JP2006172773A - 薄型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に大きなシワが生じにくい薄型電池を提供する。
【解決手段】リチウム一次電池１００Ａは、枠部材２，３、正極活物質層、正極集電体４６、負極活物質層４７、負極集電体４７およびセパレータを備える。正極集電体４６および負極集電体４７は、それぞれ、枠部材２，３の開口を塞ぐように該枠部材２，３に固定されてリチウム一次電池１００Ａの外装材を兼ねている。正極集電体４６は、エンボス加工によって表面に多数の凸部４６ｐが形成された易変形部４６ａと、その易変形部４６ａを取り囲んで枠部材２に固定されている外周部４６ｂとを備える。同様に、負極集電体４７は、凸部が形成された易変形部と、枠部材３に固定されている平坦部とを備える。易変形部を設けることにより応力が分散しやすくなり、集電体４６，４７に大きなシワが生じにくくなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、柔軟性を有する薄型電池に関する。

昨今、磁気カードに代わる簡易記憶媒体として、マイクロコンピュータを内蔵したＩＣカードの需要が拡大しつつある。ＩＣカードに採用されている電力供給方式で主流なのは電磁誘導方式であるが、内部電源を持たず電磁誘導による起電力のみで機能するＩＣカードは、記憶されている情報を端末装置でしか知ることができない不便さがある。そこで、こうしたＩＣカードにも内部電源と表示部を設ける試みがある。

ＩＣカードに組み込む電池としては、たとえば特許文献１に開示されているような、薄くて柔軟性に富む電池が適している。なぜなら、ＩＳＯ規格のＩＣカードには、１０００回にも及ぶ曲げサイクル試験に耐えうる性能が要求されるからである。

図１４は、特許文献１に開示されているタイプの電池の断面図である。薄型電池５０は、樹脂製の枠部材５３および集電体５７，５８の三者で構成される活物質充填室（電槽）内に、活物質層５５，５６がセパレータ５９を挟んで向かい合うように配置された構造を有する。ＩＣカード用途の場合、薄型電池５０の厚さは０．４ｍｍ程度である。ＩＣカードの耐曲げ性能を担保するためには、薄型電池５０にもＩＣカードと同じ曲げサイクル試験をパスすることが要求される。
特許２９３５４２７号公報

薄型電池５０の曲げサイクル試験は、ＩＣカードに課される曲げサイクル試験を踏襲したものであり、図１５に示すごとく、薄型電池５０を弓なりに曲げる操作と元に戻す操作とを繰り返すことによって行なわれる。薄型電池５０を曲げたとき、一方の面側の集電体５８には引張り応力が懸かり、他方の面側の集電体５７には圧縮応力が懸かる。各集電体５７，５８は枠部材５３に固定されているので、圧縮応力が懸かる側の集電体５７には圧縮応力を逃がそうとしてシワ５７ｓが発生する。そして、曲げ操作を繰り返すうちに集電体５７が塑性変形を起こし、外部からの力を抜いてもシワ５７ｓが残るようになる。

薄型電池５０に生じたシワ５７ｓは、ＩＣカードの表面に転写される可能性がある。この事実は、ＩＣカードの機能に致命的な影響を及ぼす類のものではないが、カードの美観は損なわれる可能性がある。見栄えの良くないＩＣカードはＩＣカードを発行する企業イメージの低下、ＩＣカードの持つ宣伝広告機能の低下を招来する。

そこで本発明は、表面に大きなシワが生じにくい薄型電池を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明の薄型電池は、セパレータと、セパレータの一方の面側に配置された正極活物質層と、正極活物質層から電気的に分離されるようにセパレータの他方の面側に配置された負極活物質層と、それらセパレータ、正極活物質層および負極活物質層を包囲する樹脂製の枠部材と、枠部材の一方の開口を塞ぐようにその枠部材に固定され、セパレータとの間で正極活物質層を保持する正極集電体と、枠部材の他方の開口を塞ぐようにその枠部材に固定され、セパレータとの間に負極活物質層を保持する負極集電体とを備え、正極集電体および負極集電体はともに金属製の薄板からなり、少なくとも一方は、当該薄型電池を厚さ方向の真上から平面視したときに各々が閉じた外形線を有する複数の凸部または複数の凹部が分散形態で形成された易変形部と、その易変形部を取り囲んで枠部材とともにシール部を形成する外周部とを含むことを主要な特徴とする。

上記本発明は、正極集電体および負極集電体の少なくとも一方を、予めエンボス加工しておくことを要旨とする。エンボス加工による易変形部を設けることにより、電池を湾曲させたときに集電体の一箇所に応力が集中しにくくなる、つまり応力が分散して易変形部の全体に均一に懸かるようになる。従来の薄型電池５０を湾曲させた場合には、図１５に示すように、集電体５７の概ね中央に単一のシワ５７ｓが生じやすいが、本発明の薄型電池の場合には、複数箇所にシワが現れるようになる。

特に、図４の模式図に示すごとく、複数の凸部４７ｐ，４７ｐ（または凹部）が密に形成されている場合、隣り合う凸部４７ｐ，４７ｐ同士が繋がって新たな凸部４７ｐ’（シワ）を形成し、この作用によって圧縮応力が開放される。新しくできた凸部４７ｐ’は、従来のリチウム一次電池の中央部にのみ現れるシワ５７ｓ（図１５）と比較すると隆起度合いが小さい。また、外力を抜いたときに凸部４７ｐ’は元の複数の凸部４７ｐ，４７ｐに戻りやすい。また、凸部４７ｐ’が残る場合でも、その凸部４７ｐ’は隆起度合いが小さいので目立ちにくいうえ、ＩＣカード等の機器に転写されにくい。

好適な態様において、本発明の薄型電池は方形状の形態を有する。そして、易変形部は、表面が細かい波打ち形状を呈するようになっていることが好ましい。具体的には、当該薄型電池の縦方向に平行な仮想線および横方向に平行な仮想線を易変形部の任意の位置に引いたとき、その仮想線が常に一つ以上の凸部上または凹部上を通過する密集度となるように、隣り合う凸部同士または凹部同士の形成間隔が調整されているとよい。このような構成によれば、電池を縦横いずれの方向に曲げた場合でも大きなシワが生じることを抑制できる。また、凸部または凹部を密に形成すると、シワの外形線がまっすぐ生じにくくなって、懸かる応力を分散させる作用が十分働き、結果として複数箇所に小さなシワが生じるようになる。なお、一つ一つの凸部または凹部の大きさや深さは、本発明の範囲内で適切に調整することが重要である。

また、複数の凸部または複数の凹部は、易変形部が縦方向および横方向に周期的な波打ち形状の表面を呈するように一定形状、一定深さおよび一定周期で形成されているのが好ましい。このような構成によれば、応力が均一に懸かる傾向が強くなり、大きなシワがより生じにくくなる。

他の局面において、本発明の薄型電池は次のような特徴を有する。すなわち、正極集電体および負極集電体は金属製の薄板からなり、その少なくとも一方は、当該薄型電池の厚さ方向に直交し互いに平行な複数の山線と複数の谷線とが形成されて表面が波打ち形状を呈する易変形部と、その易変形部を取り囲んで枠部材とともにシール部を形成する外周部とを含む。表面が波打ち形状を呈する易変形部は、集電体に懸かる応力を分散させる傾向が強い。この結果、図１６に示すように、電池を湾曲させたときに集電体の複数箇所にシワ１６ｓ，１６ｓが現れるようになる。一つ一つのシワ１６ｓ，１６ｓは、中央部にのみ現れたシワ５７ｓ（図１５）と比較すると隆起の程度が小さい。また、外力を抜いたときにシワ１６ｓ，１６ｓが残る場合でも、そのシワは小さいので目立ちにくいうえ、ＩＣカード等の機器に転写されにくい。

好適な態様において、正極集電体と負極集電体との両者が易変形部と外周部とを備え、山線および谷線の向きが一致するようにそれぞれが枠部材に固定され、山線および谷線と直交する断面において、正極集電体の山線と負極集電体の谷線とが厚さ方向の上下で一致し、正極集電体の谷線と負極集電体の山線とが厚さ方向の上下で一致する。このような構成によれば、単一の大きいシワが発生することを防止できる。また、図１６のごとく、複数の小さいシワが現れるように易変形部の加工形態を調整しやすい。

他の局面において、本発明の薄型電池は次のような特徴を有する。すなわち、正極集電体および負極集電体は金属製の薄板からなり、少なくとも一方は、当該薄型電池の厚さ方向に直交する面内における第一方向に平行な複数の山線と複数の谷線が交互に並んで形成されるとともに、厚さ方向に直交する面内において第一方向と交差する第二方向に平行な複数の山線と複数の谷線が交互に並んで形成されて、第一方向と第二方向の両方向に表面が波打ち形状を呈する易変形部と、易変形部を取り囲んで枠部材とともにシール部を形成する外周部とを含む。このような構成によっても、集電体に懸かる応力を分散させることができるので、大きいシワの発生が防止され、図１６に示すように、集電体の複数箇所に小さいシワが現れるようになる。

好適には、正極集電体と負極集電体との両者がそれぞれ易変形部と外周部とを含むことである。そして、正極集電体に関する第一方向と負極集電体に関する第一方向とが一致し、正極集電体に関する第二方向と負極集電体に関する第二方向とが一致するように、正極集電体および負極集電体のそれぞれを枠部材に固定する。そして、第一方向と直交する断面において、正極集電体の山線と負極集電体の谷線とが厚さ方向の上下で一致し、正極集電体の谷線と負極集電体の山線とが厚さ方向の上下で一致するように、各集電体の山線と谷線との間隔を調整する。また、第二方向と直交する断面において、正極集電体の山線と負極集電体の谷線とが厚さ方向の上下で一致し、正極集電体の谷線と負極集電体の山線とが厚さ方向の上下で一致するように、各集電体の山線と谷線との間隔調整する。このような構成によれば、第一方向と第二方向との両方向で波打ち形状を呈する易変形部を比較的簡単に設けることが可能である。

また、他の局面において、本発明の薄型電池は次のような特徴を有する。すなわち、正極集電体および負極集電体は金属製の薄板からなり、それら双方が、当該薄型電池の厚さ方向に直交し互いに平行な複数の溝が形成された易変形部と、該易変形部を取り囲んで枠部材とともにシール部を形成する外周部とを備え、溝の向きが一致するようにそれぞれが枠部材に固定され、溝と垂直に交わる断面において、正極集電体の溝と負極集電体の溝とが互い違いで配列している。このような構成によっても、集電体に懸かる応力を分散させることができるので、大きいシワの発生が防止され、図１６に示すように、集電体の複数箇所に小さいシワが現れるようになる。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１に示すのは、本発明にかかる薄型電池の一実施形態であるリチウム一次電池の斜視図である。図２は図１中のＡ−Ａ断面図である。リチウム一次電池１００Ａは全体として方形かつ板状であり、枠部材２，３、正極活物質層４、正極集電体４６、負極活物質層５、負極集電体４７およびセパレータ９を備える。正極集電体４６および負極集電体４７は、それぞれ、枠部材２，３の開口を塞ぐように該枠部材２，３に固定されてリチウム一次電池１００Ａの外装材を兼ねている。枠部材２，３、正極集電体４６および負極集電体４７によって活物質充填室１０が形成されている。正極集電体４６は、エンボス加工によって表面に多数の凸部４６ｐが分散形態で形成されて表面が波打ち形状を呈する易変形部４６ａと、その易変形部４６ａを取り囲んで枠部材２に固定されている外周部４６ｂとを含む。同様に、負極集電体４７は、凸部４７ｐが形成された易変形部４７ａと、枠部材３に固定されている外周部４７ｂとを含む。

図２の断面図に示すごとく、正極側枠部材２および負極側枠部材３は、枠の内周側においてセパレータ９の外周部９ｋを間に挟み、残りの部分で相互に接着されている。セパレータ９とは反対側に位置するように、正極集電体４６が正極側枠部材２に、負極集電体４７が負極側枠部材３に接着されている。これにより、活物質充填室１０の気密を保持するシール部１２が形成されている。セパレータ９は、周縁部９ｋが枠部材２，３で挟まれることにより、活物質充填室１０を正極活物質層４が配置された正極側と、負極活物質層５が配置された負極側とに分断している。活物質充填室１０内において、正極集電体４６とセパレータ９との間に正極活物質層４が保持され、負極集電体４７とセパレータ９との間に負極活物質層５が保持されている。

正極集電体４６の易変形部４６ａには、円形状の微細な凸部４６ｐが縦横一定の間隔で千鳥状に並んで形成されている。同様に、負極集電体４７の易変形部４７ａには凸部４７ｐが形成されている。一つ一つの凸部４６ｐ，４７ｐは、外形線（成形によってできた線）が閉じた形のものである。

図３に示すように、凸部４６ｐ，４７ｐは、集電体４６，４７に折り線ＲＬが真っ直ぐ形成されることを阻み、リチウム一次電池１００Ａを湾曲させたときに集電体４６，４７に懸かる応力を分散させる。こうした作用により、一箇所に大きなシワが生じることが防止される。特に、凸部４６ｐ，４７ｐが密に形成されている場合、図４に示すごとく、隣り合う凸部４６ｐ，４７ｐ同士が繋がって一つの凸部４６ｐ’，４７ｐ’（シワ）に変化することで応力を開放することが可能になる。この結果、大きな単一のシワが生じなくなる。凸部４６ｐ’，４７ｐ’（シワ）は、前もってプレス加工（具体的にはエンボス加工）されている部分だから、元の複数の凸部４６ｐ，４７ｐに戻りやすい。また、元の複数の凸部４６ｐ，４７ｐとの高さの差も小さい。

凸部４６ｐ，４７ｐが疎な場合でも大きなシワの発生を防止する効果はあるが、上記したように、密である方が高い効果を得られる。図５に示すのは、易変形部４６ａ，４７ａをリチウム一次電池１００Ａの厚さ方向の真上から平面視した図であり、凸部４６ｐ，４７ｐの密集度を示している。図５から分かるように、一つ一つの凸部４６ｐ，４７ｐは各自が閉じた外形線を持つ一方、凸部４６ｐ，４７ｐを取り囲む平坦部分は全体が一つに繋がっている。まず、リチウム一次電池１００Ａの縦方向Ｆｄと、横方向Ｓｄとを図１のように定める。そして、図５に示すように、縦方向Ｆｄに平行な仮想線Ｌ１を易変形部４６ａ，４７ａの任意の位置に引くとする。このとき、仮想線Ｌ１が常に一つ以上の凸部４６ｐ，４７ｐ上を通過する密集度となるように、隣り合う凸部同士の形成間隔が調整されている。横方向Ｓｄについても同様である。このような密集度の凸部４６ｐ，４７ｐを有する易変形部４６ａ，４７ａは、大きなシワが発生することを抑制する高い効果が得られる。

また、集電体４６，４７は、易変形部４６ａ，４７ａを取り囲む外周部４６ｂ，４７ｂを有する。集電体４６，４７と枠部材２，３との密着性、シール部１２の気密性を考慮すると、外周部４６ｂ，４７ｂには、エンボス加工が施していない方が好ましいが、それもエンボス（凸部または凹部）の深さ等による。つまり、枠部材２，３との密着性に支障をきたさないようであれば、外周部４６ｂ，４７ｂにエンボス加工が施してあっても問題無い。その方が製造が容易だからである。同様に、正極集電体４６および負極集電体４７は、それぞれ電力取出部６ｔ，７ｔを有するが、それら電力取出部６ｔ，７ｔがエンボス加工を施した部分であってもよい。ただし、電力取出部６ｔ，７ｔが平坦な方が、本リチウム一次電池１００Ａを内蔵する機器の要請に叶う。

易変形部４６ａ，４７ａにおける凸部４６ｐ，４７ｐは、公知のエンボス加工によって形成することができる。エンボス加工の際には、集電体４６，４７が薄くなりすぎないように注意する。また、図１および図２のリチウム一次電池１００Ａでは、凸部４６ｐ，４７ｐが規則的に配列している。つまり、易変形部４６ａ，４７ａが周期的な波打ち形状の表面を呈するように一定形状、一定深さおよび一定周期で凸部４６ｐ，４７ｐのデザインが決められている。このようなデザインによれば、応力を分散させる作用の均一化を図ることができる。ただし、凸部を全く不規則な分散形態で形成することも可能であり、その場合でも上記した効果は十分得られる。また、凸部４６ａ，４７ａの形状は、円形状の他にも、たとえば三角形状や菱形などの方形状とすることが可能である。

また、図１および図２に示すリチウム一次電池１００Ａでは、正極集電体４６に形成する凸部４６ｐのデザインと、負極集電体４７に形成する凸部４７ｐのデザインとを共通としている。このようにすれば、エンボシング金型も安価に製作できるで済むので好ましい。

また、正極集電体４６と負極集電体４７は、ともに金属製の薄板からなる。金属製の薄板の構成材料としては、銅、銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルおよびニッケル合金のグループから選択される一種の金属を用いることができる。特に、ステンレス鋼は加工性、耐食性、経済性に優れるので好適である。リチウム一次電池１００Ａに限った話ではないが、集電体は電解液に極力溶解しないことが望ましい。この点について、ステンレス鋼には分がある。具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼として代表的なＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌや、析出硬化系ステンレス鋼として代表的なＳＵＳ６３１は、バネ性にも優れるのでその採用が推奨される。また、ＩＳＯ規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ ７８１０）のＩＣカード用にリチウム一次電池１００Ａを設計する場合、集電体４６，４７の厚さは、たとえばＳＵＳ箔であれば１０μｍ以上５０μｍ以下に調整とするとよい。集電体４６，４７の厚さの下限は、ピンホールが無いことを保証できる値を以って定めることができる。また、厚さの上限は、リチウム一次電池１００Ａの柔軟性が失われない値を以って定めることができる。こうした点は、ＳＵＳ以外の他の材料でも同様である。

次に、集電体４６，４７以外の部材の説明を行なう。
枠部材２，３は、窓枠のような形状を持つ薄い樹脂シートである。枠部材２，３に使用される樹脂シートは、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート等の熱可塑性樹脂で構成された基材の両面に、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、エチレン・メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、酸変性ポリエチレン（ＰＥ−ａ）、酸変性ポリプロピレン（ＰＰ−ａ）等のホットメルト型の樹脂接着剤層を設けたものである。本実施形態では、二軸延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ）をエチレン・メタクリル酸共重合体で挟んだ３層構造の樹脂シートを、枠部材２，３に使用している。枠部材２，３と集電体４６，４７との接着、ならびに、枠部材２，３とセパレータ９との接着は、枠部材２，３が持つ樹脂接着剤層を介して行われる。

また、ＩＳＯ規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ ７８１０）のＩＣカード用にリチウム一次電池１００Ａを設計する場合、枠部材２，３の厚さは、たとえば９０μｍ以上１７０μｍ以下に調整とするとよい。また、図２に示すごとく、正極側枠部材２と負極側枠部材３の合計厚さは、正極活物質層４、セパレータ９および負極活物質層５の合計厚さに概ね一致している。これにより、図１４に示したように正極側が台地状に隆起した構造ではなく、正極側と負極側の両側で略平坦な構造になる。また、活物質充填室１０が大気圧よりも減圧されているので、活物質層４，５と集電体４６，４７との密着性は十分に確保できる。

また、正極活物質層４は、たとえば６０質量％以上７０質量％以下の正極活物質と、１質量％以上５質量％以下の導電助剤と、２５質量％以上３５質量％以下の電解液とを含む正極合材で構成される。正極活物質としては、ＭｎＯ_２などリチウムと複合酸化物を形成する遷移金属酸化物の粉末を使用できる。導電助剤には、アセチレンブラック等のカーボン材料を使用できる。電解液としては、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）などの有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６などのリチウム塩を溶解させたものを使用できる。

また、負極活物質層５はリチウム箔で構成されている。リチウム箔の代わりにリチウム合金箔（たとえばリチウム−アルミニウム合金）を使用することも可能である。負極活物質層５であるリチウム箔の厚さは、ＩＳＯ規格のＩＣカード用にリチウム一次電池１００Ａを設計する場合、たとえば３０μｍ以上１５０μｍ以下に調整することができる。正極活物質層４と負極活物質層５の各質量は、正極の電池容量が負極の電池容量よりも大となるように調整されている。これにより、完全放電後に負極活物質層５をなすリチウム箔が残存しないようにしている。

セパレータ９は、正極と負極を隔離し且つ電解液が充分浸透する薄い膜であり、多孔質、多層構造を持つ。具体的には、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂からなる不織布が利用できる。本実施形態では、ポリエチレン製の多孔質シートをセパレータ９に採用している。また、セパレータ９の厚さは、たとえば１０μｍ以上６０μｍ以下とすることができる。

次に、リチウム一次電池１００Ａの製造方法について説明する。
図７は、リチウム一次電池１００Ａの製造工程説明図である。まず、ステンレス鋼などからなる金属膜にエンボス加工を施して凸部４７ｐを形成し、これを一定の大きさに切断して電力取出部７ｔを含む負極集電体４７を得る。この負極集電体４７を枠部材３の一方の開口を塞ぐ位置に配置し、超音波または加熱により負極側枠部材３の樹脂接着剤層を溶融および固化させて、負極集電体４７を負極側枠部材３に固定する（７−１）。こうして、負極側枠部材３と負極集電体４７とを組付けたケース２２を得る。次に、ケース２２内に負極活物質であるリチウム箔５を収容させる。さらに、リチウム箔５を覆うようにして負極側枠部材３にセパレータ９を載せる。セパレータ９は、周縁部９ｋが負極側枠部材３の内周部分に掛かるように位置合わせする（７−２）。セパレータ９の位置ズレが生じないように、この時点でセパレータ９と負極側枠部材３とを接着しておくとよい。

次に、セパレータ９の主面上にペースト状の正極合材を印刷して、正極活物質層４を形成する（７−３）。印刷する正極合材は、正極活物質であるＭｎＯ_２、導電助剤および電解液を用いて予め調製しておくことができる。また、ペースト状の正極合材を印刷する代わりに、予めフィルム状に成形した正極合材を用いることもできる。必要な電解液は、正極集電体４６を配置する前に含浸させればよい。フィルム化した正極合材は、電池組立時に枠部材２，３の内側に収容可能な大きさに打ち抜いてセパレータ９の上に配置する。フィルム化した正極合材はペーストのように流動しないので印刷用マスクも不要であり、作業性の向上を期待できる。

正極合材をフィルム状に成形する方法は、公知のドクターブレード法を採用できる。また、フィルム化した状態の正極合材には、プロピレンカーボネート等の可塑剤を適度に含浸させておくことが望ましい。そうすれば、フィルム化した正極合材の柔軟性が増してハンドリングが容易化する。

図７に戻って説明する。正極活物質層４を形成した後、前もって作製しておいた正極側のケース２３を正極活物質層４に被せる（７−４）。ケース２３は、エンボス加工を施して凸部４６ｐを形成しておいた正極集電体４６と正極側枠部材２とを組付けた（固定した）部品である。そして、真空雰囲気中、もしくは枠部材２，３の間から空気を吸引しながら枠部材２，３の樹脂接着剤層を溶融および固化させて、それら枠部材２，３同士を接着する。これにより、本発明のリチウム一次電池１００Ａが得られる（７−５）。リチウム一次電池１００Ａには、組立後に直ちに安定化放電処理を施す。この操作を行なうことにより、正極活物質の活性度を下げ、長期保存中の電解液の分解、液枯れ、不活性被膜の形成等の不具合発生を防止できる。なお、本実施形態では負極側から組立を行なっているが、正極側から行なってもよい。

なお、図６に示すリチウム一次電池１０１Ａのように、一方の極の集電体４６だけが易変形部４６ａを有する場合でも、大きなシワが発生すること防止する効果は得られる。たとえば、ＩＣカードに関していえば、内蔵する電池の形状が転写されやすい面と、それ程でも無い面とがある場合がある。そのような場合には、図６のリチウム一次電池１０１Ａのごとく、一方の極の（片面の）集電体が易変形部を有していれば足りる。

また、図２１に示すリチウム一次電池１０２Ａのように、閉じた外形線を有する部分を凹部４６１ｐ，４７１ｐとすることができる。すなわち、リチウム一次電池１０２Ａの正極集電体４６１および負極集電体４７１は、それぞれ、凹部４６１ｐ，４７１ｐが分散形成された易変形部４６１ａ，４７１ａと、枠部材２，３、固定される外周部４６ｂ，４７ｂとを含む。このように、凹部４６１ｐ，４７１ｐを形成することによっても、集電体に懸かる応力を分散させることができ、単一の大きなシワが発生することを防止できる。

（第二実施形態）
次に、図８に示すのは別実施形態のリチウム一次電池の斜視図であり、図９は図８中のＢ−Ｂ断面図である。図８および図９に示すリチウム一次電池１００Ｂの基本的な構造は、図１および図２のリチウム一次電池１００Ａと共通する。異なるのは、集電体１６，１７である。負極集電体１７は、圧延後の金属膜を一定形状に切断して枠部材３に固定しているだけなので、従来の薄型電池からの改良点はない。これに対し、正極集電体１６は、易変形部１６ａと外周部１６ｂとを含む。この点は、図１および図２のリチウム一次電池１００Ａに通じる。正極集電体１６の易変形部１６ａには、互いに平行かつ交互に配列した山線ＭＬと谷線ＣＬとが形成されている。山線ＭＬと谷線ＭＬは、それぞれ、複数形成されている。図９のＢ−Ｂ断面図から分かるように、正極集電体１６の表面は、山線ＭＬと谷線ＣＬとが交互に並ぶことにより、波打ち形状を呈している。このような波打ち形状は、該集電体１６に前もってプレス加工を行なうことによって得られる。なお、外周部１６ｂについては、先の説明を援用する。

正極集電体１６の易変形部１６ａは、山線ＭＬおよび谷線ＣＬが直線に保たれる向き、つまり両端に位置する山線ＭＬと谷線ＣＬとを近づける向きにリチウム一次電池１００Ｂを湾曲させたとき、正極集電体１６に懸かる応力を分散させ、大きいシワが生じることを抑制する。すなわち、図１６に示すごとく、単一の大きなシワが生じることが防止され、複数箇所に小さなシワ１６ｓ，１６ｓが生じるようになる。リチウム一次電池１００Ｂは、一方の極の（片面の）集電体にのみ易変形部を設けているが、これで十分な場合もあることは先に図６で説明した通りである。なお、後述する図１２のリチウム一次電池１００Ｄの場合でも、正極集電体と負極集電体との一方にのみ、プレス加工（エンボス加工）を施すことができる。

（第三実施形態）
次に、図１０に示すのは別実施形態のリチウム一次電池の斜視図であり、図１１は図１０中のＣ−Ｃ断面図である。図１０および図１１に示すリチウム一次電池１００Ｃは、図８および図９に示すリチウム一次電池１００Ｂの負極集電体１７に改良を加えたものである。すなわち、リチウム一次電池１００Ｃは、正極集電体１６と負極集電体２７の両者がそれぞれ易変形部１６ａ，２７ａと外周部１６ｂ，２７ｂとを含む。

図１１に示すごとく、正極集電体１６と負極集電体２７はそれぞれ、易変形部１６ａ，２７ａに形成されている山線ＭＬと谷線ＣＬの向きが一致するように枠部材２，３に固定されている。さらに、山線ＭＬおよび谷線ＣＬと直交する図１１の断面図に示すごとく、正極集電体１６の山線ＭＬと負極集電体２７の谷線ＣＬとがリチウム一次電池１００Ｃの厚さ方向の上下で一致している。さらに、正極集電体１６の谷線ＣＬと負極集電体２７の山線ＣＬとが厚さ方向の上下で一致している。このような相対位置関係によれば、正極集電体１６が圧縮側となる場合でも、負極集電体２７が圧縮側となる場合でも、各集電体１６，２７における易変形部１６ａ，２７ａの全体に応力が均一に懸かるようになる。また、山と谷とが厚さ方向の上下で互い違いに位置するようになっているのが、電池全体の強度バランスを保つうえで望ましい。なお、本明細書では、電池の表面において凸となっている線を“山線”といい、凹となっている線を“谷線”という。

（第四実施形態）
次に、図１２に示すのは別実施形態のリチウム一次電池の斜視図であり、図１３は図７中のＤ−Ｄ断面図である。図１２および図１３に示すリチウム一次電池１００Ｄは、図１０および図１１に示すリチウム一次電池１００Ｃの集電体１６，２７に改良を加えたものである。すなわち、リチウム一次電池１００Ｄの正極集電体３６および負極集電体３７は、ともに、横方向Ｓｄと縦方向Ｆｄとの両方向に表面が波打ち形状を持つように成形されている。

具体的には、正極集電体３６と負極集電体３７との両者が、易変形部３６ａ，３７ａと外周部３６ｂ，３７ｂとを含む。正極集電体３６の易変形部３６ａには、横方向Ｓｄに平行な山線ＭＬと谷線ＣＬ、ならびに、縦方向Ｆｄに平行な山線ＭＬと谷線ＣＬが形成されている。このように山線ＭＬと谷線ＣＬを縦横両方向に形成することで、正極集電体３６の表面は碁盤目状にごく小さく凹凸する。負極集電体３７も正極集電体３６と同様である。また、図１３の横方向Ｓｄに平行な断面図から分かるように、正極集電体３６の山線ＭＬと負極集電体３７の谷線ＣＬとが厚さ方向の上下で一致し、正極集電体３６の谷線ＣＬと負極集電体３７の山線ＭＬとが厚さ方向の上下で一致している。このような位置関係は、縦方向Ｆｄに平行な断面でも同じである。そして、このような加工パターンを採用することで、縦方向に曲げても横方向に曲げても、応力を分散させることが可能となり、大きなシワが生じることを抑制する高い効果が得られるようになる。なお、図１２および図１３の実施形態では、加工線（山線と谷線）を縦方向と横方向に形成しているが、たとえば、２つの対角線に平行な加工線が形成されるようにプレス加工のパターンを工夫することも可能である。

実験例

本発明の効果を確かめるために以下の実験を行なった。まず、いくつかの種類のリチウム一次電池を作製した後、作製したリチウム一次電池を図１７（ａ）に示すように実際のカードに収容させて、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの四種類のサンプルを得た。カードは、図中に記載の厚さを持つ四層の樹脂フィルムからなるものである。次に、各サンプルについて、電池を収容している部分の初期厚さを計測した。次に、図１７（ｂ）に示すごとく、各サンプルを長さ方向に２５０回、幅方向に２５０回繰り返し曲げた。その後、各サンプルについて、初期厚さを計測した部分の厚さを再計測した。各サンプルは、それぞれ５個作製して、厚さの値は５個分の平均を取った。

実験に用いたリチウム一次電池は全て図７で説明した手順で作製した。具体的に、サンプルＡには、正負の集電体に凸部（外向きのエンボス）を形成したリチウム一次電池１００Ａを使用した。サンプルＢには、正負の集電体に凹部（内向きのエンボス）を形成したリチウム一次電池１０２Ａを使用した。サンプルＣには、正負の集電体にスリット（山線と谷線のこと）を形成したリチウム一次電池、つまり図１２および図１３で説明したリチウム一次電池１００Ｄを使用した。サンプルＤには、加工されていない平坦な集電体を有する従来のリチウム一次電池を使用した。なお、集電体の材料には正極側、負極側ともに厚さを３０μｍに調節したＳＵＳ３１６Ｌからなる金属膜を使用した。

図１８は実際に作製したサンプルＡ用に作製したリチウム一次電池１００Ａの写真である。写真からも分かるように、集電体の表面に一定のパターンで凸部が形成されている。なお、図１８の写真のリチウム一次電池１００Ａは、一つ一つの凸部が完全な円形でもなく完全な菱形でもなく、ラグビーボールを長さ方向に沿って等分したときの断面のような形状をなしている。図１９は、図１８のリチウム一次電池１００Ａに用いた集電体４６の写真である。図２０は、サンプルＢ用に作製したリチウム一次電池１０２Ａの写真である。

表１は実験の結果である。従来のリチウム一次電池を用いたサンプルＤは、厚さの変化量が最も大きかった。この事実から、電池の表面に生じたシワがカードの大きな厚さ増を招来したことは明白である。これに対し、本発明のリチウム一次電池を用いたサンプルＡ，Ｂ，Ｃは、従来品に比べ厚さの変化量が明らかに小さかった。特に、サンプルＡは、従来品に比べて厚さ変化量が１／１０近くまで小さくなった。

このように、本発明のリチウム一次電池は、繰り返しの曲げ力を加えても大きなシワが生じにくいので、ＩＣカード等の機器の美観や宣伝広告機能を損ねることがない。

以上、本明細書ではＩＣカード用途であることを想定して発明の説明を行なったが、適用対象はＩＣカードに限定されない。たとえば、ＰＣＭＣＩＡカードまたはＲＦＩＤタグの内蔵電源としても本発明の薄型電池が好適である。また、本明細書中にはいくつかの実施形態を示したが、発明の要旨を逸脱しない範囲内で一の実施形態と他の実施形態とを組み合わせてよいことはもちろんである。

本発明の一実施形態であるリチウム一次電池の斜視図。 図１中のＡ−Ａ断面図。 凸部を密に形成した場合の作用効果を説明する図。 図３に続く説明図。 凸部の密集度合いを示す模式図。 一方の極にのみエンボス加工を施した集電体を用いたリチウム一次電池の断面図。 図１のリチウム一次電池の製造工程説明図。 第二実施形態のリチウム一次電池の斜視図。 図８中のＢ−Ｂ断面図。 第三実施形態のリチウム一次電池の斜視図。 図１０中のＣ−Ｃ断面図。 第四実施形態のリチウム一次電池の斜視図。 図１２中のＤ−Ｄ断面図。 従来の薄型電池の断面図。 シワが発生する理由を説明する図。 本発明による効果を説明する図。 発明の効果を確かめるための実験手順の説明図。 実験に用いた本発明のリチウム一次電池の写真。 図１８のリチウム一次電池に用いた集電体の写真。 同じく実験に用いた本発明のリチウム一次電池の写真。 凹部を有する集電体を用いたリチウム一次電池の断面図。

Claims (7)

1. セパレータ（９）と、
   前記セパレータ（９）の一方の面側に配置された正極活物質層（４）と、
   前記正極活物質層（４）から電気的に分離されるように前記セパレータ（９）の他方の面側に配置された負極活物質層（５）と、
   それらセパレータ（９）、正極活物質層（４）および負極活物質層（５）を包囲する樹脂製の枠部材（２，３）と、
   前記枠部材（２，３）の一方の開口を塞ぐようにその枠部材（２）に固定され、前記セパレータ（９）との間で前記正極活物質層（４）を保持する正極集電体（４６，４６１）と、
   前記枠部材（２，３）の他方の開口を塞ぐようにその枠部材（３）に固定され、前記セパレータ（９）との間に前記負極活物質層（５）を保持する負極集電体（４７，１７，４７１）とを備え、
   前記正極集電体（４６，４６１）および前記負極集電体（４７，１７，４７１）はともに金属製の薄板からなり、少なくとも一方は、当該薄型電池（１００Ａ，１０１Ａ，１０２Ａ）を厚さ方向の真上から平面視したときに各々が閉じた外形線を有する複数の凸部（４６ｐ，４７ｐ）または複数の凹部（４６１ｐ，４７１ｐ）が分散形態で形成された易変形部（４６ａ，４７ａ，４６１ａ，４７１ａ）と、その易変形部（４６ａ，４７ａ，４６１ａ，４７１ａ）を取り囲んで前記枠部材（２，３）とともにシール部（１２）を形成する外周部（４６ｂ，４７ｂ）とを含むことを特徴とする薄型電池（１００Ａ，１０１Ａ，１０２Ａ）。
2. 前記薄型電池（１００Ａ，１０１Ａ，１０２Ａ）は方形状の形態を有し、
   前記易変形部（４６ａ，４７ａ，４６１ａ，４７１ａ）は、当該薄型電池（１００Ａ，１０１Ａ，１０２Ａ）の縦方向に平行な仮想線（Ｌ１）および横方向に平行な仮想線（Ｌ２）を任意の位置に引いたとき、それら仮想直線（Ｌ１，Ｌ２）が常に一つ以上の前記凸部（４６ｐ，４７ｐ）上または前記凹部（４６１ｐ，４７１ｐ）上を通過する密集度となるように、隣り合う凸部同士または凹部同士の形成間隔が調整されて表面が波打ち形状を呈している請求項１記載の薄型電池（１００Ａ，１０１Ａ，１０２Ａ）。
3. 前記複数の凸部（４６ｐ，４７ｐ）または前記複数の凹部（４６１ｐ，４７１ｐ）は、前記易変形部（４６ａ，４７ａ，４６１ａ，４７１ａ）が前記縦方向および前記横方向に周期的な波打ち形状の表面を呈するように一定形状、一定深さおよび一定周期で形成されている請求項２記載の薄型電池（１００Ａ，１０１Ａ，１０２Ａ）。
4. セパレータ（９）と、
   前記セパレータ（９）の一方の面側に配置された正極活物質層（４）と、
   前記正極活物質層（４）から電気的に分離されるように前記セパレータ（９）の他方の面側に配置された負極活物質層（５）と、
   それらセパレータ（９）、正極活物質層（４）および負極活物質層（５）を包囲する樹脂製の枠部材（２，３）と、
   前記枠部材（２，３）の一方の開口を塞ぐようにその枠部材（２）に固定され、前記セパレータ（９）との間で前記正極活物質層（４）を保持する正極集電体（１６，３６）と、
   前記枠部材（２，３）の他方の開口を塞ぐようにその枠部材（３）に固定され、前記セパレータ（９）との間に前記負極活物質層（５）を保持する負極集電体（１７，２７，３７）とを備え、
   前記正極集電体（１６，３６）および前記負極集電体（１７，２７，３７）はともに金属製の薄板からなり、その少なくとも一方は、当該薄型電池（１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ）の厚さ方向に直交し互いに平行な複数の山線（ＭＬ）と複数の谷線（ＣＬ）とが形成されて表面が波打ち形状を呈する易変形部（１６ａ，３６ａ，２７ａ，３７ａ）と、その易変形部（１６ａ，３６ａ，２７ａ，３７ａ）を取り囲んで前記枠部材（２，３）とともにシール部（１２）を形成する外周部（１６ｂ，３６ｂ，２７ｂ，３７ｂ）とを含むことを特徴とする薄型電池（１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ）。
5. 前記正極集電体（１６，３６）と前記負極集電体（２７，３７）との両者が前記易変形部（１６ａ，３６ａ，２７ａ，３７ａ）と前記外周部（１６ｂ，３６ｂ，２７ｂ，３７ｂ）とを備え、前記山線（ＭＬ）および前記谷線（ＣＬ）の向きが一致するようにそれぞれが前記枠部材（２，３）に固定され、
   前記山線（ＭＬ）および前記谷線（ＣＬ）と直交する断面において、前記正極集電体（１６，３６）の前記山線（ＭＬ）と前記負極集電体（２７，３７）の前記谷線（ＣＬ）とが厚さ方向の上下で一致し、前記正極集電体（１６，３６）の前記谷線（ＣＬ）と前記負極集電体（２７，３７）の前記山線（ＣＬ）とが前記厚さ方向の上下で一致する請求項４記載の薄型電池（１００Ｃ）。
6. セパレータ（９）と、
   前記セパレータ（９）の一方の面側に配置された正極活物質層（４）と、
   前記正極活物質層（４）から電気的に分離されるように前記セパレータ（９）の他方の面側に配置された負極活物質層（５）と、
   それらセパレータ（９）、正極活物質層（４）および負極活物質層（５）を包囲する樹脂製の枠部材（２，３）と、
   前記枠部材（２，３）の一方の開口を塞ぐようにその枠部材（２）に固定され、前記セパレータ（９）との間で前記正極活物質層（４）を保持する正極集電体（３６）と、
   前記枠部材（２，３）の他方の開口を塞ぐようにその枠部材（３）に固定され、前記セパレータ（９）との間に前記負極活物質層（５）を保持する負極集電体（３７）とを備え、
   前記正極集電体（３６）および前記負極集電体（３７）は金属製の薄板からなり、少なくとも一方は、当該薄型電池（１００Ｄ）の厚さ方向に直交する面内における第一方向（Ｆｄ）に平行な複数の山線（ＭＬ）と複数の谷線（ＣＬ）が交互に並んで形成されるとともに、前記厚さ方向に直交する面内において前記第一方向（Ｆｄ）と交差する第二方向（Ｓｄ）に平行な複数の山線（ＭＬ）と複数の谷線（ＣＬ）が交互に並んで形成されて、前記第一方向（Ｆｄ）と前記第二方向（Ｓｄ）の両方向に表面が波打ち形状を呈する易変形部（３６ａ，３７ａ）と、前記易変形部（３６ａ，３７ａ）を取り囲んで前記枠部材（２，３）とともにシール部（１２）を形成する外周部（３６ｂ，３７ｂ）とを含むことを特徴とする薄型電池（１００Ｄ）。
7. 前記正極集電体（３６）と前記負極集電体（３７）との両者がそれぞれ前記易変形部（３６ａ，３７ａ）と前記外周部（３６ｂ，３７ｂ）とを備え、前記正極集電体（３６）に関する前記第一方向（Ｆｄ）と前記負極集電体（３７）に関する前記第一方向（Ｆｄ）とが一致し、前記正極集電体（３６）に関する前記第二方向（Ｓｄ）と前記負極集電体（３７）に関する前記第二方向（Ｓｄ）とが一致するように、前記正極集電体（３６）および前記負極集電体（３７）のそれぞれが前記枠部材（２，３）に固定され、
   前記第一方向（Ｆｄ）と直交する断面において、前記正極集電体（３６）の前記山線（ＭＬ）と前記負極集電体（３７）の前記谷線（ＣＬ）とが厚さ方向の上下で一致し、前記正極集電体（３６）の前記谷線（ＣＬ）と前記負極集電体（３７）の前記山線（ＭＬ）とが前記厚さ方向の上下で一致しており、
   前記第二方向（Ｓｄ）と直交する断面において、前記正極集電体（３６）の前記山線（ＭＬ）と前記負極集電体（３７）の前記谷線（ＣＬ）とが前記厚さ方向の上下で一致し、前記正極集電体（３６）の前記谷線（ＣＬ）と前記負極集電体（３７）の前記山線（ＭＬ）とが前記厚さ方向の上下で一致している請求項６記載の薄型電池（１００Ｄ）。