有機ラジカル電池、その後 (after blog 06/07/2011)

ICカードに内蔵可能な超薄型有機ラジカル電池

(An ultra-thin, 0.3mm thick, organic radical battery compatible within standard IC cards of 0.76mm thickness.)

～ 回路基板と一体化することで、厚さ0.3mmを実現 ～

2012年3月5日
日本電気株式会社 (NEC)

http://www.nec.co.jp/press/ja/1203/0504.html

図1　有機ラジカル電池を用いたＩＣカード

NECは薄くて曲げられるなどの特長を有する二次電池「有機ラジカル電池」(注1)において、ICカード(規格厚0.76mm)に内蔵可能な厚さ0.3mmの超薄型電池を開発した。有機ラジカル電池は、薄型・柔軟性・高出力性・高速充電が可能など、リチウムイオン電池をはじめとする他の二次電池にはない特長を活かし、ICカードの高機能化や電子ペーパーなどへの適用が期待されている。しかし、従来の薄型化は0.7mmが限界であり、0.76mmの規格厚を有するICカードへの適用は困難であった。
今回、印刷技術を用いて回路基板と電池を一体化することで、従来比1/2以下となる厚さ0.3mmを実現した。これにより、大きな電力を必要とする画面表示機能や、通信機能、高度な暗号化処理機能をICカードに搭載することが可能となるなど、幅広い用途への適用を実現した。

開発した電池の特長を以下に纏めると、

1、回路基板と一体化することで、厚さ0.3mmの超薄型を実現
電池を包み込む外装材として、回路基板にも利用可能な厚さ0.05mmのポリマーフィルムを使用。印刷技術により負極を回路基板上に直接形成すると共に、負極の上にセパレータ(絶縁体)、ラジカルポリマー正極などを積層して作製することで、厚さ0.3mmを実現。なお、従来の電池では、外装材として利用していたアルミラミネートの厚みだけで0.2mmを要していた。
また、回路基板上には小型電子部品も実装可能であり、電池に加えてアンテナ、ICを実装した回路基板を用いることで、電池を内蔵した規格サイズのICカードが実現可能。

2、高出力性と充放電の繰り返し耐性を両立し、高い実用性を実証
3cm角、厚さ0.3mm、電池容量3mAhの試作品において、体積あたりの出力密度5kW/L(注2)の高出力性を確認。試作品を利用することで、1回の充電により表示画面の更新2000回、連続フラッシュ発光360回、位置情報送信35回などが可能。
また、充放電サイクル試験では、携帯電話用リチウムイオン電池と同等の性能である、500回の充放電で初期容量比75%の容量の維持を確認し、高い実用性を実証。

NECは、有機ラジカル電池の実用化・適用領域の拡大に向けて、引き続き研究開発を強化していくそうである。

(注1)　2001年にNECが提案した、プラスチックの一種である有機ラジカル化合物を電極活物質に用いた電池。有機ラジカル化合物と炭素繊維からなる複合正極に電解液を浸透させることで、ゲル状のフレキシブルな電極を実現している。ラジカル部位の酸化還元反応により充放電を行う。高出力性（一度に大きな電流を放電可能）という特長を持つ。なお、有機ラジカル電池の研究開発の成果の一部は、2006年6月～2011年3月に行った経済産業省・NEDOのプロジェクト「先端機能発現型新構造繊維部材基盤技術の開発」(高性能、高機能電池用部材の開発)」によるもの。 (see Archive 06/07/2011)

(注2)　kW/Lは、電池の体積あたり出力可能な電力.

Tokyo, March 5, 2012 - NEC Corporation (NEC; TSE: 6701) announced the development of an ultra-thin, 0.3mm thick, organic radical battery (ORB; *1) compatible within standard IC cards of 0.76mm thickness.
The adoption of these ultra-thin ORBs featuring greater flexibility, higher power output and faster recharging speeds than existing rechargeable batteries, including lithium-ion batteries, is expected to enable advanced new functions in IC cards, electronic paper and other technologies. Conventional ORBs of 0.7mm thickness are difficult for IC cards of standard 0.76mm thickness to adopt. These new, 0.3mm ORBs are less than half the thickness of existing units, a size reduction accomplished by using printing technologies to integrate circuit boards with batteries. As a result, IC cards embedded with these batteries can be used for a wide range of functions, including displays, transmission and advanced encryption processing.

Key features of this newly developed organic radical battery are as follows:

 

1. Ultra-thin 0.3mm thickness realized through integration with circuit boards 
   These batteries are externally wrapped with a polymer film of 0.05mm thickness that may also be used with circuit boards. Moreover, the 0.3mm thickness is achieved through printing technologies that enable negative electrodes to be directly formed on circuit boards. This is created in combination with separators (insulation) on the negative electrodes and laminated radical polymer cathodes. Conventional batteries use an aluminum laminate as external material that is 0.2mm thick.
   
   Battery-equipped circuit boards can also be outfitted with small electronic components, such as antennae. Circuit boards that are equipped with these batteries and electronic components enable the production of standard size IC cards with built-in batteries.
2. Demonstrates both high power output and resistance to repeated charging and discharging
   Battery prototypes feature a 0.3mm edge, 3cm thickness, 3mAh capacity and 5kW / L *2 high-output power density per unit volume. Prototypes are capable of 2,000 display screen updates, 360 consecutive flash firings and 35 location transmissions on a single charge. Furthermore, charge-discharge tests indicate that the batteries maintain 75% of their initial charge-discharge capacity after 500 cycles, equivalent to the performance of lithium-ion batteries for mobile phones.

Notes

*1 Organic Radical Battery (ORB)
NEC first proposed using an organic radical compound as a battery's active electrode material in 2001. Charging occurs through the radical compound's oxidation-reduction (redox) reaction. ORB advantages include their extremely high power (large current discharge at one time). Research and development was partially carried out by the "Basic Technology Development for Fiber Materials Having Advanced Functions / Development of Battery Components to Enhance Performance and Functionality" project, sponsored by the Ministry of Economy Trade and Industry (METI), as well as the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

*2 kW / L is a battery's possible electrical power output per unit volume.

（解説試料: Explaining Document ）

http://jpn.nec.com/techrep/journal/g12/n01/pdf/120121.pdf

 (NEC技報 Vol.65 No.1/2012 )