JP2022163124A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。
本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置または電子機
器の製造方法に関する。特に、電子機器およびそのオペレーティングシステムに関する。
を有する電気光学装置、二次電池を有する情報端末装置などは全て電子機器である。
ば、薄型携帯書籍が特許文献1に記載されている。
する。使用者が携帯する電子機器は、長時間使用することが望まれ、そのために大容量の
二次電池を用いればよい。電子機器に大容量の二次電池を内蔵させると大容量の二次電池
は大きく、重量がかさむ問題がある。そこで携帯する電子機器に内蔵できる小型または薄
型で大容量の二次電池の開発が進められている。
成となっている。
薄い二次電池を実現するために、薄い金属缶を成形加工によって製造することが困難であ
り、薄い金属缶を用いて二次電池を作製することも困難である。
含むフィルム(ラミネートフィルムとも呼ぶ)を用いると、金属缶を用いた二次電池より
も軽量であり、薄型の二次電池を作製することができる。または、本発明の一態様は、新
規な蓄電装置、新規な二次電池などを提供することを課題とする。なお、これらの課題の
記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、こ
れらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請
求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載
から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
から力が加わった場合に、外装体に囲まれた領域に配置される集電体、または集電体表面
に設けられた活物質層などにダメージを与える恐れがある。集電体は、リード電極と接続
するための突出部(電極タブ部とも呼ばれる)が設けられており、外力が加わり二次電池
が曲がった時に突出部(電極タブ部)の周辺で亀裂などのダメージが集電体の一部に与え
られ、二次電池の破損に繋がる。
に緩衝材を配置し、その緩衝材の外側に外装体(フィルム)の封止部が配置されるように
収納する。容量を増大させるために、外装体に囲まれた領域には、正極となる集電体と、
セパレータと、負極となる集電体とを少なくとも有するユニットも複数重ねて設けるが、
緩衝材は、最も外側の集電体と外装体の間に設ける。また、緩衝材は、セパレータよりも
厚さが厚いものを用いる。また、緩衝材は、集電体よりも厚さが厚いものを用いる。また
、緩衝材は、セパレータと同じ材料を用いてシートを丸めたものを用いてもよい。
など)、直方体形状などが挙げられる。例えばシート状のプラスチックフィルムにスリッ
トを有する形状としてもよい。また、外装体に囲まれた領域に複数の緩衝材を収納しても
よく、それぞれ大きさや形状が異なってもよい。例えば、緩衝材として繊維状の糸(ガラ
スファイバー)を複数本束ねた集合体を用いてもよい。また、有機樹脂からなる糸を布の
ように編みこんだ集合体(織布)を用いてもよい。また、シート状の材料を丸めた形状や
シート状の材料を折りたたんだ形状を用いてもよい。具体的には、集電体よりも広い面積
を有する薄い平板状の緩衝材(プラスチックフィルム)が集電体と互いに重なるように外
装体に囲まれた領域に収納する。本明細書で開示する構成の一つは、フィルムと、該フィ
ルムで囲んだ領域に第1の集電体と、活物質層と、第2の集電体と、緩衝材と、を有する
二次電池であり、緩衝材はプラスチックフィルムであり、プラスチックフィルムの面積は
、第1の集電体と第2の集電体が重なる面積よりも広いことを特徴とする。
状が、ほぼ長方形となるように外装体に囲まれた領域に収納する。この場合、外装体に囲
まれた領域で集電体と枠状の緩衝材が接していなくとも外装体の周縁を熱圧着で封止する
と、集電体と枠状の緩衝材の境界は外観からは不明瞭となる。本明細書で開示する二次電
池の外観は、周縁部が熱圧着で薄くなっており、中央部には積層体(第1の集電体、セパ
レータ、第2の集電体など)があるため周縁部よりも厚さが厚く、中央部と周縁部の間に
は緩衝材が配置されて周縁部よりも厚さが厚くなっている。また、二次電池の外観は、積
層体の第1の集電体と電気的に接続する第1のリード電極が突出して露出しており、第2
の集電体と電気的に接続する第2のリード電極も突出して露出している。
不織布、紙など)であることが好ましい。また、緩衝材の材料として弾性を有する材料(
合成ゴム、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエン
ゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴムなど)が好ましい。具体的には
、緩衝材の材料としてセパレータよりも弾性率の高い材料を用いる。また、緩衝材の材料
として材料内部に気泡を有する多孔質材料(例えば、発泡スチロールや、上記合成ゴム材
料を用いたスポンジゴムをシート状にしたもの)であってもよい。また、緩衝材の材料と
してゲル化素材を用いてもよい。
できる。例えば、緩衝材の材料として、炭素繊維の表面に有機樹脂をコートしたものや、
金属箔(アルミニウム箔や銅箔やステンレス箔など)の表面に無機絶縁膜、例えば酸化シ
リコン膜を成膜したもの、金属箔の表面に有機樹脂をコートしたものなどを用いることが
できる。
安定な位置に収納できる。また、二次電池を所望の形状に曲げる場合、所望の形状となる
ように緩衝材も曲がった形状とすることもでき、二次電池の曲げられた形状維持にも寄与
することもできる。また、二次電池が必要以上に曲がらないように制限する機能を持たせ
ることもできる。緩衝材は、二次電池の骨格としても機能させることもできる。
るように緩衝材を設けてもよい。この場合には、緩衝材自体が外装体の一部、即ち封止部
材の一つとして機能する。
曲がることが望ましく、緩衝材の材料として可撓性を有することが好ましい。また、二次
電池の内部の電解液が経時劣化により少なくなっても緩衝材があるため、曲げることでし
わが発生する、或いは二次電池の外観の変化を抑えることができる。また、二次電池に衝
撃力が加わった場合、外装体に囲まれた領域に緩衝材があるため、衝撃力が1点に集中さ
れることを緩和し、局部的に二次電池が曲げられることが抑えられ、二次電池が損傷する
ことを抑止できる。
、および負極として機能する第2の集電体を、それぞれ複数個有することを特徴とする蓄
電体である。
の範囲で変形することができる。蓄電体の外装体であるフィルムは、1枚または2枚で構
成されており、積層構造の蓄電体である場合、湾曲させた電池の断面構造は、外装体であ
るフィルムの2つの曲線で挟まれた構造となる。
1700を切断した平面1701において、曲面1700に含まれる曲面の形状である曲
線1702の一部を円の弧に近似して、その円の半径を曲率半径1703とし、円の中心
を曲率中心1704とする。図7(B)に曲面1700の上面図を示す。図7(C)に、
平面1701で曲面1700を切断した断面図を示す。曲面を平面で切断するとき、曲面
に対する平面の角度や切断する位置に応じて、断面に現れる曲線の曲率半径は異なるもの
となるが、本明細書等では、最も小さい曲率半径を面の曲率半径とする。
曲させた場合には、蓄電体の曲率中心1800に近い側のフィルム1801の曲率半径1
802は、曲率中心1800から遠い側のフィルム1803の曲率半径1804よりも小
さい(図8(A))。蓄電体を湾曲させて断面を円弧状とすると曲率中心1800に近い
フィルムの表面には圧縮応力がかかり、曲率中心1800から遠いフィルムの表面には引
っ張り応力がかかる(図8(B))。外装体の表面に凹部または凸部で形成される模様を
形成すると、このように圧縮応力や引っ張り応力がかかったとしても、ひずみによる影響
を許容範囲内に抑えることができる。そのため、蓄電体は、曲率中心に近い側の外装体の
曲率半径が10mm以上好ましくは30mm以上となる範囲で変形することができる。
ことができ、例えば図8(C)に示す形状や、波状(図8(D))、S字形状などとする
こともできる。蓄電体の曲面が複数の曲率中心を有する形状となる場合は、複数の曲率中
心それぞれにおける曲率半径の中で、最も曲率半径が小さい曲面において、2枚の外装体
の曲率中心に近い方の外装体の曲率半径が、10mm以上好ましくは30mm以上となる
範囲で蓄電体が変形することができる。
電装置の一例としては、電池、一次電池、二次電池、リチウムイオン二次電池(リチウム
イオンポリマー二次電池も含む)、リチウム空気電池、などがあげられる。さらに、蓄電
装置の別の例として、キャパシタに適用することもできる。例えば、本発明の一態様の負
極と、電気二重層の正極とを組み合わせて、リチウムイオンキャパシタなどのようなキャ
パシタを構成することも可能である。
部変形を緩衝材の材質や配置によって調節することができる。例えば、二次電池が急激に
折り曲げられようとされても緩衝材の存在により内部構造が破壊されない程度に曲げが抑
えられる。従って、緩衝材は、外部からの曲げる力によって内部構成が損傷することを保
護することができる。または、新規な蓄電装置、新規な二次電池などを提供することが出
来る。なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発
明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の
効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書
、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
明を明瞭化するために誇張または省略されている場合がある。よって、必ずしもそのスケ
ールに限定されない。
めに付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではな
い。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同
を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。
図1(A)に蓄電体の模式図の一例を示す。また、蓄電体の外装体に囲まれた内部構造の
一例を図2(A)に示す。
と、負極102と、緩衝材110と、電解液を少なくとも有する。蓄電体の構造としては
、様々な構造があるが、本実施の形態では、外装体107の形成にフィルムを用いる。
ッケル鋼、金、銀、銅、チタン、ニクロム、鉄、錫、タンタル、ニオブ、モリブデン、ジ
ルコニウム、亜鉛など金属箔となる金属または合金)、有機材料からなるプラスチックフ
ィルム、有機材料(有機樹脂や繊維など)と無機材料(セラミックなど)とを含むハイブ
リッド材料フィルム、炭素含有無機フィルム(カーボンフィルム、グラファイトフィルム
など)から選ばれる単層フィルムまたはこれら複数からなる積層フィルムを用いる。
スチックフィルムを用いる。また、本実施の形態では、緩衝材110は、セパレータ10
3よりも厚いプラスチックフィルムを用いる。また、緩衝材110はスリットを有してい
てもよい。また、緩衝材110は矩形に限定されず、4つの角が丸められた形状としても
よい。緩衝材110の形状に鋭角な角があると、蓄電体を曲げた際に、その角が外装体で
あるフィルムを損傷する恐れがあるため、緩衝材110の角部を面取り加工すると信頼性
の良い蓄電体を提供することができる。緩衝材110の材料は、絶縁材料を用い、例えば
、PPや、PEや、PETやPBT等のポリエステル、ナイロン6、ナイロン66等のポ
リアミド、また無機蒸着フィルム、または紙類を用いればよい。
に収納できる。蓄電体を所望の形状に曲げる場合、所望の形状となるように緩衝材も曲が
った形状とすることもでき、蓄電体の曲げられた形状維持にも寄与することもできる。ま
た、蓄電体が必要以上に曲がらないように制限する機能を持たせることもできる。緩衝材
は、蓄電体の骨格としても機能させることもできる。蓄電体の外装体に囲まれた領域に緩
衝材110を設けることで、蓄電体の外部から力を加えて生じるひずみによる影響を許容
範囲内に抑えることができる。よって、信頼性の良い蓄電体を提供することができる。
面が滑らかなプラスチックフィルムであれば、緩衝材110の表面と接する集電体や、緩
衝材110の表面と接する外装体と摺動するため、曲げの繰り返しにも強い蓄電体を提供
することもできる。
を設けたものを含めて正極と呼ぶこととする。負極102は、集電体(銅など)の片面ま
たは両面に負極活物質層などを設けたものを含めて負極と呼ぶこととする。また、正極1
01は、正極リード104と電気的に接続されており、負極102は負極リード105と
電気的に接続されている。正極リード104および負極リード105は、リード電極、ま
たはリード端子とも呼ばれる。正極リード104および負極リード105の一部は外装体
の外側に配置される。また、蓄電体100の充電および放電は、正極リード104および
負極リード105を介して行われる。
二次電池を一つの閉回路とみなした時、リチウムイオンの動きと電流の流れは同じ向きに
なる。なお、リチウムを用いた二次電池では、充電と放電でアノード(陽極)とカソード
(陰極)が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、反応電位が
高い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書におい
ては、充電中であっても、放電中であっても、逆パルス電流を流す場合であっても、充電
電流を流す場合であっても、正極は「正極」または「+極(プラス極)」と呼び、負極は
「負極」または「-極(マイナス極)」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に関連し
たアノード(陽極)やカソード(陰極)という用語を用いると、充電時と放電時とでは、
逆になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード(陽極)やカソード
(陰極)という用語は、本明細書においては用いないこととする。仮にアノード(陽極)
やカソード(陰極)という用語を用いる場合には、充電時か放電時かを明記し、正極(プ
ラス極)と負極(マイナス極)のどちらに対応するものかも併記することとする。
100の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。図1(B)では、蓄電体100の
外部の端子(正極リード104)から、正極集電体(正極101)の方へ流れ、蓄電体1
00の中において、正極101から負極102の方へ流れ、負極から蓄電体100の外部
の端子(負極リード105)の方へ流れる電流の向きを正の向きとしている。つまり、充
電電流の流れる向きを電流の向きとしている。
に収納する例を示しているが、蓄電体の容量を大きくするために、複数組の正極101と
負極102を外装体107に収納してもよい。
レータ103と、負極102とが配置される例を示している。なお、図2(A)では簡略
化のため、外装体107、正極リード104、負極リード105は図示していない。
、ポリエチレン(PE)、ポリブテン、ナイロン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリア
クリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等の多孔性絶縁体を用
いることができる。また、ガラス繊維等の不織布や、ガラス繊維と高分子繊維を複合した
隔膜を用いてもよい。
以上30μm以下、正極101の集電体は約10μm以上約40μm以下、正極活物質層
は約50μm以上約100μm以下、負極活物質層は約50μm以上約100μm以下、
負極102の集電体は約5μm以上約40μm以下とする。
状のものを用いてよい。また、1枚のセパレータを折り曲げ、曲げたセパレータの間に正
極(或いは負極)が位置するように外装体107内に設置してもよい。
うに負極102と接する側に緩衝材110を設けてもよい。
ように第1の緩衝材110aと、第2の緩衝材110bの間に正極101と、セパレータ
103と、負極102とを有する構成としてもよい。
岩塩型の結晶構造、またはスピネル型の結晶構造を有する複合酸化物等がある。正極活物
質として、例えばLiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O
5、Cr2O5、MnO2等の化合物を用いる。
I)、Ni(II)の一以上))を用いることができる。一般式LiMPO4の代表例と
しては、LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFe
aNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCob
PO4、LiNiaMnbPO4(a+bは1以下、0<a<1、0<b<1)、LiF
ecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO
4(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、LiFefNigC
ohMniPO4(f+g+h+iは1以下、0<f<1、0<g<1、0<h<1、0
<i<1)等のリチウム化合物を材料として用いることができる。
II)、Ni(II)の一以上、0≦j≦2)等の複合材料を用いることができる。一般
式Li(2-j)MSiO4の代表例としては、Li(2-j)FeSiO4、Li(2
-j)NiSiO4、Li(2-j)CoSiO4、Li(2-j)MnSiO4、Li
(2-j)FekNilSiO4、Li(2-j)FekColSiO4、Li(2-j
)FekMnlSiO4、Li(2-j)NikColSiO4、Li(2-j)Nik
MnlSiO4(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)、Li(2-j)FemN
inCoqSiO4、Li(2-j)FemNinMnqSiO4、Li(2-j)Ni
mConMnqSiO4(m+n+qは1以下、0<m<1、0<n<1、0<q<1)
、Li(2-j)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+uは1以下、0<r
<1、0<s<1、0<t<1、0<u<1)等のリチウム化合物を材料として用いるこ
とができる。
n、Ti、V、Nb、Al、X=S、P、Mo、W、As、Si)の一般式で表されるナ
シコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Fe2(MnO4)
3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等がある。また、正極活物質として
、Li2MPO4F、Li2MP2O7、Li5MO4(M=Fe、Mn)の一般式で表
される化合物、NaFeF3、FeF3等のペロブスカイト型フッ化物、TiS2、Mo
S2等の金属カルコゲナイド(硫化物、セレン化物、テルル化物)、LiMVO4等の逆
スピネル型の結晶構造を有する酸化物、バナジウム酸化物系(V2O5、V6O13、L
iV3O8等)、マンガン酸化物、有機硫黄化合物等の材料を用いることができる。
イオンの場合、正極活物質として、リチウムの代わりに、アルカリ金属(例えば、ナトリ
ウムやカリウム等)、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウ
ム、ベリリウム、またはマグネシウム等)を用いてもよい。
、ポリエチレン等の絶縁体を用いることができる。
いる。電解質の代表例としては、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4
、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等のリチ
ウム塩がある。これらの電解質は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合
わせ及び比率で用いてもよい。
としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、
エチレンカーボネート(EC)、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(DEC)、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン
、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、
電解液の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性等に対する安全性が
高まる。また、蓄電池の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表
例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキ
サイド系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーのゲル等がある。ま
た、電解液の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体(常温溶融塩)を一つま
たは複数用いることで、蓄電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、
蓄電池の破裂や発火などを防ぐことができる。なお、イオン液体は、流動状態にある塩で
あり、イオン移動度(伝導度)が高い。また、イオン液体は、カチオンとアニオンとを含
む。イオン液体としては、エチルメチルイミダゾリウム(EMI)カチオンを含むイオン
液体、またはN-メチル-N-プロピルピペリジニウム(PP13)カチオンを含むイオ
ン液体などがある。
EO(ポリエチレンオキシド)系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができ
る。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電
池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。
リチウムイオンの挿入・脱離が可能な材料を用いることができ、リチウム金属、炭素系材
料、合金系材料等を用いることができる。
び体積当たりの比容量が大きい(それぞれ3860mAh/g、2062mAh/cm3
)ため、好ましい。
ドカーボン)、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。
系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒鉛等の天然黒鉛がある。
リチウム金属と同程度に卑な電位を示す(0.1~0.3V vs.Li/Li+)。こ
れにより、リチウムイオン二次電池は高い作動電圧を示すことができる。さらに、黒鉛は
、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が小さい、安価である、リチウム金属に
比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。
能な合金系材料または酸化物も用いることができる。キャリアイオンがリチウムイオンで
ある場合、合金系材料としては、例えば、Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、
Ag、Au、Zn、Cd、In、Ga等のうち少なくとも一つを含む材料がある。このよ
うな元素は炭素に対して容量が大きく、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと
飛躍的に高い。このため、負極活物質にシリコンを用いることが好ましい。このような元
素を用いた合金系材料としては、例えば、Mg2Si、Mg2Ge、Mg2Sn、SnS
2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、
Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb
3、InSb、SbSn等がある。なお、SiOとは、ケイ素リッチの部分を含むケイ素
酸化物の粉末を指しており、SiOy(2>y>0)とも表記できる。例えばSiOは、
Si2O3、Si3O4、またはSi2Oから選ばれた単数または複数を含む材料や、S
iの粉末と二酸化ケイ素SiO2の混合物も含む。また、SiOは他の元素(炭素、窒素
、鉄、アルミニウム、銅、チタン、カルシウム、マンガンなど)を含む場合もある。即ち
、単結晶Si、アモルファスSi、多結晶Si、Si2O3、Si3O4、Si2O、S
iO2から選ばれる複数を含む材料を指しており、SiOは有色材料である。SiOでは
ないSiOx(Xは2以上)であれば無色透明、或いは白色であり、区別することができ
る。ただし、二次電池の材料としてSiOを用いて二次電池を作製した後、充放電を繰り
返すなどによって、SiOが酸化した場合には、SiO2に変質する場合もある。
ウムチタン酸化物(Li4Ti5O12)、リチウム-黒鉛層間化合物(LixC6)、
五酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タングステン(WO2)、酸化モリブデン(MoO2
)等の酸化物を用いることができる。
Li3-xMxN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6
Co0.4N3は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm3)を示
し好ましい。
正極活物質としてリチウムイオンを含まないV2O5、Cr3O8等の材料と組み合わせ
ることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも
、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させておくことで負極活物質と
してリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。
、酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)等の、リチウム
と合金化反応を行わない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反
応が生じる材料としては、さらに、Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2、Cr2O
3等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn3N2、Cu3N、G
e3N4等の窒化物、NiP2、FeP2、CoP3等のリン化物、FeF3、BiF3
等のフッ化物でも起こる。なお、上記フッ化物の電位は高いため、正極活物質として用い
てもよい。
剤(バインダ)、負極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。
るように緩衝材を設けてもよい。外装体107の外周縁を熱圧着により、接着する際、接
着領域とシート状の緩衝材の一部と重ねて熱圧着して封止してもよい。この場合、シート
状の緩衝材は接着領域と接している部分で固定される。
ず、車両などに搭載する大型の電池にも適用することができる。
実施の形態1ではシート状の緩衝材を用いる例を示したが、本実施の形態では、実施の形
態1と異なる形状の緩衝材を用い、設置位置も異なる例を示す。
一例を図3(B)に示す。なお、図3において、図1と共通の部分には同じ符号を用いて
説明することとし、簡略化のため詳細な説明はここでは省略することとする。
と、負極102と、第1の緩衝材310aと、第2の緩衝材310bと、電解液を少なく
とも有する。
03よりも厚く、棒状の弾性体(弾性を有する材料)を用いる。
の間に正極101、セパレータ103、及び負極102が位置するように設置する。
ムにはポリプロピレンからなる層がフィルム表面に設けられ、熱圧着した部分のみが接着
領域となる。
において第1の緩衝材310aが露出する。緩衝材を露出せず蓄電体内部に置く場合は、
封止部付近の段差を緩やかにするために楔形の断面形状にする。また、接着領域が第2の
緩衝材310bと接し、蓄電体300の側面において第2の緩衝材310bが露出する。
第1の緩衝材310a、及び第2の緩衝材310bは封止材としても機能する。
りも弾性率の高い材料を用いる。例えば、ゴム(天然ゴム、合成ゴムなど)を用いる。な
お、電解液と接触することで化学反応しにくい材料を選択することが好ましい。本実施の
形態では、電解液と接触することで化学反応しにくいシリコーンゴムを用いる。また、第
1の緩衝材310a、及び第2の緩衝材310bに用いる材料は、電解液と接する箇所に
、電解液に対して溶剤耐性が高い材質をコーティング、表面処理することが好ましい。
により接着する材料を用いる。
ても、蓄電体300の外周部において、外装体のフィルムにしわが形成されにくい構成と
することができる。
02の積層の組み合わせを複数重ねて外装体に収納する場合、トータルの厚さが厚くなり
、周縁部との厚さと差が大きくなり、それが外装体のフィルムに段差が生じる。この段差
を小さくするために、第1の緩衝材310a、及び第2の緩衝材310bを設けることが
好ましい。
、蓄電体300を曲げる際に、集電体などが摺動してもよいようにスペースを設けてもよ
い。
が、特に限定されず、コの字状の一つの弾性材料を緩衝材として用いてもよい。また、枠
状の一つの弾性材料を緩衝材として用いてもよい。
310aと第2の緩衝材310bとの間に正極101、セパレータ103、及び負極10
2が位置するように設置し、さらにシート状のプラスチックフィルムを第3の緩衝材とし
て蓄電体の内部に収納してもよい。
本実施の形態では、プレス加工、例えばエンボス加工により外装体のフィルムに凹凸を形
成し、外装体で囲まれる領域に緩衝材110としてシート状のプラスチックフィルムを用
いる例を示す。
リチウムイオン二次電池を作製する例を図4を用いて示す。なお、図4において、図1と
共通の部分には同じ符号を用いて説明することとし、簡略化のため詳細な説明はここでは
省略することとする。
一方の面または両方の面に接着層(ヒートシール層とも呼ぶ)を有するものを用いる。接
着層は、ポリプロピレンやポリエチレンなどを含む熱融着性樹脂フィルムを用いる。本実
施の形態では、シートとして、アルミニウム箔の表面にナイロン樹脂を有し、アルミニウ
ム箔の裏面に耐酸性ポリプロピレン膜と、ポリプロピレン膜の積層が設けられている金属
シートを用いる。このシートをカットしてフィルムを用意する。
模様を形成する。なお、ここではシートをカットした後、エンボス加工を行う例を示すが
、特に順序は限定されず、シートをカットする前にエンボス加工を行い、その後カットし
て、もよい。また、シートを折り曲げて熱圧着を行った後にカットしてもよい。
フィルムに圧接させ、エンボスロールの凹凸に対応する凹凸をフィルム表面に形成する処
理のことを指している。エンボスロールは、表面に模様を彫刻したロールである。
た、エンボス加工に限定されず、フィルムの一部に浮き彫り(レリーフ)を形成すればよ
い。
を中央で折り曲げて、四隅のうち、曲げる箇所を挟む2つの端部を重ね、3辺を接着層で
封止する構造とする。
102を積層したものと、緩衝材110を用意する。また、正極101や負極102に用
いる集電体としては、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、
チタン、タンタル等の金属、及びこれらの合金など、導電性の高く、リチウム等のキャリ
アイオンと合金化しない材料を用いることができる。また、シリコン、チタン、ネオジム
、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合
金を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形
成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウ
ム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タング
ステン、コバルト、ニッケル等がある。また、集電体は、箔状、板状(シート状)、網状
、円柱状、コイル状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いる
ことができる。集電体は、厚みが5μm以上40μm以下のものを用いるとよい。なお、
ここでは説明を簡略にするため、正極101、セパレータ103、負極102の積層の組
み合わせを1つにして外装体に収納する例を示したが、二次電池の容量を大きくするため
に組み合わせを複数重ねて外装体に収納する。本実施の形態では組み合わせを12重ねて
外装体に収納する。
リード端子とも呼ばれ、二次電池の正極または負極を外装フィルムの外側へ引き出すため
に設けられる。リード電極として正極リード104はアルミニウムを用い、負極リード1
05は、ニッケルメッキを施した銅を用いる。
続する。そして負極リード105と、負極102の突出部を超音波溶接などにより、電気
的に接続する。
行って封止する。熱圧着の際、リード電極に設けられた封止層415も溶けてリード電極
とフィルム411との間を固定される。そして、減圧雰囲気下、或いは不活性雰囲気下で
所望の量の電解液をフィルム411が袋状となった内側に滴下する。そして、最後に、熱
圧着をせずに残していたフィルムの周縁に対して熱圧着を行って封止する。
ている。また、端面の領域は熱圧着領域であり、その部分にも表面に凹凸を有する模様を
有する。中央部に比べると熱圧着領域の凹凸は小さいが、二次電池を曲げた時に加わる応
力を緩和することができる。応力によって生じるひずみを緩和する構造とすることで、二
次電池を曲げたり変形させたりするときに(外装体などが)破損することなく、長期信頼
性を確保することができる。
場合のX線写真を図4(E)に示す。
間隔があることが確認できる。X線ではプラスチックフィルムは撮影されず、この間隔に
はシート状のプラスチックフィルム(厚さ300μm)が設けられている。
ルムの凹凸が直接集電体と接触して損傷することを防止することができる。
本実施の形態では、実施の形態1乃至3のいずれか一を用いて得られる蓄電体を組み込ん
だ電子機器の一例を示す。
ィスプレイのような表示装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、デスクトッ
プ型やノート型等のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカ
メラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、電子手帳、電子書籍端末、電子
翻訳機、玩具、マイクロフォン等の音声入力機器、電気シェーバ、電動歯ブラシ、電子レ
ンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪
乾燥機、加湿器や除湿器やエアコンディショナ等の空気調和設備、食器洗い器、食器乾燥
器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用
冷凍庫、懐中電灯、電動工具、煙感知器、ガス警報装置や防犯警報装置等の警報装置、産
業用ロボット、補聴器、心臓ペースメーカ、X線撮影装置、放射線測定器、電気マッサー
ジ器や透析装置等の健康機器や医療機器、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう
)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、照明装置、ヘッドホン、ステレオ、リモートコント
ローラ、置き時計や壁掛け時計等の時計、コードレス電話子機、トランシーバ、歩数計、
電卓、デジタルオーディオプレーヤ等の携帯型又は据置型の音響再生装置、パチンコ機な
どの大型ゲーム機などが挙げられる。
るフィルムであり、曲面を有する支持構造体に貼り付け、支持構造体の曲率半径の大きい
領域の曲面部分に追随して変形させることができる。
の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、ス
ピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、蓄電
体7407を有している。
0を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている蓄電体7
407も湾曲される。また、その時、曲げられた蓄電体7407の状態を図5(C)に示
す。蓄電体7407はラミネート構造の蓄電池(積層構造電池、フィルム外装電池とも呼
ばれる)である。蓄電体7407は曲げられた状態で固定されている。なお、蓄電体74
07は集電体7409と電気的に接続されたリード電極7408を有している。例えば、
蓄電体7407の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設けられており、蓄電体7
407が曲げられた状態での信頼性が高い構成となっている。さらに、携帯電話機740
0は、SIMカードを挿入するためのスロットや、USBメモリなどUSBデバイスを接
続するコネクタ部などを設けてもよい。
状に曲げれば、図5(E)に示すバングル型の携帯電話にすることができる。携帯電話7
100は、筐体7101、表示部7102、操作ボタン7103、及び蓄電体7104を
備える。また、図5(F)に曲げることのできる蓄電体7104の状態を示す。蓄電体7
104は曲げられた状態で使用者の腕への装着時に、筐体が変形して蓄電体7104の一
部または全部の曲率が変化する。具体的には、曲率半径が10mm以上150mm以下の
範囲内で筐体または蓄電体7104の主表面の一部または全部が変化する。なお、蓄電体
7104は集電体7106と電気的に接続されたリード電極7105を有している。例え
ば、蓄電体7104の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設けられており、蓄電
体7104が曲率を変化させて曲げられる回数が多くとも高い信頼性を維持できる構成と
なっている。このように、図5(D)に示す携帯電話は、複数の形状に変化することので
きるデバイスであり、それを実現するためには少なくとも筐体7101、表示部7102
、及び蓄電体7104が可撓性を有することが望ましい。
などUSBデバイスを接続するコネクタ部などを設けてもよい。
と、図5(G)に示すような形状にすることもできる。また、携帯電話の中央部分をさら
に折り曲げて図5(H)に示すように携帯電話の端部が重なるようにして小型化させ、使
用者のポケットなどに入れるサイズにできる。図5(D)、図5(G)、及び図5(H)
に示す変形のみであれば、蓄電体7104は曲げられる状態にはなっていない。携帯電話
は、落下や、その他の衝撃を受ける場合、薄型であると内部に配置されている蓄電体71
04にも衝撃が加えられる。蓄電体7104の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材
が設けられていればこれらの衝撃を緩和し、丈夫な二次電池を実現できる。従って、外装
体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設ける蓄電体7104は、携帯電話を曲げる、曲
げないにかかわらず、信頼性の高い携帯電話を実現できる。
ドレスとすることができ、掃除機内部はゴミを吸い取り収納する集塵スペースを確保する
ため、蓄電体7604の占める空間は小さければ小さいほど好ましい。従って、薄型であ
り、外側表面と集塵スペースとの間に曲げることのできる蓄電体7604を配置すること
は有用である。
)に曲げることのできる蓄電体7604の状態を示す。蓄電体7604は、外装体のフィ
ルムに囲まれた領域に緩衝材が設けられており、蓄電体7604が曲げられた状態での信
頼性が高い構成となっている。蓄電体7604は負極と電気的に接続されたリード電極7
601と、正極と電気的に接続されたリード電極7602を有する。
として、図6(C)に曲げることのできる蓄電体7605の状態を示す。蓄電体7605
は、外装体の2つの短辺にそれぞれ集電体またはリード電極を露出される構成である。蓄
電体7605の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材を設けることで曲げることがで
き、信頼性が高い。
正極101、セパレータ103、2つの負極102で構成されている。また、セパレータ
103は折り曲げており、その間に正極101有している。また、正極101の両面には
正極活物質層を有している。ここでは正極と2つの負極の組み合わせを図示しているが、
蓄電体7605の容量を大きくするため、さらに多数の正極と負極の組み合わせを用いて
もよい。また、一方の負極102に接する緩衝材110を有している。緩衝材110は、
蓄電体7605のフィルムで囲まれた領域に配置され、蓄電体7605の機械強度を補強
する役目を果たしている。
いて作製することができる。
機7600は、薄型の蓄電体7604の電力残量などを表示する表示部7606を有して
おり、掃除機の外表面の形状に合わせて表示面も湾曲されている表示部7606である。
また、掃除機はコンセントに接続するための接続コードを有し、薄型の蓄電体7604に
十分な電力が充電されれば、接続コードを外して掃除機を使用することもできる。また、
薄型の蓄電体7604の充電は接続コードを用いず、ワイヤレスで無線充電を行ってもよ
い。蓄電体7604の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設けることで衝撃に強
く、信頼性が高い。
自動車(EV)、又はプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネル
ギー自動車を実現できる。また、農業機械、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、
自動二輪車、電動車椅子、電動カート、小型又は大型船舶、潜水艦、固定翼機や回転翼機
等の航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などの移動体に曲げ
ることのできる蓄電体を搭載することもできる。
101 正極
102 負極
103 セパレータ
104 正極リード
105 負極リード
107 外装体
110 緩衝材
110a 緩衝材
110b 緩衝材
300 蓄電体
310a 緩衝材
310b 緩衝材
311 接着領域
400 蓄電体
411 フィルム
415 封止層
1700 曲面
1701 平面
1702 曲線
1703 曲率半径
1704 曲率中心
1800 曲率中心
1801 フィルム
1802 曲率半径
1803 フィルム
1804 曲率半径
Claims (2)
- フィルムを有し、
前記フィルムで囲まれた領域において、第1の集電体を有する正極と、第2の集電体を有する負極と、前記第1の集電体と接する領域を有する第1の緩衝材と、前記第2の集電体と接する領域を有する第2の緩衝材と、セパレータと、を有する二次電池であって、
前記二次電池は、曲げることができる機能を有し、
前記第1の緩衝材と前記第2の緩衝材との間に前記正極、前記負極及び前記セパレータが配置され、
前記第1の緩衝材及び前記第2の緩衝材は、前記セパレータよりも厚く、
前記第1の緩衝材は、曲げることができる機能を有し、且つ前記フィルム又は前記第1の集電体と摺動することができる機能を有し、
前記第2の緩衝材は、曲げることができる機能を有し、且つ前記フィルム又は前記第2の集電体と摺動することができる機能を有する二次電池。 - フィルムを有し、
前記フィルムで囲まれた領域において、正極と、負極と、前記正極又は前記負極が有する集電体と接する領域を有する緩衝材と、セパレータと、を有する二次電池であって、
前記二次電池は、曲げることができる機能を有し、
前記緩衝材は、平板状のプラスチックフィルムであり、
前記緩衝材の面積は、前記正極と前記負極とが重なる面積よりも広く、
前記緩衝材は、前記セパレータよりも厚く、
前記緩衝材は、曲げることができる機能を有し、且つ前記フィルム又は前記集電体と摺動することができる機能を有する二次電池。
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