KR102652450B1 - 전지, 및 전지의 제작 방법 - Google Patents

전지, 및 전지의 제작 방법 Download PDF

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료타 타지마
켄스케 요시즈미
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 안전하게 변형할 수 있는 전지를 제공한다. 반복적으로 휠 수 있는 전지를 제공한다.
제 1 리드와, 제 2 리드와, 제 1 집전체와, 제 2 집전체를 갖는 전지로 한다. 제 1 집전체는 제 1 리드와 접합된 제 1 부분과, 제 1 활물질이 도포된 제 2 부분을 갖는다. 제 2 집전체는 제 2 리드와 접합된 제 3 부분과, 제 2 활물질이 도포된 제 4 부분을 갖는다. 제 1 리드와 제 2 부분과 제 4 부분은 서로 중첩되는 부분을 갖고, 제 2 리드와 제 2 부분과 제 4 부분은 서로 중첩되는 부분을 갖는다.

Description

전지, 및 전지의 제작 방법{BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명의 일 형태는 전지에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 휠 수 있는 전지에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 전지 내부 구조에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 기재하는 본 발명의 일 형태의 기술 분야로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치, 입출력 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
스마트폰이나 태블릿 단말로 대표되는 휴대 정보 단말 기기가 활발히 개발되고 있다. 또한, 이와 같은 전자 기기는 경량, 소형인 것 등이 요구된다.
특히 근년에 들어, 장착형 전자 기기(웨어러블 기기라고도 함)의 개발이 활발히 진행되고 있다. 웨어러블 기기의 일례로서는 팔에 장착하는 손목시계형의 기기, 두부에 장착하는 안경형, 또는 고글형의 기기, 목에 장착하는 목걸이형의 기기 등을 들 수 있다. 예를 들어, 손목시계형의 기기는 기존의 시계에서의 문자반을 대신하여 소형의 디스플레이를 구비하고, 시각 이외에도 다양한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 이와 같은 웨어러블 기기는 의료 용도나, 건강 상태의 자기 관리 등을 위한 용도로서도 주목받고 있으며, 실용화가 진행되고 있다.
휴대형의 기기는 반복 충전이 가능한 이차 전지가 탑재되는 경우가 많다. 특히, 웨어러블 기기에서는 소형의 이차 전지가 사용되므로 이차 전지는 경량 및 소형이며, 장시간 사용할 수 있는 것이 요구된다.
특허문헌 1에서는 얇고 유연한 필름상의 소재를 외장체로서 사용한, 유연성이 높은 전지가 개시(開示)되어 있다.
국제공개 제2012/140709호
휴대 기기에 있어서, 배터리의 용적은 큰 비율을 차지한다. 그러므로, 휨 등의 변형이 가능한 배터리로 함으로써 하우징 내의 한정된 공간에 배터리를 배치할 수 있고, 기기의 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 웨어러블 기기에서는 그동안 기기의 가동부에 배터리를 배치하는 것이 어려웠지만, 반복적으로 변형 가능한 배터리가 실현되면, 디자인성이 더 높은 기기를 실현할 수 있다.
그러나, 이차 전지는 외장체가 파손되면 발열이나 발화의 우려가 있기 때문에 외장체에 필름을 사용한 경우에도, 일반적으로는 딱딱한 외장체로 더 덮인다. 하지만, 이 구성은 이차 전지에 휨 등의 변형을 가하는 것은 상정되어 있지 않고, 전자 기기에 탑재하는 경우, 배치 장소가 한정된다는 문제가 있었다.
또한, 기존의 이차 전지를 반복적으로 휘면, 외장체의 파손뿐만 아니라 외장체 내 전극간의 단락, 전극 자체의 파손 등이 일어날 우려가 있어 안전성이 과제였다.
본 발명의 일 형태는 안전하게 변형할 수 있는 전지를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 반복적으로 휠 수 있는 전지를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는 체적당 용량이 큰 전지를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 신뢰성이 높은 전지를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 또한, 명세서 등의 기재로부터 상술한 것 외의 과제가 추출될 수 있다.
본 발명의 일 형태는 제 1 리드와, 제 2 리드와, 제 1 집전체와, 제 2 집전체를 갖는 전지이다. 제 1 집전체는 제 1 리드와 접합된 제 1 부분과, 제 1 활물질이 도포된 제 2 부분을 갖는다. 제 2 집전체는 제 2 리드와 접합된 제 3 부분과, 제 2 활물질이 도포된 제 4 부분을 갖는다. 제 1 리드와 제 2 부분과 제 4 부분은 서로 중첩되는 부분을 갖고, 제 2 리드와 제 2 부분과 제 4 부분은 서로 중첩되는 부분을 갖는다.
또한, 상기에 있어서, 절연성의 고정 부재를 갖는 것이 바람직하다. 이때, 제 1 리드, 제 1 집전체, 및 제 2 집전체는 서로 중첩되는 부분에서 고정 부재에 의하여 고정되고, 제 2 리드, 제 1 집전체, 및 제 2 집전체는 서로 중첩되는 부분에서 고정 부재에 의하여 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 제 1 집전체는 제 1 부분과 제 2 부분 사이에서 되접어 꺾이고, 제 1 리드와, 제 1 부분과, 제 2 부분은 서로 중첩되는 부분을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 집전체는 제 3 부분과 제 4 부분 사이에서 되접어 꺾이고, 제 2 리드와, 제 3 부분과, 제 4 부분은 서로 중첩되는 부분을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 제 1 집전체는 제 1 리드와 접합되는 면이 외측이 되도록 되접어 꺾이고, 제 2 집전체는 제 2 리드와 접합되는 면이 외측이 되도록 되접어 꺾이는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 제 1 절연 부재와, 제 2 절연 부재를 갖는 것이 바람직하다. 이때, 제 1 부분과 제 2 부분은 제 1 절연 부재를 개재(介在)하여 중첩되고, 제 3 부분과 제 4 부분은 제 2 절연 부재를 개재하여 중첩되는 것이 바람직하다. 이때, 제 1 절연 부재는 제 1 부분과 제 1 리드를 덮고, 제 2 절연 부재는 제 3 부분과 제 2 리드를 덮는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 외장체를 갖는 것이 바람직하다. 이때, 외장체는 필름상의 형상을 갖고, 제 1 집전체 및 제 2 집전체를 사이에 두도록 둘로 접혀 있는 것이 바람직하다. 또한, 외장체는 제 1 집전체 및 제 2 집전체를 사이에 두는 한 쌍의 제 1 실부(seal portion)와, 제 1 리드 및 제 2 리드와 중첩되는 제 2 실부를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 외장체는 제 1 집전체 및 제 2 집전체와 중첩되는 영역에서 제 2 실부와 실질적으로 평행한 물결 형상을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 제 1 실부 및 제 2 실부는 물결 형상을 갖지 않고 평탄한 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 제 1 실부와, 제 1 집전체의 단부 또는 제 2 집전체의 단부와의 거리가 제 1 집전체 및 제 2 집전체를 포함하는 적층체의 두께의 0.8배 이상 3.0배 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 한 쌍의 제 1 실부 사이의 거리와, 제 1 집전체의 폭 또는 제 2 집전체의 폭과의 차가 제 1 집전체 및 제 2 집전체를 포함하는 적층체의 두께의 1.6배 이상 6.0배 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 집전체, 제 2 집전체, 제 1 리드, 및 제 2 리드를 갖는 전지의 제작 방법이고, 제 1 집전체와 제 2 집전체를 중첩하는 제 1 단계와, 제 1 집전체와 제 1 리드, 및 제 2 집전체와 제 2 리드를 각각 접합하는 제 2 단계와, 제 1 집전체, 제 2 집전체, 제 1 리드 및 제 2 리드를 고정 부재에 의하여 고정하는 제 3 단계를 갖는다.
또한, 상기에 있어서, 제 2 단계와 제 3 단계 사이에, 제 1 집전체의 일부, 및 제 2 집전체의 일부를 각각 되접어 꺾는 제 4 단계를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서, 제 1 단계를 대신하여 복수의 제 1 집전체와 복수의 제 2 집전체를 중첩하는 하기 제 5 단계를 갖는 것이 바람직하다. 제 5 단계는 복수의 제 1 집전체를 서로 어긋나게 중첩하며, 복수의 제 2 집전체를 서로 어긋나게 중첩하는 단계이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 안전하게 변형시킬 수 있는 전지를 제공할 수 있다. 또는, 반복적으로 휠 수 있는 전지를 제공할 수 있다. 또는, 체적당 용량이 큰 전지를 제공할 수 있다. 또는, 신뢰성이 높은 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 전지의 제작 방법의 흐름도.
도 2는 실시형태에 따른 집전체.
도 3은 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 실시형태에 따른 전지의 제작 방법의 흐름도.
도 10은 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 11은 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 실시형태에 따른 전지의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 13은 실시형태에 따른 전지의 구성예.
도 14는 실시형태에 따른 전지의 구성예.
도 15는 실시형태에 따른 전자 기기.
도 16은 실시형태에 따른 전자 기기.
도 17은 실시예 1에 따른 외관 사진.
도 18은 실시예 1에 따른 외관 사진.
도 19는 실시예 1에 따른 외관 사진.
도 20은 실시예 1에 따른 전지의 외관 사진.
도 21은 실시예 2에 따른 전지의 투과 X선 이미지.
도 22는 실시예 2에 따른 전지의 투과 X선 이미지.
도 23은 실시예 2에 따른 전지의 투과 X선 CT 이미지.
도 24는 실시예 2에 따른 전지의 충방전 특성.
도 25는 실시예 2에 따른 전지의 충방전 특성.
도 26은 실시예 2에 따른 전지의 충방전 특성.
도 27은 실시예 2에 따른 전지의 투과 X선 이미지.
실시형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 그 형태 및 상세한 사항은 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 이하에 설명하는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 동일한 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면 간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 기능을 갖는 부분을 가리키는 경우에는, 해치 패턴을 동일하게 하고 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에서 설명하는 각 도면에서 각 구성의 크기, 층의 두께, 또는 영역은 명료화를 위하여 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서, 반드시 그 스케일에 한정되지는 않는다.
또한, 본 명세서 등에서, "제 1" 및 "제 2" 등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙이는 것이며, 수적으로 한정하는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 전지의 구성예, 및 제작 방법예에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 전지는 필름상의 외장체의 내부에, 제 1 집전체와 제 2 집전체가 적층된 구성을 갖는다. 제 1 집전체는 양극 집전체 및 음극 집전체 중 한쪽이고, 제 2 집전체는 양극 집전체 및 음극 집전체 중 다른 쪽이다. 또한, 전지는 외장체의 내부로부터 외부로 연장하는 한 쌍의 리드를 갖는다. 각 리드는 외장체의 내부에서 각각 제 1 집전체 또는 제 2 집전체와 접합된다.
제 1 집전체 및 제 2 집전체는 각각 평면시에서 돌출된 부분(탭부(tab portion)라고도 함)을 갖는다. 탭부는 리드가 접합되는 접합부(제 1 부분이라고도 함)를 갖는다. 또한, 제 1 집전체 및 제 2 집전체는 활물질 등이 도포된 부분(전극부, 또는 제 2 부분이라고도 함)을 갖는다.
본 명세서 등에 있어서, 외장체의 내부에 포함되는 구성을 전극 적층체, 적층체, 또는 전극 부재 등으로 부르는 경우가 있다. 전극 적층체는 적어도 제 1 집전체와 제 2 집전체를 갖는다. 또한, 전극 적층체는 제 1 집전체와 접합되는 리드와, 제 2 집전체와 접합되는 리드를 포함하는 경우가 있다. 또한, 전극 적층체는 제 1 집전체와 제 2 집전체 사이에 세퍼레이터와 전해액을 가져도 좋다. 또한, 전해액에 고체 전해질을 사용한 경우에는 세퍼레이터를 갖지 않아도 된다.
또한, 전지는 제 1 집전체 및 제 2 집전체를 각각 복수로 가져도 좋다. 적층되는 집전체의 수가 많을수록 전지의 용량을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 형태는 리드와, 제 1 집전체의 제 2 부분과, 제 2 집전체의 제 2 부분이 서로 고정 부재로 고정되는 부분을 갖는다. 즉, 리드와 제 1 집전체는, 탭부와 중첩되는 부분에서 접합될 뿐만 아니라 탭부 이외의 부분에서도 고정된다. 마찬가지로 리드와 제 2 집전체는 탭부 이외의 부분에서도 고정된다.
여기서, 리드와 제 1 집전체가 탭부에서만 고정되고, 리드와 제 2 집전체가 탭부에서만 고정되는 경우를 생각한다. 전지에 대하여 반복적으로 휨 등의 변형을 가한 경우, 제 1 집전체 및 제 2 집전체도 반복적으로 변형된다. 제 1 집전체 및 제 2 집전체에 있어서, 탭부는 활물질층이 도포되어 있지 않은 부분이며, 다른 부분보다 두께가 얇다. 또한, 탭부는 활물질층이 도포된 제 2 부분보다 폭이 작다. 따라서, 탭부는 집전체의 다른 부분보다 기계적 강도가 낮다. 또한, 돌출된 탭부의 뿌리 부분도 기계적 강도가 비교적 낮다. 그러므로, 제 1 집전체 및 제 2 집전체의 변형이 반복됨으로써 이들 탭부, 및 탭부의 뿌리 부분에 균열이 생기기 쉽다. 또한, 최악의 경우, 탭부가 파단될 우려도 있다.
그러므로, 본 발명의 일 형태에서는 탭부를 개재하여 제 1 집전체 또는 제 2 집전체와 리드가 접합될 뿐만 아니라, 리드와 집전체의 제 2 부분을 고정 부재를 사용하여 고정함으로써 탭부가 변형되기 어려운 구성이 구현되어 있다. 이에 의하여, 반복적으로 휘는 등의 변형을 가하여도 문제가 생기기 어렵고, 신뢰성이 높은 전지를 구현할 수 있다.
또한, 제 1 집전체와 제 2 집전체는 고정 부재로 고정되는 부분 이외의 부분은 서로 고정되지 않는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 전지를 휘었을 때, 고정 부재에 의하여 고정되는 부분을 지점으로 각 집전체가 서로 어긋하게 됨으로써 각 집전체에 가해지는 응력이 완화되어 각 집전체가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같은 구성으로 함으로써 보다 작은 힘으로 휠 수 있다.
바람직한 구성의 일례로서는 제 1 집전체 및 제 2 집전체의 탭부가 리드와의 접합부와 활물질 등이 도포되는 전극부 사이의 영역에서 되접어 꺾이는 구성으로 한다. 그리고, 제 1 집전체 및 제 2 집전체의, 접합부(제 1 부분)를 포함하는 탭부의 일부와 리드의 일부와 전극부(제 2 부분)를 고정 부재에 의하여 고정하는 구성으로 한다.
여기서, 탭부는 굴곡시키는 것이 아니라 만곡시킨 상태로 되접어 꺾이는 것이 바람직하다. 예를 들어, 곡률 반경이 탭부의 두께의 5배 이상, 바람직하게는 10배 이상, 더 바람직하게는 20배 이상이며 50배 미만이 되도록 탭부가 휘어지는 것이 바람직하다. 집전체의 재료에 따라서는 되접어 꺾은 부분의 두께의 5배 미만인 경우, 탭부를 되접어 꺾을 때에 파단될 경우도 있다. 또한, 곡률 반경이 지나치게 큰(50배 이상) 경우에는 전지의 두께가 두껍게 된다.
탭부를 되접어 꺾는 구성으로 하는 경우, 한쪽의 집전체의 탭부와, 이와 극성이 상이한 다른 쪽 집전체가 접촉되면 전기적으로 단락될 우려가 있다. 그러므로, 탭부의 일부의 표면을 절연하는 것이 바람직하다. 더 구체적으로는 되접어 꺾인 탭부와 집전체 사이에 절연 부재를 두는 것이 바람직하다. 이때, 절연 부재로 탭부의 일부를 덮는 것이 더 바람직하다.
또한, 탭부를 되접어 꺾는 구성으로 하는 경우, 리드와 접합되는 면이 외측이 되도록 되접어 꺾는 것이 바람직하다.
또한, 바람직한 구성의 다른 일례로서는 리드를 탭부와 접합되는 부분에서 전극부까지 연장하는 형상으로 한다. 그리고 리드의 일부와 전극부가 중첩되는 영역에서 이들을 고정 부재에 의하여 고정하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 이와 같은 제 1 집전체와 제 2 집전체를 덮는 외장체에는 한방향으로 주기적으로 연속되는 물결 형상의 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 외장체를 물결 형상으로 하여 물결의 주기 및 진폭이 변화되도록 변형함으로써 외장체를 휘었을 때의 압력이 완화되어, 외장체가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 외장체는 제 1 집전체와 제 2 집전체가 끼워지도록 한 변이 접히고, 제 1 집전체와 제 2 집전체를 둘러싸는 부분(나머지 3변)을 압착하여 실부가 형성된 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 리드의 일부와 중첩되는 부분을 톱 실부라고 부르고, 다른 부분을 사이드 실부라고 부를 수 있다.
이때, 제 1 집전체 또는 제 2 집전체의 폭 방향(톱 실부에 평행한 방향)의 단부와 사이드 실부 사이에 틈을 제공하면 전지를 반복적으로 휠 때 제 1 집전체 또는 제 2 집전체가 외장체와 마찰되는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 제 1 집전체 또는 제 2 집전체와 사이드 실부 사이가 제 1 집전체 및 제 2 집전체를 적층한 적층체의 두께의 0.8배 이상, 바람직하게는 0.9배 이상, 더 바람직하게는 1.0배 이상이며 3배 이하, 바람직하게는 2배 이하로 하는 것이 바람직하다. 또는, 예를 들어, 한 쌍의 사이드 실간의 거리와 제 1 집전체 또는 제 2 집전체의 폭의 차가 제 1 집전체 및 제 2 집전체를 적층한 적층체의 두께의 1.6배 이상, 바람직하게는 1.8배 이상, 더 바람직하게는 2.0배 이상이며, 4배 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 집전체 또는 제 2 집전체의 폭 방향의 단부와 외장체의 사이드 실 사이에 틈을 제공하기 위하여 외장체의 형상을 미리 성형(예비 성형이라고도 함)해 두는 것이 바람직하다. 예비 성형은 예를 들어, 사이드 실의 형성 공정 전에 외장체의 제 1 집전체 또는 제 2 집전체의 폭 방향의 단부와 중첩되는 위치와, 나중의 공정에서 사이드 실을 형성하는 부분 사이에 완만한 형상을 제공하도록 외장체를 프레스 성형하면 좋다.
예를 들어, 예비 성형을 행하지 않는 경우에는 예를 들어 사이드 실의 형성 시에 제 1 집전체 또는 제 2 집전체의 폭 방향의 단부를 지점으로 외장체가 굴곡되는 부분이 형성되는 경우가 있다. 한편, 상술한 예비 성형을 행한 외장체를 사용하면 사이드 실의 형성 시에 이와 같은 굴곡 부분이 형성되기 어렵다. 이에 의하여, 전지를 반복적으로 휠 때 제 1 집전체 또는 제 2 집전체와 외장체가 마찰되는 것을, 더 효과적으로 억제할 수 있으며, 반복적으로 휘는 등의 변형에 대하여 높은 내성을 갖는 전지를 구현할 수 있다.
아래에서는 더 구체적인 예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
[제작 방법예 1]
아래에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 전지의 제작 방법의 예에 대하여 설명한다. 도 1은 아래에 예시되는 전지의 제작 방법에 따른 흐름도이다.
[집전체에 대하여]
먼저, 본 발명의 일 형태의 전지가 갖는 집전체에 대하여 설명한다. 도 2의 (A) 및 (B)에 각각 집전체(11a)와 집전체(11b)의 상면 개략도를 도시하였다.
집전체(11a) 및 집전체(11b)는 한쪽이 양극 집전체로서, 다른 쪽이 음극 집전체로서 기능한다. 본 실시형태에서는 집전체(11a)를 음극 집전체로서, 집전체(11b)를 양극 집전체로서 사용한다.
집전체(11a)는 탭부(21a)와, 전지의 전극으로서 기능하는 전극부(22a)를 갖는다. 탭부(21a)는 집전체(11a)가 돌출된 부분이며 전극부(22a)보다 폭이 작다. 전극부(22a)에는 활물질층(13a)이 도포되어 있다.
집전체(11b)는 탭부(21b)와 전지의 전극으로서 기능하는 전극부(22b)를 갖는다. 탭부(21b)는 집전체(11b)가 돌출된 부분이며 전극부(22b)보다 폭이 작다. 전극부(22b)에는 활물질층(13b)이 도포되어 있다.
여기서, 집전체(11a) 및 집전체(11b)는 한쪽 면에만 활물질층(13a) 또는 활물질층(13b)이 도포되고 다른 쪽 면에는 도포되어 있지 않는 것이 바람직하다.
여기서, 집전체(11a)의 폭 Wa와, 집전체(11b)의 폭 Wb를 상이하게 하는 것이 바람직하다. 도 2의 (A) 및 (B)에서는 집전체(11a)의 폭 Wa가 집전체(11b)의 폭 Wb보다 큰 경우의 예를 나타내었다.
이상이 집전체에 대한 설명이다.
이어서, 도 1에 나타낸 흐름도와, 도 3 내지 도 8을 참조하여 전지의 제작 방법에 대하여 설명한다.
[단계(S01)]
먼저, 집전체(11a)와 집전체(11b)를 복수 준비하고, 각각을 길이 방향으로 어긋나도록 적층한다.
도 3의 (A)는 적층 구조를 도시한 사시개략도이다. 또한, 이후에서는 명료화를 위하여 활물질층(13a) 및 활물질층(13b)을 명시하지 않았다.
도 3의 (A)에서는 집전체(11a)와 집전체(11b)를 각 4장 사용하는 경우의 예를 도시하였다. 2개의 집전체(11a)가 각각 외측에 배치되고, 그 내측에는 한 쌍의 집전체(11b), 한 쌍의 집전체(11a)가 각각 교대로 배치되어 있다. 여기서, 한 쌍의 집전체(11a)는 활물질층(13a)(도시하지 않았음)의 도포면과 반대 측의 면끼리 접촉하도록 배치된다. 마찬가지로, 한 쌍의 집전체(11b)는 활물질층(13b)(도시하지 않았음)의 도포면과 반대 측의 면끼리 접촉하도록 배치된다. 즉, 집전체(11a)와 집전체(11b) 사이에는 활물질층(13a) 및 활물질층(13b)이 위치하고, 인접한 2개의 집전체(11a) 사이, 및 2개의 집전체(11b) 사이에는 활물질층이 제공되지 않는 구성으로 한다. 이에 의하여, 전지를 휘었을 때에 한 쌍의 집전체(11a)끼리, 및 한 쌍의 집전체(11b)끼리를 어긋나기 쉽게 할 수 있다. 나중에 기재하지만, 같은 극성의 집전체끼리 미끄러짐으로써 전지를 휘었을 때 집전체 자체에 가해지는 응력을 완화할 수 있다.
또한, 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 집전체(11a)와 집전체(11b) 사이에는 파선으로 나타낸 세퍼레이터(14)를 배치하여도 좋다. 세퍼레이터(14)는 집전체(11b)보다 폭이 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 적층 구조는 도 3의 (A)에 도시된 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이 가장 외측에 위치하는 2개의 집전체(11a)의 외측에, 각각 세퍼레이터(14)를 배치하여도 좋다. 이에 의하여, 나중에 기재하는 외장체와 집전체(11a)가 접촉하는 것을 억제할 수 있기 때문에 외장체와 집전체(11a)가 마찰됨으로써 외장체가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우는 세퍼레이터(14)에 집전체(11a)보다 폭이 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4의 (B)에는, 2개의 집전체(11a) 사이에 1개의 집전체(11b)를 갖는 예를 도시하였다. 여기서, 집전체(11b)는 양면에 활물질층(13b)이 도포된 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 전지를 얇게 할 수 있어, 단위 체적당 용량, 및 단위 중량당 용량을 크게 할 수 있다. 또한, 전지 자체를 얇게 할 수 있기 때문에, 작은 힘으로 휘는 것이 가능하다. 또한, 집전체(11a)는 활물질층(13a)(도시하지 않았음)의 도포면과 반대 측의 면끼리가 접촉하도록 배치되기 때문에 한 쌍의 집전체(11a)끼리 잘 미끄러진다. 그러므로, 전지를 더 작은 힘으로 휠 수 있다.
또한, 도 4의 (C)에는 한 쌍의 집전체(11b)가 1개의 세퍼레이터(14a)에 끼워진 구성을 도시하였다. 여기서, 세퍼레이터(14a)를 되접어 꺾은 후에 주변부를 접합하여 봉지 형상으로 성형하는 것이 바람직하다. 이와 같은 세퍼레이터(14a)를 사용함으로써, 한 쌍의 집전체(11b)의 위치 어긋남이 생기더라도, 양극과 음극이 전기적으로 단락되는 것을 억제할 수 있다.
도 4의 (D)에서는 도 4의 (C)와 달리 가장 외측에 위치하는 2개의 집전체(11a)도 세퍼레이터(14a)에 끼워져 있다. 이에 의하여, 외장체와 집전체(11a)가 마찰됨으로써 외장체가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 3의 (B)는 집전체(11a)와 집전체(11b)를 중첩한 상태를 도시한 것이다. 또한, 명료화를 위하여 이후에서 세퍼레이터(14)를 명시하지 않았다.
도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 집전체(11a)끼리, 및 집전체(11b)끼리는 각각 탭부(21a) 또는 탭부(21b)가 제공되어 있는 방향(화살표로 나타낸 방향)으로 상대적으로 어긋나게 적층하는 것이 바람직하다. 미리 이들을 어긋나게 배치함으로써, 나중에 기재하지만 집전체(11a)의 일부 및 집전체(11b)의 일부를 꺾었을 때 생긴 어긋남을 상쇄할 수 있다. 구체적으로는, 복수의 전극부(22a)와 전극부(22b)의 위치를 정렬할 수 있다. 또한 이때, 모든 집전체(11a)의 탭부(21a)가 중첩되는 부분이 형성되도록 적층하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 모든 집전체(11b)의 탭부(21b)가 중첩되는 부분이 형성되도록 적층하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 내측에 배치되는 한 쌍의 집전체(11a), 및 한 쌍의 집전체(11b)는 어긋나도록 배치하지 않아도 된다.
[단계(S02)]
이어서, 도 3의 (C)에 도시된 바와 같이, 집전체(11a)의 탭부(21a), 및 집전체(11b)의 탭부(21b)에, 각각 리드(12a), 리드(12b)를 접합한다. 접합에는, 예를 들어 초음파 용접 등을 사용할 수 있다.
여기서, 집전체(11a)의 탭부(21a)가 어긋나도록 배치되어 있기 때문에, 집전체(11a)의 탭부(21a)와 리드(12a)의 접합부(15a)는 모든 집전체(11a)의 탭부(21a)를 포함하는 범위로 하는 것이 중요하다. 또한, 집전체(11b)의 탭부(21b)와 리드(12b)의 접합부(15b)도 마찬가지이다.
또한, 도 3의 (A), (B), 및 (C)에서는, 복수의 집전체(11a), 집전체(11b)를, 동일 형상으로 한 경우의 예를 도시하였지만, 길이가 상이한 복수의 집전체(11a), 집전체(11b)를 사용하여도 좋다. 도 5의 (A) 및 (B)에서는, 접합면 측에 가까울수록, 길이 방향으로 긴 집전체(11a) 및 집전체(11b)를 사용한 경우의 예를 도시하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 탭부(21a) 및 탭부(21b)가 길이 방향으로 어긋나지 않기 때문에, 리드(12a) 및 리드(12b)의 접합이 용이해진다. 또한, 도 5의 (A) 및 (B)에서는 탭부(21a) 또는 탭부(21b)의 길이가 같고, 전극부(22a) 또는 전극부(22b)의 길이가 상이한 집전체(11a) 및 집전체(11b)를 사용하였지만, 도 5의 (C)에 도시된 바와 같이, 전극부(22a) 또는 전극부(22b)의 길이가 같고, 탭부(21a) 또는 탭부(21b)의 길이가 각각 상이한 복수의 집전체(11a) 및 집전체(11b)를 사용하여도 좋다.
[단계(S03)]
이어서, 탭부(21a)와 리드(12a)의 일부, 및 탭부(21b)와 리드(12b)의 일부를 각각 절연한다.
도 6의 (A)는 리드(12a) 및 리드(12b)를 각각 복수의 집전체(11a), 집전체(11b)에 접합한 상태에서의 사시도이다.
도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 집전체(11a)의 탭부(21a)의 일부와 리드(12a)의 일부를 절연 부재(16a)로 덮음으로써 이들의 표면을 절연할 수 있다. 이때, 절연 부재(16a)가 접합부(15a)를 덮도록 제공되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 집전체(11b)의 탭부(21b)의 일부, 리드(12b)의 일부를 절연 부재(16b)로 덮는다.
절연 부재(16a) 및 절연 부재(16b)는, 나중에 집전체(11a) 및 집전체(11b)를 되접어 꺾는 부분에 제공한다. 이에 의하여, 집전체(11b)의 되접어 꺾은 부분이 집전체(11a)의 표면에 접촉되어 이들이 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 6의 (A) 등과 같이 2개의 집전체(11a)가 가장 외측에 위치하는 경우에서는, 집전체(11a)와 리드(12a)는 원래 전기적으로 접속되어 있으며 이들이 접촉하여도 문제가 일어나지 않기 때문에 집전체(11a) 측의 절연 부재(16a)를 제공하지 않아도 된다.
또한, 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이, 집전체(11a)의 탭부(21a)의 일부, 리드(12a)의 일부, 집전체(11b)의 탭부(21b)의 일부, 및 리드(12b)의 일부를 덮도록 1개의 절연 부재(16)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
절연 부재(16a), 절연 부재(16b), 및 절연 부재(16)로서는, 적합하게는 폴리이미드 테이프 등의 절연 테이프를 적합하게 사용할 수 있다. 이들 절연 부재가 점착성을 가짐으로써, 전지를 변형시켰을 때 어긋나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이들 절연 부재는 이에 한정되지 않고, 봉지 형상, 시트 형상 등, 다양한 형태로 할 수 있다. 또한, 절연 부재로서 액체상의 수지 재료를, 절연하고자 하는 부분의 표면에 도포하고, 이를 경화시킨 것을 사용하여도 좋다.
또한, 상기 절연 부재는 탭부(21a)나 탭부(21b)를 되접어 꺾을 시의 전기적인 단락을 방지하기 위한 것이며, 이를 배치하는 위치는 상기에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전극부(22a) 및 전극부(22b)를 덮도록 제공하거나, 또는 이들의 표면의 일부에 접합할 수도 있다. 또한, 탭부(21b)를 되접어 꺾었을 때에 탭부(21b)의 되접어 꺾인 부분과 집전체(11a) 사이에 절연 부재를 배치할 수도 있다.
[단계(S04)]
이어서, 탭부(21a) 및 탭부(21b)를 각각 되접어 꺾는다.
이때, 탭부(21a)의 리드(12a)와 접합되는 면, 및 탭부(21b)의 리드(12b)와 접합되는 면이 외측에 위치하도록 탭부(21a)와 탭부(21b)를 되접어 꺾는 것이 바람직하다.
도 7의 (A)는 탭부(21a) 및 탭부(21b)를 되접어 꺾을 때의, 접합부(15a) 측의 사시도이고, 도 7의 (B)는 도 7의 (A)를 180도 회전시켰을 때의 사시도이다. 또한, 명료화를 위하여 이후에서는 상기 절연 부재(16a) 및 절연 부재(16b), 또는 절연 부재(16)를 명시하지 않았다.
도 7의 (A)에 도시된 바와 같이, 리드(12a)의 일부, 및 리드(12b)의 일부가 집전체(11a)의 전극부(22a), 및 집전체(11b)의 전극부(22b)와 중첩되도록 탭부(21a) 및 탭부(21b)를 접는 것이 바람직하다. 또한, 탭부(21a)와 탭부(21b)도 마찬가지로 전극부(22a) 및 전극부(22b)와 중첩되도록 꺾이는 것이 바람직하다.
[단계(S05)]
이어서, 리드(12a), 리드(12b), 전극부(22a), 및 전극부(22b)를 고정 부재(17)로 고정한다.
도 8의 (A)는 고정 부재(17)를 제공할 때의, 접합부(15a) 측의 사시도이고, 도 8의 (B)는 도 8의 (A)를 180도 회전시켰을 때의 사시도이다.
고정 부재(17)로서는 적합하게는 폴리이미드 테이프 등의 절연 테이프를 사용할 수 있다. 또한, 고정 부재(17)는 이에 한정되지 않고, 고리 형태의 고무(고무 밴드)를 사용하여도 좋고, 적당한 형상으로 성형된 수지 재료 등의 절연 재료를 사용하여도 좋다.
상술한 바와 같이 하여, 전극 부재(10)를 제작할 수 있다.
도 8의 (A) 등에 도시된 바와 같이, 전극 부재(10)는 탭부(21a) 및 탭부(21b)가 되접어 꺾이고, 접합부(15a) 및 접합부(15b)가 전극부(22a) 및 전극부(22b)의 일부와 중첩되는 구성을 갖는다. 따라서, 탭부(21a) 및 탭부(21b)를 되접어 꺾지 않는 구성에 비하여 길이 방향의 길이를 짧게 할 수 있다. 그러므로, 전극 부재(10)를 사용한 전지는 더 소형화할 수 있기 때문에 단위 체적당 용량을 크게 할 수 있다.
[단계(S06)]
이어서, 전극 부재(10)를 전해액과 함께 외장체로 덮고, 외장체의 주위를 실(seal)(밀봉)한다.
상술한 공정에 의하여, 본 발명의 일 형태에 따른 전지를 제작할 수 있다.
[제작 방법예 2]
이하에서는, 상기 제작 방법예 1과 일부가 상이한 전지의 제작 방법예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 여기에서는 상술한 것과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 9는 아래에 예시하는 제작 방법에 따른 흐름도이다.
[단계(S11)]
먼저, 도 10의 (A)에 도시된 바와 같이, 집전체(11a)와 집전체(11b)를 복수 준비하고, 각각을 적층한다. 여기에서는 제작 방법예 1과 달리 각각을 의도적으로 어긋나게 하지 않고 적층한다.
[단계(S12)]
이어서, 도 10의 (B)에 도시된 바와 같이, 집전체(11a)의 탭부(21a), 및 집전체(11b)의 탭부(21b)에, 각각 리드(12a), 리드(12b)를 접합한다.
이때, 리드(12a)와 리드(12b)는 일부가 전극부(22a) 및 전극부(22b)와 중첩된 형상으로 한다.
[단계(S13)]
이어서, 리드(12b)와 집전체(11a)가 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위하여, 이들 사이에 절연 부재(18)를 제공하여 리드(12b)와 집전체(11a)를 절연한다.
도 11의 (A)에서는 집전체(11a) 및 집전체(11b)의 일부에 절연 부재(18)를 감은 예를 도시하였다.
또한, 절연 부재(18)의 구성은 이에 한정되지 않고, 상이한 극성의 리드와 집전체를 절연할 수 있으면 다양한 구성으로 할 수 있다. 도 12의 (A)에서는 집전체(11a)와 리드(12b) 사이에만 절연 부재(18a)를 배치한 경우의 예를 도시하였다. 또한, 도 12의 (B)는 리드(12b) 중 집전체(11a)와 중첩된 부분을 절연 부재(18b)로 피복한 경우의 예를 도시한 것이다. 또한, 도 12의 (C)는 리드(12a) 중 집전체(11a)와 중첩되는 부분, 및 리드(12b) 중 집전체(11a)와 중첩되는 부분이 절연 부재(18c)에 끼워진 예를 도시한 것이다.
절연 부재(18), 절연 부재(18a), 및 절연 부재(18b)로서는 상기 절연 부재(16) 등과 같은 재료를 사용할 수 있다.
[단계(S14)]
이어서, 도 11의 (B)에 도시된 바와 같이, 리드(12a), 리드(12b), 전극부(22a), 및 전극부(22b)를 고정 부재(17)로 고정한다.
상술한 바와 같이 하여, 전극 부재(10a)를 제작할 수 있다.
본 제작 방법에 의하여 탭부(21a) 및 탭부(21b)를 되접어 꺾는 공정을 갖지 않기 때문에 생산성을 더 향상시킬 수 있다.
[단계(S15)]
이어서, 전극 부재(10a)를 전해액과 함께 외장체로 덮고, 외장체의 주의를 실링(밀봉)한다.
상술한 공정에 의하여, 본 발명의 일 형태의 전지를 제작할 수 있다.
이상이 전지의 제작 방법예에 대한 설명이다.
[전지의 구성예]
아래에서는 상술한 제작 방법예로 예시한 전극 부재를 사용한 전지의 구성예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 여기서는 특히 반복적으로 휘는 용도에 적합한 전지의 구성예에 대하여 설명한다.
도 13의 (A)에 전지(50)의 상면 개략도를 도시하였다. 또한, 도 13의 (B1), (B2), 및 (C)에는 각각 도 13의 (A) 중의 절단선 C1-C2, 절단선 C3-C4, 절단선 A1-A2에서의 단면 개략도를 도시하였다.
전지(50)는 외장체(51)와, 외장체(51)의 내부에 수용된 전극 부재(10)를 갖는다. 전극 부재(10)가 갖는 리드(12a) 및 리드(12b)는 외장체(51)의 외측에 연장되어 있다. 또한, 외장체(51)의 내부에는 전극 부재(10)에 더하여 전해액(도시하지 않았음)이 봉입되어 있다.
외장체(51)는 필름상의 형상을 갖고, 전극 부재(10)가 끼워지도록 둘로 접혀 있다. 외장체(51)는 꺾음부(61)와, 한 쌍의 실부(62)와, 실부(63)를 갖는다. 한 쌍의 실부(62)는 전극 부재(10)가 끼워지도록 제공되고, 사이드 실이라고도 부를 수 있다. 또한, 실부(63)는 리드(12a) 및 리드(12b)와 중첩되는 부분을 갖고, 톱 실이라고도 부를 수 있다.
외장체(51)는 전극 부재(10)와 중첩되는 부분에 능선(71)과 곡선(谷線)(72)이 교대로 배치된 물결 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 외장체(51)의 실부(62) 및 실부(63)는 물결 형상을 갖지 않고 평탄한 것이 바람직하다. 또한, 실부(63)는 리드(12a) 및 리드(12b)와 중첩되는 부분에 단차를 갖는 경우가 있다.
전극 부재(10)의 구성은 상술한 것을 원용할 수 있다.
도 13의 (B1)은 능선(71)과 중첩되는 부분에서 절단한 단면이고, 도 13의 (B2)는 곡선(72)과 중첩되는 부분에서 절단한 단면이다. 도 13의 (B1) 및 (B2)는 둘 다 전지(50) 및 전극 부재(10)의 폭 방향의 단면에 대응한다.
여기서, 전극 부재(10)의 폭 방향의 단부, 즉, 집전체(11a) 또는 집전체(11b)의 단부와 실부(62) 사이의 거리를 거리 La로 한다. 전지(50)에 휨 등의 변형을 가하였을 때, 나중에 기재하지만 집전체(11a) 및 집전체(11b)가 길이 방향으로 서로 어긋나도록 변형한다. 그때, 거리 La가 지나치게 짧으면 외장체(51)와 집전체(11a) 또는 집전체(11b)가 강하게 마찰되어, 외장체(51)가 파손되는 경우가 있다. 특히, 외장체(51)의 금속 필름이 노출되면 상기 금속 필름이 전해액에 의하여 부식될 우려가 있다. 따라서, 거리 La를 가능한 한 길게 설정하는 것이 바람직하다. 한편으로, 거리 La를 지나치게 크게 하면 전지(50)의 체적이 증대된다.
또한, 전극 부재(10)의 두께가 두꺼울수록 집전체(11a) 또는 집전체(11b)의 단부와 실부(62) 사이의 거리 La를 크게 하는 것이 바람직하다.
더 구체적으로는 전극 부재(10)의 두께를 두께 t로 하였을 때, 거리 La는 두께 t의 0.8배 이상 3.0배 이하, 바람직하게는 0.9배 이상 2.5배 이하, 더 바람직하게는 1.0배 이상 2.0배 이하인 것이 바람직하다. 거리 La를 이 범위로 함으로써 소형이며, 휨에 대한 신뢰성이 높은 전지를 구현할 수 있다.
또한, 한 쌍의 실부(62)간의 거리를 거리 Lb로 하였을 때, 거리 Lb를 전극 부재(10)의 폭(여기에서는 집전체(11a)의 폭 Wa)보다 충분히 크게 하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 전지(50)에 반복적으로 휨 등의 변형을 가하였을 때 전극 부재(10)와 외장체(51)가 접촉하여도 전극 부재(10)의 일부가 폭 방향으로 어긋날 수 있기 때문에 전극 부재(10)와 외장체(51)가 마찰되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
예를 들어, 한 쌍의 실부(62) 사이의 거리 Lb와 집전체(11a)의 폭 Wa(또는 집전체(11b)의 폭 Wb)와의 차가 전극 부재(10)의 두께 t의 1.6배 이상 6.0배 이하, 바람직하게는 1.8배 이상 5.0배 이하, 더 바람직하게는 2.0배 이상 4.0배 이하를 만족시키는 것이 바람직하다.
바꿔 말하면, 거리 Lb, 폭 Wa, 및 두께 t가 아래의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
여기서, a는 0.8 이상 3.0 이하, 바람직하게는 0.9 이상 2.5 이하, 더 바람직하게는 1.0 이상 2.0 이하를 만족시킨다.
도 13의 (C)는 리드(12a)를 포함하는 단면이고, 전지(50) 및 전극 부재(10)의 길이 방향의 단면에 대응한다.
또한, 도 13의 (D)는 전극 부재(10)를 대신하여 전극 부재(10a)를 적용하는 경우의 단면 개략도를 도시한 것이다.
도 13의 (C)에 도시된 바와 같이 꺾음부(61)에서 전극 부재(10)의 길이 방향의 단부, 즉, 집전체(11a) 또는 집전체(11b)의 단부와 외장체(51) 사이에 공간(73)을 갖는 것이 바람직하다.
도 14에 전지(50)를 휘었을 때의 단면 개략도를 도시하였다. 도 14는 도 13의 (A) 중의 절단선 B1-B2에서의 단면에 상당한다.
전지(50)를 휘면 휨의 외측에 위치하는 외장체(51)의 일부는 늘어나고, 외측에 위치하는 다른 일부는 수축되도록 변형된다. 더 구체적으로 외장체(51)의 외측에 위치하는 부분은 물결의 진폭이 작으며, 물결의 주기가 크게 되도록 변형한다. 한편, 외장체(51)의 내측에 위치하는 부분은 물결의 진폭이 크며, 물결의 주기가 작게 되도록 변형한다. 이와 같이, 외장체(51)가 변형됨으로써 휨에 따라 외장체(51)에 가해지는 응력이 완화되기 때문에 외장체(51)를 구성하는 재료 자체가 신축될 필요가 없다. 그 결과, 외장체(51)는 파손되지 않고, 작은 힘으로 전지(50)를 휠 수 있다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 집전체(11a)와 집전체(11b)가 각각 상대적으로 어긋나게 전극 부재(10)가 변형한다. 이때, 전극 부재(10)가 갖는 복수의 집전체(11a) 및 복수의 집전체(11b)는 실부(63) 측의 일단이 고정 부재(17)로 고정되어 있기 때문에 꺾음부(61)에 가까울수록 어긋남의 정도가 크게 되도록 각각이 변형된다. 이에 의하여, 전극 부재(10)에 가해지는 응력이 완화되어, 집전체(11a) 및 집전체(11b) 자체가 신축할 필요가 없다. 그 결과, 전극 부재(10)가 파손되지 않고 작은 힘으로 전지(50)를 휠 수 있다.
또한, 고체 전해질이나, 점도가 높은 겔 전해질을 사용한 전지를 갖는 경우에는 전극 부재(10) 전체가 전해질로 덮이면 집전체(11a)와 집전체(11b)가 상대적으로 어긋나기 어렵게 되어 응력의 완화를 기대할 수 없다. 그러므로, 미리 한 쌍의 집전체(11a) 및 집전체(11b) 사이에 전해질층을 제공한 적층체를 복수로 준비하고, 상기 적층체를 적층하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 고체 전해질이나, 점도가 높은 겔 전해질을 사용한 경우에도 집전체(11a)와 집전체(11b)가 상대적으로 어긋나는 구성으로 할 수 있다.
또한, 전극 부재(10)와 외장체(51) 사이에 공간(73)을 가짐으로써 전극 부재(10)의 중립면보다 내측에 위치하는 집전체(11a) 및 집전체(11b)가 외장체(51)에 접촉되지 않고 상대적으로 어긋나게 될 수 있다.
본 구성예에서 예시한 전지는 반복적으로 휘었다 폈다 하여도 외장체의 파손, 전극 부재의 파손 등이 생기기 어렵고, 전지 특성도 열화되기 어려운 전지이다.
이상이 전지의 구성예에 대한 설명이다.
[각 구성 요소에 대하여]
아래에서는 본 발명의 일 형태에 따른 전극 부재 및 전지의 각 구성 요소에 대하여 설명한다.
[양극]
양극은 양극 집전체와, 양극 집전체 위에 형성된 양극 활물질층 등에 의하여 구성된다. 양극 활물질층은 양극 집전체의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 형성할 수 있다.
양극 집전체에는, 스테인리스, 금, 백금, 알루미늄, 타이타늄 등의 금속, 및 이들 중 어느 것의 합금 등, 도전성이 높고 양극의 전위로 용출되지 않는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 또는 몰리브데넘 등 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 또한, 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로 형성하여도 좋다. 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로서는, 지르코늄, 타이타늄, 하프늄, 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼, 크로뮴, 몰리브데넘, 텅스텐, 코발트, 니켈 등이 있다. 양극 집전체는 박(箔) 형상, 판자 형상(시트 형상), 그물 형상, 펀칭 메탈 형상, 강망(expanded-metal) 형상 등을 적절히 사용할 수 있다. 양극 집전체는 두께가 5μm 이상 30μm 이하인 것을 사용하면 좋다. 또한, 양극 집전체의 표면에, 그래파이트 등을 사용하여 언더코트층을 설치하여도 된다.
양극 활물질층은, 양극 활물질 외에, 양극 활물질의 밀착성을 높이기 위한 결착제(바인더), 양극 활물질층의 도전성을 높이기 위한 도전조제 등을 가져도 좋다.
양극 활물질층에 사용되는 양극 활물질로서는, 올리빈(olivine)형 결정 구조, 층상 암염(rock-salt)형 결정 구조, 또는 스피넬(spinel)형 결정 구조를 갖는 복합 산화물 등을 들 수 있다. 양극 활물질로서는 예를 들어, LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5, MnO2 등의 화합물을 사용할 수 있다.
특히, LiCoO2는 용량이 크고, LiNiO2보다 대기 중에서 안정적이고, LiNiO2보다 열적으로 안정적인 것 등의 이점이 있어 바람직하다.
또한, LiMn2O4 등, 망가니즈를 포함하는 스피넬형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 재료에, 소량의 니켈산리튬(LiNiO2나 LiNi1-xMxO2(0<x<1)(M=Co, Al 등))을 혼합하면, 이를 사용한 이차 전지의 특성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
또는, 복합 재료(일반식 LiMPO4(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II) 중 하나 이상))를 사용할 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 리튬 화합물을 재료로서 사용할 수 있다.
특히, LiFePO4는 안전성, 안정성, 고용량 밀도, 및 초기 산화(충전) 시에 뽑아낼 수 있는 리튬 이온의 존재 등, 양극 활물질에 요구되는 사항을 균형적으로 만족시키기 때문에 바람직하다.
또는, 일반식 Li(2-j)MSiO4(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II) 중 하나 이상, 0≤j≤2) 등의 복합 재료를 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+l는 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 리튬 화합물을 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 양극 활물질로서, AxM2(XO4)3(A=Li, Na, Mg, M=Fe, Mn, Ti, V, Nb, X=S, P, Mo, W, As, Si)의 일반식으로 나타내어지는 나시콘형 화합물을 사용할 수 있다. 나시콘형 화합물로서는, Fe2(MnO4)3, Fe2(SO4)3, 및 Li3Fe2(PO4)3 등이 있다. 또한, 양극 활물질로서 Li2MPO4F, Li2MP2O7, 또는 Li5MO4(M=Fe, Mn)의 일반식으로 나타내어지는 화합물, NaFeF3, FeF3 등의 페로브스카이트(perovskite)형 플루오린화물, TiS2 및 MoS2 등의 금속칼코게나이드(chalcogenide)(황화물, 셀레늄화물, 텔루륨화물), LiMVO4 등의 역스피넬형 결정 구조를 갖는 산화물, 바나듐 산화물계(V2O5, V6O13, LiV3O8 등), 망가니즈 산화물, 유기 황 화합물 등의 재료를 사용할 수 있다.
또한, 캐리어 이온이, 리튬 이온 이외의 알칼리 금속 이온이나 알칼리 토금속 이온인 경우, 양극 활물질로서 리튬 대신에 알칼리 금속(예를 들어, 소듐이나 포타슘 등), 알칼리 토금속(예를 들어, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 베릴륨, 및 마그네슘 등)을 사용하여도 좋다. 예를 들어, NaFeO2나 Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2 등의 소듐 함유 층상 산화물을 양극 활물질로서 사용할 수 있다.
또한, 양극 활물질로서 상술한 재료를 복수로 조합한 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어, 상술한 재료를 복수로 조합한 고용체를 양극 활물질로서 사용할 수 있다. 예를 들어, LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2와 Li2MnO3의 고용체를 양극 활물질로서 사용할 수 있다.
또한, 양극 활물질층 표면에 탄소층 등의 도전성 재료를 제공하여도 좋다. 탄소층 등의 도전성 재료를 제공함으로써, 전극의 도전성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질의 소성(燒成) 시에 글루코스 등 탄수화물을 혼합함으로써, 양극 활물질층을 탄소층으로 피복할 수 있다.
입자상의 양극 활물질층의 1차 입자의 평균 입경은, 50nm 이상 100μm 이하의 것을 사용하면 좋다.
도전조제로서는 아세틸렌 블랙(AB), 그래파이트(흑연) 입자, 카본 나노튜브, 그래핀, 풀러렌 등을 사용할 수 있다.
도전조제에 의하여 양극 내에 전자 전도의 네트워크를 형성할 수 있다. 도전조제에 의하여, 양극 활물질층끼리의 전기 전도 경로를 유지할 수 있다. 양극 활물질층 내에 도전조제를 첨가함으로써 높은 전자 전도성을 갖는 양극 활물질층을 구현할 수 있다.
또한, 바인더로서, 대표적인 폴리플루오린화 바이닐리덴(PVDF) 외에, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리바이닐클로라이드, 에틸렌프로필렌다이엔폴리머, 스타이렌-뷰타다이엔 고무, 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔 고무, 플루오린 고무, 폴리아세트산바이닐, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 나이트로셀룰로스 등을 사용할 수 있다.
양극 활물질층의 총량에 대한 바인더의 함유량의 바람직한 범위는 활물질의 입경에 따라 적절히 설정하면 좋고, 바람직하게는 1wt% 이상 10wt% 이하로 할 수 있다. 예를 들어, 2wt% 이상 8wt% 이하, 또는 3wt% 이상 5wt% 이하로 할 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질층의 총량에 대한 도전조제의 함유량은 1wt% 이상 10wt% 이하가 바람직하고, 1wt% 이상 5wt% 이하가 더 바람직하다.
도포법을 사용하여 양극 활물질층을 형성하는 경우에는, 양극 활물질과 바인더와 도전조제를 혼합하여 양극 페이스트(슬러리)를 제작하고, 이것을 양극 집전체 위에 도포하고 건조시키면 좋다.
[음극]
음극은 음극 집전체와, 음극 집전체 위에 형성된 음극 활물질층 등에 의하여 구성된다. 음극 활물질층은 음극 집전체의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 형성할 수 있다.
음극 집전체에는 스테인리스, 금, 백금, 철, 구리, 타이타늄 등의 금속 및 이들 금속의 합금 등, 도전성이 높고, 리튬 등의 캐리어 이온과 합금화하지 않는 재료를 사용할 수 있다. 또는, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 또는 몰리브데넘 등 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 음극 집전체는 박(箔) 형상, 판자 형상(시트 형상), 그물 형상, 펀칭 메탈 형상, 강망 형상 등을 적절히 사용할 수 있다. 양극 집전체는 두께가 5μm 이상 30μm 이하인 것을 사용하면 좋다. 또한, 음극 집전체의 표면에, 그래파이트 등을 사용하여 언더코트층을 제공하여도 된다.
음극 활물질층은 음극 활물질 외에, 음극 활물질의 밀착성을 높이기 위한 결착제(바인더), 음극 활물질층의 도전성을 높이기 위한 도전조제 등을 가져도 좋다.
음극 활물질은, 리튬의 용해 및 석출, 또는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 재료라면, 특별히 한정되지 않는다. 음극 활물질층의 재료로서는 리튬 금속이나 타이타늄산 리튬에 더하여 축전 분야에 일반적인 탄소계 재료나 합금계 재료 등을 들 수 있다.
리튬 금속은, 산화 환원 전위가 낮고(표준 수소 전극에 대하여 -3.045V), 중량 및 체적당 비용량이 크기(각각 3860mAh/g, 2062mAh/cm3) 때문에 바람직하다.
탄소계 재료로서는, 흑연, 이흑연화성 탄소(소프트 카본), 난흑연화성 탄소(하드 카본), 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 블랙 등을 들 수 있다.
흑연으로서는 메소카본 마이크로비즈(MCMB), 코크스계 인조 흑연, 피치계 인조 흑연 등의 인조 흑연이나, 구상(球狀) 천연 흑연 등의 천연 흑연을 들 수 있다.
흑연은 리튬 이온이 층간에 삽입되었을 때(리튬-흑연 층간 화합물의 생성 시) 리튬 금속과 같은 정도로 낮은 전위를 나타낸다(0.1V 내지 0.3V vs. Li/Li+). 이로써, 리튬 이온 전지는 높은 작동 전압을 나타낼 수 있다. 또한, 흑연은 단위 체적당 용량이 비교적 높은 점, 체적 팽창이 작은 점, 가격이 싼 점, 리튬 금속에 비하여 안전성이 높은 점 등의 이점을 갖기 때문에 바람직하다.
음극 활물질로서, 리튬과의 합금화 및 탈합금화 반응에 의하여 충방전 반응이 가능한 합금계 재료 또는 산화물도 사용할 수 있다. 캐리어 이온이 리튬 이온인 경우, 합금계 재료로서는 예를 들어 Mg, Ca, Al, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, 및 In 등 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 들 수 있다. 이와 같은 원소는 탄소에 대하여 용량이 크고 특히 실리콘은 이론 용량이 4200mAh/g로 비약적으로 높다. 그러므로, 음극 활물질에 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 원소를 사용한 합금계 재료로서는, 예를 들어 Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, SnS2, V2Sn3, FeSn2, CoSn2, Ni3Sn2, Cu6Sn5, Ag3Sn, Ag3Sb, Ni2MnSb, CeSb3, LaSn3, La3Co2Sn7, CoSb3, InSb, SbSn 등을 들 수 있다.
또한, 음극 활물질로서, SiO, SnO, SnO2, 산화 타이타늄(TiO2), 리튬타이타늄 산화물(Li4Ti5O12), 리튬-흑연층간 화합물(LixC6), 산화 나이오븀(Nb2O5), 산화 텅스텐(WO2), 산화 몰리브데넘(MoO2) 등의 산화물을 사용할 수 있다.
또한, 음극 활물질로서, 리튬과 전이 금속의 질화물인, Li3N형 구조를 갖는 Li3-xMxN(M=Co, Ni, Cu)을 사용할 수 있다. 예를 들어, Li2.6Co0.4N3은 큰 충방전 용량(900mAh/g 및 1890mAh/cm3)을 나타내어 바람직하다.
리튬과 전이 금속의 질화물을 사용하면, 음극 활물질 내에 리튬 이온이 포함되기 때문에, 양극 활물질로서 리튬 이온이 포함되지 않는 V2O5, Cr3O8 등의 재료와 조합할 수 있어 바람직하다. 또한, 양극 활물질에 리튬 이온을 포함하는 재료를 사용하는 경우에도, 미리 양극 활물질에 포함되는 리튬 이온을 탈리시켜 둠으로써, 음극 활물질로서 리튬과 전이 금속의 질화물을 사용할 수 있다.
또한, 컨버전 반응(conversion reaction)이 일어나는 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 일어나는 다른 재료로서는, Fe2O3, CuO, Cu2O, RuO2, 및 Cr2O3 등의 산화물, CoS0.89, NiS, 및 CuS 등의 황화물, Zn3N2, Cu3N, 및 Ge3N4 등의 질화물, NiP2, FeP2, 및 CoP3 등의 인화물, FeF3 및 BiF3 등의 플루오린화물이 있다. 또한, 상기 플루오린화물의 전위는 높기 때문에 양극 활물질로서 사용하여도 좋다.
도포법으로 음극 활물질층을 형성하는 경우에는, 음극 활물질과 바인더를 혼합하여 음극 페이스트(슬러리)를 제작하고, 이것을 음극 집전체 위에 도포하고 건조시키면 좋다. 또한, 음극 페이스트에 도전조제를 첨가하여도 좋다.
또한, 음극 활물질층의 표면에 그래핀을 형성하여도 좋다. 예를 들어 음극 활물질층을 실리콘으로 한 경우, 충방전 사이클에서의 캐리어 이온의 흡장 및 방출에 따른 실리콘의 체적 변화가 크기 때문에, 음극 집전체와 음극 활물질층의 밀착성이 저하되어, 충방전으로 인하여 전지 특성이 열화된다. 그래서, 실리콘을 포함한 음극 활물질층의 표면에 그래핀을 형성하면, 충방전 사이클에서 실리콘의 체적이 변화되더라도, 음극 집전체와 음극 활물질층의 밀착성의 저하를 억제할 수 있어 전지 특성의 열화가 저감되기 때문에 바람직하다.
또한, 음극 활물질층의 표면에 산화물 등의 피막(被膜)을 형성하여도 좋다. 충전 시에 전해액의 분해 등에 의하여 형성되는 피막은, 그 형성 시에 소비된 전하량을 방출할 수 없고, 비가역 용량을 형성한다. 한편, 산화물 등의 피막을 음극 활물질층의 표면에 미리 형성해 둠으로써, 비가역 용량의 발생을 억제 또는 방지할 수 있다.
이와 같은 음극 활물질층을 피복하는 피막에는, 나이오븀, 타이타늄, 바나듐, 탄탈럼, 텅스텐, 지르코늄, 몰리브데넘, 하프늄, 크로뮴, 알루미늄, 또는 실리콘 중 어느 하나의 산화막, 또는 이들 원소 중 어느 하나와 리튬을 포함하는 산화막을 사용할 수 있다. 이와 같은 피막은, 전해액의 분해 생성물로 음극 표면에 형성되는 종래의 피막에 비하여, 충분히 치밀하다.
예를 들어 산화 나이오븀(Nb2O5)은 전기 전도도가 10-9S/cm로 낮으며, 높은 절연성을 나타낸다. 따라서, 산화 나이오븀막은 음극 활물질과 전해액의 전기 화학적인 분해 반응을 저해한다. 한편, 산화 나이오븀의 리튬 확산 계수는 10-9cm2/sec이며 리튬 이온 전도성이 높다. 따라서, 리튬 이온을 투과시킬 수 있다. 또한, 산화 실리콘이나 산화 알루미늄을 사용하여도 좋다.
음극 활물질층을 피복하는 피막의 형성에는, 예를 들어 졸-겔법(sol-gel method)을 사용할 수 있다. 졸-겔법이란, 금속 알콕사이드나 금속염 등으로 이루어진 용액을 가수 분해 반응·중축합 반응에 의하여 유동성을 잃은 겔로 하고, 이 겔을 소성하여 박막을 형성하는 방법을 말한다. 졸-겔법은 액체상으로부터 박막을 형성하는 방법이기 때문에, 원료를 분자 레벨로 균등하게 혼합할 수 있다. 그러므로, 용매인 금속 산화막의 원료에 흑연 등의 음극 활물질을 첨가함으로써, 겔 내에 활물질을 용이하게 분산시킬 수 있다. 이로써, 음극 활물질층의 표면에 피막을 형성할 수 있다. 이 피막을 사용함으로써, 전지의 용량의 저하를 방지할 수 있다.
[세퍼레이터]
세퍼레이터를 형성하기 위한 재료로서 셀룰로스나, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리뷰텐, 나일론, 폴리에스터, 폴리설폰, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리플루오린화 바이닐리덴, 테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌설파이드 등의 다공성 절연체를 사용할 수 있다. 또한, 유리 섬유 등의 부직포나, 유리 섬유와 고분자 섬유를 복합한 격막을 사용하여도 좋다.
[전해액]
전해액에는 전해질로서 캐리어 이온이 이동 가능하고, 또한 캐리어 이온인 리튬 이온을 갖는 재료를 사용한다. 전해질의 대표적인 예로서는 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N, Li(SO2F)2N 등의 리튬염을 들 수 있다. 이들 전해질은 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 사용하여도 좋다.
특히, 고무 등의 성형 시에 고온의 처리가 행해지는 경우에는 전해질은 내열성이 높은 것이 바람직하다. 예를 들어, 열분해 온도가 높은 이미드염을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 전해액의 용매로서는 캐리어 이온이 이동 가능한 재료를 사용한다. 전해액의 용매로서는, 비프로톤성 유기 용매가 바람직하다. 비프로톤성 유기 용매의 대표적인 예로서는, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 다이메틸카보네이트, 다이에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), γ-뷰틸로락톤, 아세토나이트릴, 다이메톡시에테인, 테트라하이드로퓨란 등이 있고, 이들 중 하나 또는 복수를 사용할 수 있다. 또한, 전해액의 용매로서 겔화된 고분자 재료를 사용하거나, 전해액에 겔화를 위한 고분자 재료를 첨가하는 등에 의하여 누액성(漏液性) 등에 대한 안전성이 높아진다. 또한, 축전지의 박형화 및 경량화가 가능하다. 겔화된 고분자 재료의 대표적인 예로서는, 실리콘(silicone) 겔, 아크릴 겔, 아크릴로나이트릴 겔, 폴리에틸렌옥사이드계 겔, 폴리프로필렌옥사이드계 겔, 플루오린계 폴리머의 겔 등이 있다. 또한, 전해액의 용매로서, 난연성(難燃性) 및 난휘발성(難揮發性)인 이온 액체(상온 용융염)를 하나 또는 복수 사용함으로써, 축전지의 내부 단락이나, 과충전 등으로 인하여 내부 온도가 상승되어도, 축전지의 파열이나 발화 등을 방지할 수 있다. 또한, 이온 액체는, 유동 상태에 있는 염이며, 이온 이동도(전도도)가 높다. 또한, 이온 액체는 양이온과 음이온을 포함한다. 이온 액체로서는 에틸메틸이미다졸륨(EMI) 양이온을 포함한 이온 액체, 또는 N-메틸-N-프로필피페리디늄(PP13) 양이온을 포함한 이온 액체 등이 있다.
특히, 고온의 처리가 행해지는 경우에는 전해액의 용매는 비점이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 프로필렌카보네이트(PC)를 사용하는 것이 바람직하다.
[외장체]
이차 전지의 구조로서는 다양한 구조가 있지만, 본 실시형태에서는, 외장체에 필름을 사용한다. 또한, 외장체를 형성하기 위한 필름은, 금속 필름(알루미늄, 스테인리스, 니켈강 등), 유기 재료를 포함하는 플라스틱 필름, 유기 재료(유기 수지나 섬유 등)와 무기 재료(세라믹 등)를 포함하는 하이브리드 재료 필름, 탄소 함유 무기 필름(카본 필름, 그래파이트 필름 등)에서 선택되는 단층 필름 또는 이들 복수로 이루어지는 적층 필름을 사용한다. 금속 필름은, 엠보싱 가공을 행하기 쉽고, 엠보싱 가공을 행하여 오목부 또는 볼록부를 형성하면, 외기에 접촉하는 외장체의 표면적이 증대되기 때문에, 방열 효과가 우수하다.
또한, 외부로부터 힘을 가하여 이차 전지의 형상을 변화시켰을 때, 이차 전지의 외장체에 외부로부터 휨응력이 가해져 외장체의 일부가 변형되거나 또는 일부가 파괴될 우려가 있다. 외장체에 오목부 또는 볼록부를 형성함으로써 외장체에 가해진 응력에 의하여 생기는 스트레인(strain)을 완화시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 스트레인이란, 물체의 기준(초기 상태) 길이에 대한 물체 내의 물질점의 변위를 나타내는 변형의 척도이다. 외장체에 오목부 또는 볼록부를 형성함으로써 전지 외부로부터 가해진 힘에 의하여 생기는 스트레인의 영향을 허용 범위 내로 억제할 수 있다. 따라서, 신뢰성이 높은 전지를 제공할 수 있다.
이상이 각 구성 요소에 대한 설명이다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1을 사용하여 얻어지는 전지, 특히 이차 전지를 제공한 전자 기기의 일례를 기재한다.
실시형태 1을 사용하여 얻어지는 이차 전지는 외장체가 얇고 유연성을 갖는 필름이므로, 플렉시블한 형성으로 변형시킬 수 있다.
시계 등은 전자 기기의 일부를 사용자의 신체 일부(손목이나 팔 등)에 접촉시킴(즉, 전자 기기를 사용자가 장착함)으로써, 사용자는 전자 기기를 실제의 중량보다 가볍게 느낄 수 있다. 사용자의 신체 일부를 따른 곡면을 갖는 외관 형상의 전자 기기에 플렉시블 이차 전지를 사용함으로써, 이차 전지를 전자 기기에 적합한 형상으로 고정시켜 설치할 수 있다.
또한, 전자 기기가 신체 일부를 따른 곡면을 가지더라도, 사용자가 전자 기기를 장착한 부분을 움직인 경우에, 사용자는 위화감을 느끼고, 그 전자 기기를 불편한 것으로 인식하여 스트레스를 느낄 우려가 있다. 그래서, 전자 기기가 변형될 수 있는 부분에 플렉시블 이차 전지를 제공함으로써, 신체의 움직임에 맞추어 전자 기기의 적어도 일부가 변형될 수 있는 구성으로 할 수 있고, 사용자가 위화감을 느끼지 않는 전자 기기로 할 수 있다.
또는, 전자 기기의 외관 형상이 곡면이나 복잡한 형상인 경우에 한정되지 않고, 단순한 외관 형상이어도 좋다. 예를 들어 단순한 외관 형상을 갖는 전자 기기에서, 전자 기기에 내장할 수 있는 부품의 수나 크기는, 전자 기기의 하우징으로 형성되는 공간의 부피에 따라 결정되는 경우가 많다. 이차 전지 이외의 부품의 틈에 플렉시블 이차 전지를 제공함으로써, 전자 기기의 하우징으로 형성되는 공간을 유효하게 이용할 수 있고, 소형화할 수도 있다.
또한, 웨어러블 디바이스는, 웨어러블 카메라, 웨어러블 마이크, 웨어러블 센서 등의 웨어러블 입력 단말이나, 웨어러블 디스플레이, 웨어러블 스피커 등의 웨어러블 출력 단말이나, 이들 기능을 겸하는 웨어러블 입출력 단말을 그 범주에 포함한다. 또한, 웨어러블 디바이스는, 각 장치의 제어나 데이터의 계산 또는 가공을 수행하는 장치(대표적으로는 CPU)를 갖는 웨어러블 컴퓨터를 그 범주에 포함한다. 또한, 웨어러블 디바이스는, 데이터의 기록, 송신, 수신을 수행하는 장치(대표적으로는 휴대 정보 단말, 메모리 등)도 그 범주에 포함한다.
플렉시블 이차 전지를 적용한 전자 기기로서는, 예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이나 고글형 디스플레이 등의 표시 장치, 텔레비전(텔레비전 수신기라고도 함), 데스크톱형이나 노트북형 등의 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 전자 수첩, 전자 서적 단말, 전자 번역기, 장난감, 마이크로폰 등의 음성 입력 기기, 전기 면도기, 전동 칫솔, 전자레인지 등의 고주파 가열 장치, 전기 밥솥, 전기 세탁기, 전기 청소기, 온수기, 선풍기, 모발 건조기, 가습기나 제습기나 에어컨디셔너 등의 공기 조화 설비, 식기 세척기, 식기 건조기, 의류 건조기, 이불 건조기, 전기 냉장고, 전기 냉동고, 전기 냉동 냉장고, DNA 보존용 냉동고, 손전등, 전동 공구, 연기 감지기, 가스 경보 장치나 방범 경보 장치 등의 경보 장치, 산업용 로봇, 보청기, 심장 페이스메이커, X선 촬영 장치, 방사선 측정기, 전기 마사지기나 투석 장치 등의 건강 기기나 의료 기기, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 조명 장치, 헤드폰, 스테레오, 리모트 컨트롤러, 탁상 시계나 벽걸이 시계 등의 시계, 무선 전화기의 수화기, 트랜스시버, 보수계, 계산기, 디지털 오디오 플레이어 등의 휴대형 또는 설치형 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
또한, 플렉시블 이차 전지를, 가옥이나 빌딩의 내벽 또는 외벽이나, 자동차의 내장 또는 외장의 곡면을 따라 제공할 수도 있다.
도 15의 (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 구비한다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 이차 전지(7407)를 갖는다.
도 15의 (B)는 휴대 전화기(7400)를 만곡시킨 상태를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)를 외부의 힘으로 변형시켜 전체를 만곡시키면, 그 내부에 제공된 이차 전지(7407)도 만곡된다. 이때 만곡된 이차 전지(7407)의 상태를 도 15의 (C)에 도시하였다. 이차 전지(7407)는 래미네이트 구조의 축전지(적층 구조 전지, 필름 외장 전지라고도 불림)이다. 이차 전지(7407)는 만곡된 상태로 고정되어 있다. 또한, 이차 전지(7407)는 집전체(7409)에 전기적으로 접속된 리드 전극(7408)을 갖는다. 예를 들어, 이차 전지(7407)의 외장체인 필름에 엠보싱 가공이 수행되어 있으므로, 이차 전지(7407)는 만곡된 상태에서도 신뢰성이 높은 구성을 갖는다. 또한, 휴대 전화기(7400)에는 SIM 카드를 삽입하기 위한 슬롯이나, USB 메모리 등의 USB 디바이스를 접속시키는 커넥터부 등을 제공하여도 좋다.
도 15의 (D)는 휠 수 있는 휴대 전화의 일례를 도시한 것이다. 아래팔에 감는 형상으로 휘면, 도 15의 (E)에 도시된 팔찌형 휴대 전화로 할 수 있다. 휴대 전화(7100)는 하우징(7101), 표시부(7102), 조작 버튼(7103), 및 이차 전지(7104)를 구비한다. 또한, 휜 상태의 이차 전지(7104)를 도 15의 (F)에 도시하였다. 이차 전지(7104)는 휘어진 상태로 사용자의 팔에 장착될 때에 하우징이 변형되어 이차 전지(7104)의 일부 또는 전체의 곡률이 변화된다. 구체적으로는, 곡률 반경이 10mm 이상 150mm 이하의 범위 내에서 하우징 또는 이차 전지(7104)의 주된 표면의 일부 또는 전체가 변화된다. 또한, 이차 전지(7104)는 집전체(7106)에 전기적으로 접속된 리드 전극(7105)을 갖는다. 예를 들어, 이차 전지(7104)의 외장체인 필름의 표면에 복수의 요철을 형성하는 프레스 가공이 수행되어 있으므로, 곡률을 변화시켜 이차 전지(7104)를 휘는 횟수가 많아도 높은 신뢰성을 유지할 수 있는 구성으로 되어 있다. 또한, 휴대 전화(7100)에는 SIM 카드를 삽입하기 위한 슬롯이나, USB 메모리 등의 USB 디바이스를 접속시키는 커넥터부 등을 제공하여도 좋다. 또한, 도 15의 (D)에 도시된 휴대 전화의 중앙 부분을 접으면 도 15의 (G)에 도시된 바와 같은 형상으로 할 수도 있다. 또한, 휴대 전화의 중앙 부분을 더 접고, 도 15의 (H)에 도시된 바와 같이 휴대 전화의 단부가 서로 중첩되도록 하여 소형화시키고, 사용자의 주머니 등에 넣는 크기로 할 수 있다. 이와 같이, 도 15의 (D)에 도시된 휴대 전화는, 복수의 형상으로 변화시킬 수 있는 전자 기기이며, 이를 실현하기 위해서는 적어도 하우징(7101), 표시부(7102), 및 이차 전지(7104)가 가요성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같은 웨어러블(wearable) 디바이스에, 실시형태 1에서 설명한 축전 장치를 탑재할 수 있다.
예를 들어, 도 16의 (A)에 도시된 바와 같은 안경형 디바이스(400)에 탑재할 수 있다. 안경형 디바이스(400)는 프레임(400a)과 표시부(400b)를 갖는다. 만곡을 갖는 프레임(400a)의 다리(temple) 부분에 축전 장치를 탑재함으로써, 중량의 균형이 좋고 계속 사용 가능 시간이 긴 안경형 디바이스(400)로 할 수 있다.
또한, 헤드셋형 디바이스(401)에 탑재할 수 있다. 헤드셋형 디바이스(401)는 적어도 마이크로폰부(401a), 플렉시블 파이프(401b), 이어폰부(401c)를 갖는다. 플렉시블 파이프(401b) 내나 이어폰부(401c) 내에 축전 장치를 제공할 수 있다.
또한, 몸에 직접 장착할 수 있는 디바이스(402)에 탑재할 수 있다. 디바이스(402)의 박형 하우징(402a) 내에 축전 장치(402b)를 제공할 수 있다.
또한, 옷에 장착할 수 있는 디바이스(403)에 탑재할 수 있다. 디바이스(403)의 박형 하우징(403a) 내에 축전 장치(403b)를 제공할 수 있다.
또한, 손목시계형 디바이스(405)에 탑재할 수 있다. 손목시계형 디바이스(405)는 표시부(405a) 또는 벨트부(405b)를 갖고, 표시부(405a) 또는 벨트부(405b)에 축전 장치를 제공할 수 있다.
표시부(405a)에는 시각뿐만이 아니라 문자나 전화의 착신 등, 다양한 정보를 표시할 수 있다.
또한, 손목시계형 디바이스(405)는 팔에 직접 감는 타입의 웨어러블 디바이스이므로 사용자의 맥박, 혈압 등을 측정하는 센서를 탑재하여도 좋다. 사용자의 운동량 및 건강에 관한 데이터를 축적하여 건강 유지에 유용하게 쓸 수 있다.
또한, 벨트형 디바이스(406)에 탑재할 수 있다. 벨트형 디바이스(406)는 벨트부(406a) 및 무선 급전 수전부(406b)를 갖고, 벨트부(406a) 내부에 축전 장치를 탑재할 수 있다.
도 16의 (B)는 정보 처리 장치(200)의 외관의 일례를 설명하는 투영도이다. 본 실시형태에서 설명하는 정보 처리 장치(200)는 연산 장치(210)와, 입출력 장치(220)와, 표시부(230)와, 축전 장치(250)를 갖는다.
정보 처리 장치(200)는 통신부를 갖고, 통신부는 네트워크에 정보를 공급하여 네트워크로부터 정보를 취득하는 기능을 구비한다. 또한, 통신부(290)를 사용하여 특정의 공간에 배신된 정보를 수신하고, 수신한 정보에 의거하여 화상 정보를 생성하여도 좋다. 예를 들어, 학교 또는 대학 등의 교실에서 배신되는 교재를 수신하여 표시함으로써 교과서에 사용할 수 있다. 또는, 기업 등의 회의실에서 배신되는 자료를 수신하여 표시할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 전지를 제작하였다. 여기서는, 상기 실시형태 1의 제작 방법예 1에서 예시한 방법에 의거하여 제작하였다.
한쪽 면에 양극 활물질층을 갖는 알루미늄박의 양극 집전체와, 한쪽 면에 음극 활물질층을 갖는 구리박의 음극 집전체를 각각 6장 준비하였다. 양극 활물질로서 LiCoO2를 사용하고 음극 활물질로서 흑연을 사용하였다.
또한, 양극 집전체는 활물질이 도포된 면과 반대 측의 면끼리 중첩시킨 후, 한 쌍의 양극 집전체가 봉지 형상의 세퍼레이터로 덮인 것을 사용하였다.
이어서, 도 17의 (A)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터로 덮인 양극 집전체와 음극 집전체를, 길이 방향으로 어긋나도록 적층하였다. 이어서, 도 17의 (B)에 도시된 바와 같이, 양극 집전체 및 음극 집전체의 각각의 탭부에 리드를 초음파 접합에 의하여 접합하였다. 도 17의 (C)는 도 17의 (B)의 확대도이다.
다음에, 도 18의 (A)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 접합부를 덮도록 절연 부재로서 폴리이미드 테이프를 감았다. 도 18의 (B)는 뒤집었을 시의 사진이고, 도 18의 (C)는 도 18의 (A)의 확대도이다.
이어서, 양극 집전체 및 음극 집전체의 탭부를 되접어 꺾었다. 그 후, 접합부를 포함하는 한 쌍의 탭부와, 양극 집전체와, 음극 집전체를 고정하기 위하여, 고정 부재로서 폴리이미드 테이프를 감았다. 도 19의 (B)는 접합부 측의 사진이고, 도 19의 (A)는 뒤집었을 때의 사진이고, 도 19의 (C)는 도 19의 (B)의 확대도이다.
상술한 바와 같이 하여 전극 부재가 완성되었다.
이어서, 상기 전극 부재를 외장체에 끼워, 사이드 실 및 톱 실을 형성함으로써, 전지를 제작하였다.
외장체에는 폴리프로필렌, 알루미늄박, 및 나일론이 순차적으로 적층된 두께 약 70μm의 알루미늄래미네이트 필름을 사용하였다. 또한 물결의 피치가 2mm, 볼록부와 오목부의 높이의 차가 0.5mm가 되도록 가공된 필름을 사용하였다.
필름의 실부를 형성하기 위한 접합은 표면이 평탄한 형(히트 바(heat bar))을 사용하여 행하였다. 사이드 실에는 폭 1mm의 히트 바를 사용하고, 톱 실에는 리드 부분과 대향하는 위치에 홈이 제공된 폭 2mm의 히트 바를 사용하였다.
도 20의 (A) 및 (B)에 제작된 전지의 외관 사진을 나타내었다. 이와 같이, 톱 실 및 사이드 실은 매우 평탄하게 형성되어 있고, 또한 필름의 단부에 가까운 부분에서는 중앙 부분에 비하여 물결의 주기가 길며 물결의 진폭이 작게 되도록 필름의 일부가 변형되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이상이 실시예 1의 설명이다.
본 실시예는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
[실시예 2]
아래에서는, 본 발명의 일 형태의 전지와, 비교를 위한 전지를 각각 제작하여, 그 내부 결과와, 반복 휨 시험 전후의 전기 특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다.
[시료의 제작]
먼저, 이하의 3종류의 시료(비교 시료 1, 비교 시료 2, 시료 1)를 제작하였다.
양극 집전체에는, 폭 9mm의 알루미늄박을 사용하고, 음극 집전체에는 폭 10mm의 구리박을 사용하였다. 여기에서는, 각각 한쪽 면에 활물질층을 갖는 양극 집전체와 음극 집전체를 각각 6장 적층하였다.
시료 1은 상기 실시예 1과 같은 방법에 의하여 제작하였다. 또한, 시료 1에는 외장체로서 미리 엠보싱 가공된 폭 16mm의 알루미늄래미네이트 필름을 사용하였다.
비교 시료 1 및 비교 시료 2는 리드와 집전체와의 고정 부분을 접합부만으로 한 조건으로 제작하였다. 비교 시료 1 및 비교 시료 2도, 시료 1과 마찬가지로, 미리 엠보싱 가공된 알루미늄래미네이트 필름을 외장체에 사용하였다. 또한, 비교 시료 1의 외장체에는 폭 15mm의 알루미늄래미네이트 필름을 사용하였다. 비교 시료 2의 외장체에는 시료 1과 같은 폭 16mm의 알루미늄래미네이트 필름을 사용하였다.
[내부 구조의 관찰]
제작된 비교 시료 2와, 시료 1에 대하여, X선 CT(X-ray computed tomography)를 사용하여 전지의 내부를 관찰하였다.
도 21의 (A), (B), 및 (C)에 비교 시료 2에 대하여 촬영한 투과 X선 사진을 나타내었다. 도 21의 (A)는 가로 방향의 사진이고, 도 21의 (B)는 평면시에서의 사진이고, 도 21의 (C)는, 도 21의 (A)의 탭부 근방을 확대한 사진이다.
여기서, X선은 경원소일수록 투과하기 쉽기 때문에 알루미늄박을 사용한 외장체 및 양극 집전체 등은 비치는 화상이 된다.
도 21의 (C)에 나타낸 바와 같이 리드와 탭과의 접합부는 집전체의 활물질층을 갖는 영역이 적층된 부분과 떨어진 위치에 제공되어 있다.
도 22의 (A), (B), 및 (C)에 시료 1에 대하여 촬영된 투과 X선 사진을 나타내었다. 도 22의 (C)에 나타낸 바와 같이, 집전체의 탭부가 되접어 꺾인 것을 알 수 있다. 또한, 집전체와 리드와의 접합부가, 집전체가 적층된 부분과 중첩되어 있는 것이 확인되었다.
또한, 비교 시료 1은 비교 시료 2에 대하여 외장체의 폭만 상이하므로, 도면은 생략한다.
[휨시험]
이어서, 비교 시료 1, 비교 시료 2, 및 시료 1에 대하여, 휨시험을 반복적으로 행하였다. 휨시험은 곡률 반경 25mm로 휜 상태와, 평탄한 상태를 반복하였다.
비교 시료 1은 6000번의 휨시험 후에, 외장체의 파손이 보이며, 전해액의 누설이 확인되었다. 비교 시료 1의 외장체의 파손 개소는 외장체와 음극 집전체의 단부가 접촉하는 부분에 위치하였다.
한편, 비교 시료 2 및 시료 1은, 10000번의 휨시험 후에도 외장체의 파손은 보이지 않고, 전해액의 누설도 없었다.
[내부 구조의 관찰 1]
도 23의 (A), (B), 및 (C)는 각 시료의 휨시험 전의, 단면의 X선 CT 이미지를 나타낸 것이다. 도 23의 (A)는 비교 시료 1, 도 23의 (B)는 비교 시료 2, 도 23의 (C)는 시료 1의, 외장체의 곡선을 따른 단면이다.
여기서, 식(2)에서 a의 값을 어림잡았다. 여기서, L은 한 쌍의 사이드 실 간의 거리, W는 음극 집전체의 폭, t는 전극 부재의 두께(외측에 위치하는 2개의 음극 집전체 간의 거리)이다.
[수학식 2]
비교 시료 1에 대하여 어림잡은 a의 값은, 0.66이었다. 한편, 비교 시료 2에 대하여 어림잡은 a의 값은 1.04이고, 시료 1에 대하여 어림잡은 a의 값은 1.03이었다.
상술한 결과로부터, 비교 시료 1에서는 각 음극 집전체 단부와 사이드 실 사이의 틈의 폭이, 두께의 0.7배 미만인 것을 알았다. 휨시험의 결과에서 비교 시료 1에서는 음극 집전체의 단부가 외장체와 접촉되어 외장체가 파손된 것으로부터 이 정도의 공간으로는 충분하지 않다는 것을 알 수 있다.
한편, 비교 시료 2 및 시료 1에서는 각 음극 집전체 단부와 사이드 실 사이의 틈의 폭이, 두께의 0.8배 이상이다. 휨시험의 결과로부터 10000번 반복하여도 파손이 보이지 않으므로 이들의 사이의 공간이 충분히 확보된 것이 확인되었다.
[충방전 특성]
각 시료에 대하여, 휨시험 전후에서의 충방전 특성을 측정하였다.
* 도 24의 (A) 및 (B)에 비교 시료 1의 특성을 나타내었다. 도 24의 (A)는 휨시험 전의 특성이고, 도 24의 (B)는 3000번의 휨시험 후의 특성이다. 각 도면에 있어서, 세로축에 전압을, 가로축에 양극 활물질의 단위 중량당 용량을, 각각 나타내었다. 도 24의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 휨시험에 의하여 용량의 저하가 확인되었다.
도 25의 (A) 및 (B)에 비교 시료 2의 특성을 나타내었다. 도 25의 (B)는 10000번의 휨시험 후의 특성이다. 이와 같이, 비교 시료 2에서는 외장체의 파손이 보이지 않았으나, 휨시험으로 인한 용량의 저하가 확인되었다.
도 26의 (A) 및 (B)에 시료 1의 특성을 나타내었다. 도 26의 (B)는 10000번의 휨시험 후의 특성이다. 시료 1에서는 휨시험 전후에 있어서, 용량의 저하가 거의 보이지 않았다. 휨시험 전의 방전 용량은 134.0[mAh/g]인 한편, 시험 후의 방전 용량은 133.3[mAh/g]였다.
[내부 구조의 관찰 2]
이어서, 휨시험을 10000번 행한 비교 시료 2와 시료 1에 대하여, 다시 투과 X선 사진을 촬영하고, 내부 구조를 관찰하였다.
도 27의 (A)에 비교 시료 2의 탭부 근방의 가로 방향의 투과 X선 사진을 나타내었다. 도면 중, 파선으로 둘러싸인 부분에 나타낸 바와 같이, 음극 집전체의 일부가 파단되어 있는 것이 확인되었다. 이것으로부터 상기 용량의 저하는 탭부의 파단에서 기인하는 것으로 생각된다.
도 27의 (B)에 시료 1의 탭부 근방의 가로 방향의 투과 X선 사진을 나타내었다. 휨시험을 행하기 전의 투과 X선 사진(도 22의 (C) 참조)과 비교하여도, 거의 변화가 없는 것이 확인되었다.
상술한 결과로부터, 본 발명의 일 형태에 따른 전지는 휘었다 폈다를 반복하여도 용량의 저하가 거의 보이지 않고, 신뢰성이 매우 높은 전지인 것이 확인되었다.
이상이 실시예 2에 대한 설명이다.
본 실시예는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에서 기재하는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합하여 실시될 수 있다.
10: 전극 부재
10a: 전극 부재
11a: 집전체
11b: 집전체
12a: 리드
12b: 리드
13a: 활물질층
13b: 활물질층
14: 세퍼레이터
14a: 세퍼레이터
15a: 접합부
15b: 접합부
16: 절연 부재
16a: 절연 부재
16b: 절연 부재
17: 고정 부재
18: 절연 부재
18a: 절연 부재
18b: 절연 부재
18c: 절연 부재
21a: 탭부
21b: 탭부
22a: 전극부
22b: 전극부
50: 전지
51: 외장체
61: 꺾음부
62: 실부
63: 실부
71: 능선
72: 곡선
73: 공간
200: 정보 처리 장치
210: 연산 장치
220: 입출력 장치
230: 표시부
250: 축전 장치
290: 통신부
400: 안경형 디바이스
400a: 프레임
400b: 표시부
401: 헤드셋형 디바이스
401a: 마이크로폰부
401b: 플렉시블 파이프
401c: 이어폰부
402: 디바이스
402a: 하우징
402b: 축전 장치
403: 디바이스
403a: 하우징
403b: 축전 장치
405: 손목시계형 디바이스
405a: 표시부
405b: 벨트부
406: 벨트형 디바이스
406a: 벨트부
406b: 무선 급전 수전부
7100: 휴대 전화
7101: 하우징
7102: 표시부
7103: 조작 버튼
7104: 이차 전지
7105: 리드 전극
7106: 집전체
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7407: 이차 전지
7408: 리드 전극
7409: 집전체

Claims (10)

  1. 전지로서,
    제 1 리드;
    제 2 리드;
    제 1 집전체; 및
    제 2 집전체
    를 포함하고,
    상기 제 1 집전체는 상기 제 1 리드와 접합된 제 1 부분과, 제 1 활물질이 도포된 제 2 부분을 포함하고,
    상기 제 2 집전체는 상기 제 2 리드와 접합된 제 3 부분과, 제 2 활물질이 도포된 제 4 부분을 포함하고,
    상기 제 1 부분은 상기 제 1 방향으로 접히는 형상을 갖고, 이 결과로서 상기 제 1 부분의 일부, 상기 제 1 리드, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 4 부분이 서로 중첩되고, 또한 상기 제 1 리드가 제 1 방향에 대향하는 제 2 방향으로 연장되고,
    상기 제 3 부분은 상기 제 3 방향으로 접히는 형상을 갖고, 이 결과로서 상기 제 3 부분의 일부, 상기 제 2 리드, 상기 제 2 부분, 및 상기 제 4 부분이 서로 중첩되고, 또한 상기 제 2 리드가 제 3 방향에 대향하는 제 4 방향으로 연장되는, 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    절연성 고정 부재;
    상기 제 1 리드, 상기 제 1 집전체, 및 상기 제 2 집전체는 상기 제 1 리드, 상기 제 1 집전체, 및 상기 제 2 집전체가 서로 중첩되는 부분에서 상기 절연성 고정 부재에 의해 고정되며,
    상기 제 2 리드, 상기 제 1 집전체, 및 상기 제 2 집전체는 상기 제 2 리드, 상기 제 1 집전체, 및 상기 제 2 집전체가 서로 중첩되는 부분에서 상기 절연성 고정 부재에 의해 고정되는, 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전체는 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에서 되접어 꺾이고,
    상기 제 1 리드, 상기 제 1 부분, 및 상기 제 2 부분은 서로 중첩되고,
    상기 제 2 집전체는 상기 제 3 부분과 상기 제 4 부분 사이에서 되접어 꺾이며,
    상기 제 2 리드, 상기 제 3 부분, 및 상기 제 4 부분은 서로 중첩되는, 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 집전체는, 상기 제 1 집전체의 한 면이 외측이 되도록, 되접어 꺾이고, 상기 제 1 집전체의 상기 면은 상기 제 1 리드와 접합되고,
    상기 제 2 집전체는, 상기 제 2 집전체의 한 면이 외측이 되도록 되접어 꺾이고, 상기 제 2 집전체의 상기 면은 상기 제 2 리드와 접합되는, 전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    제 1 절연성 부재; 및
    제 2 절연성 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 제 1 부분의 상기 일부 및 상기 제 2 부분은 상기 제 1 절연성 부재를 개재하여 서로 중첩되며,
    상기 제 3 부분의 상기 일부 및 상기 제 4 부분은 상기 제 2 절연성 부재를 개재하여 서로 중첩되는, 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 절연성 부재는 상기 제 1 부분 및 상기 제 1 리드를 피복하고,
    상기 제 2 절연성 부재는 상기 제 3 부분 및 상기 제 2 리드를 피복하는, 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    외장체를 더 포함하고,
    상기 외장체는 필름상의 형상을 갖고, 상기 제 1 집전체 및 상기 제 2 집전체를 사이에 두도록 둘로 접히고,
    상기 외장체는,
    상기 제 1 집전체 및 상기 제 2 집전체를 사이에 두는 한 쌍의 제 1 실부(seal portion); 및
    상기 제 1 리드 및 상기 제 2 리드와 중첩되는 제 2 실부를 포함하고,
    상기 제 2 실부는 상기 제 2 방향 및 상기 제 4 방향에 직교하는 제 5 방향으로 연장되며,
    상기 외장체는 상기 제 1 집전체 및 상기 제 2 집전체와 중첩되는 영역에서 상기 제 2 실부와 실질적으로 평행한 물결 형상을 갖는, 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 실부 및 상기 제 2 실부는 상기 물결 형상을 갖지 않고 평탄한, 전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 실부 각각과, 상기 제 1 집전체의 단부 또는 상기 제 2 집전체의 단부 사이의 거리는 상기 제 1 집전체 및 상기 제 2 집전체를 포함하는 적층체의 두께의 0.8배 이상 3.0배 이하인, 전지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 1 실부 사이의 거리와, 상기 제 1 집전체의 폭 또는 상기 제 2 집전체의 폭과의 차가, 상기 제 1 집전체 및 상기 제 2 집전체를 포함하는 적층체의 두께의 1.6배 이상 6.0배 이하인, 전지.

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