JP2005122923A

JP2005122923A - 薄型電池

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Publication number: JP2005122923A
Application number: JP2003353492A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Fukuzawa; 達弘福沢; Yuji Tanjo; 雄児丹上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】重量当たりの高出力密度化を図ることが可能な薄型電池を提供する。
【解決手段】薄型電池１０は、集電体１０１ａ、１０３ａに電極層が形成された電極板１０１、１０３が、外装部材１０６、１０７に収容されて封止され、電極板１０１、１０３の集電体１０１ａ、１０３ａが、略方形の外形形状を有する電極端子１０４、１０５に接続され、電極端子１０４、１０５が、外装部材１０６、１０７の外周縁から導出しており、電極板１０１、１０３の幅（Ｌ_２）に対する電極端子１０４、１０５の幅（Ｌ_１）の比率（Ｐ＝Ｌ_１／Ｌ_２）が、０．７以上となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、集電体に電極層が形成された電極板が外装部材に収容されて封止され、前記電極板の集電体に接続された電極端子が、前記外装部材の外周縁から導出した薄型二次電池に関する。

セパレータを介して正極板と負極板とを交互に積層した発電要素を外装部材の内部に収容して封止し、正極板及び負極板に接続された電極端子を外装部材の外周縁から導出させた積層型の薄型電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような積層型の薄型電池は、携帯電話やノート型パソコン或いはハイブリッド電気自動車等に用いられるため、出来る限り軽量且つ高出力であること、即ち、重量当たりの出力密度が高いことが望まれる。

しかしながら、上記の積層型の薄型電池は、各構成部品が比較的少なく、また、既に当該各構成部品の小型・軽量化がある程度図られており、更なる重量当たりの出力密度の向上は難しかった。

従って、上記のような薄型電池では、当該薄型電池の各構成部品間での最適化を行って、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を図る必要がある。
特開平９−２５９８５９号公報

本発明は、重量当たりの高出力密度化を図ることが可能な薄型電池を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記課題を解決するために、薄型電池の各構成部品間での最適化について鋭意検討を重ねた結果、電極板の集電体は、電極端子の幅に依存した並列接続の抵抗であることに着目し、当該電極板の集電体の抵抗値が薄型電池の重量に対して小さくなるように、電極板の幅に対して電極端子の幅を最適化することにより前記課題が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記目的を達成するために、本発明によれば、集電体に電極層が形成された電極板が、外装部材に収容されて封止され、前記電極板の集電体が、略方形の外形形状を有する電極端子に接続され、前記電極端子が、前記外装部材の外周縁から導出した薄型電池であって、前記電極板の幅（Ｌ_２）に対する前記電極端子の幅（Ｌ_１）の比率（Ｐ＝Ｌ_１／Ｌ_２）が、０．７以上である薄型電池が提供される。

本発明では、薄型電池において電極板の幅（Ｌ_２）に対する電極端子の幅（Ｌ_１）の比率（Ｐ＝Ｌ_１／Ｌ_２）を０．７以上とする。これにより、電極板の幅に対して電極端子の幅が最適化され、電極端子の幅に依存した並列接続の抵抗である電極板の集電体の抵抗値が、薄型電池の重量に対して適切に小さくなるので、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を図ることが可能となる。

また、当該比率（Ｐ）が０．７以上の領域では、電極端子の幅（Ｌ_１）の変化に対する重量当たりの出力密度の変化が小さいので、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を安定して確実に図ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体の平面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図、図３は薄型電池の総厚と体積当たりの出力密度の最大値との関係の一例を示すグラフ、図４は図１に示す薄型電池の集電体における並列接続の抵抗を説明するための平面図、図５は図１に示す薄型電池の比率ＰとＲＭ値の最大値との関係の一例を示すグラフである。

図１及び図２は一つの薄型電池１０（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層して接続することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。

本発明の実施形態に係る薄型電池１０は、リチウム系の平板状の積層タイプの薄型二次電池であり、図１及び図２に示すように、平板状の５枚のセパレータ１０２を介して、平板状の３枚の正極板１０１、及び、平板状の３枚の負極板１０３を交互に積層した発電要素１０８と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。

この薄型電池１０は、例えば、携帯電話やノート型パソコン或いはハイブリッド電気自動車等の用途に一般的に適用されているように、０．５〜５．０［Ａｈ］の容量を有しており、重量が５０〜３５０［ｇ］、総厚が２［ｍｍ］以上となっている。

薄型電池１０の容量を０．５〜５．０［Ａｈ］に設定した場合、その容量から要求される正極活物質及び負極活物質の量に基づいて、当該薄型電池１０の重量が５０〜３５０［ｇ］にほぼ一義的に設定される。

また、薄型電池１０の容量を０．５〜５．０［Ａｈ］に設定した場合に、この薄型電池１０の総厚を２［ｍｍ］以上に設定することにより、当該薄型電池１０の体積に対して外装部材１０６、１０７の占める割合が小さくなり、図３に示すように、当該薄型電池１０の体積当たりの出力密度の低下を抑制することが出来る。これに対し、薄型電池１０の容量を上記の範囲で一定にしたまま総厚を薄くするには、当該薄型電池の面積を大きくする必要があるため、薄型電池１０の総厚が２［ｍｍ］未満となると、同図に示すように、薄型電池の体積当たりの出力密度が著しく低下する。なお、図３は、各総厚において所定の容量が得られるように電極板の面積を可変させ、その際に得られた体積当たりの出力密度の最大値を各総厚毎にプロットしたグラフである。

この薄型電池１０の発電要素１０８を構成する正極板１０１は、正極端子１０４まで伸びている正極側集電体１０１ａと、正極側集電体１０１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１０１ｂ、１０１ｃとを有している。なお、正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、図１に示す正極側集電体１０１ａの長手方向の全体に亘る距離Ｌ_４の両主面に形成されているのではなく、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３を積層して発電要素１０８を構成する際に、正極板１０１においてセパレータ１０２に実質的に重なる部分である同図に示す距離Ｌ_３の範囲の両主面にのみ形成されている。

この正極板１０１の正極側集電体１０１ａは、例えば、厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である。

また、この正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤とを混合したものを、正極側集電体１０１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。

発電要素１０８を構成する負極板１０３は、負極端子１０５まで伸びている負極側集電体１０３ａと、当該負極側集電体１０３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０３ｂ、１０３ｃとを有している。なお、負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、上述の正極層１０１ｂ、１０１ｃと同様に、負極側集電体１０３ａの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３を積層して発電要素１０８を構成する際に、負極板１０３においてセパレータ１０２に実質的に重なる部分のみに負極層１０３ｂ、１０３ｃが形成されている。

この負極板１０３の負極側集電体１０３ａは、例えば、厚さ１０μｍ程度のニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。

また、この負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１０３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延させることにより形成されている。

特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。

さらに、本実施形態において発電要素１０８を構成する正極板１０１は、図１に示す正極板１０１の幅Ｌ_２と、正極層１０１ｂ、１０１ｃが形成されている部分の長さＬ_３との比率Ｑ（＝Ｌ_３／Ｌ_２）が、０．４≦Ｑ≦２．５となるように、正極板１０１の外形寸法が設定されている。なお、正極板１０１の幅Ｌ_２は、当該正極板１０１の最大幅であり、正極側集電体１０１ａの幅と実質的に同一である。

同様に、この発電要素１０８の負極板１０３も、負極板１０３の幅と、負極層１０３ｂ、１０３ｃが形成されている部分の長さとの比率（＝［負極板の負極層が形成されている部分の長さ］／［負極板の幅］）が０．４〜２．５の範囲となるように、負極板１０２の外形寸法が設定されている。

電極板の幅Ｌ_２と、当該電極板において電極層が形成されている部分の長さＬ_３との比率Ｑ（＝Ｌ_３／Ｌ_２）を、０．４≦Ｑ≦２．５とすることにより、薄型電池の総厚を薄くした場合に、当該薄型電池自体に適度な剛性を持たせることが可能となり、特に、薄型電池の総厚を上述の範囲の下限値である２［ｍｍ］で構成した場合には特にその効果は顕著である。

これに対し、比率Ｑを、Ｑ＜０．４、或いは、Ｑ＞２．５とした場合には、電極板が一方向に長いのに対し他方向に短く、極端に偏平した矩形形状となり、薄型電池自体の剛性が不足し、電極板に折れや曲がり等が生じやすくなる。

発電要素１０８のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０２は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される例えば厚さ２５μｍ程度の微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。

なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布等を積層したものも用いることが出来る。このようにセパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。

以上の発電要素１０８は、セパレータ１０２を介して正極板１０１と負極板１０３とが交互に積層されている。そして、３枚の正極板１０１は、正極側集電体１０１ａを介して、例えば厚さ０．２ｍｍ程度の金属箔製の正極端子１０４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０３ａを介して、同様に例えば厚さ０．２ｍｍ程度の金属箔製の負極端子１０５にそれぞれ接続されている。

なお、発電要素１０８の正極板１０１、セパレータ１０２、及び、負極板１０３は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも発電要素１０８を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。

正極端子１０４及び負極端子１０５は、図１に示すように、当該電極端子１０４、１０５を流れる電流の抵抗の増加を抑制するために略方形の外形形状を有している。この正極端子１０４及び負極端子１０５の何れも電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としては、上述の正極側集電体１０１ａと同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子１０５としては、上述の負極側集電体１０３ａと同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。また、本実施形態では、電極板１０１、１０３の集電体１０１ａ、１０３ａを構成する金属箔自体を電極端子１０４、１０５まで延長することにより、電極板１０１、１０３を電極端子１０４、１０５に直接接続しているが、電極板１０１、１０３の集電体１０１ａ，１０３ａと、電極端子１０４、１０５とを、集電体１０１ａ、１０３ａを構成する金属箔とは別の材料や部品により接続しても良い。

さらに、本実施形態に係る薄型電池１０では、図１に示す正極端子１０４の幅Ｌ_１と、同図に示す正極板１０１の幅Ｌ_２との比率Ｐ（＝Ｌ_１／Ｌ_２）が、０．７≦Ｐ≦１．０となるように、正極端子１０４の幅Ｌ_１が、正極板１０１の幅Ｌ_２に対して設定されている。

同様に、負極端子１０５の幅と負極板１０３の幅との比率（＝［負極端子の幅］／［負極板の幅］）が、０．７〜１．０の範囲にあるように、負極端子１０５の幅が負極板１０３の幅に対して設定されている。

このように、電極板の幅（Ｌ_２）に対する電極端子の幅（Ｌ_１）の比率（Ｐ＝Ｌ_１／Ｌ_２）を０．７以上とすることにより、電極板の幅に対して電極端子の幅が最適化され、電極端子の幅に依存した並列接続の抵抗である電極板の集電体の抵抗値が、薄型電池の重量に対して適切に小さくなるので、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を図ることが可能となる。

ここで、上述の正極板１０１の幅Ｌ_２に対する正極端子１０４の幅Ｌ_１の最適化について説明すると、本実施形態では、正極板１０１の正極側集電体１０１ａは、図４に示すように、正極端子１０４と同一の幅Ｌ_１で広がっている第１の領域ＡＲ_１における第１の抵抗Ｒ_１と、その他の第２の領域ＡＲ_２における第２の抵抗Ｒ_２との並列接続で構成される、正極端子１０４の幅Ｌ_１に依存した全体抵抗Ｒであることに着目し、以下のように、正極板１０１の幅Ｌ_２に対する正極端子１０４の幅Ｌ_１の最適化を行う。

先ず、正極側集電体１０１ａの全体抵抗Ｒの算出に当たり、正極側集電体１０１ａにおいて正極端子１０４と同一の幅Ｌ_１で広がっている第１の領域ＡＲ_１では、図４の白抜矢印で示すように、電流が正極端子１０４に向かって長手方向に流れるので、この正極板１０１の第１の領域ＡＲ_１で構成される第１の抵抗Ｒ_１は、下記の式１のように算出される。

但し、ρは正極側集電体１０１ａの抵抗率、Ｎは正極板１０１の積層枚数、ｈは一枚当たりの正極側集電体１０１ａの厚さを示す。

これに対し、正極側集電体１０１ａにおいて第１の領域ＡＲ_１以外の領域である第２の領域ＡＲ_２では、図４の黒抜矢印で示すように、様々な位置から正極端子１０４に向かって電流が流れるので、この正極側集電体１０１ａの第２の領域ＡＲ_２で構成される第２の抵抗Ｒ_２は、下記の式２のように算出される。

この第２の領域ＡＲ_２を流れる電流は、第１領域ＡＲ_１を流れる電流と比較して、正極端子１０４に到達するまでに長い経路を通過することとなるので、正極側集電体１０１ａの全体抵抗Ｒは、下記の式３のように、正極板１０１の第１の領域ＡＲ_１で構成される第１の抵抗Ｒ_１と、第２の領域ＡＲ_２で構成される第２の抵抗Ｒ_２とが並列接続された抵抗と捉えることが出来る。

そして、薄型電池の重量当たりの出力密度の値は、正極側集電体１０１ａの全体抵抗Ｒと薄型電池１０の重量Ｍとに反比例することから、下記の式４で表されるような、正極側集電体１０１ａの全体抵抗Ｒの逆数を薄型電池１０の全体重量Ｍで割った値（本実施形態では、単に、ＲＭ値とも称する。）が最大となるような正極端子１０４の幅Ｌ_１を求めることにより、正極板１０１の幅Ｌ_２に対する正極端子１０４の幅Ｌ_１の最適な比率Ｐが算出される。負極板１０３の幅に対する負極端子１０５の幅の比率についても同様の要領で算出される。

以上の式１〜４を、容量が０．５〜５．０［Ａｈ］、重量Ｍが５０〜３５０［ｇ］、総厚Ｈが２［ｍｍ］以上、及び、比率Ｑが０．４≦Ｑ≦２．５となるような薄型電池１０に対して適用すると、図５に示すように、比率Ｐが、０．７≦Ｐ≦１．０の範囲で、上記の式４で算出されるＲＭ値が最大値をとるようになる。なお、図５は、総厚Ｈ及び比率Ｑを所定値に固定した状態で、電極端子の幅Ｌ_１を可変させ、即ち、比率Ｐを可変させ、その際に得られたＲＭ値をプロットしたグラフであり、本実施形態に係る薄型電池の比率ＰとＲＭ値との関係の一例を示すグラフである。

従って、電極板の幅（Ｌ_２）に対する電極端子の幅（Ｌ_１）の比率（Ｐ＝Ｌ_１／Ｌ_２）を０．７≦Ｐ≦１．０とすることにより、電極板の幅に対して電極端子の幅が最適化され、電極端子の幅に依存した並列接続の抵抗である電極板の集電体の抵抗値が、薄型電池の重量に対して適切に小さくなるので、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を図ることが可能となる。

また、この比率Ｐが０．７以上の領域では、図５に示すように、電極端子の幅Ｌ_１の変化に対する薄型電池の重量当たりの出力密度の変化が小さく、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を安定して確実に図ることが可能となる。

これに対し、容量が０．５〜５．０［Ａｈ］、重量Ｍが５０〜３５０［ｇ］、総厚Ｈが２［ｍｍ］以上、及び、比率Ｑが０．４≦Ｑ≦２．５の薄型電池では、これらの範囲内において何れのパラメータを変化させても、比率ＰがＰ＜０．７の領域においてＲＭ値が最大となることはなく、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を図ることは出来ない。

また、上記の比率ＰがＰ＞１．０となると、上記のパラメータに拘わらず、電極板の幅Ｌ_２より電極端子の幅Ｌ_１が大きくなるので、図５に示すように、Ｐ＝１を変曲点として、電極板の集電体の抵抗が減少することなく、単に電極端子の幅の増加分だけ薄型電池の重量が増加することとなり、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を図ることは出来ない。なお、図５においては縮尺の関係上、Ｐ＝１での変曲点が判別し難くなっているが、Ｐ＞１の場合には、上記の式２において第２の抵抗Ｒ_２の値が０となり、上記の式３において正極側集電体１０１ａの全体抵抗Ｒが第１の抵抗Ｒ_１と等しくなることから、Ｐ＝１に変曲点が存在することは明らかである。

因みに、電極板の幅Ｌ_２と電極板の電極層が形成されている部分の長さＬ_３とを一定にした状態で、薄型電池１０の重量Ｍを減少させると、ＲＭ値の最大値が図５において左側、即ち、比率Ｐが小さくなる方向に移動し、これに対し、重量Ｍを増加させると、ＲＭ値の最大値が同図において右側、即ち、比率Ｐが大きくなる方向に移動する。また、比率Ｑが大きくなると、ＲＭ値が同図において左側に移動する。

以上の正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３から構成される発電要素１０８は、例えばそれぞれ厚さ１２５μｍ程度の上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７（外装部材）に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも、特に図示しないが、薄型電池１０の内側から外側に向かって、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、例えば、アルミニウム等の金属箔から構成されている中間層と、例えば、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層と、の三層構造となっている。従って、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも、例えば、アルミニウム箔等の金属箔の一方の面（薄型電池１０の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の樹脂でラミネートし、他方の面（薄型電池１０の外側面）をポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート剤等の可撓性を有する材料で形成されている。

このように、外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材の内側層を、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の樹脂で構成することにより、金属製の電極端子との良好な融着性を確保することが可能となる。

なお、図１及び図２に示すように、封止された外装部材１０６、１０７の一方の端部から正極端子１０４が導出し、当該他方の端部から負極端子１０５が導出するが、電極端子１０４、１０５の厚さ分だけ上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との融着部に隙間が生じるので、薄型電池１０内部の封止性を維持するために、電極端子１０４、１０５と外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを介在させても良い。このシールフィルムは、正極端子１０４及び負極端子１０５の何れにおいても、外装部材１０６、１０７を構成する樹脂と同系統の樹脂で構成することが熱融着性の観点から好ましい。

これらの外装部材１０６、１０７によって、上述した発電要素１０８、正極端子１０４の一部及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１０６、１０７により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１０６、１０７の外周縁を熱プレスにより熱融着して封止する。

有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）やメチルエチルカーボネート等のエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。

以上のように、本発明の実施形態に係る薄型電池では、電極板の幅（Ｌ_２）に対する電極端子の幅（Ｌ_１）の比率（Ｐ＝Ｌ_１／Ｌ_２）を０．７以上とすることにより、電極板の幅に対して電極端子の幅が最適化され、電極端子の幅に依存した並列接続の抵抗である電極板の集電体の抵抗値が、薄型電池の重量に対して適切に小さくなるので、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を図ることが可能となる。

また、当該比率Ｐが０．７以上の領域では、電極端子の幅の変化に対する薄型電池の重量当たりの出力密度の変化が小さく、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を安定して確実に図ることが可能となる。

また、上記の比率Ｐを１．０以下とすることにより、電極板の集電体の抵抗が減少することなく、単に電極端子の幅の増加分だけ薄型電池の重量が増加することがなくなり、薄型電池の重量当たりの高出力密度化を図ることが可能となる。

特に、容量が０．５〜５．０［Ａｈ］、重量が５０〜３５０［ｇ］、総厚が２［ｍｍ］以上、及び、比率Ｑが０．４≦Ｑ≦２．５となるような薄型電池の場合には、比率Ｐが、０．７≦Ｐ≦１．０の範囲内において、常に、重量当たりの出力密度の最大値が位置するので、比率Ｐを上記の範囲で設定することは特に有効である。

また、容量０．５〜５．０［Ａｈ］の薄型電池において、この薄型電池の総厚を２［ｍｍ］以上に設定することにより、当該薄型電池の体積に対して外装部材が占める割合を小さし、薄型電池の体積当たりの出力密度の最大値の低下を抑制することが出来る。

さらに、電極板の幅Ｌ_２に対する、当該電極板において電極層が形成されている部分の長さＬ_３の比率Ｑ（＝Ｌ_３／Ｌ_２）を、０．４≦Ｑ≦２．５とすることにより、薄型電池の総厚を薄くした場合に、当該薄型電池自体に適度な剛性を持たせることが可能となり、特に、薄型電池の総厚を上述の範囲の下限値である２［ｍｍ］で構成した場合には特にその効果は顕著である。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、本発明をさらに具体化した実施例により本発明の効果を確認した。以下の実施例は、上述した実施形態で用いた薄型電池の効果を確認するためのものである。図６〜９は本発明の実施例１〜４に係る薄型電池の比率ＰとＲＭ値との関係を示すグラフである。

実施例１
実施例１では、容量を０．５［Ａｈ］、総厚Ｈを２．０［ｍｍ］、重量Ｍを５３［ｇ］、正極板の長さＬ_３を１２２［ｍｍ］、正極板の幅Ｌ_２を４９［ｍｍ］（Ｑ＝２．５）として作製した薄型電池に対して、比率Ｐが０．４〜１．２となる範囲で正極端子の幅Ｌ_１を可変させた。実施例１において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。

この実施例１における薄型電池について、正極端子の各幅Ｌ_１毎に、上述の式１〜式３を適用して正極板の全体抵抗を求め、さらに、上述の式４を適用してＲＭ値を算出した。

この結果、表２及び図６に示すように、実施例１における薄型電池では、比率Ｐが０．７０となるような正極端子の幅Ｌ_１を設定した場合にＲＭ値が最大となった。

実施例２
実施例２では、容量を２．０［Ａｈ］、総厚Ｈを２．０［ｍｍ］、重量Ｍを１３３［ｇ］、正極板の長さＬ_３を２４５［ｍｍ］、正極板の幅Ｌ_２を９８［ｍｍ］（Ｑ＝２．５）として作製した薄型電池において、実施例１と同様に、比率Ｐが０．４〜１．２となる範囲で正極端子の幅Ｌ_１を可変させた。実施例２において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。

この実施例２における薄型電池について、実施例１と同様に、正極端子の各幅Ｌ_１毎に、正極板の全体抵抗を求め、さらにＲＭ値を算出した。この結果、表２及び図７に示すように、実施例２における薄型電池では、比率Ｐが０．７３となるような正極端子の幅Ｌ_１を設定した場合にＲＭ値が最大となった。

実施例３
実施例３では、容量を３．０［Ａｈ］、総厚Ｈを２．０［ｍｍ］、重量Ｍを１８９［ｇ］、正極板の長さＬ_３を３００［ｍｍ］、正極板の幅Ｌ_２を１２０［ｍｍ］（Ｑ＝２．５）として作製した薄型電池において、実施例１と同様に、比率Ｐが０．４〜１．２となる範囲で正極端子の幅Ｌ_１を可変させた。実施例３において作製した薄型電池の作製条件を表１に示す。

この実施例３における薄型電池について、実施例１と同様に、正極端子の各幅Ｌ_１毎に正極板の全体抵抗を求め、さらにＲＭ値を算出した。この結果、表２及び図８に示すように、実施例３における薄型電池では、比率Ｐが０．７５となるような正極端子の幅Ｌ_１を設定した場合にＲＭ値が最大となった。

実施例４
実施例４では、容量を５．０［Ａｈ］、総厚Ｈを２．０［ｍｍ］、重量Ｍを３０６［ｇ］、正極板の長さＬ_３を３８７［ｍｍ］、正極板の幅Ｌ_２を１５５［ｍｍ］（Ｑ＝２．５）として、作製した薄型電池において、実施例１と同様に、比率Ｐが０．４〜１．２となる範囲で正極端子の幅Ｌ_１を可変させた。実施例４において作製した薄型電池の作成条件を表１に示す。

この実施例４における薄型電池について、実施例１と同様に、正極端子の各幅Ｌ_１毎に正極板の全体抵抗を求め、さらにＲＭ値を算出した。この結果、表２及び図９に示すように、実施例４における薄型電池では、比率Ｐが０．７８となるような正極端子の幅Ｌ_１を設定した場合にＲＭ値が最大となった。

考察
実施例１〜実施例４において、それぞれ薄型電池に対して正極端子の幅Ｌ_１を可変させて、それぞれＲＭ値を算出することにより、ＲＭ値を最大とするような比率Ｐが０．７〜１．０の範囲に存在することが確認された。

また、上述のように薄型電池の重量Ｍを減少させたり（実施例１〜４及び図６〜図９参照）、比率Ｑを大きくすると、比率Ｐが小さくなる方向にＲＭ値の最大値が移動することが分かっており、これに対し、実施例１における薄型電池は、重量が５０〜３５０［ｇ］の範囲の実質的な下限値であり、比率Ｑが０．４≦Ｑ≦２．５の範囲の上限値であることから、容量０．５〜５．０［Ａｈ］、重量が５０〜３５０［ｇ］、総厚が２［ｍｍ］以上、及び、比率Ｑが０．４≦Ｑ≦２．５の範囲における薄型電池では、ＲＭ値を最大とする比率Ｐが０．７未満に存在しないことが確認された。

さらに、図６〜図９に示すように、実施例１〜４の何れにおいても、グラフの変曲点がＰ＝１に存在し、比率ＰがＰ＞１の領域では、電極板の集電体の抵抗の減少はなく、単に、電極端子の幅の増加に伴って薄型電池の重量が増加することが確認された。なお、図６〜図９においても、図５と同様に、Ｐ＝１における変曲点が判別し難くなっているが、前述のように、Ｐ＝１に変曲点が存在することは明らかである。

また、図６〜図９に示すように、実施例１〜４の何れにおいても、Ｐが０．７以上の領域の方が、Ｐが０．７未満の領域と比較してＲＭ値の変化が小さく、電極端子の幅に対する薄型電池の重量当たりの出力密度の変化が小さいことが確認された。

図１は、本発明の実施形態に係る薄型電池の全体の平面図である。図２は、図１のII-II線に沿った薄型電池の断面図である。図３は、図１に示す薄型電池の総厚と体積当たりの出力密度の最大値との関係の一例を示すグラフである。図４は、図１に示す薄型電池の集電体における並列接続の抵抗を説明するための平面図である。図５は、図１に示す薄型電池の比率ＰとＲＭ値との関係の一例を示すグラフである。図６は、本発明の実施例１における薄型電池の比率ＰとＲＭ値との関係を示すグラフである。図７は、本発明の実施例２における薄型電池の比率ＰとＲＭ値との関係を示すグラフである。図８は、本発明の実施例３における薄型電池の比率ＰとＲＭ値との関係を示すグラフである。図９は、本発明の実施例４における薄型電池の比率ＰとＲＭ値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…薄型電池
１０１…正極板
１０１ａ…正極側集電体
１０１ｂ、１０１ｃ…正極層
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０３ａ…負極側集電体
１０３ｂ、１０３ｃ…負極層
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部外装部材
１０７…下部外装部材
１０８…発電要素
ＡＲ_１…第１の領域
ＡＲ_２…第２の領域

Claims

集電体に電極層が形成された電極板が、外装部材に収容されて封止され、前記電極板の集電体が、略方形の外形形状を有する電極端子に接続され、前記電極端子が、前記外装部材の外周縁から導出した薄型電池であって、
前記電極板の幅（Ｌ_２）に対する前記電極端子の幅（Ｌ_１）の比率（Ｐ＝Ｌ_１／Ｌ_２）が、０．７以上である薄型電池。
前記電極板の幅（Ｌ_２）に対する前記電極端子の幅（Ｌ_１）の前記比率（Ｐ＝Ｌ_１／Ｌ_２）が、１．０以下である請求項１記載の薄型電池。
０．５〜５［Ａｈ］の容量、及び、５０〜３５０［ｇ］の重量を有し、さらに、２［ｍｍ］以上の厚さを有する請求項１又は２記載の薄型電池。
前記電極板の幅（Ｌ_２）に対する、前記電極板において電極層が形成されている部分の長さ（Ｌ_３）の比率（Ｑ＝Ｌ_３／Ｌ_２）が、０．４〜２．５の範囲にある請求項１〜３の何れかに記載の薄型電池。