KR102625042B1 - 축전 장치, 축전 장치의 제작 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

축전 장치, 축전 장치의 제작 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 가열 처리에 의한 충방전 특성의 열화가 적은 축전 장치를 제공한다. 또는, 가열 처리에서의 안전성이 높은 축전 장치를 제공한다.
양극과, 음극과, 세퍼레이터와, 전해액과, 외장체를 갖고, 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 위치하고, 세퍼레이터는 폴리페닐렌설파이드 또는 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하고, 전해액은 용질 및 2종 이상의 용매를 갖고, 용질은 LiBETA를 포함하고, 용매는 프로필렌카보네이트를 포함하는, 축전 장치.

Description

축전 장치, 축전 장치의 제작 방법, 및 전자 기기{POWER STORAGE DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING POWER STORAGE DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명의 일 형태는, 축전 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 프로세스, 머신, 매뉴팩처, 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시되는 발명의 일 형태의 더 구체적인 기술 분야로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제작 방법을 일례로서 들 수 있다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 축전 장치란, 축전 기능을 갖는 소자 및 장치 전반을 가리키는 것이다. 예를 들어, 리튬 이온 이차 전지 등 축전 장치(이차 전지라고도 함), 리튬 이온 커패시터, 및 전기 이중층 커패시터 등을 포함한다.
최근에는, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 커패시터, 공기 전지 등, 여러가지 축전 장치의 개발이 활발히 행해지고 있다. 특히, 고출력, 고에너지 밀도인 리튬 이온 이차 전지는, 휴대 전화, 스마트폰, 또는 노트북 컴퓨터 등의 휴대 정보 단말, 휴대 음악 플레이어, 디지털 카메라, 의료 기기, 또는 하이브리드차(HEV), 전기 자동차(EV), 또는 플러그인 하이브리드차(PHEV) 등의 차세대 클린 에너지 자동차 등, 반도체 산업의 발전과 함께 급속하게 그 수요가 확대되어, 반복 충전 가능한 에너지의 공급원으로서 현대의 정보화 사회에 불가결한 것이 되고 있다.
이와 같이, 리튬 이온 이차 전지는 여러가지 분야 또는 용도로 사용되고 있다. 그 중에서 리튬 이온 이차 전지에 요구되는 특성으로서는, 높은 에너지 밀도, 높은 사이클 특성, 및 여러가지 동작 환경에서의 안전성 등이 있다.
또한, 리튬 이온 이차 전지는 적어도 양극, 음극 및 전해액을 갖는다(특허문헌 1).
일본국 특개 제2012-9418호 공보
리튬 이온 이차 전지는, 웨어러블 디바이스나 휴대 정보 단말 등의 전자 기기에 탑재될 때, 전자 기기의 가공에 따른 가열 처리에 견딜 수 있을 필요가 있다. 특히, 상기 전자 기기의 하우징이 리튬 이온 이차 전지와 일체로 형성되는 경우, 상기 하우징의 제작 온도 이상의 내열성을 가질 필요가 있다.
본 발명의 일 형태는, 가열 처리에 의한 충방전 특성의 열화가 적은 축전 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또는, 본 발명의 일 형태는, 가열 처리에서의 안전성이 높은 축전 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또는, 본 발명의 일 형태는, 가요성이 높은 축전 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 본 발명의 일 형태는, 신규 축전 장치나 전자 기기 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 상술한 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 모든 과제를 해결할 필요는 없다. 또한, 상술한 것 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 것 외의 과제가 추출될 수 있다.
본 발명의 일 형태는, 양극과, 음극과, 세퍼레이터와, 전해액과, 외장체를 갖고, 양극은 양극 활물질층과 양극 집전체를 포함하고, 음극은 음극 활물질층과 음극 집전체를 포함하고, 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 위치하고, 세퍼레이터는 폴리페닐렌설파이드 또는 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하고, 전해액은 용질 및 2종 이상의 용매를 갖고, 용질은 LiBETA(리튬비스(펜타플루오로에테인설폰일)아마이드)를 포함하고, 용매는 프로필렌카보네이트를 포함하는, 축전 장치이다.
또한, 용매가 프로필렌카보네이트 및 에틸렌카보네이트를 포함하는 상술한 축전 장치도, 본 발명의 일 형태이다.
또한, 음극 활물질층이 흑연을 포함하는 상술한 축전 장치도, 본 발명의 일 형태이다.
또한, 음극 활물질층이 구상화 천연 흑연을 포함하고, 구상화 천연 흑연은 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖고, 제 1 영역은 제 2 영역을 덮고, 제 1 영역은 제 2 영역보다 결정성이 낮은 상술한 축전 장치도, 본 발명의 일 형태이다.
또한, 양극 활물질층이 LiCoO2를 포함하는 상술한 축전 장치도, 본 발명의 일 형태이다.
또한, 양극 집전체가 알루미늄 또는 스테인리스강을 포함하는 상술한 축전 장치도, 본 발명의 일 형태이다.
또한, 상술한 축전 장치의 제작 방법으로서, 축전 장치의 통전(通電) 전에 제 1 온도로 10분 동안 가열 공정을 수행하고, 제 1 온도는 110℃ 이상 190℃ 이하인 축전 장치의 제작 방법도, 본 발명의 일 형태이다.
본 발명의 일 형태는, 상술한 축전 장치와, 밴드와, 표시 패널과, 하우징을 갖고, 축전 장치는 양극 리드 및 음극 리드를 갖고, 양극 리드는 양극과 전기적으로 접속되고, 음극 리드는 음극과 전기적으로 접속되고, 축전 장치는 밴드 내부에 매몰되고, 양극 리드의 일부 및 음극 리드의 일부는 밴드에서 돌출되고, 축전 장치는 가요성을 갖고, 축전 장치는 표시 패널과 전기적으로 접속되고, 표시 패널은 하우징에 포함되고, 밴드는 하우징과 접속되고, 밴드는 고무 재료를 포함하는, 전자 기기이다.
또한, 고무 재료는 플루오린 고무 또는 실리콘(silicone) 고무인 상술한 전자 기기도, 본 발명의 일 형태이다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 가열 처리에 의한 충방전 특성의 열화가 적은 축전 장치를 제공할 수 있다.
또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 가열 처리에서의 안전성이 높은 축전 장치를 제공할 수 있다.
또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 가요성이 높은 축전 장치를 제공할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 축전 장치나 전자 기기 등을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 상술한 모든 효과를 가질 필요는 없다. 또한, 상술한 것 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 것 외의 효과가 추출될 수 있다.
도 1은 축전 장치의 일례 및 전극의 일례를 도시한 도면.
도 2는 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 3은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 4는 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 5는 엠보스 가공의 일례를 도시한 도면.
도 6은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 7은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 8은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 9는 축전 장치의 제작 방법의 일례를 도시한 도면.
도 10은 축전 장치의 제작 방법의 일례를 도시한 도면.
도 11은 축전 장치의 제작 방법의 일례를 도시한 도면.
도 12는 전자 기기, 밴드, 및 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 13은 밴드 및 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 14는 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 15는 누액 검출 방법의 일례를 도시한 도면.
도 16은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 17은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 18은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 19는 축전 장치의 제작 방법의 일례를 도시한 도면.
도 20은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 21은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 22는 축전 장치의 제작 방법의 일례를 도시한 도면.
도 23은 축전 장치의 일례를 도시한 도면.
도 24는 전자 기기의 일례를 도시한 도면.
도 25는 전자 기기의 일례를 도시한 도면.
도 26은 전자 기기의 일례를 도시한 도면.
도 27은 전자 기기의 일례를 도시한 도면.
도 28은 전자 기기의 일례를 도시한 도면.
도 29는 실시예 1에 따른 충방전 커브를 도시한 도면.
도 30은 실시예 1에 따른 충방전 커브를 도시한 도면.
도 31은 실시예 2에 따른 단면 TEM 이미지.
도 32는 실시예 2에 따른 라만 스펙트럼의 측정 결과.
도 33은 실시예 3에 따른 충방전 커브를 도시한 도면.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 형태 및 자세한 사항은 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 다양하게 변경될 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 기재되는 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 이하에 설명되는 발명의 구성에 있어서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면 간에서 공통적으로 사용하고 그 반복 설명은 생략된다. 또한, 같은 기능을 갖는 부분을 가리키는 경우에는, 같은 해치 패턴으로 하고, 부호를 특별히 붙이지 않는 경우가 있다.
또한, 도면 등에서의 각 구성의, 위치, 크기, 범위 등은, 이해를 쉽게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등이 나타내어지지 않는 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 도면 등에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한, "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바뀔 수 있다. 예를 들어, "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치에 대하여 도 1 내지 도 11을 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 축전 장치는 양극, 음극, 세퍼레이터, 전해액, 및 외장체를 갖는다.
또한, 본 명세서 등에 있어서, 전해액은 액체에 한정되지 않고, 겔이나 고체이어도 좋다.
축전 장치의 내열성을 높이기 위해서는, 우선, 전해액에 포함되는 용질의 고온에 대한 안정성이 높은 것이 요구된다. 예를 들어 용질인 리튬염으로서 보급되고 있는 육플루오린화 인산 리튬(LiPF6)은 고온에서 LiF와 PF5로 분해하지만, PF5가 용매의 분해를 초래한다고 알려져 있어, 용질로서의 고온에 대한 안정성은 낮다고 생각된다.
그래서, 본 발명의 일 형태의 축전 장치에서는, 전해액에 포함되는 용질로서 리튬비스펜타플루오로에테인설폰일아마이드(Li(C2F5SO2)2N, 약칭: LiBETA)를 사용하는 것이 바람직하다. LiBETA는 분해 온도가 350℃이고, 내열성이 높다. 또한, 양극 집전체에 알루미늄 등을 사용한 경우, 축전 장치의 충방전에 있어서 집전체 표면에 부동태 피막을 형성하기 쉽고, 양극 집전체의 용출을 억제할 수 있어 바람직하다.
또한, 축전 장치의 내열성을 높이기 위하여, 전해액에 포함되는 용매를, 비점이 높으며 증기압이 낮은 것으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 비점이 242℃인 비수용매로서 프로필렌카보네이트(PC)를 들 수 있다.
그러나, 음극 활물질을 흑연으로 한 경우, PC는 흑연 표면에 부동태 피막을 형성하지 않아, 리튬 이온과 함께 흑연층간에 삽입됨으로써, 흑연층의 일부가 흑연 입자로부터 박리되는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태의 축전 장치에서는, 전해액은 2종류 이상의 용매를 포함하고, 용매는 적어도 PC를 포함한다. PC 이외에 전해액에 포함되는 용매는, 음극 표면에 부동태 피막을 형성하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. PC 이외에 전해액에 포함되는 용매로서, 예를 들어 에틸렌카보네이트(EC), 바이닐렌카보네이트(VC) 등을 들 수 있다.
EC의 비점은 248℃이고, 내열성이 높으며 증기압이 낮다. 또한, 선택하는 흑연 재료에 따라, PC 및 EC를 혼합한 용매는 흑연층의 박리를 억제할 수 있다. 예를 들어, PC 및 EC를 체적비 1:1의 비율로 혼합한 것을 용매로서 사용할 수 있다. 또한, 음극에 흑연을 사용하는 경우, PC의 층간 삽입이 저감되는 흑연 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 형태의 축전 장치는 음극 활물질로서 구상화 천연 흑연을 사용한다. 구상화 천연 흑연은 표면 측에 결정성이 낮은 영역을 갖고, 이에 의하여 PC의 층간 삽입을 저감할 수 있을 가능성이 있다.
1mol/l의 LiBETA를 용해시킨, PC 및 EC를 체적비 1:1로 혼합한 전해액이 내부에 밀봉된 알루미래미네이트셀은 170℃ 15분 동안 가열 처리에 의하여 팽창되지 않는 것이 확인되어 있다. 따라서, PC 및 EC를 체적비 1:1의 비율로 혼합한 용매는 고온에 대한 안정성이 높으며 증기압이 낮다.
또한, 세퍼레이터로서 일반적으로 사용되는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등은 열에 약하다. 고온으로는 세퍼레이터의 미세 구멍이 닫혀, 축전 장치가 동작하지 않는 경우가 있다.
그래서, 본 발명의 일 형태의 축전 장치에서는, 폴리페닐렌설파이드를 포함하는 세퍼레이터 또는 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하는 세퍼레이터를 사용한다.
폴리페닐렌설파이드를 포함하는 세퍼레이터 및 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하는 세퍼레이터는 내열성이나 내약품성이 우수하다.
또한, 폴리페닐렌설파이드를 포함하는 세퍼레이터 및 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하는 세퍼레이터는, 고온에서의 전해액과의 반응성이 낮다. 그러므로, 출력 특성이나 충방전 사이클 특성의 저하를 억제할 수 있다.
<축전 장치의 구성예>
다음에, 본 발명의 일 형태의 축전 장치의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1의 (A)에, 본 발명의 일 형태의 축전 장치인 축전 장치(500)를 도시하였다. 도 1의 (A)에서는 축전 장치(500)의 일례로서 박형 축전 장치의 형태를 도시하였지만, 본 발명의 일 형태의 축전 장치는 이에 한정되지 않는다.
도 1의 (A)에 도시된 바와 같이, 축전 장치(500)는, 양극(503), 음극(506), 세퍼레이터(507), 및 외장체(509)를 갖는다. 축전 장치(500)는, 양극 리드(510) 및 음극 리드(511)를 가져도 좋다. 또한, 접합부(518)는, 외장체(509)의 외주를 열압착에 의하여 접합한 부위이다.
도 2의 (A), (B)에, 도 1의 (A)에서의 일점 쇄선 A1-A2 사이의 단면도의 일례를 각각 도시하였다. 도 2의 (A), (B)에는, 한 쌍의 양극(503)과 음극(506)을 사용하여 제작한 축전 장치(500)의 단면 구조를 각각 도시하였다.
도 2의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 축전 장치(500)는, 양극(503), 음극(506), 세퍼레이터(507), 전해액(508), 및 외장체(509)를 갖는다. 세퍼레이터(507)는 양극(503)과 음극(506) 사이에 위치한다. 외장체(509) 내는 전해액(508)으로 채워져 있다.
양극(503)은, 양극 활물질층(502)과 양극 집전체(501)를 포함한다. 음극(506)은, 음극 활물질층(505)과 음극 집전체(504)를 포함한다. 활물질층은, 집전체의 한쪽 면 또는 양면에 형성하면 좋다. 세퍼레이터(507)는, 양극 집전체(501)와 음극 집전체(504) 사이에 위치한다.
축전 장치는, 양극 및 음극을 각각 하나 이상 가지면 좋다. 예를 들어, 축전 장치는, 복수의 양극 및 복수의 음극으로 이루어지는 적층 구조로 할 수도 있다.
도 3의 (A)는, 도 1의 (A)의 일점 쇄선 A1-A2 사이의 단면도의 다른 예를 도시한 것이다. 또한, 도 3의 (B)는, 도 1의 (A)의 일점 쇄선 B1-B2 사이의 단면도를 도시한 것이다.
도 3의 (A), (B)는, 양극(503)과 음극(506)을 복수 쌍 사용하여 제작한 축전 장치(500)의 단면 구조를 도시한 것이다. 축전 장치(500)가 갖는 전극층 수에 한정은 없다. 전극층 수가 많은 경우에는, 더 많은 용량을 갖는 축전 장치로 할 수 있다. 또한, 전극층 수가 적은 경우에는, 박형화가 가능하여, 가요성이 우수한 축전 장치로 할 수 있다.
도 3의 (A), (B)에서는, 양극 집전체(501)의 한쪽 면에 양극 활물질층(502)을 갖는 양극(503)을 두 개, 양극 집전체(501)의 양면에 양극 활물질층(502)을 갖는 양극(503)을 두 개, 음극 집전체(504)의 양면에 음극 활물질층(505)을 갖는 음극(506)을 세 개 사용하는 예를 도시하였다. 즉, 축전 장치(500)는 6층의 양극 활물질층(502)과, 6층의 음극 활물질층(505)을 갖는다. 또한, 도 3의 (A), (B)에서는 세퍼레이터(507)가 봉지 형상의 예를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 세퍼레이터(507)는 직사각형이어도 좋고, 주름상자 형상이어도 좋다.
또한, 도 3에 있어서, 양극 집전체(501)의 양면에 양극 활물질층(502)을 갖는 하나의 양극을, 양극 집전체(501)의 한쪽 면에 양극 활물질층(502)을 갖는 두 개의 양극으로 치환하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 음극 집전체(504)의 양면에 음극 활물질층(505)을 갖는 하나의 음극을, 음극 집전체(504)의 한쪽 면에 음극 활물질층(505)을 갖는 두 개의 음극으로 치환하는 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 축전 장치(500)는 양극 집전체(501) 중 양극 활물질층(502)에 부착되지 않는 면들끼리, 및 음극 집전체(504) 중 음극 활물질층(505)에 부착되지 않는 면들끼리가 대향하여 접촉된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 축전 장치(500)를 만곡시킨 경우, 두 개의 양극 집전체(501)의 계면 및 두 개의 음극 집전체(504)의 계면이 미끄러지는 면이 되어, 축전 장치(500) 내부에 생기는 응력을 완화할 수 있다.
이어서, 도 1의 (B)에 양극(503)의 외관도를 도시하였다. 양극(503)은 양극 집전체(501) 및 양극 활물질층(502)을 갖는다.
또한, 도 1의 (C)에 음극(506)의 외관도를 도시하였다. 음극(506)은 음극 집전체(504) 및 음극 활물질층(505)을 갖는다.
여기서, 양극(503) 및 음극(506)은, 적층되는 복수의 양극끼리 또는 복수의 음극끼리를 전기적으로 접속시키기 위하여, 탭 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 탭 영역에는 리드를 전기적으로 접속시키는 것이 바람직하다.
도 1의 (B)에 도시된 바와 같이, 양극(503)은 탭 영역(281)을 갖는 것이 바람직하다. 탭 영역(281)의 일부는, 양극 리드(510)와 용접되는 것이 바람직하다. 탭 영역(281)은 양극 집전체(501)가 노출되는 영역을 갖는 것이 바람직하며, 양극 집전체(501)가 노출되는 영역에 양극 리드(510)를 용접함으로써, 접촉 저항을 더 낮게 할 수 있다. 또한, 도 1의 (B)에서는 탭 영역(281)의 전체 영역에 있어서 양극 집전체(501)가 노출되어 있는 예를 도시하였지만, 탭 영역(281)은 그 일부에 양극 활물질층(502)을 가져도 좋다.
도 1의 (C)에 도시된 바와 같이, 음극(506)은 탭 영역(282)을 갖는 것이 바람직하다. 탭 영역(282)의 일부는, 음극 리드(511)와 용접되는 것이 바람직하다. 탭 영역(282)은 음극 집전체(504)가 노출되는 영역을 갖는 것이 바람직하며, 음극 집전체(504)가 노출되는 영역에 음극 리드(511)를 용접함으로써, 접촉 저항을 더 낮게 할 수 있다. 또한, 도 1의 (C)에서는 탭 영역(282)의 전체 영역에 있어서 음극 집전체(504)가 노출되어 있는 예를 도시하였지만, 탭 영역(282)은 그 일부에 음극 활물질층(505)을 가져도 좋다.
또한, 도 1의 (A)에서는, 양극(503)과 음극(506)의 단부가 실질적으로 정렬되어 있는 예를 도시하였지만, 양극(503)은 음극(506)의 단부보다 외측에 위치하는 부분을 가져도 좋다.
축전 장치(500)에 있어서, 음극(506) 중 양극(503)과 중첩되지 않는 영역의 면적은 작을수록 바람직하다.
도 2의 (A)에서는, 음극(506)의 단부가 양극(503)의 내측에 위치하는 예를 도시하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 음극(506)이 모두 양극(503)과 중첩되거나, 또는 음극(506) 중 양극(503)과 중첩되지 않는 영역의 면적을 작게 할 수 있다.
또는, 축전 장치(500)에 있어서, 양극(503)과 음극(506)의 면적은 실질적으로 같은 것이 바람직하다. 예를 들어, 세퍼레이터(507)를 사이에 두고 대향하는 양극(503)과 음극(506)의 면적은, 실질적으로 같은 것이 바람직하다. 예를 들어, 세퍼레이터(507)를 사이에 두고 대향하는 양극 활물질층(502)의 면적과 음극 활물질층(505)의 면적은 실질적으로 같은 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 3의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 양극(503) 중 세퍼레이터(507) 측의 면의 면적과 음극(506) 중 세퍼레이터(507) 측의 면의 면적은 실질적으로 같은 것이 바람직하다. 양극(503) 중 음극(506) 측의 면의 면적과 음극(506) 중 양극(503) 측의 면의 면적을 실질적으로 같게 함으로써, 음극(506) 중 양극(503)과 중첩되지 않는 영역을 작게 하는(또는 이상적으로는 없애는) 것이 가능하며, 축전 장치(500)의 불가역 용량을 감소시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또는, 도 3의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 양극 활물질층(502) 중 세퍼레이터(507) 측의 면의 면적과 음극 활물질층(505) 중 세퍼레이터(507) 측의 면의 면적은 실질적으로 같은 것이 바람직하다.
또한, 도 3의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 양극(503)의 단부와 음극(506)의 단부가 실질적으로 정렬되는 것이 바람직하다. 또한, 양극 활물질층(502)과 음극 활물질층(505)의 단부가 실질적으로 정렬되는 것이 바람직하다.
또한, 도 2의 (B)에서는, 양극(503)의 단부가 음극(506)의 내측에 위치하는 예를 도시하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 양극(503)이 모두 음극(506)과 중첩되거나, 또는 양극(503) 중 음극(506)과 중첩되지 않는 영역의 면적을 작게 할 수 있다. 음극(506)의 단부가 양극(503)의 단부보다 내측에 위치하면, 음극(506)의 단부에 전류가 집중하는 경우가 있다. 예를 들어, 음극(506)의 일부에 전류가 집중함으로써, 음극(506) 위에 리튬이 석출되는 경우가 있다. 양극(503) 중 음극(506)과 중첩되지 않는 영역의 면적을 작게 함으로써, 음극(506)의 일부에 전류가 집중하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 예를 들어 음극(506) 위로 리튬이 석출되는 것을 억제할 수 있어, 바람직하다.
도 1의 (A)에 도시된 바와 같이, 양극 리드(510)는 양극(503)과 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 음극 리드(511)는 음극(506)과 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다. 양극 리드(510) 및 음극 리드(511)는 외장체(509)의 외측에 노출되어, 외부와의 전기적 접촉을 얻는 단자로서 기능한다.
또는, 양극 집전체(501) 및 음극 집전체(504)는, 외부와의 전기적 접촉을 얻는 단자의 역할을 겸할 수도 있다. 그 경우에는, 리드를 사용하지 않고, 양극 집전체(501) 및 음극 집전체(504)의 일부를 외장체(509)로부터 외측으로 노출시키도록 배치하여도 좋다.
또한, 외장체(509)의 표면의 일부가 요철을 갖는 것이 바람직하다. 외장체(509)가 요철을 가짐으로써, 축전 장치(500)를 만곡시킨 경우에 외장체(509)에 가해지는 응력을 완화할 수 있다. 따라서, 축전 장치(500)의 가요성을 높일 수 있다. 상기와 같은 요철은, 축전 장치(500)의 조립 전의 외장체(509)에 대하여 엠보스 가공을 수행함으로써 형성할 수 있다.
여기서 프레스 가공의 일종인 엠보스 가공의 설명을 한다.
도 5는, 엠보스 가공의 일례를 도시한 단면도이다. 또한, 엠보스 가공이란, 표면에 요철이 있는 엠보싱 롤을 필름에 압착시켜, 엠보싱 롤의 요철에 대응하는 요철을 필름에 형성하는 처리를 가리킨다. 엠보싱 롤은, 표면에 모양을 조각한 롤이다.
도 5의 (A)는, 외장체(509)에 사용하는 필름(50)의 한쪽의 면에 엠보스 가공을 수행하는 예이다.
도 5의 (A)에서는, 필름의 한쪽의 면에 접촉되는 엠보싱 롤(53)과 다른 쪽의 면에 접촉되는 롤(54) 사이에 필름(50)이 개재(介在)되고, 필름(50)이 필름의 진행 방향(60)으로 보내게 되는 도중을 도시하였다. 압력이나 열에 의하여 필름 표면에 모양을 형성한다.
도 5의 (A)는, 한쪽 면 엠보스 가공이라고도 불리고, 엠보싱 롤(53)과 롤(54)(금속 롤 또는 탄성 롤(고무 롤 등))의 조합이다.
또한, 도 5의 (B)는 엠보싱 롤(53)과 롤(54) 사이에, 한쪽 면으로 한 번 엠보스 가공이 수행된 필름(51)이 개재되고, 진행 방향(60)으로 보내게 되는 도중을 도시한 것이다. 엠보싱 롤(53)은 필름(51) 중 엠보스 가공이 아직 수행되지 않는 면에 접촉되어 회전하기 때문에, 필름(51)은 양면에 엠보스 가공이 수행된다. 이 예와 같이, 한 장의 필름에 대하여 복수 횟수 엠보스 가공을 수행하는 것도 가능하다.
또한, 도 5의 (C)는 양면에 엠보스 가공을 수행한 필름(52)의 단면의 확대도를 도시한 것이다. H1은 필름의 오목부 또는 볼록부에서의 필름의 막 두께를 나타낸 것이다. 또한, H2는 오목부와 그 오목부에 인접되는 볼록부와의 경계 부분의 막두께, 또는 볼록부와 그 볼록부에 인접되는 오목부와의 경계 부분의 막 두께를 나타낸 것이다. 필름의 막 두께는 균일하지 않고, H2는 H1보다 작다.
또한, 도 5의 (D)는 필름의 양면에 엠보스 가공을 수행하는 다른 예이다.
도 5의 (D)에는, 필름의 한쪽의 면에 접촉되는 엠보싱 롤(53)과 다른 쪽의 면에 접촉되는 엠보싱 롤(55) 사이에 필름(50)이 개재되고, 필름(50)이 필름의 진행 방향(60)으로 보내게 되는 도중이 도시되었다.
도 5의 (D)는, 수컷 엠보싱 롤인 엠보싱 롤(53)과 암컷 엠보싱 롤(55)의 조합이다. 또한, 필름(50)의 표면의 일부가 두두룩하는 엠보스와 표면을 욱인 데보스가 연속하는 요철에 의하여, 필름(50)의 표면에 모양을 형성한다.
도 5의 (E)에서는 도 5의 (D)의 한쪽의 엠보싱 롤(55)에 형성된 돌기의 피치를 바꾼 엠보싱 롤(56)을 사용하였다. 여기서, 돌기의 피치 또는 엠보스의 피치는, 인접되는 돌기의 정점(頂点) 사이의 거리를 말한다. 예를 들어, 도 5의 (E)에서의 거리 P를 돌기의 피치 또는 엠보스의 피치라고 한다. 도 5의 (E)는 엠보싱 롤(53)과 엠보싱 롤(56) 사이에 필름(50)을 끼우고, 진행 방향(60)으로 보내게 되는 도중을 도시한 것이다. 돌기의 피치를 바꿈으로써, 필름의 양면에 엠보스 피치가 다른 가공을 수행할 수 있다.
도 5의 (F)에서는, 필름의 한쪽의 면에 접촉되는 엠보싱 롤(57)과, 다른 쪽의 면에 접촉되는 엠보싱 롤(58) 사이에 필름(50)이 개재되고, 필름(50)이 필름의 진행 방향(60)으로 보내게 되는 도중을 도시하였다.
도 5의 (F)는, Tip to Tip의 양면 엠보스 가공이라고도 불리고, 엠보싱 롤(57)과 그 엠보싱 롤(57)과 같은 형상의 엠보싱 롤(58)을 조합한 것이다. 동일의 엠보싱 롤의 볼록부와 오목부의 위상을 합친 도면이고, 필름(50)의 표리(表裏)에 차이가 거의 없는 모양을 형성할 수 있다. 또한, 도 5의 (F)와 달리, 동일의 엠보싱 롤의 볼록부와 오목부의 위상을 합치지 않고 엠보스 가공하는 것도 가능하다.
또한, 엠보싱 롤을 사용하는 것에 한정되지 않고, 엠보스 플레이트를 사용하여도 좋다. 또한, 엠보스 가공에 한정되지 않고, 필름의 일부에 부조(relief)를 형성하면 좋다.
상기 엠보스 가공을 수행하여 요철을 형성한 외장체(529)를 사용한 축전 장치(500)의 일례를 도 6의 (A)에 도시하였다. 또한, 도 6의 (B)에 도 6의 (A)에서의 일점 쇄선 H1-H2 사이의 단면도를 도시하였다. 도 6의 (B)의 외장체(529)를 제외한 구성은 도 3의 (B)와 마찬가지이다.
외장체(529)가 갖는 요철은 양극(503) 및 음극(506)과 중첩되는 영역을 포함하도록 형성된다. 도 6의 (A)에서는, 접합부(518)에 요철이 형성되어 있지 않지만, 접합부(518)에 요철이 형성되어도 좋다.
또한, 외장체(529)가 갖는 요철은 축전 장치(500)의 장축 방향(도 6의 (A)에 도시된 Y 방향)으로 주기적으로 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 하나의 오목 및 하나의 볼록은, 축전 장치(500)의 단축 방향(도 6의 (A)에 도시된 X 방향)으로 연장되도록 형성되어 있다. 이와 같은 요철을 가짐으로써, 축전 장치(500)를 장축 방향으로 만곡시키는 경우에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있다.
또한, 외장체(529)가 갖는 요철이, 두 개의 방향의 비스듬한 선이 교차한 기하학적 모양을 시인할 수 있도록 형성되어도 좋다(도 7 참조). 이와 같은 요철을 가짐으로써, 축전 장치(500)의 적어도 두 개의 방향의 만곡에 있어서 발생되는 응력을 완화할 수 있다.
또한, 도 1의 (A)에서는, 양극 리드(510)와 음극 리드(511)는 축전 장치(500)의 같은 변에 배치되지만, 도 8에 도시된 바와 같이, 양극 리드(510)와 음극 리드(511)를 각각 축전 장치(500)의 상이한 변에 배치하여도 좋다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태의 축전 장치는, 리드를 자유롭게 배치할 수 있으므로, 설계 자유도가 높다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 사용한 제품의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 사용한 제품의 생산성을 높일 수 있다.
<축전 장치의 제작 방법예>
다음에, 본 발명의 일 형태의 축전 장치인 축전 장치(500)의 제작 방법의 일례를 도 9 내지 도 11을 사용하여 설명한다.
우선, 양극(503), 음극(506), 및 세퍼레이터(507)를 적층한다. 구체적으로는, 양극(503) 위에 세퍼레이터(507)를 배치한다. 그 후, 세퍼레이터(507) 위에 음극(506)을 배치한다. 양극과 음극을 2쌍 이상 사용하는 경우에는, 음극(506) 위에 세퍼레이터(507)를 배치한 후, 양극(503)을 배치한다. 이와 같이 세퍼레이터(507)를 양극(503)과 음극(506) 사이에 끼우면서 양극(503)과 음극(506)을 교대로 적층한다.
또는, 세퍼레이터(507)를 봉지 형상으로 하여도 좋다. 세퍼레이터(507)로 전극을 둘러쌈으로써, 상기 전극이 제조 공정 도중에 손상되기 어려워져, 바람직하다.
우선, 세퍼레이터(507) 위에 양극(503)을 배치한다. 계속해서, 세퍼레이터(507)를 도 9의 (A)의 파선으로 나타낸 부분에서 접고, 세퍼레이터(507)에 의하여 양극(503)을 끼운다. 또한, 여기에서는 양극(503)을 세퍼레이터(507)에 의하여 끼우는 예에 대하여 설명하였지만, 음극(506)을 세퍼레이터(507)에 의하여 끼워도 좋다.
여기서, 양극(503)의 외측의 세퍼레이터(507)의 외주 부분을 접합하여, 세퍼레이터(507)를 봉지 형상(또는 엔벨로프형)으로 하는 것이 바람직하다. 세퍼레이터(507)의 외주 부분의 접합은, 접착제 등을 사용하여 수행하여도 좋고, 초음파 용접, 또는 가열에 의한 융착에 의하여 수행하여도 좋다.
다음에, 세퍼레이터(507)의 외주 부분을 가열에 의하여 접합한다. 도 9의 (A)에 접합부(514)를 도시하였다. 이와 같이 하여, 양극(503)을 세퍼레이터(507)로 덮을 수 있다.
또한, 세퍼레이터(507)로서 셀룰로스나 종이 등의 재료를 사용하는 경우, 세퍼레이터(507)의 외주부를 접착제 등을 사용하여 접합하지만, 접착제의 양은 적은 것이 바람직하다. 세퍼레이터(507)에 의하여 끼워지는 전극(도 9의 (A)에 있어서는 양극(503))이 세퍼레이터(507)에서 비어져 나오지 않도록 외주부의 접합을 수행하면 좋으므르, 예를 들어 도 9의 (B)에 도시된 바와 같이 접합부(514)를 형성함으로써, 접착제의 양을 줄일 수 있다. 도 9의 (B)에 있어서, 세퍼레이터(507)의 외주부 중에서, 접은 곳이 형성된 변과 교차되는 2변의 접은 곳 근방, 및 접은 곳이 형성된 변과 대향하는 변의 일부에 접합부(514)가 형성되어 있다.
이어서, 도 9의 (C)에 도시된 바와 같이, 음극(506)과, 세퍼레이터로 덮인 양극(503)을 교대로 중첩시킨다. 또한, 밀봉층(115)을 갖는 양극 리드(510) 및 음극 리드(511)를 준비한다.
이어서, 도 10의 (A)에 도시된 바와 같이, 양극(503)의 탭 영역(281)에, 밀봉층(115)을 갖는 양극 리드(510)를 접속한다. 도 10의 (B)에 접속부의 확대도를 도시하였다. 접합부(512)에 압력을 가하면서 초음파를 조사하여, 양극(503)의 탭 영역(281) 및 양극 리드(510)를 전기적으로 접속시킨다(초음파 용접). 이때, 탭 영역(281)에 만곡부(513)를 제공하면 좋다.
만곡부(513)를 제공함으로써, 축전 장치(500)의 제작 후에 외부로부터 힘이 가해져 발생되는 응력을 완화할 수 있다. 따라서, 축전 장치(500)의 신뢰성을 높일 수 있다.
같은 방법을 이용하여, 음극(506)의 탭 영역(282)과 음극 리드(511)를 전기적으로 접속시킬 수 있다.
이어서, 외장체(509) 위에 양극(503), 음극(506), 및 세퍼레이터(507)를 배치한다.
이어서, 외장체(509)를, 도 10의 (C)의 외장체(509)의 중앙 부근에 파선으로 나타낸 부분에서 접는다.
도 11에, 외장체(509)의 외주를 열 압착에 의하여 접합한 부위를 접합부(118)로서 도시하였다. 전해액(508)을 넣기 위한 도입구(119) 이외의 외장체(509)의 외주부를, 열 압착에 의하여 접합한다. 열 압착 시에, 리드에 제공된 밀봉층도 녹아 리드와 외장체(509) 사이를 고정할 수 있다. 또한, 외장체(509)와 리드 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 감압 분위기하 또는 불활성 가스 분위기하에서 원하는 양의 전해액(508)을 도입구(119)로부터 외장체(509)의 내측으로 넣는다. 그리고, 마지막으로, 도입구(119)를 열 압착에 의하여 접합한다. 이와 같이 하여 박형 축전 장치인 축전 장치(500)를 제작할 수 있다.
축전 장치(500)를 제작한 후에는, 에이징을 수행하여도 좋다. 에이징 조건의 일례에 대하여 이하에서 설명한다. 우선, 처음에 0.001C 이상 0.2C 이하의 레이트로 충전을 수행한다. 온도는 예를 들어 실온 이상 50℃ 이하로 하면 좋다. 이때, 전해액의 분해가 발생하여, 가스가 발생한 경우에는, 그 가스가 전극 사이에 괴면, 전해액이 전극 표면에 접촉될 수 없는 영역이 발생된다. 즉, 전극의 실효적인 반응 면적이 감소되고, 실효적인 저항이 높아지는 것에 상당한다.
과도하게 저항이 높아지면, 음극 전위의 저하에 따라, 흑연에 대한 리튬의 삽입과 동시에, 흑연 표면에 리튬이 석출된다. 이 리튬의 석출은 용량의 저하를 초래하는 경우가 있다. 예를 들어, 리튬이 석출된 후, 표면에 피막 등이 성장하면, 표면에 석출된 리튬을 다시 용출하지 못하게 되어, 용량에 기여하지 않는 리튬이 발생된다. 또한, 석출된 리튬이 물리적으로 붕락하여, 전극과의 도통을 상실한 경우에도, 역시 용량에 기여하지 않는 리튬이 발생된다. 따라서, 음극 전위가 충전 전압 상승에 의하여 리튬 전위까지 도달하지 않도록, 가스를 빼는 것이 바람직하다.
가스를 빼는 경우에는, 예를 들어 박형 축전 장치의 외장체의 일부를 절단하여 개봉하면 좋다. 가스에 의하여 외장체가 팽창되어 있는 경우에는, 외장체의 형태를 다시 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉을 다시 하기 전에 필요에 따라 전해액을 더 넣어도 좋다. 가스 빼기를 실시하지 못하는 경우에는, 셀 내부에 가스 저장용 공간을 제공하고, 전극 사이에 괸 가스를 전극 사이에서 가스 저장용 공간에 저장시켜도 좋다. 상기에서 설명한 엠보스 가공을 수행한 래미네이트 외장을 사용함으로써 생기는 공간을 가스 저장용 고간으로서 이용하는 것도 가능하다.
또한, 가스 빼기를 수행한 후, 실온보다 높은 온도, 바람직하게는 30℃ 이상 60℃ 이하, 더 바람직하게는 35℃ 이상 50℃ 이하에 있어서, 예를 들어 1시간 이상 100시간 이하의 동안, 충전 상태가 유지되어도 좋다. 처음에 수행되는 충전 시에, 표면에서 분해된 전해액은 피막을 형성한다. 따라서, 예를 들어 가스를 뺀 후에 실온보다 높은 온도가 유지됨으로써, 형성된 피막이 치밀화되는 경우도 생각된다.
<축전 장치의 각 구성 요소>
이하에서는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치의 구성 요소에 대하여 자세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에서 제시하는 각 부재의 재료로부터 가요성을 갖는 재료를 선택하여 사용하면, 가요성을 갖는 축전 장치를 제작할 수 있다.
≪세퍼레이터≫
본 발명의 일 형태의 축전 장치에서는, 폴리페닐렌설파이드 또는 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하는 세퍼레이터를 사용한다. 세퍼레이터는 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다. 예를 들어, 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하는 세퍼레이터와 다른 세퍼레이터의 적층 구조이어도 좋다.
세퍼레이터에 사용할 수 있는 재료로서는, 폴리페닐렌설파이드나 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유 외에, 폴리프로필렌설파이드, 플루오린계 폴리머, 셀룰로스, 종이, 부직포, 유리 섬유, 세라믹, 또는 나일론(폴리아마이드), 바이닐론(폴리바이닐알코올계 섬유), 폴리에스터, 아크릴, 폴리올레핀, 폴리우레탄 등의 합성 섬유 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
≪전해액≫
전해액은 전해질 및 용매를 포함한다. 또한, 본 명세서 등에서는, 전해질을 용질로서 기재하는 경우가 있다.
전해액의 용매로서는, 캐리어 이온이 이동 가능한 재료를 사용한다. 특히, 내열성이 높으며 흑연 음극과의 반응성이 낮은 용매가 바람직하다. 본 발명의 일 형태의 축전 장치에서는, PC 및 EC를 혼합한 것을 용매로서 사용한다.
또한, 용매로서는 비프로톤성 유기 용매가 바람직하고, EC, PC 외에 뷰틸렌카보네이트, γ-뷰틸로락톤, γ-발레로락톤, 다이메틸설폭사이드, 메틸다이글라임, 벤조나이트릴, 설포레인 중 1종 또는 이들 중 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 사용할 수 있다.
또한, 전해액의 용매로서 겔화된 고분자 재료를 사용함으로써, 누액성 등에 대한 안전성이 높아진다. 또한, 축전 장치의 박형화 및 경량화가 가능하다. 겔화된 고분자 재료의 대표적인 예로서는, 실리콘(silicone)겔, 아크릴겔, 아크릴로나이트릴겔, 폴리에틸렌옥사이드계겔, 폴리프로필렌옥사이드계겔, 플루오린계 폴리머의 겔 등이 있다.
또한, 전해액의 용매로서, 난연성 및 난휘발성인 이온 액체(상온 용융염이라고도 함)를 하나 또는 복수 사용함으로써, 축전 장치의 내부가 단락되거나, 과충전 등에 의하여 내부 온도가 상승하여도, 축전 장치의 파열이나 발화 등을 방지할 수 있다. 이에 의하여, 축전 장치의 안전성을 높일 수 있다.
용질로서는, 캐리어 이온을 이동하는 것이 가능하며, 또한 캐리어 이온을 갖는 재료를 사용할 수 있다. 캐리어 이온이 리튬 이온인 경우, 용질은 리튬염이다. 사용하는 리튬염으로서는, 내열성이 높은 LiBETA, 리튬비스트라이플루오로메테인설폰일아마이드(Li(CF3SO2)2N, 약칭: LiTFSA), 리튬비스플루오로설폰일아마이드(Li(FSO2)2N, 약칭: LiFSA), LiBF4, 리튬비스옥사레이토보레이트(LiB(C2O4)2, 약칭: LiBOB) 등이 바람직하다.
그런데, 축전 장치 내의 전지 반응에 있어서, 전해액이 양극의 집전체와 반응하여 상기 집전체에 포함되는 금속이 용출하면, 축전 장치의 용량이 저하되어 축전 장치가 열화된다. 즉, 축전 장치의 사이클 특성 시험을 수행하면, 충방전을 할 때마다 용량의 저하가 현저해지고, 수명이 짧은 축전 장치가 된다. 또한, 리드와의 접속부의 집전체의 용출이 진행하면, 단선에 이르는 경우도 있다. 그래서, 본 발명의 일 형태에 있어서, 전해액이 갖는 용질 재료는, 상기 집전체와의 반응이 억제되고, 또한 상기 집전체 내의 금속의 용출이 억제된 재료가 사용된다.
양극의 집전체 재료 내의 금속으로서는, 예를 들어 알루미늄 또는 스테인리스강을 들 수 있다. 본 발명의 일 형태에 있어서, 전해액에 사용하는 용질의 재료로서는, 이들의 금속의 양극 집전체로부터의 용출이 억제되는 용질을 사용한다. 구체적으로는, 본 발명의 일 형태에 사용 가능한 용질에는, 리튬염으로서 LiBETA를 들 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치는, 양극 집전체 내의 금속의 전해액에 대한 용출이 억제되므로, 양극 집전체의 열화가 억제되고 또한 음극 표면에서의 금속의 석출도 억제되기 때문에, 용량의 열화가 작으며 사이클 수명이 양호한 축전 장치가 될 수 있다.
또한, 상기 전해질 이외에는, 예를 들어 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiAlCl4, LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, Li2B12Cl12, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, LiN(C4F9SO2)(CF3SO2), LiN(C2F5SO2)2 등의 리튬염을 1종 이상, 임의의 조합 및 비율로 사용할 수 있다.
또한, 상기의 전해질에서는, 캐리어 이온이 리튬 이온인 경우에 대하여 설명하였지만, 리튬 이온 이외의 캐리어 이온도 사용할 수 있다. 리튬 이온 이외의 캐리어 이온으로서는, 알칼리 금속 이온이나 알칼리 토금속 이온의 경우, 전해질로서 상기 리튬염에 있어서, 리튬 대신에 알칼리 금속(예를 들어, 소듐이나 포타슘 등), 알칼리 토금속(예를 들어, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 베릴륨, 또는 마그네슘 등)을 사용하여도 좋다.
또한, 전해액에 VC, 프로페인설톤(PS), tert-뷰틸벤젠(TBB), 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), LiBOB 등의 첨가제를 첨가하여도 좋다. 첨가제의 농도는, 예를 들어 용매 전체에 대하여 0.1wt% 이상 5wt% 이하로 하면 좋다.
상술한 용매와 상술한 전해질을 사용함으로써, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치의 전해액을 제작할 수 있다.
≪집전체≫
집전체는, 축전 장치 내에서 현저한 화학 변화를 일으키지 않고 높은 도전성을 나타내는 한, 특별한 제한이 없다. 양극 집전체 및 음극 집전체에는, 예를 들어 스테인리스강, 금, 백금, 아연, 철, 니켈, 구리, 알루미늄, 타이타늄, 탄탈럼, 망가니즈 등의 금속, 이들의 합금, 또는 소결한 탄소 등을 각각 사용할 수 있다. 또는, 구리 또는 스테인리스강을 탄소, 니켈 또는 타이타늄 등에 의하여 피복하여 사용하여도 좋다. 또는, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 몰리브데넘 등의 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 또는, 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로 집전체를 형성하여도 좋다. 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로서는, 지르코늄, 타이타늄, 하프늄, 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼, 크로뮴, 몰리브데넘, 텅스텐, 코발트, 니켈 등이 있다.
양극 집전체의 표면이나, 음극 집전체의 표면에서는, 전해액과의 불가역 반응이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 양극 집전체나 음극 집전체는, 전해액과의 반응성이 낮은 것이 바람직하다.
또한, 양극 집전체 및 음극 집전체에는, 각각 박(箔)상, 판상(시트상), 망(網)상, 원기둥상, 코일상, 펀칭 메탈상, 강망상, 다공질상, 및 부직포를 포괄하는 다양한 형태의 형상을 적절히 사용할 수 있다. 또한, 활물질층과의 밀착성을 높이기 위하여, 양극 집전체 및 음극 집전체는, 각각 표면에 미세한 요철을 가져도 좋다. 또한, 양극 집전체 및 음극 집전체는, 각각 두께가 5μm 이상 30μm 이하인 것을 사용하면 좋다.
또한, 집전체 표면의 일부에 언더코트층을 제공하여도 좋다. 여기서 언더코트층이란, 집전체와 활물질층의 접촉 저항의 저감이나, 집전체와 활물질층의 밀착성 향상을 위한 피복층을 말한다. 또한, 언더코트층은, 집전체의 일면 전체에 형성되어 있지 않아도 되고, 섬형으로(부분적으로) 형성되어 있어도 좋다. 또한, 언더코트층이 활물질로서 용량을 발현하여도 상관없다. 언더코트층으로서는, 예를 들어 탄소 재료를 사용할 수 있다. 탄소 재료로서는, 예를 들어 흑연이나, 아세틸렌 블랙 등의 카본 블랙, 카본 나노튜브 등을 사용할 수 있다. 또한, 언더코트층으로서, 금속층, 탄소 및 고분자를 포함하는 층, 및 금속 및 고분자를 포함하는 층을 사용할 수도 있다.
≪활물질층≫
활물질층은 활물질을 포함한다. 활물질이란, 캐리어인 이온의 삽입·이탈에 관한 물질만을 가리키고, 본 명세서 등에서는, 활물질이 포함된 층을 활물질층이라고 부른다. 활물질층에는 활물질에 더하여 도전 보조제 및 결착제(바인더)가 포함되어 있어도 좋다.
양극 활물질층은 1종 이상의 양극 활물질을 갖는다. 음극 활물질층은 1종 이상의 음극 활물질을 갖는다.
양극 활물질 및 음극 활물질은, 축전 장치의 전지 반응의 중심적 역할을 하며 캐리어 이온의 방출 및 흡수를 행하는 물질이다. 축전 장치의 수명을 높이기 위해서는, 활물질이, 전지 반응의 불가역 반응에 따른 용량이 작은 재료인 것이 바람직하고, 충방전 효율이 높은 재료인 것이 바람직하다.
양극 활물질에는, 리튬 이온 등의 캐리어 이온의 삽입 및 이탈이 가능한 재료를 사용할 수 있다. 양극 활물질로서는, 예를 들어 올리빈형 결정 구조, 층상 암염형 결정 구조, 스피넬형 결정 구조, NASICON형 결정 구조를 갖는 재료 등을 들 수 있다.
예를 들어, 양극 활물질로서, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5, MnO2, LiFeO2 등의 화합물을 재료로서 사용할 수 있다.
올리빈형 결정 구조를 갖는 재료로서는, 리튬 함유 복합 인산염(일반식 LiMPO4(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II) 중 하나 이상))을 들 수 있다. 일반식 LiMPO4의 대표적인 예로서는 LiFePO4, LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFeaNibPO4, LiFeaCobPO4, LiFeaMnbPO4, LiNiaCobPO4, LiNiaMnbPO4(a+b는 1 이하, 0<a<1, 0<b<1), LiFecNidCoePO4, LiFecNidMnePO4, LiNicCodMnePO4(c+d+e는 1 이하, 0<c<1, 0<d<1, 0<e<1), LiFefNigCohMniPO4(f+g+h+i는 1 이하, 0<f<1, 0<g<1, 0<h<1, 0<i<1) 등의 화합물을 들 수 있다.
예를 들어, 인산철리튬(LiFePO4)은 안전성, 안정성, 고용량 밀도, 고전위, 초기 산화(충전) 시에 뽑아낼 수 있는 리튬 이온의 존재 등, 양극 활물질에 요구되는 사항을 밸런스 좋게 만족시키기 때문에, 바람직하다.
층상 암염형의 결정 구조를 갖는 재료로서는, 예를 들어 코발트산리튬(LiCoO2), LiNiO2, LiMnO2, Li2MnO3, LiNi0 . 8Co0 . 2O2 등의 NiCo계(일반식은 LiNixCo1 -xO2(0<x<1)), LiNi0 . 5Mn0 . 5O2 등의 NiMn계(일반식은 LiNixMn1 - xO2(0<x<1)), LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 등의 NiMnCo계(NMC라고도 함. 일반식은 LiNixMnyCo1 -x- yO2(x>0, y>0, x+y<1))를 들 수 있다. 또한, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 , Li2MnO3-LiMO2(M은 Co, Ni 또는 Mn) 등도 들 수 있다.
특히, LiCoO2는 용량이 큰 것, LiNiO2에 비하여 대기 중에서 안정된 것, LiNiO2에 비하여 열적으로 안정된 것 등의 이점이 있기 때문에, 바람직하다.
스피넬형 결정 구조를 갖는 재료로서는, 예를 들어 LiMn2O4, Li1 + xMn2 - xO4, LiMn2-xAlxO4(0<x<2), LiMn1 . 5Ni0 . 5O4 등을 들 수 있다.
LiMn2O4 등의 망가니즈를 포함하는 스피넬형 결정 구조를 갖는 재료에, 소량의 니켈산리튬(LiNiO2나 LiNi1 - xMxO2(0<x<1, M=Co, Al 등))을 혼합하면, 망가니즈의 용출을 억제하거나, 전해액의 분해를 억제하는 등의 이점이 있어 바람직하다.
또는, 양극 활물질로서, 일반식 Li(2-j)MSiO4(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II) 중 하나 이상, 0≤j≤2) 등의 리튬 함유 복합 규산염을 사용할 수 있다. 일반식 Li(2-j)MSiO4의 대표적인 예로서는 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)NikMnlSiO4(k+l은 1 이하, 0<k<1, 0<l<1), Li(2-j)FemNinCoqSiO4, Li(2-j)FemNinMnqSiO4, Li(2-j)NimConMnqSiO4(m+n+q는 1 이하, 0<m<1, 0<n<1, 0<q<1), Li(2-j)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+u는 1 이하, 0<r<1, 0<s<1, 0<t<1, 0<u<1) 등의 화합물을 들 수 있다.
또는, 양극 활물질로서, AxM2(XO4)3(A=Li, Na, Mg, M=Fe, Mn, Ti, V, Nb, Al, X=S, P, Mo, W, As, Si)의 일반식으로 표현되는 NASICON형 화합물을 사용할 수 있다. NASICON형 화합물로서는 Fe2(MnO4)3, Fe2(SO4)3, Li3Fe2(PO4)3 등을 들 수 있다.
또는, 양극 활물질로서, Li2MPO4F, Li2MP2O7, Li5MO4(M=Fe, Mn)의 일반식으로 표현되는 화합물, FeF3 등의 페로브스카이트형 플루오린화물, TiS2, MoS2 등의 금속 칼코게나이드(황화물, 셀레늄화물, 텔루륨화물), LiMVO4 등의 역스피넬형 결정 구조를 갖는 재료, 바나듐 산화물계(V2O5, V6O13, LiV3O8, LiVOPO4 등), 망가니즈 산화물, 유기 황 화합물 등의 재료를 사용할 수 있다.
또한, 양극 활물질로서, 상기 재료를 복수로 조합한 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어, 상기 재료를 복수로 조합한 고용체를 양극 활물질로서 사용할 수 있다. 예를 들어, LiCo1 / 3Mn1 / 3Ni1 / 3O2와 Li2MnO3의 고용체를 양극 활물질로서 사용할 수 있다.
또한, 캐리어 이온이, 리튬 이온 이외의 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온인 경우, 양극 활물질로서, 상기 리튬 화합물, 리튬 함유 복합 인산염, 및 리튬 함유 복합 규산염에 있어서, 리튬을, 알칼리 금속(예를 들어, 소듐이나 포타슘 등), 알칼리 토금속(예를 들어, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 베릴륨, 마그네슘 등) 등의 캐리어로 치환한 화합물을 사용하여도 좋다.
양극 활물질의 일차 입자의 평균 입경은, 예를 들어 5nm 이상 100μm 이하가 바람직하다.
또한, 예를 들어 양극 활물질로서 올리빈형 구조의 리튬 함유 복합 인산염을 사용한 경우에는, 리튬의 확산 경로가 일차원이기 때문에, 리튬 확산이 느리다. 따라서, 올리빈형 구조의 리튬 함유 복합 인산염을 사용한 경우, 충방전의 속도를 높이기 위해서는 양극 활물질의 평균 입경은, 예를 들어 바람직하게는 5nm 이상 1μm 이하로 하면 좋다. 또는, 양극 활물질의 비표면적은, 예를 들어 바람직하게는 10m2/g 이상 50m2/g 이하로 하면 좋다.
올리빈 구조를 갖는 활물질은, 예를 들어 층상 암염형 결정 구조를 갖는 활물질 등과 비교하여 충방전에 따른 구조 변화가 극히 적고, 결정 구조가 안정되기 때문에, 과충전 등의 동작에 대해서도 안정되고, 양극 활물질로서 사용한 경우에 안전성이 높은 축전 장치를 실현할 수 있다.
음극 활물질로서는, 예를 들어 탄소계 재료, 합금계 재료 등을 사용할 수 있다.
탄소계 재료로서는, 흑연, 이흑연화성 탄소(소프트 카본), 난흑연화성 탄소(하드 카본), 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 블랙 등이 있다. 흑연으로서는, 메소카본 마이크로비즈(MCMB), 코크스계 인조 흑연, 피치계 인조 흑연 등의 인조 흑연이나, 구상화 천연 흑연 등의 천연 흑연이 있다. 또한, 흑연의 형상으로서는 인편(鱗片)상이나 구(球)상 등이 있다.
흑연은 리튬 이온이 흑연에 삽입되었을 때(리튬-흑연층간 화합물 생성 시)에 리튬 금속과 동일 정도로 비(卑)전위를 나타낸다. 이에 의하여, 리튬 이온 이차 전지는 높은 작동 전압을 나타낼 수 있다. 상술한 바와 같이, 흑연은, 단위 체적당 용량이 비교적 높다, 체적 팽창이 작다, 저렴하다, 리튬 금속에 비하여 안전성이 높다는 등의 이점을 갖기 때문에, 바람직하다.
여기서, 흑연 재료에 대하여 설명한다. 흑연이란, 복수의 그래핀층이 반데르발스 힘(Van der Waals force)에 의하여 서로 평행하게 적층된 층상 화합물이다. 흑연 재료의 표면은, 그래핀층에 평행한 면(밑면(basal plane), 기저면이라고도 함)과, 복수의 그래핀층의 단부가 배열되어 형성된 면(에지면, 끝면이라고도 함)을 포함한다. 밑면에서는 흑연을 구성하는 그래핀층 중 최외층에 위치하는 그래핀층 중 한쪽의 면이 노출되어 있고, 에지면에서는 복수의 그래핀층의 단부가 노출되어 있다. 이차 전지의 충방전 시에, 리튬의 흑연 재료로의 삽입 및 리튬의 흑연 재료로부터의 이탈의 주된 입출구는 흑연 재료의 에지면이다.
음극 활물질로서 흑연을 사용하는 경우, 에지면이 노출된 부분에서 PC를 포함하는 전해액이 부착되면, 충방전 시에 흑연과 PC의 부반응이 발생되는 경우가 있다. 본 발명의 일 형태의 축전 장치가 갖는 음극 활물질로서 사용하는 구상화 천연 흑연은 상기 에지면에 접촉하여 흑연층보다 결정성이 낮은 층이 형성되므로, 흑연과 PC의 부반응을 억제할 수 있는 경우가 있다.
캐리어 이온이 리튬 이온인 경우, 합금계 재료로서는, 예를 들어 Mg, Ca, Ga, Si, Al, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, In 등 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 이와 같은 원소는 탄소와 비교하여 용량이 크고, 특히 실리콘은 이론 용량이 4200mAh/g로 높기 때문에, 축전 장치의 용량을 높일 수 있다. 이와 같은 원소를 사용한 합금계 재료(화합물계 재료)로서는, 예를 들어 Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, SnS2, V2Sn3, FeSn2, CoSn2, Ni3Sn2, Cu6Sn5, Ag3Sn, Ag3Sb, Ni2MnSb, CeSb3, LaSn3, La3Co2Sn7, CoSb3, InSb, SbSn 등이 있다.
또한, 음극 활물질로서, SiO, SnO, SnO2, 이산화 타이타늄(TiO2), 리튬타이타늄 산화물(Li4Ti5O12), 리튬-흑연층간 화합물(LixC6), 오산화 나이오븀(Nb2O5), 산화 텅스텐(WO2), 산화 몰리브데넘(MoO2) 등의 산화물을 사용할 수 있다. 여기서, SiO란, 실리콘과 산소를 갖는 화합물이며, 실리콘과 산소의 원자수비를 실리콘:산소=α:β라고 하면, α는 β 근방의 값을 갖는 것이 바람직하다. 여기서 근방의 값을 갖는다고 하면, 예를 들어 α와 β의 차의 절대값은, β의 값에 대하여 바람직하게는 20％ 이하, 더 바람직하게는 10％ 이하라면 좋다.
또한, 음극 활물질로서, 리튬과 전이 금속의 질화물인, Li3N형 구조를 갖는 Li3-xMxN(M은 Co, Ni 또는 Cu)을 사용할 수 있다. 예를 들어, Li2 . 6Co0 . 4N3은 큰 충방전 용량(900mAh/g, 1890mAh/cm3)을 나타내며 바람직하다.
리튬과 전이 금속의 질화물을 사용하면, 음극 활물질 중에 리튬 이온을 포함하기 때문에, 양극 활물질로서 리튬 이온을 포함하지 않는 V2O5, Cr3O8 등의 재료와 조합할 수 있다. 또한, 양극 활물질에 리튬 이온을 포함하는 재료를 사용하는 경우에도, 미리 양극 활물질에 포함되는 리튬 이온을 이탈시킴으로써, 음극 활물질로서 리튬과 전이 금속의 질화물을 사용할 수 있다.
또한, 컨버전 반응이 발생하는 재료를 음극 활물질로서 사용할 수도 있다. 예를 들어, 산화 코발트(CoO), 산화 니켈(NiO), 산화 철(FeO) 등의, 리튬과 합금화 반응되지 않는 전이 금속 산화물을 음극 활물질에 사용하여도 좋다. 컨버전 반응이 발생하는 재료로서는, 또한 Fe2O3, CuO, Cu2O, RuO2, Cr2O3 등의 산화물, CoS0 .89, NiS, CuS 등의 황화물, Zn3N2, Cu3N, Ge3N4 등의 질화물, NiP2, FeP2, CoP3 등의 인화물, FeF3, BiF3 등의 플루오린화물을 들 수 있다.
음극 활물질의 일차 입자의 평균 입경은, 예를 들어 5nm 이상 100μm 이하가 바람직하다.
양극 활물질층 및 음극 활물질층은, 각각 도전 보조제를 가져도 좋다.
도전 보조제로서는, 예를 들어 탄소 재료, 금속 재료, 또는 도전성 세라믹 재료 등을 사용할 수 있다. 또한, 도전 보조제로서 섬유상 재료를 사용하여도 좋다. 활물질층의 총량에 대한 도전 보조제의 함유량은, 1wt％ 이상 10wt％ 이하가 바람직하고, 1wt％ 이상 5wt％ 이하가 더 바람직하다.
도전 보조제에 의하여, 전극 중에 전기 전도의 네트워크를 형성할 수 있다. 도전 보조제에 의하여, 음극 활물질끼리의 전기 전도의 경로를 유지할 수 있다. 활물질층 중에 도전 보조제를 첨가함으로써, 높은 전기 전도성을 갖는 활물질층을 실현할 수 있다.
도전 보조제로서는, 예를 들어 천연 흑연, 메소카본 마이크로비즈 등의 인조 흑연, 탄소 섬유 등을 사용할 수 있다. 탄소 섬유로서는, 예를 들어 메소페이즈 피치계 탄소 섬유, 등방성 피치계 탄소 섬유 등의 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 또한, 탄소 섬유로서, 카본 나노파이버나 카본 나노튜브 등을 사용할 수 있다. 카본 나노튜브는, 예를 들어 기상 성장법 등으로 제작할 수 있다. 또한, 도전 보조제로서, 예를 들어 카본 블랙(아세틸렌 블랙(AB) 등), 그래파이트(흑연) 입자, 그래핀, 산화 그래핀, 풀러렌 등의 탄소 재료를 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 구리, 니켈, 알루미늄, 은, 금 등의 금속 분말이나 금속 섬유, 도전성 세라믹 재료 등을 사용할 수 있다.
박편상 그래핀은, 고도전성으로 우수한 전기 특성과, 유연성 및 기계적 강도로 우수한 물리 특성을 갖는다. 그러므로, 그래핀을 도전 보조제로서 사용함으로써, 활물질끼리의 접촉점이나 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.
그래핀은, 접촉 저항이 낮은 면 접촉을 가능하게 하는 것이며, 또한 얇아도 도전성이 매우 높고, 적은 양으로도 효율적으로 활물질층 내에서 도전 패스를 형성할 수 있다.
평균 입경이 작은 활물질, 예를 들어 1μm 이하의 활물질을 사용하는 경우에는, 활물질의 비표면적이 크고, 활물질끼리를 연결하는 도전 패스가 더 많이 필요하게 된다. 이와 같은 경우에는, 도전성이 매우 높고, 적은 양으로도 효율적으로 도전 패스를 형성할 수 있는 그래핀을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
양극 활물질층 및 음극 활물질층은, 각각 결착제를 가져도 좋다.
본 명세서 중에 있어서, 결착제는, 활물질과 활물질을 결착 또는 접착시키는 기능, 및/또는 활물질층과 집전체를 결착 또는 접착시키는 기능을 갖는다. 또한, 결착제는, 전극 또는 전지의 제작 중에, 그 상태가 변화하는 경우가 있다. 예를 들어, 결착제는 액체, 고체, 또는 겔 등의 적어도 어느 하나의 상태를 취하는 경우가 있다. 또한, 결착제는, 전극 또는 전지의 제작 중에, 단량체(모노머)로부터 중합체(폴리머)로 변화하는 경우가 있다.
예를 들어, 결착제로서 수용성 고분자를 사용할 수 있다. 수용성 고분자로서는, 예를 들어 다당류 등을 사용할 수 있다. 다당류로서는, 카복시메틸셀룰로스(CMC), 메틸셀룰로스, 에틸셀룰로스, 하이드록시프로필셀룰로스, 다이아세틸셀룰로스, 재생 셀룰로스 등의 셀룰로스 유도체나, 전분 등을 사용할 수 있다.
또한, 결착제로서, 스타이렌-뷰타다이엔 고무(SBR), 스타이렌·아이소프렌·스타이렌 고무, 아크릴로나이트릴·뷰타다이엔 고무, 뷰타다이엔 고무, 플루오린 고무, 에틸렌·프로필렌·다이엔 공중합체 등의 고무 재료를 사용할 수 있다. 이들 고무 재료는, 상술한 수용성 고분자와 병용하여 사용하여도 좋다. 이들 고무 재료는, 고무 탄성을 가지고 신축되기 쉽기 때문에, 충방전에 따른 활물질의 팽창 수축이나, 전극의 굽힘 등에 따른 스트레스에 강하여, 신뢰성이 높은 전극을 얻을 수 있는 한편, 소수기(hydrophobic group)를 가지며 물에 녹기 어려운 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 수용액 내에서 입자가 물에 용해되지 않는 상태에서 분산되므로, 활물질층의 형성에 사용하는 용제를 포함하는 조성물(전극 합제 조성물이라고도 함)을 도포하기 위하여 적합한 점도로까지 높이는 것이 어려운 경우가 있다. 이때, 점도 조정 기능이 높은 수용성 고분자, 예를 들어 다당류를 사용하면, 용액의 점도를 적절하게 높이는 효과를 기대할 수 있는 데다가, 고무 재료와 서로 균일하게 분산되어, 균일성이 높은 양호한 전극, 예를 들어 전극 막 두께나 전극 저항의 균일성이 높은 전극을 얻을 수 있다.
또는, 결착제로서, PVdF, 폴리스타이렌, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸(폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)), 폴리아크릴산소듐, 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드, 폴리이미드, 폴리염화바이닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아이소뷰틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 에틸렌프로필렌다이엔 중합체, 폴리아세트산바이닐, 나이트로셀룰로스 등의 재료를 사용할 수 있다.
결착제는 상기 중 2종류 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
활물질층의 총량에 대한 결착제의 함유량은, 1wt％ 이상 10wt％ 이하가 바람직하고, 2wt％ 이상 8wt％ 이하가 더 바람직하고, 3wt％ 이상 5wt％ 이하가 더욱 바람직하다.
≪외장체≫
외장체(509)는, 전해액(508)과 접촉되는 면, 즉 내측의 면이 전해액(508)과 현저한 반응을 일으키지 않는 것이 바람직하다. 또한, 축전 장치(500)의 외부로부터 축전 장치(500) 내로 수분이 혼입되면, 전해액(508)의 성분 등과 물의 반응이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 외장체(509)는, 수분의 투과성이 낮은 것이 바람직하다.
외장체(509)에는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 아이오노머, 폴리아마이드 등을 사용한 막 위에, 알루미늄, 스테인리스강, 구리, 니켈 등의 가요성이 우수한 금속 박막을 제공하고, 또한, 상기 금속 박막 위에 외장체의 외면으로서 폴리아마이드계 수지, 폴리에스터계 수지 등의 절연성 합성 수지막을 제공한 3층 구조의 필름을 사용할 수 있다. 이와 같은 3층 구조로 함으로써, 전해액이나 기체의 투과를 차단함과 함께, 절연성을 확보하고, 아울러 내전해액성을 갖는다. 외장체를 내측으로 접어 중첩시키거나, 또는 2개의 외장체 각각의 내면을 대향시켜 중첩시켜 열을 가함으로써, 내면의 재료가 녹아 2개의 외장체를 융착할 수 있어, 밀봉 구조를 제작할 수 있다.
외장체의 융착 등이 수행되어 밀봉 구조가 형성되어 있는 부분을 밀봉부라고 하면, 외장체를 내측으로 접어 중첩시킨 경우에는, 접음선 이외의 부분에 밀봉부가 형성되고, 외장체의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역과 중첩되는 제 2 영역의 융착 등이 수행된 구조가 된다. 또한, 2장의 외장체를 중첩시킨 경우에는 열 융착 등의 방법으로 외주 모두에 밀봉부가 형성된다.
축전 장치(500)는, 가요성을 갖는 외장체(509)를 사용함으로써, 가요성을 갖는 구성으로 할 수 있다. 가요성을 갖는 구성으로 하면, 가요성을 갖는 부위를 적어도 일부 갖는 전자 기기에 실장할 수 있고, 전자 기기의 변형에 맞추어 축전 장치(500)도 구부릴 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 있어서, 축전 장치를 구성하는 각 부재에 그래핀 화합물을 사용할 수 있다. 그래핀 화합물은 후술하는 바와 같이, 수식(修飾)에 의하여 구조 및 특성을 폭넓게 선택하는 것이 가능하므로, 그래핀 화합물을 적용하고자 하는 부재에 따라 바람직한 성질을 발현시킬 수 있다. 또한, 그래핀 화합물은 기계적 강도가 높으므로, 그래핀 화합물은 가요성을 갖는 축전 장치를 구성하는 각 부재에도 적용할 수 있다. 이하에서, 그래핀 화합물에 대하여 설명한다.
그래핀은 탄소 원자가 1 원자층 배열한 것이며, 탄소 원자 사이에 π결합을 갖는다. 그래핀이 2층 이상 100층 이하 겹친 것을 멀티 그래핀이라고 부르는 경우가 있다. 그래핀 및 멀티 그래핀은, 예를 들어, 긴쪽 방향, 또는 면에서의 장축의 길이가 50nm 이상 100μm 이하 또는 800nm 이상 50μm 이하이다.
본 명세서 등에 있어서, 그래핀 또는 멀티 그래핀을 기본 골격으로서 갖는 화합물을 "그래핀 화합물"("그래핀 콤파운드:Graphene Compound"라고도 함)이라고 부른다. 그래핀 화합물에는 그래핀과 멀티 그래핀을 포함한다.
이하에서, 그래핀 화합물에 대하여 자세하게 설명한다.
그래핀 화합물은 예를 들어, 그래핀 또는 멀티 그래핀이 탄소 이외의 원자, 또는 탄소 이외의 원자를 갖는 원자단에 의하여 수식된 화합물이다. 또한, 그래핀 또는 멀티 그래핀이 알킬기, 알킬렌 등의 탄소를 주로 한 원자단에 의하여 수식된 화합물이어도 좋다. 또한, 그래핀 또는 멀티 그래핀을 수식하는 원자단을, 치환기, 관능기, 또는 특성기 등이라고 부르는 경우가 있다. 여기서, 본 명세서 등에 있어서 수식이란, 치환 반응, 부가 반응 또는 그 외의 반응에 의하여, 그래핀, 멀티 그래핀, 그래핀 화합물, 또는 산화 그래핀(후술)에 탄소 이외의 원자, 또는 탄소 이외의 원자를 갖는 원자단, 또는 탄소를 주로 한 원자단을 도입하는 것을 말한다.
또한, 그래핀의 표면과 이면은, 각각 다른 원자나 원자단에 의하여 수식되어도 좋다. 또한, 멀티 그래핀에 있어서는, 각 층이 다른 원자나 원자단에 의하여 수식되어도 좋다.
상술한 원자 또는 원자단에 의하여 수식된 그래핀의 일례로서, 산소 또는 산소를 포함하는 관능기에 의하여 수식된 그래핀 또는 멀티 그래핀을 들 수 있다. 여기서 산소를 포함하는 관능기로서 예를 들어, 에폭시기, 카복실기 등의 카보닐기, 또는 수산기 등을 들 수 있다. 산소 또는 산소를 갖는 관능기에 의하여 수식된 그래핀 화합물을 산화 그래핀이라고 부르는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서는 산화 그래핀은 다층의 산화 그래핀도 포함하는 것으로 한다.
산화 그래핀에서의 수식의 일례로서, 산화 그래핀의 실릴화에 대하여 설명한다. 우선, 질소 분위기 내에 있어서, 용기 내에 산화 그래핀을 넣고, 용기에 n-뷰틸아민(C4H9NH2)을 첨가하고, 60℃로 유지하고 1시간 동안 교반한다. 다음에, 용기에 톨루엔을 첨가하고, 실릴화제로서 알킬트라이클로로실레인을 더 첨가하고, 질소 분위기 내에 있어서 60℃로 유지하고 5시간 동안 교반한다. 다음에, 용기에 톨루엔을 더 첨가하고, 흡인 여과하여 고체 분말을 얻어, 이것을 에탄올 내에 분산시킨다. 또한 이것을 흡인 여과하여 고체 분말을 얻어, 아세톤에 분산시킨다. 또한 이것을 흡인 여과하여 고체 분말을 얻어, 액체 성분을 기화하여 실릴화된 산화 그래핀이 얻어진다.
또한 수식은, 실릴화에 한정되지 않고, 실릴화도 상술한 방법에 한정되지 않는다. 또한, 1종류의 원자 또는 원자단을 도입할 뿐만 아니라, 복수의 종류의 수식을 수행하고, 복수의 종류의 원자 또는 원자단을 도입하여도 좋다. 그래핀 화합물에 특정의 원자단을 도입함으로써, 그래핀 화합물의 물성을 변화시킬 수 있다. 따라서, 그래핀 화합물의 용도에 따라 바람직한 수식을 수행하는 것에 의하여, 그래핀 화합물에 원하는 성질을 의도적으로 발현시킬 수 있다.
다음에, 산화 그래핀의 제작 방법의 일례를 설명한다. 산화 그래핀은, 상기 그래핀 또는 멀티 그래핀을 산화하여 얻을 수 있다. 또는, 산화 그래핀은, 산화 그래파이트를 분리하여 얻을 수 있다. 산화 그래파이트는, 그래파이트를 산화하여 얻을 수 있다. 여기서, 산화 그래핀에 상술한 원자 또는 원자단을 더 수식하여도 좋다.
산화 그래핀을 환원하여 얻어지는 화합물을 "RGO(Reduced Graphene Oxide)"라고 부르는 경우가 있다. 또한, RGO에는, 산화 그래핀에 포함되는 산소가 모두 이탈되지 않고, 일부의 산소 또는 산소를 포함하는 원자단이 탄소에 결합한 상태에서 잔존하는 경우가 있다. 예를 들어 RGO는 에폭시기, 카복실기 등의 카보닐기, 또는 수산기 등의 관능기를 갖는 경우가 있다.
그래핀 화합물은, 복수의 그래핀 화합물이 부분적으로 겹치면서 1장의 시트상이 되어도 좋다. 이와 같은 그래핀 화합물을, 그래핀 화합물 시트라고 부르는 경우가 있다. 그래핀 화합물 시트는 예를 들어, 두께가 0.33nm 이상 10mm 이하, 더 바람직하게는 0.34nm 보다 크고 10μm 이하의 영역을 갖는다. 그래핀 화합물 시트는, 탄소 이외의 원자, 탄소 이외의 원자를 갖는 원자단, 또는 알킬기 등의 탄소를 주로 한 원자단 등에 의하여 수식되어도 좋다. 또한, 그래핀 화합물 시트가 갖는 복수의 층의 각각에 있어서, 다른 원자 또는 원자단에 의하여 수식되어도 좋다.
그래핀 화합물은, 탄소로 구성되는 6원 고리 외에, 탄소로 구성되는 5원 고리나, 탄소로 구성되는 7원 고리 이상의 다원 고리를 가져도 좋다. 여기서, 7원 고리 이상의 다원 고리 근방에서는, 리튬 이온이 통과 가능한 영역이 생기는 경우가 있다.
또한, 예를 들어, 복수의 그래핀 화합물이 모여, 시트상의 형상이 되어도 좋다.
그래핀 화합물은 평면적인 형상을 가지므로, 면 접촉을 가능하게 한다.
그래핀 화합물은 얇아도 도전성이 높은 경우가 있으며, 또한 면 접촉에 의하여 그래핀 화합물끼리, 또는 그래핀 화합물과 활물질 사이의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 체적당 양이 적어도 효율적으로 도전 패스를 형성할 수 있다.
한편, 그래핀 화합물을 절연체로서 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어 그래핀 화합물 시트를 시트상 절연체로서 사용할 수 있다. 여기서 예를 들어, 산화 그래핀은 산화되지 않은 그래핀 화합물과 비교하여 절연성이 높은 경우가 있다. 또한, 원자단에 의하여 수식된 그래핀 화합물은 수식하는 원자단의 종류에 의하여 절연성을 높일 수 있는 경우가 있다.
여기서, 본 명세서 등에 있어서 그래핀 화합물은 그래핀 전구체를 가져도 좋다. 그래핀 전구체란, 그래핀을 제조하기 위하여 사용되는 물질을 말하고, 그래핀 전구체에는 예를 들어, 상술한 산화 그래핀이나 산화 그래파이트 등을 포함하여도 좋다.
또한, 알칼리 금속을 갖는 그래핀이나, 산소 등의 탄소 이외의 원소를 갖는 그래핀을, 그래핀 유사체라고 부르는 경우가 있다. 본 명세서 등에 있어서 그래핀 화합물에는 그래핀 유사체도 포함된다.
또한, 본 명세서 등에서의 그래핀 화합물은, 층간에 원자, 원자단, 및 이들의 이온을 가져도 좋다. 또한, 그래핀 화합물이 층간에 원자, 원자단, 및 이들의 이온을 갖는 것에 의하여, 그래핀 화합물의 물성, 예를 들어 전기 전도성이나 이온 전도성이 변화되는 경우가 있다. 또한, 층간 거리가 커지는 경우가 있다.
그래핀 화합물은 높은 도전성을 갖는다는 우수한 전기 특성과, 높은 유연성 및 높은 기계적 강도를 갖는다는 우수한 물리 특성을 갖는 경우가 있다. 또한, 그래핀 화합물은 수식의 종류에 따라 도전성을 매우 낮게 하여 절연체로 할 수 있는 경우가 있다. 또한, 그래핀 화합물은 평면적인 형상을 갖는다. 그래핀 화합물은, 접촉 저항이 낮은 면 접촉을 가능하게 한다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여, 도 12 내지 도 15를 사용하여 설명한다.
<스마트워치의 구성예 1>
도 12의 (A)는, 손목시계형 휴대 정보 단말(스마트워치라고도 부름)(700)의 사시도를 도시한 것이다. 휴대 정보 단말(700)은, 하우징(701), 표시 패널(702), 버클(703), 밴드(705A), 밴드(705B), 조작 버튼(711), 조작 버튼(712)을 갖는다.
베젤부를 겸하는 하우징(701)에 탑재된 표시 패널(702)은, 직사각형의 표시 영역을 갖는다. 또한, 상기 표시 영역은 곡면으로 구성된다. 표시 패널(702)은 가요성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 표시 영역은 비직사각형이어도 좋다.
밴드(705A) 및 밴드(705B)는, 하우징(701)과 접속된다. 버클(703)은, 밴드(705A)와 접속된다. 밴드(705A)와 하우징(701)은, 예를 들어 접속부에서 핀을 축으로 하여 움직일 수 있도록 접속된다. 밴드(705B)와 하우징(701), 및 밴드(705A)와 버클(703)의 접속에 대해서도 마찬가지이다.
도 12의 (B), 도 12의 (C)는 각각, 밴드(705A) 및 축전 장치(750)의 사시도를 도시한 것이다. 밴드(705A)는 축전 장치(750)를 갖는다. 축전 장치(750)에는, 예를 들어 실시형태 1에서 설명한 축전 장치(500)를 사용할 수 있다. 축전 장치(750)는 밴드(705A)의 내부에 매몰되어 있고, 양극 리드(751) 및 음극 리드(752)는 각각 일부가 밴드(705A)에서 돌출된다(도 12의 (B) 참조). 양극 리드(751) 및 음극 리드(752)는 표시 패널(702)과 전기적으로 접속된다. 또한, 축전 장치(750)의 표면은 외장체(753)로 덮인다(도 12의 (C) 참조). 또한, 상기 핀이 전극의 기능을 가져도 좋다. 구체적으로는, 양극 리드(751) 및 표시 패널(702), 및 음극 리드(752) 및 표시 패널(702)이 각각 밴드(705A)와 하우징(701)을 접속시키는 핀을 개재하여 전기적으로 접속되어도 좋다. 이와 같이 함으로써, 밴드(705A) 및 하우징(701)의 접속부의 구성을 간략화할 수 있다.
축전 장치(750)는 가요성을 갖는다. 구체적으로는, 외장체(753)의 표면에는 실시형태 1에서 설명한 엠보스 가공에 의하여 형성된 요철을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 축전 장치(750)는 도 4에 도시된 축전 장치(500)가 갖는 미끄러지는 면을 갖는 것이 바람직하다.
밴드(705A)는, 축전 장치(750)와 일체 형성함으로써 제작될 수 있다. 예를 들어, 밴드(705A)의 외형에 대응하는 금형에 축전 장치(750)를 고정하고, 밴드(705A)의 재료를 상기 금형에 부어 넣고, 상기 재료를 경화시킴으로써 도 12의 (B)에 도시된 밴드(705A)를 제작할 수 있다.
밴드(705A)의 재료로서 고무 재료를 사용하는 경우, 가열 처리에 의하여 고무를 경화시킨다. 예를 들어 고무 재료로서 플루오린 고무를 사용하는 경우, 170℃, 10분 동안의 가열 처리에 의하여 경화시킨다. 또한, 고무 재료로서 실리콘(silicone) 고무를 사용하는 경우, 150℃, 10분 동안의 가열 처리에 의하여 경화시킨다. 본 발명의 일 형태의 축전 장치는 내열성이 높으므로, 고무 재료와의 일체 형성에 따른 가열 처리에서의 파괴나 충방전 특성의 열화를 억제할 수 있다.
밴드(705A)에 사용하는 재료로서는, 플루오린 고무, 실리콘(silicone) 고무 외에, 플루오로 실리콘(silicone) 고무, 우레탄 고무를 들 수 있다.
또한, 에이징을 포함하는 축전 장치(750)로의 통전은, 상기 밴드(705A)와의 일체 형성 후에 수행하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 실시형태 1에서 설명한 축전 장치(500)는 축전 장치(500)의 통전 전에 가열 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 상기 가열 처리는 110℃ 이상 190℃ 이하에 있어서, 상기 고무 재료에 대한 적절한 가황 시간, 예를 들어 170℃에 있어서 10분 동안 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 가열 처리에 의한 축전 장치(500)의 충방전 특성의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 도 12의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말(700)은 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시 영역에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 수행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시 영역에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다.
또한, 하우징(701)의 내부에 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기(磁氣), 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 및 마이크로폰 등을 포함할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말(700)은, 발광 소자가 그 표시 패널(702)에 사용됨으로써 제작될 수 있다.
또한, 도 12에서는 축전 장치(750)가 밴드(705A)에 포함되는 예를 도시하였지만, 축전 장치(750)가 밴드(705B)에 포함되어도 좋다. 밴드(705B)로서는 밴드(705A)와 같은 재료를 사용할 수 있다.
밴드(705A)에 사용하는 고무 재료는, 내약품성이 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 축전 장치(750)에 포함되는 전해액에 대한 반응성이 낮은 것이 바람직하다.
여기서, 밴드(705A)가 내약품성이 우수하여도, 밴드(705A)에 균열이나 박락이 발생된 경우, 축전 장치(750)로부터 샌 전해액에 휴대 정보 단말(700)의 사용자가 접촉될 가능성이 있다. 휴대 정보 단말(700)이 전해액의 샘을 검출하는 기능을 가지면, 전해액의 샘을 검출하였을 때에 사용자가 휴대 정보 단말(700)의 조작을 멈추고, 뗄 수 있다. 따라서, 안전성이 높은 휴대 정보 단말(700)로 할 수 있다.
<스마트워치의 구성예 2>
도 13의 (A)는 도 12의 (B)에 도시된 밴드(705A)와 다른 구성의 밴드(735A)의 사시도이다. 밴드(735A)와 접속되는 하우징(731)은, 축전 장치의 전해액의 샘을 검출하는 기능을 갖는 누액 검지 회로(미도시)를 갖는다(도 12의 (A) 참조). 또한, 누액 검지 회로를 갖는 휴대 정보 단말(730)의 사시도는 휴대 정보 단말(700)과 마찬가지이다.
밴드(735A)는 축전 장치(760)를 갖는다. 축전 장치(760)는 밴드(735A)의 내부에 매몰되고, 양극 리드(751), 음극 리드(752), 단자(761), 및 단자(762)가 밴드(735A)에서 돌출된다. 양극 리드(751) 및 음극 리드(752)는, 표시 패널(702)과 전기적으로 접속된다. 단자(761) 및 단자(762)는, 예를 들어, 상기 누액 검지 회로와 전기적으로 접속된다.
도 13의 (B)에, 축전 장치(760)의 사시도를 도시하였다. 도 13의 (B)는 명확성을 위하여 도 13의 (A)보다 확대되었다. 축전 장치(760)는, 단자(761), 단자(762), 배선(771), 및 배선(772)을 갖는 점에서, 도 12의 (C)에 도시된 축전 장치(750)와 다르다. 단자(761)와 배선(771)은 전기적으로 접속된다. 또한, 단자(762)와 배선(772)은 전기적으로 접속된다.
또한, 명시화를 위하여 도 13의 (B)에 있어서 배선(771)과 배선(772)이 다른 해칭으로 도시되었으나, 배선(771)과 배선(772)이 같은 재료로 형성됨으로써 제작 비용을 저감시킬 수 있으므로 바람직하다. 또한, 단자(761)와 배선(771), 그리고 단자(762)와 배선(772)은 각각 같은 해칭으로 도시되었으나, 단자(761)와 배선(771), 및 단자(762)와 배선(772)이 각각 다른 재료로 형성되어도 좋다.
배선(771) 및 배선(772)은, 소정의 간격을 두고 외장체(753)의 표면에 배치된다(도 13의 (B) 참조). 전해액이 외장체(753)의 표면에 샌 경우, 배선(771)과 배선(772)이 전해액을 통하여 도통함으로써 누액 검지 회로가 전해액의 샘을 검지할 수 있다.
도 13의 (B)에서는 배선(771) 및 배선(772)이 축전 장치(760)의 장축 방향으로 직선상으로 제공된 배치를 도시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 13의 (C)에 도시된 바와 같이, 배선(771) 및 배선(772)을 빗살형으로 간격을 두고 맞물리도록 제공하여도 좋다.
또한, 도 13의 (C)는 배선(771), 배선(772)이 외장체(753)의 상면에만 제공된 예이지만, 도 14의 (A)에 도시된 바와 같이 외장체(753)의 전체 면에 걸쳐 제공되는 것이 바람직하다. 도 14의 (B)는, 도 14의 (A)에 도시된 축전 장치(760)의 배면 사시도이다.
배선(771), 배선(772)의 막 두께가 얇으며 또한 폭이 작으면, 축전 장치(760)가 갖는 가요성을 유지할 수 있어, 바람직하다. 예를 들어, 축전 장치(760)가, 배선(771), 배선(772)의 막 두께가 5μm 이상 500μm 이하가 되는 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 배선(771)과 배선(772)의 간격이 작으며 이들의 폭이 작으므로, 전해액의 샘이 소량이어도 검출 가능하므로 바람직하다. 예를 들어, 축전 장치(760)가, 배선(771)과 배선(772)의 간격이 0.5mm 이상 20mm 이하가 되는 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 축전 장치(760)가, 배선(771), 배선(772)의 폭이 0.5mm 이상 5mm 이하가 되는 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 외장체(753)의 표면에 차지하는 배선(771), 배선(772)의 면적이 너무 작으면 전해액의 샘에 대하여 외장체(753)의 표면 전체를 커버하지 못하고, 상기 면적이 너무 크면 축전 장치(760)가 갖는 가요성이 저하되는 경우가 있다. 축전 장치(760)에 있어서, 외장체(753)의 표면적에 대한 배선(771), 배선(772)의 측면(외장체(753)에 접촉되는 면)을 제외한 표면적의 비율이 5% 이상 50% 이하인 것이 바람직하다.
배선(771), 배선(772)으로서는, 연성(延性) 또는 전성(展性)이 높은 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 연성 및 전성의 어느 쪽도 높은 재료를 사용함으로써, 축전 장치(760)의 만곡에 따른 배선(771), 배선(772)의 단선을 억제할 수 있다. 연성 및 전성이 높은 재료로서는, 금, 은, 백금, 철, 니켈, 구리, 알루미늄, 아연, 주석 등의 금속 재료나, 상기 금속 재료를 포함하는 합금 등을 들 수 있다.
≪누액을 검출하는 방법≫
이하에서, 휴대 정보 단말(730)에서의 전해액의 샘을 검출하는 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 15의 (A)에, 전해액(736)이 샌 상태의, 휴대 정보 단말(730)이 갖는 구성의 블록도를 도시하였다. 도 15의 (A)에 있어서, 화살표를 포함하는 선은 화살표의 방향에 의하여 유선 신호 또는 무선 신호의 전달 방향을 도시하였다. 따라서, 상기 선에 의하여 연결된 각 요소는 전기적으로 접속되는 경우가 있다. 또한, 화살표를 포함하지 않는 선은 배선을 나타내고, 상기 선에 의하여 연결된 각 요소는 전기적으로 접속된다.
휴대 정보 단말(730)은, 누액 검지 회로(732)와, 전원(733)과, 전류계(734)와, 배선(771)과, 배선(772)을 갖는다(도 15의 (A) 참조). 누액 검지 회로(732), 전원(733), 및 전류계(734)는, 하우징(731)에 포함된다. 전원(733) 및 전류계(734)가, 누액 검지 회로(732)에 포함되는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 휴대 정보 단말(730)은 기능 회로(739)를 갖는다. 기능 회로(739)는, 상기의 스피커, 센서, 마이크로폰 등을 포함한다. 기능 회로(739)는, 하우징(731)에 포함된다.
배선(771), 배선(772)은 전원(733)과 전기적으로 접속되고, 배선(771)과 배선(772) 사이에는 임의의 전압이 인가된다(도 15의 (A) 참조). 전원(733)의 온/오프는 누액 검지 회로(732)에 의하여 제어된다.
도 15의 (B)는 휴대 정보 단말(730)에 있어서 전해액의 샘을 검출하는 흐름을 나타낸 흐름도이다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(730)에 있어서 전해액의 샘을 검출하는 방법은 이하의 4스텝을 갖는다.
축전 장치(760)의 전해액(736)이 샌 경우, 전해액(736)은 외장체(753)의 표면에 부착된다(도 15의 (A), (B)의 S1 참조). 외장체(753)의 표면에 부착되는 전해액(736)이 배선(771) 및 배선(772)에 접촉됨으로써, 배선(771) 및 배선(772)에 전류가 흐른다(도 15의 (B)의 S2 참조). 상기 전류를, 배선(772)에 병렬 접속된 전류계(734)가 검지하면, 전류계(734)는 검지 신호를 누액 검지 회로(732)에 출력한다(도 15의 (B)의 S3 참조). 누액 검지 회로(732)는 상기 검지 신호에 따라서, 표시 패널(702) 또는/및 기능 회로(739)의 동작을 정지한다(도 15의 (B)의 S4 참조).
또한, 도 15의 (A)에서는 전류계(734)가 배선(772)과 접속된 예를 도시하였으나, 전류계(734)가 배선(771)과 접속되어도 좋다. 또한, 전원(733) 및 전류계(734)가 누액 검지 회로(732)에 포함되고, 누액 검지 회로(732)가 배선(771), 배선(772)과 전기적으로 접속되어도 좋다(도 15의 (C) 참조). 이 경우, 누액 검지 회로(732)는 배선(771), 배선(772)에 소정의 전압을 부하하는 기능 및 배선(771), 배선(772)에 흐르는 전류를 검지하는 기능을 갖는다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인, 가요성을 갖는 축전 장치에 대하여, 도 16 내지 도 23을 사용하여 설명한다. 본 발명의 일 형태의 축전 장치는, 만곡된 형상이어도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태의 축전 장치는, 가요성을 갖고, 만곡된 상태와 만곡되지 않은 상태의 양쪽 상태에 있어서 사용할 수 있어도 좋다.
<구성예 1>
도 16의 (A)에 이차 전지(200)의 사시도를 도시하고, 도 16의 (B)에 이차 전지(200)의 상면도를 도시하였다.
도 17의 (A)에, 도 16의 (B)에서의 일점쇄선 C1-C2 사이의 단면도를 도시하고, 도 17의 (B)에, 도 16의 (B)에서의 일점쇄선 C3-C4 사이의 단면도를 도시하였다. 또한, 도 17의 (A), (B)에서는 도면을 명료하게 하기 위하여, 일부의 구성 요소를 발췌하여 도시하였다.
이차 전지(200)는, 양극(211), 음극(215), 및 세퍼레이터(203)를 갖는다. 이차 전지(200)는 양극 리드(221), 음극 리드(225), 및 외장체(207)를 더 갖는다.
양극(211) 및 음극(215)은 각각, 집전체 및 활물질층을 갖는다. 양극(211) 및 음극(215)은, 세퍼레이터(203)를 개재하여, 활물질층이 대향하도록 배치되어 있다.
이차 전지(200)가 갖는 전극(양극(211) 및 음극(215))은, 만곡의 내경 측에 위치하는 것보다, 외경 측에 위치하는 것이 만곡의 방향에 대하여 긴 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 이차 전지(200)를 어떤 곡률로 만곡시켰을 때, 양극(211) 및 음극(215)의 단부를 정렬시킬 수 있다. 즉, 양극(211)이 갖는 양극 활물질층의 모든 영역을, 음극(215)이 갖는 음극 활물질층과 대향시켜 배치할 수 있다. 그러므로, 양극(211)이 갖는 양극 활물질을 낭비 없이 전지 반응에 기여할 수 있다. 그러므로, 이차 전지(200)의 체적당 용량을 크게 할 수 있다. 이 구성은, 이차 전지(200)를 사용할 때 이차 전지(200)의 곡률이 고정되는 경우에 특히 유효하다.
양극 리드(221)는, 복수의 양극(211)과 전기적으로 접속되어 있다. 음극 리드(225)는, 복수의 음극(215)과 전기적으로 접속되어 있다. 양극 리드(221) 및 음극 리드(225)는, 각각 밀봉층(220)을 갖는다.
외장체(207)는, 복수의 양극(211), 복수의 음극(215), 및 복수의 세퍼레이터(203)를 덮는다. 이차 전지(200)는, 외장체(207)로 덮인 영역에 전해액(미도시)을 갖는다. 이차 전지(200)는, 외장체(207)의 3변을 접착함으로써 밀봉되어 있다.
도 17의 (A), (B)에서는, 직사각형의 세퍼레이터(203)를 복수로 사용하여, 양극(211)과 음극(215) 사이에 각각 하나씩 세퍼레이터(203)를 배치하는 예를 도시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 1장의 시트상의 세퍼레이터를 지그재그로 반복적으로 접은 형태로 하거나(주름상자 형태로 한다고도 할 수 있음), 또는 권회함으로써 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 위치하도록 하여도 좋다.
예를 들어, 도 19의 (A) 내지 (D)에 이차 전지(200)의 제작 방법을 도시하였다. 이 제작 방법을 사용하는 경우의 도 16의 (B)에서의 일점쇄선 C1-C2 사이의 단면도를 도 18에 도시하였다.
우선, 세퍼레이터(203) 위에 음극(215)을 배치한다(도 19의 (A) 참조). 이때, 음극(215)이 갖는 음극 활물질층이, 세퍼레이터(203)와 중첩하도록 배치한다.
이어서, 세퍼레이터(203)를 접어, 음극(215) 위에 세퍼레이터(203)를 중첩시킨다. 다음에, 세퍼레이터(203) 위에 양극(211)을 중첩시킨다(도 19의 (B) 참조). 이때, 양극(211)이 갖는 양극 활물질층이, 세퍼레이터(203) 및 음극 활물질층과 중첩되도록 배치한다. 또한, 집전체의 한쪽 면에 활물질층이 형성되어 있는 전극을 사용하는 경우에는, 양극(211)의 양극 활물질층과, 음극(215)의 음극 활물질층이 세퍼레이터(203)를 개재하여 대향하도록 배치한다.
세퍼레이터(203)에 폴리프로필렌 등의 열 용착이 가능한 재료를 사용하는 경우에는, 세퍼레이터(203)끼리가 중첩되어 있는 영역을 열 용착하고 나서 다음 전극을 중첩시킴으로써, 제작 공정 중에 전극이 어긋나는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 음극(215) 또는 양극(211)과 중첩되어 있지 않고, 세퍼레이터(203)끼리가 중첩되어 있는 영역, 예를 들어 도 19의 (B)의 영역(203a)으로 나타낸 영역을 열 용착하는 것이 바람직하다.
이 공정을 반복함으로써, 도 19의 (C)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(203)를 끼워서 양극(211) 및 음극(215)을 적층시킬 수 있다.
또한, 미리 반복적으로 접은 세퍼레이터(203)에, 복수의 음극(215) 및 복수의 양극(211)을 교대로 끼우도록 배치하여도 좋다.
이어서, 도 19의 (C)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(203)로 복수의 양극(211) 및 복수의 음극(215)을 덮는다.
또한, 도 19의 (D)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(203)끼리가 중첩되어 있는 영역, 예를 들어 도 19의 (D)에 도시된 영역(203b)을 열 용착함으로써, 복수의 양극(211)과 복수의 음극(215)을 세퍼레이터(203)에 의하여 덮어, 결속한다.
또한, 복수의 양극(211), 복수의 음극(215), 및 세퍼레이터(203)를 결속재를 사용하여 결속하여도 좋다.
이와 같은 공정에서 양극(211) 및 음극(215)을 적층시키기 위하여, 세퍼레이터(203)는, 1장의 세퍼레이터(203) 중에서, 복수의 양극(211)과 복수의 음극(215) 사이에 개재되는 영역과, 복수의 양극(211)과 복수의 음극(215)을 덮도록 배치되어 있는 영역을 갖는다.
바꿔 말하면, 도 18, 도 19의 (D)에 도시된 이차 전지(200)가 갖는 세퍼레이터(203)는, 일부가 접힌 1장의 세퍼레이터이다. 세퍼레이터(203)가 접힌 영역에, 복수의 양극(211)과, 복수의 음극(215)이 끼워져 있다.
<구성예 2>
도 20의 (A)에는 이차 전지(250)의 사시도를 도시하고, 도 20의 (B)에는 이차 전지(250)의 상면도를 도시하였다. 또한, 도 20의 (C1)에 제 1 전극 조립체(230)의 단면도를 도시하고, 도 20의 (C2)에 제 2 전극 조립체(231)의 단면도를 도시하였다.
이차 전지(250)는, 제 1 전극 조립체(230), 제 2 전극 조립체(231), 및 세퍼레이터(203)를 갖는다. 이차 전지(250)는 양극 리드(221), 음극 리드(225), 및 외장체(207)를 더 갖는다.
도 20의 (C1)에 도시된 바와 같이, 제 1 전극 조립체(230)는, 양극(211a), 세퍼레이터(203), 음극(215a), 세퍼레이터(203), 및 양극(211a)이 이 순서대로 적층되어 있다. 양극(211a) 및 음극(215a)은 각각 집전체의 양면에 활물질층을 갖는 구성이다.
도 20의 (C2)에 도시된 바와 같이, 제 2 전극 조립체(231)는, 음극(215a), 세퍼레이터(203), 양극(211a), 세퍼레이터(203), 및 음극(215a)이 이 순서대로 적층되어 있다. 양극(211a) 및 음극(215a)은 각각 집전체의 양면에 활물질층을 갖는 구성이다.
즉, 제 1 전극 조립체(230) 및 제 2 전극 조립체(231)에 있어서, 양극 및 음극은 세퍼레이터(203)를 개재하여 활물질층이 대향하도록 배치되어 있다.
양극 리드(221)는, 복수의 양극(211)과 전기적으로 접속되어 있다. 음극 리드(225)는, 복수의 음극(215)과 전기적으로 접속되어 있다. 양극 리드(221) 및 음극 리드(225)는, 각각 밀봉층(220)을 갖는다.
도 21에, 도 20의 (B)에서의 일점쇄선 D1-D2 사이의 단면도의 일례를 도시하였다. 또한, 도 21에서는 도면을 명료하게 하기 위하여, 일부의 구성 요소를 발췌하여 도시하였다.
도 21에 도시된 바와 같이, 이차 전지(250)는, 복수의 제 1 전극 조립체(230) 및 복수의 제 2 전극 조립체(231)가, 권회한 세퍼레이터(203)에 의하여 덮여 있는 구성을 갖는다.
외장체(207)는, 복수의 제 1 전극 조립체(230), 복수의 제 2 전극 조립체(231), 및 세퍼레이터(203)를 덮는다. 이차 전지(200)는, 외장체(207)로 덮인 영역에 전해액(미도시)을 갖는다. 이차 전지(200)는, 외장체(207)의 3변을 접착시킴으로써 밀봉되어 있다.
예를 들어, 도 22의 (A) 내지 (D)에 이차 전지(250)의 제작 방법을 도시하였다.
먼저 세퍼레이터(203) 위에 제 1 전극 조립체(230)를 배치한다(도 22의 (A) 참조).
이어서, 세퍼레이터(203)를 접어, 제 1 전극 조립체(230) 위에 세퍼레이터(203)를 중첩시킨다. 이어서, 제 1 전극 조립체(230) 상하에, 세퍼레이터(203)를 개재하여, 2쌍의 제 2 전극 조립체(231)를 중첩시킨다(도 22의 (B) 참조).
이어서, 세퍼레이터(203)를 2쌍의 제 2 전극 조립체(231)를 덮도록 권회시킨다. 또한, 2쌍의 제 2 전극 조립체(231) 상하에, 세퍼레이터(203)를 개재하여, 2쌍의 제 1 전극 조립체(230)를 중첩시킨다(도 22의 (C) 참조).
다음에, 세퍼레이터(203)를, 2쌍의 제 1 전극 조립체(230)를 덮도록 권회시킨다(도 22의 (D) 참조).
이와 같은 공정에서 복수의 제 1 전극 조립체(230) 및 복수의 제 2 전극 조립체(231)를 적층하기 때문에, 이 전극 조립체는, 소용돌이 모양으로 권회된 세퍼레이터(203) 사이에 배치된다.
또한, 가장 외측에 배치되는 전극은, 외측에 활물질층을 갖지 않는 것이 바람직하다.
또한 도 20의 (C1), (C2)에서는 전극 조립체가 전극 3장과 세퍼레이터 2장을 갖는 구성을 도시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 전극을 4장 이상, 세퍼레이터를 3장 이상 갖는 구성으로 하여도 좋다. 전극을 증가시킴으로써, 이차 전지(250)의 용량을 더 향상시킬 수 있다. 또한 전극을 2장, 세퍼레이터를 1장 갖는 구성으로 하여도 좋다. 전극이 적은 경우, 만곡에 더 강한 이차 전지로 할 수 있다. 또한, 도 21에서는 이차 전지(250)가 제 1 전극 조립체(230)를 3쌍, 제 2 전극 조립체(231)를 2쌍 갖는 구성을 도시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 더 많은 전극 조립체를 갖는 구성으로 하여도 좋다. 전극 조립체를 증가시킴으로써, 이차 전지(250)의 용량을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 더 적은 전극 조립체를 갖는 구성으로 하여도 좋다. 전극 조립체가 적은 경우, 만곡에 더 강한 이차 전지로 할 수 있다.
또한, 도 23에, 도 20의 (B)에서의 일점쇄선 D1-D2 사이의 단면도의 다른 예를 도시하였다. 도 23에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(203)를 주름상자 형상으로 접음으로써, 제 1 전극 조립체(230)와 제 2 전극 조립체(231) 사이에 세퍼레이터(203)를 배치하여도 좋다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치의 사용예에 대하여 도 24 내지 도 28을 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 축전 장치는, 예를 들어 전자 기기나 조명 장치에 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 축전 장치는, 충방전 특성이 우수하다. 따라서, 전자 기기나 조명 장치를, 한번의 충전에 의하여 장시간 사용할 수 있다. 또한, 충방전 사이클에 따른 용량의 감소가 억제되어 있기 때문에, 충전을 반복하더라도, 사용 가능한 시간이 짧아지기 어렵다. 또한, 본 발명의 일 형태의 축전 장치는, 고온 환경을 포함하는 넓은 온도 범위에서, 우수한 충방전 특성을 나타내고, 장기 신뢰성이나 안전성이 높기 때문에, 전자 기기나 조명 장치의 안전성이나 신뢰성을 높일 수 있다.
전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 형태의 축전 장치는 가요성을 갖기 때문에, 그 축전 장치 자체, 또는, 그 축전 장치를 사용한 전자 기기 또는 조명 장치를, 가옥이나 빌딩의 내벽 또는 외벽, 또는, 자동차의 내장 또는 외장의 곡면을 따라 제공하는 것도 가능하다.
도 24의 (A)는, 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는, 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 외에, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 갖는다. 또한, 휴대 전화기(7400)는, 축전 장치(7407)를 갖는다.
도 24의 (B)는, 휴대 전화기(7400)를 만곡시킨 상태를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)를 외부의 힘에 의하여 변형시켜 전체를 만곡시키면, 그 내부에 제공되어 있는 축전 장치(7407)도 만곡된다. 축전 장치(7407)는 박형의 축전 장치이다. 축전 장치(7407)는 구부러진 상태에서 고정되어 있다. 만곡된 상태의 축전 장치(7407)를 도 24의 (C)에 도시하였다.
도 24의 (D)는, 팔찌형의 표시 장치의 일례를 도시한 것이다. 휴대 표시 장치(7100)는, 하우징(7101), 표시부(7102), 조작 버튼(7103), 및 축전 장치(7104)를 갖는다. 도 24의 (E)에는 구부러진 축전 장치(7104)의 상태를 도시하였다.
도 24의 (F)는, 손목시계형의 휴대 정보 단말의 일례를 도시한 것이다. 휴대 정보 단말(7200)은, 하우징(7201), 표시부(7202), 밴드(7203), 버클(7204), 조작 버튼(7205), 입출력 단자(7206) 등을 갖는다.
휴대 정보 단말(7200)은, 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다.
표시부(7202)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한, 표시부(7202)는 터치 센서를 갖고, 손가락이나 스타일러스 등으로 화면에 접촉함으로써 조작할 수 있다. 예를 들어, 표시부(7202)에 표시된 아이콘(7207)에 접촉함으로써 애플리케이션을 기동할 수 있다.
조작 버튼(7205)은, 시각 설정 이외에, 전원의 온/오프 동작, 무선 통신의 온/오프 동작, 매너 모드의 실행 및 해제, 전력 절약 모드의 실행 및 해제 등, 다양한 기능을 가지게 할 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(7200)에 제공된 운영 체계(operating system)에 의하여 조작 버튼(7205)의 기능을 자유롭게 설정할 수도 있다.
또한, 휴대 정보 단말(7200)은, 통신 규격화된 근거리 무선 통신을 실행하는 것이 가능하다. 예를 들어 무선 통신 가능한 헤드셋과 상호 통신함으로써, 핸즈 프리로 통화할 수도 있다.
또한, 휴대 정보 단말(7200)은 입출력 단자(7206)를 갖고, 다른 정보 단말과 커넥터를 통하여 직접 데이터의 주고받기를 수행할 수 있다. 또한 입출력 단자(7206)를 통하여 충전을 수행할 수도 있다. 또한, 충전 동작은 입출력 단자(7206)를 통하지 않고 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
휴대 정보 단말(7200)의 표시부(7202)에는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 갖는다. 예를 들어, 도 24의 (E)에 도시된 축전 장치(7104)를, 하우징(7201) 내부로 만곡한 상태에서, 또는 밴드(7203) 내부로 만곡 가능한 상태에서 제공할 수 있다.
도 25의 (A)는, 손목 장착형의 활동량계의 일례를 도시한 것이다. 활동량계(7250)는, 하우징(7251), 밴드(7203), 버클(7204) 등을 갖는다. 또한, 하우징(7251) 내부에 무선 통신기, 맥박 센서, 가속도 센서, 온도 센서 등을 갖는다. 활동량계(7250)는, 맥박 센서나 가속도 센서에 의하여 장착자의 맥박 추이(推移), 활동량 등의 정보를 취득하고, 무선 통신기에 의하여 외부의 휴대 정보 단말에 상기 정보를 송신하는 기능을 갖는다. 또한, 활동량계(7250)는, 장착자의 소비 칼로리, 섭취 칼로리를 계측하는 기능, 걸음 수를 취득하는 기능, 수면(睡眠) 상태를 계측하는 기능 등을 가져도 좋다. 또한, 활동량계(7250)가 표시부를 갖고, 상기 기능에 의하여 취득한 정보를 표시할 수 있도록 하여도 좋다.
활동량계(7250)는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 갖는다. 예를 들어, 도 24의 (E)에 도시된 축전 장치(7104)를, 하우징(7201) 내부로 만곡한 상태에서, 또는 밴드(7203) 내부로 만곡 가능한 상태에서 제공할 수 있다.
도 25의 (B)는, 완장형의 표시 장치의 일례를 도시한 것이다. 표시 장치(7300)는, 표시부(7304)를 갖고, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 갖는다. 또한, 표시 장치(7300)는, 표시부(7304)에 터치 센서를 가질 수도 있고, 또한 휴대 정보 단말로서 기능시킬 수도 있다.
표시부(7304)는 그 표시면이 만곡되어 있고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한, 표시 장치(7300)는, 통신 규격화된 근거리 무선 통신 등에 의하여 표시 상황을 변경할 수 있다.
또한, 표시 장치(7300)는 입출력 단자를 갖고, 다른 정보 단말과 커넥터를 통하여 직접 데이터의 주고받기를 수행할 수 있다. 또한, 입출력 단자를 통하여 충전을 수행할 수도 있다. 또한, 충전 동작은 입출력 단자를 통하지 않고 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 25의 (C)는, 안경형의 표시 장치의 일례를 도시한 것이다. 표시 장치(7350)는, 렌즈(7351), 프레임(7352) 등을 갖는다. 또한, 프레임(7352) 내부 또는 프레임(7352)에 접촉하도록, 렌즈(7351)에 화상 또는 영상을 투영하는 투영부(미도시)를 갖는다. 표시 장치(7350)는, 렌즈(7351) 전체에서 화상(7351A)을 장착자가 시인할 수 있는 방향으로 표시하는 기능을 갖는다. 또는, 렌즈(7351)의 일부에 화상(7351B)을 장착자가 시인할 수 있는 방향으로 표시하는 기능을 갖는다.
표시 장치(7350)는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 갖는다. 도 25의 (D)에, 프레임(7352)의 선단부(7355)를 확대한 도면을 도시하였다. 선단부(7355)는 플루오린 고무, 실리콘(silicone) 고무 등의 고무 재료로 형성할 수 있다. 선단부(7355) 내부에는 본 발명의 일 형태의 축전 장치(7360)가 매몰되고, 양극 리드(7361) 및 음극 리드(7362)가 선단부(7355)에서 돌출된다. 양극 리드(7361) 및 음극 리드(7362)는, 프레임(7352) 내부에 제공된 투영부 등에 접속되는 배선과 전기적으로 접속된다. 또한, 선단부(7355)는 축전 장치(7360)와 함께, 실시형태 2에서 설명한 일체 형성에 의하여 제작될 수 있다.
선단부(7355) 및 축전 장치(7360)는 가요성을 갖는다. 따라서, 표시 장치(7350)는 사용자의 머리 형상에 맞춰서 밀착하도록 장착 가능하다.
도 26의 (A) 및 (B)는, 반으로 접기 가능한 태블릿형 단말의 일례를 도시한 것이다. 도 26의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿형 단말(9600)은, 한 쌍의 하우징(9630), 한 쌍의 하우징(9630)을 접속시키는 가동부(9640), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9626), 전원 스위치(9627), 전력 절약 모드 전환 스위치(9625), 후크(9629), 조작 스위치(9628)를 갖는다. 도 26의 (A)는 태블릿형 단말(9600)을 열린 상태를 도시하고, 도 26의 (B)는 태블릿형 단말(9600)을 닫힌 상태를 도시한 것이다.
또한, 태블릿형 단말(9600)은, 하우징(9630) 내부에 축전체(9635)를 갖는다. 축전체(9635)는, 가동부(9640)를 통과하여, 한쪽 하우징(9630)으로부터 다른 쪽 하우징(9630)에 걸쳐 제공되어 있다.
표시부(9631a)는, 일부를 터치 패널의 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9638)를 터치함으로써 데이터 입력을 수행할 수 있다. 또한, 표시부(9631a)에 있어서는, 일례로서 절반의 영역이 표시만의 기능을 갖는 구성, 나머지의 절반 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성을 나타내지만 그 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 모든 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전체면에 키보드 버튼을 표시시켜 터치 패널로 하고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
또한, 표시부(9631b)에 있어서도 표시부(9631a)와 마찬가지로, 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널의 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한, 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되어 있는 위치에 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼을 표시할 수 있다.
또한, 터치 패널의 영역(9632a)과 터치 패널의 영역(9632b)에 대하여 동시에 터치 입력할 수도 있다.
또한, 표시 모드 전환 스위치(9626)는, 세로 표시 또는 가로 표시 등 표시의 방향을 전환하고, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 전력 절약 모드 전환 스위치(9625)는, 태블릿형 단말(9600)에 내장되는 광 센서로 검출되는 사용 시의 외광 광량에 따라 표시의 휘도를 최적의 것으로 할 수 있다. 태블릿형 단말은 광 센서뿐만 아니라, 자이로, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서 등의 다른 검출 장치를 내장시켜도 좋다.
또한, 도 26의 (A)에서는 표시부(9631a)와 표시부(9631b)의 표시 면적이 동일한 예를 도시하였지만 특별히 한정되지 않고 한쪽 표시부의 사이즈와 다른 쪽 표시부의 사이즈가 상이하여도 좋고, 표시의 품질도 상이하여도 좋다. 예를 들어 한쪽이 다른 쪽보다 고정세(高精細)한 표시를 수행할 수 있는 표시 패널로 하여도 좋다.
도 26의 (B)는, 닫힌 상태이며, 태블릿형 단말은, 하우징(9630), 태양 전지(9633), DCDC 컨버터(9636)를 포함하는 충방전 제어 회로(9634)를 갖는다. 또한, 축전체(9635)로서, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 사용한다.
또한, 태블릿형 단말(9600)은 반으로 접기 가능하기 때문에, 미사용 시에 한 쌍의 하우징(9630)을 중첩시키도록 접을 수 있다. 접는 것에 의하여, 표시부(9631a), 표시부(9631b)를 보호할 수 있기 때문에, 태블릿형 단말(9600)의 내구성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 축전체를 사용한 축전체(9635)는 가요성을 갖고, 굽히는 것을 반복해도 충방전 용량이 저하되기 어렵다. 따라서, 신뢰성이 우수한 태블릿형 단말을 제공할 수 있다.
또한, 이 외에도 도 26의 (A), (B)에 도시된 태블릿형 단말은, 여러가지 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시한 정보를 터치 입력 조작 또는 편집하는 터치 입력 기능, 여러가지 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿형 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의하여, 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한, 태양 전지(9633)는, 하우징(9630)의 한쪽 면 또는 양면에 제공할 수 있고, 축전체(9635)의 충전을 효율적으로 수행하는 구성으로 할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 축전체(9635)로서는, 리튬 이온 전지를 사용하면, 소형화를 도모할 수 있는 등의 이점이 있다.
또한, 도 26의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구성 및 동작에 대하여, 도 26의 (C)에 블록도를 도시하여 설명한다. 도 26의 (C)에는, 태양 전지(9633), 축전체(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1) 내지 (SW3), 표시부(9631)에 대하여 도시하고, 축전체(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1) 내지 (SW3)가 도 26의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 부분이 된다.
우선, 외광에 의하여 태양 전지(9633)에 의하여 발전되는 경우의 동작예에 대하여 설명한다. 태양 전지에서 발전된 전력은, 축전체(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)로 승압 또는 강압이 이루어진다. 그리고, 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)로부터의 전력이 사용될 때는 스위치(SW1)를 온으로 하고, 컨버터(9637)로 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압을 하게 된다. 또한, 표시부(9631)에서의 표시를 수행하지 않을 때는, 스위치(SW1)를 오프로 하고, 스위치(SW2)를 온으로 하여 축전체(9635)의 충전을 수행하는 구성으로 하면 좋다.
또한, 태양 전지(9633)에 대해서는, 발전 수단의 일례로서 나타냈지만, 특별히 한정되지 않고, 압전 소자(피에조 소자)나 열전 변환 소자(펠티어 소자) 등의 다른 발전 수단에 의한 축전체(9635)의 충전을 수행하는 구성이어도 좋다. 예를 들어, 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나, 또한 다른 충전 수단을 조합하여 수행하는 구성으로 하여도 좋다.
도 27에, 다른 전자 기기의 예를 도시하였다. 도 27에 있어서, 표시 장치(8000)는, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8004)를 사용한 전자 기기의 일례이다. 구체적으로, 표시 장치(8000)는, TV 방송 수신용의 표시 장치에 상당하고, 하우징(8001), 표시부(8002), 스피커부(8003), 축전 장치(8004) 등을 갖는다. 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8004)는, 하우징(8001)의 내부에 제공되어 있다. 표시 장치(8000)는, 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 축전 장치(8004)에 축적된 전력을 사용할 수도 있다. 따라서, 정전 등에 의하여 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8004)를 무정전 전원으로서 사용함으로써 표시 장치(8000)의 이용이 가능하게 된다.
표시부(8002)에는, 액정 표시 장치, 유기 EL 소자 등의 발광 소자를 각 화소에 구비한 발광 장치, 전기 영동 표시 장치, DMD(Digital Micromirror Device), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등의, 반도체 표시 장치를 사용할 수 있다.
또한, 표시 장치에는, TV 방송 수신용 외에, 퍼스널 컴퓨터용, 광고 표시용 등, 모든 정보 표시용 표시 장치가 포함된다.
도 27에 있어서, 설치형의 조명 장치(8100)는, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8103)를 사용한 전자 기기의 일례이다. 구체적으로, 조명 장치(8100)는, 하우징(8101), 광원(8102), 축전 장치(8103) 등을 갖는다. 도 27에서는, 축전 장치(8103)가 하우징(8101) 및 광원(8102)이 설치된 천장(8104)의 내부에 제공되어 있는 경우를 예시하였지만, 축전 장치(8103)는, 하우징(8101)의 내부에 제공되어 있어도 좋다. 조명 장치(8100)는, 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 축전 장치(8103)에 축적된 전력을 사용할 수도 있다. 따라서, 정전 등에 의하여 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8103)를 무정전 전원으로서 사용함으로써 조명 장치(8100)의 이용이 가능하게 된다.
또한, 도 27에서는 천장(8104)에 제공된 설치형의 조명 장치(8100)를 예시하였지만, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치는, 천장(8104) 이외에, 예를 들어 측벽(8105), 바닥(8106), 창문(8107) 등에 제공된 설치형의 조명 장치에 사용할 수도 있고, 탁상형의 조명 장치 등에 사용할 수도 있다.
또한, 광원(8102)에는, 전력을 이용하여 인공적으로 광을 얻는 인공 광원을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 백열 전구, 형광등 등의 방전 램프, LED나 유기 EL 소자 등의 발광 소자를, 상기 인공 광원의 일례로서 들 수 있다.
도 27에 있어서, 실내기(8200) 및 실외기(8204)를 갖는 에어 컨디셔너는, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8203)를 사용한 전자 기기의 일례이다. 구체적으로, 실내기(8200)는, 하우징(8201), 송풍구(8202), 축전 장치(8203) 등을 갖는다. 도 27에서는, 축전 장치(8203)가 실내기(8200)에 제공되어 있는 경우를 예시하였지만, 축전 장치(8203)는 실외기(8204)에 제공되어 있어도 좋다. 또는, 실내기(8200)와 실외기(8204)의 양쪽에, 축전 장치(8203)가 제공되어 있어도 좋다. 에어 컨디셔너는, 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 축전 장치(8203)에 축적된 전력을 사용할 수도 있다. 특히, 실내기(8200)와 실외기(8204)의 양쪽에 축전 장치(8203)가 제공되어 있는 경우, 정전 등에 의하여 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8203)를 무정전 전원으로서 사용함으로써 에어 컨디셔너의 이용이 가능하게 된다.
또한, 도 27에서는, 실내기와 실외기로 구성되는 세퍼레이트형의 에어컨디셔너를 예시하였지만, 실내기의 기능과 실외기의 기능을 하나의 하우징에 갖는 일체형의 에어컨디셔너에, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 사용할 수도 있다.
도 27에 있어서, 전기 냉동 냉장고(8300)는, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8304)를 사용한 전자 기기의 일례이다. 구체적으로, 전기 냉동 냉장고(8300)는, 하우징(8301), 냉장실용 도어(8302), 냉동실용 도어(8303), 축전 장치(8304) 등을 갖는다. 도 27에서는, 축전 장치(8304)가 하우징(8301)의 내부에 제공되어 있다. 전기 냉동 냉장고(8300)는, 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 축전 장치(8304)에 축적된 전력을 사용할 수도 있다. 따라서, 정전 등에 의하여 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8304)를 무정전 전원으로서 사용함으로써, 전기 냉동 냉장고(8300)의 이용이 가능하게 된다.
또한, 전자 레인지 등의 고주파 가열 장치, 전기 밥솥 등의 전자 기기는, 단시간에 높은 전력을 필요로 한다. 따라서, 상용 전원으로 조달하기 어려운 전력을 보조하기 위한 보조 전원으로서, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 사용함으로써 전자 기기의 사용 시에 상용 전원의 차단기(breaker)가 작동되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전자 기기가 사용되지 않는 시간대, 특히 상용 전원의 공급원이 공급 가능한 총 전력량 중에서 실제로 사용되는 전력량의 비율(전력 사용률이라고 부름)이 낮은 시간대에, 축전 장치에 전력을 축적해 둠으로써, 상기 시간대 이외에 전력 사용률이 높아지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 전기 냉동 냉장고(8300)의 경우, 기온이 낮고, 냉장실용 도어(8302), 냉동실용 도어(8303)의 개폐가 수행되지 않는 야간에 있어서, 축전 장치(8304)에 전력을 축적한다. 그리고, 기온이 높아지고, 냉장실용 도어(8302), 냉동실용 도어(8303)의 개폐가 수행되는 낮에 있어서, 축전 장치(8304)를 보조 전원으로서 사용함으로써 낮의 전력 사용률을 낮게 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 축전 장치는, 차량에 탑재할 수도 있다.
축전 장치를 차량에 탑재하면, 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자동차(EV), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 등의 차세대 클린 에너지 자동차를 실현할 수 있다.
도 28의 (A) 및 (B)에, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 사용한 차량을 예시하였다. 도 28의 (A)에 도시된 자동차(8400)는, 주행을 위한 동력원으로서 전기 모터를 사용하는 전기 자동차이다. 또는, 주행을 위한 동력원으로서 전기 모터와 엔진을 적절히 선택하여 사용하는 것이 가능한 하이브리드 자동차이다. 본 발명의 일 형태를 사용함으로써 항속 거리가 긴 차량을 실현할 수 있다. 또한, 자동차(8400)는 축전 장치를 갖는다. 축전 장치는 전기 모터를 구동할 뿐만 아니라, 헤드라이트(8401)나 실내 조명(미도시) 등의 발광 장치에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 축전 장치는, 자동차(8400)가 갖는 속도계, 태코미터 등의 표시 장치에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 축전 장치는, 자동차(8400)가 갖는 내비게이션 시스템 등의 반도체 장치에 전력을 공급할 수 있다.
도 28의 (B)에 도시된 자동차(8500)는, 자동차(8500)가 갖는 축전 장치에 플러그인 방식이나 비접촉 급전 방식 등에 의하여 외부의 충전 설비로부터 전력 공급을 받고, 충전할 수 있다. 도 28의 (B)에, 지상 설치형의 충전 장치(8021)로부터 자동차(8500)에 탑재된 축전 장치에, 케이블(8022)을 통하여 충전을 수행하는 상태를 도시하였다. 충전 시에는, 충전 방법이나 커넥터의 규격 등은 CHAdeMO(등록 상표)나 콤보 등의 소정의 방식으로 적절히 수행하면 좋다. 충전 장치(8021)는, 상용 시설에 제공된 충전 스테이션이어도 좋고, 또한 가정(家庭)의 전원이어도 좋다. 예를 들어, 플러그인 기술에 의하여, 외부로부터의 전력 공급에 의하여 자동차(8500)에 탑재된 축전 장치를 충전할 수 있다. 충전은, ACDC 컨버터 등의 변환 장치를 통하여, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 수행할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 수전 장치를 차량에 탑재하고, 지상의 송전 장치로부터 전력을 비접촉으로 공급하여 충전할 수도 있다. 이 비접촉 급전 방식의 경우에는, 길이나 외벽에 송전 장치를 내장함으로써 정차 시에 한정되지 않고 주행 시에 충전을 수행할 수도 있다. 또한, 이 비접촉 급전의 방식을 이용하여, 차량끼리 전력의 송수신을 수행하여도 좋다. 또한, 차량의 외장부에 태양 전지를 제공하고, 정차 시나 주행 시에 축전 장치의 충전을 수행하여도 좋다. 이와 같은 비접촉의 전력의 공급에는, 전자기 유도 방식이나 자계 공명 방식을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 축전 장치의 사이클 특성이 양호해지고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따르면, 축전 장치의 특성을 향상시킬 수 있고, 따라서, 축전 장치 자체를 소형 경량화할 수 있다. 축전 장치 자체를 소형 경량화할 수 있으면, 차량의 경량화에 기여하기 때문에, 항속 거리를 향상시킬 수 있다. 또한, 차량에 탑재한 축전 장치를 차량 이외의 전력 공급원으로서 사용할 수도 있다. 이 경우, 전력 수요의 피크 시에 상용 전원을 사용하는 것을 회피할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합될 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 제작하고, 그 특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 도 1의 (A)에 도시된 축전 장치(500)를 제작하였다.
본 실시예의 시료는, 본 발명의 일 형태를 적용한 시료 A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2의 합계 8개이다.
본 실시예에서 제작한 각 시료에서는, 양극 집전체의 한쪽 면에 양극 활물질층을 갖는 양극을 하나, 음극 집전체의 한쪽 면에 음극 활물질층을 갖는 음극을 하나 사용하였다. 즉, 본 실시예의 각 시료는, 1층의 양극 활물질층과, 1층의 음극 활물질층을 갖는 구성이다.
우선, 전극의 제작 방법에 대하여 설명한다.
[음극의 제작 방법]
음극의 제작 방법은, 본 실시예의 모든 시료에 있어서 공통된다.
음극 활물질에는 비표면적 6.3m2/g, 평균 입경 15μm의 구상화 천연 흑연(Nippon Graphite Industries,Co.,Ltd.제 CGB-15)을 사용하였다. 또한, 결착제로서 카복시메틸셀룰로스소듐(CMC-Na) 및 SBR를 사용하였다. 사용한 CMC-Na의 중합도는 600 이상 800 이하, 1wt％ 수용액으로서 사용한 경우의 수용액 점도는 300mPa·s 이상 500mPa·s 이하의 범위의 값이었다. 흑연, CMC-Na, 및 SBR의 배합은 흑연:CMC-Na:SBR=97:1.5:1.5(wt％)로 하였다.
우선, CMC-Na의 분말과 활물질을 혼합하고, 혼련기로 혼련하여, 제 1 혼합물을 얻었다.
이어서, 제 1 혼합물에 소량의 물을 첨가하고, 반죽을 수행하여, 제 2 혼합물을 얻었다. 여기서, 반죽이란, 고점도에 의한 혼련이다.
이어서, 물을 더 첨가하고, 혼련기를 사용하여 혼련하여, 제 3 혼합물을 얻었다.
이어서, SBR의 50wt％ 수분산액을 첨가하고, 혼련기를 사용하여 혼련하였다. 그 후, 감압하에서의 탈포를 수행하여, 슬러리를 얻었다.
이어서, 연속 도포기를 사용하여, 음극 집전체에 슬러리의 도포를 수행하였다. 음극 집전체에는 막 두께 18μm의 압연 구리박을 사용하였다. 도포 속도는, 0.75m/min으로 하였다.
이어서, 음극 집전체 위에 도포한 슬러리의 용매를, 건조로를 사용하여 기화하였다. 우선, 대기 분위기하에서, 50℃로 120초 동안 처리를 수행한 후, 80℃로 120초 동안 처리를 수행하였다. 또한, 감압 분위기하(게이지압 -100kPa)에서, 100℃로 10시간 동안 처리를 수행하였다.
이상의 공정에 의하여, 음극 집전체의 한쪽 면에 음극 활물질층을 제작하여, 음극을 제작하였다.
[양극의 제작 방법]
양극의 제작 방법은, 본 실시예의 모든 시료에 있어서 공통된다.
양극 활물질에는 비표면적 0.21m2/g, 평균 입경 10μm의 LiCoO2를 사용하고, 결착제로서 폴리플루오린화바이닐리덴(PVdF)을 사용하고, 도전 보조제로서 아세틸렌 블랙을 사용하였다. LiCoO2, PVdF, 및 아세틸렌 블랙의 배합은 LiCoO2:아세틸렌 블랙:PVdF=90:5:5(wt％)로 하였다.
처음에, 아세틸렌 블랙과 PVdF를 혼합하고, 혼련기로 혼련하여, 제 1 혼합물을 얻었다.
이어서, 제 1 혼합물에 활물질을 첨가하여, 제 2 혼합물을 얻었다.
이어서, 제 2 혼합물에 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 첨가하고, 혼련기를 사용하여 혼련하였다. 이상의 공정에 의하여 슬러리를 제작하였다.
이어서, 대형의 혼련기로 혼련을 수행하였다.
다음에, 연속 도포기를 사용하여, 양극 집전체에 슬러리의 도포를 수행하였다. 양극 집전체에는, 알루미늄 집전체(막 두께 20μm)를 사용하였다. 도포 속도는 0.2m/min으로 하였다.
그 후, 양극 집전체 위에 도포한 슬러리의 용매를, 건조로를 사용하여 기화하였다. 용매의 기화는, 대기 분위기하에서 수행하고, 70℃로 7.5분 동안 처리를 수행한 후에 90℃로 7.5분 동안 처리를 수행하였다.
다음에, 감압 분위기하(게이지압 -100kPa)에서, 170℃로 10시간 동안 가열 처리를 수행하였다. 그 후, 양극 활물질층을, 롤 프레스법에 의하여 프레스하여 압밀화하였다.
이상의 공정에 의하여, 양극 집전체의 한쪽 면에 양극 활물질층을 제작하고, 양극을 제작하였다.
제작한 양극 활물질층 및 음극 활물질층의 활물질 담지량, 막 두께, 및 밀도의 평균값을 표 1에 나타내었다. 또한, 본 명세서 중에서 제시하는 이들 값은, 시료를 제작할 때 사용한 전극의 각 측정값의 평균값이다. 집전체의 양면에 활물질층을 갖는 경우, 이들 값은, 한쪽 면의 활물질층에서의 활물질 담지량, 막 두께, 및 밀도의 평균값에 상당한다.
[표 1]
전해액에서, 용매로서는 EC(에틸렌카보네이트)와 PC(프로필렌카보네이트)를 체적비 1:1로 혼합한 것을 사용하고, 용질 및 첨가제로서는 표 2에 나타낸 조건을 설정하였다. 시료 A1, A2(이하에서, 이들의 시료의 전해액의 구성을 조건 A로 함)는, 전해액의 용질로서 1mol/l의 LiTFSA(리튬비스트라이플루오로메테인설폰일아마이드)를 사용하고, 1wt%의 VC(바이닐렌카보네이트) 및 2wt%의 LiFSA(리튬비스플루오로설폰일아마이드)를 첨가제로서 사용하였다. 시료 B1, B2(이하, 조건 B로 함)는, 전해액의 용질로서 1mol/l의 LiFSA를 사용하고, 1wt%의 VC를 첨가제로서 사용하였다. 시료 C1, C2(이하, 조건 C로 함)는, 전해액의 용질로서 1mol/l의 LiBETA(리튬비스(펜타플루오로에테인설폰일)아마이드)를 사용하고, 1wt%의 VC를 첨가제로서 사용하였다. 시료 D1, D2(이하, 조건 D로 함)는, 전해액의 용질로서 1mol/l의 LiBETA를 사용하고, 1wt%의 PS(프로페인설톤)를 첨가제로서 사용하였다. 조건 A의 각 시료에는 LiFSA가 첨가제로서 사용되고, 조건 B의 각 시료에는 LiFSA가 용질로서 사용된다.
[표 2]
또한, 세퍼레이터로서는 폴리페닐렌설파이드를 사용한 두께 46μm의 세퍼레이터(이하, PPS 세퍼레이터라고도 기재함)를 2장 중첩시킨 것을 사용하였다.
또한, 외장체에는, 알루미늄의 양면에 수지층을 피복한 필름을 사용하였다.
다음에, 시료의 제작 방법에 대하여 설명한다.
우선, 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 절단하였다. 양극의 크기는 20.49cm2, 음극의 크기는 23.84cm2로 하였다.
다음에, 탭 영역 위의 양극 활물질 및 음극 활물질을 박리하여, 집전체를 노출시켰다.
다음에, 세퍼레이터를 끼우고 양극 및 음극을 적층하였다. 이때, 양극 및 음극을, 양극 활물질층과 음극 활물질층이 대향하도록 적층하였다.
다음에, 양극 및 음극에 리드를 초음파 용접에 의하여 붙였다.
다음에, 외장체의 4변 중 2변을 남겨, 외장체를 가열에 의하여 접합하였다.
다음에, 리드에 제공된 밀봉층과 외장체의 밀봉층을 중첩하도록 배치하고, 가열에 의하여 접합하였다. 이때, 전해액을 주입하는 변 이외를 접합하였다.
다음에, 외장체와, 외장체로 둘러싸인 양극, 세퍼레이터, 및 음극을 건조시키기 위한 가열 처리를 수행하였다. 가열 조건은, 감압 분위기하(게이지압 -100kPa)에서 80℃, 10시간으로 하였다.
다음에, 아르곤 가스 분위기하에서, 밀봉되지 않은 1변에서 약 600μl의 전해액을 주입하였다. 그 후, 감압 분위기하(게이지압 -60kPa)에서, 가열에 의하여 외장체의 1변을 밀봉하였다. 이상의 공정에 의하여, 박형의 축전 장치를 제작하였다.
다음에, 시료 A2, B2, C2, D2의 가열 처리를 수행하였다. 가열 조건은, 실시형태 2에서 설명한 플루오린 고무와의 일체 형성을 상정하여 대기압 분위기하에서 170℃, 15분으로 하였다. 구체적으로는, 항온조를 약 170℃까지 승온한 후, 각 시료를 항온조에 투입하고, 15분 후에 각 시료를 꺼냈다. 상기 가열 처리에 의한 각 시료의 외장체 내부의 팽창은 없었다.
이상에 의하여, 시료를 제작하였다.
다음에, 본 실시예의 각 시료의 25℃에서의 충방전 특성을 평가하였다. 상기 측정은, 충방전 측정기(TOYO SYSTEM CO.,LTD.사제)를 사용하여 수행하였다. 4.3V를 상한으로 하여 정전류-정전압 충전을 수행하고, 2.5V를 하한으로 하여 정전압 방전을 수행하였다. 충방전은 레이트 0.1C로 수행하고, 충전 후에 10분 동안의 휴지 시간을 제공하였다. 충방전은 2사이클 수행하였다.
여기서 충전 레이트 및 방전 레이트에 대하여 설명한다. 충전 레이트 1C란, 용량X(Ah)의 셀을 정전류 충전하여, 정확히 1시간으로 충전이 종료되는 전류값이다. 1C=I(A)라면, 충전 레이트 0.2C란 I/5(A)를 말하고, 즉 정확히 5시간으로 충전이 종료되는 전류값을 뜻한다. 마찬가지로, 방전 레이트 1C란, 용량X(Ah)의 셀을 정전류 방전하여, 정확히 1시간으로 방전이 종료되는 전류값이고, 방전 레이트 0.2C란 I/5(A)이며, 즉 정확히 5시간으로 방전이 종료되는 전류값을 뜻한다. 또한, 양극 활물질인 LiCoO2의 충전 상한 전압을 4.3V로 하였을 때에 얻어지는 용량인 170mAh/g을 기준으로 하여, 레이트를 산출하였다.
도 29의 (A)에는 시료 A1의, 도 29의 (B)에는 시료 A2의, 도 29의 (C)에는 시료 B1의, 도 29의 (D)에는 시료 B2의 충방전 커브를 나타내었다. 또한, 도 30의 (A)에는 시료 C1의, 도 30의 (B)에는 시료 C2의, 도 30의 (C)에는 시료 D1의, 도 30의 (D)에는 시료 D2의 충방전 커브를 나타내었다. 도 29의 (A) 내지 도 30의 (D)는, 가로 축이 용량(mAh/g)이고, 세로 축이 전압(V)이다.
도 29의 (A) 및 (C)에 도시된 바와 같이, 시료 A1, A2, B1, B2에 있어서, 첫 번째의 충전 시에 이상(異常)이 발생되고, 첫 번째의 방전 시에 특성이 급격하게 열화되는 것을 알 수 있다. 또한, 두 번째의 방전에 있어서는 더 열화되는 것을 알 수 있다. 이것은, 전해액의 용질인 LiTFSA 및 LiFSA가, 양극이 고전위 상태에서 양극 집전체의 알루미늄을 부식하는 것을 나타낸다고 생각된다. 조건 A 및 조건 B의 시료는, 가열 처리를 수행한 경우에도 같은 특성 이상이 나타내어진다(도 29의 (B) 및 (D) 참조).
한편, 도 30의 (A) 및 (C)에 도시된 바와 같이 시료 C1, C2, D1, D2에 있어서는, 첫 번째 및 두 번째의 충전이 정상적으로 수행되어, 양호한 충방전 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 용질에 LiBETA를 사용한 축전 장치는 충전 전압 4.3V의 충방전에 있어서도 양극 집전체의 부식을 억제할 수 있어, 안정된 동작을 수행하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 30의 (B) 및 (D)에 도시된 바와 같이, 조건 C 및 조건 D의 시료는, 가열 처리를 수행한 경우에도 용량의 저하가 작고, 정상적인 충방전 특성이 얻어지며, 내열성이 높은 것을 알 수 있다. 표 3에는, 조건 C 및 조건 D의 시료의 가열 처리에 의한 방전 용량의 유지율을 나타내었다. 방전 용량의 유지율의 산출에는, 각 시료의 두 번째의 방전 용량을 사용하였다.
[표 3]
도 30의 (B), (D) 및 표 3으로부터, 조건 D의 전해액을 사용한 축전 장치가 내열성이 가장 높고, 높은 전지 용량을 얻을 수 있는 것을 알았다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치가 갖는 음극 활물질로서 사용하는 구상화 천연 흑연의 표면 상태를 확인하는 실험을 수행한 결과에 대하여 설명한다.
[단면 TEM 관찰]
구상화 천연 흑연의 분말을 수속 이온빔(FIB)법에 의하여 박편화하고 나서 꺼낸 시료에 대하여 단면 TEM(투과형 전자 현미경) 관찰을 수행하였다. 단면 TEM 관찰에 사용한 장치는, H-9000NAR(Hitachi High-Technologies Corporation제)이고, 관찰은 가속 전압 200kV로 수행하였다. 얻어진 TEM 이미지를 도 31의 (A) 내지 (C)에 도시하였다. 도 31의 (B), (C)는, 각각 도 31의 (A)에 도시된 에지면 근방을 포함하는 영역(900), 밑면 근방을 포함하는 영역(901)을 확대한 TEM 이미지이다. 다만, 단면 TEM 관찰에 있어서 밑면이라고 생각되는 면에 있어서도, 미소한 에지가 존재하는 것으로 생각된다.
구상화 천연 흑연은, 흑연층이 접힌 구조를 갖는다(도 31의 (A) 참조). 도 31의 (B), (C)로부터, 구상화 천연 흑연은 에지면 근방 및 밑면 근방의 어느 경우에 있어서도, 규칙적으로 배열된 흑연층(911)보다 외측(최표면층)에, 흑연층(911)보다 결정성이 낮은 피복층(912)을 갖는 것을 알 수 있다.
[라만 스펙트럼 측정]
다음에, 라만 분광법에 의하여 라만 스펙트럼을 측정한 결과에 대하여 설명한다. 측정에는, 현미 Raman 장치 LabRAM(HORIBA, Ltd.제)을 사용하고, 구상화 천연 흑연의 분말에서 2점 측정하였다. 또한, 라만 측정에 사용한 레이저의 파장은 532nm이다.
구상화 천연 흑연의 분말의 라만 측정 결과를 도 32에 도시하였다. 도 32에 있어서, 흑연의 결정의 흐트러짐을 나타낸 D 밴드(라만 스펙트럼에서의 1360cm-1 부근의 피크)가 명확히 확인된다. 또한, G 밴드(라만 스펙트럼에서의 1580cm-1 부근의 피크)와 D 밴드의 강도비의 값(R값)을 표 4에 나타내었다. D 밴드가 명확히 확인되는 것에 대응하여, R값은 0.28 및 0.38로 작지 않은 값이다. 이와 같이 R값이 작지 않은 것은, 도 31의 (B), (C)에 도시된 바와 같이 구상화 천연 흑연의 표면에서 결정성이 저하된 층이 확인된 것과 대응하는 것으로 생각된다.
[표 4]
본 실시예에서 설명한 바와 같은, TEM 관찰이나 라만 분광 분석에 의하여 확인되는, 흑연 입자의 최표면에 존재하는 결정성이 낮은 층이, PC의 흑연층으로의 삽입을 억제할 수 있을 가능성이 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 축전 장치를 제작하고, 그 특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 도 1의 (A)에 도시된 축전 장치(500)를 제작하였다.
본 실시예의 시료는, 본 발명의 일 형태를 적용한 시료 E1, E2의 총 2개이다.
본 실시예에서 제작한 각 시료에서는, 양극 집전체의 한쪽 면에 양극 활물질층을 갖는 양극을 하나, 음극 집전체의 한쪽 면에 음극 활물질층을 갖는 음극을 하나 사용하였다. 즉, 본 실시예의 각 시료는, 1층의 양극 활물질층과, 1층의 음극 활물질층을 갖는 구성이다.
우선, 전극의 제작 방법에 대하여 설명한다.
[음극의 제작 방법]
음극의 제작 방법은, 본 실시예의 모든 시료에 있어서 공통된다.
음극 활물질에는 비표면적 6.3m2/g, 평균 입경 15μm의 구상화 천연 흑연(Nippon Graphite Industries,Co.,Ltd.제 CGB-15)을 사용하였다. 또한, 결착제로서 카복시메틸셀룰로스소듐(CMC-Na) 및 SBR를 사용하였다. 사용한 CMC-Na의 중합도는 600 이상 800 이하, 1wt％ 수용액으로서 사용한 경우의 수용액 점도는 300mPa·s 이상 500mPa·s 이하의 범위의 값이었다. 흑연, CMC-Na, 및 SBR의 배합은 흑연:CMC-Na:SBR=97:1.5:1.5(wt％)로 하였다.
우선, CMC-Na의 분말과 활물질을 혼합하고, 혼련기로 혼련하여, 제 1 혼합물을 얻었다.
이어서, 제 1 혼합물에 소량의 물을 첨가하고, 반죽을 수행하여, 제 2 혼합물을 얻었다. 여기서, 반죽이란, 고점도에 의한 혼련이다.
이어서, 물을 더 첨가하고, 혼련기를 사용하여 혼련하여, 제 3 혼합물을 얻었다.
이어서, SBR의 50wt％ 수분산액을 첨가하고, 혼련기를 사용하여 혼련하였다. 그 후, 감압하에서의 탈포를 수행하여, 슬러리를 얻었다.
이어서, 연속 도포기를 사용하여, 음극 집전체에 슬러리의 도포를 수행하였다. 음극 집전체에는 막 두께 18μm의 압연 구리박을 사용하였다. 도포 속도는, 0.75m/min으로 하였다.
이어서, 음극 집전체 위에 도포한 슬러리의 용매를, 건조로를 사용하여 기화하였다. 우선, 대기 분위기하에서, 50℃, 120초 동안 처리를 수행한 후, 80℃로 120초 동안 처리를 수행하였다. 또한, 감압 분위기하(게이지압 -100kPa)에서, 100℃, 10시간 동안 처리를 수행하였다.
이상의 공정에 의하여, 음극 집전체의 양면에 음극 활물질층을 제작하여, 음극을 제작하였다.
[양극의 제작 방법]
양극의 제작 방법은, 본 실시예의 모든 시료에 있어서 공통된다.
양극 활물질에는 평균 입경 6μm의 LiCoO2를 사용하고, 결착제로서 폴리플루오린화바이닐리덴(PVdF)을 사용하고, 도전 보조제로서 아세틸렌 블랙을 사용하였다. LiCoO2, PVdF, 및 아세틸렌 블랙의 배합은 LiCoO2:아세틸렌 블랙:PVdF=95:3:2(wt％)로 하였다.
처음에, 아세틸렌 블랙과 PVdF를 혼합하고, 혼련기로 혼련하여, 제 1 혼합물을 얻었다.
이어서, 제 1 혼합물에 활물질을 첨가하여, 제 2 혼합물을 얻었다.
이어서, 제 2 혼합물에 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 첨가하고, 혼련기를 사용하여 혼련하였다. 이상의 공정에 의하여 슬러리를 제작하였다.
이어서, 대형의 혼련기로 혼련을 수행하였다.
다음에, 연속 도포기를 사용하여, 양극 집전체에 슬러리의 도포를 수행하였다. 양극 집전체에는, 알루미늄 집전체(막 두께 20μm)를 사용하였다. 도포 속도는 0.2m/min으로 하였다.
그 후, 양극 집전체 위에 도포한 슬러리의 용매를, 건조로를 사용하여 기화하였다. 용매의 기화는, 대기 분위기하에서 수행하고, 70℃로 7.5분 동안 처리를 수행한 후에 90℃로 7.5분 동안 처리를 수행하였다.
다음에, 감압 분위기하(게이지압 -100kPa)에서, 170℃, 10시간 동안 가열 처리를 수행하였다. 그 후, 양극 활물질층을, 롤 프레스법에 의하여 프레스하여 압밀화하였다.
이상의 공정에 의하여, 양극 집전체의 한쪽 면에 양극 활물질층을 제작하고, 양극을 제작하였다.
제작한 양극 활물질층 및 음극 활물질층의 활물질 담지량, 막 두께, 및 밀도의 평균값을 표 5에 나타내었다. 또한, 본 명세서 중에서 제시하는 이들 값은, 시료를 제작할 때 사용한 전극의 각 측정값의 평균값이다. 집전체의 양면에 활물질층을 갖는 경우, 이들 값은, 한쪽 면의 활물질층에서의 활물질 담지량, 막 두께, 및 밀도의 평균값에 상당한다.
[표 5]
전해액에서, 용매로서는 EC(에틸렌카보네이트)와 PC(프로필렌카보네이트)를 체적비 1:1로 혼합한 것을 사용하였다. 또한, 전해액의 용질로서 1mol/l의 LiBETA를 사용하고, 1wt%의 PS(프로페인설톤)를 첨가제로서 사용하였다. 전해액의 조건을 정리한 것을 표 6에 나타내었다. 시료 E1, E2의 전해액의 조건은 실시예 1에 제시된 조건 D와 같다.
[표 6]
또한, 세퍼레이터로서는 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 사용한 두께 46μm의 세퍼레이터를 2장 겹쳐 사용하였다.
또한, 외장체에는, 알루미늄의 양면에 수지층을 피복한 필름을 사용하였다.
다음에, 시료의 제작 방법에 대하여 설명한다.
우선, 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 절단하였다. 양극의 크기는 20.49cm2, 음극의 크기는 23.84cm2로 하였다.
다음에, 탭 영역 위의 양극 활물질 및 음극 활물질을 박리하여, 집전체를 노출시켰다.
다음에, 세퍼레이터를 끼우고 양극 및 음극을 적층하였다. 이때, 양극 및 음극은, 양극 활물질층과 음극 활물질층이 대향하도록 적층하였다.
다음에, 양극 및 음극에 리드를 초음파 용접에 의하여 붙였다.
다음에, 양극 및 음극의 적층체를, 폴리페닐렌설파이드를 사용한 시트로 둘러싸였다. 이것은, 전지의 가열 처리에 의하여 외장체의 알루미늄층이 노출된 경우에 알루미늄층과 양극 또는 음극이 접촉하여 단락되는 것을 방지하기 때문이다.
다음에, 외장체의 4변 중 2변을 남겨, 외장체를 가열에 의하여 접합하였다.
다음에, 리드에 제공된 밀봉층과 외장체의 밀봉층을 중첩하도록 배치하고, 가열에 의하여 접합하였다. 이때, 전해액을 주입하는 변 이외를 접합하였다.
다음에, 외장체와, 외장체로 둘러싸인 양극, 세퍼레이터, 및 음극을 건조시키기 위한 가열 처리를 수행하였다. 가열 조건은, 감압 분위기하(게이지압 -100kPa)에서 80℃, 10시간으로 하였다.
다음에, 아르곤 가스 분위기하에서, 밀봉되지 않은 1변에서 약 600μl의 전해액을 주입하였다. 그 후, 감압 분위기하(게이지압 -100kPa)에서, 가열에 의하여 외장체의 1변을 밀봉하였다. 이상의 공정에 의하여, 박형의 축전 장치를 제작하였다.
다음에, 시료 E2의 가열 처리를 수행하였다. 가열 조건은, 실시형태 2에서 설명한 플루오린 고무와의 일체 형성을 상정하여 대기압 분위기하에서 170℃, 15분으로 하였다. 구체적으로는, 항온조를 약 170℃까지 승온한 후, 시료를 항온조에 투입하고, 15분 후에 시료를 꺼냈다. 상기 가열 처리에 있어서, 시료의 외장체 내부의 팽창은 보이지 않았다.
이상에 의하여, 시료를 제작하였다.
다음에, 본 실시예의 각 시료의 25℃에서의 충방전 특성을 평가하였다. 상기 측정은, 충방전 측정기(TOYO SYSTEM CO.,LTD.사제)를 사용하여 수행하였다. 4.3V를 상한으로 하여 정전류-정전압 충전을 수행하고, 2.5V를 하한으로 하여 정전압 방전을 수행하였다. 충방전은 레이트 0.1C로 수행하고, 충전 후에 10분 동안의 휴지 시간을 제공하였다. 충방전은 2사이클 수행하였다.
도 33의 (A)에는 시료 E1의, 도 33의 (B)에는 시료 E2의 충방전 커브를 나타내었다. 도 33의 (A) 및 (B)는, 가로 축이 용량(mAh/g)이고, 세로 축이 전압(V)이다.
도 33의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이 시료 E1, E2에 있어서는, 첫 번째 및 두 번째의 충전이 정상적으로 수행되어, 양호한 충방전 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 33의 (B)의 결과로부터, 가열 처리를 수행한 경우에도 용량의 저하가 작고, 정상적인 충방전 특성이 얻어지며, 내열성이 높은 것을 알 수 있다.
50: 필름
51: 필름
52: 필름
53: 엠보싱 롤
54: 롤
55: 엠보싱 롤
56: 엠보싱 롤
57: 엠보싱 롤
58: 엠보싱 롤
60: 진행 방향
101: 양극 활물질층
102: 활물질층
105: 전해액
115: 밀봉층
118: 접합부
119: 도입구
200: 이차 전지
203: 세퍼레이터
203a: 영역
203b: 영역
207: 외장체
211: 양극
211a: 양극
215: 음극
215a: 음극
220: 밀봉층
221: 양극 리드
225: 음극 리드
230: 전극 조립체
231: 전극 조립체
250: 이차 전지
281: 탭 영역
282: 탭 영역
500: 축전 장치
501: 양극 집전체
502: 양극 활물질층
503: 양극
504: 음극 집전체
505: 음극 활물질층
506: 음극
507: 세퍼레이터
508: 전해액
509: 외장체
510: 양극 리드
511: 음극 리드
512: 접합부
513: 만곡부
514: 접합부
518: 접합부
529: 외장체
700: 휴대 정보 단말
701: 하우징
702: 표시 패널
703: 버클
705A: 밴드
705B: 밴드
711: 조작 버튼
712: 조작 버튼
730: 휴대 정보 단말
731: 하우징
732: 누액 검지 회로
733: 전원
734: 전류계
735A: 밴드
736: 전해액
739: 기능 회로
750: 축전 장치
751: 양극 리드
752: 음극 리드
753: 외장체
760: 축전 장치
761: 단자
762: 단자
771: 배선
772: 배선
900: 영역
901: 영역
911: 흑연층
912: 피복층
7100: 휴대 표시 장치
7101: 하우징
7102: 표시부
7103: 조작 버튼
7104: 축전 장치
7200: 휴대 정보 단말
7201: 하우징
7202: 표시부
7203: 밴드
7204: 버클
7205: 조작 버튼
7206: 입출력 단자
7207: 아이콘
7250: 활동량계
7251: 하우징
7300: 표시 장치
7304: 표시부
7350: 표시 장치
7351: 렌즈
7351A: 화상
7351B: 화상
7352: 프레임
7355: 선단부
7360: 축전 장치
7361: 양극 리드
7362: 음극 리드
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7407: 축전 장치
8000: 표시 장치
8001: 하우징
8002: 표시부
8003: 스피커부
8004: 축전 장치
8021: 충전 장치
8022: 케이블
8024: 축전 장치
8100: 조명 장치
8101: 하우징
8102: 광원
8103: 축전 장치
8104: 천장
8105: 측벽
8106: 바닥
8107: 창문
8200: 실내기
8201: 하우징
8202: 송풍구
8203: 축전 장치
8204: 실외기
8300: 전기 냉동 냉장고
8301: 하우징
8302: 냉장실용 도어
8303: 냉동실용 도어
8304: 축전 장치
8400: 자동차
8401: 헤드라이트
8500: 자동차
9600: 태블릿형 단말
9625: 스위치
9626: 스위치
9627: 전원 스위치
9628: 조작 스위치
9629: 후크
9630: 하우징
9631: 표시부
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9632a: 영역
9632b: 영역
9633: 태양 전지
9634: 충방전 제어 회로
9635: 축전체
9636: DCDC 컨버터
9637: 컨버터
9638: 조작 키
9639: 버튼
9640: 가동부

Claims (16)

  1. 축전 장치에 있어서,
    양극;
    음극;
    세퍼레이터;
    전해액; 및
    외장체를 포함하고,
    상기 외장체는 상기 축전 장치의 장축 방향으로 주기적으로 형성된 복수의 볼록부 및 복수의 오목부를 포함하고,
    상기 복수의 볼록부 중 하나 및 상기 복수의 오목부 중 하나는 상기 축전 장치의 단축 방향으로 연장되도록 형성되고,
    상기 양극은 양극 활물질층 및 양극 집전체를 포함하고,
    상기 음극은 음극 활물질층 및 음극 집전체를 포함하고,
    상기 세퍼레이터는 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하고,
    상기 세퍼레이터는 폴리페닐렌설파이드 또는 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하고,
    상기 전해액은 용질 및 2종 이상의 용매를 포함하고, 첨가제로서 프로페인설톤을 더 포함하고,
    상기 용질은 리튬비스(펜타플루오로에테인설폰일)아마이드를 포함하고,
    상기 용매는 프로필렌카보네이트 및 에틸렌카보네이트를 포함하는, 축전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 활물질층은 흑연을 포함하는, 축전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 음극 활물질층은 구상화 천연 흑연을 포함하고,
    상기 구상화 천연 흑연은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하고,
    상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역을 덮고,
    상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 결정성이 낮은, 축전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극 활물질층은 LiCoO2를 포함하는, 축전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극 집전체는 알루미늄 또는 스테인리스강을 포함하는, 축전 장치.
  6. 전자 기기에 있어서,
    제 2 항에 따른 축전 장치;
    밴드;
    표시 패널; 및
    하우징을 포함하고,
    상기 축전 장치는 양극 리드 및 음극 리드를 포함하고,
    상기 양극 리드는 상기 양극과 전기적으로 접속되고,
    상기 음극 리드는 상기 음극과 전기적으로 접속되고,
    상기 축전 장치는 상기 밴드 내부에 매몰되고,
    상기 양극 리드의 일부 및 상기 음극 리드의 일부는 상기 밴드에서 돌출되고,
    상기 축전 장치는 가요성을 갖고,
    상기 축전 장치는 상기 표시 패널과 전기적으로 접속되고,
    상기 표시 패널은 상기 하우징에 포함되고,
    상기 밴드는 상기 하우징과 접속되고,
    상기 밴드는 고무 재료를 포함하는, 전자 기기.
  7. 전자 기기에 있어서,
    축전 장치;
    고무 재료를 포함하는 밴드;
    상기 축전 장치와 전기적으로 접속된 표시 패널; 및
    하우징을 포함하고,
    상기 축전 장치는,
    양극 리드와 전기적으로 접속된 양극;
    음극 리드와 전기적으로 접속된 음극;
    상기 양극과 상기 음극 사이의 세퍼레이터; 및
    프로필렌카보네이트 및 에틸렌카보네이트를 포함하는 전해액을 포함하고, 상기 프로필렌카보네이트는 용매로서 상기 에틸렌카보네이트를 제외하고 상기 전해액에서 비율이 가장 높고,
    상기 음극은 흑연을 포함하고,
    상기 전해액은 리튬비스(펜타플루오로에테인설폰일)아마이드를 더 포함하고,
    상기 축전 장치는 상기 밴드 내부에 매몰되고,
    상기 양극 리드의 일부 및 상기 음극 리드의 일부는 상기 밴드에서 돌출되고,
    상기 축전 장치는 가요성을 갖고,
    상기 표시 패널은 상기 하우징에 포함되고,
    상기 밴드는 상기 하우징과 접속되는, 전자 기기.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 음극 내의 상기 흑연은 표면 측에 내측 영역의 흑연보다 결정성이 낮은 영역을 포함하는, 전자 기기.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 음극은 구상화 천연 흑연을 포함하고,
    상기 구상화 천연 흑연은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하고,
    상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역을 덮고,
    상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 결정성이 낮은, 전자 기기.
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 양극은 LiCoO2를 포함하는, 전자 기기.
  11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 양극은 알루미늄 또는 스테인리스강을 포함하는, 전자 기기.
  12. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 고무 재료는 플루오린 고무 또는 실리콘 고무인, 전자 기기.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 전해액은 프로페인설톤 및 tert-뷰틸벤젠 중 어느 하나를 더 포함하는, 전자 기기.
  14. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 전해액은 바이닐렌카보네이트 및 플루오로에틸렌카보네이트 중 어느 하나를 더 포함하는, 전자 기기.
  15. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 전해액은 리튬비스옥사레이토보레이트를 더 포함하는, 전자 기기.
  16. 전자 기기의 제작 방법에 있어서,
    리튬비스(펜타플루오로에테인설폰일)아마이드를 포함하는 용질과 2종 이상의 용매를 혼합하여 전해액을 준비하는 단계;
    알루미늄 집전체를 포함하는 양극, 음극, 폴리페닐렌설파이드 또는 용제 방사 재생 셀룰로스 섬유를 포함하는 세퍼레이터, 및 상기 전해액을 준비하는 단계;
    외장체에 상기 양극, 상기 음극, 상기 세퍼레이터, 및 상기 전해액을 포함하는 축전 장치를 제작하는 단계;
    금형에 상기 축전 장치 및 고무 재료를 고정하는 단계; 및
    제 1 온도로 상기 금형 내의 상기 축전 장치 및 상기 고무 재료를 가열하여, 상기 고무 재료가 경화되고 고무에 의해 덮인 상기 축전 장치를 포함하는 밴드가 얻어지는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 온도는 110℃ 이상 190℃ 이하인, 전자 기기의 제작 방법.
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