CN107925016A - 蓄电装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单位体积的容量高的蓄电装置、具有新颖结构的柔性蓄电装置、能够反复弯曲的蓄电装置、可靠性高的蓄电装置或者寿命长的蓄电装置。一种蓄电装置,包括内部结构物及包围内部结构物的外包装体。内部结构物包括正极及负极。外包装体包括包含钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素的第一膜。第一膜优选还包含选自钼、铬和铝中的一个或多个元素。

Description

蓄电装置及电子设备
技术领域
本发明涉及物体、方法或制造方法。此外,本发明涉及工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或组合物(composition of matter)。尤其是,本发明的一个方式涉及半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、摄像装置、它们的驱动方法或制造方法。尤其是,本发明的一个方式涉及蓄电装置及蓄电装置的制造方法。
背景技术
近年来,对可穿戴设备展开了积极的开发。由于其附着于身体的性质,可穿戴设备优选具有顺应身体的曲面的弯曲形状或者能够随身体动作而弯曲。因此,安装在可穿戴设备中的蓄电装置也优选与显示器和其他外壳同样地具有柔性。
另外,蓄电装置的外包装体有密封性的提高的需求。例如,专利文献1公开了提高具有层压型外包装体的蓄电装置的密封性的例子。
[参考文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2003-187762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单位体积的容量高的蓄电装置。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有新颖结构的柔性蓄电装置。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够反复弯曲的蓄电装置。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的蓄电装置。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种寿命长的蓄电装置。
注意,这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式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,这些目的以外的效果是显然的,可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中得出这些以外的目的。
在制造柔性蓄电装置或弯曲的蓄电装置的情况下,离曲率中心近的一侧的外包装体中的膜(以下,记为外装膜)和离曲率中心远的一侧的外装膜以不同的曲率半径被弯曲。由于曲率半径之差,离曲率中心远的一侧的外装膜受到拉伸应力,离曲率中心近的一侧的外装膜受到压缩应力。
尤其是在设想反复的弯曲的柔性蓄电装置中,外装膜受到反复应力,有可能引起疲劳破坏。
另外,蓄电装置的外装膜需要阻挡来自外部的水分或氧等气体。因此,有时将包含金属箔的层压型膜用作外装膜,但是由反复的弯曲所带来的金属疲劳有可能导致裂缝。在产生很深且很大的裂缝的情况下,外装膜的阻挡性下降,而导致蓄电装置的性能劣化。
在本发明的一个方式中,由于在蓄电装置的外包装体中形成包含钛的阻挡层,所以即使在施加外力而外装膜变形时,也可以维持足够的阻挡性。
本发明的一个方式是包括内部结构物及包围内部结构物的外包装体的蓄电装置。内部结构物包括正极及负极。外包装体包括包含钛(Ti)以及选自铌(Nb)、钽(Ta)、钒(V)、锆(Zr)和铪(Hf)中的一个或多个元素的第一膜。
在本发明的一个方式的蓄电装置中,第一膜也可以还包含选自钼(Mo)、铬(Cr)和(Al)中的一个或多个元素。
在本发明的一个方式的蓄电装置中,外包装体也可以包括与第一膜接触的第二膜,第二膜也可以包含有机材料。
在本发明的一个方式的蓄电装置中,第一膜也可以包括厚度为10μm以上且150μm以下的区域。
在本发明的一个方式的蓄电装置中,外包装体也可以包括与第一膜接触的第三膜,第三膜也可以包含有机材料,第一膜也可以位于第二膜与第三膜之间。
在本发明的一个方式的蓄电装置中,第一膜也可以包括密度为5g/cm3以上且6g/cm3以下的区域。
在本发明的一个方式的蓄电装置中,外包装体也可以具有柔性。
本发明的一个方式是一种包括上述蓄电装置、显示器及操作按钮的电子设备。
通过本发明的一个方式,可以提供一种单位体积的容量高的蓄电装置。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种具有新颖结构的柔性蓄电装置。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种能够反复弯曲的蓄电装置。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种可靠性高的蓄电装置。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种寿命长的蓄电装置。
注意,这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式不必须需要实现所有上述效果。另外,根据说明书、附图、权利要求书等的记载,这些效果以外的效果是显然的,可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中得出这些以外的效果。
附图说明
图1A至图1C为说明蓄电装置的图;
图2A至图2C为说明蓄电装置的图;
图3A至图3C为说明蓄电装置的图;
图4A和图4B为说明蓄电装置的图;
图5A和图5B为说明蓄电装置的图;
图6A至图6C为说明蓄电装置的图;
图7A和图7B为说明蓄电装置的图;
图8A至图8D为说明曲率半径的图;
图9A至图9C为说明曲率半径的图;
图10A和图10B为说明层压型蓄电池的图;
图11为示出蓄电池的外观的图;
图12为示出蓄电池的外观的图;
图13A至图13C为说明柔性层压型蓄电池的图;
图14A至图14E为说明蓄电池及电子设备的例子的图;
图15A至图15C为说明蓄电池的结构例子的立体图、俯视图及截面图;
图16A至图16D为说明蓄电池的制造方法的例子的图;
图17A、图17B、图17C1、图17C2及图17D为说明蓄电池的结构例子的立体图、俯视图及截面图;
图18A至图18D为说明蓄电池的制造方法的例子的图;
图19为说明电子设备的例子的图;
图20A至图20C为说明电子设备的例子的图;
图21A至图21C为说明电子设备的例子的图;
图22为说明电子设备的例子的图;
图23A和图23B为说明电子设备的例子的图。
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。注意,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下面的实施方式所记载的内容中。
为了容易理解,有时附图等中所示的各构成要素的位置、尺寸、范围等不表示实际上的位置、尺寸、范围等。因此,所公开的发明不一定局限于附图等中所公开的位置、尺寸、范围等。
“电连接”包括通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。在此,“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的收发,就对其没有特别的限制。
注意,根据情况或状况,可以互相替换用语“膜”和“层”。例如,有时可以将“导电层”更换为“导电膜”。此外,有时可以将“绝缘膜”更换为“绝缘层”。
另外,在本说明书等中说明的本发明的结构中,在不同附图之间共同使用同一符号表示同一部分或具有相同功能的部分而省略其重复说明。
注意,在本说明书等中,为了方便起见,附加了第一、第二、第三等序数词,而其并不表示工序顺序或上下的位置关系等。因此,例如可以将“第一”适当地置换为“第二”或“第三”等而进行说明。此外,有时本说明书等所记载的序数词与用来指定本发明的一个方式的序数词不一致。
此外,在本说明书中,柔性是指柔韧且可弯曲的物体的性质。其是根据施加到物体的外力而物体能够变形的性质,不考虑弹性或到变形之前的形状的恢复性。柔性蓄电装置可以根据外力变形。柔性蓄电装置可以以固定为变形状态的方式使用,以反复变形的方式使用或在没有变形的状态下使用。此外,在本说明书等中,外包装体的内部是指蓄电装置中的由外包装体包围(包裹)的区域,在该区域中包括正极、负极、活性物质层、隔离体等的结构物及电解液等。
另外,在本说明书等中,可以将蓄电装置置换成蓄电池等。
另外,可以适当地组合用来实施本发明的实施方式所记载的内容。
实施方式1
在本实施方式中,对本发明的一个方式的蓄电装置110及其制造方法进行说明。
图1A至图1C示出蓄电装置110。图1A所示的蓄电装置110包括被外包装体116包围的内部结构物117。内部结构物117包括电极及隔离体,电极与引线电极115电连接。
图1B示出沿着图1A的A1-A2切断蓄电装置110时的截面图。另外,图1C示出外包装体116的放大图。
如图1B所示,蓄电装置110具有由外包装体116包围内部结构物117及电解液107的结构。内部结构物117包括第一叠层体100a、第二叠层体100b、第三叠层体100c及第四叠层体100d。注意,本实施方式中的蓄电装置110所包括的叠层体的个数主要是4,但是不局限于此。
另外,如图1C所示,外包装体116包括膜112、膜113及膜112与膜113之间的膜111。
膜111包含钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素。另外,优选还包含选自钼、铬和铝中的一个或多个元素。如此,当膜111包含钛及上述元素时,可以形成杨氏模量低且强度高的膜。因此,可以抑制由反复的弯曲带来的变形导致外包装体的断裂。
如本实施方式所示,通过将包含钛的膜111用于蓄电装置的外包装体,例如在以直接接触人体的方式配置蓄电装置的情况下,与将包含其他金属的膜用于外包装体的情况相比,可以抑制金属过敏反应,所以是优选的。同样地,使用包含钛的膜111的情况适于将蓄电装置设置在体内等的情况。
另外,膜111包括厚度为10μm以上且150μm以下的区域。由此膜111可以具有柔性。
另外,膜111包括密度为5g/cm3以上且6g/cm3以下的区域。由此可以阻挡来自外部的水分或氧等气体,而且可以防止由反复的弯曲等带来的变形所导致的断裂。
膜111可以使用钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素的合金形成。例如,可以使用Ti-Nb-Ta-Zr-O或者Ti-Ta-Nb-V-Zr-O等。由此,膜111可以具有0.2%耐力。例如,具有900MPa以上且1700MPa以下的0.2%耐力。注意,0.2%耐力是指施加应力之后卸除负载时产生0.2%的永久变形的应力。
另外,膜111具有延性或者展性,在发生弯曲等带来的变形时膜111也不容易发生断裂,可以保持气体阻挡性。
膜112及膜113优选包含有机材料。由此膜111可以具有柔性。
通过使用包含上述膜的外包装体,可以制造柔性蓄电装置。
另外,外包装体116也可以不包括膜112或者膜113。例如,如图2A所示,外包装体116也可以不包括膜112。另外,如图2B所示,外包装体116也可以不包括膜113。另外,如图2C所示,外包装体116也可以不包括膜112及膜113。
另外,膜111、膜112及膜113可以为单层,也可以为两层以上的叠层。
膜111的密度例如可以利用卢瑟福背散射光谱学法(RBS:RutherfordBackscattering Spectrometry)或X射线反射(XRR:X-Ray Reflection)法测量。
另外,如图3A至图3C所示,也可以设置铝、不锈钢、铜及镍等具有高柔性的薄膜200。另外,薄膜200也可以包含石墨烯化合物。
在本说明书等中,将作为基本骨架具有石墨烯的化合物称为“石墨烯化合物(也称为“Graphene Compound”)”。注意,石墨烯具有排列为1个原子层的碳原子,并且在碳原子之间存在π键。另外,石墨烯是石墨烯化合物的一种。
下面,详细地说明石墨烯化合物。
在石墨烯化合物中,有时将2层以上且100层以下的石墨烯的叠层称为多层石墨烯。石墨烯及多层石墨烯的长边方向上的长度例如为50nm以上且100μm以下或800nm以上且50μm以下。
石墨烯化合物例如也可以是石墨烯或多层石墨烯被碳以外的原子或具有碳以外的原子的原子团修饰的化合物。此外,也可以是石墨烯或多层石墨烯被烷基等以碳为主的原子团修饰的化合物。另外,有时将对石墨烯或多层石墨烯进行修饰的原子及原子团称为置换基、官能团或特征基团等。在此,石墨烯化合物包含被上述原子或原子团修饰的石墨烯。
在此,石墨烯化合物的正面和背面都可以被互不相同的原子或原子团修饰。此外,当石墨烯化合物具有多层石墨烯、多个石墨烯及多个多层石墨烯时,各层也可以被不同的原子或原子团修饰。
作为上述被原子团修饰的石墨烯的一个例子,也可以使用包含氧的取代基、官能基或特性基、或者被氧修饰的石墨烯或多层石墨烯。在此,作为包含氧的官能团,例如可以举出环氧基、羧基等羰基或羟基等。有时将被氧或包含氧的原子团修饰的石墨烯称为氧化石墨烯。
石墨烯化合物也可以具有多个石墨烯化合物部分地重叠而形成的一个片的形状。有时将这种石墨烯化合物称为石墨烯化合物片。石墨烯化合物片例如具有厚度为0.33nm以上且50μm以下的区域,更优选具有厚度为大于0.34nm且为10μm以下的区域。石墨烯化合物片也可以被碳以外的原子、具有碳以外的原子的原子团或烷基等以碳为主的原子团等修饰。此外,石墨烯化合物片所包括的多个层的每一个也可以被互不相同的原子或原子团修饰。
除了由碳构成的六元环之外,石墨烯化合物还可以包括由碳构成的五元环或由碳构成的七元环以上的多元环。在此,在六元环以外的多元环附近有时产生锂离子能够穿过的区域。
图3A示出将薄膜200夹持膜111的结构。图3B示出将膜111夹持薄膜200的结构。另外,如图3C所示,也可以采用组合图3A及图3B的结构。另外,也可以增加薄膜200及膜111的叠层数。
图4A示出沿着图1A的A1-A2的截面图,图4B示出内部结构物117的端部的放大图。如图4B所示,内部结构物117的各叠层体包括负极集电体101、负极活性物质层102、隔离体103、正极活性物质层104及正极集电体105。
如图4B的放大图所示,在蓄电装置110中,第一叠层体100a至第四叠层体100d中层叠有相同的层,但是层叠体中的各层的层叠顺序颠倒。另外,各叠层体中不需要必须层叠有相同的层。
在蓄电装置110中,第一叠层体100a的正极集电体的没有形成正极活性物质层的面接触于第二叠层体100b的正极集电体的没有形成正极活性物质层的面,第二叠层体100b的负极集电体的没有形成负极活性物质层的面接触于第三叠层体100c的负极集电体的没有形成负极活性物质层的面,第三叠层体100c的正极集电体的没有形成正极活性物质层的面接触于第四叠层体100d的正极集电体的没有形成正极活性物质层的面。注意,本发明的一个方式的蓄电装置110不局限于各叠层体中的集电体与相邻的叠层体中的集电体接触的结构。另外,也可以在正极及负极中的集电体的两面设置活性物质层。
本发明的一个方式的蓄电装置110具有柔性,可以变形为各种形状。例如,如图5A所示,可以使蓄电装置110弯曲。此时,如图5B的外包装体116的放大图所示,膜111、膜112及膜113都具有柔性。
另外,图6B及图6C示出图6A所示的蓄电装置110中外包装体116彼此接触的由双点划线围绕的部分的放大图。
如图6B所示,也可以采用在外包装体116整体设置膜111的结构。另外,如图6C所示,也可以采用在外包装体116的一部分不设置膜111的结构。
图7A和图7B示出包括具有与图1A至图1C不同的结构的外包装体116的蓄电装置210。图7B示出沿着图7A的A1-A2切断蓄电装置210时的截面图。蓄电装置210与图1A至图1C所示的蓄电装置110的不同之处在于外包装体116具有两个外包装体116的叠层。
接着,对本发明的一个方式的蓄电装置进行说明。
<正极的结构>
首先,对正极进行说明。如图4B所示,正极包括正极活性物质层104及正极集电体105。
作为用于正极活性物质层104的正极活性物质材料,可以使用能够进行锂离子等载流子离子的移动的材料。例如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含锂材料等。
作为橄榄石型结构的含锂材料(通式LiMPO4(M是Fe(II)、Mn(II)、Co(II)或Ni(II)))的典型例子,可以举出LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+b≤1,0<a<1,0<b<1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4(c+d+e≤1,0<c<1,0<d<1,0<e<1)、LiFefNigCohMniPO4(f+g+h+i≤1,0<f<1、0<g<1,0<h<1,0<i<1)等。
例如,磷酸铁锂(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。
作为具有层状岩盐型结晶结构的含锂材料,例如有:钴酸锂(LiCoO2);LiNiO2;LiMnO2;Li2MnO3;LiNi0.8Co0.2O2等NiCo类(通式为LiNixCo1-xO2(0<x<1));LiNi0.5Mn0.5O2等NiMn类(通式为LiNixMn1-xO2(0<x<1));以及LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2等NiMnCo类(也称为NMC。通式为LiNixMnyCo1-x-yO2(x>0,y>0,x+y<1))。此外,也可以举出Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2、Li2MnO3-LiMO2(M是Co、Ni、Mn)等。
特别是,LiCoO2具有容量高、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。
作为具有尖晶石型结晶结构的含锂材料,例如可以举出LiMn2O4、Li1+xMn2-xO4(0<x<2)、LiMn2-xAlxO4(0<x<2)、LiMn1.5Ni0.5O4等。
当对LiMn2O4等含有锰的具有尖晶石型结晶结构的含锂材料混合少量镍酸锂(LiNiO2或LiNi1-xMxO2(0<x<1)(M是Co、Al等))时,具有抑制锰的溶出或电解液的分解等优点,所以是优选的。
或者,作为正极活性物质,可以使用以通式Li(2-j)MSiO4(M为Fe(II)、Mn(II)、Co(II)或Ni(II))(0≤j≤2)表示的复合氧化物。作为通式Li(2-j)MSiO4的典型例子,可以举出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≤1,0<k<1,0<l<1)、Li(2-j)FemNinCoqSiO4、Li(2-j)FemNinMnqSiO4、Li(2-j)NimConMnqSiO4(m+n+q≤1,0<m<1,0<n<1,0<q<1)、Li(2-j)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+u≤1,0<r<1,0<s<1,0<t<1,0<u<1)等。
此外,作为正极活性物质,可以使用以通式AxM2(XO4)3(A为Li、Na或Mg)(M为Fe、Mn、Ti、V、Nb或Al)(X为S、P、Mo、W、As或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,可以举出Fe2(MnO4)3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等。此外,作为正极活性物质,可以使用:以通式Li2MPO4F、Li2MP2O7、Li5MO4(M是Fe或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含锂材料;钒氧化物类(V2O5、V6O13、LiV3O8等);锰氧化物;以及有机硫等材料。
当载流子离子是锂离子之外的碱金属离子或碱土金属离子时,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)代替上述化合物或氧化物中的锂。例如,可以使用NaFeO2或Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2等含钠层状氧化物作为正极活性物质。
作为正极活性物质,也可以使用组合多个上述材料而成的材料。例如,可以使用组合多个上述材料而成的固溶体作为正极活性物质。例如,可以使用LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2和Li2MnO3的固溶体作为正极活性物质。
作为正极活性物质,优选使用原始粒子的平均粒径为50nm以上且100μm以下的粒子。
正极活性物质与负极活性物质在蓄电装置的电池反应中起中心作用,进行载流子离子的释放及吸收。为了提高蓄电装置的寿命,优选使用涉及电池反应的不可逆反应的容量较小且充放电效率高的材料。
由于活性物质与电解液接触,活性物质与电解液发生反应,由于该反应活性物质丧失而使蓄电装置发生劣化,导致蓄电装置的容量降低。因此,为了实现劣化少的蓄电装置,优选不使蓄电装置内发生上述反应。
作为电极的导电助剂,可以使用乙炔黑(AB)、石墨(黑铅)粒子、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯等。
由于导电助剂,而在电极中可以形成导电网络。由于导电助剂,可以维持正极活性物质相互之间的导电路径。通过对正极活性物质层添加导电助剂,可以实现具有高电导率的正极活性物质层104。
此外,作为粘合剂(binder),除了典型的聚偏氟乙烯(PVDF)之外,还可以使用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、三元乙丙聚合物、氟橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、硝酸纤维素等。
在正极活性物质层104的总量中,粘合剂的含量优选为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。在正极活性物质层104的总量中,导电助剂的含量优选为1wt%以上且10wt%以下,更优选为1wt%以上且5wt%以下。
在利用涂敷法形成正极活性物质层104的情况下,将正极活性物质、粘合剂、导电助剂和分散介质混合而制造电极浆料,将其涂敷在正极集电体105上进行干燥即可。
作为正极集电体105,可以使用不锈钢、金、铂、铝、钛等金属及它们的合金等导电性高且不与锂等载流子离子发生合金化的材料。此外,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。正极集电体可以适当地使用箔状、板状(片状)、网状、冲孔金属网状、拉制金属网状等形状。正极集电体105的厚度优选为5μm以上且30μm以下。另外,也可以在电极集电体的表面的一部分使用石墨、石墨烯、氧化石墨烯等设置底涂层。
另外,也可以采用在正极集电体105的一个面设置正极活性物质层104并在另一个面不设置正极活性物质层的结构。在此情况下,正极集电体105的不设置正极活性物质层的面平坦,摩擦系数小。因此,当该表面接触于其他的正极集电体的不设置正极活性物质层的面时,可以根据应力使两个集电体彼此滑动。
通过上述方法可以制造蓄电装置的正极。
<负极的结构>
接着,对负极进行说明。如图4B所示,负极包括负极活性物质层102及负极集电体101。以下对负极的形成工序进行说明。
作为用于负极活性物质层102的活性物质,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。另外,作为石墨形状有鳞片状或球状等。
作为负极活性物质,除了碳类材料以外也可以使用能够利用与锂的合金化反应·脱合金化反应进行充放电反应的材料。例如可以使用包含Ga、Si、Al、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Ag、Zn、Cd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高,为4200mAh/g,所以是优选的。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和SbSn等。
此外,作为负极活性物质,可以使用氧化物诸如SiO、SnO、SnO2、二氧化钛(TiO2)、锂钛氧化物(Li4Ti5O12)、锂-石墨层间化合物(LixC6)、五氧化铌(Nb2O5)、氧化钨(WO2)、氧化钼(MoO2)等。注意,SiO是指包括高硅含量的部分的硅氧化物的粉末,也可以表示为SiOy(2>y>0)。例如SiO在其范畴内包括包含Si2O3、Si3O4和Si2O中的一个或多个的材料以及Si的粉末与二氧化硅(SiO2)的混合物。另外,SiO有时还包含其他元素(碳、氮、铁、铝、铜、钛、钙、锰等)。也就是说,SiO是指包含单晶Si、非晶Si、多晶Si、Si2O3、Si3O4、Si2O、SiO2中的多个的材料,SiO为有色材料。可以与无色透明或者白色的SiOx(x为2以上)区别开来。注意,在作为二次电池的材料使用SiO制造二次电池后,有时因为反复充放电等使SiO氧化而变质成SiO2
此外,作为负极活性物质,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为Co、Ni或Cu)。例如,Li2.6Co0.4N3具有高的充放电容量(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V2O5、Cr3O8等不包含锂离子的材料组合。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,可以作为负极活性物质使用锂和过渡金属的氮化物。
此外,也可以将引起变换反应的材料用于负极活性物质。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。作为引起变换反应的材料,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。
作为负极活性物质,例如优选使用粒径为50nm以上且100μm以下的材料。
另外,正极活性物质层104和负极活性物质层102都可以使用以特定比例组合的多种材料。通过作为活性物质层使用多种材料,可以更具体地选择活性物质层的性能。
作为电极的导电助剂,还可以使用乙炔黑(AB)、石墨(黑铅)粒子、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯等。
由于导电助剂,而在电极中可以形成导电网络。由于导电助剂,可以维持负极活性物质相互之间的导电路径。通过对负极活性物质层添加导电助剂,可以实现具有高电导率的负极活性物质层102。
此外,作为粘合剂,除了典型的聚偏氟乙烯(PVDF)之外,还可以使用聚酰亚胺、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。
在负极活性物质层102的总量中,粘合剂的含量优选为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。在负极活性物质层102的总量中,导电助剂的含量优选为1wt%以上且10wt%以下,更优选为1wt%以上且5wt%以下。
在利用涂敷法形成负极活性物质层102的情况下,将负极活性物质、粘合剂、导电助剂和分散介质混合而制造浆料,将其涂敷在负极集电体101上进行干燥。另外,在干燥之后若需要则可以进行压力处理。
作为负极集电体101,可以使用不锈钢、金、铂、铁、铜、钛、钽等金属及它们的合金等导电性高且不与锂等载流子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。负极集电体101可以适当地使用箔状、板状(片状)、网状、圆柱状、线圈状、冲孔金属网状、拉制金属网状等形状。负极集电体101的厚度优选为5μm以上且30μm以下。另外,也可以在电极集电体的表面的一部分上使用石墨、石墨烯、氧化石墨烯等设置底涂层。
另外,也可以采用在负极集电体101的一个面设置负极活性物质层102并在另一个面不设置负极活性物质层的结构。在此情况下,负极集电体101的不设置负极活性物质层的面平坦,摩擦系数小。因此,当该表面接触于其他的负极集电体的不设置负极活性物质层的面时,可以根据应力使两个集电体彼此滑动。
通过上述方法可以制造蓄电装置的负极。
<隔离体的结构>
作为隔离体103的材料,使用纸、无纺布、玻璃纤维、或者合成纤维如尼龙(聚酰胺)、维尼纶(聚乙烯醇类纤维)、聚酯、丙烯酸树脂、聚烯烃、聚氨酯等即可。注意,需要选择不溶解于后述的电解液的材料。
更具体而言,作为隔离体103的材料,例如可以使用选自氟化类聚合物、聚醚如聚环氧乙烷及聚环氧丙烷等、聚烯烃如聚乙烯及聚丙烯等、聚丙烯腈、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯腈(polymethacrylonitrile)、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚异戊二烯、以及聚氨酯类高分子及上述物质的衍生物;纤维素;纸;无纺布;以及玻璃纤维中的一种或两种以上的组合。
隔离体103需要具有防止正极及负极的接触的绝缘性能、保持电解液的性能、以及离子传导性。作为制造用作隔离体的膜的方法,有延伸膜的方法。例如,有延伸开口法,其中展开熔融的聚合物材料并进行散热,在平行于膜的双轴方向上延伸所得到的膜来形成孔。
通过上述方法,可以将隔离体组装在蓄电装置中。
<电解液的结构>
能够用于根据本发明的一个方式的蓄电装置的电解液107优选为包含电解质(溶质)的非水溶液(溶剂)。
作为电解液107的溶剂使用载流子离子能够移动的材料,例如,优选使用非质子有机溶剂,也可以使用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、碳酸氯乙烯酯、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、磺内酯等中的一种或两种以上。
此外,当作为电解液107的溶剂使用凝胶化的高分子材料时,对于漏液性等的安全性得到提高。并且,能够实现蓄电装置的薄型化及轻量化。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、聚氧化乙烯类凝胶、聚氧化丙烯类凝胶、氟类聚合物的凝胶等。
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蒸发性的离子液体(也称为室温熔融盐),即使因蓄电装置的内部短路、过充电等而使内部温度上升也可以防止蓄电装置的破裂或起火等。由此,可以提高蓄电装置的安全性。
作为用于蓄电装置的电解液优选使用粒状尘屑或电解液的构成要素之外的元素(以下,将其统称为“杂质”)的含量少的高度纯化的电解液。具体而言,在电解液中,优选将杂质的质量比设定为1%以下,更优选为0.1%以下,进一步优选为0.01%以下。此外,也可以对电解液添加碳酸亚乙烯酯等添加剂。
此外,作为溶解于上述溶剂的电解质,当使用锂离子作为载流子时,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等锂盐中的一种或两种以上。
注意,说明了在上述电解质中载流子离子为锂离子的情况,但是还可以使用锂离子以外的载流子离子。在载流子离子是锂离子以外的碱金属离子或碱土金属离子的情况下,作为电解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)代替上述锂盐中的锂。
另外,有时电解液与正极的集电体发生反应而使正极集电体被腐蚀。为了防止该腐蚀的发生,优选对电解液添加几wt%的LiPF6。由此可以在正极集电体的表面形成顿态膜,该顿态膜可以防止电解液与正极集电体发生反应。但是,为了不使正极活性物质层溶解,将LiPF6的浓度设定为10wt%以下,优选为5wt%以下,更优选为3wt%以下。
<外包装体的结构>
接着,说明外包装体116。作为外包装体116,例如优选使用如下三层结构的膜:在包含聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、离聚物、聚酰胺等有机材料的膜112上设置包含钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素的膜111,并且作为外包装体的外表面设置包含硅酮树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂等绝缘性合成树脂等有机材料的膜113。通过采用上述三层结构,可以防止电解液的侵入及气体的透过,同时确保绝缘性并具有耐电解液性。耐电解液性是指即使与电解液接触也不容易发生反应而形成反应物的性质。可以通过将外包装体折叠向内侧并重叠或者通过以两个外包装体的里面互相相对的方式重叠并进行加热,里面的材料溶解而焊接两个外包装体的里面,由此可以形成密封结构。
另外,膜111优选包括厚度为10μm以上且150μm以下的区域。由此,外包装体116可以具有柔性。
另外,膜111优选包括密度为5g/cm3以上且6g/cm3以下的区域。由此可以形成杨氏模量低且强度高的膜。因此,可以防止由反复的弯曲带来的变形导致外包装体116的断裂。
膜111可以使用钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素的合金形成。例如,可以使用Ti-Nb-Ta-Zr-O或者Ti-Ta-Nb-V-Zr-O等。由此,膜111可以具有0.2%耐力。例如,具有900MPa以上且1700MPa以下的0.2%耐力。
另外,膜111具有延性或者展性,在发生弯曲等带来的变形时膜111也不容易发生断裂,可以保持气体阻挡性。
另外,优选通过熔融等形成外包装体的密封结构。另外,在重叠两个外包装体时,通过热熔融等的方法沿着整个外周形成密封部。
在上面示出作为外包装体使用具有三层结构的膜的结构,但是不局限于此。例如,可以采用包含有机材料的膜与包含钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素的膜的两层结构,还可以采用四层以上的结构。
<柔性蓄电装置>
通过从本实施方式中示出的各构件的材料中选择具有柔性的材料,可以制造柔性蓄电装置。近年来,对能够变形的装置的研究开发日益火热。作为这种装置,被要求柔性蓄电装置。
在使由作为外包装体的两个膜夹着电极及电解液等1805的蓄电装置弯曲的情况下,近于蓄电装置的曲率中心1800一侧的膜1801的曲率半径1802比离曲率中心1800远一侧的膜1803的曲率半径1804小(参照图8A)。当使蓄电装置弯曲并具有圆弧状截面时,近于曲率中心1800的膜的表面被施加压缩应力,离曲率中心1800远的膜的表面被施加拉伸应力(参照图8B)。
当使柔性蓄电装置变形时外包装体被施加很大的应力,但是在外包装体的表面形成由凹部或凸部构成的图案时,即使因蓄电装置的变形而被施加压缩应力或拉伸应力也能够抑制变形的影响。因此,蓄电装置可以在近于曲率中心一侧的外包装体的曲率半径为50mm,优选为20mm的范围内变形。
参照图9A至图9C说明面的曲率半径。在图9A中,在截断曲面1700的平面1701上,使包括在曲面1700的曲线1702的一部分近似圆弧,将该圆的半径作为曲率半径1703,将圆中心作为曲率中心1704。图9B示出曲面1700的俯视图。图9C示出沿着平面1701上截断曲面1700时的截面图。当沿着平面截断曲面时,出现在截面上的曲线的曲率半径根据相对于曲面的平面角度或截断的位置而不同,在本说明书等中,将最小的曲率半径定义为该面的曲率半径。
此外,蓄电装置的截面形状不局限于简单的圆弧状,也可以为其一部分具有圆弧的形状,例如可以为图8C所示的形状、波状(参照图8D)、S字形状等。当蓄电装置的曲面为具有多个曲率中心的形状时,蓄电装置可以在如下范围内变形:该范围是在多个曲率中心的每一个的曲率半径中的曲率半径最小的曲面中,两个外包装体中的近于曲率中心一侧的一个的曲率半径为50mm,优选为20mm。
<蓄电装置的构造及老化>
接着,通过组合上述构件并将其密封于外包装体116内,可以如图1A至图1C及图4A和图4B所示地将包括多个叠层体的内部结构物与电解液107一起密封于外包装体116内。上述多个叠层体的每一个包括正极集电体105、正极活性物质层104、隔离体103、负极活性物质层102、负极集电体101。
接着,进行老化工序。首先,例如将环境温度保持为室温程度,以低速率进行恒流充电使电池充电到预定电压。接着,将被外包装体包围的区域中的因充电而产生的气体释放到外包装体的外部。接着,再以比第一次充电时更高的速率进行充电。
然后,将蓄电装置在较高的温度环境下进行长时间的保存。例如,在40℃以上的环境下保存24小时以上。
在较高的温度环境下进行长时间的保存后,使被外包装体包围的区域中再次产生的气体释放到外部。并且,在室温环境下以0.2C的速率进行放电,并以相同速率进行充电,在再次以相同速率进行放电之后,再以相同速率进行充电。然后,以相同速率进行放电,由此结束老化工序。
通过上述步骤可以制造根据本发明的蓄电装置。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
此外,在本说明书等中,在某一个实施方式所示的附图或文章中至少记载有一个具体例子的情况下,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由上述具体例子导出该具体例子的上位概念。因此,在某一个实施方式所示的附图或文章中至少记载有一个具体例子的情况下,该具体例子的上位概念也是所公开的发明的一个方式,而可以构成发明的一个方式。并且,可以说该发明的一个方式是明确的。
另外,在本说明书等中,至少在附图中记载的内容(也可以是其一部分)是所公开的发明的一个方式,而可以构成发明的一个方式。因此,某个内容只要在附图中有记载,即便不使用文章来描述,该内容也是所公开的发明的一个方式,而可以构成发明的一个方式。同样地,取出其一部分的附图也是所公开的发明的一个方式,而可以构成发明的一个方式。并且,可以说该发明的一个方式是明确的。
另外,在本实施方式中对本发明的一个方式进行说明。或者,在其他的实施方式中对本发明的一个方式进行说明。但是,本发明的一个方式不局限于此。也就是说,在本实施方式及其他的实施方式中记载了各种各样的发明的方式,因此本发明的一个方式不局限于特定的方式。例如,虽然在本实施方式中,示出用于柔性锂离子蓄电装置的例子,但是本发明的一个方式不局限于此,根据情况或状况,也可以将本发明的一个方式用于各种各样的蓄电装置、铅蓄电池、锂离子聚合物蓄电装置、镍氢蓄电池、镍镉蓄电池、镍铁蓄电池、镍锌蓄电池、氧化银锌蓄电池、固体电池、空气电池、一次电池、电容器、双电层电容器、超级电容器(ultracapacitor、supercapacitor)、锂离子电容器等。或者,例如根据情况或状况,也可以不将本发明的一个方式用于锂离子蓄电装置。例如,虽然作为本发明的一个方式示出用于弯曲的蓄电装置、柔性蓄电装置或者可变形的蓄电装置的例子,但是本发明的一个方式不局限于此。根据情况或状况,本发明的一个方式可以用于各种形状的蓄电装置或者具有各种硬度的蓄电装置。另外,例如,根据情况或状况,本发明的一个方式可以用于不弯曲的平板形状的蓄电装置或者圆筒形状的蓄电装置。或者,例如根据情况或状况,本发明的一个方式可以用于不具有柔性的不可变形的蓄电装置。
实施方式2
在本实施方式中,参照图10A至图14E说明根据本发明的一个方式的蓄电池的结构。
<层压型蓄电池>
参照图10A对层压型蓄电池的一个例子进行说明。在将柔性层压型蓄电池安装在至少一部分具有柔性的电子设备时,可以使蓄电池沿着电子设备的变形弯曲。
图10A所示的层压型蓄电池500包括:包含正极集电体501及正极活性物质层502的正极503;包含负极集电体504及负极活性物质层505的负极506;隔离体507;电解液508;以及外包装体509。在设置于外包装体509内的正极503与负极506之间设置有隔离体507。此外,在被外包装体509包围的区域充满了电解液508。作为外包装体509,可以使用实施方式1中示出的外包装体。由此,使外包装体509变形时也可以维持足够的阻挡性。
在图10A所示的层压型蓄电池500中,正极集电体501及负极集电体504还用作与外部电接触的端子。因此,正极集电体501及负极集电体504的一部分也可以露出到外包装体509的外侧。此外,使用突片电极(tab electrode)对该突片电极与正极集电体501或负极集电体504进行超声波焊接来使突片电极露出到外包装体509的外侧,而不使正极集电体501及负极集电体504露出到外包装体509的外侧。
作为外包装体509,例如优选使用如下三层结构的膜:在包含聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、离聚物、聚酰胺等有机材料的膜上设置包含钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素的膜,并且作为外包装体的外表面设置包含硅酮树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂等绝缘性合成树脂等有机材料的膜。通过采用上述三层结构,可以防止电解液及气体的透过,同时确保绝缘性并具有耐电解液性。可以通过将外包装体折叠向内侧并重叠或者通过以两个外包装体的里面互相相对的方式重叠并进行加热,里面的材料溶解而焊接两个外包装体,由此可以形成密封结构。
另外,图10B示出层压型蓄电池500的截面结构的一个例子。为了简化起见,图10A示出包括两个集电体的单层型的例子,但是实际上的电池包括多个电极层。
图10B示出电极层数为12的例子。另外,即使电极层数为12,蓄电池500也具有柔性。图10B示出具有6层的负极集电体504和6层的正极集电体501的总和12层的结构。当然,电极层数不局限于12,可以多于12,也可以少于12。在电极层数多的情况下,可以制造具有更多容量的蓄电池。此外,在电极层的个数少的情况下,可以制造实现薄型化且具有优良的柔性的蓄电池。
在此,图11及图12示出层压型蓄电池500的外观图的一个例子。图10A和图10B示出图11所示的蓄电池500的沿着点划线C1-C2的截面图。在图11及图12中包括正极503、负极506、隔离体507、外包装体509、正极突片电极510以及负极突片电极511。
图13A示出正极503及负极506的外观图。正极503包括正极集电体501,正极活性物质层502形成在正极集电体501的表面。另外,正极503具有正极集电体501的一部分露出的区域(称为突片区域(tab region))。负极506具有负极集电体504,负极活性物质层505形成在负极集电体504的表面。此外,负极506具有负极集电体504的一部分露出的区域,即突片区域。正极及负极所具有的突片区域的面积或形状不局限于图13A所示的例子。
[层压型蓄电池的制造方法]
在此,参照图13B及图13C对在图11中示出其外观的层压型蓄电池的制造方法的一个例子进行说明。
首先,层叠负极506、隔离体507和正极503。图13B示出负极506、隔离体507和正极503的叠层。在此,示出使用5组负极和4组正极的例子。接着,使正极503的突片区域彼此接合,并且使正极突片电极510与最表面的正极的突片区域接合。接合例如可以利用超声波焊接等进行。与此同样,使负极506的突片区域彼此接合,并且使负极突片电极511与最表面的负极的突片区域接合。
接着,在外包装体509上配置负极506、隔离体507及正极503。
下面,如图13C所示,使外包装体509沿着以虚线表示的部分折叠。然后,使外包装体509的外周部接合。作为接合,例如可以使用热压合等。此时,为了后面注入电解液508,设置不与外包装体509的一部分(或一个边)接合的区域(以下,称为导入口)。
接着,将电解液508从设置在外包装体509中的导入口导入到外包装体509的内侧。优选在减压气氛下或惰性气体气氛下导入电解液508。最后,使导入口接合。如此,可以制造层压型蓄电池500。
在本实施方式中,虽然作为蓄电池示出层压型蓄电池,但是可以使用硬币型蓄电池、圆筒型蓄电池、密封型蓄电池、方型蓄电池等各种形状的蓄电池。此外,也可以采用层叠有多个正极、多个负极、多个隔离体的结构以及卷绕有正极、负极、隔离体的结构。
另外,图14A至图14E示出将柔性层压型蓄电池安装在电子设备的例子。作为应用柔性蓄电装置的电子设备,例如可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的显示器、数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等大型游戏机等。
此外,也可以将柔性蓄电池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14A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具有蓄电池7407。
图14B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池7407也被弯曲。图14C示出被弯曲的蓄电池7407的状态。蓄电池7407是层压型蓄电池。作为蓄电池7407,例如可以使用包括实施方式1中说明的外包装体的蓄电装置。
图14D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及蓄电池7104。另外,图14E示出被弯曲的蓄电池7104。
接着,参照图15A至图18D对蓄电池所具有的叠层体的制造方法的其他的例子进行说明。
图15A至图15C示出本发明的一个方式的蓄电池2100。图15A为蓄电池2100的立体图,图15B为蓄电池2100的俯视图。图15C为图15B所示的沿着点划线G1-G2的截面图。蓄电池2100包括正极引线2121、负极引线2125、正极2111、负极2115、密封层2120及隔离体2103。如图15B所示,蓄电池2100中外包装体2107的三个边被密封。另外,图15C中省略外包装体2107。
在此参照图16A至图16D说明图15A至图15C所示的蓄电池2100的制造方法的一部分。
首先,在隔离体2103上设置负极2115(图16A)。此时,使负极2115所包括的负极活性物质层与隔离体2103重叠。
接着,以隔离体2103配置在负极2115上的方式使隔离体2103折弯。然后,在隔离体2103上配置正极2111(图16B)。此时,将正极2111所包括的正极活性物质层设置为与隔离体2103及负极活性物质层重叠。另外,当使用在集电体的一个面上形成有活性物质层的电极时,隔着隔离体2103彼此相对地设置正极2111的正极活性物质层和负极2115的负极活性物质层。
在将聚丙烯等能够进行热熔接的材料用于隔离体2103的情况下,通过将隔离体2103彼此重叠的区域热熔接,然后将其他的电极重叠在隔离体2103上,可以抑制在制造过程中电极错开。具体而言,优选将不与负极2115或正极2111重叠且隔离体2103彼此重叠的区域,例如以图16B的区域2103a所示的区域热熔接。
通过反复上述工序,如图16C所示那样,可以以夹着隔离体2103的方式将正极2111与负极2115层叠。
注意,也可以将多个负极2115与多个正极2111交替夹在预先反复折叠好的隔离体2103之间的空间。
接着,如图16C所示,利用隔离体2103覆盖多个正极2111及多个负极2115。
再者,如图16D所示,通过将隔离体2103彼此重叠的区域,例如图16D所示的区域2103b热熔接,利用隔离体2103将多个正极2111及多个负极2115覆盖并捆扎在一起。
另外,也可以使用捆扎材料将多个正极2111、多个负极2115及隔离体2103捆扎在一起。
因为通过上述步骤重叠正极2111及负极2115,所以一个隔离体2103包括被夹在多个正极2111和多个负极2115之间的区域以及被设置为覆盖多个正极2111和多个负极2115的区域。
换言之,图15A至图15C的蓄电池2100所包括的隔离体2103是其一部分被折叠的一个隔离体。在隔离体2103的被折叠的部分中夹有多个正极2111以及多个负极2115。
关于蓄电池2100的外包装体2107的粘合区域、正极2111、负极2115、隔离体2103及外包装体2107的形状以及正极引线2121及负极引线2125的位置和形状之外的结构,可以参照实施方式1的记载。此外,蓄电池2100的重叠正极2111及负极2115的工序之外的制造方法可以参照实施方式1的记载。
图17A至图17D示出与图15A至图15C不同的蓄电池2200。图17A是蓄电池2200的立体图,图17B是蓄电池2200的俯视图。图17C1是第一电极组装体2130,图17C2是第二电极组装体2131的截面图。图17D是沿着图17B的点划线H1-H2的截面图。另外,在图17D中,为了明确起见,摘要示出第一电极组装体2130、第二电极组装体2131以及隔离体2103。
图17A至图17D所示的蓄电池2200与图15A至图15C的蓄电池2100的不同之处在于正极2111和负极2115的配置以及隔离体2103的配置。
如图17D所示,蓄电池2200包括多个第一电极组装体2130以及多个第二电极组装体2131。
如图17C1所示,在第一电极组装体2130中,按顺序层叠有在正极集电体的双面上包括正极活性物质层的正极2111a、隔离体2103、在负极集电体的双面上包括负极活性物质层的负极2115a、隔离体2103以及在正极集电体的双面上包括正极活性物质层的正极2111a。此外,如图17C2所示,在第二电极组装体2131中,按顺序层叠有在负极集电体的双面上包括负极活性物质层的负极2115a、隔离体2103、在正极集电体的双面上包括正极活性物质层的正极2111a、隔离体2103以及在负极集电体的双面上包括负极活性物质层的负极2115a。
再者,如图17D所示,多个第一电极组装体2130及多个第二电极组装体2131被卷绕的隔离体2103覆盖。
在此,参照图18A至图18D说明图17A至图17D所示的蓄电池2200的制造方法的一部分。
首先,在隔离体2103上设置第一电极组装体2130(图18A)。
接着,使隔离体2103折弯,然后将隔离体2103重叠于第一电极组装体2130上。然后,将两个第二电极组装体2131隔着隔离体2103重叠于第一电极组装体2130之上下(图18B)。
接着,使隔离体2103覆盖两个第二电极组装体2131地卷绕。再者,将两个第一电极组装体2130隔着隔离体2103重叠于两个第二电极组装体2131之上下(图18C)。
接着,使隔离体2103覆盖两个第一电极组装体2130地卷绕(图18D)。
因为通过上述工序重叠多个第一电极组装体2130及多个第二电极组装体2131,所以这些电极组装体被设置在被卷绕为螺旋状的隔离体2103之间。
另外,优选在设置在最外侧的第一电极组装体2130的正极2111a的外侧不设置正极活性物质层。
此外,虽然在图17C1及图17C2中示出了电极组装体包括三个电极和两个隔离体的结构,但是本发明的一个方式不局限于此,而也可以包括四个以上的电极和三个以上的隔离体。通过增加电极的数量,可以进一步增加蓄电池2200的容量。另外,也可以包括两个电极和一个隔离体。当电极的数量较少时,可以制造对弯曲的耐受性更高的蓄电池2200。此外,虽然在图17D中示出了蓄电池2200包括三个第一电极组装体2130和两个第二电极组装体2131的结构,但是本发明的一个方式不局限于此,而也可以包括更多的电极组装体。通过增加电极组装体的数量,可以进一步增加蓄电池2200的容量。此外,蓄电池2200所包括的电极组装体的数量也可以更少。当电极组装体的数量较少时,也可以制造对弯曲的耐受性高的蓄电池2200。
蓄电池2200中的正极2111和负极2115的配置以及隔离体2103的配置之外的部分可以参照关于图15A至图15C的记载。
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3
在本实施方式中,对将实施方式1等中说明的蓄电装置安装于电子设备的例子加以说明。
图19示出将柔性蓄电装置安装于袖章型的电子设备的例子。图19所示的袖章型装置7300可以戴在手臂7301上,包括具有曲面的显示部及可以弯曲的蓄电装置。
另外,在显示部中,显示元件、作为包含显示元件的装置的显示装置、发光元件以及作为包含发光元件的装置的发光装置可采用各种模式或者可包括各种元件。显示元件、显示装置、发光元件或发光装置例如具有EL(电致发光)元件(包含有机物及无机物的EL元件、有机EL元件、无机EL元件)、LED(白色LED、红色LED、绿色LED、蓝色LED等)、晶体管(根据电流发光的晶体管)、电子发射元件、液晶元件、电子墨水、电泳元件、光栅光阀(GLV)、等离子体显示器(PDP)、利用MEMS(微电子机械系统)的显示元件、数字微镜设备(DMD)、DMS(数码微快门)、IMOD(干涉调制)元件、快门方式的MEMS显示元件、光干涉方式的MEMS显示元件、电润湿(electrowetting)元件、压电陶瓷显示器、使用碳纳米管的显示元件等中的至少一种。除了上述以外,显示元件、显示装置、发光元件或发光装置有时还具有对比度、亮度、反射率、透射率等因电作用或者磁作用而产生变化的显示媒体。作为使用EL元件的显示装置的一个例子,有EL显示器等。作为使用电子发射元件的显示装置的一个例子,有场致发射显示器(FED)或SED方式平面型显示器(SED:Surface-conduction Electron-emitter Display,表面传导电子发射显示器)等。作为使用液晶元件的显示装置的一个例子,有液晶显示器(透射型液晶显示器、半透射型液晶显示器、反射型液晶显示器、直视型液晶显示器、投射型液晶显示器)等。作为使用电子墨水或电泳元件的显示装置的一个例子,可以举出电子纸等。另外,当要实现半透射型液晶显示器或反射型液晶显示器时,使像素电极的一部分或全部具有反射电极的功能即可。例如,使像素电极的一部分或全部含有铝、银等即可。再者,此时也可以将SRAM等存储电路设置在反射电极下。因而,可以进一步降低功耗。此外,在使用LED的情况下,也可以在LED电极或氮化物半导体下设置石墨烯或石墨。作为石墨烯或石墨也可以层叠多个层,而成为多层膜。如此通过设置石墨烯或石墨,可以在其上使氮化物半导体、例如具有晶体的n型GaN半导体层等容易地成膜。还有,也可以在其上设置具有晶体的p型GaN半导体层等来构成LED。此外,也可以在石墨烯或石墨与具有晶体的n型GaN半导体层之间设置AlN层。
袖章型装置7300优选包括一个或多个功能元件,例如作为传感器可以具有能够测量如下因素的功能:力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转动数、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电功率、辐射线、流量、湿度、斜率、振动、气味或红外线。另外,也可以包括触摸面板、天线、发电元件或扬声器等功能元件。
例如,当在夜间将袖章型装置7300戴在使用者的手臂上并使显示部发光时,可以提高交通安全效果。另外,军人或保安员将袖章型装置7300戴在其上臂上,可在匍匐前进的情况下实时接收来自上司的指示,并且确认显示在该袖章型装置的显示部上的显示。另外,对军人或保安员来说,很难使用无线设备、手机或头戴装置,这个原因是在他们工作时戴着头盔且两手拿着武器或器具。有用之处在于,军人或保安员将袖章型装置戴在其上臂部位,即使在双手占满的情况下也可以对麦克风等声音输入部进行声音输入等,来进行袖章型装置7300的操作。
另外,也可以将袖章型装置7300有效地利用在运动领域中。例如,当跑马拉松等时,选手若通过手表确认时间,很难不暂时停止摆动手臂而确认时间。如果停止摆动手臂,就会打乱跑步节奏,这有可能会导致干扰跑步。通过将袖章型装置7300戴在上臂上,可以在不停止摆动手臂的情况下可以显示时间,还可以将其他信息(诸如,路线上的自身位置或自身健康状态等)显示在显示器上。并且有用之处在于,该装置还具有如下功能:选手在不使用双手的情况下利用声音输入等对该袖章型装置进行操作,利用通信功能向教练员寻求指导,可以通过使用扬声器等声音输出部进行声音输出或加以显示使选手确认该指导。
另外,即使在施工现场等地,戴着头盔的施工员通过将袖章型装置7300戴在其上臂上并操作该装置,可以进行通信或取得其他人的位置信息,以便他们可以安全工作。
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4
在本实施方式中,示出可以安装实施方式1等中说明的蓄电装置的电子设备的其他例子。
图20A和图20B示出可对折式平板型终端的一个例子。图20A及图20B所示的平板型终端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、扣件9629以及操作开关9628。图20A示出打开平板型终端9600的状态,图20B示出合上平板型终端9600的状态。
平板型终端9600在外壳9630a及外壳9630b的内部具有蓄电装置9635。蓄电装置9635穿过可动部9640,跨越外壳9630a及外壳9630b而设置。
在显示部9631a中,可以将其一部分用作触摸面板的区域9632a,并且可以通过触碰所显示的操作键9638来输入数据。另外,作为一个例子示出显示部9631a的一半区域只具有显示的功能,并且另一半具有触摸面板的功能的结构,但是不局限于该结构。另外,也可以采用显示部9631a的整个区域都具有触摸面板的功能的结构。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面板,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面板的区域9632b。此外,通过使用手指或触屏笔等触碰触摸面板的键盘显示切换按钮9639的位置,可以在显示部9631b上显示键盘按钮。
此外,也可以对触摸面板的区域9632a和触摸面板的区域9632b同时进行触摸输入。
另外,显示模式切换开关9626能够切换竖屏显示和横屏显示等显示的方向,并切换黑白显示和彩色显示等。根据通过平板型终端9600所内置的光传感器所检测的使用时外部光线的光量,省电模式切换开关9625可以将显示的亮度设定为最适合的亮度。平板型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其他检测装置。
此外,图20A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,既可以使一个的尺寸和另一个的尺寸不同,也可以使它们的显示质量有差异。例如显示部9631a和9631b中的一个可以作为比另一个进行更高清晰显示的显示面板。
图20B是合上的状态,并且平板型终端包括外壳9630、太阳能电池9633、具备DCDC转换器9636的充放电控制电路9634。另外,使用本发明的一个方式的蓄电装置作为蓄电装置9635。
此外,平板型终端9600能够对折,因此不使用时可以以重叠的方式折叠外壳9630a及外壳9630b。通过折叠,可以保护显示部9631a和显示部9631b,从而可以提高平板型终端9600的耐久性。另外,使用本发明的一个方式的蓄电装置的蓄电装置9635具有柔性,即使被反复屈伸,充放电容量也不容易减少。因此可以提供可靠性高的平板型终端。
此外,图20A和图20B所示的平板型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、文字图像等);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触摸输入操作或编辑的触摸输入;对通过各种各样的软件(程序)进行的处理予以控制等。
通过利用安装在平板型终端的表面上的太阳能电池9633,可以将电力供应到触摸面板、显示部或图像信号处理部等。另外,太阳能电池9633可以设置在外壳9630的一面或两面,并且可以具有高效地对蓄电装置9635进行充电的结构。另外,当使用本发明的一个方式的蓄电装置作为蓄电装置9635时,可以抑制伴随反复充放电的放电容量降低,由此可以实现能够长期使用的平板型终端。
另外,参照图20C所示的方框图而对图20B所示的充放电控制电路9634的结构和工作进行说明。图20C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SW3为与图20B所示的充放电控制电路9634相对应的部分。
首先,说明在利用外部光线使太阳能电池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工作时使开关SW1导通,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,使开关SW1截止且使开关SW2导通来对蓄电装置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,也可以采用使用压电元件(piezo element)或热电转换元件(珀耳帖元件,Peltier element)等其他发电单元对蓄电装置9635进行充电的结构。例如,也可以使用具有依靠无线(不接触)的方式收发电力来进行充电的无接点电力传输模块或与其他充电单元组合进行充电。
另外,可以将实施方式1中说明的蓄电装置安装在图21A至图21C所示的可穿戴设备。
例如,可以将蓄电装置安装在如图21A所示的眼镜型装置400中。眼镜型装置400包括镜框400a和显示部400b。通过将蓄电装置安装在具有弯曲形状的镜框400a的镜腿部,可以实现重量平衡性良好且连续使用时间长的眼镜型装置400。
另外,可以将蓄电装置安装在耳麦装置401中。耳麦装置401至少包括麦克风部401a、柔性管401b和耳机部401c。在柔性管401b中或耳机部401c中可以设置蓄电装置。
此外,可以将蓄电装置安装在能够直接附着在身体上的装置402中。可以在装置402的薄型外壳402a中设置蓄电装置402b。
另外,可以将蓄电装置安装在能够附着于衣服的装置403中。可以在装置403的薄型外壳403a中设置蓄电装置403b。
另外,可以将蓄电装置安装在手表型装置405中。手表型装置405包括显示部405a及手表带部405b,可以在显示部405a或手表带部405b中设置蓄电装置。
另外,可以将蓄电装置安装在腰带型装置406中。腰带型装置406包括腰带部406a及无线供电受电部406b,可以在腰带部406a的内部设置蓄电装置。
另外,可以将实施方式1中说明的蓄电装置安装在图21B所示的手环型装置407中。手环型装置407在容器407a中包括两个弯曲的蓄电装置407b。另外,在容器407a的表面上设置有弯曲的显示部407c。关于可用于显示部407c的显示部,可以参考图19的显示部的记载。手环型装置407包括连接部407d及铰链部407e,以铰链部407e为轴可以使连接部407d与铰链部407e之间的部分发生移动。另外,经过设置在连接部407d的外部端子可以进行充电等。
另外,也可以将在上述实施方式说明的蓄电装置安装在图21C所示的可穿戴设备410。可穿戴设备410包括传感器部413、显示部415、手表带部414,例如可以将可穿戴设备410戴在手腕上。手表带部414设置有弯曲的蓄电装置412。作为可用于显示部415的显示部,可以参照关于后述的图22所示的显示部的记载。
通过作为蓄电装置412使用上述实施方式中说明的蓄电装置,即使在装卸可穿戴设备410时蓄电装置412发生变形,也可以降低外包装体发生的裂缝等的可能性。因此,可以提高可穿戴设备410的可靠性。
图22示出其他电子设备的例子。在图22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。具体而言,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既可以接收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收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 EmissionDisplay)等半导体显示装置。
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用于显示信息的显示装置,例如用于个人计算机的显示装置或用于广告显示的显示装置等。
在图22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。具体而言,照明装置8100包括外壳8101、光源8102及蓄电装置8103等。虽然在图22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既可以接收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收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。
另外,虽然在图22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(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,可以使用利用电力以人工方式发光的人工光源。具体而言,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22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。具体而言,室内机8200包括外壳8201、送风口8202及蓄电装置8203等。虽然在图22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8204二者中均设置有蓄电装置8203。空调器既可以接收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8204二者中均设置有蓄电装置8203时,即使当由于停电等不能接收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22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功能和室外机功能的空调器。
在图22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。具体而言,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22中,蓄电装置8304设置在外壳8301的内部。电冷藏冷冻箱8300既可以接收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收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。
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5
在本实施方式中,示出将实施方式1等重说明的蓄电装置安装在车辆中的例子。
当将蓄电装置安装在车辆中时,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23A和图23B中,例示出使用本发明的一个方式的车辆。图23A所示的汽车8400是使用电发动机作为行驶动力源的电动汽车。或者,汽车8400是能够适当地选择使用电发动机和引擎作为行驶动力源的混合动力汽车。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。蓄电装置不但可以驱动电发动机,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23B所示的汽车8500中,可以通过利用插电方式或非接触供电方式等从外部的充电设备接收电力供应,来对汽车8500所具有的蓄电装置进行充电。图23B示出从地上设置型充电装置8021通过电缆8022对安装在汽车8500中的蓄电装置进行充电的状态。当进行充电时,作为充电方法或连接器的规格等,根据规定的方式而适当地进行充电,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电源。例如,通过利用插电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ACDC转换器等转换装置将交流电转换成直流电来进行充电。
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嵌入送电装置,不但停车时可以进行充电,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。
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。
附图标记说明
100a:叠层体,100b:叠层体,100c:叠层体,100d:叠层体,101:负极集电体,102:负极活性物质层,103:隔离体,104:正极活性物质层,105:正极集电体,107:电解液,110:蓄电装置,111:膜,112:膜,113:膜,115:引线电极,116:外包装体,117:内部结构物,200:薄膜,210:蓄电装置,400:眼镜型装置,400a:镜框,400b:显示部,401:耳麦装置,401a:麦克风部,401b:柔性管,401c:耳机部,402:装置,402a:外壳,402b:蓄电装置,403:装置,403a:外壳,403b:蓄电装置,405:手表型装置,405a:显示部,405b:手表带部,406:腰带型装置,406a:腰带部,406b:无线供电受电部,407:手环型装置,407a:容器,407b:蓄电装置,407c:显示部,407d:连接部,407e:铰链部,410:可穿戴设备,412:蓄电装置,413:传感器部,414:手表带部,415:显示部,500:蓄电池,501:正极集电体,502:正极活性物质层,503:正极,504:负极集电体,505:负极活性物质层,506:负极,507:隔离体,508:电解液,509:外包装体,510:正极突片电极,511:负极突片电极,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,2100:蓄电池,2103:隔离体,2103a:区域,2103b:区域,2107:外包装体,2111:正极,2111a:正极,2113:负极,2115:负极,2115a:负极,2120:密封层,2121:正极引线,2125:负极引线,2130:电极组装体,2131:电极组装体,2200:蓄电池,7100:便携式显示装置,7101:外壳,7102:显示部,7103:操作按钮,7104:蓄电池,7300:袖章型装置,7301:手臂,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:蓄电池,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:平板型终端,9625:开关,9626:开关,9627:电源开关,9628:操作开关,9629:扣件,9630:外壳,9630a:外壳,9630b:外壳,9631:显示部,9631a:显示部,9631b:显示部,9632a:区域,9632b:区域,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。
本申请基于2015年6月16日提交到日本专利局的日本专利申请No.2015-120997,通过引用将其完整内容并入在此。

Claims (19)

1.一种蓄电装置,包括:
内部结构物;以及
包围所述内部结构物的外包装体,
其中,所述内部结构物包括正极及负极,
并且,所述外包装体包括包含钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素的第一膜。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置,还包括被所述外包装体包围的电解液。
3.根据权利要求1所述的蓄电装置,其中所述第一膜还包含选自钼、铬和铝中的一个或多个元素。
4.根据权利要求1所述的蓄电装置,其中所述第一膜包括厚度为10μm以上且150μm以下的区域。
5.根据权利要求1所述的蓄电装置,其中所述第一膜包括密度为5g/cm3以上且6g/cm3以下的区域。
6.根据权利要求1所述的蓄电装置,
其中所述外包装体还包括与所述第一膜接触的第二膜,
并且所述第二膜包含有机材料。
7.根据权利要求6所述的蓄电装置,
其中所述外包装体还包括与所述第一膜接触的第三膜,
所述第三膜包含有机材料,
并且所述第一膜位于所述第二膜与所述第三膜之间。
8.根据权利要求1所述的蓄电装置,其中所述外包装体具有柔性。
9.一种电子设备,包括:
权利要求1所述的蓄电装置;
显示器;以及
操作按钮。
10.一种蓄电装置,包括:
内部结构物;以及
包围所述内部结构物的外包装体,
其中,所述内部结构物包括多个叠层体,
并且,所述外包装体包括包含钛以及选自铌、钽、钒、锆和铪中的一个或多个元素的第一膜。
11.根据权利要求10所述的蓄电装置,其中所述多个叠层体的每一个包括负极集电体、负极活性物质层、隔离体、正极活性物质层及正极集电体。
12.根据权利要求10所述的蓄电装置,还包括被所述外包装体包围的电解液。
13.根据权利要求10所述的蓄电装置,其中所述第一膜还包含选自钼、铬和铝中的一个或多个元素。
14.根据权利要求10所述的蓄电装置,其中所述第一膜包括厚度为10μm以上且150μm以下的区域。
15.根据权利要求10所述的蓄电装置,其中所述第一膜包括密度为5g/cm3以上且6g/cm3以下的区域。
16.根据权利要求10所述的蓄电装置,
其中所述外包装体还包括与所述第一膜接触的第二膜,
并且所述第二膜包含有机材料。
17.根据权利要求16所述的蓄电装置,
其中所述外包装体还包括与所述第一膜接触的第三膜,
所述第三膜包含有机材料,
并且所述第一膜位于所述第二膜与所述第三膜之间。
18.根据权利要求10所述的蓄电装置,其中所述外包装体具有柔性。
19.一种电子设备,包括:
权利要求10所述的蓄电装置;
显示器;以及
操作按钮。
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170101120A (ko) 2016-02-26 2017-09-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 축전 장치, 전지 제어 유닛 및 전자 기기
DE112017001004T5 (de) 2016-02-26 2018-11-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Verbindungselement, Leistungsversorgungsvorrichtung, elektronisches Gerät und System
US11383213B2 (en) 2016-03-15 2022-07-12 Honda Motor Co., Ltd. System and method of producing a composite product
US11171324B2 (en) 2016-03-15 2021-11-09 Honda Motor Co., Ltd. System and method of producing a composite product
US9837682B1 (en) * 2016-08-29 2017-12-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Variable layer thickness in curved battery cell
KR102588423B1 (ko) * 2016-12-22 2023-10-12 삼성전자주식회사 벤디드 디스플레이를 통한 부품 실장 구조를 갖는 전자 장치
US11081684B2 (en) 2017-05-24 2021-08-03 Honda Motor Co., Ltd. Production of carbon nanotube modified battery electrode powders via single step dispersion
US20190036102A1 (en) 2017-07-31 2019-01-31 Honda Motor Co., Ltd. Continuous production of binder and collector-less self-standing electrodes for li-ion batteries by using carbon nanotubes as an additive
US10658651B2 (en) 2017-07-31 2020-05-19 Honda Motor Co., Ltd. Self standing electrodes and methods for making thereof
US11201318B2 (en) 2017-09-15 2021-12-14 Honda Motor Co., Ltd. Method for battery tab attachment to a self-standing electrode
US11121358B2 (en) 2017-09-15 2021-09-14 Honda Motor Co., Ltd. Method for embedding a battery tab attachment in a self-standing electrode without current collector or binder
US10916955B1 (en) * 2017-10-16 2021-02-09 S & N Technologies, LLC Modular multi-functional conference wearable system
WO2020104892A1 (ja) 2018-11-22 2020-05-28 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置及び充電制御システム
US11535517B2 (en) 2019-01-24 2022-12-27 Honda Motor Co., Ltd. Method of making self-standing electrodes supported by carbon nanostructured filaments
KR20200094936A (ko) * 2019-01-31 2020-08-10 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
US11352258B2 (en) 2019-03-04 2022-06-07 Honda Motor Co., Ltd. Multifunctional conductive wire and method of making
US11325833B2 (en) 2019-03-04 2022-05-10 Honda Motor Co., Ltd. Composite yarn and method of making a carbon nanotube composite yarn
KR20200122765A (ko) 2019-04-19 2020-10-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
CN216852482U (zh) * 2019-06-27 2022-06-28 株式会社村田制作所 树脂多层基板
KR20210004402A (ko) 2019-07-04 2021-01-13 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
US11539042B2 (en) 2019-07-19 2022-12-27 Honda Motor Co., Ltd. Flexible packaging with embedded electrode and method of making
KR20210063128A (ko) * 2019-11-22 2021-06-01 주식회사 엘지에너지솔루션 플렉시블 이차전지용 패키징 및 그를 포함하는 플렉시블 이차전지
WO2022085778A1 (ja) * 2020-10-22 2022-04-28 テイ・エス テック株式会社 車両用内装品

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030039883A1 (en) * 2001-08-24 2003-02-27 Notten Petrus Henricus Laurentius Method of manufacturing a lithium battery, a lithium battery and an electrical appliance
CN1615375A (zh) * 2002-01-11 2005-05-11 日本帕卡濑精株式会社 处理基材的含水试剂、基材处理方法和已处理的基材
CN102301520A (zh) * 2009-02-03 2011-12-28 索尼公司 薄膜固态锂离子二次电池及其制造方法
JP5010097B2 (ja) * 2004-07-23 2012-08-29 昭和電工パッケージング株式会社 電子部品ケース用包材及び電子部品用ケース並びに電子部品
JP2012178350A (ja) * 2012-04-06 2012-09-13 Showa Denko Packaging Co Ltd 電子部品ケース用包材及び電子部品用ケース並びに電子部品
CN103374265A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 昭和电工株式会社 层压用水系基底处理剂和基底处理方法以及基底处理材料

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4995910A (en) * 1987-05-26 1991-02-26 Armstrong World Industries, Inc. Non-stick coating composition and method for thermoplastic materials
US4992910A (en) * 1989-11-06 1991-02-12 The Evans Findings Company, Inc. Electrical component package
US6461762B1 (en) * 2000-04-20 2002-10-08 Industrial Technology Research Institute Rechargeable battery structure having a stacked structure of sequentially folded cells
JP3858689B2 (ja) 2001-12-21 2006-12-20 日本電気株式会社 ラミネート外装体を用いた電池とその製造方法
JP2011102423A (ja) * 2009-11-11 2011-05-26 Nisshin Steel Co Ltd ラミネート型リチウムイオン二次電池ケース用フェライト系ステンレス鋼箔
JP6247444B2 (ja) * 2012-02-17 2017-12-13 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置
JP5719859B2 (ja) * 2012-02-29 2015-05-20 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置
US9559384B2 (en) 2013-05-15 2017-01-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Secondary battery and method for restoring capacity of secondary battery

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030039883A1 (en) * 2001-08-24 2003-02-27 Notten Petrus Henricus Laurentius Method of manufacturing a lithium battery, a lithium battery and an electrical appliance
CN1615375A (zh) * 2002-01-11 2005-05-11 日本帕卡濑精株式会社 处理基材的含水试剂、基材处理方法和已处理的基材
JP5010097B2 (ja) * 2004-07-23 2012-08-29 昭和電工パッケージング株式会社 電子部品ケース用包材及び電子部品用ケース並びに電子部品
CN102301520A (zh) * 2009-02-03 2011-12-28 索尼公司 薄膜固态锂离子二次电池及其制造方法
JP2012178350A (ja) * 2012-04-06 2012-09-13 Showa Denko Packaging Co Ltd 電子部品ケース用包材及び電子部品用ケース並びに電子部品
JP5475823B2 (ja) * 2012-04-06 2014-04-16 昭和電工パッケージング株式会社 電子部品ケース用包材及び電子部品用ケース並びに電子部品
CN103374265A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 昭和电工株式会社 层压用水系基底处理剂和基底处理方法以及基底处理材料

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