JPH11273641A

JPH11273641A - 柔軟性薄形電池

Info

Publication number: JPH11273641A
Application number: JP10075290A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kagawa; 博香川
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】折り曲げ、ねじれを繰り返した後において
も、電池容量、電池抵抗、外観など電池特性に悪影響を
与えることがない柔軟性薄形電池を提供することを目的
とする。【構成】正極活物質が配置された端子を有する正極集
電体と、高分子固体電解質からなるセパレータと、負極
活物質が配置された端子を有する負極集電体からなり、
少なくとも該正極集電体の端子と負極集電体が重なる箇
所に電気絶縁性部材（Ａ）が配置され、正極集電体及び
負極集電体を包含するように柔軟性を有する電気絶縁性
部材（Ｂ）で密閉した柔軟性薄形電池とすることで、上
記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は取り扱い時に形状が
変化する柔軟性が要求される用途、例えばカード又はハ
ガキ、バンド等に内臓される電池、衣服に装備される電
池、紙・フィルム・布などに備えられる電池に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の薄形電池は、負極活物質と高分子
固体電解質からなるセパレータを配置した負極集電体
と、二酸化マンガンと導電材を混合した正極活物質を配
置した正極集電体を、変性ポリプロピレンからなる接着
材により密閉した構造である。このような薄形電池は曲
げた場合、下面の集電体に沿って上面の集電体が伸びよ
うとするがステンレス箔などの伸び性の悪い金属箔であ
ると伸びないため、下面の集電体が逆に変形（例えば折
れる）することで曲げられる。しかしながらこの場合の
曲げ状態は復元不能な形状となる。

【０００３】例えば、集電体の接着部に相当する部分で
破断したり、接着材に亀裂が入ったり、折れ目が発生す
るなどして薄形電池の密閉性がなくなり、内部の活物質
が吸湿し電池容量が減少したり、保存性能が低下した
り、漏液したり、電池内部に金属リチウムが介在した場
合には発火する場合もある。さらに、薄形電池の利用に
あたっての問題として、ＩＳＯ対応のカード及び常時折
り曲げに供せられる商品には折り曲げ性、ねじれ性の点
で対応できないという薄形電池の用途制限が生じ、ひい
ては新規商品開発に歯止めがかかるおそれがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
薄形電池は折り曲げ度合い、ねじれ度合いが小さく、電
池性能、保存性能、安全性及び取り扱い性に問題がある
のに対して、本発明は電池が組み込まれた商品、例えば
厚さ１ｍｍ以下のカードをたわみ高さが上下で各２ｃｍ
になるように折り曲げても内部に樹脂で埋め込まれた状
態又は収納スペースに自由配置された電池（この場合の
電池厚さは約０．４ｍｍ）が、変形時に正極集電体、負
極集電体及び外装の電気絶縁性部材（Ｂ）が互いに滑り
移動し変形に追随させることで、電池自身に致命的で復
元不可能なダメージ（形状及び電池性能など）を与える
ことのない薄形電池を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による柔軟性薄形
電池は、正極活物質が配置された端子を有する正極集電
体と高分子固体電解質からなるセパレータと負極活物質
が配置された端子を有する負極集電体にあって、少なく
とも該正極集電体の端子と負極集電体が重なる箇所に電
気絶縁部材（Ａ）が配置され、正極集電体及び負極集電
体を包含するように柔軟性を有する電気絶縁性部材
（Ｂ）で密閉するもので、折り曲げ時に各極集電体と電
気絶縁性部材（Ｂ）の間で滑りを発生させ、該集電体が
復元不能な形状変化を引き起こさないようにするもので
ある。

【０００６】また、各端子の少なくとも電気絶縁性部材
（Ｂ）との接着域に相当する部分の両面にポリプロピレ
ン、変性ポリプロピレンなどの接着材を配置するもの
で、電気絶縁性部材（Ｂ）と端子の接着力及び気密性を
高め、且つ端子の折り曲げによる短絡を防止するもので
ある。また、電気絶縁性部材（Ｂ）の内面が少なくとも
ポリプロピレン、変性ポリプロピレンなどの高分子フィ
ルムで構成され、その基材がアルミニウム、銅、ニッケ
ルなどの柔軟性金属で非孔質とすることで、電気絶縁性
部材（Ｂ）の面及び断面方向からの水分透過を防止し電
池寿命を高めると共に接着強度を高めるものである。

【０００７】また、接着材を電気絶縁性部材（Ｂ）の周
縁より外にはみ出させることで、端子同士又は端子と電
気絶縁性部材（Ｂ）の基材との電気的短絡を防止するも
のである。

【０００８】また、電気絶縁性部材（Ｂ）全体をポリプ
ロピレン、変性ポリプロピレンなどの高分子フィルムで
構成することで各極集電体と電気絶縁性部材（Ｂ）との
電気的接触を防止すると共に、折り曲げ時の可擣性を高
めるものである。

【０００９】また、電気絶縁性部材（Ａ）が正極集電体
の周縁部に配置又は接着されることで、折り曲げ時に正
極集電体及び／又は正極活物質の周縁部及び角部がセパ
レータの欠損部又は負極集電体面と電気的に接触し短絡
するのを防止するものである。

【００１０】また、端子の少なくとも電気絶縁性部材
（Ｂ）との接着域に相当する部分に接着された接着材が
電気絶縁性部材（Ａ）の一部分を構成することで、接着
材の配置を容易にすると共に、電気絶縁性部材（Ａ）の
位置ずれを防止し電池内部での両極の電気的短絡を防止
する。

【００１１】また、正極活物質の厚さが電気絶縁性部材
（Ａ）の厚さと同等か大きいことで、正極活物質面とセ
パレータ面との密着性が高まり電池の内部抵抗が小さく
なると共に、製造時、あらかじめ正極集電体面に電気絶
縁性部材（Ａ）の少なくとも一部を熱接着した後、メタ
ルマスクにより正極活物質を印刷する場合の位置精度の
許容範囲が増え加工が容易となる。

【００１２】また、電気絶縁性部材（Ａ）の外寸が正極
集電体の外寸より大きくすることにより、折り曲げ時の
正極集電体の周縁部及び角部がセパレータの欠損部又は
負極集電体面と電気的に接触し短絡するのを防止すると
共に、該角部によるセパレータの損傷を防止するもので
ある。

【００１３】さらに、セパレータ及び負極集電体の外寸
が正極活物質及び正極集電体の外寸より大きくすること
で、折り曲げ及びねじれによる位置ずれに際しても上記
と同じく短絡を防止するものである。

【００１４】

【実施例】以下に本発明による柔軟性薄形電池の実施例
について図１から図１０に基づいて説明する。

【００１５】（実施例１）図１及び図２の断面図におい
て、正極端子１を片側に有する２０μｍ厚さのステンレ
ス箔からなる正極集電体２の面にアンダーコート剤を塗
布した上に主成分としての二酸化マンガンと導電剤と高
分子固体電解質を混合した正極活物質３を厚さ約３００
μになるように印刷し、電子線により硬化させた。次に
正極端子１の先端部を除いた部分で負極集電体４と一部
重なる部分を含む部分の両面に変性ポリプロピレンから
なる厚さ約５０μｍの電気絶縁部材（Ａ）としての接着
材５を熱接着した。その状態の平面図を図３に示す。

【００１６】一方、負極端子６を片側に有する厚さ２０
μｍのステンレス箔からなる負極集電体４の面に厚さ４
０μｍの金属リチウム箔からなる負極活物質７を圧着
し、さらにその上に負極活物質７の外寸より大きく、且
つ正極集電体２の外寸より大きい外寸の高分子固体電解
質としてのセパレータ８を約４０μｍの厚さに印刷し、
電子線により硬化させた。

【００１７】次に、負極端子６の先端部を除いた部分の
両面に変性ポリプロピレンからなる厚さ約５０μｍの電
気絶縁部材（Ａ）としての接着材５’を熱接着した。そ
の状態の平面図を図４に示す。次にこれらの集電体を重
ね合わせた後、端子先端を除く全体をアルミニウムを基
材とし両面にポリプロピレンフィルム（又は外側面にポ
リエチレンフィルム／粘着剤、内側面にポリプロピレン
フィルムからなる）を接着した３層構成の柔軟性を有す
る電気絶縁性部材（Ｂ）で包囲し、周縁部を減圧下で幅
約１ｍｍで熱接着し電池を密閉した。

【００１８】なお、該熱接着部の一部は接着材５、５’
が一体で熱融着されており、その端子部分の断面状態を
図５に示す。該接着材５、５’の一部が、各端子が上記
のアルミニウム基材と接触し外部短絡しないように電気
絶縁性部材（Ｂ）の周縁部からはみ出すように接着され
ている。このときの接着部の厚さは約０．２ｍｍであ
る。

【００１９】このように構成された本発明電池と従来構
成の電池の比較試験結果を表１に示す。試験項目は以下
のとおりである。

【００２０】（１）折り曲げ試験１：中央部に電池を貼
り付けた厚さ０．７６ｍｍのカードの長辺部を波高２ｃ
ｍになるように上下方向に繰り返し折り曲げた。

【００２１】（２）折り曲げ試験２：上記と同様なカー
ドの短辺を波高１ｃｍになるように上下方向に繰り返し
折り曲げた。

【００２２】（３）ねじれ試験３：上記と同様なカード
の短辺部をホルダーで挟みねじれ角度が１５°になるよ
うに繰り返し左右にホルダーをねじった。

【００２３】調査項目は試験中の電池電圧変化（初期値
より低下すると異常）、抵抗変化（初期値の２倍を異
常）、試験後の電池外観変化（膨れ、皺、折れなど復元
しない形状を異常）、及び試験前後の放電容量の変化
（初期容量より約１０％低下すると異常）であり、試験
は試験１、２及び３については各千回とし、電圧及び電
池外観に異常があればその時点で停止した。所定の試験
サイクル数を経た電池については高温高湿状態に放置し
加速寿命保存試験を実施し、その後上述のような放電試
験を実施した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に各試験により達成したサイクル数と
各変化の有無を示した如く、本発明電池は折り曲げによ
る集電体の内輪差による歪みが集電体と電気絶縁性部材
（Ｂ）及び正極集電体と負極集電体との間で滑りが生じ
吸収できることを示している。また、試験後も電池容量
に変化がないことから端子部のシール状態、電池面及び
周縁部のシール状態が保持されていることを示す。

【００２６】（実施例２）図６の平面図及び断面図とし
ての図７において、２０μｍ厚さのステンレス箔からな
る正極集電体９の面に該正極集電体９の外寸より少なく
とも０．２ｍｍ小さい窓枠状の穴（正極活物質１０が配
置される大きさの穴を有する）を設けた変性ポリプロピ
レンからなる厚さ約２５０μｍの電気絶縁性部材（Ａ）
としての接着材１１を少なくとも正極端子１２先端部を
含む一部分で熱接着した。次に、二酸化マンガンを主成
分とし導電材と高分子固体電解質を混合した正極活物質
１０を厚さ約３２０μになるように上記接着材の穴部分
より約０．５ｍｍ小さい面積で印刷し、電子線により硬
化させた。なお、あらかじめ硬化させた正極活物質を該
接着材１１の穴部分に転写するなどして配置しても良
い。該構成部品としての正極集電体９、接着材１１の外
寸を大き目にしておき、あとで所定の寸法に打ち抜いて
も良い。さらに、正極端子９の接着材１１が接着されて
いる反対の正極端子９の面部分に別の電気絶縁性部材
（Ａ）としての接着材１１’を接着した。

【００２７】一方、厚さ２０μｍのステンレス箔からな
る負極集電体１３の所定の位置に厚さ４２μｍの金属リ
チウム箔からなる定尺の負極活物質１４を圧着し、さら
にその上に負極活物質１４の外寸より大きく、且つ正極
集電体９の外寸及び接着材１１の内寸より大きい外寸の
高分子固体電解質としてのセパレータ１５を厚さ４０μ
ｍになるように印刷し、電子線により硬化させた。

【００２８】次に、前記負極集電体１３が所定の大きさ
より大きい場合は図８に示す所定の形状に打ち抜いた
後、負極端子１６の先端部を除いた両面部分に変性ポリ
プロピレンからなる厚さ約５０μｍの接着材１７を両面
に熱接着した。

【００２９】次に、図９に示されるようにこれらの所定
寸法の正極集電体９と負極集電体１３を向かい合わせて
重ねた後、端子先端を除く全体をアルミニウムを基材と
し外側面にポリエチレンフィルム、内側面にポリプロピ
レンフィルムを接着した３層構成の柔軟性を有する電気
絶縁性部材（Ｂ）で包み込み、周縁部を減圧下で少なく
とも幅約１ｍｍで熱接着し電池を密閉した。図１０は図
９の矢印部の厚さを拡大した断面を示す。

【００３０】なお、上記各極端子部の熱接着部は重ね合
わせられる前にそれぞれの接着材１１、１１’及び１７
同士が熱融着され、該接着材１１、１１’及び１７の接
着部先端の一部が、各極端子が上記のアルミニウム基材
と接触し外部短絡しないように電気絶縁性部材（Ｂ）の
周縁部から少なくとも０．５ｍｍはみ出すように接着材
１１、１１’及び１７と電気絶縁性部材（Ｂ）が接着さ
れている。このときの電気絶縁性部材（Ｂ）の周縁域接
着部の厚さは約０．２ｍｍである。

【００３１】上記電池を樹脂製の厚さ０．７８ｍｍのカ
ード内に樹脂埋め（なお、電池を樹脂埋めしないでカー
ド内空間領域に配置するだけでカードの折り曲げ時に自
由に動けるようにした場合、僅かであるが電池に加わる
曲げ応力が減じられる。）し、表面をラミネートフィル
ムで被覆してカードを作成した。この場合も実施例１と
同様な試験を実施した結果、実施例１の結果よりなお一
層良好な結果が得られた。すなわち、実施例１ではカー
ドに貼り付けられた状態であるため、折り曲げによる歪
みの全てが電池に加えられないで電池の端部で多少の逃
げが発生している（端部はカードの曲げ形状に沿った形
にならないで、端部で浮いている）ことが考えられた
が、本実施例では完全にカードの変形に追随しているに
も係わらず、各試験における電池特性に異常は認めらず
同様な結果が得られた。

【００３２】

【発明の効果】上述したように、本発明は折り曲げ、ね
じれを繰り返した後においても、電池容量、電池抵抗、
外観など電池特性に悪影響を与えることがなかったこと
から、本発明による効果は大きく、電池に柔軟性を要求
するような商品には必要な電池構成となる。なお、電池
構成部品材質としては実施例及び請求項に記載されてい
る物質以外にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による正極集電体の断面図である。

【図２】本発明による負極集電体の断面図である。

【図３】本発明による正極集電体の平面図である。

【図４】本発明による負極集電体の平面図である。

【図５】本発明による柔軟性薄形電池の端子側の断面図
である。

【図６】本発明による他の実施例としての正極集電体の
平面図である。

【図７】本発明による図６の断面図である。

【図８】本発明による他の実施例としての負極集電体の
平面図である。

【図９】本発明による他の実施例としての柔軟性薄形電
池の平面図である。

【図１０】本発明による図９の負極端子部を含む部分の
断面図である。

【符号の説明】

１、１２正極端子２、９正極集電体３、１０正極活物質４、１３負極集電体５、５’、１１、１１’、１７接着材６、１６負極端子７、１４負極活物質８、１５セパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極活物質が配置された端子を有する正
極集電体と、高分子固体電解質からなるセパレータと、
負極活物質が配置された端子を有する負極集電体からな
り、少なくとも該正極集電体の端子と負極集電体が重な
る箇所に電気絶縁性部材（Ａ）が配置され、正極集電体
及び負極集電体を包含するように柔軟性を有する電気絶
縁性部材（Ｂ）で密閉したことを特徴とする柔軟性薄形
電池。
【請求項２】前記端子の少なくとも電気絶縁性部材
（Ｂ）との接着域に相当する部分の両面に接着材が配置
されていることを特徴とする請求項１記載の柔軟性薄形
電池。
【請求項３】前記接着材が、前記電気絶縁性部材
（Ｂ）の周縁より外にはみ出していることを特徴とする
請求項２記載の柔軟性薄形電池。
【請求項４】前記電気絶縁性部材（Ｂ）の内面が高分
子フィルムで構成され、その基材が非孔質の柔軟性金属
からなることを特徴とする請求項１記載の柔軟性薄形電
池。
【請求項５】前記高分子フィルムが、ポリプロピレン
又は変性ポリプロピレンで構成されていることを特徴と
する請求項４記載の柔軟性薄形電池。
【請求項６】前記電気絶縁性部材（Ａ）が、正極集電
体の周縁部に配置又は接着されていることを特徴とする
請求項１記載の柔軟性薄形電池。
【請求項７】前記接着材が、前記電気絶縁性部材
（Ａ）の一部分を構成することを特徴とする請求項２記
載の柔軟性薄形電池。
【請求項８】前記正極活物質の厚さが、電気絶縁性部
材（Ａ）の厚さと同等か大きいことを特徴とする請求項
１記載の柔軟性薄形電池。
【請求項９】前記電気絶縁性部材（Ａ）の外寸が、正
極集電体の外寸より大きいことを特徴とする請求項１記
載の柔軟性薄形電池。
【請求項１０】前記セパレータ及び負極集電体の外寸
が、正極活物質及び正極集電体の外寸より大きいことを
特徴とする請求項１記載の柔軟性薄形電池。