JP4174934B2 - 電子機器及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器及びこの電子機器の製造方法に関し、特に駆動電源となるバッテリの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ノート型のパーソナルコンピュータや携帯電話、テープレコーダ等の記録再生装置等の電子機器は、近年において小型軽量化の要請が強くなっている。従来、携帯型電子機器は、小型軽量化を実現するために、高エネルギー密度でかつ小型の二次電池を駆動電源として使用することで、電子機器内のスペースを有効利用して上述した要請に応えている。
【０００３】
また、このような電子機器においては、小型軽量化の他に、薄型化も重要な課題であり、小型軽量化の場合と同様に、駆動電源としての二次電池の形状、及びこの二次電池を収納するためのスペースが電子機器の設計に大きな影響を与えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二次電池は、電解液が用られており、この電解液の漏液を防止するために外装材として金属ケースが使用されている。このような金属ケースを外装材とする従来の二次電池は、円筒型や角型等の形状において、形状の自由度が低く、また薄型化にも限界があるため、電子機器内で大きな収納スペースが必要とされ、この電子機器の設計において大きな制約を課す原因となっている。したがって、電子機器の薄型化には、よりスペースファクターの良好な、すなわち大きな収納スペースを必要としない二次電池が必要である。
【０００５】
そこで、本発明は、スペースファクターの良好なポリマーバッテリを用いて薄型化された電子機器及びこの電子機器の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る電子機器は、所定の形状に形成された筐体と、外装保護層、アルミニウム層及び熱溶着層からなり、二つに折り畳んで、最内層を熱溶融層とし、電池素子を、周囲を熱溶着によって封入し密閉したシート状ラミネートフィルムによって外装材が形成され、この外装材と上記筐体の内面とが密着して接着剤によって接合一体化されて配設されるポリマーバッテリとを備える。ポリマーバッテリは、筐体間に形成された空間に充填され、外装材が筐体の少なくとも一部を構成する。
【０００７】
ポリマーバッテリは、電解液の漏液の心配がないため、ラミネートフィルム等のフレキシブルな材料を外装材として用いることができ、形状の自由度が高い。しかも、薄型化が可能である。
【０００８】
したがって、本発明に係る電子機器は、駆動電源としてポリマーバッテリを筐体と一体化して組み込むことで、機器本体内でのバッテリの収納スペースの省スペース化が図れ、さらに薄型化が達成される。
【０００９】
また、本発明に係る電子機器の製造方法は、所定形状を有する筐体の内面側に、外装保護層、アルミニウム層及び熱溶着層からなり、二つに折り畳んで、最内層を熱溶融層とし、電池素子を熱溶着によって封入し密閉したシート状ラミネートフィルムによって外装材が形成されたポリマーバッテリが、外装材と筐体の内面とを密着させて接着剤によって接合一体化され、ポリマーバッテリが、筐体間に形成された空間に充填され、外装材が筐体の少なくとも一部を構成する電子機器の製造方法において、筐体とポリマーバッテリとが、その形状加工において同一工程が施される。
【００１０】
また、本発明に係る電子機器の製造方法は、ポリマーバッテリと筐体とが、その形状加工において同一工程を経て作製されることで、筐体の形状と略同一形状のポリマーバッテリが容易に製造される。したがって、本発明の電子機器の製造方法では、例えば凹凸等を有する複雑な形状の筐体の電子機器であっても、ポリマーバッテリと筐体とを簡易に接合一体化することで、スペース効率、生産効率が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子機器の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
本発明が適用される電子機器においては、図１に示すように、筐体１の内面１ａに対して、該電子機器の駆動電源となるポリマーバッテリ（ポリマー二次電池）２が配設される。
【００１３】
筐体１は、例えば携帯電話機や携帯型のテープレコーダ装置等の電子機器の外形を構成する所定形状に成形されている。筐体１内には、詳しい図示は省略するが、例えば回路基板や駆動機構等が収納されている。
【００１４】
ポリマーバッテリ２は、非水電解質電池（いわゆるリチウムイオン二次電池、又はリチウム二次電池）であり、例えば固体電解質電池、またはゲル状電解質電池である。具体的には、正極活物質層と負極活物質層との間に固体電解質、またはゲル状電解質が配設されてなる電池素子と、シート状のラミネートフィルムが二つに折り畳まれてなる外装材とを備え、電池素子を外装材内に収容し、周囲を熱溶着することにより密封してなるものである。
【００１５】
外形形状は、任意であるが、例えばシート状やフィルム状が好ましい。
【００１６】
電池素子は、電池素子を構成する負極と電気的に接続される負極端子リード及び正極と電気的に接続される正極端子リードが設けられており、これら負極端子リード及び正極端子リードは、外装材の外方へと引き出され、筐体１内の駆動機構等と電気的に接続されている。
【００１７】
これら正極端子リード及び負極端子リードは、正負極のそれぞれの集電体に接合されており、その材質としては、正極端子リードは高電位で溶解しないもの、例えばアルミニウム、チタン、或いはこれらの合金等が挙げられる。負極端子リードには、銅、ニッケル、またはこれらの合金を用いることができる。
【００１８】
電池素子は、固体電解質としては溶媒を一切含まない固体電解質を用いることができる。
【００１９】
溶媒を含まない固体電解質としては、イオン伝導性高分子を用いた高分子固体電解質、さらにはイオン伝導性セラミクス、或いはイオン伝導性ガラスを用いた無機固体電解質等を用いることができる。
【００２０】
例えば高分子固体電解質を形成するには、ポリエチレンオキサイドに代表されるようなエーテル結合を有する高分子マトリクス中に電解質を相溶させた高分子複合体が使用される。このとき、電解質としては、やはり通常の電池電解液に用いられる電解質を使用することができ、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆等のリチウム塩を使用することができる。
【００２１】
高分子マトリクスとしては、上述したポリエチレンオキシドのような直鎖状の高分子だけでなく、側鎖構造を有したくし型高分子、あるいは主鎖にシロキサン構造、ポリフォスファゼン構造等の無機高分子構造を有したもの等も使用することができるが、勿論、これらに限られるものではない。
【００２２】
あるいは、通常のゲル状電解質電池とすることも可能である。例えばゲル状電解質電池を考えた場合、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変成ポリマー等、もしくはフッ素系ポリマーとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-co-テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-co-トリフルオロエチレン）等及びこれらの混合物が各種使用できるが、勿論これらに限定されるものではない。
【００２３】
正極活物質層または負極活物質層に積層されている固体電解質、またはゲル状電解質は、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに可塑剤）からなる溶液を正極活物質層または負極活物質層に含浸させ、溶媒を除去し固体化したものである。正極活物質層または負極活物質層に積層された固体電解質、またはゲル状電解質は、その一部が正極活物質層または負極活物質層に含浸されて固体化されている。架橋系の場合は、その後、光または熱で架橋して固体化される。
【００２４】
ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子からなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独または可塑剤の一成分として用いることができる。
【００２５】
ゲル状電解質を調整するにあたり、このような炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子としては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００２６】
高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子などを単独、または混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００２７】
このようなゲル状電解質または高分子固体電解質に含有させるリチウム塩として通常の電池電解液に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウム化合物（塩）としては、例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
たとえば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆等を挙げることができる。
【００２９】
これらリチウム化合物は単独で用いても複数を混合して用いても良いが、これらの中でＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄が酸化安定性の点から望ましい。
【００３０】
リチウム塩を溶解する濃度として、ゲル状電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施できるが、好ましくは０．５から２．０モル／リットルで用いることができる。
【００３１】
ポリマーバッテリ２の負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。このような負極の構成材料としては、たとえば難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。このほか、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ₂ 等の酸化物を使用することもできる。このような材料から負極を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加することができる。又はリチウム金属を負極材料として用いることができる。
【００３２】
正極は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を正極活物質として用いて構成することができる。たとえばリチウムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、ＮｂＳｅ₂，Ｖ₂Ｏ₅等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物や、ＬｉＭＯ₂ （式中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂，ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂(式中、０＜ｙ＜１である。)、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等を挙げることができる。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極活物質となる。正極には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加することができる。
【００３３】
外装材は、例えば外装保護層、アルミニウム層及び熱溶着層（ラミネート最内層）の３層からなるヒートシールタイプのシート状ラミネートフィルムにより形成されている。熱溶着層は、電池素子を封入する際の熱溶着による封入を目的としたもので、プラスチックフィルムが使用されている。プラスチックフィルムには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテフタレート等が用いられるが、熱可塑性のプラスチック材料であればその原料を問わない。
【００３４】
以上、ポリマーバッテリ２について具体的に説明したが、このポリマーバッテリ２は形状の自由度が高く、上述したようにシート状やフィルム状に成形し、その後筐体１の形状に合わせて形状を調整することも可能である。すなわち、ポリマーバッテリ２は、筐体１に図１に示すような凹凸が生じている場合でも、その形状の変化に追従して筐体１の内面１ａに密着させて配設することができる。このため、ポリマーバッテリ２は、筐体１の内面１ａに接着剤等によって一体化して好適に使用することができる。
【００３５】
上述した電子機器は、筐体１とポリマーバッテリ２とが同じ工程を経てそれぞれ所定形状に成形され、これらが接合一体化されて作製される。具体的には、例えば筐体１とポリマーバッテリ２とは、共通の金型で予め同一形状に成形され、その後接着剤等によって接合一体化される。電子機器においては、筐体１とポリマーバッテリ２とが同じ工程を経て予め同一形状に成形されることにより、筐体１の形状に合わせてポリマーバッテリ２を接合一体化させる作業が簡易化される。なお、ポリマーバッテリ２は、筐体２に比してフレキシブルに形成されているため、同一形状に成形した場合でも筐体１の形状に合わせての接合一体化を容易に行うことができる。
【００３６】
本発明に係る電子機器は、上述したように駆動電源となるポリマーバッテリ２を筐体１に接合一体化させて配設することにより、バッテリのスペースファクターが向上し、機器自体を薄型化することができる。
【００３７】
また、電子機器においては、上述したポリマーバッテリ２を、筐体１の一部を構成するように配設してもよい。具体的には、図２に示すように、ポリマーバッテリ２を筐体１間に形成された空間に充填し、その外装材が電子機器の筐体１の一部となるように配設する。このような構成の電子機器においては、ポリマーバッテリ２の外装材に筐体１の一部を兼ねさせることで、筐体１内におけるポリマーバッテリ２の収容スペースが小さくなり、さらにバッテリのスペースファクターが向上し、機器自体を薄型化することができる。
【００３８】
以下に、本発明を適用した電子機器の具体例として携帯電話機を図示して説明する。
【００３９】
携帯型電話機１１は、図３に示すように、筐体１２ａ，１２ｂからなる電話機本体１２に液晶ディスプレイ１３、操作キー群１４、マイクロホン１５及びイヤホン１６を備えて構成される。液晶ディスプレイ１３は、使用時には、例えば送受信の相手や通話時間等が表示される。操作キー群１４は、０乃至９、＊、＃等のダイヤルキー１４ａや、その他の機能を実行するためのファンクションキー１４ｂ等が設けられている。
【００４０】
携帯型電話機１１は、図４に示すように、送受信回路部（図示は省略する。）により送受信される音声信号等の処理や操作キー群１４による操作状態の判断等を行う制御部や、液晶ディスプレイ１３を操作キー群１４の操作に基づき駆動する液晶駆動部等を有する回路基板１７や、この回路基板９に電気的に接続されるシート状のポリマーバッテリ１８が収納される。
【００４１】
ポリマーバッテリ１８は、シート状又はフィルム状に成形され、同図に示すように、筐体１２ｂの形状に沿うように、その内面に密着されて配設されている。ポリマーバッテリ１８は、筐体１２ｂに対して接着剤により固定されて、筐体１２ｂと一体化されている。なお、ポリマーバッテリ１８は、筐体１２ａ側にも配設してよいことは勿論であるが、液晶ディスプレイ１３や操作キー群１４等に相当する部分については避けて配設される。
【００４２】
このように、ポリマーバッテリ１８は、上述したようにシート状又はフィルム状に成形されて筐体１２ｂと一体化されて配設されるため、スペースファクターが向上し、筐体１２ｂと電話機本体１２内に収納される回路基板１７等との隙間が僅かなものであっても配設することができる。
【００４３】
なお、本発明を適用した具体的な例として、上述した携帯電話機１１を示して説明したが、本発明はその他の電子機器に対しても適用可能であることは勿論である。例えば、テープレコーダ等の記録再生装置や、携帯型の小型ラジオ、或いはバッテリが組み込まれそれ自体が駆動電源となりうるアタッシュケースや鞄等の筐体又は外装材を有する電子機器に対しても適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明に係る電子機器によれば、ラミネートフィルム等のフレキシブルな材料を外装材として用いるポリマーバッテリを筐体に密着させて組み込むことで、薄型化が達成することができる。
【００４５】
また、本発明に係る電子機器の製造方法は、ポリマーバッテリと筐体とが同じ工程を経て作製されることで、予め筐体の形状と略同一形状のポリマーバッテリを筐体とに対して密着させる作業を簡易化でき、生産効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリマーバッテリを筐体に配設した状態を示す要部縦断面図である。
【図２】ポリマーバッテリを筐体に配設した状態を示す要部縦断面図である。
【図３】本発明が適用された携帯型電話機の斜視図である。
【図４】同携帯型電話機の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 筐体，２（１８） ポリマーバッテリ，１１ 携帯型電話機

Claims (2)

1. 所定の形状に形成された筐体と、
   外装保護層、アルミニウム層及び熱溶着層からなり、二つに折り畳んで、最内層を熱溶融層とし、電池素子を、周囲を熱溶着によって封入し密閉したシート状ラミネートフィルムによって外装材が形成され、この外装材と上記筐体の内面とが密着して接着剤によって接合一体化されて配設されるポリマーバッテリとを備え、
   上記ポリマーバッテリは、上記筐体間に形成された空間に充填され、上記外装材が上記筐体の少なくとも一部を構成する電子機器。
2. 所定形状を有する筐体の内面側に、外装保護層、アルミニウム層及び熱溶着層からなり、二つに折り畳んで、最内層を熱溶融層とし、電池素子を、周囲を熱溶着によって封入し密閉したシート状ラミネートフィルムによって外装材が形成されたポリマーバッテリが、該外装材と上記筐体の内面とを密着させて接着剤によって接合一体化され、上記ポリマーバッテリが、上記筐体間に形成された空間に充填され、上記外装材が上記筐体の少なくとも一部を構成する電子機器の製造方法において、
   上記筐体と上記ポリマーバッテリとが、その形状加工において同一工程が施される電子機器の製造方法。

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