説明

リチウム二次電池もしくはキャパシタ

【課題】本発明が解決しようとする課題は、純正品か否かを簡単に判別でき、尚且つ模倣品を作ることが困難なリチウム二次電池及びキャパシタを提供することである。
【解決手段】特定波長領域の電磁波の照射に対して特有の蛍光を放射する一種以上の元素群であって、且つ、放射する蛍光のスペクトル分布形状に対して特定の情報が関連付けられた物質を、リチウム二次電池もしくはキャパシタの外装材に含有させる。尚、外装材が、基材層、バリア層、シーラント層が順次積層されてなるシートである場合、前記物質は、バリア層よりも外側に位置することが望ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等のリチウム二次電池やキャパシタに関する。
【背景技術】
【0002】
リチウム二次電池は、過去に電池に起因する電気製品の発火事故があり、安全性を確保するための開発が進んでいる。しかしながら、近年、メーカーの純正品であるかのように偽った電池(以下、「模倣品」と称す。)が出回るようになった。模倣品には、電池として一定の性能を示すだけで、十分な品質管理がされていないものが多く、使用すると電気製品を破壊する恐れがあり、最悪の場合には火災、火傷、失明など、人体に影響する重大な事故を引き起こす恐れがある。同様の問題をキャパシタも抱えており、リチウム二次電池やキャパシタへの信頼性を高めるために、純正品と模倣品とを容易に判別する必要がある。そのため、純正品であることを簡単に判別でき、尚且つ、模造品を作ることが困難なリチウム二次電池及びキャパシタの出現が望まれている。
【0003】
尚、簡単な構成でありながら偽造されにくい物品の識別方法(特許文献1)や、信頼性を確保することができる真贋判定方法及び同装置(特許文献2)が提供されている。しかしながら、リチウム二次電池やキャパシタが抱えている問題についての記載はなく、むろんこれらの識別方法や真贋判定方法や装置を、リチウム二次電池やキャパシタの真贋判定に適用した例はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−96159号公報
【特許文献2】WO2005/055154号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、純正品か否かを簡単に判別でき、尚且つ模倣品を作ることが困難なリチウム二次電池及びキャパシタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によると上記課題を解決するための手段として、特定波長領域の電磁波の照射に対して特有の蛍光を放射する一種以上の元素群であって、且つ、放射する蛍光のスペクトル分布形状に対して特定の情報が関連付けられた物質を、外装材に含むことを特徴とするリチウム二次電池もしくはキャパシタが提供される。
【0007】
更に、前記外装材が、基材層、バリア層、シーラント層が順次積層されてなるシートであって、基材層とバリア層との積層が、前記物質が添加された接着剤を介して行われていることを特徴とする前記リチウム二次電池もしくはキャパシタが提供される。
更に、前記外装材が、基材層、バリア層、シーラント層が順次積層されてなるシートであって、基材層に前記物質が配されていることを特徴とする前記リチウム二次電池もしくはキャパシタが提供される。
【0008】
更に、前記外装材が、印刷層、基材層、バリア層、シーラント層が順次積層されてなるシートであって、印刷層に前記物質が配されていることを特徴とする前記リチウム二次電池もしくはキャパシタ。
更に、前記印刷層上に、更に保護層を有することを特徴とする前記リチウム二次電池もしくはキャパシタ。
【発明の効果】
【0009】
本発明のリチウム二次電池もしくはキャパシタは、特定波長領域の電磁波の照射に対して特有の蛍光を放射する一種以上の元素群であって、且つ、放射する蛍光のスペクトル分布形状に対して特定の情報が関連付けられた物質(以下、情報提示物質と称す。)を、外装材に含んでいる。その為、本発明のリチウム二次電池もしくはキャパシタに特定波長領域の電磁波を照射すると、特有の蛍光を放射する。そして該蛍光のスペクトル分布を測定することによって、該スペクトル分布形状に対して関連付けられた情報を認識することができる。よって、あらかじめ情報提示物質の放射する蛍光のスペクトル分布形状に対して、電池やキャパシタのメーカー名等を関連付けておけば、電池やキャパシタに電磁波を照射し、放射される蛍光スペクトル分布を測定するだけで、電池やキャパシタのメーカー等を認識することができ、純正品であることを知ることができる。よって模倣品が出現したときに、これを排除することが可能となり、模倣品に起因する事故を防ぐことができる。
また情報提示物質が放射する蛍光のスペクトル分布形状は、元素の組み合わせや配合比率を変えると変化するため、元素と蛍光スペクトルとの関係を熟知しない第三者が、情報提示物質と全く同じスペクトル分布を示す物質を製造することは困難である。そのため、本発明の電池やキャパシタは模造品を作ることが非常に難しい。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明のリチウム二次電池もしくはキャパシタは外装材に情報提示物質を含む。該情報提示物質は、特定の波長領域の電磁波(たとえば所定波長領域の紫外線)の照射に対して、特有の蛍光を放射する一種以上の元素群であって、且つ、放射する蛍光のスペクトル形状に対して特定の情報が関連付けられた物質である。尚、情報提示物質が発する蛍光は、外部からの電磁波の照射によって、情報提示物質が基底準位からエネルギーの高い順位に励起され、その後エネルギーの低い順位に遷移する際に放射される。
【0011】
情報提示物質には、電池やキャパシタの外装材には一般に含有されていない元素が適し、具体的には原子番号31から原子番号88までの元素が適する。中でもランタノイド系元素、特に不完全4f軌道を有する遷移元素のセリウム(Ce)、プラゼオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)が適する。これらの元素は、スペクトル分布から特定が容易であり、更に経済的かつ衛生的で、酸化物としての入手も容易である。
そしてこれらの元素を単独で用いて情報提示物質としてもよいが、二種以上を組み合わせて情報提示物質としても良い。尚、同じ元素を含む情報提示物質であっても、組み合わせられる他の元素の種類や、組み合わせの比率が異なれば、放射される蛍光のスペクトル分布の形状が異なるため、別の情報提示物質として扱うことができる。
更に上述した情報提示物質はそのまま用いても良いが、化合物(酸化物、硫化物、有機錯体)にして用いてもよい。
【0012】
また情報提示物質は、ユーロピウムを含む酸化イットリウムのように、所定の母体物質に含有させてもよい。尚、母体物質には酸化物、硫化物、窒化物、水酸化物、ハロゲン化物、混晶、さらにはアモルファス物質、ガラスなども含まれる。たとえば、上述した元素がキレート化合物のように化学結合の形で含まれているもの、結晶格子を構成する他の原子またはイオンを置換したもの、結晶格子の中に割り込んで含まれるもの、あるいはガラスの中の隙間に含まれるものなどが挙げられる。
特に情報提示物質が、無機酸化物を母体材料とし、上述した元素が付与されたものであると、情報提示物質は非常に安定になり、1000℃の高温であっても破壊されない。よってこのような物質を情報提示物質として用いると、例え発火事故等によりリチウム二次電池やキャパシタが原型を留めない状態になっても、情報提示物質は破壊されず残るため、情報提示物質を特定し、情報提示物質に関連付けられた情報を認識することができる。
【0013】
本発明においては、上記情報提示物質を外装材に含有させる必要がある。外装材は、リチウム二次電池やキャパシタの外装材として必要な性能を満たし、更に少なくとも一層に情報提示物質を含んでいれば特に限定されないが、一般的には、基材層、バリア層、シーラント層を基本構成とする。
【0014】
基材層は、外装材に強度や絶縁性をもたらす層であり、具体的には、二軸延伸ポリエステルフィルムや二軸延伸ナイロンフィルム等が適し、特に二軸延伸ポリエステルフィルムと二軸延伸ナイロンフィルムを積層した二層フィルムが適する。尚、この場合、ナイロン樹脂は電解液が付着した場合に変質するので、基材層の金属箔と接する層を二軸延伸ナイロンフィルムに、基材層の最外層となる層を二軸延伸ポリエステルフィルムとするのが好ましい。二軸延伸フィルムの具体的な製造方法は特に限定されないが、例えばポリエステル樹脂やナイロン樹脂をTダイ押出成形法を用いてフィルム状に製膜した後、テンター延伸機を用いて縦横二方向に延伸して製造する方法や、インフレーション押出成形法を用いてフィルム状に製膜しながら縦横二方向に延伸して製造する方法等がある。
尚、二軸延伸ポリエステルフィルムは、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、エチレンテレフタレート/エチレンイソフタレート共重合体やブチレンテレフタレート/ブチレンイソフタレート共重合体等の共重合ポリエステル等の樹脂から成形することができ、二軸延伸ナイロンフィルムは、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,6とナイロン6との共重合体、ナイロン6,10、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)等の樹脂から成形することができる。
【0015】
バリア層は、外部から電池内部に水蒸気が浸入することを防止するための層である。バリア層としてはアルミニウム、ニッケル、ステンレス等の金属箔を用いるとよいが、経済性を考慮するとアルミニウム箔を用いることが好ましい。尚、アルミニウム箔は若干の鉄を含有することで展延性が改善されること、折り曲げによるピンホールの発生が少なくなることが知られている。そこでバリア層としてアルミニウム箔を用いる場合は、鉄を0.3〜9.0重量%、好ましくは0.7〜2.0重量%含有したものを用いとよい。また、冷間圧延で製造されるアルミニウム箔は焼きなまし(いわゆる焼鈍処理)条件でその柔軟性・腰の強さ・硬さが変化するが、本発明においてアルミニウム箔を用いる場合は、焼きなましをしていない硬質処理品より、多少または完全に焼きなまし処理をした軟質傾向にあるものがよい。
【0016】
また、金属箔(特にアルミニウム箔)は酸性物質等によって表面が溶解、腐食しやすい。そこでバリア層には耐酸処理を行うことが望ましい。耐酸処理を行うと、電池等の内部からフッ酸等の酸性物質等が発生した場合であっても、バリア層表面の溶解、腐食を防止し、バリア層にピンホールが発生する事を防止する。更に耐酸処理はバリア層とシーラント層との密着力を向上させる効果も奏す。耐酸処理方法としては、クロメート処理が一般的であるが、ベーマイト処理、パーカライジング処理、トリアジンチオール処理等の非クロメート系処理等も可能である。また、バリア層のシーラント層側の面だけに耐酸処理を施しても良いが、両面に施しても良い。
【0017】
次にシーラント層について説明する。シーラント層は、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体等のポリエチレン系樹脂や、ポリプロピレン、プロピレン・エチレン共重合体等のポリプロピレン系樹脂、これらの樹脂を不飽和カルボン酸やアクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等で変性した樹脂やイオン架橋した樹脂等から形成される。
またシーラント層は、変性していないポリエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂からなる層(以下、無変性樹脂層とする。)と、不飽和カルボン酸やアクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等で変性したポリエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂(以下、変性樹脂層とする。)からなる二層であってもよい。シーラント層が変性樹脂層と無変性樹脂層の二層で、基材層/バリア層/変性樹脂層/無変性樹脂層が順次積層されてなる外装材は、バリア層とシーラント層との密着力が良好で、更にヒートシール性にも優れる。
【0018】
尚、基材層、バリア層、シーラント層の貼り合せ方法については、特に限定しないが、例えば、初めにバリア層の片面に基材層を接着剤にて貼り合せ、次いでバリア層の他面にシーラント層を熱圧着して貼り合わせるとよい。
【0019】
これらの外包材に情報提示物質を含ませる方法について、特に限定はしないが、前述したようにバリア層は金属箔が好適に用いられる為、バリア層やシーラント層に情報提示物質が配されていると、電磁波は金属箔を透過しないため電池やキャパシタを破壊しないと電磁波が情報提示物質に届かない恐れがある。よって非破壊で情報提示物質を特定するためには、情報提示物質はバリア層よりも外側に配されていなければならない。その為には、(1)情報提示物質を基材層とバリア層とを貼り合わせるための接着剤に添加する、或いは(2)情報提示物質を基材層中に配する、或いは(3)基材層上に情報提示物質を含む分散液を印刷するとよい。
【0020】
尚、(2)情報提示物質を基材層中に含むためには、基材層を成す樹脂にあらかじめ情報提示物質を練り込んでもよいが、基材層が二軸延伸ポリエステルフィルムと二軸延伸ナイロンフィルムとの積層フィルムである場合は、これらを貼り合わせるための接着剤層に添加してもよい。
【0021】
また(3)基材層上に情報提示物質を含む分散液を印刷するためには、例えば、アクリル系、アクリルウレタン系、アクリルアミド系等のバインダー成分に情報提示物質を分散させ、これをグラビア印刷やインクジェット印刷等で印刷すると良い。また、該印刷は基材層全面に行っても良く、基材層の一部に行ってもよく、更には文字や図、バーコード等の形に行っても良い。可視光領域の蛍光を放射する情報提示物質を用いて、文字や図、バーコード等の形に印刷しておくと、電池やキャパシタに特定波長領域の電磁波を照射することにより、文字や図を浮かびあがらせることもできる。
【0022】
尚、異なった情報提示物質を含む外装材を少量ずつ製造する場合は、(3)基材層上に情報提示物質を印刷する方法が適する。あらかじめ多量の外装材を製造し、その後少量ずつ異なった情報提示物質を印刷していくことによって、多品種の外装材を効率よく製造できる。また、情報提示物質を印刷する場合、摩擦などで情報提示物質が剥がれ落ちる恐れがある。よって、(3)基材層上に情報提示物質を印刷する場合は、情報提示物質を含む印刷層を保護する目的で、更にハードコート層などの保護層を設けることがこの望ましい。なお該保護層は、印刷層のバインダー成分のみを再度印刷することによって設けることができる。
【0023】
リチウム二次電池は、上述した外装材を袋状あるいはトレー状に成形し、正極集電材と正極活性物質層からなる正極材料と、電解液を浸潤したポリマー電解質層と、負極集電材や負極活性物質層からなる負極材料とを積層した電池本体を挿入し、次いで正極リードおよび負極リードを、一端が各極材料、他端が容器外部に位置するように容器に差し込み、最後に容器を密封して製造するとよい。あるいは、正極材料とセパレータと負極材料とを積層し、これを容器に挿入した後、電解液を充填し、最後に正極リードと負極リードを差し込み、容器を密封して製造するとよい。またキャパシタは、上述した外装材を袋状あるいはトレー状に成形し、アルミニウムの集電板の間に電解液を浸潤させた活性炭の電極とセパレータを挟んだ積層体を、集電板の一端を容器外部に突出させながら封入して製造するとよい。
【0024】
尚、情報提示物質が放射する蛍光のスペクトル分布形状が示す情報は、製造工場名、組み込まれるべき電気製品名等、電池やキャパシタが必要とする情報が含まれていれば特に限定されないが、電池やキャパシタのメーカー名を関連付けておけば、純正品であること分かりやすい。
また情報提示物質が放射するスペクトル分布形状とそれに関連付けられたメーカー名等の情報を記憶する手段と、電磁波を照射する装置や蛍光スペクトル検出機等の情報提示物質からスペクトル分布を取り出すための手段と、取り出されたスペクトル分布の形状からメーカー名等の情報を照会してアウトプットする手段とを兼ね備えた「情報管理装置」を用いると、該装置に電池やキャパシタを供給するだけで、メーカー名等の情報を取り出すことができ、純正品の判定をすることができる。
尚、電磁波としてはγ線、X線、紫外線などを用いることができる。具体的には特定の波長の紫外光を例示でき、紫外光を照射する光源としては、水銀ランプやメタルハライドランプ等を例示できる。
【実施例】
【0025】
次に実施例を挙げて本発明を説明するが、これに限定されるものではない。
まず、情報提示物質を含まない外装材を製造する。初めに二軸延伸ナイロンフィルムと二軸延伸ポリエステルフィルムとを、接着剤を介して貼り合せて基材層を得る。次にアルミニウム箔の片面にクロメート処理を行い、これをバリア層とする。また無水マレイン酸変性ポリプロピレン層とプロピレン・エチレン共重合体層を有する二層フィルムを製造し、これをシーラント層とする。
次いで、基材層、バリア層、シーラント層を貼り合わせる。尚、基材層とバリア層との貼り合せは接着剤を用い、基材層の二軸延伸ナイロンフィルム層とバリア層のクロメート処理を行っていない面が接するように貼り合せた。バリア層とシーラント層との貼り合せは接着剤を用いずに加熱圧着により行い、バリア層のクロメート処理面と無水マレイン酸変性ポリプロピレン層とが接するように貼り合せた。
【0026】
次に、特定波長領域の電磁波の照射に対して特有の蛍光を放射する元素群であって、放射する蛍光のスペクトル分布形状に対して「○×会社」という情報が関連付けられた物質(情報提示物質)をバインダーに分散させ、分散液を作製する。この分散液を、グラビア印刷機にて、外装材の基材層全面に印刷した。更に、該外装材を袋状に成形し、電池本体を挿入して、本発明のリチウム二次電池を製造した。
【0027】
次に、該電池から情報を取り出す。尚、情報の取出しには、上述した情報提示物質の放射する蛍光のスペクトル分布形状に対して「○×会社」という情報が記憶させられた情報管理装置を用いた。情報管理装置にリチウム二次電池を提供すると、情報管理装置によって特定波長領域の電磁波がリチウム二次電池に照射され、これを受けた情報提示物質から蛍光が放射された。更に放射された蛍光のスペクトル分布形状を情報管理装置が分析し、「○×会社」という情報が得られた。
【産業上の利用可能性】
【0028】
本発明のリチウム二次電池もしくはキャパシタは、純正品であることを判定することができるので、模倣品が出現した場合にこれを容易に取り除くことができ、模倣品に起因する事故防止に利用できる。また仮に爆破事故が起きても、事故後の電池外装材から純正品の電池が使われていたか、判定することができるので、事故の原因究明に利用することもできる。
さらに、情報提示物質に製造日、製造工場、製造ロット等の情報を関連付けておけば、製品の属性を識別することも可能となる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
特定波長領域の電磁波の照射に対して特有の蛍光を放射する一種以上の元素群であって、且つ、放射する蛍光のスペクトル分布形状に対して特定の情報が関連付けられた物質を、外装材に含むことを特徴とするリチウム二次電池もしくはキャパシタ。
【請求項2】
前記外装材が、基材層、バリア層、シーラント層が順次積層されてなるシートであって、基材層とバリア層との積層が、前記物質が添加された接着剤を介して行われていることを特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池もしくはキャパシタ。
【請求項3】
前記外装材が、基材層、バリア層、シーラント層が順次積層されてなるシートであって、基材層に前記物質が配されていることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載のリチウム二次電池もしくはキャパシタ。
【請求項4】
前記外装材が、印刷層、基材層、バリア層、シーラント層が順次積層されてなるシートであって、印刷層に前記物質が配されていることを特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池もしくはキャパシタ。
【請求項5】
前記印刷層上に、更に保護層を有することを特徴とする請求項4記載のリチウム二次電池もしくはキャパシタ。

【公開番号】特開2010−277693(P2010−277693A)
【公開日】平成22年12月9日(2010.12.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−126024(P2009−126024)
【出願日】平成21年5月26日(2009.5.26)
【出願人】(000206473)大倉工業株式会社 (124)
【Fターム(参考)】