(57)【要約】【課題】  曲げ操作を繰り返しても表面に大きなシワが残りにくい薄型電池を提供する。【解決手段】  リチウム一次電池１Ａは、枠部材２，３、正極活物質層４、正極集電部材６、負極活物質層５、負極集電部材７およびセパレータ９を有する。正極集電部材６および負極集電部材７は、それぞれ、枠部材２，３の開口を塞ぐように該枠部材２，３に固定されてリチウム一次電池１Ａの外装材を兼ねている。枠部材２，３、正極集電部材６および負極集電部材７によって活物質充填室１０が形成されている。金属膜６１，７１に樹脂膜６３，７３が貼り合わされた金属−樹脂ラミネート膜で正極集電部材６および負極集電部材７を構成しているため、リチウム一次電池１Ａは曲げ操作を繰り返しても表面にシワが残りにくい。【選択図】  図２
2006172766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータ（９）と、
前記セパレータ（９）の一方の面側に配置された正極活物質層（４）と、
前記正極活物質層（４）から電気的に分離されるように前記セパレータ（９）の他方の面側に配置された負極活物質層（５）と、
それらセパレータ（９）、正極活物質層（４）および負極活物質層（５）を包囲する樹脂製の枠部材（２，３）と、
前記枠部材（２，３）の一方の開口を塞ぐようにその枠部材（２）に固定され、前記セパレータ（９）との間で前記正極活物質層（４）を保持する正極集電部材（６，６００）と、
前記枠部材（２，３）の他方の開口を塞ぐようにその枠部材（３）に固定され、前記セパレータ（９）との間に前記負極活物質層（５）を保持する負極集電部材（７，７０，７９，８，７０１）とを備え、
前記正極集電部材（６，６００）および前記負極集電部材（７，７０，７９，８，７０１）は、両者とも、金属膜（６１，７１，７２，８５）に樹脂膜（６３，７３，８３，６３０，７３０）が一体に重ね合わされた積層膜を含んで構成されており、
前記金属膜（６１）によって前記正極集電部材（６，６００）と前記正極活物質層（４）との導通が取られ、ならびに、前記金属膜（７１，７２，８５）によって前記負極集電部材（７０，７９，８，７０１）と前記負極活物質層（５）との導通が取られ、
前記金属膜（６１，７１，７２，８５）が前記枠部材（２，３）と接合して気密を保持するシール部（１１，１１’）を形成すると同時に前記枠部材（２，３）の外側への電流経路として利用され、前記樹脂膜（６３，７３，８３，６３０，７３０）が前記枠部材（２，３）とは反対側から前記金属膜（６１，７１，７２，８５）を支持していることを特徴とする薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ）。
【請求項２】
前記正極集電部材（６）および前記負極集電部材（７，７０，７９，８）は、それぞれ、当該薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）の厚さ方向に直交する面内において前記枠部材（２，３）より外側に延び出た電力取出部（６ｔ，７ｔ，７ｔ’，８ｔ）を有するとともに、その電力取出部（６ｔ，７ｔ，７ｔ’，８ｔ）も含めて、前記金属膜（６１，７１，７２，８５）に前記樹脂膜（６３，７３，８３）が一体に重ね合わされた積層膜で構成されている請求項１記載の薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）。
【請求項３】
当該薄型電池（１Ｂ，１Ｃ）は、前記負極活物質層（５）がリチウムまたはリチウム合金で構成されたリチウム一次電池として構成され、
前記正極集電部材（６）および前記負極集電部材（７０，７９）を構成する前記積層膜は、アルミニウムで構成された前記金属膜（６１，７２）と前記樹脂膜（６３，７３）とが一体化されたアルミラミネート膜であり、
前記正極集電部材（６）は、前記金属膜（６１）で前記正極活物質層（４）と直接接触する一方、前記負極集電部材（７０，７９）は前記金属膜（７１）と前記負極活物質層（５）とに介在する第二金属膜（７５，７７）をさらに備える請求項１または２記載の薄型電池（１Ｂ，１Ｃ）。
【請求項４】
前記第二金属膜（７５，７７）は銅、銅合金、ステンレス、ニッケルおよびニッケル合金のグループから選択される一種の金属からなる請求項３記載の薄型電池（１Ｂ，１Ｃ）。
【請求項５】
当該薄型電池（１Ａ）は、前記負極活物質層（５）がリチウムまたはリチウム合金で構成されたリチウム一次電池として構成され、
少なくとも、前記負極集電部材（７）を構成する前記積層膜は、銅で構成された前記金属膜（７１）と前記樹脂膜（７３）とが一体化された銅ラミネート膜とされ、
前記正極集電部材（６）および前記負極集電部材（７）は、それぞれ、前記金属膜（６１，７１）で前記正極活物質層（４）または前記負極活物質層（５）と直接接触する請求項１または２記載の薄型電池（１Ａ）。
【請求項６】
薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ）を製造する方法であって、樹脂製の枠部材（２，３）の開口を塞ぐようにその枠部材（２，３）に集電部材（６，７，７０，７９，８）を固定して活物質層（４，５）を収容する部屋（１０）を形成し、該部屋（１０）内に正極活物質層（４）、負極活物質層（５）およびセパレータ（９）を収容させるときに、前記集電部材（６，７，７０，７９，８）として金属膜（６１，７１，７２，８５）に樹脂膜（６３，７３，８３）を一体に重ね合わせた金属−樹脂ラミネート膜を使用するとともに、前記金属膜（６１，７１，７２，８５）自身が前記枠部材（２，３）の外側に延びる電流経路を構成するように前記金属−樹脂ラミネート膜を成形して前記集電部材（６，７，７０，７９，８）となし、その集電部材（６，７，７０，７９，８）を前記枠部材（２，３）に固定することを特徴とする薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟性を有する薄型電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、磁気カードに代わる簡易記憶媒体として、マイクロコンピュータを内蔵したＩＣカードの需要が拡大しつつある。ＩＣカードに採用されている電力供給方式で主流なのは電磁誘導方式であるが、内部電源を持たず電磁誘導による起電力のみで機能するＩＣカードは、記憶されている情報を端末装置でしか知ることができない不便さがある。そこで、こうしたＩＣカードにも内部電源と表示部を設ける試みがある。
【０００３】
ＩＣカードに組み込む電池としては、たとえば特許文献１に開示されているような、薄くて柔軟性に富む電池が適している。なぜなら、ＩＳＯ規格のＩＣカードには、１０００回にも及ぶ曲げサイクル試験に耐えうる性能が要求されるからである。
【０００４】
図１４は、特許文献１に開示されているタイプの電池の断面図である。薄型電池５０は、樹脂製の枠部材５３および集電体５７，５８の三者で構成される活物質充填室（電槽）内に、活物質層５５，５６がセパレータ５９を挟んで向かい合うように配置された構造を有する。ＩＣカード用途の場合、薄型電池５０の厚さは０．４ｍｍ程度である。ＩＣカードの耐曲げ性能を担保するためには、薄型電池５０にもＩＣカードと同じ曲げサイクル試験をパスすることが要求される。
【特許文献１】特許２９３５４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄型電池５０の曲げサイクル試験は、ＩＣカードに課される曲げサイクル試験を踏襲したものであり、図１５に示すごとく、薄型電池５０を弓なりに曲げる操作と元に戻す操作とを繰り返すことによって行なわれる。薄型電池５０を曲げたとき、一方の面側の集電体５８には引張り応力が懸かり、他方の面側の集電体５７には圧縮応力が懸かる。各集電体５７，５８は枠部材５３に固定されているので、圧縮応力が懸かる側の集電体５７には圧縮応力を逃がそうとしてシワ５７ｓが発生する。そして、曲げ操作を繰り返すうちに集電体５７が塑性変形を起こし、外部からの力を抜いてもシワ５７ｓが残るようになる。
【０００６】
薄型電池５０に生じたシワ５７ｓは、ＩＣカードの表面に転写される可能性がある。この事実は、ＩＣカードの機能に致命的な影響を及ぼす類のものではないが、カードの美観は損なわれる可能性がある。見栄えの良くないＩＣカードはＩＣカードを発行する企業イメージの低下、ＩＣカードの持つ宣伝広告機能の低下を招来する。
【０００７】
そこで本発明は、単に繰り返しの曲げ力に耐えうる機械強度を有するだけでなく、曲げ操作を繰り返しても表面にシワが残りにくい薄型電池を提供することを課題とする。また、その薄型電池の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の薄型電池は、柔軟性を有する薄型電池であって、セパレータと、セパレータの一方の面側に配置された正極活物質層と、正極活物質層から電気的に分離されるようにセパレータの他方の面側に配置された負極活物質層と、それらセパレータ、正極活物質層および負極活物質層を包囲する樹脂製の枠部材と、枠部材の一方の開口を塞ぐようにその枠部材に固定され、セパレータとの間で正極活物質層を保持する正極集電部材と、枠部材の他方の開口を塞ぐようにその枠部材に固定され、セパレータとの間に負極活物質層を保持する負極集電部材とを備え、正極集電部材および負極集電部材は、両者とも、金属膜に樹脂膜が一体に重ね合わされた積層膜を含んで構成されており、金属膜によって正極集電部材と正極活物質層との導通が取られ、ならびに、金属膜によって負極集電部材と負極活物質層との導通が取られ、金属膜が枠部材と接合して気密を保持するシール部を形成すると同時に枠部材の外側への電流経路として利用され、樹脂膜が枠部材とは反対側から金属膜を支持していることを主要な特徴とする。
【０００９】
上記本発明の薄型電池によれば、柔らかい樹脂膜が金属膜を支持する。金属膜単独で図１５の曲げ操作を繰り返した場合には、主に金属の塑性変形に起因するシワ５７ｓが残る。一方、本発明では弾性に富む樹脂膜が元の形状を保つ役割を担う。そのため、仮に金属膜が塑性変形をした場合でも、樹脂膜が弾性復帰することにつられてその金属膜は元の形状に戻ろうとする。こうした作用により、曲げ操作を繰り返しても電池の表面にシワが残りにくくなるという効果が得られる。また、電池を曲げたときに現れるシワも、樹脂膜を設けない場合に比べて小さくなる。また、図１５の曲げ操作を過度に（たとえば１０００回以上）繰り返していると、金属膜にクラックが生じたりすることも考えられるが、本発明の薄型電池では万が一そうなった場合でも、樹脂膜がセーフティーネットの役割を果たし、少なくとも急激な気密破壊や漏液は回避できる。つまり、金属膜と樹脂膜とを組み合わせた集電部材は、電池の安全性の向上にも寄与する。また、金属膜が枠部材と接合してシール部を形成するので、電池内部の気密性を十分に保つことができる。さらに、金属膜自身を枠部材の外側への電流経路として利用するため、集電部材と枠部材とで形成される電槽内に別部品であるリードを挿し込んだりする必要がない。
【００１０】
また、樹脂膜は金属膜を元の形状に弾性的に復帰させるほか、次のように作用する。図１６は、樹脂膜がシワの形成形態に及ぼす影響を説明する模式図であり、薄型電池を曲げたときに発生するシワの様子を平面的に示している。具体的には、図１６（ａ）が従来の薄型電池５０の場合であり、図１６（ｂ）が本発明の薄型電池１Ａの場合である。まず、図１６（ａ）に示すごとく、金属膜だけで構成された集電体５７を持つ薄型電池５０を曲げたとき、その集電体５７に発生するシワ５７ｓは、枠部材５３に差し掛かる端部がやや尖った形状になる傾向がある。これに対し、図１６（ｂ）に示すごとく、金属膜と樹脂膜とで構成された集電部材７を持つ薄型電池１Ａを曲げたとき、集電部材７に発生するシワ７ｓは、枠部材２，３に差し掛かる端部が丸みを帯びた形状になる傾向がある。すなわち、金属膜だけで構成された集電体５７に発生するシワ５７ｓは、端部に応力が集中しやすい。仮に、集電体５７の厚さと、金属膜と樹脂膜とからなる集電部材７の厚さを同一とし、金属疲労によってクラックが生じるまで薄型電池５０，１Ａの曲げサイクル試験を行なった場合、より多くの曲げ回数まで耐えうるのは図１６（ｂ）の本発明の薄型電池１Ａである。このように、樹脂膜はシワの端部に応力が集中することを防ぎ、金属膜にクラックが生じることを抑制している。
【００１１】
好適な態様において、正極集電部材および負極集電部材は、それぞれ、当該薄型電池の厚さ方向に直交する面内において枠部材より外側に延び出た電力取出部を有するとともに、その電力取出部も含めて、金属膜に樹脂膜が一体に重ね合わされた積層膜で構成されている。電槽内にリードを挿し込む構造の場合、気密性を確保するための工夫が必要であるが、本発明のごとく電力取出部も金属膜で構成してしまえば、そうした工夫が必要ない。つまり、電池の構造を単純にできるとともに電池の薄型化に有利である。
【００１２】
より好適な態様において、本発明の薄型電池は、負極活物質層がリチウムまたはリチウム合金であるリチウム一次電池として構成される。この場合、正極集電部材および負極集電部材を構成する積層膜には、アルミニウムで構成された金属膜と樹脂膜とが一体化されたアルミラミネート膜を採用できる。この場合、正極集電部材についてはアルミニウムからなる金属膜で正極活物質層と直接接触していてもよいが、負極集電部材はアルミニウムからなる金属膜と負極活物質層とに介在する第二金属膜を備えることが望ましい。
【００１３】
シワの残存を防止するという観点では、柔軟性に優れ尚且つ塑性変形し難いという性質を併せ持つ金属を集電部材に使用するのがよい。こうした性質をバランスよく備えるのがアルミニウムであり、シワ防止の目的に最適であると考えられる。また、同程度の性質を持つ銅と比べると、アルミニウムの方が若干安価であるという利点も工業生産上の重要な要因である。一方、リチウム一次電池において、負極活物質としてリチウム−アルミニウム合金が使用できることが知られている。この事実から分かるように、リチウムとアルミニウムとを接触させた状態で放置すると、両者の合金化が進む恐れがある。さらに、表面に不動態膜が十分形成されていないアルミニウムは、種類にもよるが、電解液に簡単に溶解する。そこで、本発明のごとく、アルミニウムからなる金属膜と負極活物質層との間に、リチウムと合金化しにくく、尚且つアルミニウムよりも電解液に溶解しにくい金属からなる第二金属膜を設ける。このようにすれば、合金化の問題および電解液への溶解の問題を容易に解消でき、長期保存にも安定した特性のリチウム一次電池を提供できる。
【００１４】
具体的に、上記した第二金属膜は銅、銅合金、ステンレス、ニッケルおよびニッケル合金のグループから選択される一種の金属で構成することができる。これらの金属を使用することにより、リチウムと集電部材の金属膜との合金化、電解液への金属膜の溶解を防ぐことができる。
【００１５】
一方、本発明の薄型電池がリチウム一次電池の場合、少なくとも負極集電部材を構成する積層膜は、銅で構成された金属膜と樹脂膜とが一体化された銅ラミネート膜で構成することができる。この場合、正極集電部材および負極集電部材は、それぞれ、銅製の金属膜で正極活物質層または負極活物質層と直接接触させることができる。銅は電解液に溶解しにくいうえリチウムとの合金化の問題も少ないので、集電部材を構成する金属膜の材料としては好適である。また、使用部品の種類を減じて材料コストを削減するという観点では、正極集電部材と負極集電部材とに同一材料を使用することが好ましい。また、銅ラミネート膜を用いることにより十分なシワ防止効果が得られる。
【００１６】
また、薄型電池を製造するための本発明の方法は、樹脂製の枠部材の開口を塞ぐようにその枠部材に集電部材を固定して活物質層を収容する部屋を形成して、該部屋内に正極活物質層、負極活物質層およびセパレータを収容させるときに、集電部材の材料として金属膜に樹脂膜を一体に重ね合わせた金属−樹脂ラミネート膜を使用し、金属膜自身が枠部材の外側に延びる電流経路を構成するように金属−樹脂ラミネート膜を成形して集電部材となし、その集電部材を枠部材に固定することを主要な特徴とする。このような方法によれば、柔軟性に優れる金属−樹脂ラミネート膜を電池の外装材として使用する場合でも、電池内にリード端子を挿入することを要せず、枠部材と集電部材とを容易に固定することができる。そのため、気密性の高い薄型電池を安定して製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１に示すのは、本発明にかかる薄型電池の一実施形態であるリチウム一次電池の斜視図である。図２は図１中のＡ−Ａ断面図である。リチウム一次電池１Ａは全体として方形かつ板状であり、枠部材２，３、正極活物質層４、正極集電部材６、負極活物質層５、負極集電部材７およびセパレータ９を備える。正極集電部材６および負極集電部材７は、それぞれ、枠部材２，３の開口を塞ぐように該枠部材２，３に固定されてリチウム一次電池１Ａの外装材を兼ねている。枠部材２，３、正極集電部材６および負極集電部材７によって活物質充填室１０が形成されている。金属膜６１，７１と樹脂膜６３，７３とが貼り合わされた金属−樹脂ラミネート膜で正極集電部材６および負極集電部材７を構成しているため、リチウム一次電池１Ａは曲げ操作を繰り返しても表面にシワが残りにくい。
【００１８】
図２の断面図に示すごとく、正極側枠部材２および負極側枠部材３は、枠の内周側においてセパレータ９の外周部９ｋを間に挟み、残りの部分で相互に接着されている。セパレータ９とは反対側に位置するように、正極集電部材６が正極側枠部材２に、負極集電部材７が負極側枠部材３に接着されている。これにより、活物質充填室１０の気密を保持するシール部１１が形成されている。セパレータ９は、周縁部９ｋが枠部材２，３で挟まれることにより、活物質充填室１０を正極活物質層４が配置された正極側と、負極活物質層５が配置された負極側とに分断している。活物質充填室１０内において、正極集電部材６とセパレータ９との間に正極活物質層４が保持され、負極集電部材７とセパレータ９との間に負極活物質層５が保持されている。
【００１９】
正極集電部材６は、金属膜６１で正極活物質層４との電気的な接続を取っているとともに、金属膜６１の側で枠部材２に接着されている。同様に、負極集電部材７は、金属膜７１で負極活物質層４との電気的な接続を取っているとともに、金属膜７１の側で枠部材３に接着されている。そして、枠部材２，３とは反対側から樹脂膜６３，７３が金属膜６１，７１を支持することにより、集電部材６，７の弾性が高められ、繰り返しの曲げ力を加えてもシワが残りにくくなる。
【００２０】
また、正極集電部材６および負極集電部材７は、それぞれ、電力取出部６ｔ，７ｔを有する。電力取出部６ｔ，７ｔは、リチウム一次電池１Ａの厚さ方向に直交する面内において枠部材２，３よりも外側に延び出ている。これら電力取出部６ｔ，７ｔも、金属膜６１，７１に樹脂膜６３，７３が貼り合わされた金属−樹脂ラミネート膜で構成されている。図３に示すごとく、金属膜６１，７１は、活物質充填室１０に面する第一部分６１ａ，７１ａと、枠部材２，３に接着される第二部分６１ｂ，７１ｂと、電力取出部６ｔ，７ｔを構成する第三部分６１ｃ，７１ｃとからなる。そして、これらの全部が樹脂膜６３，７３で支持されている。金属膜６１，７１を枠部材２，３の外側への電流経路として利用することで、活物質充填室１０内にリード端子を挿入することが不要となっている。
【００２１】
図４に示すのは、正極集電部材６および負極集電部材７の拡大断面図である。樹脂膜６３，７３は金属膜６１，７１の片面全体に密着および一体化している。このような金属−樹脂ラミネート膜は、別々に作製した金属膜６１，７１と樹脂膜６３，７３とを、ホットメルト型の樹脂接着剤で貼り合せるという方法で製造することができる。あるいは、単に金属膜６１，７１と樹脂膜６３，７３とを重ね合わせ、両者を加熱しながら相互に圧着することも可能である。また、使用する金属の種類によっては、金属膜６１，７１をメッキ法、蒸着法、スパッタ法で形成することも可能である。たとえば、銅を使用する場合には、メッキ法は現実的な方法である。また、金属膜６１，７１の上に溶融樹脂を塗布することにより、樹脂膜６３，７３を形成することも可能である。
【００２２】
金属膜６１，７１と樹脂膜６３，７３との厚さの大小は特に限定されるものではないが、リチウム一次電池１Ａにおいては、樹脂膜６３，７３の厚さＤ２を金属膜６１，７１の厚さＤ１よりも小さく調整している。電池容量を稼ぐには集電部材６，７は極力薄い方がよいが、金属膜６１，７１が薄くなりすぎると（たとえば２０μｍ未満）、該金属膜６１，７１にピンホールが生じて、正極集電部材６および負極集電部材７のガスバリア性、特に水蒸気に対するガスバリア性が不足する恐れがある。したがって、金属膜６１，７１はガスバリア性を十分に確保できる厚さＤ１、具体的には３０μｍ以上の均一な厚さＤ１に調整するとよい。そして、樹脂膜６３，７３はシワ防止効果を得るために必要十分な厚さＤ２とする。
【００２３】
また、金属膜６１，７１は、電気伝導性に優れるとともに電解液に溶解しにくい金属で構成する必要がある。たとえば、正極集電部材６の金属膜６１は、銅、銅合金、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルおよびニッケル合金のグループから選択される一種の金属で構成することができる。特にアルミニウム、すなわち、正極集電部材６にアルミラミネート膜を使用することは、高いシワ防止効果を望めること、安価であること等の理由で推奨される。
【００２４】
一方、負極集電部材７の金属膜７１は、たとえば銅、銅合金、ステンレス、ニッケルおよびニッケル合金のグループから選択される一種の金属で構成することができる。この中でも、シワ防止効果の高さや、コストなどから総合的に判断すると、銅が適している。
【００２５】
もちろん、負極集電部材７の金属膜７１にアルミニウムを全く使用できないというわけではない。たとえば、アルミニウムと銅とのクラッド構造を金属膜７１に持たせることは可能である。その場合、金属膜７１はアルミニウムの側で樹脂膜７３に支持され、銅の側で負極活物質層５と接することになる。また、正極集電部材６の金属膜６１と、負極集電部材７の金属膜７３との両方を銅で構成することも、部品点数を統一するという観点からすれば好適である。
【００２６】
一方、樹脂膜６３，７３は、加工性、機械特性および柔軟性に優れる樹脂が好ましい。具体的に樹脂膜６３，７３は、ポリエチレンテレフタラート、ポリプロピレンおよびポリエチレンのグループから選択される一種の樹脂で構成することができる。中でも、ポリエチレンテレフタラートは曲げサイクル試験に十分耐えうる柔軟性および弾性を有しており、金属膜６３，７３を強固に支持して優れたシワ防止効果を発揮するので好適である。
【００２７】
次に、集電部材６，７以外の部材の説明を行なう。
枠部材２，３は、窓枠のような形状を持つ薄い樹脂シートである。枠部材２，３に使用される樹脂シートは、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート等の熱可塑性樹脂で構成された基材の両面に、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、エチレン・メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、酸変性ポリエチレン（ＰＥ−ａ）、酸変性ポリプロピレン（ＰＰ−ａ）等のホットメルト型の樹脂接着剤層を設けたものである。本実施形態では、二軸延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ）をエチレン・メタクリル酸共重合体で挟んだ３層構造の樹脂シートを、枠部材２，３に使用している。枠部材２，３と集電部材６，７との接着、ならびに、枠部材２，３とセパレータ９との接着は、枠部材２，３が持つ樹脂接着剤層を介して行われる。
【００２８】
また、ＩＳＯ規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ  ７８１０）のＩＣカード用にリチウム一次電池１Ａを設計する場合、枠部材２，３の厚さは、たとえば９０μｍ以上１７０μｍ以下に調整とするとよい。また、図２に示すごとく、正極側枠部材２と負極側枠部材３の合計厚さは、正極活物質層４、セパレータ９および負極活物質層５の合計厚さに概ね一致している。これにより、正極活物質層４と正極集電部材６との接触面ＫＭが正極側枠部材２の主面２ｐに面一となっている。そして、図１４に示したように正極側が台地状に隆起した構造ではなく、正極側と負極側とが対称な平坦性を持つ構造になる。シワ防止という観点からはこの構造の方が望ましい。また、正極側と負極側とで構造を統一すれば、強度が小さい方に偏ってシワが残ったりクラックが生じたりしない。また、正極側と負極側との両方を表面全体が平坦になるように形成した場合でも、活物質充填室１０が大気圧よりも減圧されているので、活物質層４，５と集電部材６，７との密着性は十分に確保できる。なお、“主面”とは、面積が最も大きい面のことである。
【００２９】
また、正極活物質層４は、たとえば６０質量％以上７０質量％以下の正極活物質と、１質量％以上５質量％以下の導電助剤と、２５質量％以上３５質量％以下の電解液とを含む正極合材で構成される。正極活物質としては、ＭｎＯ２などリチウムと複合酸化物を形成する遷移金属酸化物の粉末を使用できる。導電助剤には、アセチレンブラック等のカーボン材料を使用できる。電解液としては、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）などの有機溶媒にリチウム塩を溶解させたものを使用できる。電解液に含有されるリチウム塩の種類は、正極集電部材６の金属膜６１に採用されるアルミニウムがその電解液に溶解しにくいことが重要であり、たとえばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４またはＬｉＰＦ６を好適に使用できる。
【００３０】
また、負極活物質層５はリチウム箔で構成されている。リチウム箔の代わりにリチウム合金箔（たとえばリチウム−アルミニウム合金）を使用することも可能である。負極活物質層５であるリチウム箔の厚さは、ＩＳＯ規格のＩＣカード用にリチウム一次電池１Ａを設計する場合、たとえば３０μｍ以上１５０μｍ以下に調整することができる。正極活物質層４と負極活物質層５の各質量は、正極の電池容量が負極の電池容量よりも大となるように調整されている。これにより、完全放電後に負極活物質層５をなすリチウム箔が残存しないようにしている。
【００３１】
セパレータ９は、正極と負極を隔離し且つ電解液が充分浸透する薄い膜であり、多孔質、多層構造を持つ。具体的には、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂からなる不織布が利用できる。本実施形態では、ポリエチレン製の多孔質シートをセパレータ９に採用している。また、セパレータ９の厚さは、たとえば１０μｍ以上６０μｍ以下とすることができる。
【００３２】
次に、リチウム一次電池１Ａの製造方法について説明する。
図１２は、リチウム一次電池１Ａの製造工程説明図である。まず、一枚の金属−樹脂ラミネート膜を切断し、電力取出部７ｔを含む負極集電部材７を得る。この負極集電部材７を枠部材３の一方の開口を塞ぐ位置に配置し、超音波または加熱により負極側枠部材３の樹脂接着剤層を溶融および固化させて、負極集電部材７を負極側枠部材３に固定する（１２−１）。こうして、負極側枠部材３と負極集電部材７とを組付けたケース２０を得る。次に、ケース２０内に負極活物質であるリチウム箔５を収容させる。さらに、リチウム箔５を覆うようにして負極側枠部材３にセパレータ９を載せる。セパレータ９は、周縁部９ｋが負極側枠部材３の内周部分に掛かるように位置合わせする（１２−２）。セパレータ９の位置ズレが生じないように、この時点でセパレータ９と負極側枠部材３とを接着しておくとよい。
【００３３】
次に、セパレータ９の主面上にペースト状の正極合材を印刷して、正極活物質層４を形成する（１２−３）。印刷する正極合材は、正極活物質であるＭｎＯ２、導電助剤および電解液を用いて予め調製しておくことができる。また、ペースト状の正極合材を印刷する代わりに、予めフィルム状に成形した正極合材を用いることもできる。必要な電解液は、正極集電部材６を配置する前に含浸させればよい。フィルム化した正極合材は、電池組立時に枠部材２，３の内側に収容可能な大きさに打ち抜いてセパレータ９の上に配置される。フィルム化した正極合材はペーストのように流動しないので印刷用マスクも不要であり、作業性の向上を期待できる。
【００３４】
正極合材をフィルム状に成形する方法は、公知のドクターブレード法を採用できる。また、フィルム化した状態の正極合材には、プロピレンカーボネート等の可塑剤を適度に含浸させておくことが望ましい。そうすれば、フィルム化した正極合材の柔軟性が増してハンドリングが容易化する。
【００３５】
図１２に戻って説明する。正極活物質層４を形成した後、前もって作製しておいた正極側のケース２１を正極活物質層４に被せる（１２−４）。ケース２１は、正極側枠部材２に正極集電部材６を組付けた（固定した）部品である。そして、真空雰囲気中、もしくは枠部材２，３の間から空気を吸引しながら枠部材２，３の樹脂接着剤層を溶融および固化させて、それら枠部材２，３同士を接着する。これにより、本発明のリチウム一次電池１Ａが得られる（１２−５）。リチウム一次電池１Ａには、組立後に直ちに安定化放電処理を施す。この操作を行なうことにより、正極活物質の活性度を下げ、長期保存中の電解液の分解、液枯れ、不活性被膜の形成等の不具合発生を防止できる。なお、本実施形態では負極側から組立を行なっているが、正極側から行なってもよい。
【００３６】
（第二実施形態）
次に、図５に示すのは別実施形態のリチウム一次電池の断面模式図である。リチウム一次電池１Ｂの基本的な構造は、図２のリチウム一次電池１Ａと共通する。異なるのは、樹脂膜７３、第一金属膜７２および第二金属膜７５を有する負極集電部材７０が採用されている点である。第一金属膜７２と第二金属膜７５とは、異種材料で構成されている。具体的には、第一金属膜７２をシワ防止効果に優れるアルミニウムとしている。つまり、負極集電部材７０のうち、第一金属膜７２と樹脂膜７３とを含む部分７’には、アルミラミネート膜が使用されている。これに対し、第二金属膜７５はリチウムと合金化しにくく電解液にも溶解しにくい金属としている。負極集電部材の材料として使用した場合にも電解液に溶解しにくく、尚且つリチウムと合金化しにくい金属の種類は先に述べた。また、その中でも銅を用いるのが良い理由も説明した通りである。
【００３７】
また、図５のリチウム一次電池１Ｂには、次のような利点もある。前の説明で少し触れたが、図１４の薄型電池５０のように一方が台地状に隆起した構造の場合、機械強度が低い電極側に先にクラックが発生したりすることが考えられる。これに対し、リチウム一次電池１Ｂには、正極集電部材６と負極集電部材７０とに共通のアルミラミネート膜が使用されている。また、リチウム一次電池１Ｂの二つの主面は、いずれも平坦であるとともに樹脂膜６３，７３にて形成されている。このような構成によれば、正極側の機械強度と負極側の機械強度とが近接したものとなり、シワの残存防止およびクラックの発生防止に有利である。また、寸法変更等の設計変更にも対応しやすい。また、アルミラミネート膜は安価なので、コストの低減にも有利である。
【００３８】
図５に示すごとく、第二金属膜７５は第一金属膜７２と負極活物質層５との間に配置されており、一方の面で負極活物質層５と接し、他方の面で第一金属膜７２に接している。第一金属膜７２は樹脂膜７３とともに枠部材２，３の外側まで延びて電力取出部７ｔ’を形成している。一方、図７の部分拡大図に示すごとく第二金属膜７５は外周部７５ｋが枠部材３に固定されており、枠部材３の開口を塞いで活物質充填室１０と第一金属膜７２とを空間的に遮断している。第一金属膜７２と第二金属膜７５とは直接接着されていないが、シール部１１’において、第二金属膜７５の外周部７５ｋが枠部材３と第一金属膜７２との間に挟まれて固定されている。また、枠部材３の接着層３ｈが第一金属膜７２と第二金属膜７５の両者にまたがっている。このような構成により、第一金属膜７２と第二金属膜７５の外周部７５ｋとの密着状態が保持され、第一金属膜７２と第二金属膜７５とが常時導通状態となる。また、活物質充填室１０に面する領域において、第二金属膜７５は比較的自由に撓むことが可能である。具体的には、リチウム一次電池１Ｂに曲げ力を加えたとき、図８に示すごとく、第二金属膜７５は第一金属膜７２との間に空隙８１が生じる程度まで大きく撓む。
【００３９】
また、図５のリチウム一次電池１Ｂの変形例として図６のリチウム一次電池１Ｃを示すことができる。リチウム一次電池１Ｃの負極集電部材７９は、負極側枠部材３の内側に収まる寸法の第二金属膜７７を持つという点で、図５のリチウム一次電池１Ｂと相違する。具体的に、負極集電部材７９の第二金属膜７７は、リチウム一次電池１Ｃの面内方向における寸法が枠部材３の開口寸法に一致するとともに、第一金属膜７２に一体化している。第二金属膜７７を第一金属膜７２上に一体に形成するには、たとえばメッキ法を採用できる。つまり第二金属膜７７は第一金属膜７２を被覆するメッキ膜である。第二金属膜７７としてのメッキ膜は、活物質充填室１０に臨む部分にのみ形成することができる。
【００４０】
具体的には、まず図１２の（１２−１）で説明したように、集電部材を枠部材に固定してケース２０を作製する。次に、このケース２０の底面にのみ、または底面と電力取出部に相当する部分とにメッキ膜が形成されるように電解メッキを行なう。つまり、図６に示す電力取出部７ｔ’にも第二金属膜７７が形成されていてもよい。メッキの種類としては、たとえば銅メッキまたはニッケルメッキが好適である。なお、樹脂膜７３、第一金属膜７２および第二金属膜７７の三者を個別に作製し、ホットメルト型の樹脂接着剤を用い、それら三者を上記の順番で貼り合せた三層ラミネート膜を得るとともに、その三層ラミネート膜をエッチングして負極側枠部材３の内側に収まる寸法の第二金属膜７７を形成するようにしてもよい。
【００４１】
また、図５のリチウム一次電池１Ｂでは、電力取出部６ｔ，７ｔ’についても金属膜６１，７２と樹脂膜６３，７３で構成しているが、電力取出部についてはシワやクラックの問題が無いので、樹脂膜を省くことが可能である。具体的には、図１０の構造のリチウム一次電池を示せる。リチウム一次電池１Ｅの正極集電部材６００は電力取出部６００ｔを有し、その電力取出部６００ｔは枠部材２の内側から延びてくる金属膜６１のみで構成されている。正極集電部材６００のうち、面内方向において枠部材２の外周縁より内側に位置する部分、つまり電力取出部６００ｔ以外の全部は、金属膜６１と樹脂膜６３０とで構成されている。同様に、リチウム一次電池１Ｅの負極集電部材７０１は電力取出部７０１ｔを有し、その電力取出部７０１ｔは枠部材３の内側から延びてくる第一金属膜７２のみで構成されている。負極集電部材７０１のうち、面内方向において枠部材３の外周縁より内側に位置する部分、つまり電力取出部７０１ｔ以外の全部は、第一金属膜７２、第二金属膜７５および樹脂膜７３０で構成されている。第一金属膜７２と樹脂膜７３０とからなる部分７００は、アルミラミネート膜にて構成することができる。
【００４２】
上記のごとく、金属の部分が表裏に露出した電力取出部６００ｔ，７０１ｔによれば、上下いずれの方向からでも導通を取ることができるので、リチウム一次電池１Ｅを内蔵する予定の機器（たとえばＩＣカード）の設計自由度を制限しない。電力取出部６００ｔ，７０１ｔを支持しない樹脂膜６３０，７３０の形成方法は、たとえば金属膜６１，７２だけを先に枠部材２，３に固定した後に溶融樹脂を塗布する方法を例示できる。また、溶融樹脂を塗布する代わりに、規定の寸法に切断しておいた樹脂膜を、枠部材２，３に固定された状態の金属膜６１，７２に貼り付けるようにしてもよい。なお、面内方向とは、リチウム一次電池１Ｅの厚さ方向に直交する方向を意味する。
【００４３】
また、図１０のように電力取出部を金属膜のみで構成する代わりに、図１１のように電力取出部を加工することが可能である。図１１に示すのは、図２のリチウム一次電池１Ａを示しているが、その電力取出部６ｔ，７ｔは、樹脂膜６３，７３が内向き、金属膜６１，７１が外向きとなるように１８０度折り返す加工を施している。これにより、電力取出部６ｔ，７ｔは上下いずれの方向にも金属膜６１，７１が露出する形となる。折り返した状態は接着剤やテープで維持すればよい。このように折り返し加工を施した電力取出部６ｔ，７ｔによれば、上下いずれの方向からでも導通を取れるので、図１０のリチウム一次電池１Ｅと全く同じ効果が得られる。しかも、樹脂膜をわざわざ除去したり後付けしたりする必要がないので、製造が容易である。なお、図１１のように電力取出部を折り返す構造は、他の実施形態にも採用できる。
【００４４】
（第三実施形態）
次に、図９に示すのは別実施形態のリチウム一次電池の断面模式図である。リチウム一次電池１Ｄは、異種材料からなる複数の金属膜８１，８５を有する負極集電部材８を備えるという点では図５および図６のリチウム一次電池１Ｂ，１Ｃと共通するが、構造および作用効果の両面で相違する。具体的に図９のリチウム一次電池１Ｄは、第一金属膜８１と第二金属膜８５との間に樹脂膜８３，８７が設けられた挟み構造を有する。第二金属膜８５は、負極活物質層５に接するとともに、電力取出部８ｔへの電流経路を形成している。両面が樹脂膜８３，８７で被覆された第一金属膜８１は、活物質充填室１０内にガスが透過することを防ぐ役割を担う。
【００４５】
先に説明したように、通常の金属膜は厚さが２０μｍを下回るあたりからピンホールが目立つようになり、ガスバリア性が不足しがちになる。一方、電力を取り出すという目的のみであれば、負極活物質層５に接する第二金属膜８５には、それ程大きな厚さが要求されない。したがって、ガスの透過を防ぐ第一金属膜８１と、主に電力を取り出す役割を担う第二金属膜８２とを別々に設けることができる。そして、両者の間に樹脂膜８３を介在させることにより、曲げ力が繰り返し加わっても極めてシワが残りにくい負極集電部材８を実現し得る。また、表面にシワが残ることを防止するという技術課題を考慮すれば、電池の表面部を構成するのは金属膜ではなく、優れた柔軟性および弾性を持つ樹脂膜であることが望ましい。そのため、図９の負極集電部材８の最表層部を構成するのは樹脂膜８７としている。この点は、本明細書の全ての実施形態に共通する。
【００４６】
以上、本明細書ではＩＣカード用途であることを想定して発明の説明を行なったが、適用対象はＩＣカードに限定されない。たとえば、ＰＣＭＣＩＡカードまたはＲＦＩＤタグの内蔵電源としても本発明の薄型電池が好適である。また、本明細書中にはいくつかの実施形態を示したが、発明の要旨を逸脱しない範囲内で一の実施形態と他の実施形態とを組み合わせてよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態であるリチウム一次電池の斜視図。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面図。
【図３】図２の部分拡大図。
【図４】集電部材の拡大断面図。
【図５】第二実施形態のリチウム一次電池の断面図。
【図６】図５の変形例を示す断面模式図。
【図７】図５の部分拡大図。
【図８】第二実施形態のリチウム一次電池に曲げ力を加えたときの状態を説明する図。
【図９】第三実施形態のリチウム一次電池の断面図。
【図１０】電力取出部に改良を施したリチウム一次電池の断面図。
【図１１】電力取出部の好適な加工形態を示す断面図。
【図１２】図２のリチウム一次電池の製造工程説明図。
【図１３】第二実施形態のリチウム一次電池の組立手順を説明する図。
【図１４】従来の薄型電池の断面図。
【図１５】シワが発生する理由を説明する図。
【図１６】樹脂膜の作用を説明する図。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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