電池デバイスおよびその操作方法
【課題】使用後の薄型電池に電力が残存している場合に、電池を強制放電させることにより、電池デバイスの安全性を向上させる。
【解決手段】第１電極、第２電極および第１電極と第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、第１電極と第２電極とが外部短絡した状態と、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態とを切り替えるための強制放電作動スイッチを有する、電池デバイス。
【解決手段】第１電極、第２電極および第１電極と第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、第１電極と第２電極とが外部短絡した状態と、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態とを切り替えるための強制放電作動スイッチを有する、電池デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状の電極群と、これを密閉収納する外装体と、を含む薄型電池、を具備する電池デバイスおよびその操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ＩＣカード、温度センサ、補聴器、および感圧ブザーのような小型の電子機器の電源として、薄型電池が用いられている。
【０００３】
生体に接触した状態で作動するデバイス（生体貼付型装置）にも、薄型電池が用いられている。このようなデバイスとして、所定の電位を与えると、生体外皮を通して体内へ薬剤を供給するイオントフォレシス経皮投薬装置等が開発されている。また、体温、血圧、および脈拍のような生体情報を測定する測定回路と、測定された生体情報をチェックする監視部と、生体情報に関する電波信号を病院および消防のような施設へ送信する無線送信回路と、を備えたシート状の生体情報測定発信装置が開発されている。利用者の健康上の異変を示す生体情報が得られた場合、生体情報は自動的に病院等に伝達される。
【０００４】
上記の小型の電子機器およびデバイスの更なる小型化に伴い、薄型電池の更なる薄型化が求められている。このような要求に対して、外装体に、薄くかつ柔軟なラミネートフィルムを用いた薄型電池が検討されている（特許文献１）。ラミネートフィルムは、金属箔、およびその両面に形成された樹脂層からなる。このような薄型電池では、袋状のラミネートフィルムからなる外装体に、正極、負極、および正極と負極との間に配された電解質層を含むシート状の電極群が収納されている。一般に、電極群には一対のリードが接続され、それらの一部は、外部端子として、外装体の封止部より外部へ露出している。
【０００５】
ラミネートフィルムからなる外装体の代わりに、樹脂のベースフィルムと可撓性無機材料層とからなる薄型電池用のパッケージを用いることも提案されている（特許文献２）。無機材料層に、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等を用いることで、比較的シール性に優れたパッケージを安価で提供することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８５８８１号公報
【特許文献２】特開平６−２３１７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
薄型電池は、柔軟性に富む反面、円筒型や角型の電池に比べると、外部からの衝撃に対する耐性が小さいため、外装体が破損する可能性に配慮する必要がある。例えば、使用後の電池に対する使用者の取り扱い方は乱雑となりやすい。また、薄型電池により駆動される電子機器が、イオントフォレシス経皮投薬装置のような生体貼付型装置である場合、当該電子機器は使用後に廃棄されることが一般的である。このような場合、薄型電池も電子機器と一緒に廃棄されることになる。
【０００８】
使用後に乱雑に取り扱われ、あるいは廃棄された薄型電池には、通常の使用状態では想定されていない大きな外力が加えられる可能性がある。その際、電池に電力が残存していると、予想外の短絡電流が流れたり、電池が発熱したりする場合があり、安全性の面で不都合である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記を鑑み、本発明の一局面は、第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態と、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチを有する、電池デバイスに関する。
【００１０】
本発明の他の一局面は、第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態と、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチ、を有する電池デバイスの操作方法であって、前記電池の通常放電中は、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態を維持し、前記電池の通常放電後は、前記強制放電作動スイッチにより、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態から、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態に切り替えて、前記電池を強制放電させる、操作方法に関する。
【発明の効果】
【００１１】
強制放電作動スイッチの操作により、電池内の第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態から外部短絡した状態に切り替えことにより、使用後の電池に電力が残存している場合には、電池を強制放電させることができる。これにより、電池デバイスの安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】生体情報測定装置を具備する電池デバイスの一例を示す斜視図である。
【図２】変形させた同デバイスの外観の一例を示す斜視図である。
【図３】イオントフォレシス経皮投薬装置の一例を概念的に示す上面図である。
【図４Ａ】同イオントフォレシス経皮投薬装置のIV−IV線概略断面図である。
【図４Ｂ】同イオントフォレシス経皮投薬装置に薄型電池を一体化させた電池デバイスの一例の図４Ａに対応する断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電池デバイスの回路図である。
【図６】負荷がイオントフォレシス経皮投薬装置である場合の第１回路の回路図の一例である。
【図７】強制放電作動スイッチを具備する電池デバイスの一例およびそれを強制放電させる際の手順を示す図である。
【図８】強制放電作動スイッチを具備する電池の一例を示す上面図である。
【図９】押しボタン式の強制放電作動スイッチの一例の第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子が離間した状態（ａ）から接触した状態（ｂ）への動作を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る薄型電池の概略断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る薄型電池の上面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る薄型電池の概略断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る外装体を形成するラミネートフィルムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の電池デバイスは、第１電極、第２電極および第１電極と第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備する。また、本発明の電池デバイスは、第１電極と第２電極とが外部短絡した状態と、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチを有する。
【００１４】
電池の通常放電中は、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態が維持される。一方、電池の通常放電後は、強制放電作動スイッチにより、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態から、第１電極と第２電極とが外部短絡した状態に切り替えることが可能である。第１電極と第２電極とが外部短絡した状態では、電池の強制放電が行われる。
【００１５】
すなわち、電池の通常放電後は、強制放電作動スイッチにより、第１電極と第２電極との接続が開状態から閉状態に切り替えられる。ここで、開状態とは、第１電極と第２電極との間に外部短絡回路が形成されていない状態である。閉状態とは、第１電極と第２電極との間に外部短絡回路が形成されている状態である。また、通常放電とは、電子機器にその駆動に必要な電力を供給している状態である。
【００１６】
本発明の好ましい態様では、強制放電作動スイッチは、第１電極と電気的に接続された短絡形成用の第１ＳＷ端子と、第２電極と電気的に接続された短絡形成用の第２ＳＷ端子と、を具備する。この場合、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが電気的に非接続の状態から接続された状態に切り替えられることにより、第１電極と第２電極とが外部短絡して、電池の強制放電が開始される。
【００１７】
本発明の電池デバイスは、薄型電池からの電力供給により駆動される電子機器を具備してもよい。この場合、薄型電池と電子機器とが、一体となってシート化されている形態が好ましい。このような電子機器として、例えば、生体情報測定装置およびイオントフォレシス経皮投薬装置のような生体貼付型装置が挙げられる。薄型電池と電子機器とが一体化されたシート状の物品を、以下、電池−電子機器接合体とも称する。シート状の電池−電子機器接合体は、それ自体も柔軟性を有するように構成される。
【００１８】
生体貼付型装置は、ウェアラブル携帯端末とも称され、生体に密着した状態で使用されるために、長時間肌に密着させていても不快を感じない程度の可撓性が要求される。従って、生体貼付型装置の駆動用電源にも優れた可撓性が要求される。薄型電池は、このような装置の電源として有用である。また、生体貼付型装置は、使用後に廃棄する使い捨てタイプのものが便利である。したがって、強制放電作動スイッチを有する電池デバイスの用途としても生体貼付型装置は適している。
【００１９】
生体情報測定装置は、医療分野において、医師等が患者等の生体情報を監視することを目的として開発されている。生体情報測定装置は、生体の肌に接触した状態で、血圧、体温、脈拍等の生体情報を常時測定する。測定された情報は監視者の元に無線送信される。
【００２０】
イオントフォレシス経皮投薬装置は、所定の電位を与えると、生体外皮を通して体内へ薬剤を供給する装置である。イオントフォレシス経皮投薬装置は、生体に対向させる一対の電極を有する。そこで、電子機器がイオントフォレシス経皮投薬装置である場合、一対の電極の一方を、第１ＳＷ端子と一体に形成し、一対の電極の他方を、第２ＳＷ端子と一体に形成してもよい。電子機器の使用後も電子機器の電源をＯＮ状態で維持することにより、生体に対向させる一対の電極は、それぞれ電源である薄型電池の第１電極および第２電極と接続されたままの状態となっているからである。この場合、電子機器の一対の電極を短絡させると、電池の第１電極と第２電極も短絡する。
【００２１】
図１は、生体情報測定装置を具備する電池−電子機器接合体（電池デバイス）の一例を斜視図で示す。図２は、同デバイスを変形させた場合の外観の一例を示している。
生体情報測定装置４０は、その構成素子を保持するシート状の保持部材４１を具備する。保持部材４１は、柔軟性を有する材料で構成され、その内部から表面までの領域に、温度センサ４３、感圧素子４５、記憶部４６、情報送信部４７、ボタンスイッチＳＷ１および制御部４８が埋め込まれている。薄型電池２１は、保持部材４１の内部に設けられた平坦な空間に収容されている。つまり、電池２１と生体情報測定装置４０は、一体となってシート化されており、電池−電子機器接合体４２を構成している。
【００２２】
保持部材４１には、例えば絶縁性の樹脂材料を用いることができる。電池−電子機器接合体の一方の主面に、例えば粘着力を有する粘着剤４９を塗布することで、生体情報測定装置４０をユーザの手首、足首、首等に巻き付けることが可能となる。
【００２３】
温度センサ４３は、例えばサーミスタや熱電対等の感熱素子を用いて構成されており、ユーザの体温を示す信号を制御部４８へ出力する。感圧素子４５は、ユーザの血圧や脈拍を示す信号を制御部４８へ出力する。出力された信号に応じた情報を記憶する記憶部４６には、例えば不揮発性メモリを用いることができる。情報送信部４７は、制御部４８からの信号に応じて必要な情報を電波に変換して放射する。スイッチＳＷ１は、生体情報測定装置４０のオンとオフとを切り替える際に使用される。温度センサ４３、感圧素子４５、記憶部４６、情報送信部４７、スイッチＳＷ１および制御部４８は、例えばフレキシブル基板などに取り付けられ、基板表面に形成された配線パターンにより電気的に接続されている。
【００２４】
制御部４８は、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、装置の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えており、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、生体情報測定装置４０の各部の動作を制御する。
【００２５】
図３は、イオントフォレシス経皮投薬装置の一例を概念的に示す上面図であり、図４Ａは、同装置の概略断面図である。図４Ａは、図３のIV−IV線断面図に相当する。図４Ｂは、同装置に薄型電池１０１を一体化させた電池デバイスの一例の図４Ａに対応する断面図である。
イオントフォレシス経皮投薬装置４０Ａは、その構成素子を保持するシート状の保持部材１１１を具備する。保持部材１１１は、柔軟性を有する材料で構成される。保持部材１１１の内部には、薄型電池からの電力を制御する半導体素子１１２と、一対の平坦な電極１１３、１１４と、これら一対の電極１１３、１１４とそれぞれ対面する一対のリザーバ１１３ａ、１１４ａとが埋設されている。リザーバ１１３ａ、１１４ａは、いずれも通電可能なゲル状の材料で構成されている。リザーバ１１３ａ、１１４ａのいずれか一方には、イオン性薬剤が封入されている。半導体素子１１２は、例えば定電流ダイオードのような整流作用を有する素子であり、そのアノードは電池１０１の負極端子と接続され、カソードは電極１１３、１１４の一方と接続されている。リザーバ１１３ａ、１１４ａは、人体等の生体の皮膚に直接貼付される。電極１１３、１１４の他方は電池１０１の正極端子と接続される。
【００２６】
一対の電極間に電圧を印加すると、リザーバ１１３ａ、１１４ａのいずれかに封入されたイオン性薬剤は、電極間の電界により加速されて、皮下組織に浸透する。皮膚からの薬剤の浸透性は、半導体素子１１２によりコントロールされる。
【００２７】
本発明の好ましい態様では、電池デバイスを折り曲げることにより、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが接続可能となるように、電池デバイスに第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが設けられている。このような構造であれば、使用後の電池デバイスを折り曲げ位置で折り曲げる簡単な動作だけで、電池の強制放電を開始させることができる。電池デバイスの折り曲げ位置には、あらかじめ折り目やミシン目を設けておくことができる。
【００２８】
電池デバイスを折り曲げることにより第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが接続可能となる場合、折り曲げられた状態（第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが接続された状態）で、電池デバイスの折り曲げを固定することが好ましい。これにより、少なくとも一定期間は強制放電が維持されるので、強制放電が短期間でストップすることを防止できる。電池デバイスを折り曲げられた状態で固定する手段は、特に限定されないが、粘着剤、マジックテープ（登録商標）、様々な係合部材などを用いることができる。
【００２９】
第１電極と第２電極が外部短絡すると、第１電極と第２電極との間に比較的大きな電流が流れ続ける。その際、あまりに大きな電流が流れないように、必要に応じて、形成される外部短絡回路に抵抗を設けることが望ましい。第１電極と第２電極とが外部短絡したときに形成される外部短絡回路は、例えば、第１電極および第２電極に対して直列に接続された１ｋΩ以上、好ましくは１ｋΩ〜１０００ｋΩの抵抗を備えることが好ましい。
【００３０】
薄型電池の厚さは、特に限定されないが、柔軟性を考慮すると、１ｍｍ以下、さらには０．７ｍｍ以下であることが好ましい。シート状の電池−電子機器接合体（電池デバイス）の厚さは、薄型電池よりも多少厚くなる場合もあるが、同様の観点から、１ｍｍ以下であることが好ましい。ただし、薄型電池および電池−電子機器接合体の厚さは、いずれも５ｍｍ程度以下であれば、比較的良好な柔軟性が得られる場合もある。なお、これらの厚さを５０μｍ未満にすることは技術的に困難であるから、厚さの下限は５０μｍである。
【００３１】
薄型電池は、柔軟性に富むことが望ましい。電池の柔軟性には、電極群や外装体の弾性率が影響している。なかでも厚さ１ｍｍ以下の電池の場合、電池の柔軟性には外装体の弾性率が大きく影響する。柔軟性の観点からは、外装体の弾性率は小さいほど好ましい。しかし、外装体としての機能を維持するためには、ある程度の強度が必要である。柔軟性と強度とを両立させる観点から、外装体の引張弾性率は、例えば１０〜７００ＭＰａであることが好ましい。
【００３２】
電池の電極群は、外気（特に水蒸気）に触れると劣化する場合がある。そこで、電極群を密閉収納する外装体は、水蒸気に対するバリア性を具備することが望ましい。そのようなシート状材料として、例えば、水蒸気バリア層およびその両面に形成された樹脂層を含むラミネートフィルムが知られている。バリア層を有する外装体を用いることにより、電池に対する外気の影響（水蒸気が電池の発電要素に与える影響）を、効果的に低減することができる。バリア層の厚さは、外装体の柔軟性を確保する観点から、３５μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
電極群の構造は、特に限定されないが、シート化するのに適した電極が用いられる。例えば、電極群において、第１電極は、第１集電体シートおよびその表面に付着した第１活物質層を含み、第２電極は、第２集電体シートおよびその表面に付着した第２活物質層を含み、電解質層は、非水電解質を含み、かつ第１活物質層と第２活物質層との間に介在している。
【００３４】
好ましい一形態において、電極群は、第１集電体シートおよびその一方の表面に付着した第１活物質層を含む第１電極、第２集電体シートおよびその一方の表面に付着した第２活物質層を含む第２電極、ならびに第１活物質層と第２活物質層との間に介在する電解質層を含む。そして、第１集電体シートの他方の表面および第２集電体シートの他方の表面は、それぞれ外装体の内面と接している。
【００３５】
このような電極群は、基本的に、１枚の第１電極と、１枚の第２電極とを、貼り合わせた構造、すなわち、第１電極と電解質層と第２電極からなる三層構造（あるいは、第１集電体シートと第１活物質層と電解質層と第２活物質層と第２集電体シートからなる五層構造）を有する。ただし、本発明は、両端の第１電極と第２電極の間に、さらに、少なくとも１つの第１電極および少なくとも１つの第２電極を含む電極群を具備する薄型電池を排除するものではない。
【００３６】
好ましい他の一形態において、電極群は、第１集電体シートおよびその一方の表面に付着した第１活物質層を含む、一対の第１電極、第２集電体シートおよびその両面に付着した第２活物質層を含む第２電極、ならびに第１活物質層と第２活物質層との間に介在する電解質層を含む。そして、一対の第１集電体シートの他方の表面は、それぞれ外装体の内面と接している。
【００３７】
このような電極群は、基本的に、１枚の第２電極を、一対の第１電極で挟んだ構造、すなわち、最外層の一対の第１電極と、内層の第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在する２層の電解質層からなる五層構造を有する。ただし、本発明は、さらに、少なくとも１つの追加の第１電極および少なくとも１つの追加の第２電極を含む五層を超える構造の電極群を具備する薄型電池を排除するものではない。また、場合によっては、１つの第１電極および１つの第２電極を重ねて偏平形状に捲回してなる電極群を具備する薄型電池を排除するものでもない。
【００３８】
次に、本発明の一実施形態に係る電池デバイスについて説明する。
電池デバイスを使用後に廃棄する際、電池に電力が残存している場合には、廃棄前または廃棄後の短い期間内に、電池を強制放電させておくことが望ましい。そこで、電池デバイスには、その使用後に、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態から外部短絡した状態に切り替えるための強制放電作動スイッチが設けられている。
【００３９】
図５に示すように、電池デバイス（電池−電子機器接合体）１００は、通常、電池１０１と、電子機器（負荷）１０２と、これらを直列に接続する各経路とを具備する回路（第１回路）１１０を具備する。第１回路１１０は、第１スイッチ１０３により開状態から閉状態に変換される。負荷１０２が、図１、２で示される生体情報測定装置である場合、スイッチＳＷ１が第１スイッチ１０３に該当する。
【００４０】
図６は、負荷１０２がイオントフォレシス経皮投薬装置である場合の第１回路の回路図の一例である。第１スイッチ１０３を開状態から閉状態にすることで、電池１０１と投薬装置の定電流回路１１２と、投薬装置の一対の電極１１３、１１４とが直列接続される。一対の電極１１３、１１４の間の抵抗Ｒは、生体の皮膚に貼付されたゲル状の材料からなるリザーバ間の抵抗を示している。
【００４１】
図５の場合、第１回路１１０の他に、電池の第１電極と、第２電極と、抵抗１０５と、これらを直列に接続する各経路とを具備する第２回路１２０を具備する。第２回路１２０は、強制放電作動スイッチ（第２スイッチ）１０４により開状態から閉状態に変換される。強制放電作動スイッチ１０４が第１電極と第１経路を介して接続された第１ＳＷ端子と、第２電極と第２経路を介して接続された第２ＳＷ端子とを具備する場合、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とを接続することで、外部短絡回路が形成される。
【００４２】
電池デバイスの使用を終えた者が、強制放電作動スイッチを開状態から閉状態に変換（第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とを接続）することにより、電池１０１の正極と負極とが抵抗１０５だけを介して外部短絡する。これにより、比較的大きな電流が、第２回路１２０を流れ続け、短期間のうちに電池は完全放電状態に至ることとなる。抵抗１０５は、第２回路にあまり大きな電流が流れないように、必要に応じて、電池１０１と直列に接続される。ただし、第２回路に大きな電流が流れる心配がない場合、例えば、第２スイッチの接触状態や正極と負極とを接続させる経路に起因して十分な抵抗が既に存在する場合には、さらに抵抗１０５を接続する必要はない。
【００４３】
電池デバイスは、柔軟性に優れているため、容易に、物理的に変形させることができる。従って、強制放電作動スイッチ１０４は、電池デバイスに物理的な変形を加えることで、開状態から閉状態に変換するものであってもよい。この場合、物理的な変形を加える前には互いに離間されていた第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが、変形後の状態では互いに接触した状態となる。
【００４４】
次に、強制放電作動スイッチ（第２スイッチ）の具体的な構成について図７を参照して説明する。
図７（ａ）の電池デバイス４２Ｂは、矩形の形状を有し、長手方向に沿う一方の辺の両端付近に、電池２１の第１電極と第１経路を介して接続された第１ＳＷ端子１０４ｘと、電池２１の第２電極と第２経路を介して接続された第２ＳＷ端子１０４ｙとを具備する。電池デバイス４２Ｂは、例えば、薄型電池２１と一体化されたイオントフォレシス経皮投薬装置４０Ａである。
【００４５】
第１ＳＷ端子１０４ｘと第２ＳＷ端子１０４ｙは、所定の折り曲げ位置（破線Ｘ）で電池デバイス４２Ｂを折り曲げた場合に、互いに対向するように配置されている。折り曲げ位置には、破線Ｘに沿って、あらかじめ折り目やミシン目を設けておくことができる。電池デバイス４２Ｂは、薄いシート状であるため、その使用を終えた者が容易に折り曲げ可能である。つまり、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、電池デバイス４２Ｂを折り曲げる動作により、第１ＳＷ端子１０４ｘと第２ＳＷ端子１０４ｙとが接触し、電池２１を含む外部短絡回路が形成される。
【００４６】
折り曲げられた電池デバイス４２Ｂは、図７（ｃ）のように、第１ＳＷ端子１０４ｘと第２ＳＷ端子１０４ｙとが接触した状態を、少なくとも暫くの間は維持することが望ましい。したがって、電池デバイス４２Ｂは、第１ＳＷ端子１０４ｘと第２ＳＷ端子１０４ｙとを接触させた状態で固定し得る固定手段を具備することが好ましい。このような要請に対しては、例えば、第１ＳＷ端子１０４ｘおよび第２ＳＷ端子１０４ｙが露出する側の電池デバイス４２Ｂの面に、粘着剤、マジックテープ（登録商標）、様々な係合部材などを付与することが望ましい。粘着剤は、生体に電池デバイス４２Ｂを貼付するためにも利用することができる。あるいは、第１ＳＷ端子１０４ｘおよび第２ＳＷ端子１０４ｙの一方を凹状に、他方を凸状に形成し、両者が互いに係合するように構成してもよい。
【００４７】
第１ＳＷ端子および第２ＳＷ端子の形態は、特に限定されない。例えば、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子との確実な接触を確保するために、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子の面積をより大きくしてもよい。また、イオントフォレシス経皮投薬装置の場合は、リザーバ１１３ａ、１１３ｂがそれぞれ第１ＳＷ端子、第２ＳＷ端子となっても構わない。また、電池デバイスに限らず、電池自体に強制放電作動スイッチを構成する第１ＳＷ端子および第２ＳＷ端子を形成してもよい。
【００４８】
図８に示す薄型電池２１Ｂでは、強制放電作動スイッチを電池自体に設けてある。負極リード３Ａと正極リード６Ａが、矩形の電池の互いに対向する二辺から外部に導出されている。リード３Ａ、６Ａは、外部に露出する部分以外に、シール材料１０Ａ、１０Ｂで覆われた内部リード部３ａ、６ａを有する。内部リード部３ａ、６ａは、強制放電作動スイッチを構成する外部に露出した第１ＳＷ端子２３および第２ＳＷ端子２４とそれぞれ接続されている。第１ＳＷ端子２３および第２ＳＷ端子２４の面積は、いずれも電池の輪郭で囲まれた面積の１〜２０％である。電池２１Ｂを破線Ｙで折り曲げて二つ折りにすると、第１ＳＷ端子２３と第２ＳＷ端子２４とが、ほぼ確実に接触する。また、電池２１Ｂの第１ＳＷ端子２３と第２ＳＷ端子２４とが露出する面には、その端子面を除いて、ほぼ全面にわたって粘着剤２５が付与されており、粘着剤２５により第１ＳＷ端子２３と第２ＳＷ端子２４とが接触した状態が維持される。
【００４９】
リード３Ａ、６Ａは、電池の外部端子として利用されるが、これらは内部リード部３ａ、６ａ（第１ＳＷ端子２３、第２ＳＷ端子２４）と互いに互換性がある。つまり、リード３Ａ、６Ａを適宜整形して強制放電作動スイッチのＳＷ端子として利用するとともに、第１ＳＷ端子２３、第２ＳＷ端子２４を電池の外部端子（電子機器に接続する電力供給用の端子）として利用してもよい。
【００５０】
電池デバイスの折り曲げ位置には、折り目やミシン目を設けることもできるが、折り曲げ位置を電池デバイスの他の部分よりも柔軟性が高くなるように設計してもよい。例えば、折り曲げ位置の引張弾性率を、他の部分よりも小さくなるように設計してもよい。あるいは、折り曲げ位置の幅を、他の部分より狭くしてもよい。
【００５１】
強制放電作動スイッチは、電池デバイスの折り曲げに伴って開状態から閉状態に変換されるものである必要はない。例えば、押しボタン式のスイッチでもよい。また、強制放電作動スイッチは、電池デバイスの物理的変形に伴って作動するものでなくてもよい。例えば、電池デバイスが生体に貼付された状態から剥がされたときに、自動的に使用終了を検知し、強制放電作動スイッチが作動するように、制御回路で制御してもよい。このような制御回路は、電子機器に組み込めばよい。
【００５２】
図９に押しボタン式スイッチの一例を示す。図９において、第１ＳＷ端子２３Ａは環状の絞り部（小径部）２７を有する円筒形状であり、第１ＳＷ端子２３Ａと対向配置された第２ＳＷ端子２４Ａは平坦形状である。図９（ａ）に示すように、第２ＳＷ端子２４Ａの周縁部には、第１ＳＷ端子２３Ａと第２ＳＷ端子２４Ａとを離間させるとともに、第１ＳＷ端子２３Ａの絞り部２７と係合させる鍔部２８を有する絶縁性スペーサ２６が取り付けられている。電池デバイスの使用前および使用中は、第１ＳＷ端子２３Ａと第２ＳＷ端子２４Ａとが離間した状態（（ａ）の状態）であり、その使用後に第１ＳＷ端子２３Ａを第２ＳＷ端子２４Ａに向かって押し込むと、図９（ｂ）に示すように、鍔部２８が絞り部２７に係合するとともに、第１ＳＷ端子２３Ａと第２ＳＷ端子２４Ａとが接触した状態で固定される。なお、第１ＳＷ端子２３Ａは、例えば、電池の第１電極と接続されて外部に導出されるリード片３ｂの一部と接続する。同様に、第２ＳＷ端子２４Ａは、電池の第２電極と接続されて外部に導出されるリード片６ｂの一部と接続する。
【００５３】
なお、電池を強制放電させる手段は、図５に示すような、第２回路に限られない。シート化された電子機器が、その主要平坦面の対称な位置に、電池の正極および負極と接続された一対の電極を有する場合には、その一対の電極を折り曲げなどの物理的変形により接触させる構成としてもよい。例えば、電子機器がイオントフォレシス経皮投薬装置である場合、一対の電極の一方を、第１ＳＷ端子と一体に形成し、一対の電極の他方を、第２ＳＷ端子と一体に形成してもよい。
【００５４】
次に、本発明の一実施形態に係る薄型電池について、図１０、１１を参照しながら説明する。
図１０は、薄型電池２１の概略断面図である。図１１は、電池２１の上面図である。図１０は、図１１のX−X線断面図に相当する。電池２１は、電極群１３と、電極群１３を収納する外装体８とを備える。電極群１３は、負極１１、正極１２、および負極１１と正極１２との間に介在する電解質層７を具備する。負極１１は、負極集電体シート１および負極集電体シート１の一方の表面に付着した負極活物質層２を有する。正極１２は、正極集電体シート４および正極集電体シート４の一方の表面に付着した正極活物質層５を有する。負極１１および正極１２は、電解質層７を介して、正極活物質層５と負極活物質層２とが向かい合うように配置されている。負極集電体シート１には負極リード３が接続され、正極集電体シート４には正極リード６が接続されている。負極リード３および正極リード６の一部は、外装体８から外部へ露出しており、その露出部は負極外部端子および正極外部端子として機能する。
【００５５】
外装体８は、例えば、バリア層およびその両面にそれぞれ形成された樹脂層を具備するラミネートフィルムで形成されている。ラミネートフィルムを外装体に形成する方法は特に限定されない。例えば、ラミネートフィルムが、電極群１３を平面に沿って２つ並べたときの矩形の面積よりも大きな面積を有する場合、このラミネートフィルムをセンターラインで折り返し、センターラインで繋がれた対向する２辺の周縁部を接着することにより、袋状の外装体が得られる。一方、ラミネートフィルムをセンターラインで折り返し、ラミネートフィルムの両端同士を重ね合わせた後、端部同士を溶着すれば、筒状の外装体が得られる。
【００５６】
負極集電体シート１には、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体シート１は、負極活物質と合金を形成せず、電子伝導性に優れていることが好ましい。よって、負極集電体シート１は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種の箔であることが好ましい。負極集電体シート１の厚みは、例えば５〜３０μｍであることが好ましい。負極集電体シート１の厚みを５μｍ以上とすることで、負極集電体シート１は優れた強度を維持することができる。負極集電体シート１の厚みを３０μｍ以下とすることで、負極集電体シート１に、より高い柔軟性を付与することができ、屈曲時に負極集電体シート１に大きなストレスが発生しにくくなる。
【００５７】
負極活物質層２は、負極活物質、結着剤および必要に応じて導電剤を含む合剤層でもよく、蒸着のような気相法で形成される堆積膜でもよく、金属シートでもよい。合剤層に含ませる負極活物質としては、炭素材料（例えば黒鉛）、ケイ素合金、ケイ素酸化物などが挙げられる。堆積膜としては、ケイ素合金膜、ケイ素酸化物膜などが挙げられる。金属シートとしては、シート状のリチウム金属またはリチウム合金を用いることができる。負極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。
【００５８】
なお、上記の強制放電スイッチは、負極活物質層２が、金属リチウムまたはリチウム合金を含む場合には、安全性の向上の観点から、電池または電池デバイスに組み込むことが特に望ましい。負極集電体シート１との密着力を高める観点から、シート状のリチウム金属またはリチウム合金の厚みは、１０〜１００μｍであることが好ましい。厚みを１００μｍ以下とすることで、負極活物質層２が優れた柔軟性を維持することができ、電池の屈曲時に負極集電体シート１からの負極活物質層２の剥離が高度に抑制される。負極活物質層２の厚みを１０μｍ以上とすることで、エネルギー密度の高い電池を得やすくなる。ここで、負極活物質層２の厚みは、未放電状態時または充電状態の厚みである。
【００５９】
リチウム合金としては、例えば、Ｌｉ−Ｓｉ合金、Ｌｉ−Ｓｎ合金、Ｌｉ−Ａｌ合金、Ｌｉ−Ｇａ合金、Ｌｉ−Ｍｇ合金、またはＬｉ−Ｉｎ合金が用いられる。負極容量を確保する観点から、リチウム合金中において、Ｌｉ以外の元素が存在する割合は、０．１〜１０重量％が好ましい。負極集電体シート１にリチウム金属またはリチウム合金を圧着させて、負極集電体シート１とリチウム金属またはリチウム合金とを密着させることにより、負極１１が得られる。
【００６０】
正極集電体シート４には、金属フィルム、金属箔、金属繊維の不織布のような金属材料が用いられる。正極集電体シートは、例えば、銀、ニッケル、パラジウム、金、白金、アルミニウムおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種の箔であることが好ましい。正極集電体シートの厚さは、例えば１〜３０μｍであることが好ましい。
【００６１】
正極活物質層５は、正極活物質と、結着剤と、必要に応じて導電剤とを含む合剤層でもよく、蒸着のような気相法で形成される堆積膜でもよい。正極活物質は、特に限定されないが、例えば、二酸化マンガン、フッ化カーボン（フッ化黒鉛）、リチウム含有複合酸化物、金属硫化物および有機硫黄化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることができる。正極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。合剤層は良好な柔軟性を有するため、電池の屈曲時に正極集電体シートの変形に十分に追従することができる。
【００６２】
一次電池の正極活物質としては、（ＣＦw）m（式中、ｍは１以上の整数であり、０＜ｗ≦１）で表されるフッ化黒鉛や、二酸化マンガンが適している。二次電池の正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物、例えば、ＬｉxaＣｏＯ2、ＬｉxaＮｉＯ2、ＬｉxaＭｎＯ2、ＬｉxaＣｏyＮｉ1-yＯ2、ＬｉxaＣｏyＭ1-yＯz、ＬｉxaＮｉ1-yＭyＯz、ＬｉxbＭｎ2Ｏ4、ＬｉxbＭｎ2-yＭyＯ4などが適している。ここで、Ｍは、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘａ＝０〜１．２、ｘｂ＝０〜２、ｙ＝０〜０．９、ｚ＝２〜２．３である。ｘａおよびｘｂは、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
【００６３】
正極または負極の合剤層に含ませる導電剤には、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト類；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類などが用いられる。
【００６４】
正極または負極の合剤層に含ませる結着剤には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸などのアクリル樹脂、スチレンブタジエンゴムなどのゴム類などが用いられる。
【００６５】
電解質層７としては、例えば、高分子電解質、固体電解質、セパレータに含浸させた非水電解液等を用いることができる。これらの中では漏液を抑制することができる点から高分子電解質または固体電解質が好ましい。
【００６６】
高分子電解質は、例えば、リチウム塩と非水溶媒との混合物である電解液をマトリクスポリマーに保持させることにより調製される。リチウム塩の具体例としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、イミド塩類等が挙げられる。また、非水溶媒の具体例としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状炭酸エステル；ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の鎖状炭酸エステル；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステル；等が挙げられる。マトリクスポリマーの具体例としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とを繰り返し単位に含む共重合体、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とトリフルオロエチレン（ＴＦＥ）とを繰り返し単位に含む共重合体等のフッ素系ポリマー，シリコンゲル，アクリルゲル，アクリロニトリルゲル，ポリフォスファゼン変性ポリマー，ポリエチレンオキサイド，ポリプロピレンオキサイド及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変性ポリマー等が挙げられる。
【００６７】
固体電解質は、例えば、正極または負極の表面に、ＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いて、リチウムイオン伝導体を堆積させることにより調製できる。リチウムイオン伝導体の具体例としては、リチウム硫化物等が挙げられる。
【００６８】
セパレータに含浸させる非水電解液は、上述したようなリチウム塩と非水溶媒とを混合することで調製される。セパレータとしては、例えば、ポリエチレン，ポリプロピレン等のポリオレフィンや、ポリアミドイミド等のポリアミド等の樹脂から成形された微多孔膜が好ましく用いられる。セパレータの厚さは、例えば８〜３０μｍである。
【００６９】
負極リード３および正極リード６は、例えば、負極集電体シートまたは正極集電体シートにそれぞれ溶接により接続される。負極リードとしては、例えば、銅リード、銅合金リード、ニッケルリード等が好ましく用いられる。正極リードとしては、例えば、ニッケルリード、アルミニウムリード等が好ましく用いられる。
【００７０】
薄型電池は、例えば、以下のように作製される。
負極と正極とを、負極活物質層と正極活物質層とが向かい合うように配置し、電解質層を介して、重ね合わせ、電極群を構成する。このとき、負極には、負極リードを取り付け、正極に正極リードを取り付ける。一方、筒状に形成された第１外装体の一方の開口から電極群を挿入した後、その開口を熱溶着により閉じる。この時、筒状の第１外装体の一方の開口から正極リードおよび負極リードの一部が外部へ露出するように電極群を配置する。この露出部が正極外部端子および負極外部端子となる。次に、筒状の第１外装体の他方の開口から非水電解液を注入した後、その開口を熱溶着により閉じる。このようにして、電極群を第１外装体内に密閉する。
【００７１】
次に、本発明の他の実施形態に係る薄型電池について、図１２を参照しながら説明する。
図１２の電池２１Ａは、電極群１３Ａと、電極群１３Ａを収納する外装体８Ａとを備える。電極群１３Ａは、１枚の負極１１Ａと、これを挟むように配置された一対の正極１２Ａと、負極１１Ａと正極１２Ａとの間に介在する電解質層７Ａとを具備する。このような構造は、対称性がよく、いずれの方向に屈曲させても、電池２１Ａに付与される応力の程度に大きな差が生じない。よって、例えば、電池２１Ａを電子機器に組み込む際に、電池の方向を意識する必要がなくなる点で便利である。
【００７２】
負極１１Ａは、負極集電体シート１Ａおよび負極集電体シート１Ａの両方の表面にそれぞれ付着した負極活物質層２Ａを有する。一方、一対の正極１２Ａは、正極集電体シート４Ａおよび正極集電体シート４Ａの一方の表面のみに付着した正極活物質層５を有する。一対の正極１２Ａは、電解質層７を介して、正極活物質層５Ａと負極１１Ａとが向かい合うように、負極１１Ａを挟んで配置される。負極集電体シート１Ａには負極リード３Ａが接続され、正極集電体シート４Ａには正極リード６Ａが接続されている。負極リード３Ａおよび正極リード６Ａの一部は、外装体８Ａから外部へ露出しており、その露出部は負極端子および正極端子として機能する。なお、外装体８Ａと各リードとの間には、密閉性を高めるためにシール材料１０を介在させてもよい。シール材料１０には、熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００７３】
次に、図１３を参照して、外装体に適用し得る、バリア層およびその両面に形成された樹脂層を具備するシート状材料（ラミネートフィルム）について詳しく説明する。
ラミネートフィルム８は、無機材料層（バリア層）８ａと、バリア層８ａの一方の面に接着された第１の樹脂フィルム８ｂと、バリア層８ａの他方の面に接着された第２の樹脂フィルム８ｃとを含む積層体である。
【００７４】
バリア層８ａの形成に用いられる無機材料は、特に限定されないが、バリア性能、強度、耐屈曲性などの点で、金属層、セラミックス層などを用いることが好適である。また、リチウム基準（vs.Li+/Li）で、３ボルト以上の耐電圧を有するバリア層を形成しうる無機材料が好ましい。具体的には、例えば、アルミニウム，チタン，ニッケル，鉄，白金，金，銀等の金属材料や、酸化ケイ素，酸化マグネシウム，酸化アルミニウム等の無機酸化物材料が好ましい。耐電圧に優れたバリア層を形成することにより、バリア層の酸化等による破損を抑制することができる。これらの中では、得られるラミネートフィルムの可撓性とバリア性とのバランスに優れる点から、酸化アルミニウム、酸化ケイ素が特に好ましく、製造コストが低い点からはアルミニウムが特に好ましい。
【００７５】
外装体のバリア層の厚さは、外装体の柔軟性を確保する観点からは、薄いほど望ましく、例えば３５μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以下がさらに好ましい。ただし、薄型電池または電池デバイスの使用期間中のバリア性を確保する観点からは、例えば０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．１μｍ以上がさらに好ましい。なお、これらの上限および下限は、任意に組み合わせて厚さの範囲を設定できる。例えば、厚さ０．０１〜０．５μｍのバリア層が好ましい。
【００７６】
好ましい厚さ０．０１〜０．５μｍのバリア層を有するラミネートフィルムは、第１の樹脂フィルム８ｂの一面に、厚みが０．０１〜０．５μｍの無機材料の蒸着層８ａを形成し、さらに、第２の樹脂フィルム８ｃをラミネートすることにより製造される。蒸着層８ａは、平均厚さが０．０１〜０．５μｍになるように無機材料を堆積させることにより形成される。蒸着法の具体例としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、化学気相成長法、プラズマ化学気相成長法、溶射法等が挙げられる。これらの中では、真空蒸着法が特に好ましく用いられる。
【００７７】
蒸着層の平均的な厚さは、好ましくは０．０１〜１μｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．５μｍである。蒸着層の平均的な厚さを０．５μｍ以下とすることで、ラミネートフィルムは可撓性に特に優れたものとなり、その結果、電池の可撓性も高くなる。また、蒸着層の平均的な厚さを０．０１μｍ以上とすることで、外装体に要求される程度のバリア性を十分に確保することができる。
【００７８】
より厚いバリア層を有するラミネートフィルムは、例えば、厚みが１０〜３５μｍの金属箔８ａを、第１の樹脂フィルム８ｂと、第２の樹脂フィルム８ｃとで、挟んで、ラミネートすることにより製造される。
【００７９】
熱溶着の容易さ、耐電解質性および耐薬品性の観点から、外装体の内面側に配置される樹脂フィルムの材料は、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ）のようなポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などであることが好ましい。また、同様の観点から、内面側の樹脂フィルムの厚さは、１０〜１００μｍ、さらには１０〜５０μｍであることが好ましい。
【００８０】
強度、耐衝撃性および耐薬品性の観点から、外装体の外面側に配置される樹脂フィルムは、６，６−ナイロンのようなポリアミド（ＰＡ）、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリブチレンテレフタレートのようなポリエステルなどが好ましい。また、同様の観点から、外面側の樹脂フィルムの厚さは、５〜１００μｍ、さらには１０〜５０μｍであることが好ましい。
【００８１】
具体的には、外装体としては、ＰＰ／Ａｌ箔／ＰＡのラミネートフィルム、ＰＰ／Ａｌ箔／ＰＰのラミネートフィルム、ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥのラミネートフィルム、酸変性ＰＰ／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、酸変性ＰＥ／ＰＡ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／Ｎｉ箔／ＰＥ／ＰＥＴのラミネートフィルム、ＥＶＡ／ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルムが挙げられる。
【００８２】
ラミネートフィルムの全厚は、例えば１５〜３００μｍであり、３０〜１５０μｍであることが好ましい。ラミネートフィルムの全厚が上記範囲であれば、外装体に要求される様々な性能を十分に確保することができ、薄型電池や電池包装体の厚さを小さく維持することも容易である。
【００８３】
外装体の引張弾性率は、１０〜７００ＭＰａであることが好ましい。電極群の厚さを低減した薄型電池においては、外装体の柔軟性が電池全体の柔軟性の向上に与える影響を無視できない。電極群と非水電解質（すなわち発電要素）を密閉収納する外装体の引張弾性率を１０〜７００ＭＰａに設定することにより、電池の柔軟性が向上し、人体に対する装着感が大きく改善される。また、外装体として必要な強度を維持できる。柔軟性の点では、外装体の引張弾性率は小さいほど望ましく、例えば９０ＭＰａ以下が望ましく、８０ＭＰａ以下がより好ましく、５０ＭＰａ以上がさらに好ましい。ただし、耐屈曲性のような機械的強度を考慮すると、５ＭＰａ以上が望ましく、１０ＭＰａ以上がより好ましく、１５ＭＰａ以上がさらに好ましい。なお、これらの上限および下限は、任意に組み合わせて引張弾性率の範囲を設定できる。
【００８４】
なお、外装体の引張弾性率は以下の方法で測定できる。
まず、外装体を構成するラミネートフィルムを平行部幅５ｍｍ、標線間距離２０ｍｍの引張試験３号ダンベルに切出す。この引張試験３号ダンベルを試料に用いて、ＪＩＳ Ｋ７１６１に準拠して５ｍｍ／分の引張速度にて万能試験機を用いて引張試験を行い、引張弾性率を求める。
【００８５】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００８６】
《実施例１》
以下の手順で、基本的な構造が図１０、１１に示す電池と同様である薄型電池を作製した。
【００８７】
（１）負極の作製
負極集電体シート１として、厚さ１２μｍの電解銅箔を準備した。その電解銅箔の一方の面に、負極活物質層２であるリチウム金属箔（厚み２０μｍ）を１００Ｎ／ｃｍの線圧で圧着し、負極１１を得た。これを５ｍｍ×５ｍｍのタブ部を一方の短辺の中央に有する５０×５０ｍｍのサイズに切り抜いた後、タブ部に銅製の負極リード３を超音波溶接した。
【００８８】
（２）正極の作製
正極活物質である３５０℃で加熱した電解二酸化マンガンと、導電剤であるアセチレンブラックと、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の溶液とを、二酸化マンガン：アセチレンブラック：ＰＶＤＦの重量比が１００：５：５となるように混合した後、ＮＭＰを適量加え、正極合剤ペーストを得た。
【００８９】
正極集電体シート４として、アルミニウム箔（厚さ１５μｍ）を準備した。そのアルミニウム箔の一方の面に、正極合剤を塗布し、８５℃で１０分乾燥し、正極活物質層５を形成した後、それをロールプレス機にて１２０００Ｎ／ｃｍの線圧で圧縮し、正極１２を得た。これを５ｍｍ×５ｍｍのタブ部を一方の短辺の中央に有する５０×５０ｍｍのサイズに切り抜いた後、１２０℃で２時間減圧乾燥した。タブ部にアルミニウムの正極リード６を超音波溶接した。
【００９０】
（３）電極群の作製
負極活物質層２と正極活物質層５とが互いに向かい合うように負極１１および正極１２を配置した。ただし、正極リードと負極リードは、互いに逆方向に突出させた。その後、負極１１と正極１２との間に、微多孔性ポリエチレンフィルム（厚さ９μｍ、幅３２ｍｍ）からなるセパレータを配置し、電極群１３を得た。
【００９１】
（４）電池の組立て
アルミニウム製のバリア層を有する筒状のラミネートフィルムからなる外装体８に電極群１３を収納した。ラミネートフィルムには、ＰＰ層（厚さ３５μｍ）／アルミニウム蒸着膜（厚さ０．０５μｍ）／ナイロン（ＰＡ）層（厚さ１５μｍ）の３層構造で、総厚約５０μｍ、引張弾性率５０ＭＰａのものを用いた。ＰＰ層を内側に、ＰＡ層を外側に配置した。
【００９２】
外装体８の一方の開口に正極リード６、他方の開口に負極リード３を通し、正極リード６の一部および負極リード３の一部を外装体８から露出させた。負極リード３を挟んで、外装体８の一方の開口を熱溶着により閉じた。次に、外装体８の他方の開口から非水電解質０．８ｇを注入した後、６６０ｍｍＨｇの減圧環境下で１０秒間脱気した。非水電解質には、ＬｉＣｌＯ4を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた非水溶媒を用いた。非水溶媒には、プロピレンカーボネートおよびジメトキシエタンの混合溶媒（体積比１：１）を用いた。
【００９３】
その後、正極リード６を挟んで、外装体８の他方の開口を熱溶着により閉じ、外装体８内に電極群１３を密閉した。このようにして、サイズ６０ｍｍ×６５ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍの薄型電池２１（電池Ｘ）を作製した。 得られた電池は４５℃で１日間エージングした。
【００９４】
負極リード３および正極リード６における外装体８内から外部へ露出した部分を、電池の同じ面に向かって折り曲げ、先端部を除いて絶縁テープ１０Ａで覆うとともに電池に固定した。次に、負極リード３および正極リード６の先端に、それぞれサイズ１４ｍｍ×１４ｍｍの銅箔およびアルミニウム箔を負極外部端子２３および正極外部端子２４として溶接し、各々を接着剤で外装体８の外面に貼り付けた。銅箔およびアルミニウム箔を貼り付けた外装体の面の余白には、粘着剤を塗布した。
【００９５】
（５）電池デバイス（電池−電子機器接合体）の作製
図３、４に示すようなサイズ８０ｍｍ×７０ｍｍのイオントフォレシス経皮投薬装置を準備した。投薬装置の一方の面の中央には、定電流ダイオードを有する半導体素子１１２を配置し、他方の面には、一対の電極１１３、１１４およびこれに積層された一対のリザーバ１１３ａ、１１４ａを並列に配置した。半導体素子１１２の両側には、電極１１３、１１４と導通する一対の接続用端子を配置した。その一対の接続用端子を、それぞれ電池の負極外部端子２３および正極外部端子２４と接触させるとともに、図４Ｂに示すように、電池と投薬装置を積層した。電池に塗布された粘着剤により、電池と投薬装置は互いに固定された。
【００９６】
上記構成においては、一対のリザーバ１１３ａ、１１４ａを負極外部端子２３および正極外部端子２４を、それぞれ強制放電作動スイッチの負極ＳＷ端子および正極ＳＷ端子として機能させることができる。
【００９７】
［評価］
電池デバイスの投薬装置を作動させ、電池容量の１０％を消費させた。そして、投薬装置の一対のリザーバが互いに接触するように、電池−電子機器接合体を二つ折にして固定した。２４時間後に電池電圧を測定したところ、０．０５Ｖであり、電池が完全放電状態であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明の電池デバイスは、例えば、生体に貼り付けて使用するイオントフォレシス経皮投薬装置や生体情報測定装置のような小型の電子機器への使用に適している。
【符号の説明】
【００９９】
１：負極集電体シート、２：負極活物質層、３：負極リード、４：正極集電体シート、５：正極活物質層、６：正極リード、７：電解質層、８：第１外装体、９：第２外装体、１１：負極、１２：正極、１３：電極群、２１，１０１：薄型電池、３１：電池包装体、４０，１０２：電子機器、４１：保持部材、４２，１００：電池デバイス、１０３：第１スイッチ、１０４：強制放電作動スイッチ（第２スイッチ）、１０５：抵抗、１１０：第１回路、１２０：第２回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状の電極群と、これを密閉収納する外装体と、を含む薄型電池、を具備する電池デバイスおよびその操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ＩＣカード、温度センサ、補聴器、および感圧ブザーのような小型の電子機器の電源として、薄型電池が用いられている。
【０００３】
生体に接触した状態で作動するデバイス（生体貼付型装置）にも、薄型電池が用いられている。このようなデバイスとして、所定の電位を与えると、生体外皮を通して体内へ薬剤を供給するイオントフォレシス経皮投薬装置等が開発されている。また、体温、血圧、および脈拍のような生体情報を測定する測定回路と、測定された生体情報をチェックする監視部と、生体情報に関する電波信号を病院および消防のような施設へ送信する無線送信回路と、を備えたシート状の生体情報測定発信装置が開発されている。利用者の健康上の異変を示す生体情報が得られた場合、生体情報は自動的に病院等に伝達される。
【０００４】
上記の小型の電子機器およびデバイスの更なる小型化に伴い、薄型電池の更なる薄型化が求められている。このような要求に対して、外装体に、薄くかつ柔軟なラミネートフィルムを用いた薄型電池が検討されている（特許文献１）。ラミネートフィルムは、金属箔、およびその両面に形成された樹脂層からなる。このような薄型電池では、袋状のラミネートフィルムからなる外装体に、正極、負極、および正極と負極との間に配された電解質層を含むシート状の電極群が収納されている。一般に、電極群には一対のリードが接続され、それらの一部は、外部端子として、外装体の封止部より外部へ露出している。
【０００５】
ラミネートフィルムからなる外装体の代わりに、樹脂のベースフィルムと可撓性無機材料層とからなる薄型電池用のパッケージを用いることも提案されている（特許文献２）。無機材料層に、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等を用いることで、比較的シール性に優れたパッケージを安価で提供することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８５８８１号公報
【特許文献２】特開平６−２３１７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
薄型電池は、柔軟性に富む反面、円筒型や角型の電池に比べると、外部からの衝撃に対する耐性が小さいため、外装体が破損する可能性に配慮する必要がある。例えば、使用後の電池に対する使用者の取り扱い方は乱雑となりやすい。また、薄型電池により駆動される電子機器が、イオントフォレシス経皮投薬装置のような生体貼付型装置である場合、当該電子機器は使用後に廃棄されることが一般的である。このような場合、薄型電池も電子機器と一緒に廃棄されることになる。
【０００８】
使用後に乱雑に取り扱われ、あるいは廃棄された薄型電池には、通常の使用状態では想定されていない大きな外力が加えられる可能性がある。その際、電池に電力が残存していると、予想外の短絡電流が流れたり、電池が発熱したりする場合があり、安全性の面で不都合である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記を鑑み、本発明の一局面は、第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態と、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチを有する、電池デバイスに関する。
【００１０】
本発明の他の一局面は、第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態と、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチ、を有する電池デバイスの操作方法であって、前記電池の通常放電中は、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態を維持し、前記電池の通常放電後は、前記強制放電作動スイッチにより、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態から、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態に切り替えて、前記電池を強制放電させる、操作方法に関する。
【発明の効果】
【００１１】
強制放電作動スイッチの操作により、電池内の第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態から外部短絡した状態に切り替えことにより、使用後の電池に電力が残存している場合には、電池を強制放電させることができる。これにより、電池デバイスの安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】生体情報測定装置を具備する電池デバイスの一例を示す斜視図である。
【図２】変形させた同デバイスの外観の一例を示す斜視図である。
【図３】イオントフォレシス経皮投薬装置の一例を概念的に示す上面図である。
【図４Ａ】同イオントフォレシス経皮投薬装置のIV−IV線概略断面図である。
【図４Ｂ】同イオントフォレシス経皮投薬装置に薄型電池を一体化させた電池デバイスの一例の図４Ａに対応する断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電池デバイスの回路図である。
【図６】負荷がイオントフォレシス経皮投薬装置である場合の第１回路の回路図の一例である。
【図７】強制放電作動スイッチを具備する電池デバイスの一例およびそれを強制放電させる際の手順を示す図である。
【図８】強制放電作動スイッチを具備する電池の一例を示す上面図である。
【図９】押しボタン式の強制放電作動スイッチの一例の第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子が離間した状態（ａ）から接触した状態（ｂ）への動作を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る薄型電池の概略断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る薄型電池の上面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る薄型電池の概略断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る外装体を形成するラミネートフィルムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の電池デバイスは、第１電極、第２電極および第１電極と第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備する。また、本発明の電池デバイスは、第１電極と第２電極とが外部短絡した状態と、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチを有する。
【００１４】
電池の通常放電中は、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態が維持される。一方、電池の通常放電後は、強制放電作動スイッチにより、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態から、第１電極と第２電極とが外部短絡した状態に切り替えることが可能である。第１電極と第２電極とが外部短絡した状態では、電池の強制放電が行われる。
【００１５】
すなわち、電池の通常放電後は、強制放電作動スイッチにより、第１電極と第２電極との接続が開状態から閉状態に切り替えられる。ここで、開状態とは、第１電極と第２電極との間に外部短絡回路が形成されていない状態である。閉状態とは、第１電極と第２電極との間に外部短絡回路が形成されている状態である。また、通常放電とは、電子機器にその駆動に必要な電力を供給している状態である。
【００１６】
本発明の好ましい態様では、強制放電作動スイッチは、第１電極と電気的に接続された短絡形成用の第１ＳＷ端子と、第２電極と電気的に接続された短絡形成用の第２ＳＷ端子と、を具備する。この場合、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが電気的に非接続の状態から接続された状態に切り替えられることにより、第１電極と第２電極とが外部短絡して、電池の強制放電が開始される。
【００１７】
本発明の電池デバイスは、薄型電池からの電力供給により駆動される電子機器を具備してもよい。この場合、薄型電池と電子機器とが、一体となってシート化されている形態が好ましい。このような電子機器として、例えば、生体情報測定装置およびイオントフォレシス経皮投薬装置のような生体貼付型装置が挙げられる。薄型電池と電子機器とが一体化されたシート状の物品を、以下、電池−電子機器接合体とも称する。シート状の電池−電子機器接合体は、それ自体も柔軟性を有するように構成される。
【００１８】
生体貼付型装置は、ウェアラブル携帯端末とも称され、生体に密着した状態で使用されるために、長時間肌に密着させていても不快を感じない程度の可撓性が要求される。従って、生体貼付型装置の駆動用電源にも優れた可撓性が要求される。薄型電池は、このような装置の電源として有用である。また、生体貼付型装置は、使用後に廃棄する使い捨てタイプのものが便利である。したがって、強制放電作動スイッチを有する電池デバイスの用途としても生体貼付型装置は適している。
【００１９】
生体情報測定装置は、医療分野において、医師等が患者等の生体情報を監視することを目的として開発されている。生体情報測定装置は、生体の肌に接触した状態で、血圧、体温、脈拍等の生体情報を常時測定する。測定された情報は監視者の元に無線送信される。
【００２０】
イオントフォレシス経皮投薬装置は、所定の電位を与えると、生体外皮を通して体内へ薬剤を供給する装置である。イオントフォレシス経皮投薬装置は、生体に対向させる一対の電極を有する。そこで、電子機器がイオントフォレシス経皮投薬装置である場合、一対の電極の一方を、第１ＳＷ端子と一体に形成し、一対の電極の他方を、第２ＳＷ端子と一体に形成してもよい。電子機器の使用後も電子機器の電源をＯＮ状態で維持することにより、生体に対向させる一対の電極は、それぞれ電源である薄型電池の第１電極および第２電極と接続されたままの状態となっているからである。この場合、電子機器の一対の電極を短絡させると、電池の第１電極と第２電極も短絡する。
【００２１】
図１は、生体情報測定装置を具備する電池−電子機器接合体（電池デバイス）の一例を斜視図で示す。図２は、同デバイスを変形させた場合の外観の一例を示している。
生体情報測定装置４０は、その構成素子を保持するシート状の保持部材４１を具備する。保持部材４１は、柔軟性を有する材料で構成され、その内部から表面までの領域に、温度センサ４３、感圧素子４５、記憶部４６、情報送信部４７、ボタンスイッチＳＷ１および制御部４８が埋め込まれている。薄型電池２１は、保持部材４１の内部に設けられた平坦な空間に収容されている。つまり、電池２１と生体情報測定装置４０は、一体となってシート化されており、電池−電子機器接合体４２を構成している。
【００２２】
保持部材４１には、例えば絶縁性の樹脂材料を用いることができる。電池−電子機器接合体の一方の主面に、例えば粘着力を有する粘着剤４９を塗布することで、生体情報測定装置４０をユーザの手首、足首、首等に巻き付けることが可能となる。
【００２３】
温度センサ４３は、例えばサーミスタや熱電対等の感熱素子を用いて構成されており、ユーザの体温を示す信号を制御部４８へ出力する。感圧素子４５は、ユーザの血圧や脈拍を示す信号を制御部４８へ出力する。出力された信号に応じた情報を記憶する記憶部４６には、例えば不揮発性メモリを用いることができる。情報送信部４７は、制御部４８からの信号に応じて必要な情報を電波に変換して放射する。スイッチＳＷ１は、生体情報測定装置４０のオンとオフとを切り替える際に使用される。温度センサ４３、感圧素子４５、記憶部４６、情報送信部４７、スイッチＳＷ１および制御部４８は、例えばフレキシブル基板などに取り付けられ、基板表面に形成された配線パターンにより電気的に接続されている。
【００２４】
制御部４８は、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、装置の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えており、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、生体情報測定装置４０の各部の動作を制御する。
【００２５】
図３は、イオントフォレシス経皮投薬装置の一例を概念的に示す上面図であり、図４Ａは、同装置の概略断面図である。図４Ａは、図３のIV−IV線断面図に相当する。図４Ｂは、同装置に薄型電池１０１を一体化させた電池デバイスの一例の図４Ａに対応する断面図である。
イオントフォレシス経皮投薬装置４０Ａは、その構成素子を保持するシート状の保持部材１１１を具備する。保持部材１１１は、柔軟性を有する材料で構成される。保持部材１１１の内部には、薄型電池からの電力を制御する半導体素子１１２と、一対の平坦な電極１１３、１１４と、これら一対の電極１１３、１１４とそれぞれ対面する一対のリザーバ１１３ａ、１１４ａとが埋設されている。リザーバ１１３ａ、１１４ａは、いずれも通電可能なゲル状の材料で構成されている。リザーバ１１３ａ、１１４ａのいずれか一方には、イオン性薬剤が封入されている。半導体素子１１２は、例えば定電流ダイオードのような整流作用を有する素子であり、そのアノードは電池１０１の負極端子と接続され、カソードは電極１１３、１１４の一方と接続されている。リザーバ１１３ａ、１１４ａは、人体等の生体の皮膚に直接貼付される。電極１１３、１１４の他方は電池１０１の正極端子と接続される。
【００２６】
一対の電極間に電圧を印加すると、リザーバ１１３ａ、１１４ａのいずれかに封入されたイオン性薬剤は、電極間の電界により加速されて、皮下組織に浸透する。皮膚からの薬剤の浸透性は、半導体素子１１２によりコントロールされる。
【００２７】
本発明の好ましい態様では、電池デバイスを折り曲げることにより、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが接続可能となるように、電池デバイスに第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが設けられている。このような構造であれば、使用後の電池デバイスを折り曲げ位置で折り曲げる簡単な動作だけで、電池の強制放電を開始させることができる。電池デバイスの折り曲げ位置には、あらかじめ折り目やミシン目を設けておくことができる。
【００２８】
電池デバイスを折り曲げることにより第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが接続可能となる場合、折り曲げられた状態（第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが接続された状態）で、電池デバイスの折り曲げを固定することが好ましい。これにより、少なくとも一定期間は強制放電が維持されるので、強制放電が短期間でストップすることを防止できる。電池デバイスを折り曲げられた状態で固定する手段は、特に限定されないが、粘着剤、マジックテープ（登録商標）、様々な係合部材などを用いることができる。
【００２９】
第１電極と第２電極が外部短絡すると、第１電極と第２電極との間に比較的大きな電流が流れ続ける。その際、あまりに大きな電流が流れないように、必要に応じて、形成される外部短絡回路に抵抗を設けることが望ましい。第１電極と第２電極とが外部短絡したときに形成される外部短絡回路は、例えば、第１電極および第２電極に対して直列に接続された１ｋΩ以上、好ましくは１ｋΩ〜１０００ｋΩの抵抗を備えることが好ましい。
【００３０】
薄型電池の厚さは、特に限定されないが、柔軟性を考慮すると、１ｍｍ以下、さらには０．７ｍｍ以下であることが好ましい。シート状の電池−電子機器接合体（電池デバイス）の厚さは、薄型電池よりも多少厚くなる場合もあるが、同様の観点から、１ｍｍ以下であることが好ましい。ただし、薄型電池および電池−電子機器接合体の厚さは、いずれも５ｍｍ程度以下であれば、比較的良好な柔軟性が得られる場合もある。なお、これらの厚さを５０μｍ未満にすることは技術的に困難であるから、厚さの下限は５０μｍである。
【００３１】
薄型電池は、柔軟性に富むことが望ましい。電池の柔軟性には、電極群や外装体の弾性率が影響している。なかでも厚さ１ｍｍ以下の電池の場合、電池の柔軟性には外装体の弾性率が大きく影響する。柔軟性の観点からは、外装体の弾性率は小さいほど好ましい。しかし、外装体としての機能を維持するためには、ある程度の強度が必要である。柔軟性と強度とを両立させる観点から、外装体の引張弾性率は、例えば１０〜７００ＭＰａであることが好ましい。
【００３２】
電池の電極群は、外気（特に水蒸気）に触れると劣化する場合がある。そこで、電極群を密閉収納する外装体は、水蒸気に対するバリア性を具備することが望ましい。そのようなシート状材料として、例えば、水蒸気バリア層およびその両面に形成された樹脂層を含むラミネートフィルムが知られている。バリア層を有する外装体を用いることにより、電池に対する外気の影響（水蒸気が電池の発電要素に与える影響）を、効果的に低減することができる。バリア層の厚さは、外装体の柔軟性を確保する観点から、３５μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
電極群の構造は、特に限定されないが、シート化するのに適した電極が用いられる。例えば、電極群において、第１電極は、第１集電体シートおよびその表面に付着した第１活物質層を含み、第２電極は、第２集電体シートおよびその表面に付着した第２活物質層を含み、電解質層は、非水電解質を含み、かつ第１活物質層と第２活物質層との間に介在している。
【００３４】
好ましい一形態において、電極群は、第１集電体シートおよびその一方の表面に付着した第１活物質層を含む第１電極、第２集電体シートおよびその一方の表面に付着した第２活物質層を含む第２電極、ならびに第１活物質層と第２活物質層との間に介在する電解質層を含む。そして、第１集電体シートの他方の表面および第２集電体シートの他方の表面は、それぞれ外装体の内面と接している。
【００３５】
このような電極群は、基本的に、１枚の第１電極と、１枚の第２電極とを、貼り合わせた構造、すなわち、第１電極と電解質層と第２電極からなる三層構造（あるいは、第１集電体シートと第１活物質層と電解質層と第２活物質層と第２集電体シートからなる五層構造）を有する。ただし、本発明は、両端の第１電極と第２電極の間に、さらに、少なくとも１つの第１電極および少なくとも１つの第２電極を含む電極群を具備する薄型電池を排除するものではない。
【００３６】
好ましい他の一形態において、電極群は、第１集電体シートおよびその一方の表面に付着した第１活物質層を含む、一対の第１電極、第２集電体シートおよびその両面に付着した第２活物質層を含む第２電極、ならびに第１活物質層と第２活物質層との間に介在する電解質層を含む。そして、一対の第１集電体シートの他方の表面は、それぞれ外装体の内面と接している。
【００３７】
このような電極群は、基本的に、１枚の第２電極を、一対の第１電極で挟んだ構造、すなわち、最外層の一対の第１電極と、内層の第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在する２層の電解質層からなる五層構造を有する。ただし、本発明は、さらに、少なくとも１つの追加の第１電極および少なくとも１つの追加の第２電極を含む五層を超える構造の電極群を具備する薄型電池を排除するものではない。また、場合によっては、１つの第１電極および１つの第２電極を重ねて偏平形状に捲回してなる電極群を具備する薄型電池を排除するものでもない。
【００３８】
次に、本発明の一実施形態に係る電池デバイスについて説明する。
電池デバイスを使用後に廃棄する際、電池に電力が残存している場合には、廃棄前または廃棄後の短い期間内に、電池を強制放電させておくことが望ましい。そこで、電池デバイスには、その使用後に、第１電極と第２電極とが外部短絡していない状態から外部短絡した状態に切り替えるための強制放電作動スイッチが設けられている。
【００３９】
図５に示すように、電池デバイス（電池−電子機器接合体）１００は、通常、電池１０１と、電子機器（負荷）１０２と、これらを直列に接続する各経路とを具備する回路（第１回路）１１０を具備する。第１回路１１０は、第１スイッチ１０３により開状態から閉状態に変換される。負荷１０２が、図１、２で示される生体情報測定装置である場合、スイッチＳＷ１が第１スイッチ１０３に該当する。
【００４０】
図６は、負荷１０２がイオントフォレシス経皮投薬装置である場合の第１回路の回路図の一例である。第１スイッチ１０３を開状態から閉状態にすることで、電池１０１と投薬装置の定電流回路１１２と、投薬装置の一対の電極１１３、１１４とが直列接続される。一対の電極１１３、１１４の間の抵抗Ｒは、生体の皮膚に貼付されたゲル状の材料からなるリザーバ間の抵抗を示している。
【００４１】
図５の場合、第１回路１１０の他に、電池の第１電極と、第２電極と、抵抗１０５と、これらを直列に接続する各経路とを具備する第２回路１２０を具備する。第２回路１２０は、強制放電作動スイッチ（第２スイッチ）１０４により開状態から閉状態に変換される。強制放電作動スイッチ１０４が第１電極と第１経路を介して接続された第１ＳＷ端子と、第２電極と第２経路を介して接続された第２ＳＷ端子とを具備する場合、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とを接続することで、外部短絡回路が形成される。
【００４２】
電池デバイスの使用を終えた者が、強制放電作動スイッチを開状態から閉状態に変換（第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とを接続）することにより、電池１０１の正極と負極とが抵抗１０５だけを介して外部短絡する。これにより、比較的大きな電流が、第２回路１２０を流れ続け、短期間のうちに電池は完全放電状態に至ることとなる。抵抗１０５は、第２回路にあまり大きな電流が流れないように、必要に応じて、電池１０１と直列に接続される。ただし、第２回路に大きな電流が流れる心配がない場合、例えば、第２スイッチの接触状態や正極と負極とを接続させる経路に起因して十分な抵抗が既に存在する場合には、さらに抵抗１０５を接続する必要はない。
【００４３】
電池デバイスは、柔軟性に優れているため、容易に、物理的に変形させることができる。従って、強制放電作動スイッチ１０４は、電池デバイスに物理的な変形を加えることで、開状態から閉状態に変換するものであってもよい。この場合、物理的な変形を加える前には互いに離間されていた第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子とが、変形後の状態では互いに接触した状態となる。
【００４４】
次に、強制放電作動スイッチ（第２スイッチ）の具体的な構成について図７を参照して説明する。
図７（ａ）の電池デバイス４２Ｂは、矩形の形状を有し、長手方向に沿う一方の辺の両端付近に、電池２１の第１電極と第１経路を介して接続された第１ＳＷ端子１０４ｘと、電池２１の第２電極と第２経路を介して接続された第２ＳＷ端子１０４ｙとを具備する。電池デバイス４２Ｂは、例えば、薄型電池２１と一体化されたイオントフォレシス経皮投薬装置４０Ａである。
【００４５】
第１ＳＷ端子１０４ｘと第２ＳＷ端子１０４ｙは、所定の折り曲げ位置（破線Ｘ）で電池デバイス４２Ｂを折り曲げた場合に、互いに対向するように配置されている。折り曲げ位置には、破線Ｘに沿って、あらかじめ折り目やミシン目を設けておくことができる。電池デバイス４２Ｂは、薄いシート状であるため、その使用を終えた者が容易に折り曲げ可能である。つまり、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、電池デバイス４２Ｂを折り曲げる動作により、第１ＳＷ端子１０４ｘと第２ＳＷ端子１０４ｙとが接触し、電池２１を含む外部短絡回路が形成される。
【００４６】
折り曲げられた電池デバイス４２Ｂは、図７（ｃ）のように、第１ＳＷ端子１０４ｘと第２ＳＷ端子１０４ｙとが接触した状態を、少なくとも暫くの間は維持することが望ましい。したがって、電池デバイス４２Ｂは、第１ＳＷ端子１０４ｘと第２ＳＷ端子１０４ｙとを接触させた状態で固定し得る固定手段を具備することが好ましい。このような要請に対しては、例えば、第１ＳＷ端子１０４ｘおよび第２ＳＷ端子１０４ｙが露出する側の電池デバイス４２Ｂの面に、粘着剤、マジックテープ（登録商標）、様々な係合部材などを付与することが望ましい。粘着剤は、生体に電池デバイス４２Ｂを貼付するためにも利用することができる。あるいは、第１ＳＷ端子１０４ｘおよび第２ＳＷ端子１０４ｙの一方を凹状に、他方を凸状に形成し、両者が互いに係合するように構成してもよい。
【００４７】
第１ＳＷ端子および第２ＳＷ端子の形態は、特に限定されない。例えば、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子との確実な接触を確保するために、第１ＳＷ端子と第２ＳＷ端子の面積をより大きくしてもよい。また、イオントフォレシス経皮投薬装置の場合は、リザーバ１１３ａ、１１３ｂがそれぞれ第１ＳＷ端子、第２ＳＷ端子となっても構わない。また、電池デバイスに限らず、電池自体に強制放電作動スイッチを構成する第１ＳＷ端子および第２ＳＷ端子を形成してもよい。
【００４８】
図８に示す薄型電池２１Ｂでは、強制放電作動スイッチを電池自体に設けてある。負極リード３Ａと正極リード６Ａが、矩形の電池の互いに対向する二辺から外部に導出されている。リード３Ａ、６Ａは、外部に露出する部分以外に、シール材料１０Ａ、１０Ｂで覆われた内部リード部３ａ、６ａを有する。内部リード部３ａ、６ａは、強制放電作動スイッチを構成する外部に露出した第１ＳＷ端子２３および第２ＳＷ端子２４とそれぞれ接続されている。第１ＳＷ端子２３および第２ＳＷ端子２４の面積は、いずれも電池の輪郭で囲まれた面積の１〜２０％である。電池２１Ｂを破線Ｙで折り曲げて二つ折りにすると、第１ＳＷ端子２３と第２ＳＷ端子２４とが、ほぼ確実に接触する。また、電池２１Ｂの第１ＳＷ端子２３と第２ＳＷ端子２４とが露出する面には、その端子面を除いて、ほぼ全面にわたって粘着剤２５が付与されており、粘着剤２５により第１ＳＷ端子２３と第２ＳＷ端子２４とが接触した状態が維持される。
【００４９】
リード３Ａ、６Ａは、電池の外部端子として利用されるが、これらは内部リード部３ａ、６ａ（第１ＳＷ端子２３、第２ＳＷ端子２４）と互いに互換性がある。つまり、リード３Ａ、６Ａを適宜整形して強制放電作動スイッチのＳＷ端子として利用するとともに、第１ＳＷ端子２３、第２ＳＷ端子２４を電池の外部端子（電子機器に接続する電力供給用の端子）として利用してもよい。
【００５０】
電池デバイスの折り曲げ位置には、折り目やミシン目を設けることもできるが、折り曲げ位置を電池デバイスの他の部分よりも柔軟性が高くなるように設計してもよい。例えば、折り曲げ位置の引張弾性率を、他の部分よりも小さくなるように設計してもよい。あるいは、折り曲げ位置の幅を、他の部分より狭くしてもよい。
【００５１】
強制放電作動スイッチは、電池デバイスの折り曲げに伴って開状態から閉状態に変換されるものである必要はない。例えば、押しボタン式のスイッチでもよい。また、強制放電作動スイッチは、電池デバイスの物理的変形に伴って作動するものでなくてもよい。例えば、電池デバイスが生体に貼付された状態から剥がされたときに、自動的に使用終了を検知し、強制放電作動スイッチが作動するように、制御回路で制御してもよい。このような制御回路は、電子機器に組み込めばよい。
【００５２】
図９に押しボタン式スイッチの一例を示す。図９において、第１ＳＷ端子２３Ａは環状の絞り部（小径部）２７を有する円筒形状であり、第１ＳＷ端子２３Ａと対向配置された第２ＳＷ端子２４Ａは平坦形状である。図９（ａ）に示すように、第２ＳＷ端子２４Ａの周縁部には、第１ＳＷ端子２３Ａと第２ＳＷ端子２４Ａとを離間させるとともに、第１ＳＷ端子２３Ａの絞り部２７と係合させる鍔部２８を有する絶縁性スペーサ２６が取り付けられている。電池デバイスの使用前および使用中は、第１ＳＷ端子２３Ａと第２ＳＷ端子２４Ａとが離間した状態（（ａ）の状態）であり、その使用後に第１ＳＷ端子２３Ａを第２ＳＷ端子２４Ａに向かって押し込むと、図９（ｂ）に示すように、鍔部２８が絞り部２７に係合するとともに、第１ＳＷ端子２３Ａと第２ＳＷ端子２４Ａとが接触した状態で固定される。なお、第１ＳＷ端子２３Ａは、例えば、電池の第１電極と接続されて外部に導出されるリード片３ｂの一部と接続する。同様に、第２ＳＷ端子２４Ａは、電池の第２電極と接続されて外部に導出されるリード片６ｂの一部と接続する。
【００５３】
なお、電池を強制放電させる手段は、図５に示すような、第２回路に限られない。シート化された電子機器が、その主要平坦面の対称な位置に、電池の正極および負極と接続された一対の電極を有する場合には、その一対の電極を折り曲げなどの物理的変形により接触させる構成としてもよい。例えば、電子機器がイオントフォレシス経皮投薬装置である場合、一対の電極の一方を、第１ＳＷ端子と一体に形成し、一対の電極の他方を、第２ＳＷ端子と一体に形成してもよい。
【００５４】
次に、本発明の一実施形態に係る薄型電池について、図１０、１１を参照しながら説明する。
図１０は、薄型電池２１の概略断面図である。図１１は、電池２１の上面図である。図１０は、図１１のX−X線断面図に相当する。電池２１は、電極群１３と、電極群１３を収納する外装体８とを備える。電極群１３は、負極１１、正極１２、および負極１１と正極１２との間に介在する電解質層７を具備する。負極１１は、負極集電体シート１および負極集電体シート１の一方の表面に付着した負極活物質層２を有する。正極１２は、正極集電体シート４および正極集電体シート４の一方の表面に付着した正極活物質層５を有する。負極１１および正極１２は、電解質層７を介して、正極活物質層５と負極活物質層２とが向かい合うように配置されている。負極集電体シート１には負極リード３が接続され、正極集電体シート４には正極リード６が接続されている。負極リード３および正極リード６の一部は、外装体８から外部へ露出しており、その露出部は負極外部端子および正極外部端子として機能する。
【００５５】
外装体８は、例えば、バリア層およびその両面にそれぞれ形成された樹脂層を具備するラミネートフィルムで形成されている。ラミネートフィルムを外装体に形成する方法は特に限定されない。例えば、ラミネートフィルムが、電極群１３を平面に沿って２つ並べたときの矩形の面積よりも大きな面積を有する場合、このラミネートフィルムをセンターラインで折り返し、センターラインで繋がれた対向する２辺の周縁部を接着することにより、袋状の外装体が得られる。一方、ラミネートフィルムをセンターラインで折り返し、ラミネートフィルムの両端同士を重ね合わせた後、端部同士を溶着すれば、筒状の外装体が得られる。
【００５６】
負極集電体シート１には、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体シート１は、負極活物質と合金を形成せず、電子伝導性に優れていることが好ましい。よって、負極集電体シート１は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種の箔であることが好ましい。負極集電体シート１の厚みは、例えば５〜３０μｍであることが好ましい。負極集電体シート１の厚みを５μｍ以上とすることで、負極集電体シート１は優れた強度を維持することができる。負極集電体シート１の厚みを３０μｍ以下とすることで、負極集電体シート１に、より高い柔軟性を付与することができ、屈曲時に負極集電体シート１に大きなストレスが発生しにくくなる。
【００５７】
負極活物質層２は、負極活物質、結着剤および必要に応じて導電剤を含む合剤層でもよく、蒸着のような気相法で形成される堆積膜でもよく、金属シートでもよい。合剤層に含ませる負極活物質としては、炭素材料（例えば黒鉛）、ケイ素合金、ケイ素酸化物などが挙げられる。堆積膜としては、ケイ素合金膜、ケイ素酸化物膜などが挙げられる。金属シートとしては、シート状のリチウム金属またはリチウム合金を用いることができる。負極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。
【００５８】
なお、上記の強制放電スイッチは、負極活物質層２が、金属リチウムまたはリチウム合金を含む場合には、安全性の向上の観点から、電池または電池デバイスに組み込むことが特に望ましい。負極集電体シート１との密着力を高める観点から、シート状のリチウム金属またはリチウム合金の厚みは、１０〜１００μｍであることが好ましい。厚みを１００μｍ以下とすることで、負極活物質層２が優れた柔軟性を維持することができ、電池の屈曲時に負極集電体シート１からの負極活物質層２の剥離が高度に抑制される。負極活物質層２の厚みを１０μｍ以上とすることで、エネルギー密度の高い電池を得やすくなる。ここで、負極活物質層２の厚みは、未放電状態時または充電状態の厚みである。
【００５９】
リチウム合金としては、例えば、Ｌｉ−Ｓｉ合金、Ｌｉ−Ｓｎ合金、Ｌｉ−Ａｌ合金、Ｌｉ−Ｇａ合金、Ｌｉ−Ｍｇ合金、またはＬｉ−Ｉｎ合金が用いられる。負極容量を確保する観点から、リチウム合金中において、Ｌｉ以外の元素が存在する割合は、０．１〜１０重量％が好ましい。負極集電体シート１にリチウム金属またはリチウム合金を圧着させて、負極集電体シート１とリチウム金属またはリチウム合金とを密着させることにより、負極１１が得られる。
【００６０】
正極集電体シート４には、金属フィルム、金属箔、金属繊維の不織布のような金属材料が用いられる。正極集電体シートは、例えば、銀、ニッケル、パラジウム、金、白金、アルミニウムおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種の箔であることが好ましい。正極集電体シートの厚さは、例えば１〜３０μｍであることが好ましい。
【００６１】
正極活物質層５は、正極活物質と、結着剤と、必要に応じて導電剤とを含む合剤層でもよく、蒸着のような気相法で形成される堆積膜でもよい。正極活物質は、特に限定されないが、例えば、二酸化マンガン、フッ化カーボン（フッ化黒鉛）、リチウム含有複合酸化物、金属硫化物および有機硫黄化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることができる。正極活物質層の厚みは、例えば１〜３００μｍであることが好ましい。合剤層は良好な柔軟性を有するため、電池の屈曲時に正極集電体シートの変形に十分に追従することができる。
【００６２】
一次電池の正極活物質としては、（ＣＦw）m（式中、ｍは１以上の整数であり、０＜ｗ≦１）で表されるフッ化黒鉛や、二酸化マンガンが適している。二次電池の正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物、例えば、ＬｉxaＣｏＯ2、ＬｉxaＮｉＯ2、ＬｉxaＭｎＯ2、ＬｉxaＣｏyＮｉ1-yＯ2、ＬｉxaＣｏyＭ1-yＯz、ＬｉxaＮｉ1-yＭyＯz、ＬｉxbＭｎ2Ｏ4、ＬｉxbＭｎ2-yＭyＯ4などが適している。ここで、Ｍは、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘａ＝０〜１．２、ｘｂ＝０〜２、ｙ＝０〜０．９、ｚ＝２〜２．３である。ｘａおよびｘｂは、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
【００６３】
正極または負極の合剤層に含ませる導電剤には、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト類；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類などが用いられる。
【００６４】
正極または負極の合剤層に含ませる結着剤には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸などのアクリル樹脂、スチレンブタジエンゴムなどのゴム類などが用いられる。
【００６５】
電解質層７としては、例えば、高分子電解質、固体電解質、セパレータに含浸させた非水電解液等を用いることができる。これらの中では漏液を抑制することができる点から高分子電解質または固体電解質が好ましい。
【００６６】
高分子電解質は、例えば、リチウム塩と非水溶媒との混合物である電解液をマトリクスポリマーに保持させることにより調製される。リチウム塩の具体例としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、イミド塩類等が挙げられる。また、非水溶媒の具体例としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状炭酸エステル；ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の鎖状炭酸エステル；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステル；等が挙げられる。マトリクスポリマーの具体例としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とを繰り返し単位に含む共重合体、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とトリフルオロエチレン（ＴＦＥ）とを繰り返し単位に含む共重合体等のフッ素系ポリマー，シリコンゲル，アクリルゲル，アクリロニトリルゲル，ポリフォスファゼン変性ポリマー，ポリエチレンオキサイド，ポリプロピレンオキサイド及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変性ポリマー等が挙げられる。
【００６７】
固体電解質は、例えば、正極または負極の表面に、ＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いて、リチウムイオン伝導体を堆積させることにより調製できる。リチウムイオン伝導体の具体例としては、リチウム硫化物等が挙げられる。
【００６８】
セパレータに含浸させる非水電解液は、上述したようなリチウム塩と非水溶媒とを混合することで調製される。セパレータとしては、例えば、ポリエチレン，ポリプロピレン等のポリオレフィンや、ポリアミドイミド等のポリアミド等の樹脂から成形された微多孔膜が好ましく用いられる。セパレータの厚さは、例えば８〜３０μｍである。
【００６９】
負極リード３および正極リード６は、例えば、負極集電体シートまたは正極集電体シートにそれぞれ溶接により接続される。負極リードとしては、例えば、銅リード、銅合金リード、ニッケルリード等が好ましく用いられる。正極リードとしては、例えば、ニッケルリード、アルミニウムリード等が好ましく用いられる。
【００７０】
薄型電池は、例えば、以下のように作製される。
負極と正極とを、負極活物質層と正極活物質層とが向かい合うように配置し、電解質層を介して、重ね合わせ、電極群を構成する。このとき、負極には、負極リードを取り付け、正極に正極リードを取り付ける。一方、筒状に形成された第１外装体の一方の開口から電極群を挿入した後、その開口を熱溶着により閉じる。この時、筒状の第１外装体の一方の開口から正極リードおよび負極リードの一部が外部へ露出するように電極群を配置する。この露出部が正極外部端子および負極外部端子となる。次に、筒状の第１外装体の他方の開口から非水電解液を注入した後、その開口を熱溶着により閉じる。このようにして、電極群を第１外装体内に密閉する。
【００７１】
次に、本発明の他の実施形態に係る薄型電池について、図１２を参照しながら説明する。
図１２の電池２１Ａは、電極群１３Ａと、電極群１３Ａを収納する外装体８Ａとを備える。電極群１３Ａは、１枚の負極１１Ａと、これを挟むように配置された一対の正極１２Ａと、負極１１Ａと正極１２Ａとの間に介在する電解質層７Ａとを具備する。このような構造は、対称性がよく、いずれの方向に屈曲させても、電池２１Ａに付与される応力の程度に大きな差が生じない。よって、例えば、電池２１Ａを電子機器に組み込む際に、電池の方向を意識する必要がなくなる点で便利である。
【００７２】
負極１１Ａは、負極集電体シート１Ａおよび負極集電体シート１Ａの両方の表面にそれぞれ付着した負極活物質層２Ａを有する。一方、一対の正極１２Ａは、正極集電体シート４Ａおよび正極集電体シート４Ａの一方の表面のみに付着した正極活物質層５を有する。一対の正極１２Ａは、電解質層７を介して、正極活物質層５Ａと負極１１Ａとが向かい合うように、負極１１Ａを挟んで配置される。負極集電体シート１Ａには負極リード３Ａが接続され、正極集電体シート４Ａには正極リード６Ａが接続されている。負極リード３Ａおよび正極リード６Ａの一部は、外装体８Ａから外部へ露出しており、その露出部は負極端子および正極端子として機能する。なお、外装体８Ａと各リードとの間には、密閉性を高めるためにシール材料１０を介在させてもよい。シール材料１０には、熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００７３】
次に、図１３を参照して、外装体に適用し得る、バリア層およびその両面に形成された樹脂層を具備するシート状材料（ラミネートフィルム）について詳しく説明する。
ラミネートフィルム８は、無機材料層（バリア層）８ａと、バリア層８ａの一方の面に接着された第１の樹脂フィルム８ｂと、バリア層８ａの他方の面に接着された第２の樹脂フィルム８ｃとを含む積層体である。
【００７４】
バリア層８ａの形成に用いられる無機材料は、特に限定されないが、バリア性能、強度、耐屈曲性などの点で、金属層、セラミックス層などを用いることが好適である。また、リチウム基準（vs.Li+/Li）で、３ボルト以上の耐電圧を有するバリア層を形成しうる無機材料が好ましい。具体的には、例えば、アルミニウム，チタン，ニッケル，鉄，白金，金，銀等の金属材料や、酸化ケイ素，酸化マグネシウム，酸化アルミニウム等の無機酸化物材料が好ましい。耐電圧に優れたバリア層を形成することにより、バリア層の酸化等による破損を抑制することができる。これらの中では、得られるラミネートフィルムの可撓性とバリア性とのバランスに優れる点から、酸化アルミニウム、酸化ケイ素が特に好ましく、製造コストが低い点からはアルミニウムが特に好ましい。
【００７５】
外装体のバリア層の厚さは、外装体の柔軟性を確保する観点からは、薄いほど望ましく、例えば３５μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以下がさらに好ましい。ただし、薄型電池または電池デバイスの使用期間中のバリア性を確保する観点からは、例えば０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．１μｍ以上がさらに好ましい。なお、これらの上限および下限は、任意に組み合わせて厚さの範囲を設定できる。例えば、厚さ０．０１〜０．５μｍのバリア層が好ましい。
【００７６】
好ましい厚さ０．０１〜０．５μｍのバリア層を有するラミネートフィルムは、第１の樹脂フィルム８ｂの一面に、厚みが０．０１〜０．５μｍの無機材料の蒸着層８ａを形成し、さらに、第２の樹脂フィルム８ｃをラミネートすることにより製造される。蒸着層８ａは、平均厚さが０．０１〜０．５μｍになるように無機材料を堆積させることにより形成される。蒸着法の具体例としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、化学気相成長法、プラズマ化学気相成長法、溶射法等が挙げられる。これらの中では、真空蒸着法が特に好ましく用いられる。
【００７７】
蒸着層の平均的な厚さは、好ましくは０．０１〜１μｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．５μｍである。蒸着層の平均的な厚さを０．５μｍ以下とすることで、ラミネートフィルムは可撓性に特に優れたものとなり、その結果、電池の可撓性も高くなる。また、蒸着層の平均的な厚さを０．０１μｍ以上とすることで、外装体に要求される程度のバリア性を十分に確保することができる。
【００７８】
より厚いバリア層を有するラミネートフィルムは、例えば、厚みが１０〜３５μｍの金属箔８ａを、第１の樹脂フィルム８ｂと、第２の樹脂フィルム８ｃとで、挟んで、ラミネートすることにより製造される。
【００７９】
熱溶着の容易さ、耐電解質性および耐薬品性の観点から、外装体の内面側に配置される樹脂フィルムの材料は、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ）のようなポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などであることが好ましい。また、同様の観点から、内面側の樹脂フィルムの厚さは、１０〜１００μｍ、さらには１０〜５０μｍであることが好ましい。
【００８０】
強度、耐衝撃性および耐薬品性の観点から、外装体の外面側に配置される樹脂フィルムは、６，６−ナイロンのようなポリアミド（ＰＡ）、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリブチレンテレフタレートのようなポリエステルなどが好ましい。また、同様の観点から、外面側の樹脂フィルムの厚さは、５〜１００μｍ、さらには１０〜５０μｍであることが好ましい。
【００８１】
具体的には、外装体としては、ＰＰ／Ａｌ箔／ＰＡのラミネートフィルム、ＰＰ／Ａｌ箔／ＰＰのラミネートフィルム、ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥのラミネートフィルム、酸変性ＰＰ／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、酸変性ＰＥ／ＰＡ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／Ｎｉ箔／ＰＥ／ＰＥＴのラミネートフィルム、ＥＶＡ／ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルムが挙げられる。
【００８２】
ラミネートフィルムの全厚は、例えば１５〜３００μｍであり、３０〜１５０μｍであることが好ましい。ラミネートフィルムの全厚が上記範囲であれば、外装体に要求される様々な性能を十分に確保することができ、薄型電池や電池包装体の厚さを小さく維持することも容易である。
【００８３】
外装体の引張弾性率は、１０〜７００ＭＰａであることが好ましい。電極群の厚さを低減した薄型電池においては、外装体の柔軟性が電池全体の柔軟性の向上に与える影響を無視できない。電極群と非水電解質（すなわち発電要素）を密閉収納する外装体の引張弾性率を１０〜７００ＭＰａに設定することにより、電池の柔軟性が向上し、人体に対する装着感が大きく改善される。また、外装体として必要な強度を維持できる。柔軟性の点では、外装体の引張弾性率は小さいほど望ましく、例えば９０ＭＰａ以下が望ましく、８０ＭＰａ以下がより好ましく、５０ＭＰａ以上がさらに好ましい。ただし、耐屈曲性のような機械的強度を考慮すると、５ＭＰａ以上が望ましく、１０ＭＰａ以上がより好ましく、１５ＭＰａ以上がさらに好ましい。なお、これらの上限および下限は、任意に組み合わせて引張弾性率の範囲を設定できる。
【００８４】
なお、外装体の引張弾性率は以下の方法で測定できる。
まず、外装体を構成するラミネートフィルムを平行部幅５ｍｍ、標線間距離２０ｍｍの引張試験３号ダンベルに切出す。この引張試験３号ダンベルを試料に用いて、ＪＩＳ Ｋ７１６１に準拠して５ｍｍ／分の引張速度にて万能試験機を用いて引張試験を行い、引張弾性率を求める。
【００８５】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００８６】
《実施例１》
以下の手順で、基本的な構造が図１０、１１に示す電池と同様である薄型電池を作製した。
【００８７】
（１）負極の作製
負極集電体シート１として、厚さ１２μｍの電解銅箔を準備した。その電解銅箔の一方の面に、負極活物質層２であるリチウム金属箔（厚み２０μｍ）を１００Ｎ／ｃｍの線圧で圧着し、負極１１を得た。これを５ｍｍ×５ｍｍのタブ部を一方の短辺の中央に有する５０×５０ｍｍのサイズに切り抜いた後、タブ部に銅製の負極リード３を超音波溶接した。
【００８８】
（２）正極の作製
正極活物質である３５０℃で加熱した電解二酸化マンガンと、導電剤であるアセチレンブラックと、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の溶液とを、二酸化マンガン：アセチレンブラック：ＰＶＤＦの重量比が１００：５：５となるように混合した後、ＮＭＰを適量加え、正極合剤ペーストを得た。
【００８９】
正極集電体シート４として、アルミニウム箔（厚さ１５μｍ）を準備した。そのアルミニウム箔の一方の面に、正極合剤を塗布し、８５℃で１０分乾燥し、正極活物質層５を形成した後、それをロールプレス機にて１２０００Ｎ／ｃｍの線圧で圧縮し、正極１２を得た。これを５ｍｍ×５ｍｍのタブ部を一方の短辺の中央に有する５０×５０ｍｍのサイズに切り抜いた後、１２０℃で２時間減圧乾燥した。タブ部にアルミニウムの正極リード６を超音波溶接した。
【００９０】
（３）電極群の作製
負極活物質層２と正極活物質層５とが互いに向かい合うように負極１１および正極１２を配置した。ただし、正極リードと負極リードは、互いに逆方向に突出させた。その後、負極１１と正極１２との間に、微多孔性ポリエチレンフィルム（厚さ９μｍ、幅３２ｍｍ）からなるセパレータを配置し、電極群１３を得た。
【００９１】
（４）電池の組立て
アルミニウム製のバリア層を有する筒状のラミネートフィルムからなる外装体８に電極群１３を収納した。ラミネートフィルムには、ＰＰ層（厚さ３５μｍ）／アルミニウム蒸着膜（厚さ０．０５μｍ）／ナイロン（ＰＡ）層（厚さ１５μｍ）の３層構造で、総厚約５０μｍ、引張弾性率５０ＭＰａのものを用いた。ＰＰ層を内側に、ＰＡ層を外側に配置した。
【００９２】
外装体８の一方の開口に正極リード６、他方の開口に負極リード３を通し、正極リード６の一部および負極リード３の一部を外装体８から露出させた。負極リード３を挟んで、外装体８の一方の開口を熱溶着により閉じた。次に、外装体８の他方の開口から非水電解質０．８ｇを注入した後、６６０ｍｍＨｇの減圧環境下で１０秒間脱気した。非水電解質には、ＬｉＣｌＯ4を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた非水溶媒を用いた。非水溶媒には、プロピレンカーボネートおよびジメトキシエタンの混合溶媒（体積比１：１）を用いた。
【００９３】
その後、正極リード６を挟んで、外装体８の他方の開口を熱溶着により閉じ、外装体８内に電極群１３を密閉した。このようにして、サイズ６０ｍｍ×６５ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍの薄型電池２１（電池Ｘ）を作製した。 得られた電池は４５℃で１日間エージングした。
【００９４】
負極リード３および正極リード６における外装体８内から外部へ露出した部分を、電池の同じ面に向かって折り曲げ、先端部を除いて絶縁テープ１０Ａで覆うとともに電池に固定した。次に、負極リード３および正極リード６の先端に、それぞれサイズ１４ｍｍ×１４ｍｍの銅箔およびアルミニウム箔を負極外部端子２３および正極外部端子２４として溶接し、各々を接着剤で外装体８の外面に貼り付けた。銅箔およびアルミニウム箔を貼り付けた外装体の面の余白には、粘着剤を塗布した。
【００９５】
（５）電池デバイス（電池−電子機器接合体）の作製
図３、４に示すようなサイズ８０ｍｍ×７０ｍｍのイオントフォレシス経皮投薬装置を準備した。投薬装置の一方の面の中央には、定電流ダイオードを有する半導体素子１１２を配置し、他方の面には、一対の電極１１３、１１４およびこれに積層された一対のリザーバ１１３ａ、１１４ａを並列に配置した。半導体素子１１２の両側には、電極１１３、１１４と導通する一対の接続用端子を配置した。その一対の接続用端子を、それぞれ電池の負極外部端子２３および正極外部端子２４と接触させるとともに、図４Ｂに示すように、電池と投薬装置を積層した。電池に塗布された粘着剤により、電池と投薬装置は互いに固定された。
【００９６】
上記構成においては、一対のリザーバ１１３ａ、１１４ａを負極外部端子２３および正極外部端子２４を、それぞれ強制放電作動スイッチの負極ＳＷ端子および正極ＳＷ端子として機能させることができる。
【００９７】
［評価］
電池デバイスの投薬装置を作動させ、電池容量の１０％を消費させた。そして、投薬装置の一対のリザーバが互いに接触するように、電池−電子機器接合体を二つ折にして固定した。２４時間後に電池電圧を測定したところ、０．０５Ｖであり、電池が完全放電状態であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明の電池デバイスは、例えば、生体に貼り付けて使用するイオントフォレシス経皮投薬装置や生体情報測定装置のような小型の電子機器への使用に適している。
【符号の説明】
【００９９】
１：負極集電体シート、２：負極活物質層、３：負極リード、４：正極集電体シート、５：正極活物質層、６：正極リード、７：電解質層、８：第１外装体、９：第２外装体、１１：負極、１２：正極、１３：電極群、２１，１０１：薄型電池、３１：電池包装体、４０，１０２：電子機器、４１：保持部材、４２，１００：電池デバイス、１０３：第１スイッチ、１０４：強制放電作動スイッチ（第２スイッチ）、１０５：抵抗、１１０：第１回路、１２０：第２回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、
前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態と、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチを有する、電池デバイス。
【請求項２】
前記強制放電作動スイッチが、
前記第１電極と電気的に接続された短絡形成用の第１ＳＷ端子と、
前記第２電極と電気的に接続された短絡形成用の第２ＳＷ端子と、を具備し、
前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが電気的に非接続の状態から接続された状態に切り替えられることにより、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡して前記電池の強制放電が行われる、請求項１記載の電池デバイス。
【請求項３】
さらに、前記電池からの電力供給により駆動される電子機器を具備する、請求項２記載の電池デバイス。
【請求項４】
前記電池と前記電子機器とが、一体となってシート化されている、請求項３記載の電池デバイス。
【請求項５】
前記電池デバイスを折り曲げることにより、前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが接続可能となる、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項６】
前記電池デバイスが折り曲げられて、前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが接続された状態で、前記電池デバイスの折り曲げが固定される、請求項５記載の電池デバイス。
【請求項７】
前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡したときに形成される外部短絡回路が、前記第１電極と前記第２電極に対して直列に接続された１ｋΩ以上の抵抗を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項８】
前記電子機器が、生体情報測定装置または生体に対向させる一対の電極を有するイオントフォレシス経皮投薬装置である、請求項３〜７のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項９】
前記電子機器が、前記イオントフォレシス経皮投薬装置であり、
前記一対の電極の一方が、前記第１ＳＷ端子と一体に形成されており、
前記一対の電極の他方が、前記第２ＳＷ端子と一体に形成されている、請求項８記載の電池デバイス。
【請求項１０】
前記電池の厚さが、１ｍｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項１１】
前記外装体の引張弾性率が、１０〜７００ＭＰａである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項１２】
前記外装体は、水蒸気に対するバリア層および前記バリア層の両面に形成された樹脂層を含み、前記バリア層の厚さが、３５μｍ以下である、請求項１１記載の電池デバイス。
【請求項１３】
前記第１電極は、第１集電体シートおよびその表面に付着した第１活物質層を含み、
前記第２電極は、第２集電体シートおよびその表面に付着した第２活物質層を含み、
前記電解質層は、非水電解質を含み、かつ前記第１活物質層と前記第２活物質層との間に介在している、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項１４】
前記第１活物質層が、前記第１集電体シートの一方の表面のみに付着しており、
前記第２活物質層が、前記第２集電体シートの一方の表面のみに付着しており、
前記第１集電体シートの他方の表面および前記第２集電体シートの他方の表面は、前記外装体の内面と接している、請求項１３記載の電池デバイス。
【請求項１５】
一対の前記第１電極を具備し、
前記第１活物質層は、前記第１集電体シートの一方の表面のみに付着しており、
前記第２活物質層は、前記第２集電体シートの両方の表面に付着しており、
前記第２電極は、前記一対の第１電極の第１活物質層間に挟持されており、
前記一対の第１電極の第１集電体シートの他方の表面は、それぞれ前記外装体の内面と接している、請求項１３記載の電池デバイス。
【請求項１６】
前記第１活物質層または前記第２活物質層が、金属リチウムまたはリチウム合金を含む、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項１７】
第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態と、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチ、を有する電池デバイスの操作方法であって、
前記電池の通常放電中は、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態を維持し、
前記電池の通常放電後は、前記強制放電作動スイッチにより、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態から、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態に切り替えて、前記電池を強制放電させる、操作方法。
【請求項１８】
前記強制放電作動スイッチが、
前記第１電極と電気的に接続された短絡形成用の第１ＳＷ端子と、
前記第２電極と電気的に接続された短絡形成用の第２ＳＷ端子と、を具備し、
前記電池の通常放電後に、前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが電気的に非接続の状態から接続された状態に切り替えることにより、前記第１電極と前記第２電極とを外部短絡させる、請求項１７記載の電池デバイスの操作方法。
【請求項１９】
さらに、前記電池からの電力供給により駆動される電子機器を具備する、請求項１７または１８記載の電池デバイスの操作方法。
【請求項２０】
前記電池デバイスを折り曲げることにより、前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが接続可能となる、請求項１９記載の電池デバイスの操作方法。
【請求項１】
第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、
前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態と、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチを有する、電池デバイス。
【請求項２】
前記強制放電作動スイッチが、
前記第１電極と電気的に接続された短絡形成用の第１ＳＷ端子と、
前記第２電極と電気的に接続された短絡形成用の第２ＳＷ端子と、を具備し、
前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが電気的に非接続の状態から接続された状態に切り替えられることにより、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡して前記電池の強制放電が行われる、請求項１記載の電池デバイス。
【請求項３】
さらに、前記電池からの電力供給により駆動される電子機器を具備する、請求項２記載の電池デバイス。
【請求項４】
前記電池と前記電子機器とが、一体となってシート化されている、請求項３記載の電池デバイス。
【請求項５】
前記電池デバイスを折り曲げることにより、前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが接続可能となる、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項６】
前記電池デバイスが折り曲げられて、前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが接続された状態で、前記電池デバイスの折り曲げが固定される、請求項５記載の電池デバイス。
【請求項７】
前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡したときに形成される外部短絡回路が、前記第１電極と前記第２電極に対して直列に接続された１ｋΩ以上の抵抗を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項８】
前記電子機器が、生体情報測定装置または生体に対向させる一対の電極を有するイオントフォレシス経皮投薬装置である、請求項３〜７のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項９】
前記電子機器が、前記イオントフォレシス経皮投薬装置であり、
前記一対の電極の一方が、前記第１ＳＷ端子と一体に形成されており、
前記一対の電極の他方が、前記第２ＳＷ端子と一体に形成されている、請求項８記載の電池デバイス。
【請求項１０】
前記電池の厚さが、１ｍｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項１１】
前記外装体の引張弾性率が、１０〜７００ＭＰａである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項１２】
前記外装体は、水蒸気に対するバリア層および前記バリア層の両面に形成された樹脂層を含み、前記バリア層の厚さが、３５μｍ以下である、請求項１１記載の電池デバイス。
【請求項１３】
前記第１電極は、第１集電体シートおよびその表面に付着した第１活物質層を含み、
前記第２電極は、第２集電体シートおよびその表面に付着した第２活物質層を含み、
前記電解質層は、非水電解質を含み、かつ前記第１活物質層と前記第２活物質層との間に介在している、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項１４】
前記第１活物質層が、前記第１集電体シートの一方の表面のみに付着しており、
前記第２活物質層が、前記第２集電体シートの一方の表面のみに付着しており、
前記第１集電体シートの他方の表面および前記第２集電体シートの他方の表面は、前記外装体の内面と接している、請求項１３記載の電池デバイス。
【請求項１５】
一対の前記第１電極を具備し、
前記第１活物質層は、前記第１集電体シートの一方の表面のみに付着しており、
前記第２活物質層は、前記第２集電体シートの両方の表面に付着しており、
前記第２電極は、前記一対の第１電極の第１活物質層間に挟持されており、
前記一対の第１電極の第１集電体シートの他方の表面は、それぞれ前記外装体の内面と接している、請求項１３記載の電池デバイス。
【請求項１６】
前記第１活物質層または前記第２活物質層が、金属リチウムまたはリチウム合金を含む、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の電池デバイス。
【請求項１７】
第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在する電解質層を具備するシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納する外装体と、を含む薄型電池を具備し、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態と、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態と、を切り替えるための強制放電作動スイッチ、を有する電池デバイスの操作方法であって、
前記電池の通常放電中は、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態を維持し、
前記電池の通常放電後は、前記強制放電作動スイッチにより、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡していない状態から、前記第１電極と前記第２電極とが外部短絡した状態に切り替えて、前記電池を強制放電させる、操作方法。
【請求項１８】
前記強制放電作動スイッチが、
前記第１電極と電気的に接続された短絡形成用の第１ＳＷ端子と、
前記第２電極と電気的に接続された短絡形成用の第２ＳＷ端子と、を具備し、
前記電池の通常放電後に、前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが電気的に非接続の状態から接続された状態に切り替えることにより、前記第１電極と前記第２電極とを外部短絡させる、請求項１７記載の電池デバイスの操作方法。
【請求項１９】
さらに、前記電池からの電力供給により駆動される電子機器を具備する、請求項１７または１８記載の電池デバイスの操作方法。
【請求項２０】
前記電池デバイスを折り曲げることにより、前記第１ＳＷ端子と前記第２ＳＷ端子とが接続可能となる、請求項１９記載の電池デバイスの操作方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４８５１０（Ｐ２０１３−４８５１０Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５７７１（Ｐ２０１１−１８５７７１）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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