CN104701565A - 蓄电体以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明题为蓄电体以及电子设备。本发明的一个方式的目的之一是提供一种柔性蓄电体等。外包装体具有凹凸。例如,以外包装体的一部分的截面形状为波状的方式设置凹凸。凹凸的形状不局限于包括曲线的形状,也可以为矩形波状或三角波状等包括直线的形状。通过使外包装体具有凹凸,弯曲部的内侧的外包装体容易收缩,弯曲部的外侧的外包装体容易伸展。
Description
技术领域
本发明的一个方式涉及一种蓄电体及其制造方法。
注意,本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的一个方式的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。另外,本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或组合物(composition of matter)。由此,更具体而言,作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的一个例子可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、这些装置的驱动方法或者这些装置的制造方法。尤其是,本发明的一个方式涉及一种蓄电体以及其制造方法。
注意,在本说明书中,蓄电体是指具有蓄电功能的所有元件以及所有装置。例如,作为蓄电体,可以举出电池、一次电池、二次电池、锂离子二次电池、锂空气二次电池、电容器、锂离子电容器等。此外,在本说明书中,电化学装置是指能够通过利用蓄电体、导电层、电阻器、电容元件等而发挥作用的所有装置。电子设备、电气设备以及机械装置等有时具备本发明的一个方式的蓄电体。
背景技术
近年来,对锂离子二次电池等的二次电池、锂离子电容器、空气电池等各种蓄电体进行了积极的研究开发。尤其是,伴随着手机或智能手机、笔记本个人计算机等便携式信息终端、便携式音乐播放机、数码相机等电子设备、医疗设备、混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHEV)等新一代清洁能源汽车等的半导体产业的发展,高输出、高能量密度的锂离子二次电池的需求量剧增,作为能够充电的能量供应源,锂离子二次电池成为现代信息化社会中不可缺少的一部分。
锂离子二次电池被要求高能量密度化、循环特性的提高、各种工作环境下的安全性、长期可靠性的提高等。
近年来,提出了头戴式显示装置等戴在人体上或弯曲面上的柔性显示装置。因此,对蓄电体也有具有柔性的要求,以使其能够安装在弯曲面上。
锂离子二次电池例如至少具有正极、负极及电解液(专利文献1)。
[专利文献1] 日本专利申请公开2012-9418号公报。
发明内容
本发明的一个方式的目的之一是提供一种柔性蓄电体等。本发明的一个方式的其他的目的是提供一种容易弯曲伸展的蓄电体等。本发明的一个方式的其他的目的是提供一种柔性优异的蓄电体等。本发明的一个方式的其他的目的是提供一种不容易损坏的蓄电体等。本发明的一个方式的其他的目的是提供一种不容易发生不良现象的蓄电体等。本发明的一个方式的其他的目的是提供一种高可靠性的蓄电体等。本发明的一个方式的其他的目的是提供一种新颖的蓄电体等。
这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。此外,本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。另外,根据说明书、附图、权利要求书等的记载,这些目的以外的目的是显然的,而可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中抽出这些以外的目的。
本发明的一个方式是一种蓄电体,该蓄电体在其表面的至少一部分具有连续的凹凸的外包装体中包括正极、负极、隔离体以及电解液,其中,外包装体的凹凸的截面形状为波状。
外包装体的凹凸的截面形状的至少一部分可以包括曲线和/或直线。
通过作为蓄电体的外包装体,使用在其表面的至少一部分具有连续的凹凸的外包装体,提高外包装体的柔性。
本发明的一个方式可以实现一种柔性蓄电体等。此外,可以实现一种容易弯曲伸展的蓄电体等。此外,可以实现一种柔性优异的蓄电体等。此外,可以实现一种不容易损坏的蓄电体等。此外,可以实现一种高可靠性的蓄电体等。此外,可以提供一种新颖的蓄电体等。
注意,这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。此外,本发明的一个方式并不一定需要具有所有上述效果。另外,根据说明书、附图、权利要求书等的记载,这些效果以外的目的是显然的,而可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中抽出这些以外的效果。
附图说明
图1A和图1B示出蓄电体的一个例子;
图2A至图2D示出蓄电体的截面形状;
图3示出蓄电体的一个例子;
图4A至图4C示出正极的一个例子;
图5示出正极活性物质的一个例子;
图6A至图6D示出将正极导线连接到正极的方法的一个例子;
图7A至图7C示出负极的一个例子;
图8示出负极活性物质的一个例子;
图9A至图9C示出蓄电体的制造方法的一个例子;
图10A至图10C示出蓄电体的制造方法的一个例子;
图11示出蓄电体的制造方法的一个例子;
图12A至图12C示出蓄电体的制造方法的一个例子;
图13A和图13B示出将导线端子连接到多个正极或者多个负极的方法的一个例子;
图14A至图14C示出蓄电体的制造方法的一个例子;
图15A至图15C示出蓄电体的制造方法的一个例子;
图16A至图16H示出外包装体的截面形状的一个例子;
图17示出层叠的蓄电体的截面;
图18A至图18C示出蓄电体的制造方法的一个例子;
图19A至图19C示出蓄电体的制造方法的一个例子;
图20A至图20D示出导线端子的引出方向的一个例子;
图21A至图21D示出导线端子的引出方向的一个例子;
图22A至图22C是说明面的曲率半径的图;
图23A至图23D示出蓄电体的截面;
图24A至图24G示出电子设备的一个例子;
图25A至图25C示出电子设备的一个例子;
图26示出电子设备的一个例子;
图27A和图27B示出使用本发明的一个方式的车辆的一个例子。
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。但是,本发明不局限于以下说明,所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详细内容可以被变换为各种形式。此外,本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。
注意,在本说明书所说明的每一个附图中,有时为明确表示发明内容起见,夸大表示各构成要素的大小或层的厚度或者省略区域。因此,本发明并不一定限定于该尺寸。
注意,本说明书等中的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混同而使用的,其并不表示工序顺序或者叠层顺序等的顺序或次序。此外,关于本说明书等中不附加序数词的用词,有时为了避免构成要素的混同而在权利要求书中对该用词附加序数词。
在本说明书等中,“平行”例如是指在-10°以上且10°以下的角度范围内配置有两条直线的状态。因此,也包括该角度为-5°以上且5°以下的状态。另外,“垂直”及“正交”例如是指在80°以上且100°以下的角度范围内配置有两条直线的状态。因此,也包括该角度为85°以上且95°以下的情况。
在本说明书等中,除非特别叙述,计数值或计量值“同一”、“相同”、“相等”或“均匀”等的表现包括±20%的误差。
实施方式1
参照附图对本发明的一个方式的蓄电体100的结构实例进行说明。图1A是示出蓄电体100的外观透视图。在图1A中示出表示X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的箭头。X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向是彼此正交的方向。图1B是蓄电体100的俯视图。图2A是沿着图1B中的平行于X轴方向的点划线X1-X2的截面图。图2B是沿着图1B中的平行于Y轴方向的点划线Y1-Y2的截面图。图2C是沿着图1B中的平行于Y轴方向的点划线Y3-Y4的截面图。
本发明的一个方式的蓄电体100在外包装体107内包括具有正极集流体101a及正极活性物质层101b的正极101、隔离体103、具有负极集流体102a及负极活性物质层102b的负极102以及电解液106。在本实施方式中,为了简单地说明,示出将一对正极101及负极102容纳在外包装体内的例子,但是为了增加蓄电体的容量,也可以将多对正极101及负极102容纳在外包装体内。此外,正极101与正极导线104电连接,负极102与负极导线105电连接。将正极导线104及负极导线105也称为导线电极或导线端子。正极导线104及负极导线105的一部分配置在外包装体的外侧。此外,蓄电体100的充放电通过正极导线104及负极导线105进行。
在图2A至图2D中,由正极101和负极102夹持板状隔离体103,但是本发明的一个方式不局限于此。例如,正极101和负极102中的至少一个也可以被袋状的隔离体103覆盖。
本发明的一个方式的蓄电体100的外包装体107具有波纹管状凹凸。图2D示出使蓄电体100在Z轴方向上弯曲时的弯曲部的放大截面图。当外包装体107具有波纹管状凹凸结构(下面也称为“波纹管结构”)时,弯曲部的内侧的外包装体107容易收缩,弯曲部的外侧的外包装体107容易伸展。通过使用波纹管结构的外包装体107,可以实现柔性优异的蓄电体100。
在图1A、图1B、图2A以及图2D中,外包装体107具有在X1-X2方向上连续的凹凸,但是本发明的一个方式不局限于此。例如,也可以仅具有在Y1-Y2方向上连续的凹凸,还可以具有在X1-X2方向以及Y1-Y2方向上连续的凹凸。
在蓄电体100的弯曲位置固定的情况下,也可以使外包装体107的一部分具有波纹管结构。图3示出外包装体107的一部分具有波纹管结构的蓄电体150的外观透视图。
本发明的一个方式的蓄电体的弯曲时的曲率半径可以为30mm以下,优选为10mm以下。蓄电体的外包装体由一个或两个膜构成,在弯曲状态下的蓄电体的截面结构中,正极101及负极102由用作外包装体的膜的两个曲线夹住。
在此,参照图22A至图22C说明面的曲率半径。在图22A中的截断曲面1700的平面1701中,使包括在曲面1700中的曲线1702的一部分近似圆弧,将该圆弧的半径作为曲率半径1703,将圆心作为曲率中心1704。图22B示出曲面1700的俯视图。图22C示出由平面1701截断曲面1700时的截面图。当由平面截断曲面时,出现在截面上的曲线的曲率半径根据平面对曲面的角度或截断位置而不同,但是在本说明书等中,将最小的曲率半径定义为面的曲率半径。
在使由两个膜作为外包装体夹着电极及电解液等电池材料1805的蓄电体弯曲的情况下,离蓄电体的曲率中心1800近的膜1801的曲率半径1802比离曲率中心1800远的膜1803的曲率半径1804小(图23A)。当使蓄电体弯曲使其截面呈圆弧形时,离曲率中心1800近的膜表面受到压缩应力,离曲率中心1800远的膜表面受到拉伸应力(图23B)。当外包装体具有凹凸形状时,即便如上所述那样受到压缩应力或拉伸应力也能够将应变的影响抑制在允许范围内。因此,本发明的一个方式的蓄电体的离曲率中心近的外包装体的弯曲时的曲率半径可以为30mm以下,优选为10mm以下。
此外,蓄电体的截面形状不局限于简单的圆弧状,也可以为其一部分呈圆弧的形状,例如可以为图23C所示的形状、波状(图23D)、S字形状等。当蓄电体的曲面为具有多个曲率中心的形状时,在其中具有最小曲率半径的曲面中,两个外包装体中的离曲率中心近的外包装体的曲率半径可以为30mm以下,优选为10mm以下。
<各部的构成要素以及制造方法>
接着,对蓄电体100各部的构成要素以及制造方法进行说明。
[1.正极]
图4A至图4C例示出正极101。图4A为正极101的正面图,图4B以及图4C为沿着图4A中的点划线A1-A2的截面图。正极101由正极集流体101a、正极集流体101a上的正极活性物质层101b等构成。图4B示出在膜状正极集流体101a的一个表面上设置正极活性物质层101b的例子。
图4C示出在膜状正极集流体101a的两面上设置正极活性物质层101b的例子。通过将正极活性物质层101b设置在正极集流体101a的两面上,可以增加蓄电体100的充放电容量。另外,也可以准备在正极集流体101a的一个表面上设置有正极活性物质层101b的两个正极101,以各正极101的未设置正极活性物质层101b的面彼此面对的方式重叠。
正极活性物质层101b可以设置在整个正极集流体101a,还可以设置在正极集流体101a的一部分。例如,也可以不在正极集流体101a的与正极导线104接触的部分(以下,也称为“正极极耳”)设置正极活性物质层101b。
作为正极集流体101a,可以使用不锈钢、金、铂、锌、铁、铜、铝、钛等金属及它们的合金等导电性高且不与锂离子等载体离子发生合金化的材料。此外,正极集流体101a还可以使用添加有硅、钛、钕、钪、钼等提高耐热性的元素的铝合金。另外,也可以使用与硅起反应形成硅化物的金属元素形成。作为与硅起反应形成硅化物的金属元素,有锆、钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴、镍等。正极集流体101a可以适当地具有箔状、板状(片状)、网状、冲孔金属网状、拉制金属网状等形状。正极集流体101a的厚度优选为5μm以上且30μm以下。此外,也可以在正极集流体101a的表面使用石墨等设置基底层。
除了正极活性物质以外,正极活性物质层101b还可以包含用来提高正极活性物质的紧密性的粘合剂(binder)以及用来提高正极活性物质层101b的导电性的导电助剂等。
图5示出正极活性物质层101b的表面的SEM(Scanning Electron Microscope,扫描电子显微镜)照片。图5所示的正极活性物质层101b包括粒状正极活性物质6003、导电助剂6004以及粘合剂6005。
正极活性物质6003是由二次粒子构成的粒状的正极活性物质,该二次粒子为:以指定的比率混合原料化合物并对其进行焙烧而形成烧成物,再以适当的方法对该烧成物进行粉碎、造粒及分级而形成的具有平均粒径及粒径分布的二次粒子。因此,正极活性物质的形状不局限于图5所示的形状。正极活性物质6003例如可以具有粒状、板状、棒状、圆柱状、粉状、鳞片状等任意形状。此外,正极活性物质6003可以具有立体形状,诸如其表面具有凹凸的板状形状、其表面具有微小的凹凸的形状或多孔形状。
作为正极活性物质6003,可以举出具有橄榄石型结晶结构、层状岩盐型结晶结构或者尖晶石型结晶结构的复合氧化物等。作为正极活性物质6003例如使用LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等化合物。
尤其是,LiCoO2具有容量大、与LiNiO2相比在大气中稳定、以及与LiNiO2相比热稳定等优点,所以是优选的。
当在LiMn2O4等含有锰的具有尖晶石型结晶结构的含锂材料中混合少量镍酸锂(LiNiO2或LiNi1-xMO2(M=Co、Al等))时,具有抑制锰的洗提或电解液的分解等优点,所以是优选的。
或者,可以使用复合材料(通式为LiMPO4(M为Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)中的一种以上)。通式为LiMPO4的典型例子的锂化合物是LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+b为1以下,0<a<1,0<b<1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4(c+d+e为1以下,0<c<1,0<d<1,0<e<1)、LiFefNigCohMniPO4(f+g+h+i为1以下,0<f<1,0<g<1,0<h<1,0<i<1)等。
尤其是,LiFePO4均匀地满足正极活性物质被要求的条件诸如安全性、稳定性、高容量密度、高电位、初期氧化(充电)时能够抽出的锂离子的存在等,所以是优选的。
或者,可以使用通式为Li(2-j)MSiO4(M为Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)中的一种以上,0≤j≤2)等复合材料。通式为Li(2-j)MSiO4的典型例子的锂化合物是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)NikMnlSiO4(k+l为1以下,0<k<1,0<l<1)、Li(2-j)FemNinCoqSiO4、Li(2-j)FemNinMnqSiO4、Li(2-j)NimConMnqSiO4(m+n+q为1以下,0<m<1,0<n<1,0<q<1)、Li(2-j)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+u为1以下,0<r<1,0<s<1,0<t<1,0<u<1)等。
此外,作为正极活性物质6003,可以使用以通式AxM2(XO4)3(A=Li、Na、Mg,M=Fe、Mn、Ti、V、Nb、Al,X=S、P、Mo、W、As、Si)表示的钠超离子导体(nasicon)型化合物。作为钠超离子导体型化合物,有Fe2(MnO4)3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等。此外,作为正极活性物质6003,可以使用:以通式Li2MPO4F、Li2MP2O7、Li5MO4(M=Fe、Mn)表示的化合物;NaFeF3、FeF3等钙钛矿氟化物;TiS2、MoS2等金属硫族化合物(硫化物、硒化物、碲化物);LiMVO4等具有反尖晶石型结晶结构的氧化物;钒氧化物类(V2O5、V6O13、LiV3O8等);锰氧化物;以及有机硫化合物等材料。
在载体离子是锂离子以外的碱金属离子或者碱土金属离子的情况下,作为正极活性物质,也可以使用碱金属(例如,钠、钾等)、碱土金属(例如,钙、锶、钡、铍或镁等)代替锂。例如,作为正极活性物质6003,可以使用NaFeO2、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2等含钠层状氧化物。
作为正极活性物质6003,也可以组合上述材料而使用。例如,也可以使用组合上述材料的固溶体作为正极活性物质6003。例如,也可以使用LiCO1/3Mn1/3Ni1/3O2和Li2MnO3的固溶体作为正极活性物质6003。
粒状的正极活性物质6003的一次粒子的平均粒径优选为50nm以上且100μm以下。
作为导电助剂6004,也可以使用乙炔黑(AB)、石墨(黑铅)粒子、碳纳米管、石墨烯、富勒烯等。
通过利用导电助剂6004可以在正极活性物质层101b中形成电子导电的网络。导电助剂6004可以维持正极活性物质之间导电路径。通过在正极活性物质层101b中添加导电助剂6004,可以实现具有高电子导电性的正极活性物质层101b。
作为粘合剂6005,除了典型的聚偏氟乙烯(PVDF)之外,可以使用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、三元乙丙聚合物、丁苯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、氟橡胶、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、硝酸纤维素等。
粘合剂6005在正极活性物质层101b的总重量中所占的比率优选为1wt%以上且10wt%以下,更优选为2wt%以上且8wt%以下,进一步优选为3wt%以上且5wt%以下。导电助剂在正极活性物质层101b的总重量中所占的比率优选为1wt%以上且10wt%以下,更优选为1wt%以上且5wt%以下。
在通过涂敷法形成正极活性物质层101b的情况下,将正极活性物质6003、导电助剂6004以及粘合剂6005混合而制造正极浆料,将其涂敷在正极集流体101a上进行干燥,即可。
[1.1.将导线电极连接到正极]
在将正极活性物质层101b形成在正极集流体101a上之后,将具有密封层115的正极导线104连接到正极集流体101a的正极极耳(参照图6A)。通过在施加压力的同时照射超声波,来使正极极耳与正极导线104电连接(超声波焊接)。
与正极导线104连接的正极极耳容易因在制造蓄电体之后从外部施加的力量所产生的应力而发生裂开或切断等不良。
因此,在本实施方式中,使用图6B所示的具有焊接模具的超声波焊接装置。在图6B中,为了简化起见,仅示出超声波焊接装置中的上部及下部的焊接模具。
在具有突起203的第一焊接模具201与第二焊接模具202之间配置正极极耳及正极导线104。当以使想要连接的区域与突起203重叠的方式进行超声波焊接时,可以在正极极耳中形成连接区域210及弯曲部220。在图6C中示出正极极耳的连接区域210及弯曲部220的放大透视图。
通过设置该弯曲部220,可以缓和在制造蓄电体100之后因从外部施加力量而产生的应力。因此,可以提高蓄电体100的可靠性。
图6B所示的具有焊接模具的超声波焊接装置可以同时进行超声波焊接及弯曲部220的形成,所以可以在不增加工序数的情况下制造二次电池。另外,也可以分开进行超声波焊接和弯曲部220的形成。
此外,不局限于在正极极耳中形成弯曲部220,而也可以将不锈钢等具有强度的材料用于正极集流体并使其厚度为10μm以下,来缓和在制造二次电池之后因从外部施加力量而产生的应力。
当然,可以组合上述方法缓和正极极耳的应力集中。
通过上述方法,可以制造连接有正极导线104的正极101(参照图6D)。
[2.负极]
接着,参照图7A至图7C对构成蓄电体的负极的一个例子进行说明。图7A至图7C例示出负极102。图7A为负极102的正面图,图7B以及图7C为沿着图7A中的点划线A3-A4的截面图。负极102由负极集流体102a、负极集流体102a上的负极活性物质层102b等构成。图7B示出在膜状负极集流体102a的一个表面上设置负极活性物质层102b的例子。图7C示出在膜状负极集流体102a的两面上设置负极活性物质层102b的例子。通过将负极活性物质层102b设置在负极集流体102a的两面上,可以增加蓄电体100的充放电容量。另外,也可以准备在负极集流体102a的一个表面上设置有负极活性物质层102b的两个负极102,以各负极102的未设置负极活性物质层102b的面彼此面对的方式重叠。
负极活性物质层102b可以设置在整个负极集流体102a,还可以设置在负极集流体102a的一部分。例如,也可以不在负极集流体102a的与负极导线105接触的部分(以下,也称为“负极极耳”)设置负极活性物质层102b。
作为负极集流体102a,可以使用不锈钢、金、铂、锌、铁、铜、钛等金属及它们的合金等导电性高且不与锂离子等载体离子发生合金化的材料。另外,也可以使用与硅起反应形成硅化物的金属元素形成。作为与硅起反应形成硅化物的金属元素,有锆、钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴、镍等。负极集流体102a可以适当地具有箔状、板状(片状)、网状、冲孔金属网状、拉制金属网状等形状。负极集流体102a的厚度优选为5μm以上且30μm以下。此外,也可以在负极集流体102a的表面使用石墨等设置基底层。
图8示出负极活性物质层102b的表面的SEM照片。图8示出负极活性物质层102b包含负极活性物质6103及粘合剂6105的例子,但是负极活性物质层102b还可以包含导电助剂。
负极活性物质层102b只要是能够溶解且析出锂或使锂离子嵌入及脱嵌的材料,就没有特别的限制。作为负极活性物质层102b的材料,除了锂金属或钛酸锂之外,还可以举出在蓄电领域上一般使用的碳类材料、合金类材料等。
锂金属的氧化还原电位低(比标准氢电极低3.045V),每重量及体积的比容量大(分别为3860mAh/g,2062mAh/cm3),所以是优选的。
作为碳类材料,可以举出石墨、易石墨化碳(graphitizing carbon)(软碳)、难石墨化碳(non-graphitizing carbon)(硬碳)、碳纳米管、石墨烯、碳黑等。
作为石墨,可以举出中间相碳微球(MCMB)、焦炭基人造石墨(coke-based artificial graphite)、沥青基人造石墨(pitch-based artificial graphite)等人造石墨或球状化天然石墨等天然石墨。
当锂离子嵌入在层间中时(锂-石墨层间化合物的生成时)石墨示出与锂金属相同程度的低电位(0.1V至0.3V vs.Li/Li+)。由此,锂离子电池可以示出高工作电压。再者,石墨具有如下优点:每单位体积的容量较高;体积膨胀小;较便宜;与锂金属相比安全性高等,所以是优选的。
作为负极活性物质,也可以使用能够利用与锂的合金化/脱合金化反应进行充放电反应的合金类材料或氧化物。在载体离子为锂离子的情况下,作为合金类材料例如可以举出包含Mg、Ca、Al、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、Hg以及In等中的至少一种的材料。这种元素的容量比碳高,尤其是硅的理论容量显著地高,为4200mAh/g。由此,优选将硅用于负极活性物质。作为使用这种元素的合金类材料,例如可以举出Mg2Si、Mg2Ge、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、InSb、SbSn等。
此外,作为负极活性物质层102b,可以使用氧化物诸如SiO、SnO、SnO2、氧化钛(TiO2)、锂钛氧化物(Li4Ti5O12)、锂-石墨层间化合物(LixC6)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钨(WO2)、氧化钼(MoO2)等。
此外,作为负极活性物质层102b,可以使用锂和过渡金属的氮化物的具有Li3N型结构的Li3-xMxN(M=Co、Ni、Cu)。例如,Li2.6Co0.4N3呈现大充放电容量(900mAh/g,1890mAh/cm3),所以是优选的。
当使用锂和过渡金属的氮化物时,在负极活性物质中包含锂离子,因此可以将其与用作正极活性物质的不包含锂离子的V2O5、Cr3O8等材料组合,所以是优选的。注意,当将含有锂离子的材料用作正极活性物质时,通过预先使包含在正极活性物质中的锂离子脱嵌,也可以作为负极活性物质使用锂和过渡金属的氮化物。
此外,也可以将引起转化反应的材料用于负极活性物质层102b。例如,将氧化钴(CoO)、氧化镍(NiO)、氧化铁(FeO)等不与锂发生合金化反应的过渡金属氧化物用于负极活性物质。作为引起转化反应的材料,还可以举出Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2、Cr2O3等氧化物、CoS0.89、NiS、CuS等硫化物、Zn3N2、Cu3N、Ge3N4等氮化物、NiP2、FeP2、CoP3等磷化物、FeF3、BiF3等氟化物。
在通过涂敷法将负极活性物质层102b形成在负极集流体102a上的情况下,将负极活性物质6103和粘合剂6105混合而制造负极浆料,将其涂敷在负极集流体102a上进行干燥,即可。此外,也可以对负极浆料添加导电助剂。
另外,也可以在负极活性物质层102b的表面形成石墨烯。例如,当作为负极活性物质层102b采用硅时,负极活性物质层102b的体积在充放电循环中伴随载体离子的吸留及释放而发生很大的变化,由此负极集流体102a与负极活性物质层102b之间的密接性降低,充放电导致电池特性的劣化。于是,通过在包含硅的负极活性物质层102b的表面形成石墨烯,即使在充放电循环中硅的体积发生变化,也可以抑制负极集流体102a与负极活性物质层102b之间的密接性的降低,从而可以减少电池特性的劣化,所以是优选的。
也可以在负极活性物质层102b的表面形成氧化物等的覆膜。在充电时由于电解液的分解等而形成的覆膜不能将其形成时消耗的电荷量释放出来,从而形成不可逆容量。针对于此,通过将氧化物等的覆膜预先设置在负极活性物质层102b的表面,可以抑制或防止不可逆容量的产生。
作为这种覆盖上述负极活性物质层102b的覆膜,可以使用铌、钛、钒、钽、钨、锆、钼、铪、铬、铝和硅中的任一个的氧化膜或包含这些元素中的一个及锂的氧化膜。与现有的因电解液的分解生成物而形成在负极表面上的覆膜相比,这种覆膜为充分致密的膜。
例如,氧化铌(Nb2O5)的导电率较低,为10-9S/cm,也就是说其具有高绝缘性。因此,氧化铌膜妨碍负极活性物质与电解液之间的电化学分解反应。另一方面,氧化铌的锂扩散系数为10-9cm2/sec,具有高锂离子传导性。因此,其能够使锂离子透过。此外,也可以使用氧化硅或氧化铝。
作为覆盖负极活性物质层102b的覆膜的形成方法,例如可以使用溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法是一种形成薄膜的方法,其中通过加水分解反应/重缩合反应使含金属醇盐或金属盐等的溶液成为失去流动性的凝胶,再对该凝胶进行焙烧来形成薄膜。由于溶胶-凝胶法是从液相形成薄膜的方法,所以可以在分子水平上均匀地混合原料。由此,通过对作为溶剂的金属氧化膜的原料添加石墨等的负极活性物质,可以容易将活性物质分散在凝胶中。如此,可以在负极活性物质层102b表面形成覆膜。通过使用该覆膜,可以防止蓄电体的容量的降低。
[2.1.将导线电极连接到负极]
在将负极活性物质层102b形成在负极集流体102a上之后,将具有密封层115的负极导线105连接到负极集流体102a的负极极耳。负极极耳及负极导线105的连接也可以与正极极耳及正极导线104的连接同样地进行。
[3.隔离体]
作为隔离体103的材料,可以使用纤维素、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丁烯、尼龙、聚酯、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯或四氟乙烯等多孔绝缘体。另外,也可以使用玻璃纤维等无纺布或混合玻璃纤维与高分子纤维的隔膜。
由正极101及负极102夹持隔离体103的方式重叠正极101、负极102以及隔离体103。此时,以正极活性物质层101b面对负极活性物质层102b的方式重叠。图9A示出在正极集流体101a的一个表面上形成有正极活性物质层101b的正极101以及在负极集流体102a的一个表面上形成有负极活性物质层102b的负极102夹持板状隔离体103的情况。将正极导线104和负极导线105设置在不同的方向以彼此不重叠。
隔离体103的尺寸优选为完全覆盖正极活性物质层101b和负极活性物质层102b中的至少一个的尺寸。
图9B示出使正极101、负极102以及隔离体103重叠时的透视图。图9C为沿着图9B中的点划线B1-B2的截面图。在此,示出负极102比正极101大的例子,但是负极102也可以比正极101小。此外,也可以重叠相同尺寸的正极101与负极102。
隔离体103的形状不局限于板状。例如,也可以将正极101和/或负极102配置在双折隔离体103之间。在图10A中,将正极101配置在双折隔离体103之间,然后将其重叠于负极102。
图10B示出使配置在双折隔离体103之间的正极101与负极102重叠时的透视图。图10C是沿着图10B中的点划线B3-B4的截面图。在此,示出使相同尺寸的正极101与负极102重叠的例子,但是正极101和负极102的尺寸可以不同。双折隔离体103可以用于正极101和/或负极102。
另外,也可以将正极101和/或负极102配置在袋状隔离体103内。在图11中,将正极101配置在袋状隔离体103内,然后将其重叠于负极102。隔离体103也可以为信封状。
在蓄电体中的正极101和负极102的总数为3以上的情况下,双折、袋状以及信封状的隔离体可以提高蓄电体的生产率。
在蓄电体中的电极的总数为3以上的情况下,特别有效的是使用折成波状(之字形状)的隔离体。图12A是中间夹有折成波状的隔离体103使正极101与负极102交替重叠时的透视图。在图12A中,集流体的两面上形成有活性物质层的正极101及负极102配置在集流体的一个表面上形成有活性物质层的正极101及负极102之间。
图12B示出中间夹有折成波状的隔离体103使多个正极101与多个负极102重叠时的透视图。图12C是沿着图12B中的点划线B5-B6的截面图。
在蓄电体中的正极101和负极102的总数为3以上的情况下,折成波状的隔离体进一步可以提高蓄电体的生产率。
当将多个隔离体103用于蓄电体100时,多个隔离体103的材料既可以相同,又可以不同。此外,多个隔离体103的形状既可以相同,又可以不同。
在制造具有多个正极101及多个负极102的蓄电体的情况下,优选在重叠正极101、隔离体103及负极102之后将多个正极极耳共同连接到一个正极导线104(参照图13A)。此外,优选将多个负极极耳共同连接到一个负极导线105。如上所述,正极极耳与正极导线104的连接及负极极耳与负极导线105的连接可以使用具有焊接模具的超声波焊接装置进行。图13B示出负极极耳中的连接区域210及弯曲部220的放大透视图。通过将多个正极极耳共同连接到一个正极导线104,且通过将多个负极极耳共同连接到一个负极导线105,可以提高蓄电体的生产率。
[4.外包装体]
二次电池的结构有各种种类,在本实施方式中使用膜形成外包装体107。此外,用于外包装体107的膜使用选自金属膜(铝、不锈钢、镍钢等)、由有机材料形成的塑料膜(热塑性膜)、包含有机材料(有机树脂或纤维等)及无机材料(陶瓷等)的混合材料膜、含碳膜(碳膜、石墨膜等)的单层膜或者叠层膜。金属膜容易进行形成凹凸的加工,因此容易制造波纹管结构的外包装体107。此外,金属膜具有优异的散热效果。在外包装体107具有凹部或凸部的情况下,暴露于外气的部分的表面积增大,所以可以提高散热效果。
在从外部施加应力改变蓄电体100的形状时,外包装体107的一部分有可能变形或损坏。当外包装体107具有凹部或凸部时,可以缓和因施加到外包装体107的应力导致的应变,而可以提高弯曲强度。另外,反复弯曲伸展也不容易发生外包装体的破坏。因此,可以提高蓄电体100的可靠性。应变是变形的尺度,其表示相对于物体的基准(初始状态)长度的物体内的任意的点的位移。通过使外包装体107具有凹部或凸部,可以使力量从蓄电体的外部施加时产生的应变的影响抑制在允许范围内。因此,可以提供高可靠性的蓄电体。
图14A是具有波纹管结构的筒状外包装体107的外观透视图。图14B示出使筒状外包装体107在直径方向上(以使圆筒形变为椭圆筒形的方式)变形时的透视图。使具有波纹管结构的筒状外包装体107变形,并且,将正极101、隔离体103以及负极102从导入口119放进外包装体107内(图14C)。
接着,对外包装体107的两个导入口119中的一个进行热压合而接合。在进行热压合时,设置在导线电极上的密封层115也熔化而固定导线电极与外包装体107。
[5.电解液]
接着,在减压气氛下或者在惰性气体气氛下将所希望的量的电解液从另一个导入口119注入外包装体107内。
作为用于蓄电体100的电解液106的溶剂,优选使用非质子有机溶剂。例如,可以以任意组合及比率使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯、醋酸甲酯、丁酸甲酯、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、二甲氧基乙烷(DME)、二甲亚砜、二乙醚、甲基二甘醇二甲醚(methyl diglyme)、乙腈、苯腈、四氢呋喃、环丁砜、磺内酯等中的一种以上。
此外,通过作为电解液的溶剂使用凝胶化的高分子材料,防漏液性等的安全性得到提高。并且,能够实现二次电池的薄型化及轻量化。作为凝胶化的高分子材料的典型例子,可以举出硅酮胶、丙烯酸树脂胶、丙烯腈胶、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟类聚合物等。
另外,通过作为电解液的溶剂使用一种或多种具有阻燃性及难挥发性的离子液体(室温熔融盐),即使因蓄电体的内部短路、过充电等而使内部温度上升也可以防止蓄电体的破裂或起火等。
此外,作为溶解于上述溶剂的电解质,当作为载体使用锂离子时,例如可以以任意组合及比率使用LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiAlCl4、LiSCN、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl12、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C4F9SO2)(CF3SO2)、LiN(C2F5SO2)2等锂盐中的一种以上。
作为用于蓄电体的电解液优选使用粒状的尘埃或电解液的构成元素以外的元素(以下,简单地称为“杂质”)的含量少的被高纯度化的电解液。具体而言,在杂质中电解液所占的比率为1wt%以下,优选为0.1wt%以下,更优选为0.01wt%以下。此外,也可以对电解液添加碳酸亚乙烯酯等添加剂。
最后,对另一个导入口119进行热压合而接合。通过上述步骤,可以制造蓄电体100。通过使用筒状外包装体107,减少外包装体107的外周部的接合工序数,可以提高蓄电体100的生产率。通过使用波纹管结构的外包装体107,可以提高蓄电体100的柔性,而可以实现不容易破坏且可靠性高的蓄电体。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式2
在本实施方式中,参照图15A至图15C对具有与实施方式1不同结构的蓄电体进行说明。本实施方式所示的蓄电体可以使用与实施方式1所示的蓄电体相同的材料及方法制造。因此,为了避免反复说明,在本实施方式中对与实施方式1不同的部分进行说明。
图15A为蓄电体150A的正面图。图15B为示出蓄电体150A的制造方法的一个例子的图。蓄电体150A与实施方式1所示的蓄电体100的不同点为外包装体107的形成方法。蓄电体150A通过将正极101、隔离体103以及负极102配置在两个板状外包装体107之间来形成。
在两个板状外包装体107之间配置正极101、隔离体103以及负极102,然后以留下用来注入电解液106的导入口119的方式对外包装体107的外周部进行热压合而接合(参照图15C)。注意,导入口119设置在外周部的任何位置都可以。当进行热压合时,设置在导线电极上的密封层115也熔化而固定导线电极与外包装体107。在图15A及图15C中,接合部118为外包装体107中的用热压合接合的部分。
接着,在减压气氛下或者在惰性气体气氛下将所希望的量的电解液106从导入口119注入外包装体107内。最后,对导入口119进行热压合而接合。通过上述步骤,可以制造蓄电体150A(参照图15A)。
通过使外包装体107具有凹凸,可以提高蓄电体150A的柔性,而可以实现不容易破坏且可靠性高的蓄电体。图16A至图16H示出具有凹凸的外包装体107的截面形状的例子。图16A至图16H示出沿着图15B中的点划线C1-C2或点划线D1-D2的截面图。C1-C2示出外包装体107的横向方向的截面,D1-D2表示外包装体107的纵向方向的截面。
图16A至图16C示出曲线状的凹凸连续的波状截面形状的一个例子。在图16A中,在不与外包装体107的端部的接合部118重叠的区域设置凹凸,但是,如图16B所示,也可以在外包装体107的端部设置凹凸。另外,在蓄电体的弯曲位置固定的情况下,如图16C所示,也可以在外包装体107的一部分设置凹凸。
凹凸的间距P在纵向方向的截面中优选为长度L的10分之1以下,更优选为20分之1以下,进一步优选为50分之1以下。凹凸的间距P在横向方向的截面上优选为长度W的10分之1以下,更优选为20分之1以下,进一步优选为50分之1以下。
长度L为被接合部118围绕的区域的纵向方向的直线距离。或者,长度L为设置有正极101及负极102的区域的纵向方向的直线距离。长度W为被接合部118围绕的区域的横向方向的直线距离。或者,长度W为设置有正极101及负极102的区域的横向方向的直线距离。(参照图15A)。
凹凸的高低差A优选为外包装体的厚度T的5倍以上,更优选为10倍以上,进一步优选为20倍以上(参照图16A)。
间距P及高低差A可以在整个长度L或整个长度W上不均匀。例如,间距P和/或高低差A可以根据部分而改变。换而言之,间距P和/或高低差A可以具有多个值。或者,间距P和/或高低差A可以在纵向方向和/或横向方向上连续地变化。
当使本发明的一个方式的蓄电体弯曲时,弯曲部的内侧的间距P有时比弯曲部的外侧的间距P小。另外,弯曲部的外侧的间距P有时比弯曲部的内侧的间距P大。
外包装体107的凹凸的截面形状不局限于包括曲线的形状,也可以为如图16D至图16F所示那样的包括直线的形状。例如,也可以为矩形波状或三角波状。另外,如图16G所示,也可以为组合曲线与直线的形状。另外,在外包装体107的横向方向和/或纵向方向不设置连续的凹凸的情况下,不设置连续的凹凸的方向上的截面形状为图16H所示的形状。可以适当地组合图16A至图16H所示的截面。
图17示出层叠两个蓄电体150A时的截面图,该蓄电体150A的外包装体107具有连续的三角波状凹凸。如图17所示,在层叠多个蓄电体的情况下,通过调节各外包装体的凹凸形状及间距P,可以使两个蓄电体咬合。通过使外包装体的凹凸咬合,可以防止多个蓄电体的错位。
图17例示出外包装体咬合的蓄电体150A,但是也可以使蓄电体100等具有同样的效果。
图18A为蓄电体150B的正面图。图18B为示出蓄电体150B的制造方法的一个例子的图。蓄电体150B与蓄电体100及蓄电体150A的不同点为外包装体107的形成方法。蓄电体150B通过将正极101、隔离体103以及负极102配置在双折外包装体107之间来形成。
在双折外包装体107之间配置正极101、隔离体103以及负极102,然后以留下用来注入电解液106的导入口119的方式对外包装体107的外周部进行热压合而接合(参照图18C)。
接着,在减压气氛下或者在惰性气体气氛下将所希望的量的电解液106从导入口119注入外包装体107内。最后,对导入口119进行热压合而接合。通过上述步骤,可以制造蓄电体150B(参照图18A)。
蓄电体150B使用双折外包装体107制造,因此接合部118的长度可以比蓄电体150A短。因此,可以缩短蓄电体的制造时间。根据本发明的一个方式,可以提高蓄电体的生产率。
与蓄电体150A同样地,图16A至图16H所示的截面形状可以应用于双折外包装体107。
图19A为蓄电体150C的正面图。图19B为示出蓄电体150C的制造方法的一个例子的图。与蓄电体100同样地,蓄电体150C使用具有两个开口部的筒状外包装体107。
在筒状外包装体107内配置正极101、隔离体103以及负极102,然后以在一个开口部的一部分形成用来注入电解液106的导入口119的方式对筒状外包装体107的开口部进行热压合而接合(参照图19C)。
接着,在减压气氛下或者在惰性气体气氛下将所希望的量的电解液106从导入口119注入外包装体107内。最后,对导入口119进行热压合而接合。通过上述步骤,可以制造蓄电体150C(参照图19A)。
蓄电体150C使用筒状外包装体107制造,因此接合部118的长度可以比蓄电体150A及蓄电体150B短。因此,可以缩短蓄电体的制造时间。根据本发明的一个方式,可以提高蓄电体的生产率。
与蓄电体150A同样地,图16A至图16H所示的截面形状可以应用于筒状外包装体107。
实施方式3
在本实施方式中,参照图20A至图21D对导线端子的引出方向以及蓄电体的外观形状的一个例子进行说明。
图20A是蓄电体200A的正面图。在蓄电体200A中,正极导线104及负极导线105配置在外包装体107的一个边长上。
图20B是蓄电体200B的正面图。在蓄电体200B中,正极导线104及负极导线105配置在外包装体107的不同的边长上。
本发明的一个方式的蓄电体也可以具备一个以上的正极导线104和一个以上的负极导线105。例如,如图20C的蓄电体200C那样,可以将一个正极导线104及两个负极导线105配置在不同的边长上。另外,也可以将两个正极导线104及一个负极导线105配置在不同的边长上。
例如,如图20D的蓄电体200D那样,也可以将一个正极导线104及两个负极导线105配置在一个边长上。另外,也可以将两个正极导线104及一个负极导线105配置在一个边长上。
例如,如图21A的蓄电体200E那样,也可以将正极导线104及负极导线105配置在不同的四个边长上。
例如,如图21B的蓄电体200F那样,也可以配置多个正极导线104及多个负极导线105。
另外,本发明的一个方式的蓄电体的外观形状不局限于矩形。例如,如图21C的蓄电体200G那样,也可以具有曲线部分。另外,例如,如图21D的蓄电体200H那样,也可以具有上述形状的一部分有缺口的形状。
本发明的一个方式的蓄电体可以自由地设定所使用的导线端子的数量及引出位置。根据本发明的一个方式,可以提供设计自由度高的蓄电体。
实施方式4
根据本发明的一个方式的蓄电体可以用作利用电力驱动的各种各样的电子设备的蓄电装置。图24A至图27B示出使用根据本发明的一个方式的蓄电装置的电子设备的具体例子。
作为根据本发明的一个方式的蓄电装置的电子设备的具体例子,可以举出电视机、显示器等显示装置、照明装置、台式或笔记本型个人计算机、文字处理机、再现储存在DVD(Digital Versatile Disc:数字通用光盘)等记录介质中的静态图像或动态图像的图像再现装置、便携式CD播放器、收音机、磁带录音机、头戴式耳机音响、音响、台钟、挂钟、无绳电话子机、步话机、移动电话机、车载电话、便携式游戏机、平板终端、弹珠机等大型游戏机、计算器、便携式信息终端、电子笔记本、电子书阅读器、电子翻译器、声音输入器、摄像机、数字静态照相机、电动剃须刀、微波炉等高频加热装置、电饭煲、洗衣机、吸尘器、热水器、电扇、电吹风、空调设备诸如空调器、加湿器、除湿器等、洗碗机、烘碗机、干衣机、烘被机、电冰箱、电冷冻箱、电冷藏冷冻箱、DNA保存用冰冻器、手电筒、链锯等工具、烟探测器、透析装置等医疗设备等。再者,还可以举出工业设备诸如引导灯、信号机、传送带、电梯、自动扶梯、工业机器人、蓄电系统、用于使电力均匀化或智能电网的蓄电装置。另外,利用来自蓄电装置的电力通过电动机推进的移动体等也包括在电子设备的范畴内。作为上述移动体,例如可以举出电动汽车(EV)、兼具内燃机和电动机的混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、使用履带代替这些的车轮的履带式车辆、包括电动辅助自行车的电动自行车、摩托车、电动轮椅、高尔夫球车、小型或大型船舶、潜水艇、直升机、飞机、火箭、人造卫星、太空探测器、行星探测器、宇宙飞船等。
此外,也可以将根据本发明的一个方式的蓄电装置沿着在房屋及高楼的内壁或外壁、汽车的内部装修或外部装修的曲面组装。
图24A示出移动电话机的一个例子。移动电话机7400除了组装在外壳7401中的显示部7402之外还具备操作按钮7403、外部连接端口7404、扬声器7405、麦克风7406等。另外,移动电话机7400具有蓄电装置7407。
图24B示出使移动电话机7400弯曲的状态。在利用外部的力量使移动电话机7400变形而使其整体弯曲时,设置在其内部的蓄电装置7407也被弯折。图24C示出此时被弯折的蓄电装置7407的状态。
图24D示出手镯型显示装置的一个例子。便携式显示装置7100具备外壳7101、显示部7102、操作按钮7103及蓄电装置7104。另外,图24E示出被弯折的蓄电装置7104。
图24F是手表型便携式信息终端的一个例子。便携式信息终端7200包括外壳7201、显示部7202、带子7203、带扣7204、操作按钮7205、输入输出端子7206等。
便携式信息终端7200可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编写、音乐播放、网络通讯、电脑游戏等各种应用程序。
显示部7202的显示面弯曲,能够沿着弯曲的显示面进行显示。另外,显示部7202具备触摸传感器,可以用手指或触屏笔等触摸画面来进行操作。例如,通过触摸显示于显示部7202的图标7207,可以启动应用程序。
操作按钮7205除了时刻设定之外,还可以具有电源开关、无线通讯的开关、静音模式的设置及取消、省电模式的设置及取消等各种功能。例如,通过利用组装在便携式信息终端7200中的操作系统,可以自由地设定操作按钮7205的功能。
另外,便携式信息终端7200可以执行被通信标准化的近距离无线通讯。例如,通过与可无线通讯的耳麦通信,可以进行免提通话。
另外,便携式信息终端7200具备输入输出端子7206,可以通过连接器直接向其他信息终端发送数据或从其他信息终端接收数据。另外,也可以通过输入输出端子7206进行充电。另外,充电工作也可以利用无线供电进行,而不利用输入输出端子7206。
便携式信息终端7200包括根据本发明的一个方式的蓄电装置。例如,可以将弯曲状态的图24E所示的蓄电装置7104组装在外壳7201的内部,或者,将能够弯折状态的蓄电装置7104组装在带子7203的内部。
图24G示出袖章型显示装置的一个例子。显示装置7300具备显示部7304以及根据本发明的一个方式的蓄电装置。显示装置7300也可以在显示部7304具备触摸传感器,并用作便携式信息终端。
显示部7304的显示面弯曲,能够沿着弯曲的显示面进行显示。另外,显示装置7300可以利用被通信标准化的近距离无线通讯等改变显示情况。
显示装置7300具备输入输出端子,可以通过连接器直接向其他信息终端发送数据或从其他信息终端接收数据。另外,也可以通过输入输出端子进行充电。另外,充电工作也可以利用无线供电进行,而不利用输入输出端子。
图25A和图25B示出能够进行折叠的平板终端的一个例子。图25A及图25B所示的平板终端9600包括外壳9630a、外壳9630b、连接外壳9630a和外壳9630b的可动部9640、具有显示部9631a及显示部9631b的显示部9631、显示模式切换开关9626、电源开关9627、省电模式切换开关9625、卡扣9629以及操作开关9628。图25A示出打开平板终端9600的状态,图25B示出合上平板终端9600的状态。
平板终端9600在外壳9630a及外壳9630b的内部具备蓄电装置9635。蓄电装置9635穿过可动部9640设置在外壳9630a及外壳9630b。
在显示部9631a中,可以将其一部分用作触摸屏的区域9632a,并且可以通过触摸所显示的操作键9638来输入数据。此外,作为一个例子,显示部9631a的一半只具有显示的功能,并且另一半具有触摸屏的功能,但是不局限于该结构。也可以采用显示部9631a的整个区域具有触摸屏的功能的结构。例如,可以使显示部9631a的整个面显示键盘按钮来将其用作触摸屏,并且将显示部9631b用作显示画面。
此外,在显示部9631b中与显示部9631a同样,也可以将其一部分用作触摸屏的区域9632b。此外,通过使用手指或触屏笔等触摸触摸屏上的键盘显示切换按钮9639的位置上,可以在显示部9631b上显示键盘按钮。
此外,也可以对触摸屏的区域9632a和触摸屏的区域9632b同时进行触摸输入。
另外,显示模式切换开关9626能够进行竖屏显示和横屏显示等显示的方向的切换以及黑白显示或彩色显示等的切换等。根据通过平板终端9600所内置的光传感器所检测的使用时的外光的光量,省电模式切换开关9625可以使显示的亮度设定为最适合的亮度。平板终端除了光传感器以外还可以内置陀螺仪和加速度传感器等检测倾斜度的传感器等的其他检测装置。
此外,图25A示出显示部9631b的显示面积与显示部9631a的显示面积相同的例子,但是不局限于此,既可以使两个显示部的尺寸不同,也可以使它们的显示品质有差异。例如两个显示部中的一个可以进行比另一个更高精细的显示。
图25B是合上的状态,并且平板终端包括具备外壳9630、太阳能电池9633、DCDC转换器9636的充放电控制电路9634。作为蓄电装置9635可以使用本发明的一个方式的蓄电体。
此外,平板终端9600能够折叠,因此不使用时可以以外壳9630a及外壳9630b重叠的方式折叠平板终端9600。通过折叠平板终端9600,可以保护显示部9631a和显示部9631b,而可以提高平板终端9600的耐久性。使用根据本发明的一个方式的蓄电体的蓄电装置9635具有柔性,即使被反复弯曲,充放电容量也不容易减少。因此可以提供一种可靠性高的平板终端。
此外,图25A和图25B所示的平板终端还可以具有如下功能:显示各种各样的信息(静态图像、动态图像、文本图像等);将日历、日期或时刻等显示在显示部上;对显示在显示部上的信息进行操作或编辑的触摸输入;通过各种各样的软件(程序)控制处理等。
通过利用安装在平板终端的表面上的太阳能电池9633,可以将电力供应到触摸屏、显示部或图像信号处理部等。注意,当太阳能电池9633设置在外壳9630的一个面或两个面时,可以高效地对蓄电装置9635进行充电,所以是优选的。另外,当作为蓄电装置9635使用锂离子电池时,有可以实现小型化等优点。
另外,参照图25C所示的方框图对图25B所示的充放电控制电路9634的结构和工作进行说明。图25C示出太阳能电池9633、蓄电装置9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至开关SW3以及显示部9631,蓄电装置9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至开关SW3对应于图25B所示的充放电控制电路9634。
首先,说明在利用外光使太阳能电池9633发电时的工作的例子。使用DCDC转换器9636对太阳能电池9633所产生的电力进行升压或降压以使其成为用来对蓄电装置9635进行充电的电压。并且,当利用来自太阳能电池9633的电力使显示部9631工作时开启开关SW1,并且,利用转换器9637将其升压或降压到显示部9631所需要的电压。另外,当不进行显示部9631中的显示时,关闭SW1且开启SW2来对蓄电装置9635进行充电即可。
注意,作为发电单元的一个例子示出太阳能电池9633,但是不局限于此,也可以使用压电元件(piezoelectric element)或热电转换元件(珀耳帖元件(Peltier element))等其他发电单元进行蓄电装置9635的充电。例如,也可以使用以无线(不接触)的方式能够收发电力来进行充电的无线电力传输模块或组合其他充电方法进行充电。
图26示出其他电子设备的例子。在图26中,显示装置8000是使用根据本发明的一个方式的蓄电装置8004的电子设备的一个例子。具体地说,显示装置8000相当于电视广播接收用显示装置,包括外壳8001、显示部8002、扬声器部8003及蓄电装置8004等。根据本发明的一个方式的蓄电装置8004设置在外壳8001的内部。显示装置8000既可以接受来自商业电源的电力供应,又可以使用蓄积在蓄电装置8004中的电力。因此,即使当由于停电等不能接受来自商业电源的电力供应时,通过将根据本发明的一个方式的蓄电装置8004用作不间断电源,也可以利用显示装置8000。
作为显示部8002,可以使用半导体显示装置诸如液晶显示装置、在每个像素中具备有机EL元件等发光元件的发光装置、电泳显示装置、DMD(数字微镜装置:Digital Micromirror Device)、PDP(等离子体显示面板:Plasma Display Panel)及FED(场致发射显示器:Field Emission Display)等。
另外,除了电视广播接收用的显示装置之外,显示装置还包括所有显示信息用显示装置,例如个人计算机用显示装置或广告显示用显示装置等。
在图26中,安镶型照明装置8100是使用根据本发明的一个方式的蓄电装置8103的电子设备的一个例子。具体地说,照明装置8100包括外壳8101、光源8102及蓄电装置8103等。虽然在图26中例示出蓄电装置8103设置在安镶有外壳8101及光源8102的天花板8104的内部的情况,但是蓄电装置8103也可以设置在外壳8101的内部。照明装置8100既可以接受来自商业电源的电力供应,又可以使用蓄积在蓄电装置8103中的电力。因此,即使当由于停电等不能接受来自商业电源的电力供应时,通过将根据本发明的一个方式的蓄电装置8103用作不间断电源,也可以利用照明装置8100。
虽然在图26中例示出设置在天花板8104的安镶型照明装置8100,但是根据本发明的一个方式的蓄电装置既可以用于设置在天花板8104以外的例如侧壁8105、地板8106或窗户8107等的安镶型照明装置,又可以用于台式照明装置等。
另外,作为光源8102,可以使用利用电力人工性地得到光的人工光源。具体地说,作为上述人工光源的例子,可以举出白炽灯泡、荧光灯等放电灯以及LED或有机EL元件等发光元件。
在图26中,具有室内机8200及室外机8204的空调器是使用根据本发明的一个方式的蓄电装置8203的电子设备的一个例子。具体地说,室内机8200包括外壳8201、送风口8202及蓄电装置8203等。虽然在图26中例示出蓄电装置8203设置在室内机8200中的情况,但是蓄电装置8203也可以设置在室外机8204中。或者,也可以在室内机8200和室外机8204的双方中设置有蓄电装置8203。空调器既可以接受来自商业电源的电力供应,又可以使用蓄积在蓄电装置8203中的电力。尤其是,当在室内机8200和室外机8204的双方中设置有蓄电装置8203时,即使当由于停电等不能接受来自商业电源的电力供应时,通过将根据本发明的一个方式的蓄电装置8203用作不间断电源,也可以利用空调器。
虽然在图26中例示由室内机和室外机构成的分体式空调器,但是也可以将根据本发明的一个方式的蓄电装置用于在一个外壳中具有室内机的功能和室外机的功能的一体式空调器。
在图26中,电冷藏冷冻箱8300是使用根据本发明的一个方式的蓄电装置8304的电子设备的一个例子。具体地说,电冷藏冷冻箱8300包括外壳8301、冷藏室门8302、冷冻室门8303及蓄电装置8304等。在图26中,蓄电装置8304设置在外壳8301的内部。电冷藏冷冻箱8300既可以接受来自商业电源的电力供应,又可以使用蓄积在蓄电装置8304中的电力。因此,即使当由于停电等不能接受来自商业电源的电力供应时,通过将根据本发明的一个方式的蓄电装置8304用作不间断电源,也可以利用电冷藏冷冻箱8300。
另外,在上述电子设备中,微波炉等高频加热装置和电饭煲等电子设备在短时间内需要高功率。因此,通过将根据本发明的一个方式的蓄电装置用作用来辅助商业电源不能充分供应的电力的辅助电源,在使用电子设备时可以防止商业电源的总开关跳闸。
另外,在不使用电子设备的时间段,尤其是在商业电源的供应源能够供应的电力总量中的实际使用的电力的比率(称为电力使用率)低的时间段中,将电力蓄积在蓄电装置中,由此可以抑制在上述时间段以外的时间段中电力使用率增高。例如,在为电冷藏冷冻箱8300时,在气温低且不进行冷藏室门8302或冷冻室门8303的开关的夜间,将电力蓄积在蓄电装置8304中。并且,在气温高且进行冷藏室门8302或冷冻室门8303的开关的白天,将蓄电装置8304用作辅助电源,由此可以抑制白天的电力使用率。
当将蓄电装置安装在车辆时,可以实现混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHEV)等新一代清洁能源汽车。
在图27A和图27B中,例示出使用本发明的一个方式的车辆。图27A所示的汽车8400是作为用来行驶的动力源使用电发动机的电动汽车。或者,汽车8400是作为用来行驶的动力源能够适当地使用电发动机或引擎的混合动力汽车。通过使用本发明的一个方式,可以实现行驶距离长的车辆。另外,汽车8400具备蓄电装置。蓄电装置不但驱动电发动机,而且还可以将电力供应到车头灯8401或室内灯(未图示)等发光装置。
另外,蓄电装置可以将电力供应到汽车8400所具有的速度表、转速计等显示装置。此外,蓄电装置可以将电力供应到汽车8400所具有的导航系统等半导体装置。
在图27B所示的汽车8500中,可以通过利用插件方式或非接触供电方式等从外部的充电设备被供应电力,来对汽车8500所具有的蓄电装置进行充电。图27B示出从地上设置型的充电装置8021通过电缆8022对安装在汽车8500中的蓄电装置进行充电的情况。当进行充电时,作为充电方法或连接器的规格等,根据CHAdeMO(在日本注册的商标)或联合充电系统“Combined Charging System”等的规定的方式而适当地进行,即可。作为充电装置8021,也可以使用设置在商业设施的充电站或家庭的电源。例如,通过利用插件技术从外部供应电力,可以对安装在汽车8500中的蓄电装置进行充电。可以通过AC/DC转换器等转换装置将交流电力转换成直流电力来进行充电。
另外,虽然未图示,但是也可以将受电装置安装在车辆中并从地上的送电装置非接触地供应电力来进行充电。当利用非接触供电方式时,通过在公路或外壁中组装送电装置,不但停车中而且行驶中也可以进行充电。此外,也可以利用该非接触供电方式,在车辆之间进行电力的发送及接收。再者,还可以在车辆的外部设置太阳能电池,在停车时或行驶时进行蓄电装置的充电。可以利用电磁感应方式或磁场共振方式实现这样的非接触供电。
根据本发明的一个方式,可以提高蓄电装置的循环特性及可靠性。此外,根据本发明的一个方式,可以提高蓄电装置的特性,而可以使蓄电装置本身小型轻量化。另外,如果可以使蓄电装置本身小型轻量化,就有助于实现车辆的轻量化,从而可以延长行驶距离。另外,可以将安装在车辆中的蓄电装置用作车辆之外的电力供应源。此时,可以避免在电力需求高峰时使用商业电源。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
符号说明
100 蓄电体
101 正极
102 负极
103 隔离体
104 正极导线
105 负极导线
106 电解液
107 外包装体
115 密封层
118 接合部
119 导入口
150 蓄电体
201 焊接模具
202 焊接模具
203 突起
210 连接区域
220 弯曲部
1700 曲面
1701 平面
1702 曲线
1703 曲率半径
1704 曲率中心
1800 曲率中心
1801 膜
1802 曲率半径
1803 膜
1804 曲率半径
1805 电池材料
6003 正极活性物质
6004 导电助剂
6005 粘合剂
6103 负极活性物质
6105 粘合剂
7100 便携式显示装置
7101 外壳
7102 显示部
7103 操作按钮
7104 蓄电装置
7200 便携式信息终端
7201 外壳
7202 显示部
7203 带子
7204 带扣
7205 操作按钮
7206 输入输出端子
7207 图标
7300 显示装置
7304 显示部
7400 移动电话机
7401 外壳
7402 显示部
7403 操作按钮
7404 外部连接端口
7405 扬声器
7406 麦克风
7407 蓄电装置
8000 显示装置
8001 外壳
8002 显示部
8003 扬声器部
8004 蓄电装置
8021 充电装置
8022 电缆
8100 照明装置
8101 外壳
8102 光源
8103 蓄电装置
8104 天花板
8105 侧壁
8106 地板
8107 窗户
8200 室内机
8201 外壳
8202 送风口
8203 蓄电装置
8204 室外机
8300 电冷藏冷冻箱
8301 外壳
8302 冷藏室门
8303 冷冻室门
8304 蓄电装置
8400 汽车
8401 车头灯
8500 汽车
9600 平板终端
9625 开关
9626 开关
9627 电源开关
9628 操作开关
9629 卡扣
9630 外壳
9631 显示部
9633 太阳能电池
9634 充放电控制电路
9635 蓄电装置
9636 DCDC转换器
9637 转换器
9638 操作键
9639 按钮
9640 可动部
101a 正极集流体
101b 正极活性物质层
102a 负极集流体
102b 负极活性物质层
150A 蓄电体
150B 蓄电体
150C 蓄电体
200A 蓄电体
200B 蓄电体
200C 蓄电体
200D 蓄电体
200E 蓄电体
200F 蓄电体
9630a 外壳
9630b 外壳
9631a 显示部
9631b 显示部
9632a 区域
9632b 区域。
Claims (8)
1. 一种蓄电体,包括:
正极;
负极;
所述正极与所述负极之间的隔离体;
电解液;以及
包括所述正极、所述负极、所述隔离体以及所述电解液的外包装体,
其中,所述外包装体的表面的至少一部分具有连续的凹凸,
并且,所述外包装体的所述凹凸的截面形状为波状。
2. 根据权利要求1所述的蓄电体,其中所述外包装体的所述凹凸的所述截面形状的至少一部分包括曲线。
3. 根据权利要求1所述的蓄电体,其中所述外包装体的所述凹凸的所述截面形状的至少一部分包括直线。
4. 根据权利要求1所述的蓄电体,其中所述外包装体为金属膜与热塑性膜的叠层。
5. 根据权利要求1所述的蓄电体,其中所述外包装体的各所述凹凸的间距为设置有所述正极、所述负极、所述隔离体以及所述电解液的区域的直线距离的10分之1以下。
6. 根据权利要求1所述的蓄电体,其中所述外包装体的各所述凹凸之间的高低差为所述外包装体的厚度的5倍以上。
7. 根据权利要求1所述的蓄电体,在所述外包装体中还包括弯曲部,其中所述弯曲部的外侧的各所述凹凸的间距比所述弯曲部的内侧的各所述凹凸的间距大。
8. 一种包括根据权利要求1所述的蓄电体的电子设备,其中所述蓄电体根据所述电子设备的外壳的变形而变形。
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