池を２５℃でプレスし、厚さ０．４５ｍｍの電池Ａを作製した。
【００７８】
電池Ａのライン状のスペーサが配置されている部位の厚さＴ１（０．３５ｍｍ）と、封止代における最小厚さＴ２（０．１４ｍｍ）との比：Ｔ１／Ｔ２は２．５であった。また、Ｔ１と、電池Ａの第１活物質層および第２活物質層が配置されている部位の厚さＴ３（０．４５ｍｍ）との比：Ｔ１／Ｔ３は０．７８であった。また、第２隙間Ｇ２の幅Ｇは２．５ｍｍであった。
【００７９】
［評価］
（初期の電池容量）
２５℃の環境下で、電池Ａに対して以下の充放電を行い、初期容量（Ｃ0）を求めた。ただし、電池Ａの設計容量を１Ｃ（ｍＡｈ）とする。
【００８０】
（１）定電流充電：０．２ＣｍＡ（終止電圧４．３５Ｖ）
（２）定電圧充電：４．３５Ｖ（終止電流０．０５ＣｍＡ）
（３）定電流放電：０．２ＣｍＡ（終止電圧３．０Ｖ）
（屈曲試験後の容量維持率）
伸縮可能な一対の固定部材を水平に対向配置し、各固定部材に放電状態の電池Ａを張り付けて固定した。そして、２５℃の環境下で、電池の曲率半径がＲ３０ｍｍになるように固定部材の両端距離を縮めた後、再び、固定部材の両端を元に戻し、電池をフラットな状態に戻した。この操作を１０００回繰り返した後に、電池の表裏を入れ替え、電池の反対面に対して１０００回の屈曲を行った。
【００８１】
その後、薄型電池に対して、上記と同じ条件で充放電を行い、屈曲試験後の放電容量（Ｃx）を求めた。得られた放電容量Ｃxと初期容量Ｃ0から、以下の式より容量維持率を求めた。
【００８２】
屈曲試験後の容量維持率（％）＝（Ｃx／Ｃ0）×１００
１０個の電池Ａを作製して、それぞれに同様の試験を行い、容量維持率の平均値を求めた。結果を表１に示す。また、電極群の厚さが変化する段差部位に外装体の亀裂または凸形状の膨らみ（皺）が生じた不良電池の数を目視で確認した。
【００８３】
《比較例１》
電極群の正極タブおよび負極タブにライン状のスペーサを貼り付けなかったこと以外、実施例１と同様に、１０個の電池Ｂを作製し、評価した。結果を表１に示す。
【００８４】
【表１】
2017145212.tif 000003
【００８５】
表１に示すように、実施例１では高い容量維持率が得られ、かつ不良電池は発生しなかったのに対し、比較例１では８個の不良電池が発生し、そのため容量維持率も低下した。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の薄型電池は、例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル携帯端末のような小型の電子機器への使用に適している。
【符号の説明】
【００８７】
１００  薄型電池
１０３  電極群
１０３Ｔ  活物質層端部
１０７  セパレータ
１０８  外装体
１０８Ｓ  封止代
１０８Ａ  第１部位
１０８Ｂ  第２部位
１０９  ライン状スペーサ
１１０  第１電極
１１１  第１集電体シート
１１２  第１活物質層
１１３  第１リード
１１４  第１タブ
１２０  第２電極
１２１  第２集電体シート
１２２  第２活物質層
１２３  第２リード
１２４  第２タブ
１２４Ａ  集合タブ
１３０  シール材
【図１】
2017145212.tif 000004
【図２】
2017145212.tif 000005
【図３】
2017145212.tif 000006
【国際調査報告】
2017145212.tif 000007
2017145212.tif 000008
2017145212.tif 000009
2017145212.tif 000010