JP3617081B2

JP3617081B2 - 薄型カード電池

Info

Publication number: JP3617081B2
Application number: JP21631394A
Authority: JP
Inventors: 寛之明石; 孝二世界
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JPH0883596A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電池内部抵抗を効果的に低抑させた薄型カード電池に関するものである。さらに詳しくは、電池内部を減圧密閉させて放電特性を向上させた薄型カード電池に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
最近の電子産業における進歩に伴い、各種機器の小型化、省電力作動化が進んできた。またこれに伴い、電源として搭載される電池の軽量小型化の要求も高まりを見せており、各方面で精力的に開発が行なわれている。
【０００３】
そして、これまでに軽量薄型の電池、所謂カード電池が開示されている（実開昭５８―１７６３６６号、特開昭６１―６８８６０号、特開平１―２３９７５９号、特開平５―９４８０８号）。
【０００４】
一般的にこの種の電池は、高度に部品が集積された電子機器等の僅かな空間に装着されるために、電池本体は塑性変形せず、あらゆる応力に対する柔軟性に富む外装材を用いることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまでに開示されているカード電池の大半は、金属薄板間に発電素子を設置した後に、熱融着法により作製されている（特開昭６１―２７７１５１号）。これは正負極の接触を均一にし、放電特性を安定化させるためであるが、外装材が金属であるがゆえに、あらゆる応力に対する柔軟性を満足するものではない。
それゆえ、カード電池の放電特性においても、応力が印加された際は、均一な放電曲線とはならず、電池特性が不均一化してしまう問題があった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、電極間の密着性が向上し、電池内部抵抗を低く抑えることができるとともに、安定した放電特性を得ることができる薄型カード電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄型カード電池は、例えば図１に示すように、フレキシブルなフィルムよりなる密閉型電池容器１内に、積層された正極２、セパレータ３、及び負極４、並びに、電解液からなる電池構成物質を外装材中に収容した薄型カード電池において、正極は、少なくともＬｉＣｏＯ_２を有する正極材料と、負極は、少なくとも難黒鉛化炭素を有する負極材料と、正極と負極の間にポリエチレンからなるセパレータが介在され、外装材は、孔が不存在のフレキシブルなフィルムであり、ポリエチレン／アルミニウム／ポリエチレンの構成からなるラミネートフィルムとされ、この密閉型電池容器１内が、減圧されているものである。
【０００８】
また、本発明の薄型カード電池は、厚さが２００μｍ以下である上述構成の薄型カード電池である。
【０００９】
上述の構成から、我々は外装材にポリエチレンとアルミニウムからなるラミネートフィルムを用いた電池が優れた特性を示すことを見いだした。
そして更に鋭意検討を加えた結果、ラミネート外装材中に発電素子を挿入した後、内部を減圧後封止することにより、あらゆる応力に対して柔軟性に優れ、且つ安定した電力の供給可能なカード電池が得られることを見いだした。
【００１０】
【作用】
本発明の薄型カード電池によれば、フレキシブルなフィルムよりなる密閉型電池容器１内に、積層された正極２、セパレータ３、及び負極４、並びに、電解液からなる電池構成物質を外装材中に収容した薄型カード電池において、正極は、少なくともＬｉＣｏＯ_２を有する正極材料と、負極は、少なくとも難黒鉛化炭素を有する負極材料と、正極と負極の間にポリエチレンからなるセパレータが介在され、外装材は、孔が不存在のフレキシブルなフィルムであり、ポリエチレン／アルミニウム／ポリエチレンの構成からなるラミネートフィルムとされ、この密閉型電池容器１内を、減圧することにより、電極間の密着性が向上し、電池内部抵抗を低く抑えることができるとともに、安定した放電特性を得ることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明薄型カード電池の実施例について図１〜図５を参照しながら説明する。
【００１２】
実施例１
本例では、電池内部を減圧した薄型塩化亜鉛一次電池を作製した。
内部減圧した薄型塩化亜鉛一次電池の作製方法は以下に示すとおりである。
【００１３】
作製した薄型塩化亜鉛一次電池の電極面積は、正極及び負極とも４ｃｍ^２である。
また、正極は、電解二酸化マンガン：カーボンブラック：塩化アンモニウム：塩化亜鉛：水をそれぞれ５７重量部：２１重量部：９重量部：１重量部：１２重量部の配合比で混合した正極合剤をカーボンフィルム上に電極活物質密度が１０ｍｇ／ｃｍ^２となるように塗布したものである。
【００１４】
電解液は、塩化アンモニウムおよび塩化亜鉛の混合水溶液を用い、それぞれ溶媒に対する濃度が３５重量部、１０重量部となるように調整した。またこの電解液には、粘りけを出すために、コーンスターチおよび小麦を加えた。
【００１５】
負極には、特に鉛とカドニウムを、それぞれ０．１重量部、０．１重量部固溶した亜鉛板を用いた。
セパレーターには、ナイロンの不織布を使用した。
【００１６】
電池作製工程の一例を以下に記す。
アルミニウム金属箔の表面と裏面にそれぞれポリエチレンフィルムを密着させた（ポリエチレン／アルミニウム／ポリエチレン）厚さ３０ミクロンのフレキシブルなラミネートフィルムを外装材として用いた。この外装材中に、上述の電池構成物質を挿入した後、真空ポンプに電池内部を接続し減圧した。
【００１７】
１０秒間電池内部を減圧したのち、１２０℃ヒーターで外装材ラミネートフィルム端の熱封止を行い、図１のような厚さ２００ミクロンの薄型塩化亜鉛一次電池を作製した。
【００１８】
なお、上述の減圧工程は一例であり、本件の減圧処理法はこれに限定されるものではない。また使用した電池材の構成比、添加物の濃度等は、これに限定されないのは勿論のことである。
【００１９】
比較例１
実施例１と同様な電池構成において、減圧処理を施さず、機械的に１ｋｇの圧力（２５０ｇ／ｃｍ^２）をかけた後、溶着封止した薄型塩化亜鉛一次電池を比較のために作製した。
【００２０】
実施例２
実施例１と同様な方法により、厚さ２００ミクロンの内部減圧した薄型リチウム一次電池を作製した。本例の一次電池の電池構成は以下に示すとおりである。
【００２１】

【００２２】
比較例２
実施例２と同様な電池構成において、減圧処理を施さず、機械的に１ｋｇ（２５０ｇ／ｃｍ^２）の圧力をかけた後、溶着封止したリチウム一次電池を比較のために作製した。
【００２３】
実施例３
以下に示した電池構成で、実施例１と同様な減圧処理によるリチウム一次電池を作製した。
【００２４】

【００２５】
比較例３
実施例３と同様な電池構成において、減圧処理を施さず、機械的に１ｋｇ（２５０ｇ／ｃｍ^２）の圧力をかけた後、溶着封止したリチウム一次電池を比較のために作製した。
【００２６】
上述のように作製した電池、すなわち実施例１〜３及び比較例１〜３について、電池性能と減圧処理の相関関係を評価する目的で、各サンプルの開回路電圧と内部抵抗を試験数１０で評価した。
その結果は、表１に示すとおりである。表１中のＲ１、Ｒ２は、それぞれ開回路電圧、内部抵抗の最大値と最小値の差である。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表から明らかなように、比較例１〜３に比較して実施例１〜３において、その効果は顕著である。
すなわち、実施例１〜３のように電池内部が減圧状態にある薄型電池は、大気圧により電極集電体間に均一な圧力が加わる為に、電極間の密着性が向上し電池内部抵抗を低く抑えることが可能となる。
【００２９】
一方、実施例１および比較例１の放電特性を図２に示した。図示した放電曲線は、それぞれ２３℃における３０ｋΩ定抵抗放電試験時のものである。
図より明らかなように、減圧処理した電池（実施例１）は電極間に絶えず均一な圧力が加わっている為に、電池内部抵抗が低減され、結果的に良好な放電特性が得られた。
【００３０】
また、実施例２、３および比較例２、３の放電特性を図３に示した。図示した放電曲線は、それぞれ２３℃における３０ｋΩ定抵抗放電試験時のものである。
図より明らかなように、減圧処理した電池（実施例２、３）は電極間に絶えず均一な圧力が加わっている為に、電池内部抵抗が低減され、結果的に良好な放電特性が得られた。
【００３１】
実施例４
以下に記した電池構成で、実施例１と同様な減圧処理によるリチウム二次電池を作製した。
また作製した電池は、１００ｍＡで充電し終了条件は電圧が３．３Ｖに達した時点とした。一方、放電は１００ｍＡで放電し終了条件は１．５Ｖとした。
【００３２】

【００３３】
比較例４
実施例４と同様な電池構成において、減圧処理を施さず、機械的に１ｋｇ（２５０ｇ／ｃｍ^２）の圧力をかけた後、溶着封止したリチウム二次電池を比較のために作製した。
また作製した電池は、１００ｍＡで充電し終了条件は電圧が３．３Ｖに達した時点とした。一方、放電は１００ｍＡで放電し終了条件は１．５Ｖとした。
【００３４】
実施例５
以下に示した電池構成で、実施例１と同様な減圧処理によるリチウム二次電池を作製した。
また作製した電池は、１００ｍＡで充電し終了条件は電圧が４．２Ｖに達した時点とした。一方、放電は１００ｍＡで放電し終了条件は３．０Ｖとした。
【００３５】

【００３６】
比較例５
実施例５と同様な電池構成において、減圧処理を施さず、機械的に１ｋｇ（２５０ｇ／ｃｍ^２）の圧力をかけた後、溶着封止したリチウム二次電池を比較のために作製した。
また作製した電池は、１００ｍＡで充電し終了条件は電圧が４．２Ｖに達した時点とした。一方、放電は１００ｍＡで放電し終了条件は３．０Ｖとした。
【００３７】
上述のように作製した電池、すなわち実施例４、５及び比較例４、５について、電池性能と減圧処理の相関関係を評価する目的で、各サンプルの開回路電圧と内部抵抗を試験数１０で評価した。
【００３８】
その結果は表２に示すとおりである。
ここで、実施例４および比較例４は、１００ｍＡの定電流充電し、３．３Ｖで充電終了した時の値である。また、実施例５および比較例５は、１００ｍＡの定電流充電し、４．２Ｖで充電終了した時の値である。
また表中のＲ１、Ｒ２は、それぞれ開回路電圧、内部抵抗の最大値と最小値の差である。
【００３９】
【表２】

【００４０】
表から明らかなように、比較例４、５に比較して実施例４、５において、その効果は顕著である。
すなわち、実施例４、５のように電池内部が減圧状態にある薄型電池は、大気圧により電極集電体間に均一な圧力が加わる為に、電極間の密着性が向上し電池内部抵抗を低く抑えることが可能となる。
【００４１】
一方、実施例４および比較例４の５サイクル目の放電特性を図４に示した。
図より明らかなように、減圧処理した電池（実施例４）は電極間に絶えず均一な圧力が加わっている為に、電池内部抵抗が低減され、結果的に良好な放電特性が得られた。
【００４２】
また、実施例５および比較例５の５サイクル目の放電特性を図５に示した。
図より明らかなように、減圧処理した電池（実施例５）は電極間に絶えず均一な圧力が加わっている為に、電池内部抵抗が低減され、結果的に良好な放電特性が得られた。
【００４３】
次に、実施例４、５および比較例４、５について、充放電サイクル５０、１００回目の放電容量維持率（％）を表３に示した。
ここで、放電容量維持率（％）は、サイクル２回目の容量を基準とし、次式により算出した。
【００４４】
放電容量維持率＝１００Ｘ（各サイクルにおける放電容量）／（２サイクル目の放電容量）
【００４５】
【表３】

【００４６】
表から明らかなように、電池内部が減圧状態にある薄型電池（実施例４、５）は、大気圧により電極集電体間に均一な圧力が加わる為に、電極間の密着性が向上し、二次電池特性における放電容量維持率も著しく向上している。
【００４７】
なお、本発明は上述の実施例に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極間の密着性が向上し電池内部抵抗を低く抑えることができる。
また、二次電池特性における放電容量維持率も著しく向上させることができる。
さらに、減圧処理した電池の放電特性は安定しており、製品の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明薄型カード電池の一実施例を示す構成図である。
【図２】実施例１及び比較例１の放電特性を示すグラフである。
【図３】実施例２、３及び比較例２、３の放電特性を示すグラフである。
【図４】実施例４及び比較例４の５サイクル目の放電特性を示すグラフである。
【図５】実施例５及び比較例５の５サイクル目の放電特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１外装材
２正極
３セパレータ
４負極
５封止剤
６リード線

Claims

フレキシブルなフィルムよりなる密閉型電池容器内に、積層された正極、セパレータ、及び負極、並びに、電解液からなる電池構成物質を外装材中に収容した薄型カード電池において、
上記正極は、少なくともＬｉＣｏＯ_２を有する正極材料と、
上記負極は、少なくとも難黒鉛化炭素を有する負極材料と、
上記正極と負極の間にポリエチレンからなるセパレータが介在され、
上記外装材は、孔が不存在のフレキシブルなフィルムであり、ポリエチレン／アルミニウム／ポリエチレンの構成からなるラミネートフィルムとされ、
上記密閉型電池容器内は、減圧されていることを特徴とする薄型カード電池。
厚さが、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の薄型カード電池。