(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極と正極と固体電解質とを備え、曲面とされた電池素子と、上記電池素子から引き出されたリードと、上記リードを外部へ導出するとともに周縁を融着部とされて上記電池素子を内部に収容する外装フィルムとを備え、
上記外装フィルムは、上記電池素子の曲率を付与された辺の方向に沿った折り目を上記電池素子と上記融着部との間に有することを特徴とする固体電解質電池。
【請求項２】
上記電池素子は、帯状であり、長手方向に曲面とされることを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
【請求項３】
上記リードは、上記電池素子の長手方向の末端から引き出されたことを特徴とする請求項２記載の固体電解質電池。
【請求項４】
上記リードが引き出された上記電池素子の長手方向末端と上記外装フィルムの融着部とが離間していることを有することを特徴とする請求項３記載の固体電解質電池。
【請求項５】
上記電池素子は、負極と正極とが固体電解質を介して積層されてなる素電池を、複数積層されてなることを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
【請求項６】
上記外装フィルムは、内外周差を除去可能なひだ状の折込線を有することを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
【請求項７】
上記外装フィルムは、上記電池素子の長手方向の末端には折り目がないことを特徴とする請求項２記載の固体電解質電池。
【請求項８】
負極と正極と固体電解質とを有し曲面とされた電池素子と、
上記電池素子から引き出されたリードと、
上記リードを外部へ導出するとともに周縁を融着部とされて上記電池素子を内部に収容する外装フィルムとを備え、
上記外装フィルムは、第１の外装フィルムと上記第１の外装フィルムよりも曲面方向に長さを長くされた第２の外装フィルムとからなり、上記第１の外装フィルムと第２の外装フィルムとが上記電池素子を両主面側から挟み込んでなることを特徴とする固体電解質電池。
【請求項９】
上記電池素子は、帯状であり、長手方向に曲面とされることを特徴とする請求項８記載の固体電解質電池。
【請求項１０】
上記リードは、上記電池素子の長手方向の末端から引き出されたことを特徴とする請求項９記載の固体電解質電池。
【請求項１１】
上記リードが引き出された上記電池素子の長手方向末端と上記外装フィルムの融着部とが離間していることを特徴とする請求項１０記載の固体電解質電池。
【請求項１２】
上記電池素子は、負極と正極とが固体電解質を介して積層されてなる素電池を、複数積層されてなることを特徴とする請求項８記載の固体電解質電池。
【請求項１３】
上記第２の外装フィルムは、内外周差を除去可能なひだ状の折込線を有することを特徴とする請求項８記載の固体電解質電池。
【請求項１４】
負極と正極と固体電解質とを備える平坦な電池素子を作製する工程と、
上記電池素子にリードを接続する工程と、外装フィルムに対して、平坦な上記電池素子とその周縁を融着する融着部と間に折り目を形成する工程と、
上記外装フィルムで上記電池素子をくるむとともに周縁を融着して電池前駆体を作製する工程と、上記電池前駆体の折り目が形成された辺の方向に沿って曲率を付与し、所定の曲面形状とする工程とを有する
ことを特徴とする固体電解質電池の製造方法。
【請求項１５】
上記電池素子は帯状であり、上記電池素子の長手方向に曲率を付与することを特徴とする請求項１４記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項１６】
上記リードを、上記電池素子の長手方向末端に接続することを特徴とする請求項１５記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項１７】
上記リードが引き出された上記電池素子の長手方向末端と、上記外装フィルムの融着部とが離間していることを特徴とする請求項１６記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項１８】
上記負極と上記正極とを上記固体電解質を介して積層して素電池を作製し、この素電池を複数積層して上記電池素子を作製することを特徴とする請求項１４記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項１９】
上記外装フィルムに、内外周差を除去可能なひだ状の折込線を予め形成することを特徴とする請求項１４記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項２０】
負極と正極と固体電解質とを備える平坦な電池素子を作製する工程と、
上記電池素子にリードを接続する工程と、
第１の外装フィルムと上記第１の外装フィルムよりも曲面方向に長さを長くされた第２の外装フィルムとで上記電池素子を両主面側から挟み込み、上記第１の外装フィルムと上記第２の外装フィルムとを仮止めする工程と、
上記第１の外装フィルムと上記第２の外装フィルムとで挟み込まれた上記電池素子に曲率を付与して所定の曲面形状とする工程と、
仮止めされた上記第１の外装フィルムと第２の外装フィルムとの周縁を融着して融着部とする工程と
を有することを特徴とする固体電解質電池の製造方法。
【請求項２１】
上記電池素子は帯状であり、上記電池素子の長手方向に曲率を付与することを特徴とする請求項２０記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項２２】
上記リードを、上記電池素子の長手方向末端に接続することを特徴とする請求項２１記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項２３】
上記リードが引き出された上記電池素子の長手方向末端と、上記第１の外装フィルムと第２の外装フィルムとの融着部とが離間していることを特徴とする請求項２２記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項２４】
上記負極と上記正極とを上記固体電解質を介して積層して素電池を作製し、この素電池を複数積層して上記電池素子を作製することを特徴とする請求項２０記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項２５】
上記第２の外装フィルムに、内外周差を除去可能なひだ状の折込線を予め形成することを特徴とする請求項２０記載の固体電解質電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負極と正極と固体電解質とを備える電池素子と、上記電池素子から引き出されたリードと、上記リードを外部へ導出するとともに上記電池素子を内部に収容する外装フィルムとを備える固体電解質電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器のコードレス化及びポータブル化に伴い、そのエネルギー源である電池に対しても、小型化、軽量化及び薄型化が望まれている。このような要望に応えるべく、近年、ノートパソコンに搭載可能となるようなシート状の電池が開発されている。
【０００３】
また、腕時計型のデジタルカメラ等、身につけた状態で使用する電子機器が登場している。このような電子機器においては、例えば腕時計のリストバンド部分に電池を搭載する等、従来電池スペースとして使用されていなかったスペースに電池を搭載することが、省スペースの観点から有利である。このため、人体に着用可能な電子機器に搭載される電池に対しては、短絡等の異常時においても発熱しない等、既存の電池をはるかに上回る高い安全性が要求される。
【０００４】
このような高い安全性を示す電池として、液系の成分を含まない、無溶媒の固体電解質電池が考案されている。この固体電解質電池１０１は、図１９に示すように、例えば正極１０２と固体電解質１０３と負極１０４とが積層されて素電池１０５を構成し、この素電池１０５が外装フィルム１０６内に封入されている。
【０００５】
特に、図２０に示すような、素電池１０５を複数積層してなる、多層構造の電池素子１０７を有することにより、固体電解質電池は、例えばストラップ形状のような細幅形状であっても、充分な高容量を確保できる。
【０００６】
ところで、図２０に示す固体電解質電池を作製する場合、先ず、図２１に示すように、予めアルミラミネートフィルム１０９を２つ折りにし、アルミラミネートフィルム１０９の折り目１１０と電池素子１０７の一辺とが接触するように電池素子を配置する。次に、アルミラミネートフィルム１０９を折り目１１０で折り畳み、アルミラミネートフィルム１０９の３辺を真空中で熱融着して密閉する。
【０００７】
しかしながら、この方法では、アルミラミネートフィルム１０９を熱融着する際に必要な融着しろを電池素子１０７に近づけすぎると、電池素子１０７の厚みによって生ずる段差を吸収できず、隣り合う２辺の角に段差分が集中してシワが発生し、熱融着が不完全となる。この結果、固体電解質電池の密閉性が損なわれる。
【０００８】
上述したような現象を避けるために、図２２に示すように、シート状のアルミラミネートフィルム１１１に対して、電池素子形状に深絞り成形を施すことが考案されている。この深絞り成形が施されたアルミラミネートフィルム１１１の凹部１１２に電池素子１０７を収容するとともに２つ折りに折り畳み、３辺を真空中で熱融着して密閉することにより、隣り合う２辺の角にシワを発生させることなく、図２３に示すような固体電解質電池１１３を作製できる。
【０００９】
ところで、上述したような着用可能な電池の用途を検討すると、リストバンドやストラップ等、曲率を有する形状での使用が想定される。このため、従来の電池にはない、高い形状の自由度が電池に要求される。
【００１０】
ここで、図２４に示すような、素電池１０５を２層積層してなり、アルミラミネートフィルム等によって被覆されない状態の電池素子１０７をリストバンドのような曲率を有する形状に成形していく場合について考える。電池素子１０７の長手方向中心から外側へ向かって徐々に曲率を付与していくと、図２５に示すように、その内外周差により、電池素子１０７自身の収縮又は素電池間での層間ずれを生じる。これにより、電池素子１０７は、所望の形状の曲率に成形される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２３に示すような深絞り成形を施したアルミラミネートフィルム１１１を用いた固体電解質電池１１３を曲面形状に変形させる場合、電池素子１０７の自由度が奪われ、電池素子１０７の収縮又は素電池間での層間ずれが起こらず、凹部１１２の壁と電池素子１０７とが干渉する。この結果、図２６に示すように、収縮しようとする電池素子１０７に局所的な内部応力が発生し、正極と負極との密着性を悪化させるだけでなく、電池素子１０７が折曲げられて破壊し、内部短絡を引き起こす虞がある。
【００１２】
このため、曲面形状の電池に用いられる外装フィルムとしては、封入されている電池素子の自由度を妨げることなく、内外周差にあわせて収縮自在な特性を有することが理想的である。しかしながら、電池で要求される高度な耐透湿性を満足するためには、外装フィルム中に、バリア膜としてアルミ箔、銅箔等の金属箔層を有する必要がある。このため、電池素子の厚みに起因するシワの発生防止と、曲面形状に起因する電池素子の破壊防止とを両立可能な、電池の外装フィルムは未だ考案されていない。
【００１３】
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、曲面形状とされてもシワのない完全な外装フィルムの融着性と電池素子の破壊防止とを両立し、身につけた状態での使用を可能とする固体電解質電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明に係る固体電解質電池は、負極と正極と固体電解質とを備え、曲面とされた電池素子と、上記電池素子から引き出されたリードと、上記リードを外部へ導出するとともに周縁を融着部とされて上記電池素子を内部に収容する外装フィルムとを備え、上記外装フィルムは、上記電池素子の曲率を付与された辺の方向に沿った折り目を上記電池素子と上記融着部との間に有することを特徴とする。
【００１５】
以上のように構成された固体電解質電池では、１枚の外装フィルムが筒状に折曲げられて周縁を融着部とされることにより電池素子を内部に密閉するので、電池素子の厚みに起因するシワを生じることなく融着部が形成される。また、外装フィルムは、電池素子の曲率を有する辺に対応して折り目を有するので、曲面とされたときに電池素子の収縮及び層間ずれが容易に起こり、電池素子に応力集中を引き起こすことがない。
【００１６】
また、本発明に係る固体電解質電池は、負極と正極と固体電解質とを備え、曲面とされた電池素子と、上記電池素子から引き出されたリードと、上記リードを外部へ導出するとともに周縁を融着部とされて上記電池素子を内部に収容する外装フィルムとを備え、上記外装フィルムは、第１の外装フィルムと上記第１の外装フィルムよりも曲面方向に長さを長くされた第２の外装フィルムとからなり、上記第１の外装フィルムと第２の外装フィルムとが上記電池素子を両主面側から挟み込んでなることを特徴とする。
【００１７】
以上のように構成された固体電解質電池では、互いに長さの異なる２枚の外装フィルムが周縁を融着部とされることにより電池素子を内部に密閉するので、電池素子の厚みに起因するシワを生じることなく融着部が形成される。また、長さの長い第２の外装フィルムが電池素子の外周側に配されるため、曲面とされたときに電池素子の収縮及び層間ずれが容易に起こり、電池素子に応力集中を引き起こすことがない。
【００１８】
また、本発明に係る固体電解質電池の製造方法は、負極と正極と固体電解質とを備える平坦な電池素子を作製する工程と、上記電池素子にリードを接続する工程と、外装フィルムに対して、平坦な上記電池素子とその周縁を融着する融着部と間に折り目を形成する工程と、上記外装フィルムで上記電池素子をくるむとともに周縁を融着して電池前駆体を作製する工程と、上記電池前駆体の折り目が形成された辺の方向に沿って曲率を付与し、所定の曲面形状とする工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
以上のような固体電解質電池の製造方法では、先ず、予め折り目をつけた外装フィルムで電池素子をくるみ、外装フィルムの周縁を融着する。次に、得られた電池前駆体に対して、曲率を付与していくため、内外周差に起因する外装フィルムのシワや電池素子の応力集中を生じることなく、固体電解質電池を密閉できる。
【００２０】
また、本発明に係る固体電解質電池の製造方法は、負極と正極と固体電解質とを備える平坦な電池素子を作製する工程と、上記電池素子にリードを接続する工程と、第１の外装フィルムと上記第１の外装フィルムよりも曲面方向に長さを長くされた第２の外装フィルムとで上記電池素子を両主面側から挟み込み、上記第１の外装フィルムと上記第２の外装フィルムとを仮止めする工程と、上記第１の外装フィルムと上記第２の外装フィルムとで挟み込まれた上記電池素子に曲率を付与して所定の曲面形状とする工程と、仮止めされた上記第１の外装フィルムと第２の外装フィルムとの周縁を融着して融着部とする工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
以上のような固体電解質電池の製造方法では、先ず、第１の外装フィルム及び第２の外装フィルムで電池素子を挟み込むとともにこれらを仮止めし、この状態で曲率を付与する。次に、仮止めされた第１の外装フィルム及び第２の外装フィルムの周縁を融着部とするため、内外周差に起因する第１の外装フィルム及び第２の外装フィルムのシワや電池素子の応力集中を生じることなく、固体電解質電池を密閉できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した固体電解質電池及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
まず、本発明を適用した固体電解質電池の第１の例について説明する。図１に示すように、本発明を適用した固体電解質電池１は、発電要素である帯状の電池素子２と、電池素子２の長手方向両端からそれぞれ導出されたリード３，４と、電池素子２を内部に密閉する外装フィルム５とを備えている。そして、この固体電解質電池１は、リード３，４が引き出されている長手方向に、曲面形状を呈している。
【００２４】
電池素子２は、負極と正極とが例えば固体電解質を介して対向してなる素電池を、複数層積層されて構成される。
【００２５】
負極は、例えば負極集電体上に負極活物質が保持された構成である。負極集電体としては、例えば銅箔等の金属箔を用いることができる。負極活物質としては、アルカリ金属、アルカリ金属をドープ及び脱ドープすることが可能な合金、又はアルカリ金属をドープ及び脱ドープすることが可能な炭素材料等、従来公知の材料を用いることができる。具体的には、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属やそれらを含有する合金、炭素材料等が挙げられる。炭素材料の具体的な例としては、熱分解炭素類、コークス類、カーボンブラック、ガラス状炭素、有機高分子焼成体、炭素繊維等が挙げられる。
【００２６】
正極は、例えば正極集電体上に正極活物質が保持された構成である。正極集電体としては、例えばアルミ箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔を用いることができる。
【００２７】
正極活物質としては、アルカリ金属イオンをドープ及び脱ドープすることが可能な材料であれば特に限定されることはなく、目的とする電池の種類に応じて、例えば金属酸化物、金属硫化物等の粉末等を用いることができる。
【００２８】
例えば、リチウム電池を構成する場合、正極活物質として、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、Ｖ２Ｏ５等のリチウムを含有しない金属酸化物、又は金属硫化物を用いることができる。また、正極活物質として、ＬｉｘＭＯ２（ただし、式中Ｍは、１種以上の遷移金属元素を表す。また、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下の範囲内である。）や、ＬｉＮｉｐＭ１ｑＭ２ｒＭＯ２（ただし、式中Ｍ１及びＭ２は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を表す。又は、Ｍ１及びＭ２は、Ｐ、Ｂ等の非金属元素でも構わない。また、ｐ、ｑ、ｒは、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１の条件を満たすものである。）を主体とするリチウム複合酸化物等を用いることもできる。
【００２９】
上記のリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等であることが好ましい。具体的にはＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２（ただし、式中ｙは、０＜ｙ＜１である。）等が挙げられる。特に、高電圧及び高エネルギー密度を得られるとともに、サイクル特性に優れることから、リチウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物を用いることが好ましい。
【００３０】
なお、正極活物質として、上述したような材料を複数種類混合して用いることも勿論可能である。
【００３１】
電池素子２に用いられる固体電解質としては、この種の固体電解質電池に用いられる従来公知の材料を何れも使用可能であり、非水電解液を含有したゲル状の電解質であっても、液系の成分を含有しない無溶媒の固体電解質であっても構わない。なお、固体電解質電池１が、人体に身につけた状態で使用されること等を考慮すると、無溶媒の固体電解質を用いることが好ましい。また、固体電解質は、負極と正極との間にフィルム状で介在する場合、負極及び／又は正極の内部に混合される場合、負極及び／又は正極と一体化されている場合の何れでも構わない。
【００３２】
リード３，４は、何れか一方が電池素子２の負極に接続され、他方が電池素子２の正極に接続される。
【００３３】
外装フィルム５は、１枚の略矩形状のフィルムからなり、予め電池素子２の曲率が付与された長辺に対応した折り目６がつけられている。なお、電池素子２の長手方向両末端に対応した折り目６はつけられていない。この外装フィルム５が電池素子２をくるみ、周縁の３辺を熱融着されて、融着部７を形成し、電池素子２を内部に収容している。
【００３４】
外装フィルム５としては、電池素子２を収容する内面側に例えば熱融着性樹脂を有するとともに、耐透湿性を高めるために例えばアルミ箔等の金属層を層間に有するものを用いることができる。
【００３５】
また、外装フィルム５の周縁が熱融着されてなる融着部７は、固体電解質電池１の長手方向両端において、電池素子２の長手方向両端と離間した位置に形成されることが好ましい。これにより、曲面とされた固体電解質電池１の内部で、電池素子２と外装フィルム５とが干渉し合うことが防止される。
【００３６】
具体的な、固体電解質電池１の長手方向両端における融着部７と電池素子２の端面との距離は、電池素子２の厚みに依存するものの、５ｍｍ〜１５ｍｍ程度であることが好ましい。例えば、電池素子２の寸法が、幅２２．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚み１０ｍｍであるものを用いて固体電解質電池を作製した場合、固体電解質電池１の長手方向両端における融着部７と電池素子２の端面との距離は１０ｍｍが適切であった。
【００３７】
この固体電解質電池１においては、予め折り目６がつけられた１枚の外装フィルム５が折曲げられて電池素子２を内側にくるみ、周縁を融着するので、外装フィルム５の角にシワを発生させることなく融着部７を形成できる。このため、電池素子２が厚みを有する場合であっても、融着部７における密着強度を損なうことなく、固体電解質電池１の気密性を維持できる。
【００３８】
これとともに、外装フィルム５には電池素子２の長手方向に対応した辺のみに折り目６がつけられており、曲面とされた固体電解質電池１の末端から外装フィルム５の外へリード３，４が導出されているので、曲面形状の固体電解質電池１において電池素子２の収縮又は層間ずれが容易に起こり、電池素子２の内部短絡や破壊を生じることがない。
【００３９】
また、固体電解質電池１は、電解質として固体電解質を用いるため、従来の液系の電解質を用いた非水電解液電池のように短絡等の異常時において発熱することがない。したがって、本発明を適用した固体電解質電池１は、曲面形状と高い安全性とを両立し、例えば身につけた状態での使用等の用途に応用されることが可能である。
【００４０】
つぎに、本発明を適用した固体電解質電池の第２の例について説明する。図２に示すように、本発明を適用した固体電解質電池１１は、発電要素である帯状の電池素子１２と、電池素子１２の長手方向両端からそれぞれ導出されたリード１３，１４と、電池素子１２を両主面側から挟み込んで内部に密閉する第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６とを備えている。そして、この固体電解質電池１１は、リード１３，１４が引き出されている長手方向に、曲面形状を呈している。また、図２に示す固体電解質電池１１においては、第２の外装フィルム１６が曲面形状の固体電解質電池１１の外周側に配され、第１の外装フィルム１５が内周側に配されている。
【００４１】
なお、図２に示す固体電解質電池１１における電池素子１２、リード１３，１４については、上述した第１の例の固体電解質電池１における電池素子２、リード３，４と構成が同一であるため、説明を省略する。
【００４２】
第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６は、それぞれ１枚の略矩形状のフィルムからなる。第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６が電池素子１２を両主面側から挟み込むとともに、周縁の４辺を熱融着されて、融着部１７を形成し、電池素子１２を内部に収容している。
【００４３】
第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６としては、電池素子１２を収容する内面側に例えば熱融着性樹脂を有するとともに、耐透湿性を高めるために例えばアルミ箔等の金属層を層間に有したものを用いることができる。
【００４４】
ここで、曲面とされた固体電解質電池１１の外周側に配された第２の外装フィルム１６の長さは、内周側に配された第１の外装フィルム１５よりも長くなされている。
【００４５】
この固体電解質電池１１においては、第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６とが電池素子１２を両主面側から挟み込むとともに、周縁を融着するので、第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６に電池素子１２の厚みに起因するシワを発生させることなく融着部１７を軽視絵できる。このため、電池素子１２が厚みを有する場合であっても、融着部１７における密着強度を損なうことなく、固体電解質電池１１の気密性を維持できる。
【００４６】
これとともに、曲面とされた固体電解質電池１１の曲げられた方向の末端から第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６の外へリード１３，１４が導出されているので、曲面形状の固体電解質電池１１において電池素子１２の収縮又は層間ずれが容易に起こり、電池素子１２の内部短絡や破壊を生じることがない。
【００４７】
また、固体電解質電池１１の外周側に配された第２の外装フィルム１６の長さが、内周側に配された第１の外装フィルム１５よりも長くなされているので、内外周差が除去され、第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６に歪みを生じることなく、固体電解質電池１１の曲面形状を実現できる。
【００４８】
また、第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６の周縁が熱融着されてなる融着部１７は、固体電解質電池１１の長手方向両端において、電池素子１２の長手方向両端と離間した位置に形成されることが好ましい。これにより、曲面とされた固体電解質電池１１の内部で、電池素子１２と第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６とが干渉し合うことが防止される。
【００４９】
また、固体電解質電池１１は、電解質として固体電解質を用いるため、従来の液系の電解質を用いた非水電解液電池のように短絡等の異常時において発熱することがない。したがって、本発明を適用した固体電解質電池１１は、曲面形状と高い安全性とを両立し、例えば身につけた状態での使用等の用途に応用されることが可能である。
【００５０】
つぎに、本発明を適用した固体電解質電池の第３の例について説明する。図３に示すように、本発明を適用した固体電解質電池２１は、発電要素である帯状の電池素子２２と、電池素子２２の長手方向両端からそれぞれ導出されたリード２３，２４と、電池素子２２を両主面側から挟み込んで内部に密閉する第１の外装フィルム２５と、第２の外装フィルム２６とを備えている。そして、この固体電解質電池２１は、リード２３，２４が引き出されている長手方向に、曲面形状を呈している。また、図３に示す固体電解質電池２１においては、第２の外装フィルム２６が、外周側に配され、第１の外装フィルム２５が内周側に配されている。
【００５１】
なお、図３に示す固体電解質電池２１における電池素子２２、リード２３，２４については、上述した第１の例の固体電解質電池１における電池素子２、リード３，４と構成が同一であるため、説明を省略する。
【００５２】
第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６は、それぞれ１枚の略矩形状のフィルムからなる。第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６は、電池素子２２を両主面側から挟み込むとともに、周縁の４辺を熱融着されて、融着部２７を形成し、電池素子２２を内部に収容している。
【００５３】
第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６としては、電池素子２２を封入する内面側に例えば熱融着性樹脂を有するとともに、耐透湿性を高めるために例えばアルミ箔等の金属層を層間に有したものを用いることができる。
【００５４】
ここで、少なくとも曲面とされた固体電解質電池２１の外周側に配された第２の外装フィルム２６は、ひだ状の折込線２８を複数有し、固体電解質電池２１の外周側においてこれら折込線２８が広がるように蛇腹状となされている。折込線２８の数は、電池素子２２の厚みに応じて適宜決定される。また、第２の外装フィルム２６は、電池素子２２の曲率が付与された長辺に対応した折り目２９を有している。
【００５５】
折込線２８は、図４に示すように、第２の外装フィルム２６が、曲面方向に、交互に山折りと谷折りとを繰り返されることにより形成される。折込線２８の山折りと谷折りとの間隔（以下、折込量と称する。）は、電池素子２２の厚み、長さ等に依存するが、２ｍｍ〜３ｍｍ程度が適当である。例えば、電池素子の寸法が、幅（２２.５）ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚み１０ｍｍであるものを用いて固体電解質電池を作製した場合、第２の外装フィルムの折込線の折込量は２ｍｍが適切であった。また、この固体電解質電池における折込線同士の間隔は、長手方向を５等分する間隔、すなわち３０ｍｍ程度が好ましいことがわかった。
【００５６】
この固体電解質電池２１においては、第１の外装フィルム２５と第２の外装フィルム２６とが電池素子２２を両主面側から挟み込むとともに、周縁を融着するので、第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６に電池素子２２の厚みに起因するシワを発生させることなく融着部２７を形成できる。このため、電池素子２２が厚みを有する場合であっても、融着部２７における密着強度を損なうことなく、固体電解質電池２１の気密性を維持できる。
【００５７】
これとともに、曲面とされた固体電解質電池２１の曲げられた方向の末端から第１の外装フィルム２５と第２の外装フィルム２６の外へリード２３，２４が導出されているので、曲面形状の固体電解質電池２１において電池素子２２の収縮又は層間ずれが容易に起こり、電池素子２２の内部短絡や破壊を生じることがない。
【００５８】
また、固体電解質電池２１の外周側に配された第２の外装フィルム２６には、ひだ状の折込線２８が複数設けられているので、折込線２８で第２の外装フィルム２６が長手方向に伸びて内外周差を除去し、第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６に歪みを生じることなく、固体電解質電池２１の曲面形状を実現できる。
【００５９】
特に、固体電解質電池における電池素子の厚みが５ｍｍ以上となる場合、及び固体電解質電池の曲げ半径が１００ｍｍ以下となる場合には、上述したように第２の外装フィルムにひだ状の折込線を形成することによって、外装材の歪みを極力抑え、応力集中による電池素子の破壊を防止することができる。
【００６０】
また、第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６の周縁が熱融着されてなる融着部２７は、固体電解質電池２１の長手方向両端において、電池素子２２の長手方向両端と離間した位置に形成されることが好ましい。これにより、曲面とされた固体電解質電池２１の内部で、電池素子２２と第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６とが干渉し合うことが防止される。
【００６１】
なお、図３においては、固体電解質電池２１の内周側に配された第１の外装フィルム２５として、折込線２８が形成されないシート状の外装フィルムを用いた固体電解質電池２１を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、固体電解質電池の内周側に配された第１の外装フィルム２５に折込線２８が形成されていても構わない。
【００６２】
また、図３においては、電池素子２２を、シート状の第１の外装フィルム２５と折込線２８の形成された第２の外装フィルム２６とで挟み込む構成の固体電解質電池２１を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、折込線が形成された外装フィルムに対して、図１に示すように、筒状に予め折り目をつけた後、この外装フィルムで電池素子をくるみ、周縁の３辺を熱融着しても構わない。
【００６３】
つぎに、本発明を適用した固体電解質電池の第１の例である、図１に示す固体電解質電池１の製造方法について説明する。
【００６４】
先ず、帯状の電池素子２の長さよりも長い外装フィルム５を用意し、図５に示すように、外装フィルム５に対して、電池素子２の厚み及び幅に相当する折り目６をつける。このとき、例えばインパルスシーラ等を用いると、外装フィルム５に対して所望の折り目６を容易につけられる。折り目６をつける際の温度は、外装フィルム５の内側の熱融着材料が溶融しない程度の低温度とすることが好ましい。例えば外装フィルム５の熱融着材料がポリエチレン、ポリプロピレン等である場合、４０℃〜８０℃程度で折り目６をつけることが好ましく、５５℃程度で折り目６をつけることがより好ましい。
【００６５】
次に、図６に示すように、折り目６がつけられた外装フィルム５の内側に電池素子２を配置するとともに、図７に示すように、折り目６に従って外装フィルム５を筒状に折り畳むことにより、電池素子２を外装フィルム５で包み込む。なお、この時点では、電池素子２の長手方向両端において、外装フィルム５は開口し、この開口部からリード３，４が延出している。
【００６６】
次に、リード３，４を延出させた状態で、リード３，４が延びる辺、すなわち外装フィルム５の電池素子２の長手方向両端の２辺を熱融着する。このとき、熱融着する２辺の位置は、電池素子２の端面から離間した位置とする。次に、図８に示すように、真空状態で外装フィルム５の長辺側を熱融着して、融着部７を形成する。
【００６７】
次に、図９に示すように、外装フィルム５の余剰部分を切断することにより、平坦な帯状の電池前駆体３０を作製する。
【００６８】
次に、得られた電池前駆体３０に対して曲率を付与し、所望の曲面形状を呈する固体電解質電池１とする。電池前駆体３０に曲率を付与する際には、例えば図１０に示すような曲面成形装置３１を用いることが好ましい。
【００６９】
この曲面成形装置３１は、図１０に示すように、適当な曲率を有する円筒状の成形ガイド３２と、成形ガイド３２の軸と平行且つ直上に配設されるとともに成形ガイド３２との間で電池前駆体３０を狭持可能な固定部材３３と、固定部材３３の両側に配設されるとともに成形ガイド３２の周面上を転動可能とされた一対の成形ローラー３４とを有する。なお、成形ガイド３２としては、図１０に示すような断面が円形のものに限定されず、任意の形状のものを用いることができる。
【００７０】
電池前駆体３０に曲率を付与する際には、先ず、図１０に示すように、電池前駆体３０を曲面成形装置３１に固定する。具体的には、帯状の電池前駆体３０を成形ガイド３２の周面上に成形ガイド３２の軸と直交するように配置し、成形ガイド３２と固定部材３３とで狭持する。このとき、成形ガイド３２と固定部材３３とが、電池前駆体３０の長手方向略中央部を狭持するように位置決めを行う。
【００７１】
次に、図１１及び図１２に示すように、成形ガイド３２の周面頂点と固定部材３３とで電池前駆体３０を狭持した状態で、成形ガイド３２の周面に沿って成形ローラー３４を転動させる。これに伴って、素電池間及び／又は負極と正極との間で層間ずれ（いわゆる、ずり）が生じる。このように、電池素子２に対する成形圧力と層間ずれとにより、電池素子２に対する応力集中を回避ししつつ、電池前駆体３０に対して、支点から電池前駆体３０の両末端に向かって徐々に曲率が付与される。
【００７２】
最終的に電池前駆体３０は、図１３に示すように、成形ガイド３２の周面の形状と略同一の曲面形状とされ、所望の形状を有する固体電解質電池１となる。
【００７３】
電池前駆体３０を成形する際の圧力は、特に限定されるものではないが、成形ローラー３４の圧力を過剰に高く設定すると、電池前駆体３０が折れ曲がり、正極及び／又は負極が固体電解質フィルムを突き破って内部短絡を生じる虞があるため、電池素子２の破壊を引き起こさない程度に適宜調整することが好ましい。
【００７４】
以上のような固体電解質電池１の製造方法では、予め、外装フィルム５に電池素子２の厚み及び幅に相当する折り目をつけておく。この外装フィルム５で電池素子２をくるむとともに、電池素子２の長手方向両端と融着部７とが離間するように外装フィルム５の３辺を熱融着し、電池素子２を外装フィルム５内に密閉して電池前駆体３０を得る。このような電池前駆体３０に徐々に曲率を付与することによって、電池素子２の厚みに起因するシワや、内外周差に起因する歪みを外装フィルム５に引き起こすことなく、所望の曲面形状の固体電解質電池１を作製できる。また、外装フィルム５に深絞り成形を施さないため、電池前駆体３０に曲率を付与する際に応力集中を引き起こすことによって電池素子２が破壊する虞がない。
【００７５】
つぎに、本発明を適用した固体電解質電池の第２の例である、図２に示す固体電解質電池１１の製造方法について説明する。
【００７６】
先ず、電池素子１２の内周側に配される第１の外装フィルム１５、及び電池素子１２の外周側に配される第２の外装フィルム１６を用意する。第２の外装フィルム１６は、第１の外装フィルム１５よりも長さを長くする。
【００７７】
次に、図１４に示すように、第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６との間に電池素子１２を挟み込み、第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６との長手方向両端を位置あわせして仮止めする。第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６とは長さが異なるため、図１４に示すように、第２の外装フィルム１６をたるませた状態とする。また、リード１３，１４を、第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６との間から外部へ延出させる。
【００７８】
次に、図１５に示すように、第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６との長手方向両端を仮止めした状態で、電池素子１２に対して曲率を付与し、所望の曲面形状とする。電池素子１２に対して曲率を付与する際には、例えば上述した図１０に示すような曲面成形装置３１を用いることができる。
【００７９】
次に、第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６の、電池素子１２の長辺側を熱融着する。次に、真空状態で、仮止めされた第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６との長手方向両端の２辺を熱融着して融着部１７とし、図２に示すような固体電解質電池１１が得られる。
【００８０】
以上のような固体電解質電池１１の製造方法では、長さの異なる２枚の外装フィルムを用意し、これらの間に電池素子１２を挟むとともにたるませた状態で長手方向両端を仮止めする。次に、電池素子１２に対して徐々に曲率を付与することによって、内外周差に起因して外周側となる第２の外装フィルム１６のたるみがとれる。この結果、第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６に歪みを引き起こすことなく、所望の曲面形状の固体電解質電池１１を作製できる。また、第１の外装フィルム１５及び第２の外装フィルム１６に深絞り成形を施さないため、電池素子１２に曲率を付与する際に応力集中を引き起こすことによって電池素子１２が破壊する虞がない。
【００８１】
なお、上述したように、曲率を付与する前に、第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６との長手方向両端を仮止めすることに限定されず、第１の外装フィルム１５と第２の外装フィルム１６との長手方向両端を熱融着して融着部１７としても構わない。
【００８２】
つぎに、本発明を適用した固体電解質電池の第３の例である、図３に示す固体電解質電池２１の製造方法について説明する。
【００８３】
先ず、電池素子２２の内周側に配される第１の外装フィルム２５、及び電池素子２２の外周側に配される第２の外装フィルム２６を用意する。このうち第２の外装フィルム２６は、図１６に示すように、帯状の外装フィルムを山折りと谷折りとを長手方向に所定の間隔で交互に折り込んで、ひだ状の折込線２８を複数設けることにより得られる。また、電池素子２２を収容する空間を確保するため、第２の外装フィルム２６に対して電池素子２２の長辺に対応した折り目２９をつける。
【００８４】
次に、図１７に示すように、第１の外装フィルム２５と、ひだ状の折込線２８が形成された第２の外装フィルム２６とで電池素子２２を挟み込む。なお、電池素子２２の長手方向両端において、第１の外装フィルム２５と第２の外装フィルム２６との間からリード２３，２４が延出している。
【００８５】
次に、リード２３，２４を延出させた状態で、電池素子２２の長手方向両端２辺において、第１の外装フィルム２５と第２の外装フィルム２６とを熱融着する。このとき、熱融着する２辺の位置は、電池素子２２の端面から離間した位置とする。次に、真空状態で第１の外装フィルム２５と第２の外装フィルム２６との長辺側を熱融着して、融着部２７を形成し、平坦な帯状の電池前駆体を作製する。
【００８６】
次に、得られた電池前駆体に対して曲率を付与し、図１８に示すような所望の曲面形状とする。最後に第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６の余剰部分を切断し、図３に示すような固体電解質電池２１が得られる。
【００８７】
以上のような固体電解質電池２１の製造方法では、固体電解質電池２１の外周側となる第２の外装フィルム２６に、予め複数のひだ状の折込線２８、並びに電池素子の厚み及び幅に相当する折り目２９をつけておく。この第２の外装フィルム２６と第１の外装フィルム２５とで電池素子２２をくるむとともに、電池素子２２の長手方向両端と融着部２７とが離間するように、第１の外装フィルム２５と第２の外装フィルム２６との周縁部を熱融着し、電池素子２２を第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６内に密閉して電池前駆体を得る。このような電池前駆体に徐々に曲率を付与することによって、電池素子２２の厚みに起因するシワや、内外周差に起因する歪みを第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６に引き起こすことなく、所望の曲面形状の固体電解質電池２１を作製できる。また、外装フィルム５に深絞り成形を施さないため、電池前駆体３０に曲率を付与する際に応力集中を引き起こすことによって電池素子２が破壊する虞がない。
【００８８】
また、第２の外装フィルム２６にひだ状の折込線２８が複数設けられているので、電池前駆体に曲面を付与する際にひだ状の折込線２８が長手方向に伸びて内外周差を除去し、第１の外装フィルム２５及び第２の外装フィルム２６に歪みを生じることなく、曲面形状の固体電解質電池２１を作製できる。
【００８９】
本発明は上述の記載に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る固体電解質電池は、１枚の外装フィルムが筒状に折曲げられて周縁を融着部とされることにより電池素子を内部に密閉するので、電池素子の厚みに起因するシワを生じることなく融着部が形成される。また、外装フィルムは、電池素子の曲率を有する辺に対応して折り目を有するので、曲面とされたときに電池素子の収縮及び層間ずれが容易に起こり、電池素子に応力集中を引き起こすことがない。したがって、本発明によれば、曲面形状とされてもシワのない完全な外装フィルムの融着性と電池素子の破壊防止とを両立し、身につけた状態での使用を可能とする固体電解質電池を提供することが可能である。
【００９１】
また、本発明に係る固体電解質電池は、互いに長さの異なる２枚の外装フィルムが周縁を融着部とされることにより電池素子を内部に密閉するので、電池素子の厚みに起因するシワを生じることなく融着部が形成される。また、長さの長い第２の外装フィルムが電池素子の外周側に配されるため、曲面とされたときに電池素子の収縮及び層間ずれが容易に起こり、電池素子に応力集中を引き起こすことがない。したがって、本発明によれば、曲面形状とされてもシワのない完全な外装フィルムの融着性と電池素子の破壊防止とを両立し、身につけた状態での使用を可能とする固体電解質電池を提供することが可能である。
【００９２】
また、本発明に係る固体電解質電池の製造方法は、先ず、予め折り目をつけた外装フィルムで電池素子をくるみ、外装フィルムの周縁を融着する。次に、得られた電池前駆体に対して、曲率を付与していくため、内外周差に起因する外装フィルムのシワや電池素子の応力集中を生じることなく、固体電解質電池を密閉できる。したがって、本発明によれば、シワのない完全な外装フィルムの融着性と電池素子の破壊防止とを両立しつつ曲面形状に成形可能であり、身につけた状態での使用を可能とする固体電解質電池の製造方法を提供することが可能である。
【００９３】
また、本発明に係る固体電解質電池の製造方法は、先ず、第１の外装フィルム及び第２の外装フィルムで電池素子を挟み込むとともにこれらを仮止めし、この状態で曲率を付与する。次に、仮止めされた第１の外装フィルム及び第２の外装フィルムの周縁を融着部とするため、内外周差に起因する第１の外装フィルム及び第２の外装フィルムのシワや電池素子の応力集中を生じることなく、固体電解質電池を密閉できる。したがって、本発明によれば、シワのない完全な外装フィルムの融着性と電池素子の破壊防止とを両立しつつ曲面形状に成形可能であり、身につけた状態での使用を可能とする固体電解質電池の製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した固体電解質電池の第１の例を示す斜視図である。
【図２】本発明を適用した固体電解質電池の第２の例を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用した固体電解質電池の第３の例を示す斜視図である。
【図４】図３における点線円内を拡大して示す図である。
【図５】第１の例の固体電解質電池に用いる外装フィルムに折り目を形成した状態を示す斜視図である。
【図６】図５に示す外装フィルム上に電池素子を配置した状態を示す斜視図である。
【図７】図６に示す外装フィルムをさらに折り込んだ状態を示す斜視図である。
【図８】図７に示す外装フィルムの３辺を熱融着した状態を示す斜視図である。
【図９】図８に示す外装フィルムの余剰部分を切断した、電池前駆体の斜視図である。
【図１０】曲面成形装置上に電池前駆体を固定した状態を示す断面図である。
【図１１】成形ローラーを転動させて電池前駆体に曲率を付与する状態を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す電池前駆体にさらに曲率を付与する状態を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す電池前駆体にさらに曲率を付与する状態を示す断面図である。
【図１４】第２の例の固体電解質電池に用いる第１の外装フィルムと第２の外装フィルムとで、電池素子を挟み込んだ状態を示す斜視図である。
【図１５】仮止めされた第１の外装フィルムと第２の外装フィルムとに挟み込まれた電池素子を曲面とした状態を示す斜視図である。
【図１６】ひだ状の折込線が形成された第２の外装フィルムの斜視図である。
【図１７】第１の外装フィルムと折込線が形成された第２の外装フィルムとで電池素子を挟み込んだ状態を示す斜視図である。
【図１８】図１７に示す電池素子に曲率を付与した状態を示す斜視図である。
【図１９】素電池を１つ有する従来の固体電解質電池を示す断面図である。
【図２０】素電池が複数積層されてなる電池素子を有する、従来の固体電解質電池を示す断面図である。
【図２１】図２０に示す固体電解質電池を作製する状態を示す斜視図である。
【図２２】深絞り成形を施した外装フィルム内に電池素子を収容する状態を示す斜視図である。
【図２３】深絞り成形を施した外装フィルム内に電池素子が収容されてなる固体電解質電池を示す断面図である。
【図２４】平坦な電池素子を示す断面図である。
【図２５】図２４に示す電池素子に曲率を付与した状態を示す断面図である。
【図２６】図２３に示す固体電解質電池に曲率を付与した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  固体電解質電池、２  電池素子、３  リード、４  リード、５  外装フィルム、６  折り目、７  融着部、１１  固体電解質電池、１２  電池素子、  １３  リード、１４  リード、１５  第１の外装フィルム、１６  第２の外装フィルム、１７  融着部、２１  固体電解質電池、２２  電池素子、２３  リード、２４  リード、２５  第１の外装フィルム、２６  第２の外装フィルム、２７  融着部、２８  折込線、２９  折り目
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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