WO2020067017A1 - 糸電池及びコネクタ付き糸電池 - Google Patents

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WO2020067017A1
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thread
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battery
current collector
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洪 田中
雅彦 近藤
充 吉岡
幸夫 得原
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a thread battery and a thread battery with a connector.
  • Patent Literature 1 discloses an internal electrode including an internal current collector and a negative electrode material coated on a peripheral surface of the internal current collector, an electrolyte provided outside the internal electrode, and an electrolyte covered on a peripheral surface of the electrolyte. Also disclosed is a thread-type battery that can be deformed into various shapes, comprising a positive electrode material, an external current collector provided on a peripheral surface of the positive electrode material, and a protective coating portion.
  • Patent Literature 1 does not disclose any specific method for extracting a current from a thread-type battery to the outside. Furthermore, in the thread-type battery disclosed in Patent Document 1, since the internal current collector is present inside the battery, the position where the current can be drawn is fixed, and the degree of freedom of the position where the external electrode is drawn is limited. There was a problem of low. In addition, Patent Literature 1 discloses that a battery can be deformed into various shapes. However, when a sulfide-based solid electrolyte is used as an electrolyte, flexibility is insufficient, and the solid electrolyte is deformed at the time of deformation. Has been destroyed and the battery function has been stopped.
  • a thread battery of the present invention is a thread battery having a first end and a second end opposed in the longitudinal direction, wherein the thread-shaped solid electrolyte extending in the longitudinal direction and the solid electrolyte extending in the longitudinal direction are formed.
  • a first electrode and a second electrode respectively arranged on a part of the outer peripheral surface, a first current collector arranged on the outer peripheral surface of the first electrode along the longitudinal direction, and the first current collector arranged along the longitudinal direction.
  • a second current collector disposed on an outer peripheral surface of the second electrode, wherein the first electrode and the second electrode are disposed so as not to contact each other.
  • a thread battery with a connector of the present invention is a thread battery with a connector including the thread battery of the present invention, and a connector connected to the first end or the second end of the thread battery. And a first connection terminal connected to the first current collector and a second connection terminal connected to the second current collector.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing one example of the thread battery of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 4 (a) is a perspective view schematically showing another example of the thread battery of the present invention
  • FIG. 4 (b) is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 4 (a).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a thread battery provided with an insulating film.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another example of a thread battery provided with an insulating film.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing an example of a thread battery with a connector of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view showing another example of the thread cell with connector and the external connector of the present invention.
  • FIGS. 9A to 9C are schematic diagrams showing an example of the covering yarn.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing still another example of the thread cell with connector and the external connector of the present invention.
  • FIG. 11A is a perspective view schematically illustrating an example of a connection terminal forming a connector and an example of an external terminal forming an external connector.
  • FIG. 11B is a perspective view of the connection terminal shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a connector provided and an external connector provided with the external terminal shown in FIG. FIG.
  • FIG. 12A is a perspective view schematically showing another example of the connection terminal forming the connector and the external terminal forming the external connector
  • FIG. 12B is a perspective view showing the connection shown in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a connector provided with terminals and an external connector provided with external terminals shown in FIG.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an example of a case where the connector and the external connector shown in FIG. 10 are connected.
  • the thread battery and the thread battery with connector of the present invention will be described.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be appropriately modified and applied without changing the gist of the present invention. It should be noted that a combination of two or more of the individual desirable configurations described below is also the present invention.
  • the thread battery of the present invention has a first end which is a longitudinal end and a second end which is an end opposite to the first end.
  • the thread battery of the present invention includes a thread-like solid electrolyte extending in the longitudinal direction, a first electrode and a second electrode respectively disposed on a part of the outer peripheral surface of the solid electrolyte along the longitudinal direction, and a A first current collector disposed on the outer peripheral surface of one electrode; and a second current collector disposed on the outer peripheral surface of the second electrode along the longitudinal direction, wherein the first electrode and the second electrode are Are arranged so as not to contact each other.
  • the first current collector and the second current collector are arranged on the outer peripheral surfaces of the first electrode and the second electrode, respectively, along the longitudinal direction. Since the region from which the first electrode and the second electrode can be extracted to the outside is exposed and extends along the longitudinal direction, current can be extracted from any location, and the degree of freedom of the extraction position of the external electrode is reduced. high. Further, when the first current collector and the second current collector are arranged along the longitudinal direction on the outer peripheral surfaces of the first electrode and the second electrode, respectively, the first electrode, the second electrode, and the solid electrolyte are damaged.
  • the portion other than the damaged portion functions as a battery, so that the battery function hardly stops at the time of damage.
  • the current collector is made of a material having high ductility, the current collector has flexibility and is not easily broken, so that the short circuit can be prevented as described above.
  • glass or ceramic is used as the main material of the electrode or solid electrolyte, even if the glass is broken by applying stress, continuous breakage starting from each broken piece is unlikely to occur. , Battery function is maintained.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the thread battery of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. It is.
  • the thread battery 1 has a thread shape extending in a longitudinal direction (a direction indicated by a double-headed arrow L in FIG. 1), and has a first end portion 1a and a second end portion 1b facing each other.
  • the thread battery 1 includes a thread-like solid electrolyte 30 extending in a longitudinal direction (a direction indicated by a double arrow L in FIG.
  • the first electrode 10 and the second electrode 20 are arranged so as to face each other via the solid electrolyte 30 and not to contact each other.
  • the first electrode 10 and the second electrode 20 are respectively arranged on a part of the outer peripheral surface of the solid electrolyte 30 and arranged so as not to contact each other with a gap 60 therebetween.
  • the two gaps 60 may have the same size or may have different sizes. Further, the distance between the first electrode 10 and the second electrode 20 separated by the gap 60 may not be constant.
  • FIG. 4 (a) is a perspective view schematically showing another example of the thread battery of the present invention
  • FIG. 4 (b) is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 4 (a).
  • the thread battery 2 includes a solid electrolyte 30, a first electrode 10, a second electrode 20, a first current collector 70, and a second current collector 90.
  • the solid electrolyte 30, the first electrode 10, the second electrode 20, the first current collector 70, and the second current collector 90 are all in the longitudinal direction (the direction indicated by a double arrow L in FIG.
  • the first electrode 10 and the second electrode 20 are opposed to a part of the outer peripheral surface of the solid electrolyte 30 along the longitudinal direction, and are in contact with each other. Not arranged to be. Further, a first current collector 70 is disposed on the outer peripheral surface of the first electrode 10 along the longitudinal direction, and a second current collector 90 is disposed on the outer peripheral surface of the second electrode 20 along the longitudinal direction. I have.
  • the first electrode and the second electrode only need to be arranged on a part of the outer peripheral surface of the solid electrolyte, and the first electrode 10 and the second electrode 20 are not necessarily opposed to each other. You may.
  • the number of the first electrodes is one.
  • the present invention is not limited to this, and two or more first electrodes may be arranged. In this case, it is preferable that the number of the first current collectors is two or more as necessary.
  • the number of the second electrodes is not limited to one as long as the second electrodes are arranged on a part of the outer peripheral surface of the solid electrolyte layer so as not to contact the first electrodes.
  • the second electrode may be arranged. In this case, it is preferable that the number of the second current collectors be two or more as necessary.
  • the outermost peripheral surface is covered with an insulating film made of an insulating material.
  • the outermost peripheral surface means the outermost peripheral surface of a structure including the first electrode, the second electrode, the solid electrolyte, the first current collector, and the second current collector.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a thread battery provided with an insulating film.
  • the thread battery 3 shown in FIG. 5 corresponds to the thread battery 1 shown in FIG. 3 in which an insulating film 100 made of an insulating material is provided on the outermost peripheral surface.
  • the gap 60 shown in FIG. 3 remains. Therefore, by applying stress to the thread battery 3 to deform the first electrode 10, the second electrode 20, and the solid electrolyte 30, the first electrode 10 and the second electrode 20 can be brought into contact with each other to cause a short circuit intentionally. it can. When the stress is released, the deformation of the first electrode 10, the second electrode 20, and the solid electrolyte 30 returns to the original state, and the short circuit is eliminated.
  • the battery capacity can be adjusted intentionally by such an intentional short circuit.
  • an insulating film may be formed so that the gap 60 of the thread battery 1 shown in FIG. 3 is filled with an insulating material.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another example of a thread battery provided with an insulating film.
  • the thread battery 4 shown in FIG. 6 corresponds to the thread battery 2 shown in FIG. 4B in which an insulating film 100 made of an insulating material is provided on the outermost peripheral surface.
  • the thread battery of the present invention preferably has flexibility.
  • flexibility it is easy to follow the shape of the accommodation space.
  • the thread battery is not broken even if it is deformed until the radius of curvature becomes 50 mm, it is determined that the battery has flexibility.
  • the thread battery is arranged along the inner peripheral surface of the ring having an inner diameter of 100 mm, if the thread battery is not broken, it is not broken even if it is deformed until the radius of curvature becomes 50 mm, that is, it has flexibility.
  • the diameter of the thread battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.005 mm or more and 1 mm or less.
  • the diameter of the thread battery is 0.005 mm or more and 1 mm or less, the thread battery has sufficient flexibility and can easily follow the shape of the accommodation space.
  • the diameter of the thread battery is less than 0.005 mm, the diameter of the thread battery is too small to obtain a sufficient capacity.
  • the diameter of the thread battery exceeds 1 mm, the flexibility of the thread battery is reduced.
  • the diameter of the thread battery can be determined by measuring the diameter of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the thread battery at ten randomly selected locations and taking an average value.
  • the cross-sectional shape of the thread battery is not circular
  • the diameter of the circle corresponding to the projected area obtained from the area of the cross section is defined as the cross-sectional diameter.
  • the thickness of the insulating film is also included in the diameter of the thread cell.
  • the area of the gap is not included in the area of the cross section.
  • the length in the longitudinal direction of the thread battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 mm or more.
  • the ratio between the diameter and the length is not particularly limited, but [(length) / (diameter)] is preferably 5 or more.
  • the cross-sectional shape of a cross section perpendicular to the longitudinal direction is not particularly limited, and may be a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, or a shape obtained by combining a plurality of them.
  • one of the first electrode and the second electrode is a positive electrode, and the other is a negative electrode.
  • the first electrode is a positive electrode and the second electrode is a negative electrode.
  • the first electrode is made of a sintered body containing positive electrode active material particles.
  • the material constituting the positive electrode active material particles include a lithium-containing phosphate compound having a NASICON-type structure, a lithium-containing phosphate compound having an olivine-type structure, a lithium-containing layered oxide, and a lithium-containing oxide having a spinel-type structure And the like.
  • Specific examples of the lithium-containing phosphate compound having a NASICON-type structure that is preferably used include Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 and the like.
  • Specific examples of the lithium-containing phosphate compound having an olivine-type structure that are preferably used include LiFePO 4 , LiCoPO 4 , and LiMnPO 4 .
  • lithium-containing layered oxide examples include LiCoO 2 , LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2, and the like.
  • Specific examples of the lithium-containing oxide preferably having a spinel structure include LiMn 2 O 4 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .
  • Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 is particularly preferred.
  • the first electrode may include solid electrolyte particles and conductive particles in addition to the positive electrode active material particles.
  • the material constituting the solid electrolyte particles include oxides constituting the solid electrolyte described later.
  • the solid electrolyte particles are preferably the same as the oxide constituting the solid electrolyte described later.
  • the bonding between the first electrode and the solid electrolyte becomes strong, and the response speed and mechanical The target strength is improved.
  • the conductive particles include particles made of a metal such as Ag, Au, Pt, and Pd, carbon, a compound having electron conductivity, or a mixture thereof. Further, these conductive materials may be included in the first electrode in a state where they are coated on the surfaces of the positive electrode active material particles.
  • the second electrode is formed of a sintered body containing negative electrode active material particles.
  • the material constituting the negative electrode active material particles for example, MO X (M is at least one selected from the group consisting of Ti, Si, Sn, Cr, Fe, Nb, V, and Mo.
  • MO X is at least one selected from the group consisting of Ti, Si, Sn, Cr, Fe, Nb, V, and Mo.
  • a compound represented by 9 ⁇ X ⁇ 3.0, Li Y MO X (M is at least one selected from the group consisting of Ti, Si, Sn, Cr, Fe, Nb, V and Mo.
  • a graphite-lithium compound a lithium alloy, a lithium-containing phosphate compound having a NASICON-type structure, and a lithium having an olivine-type structure containing phosphate compound, lithium-containing oxides and the like having a spinel structure, a compound represented by MO X, a compound represented by Li Y MO X, a lithium-containing phosphate compound having a NASICON-type structure, olivine Structure
  • an oxide such as a lithium-containing phosphate compound having a structure and a lithium-containing oxide having a spinel structure.
  • the compound represented by MO X may have a part of oxygen substituted by P or Si, or may contain Li.
  • Specific examples of the lithium alloy preferably used include Li-Al.
  • Specific examples of the lithium-containing phosphate compound having a NASICON-type structure that are preferably used include Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 and Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 .
  • Specific examples of the lithium-containing oxide having a spinel structure that is preferably used include Li 4 Ti 5 O 12 . Only one kind of these negative electrode active material particles may be used, or a plurality of kinds may be mixed and used. Of these, Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 is particularly preferred.
  • the second electrode may include solid electrolyte particles and conductive particles in addition to the negative electrode active material particles.
  • the material constituting the solid electrolyte particles include oxides constituting the solid electrolyte described later.
  • the solid electrolyte particles are preferably the same as oxides constituting the solid electrolyte described later.
  • the bonding between the second electrode and the solid electrolyte becomes strong, and the response speed and mechanical The target strength is improved.
  • Preferred examples of the conductive particles include particles composed of a metal such as Ag, Au, Pt, and Pd, carbon, a compound having electron conductivity, or a mixture thereof. Further, the conductive material may be included in the second electrode in a state where the surface of the negative electrode active material particles or the like is coated.
  • an oxide does not include a sulfide oxide.
  • Solid electrolyte examples include oxides such as a lithium-containing phosphate compound having a NASICON-type structure.
  • the preferred lithium-containing phosphoric acid compound having a NASICON-type structure used Li x M y (PO 4 ) 3 (0.9 ⁇ x ⁇ 1.9,1.9 ⁇ y ⁇ 2.1, M is, Ti , Ge, Al, Ga and Zr).
  • As the lithium-containing phosphate compound Li 1.2 Al 0.2 Ti 1.8 (PO 4 ) 3 is preferable.
  • a mixture of two or more lithium-containing phosphate compounds having a NASICON-type structure having different compositions may be used.
  • a vitrizable composition represented by Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 [for example, Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 )] 3 , Li 1.2 Al 0.2 Ge 1.8 ( PO 4 ) 3 etc.]
  • a vitrizable composition represented by Li 1 + x Al x Ge 2-xy Ti y (PO 4 ) 3 [for example, Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.0 Ti 0.5 (PO 4) 3, Li 1.2 Al 0.2 Ge 1.3 Ti 0.5 (PO 4) 3 , etc.]
  • the solid electrolyte may further include an oxide solid electrolyte having a perovskite structure or an oxide solid electrolyte having a garnet-type or garnet-like structure in addition to the lithium-containing phosphate compound having a NASICON-type structure.
  • Specific examples of the oxide solid electrolyte having a perovskite structure include, for example, La 0.55 Li 0.35 TiO 3
  • specific examples of the oxide solid electrolyte having a garnet-type or garnet-type similar structure include, for example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 is mentioned.
  • the first electrode, the second electrode, and the solid electrolyte all include an oxide.
  • the first electrode, the second electrode, and the solid electrolyte all contain an oxide, a sintered body is easily formed. Further, even if the sintered body containing an oxide is broken by applying a stress, continuous destruction starting from each broken piece is unlikely to occur, so that the sintered body is hardly shattered, a short circuit is prevented, and the battery function is maintained.
  • the first electrode and the second electrode contains the same oxide as the solid electrolyte, and both the first electrode and the second electrode have the same oxide as the solid electrolyte. More preferably. In particular, it is preferable that at least one of the first electrode and the second electrode contains a lithium-containing phosphate compound such as Li 1.2 Al 0.2 Ti 1.8 (PO 4 ) 3. More preferably, both of the second electrodes include the lithium-containing phosphate compound.
  • An electrode containing the same oxide as the solid electrolyte has a strong bond with the solid electrolyte, and thus has an improved response speed and mechanical strength.
  • the first electrode, the second electrode, and the solid electrolyte preferably contain substantially no sulfide or sulfide oxide.
  • the content is preferably 30% by weight or more and 70% by weight or less. If the content of the oxide in the first electrode is less than 30% by weight, the bonding strength between the first electrode and the solid electrolyte may not be sufficiently improved. On the other hand, if the content exceeds 70% by weight, the ratio of the positive electrode active material particles in the first electrode decreases, and thus the energy density may decrease.
  • the content of the oxide in the first electrode can be measured by composition analysis such as inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. Further, for simplicity, data analysis such as powder X-ray diffraction (XRD) can be used.
  • the content is preferably 30% by weight or more and 70% by weight or less. If the content of the oxide in the second electrode is less than 30% by weight, the bonding strength between the second electrode and the solid electrolyte may not be sufficiently improved. On the other hand, if the content exceeds 70% by weight, the ratio of the negative electrode active material particles in the second electrode decreases, so that the energy density may decrease. Note that the content of the oxide in the second electrode can be measured by the same method as that for the first electrode.
  • the first current collector and the second current collector will be described.
  • the first current collector becomes a positive electrode current collector
  • the second current collector becomes a negative electrode current collector.
  • the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are not particularly limited as long as they have electron conductivity.
  • the positive electrode current collector and the negative electrode current collector can be made of, for example, carbon, an oxide having high electron conductivity, a composite oxide, or a metal.
  • it can be made of Pt, Au, Ag, Al, Cu, stainless steel, ITO (indium tin oxide), or the like.
  • Ni or Al is preferable.
  • Cu is preferable.
  • the material forming the insulating film may be an insulating material, and examples thereof include glass, ceramics, and insulating resin.
  • the glass for example, at least two kinds selected from the group consisting of quartz glass (SiO 2 ), SiO 2 , PbO, B 2 O 3 , MgO, ZnO, Bi 2 O 3 , Na 2 O, and Al 2 O 3
  • the ceramic include alumina, cordierite, mullite, steatite, and forsterite.
  • the insulating resin examples include thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinyl acetate, thermoplastic polyurethane, and Teflon (registered trademark), phenol resins, epoxy resins, melamine resins, urea resins, and the like.
  • thermosetting resins such as saturated polyester resins, alkyd resins, polyurethane, and thermosetting polyimides, and photocurable resins.
  • the thickness of the insulating film is not particularly limited, but is preferably from 0.005 mm to 1 mm.
  • a thread battery with a connector of the present invention is a thread battery with a connector including the thread battery of the present invention, and a connector connected to the first end or the second end of the thread battery.
  • a first connection terminal connected to the current collector; and a second connection terminal connected to the second current collector.
  • the thread battery of the present invention can be easily connected to other electronic components via the connector.
  • the connector diameter is not particularly limited, but can be suppressed to about + 5% of the thread cell diameter.
  • the connector diameter is suppressed to about + 5% of the thread battery diameter, the sewing process is not hindered when the thread battery is sewn to the fiber. Further, by providing the connector with a retaining chuck, attachment and detachment can be facilitated.
  • the connector may be connected to only the first end of the thread cell, may be connected to only the second end, or may be connected to both the first end and the second end. However, the connector connected to the first end and the connector connected to the second end are different.
  • the connector may be connected to an external connector.
  • the external connector is a connector that is connected to an electronic device or the like, and is different from the connector provided in the thread battery with a connector of the present invention. By connecting the connector provided in the thread battery of the present invention to an external connector, the thread battery of the present invention can be connected to an electronic device.
  • the connector may have a concave portion or a convex portion that can be fitted with the external connector.
  • the connector has a concave portion or a convex portion that can be fitted with the external connector, the concave portion of the connector and the convex portion of the external connector, or the convex portion of the connector and the concave portion of the external connector are fitted to each other so that the electronic device and the like are fitted. Can be easily connected.
  • the thread battery and the thread battery with connector of the present invention may be directly connected to an electronic device without using an external connector.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing an example of a thread battery with a connector of the present invention.
  • the thread cell with connector 5 includes the thread cell 3 and a connector 200 connected to the first end 1 a of the thread cell 3.
  • the connector 200 includes a fitting housing 210, a first connection terminal 270, and a second connection terminal 290, and the first connection terminal 270 is connected via a first conductor 170 (shown by a two-dot broken line in FIG. 7).
  • the second current collector 70 of the thread battery 3 is connected to the first current collector 70 of the thread battery 3, and the second connection terminal 290 is connected to the second current collector of the thread battery 3 via a second conductor 190 (shown by a two-dot broken line in FIG. 7).
  • the fitting housing 210 has a recess 250.
  • the shape of the concave portion 250 corresponds to the shape of the convex portion 350 of the external connector 300 connected to the connector 200. By fitting the concave portion 250 of the connector 200 and the convex portion 350 of the external connector 300, the connector 200 and the external connector 300 can be easily connected.
  • the external connector 300 has a fitting housing 310, a first external terminal 370, and a second external terminal 390.
  • the first external terminal 370 and the second external terminal 390 are respectively connected to the first external conductor 470 and the first external conductor 470. It is connected to an electronic device (not shown) via a second outer conductor 490 (both are indicated by two-dot broken lines in FIG. 7).
  • the first connection terminal 270 of the connector 200 is connected to the first external terminal 370 of the external connector 300
  • the second connection terminal 290 of the connector 200 is connected to the second external terminal of the external connector 300. Connected to terminal 390.
  • the first external terminal 370 of the external connector 300 is connected to the electronic device via the first external conductor 470, and the second external terminal 390 of the external connector 300 is connected to the electronic device via the second external conductor 490. Connected to equipment. Therefore, by connecting the connector 200 and the external connector 300, the thread battery 3 can be easily connected to the electronic device.
  • the first connection terminal 270 and the first current collector 70 may be directly connected without the first conductor 170 therebetween.
  • the second connection terminal 290 and the second current collector 90 may be directly connected without the second conductor 190 interposed therebetween.
  • both the first connection terminal 270 and the second connection terminal 290 protrude from the fitting housing 210 toward the thread battery 3, but the first connection terminal 270 and the second connection terminal 290 Alternatively, they may be arranged so as not to protrude from the fitting housing 210 to the thread battery 3 side.
  • both the first external terminal 370 and the second external terminal 390 protrude from the fitting housing 310 toward the electronic device, but the first external terminal 370 and the second external terminal 390 do not fit together. It may be arranged so as not to protrude from the housing 310 toward the electronic device.
  • the material constituting the mating housing of the connector and the external connector is not particularly limited.
  • general-purpose resins such as polypropylene (PP) and polyethylene terephthalate (PET), engineering resins such as fluororesin (FR) and polyamide (PA), Thermosetting resins such as phenolic resin (PF) and epoxy resin (EP), and resins such as styrene-based resin, vinyl chloride-based resin, olefin-based resin, urethane-based resin, and silicone rubber are exemplified.
  • the connector and the external connector may include a lock mechanism.
  • the lock mechanism include a mechanism for providing a spiral groove on the surface of the connector and the external connector and screwing the connector and the external connector, a slide lock mechanism, a side lock mechanism, a center lock mechanism, a push lock mechanism, and the like. No.
  • FIG. 8 is a schematic view showing another example of the thread cell with connector and the external connector of the present invention.
  • a connector 200 provided in the thread cell with connector 5 is partially covered with a covering thread 220.
  • a part of the fitting housing 210, a portion of the first connection terminal 270 protruding from the fitting housing 210 toward the thread battery 3, and a second connection terminal 290 from the fitting housing 210 to the thread battery 3 Side, a connection portion between the first connection terminal 270 and the first conductor 170, a connection portion between the second connection terminal 290 and the second conductor 190, a portion of the first conductor 170 and a portion of the second conductor 190.
  • a part is covered with the covering thread 220.
  • the covering thread 220 may, for example, cover the entirety of the first conductor 170 and the second conductor 190, and cover part or all of the thread cell 3 connected to the first conductor 170 and the second conductor 190. Is also good.
  • the first conductor 170 and the second conductor 190 may be covered with one covering thread as long as they are insulated from each other, or may be covered with different covering threads, respectively.
  • the first conductor 170 and the second conductor 190 are covered with different covering threads, respectively, the first conductor 170 covered with the covering thread and the second conductor 190 covered with the covering thread are further covered with another covering thread. It may be bundled by being covered with.
  • the external connector 300 is partially covered with the covering thread 320. Specifically, a portion of the fitting housing 310, a portion of the first external terminal 370 protruding from the fitting housing 310 toward the electronic device, and a second external terminal 390 from the fitting housing 310 to the electronic device side. Projecting portion, connection portion between first external terminal 370 and first external conductor 470, connection portion between second external terminal 390 and second external conductor 490, part of first external conductor 470, and second external conductor A part of 490 is covered with the covering thread 320. The external connector 300 is connected to an electronic device (not shown) via the first external conductor 470 and the second external conductor 490.
  • the covering yarn may be a single yarn or a twisted yarn, or may be a covered yarn composed of a core yarn and a winding yarn wound around the outside of the core yarn.
  • FIGS. 9A to 9C are schematic diagrams showing an example of the covering yarn.
  • a winding thread 510 is wound around a core thread 500 in one direction.
  • the covering yarn 221 shown in FIG. 9A is called a single covered yarn.
  • the winding thread 510 is wound in the S direction, but may be wound in the Z direction.
  • FIG. 9B after the winding thread 510 is wound around the core thread 500, the winding thread 520 is further wound around the outer peripheral surface in the opposite direction.
  • the winding directions of the winding thread 510 and the winding thread 520 are different from each other.
  • the winding thread 510 is wound in the S direction
  • the winding thread 520 is wound in the Z direction.
  • the surface of the core yarn 500 is covered with the woven winding yarn 530.
  • the covering yarn 223 shown in FIG. 9C is called a knit covering yarn.
  • the material constituting the covering yarn is not particularly limited, and examples thereof include natural fibers and synthetic chemical fibers.
  • a hot-melt resin and a thermoplastic resin are preferably used.
  • the covering yarn can be melted by heating to fix the covering yarn to the connector by wrapping the covering yarn around the connector and then thermocompression bonding. Further, the stitches are closed by melting the covering yarn, and properties such as water resistance, dust resistance, heat resistance, chemical resistance, and light resistance can be imparted.
  • the hot melt resin include ethylene-vinyl acetate (EVA) resin.
  • the thermoplastic resin include a polyethylene resin, a polyester resin, a nylon (polyamide) resin, and a polypropylene resin.
  • the method of covering the connector and the connection portion with the covering thread is not particularly limited, and examples thereof include knit covering.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing still another example of the thread cell with connector and the external connector of the present invention.
  • FIG. 10 shows a state where a part of the surface of the covering thread 220 of the connector 200 and a part of the surface of the covering thread 320 of the external connector 300 shown in FIG. 8 are covered by the cover members 230 and 330, respectively.
  • Description of the thread battery 3 connected to the first conductor 170 and the second conductor 190 is omitted.
  • characteristics such as water resistance, dust resistance, heat resistance, chemical resistance, and light resistance can be imparted to the connector.
  • the material forming the cover member is not particularly limited, but a heat-shrinkable resin or the like can be used. After covering the surroundings of the covering yarn with the above-described material, the cover member can be formed on the covering yarn by heating. Note that a cover member may be provided without covering the surface of the connector with the covering thread. In this case, the area covered by the cover member is preferably the same as the area where the covering yarn is provided.
  • the heat-shrinkable resin include a polyvinyl chloride resin and a polyolefin resin.
  • the connector may include an electronic component inside.
  • FIG. 11A is a perspective view schematically illustrating an example of a connection terminal forming a connector and an example of an external terminal forming an external connector.
  • FIG. 11B is a perspective view of the connection terminal shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a connector provided and an external connector provided with the external terminal shown in FIG. Note that the positional relationship between the connector and the external connector shown in FIG. 11B corresponds to the left side of FIG.
  • the first connection terminal 270 and the second connection terminal 290 constituting the connector 201 are arranged at a predetermined interval.
  • the connector 201 has a convex portion 260, and the shape of the convex portion 260 corresponds to the concave portion 360 of the external connector 301. Therefore, the connector 201 and the external connector 301 can be fitted to each other. At this time, since the electronic component 400 is arranged in the fitting housing 211, it does not interfere with the fitting between the connector 201 and the external connector 301.
  • FIG. 12A is a perspective view schematically showing another example of the connection terminal forming the connector and the external terminal forming the external connector
  • FIG. 12B is a perspective view showing the connection shown in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a connector provided with terminals and an external connector provided with external terminals shown in FIG. Note that the positional relationship between the connector and the external connector shown in FIG. 12B corresponds to the left side of FIG. As shown in FIGS.
  • the first connection terminal 270 and the second connection terminal 290 are arranged so as to face each other, and the electronic component 400 is connected to the first connection terminal 270. It is arranged so as to be sandwiched between the second connection terminals 290.
  • the connector 202 has a convex part 260, and the shape of the convex part 260 corresponds to the concave part 360 of the external connector 302. Therefore, the connector 202 and the external connector 302 can be fitted with each other. At this time, since the electronic component 400 is arranged in the fitting housing 212, it does not interfere with the fitting between the connector 202 and the external connector 302.
  • Examples of the electronic components arranged in the connector include a fuse, an EMI filter, a sensor, a heater, an LED, a wireless chip, a chip battery, a vibrator, a memory element, a semiconductor element, an antenna, and a small electronic circuit.
  • the number of electronic components arranged in the connector may be one, or may be two or more.
  • FIG. 13 shows an example in which an external connector is connected to the thread battery.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an example of a case where the connector and the external connector shown in FIG. 10 are connected.
  • FIG. 13 schematically shows a state where the connector 200 and the external connector 300 shown in FIG. 10 are connected.
  • a covering thread 220 and a cover member 230 are provided outside the connector 200, and a covering thread 320 and a cover member 330 are provided outside the external connector 300.
  • the first connection terminal 270 of the connector 200 is connected to the first external terminal 370 of the external connector 300
  • the second connection terminal 290 of the connector 200 is connected to the second external terminal of the external connector 300.
  • terminal 390 The first connection terminal 270 and the second connection terminal 290 of the connector 200 are connected to the first current collector and the second current collector of the thread battery via the first conductor 170 and the second conductor 190, respectively.
  • the first external terminal 370 and the second external terminal 390 of the external connector 300 are connected to the electronic component via the first external conductor 470 and the second external conductor 490, respectively. Therefore, by connecting the connector 200 and the external connector 300, the thread battery can be easily connected to the electronic device.
  • the method for producing the thread battery of the present invention is not particularly limited.
  • the thread battery 2 shown in FIGS. 4A and 4B includes, for example, a thread-shaped solid electrolyte, a thread-shaped first electrode, a thread-shaped second electrode, a thread-shaped first current collector, and a thread-shaped first current collector.
  • the first electrode and the second electrode are arranged so as not to contact each other on the outer peripheral surface of the solid electrolyte, and the first current collector is disposed on the outer peripheral surface of the first electrode. It can be obtained by arranging two current collectors on the outer peripheral surface of the second electrode. Further, by covering the outermost peripheral surface with an insulating film made of an insulating material, the thread battery 4 shown in FIG. 6 can be obtained.
  • a method of obtaining a thread-like solid electrolyte for example, a method of spinning a mixed solution containing a material constituting the solid electrolyte, an organic binder, and a dispersion medium and firing the mixture is used. Further, the material constituting the solid electrolyte may be processed into a thread shape in a molten state.
  • the first electrode in the form of a thread for example, there is a method in which a mixed solution containing a material constituting the first electrode, an organic binder, and a dispersion medium is spun and fired. Further, the first electrode may be processed into a thread shape in a molten state.
  • the thread-like second electrode for example, a method of spinning a mixture containing a material constituting the second electrode, an organic binder, and a dispersion medium and baking the mixture is used. Further, the material forming the second electrode may be processed into a thread shape in a molten state.
  • a method of obtaining the first current collector in the form of a thread for example, a method of processing the material constituting the first current collector into a thread by stretching or the like can be used. Further, a method of spinning a mixed liquid containing a material constituting the first current collector, an organic binder, and a dispersion medium and firing the mixed liquid may be used.
  • a method of obtaining the thread-shaped second current collector for example, a method of processing a material forming the second current collector into a thread shape by stretching or the like is exemplified. Further, a method of spinning a mixed liquid containing a material constituting the second current collector, an organic binder, and a dispersion medium and firing the mixed liquid may be used.
  • a mixed solution in which an insulating material and a dispersion medium are mixed is prepared, and a solid electrolyte, a first electrode, a second electrode, and a first electrode are mixed.
  • a method of coating the outermost peripheral surface of the structure including the current collector and the second current collector, followed by drying, may be used.
  • a composite spinning nozzle When manufacturing the thread battery 1 shown in FIG. 1, for example, a composite spinning nozzle can be used.
  • the exit cross section of the composite spinning nozzle used has a shape corresponding to the cross section of the first electrode 10, the second electrode 20, and the solid electrolyte 30 shown in FIG.
  • the flow path in the composite spinning nozzle is separated by the first electrode 10, the second electrode 20, and the solid electrolyte 30, and has a shape connected to each outlet cross section.
  • a mixed liquid containing a binder and a dispersion medium is simultaneously discharged and spun from each of the independent flow paths of the composite spinning nozzle, and is spun and co-sintered to form a mixture as shown in FIG. It is possible to obtain a structure including the extended string-like solid electrolyte 30 and the first electrode 10 and the second electrode 20 which are respectively arranged on a part of the outer peripheral surface of the solid electrolyte along the longitudinal direction.
  • a flow path of the gap 60 is formed in the composite spinning nozzle, and a mixed liquid containing only the organic binder and the dispersion medium is discharged from the flow path during spinning and co-sintered to form the gap 60 stably. can do.
  • a first current collector 70 and a second current collector 90 on the surfaces of the first electrode 10 and the second electrode 20 of the obtained structure by laser processing, sputtering, plating, and the like, respectively, FIG. Can be obtained.
  • FIG. can be obtained.
  • an insulating film 100 By further forming an insulating film 100 on this surface by a dipping method, a coating method, or the like, a thread battery 3 as shown in FIG. 5 can be obtained.
  • the thread battery with a connector of the present invention connects, for example, the first electrode of the thread battery produced by the above procedure and the first connection terminal of the connector via the first conductor, and the second electrode of the thread battery and the first electrode of the connector. It can be obtained by connecting the two connection terminals via the second conductor.
  • the fitting housing, the first conductor, the second conductor, the connection portion between the first connection terminal and the first conductor, and the connection portion between the second connection terminal and the second conductor constituting the connector may be covered with a covering thread.
  • the outside of the covering yarn may be covered with a cover member.
  • a fitting housing molded into a predetermined shape is combined with the first connection terminal and the second connection terminal, and an electronic component is provided between the first connection terminal and the second connection terminal as necessary. Can be obtained by arranging
  • the first connection terminal and the first electrode may be directly connected without passing through the first conductor, and the second connection terminal and the second electrode may be directly connected without passing through the second conductor.
  • the lengths of the first string current collector and the second string current collector are set to be longer than the lengths of the first string electrode, the second string electrode, and the solid string electrolyte.
  • the first thread-like current collector, the second thread-like current collector, the first thread-like current collector, the first thread-like current collector, and the first thread-like current collector are prepared such that the first thread-like current collector and the second thread-like current collector protrude from the same end.
  • the body and the thread-like second current collector are combined, and the protruding thread-like first current collector and the thread-like second current collector are directly connected to the first connection terminal and the second connection terminal constituting the connector, respectively. You may.
  • Second current collector 100 Insulating film 170 First conductor 190 Second conductor 200, 201, 202 Connector 210, 211, 212, 310, 311, 312 Fitting housing 220, 221, 222, 223, 320 Covering thread 230, 330 Cover member 250, 360 Recess 260, 350 Convex part 270 First connection terminal 290 Second Connection terminals 300, 301, 302 External connector 370 First external terminal 390 Second external terminal 400 Electronic component 470 First external conductor 490 Second external conductor 500 Core yarn 510, 520, 530 Winding yarn

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Abstract

本発明の糸電池は、長手方向に相対する第１端部及び第２端部を有する糸電池であって、上記長手方向に延びる糸状の固体電解質と、上記長手方向に沿って上記固体電解質の外周面の一部にそれぞれ配置される第１電極及び第２電極と、上記長手方向に沿って上記第１電極の外周面に配置される第１集電体と、上記長手方向に沿って上記第２電極の外周面に配置される第２集電体とを備え、上記第１電極及び上記第２電極は、互いに接触しないように配置されていることを特徴とする。

Description

糸電池及びコネクタ付き糸電池
本発明は、糸電池及びコネクタ付き糸電池に関する。
近年、電子機器の小型化、薄型化に応じ、電源である電池について、収容スペースの形状に追従させやすい形状の電池が求められている。
収容スペースの形状に追従させやすい形状としては、例えば、特許文献１に記載されたような糸型の電池が挙げられる。特許文献１は、内部集電体と該内部集電体の周面に被覆された負極材料とからなる内部電極と、内部電極の外部に設置された電解質と、該電解質の周面に被覆された、正極材料と該正極材料の周面に設けられた外部集電体及び保護被覆部分とからなる、様々な形状に変形しうる糸型の電池を開示している。
特許第４９７１１３９号公報
しかしながら、特許文献１には、糸型の電池から外部に電流を引き出す具体的な方法が何ら開示されていない。さらに、特許文献１に開示された糸型の電池は、内部集電体が電池内部に存在しているため、電流を引き出せる位置が固定されてしまっており、外部電極の引き出し位置の自由度が低いという問題があった。加えて、特許文献１は、電池が様々な形状に変形しうることを開示しているが、電解質として硫化物系の固体電解質を用いた場合には可撓性が不足し、変形時に固体電解質が破壊されて電池機能が停止するという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、外部電極の引き出し位置の自由度が高く、破損時に電池機能が停止しにくい糸電池を提供することを目的とする。本発明はまた、上記糸電池の端部にコネクタが接続されたコネクタ付き糸電池を提供することを目的とする。
本発明の糸電池は、長手方向に相対する第１端部及び第２端部を有する糸電池であって、上記長手方向に延びる糸状の固体電解質と、上記長手方向に沿って上記固体電解質の外周面の一部にそれぞれ配置される第１電極及び第２電極と、上記長手方向に沿って上記第１電極の外周面に配置される第１集電体と、上記長手方向に沿って上記第２電極の外周面に配置される第２集電体とを備え、上記第１電極及び上記第２電極は、互いに接触しないように配置されていることを特徴とする。
本発明のコネクタ付き糸電池は、本発明の糸電池と、上記糸電池の上記第１端部又は上記第２端部に接続されるコネクタとを備えるコネクタ付き糸電池であって、上記コネクタは、上記第１集電体と接続される第１接続端子と、上記第２集電体と接続される第２接続端子とを有していることを特徴とする。
本発明によれば、外部電極の引き出し位置の自由度が高く、破損時に電池機能が停止しにくい糸電池を提供することができる。
図１は、本発明の糸電池の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１におけるＡ－Ａ線断面図である。 図３は、図１におけるＢ－Ｂ線断面図である。 図４（ａ）は、本発明の糸電池の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＣ－Ｃ線断面図である。 図５は、絶縁膜が設けられた糸電池の一例を模式的に示す断面図である。 図６は、絶縁膜が設けられた糸電池の別の一例を模式的に示す断面図である。 図７は、本発明のコネクタ付き糸電池の一例を模式的に示す斜視図である。 図８は、本発明のコネクタ付き糸電池及び外部コネクタの別の一例を示す模式図である。 図９（ａ）～図９（ｃ）は、カバリング糸の一例を示す模式図である。 図１０は、本発明のコネクタ付き糸電池及び外部コネクタのさらに別の一例を示す模式図である。 図１１（ａ）は、コネクタを構成する接続端子及び外部コネクタを構成する外部端子の一例を模式的に示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す接続端子を備えるコネクタ及び図１１（ａ）に示す外部端子を備える外部コネクタの様子を模式的に示す図である。 図１２（ａ）は、コネクタを構成する接続端子及び外部コネクタを構成する外部端子の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す接続端子を備えるコネクタ及び図１２（ａ）に示す外部端子を備える外部コネクタの様子を模式的に示す図である。 図１３は、図１０に示すコネクタ及び外部コネクタを接続した場合の一例を示す斜視図である。
以下、本発明の糸電池及びコネクタ付き糸電池について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
本発明の糸電池は、長手方向の端部である第１端部及び第１端部と反対側の端部である第２端部を有している。
本発明の糸電池は、長手方向に延びる糸状の固体電解質と、長手方向に沿って固体電解質の外周面の一部にそれぞれ配置される第１電極及び第２電極と、長手方向に沿って第１電極の外周面に配置される第１集電体と、長手方向に沿って第２電極の外周面に配置される第２集電体とを備えており、第１電極及び第２電極は、互いに接触しないように配置されている。
本発明の糸電池は、第１集電体及び第２集電体がそれぞれ、第１電極及び第２電極の外周面に長手方向に沿って配置されている。第１電極及び第２電極を外部に引き出すことのできる領域が露出し、長手方向に沿って延びているため、いずれの箇所からでも電流を引き出すことができ、外部電極の引き出し位置の自由度が高い。
さらに、第１集電体及び第２集電体がそれぞれ、第１電極及び第２電極の外周面に長手方向に沿って配置されていると、第１電極、第２電極及び固体電解質が破損した場合であっても、第１集電体及び第２集電体が破損していない場合には、破損部位を除く部分については電池として機能するため、破損時に電池機能が停止しにくい。特に、延性の高い材料で集電体が構成されている場合には、集電体に可撓性があり破断しにくいため、上記のように短絡を防止することができる。
また、電極や固体電解質の主材料としてガラスやセラミックを用いた場合は、応力が加わって破断したとしても、各破断片を起点とした連続破壊が起こりにくいため、粉々になりにくく短絡が防止され、電池機能が維持される。
本発明の糸電池の構成について、図１～図３を参照しながら説明する。
図１は、本発明の糸電池の一例を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１におけるＡ－Ａ線断面図であり、図３は、図１におけるＢ－Ｂ線断面図である。
図１に示すように、糸電池１は長手方向（図１中、両矢印Ｌで示す方向）に沿って延びる糸状であり、相対する第１端部１ａと第２端部１ｂとを有する。
図２及び図３に示すように、糸電池１は、長手方向（図２中、両矢印Ｌで示す方向）に沿って延びる糸状の固体電解質３０と、長手方向に沿って固体電解質３０の外周面の一部にそれぞれ配置される第１電極１０及び第２電極２０と、長手方向に沿って第１電極１０の外周面に配置される第１集電体７０と、長手方向に沿って第２電極２０の外周面に配置される第２集電体９０とからなる。
糸電池１において、第１電極１０と第２電極２０は、固体電解質３０を介して対向するように、かつ、互いに接触しないように配置されている。
図３に示すように、糸電池１では、第１電極１０及び第２電極２０はそれぞれ、固体電解質３０の外周面の一部に配置され、かつ、隙間６０を隔てて互いに接触しないように配置されている。
なお、図３に示す糸電池１では、同じ大きさの隙間６０が２つ設けられているが、２つの隙間６０の大きさは同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。
また、隙間６０によって隔てられる第１電極１０と第２電極２０の距離は一定でなくてもよい。
図４（ａ）は、本発明の糸電池の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＣ－Ｃ線断面図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、糸電池２は、固体電解質３０、第１電極１０、第２電極２０、第１集電体７０及び第２集電体９０からなる。固体電解質３０、第１電極１０、第２電極２０、第１集電体７０及び第２集電体９０はいずれも長手方向（図４（ａ）において両矢印Ｌで示す方向であり、図４（ｂ）における紙面奥行方向）に沿って延びる糸状であり、長手方向に沿って固体電解質３０の外周面の一部に第１電極１０及び第２電極２０がそれぞれ対向するよう、かつ、互いに接触しないように配置されている。さらに、長手方向に沿って第１電極１０の外周面に第１集電体７０が配置されており、長手方向に沿って第２電極２０の外周面に第２集電体９０が配置されている。
本発明の糸電池において、第１電極と第２電極は、それぞれが固体電解質の外周面の一部に配置されていればよく、第１電極１０と第２電極２０とは必ずしも対向していなくてもよい。
また、本発明の糸電池において、第１電極は、その全てが、固体電解質層の外周面の一部に、かつ、第２電極と接触しないように配置されていれば、その個数は１個に限られず、２個以上の第１電極が配置されていてもよい。この場合、必要に応じて、第１集電体の数も２個以上とすることが好ましい。
第２電極についても、第１電極と同様に、固体電解質層の外周面の一部に第１電極と接触しないように配置されていれば、その個数は１個に限定されず、２個以上の第２電極が配置されていてもよい。この場合、必要に応じて、第２集電体の数を２個以上とすることが好ましい。
本発明の糸電池は、最外周面の少なくとも一部が、絶縁性材料からなる絶縁膜により覆われていることが好ましい。
ここで、最外周面とは、第１電極、第２電極、固体電解質、第１集電体及び第２集電体からなる構造体の最外周面を意味する。
最外周面が絶縁性材料からなる絶縁膜により覆われていると、外部からの衝撃や振動等によって第１電極、第２電極及び固体電解質が破損することや意図せずに短絡することを防止できる。
図５は、絶縁膜が設けられた糸電池の一例を模式的に示す断面図である。
図５に示す糸電池３は、図３に示す糸電池１の最外周面に絶縁性材料からなる絶縁膜１００を設けたものに相当する。
糸電池３では、図３に示す隙間６０が残存している。そのため、糸電池３に応力を掛けて第１電極１０、第２電極２０及び固体電解質３０を変形させることによって、第１電極１０と第２電極２０とを接触させて意図的に短絡させることができる。応力を開放すると、第１電極１０、第２電極２０及び固体電解質３０の変形が元に戻って短絡は解消される。このような意図的な短絡によって、電池の容量を意図的に調整することができる。
なお、図３に示す糸電池１の隙間６０が絶縁性材料によって充填されるように絶縁膜が形成されていてもよい。
図６は、絶縁膜が設けられた糸電池の別の一例を模式的に示す断面図である。
図６に示す糸電池４は、図４（ｂ）に示す糸電池２の最外周面に絶縁性材料からなる絶縁膜１００を設けたものに相当する。
本発明の糸電池は、可撓性を有していることが好ましい。
糸電池が可撓性を有していると、収容スペースの形状に追従させやすい。
なお、本明細書においては、糸電池を曲率半径が５０ｍｍとなるまで変形させても破壊されない場合に、可撓性を有していると判断する。
糸電池を内径１００ｍｍの環の内周面に沿って配置した際に、糸電池が破壊されなければ、曲率半径が５０ｍｍとなるまで変形させても破壊されない、すなわち可撓性を有していると判断する。
本発明の糸電池の直径は特に限定されないが、０．００５ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましい。
糸電池の直径が０．００５ｍｍ以上、１ｍｍ以下であると、糸電池が充分な可撓性を有し、収容スペースの形状に追従させやすくなる。
糸電池の直径が０．００５ｍｍ未満の場合、糸電池の直径が小さすぎて、充分な容量を得ることができない。一方、糸電池の直径が１ｍｍを超える場合、糸電池の可撓性が低下してしまう。
なお、糸電池の直径は、無作為に選択した１０箇所における糸電池の長手方向に垂直な断面の直径を測定し、平均値をとることにより求めることができる。ただし、糸電池の断面形状が円形でない場合には、断面の面積から求められる投影面積相当円の直径を断面の直径とする。
上記絶縁膜が形成されている場合には、絶縁膜の厚さも糸電池の直径に含める。また、第１電極と第２電極の間に空隙が設けられている場合、空隙の面積は断面の面積に含めない。
本発明の糸電池の長手方向の長さは特に限定されないが、１ｍｍ以上であることが好ましい。
本発明の糸電池において、直径と長さの比は特に限定されないが、［（長さ）／（直径）］が５以上であることが好ましい。
本発明の糸電池において、長手方向に垂直な断面の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、多角形等や、これらが複数個組み合わされた形状であってもよい。
本発明の糸電池においては、第１電極及び第２電極のうちの一方が正極となり、他方が負極となる。以下では、第１電極が正極、第２電極が負極である場合の例について説明する。
［第１電極］
第１電極は、正極活物質粒子を含む焼結体により構成されている。
正極活物質粒子を構成する材料としては、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、リチウム含有層状酸化物、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等の酸化物が挙げられる。
好ましく用いられるナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３等が挙げられる。好ましく用いられるオリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４等が挙げられる。好ましく用いられるリチウム含有層状酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＣｏ１／３Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２等が挙げられる。好ましく用いられるスピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の具体例としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４等が挙げられる。
これらの正極活物質粒子のうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。
これらのなかでは、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３が特に好ましい。
第１電極は、正極活物質粒子の他に、固体電解質粒子及び導電性粒子を含んでいてもよい。
固体電解質粒子を構成する材料としては、例えば、後述する固体電解質を構成する酸化物が挙げられる。
固体電解質粒子は、後述する固体電解質を構成する酸化物と同じものであることが好ましい。
第１電極が固体電解質粒子を含んでおり、該固体電解質粒子が固体電解質を構成する酸化物と同じものであると、第１電極と固体電解質との接合が強固なものとなり、応答速度及び機械的強度が向上する。
導電性粒子は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの金属、炭素、電子伝導性を有する化合物、またはそれらを組み合わせた混合物等により構成される粒子が挙げられる。またこれらの導電性を有した物質が正極活物質粒子の表面に被覆された状態で第１電極に含まれてもよい。
［第２電極］
第２電極は、負極活物質粒子を含む焼結体で構成されている。
負極活物質粒子を構成する材料の例としては、例えば、ＭＯＸ（Ｍは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｖ及びＭｏからなる群より選ばれた少なくとも一種である。０．９≦Ｘ≦３．０）で表される化合物、ＬｉＹＭＯＸ（Ｍは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｖ及びＭｏからなる群より選ばれた少なくとも一種である。０．９≦Ｘ≦３．０、２．０≦Ｙ≦４．０）で表される化合物、黒鉛－リチウム化合物、リチウム合金、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等が挙げられ、ＭＯＸで表される化合物、ＬｉＹＭＯＸで表される化合物、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等の酸化物であることが好ましい。
ＭＯＸで表される化合物は、酸素の一部がＰやＳｉで置換されていてもよいし、Ｌｉを含んでもよい。好ましく用いられるリチウム合金の具体例としては、Ｌｉ－Ａｌ等が挙げられる。好ましく用いられるナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３やＬｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３等が挙げられる。好ましく用いられるスピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の具体例としては、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等が挙げられる。これらの負極活物質粒子のうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。
これらのなかでは、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３が特に好ましい。
第２電極は、負極活物質粒子の他に、固体電解質粒子及び導電性粒子を含んでいてもよい。
固体電解質粒子を構成する材料としては、例えば、後述する固体電解質を構成する酸化物が挙げられる。
固体電解質粒子としては、後述する固体電解質を構成する酸化物と同じものであることが好ましい。
第２電極が固体電解質粒子を含んでおり、該固体電解質粒子が固体電解質を構成する酸化物と同じものであると、第２電極と固体電解質との接合が強固なものとなり、応答速度及び機械的強度が向上する。
導電性粒子として好ましく用いられるものとしては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの金属、炭素、電子伝導性を有する化合物、またはそれらを組み合わせた混合物等により構成される粒子が挙げられる。またこれらの導電性を有した物質が負極活物質粒子などの表面に被覆された状態で第２電極に含まれてもよい。
なお、本明細書において、酸化物には、硫化酸化物を含めないものとする。
［固体電解質］
固体電解質としては、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物等の酸化物が挙げられる。
好ましく用いられるナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物としては、ＬｉｘＭｙ（ＰＯ４）３（０．９≦ｘ≦１．９、１．９≦ｙ≦２．１、Ｍは、Ｔｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｇａ及びＺｒからなる群より選ばれた少なくとも一種）が挙げられる。
リチウム含有リン酸化合物としては、Ｌｉ１．２Ａｌ０．２Ｔｉ１．８（ＰＯ４）３が好ましい。
組成の異なる２種以上のナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物を混合して用いてもよい。
固体電解質の好ましい組成としては、例えば、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３で示されるガラス化可能な組成［例えば、Ｌｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ１．５（ＰＯ４）３、Ｌｉ１．２Ａｌ０．２Ｇｅ１．８（ＰＯ４）３等］、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ－ｙＴｉｙ（ＰＯ４）３で示されるガラス化可能な組成［例えば、Ｌｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ１．０Ｔｉ０．５（ＰＯ４）３、Ｌｉ１．２Ａｌ０．２Ｇｅ１．３Ｔｉ０．５（ＰＯ４）３等］、ＡｌＰＯ４、ＳｉＯ２及びＢ２Ｏ３とからなる群より選択される少なくとも１種とＬｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３又はＬｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ－ｙＴｉｙ（ＰＯ４）３との混合物、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３とＬｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ－ｙＴｉｙ（ＰＯ４）３の混合物、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３又はＬｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ－ｙＴｉｙ（ＰＯ４）３のＬｉの一部をＮａ、Ｃｏ、Ｍｎ又はＮｉで置き換えたもの［例えば、Ｌｉの一部をＮａで置き換えたＬｉ１．１Ｎａ０．１Ａｌ０．２Ｇｅ１．３Ｔｉ０．５（ＰＯ４）３やＬｉ１．４Ｎａ０．１Ａｌ０．５Ｇｅ１．０Ｔｉ０．５（ＰＯ４）３等］、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３又はＬｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ－ｙＴｉｙ（ＰＯ４）３のＧｅの一部をＺｒ、Ｆｅ又はＶで置き換えたもの［例えば、Ｇｅの一部をＺｒで置き換えたＬｉ１．２Ａｌ０．２Ｇｅ１．７Ｚｒ０．１（ＰＯ４）３、Ｌｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ１．０Ｔｉ０．４Ｚｒ０．１（ＰＯ４）３等］等が挙げられ、これら２種以上を混合して用いてもよい。
固体電解質は、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物に加えて、さらに、ペロブスカイト型構造を有する酸化物固体電解質やガーネット型若しくはガーネット型類似構造を有する酸化物固体電解質を含んでいてもよい。ペロブスカイト型構造を有する酸化物固体電解質の具体例としては、例えばＬａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３が挙げられ、ガーネット型若しくはガーネット型類似構造を有する酸化物固体電解質の具体例としては、例えばＬｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２が挙げられる。
本発明の糸電池は、第１電極、第２電極及び固体電解質が、いずれも酸化物を含んでいることが好ましい。
第１電極、第２電極及び固体電解質がいずれも酸化物を含んでいると、焼結体を形成しやすくなる。また、酸化物を含む焼結体は応力が加わって破断したとしても、各破断片を起点とした連続破壊が起こりにくいため、粉々になりにくく短絡が防止され、電池機能が維持される。
本発明の糸電池は、第１電極及び第２電極の少なくとも一方が、固体電解質と同じ酸化物を含んでいることが好ましく、第１電極及び第２電極の両方が、固体電解質と同じ酸化物を含んでいることがより好ましい。特に、第１電極及び第２電極の少なくとも一方が、Ｌｉ１．２Ａｌ０．２Ｔｉ１．８（ＰＯ４）３等のリチウム含有リン酸化合物を含んでいることが好ましく、第１電極及び第２電極の両方が、上記リチウム含有リン酸化合物を含んでいることがより好ましい。
固体電解質と同じ酸化物を含む電極は、固体電解質との接合が強固となるため、応答速度及び機械的強度が向上する。
本発明の糸電池において、第１電極、第２電極及び固体電解質は、硫化物及び硫化酸化物を実質的に含まないことが好ましい。
第１電極が固体電解質と同じ酸化物を含んでいる場合、その含有量は３０重量％以上、７０重量％以下であることが好ましい。
第１電極における上記酸化物の含有量が３０重量％未満であると、第１電極と固体電解質との接合強度を充分に向上させることができないおそれがある。一方、上記含有量が７０重量％を超えると、第１電極中に占める正極活物質粒子の割合が減少するため、エネルギー密度が低下するおそれがある。
なお、第１電極中に占める酸化物の含有量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析等の組成分析により測定することができる。また、簡易的には、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）等のデータ解析を利用することもできる。
第２電極が固体電解質と同じ酸化物を含んでいる場合、その含有量は３０重量％以上、７０重量％以下であることが好ましい。
第２電極における上記酸化物の含有量が３０重量％未満であると、第２電極と固体電解質との接合強度を充分に向上させることができないおそれがある。一方、上記含有量が７０重量％を超えると、第２電極中に占める負極活物質粒子の割合が減少するため、エネルギー密度が低下するおそれがある。
なお、第２電極中に占める酸化物の含有量は、第１電極と同様の方法で測定することができる。
［集電体］
第１集電体及び第２集電体について説明する。
第１電極が正極である場合、第１集電体は正極集電体となり、第２電極が負極である場合、第２集電体は負極集電体となる。
正極集電体及び負極集電体は、電子伝導性があるものであれば、特に限定されない。正極集電体及び負極集電体は、例えば、炭素や電子伝導性の高い酸化物や複合酸化物、金属等により構成することができる。例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、ステンレス、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等により構成することができる。
正極集電体を構成する材料としては、Ｎｉ又はＡｌが好ましい。一方、負極集電体を構成する材料としては、Ｃｕが好ましい。
［絶縁膜］
絶縁膜を構成する材料は絶縁性材料であればよく、例えば、ガラス、セラミックス、絶縁性樹脂等が挙げられる。
ガラスとしては、例えば、石英ガラス（ＳｉＯ２）や、ＳｉＯ２、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ及びＡｌ２Ｏ３からなる群から選ばれる少なくとも２種以上を組み合わせた複合酸化物系ガラス等が挙げられる。
セラミックスとしては、例えば、アルミナ、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等が挙げられる。
絶縁性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、テフロン（登録商標）等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等の熱硬化性樹脂、及び、光硬化性樹脂等が挙げられる。
絶縁膜の厚さは特に限定されないが、０．００５ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましい。
［コネクタ付き糸電池］
本発明のコネクタ付き糸電池は、本発明の糸電池と、糸電池の第１端部又は第２端部に接続されるコネクタとを備えるコネクタ付き糸電池であって、コネクタは、第１集電体と接続される第１接続端子と、第２集電体と接続される第２接続端子を備える。
本発明のコネクタ付き糸電池においては、コネクタを介して、本発明の糸電池を他の電子部品と容易に接続することができる。
また、コネクタ径は特に限定されないが、糸電池径の＋５％程度に抑えることができる。コネクタ径が糸電池径の＋５％程度に抑えられていると、糸電池を繊維に縫製する場合に縫製工程を妨げることがない。
さらに、コネクタに止めチャックを設けることにより、着脱を容易にすることもできる。
［コネクタ］
コネクタは糸電池の第１端部のみに接続されていてもよく、第２端部のみに接続されていてもよく、第１端部及び第２端部の両方に接続されていてもよい。ただし、第１端部に接続されるコネクタと第２端部に接続されるコネクタは別のものである。
コネクタは、外部コネクタと接続されてもよい。外部コネクタは、電子機器等と接続されるコネクタであり、本発明のコネクタ付き糸電池が備えるコネクタとは異なる。
本発明の糸電池が備えるコネクタを外部コネクタと接続することにより、本発明の糸電池を電子機器と接続することができる。
コネクタは、外部コネクタと嵌め合せ可能な凹部又は凸部を有していてもよい。
コネクタが外部コネクタと嵌め合わせ可能な凹部又は凸部を有していると、コネクタの凹部と外部コネクタの凸部、又は、コネクタの凸部と外部コネクタの凹部を嵌め合わせることで電子機器等との接続を容易に行うことができる。
なお、本発明の糸電池及びコネクタ付き糸電池は、外部コネクタを介さずに電子機器と直接接続してもよい。
本発明のコネクタ付き糸電池の一例について、図７を参照しながら説明する。
図７は、本発明のコネクタ付き糸電池の一例を模式的に示す斜視図である。
図７に示すように、コネクタ付き糸電池５は、糸電池３と、糸電池３の第１端部１ａに接続されたコネクタ２００とを備えている。コネクタ２００は、嵌合ハウジング２１０と、第１接続端子２７０と、第２接続端子２９０からなり、第１接続端子２７０は、第１導体１７０（図７中、二点破線で示す）を介して糸電池３の第１集電体７０と接続されており、第２接続端子２９０は、第２導体１９０（図７中、二点破線で示す）を介して糸電池３の第２集電体９０と接続されている。
嵌合ハウジング２１０は凹部２５０を有している。凹部２５０の形状は、コネクタ２００と接続される外部コネクタ３００が有する凸部３５０の形状と対応している。コネクタ２００の凹部２５０と外部コネクタ３００の凸部３５０を嵌め合わせることで、コネクタ２００と外部コネクタ３００を容易に接続することができる。
外部コネクタ３００は、嵌合ハウジング３１０と、第１外部端子３７０と、第２外部端子３９０とを有しており、第１外部端子３７０と第２外部端子３９０はそれぞれ、第１外部導体４７０及び第２外部導体４９０（いずれも図７中、二点破線で示す）を介して電子機器（図示しない）と接続される。
コネクタ２００と外部コネクタ３００を接続することによって、コネクタ２００の第１接続端子２７０が外部コネクタ３００の第１外部端子３７０と接続され、コネクタ２００の第２接続端子２９０が外部コネクタ３００の第２外部端子３９０と接続される。
上述したように、外部コネクタ３００の第１外部端子３７０は第１外部導体４７０を介して電子機器に接続されており、外部コネクタ３００の第２外部端子３９０は第２外部導体４９０を介して電子機器に接続されている。従って、コネクタ２００と外部コネクタ３００を接続することによって、糸電池３を電子機器と容易に接続することができる。
なお、第１接続端子２７０と第１集電体７０は、第１導体１７０を介さずに直接接続されていてもよい。また、第２接続端子２９０と第２集電体９０は、第２導体１９０を介さずに直接接続されていてもよい。
図７に示すコネクタ２００において、第１接続端子２７０及び第２接続端子２９０はいずれも、嵌合ハウジング２１０から糸電池３側に突出しているが、第１接続端子２７０及び第２接続端子２９０は、嵌合ハウジング２１０から糸電池３側に突出しないように配置されていてもよい。
また、外部コネクタ３００において、第１外部端子３７０及び第２外部端子３９０はいずれも、嵌合ハウジング３１０から電子機器側に突出しているが、第１外部端子３７０及び第２外部端子３９０は、嵌合ハウジング３１０から電子機器側に突出しないように配置されていてもよい。
コネクタ及び外部コネクタの嵌合ハウジングを構成する材料は特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の汎用樹脂、フッ素樹脂（ＦＲ）やポリアミド（ＰＡ）等のエンジニアリング樹脂、フェノール樹脂（ＰＦ）やエポキシ樹脂（ＥＰ）等の熱硬化性樹脂、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーンゴム等の樹脂が挙げられる。
コネクタ及び外部コネクタはロック機構を備えていてもよい。
ロック機構としては、例えば、コネクタ及び外部コネクタの表面に螺旋状の溝を設けて、コネクタ及び外部コネクタを螺合させる機構や、スライドロック機構、サイドロック機構、センターロック機構、プッシュロック機構等が挙げられる。
コネクタ及び外部コネクタの一部は、カバリング糸で覆われていてもよい。
図８は、本発明のコネクタ付き糸電池及び外部コネクタの別の一例を示す模式図である。
図８において、コネクタ付き糸電池５が備えるコネクタ２００は、カバリング糸２２０によりその一部が覆われている。具体的には、嵌合ハウジング２１０の一部、第１接続端子２７０のうち嵌合ハウジング２１０から糸電池３側に突出している部分、第２接続端子２９０のうち嵌合ハウジング２１０から糸電池３側に突出している部分、第１接続端子２７０と第１導体１７０との結線部、第２接続端子２９０と第２導体１９０との結線部、第１導体１７０の一部及び第２導体１９０の一部が、カバリング糸２２０により覆われている。
カバリング糸２２０が設けられていると、結線部を物理的に保護し、抜けを防止することができる。
カバリング糸２２０は、例えば、第１導体１７０及び第２導体１９０の全部を覆っていてもよく、第１導体１７０及び第２導体１９０と接続される糸電池３の一部又は全部を覆っていてもよい。
また、第１導体１７０と第２導体１９０は互いに絶縁されていれば１つのカバリング糸で覆われていてもよいが、それぞれ別のカバリング糸で覆われていてもよい。
第１導体１７０及び第２導体１９０がそれぞれ異なるカバリング糸で覆われている場合、カバリング糸で覆われた第１導体１７０とカバリング糸で覆われた第２導体１９０とが、さらに別のカバリング糸で覆われることにより束ねられていてもよい。
外部コネクタ３００は、カバリング糸３２０によりその一部が覆われている。具体的には、嵌合ハウジング３１０の一部、第１外部端子３７０のうち嵌合ハウジング３１０から電子機器側に突出している部分、第２外部端子３９０のうち嵌合ハウジング３１０から電子機器側に突出している部分、第１外部端子３７０と第１外部導体４７０との結線部、第２外部端子３９０と第２外部導体４９０との結線部、第１外部導体４７０の一部及び第２外部導体４９０の一部が、カバリング糸３２０により覆われている。外部コネクタ３００は第１外部導体４７０及び第２外部導体４９０を介して電子機器（図示しない）と接続される。
カバリング糸は、単糸であってもよく、撚糸であってもよく、芯糸と、芯糸の外側に巻き付けられる巻糸から構成されるカバードヤーンであってもよい。
図９（ａ）～図９（ｃ）は、カバリング糸の一例を示す模式図である。
図９（ａ）では、芯糸５００に対して巻糸５１０が一方向に巻き付けられている。図９（ａ）に示すカバリング糸２２１をシングルカバードヤーンという。図９（ａ）では、巻糸５１０をＳ方向に巻き付けているが、Ｚ方向に巻き付けてもよい。
図９（ｂ）では、芯糸５００に対して巻糸５１０を巻き付けた後、その外周面にさらに巻糸５２０が逆向きに巻き付けられている。図９（ｂ）に示すカバリング糸２２２をダブルカバードヤーンという。巻糸５１０及び巻糸５２０を巻き付ける方向は、それぞれ異なる方向であることが好ましい。例えば、図９（ｂ）では、巻糸５１０がＳ方向に巻き付けられており、巻糸５２０がＺ方向に巻き付けられている。
図９（ｃ）では、芯糸５００の表面が、編み込まれた巻糸５３０により覆われている。図９（ｃ）に示すカバリング糸２２３をニットカバリングヤーンという。
芯糸が上下方向に向くようにカバリング糸を正面視した際に、芯糸より手前に配置されている巻糸の巻き付け方向が、左下から右上に向かっている、又は、右上から左下に向かっているものがＺ方向であり、これと逆方向、すなわち、芯糸より手前に配置されている巻糸の巻き付け方向が、左上から右下に向かっている、又は、右下から左上に向かっているものがＳ方向である。
カバリング糸を構成する材料は特に限定されないが、天然繊維、合成化学繊維等が挙げられる。
化学合成繊維の材料としては、熱溶融樹脂及び熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。
カバリング糸が熱溶融樹脂で構成されている場合には、カバリング糸をコネクタに巻き付けた後に熱圧着することにより、カバリング糸が加熱により溶けてカバリング糸をコネクタに固定することができる。さらに、カバリング糸が溶けることによって編目が塞がり、耐水性、防塵性、耐熱性、耐薬品性及び耐光性等の特性を付与することができる。
熱溶融樹脂としては、例えば、エチレン－酢酸ビニル（ＥＶＡ）樹脂等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン（ポリアミド）樹脂、ポリプロピレン樹脂等が挙げられる。
カバリング糸によりコネクタ及び結線部を覆う方法は特に限定されないが、例えば、ニットカバリング等が挙げられる。
カバリング糸の表面はさらに、図１０に示すようにカバー部材により覆われていてもよい。
図１０は、本発明のコネクタ付き糸電池及び外部コネクタのさらに別の一例を示す模式図である。
図１０は、図８に示したコネクタ２００のカバリング糸２２０及び外部コネクタ３００のカバリング糸３２０の表面の一部が、それぞれカバー部材２３０及びカバー部材３３０により覆われた状態を示している。第１導体１７０及び第２導体１９０と接続される糸電池３については記載を省略している。
コネクタ及び結線部がカバー部材により覆われていると、コネクタに耐水性、防塵性、耐熱性、耐薬品性及び耐光性等の特性を付与することができる。
カバー部材を構成する材料は特に限定されないが、熱収縮性樹脂等を用いることができる。
カバリング糸の周囲を上記材料によって覆った後、加熱することによって、カバー部材をカバリング糸上に形成することができる。
なお、コネクタの表面をカバリング糸で覆わずに、カバー部材を設けてもよい。この場合、カバー部材により覆われる領域は、カバリング糸が設けられる領域と同じであることが好ましい。
熱収縮性樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル系樹脂やポリオレフィン系樹脂等が挙げられる。
コネクタは内部に電子部品を備えていてもよい。
内部に電子部品を備えるコネクタの一例について、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照しながら説明する。
図１１（ａ）は、コネクタを構成する接続端子及び外部コネクタを構成する外部端子の一例を模式的に示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す接続端子を備えるコネクタ及び図１１（ａ）に示す外部端子を備える外部コネクタの様子を模式的に示す図である。
なお、図１１（ｂ）に示すコネクタ及び外部コネクタの位置関係が、図１１（ａ）左側に対応している。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、コネクタ２０１を構成する第１接続端子２７０と第２接続端子２９０は所定の間隔をあけて配置されており、第１接続端子２７０と第２接続端子２９０の間を跨ぐように電子部品４００が配置されている。コネクタ２０１は凸部２６０を有しており、凸部２６０の形状は、外部コネクタ３０１の有する凹部３６０と対応している。従って、コネクタ２０１と外部コネクタ３０１は互いに嵌合可能である。このとき、電子部品４００は嵌合ハウジング２１１内に配置されているため、コネクタ２０１と外部コネクタ３０１との嵌合に干渉しない。
内部に電子部品を備えるコネクタの別の一例について、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照しながら説明する。
図１２（ａ）は、コネクタを構成する接続端子及び外部コネクタを構成する外部端子の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す接続端子を備えるコネクタ及び図１２（ａ）に示す外部端子を備える外部コネクタの様子を模式的に示す図である。
なお、図１２（ｂ）に示すコネクタ及び外部コネクタの位置関係が、図１２（ａ）左側に対応している。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、コネクタ２０２では第１接続端子２７０と第２接続端子２９０が対向するように配置されており、電子部品４００は第１接続端子２７０と第２接続端子２９０に挟まれるように配置されている。コネクタ２０２は凸部２６０を有しており、凸部２６０の形状は、外部コネクタ３０２の有する凹部３６０と対応している。従って、コネクタ２０２と外部コネクタ３０２は互いに嵌合可能である。このとき、電子部品４００は嵌合ハウジング２１２内に配置されているため、コネクタ２０２と外部コネクタ３０２との嵌合に干渉しない。
コネクタ内に配置される電子部品としては、例えば、ヒューズ、ＥＭＩフィルタ、センサ、ヒータ、ＬＥＤ、無線チップ、チップ電池、振動子、メモリ素子、半導体素子、アンテナ、小型電子回路等が挙げられる。
コネクタ内に配置される電子部品の数は１個であってもよく、２個以上であってもよい。
コネクタを外部コネクタと接続することによって、本発明の糸電池を電子機器等と容易に接続することができる。
糸電池に外部コネクタを接続した様子の一例を図１３に示す。
図１３は、図１０に示すコネクタ及び外部コネクタを接続した場合の一例を示す斜視図である。
図１３には、図１０に示したコネクタ２００及び外部コネクタ３００を接続した様子を模式的に示している。コネクタ２００の外側にはカバリング糸２２０及びカバー部材２３０が設けられており、外部コネクタ３００の外側にはカバリング糸３２０及びカバー部材３３０が設けられている。
コネクタ２００と外部コネクタ３００を接続することによって、コネクタ２００の第１接続端子２７０が外部コネクタ３００の第１外部端子３７０と接続され、コネクタ２００の第２接続端子２９０が外部コネクタ３００の第２外部端子３９０と接続される。
コネクタ２００の第１接続端子２７０及び第２接続端子２９０は、第１導体１７０及び第２導体１９０を介して、それぞれ糸電池の第１集電体及び第２集電体と接続されている。さらに、外部コネクタ３００の第１外部端子３７０及び第２外部端子３９０は、それぞれ第１外部導体４７０及び第２外部導体４９０を介して電子部品と接続されている。従って、コネクタ２００及び外部コネクタ３００を接続することによって、糸電池を電子機器と容易に接続することができる。
［糸電池の製造方法］
本発明の糸電池を製造する方法は特に限定されない。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す糸電池２は、例えば、糸状の固体電解質と、糸状の第１電極と、糸状の第２電極と、糸状の第１集電体と、糸状の第２集電体を準備し、第１電極及び第２電極を、固体電解質の外周面に互いに接触しないように配置し、かつ、第１集電体を第１電極の外周面に、第２集電体を第２電極の外周面にそれぞれ配置することにより得ることができる。さらに、絶縁性材料からなる絶縁膜で最外周面を被覆することにより、図６に示す糸電池４を得ることができる。
糸状の固体電解質を得る方法としては、例えば、固体電解質を構成する材料と有機バインダと分散媒とを含有する混合液を紡糸し、焼成する方法が挙げられる。
また、固体電解質を構成する材料を溶融させた状態で糸状に加工してもよい。
糸状の第１電極を得る方法としては、例えば、第１電極を構成する材料と有機バインダと分散媒とを含有する混合液を紡糸し、焼成する方法が挙げられる。
また、第１電極を構成する材料を溶融させた状態で糸状に加工してもよい。
糸状の第２電極を得る方法としては、例えば、第２電極を構成する材料と有機バインダと分散媒とを含有する混合液を紡糸し、焼成する方法が挙げられる。
また、第２電極を構成する材料を溶融させた状態で糸状に加工してもよい。
糸状の第１集電体を得る方法としては、例えば、第１集電体を構成する材料を延伸加工等により糸状に加工する方法が挙げられる。
また、第１集電体を構成する材料と有機バインダと分散媒とを含有する混合液を紡糸し、焼成する方法であってもよい。
糸状の第２集電体を得る方法としては、例えば、第２集電体を構成する材料を延伸加工等により糸状に加工する方法が挙げられる。
また、第２集電体を構成する材料と有機バインダと分散媒とを含有する混合液を紡糸し、焼成する方法であってもよい。
絶縁性材料からなる絶縁膜で最外周面を被覆する方法としては、例えば、絶縁性材料と分散媒とを混合した混合液を準備し、固体電解質、第１電極、第２電極、第１集電体及び第２集電体からなる構造体の最外周面に塗布した後、乾燥させる方法等が挙げられる。
また、図１に示す糸電池１を製造する場合、例えば、複合紡糸ノズルを用いることができる。
使用される複合紡糸ノズルの出口断面は、図５に示す第１電極１０、第２電極２０及び固体電解質３０の断面形状に対応した形状を有している。また、複合紡糸ノズル内の流路は、第１電極１０、第２電極２０及び固体電解質３０でそれぞれ分離して、それぞれの出口断面に繋がる形状を有している。第１電極を構成する材料と有機バインダと分散媒とを含有する混合液、第２電極を構成する材料と有機バインダと分散媒とを含有する混合液、及び、固体電解質を構成する材料と有機バインダと分散媒とを含有する混合液を、複合紡糸ノズルの独立した各流路から同時に吐出させて紡糸し、これを共焼結させることで、図１に示すような形状の、長手方向に延びる糸状の固体電解質３０と、長手方向に沿って固体電解質の外周面の一部にそれぞれ配置される第１電極１０及び第２電極２０からなる構造体を得ることができる。
また、複合紡糸ノズルに隙間６０の流路を形成し、この流路から有機バインダと分散媒のみを含有する混合液を紡糸時に吐出し、共焼結することで、隙間６０を安定的に形成することができる。
得られた構造体の第１電極１０及び第２電極２０の表面にそれぞれ、第１集電体７０及び第２集電体９０を、レーザー加工、スパッタ、メッキ等で形成することによって、図３に示すような糸電池１を得ることができる。
この表面にさらに、ディッピング法やコーティング法等で絶縁膜１００を形成することによって、図５に示すような糸電池３を得ることができる。
［コネクタ付き糸電池の製造方法］
本発明のコネクタ付き糸電池は、例えば、上記手順により作製した糸電池の第１電極とコネクタの第１接続端子とを第１導体を介して接続し、糸電池の第２電極とコネクタの第２接続端子とを第２導体を介して接続することで得ることができる。
さらに、コネクタを構成する嵌合ハウジング、第１導体、第２導体、第１接続端子と第１導体との結線部及び第２接続端子と第２導体との結線部をカバリング糸により覆ってもよく、カバリング糸の外側をカバー部材により覆ってもよい。
コネクタを製造する方法は特に限定されないが、所定形状に成型した嵌合ハウジングを第１接続端子及び第２接続端子と組み合わせ、必要に応じて第１接続端子及び第２接続端子の間に電子部品を配置することにより得ることができる。
第１接続端子と第１電極は、第１導体を介さずに直接接続してもよく、第２接続端子と第２電極は、第２導体を介さずに直接接続してもよい。
例えば、上述した製造方法において糸状の第１集電体及び糸状の第２集電体の長さが、糸状の第１電極、糸状の第２電極及び糸状の固体電解質の長さよりも長くなるように準備し、糸状の第１集電体及び糸状の第２集電体が同じ端部にはみ出るように糸状の第１電極、糸状の第２電極、糸状の固体電解質、糸状の第１集電体及び糸状の第２集電体を組み合わせて、はみ出た糸状の第１集電体及び糸状の第２集電体を、コネクタを構成する第１接続端子及び第２接続端子にそれぞれ直接接続してもよい。
１、２、３、４　　　　　　　　　　　　　　　　　糸電池
１ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１端部
１ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２端部
５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　コネクタ付き糸電池
１０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１電極
２０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２電極
３０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　固体電解質
６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　隙間
７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１集電体
９０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２集電体
１００　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　絶縁膜
１７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１導体
１９０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２導体
２００、２０１、２０２　　　　　　　　　　　　　コネクタ
２１０、２１１、２１２、３１０、３１１、３１２　嵌合ハウジング
２２０、２２１、２２２、２２３、３２０　　　　　カバリング糸
２３０、３３０　　　　　　　　　　　　　　　　　カバー部材
２５０、３６０　　　　　　　　　　　　　　　　　凹部
２６０、３５０　　　　　　　　　　　　　　　　　凸部
２７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１接続端子
２９０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２接続端子
３００、３０１、３０２　　　　　　　　　　　　　外部コネクタ
３７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１外部端子
３９０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２外部端子
４００　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　電子部品
４７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１外部導体
４９０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２外部導体
５００　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　芯糸
５１０、５２０、５３０　　　　　　　　　　　　　巻糸

Claims (5)

  1. 長手方向に相対する第１端部及び第２端部を有する糸電池であって、
    前記長手方向に延びる糸状の固体電解質と、前記長手方向に沿って前記固体電解質の外周面の一部にそれぞれ配置される第１電極及び第２電極と、前記長手方向に沿って前記第１電極の外周面に配置される第１集電体と、前記長手方向に沿って前記第２電極の外周面に配置される第２集電体とを備え、
    前記第１電極及び前記第２電極は、互いに接触しないように配置されていることを特徴とする糸電池。
  2. 前記第１電極、前記第２電極及び前記固体電解質が、いずれも酸化物を含んでいる請求項１に記載の糸電池。
  3. 前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方が、前記固体電解質と同じ酸化物を含んでいる請求項２に記載の糸電池。
  4. 最外周面の少なくとも一部が、絶縁性材料からなる絶縁膜により覆われている請求項１～３のいずれかに記載の糸電池。
  5. 請求項１～４のいずれかに記載の糸電池と、前記糸電池の前記第１端部又は前記第２端部に接続されるコネクタとを備えるコネクタ付き糸電池であって、
    前記コネクタは、前記第１集電体と接続される第１接続端子と、前記第２集電体と接続される第２接続端子とを有していることを特徴とするコネクタ付き糸電池。
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