JPWO2018087970A1 - 固体電池、固体電池の製造方法、電池パック、車両、蓄電システム、電動工具及び電子機器 - Google Patents

固体電池、固体電池の製造方法、電池パック、車両、蓄電システム、電動工具及び電子機器 Download PDF

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Abstract

電池特性及び信頼性を向上させた固体電池を提供すること。本技術に係る固体電池は、第1電解質層と、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第1積層体と、第2電解質層と、第1負極層と、第2集電層と、第2負極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第2積層体と、第1積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第1絶縁層と、第2積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第2絶縁層と、を備え、第1積層体と第2積層体とが、第1正極層が積層されていない第1電解質層の主平面と、第2集電層が積層されていない第2負極層の主平面とで積層されてなるか、又は第1負極層が積層されていない第2電解質層の主平面と、第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層されてなり、第1集電層及び第2集電層のそれぞれのイオン伝導度が10−7S/cm以下であり、第1絶縁層及び第2絶縁層のそれぞれのイオン伝導度が10−7S/cm以下である。

Description

本技術は、固体電池に関する。より詳しくは、正極層、負極層、及び正極層と負極層との間の電解質層、が積層された積層型の固体電池に関する。
近年、携帯端末、パーソナルコンピュータ(PC)、及び電気自動車等の電源には、リチウムイオン等の二次電池が用いられている。リチウムイオン二次電池は、正極と負極との間の電解質層が可燃性の有機溶媒の電解液で浸されているため、電解液が揮発して発火する危険性があり、さらに容量が小さい等の問題がある。
これらの問題に対し、電解質層に例えば、酸化物を固体電解質材料として用い、全ての構成を固体化した全固体電池の研究が盛んに行われている。このような構成から、全固体電池は、発火する危険性がなく、さらに高容量化が可能となる。この全固体電池は、例えば、特許文献1に記載されているように、各構成要素からなる積層構造を形成したのち、一括して焼結することで作製されている。
積層構造を形成する場合は、積層セラミックコンデンサの製造方法のように、離型フィルム上に固体電解質材料(セラミックコンデンサの場合は誘電体)を成膜したのちに、必要な電極層を積層印刷した積層体(グリーンシート)を、離型フィルムから離型して積層して製造する。このような積層型の電池において、積層構造中に、例えば、集電層を備え、集電層の両面に正極層を配置したものと集電層の両面に負極層を配置したものとを、電解質層を介して対向する構造を実現することで高いエネルギー密度を実現することが可能になる。このような積層構造は、一般的な電池においても用いられている。
一方、例えば、特許文献2には、集電層がイオン伝導的に導電性の特定伝導材料を含むため、隣り合う二つの単電池において正極層同士又は負極層同士をイオン伝導的に導通させることができることが記載されている。これにより、集電層を介して隣接する正極層間又は負極層間の電位を平均化することができるので、安定した出力電圧を得ることができるとされている。
特開2009−206090号公報 再公表WO2012/020699号公報
しかしながら、当該技術分野では、特許文献1及び2で提案された技術による固体電池よりも、更に、電池特性及び信頼性を向上させた固体電池が望まれているのが現状である。
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、優れた電池特性や優れた信頼性を有する固体電池を提供することを主目的とする。
本技術では、第1電解質層と、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第1積層体と、第2電解質層と、第1負極層と、第2集電層と、第2負極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第2積層体と、第1積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第1絶縁層と、第2積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第2絶縁層と、を備え、第1積層体と第2積層体とが、第1正極層が積層されていない第1電解質層の主平面と、第2集電層が積層されていない第2負極層の主平面とで積層されてなるか、又は第1負極層が積層されていない第2電解質層の主平面と、第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層されてなり、第1集電層及び第2集電層のそれぞれのイオン伝導度が10−7S/cm以下であり、第1絶縁層及び第2絶縁層のそれぞれのイオン伝導度が10−7S/cm以下である、固体電池を提供する。
また、本技術では、第1電解質層と、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第1積層体と、第3電解質層と、第3負極層とが積層されてなる少なくとも1つの第3積層体と、第1積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第1絶縁層と、第3積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第3絶縁層と、を備え、第1積層体と第3積層体とが、第1正極層が積層されていない第1電解質層の主平面と、第3電解質層が積層されていない第3負極層の主平面とで積層されてなるか、又は第3負極層が積層されていない第3電解質層の主平面と、第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層されてなり、第1集電層のイオン伝導度が10−7S/cm以下であり、第1絶縁層及び第3絶縁層のそれぞれのイオン伝導度が10−7S/cm以下である、固体電池を提供する。
さらに、本技術では、第1離型フィルムに第1電解質層を塗布し、第1電解質層上に、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とをこの順で積層して、第1積層体を得て、第1積層体の側面部の少なくとも一部に第1絶縁層を接続し、第2離型フィルムに第2電解質層を塗布し、第2電解質層上に、第1負極層と、第2集電層と、第2負極層とをこの順で積層して、第2積層体を得て、第2積層体の側面部の少なくとも一部に第2絶縁層を接続し、第1積層体から第1離型フィルムを離型し、第2積層体から第2離型フィルムを離型し、第1積層体と第2積層体とを、第1正極層が積層されていない第1電解質層の主平面と、第2集電層が積層されていない第2負極層の主平面とで積層するか、又は第1負極層が積層されていない第2電解質層の主平面と、第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層する、固体電池の製造方法を提供する。
さらに、本技術では、第1離型フィルムに第1電解質層を塗布し、第1電解質層上に、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とをこの順で積層して、第1積層体を得て、第1積層体の側面部の少なくとも一部に第1絶縁層を接続し、第3離型フィルムに第3電解質層を塗布し、第3電解質層上に第3負極層を積層して、第3積層体を得て、第3積層体の側面部の少なくとも一部に第3絶縁層を接続し、第1積層体から第1離型フィルムを離型し、第3積層体から第3離型フィルムを離型し、第1積層体と第3積層体とを、第1正極層が積層されていない第1電解質層の主平面と、第3電解質層が積層されていない第3負極層の主平面とで積層するか、又は第3負極層が積層されていない第3電解質層の主平面と、第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層する、固体電池の製造方法を提供する。
さらに、本技術は、本技術に係る固体電池と、該固体電池の使用状態を制御する制御部と、該制御部の指示に応じて該固体電池の使用状態を切り換えるスイッチ部と、を備える、電池パックを提供する。
また、本技術は、本技術に係る固体電池と、該固体電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する駆動力変換装置と、該駆動力に応じて駆動する駆動部と、車両制御装置と、を備える、車両を提供する。
また、本技術は、本技術に係る固体電池を有する蓄電装置と、該固体電池から電力が供給される電力消費装置と、該固体電池からの該電力消費装置に対する電力供給を制御する制御装置と、該固体電池を充電する発電装置と、を備える、蓄電システムを提供する。
また、本技術は、本技術に係る固体電池と、該固体電池から電力が供給される可動部と、を備える、電動工具を提供する。
また、本技術は、本技術に係る固体電池を備え、該固体電池から電力の供給を受ける電子機器を提供する。
本技術によれば、電池特性及び信頼性を向上させた固体電池を提供することができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果、または、それらと異質な効果であってもよい。
本技術に係る第1実施形態の全固体電池の構成例を示す断面図である。 本技術に係る第1実施形態の第1積層体の形成例を示す模式図である。 本技術に係る第1実施形態の第2積層体の形成例を示す模式図である。 本技術に係る第1実施形態の全固体電池の積層例を示す断面図である。 本技術に係る第2実施形態の全固体電池の構成例を示す断面図である。 本技術に係る第3実施形態の全固体電池の構成例を示す断面図である。 本技術に係る第4実施形態の電池パックの構成例を示すブロック図である。 本技術に係る第5実施形態の車両の構成例を示す斜視図である。 本技術に係る第6実施形態の蓄電システムの構成例を示す斜視図である。 本技術に係る第7実施形態の電動工具の構成例を示すブロック図である。 本技術に係る第8実施形態の電子機器の構成例を示すブロック図である。 本技術に係る固体電池の応用例1(プリント回路基板)の構成を表す図である。 本技術に係る固体電池の応用例2(ユニバーサルクレジットカード)の構成の一例を表す図である。 本技術に係る固体電池の応用例3(リストバンド型活動量計)の構成の一例を表す図である。 本技術に係る固体電池の応用例3(リストバンド型活動量計)の構成の一例を表す図である。 本技術に係る固体電池の応用例3(リストバンド型電子機器)の構成を表す図である。 本技術に係る固体電池の応用例4(スマートウオッチ)の構成を表す分解斜視図である。 本技術に係る固体電池の応用例4(バンド型電子機器)の内部構成の一部を表す図である。 本技術に係る固体電池の応用例4(バンド型電子機器)の回路構成を示すブロック図である。 本技術に係る固体電池の応用例5(眼鏡型端末)の構成の具体例を表す図である。
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1実施形態(全固体電池の構成例)
1−1.全固体電池の構成例
1−2.第1積層体の積層例
1−3.第2積層体の積層例
1−4.全固体電池の製造方法の例
1−5.実施例
2.第2実施形態(全固体電池の変形例1)
3.第3実施形態(全固体電池の変形例2)
4.固体電池の用途の概要
5.第4実施形態(電池パックの構成例)
6.第5実施形態(車両の構成例)
7.第6実施形態(蓄電システムの構成例)
8.第7実施形態(電動工具の構成例)
9.第8実施形態(電子機器の構成例)
10.応用例1(プリント回路基板)
11.応用例2(ユニバーサルクレジットカード)
12.応用例3(リストバンド型電子機器)
13.応用例4(スマートウオッチ)
14.応用例5(眼鏡型端末)
<1.第1実施形態(全固体電池の構成例)>
本技術に係る第1実施形態の全固体電池の構成例について、図1ないし図4を用いて説明する。
[1−1.全固体電池の構成例]
図1は、本技術に係る第1実施形態の全固体電池10の構成例を示す断面図である。図1に示すように、全固体電池10は、上部外層11と下部外層12との間に、第1積層体13(Type1)と第2積層体14(Type2)とが交互に複数積層されている。
第1積層体13は、下層から上層へ、第1電解質層101、第1正極層102、第1集電層103及び第2正極層104が、この順で積層されている。第2積層体14は、下層から上層へ、第2電解質層105、第1負極層106、第2集電層107及び第2負極層108が、この順で積層されている。第1積層体13及び第2積層体14の側面部の少なくとも一部には、それぞれ第1絶縁層109及び第2絶縁層110が各層の隙間を埋めるように備えられている。
本実施形態では、第2積層体14の上面において、第1正極層102が積層されていない第1電解質層101の主平面と、第2集電層107が積層されていない第2負極層108の主平面とが積層されている。また、第2積層体14の下面において、第1負極層106が積層されていない第2電解質層105の主平面と、第1集電層103が積層されていない第2正極層104の主平面とが積層されている。
(電解質層)
第1電解質層101及び第2電解質層105は、500℃以下にガラス転移点を有する材料が含まれる。そして、固体電解質層には固体電解質を更に含んでもよく、また、後述する結着剤を必要に応じて含んでもよい。なお、第1電解質層101及び第2電解質層105は、イオン電導度がおよそ10−5S/cmである。
固体電解質としては、例えば1種類または2種類以上の結晶性固体電解質が挙げられる。結晶性固体電解質の種類は、リチウムイオンを伝導可能である結晶性の固体電解質であれば特に限定されないが、例えば、無機材料または高分子材料などである。無機材料は、例えば、LiS−P、LiS−SiS−LiPO、Li11、Li3.25Ge0.25P0.75S、またはLi10GeP12などの硫化物や、LiLaZr12、Li6.75LaZr1.75Nb0.2512、LiBaLaTa12、Li1+xAlTi2−x(POまたはLa2/3−xLi3xTiOなどの酸化物である。高分子材料は、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)などである。
(正極層)
第1正極層102及び第2正極層104には、500℃以下にガラス転移点を有する材料が含まれる。そして、第1正極層102及び第2正極層104は、1種類または2種類以上の正極活物質を含み、必要に応じて結着剤、導電剤などの添加剤、及び上述した固体電解質を更に含んでいてもよい。なお、第1正極層102及び第2正極層104は、イオン電導度がおよそ10−5S/cmである。
正極活物質は、電極反応物質であるリチウムイオンを吸蔵放出可能である正極材料を含んでいる。この正極材料は、高いエネルギー密度が得られる観点から、リチウム含有化合物などであることが好ましいが、これに限定されるものではない。このリチウム含有化合物は、例えば、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として含む複合酸化物(リチウム遷移金属複合酸化物)や、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物(リチウム遷移金属リン酸化合物)などである。中でも、遷移金属元素は、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)のいずれか1種類または2種類以上であることが好ましい。より高い電圧が得られるからである。
リチウム遷移金属複合酸化物の化学式は、例えば、LiM1OまたはLiM2Oなどで表されると共に、リチウム遷移金属リン酸化合物の化学式は、例えば、LiM3POなどで表される。但し、M1〜M3は1種類または2種類以上の遷移金属元素であり、x〜zの値は任意である。
リチウム遷移金属複合酸化物は、例えば、LiCoO、LiNiO、LiVO、LiCrOまたはLiMnなどである。リチウム遷移金属リン酸化合物は、例えば、LiFePOまたはLiCoPOなどである。
この他、正極活物質は、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子などでもよい。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムまたは二酸化マンガンなどである。二硫化物は、例えば、二硫化チタンまたは硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリンまたはポリチオフェンなどである。
正極活物質は、正極活物質粒子の粉末を含んでいてもよい。正極活物質粒子の表面が、被覆剤により被覆されていてもよい。ここで、被覆は、正極活物質粒子の表面の全体に限定されるものではなく、正極活物質粒子の表面の一部であってもよい。被覆剤は、例えば、固体電解質および導電剤のうち少なくとも1種である。正極活物質粒子の表面を被覆剤で被覆することで、正極活物質と固体電解質との界面抵抗を低減することができる。また、正極活物質の構造の崩壊を抑制できるので、掃引電位幅を広げ、多くのリチウムを反応に使えるようになると共に、サイクル特性も向上できる。
結着剤は、例えば、合成ゴムまたは高分子材料などのいずれか1種類または2種類以上である。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムまたはエチレンプロピレンジエンなどである。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデンまたはポリイミドなどである。なお、結着剤は正極活物質などの粒子を結着させるためのものであるが、正極が、500℃以下にガラス転移点を有する材料(ガラス材料)によって十分に結着される場合には、正極は結着剤を含んでいなくてもよい。
導電剤は、例えば、炭素材料、金属、金属酸化物または導電性高分子などを単独でまたは2種以上含んでいる。炭素材料は、例えば、黒鉛、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またはカーボンファイバーなどである。金属酸化物は、例えば、SnOなどである。なお、導電剤は、導電性を有する材料であればよく、上述の例に限定されるものではない。
(負極層)
第1負極層106及び第2負極層108には、500℃以下にガラス転移点を有する材料が含まれる。そして、第1負極層106及び第2負極層108は、1種類または2種類以上の負極活物質を含み、必要に応じて結着剤および導電剤などの添加剤、及び上述した固体電解質を更に含んでいてもよい。なお、第1負極層106及び第2負極層108は、イオン電導度がおよそ10−5S/cmである。
負極活物質は、電極反応物質であるリチウムイオンを吸蔵放出可能である負極材料を含んでいる。この負極材料は、高いエネルギー密度が得られる観点から、炭素材料または金属系材料などであることが好ましいが、これに限定されるものではない。
炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)または高配向性グラファイト(HOPG)などである。
金属系材料は、例えば、リチウムと合金を形成可能な金属元素または半金属元素を構成元素として含む材料である。より具体的には、金属系材料は、例えば、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)または白金(Pt)などの単体、合金または化合物のいずれか1種類または2種類以上である。但し、単体は、純度100%に限らず、微量の不純物を含んでいてもよい。この金属系材料は、例えば、Si、Sn、SiB、TiSi、SiC、Si、SiOv(0<v≦2)、LiSiO、SnO(0<w≦2)、SnSiO、LiSnOまたはMgSnなどである。
この他、金属系材料は、リチウム含有化合物またはリチウム金属(リチウムの単体)でもよい。このリチウム含有化合物は、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として含む複合酸化物(リチウム遷移金属複合酸化物)であり、例えば、LiTi12などである。
負極活物質は、負極活物質粒子の粉末を含んでいる。負極活物質粒子の表面が、被覆剤で被覆されていてもよい。ここで、被覆は、負極活物質粒子の表面の全体に限定されるものではなく、負極活物質粒子の表面の一部であってもよい。被覆剤は、例えば、固体電解質および導電剤のうち少なくとも1種である。負極活物質粒子の表面を被覆剤で被覆することで、負極活物質と固体電解質との界面抵抗を低減することができる。また、負極活物質の構造の崩壊を抑制できるので、掃引電位幅を広げ、多くのリチウムを反応に使えるようになると共に、サイクル特性も向上できる。結着剤及び導電剤は上記で説明をしたとおりである。
(集電層)
第1集電層103及び第2集電層107には、500℃以下にガラス転移点を有する材料が含まれる。第1集電層103及び第2集電層107は、500℃以下にガラス転移点を有する材料の他に、導電率が大きい材料を含んでもよい。第1集電層103及び第2集電層107は、例えば、炭素、グラファイト、カーボンナノチューブなどの一般的な炭素系材料や、Cu、Mg、Ti、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Ge、In、Au、Pt、Ag、Pdなど、又は、これらの何れかの元素を含む合金、を材料として構成することができる。負極用の集電層に含まれる材料としても、正極用の集電層と同様の材料を用いることができる。
また、正極用の集電層を構成する材料は正極層を構成する材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。さらに、負極用の集電層を構成する材料は負極層を構成する材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、第1集電層103及び第2集電層107には、それぞれ正極活物質及び負極活物質を含んでもよい。例えば、負極活物質である導電性炭素物質(グラファイト)が、負極用の集電層に含まれてもよい。その含有比は、集電層として機能する限り特に限定はされないが、正極集電体/正極活物質、又は負極集電体/負極活物質が体積比率で90/10から70/30の範囲であることが好ましい。正極用の集電層及び負極用の集電層が、それぞれ正極活物質及び負極活物質を含むことにより、正極用の集電層と正極活物質層、及び負極用の集電層と負極活物質層との密着性が向上するため望ましい。第1集電層103及び第2集電層107には、必要に応じて結着剤などの添加剤を更に含んでいてもよい。
本実施形態の第1集電層103及び第2集電層107は、イオン電導度が10−7S/cm以下に設定されている。さらに、第1集電層103及び第2集電層107は、イオン電導度が10−8S/cm以下に設定されていることが好ましい。
(絶縁層)
第1絶縁層109及び第2絶縁層110には、500℃以下にガラス転移点を有する材料が含まれる。第1絶縁層109及び第2絶縁層110は、500℃以下にガラス転移点を有する材料の他に、無機絶縁性材料及び/又は有機絶縁性材料を含んでもよい。無機絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム(Al23)、酸化ケイ素(SiO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化チタン(TiO)、酸化ジルコニウム(ZrO)等が挙げられ、有機絶縁性材料としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体等が挙げられる。第1絶縁層109及び第2絶縁層110には、必要に応じて結着剤などの添加剤を更に含んでいてもよい。
本実施形態の第1絶縁層109及び第2絶縁層110には、500℃以下にガラス転移点を有する材料が含まれる。第1絶縁層109及び第2絶縁層110は、500℃以下にガラス転移点を有する材料の他に、無機絶縁性材料を含んでもよい。無機絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム〈Al23〉、酸化ケイ素〈SiO〉、酸化マグネシウム〈MgO〉、酸化チタン〈TiO〉、酸化ジルコニウム〈ZrO〉等が挙げられ、第1絶縁層109及び第2絶縁層110には、必要に応じて結着剤などの添加剤を更に含んでいてもよい。第1絶縁層109及び第2絶縁層110は、イオン電導度が10−7S/cm以下に設定されている。さらに、第1絶縁層109及び第2絶縁層110は、イオン電導度が10−8S/cm以下に設定されていることが好ましい。なお、イオン電導度の調整は、材料の種類や組成等で行う。
ここで、正極層を含む積層体と負極層を含む積層体とを連続積層した場合、集電層がイオン伝導性を有していたり、絶縁層が、イオン伝導性を有していたりすると、充電時に、積層体の最上面の充電されていない正極層から集電層もしくは絶縁層を介して下の正極層にリチウムが拡散してしまう。このため、その正極層が電解質層を介して対向する負極層が局所的に過充電になり、電池内部でショートなどが発生するおそれがある。同様に、充電時に、積層体の最下面の充電されていない負極層にその上部の負極層からリチウムが拡散するため、放電に寄与する負極層を含む積層体の容量が減少するため、電池の容量低下などにつながるおそれがある。
本実施形態におけるイオン電導度は、第1集電層103が第1正極層102及び第2正極層104よりも十分に低く、かつ、第1絶縁層109が第1電解質層101よりも低い。このため、例えば図1において、充電時に、最上面の充電されていない第2正極層104から第1正極層102へ、第1集電層103を介して(矢印Aの方向)又は第1絶縁層109を介して(矢印B及びCの方向)、リチウム等の正極活物質が拡散しなくなる。これにより、本実施形態の全固体電池10は、第1電解質層101を介して第1正極層102と対向する第1負極層108が局所的に過充電になることを防止し、電池内部のショートの発生を抑制することができる。
本実施形態におけるイオン電導度は、第2集電層107が、第1負極層106及び第2負極層108よりも十分に低く、かつ、第2絶縁層110が第2電解質層105よりも低い。このため、例えば図1において、充電時に、第2負極層108から最下面の充電されていない第1負極層106へ、第2集電層107を介して(矢印Dの方向)又は第2絶縁層110を介して(矢印Eの方向)、リチウム等の負極活物質が拡散しなくなる。これにより、本実施形態の全固体電池10は、放電に寄与する最下層の第2積層体14の容量が減少することを防止し、電池容量の低下を抑制することができる。
また、積層型の全固体電池を製造する場合、従来は、集電層の上下面に正極又は負極が配置された積層体を作製する他に、最上層及び最下層に集電層の片側のみに正極又は負極が配置された積層体を別途2種類作製する必要があった。集電層の両面に活物質層がいるものを最上下面に用いると、それぞれ一番上の層及び下の層の活物質層は余剰になり、集電層もしくは絶縁層を通じて電池反応に関与してしまうからである。このため、全部で4種類の積層体を作製する必要があるが、通常積層機は2〜3種類程度の積層体を積層するため、積層体の作製種類が増えるだけでなく、積層機も複雑なものになってしまうという問題があった。
本実施形態の全固体電池10は、積層する積層体が、第1積層体13及び第2積層体14の2種類のみであるため、3種類以上の積層体を作製するものに対し、全固体電池の製造時の印刷工程及び積層工程を簡略化することができる。また、本実施形態の全固体電池10は、製造時における中間部品の品種を低減することもできる。
なお、本実施形態の全固体電池10は、最上層の電極が正極で最下層の電極が負極であるが、本技術に係る全固体電池はこれに限らず、正極層と負極層とが交互に積層されていればよく、最上層の電極が負極で最下層の電極が正極である場合や、両方とも同種の電極であってもよい。
[1−2.第1積層体の積層例]
図2は、本実施形態の第1積層体13の形成例を示す模式図である。図2を用いて第1積層体13の形成方法の一例について説明する。
まず、第1離型フィルムに第1電解質層101を塗布する。次に、第1正極層102、第1集電体層103、第2正極層104、下部第1絶縁層109a及び上部第1絶縁層109bの各スラリーを作製する。そして、第1電解質層101の上面に、第1正極層102、下部第1絶縁層109a、第1集電体層103、第2正極層104及び上部第1絶縁層109bの順序及びパターンで、作製した各スラリーをスクリーン印刷により積層印刷して、第1積層体13を形成する。
[1−3.第2積層体の積層例]
図3は、本実施形態の第2積層体14の形成例を示す模式図である。図3を用いて第2積層体14の形成方法の一例について説明する。
まず、第2離型フィルムに第2電解質層105を塗布する。次に、第1負極層106、第2集電体層107、第2負極層108及び第2絶縁層110の各スラリーを作製する。そして、第2電解質層105の上面に、第1負極層106、第2集電体層107、第2負極層108及び第2絶縁層110の順序及びパターンで、作製した各スラリーをスクリーン印刷により積層印刷して、第2積層体14を形成する。
[1−4.全固体電池の製造方法の例]
図1ないし図4を用いて、本実施形態の全固体電池10の製造方法の一例について説明する。図4は、本実施形態の全固体電池の積層例を示す断面図である。
まず、図2に示すように、上述の形成方法により第1積層体13を形成する。これにより、第1積層体13の側面部の少なくとも一部には、第1絶縁層109が接続されている。
次に、図3に示すように、上述の形成方法により第2積層体14を形成する。これにより、第2積層体14の側面部の少なくとも一部には、第2絶縁層110が接続されている。
そして、第1積層体13から第1離型フィルムを離型し、第2積層体14から第2離型フィルムを離型する。
最後に、第1積層体13とその下層の第2積層体14とは、第1正極層102が積層されていない第1電解質層101の主平面と、第2集電層107が積層されていない第2負極層108の主平面とで積層する。同様に、第2積層体14とその下層の第1積層体13とは、第1負極層106が積層されていない第2電解質層105の主平面と、第1集電層103が積層されていない第2正極層104の主平面とで積層する。これらを繰り返して第1積層体13と第2積層体14との積層構造を形成する。
最後に、最上層の上面を上部外層11と接合させ、最下層の下面を下部外層12と接合させて、全固体電池10を製造する。
[1−5.実施例]
以下のように、本技術に係る実施例の全固体電池を作製し、本実施例と比較例とのイオン電導度を評価した。
(実験方法)
[電解質層の作製]
1.酸化物ガラス(Li2O:SiO2:B203=54:11:35)を、アクリルバインダと70:30wt%の重量比で混合したものを、酢酸ブチルに固形分が30wt%になるように混合、5mmφのジルコニアボールとともに、4時間攪拌する。それを離形フィルム上に塗布し、80℃で10分乾燥する。
[正極スラリーの作製]
2.Aldrich社製コバルト酸リチウム(LiCoO2)を、酸化物ガラス(Li2O:SiO2:B203=54:11:35)と50:50wt%で混合し、アクリルバインダと80:20wt%で混合したものを、テルピネオールに固形分が60wt%になるように混合して、例えば、泡とり練太郎にて3000rpmで1時間攪拌する。
[負極スラリーの作製]
3.TIMCAL社製KS6を、酸化物ガラス(Li2O:SiO2:B203=54:11:35)と50:50wt%で混合し、アクリルバインダと80:20wt%で混合したものを、テルピネオールに固形分が60wt%になるように混合して、例えば、泡とり練太郎にて3000rpmで1時間攪拌する。
[集電層スラリーの作製]
4.TIMCAL社製KS6を、酸化物ガラス(Bi-B系ガラス 旭硝子社製ASF1096)と50:50wt%で混合したものと、アクリルバインダと80:20wt%で混合したものとを、テルピネオールに固形分が60wt%になるように混合して、例えば、泡とり練太郎にて3000rpmで1時間攪拌する。
[絶縁層スラリーの作製]
5.アルミナ粒子(AHP300日本軽金属)を、酸化物ガラス(Bi-B系ガラス 旭硝子社製ASF1096)と50:50wt%で混合したものと、アクリルバインダと80:20wt%で混合したものとを、テルピネオールに固形分が60wt%になるように混合して、例えば、泡とり練太郎にて3000rpmで1時間攪拌する。
[絶縁層の作製]
6.アルミナ粒子(AHP300日本軽金属)を、酸化物ガラス(Bi-B系ガラス 旭硝子社製ASF1096)と50:50wt%で混合したものと、アクリルバインダと70:30wt%で混合したものとを、酢酸ブチルに固形分が30wt%になるように混合して、5mmφのジルコニアボールとともに、4時間攪拌する。それを離形フィルム上に塗布し、80℃で10分乾燥する。
7.上記実験工程1で作製した電解質層に、図2及び図3の順序及びパターンになるように、スクリーン印刷により各スラリーを積層印刷して、第1積層体(正極グリーンシート)、及び第2積層体(負極グリーンシート)を形成する。
8.上記実験工程7で作製した正極グリーンシート及び負極グリーンシートを、図に示した形状に加工後、離型フィルムから離型して、下の順序積層したのち、100℃で10分間熱圧着する。
9.上記実験工程8に対して、300℃で10時間加熱することで、アクリルバインダを除去したのちに、400℃で30分焼結させる。
10.上記実験工程9のセルの両側面に、Agペースト(大研化学)を塗布し、120℃で10分間乾燥させる。
11.上記実験工程4及び5の集電層スラリー及び絶縁層スラリーに用いるガラスとして、酸化物ガラス(Li2O:SiO2:B203=54:11:35)を用いたもので、同様の試作を行った。
12.集電層及び絶縁層は、それぞれの単体から構成される薄膜を焼結し、イオン伝導度を測定した。
13.上記実験工程10で作製した端子に、電流リードを設置して、充放電評価を行った。
14.セルの充放電は、充電:4.2V、0.1C-CCCV 0.01C cut、放電:0.1C 2.0Vでサイクル特性を評価した。
(実験結果)
上記実験工程12において、集電層スラリー又は絶縁層スラリーのみを用いて焼結した薄膜のイオン伝導度を、以下の表1に示す。
表1から、Bi-B系ガラスを用いた集電層A及び絶縁層Aは、イオン伝導度が10-10 S/cm未満となり、酸化物系ガラスを用いた集電層B、C及び絶縁層B、Cは、イオン伝導度がそれぞれ10-7、10-6 S/cmとなった。このことから、酸化物系ガラスを用いると、Bi-B系ガラスを用いるよりもイオン伝導度が高くなることがわかった。
次に、上記実験工程13において、サイクル特性の試験を50サイクル行った結果を、以下の表2に示す。
表2から、イオン伝導度が10−7S/cm以下の集電層A及び絶縁層Aを用いた場合(実施例1)は、50サイクル後もショート発生がないことがわかった。また、イオン伝導度が10−6 S/cmの集電層C又は絶縁層Cのうち、少なくとも一方を用いた場合(比較例1〜3)は、サイクル試験の途中で電池内部のショートが発生することがわかった。
以上の実験の結果より、全固体電池にイオン伝導度が10−7 S/cm以下の集電層及び絶縁層を用いると、電池内部のショートの発生を抑制することができるといえる。
<2.第2実施形態(全固体電池の変形例1)>
図5は、本技術を適用した第2実施形態の全固体電池の構成例を示す断面図である。図5を用いて、実施形態1の全固体電池10の変形例1となる全固体電池50について説明する。本実施形態の全固体電池50が、第1実施形態の全固体電池10と異なる点は、負極層を含む第2積層体に、第2集電層が形成されていないという点である。その他の全固体電池50の構成は、全固体電池10と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態の全固体電池50内の第2積層体15(Type3)は、下層から上層へ、第2電解質層105、第1負極層106及び第2負極層108が、この順で積層されている。また、第2積層体15の側面部の少なくとも一部には、第2絶縁層110が各層の隙間を埋めるように備えられている。
本実施形態の全固体電池50のように、第2積層体15に集電層がない場合であっても、第1負極層106及び第2負極層108では、イオン伝導度が高く、十分に電子が流れやすいため、第1実施形態の全固体電池10と同様の効果を得ることができる。
<3.第3実施形態(全固体電池の変形例2)>
図6は、本技術を適用した第3実施形態の全固体電池の構成例を示す断面図である。図6を用いて、実施形態1の全固体電池10の変形例2となる全固体電池51について説明する。本実施形態の全固体電池51が、第1実施形態の全固体電池10と異なる点は、最上層及び最下層の積層体に含まれる集電層が片面にのみ、正極又は負極の電極層を配置しているという点である。その他の全固体電池51の構成は、全固体電池10と同様であるため、ここでは説明を省略する。
全固体電池51内の最上層に積層された第4積層体16(Type4)は、下層から上層へ、第1電解質層101、第1正極層102及び第1集電層103が、この順で積層されている。全固体電池51内の最下層に積層された第5積層体17(Type5)は、下層から上層へ、第1電解質層101、第1集電層103及び第2正極層104が、この順で積層されている。第4積層体16及び第5積層体17の側面部の少なくとも一部には、それぞれ第1絶縁層109が各層の隙間を埋めるように備えられている。
本実施形態の全固体電池51は、積層体の最上面及び最下面に電極層が無いため、充電時に、最上層及び最下層の集電層及び絶縁層に余計な活物質が流れ込むことがない。これにより、全固体電池51は、第1実施形態の全固体電池10と同様に、電池内部のショートの発生及び電池容量の低下を抑制することができる。
<4.固体電池の用途の概要>
固体電池の用途について詳細に説明する。固体電池の用途は、その固体電池を駆動用の電源または電力蓄積用の電力貯蔵源などとして利用可能な機械、機器、器具、装置及びシステム(複数の機器などの集合体)などであれば、特に限定されない。電源として使用される固体電池は、主電源(優先的に使用される電源)でもよいし、補助電源(主電源に代えて、または主電源から切り換えて使用される電源)でもよい。固体電池を補助電源として利用する場合には、主電源の種類は固体電池に限られない。
固体電池の用途は、例えば、以下の通りである。ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話(例えばスマートフォンなど)、携帯情報端末(Personal Digital Assistants:PDA)、撮像装置(例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなど)、オーディオ機器(例えばポータブルオーディオプレイヤー)、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、照明機器、玩具、医療機器、ロボットなどの電子機器(携帯用電子機器を含む)である。電気シェーバなどの携帯用生活器具である。バックアップ電源及びメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリル及び電動鋸などの電動工具である。着脱可能な電源としてノート型パソコンなどに用いられる電池パックである。ペースメーカー及び補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)などに用いられる車両である。非常時などに備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステムなどの蓄電システムである。勿論、上記以外の用途でもよい。
なかでも、固体電池は、電池パック、車両、蓄電システム、電動工具、及び電子機器に適用されることが有効である。優れた電池特性が要求されるため、本技術の固体電池を用いることで、有効に性能向上を図ることができるからである。なお、電池パックは、固体電池を用いた電源であり、いわゆる組電池などである。車両は、固体電池を駆動用電源として作動(走行)する車両であり、上記したように、固体電池以外の駆動源を併せて備えた自動車(ハイブリッド自動車など)でもよい。蓄電システムは、例えば、住宅用の蓄電システムが挙げられ、固体電池を電力貯蔵源として用いるシステムである。蓄電システムでは、電力貯蔵源である固体電池に電力が蓄積されているため、その電力を利用して電力消費装置、例えば、家庭用の電気製品が使用可能になる。電動工具は、固体電池を駆動用の電源として可動部(例えばドリルなど)が可動する工具である。電子機器は、固体電池を駆動用の電源(電力供給源)として各種機能を発揮する機器である。
ここで、固体電池のいくつかの適用例について具体的に説明する。なお、以下で説明する各適用例の構成はあくまで一例であるため、適宜変更可能である。
<5.第4実施形態(電池パックの構成例)>
本技術に係る第4実施形態の電池パックは、本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし本技術に係る第3実施形態の固体電池と、固体電池の使用状態を制御する制御部と、制御部の指示に応じて、固体電池の使用状態を切り換えるスイッチ部と、を備える、電池パックである。本技術に係る第4実施形態の電池パックは、優れた電池特性や優れた信頼性を有する本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし本技術に係る第3実施形態の固体電池を備えているので、電池パックの性能や信頼性の向上につながる。
以下に、本技術に係る第4実施形態の電池パックについて、図面を参照しながら説明する。
図7は、電池パックのブロック構成を表している。この電池パックは、例えば、プラスチック材料などにより形成された筐体60の内部に、制御部61と、電源62と、スイッチ部63と、電流測定部64と、温度検出部65と、電圧検出部66と、スイッチ制御部67と、メモリ68と、温度検出素子69と、電流検出抵抗70と、正極端子71及び負極端子72とを備えている。
制御部61は、電池パック全体の動作(電源62の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、中央演算処理装置(CPU)などを含んでいる。電源62は、1または2以上の固体電池(図示せず)を含んでいる。この電源62は、例えば、2以上の固体電池を含む組電池であり、それらの固体電池の接続形式は、直列でもよいし、並列でもよいし、双方の混合型でもよい。一例を挙げると、電源62は、2並列3直列となるように接続された6つの固体電池を含んでいる。
スイッチ部63は、制御部61の指示に応じて電源62の使用状態(電源62と外部機器との接続の可否)を切り換えるものである。このスイッチ部63は、例えば、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオード及び放電用ダイオード(いずれも図示せず)などを含んでいる。充電制御スイッチ及び放電制御スイッチは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ(MOSFET)などの半導体スイッチである。
電流測定部64は、電流検出抵抗70を用いて電流を測定して、その測定結果を制御部61に出力するものである。温度検出部65は、温度検出素子69を用いて温度を測定して、その測定結果を制御部61に出力するようになっている。この温度測定結果は、例えば、異常発熱時において制御部61が充放電制御を行う場合や、制御部61が残容量の算出時において補正処理を行う場合などに用いられる。電圧検出部66は、電源62中における固体電池の電圧を測定して、その測定電圧をアナログ−デジタル変換して制御部61に供給するものである。
スイッチ制御部67は、電流測定部64及び電圧検出部66から入力される信号に応じて、スイッチ部63の動作を制御するものである。
このスイッチ制御部67は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部63(充電制御スイッチ)を切断して、電源62の電流経路に充電電流が流れないように制御する。これにより、電源62では、放電用ダイオードを介して放電のみが可能になる。なお、スイッチ制御部67は、例えば、充電時に大電流が流れた場合に、充電電流を遮断するようになっている。
また、スイッチ制御部67は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達した場合に、スイッチ部63(放電制御スイッチ)を切断して、電源62の電流経路に放電電流が流れないようにする。これにより、電源62では、充電用ダイオードを介して充電のみが可能になる。なお、スイッチ制御部67は、例えば、放電時に大電流が流れた場合に、放電電流を遮断するようになっている。
なお、固体電池では、例えば、過充電検出電圧は4.2V±0.05Vであり、過放電検出電圧は2.4V±0.1Vである。
メモリ68は、例えば、不揮発性メモリであるEEPROMなどである。このメモリ68には、例えば、制御部61により演算された数値や、製造工程段階において測定された固体電池の情報(例えば初期状態の内部抵抗)などが記憶されている。なお、メモリ68に固体電池の満充電容量を記憶させておけば、制御部61が残容量などの情報を把握可能になる。
温度検出素子69は、電源62の温度を測定すると共にその測定結果を制御部61に出力するものであり、例えば、サーミスタなどである。
正極端子71及び負極端子72は、電池パックを用いて稼働される外部機器(例えばノート型のパーソナルコンピュータなど)や、電池パックを充電するために用いられる外部機器(例えば充電器など)などに接続される端子である。電源62の充放電は、正極端子71及び負極端子72を介して行われる。
<6.第5実施形態(車両の構成例)>
本技術に係る第5実施形態の車両は、本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし第3実施形態の固体電池と、固体電池から供給された電力を駆動力に変換する駆動力変換装置と、駆動力に応じて駆動する駆動部と、車両制御装置と、を備える、車両である。本技術に係る第5実施形態の車両は、優れた電池特性や優れた信頼性を有する本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし第3実施形態の固体電池を備えているので、車両の性能や信頼性の向上につながる。
以下に、本技術に係る第5実施形態の車両について、図8を参照しながら説明する。
図8に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
このハイブリッド車両7200には、エンジン7201、発電機7202、電力駆動力変換装置7203、駆動輪7204a、駆動輪7204b、車輪7205a、車輪7205b、バッテリ7208、車両制御装置7209、各種センサ7210、充電口7211が搭載されている。バッテリ7208に対して、蓄電装置(不図示)が適用される。
ハイブリッド車両7200は、電力駆動力変換装置7203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置7203の一例は、モータである。バッテリ7208の電力によって電力駆動力変換装置7203が作動し、この電力駆動力変換装置7203の回転力が駆動輪7204a、7204bに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流(DC−AC)あるいは逆変換(AC−DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置7203が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ7210は、車両制御装置7209を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ7210には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
エンジン7201の回転力は発電機7202に伝えられ、その回転力によって発電機7202により生成された電力をバッテリ7208に蓄積することが可能である。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置7203に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置7203により生成された回生電力がバッテリ7208に蓄積される。
バッテリ7208は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
図示しないが、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
<7.第6実施形態(蓄電システムの構成例)>
本技術に係る第6実施形態の蓄電システムは、本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし本技術に係る第3実施形態の固体電池を有する蓄電装置と、固体電池から電力が供給される電力消費装置と、固体電池からの該電力消費装置に対する電力供給を制御する制御装置と、固体電池を充電する発電装置と、を備える、蓄電システムである。本技術に係る第6実施形態の蓄電システムは、優れた電池特性や優れた信頼性を有する本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし本技術に係る第3実施形態の固体電池を備えているので、電力貯蔵の性能や信頼性の向上につながる。
以下に、本技術に係る第6実施形態の蓄電システムの1例である住宅用の蓄電システムについて、図9を参照しながら説明する。
例えば、住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
住宅9001には、発電装置9004、電力消費装置9005、蓄電装置9003、各装置を制御する制御装置9010、スマートメータ9007、各種情報を取得するセンサ9011が設けられている。各装置は、電力網9009及び情報網9012によって接続されている。発電装置9004として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置9005及び/または蓄電装置9003に供給される。電力消費装置9005は、冷蔵庫9005a、空調装置9005b、テレビジョン受信機9005c、風呂9005d等である。さらに、電力消費装置9005には、電動車両9006が含まれる。電動車両9006は、電気自動車9006a、ハイブリッドカー9006b、電気バイク9006cである。
蓄電装置9003に対して、上述した本開示のバッテリユニットが適用される。蓄電装置9003は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両9006で使用されるものでも良い。スマートメータ9007は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網9009は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせてもよい。
各種のセンサ9011は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ9011により取得された情報は、制御装置9010に送信される。センサ9011からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置9005を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置9010は、住宅9001に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
パワーハブ9008によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置9010と接続される情報網9012の通信方式としては、UART(UniversalAsynchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee、Wi−Fi等の無線通信規格によるセンサ・ネットワークを利用する方法がある。Bluetooth(登録商標)方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBeeは、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal AreaNetwork) またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置9010は、外部のサーバ9013と接続されている。このサーバ9013は、住宅9001、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ9013が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されてもよい。
各部を制御する制御装置9010は、CPU(Central Processing Unit )、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等で構成され、この例では、蓄電装置9003に格納されている。制御装置9010は、蓄電装置9003、家庭内発電装置9004、電力消費装置9005、各種センサ9011、サーバ9013と情報網9012により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていてもよい。
以上のように、電力が火力9002a、原子力9002b、水力9002c等の集中型電力系統9002のみならず、家庭内発電装置9004(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置9003に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置9004の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電したりするといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置9003に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置9003に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置9003によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置9010が蓄電装置9003内に格納される例を説明したが、スマートメータ9007内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム9100は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
<8.第7実施形態(電動工具の構成例)>
本技術に係る第7実施形態の電動工具は、本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし本技術に係る第3実施形態の固体電池と、固体電池から電力が供給される可動部とを備える、電動工具である。本技術に係る第7実施形態の電動工具は、優れた電池特性や優れた信頼性を有する本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし第3実施形態の固体電池を備えているので、電動工具の性能向上につながる。
以下に、本技術に係る第7実施形態の電動工具について、図10を参照しながら説明する。
図10は、電動工具のブロック構成を表している。この電動工具は、例えば、電動ドリルであり、プラスチック材料などにより形成された工具本体98の内部に、制御部99と、電源100とを備えている。この工具本体98には、例えば、可動部であるドリル部101が稼働(回転)可能に取り付けられている。
制御部99は、電動工具全体の動作(電源100の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、CPUなどを含んでいる。電源100は、1または2以上の固体電池(図示せず)を含んでいる。この制御部99は、図示しない動作スイッチの操作に応じて、電源100からドリル部101に電力を供給するようになっている。
<9.第8実施形態(電子機器の構成例)>
本技術に係る第8実施形態の電子機器は、本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし本技術に係る第3実施形態の固体電池を備え、固体電池から電力の供給を受ける、電子機器である。上述したように、本技術に係る第8実施形態の電子機器は、固体電池を駆動用の電源(電力供給源)として各種機能を発揮する機器である。本技術に係る第8実施形態の電子機器は、優れた電池特性や優れた信頼性を有する本技術に係る第1実施形態の固体電池ないし本技術に係る第3実施形態の固体電池を備えているので、電子機器の性能向上につながる。
以下に、本技術に係る第8実施形態の電子機器について、図11を参照しながら説明する。
本技術の第8実施形態に係る電子機器400の構成の一例について説明する。電子機器400は、電子機器本体の電子回路401と、電池パック300とを備える。電池パック300は、正極端子331a及び負極端子331bを介して電子回路401に対して電気的に接続されている。電子機器400は、例えば、ユーザにより電池パック300を着脱自在な構成を有している。なお、電子機器400の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザにより電池パック300を電子機器400から取り外しできないように、電池パック300が電子機器400内に内蔵されている構成を有していてもよい。
電池パック300の充電時には、電池パック300の正極端子331a、負極端子331bがそれぞれ、充電器(図示せず)の正極端子、負極端子に接続される。一方、電池パック300の放電時(電子機器400の使用時)には、電池パック300の正極端子331a、負極端子331bがそれぞれ、電子回路401の正極端子、負極端子に接続される。
電子機器400としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話(例えば、スマートフォンなど)、携帯情報端末(Personal Digital Assistants:PDA)、撮像装置(例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなど)、オーディオ機器(例えばポータブルオーディオプレイヤー)、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、照明機器、玩具、医療機器、ロボットなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。具体例として、頭部装着型ディスプレイ及びバンド型電子機器を説明すると、頭部装着型ディスプレイは、画像表示装置、画像表示装置を観察者の頭部に装着するための装着装置、及び画像表示装置を装着装置に取り付けるための取付け部材を備え、本技術に係る第1ないし第3実施形態の固体電池を駆動用の電源とした電子機器であり、バンド型電子機器は、バンド状に連結される複数のセグメントと、複数のセグメント内に配置される複数の電子部品と、複数のセグメント内の複数の電子部品を接続し、少なくとも1つのセグメント内に蛇行形状で配置されるフレキシブル回路基板とを備え、上記電子部品として、本技術に係る第1ないし第3実施形態の固体電池が、上記セグメントに配される源電子機器である。
電子回路401は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、周辺ロジック部、インターフェース部及び記憶部などを備え、電子機器400の全体を制御する。
電池パック300は、組電池301と、充放電回路302とを備える。組電池301は、複数の二次電池301aを直列及び/または並列に接続して構成されている。複数の二次電池301aは、例えばn並列m直列(n、mは正の整数)に接続される。なお、図6では、6つの二次電池301aが2並列3直列(2P3S)に接続された例が示されている。二次電池301aとしては、第1の実施形態またはその変形例に係る二次電池が用いられる。
充電時には、充放電回路302は、組電池301に対する充電を制御する。一方、放電時(すなわち電子機器400の使用時)には、充放電回路302は、電子機器400に対する放電を制御する。
<10.応用例1:プリント回路基板>
上述した固体電池は、図12に示すように、プリント回路基板1202(Print circuit board、以下「PCB」と称する。)上に充電回路等と共に実装することができる。例えば、PCB1202上に固体電池1203及び充電回路等の電子回路をリフロー工程でもって実装することができる。PCB1202上に固体電池1203及び充電回路等の電子回路が実装されたものを電池モジュール1201と称する。電池モジュール1201は、必要に応じてカード型の構成とされ、携帯可能なカード型モバイルバッテリとして構成することができる。
PCB1202上には、また、充電制御IC(Integrated Circuit)1204、電池保護IC1205及び電池残量監視IC1206が形成されている。電池保護IC1205は、充放電時に充電電圧が過大となったり、負荷短絡によって過電流が流れたり、過放電が生じることがないように充放電動作を制御する。
PCB1202に対してUSB(Universal Serial Bus)インターフェース1207が取り付けられている。USBインターフェース1207を通じて供給される電力によって固体電池1203が充電される。この場合、充電制御IC1204によって充電動作が制御される。さらに、PCB1202に取り付けられている負荷接続端子1208a及び1208bから負荷1209に対して所定の電力(例えば電圧が4.2V)が供給される。固体電池1203の電池残量が電池残量監視IC1206によって監視され、電池残量を表す表示(図示しない)が外部から分かるようになされる。なお、負荷接続のためにUSBインターフェース1207を使用してもよい。
上述した負荷1209の具体例は以下のようなものである。
A.ウェアラブル機器(スポーツウオッチ、時計、補聴器等)、
B.IoT端末(センサネットワーク端末等)、
C.アミューズメント機器(ポータブルゲーム端末、ゲームコントローラ)、
D.IC基板埋め込み電池(リアルタイムクロックIC)、
E.環境発電機器(太陽光発電、熱電発電、振動発電等の発電素子用の蓄電素子)。
<11.応用例2:ユニバーサルクレジットカード>
現在、複数枚のクレジットカードを持ち歩いている人が多い。しかしながら、クレジットカードの枚数が多くなるほど、紛失、盗難等の危険性が増す問題がある。そこで、複数枚のクレジットカードやポイントカードなどの機能を1枚のカードに集約した、ユニバーサルクレジットカードと呼ばれるカードが実用化されている。このカードの中には、例えば、様々なクレジットカードやポイントカードの番号や有効期限等の情報を取り込むことができるので、そのカード1枚を財布等の中の入れておけば、好きな時に好きなカードを選択して利用することができる。
図13はユニバーサルクレジットカード1301の構成の一例を示す。カード型形状を有し、ICチップ及び本技術に係る固体電池(不図示)が内蔵されている。さらに、小電力消費のディスプレイ1302及び操作部例えば方向キー1303a及び1303bが設けられている。さらに、充電用端子1304がユニバーサルクレジットカード1301の表面に設けられている。
例えば、ユーザはディスプレイ1302を見ながら方向キー1303a及び1303bを操作して予めユニバーサルクレジットカード1301にロードされているクレジットカード等を特定することができる。複数のクレジットカードが予めロードされている場合には、ディスプレイ1302に各クレジットカードを示す情報が表示され、ユーザが方向キー1303a及び1303bを操作して所望のクレジットカードを指定することができる。その後は、従来のクレジットカードと同様に使用することができる。なお、上記は一例であって、本技術による固体電池は、ユニバーサルクレジットカード1301以外のあらゆる電子カードに適用可能であることは言うまでもない。
<12.応用例3:リストバンド型電子機器>
ウェアラブル端末の一例として、リストバンド型電子機器がある。その中でも、リストバンド型活動量計は、スマートバンドとも呼ばれ、腕に巻き付けておくのみで、歩数、移動距離、消費カロリー、睡眠量、心拍数などの人の活動に関するデータを取得することができるものである。さらに、取得されたデータをスマートフォンで管理することもできる。さらに、メールの送受信機能を備えることもでき、例えば、メールの着信をLED(Light Emitting Diode)ランプ及び/又はバイブレーションでユーザに知らせる通知機能を有するものが使用されている。
図14及び図15は、例えば脈拍を計測するリストバンド型活動量計の一例を示す。図14は、リストバンド型活動量計1501の外観の構成例を示している。図15は、リストバンド型活動量計1501の本体部1502の構成例を示している。
リストバンド型活動量計1501は、光学方式により被験者の例えば脈拍を計測するリストバンド型の計測装置である。図14に示されるように、リストバンド型活動量計1501は、本体部1502とバンド1503により構成され、腕時計のようにバンド1503が被験者の腕(手首)1504に装着される。そして、本体部1502が、所定の波長の計測光を被験者の腕1504の脈を含む部分に照射し、戻ってきた光の強度に基づいて、被験者の脈拍の計測を行う。
本体部1502は、基板1521、LED1522、受光IC1523、遮光体1524、操作部1525、演算処理部1526、表示部1527、及び無線装置1528を含むように構成される。LED1522、受光IC1523、及び、遮光体1524は、基板1521上に設けられている。LED1522は、受光IC1523の制御の下に、所定の波長の計測光を被験者の腕1504の脈を含む部分に照射する。
受光IC1523は、計測光が腕1504に照射された後に戻ってきた光を受光する。受光IC1523は、戻ってきた光の強度を示すデジタルの計測信号を生成し、生成した計測信号を演算処理部1526に供給する。
遮光体1524は、基板1521上においてLED1522と受光IC1523の間に設けられている。遮光体1524は、LED1522からの計測光が、受光IC1523に直接入射されることを防止する。
操作部1525は、例えば、ボタン、スイッチ等の各種の操作部材により構成され、本体部1502の表面等に設けられる。操作部1525は、リストバンド型活動量計1501の操作に用いられ、操作内容を示す信号を演算処理部1526に供給する。
演算処理部1526は、受光IC1523から供給される計測信号に基づいて、被験者の脈拍を計測するための演算処理を行う。演算処理部1526は、脈拍の計測結果を表示部1527及び無線装置1528に供給する。
表示部1527は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置により構成され、本体部1502の表面に設けられる。表示部1527は、被験者の脈拍の計測結果等を表示する。
無線装置1528は、所定の方式の無線通信により、被験者の脈拍の計測結果を外部の装置に送信する。例えば、図15に示されるように、無線装置1528は、被験者の脈拍の計測結果をスマートフォン1505に送信し、スマートフォン1505の画面1506に計測結果を表示させる。さらに、計測結果のデータがスマートフォン1505によって管理され、計測結果をスマートフォン1505によって閲覧したり、ネットワーク上のサーバに保存することが可能とされている。なお、無線装置1528の通信方式には、任意の方式を採用することができる。なお、受光IC1523は、被験者の腕1504以外の部位(例えば、指、耳たぶ等)において脈拍の計測を行う場合にも用いることができる。
上述したリストバンド型活動量計1501は、受光IC1523における信号処理によって、体動の影響を除去して、正確に被験者の脈波及び脈拍を計測することができる。例えば、被験者がランニング等の激しい運動を行っても、正確に被験者の脈波及び脈拍を計測することができる。また、例えば、被験者がリストバンド型活動量計1501を長時間装着して計測を行う場合にも、被験者の体動の影響を除去して、正確に脈波及び脈拍を計測し続けることができる。
また、演算量を削減することにより、リストバンド型活動量計1501の消費電力を下げることができる。その結果、例えば、充電や電池の交換を行わずに、リストバンド型活動量計1501を被験者に長時間装着して、計測を行うことが可能になる。
なお、電源として例えば薄型の電池がバンド1503内に収納されている。リストバンド型活動量計1501は、本体の電子回路と、電池パックを備える。例えばユーザにより電池パックが着脱自在な構成を有している。電子回路は、上述した本体部1502に含まれる回路である。電池として全固体電池を使用する場合に本技術を適用することができる。
図16にリストバンド型電子機器1601(以下、単に「電子機器1601」と称する。)の外観の構成例を示す。
電子機器1601は、例えば、人体に着脱自在とされる時計型のいわゆるウェアラブル機器である。電子機器1601は、例えば、腕に装着されるバンド部1611と、数字や文字、図柄等を表示する表示装置1612と、操作ボタン1613とを備えている。バンド部1611には、複数の孔部1611aと、内周面(電子機器1601の装着時に腕に接触する側の面)側に形成される突起1611bとが形成されている。
電子機器1601は、使用状態においては、図16に示すようにバンド部1611が略円形となるように折り曲げられ、孔部1611aに突起1611bが挿入されて腕に装着される。突起1611bを挿入する孔部1611aの位置を調整することにより、腕の太さに対応して径の大きさを調整することができる。電子機器1601は、使用されない状態では、孔部1611aから突起1611bが取り外され、バンド部1611が略平坦な状態で保管される。本技術の一実施形態に係るセンサは、例えば、バンド部1611の全体にわたって設けられている。
<13.応用例4:スマートウオッチ>
スマートウオッチは、既存の腕時計のデザインと同様ないし類似の外観を有し、腕時計と同様にユーザの腕に装着して使用するものであり、ディスプレイに表示される情報で、電話や電子メールの着信などの各種メッセージをユーザに通知する機能を有する。さらに、電子マネー機能、活動量計等の機能を有するスマートウオッチも提案されている。スマートウオッチは、電子機器の本体部分の表面にディスプレイが組み込まれ、ディスプレイに様々な情報が表示される。また、スマートウオッチは、例えば、通信端末(スマートフォン等)とBluetooth(登録商標)などの近距離無線通信を行うことによって、通信端末等の機能やコンテンツ等と連携することも可能である。
スマートウオッチの一つとして、バンド状に連結される複数のセグメントと、複数のセグメント内に配置される複数の電子部品と、複数のセグメント内の複数の電子部品を接続し少なくとも1つのセグメント内に蛇行形状で配置されるフレキシブル回路基板とを備えるものが提案されている。このような蛇行形状を有することで、フレキシブル回路基板は、バンドが屈曲しても、ストレスが加わらず、回路の切断が防止される。また、ウオッチ本体を構成する筐体ではなく、そのウオッチ本体に取り付けられるバンド側のセグメントに、電子回路部品を内蔵させることが可能になり、ウオッチ本体側には変更を加える必要がなくなり、従来の時計のデザインと同様のデザインのスマートウオッチを構成することが可能となる。また、本応用例のスマートウオッチは、電子メールや着信などの通知、ユーザの行動履歴などのログの記録、通話などを行うことができる。また、スマートウオッチは、非接触式ICカードとしての機能を備え、非接触で決済や認証等を行うことができる。
本応用例のスマートウオッチは、金属製のバンド内に、通信処理や通知処理を行う回路部品を内蔵している。金属製のバンドを薄型化しながら、電子機器として機能するようにするために、バンドが複数のセグメントを連結した構成とされ、各セグメントに回路基板,振動モータ、電池,加速度センサが収納される。各セグメントの回路基板,振動モータ,電池,加速度センサなどの部品は、フレキシブルプリント回路基板(FPC)で接続されている。
図17にスマートウオッチの全体構成(分解斜視図)を示す。バンド型電子機器2000は、時計本体3000に取り付けられる金属製のバンドであり、ユーザの腕に装着される。時計本体3000は、時刻を表示する文字盤3100を備える。時計本体3000は、文字盤3100の代わりに、液晶ディスプレイなどで電子的に時刻を表示してもよい。
バンド型電子機器2000は、複数のセグメント2110〜2230を連結した構成である。時計本体3000の一方のバンド取付孔にセグメント2110が取り付けられ、時計本体3000の他方のバンド取付孔にセグメント2230が取り付けられる。本例では、それぞれのセグメント2110〜2230は金属で構成される。
(セグメントの内部の概要)
図18は、バンド型電子機器2000の内部構成の一部を示す。例えば3個のセグメント2170,2180,2190、2200、2210の内部を示す。バンド型電子機器2000では、連続した5個のセグメント2170〜2210の内部にフレキシブル回路基板2400が配置される。セグメント2170内には、種々の電子部品が配置され、セグメント2190,2210には本技術に係るバッテリ2411,2421が配置され、これらの部品がフレキシブル回路基板2400で電気的に接続される。セグメント2170とセグメント2190との間のセグメント2180は、比較的小さなサイズであり、蛇行状態のフレキシブル回路基板2400が配置される。セグメント2180の内部では、防水部材に挟まれた状態でフレキシブル回路基板2400が配置される。なお、セグメント2170〜2210の内部は、防水構造とされている。
(スマートウオッチの回路構成)
図19は、バンド型電子機器2000の回路構成を示すブロック図である。バンド型電子機器2000の内部の回路は、時計本体3000とは独立した構成である。時計本体3000は、文字盤3100に配置された針を回転させるムーブメント部3200を備える。ムーブメント部3200には、バッテリ3300が接続されている。これらのムーブメント部3200やバッテリ3300は、時計本体3000の筐体内に内蔵されている。
時計本体3000に接続されたバンド型電子機器2000は、3つのセグメント2170,2190,2210に、電子部品が配置される。セグメント2170には、データ処理部4101と無線通信部4102とNFC通信部4104とGPS部4106とが配置される。無線通信部4102,NFC通信部4104,GPS部4106には、それぞれアンテナ4103,4105,4107が接続されている。それぞれのアンテナ4103,4105,4107は、セグメント2170の後述するスリット2173の近傍に配置される。
無線通信部4102は、例えばBluetooth(登録商標)の規格で他の端末と近距離無線通信を行う。NFC通信部4104は、NFCの規格で、近接したリーダー/ライタと無線通信を行う。GPS部4106は、GPS(Global Positioning System)と称されるシステムの衛星からの電波を受信して、現在位置の測位を行う測位部である。これらの無線通信部4102,NFC通信部4104,GPS部4106で得たデータは、データ処理部4101に供給される。
また、セグメント2170には、ディスプレイ4108とバイブレータ4109とモーションセンサ4110と音声処理部4111とが配置されている。ディスプレイ4108とバイブレータ4109は、バンド型電子機器2000の装着者に通知する通知部として機能するものである。ディスプレイ4108は、複数個の発光ダイオードで構成され、発光ダイオードの点灯や点滅でユーザに通知を行う。複数個の発光ダイオードは、例えばセグメント2170の後述するスリット2173の内部に配置され、電話の着信や電子メールの受信などが点灯又は点滅で通知される。ディスプレイ4108としては、文字や数字などを表示するタイプのものが使用されてもよい。バイブレータ4109は、セグメント2170を振動させる部材である。バンド型電子機器2000は、バイブレータ4109によるセグメント2170の振動で、電話の着信や電子メールの受信などを通知する。
モーションセンサ4110は、バンド型電子機器2000を装着したユーザの動きを検出する。モーションセンサ4110としては、加速度センサ、ジャイロセンサ、電子コンパス、気圧センサなどが使用される。また、セグメント2170は、モーションセンサ4110以外のセンサを内蔵してもよい。例えば、バンド型電子機器2000を装着したユーザの脈拍などを検出するバイオセンサが内蔵されてもよい。音声処理部4111には、マイクロホン4112とスピーカ4113とが接続され、音声処理部4111が、無線通信部4102での無線通信で接続された相手と通話の処理を行う。また、音声処理部4111は、音声入力操作のための処理を行うこともできる。
そして、セグメント2190にはバッテリ2411が内蔵され、セグメント2210にはバッテリ2421が内蔵される。バッテリ2411,2421は、本技術に係る固体電池によって構成することができ、セグメント2170内の回路に駆動用の電源を供給する。セグメント2170内の回路とバッテリ2411,2421は、フレキシブル回路基板2400(図18)により接続されている。なお、図19には示さないが、セグメント2170は、バッテリ2411,2421を充電するための端子を備える。また、セグメント2190,2210には、バッテリ2411,2421以外の電子部品が配置されてもよい。例えば、セグメント2190,2210は、バッテリ2411,2421の充放電を制御する回路を備えるようにしてもよい。
<14.応用例5:眼鏡型端末>
以下に説明するメガネ型端末は、目の前の風景にテキスト、シンボル、画像等の情報を重畳して表示することができるものである。すなわち、透過式メガネ型端末専用の軽量且つ薄型の画像表示装置ディスプレイモジュールを搭載している。代表的なものとして、頭部装着型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ(HMD)がある。
この画像表示装置は、光学エンジンとホログラム導光板からなる。光学エンジンは、マイクロディスプレイレンズを使用して画像、テキスト等の映像光を出射する。この映像光がホログラム導光板に入射される。ホログラム導光板は、透明板の両端部にホログラム光学素子が組み込まれたもので、光学エンジンからの映像光を厚さ1mmのような非常に薄い透明板の中を伝搬させて観察者の目に届ける。このような構成によって、透過率が例えば85%という厚さ3mm(導光板前後の保護プレートを含む)レンズを実現している。かかるメガネ型端末によって、スポーツ観戦中にプレーヤ、チームの成績等をリアルタイムで見ることができたり、旅先での観光ガイドを表示したりできる。
メガネ型端末の具体例は、図20に示すように、画像表示部が眼鏡型の構成とされている。すなわち、通常の眼鏡と同様に、眼前に右画像表示部5001及び左画像表示部5002を保持するためのフレーム5003を有する。フレーム5003は、観察者の正面に配置されるフロント部5004と、フロント部5004の両端に蝶番を介して回動自在に取り付けられた2つのテンプル部5005,5006から成る。フレーム5003は、金属や合金、プラスチック、これらの組合せといった、通常の眼鏡を構成する材料と同じ材料から作製されている。なお、ヘッドホン部を設けるようにしてもよい。
右画像表示部5001および左画像表示部5002は、利用者の右の眼前と、左の眼前とにそれぞれ位置するように配置されている。テンプル部5005,5006が利用者の頭部に画像表示部5001および5002を保持する。フロント部5004とテンプル部5005の接続箇所において、テンプル部5005の内側に右表示駆動部5007が配置されている。フロント部5004とテンプル部5006の接続箇所において、テンプル部5006の内側に左表示駆動部5008が配置されている。
図20では省略されているが、フレーム5003には、本技術に係る固体電池、加速度センサ、ジャイロ、電子コンパス、マイクロホン/スピーカ等が搭載されている。さらに、撮像装置が取り付けられ、静止画/動画の撮影が可能とされている。さらに、メガネ部と例えば無線又は有線のインターフェースでもって接続されたコントローラを備えている。コントローラには、タッチセンサ、各種ボタン、スピーカ、マイクロホン等が設けられている。さらに、スマートフォンとの連携機能を有している。例えばスマートフォンのGPS機能を活用してユーザの状況に応じた情報を提供することが可能とされている。
本技術は、上記各実施形態、各応用例に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。
なお、本技術の効果は、固体電池に用いられる電極反応物質であれば電極反応物質の種類に依存せずに得られるはずであるため、その電極反応物質の種類を変更しても同様の効果を得ることができる。また、化合物等の化学式は代表的なものであって、同じ化合物の一般名称であれば、記載された価数等に限定されない。
また、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
[1]
第1電解質層と、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第1積層体と、
第2電解質層と、第1負極層と、第2集電層と、第2負極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第2積層体と、
該第1積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第1絶縁層と、
該第2積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第2絶縁層と、を備え、
該第1積層体と該第2積層体とが、該第1正極層が積層されていない該第1電解質層の主平面と、該第2集電層が積層されていない第2負極層の主平面とで積層されてなるか、又は該第1負極層が積層されていない該第2電解質層の主平面と、該第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層されてなり、
該第1集電層及び該第2集電層のそれぞれのイオン伝導度が10−10S/cm以下であり、
該第1絶縁層及び該第2絶縁層のそれぞれのイオン伝導度が10−8S/cm以下である、
固体電池。
[2]
第1電解質層と、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第1積層体と、
第3電解質層と、第3負極層とが積層されてなる少なくとも1つの第3積層体と、
該第1積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第1絶縁層と、
該第3積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第3絶縁層と、を備え、
該第1積層体と該第3積層体とが、該第1正極層が積層されていない該第1電解質層の主平面と、該第3電解質層が積層されていない第3負極層の主平面とで積層されてなるか、又は該第3負極層が積層されていない該第3電解質層の主平面と、該第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層されてなり、
該第1集電層のイオン伝導度が10−10S/cm以下であり、
該第1絶縁層及び該第3絶縁層のそれぞれのイオン伝導度が10−8S/cm以下である、
固体電池。
[3]
第1絶縁層と、
第2絶縁層と、を更に備え、
該第1絶縁層が前記固体電池の最上部に形成されてなり、
該第2絶縁層が前記固体電池の最下部に形成されてなる、[1]に記載の固体電池。
[4]
第1絶縁層と、
第2絶縁層と、を更に備え、
該第1絶縁層が前記固体電池の最上部に形成されてなり、
該第2絶縁層が前記固体電池の最下部に形成されてなる、[2]に記載の固体電池。
[5]
第1離型フィルムに第1電解質層を塗布し、
該第1電解質層上に、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とをこの順で積層して、第1積層体を得て、
該第1積層体の側面部の少なくとも一部に第1絶縁層を接続し、
第2離型フィルムに第2電解質層を塗布し、
該第2電解質層上に、第1負極層と、第2集電層と、第2負極層とをこの順で積層して、第2積層体を得て、
該第2積層体の側面部の少なくとも一部に第2絶縁層を接続し、
該第1積層体から該第1離型フィルムを離型し、
該第2積層体から該第2離型フィルムを離型し、
該第1積層体と該第2積層体とを、該第1正極層が積層されていない該第1電解質層の主平面と、該第2集電層が積層されていない第2負極層の主平面とで積層するか、又は該第1負極層が積層されていない該第2電解質層の主平面と、該第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層する、固体電池の製造方法。
[6]
第1離型フィルムに第1電解質層を塗布し、
該第1電解質層上に、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とをこの順で積層して、第1積層体を得て、
該第1積層体の側面部の少なくとも一部に第1絶縁層を接続し、
第3離型フィルムに第3電解質層を塗布し、
該第3電解質層上に第3負極層を積層して、第3積層体を得て、
該第3積層体の側面部の少なくとも一部に第3絶縁層を接続し、
該第1積層体から該第1離型フィルムを離型し、
該第3積層体から該第3離型フィルムを離型し、
該第1積層体と該第3積層体とを、該第1正極層が積層されていない該第1電解質層の主平面と、該第3電解質層が積層されていない第3負極層の主平面とで積層するか、又は該第3負極層が積層されていない該第3電解質層の主平面と、該第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層する、固体電池の製造方法。
[7]
[1]に記載の固体電池と、
該固体電池の使用状態を制御する制御部と、
該制御部の指示に応じて該固体電池の使用状態を切り換えるスイッチ部と、を備える、電池パック。
[8]
[1]に記載の固体電池と、
該固体電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する駆動力変換装置と、
該駆動力に応じて駆動する駆動部と
車両制御装置と、を備える、車両。
[9]
[1]に記載の固体電池を有する蓄電装置と、
該固体電池から電力が供給される電力消費装置と、
該固体電池からの該電力消費装置に対する電力供給を制御する制御装置と、
該固体電池を充電する発電装置と、を備える、蓄電システム。
[10]
[1]に記載の固体電池と、
該固体電池から電力が供給される可動部と、を備える、電動工具。
[11]
[1]に記載の固体電池を備え、
該固体電池から電力の供給を受ける電子機器。
[12]
[2]に記載の固体電池と、
該固体電池の使用状態を制御する制御部と、
該制御部の指示に応じて該固体電池の使用状態を切り換えるスイッチ部と、を備える、電池パック。
[13]
[2]に記載の固体電池と、
該固体電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する駆動力変換装置と、
該駆動力に応じて駆動する駆動部と
車両制御装置と、を備える、車両。
[14]
[2]に記載の固体電池を有する蓄電装置と、
該固体電池から電力が供給される電力消費装置と、
該固体電池からの該電力消費装置に対する電力供給を制御する制御装置と、
該固体電池を充電する発電装置と、を備える、蓄電システム。
[15]
[2]に記載の固体電池と、
該固体電池から電力が供給される可動部と、を備える、電動工具。
[16]
[2]に記載の固体電池を備え、
該固体電池から電力の供給を受ける電子機器。
10、50、51 全固体電池
11、12 外層
13 第1積層体
14 第2積層体
15 第3積層体
16 第4積層体
17 第5積層体
101 第1電解質層
102 第1正極層
103 第1集電層
104 第2正極層
105 第2電解質層
106 第1負極層
107 第2集電層
108 第2負極層
109、109a、109b 第1絶縁層
110 第2絶縁層

Claims (16)

  1. 第1電解質層と、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第1積層体と、
    第2電解質層と、第1負極層と、第2集電層と、第2負極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第2積層体と、
    該第1積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第1絶縁層と、
    該第2積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第2絶縁層と、を備え、
    該第1積層体と該第2積層体とが、該第1正極層が積層されていない該第1電解質層の主平面と、該第2集電層が積層されていない第2負極層の主平面とで積層されてなるか、又は該第1負極層が積層されていない該第2電解質層の主平面と、該第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層されてなり、
    該第1集電層及び該第2集電層のそれぞれのイオン伝導度が10−7S/cm以下であり、
    該第1絶縁層及び該第2絶縁層のそれぞれのイオン伝導度が10−7S/cm以下である、
    固体電池。
  2. 第1電解質層と、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とがこの順で積層されてなる少なくとも1つの第1積層体と、
    第3電解質層と、第3負極層とが積層されてなる少なくとも1つの第3積層体と、
    該第1積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第1絶縁層と、
    該第3積層体の側面部の少なくとも一部に接続される第3絶縁層と、を備え、
    該第1積層体と該第3積層体とが、該第1正極層が積層されていない該第1電解質層の主平面と、該第3電解質層が積層されていない第3負極層の主平面とで積層されてなるか、又は該第3負極層が積層されていない該第3電解質層の主平面と、該第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層されてなり、
    該第1集電層のイオン伝導度が10−7S/cm以下であり、
    該第1絶縁層及び該第3絶縁層のそれぞれのイオン伝導度が10−7S/cm以下である、
    固体電池。
  3. 第1絶縁層と、
    第2絶縁層と、を更に備え、
    該第1絶縁層が前記固体電池の最上部に形成されてなり、
    該第2絶縁層が前記固体電池の最下部に形成されてなる、請求項1に記載の固体電池。
  4. 第1絶縁層と、
    第2絶縁層と、を更に備え、
    該第1絶縁層が前記固体電池の最上部に形成されてなり、
    該第2絶縁層が前記固体電池の最下部に形成されてなる、請求項2に記載の固体電池。
  5. 第1離型フィルムに第1電解質層を塗布し、
    該第1電解質層上に、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とをこの順で積層して、第1積層体を得て、
    該第1積層体の側面部の少なくとも一部に第1絶縁層を接続し、
    第2離型フィルムに第2電解質層を塗布し、
    該第2電解質層上に、第1負極層と、第2集電層と、第2負極層とをこの順で積層して、第2積層体を得て、
    該第2積層体の側面部の少なくとも一部に第2絶縁層を接続し、
    該第1積層体から該第1離型フィルムを離型し、
    該第2積層体から該第2離型フィルムを離型し、
    該第1積層体と該第2積層体とを、該第1正極層が積層されていない該第1電解質層の主平面と、該第2集電層が積層されていない第2負極層の主平面とで積層するか、又は該第1負極層が積層されていない該第2電解質層の主平面と、該第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層する、固体電池の製造方法。
  6. 第1離型フィルムに第1電解質層を塗布し、
    該第1電解質層上に、第1正極層と、第1集電層と、第2正極層とをこの順で積層して、第1積層体を得て、
    該第1積層体の側面部の少なくとも一部に第1絶縁層を接続し、
    第3離型フィルムに第3電解質層を塗布し、
    該第3電解質層上に第3負極層を積層して、第3積層体を得て、
    該第3積層体の側面部の少なくとも一部に第3絶縁層を接続し、
    該第1積層体から該第1離型フィルムを離型し、
    該第3積層体から該第3離型フィルムを離型し、
    該第1積層体と該第3積層体とを、該第1正極層が積層されていない該第1電解質層の主平面と、該第3電解質層が積層されていない第3負極層の主平面とで積層するか、又は該第3負極層が積層されていない該第3電解質層の主平面と、該第1集電層が積層されていない第2正極層の主平面とで積層する、固体電池の製造方法。
  7. 請求項1に記載の固体電池と、
    該固体電池の使用状態を制御する制御部と、
    該制御部の指示に応じて該固体電池の使用状態を切り換えるスイッチ部と、を備える、電池パック。
  8. 請求項1に記載の固体電池と、
    該固体電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する駆動力変換装置と、
    該駆動力に応じて駆動する駆動部と
    車両制御装置と、を備える、車両。
  9. 請求項1に記載の固体電池を有する蓄電装置と、
    該固体電池から電力が供給される電力消費装置と、
    該固体電池からの該電力消費装置に対する電力供給を制御する制御装置と、
    該固体電池を充電する発電装置と、を備える、蓄電システム。
  10. 請求項1に記載の固体電池と、
    該固体電池から電力が供給される可動部と、を備える、電動工具。
  11. 請求項1に記載の固体電池を備え、
    該固体電池から電力の供給を受ける電子機器。
  12. 請求項2に記載の固体電池と、
    該固体電池の使用状態を制御する制御部と、
    該制御部の指示に応じて該固体電池の使用状態を切り換えるスイッチ部と、を備える、電池パック。
  13. 請求項2に記載の固体電池と、
    該固体電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する駆動力変換装置と、
    該駆動力に応じて駆動する駆動部と
    車両制御装置と、を備える、車両。
  14. 請求項2に記載の固体電池を有する蓄電装置と、
    該固体電池から電力が供給される電力消費装置と、
    該固体電池からの該電力消費装置に対する電力供給を制御する制御装置と、
    該固体電池を充電する発電装置と、を備える、蓄電システム。
  15. 請求項2に記載の固体電池と、
    該固体電池から電力が供給される可動部と、を備える、電動工具。
  16. 請求項2に記載の固体電池を備え、
    該固体電池から電力の供給を受ける電子機器。
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