機能性ＩＣカードおよびそれに用いるラミネート電池
【課題】機能性ＩＣカードに電池を搭載した場合に発生する通信用電磁界の損失を低減し、ＩＣに入力される電圧低下を防ぐ。
【解決手段】アンテナコイルと、ラミネート電池とを有する機能性ＩＣカードであって、前記ラミネート電池は、前記機能性ＩＣカードの上面方向から見て、前記アンテナコイルが配置された領域で囲まれた領域に配置されており、前記ラミネート電池の少なくとも一方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われている。
【解決手段】アンテナコイルと、ラミネート電池とを有する機能性ＩＣカードであって、前記ラミネート電池は、前記機能性ＩＣカードの上面方向から見て、前記アンテナコイルが配置された領域で囲まれた領域に配置されており、前記ラミネート電池の少なくとも一方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示、センサー、メモリ、通信等の機能を持つ機能素子とＩＣとを有し、かつそれらを駆動する電池を備えた機能性ＩＣカード、およびそれに好適に用いられるラミネート電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣモジュールを搭載したＩＣカードは、磁気カードに比較して格段に高いセキュリティーを実現できることから、近年急速に普及してきた。
【０００３】
ＩＣカードには、ＩＣモジュールが接点として露出した接触型ＩＣカードと、電波を介した電磁誘導等によるデータ伝送を行う非接触型ＩＣカードとがある。接触型ＩＣカードは、これまで銀行のＡＴＭカード等に使用されてきた。ただし、接点となる部分の埃等の影響を受けやすく、また情報のやり取りが機械的な接点をとることにより律速される。一方、非接触型ＩＣカードとしては、現在、Ｓｕｉｃａ（登録商標）、ＰＡＳＭＯ（登録商標）、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）等が知られている。非接触型ＩＣカードは接点を持たないため、埃等の汚れの影響を受けにくい。また、ＩＣチップがむき出しになっていないため、高速の読み出し書込みが可能である。
【０００４】
また、ＩＣカードに、表示、センサー、メモリ、通信等の機能を付与するという要望が広がっている。これらの機能を実現させるためには、ＩＣカードに電池を搭載する必要がある。特許文献１には、ＩＣカード本体部の少なくとも一方のカード面に、シート状のポリマー二次電池が配置されているＩＣカードが開示されている。特許文献２には、表面に充電のための複数の接触端子を有するＩＣカードが開示されている。これらのＩＣカードは接触型であり、電池の充電も接触端子から行う。
【特許文献１】特開平５−１６６０１９号公報
【特許文献２】特開平９−３２６０２１号公報
【特許文献３】特開２００４−１０３２４８号公報
【特許文献４】特開２００４−２２７０４６号公報
【特許文献５】特開２００６−５８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非接触型ＩＣカードに電池を搭載する場合には、情報の読み書きを電波を介した電磁誘導で行うため、電池内部の金属による影響が懸念される。すなわち、リーダ／ライタからの通信用電磁界が電池の金属材料で損失する。その結果、通常のリーダ／ライタを用いた場合、非接触型ＩＣカードのＩＣに入力される通信信号の電圧が低下してしまい、通信距離が短くなるだけでなく、誤動作や動作不能の原因ともなる。
【０００６】
さらに、非接触型ＩＣカードに二次電池を搭載し、その充電を非接触で行う場合、リーダ／ライタからの充電用電磁界が電池の金属材料で損失する。その結果、通常のリーダ／ライタを用いた場合、非接触型ＩＣカードの二次電池に入力される充電電流が低下し、充電時間が長くかかる。
【０００７】
特許文献３には、電池本体から外部で露出する接続配線から輻射される電磁気ノイズをシールド膜でシールドする技術が開示されている。しかし、特許文献３に記載された電池をＩＣカードに搭載しても、接続配線以外の金属による影響は未だ残ってしまい、効果的に電磁界の損失を低減することができない。
【０００８】
特許文献４には、アンテナコイルと電池との間に磁性体シートを設けた携帯情報端末が開示されている。特許文献５には、アンテナモジュールとバッテリーパックを隣接して配置し、バッテリーパックのアンテナモジュールの通信面に臨む表面領域を磁性シートで覆った携帯情報端末が開示されている。特許文献４および５に記載されたように、非接触型ＩＣカードに磁性体シートを配置すると、ＩＣカードの通信面または充電面が一方に限られてしまう。非接触型ＩＣカードは一般に表裏の区別なく使用されるものであり、電池を搭載した場合の充電面についても表裏の区別がないことが好ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、機能性ＩＣカードに電池を搭載した場合に発生する電磁界の損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、アンテナコイルと、ラミネート電池とを有する機能性ＩＣカードであって、前記ラミネート電池は、前記機能性ＩＣカードの上面方向から見て、前記アンテナコイルが配置された領域で囲まれた領域に配置されており、前記ラミネート電池の少なくとも一方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われていることを特徴とする機能性ＩＣカードである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機能性ＩＣカードに電池を搭載した場合に発生する電磁界の損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る機能性ＩＣカードの内部構成、およびその機能性ＩＣカードのリーダ／ライタを示す模式的斜視図である。
【００１４】
本実施形態に係る機能性ＩＣカード３０は、アンテナコイル３１と、ラミネート電池３２とを有しており、その他に機能素子３４、ＩＣ３５、整流器３６等を有している。機能素子３４としては、センサー、表示、メモリ、通信等の機能を発揮する素子が挙げられる。
【００１５】
図１に示す機能性ＩＣカード３０は非接触型である。すなわち、リーダ／ライタ４０の発信機４２からの信号によりアンテナコイル４１に電流が流れて磁界が発生し、その磁界により機能性ＩＣカード３０のデータの伝送をする。ただし、本実施形態の機能性ＩＣカードは、接触型でもよい。
【００１６】
機能性ＩＣカードは、携帯性を考慮すると、薄型であることが好ましい。具体的には、機能性ＩＣカードの厚さは、１．２ｍｍ以下が好ましく、０．８ｍｍ以下がより好ましい。機能性ＩＣカードの厚さは、ＪＩＳ規格で定められている０．７６ｍｍが最も望ましい。
【００１７】
本実施形態に係る機能性ＩＣカード３０において、ラミネート電池３２は、アンテナコイル３１が配置された領域で囲まれた領域に配置されている。なお、この位置関係は、機能性ＩＣカード３０の上面方向から見た平面的な位置関係を意味している。すなわち、ラミネート電池３２が配置されている領域とアンテナコイル３１が配置されている領域とが、機能性ＩＣカード３０の上面方向から見て重ならないようになっている。このように配置することで、機能性ＩＣカードは表裏の区別なく使用できる。また、機能性ＩＣカードに二次電池を搭載した場合の充電面についても表裏の区別がなくなる。
【００１８】
また、本実施形態に係る機能性ＩＣカード３０において、ラミネート電池３２の少なくとも一方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルム３３で覆われている。ラミネート電池の少なくとも一方の表面を比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆うことで、その覆われた面からの通信・充電の際の電磁界の損失を低減することができる。また、ラミネート電池の両方の表面を比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆うことで、機能性ＩＣカードの表裏の区別なく通信・充電の際の電磁界の損失を低減することができる。
【００１９】
図１に示す実施形態では、ラミネート電池３２の両方の表面上に、ラミネート電池とは別に用意された比透磁率１０以上の磁性体フィルム３３が配置されている。他の実施形態としては、ラミネート電池を構成する外装体の一部として、比透磁率１０以上の磁性体フィルムを有する構成としてもよい。この場合は、ラミネート電池とは別に比透磁率１０以上の磁性体フィルムを配置する必要がない。このような外装体の構成としては、例えば、基材と、比透磁率１０以上の磁性体フィルムと、接着性フィルムとを積層したものが挙げられる。
【００２０】
磁性体フィルムは、例えば、図７に示すようにエラストマー５５中に磁性粉末５６を分散させたフィルムを用いることができる。
【００２１】
ここで、強さＨの磁界を与えたときに磁性体が磁化して生じた磁束密度をＢとしたとき、磁性体の透磁率はμ＝Ｂ／Ｈで定義される。そして、この透磁率と、真空中の透磁率μ0との比μ／μ0が比透磁率である。比透磁率は、試料振動型磁力計（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ：ＶＳＭ）により測定できる。なお、本発明に言う比透磁率は、ＲＦ領域（１３．５６ＭＨｚ）で測定する。
【００２２】
磁性体フィルムの比透磁率は、１０以上であることが好ましく、４０以上であることがより好ましい。また、磁性体フィルムの比透磁率はいくら大きくても構わないが、通常は２００以下である。
【００２３】
磁性体フィルムの厚さは、機能性ＩＣカードに収めることを考慮すると、０．５ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以下がより好ましい。また、磁性体フィルムはいくら薄くても構わないが、通常０．０５ｍｍ以上である。
【００２４】
ラミネート電池３２は、一次電池でもよく、二次電池でもよい。電圧が３〜３．５Ｖと高く、高エネルギー容量密度を達成できることから、Ｌｉを用いた電池が好ましい。Ｌｉを用いた一次電池としては、ＭｎＯ2を正極、Ｌｉを負極とする電池等が挙げられる。Ｌｉを用いた二次電池としては、Ｌｉ酸化物を正極とするリチウムイオン二次電池、有機ラジカル材料を正極とする有機ラジカル二次電池等が挙げられる。リチウムイオン二次電池の負極としては、グラファイト、カーボン、Ｖ2Ｏ5等が用いられる。有機ラジカル二次電池の負極としては、金属Ｌｉ、グラファイト等が用いられる。
【００２５】
ラミネート電池は、機能性ＩＣカードに収めることを考慮すると、薄型であることが好ましい。具体的には、ラミネート電池の厚さは０．７ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。また、ラミネート電池はいくら薄くても構わないが、通常０．２ｍｍ以上である。
【００２６】
本実施形態で使用可能なラミネート電池の構成を図４および図５を用いて説明する。図４はラミネート電池の内部構成を示す模式的斜視図であり、図５はラミネート電池の外観を示す模式的斜視図である。
【００２７】
図４および図５に示すラミネート電池では、正極集電体１１上に形成された正極１と、負極集電体１２上に形成された負極２とが、セパレータ３を介して対峙するように配置されている。そして、これらは、電解質とともに外装体４のシール部５により密封されている。なお、正極集電体１１に接続された正極リード２１、および負極集電体１２に接続された負極リード２２により、外装体４の外側に取り出された端子を形成している。
【００２８】
以下、有機ラジカル二次電池を例にとって、その構成を詳細に説明する。
【００２９】
〔正極〕
正極における正極活物質としては、安定ラジカル化合物である有機ラジカル材料を用いる。例えば、還元状態において式（ＩＩ）で表わされるニトロキシドラジカル、酸化状態において式（Ｉ）で表わされるオキソアンモニウム（ニトロキシドカチオン）となる部分構造を分子中に有するニトロキシドラジカルポリマーを用いることができる。
【００３０】
【化１】
ニトロキシドラジカルポリマーの数平均分子量は、５００以上であることが好ましく、５０００以上であることがより好ましい。これは、ニトロキシドラジカルポリマーの数平均分子量が５００以上になると電解液に溶解しにくくなり、さらに数平均分子量５０００以上になると電解液にほぼ不溶となるからである。ニトロキシドラジカルポリマーは、鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよい。また、架橋剤で架橋したような構造でもよい。
【００３１】
正極活物質としての有機ラジカル化合物は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。また、有機ラジカル材料以外の他の正極活物質を併用することもできる。他の正極活物質としては、例えば、活性炭、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素材料；ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉxＶ2Ｏ5（０＜ｘ＜２）等の金属酸化物；ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子；ジスルフィド化合物等が挙げられる。有機ラジカル材料と組み合わせる他の正極活物質は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３２】
また、ニトロキシドラジカルポリマー等の有機ラジカル材料を用いて正極を形成する際に、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助剤を混合することもできる。導電付与剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子；ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子などが挙げられる。導電補助剤は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３３】
また、ニトロキシドラジカルポリマー等の有機ラジカル材料と導電付与剤との結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。結着剤は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３４】
正極は、正極集電体上に形成することができる。正極集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔または平板を用いることができる。正極リードは、正極集電体と同様の材料とすることができる。
【００３５】
〔負極〕
負極における負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金、グラファイト等を用いることができる。これらの形状としては特に限定されるものではなく、例えば、薄膜状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のものを用いることができる。負極活物質は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３６】
負極は、負極集電体上に形成することができる。負極集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔または平板を用いることができる。負極リードは、負極集電体と同様の材料とすることができる。
【００３７】
〔電解質〕
電解質は、負極と正極と間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には２０℃で１０-5〜１０-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有していることが好ましい。電解質としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。電解質として、固体電解質を用いることもできる。
【００３８】
電解質塩としては、例えばＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ、Ｌｉ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎ、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ、Ｌｉ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）3Ｃ等を用いることができる。電解質塩は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３９】
溶剤としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。溶剤は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４０】
固体電解質としては、例えば上記の電解質塩を含有させた高分子材料を用いることができる。高分子材料としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体；アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体等のアクリルニトリル系重合体；ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。これらの高分子材料は、電解液を含有させたゲル状のものでも、電解質塩を含有させた高分子材料のみでもよい。固体電解質としては、ＣａＦ2、ＡｇＩ、ＬｉＦ、βアルミナ、ガラス素材等の無機固体電解質を用いることもできる。
【００４１】
〔セパレータ〕
セパレータは、正極と負極とが接触しないようにする機能を有する。セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルム、セルロース膜、または不織布を用いることができる。なお、固体電解質を用いた場合など、正極と負極が接触しない構成の場合、セパレータを用いなくても構わない。
【００４２】
〔外装体〕
上述した正極、負極、電解質、セパレータなどは、外装体により封止され、ラミネート型の電池を形成する。Ｌｉが大気中の水分と容易に反応することから、外装体としては、水蒸気透過性が低いフィルムを用いることが好ましい。例えば、アルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルムを用いることができる。
【００４３】
さらに、前述のように、比透磁率１０以上の磁性体フィルムを有する外装体を用いることもできる。図６は磁性体フィルムを有する外装体の構成を示す模式的断面図である。図６に示す外装体は、基材５１と、磁性体フィルム３３と、接着性フィルム５２とを積層した構成を有している。このような外装体を用いることで、ラミネート電池が比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われていることとなるので、このラミネート電池を機能性ＩＣカードに配置するにあたり、さらに比透磁率１０以上の磁性体フィルムを配置する必要はなくなる。
【実施例】
【００４４】
（有機ラジカル二次電池の製造例）
微粉化した下記式（１）で表されるポリラジカル化合物（数平均分子量：５０００）１．６８ｇ、炭素粉末０．６ｇ、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）９６ｍｇおよびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）２４ｍｇを水７．２ｍＬに添加し、ホモジナイザーにて攪拌して均一なスラリーを得た。電極作製用コーターを用いて、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚さ２０μｍ）上にスラリーを塗布し、さらに８０℃で３分間乾燥して、厚さ５０μｍの正極を作製した。
【００４５】
【化２】
次に、得られた正極および正極集電体を２０×２０ｍｍの正方形に打ち抜いた。そして、アルミニウム箔面に長さ３ｃｍ、幅３ｍｍのアルミニウム製の正極リードを溶接した。一方で、負極および負極集電体となる金属リチウム張り合わせ銅箔（リチウム厚３０μｍ）を２０×２０ｍｍの正方形に打ち抜き、銅箔面に長さ３ｃｍ、幅３ｍｍのニッケルリードを溶接した。そして、正極および正極集電体、多孔質ポリプロピレン製のセパレータ（２５×２５ｍｍの正方形）、負極および負極集電体の順に、正極と負極とが対峙するように重ね合わせ、リード付電極対とした。
【００４６】
また、２枚の熱融着可能なアルミニウム製のラミネートフィルム（縦３５ｍｍ×横３２ｍｍ）の三方を熱融着することにより袋状のケースとした。そして、上記のリード付電極対を入れた。さらに、電解液［１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ6電解質塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート混合溶液（混合体積比３：７）］をケースの中に０．５ｃｃ入れ、リード付電極対の正極および負極リードの端が１ｃｍ外に出た状態で、ケースの未溶着の一辺を熱融着した。これにより、電極と電解液をケース中に密閉したラミネート型の有機ラジカル二次電池が得られた。
【００４７】
（実施例１）
実施例１では、図１に示す構成の機能性ＩＣカードを作製した。できあがりの機能性ＩＣカードの外形寸法は８６ｍｍｘ５４ｍｍとし、厚さは０．７６ｍｍとした。ラミネート電池としては、ＭｎＯ2を正極、Ｌｉを負極とする一次電池を用いた。この電池の外形寸法は３５ｍｍｘ３２ｍｍ、厚さは０．３ｍｍであり、容量は２０ｍＡｈであった。磁性体フィルムは、エラストマーの媒質に扁平な磁性粉末を分散した状態のフィルムを用いた。この磁性体フィルムの厚さは０．１５ｍｍであり、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）領域での比透磁率は６０である。磁性体フィルムは、ラミネート電池の外形寸法より一回り大きい３７ｍｍｘ３４ｍｍに切断し、ラミネート電池の表面および裏面に配置して、機能素子、アンテナコイル、ＩＣとともに基板に実装した。
【００４８】
（比較例１）
比較例１では、磁性体フィルムを用いないこと以外は実施例１と同様の方法で、機能性ＩＣカードを作製した。
【００４９】
〔評価〕
実施例１および比較例１で作製した機能性ＩＣカードをリーダ／ライタにかざした際のＲＦコイル間電圧を表１に示す。比較のために、電池を搭載していない機能性ＩＣカード（参考）のＲＦコイル間電圧も併せて表１に示す。磁性体フィルムを用いなかった比較例１の機能性ＩＣカードに比べ、磁性体フィルムを用いた実施例１の機能性ＩＣカードのＲＦコイル間電圧は１．１９倍となった。この実施例１の機能性ＩＣカードのＲＦコイル間電圧は、電池を搭載しない機能性ＩＣカードと同等であった。
【００５０】
【表１】
この理由を、図３を用いて説明する。図３は機能性ＩＣカードへの磁束の進入を示す模式的断面図である。磁性体フィルムを用いていない比較例１では、磁束の変化に対応してうず電流がラミネート電池で発生し、それによりエネルギーが損失する（図３（ａ））。その結果として、ＲＦコイル間電圧が低下してしまう。それに対し、磁性体フィルムを用いた実施例１では、磁束は磁性体フィルムに集中するため、ラミネート電池自体に到達する磁束が減少し、うず電流発生によるエネルギーの損失を防止できる（図３（ｂ））。その結果として、ＲＦコイル間電圧が比較例１より高くなる。
【００５１】
ＪＩＳ規格に従った機能性ＩＣカードにおけるコイルのターン数やＩＣの起電力は、電池を搭載しない設計になっている。そのため、磁性体フィルムを用いずに電池搭載した場合、ＩＣを駆動する電圧が低下してしまい、ＩＣの誤動作を引き起こす原因となり、ＩＣが動作しなくなる場合もある。それに対し、磁性体フィルムを用いることで、ＲＦコイル間電圧の低下を防止することができるため、ＪＩＳ規格に従った機能性ＩＣカードに電池を搭載しても、ＩＣの誤動作や動作不能が起きにくくなる。
【００５２】
なお、実施例１では、ラミネート電池の表面および裏面に磁性体フィルムを配置したが、ラミネート電池の一方の表面に磁性体フィルムを配置し、その磁性体フィルムを配置した側をリーダ／ライタにかざした場合も、同等な効果が確認された。
【００５３】
（実施例２）
実施例１では、図２に示す構成の機能性ＩＣカードを作製した。この機能性ＩＣカード３０には、外装体の一部として磁性体フィルムを用いたラミネート電池３２が搭載されており、別途の磁性体フィルムは用いていない。その他の構成は、図１に示す機能性ＩＣカードと同じである。
【００５４】
なお、ラミネート電池３２は、正極としてＭｎＯ2、負極としてＬｉ、集電体としてＡｌ箔またはＣｕ箔を用いた一次電池である。外装体は、図６に示す３層構造の積層フィルムを用いた。基材５１は、延伸ポリエステルまたはナイロンである。磁性体フィルム３３は、エラストマーの媒質に扁平な磁性粉末を分散した状態のフィルムを用いたが、薄い金属箔に磁性膜をめっき等で成膜した複合膜でもよい。なお、負極としてＬｉを用いているため、電池内部への水分の侵入を防ぐように、基材および磁性体フィルムの製造方法や厚みの最適化を行った。この外装体の厚さは０．１２ｍｍ程度である。なお、ラミネート電池の外形寸法は３５ｍｍｘ３２ｍｍ、厚さは０．４ｍｍであり、容量は３０ｍＡｈであった。
【００５５】
ここで、実施例１におけるラミネート電池および磁性体フィルムの合計の厚さは、電池本体（正極、負極、セパレータ、集電体）＋外装体（片側０．１ｍｍ）＋磁性体フィルム（片側０．１ｍｍ）となる。一方、実施例２におけるラミネート電池（磁性体フィルムは外装体に含まれる）の厚さは、電池本体（正極、負極、セパレータ、集電体）＋外装体（片側０．１２ｍｍ）となる。すなわち、ラミネート電池および磁性体フィルムの合計の厚さを同じとした場合、実施例２のラミネート電池では正極および負極の厚さを厚くすることができ、ラミネート電池の容量を増加させることができる。
【００５６】
〔評価〕
実施例２で作製した機能性ＩＣカードをリーダ／ライタにかざした際のＲＦコイル間電圧を測定したところ、電池を搭載しない機能性ＩＣカードと同等であった。この結果より、ラミネート電池の外装体の一部として使用した磁性体フィルムに磁束が集中し、うず電流発生によるエネルギーの損失を防止できることが分かる。
【００５７】
したがって、実施例２で作製した機能性ＩＣカードは、誤動作や動作不能が起きにくいものとなる。さらに、実施例１で作製した機能性ＩＣカードに比べ、電池容量を増やすことができ、機能性ＩＣカードとしての使用時間を長くすることができる。
【００５８】
（実施例３）
実施例３では、図１に示す構成の機能性ＩＣカードを作製した。ラミネート電池としては、正極をＬｉＣｏＯ3、負極をグラファイトとするリチウムイオン二次電池を用いた。この電池の外形寸法は３５ｍｍｘ３２ｍｍ、厚さは０．３ｍｍであり、容量は２０ｍＡｈであった。ラミネート電池以外は、実施例１と同じとした。
【００５９】
（比較例２）
比較例２では、磁性体フィルムを用いないこと以外は実施例３と同様の方法で、機能性ＩＣカードを作製した。
【００６０】
〔評価〕
実施例３および比較例２で作製した機能性ＩＣカードをリーダ／ライタにかざした際の充電電流を表２に示す。磁性体フィルムを用いなかった比較例２の機能性ＩＣカードに比べ、磁性体フィルムを用いた実施例３の機能性ＩＣカードの充電電流は１．２５倍となった。この充電電流の増加は、実施例１でＲＦコイル間電圧が増加したのと同様に、ラミネート電池自体に到達する磁束が減少し、うず電流発生によるエネルギーの損失を防止できたためと考えられる。
【００６１】
【表２】
また、実施例３で作製した機能性ＩＣカードをリーダ／ライタにかざした際のＲＦコイル間電圧を測定したところ、電池を搭載しない機能性ＩＣカードと同等であった。一方、比較例２で作製した機能性ＩＣカードのＲＦコイル間電圧は、電池を搭載しない機能性ＩＣカードよりも低下した。
【００６２】
したがって、実施例３で作製した機能性ＩＣカードは、ＲＦコイル間電圧の低下を防止することができるため、ＪＩＳ規格に従った機能性ＩＣカードに電池を搭載しても、ＩＣの誤動作や動作不能が起きにくくなる。
【００６３】
なお、実施例３では、ラミネート電池の表面および裏面に磁性体フィルムを配置したが、ラミネート電池の一方の表面に磁性体フィルムを配置し、その磁性体フィルムを配置した側をリーダ／ライタにかざした場合も、電池を搭載しない機能性ＩＣカードに比べて充電電流およびＲＦコイル間電圧の増加が確認された。
【００６４】
また、ラミネート電池の表面および裏面に磁性体フィルムを配置する代わりに、実施例２のようにラミネート電池の外装体の一部に磁性体フィルムを用い、別途の磁性体フィルムは用いていない機能性ＩＣカードにおいても、電池を搭載しない機能性ＩＣカードに比べて充電電流およびＲＦコイル間電圧の増加が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施形態に係る機能性ＩＣカードの内部構成、およびその機能性ＩＣカードのリーダ／ライタを示す模式的斜視図である。
【図２】本実施形態に係る機能性ＩＣカードの内部構成を示す模式的斜視図である。
【図３】機能性ＩＣカードへの磁束の進入を示す模式的断面図であり、（ａ）は磁性体フィルムを用いていない機能性ＩＣカードの場合、（ｂ）は磁性体フィルムを用いた機能性ＩＣカードの場合である。
【図４】ラミネート電池の内部構成を示す模式的斜視図である。
【図５】ラミネート電池の外観を示す模式的斜視図である。
【図６】磁性体フィルムを有する外装体の構成を示す模式的断面図である。
【図７】磁性体フィルムの構成材料の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
４ 外装体
５ シール部
１１ 正極集電体
１２ 負極集電体
２１ 正極リード
２２ 負極リード
３０ 機能性ＩＣカード
３１ アンテナコイル
３２ ラミネート電池
３３ 磁性体フィルム
３４ 機能素子
３５ ＩＣ
３６ 整流器
４０ リーダ／ライタ
４１ アンテナコイル
４２ 発信機
５１ 基材
５２ 接着性フィルム
５５ エラストマー
５６ 磁性粉末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示、センサー、メモリ、通信等の機能を持つ機能素子とＩＣとを有し、かつそれらを駆動する電池を備えた機能性ＩＣカード、およびそれに好適に用いられるラミネート電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣモジュールを搭載したＩＣカードは、磁気カードに比較して格段に高いセキュリティーを実現できることから、近年急速に普及してきた。
【０００３】
ＩＣカードには、ＩＣモジュールが接点として露出した接触型ＩＣカードと、電波を介した電磁誘導等によるデータ伝送を行う非接触型ＩＣカードとがある。接触型ＩＣカードは、これまで銀行のＡＴＭカード等に使用されてきた。ただし、接点となる部分の埃等の影響を受けやすく、また情報のやり取りが機械的な接点をとることにより律速される。一方、非接触型ＩＣカードとしては、現在、Ｓｕｉｃａ（登録商標）、ＰＡＳＭＯ（登録商標）、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）等が知られている。非接触型ＩＣカードは接点を持たないため、埃等の汚れの影響を受けにくい。また、ＩＣチップがむき出しになっていないため、高速の読み出し書込みが可能である。
【０００４】
また、ＩＣカードに、表示、センサー、メモリ、通信等の機能を付与するという要望が広がっている。これらの機能を実現させるためには、ＩＣカードに電池を搭載する必要がある。特許文献１には、ＩＣカード本体部の少なくとも一方のカード面に、シート状のポリマー二次電池が配置されているＩＣカードが開示されている。特許文献２には、表面に充電のための複数の接触端子を有するＩＣカードが開示されている。これらのＩＣカードは接触型であり、電池の充電も接触端子から行う。
【特許文献１】特開平５−１６６０１９号公報
【特許文献２】特開平９−３２６０２１号公報
【特許文献３】特開２００４−１０３２４８号公報
【特許文献４】特開２００４−２２７０４６号公報
【特許文献５】特開２００６−５８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非接触型ＩＣカードに電池を搭載する場合には、情報の読み書きを電波を介した電磁誘導で行うため、電池内部の金属による影響が懸念される。すなわち、リーダ／ライタからの通信用電磁界が電池の金属材料で損失する。その結果、通常のリーダ／ライタを用いた場合、非接触型ＩＣカードのＩＣに入力される通信信号の電圧が低下してしまい、通信距離が短くなるだけでなく、誤動作や動作不能の原因ともなる。
【０００６】
さらに、非接触型ＩＣカードに二次電池を搭載し、その充電を非接触で行う場合、リーダ／ライタからの充電用電磁界が電池の金属材料で損失する。その結果、通常のリーダ／ライタを用いた場合、非接触型ＩＣカードの二次電池に入力される充電電流が低下し、充電時間が長くかかる。
【０００７】
特許文献３には、電池本体から外部で露出する接続配線から輻射される電磁気ノイズをシールド膜でシールドする技術が開示されている。しかし、特許文献３に記載された電池をＩＣカードに搭載しても、接続配線以外の金属による影響は未だ残ってしまい、効果的に電磁界の損失を低減することができない。
【０００８】
特許文献４には、アンテナコイルと電池との間に磁性体シートを設けた携帯情報端末が開示されている。特許文献５には、アンテナモジュールとバッテリーパックを隣接して配置し、バッテリーパックのアンテナモジュールの通信面に臨む表面領域を磁性シートで覆った携帯情報端末が開示されている。特許文献４および５に記載されたように、非接触型ＩＣカードに磁性体シートを配置すると、ＩＣカードの通信面または充電面が一方に限られてしまう。非接触型ＩＣカードは一般に表裏の区別なく使用されるものであり、電池を搭載した場合の充電面についても表裏の区別がないことが好ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、機能性ＩＣカードに電池を搭載した場合に発生する電磁界の損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、アンテナコイルと、ラミネート電池とを有する機能性ＩＣカードであって、前記ラミネート電池は、前記機能性ＩＣカードの上面方向から見て、前記アンテナコイルが配置された領域で囲まれた領域に配置されており、前記ラミネート電池の少なくとも一方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われていることを特徴とする機能性ＩＣカードである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機能性ＩＣカードに電池を搭載した場合に発生する電磁界の損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る機能性ＩＣカードの内部構成、およびその機能性ＩＣカードのリーダ／ライタを示す模式的斜視図である。
【００１４】
本実施形態に係る機能性ＩＣカード３０は、アンテナコイル３１と、ラミネート電池３２とを有しており、その他に機能素子３４、ＩＣ３５、整流器３６等を有している。機能素子３４としては、センサー、表示、メモリ、通信等の機能を発揮する素子が挙げられる。
【００１５】
図１に示す機能性ＩＣカード３０は非接触型である。すなわち、リーダ／ライタ４０の発信機４２からの信号によりアンテナコイル４１に電流が流れて磁界が発生し、その磁界により機能性ＩＣカード３０のデータの伝送をする。ただし、本実施形態の機能性ＩＣカードは、接触型でもよい。
【００１６】
機能性ＩＣカードは、携帯性を考慮すると、薄型であることが好ましい。具体的には、機能性ＩＣカードの厚さは、１．２ｍｍ以下が好ましく、０．８ｍｍ以下がより好ましい。機能性ＩＣカードの厚さは、ＪＩＳ規格で定められている０．７６ｍｍが最も望ましい。
【００１７】
本実施形態に係る機能性ＩＣカード３０において、ラミネート電池３２は、アンテナコイル３１が配置された領域で囲まれた領域に配置されている。なお、この位置関係は、機能性ＩＣカード３０の上面方向から見た平面的な位置関係を意味している。すなわち、ラミネート電池３２が配置されている領域とアンテナコイル３１が配置されている領域とが、機能性ＩＣカード３０の上面方向から見て重ならないようになっている。このように配置することで、機能性ＩＣカードは表裏の区別なく使用できる。また、機能性ＩＣカードに二次電池を搭載した場合の充電面についても表裏の区別がなくなる。
【００１８】
また、本実施形態に係る機能性ＩＣカード３０において、ラミネート電池３２の少なくとも一方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルム３３で覆われている。ラミネート電池の少なくとも一方の表面を比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆うことで、その覆われた面からの通信・充電の際の電磁界の損失を低減することができる。また、ラミネート電池の両方の表面を比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆うことで、機能性ＩＣカードの表裏の区別なく通信・充電の際の電磁界の損失を低減することができる。
【００１９】
図１に示す実施形態では、ラミネート電池３２の両方の表面上に、ラミネート電池とは別に用意された比透磁率１０以上の磁性体フィルム３３が配置されている。他の実施形態としては、ラミネート電池を構成する外装体の一部として、比透磁率１０以上の磁性体フィルムを有する構成としてもよい。この場合は、ラミネート電池とは別に比透磁率１０以上の磁性体フィルムを配置する必要がない。このような外装体の構成としては、例えば、基材と、比透磁率１０以上の磁性体フィルムと、接着性フィルムとを積層したものが挙げられる。
【００２０】
磁性体フィルムは、例えば、図７に示すようにエラストマー５５中に磁性粉末５６を分散させたフィルムを用いることができる。
【００２１】
ここで、強さＨの磁界を与えたときに磁性体が磁化して生じた磁束密度をＢとしたとき、磁性体の透磁率はμ＝Ｂ／Ｈで定義される。そして、この透磁率と、真空中の透磁率μ0との比μ／μ0が比透磁率である。比透磁率は、試料振動型磁力計（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ：ＶＳＭ）により測定できる。なお、本発明に言う比透磁率は、ＲＦ領域（１３．５６ＭＨｚ）で測定する。
【００２２】
磁性体フィルムの比透磁率は、１０以上であることが好ましく、４０以上であることがより好ましい。また、磁性体フィルムの比透磁率はいくら大きくても構わないが、通常は２００以下である。
【００２３】
磁性体フィルムの厚さは、機能性ＩＣカードに収めることを考慮すると、０．５ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以下がより好ましい。また、磁性体フィルムはいくら薄くても構わないが、通常０．０５ｍｍ以上である。
【００２４】
ラミネート電池３２は、一次電池でもよく、二次電池でもよい。電圧が３〜３．５Ｖと高く、高エネルギー容量密度を達成できることから、Ｌｉを用いた電池が好ましい。Ｌｉを用いた一次電池としては、ＭｎＯ2を正極、Ｌｉを負極とする電池等が挙げられる。Ｌｉを用いた二次電池としては、Ｌｉ酸化物を正極とするリチウムイオン二次電池、有機ラジカル材料を正極とする有機ラジカル二次電池等が挙げられる。リチウムイオン二次電池の負極としては、グラファイト、カーボン、Ｖ2Ｏ5等が用いられる。有機ラジカル二次電池の負極としては、金属Ｌｉ、グラファイト等が用いられる。
【００２５】
ラミネート電池は、機能性ＩＣカードに収めることを考慮すると、薄型であることが好ましい。具体的には、ラミネート電池の厚さは０．７ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。また、ラミネート電池はいくら薄くても構わないが、通常０．２ｍｍ以上である。
【００２６】
本実施形態で使用可能なラミネート電池の構成を図４および図５を用いて説明する。図４はラミネート電池の内部構成を示す模式的斜視図であり、図５はラミネート電池の外観を示す模式的斜視図である。
【００２７】
図４および図５に示すラミネート電池では、正極集電体１１上に形成された正極１と、負極集電体１２上に形成された負極２とが、セパレータ３を介して対峙するように配置されている。そして、これらは、電解質とともに外装体４のシール部５により密封されている。なお、正極集電体１１に接続された正極リード２１、および負極集電体１２に接続された負極リード２２により、外装体４の外側に取り出された端子を形成している。
【００２８】
以下、有機ラジカル二次電池を例にとって、その構成を詳細に説明する。
【００２９】
〔正極〕
正極における正極活物質としては、安定ラジカル化合物である有機ラジカル材料を用いる。例えば、還元状態において式（ＩＩ）で表わされるニトロキシドラジカル、酸化状態において式（Ｉ）で表わされるオキソアンモニウム（ニトロキシドカチオン）となる部分構造を分子中に有するニトロキシドラジカルポリマーを用いることができる。
【００３０】
【化１】
ニトロキシドラジカルポリマーの数平均分子量は、５００以上であることが好ましく、５０００以上であることがより好ましい。これは、ニトロキシドラジカルポリマーの数平均分子量が５００以上になると電解液に溶解しにくくなり、さらに数平均分子量５０００以上になると電解液にほぼ不溶となるからである。ニトロキシドラジカルポリマーは、鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよい。また、架橋剤で架橋したような構造でもよい。
【００３１】
正極活物質としての有機ラジカル化合物は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。また、有機ラジカル材料以外の他の正極活物質を併用することもできる。他の正極活物質としては、例えば、活性炭、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素材料；ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉxＶ2Ｏ5（０＜ｘ＜２）等の金属酸化物；ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子；ジスルフィド化合物等が挙げられる。有機ラジカル材料と組み合わせる他の正極活物質は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３２】
また、ニトロキシドラジカルポリマー等の有機ラジカル材料を用いて正極を形成する際に、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助剤を混合することもできる。導電付与剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子；ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子などが挙げられる。導電補助剤は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３３】
また、ニトロキシドラジカルポリマー等の有機ラジカル材料と導電付与剤との結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。結着剤は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３４】
正極は、正極集電体上に形成することができる。正極集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔または平板を用いることができる。正極リードは、正極集電体と同様の材料とすることができる。
【００３５】
〔負極〕
負極における負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金、グラファイト等を用いることができる。これらの形状としては特に限定されるものではなく、例えば、薄膜状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のものを用いることができる。負極活物質は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３６】
負極は、負極集電体上に形成することができる。負極集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔または平板を用いることができる。負極リードは、負極集電体と同様の材料とすることができる。
【００３７】
〔電解質〕
電解質は、負極と正極と間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には２０℃で１０-5〜１０-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有していることが好ましい。電解質としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。電解質として、固体電解質を用いることもできる。
【００３８】
電解質塩としては、例えばＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ、Ｌｉ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎ、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ、Ｌｉ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）3Ｃ等を用いることができる。電解質塩は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３９】
溶剤としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。溶剤は、１種でもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４０】
固体電解質としては、例えば上記の電解質塩を含有させた高分子材料を用いることができる。高分子材料としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体；アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体等のアクリルニトリル系重合体；ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。これらの高分子材料は、電解液を含有させたゲル状のものでも、電解質塩を含有させた高分子材料のみでもよい。固体電解質としては、ＣａＦ2、ＡｇＩ、ＬｉＦ、βアルミナ、ガラス素材等の無機固体電解質を用いることもできる。
【００４１】
〔セパレータ〕
セパレータは、正極と負極とが接触しないようにする機能を有する。セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルム、セルロース膜、または不織布を用いることができる。なお、固体電解質を用いた場合など、正極と負極が接触しない構成の場合、セパレータを用いなくても構わない。
【００４２】
〔外装体〕
上述した正極、負極、電解質、セパレータなどは、外装体により封止され、ラミネート型の電池を形成する。Ｌｉが大気中の水分と容易に反応することから、外装体としては、水蒸気透過性が低いフィルムを用いることが好ましい。例えば、アルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルムを用いることができる。
【００４３】
さらに、前述のように、比透磁率１０以上の磁性体フィルムを有する外装体を用いることもできる。図６は磁性体フィルムを有する外装体の構成を示す模式的断面図である。図６に示す外装体は、基材５１と、磁性体フィルム３３と、接着性フィルム５２とを積層した構成を有している。このような外装体を用いることで、ラミネート電池が比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われていることとなるので、このラミネート電池を機能性ＩＣカードに配置するにあたり、さらに比透磁率１０以上の磁性体フィルムを配置する必要はなくなる。
【実施例】
【００４４】
（有機ラジカル二次電池の製造例）
微粉化した下記式（１）で表されるポリラジカル化合物（数平均分子量：５０００）１．６８ｇ、炭素粉末０．６ｇ、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）９６ｍｇおよびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）２４ｍｇを水７．２ｍＬに添加し、ホモジナイザーにて攪拌して均一なスラリーを得た。電極作製用コーターを用いて、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚さ２０μｍ）上にスラリーを塗布し、さらに８０℃で３分間乾燥して、厚さ５０μｍの正極を作製した。
【００４５】
【化２】
次に、得られた正極および正極集電体を２０×２０ｍｍの正方形に打ち抜いた。そして、アルミニウム箔面に長さ３ｃｍ、幅３ｍｍのアルミニウム製の正極リードを溶接した。一方で、負極および負極集電体となる金属リチウム張り合わせ銅箔（リチウム厚３０μｍ）を２０×２０ｍｍの正方形に打ち抜き、銅箔面に長さ３ｃｍ、幅３ｍｍのニッケルリードを溶接した。そして、正極および正極集電体、多孔質ポリプロピレン製のセパレータ（２５×２５ｍｍの正方形）、負極および負極集電体の順に、正極と負極とが対峙するように重ね合わせ、リード付電極対とした。
【００４６】
また、２枚の熱融着可能なアルミニウム製のラミネートフィルム（縦３５ｍｍ×横３２ｍｍ）の三方を熱融着することにより袋状のケースとした。そして、上記のリード付電極対を入れた。さらに、電解液［１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ6電解質塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート混合溶液（混合体積比３：７）］をケースの中に０．５ｃｃ入れ、リード付電極対の正極および負極リードの端が１ｃｍ外に出た状態で、ケースの未溶着の一辺を熱融着した。これにより、電極と電解液をケース中に密閉したラミネート型の有機ラジカル二次電池が得られた。
【００４７】
（実施例１）
実施例１では、図１に示す構成の機能性ＩＣカードを作製した。できあがりの機能性ＩＣカードの外形寸法は８６ｍｍｘ５４ｍｍとし、厚さは０．７６ｍｍとした。ラミネート電池としては、ＭｎＯ2を正極、Ｌｉを負極とする一次電池を用いた。この電池の外形寸法は３５ｍｍｘ３２ｍｍ、厚さは０．３ｍｍであり、容量は２０ｍＡｈであった。磁性体フィルムは、エラストマーの媒質に扁平な磁性粉末を分散した状態のフィルムを用いた。この磁性体フィルムの厚さは０．１５ｍｍであり、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）領域での比透磁率は６０である。磁性体フィルムは、ラミネート電池の外形寸法より一回り大きい３７ｍｍｘ３４ｍｍに切断し、ラミネート電池の表面および裏面に配置して、機能素子、アンテナコイル、ＩＣとともに基板に実装した。
【００４８】
（比較例１）
比較例１では、磁性体フィルムを用いないこと以外は実施例１と同様の方法で、機能性ＩＣカードを作製した。
【００４９】
〔評価〕
実施例１および比較例１で作製した機能性ＩＣカードをリーダ／ライタにかざした際のＲＦコイル間電圧を表１に示す。比較のために、電池を搭載していない機能性ＩＣカード（参考）のＲＦコイル間電圧も併せて表１に示す。磁性体フィルムを用いなかった比較例１の機能性ＩＣカードに比べ、磁性体フィルムを用いた実施例１の機能性ＩＣカードのＲＦコイル間電圧は１．１９倍となった。この実施例１の機能性ＩＣカードのＲＦコイル間電圧は、電池を搭載しない機能性ＩＣカードと同等であった。
【００５０】
【表１】
この理由を、図３を用いて説明する。図３は機能性ＩＣカードへの磁束の進入を示す模式的断面図である。磁性体フィルムを用いていない比較例１では、磁束の変化に対応してうず電流がラミネート電池で発生し、それによりエネルギーが損失する（図３（ａ））。その結果として、ＲＦコイル間電圧が低下してしまう。それに対し、磁性体フィルムを用いた実施例１では、磁束は磁性体フィルムに集中するため、ラミネート電池自体に到達する磁束が減少し、うず電流発生によるエネルギーの損失を防止できる（図３（ｂ））。その結果として、ＲＦコイル間電圧が比較例１より高くなる。
【００５１】
ＪＩＳ規格に従った機能性ＩＣカードにおけるコイルのターン数やＩＣの起電力は、電池を搭載しない設計になっている。そのため、磁性体フィルムを用いずに電池搭載した場合、ＩＣを駆動する電圧が低下してしまい、ＩＣの誤動作を引き起こす原因となり、ＩＣが動作しなくなる場合もある。それに対し、磁性体フィルムを用いることで、ＲＦコイル間電圧の低下を防止することができるため、ＪＩＳ規格に従った機能性ＩＣカードに電池を搭載しても、ＩＣの誤動作や動作不能が起きにくくなる。
【００５２】
なお、実施例１では、ラミネート電池の表面および裏面に磁性体フィルムを配置したが、ラミネート電池の一方の表面に磁性体フィルムを配置し、その磁性体フィルムを配置した側をリーダ／ライタにかざした場合も、同等な効果が確認された。
【００５３】
（実施例２）
実施例１では、図２に示す構成の機能性ＩＣカードを作製した。この機能性ＩＣカード３０には、外装体の一部として磁性体フィルムを用いたラミネート電池３２が搭載されており、別途の磁性体フィルムは用いていない。その他の構成は、図１に示す機能性ＩＣカードと同じである。
【００５４】
なお、ラミネート電池３２は、正極としてＭｎＯ2、負極としてＬｉ、集電体としてＡｌ箔またはＣｕ箔を用いた一次電池である。外装体は、図６に示す３層構造の積層フィルムを用いた。基材５１は、延伸ポリエステルまたはナイロンである。磁性体フィルム３３は、エラストマーの媒質に扁平な磁性粉末を分散した状態のフィルムを用いたが、薄い金属箔に磁性膜をめっき等で成膜した複合膜でもよい。なお、負極としてＬｉを用いているため、電池内部への水分の侵入を防ぐように、基材および磁性体フィルムの製造方法や厚みの最適化を行った。この外装体の厚さは０．１２ｍｍ程度である。なお、ラミネート電池の外形寸法は３５ｍｍｘ３２ｍｍ、厚さは０．４ｍｍであり、容量は３０ｍＡｈであった。
【００５５】
ここで、実施例１におけるラミネート電池および磁性体フィルムの合計の厚さは、電池本体（正極、負極、セパレータ、集電体）＋外装体（片側０．１ｍｍ）＋磁性体フィルム（片側０．１ｍｍ）となる。一方、実施例２におけるラミネート電池（磁性体フィルムは外装体に含まれる）の厚さは、電池本体（正極、負極、セパレータ、集電体）＋外装体（片側０．１２ｍｍ）となる。すなわち、ラミネート電池および磁性体フィルムの合計の厚さを同じとした場合、実施例２のラミネート電池では正極および負極の厚さを厚くすることができ、ラミネート電池の容量を増加させることができる。
【００５６】
〔評価〕
実施例２で作製した機能性ＩＣカードをリーダ／ライタにかざした際のＲＦコイル間電圧を測定したところ、電池を搭載しない機能性ＩＣカードと同等であった。この結果より、ラミネート電池の外装体の一部として使用した磁性体フィルムに磁束が集中し、うず電流発生によるエネルギーの損失を防止できることが分かる。
【００５７】
したがって、実施例２で作製した機能性ＩＣカードは、誤動作や動作不能が起きにくいものとなる。さらに、実施例１で作製した機能性ＩＣカードに比べ、電池容量を増やすことができ、機能性ＩＣカードとしての使用時間を長くすることができる。
【００５８】
（実施例３）
実施例３では、図１に示す構成の機能性ＩＣカードを作製した。ラミネート電池としては、正極をＬｉＣｏＯ3、負極をグラファイトとするリチウムイオン二次電池を用いた。この電池の外形寸法は３５ｍｍｘ３２ｍｍ、厚さは０．３ｍｍであり、容量は２０ｍＡｈであった。ラミネート電池以外は、実施例１と同じとした。
【００５９】
（比較例２）
比較例２では、磁性体フィルムを用いないこと以外は実施例３と同様の方法で、機能性ＩＣカードを作製した。
【００６０】
〔評価〕
実施例３および比較例２で作製した機能性ＩＣカードをリーダ／ライタにかざした際の充電電流を表２に示す。磁性体フィルムを用いなかった比較例２の機能性ＩＣカードに比べ、磁性体フィルムを用いた実施例３の機能性ＩＣカードの充電電流は１．２５倍となった。この充電電流の増加は、実施例１でＲＦコイル間電圧が増加したのと同様に、ラミネート電池自体に到達する磁束が減少し、うず電流発生によるエネルギーの損失を防止できたためと考えられる。
【００６１】
【表２】
また、実施例３で作製した機能性ＩＣカードをリーダ／ライタにかざした際のＲＦコイル間電圧を測定したところ、電池を搭載しない機能性ＩＣカードと同等であった。一方、比較例２で作製した機能性ＩＣカードのＲＦコイル間電圧は、電池を搭載しない機能性ＩＣカードよりも低下した。
【００６２】
したがって、実施例３で作製した機能性ＩＣカードは、ＲＦコイル間電圧の低下を防止することができるため、ＪＩＳ規格に従った機能性ＩＣカードに電池を搭載しても、ＩＣの誤動作や動作不能が起きにくくなる。
【００６３】
なお、実施例３では、ラミネート電池の表面および裏面に磁性体フィルムを配置したが、ラミネート電池の一方の表面に磁性体フィルムを配置し、その磁性体フィルムを配置した側をリーダ／ライタにかざした場合も、電池を搭載しない機能性ＩＣカードに比べて充電電流およびＲＦコイル間電圧の増加が確認された。
【００６４】
また、ラミネート電池の表面および裏面に磁性体フィルムを配置する代わりに、実施例２のようにラミネート電池の外装体の一部に磁性体フィルムを用い、別途の磁性体フィルムは用いていない機能性ＩＣカードにおいても、電池を搭載しない機能性ＩＣカードに比べて充電電流およびＲＦコイル間電圧の増加が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施形態に係る機能性ＩＣカードの内部構成、およびその機能性ＩＣカードのリーダ／ライタを示す模式的斜視図である。
【図２】本実施形態に係る機能性ＩＣカードの内部構成を示す模式的斜視図である。
【図３】機能性ＩＣカードへの磁束の進入を示す模式的断面図であり、（ａ）は磁性体フィルムを用いていない機能性ＩＣカードの場合、（ｂ）は磁性体フィルムを用いた機能性ＩＣカードの場合である。
【図４】ラミネート電池の内部構成を示す模式的斜視図である。
【図５】ラミネート電池の外観を示す模式的斜視図である。
【図６】磁性体フィルムを有する外装体の構成を示す模式的断面図である。
【図７】磁性体フィルムの構成材料の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
４ 外装体
５ シール部
１１ 正極集電体
１２ 負極集電体
２１ 正極リード
２２ 負極リード
３０ 機能性ＩＣカード
３１ アンテナコイル
３２ ラミネート電池
３３ 磁性体フィルム
３４ 機能素子
３５ ＩＣ
３６ 整流器
４０ リーダ／ライタ
４１ アンテナコイル
４２ 発信機
５１ 基材
５２ 接着性フィルム
５５ エラストマー
５６ 磁性粉末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナコイルと、ラミネート電池とを有する機能性ＩＣカードであって、
前記ラミネート電池は、前記機能性ＩＣカードの上面方向から見て、前記アンテナコイルが配置された領域で囲まれた領域に配置されており、
前記ラミネート電池の少なくとも一方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われていることを特徴とする機能性ＩＣカード。
【請求項２】
前記ラミネート電池の両方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われていることを特徴とする請求項１に記載の機能性ＩＣカード。
【請求項３】
前記ラミネート電池を構成する外装体の一部として、前記磁性体フィルムを有することを特徴とする請求項１または２に記載の機能性ＩＣカード。
【請求項４】
前記外装体が、基材と、前記磁性体フィルムと、接着性フィルムとを積層した構成を有することを特徴とする請求項３に記載の機能性ＩＣカード。
【請求項５】
前記ラミネート電池とは別に、前記磁性体フィルムを有することを特徴とする請求項１または２に記載の機能性ＩＣカード。
【請求項６】
前記ラミネート電池が、ＭｎＯ2を正極、Ｌｉを負極とする一次電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項７】
前記ラミネート電池が、Ｌｉ酸化物を正極とするリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項８】
前記ラミネート電池が、有機ラジカル材料を正極とする有機ラジカル二次電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項９】
前記磁性体フィルムの厚さが、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項１０】
前記ラミネート電池の厚さが、０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項１１】
前記機能性ＩＣカードの厚さが、１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項１２】
非接触型の機能性ＩＣカードであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項１３】
正極と、前記正極に対峙する負極とが、前記正極側および前記負極側に配置された外装体により密封されているラミネート電池であって、前記正極側および前記負極側に配置された外装体の少なくとも一方が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムを有することを特徴とするラミネート電池。
【請求項１４】
前記外装体が、基材と、前記磁性体フィルムと、接着性フィルムとを積層した構成を有することを特徴とする請求項１３に記載のラミネート電池。
【請求項１５】
前記正極側および前記負極側に配置される外装体の両方が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムを有することを特徴とする請求項１３または１４に記載のラミネート電池。
【請求項１６】
ＭｎＯ2を正極、Ｌｉを負極とする一次電池であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項１７】
Ｌｉ酸化物を正極とするリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項１８】
有機ラジカル材料を正極とする有機ラジカル二次電池であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項１９】
前記磁性体フィルムの厚さが、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項２０】
前記ラミネート電池の厚さが、０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項２１】
機能性ＩＣカードの電池として用いることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項２２】
非接触型の機能性ＩＣカードの電池として用いることを特徴とする請求項２１に記載のラミネート電池。
【請求項１】
アンテナコイルと、ラミネート電池とを有する機能性ＩＣカードであって、
前記ラミネート電池は、前記機能性ＩＣカードの上面方向から見て、前記アンテナコイルが配置された領域で囲まれた領域に配置されており、
前記ラミネート電池の少なくとも一方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われていることを特徴とする機能性ＩＣカード。
【請求項２】
前記ラミネート電池の両方の表面が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムで覆われていることを特徴とする請求項１に記載の機能性ＩＣカード。
【請求項３】
前記ラミネート電池を構成する外装体の一部として、前記磁性体フィルムを有することを特徴とする請求項１または２に記載の機能性ＩＣカード。
【請求項４】
前記外装体が、基材と、前記磁性体フィルムと、接着性フィルムとを積層した構成を有することを特徴とする請求項３に記載の機能性ＩＣカード。
【請求項５】
前記ラミネート電池とは別に、前記磁性体フィルムを有することを特徴とする請求項１または２に記載の機能性ＩＣカード。
【請求項６】
前記ラミネート電池が、ＭｎＯ2を正極、Ｌｉを負極とする一次電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項７】
前記ラミネート電池が、Ｌｉ酸化物を正極とするリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項８】
前記ラミネート電池が、有機ラジカル材料を正極とする有機ラジカル二次電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項９】
前記磁性体フィルムの厚さが、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項１０】
前記ラミネート電池の厚さが、０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項１１】
前記機能性ＩＣカードの厚さが、１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項１２】
非接触型の機能性ＩＣカードであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の機能性ＩＣカード。
【請求項１３】
正極と、前記正極に対峙する負極とが、前記正極側および前記負極側に配置された外装体により密封されているラミネート電池であって、前記正極側および前記負極側に配置された外装体の少なくとも一方が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムを有することを特徴とするラミネート電池。
【請求項１４】
前記外装体が、基材と、前記磁性体フィルムと、接着性フィルムとを積層した構成を有することを特徴とする請求項１３に記載のラミネート電池。
【請求項１５】
前記正極側および前記負極側に配置される外装体の両方が、比透磁率１０以上の磁性体フィルムを有することを特徴とする請求項１３または１４に記載のラミネート電池。
【請求項１６】
ＭｎＯ2を正極、Ｌｉを負極とする一次電池であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項１７】
Ｌｉ酸化物を正極とするリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項１８】
有機ラジカル材料を正極とする有機ラジカル二次電池であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項１９】
前記磁性体フィルムの厚さが、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項２０】
前記ラミネート電池の厚さが、０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項２１】
機能性ＩＣカードの電池として用いることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれかに記載のラミネート電池。
【請求項２２】
非接触型の機能性ＩＣカードの電池として用いることを特徴とする請求項２１に記載のラミネート電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１０４３７４（Ｐ２００９−１０４３７４Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７５００７（Ｐ２００７−２７５００７）
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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