JP4256650B2

JP4256650B2 - 補助電源装置

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Publication number: JP4256650B2
Application number: JP2002272587A
Authority: JP
Inventors: 哲哉高橋; 哲丸山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP2004111227A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機などの携帯電子機器に用いる補助電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用電子機器の普及により、長時間の連続駆動が可能な内蔵型電源デバイスの需要が高まっている。ここでいう携帯電子機器としては、例えば、携帯電話機、ノート型コンピュータなどがある。また、個人情報の管理やデータ通信に用いる携帯情報端末であるＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などがある。
【０００３】
携帯用電子機器に内蔵される電源デバイスとして近年普及しているのは、主にリチウムイオンを使用する非水二次電池（以下、「リチウムイオン電池」という）である。通常、これら携帯電子機器の内部に組み込まれた電源デバイスは、外部の充電器を用いて充電される。携帯電子機器は、充電器に接続された状態においては外部の電力によって、充電器を切り離した状態においては内蔵された電源デバイスの電力によって駆動される。
【０００４】
したがって、標準的な携帯電子機器用充電器には何らかの外部電力を接続しなければならない。そのため、充電器を携帯していたとしても、緊急の際や移動中の際には充電器を起動させることができない場合があった。また、現行の携帯電子機器用充電器は、携帯機器とともに持ち運ぶのは重量やサイズの点で困難である。この問題は、使用頻度の高い携帯電話機において顕著である。このため、緊急時に携帯電話機の内蔵電源デバイスに追加して使用できる補助電源が検討されている。例えば、携帯電話機に接続して内部電源デバイスを充電する、充電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１３４８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の充電装置は、定電圧回路と乾電池を収容した電池パックから構成されている。このような電池パックを用いることによって、携帯電話機の補助電源を得ることができる。しかしながら、この電池パックには次のような欠点が考えられる。
（１）外部電源の代用である乾電池は使い捨てである。
（２）携帯電話の底部に接続するため、携帯電話機全体が大きくなる。このため、接続状態で携帯電話を使用するには不適当である。
【０００７】
以上の問題点により、小型で再使用が可能な補助電源装置の実現が要請されてきたが、現在一般的に使用されている角型・円筒型のリチウムイオン二次電池は容量・サイズともに補助電源用としては大きいため、補助電源用の電気化学デバイスとして用いることはできなかった。そのため、小型の携帯電子機器、特に携帯電話に接続したままで使用できるだけの充電容量とサイズとを備えた補助電源装置の実現が課題となっている。
そこで、本発明は携帯電話機に接続したままの状態で使用可能な、小型の補助電源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、電池収納部と接続コネクタを有し、電池収納部の内部に電気化学デバイスを内蔵した補助電源装置において、電気化学デバイスがリチウムイオン二次電池を含むこと、接続コネクタが補助電源装置の接続対象である携帯電子機器の電源コネクタ仕様に準じた形状を有すること、電池収納部と接続コネクタの間が電気伝導機構を含んだ接続部によって接続されていること、および、接続部は自由度１以上の可動機構を有し、この可動機構が板ばねによる可動機構であることによって解決される。この自由度１以上の可動機構は、スプリングを内蔵した関節による可動機構とすることもできる。補助電源装置を携帯電子機器に略一体化するに当り、補助電源装置は携帯電子機器の背面に装着される。ここで、携帯電子機器の「背面」とは、スイッチ類が配列された面に対して反対側の面をいう。装着方法には携帯電子機器への接着などが考えられるが、携帯電子機器の背面を汚すなど、使用者に不快感を与える場合がある。それに対して、電気伝導機構を含んだ接続部を自由度１以上の可動機構、例えば、スプリングを内蔵した関節や板ばねによる可動機構とすることにより、携帯電話を汚すことなく補助電源装置を装着できる。すなわち、接続コネクタ部分を固定点として、補助電源装置を携帯電子機器の背面に、関節部や板ばねなどの弾力を利用して押し付けることができ、接着を用いなくても補助電源装置と携帯電子機器との略一体化が可能となる。
【０００９】
本発明の補助電源装置に用いられる二次電池は、大きな電気容量を有する必要があるためリチウムイオン二次電池を用いる。携帯電子機器として最も汎用されているのは携帯電話機であるが、その一般的なサイズにおいて、装着したままで使用できる補助電源装置の大きさには制限がある。同時使用を考慮した場合、リチウムイオン二次電池の外装体を含む厚さは４ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
一般的なリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、セパレータとを複数枚積層した積層体を基本構成とする。この積層体を外装体に収め、電解質を含浸させてリチウムイオン二次電池となる。リチウムイオン二次電池の厚さは、電極などの各材料の厚さ及び積層数を規定して制御することができる。しかし、電極を薄くし積層数を増やすことは製造コストを上げ、エネルギー密度を下げる。逆に電極を厚くしすぎると内部抵抗が増加し、損失が大きくなる。
【００１１】
この問題は、電極の電極活物質の担持量を規定することで解決することができる。すなわち、正極の正極活物質の担持量を１７〜３０ｍｇ／ｃｍ^２の範囲とし、また、負極の負極活物質の担持量を８．５〜１５．５ｍｇ／ｃｍ^２の範囲とすることによって、電池特性を低下させること無くリチウムイオン二次電池の薄層化が可能となり、厚みが４ｍｍ以下のリチウムイオン二次電池を得ることができる。このリチウムイオン二次電池を用いることにより、小型で携帯電子機器に装着したままで長時間使用可能な補助電源装置が得られる。
【００１２】
補助電源装置の電池収納部は、補助電源装置を携帯電子機器に取り付けた状態において、携帯電子機器の背面部分に保持されることが好ましい。携帯電話機の場合、この背面には内蔵電池が収納されていることが多い。このような配置とすることにより、補助電源装置と携帯電子機器とを、携帯電子機器の機能を損なうことなく略一体化できる。
【００１４】
また、上記課題は、電池収納部と接続コネクタを有し、電池収納部の内部に電気化学デバイスを内蔵した補助電源装置において、電気化学デバイスがリチウムイオン二次電池を含むこと、接続コネクタが補助電源装置の接続対象である携帯電子機器の電源コネクタ仕様に準じた形状を有すること、電池収納部と接続コネクタの間が電気伝導機構を含んだ接続部によって接続されていること、および、補助電源装置の電池収納部が、少なくとも１つ以上の電池収納容器を、上面に保持する構造と、電池収納部と電池収納容器とを、電気的に接続する機構と、を有することによって解決される。
本発明の補助電源装置の電池収納部は、薄型のリチウムイオン二次電池を用いているため非常に薄型である。したがって、同じ大きさのリチウムイオン二次電池を収容した電池収納容器を複数積み重ねて使用することが可能である。これにより、電子機器の使用時間をより延長することができる。この電池収納容器を追加する場合は、補助電源装置の電池収納部と、電池収納容器とを互いに保持し、電気的に接続する機構を有することが好ましい。
【００１５】
保持のための機構としては、電池収納容器の下面には少なくとも１箇所に爪形状部品を設け、補助電源装置の電池収納部の上面には少なくとも１箇所に凹形状を設けることが好ましい。電池収納容器の爪形状部品は、電池収納部の凹形状にはめ込まれることによって、前記電池収納容器を前記電池収納部の上面に保持する。上記の爪形状部品と凹形状とは、補助電源装置の電池収納部の上面に電池収納容器を保持すべき位置に合わせて置いたときに、はめ込みによって略固定の状態にできる位置と形状であることが好ましい。したがって、爪形状部品と、上記の凹形状とは、電池収納容器を補助電源装置の電池収納部上面に保持した状態において、各々対向する位置に形成されていることが好ましい。
【００１６】
電気的に接続するための機構としては、補助電源装置の電池収納部の上面に電極端子を設けること、電池収納容器の下面には収納部電極端子に対向する面および位置に電極端子を設けることが好ましい。この電極端子同士の接触によって、電池収納部と電池収納容器との電気接続を確保することができる。
【００１７】
補助電源装置には、電池収納容器の着脱とともに開閉される電気接点を設けることが好ましい。補助電源装置の電池収納部には、電池収納容器との電機接続を得るための収納部電極端子が必要である。この収納部電極端子を、電池収納容器を設置しない状態では露出した構造とした場合、何らかのショート対策が必要だからである。このような電気接点は、上記の凹形状へ電池収納容器の爪形状部品を挿入・脱離することによって接点の開・閉を制御する機構を設けるのが好ましい。上記の構造とすることにより、電池収納容器が装着されない状態では収納部電極端子は電位を有さない。これにより、ショートなどの事故、例えば、金属片などの接触や、水濡れなどによるショートを回避することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。一般に用いられる携帯電子機器としては、携帯電話機が最も小型のものであり、通話の必要から本発明のような補助電源装置の需要が大きい。また、携帯電話機は電源導入端子の形状が規格化されており、汎用性のある実施形態を設定しやすい。そこで本実施形態では、携帯電話機に用いる補助電源装置の好ましい形態を例に説明する。
【００１９】
携帯電話機以外の携帯電子機器には、例えば、ノート型（あるいは、ラップトップ型）のコンピュータやＰＤＡなどがある。これらは、製造元によって異なった規格の電源導入端子を用いる場合が多いが、そうした場合も、装置に対応した電源導入端子の形式を選択することによって、本発明の補助電源装置を本実施形態のごとく使用することができる。
【００２０】
１．リチウムイオン二次電池
本発明の補助電源装置では、電気化学デバイスとして各種二次電池あるいはキャパシタを用いることができる。ここでは、本発明の好ましい実施形態として、リチウムイオン二次電池について説明する。
【００２１】
一般的なリチウムイオン二次電池は、正極と負極とセパレータとを、積層あるいは捲回して、電解質とともに外装体に装填した構成である。本実施形態では薄型リチウムイオン二次電池を用いるため積層型とした。図７に、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の断面図を示す。正極３と負極４は、共にリチウムイオンを吸収／脱離する機能を有する。また、正極３は正極集電体５と、負極４は負極集電体６と、それぞれ一体化されている。さらに、正極３と負極４とは、それぞれ電極活物質とバインダと導電助剤とを含む。
【００２２】
正極３と負極４とは、リチウム二次電池の電極として公知のものから適宜選択して使用することができる。特に、電極活物質とバインダからなる組成物を、集電体上に塗布して作製した電極が好ましい。
【００２３】
正極集電体５および負極集電体６の材質と形状は、電極の極性、使用する形状、ケース内への配置方法によって適宜選択することができる。集電体の材質は、正極集電体５にはアルミニウム、負極集電体６には銅やニッケルを用いるのが好ましい。集電体の形状は、表面積が広く接触抵抗を小さくできるため、金属箔や金属メッシュを用いることが好ましい。
【００２４】
正極３の活物質は、リチウムイオンを吸収／脱離できる酸化物材料又は炭素材料を用いることが好ましく、特にリチウムを含む酸化物材料が好ましい。例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＶ_２Ｏ_２あるいはＬｉＣｏ_{１−ｘ−ｙ}Ｎｉ_ｘＭｎ_ｙＯ_２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）などや、それらの混合物を用いることができる。
【００２５】
負極４の活物質は、リチウムイオンを吸収／脱離できる炭素材料、リチウム金属、リチウム合金あるいは酸化物材料を用いるのが好ましく、中でも炭素材料は安全性が高く安価なため非常に好ましい。負極活物質として用いる炭素材料は、例えばメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、メソフェーズカーボンファイバー（ＭＣＦ）、天然あるいは人造の黒鉛、コークス類、ガラス状炭素、有機高分子化合物焼結体、カーボンブラック、炭素繊維などから適宜選択して用いることができる。
【００２６】
活物質と組み合わせるバインダは、フッ素系樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂のような熱可塑性エラストラマー系樹脂、又はフッ素ゴムのようなゴム系樹脂を用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、ニトリルゴム、ポリブタジエン、ブチレンゴム、ポリスチレン、スチレン−ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどがある。
【００２７】
電極の活物質には、内部抵抗の改善などの必要に応じて導電助剤を添加してもよい。導電助剤は、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維などの炭素繊維材料や、ニッケル、アルミニウム、銅、銀などの金属を用いることができる。特に黒鉛、カーボンブラックは、電解質と反応が生じないため好ましい。
【００２８】
電極は以下の手順で作製することができる。
まず電極活物質と、必要に応じて導電助剤を、バインダ溶液に分散して電極塗布液を調整する。バインダ溶液への分散方法は特に限定されず、一般的な混合分散方法が使用できる。たとえばハイパーミキサ、ディゾルバ、ヘンシェルミキサ、プラネタリーミキサ、メディア型ミル、ホモミキサなどの混合分散装置を、単独もしくは組み合わせて使用することができる。
【００２９】
得られた電極塗布液は正極集電体５あるいは負極集電体６に塗布される。集電体への塗布方法は特に限定されるものではなく、集電体の材質あるいはその形状によって適宜選択することができる。例えば、メタルマスク印刷法、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法などが使用できる。
その後、溶媒を蒸発させて電極を作製する。溶媒蒸発後の塗布厚みは、正極および負極とも５０〜４００μｍ程度が好ましい。
【００３０】
電極活物質の担持量は、正極３では１７〜３０ｍｇ／ｃｍ^２が、負極４では８．５〜１５．５ｍｇ／ｃｍ^２がそれぞれ好ましい。担持量が少なすぎる場合にはエネルギー密度が低下するが、内部抵抗による損失を少なくするためには可能な限り低いことが好ましい。
【００３１】
電極の空孔率は、正極３では２０〜４０％が、負極４では２０〜３５％がそれぞれ好ましい。電池の薄型化に際し電極の厚みを低下させるためには、空孔率は低い方が有利である。しかし、その場合は空孔への非水電解液の含浸量が制限される。したがって、担持率は電池厚みの設計値と含浸量のバランスから検討される。完成時に約４ｍｍ程度の厚みで、かつ、優れた電池特性を有するリチウムイオン二次電池を得る場合は、空孔率を上記の範囲とすることが好ましい。また、得られた電極に設計値と比較して厚み調整が必要な場合は、平板プレスやカレンダーロールなどを用いて圧延処理を行なってもよい。
【００３２】
本発明の一実施形態のセパレータ７は、ポリオレフィンを含む材料で構成される多孔質膜であることが好ましい。さらに、９５〜１６０℃に閉塞温度を有するシャットダウン型であることが好ましい。セパレータ７をシャットダウン型とすることにより、二次電池の熱暴走を防止することができる。
【００３３】
以上のように作製した正極３と負極４とセパレータ７とを組み合わせて電極群を形成する。電極群の構成は、最終的に正極３−セパレータ７−負極４の積層構造を形成できれば、積層型でも捲回型でもよい。薄型形状の二次電池を形成するには、正極３と負極４とセパレータ７とを順次積層した電極群とすることが好ましい。
【００３４】
上記作製した電極群は外装体２に収められる。外装体２は、ステンレスやアルミ合金あるいはアルミニウム等による缶を用いることができる。また外装体２を、アルミニウム等の金属箔両面に、熱硬化性樹脂であるポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂層および耐熱性のポリエステル樹脂層が積層されたフィルムとすることもできる。
【００３５】
次に、電極群を収めた外装体２に、非水電解液８を所定量注液して、主にセパレータ７に含浸させる。この非水電解液８は、電解質塩を非水溶媒に溶解させた液体である。
【００３６】
電解質塩は、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＣＦＯ、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_３、ＬｉＣＦ_２ＣＦ_２ＳＯ_３、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２などのリチウム塩およびその混合物を用いるのが好ましい。特にＬｉＰＦ_６は、高いイオン伝導度が得られるため、電解質塩としてより好ましい。非水電解液８中の電解質塩の濃度は、０．３〜５ｍｏｌ／リットルが好ましい。より好ましい濃度は０．８〜２ｍｏｌ／リットルである。電解質はこの濃度範囲で大きなイオン伝導度を示す。
【００３７】
非水溶媒は、リチウムと化学反応を起こさず、リチウムイオンを溶解可能でイオン導電性を与える溶媒が好ましい。特に、非プロトン系の極性有機溶媒は非常に好ましい。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなどの環式エーテル、あるいはγ−ブチルラクトン等のラクトン、スルホラン等を用いることができる。あるいは、３−メチルスルホラン、ジエトキシエタン、エチルジグライム等を用いてもよい。
【００３８】
非水電解液８には、必要に応じて添加物を加えることができる。例えば、ビニレンカーボネートや硫黄を含む有機化合物を非水電解液８に添加すると、電池の保存特性やサイクル特性を改善する効果があり、非常に好ましい。非水電解液８の注液および含浸の後、外装体２の開口部分を封止して積層型リチウムイオン二次電池１となる。
【００３９】
以上、本発明の補助電源装置の実施形態における好ましい薄型二次電池の例として、非水電解液を用いた積層型リチウムイオン二次電池を示した。ただし、本実施形態以外の二次電池、例えば、ポリマー電解質を用いたポリマーリチウムイオン二次電池などを用いても本発明を実施することができる。
【００４０】
２．携帯電話機用補助電源装置
ここでは、携帯電話機用の補助電源装置の好ましい一実施形態を説明する。図１に、本発明の補助電源装置を装着した携帯電話機の外観図を示す。携帯電話機には、主に「ストレートタイプ」と「折り畳みタイプ」と称される形式がある。本実施形態では、「ストレートタイプ」の携帯電話機を例として用いた。ただし、本発明の補助電源装置は、「折り畳みタイプ」の携帯電話機に対しても用いることができる。図１に示すように、本実施形態の補助電源装置は、携帯電話機の操作性を確保するため背面に装着されるのが好ましい。
【００４１】
図２および図３に、本実施形態の携帯電話機用補助電源装置の外観図を示す。本実施形態における補助電源装置は、主に電池収納部９と、接続部１０と、接続機構１１との３つの構成要素を有する。電池収納部９と、接続部１０とは、接続機構１１によって接続される。補助電源装置のリチウムイオン二次電池は、電池収納部９に収められているのが好ましい。携帯電話機２９と補助電源装置の接続は、接続部１０のような部品によっておこなうことが好ましい。
【００４２】
（１）電池収納部
電池収納部９には、二次電池を含む電気回路を内蔵するのが好ましい。図４に、本実施形態における補助電源回路の回路図を示す。本実施形態における補助電源回路は、充電回路部２６と、接続部１０との二つに区分される。このうち充電回路部２６は電池収納部９に収めるのが好ましい。本実施形態における充電回路部２６は、積層型リチウムイオン二次電池１６と、充電制御回路１５と、温度ヒューズ２０と、電気接点２１と、追加用端子１３とを含む。
【００４３】
積層型リチウムイオン二次電池１６は、すでに実施の形態を説明した薄型のリチウムイオン二次電池を用いるのが好ましい。補助電源装置は、携帯電話機に装着したままで使用できる大きさであることが好ましく、内蔵される二次電池を小型かつ薄型とするのが好ましいためである。
【００４４】
充電制御回路１５は、二次電池の最大充電電圧を超えると電力の供給を停止する機能を有していることが好ましい。これにより、内蔵される二次電池が過充電状態となることを回避できる。また、充電制御回路１５は電池収納部９の内部に格納できる大きさであることが好ましい。例えば，積層型リチウムイオン二次電池の最大充電電圧が４．２Ｖの場合、最大充電電圧が４．２Ｖに対応するＩＣ回路を、一般的な充電制御回路から選択して用いることができる。
【００４５】
補助電源装置には、温度ヒューズ２０を設けるのが好ましい。補助電源装置には、電池あるいはその周辺で過電流あるいは加熱が生じた場合のため、何らかの回路遮断機構を設けることが好ましい。このような回路遮断機構としては、例えば、温度式あるいは通常のヒューズや、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子などを選択して用いることができる。本実施形態では、図４に示すように温度ヒューズ２０を用いた。
【００４６】
電池収納部９には上記の充電回路部２６に加え、追加用端子１３と電気接点２１とを設けるのが好ましい。これらは補助電源装置の電池収納部９に、さらに他の電池収納容器を追加して用いる場合に有効である。これらの機能については後述する。
【００４７】
（２）接続部
図２、図３および図４に示すように、本実施携帯における接続部１０には、接続プラグ２４と接続ソケット２５とが含まれる。本実施形態の接続プラグ２４と接続ソケット２５との構造は、携帯電話機の電力端子の規格に準じた構造となっている。接続プラグ２４を携帯電話機２９の電力端子に接続することにより、補助電源装置を携帯電話機２９に接続することができる。このとき接続プラグ２４によって、補助電源装置と携帯電話機２９とを電気的に接続すると同時に、補助電源装置と携帯電話機２９とを機械的に略固定することができる。
【００４８】
接続部１０の内部では、補助電源装置と携帯電話の双方に電力を供給できるように、電気回路が構成されていることが好ましい。本実施形態では、２つの充電端子１７からの接続線が、充電回路部２６方向と、充電端子１８の方向に分岐されている。充電端子１８は、携帯電話機の電力端子に接続され、外部および補助電源装置からの電力を供給するために用いられる。
【００４９】
充電端子１７と充電端子１８による組の、少なくともいずれか一方には、逆流防止用ダイオード１９が接続されていることが好ましい。逆流防止用ダイオード１９が無い場合、電力端子間に金属などが触れた場合にショートを起こしてしまう。逆流防止用ダイオード１９によって、充電時には充電器から携帯電話機２９の内蔵電池や補助電源装置の積層型リチウムイオン二次電池１６の方向のみ電流が流れる。また、放電時には携帯電話機２９側の充電端子１８へは電流が流れるが、充電器側の充電端子１７へは電流が流れない。
【００５０】
上述のように、本実施形態の接続プラグ２４と接続ソケット２５とは、携帯電話機の電力端子の規格に準じた構造となっている。したがって、充電端子１７と充電端子１８と信号端子２７とは、携帯電話機およびその周辺機器と互換性を有する。このような構造であることにより、携帯電話機２９は下記の二つの機能を得ることができる。
【００５１】
第一の効果は、接続プラグ２４と接続ソケット２５とを通じて、通常の外部端子を用いた充電が可能になることである。一般に携帯電話機への充電には、充電スタンドを用いた方法や、外部端子を接続する方法がある。本実施形態の補助電源装置の場合、接続ソケット２５に、一般の外部端子付きケーブルを有する充電器を接続して充電することができる。その場合は、携帯電話機２９に純正として付属しているケーブル付き充電器をそのまま用いることができる。また、専用の電力端子を設けた充電スタンドを用意できれば、充電スタンドを用いて充電することもできる。
【００５２】
第二の効果は、接続プラグ２４と接続ソケット２５とを通して、外部からの電力とともに、電気信号の送受信をおこなうことができる。したがって、例えば、携帯電話機による電気通信回線を用いたインターネット通信や、携帯電話機による電気通信回線を用いた電子メール通信などに用いることができる。
【００５３】
（３）接続機構
電池収納部９と接続部１０は、接続機構１１によって接続される。接続機構１１は、電池収納部９と接続部１０を機械的に接続することとともに、電気的に接続する機構を有することが好ましい。加えて、接続機構１１は、接続部１０の接続プラグ２４とともに、補助電源装置全体を携帯電話機２９に保持する機構を有することが好ましい。
【００５４】
接続機構１１の電気的な接続機構には特に制限は無い。例えば、接続機構１１の内部に適当な電気配線を内蔵することができる。また、電気ケーブルなどの適当な弾力を有する導電体を用いて接続機構１１の内部を形成してもよい。接続機構１１自体を弾力性のある電気ケーブルとしてもよい。あるいは、ポリイミドなどの柔軟な高抵抗シートで適当な導電パターンを覆い、これを接続機構１１に内蔵してもよい。本実施形態では、銅箔により形成された導電パターンをポリイミドフィルムで挟んだシートを接続機構１１の内部に内蔵した。
【００５５】
接続機構１１における、補助電源装置全体を携帯電話機２９に保持する機構は、接続機構１１が自由度１以上の可動機構を有することが好ましい。自由度１以上の可動機構は、例えば、接続機構１１をユニバーサルジョイントで作製することで得ることができる。接続機構１１を弾力性のある電気ケーブルとしてもよい。あるいは、接続機構１１に板ばねを内蔵させてもよい。本実施形態では、接続機構１１の内部に板ばねを内蔵させた。このとき、板ばねを携帯電話機２９の背面方向への湾曲構造とすれば、電池収納部９を適当な圧力で携帯電話機２９に押し付けることができる。
【００５６】
３．電池収納容器の追加
本発明の補助電源装置は、単体でも携帯電話機の通話時間の延長に効果的である。しかし、電池収納容器をさらに追加できれば、さらに大きな効果が得られる。本発明の補助電源装置は、薄型のリチウムイオン二次電池を用いるため、このような電池収納容器の追加は容易である。本実施形態では、補助電源装置と電池収納容器との組み合わせを説明する。
【００５７】
図５に、補助電源装置と電池収納容器を組み合わせる一形態の外観図を示す。本実施形態における電池収納容器２８は、図５に示す位置関係によって、電池収納部９上に保持される。このとき、電池収納容器２８と電池収納部９とを、取り外しが容易な状態で保持する機構があることが好ましい。この保持機構の形式には大きな制限は無い。例えば、電池収納容器２８と電池収納部９とを、適当なネジ部品によって固定することができる。また、電池収納容器２８と電池収納部９との双方に、互いにかみ合うような溝構造や凹凸構造を設けてはめ合わせてもよい。あるいは、電池収納容器２８と電池収納部９とに溝構造を設けてスライドさせてもよい。さらに、電池収納容器２８と電池収納部９とのいずれか一方に爪部品を、他方にその爪部品と大きさおよび位置が対応した凹部を設けてはめ込む方法としてもよい。本実施形態では、電池収納容器２８の電池収納部９に接する側の一部分に爪部品２２を設け、電池収納部９の上面で爪部品２２の位置に対応する個所に凹部１２を設け、保持機構とした。爪部品２２を凹部１２に差し込むことにより、電池収納容器２８を電池収納部９上に保持することができる。
【００５８】
上記ような保持機構に加えて、電池収納容器２８と電池収納部９とを電気的に接続する機構が必要である。この電機接続機構は、電池収納容器２８と電池収納部９との相対向する適当な個所に任意の形状で設けることができる。例えば、電池収納容器２８に突起状の電極を設けて電池収納部９の凹型電極にはめ込んでもよい。あるいは、上記の機械的な保持機構をそのまま電極としてもよい。本実施形態では、電池収納部９の上面に追加用端子１３を設け、電池収納容器２８の下面に充電端子２３を設けた。追加用端子１３と充電端子２３とは、電池収納容器２８を電池収納部９上に保持した状態で接触し電気的な接続が得られる。
【００５９】
電池収納容器２８には、補助電源装置の電池収納部９と同様な、機械的および電気的接続機構を設けることが好ましい。この構成により、電池収納容器に他の電池収納容器をさらに増設することが可能となる。図５に示すように、本実施形態の場合、電池収納容器２８にも、電池収納部９と同様な凹部１２と追加用端子１３を設けた。
【００６０】
図５に示すように、本実施形態の電池収納容器２８、および、電池収納部９の追加用端子１３は、他の電池収納容器が接続されていない状態では露出している。そのため、例えば、金属片などの電導体が接触した場合にショートを起こす可能性がある。このような問題を回避する機構を設けることが好ましい。例えば、追加用端子１３に対して、電極収納容器２８を装着した状態でのみ追加用端子１３が露出する構造のカバーを設けることができる。あるいは、電池収納容器２８を電池収納部９に装着する前は追加用端子１３が充電回路から切り離されており、装着後には追加用端子１３が充電回路に接続されるような電気接点を用いてもよい。本実施形態では、図４に示すように、１つの追加用端子１３の回路側に保護接点２１を設けた。保護接点２１は、追加用端子１３の両方に設けてもよい。保護接点２１は適当な部位を選択しておこなうことができるが、電池収納容器２８と電池収納部９、あるいは複数の電池収納容器２８の装着と連動しておこなえることが非常に好ましい。例えば、本実施形態における保護接点２１は、電池収納容器２８および電池収納部９における凹部１２の中に組み込まれる。これにより、電池収納容器２８と電池収納部９、あるいは複数の電池収納容器２８が装着された場合のみ、追加用端子１３は充電回路に接続される。
【００６１】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。
（実施例１薄型リチウムイオン二次電池）
実施例１では、補助電源装置に有効な積層型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００６２】
最初に、次の手順で正極を作製した。正極活物質であるＬｉＣｏＯ_２を９０重量部、導電助剤であるカーボンブラックを６重量部、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を４重量部、プラネタリーミキサによって混合分散した後、適量のＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を加えて粘度調整し、スラリー状の塗布液を得た。得られた塗布液を、焦電体であるアルミニウム箔（２０μｍ）上に、ドクターブレード法により塗布して乾燥させた。乾燥後の正極を、空孔率３１％、担持量１９．１ｍｇ／ｃｍ^２、になるようにプレスした後、所定の大きさに打ちぬいた。
次に、以下の手順で負極を作製した。負極活物質である人造グラファイトを９０重量部、バインダであるＰＶｄＦを１０重量部、プラネタリーミキサにて混合分散した後、適量のＮＭＰで粘度調整してスラリー状の塗布液を得た。得られた塗布液を、ドクターブレード法で集電体である銅箔（１５μｍ）の上に塗布し、乾燥させた。乾燥後の負極を、空孔率２０％、担持量８．６ｍｇ／ｃｍ^２、になるようにプレスした後、所定の大きさに打ちぬいた。
正負両電極には、電極集電体の端部を延長して電気接続端子を形成した。
【００６３】
次に、非水電解液を以下の手順で合成した。エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを、体積比率４：６となるよう混合した。これに、電解質塩であるＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／ｄｍ^３の割合で添加した。
【００６４】
１軸延伸ポリオレフィンセパレータを、規定サイズに打ちぬいた。これを、規定サイズに打ちぬいた正極と負極の間に挟み、電極群を得た。電極群の端部には、片面のみ塗布液を塗った正極を用いた。
【００６５】
上記の電極群を、袋状のアルミラミネートフィルムからなる外装体に挿入した。電極群を外装体に挿入した後、そのまま減圧下の真空槽に保持し、外装体に上記の非水電解液を注入した。そのまま１０分間保持して非水電解液を電極群に含侵させた。非水電解液の含浸が完了した後、減圧状態のままで外装体の未シール部分をシールした。シール後には、規定の初期充電工程を実施した。以上の手順により、縦４６ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ３．２ｍｍの外形で、定格電圧４．２Ｖ、定格容量２００ｍＡｈの積層型リチウムイオン二次電池を得た。
【００６６】
得られた積層型リチウムイオン二次電池に対し、サイクル試験による容量保持率の評価をおこなった。サイクル試験の温度は２３℃とした。充電は充電電圧４．２Ｖに達するまで１Ｃの電流で定電流充電し、充電電圧が４．２Ｖに達した後、充電電圧を４．２Ｖに０．５時間保持する定電圧充電をおこなった。放電は、１Ｃの定電流放電を終止電圧３．０Ｖに達するまでおこなった。サイクル試験の結果、実施例１の積層型リチウムイオン二次電池は、４００サイクル後にも９０％の容量保持率が得られた。以上の結果から、本実施例の積層型リチウムイオン二次電池は、携帯用補助電源装置の電源として必要な形状と、性能とを有することを確認できた。
【００６７】
（実施例２補助電源装置）
上記の薄型リチウムイオン二次電池を用いて、携帯電話機用の補助電源装置を作製した。この補助電源装置は、図２および図３に示す外観を有するものである。補助電源装置は、図１に示す形態で使用される。
【００６８】
電池収納部９の容器を樹脂により作製し、上記の薄型リチウムイオン二次電池と充電回路２６を組み込んだ。容器には、追加用の電池収納容器を保持するための凹部１２を４箇所にわたって設けた。容器の携帯電話機に接する面には、滑り止め１４としてシリコンゴム製のシートを設けた。これにより、補助電源装置が携帯電話機に対して横方向にずれる動きを抑制することができた。
【００６９】
充電回路２６は、充電制御回路１５を含む電子回路基板と、温度ヒューズ２０と、保護接点２１と、２つの追加用端子１３とを含む。上記の部品は、図４の回路図に示すように接続した。図３に示すように、追加用端子１３は電池収納部９の外部に露出する構造とした。保護接点２１は、充電回路２６のように温度ヒューズ２０側の追加用端子１３に接続した。このとき、保護接点２１は温度ヒューズ２０と片方の追加用端子１３に最近接した凹部１２の一つに設けた。接点の構造は、凹部１２に追加用の電池収納容器２８に設けた爪部品２２が差し込まれた際に、保護接点２１が接続状態となるよう形成した。
【００７０】
接続部１０の容器を樹脂で作製し、接続プラグ２４と接続ソケット２５を設けた。接続プラグ２４と接続ソケット２５は、携帯電話機の規格に準じた形状とした。２本の充電端子１８は、それぞれ対向する位置にある充電端子１７と電気的に接続した。また、図４の回路図に示すように逆流防止用ダイオード１９を組み込むなど、接続加工をおこなった。
【００７１】
信号端子２７には複数の電極を形成した。それら複数の電極は接続プラグ２４側から接続ソケット２５側に貫通した構造とした。この貫通構造とは、接続プラグ２４側に設けられた信号用端子を、接続ソケット１８側にそのまま延長した構造をいう。このような構造とすることにより、通常の携帯電話機に用いられる充電用ケーブル、あるいは、通信用ケーブルを、従来と同様に接続して使用できるようになった。
【００７２】
電池収納部９と接続部１０とは、接続機構１１によって接続した。接続機構１１は、湾曲した樹脂製の板ばねとした。板ばねの湾曲形状は、接続部１０の容器の接続プラグ２４を有する面と、電池収納部９の携帯電話機に接する面とが形成する角度が、携帯電話機に接続部１０と電池収納部９とを保持した状態の角度よりも２度〜４度ほど鋭角になる形状とした。これにより、接続部１０を携帯電話機２２に接続した際に、電池収納部９が適度な圧力で携帯電話機２２に押し付けられる構造とすることができた。
【００７３】
図４の回路図に示すように、接続部１０の分岐と電池収納部９の充電回路２６とを電気的に接続する必要がある。この電気接続は、接続機構１１に導電体を内蔵することにより形成した。導電体は、柔軟な絶縁基板表面に導電体を形成する方法を用い、ポリイミドフィルムで銅箔を挟んだ基板を用いた。このパターン基板の端子上に、接続部１０の分岐と充電回路２６の端子とをケーブルによって接続した。接続後のパターン基板の一部のみを板ばねに接着し、これを板ばねの両端部が露出するように樹脂で被覆した。接続機構１１の板ばねが露出した部分を、接続部１０と電池収納部９とにそれぞれ挿入し、エポキシ接着剤を用いて接着した。
【００７４】
以上の手順で作製した補助電源装置を携帯電話機に接続して使用を試みた。補助電源装置の接続ソケット２５に、携帯電話機の充電ケーブルを接続して充電を試みたところ、携帯電話機にも補助電源装置にも問題なく充電することができた。携帯電話機にも補助電源装置にも、加熱などの異常は認められなかった。
【００７５】
補助電源装置を使用することによって、携帯電話機の内蔵電池のみで通話した場合に比べて約４０分間の通話延長が可能であった。上記のように、本実施例の薄型リチウムイオン二次電池は４００回以上の充放電が可能である。そのため、電池の破棄サイクルを大幅に伸ばすことが可能である。
【００７６】
（実施例３電池収納容器の追加使用）
本実施例では、本発明の補助電源装置に追加使用する電池収納容器を作製した。
図５に示す電池収納容器２８の外形を有する容器を樹脂によって作製し、実施例１の薄型リチウムイオン二次電池と必要な電子部品などを収めた。電池収納容器２８の上部には凹部１２と追加用端子１３が設けられており、これらは実施例２の補助電源装置と同じ機能を有する構造とした。電池収納容器２８の下部、すなわち補助電源装置の電池収納部９と接する面には、充電端子２３と爪部品２２を形成した。爪部品２２は、電池収納部９の凹部１２に挿入できる形状および位置とした。
【００７７】
図６に、電池収納容器２８内部の電気回路図を示す。電池収納容器２８内部には、積層型リチウムイオン二次電池１６と、温度ヒューズ２０と、保護接点２１とを接続して収容した。充電制御回路は、補助電源装置の電池収納部９に内蔵された充電制御回路１５と併用できるため、特に設けなかった。充電端子２３は、電池収納容器２８を電池収納部９に装着した状態で電池収納部９の追加用端子１３に接する位置に設けた。
【００７８】
完成した電池収納容器２８を補助電源装置の電池収納部９に装着する前に、電池収納部９の保護端子２１の機能を確認した。電池収納部９の２つの追加用端子１３に、テスターを接触させたところ、電圧はほぼ０Ｖであった。したがって、電池収納容器２８を装着する前は、電池収納部９の２つの追加用端子１３の間は接続されていないことが確認できた。
【００７９】
次に、電池収納容器２８を電池収納部９に装着して、実施例２と同様の手順で充電をおこない、携帯電話機の使用をおこなった。その結果、携帯電話機単体に比べて約８０分間の通話時間延長が可能であった。通話中に補助電源装置にも、携帯電話機にも、発熱などの異常は認められなかった。
【００８０】
以上の結果から、電池収納容器２１を電池収納部１に装着した際に、電池収納容器２１の充電端子１６と、電池収納部１の追加用端子１３との間に導通が得られること、リチウムイオン二次電池の個数に比例した通話時間の延長が得られることがわかった。
【００８１】
以上、添付図面を参照して本発明の補助電源装置の好ましい実施例について示したが、本発明はこれらの例に限定されない。いわゆる当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることはあきらかであり、それらについても当然に本発明の技術的思想に属するものと了解される。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、携帯電話機などの携帯電子機器における緊急時に有効な、薄型の補助電源装置を実施することができる。本発明の補助電源装置は簡便な構造で、電子機器との同時使用が容易であり、電池破棄の必要性が無いため環境面でも優れた補助電源装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における補助電源装置を装着した携帯電話機の外観図である。
【図２】本発明の一実施形態における補助電源装置の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態における補助電源装置の模式図である。
【図４】本発明の一実施形態における補助電源装置の回路図である。
【図５】本発明の一実施形態における補助電源装置と電池収納容器の模式図である。
【図６】本発明の一実施形態における電池収納容器の回路図である。
【図７】本発明の一実施形態における積層型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【符号の説明】
１積層型リチウムイオン二次電池
２外装体
３正極
４負極
５正極集電体
６負極集電体
７セパレータ
８非水電解液
９電池収納部
１０接続部
１１接続機構
１２凹部
１３追加用端子
１４滑り止め
１５充電制御回路
１６積層型リチウムイオン二次電池
１７充電端子
１８充電端子
１９逆流防止用ダイオード
２０温度ヒューズ
２１保護接点
２２爪部品
２３充電端子
２４接続プラグ
２５接続ソケット
２６充電回路部
２７信号端子
２８電池収納容器
２９携帯電話機

Claims

電池収納部と接続コネクタを有する補助電源装置であって、
前記電池収納部は、リチウムイオン二次電池を含む電気化学デバイスを内蔵し、
前記接続コネクタは、前記補助電源装置を接続すべき携帯電子機器の電源コネクタ仕様に準じた形状を有し、
前記電池収納部と前記接続コネクタは、電気伝導機構を含む接続部によって接続され、
前記接続部は自由度１以上の可動機構を有し、
前記自由度１以上の可動機構は、板ばねによる可動機構であることを特徴とする補助電源装置。
前記リチウムイオン二次電池は、
正極と、負極と、セパレータと、電解質と、外装体とを含み、
１以上の前記正極と、１以上の前記負極と、１以上の前記セパレータを含む積層体を有し、
前記外装体を含むリチウムイオン二次電池の厚さが４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の補助電源装置。
前記リチウムイオン二次電池は、
前記正極は正極活物質を１７〜３０ｍｇ／ｃｍ^２の範囲の担持量で含み、
前記負極は負極活物質を８．５〜１５．５ｍｇ／ｃｍ^２の範囲の担持量で含むことを特徴とする請求項２に記載の補助電源装置。
前記電池収納部は、
携帯電子機器に補助電源装置を取り付けた状態において、携帯電子機器の背面に保持されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の補助電源装置。
電池収納部と接続コネクタを有する補助電源装置であって、
前記電池収納部は、リチウムイオン二次電池を含む電気化学デバイスを内蔵し、
前記接続コネクタは、前記補助電源装置を接続すべき携帯電子機器の電源コネクタ仕様に準じた形状を有し、
前記電池収納部と前記接続コネクタは、電気伝導機構を含む接続部によって接続され、前記電池収納部は、
１以上の電池収納容器を保持する機構と、
前記電池収納部と前記電池収納容器とを、電気的に接続する機構とを有することを特徴とする補助電源装置。
前記電池収納部の電池収納容器を保持する機構は、
前記電池収納部の上面の少なくとも１箇所に形成された凹形状であることを特徴とする請求項５に記載の補助電源装置。
前記電池収納容器は、
少なくとも１箇所に、
前記電池収納部に形成された前記凹形状に差し込み可能な大きさ、かつ、形状を有する爪形状部品を含むことを特徴とする請求項５に記載の補助電源装置。
前記爪形状部品と前記凹形状とは、
前記電池収納容器を、前記電池収納部に保持した状態において、各々対向する位置に形成してあることを特徴とする請求項７に記載の補助電源装置。
前記爪形状部品は、
前記凹形状にはめ込まれて、前記電池収納容器を前記電池収納部の上面に保持することを特徴とする請求項７または８に記載の補助電源装置。
前記電池収納部は、
前記凹形状への前記爪形状部品の挿入／脱離によって、接点の開・閉を設定する機構の電気接点を有することを特徴とする請求項７〜９のうちのいずれか１項に記載の補助電源装置。
前記電池収納部は上面に収納部電極端子を有し、
前記電池収納容器は前記収納部電極端子に対向する側の前記収納部電極端子に対向する位置に収納容器電極端子を有することを特徴とする請求項５〜１０のうちのいずれか１項に記載の補助電源装置。
前記電池収納部と前記電池収納容器とは、
前記収納部電極端子と前記収納容器電極端子との接触部において電気的接続を有することを特徴とする請求項１１に記載の補助電源装置。