JP6846905B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明の一態様は、電池に関する。本発明の一態様は、曲げることのできる電池に関する。本発明の一態様は、電池の外装体に関する。

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、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。

近年、スマートフォンに代表される携帯情報端末が活発に開発されている。また、使用者は、電子機器の一種である携帯情報端末が、軽量、小型であることを期待している。また、使用者が装着して使用するウェアラブル端末の開発も進められている。

ウェアラブルデバイスや携帯情報端末などの機器は、繰り返し充電または放電が可能な二次電池を搭載することが多い。またこのような機器は、その軽量化、小型化を求められるがゆえに、二次電池の容量が小さく、操作時間が限られてしまう問題がある。このような機器に搭載する二次電池としては、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。

特許文献１には、薄く柔軟なフィルム状の素材を外装体として使用した、柔軟性の高い電池が開示されている。

国際公開第２０１２／１４０７０９号

しかしながら、特許文献１に開示された技術を用いてフレキシブル電池を作製すると、厚さの薄い電池（例えば４００μｍ以下）でなければ、電池を曲げたときに外装体が破損してしまう恐れがある。一方、このような薄い電池では、十分な容量が得られないといった問題がある。

本発明の一態様は、安全に変形することのできる電池を提供することを課題の一とする。または、曲げることが可能で、且つ厚さを厚くできる電池を提供することを課題の一とする。または、容量が高められた電池を提供することを課題の一とする。または、高い信頼性を有する電池を提供することを課題の一とする。または、低コストで電池を製造することを課題の一とする。

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。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。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。

本発明の一態様は、積層体と、外装体を有する電池である。外装体は、フィルム状の形状を有し、積層体を挟むように２つに折り曲げられている。また外装体は、一対の第１の部分、第２の部分、一対の第３の部分、及び第４の部分を有する。一対の第１の部分は、互いに重なり、且つ、第２の部分、第３の部分、及び第４の部分に囲まれた部分であり、且つ積層体と互いに重なる部分を含む。第２の部分は、一対の第１の部分の間に位置し、折り曲げられた部分である。一対の第３の部分は、第１の部分を挟むように対向して位置し、且つ第２の部分と交差する向きに延びた帯状の部分である。第４の部分は、第１の部分を挟んで第２の部分とは反対側に位置する帯状の部分である。また外装体は、第３の部分及び第４の部分で接合されており、外装体の内部において、積層体と第２の部分とが接さずに、積層体と第２の部分との間に空間を有する。

また外装体の平面視において、第３の部分の延伸方向の長さは、第１の部分、第２の部分及び第４の部分を通り、当該方向に平行な方向の長さよりも長いことが好ましい。

また第１の部分は、互いに平行な複数の稜線と複数の谷線とが交互に位置する波形状を有し、第３の部分は、平坦であることが好ましい。

また、第１の部分は、第２の部分に近いほど、波の周期が長く、且つ振幅が小さくなる領域を有することが好ましい。

外装体は、一対の第１の部分のうち、一方の第１の部分の稜線と、他方の第１の部分の谷線とが一致しない領域を有することが好ましい。特に、一対の第１の部分は、それぞれの稜線同士が重なり、且つそれぞれの谷線同士が重なる領域を有することが好ましい。

また、第２の部分は、波形状を有さないことが好ましい。

また、第１の部分の最も第２の部分側に位置する谷線と、第２の部分との間に、１つの稜線が位置することが好ましい。

また、電池を曲げていない状態において、外装体の内部における、積層体の第２の部分側の端部と、外装体の内側の表面との距離が、積層体の厚さを２ｔとしたとき、π×ｔ以上であることが好ましい。

また、本発明の一態様は、下記第１乃至第３のステップを有する、外装体の内部に積層体を有する電池の作製方法である。第１のステップは、互いに平行な複数の稜線と複数の谷線とが交互に位置し、複数の稜線同士が等間隔で位置する波状に加工されたフィルム状の外装体を準備するステップである。第２のステップは、外装体の一部を、稜線及び谷線と垂直な方向に１８０度折り曲げて積層体を挟むステップである。第３のステップは、積層体よりも外側に位置し、且つ稜線及び谷線と垂直な方向に延びる帯状の、外装体の他の一部を接合するステップである。第３のステップにおいて、外装体の一部が平坦になるように接合し、且つ、外装体の積層体と重なる部分において、外装体の折り曲げられた部分に近いほど複数の稜線の間隔が広がるように、外装体を接合する。

また、第１のステップ後であって第２のステップより前に、外装体の稜線及び谷線と平行な方向に延びる帯状の部分が平坦になるように、外装体を加工する第４のステップを有することが好ましい。このとき、第２のステップにおいて、外装体の平坦に加工された部分を折り曲げることが好ましい。

また、第２のステップにおいて、折り返されて重なる外装体の稜線と谷線が重ならないようにずらして、外装体を折り曲げることが好ましい。特に、第２のステップにおいて、折り返されて重なる外装体の稜線同士が重なり、且つ谷線同士が重なるように、外装体を折り曲げることが好ましい。

本発明の一態様によれば、安全に変形することのできる電池を提供できる。または、曲げることが可能で、且つ厚さを厚くできる電池を提供できる。または、容量が高められた電池を提供できる。または、高い信頼性を有する電池を提供できる。または、低コストで電池を製造することができる。

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、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。

実施の形態に係る、電池の構成例。 実施の形態に係る、電池を曲げたときの構成例とモデル図。 実施の形態に係る、電池の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、電池の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、電池の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、電池の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、電池の構成例。 実施の形態に係る、フィルムの加工方法を説明する図。 実施の形態に係る、フィルムの加工方法を説明する図。 実施の形態に係る、電池の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、電池の構成例。 実施の形態に係る、電池の構成例。 実施の形態に係る、電池の構成例。 実施の形態に係る、電池の構成例。 実施の形態に係る、電池の構成例。 実施の形態に係る、電子機器。 実施の形態に係る、電子機器。 実施の形態に係る、車両。 実施例１に係る、電池の外観写真。 実施例１に係る、電池のＸ線像。 実施例１に係る、電池のＸ線像。 実施例１に係る、電池のＸ線ＣＴ像。 実施例２に係る、フィルムの引張試験結果。 実施例３に係る、水分浸入量の測定結果。 実施例４に係る、測定方法を説明する図。 実施例４に係る、電池の曲げに要する力の測定結果。 実施例５に係る、バンドの作製方法を説明する図。 実施例５に係る、電池を内蔵したバンドの写真。 実施例５に係る、電池を内蔵したバンドの写真。 実施例６に係る、電池のＸ線像。 実施例６に係る、電池の外観写真。 実施例６に係る、水分浸入量の測定結果。 実施例７に係る、計算モデルを説明する図。 実施例７に係る、計算結果を説明する図。 実施例７に係る、計算結果を説明する図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、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。

なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には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。

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、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。

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、数的に限定するものではない。

（実施の形態１）
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。

本発明の一態様は、曲げることのできる電池である。電池の外装体には、一方向に周期的に連続する波状のフィルムを用いる。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。

本発明の一態様の電池が有する電極積層体は、タブ等が接続される一部が固定され、それ以外の部分において電極同士が相対的にずれることを特徴とする。電池の外装体を曲げると、電極積層体は固定点を支点として、それぞれが相対的にずれるように変形することができる。

さらに本発明の一態様は、外装体の内部に、電極積層体の固定されていない端部と、外装体の内壁との間に空間を有する。この空間により、電池を曲げたときに電極積層体がずれることで、電極積層体の一部と外装体の内壁が接触してしまうことを防ぐことができる。本発明の一態様は、電極積層体がどんなに厚い場合であっても、電極積層体の変形に伴う外装体との接触により、外装体が破損してしまうことを防ぐことができる。例えば、電池の厚さが４００μｍより大きい場合、または５００μｍ以上、または１ｍｍ以上であっても、安全に曲げ伸ばしなどの変形を繰り返すことができる。また、もちろん１μｍ以上４００μｍ以下の極めて薄い電池にも適用することができる。

電池の厚さには制限はないが、電池を組み込む電子機器の要求される容量や、機器の形状などに応じて、用途に適した厚さとすればよい。例えば１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下とすればよい。

また、外装体の内壁との間の空間をより大きく形成するためには、電極積層体を挟む外装体の一対の部分の波が、位相がずれていることが好ましい。具体的には、電極積層体を挟んで位置する一対の外装体の部分のうち、一方の部分の波の稜線と、他方の部分の谷線が重ならないように、これらがずれるように形成されていることが好ましい。特に、電極積層体を挟む一対の外装体の部分において、稜線同士が重なり、且つ谷線同士が重なるように、位相が１８０度ずれて形成されていると、最も電極積層体と外装体との間の距離が長くなる形状の空間を形成できるため好ましい。逆に、一方の部分の波の稜線と、他方の部分の谷線が重なるように位相が一致するように形成されていると、形成される空間の形状がいびつな形状となり、電極積層体と外装体との間の距離が最も小さくなってしまうため、好ましくない。

本発明の一態様は、例えば、波の稜線及び谷線に平行な向きにフィルムを２つ折りにして電極積層体を挟持し、少なくとも折り曲げた部分に垂直な２辺が平坦になるように圧力と熱をかけながら接合することにより作製できる。またフィルムを２つ折りにする際に、対向するフィルム同士の波の位相が少なくともずれるように、フィルムを折り曲げることが好ましい。特に波の位相が１８０度ずれるように、フィルムを折り曲げることが好ましい。

ここで、電極積層体を挟んで対向する外装体の一対の部分の波の位相が、接合前と接合後とでずれが生じてしまう場合もある。その場合であっても、接合後において、少なくとも折り曲げ部と隣接する領域に、一対の部分の波の位相が一致しない部分を有することが好ましい。

接合に伴い、電極積層体を挟む２辺は、接合前の自然長よりも長くなる。これにより、電極積層体と重なる部分には、これを波の稜線及び谷線に垂直な方向に引っ張る力が生じる。一方、電極積層体と重なる部分には、波形状を維持するように、すなわち上記引っ張る力とは反対方向の抗力が生じる。当該抗力は、折り曲げ部に近いほど弱くなるため、折り曲げ部に近いほど、外装体の波が伸びるように変形する。具体的には、折り曲げ部に近いほど波の周期が大きく、且つ波の振幅が小さくなるように、外装体が変形する。このようなメカニズムにより、接合部が十分に平坦になるように接合することで、折り曲げ部と電極積層体との間に、空間を形成することができる。

外装体の内壁と電極積層体との間に十分な大きさの空間を形成するためには、使用するフィルムの波の形状が重要である。フィルムの波の周期が小さいほど、また振幅が大きいほど、形成できる空間を大きくすることができる。例えば、波状のフィルムの自然長を１としたとき、フィルムを延伸したときの長さが、１．０２倍以上、好ましくは１．０５倍以上、より好ましくは１．１倍以上であって、２倍以下のフィルムを外装体に用いることが好ましい。波の形状は、サインカーブ、三角波形状、円弧形状、矩形形状など様々な形状を用いることができ、少なくとも一方向に凸部と凹部が繰り返される形状とすればよい。波の振幅が大きいと、電池の体積が大きくなる場合があるため、波の周期を小さくして、フィルムの自然長に対する、フィルムの延伸したときの長さの比を大きくすることが好ましい。

また空間を十分に形成するためには、接合の条件も重要である。接合が不十分だと、接合部が平坦にならずに波打ってしまい、十分に空間が形成されない恐れがある。また、波の位相をずらした状態で接合するため、接合が不十分だと、電池を変形した際に、接合部に隙間が生じてしまう恐れもある。しかし十分に最適化された接合方法を用いれば、このような問題は生じないといえる。接合の好ましい条件は、フィルムの材料や、接合に用いる接着剤の材料などに応じて異なるが、例えばポリプロピレンを熱融着層として用いる場合、ポリプロピレンの融点以上の温度で波状のエンボス形状を平坦化できる圧力を加えればよい。また、波型エンボス形状と平行な方向の接合部（トップシール）よりも、波型エンボス形状と直交する方向の接合部（サイドシール）に対して、高い圧力で接合することが好ましい。

本発明の一態様に依れば、二次電池の形状を自在に設計できるため、例えば曲面を有する二次電池を用いることにより、電子機器全体の自由度があがり、いろいろなデザインを有する電子機器を実現する。また、曲面を有する電子機器の内側表面に沿って二次電池を設けることで、電子機器内に無駄なスペースを作ることなく、電子機器内の空間を有効に利用することができる。

さらに本発明の一態様によれば、二次電池の容量を大きくすることが可能であるため、電子機器の使用可能時間を長くし、充電の頻度を少なくすることが可能となる。

従って、新規な構造の電子機器を実現できる。

以下では、より具体的な構成例及び作製方法例について、図面を参照して説明する。

［構成例］
図１（Ａ）は、以下で例示する電池１０の平面視である。また図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の矢印で示す方向から見た図である。また図１（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は、それぞれ、図１（Ａ）中の切断線Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２、Ｃ１−Ｃ２で切断したときの断面概略図である。

電池１０は、外装体１１と、外装体１１の内部に収容された積層体１２と、積層体１２と電気的に接続し、外装体１１の外側に延在する電極１３ａ及び電極１３ｂを有する。また外装体１１の内部には、積層体１２に加えて電解質が封入されている。

外装体１１は、フィルム状の形状を有し、積層体１２を挟むように２つに折り曲げられている。外装体１１は、積層体１２を挟む一対の部分３１、折り曲げ部３２と、一対の接合部３３、接合部３４を有する。一対の接合部３３は、折り曲げ部３２と概略垂直方向に延びる帯状の部分であり、部分３１を挟んで設けられる。接合部３４は、部分３１を挟んで折り曲げ部３２の反対側に位置する帯状の部分である。部分３１は、折り曲げ部３２、一対の接合部３３及び接合部３４に囲まれた領域と言うこともできる。ここで、図１（Ａ）等では、接合部３４が電極１３ａ及び電極１３ｂの一部を挟持する例を示している。

外装体１１の少なくとも部分３１の表面は、一対の接合部３３の延びる方向に、凹凸が繰り返される波状の形状を有する。言い換えると、部分３１は稜線２１と谷線２２とが交互に繰り返される波形状を有している。図１（Ａ）等では、凸部の頂部を繋ぐ稜線２１を一点鎖線で、谷部の底部を繋ぐ谷線２２を破線で示している。

また平面視において、接合部３３の延伸方向の長さが、外装体１１の接合部３４、部分３１及び折り曲げ部３２を通り、接合部３３の延伸方向に平行な方向の長さよりも長い。図１（Ａ）に示すように、一対の接合部３３の折り曲げ部３２側の端部を繋ぐ線に対して、折り曲げ部３２の最も接合部３４側に位置する部分は、距離Ｌ１だけ接合部３４側に位置している。

積層体１２は、少なくとも正極及び負極が交互に積層された構成を有する。積層体１２は、電極積層体とも言い換えることができる。また正極及び負極の間に、セパレータを有していてもよい。ここで、積層体１２は、積層数が多いほど、電池１０の容量を増大させることができる。積層体１２の詳細については、後述する。

ここで、積層体１２の厚さは、例えば２００μｍ以上９ｍｍ以下、好ましくは４００μｍ以上３ｍｍ以下、さらに好ましくは５００μｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましく、代表的には１．５ｍｍ程度とすればよい。

図１（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、外装体１１の内部において、積層体１２の最も折り曲げ部３２側の端部と、外装体１１の折り曲げ部３２に位置する内側の表面との間には、空間２５（隙間、空隙ともいう）を有する。ここで、空間２５の接合部３３の延伸方向に平行な方向における長さを、距離ｄ０とする。距離ｄ０は、積層体１２の最も折り曲げ部３２側の端部と、外装体１１の折り曲げ部３２に位置する内側の表面との間の距離とも言い換えることができる。

また、積層体１２は、接合部３４を介して外装体１１の内外に延在する電極１３ａ（及び電極１３ｂ）と接合されている。そのため、積層体１２と外装体１１とは、当該接合部３４によって相対的な位置が固定されているともいえる。電極１３ａは、積層体１２が有する複数の正極及び複数の負極のいずれか一方と接合され、電極１３ｂは、他方と接合されている。

また、図１（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、外装体１１の部分３１は、折り曲げ部３２に近いほど波の周期が大きくなり、且つ波の振幅が小さくなる領域を有していることが好ましい。このような形態になるように電池１０を作製することにより、外装体１１の内部に設けられる空間２５を形成することができる。

また図１（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、積層体１２を挟む一対の部分３１は、その波の位相が１８０度ずれるように対向することが最も好ましい。言い換えると、積層体１２を挟んで、稜線２１同士が重なり、且つ、谷線２２同士が重なるように、外装体１１が折り曲げられていることが好ましい。これにより、空間２５の形状を良好なものとすることができる。

［空間について］
続いて、空間２５を形成した電池１０を曲げた際の形状について説明する。

図２（Ａ）は、電池１０の構成の一部を簡略化させて示した断面概略図である。

ここでは、外装体１１が有する一対の部分３１を区別し、それぞれ部分３１ａ、部分３１ｂとして示している。同様に、それぞれの部分が有する稜線を、稜線２１ａ、稜線２１ｂ、谷線を谷線２２ａ、谷線２２ｂと区別して表記している。

図２（Ａ）では、積層体１２が５つの電極４３が積層された構成を有している。電極４３は、図１（Ａ）における電極４１または電極４２に対応する。また複数の電極４３は、接合部３４側の端部において相対的な位置が固定されている。さらに積層体１２と外装体１１とは、接合部３４で相対的な位置が固定されている。

外装体１１の内部において、折り曲げ部３２の近傍に、空間２５が設けられている。ここで、外装体１１を曲げない場合における電極４３の折り曲げ部３２側の端部と、外装体１１の内壁との距離を距離ｄ０とする。

また、電池１０の中立面を中立面Ｃとする。ここでは、中立面Ｃは、積層体１２が有する５つの電極４３のうち、中央に位置する電極４３の中立面と一致するとする。

図２（Ｂ）は、点Ｏを中心に電池１０を円弧状に曲げたときの断面概略図である。ここで部分３１ａが外側に、部分３１ｂが内側になるように電池１０を曲げることとする。

図２（Ｂ）に示すように、外側に位置する部分３１ａ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。すなわち、外側に位置する部分３１ａの、稜線２１ａ同士の間隔、及び谷線２２ａ同士の間隔は広くなる。一方、内側に位置する部分３１ｂ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。すなわち、内側に位置する部分３１ｂの、曲げた後の稜線２１ｂ同士の間隔、及び曲げた後の谷線２２ｂ同士の間隔は狭くなる。このように部分３１ａ及び部分３１ｂが変形することにより、外装体１１にかかる応力が緩和され、外装体１１が破損することなく電池１０を曲げることができる。

また図２（Ｂ）に示すように、複数の電極４３がそれぞれ相対的にずれるように、積層体１２が変形する。これにより、積層体１２にかかる応力が緩和され、積層体１２が破損することなく電池１０を曲げることができる。図２（Ｂ）では、それぞれの電極４３自体は曲げによって伸びないものとして示している。電極４３の厚さを曲げる曲率半径に対して十分に小さくすることで、それぞれの電極４３自体にかかる応力を小さくすることができる。

積層体１２が有する電極４３のうち、中立面Ｃよりも外側に位置する電極４３は、その端部が接合部３４側にずれる。

一方、中立面Ｃよりも内側に位置する電極４３は、その端部が折り曲げ部３２側にずれる。ここで、最も内側に位置する電極４３の折り曲げ部３２側の端部と、外装体１１の内壁との距離は、距離ｄ０から距離ｄ１に縮まることとなる。ここで中立面Ｃに位置する電極４３と、最も内側に位置する電極４３の相対的なずれ量を、距離ｄ２とする。距離ｄ１は、距離ｄ０から距離ｄ２を引いた値と一致することとなる。

ここで、曲げる前の状態における距離ｄ０が、曲げた後の距離ｄ２よりも小さい場合には、積層体１２の中立面Ｃよりも内側に位置する電極４３が、外装体１１の内壁に接触してしまうこととなる。そのため、以下では距離ｄ０がどの程度必要であるかを考える。

以下では、図２（Ｃ）を用いて説明する。図２（Ｃ）には、中立面Ｃに対応する曲線を破線で示し、積層体１２の最も内側の面に対応する曲線を曲線Ｂとして実線で示している。

曲線Ｃは半径ｒ_０の円弧であり、曲線Ｂは半径ｒ_１の円弧である。半径ｒ_０と半径ｒ_１の差をｔとする。ここで、ｔは、積層体１２の厚さを１／２倍した値と一致する。また、曲線Ｃと曲線Ｂは、それぞれ円弧の長さが等しい。曲線Ｃの中心角をθとし、曲線Ｂの中心角をθ＋Δθとする。

以上の関係より、曲線Ｃの端部に対する曲線Ｂのずれ量である距離ｄ２を計算すると、以下のようになる。

すなわち、距離ｄ２は、積層体１２の厚さと、曲げる角度で見積もることができ、積層体１２の長さや、曲げの曲率半径などには依存しないことが示される。

前述のように、空間２５の距離ｄ０を、距離ｄ２以上と大きくすることで、電池１０を曲げたときに積層体１２と外装体１１とが接触することを防ぐことができる。したがって、積層体１２の厚さが２ｔである電池１０を曲げて使用する際、その最大の角度を角度θとすると、空間２５における、積層体１２と外装体１１の内壁との距離ｄ０は、ｔ×θ以上の値とすればよい。

例えば、電池を３０度曲げて使用する場合には、空間２５の距離ｄ０はπｔ／６以上とすればよい。同様に、６０度曲げて使用する場合にはｄ０はπｔ／３以上とすればよく、９０度曲げて使用する場合には、ｄ０はπｔ／２以上とすればよく、１８０度曲げて使用する場合には、ｄ０はπｔ以上とすればよい。

例えば、電池１０を巻きつけるなどの用途に用いない場合であれば、電池１０の想定される最大の曲げ角度は１８０度とすることができる。したがって、このような用途の際、距離ｄ０をπｔ以上の長さ、好ましくはπｔよりも大きい長さにしておけば、あらゆる機器に用いることができる。例えば、電池１０を２つに折り曲げて使用する場合など、Ｖ字状またはＵ字状に電池１０を曲げて使用する様々な電子機器に組み込むことができる。

また例えば電池１０を円筒状に一周巻きつけた形状とする場合には、３６０度曲げることに対応するため、空間２５の距離ｄ０は２πｔ以上とすればよい。また１周を超えて巻きつける場合には、これに応じて空間２５の距離ｄ０を適切な値にすればよい。また、電池１０を蛇腹状に変形させる際には、電池１０の曲げる部分の向き及び角度、並びに曲げる部分の数に応じて、空間２５の距離ｄ０を適切な値にすればよい。

以上が空間２５についての説明である。

［作製方法例］
以下では、電池１０の作製方法の一例について説明する。

まず外装体１１となる可撓性を有するフィルムを用意する。

フィルムには耐水性、耐ガス性の高い材料を用いることが好ましい。なお、外装体として用いるフィルムは金属フィルムと絶縁物フィルムを積層した積層フィルムを用いることが好ましい。金属フィルムとしては、アルミニウム、ステンレス、ニッケル鋼、金、銀、銅、チタン、クロム、鉄、錫、タンタル、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、亜鉛など、金属箔となる金属または合金を用いることができる。また、絶縁物フィルムとしては、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ことができる。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凸部を形成すると、外気に触れるフィルムの表面積が増大するため、放熱効果に優れている。

続いて、可撓性を有するフィルムに対してエンボス加工等の加工を施し、波状の形状を有する外装体１１を形成する。

フィルムの凸部及び凹部は、プレス加工（例えばエンボス加工）により形成することができる。エンボス加工によりフィルムに形成された凸部及び凹部は、フィルムを封止構造の壁の一部とする空間の容積が可変な閉塞空間を形成する。この閉塞空間は、フィルムが蛇腹構造、ベローズ構造となって形成されるとも言える。また、フィルムを用いる封止構造により防水及び防塵の効果がある。また、プレス加工の一種であるエンボス加工に限らず、フィルムの一部に浮き彫り（レリーフ）が形成できる手法でもよい。また、それらの組み合わせ、例えばエンボス加工と、他のプレス加工とを１枚のフィルムに対して行ってもよい。また、複数回のエンボス加工を１枚のフィルムに行ってもよい。

フィルムが有する凸部は、中空半円状、中空半楕円状、中空多角形状、または中空不定形とすることができる。なお、中空多角形状の場合は、三角形より多い角を有することで、角における応力の集中を低減することが可能であり、好ましい。

このようにして形成される外装体１１の斜視概略図の一例を図３（Ａ）に示す。外装体１１は、電池１０の外側になる面に、複数の稜線２１及び谷線２２が交互に配列した波状の形状を有する。ここで隣接する稜線２１同士、及び谷線２２同士は、等間隔に配列していることが好ましい。

続いて、あらかじめ準備しておいた積層体１２を挟むように、外装体１１の一部を折り曲げる（図３（Ｂ））。この時、積層体１２に接続された電極１３（電極１３ａまたは電極１３ｂ）が、外側に露出するように外装体１１の長さを調整することが好ましい。また外装体１１の積層体１２よりも外側にはみ出た部分が、後の接合部３３及び接合部３４となるため、当該はみ出た部分の幅が積層体１２の厚さを考慮して十分な長さとなるようにする。

図３（Ｂ）では、積層体１２を挟む一対の部分３１が、それぞれの波の位相が１８０度ずれるように配置した場合の例を示している。すなわち、一対の部分３１において、稜線２１同士が重なり、谷線２２同士が重なるように、外装体１１を曲げた状態を示している。

ここで、外装体１１の折り曲げ部３２の位置と、折り曲げ部３２の形状について説明する。図４（Ａ）は、外装体１１の断面を模式的に示した図である。また、図４（Ｂ）〜（Ｅ）はそれぞれ、図４（Ａ）中に示す点Ｐ１〜Ｐ４を折り曲げ位置としたときの、折り曲げ部３２の断面形状を示している。なお、以下では、図４（Ａ）に示す矢印で示した向きに外装体１１を折り曲げたときについて説明するため、下側の面が電池１０の外側の面に相当する。そのため図４（Ａ）では、上側に突出した部分を谷線２２、下側に突出した部分を稜線２１として示している。

図４（Ｂ）〜（Ｅ）において、折り曲げ部３２に囲まれた領域にハッチングパターンを付している。ここで、外装体１１の波の周期性が崩れる２つの位置を境界として、これらに挟まれた領域を折り曲げ部３２とする。なお、図４（Ｂ）〜（Ｅ）等において、折り曲げ部３２の形状は誇張して描かれているため、その周長は正しく描かれていない場合がある。

点Ｐ１は、谷線２２と一致する点である。図４（Ｂ）に示すように、点Ｐ１で曲げることで、折り曲げ部３２は概略円弧状の形状とすることができる。また、点Ｐ１で曲げることで、対向する波の位相を１８０度ずらすことができる。

また、点Ｐ２は、稜線２１と一致する点である。図４（Ｃ）に示すように、点Ｐ２で曲げたときも、折り曲げ部３２を概略円弧状の形状とすることができる。また、点Ｐ２で曲げることで、対向する波の位相を１８０度ずらすことができる。

また、点Ｐ３は、稜線２１と谷線２２の間であって、且つこれらの中点よりも稜線２１側の点である。図４（Ｄ）に示すように、稜線２１や谷線２２からずれることで、折り曲げ部３２の形状は上下対称な形状にならずに歪んだ形状となる。また、点Ｐ３で曲げることで、対向する波の稜線同士、谷線同士、及び稜線と谷線のいずれも一致しないように曲げることができる。

点Ｐ４は、稜線２１と谷線２２の中点と一致する点である。図４（Ｅ）に示すように、点Ｐ４で曲げた際には折り曲げ部３２の形状が極めていびつな形状となる。具体的には、折り曲げ部３２が上側または下側に突出するような形状となりやすい。そのため突出する部分とは反対側では、積層体１２と外装体１１の内壁との距離を大きくとることが難しくなる。

ここで、図４（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）に共通する事項として、いずれも、部分３１の最も折り曲げ部３２に近い谷線２２と、折り曲げ部３２との間に、１つの稜線２１を有する点が挙げられる。特に図４（Ｂ）では、折り曲げ部３２の境界が、波の稜線２１と一致する場合の例を示している。このように、２つの波の稜線２１、またはその近傍を境界として外装体１１が曲がることで、折り曲げ部３２及びその近傍の内側に、厚さ方向に広い空間を確保することができる。前述のように、電池１０を折り曲げる際、積層体の最も外側に位置する電極と、外装体１１の内壁との距離を離すことが重要であるため、このような形状とすることで、当該距離を広くとることができる。

一方、図４（Ｅ）では、下面側において、部分３１の最も折り曲げ部３２に近い谷線２２と、折り曲げ部３２との間には稜線２１が存在しない。このため、折り曲げ部３２及びその近傍には、厚さ方向に広い空間は形成されにくい。

ここで、外装体１１の折り曲げ部３２となる部分が、波形状を有さず平坦な形状となるようにすることが好ましい。例えば、図５（Ａ）に示すように、表面が平坦である型５１と型５２で挟持し、圧力を加える、または熱をかけながら圧力を加えることにより、外装体１１の一部を平坦化すればよい。

このようにして一部を平坦化した外装体１１の断面概略図を図５（Ｂ）に示す。ここでは、稜線２１同士を繋ぐように外装体１１の一部を平坦化している。

図５（Ｃ）には、形成した平坦部の中央の点Ｐ５を折り曲げ位置として外装体１１を曲げたときの断面概略図を示している。図５（Ｃ）に示すように、平坦化した外装体１１を折り曲げ部３２にすることで、図４（Ｂ）よりも広い空間を形成することができる。

また、図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）には、図５（Ｃ）よりも広い範囲で平坦化した場合の例を示している。ここでも図５（Ｂ）と同様に、稜線２１同士を繋ぐように外装体１１の一部を平坦化している。このように、積層体１２の厚さよりも広い範囲で外装体１１を平坦化することにより、厚さ方向が均一で広い空間を形成することができる。

以上が折り曲げ部の位置と、折り曲げ部の形状の関係についての説明である。

以上のようにして、外装体１１を折り曲げて積層体１２を挟んだ後、外装体１１の接合部３３となる部分に熱をかけながら圧力をかけることで接合する。

図６（Ａ）に示すように、圧着は表面が平坦な一対の型５３と型５４で外装体１１を挟むことで行うことができる。そして型５３と型５４の表面に垂直な向きに圧着することにより、図６（Ｂ）に示すように、外装体１１の接合部３３となる部分が平坦になるように接合することができる。この時、型５３と型５４が、ある程度以上に近づかないように、クリアランスを設けることが好ましい。これにより、接合部の厚さが一定以上に薄くなってしまい、フィルムに含まれる導電性材料（アルミニウム箔など）が露出し、絶縁性が破れてしまう、または低下してしまうなどの不具合を避けることができる。

接合部３３を十分に平坦なものとするため、例えば後の接合部３４を形成する圧力よりも高い圧力の条件で圧着を行うことが好ましい。圧力は外装体の材料や厚さに応じて異なるが、例えば、厚さ１１０μｍ程度のフィルムを用いる場合、圧着の際の圧力は１００ｋＰａ／ｃｍ^２以上１０００ｋＰａ／ｃｍ^２以下の範囲とし、代表的には６００ｋＰａ／ｃｍ^２程度とすることができる。また、温度は、融着層として用いる材料の融点以上とすればよく、例えばポリプロピレンを用いた場合、１７５度程度とすることが好ましい。

また、圧着した後の接合部３３の厚さが、圧着を行う前の外装体１１の２枚分の厚さよりも薄くなるように、形成することが好ましい。例えば、外装体に融着層を含む積層フィルムを用いた場合、圧着後の接合部３３の融着層の厚さは、外装体１１の圧着を行っていない部分（電池１０の部分３１や折り曲げ部３２等）の２枚分の融着層の厚さに対して、３０％以上９５％以下、好ましくは５０％以上９０％以下、より好ましくは６０％以上８０％以下であることが好ましい。

上述した条件により接合部３３を形成することにより、電池１０に対して繰り返し折り曲げるなどの変形を加えても、封止が破られることなく、また外装体１１の内部に封入する電解液などの漏えいも防ぐことができ、極めて信頼性、安全性の高い電池１０とすることができる。特に、図６（Ａ）に示すように、外装体１１の対向する部分の波の位相が１８０度ずれた状態であっても、電池１０が変形しても隙間が生じることのない接合部３３を形成することができる。

図６（Ｃ）では、接合時における、外装体１１の各部分にかかる力を矢印で模式的に示している。ここでは力が大きいほど矢印を長くなるように示している。

接合前には波形状であった外装体１１の一部は、接合により平坦になることに伴って、その延伸方向に（太い矢印で示す向きに）伸びる。この伸びに伴い、外装体１１の部分３１には、折り曲げ部３２側に引っ張る力が発生する。この力は、接合部３３に近いほど大きく、接合部３３から離れるほど小さくなる。

一方、部分３１は波形状を有しているため上述した力に対して、反対向きに抗力が発生する。またこの抗力は、折り曲げ部３２から離れるほど大きくなり、折り曲げ部３２に近いほど小さくなる。

上述したような２種類の力が、部分３１及び折り曲げ部３２にかかる結果、図６（Ｄ）に示すように、部分３１は、その波の周期が、折り曲げ部３２に近くなるにつれて連続的に大きくなるように伸びる。また、その伸び量は接合部３３に近いほど大きく、接合部３３から離れるほど小さくなるため、折り曲げ部３２の中央部が部分３１側に凹んだ形状となる。

図６（Ｅ）と図６（Ｆ）はそれぞれ、接合部３３を形成する前と後の断面概略図である。図６（Ｅ）に示すように、接合前に積層体１２が外装体１１の内壁に接していた場合であっても、接合部３３の形成時に外装体１１の部分３１が伸びることで、図６（Ｆ）に示すように空間２５を形成することができる。

以上のようにして、平坦な接合部３３を形成することにより、折り曲げ部３２と積層体１２との間に空間２５を形成することができる。

続いて、接合部３４となる部分から、電解液を導入する。電解液は、減圧下、或いは不活性ガス雰囲気下で所望の量の電解液を袋状となった外装体１１内側に滴下する。

その後、接合部３４となる部分に対して、上記と同様の方法により接合することで、接合部３４を形成する。接合部３４の形成時、電極１３ａ及び電極１３ｂと、外装体１１との間に、絶縁性の封止層を配置してもよい。封止層は、圧着時に溶けて電極１３ａ及び電極１３ｂとフィルム状の外装体１１との間が固定される。

以上のようにして、図１（Ａ）等に示す電池１０を作製することができる。

以上が電池の作製方法例についての説明である。

［電池の形状について］
上述のように、空間２５は接合部３３の形成時に、外装体１１の一部が伸びることに伴って形成することができる。すなわち、空間２５中の積層体１２と外装体１１との距離ｄ０は、外装体１１の接合部３３における伸び量に応じて変化する。距離ｄ０を大きくするため、外装体１１に用いるフィルムとして、波状のフィルムの自然長に対する、フィルムを延伸したときの長さの比が、上述の値となるようなフィルムを用いることが好ましい。

また、部分３１において、接合部３３との距離が離れるほど、伸び量が小さくなるため、距離ｄ０が小さくなる。一方、接合部３３の伸び量が大きいほど、部分３１を引き延ばす力が大きくなるため、接合部３３から離れた位置でも距離ｄ０を大きくすることができる。ここで、接合部３３の伸び量は、同じフィルムを用いたときには接合部３３の延伸方向の長さに比例して大きくなる。

図７に、図１とは縦横比の異なる電池１０の上面概略図を示す。電池１０において、接合部３３の延伸方向の長さをＸ、一対の接合部３３の間の距離（すなわち、部分３１の幅）をＹ１としたとき、Ｙ１に対するＸの比（すなわちＸ／Ｙ１の値）が、１以上となるように設計することが好ましい。例えば、Ｙ１に対するＸの比（Ｘ／Ｙ１）を、１．２以上、１．５以上、１．７以上、２以上、又は３以上とすればよい。またＹ１に対するＸの比は、どれだけ大きくてもよいが、生産性を考慮すると、例えば１００未満、または５０未満程度とすることが好ましい。

また、電池１０の接合部３３を含めた幅をＹ２とすると、Ｙ２に対するＸの比（Ｘ／Ｙ２）を、例えば４／３、または１６／９などの比とすると、電池１０を組み込む電子機器の設計が容易となり、また電池１０の汎用性が高まるため好ましい。または、時計のバンド等、細長いものに組み込む場合においては、Ｙ２に対するＸ（Ｘ／Ｙ２）の比を１．５以上、または２以上、または３以上などとすることができる。

以上が電池の形状についての説明である。

［フィルムの加工方法について］
次に、外装体１１に用いることのできるフィルムの加工方法について説明する。

まず、可撓性基材からなるシートを用意する。シートは、積層体を用い、金属フィルムの一方の面または両方の面にヒートシール層を有するものを用いる。当該ヒートシール層は、ポリプロピレンやポリエチレンなどを含む熱融着性樹脂フィルムを用いる。本実施の形態では、シートとして、アルミニウム箔の表面にナイロン樹脂を有し、アルミニウム箔の裏面に耐酸性ポリプロピレン膜と、ポリプロピレン膜の積層が設けられている金属シートを用いる。このシートをカットすることで、所望の大きさのフィルムを用意する。

そして、このフィルムにエンボス加工を行う。この結果、凹凸形状が形成されたフィルムを作製することができる。フィルムは、複数の凹凸部を有することにより、視認可能な波状の模様を有する。また、ここではシートをカットした後、エンボス加工を行う例を示すが、特に順序は限定されず、シートをカットする前にエンボス加工を行い、その後カットしてもよい。また、シートを折り曲げて熱圧着を行った後にカットしてもよい。

以下に、プレス加工の一種であるエンボス加工の説明をする。

図８は、エンボス加工の一例を示す断面図である。なお、エンボス加工とは、表面に凹凸のあるエンボスロールをフィルムに圧接させ、エンボスロールの凹凸に対応する凹凸をフィルムに形成する処理のことを指している。なお、エンボスロールは、表面に模様を彫刻したロールである。

また、図８は、フィルムの両面にエンボス加工を行う例である。また、一方の面側に頂部を有する凸部を備えたフィルムの形成方法である。

図８は、フィルムの一方の面に接するエンボスロール５５と、もう一方の面に接するエンボスロール５６との間にフィルム５０が挟まれ、フィルム５０がフィルムの進行方向６０に送り出されている途中を示している。圧力或いは熱によってフィルム表面に模様を形成している。なお、圧力及び熱の両方によってフィルム表面に模様を形成してもよい。

エンボスロールは、金属ロール、セラミックスロール、プラスチックロール、ゴムロール、有機樹脂ロール、木材ロール等を適宜用いることができる。

図８は、雄柄のエンボスロールであるエンボスロール５６と雌柄のエンボスロール５５を用いてエンボス加工を行う。雄柄のエンボスロール５６は、複数の凸部５６ａを有する。該凸部は、加工対象であるフィルムに形成する凸部に対応する。雌柄のエンボスロール５５は、複数の凸部５５ａを有する。該隣り合う凸部５５ａにより、雄柄のエンボスロール５６に設けられた凸部５６ａがフィルムに形成する凸部に嵌る凹部を構成する。

フィルム５０の一部を浮き上がらせるエンボスと、フィルム５０の一部をへこませる空押しを連続的に行うことで、凸部と平坦部を連続的に形成することができる。この結果、フィルム５０に模様を形成することができる。

次に、図８とは異なる方法で複数の凸部を有するフィルムを形成する方法を、図９を用いて説明する。図９は、フィルムの一面にエンボス加工を行う例である。また、一方の面側に頂部を有する凸部を備えたフィルムの形成方法である。

図９（Ａ）は、フィルムの一方の面に接するエンボスロール５５と、他方の面に接するロール５７との間にフィルム５０が挟まれ、フィルム５０がフィルムの進行方向６０に送り出されている途中を示す。なお、ロール５７は、回転せず固定されていてもよい。ここでは、フィルムの一方の面にのみエンボスロール５５を設けるため、フィルムには複数の凸部が設けられるが、凸部は空間を有さない。即ち、一方の面において突出し、他方の面において平坦である。

次に、図９（Ｂ）に示すように、エンボス加工によって一方の面に凸部が形成されたフィルム６１の一部を除去する。ここでは、凸部において平坦面、即ちロール５７と接していた面からフィルムの一部を除去する。フィルムの一部を除去する方法としては、レーザ光の照射による熱的除去、エッチング溶液の滴下による化学的除去、工具による物理的除去等がある。

この結果、図９（Ｃ）に示すように、凸部６３に空間６４を形成することができる。また、凸部６３を有するフィルム６２を形成することができる。

なお、図９の各図に示すフィルムの作製方法においては、フィルム５０として金属フィルムを用いることが好ましい。次に、図９（Ａ）乃至図９（Ｃ）の工程を経たのち、金属フィルムの一方の面または両方の面にヒートシール層を設けることが好ましい。

上記のように、エンボスロールを用いて加工を行うことで、加工装置を小型化することが可能である。また、フィルムをカットしない状態で加工できるため、量産性に優れる。なお、エンボスロールを用いた加工に限られず、例えば表面に凹凸が形成された一対のエンボスプレートをフィルムに押し付けることにより、フィルムを加工してもよい。このとき、エンボスプレートの一方は平坦であってもよく、複数回に分けて加工してもよい。

［二次電池の作製方法例］
以下では、電池１０として、特に二次電池を用いた場合の作製方法の一例について説明する。なお、上記と重複する点については、説明を省略する場合がある。

ここでは波形状を有するフィルム状の外装体１１を中央で折り曲げて２つの端部を重ね、３辺を接着層で封止する方法を用いる。

波状に加工されたフィルムを含む外装体１１を曲げて、図１０（Ａ）に示す状態とする。

また、図１０（Ｂ）に示すように二次電池を構成する正極集電体７２、セパレータ７３、負極集電体７４を積層したものを用意する。なお、図示しないが、正極集電体７２には、正極活物質層が表面の一部に形成される。また、負極集電体７４には、負極活物質層が表面の一部に形成される。また、正極集電体７２や負極集電体７４などの集電体としては、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、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、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。また、集電体は、箔状、板状（シート状）、網状、円柱状、コイル状、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。集電体は、厚みが５μｍ以上４０μｍ以下のものを用いるとよい。なお、ここでは説明を簡略にするため、正極活物質層が形成された正極集電体７２、セパレータ７３、負極活物質層が形成された負極集電体７４の積層の組み合わせを１つにして外装体に収納する例を示したが、二次電池の容量を大きくするために組み合わせを複数重ねて外装体に収納する。

そして図１０（Ｃ）に示す封止層７５を有するリード電極７６を２つ用意する。リード電極７６はリード端子、タブとも呼ばれ、二次電池の正極または負極を外装フィルムの外側へ引き出すために設けられる。リード電極７６として、例えば正極リードはアルミニウムを用い、負極リードはニッケルメッキを施した銅を用いる。

そして、正極リードと、正極集電体７２の突出部を超音波溶接などにより、電気的に接続する。また、負極リードと、負極集電体７４の突出部を超音波溶接などにより、電気的に接続する。

そして、電解液を入れるための一辺を残すため、フィルム状の外装体１１の２辺に対して、上述の方法を用いて熱圧着を行い、接合部３３を形成する。そして、減圧下、或いは不活性ガス雰囲気下で所望の量の電解液を袋状となったフィルム状の外装体１１の内側に滴下する。そして、最後に、熱圧着をせずに残していたフィルムの周縁に対して熱圧着を行い、接合部３４を形成する。熱圧着の際、リード電極に設けられた封止層７５も溶けてリード電極とフィルム状の外装体１１との間が固定される。

こうして図１０（Ｄ）に示す二次電池である電池１０を作製することができる。

得られた二次電池である電池１０の外装体であるフィルム状の外装体１１は、波状の模様を有している。また、図１０（Ｄ）中の点線と端部の間の領域は接合部３３または接合部３４であり、その部分は平坦に加工されている。

また、図１０（Ｄ）中の一点鎖線Ｄ１−Ｄ２で切断した断面の一例を図１０（Ｅ）に示す。

図１０（Ｅ）に示すように、正極集電体７２、正極活物質層７８、セパレータ７３、負極活物質層７９、負極集電体７４の順で積層されたものが、折り曲げたフィルム状の外装体１１に挟まれ、さらに端部において接合部３４で封止されており、その他の空間には電解液７７を有している。即ち、フィルム状の外装体１１の内部には、電解液７７が充填される。

正極活物質層７８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_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２等の化合物を用いる。

または、複合材料（一般式ＬｉＭＰＯ_４（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_４の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＮｉ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＣｏ_ｅＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ｃＣｏ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅ_ｆＮｉ_ｇＣｏ_ｈＭｎ_ｉＰＯ_４（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。

または、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（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_４の代表例としては、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＦｅＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＮｉＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＣｏＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＮｉ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＣｏ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｍＣｏ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｒＮｉ_ｓＣｏ_ｔＭｎ_ｕＳｉＯ_４（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_ｘＭ_２（ＸＯ_４）_３（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_２（ＭｎＯ_４）_３、Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３、Ｌｉ_３Ｆｅ_２（ＰＯ_４）_３等がある。また、正極活物質として、Ｌｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ、Ｌｉ_２ＭＰ_２Ｏ_７、Ｌｉ_５ＭＯ_４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）の一般式で表される化合物、ＮａＦｅＦ_３、ＦｅＦ_３等のペロブスカイト型フッ化物、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２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_４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_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１３、ＬｉＶ_３Ｏ_８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。

セパレータ７３としては、セルロース（紙）、または空孔が設けられたポリプロピレン、ポリエチレン等の絶縁体を用いることができる。

電解液７７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、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_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。

また、電解液の溶媒としては、キャリアイオンが移動可能な材料を用いる。電解液の溶媒としては、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、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、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ことで、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、流動状態にある塩であり、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（ＰＰ_１３）カチオンを含むイオン液体などがある。

また、電解液の代わりに、硫化物系や酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質や、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。

また、負極活物質層７９の負極活物質としては、リチウムの溶解・析出、又はリチウムイオンの挿入・脱離が可能な材料を用いることができ、金属リチウム、炭素系材料、合金系材料等を用いることができる。

金属リチウムは、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^３）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、フラーレン、カーボンブラック等がある。

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ある。

黒鉛はリチウムイオンが黒鉛に挿入されたとき（リチウム−黒鉛層間化合物の生成時）に金属リチウムと同程度に卑な電位を示す（０．１Ｖ以上０．３Ｖ以下 ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）。これにより、リチウムイオン二次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、金属リチウム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、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｇａ等のうち少なくとも一つを含む材料がある。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、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｇｅ、Ｍｇ_２Ｓｎ、ＳｎＳ_２、Ｖ_２Ｓｎ_３、ＦｅＳｎ_２、ＣｏＳｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｃｕ_６Ｓｎ_５、Ａｇ_３Ｓｎ、Ａｇ_３Ｓｂ、Ｎｉ_２ＭｎＳｂ、ＣｅＳｂ_３、ＬａＳｎ_３、Ｌａ_３Ｃｏ_２Ｓｎ_７、ＣｏＳｂ_３、ＩｎＳｂ、ＳｂＳｎ等がある。

また、負極活物質として、ＳｉＯ、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、リチウムチタン酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、リチウム−黒鉛層間化合物（Ｌｉ_ｘＣ_６）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）等の酸化物を用いることができる。なお、ＳｉＯとは、ケイ素リッチの部分を含むケイ素酸化物の粉末を指しており、ＳｉＯ_ｙ（２＞ｙ＞０）とも表記できる。例えばＳｉＯは、Ｓｉ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｏ_４、またはＳｉ_２Ｏから選ばれた単数または複数を含む材料や、Ｓｉの粉末と二酸化ケイ素ＳｉＯ_２の混合物も含む。また、ＳｉＯは他の元素（炭素、窒素、鉄、アルミニウム、銅、チタン、カルシウム、マンガンなど）を含む場合もある。即ち、ＳｉＯは単結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、多結晶Ｓｉ、Ｓｉ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｏ_４、Ｓｉ_２Ｏ、ＳｉＯ_２から選ばれる複数を含む材料を指している。また、ＳｉＯは有色材料である。ＳｉＯではないＳｉＯ_ｘ（ｘは２以上）であれば無色透明、或いは白色であり、区別することができる。ただし、二次電池の材料としてＳｉＯを用いて二次電池を作製した後、充放電を繰り返すなどによって、ＳｉＯが酸化した場合には、ＳｉＯ_２に変質する場合もある。

また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、Ｌｉ_３Ｎ型構造をもつＬｉ_３−ｘＭ_ｘＮ（Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）を用いることができる。例えば、Ｌｉ_２．６Ｃｏ_０．４Ｎ_３は大きな充放電容量（９００ｍＡｈ／ｇ、１８９０ｍＡｈ／ｃｍ^３）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_２Ｏ_５、Ｃｒ_３Ｏ_８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_２Ｏ_３、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＲｕＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３等の酸化物、ＣｏＳ_０．８９、ＮｉＳ、ＣｕＳ等の硫化物、Ｚｎ_３Ｎ_２、Ｃｕ_３Ｎ、Ｇｅ_３Ｎ_４等の窒化物、ＮｉＰ_２、ＦｅＰ_２、ＣｏＰ_３等のリン化物、ＦｅＦ_３、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。

また、負極活物質層７９には、上述した負極活物質の他、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７９の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。

二次電池の構成は、例えば、セパレータ７３の厚さは約１５μｍ以上約３０μｍ以下、正極集電体７２は約１０μｍ以上約４０μｍ以下、正極活物質層７８は約５０μｍ以上約１００μｍ以下、負極活物質層７９は約５０μｍ以上約１００μｍ以下、負極集電体７４は約５μｍ以上約４０μｍ以下などとすることができる。フィルム状の外装体１１の厚さは、約２０μｍ以上約５００μｍ以下である。また、フィルム状の外装体１１における凸部の高さは、約５μｍ以上約４００μｍ以下である。フィルム状の外装体１１における凸部の高さが２ｍｍ以上の場合には、二次電池全体の厚さが厚すぎてしまう。

単位体積当たりの電池の容量は大きい方が好ましい。単位体積当たりの電池の容量は、二次電池全体に占める電池部分の体積が大きいほど大きくなる。フィルム状の外装体１１における凸部の高さを大きくし、二次電池全体の厚みが増すと、単位体積当たりに占める電池の割合が小さくなり、電池の容量も小さくなる。

なお、フィルムにはポリプロピレンからなる層がフィルムを貼りあわせる側の面に設けられ、熱圧着した部分のみが接着層となる。

また、図１０（Ｅ）では、フィルム状の外装体１１の下側を固定して圧着している例を示している。この場合には上側が大きく曲げられ、段差が形成されるため、折り曲げたフィルム状の外装体１１の間に上記積層の組み合わせを複数、例えば８つ以上設ける場合には、その段差が大きくなり、上側のフィルム状の外装体１１に応力がかかりすぎる恐れがある。また、そのため、上側のフィルムの端部と、下側のフィルムの端部の位置ずれが大きくなる恐れもある。その場合、端部に位置ずれがないように、下側のフィルムにも段差を設け、応力が均等化するように中央で圧着する構成としてもよい。

また、大きな位置ずれが起きた場合には、一方のフィルムの端部の一部がもう一方のフィルムと重なっていない領域がある。この領域を切り取って上側のフィルムの端部と下側のフィルムの端部をそろえて位置ずれを修正してもよい。

ここで、図１１を用いて二次電池の充電時の電流の流れを説明する。リチウムを用いた二次電池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、リチウムを用いた二次電池では、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、逆パルス電流を流す場合であっても、充電電流を流す場合であっても、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１１に示す２つの端子には充電器が接続され、電池１０が充電される。電池１０の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。図１１では、電池１０の外部の端子から、正極集電体７２の方へ電子が流れ、電池１０の中において、正極集電体７２から負極集電体７４の方へ電流が流れ、負極から電池１０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。

［電極積層体の例］
以下では、積層された複数の電極を有する積層体の構成例について説明する。

図１２（Ａ）に正極集電体７２、図１２（Ｂ）にセパレータ７３、図１２（Ｃ）に負極集電体７４、図１２（Ｄ）に封止層７５およびリード電極７６、図１２（Ｅ）にフィルム状の外装体１１のぞれぞれの上面図を示す。

図１２の各図においてそれぞれの寸法が概略等しく、図１２（Ｅ）中の一点鎖線で囲んだ領域７１は、図１２（Ｂ）のセパレータの寸法とほぼ同一である。また、図１２（Ｅ）中の破線と端部との間の領域は、それぞれ接合部３３、接合部３４となる。

図１３（Ａ）は、正極集電体７２の両面に正極活物質層７８が設けられた例である。詳細に説明すると、負極集電体７４、負極活物質層７９、セパレータ７３、正極活物質層７８、正極集電体７２、正極活物質層７８、セパレータ７３、負極活物質層７９、負極集電体７４という順に配置されている。この積層構造を平面８０によって切断した際の断面図を図１３（Ｂ）に示す。

なお、図１３（Ａ）においてはセパレータを２つ使用している例が示されているが、１枚のセパレータを折り曲げ、両端を封止して袋状にし、その間に正極集電体７２を収納する構造とすることも可能である。袋状のセパレータに収納される正極集電体７２の両面に正極活物質層７８が形成される。

また、負極集電体７４の両面にも負極活物質層７９を設けることも可能である。図１３（Ｃ）には、片面のみに負極活物質層７９を有する２つの負極集電体７４の間に、両面に負極活物質層７９を有する３つの負極集電体７４と、両面に正極活物質層７８を有する４つの正極集電体７２と、８枚のセパレータ７３を挟んだ二次電池を構成する例を示している。この場合も、８枚のセパレータを用いず、袋状のセパレータを４枚用いてもよい。

積層数を増やすことで二次電池の容量を増やすことができる。また、正極集電体７２の両面に正極活物質層７８を設け、負極集電体７４の両面に負極活物質層７９を設けることで、二次電池の厚みを小さくすることができる。

図１４（Ａ）は正極集電体７２の片面のみに正極活物質層７８を設け、負極集電体７４の片面のみに負極活物質層７９を設けて形成した二次電池の図を示している。詳細に説明すると、負極集電体７４の片面に負極活物質層７９が設けられ、負極活物質層７９に接するようにセパレータ７３が積層されている。負極活物質層７９に接していない側のセパレータ７３の表面は正極活物質層７８が片面に形成された正極集電体７２の正極活物質層７８が接している。正極集電体７２の表面には、さらにもう１枚の正極活物質層７８が片面に形成された正極集電体７２が接している。その際、正極集電体７２は正極活物質層７８が形成されていない面同士が向かい合うように配置される。そして、さらにセパレータ７３が形成され、片面に負極活物質層７９が形成された負極集電体７４の負極活物質層７９がセパレータに接するように積層される。図１４（Ａ）の積層構造を平面９０によって切断した際の断面図を図１４（Ｂ）に示す。

図１４（Ａ）では２枚のセパレータを用いているが、１枚のセパレータを折り曲げ、両端を封止して袋状にし、その間に片面に正極活物質層７８を配置した正極集電体７２を２枚挟んでもよい。

図１４（Ｃ）は図１４（Ａ）の積層構造を複数積層した図を示している。図１４（Ｃ）では負極集電体７４の負極活物質層７９が形成されていない面同士を向かい合わせて配置させている。図１４（Ｃ）では１２枚の正極集電体７２と１２枚の負極集電体７４と１２枚のセパレータ７３が積層されている様子を示している。

正極集電体７２の片面のみに正極活物質層７８を設け、負極集電体７４の片面のみに負極活物質層７９を設けて積層させる構造は、正極集電体７２の両面に正極活物質層７８を設け、負極集電体７４の両面に負極活物質層７９を設ける構造と比較して、二次電池の厚みは大きくなってしまう。しかし、正極集電体７２の正極活物質層７８が形成されていない面は、別の正極集電体７２の正極活物質層７８が形成されていない面と向かい合っており、金属同士が接触している。同様に負極集電体７４の負極活物質層７９が形成されていない面は、別の負極集電体７４の負極活物質層７９が形成されていない面と向かい合っており、金属同士が接触している。金属同士が接触していることで、摩擦力が大きく働くことなく、金属が接触している面同士は滑りやすくなっている。このため、二次電池を曲げる際に、二次電池の内部で金属が滑るので、二次電池が曲げやすくなっている。

また、正極集電体７２の突出部と負極集電体７４の突出部はタブ部とも呼ばれている。二次電池を曲げる際は、正極集電体７２と負極集電体７４のタブ部が切断されやすい。これはタブ部が突出した細長い形状をしているため、タブ部の根本に応力がかかりやすいためである。

正極集電体７２の片面のみに正極活物質層７８を設け、負極集電体７４の片面のみに負極活物質層７９を設けて積層させる構造は、正極集電体７２同士が接する面と、負極集電体７４同士が接する面を有する。集電体同士が接する面は摩擦抵抗が小さく、電池を変形させた場合に生じる曲率半径差に起因する応力を逃がしやすい。また、正極集電体７２の片面のみに正極活物質層７８を設け、負極集電体７４の片面のみに負極活物質層７９を設けて積層させる構造は、タブ部の総厚みも増すため、正極集電体７２の両面に正極活物質層７８を設け、負極集電体７４の両面に負極活物質層７９を設けた構造と比べて応力が分散し、タブ部分で断線しにくくなる。

このように積層し、正極集電体７２を全て固定して電気的に接続する場合、一度に接合のできる超音波溶接を行う。さらに、正極集電体７２に加えて、リード電極とも重ねて超音波溶接を行うと効率よく、電気的に接続を行うことができる。

タブ部を他の正極集電体のタブ部と重ねて圧力をかけながら超音波を印加することで、超音波溶接を行うことができる。

また、セパレータ７３は、正極集電体７２と負極集電体７４とが電気的にショートしにくい形状とすることが好ましい。例えば、図１５（Ａ）に示すように、各セパレータ７３の幅を、正極集電体７２及び負極集電体７４よりも大きくすると、曲げなどの変形により正極集電体７２と負極集電体７４の相対的な位置がずれたときであっても、これらが接触しにくくなるため好ましい。また、図１５（Ｂ）に示すような１つのセパレータ７３を蛇腹状に折った形状や、図１５（Ｃ）に示すような１つのセパレータ７３が正極集電体７２と負極集電体７４を交互に巻きつけた形状とすると、正極集電体７２と負極集電体７４の相対的な位置がずれても接触しないため好ましい。また図１５（Ｂ）、（Ｃ）では、セパレータ７３の一部が正極集電体７２と負極集電体７４の積層構造の側面を覆うように設けられている例を示している。

なお、図１５の各図では、正極活物質層７８及び負極活物質層７９を示していないが、これらの形成方法は上記を援用すればよい。また、ここでは正極集電体７２と負極集電体７４を交互に配置する例を示したが、上記のように２つの正極集電体７２同士、または２つの負極集電体７４同士が連続する構成としてもよい。

本実施の形態では、１枚の長方形フィルムを中央で折り曲げて２つの端部を重ねて封止する構造の例を示したが、フィルムの形状は長方形に限定されない。三角形、正方形、五角形等の多角形や、円形、星形など長方形以外の対称性のある任意の形でもよい。

本実施の形態では、携帯情報端末などに用いる小型の電池の例を示したが、特に限定されず、車両などに搭載する大型の電池にも適用することができる。

なお、本実施の形態では、リチウムイオン二次電池に適用した場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。様々な二次電池、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池、固体電池、空気電池、などに適用することも可能である。または、様々な蓄電装置に適用することが可能であり、例えば、一次電池、コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどに適用することも可能である。さらに、太陽電池、光センサ、タッチセンサ、表示装置、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）、光学フィルム（偏光板、位相差板、プリズムシート、光反射シート、光拡散シートなど）などに適用することも可能である。

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。

（実施の形態２）
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。

実施の形態１を用いて得られる二次電池は、外装体が薄く柔軟性を有するフィルムであり、フレキシブルな形状に変形させることができる。

時計などのように、電子機器の一部を使用者の身体の一部（手首や腕など）に接触させる、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。

また、使用者が電子機器を装着した部分を動かした場合、電子機器が身体の一部に沿っ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。

または、電子機器の外観形状が曲面や複雑な形状である場合に限定されず、シンプルな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。

なお、ウェアラブルデバイスとは、ウェアラブルカメラ、ウェアラブルマイク、ウェア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。

フレキシブルな形状を備える二次電池を適用した電子機器として、例えば、ヘッドマウ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。

また、フレキシブルな形状を備える二次電池を、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１６（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、二次電池７４０７を有している。

図１６（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１６（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。

図１６（Ｄ）は、曲げることのできる携帯電話の一例を示している。前腕に巻くような形状に曲げれば、図１６（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７１０４を備える。また、図１６（Ｆ）に曲げた状態の二次電池７１０４を示す。二次電池７１０４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１６（Ｄ）に示す携帯電話の中央部分を折り曲げると、図１６（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１６（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１６（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７１０１、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。

また、図１７（Ａ）は、掃除機の一例を示している。掃除機に二次電池を備えることでコードレスとすることができ、掃除機内部はゴミを吸い取り収納する集塵スペースを確保するため、二次電池７６０４の占める空間は小さければ小さいほど好ましい。従って、薄型であり、外側表面と集塵スペースとの間に曲げることのできる二次電池７６０４を配置することは有用である。

掃除機７６００は、操作ボタン７６０３、及び二次電池７６０４を備える。また、図１７（Ｂ）に曲げた状態の二次電池７６０４を示す。二次電池７６０４は、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７６０４が曲げられた状態での信頼性が高い構成となっている。二次電池７６０４は負極と電気的に接続されたリード電極７６０１と、正極と電気的に接続されたリード電極７６０２を有する。

また、外装体の一つの短辺に１つの集電体をそれぞれ露出させている二次電池の例として、図１７（Ｃ）に曲げた状態の二次電池７６０５を示す。図１７（Ｃ）では、二次電池７６０５は、外装体の一の短辺の側から正極集電体７２の一部が露出し、外装体の他の短辺の側から負極集電体７４の一部が露出している。二次電池７６０５の外装体のフィルムにもエンボス加工を行なっており、曲げることができ、信頼性が高い。なお、外装体の一つの短辺に１つのリード電極を露出させる構成としてもよい。

薄型の二次電池７６０４は実施の形態１に示したラミネート構造の二次電池の作製方法を用いて作製することができる。

薄型の二次電池７６０４はラミネート構造であり、曲げられて固定されている。また、掃除機７６００は、薄型の二次電池７６０４の電力残量などを表示する表示部７６０６を有しており、掃除機の外表面の形状に合わせて表示面も湾曲されている表示部７６０６である。また、掃除機はコンセントに接続するための接続コードを有し、薄型の二次電池７６０４に十分な電力が充電されれば、接続コードを外して掃除機を使用することもできる。また、薄型の二次電池７６０４の充電は接続コードを用いず、ワイヤレスで無線充電を行ってもよい。

また、曲げることのできる二次電池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。また、農業機械、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、電動カート、小型又は大型船舶、潜水艦、固定翼機や回転翼機等の航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などの移動体に曲げることのできる二次電池を搭載することもできる。

図１８において、本発明の一態様を用いた車両を例示する。図１８（Ａ）に示す自動車８１００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。ラミネート構造の二次電池を車両に搭載する場合、複数のラミネート構造の二次電池を集積させたバッテリーモジュールを一箇所または複数個所に設置する。本発明の一態様を用いることで、二次電池自体を小型軽量化することができ、例えば、タイヤの内側に曲面を有する二次電池を設け、航続距離の長い車両を実現することができる。また、様々な形状とした二次電池を車両の隙間に配置することができ、トランクのスペースや車内の乗車スペースを確保できる。また、自動車８１００は二次電池を有する。二次電池は電気モーターを駆動するだけでなく、ヘッドライト８１０１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、二次電池は、自動車８１００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、二次電池は、自動車８１００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１８（Ｂ）に示す自動車８２００は、自動車８２００が有する二次電池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１８（Ｂ）に、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８２００に搭載された二次電池に、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８２００に搭載された二次電池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、２台の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、停車時や走行時に二次電池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、二次電池の設置場所の自由度が上がり、車の車両設計を効率よく行うことができる。また、本発明の一態様によれば、二次電池の特性を向上することができ、よって、二次電池自体を小型軽量化することができる。二次電池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、車両に搭載した二次電池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、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。

本実施例では、本発明の一態様の電池として、実施の形態１で例示した曲げることのできる電池（リチウムイオン二次電池）を作製し、その内部形状を撮影した結果について説明する。

リチウムイオン二次電池は、正極活物質としてＬｉＣｏＯ_２を用い、負極活物質として黒鉛を用い、外装体にエンボス加工を行ったアルミラミネートフィルムを用い、実施の形態１で例示した作製方法にしたがって作製した。片面に正極活物質層を有するアルミニウム箔の集電体と、片面に負極活物質層を有する銅箔の集電体をそれぞれ６枚交互に積層した電極積層体の厚さは、約１．５ｍｍであった。

外装体には、ポリプロピレン、アルミニウム箔、及びナイロンが順に積層された厚さ約１１０μｍ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。

フィルムの接合部を形成するための接合は、表面が平坦である型（ヒートバー）を用いて行った。波の稜線及び谷線に対して垂直な方向の一対の接合層（サイドシール）は、幅１ｍｍのヒートバーを用い、圧力６００ｋＰａ／ｃｍ^２、温度１７５度の条件で圧着して形成した。一方、波の稜線及び谷線に対して平行な方向の接合層（トップシール）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、圧力１２５ｋＰａ／ｃｍ^２、温度１７５度の条件で圧着して形成した。

ここで、以下のように作製した２種類の試料を用意した。一つは、折り曲げ部となる部分を平坦化し、さらにフィルムを折り曲げて重なった部分の波の位相が概略１８０度ずれるように、すなわち波の稜線同士、谷線同士が概略重なるように、フィルムを折り曲げたものを作製し、試料１とした。平坦化には、ヒートバープレス法を用い、圧力６０ｋＰａ／ｃｍ^２、温度１００度の条件で、波の稜線を境界とした幅約６ｍｍの領域に対して平坦化を行った。

もう一つは、波の位相が一致するように、すなわち一方の稜線と他方の谷線とが重なるようにフィルムを折り曲げたものを作製し、試料２とした。

作製した２つの試料について、Ｘ線ＣＴ（Ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いて二次電池の内部を観察した。

図１９（Ａ）、（Ｂ）に、試料１の外観写真を、図１９（Ｃ）、（Ｄ）に試料２の外観写真を、それぞれ示す。このように、試料１及び試料２の両方とも、接合部が極めて平坦に形成されていることが分かった。また、いずれも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た。

図２０（Ａ）、（Ｂ）に、試料１について撮影した透過Ｘ線写真を示す。図２０（Ａ）は平面視における写真であり、図２０（Ｂ）は横方向の写真である。図２０（Ａ）に示すように、折り曲げ部は接合部（サイドシール）から遠いほど内側に位置するように、湾曲した形状となることがわかった。また、図２０（Ｂ）に示すように、電極積層体とフィルムとの間に空間が形成されていることが分かった。

図２１（Ａ）（Ｂ）に、試料２について撮影した透過Ｘ線写真を示す。試料２も試料１と同様に、折り曲げ部は接合部から遠いほど内側に位置するように、湾曲した形状となることがわかった。また、電極積層体とフィルムとの間に空間が形成されていることが分かった。

図２２（Ａ）は試料１の、折り曲げ部を横方向から見たときのＸ線ＣＴ像の拡大図を示している。試料１では、折り曲げ部の形状が概略左右対称な、きれいな円弧状であることが分かった。またこの写真から、電極積層体とフィルムの内壁との距離は、電極積層体の中央付近で約２．２ｍｍ、端部付近で約２．０ｍｍであった。さらに、図２２（Ａ）に示すようにフィルムの折り曲げ部は、波の稜線同士をつなぐように形成されているため、フィルム内部の空間は厚さ方向に広く形成され、電極積層体の端部がフィルムの表面と接していないことが確認できた。

図２２（Ｂ）は試料２の、折り曲げ部を横方向から見たときのＸ線ＣＴ像の拡大図を示している。試料２では、折り曲げ部の形状が左右非対称のいびつな形状となっていることが確認できた。また試料２では、電極積層体とフィルムの内壁との距離が最大約２．４ｍｍの部分がある一方で、約１．３ｍｍといった狭い部分が存在し、試料１に比べて十分な空間が確保できていないことが分かった。さらに、図２２（Ｂ）に示すように、電極積層体の一方の端部が、フィルムと接している部分が存在するため、電池が曲げられたときにこれらが擦れてしまう恐れがあることが確認できた。

以上の結果から、フィルムが有する波の位相を１８０度ずらすことで、折り曲げ部の形状を厚さ方向に対して対称な形状にできることが確認できた。またフィルムの折り曲げ部となる一部を、稜線同士をつなぐように平坦化することで、空間が形成される部分に波が位置せず、厚さ方向にもより広い空間が形成できることが分かった。

以下では、フィルムの引張試験を行った結果について説明する。

試験に用いたフィルムには、上記実施例１で用いたものと同じものを用いた。試験片は、１５ｍｍ×１００ｍｍの長方形に切り出した。

引張試験は、試験片の上下をクランプで挟み、引っ張る向きにこれらの距離を変えながら、それに要する力を測定した。引っ張る前のクランプ間の距離は５０ｍｍとした。試験には、ＥＺ−Ｇｒａｐｈ（島津製作所社製）を用いた。

図２３には引張試験の結果を示している。横軸は試験片の変位量、縦軸は引張強度を示している。変位量がおよそ４ｍｍ付近まで、緩やかな傾きで線形的に変化しており、波型のエンボス形状が引き伸ばされているように変形していることを示している。すなわちこれは、小さな力でフィルムを変形できることを示している。またそれ以降は、急激に強度が高くなっており、試験片自体が伸びていることを示している。

以上のことから、容易に引き伸ばすことが可能なエンボス形状の積層フィルムを、電池の外装体に用いることで、柔軟に曲げ伸ばしが可能な電池を提供することができる。

本実施例では、本発明の一態様の電池を作製し、曲げ試験による封止性能への影響を調べた。具体的には、曲げ試験を行った試料と、行わない試料に対して、フィルム内部への水分の浸入量を測定した。

本実施例で用いた電池は、フィルムの接合温度以外は実施例１の試料１と同様の方法により作製した。すなわち、波の稜線同士、谷線同士が概略重なるように、フィルムを折り曲げたものを作製した。フィルムの接合は、サイドシール及びトップシール共に、温度１８５℃の条件で行った。

作製した電池は、トップシールの長さが約１５ｍｍ、サイドシールの長さが約５２ｍｍであった。また電解液としては、約４００μＬのプロピレンカーボネート（ＰＣ）を用いた。

フィルム内部への水分の浸入量の測定は、以下の方法により行った。まず水を入れた圧力鍋を準備し、作製した電池を水没させるように圧力鍋の中に入れた。続いて１２０℃の温度に保持した恒温槽内に当該圧力鍋を入れ、約２５．５時間加熱して電池を煮沸した。その後電池を取り出し、グローブボックス内でフィルムを開封してＰＣを４００μＬ添加した。添加したＰＣと電池内部の電解液等とをなじませた後に、これらの混合液を約０．３ｇ採取した。そして採取した混合液中の水分量を、水分量計により測定した。水分量計は、カールフィッシャー水分量計（京都工業株式会社製、ＭＫＣ６１０）を用いた。フィルム内部への水分の浸入量は、測定された水分量から、ＰＣ自体に元から含まれる水分量を差し引いた値により見積もった。

また、水分の浸入量の測定に用いた電池は、以下の４種類とした。１つ目は曲げ試験を行わないもの（条件１）である。２つ目は、電池を曲率半径４０ｍｍで１００００回の曲げ伸ばしを繰り返したもの（条件２）である。３つ目は、作製した電池を１６０℃で１５分間加熱したもの（条件３）である。４つ目は、作製した電池を１６０℃で１５分間加熱し、さらに曲率半径４０ｍｍで１００００回の曲げ伸ばしを繰り返したもの（条件４）である。

図２４（Ａ）に、条件１と条件２の電池について、測定した水分の浸入量を示す。条件１については測定数が５であり、条件２については測定数が７である。曲げ伸ばしを行った条件２は、条件１と比較して同等の値であった。したがって、曲げ伸ばしを繰り返し行ってもフィルムの封止性能は低下しないことが確認できた。なお、条件２において水分浸入量が突出した試料が一つ確認されたが、その水分浸入量は１１０ｐｐｍ未満であり、電池の封止性能としては十分な値である。

図２４（Ｂ）に、条件３と条件４の電池について、測定した水分の浸入量を示す。条件３については測定数が５であり、条件４については測定数が３である。条件３に示すように、加熱を行っても十分な封止性能が認められることが確認できた。また条件４に示すように、さらに曲げ伸ばしを繰り返し行っても封止性能は低下しないことが確認できた。なお、条件４では条件３よりも封止性能が若干向上している傾向もみられている。

以上より、本発明の一態様の電池は、曲げ伸ばしを繰り返すこと、及び高温環境に対して、十分な耐性を有していることが確認できた。

本実施例では、異なる厚さの外装体を用いて電池を作製し、曲げに要する力を測定した。

本実施例では、以下の３種類の外装体を用いた電池（試料３、試料４、試料５）を作製した。それぞれに用いた外装体は、ポリプロピレン、アルミニウム箔、及びナイロンが順に積層されたアルミラミネートフィルムである。試料３には、アルミニウム箔の厚さが約４０μｍ、総厚が約１１０μｍのフィルムを用いた。試料４には、アルミニウム箔の厚さが約３０μｍ、総厚が約７０μｍのフィルムを用いた。試料５には、アルミニウム箔の厚さが約２０μｍ、総厚が約５０μｍのフィルムを用いた。

なお、試料３、試料４及び試料５は、外装体の材料以外は実施例３と同様の方法により作製した。

続いて、作製した３つの試料について、以下の方法により曲げに要する力を測定した。図２５（Ａ）、（Ｂ）に、測定方法を説明する概略図を示す。測定装置は下側に凹状の部材（凹部材）と、上側に凸状の部材（凸部材）を有する。凹部材及び凸部材の曲面の曲率半径は３０ｍｍである。試料は、その両端部が凹部材の凹部のエッジ部で支持されるように配置する。そして図２５（Ｂ）に示すように、凸部材の凸部を試料に押し当てながら、凸部材を下側に変位させることで、試料が平坦な状態から湾曲する。このとき、凸部材を下側に変位させるのに要する力を測定することで、試料の曲げに要する力を評価した。測定には、島津製作所社製の小型卓上精密万能試験機（ＥＺ−Ｇｒａｐｈ）を用いた。

図２６に、測定した結果を示す。図２６における横軸は凸部材の変位量であり、縦軸は変位に要する力を示している。図２６において、変位６ｍｍ付近から曲げに要する力が増大しているのは、試料の下面が凹部材の上面に接し、試料を押しつぶすようにかかる力が支配的なっていることに起因する。

変位６ｍｍ以下の範囲を見ると、いずれの試料においても曲げに要する力は２Ｎ以下であり、非常に曲がりやすい電池であることが確認できる。

また図２６に示すように、いずれの試料も変位が大きくなるほど、即ち試料の曲率半径が小さくなるほど、曲げに要する力が大きくなる傾向が確認できた。これは、電池が弾性的な性質を有し、曲率半径が小さいほど、元の形状に戻ろうとする力が増大することに起因する。特に、波形状に加工されたフィルムを外装体に用いているため、外装体の復元力が支配的であると推察される。

また、各試料を比較すると、図２６に示すように、外装体の厚さが薄いほど、曲げに要する力が低減することが確認できた。例えば変位４ｍｍの位置で、試料３と試料５を比較すると、曲げに要する力の差は２倍程度でありこれは厚さの差と同等の差になっている。また、試料４と試料５を比較すると、曲げに要する力の差は約１．３倍であり、厚さの差は１．４倍程度であるため、こちらも厚さの差と同等の差になっている。したがって、曲げに要する力は、外装体に用いるフィルムの厚さに比例する傾向があることが確認できた。

以上より、本発明の一態様の電池は、波形状のフィルムを外装体に用いることで、曲げに要する力が極めて小さい電池であることが確認できた。さらに外装体を薄くすることでより小さな力で曲げることが可能となることが確認できた。

本実施例では、本発明の一態様の電池を内蔵した、腕時計用のバンドを作製した。

まず、バンドの作製方法について説明する。バンドは以下の方法により作製した。バンドの作製方法について、図２７を用いて説明する。

まず、下型と、第１の上型の間に成型材料を挟んだ状態で、下型と第１の上型を押し付けるようにプレスし、下型と第１の上型を合わせた状態で成型材料を硬化させることにより下成型体を作製した（図２７（Ａ）、（Ｂ））。ここで、図２７（Ｂ）に示すように、下成型体の一部に溝部を形成した。

続いて、第１の上型を取り外し、電池を下成型体の溝部に嵌め込むように設置した（図２７（Ｃ））。

その後、電池と第２の上型の間に成型材料を配置した状態で、第２の上型と下型を押し付けるようにプレスし、第２の上型と下型を合わせた状態で成型材料を硬化させた（図２７（Ｄ））。

その後、第２の上型と下型を取り外すことで、電池を内蔵したバンドを作製した（図２７（Ｅ））。

本実施例では、成型材料にミラブル型のシリコーン原料を用いた試料６と、成型材料に液体シリコーン原料を用いた試料７をそれぞれ作製した。また、試料６には、実施例４で説明した試料３と同様の方法で作製した電池を用い、試料７には、実施例４で例示した試料５と同様の方法により作製したものをそれぞれ用いた。

図２８（Ａ）に、試料６の上面の外観写真を示す。乳白色のシリコーンゴムの内部に電池が内蔵されていることが分かる。また、図２８（Ｂ）はバンドの電池が位置している部分を曲げたときの写真である。

図２９（Ａ）、（Ｂ）に試料７の上面の外観写真、及び側面の外観写真を示す。試料７のゴム成型体は試料６と比べてより濃い乳白色であるものの若干透けており、内蔵された電池の外装体の波形状が潰れることなく維持されていることが確認できる。また図２９（Ｃ）は、バンドの電池が位置している部分を曲げたときの写真である。試料７は、試料６と比較して外装体に用いるフィルムの厚さが薄いため、より柔軟性が向上し、弱い力で曲げることができることが確認できた。

以上のように、本発明の一態様の電池は、外装体を覆ってゴムを成型することにより、電池を内蔵したゴム成型体を作製することができる。ここでは時計のバンドを想定した形状を作製したが、これに限られずあらゆるゴム成型体に適用することができる。

本実施例では、本発明の一態様の電池を作製し、曲げ伸ばし試験を行った結果について説明する。

本実施例では、以下３種類の試料８、試料９、及び試料１０を作製した。

試料８、試料９、及び試料１０のそれぞれに用いた外装体は、ポリプロピレン、アルミニウム箔、及びナイロンが順に積層されたアルミラミネートフィルムであり、アルミニウム箔の厚さが約２０μｍ、総厚が５０μｍのフィルムを用いた。また波のピッチが２ｍｍ、凸部表面と凹部表面の高さの差が０．５ｍｍとなるように、加工されたフィルムを用いた。

試料８、試料９及び試料１０は、フィルムの折り曲げ方法が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて作製した。

試料８は、波の位相が１８０度ずれるように、すなわち波の稜線同士、谷線同士が重なるようにフィルムを折り曲げたものである。

試料９は、波の位相が一致しないように、具体的には、波の位相が約９０度ずれるようにフィルムを折り曲げたものである。

試料１０は、波の位相が一致するように、すなわち一方の稜線と他方の谷線とが重なるようにフィルムを折り曲げたものである。

図３０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）にそれぞれ、試料８、試料９、試料１０の透過Ｘ線写真を示す。フィルムの接合工程により、一対のフィルムの波の位相が若干ずれている部分もあるものの、概ね狙い通りの形状が得られていることが分かる。

続いて、試料８、試料９、及び試料１０のそれぞれについて、曲げ試験を行った。試験は、曲率半径４０ｍｍ（曲げ）と曲率半径１５０ｍｍ（伸ばし）との間で、曲げ伸ばし動作を１００００回繰り返し行った。

曲げ伸ばし試験後の各試料の外観写真を図３１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す。

試料８は、図３１（Ａ）に示すように、曲げ試験後でも外観に大きな変化は見られなかった。また試料９は、図３１（Ｂ）中に破線で示すように、サイドシール部の一部に変形が見られる箇所があったが、電解液の漏洩は生じなかった。一方、試料１０では、図３１（Ｃ）中に破線で示すように、サイドシール部に大きく歪んだ部分が見られた。また、試料１０では、１００００回の曲げ試験後に電解液の漏洩が確認された。

以上のことから、フィルムの波の位相を一致させた条件（試料１０）よりも、フィルムの波の位相をずらした条件（試料８及び試料９）では、サイドシール部の変形が生じにくいことが確認できた。特に、フィルムの波の位相を１８０度ずらした条件（試料８）では、サイドシール部の変形はほとんど見られず、良好な結果が得られた。

続いて、試料８及び試料９について、フィルム内部への水分の浸入量を測定し、封止性能を評価した。水分の浸入量の測定は実施例３と同様の方法により行った。なお、試料１０については上述のように電解液の漏洩が認められたため、評価を行っていない。また、試料８及び試料９について、それぞれ同条件で作製し、曲げ試験を行った２つの試料について評価を行った。

図３２に、測定した水分侵入量を示す。

試料８では、いずれの試料についても水分侵入量が１００ｐｐｍ未満であり、１００００回の曲げ試験後においても、良好な封止性能を維持していることが確認できた。また、試料８は、実施例３で例示した試料よりもアルミニウム箔が薄いフィルムであるにも関わらず同等の封止性能を有していることが確認できた。

一方、試料９では、試料８よりも水分侵入量が大きい結果となった。これは、図３１（Ｂ）の外観写真から、サイドシール部に近い位置に局所的に変形が生じやすい部分があることから、当該部分が繰り返し変形することにより、金属疲労によりアルミニウム箔にクラックが形成され、封止性能が低下した結果であると考えられる。特に本実施例では実施例３と比較してアルミニウム箔が極めて薄いため、封止性能の差が顕著に表れたと推察される。

なお、本試験で用いた圧力鍋での高温高圧水下での処理は、実用範囲よりも環境の厳しい条件下での試験であり、曲げ試験では試料９は電解液の漏洩には至っていないことから、実用上の十分な封止性能は確保できていると推察される。

以上の結果から、フィルムの波の位相をずらした条件において、曲げ伸ばし動作を繰り返しても電解液の漏洩などの不具合は生じないことが確認できた。特に、フィルムの波の位相を１８０度ずらした条件では、封止性能の低下もほとんど生じないことが確認できた。いいかえれば、フィルムの波の位相を１８０度ずらした条件に近くなるほど、曲げ伸ばしの繰り返しへの耐性が高くなると言える。

本実施例では、電池を曲げたときに、波形状を有するフィルム外装体の変形を計算した結果について説明する。

計算には２つのモデル（Ｍｏｄｅｌ１、Ｍｏｄｅｌ２）を用いた。Ｍｏｄｅｌ１を図３３（Ａ１）、（Ａ２）に、Ｍｏｄｅｌ２を図３３（Ｂ１）、（Ｂ２）にそれぞれ示す。図３３（Ａ１）、（Ｂ１）はそれぞれＭｏｄｅｌ１、Ｍｏｄｅｌ２の斜視図であり、図３３（Ａ２）、（Ｂ２）はそれぞれＭｏｄｅｌ１、Ｍｏｄｅｌ２を横方向から見た図である。

計算モデルについて説明する。まず、電池外装として、波形状を有する２枚のフィルムが空間を空けて配置され、幅方向の端部で接着された構造を仮定した。フィルムの材料特性としては、実施例２で得られたアルミラミネートフィルムの引張試験の結果から算出した値とし、ヤング率を４．９×１０^９Ｐａ、降伏応力を２×１０^７Ｐａ、接線係数を６．３×１０^７Ｐａ、ポアソン比を０．３とした。計算構造の簡略化のため、内部には電極積層体を有ない構造としている。

Ｍｏｄｅｌ１の電池外装は、一対のフィルムが、波の位相が１８０度ずれて配置されたものであり、Ｍｏｄｅｌ２の電池外装は、一対のフィルムが、波の位相が一致するように配置されたものである。

電池外装は剛体の表面に沿って変形するものとした。剛体は、曲率半径２５ｍｍで湾曲した表面を有する。なお、計算上の都合により電池の稜線と剛体との接触部における接触条件を設定するために、剛体の一部を櫛刃状とした。

また電池の端部近傍に円柱状の剛体を配置し、図３３（Ａ２）等で矢印で示すように、これを垂直方向に変位させることで電池を変形させた。

計算には、ＡＮＳＹＳ社製、ＡＮＳＹＳ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＡＰＤＬ １４．０を用いた。計算モデルのメッシュ条件としては、要素タイプ：２８５（３次元４接点四面体ソリッド）を用いた。

計算された応力の値は、Ｍｏｄｅｌ１とＭｏｄｅｌ２の間で顕著な差は見られなかった。

図３４（Ａ）、（Ｂ）に、Ｍｏｄｅｌ１における変形後の形状を示し、図３５（Ａ）、（Ｂ）に、Ｍｏｄｅｌ２における変形後の形状を示す。図３４（Ａ）、図３５（Ａ）はそれぞれ、図３３（Ａ２）、（Ｂ２）に対応し、図３４（Ｂ）、図３５（Ｂ）はそれぞれ、図３３（Ａ２）、（Ｂ２）を反対側（裏側）から見たときに対応する。

曲げ後の形状に着目すると、Ｍｏｄｅｌ１では曲げに対応して各部均等に変形しているのに対して、Ｍｏｄｅｌ２では顕著な歪みを有することが分かった。具体的には、Ｍｏｄｅｌ１の計算結果を示した図３４（Ａ）、（Ｂ）では、互いに対称的な形状を示しているのに対し、Ｍｏｄｅｌ２の計算結果を示した図３５（Ａ）、（Ｂ）では、非対称な形状であることが確認できる。特に、図３５（Ａ）側から見たときに、電池外装の手前側が剛体の表面から浮き上がった形状に変形し、捻じれた形状となっていることが見て取れる。

ここで、電池外装は、サイドシール部で上下一対のフィルムが固定されている。サイドシール部は、電池外装のほぼ中立面に位置している。そのため、電池外装を曲げたとき、サイドシール部は伸縮せず、一対のサイドシール部の間に位置する波形状の部分が主に変形することとなる。

また、一方のフィルムに着目すると、フィルムを曲げたときに、中立面に近い谷線部を起点としてフィルムが変形する。２つの谷線部に挟まれた稜線部は、その両側に位置する２つの谷線部の変形に追従して変形する。したがって、一対のフィルムは、それぞれ谷線部を起点にして変形する。そのため、中立面を挟んで近接する２つの谷線部に挟まれる部分が、最も変形しやすい部分であると推察される。

Ｍｏｄｅｌ１では、波の位相差が１８０度であるため、中立面を挟んで近接する２つの谷線部の距離が最も短く、曲げやすい構造となっている。

さらに、Ｍｏｄｅｌ１では、電池外装を横方向から見たときに、中立面を挟んで近接する２つの谷線部を結ぶ直線が、それぞれ曲げの中心を通る。したがって、図３４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ｍｏｄｅｌ１は歪みの少ない形状に変形されたと推察される。

一方、Ｍｏｄｅｌ２では、波の位相が一致しているため、中立面を挟んで近接する２つの谷線部の距離は最も長く、曲げにくい構造となっている。

さらに、Ｍｏｄｅｌ２では、一つの谷線部に着目した時、中立面を挟んで反対側に位置する最近接の谷線部が２つ存在することになる。すなわち、最も変形しやすい部分が、一つの谷線部につき２つ存在する。また、電池外装を横方向から見たときに、一つの谷線部と、これと最近接の谷線部とを結ぶ直線も２つ存在するが、いずれも曲げの中心を通らず、谷線部で交差するという点が、Ｍｏｄｅｌ１との相違点でもある。上述した一つの谷線部に対応する２つの変形しやすい部分は、それぞれ同程度に変形するのではなく、いずれか一方の方がより大きく変形することが予想される。

ただし、どちらがより変形しやすいかは、一義的に決まらないため、電池外装を曲げたとき、局所的に２つの最も変形しやすい部分がどちらも大きく変形している部分が生じうる。図３５（Ａ）、（Ｂ）に示す、歪みが大きな部分は、これに該当すると考えられる。またこのことは、実施例６で示したように、波の位相を一致させた試料１０が、曲げ伸ばし試験によりサイドシール部に大きく歪んだ部分が形成された結果と、よく一致する。

以上のことから、Ｍｏｄｅｌ２に示すように、波の位相が完全に一致した電池外装の構造は、曲げることに適した形状とは言えず、波の位相をずらした構造であることが望ましいことがわかる。さらに、Ｍｏｄｅｌ１に示すように、波の位相を１８０度ずらした電池外装の構造が、最も望ましい形態と言える。

１０ 電池
１１ 外装体
１２ 積層体
１３ 電極
１３ａ 電極
１３ｂ 電極
２１ 稜線
２１ａ 稜線
２１ｂ 稜線
２２ 谷線
２２ａ 谷線
２２ｂ 谷線
２５ 空間
３１ 部分
３１ａ 部分
３１ｂ 部分
３２ 折り曲げ部
３３ 接合部
３４ 接合部
４１ 電極
４２ 電極
４３ 電極
５０ フィルム
５１ 型
５２ 型
５３ 型
５４ 型
５５ エンボスロール
５５ａ 凸部
５６ エンボスロール
５６ａ 凸部
５７ ロール
６０ 進行方向
６１ フィルム
６２ フィルム
６３ 凸部
６４ 空間
７１ 領域
７２ 正極集電体
７３ セパレータ
７４ 負極集電体
７５ 封止層
７６ リード電極
７７ 電解液
７８ 正極活物質層
７９ 負極活物質層
８０ 平面
９０ 平面
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
７６００ 掃除機
７６０１ リード電極
７６０２ リード電極
７６０３ 操作ボタン
７６０４ 二次電池
７６０５ 二次電池
７６０６ 表示部
８０２１ 充電装置
８０２２ ケーブル
８１００ 自動車
８１０１ ヘッドライト
８２００ 自動車

Claims (8)

1. 積層体と、外装体を有する電池であって、
   前記外装体は、フィルム状の形状を有し、前記積層体を挟むように２つに折り曲げられており、
   前記外装体は、一対の第１の部分、第２の部分、一対の第３の部分、及び第４の部分を有し、
   一対の前記第１の部分は、互いに重なり、
   前記第１の部分は、前記第２の部分、前記第３の部分、及び前記第４の部分に囲まれた部分であり、且つ前記積層体と互いに重なる部分を含み、
   前記第２の部分は、一対の前記第１の部分の間に位置し、折り曲げられた部分であり、
   一対の前記第３の部分は、前記第１の部分を挟むように対向して位置し、且つ前記第２の部分と交差する向きに延びた帯状の部分であり、
   前記第４の部分は、前記第１の部分を挟んで前記第２の部分とは反対側に位置する帯状の部分であり、
   前記外装体は、前記第３の部分及び前記第４の部分で接合されており、
   前記外装体の内部において、前記積層体と前記第２の部分とが接さずに、前記積層体と前記第２の部分との間に空間を有し、
   前記外装体の平面視において、前記第３の部分の延伸方向の長さは、前記第１の部分、前記第２の部分及び前記第４の部分を通り、当該方向に平行な方向の長さよりも長い電池。
2. 請求項１において、
   前記第１の部分は、互いに平行な複数の稜線と複数の谷線とが交互に位置する波形状を有し、
   前記第３の部分は、平坦である電池。
3. 積層体と、外装体を有する電池であって、
   前記外装体は、フィルム状の形状を有し、前記積層体を挟むように２つに折り曲げられており、
   前記外装体は、一対の第１の部分、第２の部分、一対の第３の部分、及び第４の部分を有し、
   一対の前記第１の部分は、互いに重なり、
   前記第１の部分は、前記第２の部分、前記第３の部分、及び前記第４の部分に囲まれた部分であり、且つ前記積層体と互いに重なる部分を含み、
   前記第２の部分は、一対の前記第１の部分の間に位置し、折り曲げられた部分であり、
   一対の前記第３の部分は、前記第１の部分を挟むように対向して位置し、且つ前記第２の部分と交差する向きに延びた帯状の部分であり、
   前記第４の部分は、前記第１の部分を挟んで前記第２の部分とは反対側に位置する帯状の部分であり、
   前記外装体は、前記第３の部分及び前記第４の部分で接合されており、
   前記外装体の内部において、前記積層体と前記第２の部分とが接さずに、前記積層体と前記第２の部分との間に空間を有し、
   前記第１の部分は、互いに平行な複数の稜線と複数の谷線とが交互に位置する波形状を有し、
   前記第１の部分は、前記第２の部分に近いほど、前記波形状の波の周期が長く、且つ振幅が小さくなる領域を有する電池。
4. 請求項３において、
   前記外装体は、一対の前記第１の部分のうち、一方の前記第１の部分の前記稜線と、他方の前記第１の部分の前記谷線とが一致しない領域を有する電池。
5. 請求項３または請求項４において、
   一対の前記第１の部分は、それぞれの前記稜線同士が重なり、且つそれぞれの前記谷線同士が重なる領域を有する電池。
6. 請求項３乃至５のいずれか一において、
   前記第２の部分は、前記波形状を有さない電池。
7. 請求項３乃至６のいずれか一において、
   前記第１の部分の最も前記第２の部分側に位置する前記谷線と、前記第２の部分との間に、１つの前記稜線が位置する電池。
8. 請求項１乃至７のいずれか一において、
   前記電池を曲げていない状態において、前記外装体の内部における、前記積層体の前記第２の部分側の端部と、前記外装体の内側の表面との距離が、前記積層体の厚さを２ｔとしたとき、π×ｔ以上である電池。

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