JP6585933B2 - Lithium-ion battery and wearable optical equipment - Google Patents
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Description
本発明は、装着型光学機器の筐体に設けられたリチウムイオン電池及びそれを含む装着型光学機器に関する。 The present invention relates to a lithium ion battery provided in a housing of a wearable optical device and a wearable optical device including the lithium ion battery.
眼鏡等の装着型光学機器において、ヘッドマウントディスプレイ、ウェアラブルグラス等のように、外部から供給され、あるいは装着型光学機器に内蔵される電池等から供給される電源により各種表示、動作等を行う装着型光学機器は周知である。このような電源を必要とする装着型光学機器において、装着性及び可搬性の観点からは、電源を装着型光学機器に内蔵することが好ましい(例えば特許文献1、2参照)。
Wearable optical devices such as eyeglasses, such as head-mounted displays and wearable glasses, that perform various displays, operations, etc. with power supplied from the outside or from a battery built in the wearable optical device. Mold optics are well known. In such a wearable optical device that requires a power supply, it is preferable to incorporate the power supply in the wearable optical device from the viewpoint of wearability and portability (see, for example,
しかしながら、上述した従来の装着型光学機器では、電源である電池はいずれも既知の円柱状または長円柱状に形成されていたため、この電池を収納するためのかかる既定形状の空間を装着型光学機器に確保する必要があった。一方、装着型光学機器の筐体は、装着の容易性及び装着した際の快適性を考慮してその外形形状が定められることが好ましい。従って、装着型光学機器の筐体は自由形状に形成されることが多いが、このような自由形状の筐体内に既定形状の電池を収納すると、筐体内部の空間を有効利用できない可能性が生じていた。 However, in the conventional wearable optical device described above, since the battery as a power source is formed in a known columnar shape or a long columnar shape, such a predetermined space for storing the battery is provided in the wearable optical device. It was necessary to secure it. On the other hand, the outer shape of the housing of the wearable optical device is preferably determined in consideration of the ease of wearing and the comfort when worn. Therefore, the case of the wearable optical device is often formed in a free shape, but if a battery of a predetermined shape is stored in such a free shape case, there is a possibility that the space inside the case cannot be effectively used. It was happening.
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、装着型光学機器に設けられた内部空間を有効利用することの可能なリチウムイオン電池及び装着型光学機器の提供を、その目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and one of its purposes is to provide a lithium ion battery and a wearable optical device that can effectively use the internal space provided in the wearable optical device. It is said.
本発明は、内部空間を備え、装着型光学機器の筐体の少なくとも一部を構成する構造体と、両端部が前記構造体に固定されて前記内部空間に配置され、内部空間を正極室と負極室とに区分するセパレータと、正極室及び負極室のそれぞれに充填された正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物とを備えるリチウムイオン電池により、上述の課題の少なくとも一つを解決している。 The present invention includes a structure that includes an internal space and that forms at least a part of a housing of a wearable optical device, both ends of the structure are fixed to the structure, and the internal space is disposed in the positive electrode chamber. A separator that is divided into a negative electrode chamber, a positive electrode composition that includes a positive electrode active material filled in each of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber, and an electrolyte solution, and a negative electrode composition that includes the negative electrode active material and the electrolyte solution. The lithium ion battery solves at least one of the above-described problems.
正極室及び負極室のそれぞれに正極電極組成物及び負極電極組成物を充填したので、筐体の内部空間内面の形状の自由度が高まるとともに、内部空間内面と正極及び負極電極組成物との間の間隙を十分小さくすることができる。
ここで、内部空間は装着型光学機器の支持部に設けられていることが好ましい。また、リチウムイオン電池が可撓性を有し、かつ、撓んだ状態において電源が供給可能であることが好ましい。
Since each of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber is filled with the positive electrode composition and the negative electrode composition, the degree of freedom of the shape of the inner surface of the inner space of the casing is increased, and the inner space between the inner surface and the positive electrode and the negative electrode composition is increased. The gap can be made sufficiently small.
Here, the internal space is preferably provided in a support portion of the wearable optical device. In addition, it is preferable that the lithium ion battery has flexibility and can supply power in a bent state.
ここで、正極室及び負極室の少なくとも一方の内面の少なくとも一部を曲面で形成することが好ましい。また、セパレータを平板状に形成することが好ましい。また、正極室及び負極室のそれぞれに集電体を設けることが好ましい。この際、この集電体はセパレータとの間が等間隔でない部分を有することが好ましく、さらには、集電体を内部空間の内面に沿って設けることが好ましい。 Here, it is preferable that at least a part of the inner surface of at least one of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber is formed as a curved surface. Moreover, it is preferable to form a separator in flat form. In addition, a current collector is preferably provided in each of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber. At this time, the current collector preferably has a portion that is not equidistant from the separator, and more preferably, the current collector is provided along the inner surface of the internal space.
また、正極電極組成物及び負極電極組成物のうち少なくとも一方の電極組成物の少なくとも一部を、主に導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆することが好ましい。さらに、正極電極組成物及び負極電極組成物のうち少なくとも一方は繊維状物質を含むことが好ましく、この場合、さらに、繊維状物質はカーボンファイバーであることが好ましい。 Moreover, it is preferable to coat at least a part of at least one of the positive electrode composition and the negative electrode composition with a layer mainly comprising a conductive additive and a polymer. Furthermore, at least one of the positive electrode composition and the negative electrode composition preferably contains a fibrous material. In this case, the fibrous material is preferably carbon fiber.
また、本発明は、内部空間を備える構造体を有し、この構造体の内部空間内に設けられたリチウムイオン電池を備える装着型光学機器に適用される。そして、リチウムイオン電池に、両端部が構造体に固定されて構造体の内部空間に配置され、内部空間を正極室と負極室とに区分するセパレータと、正極室及び負極室のそれぞれに充填された正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物とを設けることにより、上述の課題の少なくとも一つを解決している。
Further, the present invention is applied to a wearable optical apparatus having a structure including an internal space and including a lithium ion battery provided in the internal space of the structure. Then, both ends of the lithium ion battery are fixed to the structure and disposed in the internal space of the structure, and a separator that divides the internal space into a positive electrode chamber and a negative electrode chamber, and a positive electrode chamber and a negative electrode chamber are filled. By providing a positive electrode composition comprising a positive electrode active material and an electrolyte solution and a negative electrode composition comprising a negative electrode active material and an electrolyte solution, at least one of the above-mentioned problems has been solved.
本発明によれば、装着型光学機器に設けられた内部空間を有効利用することの可能なリチウムイオン電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion battery which can use effectively the internal space provided in the wearable optical apparatus can be provided.
(一実施形態)
図1〜図3を参照して、本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池について説明する。図1は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池が適用された眼鏡の一例の部分を示す斜視図、図2は図1のA−A矢視断面図、図3は一実施形態のリチウムイオン電池が使用された眼鏡の一例を示す斜視図である。
(One embodiment)
With reference to FIGS. 1-3, the lithium ion battery which is one Embodiment of this invention is demonstrated. 1 is a perspective view showing a portion of an example of eyeglasses to which a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention is applied, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. It is a perspective view which shows an example of the spectacles in which the lithium ion battery was used.
本実施形態のリチウムイオン電池Lは、図1及び図3に示すように、装着型光学機器である眼鏡Gを構成する筐体の一部を構成する構造体1として、支持部の一例であるつる(テンプル)の内部に収納されている。図2に詳細を示すように、構造体1であるつるの内部には断面略樽状の空洞が形成されており、この空洞が内部空間1aとされる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the lithium ion battery L according to the present embodiment is an example of a support unit as the
より詳細には、構造体1は、図2において左右に2分割されて分割筐体1d、1eとされ、一方の分割筐体1dには、内部空間1aの内方に突出する係止部1fが形成されている。そして、平板状のセパレータ4が、一対の分割筐体1d、1eが対向されて固定されることで構造体1を構成した際、係止部1fに当接する状態で内部空間1a内に固定され、これにより、この内部空間1aが正極室2及び負極室3に区分されている。
More specifically, the
正極室2及び負極室3には、内部空間1aの内面である曲面に沿うような、断面楕円弧形状の正極集電体7及び負極集電体8が配置され、さらに、これら正極集電体7及び負極集電体8が内部空間1a内に配置された状態で、正極活物質5及び負極活物質6が正極室2及び負極室3に充填されることで、本実施形態のリチウムイオン電池Lが形成されている。
In the
ここで、本明細書において、「充填された」とは、正極活物質粒子及び負極活物質粒子が正極室2及び負極室3にそれぞれ収納されている状態を意味し、好ましくは、この正極活物質粒子及び負極活物質粒子と電解質とが正極室2及び負極室3にそれぞれ収納されている状態を意味する。さらに好ましくは、正極活物質粒子及び負極活物質粒子と電解質とが混合された状態を意味する。
Here, in this specification, “filled” means a state in which the positive electrode active material particles and the negative electrode active material particles are accommodated in the
本発明において正極室2及び負極室3に正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物が充填された状態にするには、粉体状の正極活物質粒子及び負極活物質粒子を直接正極室2及び負極室3にそれぞれに入れてもよく、正極活物質又は負極活物質粒子と非水溶媒とを含むスラリーを正極室2及び負極室3にそれぞれ入れてもよく、正極活物質又は負極活物質粒子と電解液とを含む正極電極組成物のスラリー及び負極電極組成物のスラリーを正極室2及び負極室3にそれぞれ入れることで行ってもよい。粉体状の正極活物質及び負極活物質粒子を直接正極室2及び負極室3に入れた場合、その後電解液を入れることで正極室2及び負極室3のそれぞれに正極電極組成物及び負極電極組成物が充填される。
In the present invention, the
正極活物質又は負極活物質粒子と非水溶媒とを含むスラリー状物質を正極室2及び負極室3にそれぞれ入れた場合、その後加圧又は減圧して活物質粒子と非水溶媒とを分離可能な膜を透過させて非水溶媒を除去し、さらに電解液を入れることで正極室2及び負極室3のそれぞれに正極電極組成物及び負極電極組成物が充填される。正極活物質又は負極活物質粒子と電解液とを含むスラリー状の正極電極組成物及び負極電極組成物を正極室2及び負極室3にそれぞれ入れた場合、さらに加圧又は減圧して活物質粒子と電解液とを分離可能な膜を透過させて電解液の一部を除去して正極電極組成物及び負極電極組成物にそれぞれ含まれる正極活物質及び負極活物質の含有量を高める工程を行っても良い。
When a slurry-like material containing a positive electrode active material or negative electrode active material particles and a non-aqueous solvent is put in the
活物質粒子と非水溶媒又は電解液とを分離可能な膜としては、活物質粒子と非水溶媒又は電解液とを分離可能な膜であれば制限はないが、集電体及び/又はセパレータとして設けられた膜であることが好ましい。 The membrane capable of separating the active material particles from the non-aqueous solvent or the electrolytic solution is not limited as long as it is a membrane capable of separating the active material particles from the non-aqueous solvent or the electrolytic solution, but the current collector and / or the separator. It is preferable that it is a film | membrane provided as.
正極、負極活物質粒子を正極室2及び負極室3に充填する際には、構造体1に振動、衝撃を与えることで、正極、負極活物質粒子を正極室2及び負極室3に均一に充填することが好ましい。
When the positive electrode and negative electrode active material particles are filled in the
また、正極、負極活物質粒子と電解液又は非水溶媒とを混合した物質は、通常スラリー状であるが、正極、負極活物質粒子と電解液との重量比によってはゲル状物質や粉体に近い物質になることもある。 In addition, the substance obtained by mixing the positive electrode and negative electrode active material particles with the electrolytic solution or the non-aqueous solvent is usually in the form of a slurry, but depending on the weight ratio of the positive electrode and negative electrode active material particles to the electrolytic solution, It may become a substance close to.
構造体1には、正極集電体7及び負極集電体8を貫き、正極室2及び負極室3にまで至る貫通孔13がそれぞれ形成されている。正極活物質5及び負極活物質6は、それぞれ貫通孔13から正極室2及び負極室3に充填され、これら正極室2及び負極室3が減圧脱気された後、貫通孔13を電極端子11、12により封止することで、本実施形態のリチウムイオン電池Lを製造することができる。加えて、この電極端子11、12を通じて本実施形態のリチウムイオン電池Lからの電源を構造体1外部に取り出すことができる。
In the
正極活物質5を構成する正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物(例えばLiCoO2、LiNiO2、LiMnO2及びLiMn2O4)、遷移金属酸化物(例えばMnO2及びV2O5)、遷移金属硫化物(例えばMoS2及びTiS2)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン及びポリカルバゾール)等が挙げられる。
The positive electrode active material particles constituting the positive electrode
また、負極活物質6を構成する負極活物質粒子としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)、炭素繊維、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリキノリン等)、スズ、シリコン、及び金属合金(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)、リチウムと遷移金属との複合酸化物(例えばLi4Ti5O12等)等が挙げられる。
In addition, as the negative electrode active material particles constituting the negative electrode
本発明の電池においては、正極、負極活物質粒子が、表面の少なくとも一部が被覆用樹脂及び導電助剤を含む被覆剤で被覆されてなる被覆活物質粒子であることが好ましい。 In the battery of the present invention, the positive electrode and negative electrode active material particles are preferably coated active material particles in which at least a part of the surface is coated with a coating agent containing a coating resin and a conductive additive.
被覆剤は被覆用樹脂を含んでおり、正極活物質粒子の周囲が被覆剤で被覆されていると、電極の体積変化が緩和され、電極の膨脹を抑制することができる。被覆用樹脂の例としては、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。これらの中ではビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂又はポリアミド樹脂が好ましい。 The coating agent contains a coating resin, and when the periphery of the positive electrode active material particles is coated with the coating agent, the volume change of the electrode is alleviated and the expansion of the electrode can be suppressed. Examples of the coating resin include vinyl resin, urethane resin, polyester resin, polyamide resin, epoxy resin, polyimide resin, silicone resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, aniline resin, ionomer resin, polycarbonate, and the like. Among these, vinyl resin, urethane resin, polyester resin or polyamide resin is preferable.
導電助剤としては、導電性を有する材料から選択される。 As a conductive support agent, it selects from the material which has electroconductivity.
具体的には、金属[アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅及びチタン等]、カーボン[グラファイト、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブ等]、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。 Specifically, metal [aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, titanium, etc.], carbon [graphite, carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), Single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes, etc.], and mixtures thereof, but are not limited thereto.
これらの導電助剤は1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料(上記した導電助剤の材料のうち金属のもの)をメッキ等でコーティングしたものでもよい。 These conductive assistants may be used alone or in combination of two or more. Moreover, these alloys or metal oxides may be used. From the viewpoint of electrical stability, aluminum, stainless steel, carbon, silver, gold, copper, titanium and mixtures thereof are preferred, silver, gold, aluminum, stainless steel and carbon are more preferred, and carbon is more preferred. is there. These conductive assistants may be those obtained by coating a particulate ceramic material or resin material with a conductive material (metal among the conductive auxiliary materials described above) by plating or the like.
導電助剤として導電性繊維を用いることも可能である。導電性繊維としては、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。 It is also possible to use conductive fibers as the conductive auxiliary. Examples of conductive fibers include carbon fibers such as PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, conductive fibers obtained by uniformly dispersing highly conductive metal and graphite in synthetic fibers, and metals such as stainless steel. Examples thereof include fiberized metal fibers, conductive fibers in which the surface of organic fiber is coated with metal, and conductive fibers in which the surface of organic fiber is coated with a resin containing a conductive substance. Among these conductive fibers, carbon fibers are preferable.
被覆活物質粒子は、例えば、活物質粒子を万能混合機に入れて30〜500rpmで撹拌した状態で、被覆用樹脂を含む樹脂溶液を1〜90分かけて滴下混合し、さらに導電助剤を混合し、撹拌したまま50〜200℃に昇温し、0.007〜0.04MPaまで減圧した後に10〜150分保持することにより得ることができる。 The coated active material particles are, for example, dropped into and mixed with a resin solution containing a coating resin over a period of 1 to 90 minutes in a state where the active material particles are put in a universal mixer and stirred at 30 to 500 rpm. It can be obtained by mixing, raising the temperature to 50 to 200 ° C. with stirring, reducing the pressure to 0.007 to 0.04 MPa, and holding for 10 to 150 minutes.
正極室2及び負極室3に正極電極組成物及び負極電極組成物が充填された状態する工程において、正極活物質及び負極活物質粒子をそれぞれ含むスラリー状物質は、電解液を含む電解液スラリーであるか、非水溶媒を含む溶媒スラリーであることが好ましい。
In the step of filling the
電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。 As the electrolytic solution, an electrolytic solution containing an electrolyte and a non-aqueous solvent used for manufacturing a lithium ion battery can be used.
電解質としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6及びLiClO4等の無機酸のリチウム塩、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2及びLiC(CF3SO2)3等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはLiPF6である。 As the electrolyte, those used in ordinary electrolytic solutions can be used. For example, lithium salts of inorganic acids such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 and LiClO 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and lithium salts of organic acids such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 . Among these, LiPF 6 is preferable from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
非水溶媒としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。 As the non-aqueous solvent, those used in ordinary electrolytic solutions can be used, for example, lactone compounds, cyclic or chain carbonates, chain carboxylates, cyclic or chain ethers, phosphates, nitriles. Compounds, amide compounds, sulfones, sulfolanes and the like and mixtures thereof can be used.
非水溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 A non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、より好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、さらに好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。特に好ましいのはプロピレンカーボネート(PC)、またはエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合液である。 Among the nonaqueous solvents, lactone compounds, cyclic carbonates, chain carbonates and phosphates are preferred from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics, and more preferred are lactone compounds, cyclic carbonates and chains. A carbonic acid ester is more preferable, and a mixed liquid of a cyclic carbonate and a chain carbonate is more preferable. Particularly preferred is propylene carbonate (PC) or a mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC).
スラリーは、活物質粒子並びに導電助剤を電解液又は非水溶媒の重量に基づいて10〜60重量%の濃度で分散してスラリー化することにより調製することが好ましい。 The slurry is preferably prepared by dispersing and slurrying the active material particles and the conductive additive at a concentration of 10 to 60% by weight based on the weight of the electrolytic solution or the non-aqueous solvent.
セパレータ4としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等、ポリオレフィン製の微多孔膜フィルム、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等が挙げられる。
As the
集電体7、8としては、金属集電体や樹脂集電体を用いることができる。金属集電体としては、公知の金属集電体を用いることができる。たとえば、金属集電体は、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン、およびこれらの一種以上を含む合金、ならびにステンレス合金からなる群から選択される一種以上からなると好ましい。金属集電体は薄板または金属箔から形成されてもよいし、基材の表面にスパッタリング、電着、塗布等の手法により金属層を形成してもよい。
As the
樹脂集電体を構成する高分子材料は、導電性高分子であってもよいし、導電性を有さない高分子であってもよい。 The polymer material constituting the resin current collector may be a conductive polymer or a polymer having no conductivity.
高分子材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。 Polymer materials include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), polycycloolefin (PCO), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polytetrafluoroethylene (PTFE) Styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVdF), epoxy resin, silicone resin, or a mixture thereof.
電気的安定性の観点から、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)である。 From the viewpoint of electrical stability, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP) and polycycloolefin (PCO) are preferable, and polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polymethylpentene are more preferable. (PMP).
また、樹脂集電体は、導電性の高分子材料を含む樹脂集電体の導電性を向上させる目的、あるいは、導電性を有さない高分子材料を含む樹脂集電体に導電性を付与する目的から、導電性フィラーを含んでいると好ましい。導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、集電体内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが好ましい。具体的には、カーボン材料、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、ニッケルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの導電性フィラーは1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、ステンレス(SUS)等のこれらの合金材が用いられてもよい。耐食性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン材料、ニッケル、より好ましくはカーボン材料である。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものであってもよい。 In addition, the resin current collector is intended to improve the conductivity of the resin current collector containing the conductive polymer material, or to impart conductivity to the resin current collector containing the polymer material having no conductivity. Therefore, it is preferable that a conductive filler is included. The conductive filler is selected from materials having conductivity. Preferably, from the viewpoint of suppressing ion permeation in the current collector, it is preferable to use a material that does not have conductivity with respect to ions used as the charge transfer medium. Specific examples include, but are not limited to, carbon materials, aluminum, gold, silver, copper, iron, platinum, chromium, tin, indium, antimony, titanium, nickel, and the like. These conductive fillers may be used alone or in combination of two or more. Moreover, these alloy materials, such as stainless steel (SUS), may be used. From the viewpoint of corrosion resistance, aluminum, stainless steel, carbon material, nickel, and more preferably carbon material are preferred. In addition, these conductive fillers may be those obtained by coating the metal shown above with a plating or the like around a particulate ceramic material or resin material.
樹脂集電体の具体例としては、ポリプロピレンに導電性フィラーとしてアセチレンブラックを5〜20部分散させた後、熱プレス機で圧延したものが挙げられる。また、その厚みも特に制限されず、公知のものと同様、あるいは適宜変更して適用することができる。 Specific examples of the resin current collector include those obtained by dispersing 5 to 20 parts of acetylene black as a conductive filler in polypropylene and then rolling with a hot press. Moreover, the thickness is not particularly limited, and can be applied in the same manner as known ones or with appropriate changes.
シール部材を構成する材料としては、集電体7、8との接着性を有し、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料、特に熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。
The material constituting the seal member is not particularly limited as long as it is a material that has adhesiveness to the
また、眼鏡Gを構成する構造体1は、金属、プラスチック等で形成され、少なくとも支持部の一例であるつるの部分は、長手方向に沿った撓みを許容する可撓性を有している。
The
本実施形態のリチウムイオン電池Lは、一例として、図3に示すように、支持部材14を介して眼鏡Gの筐体の一部を構成する構造体1であるつるに支持されたヘッドマウントディスプレイHを駆動するための電源電池として用いられる。この際、支持部材14には、電極端子11、12及びヘッドマウントディスプレイHに電気的に接続可能な図略の給電部材が設けられ、この給電部材を介してリチウムイオン電池Lからの電源電圧がヘッドマウントディスプレイHに供給される。これにより、本実施形態の装着型光学機器である眼鏡Gが構成される。
As an example, the lithium ion battery L of the present embodiment is a head-mounted display supported on a vine which is a
従って、本実施形態のリチウムイオン電池Lによれば、装着型光学機器である眼鏡Gに設けられた内部空間を有効利用することの可能なリチウムイオン電池Lを実現することができる。 Therefore, according to the lithium ion battery L of the present embodiment, it is possible to realize the lithium ion battery L that can effectively use the internal space provided in the spectacles G that are the wearable optical devices.
また、本実施形態のリチウムイオン電池Lでは、仮に眼鏡Gの筐体の支持部である構造体(つる)1が、眼鏡Gの装着時に撓んだとしても、リチウムイオン電池Lとしての特性に問題を生じる可能性が極めて小さい、という利点がある。すなわち、本実施形態のリチウムイオン電池Lは、従来のリチウムイオン電池のように正極活物質及び負極活物質に熱処理してこれら正極活物質及び負極活物質を乾燥させていないので、電池全体が撓んだ際に正極または負極活物質が集電体から剥離してリチウムイオン電池Lとしての特性に問題を生じる事態を招く可能性が極めて小さい。加えて、眼鏡Gを装着することにより構造体1であるつるの部分が長手方向に撓んだとしても、リチウムイオン電池Lは電源電圧を供給し続けることができる。
Further, in the lithium ion battery L of the present embodiment, even if the structure (vine) 1 that is a support portion of the casing of the glasses G is bent when the glasses G are mounted, the characteristics as the lithium ion battery L are obtained. There is an advantage that the possibility of causing a problem is extremely small. That is, in the lithium ion battery L of this embodiment, since the positive electrode active material and the negative electrode active material are not heat-treated and dried as in the conventional lithium ion battery, the entire battery is bent. In this case, the possibility that the positive electrode or the negative electrode active material peels off from the current collector and causes a problem in characteristics as the lithium ion battery L is extremely small. In addition, the lithium ion battery L can continue to supply power supply voltage even if the vine portion of the
さらに、構造体1に貫通孔13を形成してこの貫通孔13から構造体1の空洞部に正極活物質5及び負極活物質6を注入して充填し、電極端子11、12を挿入してリチウムイオン電池Lを形成することが可能であり、リチウムイオン電池Lの製造工程の簡略化を図ることができる。加えて、この電極端子11、12は、ヘッドマウントディスプレイHへの電源電圧供給のための電極端子としての機能と、構造体1内の空洞である内部空間1aの蓋との両方の機能を有している。
Furthermore, the through
さらに、本実施形態のリチウムイオン電池Lにおいては、眼鏡Gの筐体の一部を構成する構造体1であるつる等のフレームに電池を設けたため、いままでフレームとしての機能しか有していなかったものが、電池としての機能を有するようになる、という優れた効果を有する。そのため、図3に示すように、眼鏡GとヘッドマウントディスプレイHとを組み合わせ、一体化してウェアラブルグラスとして用いた場合には、構造体1であるつるの部分から電源が供給されるので、より長時間の使用が可能になり、又はヘッドマウントディスプレイHから電池収納スペースを省いて小型化が可能となる。
Furthermore, in the lithium ion battery L of the present embodiment, since the battery is provided in a frame such as a vine which is the
(変形例)
なお、本発明のリチウムイオン電池及び装着型光学機器は、その細部が上述の一実施形態に限定されず、種々の変形例が可能である。一例として、上述の一実施形態では、眼鏡Gの筐体の一部を構成する構造体1であるつるの部分にリチウムイオン電池Lを設けたが、眼鏡Gのレンズの周りの枠の部分のフレーム等の構造体に、本実施形態のリチウムイオン電池Lを設けても良い。本発明によるリチウムイオン電池の外形形状は任意の形状から適宜選択されればよく、特段の限定はない。
(Modification)
The details of the lithium ion battery and the wearable optical device of the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. As an example, in the above-described embodiment, the lithium ion battery L is provided on the portion of the vine that is the
また、本発明のリチウムイオン電池Lが設けられる装着型光学機器は、上述の一実施形態のような、ヘッドマウントディスプレイHを別体に設けた眼鏡Gに限定されず、種々の変形例が可能である。一例として、ヘッドマウントディスプレイHを一体化した眼鏡(ウェアラブルグラス)にも本発明は好適に適用可能である。また、本発明のリチウムイオン電池Lが設けられる装着型光学機器は、ヘッドマウントディスプレイH、ウェアラブルグラスに限定されず、液晶シャッター式3Dグラス等にも適用可能である。 Further, the wearable optical device provided with the lithium ion battery L of the present invention is not limited to the glasses G provided with the head mounted display H separately as in the above-described embodiment, and various modifications are possible. It is. As an example, the present invention can be suitably applied to eyeglasses (wearable glasses) in which a head mounted display H is integrated. Further, the wearable optical device provided with the lithium ion battery L of the present invention is not limited to the head mounted display H and the wearable glass, but can be applied to a liquid crystal shutter type 3D glass or the like.
一方、セパレータ4の形状にも特段の限定はないが、上述の一実施形態のように平板状に形成することでセパレータ4の製造工程等の簡略化を図ることができる。また、正極集電体7及び負極集電体8の形状にも特段の限定はないが、上述の一実施形態のように、リチウムイオン電池を構成する構造体1の内部空間1aの内面に沿って正極及び負極集電体7、8を設けることで、正極室2及び負極室3に充填される正極電極組成物及び負極電極組成物の容量を高めることができて好ましい。さらに言えば、少なくとも正極及び負極集電体7、8とセパレータ4との間が等間隔でない部分を有することで、構造体1内部の収納空間をより有効利用することが可能となる。
On the other hand, the shape of the
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り部は重量部、%は重量%を意味する。 EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples without departing from the gist of the present invention. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “% by weight”.
(被覆用樹脂溶液の作製)
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロート及び窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコに、酢酸エチル83部とメタノール17部とを仕込み68℃に昇温した。次いで、メタクリル酸242.8部、メチルメタクリレート97.1部、2−エチルヘキシルメタクリレート242.8部、酢酸エチル52.1部及びメタノール10.7部を配合したモノマー配合液と、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.263部を酢酸エチル34.2部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.583部を酢酸エチル26部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートを用いて2時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を4時間継続した。溶媒を除去し、樹脂582部を得た後、イソプロパノールを1,360部加えて、樹脂濃度30重量%のビニル樹脂からなる被覆用樹脂溶液を得た。
(Preparation of resin solution for coating)
A four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, dropping funnel and nitrogen gas inlet tube was charged with 83 parts of ethyl acetate and 17 parts of methanol, and the temperature was raised to 68 ° C. Next, a monomer compounded liquid in which 242.8 parts of methacrylic acid, 97.1 parts of methyl methacrylate, 242.8 parts of 2-ethylhexyl methacrylate, 52.1 parts of ethyl acetate and 10.7 parts of methanol were blended, and 2,2′- An initiator solution prepared by dissolving 0.263 parts of azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) in 34.2 parts of ethyl acetate and stirring with a dropping funnel over 4 hours while blowing nitrogen into a four-necked flask. The radical polymerization was carried out by dropping continuously. After the completion of dropping, an initiator solution prepared by dissolving 0.583 parts of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) in 26 parts of ethyl acetate was continuously added using a dropping funnel over 2 hours. Furthermore, the polymerization was continued for 4 hours at the boiling point. After removing the solvent to obtain 582 parts of resin, 1,360 parts of isopropanol was added to obtain a coating resin solution comprising a vinyl resin having a resin concentration of 30% by weight.
(被覆正極活物質粒子の作製)
LiCoO2粉末[日本化学工業(株)製 セルシードC−8G]96重量部を万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、被覆用樹脂溶液(樹脂固形分濃度30重量%)を樹脂固形分として2重量部になるように60分かけて滴下混合し、さらに30分撹拌した。
(Preparation of coated positive electrode active material particles)
96 parts by weight of LiCoO 2 powder [Nippon Chemical Industry Co., Ltd. Cellseed C-8G] was put in a universal mixer and stirred at room temperature and 150 rpm, and the resin solution for coating (resin solid content concentration 30% by weight) was resin. The mixture was added dropwise over 60 minutes so that the solid content was 2 parts by weight, and the mixture was further stirred for 30 minutes.
次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック[電気化学工業(株)製 デンカブラック(登録商標)]2重量部を3回に分けて混合し、30分撹拌したままで70℃に昇温し、100mmHgまで減圧し30分保持した。上記操作により被覆正極活物質粒子を得た。 Next, 2 parts by weight of acetylene black [Denka Black (registered trademark) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.] was mixed in three portions with stirring, and the temperature was raised to 70 ° C. while stirring for 30 minutes, until 100 mmHg. The pressure was reduced and held for 30 minutes. The coated positive electrode active material particles were obtained by the above operation.
(被覆負極活物質粒子の作製)
難黒鉛化性炭素[(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製 カーボトロン(登録商標)PS(F)]90重量部を万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、被覆用樹脂溶液(樹脂固形分濃度30重量%)を樹脂固形分として5重量部になるように60分かけて滴下混合し、さらに30分撹拌した。
(Preparation of coated negative electrode active material particles)
Resin for coating in a state where 90 parts by weight of non-graphitizable carbon [Carbotron (registered trademark) PS (F) manufactured by Kureha Battery Materials Japan Co., Ltd.] is put in a universal mixer and stirred at room temperature and 150 rpm. The solution (resin solid content concentration of 30% by weight) was added dropwise and mixed over 60 minutes so that the resin solid content was 5 parts by weight, and stirred for another 30 minutes.
次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック[電気化学工業(株)製 デンカブラック(登録商標)]5重量部を3回に分けて混合し、30分撹拌したままで70℃に昇温し、0.01MPaまで減圧し30分保持した。上記操作により被覆負極活物質粒子を得た。 Next, 5 parts by weight of acetylene black [Denka Black (registered trademark) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.] was mixed in three portions with stirring, and the mixture was heated to 70 ° C. with stirring for 30 minutes. The pressure was reduced to 01 MPa and held for 30 minutes. The coated negative electrode active material particles were obtained by the above operation.
(電解液の作製)
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:1)に、LiPF6を1mol/Lの割合で溶解させてリチウムイオン電池用電解液を作製した。
(Preparation of electrolyte)
LiPF 6 was dissolved at a rate of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1: 1) to prepare an electrolytic solution for a lithium ion battery.
(正極被覆活物質スラリーの製造)
被覆正極活物質67重量部、炭素繊維[大阪ガスケミカル(株)製 ドナカーボ・ミルド S−243:平均繊維長500μm、平均繊維径13μm]1重量部、上記電解液32重量部を混合して、正極被覆活物質スラリーを作製した。
(Production of positive electrode-coated active material slurry)
67 parts by weight of the coated positive electrode active material, carbon fiber [Osaka Gas Chemical Co., Ltd. Donacarbo Mild S-243: average fiber length 500 μm,
(負極被覆活物質スラリーの製造)
被覆負極活物質粒子52重量部、正極被覆活物質スラリーの製造で使用したものと同じ炭素繊維1重量部、上記電解液47重量部を混合して、負極被覆活物質スラリーを作製した。
(Manufacture of negative electrode-coated active material slurry)
A negative electrode-coated active material slurry was prepared by mixing 52 parts by weight of coated negative electrode active material particles, 1 part by weight of the same carbon fiber used in the production of the positive electrode-coated active material slurry, and 47 parts by weight of the electrolytic solution.
(リチウムイオン電池の製造その1)
正極用集電体を敷いて正極活物質スラリーを注入して正極活物質層を形成した。続いて、セパレータを敷いて負極活物質スラリーを注入して負極活物質層を形成した。続いて負極用集電体をかぶせた後、構造体(ケース)とともに接着剤で封止した。
(Manufacture of lithium ion batteries 1)
A positive electrode active material slurry was poured and a positive electrode active material slurry was injected to form a positive electrode active material layer. Subsequently, a negative electrode active material slurry was formed by spreading a separator and forming a negative electrode active material layer. Subsequently, after covering the negative electrode current collector, the structure (case) was sealed with an adhesive.
電池としての動作を確認するため、集電体からのリード部分に充放電試験機を接続し、充放電試験を実施した。充放電が可能であり、リチウムイオン二次電池として機能することを確認した。 In order to confirm the operation as a battery, a charge / discharge tester was connected to the lead portion from the current collector, and a charge / discharge test was performed. It was confirmed that charging / discharging was possible and functioned as a lithium ion secondary battery.
(リチウムイオン電池の製造その2)
下部が封止された略円錐台形の構造体(ケース)の内部をセパレータで区切り正極室と負極室を形成し、それぞれの内壁に正極用集電体と負極用集電体を設けた。続いて、正極室と負極室に、粉末状の正極活物質及び負極活物質と電解質とからなる正極活物質スラリー及び負極活物質スラリーをそれぞれ入れて充填した後、構造体の上部を封止した。
(Manufacture of lithium ion batteries 2)
The inside of a substantially frustoconical structure (case) sealed at the bottom was separated by a separator to form a positive electrode chamber and a negative electrode chamber, and a positive electrode current collector and a negative electrode current collector were provided on the respective inner walls. Subsequently, the positive electrode chamber and the negative electrode chamber were filled with a positive electrode active material slurry and a negative electrode active material slurry composed of a powdered positive electrode active material and a negative electrode active material and an electrolyte, respectively, and then the upper portion of the structure was sealed. .
電池としての動作を確認するため、集電体からのリード部分に充放電試験機を接続し、充放電試験を実施した。この場合も、充放電が可能であり、リチウムイオン二次電池として機能することを確認した。 In order to confirm the operation as a battery, a charge / discharge tester was connected to the lead portion from the current collector and a charge / discharge test was performed. Also in this case, it was confirmed that charging / discharging was possible and functioned as a lithium ion secondary battery.
L リチウムイオン電池
1 筐体
1a 内部空間
2 正極室
3 負極室
4 セパレータ
5 正極活物質
6 負極活物質
7 正極集電体
8 負極集電体
11、12 電極端子
L
Claims (11)
両端部が前記構造体に固定されて前記内部空間に配置され、前記内部空間を正極室と負極室とに区分するセパレータと、
前記正極室及び前記負極室のそれぞれに充填された正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物と
を備えることを特徴とするリチウムイオン電池。 A structure having an internal space and constituting at least a part of a housing of the wearable optical device;
Both ends are fixed to the structure and disposed in the internal space, and the separator divides the internal space into a positive electrode chamber and a negative electrode chamber,
A lithium ion comprising: a positive electrode composition comprising a positive electrode active material and an electrolyte filled in each of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber; and a negative electrode composition comprising a negative electrode active material and an electrolyte. battery.
前記内部空間は前記装着型光学機器の支持部に設けられていることを特徴とするリチウムイオン電池。 The lithium ion battery according to claim 1,
The lithium ion battery is characterized in that the internal space is provided in a support portion of the wearable optical device.
前記リチウムイオン電池は可撓性を有し、かつ、撓んだ状態において電源が供給可能であることを特徴とするリチウムイオン電池。 The lithium ion battery according to claim 1 or 2,
The lithium ion battery has flexibility and can supply power in a bent state.
前記正極室及び前記負極室の少なくとも一方の内面の少なくとも一部が曲面で形成されることを特徴とするリチウムイオン電池。 The lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3,
At least a part of the inner surface of at least one of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber is formed as a curved surface.
前記正極室及び前記負極室のそれぞれには集電体が設けられていることを特徴とするリチウムイオン電池。 In the lithium ion battery according to any one of claims 1 to 4,
A lithium ion battery, wherein a current collector is provided in each of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber.
前記集電体は前記セパレータとの間が等間隔でない部分を有することを特徴とするリチウムイオン電池。 The lithium ion battery according to claim 5,
The current collector has a portion that is not equidistant from the separator.
前記集電体は前記内部空間の内面に沿って設けられていることを特徴とするリチウムイオン電池。 The lithium ion battery according to claim 6,
The current collector is provided along the inner surface of the internal space.
前記正極電極組成物及び前記負極電極組成物のうち少なくとも一方の電極組成物の少なくとも一部が、主に導電助剤と高分子を含んでなる層で被覆されていることを特徴とするリチウムイオン電池。 In the lithium ion battery according to any one of claims 1 to 7,
Lithium ion, wherein at least part of at least one of the positive electrode composition and the negative electrode composition is covered with a layer mainly comprising a conductive additive and a polymer. battery.
前記正極電極組成物及び前記負極電極組成物のうち少なくとも一方は繊維状物質を含むことを特徴とするリチウムイオン電池。 The lithium ion battery according to claim 8,
At least one of the positive electrode composition and the negative electrode composition contains a fibrous material.
前記繊維状物質はカーボンファイバーであることを特徴とするリチウムイオン電池。 The lithium ion battery according to claim 9,
The lithium ion battery, wherein the fibrous substance is carbon fiber.
前記リチウムイオン電池は、
両端部が前記構造体に固定されてこの構造体の前記内部空間に配置され、前記内部空間を正極室と負極室とに区分するセパレータと、
前記正極室及び前記負極室のそれぞれに充填された正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物及び負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物と
を備えることを特徴とする装着型光学機器。 A wearable optical apparatus having a structure including an internal space and including a lithium ion battery provided in the internal space,
The lithium ion battery is
Both ends are fixed to the structure and disposed in the internal space of the structure, and a separator that divides the internal space into a positive electrode chamber and a negative electrode chamber;
A mounting type comprising: a positive electrode composition containing a positive electrode active material and an electrolyte solution filled in each of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber; and a negative electrode composition containing a negative electrode active material and an electrolyte solution. Optical equipment.
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