JP2017152129A - 薄型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極群の厚さが変化する段差部位で外装体の亀裂が発生しにくく、かつ凸形状の膨らみが生じにくい薄型電池の提供。【解決手段】電極群１０３と非水電解質とこれらを密閉収納する外装体１０８とを含み、電極群１０３は第１電極と第２電極とセパレータとを具備し、第１電極は第１集電体シートと第１活物質層を含み、第２電極は第２集電体シートと第２活物質層を含み、第１集電体シート及び第２集電体シートはそれぞれ第１方向に延在し、かつリード１１３、１２３に接続されるタブ１１４、１２４を含み、外装体１０８はリード１１３、１２３を挟持する封止代と、活物質層と対向する第１部位と、第１部位と封止代との間の第２部位とを有し、第１部位は平坦面を有するか、第１方向と交わる複数の第１線状凸部１０８ａを有し、第２部位は第１方向と交わり、かつ高さが第１線状凸部１０８ａの高さよりも大きい第２線状凸部１０８ｂを有する、薄型電池。【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の電極群を含む薄型電池に関する。

近年、生体貼付型装置、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ＩＣカード、温度センサ、補聴器、感圧ブザーなどの小型の電子機器の電源として、薄型電池が用いられている。このような薄型電池には柔軟性が求められる。例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル携帯端末に搭載される薄型電池は、生体の動きに追従するように変形することが求められる。そこで、外装体が屈曲部の内側で縮みやすく、外側で伸びやすくなるように、外装体に波形の凹凸を設けることが提案されている（特許文献１、２）。

国際公開第２０１２／１４０７０９号パンフレット 特開２０１５−１３０３３２号公報

薄型電池の外装体の内部は、電極群と非水電解質とを収納した状態で減圧されている。そのため、薄型電池の外観は、電極群の厚さが変化する段差部位に応じて凹凸を生じやすい。電極群の厚さが変化する段差部位では、薄型電池が屈曲するときに、亀裂が発生したり、凸形状の膨らみが生じたりしやすい。

上記を鑑み、本発明の一局面は、シート状の電極群と、前記電極群に含浸された非水電解質と、前記電極群および前記非水電解質を密閉収納する外装体と、を含み、前記電極群は、シート状の第１電極と、シート状の第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置されているセパレータと、を具備し、前記第１電極は、第１集電体シートおよび前記第１集電体シートに付着した第１活物質層を含み、前記第２電極は、第２集電体シートおよび前記第２集電体シートに付着した第２活物質層を含み、前記第１集電体シートは、前記第１集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第１タブを含み、前記第１タブに前記外装体の外部に引き出される第１リードが接続されており、前記第２集電体シートは、前記第２集電体シートの一辺の一部から前記第１方向に延在する第２タブを含み、前記第２タブに前記外装体の外部に引き出される第２リードが接続されており、前記外装体は、前記第１リードおよび前記第２リードを挟持する封止代を有し、前記外装体は、前記第１活物質層および前記第２活物質層と対向する第１部位と、前記第１部位と前記封止代との間の第２部位と、を有し、前記第１部位が、平坦面を有するか、または前記第１方向と交わる複数の縞状の第１線状凸部を有し、前記第２部位が、前記第１方向と交わる少なくとも１つの第２線状凸部を有し、前記第１線状凸部の高さよりも前記第２線状凸部の高さが大きい、薄型電池に関する。

本発明によれば、薄型電池が屈曲するときに、電極群の厚さが変化する段差部位で、亀裂が発生しにくく、かつ凸形状の膨らみが生じにくくなる。

第１実施形態に係る薄型電池の外装体の一部を切り欠いた平面図である。 同薄型電池の要部の縦断面図である。 電極群の厚さ方向における第１線状凸部と第２線状凸部との位置関係を示す図である。 第２実施形態に係る薄型電池の要部の縦断面図である。 第３実施形態に係る薄型電池の要部の縦断面図である。

本発明の実施形態に係る薄型電池は、シート状の電極群と、電極群に含浸された非水電解質と、電極群および非水電解質を密閉収納する外装体とを具備する。電極群は、シート状の第１電極と、シート状の第２電極と、第１電極と第２電極との間に配置されているセパレータとを具備する。第１電極は、第１集電体シートおよび第１集電体シートに付着した第１活物質層を含む。第２電極は、第２集電体シートおよび第２集電体シートに付着した第２活物質層を含む。第１集電体シートは、第１集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第１タブを有し、第２集電体シートは、第２集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第２タブを含む。

第１タブには、外装体の外部に引き出される第１リードが接続されており、第２タブには、外装体の外部に引き出される第２リードが接続されており、外装体は、第１リードおよび第２リードを挟持する封止代を有する。

なお、外装体の封止代とは、例えば、二枚のフィルム材の周縁部を接合して外装体を形成する場合、もしくは一枚のフィルム材を折り畳んで折り目以外の周縁部を接合して外装体を形成するときの周縁部をいう。例えば外装体の外形が矩形もしくは矩形に近い形状であれば、４つの辺のうちの一つに沿う周縁部が第１リードおよび第２リードを挟持する封止代となる。

外装体は、第１活物質層および第２活物質層と対向する第１部位と、第１部位と封止代との間の第２部位と、を有する。第２部位は、通常、第１集電体シートの第１活物質層を有さない領域および第２集電体シートの第２活物質層を有さない領域（特に第１タブおよび第２タブ）と対向しており、第１リードの少なくとも一部および第２リードの少なくとも一部とも対向している。

ここで、第１部位は、平坦面を有するか、または第１方向と交わる複数の縞状の第１線状凸部を有する。第２部位は、第１方向と交わる少なくとも１つの第２線状凸部を有する。第１部位は、複数の第１線状凸部を有さなくてもよい。ただし、第１部位が複数の第１線状凸部を有する場合には、第１線状凸部の高さよりも第２線状凸部の高さを大きくする。なお、第２部位に第２線状凸部が２つ以上設けられている場合、少なくとも１つの第２線状凸部の高さが、最も高さの大きい第１線状凸部の高さより大きければよい。

線状凸部は、細長い隆起部またはリブ（rib）もしくは畝（ridge）のような形状を有する。線状凸部が複数設けられる場合には、隣接する線状凸部間に凹部が形成される。凹部は、細長い窪みもしくは溝（groove）のような形状を有する。縞状に設けられた複数の線状凸部は、必ず凹部を含み、その断面は波形を呈する。よって、縞状に設けられた複数の第１線状凸部の断面は波形である。第２線状凸部は、少なくとも１つ存在すればよいが、第１線状凸部のように断面が波形になるように、縞状に複数の第２線状凸部を設けてもよい。複数の第１線状凸部の高さは、概ね均一であることが望ましく、全ての第１線状凸部の平均（ｍ１）と標準偏差（σ１）とが０．９≦（ｍ１−σ１）／ｍ１を満たすことが望ましい。同様に、複数の第２線状凸部の高さは、概ね均一であることが望ましく、全ての第２線状凸部の平均（ｍ２）と標準偏差（σ２）とが０．９≦（ｍ２−σ２）／ｍ２を満たすことが望ましい。

薄型電池は、通常、第１部位と第２部位との境界に、電極群の厚さの変化に応じた段差を有する。第１部位と第２部位との境界では、外装体に不可避の変形が生じている。第２部位に第２線状凸部を設けない場合、薄型電池が屈曲するときに、変形箇所が起点となって亀裂や膨らみの不具合が生じることが多い。一方、第２部位に第２線状凸部を設ける場合には、薄型電池が屈曲するときの応力は、第２線状凸部または隣接する第２線状凸部間の凹部の幅が拡大または縮小することで緩和される。よって、亀裂や膨らみの不具合が発生しにくくなる。

第１線状凸部および第２線状凸部は、いずれも第１方向と交わるように形成される。第１線状凸部および第２線状凸部が延びる方向を第２方向とするとき、第１方向と第２方向とが成す角度は、８０〜１００度（°）が好ましく、９０度であることがより好ましい。これにより、第１方向に沿って薄型電池が屈曲するときに、より屈曲しやすくなる。また、電極群の厚さが変化する段差部位で、より亀裂が発生しにくく、かつ凸形状の膨らみが生じにくくなる。

各電極の活物質層と対向する第１部位は、外装体内が減圧されることで電極群に張り付いているため、亀裂や膨らみの不具合を生じにくい。よって、第１部位は、縞状に設けられた複数の第１線状凸部を有さなくてもよい。第１部位が平坦面を有する場合、平坦面は概ね平坦であればよく、僅かな凹凸が存在してもよい。ただし、平坦面であるというためには、そのような凹凸が有する段差は１０μｍ以下が望ましく、５μｍ以下がより望ましい。第１部位の全面が平坦である必要はないが、第１部位の全面が平坦な場合、薄型電池の製造が容易になる。

第１部位が複数の縞状の第１線状凸部を有する場合、薄型電池が屈曲するときの亀裂や膨らみの不具合を抑制するには、第１線状凸部の高さよりも第２線状凸部の高さを大きくして、第２部位の凹凸を優先的に応力緩和に関与させることが望ましい。これにより、上記不具合を抑制できるだけでなく、電池の厚さが第１線状凸部によって過度に大きくなることも回避される。第１線状凸部の高さは、できるだけ小さいことが望ましい。

第１線状凸部および第２線状凸部の高さは、線状凸部を第２方向から見たときの断面形状を正弦波と見なしたときの正弦波の振幅に相当する。すなわち、線状凸部の高さは、隣接する凹部の底部（外装体の電池内面側の表面）と凸部の頂部（外装体の電池外面側の表面）との高低差に相当する。線状凸部に隣接する２つの凹部の底部のレベルが異なる場合には、それぞれの凹部の底部と凸部の頂部との高低差を求め、２つの値の平均値として線状凸部の高さを求めればよい。

好ましい形態では、電極群の厚さ方向において、第２線状凸部の高さの中心点は、第１部位の最外部よりも中央寄りに位置している。これにより、第２線状凸部が過度に突出することがなく、薄型電池を使用機器に搭載しやすくなる。また、第２線状凸部の頂部が第１部位の最外部よりも突出している場合でも、突出の程度が小さく、かつ第２線状凸部は柔軟性を有するため、使用機器に搭載する際の妨げとはなりにくい。なお、第２線状凸部が２つ以上設けられている場合には、最も高い第２線状凸部の中心点が、第１部位の最外部よりも中央寄りに位置していればよい。

ここで、第２線状凸部の高さの中心点とは、第２線状凸部に隣接する凹部の底部から凸部の頂部までの高さの半分の高さに位置する点である。隣接する２つの凹部の底部のレベルが異なる場合には、それぞれの凹部の底部から凸部の頂部までの高さの半分の高さに位置する点を求め、２つの点の中間点を中心点として求めればよい。

第１部位の最外部とは、第１部位を構成する外装体の外面側の表面であり、電極群の厚さ方向の中央から最も離れた部位である。第１部位が第１線状凸部を有する場合には、最も高い第１線状凸部の頂部が第１部位の最外部である。また、第１部位が第１線状凸部を有さず、平坦である場合には、通常、第１部位を構成する外装体の外面側の表面の任意の点が第１部位の最外部である。

より好ましい形態では、電極群の厚さ方向において、第２線状凸部の頂部は、第１部位の最外部よりも中央寄りに位置している。これにより、第２線状凸部が薄型電池の主要部から突出することがなく、薄型電池を使用機器に更に搭載しやすくなる。なお、第２線状凸部が２つ以上設けられている場合には、最も高い第２線状凸部の頂部が、第１部位の最外部よりも中央寄りに位置していればよい。

薄型電池の厚さは、特に限定されないが、柔軟性を考慮すると、３ｍｍ以下、さらには２ｍｍ以下もしくは１．５ｍｍ以下であることが好ましい。薄型電池の厚さの下限は、例えば５０μｍである。

非水電解質の少なくとも一部が、ゲル電解質を形成している場合、ゲル電解質により、第１活物質層とセパレータとの間、および、第２活物質層とセパレータとの間を接着することができる。これにより、電極群の曲げ性能は高められるが、一方で、電池を大きく曲げた際には外装体にかかる負荷は大きくなりやすい。このような場合、第２部位に設けられた第２線状凸部は、外装体にかかる負荷を緩和する顕著な効果を発揮する。

本発明の実施形態に係る電池搭載デバイスは、上記薄型電池と、薄型電池からの電力供給により駆動される可撓性を有する電子機器を具備し、薄型電池と電子機器とが一体となってシート化されている。薄型電池と一体となってシート化される電子機器としては、例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル（wearable）携帯端末、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ＩＣカード、温度センサ、補聴器、感圧ブザーなどが挙げられる。特に、生体貼付型装置は、生体に密着した状態で使用されるため、可撓性が要求される。生体貼付型装置としては、生体情報測定装置、イオントフォレシス経皮投薬装置などが挙げられる。

シート状の電池搭載デバイスの厚さは、薄型電池より厚くてもよいが、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましい。電池搭載デバイスの厚さが５ｍｍ程度以下であれば、比較的良好な柔軟性が得られる。電池搭載デバイスの厚さの下限は、例えば５０μｍである。

電極群の構成は、特に限定されないが、例えば以下を挙げることができる。
最もシンプルな構造の電極群は、１つの第１電極と、１つの第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在するセパレータとを具備する。この場合、第１電極は、第１集電体シートおよびその一方の表面に付着した第１活物質層を含む片面電極であり得る。第２電極も、第２集電体シートおよびその一方の表面に付着した第２活物質層を含む片面電極であり得る。

次にシンプルな構造の電極群は、１つの第１電極と、第１電極を挟持する２つの第２電極とを含む３層構造を有する。このような薄型電池は、厚さが小さく、かつ十分に実用的な容量を備える。この場合、第２電極は、第２集電体シートおよびその一方の表面に付着した第２活物質層を含む片面電極であり得る。一方、第１電極は、第１集電体シートおよびその両方の表面に付着した第１活物質層を含む両面電極であり得る。

別の構造の電極群は、例えば、２つ以上の第１電極と、３つ以上の第２電極とを具備し、第１電極と第２電極とが交互に積層されている。このような電極群のうち、最もシンプルな構造は、２つの第１電極と、２つの第１電極の間に介在する１つの第２電極と、２つの第１電極の外側にそれぞれ１つずつ配置された第２電極とを含む。このような薄型電池は、厚さが小さいだけでなく、高容量を備える。この場合、第１電極は、第１集電体シートおよびその両方の表面に付着した第１活物質層を含む両面電極であり得る。２つの第１電極の間に介在する１つの第２電極も、第２集電体シートおよびその両方の表面に付着した第２活物質層を含む両面電極であり得る。一方、最外にそれぞれ配置される第２電極は、第２集電体シートおよびその一方の表面に付着した第２活物質層を含む片面電極であり得る。

以下、本発明の実施形態を更に詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、発明の範囲を限定するものではない。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態に係る薄型電池について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は薄型電池の外装体の一部を切り欠いた平面図であり、図２は、薄型電池の要部を示す縦断面図である。なお、図２は、図１に示す薄型電池のII−II線矢視断面図に相当する。

薄型電池１００は、電極群１０３と、非水電解質（図示せず）と、これらを収納する外装体１０８とを備える。電極群１０３は、１つの第１電極１１０と、第１電極１１０を挟持する一対の第２電極１２０とを含み、第１電極１１０と第２電極１２０との間にはセパレータ１０７が介在している。第１電極１１０は、第１集電体シート１１１およびその両方の表面に付着した第１活物質層１１２を含む。第２電極１２０は、第２集電体シート１２１およびその一方の表面に付着した第２活物質層１２２を含む。

第１集電体シート１１１は、その一辺から延在する第１タブ１１４を有する。第１タブ１１４には第１リード１１３が接続され、第１リード１１３は外装体１０８の外部に引き出されている。

同様に、第２集電体シート１２１は、その一辺から延在する第２タブ１２４を有する。一対の第２集電体シート１２１の第２タブ１２４は、互いに重ねられ、例えば溶接により電気的に接続される。これにより、集合タブ１２４Ａが形成される。集合タブ１２４Ａには、第２リード１２３が接続され、第２リード１２３は外装体１０８の外部に引き出されている。

外装体１０８の外部に導出された第１リード１１３および第２リード１２３の端部は、それぞれ第１外部端子または第２外部端子として機能する。外装体１０８と各リードとの間には、密閉性を高めるためにシール材１３０を介在させることが望ましい。シール材１３０には、熱溶着性を有する熱可塑性樹脂を用いることができる。

図１において、電極群１０３は概ね矩形で示されているが、電極群１０３の形状は、これに限定されない。タブを除く電極の形状は、タブが突出する直線部分を有する形状であればよく、矩形（正方形を含む）、台形、平行四辺形、一部に直線部分を有する略楕円形、少なくとも一つの丸角を有する略矩形、略台形、略平行四辺形などが挙げられる。生産性の観点からは、矩形または略矩形が好ましい。電極群が矩形または略矩形である場合、その長辺と短辺との長さの比は、例えば、長辺：短辺＝１：１〜８：１である。通常、長辺に沿った方向は、タブが延在する第１方向である。

タブの形状も特に限定されない。タブの形状は、例えば、矩形（正方形を含む）、台形、平行四辺形、半円形、半楕円形、先端が円弧状の矩形、少なくとも一つの丸角を有する略矩形、略台形、略平行四辺形などである。

図２に示すように、外装体１０８は、第１活物質層１１２および第２活物質層１２２と対向する第１部位１０８Ａと、第１集電体シート１１１の第１活物質層１１２を有さない領域（特に第１タブ１１４）と第１リード１１３の一部および第２集電体シート１２１の第２活物質層１２２を有さない領域（特に第２タブ１２４）と第２リード１２３の一部と対向する第２部位１０８Ｂと、に区分することができる。

なお、各タブと各リードとの接続位置は図示例に限られない。例えば、各タブと各リードとの接続位置は、各活物質層の端部に、より近くてもよい。すなわち、外装体の第２部位の大半の領域を第１リードおよび第２リードと対向させてもよい。この場合、第１タブおよび第２タブと第２部位との対向領域は、より小さくてもよい。

図示例では、第１部位１０８Ａは、第１方向と垂直に交わるように縞状に設けられた複数の第１線状凸部１０８ａを有する。第２部位１０８Ｂは、第１方向と垂直に交わるように縞状に設けられた複数の第２線状凸部１０８ｂを有する。第２線状凸部１０８ｂの高さは第１線状凸部１０８ａの高さよりも大きく形成されている。

薄型電池１００が屈曲するときには、第１線状凸部１０８ａよりも優先的に、第２線状凸部１０８ｂまたは隣接する第２線状凸部１０８ｂ間の凹部の幅が拡大または縮小する。第１線状凸部１０８ａも同様に作用すると考えられるが、第１部位１０８Ａが電極群１０３に比較的強固に密着しているため、外装体の応力緩和には寄与しにくいものと考えられる。第２線状凸部１０８ｂは、少なくとも１つ形成されていればよい。ただし、電極群１０３の段差部位において、外装体１０８の亀裂や凸形状の膨らみを抑制する効果を高める観点からは、２つ以上、更には３つ以上の第２線状凸部１０８ｂを形成するが望ましい。

図３は、図２中に描かれる外装体１０８だけを概念的に抽出した図であり、電極群１０３の厚さ方向における第１線状凸部１０８ａと第２線状凸部１０８ｂとの位置関係を示している。
図３中、ラインＬａは、第１部位１０８Ａの最外部、すなわち最も高い第１線状凸部１０８ａ（max）の頂部（外装体の電池外面側の表面）のレベルを示している。ラインＬｂは、第１線状凸部１０８ａ（max）に隣接する凹部の底部（外装体の電池内面側の表面）のレベルを示している。図示例では、ラインＬａとラインＬｂとの高低差（間隔）ｈａはほぼ同じであり、高低差ｈａが第１線状凸部１０８ａ（max）の高さに相当する。

図３中、ラインＬＡは、第２部位１０８Ｂに形成されている最も高い第２線状凸部１０８ｂ（max）の頂部（外装体の電池外面側の表面）のレベルを示している。ラインＬＢは、第２線状凸部１０８ｂ（max）に隣接する凹部の底部（外装体の電池内面側の表面）のレベルを示している。図示例では、ラインＬＡとラインＬＢとの高低差（間隔）ｈｂはほぼ同じであり、高低差ｈｂが第２線状凸部１０８ｂ（max）の高さに相当する。ラインＬＣは、第２線状凸部１０８ｂ（max）の中心点のレベルを示す。

ラインＬＡは、第１部位１０８Ａの最外部のレベルを示すラインＬａよりも電極群１０３の中央寄りに位置している。このとき、ラインＬａとラインＬＡとの高低差（間隔）Δｈが小さいほど、第２線状凸部１０８ｂの相対的な高さは大きくなり、応力緩和の効果が高くなる。

第２線状凸部１０８ｂ（max）の高さｈｂと、第１線状凸部１０８ａ（max）の高さｈａとの比：ｈｂ／ｈａは、１より大きければよいが、応力緩和の効果を高める観点から、ｈｂ／ｈａ比は１＜ｈｂ／ｈａ≦５を満たすことが望ましく、１＜ｈｂ／ｈａ≦１０を満たすことがより望ましい。

第１線状凸部１０８ａのピッチ（隣接する第１線状凸部１０８ａの間隔）Ｐａは、特に限定されないが、例えば０．５〜３．０ｍｍであればよい。第２線状凸部１０８ｂのピッチ（隣接する第２線状凸部１０８ｂの間隔）Ｐｂも特に限定されないが、例えば０．５〜３．０ｍｍであればよい。各ピッチは一定でなくてもよい。Ｐａは全ての隣接する第１線状凸部１０８ａ間のピッチの平均値として求めればよい。Ｐｂは全ての隣接する第２線状凸部１０８ｂ間のピッチの平均値として求めればよい。

第１線状凸部１０８ａおよび第２線状凸部１０８ｂは、例えば、外装体の素材であるフィルム材の第１部位１０８Ａおよび第２部位１０８Ｂに対応する部位を、第１線状凸部１０８ａおよび／または第２線状凸部１０８ｂに対応する複数の稜線および複数の谷線を有する金型で１回以上プレス加工することにより形成することができる。次に、第１線状凸部１０８ａが形成された第１部位１０８Ａおよび第２線状凸部１０８ｂが形成された第２部位１０８Ｂを具備するフィルム材から封筒状の外装体１０８が成形される。ただし、第１線状凸部１０８ａおよび／または第２線状凸部１０８ｂの形成方法は、これに限定されない。

外装体１０８の開口から第１リード１１３および第２リード１２３の端部が導出された状態で外装体１０８に電極群１０３を収容し、減圧下で電極群１０３に非水電解質を含浸させる工程が行なわれる。外装体１０８の開口端部と各リードとの間にシール材１３０を介在させて減圧下でシール材１３０を加熱し、外装体１０８の開口を封口すれば、密閉状態の薄型電池が得られる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る薄型電池１００Ｘの要部を概念的に示す縦断面図である。第１実施形態と同じ要素には同じ符号を付して示す。本実施形態に係る薄型電池１００Ｘは、外装体の第２部位１０８Ｂと電極群１０３との間に、少なくとも１つのスペーサ１３１を具備する。スペーサ１３１は、第２線状凸部１０８ｂに対応する形状の線状部材または線状凸部を有する部材であり、第２線状凸部１０８ｂの内側に沿って配置されている。

薄型電池の製造工程は、減圧下で非水電解質を電極群１０３に含浸させたり、減圧下でシール材１３０を加熱して外装体１０８の開口を封口したりする工程を有する。外装体１０８は、このような減圧下での作業中にスペーサ１３１の形状に沿って変形する。これにより、スペーサ１３１の形状に沿った第２線状凸部１０８ｂが形成される。スペーサ１３１を用いることで、第２線状凸部１０８ｂの形状、数、高さなどを制御することが容易となる。

スペーサ１３１の材質は、特に限定されないが、熱溶着性を有する熱可塑性樹脂が好ましい。熱溶着性を有する熱可塑性樹脂で形成されたスペーサ１３１は、電極群１０３もしくはタブの任意の部位に熱溶着により固定することができる。よって、製造中、または電池を屈曲した際にスペーサ１３１が所望の位置から移動したり、脱落したりすることを防止できる。熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体などを用いることができる。なお、図示例では、スペーサ１３１が集合タブ１２４Ａに固定された複数の線状部材である場合を示したが、これに限定されない。例えば、複数の線状凸部を有する板状部材をスペーサとして用いてもよい。また、線状部材を１つだけ用いて第２線状凸部を１つだけ形成してもよい。

なお、上記第２実施形態では、スペーサを電池内部に収容する場合について説明したが、例えば非水電解質を電極群に含浸させるときや、外装体１０８の開口を封口するときの減圧下での作業中に、外装体１０８の第２部位１０８Ｂに電池の外部から治具で外力を加えてもよい。これにより、治具の形状に沿って外装体が変形し、その後も変形が維持されて第２線状凸部１０８ｂが形成される。例えば、減圧前は外装体１０８に緩みがあるため、外装体１０８の一部を電池の外部側から２枚の板状治具の間に挟み込むことが可能である。このとき、第２部位１０８Ｂに線状の皺が形成されるように外装体１０８が変形する。その後、減圧下での作業が終了し、減圧が開放された後にも変形が維持され、皺状の第２線状凸部１０８ｂが形成される。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る薄型電池１００Ｙの要部を概念的に示す縦断面図である。ここでも、第１実施形態と同じ（もしくは対応する）要素には同じ符号を付して示す。本実施形態に係る薄型電池１００Ｙは、２つの第１電極１１０と、２つの第１電極１１０の間に介在する１つの第２電極１２０と、２つの第１電極１１０の外側にそれぞれ１つずつ配置された第２電極１２０とを含む。第１電極１１０は、第１集電体シート１１１およびその両方の表面に付着した第１活物質層１１２を含む。２つの第１電極１１０の間に介在する１つの第２電極１２０も、第２集電体シート１２１およびその両方の表面に付着した第２活物質層１２２を含む。一方、最外にそれぞれ配置される第２電極１２０は、第２集電体シート１２１およびその一方の表面に付着した第２活物質層１２２を含む片面電極である。

薄型電池１００Ｙの外装体１０８の第１部位１０８Ａは平坦であり、第１線状凸部を有さない。このような場合でも、薄型電池１００Ｙが屈曲するときには、第２線状凸部１０８ｂまたは隣接する第２線状凸部１０８ｂ間の凹部の幅が拡大または縮小するため、電極群１０３の段差部位では外装体１０８に亀裂が発生しにくく、かつ凸形状の膨らみも生じにくい。なお、第２線状凸部１０８ｂの本数は、第１実施形態に係る薄型電池１００に比べて少なくなっているが、第２部位１０８Ｂは比較的緩やかに電極群１０３に接触しているため、充分な応力緩和の効果を発揮する。

ただし、第２線状凸部１０８ｂの高さが大きいほど応力緩和の効果が大きくなる。よって、図５中、最も高い第２線状凸部１０８ｂ（max）の頂部のレベルを示すラインＬＡと、第１部位の最外部のレベルを示すラインＬａとの高低差（間隔）Δｈは小さいほど望ましい。例えばΔｈは、第２線状凸部１０８ｂ（max）の高さｈｂの５０％以下であることが望ましく、０〜３０％であることがより望ましい。

次に、電極群を構成する電極、リード、セパレータ、非水電解質、外装体などについて説明する。
（負極）
負極は、第１または第２集電体シートとしての負極集電体シートと、第１または第２活物質層としての負極活物質層とを有する。負極集電体シートには、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体シートの材料は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。負極集電体シートの厚みは、例えば５〜３０μｍであることが好ましい。

負極活物質層は、負極活物質を含み、必要に応じて結着剤と導電剤を含む。負極活物質層は、気相法（例えば蒸着）で形成される堆積膜でもよい。負極活物質としては、Ｌｉ金属、Ｌｉと電気化学的に反応する金属もしくは合金、炭素材料（例えば黒鉛）、ケイ素合金、ケイ素酸化物などが挙げられる。負極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。

（正極）
正極は、第１または第２集電体シートとしての正極集電体シートと、第１または第２活物質層としての正極活物質層とを有する。正極集電体シートには、金属フィルム、金属箔などが用いられる。正極集電体シートの材料は、例えば、銀、ニッケル、パラジウム、金、白金、アルミニウムおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。正極集電体シートの厚さは、例えば１〜３０μｍであることが好ましい。

正極活物質層は、正極活物質および結着剤を含み、必要に応じて導電剤を含む。正極活物質は、特に限定されないが、薄型電池が二次電池である場合には、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂のようなリチウム含有複合酸化物を、薄型電池が一次電池である場合には、二酸化マンガン、フッ化カーボン（フッ化黒鉛）、リチウム含有複合酸化物などを用いることができる。正極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。

活物質層に含ませる導電剤には、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられる。導電剤の量は、活物質１００質量部あたり、例えば０〜２０質量部である。活物質層に含ませる結着剤には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ゴム粒子などが用いられる。結着剤の量は、活物質１００質量部あたり、例えば０．５〜１５質量部である。

（セパレータ）
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料（樹脂）としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。セパレータの厚さは、例えば８〜３０μｍである。

（リード）
負極リードおよび正極リードは、負極集電体シートまたは正極集電体シートにそれぞれ溶接などにより接続される。負極リードとしては、銅リード、銅合金リード、ニッケルリードなどが好ましく用いられる。正極リードとしては、ニッケルリード、アルミニウムリードなどが好ましく用いられる。

（非水電解質）
薄型電池がリチウムイオン電池である場合、非水電解質としては、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒との混合物が好ましい。リチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣＦ₃ＣＯ₂、イミド塩類などが挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。

電極群に含浸された非水電解質の少なくとも一部は、ゲル電解質を形成していることが好ましい。ゲル電解質は、少なくとも、各活物質層と各セパレータとの界面領域に存在することが好ましい。活物質層とセパレータとの界面領域にゲル電解質が存在することで、電極とセパレータとの接着性が向上する。ゲル電解質は、各活物質層が有する空隙の内部および／または各セパレータの細孔内にも存在することが好ましい。

ゲル電解質は、例えば、非水電解質と、非水電解質で膨潤する樹脂とを含む。非水電解質で膨潤する樹脂としては、フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂が好ましい。フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂は、非水電解質を保持しやすく、ゲル化し易い。

フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）単位とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）単位とを含む共重合体（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）単位とトリフルオロエチレン（ＴＦＥ）単位とを含む共重合体などが挙げられる。フッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂に含まれるフッ化ビニリデン単位の量は、フッ素樹脂が非水電解質で膨潤しやすいように、１モル％以上であることが好ましい。

活物質層とセパレータとの界面領域にゲル電解質を配置する場合、例えば、活物質層の表面および／またはセパレータの表面に非水電解質で膨潤する樹脂を、例えば薄膜状に塗布する。その後、活物質層とセパレータとを、樹脂の塗膜を介して積層し、得られた積層体もしくは電極群に、非水電解質を含浸させる。これにより、樹脂が非水電解質で膨湿し、界面領域にゲル電解質が形成される。ゲル電解質にフッ化ビニリデン単位を含むフッ素樹脂を用いる場合、塗膜に含まれる樹脂の量は、活物質層とセパレータとの界面領域の単位表面積あたり（すなわち活物質層またはセパレータの単位表面積あたり）、１〜３０ｇ／ｍ²であることが好ましい。

外装体は、例えば、水蒸気に対するバリア層およびその両面にそれぞれ形成された樹脂層を具備するラミネートフィルムで形成されている。バリア層に用いられる材料は、特に限定されないが、金属層、セラミックス層などを用いることが好適である。例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、鉄、白金、金、銀などの金属材料や、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどのセラミックス材料が好ましい。バリア層の厚さは、例えば、０．０１〜５０μｍであることが好ましい。外装体の内面側に配置される樹脂層の材料は、熱溶着の容易さ、耐電解質性および耐薬品性の観点から、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などであることが好ましい。内面側の樹脂層の厚さは、１０〜１００μｍであることが好ましい。外装体の外面側に配置される樹脂層は、強度、耐衝撃性および耐薬品性の観点から、６，６−ナイロンのようなポリアミド、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートのようなポリエステルなどが好ましい。外面側の樹脂層の厚さは、５〜１００μｍであることが好ましい。

《実施例１》
以下の手順で、一対の負極と、これらに挟まれた正極とを有する薄型電池を作製した。
（１）負極の作製
負極集電体シートとして、厚さ８μｍの電解銅箔を準備した。電解銅箔の一方の表面に、負極合剤スラリーを塗布し、乾燥後、圧延して、負極活物質層を形成し、負極シートを得た。負極合剤スラリーは、負極活物質である黒鉛１００質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）８質量部と、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合して調製した。負極活物質層の厚みは９７μｍであった。負極シートから５ｍｍ×５ｍｍの負極タブを有する４７．５ｍｍ×１８ｍｍサイズの負極を切り出し、負極タブから活物質層を剥がして銅箔を露出させた。その後、一方の負極の負極タブの先端部分に銅製の負極リードを超音波溶接した。

（２）正極の作製
正極集電体シートとして、厚さ１５μｍのアルミニウム箔を準備した。アルミニウム箔の両方の表面に、正極合剤スラリーを塗布し、乾燥後、圧延して、正極活物質層を形成し、正極シートを得た。正極合剤スラリーは、正極活物質であるコバルト酸リチウム１００質量部と、導電剤であるアセチレンブラック１．２質量部と、結着剤であるＰＶｄＦ１．２質量部と、適量のＮＭＰとを混合して調製した。正極活物質層の厚み（片面あたり）は５４μｍであった。正極シートから５ｍｍ×５ｍｍのタブを有する４５ｍｍ×１６ｍｍサイズの正極を切り出し、正極タブから活物質層を剥がしてアルミニウム箔を露出させた。その後、正極タブの先端部分にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接した。

（３）非水電解質
非水電解質は、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を主成分とする混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を溶解させることにより調製した。

（４）薄型電池の組み立て
上記混合溶媒１００重量部に対し、ＰＶｄＦを５重量部溶解してポリマー溶液を調製した。得られたポリマー溶液を４９ｍｍ×１８ｍｍサイズの微多孔性ポリエチレンフィルム（厚さ９μｍ）からなるセパレータの両面に塗布した後、溶媒を揮散させ、ＰＶｄＦ膜を形成した。塗布されたＰＶｄＦ量は１５ｇ／ｍ²であった。その後、負極活物質層と正極活物質層とが互いに向かい合うように、一対の負極の間にセパレータを介して正極を配置し、電極群を形成した。

（５）外装体の作製と電池の組み立て
外装体の素材として、アルミニウム箔のバリア層、ポリプロピレン内層およびナイロン外層を有するラミネートフィルム材（厚さ７３μｍ）を用いて、以下の要領で封筒状の外装体を形成した。まず、ラミネートフィルム材を２９ｍｍ×１２０ｍｍの矩形に切り出し、長手方向の中央で二つ折りにした。

次に、ラミネートフィルム材の第１部位１０８Ａに対応する部位に、高さ（ｈａ）１００μｍ、ピッチ（Ｐａ）０．９ｍｍの折り目と平行な縞状の複数の第１線状凸部１０８ａをプレス加工により形成した。

次に、ラミネートフィルム材の第２部位１０８Ｂに対応する部位に、高さ（ｈｂ）２５０μｍ、ピッチ（Ｐｂ）０．９ｍｍの折り目と平行な５本の第２線状凸部１０８ｂをプレス加工により形成した。

次に、第１線状凸部１０８ａと第２線状凸部１０８ｂとが形成された二つ折りのラミネートフィルム材で電極群１０３を挟み込み、折り目の反対側から電極群１０３の各リードを導出させた。次に、折り目と交わる二辺の接合代を溶着させて、電極群１０３を収容した状態の封筒状の外装体１０８を成形した。次に、封筒状の外装体１０８の開口端部と重なる各リードの部位をシール材（熱可塑性樹脂）１３０で包囲した後、開口から非水電解質を注液し、−６５０ｍｍＨｇの減圧下で開口端部（封止代）を熱溶着した。その後、薄型電池を４５℃環境下でエージングし、電極群全体に非水電解質を含浸させた。最後に０．２５ＭＰａの圧力で３０秒間、電池を２５℃でプレスし、厚さ０．８ｍｍの電池Ａ１を作製した。電池Ａ１において、第２線状凸部１０８ｂの頂部は、第１部位の最外部（第１線状凸部１０８ａの頂部）より中央寄りに位置しており、電極群の厚さ方向における第１部位の最外部（ラインＬａ）と第２線状凸部１０８ｂの頂部（ラインＬＡ）との高低差（間隔）Δｈは５０μｍであった。

［評価］
（初期の電池容量）
２５℃の環境下で、電池Ａに対して以下の充放電を行い、初期容量（Ｃ₀）を求めた。ただし、電池Ａ１の設計容量を１Ｃ（ｍＡｈ）とする。
（１）定電流充電：０．２ＣｍＡ（終止電圧４．２Ｖ）
（２）定電圧充電：４．３５Ｖ（終止電流０．０５ＣｍＡ）
（３）定電流放電：０．５ＣｍＡ（終止電圧２．５Ｖ）

（屈曲試験後の容量維持率）
伸縮可能な一対の固定部材を水平に対向配置し、各固定部材に放電状態の電池Ａ１を張り付けて固定した。そして、２５℃の環境下で、電池の曲率半径がＲ３０ｍｍになるように固定部材の両端距離を縮めた後、再び、固定部材の両端を元に戻し、電池をフラットな状態に戻した。この操作を１０００回繰り返した後に、電池の表裏を入れ替え、電池の反対面に対して１０００回の屈曲を行った。
その後、薄型電池に対して、上記と同じ条件で充放電を行い、屈曲試験後の放電容量（Ｃ_x）を求めた。得られた放電容量Ｃ_xと初期容量Ｃ₀から、以下の式より容量維持率を求めた。
屈曲試験後の容量維持率（％）＝（Ｃ_x／Ｃ₀）×１００

１０個の電池Ａ１を作製して、それぞれに同様の試験を行い、容量維持率の平均値を求めた。結果を表１に示す。また、電極群の厚さが変化する段差部位に外装体の亀裂または凸形状の膨らみ（皺）が生じた不良電池の数を目視で確認した。

《実施例２》
ラミネートフィルム材の第１部位１０８Ａに対応する部位に、第１線状凸部を形成しなかったこと以外、実施例１と同様に、１０個の電池Ａ２を作製し、評価した。結果を表１に示す。

《比較例１》
ラミネートフィルム材の第２部位１０８Ｂに対応する部位に、第２線状凸部を形成しなかったこと以外、実施例１と同様に、１０個の電池Ｂ１を作製し、評価した。結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１、２では高い容量維持率が得られ、かつ不良電池は発生しなかったのに対し、比較例１では４個の不良電池が発生し、そのため容量維持率も低下した。

《実施例３》
以下の手順で、３つの負極と、２つの正極とを有する薄型電池を作製した。
（１）負極の作製
実施例１と同様にして、５ｍｍ×５ｍｍの負極タブを有する４７．５ｍｍ×１８ｍｍサイズの片面負極を作製した。また、実施例１と同様の負極集電体シートと負極合剤スラリーを用いて、同様の方法で、厚み９７μｍの負極活物質層を両面に有する両面負極を作製した。準備した３つの負極のうち、１つの片面負極のタブの先端部分に、銅製の負極リードを超音波溶接した。

（２）正極の作製
実施例１と同様にして、二つの正極を作製し、一方の正極の正極タブの先端部分にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接した。

（３）薄型電池の組み立て
一対の片面負極を最外層に配置して、２つの正極と３つの負極とをセパレータを介して交互に積層して、電極群を形成した。

（４）外装体の作製と電池の組み立て
実施例１と同じ素材を用いて、以下の要領で封筒状の外装体を形成した。まず、ラミネートフィルム材を２９ｍｍ×１２０ｍｍの矩形に切り出し、長手方向の中央で二つ折りにした。

次に、ラミネートフィルム材の第１部位１０８Ａに対応する部位に、高さ（ｈａ）２００μｍ、ピッチ（Ｐａ）０．９ｍｍの折り目と平行な縞状の複数の第１線状凸部１０８ａをプレス加工により形成した。

次に、ラミネートフィルム材の第２部位１０８Ｂに対応する部位に、高さ（ｈｂ）５００μｍ、ピッチ（Ｐｂ）０．９ｍｍの折り目と平行な５本の第２線状凸部１０８ｂをプレス加工により形成した。

次に、実施例１と同様に、電極群１０３を収容した状態の封筒状の外装体１０８を成形し、各リードの部位をシール材１３０で包囲した後、開口から非水電解質を注液し、−６５０ｍｍＨｇの減圧下で開口端部（封止代）を熱溶着した。その後、薄型電池を４５℃環境下でエージングし、電極群全体に非水電解質を含浸させた。最後に０．２５ＭＰａの圧力で３０秒間、電池を２５℃でプレスし、厚さ１．５ｍｍの電池Ａ３を作製した。電池Ａ３において、第２線状凸部１０８ｂの頂部は、第１部位の最外部（第１線状凸部１０８ａの頂部）より中央寄りに位置しており、電極群の厚さ方向における第１部位の最外部（ラインＬａ）と第２線状凸部１０８ｂの頂部（ラインＬＡ）との高低差（間隔）Δｈは１００μｍであった。電池Ａ３について、上記と同様の評価を行なった。結果を表２に示す。

《実施例４》
ラミネートフィルム材の第１部位１０８Ａに対応する部位に、第１線状凸部を形成しなかったこと以外、実施例３と同様に、１０個の電池Ａ４を作製し、評価した。結果を表２に示す。

《比較例２》
ラミネートフィルム材の第２部位１０８Ｂに対応する部位に、第２線状凸部を形成しなかったこと以外、実施例３と同様に、１０個の電池Ｂ２を作製し、評価した。結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例３、４では高い容量維持率が得られ、かつ不良電池は発生しなかったのに対し、比較例２では５個の不良電池が発生し、そのため容量維持率も低下した。

本発明の薄型電池は、例えば、生体貼付型装置もしくはウェアラブル携帯端末のような小型の電子機器への使用に適している。

１００，１００Ｘ，１００Ｙ：薄型電池、１０３：電極群、１０７：セパレータ、１０８：外装体、１０８Ａ：第１部位、１０８Ｂ：第２部位、１０８ａ：第１線状凸部、１０８ｂ：第２線状凸部、１１０：第１電極、１１１：第１集電体シート、１１２：第１活物質層、１１３：第１リード、１１４：第１タブ、１２０：第２電極、１２１：第２集電体シート、１２２：第２活物質層、１２３：第２リード、１２４：第２タブ、１２４Ａ：集合タブ、１３０：シール材、１３１：スペーサ

Claims (6)

1. シート状の電極群と、前記電極群に含浸された非水電解質と、前記電極群および前記非水電解質を密閉収納する外装体と、を含み、
   前記電極群は、
   シート状の第１電極と、
   シート状の第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に配置されているセパレータと、
   を具備し、
   前記第１電極は、第１集電体シートおよび前記第１集電体シートに付着した第１活物質層を含み、
   前記第２電極は、第２集電体シートおよび前記第２集電体シートに付着した第２活物質層を含み、
   前記第１集電体シートは、前記第１集電体シートの一辺の一部から第１方向に延在する第１タブを含み、前記第１タブに前記外装体の外部に引き出される第１リードが接続されており、
   前記第２集電体シートは、前記第２集電体シートの一辺の一部から前記第１方向に延在する第２タブを含み、前記第２タブに前記外装体の外部に引き出される第２リードが接続されており、
   前記外装体は、前記第１リードおよび前記第２リードを挟持する封止代を有し、
   前記外装体は、前記第１活物質層および前記第２活物質層と対向する第１部位と、前記第１部位と前記封止代との間の第２部位と、を有し、
   前記第１部位が、平坦面を有するか、または前記第１方向と交わる複数の縞状の第１線状凸部を有し、
   前記第２部位が、前記第１方向と交わる少なくとも１つの第２線状凸部を有し、前記第１線状凸部の高さよりも前記第２線状凸部の高さが大きい、薄型電池。
2. 前記電極群の厚さ方向において、前記第２線状凸部の高さの中心点が、前記第１部位の最外部よりも中央寄りに位置する、請求項１に記載の薄型電池。
3. 前記電極群の厚さ方向において、前記第２線状凸部の頂部が、前記第１部位の前記最外部より中央寄りに位置する、請求項２に記載の薄型電池。
4. 前記電極群が、１つの前記第１電極と、前記第１電極を挟持する２つの前記第２電極とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型電池。
5. 前記電極群が、２つ以上の前記第１電極と、３つ以上の前記第２電極とを具備し、前記第１電極と前記第２電極とが交互に積層されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型電池。
6. 厚さが３ｍｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄型電池。

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