JPH06150976A - Thin type battery - Google Patents

Thin type battery

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Publication number
JPH06150976A
JPH06150976A JP4323710A JP32371092A JPH06150976A JP H06150976 A JPH06150976 A JP H06150976A JP 4323710 A JP4323710 A JP 4323710A JP 32371092 A JP32371092 A JP 32371092A JP H06150976 A JPH06150976 A JP H06150976A
Authority
JP
Japan
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layer
battery
sheet
plastic
metal
Prior art date
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Pending
Application number
JP4323710A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Okitoshi Kimura
興利 木村
Toshiyuki Osawa
利幸 大澤
Toshiyuki Kahata
利幸 加幡
Toshishige Fujii
俊茂 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP4323710A priority Critical patent/JPH06150976A/en
Publication of JPH06150976A publication Critical patent/JPH06150976A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PURPOSE:To provide a sheet-like thin type battery having high energy density by providing a carbon electrode layer on the metal layer of a sheet-like layered product made of a plastic layer and the metal layer. CONSTITUTION:A sheet-like layered product made of a plastic layer 1 and a metal layer 2 is used as the base material of a carbon electrode layer 3 constituting the negative electrode material of a thin type battery. The strength of a current collector metal can be reinforced by plastic, the thinner current collector metal layer 2 can be used, and the defect on the gas moisture permeability of the plastic layer 1 can be resolved. The resin layer 1 can be used as the outer material of the thin type battery itself in particular in addition to the protecting and reinforcing function of the metal thin film layer 2. The battery can be manufactured thinner and lighter, and the energy density of the battery can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は、薄型電池の分野に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of thin batteries.

【0002】[0002]

【従来技術】近年の電子機器の小型化、薄型化、軽量化
の進歩は目ざましいものがあり、とりわけOA分野にお
いては、デスクトップ型からラップトップ型、ノートブ
ック型へと小型軽量化している。加えて、電子手帳、電
子スチールカメラ等の新しい小型電子機器の分野も出現
し、さらには従来のハードディスク、フロッピーディス
クの小型化に加えて、新しい小型のメモリーメディアで
あるメモリカードの開発も進められている。このような
電子機器の小型化、薄型化、軽量化の波のなかでこれら
の電力をささえる電池も駆動用、メモリーバックアップ
用を問わずやはり小型化、薄型化、軽量化の開発傾向を
もっている。特に薄型化においては、従来の電池にはな
かったものとして、ペーパー電池、薄型偏平電池あるい
はプレート状電池と称される電池が開発されてきてお
り、このような電子機器の開発傾向に合致した電池が望
まれている。従来、一般用途の二次電池としては、鉛電
池、ニッケル・カドミウム電池等の水溶液系電池が主流
であるが、これらの電池はサイクル特性には優れるもの
の、電池重量やエネルギー密度の点では充分に満足でき
る特性とは言い難い。これに対しリチウムあるいはリチ
ウム合金を負極に用いた高エネルギー密度非水電解液二
次電池の研究・開発が盛んに行われ、一部商品化もされ
ている。この電池は高エネルギー密度を有し、自己放電
も少なく軽量という優れた特徴を有するが、充放電サイ
クルの進行に伴い充電時にリチウムがデンドライト状に
結晶成長し、正極に到達して内部ショートに至る可能性
が高くなる欠点やリチウムそのものの充放電効率の悪さ
のため、充分なサイクル特性を持つにいたらないこと、
またリチウムが空気中、特に水分に対して不安定である
ため、安全性の点で充分な考慮をはらう必要があった。
これに対し、負極に炭素材料を使用した非水電解液二次
電池は、化学的・物理的方法により予め炭素材料に担持
させたリチウムや、正極活物質の中のリチウム、あるい
は電解液中に溶解しているリチウム等の炭素材料へのド
ープ/脱ドープを利用するもので、サイクルが進行して
も充電時のリチウムのデンドライト状析出は見られず、
優れたサイクル性能を示すとともにリチウムのような危
険性がなく、また資源が豊富という利点から近年盛んに
研究がおこなわれている。しかしながら、薄型電池に炭
素材料を電極材料として使用するためには、様々な技術
課題が生じてくる。そのひとつとして炭素材料からの集
電の問題がある。従来リチウム金属を用いる薄型電池用
負極はリチウム自体が良導電性を有するとともに導電性
をそこなうことなく、リチウム100%でシート(薄
型)状の電極を形成することが可能であった。これに対
して、炭素材料(一般には粉体)はシート状に加工する
ためには、炭素同士を結びつけるための結着剤(プラス
チック)を添加しシート状に成形することになるため使
用する炭素材料が有する導電性を損なうこととなる。こ
のため、炭素材料からの集電には充分考慮をはらう必要
性がある。例えば、従来の筒型電池等に使用されている
炭素電極としては、基体となる集電体金属上に炭素材料
を結着させることにより、電極として自己保持性をもた
せていた(特開平2−68855)。このため、集電体
金属を自己保持性を持たなくするほど薄くすることは不
可能であり、おのずとその厚み(強度)には限界があっ
た。また、薄型電池の外装を考えた場合、従来の筒型、
ガム型、コイン型等の電池と異なり、プラスチック外装
をもちいて、フレキシブルかつ軽量につくることが可能
である。しかしながら、プラスチックは金属と比較し、
透湿性が高く、非水電池の外装材としては好ましくな
い。そして従来金属薄膜層をプラスチック中に設けるこ
とで透湿を防いできたのが現状である。しかしながら、
このような外装材を前記の炭素電極(炭素−集電体)と
組合せて使用した場合、厚み(体積)、重量の面で不利
となり、結果として電池のエネルギー密度を下げること
となる。
2. Description of the Related Art Recent advances in miniaturization, thinning, and weight reduction of electronic devices have been remarkable, and in the OA field, in particular, desktop devices have been reduced in size and weight to laptop types and notebook types. In addition, the field of new small electronic devices such as electronic notebooks and electronic still cameras will also appear, and in addition to the miniaturization of conventional hard disks and floppy disks, the development of new small memory media, memory cards, will be promoted. ing. In the wave of miniaturization, thinning, and weight reduction of such electronic devices, there is a trend toward development of miniaturization, thinning, and weight reduction of batteries for supporting these electric power regardless of whether they are for driving or memory backup. In particular, in terms of thinning, batteries called paper batteries, thin flat batteries, or plate-shaped batteries have been developed, which were not found in conventional batteries, and batteries that meet the development trends of such electronic devices. Is desired. Conventionally, aqueous batteries such as lead batteries and nickel-cadmium batteries have been the mainstream as secondary batteries for general use.However, although these batteries have excellent cycle characteristics, they are sufficient in terms of battery weight and energy density. It is hard to say that the characteristics are satisfactory. On the other hand, research and development of high energy density non-aqueous electrolyte secondary batteries using lithium or a lithium alloy for the negative electrode have been actively conducted, and some have been commercialized. This battery has the excellent features of high energy density, low self-discharge and light weight, but as the charge-discharge cycle progresses, lithium grows into dendrite-like crystals during charging and reaches the positive electrode, causing an internal short circuit. Due to the drawbacks that increase the possibility and the poor charging and discharging efficiency of lithium itself, it is not possible to have sufficient cycle characteristics,
Further, since lithium is unstable in the air, especially in water, it is necessary to give due consideration to safety.
On the other hand, a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon material for the negative electrode has lithium that is previously supported on the carbon material by a chemical / physical method, lithium in the positive electrode active material, or the electrolyte solution. It utilizes doping / dedoping of dissolved carbon materials such as lithium, and no dendrite-like precipitation of lithium during charging is observed even if the cycle progresses.
It has been actively researched in recent years because it has excellent cycle performance, does not have the danger of lithium, and has abundant resources. However, in order to use a carbon material as an electrode material in a thin battery, various technical problems arise. One of them is the problem of current collection from carbon materials. Conventionally, in a negative electrode for a thin battery using a lithium metal, it is possible to form a sheet (thin) electrode with 100% lithium, while lithium itself has good conductivity and does not impair the conductivity. On the other hand, in order to process a carbon material (generally powder) into a sheet shape, a binder (plastic) for binding the carbons is added and the carbon material is formed into a sheet shape. This will impair the conductivity of the material. Therefore, it is necessary to give sufficient consideration to the current collection from the carbon material. For example, as a carbon electrode used in a conventional cylindrical battery or the like, a self-holding property is provided as an electrode by binding a carbon material on a collector metal serving as a base (Japanese Patent Laid-Open No. 2-2021). 68855). For this reason, it is impossible to make the current collector metal thin enough to have no self-holding property, and naturally there is a limit in its thickness (strength). Also, when considering the exterior of a thin battery, the conventional tubular type,
Unlike gum type and coin type batteries, it can be made flexible and lightweight by using a plastic exterior. However, plastic is
It has high moisture permeability and is not preferable as an exterior material for non-aqueous batteries. At present, it has been possible to prevent moisture permeation by providing a metal thin film layer in plastic. However,
When such a packaging material is used in combination with the carbon electrode (carbon-collector), it is disadvantageous in terms of thickness (volume) and weight, and as a result, the energy density of the battery is lowered.

【0003】[0003]

【目的】本発明は、前述の従来技術の問題点を解消し
た、高エネルギー密度のシート状薄型電池の提供を目的
とする。
An object of the present invention is to provide a sheet-shaped thin battery with high energy density, which solves the above-mentioned problems of the prior art.

【0004】[0004]

【構成】本発明者らは、図1に示すような薄型電池の負
極材料を構成する炭素材料3の支持体として、プラスチ
ック層1−金属層2からなるシート状積層体を使用する
ことにより、集電体金属の強度をプラスチックで補強す
ることができ、より薄い集電体金属層とすることが可能
となると共に、プラスチック層1の有するガス透湿性と
いう欠点を集電体金属層を用いることにより解消するこ
とができることを見い出した。すなわち、本発明はプラ
スチック層−金属層からなるシート状積層体上に炭素材
料層を設けてなる薄型電池用負極および該電極を用いた
薄型電池に関する。特に、樹脂層は金属薄膜層の保護
(補強)という機能のほかに、薄型電池そのものの外装
材として使用することができる。このような構成を採用
することにより、電池をより薄く軽く作製することが可
能となり、電池のエネルギー密度を向上させることがで
きる。本発明でいう薄膜金属層の厚さは10μm以下、
より好ましくは10μm未満である。また、該金属層の
金属材料の電気抵抗としては0℃において10-4Ω・c
m以下のものを使用することが好ましく、より好ましく
は2×10-5Ω・cm以下とすることが好ましい。10
-4Ω・cmより大きいと金属層を薄膜化した時の電気抵
抗が充分に低くならず、電池の内部インピーダンスを上
昇させることとなる。このような条件を満足する金属材
料としては、Al(2.5×10-5Ω・cm)、Au
(2.05×10-5Ω・cm)、Ag(1.47×10
-5Ω・cm)、Cu(1.55×10-5Ω・cm)、N
i(6.2×10-5Ω・cm)、Pt(9.81×10
-5Ω・cm)等が使用できるが、電気抵抗が低く、薄膜
化が可能であるとともに安価で資源が豊富であることか
ら銅を用いることがもっとも好ましい。
[Structure] The present inventors use a sheet-shaped laminate composed of a plastic layer 1-metal layer 2 as a support for a carbon material 3 which constitutes a negative electrode material of a thin battery as shown in FIG. The strength of the current collector metal can be reinforced with plastic, and a thinner current collector metal layer can be obtained, and the disadvantage of the gas permeability of the plastic layer 1 is that the current collector metal layer is used. I found that can be solved by. That is, the present invention relates to a negative electrode for a thin battery in which a carbon material layer is provided on a sheet-shaped laminate including a plastic layer and a metal layer, and a thin battery using the electrode. In particular, the resin layer has a function of protecting (reinforcing) the metal thin film layer and can be used as an exterior material of the thin battery itself. By adopting such a configuration, the battery can be made thinner and lighter, and the energy density of the battery can be improved. In the present invention, the thickness of the thin film metal layer is 10 μm or less,
More preferably, it is less than 10 μm. The electric resistance of the metal material of the metal layer is 10 −4 Ω · c at 0 ° C.
It is preferable to use one having a thickness of m or less, more preferably 2 × 10 −5 Ω · cm or less. 10
If it is larger than -4 Ω · cm, the electric resistance when the metal layer is thinned is not sufficiently lowered, and the internal impedance of the battery is increased. As a metal material satisfying such conditions, Al (2.5 × 10 −5 Ω · cm), Au
(2.05 × 10 −5 Ω · cm), Ag (1.47 × 10
-5 Ω · cm), Cu (1.55 × 10 −5 Ω · cm), N
i (6.2 × 10 −5 Ω · cm), Pt (9.81 × 10)
-5 Ω · cm) or the like can be used, but it is most preferable to use copper because it has a low electric resistance, can be made into a thin film, is inexpensive, and has abundant resources.

【0005】本発明のシート状薄型電池の1つの特徴で
ある軽く、かつ可撓性を有するという特性を損なわない
ためには、軽く、かつ可撓性に富む導電性高分子材料を
使用することが好ましい。このような導電性高分子材料
とは、活物質としての能力を有する、電解液に溶解
しない、高分子材料間の結着性を有している、導電
性を示す、材料である。例えば、ピロール、チオフェン
等を単量体とする複素五員環系化合物重合体、ベンゼ
ン、アズレン等を単量体とする芳香族炭化水素系化合物
重合体、アニリン、ジフェニルベンジジン等を単量体と
するアミン系化合物重合体を使用することができる。し
かしながら、これら導電性高分子材料はプラスチックで
あるため、前記のように活物質自身が電気伝導性である
と共に、軽くかつ可撓性を有しているので薄型電池の活
物質として好ましい特性を有するものであるが、電極の
体積エネルギー密度が低いという欠点を有している。
In order not to impair the characteristic of being light and flexible, which is one of the features of the thin sheet battery of the present invention, a light and flexible conductive polymer material should be used. Is preferred. Such a conductive polymer material is a material that has the ability as an active material, does not dissolve in an electrolytic solution, has a binding property between polymer materials, and exhibits conductivity. For example, a five-membered heterocyclic compound polymer having pyrrole or thiophene as a monomer, an aromatic hydrocarbon compound polymer having benzene or azulene as a monomer, aniline or diphenylbenzidine as a monomer. Amine-based compound polymers can be used. However, since these conductive polymer materials are plastics, the active material itself is electrically conductive as described above, and since it is light and flexible, it has preferable characteristics as an active material of a thin battery. However, it has a drawback that the volume energy density of the electrode is low.

【0006】また、本発明における正極活物質として、
チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニオブ(N
b)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、バナジウム
(V)、およびコバルト(Co)などの金属の酸化物、
硫化物、セレン化物又はそれらとリチウムの複合体を用
いることができるが、無機活物質材料は硬く成形性にお
とったり、それ自身電気伝導性に欠けるものが多く、薄
型電池の電極とするためには結着剤や導電剤等の添加物
を混合しなければならない欠点を有している。本発明に
おける正極活物質としては、特に前記導電性高分子と無
機活物質材料を組合せたものが、エネルギー密度、加工
性が高く、電圧平坦性が優れるシート状正極が得られる
ので好ましい。この導電性高分子と無機活物質の複合体
に使用する導電性高分子材料の電気伝導度は好ましくは
10-4S/cm、より好ましくは10-2S/cm以上で
ある。10-4S/cm以下であると無機活物質と複合し
た時の集電効率が充分でなく、電池の内部インピーダン
スを上げる結果となる。このような導電性高分子材料と
しては、例えばポリピロール、ポリ−3−メチルチオフ
ェン、ポリアニリンなどのようにイオン化ポテンシャル
が小さく、アニオンドープ状態で安定となる物質が好ま
しく、高分子材料間の結着能力、活物質としてのエネル
ギー密度を考えるとその中でもポリアニリンが最も好ま
しく使用される。また無機活物質材料としては、スピネ
ル型リチウム二酸化マンガン、酸化コバルト、結晶五酸
化バナジウムのように放電電位が平坦であるものが好ま
しい。さらに複合すべき導電性高分子のアニオンの挿
入、放出に伴う電極電位に比較的近いカチオンの挿入、
放出電位を持つものが好ましく、結晶五酸化バナジウム
を用いることが最も好ましく使用される。この複合体の
導電性高分子の複合量は10〜70重量%である。さら
に好ましくは10〜40重量%であり、10重量%未満
では結着力、導電性イオン伝導性の点で問題があり、7
0重量%以上ではエネルギー密度的に不利である。
Further, as the positive electrode active material in the present invention,
Titanium (Ti), molybdenum (Mo), niobium (N
b), oxides of metals such as chromium (Cr), manganese (Mn), vanadium (V), and cobalt (Co),
Sulfides, selenides, or composites thereof with lithium can be used, but inorganic active material materials are often hard and moldable, and often lack electrical conductivity themselves, so that they are used as electrodes for thin batteries. Has a drawback that additives such as a binder and a conductive agent must be mixed. As the positive electrode active material in the present invention, a combination of the conductive polymer and the inorganic active material is particularly preferable because a sheet-shaped positive electrode having high energy density and processability and excellent voltage flatness can be obtained. The electric conductivity of the conductive polymer material used in the composite of the conductive polymer and the inorganic active material is preferably 10 −4 S / cm, more preferably 10 −2 S / cm or more. If it is 10 −4 S / cm or less, the current collection efficiency when it is combined with the inorganic active material is not sufficient, and the internal impedance of the battery is increased. As such a conductive polymer material, for example, a substance such as polypyrrole, poly-3-methylthiophene, and polyaniline, which has a small ionization potential and is stable in an anion-doped state, is preferable. Considering the energy density of the active material, polyaniline is most preferably used. As the inorganic active material, those having a flat discharge potential such as spinel type lithium manganese dioxide, cobalt oxide, and crystalline vanadium pentoxide are preferable. Furthermore, insertion of anion of conductive polymer to be complexed, insertion of cation relatively close to electrode potential accompanying release,
Those having an emission potential are preferable, and it is most preferable to use crystalline vanadium pentoxide. The composite amount of the conductive polymer in this composite is 10 to 70% by weight. More preferably, it is 10 to 40% by weight, and if it is less than 10% by weight, there are problems in binding force and conductive ion conductivity.
If it is 0% by weight or more, it is disadvantageous in terms of energy density.

【0007】また、プラスチック層を構成する高分子材
料の種類は特に制限されないが、100℃程度まで変質
することなく可撓性を有する材料で安価なものが好まし
く、具体的にはポリエステル、ポリプロピレン、ポリエ
チレンなどが使用できるが、これに限るわけではなく、
種々のプラスチック材料の積層構造として使用すること
も考えられる。さらにプラスチック層の厚さも金属薄膜
層の厚さによっても相違するが、例えば外装材として兼
用する場合には100〜1000μm程度のものであ
る。該プラスチック層の上に設けられる金属薄膜層は、
蒸着法、スパッタ等の方法によって形成することがで
き、通常10μm未満の厚さである。
Further, the kind of the polymer material constituting the plastic layer is not particularly limited, but an inexpensive and flexible material which does not deteriorate up to about 100 ° C. is preferable, and specifically, polyester, polypropylene, Polyethylene or the like can be used, but is not limited to this.
It is also conceivable to use it as a laminated structure of various plastic materials. Further, the thickness of the plastic layer also varies depending on the thickness of the metal thin film layer, but when used also as an exterior material, it is about 100 to 1000 μm. The metal thin film layer provided on the plastic layer is
It can be formed by a method such as vapor deposition or sputtering, and usually has a thickness of less than 10 μm.

【0008】本発明における炭素負極に用いる炭素材料
としては石油コークス、ピッチコークス、カーボンブラ
ック、ガラス状炭素、グラファイト、あるいはフェノー
ル系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、フラン系樹
脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂等の有機高分
子を焼成することにより得られる炭素体、フェノール
系、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系炭素繊維、天然
黒鉛等を例示することができるが、中でもコークス類特
にピッチ系コークス類を用いることにより、容量、電位
保持性および放電電圧平坦性に優れる負極とすることが
できる。本発明の炭素負極は上記炭素材料にテフロン、
ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル等の結着
剤を添加し、金属薄膜層に担持させることによりシート
状炭素負極を作製することができる。
The carbon material used for the carbon negative electrode in the present invention is petroleum coke, pitch coke, carbon black, glassy carbon, graphite, or phenol resin, polyacrylonitrile resin, furan resin, polyamide resin, polyimide resin. Carbon materials obtained by firing an organic polymer such as, phenol-based, polyacrylonitrile-based, pitch-based carbon fibers, natural graphite and the like can be exemplified, but among them, by using cokes, particularly pitch-based cokes. A negative electrode having excellent capacity, potential holding property and discharge voltage flatness can be obtained. The carbon negative electrode of the present invention comprises the above carbon material and Teflon,
A sheet-like carbon negative electrode can be produced by adding a binder such as polyvinylidene fluoride or polyacrylonitrile and supporting it on the metal thin film layer.

【0009】本発明のシート状薄型電池に使用される電
解質としてはセパレータに含浸させた電解質塩と非水溶
媒とから構成される非水電解液あるいは固体状電解質が
使用される。これにより溶媒の偏りによる電池性能のバ
ラツキ、劣化、加温時における電池の変形を防ぐことが
できる。本発明における電解質塩としては、以下に示す
陰イオンまたは陽イオンが用いられる。陰イオンとして
は、例えばPF6 -、SbF6 -、AsF6 -等のVa族の元
素のハロゲン化物アニオン、BF4 -、BR4 -(Rはフェ
ニル基、アルキル基)等のIIIa族元素のアニオン、C
-、Br-、I-等のハロゲンアニオン、過塩素酸アニ
オン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、チオシ
アン酸アニオン等が挙げられる。陽イオンとしては例え
ばLi(+)、Na(+)、K(+)等のアルカリ金属
カチオン、(R4N)(+)(Rは炭素数1〜20の炭
化水素基)等が挙げられる。前記電解質を与える化合物
としてはたとえば、LiPF6、LiSbF6、LiAs
6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、Li
I、KPF6、KClO4、NaPF6、〔(n−Bu)4
N〕BF4、〔(n−Bu)4N〕ClO4、LiSC
N、NaSCN、KSCN、LiAlCl4等を例示す
ることができるが特にこれらに限定されるものではな
い。本発明における非水溶媒としてはプロピレンカーボ
ネート、γ−ブチルラクトン、エチレンカーボネート、
ジエチルカーボネート、スルホラン、ジオキサン、テト
ラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメ
チルスルホキシド、1,2−ジメトキシエタン、1,2
−エトキシメトキシエタンのほか、メチルジグライム、
メチルトリグライム、メチルテトラグライム、エチルグ
ライム、エチルジグライム、ブチルジグライム等のグラ
イム類が挙げられる。例えば、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール等を
ポリマーマトリックスとして先に述べた電解質塩をポリ
マーマトリックス中に溶解せしめた複合体あるいはこれ
らの架橋体、低分子量ポリエチレンオキサイド、クラウ
ンエーテル等のイオン解離基をポリマー主鎖にグラフト
化した高分子固体電解質、あるいは高分子量重合体に前
記電解液を含有した構造を有する固体状電解質を用いる
ことも可能である。これは通常の電解液に重合性化合物
を加え、熱あるいは光により重合をおこさせ、電解液を
固体化するものである。より具体的には重合性化合物と
してアクリレート(例えばメトキシジエチレングリコー
ルメタアクリレート、メトキシジエチレングリコールジ
アクリレート)系化合物を過酸化ベンゾイル、アゾビス
イソブチロニトリル、メチルベンゾイルフォーメート、
ベンゾインイソプロピルエーテル等の重合開始剤を用い
重合させ電解液を固体化するものである。本発明におけ
る固体電解質としては無機系ではAgCl、AgBr、
AgI、LiI、RbAg43、RbAg43CN等の
無機物質を用いることができる。
As the electrolyte used in the thin sheet battery of the present invention, a non-aqueous electrolytic solution or a solid electrolyte composed of an electrolyte salt impregnated in a separator and a non-aqueous solvent is used. As a result, it is possible to prevent variations in battery performance, deterioration, and deformation of the battery during heating due to uneven distribution of the solvent. As the electrolyte salt in the present invention, the following anions or cations are used. Examples of the anion include halide anions of Va group elements such as PF 6 , SbF 6 and AsF 6 , and group IIIa elements such as BF 4 and BR 4 (R is a phenyl group or an alkyl group). Anion, C
Examples thereof include a halogen anion such as l , Br , and I , a perchlorate anion, a trifluoromethanesulfonate anion, and a thiocyanate anion. Examples of the cation include alkali metal cations such as Li (+), Na (+) and K (+), (R 4 N) (+) (R is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms) and the like. . Examples of the compound that provides the electrolyte include LiPF 6 , LiSbF 6 , and LiAs.
F 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li
I, KPF 6 , KClO 4 , NaPF 6 , [(n-Bu) 4
N] BF 4 , [(n-Bu) 4 N] ClO 4 , LiSC
N, NaSCN, KSCN, LiAlCl 4 and the like can be exemplified, but the invention is not particularly limited thereto. As the non-aqueous solvent in the present invention, propylene carbonate, γ-butyl lactone, ethylene carbonate,
Diethyl carbonate, sulfolane, dioxane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,2-dimethoxyethane, 1,2
-Ethoxymethoxyethane, methyl diglyme,
Examples thereof include glymes such as methyl triglyme, methyl tetraglyme, ethyl glyme, ethyl diglyme, butyl diglyme. For example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, etc. as a polymer matrix the above-mentioned electrolyte salt is dissolved in the polymer matrix complex or a cross-linked product thereof, low molecular weight polyethylene oxide, crown It is also possible to use a polymer solid electrolyte in which an ion dissociative group such as ether is grafted on the polymer main chain, or a solid electrolyte having a structure in which the electrolyte solution is contained in a high molecular weight polymer. In this method, a polymerizable compound is added to an ordinary electrolytic solution, and polymerization is caused by heat or light to solidify the electrolytic solution. More specifically, an acrylate (eg, methoxydiethylene glycol methacrylate, methoxydiethylene glycol diacrylate) -based compound as a polymerizable compound is benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile, methylbenzoyl formate,
Polymerization is carried out using a polymerization initiator such as benzoin isopropyl ether to solidify the electrolytic solution. As the solid electrolyte in the present invention, AgCl, AgBr, and
Inorganic substances such as AgI, LiI, RbAg 4 I 3 and RbAg 4 I 3 CN can be used.

【0010】固体電解質が機械的強度に乏しく正電極の
短絡が危惧される場合や電界をより均一にかけさせる場
合にはセパレータを用いることもできる。セパレータと
しては、電解質のイオン伝導に対して低抵抗であり、か
つ、保液性に優れたものが用いられる。例えば、ガラス
繊維フィルタ、ポリエステル、テフロン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等の高分子ポアフィルタあるいは不
織布、ガラス繊維、セラミックス繊維等の不織布あるい
はこれらの複合体を用いることができる。本発明は、前
記したような電池の構成要素を組合せることにより、例
えば樹脂層−金属層−炭素電極層−固体電解質層−正極
層という積層構造を採用することにより、高性能薄型電
池を作製することができる。
A separator may be used when the solid electrolyte is poor in mechanical strength and a short circuit of the positive electrode is feared, or when an electric field is applied more uniformly. As the separator, one having a low resistance to the ionic conduction of the electrolyte and an excellent liquid retaining property is used. For example, a glass fiber filter, a polymer pore filter such as polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene or a non-woven fabric, a non-woven fabric such as a glass fiber or a ceramic fiber, or a composite thereof can be used. The present invention produces a high-performance thin battery by combining the above-described battery components, for example, by adopting a laminated structure of resin layer-metal layer-carbon electrode layer-solid electrolyte layer-positive electrode layer. can do.

【0011】[0011]

【実施例】【Example】

実施例1 (1)熱融着性変性ポリプロピレンに銅を5μm蒸着し
たシート状積層体を作製した(9×5.5cm)。この
積層体の中心部(7×4.0cm)にピッチコークス9
0重量部、ポリフッ化ビニリデン10重量部に溶剤を加
えてスラリー状したものを塗布、乾燥した。プレス加圧
をさらに加えた。活物質は40μmであった。これに7
9.9%3MLiBF4、PC/DME(7/3)、2
0%エトキシジエチレングリコールアクリレート、0.
1%のベンゾイルパーオキサイドの組成の電解液を減圧
下充分しみこませ、高圧水銀灯の光を照射し、電解液を
固体化した。これを負極部材とした。 (2)上記負極部材とは別に以下のようにして正極を作
製した。アニリンを含む3MのHBF4水溶液中で反応
極として10μmのブラスト処理を施した0.9mmφ
の貫通孔を有するステンレスシート4×7.5cm(重
合部)を用い3mA/cm2の定電流によりアニリンの
重合をおこなった(片面のみに重合)。このステンレス
ポリアニリン電極を流水で洗浄したのち0.2N硫酸中
−0.4VvsSCEまで電位をかけて、十分に脱ドー
ピング操作をおこなった。これを20%のヒドラジン水
溶液を用いて還元し、洗浄、乾燥してポリアニリン電極
を得た(厚み340μm)。厚さ20μm、5.5×9
cmの大きさのSUSシートに厚さ200μm、外径
5.5×9cm、内径4.1×7.6cmの変性ポリプ
ロピレンを使用したフレームを固定する。該フレームの
中心部に導電性接着剤を用いて前記ポリアニリン電極を
接着した。次いで上述の電解液組成物をポリアニリンに
充分しみこませた。ポリアニリン部分を150μmとな
るように圧縮し、さらに前記混合液を十分に含浸させた
ポリプロピレンポアフィルターをポリアニリン上に積層
し、高圧水銀灯の光を1時間照射した。電解液は固体化
し、圧力をかけても液がしみ出ることは無かった。これ
を正極部材とした。 (3)前記正および負極部材をはり合わせ、炭素電極側
の端子として厚さ10μmの銅箔をフレーム部にはさむ
形で、四辺を減圧下に熱封止し、薄型電池を作製した。
得られた電池の厚さは385μmであり、初期放電容量
15mAhであった。
Example 1 (1) A sheet-like laminate was prepared by vapor-depositing copper on a heat-fusible modified polypropylene with a thickness of 5 μm (9 × 5.5 cm). Pitch coke 9 at the center (7 × 4.0 cm) of this laminate.
A solvent was added to 0 parts by weight and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride to form a slurry, which was applied and dried. Additional press pressure was applied. The active material was 40 μm. 7 to this
9.9% 3M LiBF 4 , PC / DME (7/3), 2
0% ethoxydiethylene glycol acrylate, 0.
An electrolytic solution having a composition of 1% benzoyl peroxide was sufficiently impregnated under reduced pressure, and light of a high pressure mercury lamp was irradiated to solidify the electrolytic solution. This was used as a negative electrode member. (2) A positive electrode was produced in the following manner separately from the negative electrode member. 0.9 mmφ that was blasted to 10 μm as a reaction electrode in a 3M HBF 4 aqueous solution containing aniline
The aniline was polymerized at a constant current of 3 mA / cm 2 using a stainless steel sheet 4 × 7.5 cm (polymerization part) having a through hole of 1 (polymerization on only one side). The stainless polyaniline electrode was washed with running water, and then the potential was applied to -0.4 V vs. SCE in 0.2 N sulfuric acid to sufficiently perform the dedoping operation. This was reduced with a 20% aqueous hydrazine solution, washed and dried to obtain a polyaniline electrode (thickness 340 μm). Thickness 20 μm, 5.5 × 9
A frame made of modified polypropylene having a thickness of 200 μm, an outer diameter of 5.5 × 9 cm, and an inner diameter of 4.1 × 7.6 cm is fixed to a SUS sheet having a size of cm. The polyaniline electrode was bonded to the center of the frame using a conductive adhesive. Then, the above-mentioned electrolytic solution composition was sufficiently impregnated with polyaniline. The polyaniline portion was compressed to 150 μm, and a polypropylene pore filter sufficiently impregnated with the mixed solution was laminated on the polyaniline and irradiated with light from a high pressure mercury lamp for 1 hour. The electrolytic solution solidified and did not seep out even when pressure was applied. This was used as a positive electrode member. (3) The positive and negative electrode members were attached to each other, and a copper foil having a thickness of 10 μm was sandwiched between the frame parts of the frame as a carbon electrode side terminal, and four sides were heat-sealed under reduced pressure to produce a thin battery.
The obtained battery had a thickness of 385 μm and an initial discharge capacity of 15 mAh.

【0012】比較例1 厚さ20μmの銅箔(7.5×4cm:端子部別)の片
面に実施例1と同様に炭素層を作製した。この電極をA
lを中心に持つ熱融着性プラスチックシート(9×5.
5cm)の中心にヒートプレスにより固定したのち、実
施例1と同様に電解液の固体化をおこなった。実施例1
と同様に正極部材を作製し上記電極とはり合せ薄型電池
を作製した。電池の厚みは385μmであった(385
μmとなるように正極活物質、負極活物質の厚みを調製
した)。初期放電容量は13mAhであった。
Comparative Example 1 A carbon layer was prepared in the same manner as in Example 1 on one surface of a 20 μm thick copper foil (7.5 × 4 cm: by terminal portion). This electrode is A
The heat-fusible plastic sheet (9 × 5.
(5 cm) was fixed by heat pressing to the center, and then the electrolytic solution was solidified in the same manner as in Example 1. Example 1
A positive electrode member was produced in the same manner as in 1. and was laminated with the above electrode to produce a thin battery. The thickness of the battery was 385 μm (385
The thicknesses of the positive electrode active material and the negative electrode active material were adjusted so as to be μm). The initial discharge capacity was 13 mAh.

【0013】実施例2 ポリアニリン50重量部、結晶五酸化バナジウム50重
量部に溶剤を加え、厚さ20μm(9×5.5cm)の
ブラスト処理をほどこしたSUS箔の中心部(7.5×
4.0cm)に塗布し乾燥した。プレス加圧をさらに加
えたのち実施例1の電解液組成物を充分含浸後セパレー
タをのせ、実施例1と同様にして電解液を固体化した。
実施例1と同様な負極部材(但し活物質層を65μmと
した)を作製し、正極部材とはり合せ、実施例1と同様
にして薄型電池を作製した。電池の厚みは410μmで
あり、初期放電容量は24.9mAhであった。
Example 2 A solvent was added to 50 parts by weight of polyaniline and 50 parts by weight of crystalline vanadium pentoxide, and a blasting treatment was performed at a center portion (7.5 ×) of a SUS foil having a thickness of 20 μm (9 × 5.5 cm).
(4.0 cm) and dried. After pressurization was further applied, the electrolytic solution composition of Example 1 was sufficiently impregnated, and then a separator was placed thereon, and the electrolytic solution was solidified in the same manner as in Example 1.
A negative electrode member similar to that in Example 1 (however, the active material layer was 65 μm) was prepared, and laminated with the positive electrode member, and a thin battery was prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the battery was 410 μm, and the initial discharge capacity was 24.9 mAh.

【0014】比較例2 比較例1と同様な負極部材および実施例2と同様な正極
部材を電池の総厚みが410μmになるように正負極部
材の活物質層を調製し電池を作製した。初期放電容量は
22mAhであった。
Comparative Example 2 A negative electrode member similar to Comparative Example 1 and a positive electrode member similar to Example 2 were used to prepare active material layers for positive and negative electrode members so that the total thickness of the battery was 410 μm to prepare a battery. The initial discharge capacity was 22 mAh.

【効果】本発明によれば高エネルギー密度の薄型電池が
提供される。
According to the present invention, a thin battery with high energy density is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の薄型電池用負極を示す。FIG. 1 shows a negative electrode for a thin battery of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラスチック層 2 金属層 3 炭素材料層 1 plastic layer 2 metal layer 3 carbon material layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 俊茂 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Toshige Fujii 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラスチック層−金属層からなるシート
状積層体の金属層上に炭素電極層を設けてなる薄型電
池。
1. A thin battery in which a carbon electrode layer is provided on a metal layer of a sheet-shaped laminate comprising a plastic layer and a metal layer.
【請求項2】 電極活物質が導電性高分子材料あるいは
該高分子材料と無機活物質の複合体である正電極を有す
る正電極部材、および請求項1記載の炭素電極層を負極
部材として有することを特徴とする薄型電池。
2. A positive electrode member having a positive electrode in which the electrode active material is a conductive polymer material or a composite of the polymer material and an inorganic active material, and the carbon electrode layer according to claim 1 as a negative electrode member. A thin battery characterized by the above.
【請求項3】 請求項2記載の薄型電池における正電極
として結晶五酸化バナジウムとポリアニリンからなる複
合体を使用することを特徴とする薄型電池。
3. A thin battery according to claim 2, wherein a composite of crystalline vanadium pentoxide and polyaniline is used as a positive electrode in the thin battery.
【請求項4】 負極部材のプラスチック層が電池の外装
材を兼ねるものである請求項2または3記載の薄型電
池。
4. The thin battery according to claim 2, wherein the plastic layer of the negative electrode member also serves as a battery exterior material.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110392946A (en) * 2017-10-25 2019-10-29 株式会社Lg化学 There is the reduced single-side electrode of distortion and preparation method thereof for secondary cell

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