(57)【要約】  熱発生による電気的損失と損傷の危険性のない物理的な方法による構造的安定性を有する電池を提供する。本発明に係るナノポリマークレイ電池は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含む電気的マイナス極性物質からなる薄膜と、上記構成成分に加え活性炭粉末を含む電気的プラス極性物質からなる薄膜とからなり、両薄膜が積層・接合されている。好ましくは、ポリマークレイは18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコールは18〜60重量%、乾燥白礬は0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウムは0.25〜2重量%、二酸化金属は6〜18重量%及び活性炭粉末は6〜18重量%である。【選択図】  図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的マイナス極性物質からなる薄膜またはフィルムと、電気的プラス極性物質からなる薄膜またはフィルムとを含み、電気的マイナス極性物質の薄膜またはフィルムと、電気的プラス極性物質の薄膜またはフィルムとを積層・接合したナノポリマークレイ電池であって、
該電気的マイナス極性物質は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含み、
該電気的プラス極性物質は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム、二酸化金属及び活性炭粉末を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項２】
請求項第１項において、該電気的マイナス極性物質は、電気的マイナス極性物質の全量を100重量％とした場合に、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2 重量%及び二酸化金属6〜18重量%を含み、
該電気的プラス極性物質は、電気的プラス極性物質の全量を100重量％とした場合に、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%、二酸化金属6〜18重量%及び活性炭粉末6〜18重量%を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項３】
請求項第１項または第2項において、上記積層・接合体の両面に絶縁体層が設けられていることを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項４】
請求項第３項にあって、上記絶縁体はシリコーン・シーラントであることを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項５】
請求項第１項乃至第４項のいずれか１項において、上記ナノポリマークレイ電池は携帯電話機 、無線マウス、キーボード、MP3プレーヤー、カメラ、ノートブック、PDA、ロボット及び電子タグ等の応用電気機器のいずれか一つへ使用するために適合させたことを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項６】
ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質。
【請求項７】
請求項第６項において、ナノポリマークレイ電池物質を100重量％として、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%及び二酸化金属6〜18重量%を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質。
【請求項８】
請求項第６項に挙げたポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含み、更に活性炭粉末を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池用電気的プラス極性物質。
【請求項９】
請求項第８項において、ナノポリマークレイ電池用電気的プラス物質を100重量％として、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%、二酸化金属6〜18重量%及び活性炭粉末を6〜18重量%含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池用プラス極性物質。
【請求項１０】
（１） ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを混合する工程と、
上記混合物に乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合する工程と、
得られた混合物に二酸化金属を投入して混合する工程を含んで電気的マイナス極性物質を製造する段階と、
（２） ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを混合する工程と、
上記混合物に乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合する工程と、
得られた混合物に二酸化金属と活性炭粉末を投入して混合する工程を含んで電気的プラス極性物質を製造する段階と、
（３）上記電気的マイナス極性物質と電気的プラス極性物質をそれぞれ薄膜またはフィルムに加工する段階と、
（４）上記電気的マイナス極性物質の薄膜またはフィルムと電気的プラス極性物質の薄膜またはフィルムを接合する段階を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。 
【請求項１１】
請求項第１０項において、
電気的マイナス極性物質を製造する段階（１）の工程において、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬 0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%、二酸化金属6〜18重量%を用い、
電気的プラス極性物質を製造する段階（２）の工程において、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%を用いることを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。 
【請求項１２】
請求項第１０項または第１１項において、上記電気的マイナス極性物質と上記電気的プラス極性物質の各々を薄膜またはフィルムで加工する段階のプレス圧力が、150〜300ton/m２であることを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項第１０項乃至第１２項のいずれか１項において、上記接合する段階後、接合により得られたナノポリマークレイ電池の両面に絶縁体を設ける工程をさらに含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【請求項１４】
請求項第１５項において、上記絶縁体はシリコーン・シーラントであることを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【請求項１５】
請求項第１３項または第１４項において、上記絶縁体の厚さは6〜10Åであることを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノポリマークレイ電池、ナノポリマークレイ電池に使用する電極用物質、及び該ナノポリマークレイ電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特にPC、VTRなどのAV、情報機器のメモリーバックアップやこれらの駆動電源用2次電池では、ニッケル-カドミウム電池が主流を成してきた。最近では、高電圧、高エネルギー密度という利点を有し、また優良な自己放電性を表す点でニッケル-カドミウム電池に代替できる電池として非水電解液型２次電池が非常に注目されており、多様な製品の開発・試作がなされており、その一部は商品化されている。【０００３】
例えば、note book PCや携帯電話などはその半分以上が非水電解液型２次電池によって駆動されている。この非水電解液型２次電池にあっては、陰極を形成する材料としてカーボンが大量に使われており、その表面にリチウムが生成された場合の危険性を低減し、高駆動電圧化をすることを目的として、電解液として種々の有機溶媒が使われている。また、カメラ用非水電解液型２次電池では陰極材料としてアルカリ金属 (特に、リチウム金属やリチウム合金)などが使われているので、その電解液では通常エステル系有機溶媒などの非プロトン性有機溶媒が使われている。【０００４】
しかし、この非水電解液型２次電池は高性能であるが、安全性面から以下のような問題があった。先に、非水電解液型２次電池の陰極材料としてアルカリ金属 (特にリチウム金属やリチウム合金など)を使用した場合には、このアルカリ金属は水分に対して非常に活性が高いので、例えば電池の密封が不完全なため水分が侵入した場合には、陰極材料と水が反応して水素が発生し、発火するなどの危険性が高いという問題があった。【０００５】
また、リチウム金属は低融点(約170℃)であるため、落下時などに大量の電流が急激に流れると、電池が異常に発熱して電池が溶融するなどの非常に危険な状況を惹起させるという問題があった。【０００６】
そして電池の発熱によって前述した有機溶媒をベースにする電解液が気化、分解されてガスを発生したり、発生したガスによって電池の破裂、発火が起きるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は、上記した従来の化学的な電池物質が持つ諸般問題点を解決することを目的とする。より詳しくは、従来化学的な方式による電池とは異なり、熱発生による電気的損失と損傷の危険性がなく、電池物質を極めて安定なものとしたナノポリマークレイ電池、ナノポリマークレイ電池に使用する電極用物質、及び該ナノポリマークレイ電池の製造方法を提供することにある。【０００８】
本発明は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬（明礬）、炭酸水素ナトリウム（NaHCO3)及び二酸化金属、あるいはこれらに加えて更に活性炭粉末などを利用して電池用物質を製造して、これらに圧力を加えて物理的な方式の電池を製造することで、従来の化学的な方式による電池の有する問題点を解決することができることを発見し、本発明を完成したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
[１]  本発明の第１の視点は、電気的マイナス極性物質からなる薄膜またはフィルムと、電気的プラス極性物質からなる薄膜またはフィルムとを含み、電気的マイナス極性物質の薄膜またはフィルムと、電気的プラス極性物質の薄膜またはフィルムとを積層・接合したナノポリマークレイ電池であって、
該電気的マイナス極性物質は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム（NaHCO3)及び二酸化金属を含み、
該電気的プラス極性物質は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム、二酸化金属及び活性炭粉末を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池に関する。【００１０】
上記ナノポリマークレイ電池においては、以下に好ましい態様を挙げる。
ａ）  上記ナノポリマークレイ電池において、該電気的マイナス極性物質は、電気的マイナス極性物質の全量を100重量％とした場合に、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2 重量%及び二酸化金属6〜18重量%を含み、
該電気的プラス極性物質は、電気的プラス極性物質の全量を100重量％とした場合に、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%、二酸化金属6〜18重量%及び活性炭粉末6〜18重量%を含むことが好ましい。【００１１】
ｂ）上記ナノポリマークレイ電池において、好ましくは上記積層・接合体の両面に絶縁体が設けられている。【００１２】
ｃ）  上記ナノポリマークレイ電池において、上記絶縁体は好ましくはシリコーン・シーラントである。【００１３】
ｄ） 上記ナノポリマークレイ電池の実施態様としては、上記ナノポリマークレイ電池は携帯電話機 、無線マウス、キーボード、MP3プレーヤー、カメラ、ノートブック、PDA、ロボット及び電子タグ等の応用電気機器のいずれか一つへ使用するために適合させたナノポリマークレイ電池が挙げられる。【００１４】
[２]  本発明の第２の視点は、ナノポリマークレイ電池用物質を提供することにある。より詳しくは、本発明の第２の視点は、ナノポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質、および該ナノポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質の構成成分に加えて活性炭粉末から得られるナノポリマークレイ電池用電気的プラス極性物質を提供することにある。
[２−１]   本発明の第２の視点は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質に関する。【００１５】
上記ナノポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質は、ポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質を100重量％として、好ましくはポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%及び二酸化金属6〜18重量%を含む。【００１６】
[２−２]  本発明の第２の視点は、さらに本発明の第２の視点の[２−１]のナノポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質に挙げたポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含み、更に活性炭粉末を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池用電気的プラス極性物質に関する。【００１７】
ナノポリマークレイ電池用電気的プラス極性物質において、ナノポリマークレイ電池用電気的プラス極性物質を100重量％として、好ましくは、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%、二酸化金属6〜18重量%及び活性炭粉末を6〜18重量%含む。【００１８】
[３] 本発明の第３の視点は、ナノポリマークレイ電池の製造方法に関し、該ナノポリマークレイ電池の製造方法は、
（１）ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを混合する工程と、
上記混合物に乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合する工程と、
得られた混合物に二酸化金属を投入して混合する工程を含んで電気的マイナス極性物質を製造する段階と、
（２） ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを混合する工程と、
上記混合物に乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合する工程と、
得られた混合物に二酸化金属と活性炭粉末を投入して混合する工程を含んで電気的プラス極性物質を製造する段階と、
（３）上記電気的マイナス極性物質と電気的プラス極性物質をそれぞれ薄膜またはフィルムに加工する段階と、
（４）上記電気的マイナス極性物質の薄膜またはフィルムと電気的プラス極性物質の薄膜またはフィルムを接合する段階を含むことを特徴とする。 上記薄膜またはフィルムへの加工、上記薄膜またはフィルムの接合には、ローラープレス、板状プレス等を適宜使用することができる。【００１９】
ナノポリマークレイ電池の製造方法において、以下に好ましい態様をあげる。
a)  電気的マイナス極性物質を製造する段階（１）の工程において、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬 0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%、二酸化金属6〜18重量%を用い、
電気的プラス極性物質を製造する段階（２）の工程において、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%を用いる。 【００２０】
ｂ）上記電気的マイナス極性物質と上記電気的プラス極性物質を薄膜またはフィルムに加工する段階の加工圧力が、150〜300ton/m２である。【００２１】
ｃ） 上記接合段階後、接合により得られたナノポリマークレイ電池の両面に絶縁体を設ける工程をさらに含む。【００２２】
ｄ）  上記絶縁体はシリコーン・シーラントである。【００２３】
ｅ）  上記絶縁体の厚さは6〜10Åである。
【発明の効果】
【００２４】
ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含むナノポリマークレイ電池用電気的マイナス極性物質、及びこれらに加えて活性炭粉末を含むナノポリマークレイ電池用電気的プラス極性物質を製造して、これらのナノポリマークレイ電池用物質に圧力を加えて物理的な方式の電池を製造すると、従来化学的な方式による電池たちとは違って、熱発生による電気的な損失と損傷の危険性がなく、電池物質の安定性を最大化することができるなどの有用な効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般ポリマー分子と膨張ポリマー分子の構造を比較して示す模式図であり、「従来の」一般ポリマー分子の鎖構造”Ａ”を、膨張化物質で膨張させた膨張ポリマー分子の鎖構造”Ｂ”を示す。
【図２】本発明によるナノポリマークレイ電池用電極物質の構造を示す模式図であり、左下には「不安定化された分子鎖構造と圧力によるスピン・ホール鎖構造」を示し、右下には「外部の原子・電子振動と物質への圧力の付加により分子鎖構造が捻じれることにより生ずるスピン・ホール電子移動現象」を示す。
【図３】大気中に存在する原子、電子、イオン等の様々な粒子により、本発明の積層ナノポリマークレイ電池においてスピン分極とスピン分極電子によるスピン電流（Spin  Current)の発生及び電流（Electric Current)の発生現象を示す模式図である。
【図４】本発明による積層ナノポリマークレイ電池の電池用物質内の電子の移動を示す模式図であり、○マイナスは電子を、○±は電界の方向（＋→−）を模式的に示す。
【図５】本発明に係るナノポリマークレイ電池の電池用物質内における相互電子間に現れる分子鎖構造の引力と斥力による電子運動のメカニズムを示す模式図である。
【図６】本発明によるナノポリマークレイ電池の積層構造を分解して示す模式図である。
【図７】本発明によるナノポリマークレイ電池の電位差と電流移動現象を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を詳しく説明する。まず、本発明に使用されるそれぞれのナノポリマークレイ電池の電池用物質の構成成分を説明する。
（１）  ポリマークレイ
ポリマークレイ（Polymer-Clay、樹脂粘土、主成分は芳香族-脂肪族ポリエステル樹脂）は樹脂フィラー（Filler）として、一連の高密度化合物中の一つである。ポリマークレイは、電池物質内で膨張ポリマー物質への転換により正孔(Hole)と鎖構造を持つようにするための主原料として使われる。ポリマークレイとしては、芳香族-脂肪族ポリエステル樹脂とポリ塩化ビニルとを塩化ビニル柔軟剤としての可塑剤（充填剤）で混入して製造する組成物を例示できる。芳香族-脂肪族ポリエステル樹脂とポリ塩化ビニルとの混合比率は本発明のナノポリマークレイ電池の効果を達成することができるのであれば特に限定されず、また、当業者であれば適宜混合比率を選択できる。芳香族-脂肪族ポリエステル樹脂としては、例えば、日本触媒のポリビニルピロリドン K−30Wを挙げることができる。【００２７】
上記ポリマークレイは、ナノポリマークレイ電池用物質内の配合比（ナノポリマークレイ電池用物質の総量を100重量%とする、以下同じ）が18重量%未満になれば物質内の正孔(Hole)が不十分になり、60重量%を超過すれば膨張化物質での膨張ポリマー転換が容易ではない問題点があるので、その配合比を18〜60重量%にすることが好ましく、20〜40重量％がさらに好ましく、36重量%とすることが最も好ましい。
なお、膨張化物質とは、ポリマー中に添加され、ポリマー分子中にホール（正孔）を形成する物質で、安定ポリマー物質を不安定ポリマー物質とする化合物をいう。本発明では、二酸化金属、炭酸水素ナトリウム、ポリビニルアルコール、明礬、活性炭粉末等を指す。【００２８】
（２）  水溶性ポリビニルアルコール
水溶性ポリビニルアルコール(Vinyl Polymer, Poly Vinyl Acetateで誘導される,CH3CHOH-(CH2-CHOH)n-)は親水性表面を持つ材料に対してすぐれた結合力を示し、電池物質内のポリマークレイなどと結合して電池用物質の柔軟性と構造を一定に維持するための役目をする。【００２９】
上記水溶性ポリビニルアルコールは配合比が18重量%未満なら物質の柔軟性と構造を一定にするのが難しく、60重量%を超過すれば物質の合成された構造強度が大きくなり過ぎ柔軟性を失う恐れがあるので, その配合比を18〜60重量%にすることが好ましく、30〜50重量％とすることがより好ましく、 39重量%にすることが最も好ましい。 【００３０】
（３）  乾燥白礬
乾燥白礬(Burnt alum, K2SO2Al2(SO4)3)は比重が 1.97の吸湿性のある軽い粉末であり, ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールなどが結合された物質内で水分を吸湿する性質を有する。上記 乾燥白礬は、その配合比が0.25重量%未満なら吸湿性が弱くなり、2重量%を超過すれば吸湿性が強くなりすぎ、ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールの結合が容易に破壊される可能性があるので、その 配合比を0.25〜2重量%にすることが好ましく、0.5 重量%とすることがさらに好ましい。【００３１】
（４）  炭酸水素ナトリウム
上記炭酸水素ナトリウム(Sodium Bicarbonate、NaHCO3)は白色の結晶塊または結晶性粉末であり、電池物質で、ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールの化合物を膨張化物質で膨張ポリマー物質に転換させる際に重要な役割をする。炭酸水素ナトリウムは、その配合比が0.25重量%未満であると、物質の膨張力が低下され、2重量%を超過すれば物質内の電気伝導性に悪影響を与える可能性があるので、その配合比を0.25〜2重量%にすることが好ましく、0.5重量%とすることがさらに好ましい。【００３２】
（５）  二酸化金属
上記二酸化金属(dioxide metal)は、二酸化物系列の酸化金属を指し、電池用物質にナノ粒子の大きさで分散混合されることで、電池用物質に電気的極性を付与し、かつ電子の放出を可能とする二酸化金属であれば、特に限定されない。二酸化金属としては、具体的には、二酸化亜鉛、二酸化銅等を例示することができる。ここに、「ナノ粒子の大きさ」とは、電池用物質にナノ粒子の大きさで分散混合されることで電池用物質に電気的極性を付与し電子を放出することを可能とすれば特に限定されないが、例えば、10ｎｍ±5ｎｍ〜40ｎｍ±5ｎｍの範囲のナノ粒子サイズが例示される。【００３３】
上記二酸化金属類(dioxide metal)の配合比が6重量%未満であると物質内の電気的極性の付与と電子の放出の特性が充分でなく、18重量%を超過すればナノポリマークレイ電池物質の電気伝導性を低下させるので、その 配合比を6〜18重量%にすることが好ましく、12重量%とすることがさらに好ましい。【００３４】
（６）  活性炭粉末
上記活性炭粉末(active Carbon)は吸着性が強く、大部分の構成物質が炭素質になった物質である。物質内で輻射の吸収や高速粒子線の衝撃などにより、原子や分子またはイオンなどが高エネルギー状態になって結晶格子に変動を起こしやすい状態となり、電池物質内で化合物と容易に安定的に結合する性質を有する。それにより、炭素質の機能が向上し、炭素は水素、酸素または窒素などと共有結合を容易に形成することができ、単結合、二重結合、三重結合を可能とし鎖型と格子状の構造を形成することができる。 【００３５】
上記活性炭粉末は、その配合比が6重量%未満であれば電池物質内部の結晶格子変動を起こしにくく、18重量%を超過すれば電池物質内部の化合物との鎖構造を破壊する可能性があるので、その配合比を6〜18重量%にすることが好ましく、10〜15重量％とすることがさらに好ましく、12重量%とすることが最も好ましい。【００３６】
活性炭粉末の粒子の大きさとしては、上記作用を発揮するのであれば特に限定されるものではないが、例えば、20ｎｍ±5ｎｍ〜40ｎｍ±5ｎｍの範囲のナノ粒子サイズが例示される。【００３７】
上記活性炭粉末は電気的プラス極性物質にだけ使われるが、活性炭粒子は電気的プラス極性物質と電気的マイナス極性物質との間に電位差を与える為に加えられる。活性炭粉末の種類は必ずしも制限されるものではなく、二つの電気的極性を持つ物質の2次加工性を向上する為に、二酸化金属と活性炭粉末のナノ粒子は多様な挿入剤(Intercalant)の形に改質、添加することができる。【００３８】
すなわち 上記プラス極性を持つ電池物質はポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム、二酸化金属及び活性炭粉末を含んでおり、一方、マイナス極性を持つ電池用物質はポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬 、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含んでいる。上記構成により、プラス極性物質とマイナス極性物質との間で電位差が現われる。【００３９】
上記プラス極性物質とマイナス極性物質で構成されるナノポリマークレイ電池は、物理的な方式特徴を有し、発熱現象及び損傷の危険性を最小化することができる。【００４０】
以下に、上記ナノポリマークレイ電池用物質を利用してナノポリマークレイ電池を製造する方法に対して説明する。以下に述べるナノポリマークレイ電池の製造方法は、本発明の好適な製造例を示すもので、本発明のナノポリマークレイ電池を製造する方法は、これに限定されるものではない。【００４１】
本発明のナノポリマークレイ電池の製造方法は、
（１） ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを混合する工程と、上記混合物に乾燥白礬 と炭酸水素ナトリウムを投入して混合する工程と、得られた混合物に二酸化金属を投入して混合する工程を含んで電気的マイナス極性を持つ物質を製造する段階と、
（２）  ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを混合する工程と、上記混合物に乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合する工程と、得られた混合物に二酸化金属と活性炭粉末を投入して混合する工程を含んで電気的プラス極性を持つ物質を製造する段階と、
（３） 上記 電気的なマイナス極性を持つ物質とプラス極性を持つ物質をそれぞれ薄膜またはフィルムに加工する段階と、
（４） 上記 電気的なマイナス極性を持つ物質とプラス極性を持つ物質の薄膜またはフィルムを接合する段階を含むことを特徴とする。上記薄膜またはフィルムへの加工、上記薄膜またはフィルムの接合には、ローラープレス、板状プレス等を適宜使用することができる。【００４２】
具体的な好適条件については、上記[３]のａ）〜e)に述べたのでその説明を省略する【００４３】
本発明では電気的マイナス極性を持つ物質と電気的プラス極性を持つ物質をそれぞれ製造するのに、先に電気的マイナス極性を持つ物質の製造方法を説明する。しかし、本発明で電気的マイナス極性を持つ物質と電気的プラス極性を持つ物質の製造順序を制限するのではない。【００４４】
先に、ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを始めに配合する理由は、上記ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールが正孔と鎖の構造を持つ膨張ポリマー物質の主原料として使われるので、これらを組み合わせ配合することにより物質の柔軟性と構造を一定化するのが容易なためであるが, 本発明はこれに限定されない。【００４５】
上記配合の完了後、混合物に乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合し、混合物に吸湿性を付与するとともに、膨張ポリマーに転換させる。  乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムは、別々に加えることもできる。上記「乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合し」にはこの場合も含む。別々に加える場合、乾燥白礬の配合が完了後、混合物に炭酸水素ナトリウム（NaHCO3)を投入して混合して膨張ポリマー転換を行う。【００４６】
得られた混合物に二酸化金属を混合することで、電気的マイナス極性を持つナノポリマークレイ電池用物質を製造する。【００４７】
電気的プラス極性を持つ電池物質は、上記電気的マイナス極性を持つ電池用物質を製造する方法と同一方法で製造するが、二酸化金属を加える最終段階で活性炭粉末も混合する。この場合、二酸化金属と活性炭粉末を別々に混合することもできる。【００４８】
上記のような電気的マイナス極性を持つ物質と電気的プラス極性を持つ物質の製造が完了後、ローラープレス等を利用してそれぞれ薄膜またはフィルムの形態に加工する。上記ローラープレス等の圧力は150〜300ton/m２とすることが望ましい。薄膜またはフィルムの厚さは特に限定されないが、たとえば2〜20μｍ程度とすることができる。【００４９】
上記ローラープレス等の圧力が150ton/m2未満であると、物質内部の電気的な伝導性が充分に発揮されることができず、300ton/m2を超過すると物質内部に過度な圧力による熱が発生して鎖型の構造を破壊して電気的伝導性が失われる可能性があるので 経済的ではない。【００５０】
上記それぞれの薄膜またはフィルムを作製後、再びローラープレス等を利用してプラス極性を持つ薄膜またはフィルムとマイナス極性を持つ薄膜またはフィルムとを接合する。 上記ローラープレス等の圧力はそれぞれの薄膜またはフィルムを接合可能とするのであれば、特に制限されないが、3〜5ton/m2が望ましい。【００５１】
接合が完了後、上記電池の両面に絶縁体をコーティングあるいは積層により設けることができる。上記絶縁体としては、シリコーン・シーラント(Silicone Sealant)を用いることができる。また、上記絶縁体は、薄膜素子の両面のそれぞれに6〜10Åの膜厚で設けることが望ましい。厚さが6Å未満になれば薄膜またはフィルムの製造が容易ではなく生産性が落ち、10Åを超過すれば電流による量子効果の電子移動が易くないので、絶縁体層を厚さ6〜10Åにコーティングあるいは積層して設けることが望ましい。  【００５２】
すなわち、上記のように製造されるナノポリマークレイ電池は、好ましい実施態様として、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%及び二酸化金属 6〜18重量%を含む電気的マイナス極性を持つ物質の薄膜またはフィルムと、ポリマークレイ18〜60重量%、水溶性ポリビニルアルコール18〜60重量%、乾燥白礬0.25〜2重量%、炭酸水素ナトリウム0.25〜2重量%、二酸化金属 6〜18重量%及び活性炭粉末6〜18重量%を含む電気的プラス極性を持つ物質の薄膜を相互接合し、接合したナノポリマークレイ電池の両面に絶縁体をコーティングあるいは積層して設ける。【００５３】
上記ナノポリマークレイ電池はAP(Access Point)のような発振器で電波を発生させることにより、ナノポリマークレイ電池にイオンや電波を付与し電池内部の電子を活性化させ、電気エネルギーを発生させることができる。【００５４】
上記ナノポリマークレイ電池は基本的には電源が必要なすべての製品に適用可能であり、例えば携帯電話機、無線マウス、キーボード、MP3プレーヤー、カメラ、ノートブック、PDA、ロボット、アクティブRFI（Active RFI）バッテリ代用等のあらゆる電化製品に使うことができるが、その用途を制限するものではない。【００５５】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
図1に示すように、一般のポリマー分子は安定した分子鎖構造を持っており、膨張ポリマー分子は安定した分子鎖構造と正孔を持つ。一方、図２に示すように、本発明によるナノポリマークレイ電池はそれぞれの化合物の結合・相互作用により不安定化された分子鎖構造と圧力によるスピン・ホール(Spin hole)鎖構造を有する。上下の３つの○は分子の鎖構造の一部を示す。図2は、アバランチェ・ブレークダウン（Avalanche breakdown）現象を示し、キャリアが加速されて進行して格子と衝突を起こして新しい電子とホールが生成される。またその生成されたキャリアがまた他の格子と衝突を起こして新しいキャリアを生成させる. これが繰り返されて無数に多い電子とホールが生成されてアバランチェ・ブレークダウンが発生する。【００５６】
本発明によるナノポリマークレイ電池は、電池内で、原子結合(atomic bond) をしている。また、分子軌道(molecular orbital)とは、分子の構造的に拗じれた正孔に対する鎖構造に対して、外部原子、電子振動および圧力が付与されることによって、電池内部の原子, 電子の間にお互いに引力と斥力が作用する。その結果、原子と電子がその正孔に対して振動をして, 自由電子が動いて電子が電池内を移動するようになる。引力と斥力による電子交換エネルギーは量子力学によって運動量(スピン)を持つ。  【００５７】
また、スピン分極とスピン分極電子による積層電池物質は図3のような現象を示し、引力、斥力により電子が電池物質内を移動する。図３において、上下方向の短い矢印は大気の中に存在するさまざまな原子, 電子及びイオン等の粒子が元の物質と衝突して振動を発生する状態を示し、上下方向の長い矢印は、それによってスピンホール現象が発生していることを示し、スピン電流（Spin Current)、電流（Electric Current)が発生する。図中、上下方向の長い矢印は外部電子の入出力を表す。【００５８】
電子の移動をよく見れば、図4及び図5のような現象が現れる。図６に、本発明のナノポリマークレイ電池の一実施態様を示す。図6に示すように、該ナノポリマークレイ電池では、電気的マイナス極性薄膜またはフィルムと電気的プラス極性薄膜またはフィルムからなる積層体の両面に絶縁体の層を設け、絶縁体層の上に金属板A（銅板）,B（亜鉛板）を設けて、これらを一体に積層・結合している。図７参照。図７のナノポリマークレイ電池に対して、圧力計（V）と電流計（A）とを接続した状態を示す（実際は、圧力計は並列接続し、電流計は直列接続をするが、簡単化のため圧力計V及び電流計Aの接続構造を図７に示す）。図７に示す状態で、上、下に圧力を加えると、図7に示すように、ナノポリマークレイ電池積層体から電子の放出が誘導され、回路中に電流が流れ、電位差と電流移動現象が現われる。 
【実施例】
【００５９】
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。
（１）ポリマークレイ18g、水溶性ポリビニルアルコール20g、乾燥白礬0.25g、炭酸水素ナトリウム0.25g、二酸化金属6g及び活性炭粉末6gを配合してプラス極性物質を製造した。
（２）次に、ポリマークレイ18g、水溶性ポリビニルアルコール20g、乾燥白礬0.25g、炭酸水素ナトリウム0.25g、二酸化金属 6gを配合してマイナス極性物質を製造した。【００６０】
（３）プラス極性物質及びマイナス極性物質のそれぞれを200ton/m２の圧力でフィルム状とした（ナノポリマークレイ電池（＋）極、ナノポリマークレイ電池（−）極）。
（４）フィルムを製造した後、絶縁体と２枚の金属板を準備して（シリコーン・シーラント絶縁体、銅板、亜鉛板）、ナノポリマークレイ電池（＋）極、ナノポリマークレイ電池（−）極を接合して本発明のナノポリマークレイ電池を製造した。ナノポリマークレイ電池は、銅板、シリコーン・シーラント絶縁体、ナノポリマークレイ電池（＋）極、ナノポリマークレイ電池（−）極、シリコーン・シーラント絶縁体、亜鉛板をこの順番で積層した。銅版0.3mm, 絶縁体数十Å、各電極0.5mm, 絶縁体、数十Å、亜鉛版0.3mm. いずれも縦横、50mm x 50mmとした。【００６１】
（５）得られたナノポリマークレイ電池にそれぞれ電圧計と電流計を接続し、圧力を付与し、電圧と電流とを測定した。上記製造されたナノポリマークレイ電池の電圧値と電流の測定値は、1.09V及び5.95ｍAであった (電池の電圧と電流の値は単位面積と比例)。【００６２】
（６）上記ナノポリマークレイ電池を電子計算機（カシオ製、DW-20ET型（12桁表示）、DC１．５V、内蔵電池LR44ｘ１）に適用したところ、電源が入ることが確認された。【００６３】
以上で 本発明を、上記で実施した例に限って説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではない。本発明の範疇と思想を抜け出さない範囲内で多様な変形実施が可能であることは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月8日(2009.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的マイナス極性物質からなる薄膜またはフィルムと、電気的プラス極性物質からなる薄膜またはフィルムとを含み、電気的マイナス極性物質の薄膜またはフィルムと、電気的プラス極性物質の薄膜またはフィルムとを積層・接合したナノポリマークレイ電池であって、
該電気的マイナス極性物質は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム及び二酸化金属を含み、
該電気的プラス極性物質は、ポリマークレイ、水溶性ポリビニルアルコール、乾燥白礬、炭酸水素ナトリウム、二酸化金属及び活性炭粉末を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項２】
請求項第１項において、該電気的マイナス極性物質は、電気的マイナス極性物質の全量を１００重量％とした場合に、ポリマークレイ１８〜６０重量％、水溶性ポリビニルアルコール１８〜６０重量％、乾燥白礬０．２５〜２重量％、炭酸水素ナトリウム０．２５〜２重量％及び二酸化金属６〜１８重量％を含み、
該電気的プラス極性物質は、電気的プラス極性物質の全量を１００重量％とした場合に、ポリマークレイ１８〜６０重量％、水溶性ポリビニルアルコール１８〜６０重量％、乾燥白礬０．２５〜２重量％、炭酸水素ナトリウム０．２５〜２重量％、二酸化金属６〜１８重量％及び活性炭粉末６〜１８重量％を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項３】
請求項第１項または第２項において、上記積層・接合体の両面に絶縁体層が設けられていることを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項４】
請求項第３項にあって、上記絶縁体はシリコーン・シーラントであることを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項５】
請求項第１項乃至第４項のいずれか１項において、上記ナノポリマークレイ電池は携帯電話機、無線マウス、キーボード、ＭＰ３プレーヤー、カメラ、ノートブック、ＰＤＡ、ロボット及び電子タグ等の応用電気機器のいずれか一つへ使用するために適合させたことを特徴とするナノポリマークレイ電池。
【請求項６】
（１）ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを混合する工程と、上記混合物に乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合する工程と、得られた混合物に二酸化金属を投入して混合する工程を含んで電気的マイナス極性物質を製造する段階と、
（２）ポリマークレイと水溶性ポリビニルアルコールを混合する工程と、上記混合物に乾燥白礬と炭酸水素ナトリウムを投入して混合する工程と、得られた混合物に二酸化金属と活性炭粉末を投入して混合する工程を含んで電気的プラス極性物質を製造する段階と、
（３）上記電気的マイナス極性物質と電気的プラス極性物質をそれぞれ薄膜またはフィルムに加工する段階と、
（４）上記電気的マイナス極性物質の薄膜またはフィルムと電気的プラス極性物質の薄膜またはフィルムを接合する段階を含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【請求項７】
請求項第６項において、
電気的マイナス極性物質を製造する段階（１）の工程において、ポリマークレイ１８〜６０重量％、水溶性ポリビニルアルコール１８〜６０重量％、乾燥白礬０．２５〜２重量％、炭酸水素ナトリウム０．２５〜２重量％、二酸化金属６〜１８重量％を用い、
電気的プラス極性物質を製造する段階（２）の工程において、ポリマークレイ１８〜６０重量％、水溶性ポリビニルアルコール１８〜６０重量％、乾燥白礬０．２５〜２重量％、炭酸水素ナトリウム０．２５〜２重量％を用いることを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【請求項８】
請求項第６項または第７項において、上記電気的マイナス極性物質と上記電気的プラス極性物質の各々を薄膜またはフィルムで加工する段階のプレス圧力が、１５０〜３００ｔｏｎ／ｍ２であることを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【請求項９】
請求項第６項乃至第８項のいずれか１項において、上記接合する段階後、接合により得られたナノポリマークレイ電池の両面に絶縁体を設ける工程をさらに含むことを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項第９項において、上記絶縁体はシリコーン・シーラントであることを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項第９項または第１０項において、上記絶縁体の厚さは６〜１０Åであることを特徴とするナノポリマークレイ電池の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2009157044.tif 000010
2009157044.tif 000011
2009157044.tif 000012
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