特許 6587838 リチウムイオン電池及び装着型電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6587838

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】リチウムイオン電池及び装着型電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/058 20100101AFI20191001BHJP

   H01M 2/02 20060101ALI20191001BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20191001BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20191001BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20191001BHJP

   H01M 4/36 20060101ALI20191001BHJP

   H01M 4/62 20060101ALI20191001BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/058

   H01M2/02 Z

   H01M10/0566

   H01M10/052

   H01M2/10 U

   H01M4/36 C

   H01M4/62 Z

【請求項の数】13

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-118561(P2015-118561)

(22)【出願日】2015年6月11日

(65)【公開番号】特開2017-4801(P2017-4801A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2018年1月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002288

【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】特許業務法人ウィルフォート国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100098028

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊之

(72)【発明者】

【氏名】吉野 諭

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 勇輔

(72)【発明者】

【氏名】川北 健一

(72)【発明者】

【氏名】都藤 靖泰

(72)【発明者】

【氏名】進藤 康裕

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 一

(72)【発明者】

【氏名】大澤 康彦

(72)【発明者】

【氏名】草地 雄樹

(72)【発明者】

【氏名】赤間 弘

(72)【発明者】

【氏名】堀江 英明

【審査官】 立木 林

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１５１０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２４１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／００５１１７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／０５−１０／０５８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間を備え、装着型電子機器の筐体の少なくとも一部を構成する構造体と、
両端部が前記構造体に固定されることで前記内部空間に配置され、前記内部空間を正極室と負極室とに区分するセパレータと、
前記正極室及び前記負極室のそれぞれに充填された正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物と
を備えることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項2】

請求項１記載のリチウムイオン電池において、
前記セパレータは、その両端部が前記構造体内に固定されることで前記内部空間内に固定されていることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項3】

請求項１または２記載のリチウムイオン電池において、
前記装着型電子機器は時計機能を備えることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかに記載のリチウムイオン電池において、
前記装着型電子機器は、機器本体と、この機器本体に設けられて装着時に環状をなすバンド部とを備え、
前記内部空間は前記装着型電子機器の前記機器本体及び前記バンド部の少なくとも一方に設けられていることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれかに記載のリチウムイオン電池において、
前記リチウムイオン電池は可撓性を有し、かつ、撓んだ状態において電源が供給可能であることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれかに記載のリチウムイオン電池において、
前記正極室及び前記負極室の少なくとも一方の内面の少なくとも一部が曲面で形成されることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれかに記載のリチウムイオン電池において、
前記正極室及び前記負極室のそれぞれには集電体が設けられていることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項8】

請求項７記載のリチウムイオン電池において、
前記集電体は前記セパレータとの間が等間隔でない部分を有することを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項9】

請求項７記載のリチウムイオン電池において、
前記集電体は前記内部空間の内面に沿って設けられていることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項10】

請求項１〜９のいずれかに記載のリチウムイオン電池において、
前記正極電極組成物及び前記負極電極組成物のうち少なくとも一方の電極組成物の少なくとも一部が、主に導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆されていることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項11】

請求項１０記載のリチウムイオン電池において、
前記正極電極組成物及び前記負極電極組成物のうち少なくとも一方は繊維状物質を含むことを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項12】

請求項１１記載のリチウムイオン電池において、
前記繊維状物質はカーボンファイバーであることを特徴とするリチウムイオン電池。

【請求項13】

内部空間を備える構造体を有し、前記内部空間内に設けられたリチウムイオン電池を備える装着型電子機器であって、
前記リチウムイオン電池は、
両端部が前記構造体に固定されることで前記内部空間に配置され、前記内部空間を正極室と負極室とに区分するセパレータと、
前記正極室及び前記負極室のそれぞれに充填された正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物と
を備えることを特徴とする装着型電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、装着型電子機器に備えられたリチウムイオン電池及びそれを含む装着型電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

いわゆるスマートウォッチに代表される、情報処理能力を有する時計型の装着型電子機器は周知である。このような装着型光学機器においては、各種情報処理を行うために、外部から、または内蔵する電池等から電源が供給される必要がある。このような電源を必要とする装着型電子機器において、装着性及び可搬性の観点からは、電源を装着型電子機器に内蔵することが好ましい（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−５５６２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した従来の装着型電子機器では、電源である電池は既定形状である外形直方体状等に形成されていたため、この電池を収納するためのかかる既定形状の空間を装着型電子機器に確保する必要があった。一方、装着型電子機器の筐体は、装着の容易性及び装着した際の快適性を考慮してその外形形状が定められることが好ましい。従って、装着型電子機器の筐体は自由形状に形成されることが多いが、このような自由形状の筐体内に既定形状の電池を収納すると、筐体内部の空間を有効利用できない可能性が生じていた。

【0005】

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、装着型電子機器に設けられた内部空間を有効利用することの可能なリチウムイオン電池及び装着型電子機器の提供を、その目的の一つとしている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、内部空間を備え、装着型電子機器の筐体の少なくとも一部を構成する構造体と、両端部がこの構造体に固定されることで構造体が備える内部空間に配置され、内部空間を正極室と負極室とに区分するセパレータと、正極室及び負極室のそれぞれに充填された正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物とを備えるリチウムイオン電池により、上述の課題の少なくとも一つを解決している。

【0007】

正極室及び負極室のそれぞれに正極電極組成物及び負極電極組成物を充填したので、筐体の内部空間内面の形状の自由度が高まるとともに、内部空間内面と正極及び負極電極組成物との間の間隙を十分小さくすることができる。

【0008】

ここで、セパレータは、その両端部が構造体内に固定されることで内部空間内に固定されていることが好ましい。また、装着型電子機器は時計機能を備えることが好ましい。また、装着型電子機器に、機器本体と、この機器本体に設けられて装着時に環状をなすバンド部とを設けた場合、内部空間を装着型光学機器の機器本体及びバンド部の少なくとも一方に設けることが好ましい。また、リチウムイオン電池が可撓性を有し、かつ、撓んだ状態において電源が供給可能であることが好ましい。

【0009】

ここで、正極室及び負極室の少なくとも一方の内面の少なくとも一部を曲面で形成することが好ましい。また、セパレータを平板状に形成することが好ましい。また、正極室及び負極室のそれぞれに集電体を設けることが好ましい。この際、この集電体はセパレータとの間が等間隔でない部分を有することが好ましく、さらには、集電体を内部空間の内面に沿って設けることが好ましい。

【0010】

また、正極電極組成物及び負極電極組成物のうち少なくとも一方の電極組成物の少なくとも一部を、主に導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆することが好ましい。さらに、正極電極組成物及び負極電極組成物のうち少なくとも一方は繊維状物質を含むことが好ましく、この場合、さらに、繊維状物質はカーボンファイバーであることが好ましい。

【0011】

また、本発明は、内部空間を備える構造体を有し、両端部がこの構造体に固定されることで内部空間内に設けられたリチウムイオン電池を備える装着型電子機器に適用される。そして、リチウムイオン電池に、構造体の内部空間に配置され、内部空間を正極室と負極室とに区分するセパレータと、正極室及び負極室のそれぞれに充填された正極電極組成物及び負極電極組成物とを設けることにより、上述の課題の少なくとも一つを解決している。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、装着型電子機器に設けられた内部空間を有効利用することの可能なリチウムイオン電池及び装着型電子機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態であるリチウムイオン電池が適用されたスマートウォッチの一例を示す斜視図である。

【図2】図１のＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ矢視断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態であるリチウムイオン電池が適用されたスマートウォッチの他の例を示す斜視図である。

【図4】図３に示すスマートウォッチを長手方向中央で切断した横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１実施形態）
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態であるリチウムイオン電池について説明する。図１は、本発明の第１実施形態であるリチウムイオン電池が適用されたスマートウォッチの一例を示す斜視図、図２は図１のＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ矢視断面図である。

【0015】

本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、図１に示すように、情報処理能力を有する装着型電子機器であるスマートウォッチＷのバンド部を構成する構造体１の内部に収納されている。図２に詳細を示すように、構造体１の内部には縦断面及び横断面とも略台形の空洞が形成されており、この空洞が内部空間１ａとされる。

【0016】

より詳細には、構造体１には、略全体にわたって内部に空洞が形成され、この空洞が内部空間１ａとされるとともに、図２（ａ）に示すように、この内部空間１ａ内には、平板状のセパレータ４が、その両端部が構造体１内に固定されることで内部空間１ａ内に固定され、これにより、内部空間１ａが正極室２及び負極室３に区分されている。このセパレータ４は、図２（ｂ）に示すように、バンドである構造体１の長手方向（図２（ｂ）において左下から右上に向かう方向）に沿って延在されている。

【0017】

正極室２には、図２（ａ）に示すように、内部空間１ａの曲面に沿うような、端部を図２（ａ）において下方に折曲した形状の正極集電体７が配置され、また、負極室３には、同様に図２（ａ）に示すように、内部空間１ａの内面に沿うような平板状の負極集電体８が配置され、さらに、これら正極集電体７及び負極集電体８が内部空間１ａ内に配置された状態で、正極活物質５及び負極活物質６が正極室２及び負極室３に充填されることで、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌが形成されている。

【0018】

なお、正極活物質５及び負極活物質６の充填に当たっては、例えばセパレータ４の位置で構造体１を上下に二分割して、上下それぞれの空隙に正極活物質５及び負極活物質６を充填した後でこれら正極活物質５及び負極活物質６の間にセパレータ４を挟み、減圧下で二分割した構造体１の両端部を溶着等により固定すればよい。

【0019】

ここで、図２（ｂ）に示すように、正極集電体７は、バンドである構造体１の長手方向に沿っても、内部空間１ａの曲面に沿うような、周期的に下方に折曲された形状に形成されている。

【0020】

ここで、本明細書において、「充填された」とは、正極活物質粒子及び負極活物質粒子が正極室２及び負極室３にそれぞれ収納されている状態を意味し、好ましくは、この正極活物質粒子及び負極活物質粒子と電解質とが正極室２及び負極室３にそれぞれ収納されている状態を意味する。さらに好ましくは、正極活物質粒子及び負極活物質粒子と電解質とが混合された状態を意味する。

【0021】

本発明において正極室２及び負極室３に正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物が充填された状態にするには、粉体状の正極活物質粒子及び負極活物質粒子を直接正極室２及び負極室３にそれぞれに入れてもよく、正極活物質又は負極活物質粒子と非水溶媒とを含むスラリーを正極室２及び負極室３にそれぞれ入れてもよく、正極活物質又は負極活物質粒子と電解液とを含む正極電極組成物のスラリー及び負極電極組成物のスラリーを正極室２及び負極室３にそれぞれ入れることで行ってもよい。粉体状の正極活物質及び負極活物質粒子を直接正極室２及び負極室３に入れた場合、その後電解液を入れることで正極室２及び負極室３のそれぞれに正極電極組成物及び負極電極組成物が充填される。

【0022】

正極活物質又は負極活物質粒子と非水溶媒とを含むスラリー状物質を正極室２及び負極室３にそれぞれ入れた場合、その後加圧又は減圧して活物質粒子と非水溶媒とを分離可能な膜を透過させて非水溶媒を除去し、さらに電解液を入れることで正極室２及び負極室３のそれぞれに正極電極組成物及び負極電極組成物が充填される。正極活物質又は負極活物質粒子と電解液とを含むスラリー状の正極電極組成物及び負極電極組成物を正極室２及び負極室３にそれぞれ入れた場合、さらに加圧又は減圧して活物質粒子と電解液とを分離可能な膜を透過させて電解液の一部を除去して正極電極組成物及び負極電極組成にそれぞれ含まれる正極活物質及び負極活物質の含有量を高める工程を行っても良い。

【0023】

活物質粒子と非水溶媒又は電解液とを分離可能な膜としては、活物質粒子と非水溶剤溶媒又は電解液とを分離可能な膜であれば制限はないが、集電体及び／又はセパレータとして設けられた膜であることが好ましい。

【0024】

正極、負極活物質粒子を正極室２及び負極室３に充填する際には、構造体１に振動、衝撃を与えることで、正極、負極活物質粒子を正極室２及び負極室３に均一に充填することが好ましい。

【0025】

また、正極、負極活物質粒子と電解液又は非水溶媒とを混合した物質は、通常スラリー状であるが、正極、負極活物質粒子と電解液との重量比によってはゲル状物質や粉体に近い物質になることもある。

【0026】

そして、構造体１内を減圧脱気した後、この構造体１の開口部をシール部材等を用いて封止することにより、本発明のリチウムイオン電池Ｌの一例を製造することができる。

【0027】

正極活物質５を構成する正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂及びＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ₂及びＶ₂Ｏ₅）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ₂及びＴｉＳ₂）及び導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン及びポリカルバゾール）等が挙げられる。

【0028】

また、負極活物質６を構成する負極活物質粒子としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等）、炭素繊維、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリキノリン等）、スズ、シリコン、及び金属合金（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等）、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂等）等が挙げられる。

【0029】

本発明の電池においては、正極、負極活物質粒子が、表面の少なくとも一部が被覆用樹脂及び導電助剤を含む被覆剤で被覆されてなる被覆活物質粒子であることが好ましい。

【0030】

被覆剤は被覆用樹脂を含んでおり、正極活物質粒子の周囲が被覆剤で被覆されていると、電極の体積変化が緩和され、電極の膨脹を抑制することができる。被覆用樹脂の例としては、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。これらの中ではビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂又はポリアミド樹脂が好ましい。

【0031】

導電助剤としては、導電性を有する材料から選択される。

【0032】

具体的には、金属［アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅及びチタン等］、カーボン［グラファイト、カーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブ等］、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。

【0033】

これらの導電助剤は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記した導電助剤の材料のうち金属のもの）をメッキ等でコーティングしたものでもよい。

【0034】

導電助剤として導電性繊維を用いることも可能である。導電性繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。

【0035】

被覆活物質粒子は、例えば、活物質粒子を万能混合機に入れて３０〜５００ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂を含む樹脂溶液を１〜９０分かけて滴下混合し、さらに導電助剤を混合し、撹拌したまま５０〜２００℃に昇温し、０．００７〜０．０４ＭＰａまで減圧した後に１０〜１５０分保持することにより得ることができる。

【0036】

正極室２及び負極室３に正極電極組成物及び負極電極組成物が充填された状態する工程において、正極活物質及び負極活物質粒子をそれぞれ含むスラリー状物質は、電解液を含む電解液スラリーであるか、非水溶媒を含む溶媒スラリーであることが好ましい。

【0037】

電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。

【0038】

電解質としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆及びＬｉＣｌＯ₄等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂及びＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはＬｉＰＦ₆である。

【0039】

非水溶媒としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。

【0040】

非水溶媒は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

【0041】

非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、より好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、さらに好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。特に好ましいのはプロピレンカーボネート(ＰＣ)、またはエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合液である。

【0042】

スラリー状物質は、活物質粒子並びに導電助剤を電解液又は非水溶媒の重量に基づいて１０〜６０重量％の濃度で分散してスラリー化することにより調製することが好ましい。

【0043】

セパレータ４としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等、ポリオレフィン製の微多孔膜フィルム、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等が挙げられる。

【0044】

集電体７、８としては、金属集電体や樹脂集電体を用いることができる。金属集電体としては、公知の金属集電体を用いることができる。たとえば、金属集電体は、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン、およびこれらの一種以上を含む合金、ならびにステンレス合金からなる群から選択される一種以上からなると好ましい。金属集電体は薄板または金属箔から形成されてもよいし、基材の表面にスパッタリング、電着、塗布等の手法により金属層を形成してもよい。

【0045】

樹脂集電体を構成する高分子材料は、導電性高分子であってもよいし、導電性を有さない高分子であってもよい。

【0046】

高分子材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。

【0047】

電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

【0048】

また、樹脂集電体は、導電性の高分子材料を含む樹脂集電体の導電性を向上させる目的、あるいは、導電性を有さない高分子材料を含む樹脂集電体に導電性を付与する目的から、導電性フィラーを含んでいると好ましい。導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、集電体内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが好ましい。具体的には、カーボン材料、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、ニッケルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの導電性フィラーは１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、ステンレス（ＳＵＳ）等のこれらの合金材が用いられてもよい。耐食性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン材料、ニッケル、より好ましくはカーボン材料である。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものであってもよい。

【0049】

樹脂集電体の具体例としては、ポリプロピレンに導電性フィラーとしてアセチレンブラックを５〜２０部分散させた後、熱プレス機で圧延したものが挙げられる。また、その厚みも特に制限されず、公知のものと同様、あるいは適宜変更して適用することができる。

【0050】

シール部材を構成する材料としては、集電体７、８との接着性を有し、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料、特に熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。

【0051】

また、バンド部を構成する構造体１は、金属、プラスチック、硬質ゴム等で形成され、少なくともその長手方向に沿った撓みを許容する可撓性を有している。

【0052】

本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、一例として、図１に示すように、図略の導電部を介して、スマートウォッチＷのディスプレイ付き装着型電子機器の機器本体である本体部Ｍを駆動するための電源電池として用いられる。これにより、本実施形態の装着型電子機器が構築される。

【0053】

従って、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌによれば、装着型電子機器であるスマートウォッチＷに設けられた内部空間を有効利用することの可能なリチウムイオン電池Ｌを実現することができる。

【0054】

また、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、スマートウォッチＷに適用したものであり、機械式または電子式ムーブメントではなく、時刻が表示されている表示面をタッチしたりすることにより、スマホと同様な機能を、同じ感覚で操作することができる。

【0055】

ここで、スマートウォッチＷは、外形が従来の機械式または電気式時計の形状をしているものの、このスマートウォッチＷを駆動する電池は数日程度しか持たないのが実情であり、従って、より長時間の使用を可能にする電池構造が強く求められているところである。

【0056】

さらに、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌにおいては、機能部品であるバンド部（構造体１）を、電池としても使用可能とすることができ、これにより、より長時間のスマートウォッチＷの使用が可能となる。

【0057】

また、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌでは、仮にスマートウォッチＷのバンド部である構造体１が、スマートウォッチＷの着用時にたわんだとしても、リチウムイオン電池Ｌとしての特性に問題を生じる可能性が極めて小さい、という利点がある。すなわち、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、従来のリチウムイオン電池のように正極活物質及び負極活物質に熱処理してこれら正極活物質及び負極活物質を乾燥させていないので、電池全体がたわんだ際に正極または負極活物質が集電体から剥離してリチウムイオン電池Ｌとしての特性に問題を生じる事態を招く可能性が極めて小さい。加えて、スマートウォッチＷを装着することにより構造体１が長手方向に撓んだとしても、リチウムイオン電池Ｌは電源電圧を供給し続けることができる。

【0058】

（第２実施形態）
次に、図３及び図４を参照して、本発明の第２実施形態であるリチウムイオン電池について説明する。図３は、本発明の第２実施形態であるリチウムイオン電池が収納された状態の一例を示す斜視図、図４は図３に示すスマートウォッチを長手方向中央で切断した横断面図である。

【0059】

本実施形態のリチウムイオン電池Ｌも、図３及び図４に示すように、第１実施形態とは異なる例のスマートウォッチＷの機器本体（ベゼル）である構造体１の内部に収納されている。図４に詳細を示すように、構造体１の図中上面に凹部１ｇが形成され、この凹部１ｇにはスマートウォッチＷのディスプレイ付き本体部Ｍが配置されているとともに、この構造体１の内部には空洞が形成されており、この空洞が内部空間１ａとされる。

【0060】

より詳細には、構造体１の内部には空洞が形成され、この空洞が蓋１０により下方から封止されることで内部空間１ａとされるとともに、図４に示すように、この内部空間１ａ内には、平板状のセパレータ４が、その周縁部がリング状または円筒状のシール部材９を介して構造体１内に固定されることで内部空間１ａ内に固定され、これにより、内部空間１ａが正極室２及び負極室３に区分されている。

【0061】

正極室２には、図４に示すように、内部空間１ａの曲面に沿うような、中央部が凹部１ｇに沿って折曲され、さらに端部が図４において下方に折曲された形状の正極集電体７が配置され、また、負極室３には、同様に図４に示すように、構造体１を有する面のうち、装着型電子機器の使用者の腕に接する面（図４において下面）に形成された平面視略円形の凸部１ｈに沿って中央部が折曲された形状の負極集電体８が配置され、さらに、これら正極集電体７及び負極集電体８が内部空間１ａ内に配置された状態で、正極活物質５及び負極活物質６が正極室２及び負極室３に充填されることで、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌが形成されている。

【0062】

なお、正極活物質５及び負極活物質６の充填に当たっては、図４において構造体１を上下逆に置き、内部空間１ａに所定量の正極活物質５を充填し、この正極活物質５を平らに均した後でこの正極活物質５の上にセパレータ４を配置し、セパレータ４の端部をシール部材９で固定した後、負極活物質６をその中央をやや盛り上げるように充填し、この状態で蓋１０をはめて封止すればよい。

【0063】

なお、セパレータ４、正極及び負極活物質５、６、正極及び負極集電体７、８及びシール部材９の具体的構成は、上述の第１実施形態で説明したとおりであるので、ここでの説明は簡略化する。

【0064】

本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、一例として、図３に示すように、図略の導電部を介して、スマートウォッチＷのディスプレイ付き本体部Ｍを駆動するための電源電池として用いられる。これにより、本実施形態の装着型電子機器が構築される。

【0065】

従って、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌによっても、装着型電子機器であるスマートウォッチＷに設けられた収納空間を有効利用することの可能なリチウムイオン電池Ｌを実現することができる。

【0066】

また、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、上述の第１実施形態と同様にスマートウォッチＷに適用したものであり、機械式または電子式ムーブメントではなく、時刻が表示されている表示面をタッチしたりすることにより、スマホと同様な機能を、同じ感覚で操作することができる。

【0067】

さらに、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、スマートウォッチＷの機器本体の構造体１であるベゼル内面を最大限使用してリチウムイオン電池Ｌを形成したので、より長時間のスマートウォッチＷの使用が可能となる。すなわち、本実施形態によれば、フレームや構造体等の機能部品等の内面に電池を設けることによって、電池としての機能を持たせることを可能とした。

【0068】

（変形例）
なお、本発明のリチウムイオン電池及び装着型電子機器は、その細部が上述の各実施形態に限定されず、種々の変形例が可能である。一例として、上述の各実施形態では、スマートウォッチＷのバンド部及び機器本体を構成する構造体１のいずれかにリチウムイオン電池Ｌを設けたが、バンド部及び機器本体を構成する構造体１のいずれにもリチウムイオン電池Ｌを設けてもよい。本発明によるリチウムイオン電池の外形形状は任意の形状から適宜選択されればよく、特段の限定はない。

【0069】

また、本発明のリチウムイオン電池Ｌが設けられる装着型電子機器は、上述の一実施形態のようなスマートウォッチＷに限定されず、種々の変形例が可能である。

【0070】

一方、セパレータ４の形状にも特段の限定はないが、上述の各実施形態のように平板状に形成することでセパレータ４の製造工程等の簡略化を図ることができる。また、正極集電体７及び負極集電体８の形状にも特段の限定はないが、上述の実施形態のように、リチウムイオン電池を構成する構造体１の内面に沿って正極及び負極集電体７、８を設けることで、正極室２及び負極室３に充填される正極電極組成物及び負極電極組成物の容量を高めることができて好ましい。さらに言えば、少なくとも正極及び負極集電体７、８とセパレータ４との間が等間隔でない部分を有することで、構造体１内部の収納空間をより有効利用することが可能となる。

【実施例】

【0071】

次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り部は重量部、％は重量％を意味する。

【0072】

（被覆用樹脂溶液の作製）
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロート及び窒素ガス導入管を付した４つ口フラスコに、酢酸エチル８３部とメタノール１７部とを仕込み６８℃に昇温した。次いで、メタクリル酸２４２．８部、メチルメタクリレート９７．１部、２−エチルヘキシルメタクリレート２４２．８部、酢酸エチル５２．１部及びメタノール１０．７部を配合したモノマー配合液と、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）０．２６３部を酢酸エチル３４．２部に溶解した開始剤溶液とを４つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで４時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）０．５８３部を酢酸エチル２６部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートを用いて２時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を４時間継続した。溶媒を除去し、樹脂５８２部を得た後、イソプロパノールを１，３６０部加えて、樹脂濃度３０重量％のビニル樹脂からなる被覆用樹脂溶液を得た。

【0073】

（被覆正極活物質粒子の作製）
ＬｉＣｏＯ₂粉末［日本化学工業（株）製 セルシードＣ−８Ｇ］９６重量部を万能混合機に入れ、室温、１５０ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂溶液（樹脂固形分濃度３０重量％）を樹脂固形分として２重量部になるように６０分かけて滴下混合し、さらに３０分撹拌した。

【0074】

次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック［電気化学工業（株）製 デンカブラック（登録商標）］２重量部を３回に分けて混合し、３０分撹拌したままで７０℃に昇温し、１００ｍｍＨｇまで減圧し３０分保持した。上記操作により被覆正極活物質粒子を得た。

【0075】

（被覆負極活物質粒子の作製）
難黒鉛化性炭素［（株）クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製 カーボトロン（登録商標）ＰＳ（Ｆ）］９０重量部を万能混合機に入れ、室温、１５０ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂溶液（樹脂固形分濃度３０重量％）を樹脂固形分として５重量部になるように６０分かけて滴下混合し、さらに３０分撹拌した。

【0076】

次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック［電気化学工業（株）製 デンカブラック（登録商標）］５重量部を３回に分けて混合し、３０分撹拌したままで７０℃に昇温し、０．０１ＭＰａまで減圧し３０分保持した。上記操作により被覆負極活物質粒子を得た。

【0077】

（電解液の作製）
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（体積比率１：１）に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／Ｌの割合で溶解させてリチウムイオン電池用電解液を作製した。

【0078】

（正極被覆活物質スラリーの製造）
被覆正極活物質６７重量部、炭素繊維［大阪ガスケミカル（株）製 ドナカーボ・ミルド Ｓ−２４３：平均繊維長５００μｍ、平均繊維径１３μｍ］１重量部、上記電解液３２重量部を混合して、正極被覆活物質スラリーを作製した。

【0079】

（負極被覆活物質スラリーの製造）
被覆負極活物質粒子５２重量部、正極被覆活物質スラリーの製造で使用したものと同じ炭素繊維１重量部、上記電解液４７重量部を混合して、負極被覆活物質スラリーを作製した。

【0080】

（リチウムイオン電池の製造その１）
正極用集電体を敷いて正極活物質スラリーを注入して正極活物質層を形成した。続いて、セパレータを敷いて負極活物質スラリーを注入して負極活物質層を形成した。続いて負極用集電体をかぶせた後、構造体(ケース)とともに接着剤で封止した。

【0081】

電池としての動作を確認するため、集電体からのリード部分に充放電試験機を接続し、充放電試験を実施した。充放電が可能であり、リチウムイオン二次電池として機能することを確認した。

【0082】

（リチウムイオン電池の製造その２）
下部が封止された略円錐台形の構造体(ケース)の内部をセパレータで区切り正極室と負極室を形成し、それぞれの内壁に正極用集電体と負極用集電体を設けた。続いて、正極室と負極室に、粉末状の正極活物質及び負極活物質と電解質とからなる正極活物質スラリー及び負極活物質スラリーをそれぞれ入れて充填した後、構造体の上部を封止した。

【0083】

電池としての動作を確認するため、集電体からのリード部分に充放電試験機を接続し、充放電試験を実施した。この場合も、充放電が可能であり、リチウムイオン二次電池として機能することを確認した。

【符号の説明】

【0084】

Ｗ スマートウォッチ
Ｌ リチウムイオン電池
１ 構造体
１ａ 内部空間
２ 正極室
３ 負極室
４ セパレータ
５ 正極活物質
６ 負極活物質
７ 正極集電体
８ 負極集電体
９ シール部材
１０ 蓋

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】