JP6406708B2 - 電池固定部 - Google Patents

Description

本発明は、電極反応等を観察するべく分析機器内に分析用電池を保持するホルダの電池固定部に関する。

電池を構成する負極活物質及び正極活物質では、周知の通り、充放電時に電極反応が生じる。近時、この電極反応を、充放電を行っている最中に分析機器によって分析することが試みられている。例えば、非特許文献１には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察することが可能な分析用電池が提案されている。

この分析用電池は、５０μｍ×１００μｍ程度の長方形形状の観察窓がそれぞれ形成された一組の基板（シリコン基板）を有する。この一組の基板は、所定の間隔で離間し、且つ互いの観察窓が対向するように重畳されて重畳部を形成する。また、観察窓同士の間に、ＬｉＣｏＯ₂からなる正極活物質と、高配向性黒鉛からなる負極活物質とが配置されるように、一方の基板に負極活物質及び正極活物質がイオンビーム蒸着法により設けられる。なお、負極活物質及び正極活物質はそれぞれ、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を使用してバルク体から摘出されている。

上記の負極活物質及び正極活物質（以下、総称して活物質ともいう）は、重畳部の内部において、負極集電体及び正極集電体（以下、総称して集電体ともいう）のそれぞれと電気的に接続されている。集電体の各々は、重畳部の内部から延在して、一端側が外部に露出するように前記一方の基板に設けられている。この重畳部から露出する集電体の一端側を介して、活物質のそれぞれと重畳部の外部とを電気的に接続することが可能である。

上記の分析用電池について、活物質での電極反応等を分析する場合、例えば、特許文献１に提案されるホルダにより、該分析用電池を分析機器内に保持し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等を用いて観察する。ホルダは、その先端に電池固定部が着脱自在に装着され、該電池固定部に分析用電池が着脱自在に固定される。また、ホルダには、分析用電池の活物質と、充放電試験装置等とを電気的に接続するための電気経路が形成される。電池固定部には、前記電気経路と分析用電池の集電体とを電気的に接続するべく、負極導電部及び正極導電部（以下、総称して導電部ともいう）が設けられている。

すなわち、負極導電部の一端側は、電池固定部がホルダに装着された際に電気経路と接触し、且つ負極導電部の他端側は、電池固定部に分析用電池が固定された際に負極集電体の一端側と接触する。同様に、正極導電部は、一端側が電気経路に接触し、且つ他端側が正極集電体の一端側に接触する。

これにより、ホルダの電気経路と、電池固定部の導電部と、分析用電池の集電体とを介して、活物質を充放電試験装置等に電気的に接続することが可能になり、該活物質で電極反応を生じさせることができる。この際、観察窓に電子線を透過させてＴＥＭ観察を行うことで、活物質での電極反応についての分析を行うことが可能になる。

特表２０１３−５３５７９５号公報

In-situ Electron Microscopy of Electrical Energy Storage Materials［online］、２０１４年［２０１４年１月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/merit_review_2011/electrochemical_storage/es095_unocic_2011_o.pdf＞

上記の電池固定部は、各集電体が同一の基板上、換言すると、同一平面上に設けられた分析用電池が固定された場合に、各導電部の他端側が集電体の一端側にそれぞれ接触する。このため、例えば、各集電体が互いに異なる基板上に設けられることにより、重畳部から同一側の基板に集電体を露出させることができない分析用電池、つまり、２個の集電体が大きく離間して配置される分析用電池が上記の電池固定部に固定された場合には、集電体と導電部とを上記のように接触させることが困難になる。

すなわち、上記の電池固定部では、各導電部の他端側が、分析用電池の同一基板の同一側に対して近接配置されている。このため、互いに離間した２個の集電体のうち、１個の集電体の一端側に、一方の導電部の他端側を接触ないしは近接させると、残余の集電体の一端側と、残余の導電部の他端側とが大きく離間してしまう。

上記のように離間した集電体と導電部とを電気的に接続するためには、例えば、導電性ワイヤを引き回し、該導電性ワイヤの端部を集電体及び導電部のそれぞれとはんだ付けする必要等が生じる。この場合、導電性ワイヤ等の抵抗成分により、余分な電圧降下が生じてしまう。一般的な電池に比して極めて小型である分析用電池は、活物質の総量が少なく測定可能な電流も小さいため、分析結果に電圧降下の影響が及び易い。従って、上記のような余分な電圧降下が生じると、分析用電池を精度よく分析することが妨げられる。また、上記の通り、はんだ付け等を伴うことにより、分析用電池を電池固定部に固定する作業や、電池固定部から取り外す作業が煩雑になる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、異なる基板に設けられた複数の集電体を有する分析用電池を、電極反応等の分析精度を低下させることなく且つ容易に着脱できる電池固定部を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、一方の主面に第１集電体が設けられた第１基板と、一方の主面に第２集電体が設けられた第２基板とを前記一方の主面同士が対向するように部分的に重畳した重畳部を有し、前記第１集電体及び前記第２集電体の一端側が前記重畳部からそれぞれ露出し、且つ他端側が前記重畳部の内部で第１活物質及び第２活物質とそれぞれ電気的に接続される分析用電池を分析機器内に保持するホルダの電池固定部であって、本体部と、前記本体部に薄膜状に設けられた第１導電部及び第２導電部と、前記本体部に前記分析用電池を固定する固定手段と、を備え、前記本体部は、前記ホルダに設けられた電気経路と電気的に接続される第１接続点及び第２接続点がそれぞれ配設される第１平面と、前記第１平面と段部を形成する第２平面と、前記第１平面及び前記第２平面を連続させる斜面を形成する傾斜部と、を有し、前記固定手段は、前記第１集電体の一端側と前記第１平面の前記段部近傍とを近接させるべく、前記第１基板の他方の主面が前記第２平面に臨み、且つ前記第１基板の側面が前記段部に臨むように前記分析用電池を固定し、前記第１導電部は、前記第１平面の前記段部近傍から前記第１接続点まで連続し、前記第２導電部は、前記第２集電体の一端側と対向する前記第２平面の対向部又は該対向部近傍から前記斜面を通って前記第１平面の前記第２接続点まで連続することを特徴とする。

本発明に係る電池固定部では、互いの間に段部と傾斜部が設けられた第１平面と第２平面とを有する本体部を備える。この本体部に対して、第１集電体及び第２集電体が互いに異なる第１基板及び第２基板にそれぞれ設けられた分析用電池が固定される。この際、分析用電池の重畳部から露出する第１集電体の一端側（露出部）と、本体部の第１平面の段部近傍とが互いの面内方向に近接する。この第１平面には、段部近傍から第１接続点まで連続する第１導電部が設けられている。また、分析用電池の重畳部から露出する第２集電体の一端側（露出部）と、本体部の第２平面とが対向し、該第２平面には、第２集電体との対向部又は該対向部近傍から第２接続点まで連続する第２導電部が設けられている。

従って、第１集電体の露出部と第１導電部とを互いに近接させることができ、且つ第２集電体の露出部と第２導電部とを互いに近接させることができる。このため、第１導電部を介して第１集電体と第１接続点とを容易に接続すること、及び第２導電部を介して第２集電体と第２接続点とを容易に接続することができる。

さらに、この電池固定部では、本体部の傾斜部が、第１平面及び第２平面に連続する斜面を形成する。このため、高低差が設けられた第１平面及び第２平面であっても、第２平面の対向部又は該対向部近傍から、斜面を通って第１平面の第２接続点まで、薄膜状の第２導電部を容易に連続させることができる。すなわち、段部で第２導電部が断絶されることを回避できるため、スクリーン印刷やインクジェット印刷等の印刷プロセスを採用して容易且つ高品質に第２導電部を形成することが可能である。

以上から、この電池固定部では、第１集電体及び第２集電体（以下、総称して集電体ともいう）が第１基板及び第２基板の各々に個別に設けられた分析用電池が固定される場合であっても、第１導電部及び第２導電部（以下、総称して導電部ともいう）と、集電体とのそれぞれを容易に近接させることができる。従って、例えば、導電性ワイヤ等によって、集電体と導電部とを電気的に接続する必要がない分、分析用電池の電極反応等を精度よく分析することや、分析用電池を電池固定部に容易に着脱することが可能になる。

上記の電池固定部において、前記第１平面は、前記電気経路と電気的に接続される第３接続点と、前記段部近傍から前記第３接続点まで連続する第３導電部とがさらに設けられることが好ましい。つまり、電池固定部は、一組以上の第３接続点及び第３導電部をさらに備えていることが好ましい。この場合、第３導電部を第１導電部に電気的に接続すると、該第３導電部を介して、第１導電部と第３接続点を電気的に接続することができる。これによって、例えば、分析用電池を充電する際に、第１接続点及び第１導電部を介して第１集電体に電圧を印加することができるとともに、第１集電体に印加されている電圧の実測値を第３導電部及び第３接続点を介して得ることができる。従って、第１集電体に対する印加電圧の入力値と実測値とを比較することができるため、分析用電池の分析結果を一層詳細に得ることが可能になる。

また、この電池固定部は、第３集電体が設けられた分析用電池を本体部に固定することも可能である。このような分析用電池を電池固定部に固定した場合、上記の第１集電体の露出部及び第１導電部と同様に、分析用電池の重畳部から露出する第３集電体の一端側（露出部）と第３導電部を近接させることができる。

この第３集電体の他端側が、例えば、分析用電池に設けられた参照極に重畳部の内部で電気的に接続されている場合、参照極とホルダの電気経路とを容易に電気的に接続することができる。このため、第１活物質及び第２活物質について、互いの電位差に加えて、参照極を基準とした電位もそれぞれ計測することができる。その結果、分析用電池の分析結果を一層詳細に得ることが可能になる。

また、第３集電体の他端側は、例えば、第１活物質及び第２活物質とは異なる第３活物質と、重畳部の内部で電気的に接続されていてもよい。この場合、ホルダの電気経路に対して、第１接続点、第２接続点、第３接続点を切り替えて接続するのみで、電極反応を生じさせ活物質を切り替えることができる。つまり、電池固定部に固定する分析用電池を交換する必要がないため、電子顕微鏡内の高真空状態を維持したままで、種々の活物質を容易且つ効率的に分析することが可能になる。

上記の電池固定部において、前記固定手段は、前記第１集電体の一端側と、前記段部近傍に設けられた前記第１導電部との両方に接触して配置される第１導電板と、前記第２基板と前記第２平面との間に介装され、前記第２集電体の一端側と、前記対向部近傍に設けられた前記第２導電部との両方に接触する第２導電板と、前記第１導電板を前記本体部に固定する第１固定板と、前記第２導電板を前記本体部に固定する第２固定板とを有することが好ましい。

この場合、集電体と導電部とを簡素な構成で容易に電気的に接続しつつ分析用電池を電池固定部に着実に固定することができる。

上記の電池固定部において、前記固定手段は、前記第１固定板及び前記第２固定板の何れか一方と前記本体部との間に介在する板バネをさらに有することが好ましい。例えば、本体部と第１固定板との間に板バネを介在させた電池固定部に分析用電池を固定する場合、先ず、第２固定板を本体部から取り外した状態で、板バネと第２平面との間に該板バネの弾性力に抗して分析用電池の第１基板を挿入する。次に、第２固定板を本体部に取り付けることで分析用電池を電池固定部に固定できる。また、分析用電池を電池固定部から取り外す場合、第２固定板のみを本体部から取り外した状態で、板バネと本体部間から分析用電池の第１基板を引き抜けばよい。このように、本体部から第１固定板を取り外す必要がないため、分析用電池を電池固定部に対して一層容易に着脱することができる。

本体部と第２固定板との間に板バネが介在する場合も同様に、本体部から第２固定板を取り外すことなく、電池固定部から分析用電池を一層容易に着脱することができる。

本発明に係る電池固定部では、異なる基板に設けられた複数の集電体を有する分析用電池が本体部に固定された際に、該集電体のそれぞれに対して、対応する導電部を近接配置することができる。これにより、導電性ワイヤ等を用いることなく、集電体と導電部を容易に電気的に接続することができるため、分析用電池の電極反応等を精度よく分析することや、分析用電池を電池固定部に容易に着脱することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る電池固定部が装着されたホルダの要部概略斜視図である。 図１に示す電池固定部に固定される分析用電池の概略斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視要部断面図である。 図４Ａは、図１に示す電池固定部の本体部の概略平面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線矢視要部断面図である。 図５Ａは、図４Ａに示す本体部に分析用電池を固定した状態を示す概略平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線矢視要部断面図である。 図６Ａは、図４Ａに示す電池固定部の変形例に係る固定手段を説明するための概略平面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線矢視要部断面図である。 図７Ａは、図６Ａに示す固定手段により本体部に図２に示す分析用電池を固定した状態を示す概略平面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線矢視要部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電池固定部の本体部の概略平面図である。

以下、本発明に係る電池固定部につき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、第１実施形態に係る電池固定部１０は、分析用電池１２が着脱自在に固定されるものであり、該分析用電池１２が固定された状態で、ホルダ１４に着脱自在に装着される。ホルダ１４は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の分析機器（不図示）内で分析可能となる位置に分析用電池１２を保持するものであり、充放電装置（不図示）等と電気的に接続される電気経路（不図示）が設けられている。後述するように、ホルダ１４に電池固定部１０が装着されると、該電池固定部１０に固定された分析用電池１２と上記の電気経路とが電気的に接続されるようになっている。これによって、分析機器内で分析用電池１２に電極反応を生じさせることができ、該電極反応をいわゆるその場観察することが可能になる。

先ず、図２及び図３を参照しつつ、電池固定部１０に着脱自在に固定される分析用電池１２について説明する。図２は、分析用電池１２の概略斜視図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視要部断面図である。なお、以降の説明では、発明の理解を容易にするため、図２〜図８に示すＸ軸方向を幅、Ｙ軸方向を奥行き、Ｚ軸方向を高さと定義する。

分析用電池１２は、例えば、リチウム、ナトリウム等の金属イオン二次電池、ニッケル・水素電池、アルカリ・マンガン電池、及び、金属イオン空気電池、金属イオン全固体電池等、又は固体高分子型等の燃料電池から構成することができる。以下では、分析用電池１２がリチウムイオン二次電池である例を説明する。

分析用電池１２は、第１基板１６と第２基板１８とを、互いの一方の主面同士が対向するように部分的に重畳した重畳部２０を有している。重畳部２０の第１基板１６と第２基板１８との間には、例えば、スペーサ２２（図３参照）が介在することで空間が確保されている。この空間が電解液で満たされた状態で、重畳部２０の外周がエポキシ系樹脂接着剤等からなるシール２４（図２参照）によってシールされている。なお、分析用電池１２は、スペーサ２２を用いることなく上記空間を形成可能である場合には、該スペーサ２２を備えていなくてもよい。また、図３では、シール２４の図示を省略している。

分析用電池１２では、上記の通り、重畳部２０に電解液が内包されるため、電解液を流通させる必要がない。これにより、第１基板１６及び第２基板１８に対して作用する電解液の圧力を小さくすることができる分、第１基板１６と第２基板１８の離間距離を小さくすることができ、分析用電池１２の小型化を図ることができる。

第１基板１６及び第２基板１８の互いに重畳されていない部分は、重畳部２０の幅方向の両端側にそれぞれ延在して、各々の一方の主面を重畳部２０の外部に露出させている。

第１基板１６及び第２基板１８は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、ＳｉにＳｉＯ₂等の酸化被膜を形成したもの、ホウケイ酸ガラス、石英（ＳｉＯ₂）等からなり、重畳部２０を形成した際に互いに重なり合う四角錐台状の貫通孔２６がそれぞれ形成されている。また、第１基板１６及び第２基板１８の一方の主面には、貫通孔２６を覆うように透過膜２８がそれぞれ設けられ、他方の主面には、貫通孔２６を露出させるように被膜３０がそれぞれ設けられている。

透過膜２８は、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の電子線に対して透過性を示す材料から形成される。被膜３０も、透過膜２８と同様の材料から形成することができる。つまり、重畳部２０のうち、第１基板１６及び第２基板１８の貫通孔２６が互いに重なり合う部分は、透過膜２８を介して電子線を良好に透過させる観察窓３２となる。

この観察窓３２の透過膜２８同士の間に、第１活物質３４及び第２活物質３６が互いに離間しつつ、電解液に接触するように配置されている。これによって、観察窓３２に電子線を透過させることで、第１活物質３４及び第２活物質３６での電極反応等を分析することができる。なお、以降の説明では、重畳部２０の観察窓３２を除く部分、すなわち、第１基板１６及び第２基板１８が透過膜２８を介して対面する部分を対面部ともいう。

図３に示すように、第１基板１６の一方の主面側には、第１活物質３４と、該第１活物質３４に電気的に接続される第１集電体３８が設けられる。また、第２基板１８の一方の主面側には、第２活物質３６と、該第２活物質３６に電気的に接続される第２集電体４０が設けられる。

第１活物質３４は、観察窓３２内から、該観察窓３２の幅方向の一方側の対面部内に延在する層状であり、例えば、Ｌｉ及びＬｉ合金、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＳｎ合金、Ａｌ及びＡｌ合金、Ｓｉ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ａｌ酸化物、カーボン（Ｃ）等の材料を好適に用いて形成することができる。

第２活物質３６は、観察窓３２内から、該観察窓３２の幅方向の他方側の対面部内に延在する層状であり、例えば、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＦｅＰＯ₄、Ｌｉ₂ＦｅＰＯ₄Ｆ、ＬｉＣｏ_1/3Ｎｉ_1/3Ｍｎ_1/3Ｏ₂、Ｌｉ（ＬｉαＮｉ_xＭｎ_yＣｏ_z）Ｏ₂等の材料を好適に用いて形成することができる。

第１集電体３８の幅方向の他端側は、重畳部２０の対面部内で第１活物質３４と電気的に接続されている。また、第１集電体３８の幅方向の一端側は、重畳部２０の外部に露出して露出部４２を形成している。第１集電体３８の好適な材料としては、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス（ＳＵＳ）、カーボン（Ｃ）等が挙げられる。

第２集電体４０は、幅方向の一端側が、重畳部２０の対面部内で第２活物質３６と電気的に接続されていることを除いて、上記の第１集電体３８と同様に形成されている。すなわち、第２集電体４０の幅方向の他端側は、重畳部２０から露出して露出部４４（図３参照）を形成している。第２集電体４０の好適な材料としては金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、カーボン（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。

上記の構成から、分析用電池１２では、第１集電体３８及び第２集電体４０の露出部４２、４４を介して、重畳部２０の外部と、第１活物質３４及び第２活物質３６とを電気的に接続することが可能になっている。従って、上記の露出部４２、４４にホルダ１４の電気経路をそれぞれ電気的に接続することで、分析用電池１２に充放電反応等の所望の電極反応を生じさせることが可能になる。

次に、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂも併せて参照しつつ電池固定部１０について具体的に説明する。なお、図４Ａは、電池固定部１０の本体部４６の概略平面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線矢視要部断面図である。図５Ａは、本体部４６に分析用電池１２を固定した状態を示す概略平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線矢視要部断面図である。

図４Ａに示すように、電池固定部１０は、本体部４６と、該本体部４６に薄膜状に設けられた第１導電部４８及び第２導電部５０と、該本体部４６に分析用電池１２を固定する固定手段５２（図５Ａ参照）とを備える。

本体部４６は、例えば、アルミナ、ジルコニア等の酸化物セラミックスから形成される板状である。なお、本体部４６の材料は、上記の酸化物セラミックスに限定されるものではなく、第１導電部４８及び第２導電部５０との間に短絡が生じない電気絶縁性を有するものであればよい。また、図４Ｂに示すように、本体部４６は、幅方向の一方側に配設される第１平面５４と、該第１平面５４と段部５６を形成するように幅方向の他方側に配設される第２平面５８と、該第１平面５４及び第２平面５８に連なる斜面６０を形成する傾斜部６２とを有する。

段部５６は、本体部４６の奥行き方向の一方側に設けられ、第２平面５８から高さ方向に突出する。これにより、第１平面５４と第２平面５８との間に高低差が形成されている。また、傾斜部６２は、本体部４６の奥行き方向の他方側に設けられ、上記の通り高低差を有する第１平面５４と第２平面５８との間を斜面６０によって滑らかに連続させる。

また、図４Ａに示すように、本体部４６は、その第１平面５４側に、奥行き方向の略中央に設けられ、幅方向に延在する切欠６４と、該切欠６４を挟んで奥行き方向に対向する第１延在部６６及び第２延在部６８とを有する。この第１延在部６６には、本体部４６を高さ方向に貫通する第１貫通孔７０が形成され、該第１貫通孔７０の周縁部の第１平面５４には、ホルダ１４の電気経路が電気的に接続される第１接続点７２が配設される。

第２延在部６８には、本体部４６を高さ方向に貫通する第２貫通孔７４が形成され、該第２貫通孔７４の周縁部の第１平面５４には、ホルダ１４の電気経路が電気的に接続される第２接続点７６が配設される。なお、第１延在部６６及び第２延在部６８には、電池固定部１０がホルダ１４の後述する先端部７８に装着される際に、該先端部７８に設けられた位置決め凸部８０が挿入される位置決め孔８２がそれぞれ設けられている。

この本体部４６では、図５Ｂに示すように、第２平面５８に第１基板１６の他方の主面が臨み、且つ段部５６に重畳部２０から露出する第１基板１６の側面１６ａが臨むように分析用電池１２が固定される。この本体部４６のうち、分析用電池１２の観察窓３２と高さ方向に重なる部位には、該本体部４６を高さ方向に貫通する観察孔８４が形成されている。これによって、分析用電池１２の観察窓３２を透過した電子線を、さらに観察孔８４を透過させて、分析機器の検出部（不図示）に照射することができる。なお、段部５６に第１基板１６の側面１６ａを当接させた際に、観察窓３２と観察孔８４とが重なり合うように各々の配置を設定することにより、本体部４６に対する分析用電池１２の位置決めを容易にすることができる。

また、本体部４６は、上記のように分析用電池１２が固定された際に、該分析用電池１２の四隅が配置される部位の近傍に固定ねじ孔８６がそれぞれ形成されている。この固定ねじ孔８６は、固定手段５２の後述する固定ねじ８８が螺合可能となっている。

第１導電部４８及び第２導電部５０は、電気導電性を有し、薄膜状に形成することが可能な材料から構成される。このような材料としては、金、白金、銀、銅等の金属材料を挙げることができるが、酸化による抵抗変化を抑制する観点からは、金を採用することが好ましい。また、第１導電部４８及び第２導電部５０の薄膜の厚さは、１００ｎｍ〜１０μｍの範囲内とすることが好適であるが、特にこれに限定されるものではない。なお、第１導電部４８及び第２導電部５０は、例えば、インク状あるいはペースト状とした上記金属材料の微粒子の分散液を用いて、スクリーン印刷やインクジェット印刷等の印刷プロセスを行うことにより形成可能である。特に、インク状の上記分散液を用いたインクジェット印刷を採用した場合、汎用性に優れ、且つ第１導電部４８及び第２導電部５０の形成に必要な装置が大掛かりとなることを回避できる点で好ましい。

第１導電部４８は第１平面５４に設けられ、図４Ａに示すように、段部５６近傍から第１延在部６６を通って第１接続点７２まで連続する。図５Ｂに示すように、本体部４６に分析用電池１２が固定された際、第１平面５４の段部５６近傍に第１集電体３８の露出部４２が近接する。換言すると、第１導電部４８と、第１集電体３８の露出部４２とが近接する。なお、図５Ｂに示すように、第１基板１６の一方の主面の高さ方向位置に、第１導電部４８の表面の高さ方向位置が揃うように、段部５６の高さが調整されることが好ましい。この場合、後述するように、固定手段５２の構成を一層簡素化することが可能になる。

また、図５Ｂに示すように、本体部４６に分析用電池１２が固定された際、第２集電体４０の露出部４４は第２平面５８に対向する。第２導電部５０は、この第２集電体４０の露出部４４と対向する第２平面５８の対向部近傍から、斜面６０を通って第１平面５４に到達し、さらに第２延在部６８に配設された第２接続点７６まで連続する。従って、上記のように本体部４６に分析用電池１２が固定された際、第２導電部５０と、第２集電体４０の露出部４４とが近接する。

固定手段５２は、図１、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１導電板９０と、第２導電板９２と、第１固定板９４と、第２固定板９６と、固定ねじ８８を有している。

第１導電板９０は、例えば、銅、アルミ、銀等の電気導電性の材料からなる板状であり、互いに近接配置された、露出部４２と第１導電部４８との両方に接触するように配置される。つまり、第１導電板９０を介して、第１集電体３８と第１導電部４８とが電気的に接続される。

第２導電板９２は、スペーサ材１０２と積層された状態で、第２基板１８と第２平面５８との間に介装される。この第２導電板９２は、上記の第１導電板９０と同様に電気導電性を有する材料から形成された板状であり、互いに近接配置された露出部４４と第２導電部５０との両方に接触するように配置される。つまり、第２導電板９２を介して、第２集電体４０と、第２導電部５０とが電気的に接続される。

スペーサ材１０２は、上記の第１導電板９０及び第２導電板９２と同様の材料から形成されてもよいし、電気絶縁性の材料から形成されてもよいが、比較的剛性が大きい材料から形成されることが好ましい。また、第２導電板９２に積層されたスペーサ材１０２の高さが、本体部４６に配置された分析用電池１２の高さと揃うように、該スペーサ材１０２の厚さが設定されている。

なお、第１導電板９０、第２導電板９２、スペーサ材１０２、第１基板１６、第２基板１８のそれぞれの厚さは、略同等に設定されていることが好ましい。この場合、本体部４６に配置された分析用電池１２の高さと、第１導電板９０の高さと、積層した第２導電板９２及びスペーサ材１０２の高さとを容易に揃えることができるため、後述するように、固定手段５２によって本体部４６に分析用電池１２を一層容易且つ着実に固定することが可能になる。

第１固定板９４及び第２固定板９６は、例えば、アルミニウム、カーボン、樹脂等の弾性を有する非磁性材料からなる板状であり、奥行き方向の両端側に非磁性材料からなる固定ねじ８８が挿通される貫通孔（不図示）がそれぞれ形成されている。第１固定板９４は、上記のように配置された第１導電板９０上に積層される。この際、第１固定板９４に設けられた貫通孔は、本体部４６に設けられた固定ねじ孔８６と同軸となる。従って、第１固定板９４の貫通孔に挿通させた固定ねじ８８をさらに固定ねじ孔８６に螺合させることで、第１集電体３８の露出部４２と第１導電部４８に向かって第１導電板９０を押圧しつつ分析用電池１２の幅方向の一方側を本体部４６に固定することができる。

第２固定板９６は、上記のように配置された第２導電板９２及び第２基板１８上に積層される。この際、第２固定板９６に設けられた貫通孔は、本体部４６に設けられた固定ねじ孔８６と同軸になる。従って、上記の第１固定板９４と同様に、第２固定板９６の貫通孔に挿通した固定ねじ８８をさらに固定ねじ孔８６に螺合させることで、第２集電体４０の露出部４４と第２導電部５０とに向かって第２導電板９２及びスペーサ材１０２を押圧しつつ分析用電池１２の幅方向の他方側を本体部４６に固定することができる。

本実施形態に係る電池固定部１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、このうち、第１導電部４８及び第２導電部５０は、例えば、以下に示す印刷プロセスにより本体部４６に形成することができる。すなわち、先ず、一般的な機械加工等により上記の外形形状とした本体部４６の表面のうち、第１導電部４８及び第２導電部５０を形成する部位にプライマー処理を施す。これによって、第１導電部４８及び第２導電部５０を構成する上記金属材料の微粒子を溶媒に分散させた分散液と、本体部４６の表面との密着性を高めることができる。上記金属材料として金を採用した場合、分散液としては、市販の製品である商品名「ＡｇナノメタルインクＡｕ１Ｔ」（株式会社アルバック製）等を用いることができる。この分散液を用いたインクジェット印刷により、上記のプライマー処理を施した部位に対して、第１導電部４８及び第２導電部５０のパターン（薄膜）を形成する。なお、このようなインクジェット印刷は、例えば、インクジェット印刷機（マイクロジェット社製、型式：ＬａｂｏＪｅｔ−６００）を用いて行うことが可能である。

この際、第１導電部４８のパターンは、第１平面５４の段部５６近傍から第１接続点７２まで連続するように形成すればよい。また、第２導電部５０のパターンは、第２平面５８の対向部近傍から、斜面６０を通って第１平面５４の第２接続点７６まで連続するように形成すればよい。このため、第１導電部４８及び第２導電部５０の各々のパターンが、例えば、段部５６で断絶されること等を効果的に回避でき、最終的に得られる第１導電部４８及び第２導電部５０の品質向上を図ることが可能になる。

次に、上記のようにして形成した第１導電部４８及び第２導電部５０のパターンを、所定の温度で焼成して溶媒を除去することで薄膜とする。これにより、インクジェット印刷により容易且つ高品質に第１導電部４８及び第２導電部５０が形成された本体部４６を得ることができる。なお、上記の「ＡｇナノメタルインクＡｕ１Ｔ」を分散液として用いた場合、例えば、２５０℃で焼成を行えばよい。

この本体部４６には、上記の固定手段５２を用いて、分析用電池１２が固定される。すなわち、先ず、上記の通り、第２平面５８に第１基板１６の他方の主面が臨み、且つ段部５６に第１基板１６の側面１６ａが臨むように本体部４６に対して分析用電池１２を配置する。そして、第１集電体３８の露出部４２と第１導電部４８との両方に接触するように第１導電板９０を配置する。また、第２集電体４０の露出部４４と第２導電部５０との両方に第２導電板９２を接触させるように、第２基板１８と第２平面５８との間に第２導電板９２を介装するとともに、該第２導電板９２にスペーサ材１０２を積層する。

次に、第１導電板９０上に、さらに第１固定板９４を部分的に積層することで、該第１固定板９４の貫通孔と、本体部４６の固定ねじ孔８６とを同軸にして、固定ねじ８８を挿通する。この固定ねじ８８を固定ねじ孔８６に螺合させることで、第１集電体３８の露出部４２と第１導電部４８とに向かって第１導電板９０を押圧しつつ分析用電池１２の幅方向の一方側を本体部４６に固定できる。

また、スペーサ材１０２及び第２基板１８上に、さらに第２固定板９６を部分的に積層することで、該第２固定板９６の貫通孔と、本体部４６の固定ねじ孔８６とを同軸にして、固定ねじ８８を挿通する。この固定ねじ８８を固定ねじ孔８６に螺合させることで、第２集電体４０の露出部４４と第２導電部５０とに向かって第２導電板９２及びスペーサ材１０２を押圧しつつ分析用電池１２の幅方向の他方側を本体部４６に固定できる。

従って、固定手段５２のような簡素な構成で、第１集電体３８及び第２集電体４０と、第１導電部４８及び第２導電部５０とのそれぞれを容易に電気的に接続しつつ、分析用電池１２を電池固定部１０に着実に固定することができる。

なお、固定手段５２は、さらに、ガラス基板等の電気絶縁性を有する絶縁板（不図示）を有してもよい。この絶縁板を、例えば、第１固定板９４の奥行き方向の両端側と、第１平面５４との間にそれぞれ介装することで、第１固定板９４を介して第１導電部４８及び第２導電部５０が短絡してしまうことを回避できる。

電池固定部１０は、上記のようにして分析用電池１２が固定された状態で装着機構１０６（図１参照）により、ホルダ１４の先端部７８に装着される。図１に示すように、ホルダ１４の先端部７８には、本体部４６のうち、第１延在部６６及び第２延在部６８がそれぞれ挿入される第１溝１０８及び第２溝１１０が形成されている。第１溝１０８の底壁には、第１延在部６６が挿入された際、該第１延在部６６の第１貫通孔７０と同軸になる第１ねじ孔１１２と、第１延在部６６の位置決め孔８２に挿入される位置決め凸部８０とが形成されている。

第２溝１１０の底壁にも同様に、第２貫通孔７４と同軸になる第２ねじ孔１１４と、第２延在部６８の位置決め孔８２に挿入される位置決め凸部８０とが形成されている。従って、第１溝１０８及び第２溝１１０のそれぞれに第１延在部６６及び第２延在部６８を挿入し、各々の位置決め孔８２に位置決め凸部８０を挿入することで、ホルダ１４の先端部７８に電池固定部１０を仮止めすることができる。

装着機構１０６は、ホルダ１４の先端部７８を覆うカバー１１６と、第１ねじ孔１１２及び第２ねじ孔１１４にそれぞれ螺合するビス１１８とを有する。カバー１１６には、先端部７８を覆った際に、上記の第１貫通孔７０及び第１ねじ孔１１２と同軸になる貫通孔１２０と、第２貫通孔７４及び第２ねじ孔１１４と同軸になる貫通孔１２２とが形成されている。

この装着機構１０６では、上記のように先端部７８に電池固定部１０を仮止めした状態で、第１ねじ孔１１２及び第２ねじ孔１１４にビス１１８を螺合することにより、カバー１１６と先端部７８の内方に電池固定部１０を装着することができる。このようにしてホルダ１４に装着された電池固定部１０は、上述したように、第１接続点７２及び第２接続点７６にホルダ１４の電気経路が電気的に接続される。すなわち、ホルダ１４の電気経路と、電池固定部１０の第１導電部４８及び第２導電部５０と、分析用電池１２の第１集電体３８及び第２集電体４０とを介して、第１活物質３４及び第２活物質３６を充放電試験装置に電気的に接続することができる。これによって、分析用電池１２に充放電反応等の所望の電極反応を生じさせることが可能になる。

従って、例えば、分析用電池１２のＴＥＭ観察を行う場合、先ず、上記のように電池固定部１０に分析用電池１２を固定する。そして、ＴＥＭの電子線照射部に分析用電池１２の観察窓３２が対向するように、ＴＥＭ内にホルダ１４を挿入する。このホルダ１４の電気経路に充放電試験装置等を接続し、第１接続点７２及び第２接続点７６の間に電位差を設けることで、第１活物質３４及び第２活物質３６で観察対象となる電極反応を生じさせることができる。この際、観察窓３２に電子線を透過させることで、分析用電池１２の電極反応を精度よく分析することが可能になる。

以上から、第１実施形態に係る電池固定部１０では、本体部４６に分析用電池１２が固定された際、第１集電体３８の露出部４２と、第１平面５４の段部５６近傍とが互いの面内方向に近接するとともに、第２集電体４０の露出部４４と、第２平面５８とが対向する。この第１平面５４には、段部５６近傍から第１接続点７２まで連続する第１導電部４８が設けられている。また、第２平面５８には、第２集電体４０との対向部近傍から第２接続点７６まで連続する第２導電部５０が設けられている。従って、この電池固定部１０では、第１導電部４８及び第２導電部５０と、第１集電体３８及び第２集電体４０とのそれぞれが近接するように分析用電池１２を固定することができる。このため、例えば、導電性ワイヤ等を引き回すことなく、第１集電体３８及び第２集電体４０と、第１導電部４８及び第２導電部５０とをそれぞれ容易に電気的に接続することができる。

このように、電池固定部１０に分析用電池１２を固定することで、導電性ワイヤ等の抵抗成分により余分な電圧降下が生じることを回避できる。その結果、分析用電池１２の電極反応等を精度よく分析することが可能になる。また、はんだ付け等を伴わずに、電池固定部１０に分析用電池１２を容易且つ効率的に着脱することが可能になる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能なことはいうまでもない。

例えば、上記の固定手段５２の変形例としては、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂに示すものが挙げられる。図６Ａは、電池固定部１０の変形例に係る固定手段１３０を説明するための概略平面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線矢視要部断面図である。図７Ａは、固定手段１３０により本体部４６に分析用電池１２を固定した状態を示す概略平面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線矢視要部断面図である。

なお、図６Ａ〜図７Ｂに示す構成要素のうち、図１〜図５Ｂに示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては、同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

変形例に係る固定手段１３０は、第１固定板９４と本体部４６との間に介在する板バネ１３２をさらに有している。具体的には、板バネ１３２は、例えば、ベリリウム銅、ステンレス鋼、チタン等の電気導電性を有する非磁性材料からなり、ヘミング曲げ加工が施された曲部１３４を有している。この板バネ１３２は、第１導電部４８に積層された第１導電板９０と、第１固定板９４との間に介装される。この際、曲部１３４が、第１基板１６の厚さよりも僅かに小さい距離で第２平面５８から離間する。従って、板バネ１３２によって、曲部１３４と第２平面５８との間に挿入された第１基板１６を第２平面５８に向かって弾発付勢することができる。なお、板バネ１３２と第１導電板９０は、予め、スポット溶接やろう付け等により一体化しておくことが好ましい。この場合、本体部４６に対して、板バネ１３２及び第１導電板９０を一層容易に固定することが可能になる。

この固定手段１３０を用いて、本体部４６に分析用電池１２を固定する工程の一例を説明する。先ず、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本体部４６に対して、第２固定板９６を固定せず、第１固定板９４のみを固定しておく。この際、第１固定板９４と本体部４６との間には、上記のように板バネ１３２及び第１導電板９０を介在させておく。

次に、板バネ１３２の弾性力に抗して、該板バネ１３２と第２平面５８との間に、分析用電池１２の第１基板１６をその側面１６ａ側から差し込む。これによって、板バネ１３２の曲部１３４は、第１集電体３８の露出部４２に接触する。この板バネ１３２は、上記の通り、電気導電性の材料から形成され、且つ第１固定板９４により第１導電板９０とともに第１導電部４８に押圧されている。これにより、板バネ１３２及び第１導電板９０を介して、第１集電体３８の露出部４２と第１導電部４８とを電気的に接続することができる。

次に、上記の通り、第２集電体４０の露出部４４と第２導電部５０との間に第２導電板９２及びスペーサ材１０２を介装するように第２導電板９２を配設したのち、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第２固定板９６を本体部４６に取り付ける。これによって、第２集電体４０の露出部４４と第２導電部５０とを電気的に接続しつつ、分析用電池１２を電池固定部１０に固定することができる。

一方、この固定手段１３０により本体部４６に固定された分析用電池１２を、該本体部４６から取り外す場合、第２固定板９６のみを本体部４６から取り外した状態で、板バネ１３２と本体部４６間から分析用電池１２の第１基板１６を引き抜けばよい。

以上から、この固定手段１３０を用いることにより、本体部４６に対して、第１固定板９４を固定したまま、第２固定板９６のみを着脱することにより、分析用電池１２を着脱することができるため、分析用電池１２を一層容易に着脱することが可能になる。

第２実施形態に係る電池固定部１４０について、図８を参照しつつ説明する。図８は、電池固定部１４０の本体部４６の概略平面図である。なお、図８に示す構成要素のうち、図１〜図７Ｂに示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては、同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

電池固定部１４０は、上記の電池固定部１０の構成要素のうち、第１導電部４８に代えて第１導電部１４２を備えるとともに、第３導電部１４４及び第３接続点１４６をさらに備えている。

第１導電部１４２は、第１平面５４の段部５６近傍に設けられる部位の奥行き方向の大きさが、第１導電部４８に比して小さい。このように、第１導電部１４２が第１導電部４８に比して小さくなった分の第１平面５４上のスペースには、第３導電部１４４が設けられている。第１導電部１４２及び第３導電部１４４は、上記の第１導電部４８及び第２導電部５０と同様の材料及び手法を用いて形成することができる。第３導電部１４４は、段部５６近傍から第３接続点１４６まで連続するように第１平面５４に設けられる。第３接続点１４６は、ホルダ１４の電気経路と電気的に接続され、例えば、第１貫通孔７０の周縁部の第１平面５４に配設される。

なお、図８の例示では、第３導電部１４４及び第３接続点１４６がそれぞれ１個ずつ第１平面５４に設けられているが、第３導電部１４４及び第３接続点１４６の個数は、特にこれに限定されるものではない。第３導電部１４４及び第３接続点１４６は互いに対応する一組から構成されればよく、第１平面５４に複数組の第３導電部１４４及び第３接続点１４６が形成されてもよい。

上記のように構成される電池固定部１４０に対しても、上記の電池固定部１０と略同様に固定手段５２を用いて、分析用電池１２を固定することができる。この場合、固定手段５２の第１導電板９０が第１導電部１４２と第３導電部１４４の両方に接触することにより、該第１導電板９０を介して第１導電部１４２及び第３導電部１４４が電気的に接続される。その結果、例えば、分析用電池１２を充電する際に、第１接続点７２及び第１導電部１４２を介して第１集電体３８に電圧を印加することができるとともに、第１集電体３８に印加されている電圧の実測値を、第３導電部１４４及び第３接続点１４６を介して得ることができる。これによって、第１集電体３８に対する印加電圧の入力値と実測値とを比較することができるため、分析用電池１２の分析結果を一層詳細に得ることが可能になる。

また、この電池固定部１４０では、第３集電体（不図示）が設けられた分析用電池１２についても、好適に固定することができる。このような分析用電池１２を電池固定部１４０に固定すると、重畳部２０から露出する第３集電体の一端側（露出部）と第３導電部１４４についても、上記の第１集電体３８の露出部４２及び第１導電部４８と同様に近接させることができる。

この第３集電体の他端側は、例えば、分析用電池１２に設けられた参照極（不図示）に重畳部２０の内部で電気的に接続されている。この場合、参照極とホルダ１４の電気経路とを容易に電気的に接続することができるため、第１活物質３４及び第２活物質３６について、互いの電位差に加えて、参照極を基準とした電位もそれぞれ計測することができる。その結果、分析用電池１２の分析結果を一層詳細に得ることが可能になる。なお、この場合、第１導電板９０は、例えば、互いの間が電気的に絶縁された２枚からなり、一方は、第１導電部４８及び第１集電体３８の露出部４２に接触し、他方は、第３導電部１４４及び第３集電体の露出部に接触するように配設される。

また、第３集電体の他端側は、第１活物質３４及び第２活物質３６とは異なる第３活物質（不図示）と、重畳部２０の内部で電気的に接続されていてもよい。この場合、ホルダ１４の電気経路に対して、第１接続点７２、第２接続点７６、第３接続点１４６を切り替えて接続するのみで、電極反応を生じさせる活物質を第１活物質３４〜第３活物質のうちから切り替えることができる。従って、電池固定部１４０に固定する分析用電池１２を交換することなく、換言すると、電子顕微鏡内の高真空状態を維持したまま、複数の活物質の電極反応を分析することができるため、容易且つ効率的に分析用電池１２を分析可能となる。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態に係る電池固定部１０、１４０では、上記の通り、重畳部２０に電解液が内包された分析用電池１２が固定されることとしたが、電解液を流通させる分析用電池が固定されてもよい。この場合、電池固定部１０、１４０及びホルダ１４には、電解液を分析用電池に流通させるための流通経路がさらに設けられる。

また、上記の実施形態に係る電池固定部１０、１４０では、第２導電部５０が、第２集電体４０の露出部４４と対向する第２平面５８の対向部近傍から第２接続点７６まで連続することとした。しかしながら、第２導電部５０は、第２集電体４０の露出部４４と対向する第２平面５８の対向部から第２接続点７６まで連続してもよい。

また、分析機器としては、ＴＥＭのみならず、電子線を用いる分析機器全般を採用することができる。

１０、１４０…電池固定部 １２…分析用電池
１４…ホルダ １６…第１基板
１６ａ…側面 １８…第２基板
２０…重畳部 ３４…第１活物質
３６…第２活物質 ３８…第１集電体
４０…第２集電体 ４２、４４…露出部
４６…本体部 ４８、１４２…第１導電部
５０…第２導電部 ５２、１３０…固定手段
５４…第１平面 ５６…段部
５８…第２平面 ６０…斜面
６２…傾斜部 ７２…第１接続点
７６…第２接続点 ９０…第１導電板
９２…第２導電板 ９４…第１固定板
９６…第２固定板 １３２…板バネ
１３４…曲部 １４４…第３導電部
１４６…第３接続点

Claims (4)

1. 一方の主面に第１集電体が設けられた第１基板と、一方の主面に第２集電体が設けられた第２基板とを前記一方の主面同士が対向するように部分的に重畳した重畳部を有し、前記第１集電体及び前記第２集電体の一端側が前記重畳部からそれぞれ露出し、且つ他端側が前記重畳部の内部で第１活物質及び第２活物質とそれぞれ電気的に接続される分析用電池を分析機器内に保持するホルダの電池固定部であって、
   本体部と、前記本体部に薄膜状に設けられた第１導電部及び第２導電部と、前記本体部に前記分析用電池を固定する固定手段と、を備え、
   前記本体部は、前記ホルダに設けられた電気経路と電気的に接続される第１接続点及び第２接続点がそれぞれ配設される第１平面と、前記第１平面と段部を形成する第２平面と、前記第１平面及び前記第２平面を連続させる斜面を形成する傾斜部と、を有し、
   前記固定手段は、前記第１集電体の一端側と前記第１平面の前記段部近傍とを近接させるべく、前記第１基板の他方の主面が前記第２平面に臨み、且つ前記第１基板の側面が前記段部に臨むように前記分析用電池を固定し、
   前記第１導電部は、前記第１平面の前記段部近傍から前記第１接続点まで連続し、
   前記第２導電部は、前記第２集電体の一端側と対向する前記第２平面の対向部又は該対向部近傍から前記斜面を通って前記第１平面の前記第２接続点まで連続することを特徴とする電池固定部。
2. 請求項１記載の電池固定部において、
   前記第１平面は、前記電気経路と電気的に接続される第３接続点と、前記段部近傍から前記第３接続点まで連続する第３導電部とがさらに設けられることを特徴とする電池固定部。
3. 請求項１又は２記載の電池固定部において、
   前記固定手段は、
   前記第１集電体の一端側と、前記段部近傍に設けられた前記第１導電部との両方に接触して配置される第１導電板と、
   前記第２基板と前記第２平面との間に介装され、前記第２集電体の一端側と、前記対向部近傍に設けられた前記第２導電部との両方に接触する第２導電板と、
   前記第１導電板を前記本体部に固定する第１固定板と、
   前記第２導電板を前記本体部に固定する第２固定板と、
   を有することを特徴とする電池固定部。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の電池固定部において、
   前記固定手段は、前記第１固定板及び前記第２固定板の何れか一方と前記本体部との間に介在する板バネをさらに有することを特徴とする電池固定部。

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