(57)【要約】【課題】  ペーパー型リチウム一次電池の耐屈曲性の向上。【解決手段】  リチウム一次電池１Ａは、セパレータ９と、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、セパレータ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を包囲するシート状の枠部材２，３と、枠部材２に接着されてセパレータ９との間で正極活物質層４を保持する正極集電体６と、枠部材３に接着されてセパレータ９との間に負極活物質層５を保持する負極集電体７とを備えている。シール材として機能する枠部材２，３は、ゴム弾性を有する樹脂素材からなる。【選択図】  図２
2006338904.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、
前記セパレータ（９）の他方の面側に配置されたリチウムを含有する負極活物質層（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）を包囲するシート状の枠部材（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（２，３）に接着され、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（２，３）に接着され、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）がゴム弾性を有する素材からなることを特徴とするリチウム一次電池（１Ａ）。
【請求項２】
前記ゴム弾性を有する素材が、実質的に、エラストマーと、そのエラストマーよりも水分遮断性が高い樹脂とからなる複合樹脂である請求項１記載のリチウム一次電池（１Ａ）。
【請求項３】
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）とを外装材とした電池本体部（１４）が形成され、
前記枠部材（２，３）の一方の面側に前記正極集電体（６）の外周部分が接着剤（１２）で固定され、他方の面側に前記負極集電体（７）の外周部分が接着剤（１３）で固定されることにより、前記枠部材（２，３）の上下に前記正極集電体（６）と前記負極集電体（７）を配置したシール部（１１）が形成されている請求項１または２記載のリチウム一次電池（１Ａ）。
【請求項４】
当該リチウム一次電池（１Ａ）は平面視で長方形状のペーパー型リチウム一次電池（１Ａ）であって、ＪＩＳ  Ｘ６３０１  に規定されたＩＣカードに内蔵可能な寸法を有し、
当該リチウム一次電池（１Ａ）の長辺方向または短辺方向に平行な前記枠部材（２，３）の長さをＷ（ｍｍ）、前記枠部材（２，３）の厚さをｄ（ｍｍ）、前記枠部材（２，３）を構成する複合樹脂素材の弾性限界をｋ、その複合樹脂素材に含有される前記エラストマーの体積含有比率を１００＊Ｊ（％）としたとき、下記不等式を満足する請求項２記載のリチウム一次電池（１Ａ）。
Ｊ＞［｛１＋Ｗ２／（（Ｌ２／（４ｈ−ｔ＋ｄ））（Ｌ２／（４ｈ−ｔ−ｄ）））｝１／２−１］／ｋ
ただし、“ｋ”は前記エラストマーの弾性限界であり、
“Ｌ”はＪＩＳ  Ｘ６３０１  に規定されたＩＣカードの短辺の長さであり、
“ｈ”はＪＩＳ  Ｘ６３２１  に規定された試験条件での前記ＩＣカードの短辺方向の折り曲げ量であり、
“ｔ”は前記ＩＣカードの厚さである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟性を有するペーパー型のリチウム一次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムを負極に用いたリチウム一次電池は、自己放電がきわめて小さく長期保存にも安定した特性を示すため、低負荷でのバックアップ用途を中心に需要がある。中でも、下記特許文献１，２に開示されているものは通称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】
ＩＳＯまたはＪＩＳに規定されているＩＣカードの試験項目には、カードを折り曲げて断線等の不具合が生じないかを調べる項目がある。ＩＣカードに内蔵される電池に対しても、同じ折り曲げ試験が課される。
【０００４】
ペーパー型のリチウム一次電池は、本質的には優れた柔軟性および耐屈曲性を有するが、折り曲げ試験を余裕でクリアできる耐屈曲性が求められる。もちろん、水蒸気遮断性等の他の特性の大幅な低下は許されない。本発明は、水蒸気遮断性等の他の特性を高レベルに維持しつつ、ペーパー型リチウム一次電池の耐屈曲性の更なる向上を図ることを目的とする。
【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リチウム一次電池は、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リチウムを含有する負極活物質層と、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シート状の枠部材と、枠部材の一方の開口を塞ぐようにその枠部材に接着され、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接着され、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、枠部材がゴム弾性を有する素材からなることを主要な特徴とする。
【０００６】
上記本発明は、枠部材にゴム弾性を付与することにより、電池の耐屈曲性の向上を図ったものである。すなわち、繰り返しの折り曲げ操作を行なった場合でも、枠部材が弾性変形可能な範囲内であればシール破壊は生じない。また、枠部材がゴム弾性を有することにより、枠部材に固定される金属製の集電体に生ずる応力を緩和することができる。そのため、繰り返しの曲げ操作を行なった場合でも、集電体の塑性変形が抑制され、集電体に大きな凹凸（シワ）が生じにくくなる。電池に生じた凹凸はカードの表面に転写されてカードの美観を損ねたりするので、その凹凸が小さいことは好ましい。
【０００７】
ゴム弾性を有する素材としては、実質的に、エラストマーと、該エラストマーよりも水蒸気遮断性が高い樹脂（非エラストマー）とからなる複合樹脂を好適に使用することができる。リチウム一次電池に関して一般論を言えば、負極活物質であるリチウムが水と反応して負極の自己放電が生ずることが知られている。
２Ｌｉ＋２Ｈ２Ｏ＝２ＬｉＯＨ＋Ｈ２
もちろん、数ヶ月程度の短期間で自己放電の問題が表面化するというわけではない。しかしながら、リチウム一次電池の特徴の一つが数年におよぶ長期使用にも安定した性能を発揮できるという点にあることを考慮すれば、電池内部への水分透過の問題を避けて通れない。
【０００８】
たとえば、コイン型のリチウム一次電池の場合には、金属製容器の加締め構造により電池内部の気密を保持するため、水蒸気透過の問題をあまり考慮せずに済む。ところが、本発明のリチウム一次電池のごとき構造を採用すると、シール材としての役割を担う枠部材を通じて電池内部に水分が浸入する可能性を完全には否定できない。したがって、枠部材の水蒸気遮断性は可能な限り高い方がよい。一方、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタラート等のある種の樹脂について言えば、水蒸気遮断性に優れることが知られている。これに対し、一般論としてエラストマーはポリプロピレン等に比べて水蒸気遮断性に劣る。そこで、ポリプロピレン等の水蒸気遮断性に優れる樹脂と、エラストマーとの含有比率を適切に調整した複合樹脂で枠部材を構成すれば、十分な水蒸気遮断性を維持しつつ電池の耐屈曲性を高めることが可能となる。
【０００９】
好適な態様において、当該リチウム一次電池は平面視で長方形状のペーパー型リチウム一次電池であり、ＪＩＳ  Ｘ６３０１  に規定されたＩＣカードに内蔵可能な寸法を有する。そして、当該リチウム一次電池の長辺方向または短辺方向平行な枠部材の長さをＷ（ｍｍ）、枠部材の厚さをｄ（ｍｍ）、枠部材を構成する複合樹脂素材の弾性限界をｋ、その複合樹脂素材に含有されるエラストマーの体積含有比率を１００＊Ｊ（％）としたとき、本発明のリチウム一次電池は下記不等式を満足する。ただし、“ｋ”は、エラストマーの弾性限界である。“Ｌ”はＪＩＳ  Ｘ６３０１  に規定されたＩＣカードの短辺の長さを表わす。“ｈ”はＪＩＳ  Ｘ６３２１  に規定された試験条件でのＩＣカードの短辺方向の折り曲げ量を表わす。“ｔ”はＩＣカードの厚さを表わす。
Ｊ＞［｛１＋Ｗ２／（（Ｌ２／（４ｈ−ｔ＋ｄ））（Ｌ２／（４ｈ−ｔ−ｄ）））｝１／２−１］／ｋ
【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。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。シール材として機能する枠部材２，３は、窓枠のような形状を持つシート状の部品であり、リチウム一次電池１Ａの柔軟性および耐屈曲性を向上させる目的で、ゴム弾性を有する薄い樹脂で構成されている。
【００１１】
図２に示すごとく、枠部材２，３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。活物質充填室１０内は、大気圧よりも減圧された雰囲気である。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、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。
【００１２】
図２に示すごとく、正極側枠部材２の開口は負極側枠部材３の開口よりも広口であり、それら枠部材２，３が活物質充填室１０内において段付形状を呈している。具体的には、面内方向において正極側枠部材２の開口の内周縁２ｈが負極側枠部材３の開口の内周縁３ｈよりも外側に位置している。そして、正極側枠部材２よりも内側に位置する負極側枠部材３の開口周縁部３ａにセパレータ９を固定している。また、セパレータ９の外周縁９ｈが正極側枠部材２の開口の内周縁２ｈと負極側枠部材３の開口の内周縁３ｈとの間に位置する。そして、負極側枠部材３との境界をなす正極側枠部材２の主表面２ｐ全体が負極側枠部材３との接着面となっている。なお、“面内方向”とは、リチウム一次電池１Ａの厚さ方向に直交する方向のことである。
【００１３】
枠部材２，３の詳細な説明をする前に、それ以外の部品について説明する。
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。
【００１４】
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。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。
【００１５】
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一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。また、長期の安定性を得るには、集電体が電解液に溶出しないことが重要である。この点を考慮すると、ステンレス鋼は耐蝕性に優れるので好適である。たとえば、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。
【００１６】
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。
【００１７】
たとえば、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、各部品の厚さは、下記の範囲内で調整するのが好適である。
・正極活物質層４…３０μｍ以上３００μｍ以下
・負極活物質層５…１０μｍ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も同一厚さとすることができる）
・正極集電体６…１０μｍ以上１００μｍ以下（負極集電体７も同一厚さとしてよい）
・セパレータ９…１０μｍ以上６０μｍ以下
【００１８】
次に、枠部材２，３について詳しく説明する。
図３に示すごとく、正極側枠部材２には、接着層１２を介して正極集電体６が固定されている。同様に、負極側枠部材３には、接着層１３を介して負極集電体７が固定されている。接着層１２，１３は、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接着剤による層である。一般に、ＩＣカード等のカード型簡易記憶媒体の素材は塩化ビニルが代表的であり、カード製造時に加える温度は１１０℃〜１４０℃と比較的高い。したがって、接着層１２，１３についても融点が適度に高い方がよく、たとえば酸変性ポリプロピレンが好適である。
【００１９】
図３には、枠部材２，３と接着層１２，１３とを区別した形で示しているが、接着層１２，１３が枠部材２，３に含まれるものとして構成することも可能である。たとえば、正極側枠部材２となる樹脂シートに接着層１２となる接着剤を塗布した、あるいは接着剤フィルムを貼り合わせた接着剤付き樹脂シートを電池組立に使用することにより、枠部材２，３と集電体６，７とを接合する接着層１２，１３を形成することができる。また、ホットメルト型接着剤を集電体６，７の外周部分に配置しておき、電池組立時にそのホットメルト型接着剤を溶融および固化することによって、枠部材２，３と集電体６，７とを接合する接着層１２，１３を形成するようにしてもよい。本実施形態では正極側枠部材２の厚さと負極側枠部材３の厚さと等しく設定しているが、異なる厚さに調整してもよい。また、枠部材２，３自身が金属との接着性を有する素材からなる場合には、接着層１２，１３を別途に設けることを要せず、枠部材２，３と集電体６，７とを直接に接着することが可能である。
【００２０】
次に、枠部材２，３の素材について説明する。枠部材２，３の素材としては、エラストマー（ゴム材料）と、そのエラストマーよりも水蒸気遮断性が高い樹脂とを含有する複合樹脂を好適に使用することができる。単純にゴム弾性を付与するだけであれば、枠部材２，３の全部をエラストマーで構成すればよいとも考えられる。しかしながら、その構成は実現が困難である。その理由は次の通りである。枠部材２，３に必要な特性として、水蒸気遮断性が高いこと、水素に対する透過性が適度にあること、空気（酸素、窒素、炭酸ガス）の遮断性が高いこと、有機電解液の蒸気の遮断性が高いこと、耐酸化還元性が高いこと、耐有機電解液性に優れること、シート材に容易に成形できること、比較的低温（１５０℃）で熱融着できること、絶縁材料であることが挙げられる。そうした特性を全てバランスよく備えたエラストマーを安価に入手することは容易でない。たとえば、水蒸気遮断性が比較的高いとされているブチルゴムであっても、最も水蒸気遮断性に優れる樹脂の一つであるポリプロピレンと比較すると、室湿室温条件で約１０倍の開きがある。また、クロロスルホン化ポリエチレンのように酸化力の強い分子を導入したエラストマーは、リチウム一次電池の負極の還元力により劣化する可能性がある。ジエン系ゴムのように不飽和結合を有する場合には、リチウム一次電池の正極の酸化力により劣化する可能性がある。このような事情があるので、枠部材２，３の素材として、エラストマーと他の樹脂とを含有する複合樹脂を選択することが好ましい。
【００２１】
複合樹脂は、エラストマーに不足する特性を他の樹脂で補った樹脂である。複合樹脂に含有させるエラストマーの種類は特に問われないが、たとえばブタジエンゴム、イソプレンゴム、ジメチルブタジエンゴム、ハロプレンゴム、ポリアルキレンサルファイド、イソブチレン・ジエン共重合（ブチルゴム）、アルキル・シロキサン縮合物（シリコーンゴム）、フッ素系ゴム、ウレタン系ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、オレフィン系ゴムおよびビニル系ゴムのグループから選択される一種類以上を使用することができる。これらのエラストマーは、架橋ゴムと区別して、熱可塑性エラストマーと呼称する場合もある。また、ポリビニールアルコールのように、一部のプラスチックを一軸方向に延伸することで、ゴム弾性を付与した樹脂を使用することも可能である。なお、枠部材２，３に要求される特性を考慮に入れると、最も推奨されるエラストマーの一つはブタジエンゴムである。
【００２２】
また、エラストマーと混合する他の樹脂としては、たとえばポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂およびフッ素系樹脂のグループから選択される一種以上の樹脂を使用することができる。熱硬化性か熱可塑性かは特に問わないが、枠部材２，３に要求される特性を考慮して選ぶべきである。また、安価であることも工業生産上重要である。こうした要件をバランスよく満足する樹脂の一つとしては、ポリオレフフィン系樹脂、特にポリプロピレンを推奨することができる。
【００２３】
また、エラストマーと、他の樹脂とを複合させる方法としては、両者を共重合する方法、架橋させる方法、溶融混合して相互に分散させる方法等がある。また、微粉末によるメカニカルマシーニングも考え得る。つまり、本明細書中において“複合樹脂”という用語は、特に言及しない限り二種以上の樹脂を混合した樹脂だけでなく、二種以上の樹脂の共重合体、さらには、二種以上の樹脂を硫黄等の架橋剤を用いて架橋した樹脂の意味を持つ。
【００２４】
次に、ブタジエン等のエラストマーと、ポリプロピレン等の他の樹脂との含有比率について説明する。枠部材２，３に要求される弾性はリチウム一次電池１Ａの寸法によって変化する。そのため、上記含有比率について一義的に定めることは容易でないが、たとえばリチウム一次電池１ＡをＪＩＳ規格のＩＣカード用途に特化した場合、以下のモデルで説明する条件を満足するようにエラストマーの含有比率を調整すれば、十分な耐屈曲性を達成できる。
【００２５】
ＪＩＳ  Ｘ  ６３０５  ６．１に規定された動的曲げ強さ試験では、図４に示すようにＩＣカードを変形させる。ＩＣカードに内蔵されている電池１Ａは、ＩＣカードとともに円弧状に曲げられる。電池１Ａが曲げられたとき、または捩れられたとき、最大の歪は電池１Ａの端部、すなわち電池１Ａのシール部１１に生ずる。電池１Ａの端部を構成する枠部材２，３がその最大歪を弾性的に吸収しうる場合、電池１Ａは図４のように曲げられても塑性変形を起こさず端部（＝シール部１１）に亀裂等が生じること、つまりシール破壊が生ずることがない。また、ＩＣカードに懸かる曲げ荷重を抜いたときに外装材（本実施形態では集電体６，７）にシワが残存しづらい。
【００２６】
ＪＩＳ  Ｘ  ６３０５  ６．１に規定された動的曲げ強さ試験によれば、ＩＣカードの長辺方向と短辺方向とのそれぞれについて、２５０回の曲げを繰り返す。したがって、電池１Ａの端部の歪または伸びが枠部材２，３の弾性限界内に収まっているとよい。
【００２７】
図４に示すごとく、ＪＩＳ  Ｘ  ６３０５  ６．１で規定された動的曲げ強さ試験を行なうとき、ＩＣカードは、点Ｍ、点Ｐおよび点Ｎで表わされる断面円弧状に変形する。点Ｍ、点Ｐおよび点Ｎの３点を含む円弧の長さをＬ、この円弧の折り曲げ高さをｈ、折り曲げ角度をθＡ、円弧を形成する円の半径をｒとすると、以下の連立方程式が成り立つ。
Ｌ＝２ｒθＡ                    …（１）
ｈ＝ｒ（１−ｃｏｓθＡ）        …（２）
この連立方程式の解を求めるためにｃｏｓθＡを（３）式で近似する。
ｃｏｓθＡ＝１−（１／２）θＡ２  …（３）
（３）式を（１）式と（２）式に代入すれば解が求まる。
θＡ＝４ｈ／Ｌ                  …（４）
ｒ＝Ｌ２／（８ｈ）              …（５）
【００２８】
ＪＩＳ  Ｘ  ６３０１  ４．３．３は、ＩＣカードの折り曲げ高さｈについて、長辺方向ではｈ＝２０ｍｍ、短辺方向ではｈ＝１０ｍｍと規定している。また、図４中の点Ｍ、点Ｐおよび点Ｎを含む円弧の長さＬは、ＩＣカードの長辺の長さＬ１または短辺の長さＬ２に等しく、それぞれＬ１＝８５．６０ｍｍ、Ｌ２＝５３．９８ｍｍである。（４）式にこれらの数値を代入すると、角度θＡ（／ｒａｄ）と半径ｒ（／ｍｍ）は下記のように求まる。
＜長辺方向＞
θＡ＝４ｈ／Ｌ１≦４＊２０／８５．６０＝０．９３５
ｒ＝Ｌ１２／（８ｈ）＝（８５．６０）２／（８＊２０）＝４５．８０
＜短辺方向＞
θＡ＝４ｈ／Ｌ２≦４＊１０／５３．９８＝０．７４１
ｒ＝Ｌ２２／（８ｈ）＝（５３．９８）２／（８＊１０）＝３６．４２
【００２９】
ＩＣカードを長辺方向に曲げた場合よりも、短辺方向に曲げた場合の方が曲率半径ｒは小さくなる。したがって、電池１Ａの枠部材２，３に要求されるゴム弾性を見積もる場合には、ＩＣカードの短辺方向の曲げを想定するとともに、電池１Ａの内蔵形態について下記（ａ）（ｂ）の２通りを考慮する必要がある。
（ａ）ＩＣカードの短辺方向と、電池１Ａの長辺方向とを一致させる内蔵形態
（ｂ）ＩＣカードの短辺方向と、電池１Ａの短辺方向とを一致させる内蔵形態
【００３０】
なお、余弦の近似を採用する結果として、角度θＡおよび半径ｒに関して、長辺方向で最大５％、短辺方向で最大２％の誤差が生ずるが、これは枠部材２，３が要求するゴム弾性を論ずる上で十分小さい誤差である。また、電池１Ａの縦横の寸法は、ＩＣカードの縦横の寸法よりも小さいので、角度θＡの値はより小さくなる。したがって、誤差を無視できるので上記（４）（５）式は成立する。
【００３１】
図４および図５に示すごとく、電池１Ａの外側の円弧と内側の円弧とは、中心点Ｏが共通である。ＩＣカードの外側の円弧、電池１Ａの外側の円弧、電池１Ａの内側の円弧は、それぞれ角度θＡ、角度θＢ、角度θＣの同心円の円弧である。電池１Ａの外側の円弧の長さと、電池１Ａの内側の円弧の長さは、いずれも電池１Ａの長さＷである。電池１Ａを内蔵した部分でのＩＣカードの厚さｔと、電池１Ａの厚さｄは一定であるから、それぞれの円弧の半径は次式の関係になっている。なお、図４および図５のモデルは、ＪＩＳ６３０５の動的曲げ強さ試験によって電池１Ａに生ずる応力が全て、電池１Ａの端部の伸びに吸収されるものとしている。
【００３２】
ＩＣカードの円弧の半径＝ｒ
電池の内蔵位置におけるＩＣカードのシート厚さ＝（ｔ−ｄ）／２
電池の外側の円弧の半径（ＯＸ）＝ｒ−（ｔ−ｄ）／２＝（２ｒ−ｔ＋ｄ）／２
電池の内側の円弧の半径（ＯＹ）＝（ＯＺ）＝ｒ−｛（ｔ−ｄ）／２｝―ｄ＝（２ｒ−ｔ―ｄ）／２
【００３３】
図５の拡大図で説明すると、電池１Ａの端部つまり枠部材２，３の端部は点Ｘ、点Ｙおよび点Ｚで囲まれる領域ＸＹＺで表わされ、枠部材２，３が厚さＸＹ（＝ｄ）から（ＸＺ）のように引き伸ばされている。換言すれば、図５の断面模式図における枠部材２，３の端面の長さがＸＹからＸＺに変化している。円弧（ＹＺ）は半径（ＯＹ）、角度（θＣ−θＢ）の円弧である。電池１Ａの長さＷと、電池１Ａの外側の折り曲げ角度θＢと、電池１Ａの内側の折り曲げ角度θＣに関し、下式が成立する。
【００３４】
Ｗ＝２＊（ＯＸ）＊θＢ
Ｗ＝２＊（ＯＺ）＊θＣ
θＢ＝Ｗ／（２＊（ＯＸ））＝Ｗ／（２ｒ−ｔ＋ｄ）
θＣ＝Ｗ／（２＊（ＯＺ））＝Ｗ／（２ｒ−ｔ−ｄ）
θＢ−θＣ＝（ＸＹ）＊Ｗ／（２＊（ＯＸ）＊（ＯＺ））
【００３５】
（ＸＺ）２＝（ＯＸ）２＋（ＯＺ）２−２（ＯＸ）（ＯＺ）ｃｏｓ（θＣ−θＢ）
＝（ＯＸ）２＋（ＯＺ）２−２（ＯＸ）（ＯＺ）［１−（１／２）｛（ＸＹ）＊Ｗ／（２＊（ＯＸ）＊（ＯＺ））｝２］
＝（ＸＹ）２｛１＋Ｗ２／（４＊（ＯＸ）＊（ＯＺ））｝
【００３６】
したがって、折り曲げ試験により変形したときの枠部材２，３の端部は次式によって表わされる。
（ＸＺ）＝（ＸＹ）｛１＋Ｗ２／（４＊（ＯＸ）＊（ＯＺ））｝１／２
＝ｄ｛１＋Ｗ２／（（２ｒ−ｔ＋ｄ）（２ｒ−ｔ−ｄ））｝１／２
【００３７】
枠部材２，３のゴム弾性の限界が、この伸びの変形量を上回っていれば、枠部材２，３は曲げられても、元の形状に弾性復帰する。つまり、下記の不等式を満足すればよい。
（枠部材の弾性限界）＞｛（折り曲げ試験実施時における枠部材の端部の厚さ）−（初期厚さ）｝／（初期厚さ）
【００３８】
（折り曲げ試験実施時における枠部材の端部の厚さ）＝（ＸＺ）なので、
（枠部材の弾性限界）＞（（ＸＺ）−ｄ）／ｄ
＝｛１＋Ｗ２／（（２ｒ−ｔ＋ｄ）（２ｒ−ｔ−ｄ））｝１／２−１
＝｛１＋Ｗ２／（（Ｌ２／（４ｈ−ｔ＋ｄ））（Ｌ２／（４ｈ−ｔ−ｄ）））｝１／２−１
【００３９】
ＩＣカードの長さＬ、折り曲げ量ｈ（折り曲げ高さ）、ＩＣカードの厚さｔ、電池１Ａの長さＷ（枠部材２，３の長さに等しいものとする）、枠部材２，３の厚さｄを上記不等式に代入することにより、枠部材の弾性限界を導出することができる。
【００４０】
なお、“弾性限界”とは、弾性変形が許容される最大の伸び率、つまり弾性変形を生ずる対象物が降伏点に到達した状態での伸び量を初期長さで除した値を示すものとする。また、本明細書に記す試験条件等は全て室温（２０℃）、大気圧（１気圧）を前提とする。また、該枠部材２，３を構成する複合樹脂素材の降伏点については、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８に規定する引っ張り降伏点強度試験に準じて定めるものとし、試験片に与える荷重と伸びが線形性を失った点を降伏点と定義する。
【００４１】
上記の不等式を満足する弾性限界を有する複合樹脂素材を選定することにより、枠部材２，３に塑性変形が生じず、シール破壊が起こり難いリチウム一次電池１Ａを作製できる。また、電池１Ａの容量設計から、電池１Ａの長さＷ（枠部材２，３の長辺または短辺の長さに等しいものとする）と、枠部材２，３の厚さｄが決定すれば、枠部材２，３に必要とされる弾性限界を決定することができる。
【００４２】
さらに、枠部材２，３がエラストマーとポリオレフィンとを混合した複合樹脂からなると仮定する。この場合、枠部材２，３の弾性は、エラストマーの弾性とポリオレフィンの弾性との合成になるが、ポリオレフィンの弾性はエラストマーの弾性に比して遥かに小さいので無視できる。そして、枠部材２，３をエラストマー単独で構成した場合の弾性限界をｋ、現実の枠部材２，３におけるエラストマーの体積含有比率を１００＊Ｊ（％）とすれば、枠部材２，３の弾性限界はｋ＊Ｊで表わされる。したがって、エラストマーの体積含有比率を特定するパラメータＪの下限は下式（６）で規定することができる。
Ｊ＞［｛１＋Ｗ２／（（Ｌ２／（４ｈ−ｔ＋ｄ））（Ｌ２／（４ｈ−ｔ−ｄ）））｝１／２−１］／ｋ
…（６）
【００４３】
一方、枠部材２，３の水蒸気透過性Ｑは、エラストマーの水蒸気透過性とポリオレフィンの水蒸気透過性との合成になる。エラストマーの単位体積あたりの水蒸気透過性をＱ１、ポリオレフィンの単位体積あたりの水蒸気透過性をＱ２とすると、
Ｑ＝Ｊ＊Ｑ１＋（１−Ｊ）＊Ｑ２
となる。
【００４４】
水蒸気透過性が低いエラストマーを含む樹脂を枠部材２，３の素材として使用し、尚且つ水蒸気透過性の低下を抑制するためには、シール部の幅をｍ倍し、シール部の厚さを１／ｎすればよい（ｍ、ｎは正の実数）。
Ｑ＝ｍ＊ｎ＊Ｑ２
ｍ＊ｎ＊Ｑ２＝Ｊ＊Ｑ１＋（１−Ｊ）＊Ｑ２
Ｊ＝（ｍ＊ｎ−１）／｛（Ｑ１／Ｑ２）−１｝  …（７）
【００４５】
上記（７）式が１より大であれば、枠部材２，３を実質的にエラストマーのみで構成することが可能である。しかしながら、枠部材２，３をエラストマー単独で構成することには寸法等の設計上の大きな制約があり、容易には採用できない。それ故、本発明のごとく枠部材２，３の素材として複合樹脂を用いることが不可欠となる。
【００４６】
たとえば、安価、入手が容易、水蒸気透過性が低い、加工が容易などの種々の要件をバランスよく満足するポリオレフィン系樹脂としてはポリプロピレンが代表的である。ＩＳＯまたはＪＩＳに規定されているＩＣカード用ペーパー型リチウム一次電池１Ａの枠部材２，３の素材としてポリプロピレンを用いる場合、図２で説明したシール部１１の厚さは１００μｍ〜５００μｍ、シール部１１の幅は２ｍｍ程度とすることが妥当である。
【００４７】
一方、容易に入手可能なエラストマーの中で水蒸気透過性が最も低いエラストマーの一つに、ブタジエン系のエラストマーがある。ところが、ブタジエン系のエラストマーでさえ、ポリプロピレンと比較すると水蒸気透過性は１０倍以上である。また、短辺が約５４ｍｍに規定されたＩＣカードに内蔵することを考慮すると、リチウム一次電池１Ａのシール部１１（図２参照）の幅は６ｍｍ程度が上限である。また、本発明にかかるリチウム一次電池１Ａは、集電体６，７が金属箔からなるので、加工バリによる短絡防止の観点やシール部１１の形成容易性を考慮すると、シール部１１の厚さは３０μｍ程度が実用上の下限である。こうした制約を総合的に勘案すると、エラストマーの体積含有率の上限は１００＊８／９（％）にとどめることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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中のＡ−Ａ断面図。
【図３】図２の部分拡大図。
【図４】ＩＣカードに課される曲げ試験の概念図。
【図５】図４の部分拡大図。
【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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