(57)【要約】【課題】各種積層パターンが可能で，構造設計の選択幅の広い電池構造を提供する。【解決手段】蓄電部Ｂは、正極部材１と負極部材２とを固体電解質層３を挟んで交互に積層した構造となっている。正極部材１は、集電体１ａの両面上に正極１ｂが成膜された両面成膜タイプの構造を有している。負極部材２は、集電体２ａの片面上に負極２ｂが成膜された片面成膜タイプの構造を有している。蓄電部Ｂの両側に正極端子５，負極端子６が配置され、集電体１ａ，２ａは、互いに逆方向に延びて、正極端子５，負極端子６にそれぞれ接合されている。また、固体電解質層３は、集電体１ａの上で正極１ｂを覆っており、さらに、固体電解質層３の端部から集電体１ａ上に亘る領域を覆う絶縁シート７が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および正極リード部材が積層された平板状の正極部材と、
負極および正極リード部材が積層された平板状の負極部材と、
前記正極および負極の間に介設された固体またはゲル状の電解質層と、
前記正極部材および負極部材の両側方に配置された正極端子および負極端子とを備え、
、前記正極リード部材，負極リード部材は、互いに逆方向に延びており、各先端部が前記正極端子，負極端子にそれぞれ接続されている、電池。
【請求項２】
請求項１記載の電池において、
前記正極部材および負極部材のうち少なくとも１つの部材は、リード部材の両面上に電極が成膜された構造を有している、電池。
【請求項３】
請求項１または２記載の電池において、
前記電解質層は、前記正極部材又は負極部材のうち一方の電極部材のリード部材の上で、前記一方の電極部材の電極を覆うように形成されており、
前記電解質層の端部から前記一方の電極部材のリード部材の一部に亘る領域を覆う絶縁膜をさらに備えている、電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状の電極を備えた電池に係り、特に構造設計の選択幅の拡大対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図６に示すように、正極１０１ｂおよび負極集電体１０１ａが積層された平板状の正極部材１０１と、負極１０２ｂおよび負極集電体１０２ａが積層された平板状の負極部材１０２とを、固体またはゲル状の電解質層１０３を挟んで、対向させた電池は、一般的なコインセルの構造として知られている（たとえば、特許文献１の図1参照）
【０００３】
図６に示す構造では、正極１０１ｂと負極１０２ｂとが固体またはゲル状の電解質層１０３を挟んで積層され、さらに、正極１０１ｂの外側に正極集電体１０１ａが積層され、負極１０２ｂの外側に負極集電体１０２ａが積層されている。この構造により、電池の底部及び上部をそれぞれ正極外部端子、負極外部端子として容易に用いることができ、薄型化が可能となる。
図６に示す電池において、正極部材１０１および負極部材１０２のいずれも、製造工程で、集電体１０１ａ，１０２ａの片面のみに正極１０１ｂまたは負極１０２ｂを形成した，いわゆる片面成膜タイプの構造となっている。
【特許文献１】特開２００２−１５１０１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コインセルの電池容量を拡大する手段として、図７に示される構造が考えられる。すなわち、正極集電体１０１ａの両面上に正極１０１ｂを形成した、いわゆる両面成膜タイプの正極部材１０１を用いる。そして、各正極１０１ｂに電解質層１０３を挟んでそれぞれ対向する，負極１０２ｂおよび負極集電体１０２ａからなる１対の負極部材１０２を設けることにより、わずかに厚みを増大するだけで、２倍の電池容量が得られる。
【０００５】
しかしながら、図７に示す構造では、上部と底部とがいずれも負極集電体１０２ａとなるために、電池の底部及び上部をそれぞれ正極外部端子と負極外部端子として用いることが困難である。
さらに、２倍の容量を得るためには、両面に設けられる正極同士、あるいは負極同士を同一外部端子で集電する必要があるが、図７に示す構造では、そのような集電構造を採ることが困難である。
【０００６】
本発明の目的は、各種積層パターンが可能で，構造設計の選択幅の広い電池構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電池は、平板状の正極部材および負極部材を、正極−負極間に固体またはゲル状の電解質層を挟んで設けるとともに、正極部材，負極部材の両側方に正極端子，負極端子を配置し、正極リード部材，負極リード部材を互いに逆方向に延ばして、その先端部を正極端子，負極端子にそれぞれ接続したものである。
【０００８】
これにより、両側方に設けられた正極端子，負極端子を電池の外部端子として用いることが可能になり、両面成膜タイプの正極部材および負極部材を用いても、薄型構造が保たれる。しかも、複数の正極部材、負極部材を積層した構造であっても、両側方にリード部材を引き出すことで、各種積層パターンが可能である。よって、構造設計の選択幅の広い電池が得られる。
【０００９】
正極部材および負極部材のうち少なくとも１つの部材が、リード部材の両面上に電極が成膜された、いわゆる両面成膜タイプの構造を有していることにより、わずかに厚みを増大するだけで、電池容量を何倍にも増大させることができる。
【００１０】
電解質層が電極を覆うように形成されている場合には、電解質層の端部からリード部材の一部に亘る領域を覆う絶縁膜をさらに備えることにより、電極間のショートを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、電極に接するリード部材を両側方に引き出して端子に接続する構造を採ることにより、各種積層パターンが可能となり、構造設計の選択幅の広い電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池Ａの縦断面図である。図２は、実施の形態１に係る電池Ａの平面図である。
図１および図２に示すように、電池Ａは、水平方向に中心軸を有する筒状のケース本体４と、ケースの両側の蓋部材を兼ねる正極端子５および負極端子６とを備えており、正極端子５，負極端子６は、カシメによってケース本体４に固着されて、内部空間Ｒｍが封止されている。そして、ケース本体４，正極端子５および負極端子６によって囲まれる内部空間Ｒｍ内には、所定の電圧を発生させるための蓄電部Ｂが配置されている。
【００１３】
ケース本体４は、平面形状が矩形であり、蓄電部Ｂも、平面形状がほぼ矩形である。そして、電池Ａの全体の寸法は、厚さが１ｍｍ以下で、幅が３ｍｍ〜１０ｍｍ程度で、長さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
ケース本体４は、アルミナ等のセラミック又は樹脂からなり、筒の管壁厚みは、５００μｍ以下で、全体の厚みは１ｍｍ以下である。正極端子５および負極端子６は、ＳＵＳなどの金属からなり、厚みは、１００μｍ程度である。
【００１４】
蓄電部Ｂは、図１下方の２つの拡大図に示すように、１つの正極部材１の両側にそれぞれ負極部材２を固体電解質層３を挟んで積層した構造となっている。正極部材１は、リード部材を兼ねる集電体１ａの両面上に負極１ｂが形成された両面成膜タイプの構造を有している。一方、負極部材２は、リード部材を兼ねる集電体２ａの片側のみに正極２ｂが形成された片面成膜タイプの構造を有している。そして、正極１ｂと負極２ｂの間に固体電解質層３が介在し、正極１ｂに接する集電体１ａは図中右方に引き出されて正極端子５にハンダ付けによって接続されている。負極２ｂに接する集電体２ａは、図中左方に引き出されて、負極端子６にハンダ付けによって接続されている。
【００１５】
ここで、集電体１ａ，２ａは、ＳＵＳ，Ａｌ，Ｎｉなどの箔により構成され、厚みは１０μｍ程度である。正極１ｂは、ＬｉＭｎＯ２，ＬｉＣｏＯ２，ＭｎＯ２，ＦｅＳ，ＦｅＳ２などの活物質からなる厚み１０μｍ程度の膜、あるいは、ＬｉＭｎＯ２，ＬｉＣｏＯ２，ＭｎＯ２，ＦｅＳ，ＦｅＳ２などの活物質を含む塗布膜からなる厚み１００μｍ程度の膜である。負極２ｂは、Ｌｉ金属膜，あるいは、Ｌｉ−Ａｌ，Ｌｉ−Ｍｎ−Ａｌ，Ｓｉ，Ｓｉ−Ｎ，Ｓｉ−Ｃｏ，Ｓｉ−Ｆｅなどの合金膜や、ＬＴＯ膜（チタン酸リチウム膜），カーボン膜などからなり、厚みは５μｍ未満である。固体電解質層３は、Ｌｉ−Ｐ−Ｓ−Ｏからなるアモルファス膜もしくは多結晶膜、あるいは、Ｌｉ−Ｐ−Ｏ−Ｎや、Ｌｉ２ＳおよびＰ２Ｓ２からなるアモルファス膜もしくは多結晶膜からなり、厚みは５μ〜１０μｍ程度である。正極端子５，負極端子６は、ＳＵＳ等の金属から成り、厚みは１００μｍ程度である。
【００１６】
集電体１ａの上において、正極１ｂは固体電解質層３で覆われており、固体電解質層３の端部から集電体１ａの一部に亘る領域は、ＰＰＳ樹脂などの樹脂からなる厚み１０μｍ〜２０μｍ程度の絶縁シート７によって覆われている。そして、負極１ｂは、絶縁シート７の端部を除く領域で固体電解質層３と接している。また、集電体１ａの基端部においても、固体電解質層３の端部から集電体１ａの一部に亘る領域は、上記絶縁シート７によって覆われている。そして、負極１ｂは、絶縁シート７の端部を除く領域で固体電解質層３と接している。
なお、集電体１ａの基端部側の絶縁シート７は，必ずしも形成する必要がない。基端部では、負極部材２の集電体２ａと正極部材１の集電体２ｂとが、相対向していないので、電気的短絡は、比較的生じにくいからである。
【００１７】
製造工程において、集電体１ａの両面上に正極１ｂが蒸着等により形成された後、さらに、蒸着等により、固体電解質層３が正極１ｂを覆うように形成される。そして、固体電解質層３の両端部を絶縁シート７で覆っておく。一方、集電体２ａの片側に負極２ｂを蒸着等により形成しておいて、負極２ｂを固体電解質層３の上に押し当てる。このとき、圧力を掛けることにより、固体電解質層３と負極２ｂ，正極１ｂとの接触状態を確実にしておく。
【００１８】
その後、集電体１ｂ，２ｂの先端部にハンダペーストを塗布し、正極端子５，負極端子６を，集電体１ａ，２ａにそれぞれ接触させた状態で、加熱してハンダのリフローを行う（リフロー炉内）ことにより、集電体１ｂ−正極端子５間、集電体２ｂ−負極端子６間の接合を行う。
【００１９】
さらに、正極端子５，負極端子６を、ケース本体４の端部を覆うように、カシメて、内部空間Ｒｍを真空状態，Ａｒ等の不活性雰囲気，あるいはドライ雰囲気に密封する。
【００２０】
本実施の形態によると、正極部材１のリード部材である集電体１ａと、負極部材２のリード部材である集電体２ａとを、水平方向で互いに逆方向に延ばして、正極端子５，負極端子６にそれぞれ接合しているので、両面成膜タイプの正極部材１を用いながら、両側方に設けられた正極端子５，負極端子６を電池の外部端子として用いることが可能になり、薄型構造が保たれる。そして、複数の正極部材１、負極部材２を積層した構造であっても、両側方にリード部材を引き出すことで、各種積層パターンが可能である。よって、構造設計の選択幅の広い電池が得られる。
【００２１】
特に、集電体１ａ上で、正極１ｂを覆うように固体電解質層１３を形成し、その端部から集電体１ａ上に亘る領域を覆う絶縁シート７を形成することにより、電極間の電気的短絡を防止することができる。
【００２２】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る電池Ａの縦断面図である。図４は、実施の形態２に係る電池Ａの平面図である。
図３および図４に示すように、電池Ａは、ケース本体であるセラミック製の基板１３と、ケースの蓋部材である金属製のキャップ１５とを備えており、キャップ１５と基板１３とは、接合部２１において、外周に沿って接合され、内部空間Ｒｍが封止されている。そして、基板１３およびキャップ１５によって囲まれる内部空間Ｒｍ内には、所定の電圧を発生させるための蓄電部Ｂが配置されている。
【００２３】
基板１３およびキャップ１５は、平面形状が矩形であり、蓄電部Ｂも、両端を除き、平面形状がほぼ矩形である。そして、電池Ａの全体の寸法は、厚さが０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度で、幅が４ｍｍ〜２０ｍｍ程度で、長さが４ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。
基板１３は、アルミナ等のセラミックからなり、厚みは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。キャップ１５は、セラミックとの熱膨張率係数の小さい、つまり、低熱膨張係数の鉄合金（たとえば、３６Ｎｉ−Ｆｅ合金，３２Ｎｉ−５Ｃｏ−Ｆｅ，２９Ｎｉ−１７Ｃｏ−Ｆｅなど）が用いられ、厚みは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。
【００２４】
基板１３の両端部には、外部端子である正極端子１１および負極端子１２が設けられている。正極端子１１および負極端子１２は、各々、基板１３の側端部から下面に沿って延びる外部接続部１１ｂ，１２ｂと、基板１３を貫通して内部空間まで延びるスルーホール部１１ｃ，１２ｃと、スルーホール部１１ｃ，１２ｃの上方に設けられた溶接部１１ａ，１２ａとを有している。
【００２５】
また、基板１３の上面には、外周に沿ったリング状のタングステンメタライズ層からなる接合下地層２０が形成され、接合下地層２０は、スルーホール部１１ｂ，１２ｂに導通されている。
正極端子１１，負極端子１２および接合下地層２０は、アルミナ等のセラミックからなる基板１３の表面および貫通孔にタングステンペーストを塗布した後、メタライズ処理をすることにより形成されている。
【００２６】
接合部２１は、上記低熱膨張率の鉄合金などのリングを、キャップ１５と基板１３の接合下地層２０との間に挟み、キャップ１５−リング−各端子１１，１２間に電流を流すシーム溶接などにより形成され、厚みは、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度である。この接合部２１によって、基板１３とキャップ１５とによって囲まれる内部空間Ｒｍが、真空状態，Ａｒ等の不活性雰囲気，あるいはドライ雰囲気に密封されている。
【００２７】
蓄電部Ｂは、図１下方の２つの拡大図に示すように、各々３つの正極部材１と負極部材２とを固体電解質層３を挟んで交互に積層した構造となっている。正極部材１は、リード部材を兼ねる集電体１ａの両面上に正極１ｂが形成された両面成膜タイプの構造を有しており、負極部材２も、リード部材を兼ねる集電体２ａの両面上に負極２ｂが形成された両面成膜タイプの構造を有している。そして、正極１ｂと負極２ｂの間に固体電解質層３が介在し、正極１ｂに接する集電体１ａと、負極２ｂに接する集電体２ａとから、外部機器に印加する電圧が引き出される構造となっている。
【００２８】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、集電体１ａの上において、正極１ｂは固体電解質層３で覆われており、固体電解質層３の端部から集電体１ａの一部に亘る領域は、ＰＰＳ樹脂などの樹脂からなる厚み１０μｍ〜５０μｍ程度の絶縁シート７によって覆われている。そして、負極１ｂは、絶縁シート７の端部を除く領域で固体電解質層３と接している。また、集電体１ａの基端部においても、固体電解質層３の端部から集電体１ａの一部に亘る領域は、上記絶縁シート７によって覆われている。そして、負極１ｂは、絶縁シート７の端部を除く領域で固体電解質層３と接している。
集電体１ａの基端部側の絶縁シート７は，必ずしも形成する必要がない点は、実施の形態１と同様である。。
【００２９】
本実施の形態においても、集電体１ａ，２ａ，正極１ｂ，負極２ｂ，および固体電解質層３の厚みや材質は、実施の形態１で説明した通りである。
【００３０】
蓄電部Ｂから引き出された集電体１ａ，２ａは、各々、各端子１１，１２の溶接部１１ａ，１２ａの上に重ねられている。そして、３つの集電体１ａと正極端子１１の溶接部１１ａとが、溶接によって接合され、３つの集電体２ａと負極端子１２の溶接部１２ａとが、溶接によって接合され接合されている。
【００３１】
本実施の形態においては、正極部材１および負極部材２の双方を両面成膜タイプの構造としつつ、薄型電池を製造することができる。また、集電体１ａ上で、正極１ｂを覆うように固体電解質層１３を形成し、その端部から集電体１ａ上に亘る領域を覆う絶縁シート７を形成することにより、電極間の電気的短絡を防止することができる。
【００３２】
（実施の形態１の変形例）
図５は、実施の形態１の変形例に係る電池Ａの平面図である。同図に示すように、本変形例では、ケース本体４および蓄電部Ｂ（図示せず）は、円の両側を平坦にした平面形状を有し、いわゆるコイン型電池の一種である。この変形例においても，断面構造は図１に示すとおりである。
なお、図示しないが、実施の形態２の構造についても、本変形例と同様の平面形状を有するコイン型電池を構成することができる。
【００３３】
（他の実施の形態）
上記実施の形態においては、正極部材１および負極部材２のいずれか一方を両面成膜タイプ、つまり集電体の両面上に正極又は負極を塗布，蒸着等によって形成した構造としたが、本発明は、正極部材１および負極部材２の双方が片面成膜タイプ、つまり集電体の片面側のみに正極又は負極を形成したものである場合にも適用することができる。その場合にも、図６に示す構造に比べて、構造設計の選択幅を拡大することができる。
【００３４】
上記各実施の形態では、活物質が固体である固体電解質層３を設けたが、本発明は、ゲル状の活物質を含む電解質層を備えた電池にも適用することができる。
【００３５】
上記各実施の形態では、固体電解質層３が正極１ｂを覆う形状としたが、固体電解質層３が負極２ｂを覆う構造であってもよい。その場合には、絶縁シート７は、固体電解質層３の端部から負極部材の集電体２ａの一部に亘る領域を覆っていれば、電極間の電気的短絡を防止することができる。
【００３６】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の電池は、時計，電卓などの電子機器用の電源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１に係る電池の縦断面図である。
【図２】実施の形態１に係る電池の平面図である。
【図３】実施の形態１に係る電池の縦断面図である。
【図４】実施の形態１に係る電池の平面図である。
【図５】実施の形態１の変形例に係る電池の平面図である。
【図６】従来のコインセル構造の縦断面図である。
【図７】従来のコインセル構造を両面成膜タイプの正極部材を有するコインセルに適用した例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ      電池
Ｂ      蓄電部
Ｒｍ    内部空間
１      正極部材
１ａ    集電体（正極リード部材）
１ｂ    正極
２      負極部材
２ａ    集電体（負極リード部材）
２ｂ    負極
３      固体電解質層
４      ケース本体
５      正極端子
６      負極端子
７      絶縁シート（絶縁膜）
１１    正極端子
１１ａ  溶接部
１１ｂ  外部接続部
１１ｃ  スルーホール部
１２    負極端子
１２ａ  溶接部
１２ｂ  外部接続部
１２ｃ  スルーホール部
１３    基板（ケース本体）
１５    キャップ（蓋部材）
１７    絶縁シート
２０    接合下地層
２１    接合部
【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】
2009224173.tif 000009