JP7487259B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。特に
、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、それらの
駆動方法、または、それらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、二次電池およ
び二次電池の作製方法に関する。
るという性質から、身体の曲面に沿った形状であることが好ましい。そのため、ウェアラ
ブルデバイスに搭載する二次電池も、ディスプレイやそのほかの筐体と同様に、身体の曲
面に沿った形状に湾曲する、または可撓性を有することが求められている。
電子機器が開示されている。
挙げられる。なお正極タブとは、正極のうち、正極リードと電気的に接続するために伸び
た、活物質が形成されていない領域を有する部分をいう。同様に負極タブとは、負極のう
ち、負極リードと電気的に接続するために伸びた、活物質が形成されていない領域を有す
る部分をいう。これらの部分は細く伸びた形状であることが多く、活物質が形成された部
分に比べて、亀裂や破断等が起こりやすい。
分にスリット等を設けた二次電池が開示されている。
電池の場合よりも、正極タブおよび負極タブにかかる応力はさらに大きくなる。そのため
、湾曲する際に正極タブおよび負極タブにかかる応力をより緩和できる構造が必要である
。
状を有する、または可撓性を有する新規な構造の二次電池を提供する。
提供することを課題とする。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるもの
ではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はな
い。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかと
なるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出するこ
とが可能である。
せて電極と呼ぶ)に応力緩和領域を設けることとする。応力緩和領域は、各電極のタブと
、リードを含む。これらに加えて、電極に形成されたスリットにより区切られた領域を含
む場合がある。応力緩和領域がタブとリードを含む場合は、応力緩和領域の長さは、二次
電池の内部領域におけるリードおよびリードと重なっていない電極の長さの和の20%以
上50%以下、より好ましくは30%以上50%以下とする。応力緩和領域が、タブ、リ
ードに加えて電極に形成されたスリットにより区切られた領域を含む場合は、応力緩和領
域の長さは、二次電池の内部領域におけるリードおよびリードと重なっていない電極の長
さの和の20%以上95%以下、より好ましくは30%以上95%以下とする。
挟む外装体と、を有する二次電池であって、二次電池は、内部領域を有し、電極は、応力
緩和領域を有し、電極の応力緩和領域の長さLptは、内部領域における長さLp1の3
0%以上であることを特徴とする二次電池である。
を挟む外装体と、を有する二次電池であって、外装体は、封止領域を有し、二次電池は、
封止領域の内側に内部領域を有し、電極は、応力緩和領域を有し、電極の応力緩和領域の
長さLptは、内部領域における長さLp1の30%以上であることを特徴とする二次電
池である。
と電気的に接続された負極リードと、正極、正極リード、負極、負極リードを挟む外装体
と、を有する二次電池であって、外装体は、封止領域を有し、二次電池は、封止領域の内
側に内部領域を有し、正極は、正極タブを有し、内部領域における長さLptは、内部領
域における長さLp1の30%以上50%以下であり、負極は、負極タブを有し、内部領
域における長さLntは、内部領域における長さLn1の30%以上50%以下であるこ
とを特徴とする二次電池である。
と電気的に接続された負極リードと、正極、正極リード、負極、負極リードを挟む外装体
と、を有する二次電池であって、外装体は、封止領域を有し、二次電池は、封止領域の内
側に内部領域を有し、正極は、正極タブと、正極タブの延びる方向と平行なスリットと、
を有し、内部領域における長さLp2は、内部領域における長さLp1の30%以上95
%以下であり、負極は、負極タブと、負極タブの延びる方向と平行なスリットと、を有し
、内部領域における長さLn2は、内部領域における長さLn1の30%以上95%以下
であることを特徴とする二次電池である。
曲した形状を有する、または可撓性を有する新規な構造の二次電池を提供することができ
る。より具体的には、湾曲する際に正極タブおよび負極タブにかかる応力をより緩和でき
る構造の二次電池を提供することができる。なお、これらの効果の記載は、他の効果の存
在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有
する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自
ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果
を抽出することが可能である。
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信
号の授受を可能とするものであれば、特に制限はない。
の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ず
しも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
である。
本実施の形態では、図1乃至図4を用いて、本発明の一態様に係る二次電池の構成の例に
ついて説明する。
図1および図2に、二次電池100aの構成の例を示す。図1(A)は二次電池100a
の斜視図である。図1(B)は二次電池100aの上面図である。図1(C)は図1(B
)の一点破線A1-A2における断面図である。図2(A)は、二次電池100aが有す
る正極111aの、正極活物質層102を有する側の上面図である。図2(B)は、二次
電池100aの有する負極115aの、負極活物質層106を有する側の上面図である。
きる、または可撓性を有する。なお、本明細書等において、あるものが湾曲しているとい
う場合、あるものが、曲がる、凹面を有する、凸面を有する、反る、変形する等と換言す
ることができる。
極リード121、複数の負極115a、複数の負極115aと電気的に接続された負極リ
ード125を有する。また、正極111aはそれぞれ、セパレータ103で覆われている
。また二次電池100aは、正極111a、正極リード121、負極115a、負極リー
ド125を挟む外装体107を有する。
100aの端部に設けられ、正極111aおよび負極115a等の上側の外装体107と
、正極111aおよび負極115a等の下側の外装体107とを接着する機能を有する領
域をいう。
電池100aは、内部領域に、正極111a、正極リード121の一部、負極115a、
負極リード125の一部、および電解液104を有する。換言すれば、二次電池100a
の内部領域は、封止領域と重畳しない領域であり、二次電池100aが湾曲する際の電極
およびリードの変形、ずれ等が起こる領域である。なお、外装体107の端部でフィルム
を折り曲げている場合をはじめとして、外装体の端部に封止領域を有さないことがある。
その場合は、外装体の内側を内部領域と呼ぶこととする。
ける正極リード121の長さと、正極リード121と重なっていない正極111aの長さ
の和を、Lp1と呼ぶこととする。なお、正極111aの長さとは、正極タブも含む長さ
とする。また内部領域における負極リード125の長さと、負極リード125と重なって
いない負極115aの長さの和を、Ln1と呼ぶこととする。なお、負極115aの長さ
とは、負極タブも含む長さとする。なお本明細書等において、図1(B)に示すX軸の方
向、つまり後述する応力緩和領域が延びる方向を長さと呼ぶこととする。また、図1(B
)に示すY軸の方向を幅と呼ぶこととする。
ド121と重なっていない正極111aのタブの長さの和を、Lptと呼ぶこととする。
また、正極111aのタブの幅をWpt、正極111aの最大幅をWp1と呼ぶこととす
る。
ード125と重なっていない負極115aのタブの長さの和を、Lntと呼ぶこととする
。また、負極115aのタブの幅をWnt、負極115aの最大幅をWn1と呼ぶことと
する。なお本明細書等において、タブとは、電極のそれぞれの最大幅よりも狭くなった部
分をいう。タブの一部において、電極はリードと電気的に接続される。具体的には正極1
11aのタブと正極リード121とは一部重ねて密接させることで電気的に接続させてい
る。
域において固定されている。二次電池100aを湾曲させると、湾曲による応力は、電極
の中の弱い部分、すなわち幅の細い部分である正極111aのタブと正極リード121、
および負極115aのタブと負極リード125に集中してしまう。
たはタブを長くとると、湾曲による応力を緩和できることが明らかとなった。具体的には
、内部領域における正極リード121の長さと、正極リード121と重なっていない正極
111aのタブの長さの和Lptが、内部領域における正極リード121の長さと、正極
リード121と重なっていない正極111aの長さの和Lp1の20%以上、好ましくは
30%以上であると、湾曲による応力を大きく緩和でき好ましい。
い負極115aのタブの長さの和Lntが、内部領域における負極リード125の長さと
、負極リード125と重なっていない負極115aの長さの和Ln1の20%以上、好ま
しくは30%以上であると、湾曲による応力を大きく緩和でき好ましい。
してしまうため、LptはLp1の50%以下であることが好ましい。同様に、Lntは
Ln1の50%以下であることが好ましい。
正極の応力緩和領域と呼ぶ場合がある。同様に、内部領域における負極115aのタブと
負極リード125は、合わせて負極の応力緩和領域と呼ぶ場合がある。
する構成について説明したが、本発明の一態様はこれに限らない。正極111aまたは負
極115aのどちらか一方が応力緩和領域を有する構成とする場合もある。
正極111aを3枚、負極集電体105の片面に負極活物質層106が形成された負極1
15aを3枚有している。これらの電極を、正極活物質層102と負極活物質層106が
、セパレータ103を介して対向するように配置する。また、負極115aの負極活物質
層106が形成されていない面同士が接するように配置する。
う、金属同士の接触面をつくることができる。金属同士の接触面は、活物質層とセパレー
タ103との接触面と比較して摩擦係数を小さくすることができる。
層106を有さない面同士が滑ることで、湾曲の内径と外径の差により生じる応力を逃が
すことができる。そのため、正極111aおよび負極115aの劣化を抑制することがで
きる。また、信頼性の高い二次電池100aとすることができる。
aとする場合もある。積層数を減らすことで、より薄く、湾曲しやすい二次電池100a
とすることができる。また正極111aおよび負極115aを、それぞれ4枚以上積層す
る構成としてもよい。積層数を増やすことで、二次電池100aの容量を大きくすること
ができる。
が、本発明の一態様はこれに限らない。セパレータ103が負極115aを覆う構成とし
てもよい。またセパレータ103は、正極活物質層102および負極活物質層106の間
に設けられればよく、正極111aまたは負極115aを覆わない構成とする場合もある
。
い。凹凸を有する外装体107を用いることで、二次電池100aの形状を変化させた場
合の外装体107の応力を緩和することができる。そのため信頼性の高い二次電池100
aとすることができる。なお、図を簡略にするため、図1(B)では外装体107の凹凸
を省略して示している。
図1および図2では、タブとリードを合わせて応力緩和領域としたが、本発明の一態様は
これに限らない。タブとリードに加えて、電極に形成されたスリットにより区切られた領
域を合わせて応力緩和領域と呼ぶ場合もある。
の上面図である。図3(B)は二次電池100bが有する正極111bの、正極活物質層
102を有する側の上面図である。図3(C)は二次電池100bに用いることのできる
正極111bの形状の他の例である。図4(A)は二次電池100bが有する負極115
bの、負極活物質層106を有する側の上面図である。図4(B)は二次電池100bに
用いることのできる負極115bの形状の他の例である。
曲させることができる、または可撓性を有する。
1を有する。スリット151の長手方向はタブの延びる方向(長手方向)と平行であるこ
とが好ましい。また図4(A)および(B)に示すように、二次電池100bの負極11
5bはスリット152を有する。スリット152の長手方向はタブの延びる方向と平行で
あることが好ましい。
場合も含まれる。またスリットの形状は直線に限られず、図3(C)のスリット151の
ように場所により幅が異なる場合もあれば、曲線を有する場合もある。スリットが、場所
により幅が異なる場合や曲線を有する場合は、電極の長さ方向についてのスリットの端部
の中心を結んだ線を、スリットの方向と呼ぶこととする。たとえば図3(C)のスリット
151の方向は、直線151aで示す方向である。
1と重なっていない正極111bの長さの和を、Lp1と呼ぶこととする。また内部領域
における負極リード125の長さと、負極リード125と重なっていない負極115bの
長さの和を、Ln1と呼ぶこととする。
、正極リード121と重なっていない正極111bのタブの長さの和を、Lptと呼ぶこ
ととする。また正極111bが有するスリットの長さを、Lpsと呼ぶこととする。また
LptとLpsの和を、Lp2と呼ぶこととする。
さと、負極リード125と重なっていない負極115bのタブの長さの和を、Lntと呼
ぶこととする。また負極115bが有するスリットの長さを、Lnsと呼ぶこととする。
またLntとLnsの和を、Ln2と呼ぶこととする。
1bのタブの長さとスリットの長さの和Lp2が、内部領域における正極リード121の
長さと、正極リード121と重なっていない正極111bの長さの和Lp1の20%以上
、好ましくは30%以上であると、湾曲による応力を緩和することができ好ましい。
負極115bのタブの長さとスリットの長さの和Ln2が、内部領域における負極リード
125の長さと、負極リード125と重なっていない負極115bの長さの和Ln1の2
0%以上、好ましくは30%以上であると、湾曲による応力を緩和することができ好まし
い。
緩和領域とする構成では、タブが短い場合でもスリットを長くすれば、応力緩和領域を長
くとることができる。そのため二次電池100bの容量を減少させることなく、湾曲によ
る応力を緩和することができる。
ことが好ましい。同様に、Ln2はLn1の50%より大きく、負極の強度を保つために
95%以下であることが好ましい。
ついての記載を参酌することができる。
1が電気的に接続され、負極115aと負極リード125が電気的に接続されている構成
について説明したが、本発明の一態様はこれに限らない。正極111aと正極リード12
1は、封止領域の外側で電気的に接続される構成としてもよい。その場合、応力緩和領域
に正極リード121が含まない場合がある。同様に、負極115aと負極リード125が
封止領域の外側で電気的に接続される構成としてもよい。その場合、応力緩和領域に負極
リード125が含まれない場合がある。
態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定
されない。例えば、本発明の一態様として、湾曲した蓄電装置、可撓性を有する蓄電装置
、または、変形できる蓄電装置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。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態
様は、変形できない蓄電装置に適用できる。例えば、本発明の一態様として、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。場合によっては
、または、状況に応じて、本発明の一態様は、様々な二次電池、リチウムイオン二次電池
、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、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、一次電池、キャパシタ、または、電
気二重層キャパシタ、ウルトラ・キャパシタ、スーパー・キャパシタ、リチウムイオンキ
ャパシタ、などに適用できる。
本実施の形態では、図5乃至図8を用いて、本発明の一態様に係る二次電池、特に二次電
池100aの作製方法の例について説明する。
まず、正極集電体101上に正極活物質層102を形成し、正極111aの形状に加工す
る。次いで、折り曲げたセパレータ103で正極111aを挟む(図5(A))。
タ103を形成する(図5(B))。セパレータ103の外周部分の接着は、接着材など
を用いる、または超音波溶接や、加熱による融着により行う。
の外周部分を加熱により接着する。図5(B)に接着部分を、領域103aとして示す。
このようにして、正極111aをセパレータ103で覆うことができる。セパレータ10
3は、正極活物質層102を覆うように形成すればよく、正極111aの全体を覆う必要
は無い。
に限定されない。例えば、2枚のセパレータで正極111aを挟んで形成する構成として
もよい。その場合、領域103aが4辺のほとんどを囲う形で形成される。
定されるように行ってもよいし、図5(B)のように一定間隔毎の点状として断続的に接
着する構成としてもよい。
接着を行ってもよい。または、外周部分の4辺に、接着を行ってもよい。外周部分の4辺
に、接着を行う場合は、4辺を均等な状態にすることが出来る。
次に、負極集電体105上に負極活物質層106を形成し、負極115aの形状に加工す
る(図5(C))。
次に、正極111aおよび負極115aを積み重ねる(図6(A))。本実施の形態では
、片面に正極活物質層102を形成した正極111aを3枚、片面に負極活物質層106
を形成した負極115aを3枚積層することとする。これらを、正極活物質層102と負
極活物質層106が、セパレータ103を介して対向するように配置する。また、負極1
15aの負極活物質層106が形成されていない面同士が接するように配置する。
次に、複数の正極集電体101の正極タブと、封止層120を有する正極リード121を
、圧力を加えながら超音波を照射して電気的に接続する(超音波溶接)。
が生じやすい。そこで、正極リード121を超音波溶接する際、突起を有するボンディン
グダイで挟み、正極タブに接続領域は別に湾曲部を形成してもよい。湾曲部を設けること
によって、二次電池100aの作製後に外から力が加えられて生じる応力を緩和すること
ができる。よって、二次電池100aの信頼性を高めることができる。
チタンなどの強度のあるものとし、正極集電体の膜厚を10μm以下とすることで二次電
池の作製後に外から外力が加えられ生じる応力を緩和しやすくする構成としてもよい。
ない。
を有する負極リード125を超音波溶接により電気的に接続する(図6(B))。このと
き、正極タブと同様に、負極タブに湾曲部を設ける、集電体の強度を高める等、応力を緩
和しやすくする構成としてもよい。
次に、外装体に用いるフィルム107aを用意し、フィルム107aを折り曲げる(図6
(C))。
次に、折り曲げたフィルム107aで、正極111a、正極リード121、負極115a
、負極リード125を挟む。そして、フィルム107aの一辺(図7(A)における領域
107d)において、フィルム107a同士を接着する(図7(A))。接着は、例えば
熱溶着により行うことができる。なお、図7および図8では、図を簡略にするため、フィ
ルム107aおよび外装体107の凹凸を省略して示している。
次に、フィルム107aの他の一辺(図7(B)における領域107d)において、フィ
ルム107a同士を接着する。そして、フィルム107aが接着されていない部分から、
フィルム107aで挟まれた領域に、電解液104を注入する(図7(B))。
そして真空引きを行いながら、加熱および加圧によりフィルム107aの残りの辺(図7
(C)における領域107d)を接着し、フィルム107aを封止された外装体107と
する(図7(C))。これらの操作は、グローブボックスを用いるなどして酸素や水を排
除した環境にて行う。真空引きは、脱気シーラー、注液シーラー等を用いて行う。またシ
ーラーが有する加熱可能な2本のバーで挟むことにより、加熱および加圧を行うことがで
きる。それぞれの条件は、例えば真空度は60kPa、加熱は190℃、加圧は0.1M
Paにおいて3秒とすることができる。このとき、フィルム107aの上から正極および
負極を加圧する。加圧により、電解液注入の際に混入した気泡を正極と負極の間から排除
することができる。
次に、エージングの充放電を行うことが好ましい。本明細書等において、エージングとは
、二次電池の製造後の初期不良を検出するため、また初期の充放電で負極活物質表面に安
定な被膜を形成させるために行う工程をいう。具体的には、電池使用温度範囲の上限に近
い温度で、長時間充電状態で保持する、1サイクル以上の充放電を伴う、等の工程である
。さらに、外装体107で覆われた領域に発生したガスを抜く工程を二次電池の製造工程
に含めてもよい。
、さらなる被膜の形成に起因するキャリアイオンの消費を抑止することができる。そのた
めエージングを行うことで、二次電池の性能をより安定させ、不良セルを選別することが
できる。
107の一部を切り取ってガスを抜くこととする。
次に、エージングの際に切り取られた外装体107の一辺(図8(B)における領域10
7d)を再び封止する(図8(B))。上記の工程で、二次電池100aを作製すること
ができる。
本実施の形態では、図9、図10および図21を用いて本発明の一態様に係る二次電池に
用いることのできる材料の詳細について説明する。
正極111(正極111aおよび正極111b)は、正極集電体101と、正極集電体1
01上に形成された正極活物質層102などにより構成される。
れらの合金など、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10
1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101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101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。
インダ)、正極活物質層102の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。
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、LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、C
r2O5、MnO2等の化合物を用いる。
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。
料に、少量のニッケル酸リチウム(LiNiO2やLiNi1-xMxO2(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
。
ガン複合酸化物を用いることができる。ここで、元素Mは、リチウム、マンガン以外から
選ばれた金属元素、またはシリコン、リンを用いることが好ましく、ニッケルであること
がさらに好ましい。また、リチウムマンガン複合酸化物の粒子全体を測定する場合、放電
時に0<a/(b+c)<2、かつc>0、かつ0.26≦(b+c)/d<0.5を満
たすことが好ましい。なお、リチウムマンガン複合酸化物の粒子全体の金属、シリコン、
リン等の組成は、例えばICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析計)を用いて測定する
ことができる。またリチウムマンガン複合酸化物の粒子全体の酸素の組成は、例えばED
X(エネルギー分散型X線分析法)を用いて測定することが可能である。また、ICP-
MS分析と併用して、融解ガス分析、XAFS(X線吸収微細構造)分析の価数評価を用
いることで求めることができる。なお、リチウムマンガン複合酸化物とは、少なくともリ
チウムとマンガンとを含む酸化物をいい、クロム、コバルト、アルミニウム、ニッケル、
鉄、マグネシウム、モリブデン、亜鉛、インジウム、ガリウム、銅、チタン、ニオブ、シ
リコン、およびリンなどからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含んでいてもよ
い。
有量が異なる領域を有するリチウムマンガン複合酸化物とすることが好ましい。このよう
なリチウムマンガン複合酸化物とするために、組成式がLiaMnbNicOd(1.6
≦a≦1.848、0.19≦c/b≦0.935、2.5≦d≦3)の範囲とすること
が好ましい。さらに、Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3の組成式であら
わされるリチウムマンガン複合酸化物を用いることが特に好ましい。本明細書等において
、Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3の組成式であらわされるリチウムマ
ンガン複合酸化物とは、原料材料の量の割合(モル比)を、Li2CO3:MnCO3:
NiO=0.84:0.8062:0.318とすることにより形成したリチウムマンガ
ン複合酸化物をいう。そのため該リチウムマンガン複合酸化物は、組成式Li1.68M
n0.8062Ni0.318O3で表されるが、この組成からずれることもある。
の粒子の断面図の例を図9に示す。
チウムマンガン複合酸化物は、第1の領域331と、第2の領域332と、第3の領域3
33を有することが好ましい。第2の領域332は、第1の領域331の外側の少なくと
も一部に接する。ここで、外側とは、粒子の表面により近いことを示す。また、第3の領
域333は、リチウムマンガン複合酸化物を有する粒子の、表面と一致する領域を有する
ことが好ましい。
域を有する場合がある。また、第2の領域332は、第3の領域333に覆われない領域
を有する場合がある。また、例えば第1の領域331に第3の領域333が接する領域を
有する場合がある。また、第1の領域331は、第2の領域332および第3の領域33
3のいずれにも覆われない領域を有する場合がある。
がリチウム、マンガン、元素Mおよび酸素を有し、第2の領域332がリチウム、マンガ
ン、元素Mおよび酸素を有し、第1の領域331のリチウム、マンガン、元素M、および
酸素の原子数比はa1:b1:c1:d1で表され、第2の領域332のリチウム、マン
ガン、元素M、および酸素の原子数比はa2:b2:c2:d2で表される場合について
説明する。なお、第1の領域331と第2の領域332のそれぞれの組成は、例えばTE
M(透過型電子顕微鏡)を用いたEDX(エネルギー分散型X線分析法)で測定すること
ができる。EDXを用いた測定では、リチウムの組成の測定が困難な場合がある。そのた
め、以下では、第1の領域331と第2の領域332の組成の違いは、リチウム以外の元
素について述べる。ここで、d1/(b1+c1)は2.2以上が好ましく、2.3以上
であることがより好ましく、2.35以上3以下であることがさらに好ましい。また、d
2/(b2+c2)は2.2未満であることが好ましく、2.1未満であることがより好
ましく、1.1以上1.9以下であることがさらに好ましい。またこの場合でも、第1の
領域331と第2の領域332を含むリチウムマンガン複合酸化物粒子全体の組成は、前
述の0.26≦(b+c)/d<0.5を満たすことが好ましい。
る価数を有してもよい。また、第2の領域332が有する元素Mは、第1の領域331が
有する元素Mと異なる価数を有してもよい。
複合酸化物であることが好ましい。また第2の領域332は、スピネル型の結晶構造を有
するリチウムマンガン複合酸化物であることが好ましい。
についてその組成や価数を評価し、その平均値を算出し、該領域の組成や価数とする。
で遷移層とは、例えば組成が連続的、あるいは段階的に変化する領域である。または、遷
移層とは、結晶構造が連続的、あるいは段階的に変化する領域である。または、遷移層と
は、結晶の格子定数が連続的、あるいは段階的に変化する領域である。または、第2の領
域332と第1の領域331との間に、混合層を有する場合がある。ここで混合層とは、
例えば異なる結晶方位を有する2以上の結晶が混合する場合を指す。あるいは、混合層と
は、例えば異なる結晶構造を有する2以上の結晶が混合する場合を指す。あるいは、混合
層とは、例えば異なる組成を有する2以上の結晶が混合する場合を指す。
ては例えばコバルト、アルミニウム、ニッケル、鉄、マンガン、チタン、亜鉛、リチウム
等が挙げられる。金属化合物の一例として、第3の領域333はこれらの金属との酸化物
や、フッ化物などを有する構成としてもよい。
素で被覆された粒子を二次電池の電極に用いることにより、例えば電極の抵抗を低くする
ことができる。また、第3の領域333が炭素を有することで、第3の領域333と接す
る第2の領域332を酸化することができる。また、第3の領域333はグラフェン、酸
化グラフェン、または、還元した酸化グラフェンを有する構成としてもよい。グラフェン
および還元された酸化グラフェンは、高い導電性を有するという優れた電気特性、および
柔軟性並びに機械的強度が高いという優れた物理特性を有する。またリチウムマンガン複
合酸化物の粒子を効率よく被覆することができる。
複合酸化物を正極材料に用いた二次電池の、サイクル特性を向上させることができる。
0μm以下であることが好ましく、100nm以上500nm以下であることがより好ま
しい。また比表面積が5m2/g以上15m2/g以下であることが好ましい。また、二
次粒子の平均粒子径は、5μm以上50μm以下であることが好ましい。なお平均粒子径
は、SEM(走査型電子顕微鏡)またはTEMによる観察、またはレーザ回折・散乱法を
用いた粒度分布計等によって測定することができる。また比表面積は、ガス吸着法により
測定することができる。
(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上))を用いることができる。一般式Li
MPO4の代表例としては、LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiM
nPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4
、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+bは1以下、0<a<1、0
<b<1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNi
cCodMnePO4(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、
LiFefNigCohMniPO4(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。
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、Li
(2-j)FekNilSiO4、Li(2-j)FekColSiO4、Li(2-j
)FekMnlSiO4、Li(2-j)NikColSiO4、Li(2-j)Nik
MnlSiO4(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)、Li(2-j)FemN
inCoqSiO4、Li(2-j)FemNinMnqSiO4、Li(2-j)Ni
mConMnqSiO4(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。
n、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、F
e2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等がある。また、正極活物質として、Li
2MPO4F、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、LiV3
O8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。
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)を用いる。例えば、NaFeO2や、Na2/3[
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。
い。炭素層などの導電性材料を設けることで、電極の導電性を向上させることができる。
例えば、正極活物質層102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。
を用いる。
ことができる。また、導電助剤として繊維状の材料を用いることもできる。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。
より、活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。活物質層中に導電助剤を
添加することにより、高い電気伝導性を有する活物質層を実現することができる。
維などを用いることができる。炭素繊維としては、例えばメソフェーズピッチ系炭素繊維
、等方性ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維を用いることができる。また炭素繊維として、カ
ーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどを用いることができる。カーボンナノ
チューブは、例えば気相成長法などで作製することができる。また、導電助剤として、例
えばカーボンブラック(アセチレンブラック(AB)など)、グラファイト(黒鉛)粒子
、グラフェン、フラーレンなどの炭素材料を用いることができる。また、例えば、銅、ニ
ッケル、アルミニウム、銀、金などの金属粉末や金属繊維、導電性セラミックス材料等を
用いることができる。
械的強度という優れた物理特性を有する。そのため、グラフェンを、導電助剤として用い
ることにより、活物質同士の接触点や、接触面積を増大させることができる。
の多層グラフェンを含む。単層グラフェンとは、π結合を有する1原子層の炭素分子のシ
ートのことをいう。また、酸化グラフェンとは、上記グラフェンが酸化された化合物のこ
とをいう。なお、酸化グラフェンを還元してグラフェンを形成する場合、酸化グラフェン
に含まれる酸素は全て脱離されずに、一部の酸素はグラフェンに残存する。グラフェンに
酸素が含まれる場合、酸素の割合は、XPSで測定した場合にグラフェン全体の2ato
mic%以上11atomic%以下、好ましくは3atomic%以上10atomi
c%以下である。
非常に高く、少ない量でも効率よく活物質層内で導電パスを形成することができる。
積が大きく、活物質同士を繋ぐ導電パスがより多く必要となる。このような場合には、導
電性が非常に高く少ない量でも効率よく導電パスを形成することができるグラフェンを用
いることが、特に好ましい。
する。なお、負極活物質層に導電助剤としてグラフェンを用いてもよい。
物質層102は、粒状の正極活物質322と、導電助剤としてのグラフェン321と、結
着剤(バインダともいう。図示せず)と、を含む。
2の内部において概略均一にシート状のグラフェン321が、面接触する程度に正極活物
質を覆っている。図10(A)においてはグラフェン321を模式的に太線で表している
が、実際には炭素分子の単層又は多層の厚みを有する薄膜である。複数のグラフェン32
1は、複数の粒状の正極活物質322を包むように、覆うように、あるいは複数の粒状の
正極活物質322の表面上に貼り付くように形成されているため、互いに面接触している
。また、グラフェン321どうしも互いに面接触することで、複数のグラフェン321に
より三次元的な電気伝導のネットワークを形成している。
用いるためである。均一に分散した酸化グラフェンを含有する分散媒から溶媒を揮発除去
し、酸化グラフェンを還元してグラフェンとするため、正極活物質層102に残留するグ
ラフェン321は部分的に重なり合い、互いに面接触する程度に正極活物質を覆うことで
電気伝導の経路を形成している。なお、酸化グラフェンの還元は、例えば熱処理により行
ってもよいし、還元剤を用いて行ってもよい。
ン321は接触抵抗の低い面接触を可能とするものであるから、導電助剤の量を増加させ
ることなく、粒状の正極活物質322とグラフェン321との電気伝導性を向上させるこ
とができる。よって、正極活物質322の正極活物質層102における比率を増加させる
ことができる。これにより、二次電池の放電容量を増加させることができる。
トと呼ぶ)を形成することができる。活物質をグラフェンネットが被覆する場合に、グラ
フェンネットは粒子間を結合するバインダとしても機能することができる。よって、バイ
ンダの量を少なくすることができる、又は使用しないことができるため、電極体積や電極
重量に占める活物質の比率を向上させることができる。すなわち、二次電池の容量を増加
させることができる。
構成は、湾曲または可撓性を有する二次電池において特に有効である。
導電助剤323を用いた場合の正極活物質層102および正極集電体101の縦断面図を
示す。正極活物質322同士は、粒子状の導電助剤323との接触によって電気伝導のネ
ットワークが形成されている。
た場合を示す。図21(B)のように、導電助剤に粒子状の導電助剤323を用いると、
正極活物質層102の湾曲に伴って、正極活物質322同士の距離が変化し、正極活物質
322同士の電気伝導のネットワークの一部が切れてしまう恐れがある。
集電体101を湾曲させた場合を図10(B)に示す。グラフェンは柔軟性を有するシー
トであるため、図10(B)のように正極活物質層102の湾曲に伴って、正極活物質3
22同士の距離が変化しても、電気伝導のネットワークを維持することができる。
塗布法を用いて集電体上に活物質層を形成する場合は、活物質とバインダと導電助剤と分
散媒(溶媒ともいう)を混合してペーストを作製し、集電体上にペーストを塗布して、分
散媒を気化させればよい。その後、必要があれば、ロールプレス法や平板プレス法等の圧
縮方法によりプレスして圧密化してもよい。
ド等の極性を有する有機溶媒等を用いることができる。安全性とコストの観点から、水を
用いることが好ましい。
は、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチルセルロ
ース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース
、ジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉などを用いる
ことができる。
・スチレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、エ
チレン・プロピレン・ジエン共重合体などのゴム材料を用いることが好ましい。これらの
ゴム材料は、前述の水溶性の高分子と併用して用いると、さらに好ましい。
チル(PMMA)、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ
エチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、イソブチレン、ポリエチ
レンテレフタレート、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニト
リル(PAN)、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、ポリ酢酸
ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース等の材料を用いることが好ましい
。
好ましく、2wt%以上8wt%以下がより好ましく、3wt%以上5wt%以下がさら
に好ましい。また、正極活物質層102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。
を混合して正極用のペースト(スラリー)を作製し、正極集電体101上に塗布して乾燥
させる。
負極集電体105上に形成された負極活物質層106などにより構成される。
合金など、導電性の高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用いること
ができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性
を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。負極集電体10
5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105は、厚みが5μm以上30μm以下の
ものを用いる。また、負極集電体105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。
質層の膨張に伴う負極集電体の変形に耐えることができ、好ましい。これは、負極活物質
として、ケイ素を含む材料をはじめとする充放電に伴う体積の変化が大きい材料を用いる
場合に特に好適である。
インダ)、負極活物質層106の導電性を高めるための導電助剤等を有する場合がある。
負極活物質層に用いるバインダおよび導電助剤の材料は、正極活物質層に用いるバインダ
および導電助剤の材料を参酌することができる。
能な材料を用いることができ、リチウム金属、炭素系材料、合金系材料等を用いることが
できる。
び体積当たりの比容量が大きい(それぞれ3860mAh/g、2062mAh/cm3
)ため、好ましい。
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ある。
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。
リチウム金属と同程度に卑な電位を示す(0.1~0.3V 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、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。
り充放電反応を行うことが可能な合金系材料を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、As、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、及びIn等のうちの
少なくとも一つを含む材料を用いることができる。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、Mg2Ge、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、
CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、
CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、InSb、SbSn等があ
る。
ウムチタン酸化物(Li4Ti5O12)、リチウム-黒鉛層間化合物(LixC6)、
五酸化ニオブ(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。
できる。SiOは、ケイ素リッチの部分を含んでいてもよい。例えばSiOは、Si2O
3、Si3O4、またはSi2O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SiO2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、単結晶
Si、アモルファスSi、多結晶Si、Si2O3、Si3O4、Si2O、SiO2か
ら選ばれる複数を含む材料を指しており、SiOは有色材料である。SiOではないSi
Ox(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、SiO2に変質する場合もある。
Li3-xMxN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6
Co0.4N3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。
、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る。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、Cr2O3等の
酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn3N2、Cu3N、Ge3N
4等の窒化物、NiP2、FeP2、CoP3等のリン化物、FeF3、BiF3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ること
もできる。
極ペースト(スラリー)を作製し、負極集電体105上に塗布して乾燥させる。
活物質をシリコンとした場合、充放電サイクルにおけるキャリアイオンの吸蔵・放出に伴
う体積の変化が大きいため、負極集電体105と負極活物質層106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106
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105と負極活物質層106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。
おいて電解液の分解等により形成される被膜は、その形成時に消費された電荷量を放出す
ることができず、不可逆容量を形成する。これに対し、酸化物等の被膜をあらかじめ負極
活物質層106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。
タル、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、クロム、アルミニウム若
しくはシリコンのいずれか一の酸化膜、又はこれら元素のいずれか一とリチウムとを含む
酸化膜を用いることができる。このような被膜は、従来の電解液の分解生成物により負極
表面に形成される被膜に比べ、十分緻密な膜である。
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、負極活物質層106を被覆する被膜として酸化シリコンや酸化アルミニウムを
用いることができる。
る。ゾル-ゲル法とは、金属アルコキシドや金属塩等からなる溶液を、加水分解反応・重
縮合反応により流動性を失ったゲルとし、このゲルを焼成して薄膜を形成する方法である
。ゾル-ゲル法は液相から薄膜を形成する方法であるから、原料を分子レベルで均質に混
合することができる。このため、溶媒の段階の金属酸化膜の原料に、黒鉛等の負極活物質
を加えることで、容易にゲル中に活物質を分散させることができる。このようにして、負
極活物質層106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、二次
電池の容量の低下を防止することができる。
セパレータ103を形成するための材料として、セルロースや、ポリプロピレン(PP)
、ポリエチレン(PE)、ポリブテン、ナイロン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリア
クリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等の多孔性絶縁体を用
いることができる。また、ガラス繊維等の不織布や、ガラス繊維と高分子繊維を複合した
隔膜を用いることができる。また、耐熱性を高めるために、ポリエステル不織布に、セラ
ミック塗布やアラミドのコーティングを行ったセパレータを用いてもよい。
機溶媒が好ましく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(
PC)、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、
γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチル
カーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ギ酸メチル、酢酸メチ
ル、酪酸メチル、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、ジメトキシエタン(DME
)、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベ
ンゾニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン、スルトン等の1種、又はこれらのうち
の2種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いることができる。
性が高まる。また、二次電池の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料
の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレ
ンオキサイド系ゲル、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。
又は複数用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても
、二次電池の破裂や発火などを防ぐことができる。
、例えばLiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiAlCl4、Li
SCN、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl1
2、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2
F5SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C4F9SO2)(CF3SO2
)、LiN(C2F5SO2)2等のリチウム塩を一種、又はこれらのうちの二種以上を
任意の組み合わせ及び比率で用いることができる。
に「不純物」ともいう。)の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好まし
い。具体的には、電解液に対する不純物の重量比を1%以下、好ましくは0.1%以下、
より好ましくは0.01%以下とすることが好ましい。また、電解液にビニレンカーボネ
ートなどの添加剤を加えてもよい。
二次電池の構造としては、様々な構造があるが、本実施の形態では、外装体107の形成
にフィルムを用いる。なかでも金属箔にプラスティックフィルムを積層した、金属箔ラミ
ネートフィルムは、熱圧着することで封止が可能であり、形状の自由度が高く、軽量であ
る、可撓性を有するといった利点があり好ましい。金属箔ラミネートフィルムが有する金
属箔の材料としては、アルミニウム、ステンレス、錫、ニッケル鋼などを用いることがで
きる。該金属箔に積層するプラスティックフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレー
ト、ナイロン、ポリエチレン等を用いることができる。
料を貼りあわせて積層する加工法をいうこととする。
)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積層したものを用いる場合がある。
されていることが好ましい。
は凸部を形成すると外気に触れる外装体107の表面積が増大するため、放熱効果に優れ
ている。
装体107のうち、曲げ中心から近い内側の外装体107には圧縮応力がかかり、曲げ中
心から遠い外側の外装体107には引っ張り応力がかかる。これらの応力によって外装体
がひずみ、外装体107の一部が変形または一部破壊が生じる恐れがある。外部から力を
加えて二次電池100の形状を変化させた場合、一軸方向に湾曲を有する二次電池と言え
る。なお、ここで湾曲方向とは、図1(B)の一点破線A1-A2に示すように、二次電
池を湾曲させた際の端部を結ぶ方向を指す。本明細書中では、二次電池の端部を結ぶ直線
の中心を曲げ中心と呼ぶ。
沿面距離を増大させ、単位長さ当たりの圧縮応力および引っ張り応力を緩和することがで
きる。よって、二次電池100の信頼性を高めることができる。
の尺度である。外装体107に凹部または凸部を形成することにより、二次電池の外部か
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、とも言うこと
ができる。
[1.電極部の変形例1]図11(A)に、図1と異なる正極111と負極115の積層
の例を示す。図11(A)では、正極集電体101の両面に正極活物質層102を有する
正極111を2枚、負極集電体105の片面に負極活物質層106を有する負極115を
4枚積層している。図11(A)のような構成としても、負極115の負極活物質を有さ
ない面同士という、金属同士の接触面をつくることができる。
図11(B)に、図1と異なる正極111と負極115の積層の例を示す。図11(B)
では、正極集電体101の両面に正極活物質層102を有する正極111を2枚、負極集
電体105の片面に負極活物質層106を有する負極115を2枚、負極集電体105の
両面に負極活物質層106を有する負極115を1枚積層している。図11(B)のよう
に集電体の両面に活物質層を設けることで、二次電池100の単位体積あたりの容量を大
きくすることができる。
図11(C)に、図1と異なる正極111と負極115の積層の例を示す。図11(C)
では、電解液104としてポリマーを有する電解液を用い、一組の正極111、負極11
5、セパレータ103を電解液104で貼りあわせている。このような構成とすることで
、二次電池100を湾曲したとき、電池反応が行われる正極111と負極115の間が滑
ることを抑制できる。
ない面同士という、金属同士の接触面を多くつくることができる。そのため二次電池10
0を湾曲したとき、これらの接触面がすべることで、湾曲の内径と外径の差により生じる
応力を逃がすことができる。
二次電池100とすることができる。
シド系、ポリアクリロニトリル系、ポリフッ化ビニリデン系、ポリアクリレート系、ポリ
メタクリレート系ポリマーを用いることができる。また、常温(例えば25℃)で電解液
104をゲル化できるポリマーを用いることが好ましい。なお本明細書等において、例え
ばポリフッ化ビニリデン系ポリマーとは、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を含むポリ
マーを意味し、ポリ(フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン)共重合体等を含む
。
性分析することができる。例えばポリフッ化ビニリデン系ポリマーは、FT-IRで得た
スペクトルに、C-F結合を示す吸収を有する。またポリアクリロニトリル系ポリマーは
、FT-IRで得たスペクトルに、C≡N結合を示す吸収を有する。
ることができる。
図12に、図1と異なる二次電池100cを示す。図12(A)は二次電池100cの上
面図である。図12(B)は、図12(A)の一点破線B1-B2における断面図である
。図12(C)は、二次電池100cの正極111b、負極115bおよびセパレータ1
03を抜粋して示した斜視図である。
タ103の形状が、図1の二次電池100aと異なる。
する。
11bおよび負極115bを交互に挟む。このとき、負極115bが有する負極活物質層
106が、セパレータ103と重畳するように配置する。同様に、正極111bが有する
正極活物質層102が、セパレータ103と重畳するように配置する。なお、集電体の片
面に活物質層が形成されている電極を用いる場合は、正極111bの正極活物質層102
と、負極115bの負極活物質層106がセパレータ103を介して対向するように配置
する。
負極115bを覆う。
3bを熱溶着することで、複数の正極111bと複数の負極115bを、セパレータ10
3によって覆い、結束する。
いて結束する。
は、1枚のセパレータ103の中で、複数の正極111bと複数の負極115bに挟まれ
ている領域と、複数の正極111bと複数の負極115bを覆うように配置されている領
域とを有する。
れた1枚のセパレータである。セパレータ103の折りたたまれた領域に、複数の正極1
11bと、複数の負極115bが挟まれている。
することができる。
図14に、図12と異なる二次電池100dを示す。図14(A)は二次電池100dの
上面図である。図14(B1)は第1の電極組立体130、図14(B2)は第2の電極
組立体131の断面図である。図14(C)は、図14(A)の一点破線C1-C2にお
ける断面図である。なお、図14(C)では図を明瞭にするため、第1の電極組立体13
0、第2の電極組立体131およびセパレータ103を抜粋して示す。
03の配置が図12の二次電池100cと異なる。
複数の第2の電極組立体131を有する。
物質層を有する正極111b、セパレータ103、負極集電体の両面に負極活物質層を有
する負極115b、セパレータ103、正極集電体の両面に正極活物質層を有する正極1
11bがこの順に積層されている。また図14(B2)に示すように、第2の電極組立体
131では、負極集電体の両面に負極活物質層を有する負極115b、セパレータ103
、正極集電体の両面に正極活物質層を有する正極111b、セパレータ103、負極集電
体の両面に負極活物質層を有する負極115bがこの順に積層されている。
極組立体131は、巻回したセパレータ103によって覆われている。換言すれば、複数
の第1の電極組立体130および複数の第2の電極組立体131は、渦巻き状に巻回され
たセパレータ103の間に配置されている。
物質層を設けないことが好ましい。
る構成を示したが、本発明の一態様はこれに限らない。電極を4枚以上、セパレータを3
枚以上有する構成としてもよい。電極を増やすことで、二次電池100dの容量をより向
上させることができる。また電極を2枚、セパレータを1枚有する構成としてもよい。電
極が少ない場合、より湾曲しやすい二次電池100dとすることができる。また図14(
C)では、二次電池100dが第1の電極組立体130を3組、第2の電極組立体131
を2組有する構成を示したが、本発明の一態様はこれに限らない。さらに多くの電極組立
体を有する構成としてもよい。電極組立体を増やすことで、二次電池100dの容量をよ
り向上させることができる。またより少ない電極組立体を有する構成としてもよい。電極
組立体が少ない場合、より湾曲しやすい二次電池100dとすることができる。
他は、図12についての記載を参酌することができる。
実施の形態の変形例は、他の変形例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した二次電池を電子機器に実装する例について説
明する。
す腕章型デバイス7300は、腕7301に装着することが可能であり、曲面を有する表
示部と、曲げることのできる二次電池とを有する。
び発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、又は様々な素子を
有することが出来る。表示素子、表示モジュール、表示装置、発光素子又は発光装置は、
例えば、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有
機EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LE
Dなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素
子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディ
スプレイ(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用い
た表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ
・シャッター)、MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェアレンス・モジ
ュレーション)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素
子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、または、カーボンナ
ノチューブを用いた表示素子、などの少なくとも一つを有している。これらの他にも、表
示素子、表示装置、発光素子又は発光装置は、電気的または磁気的作用により、コントラ
スト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有する場合がある。EL素子を用
いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示
装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平
面型ディスプレイ(SED:Surface-conduction Electron
-emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例とし
ては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型
液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電
子インク、電子粉流体(登録商標)、又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては
、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイ
を実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有する
ようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、など
を有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回
路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
なお、LEDを用いる場合、LEDの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファ
イトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜として
もよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物
半導体、例えば、結晶を有するn型GaN半導体層などを容易に成膜することができる。
さらに、その上に、結晶を有するp型GaN半導体層などを設けて、LEDを構成するこ
とができる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するn型GaN半導体層との
間に、AlN層を設けてもよい。なお、LEDが有するGaN半導体層は、MOCVDで
成膜してもよい。ただし、グラフェンを設けることにより、LEDが有するGaN半導体
層は、スパッタ法で成膜することも可能である。
えばセンサとして、力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁
気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度
、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むものを用いることができる。また
、タッチパネル、アンテナ、発電素子、スピーカなどの機能素子を有してもよい。
れば、交通の安全効果が得られる。また、軍人や警備員などが上腕部に腕章型デバイス7
300を装着し、ほふく前進を行いながら、上官の指示をリアルタイムで受信して上腕部
の腕章型デバイス7300の表示部に表示された表示を確認することができる。軍人や警
備員が作業を実行する上で頭部にヘルメットをかぶり、両手には武器や道具を有しており
、無線器や携帯電話や頭部に装着するデバイスでは使用が困難である。軍人や警備員が上
腕部に腕章型デバイス7300を装着し、両手がふさがったままでもマイクなどの音声入
力部への音声入力などによって腕章型デバイス7300の操作を行えることは有用である
。
ラソンなどの場合、選手は時間を腕時計で確認するが、腕の振りを一度止めないと時間を
確認することが困難である。腕の振りを止めてしまうとリズムが乱れ、競技に支障をきた
すおそれがある。腕章型デバイス7300は、上腕部に装着することで、腕の振りを止め
なくとも時間表示を可能とし、さらに他の情報(コースの自分の位置情報や、自分の健康
状態など)もディスプレイに表示させることができる。さらに、選手が両手を使うことな
く音声入力などによって腕章型デバイス7300の操作を行い、通信機能によって、コー
チに指示を仰ぎ、その指示をスピーカなどの音声出力部による音声出力や表示によって選
手が確認できる機能も備えていると有用である。
腕に装着し、操作することで安全に作業を行えるよう通信や他の人の位置情報を容易に取
得することができる。
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、テレビジョン装置(テレビ
、又はテレビジョン受信機ともいう)、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、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、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。
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。
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。
0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は薄型の二次電池である。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は集電体と電気的に接続されたリード電極
を有している。
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(E)に曲げられた二次電池7104の状態を示す。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。なお、曲線の任意の点における曲がり具合を相当する円の半径の
値で表したものを曲率半径であり、曲率半径の逆数を曲率と呼ぶ。具体的には、曲率半径
が40mm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。二次電池7104の主表面における曲率半径が40mm以上150
mm以下の範囲であれば、高い信頼性を維持できる。
る。例えば図16(F)に示すストーブ7500は、本体7512にモジュール7511
が取り付けられ、モジュール7511は、二次電池7501、モーター、ファン、送風口
7511a、熱電発電装置を有する。ストーブ7500では、開口部7512aから燃料
を投入、着火した後、二次電池7501の電力を用いてモジュール7511のモーターと
ファンを回転させ、送風口7511aから外気をストーブ7500の内部に送ることがで
きる。このように外気を効率よく取り込めるため火力の強いストーブとすることが可能で
ある。さらに、燃料の燃焼に得た熱エネルギーを用いて、上部のグリル7513において
調理することが可能である。また該熱エネルギーをモジュール7511の熱電発電装置に
より電力に変換し、二次電池7501に充電することができる。さらに、二次電池750
1に充電された電力を外部端子7511bより出力することができる。
17(A)および図17(B)に示すタブレット型端末9600は、筐体9630a、筐
体9630b、筐体9630aと筐体9630bを接続するヒンジ部9640、表示部9
631aと表示部9631bを有する表示部9631、表示モード切り替えスイッチ96
26、電源スイッチ9627、省電力モード切り替えスイッチ9625、留め具9629
、操作スイッチ9628、を有する。図17(A)は、タブレット型端末9600を開い
た状態を示し、図17(B)は、タブレット型端末9600を閉じた状態を示している。
電池9635を有する。二次電池9635は、ヒンジ部9640を通り、筐体9630a
と筐体9630bに渡って設けられている。
た操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部963
1aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域
がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部963
1aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部96
31aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表示
画面として用いることができる。
をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
ッチ入力することもできる。
り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイ
ッチ9625は、タブレット型端末9600に内蔵している光センサで検出される使用時
の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は
光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出
装置を内蔵させてもよい。
ているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示
の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネル
としてもよい。
33、DCDCコンバータ9636を含む充放電制御回路9634を有する。また、二次
電池9635として、本発明の一態様の二次電池を用いる。
び筐体9630bを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、
表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、タブレット型端末9600の耐
久性を高めることができる。また、本発明の一態様の二次電池を用いた二次電池9635
は可撓性を有し、曲げ伸ばしを繰り返しても充放電容量が低下しにくい。よって、信頼性
の優れたタブレット型端末を提供できる。
情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻な
どを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ
入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有する
ことができる。
表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、筐
体9630の一面又は二面に設けることができ、二次電池9635の充電を効率的に行う
構成とすることができる。なお二次電池9635としては、本発明の一態様の二次電池を
用いると、充放電の繰り返しに伴う放電容量の低下を抑制することができるため、長期に
わたって使用することのできるタブレット端末とすることができる。
C)にブロック図を示し説明する。図17(C)には、太陽電池9633、二次電池96
35、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、
表示部9631について示しており、二次電池9635、DCDCコンバータ9636、
コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図17(B)に示す充放電制御回路
9634に対応する箇所となる。
太陽電池で発電した電力は、二次電池9635を充電するための電圧となるようDCDC
コンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電
池9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ963
7で表示部9631に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部963
1での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにして二次電池9635
の充電を行う構成とすればよい。
電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段による二次
電池9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受信
して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成と
してもよい。
ことができる。
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4
00aのテンプル部に二次電池を搭載することで、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。
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内に二次電
池を設けることができる。
2の薄型の筐体402aの中に、二次電池402bを設けることができる。
薄型の筐体403aの中に、二次電池403bを設けることができる。
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、
二次電池を設けることができる。
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
、二次電池を搭載することができる。
搭載することができる。腕輪型デバイス407は、ケース407aの中に、2つの湾曲し
た二次電池407bを有する。またケース407aの表面には湾曲した表示部407cが
設けられている。表示部407cに用いることのできる表示部については、図15の表示
部についての記載を参酌することができる。腕輪型デバイス407は、接続部407dと
ヒンジ部407eを有し、ヒンジ部407eを中心に接続部407dまでを動かすことが
できる。また接続部407dに設けられた外部端子を介して充電等を行うことができる。
電池を搭載することができる。ウェアラブルデバイス410は、本体411の中に、湾曲
した二次電池412とセンサ部413を有する。またウェアラブルデバイス410は、表
示部415とバンド部414を有し、例えば手首に着用することができる。表示部415
に用いることのできる表示部については、図15の表示部についての記載を参酌すること
ができる。表示部415には、図18(B2)に示すように時刻をはじめとして、メール
や電話の着信情報等、様々な情報を表示することができる。
るタイプのウェアラブルデバイスであるため、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。
タブレット型端末9600、ベルト型デバイス406、腕時計型デバイス405、腕輪型
デバイス407およびウェアラブルデバイス410をはじめとする、持ち歩くことのでき
るデバイスには、GPS(グローバル・ポジショニング・システム)等の測位システムを
搭載してもよい。使用者が自分の現在位置を知ることができるだけでなく、児童誘拐や徘
徊行動等への対応に役立てることもできる。
態様に係る二次電池8004を用いた電子機器の一例である。具体的に、表示装置800
0は、TV放送受信用の表示装置に相当し、筐体8001、表示部8002、スピーカ部
8003、二次電池8004等を有する。本発明の一態様に係る二次電池8004は、筐
体8001の内部に設けられている。表示装置8000は、商用電源から電力の供給を受
けることもできるし、二次電池8004に蓄積された電力を用いることもできる。よって
、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る
二次電池8004を無停電電源として用いることで、表示装置8000の利用が可能とな
る。
装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Devi
ce)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field
Emission Display)などの、半導体表示装置を用いることができる。
、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
03を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置8100は、筐体8101、光
源8102、二次電池8103等を有する。図19では、二次電池8103が、筐体81
01及び光源8102が据え付けられた天井8104の内部に設けられている場合を例示
しているが、二次電池8103は、筐体8101の内部に設けられていても良い。照明装
置8100は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8103に蓄
積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が
受けられない時でも、本発明の一態様に係る二次電池8103を無停電電源として用いる
ことで、照明装置8100の利用が可能となる。
るが、本発明の一態様に係る二次電池は、天井8104以外、例えば側壁8105、床8
106、窓8107等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上
型の照明装置などに用いることもできる。
る。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、LEDや有機EL素子などの発光
素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
本発明の一態様に係る二次電池8203を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内
機8200は、筐体8201、送風口8202、二次電池8203等を有する。図19で
は、二次電池8203が、室内機8200に設けられている場合を例示しているが、二次
電池8203は室外機8204に設けられていても良い。或いは、室内機8200と室外
機8204の両方に、二次電池8203が設けられていても良い。エアコンディショナー
は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8203に蓄積された電
力を用いることもできる。特に、室内機8200と室外機8204の両方に二次電池82
03が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時で
も、本発明の一態様に係る二次電池8203を無停電電源として用いることで、エアコン
ディショナーの利用が可能となる。
例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを1つの筐体に有するエアコンディショ
ナーに、本発明の一態様に係る二次電池を用いることもできる。
用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫8300は、筐体8301、冷
蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303、二次電池8304等を有する。図19では、二
次電池8304が、筐体8301の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫8300は、
商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8304に蓄積された電力を
用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時
でも、本発明の一態様に係る二次電池8304を無停電電源として用いることで、電気冷
凍冷蔵庫8300の利用が可能となる。
本実施の形態では、車両に実施の形態1で説明した二次電池を搭載する例を示す。
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。
400は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、
走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハ
イブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現す
ることができる。また、自動車8400は二次電池を有する。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8401やルームライト(図示せず)などの発光装置
に電力を供給することができる。
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8400が有するナビゲ
ーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。
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20(B)に、地上設置型の充電装置8021から自動車8500に搭載された二
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
電方法やコネクターの規格等はCHAdeMO(登録商標)やコンボ等の所定の方式で適
宜行えばよい。充電装置8021は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、
また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給
により自動車8500に搭載された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。
して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組
み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電
の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に
太陽電池を設け、停車時や走行時に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。
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。
応力を計算した結果について説明する。
。計算条件としては、電極材料:アルミニウム(ヤング率 7.03×1010 Pa、
ポワッソン比 0.345)、要素タイプ:187(3 次元 10 節点四面体ソリッ
ド)、分割数:20とした。
に、封止領域の長さをLsとした。また内部領域におけるリードの長さおよびリードと重
なっていない電極の長さの和をL1とした。また応力緩和領域の長さ(ここでは内部領域
におけるリードの長さおよびリードと重なっていない電極タブの長さの和)をL2とした
。また電極のタブの幅をWt、電極の最大幅をW1とした。
1=41mm、厚さを0.2mm(図示せず)、L2を変数とした。また封止領域の一方
の端部に相当する部分1001を面で固定し、封止領域の他方の端部に相当する部分10
02をy軸方向のみ動かないように固定した。なお、y軸方向とは、図22(A)の紙面
に垂直な向きである。そして封止領域と最も離れた電極端部に相当する部分1003を、
y軸方向に1mm下に変位を与えた場合、即ち電極端部を基準面からマイナス1mmとし
た場合について、電極にかかる応力の分布と、応力の最大値を求めた。
1=0%の場合であり、最大応力3.21×107Paとなった。図23(B)がL2/
L1=10%の場合であり、最大応力3.10×107Paとなった。図24(A)がL
2/L1=20%の場合であり、最大応力2.17×107Paとなった。図24(B)
がL2/L1=25%の場合であり、最大応力1.93×107Paとなった。図25(
A)がL2/L1=30%の場合であり、最大応力1.31×107Paとなった。図2
5(B)がL2/L1=40%の場合であり、最大応力1.03×107Paとなった。
図26がL2/L1=50%の場合であり、最大応力1.93×106Paとなった。
2/L1=20%以上であると、電極にかかる応力を緩和できることが明らかとなった。
特に、L2/L1=30%以上であると、L2/L1=0%の場合と比較して電極にかか
る応力を半分以下に緩和できることが明らかとなった。
を用いる例を示す。
。計算条件としては、電極材料:銅(ヤング率 117.5×109 Pa、ポワッソン
比 0.321)とした。電極材料以外の条件は実施例1と同一であるため、ここでは計
算条件を省略する。
。
ラフに示す。なお、電極材料:チタン(ヤング率 129.8×109 Pa、ポワッソ
ン比 0.343)とした以外は、実施例1と同一であるため、ここでは計算条件を省略
する。
に示したが、図27で示した結果と同じ傾向が見られた。従って、電極材料にかかわらず
、L2/L1=20%以上であると、電極にかかる応力を緩和できることが明らかとなっ
た。特に、L2/L1=30%以上であると、L2/L1=0%の場合と比較して電極に
かかる応力を半分以下に緩和できることが明らかとなった。
100a 二次電池
100b 二次電池
100c 二次電池
100d 二次電池
101 正極集電体
102 正極活物質層
103 セパレータ
103a 領域
103b 領域
104 電解液
105 負極集電体
106 負極活物質層
107 外装体
107a フィルム
107d 領域
111 正極
111a 正極
111b 正極
115 負極
115a 負極
115b 負極
120 封止層
121 正極リード
125 負極リード
130 電極組立体
131 電極組立体
151 スリット
151a 直線
152 スリット
321 グラフェン
322 正極活物質
323 導電助剤
331 領域
332 領域
333 領域
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 二次電池
403 デバイス
403a 筐体
403b 二次電池
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
407 腕輪型デバイス
407a ケース
407b 二次電池
407c 表示部
407d 接続部
407e ヒンジ部
410 ウェアラブルデバイス
411 本体
412 二次電池
413 センサ部
414 バンド部
415 表示部
1001 部分
1002 部分
1003 部分
7100 携帯表示装置
7101 筐体
7102 表示部
7103 操作ボタン
7104 二次電池
7300 腕章型デバイス
7301 腕
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
7500 ストーブ
7501 二次電池
7511 モジュール
7511a 送風口
7511b 外部端子
7512 本体
7512a 開口部
7513 グリル
8000 表示装置
8001 筐体
8002 表示部
8003 スピーカ部
8004 二次電池
8021 充電装置
8022 ケーブル
8100 照明装置
8101 筐体
8102 光源
8103 二次電池
8104 天井
8105 側壁
8106 床
8107 窓
8200 室内機
8201 筐体
8202 送風口
8203 二次電池
8204 室外機
8300 電気冷凍冷蔵庫
8301 筐体
8302 冷蔵室用扉
8303 冷凍室用扉
8304 二次電池
8400 自動車
8401 ヘッドライト
8500 自動車
9600 タブレット型端末
9625 スイッチ
9626 スイッチ
9627 電源スイッチ
9628 操作スイッチ
9629 留め具
9630 筐体
9630a 筐体
9630b 筐体
9631 表示部
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 二次電池
9636 DCDCコンバータ
9637 コンバータ
9638 操作キー
9639 ボタン
9640 ヒンジ部
Claims (2)
- 第1の正極と、第2の正極と、第1の負極と、第2の負極と、前記第1の正極を覆う第1のセパレータと、前記第2の正極を覆う第2のセパレータと、
前記第1の正極及び前記第2の正極と電気的に接続された正極リードと、
前記第1の負極及び前記第2の負極と電気的に接続された負極リードと、
外装体と、を有し、
前記外装体は、前記第1の正極と、前記第2の正極と、前記第1の負極と、前記第2の負極と、前記正極リードの一部と、前記負極リードの一部と、を挟むように配置されており、
前記第1の正極及び前記第2の正極はそれぞれ、正極集電体と、前記正極集電体の第1の面に形成された正極活物質層と、を有し、
前記正極集電体は、第1の領域と、第2の領域と、を有し、
前記第1の領域の第1の方向の幅は、前記第2の領域の前記第1の方向の幅よりも狭く、
前記第1の領域は、前記正極活物質層と重ならず、
前記第2の領域は、前記正極活物質層と重なり、
前記第1の領域は、前記第1の方向と交差する第2の方向に延伸した形状を有し、
前記第2の領域は、前記第1の領域を介して、前記正極リードと電気的に接続され、
前記第1の負極及び前記第2の負極はそれぞれ、負極集電体と、前記負極集電体の第2の面に形成された負極活物質層と、を有し、
前記負極集電体は、第3の領域と、第4の領域と、を有し、
前記第3の領域の第3の方向の幅は、前記第4の領域の前記第3の方向の幅よりも狭く、
前記第3の領域は、前記負極活物質層と重ならず、
前記第4の領域は、前記負極活物質層と重なり、
前記第3の領域は、前記第3の方向と交差する第4の方向に延伸した形状を有し、
前記第4の領域は、前記第3の領域を介して、前記負極リードと電気的に接続され、
前記第2の領域と、前記第4の領域とは、重なる、二次電池であって、
前記第1の負極及び前記第2の負極はそれぞれ、前記負極活物質層が形成されていない前記負極集電体の第3の面を有し、
前記第1の負極と前記第2の負極とは、前記第3の面同士が接するように配置され、
前記第1の領域において前記正極リードと重ならない領域の前記第2の方向の幅と、前記外装体の内側に配置された前記正極リードの前記第2の方向の幅とを足した長さLptは、前記Lptと前記第2の領域の前記第2の方向の幅とを足した長さLp1の30%以上であり、
平面視において、前記第1の正極及び前記第2の正極はそれぞれ、前記正極リードが配置された辺に設けられた第1のスリット及び第2のスリットを有し、
平面視において、前記第1のスリット及び前記第2のスリットはそれぞれ、前記第2の方向に沿い、且つ前記第1のスリットの前記第1の方向の幅及び前記第2のスリットの前記第1の方向の幅はそれぞれ、前記第1の領域から遠ざかるほど広くなる、二次電池。 - 請求項1において、
前記正極活物質層は、リチウムマンガン複合酸化物と、グラフェンと、を有し、
前記グラフェンは、前記リチウムマンガン複合酸化物の粒子と面で接する領域を有する、二次電池。
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