JPH10149836A - 高分子固体電解質を用いた薄形電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄形電池の密閉を行う接着封口部の接着強度
を高め、保存性能を向上させる薄形電池とその製造方法
を提供することを目的とする。 【構成】 負極集電体面上に導電補助剤を配置し、該導
電補助剤の外寸より０．２ｍｍ以上小さい外寸の負極活
物質を配置し、さらに該負極活物質の外寸と同等もしく
は大きく、且つ該導電補助剤の外寸と同等もしくは小さ
い外寸の高分子固体電解質を配置した高分子固体電解質
を用いた薄形電池とすることで、上記目的を達成でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＤ／ＩＣカ−ド
類、物流タグ、ハイテクエレクトロニクス機器、携帯機
器、玩具、文具、アクセサリ−などの電源に使われる薄
形電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の薄形電池として金属リチウムを用
いた場合について説明する。図６に特徴となる負極集電
体の斜視図を示す。厚さ約０．０２ｍｍのステンレス箔
からなる負極集電体１面に負極活物質２としての厚さ約
０．０３５ｍｍの金属リチウム箔をハ−フカットなどの
手段で所定の大きさに切断した後、転写し圧着した。次
に負極活物質２面上を覆うように厚さ約０．０３ｍｍで
高分子固体電解質３をスクリ−ン印刷により配置した。
続いて別工程で作製された正極活物質を配置した正極集
電体との間に電気絶縁性の枠状の接着封口材を配置し加
熱状態下で電池周辺域を加圧することで、各極集電体を
接着し電池内を密閉した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の薄形
電池を保存試験した結果、６０℃、湿度９５％、１００
日経過で自己放電率が約２５％になった。接着部のＴ字
引っ張り強度は約３５ｇ／ｍｍ幅〜５０ｇ／ｍｍ幅であ
った。試験後の電池の中には封口部が開口するものもあ
り、接着部に問題があった。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは薄形電池の密閉を行
う接着封口部の接着強度を高め、保存性能を向上させる
薄形電池とその製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するもので、負極集電体面上に導電補助剤を配置し、該
導電補助剤の外寸より０．２ｍｍ以上小さい外寸の負極
活物質を配置し、さらに該負極活物質の外寸と同等もし
くは大きく且つ該導電補助剤の外寸と同等もしくは小さ
い外寸の高分子固体電解質を配置したこと、前記導電補
助剤が吸液性であること、前記導電補助剤の少なくとも
外周部分は斑点状又は波状になっていること、前記導電
補助剤と集電体周辺域を接着シ−ルする接着封口材との
距離が０．１ｍｍ以上あること、及び負極集電体面上に
導電補助剤を印刷して熱硬化させた後、その上にカ−ボ
ン、リチウム又はリチウム／アルミニウム合金からなる
負極活物質を印刷又は転写し、さらにその上に高分子固
体電解質を印刷することなどを特徴とし、これにより上
述の問題点を解決するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は請求項１、２により、負
極集電体（例えばステンレス、ニッケル、銅、ニッケル
合金、銅合金、ニッケルメッキ鉄など）の所定位置に所
定寸法の導電補助剤（例えばカ−ボン、二酸化珪素など
の電導性材料又は非電導性材料とバインダ−、有機溶剤
などの混合物；バインダ−としてはモノマ−、高分子固
体電解質などでもよい。）を印刷などで配置し、該導電
補助剤の外寸より０．２ｍｍ以上小さい（０．２ｍｍ以
下であれば後述する電解液成分の捕液吸収能力が低下し
負極集電体面上に大きく広がり、汚染することにな
る。）外寸の負極活物質（例えば金属リチウム、リチウ
ムアルミ合金、カ−ボン材など）を配置し、さらに該負
極活物質の上面を覆うように該負極活物質の外寸と同等
もしくは大きく且つ該導電補助剤の外寸と同等もしくは
小さい外寸の高分子固体電解質を印刷などで配置するこ
とで、高分子固体電解質又はカ−ボン材中の電解液成分
が染み出しても該導電補助剤が捕液吸収し、負極集電体
面上への広がりを防止し、負極集電体周縁部域の接着封
口予定域の汚染を防ぎ、接着封口材の熱接着後の接着強
度を保持する。請求項３において導電補助剤の少なくと
も外周部分（内側には導電補助剤がなくても良い。例え
ば金属リチウムなどを配置する場合は枠状の導電補助剤
の方が負極集電体面上に直接接触されるため密着性が良
く、内部抵抗が小さくなる。一方、カ−ボン材などの場
合は中心部にもある方が負極集電体面への密着性が高ま
る。）は斑点状、又は波状になっていることで、電解液
成分が染み出ても導電補助剤の外周長さが長く、凹み部
分で表面張力が働き捕液吸収量以上の電解液成分を導電
補助剤側に引きつけておくことができ、染み出しを防止
できる。

【０００７】請求項４において導電補助剤と集電体周辺
域を接着シ−ルする接着封口材との距離が０．１ｍｍ以
上あることで、請求項１及び２の作用を補足する。な
お、好ましくは該距離は０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲
にあることで、接着強度を高めるだけでなく、電池内を
減圧密閉した場合の集電体周縁部の凹みによる集電体同
士の接触を防ぎ電気的内部短絡を防止する。

【０００８】請求項５における製造法では負極集電体面
上に導電補助剤を印刷し熱硬化させた後、その上にカ−
ボン、リチウム、リチウム／アルミニウム合金などの負
極活物質を印刷又は転写し、さらにその上に高分子固体
電解質を印刷することで発明の主体となる導電補助剤の
負極集電体面上への配置を容易にする。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 （本発明１）図１の斜視図に本発明に係わる負極集電体
の生産加工状態図を、図２にその断面図を示す。負極集
電体４（ステンレス箔、ニッケルメッキステンレス箔、
銅箔など）の上に、外周部分が波状になるように導電補
助剤５（例えば電導性を有する場合；カ−ボンなどの電
導性物質と有機バインダ−、溶剤などの混合物）をスク
リ−ン印刷し乾燥後に約０．０１ｍｍの厚さの多孔質に
なるようにした。このときの外寸は２６．３ｍｍ×２
２．３ｍｍとした。波状の程度はスクリ−ン版のメッシ
ュを大きく、線径を太くすると良い。波状の波長は約１
ｍｍ以下が捕液性の点で好ましい。１ｍｍ以上だと波状
部の谷にあたる部分の集電体面上に広がった電解液成分
を吸収できずに拡散することになる。次に該導電補助剤
５面上に約０．５ｍｍそれぞれの端から離れた小さめの
面積（外寸は２５．３ｍｍ×１８．３ｍｍ）で厚さ約
０．０９８ｍｍで負極活物質６（例えばカ−ボン粉末に
高分子モノマ−、電解液を混合したもの。）を印刷し、
電子線照射により該負極活物質６を硬化させ、さらに該
負極活物質６を覆うよう外寸２５．９ｍｍ×１８．９ｍ
ｍで厚さ約０．０３５ｍｍで高分子固体電解質７を印刷
し、電子線照射により該高分子固体電解質７を硬化させ
負極を作製した。

【００１０】この負極面を偏向顕微鏡で観察したとこ
ろ、はみ出している導電補助剤５表面に光沢があり、高
分子固体電解質７から染み出た電解液成分が認められ
た。しかしながら導電補助剤５より外側には電解液成分
などの痕跡は認められず、負極集電体４の周縁域は汚染
されていなかった。次に該負極集電体４の周縁域に枠状
の接着封口材を配置し、別工程で作製された正極集電体
の周縁域とを加熱加圧により熱融着させた。このような
接着部のＴ字引っ張り強度は約８７〜１０５ｇ／ｍｍ幅
であった。別工程で作製した正極と組み合わせて薄形電
池を作製し、保存試験として６０℃、湿度９５％、１２
０日経過させた後、電池容量確認試験として２０℃、
０．３ｍＡで終止電圧が２．０Ｖになるまで放電した結
果、電池容量は約３３．７ｍＡｈ±０．８ｍＡｈとな
り、保存前の平均電池容量約３７．４ｍＡｈに対して平
均で約１０％の減少にとどまった。また内部短絡による
電圧低下を示す電池は皆無であった。

【００１１】（本発明２）次に、図３に本発明に係わる
負極集電体の他の実施例を示す。厚さ０．０２０ｍｍの
ステンレス箔の内側面にニッケルメッキを施した負極集
電体８の上に、外周部分が波状になるように導電補助剤
９（二酸化珪素などの電気絶縁性微粉末と有機バインダ
−と溶剤などの混合物）を枠状にスクリ−ン印刷し乾燥
後に約０．０２ｍｍの厚さの多孔質になるようにした。
このときの外寸は２６．２ｍｍ×１９．２ｍｍで、内寸
は２４．９ｍｍ×１７．９ｍｍとした。次に該導電補助
剤９の枠内に外寸２４．８ｍｍ×１７．８ｍｍで厚さ約
０．０３８ｍｍで負極活物質１０（金属リチウム）を配
置した後、該負極集電体８面上をロ−ル加圧し、圧着し
た。この時、図４に示すように負極活物質１０の周縁部
が少し伸びて導電補助剤９面上に一部重なるようにし
た。さらに該負極活物質１０を覆うよう外寸２６．０ｍ
ｍ×１９．０ｍｍ、厚さ約０．０４ｍｍで高分子固体電
解質１１を印刷し、電子線照射により該高分子固体電解
質１１を硬化させ負極を作製した。

【００１２】この負極面を偏向顕微鏡で観察したとこ
ろ、本発明１と同様な効果を示した。この負極を用い
て、別工程で作製された正極（ステンレス、アルミニウ
ム、ニッケルメッキ鉄又はステンレス、クロム表面処理
ニッケルメッキステンレスなどの箔からなる正極集電体
１２の所定位置に二酸化マンガン、二酸化マンガン・リ
チウム酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッ
ケル酸化物、リチウムバナジウム酸化物などをカ−ボ
ン、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどの電
導材、高分子固体電解質などの混合物からなる正極活物
質１３を印刷などの手法で配置したもの）とを枠状の変
性ポリプロピレンなどの接着材１４を介して加熱した枠
状の熱板で挟み込み加圧して、図５の断面図に示すよう
な電池内を接着密閉した。なお、電池は減圧下で密閉し
ても、常圧下で密閉しても密閉後は電池内は減圧状態に
することが必要である。この電池についても本発明１に
示すような６０℃、湿度９５％、１２０日の保存試験を
実施したところ、保存性能としての放電容量は約３４．
４ｍＡｈ±０．７ｍＡｈとなり、初期に比べて約８％の
容量減にとどまった。接着部の引っ張り強度は本発明１
と同様な値であった。

【００１３】

【発明の効果】上述したごとく、本発明は次に記載する
効果を奏する。 （１）高分子固体電解質及び又は負極活物質中の電解液
成分の染みだしと広がりを抑制できる。 （２）染みだした電解液成分を導電補助剤が吸収し捕液
し所定域以外への広がりを防止できる。 （３）接着予定面が電解液成分により汚染されず、接着
強度が増加、安定し、電池寿命を向上できる。 （３）自己放電率が従来の半分以下に低下できる。 （４）内部短絡を防止できる。 （５）接着封口材の配置及び接着域が汚染されないた
め、電池の信頼性が向上する。

【００１４】なお、本発明においては上記実施例に限定
されるものではなく、また多孔度、組成も限定されるも
のではない。導電補助剤は特に周縁部では電導性、非電
導性を問わないが、非電導性の方が電池内部短絡の危険
性を防止できる点で望ましい。しかし少なくとも正極活
物質と接触する面では電導性を有している必要がある。
また、導電補助剤が正極活物質の外寸より少し離れて防
波堤（例えば二重の枠のような形状でもよい。）のよう
になっていても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる負極の作製状態を示す平面図で
ある。

【図２】本発明に係わる図１の断面図である。

【図３】本発明に係わる他の負極の作製状態を示す断面
図である。

【図４】本発明に係わる図３を一定加重を加えながらロ
−ル加圧した後の負極作製状態を示す断面図である。

【図５】本発明に係わる薄形電池の断面図である。

【図６】従来の薄形電池の負極の平面図である。

【符号の説明】

１、４、８ 負極集電体 ２、６、１０ 負極活物質 ３、７、１１ 高分子固体電解質 ５、９ 導電補助剤 １２ 正極集電体 １３ 正極活物質 １４ 枠状接着材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負極集電体面上に導電補助剤を配置し、
   該導電補助剤の外寸より０．２ｍｍ以上小さい外寸の負
   極活物質を配置し、さらに該負極活物質の外寸と同等も
   しくは大きく、且つ該導電補助剤の外寸と同等もしくは
   小さい外寸の高分子固体電解質を配置したことを特徴と
   する高分子固体電解質を用いた薄形電池。
2. 【請求項２】 前記導電補助剤が吸液性である請求項１
   記載の高分子固体電解質を用いた薄形電池。
3. 【請求項３】 前記導電補助剤の少なくとも外周部分が
   斑点状又は波状である請求項１記載の高分子固体電解質
   を用いた薄形電池。
4. 【請求項４】 前記導電補助剤と集電体周辺域を接着シ
   −ルする接着封口材との距離が０．１ｍｍ以上ある請求
   項１記載の高分子固体電解質を用いた薄形電池。
5. 【請求項５】 負極集電体面上に導電補助剤を印刷して
   熱硬化させた後、その上にカ−ボン、リチウム又はリチ
   ウム／アルミニウム合金からなる負極活物質を印刷又は
   転写し、さらにその上に高分子固体電解質を印刷するこ
   とを特徴とする高分子固体電解質を用いた薄形電池の製
   造方法。