JP2003223883A

JP2003223883A - リチウム電池

Info

Publication number: JP2003223883A
Application number: JP2002022518A
Authority: JP
Inventors: Makoto Osaki; 誠大崎; Hiromitsu Mishima; 洋光三島; Toshihiko Kamimura; 俊彦上村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2003-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で余分な部品等を用いることなく回路基板
へ実装することができ、しかも充放電を繰り返しても放
電容量の劣化の少ない長寿命のリチウム電池を提供す
る。【解決手段】正極用電極取出し部５と負極用電極取出し
部６とを有するベース板３上に、正極用電極７、電解質
１２、負極用電極１０を順次積層した積層体からなる発
電素子１を搭載し、正極用電極７と正極用電極取出し部
５とを正極用端面電極１３で、負極用電極１０と負極用
電極取出し部６とを負極用端面電極１６でそれぞれ電気
的に接続し、上記ベース板３に蓋体２を接合してリチウ
ム電池２０を形成するとともに、上記正極用及び負極用
の端面電極１３，１６をそれぞれ二層の導電性樹脂層１
４，１５，１７，１８により形成し、内側の導電性樹脂
層１４，１７に含有する導電材を、電極７，１０と反応
し難い材質で形成し、外側の導電性樹脂層１５，１８に
含有する導電材を、電極７，１０と反応し易い材質で形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田リフローによ
る実装が可能な小型のリチウム電池に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】従来のリ
チウム電池は、高エネルギー密度化を図るため、正極用
電極、正極用集電体、正極用電極、電解質を含むセパレ
ータ、負極用電極、負極用集電体、負極用電極を順次積
層したシートを渦巻き状に巻いたものを発電素子とし、
この発電素子を円筒型の外装体に収容したものが用いら
れており、このようなリチウム電池は、外装体上面を正
極用の電極取出し部、外装体下面を負極用の電極取出し
部としていた。

【０００３】しかし、円筒型のリチウム電池は、回路基
板に実装しようとすると実装面積が大きくなるため、高
密度実装化している近年の要求に答えられるものではな
かった。近年の電子機器分野における表面実装構造化の
進展は著しく、多くのデバイスがこの表面実装技術に適
する形状に変わりつつあり、例えば、携帯型小型電子機
器のメモリバックアップ用として用いられるリチウム電
池においても表面実装技術に適する形状や構造を有する
ものが要求されており、コイン型や扁平型と称される薄
型のリチウム電池が用いられるようになっている。

【０００４】しかしながら、このような薄型のリチウム
電池においても外装体上面を正極用の電極取出し部、外
装体下面を負極用の電極取出し部とした構造であること
から、回路基板に半田付けするには別途端子が必要とな
り、その結果、電池自体の大きさよりも大きな実装面積
と高さが必要となるため、小型化することができず、ま
た、部品点数が多くなるために、コストアップにもつな
がるといった課題があった。

【０００５】そこで、端子等を使うことなく、直接回路
基板へ実装することが可能な小型の電池として、正極用
電極、電解質又は電解質を含むセパレータ、負極用電極
を一組以上重畳して一体化した積層体からなり、この積
層体の一方の側面に、メッキ法、焼き付け法、蒸着法、
スパッタリング法等の薄膜形成法によって金属膜からな
る正極用端面電極を被着するとともに、上記積層体の他
方の側面にも同様の方法によって金属膜からなる負極用
端面電極を被着し、上記正極用及び負極用の端面電極を
それぞれ積層体の下面まで延設した積層型電池が提案さ
れている（特開平６−２３１７９６号参照）。

【０００６】この積層型電池によれば、積層体の下面に
正極用電極取出し部と負極用電極取出し部の双方が延設
されていることから、回路基板上の配線と半田にて直接
接合することができるため、実装面積が電池の面積だけ
で済むとともに、実装にあたり別途端子を用いる必要が
ないことから、部品点数を少なくすることができ、コス
トを抑えることができるといった利点があった。

【０００７】ところが、特開平６−２３１７９６号に開
示された積層型電池をリチウム電池として用いた場合、
充放電を繰り返すと、端面電極を形成する金属成分が溶
出して正極用電極や負極用電極と反応して反応生成物を
形成し、この反応生成物によってリチウムイオンの移動
が阻害されるため、電池特性が比較的短期間で劣化する
といった課題があった。

【０００８】また、半田接合するために熱を加えると、
端面電極と電極との間の熱膨張差によって応力が発生
し、端面電極が正極用電極や負極用電極より剥離し易い
といった課題もあった。

【０００９】さらに、積層体は外部に露出した構造であ
ることから、水分を嫌うリチウム電池にとって現実的な
構造と言えず、しかも電解質に電解液を用いることがで
きないといった不都合もあった。

【００１０】なお、特開平６−２３１７９６号には、積
層型電池を形成する積層体を外装体で覆うことも提案さ
れているが、この場合、積層体の下面に正極用と負極用
の双方の電極取出し部を形成することができず、回路基
板へ実装するためには別途端子が必要となり、実装面積
が大きくなってしまうとともに、部品点数を少なくする
ことができないといった課題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、正極用電極取出し部と負極用電極取出し部と
を有するベース板上に、正極用電極、電解質、負極用電
極を順次積層した積層体からなる発電素子を備え、上記
積層体の正極用電極と上記ベース板の正極用電極取出し
部とを正極用端面電極により電気的に接続するととも
に、上記積層体の負極用電極と上記ベース板の負極用電
極取出し部とを負極用端面電極により電気的に接続し、
上記ベース板に蓋体を接合して上記発電素子を気密に収
容したリチウム電池の上記正極用及び負極用の端面電極
を二層の導電性樹脂層により形成するとともに、上記正
極用電極及び負極用電極と接合される内側の導電性樹脂
層に含有する導電材を、カーボン、グラファイト、酸化
亜鉛、酸化錫、アンチモンをドープした酸化錫、酸化イ
ンジウム、酸化錫をドープした酸化インジウム、アンチ
モンをドープした酸化錫を被覆した酸化チタン、アンチ
モンをドープした酸化錫を被覆したチタン酸カリウム、
炭化チタン、ポリアセチレンのうちの少なくとも一種と
しかつ外側の導電性樹脂層に含有する導電材を、銀、ニ
ッケル、銅のうちの少なくとも一種としたことを特徴と
する。

【００１２】また、上記導電性樹脂層の樹脂成分として
は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹
脂、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル
系樹脂、ポリイミド系樹脂、あるいはスチレン系の合成
ゴムのうち少なくとも一種類の高分子粘着剤を用いるこ
とが好ましい。

【００１３】さらに、上記正極用及び負極用の端面電極
を形成する内側の導電性樹脂層の層厚みをαμｍ、外側
の導電性樹脂層の層厚みをβμｍとしたとき、０．１μ
ｍ≦α＋β≦５００μｍ（ただし、α／β≦１、α≧
０．０５μｍ）の関係を満足するようにすることが好ま
しい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳述する。

【００１５】図１は本発明のリチウム電池の一例を示す
もので、正極用電極７、電解質１２、負極用電極１０を
順次積層した積層体を二つ組み合わせた発電素子１と、
この発電素子１を気密に収容する外装体４としての蓋体
２とベース板３とからなる。

【００１６】ベース板３上には、正極用電極取出し部５
と負極用電極取出し部６を対向配置してあり、これらの
間に上記発電素子１が搭載されるようになっている。

【００１７】上記発電素子１の正極用電極７は、その端
面に被着された正極用端面電極１３を介してベース板３
上の正極用電極取出し部５と電気的に接続され、また、
上記発電素子１の負極用電極１０は、その端面に被着さ
れた負極用端面電極１６を介してベース板３上の負極用
電極取出し部６と電気的に接続されており、ベース板３
上に蓋体２を被せ、耐熱樹脂やガラスにて接合すること
により、発電素子１を外装体４内に気密に封止してあ
る。

【００１８】このように、本発明のリチウム電池２０に
よれば、発電素子１をベース板３と蓋体２とからなる外
装体４内に気密に封止するようにしたことから、発電素
子１が外気の水分等に曝されるのを防ぐことができると
ともに、電解質１２に電解液を用いることもできる。

【００１９】また、ベース板３上に正極用電極取出し部
５と負極用電極取出し部６を設けてあることから、別途
端子等を用いることなく回路基板上の配線と半田等にて
直に接合して実装することができるとともに、実装面積
がリチウム電池２０の大きさだけで済むため、実装面積
を小さくすることができる。

【００２０】しかも、発電素子１は外装体４内に気密封
止してあることから、半田リフロー炉を通すこともで
き、他の電子部品とともに回路基板上に一度に実装する
ことが可能であるため、作業性を向上させることができ
る。なお、外装体４を形成する蓋体２及びベース板３の
材質としては、不導体化処理が施された金属や絶縁性セ
ラミックスを用いることができ、特に耐熱性や耐食性に
優れる絶縁性セラミックスを用いれば、信頼性を向上さ
せることができ好適である。

【００２１】ところで、発電素子１を形成する二つの積
層体は、各々の正極用電極７と負極用電極１０をずらし
て配置してあり、重なり合った部分が発電部として作用
するようになっている。

【００２２】正極用電極７及び負極用電極１０として
は、活物質粒子を結着材で固めたもの、あるいは活物質
からなる焼結体を用いることができる。

【００２３】活物質としては、リチウムマンガン複合酸
化物、二酸化マンガン、リチウムニッケル複合酸化物、
リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバル
ト複合酸化物、リチウムバナジウム複合酸化物、リチウ
ムチタン複合酸化物、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化バ
ナジウム、酸化タングステンを用いることができるが、
これらの中でもＬｉ₁＋ｘＭｎ₂−ｘＯ₄（０≦ｘ≦０．
２）、ＬｉＭｎ_2-yＭｅ _yＯ₄（Ｍｅ＝Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ｚｎ、０≦ｙ≦０．６）、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂、あるい
はＬｉ₄Ｍｎ₅Ｏ₁₂は、充放電中の体積変化が小さいた
め、活物質として好適である。

【００２４】正極用電極７及び負極用電極１０として活
物質粒子を結着剤で固めたものを用いる場合、例えばス
テンレス、アルミニウム、ニッケル、銅、コバール、
鉄、チタンあるいはアルミニウム合金など金属薄板上
に、活物質、導電剤、結着剤を混練したスラリーを塗布
した後、乾燥硬化させることにより制作することができ
る。

【００２５】正極用電極１及び負極用電極２として活物
質の焼結体を用いる場合、次の（１）〜（３）のいずれ
の方法により製作したものを用いることができる。（１）活物質を、成形助剤を溶解させた水又は溶剤に分
散させ、必要に応じては可塑剤、分散材を混合してスラ
リーを調整し、このスラリーを基材フィルム上に塗布、
乾燥させた後、基材フィルムから成形体を剥離して焼成
する。（２）活物質を直接もしくは造粒したものを金型に投入
してプレス機で加圧成形した成形体を焼成する。（３）造粒した活物質をロールプレス機で加圧成形して
シート状に成形したものを焼成する。

【００２６】スラリーの作製時に用いる成形助剤として
は、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ジアセチ
ルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビ
ニルクロライド、ポリビニルピロリドンなどの１種もし
くは２種以上の混合物を用いることができ、また、基材
フィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレー
ト、ポリプロピレン、ポリエチレン、テトラフルオロエ
チレン等の樹脂フィルムを用いることができる。

【００２７】ただし、（２）及び（３）の造粒について
は、（１）の方法で述べたスラリーから造粒する湿式造
粒であっても溶剤を用いない乾式造粒であっても良く、
また、（２）の方法では必ずしも成形助剤を用いる必要
はない。

【００２８】また、正極用電極７の電解質１２との接触
面と反対側の表面には導電性接着剤層９を介して金属薄
板からなる正極用集電板８を設けるとともに、負極用電
極１０の電解質１２との接触面と反対側の表面には導電
性接着剤層９を介して金属薄板からなる負極用集電板１
１を設けてある。

【００２９】これら正極用集電体８や負極用集電体１１
の材質としては、例えばステンレス、アルミニウム、ニ
ッケル、銅、コバール、鉄、チタンあるいはアルミニウ
ム合金などの金属薄板を用いることができ、各電極７，
１０の動作電圧範囲等を考慮して適宜選択すれば良い。

【００３０】正極用集電体８と正極用電極７及び負極用
集電体１１と負極用電極１０とをそれぞれ接合する導電
性接着剤９としては、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、
シリコン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、
ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂もしくはスチレ
ン系の合成ゴムのうち少なくとも一種類の高分子粘着剤
とからなる混合物よりなる接着剤中に、カーボンブラッ
ク、グラファイト、金、銀、ニッケル、酸化亜鉛、酸化
錫、酸化アンチモンをドープした酸化錫、酸化インジウ
ム、酸化錫をドープした酸化インジウム、アンチモンを
ドープした酸化錫を被覆した酸化チタン、アンチモンを
ドープした酸化錫を被覆したチタン酸カリウムのうちの
少なくとも一種類からなる導電材を含有させた用いるこ
とが良い。

【００３１】なお、正極用電極７や負極用電極１０は相
対的なものであって、それぞれの活物質の充放電電位を
比較し、より貴な電位を示すものを正極用電極７、より
卑な電位を示すものを負極用電極１０とすれば良く、こ
れらの組み合わせにより任意の電圧のリチウム電池２０
を構成することができる。

【００３２】一方、電解質１２としては、イオン伝導性
を有するものであれば液体でも固体でも構わない。電解
質１２には有機溶媒に電解質塩を溶解させた有機電解液
や高分子固体電解質に電解質塩を溶解させ、重合させた
高分子固体電解質、あるいは有機電解液と高分子固体電
解質を複合させたゲル電解質、または無機材料からなる
無機固体電解質を用いることができる。

【００３３】電解質１２に有機電解液を用いる場合、有
機溶媒には例えばエチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネ
ート、ガンマ−ブチロラクトン、スルホラン、１，２−
ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメ
チルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラ
ヒドロフラン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、メチルエ
チルカーボネートから選ばれる１種もしくは２種以上を
混合した溶媒を用いることができ、また、電解質塩には
例えばＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣＦ₃
ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ
₂Ｆ₅）₂などのリチウム塩を用いることができる。

【００３４】また、電解質１２に有機電解液を用いる場
合、セパレータに含浸させて用いれば良く、セパレータ
としては、例えばポリオレフィン繊維性の不織布やポリ
オレフィン繊維性の微多孔膜を用いることができる。こ
こで、ポリオレフィン繊維としては、ポリプロピレン繊
維、ポリエチレン繊維などを挙げることができる。

【００３５】また、電解質１２に高分子固体電解質を用
いる場合、高分子固体電解質には例えばポリエチレンオ
キシド骨格を持つ高分子やプロピレンオキシド骨格を持
つ高分子、あるいはこれらの混合物及び共重合体を用い
ることができる。

【００３６】さらに、電解質１２に無機固体電解質を用
いる場合、無機固体電解質には例えばＬｉ_1.3Ａｌ_0.3Ｔ
ｉ_1.7（ＰＯ₄）₃やＬｉ_3.6Ｇｅ_0.6Ｖ_0.4Ｏ₄などの結晶
質固体電解質、３０ＬｉＩ−４１Ｌｉ₂Ｏ−２９Ｐ₂Ｏ₅
や４０Ｌｉ₂Ｏ−３５Ｂ₂Ｏ₃−２５ＬｉＮｂＯ₃などの酸
化物系非晶質固体電解質を用いることができる。

【００３７】このような発電素子１を作製する方法とし
ては、電極７，１０として活物質粒子を結着剤で固めた
ものを用いる場合、前述した方法により形成した正極用
集電板８付き正極用電極７及び負極用集電板１１付き負
極用電極１０を準備するとともに、電解質１２として、
電解液を含むセパレータ、高分子固体電解質フィルム、
あるいは固体電解質シートを用意する。そして、電界質
１２の一方の主面に正極用電極７が当接し、他方の主面
に負極用電極１０が当接するように順次積み重ねること
により得ることができる。

【００３８】また、電極７，１０として活物質の焼結体
を用いる場合、前述した（１）〜（３）の方法により正
極用電極７と負極用電極１０を形成し、正極用電極７の
一方の主面に導電性接着剤９を介して正極用集電板８を
貼りつけるとともに、負極用電極１０の一方の主面にも
導電性接着剤９を介して負極用集電板１１を貼りつけ
る。また、電解質１２として、電解液を含むセパレー
タ、高分子固体電解質フィルム、あるいは固体電解質シ
ートを用意する。そして、電界質１２の一方の主面に正
極用電極７が当接し、他方の主面に負極用電極１０が当
接するように順次積み重ねることにより得ることができ
る。

【００３９】なお、発電素子１の製造方法については上
述した方法だけに限定されるものではない。

【００４０】また、発電素子１をベース板１３上に搭載
するにあたっては、発電素子１を形成する積層体の一方
端側より突出する負極用電極１０とベース板１３上の負
極用電極取出し部６とを負極用端面電極１６を介して電
気的に接続するとともに、発電素子１を形成する積層体
の他方端側より突出する正極用電極とベース板１３上の
正極用電極取出し部５とを正極用端面電極１３を介して
電気的に接続するのであるが、正極用端面電極１３は二
層の導電性樹脂層１４，１５により形成するとともに、
負極用端面電極１６も二層の導電性樹脂層１７，１８に
より形成してある。

【００４１】このように、本発明のリチウム電池２０
は、正極用及び負極用の端面電極１３，１６をそれぞれ
導電性樹脂層により形成してあることから、例えば回路
基板への半田付け等により熱が加わり、各電極７，１０
が熱膨張したとしても各端面電極１３，１６は変形して
両者の間に作用する熱応力を吸収することができるた
め、端面電極１３，１６の剥離を防ぎ、導通不良を起こ
すことがない。

【００４２】なお、発電素子１を形成する積層体の端面
に端面電極１３，１６を形成する方法としては、直接デ
ィスペンサーを用いて導電性塗料を塗布する方法や、剥
離処理を施した基材フイルム上に一定幅の導電性塗料を
予め塗布しておき、積層体の端面へ転写する方法、導通
してはならない部位をマスキングして導電性塗料槽へデ
ィッピングする方法等を採用することができる。

【００４３】また、正極用及び負極用の端面電極１３，
１６は、正極用電極７及び負極用電極１０と接合される
内側の導電性樹脂層１４，１７に含有する導電材を、カ
ーボン、グラファイト、酸化亜鉛、酸化錫、アンチモン
をドープした酸化錫、酸化インジウム、酸化錫をドープ
した酸化インジウム、アンチモンをドープした酸化錫を
被覆した酸化チタン、アンチモンをドープした酸化錫を
被覆したチタン酸カリウム、炭化チタン、ポリアセチレ
ンのうちの少なくとも一種とし、かつ外側の導電性樹脂
層１５，１８に含有する導電材を、銀、ニッケル、銅の
うちの少なくとも一種としてある。

【００４４】即ち、電気伝導性の点では、導電材として
銀、ニッケル、銅のうちの少なくとも一種の材質を用い
る方が良いのであるが、これらの材質を用いると、電池
２０の充放電にともなって端面電極１３、１６から金属
が電解質１２中に溶出して電極表面に付着し、電極活物
質のリチウムイオンが出入りするサイトが塞がれてしま
う。このため著しくサイクル特性が劣化し、適正な放電
容量が得られなくなる。

【００４５】そこで、正極用電極７及び負極用電極１０
と接合される内側の導電性樹脂層１４，１７に含有する
導電材として、カーボン、グラファイト、酸化亜鉛、酸
化錫、アンチモンをドープした酸化錫、酸化インジウ
ム、酸化錫をドープした酸化インジウム、アンチモンを
ドープした酸化錫を被覆した酸化チタン、アンチモンを
ドープした酸化錫を被覆したチタン酸カリウム、炭化チ
タン、ポリアセチレンのうちの少なくとも一種の材質を
用いるようにした。これらの導電材は、充放電を繰り返
したとしても前述したような溶出はなく、電極活物質の
リチウムイオンが出入りするサイトが塞がれてしまうこ
とがないため、リチウムイオンが電解質１２と電極７，
１０との間を行き交うのを阻害することがない。

【００４６】ただし、カーボン、グラファイト（４０〜
７０μΩ・ｃｍ）、酸化亜鉛、酸化錫（１０⁸μΩ・ｃ
ｍ）、アンチモンをドープした酸化錫（１×１０⁶ 〜
５×１０⁶ μΩ・ｃｍ）、酸化インジウム（１０²〜１
０¹¹ μΩ・ｃｍ）、酸化錫をドープした酸化インジウ
ム（１０² μΩ・ｃｍ）、アンチモンをドープした酸
化錫を被覆した酸化チタン、チタン酸カリウム（２×１
０⁶ 〜３０×１０⁶ μΩ・ｃｍ）、炭化チタン（１８
０ μΩ・ｃｍ）、ポリアセチレン（１０⁴〜１０¹⁰
μΩ・ｃｍ）のうちの少なくとも一種の導電材は電気伝
導性がそれほど良くないため、電池２０内の抵抗が大き
くなるといった不具合がある。

【００４７】その為、正極用電極７及び負極用電極１０
と接合される導電性樹脂層１４，１７の外側に、銀
（１．６３μΩ・ｃｍ）、ニッケル（６．９μΩ・ｃ
ｍ）、銅（１．６９μΩ・ｃｍ）のうちの少なくとも一
種の電気伝導性の良い導電材を含有する導電性樹脂層１
５，１８を設けることにより、端面電極１３，１６の導
電性を高めることができ、電池２０内の抵抗を抑えるこ
とができる。また、外側の導電性樹脂層１５，１８には
導電材として、電極７，１０と反応を起こし易い、銀、
ニッケル、銅の導電材を用いているものの、電極７，１
０との間には、電極７，１０と反応しない導電材を含む
導電性樹脂層１４，１７を設けてあることから、銀、ニ
ッケル、銅の導電材が電極７，１０側へ移動するのを防
ぐことができる。

【００４８】その為、本発明のリチウム電池２０によれ
ば、著しいサイクル特性の劣化がなく、適正な放電容量
を維持することができる。

【００４９】また、外側の導電性樹脂層１５，１８中に
おける導電性の高い導電材の電極７，１０への移動を効
果的に防ぎ、かつ電気抵抗の小さな端面電極１３，１６
とするには、内側の導電性樹脂層１４，１７の層厚みを
αμｍ、外側の導電性樹脂層１５，１８の層厚みをβμ
ｍとした時、０．１μｍ≦α＋β≦５００μｍ（ただ
し、α／β≦１、α≧０．０５μｍ）の関係を満足する
ことが好ましい。

【００５０】ここで、α／β≦１としたのは、電気抵抗
の大きい内側の導電性樹脂層１４，１７の層厚みが、電
気抵抗の小さい外側の導電性樹脂層１５，１８の層厚み
より大きくなると、端面電極１３，１６の電気抵抗が大
きくなり過ぎるからである。

【００５１】また、α≧０．０５μｍとしたのは、内側
の導電性樹脂層１４，１７の層厚みが０．０５μｍより
薄くなると、外側の導電性樹脂層１５，１８中に含有す
る導電性の高い導電材の電極７，１０への移動を効果的
に防ぐことができなくなり、著しいサイクル特性の劣化
が起こるからである。

【００５２】さらに、端面電１３，１６全体の層厚み
（α＋β）が、０．１μｍ未満となると、内側の導電性
樹脂層１４，１７の層厚みが薄くなり過ぎ、外側の導電
性樹脂層１５，１８中に含有する導電性の高い導電材の
電極７，１０への移動を効果的に防ぐことができなくな
り、著しいサイクル特性の劣化が起こるからであり、逆
に端面電１３，１６全体の層厚み（α＋β）が、５００
μｍを超えると、端面集電処理後の発電面積が増して電
池２０のエネルギー密度が低下するからである。

【００５３】なお、より好ましくは、１μｍ≦α＋β≦
２００μｍ（ただし、α／β≦１）の関係を満足するよ
うにすることが良い。

【００５４】なお、内側及び外側の導電性樹脂層１４，
１５，７，１８を形成する樹脂成分としては特に限定す
るものではないが、リチウム電池２０を回路基板へ半田
付けする際等に作用する熱に対する耐熱性を有するもの
が良く、このような耐熱性を有する樹脂成分としては、
アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、シリコン系樹脂、ポリ
アミド系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル系樹脂、
ポリイミド系樹脂あるいはスチレン系の合成ゴムのうち
少なくとも一種類の高分子粘着剤を用いることが良い。

【００５５】以上、本発明の実施形態について示した
が、本発明は実施形態に示したものだけに限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変
更したものにも適用できることは言う迄もない。

【００５６】

【実施例】（実施例１）ここで、図１に示すリチウム電
池の正極用及び負極用の端面電極１３，１６の層厚みを
異ならせ、本発明の厚み範囲とすることによる効果を確
認するため、電池の抵抗値を測定するとともに、充放電
サイクル特性の劣化具合について調べる実験を行った。

【００５７】なお、実験にあたっては、内側の導電性樹
脂層１４，１７の層厚みをαμｍ、外側の導電性樹脂層
１５，１８の層厚みをβμｍとしたとき、α＝βの条件
のもと、α＋βが０．０５μｍ、０．１μｍ、１μｍ、
１０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、６０
０μｍである８種のリチウム電池２０を作製して行っ
た。

【００５８】以下にリチウム電池の作製手順について示
す。〈正極用電極の製作〉正極用電極７には、活物質として
リチウムマンガン複合酸化物（Ｌｉ_1.1Ｍｎ₁ _.9Ｏ₄）を
用いた。そして、この活物質に成形助剤と溶剤を加えて
混合し、スラリーを製作した。

【００５９】得られたスラリーをポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）フィルム上にドクターブレード法にて
塗布した後、乾燥させて生成形体シートを作製した。

【００６０】得られた生成形体シートを大気中の６５０
℃で３時間焼成し、活物質の焼結体からなる正極用電極
７を得た。また、正極用集電体８としてのアルミニウム
箔の片面に導電性接着剤を印刷した後、この上に正極用
電極７を載せ、熱圧着にて両者を接合した。〈負極用電極の製作〉負極用電極１０には、活物質とし
てリチウムチタン複合酸化物（Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ ₁₂）を用い
た。そして、この活物質に成形助剤と溶剤を加えて混合
し、スラリーを製作した。

【００６１】得られたスラリーをポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）フィルム上にドクターブレード法にて
塗布した後、乾燥させて生成形体シートを作製した。

【００６２】得られた生成形体シートを大気中の７５０
℃で３時間焼成し、活物質の焼結体からなる負極用電極
１０を得た。また、負極用集電体１１としてのアルミニ
ウム箔上の両面に導電性接着剤を印刷した後、これらの
上に負極用電極１０を貼り合わせ、熱圧着にて両者を接
合した。〈発電素子の製作〉負極用電極１０の表面に高分子固体
電解質１２を塗布し、その上に正極用電極７を載せ、ホ
ットプレスにて高分子固体電解質１２の厚みを落として
同時に熱硬化させることにより積層体を形成した。そし
て、積層体の一方の端面に正極用電極７と正極用集電体
８が露出し、かつ積層体の他方の端面に負極用電極１０
及び、負極用集電体１１が露出するように切断し、発電
素子１を製作した。〈端面電極の形成〉次に、導電材にカーボン、高分子粘
着剤にスチレン系の合成ゴムを用いた導電性塗料を、剥
離処理を施した基材フィルム上に予め塗布しておき、発
電素子１を形成する積層体の両端面にそれぞれ転写した
後、高分子粘着剤を硬化させて内側の導電性樹脂層１
４，１７を形成した。次に、導電材にニッケル、高分子
粘着剤にスチレン系の合成ゴムを用いた導電性塗料を、
剥離処理を施した基材フィルム上に予め塗布しておき、
先に形成した内側の導電性樹脂層１４，１７の外側に転
写した後、高分子粘着剤を硬化させて外側の導電性樹脂
層１５，１８を形成することにより、積層体の一方の端
面に正極用電極７と電気的に接続された正極用端面電極
１３を、積層体の他方の端面に負極用電極１０と電気的
に接続された負極用端面電極１４をそれぞれ形成した。
なお、この際、内側の導電性樹脂層１４，１７の層厚み
と外側の導電性樹脂層１５，１８の層厚みとは等しくな
るようにするとともに、端面電極１３，１６の厚みが
０．０５μｍ、０．１μｍ、１μｍ、１０μｍ、１００
μｍ、２００μｍ、５００μｍ、６００μｍであるもの
を８種類用意した。〈リチウム電池の形成〉外装体４を形成する蓋体２及び
ベース板３にはアルミ製ラミネートを使用し、ベース板
３には予め正極用電極取出し部５と負極用電極取出し部
６を形成した。そして、発電素子１をベース板３上に搭
載し、正極用端面電極１３と正極用電極取出し部５とを
電気的に接続するとともに、負極用端面電極１４と負極
用電極取出し部６とを電気的に接続した後、蓋体２をベ
ース板３に熱圧着にて接合することにより外装体４内に
発電素子１を気密に封入した図１に示すリチウム電池２
０を製作した。［評価］そして、得られたリチウム電池２０の抵抗値の
測定にあたっては、アジレント・テクノロジー（株）製
Ａｇｉｌｅｎｔ４３３８Ｂミリオームメータを使用
し、１ｋＨｚ、ＡＣ測定を行った。

【００６３】次に、充放電サイクル特性については、充
放電サイクル試験を行った。具体的には、２０μＡの電
流でリチウム電池２０に２．８Vまで充電を行い、その
後、２．０ Vまで５μＡの電流で放電し、次に再び２．
８Vまで充電を行うことを１サイクルとし、５０サイク
ル充放電を繰り返し、初期放電容量に対する５０サイク
ル後の放電容量の割合を算出して評価した。

【００６４】結果は表１に示す通りである。

【００６５】

【表１】

【００６６】表１より判るように、α＝βの条件のも
と、α＋βの厚みが０．０５μｍである本発明範囲外の
リチウム電池２０（０．１μｍ≦α＋β≦５００μｍ
（ただし、α／β≦１、α≧０．０５μｍ）の関係を満
足しないもの）は、その抵抗値は低いものの、充放電サ
イクル試験において６２．３％と著しい容量の減少が見
られた。これは、内側の導電性樹脂層１４，１７の層厚
みが薄くなり過ぎたため、外側の導電性樹脂層１５，１
８に含有する導電材が電極７，１０側へ移動するのを抑
制する効果が十分に得られなかったためと考えられる。

【００６７】また、α＝βの条件のもと、α＋βの厚み
が６００μｍである本発明範囲外のリチウム電池２０
（０．１μｍ≦α＋β≦５００μｍ（ただし、α／β≦
１、α≧０．０５μｍ）の関係を満足しないもの）は、
充放電サイクル特性が７０．３％と著しい容量の減少が
見られた。しかも抵抗値に関しても２．８１ｋΩと高抵
抗であった。これは、端面電極１３，１６の厚みが厚く
なったことにより、導電性の低い内側の導電性樹脂層の
層厚みが厚くなり過ぎたため、外側に導電性の高い導電
性樹脂層を設けたとしても全体の抵抗値を下げることが
できず、さらに発電面積が大きくなり過ぎたため、電池
のエネルギー密度が低下したものと考えられる。

【００６８】これに対し、α＝βの条件のもと、α＋β
の厚みが０．１μｍ、１μｍ、１０μｍ、１００μｍ、
２００μｍ、５００μｍである本発明のリチウム電池
（０．１μｍ≦α＋β≦５００μｍ（ただし、α／β≦
１、α≧０．０５μｍ）の関係を満足するもの）は、抵
抗値を２ｋΩ未満に抑えることができ、また、充放電サ
イクル試験においても、低下率が２０％未満と小さく放
電容量を維持することができ、優れていた。（実施例２）次に、α＋β＝２００の条件のもと、α、
βの層厚みが（α、β）＝（０μｍ、２００μｍ）、
（１０μｍ、１９０μｍ）、（５０μｍ、１５０μ
ｍ）、（１００μｍ、１００μｍ）、（１５０μｍ、５
０μｍ）、（２００μｍ、０μｍ）とした６種のリチウ
ム電池２０を製作し、実施例１と同様の実験を行った。

【００６９】結果は表２に示す通りである。

【００７０】

【表２】

【００７１】表２より判るように、α＋β＝２００の条
件のもと、α、βの層厚みが（α、β）＝（０μｍ、２
００μｍ）である本発明範囲外のリチウム電池２０は、
充放電サイクル試験後の特性が初期に比べて６１．１％
と著しく容量の減少が見られた。これは、外側の導電性
樹脂層１５，１８に含有する導電材の移動を防ぐための
内側の導電性樹脂層１４，１７を取り除いたため、外側
の導電性樹脂層１５，１８に含有する導電材の電極７，
１０への移動が起こって反応生成物が生成された結果、
リチウムイオンが充放電に伴って出入りするサイトがふ
さがれてしまったためと考えられる。

【００７２】また、α＋β＝２００の条件のもと、α、
βの層厚みが（α、β）＝（１５０μｍ、５０μｍ）で
ある本発明範囲外のリチウム電池２０は、充放電サイク
ル試験後の特性が初期の６３．２％と著しい容量の減少
が見られた。これは、内側の導電性樹脂層１４，１７の
層厚みが外側の導電性樹脂層１５，１８の層厚みより厚
いため、外側に導電性の良い導電性樹脂層１５，１８を
設けた効果が小さく、その結果、導電性を高める効果が
薄れたためと考えられる。

【００７３】さらに、α＋β＝２００の条件のもと、
α、βの層厚みが（α、β）＝（２００μｍ、０μｍ）
である本発明範囲外のリチウム電池２０は、充放電サイ
クル試験後の特性が初期の５３．３％と著しく低下し、
しかも抵抗値に関しても２．７３ｋΩと抵抗値が大きか
った。これは導電性の高い外側の導電性樹脂層１５，１
８を設けなかったため、端面電極１３，１６の抵抗値が
高くなり、また、それに伴い充放電サイクル特性にも大
きな影響を及ぼしたものと考えられる。

【００７４】これに対し、α＋β＝２００の条件のも
と、α、βの層厚みが（α、β）＝（１０μｍ、１９０
μｍ）、（５０μｍ、１５０μｍ）、（１００μｍ、１
００μｍ）である本発明のリチウム電池２０（０．１μ
ｍ≦α＋β≦５００μｍ（ただし、α／β≦１、α≧
０．０５μｍ）の関係を満足するもの）は、抵抗値を２
ｋΩ未満に抑えることができ、また、充放電サイクル試
験においても、低下率が２０％未満と小さく放電容量を
維持することができ、優れていた。

【００７５】このように、実施例１及び実施例２の結果
からも判るように、端面電極１３，１６を形成する内側
の導電性樹脂層１４，１７の層厚みをαμｍ、外側の導
電性樹脂層１５，１８の層厚みをβμｍとしたとき、
０．１μｍ≦α＋β≦５００μｍ（ただし、α／β≦
１、α≧０．０５μｍ）の関係を満足するようにするこ
とで、電池２０の抵抗を大きくすることなく、充放電サ
イクル特性の劣化の少ない長寿命のリチウム電池２０を
提供できることが判る。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、正極用
電極取出し部と負極用電極取出し部とを有するベース板
上に、正極用電極、電解質、負極用電極を順次積層した
積層体からなる発電素子を備え、上記積層体の正極用電
極と上記ベース板の正極用電極取出し部とを正極用端面
電極により電気的に接続するとともに、上記積層体の負
極用電極と上記ベース板の負極用電極取出し部とを負極
用端面電極により電気的に接続し、上記ベース板に蓋体
を接合して上記発電素子を気密に収容したリチウム電池
の上記正極用及び負極用の端面電極を二層の導電性樹脂
層により形成するとともに、上記正極用電極及び負極用
電極と接合される内側の導電性樹脂層に含有する導電材
を、カーボン、グラファイト、酸化亜鉛、酸化錫、酸化
アンチモンをドープした酸化錫、酸化インジウム、酸化
錫をドープした酸化インジウム、酸化チタン、チタン酸
カリウム、炭化チタン、ポリアセチレンのうちの少なく
とも一種としかつ外側の導電性樹脂層に含有する導電材
を、銀、ニッケル、銅のうちの少なくとも一種としたこ
とによって、以下のような優れた効果を得ることができ
る。（１）発電素子をベース板と蓋体とからなる外装体内に
気密に封止するようにしたことから、発電素子が外気の
水分等に曝されるのを防ぐことができるとともに、電解
質に電解液を用いることもできる。（２）ベース板上に正極用電極取出し部と負極用電極取
出し部を設けてあることから、別途端子等を用いること
なく回路基板上の配線と半田等にて直に接合して実装す
ることができるとともに、実装面積がリチウム電池の大
きさだけで済むため、実装面積を小さくすることができ
る。（３）外装体に高耐熱性を有する材質、発電素子に耐熱
性を有する構成材料を用いた場合、半田リフロー炉を通
すこともでき、他の電子部品とともに回路基板上に一度
に実装することが可能であるため、作業性を向上させる
ことができる。（４）正極用端面電極及び負極用端面電極をそれぞれ導
電性樹脂層により形成してあることから、例えば回路基
板への半田付け等により熱が加わり、各電極が熱膨張し
たとしても端面電極を変形させ、両者の間に作用する熱
応力を吸収することができるため、各端面電極の剥離を
防ぎ、導通不良の発生を防止することができる。（５）正極用端面電極及び負極用端面電極をそれぞれ二
層の導電性樹脂層により形成するとともに、各電極と接
合される内側の導電性樹脂層に含有する導電材には、導
電性が低いものの、電極と反応し難い又は反応しない材
質を用い、外側の導電性樹脂層に含有する導電材には、
電極と反応し易いものの、導電性の高い材質を用いるよ
うにしたことから、電極と反応し易い導電材を用いてい
るものの、電極への移動を防ぎつつ、導電性の低い内側
の導電性樹脂層の欠点を導電性の高い外側の導電性樹脂
層で補うことができるため、端面電極の導電性を高め、
電池の抵抗を抑えることができるとともに、充放電の繰
り返しに伴う特性劣化を防ぎ、長期間にわたって所定の
放電容量を維持することができる。

【００７７】また、上記導電性樹脂層の樹脂成分として
は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹
脂、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル
系樹脂、ポリイミド系樹脂、あるいはスチレン系の合成
ゴムのうち少なくとも一種類の高分子粘着剤を用いるこ
とにより、リチウム電池を回路基板へ半田付けする際の
熱にも耐え得るものとすることができる。

【００７８】さらに、上記正極用及び負極用の端面電極
を形成する内側の導電性樹脂層の層厚みをαμｍ、外側
の導電性樹脂層の層厚みをβμｍとしたとき、０．１μ
ｍ≦α＋β≦５００μｍ（ただし、α／β≦１、α≧
０．０５μｍ）の関係を満足するようにすることで、電
池の抵抗を抑えることができるとともに、充放電の繰り
返しに伴う特性劣化を防ぎ、長期間にわたって所定の放
電容量を維持することが可能な長寿命のリチウム電池を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリチウム電池の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・発電素子２・・・蓋体３・・・ベース板４・・・外装体５・・・正極用電極取出し部６・・・負極用電極取出し部７・・・正極用電極８・・・正極用集電体９・・・導電性接着剤層１０・・・負極用電極１１・・・負極用集電体１２・・・電解質１３・・・正極用端面電極１４・・・内側の導電性樹脂層１５・・・外側の導電性樹脂層１６・・・負極用端面電極１７・・・内側の導電性樹脂層１８・・・外側の導電性樹脂層２０・・・リチウム電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H022 AA09 BB12 CC02 CC08 CC12 CC21 EE01 EE06 EE10 5H029 AJ05 AJ14 AK03 AL03 AM16 BJ04 CJ05 DJ02 DJ05 EJ01 EJ13 HJ04 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極用電極取出し部と負極用電極取出し部
とを有するベース板上に、正極用電極、電解質、負極用
電極を順次積層した積層体からなる発電素子を備え、上
記積層体の正極用電極と上記ベース板の正極用電極取出
し部とを正極用端面電極により電気的に接続するととも
に、上記積層体の負極用電極と上記ベース板の負極用電
極取出し部とを負極用端面電極により電気的に接続して
なり、上記ベース板に蓋体を接合して上記発電素子を気
密に収容したリチウム電池であって、上記正極用及び負
極用の端面電極は二層の導電性樹脂層からなり、上記正
極用電極及び負極用電極と接合される内側の導電性樹脂
層に含有する導電材が、カーボン、グラファイト、酸化
亜鉛、酸化錫、アンチモンをドープした酸化錫、酸化イ
ンジウム、酸化錫をドープした酸化インジウム、アンチ
モンをドープした酸化錫を被覆した酸化チタン、アンチ
モンをドープした酸化錫を被覆したチタン酸カリウム、
炭化チタン、ポリアセチレンのうちの少なくとも一種で
かつ外側の導電性樹脂層に含有する導電材が、銀、ニッ
ケル、銅のうちの少なくとも一種であることを特徴とす
るリチウム電池。
【請求項２】上記導電性樹脂層の樹脂成分が、アクリル
系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリアミド
系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイ
ミド系樹脂、あるいはスチレン系の合成ゴムのうち少な
くとも一種類の高分子粘着剤からなることを特徴とする
請求項１に記載のリチウム電池。
【請求項３】上記正極用及び負極用の端面電極を形成す
る内側の導電性樹脂層の層厚みをαμｍ、外側の導電性
樹脂層の層厚みをβμｍとしたとき、０．１μｍ≦α＋
β≦５００μｍ（ただし、α／β≦１、α≧０．０５μ
ｍ）の関係を満足することを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載のリチウム電池。