JPH0729577A - 薄形電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産性及び不良が生じない電池要素の組立及
び直列・並列接続を容易にする薄形電池の構成及びその
製造方法を確立することにある。さらに印刷版の形状を
変えるだけで各種の電池形状が得られ、一定パタ−ンで
電池が縦横に基材で連結されたものを得られるようにす
ることを目的にする。 【構成】 正極活物質、セパレ−タ−、負極活物質、及
び集電体としての導電剤から構成された電池要素からな
ることを特徴とする薄形電池とすることにより、上記目
的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エレクトロニクス機
器、玩具、アクセサリ−などの分野に使われる電池とそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電池について、図６は正極集電体
１の内面の周縁域に窓枠状の接着材２（但し、図中では
点線域で示されている。）を熱接着した後、内側の集電
体面に正極活物質３を塗工した時の斜視図である。図７
は図６のＡ−Ａ’部の断面状態を示す。図８は負極集電
体４の上面の周縁域に窓枠状の接着材５を熱接着した
後、負極集電体４の内側領域に負極活物質６としての金
属リチウムが圧着され、さらに該負極活物質６の上面に
セパレ−タ７としての高分子固体電解質を塗工した時の
斜視図である。図９は図８のＢ−Ｂ’部の断面状態を示
すもので、接着材内角部での正極活物質３と負極活物質
６の短絡を防止するため、接着材５の幅は接着材２の幅
より小さくしている。このように作製された負極集電体
４からなる負極と正極集電体１からなる正極を互いに重
ね合わせ、接着材２と接着材５を互いに接着して電池内
を気密シ−ルする。

【０００３】しかしながら、電池を多量に生産しようと
する場合、該電池を一枚一枚生産していたのでは生産コ
ストが高くなるなど連続生産上問題がある。また電池を
加工する際の位置合わせが難しくなる。さらに電池を直
列接続したり並列接続したりする場合、電池を作製後に
組み立てる必要があり、生産性を悪くする。また接続の
ための接続部材が余分に必要になる。さらに電池厚さを
薄くしようとすると集電体の厚さを薄くする必要がある
が、例えば１０μ〜２０μのような厚さの集電金属は取
り扱いが極めて難しく、連続生産する場合など送りの点
で破損したりする場合がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みてなされたものであって、その目的とするところは
生産性及び不良が生じない電池要素の組立及び直列・並
列接続を容易にする薄形電池の構成及びその製造方法を
確立することにある。さらに印刷版の形状を変えるだけ
で各種の電池形状が得られ、一定パタ−ンで電池が縦横
に基材で連結されたものを得られるようにするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するもので、電池については正極活物質、セパレ−タ
−、負極活物質、及び集電体としての導電性ペ−ストな
どの導電剤など印刷可能な電池構成材から構成された電
池要素からなること、前記集電体としての正極用導電剤
と負極用導電剤が絶縁体により分離され、複数組の電池
要素が含まれること、前記電池要素が並列接続される場
合、絶縁体は前記活物質の外周より外側に位置する絶縁
体の外側又は貫通穴部分で前記導電剤同士が接続される
こと、前記電池要素が直列接続される場合、導電剤の一
方の面に正極を他方の面に負極が形成されるか、又は前
記活物質の外周より外側に位置する絶縁材の外側又は導
電剤面上の絶縁体の貫通穴部分で導電剤同士が接続され
ること、前記導電剤の最外側には基材、例えば樹脂フィ
ルム、特に耐湿性樹脂フィルムが配置されていること、
前記基材の一部に貫通孔が設けられ集電端子部となるこ
と、前記基材が金属箔と樹脂フィルムの複合体であるこ
と、前記基材を構成する金属箔の少なくとも一部が導電
剤と接触し、及び又は基材の外側表面の少なくとも一部
に該金属箔の外側表面が露出して端子部を形成するこ
と、導電剤の一部、即ち集電端子部分との間にヒュ−ズ
部を形成すること、及び製造方法については基材上に集
電体としての導電剤を印刷する工程、負極活物質を印刷
又は配置する工程、セパレ−タ−を印刷又は配置する工
程、正極活物質を印刷する工程、さらに対極の集電体と
しての導電剤を印刷する工程、及び対極の基材を配置す
る工程からなること、前記各電池構成材料を印刷後に硬
化する工程を含むこと、前記対極の集電体としての導電
剤を印刷した後、電気絶縁体を配置又は印刷し、さらに
前記各工程を繰り返し、電池要素をそれぞれ並列接続又
は直列接続すること、前記絶縁体として樹脂フィルム又
は樹脂ペ−ストを用い、直列接続又は並列接続時には絶
縁体の外周より外側又は導電剤面上に絶縁体のない部分
で接続されること、、記接続において、樹脂フィルムが
用いられる場合はあらかじめ穴を設けておく、樹脂ペ−
ストの場合は印刷により一部に未印刷部分を設けること
などを特徴とし、これらにより上述の問題点を解決する
ものである。

【０００６】

【作用】本発明の特徴は請求項１及び１０により、集電
体として導電剤、例えば導電性微粉末（金属、金属炭化
物、金属硫化物、カ−ボン、グラファイトなど）を印刷
可能な性状（例えばペ−スト状；銀ペ−ストなど）にし
て、基材上に印刷することで任意の形状（例えば印刷版
の模様を変更するだけで良い。）に形成でき且つ一定パ
タ−ンで一連の基材上に設けることができる。さらに該
導電剤の上面に負極活物質（又は正極活物質）、セパレ
−タ、正極活物質（又は負極活物質）及び絶縁体を順次
印刷することで連続的に一定パタ−ンで電池要素を形成
できる。請求項２乃至４及び１２乃至１４により各電池
要素を、同一面上で絶縁体の形状パタ−ンを変更するだ
けで容易に並列接続したり直列接続したりできる。請求
項５により電池要素の水分の影響による変質劣化が防止
できる。また電池の取り扱いが容易となり、電池の機械
的強度が柔軟性を有した上で高まる。さらに請求項６乃
至８により電池の端子の取り出しが特別な部材を使用せ
ずに簡単に形成でき、且つ一連の基材上での電池生産が
容易となる。また請求項９により薄形電池に過電流が流
れた場合、ヒュ−ズ部が溶断し、並列接続されている場
合など他の電池要素への影響を低減できる。従来は集電
体部分を細くして配置していた為、取扱時にヒュ−ズ部
が切断され使用不能になっていたが、本発明では印刷に
より加工が容易で生産性が高まる。また請求項１１によ
り活物質、セパレ−タ、導電剤、絶縁体などに含まれる
高分子化合物を熱、ＵＶ照射、電子線照射により乾燥又
は架橋し印刷された膜の機械的強度を高めることで、続
いてその上面に他の電池要素部品を印刷することができ
る。またこのようにすることで電池要素間の短絡及び電
池要素間の拡散（例えば正極活物質中へのセパレ−タ成
分の浸透）による分離機能低下からくる短絡などが防止
できる。

【０００７】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は厚さ約０．５ｍｍ、電圧３Ｖ（２並列接
続）のカ−ドサイズの薄形電池１の斜視図で、図２は該
薄形電池を一連の基材上で一定パタ−ンで作製する時の
製造手順を示すもので、負極側の基材をベ−スにして各
電池要素を形成していった場合の斜視図を示す。なおこ
の図２においては一連の形成状態を分かりやすくするた
め、１パタ−ン毎に各工程の形成状態を示す。また点線
部分は最終工程で分離して個々のカ−ドサイズ薄形電池
を得るための切断予定域を示し、該点線より少し内側面
で薄形電池は気密シ−ルされる。基材３として、外表面
に金属２（例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステ
ンレスなど）を被覆した変性ＰＰ樹脂フィルム４を用
い、その片隅に三角状に該変性ＰＰ樹脂フィルム４を取
り除いた部分５（後に接続端子部分として利用され
る。）を形成（例えば、レ−ザ−照射による除去）し
た。該部分５を含む内面（但し前記した気密シ−ル予定
域は除く。）全域に、負極集電体６としての導電剤（例
えば半田ペ−スト、銀ペ−スト、グラファイト・カ−ボ
ン含有ペ−ストなど）を厚さ約３μに印刷（スクリ−ン
印刷、メタルマスク印刷、パッド印刷など）し、熱硬化
させた。さらにその上に三角部分５を除いて負極活物質
７としてのカ−ボンを厚さ約５０μに印刷（スクリ−ン
印刷、メタルマスク印刷など）し、電子線硬化させた。
次に該負極活物質７を覆う（短絡を防止する。）ように
セパレ−タ８としての高分子固体電解質を厚さ約１０μ
でスクリ−ン印刷し、電子線硬化させた。さらにその上
に該セパレ−タ８より少し小さめに正極活物質９として
リチウム／コバルト酸化物合剤を厚さ約１５０μにメタ
ルマスク印刷し、電子線硬化させた。

【０００８】次に前記正極活物質９上に三角部分５域を
除いて導電剤１０（正極集電体）を印刷し、硬化させ
た。次に該導電剤１０より少し大きめに絶縁体として樹
脂ペ−スト１１（なおフィルム状でもよい。）を約１０
μ厚さに印刷し、乾燥させた。さらにその上に負極集電
体としての導電剤６’を印刷し、硬化させた。さらにこ
れらの工程を繰り返すことにより、電池要素を２個並列
接続した薄形電池を作製した。

【０００９】図３は２並列接続の薄形電池の断面図で、
図１のＡ−Ａ’部の状態を示す。なお実際は約０．５ｍ
ｍであり、図３のように端部の形状は歪んでいない。数
十〜数百倍に拡大しているため、端部の電池要素及び負
極側と正極側の変性ＰＰ樹脂フィルム４、４’同士の気
密シ−ル部（熱ロ−ル又は熱板により熱融着する。）が
垂れ落ちているように見える。なおＢ部に絶縁体を、導
電剤１０が印刷される前に部分的に印刷しておいた方が
短絡の危険性が小さくなる。図３に見られるように電池
要素作製を２回繰り返した後、導電剤１０’を印刷し、
硬化させた後その上に基材３’（正極側の基材３’とし
て負極側基材３と同様な基材を使用。）を配置し基材３
と基材３’外面を加圧（基材をロ−ル間に通す。）し電
池内のガスを排出すると共に導電剤１０’と正極側金属
２’を三角部分５’で接続させた。なお三角部分５’は
負極側の三角部分５と対称な位置に設けた。さらに正極
側金属２’と負極側金属２の大きさを少し変えておくこ
とで、薄形電池端部での短絡が防止できる。

【００１０】（実施例２）図４は厚さ約０．５ｍｍ、電
圧６Ｖ（２直列接続）の薄形素電池１２（一辺が約２０
ｍｍと１３ｍｍの四角形でパタ−ン化され、基材部分で
連結されている。）の断面図で、所定の形状の薄形電池
（カ−ドサイズにする場合は複数個連結する。即ち図５
の概略斜視図に示す一連の電池から分離する大きさを大
きくする。例えば幅方向に４個、長さ方向に４個の計１
６個を連結させておく。）は該素電池１２から構成され
ている。

【００１１】基材１３（前記基材３と同様な構成からな
る。）の樹脂フィルム１４の中央部分に複数個の穴を設
け、金属１３’面を露出させる。なおこの操作は金属面
にあらかじめ穴を設けた樹脂フィルム１４を接着しても
良い。次に負極用導電剤１５を接着シ−ル域を除いて印
刷し、硬化させる。次にその上に負極活物質１６を印刷
し、硬化させる。さらにその上にセパレ−タ１７、正極
活物質１８と印刷、硬化を行う。次に正極活物質１８の
上に正極用導電剤１９を印刷し、硬化させる。さらにそ
の上に絶縁体２０を穴を設けるようにし、且つ以上の電
池要素を包含するように印刷し、硬化させる。次にその
上に負極用導電剤１５’を印刷し硬化させ、さらに負極
活物質１６’を印刷し、硬化させた。なお、上記絶縁体
２０を省略し、正極用導電剤１９上に直接負極活物質１
６’を印刷してもよいが、絶縁体２０を設けた方が内部
短絡を防止できる。さらにその上にセパレ−タ１７’、
正極活物質１８’、正極用導電剤１９’を印刷し硬化さ
せた。次に正極用基材１３’の樹脂フィルム１４’面を
配置し、金属１３”面と正極用導電剤１９’面を接着さ
せた。さらにこれらを加圧ロ−ル間を通過させ、内部の
ガスを排出すると共に、加熱ロ−ル又は熱板により周縁
域の樹脂フィルム面同士を接着し、電池内部を気密シ−
ルした。

【００１２】このように気密シ−ルされた一連の電池の
片側の金属をレ−ザ−などにより任意の形状に気密シ−
ル面上で分離し、電気的に他の電池群と分離した。次に
金属分離間隙で基材を他の方法（例えば、プレス、ダイ
ロ−ル刃、トムソン刃、成形刃、カッタ−刃など）で切
断した。なお図４に示されるように電池の端部は正極用
基材と負極用基材の金属同士が短絡しないように、樹脂
フィルムを外側にはみ出させている。これは分離後にさ
らに周縁域を熱プレスすることで行った。

【００１３】

【発明の効果】本発明は次に記載する効果を奏する。 （１）一連の素電池からなる電池を任意に分離切断する
ことで、各種の大きさ、容量の電池を得ることができ
る。 （２）一連の電池作製工程において、直列接続又は並列
接続された電池を印刷版の形状を各工程で変えるだけで
連続して形成できる。 （３）基材に樹脂フィルムを用いることで、接着剤を特
別に配置する必要がなく、その工程も省略できると共に
位置合わせの精度からくるズレがなく耐湿性が高くな
る。 （４）電池内部で短絡することなく直列接続又は並列接
続できる。 （５）導電剤の印刷により各種形状の集電体面が得られ
ると共に気密性、特に耐湿性を高める樹脂フィルムを通
して集電端子との接続が容易になる。 （６）同極の導電剤同士の接続はその上に印刷するだけ
で達成できる。 （７）さらに基材を３層とし中央の層に金属を配置する
ことで２層の場合より、電池を折り曲げた場合の金属層
の折り曲げ部分での損傷がなく、且つ電池端部での正極
側基材の金属と負極側基材の金属の短絡が樹脂フィルム
の融着で防止できる。また電池の外表面での不用意な短
絡が防止できる。さらに外側の樹脂フィルムにデザイン
を施すことができる。また外側の樹脂フィルムの一部に
穴を設け、露出する金属面を端子として利用できる。 なお本発明においては実施例に示すものに限定されるも
のではなく、電池要素の形状・数・構成材料の厚さ、積
層数、ヒュ−ズ形状、及び電解液を使用する場合などの
電解液の注入方法（セパレ−タ−を印刷し硬化させた後
に添加し含浸させても良い。またセパレ−タ−内に余剰
の電解液をあらかじめ混入しておいても良い。）など特
に限定するものではなく、用途に応じて種種変更される
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカ−ドサイズの薄形電池の斜視図
である。

【図２】本発明に係わるパタ−ン化された一連の電池の
作製時の各工程の形成状態面を示す斜視図である。

【図３】本発明に係わる電池内部で並列接続された薄形
電池の断面図である。

【図４】本発明に係わる電池内部で直列接続された薄形
電池の断面図である。

【図５】本発明に係わる複数個の素電池からなる一連の
電池を示す斜視図である。

【図６】従来の正極集電体の斜視図を示す。

【図７】図６の断面図を示す。

【図８】従来の正極集電体の斜視図を示す。

【図９】図８の断面図を示す。

【符号の説明】

３、１３ 基材 ２、２’、１３、１３’、１３”金属 ４、４’、１４、１４’ 樹脂フィルム ６、６’、１０、１０’ 導電剤 ７、７’、１６、１６’ 負極活物質 ８、８’、１７、１７’ セパレ−タ（高分子固体電解
質） ９、９’、１８、１８’ 正極活物質 １１、２０ 絶縁体 １２ 素電池

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極活物質、セパレ−タ−、負極活物
   質、及び集電体としての導電剤から構成された電池要素
   からなることを特徴とする薄形電池。
2. 【請求項２】 前記集電体としての正極用導電剤と負極
   用導電剤が絶縁体により分離され、複数組の電池要素が
   含まれることを特徴とする請求項１記載の薄形電池。
3. 【請求項３】 前記電池要素が並列接続される場合、絶
   縁体は前記活物質の外周より外側に位置する絶縁体の外
   側又は貫通穴部分で前記導電剤同士が接続されることを
   特徴とする請求項２記載の薄形電池。
4. 【請求項４】 前記電池要素が直列接続される場合、導
   電剤の一方の面に正極を他方の面に負極が形成される
   か、又は前記活物質の外周より外側に位置する絶縁体の
   外側又は導電剤面上の絶縁体の貫通穴部分で導電剤同士
   が接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の薄
   形電池。
5. 【請求項５】 前記導電剤の最外側には基材、例えば樹
   脂フィルム、特に耐湿性樹脂フィルムが配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４記載の薄形電池。
6. 【請求項６】 前記基材の一部に貫通孔が設けられ集電
   端子部となることを特徴とする請求項５記載の薄形電
   池。
7. 【請求項７】 前記基材が金属箔と樹脂フィルムの複合
   体であることを特徴とする請求項５又は６記載の薄形電
   池。
8. 【請求項８】 前記基材を構成する金属箔の少なくとも
   一部が導電剤と接触し、及び又は基材の外側表面の少な
   くとも一部に該金属箔の外側表面が露出して端子部を形
   成することを特徴とする請求項５乃至７記載の薄形電
   池。
9. 【請求項９】 前記導電剤の一部、即ち集電端子部分と
   の間にヒュ−ズ部を形成することを特徴とする請求項１
   乃至８記載の薄形電池。
10. 【請求項１０】 基材上に集電体としての導電剤を印刷
    する工程、負極活物質を印刷又は配置する工程、セパレ
    −タ−を印刷又は配置する工程、正極活物質を印刷する
    工程、さらに対極の集電体としての導電剤を印刷する工
    程、及び対極の基材を配置する工程からなることを特徴
    とする薄形電池の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記各電池構成材料を印刷後に硬化す
    る工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の薄形電
    池の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記対極の集電体としての導電剤を印
    刷した後、電気絶縁体を配置又は印刷し、さらに前記各
    工程を繰り返し、電池要素をそれぞれ並列接続又は直列
    接続することを特徴とする請求項１０記載の薄形電池の
    製造方法。
13. 【請求項１３】 前記絶縁体として樹脂フィルム又は樹
    脂ペ−ストを用い、直列接続又は並列接続時には絶縁体
    の外周より外側又は導電剤面上に絶縁体のない部分で接
    続されることを特徴とする請求項１２記載の薄形電池の
    製造方法。
14. 【請求項１４】 前記接続において、樹脂フィルムが用
    いられる場合はあらかじめ穴を設けておく、樹脂ペ−ス
    トの場合は印刷により一部に未印刷部分を設けることを
    特徴とする請求項１３記載の薄形電池の製造方法。