(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在し、電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉する外装体を具備した薄型電池を弾性シート材からなる電子デバイス構成体の内部に搭載して構成される薄型電池搭載電子デバイスであって、前記電極群の厚みｈが、７００μｍ以下であり、
前記電極群の上面から薄型電池搭載電子デバイス上面までの距離Ｈ１、前記電極群下面から薄型電池搭載電子デバイス下面までの距離Ｈ２が、
Ｈ１≦３４ｍｍ、かつＨ２≦３４ｍｍであり、
１０≦Ｈ１／ｈ、かつ１０≦Ｈ２／ｈの関係を満たし、
前記正極は正極活物質、および正極集電体を有し、前記負極は負極活物質、および負極集電体を有し、
前記正極集電体と前記負極集電体の厚みがともに８〜３０μｍであり、
前記正極集電体と前記負極集電体の引張り強度が１００〜１２００ＭＰａであり、かつ縦弾性係数が７〜２２０ＧＰａであり、
前記弾性シート材は、シリコーンゴム、ブチルゴム、ポリミド、ナイロン、ビニール、ポリエステル、およびポリエチレンからなる群から選ばれる少なくとも１種から構成されることを特徴とする薄型電池搭載電子デバイス。
【請求項２】
前記電極群の厚みが９２〜６３０μｍである請求項１記載の薄型電池搭載電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げ変形に対する耐久性を向上させた薄型電池搭載電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化・薄型化・軽量化に伴い、自由に折り曲げが可能である電子デバイスが開発されている。さらに、近年ではこれらの薄型電子デバイスに搭載可能な柔軟な薄型電池も開発されることにより、薄型電子デバイスの使用用途は拡大している。
【０００３】
例えば、電池式印刷広告、製品包装およびトレーディングカードなど消費者の関心を引きつける新鮮且つ効果的なコンセプトの薄型電池搭載電子デバイスが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
薄型電池を搭載した電子デバイスに関して、特に近年では、生体に接触した状態で作動するデバイスが最近増えつつある。例えば、体温、血圧、脈拍等の生体情報を測定する測定回路と、測定された生体情報を監視して健康上の異変を示すような生体情報が得られた場合に電波信号を病院、消防、その他の施設へ送信する無線送信回路とをシート状に構成して利用者の被服に取り付けておき、利用者に健康の異変が生じた場合に自動的に電波信号により通報するようにした生体情報発信装置が開発されている。また、電位を与えることにより生体外皮を通して、薬剤等を供給する生体貼付型装置も開発されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
このような背景のもと、薄型電池搭載電子デバイスは、それに電力を供給する薄型電池とともに数多く開発されている。
【０００６】
特に、薄型電池のフレキシブル性能の向上に関しては数多く開発が行われている。例えば、薄型電池の外装ラミネートフィルムの外側にさらに柔軟性の高いゴム外装を設けることにより、電池の柔軟性を向上させたもの（特許文献３）や、あるいは、正極集電体層の一面に設けられた正極活物質が、一定間隔ごとに複数の活物質単位に分割されるように、正極を構成することにより、電池の曲げ柔軟性を向上させたもの（特許文献４）等がある。
【０００７】
さらに、薄くて容量が大きく、繰り返しの曲げ変形に対して耐久性のある薄型電池を得るために、正極板あるいは負極板の一部に溝部を形成することで、極板の曲げ耐久性を向上させる開発が行われている（特許文献５）。
【０００８】
薄型電子デバイス、及びそれに搭載される薄型電池のフレキシブル性能・曲げ耐久性の向上が望まれる一方で、薄型電子デバイスの過度な曲げにより生じる問題の解決が不可欠となる。しかし、薄型電子デバイス、及び、それに搭載される薄型電池に関する開発の多くは、その柔軟性の向上に着目したものが多く、曲げ耐久性に関してはあまり記述されていない。また、曲げ耐久性が検証されている場合も、その試験における曲げ曲率は小さく、ゆるやかに繰り返し曲げることで耐久性を試験されていることが多い。つまり、薄型電子デバイスを１８０°に折り曲げるほどの過度な変形を想定した薄型電子デバイスの開発は行われていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−５０８１８１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０９４２８号公報
【特許文献３】特開２００４−１９９９９４号公報
【特許文献４】特開２００２−３４３３４０号公報
【特許文献５】特開２００３−５９４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
内部に薄型電池を搭載した柔軟な電子デバイスを誤って踏みつけてしまった場合、電子デバイスのフレキシブル性能により大きく屈曲するが、踏みつけのような過度な折り曲げ変形の場合、デバイス内部の薄型電池の電極群が断線・破壊してしまい、電子デバイスの機能が低下するという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するもので、薄型電池搭載電子デバイスに構造上起こりうる最大の曲げ変形を発生させた際にも、搭載した薄型電池に起因した機能低下が生じない構成を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在し、電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉する外装体を具備した薄型電池を弾性シート材からなる電子デバイス構成体の内部に搭載して構成される薄型電池搭載電子デバイスであって、前記電極群の厚みｈが、７００μｍ以下であり、前記電極群の上面から薄型電池搭載電子デバイス上面までの距離Ｈ１、前記電極群下面から薄型
電池搭載電子デバイス下面までの距離Ｈ２が、Ｈ１≦３４ｍｍ、かつＨ２≦３４ｍｍであり、１０≦Ｈ１／ｈ、かつ１０≦Ｈ２／ｈの関係を満たし、前記正極は正極活物質、および正極集電体を有し、前記負極は負極活物質、および負極集電体を有し、前記正極集電体と前記負極集電体の厚みがともに８〜３０μｍであり、前記正極集電体と前記負極集電体の引張り強度が１００〜１２００ＭＰａであり、かつ縦弾性係数が７〜２２０ＧＰａであり、前記弾性シート材は、シリコーンゴム、ブチルゴム、ポリミド、ナイロン、ビニール、ポリエステル、およびポリエチレンからなる群から選ばれる少なくとも１種から構成されることを特徴とする薄型電池搭載電子デバイスである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薄型電池搭載電子デバイスに構造上起こりうる最大の曲げ変形を加えた際にも、内部に搭載される薄型電池の電極板が断線・損傷しない薄型電池搭載電子デバイスを提供することができる。これにより、デバイス使用者がデバイスに不本意に過度な曲げ変形を加えた際にも、電池起因のデバイスの機能低下は発生せず、使用者がデバイスを継続して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薄型電池搭載電子デバイスを示す斜視図
【図２】薄型電池搭載電子デバイスの一例である生体情報測定装置を示す斜視図
【図３】薄型電池搭載電子デバイスの一例であるイオントフォレシス経皮投薬装置を示す斜視図
【図４】本発明の一実施の形態に係る薄型電池搭載電子デバイスに搭載される薄型電池の斜視図
【図５】本発明の一実施の形態に係る薄型電池搭載電子デバイスに搭載される薄型電池内部の電極群の断面図
【図６】図１に示した薄型電池搭載電子デバイスのＸ−Ｙでの断面図
【図７】図１に示した薄型電池搭載電子デバイスをＸ−Ｙで折り曲げた状態の断面図
【図８】図３に示すイオントフォレス経皮投薬装置の作製方法を説明する模式的投影図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明における第１の発明は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在し、電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉する外装体を具備した薄型電池を搭載した薄型電池搭載電子デバイスであって、前記電極群の厚みｈと、前記電極群の上面から薄型電池搭載電子デバイス上面までの距離Ｈ１、前記電極群下面から薄型電池
搭載電子デバイス下面までの距離Ｈ２が、１０≦Ｈ１／ｈ、かつ１０≦Ｈ２／ｈの関係を満たすことを特徴とする薄型電池搭載電子デバイスである。この構成により、薄型電池搭載電子デバイスに構造上起こりうる最大の曲げ変形を加えた際にも、内部に搭載される薄型電池の電極板が断線・損傷しない薄型電池搭載電子デバイスを得ることができる。
【００１６】
本発明における第２の発明は、第１の発明において、上記電極群の厚みが９２〜６３０μｍであることを特徴としている。電極群の厚みは、薄型電池の曲げ柔軟性に影響し、電極群が薄型であるほど、薄型電池の柔軟性は高い。さらに、電極群の厚みは、曲げ耐久性に影響し、電極群が薄型であるほど、薄型電池の曲げ耐久性は高い。この構成によれば、上記電極群の柔軟性と曲げ耐久性が維持でき、柔軟性と耐屈曲性に優れた薄型電池搭載電子デバイスを提供することができる。
【００１７】
本発明における第３の発明は、第１または第２の発明において、上記正極は正極活物質、および正極集電体を有し、上記負極は負極活物質、および負極集電体を有し、上記正極集電体と上記負極集電体の厚みがともに８〜３０μｍであることを特徴としている。薄型電池電極群の柔軟性は主に金属材料である電極集電体の柔軟性に起因する割合が多い。よって、薄型電池電極群の柔軟性の向上のためには、電極集電体の厚みは薄いことが望ましい。さらに、過度な曲げ変形に伴う薄型電池の電極群の損傷は、電極集電体の断線である場合が多いが、電極集電体の厚みが薄いほど、電極集電体の断線は起りにくい。この構成によれば、よりいっそう、柔軟性と曲げ耐久性に優れた薄型電池を提供することができ、薄型電池搭載電子デバイスの柔軟性と耐屈曲性を向上させることができる。
【００１８】
本発明における第４の発明は、第１〜第３の発明において、上記正極集電体と上記負極集電体の引張り強度が１００〜１２００ＭＰａであり、かつ縦弾性係数が７〜２２０ＧＰａであることを特徴としている。この構成によれば、上記電極群の電極集電体の曲げ屈曲耐久性が維持でき、薄型電池搭載電子デバイスを曲げた際の内部に搭載される薄型電池電極群の電極集電体の断線・損傷を抑制することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２０】
図１に、本発明による薄型電池搭載電子デバイスの一例を示す。図１に示すように、薄型電池搭載電子デバイス１は、少なくとも電子部品等が組み込まれた弾性シート材等の部材からなる電子デバイス構成体２と、一つ以上の薄型電池３により構成される。図１では電子部品等は省略している。
【００２１】
薄型電池搭載電子デバイスとしては、例えば、生体外皮に接触させた状態で作動する生体情報測定装置、イオントフォレシス経皮投薬装置、あるいは、電池式印刷広告、製品包装、トレーディングカード、ＲＦＩＤ内蔵電子タグ等が挙げられる。
【００２２】
生体情報測定装置は、例えば、体温、血圧、脈拍等の生体情報を測定する測定回路と、測定された生体情報を監視して健康上の異変を示すような生体情報が得られた場合に電波信号を病院、消防、その他の施設へ送信する無線送信回路とが柔軟性を有するシート状の保持部材に構成されている。この場合、図２示すように、生体情報測定装置５には、柔軟性を有するシート状の保持部材６の厚み方向内部に薄型電池７に加えて、例えば、温度センサ８、感圧素子９、記憶部１０、スピーカ１１、アンテナ１２、押しボタンスイッチ１３、制御ＩＣ１４等を有する回路部が設けられていることがある。本発明の薄型電子デバイスは内部に電池以外の、他の剛直もしくは柔軟な部品を有していても良い。
【００２３】
イオントフォレシス経皮投薬装置は、電気エネルギーを利用することにより生体膜透過を促進させる装置である。図３に示すように、イオントフォレシス経皮投薬装置１５は弾性シート材１６とその内部に搭載された薄型電池１７を備える。さらに、その内部にアニオン性薬物が貯蔵される陰極槽１８とカチオン性薬物が貯蔵される陽極槽１９とを備える。陰極槽１８及び陽極槽１９は弾性シート材１６の表面に露出している。薄型電池１７の正極は陽極槽１９と、薄型電池の負極は陰極槽１８に電気的に接続されている。そして、イオントフォレシス経皮投薬装置を生体に張り合わせ、薄型電池１７により、陰極槽１８及び陽極槽１９に、数Ｖの電圧を付与する。これにより薬物が生体の皮膚に移行する。一方、薬物と対をなす内因性イオンが皮膚から陽極槽１９中に抽出される。また、陰極槽１８の中でも、アニオン性薬物のイオン交換が引き起こされることにより、電気回路が成立する。
【００２４】
薄型電子デバイスの内部に搭載される薄型電池に関して以下に記述する。図４に示すように薄型電池３は電極群２１と、電極群２１を内部に収納する外装体２２、電流を外部に取り出す負極リード２３ａ、正極リード２３ｂにより構成されている。
【００２５】
電極群２１は図５に示すように、正極３４、負極３５、および正極３４と負極３５との間に介在する電解質層２４で構成される。正極３４は、シート状の正極集電体２５と正極集電体２５の一方または両方に設けられた正極活物質２６で形成される。また、負極３５はシート状の負極集電体２７と負極集電体２７の一方または両方に設けられた負極活物質２８で形成される。そして、正極３４と負極３５は電解質層２４を介して、正極活物質２６と負極活物質２８が向かい合うように配置されている。負極集電体２７は厚み方向側面から外方に延びる突出部を有しており、その突出部に負極リード２３ａが接続されている。同様に、正極集電体２５には厚み方向側面から外方に延びる突出部を有しており、その突出部に正極リード２３ｂが接続されている。負極リード２３ａと正極リード２３ｂの一部は、外装体２２から外部へ露出しており、その露出部には負極端子および正極端子として作用する。
【００２６】
図６は、図１で示される薄型電池搭載電子デバイス１のＸ−Ｙでの断面図を示す。また、図７は図１に示される薄型電池搭載電子デバイス１が、Ｘ−Ｙを折り目として、構造上起こりうる最大の曲げ変形が生じた際の、屈曲部における薄型電池搭載電子デバイス１の変形状態を示したものである。但し、図６及び図８においては、図５に示した電極群２１を単純化して電極群４として図示した。
【００２７】
図６において、電極群４の厚みをｈ、電極群上面から薄型電池搭載電子デバイス上面までの距離をＨ１、電極群下面から薄型電池搭載電子デバイス下面までの距離をＨ２とする。
【００２８】
ここで、薄型電池搭載電子デバイス１に構造上起こりうる最大の曲げ変形とは、図７に示すように、電子デバイス構成体２の最外表面が少なくとも曲げ端部において、互いに密着している状態をいうものとする。このとき、薄型電池搭載電子デバイス１とその内部に搭載される薄型電池３、及び薄型電池内部の電極群４は一定の曲率で変形するとしてよい。このときの曲率は薄型電池搭載電子デバイス１の厚み、薄型電池３の厚み、および薄型電池内部の電極群４の厚みによって決まる。つまり、これらの厚みが大きいほど、最大曲げ変形が生じた際の曲率は小さく、緩やかに曲がる。
【００２９】
さらに、電極群４が、ある曲率で曲がる際、電極群４の一方の表面は「伸長」、他方の表面では「収縮」の伸縮変形が生じる。これらの伸縮度は電極群４の厚みが大きいほど大きい。つまり、電極群４がある一定の曲率で曲がる際、電極群４の厚みが大きいほど、電極群４の表面に生じる応力は大きくなる。加えて、電極群４の断線は、電極群４に生じる
応力が許容値を越えた際に発生する。したがって、薄型電池搭載電子デバイス１に過度な曲げ変形を加えた際に生じる搭載電池内部の電極群４の破壊を防止するためには、電極群４の厚みは薄型であることが好ましい。
【００３０】
以上のような考え方により、本発明では、電極群４の厚みｈと、電極群上面から薄型電池搭載電子デバイス上面までの距離Ｈ１、電極群下面から薄型電池搭載電子デバイス下面までの距離Ｈ２が１０≦Ｈ１／ｈ、かつ１０≦Ｈ２／ｈの関係を満たすことにより、薄型電池搭載電子デバイス１に折りたたみ変形のような、構造上起こりうる最大限の曲げ変形が生じた際にも、電極群４が断線・損傷しない薄型電池搭載電子デバイス１が提供できることを見出したものである。
【００３１】
Ｈ１／ｈ、あるいは、Ｈ２／ｈが１０より小さい場合は、薄型電池搭載電子デバイス１に最大限の曲げ変形を加えた際に、内部に搭載される薄型電池内部の電極群４の曲げ曲率が大きくなるため、これに伴い、電極群表面に生じる応力が過剰に大きくなり、電極群４が断線・損傷することがある。さらに、より高い信頼性が求められる場合には、Ｈ１／ｈ、あるいは、Ｈ２／ｈは、より大きいほうが好ましく、２０≦Ｈ１／ｈ、かつ２０≦Ｈ２／ｈであれば、より確実に曲げ変形により搭載電池内部の電極群４の断線しない薄型電池搭載電子デバイス１を提供することができる。
【００３２】
さらに、電極群４は一般に正極・負極集電体等に金属材料を用いる場合が多いが、これらの物質は剛直である。よって、薄型電池搭載電子デバイス１の柔軟性を考慮に入れれば、電極群４は薄型であることが望ましい。さらに、先述のとおり、曲げ変形に伴う電極群４の断線を防止するには、電極群４の厚みは薄型であることが好ましい。したがって、以上のような考え方により、電極群４の厚みは９２〜６３０μｍであることがより好ましい。柔軟な薄型電池３の電極群４の厚みは構成部材の厚みの限界値を踏まえれば、９２μｍ以上である。一方、電極群４の厚みが６３０μｍ以上になると柔軟性が著しく低下し、これを無理やりに曲げようとした際には、電極群４の表面に過度な応力が発生し、この応力より、電極群４が断線する。
【００３３】
薄型電池搭載電子デバイス１が過度な曲げ変形をした際に生じる薄型電池３の機能低下の主要因として、電池内部の電極群４の断線・損傷が考えられるが、これらは、電極群４の過度な曲げ変形に伴って発生する正極集電体２５と負極集電体２７の断線によるもの多い。これは、電極集電体の断線は電極集電体の表面に生じる過度な応力によるものである。正極・負極集電体が、ある一定の曲率で曲がるとき、電極集電体の表面に生じる応力は電極集電体の厚みが厚いほど、大きい。したがって、薄型電池搭載電子デバイス１の過度な曲げ変形に伴う搭載電池内部の電極群４の断線・損傷を防止するためには、正極・負極集電体は薄型であることが好ましい。一方、正極集電体２５、及び、負極集電体２７は一般に剛直な金属材料からなる場合が多く、集電体の厚型化は薄型電池３の柔軟性を考慮に入れれば好ましくない。以上のような考え方から、正極集電体２５、及び負極集電体２７の厚みは８〜３０μｍであることがより好ましい。電極集電体の厚みが８μｍ未満であると大電流を流した際の集電性が低下し、電極集電体の厚みが３０μｍより大きいと電極群４の柔軟性が著しく低下し、これを無理やりに曲げようとした際には、電極集電体が断線するので好ましくない。
【００３４】
さらに、正極・負極集電体が曲げ変形に対して脆弱な材料であるほど、これらはより緩やかな曲げ変形によって、断線・損傷する。一般に、曲げ変形に伴う電極集電体の表面に生じる応力は、電極集電体の縦弾性係数と、電極集電体の厚みと、電極集電体の曲げ曲率の３つの積に比例して大きくなる。さらに、電極集電体に生じる応力が電極集電体の引張り強度を越えた際に、電極集電体は断線する。したがって、薄型電池搭載電子デバイスの過度な曲げ変形に伴う搭載電池内部の電極群の断線・損傷を防止するためには、電極集電
体の縦弾性係数は小さく、引張り強度は大きいほうが好ましい。以上のような考え方から、正極・負極集電体の縦弾性係数が７〜２２０ＧＰａであり、引張り強度が１００〜１２００ＭＰａであることがより好ましい。
【００３５】
さらに、縦弾性係数が２２０ＧＰａより大きな電極集電体を用いれば、柔軟な薄型電池を作製することは困難である。上記を満たす材料として、具体的には、銅、アルミニウム（合金）、ニッケル、ステンレス、チタン、白金、金、カーボン等が挙げられる。
【００３６】
次に薄型電池搭載電子デバイス１の内部に搭載される薄型電池３に関して、その構成要素について詳細に説明する。
【００３７】
外装体２２は、ガス透過率がより低く、柔軟性が高いフィルム材料で構成されるのが好ましい。具体的には、バリア層の両面または片面に形成された樹脂層を含むのが好ましく、強度および、ガスバリア性能の観点から、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、無機化合物がバリア層として用いられていることが好ましい。一般に、バリア層は厚いほどガス透過率小さく、逆に、薄いほどガス透過率は大きい。しかし、バリア層が金属材料である外装フィルムは金属材料のもつ高い縦弾性係数に起因し、外装フィルムの縦弾性係数も低下する。さらに、曲げ剛性に関しては、一般に厚い外装フィルムほど大きく、または、薄いフィルムほど小さい。曲げ剛性および、バリア性能の観点から、外装フィルムのバリア層の厚みは５〜５０μｍ、樹脂の厚みは５〜１００μｍであることが望ましい。具体的には、外装体としては、酸変性ＰＰ／ＰＥＴ／Ａｌ層／ＰＥＴのラミネートフィルム、酸変性ＰＥ／ＰＡ／Ａｌ層／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／Ｎｉ層／ＰＥ／ＰＥＴのラミネートフィルム、エチレンビニルアセテート／ＰＥ／Ａｌ層／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／ＰＥＴ／Ａｌ層／ＰＥＴのラミネートフィルムが挙げられる。また、Ａｌ層のかわりに、Ａｌ２Ｏ３層、ＳｉＯ２層など無機化合物層を用いてもよい。
【００３８】
電解質層２４としては、ポリマーマトリックスに電解質塩を含有させたドライポリマー電解質、ポリマーマトリックスに溶媒と電解質塩を含浸させたゲルポリマー電解質、無機固体電解質、溶媒に電解質塩が溶解された液体電解質のいずれも用いることができる。
【００３９】
電解質層２４には短絡防止のためにセパレータを設けることができる。セパレータ材料も各種公知の材料を用いることができ、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロースなどからなる多孔性シート、不織布、所定のイオン透過度、機械的強度、および絶縁性を有する多孔質シート等が挙げられる。
【００４０】
負極活物質２８は、高容量活物質であるリチウムまたはリチウム合金（以下、リチウム系負極と表記）が特に好ましい。リチウム合金としては、例えば、Ｌｉ−Ｓｉ合金、Ｌｉ−Ｓｎ合金、Ｌｉ−Ａｌ合金、Ｌｉ−Ｇａ合金、Ｌｉ−Ｍｇ合金、またはＬｉ−Ｉｎ合金が用いられる。負極容量の観点から、リチウム合金中にて、Ｌｉ以外の元素が存在する割合は、０．１〜１０重量％が好ましい。負極活物質２８は、公知の材料および組成を適宜選択することができるが、リチウム系負極、天然および人造の各種黒鉛、シリサイド、ケイ素酸化物、各種合金材料などを用いると高エネルギー密度の薄型電池とすることができる。これらの中でもより高容量、高エネルギー密度の薄型電池を実現できるという点から、リチウム系負極が好ましい。
【００４１】
負極集電体２７は、電解法により得られる電解金属箔でもよく、圧延法により得られる圧延金属箔でもよい。電解法は、量産性に優れ、比較的製造コストが低いという利点を有する。一方、圧延法は、薄型化が容易であり、軽量化の点で有利である。圧延金属箔は、圧延方向に沿って結晶配向し、耐屈曲性に優れているため、薄型電池に好適に用いられる
。負極集電体２７としては、例えば、銅箔、ニッケル箔、あるいは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、リチウム金属、リチウム合金等が挙げられる。
【００４２】
負極集電体２７に負極活物質２８を圧着、蒸着、または塗布した後に圧延することなどの方法で、負極集電体２７と負極活物質２８とを密着させることにより負極３４が得られる。
【００４３】
正極活物質２６は、正極集電体２５の一方の面に形成され、正極活物質、結着剤、および必要に応じて導電剤を含む合剤層である。
【００４４】
正極活物質２６には、例えば、二酸化マンガン、フッ化カーボン類、硫化物、リチウム含有複合酸化物、バナジウム酸化物とそのリチウム化合物、ニオブ酸化物とそのリチウム化合物、有機導電性物質を含有する共役系ポリマー、シェブレル相化合物、オリビン系化合物が用いられる。これらの中でも、二酸化マンガン、フッ化カーボン類、硫化物、リチウム含有複合酸化物が好ましく、二酸化マンガンが特に好ましい。
【００４５】
フッ化カーボン類としては、例えば、（ＣＦｗ）ｍ（式中、ｍは１以上の整数であり、０＜ｗ≦１）で表されるフッ化黒鉛が挙げられる。硫化物としては、例えば、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＦｅＳ２が挙げられる。リチウム含有複合酸化物としては、例えば、ＬｉｘａＣｏＯ２、ＬｉｘａＮｉＯ２、ＬｉｘａＭｎＯ２、ＬｉｘａＣｏｙＮｉ１−ｙＯ２、ＬｉｘａＣｏｙＭ１−ｙＯｚ、ＬｉｘａＮｉ１−ｙＭｙＯｚ、ＬｉｘｂＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘｂＭｎ２−ｙＭｙＯ４が挙げられる。上記各式中、ＭはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘａ＝０〜１．２、ｘｂ＝０〜２．０、ｙ＝０〜０．９、ｚ＝２．０〜２．３である。ｘａおよびｘｂは、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
【００４６】
正極集電体２５には、金属フィルム、金属箔、および金属繊維の不織布のような金属材料が用いられる。金属材料としては、例えば、銀、ニッケル、チタン、金、白金、アルミニウム、またはステンレス鋼が挙げられる。これらを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４７】
薄型電子デバイスに搭載される薄型電池は一次電池でも二次電池でも良い。
【実施例】
【００４８】
本発明の実施例を以下で説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（１）薄型電池
電子デバイス内部に搭載される薄型電池を以下で説明する。薄型電池としては図４、図５に示す構造のものを作製した。
【００５０】
（１−１）負極
負極活物質であるリチウム金属箔（４４．５ｍｍ×５９．０ｍｍ、厚み２０μｍ）を、銅箔を１２ｍｍ×５ｍｍの突出部を有する４４．５ｍｍ×５９．０ｍｍのサイズに打抜いた負極集電体２７の一方の面（表面粗さ２．６μｍ）に１００Ｎ／ｃｍの線圧で圧着し、負極を得た。その後、突出部に幅３．０ｍｍ、長さ２０ｍｍの銅製の負極リード２３ａを超音波溶接した。
【００５１】
（１−２）正極
正極活物質である３５０℃で加熱した電解二酸化マンガンと、導電剤であるアセチレンブラックと、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の溶液とを、二酸化マンガン：アセチレンブラック：ＰＶＤＦの重量比が１００：５：５となるように混合した後、ＮＭＰを適量加え、ペースト状の正極合剤を得た。
【００５２】
正極集電体２５の一方の面に正極合剤を塗布し、８５℃で１０分乾燥し、正極活物質２６を形成した後、それをロールプレス機にて１２０００Ｎ／ｃｍの線圧で圧縮し、正極を得た。ただし、ここでは、正極集電体としてアルミニウムを用いた。
【００５３】
正極を幅１２ｍｍ、長さ５ｍｍのタブ部を有する４２．５ｍｍ×５７．０ｍｍのサイズに切り抜いた後、１２０℃で２時間減圧乾燥した。その後、突出部に幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍのアルミニウムの正極リード２３ｂを超音波溶接した。
【００５４】
（１−３）ゲルポリマー電解質の含浸
プロピレンカーボネート（ＰＣ）：ジメトキシエタン（ＤＭＥ）＝６：４（重量比）の割合で混合して得られた非水溶媒に、電解質塩としての過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）を１ｍｏｌ／ｋｇとなるように溶解させて、液体電解質を作製した。
【００５５】
マトリクス高分子としてヘキサフルオロプロピレンとポリフッ化ビニリデンの共重合体（ヘキサフルオロプロピレン含有量：７％）を用い、マトリクス高分子：液体電解質＝１：１０（重量比）の割合で混合し、溶剤としてジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を用いてゲルポリマー電解質の溶液を作製した。
【００５６】
得られたゲルポリマー電解質溶液を、厚み９μｍの多孔質ポリエチレンから成るセパレータの両面及び正極活物質に均一に塗布し、溶剤を揮発させて、正極及びセパレータにゲルポリマー電解質を含浸させた。
【００５７】
（１−４）電極群の作製
負極とゲル状の非水電解質層を含浸させた正極とを、セパレータを介して正極活物質２６と負極活物質２８が対向するように積層し、その後９０℃、０．１ＭＰａで３０秒間熱プレスすることにより電極群２１を作製した。
【００５８】
（１−５）薄型電池の組み立て
バリア層として、アルミニウム箔（厚み１５μｍ）、シール層（厚み５０μｍ）と保護層（厚み５０μｍ）としてポリエチレンを備えた６０．０ｍｍ×７０．０ｍｍの袋状の外装体２２の内部にフィルムの開口部から正負リードの一部が外部へ露出するように電極群２１を配置し、その後、電極群４が挿入された状態のフィルム材を圧力６６０ｍｍＨｇに調整された雰囲気中に置き、この雰囲気内において開口部を熱融着した。これにより、大きさが６０．０ｍｍ×７０．０ｍｍの柔軟な薄型電池を作製した。
【００５９】
（２）薄型電池搭載電子デバイスの作製方法
ここでは、図３に示すイオントフォレシス経皮投薬装置の作製方法について説明する。図８の（Ａ）〜（Ｆ）はイオントフォレシス経皮投薬装置の作製工程を説明するために、図３のイオントフォレシス経皮投薬装置を矢印Ａの方向から見た投影図である。
【００６０】
はじめに、図８の（Ａ）に示すような形状の弾性シート材ユニット１６ａを用意する。弾性シート材ユニット１６ａは陰極槽１８及び、陽極槽１９を嵌合するための貫通口１８ａ、１９ａを備える。このような形状の弾性シート材ユニット１６ａは熱可塑性エラストマーを用いた射出成型や、液状エラストマーを所定の型に注入して硬化させることにより
得られる。弾性シート材ユニットの材料としては、例えば、シリコーンゴム、ブチルゴム、ポリミド、ナイロン、ビニール、ポリエステル、テフロン（登録商標）、ポリエチレン等が挙げられる。
【００６１】
次に、図８の（Ｂ）に示すように、配線２９、及び配線２９で接続された電極端子３０、及び配線３１及び配線３１に接続された電極端子３２をそれぞれ、貫通口１８ａ、及び１９ａに挿入する。
【００６２】
次に、陽極槽１９、及び陰極槽１８をその薬剤抽出口が貫通口１９ａ、及び貫通口１８ａを通じて弾性シート材ユニット１６ａの外側に露出するように、貫通口１８ａ、及び貫通口１９ａに嵌合する。これにより、図８の（Ｃ）に示す構成体３３を得る。
【００６３】
次に、図８の（Ｄ）に示すように、構成体３３を、配線２９及び、３１の一部が外部へ露出した状態を維持するように、弾性シート材ユニット１６ｂにより封止する。弾性シート材ユニット１６ｂによる封止は、構成体３３を所定の位置に配置し、液状エラストマーを型内に注入して硬化させる方法や、熱可塑性エラストマーを用いた射出インサート成形等が用いられうる。
【００６４】
さらに、前記手法により作製した薄型電池１７を図８の（Ｅ）に示すように、弾性シート材ユニット１６ｂの上部に置き、陽極槽１９と正極、陰極槽１８と負極が電気的に接続するように、配線２９及び、３１を接続する。
【００６５】
最後に、図８の（Ｆ）に示すように、薄型電池が完全に弾性シート材ユニット１６ｃに収納されるように、弾性シート材ユニット１６ｃにより封止する。この際、弾性シート材ユニット１６ｃによる封止は、構成体を所定の位置に配置し、液状エラストマーを型内に注入して硬化させる方法や、熱可塑性エラストマーを用いた射出インサート成形等が用いられうる。
【００６６】
以上の工程により、内部に薄型電池を搭載した電子デバイスであるイオントフォレシス経皮投薬装置１５を作製した。
【００６７】
（３）薄型電池搭載電子デバイスの評価
以下では、前記作製方法で作製されたイオントフォレシス経皮投薬装置１５を用いて、本発明における薄型電池搭載電子デバイスの評価を行う。
【００６８】
そこで、説明の簡略化のため、図８の（Ｆ）に示すイオントフォレシス経皮投薬装置１５において、陽極槽１９及び、陰極槽１８が露出している表面を下面、その反対の表面を上面と呼ぶものとする。さらに、内部の薄型電池の上下面もそれに順ずるものとする。ここで、薄型電池の上面からイオントフォレシス経皮投薬装置の上面までの距離をＨ１とし、薄型電池の下面からイオントフォレシス経皮投薬装置の下面までの距離をＨ２と呼ぶものとする。
【００６９】
さらに、曲げ変形において、イオントフォレシス経皮投薬装置の上面が曲げ変形の内側にくるものを、曲げタイプＡと呼ぶものとする。また、イオントフォレシス経皮投薬装置の下面が曲げ変形の内側にくるものを、曲げタイプＢと呼ぶものとする。
【００７０】
作製した薄型電子デバイスの過度な曲げに対する屈曲耐久性能を評価する。本実施例では、過度な曲げに対する電子デバイスの対屈曲性能を、内部に搭載される薄型電池の容量維持率、および曲げ屈曲耐久性能を用いて以下のように評価する。
【００７１】
（３−１）電池放電容量維持率の評価
まず、薄型電子デバイスに搭載される薄型電池を取り出し、下記条件で放電試験を実施し、屈曲試験前の搭載電池の放電容量を求めた。
【００７２】
環境温度  ：  ２５℃
放電電流密度  ：  ２５０μＡ／ｃｍ２（正極の単位面積あたりの電流値）
放電終止電圧  ：  １．８Ｖ
続いて、別の電池を搭載した薄型電子デバイスをプレス機を用いて、１８０℃に折り曲げる。この際、プレス機の圧力は０．５ＭＰａ、加圧時間は１０秒とした。プレス後、薄型電池を下記放電条件試験することにより、プレス試験後の搭載電池の放電容量を求めた。そして、下記式にて、プレス試験後の容量維持率（％）を導出した。
【００７３】
屈曲試験後の容量維持率（％）＝（屈曲試験後の放電容量／屈曲試験前の放電容量）×１００
なお、試験は曲げタイプＡと曲げタイプＢに関してそれぞれ５個ずつの薄型電池を用いて行い、それぞれの曲げのタイプにおける５個の平均値を導出した。
【００７４】
（３−２）電極群曲げ屈曲耐久性能の評価
前記薄型電子デバイスに対し、放電容量維持率の評価と同様のプレス試験を行った。プレス試験後の薄型電子デバイスから搭載電池を取り出し、分解することで電極群が断線・損傷しているセルの数量を確認した。
【００７５】
なお、試験は曲げタイプＡと曲げタイプＢに関してそれぞれ５個ずつの薄型電池を用いて行い、それぞれの曲げのタイプにおける５個の平均値を導出した。
【００７６】
［実施例１］
正極集電体が厚み８μｍのアルミニウム（縦弾性係数７０ＧＰａ、引張り強度１５０ＭＰａ）、負極集電体が厚み８μｍの銅（縦弾性係数１５０ＧＰａ、引張り強度２５０ＭＰａ）からなる厚み１７０μｍの電極群からなる薄型電池を前記作製手順に基づき作製した。さらに、作製した薄型電池を用いて、イオントフォレシス経皮投薬装置を上記作製手順に基づき作製した。この際、上記の距離Ｈ１が１７００μｍ、Ｈ２が３４００μｍとなるように、弾性シート材ユニットの注入量を調節することにより、薄型電池搭載電子デバイスを作製した。
【００７７】
［実施例２］
正極集電体の厚みが３０μｍ、負極集電体の厚みが３０μｍ、電極群の厚みが６３０μｍであり、かつ、上記の距離Ｈ１が６３００μｍ、Ｈ２が６３００μｍであること以外は実施例１と同様にして、薄型電池搭載電子デバイスを作製した。
【００７８】
［実施例３］
正極集電体の厚みが８μｍのニッケル（縦弾性係数２００ＧＰａ、引張り強度４５０ＭＰａ）、負極集電体の厚みが８μｍのアルミニウム（縦弾性係数７０ＧＰａ、引張り強度１５０ＭＰａ）、電極群の厚みが１７０μｍであり、かつ、上記の距離Ｈ１が１７００μｍ、Ｈ２が３４００μｍであること以外は実施例１と同様にして、薄型電池搭載電子デバイスを作製した。
【００７９】
［実施例４］
上記の距離Ｈ１が３４０００μｍ、Ｈ２が３４０００μｍであること以外は実施例１と同様にして、薄型電池搭載電子デバイスを作製した。
【００８０】
［実施例５］
正極集電体の厚みが３０μｍ、負極集電体の厚みが３０μｍ、電極群の厚みが７００μｍであり、かつ、上記の距離Ｈ１が７０００μｍ、Ｈ２が７０００μｍであること以外は実施例１と同様にして、薄型電池搭載電子デバイスを作製した。
【００８１】
［実施例６］
正極集電体の厚みが３５μｍ、負極集電体の厚みが３５μｍ、電極群の厚みが４００μｍであり、かつ、上記の距離Ｈ１が４０００μｍ、Ｈ２が４０００μｍであること以外は実施例１と同様にして、薄型電池搭載電子デバイスを作製した。
【００８２】
［比較例１］
正極集電体の厚みが３０μｍ、負極集電体の厚みが３０μｍ、電極群の厚みが２００μｍであり、かつ、上記の距離Ｈ１が１０００μｍ、Ｈ２が２０００μｍであること以外は実施例１と同様にして、薄型電池搭載電子デバイスを作製した。
【００８３】
実施例１〜６、比較例１で作製した薄型電池搭載電子デバイスの試料条件を（表１）に、評価結果を（表２）に示す。
【００８４】
【表１】
0005845413.tif 000002
【００８５】
【表２】
0005845413.tif 000003
【００８６】
（表２）に示すように、実施例１〜６で作製した薄型電池搭載電子デバイスは、比較例
１で作製した薄型電池搭載電子デバイスと比較して、プレス試験後の放電容量維持率が優れている。さらに、比較例１で作製した薄型電池搭載電子デバイスはプレス試験後の電池の電極群に断線しているものが見られたが、実施例１〜６で作製した薄型電池搭載電子デバイスはプレス試験後も電池の電極群に断線しているものは見られなかった。
【００８７】
実施例４はＨ１／ｈ、およびＨ２／ｈが２００であり、電極群の厚みｈに対して電極群表面からデバイス表面までの距離Ｈ１およびＨ２が過度に大きい場合であり、実施例４の場合、プレス試験後も電極群に断線・損傷は見られなかった。しかし、実施例４のように、Ｈ１およびＨ２を過度に大きくすることは、デバイスの厚みを過度に大きくすることにつながり、これは、薄型電池搭載電子デバイスのフレキシブル性を阻害するため好ましくなく、Ｈ１／ｈおよびＨ２／ｈは１００以下とすることがより好ましい。
【００８８】
実施例５と実施例６はそれぞれ、電極群の厚みが６３０μｍ以上、あるいは電極集電体の厚みが３０μｍ以上である場合であるが、実施例５と実施例６の場合、プレス試験後も電極群の断線は生じなかったが、過度な曲げによる電極群の損傷に起因した放電容量劣化が生じている。したがって、より確実に電極群の断線・損傷を防止するためには、電極群と電極集電体の厚みは薄型であることが好ましく、電極群の厚みを６３０μｍ以下、電極集電体の厚みを３０μｍ以下とすることで、より確実に電極群の断線・損傷を防止することができる。
【００８９】
比較例１におけるプレス試験後の電池の放電容量の劣化は、プレス試験による搭載電池電極群の断線・損傷によると考えられる。
【００９０】
以上の結果より、薄型電子搭載電子デバイスが過度に折れ曲がった際の電池電極群の断線・損傷に起因したデバイスの機能低下を防止するためには、電極群の厚みｈと、前記電極群の上面から薄型電池搭載電子デバイス上面までの距離Ｈ１、前記電極群下面から薄型電池搭載電子デバイス下面までの距離Ｈ２が、１０≦Ｈ１／ｈ、かつ１０≦Ｈ２／ｈの関係を満たす必要があることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の電池搭載薄型電子デバイスは、デバイスに構造上起こりうる最大の曲げ変形が生じた際も、電池電極群の断線・損傷に起因したデバイスの機能低下は生じない。これにより、薄型電池搭載電子デバイス使用者がデバイスを踏みつける等しても、薄型電池搭載電子デバイスの機能低下は生じず、これにより、薄型電池搭載電子デバイスの信頼性が向上する。
【符号の説明】
【００９２】
１  薄型電池搭載電子デバイス
２  電子デバイス構成体
３，７，１７  薄型電池
４  電極群
５  生体情報測定装置
６  保持部材
８  温度センサ
９  感圧素子
１０  記憶部
１１  スピーカ
１２  アンテナ
１３  押しボタンスイッチ
１４  制御ＩＣ
１５  イオントフォレシス経皮投薬装置
１６  弾性シート材
１８  陰極槽
１９  陽極槽
２１  電極群
２２  外装体
２３ａ  負極リード
２３ｂ  正極リード
２４  電解質層
２５  正極集電体
２６  正極活物質
２７  負極集電体
２８  負極活物質
２９，３１  配線
３０，３２電極端子
３３  構成体
【図１】
0005845413.tif 000004
【図２】
0005845413.tif 000005
【図３】
0005845413.tif 000006
【図４】
0005845413.tif 000007
【図５】
0005845413.tif 000008
【図６】
0005845413.tif 000009
【図７】
0005845413.tif 000010
【図８】
0005845413.tif 000011