(57)【要約】      （修正有）【課題】リード端子の変形を生じ難い薄型電池を提供する。【解決手段】リチウム一次電池１Ａは、シール材としての役割を担う枠部材２，３が、正極側リード端子および負極側リード端子７ｔと同方向に延びて、それら正極側リード端子および負極側リード端子７ｔを支持する第一部分２ａ，３ａと、第二部分２ｂ，３ｂとを含む。【選択図】図２
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【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体（６）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体（７）とを備え、
前記枠部材（２，３）が、前記正極集電体（６）および前記負極集電体（７）を固定する第一部分（２ａ，３ａ）と、前記正極集電体（６）または前記負極集電体（７）に接続して当該薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ）の厚さ方向に直交する面内の外側方向に凸の形態を有したリード端子（６ｔ，６Ｔ，７ｔ，７Ｔ）と同方向に延び、そのリード端子（６ｔ，６Ｔ，７ｔ，７Ｔ）を支持する第二部分（２ｂ，３ｂ）と、を含むことを特徴とする薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ）。
【請求項２】
前記リード端子（６ｔ，６Ｔ，７ｔ，７Ｔ）は、前記正極集電体（６）に接続する正極側リード端子（６ｔ，６Ｔ）と、前記負極集電体（７）に接続する負極側リード端子（７ｔ）とを含み、
それら正極側リード端子（６ｔ，６Ｔ）および負極側リード端子（７ｔ）は、当該薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｅ）の面内の外側に延びる帯状の形態を有するとともに平面視で互い違いとなる位置に設けられ、
前記枠部材（２，３）の前記第一部分（２ａ，３ａ）によって前記正極集電体（６）と前記負極集電体（７）とが一方の面側と他方の面側とに分け隔てられた相対位置関係となる一方、前記枠部材（２，３）の前記第二部分（２ｂ，３ｂ）における先端位置で前記正極側リード端子（６ｔ，６Ｔ）および前記負極側リード端子（７ｔ）のうち少なくとも一方が反対の面側に折り返されることにより、それら正極側リード端子（６ｔ，６Ｔ）と負極側リード端子（７ｔ）とが同一面内に露出している請求項１記載の薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｅ）。
【請求項３】
前記枠部材（２，３）の前記第二部分（２ｂ，３ｂ）における先端位置で前記正極側リード端子（６ｔ）と前記負極側リード端子（７ｔ）との両者が個別に反対の面側に折り返され、前記正極側リード端子（６ｔ）および前記負極側リード端子（７ｔ）の両者が、当該薄型電池（１Ａ）の第一主面側および第二主面側の両方に露出している請求項２記載の薄型電池（１Ａ，１Ｅ）。
【請求項４】
前記正極集電体（６）と前記負極集電体（７）との間に活物質充填室（１０）が形成され、その活物質充填室（１０）に前記セパレータ（９）、前記正極活物質層（４）および前記負極活物質層（５）を収容することによって前記正極集電体（６）と前記負極集電体（７）とが実質的な外装材として利用される一方、
前記リード端子（６ｔ，６Ｔ，７ｔ，７Ｔ）は、外装材としての前記正極集電体（６）または前記負極集電体（７）に一体成形された金属製とされる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ）。
【請求項５】
前記リード端子（６ｔ，６Ｔ，７ｔ，７Ｔ）は、前記枠部材（２，３）の前記第二部分（２ｂ，３ｂ）に接着されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の薄型電池（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟性に富む薄型電池に関する。
【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カードやＲＦＩＤの需要が拡大しつつある。非接触型のデータキャリアは一般には電磁誘導による起電力を利用するものが多いが、多機能化を図るために内蔵電源を設ける試みがある。たとえば、下記特許文献１，２に開示されている電池はペーパー型電池と呼ばれ、ＩＣカードやアクティブ型ＲＦＩＤ等への需要拡大が見込まれている。
【特許文献１】特許第２９３５４２７号公報
【特許文献２】特開平８−０５５６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ペーパー型電池のように薄型化された電池は、優れた可撓性および柔軟性を有するが、集電体に接続されたリード端子についていえば外力を受けて変形しやすい。特許文献１，２に示す薄型電池は、発電要素を含む電池本体部から帯状のリード端子が外側に延びた構造になっている。通常、リード端子は金属箔が剥き出しになっているだけなので、外力が加わることによって折れ曲がりや捻れなどの変形を生じることがある。変形が生じていない状態でさえ、電子機器等の回路の端子に薄型電池のリード端子を接続する作業は、リード端子の損傷に基づく不良品発生率を低減するために慎重を期する必要がある。リード端子が折れ曲がっていたりすると、いちいち形を整える必要が生じ、それだけで生産性低下の原因となる。このように、リード端子の変形は薄型電池の製品価値を大幅に低下させる。
【０００４】
本発明の目的は、外力によってリード端子が変形しにくく、尚且つ電池を内蔵する電子機器等の回路の端子にリード端子を接続する作業が容易な薄型電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明の薄型電池は、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、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体と、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体とを備え、枠部材が、正極集電体および負極集電体を固定する第一部分と、正極集電体または負極集電体に接続して当該薄型電池の厚さ方向に直交する面内の外側方向に凸の形態を有したリード端子と同方向に延び、そのリード端子を支持する第二部分と、を含むことを主要な特徴とする。
【０００６】
上記本発明のごとく、リード端子を枠部材で支持すれば、リード端子が外力を受けて変形することを防止できる。また、集電体を固定する枠部材がリード端子を支持する役割を担うので、電池の厚さを増加させる問題が生じない。さらには、実質的な部品点数の増加が無く低コストである。
【０００７】
好適な態様において、枠部材が支持するリード端子は、正極集電体に接続する正極側リード端子と、負極集電体に接続する負極側リード端子とを含む。これら正極側リード端子および負極側リード端子は、当該薄型電池の面内の外側に延びる帯状の形態を有するとともに平面視で互い違いとなる位置に設けることができる。そして、枠部材の第一部分によって正極集電体と負極集電体とが一方の面側と他方の面側とに分け隔てられた相対位置関係となる一方で、枠部材の第二部分における先端位置で正極側リード端子および負極側リード端子のうち少なくとも一方が反対の面側に折り返されることにより、それら正極側リード端子と負極側リード端子とが同一面内に露出する構造を呈する。このような構造によれば、リード端子を枠部材の第二部分で支持させつつ、本発明の薄型電池を内蔵する機器の端子配置に合わせて、リード端子の露出方向を自由に調整することができる。
【０００８】
また、薄型電池を内蔵する機器の都合を考慮するならば、正極側リード端子および負極側リード端子の両者が、当該薄型電池の第一主面側および第二主面側の両方に露出していることがより望ましい。この構造は、枠部材の第二部分における先端位置で正極側リード端子と負極側リード端子との両者を個別の反対の面側に折り返すことで実現可能である。
【０００９】
また、枠部材に支持させるリード端子は、集電体と一体成形された金属製であることが望ましい。具体的には、正極集電体と負極集電体との間に活物質充填室が形成され、その活物質充填室にセパレータ、正極活物質層および負極活物質層を収容することによって正極集電体と負極集電体とを実質的な外装材として利用する構造とする。このような構造を採用すると、集電体とは別部品としての容器が不要であり、部品点数の低減およびコストの低減に資する。また、そのような容器を使用しないため、薄型化に有利であるとともに、容器内からリード端子を引き出すといった工夫が不要である。さらに、集電体とリード端子とが一体成形であることから、両者の接続箇所に段差が生じたりせず、平坦な形状の薄型電池を実現しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。本明細書において“主面”とは、面積が最も広い面を示す用語として用いる。
【００１１】
リチウム一次電池１Ａは全体として方形かつ板状であり、シール材としての枠部材２，３、正極活物質層４、正極集電体６、負極活物質層５、負極集電体７およびセパレータ９を備える。正極集電体６および負極集電体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。また、正極集電体６および負極集電体７には、それぞれ、電力取出部として帯状のリード端子６ｔ，７ｔが一体形成されている。リード端子６ｔ，７ｔは、リチウム一次電池１Ａの厚さ方向に直交する面内の外側方向に、集電体６，７から突出する形で延びている。このリード端子６ｔ，７ｔが外力を受けて変形することを防ぐために、枠部材２，３をリード端子６ｔ，７ｔと同方向に延ばしてリード端子６ｔ，７ｔを支持させている。枠部材２，３は、リード端子６ｔ，７ｔの補強材として機能する。
【００１２】
図２に示すごとく、枠部材２，３は、実質的には正極側枠部材２と負極側枠部材３とからなる。正極側枠部材２および負極側枠部材３は向かい合う面で相互に接着されている。枠部材２，３、正極集電体６および負極集電体７によって活物質充填室１０が形成され、その活物質充填室１０にセパレータ９、正極活物質層４および負極活物質層５を収容することにより電池本体部１４が形成されている。また、セパレータ９とは反対側に位置するように、正極集電体６が正極側枠部材２に、負極集電体７が負極側枠部材３にそれぞれ接着されている。これにより、電池本体部１４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の周縁部９ｋを負極側枠部材３に固定することにより、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、正極集電体６とセパレータ９との間に正極活物質層４が保持され、負極集電体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。このような構造とすることにより、集電体６，７をリチウム一次電池１Ａの外装材に兼用することができる。
【００１３】
図２に示すごとく、枠部材２，３は、シール部１１を形成する部分である第一部分２ａ，３ａと、リード端子６ｔ，７ｔを支持する部分である第二部分２ｂ，３ｂとを含む。さらに、負極側枠部材３は、セパレータ９の外周部分９ｋを固定する開口周縁部３ｃを含む。正極集電体６と負極集電体７とは、枠部材２，３の第一部分２ａ，３ａによって一方の面側と他方の面側とに分け隔てられた相対位置関係となっている。また、枠部材２，３の第二部分２ｂ，３ｂにおける先端位置で正極側リード端子６ｔが負極側に、負極側リード端子７ｔが正極側にそれぞれ１８０度折り返されている。この結果、正極側リード端子６ｔと負極側リード端子７ｔとが表裏の両面に露出する端子配置が形成されている。端子が両面に露出していることから、本リチウム一次電池１Ａを機器に実装する際、機器の端子配置に合わせて裏表を反転させることが可能である。
【００１４】
リード端子６ｔ，７ｔが一体形成された集電体６，７は、圧延により作製された金属箔を所定形状に切断することによって得ることができる。集電体６，７と一体形成されたリード端子６ｔ，７ｔは、全体として方形状である当該リチウム一次電池１Ａの同一辺に隣接しているが、厚さ方向に投影したときに一定の間隔が生ずるように互い違いとなっている。このようにすれば、正極側リード端子６ｔおよび負極側リード端子７ｔをそれぞれ反対の面側に１８０度折り返した場合でも両者が短絡しない。また、正極側リード端子６ｔの長さは、該正極側リード端子６ｔの長手方向に関する枠部材２，３の第二部分２ｂ，３ｂの長さよりも長く、２倍よりも短く調整されている。したがって、正極側リード端子６ｔが負極集電体７と短絡することは無い。この点は、負極側リード端子７ｔについても同様である。
【００１５】
また、１８０度折り返されて反対の面側に回りこんだリード端子６ｔ，７ｔは、枠部材２，３の第二部分２ｂ，３ｂに接着されている。枠部材２，３は、少なくとも集電体６，７およびリード端子６ｔ，７ｔに接する表層部がホットメルト型樹脂接着剤からなる。したがって、枠部材２，３の第二部分２ｂ，３ｂを、リード端子６ｔ，７ｔと接触させた状態で溶融し固化すれば、枠部材２，３自身が持つ接着作用により、リード端子６ｔ，７ｔを枠部材２，３の第二部分２ｂ，３ｂに固定することができる。ただし、枠部材２，３とは別途の接着剤を用いて、リード端子６ｔ，７ｔの固定を図るようにしてもよい。
【００１６】
個々の部品について詳しく説明する。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って、シール材としての機能を持たせるために熱融着性を有する熱可塑性樹脂で構成している。たとえば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の水蒸気透過性の低い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樹脂接着剤層が形成された樹脂シートを枠部材２，３として用いることができる。もちろん、ホットメルト型樹脂接着剤の単層による樹脂シートを用いてもよい。
【００１７】
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、リチウムパークロレート塩（ＬｉＣｌＯ４）、リチウムトリフレート塩（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）などのリチウム塩を溶解させた非水電解液である。
【００１８】
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。リチウム一次電池１Ａの製造に供するリチウム箔は、表面を予め不活性化しておくとよい。これにより、短時間の作業であればドライルームで行なうことを要せず、通常の乾燥した室内での作業が可能となる。なお、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。
【００１９】
集電体６，７とリード端子６ｔ，７ｔの材質としては、銅、銅合金、ステンレス鋼、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からなる良導性金属群から選択される１種を好適に使用することができる。とりわけ、ステンレス鋼は加工性、耐食性、経済性に優れるので好適である。長期の安定性を得るには、集電体自身が電池内部に溶出しないことが重要である。この点について、ステンレス鋼には分がある。具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼として代表的なＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌや、析出硬化系ステンレス鋼として代表的なＳＵＳ６３１は、バネ性にも優れるのでその採用が推奨される。
【００２０】
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。
【００２１】
本発明のリチウム一次電池１Ａの厚さは、特に限定されるものではないが、たとえば１．０ｍｍ以下の厚さである場合に、リード端子６ｔ，７ｔの補強効果や電池自体の耐圧性向上効果を顕著に得ることができる。また、ＩＳＯ規格のＩＣカード用の薄型電池としてリチウム一次電池１Ａを設計する場合、各部品の厚さは、下記の範囲内で調整することができる。
・正極活物質層４…１００μｍ以上３００μｍ以下
・負極活物質層５…３０μｍ以上１５０μｍ以下
・正極側枠部材２…３０μｍ以上２００μｍ以下（負極側枠部材３も同様）
・正極集電体６…１０μｍ以上１００μｍ以下（負極集電体７も同様）
・セパレータ９…１０μｍ以上６０μｍ以下
・リチウム一次電池１Ａの最大厚さ…０．４０ｍｍ以下（望ましくは０．３５ｍｍ以下）
【００２２】
（第二実施形態）
図３に示すリチウム一次電池１Ｂのごとく、正極側リード端子６Ｔおよび負極側リード端子７ｔのうち、一方についてのみ反対の面側に折り返す成形を施すようにしてもよい。つまり、正極側リード端子６Ｔよりも負極側リード端子７ｔを長尺に形成しておき、長尺の負極側リード端子７ｔについては枠部材２，３の第二部分２ｂ，３ｂの先端位置で反対の面側に折り返す。他方、正極側リード端子６Ｔについては、反対の面側に回りこませるための折り返し成形を施すことなく、まっすぐ延びた状態でそのまま枠部材２の第二部分２ｂに接着する。このようにすれば、正極側リード端子６Ｔを折り返す手間を省くことができる。また、正極側リード端子６Ｔと負極側リード端子７ｔとの双方が同一面（リチウム一次電池１Ｂの表面または裏面）に露出しているという点については、先の実施形態と共通している。したがって、これらリード端子６Ｔ，７ｔと、リチウム一次電池１Ｂを内蔵する機器の端子との接続が容易である。
【００２３】
（第三実施形態）
ところで、外力によるリード端子の変形を防ぐという目的を達成できれば十分である場合には、リード端子を反対の面側に折り返す成形は必須でない。つまり、図４に示すリチウム一次電池１Ｃのごとく、正極側リード端子６Ｔと負極側リード端子７Ｔとの双方について折り返し成形を行なわず、枠部材２，３にそのまま接着するようにしてもよい。リチウム一次電池１Ｃのリード端子６Ｔ，７Ｔは、それぞれ、枠部材２，３の外周縁（換言すれば第二部分２ｂ，３ｂの先端位置）よりも手前に先端が位置するように長さ調整がなされている。各リード端子６Ｔ，７Ｔは、枠部材２，３によって、第一主面側と第二主面側とに分け隔てられる。
【００２４】
（第四実施形態）
既にリチウム一次電池１Ａで説明したように、集電体６，７を外装材に兼用する場合には、集電体６，７が剥き出しのままで利用に供することができる。したがって、わざわざリード端子を設けずとも、集電体６，７から直接電力を取り出すことが可能である。つまり、正極集電体および負極集電体のうち、少なくとも一方の集電体にのみリード端子を接続し、そのリード端子を反対の面側に１８０度折り返す。図５のリチウム一次電池１Ｄのごとく、正極集電体６には、リード端子を設けない一方、負極集電体７については帯状の負極側リード端子７ｔを一体形成する。負極側リード端子７ｔを正極側に１８０度折り返し、枠部材２，３に固定する。このようにした場合であっても、実質的には電力の取出部分が同一面上に存在することには変わりない。したがって、リチウム一次電池１Ｄと、このリチウム一次電池１Ｄを内蔵する機器の端子との接続が容易である。
【００２５】
（第五実施形態）
図６に示すリチウム一次電池１Ｅは、リード端子６ｔ，７ｔの位置が図１に示すリチウム一次電池１Ａと相違する。その他の点は共通である。図６に示すリチウム一次電池１Ｅによれば、リード端子６ｔ，７ｔが略方形状の集電体６，７の角に位置している。このように、リード端子６ｔ，７ｔの位置は集電体６，７の中央付近に限定されない。つまり、集電体６，７よりも幅狭となっている部分をリード端子６ｔ，７ｔと捉えることができる。また、正極側リード端子６ｔが延びる方向と負極側リード端子７ｔが延びる方向とを同一とする構成についても必須でない。たとえば、正極側リード端子６ｔの長手方向と、負極側リード端子７ｔの長手方向とが交差するような形態も実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明にかかるリチウム一次電池の斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】第二実施形態のリチウム一次電池の斜視図。
【図４】第三実施形態のリチウム一次電池の斜視図。
【図５】第四実施形態のリチウム一次電池の斜視図。
【図６】第五実施形態のリチウム一次電池の斜視図。
【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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