(57)【要約】【課題】使用開始するまでの保存期間を著しく長くすることができ、電解液の漏出を防止し、外部からの注液なしで容易な起動を実現し、複数回の電解液供給が行なえることで複数回の発電が可能な電池を提供する。【解決手段】長期保存が可能な電池要素を使用し、１個の外装容器内に電解液と電池要素が分離して密封収容され、外部環境から保護できるラミネートフィルムを使用する構造の外装容器を持ち、複数個備えられた電解液収納部は外装容器外部からの意図的な加圧により、外装容器内の電池要素に複数回の電解液供給が可能であることを特徴とする電池を提供する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池であって、電池要素と電解液が分離された構造と、易開封性ラミネートフィルムが使用された電解液収納部と、ラミネートフィルムが使用された外装容器とからなり、電池要素と、複数の電解液収納部と、が同一の外装容器内に収納されており、外部からの意図的な加圧により電解液収納部から電解液が電池要素に１回以上供給され、発電されることを特徴とする電池。
【請求項２】
外装容器に使用されるフィルムおよびトレーには、ガスバリア性が高く、防湿性が高く、遮光性が高いラミネートフィルムを使用していることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
電解液収納部に使用されるラミネートフィルムは、ガスバリア性が高く、防湿性が高い易開封性ラミネートフィルムが使用されていることを特徴とする請求項１と請求項２に記載の電池。
【請求項４】
電解液収納部には選択的に弱く封止された部分が１箇所以上設けられており、外装容器の封止強度が、電解液収納部の選択的に弱く封止された部分の到止強度よりも大きいことを特徴とする請求項１と請求項２と請求項３に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  １つの外装容器内で電解液と他の電池要素が分離され、電解液を外部から注液することなく起動できる電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  広く使用されている電池は電解液と正極物質・負極物質が接触内蔵されているため自己放電による劣化を避けることができない。これまでも［特許文献１］や［特許文献２］のように電解液を分離し保存する方法が開示されている。【０００３】  電解液が分離された電池として水や海水中に浸漬して使用する水電池や海水電池が従来から広く知られており、長期保存性が良好である。近年では防災用品として水等を注入すると発電される電池も広く市販されている。例えば［非特許文献１］や［非特許文献２］といった製品がある。【０００４】  また、電解液以外の電池要素（以下、電池要素という）に水を外部から注入して繰り返し使用できるようにすることについては［特許文献３］の方法が開示されている。【０００５】  しかし、［特許文献１］では長期間保存する方法として電解液を分離しているものの、示されている分離の方法がクリップであるため運送や保管中の不意な加圧による電池要素側への電解液漏出が避けられないという問題があった。【０００６】  ［特許文献２］では電解液と電池要素とを熱融着により分離することが示されているが、外部の劣化要因である紫外線や透過湿分から内部の電解液と電池要素を保護する外装容器構造については示されておらず、長期保存のうちに収容された電池要素や電解液が劣化することが避けられない問題があった。【０００７】  ［非特許文献１］や［非特許文献２］といった製品が市販されているが、災害発生時に容易に起動することができない問題があった。すなわち、水や水を入れる容器・スポイトなどの注入具などを別に用意する必要があり、夜間の停電時や水の入手が困難である場合にはこれらが使用できない事態となる問題があった。また、電池要素が密閉されていないため空気中の湿分から保護されておらず、長期保存のうちに電池要素の劣化が進行するという問題があった。【０００８】  ［特許文献１］、［特許文献２］、［非特許文献１］、［非特許文献２］の持つ問題を解決する手段として［特許文献３］が開示されている。［特許文献３］に示される技術は、水電池の収納ケースの防湿性を高めることによって長期保存性を高めた技術ではなく、収納ケースの継ぎ目や給水器と水電池との接続部が防湿性を低下させる要因となり、防湿性を維持するには構造的に限界があり、水電池が空気中の湿分を吸収することにより自己放電が発生するため、給水器を分離するだけでは長期保存するうえで問題があった。【０００９】  また、［特許文献１］、［特許文献２］、［特許文献３］は、発電を開始させると電解液の補充ができないという問題があった。電解液が劣化消耗した場合に新しい電解液を供給するためには電池の外装容器を開封する必要があり、電解液の補充の取り扱いに問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５０−２２２３０号公報
【特許文献２】特開昭６３−１６８９６５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４９５３０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ナカバヤシ株式会社「ナカバヤシ２０１４総合カタログ」Ｐ．３３０
【非特許文献２】株式会社ヴィド「防災用・非常用マグネシウムライト」、平成２６年３月５日閲覧、インターネットＵＲＬ＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｉｄ１５１５．ｃｏｍ／ｓｅｒｖｉｃｅ．ｈｔｍｌ＞、＜ｈｔｔｐ：／／ｓｔｏｒｅ．ｓｈｏｐｐｉｎｇ．ｙａｈｏｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｖｉｄ１５１５／ｍｇｌｉｇｈｔｂａｔｔｅｒｙ０１．ｈｔｍｌ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  本発明は、上記問題を解決するべく成されたものであり、使用開始するまでの保存期間を著しく長くすることができ、電解液の漏出を防止し、外部からの注液なしで容易な起動を実現し、複数回の電解液供給が行なえることで複数回の発電が可能な電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明によれば、長期保存が可能な電池要素を使用し、１個の外装容器内に電解液と電池要素が分離して密封収容され、外部環境から保護できるラミネートフィルムを使用する構造の外装容器を持ち、複数個備えられた電解液収納部は外装容器外部からの意図的な加圧により、外装容器内の電池要素に複数回の電解液供給が可能であることを特徴としている。【００１４】  長期保存が可能な電池要素は水電池または海水電池であることが好ましく、電池要素が外装容器に収容されている。【００１５】  外装容器は外部の湿度・紫外線・酸素等による電池の劣化を防止することが重視される。最内層は熱溶着性に優れた素材であり、中間層には気体を透過させにくい性質（以下、ガスバリア性）や防湿性に優れた素材であり、最外層は印刷や摩耗に耐える素材が配置されることが好ましい。【００１６】  また、外装容器は電池要素収容部も兼ねており電池要素と電解液収納部が密封されている。外部からの意図的な加圧によって先に電解液収納部が開封されても外装容器が開封されることはない強度で融着密封される。外装容器はフィルムのみでもよく、フィルムとトレーでもよい。【００１７】  電池要素が複数個収容されていれば、電池要素同士は易開封性を持った隔壁などで区切られ、複数の電解液流路が予め設置された部分に収容されることも好ましい。【００１８】  電解液収納部は外部からの意図的な加圧により開封される容器が使用され、長期間に渡って電解液を保持することができる薬液耐性やガスバリア性や防湿性に優れた素材からなっており、単独の袋や容器でよく、また、これらが連結された構成でもよい。少なくとも１箇所以上の易開封部が設置されており、複数個の電解液収納部が封入される場合には１回の電解液補充に相当する区画ごとに１箇所以上の易開封部が設置される。このようにして構成された電解液収納部１個以上を外装容器内に電池要素とともに密封する。
【発明の効果】
【００１９】  電池要素と電解液は外部環境から隔離された外装容器内に密封されているため外部環境による劣化がなく、電池要素と電解液が分離されているため自己放電が発生することがなく、長期間に渡って保存可能な電池が提供される。【００２０】  電解液収納部に易開封性容器を使用することにより、外部からの意図的な加圧によって外装容器を破損することなく易開封部が開封されて電解液が電池要素に流入し、初めて発電が開始される。外部から意図的に加圧を行なうという簡単な操作により誰でも起動可能な電池が提供される。【００２１】  電解液は外装容器内の電解液収納部にあるため、外部から注液を行なう必要がなく、外装容器で密封されているため外装容器外に電解液が漏洩することがない電池が提供される。【００２２】  電解液収納部は複数備えられているため、電解液の劣化消耗による電池性能低下が進行した際には未開封の電解液収納部を開封することで新たな電解液が電池要素に供給され、電池性能が回復される。また、電池要素が易開封性を持った隔壁などで区切られ、複数の電解液流路が予め設置された部分に複数の電池要素が収容される場合には、電解液劣化消耗のみならず活物質劣化消耗による電池性能低下からも回復することも可能な電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態として、電池に使用される電池要素を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態として、電池に使用される単独の電解液収納部を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態として、電池に使用される連続した袋からなる電解液収納部を概略的に示す斜視図である。
【図４】［図３］における断面Ａ−Ａの電解液収納部を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態として、隔壁を持つ容器からなる連続した電解液収納部を概略的に示す斜視図である。
【図６】［図５］における断面Ｂ−Ｂの電解液収納部を概略的に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態として、ラミネートフィルムの外装容器が使用された電池を概略的に示す斜視図である。
【図８】［図７］における断面Ｃ−Ｃを概略的に示す図である。
【図９】本発明の一実施形態として、トレーとラミネートフィルムと連続した袋からなる電解液収納部が使用された電池を概略的に示す斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態として、トレーに電池を構成する部品が収容され、ラミネートフィルムがトレーに融着密封され、電池として完成した状態を概略的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態として、連続した袋からなる電解液収納部が使用された電池を例示した上面図である。
【図１２】本発明の一実施形態として、連続した袋からなる電解液収納部が使用された電池として完成した本発明をトレー裏面より概略的に例示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】  以下に、本発明の電池の一例を詳細に説明する。
【００２５】  ［図１］は、本発明の電池に使用される電池要素１０を示す斜視図である。電池要素１０は、負極集電体、負極活物質、電解液保持部材、セパレータ、正極活物質、正極集電体、を収納するケース１１と、発電された電力を外部に取り出すための端子１２とにより構成されている。端子１２は外装容器となるトレー５５とラミネートフィルム５４またはラミネートフィルムの外装容器４４との密封性を向上させるため、端子１２の一部に帯状の樹脂フィルム１３が巻き付けられた端子を使用することが好ましい。また、電池要素１０が発電するために必要な電解液２５は電池要素１０内に収容されていない。
【００２６】  ［図２］は、本発明の電池に使用される電解液２５が密封収納された単独の電解液収納部２０を示す斜視図である。単独の電解液収納部２０は、防湿性とガスバリア性の高い易開封性ラミネートフィルム２１が使用され、破れ易く融着された特定の部分２３が設けられ、外部からの意図的な加圧により破れ易い部分２３から、電解液収納部２０に収納された電解液２５が電池要素１０に向かって押し出されるようになっている。また、破れ易い特定の部分２３以外は強く封止され破れ難い部分２２となっており、外部からの意図的な加圧を受けた際に破れ易い特定の部分２３以外から電解液２５が漏出しないように補助している。
【００２７】  電解液収納部に使用される易開封性ラミネートフィルム２１は、電解液２５の性状に合わせた易開封性ラミネートフィルムを使用することが好ましく、封止条件、例えば加熱時間、加熱温度、加熱形状、加熱寸法により開封され易い部分と開封され難い部分が選択して形成できるラミネートフィルムを使用することが好ましい。
【００２８】  ［図３］は、本発明の電池に使用される連続した袋からなる電解液収納部２４を示す斜視図である。図示した複数の電解液収納部２４が電池に収容されることもよい。［図４］は［図３］のうち電解液２５が分離収納された場合の分離部分の状態を断面図として図示したものである。強く封止された部分２２で電解液２５を区切ることも好ましく、容易に複数の電解液収納部を形成することができる。
【００２９】  ［図５］は、本発明の電池に使用される隔壁を持つ容器からなる連続した電解液収納部３０を示す斜視図である。図示した複数の電解液収納部３０が電池に収容されることもよい。［図６］は［図５］のうち電解液２５が分離収納された場合の隔壁部分を断面図として図示したものである。隔壁３２で電解液２５を区切ることも好ましく、容易に複数の電解液収納部を形成することができる。
【実施例】
【００３０】  以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。【００３１】  ［図７］は、本発明の一実施形態としてラミネートフィルムの外装容器が使用された電池を概略的に示す斜視図である。［図８］は、［図７］における断面Ｃ−Ｃを概略的に示す図である。電池４０は、電池要素１０と電解液収納部２０とが密封されてなる。ラミネートフィルムの外装容器４４と防湿フィルム４３と端子の一部に帯状に巻き付けられた樹脂フィルム１３とが融着されることで密封が保たれる。外装容器４４には、発電の際に電池要素１０より発生するガスを排出するためのガス放出孔４１が形成されており、防水性が高く通気性の良い多孔質フィルム４２が融着され、さらにガスバリア性が高く防湿性の高い易開封性ラミネートフィルム４３で融着密封されている。防湿フィルム４３は、電池４０を使用する直前に剥がして使用される。【００３２】  ［図９］は、本発明の一実施形態として、トレーとラミネートフィルムが使用された電池を概略的に示す斜視図である。電池５０は、電池要素１０と電解液収納部２４とが密封されてなる。トレー５５と封止ラミネートフィルム５４と防湿フィルム５３と端子の一部に帯状に巻き付けられた樹脂フィルム１３とが融着されることで密封が保たれる。封止ラミネートフィルム５４には、発電の際に電池要素１０より発生するガスを排出するためのガス放出孔５１が形成されており、防水性が高く通気性の良い多孔質フィルム５２が融着され、さらにガスバリア性が高く防湿性の高い易開封性ラミネートフィルム５３で融着密封されている。防湿フィルム５３は、電池５０を使用する直前に剥がして使用される。【００３３】  ラミネートフィルムの外装容器４４、封止ラミネートフィルム５４、トレー５５は、ガスバリア性が高く防湿性が高く遮光性が高いラミネートフィルムが使用される。ガスバリア性が高く防湿性が高く遮光性が高いラミネートフィルムは多層に積層された構造となっており、内容物の品質を変化させる原因となる酸素や水蒸気、紫外線等の影響を防ぐことを目的に、一般には食品や医薬品等の包装材料として用いられたり、液晶表示パネルやＥＬ表示パネル、電子ペーパー、太陽電池等の性能劣化を避けるために電子デバイス等のパッケージ材料として用いられたりしており、必要な機能に応じて各種販売されている。【００３４】  電解液収納部に使用される易開封性ラミネートフィルム２１もまた、多層に積層された構造となっている。使用される易開封性ラミネートフィルム２１は、電解液２５の性状に合わせた易開封性ラミネートフィルムを使用することが好ましく、封止条件、例えば加熱時間、加熱温度、加熱形状、加熱寸法により開封され易い部分と開封され難い部分が選択して形成できるラミネートフィルムを使用することで意図した部分を外部からの意図的な加圧により開封することができる。【００３５】  トレー５５は、圧空成形法あるいは真空成形法により製作する。トレー５５は、電池要素、電解液収納部の形状や配置に応じて使用する金型を変えることにより、自由にかつ安価に形状や寸法を変えることができる。【００３６】  ［図１０］は、封止ラミネートフィルム５���がトレー５５に融着密封され、電池として完成した状態（最下図）を示す。密封収納される部品がトレー５５内の平面上に配置されることにより、電池の厚さを薄くすることができ、軽量で容易に起動できる電池を提供することができる。【００３７】  ［図１１］は、本発明の一実施形態として、電解液収納部を複数備えた電池が概略的に示された上面図であり、封止ラミネートフィルム５４で密封する前の状態を示す。電解液収納部３０は、［図１１］では電解液が２分割されて収容されている。【００３８】  ［図１２］は、本発明の一実施形態として、完成した電解液収納部を複数備えた電池をトレー５５の底面から見た状態を示した。電池５０を使用する時には、［図１０］にある防湿フィルム５３を剥がし、［図１２］に示したトレー５５の底面から矢印で示す位置のいずれかに意図的に加圧することにより電解液収納部２４の特定の場所から電池要素１０に電解液２５が供給され、発電が開始される。意図的に加圧することは、手による加圧でも良い。【００３９】  電池は電解液が消耗することで発電される電力の低下、すなわち電池性能が低下する。再び電池性能を回復させるためには、［図１２］に示したトレー５５の底面から矢印で示す位置の、まだ使用されていない箇所のいずれかを意図的に加圧することにより電解液収納部２４の特定の場所から電池要素１０に新たに電解液２５が供給され、電池性能が回復される。【００４０】  以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００４１】１０  電池要素
１１  電池要素ケース
１２  端子
１３  端子の一部に帯状に巻き付けられた樹脂フィルム
２０  単独の電解液収納部
２１  易開封性ラミネートフィルム
２２  易開封性ラミネートフィルムのうち強く封止され破れ難い部分
２３  易開封性ラミネートフィルムのうち弱く封止され破れ易い部分
２４  連続した袋からなる電解液収納部
２５  電解液
３０  隔壁を持つ容器からなる連続した電解液収納部
３１  容器
３２  容器を区切る隔壁
３３  強く封止され破れ難い部分
３４  弱く封止され破れ易い部分
４０  ラミネートフィルムの外装容器が使用された電池
４１  ガス放出孔
４２  多孔質フィルム
４３  防湿フィルム
４４  ラミネートフィルムの外装容器
５０  トレーとラミネートフィルムが使用された電池
５１  ガス放出孔
５２  多孔質フィルム
５３  防湿フィルム
５４  封止ラミネートフィルム
５５  トレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015201418.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015201418.tif 000009
【図８】
2015201418.tif 000010
【図９】
2015201418.tif 000011
【図１０】
2015201418.tif 000012
【図１１】
2015201418.tif 000013
【図１２】
2015201418.tif 000014