JP2015118926A - 蓄電体および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】充放電容量などの機能が低下しにくい蓄電体などを実現する。【解決手段】正極もしくは負極の一方、または両方を袋状の絶縁材料で覆う。曲げ伸ばしを行った際に、袋状の絶縁材料と活物質が摺動することにより、活物質表面に析出したリチウムを除去することができる。【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、蓄電体およびその作製方法に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
なお、本明細書中において蓄電体とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。また、本明細書中において電気化学デバイスとは、蓄電体、導電層、抵抗、容量素子などを利用することで機能しうる装置全般を指している。
近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、種々の蓄電体の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話やスマートフォン、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ等の電子機器、あるいは医療機器、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(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など、半導体産業の発展に伴い急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
リチウムイオン電池に求められる特性として、高エネルギー密度化、サイクル特性の向上及び様々な動作環境での安全性、長期信頼性の向上などがある。
また、近年、頭部に装着する表示装置など、人体や湾曲面に装着して使用される可撓性を有する表示装置が提案されている。また、湾曲面に装着可能な可撓性を有する蓄電体が求められている。
また、リチウムイオン電池の一例としては、少なくとも、正極、負極、および電解液を有している(特許文献1)。
特開2012−9418号公報
リチウムを用いる蓄電体では、充電を繰り返すと負極上にリチウムが析出する場合がある。特に、リチウムが針状に析出すると、析出したリチウムを介して負極と正極が短絡しやすくなる。リチウムの析出は、蓄電体の充放電容量などの機能の低下や、損壊の一因となる。また、最悪の場合、蓄電体が発火することもありうる。
本発明の一態様は、充放電容量などの機能が低下しにくい蓄電体などを実現することを課題の一つとする。または、損壊しにくい蓄電体などを提供することを課題の一つとする。または、不良が起きにくい蓄電体などを提供することを課題の一つとする。または、信頼性の良好な蓄電体などを提供することを課題の一つとする。または、新規な蓄電体などを提供することを課題の一つとする。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、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。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。
正極もしくは負極の一方、または両方を袋状の絶縁材料(以下、「エンベロープ」ともいう。)で覆う。曲げ伸ばしを行った際に、エンベロープと活物質が摺動することにより、活物質表面に析出したリチウムを除去することができる。
本発明の一態様は、正極と、負極と、を外装体の内側に有し、負極の少なくとも一部が袋状の絶縁材料で覆われていることを特徴とする蓄電体である。
または、本発明の一態様は、正極と、負極と、を外装体の内側に有し、正極の少なくとも一部が袋状の絶縁材料で覆われていることを特徴とする蓄電体である。
または、本発明の一態様は、正極と、負極と、を外装体の内側に有し、正極および負極は、それぞれの少なくとも一部が袋状の絶縁材料で覆われていることを特徴とする蓄電体である。
または、本発明の一態様は、活物質が袋状の絶縁材料で覆われていることを特徴とする蓄電体である。
または、本発明の一態様は、外装体内に、正極および負極を、それぞれ複数個有することを特徴とする蓄電体である。
本発明の一態様に係る蓄電体は、曲率半径10mm以上好ましくは曲率半径30mm以上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。可撓性を有する蓄電体は、可撓性を有する正極、可撓性を有する負極、可撓性を有する外装体、及び可撓性を有する袋状の絶縁材料を含む。
ここで、面の曲率半径について、図32を用いて説明しておく。図32(A)において、曲面1700を切断した平面1701において、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32(B)に曲面1700の上面図を示す。図32(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、切断する平面により、曲面の形状である曲線の曲率半径は異なるものとなるが、曲面を、最も曲率半径の小さい曲線を有する平面で切断したときにおいて、曲面の断面形状である曲線の曲率半径を面の曲率半径とする。
2枚のフィルムを外装体として電極・電解液などの電池材料1805を挟む蓄電体を湾曲させた場合には、蓄電体の曲率中心1800に近い側のフィルム1801の曲率半径1802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33(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33(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。
なお、蓄電体の断面形状は、単純な円弧状に限定されず、一部が円弧を有する形状にすることができ、例えば図33(C)に示す形状や、波状(図33(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。
なお、本発明の一態様は、様々な蓄電装置に対して適用させることができる。例えば、蓄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。
充放電容量などの機能が低下しにくい蓄電体などを実現することができる。損壊しにくい蓄電体などを実現することができる。信頼性が良好な蓄電体などを実現することができる。または、新規な蓄電体などを提供することができる。
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。
蓄電体の一例を説明する図。 蓄電体の断面構造を説明する図。 蓄電体の作製工程を説明する図。 蓄電体の作製工程を説明する図。 蓄電体の作製工程を説明する図。 蓄電体の作製工程を説明する図。 蓄電体の作製工程を説明する図。 エンベロープの一例を説明する図。 エンベロープに覆われた負極の一例を説明する図。 蓄電体の断面構造を説明する図。 蓄電体の断面構造を説明する図。 蓄電体の断面構造を説明する図。 蓄電体の作製工程を説明する図。 電子機器の一例を説明する図。 電子機器の一例を説明する図。 電子機器の一例を説明する図。 電子機器の一例を説明する図。 蓄電体の一例を説明する図。 蓄電体の一例を説明する図。 蓄電装置の一例を説明する図。 蓄電装置の一例を説明する図。 蓄電装置の一例を説明する図。 蓄電装置の一例を説明する図。 蓄電体の一例を説明する図。 蓄電体の作製工程を説明する図。 蓄電体の一例を説明する図。 蓄電体の一例を説明する図。 蓄電体の一例を説明する図。 蓄電体の一例を説明する図。 蓄電体の断面を説明する図。 蓄電体の断面を説明する図。 面の曲率半径について説明する図。 蓄電体の断面を説明する図。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は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。
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、発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。
なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるた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。
(実施の形態1)
本発明の一態様の蓄電体100の構成例について、図面を用いて説明する。図1は蓄電体100の外観を示す斜視図である。図2(A)は、図1にA1−A2の一点鎖線で示した部位の断面図である。また、図2(B)は、図1にB1−B2の一点鎖線で示した部位の断面図である。
本発明の一態様の蓄電体100は、外装体107内に、正極101と、エンベロープ103に覆われた負極102と、電解液106を有する。なお、本実施の形態では説明を簡略にするため、一組の正極101と負極102を外装体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を外装体に収納してもよい。また、正極101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。
なお、図2では、負極102はエンベロープ103に覆われているが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、負極102は、エンベロープ103に覆われていなくてもよい。例えば、負極102の代わりに、正極101がエンベロープ103に覆われていてもよい。または、例えば、負極102だけでなく、正極101も同様に、エンベロープ103に覆われていてもよい。
本発明の一態様に係る蓄電体は、曲率半径10mm以上好ましくは曲率半径30mm以上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。
ここで、面の曲率半径について、図32を用いて説明しておく。図32(A)において、曲面1700を切断した平面1701において、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32(B)に曲面1700の上面図を示す。図32(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、切断する平面により、曲面の形状である曲線の曲率半径は異なるものとなるが、曲面を、最も曲率半径の小さい曲線を有する平面で切断したときにおいて、曲面の断面形状である曲線の曲率半径を面の曲率半径とする。
2枚のフィルムを外装体として電極・電解液などの電池材料1805を挟む蓄電体を湾曲させた場合には、蓄電体の曲率中心1800に近い側のフィルム1801の曲率半径1802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33(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33(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。
なお、蓄電体の断面形状は、単純な円弧状に限定されず、一部が円弧を有する形状にすることができ、例えば図33(C)に示す形状や、波状(図33(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。
[1.正極]
正極101は、正極集電体101aと、正極集電体101a上に形成された正極活物質層101bなどにより構成される。本実施の形態では、シート状(又は帯状)の正極集電体101aの一方の面に正極活物質層101bを設けた例を示しているが、これに限られず、正極活物質層101bを正極集電体101aの両面に設けてもよい。正極活物質層101bを正極集電体101aの両面に設けることで、蓄電体100の容量を大きくすることができる。また、本実施の形態では、正極活物質層101bは、正極集電体101a上の全域に設けているが、これに限られず、正極集電体101aの一部に設けても良い。例えば、正極集電体101aの、正極リード104と電気的に接する部分(以下、「正極タブ」ともいう。)には、正極活物質層101bを設けない構成とするとよい。
正極集電体101aには、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、アルミニウム、チタン等の金属、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。正極集電体101aは、箔状、板状(シート状)、網状、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。正極集電体101aは、厚みが5μm以上30μm以下のものを用いるとよい。また、正極集電体101aの表面に、グラファイトなどを用いてアンダーコート層を設けてもよい。
正極活物質層101bは、正極活物質の他、正極活物質の密着性を高めるための結着剤(バインダ)、正極活物質層101bの導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。
正極活物質層101bに用いる正極活物質としては、オリビン型の結晶構造、層状岩塩型の結晶構造、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、LiFeO、LiCoO、LiNiO、LiMn、V、Cr、MnO等の化合物を用いる。
特に、LiCoOは、容量が大きいこと、LiNiOに比べて大気中で安定であること、LiNiOに比べて熱的に安定であること等の利点があるため、好ましい。
また、LiMn等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料に、少量のニッケル酸リチウム(LiNiOやLiNi1−xMO(M=Co、Al等))を混合すると、マンガンの溶出を抑制する、電解液の分解を抑制する等の利点があり好ましい。
または、複合材料(一般式LiMPO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上))を用いることができる。一般式LiMPOの代表例としては、LiFePO、LiNiPO、LiCoPO、LiMnPO、LiFeNiPO、LiFeCoPO、LiFeMnPO、LiNiCoPO、LiNiMnPO(a+bは1以下、0<a<1、0<b<1)、LiFeNiCoPO、LiFeNiMnPO、LiNiCoMnPO(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、LiFeNiCoMnPO(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。
特にLiFePOは、安全性、安定性、高容量密度、高電位、初期酸化(充電)時に引き抜けるリチウムイオンの存在等、正極活物質に求められる事項をバランスよく満たしているため、好ましい。
または、一般式Li(2−j)MSiO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(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)MSiOの代表例としては、Li(2−j)FeSiO、Li(2−j)NiSiO、Li(2−j)CoSiO、Li(2−j)MnSiO、Li(2−j)FeNiSiO、Li(2−j)FeCoSiO、Li(2−j)FeMnSiO、Li(2−j)NiCoSiO、Li(2−j)NiMnSiO(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)、Li(2−j)FeNiCoSiO、Li(2−j)FeNiMnSiO、Li(2−j)NiCoMnSiO(m+n+qは1以下、0<m<1、0<n<1、0<q<1)、Li(2−j)FeNiCoMnSiO(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。
また、正極活物質として、A(XO(A=Li、Na、Mg、M=Fe、Mn、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、Fe(MnO、Fe(SO、LiFe(PO等がある。また、正極活物質として、LiMPOF、LiMP、LiMO(M=Fe、Mn)の一般式で表される化合物、NaFeF、FeF等のペロブスカイト型フッ化物、TiS、MoS等の金属カルコゲナイド(硫化物、セレン化物、テルル化物)、LiMVO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(V、V13、LiV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。
なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンや、アルカリ土類金属イオンの場合、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、マグネシウム等)を用いてもよい。例えば、NaFeOや、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]Oなどのナトリウム含有層状酸化物を正極活物質として用いることができる。
また、正極活物質として、上記材料を複数組み合わせた材料を用いてもよい。例えば、上記材料を複数組み合わせた固溶体を正極活物質として用いることができる。例えば、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3とLiMnOの固溶体を正極活物質として用いることができる。
なお、図示しないが、正極活物質層101bの表面に炭素層などの導電性材料を設けてもよい。炭素層などの導電性材料を設けることで、電極の導電性を向上させることができる。例えば、正極活物質層101bへの炭素層の被覆は、正極活物質の焼成時にグルコース等の炭水化物を混合することで形成することができる。
粒状の正極活物質層101bの一次粒子の平均粒径は、50nm以上100μm以下のものを用いるとよい。
導電助剤としては、アセチレンブラック(AB)、グラファイト(黒鉛)粒子、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンなどを用いることができる。
導電助剤により、正極101中に電子伝導のネットワークを形成することができる。導電助剤により、正極活物質層101bどうしの電気伝導の経路を維持することができる。正極活物質層101b中に導電助剤を添加することにより、高い電子伝導性を有する正極活物質層101bを実現することができる。
また、バインダとして、代表的なポリフッ化ビニリデン(PVDF)の他、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等を用いることができる。
正極活物質層101bの総量に対するバインダの含有量は、1wt%以上10wt%以下が好ましく、2wt%以上8wt%以下がより好ましく、3wt%以上5wt%以下がさらに好ましい。また、正極活物質層101bの総量に対する導電助剤の含有量は、1wt%以上10wt%以下が好ましく、1wt%以上5wt%以下がより好ましい。
塗布法を用いて正極活物質層101bを形成する場合は、正極活物質とバインダと導電助剤を混合して正極ペースト(スラリー)を作製し、正極集電体101a上に塗布して乾燥させればよい。
[2.負極]
負極102は、負極集電体102aと、負極集電体102a上に形成された負極活物質層102bなどにより構成される。本実施の形態では、シート状(又は帯状)の負極集電体102aの一方の面に負極活物質層102bを設けた例を示しているが、これに限られず、負極活物質層102bは、負極集電体102aの両面に設けてもよい。負極活物質層102bを負極集電体102aの両面に設けることで、蓄電体100の容量を大きくすることができる。また、本実施の形態では、負極活物質層102bは、負極集電体102a上の全域に設けているが、これに限られず、負極集電体102aの一部に設けても良い。例えば、負極集電体102aの、負極リード105と電気的に接する部分(以下、「負極タブ」ともいう。)には、負極活物質層102bを設けない構成とするとよい。
負極集電体102aには、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、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、リチウムイオン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。負極集電体102aは、箔状、板状(シート状)、網状、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。負極集電体102aは、厚みが5μm以上30μm以下のものを用いるとよい。また、負極集電体102aの表面に、グラファイトなどを用いてアンダーコート層を設けてもよい。
負極活物質層102bは、負極活物質の他、負極活物質の密着性を高めるための結着剤(バインダ)、負極活物質層102bの導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。
負極活物質層102bは、リチウムの溶解・析出、又はリチウムイオンの挿入・脱離が可能な材料であれば、特に限定されない。負極活物質層102bの材料としては、リチウム金属やチタン酸リチウムの他、蓄電分野に一般的な炭素系材料や、合金系材料等が挙げられる。
リチウム金属は、酸化還元電位が低く(標準水素電極に対して−3.045V)、重量及び体積当たりの比容量が大きい(それぞれ3860mAh/g、2062mAh/cm)ため、好ましい。
炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、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挙げられる。
黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、コークス系人造黒鉛、ピッチ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挙げられる。
黒鉛は、リチウムイオンが層間に挿入されたときに(リチウム−黒鉛層間化合物の生成時に)、リチウム金属と同程度に卑な電位を示す(0.1乃至0.3V vs.Li/Li)。これにより、リチウムイオン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。
負極活物質として、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可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、Zn、Cd、In、Ga等のうち少なくとも一つを含む材料が挙げられる。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、MgSi、MgGe、MgSn、SnS、VSn、FeSn、CoSn、NiSn、CuSn、AgSn、AgSb、NiMnSb、CeSb、LaSn、LaCoSn、CoSb、InSb、SbSn等が挙げられる。
また、負極活物質層102bとして、SiO、SnO、SnO、二酸化チタン(TiO)、リチウムチタン酸化物(LiTi12)、リチウム−黒鉛層間化合物(Li)、五酸化ニオブ(Nb)、酸化タングステン(WO)、酸化モリブデン(MoO)等の酸化物を用いることができる。
また、負極活物質層102bとして、リチウムと遷移金属の複窒化物である、LiN型構造をもつLi3−xN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6Co0.4は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm)を示し好ましい。
リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、正極活物質としてリチウムイオンを含まないV、Cr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。
また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質層102bとして用いることもできる。例えば、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、Fe、CuO、CuO、RuO、Cr等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn、CuN、Ge等の窒化物、NiP、FeP、CoP等のリン化物、FeF、BiF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、負極活物質層102bとして用いてもよい。
塗布法を用いて負極活物質層102bを形成する場合は、負極活物質と結着剤を混合して負極ペースト(スラリー)を作製し、負極集電体102a上に塗布して乾燥させればよい。なお、負極ペーストに導電助剤を添加してもよい。
また、負極活物質層102bの表面に、グラフェンを形成してもよい。例えば、負極活物質層102bをシリコンとした場合、充放電サイクルにおけるキャリアイオンの吸蔵・放出に伴う体積の変化が大きいため、負極集電体102aと負極活物質層102bとの密着性が低下し、充放電により電池特性が劣化してしまう。そこで、シリコンを含む負極活物質層102bの表面にグラフェンを形成すると、充放電サイクルにおいて、シリコンの体積が変化したとしても、負極集電体102aと負極活物質層102bとの密着性の低下を抑制することができ、電池特性の劣化が低減されるため好ましい。
また、負極活物質層102bの表面に、酸化物等の被膜を形成してもよい。充電時において電解液の分解等により形成される被膜は、その形成時に消費された電荷量を放出することができず、不可逆容量を形成する。これに対し、酸化物等の被膜をあらかじめ負極活物質層102bの表面に設けておくことで、不可逆容量の発生を抑制又は防止することができる。
このような負極活物質層102bを被覆する被膜には、ニオブ、チタン、バナジウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、クロム、アルミニウム若しくはシリコンのいずれか一の酸化膜、又はこれら元素のいずれか一とリチウムとを含む酸化膜を用いることができる。このような被膜は、従来の電解液の分解生成物により負極表面に形成される被膜に比べ、十分緻密な膜である。
例えば、五酸化ニオブ(Nb)は、電気伝導度が10−9S/cmと低く、高い絶縁性を示す。このため、酸化ニオブ膜は負極活物質と電解液との電気化学的な分解反応を阻害する。一方で、酸化ニオブのリチウム拡散係数は10−9cm/secであり、高いリチウムイオン伝導性を有する。このため、リチウムイオンを透過させることが可能である。また、酸化シリコンや酸化アルミニウムを用いてもよい。
負極活物質層102bを被覆する被膜の形成には、例えばゾル−ゲル法を用いることができる。ゾル−ゲル法とは、金属アルコキシドや金属塩等からなる溶液を、加水分解反応・重縮合反応により流動性を失ったゲルとし、このゲルを焼成して薄膜を形成する方法である。ゾル−ゲル法は液相から薄膜を形成する方法であるから、原料を分子レベルで均質に混合することができる。このため、溶媒の段階の金属酸化膜の原料に、黒鉛等の負極活物質を加えることで、容易にゲル中に活物質を分散させることができる。このようにして、負極活物質層102bの表面に被膜を形成することができる。当該被膜を用いることで、蓄電体の容量の低下を防止することができる。
[3.エンベロープ]
エンベロープ103を形成するための材料として、セルロースや、ポリプロピレン(PP)、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。
リチウムを用いる蓄電体では、充電を繰り返すと負極上にリチウムが析出する場合がある。特に、リチウムが針状に析出すると、析出したリチウムを介して負極と正極が短絡しやすくなる。負極102をエンベロープ103で覆うことにより、蓄電体100の曲げ伸ばし動作において負極活物質層102b表面とエンベロープ103が摺動し、負極活物質層102b表面に析出したリチウムを除去することができる。よって、正極101と負極102の短絡を防ぎ、蓄電体100の機能低下を防ぐことができる。また、蓄電体100の信頼性を向上することができる。特に、負極集電体102aの両面に負極活物質層102bを設けた場合、蓄電体100の曲げ伸ばし動作において負極活物質層102b表面に析出したリチウムを両面同時に除去することができる。蓄電体100を意図的に曲げ伸ばしすることで、上記の効果をより高めることができる。
なお、ここでは負極102がエンベロープ103に覆われている場合について述べているが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、負極102は、エンベロープ103に覆われていなくてもよい。例えば、負極102の代わりに、正極101がエンベロープ103に覆われていてもよい。または、例えば、負極102だけでなく、正極101も同様に、エンベロープ103に覆われていてもよい。
[4.電解液]
蓄電体100に用いる電解液106の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン(DME)、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン、スルトン等の1種、又はこれらのうちの2種以上を任意の組み合わせ及び比率で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、二次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、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。
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)を一つ又は複数用いることで、蓄電体の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、蓄電体の破裂や発火などを防ぐことができる。
また、上記の溶媒に溶解させる電解質としては、キャリアにリチウムイオンを用いる場合、例えばLiPF、LiClO、LiAsF、LiBF、LiAlCl、LiSCN、LiBr、LiI、LiSO、Li10Cl10、Li12Cl12、LiCFSO、LiCSO、LiC(CFSO、LiC(CSO、LiN(CFSO、LiN(CSO)(CFSO)、LiN(CSO等のリチウム塩を一種、又はこれらのうちの二種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いることができる。
また、蓄電体に用いる電解液は、粒状のごみや電解液の構成元素以外の元素(以下、単に「不純物」ともいう。)の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好ましい。具体的には、電解液に対する不純物の重量比を1%以下、好ましくは0.1%以下、より好ましくは0.01%以下とすることが好ましい。また、電解液にビニレンカーボネートなどの添加剤を加えてもよい。
[5.外装体]
二次電池の構造としては、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。なお、外装体107を形成するためのフィルムは金属フィルム(アルミニウム、ステンレス、ニッケル鋼など)、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。金属フィルムは、エンボス加工を行いやすく、エンボス加工を行って凹部または凸部を形成すると外気に触れる外装体107の表面積が増大するため、放熱効果に優れている。
また、外部から力を加えて蓄電体100の形状を変化させた場合、蓄電体100の外装体107に外部から曲げ応力が加わり、外装体107の一部が変形または一部破壊が生じる恐れがある。外装体107の表面に凹部または凸部を形成することにより、外装体107に加えられた応力によって生じるひずみを緩和することができる。よって、蓄電体100の信頼性を高めることができる。なお、ひずみとは物体の基準(初期状態)長さに対する物体内の物質点の変位を示す変形の尺度である。外装体107の表面に凹部または凸部を形成することにより、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。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態2)
本実施の形態では、蓄電体100の作製方法の一例について、図面を用いて説明する。
[1.負極をエンベロープで覆う]
まず、エンベロープ103を形成するためのフィルム113上に負極102を配置する(図3(A)参照。)。次いで、フィルム113を図3(A)の点線で示した部分で折り(図3(B)参照。)、フィルム113で負極102を挟む(図3(C)参照。)。
次に、負極102の外側の、フィルム113の外周部分を接合して、エンベロープ103を形成する。フィルム113の外周部分の接合は、接着材などを用いて行ってもよいし、超音波溶接や、加熱による融着により行ってもよい。
本実施の形態では、フィルム113としてポリプロピレンを用いて、フィルム113の外周部分を加熱により接合する。図3(D)に接合部108を示す。このようにして、負極102をエンベロープ103で覆うことができる。エンベロープ103は、負極活物質層102bを覆うように形成すればよく、負極102の全体を覆う必要は無い。
なお、図3では、フィルム113を折り曲げているが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、図25(A)、図25(B)、図25(C)に示すように、フィルム113Aとフィルム113Bとで、負極102を挟んで形成してもよい。その場合、図25(C)に示すように、接合部108が負極102の4辺のほとんどを囲う形で形成されていてもよい。
また、フィルム113の外周部分の接合は、図8(A)に示すように断続的に行ってもよいし、図8(B)に示すように、一定間隔毎の点状として接合してもよい。
または、図27(A)、および図27(B)に示すように、外周部分の1辺にのみ、接合を行ってもよい。この場合、図30(A)、および図30(B)に示すような方向に、蓄電体100やエンベロープ103を曲げる場合には、接合部108によって、負極102がずれすぎることを防止することが出来る。
または、図29(A)、および図29(B)に示すように、外周部分の2辺にのみ、接合を行ってもよい。この場合、図31(A)、および図31(B)に示すような方向に、蓄電体100やエンベロープ103を曲げる場合には、接合部108によって、負極102がずれすぎることを防止することが出来る。
または、図26(A)、および図26(B)に示すように、外周部分の4辺に、接合を行ってもよい。これにより、4辺を均等な状態にすることが出来る。
なお、図25で示したように、フィルム113Aとフィルム113Bとを用いて形成した場合についても、同様な接合部にすることが出来る。例えば、図26(A)、および図26(B)に示すように、外周部分の4辺に、接合を行ってもよい。
または、図28(A)、および図28(B)に示すように、外周部分の2辺にのみ、接合を行ってもよい。この場合、図30(A)、および図30(B)に示すような方向に、蓄電体100やエンベロープ103を曲げる場合には、接合部108によって、負極102がずれすぎることを防止することが出来る。
または、図29(A)、および図29(B)に示すように、外周部分の2辺にのみ、接合を行ってもよい。この場合、図31(A)、および図31(B)に示すような方向に、蓄電体100やエンベロープ103を曲げる場合には、接合部108によって、負極102がずれすぎることを防止することが出来る。
なお、図27、図28に示すような場合に、図31に示すような方向に蓄電体100やエンベロープ103を曲げることも可能である。同様に、図29に示すような場合に、図30に示すような方向に蓄電体100やエンベロープ103を曲げることも可能である。
なお、図3などでは、負極102がエンベロープ103に覆われている場合について述べているが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、負極102は、エンベロープ103に覆われていなくてもよい。例えば、負極102の代わりに、正極101がエンベロープ103に覆われていてもよい。または、例えば、負極102だけでなく、正極101も同様に、エンベロープ103に覆われていてもよい。
また、例えば、正極101と負極102とにおいて、それぞれ、接合部108の形状および/または配置が異なるものを用いて、組み合わせてもよい。例えば、正極101と負極102とのいずれか一方は、図3(D)、図8、図25(C)、図26、図27、図28、図29のいずれか一つに示すような接合部108の形状および/または配置を有し、正極101と負極102との他方は、図3(D)、図8、図25(C)、図26、図27、図28、図29のいずれか一つに示すような接合部108の形状および/または配置を有してもよい。また、異なる形状および/または配置の接合部108を組み合わせて用いてもよい。このように、いずれかの辺には、正極101と負極102のいずれかにおいて、接合部108が設けられているため、電極がずれすぎることを防止することが出来る。
また、負極集電体102aの一方の面に負極活物質層102bを設けた負極102を2つ用意し、それぞれの負極102の、負極活物質層102bが形成されていない面が向い合うように重ね、それをエンベロープ103で覆ってもよい(図9(A)、図9(B)参照。)。図9(C)は、このように2つの負極102を重ね合せてエンベロープ103で覆った部材の一部を拡大した断面図である。なお、図9(C)は、図9(B)にC1−C2の一点鎖線で示した部位の断面図である。
2つの負極102を、負極集電体102aを向い合せて用いることで、電極の強度を落とさずに、蓄電体100の曲げ伸ばしを容易とすることができる。
[2.負極タブに負極リードを接続する]
図4(A)乃至(D)に示すように、次に、負極集電体102aの負極タブに、封止層115を有する負極リード105を、圧力を加えながら超音波を照射して電気的に接続する(超音波溶接)。
また、リード電極は、蓄電体の作製後に外から力が加えられて生じる応力により、ヒビや切断が生じやすい。
そこで、本実施の形態では、図4(B)に示すボンディングダイを有する超音波溶接装置を用いる。なお、図4(B)では、簡略化のため、超音波溶接装置のうち、上下のボンディングダイのみを図示する。
突起203を有する第1のボンディングダイ201と、第2のボンディングダイ202との間に、負極タブと負極リード105を配置する。接続する領域が突起203と重なるようにして超音波溶接を行うと、負極タブに接続領域210と湾曲部220を形成することができる。図4(C)に、負極タブの接続領域210と湾曲部220を拡大した斜視図を示す。
この湾曲部220を設けることによって、蓄電体100の作製後に外から力が加えられて生じる応力を緩和することができる。よって、蓄電体100の信頼性を高めることができる。
また、図4(B)に示すボンディングダイを有する超音波溶接装置は、超音波溶接と同時に行うことができるため、工程数も増やすことなく二次電池を作製することができるが、超音波溶接と湾曲部220の形成を別々に行ってもよい。
また、負極タブに湾曲部220を形成することに限定されず、負極集電体の材料をステンレスなどの強度のあるものとし、負極集電体の膜厚を10μm以下とすることで二次電池の作製後に外から外力が加えられ生じる応力を緩和しやすくする構成としてもよい。
勿論、これらを複数組み合わせて負極タブの応力集中を緩和してもよいことは言うまでもない。
なお、ここでは、負極の場合についての例を示したが、正極も負極と同様に製造してもよい。
[3.正極タブに正極リードを接続する]
次に、正極集電体101aの正極タブに、封止層115を有する正極リード104を電気的に接続する。正極タブと正極リード104の接続は、負極タブと負極リード105の接続と同様に行うことができる。
[4.正極と負極を外装体で覆う]
次に、外装体107上に正極101とエンベロープ103で覆われた負極102を重ね合せて配置する。この時、正極活物質層101bと負極活物質層102bが向き合うように重ねる(図5(A)参照。)。
次いで、外装体107を、図5(A)の外装体107の中央付近に点線で示した部分で折り曲げて(図5(B)参照。)、図6(A)に示す状態とする。
[5.外装体内に電解液を入れる]
電解液106を入れるための導入口119以外の外装体107の外周部を、熱圧着により接合する。熱圧着の際、リード電極に設けられた封止層115も溶けてリード電極と外装体107との間を固定することができる。図6(B)に、外装体107の外周を熱圧着により接合した部位を、接合部118として示す。
そして、減圧雰囲気下、或いは不活性ガス雰囲気下で所望の量の電解液を導入口119から外装体107の内側に入れる。そして、最後に、導入口119を熱圧着により接合する。このようにして、蓄電体100を作製することができる(図6(C)参照。)。
[6.変形例]
蓄電体100の変形例として、図7(A)に蓄電体120を示す。図7(A)に示す蓄電体120は、蓄電体100と比べて正極リード104と負極リード105の配置が異なる。具体的には、蓄電体100では正極リード104および負極リード105が外装体107の同じ辺に配置されているが、蓄電体120では正極リード104および負極リード105をそれぞれ外装体107の異なる辺に配置している。このように、本発明の一態様の蓄電体は、リード電極を自由に配置することができるため、設計自由度が高い。よって、本発明の一態様の蓄電体を用いた製品の設計自由度を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電体を用いた製品の生産性を高めることができる。
図7(B)は、蓄電体120の作製工程を説明する図である。蓄電体120は蓄電体100と同様の材料および方法を用いて作製することができるため、ここでの詳細な説明は割愛する。なお、図7(B)では、電解液106の記載を省略している。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した蓄電体100と異なる構成を有する蓄電体150について、図面を用いて説明する。なお、蓄電体150の外観は蓄電体100と変わらないため、図1の斜視図を蓄電体150の斜視図として援用する。
本発明の一態様の蓄電体150は、正極101および負極102ともにエンベロープ103で覆う構成を有する。図10は蓄電体150の断面図である。図10(A)は、図1にA1−A2の一点鎖線で示した部位の断面に相当する。また、図10(B)は、図1にB1−B2の一点鎖線で示した部位の断面に相当する。図10(A)(B)において、正極101を覆うエンベロープ103は負極102を覆うエンベロープ103と接している。
なお、正極101を覆うエンベロープ103と、負極102を覆うエンベロープ103とは、必ずしも、同じ材質を有していなくてもよい。例えば、正極101を覆うエンベロープ103には、正極101に適した材料を有するエンベロープ103を用い、負極102を覆うエンベロープ103には、負極102に適した材料を有するエンベロープ103を用いてもよい。このように、それぞれのエンベロープ103において、異なる材質を用いることにより、最適な構成とすることが出来る。例えば、負極102を覆うエンベロープ103は、セルロースや、ポリプロピレン(PP)、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、ガラス繊維等の不織布、ガラス繊維と高分子繊維を複合した隔膜、などの少なくとも1つの材料を有し、正極101を覆うエンベロープ103は、セルロースや、ポリプロピレン(PP)、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、ガラス繊維等の不織布、ガラス繊維と高分子繊維を複合した隔膜、などの少なくとも1つの材料を有してもよい。
正極101および負極102の両方をエンベロープ103で覆う構成とすることで、蓄電体の信頼性をさらに高めることができる。
なお、正極101をエンベロープ103で覆う構造、およびその作製方法は、上記実施の形態中の「負極102」を「正極101」と読み替えることで説明できる。また、正極101をエンベロープ103で覆い、負極102はエンベロープ103で覆わない構成としてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態4)
本実施の形態では、蓄電体100および蓄電体150よりも蓄電容量の大きい蓄電体160および蓄電体170について図面を用いて説明する。なお、蓄電体160および蓄電体170の外観は蓄電体100と変わらないため、図1の斜視図を蓄電体160および蓄電体170の斜視図として援用する。
図11は蓄電体160の断面図である。図11(A)は、図1にA1−A2の一点鎖線で示した部位の断面に相当する。また、図11(B)は、図1にB1−B2の一点鎖線で示した部位の断面に相当する。図12は蓄電体170の断面図である。図12(A)は、図1にA1−A2の一点鎖線で示した部位の断面に相当する。また、図12(B)は、図1にB1−B2の一点鎖線で示した部位の断面に相当する。
蓄電体160および蓄電体170は、正極集電体101aの片面のみに正極活物質層101bを有する正極101と、負極集電体102aの片面のみに負極活物質層102bを有する負極102の間に、正極集電体101aの両面に正極活物質層101bを有する2つの正極101と、負極集電体102aの両面に負極活物質層102bを有する2つの負極102を交互に配置する例を示している。
また、蓄電体160の正極101はエンベロープ103に覆われておらず、負極102はエンベロープ103に覆われている。また、蓄電体170は、正極101および負極102ともにエンベロープ103に覆われている。
蓄電体160および蓄電体170を作製する場合は、図13(A)に示すように、正極101と負極102を複数組重ねた後に、複数の正極タブをまとめて一つの正極リード104に接続することが好ましい。また、負極タブをまとめて一つの負極リード105に接続することが好ましい。正極タブと正極リード104の接続と、負極タブと負極リード105の接続は、上記実施の形態で説明したように、ボンディングダイを有する超音波溶接装置を用いて行うことができる。図13(B)に、負極タブの、接続領域210と湾曲部220を拡大した斜視図を示す。複数の正極タブをまとめて一つの正極リード104に接続することにより、蓄電体の生産性を高めることができる。また、複数の負極タブをまとめて一つの負極リード105に接続することにより、蓄電体の生産性を高めることができる。
正極101と負極102を複数組重ねて外装体107に収納することにより、蓄電体の容量を大きくすることができる。
正極101および負極102の両方をエンベロープ103で覆う構成とすることで、蓄電体の信頼性をさらに高めることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態5)
本発明の一態様に係る蓄電体は、電力により駆動する様々な電子機器の蓄電装置に用いることができる。図14乃至図17に、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いた電子機器の具体例を示す。
本発明の一態様に係る蓄電装置を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルCDプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、タブレット型端末、パチンコ機などの大型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、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、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、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、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、蓄電装置からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車(EV)、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、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、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置を、家屋やビルの内壁または外壁や、自動車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。
図14(A)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401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、蓄電装置7407を有している。
図14(B)は、携帯電話機7400を湾曲させた状態を示している。携帯電話機7400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装置7407も湾曲される。また、その時、曲げられた蓄電装置7407の状態を図14(C)に示す。
図14(D)は、バングル型の表示装置の一例を示している。携帯表示装置7100は、筐体7101、表示部7102、操作ボタン7103、及び蓄電装置7104を備える。また、図14(E)に曲げられた蓄電装置7104の状態を示す。
図14(F)は、腕時計型の携帯情報端末の一例を示している。携帯情報端末7200は、筐体7201、表示部7202、バンド7203、バックル7204、操作ボタン7205、入出力端子7206などを備える。
携帯情報端末7200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
表示部7202はその表示面が湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部7202はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部7202に表示されたアイコン7207に触れることで、アプリケーションを起動することができる。
操作ボタン7205は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末7200に組み込まれたオペレーションシステムにより、操作ボタン7205の機能を自由に設定することもできる。
また、携帯情報端末7200は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。
また、携帯情報端末7200は入出力端子7206を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子7206を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子7206を介さずに無線給電により行ってもよい。
携帯情報端末7200は、本発明の一態様の蓄電装置を有している。例えば、図14(E)に示した蓄電装置7104を、筐体7201の内部に湾曲した状態で、またはバンド7203の内部に湾曲可能な状態で組み込むことができる。
図14(G)は、腕章型の表示装置の一例を示している。表示装置7300は、表示部7304を有し、本発明の一態様の蓄電装置を有している。また、表示装置7300は、表示部7304にタッチセンサを備えることもでき、また、携帯情報端末として機能させることもできる。
表示部7304はその表示面が湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示装置7300は、通信規格された近距離無線通信などにより、表示状況を変更することができる。
また、表示装置7300は入出力端子を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子を介さずに無線給電により行ってもよい。
図15(A)および図15(B)に、2つ折り可能なタブレット型端末の一例を示す。図15(A)および図15(B)に示すタブレット型端末9600は、筐体9630a、筐体9630b、筐体9630aと筐体9630bを接続する可動部9640、表示部9631aと表示部9631bを有する表示部9631、表示モード切り替えスイッチ9626、電源スイッチ9627、省電力モード切り替えスイッチ9625、留め具9629、操作スイッチ9628、を有する。図15(A)は、タブレット型端末9600を開いた状態を示し、図15(B)は、タブレット型端末9600を閉じた状態を示している。
また、タブレット型端末9600は、筐体9630aおよび筐体9630bの内部に蓄電装置9635を有する。蓄電装置9635は、可動部9640を通り、筐体9630aと筐体9630bに渡って設けられている。
表示部9631aは、一部をタッチパネルの領域9632aとすることができ、表示された操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部9631aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部9631aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部9631aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表示画面として用いることができる。
また、表示部9631bにおいても表示部9631aと同様に、表示部9631bの一部をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
また、タッチパネルの領域9632aとタッチパネルの領域9632bに対して同時にタッチ入力することもできる。
また、表示モード切り替えスイッチ9626は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ9625は、タブレット型端末9600に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。
また、図15(A)では表示部9631bと表示部9631aの表示面積が同じ例を示しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。
図15(B)は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、太陽電池9633、DCDCコンバータ9636を含む充放電制御回路9634有する。また、蓄電装置9635に、本発明の一態様の蓄電体を用いることができる。。
なお、タブレット型端末9600は2つ折り可能なため、未使用時に筐体9630aおよび筐体9630bを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、タブレット型端末9600の耐久性を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電体を用いた蓄電装置9635は可撓性を有し、曲げ伸ばしを繰り返しても充放電容量が低下しにくい。よって、信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
また、この他にも図15(A)および図15(B)に示したタブレット型端末は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池9633によって、電力をタッチパネル、表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、筐体9630の片面又は両面に設けることができ、蓄電装置9635の充電を効率的に行う構成とすることができる。なお蓄電装置9635としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
また、図15(B)に示す充放電制御回路9634の構成、および動作について図15(C)にブロック図を示し説明する。図15(C)には、太陽電池9633、蓄電装置9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、表示部9631について示しており、蓄電装置9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図15(B)に示す充放電制御回路9634に対応する箇所となる。
まず外光により太陽電池9633により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、蓄電装置9635を充電するための電圧となるようDCDCコンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9637で表示部9631に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部9631での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにして蓄電装置9635の充電を行う構成とすればよい。
なお太陽電池9633については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段による蓄電装置9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。
図16に、他の電子機器の例を示す。図16において、表示装置8000は、本発明の一態様に係る蓄電装置8004を用いた電子機器の一例である。具体的に、表示装置8000は、TV放送受信用の表示装置に相当し、筐体8001、表示部8002、スピーカ部8003、蓄電装置8004等を有する。本発明の一態様に係る蓄電装置8004は、筐体8001の内部に設けられている。表示装置8000は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置8004に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置8004を無停電電源として用いることで、表示装置8000の利用が可能となる。
表示部8002には、液晶表示装置、有機EL素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)などの、半導体表示装置を用いることができる。
なお、表示装置には、TV放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
図16において、据え付け型の照明装置8100は、本発明の一態様に係る蓄電装置8103を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置8100は、筐体8101、光源8102、蓄電装置8103等を有する。図16では、蓄電装置8103が、筐体8101及び光源8102が据え付けられた天井8104の内部に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置8103は、筐体8101の内部に設けられていても良い。照明装置8100は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置8103に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置8103を無停電電源として用いることで、照明装置8100の利用が可能となる。
なお、図16では天井8104に設けられた据え付け型の照明装置8100を例示しているが、本発明の一態様に係る蓄電装置は、天井8104以外、例えば側壁8105、床8106、窓8107等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。
また、光源8102には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、LEDや有機EL素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
図16において、室内機8200及び室外機8204を有するエアコンディショナーは、本発明の一態様に係る蓄電装置8203を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機8200は、筐体8201、送風口8202、蓄電装置8203等を有する。図16では、蓄電装置8203が、室内機8200に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置8203は室外機8204に設けられていても良い。或いは、室内機8200と室外機8204の両方に、蓄電装置8203が設けられていても良い。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置8203に蓄積された電力を用いることもできる。特に、室内機8200と室外機8204の両方に蓄電装置8203が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置8203を無停電電源として用いることで、エアコンディショナーの利用が可能となる。
なお、図16では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを1つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることもできる。
図16において、電気冷凍冷蔵庫8300は、本発明の一態様に係る蓄電装置8304を用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫8300は、筐体8301、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303、蓄電装置8304等を有する。図16では、蓄電装置8304が、筐体8301の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫8300は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置8304に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置8304を無停電電源として用いることで、電気冷凍冷蔵庫8300の利用が可能となる。
なお、上述した電子機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電子機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助するための補助電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることで、電子機器の使用時に商用電源のブレーカーが落ちるのを防ぐことができる。
また、電子機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合(電力使用率と呼ぶ)が低い時間帯において、蓄電装置に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫8300の場合、気温が低く、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303の開閉が行われない夜間において、蓄電装置8304に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303の開閉が行われる昼間において、蓄電装置8304を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率を低く抑えることができる。
また、蓄電装置を車両に搭載すると、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(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。
図17において、本発明の一態様を用いた車両を例示する。図17(A)に示す自動車8400は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現することができる。また、自動車8400は蓄電装置を有する。蓄電装置は電気モーターを駆動するだけでなく、ヘッドライト8401やルームライト(図示せず)などの発光装置に電力を供給することができる。
また、蓄電装置は、自動車8400が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電装置は、自動車8400が有するナビゲーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。
図17(B)に示す自動車8500は、自動車8500が有する蓄電装置にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図17(B)に、地上設置型の充電装置8021から自動車8500に搭載された蓄電装置に、ケーブル8022を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法やコネクターの規格等はCHAdeMO(登録商標)やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置8021は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車8500に搭載された蓄電装置を充電することができる。充電は、ACDCコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。
また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電装置の充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
本発明の一態様によれば、蓄電装置のサイクル特性が良好となり、信頼性を向上させることができる。また、本発明の一態様によれば、蓄電装置の特性を向上することができ、よって、蓄電装置自体を小型軽量化することができる。蓄電装置自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与するため、航続距離を向上させることができる。また、車両に搭載した蓄電装置を車両以外の電力供給源として用いることもできる。この場合、電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態6)
本実施の形態では、コイン型の蓄電体の一例について、図18(A)を参照して説明する。コイン型の蓄電体を、可撓性を有する構成とすることで、湾曲面へ装着を容易とすることができる。また、可撓性を有する部位を少なくとも一部有する電子機器に実装すれば、電子機器の変形に合わせて蓄電体も曲げることもできる。
図18(A)は、コイン型(単層偏平型)の蓄電体の外観図であり、図18(B)は、その断面図である。
コイン型の蓄電体300は、正極端子を兼ねた外装体301と負極端子を兼ねた外装体302とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット303で絶縁シールされている。正極304は、正極集電体305と、これと接するように設けられた正極活物質層306により形成される。また、正極304は、実施の形態1に開示した正極101と同様に作製することができる。
また、負極307は、負極集電体308と、これに接するように設けられた負極活物質層309により形成され、エンベロープ310で覆われている。なお、正極活物質層306と負極活物質層309との間には、エンベロープ310と、電解質(図示せず)とを有する。
本発明の一態様の蓄電体を用いることで、機能低下が生じにくいコイン型の蓄電体を実現することができる。
外装体301、外装体302には、可撓性を有し、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えば、ステンレス鋼等)を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。外装体301は正極304と、外装体302は負極307とそれぞれ電気的に接続する。
これら負極307、正極304およびエンベロープ310を電解質に含浸させ、図18(B)に示すように、外装体301を下にして正極304、エンベロープ310で覆われた負極307、外装体302をこの順で積層し、外装体301と外装体302とをガスケット303を介して圧着して、可撓性を有するコイン型の蓄電体300を製造することができる。
ここで、図18(C)を用いてバッテリーの充電時の電流の流れを説明しておく。リチウムを用いたバッテリー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、リチウムを用いたバッテリーでは、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、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。
図18(C)に示す蓄電体400は、正極402、負極404、電解液406、およびエンベロープ408を有する。また、正極402と負極404のそれぞれに端子が接続されている。それぞれの端子には充電器が接続され、蓄電体400が充電される。蓄電体400の充電が進めば、正極402と負極404の電位差は大きくなる。図18(C)では、蓄電体400の外部の端子から、正極402の方へ流れ、蓄電体400の中において、正極402から負極404の方へ流れ、負極404から蓄電体400の外部の端子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。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態7)
本実施の形態では、円筒型の蓄電体の一例について、図19を参照して説明する。円筒型の蓄電体を、可撓性を有する構成とすることで、湾曲面へ装着を容易とすることができる。また、可撓性を有する部位を少なくとも一部有する電子機器に実装すれば、電子機器の変形に合わせて蓄電体も曲げることもできる。
円筒型の蓄電体600は図19(A)に示すように、上面に正極キャップ(電池蓋)601を有し、側面及び底面に外装体602を有している。これら正極キャップと外装体602とは、ガスケット(絶縁パッキン)610によって絶縁されている。
図19(B)は、円筒型の蓄電体の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の外装体602の内側には、帯状の正極604とエンベロープに覆われた負極606とが捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。外装体602は、一端が閉じられ、他端が開いている。外装体602には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えば、ステンレス鋼等)を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。外装体602の内側において、正極およびエンベロープに覆われた負極が捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板608、609により挟まれている。また、電池素子が設けられた外装体602の内部は、非水電解液(図示せず)が注入されている。非水電解液は、コイン型の蓄電体と同様のものを用いることができる。
本発明の一態様の蓄電体を用いることで、機能低下が生じにくい円筒型の蓄電体を実現することができる。
正極604には正極端子(正極リード)603が接続され、負極606には負極端子(負極リード)607が接続される。正極端子603及び負極端子607は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子603は安全弁機構612に、負極端子607は外装体602の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構612は、PTC素子(Positive Temperature Coefficient)611を介して正極キャップ601と電気的に接続されている。安全弁機構612は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ601と正極604との電気的な接続を切断するものである。また、PTC素子611は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。PTC素子には、チタン酸バリウム(BaTiO)系半導体セラミックス等を用いることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態8)
本実施の形態では、蓄電装置(蓄電池)の構造例について、図20乃至図24を用いて説明する。蓄電装置を、可撓性を有する構成とすることで、湾曲面への装着を容易とすることができる。また、可撓性を有する部位を少なくとも一部有する電子機器に実装すれば、電子機器の変形に合わせて蓄電装置も曲げることもできる。なお、本明細書等において、蓄電装置は、少なくとも本発明の一態様に係る蓄電体を有する。
図20(A)および図20(B)は、蓄電装置の外観図を示す図である。図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置は、回路基板900と、蓄電体913と、を有する。蓄電体913には、ラベル910が貼られている。さらに、図20(B)に示すように、蓄電装置は、端子951と、端子952と、を有し、ラベル910の裏にアンテナ914と、アンテナ915と、を有する。
回路基板900は、端子911と、回路912と、を有する。端子911は、端子951、端子952、アンテナ914、アンテナ915、および回路912に接続される。なお、端子911を複数設けて、複数の端子911のそれぞれを、制御信号入力端子、電源端子などとしてもよい。
回路912は、回路基板900の裏面に設けられていてもよい。なお、アンテナ914およびアンテナ915は、コイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、EHアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。又は、アンテナ914若しくはアンテナ915は、平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つまり、コンデンサの有する2つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ914若しくはアンテナ915を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。
アンテナ914の線幅は、アンテナ915の線幅よりも大きいことが好ましい。これにより、アンテナ914により受電する電力量を大きくできる。
蓄電装置は、アンテナ914およびアンテナ915と、蓄電体913との間に層916を有する。層916は、例えば蓄電体913による電磁界を遮蔽することができる機能を有する。層916としては、例えば磁性体を用いることができる。
なお、蓄電装置の構造は、図20に限定されない。
例えば、図21(A−1)および図21(A−2)に示すように、図20(A)および図20(B)に示す蓄電体913のうち、対向する一対の面のそれぞれにアンテナを設けてもよい。図21(A−1)は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図21(A−2)は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置と同じ部分については、図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置の説明を適宜援用できる。
図21(A−1)に示すように、蓄電体913の一対の面の一方に層916を挟んでアンテナ914が設けられ、図21(A−2)に示すように、蓄電体913の一対の面の他方に層917を挟んでアンテナ915が設けられる。層917は、例えば蓄電体913による電磁界を遮蔽することができる機能を有する。層917としては、例えば磁性体を用いることができる。
上記構造にすることにより、アンテナ914およびアンテナ915の両方のサイズを大きくすることができる。
又は、図21(B−1)および図21(B−2)に示すように、図20(A)および図20(B)に示す蓄電体913のうち、対向する一対の面のそれぞれに別のアンテナを設けてもよい。図21(B−1)は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図21(B−2)は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置と同じ部分については、図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置の説明を適宜援用できる。
図21(B−1)に示すように、蓄電体913の一対の面の一方に層916を挟んでアンテナ914およびアンテナ915が設けられ、図21(A−2)に示すように、蓄電体913の一対の面の他方に層917を挟んでアンテナ918が設けられる。アンテナ918は、例えば、外部機器とのデータ通信を行うことができる機能を有する。アンテナ918には、例えばアンテナ914およびアンテナ915に適用可能な形状のアンテナを適用することができる。アンテナ918を介した蓄電装置と他の機器との通信方式としては、NFCなど、蓄電装置と他の機器の間で用いることができる応答方式などを適用することができる。
又は、図22(A)に示すように、図20(A)および図20(B)に示す蓄電体913に表示装置920を設けてもよい。表示装置920は、端子919を介して端子911に電気的に接続される。なお、表示装置920が設けられる部分にラベル910を設けなくてもよい。なお、図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置と同じ部分については、図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置の説明を適宜援用できる。
表示装置920には、例えば充電中であるか否かを示す画像、蓄電量を示す画像などを表示してもよい。表示装置920としては、例えば電子ペーパー、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス(ELともいう)表示装置などを用いることができる。例えば、電子ペーパーを用いることにより表示装置920の消費電力を低減することができる。
又は、図22(B)に示すように、図20(A)および図20(B)に示す蓄電体913にセンサ921を設けてもよい。センサ921は、端子922を介して端子911に電気的に接続される。なお、センサ921は、ラベル910の裏側に設けられてもよい。なお、図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置と同じ部分については、図20(A)および図20(B)に示す蓄電装置の説明を適宜援用できる。
センサ921としては、例えば、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい、又は赤外線を測定することができる機能を有すればよい。センサ921を設けることにより、例えば、蓄電装置が置かれている環境を示すデータ(温度など)を検出し、回路912内のメモリに記憶しておくこともできる。
さらに、蓄電体913の構造例について図23および図24を用いて説明する。
図23(A)に示す蓄電体913は、筐体930の内部に端子951と端子952が設けられた捲回体950を有する。捲回体950は、筐体930の内部で電解液に含浸される。端子952は、筐体930に接し、端子951は、絶縁材などを用いることにより筐体930に接していない。なお、図23(A)では、便宜のため、筐体930を分離して図示しているが、実際は、捲回体950が筐体930に覆われ、端子951および端子952が筐体930の外に延在している。筐体930としては、金属材料(例えばアルミニウムなど)又は樹脂材料を用いることができる。
なお、図23(B)に示すように、図23(A)に示す筐体930を複数の材料によって形成してもよい。例えば、図23(B)に示す蓄電体913は、筐体930aと筐体930bが貼り合わされており、筐体930aおよび筐体930bで囲まれた領域に捲回体950が設けられている。
筐体930aとしては、有機樹脂など、絶縁材料を用いることができる。特に、アンテナが形成される面に有機樹脂などの材料を用いることにより、蓄電体913による電界の遮蔽を抑制できる。なお、筐体930aによる電界の遮蔽が小さければ、筐体930aの内部にアンテナ914やアンテナ915などのアンテナを設けてもよい。筐体930bとしては、例えば金属材料を用いることができる。
さらに、捲回体950の構造について図24に示す。捲回体950は、エンベロープに覆われた負極931と、正極932と、を有する。捲回体950は、エンベロープに覆われた負極931と、正極932が重なり合って積層され、該積層シートを捲回させた捲回体である。なお、エンベロープに覆われた負極931と正極932の積層を、さらに複数重ねてもよい。
エンベロープに覆われた負極931は、端子951および端子952の一方を介して図20に示す端子911に接続される。正極932は、端子951および端子952の他方を介して図20に示す端子911に接続される。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
100 蓄電体
101 正極
102 負極
103 エンベロープ
104 正極リード
105 負極リード
106 電解液
107 外装体
108 接合部
113 フィルム
115 封止層
118 接合部
119 導入口
120 蓄電体
150 蓄電体
160 蓄電体
170 蓄電体
201 ボンディングダイ
202 ボンディングダイ
203 突起
210 接続領域
220 湾曲部
300 蓄電体
301 外装体
302 外装体
303 ガスケット
304 正極
305 正極集電体
306 正極活物質層
307 負極
308 負極集電体
309 負極活物質層
310 エンベロープ
400 蓄電体
402 正極
404 負極
406 電解液
408 エンベロープ
600 蓄電体
601 正極キャップ
602 外装体
603 正極端子
604 正極
606 負極
607 負極端子
608 絶縁板
609 絶縁板
611 PTC素子
612 安全弁機構
900 回路基板
910 ラベル
911 端子
912 回路
913 蓄電体
914 アンテナ
915 アンテナ
916 層
917 層
918 アンテナ
919 端子
920 表示装置
921 センサ
922 端子
930 筐体
931 負極
932 正極
950 捲回体
951 端子
952 端子
7100 携帯表示装置
7101 筐体
7102 表示部
7103 操作ボタン
7104 蓄電装置
7200 携帯情報端末
7201 筐体
7202 表示部
7203 バンド
7204 バックル
7205 操作ボタン
7206 入出力端子
7207 アイコン
7300 表示装置
7304 表示部
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
7407 蓄電装置
8000 表示装置
8001 筐体
8002 表示部
8003 スピーカ部
8004 蓄電装置
8021 充電装置
8022 ケーブル
8100 照明装置
8101 筐体
8102 光源
8103 蓄電装置
8104 天井
8105 側壁
8106 床
8107 窓
8200 室内機
8201 筐体
8202 送風口
8203 蓄電装置
8204 室外機
8300 電気冷凍冷蔵庫
8301 筐体
8302 冷蔵室用扉
8303 冷凍室用扉
8304 蓄電装置
8400 自動車
8401 ヘッドライト
8500 自動車
9600 タブレット型端末
9625 スイッチ
9626 スイッチ
9627 電源スイッチ
9628 操作スイッチ
9629 留め具
9630 筐体
9631 表示部
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 蓄電装置
9636 DCDCコンバータ
9637 コンバータ
9638 操作キー
9639 ボタン
9640 可動部
101a 正極集電体
101b 正極活物質層
102a 負極集電体
102b 負極活物質層
113A フィルム
113B フィルム
930a 筐体
930b 筐体
9630a 筐体
9630b 筐体
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域

Claims (10)

  1. 正極と、負極と、を外装体の内側に有し、
    前記負極の少なくとも一部が袋状の絶縁材料で覆われていることを特徴とする蓄電体。
  2. 正極と、負極と、を外装体の内側に有し、
    前記正極の少なくとも一部が袋状の絶縁材料で覆われていることを特徴とする蓄電体。
  3. 正極と、負極と、を外装体の内側に有し、
    前記正極および前記負極は、それぞれの少なくとも一部が袋状の絶縁材料で覆われていることを特徴とする蓄電体。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
    前記蓄電体は活物質を有し、前記活物質は袋状の絶縁材料で覆われていることを特徴とする蓄電体。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
    前記袋状の絶縁材料の外周部の少なくとも一部が接合していることを特徴とする蓄電体。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
    前記袋状の絶縁材料は、多孔性絶縁体であることを特徴とする蓄電体。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
    前記正極および前記負極を、それぞれ複数個有することを特徴とする蓄電体。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
    前記袋状の絶縁材料は、ポリプロピレンであることを特徴とする蓄電体。
  9. 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
    前記袋状の絶縁材料は、ポリエチレンであることを特徴とする蓄電体。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の蓄電体を有する電子機器。
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