JP3007876B2 - フレキシブル１次電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、無線
周波識別タグ，ＰＣＭＣＩＡカード，スマートカードの
ような内蔵型自己出力装置（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎ
ｅｄ ｓｅｌｆ−ｐｏｗｅｒｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ；Ｓ
ＳＰＤ）に用いられる１次リチウム電池に関する。本発
明は、特に、内蔵型自己出力装置に用いるのに適したフ
レキシブル・リチウム電池用の改善された要素設計およ
びパッケージングに関する。
周波識別タグ，ＰＣＭＣＩＡカード，スマートカードの
ような内蔵型自己出力装置（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎ
ｅｄ ｓｅｌｆ−ｐｏｗｅｒｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ；Ｓ
ＳＰＤ）に用いられる１次リチウム電池に関する。本発
明は、特に、内蔵型自己出力装置に用いるのに適したフ
レキシブル・リチウム電池用の改善された要素設計およ
びパッケージングに関する。
【０００２】
【従来の技術】内蔵型自己出力携帯装置（ＳＳＰＤ）
は、無線周波識別（ＲＦ−ＩＤ）タグ，ＰＣＭＣＩＡカ
ード，スマートカードのようなモバイル通信・演算装置
の増大する大市場を含んでいる。このような応用に利用
することのできる電池については、いくつかの要素特性
を満足しなければならない。第１は、安全性の理由か
ら、電池は、依然としてフレキシブルでコンパクトであ
りながら、すべて固体要素で構成されなければならな
い。第２に、電池は、電解液を有する１次電池と同様の
導電特性を示さなければならない、すなわち高エネルギ
ー密度および自己放電が低速の比エネルギーを与えなけ
ればならない。第３に、信頼性の良い且つコスト効率の
良い電池を生産できるように、電池を容易に製造できな
ければならない。最後に電池は、低周囲温度で、必要な
最小レベルの導電率を保持できなければならない。
は、無線周波識別（ＲＦ−ＩＤ）タグ，ＰＣＭＣＩＡカ
ード，スマートカードのようなモバイル通信・演算装置
の増大する大市場を含んでいる。このような応用に利用
することのできる電池については、いくつかの要素特性
を満足しなければならない。第１は、安全性の理由か
ら、電池は、依然としてフレキシブルでコンパクトであ
りながら、すべて固体要素で構成されなければならな
い。第２に、電池は、電解液を有する１次電池と同様の
導電特性を示さなければならない、すなわち高エネルギ
ー密度および自己放電が低速の比エネルギーを与えなけ
ればならない。第３に、信頼性の良い且つコスト効率の
良い電池を生産できるように、電池を容易に製造できな
ければならない。最後に電池は、低周囲温度で、必要な
最小レベルの導電率を保持できなければならない。
【０００３】１次（再充電不可）リチウム電池は、これ
らの要件を満たすのに特に適することがわかった。この
ような電池は、電解質の漏れの危険性を避けるために、
電解質を含めてすべて固体要素で構成できる。このよう
な電解質は、ポリマ膜よりなる固体ポリマ電解質として
形成されている。ポリマ膜は、適切な電解質を、そのマ
トリックス内に含有している。
らの要件を満たすのに特に適することがわかった。この
ような電池は、電解質の漏れの危険性を避けるために、
電解質を含めてすべて固体要素で構成できる。このよう
な電解質は、ポリマ膜よりなる固体ポリマ電解質として
形成されている。ポリマ膜は、適切な電解質を、そのマ
トリックス内に含有している。
【０００４】フレキシブル・リチウム電池用の固体ポリ
マ電解質膜材料として、ポリエチレンオキシド（ＰＥ
Ｏ）を用いることが、従来技術では提案されている。こ
の材料で構成される固体電解質は、満足すべき周囲温度
導電率を示し、および最大約１０ミリ秒間の約３０μＡ
／ｃｍ2 の短い電流パルスを供給するのに用いられると
き、低周囲温度で良好な性能を与える。また、ポリエチ
レンオキシドをベースとしたリチウム電池は、確立され
た製造技術を用いて容易に製造することができ、信頼性
がありコスト効率の良いフレキシブル電池を提供する。
マ電解質膜材料として、ポリエチレンオキシド（ＰＥ
Ｏ）を用いることが、従来技術では提案されている。こ
の材料で構成される固体電解質は、満足すべき周囲温度
導電率を示し、および最大約１０ミリ秒間の約３０μＡ
／ｃｍ2 の短い電流パルスを供給するのに用いられると
き、低周囲温度で良好な性能を与える。また、ポリエチ
レンオキシドをベースとしたリチウム電池は、確立され
た製造技術を用いて容易に製造することができ、信頼性
がありコスト効率の良いフレキシブル電池を提供する。
【０００５】ポリエチレンオキシドをベースとした電解
質膜は、ＳＳＰＤ応用のための多くの設計基準を達成し
たが、電解質膜の厚さを小さくする、または電解質膜を
全く排除する、および不活性物質を少なくする、または
排除するようなさらなる改良が望まれ、高エネルギー密
度を有する電池が要求される。
質膜は、ＳＳＰＤ応用のための多くの設計基準を達成し
たが、電解質膜の厚さを小さくする、または電解質膜を
全く排除する、および不活性物質を少なくする、または
排除するようなさらなる改良が望まれ、高エネルギー密
度を有する電池が要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、内蔵
型自己出力装置に用いるのに適した、軽量コンパクト
で、フレキシブルで、高エネルギーの１次リチウム電池
を提供することにある。
型自己出力装置に用いるのに適した、軽量コンパクト
で、フレキシブルで、高エネルギーの１次リチウム電池
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、一般的に、消
費者マイクロエレクトロニクス製品、および特に、無線
周波識別タグ，ＰＣＭＣＩＡカード，スマートカードの
ような内蔵型自己出力装置（ＳＳＰＤ）に用いるのが好
適なリチウム電池である。リチウム電池は、一般的に、
リチウム箔アノード，１対のフレキシブル電流コレクタ
の間に挟まれた電解質含有カソードを含めてすべて固体
要素よりなり、種々のＳＳＰＤ応用での使用を可能にす
るのに十分にフレキシブルでコンパクトな電池を与え
る。さらに、本発明の電池は、従来技術の固体電解質電
池に比べて、低周囲温度での増大された電力発生容量を
特徴とし、したがって、より過酷なＳＳＰＤ応用に十分
に適している。
費者マイクロエレクトロニクス製品、および特に、無線
周波識別タグ，ＰＣＭＣＩＡカード，スマートカードの
ような内蔵型自己出力装置（ＳＳＰＤ）に用いるのが好
適なリチウム電池である。リチウム電池は、一般的に、
リチウム箔アノード，１対のフレキシブル電流コレクタ
の間に挟まれた電解質含有カソードを含めてすべて固体
要素よりなり、種々のＳＳＰＤ応用での使用を可能にす
るのに十分にフレキシブルでコンパクトな電池を与え
る。さらに、本発明の電池は、従来技術の固体電解質電
池に比べて、低周囲温度での増大された電力発生容量を
特徴とし、したがって、より過酷なＳＳＰＤ応用に十分
に適している。
【０００８】上述のことを達成するには、本発明の電池
のカソードは、カソードおよび電解質膜の両方として働
く。これらカソードおよび電解質膜は、従来の電池で
は、２つの別個の要素である。本発明の新しいカソード
は、カーボンと、二酸化マンガンと、ポリマ・バインダ
内の電解質とからなる。電解質は、リチウム塩と有機非
プロトン性（すなわち、中性）溶媒溶液とを含み、この
有機非プロトン性溶媒溶液は、エチレンカーボネートと
プロピレンカーボネートとガンマ−ブチロラクトンとを
所定の割合で含んでいる。上述したところに従って構成
されたフレキシブル１次電池は、約０℃から約−２０℃
の温度で、約１００μＡ／ｃｍ2 ，約１５０ミリ秒のパ
ルス・オン時間，約１秒のパルス周期の電流パルスで放
電されるときに、少なくとも約２．５ボルトのセル電圧
を示すことができる。
のカソードは、カソードおよび電解質膜の両方として働
く。これらカソードおよび電解質膜は、従来の電池で
は、２つの別個の要素である。本発明の新しいカソード
は、カーボンと、二酸化マンガンと、ポリマ・バインダ
内の電解質とからなる。電解質は、リチウム塩と有機非
プロトン性（すなわち、中性）溶媒溶液とを含み、この
有機非プロトン性溶媒溶液は、エチレンカーボネートと
プロピレンカーボネートとガンマ−ブチロラクトンとを
所定の割合で含んでいる。上述したところに従って構成
されたフレキシブル１次電池は、約０℃から約−２０℃
の温度で、約１００μＡ／ｃｍ2 ，約１５０ミリ秒のパ
ルス・オン時間，約１秒のパルス周期の電流パルスで放
電されるときに、少なくとも約２．５ボルトのセル電圧
を示すことができる。
【０００９】好ましい形態によれば、本発明により構成
されたフレキシブル１次電池は、カプセル封止マトリッ
クス（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ）内
にフレキシブル箔複合カソードを利用して、複合カソー
ドの取り扱い、および活性成分の露出に関連した複雑性
を克服するようにする。他のパッケージング構造もまた
開示されている。
されたフレキシブル１次電池は、カプセル封止マトリッ
クス（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ）内
にフレキシブル箔複合カソードを利用して、複合カソー
ドの取り扱い、および活性成分の露出に関連した複雑性
を克服するようにする。他のパッケージング構造もまた
開示されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明によれば、従来の電池にお
ける電解質膜を除去できることがわかった。従来の電池
の電解質膜およびカソードは、本発明の複合カソードに
よって置き換えられる。この複合カソードは、ポリマ電
解液に固体成分（ＭｎＯ2 およびカーボン）を混合する
ことによって製造される。また、複合カソードの表面上
に形成される電解質の薄層は、イオン搬送を与え、およ
びアノードとカソードとの短絡を排除するのに十分であ
ることがわかった。電解質膜の排除は、有益である。と
いうのは、電解質膜は、重量を増し、セルの体積を増大
させ、および内部セル抵抗を大きくするからである。
ける電解質膜を除去できることがわかった。従来の電池
の電解質膜およびカソードは、本発明の複合カソードに
よって置き換えられる。この複合カソードは、ポリマ電
解液に固体成分（ＭｎＯ2 およびカーボン）を混合する
ことによって製造される。また、複合カソードの表面上
に形成される電解質の薄層は、イオン搬送を与え、およ
びアノードとカソードとの短絡を排除するのに十分であ
ることがわかった。電解質膜の排除は、有益である。と
いうのは、電解質膜は、重量を増し、セルの体積を増大
させ、および内部セル抵抗を大きくするからである。
【００１１】したがって、本発明は、ＳＳＰＤ応用の出
力用に特に適した１次リチウム電池を提供する。この電
池は、固体フレキシブル電解質含有カソードを含むすべ
ての固体要素で構成される。このカソードは、電解液を
有する従来の１次電池に匹敵する電力発生特性および導
電特性を特徴としている。
力用に特に適した１次リチウム電池を提供する。この電
池は、固体フレキシブル電解質含有カソードを含むすべ
ての固体要素で構成される。このカソードは、電解液を
有する従来の１次電池に匹敵する電力発生特性および導
電特性を特徴としている。
【００１２】適切な電池構造を、図１に断面で示す。電
池１０は、一般に、１対の電流コレクタ１２ａ，１２ｂ
と、リチウム箔アノード１４と、固体ではあるがフレキ
シブルな電解質含有カソード１８とを備えている。な
お、カソードは、複合カソードと呼ばれる。いくつかの
従来の電池では、電解質は、図２に示すように、カソー
ド１８ａとアノード１４との間に設けられた固体ポリマ
電解質膜１６の形態である。図１に示すパッケージング
実施例では、ポリマスペーサ２０は、図示のように、ア
ノード１４と複合カソード１８とを取り囲んでいる。電
池１０は、平坦形状であり、任意の適当なサイズおよび
周囲形状を有するように構成することができる。当業者
が理解しているように、電池１０の適切な形状およびサ
イズは、ＳＳＰＤのための特定の応用および必要とされ
るセル容量に基づく。
池１０は、一般に、１対の電流コレクタ１２ａ，１２ｂ
と、リチウム箔アノード１４と、固体ではあるがフレキ
シブルな電解質含有カソード１８とを備えている。な
お、カソードは、複合カソードと呼ばれる。いくつかの
従来の電池では、電解質は、図２に示すように、カソー
ド１８ａとアノード１４との間に設けられた固体ポリマ
電解質膜１６の形態である。図１に示すパッケージング
実施例では、ポリマスペーサ２０は、図示のように、ア
ノード１４と複合カソード１８とを取り囲んでいる。電
池１０は、平坦形状であり、任意の適当なサイズおよび
周囲形状を有するように構成することができる。当業者
が理解しているように、電池１０の適切な形状およびサ
イズは、ＳＳＰＤのための特定の応用および必要とされ
るセル容量に基づく。
【００１３】図１に示すように、フレキシブル電流コレ
クタ１２ａ，１２ｂは、約４０〜約１００μｍの厚さの
層構造を有している。電流コレクタ１２ａ，１２ｂは、
電池１０にフレキシブルなパッケージングを与える重要
な機能を果たす。電流コレクタ１２ａ，１２ｂは、好ま
しくは、ポリマシート２２よりなり、その一方の面には
金属バリア膜２４が付着され、他方の面には金属箔２６
が付着されている。ポリマシート２２は、好ましくはポ
リエステルである。しかし、他の適切な材料を用いるこ
ともできる。ポリマシート２２は、約２５〜約３０μｍ
の厚さを有し、好適な厚さは約２５μｍである（この特
定の実施例におけるほかの要素の寸法と釣り合うに
は）。金属箔２６は、約１５〜約５０μｍ、好ましくは
約１５μｍの厚さを有する銅箔とするのが好適である。
クタ１２ａ，１２ｂは、約４０〜約１００μｍの厚さの
層構造を有している。電流コレクタ１２ａ，１２ｂは、
電池１０にフレキシブルなパッケージングを与える重要
な機能を果たす。電流コレクタ１２ａ，１２ｂは、好ま
しくは、ポリマシート２２よりなり、その一方の面には
金属バリア膜２４が付着され、他方の面には金属箔２６
が付着されている。ポリマシート２２は、好ましくはポ
リエステルである。しかし、他の適切な材料を用いるこ
ともできる。ポリマシート２２は、約２５〜約３０μｍ
の厚さを有し、好適な厚さは約２５μｍである（この特
定の実施例におけるほかの要素の寸法と釣り合うに
は）。金属箔２６は、約１５〜約５０μｍ、好ましくは
約１５μｍの厚さを有する銅箔とするのが好適である。
【００１４】また図１に示すように、金属箔２６は、各
ポリマシート２２の全表面を覆わない。したがって、ポ
リマシート２２の全周縁は、露出したままである。バリ
ア膜２４は、電池１０のための湿気または空気に対する
バリアとして働き、約２００〜約５０００Å、好ましく
は約１０００Åの厚さを有する銅またはアルミニウムと
するのが好適である。当業者であれば、バリア膜２４お
よび金属箔２６について上述したこれら金属に代わるも
のとして、他の金属または金属合金を用いることができ
ることがわかる。
ポリマシート２２の全表面を覆わない。したがって、ポ
リマシート２２の全周縁は、露出したままである。バリ
ア膜２４は、電池１０のための湿気または空気に対する
バリアとして働き、約２００〜約５０００Å、好ましく
は約１０００Åの厚さを有する銅またはアルミニウムと
するのが好適である。当業者であれば、バリア膜２４お
よび金属箔２６について上述したこれら金属に代わるも
のとして、他の金属または金属合金を用いることができ
ることがわかる。
【００１５】スペーサ２０およびバリア膜２４は、電池
１０の主な構造部材を形成し、通常必要とされる電池１
０に対する別個および追加のパッケージングを排除して
いる。スペーサ２０は、各ポリマシート２２の露出周縁
を接合しシールして、リチウム箔アノード１４および複
合カソード１８を完全に取り囲んで包み込む空洞を形成
する。スペーサ２０は、好ましくは、高密度ポリエチレ
ン，ＭＹＬＡＲのようなポリエステル，または他のヒー
トシール可能なポリマ材料で構成し、その高さは、金属
箔２６，リチウム箔アノード１４，複合カソード１８の
総合厚さとほぼ同じであり、その幅は、ポリマシート２
２と耐久性かつ信頼性のあるシールを形成するのに十分
である。実際には、スペーサの幅は、約１〜約５ｍｍ、
好ましくは約１ｍｍである。
１０の主な構造部材を形成し、通常必要とされる電池１
０に対する別個および追加のパッケージングを排除して
いる。スペーサ２０は、各ポリマシート２２の露出周縁
を接合しシールして、リチウム箔アノード１４および複
合カソード１８を完全に取り囲んで包み込む空洞を形成
する。スペーサ２０は、好ましくは、高密度ポリエチレ
ン，ＭＹＬＡＲのようなポリエステル，または他のヒー
トシール可能なポリマ材料で構成し、その高さは、金属
箔２６，リチウム箔アノード１４，複合カソード１８の
総合厚さとほぼ同じであり、その幅は、ポリマシート２
２と耐久性かつ信頼性のあるシールを形成するのに十分
である。実際には、スペーサの幅は、約１〜約５ｍｍ、
好ましくは約１ｍｍである。
【００１６】リチウム箔アノード１４は、約３０〜約１
００μｍの厚さ、好ましくは約３０μｍの厚さを有する
が、１次リチウム電池に用いるリチウム・アノードの点
からは通常のものである。対照的に、複合カソード１８
は、５８〜６０重量％の（好ましくは５９重量％）の二
酸化マンガンと、０〜２重量％（好ましくは１重量％）
のカーボンと、４０重量％の電解質とからなる新しい構
造を有している。複合カソード１８の厚さは、約２００
μｍであるが、適切な範囲は、約１００〜約３００μｍ
である。
００μｍの厚さ、好ましくは約３０μｍの厚さを有する
が、１次リチウム電池に用いるリチウム・アノードの点
からは通常のものである。対照的に、複合カソード１８
は、５８〜６０重量％の（好ましくは５９重量％）の二
酸化マンガンと、０〜２重量％（好ましくは１重量％）
のカーボンと、４０重量％の電解質とからなる新しい構
造を有している。複合カソード１８の厚さは、約２００
μｍであるが、適切な範囲は、約１００〜約３００μｍ
である。
【００１７】好ましくは、複合カソードの電解質の組成
は、表１で与えられる。
は、表１で与えられる。
【００１８】
【表１】 ｗｔ．％ ｍｏｌ．％ ポリアクリロニトリル １２．５ ２１ リチウムトリフラート ８．８ ５ エチレンカーボネート １６．８ １７ ポリプロピレンカーボネート ４２．５ ３７ γ−ブチロラクトン １９．４ ２０ リチウム塩は、好ましくは、リチウムトリフラート（Ｌ
ｉＣＦ3 ＳＯ3 ）である。しかし、リチウムトリフラー
トの代わりに、あるいはこれに加えて、ＬｉＡｓＦ6 ，
ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＣｌＯ4 ，Ｌｉ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 Ｎ
のような他の適切な化合物を用いることができる。非プ
ロトン性有機溶媒は、エチレンカーボネー，プロピレン
カーボネート，ガンマ−ブチロラクトンである。本発明
によれば、エチレンカーボネート対プロピレンカーボネ
ートの比は、電解質膜の温度感度にとって重要であり、
したがって表１に示す値の約±１％内に保たれなければ
ならない。ポリアクリロニトリルはポリマ・バインダと
して働く。複合カソード１８を製造するためには、まず
初めに、カーボンおよびＭｎＯ2粉末を混合する。次
に、混合を続けながら、電解質を加えて、安定したペー
ストを形成する。このペーストを、４５〜６０秒間，１
３０〜１５０℃に加熱されたガラス基板上に与える。こ
のとき、加熱されたガラス基板がペースト上に置かれ、
わずかに押圧されて、ペーストを均一に分布させ、これ
により膜を形成する。次に、膜を一晩中冷却する。ガラ
ス基板を取り除いて、膜をテフロンの２枚のシートの間
に設け、このサンドイッチ構造を、約１８０℃に加熱さ
れたローラ間で引き伸ばす。引き伸ばされた後、テフロ
ン表皮を除去して、カソード膜を所定サイズにカットす
る。上記工程に代わる適切な工程は、連続プロセスであ
り、このプロセスでは、溶液が加熱され、１対のローラ
を通過する剛性プレート間に押し出される。
ｉＣＦ3 ＳＯ3 ）である。しかし、リチウムトリフラー
トの代わりに、あるいはこれに加えて、ＬｉＡｓＦ6 ，
ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＣｌＯ4 ，Ｌｉ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 Ｎ
のような他の適切な化合物を用いることができる。非プ
ロトン性有機溶媒は、エチレンカーボネー，プロピレン
カーボネート，ガンマ−ブチロラクトンである。本発明
によれば、エチレンカーボネート対プロピレンカーボネ
ートの比は、電解質膜の温度感度にとって重要であり、
したがって表１に示す値の約±１％内に保たれなければ
ならない。ポリアクリロニトリルはポリマ・バインダと
して働く。複合カソード１８を製造するためには、まず
初めに、カーボンおよびＭｎＯ2粉末を混合する。次
に、混合を続けながら、電解質を加えて、安定したペー
ストを形成する。このペーストを、４５〜６０秒間，１
３０〜１５０℃に加熱されたガラス基板上に与える。こ
のとき、加熱されたガラス基板がペースト上に置かれ、
わずかに押圧されて、ペーストを均一に分布させ、これ
により膜を形成する。次に、膜を一晩中冷却する。ガラ
ス基板を取り除いて、膜をテフロンの２枚のシートの間
に設け、このサンドイッチ構造を、約１８０℃に加熱さ
れたローラ間で引き伸ばす。引き伸ばされた後、テフロ
ン表皮を除去して、カソード膜を所定サイズにカットす
る。上記工程に代わる適切な工程は、連続プロセスであ
り、このプロセスでは、溶液が加熱され、１対のローラ
を通過する剛性プレート間に押し出される。
【００１９】電流コレクタ１２ａ，１２ｂは、次のよう
にして製造される。すなわち、好ましくはフォトリソグ
ラフィおよびウェット化学エッチング技術を用いて、対
応するポリマシート２２の表面上に銅金属箔２６を形成
し、次に、スパッタリングまたは蒸着技術のような精密
付着方法を用いて、シート２２の反対側の表面を被覆す
ることによって、金属バリア膜２４を形成する。バリア
膜２４および金属箔２６の極端な薄さの故に、これら層
は、精密付着技術を用いて形成されなければならない。
したがって、電流コレクタ１２ａ，１２ｂは、次のよう
にして形成される。すなわち、好ましくは約２５μｍの
厚さを有するポリマシート２２の１つの表面上に、約１
５μｍの厚さに金属箔２６をフォトリソグラフィ的に展
開する。フォトレジストマスクまたは金属マスクを適切
に用いて、技術上知られた方法によって、金属箔２６の
ための適切なパターンを描くことができる。
にして製造される。すなわち、好ましくはフォトリソグ
ラフィおよびウェット化学エッチング技術を用いて、対
応するポリマシート２２の表面上に銅金属箔２６を形成
し、次に、スパッタリングまたは蒸着技術のような精密
付着方法を用いて、シート２２の反対側の表面を被覆す
ることによって、金属バリア膜２４を形成する。バリア
膜２４および金属箔２６の極端な薄さの故に、これら層
は、精密付着技術を用いて形成されなければならない。
したがって、電流コレクタ１２ａ，１２ｂは、次のよう
にして形成される。すなわち、好ましくは約２５μｍの
厚さを有するポリマシート２２の１つの表面上に、約１
５μｍの厚さに金属箔２６をフォトリソグラフィ的に展
開する。フォトレジストマスクまたは金属マスクを適切
に用いて、技術上知られた方法によって、金属箔２６の
ための適切なパターンを描くことができる。
【００２０】正しい位置にあるマスクで金属箔２６をエ
ッチバックして、ポリマシート２２を表面の周縁で露出
させ、他方同時に、図３に示される電流コレクタ・リー
ド２８ａ，２８ｂを形成する。コレクタ・リード２８ａ
は、アノード１４に関係し、コレクタ・リード２８ｂ
は、複合カソード１８に関係している。図３に示すよう
に、コレクタ・リード２８ａ，２８ｂは、電池のサイド
から突出する長方形タブ状構造である。この構造は、電
池がＲＦ−ＩＤタグと共に用いられるときに、特に有用
であり、他の電流コレクタ・リード構成および構造も可
能であり、電池が用いられる応用に応じて必要とされる
ことがわかる。また、このようなリードの両方は、同じ
構造である必要はないことがわかる。好適なエッチング
技術は、酢酸，硝酸，リン酸の混合物を用いるウェット
化学エッチングであるが、ドライ化学または電気化学エ
ッチング技術も用いることができる。好適なフォトリソ
グラフィ技術およびウェット化学エッチング技術は、技
術上周知であり、したがって詳しくは説明しない。ある
いはまた、電流コレクタ１２ａ，１２ｂを、技術上知ら
れた技術によって打ち抜きで形成することもできる。
ッチバックして、ポリマシート２２を表面の周縁で露出
させ、他方同時に、図３に示される電流コレクタ・リー
ド２８ａ，２８ｂを形成する。コレクタ・リード２８ａ
は、アノード１４に関係し、コレクタ・リード２８ｂ
は、複合カソード１８に関係している。図３に示すよう
に、コレクタ・リード２８ａ，２８ｂは、電池のサイド
から突出する長方形タブ状構造である。この構造は、電
池がＲＦ−ＩＤタグと共に用いられるときに、特に有用
であり、他の電流コレクタ・リード構成および構造も可
能であり、電池が用いられる応用に応じて必要とされる
ことがわかる。また、このようなリードの両方は、同じ
構造である必要はないことがわかる。好適なエッチング
技術は、酢酸，硝酸，リン酸の混合物を用いるウェット
化学エッチングであるが、ドライ化学または電気化学エ
ッチング技術も用いることができる。好適なフォトリソ
グラフィ技術およびウェット化学エッチング技術は、技
術上周知であり、したがって詳しくは説明しない。ある
いはまた、電流コレクタ１２ａ，１２ｂを、技術上知ら
れた技術によって打ち抜きで形成することもできる。
【００２１】次に、不活性雰囲気内で、電流コレクタの
１つ１２ａを、その金属箔２６を上に向けて、適切な面
上に設けることによって、この第１のパッケージング実
施例に従って、電池１０を組み組立てる。次に、リチウ
ム箔１４を電流コレクタ１２ａの上に設け、次に、複合
カソード１８をアノード１４の上に設け、電池１０の周
囲を、ポリマスペーサ２０で囲む。最後に、電池１０
を、電流コレクタ１２ｂで覆って、その金属箔２６がカ
ソード１８に接触するようにする。次に、電池１０を、
約１７０℃の温度でヒートシールして、ポリマシート２
２の露出縁部とスペーサ２０との間にシールを形成する
ようにする。次に、電池１０を不活性雰囲気から取り出
して、その後、過剰なポリマ・シート２２を切り取り、
電流コレクタ１２ａ，１２ｂの金属箔２６の部分を露出
させて、リードを形成することができる。これらリード
により、電池１０から電力を取り出すことができる。次
に、電池１０を、適切な性能基準に対してテストする。
１つ１２ａを、その金属箔２６を上に向けて、適切な面
上に設けることによって、この第１のパッケージング実
施例に従って、電池１０を組み組立てる。次に、リチウ
ム箔１４を電流コレクタ１２ａの上に設け、次に、複合
カソード１８をアノード１４の上に設け、電池１０の周
囲を、ポリマスペーサ２０で囲む。最後に、電池１０
を、電流コレクタ１２ｂで覆って、その金属箔２６がカ
ソード１８に接触するようにする。次に、電池１０を、
約１７０℃の温度でヒートシールして、ポリマシート２
２の露出縁部とスペーサ２０との間にシールを形成する
ようにする。次に、電池１０を不活性雰囲気から取り出
して、その後、過剰なポリマ・シート２２を切り取り、
電流コレクタ１２ａ，１２ｂの金属箔２６の部分を露出
させて、リードを形成することができる。これらリード
により、電池１０から電力を取り出すことができる。次
に、電池１０を、適切な性能基準に対してテストする。
【００２２】以上のようにして製造されるならば、複合
カソード１８とアノード１４との間の界面に、電解質の
薄膜（約１ミクロンの）が存在し、複合カソード１８と
アノード１４との間の短絡を防止しながら、電池の機能
を与える。さらに、複合カソード１８とアノード１４と
の間の界面に、電解質が薄膜の形で存在するので、イオ
ン搬送に対する抵抗は、最小となり、図２に示すような
別個の固体ポリマ電解質膜を有する電池と比べて、図４
に示すような良好な電池性能が得られる。
カソード１８とアノード１４との間の界面に、電解質の
薄膜（約１ミクロンの）が存在し、複合カソード１８と
アノード１４との間の短絡を防止しながら、電池の機能
を与える。さらに、複合カソード１８とアノード１４と
の間の界面に、電解質が薄膜の形で存在するので、イオ
ン搬送に対する抵抗は、最小となり、図２に示すような
別個の固体ポリマ電解質膜を有する電池と比べて、図４
に示すような良好な電池性能が得られる。
【００２３】図４は、本発明の複合カソード構造および
銅電流コレクタを有する電池と、電流コレクタ内に銅金
属箔を持つ別個の固体ポリマ電池膜を有する電池とにつ
いて、２５μＡ／ｃｍ2 の連続放電電流密度で、周囲温
度での放電時間の関数として、セル電圧の変動を示す。
図４は、本発明の複合カソード電池によって実現される
改善された性能を示している。
銅電流コレクタを有する電池と、電流コレクタ内に銅金
属箔を持つ別個の固体ポリマ電池膜を有する電池とにつ
いて、２５μＡ／ｃｍ2 の連続放電電流密度で、周囲温
度での放電時間の関数として、セル電圧の変動を示す。
図４は、本発明の複合カソード電池によって実現される
改善された性能を示している。
【００２４】図５は、複合カソードに、０，１および２
重量％のカーボンを有する３つの電池について、２５μ
Ａ／ｃｍ2 の電流密度で、周囲温度での放電時間に対す
る、図２に示すタイプの電池のセル電圧変動を示してい
る。図５において、最適カーボンレベルは、約１重量％
である。結果は、別個の電解質膜を有する電池、および
別個の電解質膜を有さない電池であって、電流コレクタ
または電流コレクタ内の金属箔に銅が用いられる電池に
ついて得られている。
重量％のカーボンを有する３つの電池について、２５μ
Ａ／ｃｍ2 の電流密度で、周囲温度での放電時間に対す
る、図２に示すタイプの電池のセル電圧変動を示してい
る。図５において、最適カーボンレベルは、約１重量％
である。結果は、別個の電解質膜を有する電池、および
別個の電解質膜を有さない電池であって、電流コレクタ
または電流コレクタ内の金属箔に銅が用いられる電池に
ついて得られている。
【００２５】動作においては、電池１０は、無線周波数
識別タグ，ＰＣＭＣＩＡカード，スマートカードのよう
なＳＳＰＤに用いるのに適している。複合カソード１８
が、表１の組成よりなる電解質と、１重量％のカーボン
と、５９重量％のＭｎＯ2 とを用いて作られるならば、
電池１０は、約−２０℃までの温度で適切に機能するこ
とができ、約１５０ミリ秒のパルス・オン時間および約
１秒のパルス周期に対して、２．５ボルトよりも大きい
最小電圧を与えながら、少なくとも約１００μＡ／ｃｍ
2 を供給することができる。
識別タグ，ＰＣＭＣＩＡカード，スマートカードのよう
なＳＳＰＤに用いるのに適している。複合カソード１８
が、表１の組成よりなる電解質と、１重量％のカーボン
と、５９重量％のＭｎＯ2 とを用いて作られるならば、
電池１０は、約−２０℃までの温度で適切に機能するこ
とができ、約１５０ミリ秒のパルス・オン時間および約
１秒のパルス周期に対して、２．５ボルトよりも大きい
最小電圧を与えながら、少なくとも約１００μＡ／ｃｍ
2 を供給することができる。
【００２６】図６は、本発明による第２のパッケージン
グ実施例を示す。図６には、リチウム箔アノード１４
と、複合カソード１８とよりなる電池３０が示されてい
る。スペーサ３２が、電池３０周縁を囲んでいる。電池
３０の上部および下部には、それぞれ、電流コレクタ３
４，３６が設けられている。電流コレクタ３４，３６
は、銅のような金属で作られ、電池およびスペーサ３２
の両方の上にある。スペーサ３２は、両面がＳｕｒｌｙ
ｎで被覆されたポリマ材料である。被覆されたシート
は、Ｌｕｄｌｏｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販さ
れている。Ｓｕｒｌｙｎで被覆されたシートは、界面３
８，４０で、それぞれコレクタ３４，３６に接合する。
Ｓｕｒｌｙｎ被覆スペーサ３２は、コレクタ３４，３６
に、ヒートシール可能である（約１５０〜２００℃の温
度で）。したがって、意図した使用環境に適合するよう
に所望の形状に形成でき、高さが電池の高さに一致する
スペーサ３２によって囲むことができ、電池の周囲のス
ペーサにヒートシールされるコレクタ３４，３６によっ
て重ねられて、包まれた電池パッケージを形成すること
ができる。上記工程は、前述した第１のパッケージング
実施例について説明したように、不活性雰囲気中で行わ
れる。
グ実施例を示す。図６には、リチウム箔アノード１４
と、複合カソード１８とよりなる電池３０が示されてい
る。スペーサ３２が、電池３０周縁を囲んでいる。電池
３０の上部および下部には、それぞれ、電流コレクタ３
４，３６が設けられている。電流コレクタ３４，３６
は、銅のような金属で作られ、電池およびスペーサ３２
の両方の上にある。スペーサ３２は、両面がＳｕｒｌｙ
ｎで被覆されたポリマ材料である。被覆されたシート
は、Ｌｕｄｌｏｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販さ
れている。Ｓｕｒｌｙｎで被覆されたシートは、界面３
８，４０で、それぞれコレクタ３４，３６に接合する。
Ｓｕｒｌｙｎ被覆スペーサ３２は、コレクタ３４，３６
に、ヒートシール可能である（約１５０〜２００℃の温
度で）。したがって、意図した使用環境に適合するよう
に所望の形状に形成でき、高さが電池の高さに一致する
スペーサ３２によって囲むことができ、電池の周囲のス
ペーサにヒートシールされるコレクタ３４，３６によっ
て重ねられて、包まれた電池パッケージを形成すること
ができる。上記工程は、前述した第１のパッケージング
実施例について説明したように、不活性雰囲気中で行わ
れる。
【００２７】図７は、第３のパッケージング実施例を示
す。電池５０は、リチウム箔アノード１４と、複合カソ
ード１８と、電池の上部および下部にそれぞれ設けられ
た電流コレクタ３４，３６とから構成されている。この
実施例では、電流コレクタは、図６の実施例の場合のよ
うに露出しない。というのは、この実施例では、電池
は、パッケージング材料シート５２，５４によって包ま
れるからである。しかし、機能するためには、コンタク
トは、電流コレクタで作られなければならない。この電
流コレクタは、図３のタブ２８ａ，２８ｂのように、シ
ート５２，５４を越えて、あるいは通り抜けて延びるこ
とを必要とする。実際に、図３に示す構成は、この実施
例の電池を形成する１つの手段である。シート５２，５
４は、互いに、および金属電流コレクタ３４，３６にヒ
ートシールできなければならない。このために適したこ
とがわかった材料は、ＤＺ２６０である。この材料は、
Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃａｎ Ｃｏｍ
ｐａｎｙから市販されており、Ｓａｒａｎのシートにシ
ールされ、および一表面がＥＡＡ（ｅｔｈｙｌ ａｃｅ
ｔｉｃ ａｃｉｄ；酢酸エチル）で被覆されたポリエチ
レンシートよりなる。
す。電池５０は、リチウム箔アノード１４と、複合カソ
ード１８と、電池の上部および下部にそれぞれ設けられ
た電流コレクタ３４，３６とから構成されている。この
実施例では、電流コレクタは、図６の実施例の場合のよ
うに露出しない。というのは、この実施例では、電池
は、パッケージング材料シート５２，５４によって包ま
れるからである。しかし、機能するためには、コンタク
トは、電流コレクタで作られなければならない。この電
流コレクタは、図３のタブ２８ａ，２８ｂのように、シ
ート５２，５４を越えて、あるいは通り抜けて延びるこ
とを必要とする。実際に、図３に示す構成は、この実施
例の電池を形成する１つの手段である。シート５２，５
４は、互いに、および金属電流コレクタ３４，３６にヒ
ートシールできなければならない。このために適したこ
とがわかった材料は、ＤＺ２６０である。この材料は、
Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃａｎ Ｃｏｍ
ｐａｎｙから市販されており、Ｓａｒａｎのシートにシ
ールされ、および一表面がＥＡＡ（ｅｔｈｙｌ ａｃｅ
ｔｉｃ ａｃｉｄ；酢酸エチル）で被覆されたポリエチ
レンシートよりなる。
【００２８】上述したことから、本発明の電池は、ＳＳ
ＰＤ応用に良好に使用できることがわかる。というの
は、本発明の電池は、堅固でフレキシブルな構造を与
え、固体ポリマ複合カソードを用いるからである。な
お、このポリマ複合カソードは、電解液電池に類似の電
気および電力発生特性を有している。本発明の電池の固
体構造は、それらの使用の性質によって、電池を不良環
境状態にさらす内蔵型の応用に用いるのに特に必要とさ
れる。さらに、本発明の電池は、低周囲温度でのその増
大された性能の故に、ＳＳＰＤおよび類似の応用におい
て広範囲の使用を可能にする。特に、複合カソード用の
ポリマ・マトリックスとしてポリアクリロニトリルを使
用することは、周囲温度で、通常の１次電池に用いられ
る電解液のオーダの導電率を、電池が示すことを可能に
し、さらに、複合カソード内の非プロトン性有機溶媒の
割合を最適にすることによって、以前に可能であったよ
りも低い温度で機能することを可能にする。
ＰＤ応用に良好に使用できることがわかる。というの
は、本発明の電池は、堅固でフレキシブルな構造を与
え、固体ポリマ複合カソードを用いるからである。な
お、このポリマ複合カソードは、電解液電池に類似の電
気および電力発生特性を有している。本発明の電池の固
体構造は、それらの使用の性質によって、電池を不良環
境状態にさらす内蔵型の応用に用いるのに特に必要とさ
れる。さらに、本発明の電池は、低周囲温度でのその増
大された性能の故に、ＳＳＰＤおよび類似の応用におい
て広範囲の使用を可能にする。特に、複合カソード用の
ポリマ・マトリックスとしてポリアクリロニトリルを使
用することは、周囲温度で、通常の１次電池に用いられ
る電解液のオーダの導電率を、電池が示すことを可能に
し、さらに、複合カソード内の非プロトン性有機溶媒の
割合を最適にすることによって、以前に可能であったよ
りも低い温度で機能することを可能にする。
【００２９】上述したことに加えて、複合カソード内の
リチウム挿入化合物の露出は、電解質を含むポリマ・マ
トリックス内にカプセル封止される方法によって、排除
される。したがって、本発明の電池は、電解液電池およ
び従来技術の固体電解質電池の両方よりも、かなり安全
である。
リチウム挿入化合物の露出は、電解質を含むポリマ・マ
トリックス内にカプセル封止される方法によって、排除
される。したがって、本発明の電池は、電解液電池およ
び従来技術の固体電解質電池の両方よりも、かなり安全
である。
【００３０】本発明を好適な実施例より説明したが、当
業者であれば本発明の趣旨と範囲から逸脱することな
く、多くの変形が可能なことがわかる。
業者であれば本発明の趣旨と範囲から逸脱することな
く、多くの変形が可能なことがわかる。
【００３１】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）アノードと、二酸化マンガンとカーボンとポリマ
・バインダ内に含まれる電解質とを含むフレキシブル・
ポリマ複合カソードとを備え、前記電解質はリチウム塩
と有機非プロトン性溶媒溶液とを含み、前記有機非プロ
トン性溶媒溶液は、エチレンカーボネートとプロピレン
カーボネートとガンマ−ブチロラクトンとを含むことを
特徴とするフレキシブル１次電池。 （２）前記ポリマ・バインダは、ポリアクリロニトリル
であることを特徴とする上記（１）に記載のフレキシブ
ル１次電池。 （３）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードは、周囲
温度で少なくとも約１０ -3Ω-1ｃｍ-1の導電率を有する
ことを特徴とする上記（１）に記載のフレキシブル１次
電池。 （４）前記電解質におけるエチレンカーボネート対プロ
ピレンカーボネート対ガンマ−ブチロラクトンのモル比
は、約１：２：１であることを特徴とする上記（１）に
記載のフレキシブル１次電池。 （５）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードは、約５
９重量％の二酸化マンガンと、約４０重量％の電解質
と、約１重量％のカーボンとを含むことを特徴とする上
記（１）に記載のフレキシブル１次電池。 （６）前記電池が、リチウム電池であることを特徴とす
る上記（１）に記載のフレキシブル１次電池。 （７）第１のフレキシブル電流コレクタと、前記第１の
フレキシブル電流コレクタに接触するリチウム・アノー
ドと、二酸化マンガンとカーボンとポリマ・バインダ内
に含まれる電解質とを含むフレキシブル・ポリマ複合カ
ソードとを備え、前記電解質はリチウム塩と有機非プロ
トン性溶媒溶液とを含み、前記有機非プロトン性溶媒溶
液は、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネート
とガンマ−ブチロラクトンとを含み、前記フレキシブル
・ポリマ複合カソードと接触する第２のフレキシブル電
流コレクタを備える、ことを特徴とするフレキシブル１
次電池。 （８）前記ポリマ・バインダは、ポリアクリロニトリル
であることを特徴とする上記（７）に記載のフレキシブ
ル１次電池。 （９）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードは、周囲
温度で少なくとも約１０ -3Ω-1ｃｍ-1の導電率を有する
ことを特徴とする上記（７）に記載のフレキシブル１次
電池。 （１０）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードは、約
５９重量％の二酸化マンガンと、約４０重量％の電解質
と、約１重量％のカーボンとを含むことを特徴とする上
記（７）に記載のフレキシブル１次電池。 （１１）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードにおけ
るエチレンカーボネート対プロピレンカーボネート対ガ
ンマ−ブチロラクトンのモル比は、約１：２：１である
ことを特徴とする上記（７）に記載のフレキシブル１次
電池。 （１２）前記フレキシブル電流コレクタの各々は、ポリ
マ・シートと、その表面の１つに付着された金属バリア
膜と、反対側の表面に形成された金属箔とからなる複合
物であり、前記金属バリア膜は、電池の最外上面と最外
下面とを形成することを特徴とするフレキシブル１次電
池。 （１３）前記フレキシブル電流コレクタの各々が金属で
あることを特徴とする上記（７）に記載のフレキシブル
１次電池。 （１４）第１の外側カプセル封止層と、第１のフレキシ
ブル電流コレクタと、前記第１のフレキシブル電流コレ
クタに接触するリチウム・アノードと、二酸化マンガン
とカーボンとポリマ・バインダ内に含まれる電解質とを
含むフレキシブル・ポリマ複合カソードとを備え、前記
電解質はリチウム塩と有機非プロトン性溶媒溶液とを含
み、前記有機非プロトン性溶媒溶液は、エチレンカーボ
ネートとプロピレンカーボネートとガンマ−ブチロラク
トンとを含み、前記フレキシブル・ポリマ複合カソード
と接触する第２のフレキシブル電流コレクタと、第２の
外側カプセル封止層とを備え、前記第１および第２のカ
プセル封止層は、互いにシールされ、これにより前記電
流コレクタとアノードと複合カソードとを囲むことを特
徴とするフレキシブル１次リチウム電池。 （１５）前記カプセル封止層を通る金属電極突出部を有
し、前記カプセル封止層は、前記突出部にシールされて
いることを特徴とする上記（１４）に記載のフレキシブ
ル１次リチウム電池。
の事項を開示する。 （１）アノードと、二酸化マンガンとカーボンとポリマ
・バインダ内に含まれる電解質とを含むフレキシブル・
ポリマ複合カソードとを備え、前記電解質はリチウム塩
と有機非プロトン性溶媒溶液とを含み、前記有機非プロ
トン性溶媒溶液は、エチレンカーボネートとプロピレン
カーボネートとガンマ−ブチロラクトンとを含むことを
特徴とするフレキシブル１次電池。 （２）前記ポリマ・バインダは、ポリアクリロニトリル
であることを特徴とする上記（１）に記載のフレキシブ
ル１次電池。 （３）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードは、周囲
温度で少なくとも約１０ -3Ω-1ｃｍ-1の導電率を有する
ことを特徴とする上記（１）に記載のフレキシブル１次
電池。 （４）前記電解質におけるエチレンカーボネート対プロ
ピレンカーボネート対ガンマ−ブチロラクトンのモル比
は、約１：２：１であることを特徴とする上記（１）に
記載のフレキシブル１次電池。 （５）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードは、約５
９重量％の二酸化マンガンと、約４０重量％の電解質
と、約１重量％のカーボンとを含むことを特徴とする上
記（１）に記載のフレキシブル１次電池。 （６）前記電池が、リチウム電池であることを特徴とす
る上記（１）に記載のフレキシブル１次電池。 （７）第１のフレキシブル電流コレクタと、前記第１の
フレキシブル電流コレクタに接触するリチウム・アノー
ドと、二酸化マンガンとカーボンとポリマ・バインダ内
に含まれる電解質とを含むフレキシブル・ポリマ複合カ
ソードとを備え、前記電解質はリチウム塩と有機非プロ
トン性溶媒溶液とを含み、前記有機非プロトン性溶媒溶
液は、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネート
とガンマ−ブチロラクトンとを含み、前記フレキシブル
・ポリマ複合カソードと接触する第２のフレキシブル電
流コレクタを備える、ことを特徴とするフレキシブル１
次電池。 （８）前記ポリマ・バインダは、ポリアクリロニトリル
であることを特徴とする上記（７）に記載のフレキシブ
ル１次電池。 （９）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードは、周囲
温度で少なくとも約１０ -3Ω-1ｃｍ-1の導電率を有する
ことを特徴とする上記（７）に記載のフレキシブル１次
電池。 （１０）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードは、約
５９重量％の二酸化マンガンと、約４０重量％の電解質
と、約１重量％のカーボンとを含むことを特徴とする上
記（７）に記載のフレキシブル１次電池。 （１１）前記フレキシブル・ポリマ複合カソードにおけ
るエチレンカーボネート対プロピレンカーボネート対ガ
ンマ−ブチロラクトンのモル比は、約１：２：１である
ことを特徴とする上記（７）に記載のフレキシブル１次
電池。 （１２）前記フレキシブル電流コレクタの各々は、ポリ
マ・シートと、その表面の１つに付着された金属バリア
膜と、反対側の表面に形成された金属箔とからなる複合
物であり、前記金属バリア膜は、電池の最外上面と最外
下面とを形成することを特徴とするフレキシブル１次電
池。 （１３）前記フレキシブル電流コレクタの各々が金属で
あることを特徴とする上記（７）に記載のフレキシブル
１次電池。 （１４）第１の外側カプセル封止層と、第１のフレキシ
ブル電流コレクタと、前記第１のフレキシブル電流コレ
クタに接触するリチウム・アノードと、二酸化マンガン
とカーボンとポリマ・バインダ内に含まれる電解質とを
含むフレキシブル・ポリマ複合カソードとを備え、前記
電解質はリチウム塩と有機非プロトン性溶媒溶液とを含
み、前記有機非プロトン性溶媒溶液は、エチレンカーボ
ネートとプロピレンカーボネートとガンマ−ブチロラク
トンとを含み、前記フレキシブル・ポリマ複合カソード
と接触する第２のフレキシブル電流コレクタと、第２の
外側カプセル封止層とを備え、前記第１および第２のカ
プセル封止層は、互いにシールされ、これにより前記電
流コレクタとアノードと複合カソードとを囲むことを特
徴とするフレキシブル１次リチウム電池。 （１５）前記カプセル封止層を通る金属電極突出部を有
し、前記カプセル封止層は、前記突出部にシールされて
いることを特徴とする上記（１４）に記載のフレキシブ
ル１次リチウム電池。
【図１】本発明のフレキシブル１次電池の構造を示す断
面図である。
面図である。
【図２】カソードとアノードとの間に設けられた固体ポ
リマ電解質膜を有するフレキシブル１次電池の構造を示
す断面図である。
リマ電解質膜を有するフレキシブル１次電池の構造を示
す断面図である。
【図３】図１の電池の上面図である。
【図４】ポリマ電解質膜を有するリチウム１次電池と、
本発明の複合カソードを有するリチウム１次電池とにつ
いて、セル電圧対放電時間のグラフを示す図である。
本発明の複合カソードを有するリチウム１次電池とにつ
いて、セル電圧対放電時間のグラフを示す図である。
【図５】図２の構造の３つのフレキシブル１次電池（カ
ソード内に異なる量のカーボンを有する）について、セ
ル電圧対放電時間のグラフを示す図である。
ソード内に異なる量のカーボンを有する）について、セ
ル電圧対放電時間のグラフを示す図である。
【図６】本発明の第２のパッケージング実施例に従って
パッケージされた本発明のフレキシブル１次電池の構造
の断面図である。
パッケージされた本発明のフレキシブル１次電池の構造
の断面図である。
【図７】本発明の第３のパッケージング実施例に従って
パッケージされた本発明のフレキシブル１次電池の構造
の断面図である。
パッケージされた本発明のフレキシブル１次電池の構造
の断面図である。
１０，３０，５０ 電池 １２ａ，１２ｂ，３４，３６ 電流コレクタ １４ アノード １８ カソード ２０，３２ スペーサ ２２ ポリマシート ２４ バリア膜 ２６ 金属箔 ２８ａ，２８ｂ 電流コレクタ・リード ３８，４０ 界面 ５２，５４ パッケージング材料シート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マドハブ・ダッタ アメリカ合衆国 10598 ニューヨーク 州 ヨークタウン ハイツ ワイルドウ ッド コート 816 (56)参考文献 特開 平７−99051（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−272566（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−59949（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−111831（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 6/18 H01M 2/02 H01M 4/06 H01M 4/62
Claims (4)
- 【請求項１】エチレンカーボネート、プロピレンカーボ
ネート及びガンマーブチロラクタンの三元系溶媒並びに
リチウム塩から成る電解質と、二酸化マンガンと、カー
ボンとをポリマ・バインダ中に含んだフレキシブル・ポ
リマ複合カソードと、 前記ポリマ・複合カソードの下側表面に面接触して配置
されたリチウム・アノードと、 第１のフレキシブル・ポリマ・シートの下側表面に付着
され、前記ポリマ複合カソードの上側表面と面接触して
いるカソード電流コレクタ用導電層と、 第２のフレキシブル・ポリマ・シートの上側表面に付着
され、前記アノードの下側表面と面接触しているアノー
ド電流コレクタ用導電層と、 を含む固体電解質のフレキシブルな一次電池であって、 前記ポリマ複合カソードは、前記電解質を実質的に４０
重量％、前記二酸化マンガンを実質的に５９重量％及び
前記カーボンを実質的に１重量％含むことを特徴とす
る、摂氏零度以下の低周囲温度でも動作する一次電池。 - 【請求項２】エチレンカーボネート、プロピレンカーボ
ネート及びガンマーブチロラクタンの三元系溶媒並びに
リチウム塩から成る電解質と、二酸化マンガンと、カー
ボンとをポリマ・バインダ中に含んだフレキシブル・ポ
リマ複合カソードと、 前記ポリマ・複合カソードの下側表面に面接触して配置
されたリチウム・アノードと、 第１のフレキシブル・ポリマ・シートの下側表面の中央
領域に付着され、前記ポリマ複合カソードの上側表面と
面接触しているカソード電流コレクタ用導電層と、 第２のフレキシブル・ポリマ・シートの上側表面の中央
領域に付着され、前記アノードの下側表面と面接触して
いるアノード電流コレクタ用導電層と、 前記複合カソード及び前記アノードの側周辺に接触して
これを包囲し前記第１及び第２のポリマ・シートの周縁
領域へヒート・シールされたポリマ・スペーサと、 を含む固体電解質のフレキシブルな一次電池において、前記第１及び第２の各フレキシブル・ポリマ・シート
は、 前記下側表面及び上側表面において、対応する前記各コ
レクタ用導電層のそれぞれと一体に前記周縁領域に付着
され前記ポリマ・スペーサ上面 を介して外部へ導出して
いる第１及び第２のリード線薄膜層と、上側表面及び下側表面において、表面全体を覆って付着
され、周囲雰囲気に対する保護膜として機能するための
金属バリア薄膜層と、 を備えることを特徴とする一次電池。 - 【請求項３】前記三元系溶媒中のエチレンカーボネート
対プロピレンカーボネート対ガンマーブチロラクタンの
モル比が実質的に１：２：１であることを特徴とする請
求項１又は２に記載の一次電池。 - 【請求項４】前記ポリマ複合カソードは、前記電解質を
実質的に４０重量％、前記二酸化マンガンを実質的に５
９重量％及び前記カーボンを実質的に１重量％含むこと
を特徴とする請求項２に記載の一次電池。
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|---|---|---|---|
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| US08/876786 | 1997-06-16 |
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-
1998
- 1998-06-08 JP JP10159730A patent/JP3007876B2/ja not_active Expired - Lifetime
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