JP2021192386A - 電池の作製方法 - Google Patents
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
- H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
- H01M50/591—Covers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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- H01M10/058—Construction or manufacture
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
る。本発明の一態様は、電池の内部構造に関する。
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
、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方
法、を一例として挙げることができる。
る。またこのような電子機器は、軽量であること、小型であることなどが求められている
。
る。ウェアラブル機器の一例としては、腕に装着する腕時計型の機器、頭部に装着するメ
ガネ型、またはゴーグル型の機器、首に装着するネックレス型の機器などが挙げられる。
例えば腕時計型の機器は、従来の時計における文字盤に代えて小型のディスプレイを備え
、時刻以外の様々な情報を使用者に提供することができる。またこのようなウェアラブル
機器は、医療用途や、健康状態の自己管理などの用途にも注目され、実用化が進んでいる
。
アラブル機器では小型の二次電池が用いられるため、二次電池は軽量且つ小型であり、長
時間の使用が可能であることが求められている。
電池が開示されている。
が可能なバッテリとすることで、筐体内の限られたスペースにバッテリを配置することが
でき、機器の小型化を実現することができる。また、ウェアラブル機器においては、これ
まで機器の可動部にはバッテリを配置することは困難であったが、繰り返し変形が可能な
バッテリが実現できれば、よりデザイン性の高い機器を実現することが可能となる。
にフィルムを用いた場合であっても、硬い外装体でさらに覆うことが一般に行われている
。しかしこの構成では、二次電池に曲げなどの変形を加えることは想定されておらず、電
子機器に搭載する場合において、その配置場所が限定されてしまうという問題があった。
間のショート、電極自体の破損などが生じる恐れがあり、安全性に課題があった。
。または、繰り返し曲げることのできる電池を提供することを課題の一とする。
する。または、信頼性の高い電池を提供することを課題の一とする。
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。また、明細書等の記載から上
記以外の課題を抽出することが可能である。
と、を有する電池である。第1の集電体は、第1のリードと接合された第1の部分と、第
1の活物質が塗工された第2の部分と、を有する。第2の集電体は、第2のリードと接合
された第3の部分と、第2の活物質が塗工された第4の部分と、を有する。第1のリード
と、第2の部分と、第4の部分とは、互いに重なる部分を有し、第2のリードと、第2の
部分と、第4の部分とは、互いに重なる部分を有する。
ード、第1の集電体、及び第2の集電体は、互いに重なる部分で固定部材により固定され
、第2のリード、第1の集電体、及び第2の集電体は、互いに重なる部分で固定部材によ
り固定されることが好ましい。
第1のリードと、第1の部分と、第2の部分とは、互いに重なる部分を有することが好ま
しい。また、第2の集電体は、第3の部分と、第4の部分の間で折り返され、第2のリー
ドと、第3の部分と、第4の部分とは、互いに重なる部分を有することが好ましい。
に折り返され、第2の集電体は、第2のリードと接合される面が外側になるように折り返
されていることが好ましい。
。このとき、第1の部分と第2の部分とは、第1の絶縁部材を介して重なり、第3の部分
と第4の部分とは、第2の絶縁部材を介して重なることが好ましい。このとき、第1の絶
縁部材は、第1の部分と第1のリードとを覆い、第2の絶縁部材は、第3の部分と第2の
リードとを覆うことが好ましい。
状の形状を有し、第1の集電体及び第2の集電体を挟むように2つに折り曲げられている
ことが好ましい。また、外装体は、第1の集電体及び第2の集電体を挟む一対の第1のシ
ール部と、第1のリード及び第2のリードと重なる第2のシール部と、を有することが好
ましい。また、外装体は、第1の集電体及び第2の集電体と重なる領域において、第2の
シール部と概略平行な波形状を有することが好ましい。
あることが好ましい。
部との距離が、第1の集電体及び第2の集電体を含む積層体の厚さの0.8倍以上3.0
倍以下であることが好ましい。
2の集電体の幅との差が、第1の集電体及び第2の集電体を含む積層体の厚さの1.6倍
以上6.0倍以下であることが好ましい。
リードを有する電池の作製方法であって、第1の集電体と第2の集電体とを重ねる第1の
ステップと、第1の集電体と第1のリード、及び第2の集電体と第2のリードを、それぞ
れ接合する第2のステップと、第1の集電体、第2の集電体、第1のリード及び第2のリ
ードを、固定部材により固定する第3のステップと、を有する。
、及び第2の集電体の一部をそれぞれ折り返す第4のステップを有することが好ましい。
電体とを重ねる下記第5のステップを有することが好ましい。第5のステップは、複数の
第1の集電体を互いにずらして重ね、且つ複数の第2の集電体を互いにずらして重ねるス
テップである。
り返し曲げることのできる電池を提供できる。または、体積当たりの容量の大きい電池を
提供できる。または、信頼性の高い電池を提供できる。
されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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。従って、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。
同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様
の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
明瞭化のために誇張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。
ために付すものであり、数的に限定するものではない。
本実施の形態では、本発明の一態様の電池の構成例、及び作製方法例について説明する
。
とが積層された構成を有する。第1の集電体は、正極集電体または負極集電体の一方であ
り、第2の集電体は、正極集電体または負極集電体の他方である。また、電池は、外装体
の内部から外部に延在する一対のリードを有する。各リードは、外装体の内部において、
それぞれ第1の集電体または第2の集電体と接合される。
いう)を有する。タブ部は、リードが接合される接合部(第1の部分ともいう)を有する
。また、第1の集電体及び第2の集電体は、活物質等が塗工された部分(電極部、または
第2の部分ともいう)を有する。
極部材などと呼ぶことがある。電極積層体は、少なくとも第1の集電体と、第2の集電体
と、を有する。また、電極積層体は、第1の集電体と接合するリードと、第2の集電体と
接合するリードを含む場合がある。また、電極積層体は、第1の集電体と第2の集電体と
の間に、セパレータと電解液を有していてもよい。なお、電解液に固体電解質を用いた場
合では、セパレータを有さなくてもよい。
される集電体の数が多いほど電池の容量を増大させることができる。
分とが、互いに固定部材により固定される部分を有する。すなわち、リードと第1の集電
体とは、タブ部と重なる部分で接合されるだけでなく、タブ部以外の部分でさらに固定さ
れる。同様に、リードと第2の集電体とは、タブ部以外の部分でさらに固定される。
タブ部のみで固定されている場合を考える。電池に対して繰り返し曲げるなどの変形を加
えたとき、第1の集電体及び第2の集電体も繰り返し変形する。第1の集電体及び第2の
集電体において、タブ部は活物質層が塗工されていない部分であり、他の部分よりも厚さ
が薄い。またタブ部は、活物質層が塗工された第2の部分よりも幅が小さい。したがって
タブ部は、集電体の他の部分よりも機械的強度が低い。また突出したタブ部の付け根部分
も機械的強度が比較的弱い。そのため、第1の集電体及び第2の集電体の変形が繰り返さ
れることで、これらのタブ部、及びタブ部の付け根部分に亀裂が生じやすい。また最悪の
場合、タブ部が破断してしまう恐れもある。
ドとが接合されるだけでなく、リードと集電体の第2の部分とを固定部材を用いて固定す
ることで、タブ部が変形しにくい構成が実現されている。これにより、繰り返し曲げるな
どの変形を加えても不具合が生じにくく、信頼性の高い電池を実現することができる。
互いに固定されないことが好ましい。これにより、電池を曲げたときに、固定部材により
固定される部分を支点として、各集電体が互いにずれることで、各集電体にかかる応力が
緩和され、各集電体が破損してしまうことを防ぐことができる。さらにこのような構成と
することで、より小さい力で曲げることができる。
接合部と活物質等が塗工される電極部の間の領域で折り返された構成とする。そして、第
1の集電体及び第2の集電体の、接合部(第1の部分)を含むタブ部の一部と、リードの
一部と、電極部(第2の部分)とを、固定部材により固定する構成とする。
い。例えば、曲率半径がタブ部の厚さの5倍以上、好ましくは10倍以上、さらに好まし
くは20倍以上で、且つ50倍未満となるように、タブ部が曲げられていることが好まし
い。集電体の材料によっては、折り返された部分の曲率半径がタブ部の厚さの5倍未満の
場合、タブ部を折り返す際に破断してしまう場合もある。また、曲率半径が大きすぎる(
例えば50倍以上)場合には、電池の厚さが厚くなってしまう。
方の集電体とが接触すると、電気的にショートしてしまう恐れがある。そのため、タブ部
の一部の表面を絶縁することが好ましい。より具体的には、折り返したタブ部と、集電体
との間に絶縁部材を挟むことが好ましい。このとき、絶縁部材でタブ部の一部を覆うこと
がより好ましい。
り返すことが好ましい。
極部にまで延在する形状とする。そして、リードの一部と、電極部とが重なる領域で、こ
れらを固定部材により固定する構成としてもよい。
続する波状のフィルムを用いることが好ましい。外装体を波形状とすることで、外装体を
曲げたときの応力が、波の周期及び振幅が変化するように変形することで緩和され、外装
体が破損してしまうことを防ぐことができる。
の集電体と第2の集電体を囲う部分(残りの三辺)を圧着してシール部が形成された構成
とすることが好ましい。このとき、リードの一部と重なる部分をトップシール部と呼び、
他の部分をサイドシール部と呼ぶことができる。
の端部と、サイドシール部との間に隙間を設けると、電池を繰り返し曲げたときに第1の
集電体または第2の集電体と外装体とが擦れることを抑制することができる。例えば、第
1の集電体または第2の集電体と、サイドシール部との間の距離が、第1の集電体及び第
2の集電体を積層した積層体の厚さの0.8倍以上、好ましくは0.9倍以上、より好ま
しくは1.0倍以上であって、3倍以下、好ましくは2倍以下とすることが好ましい。ま
たは、例えば、一対のサイドシール間の距離と、第1の集電体または第2の集電体の幅と
の差が、第1の集電体及び第2の集電体を積層した積層体の厚さの1.6倍以上、好まし
くは1.8倍以上、より好ましくは2.0倍以上であって、4倍以下とすることが好まし
い。
間に隙間を設けるために、外装体の形状をあらかじめ成型(予備成型ともいう)しておく
ことが好ましい。予備成型は、例えばサイドシールの形成工程よりも前に、外装体の第1
の集電体または第2の集電体の幅方向の端部と重なる位置と、後の工程でサイドシールす
る部分との間に、緩やかな湾曲形状を設けるように、外装体をプレス成型すればよい。
または第2の集電体の幅方向の端部を支点に外装体が屈曲する部分が形成されてしまう場
合がある。一方、上述した予備成型を行った外装体を用いると、サイドシールの形成時に
このような屈曲部分が形成されにくい。これにより、電池を繰り返し曲げたときに第1の
集電体または第2の集電体と外装体とが擦れることをより効果的に抑制することができ、
繰り返し曲げるなどの変形に対して高い耐性を有する電池を実現できる。
以下では、本発明の一態様の電池の作製方法の例について説明する。図1は、以下で例
示する電池の作製方法にかかるフローチャートである。
まず、本発明の一態様の電池が有する集電体について説明する。図2(A)、(B)に
それぞれ集電体11aと集電体11bの上面概略図を示す。
機能する。本実施の形態では、集電体11aを負極集電体として、集電体11bを正極集
電体として用いる。
。タブ部21aは、集電体11aの突出した部分であり、電極部22aよりも幅が小さい
。電極部22aには、活物質層13aが塗工されている。
。タブ部21bは、集電体11bの突出した部分であり、電極部22bよりも幅が小さい
。電極部22bには、活物質層13bが塗工されている。
質層13bが塗工され、他方の面には塗工されていないことが好ましい。
い。図2(A)(B)では、集電体11aの幅Waが、集電体11bの幅Wbよりも大き
い場合の例を示している。
て説明する。
まず、集電体11aと集電体11bを複数準備し、それぞれを長さ方向にずらして積層
する。
質層13a及び活物質層13bを明示していない。
2つの集電体11aがそれぞれ外側に配置され、その内側には一対の集電体11b、一対
の集電体11aがそれぞれ交互に配置されている。ここで、一対の集電体11aは、活物
質層13a(図示しない)の塗工面とは反対側の面同士が接するように配置される。同様
に、一対の集電体11bは、活物質層13b(図示しない)の塗工面とは反対側の面同士
が接するように配置される。すなわち、集電体11aと集電体11bとの間には、活物質
層13a及び活物質層13bが位置し、隣り合う2つの集電体11aの間、及び2つの集
電体11bの間には、活物質層が設けられない構成とする。これにより、電池を曲げたと
きに、一対の集電体11a同士、及び一対の集電体11b同士をずれやすくすることがで
きる。後述するように、同極の集電体同士が滑ることにより、電池を曲げたときに集電体
自体にかかる応力を緩和することができる。
セパレータ14を配置してもよい。セパレータ14は、集電体11bよりも幅の大きいも
のを用いることが好ましい。
うに、最も外側に位置する2つの集電体11aの外側に、それぞれセパレータ14を配置
してもよい。これにより、後述する外装体と集電体11aとが接触することを防ぐことが
可能なため、外装体と集電体11aとが擦れることで外装体が破損してしまうことを防ぐ
ことができる。この場合は、セパレータ14に集電体11aよりも幅の大きいものを用い
ることが好ましい。
示している。ここで、集電体11bは、両面に活物質層13bが塗工された構成とするこ
とが好ましい。このような構成とすることで、電池を薄くすることができ、単位体積当た
りの容量、及び単位重量当たりの容量を大きくできる。また、電池自体を薄くできるため
、小さな力で曲げることが可能となる。さらに、集電体11aは、活物質層13a(図示
しない)の塗工面とは反対側の面同士が接するように配置されるため、一対の集電体11
a同士が滑りやすい。そのため、電池をより小さな力で曲げることが可能となる。
を示している。ここで、セパレータ14aは折り返した後に、周辺部を接合して袋状に成
型することが好ましい。このようなセパレータ14aを用いることで、一対の集電体11
bの位置ずれが生じたとしても、正極と負極とが電気的にショートすることを抑制できる
。
レータ14aで挟まれている。これにより、外装体と集電体11aとが擦れることで外装
体が破損してしまうことを防ぐことができる。
化のため以降ではセパレータ14を明示していない。
部21aまたはタブ部21bが設けられている方向(矢印で示す方向)に相対的にずらし
て積層することが好ましい。あらかじめこれらをずらして配置することで、後述するよう
に集電体11aの一部及び集電体11bの一部を折り曲げたときに生じるずれを、相殺す
ることができる。具体的には、複数の電極部22aと電極部22bの位置を揃えることが
できる。なおこのとき、全ての集電体11aのタブ部21aが重なる部分が形成されるよ
うに、積層することが好ましい。同様に、全ての集電体11bのタブ部21bが重なる部
分が形成されるように、積層することが好ましい。
電体11bは、ずらして配置しなくてもよい。
続いて、図3(C)に示すように、集電体11aのタブ部21a、及び集電体11bの
タブ部21bに、それぞれリード12a、リード12bを接合する。接合には、例えば超
音波溶接等を用いることができる。
ブ部21aとリード12aとの接合部15aは、全ての集電体11aのタブ部21aを包
含する範囲とすることが重要である。また集電体11bのタブ部21bとリード12bと
の接合部15bも同様である。
形状とした場合の例を示したが、長さの異なる複数の集電体11a、集電体11bを用い
てもよい。図5(A)、(B)では、接合面側に近いほど、長さ方向に長い集電体11a
及び集電体11bを用いた場合の例を示している。このような構成とすることで、タブ部
21a及びタブ部21bが長さ方向にずれないため、リード12a及びリード12bの接
合が容易となる。また、図5(A)、(B)ではタブ部21aまたはタブ部21bの長さ
が等しく、電極部22aまたは電極部22bの長さが異なる集電体11a及び集電体11
bを用いたが、図5(C)に示すように、電極部22aまたは電極部22bの長さが等し
く、タブ部21aまたはタブ部21bの長さがそれぞれ異なる複数の集電体11a及び集
電体11bを用いてもよい。
続いて、タブ部21aとリード12aの一部、及びタブ部21bとリード12bの一部
を、それぞれ絶縁する。
11bに接合した状態における斜視図である。
を、絶縁部材16aで覆うことで、これらの表面を絶縁することができる。このとき、絶
縁部材16aが接合部15aを覆うように設けることが好ましい。同様に、集電体11b
のタブ部21bの一部、リード12bの一部を、絶縁部材16bで覆う。
部分に設ける。これにより、集電体11bの折り返した部分が集電体11aの表面に接触
し、これらが電気的にショートしてしまうことを防ぐことができる。なお、図6(A)等
のように2つの集電体11aが最も外側に位置する場合では、集電体11aとリード12
aとはもともと電気的に接続されており、これらが接触しても問題が生じないため、集電
体11a側の絶縁部材16aを設けなくてもよい。
一部、集電体11bのタブ部21bの一部、及びリード12bの一部を覆って、1つの絶
縁部材16を設ける構成としてもよい。
ープ等の絶縁テープを好適に用いることができる。これら絶縁部材が粘着性を有すること
で、電池を変形させたときにずれてしまうことを防ぐことができる。なお、これら絶縁部
材はこれに限られず、袋状、シート状など、様々な形態とすることができる。また、絶縁
部材として、液状の樹脂材料を絶縁したい部分の表面に塗布し、これを硬化させたものを
用いてもよい。
トを防ぐためのものであり、これを配置する位置は上記に限られない。例えば、電極部2
2a及び電極部22bを覆って設ける、またはこれらの表面の一部に貼り付けることもで
きる。またタブ部21bを折り返した時に、タブ部21bの折り返された部分と集電体1
1aとの間に絶縁部材を配置することもできる。
続いて、タブ部21a、タブ部21bを、それぞれ折り返す。
2bと接合される面が、外側に位置するように、タブ部21aとタブ部21bを折り返す
ことが好ましい。
斜視図であり、図7(B)は図7(A)を180度回転させたときの斜視図である。なお
、明瞭化のため以降では上記絶縁部材16a及び絶縁部材16b、または絶縁部材16を
明示していない。
1aの電極部22a、及び集電体11bの電極部22bと重なるように、タブ部21a、
タブ部21bを折り曲げることが好ましい。また、タブ部21aとタブ部21bも同様に
、電極部22a及び電極部22bと重なるように折り曲げられていることが好ましい。
続いて、リード12a、リード12b、電極部22a、電極部22bを、固定部材17
により固定する。
B)は、図8(A)を180度回転させたときの斜視図である。
る。なお、固定部材17はこれに限らず、環状のゴム(輪ゴム)を用いてもよいし、適当
な形状に成型された樹脂材料等の絶縁材料を用いてもよい。
され、接合部15a及び接合部15bが、電極部22a及び電極部22bの一部と重なる
構成を有する。したがって、タブ部21a及びタブ部21bを折り返さない構成と比較し
て、長さ方向の長さを短くすることができる。そのため、電極部材10を用いた電池は、
よりコンパクトにできるため、単位体積当たりの容量を大きくできる。
続いて、電極部材10を、電解液とともに外装体で覆い、外装体の周囲をシール(封止
)する。
以下では、上記作製方法例1とは一部の異なる電池の作製方法例について図面を参照し
て説明する。なおここでは、上記と重複する部分については説明を省略する場合がある。
まず、図10(A)に示すように、集電体11aと集電体11bを複数準備し、それぞ
れを積層する。ここでは作製方法例1とは異なり、それぞれを意図的にずらさずに積層す
る。
続いて、図10(B)に示すように、集電体11aのタブ部21a、及び集電体11b
のタブ部21bに、それぞれリード12a、リード12bを接合する。
なるような形状とする。
続いて、リード12bと、集電体11aとが電気的にショートすることを防ぐため、こ
れらの間に、絶縁部材18を設け、リード12bと集電体11aとを絶縁する。
た例を示している。
れば、様々な構成とすることができる。図12(A)では、集電体11aとリード12b
との間にのみ、絶縁部材18aを配置した場合の例を示している。また、図12(B)で
は、リード12bの集電体11aと重なる部分を、絶縁部材18bで被覆した場合の例を
示している。また、図12(C)では、リード12aの集電体11aと重なる部分、及び
リード12bの集電体11aと重なる部分を、絶縁部材18cで挟んだ例を示している。
同様の材料を用いることができる。
続いて、図11(B)に示すように、リード12a、リード12b、電極部22a、電
極部22bを、固定部材17により固定する。
、より生産性を向上させることができる。
続いて、電極部材10aを、電解液とともに外装体で覆い、外装体の周囲をシール(封
止)する。
以下では、上記作製方法例で例示した電極部材を用いた電池の構成例について、図面を
参照して説明する。ここでは特に、繰り返し曲げる用途に適した電池の構成例について説
明する。
)にはそれぞれ、図13(A)中の切断線C1−C2、切断線C3−C4、切断線A1−
A2における断面概略図を示す。
。電極部材10が有するリード12a及びリード12bは、外装体51の外側に延在して
いる。また外装体51の内部には、電極部材10に加えて電解液(図示しない)が封入さ
れている。
れている。外装体51は、折り曲げ部61と、一対のシール部62と、シール部63と、
を有する。一対のシール部62は、電極部材10を挟んで設けられ、サイドシールとも呼
ぶことができる。また、シール部63は、リード12a及びリード12bと重なる部分を
有し、トップシールとも呼ぶことができる。
状を有することが好ましい。また、外装体51のシール部62及びシール部63は、波形
状を有さずに平坦であることが好ましい。なお、シール部63は、リード12a及びリー
ド12bと重なる部分に段差を有する場合がある。
谷線72と重なる部分で切断した断面である。図13(B1)、(B2)は共に、電池5
0及び電極部材10の幅方向の断面に対応する。
部と、シール部62との間の距離を距離Laとする。電池50に曲げるなどの変形を加え
たとき、後述するように集電体11a及び集電体11bが長さ方向に互いにずれるように
変形する。その際、距離Laが短すぎると、外装体51と集電体11aまたは集電体11
bとが強く擦れ、外装体51が破損してしまう場合がある。特に外装体51の金属フィル
ムが露出すると、当該金属フィルムが電解液により腐食されてしまう恐れがある。したが
って、距離Laを出来るだけ長く設定することが好ましい。一方で、距離Laを大きくし
すぎると、電池50の体積が増大してしまう。
ール部62との間の距離Laを大きくすることが好ましい。
8倍以上3.0倍以下、好ましくは0.9倍以上2.5倍以下、より好ましくは1.0倍
以上2.0倍以下であることが好ましい。距離Laをこの範囲とすることで、コンパクト
で、且つ曲げに対する信頼性の高い電池を実現できる。
の幅(ここでは、集電体11aの幅Wa)よりも十分大きくすることが好ましい。これに
より、電池50に繰り返し曲げるなどの変形を加えたときに、電極部材10と外装体51
とが接触しても、電極部材10の一部が幅方向にずれることができるため、電極部材10
と外装体51とが擦れてしまうことを効果的に防ぐことができる。
11bの幅Wb)との差が、電極部材10の厚さtの1.6倍以上6.0倍以下、好まし
くは1.8倍以上5.0倍以下、より好ましくは、2.0倍以上4.0倍以下を満たすこ
とが好ましい。
。
くは1.0以上2.0以下を満たす。
向の断面に対応する。
概略図を示している。
、すなわち集電体11aまたは集電体11bの端部と、外装体51との間に空間73を有
することが好ましい。
中の切断線B1−B2における断面に相当する。
他の一部は縮むように変形する。より具体的には、外装体51の外側に位置する部分は、
波の振幅が小さく、且つ波の周期が大きくなるように変形する。一方、外装体51の内側
に位置する部分は、波の振幅が大きく、且つ波の周期が小さくなるように変形する。この
ように、外装体51が変形することにより、曲げに伴って外装体51にかかる応力が緩和
されるため、外装体51を構成する材料自体が伸縮する必要がない。その結果、外装体5
1は破損することなく、小さな力で電池50を曲げることができる。
ように、電極部材10が変形する。このとき、電極部材10が有する複数の集電体11a
及び複数の集電体11bは、シール部63側の一端が固定部材17で固定されているため
、折り曲げ部61に近いほどずれ量が大きくなるように、それぞれが変形する。これによ
り、電極部材10にかかる応力が緩和され、集電体11a及び集電体11b自体が伸縮す
る必要がない。その結果、電極部材10が破損することなく電池50を曲げることができ
る。
10全体が電解質で覆われると、集電体11aと集電体11bとが相対的にずれにくくな
り、応力の緩和が期待できない。そのため、あらかじめ一対の集電体11a及び集電体1
1bの間に電解質層を設けた積層体を複数準備し、当該積層体を積層する構成とすること
が好ましい。これにより、固体電解質や粘度の高いゲル電解質を用いた場合においても、
集電体11aと集電体11bとが相対的にずれる構成とすることができる。
10の中立面よりも内側に位置する集電体11a及び集電体11bが、外装体51に接触
することなく、相対的にずれることができる。
の破損などが生じにくく、電池特性も劣化しにくい電池である。
以下では、本発明の一態様の電極部材、及び電池の各構成要素について説明する。
正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層などにより構成される
。正極活物質層は、正極集電体の一方の面、または両方の面に形成することができる。
の合金など、導電性が高く、正極の電位で溶出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。
ダ)、正極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。
構造、またはスピネル型の結晶構造を有する複合酸化物等がある。正極活物質として、例
えば、LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、Cr2
O5、MnO2等の化合物を用いる。
こと、LiNiO2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。
材料に、少量のニッケル酸リチウム(LiNiO2やLiNi1−xMxO2(0<x<
1)(M=Co、Al等))を混合すると、これを用いた二次電池の特性を向上させるこ
とができ好ましい。
II)、Ni(II)の一以上))を用いることができる。一般式LiMPO4の代表例
としては、LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiF
eaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCo
bPO4、LiNiaMnbPO4(a+bは1以下、0<a<1、0<b<1)、Li
FecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMneP
O4(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、LiFefNig
CohMniPO4(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。
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。
(II)、Ni(II)の一以上、0≦j≦2)等の複合材料を用いることができる。一
般式Li(2−j)MSiO4の代表例としては、Li(2−j)FeSiO4、Li(
2−j)NiSiO4、Li(2−j)CoSiO4、Li(2−j)MnSiO4、L
i(2−j)FekNilSiO4、Li(2−j)FekColSiO4、Li(2−
j)FekMnlSiO4、Li(2−j)NikColSiO4、Li(2−j)Ni
kMnlSiO4(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)、Li(2−j)Fem
NinCoqSiO4、Li(2−j)FemNinMnqSiO4、Li(2−j)N
imConMnqSiO4(m+n+qは1以下、0<m<1、0<n<1、0<q<1
)、Li(2−j)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+uは1以下、0<
r<1、0<s<1、0<t<1、0<u<1)等のリチウム化合物を材料として用いる
ことができる。
Mn、Ti、V、Nb、X=S、P、Mo、W、As、Si)の一般式で表されるナシコ
ン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Fe2(MnO4)3、
Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等がある。また、正極活物質として、L
i2MPO4F、Li2MP2O7、Li5MO4(M=Fe、Mn)の一般式で表され
る化合物、NaFeF3、FeF3等のペロブスカイト型フッ化物、TiS2、MoS2
等の金属カルコゲナイド(硫化物、セレン化物、テルル化物)、LiMVO4等の逆スピ
ネル型の結晶構造を有する酸化物、バナジウム酸化物系(V2O5、V6O13、LiV
3O8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。
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、NaFeO2や、Na
2/3[Fe1/2Mn1/2]O2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。
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、L
iCo1/3Mn1/3Ni1/3O2とLi2MnO3の固溶体を正極活物質として用
いることができる。
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。
いるとよい。
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。
により、正極活物質層同士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を実現することが
できる。
、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。
て適宜設定すればよく、好ましくは1wt%以上10wt%以下とすることができる。例
えば、2wt%以上8wt%以下、または3wt%以上5wt%以下などとすることがで
きる。また、正極活物質層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。
合して正極ペースト(スラリー)を作製し、正極集電体上に塗布して乾燥させればよい。
負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質層などにより構成される
。負極活物質層は、負極集電体の一方の面、または両方の面に形成することができる。
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。負極集電体は、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。
ダ)、負極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。
であれば、特に限定されない。負極活物質層の材料としては、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。
及び体積当たりの比容量が大きい(それぞれ3860mAh/g、2062mAh/cm
3)ため、好ましい。
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
。
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。
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/L
i+)。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。
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、Mg、Ca、Al、Si、Ge、Sn、Pb
、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、HgおよびIn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、Mg2Si、Mg2
Ge、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、C
u6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La
3Co2Sn7、CoSb3、InSb、SbSn等が挙げられる。
ウムチタン酸化物(Li4Ti5O12)、リチウム−黒鉛層間化合物(LixC6)、
酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タングステン(WO2)、酸化モリブデン(MoO2)
等の酸化物を用いることができる。
つLi3−xMxN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.
6Co0.4N3は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm3)を
示し好ましい。
、正極活物質としてリチウムイオンを含まないV2O5、Cr3O8等の材料と組み合わ
せることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合で
も、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させておくことで、負極活物
質としてリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。
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、Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2、Cr2
O3等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn3N2、Cu3N、
Ge3N4等の窒化物、NiP2、FeP2、CoP3等のリン化物、FeF3、BiF
3等のフッ化物でも起こる。なお、上記フッ化物の電位は高いため、正極活物質として用
いてもよい。
ースト(スラリー)を作製し、負極集電体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。
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、負極集電体と負極活物質層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、負極集電体と負極活
物質層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。
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。
、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。
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10−9cm2/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。
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、電池の容量の低
下を防止することができる。
セパレータ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、ポリフェニレンサルファ
イド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。
電解液は、電解質として、キャリアイオンが移動可能であり、且つキャリアイオンであ
るリチウムイオンを有する材料を用いる。電解質の代表例としては、LiPF6、LiC
lO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、L
i(C2F5SO2)2N、Li(SO2F)2N等のリチウム塩がある。これらの電解
質は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい
。
好ましい。例えば、熱分解温度の高いイミド塩を用いることが好ましい。
媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては
、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γーブ
チロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これ
らの一つまたは複数を用いることができる。また、電解液の溶媒としてゲル化される高分
子材料を用いる、電解液にゲル化のための高分子材料を添加する、などにより、漏液性等
に対する安全性が高まる。また、蓄電池の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される
高分子材料の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、
ポリエチレンオキサイド系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーの
ゲル等がある。また、電解液の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体(常温
溶融塩)を一つまたは複数用いることで、蓄電池の内部短絡や、過充電等によって内部温
度が上昇しても、蓄電池の破裂や発火などを防ぐことができる。なお、イオン液体は、流
動状態である塩であり、イオン移動度(伝導度)が高い。また、イオン液体は、カチオン
とアニオンとを含む。イオン液体としては、エチルメチルイミダゾリウム(EMI)カチ
オンを含むイオン液体、またはN−メチル−N−プロピルピペリジニウム(PP13)カ
チオンを含むイオン液体などがある。
好ましい。例えば、プロピレンカーボネート(PC)を用いることが好ましい。
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、外装体にフィルム
を用いる。なお、外装体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
含有無機フィルム(カーボンフィルム、グラファイトフィルムなど)から選ばれる単層フ
ィルムまたはこれら複数からなる積層フィルムを用いる。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の
表面積が増大するため、放熱効果に優れている。
から曲げ応力が加わり、外装体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
に凹部または凸部を形成することにより、外装体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、二次電池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。外装体に凹部または凸部を形成することにより、電池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、信頼性の良い電池を提供す
ることができる。
み合わせて実施することができる。
本実施の形態では、実施の形態1を用いて得られる電池、特に二次電池を組み込んだ電
子機器の一例を示す。
り、フレキシブルな形状に変形させることができる。
る、即ち電子機器を使用者に装着させることで、使用者が電子機器を実際の重量よりも軽
量と感じることができる。使用者の身体の一部に沿った曲面を有する外観形状の電子機器
にフレキシブルな二次電池を用いることで、二次電池を電子機器に適した形状に固定して
設置することができる。
た曲面を有していても、使用者は違和感を覚え、その電子機器を邪魔なものと認識し、ス
トレスを感じる恐れがある。そこで、電子機器が変形し得る部分にフレキシブルな二次電
池を設けることで、身体の動きに合わせて電子機器の少なくとも一部が変形できる構成と
することが可能であり、使用者が違和感を覚えることのない電子機器とすることができる
。
外観形状であってもよい。例えばシンプルな外観形状の電子機器の内部において、電子機
器に内蔵できる部品の数や大きさは、電子機器の筐体で形成される空間の体積で決定され
る場合が多い。二次電池以外の部品の隙間にフレキシブルな二次電池を設けることで、電
子機器の筐体で形成される空間を有効利用することができ、小型化することもできる。
ラブルセンサなどのウェアラブルな入力端末や、ウェアラブルディスプレイ、ウェアラブ
ルスピーカーなどのウェアラブルな出力端末や、それらの機能を併せもつウェアラブルな
入出力端末を含む。また、ウェアラブルデバイスとは、各装置の制御やデータの計算また
は加工を行う装置、代表的にはCPUを有するウェアラブルコンピュータを含む。また、
ウェアラブルデバイスとは、データの記憶、データの送信、データの受信を行う装置、代
表的には携帯情報端末、メモリなども含む。
ントディスプレイやゴーグル型ディスプレイのような表示装置、テレビ(テレビジョン受
信機ともいう)、デスクトップ型やノート型等のパーソナルコンピュータ、コンピュータ
用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、電
子手帳、電子書籍端末、電子翻訳機、玩具、マイクロフォン等の音声入力機器、電気シェ
ーバ、電動歯ブラシ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃
除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、加湿器や除湿器やエアコンディショナ等の空気調和
設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電
気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、懐中電灯、電動工具、煙感知器、ガス警報装置や防
犯警報装置等の警報装置、産業用ロボット、補聴器、心臓ペースメーカ、X線撮影装置、
放射線測定器、電気マッサージ器や透析装置等の健康機器や医療機器、携帯電話機(携帯
電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、照明装置、ヘッドホン
、ステレオ、リモートコントローラ、置き時計や壁掛け時計等の時計、コードレス電話子
機、トランシーバ、歩数計、電卓、デジタルオーディオプレーヤ等の携帯型又は据置型の
音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
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。
1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、二
次電池7407を有している。
00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二次電
池7407も湾曲される。また、その時、曲げられた二次電池7407の状態を図15(
C)に示す。二次電池7407はラミネート構造の蓄電池(積層構造電池、フィルム外装
電池とも呼ばれる)である。二次電池7407は曲げられた状態で固定されている。なお
、二次電池7407は集電体7409と電気的に接続されたリード電極7408を有して
いる。例えば、二次電池7407の外装体のフィルムにエンボス加工を行っており、二次
電池7407が曲げられた状態での信頼性が高い構成となっている。さらに、携帯電話機
7400は、SIMカードを挿入するためのスロットや、USBメモリなどUSBデバイ
スを接続するコネクタ部などを設けてもよい。
形状に曲げれば、図15(E)に示すバングル型の携帯電話にすることができる。携帯電
話7100は、筐体7101、表示部7102、操作ボタン7103、及び二次電池71
04を備える。また、図15(F)に曲げた状態の二次電池7104を示す。二次電池7
104は曲げられた状態で使用者の腕への装着時に、筐体が変形して二次電池7104の
一部または全部の曲率が変化する。具体的には、曲率半径が10mm以上150mm以下
の範囲内で筐体または二次電池7104の主表面の一部または全部が変化する。なお、二
次電池7104は集電体7106と電気的に接続されたリード電極7105を有している
。例えば、二次電池7104の外装体のフィルムの表面に複数の凹凸を形成するプレス加
工を行っており、二次電池7104が曲率を変化させて曲げられる回数が多くとも高い信
頼性を維持できる構成となっている。さらに、携帯電話7100は、SIMカードを挿入
するためのスロットや、USBメモリなどUSBデバイスを接続するコネクタ部などを設
けてもよい。また、図15(D)に示す携帯電話の中央部分を折り曲げると、図15(G
)に示すような形状にすることもできる。また、携帯電話の中央部分をさらに折り曲げて
図15(H)に示すように携帯電話の端部が重なるようにして小型化させ、使用者のポケ
ットなどに入れるサイズにできる。このように、図15(D)に示す携帯電話は、複数の
形状に変化することのできる電子機器であり、それを実現するためには少なくとも筐体7
101、表示部7102、及び二次電池7104が可撓性を有することが望ましい。
搭載することができる。
鏡型デバイス400は、フレーム400aと、表示部400bを有する。湾曲を有するフ
レーム400aのテンプル部に蓄電装置を搭載することで、重量バランスがよく継続使用
時間の長い眼鏡型デバイス400とすることができる。
ス401は、少なくともマイク部401aと、フレキシブルパイプ401bと、イヤフォ
ン部401cを有する。フレキシブルパイプ401b内やイヤフォン部401c内に蓄電
装置を設けることができる。
02の薄型の筐体402aの中に、蓄電装置402bを設けることができる。
の薄型の筐体403aの中に、蓄電装置403bを設けることができる。
示部405aおよびベルト部405bを有し、表示部405aまたはベルト部405bに
、蓄電装置を設けることができる。
ことができる。
であるため、使用者の脈拍、血圧等を測定するセンサを搭載してもよい。使用者の運動量
および健康に関するデータを蓄積し、健康維持に役立てることができる。
ベルト部406aおよびワイヤレス給電受電部406bを有し、ベルト部406aの内部
に、蓄電装置を搭載することができる。
形態で説明する情報処理装置200は、演算装置210と入出力装置220と、表示部2
30と、蓄電装置250とを有する。
トワークから情報を取得する機能を備える。また、通信部290を用いて特定の空間に配
信された情報を受信して、受信した情報に基づいて、画像情報を生成してもよい。例えば
、学校または大学等の教室で配信される教材を受信して表示して、教科書に用いることが
できる。または、企業等の会議室で配信される資料を受信して表示することができる。
み合わせて実施することができる。
方法例1で例示した方法に基づいて作製した。
する銅箔の負極集電体をそれぞれ6枚準備した。正極活物質としてLiCoO2を用い、
負極活物質として黒鉛を用いた。
、袋状のセパレータをかぶせたものを用いた。
とを、長さ方向にずらして積層した。続いて、図17(B)に示すように、正極集電体及
び負極集電体のそれぞれのタブ部に、リードを超音波接合により接合した。図17(C)
は、図17(B)の拡大図である。
ドテープを巻きつけた。図18(B)は裏返した時の写真であり、図18(C)は図18
(A)の拡大図である。
のタブ部と、正極集電体と、負極集電体とを固定するため、固定部材としてポリイミドテ
ープを巻きつけた。図19(B)は接合部側の写真であり、図19(A)は裏返したとき
の写真であり、図19(C)は図19(B)の拡大図である。
で、電池を作製した。
70μmのアルミラミネートフィルムを用いた。また波のピッチが2mm、凸部と凹部の
高さの差が0.5mmとなるように、加工されたフィルムを用いた。
いて行った。サイドシールには幅1mmのヒートバーを用い、トップシールには、リード
部分と対向する位置に溝が設けられた幅2mmのヒートバーを用いた。
及びサイドシールは極めて平坦に形成されていること、またフィルムの端部に近い部分で
は中央部分に比べて、波の周期が長く、且つ波の振幅が小さくなるように、フィルムの一
部が変形していること、が確認できる。
と適宜組み合わせて実施することができる。
造を撮影した結果と、繰り返し曲げ試験前後の電気特性を評価した結果について説明する
。
まず、以下の3種類の試料(比較試料1、比較試料2、試料1)を作製した。
を用いた。ここでは、それぞれ片面に活物質層を有する正極集電体と負極集電体を、それ
ぞれ6枚積層した。
あらかじめエンボス加工が施された幅16mmのアルミラミネートフィルムを用いた。
で作製した。比較試料1及び比較試料2も、試料1と同様に、あらかじめエンボス加工が
施されたアルミラミネートフィルムを外装体に用いた。また、比較試料1の外装体には幅
15mmのアルミラミネートフィルムを用いた。比較試料2の外装体には、試料1と同様
の幅16mmのアルミラミネートフィルムを用いた。
作製した比較試料2と、試料1について、X線CT(X−ray computed
tomography)を用いて電池の内部を観察した。
図21(A)は横方向の写真であり、図21(B)は平面視における写真であり、図21
(C)は、図21(A)のタブ部近傍を拡大した写真である。
極集電体等は、透けた画像となっている。
域が積層された部分とは離れた位置に設けられている。
2(C)に示すように、集電体のタブ部が折り返されていることが分かる。また集電体と
リードとの接合部が、集電体が積層された部分と重なっていることが確認できた。
略する。
続いて、比較試料1、比較試料2、及び試料1について、曲げ伸ばし試験を繰り返し行
った。曲げ伸ばし試験は、曲率半径25mmで曲げた状態と、平坦な状態とを繰り返し行
った。
洩が確認された。比較試料1の外装体の破損箇所は、外装体と負極集電体の端部とが接触
する部分に位置していた。
見られず、電解液の漏洩もなかった。
図23(A)、(B)、(C)は、各試料の曲げ伸ばし試験前の、断面のX線CT像を
示している。図23(A)は比較試料1、図23(B)は比較試料2、図23(C)は試
料1の、外装体の谷線に沿った断面である。
距離、Wは負極集電体の幅、tは、電極部材の厚さ(外側に位置する2つの負極集電体間
の距離)である。
て見積もったa値は、1.04であり、試料1について見積もったaの値は1.03であ
った。
りの幅が、厚さの0.7倍未満であることが分かった。曲げ伸ばし試験の結果から、比較
試料1では負極集電体の端部が外装体と接触し、外装体が破損していたことから、この程
度のスペースでは、不十分であることが分かる。
りの幅が、厚さの0.8倍以上である。曲げ伸ばし試験の結果では、10000回繰り返
しても破損が見られないことから、これらの間のスペースが十分に確保できていることが
確認できた。
各試料に対して、曲げ伸ばし試験前後における充放電特性を測定した。
前の特性であり、図24(B)は、3000回の曲げ伸ばし試験後の特性である。各図に
おいて、縦軸に電圧を、横軸に正極活物質の単位重量当たりの容量を、それぞれ示してい
る。図24(A)、(B)に示すように、曲げ伸ばし試験により容量の低下が確認された
。
げ伸ばし試験後の特性である。このように、比較試料2では、外装体の破損は見られなか
ったものの、曲げ伸ばし試験による容量の低下が確認された。
伸ばし試験後の特性である。試料1では、曲げ伸ばし試験前後において、容量の低下がほ
とんど見られなかった。曲げ伸ばし試験前の放電容量は、134.0[mAh/g]であ
ったのに対し、試験後の放電容量は133.3[mAh/g]であった。
続いて、曲げ伸ばし試験を10000回行った比較試料2と、試料1について、再び透
過X線写真を撮影し、内部構造を観察した。
で囲った部分に示すように、負極集電体の一部が破断していることが確認できた。このこ
とから、上記容量の低下は、タブ部の破断に起因するものと考えられる。
を行う前の透過X線写真(図22(C))と比較しても、ほとんど変化がないことが確認
できた。
とんど見られず、極めて信頼性の高い電池であることが確認できた。
と適宜組み合わせて実施することができる。
10a 電極部材
11a 集電体
11b 集電体
12a リード
12b リード
13a 活物質層
13b 活物質層
14 セパレータ
14a セパレータ
15a 接合部
15b 接合部
16 絶縁部材
16a 絶縁部材
16b 絶縁部材
17 固定部材
18 絶縁部材
18a 絶縁部材
18b 絶縁部材
18c 絶縁部材
21a タブ部
21b タブ部
22a 電極部
22b 電極部
50 電池
51 外装体
61 折り曲げ部
62 シール部
63 シール部
71 稜線
72 谷線
73 空間
200 情報処理装置
210 演算装置
220 入出力装置
230 表示部
250 蓄電装置
290 通信部
400 眼鏡型デバイス
400a フレーム
400b 表示部
401 ヘッドセット型デバイス
401a マイク部
401b フレキシブルパイプ
401c イヤフォン部
402 デバイス
402a 筐体
402b 蓄電装置
403 デバイス
403a 筐体
403b 蓄電装置
405 腕時計型デバイス
405a 表示部
405b ベルト部
406 ベルト型デバイス
406a ベルト部
406b ワイヤレス給電受電部
7100 携帯電話
7101 筐体
7102 表示部
7103 操作ボタン
7104 二次電池
7105 リード電極
7106 集電体
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 二次電池
7408 リード電極
7409 集電体
Claims (1)
- 第1のリードと、第2のリードと、第1の集電体と、第2の集電体と、を有し、
前記第1の集電体は、前記第1のリードと接合された第1の部分と、第1の活物質が塗工された第2の部分と、を有し、
前記第2の集電体は、前記第2のリードと接合された第3の部分と、第2の活物質が塗工された第4の部分と、を有し、
前記第1のリードと、前記第2の部分と、前記第4の部分とは、互いに重なる部分を有し、
前記第2のリードと、前記第2の部分と、前記第4の部分とは、互いに重なる部分を有する、電池。
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