KR20140117513A - 이차전지 - Google Patents

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가부시키가이샤 니혼 마이크로닉스
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Abstract

본 발명은 축전층을 양극층과 음극층으로 끼운 전고체형 이차전지 구조를 단층 이차전지로서 적용한, 용적면, 작업면, 위치결정면 등의 1 이상의 관점에서, 종래보다 양호한 이차전지를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 이차전지는, 축전층이 양전극층 및 음전극층으로 끼워진 시트상 단층 이차전지를, 절첩방향을 교대로 역방향으로 바꾸어 2회 이상 접어 포갠 절첩 단층 이차전지를 적용하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지{Secondary Cell}
본 발명은, 이차전지에 관한 것으로, 예를 들어 금속 산화물의 광여기 구조 변화를 이용하고, 밴드갭 중에 새로운 에너지 준위를 형성하여 전자를 포획하는 동작원리에 근거한 이차전지(이하, 양자전지라 부름)에 적용할 수 있다.
이차전지로는, 니켈 수소전지(Ni-MH)나 리튬 이온 이차전지(LIB) 등이 알려져 있다. 한편, 최근, 소형이면서 대용량의 전지가 요구되고 있다. 그 때문에, 단독으로 이차전지로서 기능하는 단위(이하 단층전지라 부름)를 복수 겹치는 것이 행해지고 있다.
비특허문헌 1의 319페이지∼320페이지에는, 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같은 원통형 및 사각기둥형 니켈 수소전지(Ni-MH)의 구조가 기재되어 있다. 원통형 전지(1A)는, 소정형상의 박판상의 양극(2) 및 음극(3)을, 세퍼레이터(4)를 사이에 두고 소용돌이 형상으로 감아(소용돌이는 단층전지를 겹치면 볼 수 있다), 원통형 케이스(5)에 삽입하고, 전해액을 주입 후에 밀폐하여 전지로서 완성시키고 있다. 사각기둥형 전지(1B)는, 소정형상의 박판상의 양극(2) 및 음극(3) 사이에 세퍼레이터(4)를 둔 구조를 적층하여, 사각기둥형 케이스(5)에 삽입하고, 전해액을 주입 후에 밀폐하여 전지로서 완성시키고 있다.
특허문헌 1에는, 도 3에 나타낸 것과 같은 사각기둥형 리튬 이온 이차전지의 내부구조(극판군)가 기재되어 있다. 지그재그로 구부러진 세퍼레이터(4)의 연속체의 홈 내에 양극판(2)과 음극판(3)을 교대로 삽입하고, 지그재그 방향으로 눌러 편평하게 한 극판군(1C)이 기재되어 있다. 이와 같은 극판군이 사각기둥형 외장통에 삽입되고, 전해액이 주입된 후에 밀폐되어 사각기둥형 전지로서 완성된다.
또, 최근, 고체 박막화하여 구성되는 전(全)고체형 이차전지가 연구, 개발되고 있어, 소형화를 실현하는 이차전지로서 기대되고 있다. 도 4에는, 전고체형의 이차전지의 구성을 나타내는 사시도 및 단면도를 나타내고 있다. 도 4는, 양극단자 및 음극단자 등의 단자부재, 외장부재나 피복부재 등의 실장(實裝)부재 등을 생략하고 있다. 전고체형 이차전지(1D)는, 음극층(3)과 양극층(2) 사이에 충방전 시에 내부변화를 일으키는 고체 층(이하, 축전층이라 부른다)(6)을 갖는 것이다. 전고체형 이차전지(1D)로는, 상술한 양자전지나, 전고체형 리튬 이온 이차전지 등이 있다. 양자전지의 경우, 음극층(3)과 양극층(2) 사이에, 충전동작으로 전자를 축적(포획)하고, 방전동작으로 축적한 전자를 방출하는 층(후술하듯이 이 층을 충전층이라 부른다)이 설치되어 있고, 이 충전층이 축전층(6)에 해당한다. 또, 전고체형 리튬 이온 이차전지의 경우, 음극층(3)과 양극층(2) 사이에, 고체 전해질층이 설치되어 있고, 이 고체 전해질층이 축전층(6)에 해당한다. 또한, 도 4에 나타낸 구조를 단층전지로서 적층하는 경우에는, 축전층(6)의 주위 등에, 음극층(3)과 양극층(2)을 절연하거나, 축전층(6)의 주위를 보호하는 실(seal)(7)을 설치하는 것이 바람직하다(다만, 실(7)은 필수 구성요소는 아니다).
전고체형 이차전지(1D)도, 주지와 같이, 단층전지를 직렬로 적층함으로써 단자전압을 높일 수 있고, 단층전지를 병렬로 적층함으로써 전류용량을 크게 할 수 있다.
도 5는, 이차전지(1D)를 단층전지로 하고, 복수의 단층전지를 직렬로 접속한, 용이하게 생각할 수 있는 이차전지(1E)를 나타낸 단면도이다. 이차전지(1E)에서의 중간의 단층전지(1D)는 그 음극층(3)의 아랫면이 1단 아래의 단층전지의 양극층(2)의 윗면과 접촉하고 있고, 최하단의 단층전지는 그 음극층(3)의 아랫면은 음극단자판 또는 음극단자층(이하, 음극단자판이라 부름)(8)의 윗면과 접촉하고 있고, 최상단의 단층전지는 그 양극층(2)의 윗면은 양극단자판 또는 양극단자층(이하, 양극단자판이라 부름)(9)의 아랫면과 접촉하고 있다. 음극단자판(8) 및 양극단자판(9)은 각각, 도시하지 않은 실장부재의 외부로 음극단자, 양극단자를 노출시키기 위한 연장부(8a, 9a)를 갖고 있다. 이차전지(1D)의 단자전압이 V0, 전류용량이 I0(=I×t(Ah))이고, 이차전지(1D)의 적층 수(직렬접속 수)를 N이라 하면, 이차전지(1E)의 단자전압은 N×V0(예를 들어, 적층 수가 6이면 6×V0)이고, 전류용량은 I0이 된다.
도 6은, 이차전지(1D)를 단층전지로 하고, 복수의 단층전지를 병렬로 접속한, 용이하게 생각할 수 있는 이차전지(1F)를 나타낸 단면도이다. 이차전지(1F)에서의 각 단층전지(1D)는 각각, 음극단자판(8) 및 양극단자판(9)에 끼워져 지지되어 있고, 한 단층전지에 따른 양극단자판(9)과, 그 상단의 단층전지에 따른 음극단자판(8) 사이에는 절연층(10)이 설치되어 있다. 복수의 음극단자판(8)은 음극단자 연결부(8b)에 의해 연결되어 있고, 복수의 양극단자판(9)은 양극단자 연결부(9b)에 의해 연결되어 있고, 음극단자 연결부(8b) 및 양극단자 연결부(9b)는 각각, 도시하지 않은 실장부재의 외부로 음극단자, 양극단자를 노출시키기 위한 연장부(8a, 9a)를 갖고 있다. 이차전지(1D)의 단자전압이 V0, 전류용량이 I0이고, 이차전지(1D)의 적층 수(병렬접속 수)를 N이라 하면, 이차전지(1F)의 단자전압이 V0이고, 용량은 N×I0(예를 들어, 적층 수가 6이면 6×I0)이 된다.
높은 단자전압으로 큰 전류용량의 이차전지를 실현하는 데는, 단층전지의 직렬적층과 병렬적층을 조합시키면 된다. 예를 들어, 도 6의 음극단자판(8) 및 양극단자판(9)에 끼워져 지지되어 있는 단층전지(D1) 부분을, 복수의 단층전지를 직렬로 적층한 것과 교체함으로써, 높은 단자전압으로 큰 전류용량의 이차전지를 구성할 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허 특개2009-140707호
비특허문헌 1: 전기화학회 전지기술위원회 편찬, 「전지 핸드북」, 주식회사 오무사, 평성22년(2010년) 2월 발행
도 1∼도 3에 나타낸 종래의 이차전지에서는, 인접하는 단층전지의 양극과 음극을 절연시키기 위해 세퍼레이터를 배치시킬 필요가 있고, 또 전해액의 수용공간을 확보하기 때문에, 전지의 전체용적을 작게 하는 것이 곤란하였다. 또, 도 1∼도 3에 나타낸 이차전지에서는, 화학반응을 이용하고 있기 때문에, 충방전 성능이 열화하거나, 수명이 저하한다. 또, 전해액을 사용하고 있기 때문에 액이 샐 위험이 따르고 있다. 게다가, 리튬 이온형 이차전지에서는, 과충전, 충방전에 의해 신뢰성이 저하하거나, 전해액을 사용하고 있기 때문에 전극 사이가 단락할 우려가 있다.
전해액을 이용함에 따른 불편함은, 전고체형 이차전지에 의해 많은 부분이 해결된다.
상술한 바와 같이, 복수의 단층전지를 병렬 접속시킴으로써, 이차전지의 전류용량을 크게 할 수 있다. 그러나, 이와 같은 이차전지(1F)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 인접하는 단층전지의 음극단자판(8) 및 양극단자판(9) 사이에 절연층(10)을 설치하지 않으면 안되고, 또, 단층전지의 음극층(3)의 수만큼 음극단자판(8)을 설치함과 동시에, 단층전지의 양극층(2)의 수만큼 양극단자판(9)을 설치하지 않으면 안되어, 이차전지(1F)의 용적이 커진다.
일반적으로, 전지의 용적효율은, 전지의 전체용적에 대한 전지의 실효용적의 비율로 구해진다. 이차전지의 충전주기를 고려하면, 이차전지의 전류용량을 크게 하는 것이 요구되지만, 전류용량을 크게 해도 전지의 전체용적이 작은 것이 바람직하다. 또, 전지의 전체용적이 작아지면, 이차전지의 소형화에도 이어진다. 음극단자판(8) 및 양극단자판(9)은 전지의 구성상 필요한 것이지만, 절연층(10)은 어쩔 수 없이 설치해 있는 것이고, 용적효율을 저하시키는 큰 원인이 되고 있다.
원하는 전류용량이 커지면 커질수록, 병렬 접속하는 단층전지의 적층 수를 증대시키면 된다. 그러나, 적층 수의 증대에 따라, 절연층(10)의 수도 증가해 버려(음극단자판(8)이나 양극단자판(9)의 수도 늘어난다), 전체용적을 일단 크게 한다.
병렬 접속이라도, 직렬 접속이라도, 복수의 단층전지를 적층하는 이차전지에서는, 각 단층전지의 위치 맞춤의 요구가 높다. 도 6에 나타낸 이차전지(1F)의 경우, 음극단자 연결부(8b)나 양극단자 연결부(9b)가 단층전지(1D)에 가까운 쪽(도 6의 극간 L이 짧은 쪽)이 전체용적의 경감 면에서 바람직하다. 예를 들어, 어느 한 단층전지가 도 6의 오른쪽으로 어긋나 적층되고, 그 단층전지의 음극층(3)이 양극단자 연결부(9b)에 접한 경우에는 단락 경로가 형성되어 버린다. 그 때문에, 각 단층전지의 위치 맞춤의 요구가 높고, 제조효율의 저하를 초래할 가능성도 있다.
또, 적층 공정에서는, 적층 수만큼의 단층전지를 적층 처리하지 않으면 안되어, 제조공정 수가 많은 것으로 되어 있다.
그 때문에, 축전층을 양극층과 음극층으로 끼운 전고체형 이차전지 구조를 단층 이차전지로서 적용한 이차전지로서, 용적면, 제조면, 위치결정면 등의 1 이상의 관점에서, 종래의 이차전지보다 양호한 이차전지가 요구되고 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 이차전지는, 축전층이 양전극층 및 음전극층으로 끼워진 시트상 단층 이차전지를, 절첩(折疊)방향을 교대로 역방향으로 바꾸어 2회 이상 접어 포갠 절첩 단층 이차전지를 적용하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 시트상 단층 이차전지를, 절첩방향을 교대로 역방향으로 바꾸어 2회 이상 접어 포갠 절첩 단층 이차전지를 적용하고 있기 때문에, 절연층을 전무 또는 적게 하여 용적을 억제할 수 있다. 부품 수를 억제할 수 있어 제조를 효율화할 수 있고, 양극단자 부재 또는 음극단자 부재를 접어 포갠 내부 간극에 삽입하여 위치결정 정밀도를 높일 수 있는 등의 효과 몇 가지를 달성할 수 있다.
도 1은 종래의 원통형 니켈 수소전지(Ni-MH)의 내부 구조를 일부 잘라 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 사각기둥형 니켈 수소전지(Ni-MH)의 내부 구조를 일부 잘라 나타낸 사시도이다.
도 3은 특허문헌 1에 기재된 사각기둥형 리튬 이온 이차전지의 내부 구조(극판군)를 나타낸 사시도이다.
도 4는 전고체형 이차전지의 구성을 나타내는 사시도 및 단면도를 나타내고 있다.
도 5는 전고체형 이차전지를 단층전지로 하고, 복수의 단층전지를 직렬로 접속한, 생각할 수 있는 이차전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 전고체형 이차전지를 단층전지로 하고, 복수의 단층전지를 병렬로 접속한, 생각할 수 있는 이차전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 7은 제1 실시형태의 이차전지의 제1 구성을 나타낸 단면도이다.
도 8은 제1 실시형태의 이차전지의 제2 구성을 나타낸 단면도이다.
도 9는 제2 실시형태의 이차전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 10은 제2 실시형태에 따른 다단 절첩 단층 양자전지를 얻기 위한 절첩 전의, 단층 양자전지를 다단으로 겹친 상태를 나타내는 단면도이다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 다단 절첩 단층 양자전지의 각 단마다의 절첩구조를 나타낸 단면도이다.
도 12는 제3 실시형태의 이차전지의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 13은 제3 실시형태에 따른 2단 절첩 단층 양자전지를 얻기 위한 절첩 전의, 단층 양자전지를 2단으로 겹친 상태를 나타내는 단면도이다.
도 14는 제4 실시형태의 이차전지의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 15는 설편(舌片) 부착 절첩 단층 양자전지의 제1예를 적용한, 제5 실시형태의 이차전지의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 16은 설편 부착 절첩 단층 양자전지의 제2예의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 17은 설편 부착 절첩 단층 양자전지의 제3예의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 18은 설편 부착 절첩 단층 양자전지의 제4예의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 19는 설편 부착 절첩 단층 양자전지의 제5예의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 20은 제1 변형 실시형태의 이차전지의 설명도이다.
도 21은 제2 변형 실시형태의 이차전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 22는 제3 변형 실시형태의 이차전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
(A) 양자전지에 대해서
이하에 설명하는 각 실시형태의 이차전지는, 양자전지의 기술을 적용한 것이다. 그래서, 각 실시형태의 설명에 앞서, 양자전지에 대해서 간단하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 양자전지는, 금속 산화물의 광여기 구조 변화를 이용하여, 밴드갭 중에 새로운 에너지 준위를 형성하여 전자를 포획하는 동작원리에 근거한 이차전지를 말한다.
양자전지는, 전고체형 이차전지이고, 단독으로 이차전지로서 기능하는 구성은 상술한 도 4에서 나타낼 수 있다. 즉, 양자전지(1D)는 음극층(3)과 양극층(2) 사이에 충전층(6)을 갖는 것이다.
충전층(6)은, 충전동작으로 전자를 모으고, 방전동작으로 축전전자를 방출하여, 충방전이 이루어지지 않은 상태로 전자를 유지(축전)하고 있는 층이고, 광여기 구조 변화 기술이 적용되어 형성되어 있다.
여기에서, 광여기 구조 변화는, 예를 들어 국제공개 WO/2008/053561에 기재되어 있고, 그 출원의 발명자(본원의 발명자이기도 하다)인 나카자와 아키라씨가 발견한 현상(기술)이다. 즉, 나카자와 아키라씨는 소정값 이상의 밴드갭을 갖는 반도체로서 투광성을 갖는 금속 산화물이, 절연 피복된 상태에서 유효한 여기 에너지가 주어지면, 밴드갭 내에 전자 부재(不在)의 에너지 준위가 다수 발생하는 것을 발견하였다. 양자전지는 이들 에너지 준위에 전자를 포획시킴으로써 충전하고, 포획한 전자를 방출시킴으로써 방전하는 것이다.
충전층(6)은, 절연 피막으로 덮인 n형 금속 산화물 반도체의 미립자가 음극층(3)에 대하여 박막상으로 부착되고, n형 금속 산화물 반도체가 자외선 조사에 의해 광여기 구조 변화를 일으켜, 전자를 모을 수 있도록 변화한 것이다.
양자전지의 경우, 양극층(2)은, 전극 본체층과, 충전층(6)에 접하도록 형성된 p형 금속 산화물 반도체층을 갖는다. p형 금속 산화물 반도체층은, 전극 본체층에서 충전층(6)으로의 전자의 주입을 방지하기 위해 설치되어 있다. 음극층(3)과 양극층(2)의 전극 본체층은 도전층으로서 형성된 것이면 된다.
이하에 설명하는 각 실시형태의 이차전지는, 도 4에 나타낸 단독으로 양자전지로서 기능하는 단위(이하, 단층 양자전지라 부른다)를 1 또는 복수 이용한 것이다. 각 실시형태에 공통하는 기술사상은, 단층 양자전지를, 절첩방향을 교대로 바꾸어 2회 이상 접어 포개어 이용한다는 점에 있다. 그 때문에, 단층 양자전지는, 절첩방향의 길이가, 절첩방향으로 필요한 길이의 절첩 회수 배(倍) 정도의 길이를 갖는 형상으로 형성되어 있다. 형상으로는, 사각형이 바람직하지만, 사각형에 한정되는 것은 아니고, 원형, 타원형, 육각형 등을 단위로 단위형상을 절첩방향으로 이은 형상이어도 좋다. 여기에서, 단층 양자전지의 형상은, 접어 포갠 후의 각 절첩부분의 도형이 완전히 다른 형상인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 단층 양자전지에서의 양극층(2) 및 음극층(3)의 막 두께는 10 nm∼1 ㎛ 정도로 할 수 있고, 충전층(6)의 막 두께는 50 nm∼10 ㎛ 정도로 할 수 있다. 즉, 단층 양자전지는 시트상의 전지로서 2회 이상 접어 포갤 수 있는 것이다. 또, 충전층(6)이 완전 고체층이기는 하지만 입자를 눌러 굳힌 층은 아니므로, 절곡(折曲)부분에서 손상하거나 균열이 생기거나 하는 일은 없다.
또한, 도 4에 대한 상술한 설명에서도 언급했듯이, 단층 양자전지에 있어서도, 실(7)은 필수 구성요소는 아니다. 접어 포갠 후에, 음극층(3)과 양극층(2) 사이의 단락 등의 불필요한 단락을 공극 등으로 방지할 수 있는 것이라면, 실(7)을 생략할 수 있다.
(B) 제1 실시형태
계속해서, 본 발명에 의한 이차전지의 제1 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 7은, 제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)의 구성을 나타낸 단면도이고, 상술한 도 4(B)와 동일한 방향에서 본 단면도이다. 도 7은 면방향의 치수보다 두께방향의 치수를 강조하여 나타내고 있다.
제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)는, 2회 이상 접어 포개어진(도 7에서는 2회의 예) 단층 양자전지(이하, 적절히 절첩 단층 양자전지라 부른다)(21)를 갖는다. 절첩 단층 양자전지(21)에 있어서, 아래에서 세어, 홀수 번째의 절곡부는 양극층(2)을 안쪽으로 하여 접어 포개어진 부분이고, 짝수 번째의 절곡부는 음극층(3)을 안쪽으로 하여 접어 포개어진 부분이고, 상술한 바와 같이, 교대로 절첩방향을 바꿈으로써, 절첩 단층 양자전지(21)는 주름구조를 갖고 있다. 원하는 전류용량에 따라 접어 포개기 전의 단층 양자전지의 형상을 정하고, 실장형상 등을 고려하여, 단층 양자전지의 절첩 회수를 선정하도록 해도 좋다.
단층 양자전지의 절첩에 의해 마주보게 된 양극층(2)의 상하부분 사이에는, 양극단자판(9)이, 그 선단이 절곡부의 안쪽면에 접할 때까지 삽입되어 있다. 또, 절첩 단층 양자전지(21)의 외부에 노출해 있는 양극층(2)(후술하는 도 8의 경우에는 이 양극층(2)은 존재하지 않는다)에는, 양극단자판(9)이 접촉되어 있다. 모든 양극단자판(9)은, 양극단자 연결부(9b)에 의해 연결되어 있다. 단층 양자전지의 절첩에 의해 마주보게 된 음극층(3)의 상하부분 사이에는, 음극단자판(8)이, 그 선단이 절곡부의 안쪽면에 접할 때까지 삽입되어 있다. 또, 절첩 단층 양자전지(21)의 외부에 노출해 있는 음극층(3)에는, 음극단자판(8)이 접촉되어 있다. 모든 음극단자판(8)은 음극단자 연결부(8b)에 의해 연결되어 있다. 또한, 도 7에 나타낸 일부 음극단자판(8)이나 일부 양극단자판(9)을 생략하는 것도 가능하다. 예를 들어 도 7 상에서, 가장 위에 위치하고 있는 양극단자판(9) 및 가장 아래에 위치해 있는 음극단자판(8)은 생략할 수도 있다. 반대로, 이들 양극단자판(9) 및 음극단자판(8)을 남기고, 다른 양극단자판(9) 및 음극단자판(8)을 생략할 수도 있다.
또한, 음극단자판(8) 및 양극단자판(9)은 「판」이라고 이름붙이고 있지만, 박판뿐 아니라, 박막상의 것이어도 좋다. 또, 전체면이 전기적 접촉에 기능할 필요는 없고, 메시형상이나 빗살형상 등의 도전성 부재가 일부 결락한 것이어도 좋다.
음극단자 연결부(8b) 및 양극단자 연결부(9b)는 각각, 도시하지 않은 실장부재의 외부에 음극단자, 양극단자를 노출시키기 위한 연장부(8a, 9a)를 갖고 있다. 도 7에서는, 음극단자 연결부(8b) 및 양극단자 연결부(9b)가 좌우로 설치된 것을 나타내었지만, 음극단자 연결부(8b) 및 양극단자 연결부(9b)의 위치는 임의여도 좋다. 예를 들어, 지면(紙面)의 법선방향의 바로 앞 및 안쪽에 음극단자 연결부(8b) 및 양극단자 연결부(9b)를 설치하도록 해도 좋고, 음극단자 연결부(8b)를 왼쪽에, 양극단자 연결부(9b)를 지면의 법선방향의 바로 앞에 설치하도록 해도 좋다. 또, 음극단자 연결부(8b) 및 양극단자 연결부(9b)는 각각, 판상의 것이어도 봉형상의 것이어도 좋고, 또, 1개의 부재에 한정되지 않고, 복수의 부재가 지면의 법선방향으로 배열된 것이어도 좋다.
또, 도 7에서는, 음극단자판(8), 연장부(8a) 및 음극단자 연결부(8b)가 일체로 구성되고, 양극단자판(9), 연장부(9a) 및 양극단자 연결부(9b)가 일체로 구성되어 있는 것처럼 나타내었으나, 처음부터 일체적인 구성일 필요는 없다. 예를 들어, 음극단자판(8), 연장부(8a) 및 음극단자 연결부(8b)가 별도의 부재로서 구성되고, 제조 과정에서 연결되는 것이어도 좋다.
음극단자판(8), 연장부(8a) 및 음극단자 연결부(8b)는, 전기적으로 충분히 낮은 저항값으로, 음극층(3)과 도시하지 않은 외부로의 음극단자를 접속할 수 있으면, 형상이나 재질은 한정되는 것은 아니다. 마찬가지로, 양극단자판(9), 연장부(9a) 및 양극단자 연결부(9b)는, 전기적으로 충분히 낮은 저항값으로, 양극층(2)과 도시하지 않은 외부에의 양극단자를 접속할 수 있으면, 형상이나 재질은 한정되는 것은 아니다.
제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)는, 절첩 단층 양자전지(21)를 적용하고 있기 때문에, 단층 양자전지와 같은 평면방향에서 본 면적을 갖는 경우, 전류용량을 현격하게 크게 할 수 있다.
또, 제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)는, 절첩구조를 적용하고 있어도, 교대로 절첩방향을 바꿈으로써, 양극 및 음극 사이의 절연을 확보하는 절연층이 불필요하여, 전체용적을 작게 할 수 있다.
게다가, 단층 양자전지를 접어 포개어 이용하고 있기 때문에, 이차전지(20A)가 점유하는 면적을 작은 것으로 할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 이차전지(1F)의 단층전지와 동일한 면적의 단층 양자전지를 적용한 경우, 이차전지(20A)가 점유하는 면적을, 이차전지(20A)의 3분의 1 정도로 할 수 있다.
또 게다가, 단층 양자전지는 접어 포개어 이용하고 있기 때문에, 적층대상의 부품수 등을 적게 할 수 있고, 적층공정 수를 경감할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 이차전지(1F)의 두께와 같은 정도의 두께의 이차전지(20A)를 형성하는 경우에도, 필요한 절첩 단층 양자전지(21)의 수는 1이다.
또, 일부 음극단자판(8) 및 양극단자판(9)이, 그 선단이 절첩 단층 양자전지(21)의 절곡부의 안쪽면에 접할 때까지 삽입되도록 하고 있기 때문에, 절첩 단층 양자전지(21)의 위치의 고르지 못함을 없앨 수 있어, 단락 등을 미연에 방지할 수 있다.
도 7은, 아래부터 세어, 홀수 번째의 절곡부는 양극층(2)을 안쪽으로 하여 접어 포개어지고, 짝수 번째의 절곡부는 음극층(3)을 안쪽으로 하여 접어 포개어진 절첩 단층 양자전지(21)를 적용한 것을 나타내었지만, 제1 실시형태의 이차전지(20A)의 변형예로서, 아래부터 세어, 홀수 번째의 절곡부가 음극층(3)을 안쪽으로 하여 접어 포개어지고, 짝수 번째의 절곡부는 양극층(2)을 안쪽으로 하여 접어 포개어진 절첩 단층 양자전지를 적용한 것을 들 수 있다. 이 변형예는, 도 7에 있어서의 양극요소가 음극요소로 교체되고, 도 7에서의 음극요소가 양극요소로 교체된 것이 된다.
도 7은, 하나의 절첩 단층 양자전지(21)를 적용한 이차전지(20A)를 나타내었지만, 복수의 절첩 단층 양자전지(21)를 적용하여 하나의 이차전지를 구성하도록 해도 좋다. 예를 들어, 2개의 절첩 단층 양자전지(21)를 좌우방향으로 나열하여 전류용량을 벌도록 해도 좋다. 이 경우, 예를 들어, 음극단자판(8)은 안쪽방향의 안쪽부터 바로 앞쪽으로 연장시킴과 동시에, 양극단자판(9)은 안쪽방향의 바로 앞쪽부터 안쪽으로 연장시킨다(연장방향은 절곡선과 평행). 이 변형 실시형태의 절첩 단층 양자전지보다 절첩 회수를 배로 한 하나의 절첩 단층 양자전지(21)를 적용하여 형성된 제1 실시형태의 이차전지(20A)도 동일한 전류용량을 실현할 수 있지만, 이 변형 실시형태의 이차전지는, 이차전지(20A)와 비교하여, 좌우방향의 길이는 길지만, 두께(상하방향의 길이)는 얇게 할 수 있다. 따라서, 용도 등에 따라, 어느 쪽을 적용할지를 결정하면 된다.
도 7에 나타낸 복수의 이차전지(20A)를, 하나의 실장부재 중에 실장하도록 해도 좋고, 이 경우에, 복수의 이차전지(20A)의 연장부(8a 및 9a)를 직렬 접속해도 좋고, 또, 병렬 접속해도 좋고, 게다가 직병렬 접속해도 좋고, 또 게다가 개별로 외부에 노출시키도록 해도 좋다. 예를 들어, 절첩 단층 양자전지(21)의 면형상이 반원형상으로 하고, 2개의 이차전지(20A)를, 평면형상이 대략 원이 되도록 실장부재 중에 실장하도록 해도 좋다.
도 7은, 적용하고 있는 절첩 단층 양자전지(21)의 절첩 회수가 2회인 이차전지(20A)를 나타내었지만, 도 8은, 적용하고 있는 절첩 단층 양자전지(21)의 절첩 회수가 3회인, 제1 실시형태의 기술사상이 적용된 이차전지를 나타내고 있다. 상술한 바와 같이, 절첩 회수는 2회 이상이면 된다. 도 8에 나타낸 이차전지에 대한 상세설명은 생략한다.
(C) 제2 실시형태
이어서, 본 발명에 의한 이차전지의 제2 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 9는, 제2 실시형태에 따른 이차전지(20B)의 구성을 나타낸 단면도이고, 상술한 도 4(B)와 동일한 방향에서 본 단면도이다. 도 9는 면방향의 치수보다 두께방향의 치수를 강조하여 나타내고 있다.
제2 실시형태에 따른 이차전지(20B)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 단층 양자전지를, 위아래(상하방향의 방향)를 동일하게 하여 2단(이 단수는 직렬 접속 수로 되어 있고, 3단 이상이어도 좋다)으로 겹치고, 그 2단 겹친 상태에서, 절첩방향을 교대로 바꾸어, 2회 이상(도 9는 3회의 예) 접어 포개어진 전지구조(이하, 적절히 다단 절첩 단층 양자전지라 부른다)(22)를 갖는다. 다단 절첩 단층 양자전지(22)에 있어서, 아래부터 세어, 홀수 번째의 절곡부는 상단의 단층 양자전지의 양극층(2)을 안쪽으로 하여 접어 포개어진 부분이고, 짝수 번째의 절곡부는 하단의 단층 양자전지의 음극층(3)을 안쪽으로 하여 접어 포개어진 부분이며, 상술한 바와 같이, 교대로 절첩방향을 바꿈으로써, 다단 절첩 단층 양자전지(22)는 주름구조를 갖고 있다. 원하는 전류용량에 따라 접어 포개기 전의 단층 양자전지의 형상을 정하고, 실장형상 등을 고려하여, 단층 양자전지의 절첩 회수를 선정하도록 해도 좋다. 또, 접어 포개기 전의 단층 양자전지를 겹치는 단수는 원하는 단자전압에 따라 선정하면 된다.
절첩에 의해 마주보게 된 양극층(2)의 상하부분 사이에는, 양극단자판(9)이, 그 선단이 절곡부의 안쪽면에 접할 때까지 삽입되어 있다. 또한, 도 9에서는 존재하지 않지만, 절첩 회수가 짝수 회인 경우에는, 다단 절첩 단층 양자전지(22)도, 외부에 노출해 있는 양극층(2)을 갖고(도 7 참조), 이 외부 노출의 양극층(2)에도 양극단자판(9)이 접촉되어 있다. 모든 양극단자판(9)은 양극단자 연결부(9b)에 의해 연결되어 있다. 단층 양자전지의 절첩에 의해 마주보게 된 음극층(3)의 상하부분 사이에는, 음극단자판(8)이, 그 선단이 절곡부의 안쪽면에 접할 때까지 삽입되어 있다. 또, 다단 절첩 단층 양자전지(22)의 외부에 노출해 있는 음극층(3)에는 음극단자판(8)이 접촉되어 있다. 모든 음극단자판(8)은 음극단자 연결부(8b)에 의해 연결되어 있다. 또한, 도 9에 나타낸 일부 음극단자판(8)이나 일부 양극단자판(9)을 생략하는 것도 가능하다. 음극단자 연결부(8b) 및 양극단자 연결부(9b)는 각각, 도시하지 않은 실장부재의 외부에 음극단자, 양극단자를 노출시키기 위한 연장부(8a, 9a)를 갖고 있다.
제2 실시형태에 따른 이차전지(20B)는, 다단 절첩 단층 양자전지(22)가 단층 양자전지의 직렬 접속으로 되어 있어 단자전압을 높게 할 수 있고, 다단 절첩 단층 양자전지(22)는 전개하면 명백하듯이, 대면적의 단층 양자전지를 이용한 것으로 되어 있기 때문에 전류용량을 크게 할 수 있다.
또, 제2 실시형태에 따른 이차전지(20B)도, 제1 실시형태와 동일하게, 절연층이 불필요하여 전체용적을 작게 할 수 있고, 2회 이상 접어 포개고 있기 때문에 점유 면적을 작게 할 수 있고, 적층대상의 부품 수 등을 적게 할 수 있어 적층공정의 수를 경감할 수 있으며, 다단 절첩 단층 양자전지(22)의 위치의 고르지 못함을 억제할 수 있는 등의 효과를 가질 수 있다.
상기에서는, 단층 양자전지를 다단으로 겹치고, 그 다단으로 겹친 상태에서, 절첩방향을 교대로 바꾸어 2회 이상 접어 포개어 다단 절첩 단층 양자전지(22)를 얻는듯이 설명했지만, 도 11에 나타낸 바와 같이, 다단 절첩 단층 양자전지(22)에서의 접어 포갠 각 단(段)용 단층 양자전지를 얻은 후, 각 단용 절첩 단층 양자전지를 서로 끼워 다단 절첩 단층 양자전지(22)를 얻도록 해도 좋다.
또, 상술은 피하지만, 제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)의 설명에서 적절히 언급한 변형 실시형태 중, 제2 실시형태에 따른 이차전지(20B)에 적용 가능한 것은, 제2 실시형태에 따른 이차전지(20B)의 변형 실시형태가 된다.
(D) 제3 실시형태
이어서, 본 발명에 의한 이차전지의 제3 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 12는, 제3 실시형태에 따른 이차전지(20C)의 구성을 나타낸 단면도이고, 상술한 도 4(B)와 동일한 방향에서 본 단면도이다. 도 12는, 면방향의 치수보다 두께방향의 치수를 강조하여 나타내고 있다.
제3 실시형태에 따른 이차전지(20C)는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 2개의 단층 양자전지를, 위아래를 역으로 하여 겹치고(도 13의 예에서는 양극층(2) 끼리가 접촉하도록 겹침), 그 2단 겹친 상태에서, 절첩방향을 교대로 바꾸어, 2회 이상(도 12는 3회의 예) 접어 포개어진 전지구조(이하, 적절히 역(逆)2단 절첩 단층 양자전지라 부른다)(23)를 갖는다. 역2단 절첩 단층 양자전지(23)에 있어서, 아래부터 세어, 홀수 번째의 절곡부는 상단의 단층 양자전지의 음극층(3)을 안쪽으로 하여 접어 포개어진 부분이고, 짝수 번째의 절곡부는 하단의 단층 양자전지의 음극층(3)을 안쪽으로 하여 접어 포개어진 부분이고, 상술한 바와 같이, 교대로 절첩방향을 바꿈으로써, 역2단 절첩 단층 양자전지(23)는 주름구조를 갖고 있다. 원하는 전류용량에 따라 절첩하기 전의 단층 양자전지의 형상을 정하고, 실장형상 등을 고려하여, 단층 양자전지의 절첩 회수를 선정하도록 해도 좋다.
2개의 단층 양자전지의 접촉하고 있는 양극층(2)의 사이로서, 역2단 절첩 단층 양자전지(23)의 단부에서 직선으로 도달할 수 있는 절곡부까지는, 양극단자판(9)이, 그 선단이 절곡부의 안쪽면에 접할 때까지 삽입되어 있다. 모든 양극단자판(9)은 양극단자 연결부(9b)에 의해 연결되어 있다. 단층 양자전지의 절첩에 의해 마주보게 된 음극층(3)의 상하부분 사이에는, 음극단자판(8)이, 그 선단이 절곡부의 안쪽면에 접할 때까지 삽입되어 있다. 또, 역2단 절첩 단층 양자전지(23)의 외부에 노출해 있는 음극층(3)에는, 음극단자판(8)이 접촉되어 있다. 모든 음극단자판(8)은 음극단자 연결부(8b)에 의해 연결되어 있다. 또한, 도 12에 나타낸 일부 음극단자판(8)이나 일부 양극단자판(9)을 생략할 수도 있다. 음극단자 연결부(8b) 및 양극단자 연결부(9b)는 각각, 도시하지 않은 실장부재의 외부에 음극단자, 양극단자를 노출시키기 위한 연장부(8a, 9a)를 갖고 있다.
제3 실시형태에 따른 이차전지(20C)는, 2개의 단층 양자전지의 병렬 접속으로 되어 있음과 동시에, 역2단 절첩 단층 양자전지(23)는 전개하면 명백하듯이, 대면적의 단층 양자전지를 이용한 것으로 되어 있기 때문에 전류용량을 크게 할 수 있다.
또, 제3 실시형태에 따른 이차전지(20C)도, 제1 실시형태와 마찬가지로, 절연층이 불필요하여 전체용적을 작게 할 수 있고, 2회 이상 접어 포개고 있기 때문에 점유면적을 작게 할 수 있고, 적층대상의 부품 수 등을 적게 할 수 있어 적층공정 수를 경감할 수 있으며, 역2단 절첩 단층 양자전지(23)의 위치의 고르지 못함을 억제할 수 있는 등의 효과를 가질 수 있다.
도 12에 나타낸 이차전지(20C)는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 양극층(2)을 위로 한 단층 양자전지를 아래쪽에, 양극층(2)을 아래로 한 단층 양자전지를 위쪽으로 하여 겹친 것을 접어 포갠 것이었지만, 양극층(2)을 위로 한 단층 양자전지와 양극층(2)을 아래로 한 단층 양자전지의 수를 각각 복수로 하도록 해도 좋다. 예를 들어, 양극층(2)을 위로 한 단층 양자전지를 2단으로 겹쳐 그것을 아래쪽에 배치하고, 양극층(2)을 아래로 한 단층 양자전지를 2단으로 겹쳐 그것을 위쪽에 배치하여, 합계 4단으로 단층 양자전지를 겹친 상태에서, 2회 이상 접어 포갠 구조를 이용하여 이차전지를 구성하도록 해도 좋다.
또, 상술은 피하지만, 기술한 실시형태에 따른 이차전지(20A, 20B)의 설명에서 적절히 언급한 변형 실시형태 중, 제3 실시형태에 따른 이차전지(20C)에 적용 가능한 것은, 제3 실시형태에 따른 이차전지(20C)의 변형 실시형태가 된다.
(E) 제4 실시형태
계속해서, 본 발명에 의한 이차전지의 제4 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 14는, 제4 실시형태에 따른 이차전지(20D)의 구성을 나타낸 단면도이고, 상술한 도 4(B)와 동일한 방향에서 본 단면도이다. 도 14는 면방향의 치수보다 두께방향의 치수를 강조하여 나타내고 있다.
상술한 제1∼제3 실시형태는, 음극층(3), 충전층(6) 및 양극층(2)을 갖는 단층 양자전지(도 4 참조)를 접어 포갠 절첩 단층 양자전지를 이용하는 것이었다(실(7)은 필수요건은 아님). 음극층(3), 충전층(6) 및 양극층(2)을 갖는 단층 양자전지는, 기판상에 대한 박막형성 처리를 통하여 형성되고, 기판으로부터 이탈되어 형성된 것이다. 또는, 이탈된 후에, 소정의 형상으로 잘라져 형성된 것이다. 양자전지의 경우, 상술한 기판으로서, 절연성 기판을 적용할 수 있을 뿐 아니라, 구리나 스테인레스 등의 도전성 재료로 이루어지는 얇은 도전성 기판을 적용할 수 있다.
본 제4 실시형태에 따른 이차전지(20D)는, 제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)(도 7 참조)의 일부를 변경한 것이다. 도전성 기판(12) 위에 음극층(3), 충전층(6) 및 양극층(2)을 적층하고, 단락방지의 실(7)(다만, 실(7)은 필수 구성요건은 아님)을 갖는 구성을 단위구성(이하, 적절히 기판부착 단층 양자전지라 부른다)으로 하고, 이 기판부착 단층 양자전지를, 절첩방향을 교대로 바꾸어 2회 이상 접어 포갠 절첩 기판부착 단층 양자전지(24)를, 제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)의 절첩 단층 양자전지(21) 대신에 적용한 것이다. 그 외의 구성은 제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)와 동일하다.
제4 실시형태의 이차전지(20D)에 의하면, 절첩하기 전의 단위구성이 기판부착 단층 양자전지이기 때문에, 기판으로부터 전지구성 부분을 박리하는 제조공정을 필요로 하지 않을 수 있다. 그 외의 효과는, 제1 실시형태와 동일하다.
절첩 기판부착 단층 양자전지(24)가 갖는 기판이 도전성 기판(12)이므로, 도전성 기판(12)에 음극층(3)의 기능을 담당시키고, 음극층(3)을 생략하는 것도 가능하다.
상술은 피하지만, 기술한 각 실시형태에 따른 이차전지(20A∼20C)의 설명에서 적절히 언급한 변형 실시형태 중, 제4 실시형태에 따른 이차전지(20D)의 기술사상을 적용할 수 있는 것은, 제4 실시형태에 따른 이차전지(20D)의 변형 실시형태가 된다.
제4 실시형태에 따른 이차전지(20D)는, 제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)의 절첩 단층 양자전지(21) 부분을, 절첩 기판부착 단층 양자전지(24)로 교체한 것이었다. 도시는 생략하지만, 제2, 제3 실시형태에 따른 이차전지(20B, 20C)의 절첩 단층 양자전지(22, 23)에 따른 단층 양자전지를, 기판부착 단층 양자전지로 교체한 이차전지를 실현해도 좋다.
도 14에 나타낸 이차전지(20D)에서는, 도전성 기판(12)이 음극층(3) 쪽에 설치된 것이었지만, 도전성 기판(12)이 양극층(2) 쪽에 설치된 경우에도 마찬가지로, 도전성 기판(12)이 남은 채 이차전지를 구성하도록 해도 좋다.
(F) 제5 실시형태
계속해서, 본 발명에 의한 이차전지의 제5 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 15(C)는, 제5 실시형태에 따른 이차전지(20E)의 구성을 나타낸 정면도이고, 상술한 도 4(B)의 단면도와 동일한 방향에서 본 정면도이다(본래 보이는 바로 앞쪽의 실(7)에 대해서는 제외하고 나타낸 정면도이다). 도 15(C)는 면방향의 치수보다 두께방향의 치수를 강조하여 나타내고 있다.
제5 실시형태에 따른 이차전지(20E)는, 예를 들어 하기와 같이 형성된다. 처음에, 도 15(A)의 평면도에 나타낸 바와 같이, 단층 양자전지에 대하여, 1회째의 절첩이 실행되는 절곡선 근방까지 연장하는 1 또는 복수(도 15(A)는 4개의 예)의 슬릿(25)을 설치한다. 슬릿(25)은, 완성된 단층 양자전지에 대한 커팅에 의해 설치하도록 해도 좋고, 박막의 순차 형성에 의한 단층 양자전지의 형성과정에서 슬릿(25)이 되는 부분의 막 형성을 저해하도록 하여 설치하도록 해도 좋다. 이어서, 도 15(B)의 평면도에 나타낸 바와 같이, 슬릿(25)으로 구분된 부분 중에서 미리 정해져 있는 부분을, 소정회수 이상(도 15는 3회의 예를 나타내고 있음) 접어 포갠다. 도 15는, 가장 안쪽 부분과, 안쪽에서 2번째 및 3번째 슬릿(25) 사이의 부분과, 가장 앞쪽 부분이 접어 포개어진 예이다. 접어 포개어지지 않은 부분은, 절첩 후의 전체로서 본 경우, 접어 포개어진 주름 본체로부터 인출한 설편(26)을 구성하고 있고, 주름 본체에서의, 설편(26)의 연장부분은 홈(27)이 되어 있다. 이하, 도 15(B)에 나타낸 바와 같은 설편(26)을 갖는 주름형상으로 절첩된 단층 양자전지(28)를, 이하 적절히 설편부착 절첩 단층 양자전지라 부른다.
또한, 이하의 설명에서, 설명에 이용하고 있는 도면에서 설편 및 홈이 보이지 않는 경우에도, 문장에서는 부호 「26」이나 「27」을 붙여 설명하고 있는 것도 있다.
도 16(B)는, 유일한 설편(26) 및 그 연장 홈(27)이 바로 앞쪽에 설치되어 있는 설편부착 절첩 단층 양자전지를 나타내고, 도 16(A)는, 그 설편부착 절첩 단층 양자전지의 주름형상으로 절첩하기 전의 상태를 나타내고 있다. 도 17(B)는, 유일한 설편(26) 및 그 연장 홈(27)이 안쪽방향의 중앙에 설치되어 있는 설편부착 절첩 단층 양자전지를 나타내고, 도 17(A)는 그 설편부착 절첩 단층 양자전지의 주름형상으로 절첩하기 전의 상태를 나타내고 있다.
도 15∼도 17에 나타낸 바와 같이, 설편부착 절첩 단층 양자전지(28)는, 설편(26)의 수나 설편(26)의 위치는 한정되지 않는다. 또, 설편(26)의 폭도 한정되는 것은 아니다. 설편(26)의 길이는, 슬릿(25)의 길이에 따라 정해지지만, 주름형상으로 절첩한 후, 설편(26)의 길이방향으로 직교하는 방향을 따라 컷함으로써, 슬릿(25)의 길이보다 짧게 하도록 해도 좋다.
제5 실시형태에 따른 이차전지(20E)에 있어서, 양극단자판(9)은 적어도 설편(26)에서의 양극층(2)과 접촉하고 있다. 게다가, 양극단자판(9)이 홈(27)의 표면에 노출해 있는 양극층(2)과 접촉하도록 연장해 있는 것이어도 좋고, 도 15(C)는 이와 같은 경우를 나타내고 있다. 음극단자판(8)은, 예를 들어, 주름 본체에서의 가장 아래쪽 절첩부분의 아래쪽 음극층(3)(이 연장상의 설편(26)에서의 음극층(3)을 포함해도 좋음)이나, 주름 본체에서의 가장 위쪽의 절첩부분의 위쪽 음극층(3)(절첩 회수가 짝수 회인 경우에는 이와 같은 음극층이 존재하지 않음)에 접촉한다. 음극단자판(8) 및 양극단자판(9)는 각각, 도시하지 않은 실장부재의 외부에 음극단자, 양극단자를 노출시키기 위한 연장부(8a, 9a)에 접속되어 있다.
도 15에서는, 설편(26)이 주름 본체에서의 아래 절첩부분과 동일 평면상에 연장해 있는 것을 나타내었으나, 설편(26)이 주름 본체에서의 아래 절첩부분에 대하여 180도 이외의 각도를 가지도록 구부러진 것이어도 좋고, 그에 따라, 양극단자판(9)의 연장방향을 선정해도 좋다. 또, 설편(26)이 그 도중에서 구부러지고, 구부러진 선단쪽에서 양극단자판(9)과 접촉하는 것이어도 좋다.
또, 도 15에서는, 슬릿(25)과 절곡선이 직교하는 경우를 나타내었으나, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 도 18에 나타낸 바와 같이, 슬릿(25)과 절곡선이 90도 이외의 각도로 교차하는 것이어도 좋다.
게다가, 도 15에서는, 슬릿(25)을 설치하여 절첩함으로써 설편부착 절첩 단층 양자전지(28)를 형성하는 경우를 나타내었으나, 다른 방법에 의해, 설편부착 절첩 단층 양자전지(28)를 형성하도록 해도 좋다. 예를 들어, 도 19에 나타낸 바와 같이, 주름형상으로 절첩하기 전의 단층 양자전지로서, 이미 설편(26)이 형성되어 있는 형상의 것을 이용하여, 설편(26)의 길이방향과 평행한 절곡선을 따라, 설편(26) 이외의 부분을 접어 포갬으로써, 설편부착 절첩 단층 양자전지(28)를 형성하도록 해도 좋다. 이 경우에 있어서, 상술한 홈(27)에 상당하는 부분이 생기도록 주름형상으로 절첩해도 좋고, 홈(27)에 상당하는 부분이 생기지 않도록 주름형상으로 절첩해도 좋다.
제5 실시형태에 따른 이차전지(20E)에 의하면, 설편(26)을 설치했기 때문에, 양극층(2) 자체를 인출 전극의 구성요소로서 이용할 수 있고, 전극분(分)의 용적이나 체적 등을 삭감할 수 있다.
단층 양자전지를 주름형상으로 접어 포개어 이용하는 것의 효과는 기술한 실시형태에서 설명한 대로이다.
상술은 피하지만, 기술한 각 실시형태에 따른 이차전지(20A∼20D)의 설명에서 적절히 언급한 변형 실시형태 중, 제5 실시형태에 따른 이차전지(20E)에 적용 가능한 것은, 제5 실시형태에 따른 이차전지(20E)의 변형 실시형태가 된다.
(G) 다른 실시형태
상기 각 실시형태의 설명에서도, 각종 변형 실시형태에 언급했지만, 이하에 예시하는 변형 실시형태를 더 들 수 있다.
(G-1) 제1 실시형태에 따른 이차전지(20A)의 변형예로서, 복수의 이차전지(20A)를, 하나의 실장부재 중에 실장하는 것을 상술했으나, 하나의 실장부재 중에 실장하는 복수의 이차전지가, 상술한 다른 실시형태의 이차전지여도 좋다. 이 경우에 있어서, 복수의 이차전지의 연장부(8a 및 9a)를 직렬 접속해도 좋고, 또 병렬 접속해도 좋고, 게다가, 직병렬 접속해도 좋고, 게다가 또 개별로 외부에 노출시키도록 해도 좋다. 원하는 단자전압이나 전류용량에 따라, 직렬 접속, 병렬 접속 또는 직병렬 접속하는 이차전지를 선정하면 된다.
(G-2) 상기 각 실시형태에서는, 단층 양자전지(도 4 참조)가 절첩을 고려한 특별한 고안을 갖추지 않은 것이었지만, 절첩을 고려한 특별한 고안이 이루어진 단층 양자전지를 접어 포개도록 해도 좋다. 도 20은, 이와 같은 변형 실시형태에 따른 단층 양자전지의 단면도(도 4(B) 참조)이다. 절곡부가 되는 지면의 법선방향으로 연장하는 띠형상의 영역(30P, 30N)은 각각, 양극층(2) 또는 음극층(3)(도전성 기판(12) 위에 설치되어 있는 음극층이어도 좋음)만이 설치되고, 충전층(6)이나 타극층이 설치되어 있지 않은, 절첩에 대한 역학적인 저항이 약하게 된 것이어도 좋다. 이 변형예의 경우에는, 충전층(6)이나 타극층이 설치되어 있지 않기 때문에 움푹 패여 있는 띠형상 영역에, 원형상의 절연봉체를 위치시켜 절첩하도록 해도 좋다. 또, 도시는 생략하지만, 절곡선 상에, 음극층(3), 충전층(6) 및 양극층(2)이 설치된 경우여도, 절곡선을 따라, 점선을 넣어, 절첩에 대한 역학적인 저항이 약하도록 해도 좋다.
(G-3) 상기 각 실시형태에서는, 단층 양자전지를 2회 이상 접어 포갠 절첩 단층 양자전지만을 적용하는 것이었지만, 이에 더하여, 다른 구성의 단층 양자전지를 이용하는 것이어도 좋다. 도 21 및 도 22는 각각, 이와 같은 변형 실시형태에 따른 이차전지(20F, 20G)의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 21에 나타낸 이차전지(20F)는, 도 8에 나타낸 이차전지에 대한 변형 실시형태로 되어 있고, 최상부 쪽에 2개의 단층 양자전지(31)가, 양극층(2) 쪽이 마주보도록 적층되어 있다. 마주보는 양극층(2)에 끼워지도록 양극단자판(9)이 설치되어 있다. 또, 2개의 단층 양자전지(31)의 음극층(3)은 각각, 다른 음극단자판(8)에 접촉하고 있다. 접어 포개지 않은 소면적의 단층 양자전지(31)를 적층대상으로 한 경우, 원래의 큰 시트로부터, 2회 이상의 절첩용 단층 양자전지를 잘라내어 검사했을 때에 그것이 불량품이어도, 그 일부 영역이 정상이면 소면적의 단층 양자전지(31)로서, 이차전지(20F)로 이용할 수 있다.
도 22에 나타낸 이차전지(20G)는, 도 8에 나타낸 이차전지에 대한 변형 실시형태로 되어 있고, 최상부 쪽에, 단층 양자전지를 양극층(2) 쪽이 마주보도록 2개로 구부러져 절첩된 절곡 단층 양자전지(32)가 적층되어 있다. 마주보는 양극층(2)에 끼워지도록 양극단자판(9)이 설치되어 있다. 또, 절곡 단층 양자전지(32)의 상하 음극층(3)은 각각, 다른 음극단자판(8)에 접촉하고 있다. 2개로 구부러진 절곡 단층 양자전지(32)를 적층대상으로 한 경우, 원래의 큰 시트로부터, 2회 이상의 절첩용 단층 양자전지를 잘라내어 검사했을 때에 그것이 불량품이어도, 그 일부 영역이 정상이면, 절곡 단층 양자전지(32)로서, 이차전지(20G)로 이용할 수 있다.
(G-4) 상기 각 실시형태에서는, 절첩 단층 양자전지의 면(面)에 대한 법선방향이 상하방향인 것을 나타내었지만, 절첩 단층 양자전지의 면에 대한 법선방향이 좌우방향인 것(예를 들어, 도 7의 상태를 반시계 방향 또는 시계방향으로 90도만큼 회전시킨 이차전지)이어도 좋다.
(G-5) 상기 각 실시형태에서는, 단층 양자전지를, 각 절첩부분이 균등한 폭이 되도록 절첩하는 것을 나타내었으나, 모든 절첩부분의 폭이 동일할 필요는 없다.
(G-6) 상기 각 실시형태에서는, 단층 이차전지가 양자전지인 것을 나타내었으나, 양자전지에 한정되는 것은 아니고, 시트상(평행평판상)의 이차전지이면 된다. 예를 들어, 고체 리튬 이온 이차전지도, 절첩이 가능한 것이라면, 상기 각 실시형태의 적층대상으로 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 축전층이 양전극층 및 음전극층으로 끼워진 시트상의 단층 이차전지를, 절첩방향을 교대로 역방향으로 바꾸어 2회 이상 접어 포갠 절첩 단층 이차전지를 적용하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 상기 단층 이차전지를, 위아래를 동일하게 하여 다단으로 겹친 상태로, 절첩방향을 교대로 역방향으로 바꾸어 2회 이상 접어 포갠 다단 절첩 단층 이차전지를 적용하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서, 1 또는 복수의 상기 단층 이차전지를, 위아래를 제1 방향으로 하여 다단으로 겹치고, 게다가, 그 위쪽에, 1 또는 복수의 상기 단층 이차전지를, 위아래를, 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 하여 다단으로 겹친 상태로, 절첩방향을 교대로 역방향으로 바꾸어 2회 이상 접어 포갠 다단 절첩 단층 이차전지를 적용하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 절첩 단층 이차전지 또는 상기 다단 절첩 단층 이차전지는, 접어 포개어지지 않은 비절첩 부분을 포함하고, 상기 비절첩 부분에서의 양전극층 및 음전극층의 적어도 한쪽이, 양극단자부재 또는 음극단자부재와 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 단층 이차전지가, 상기 음전극층 또는 상기 양전극층의 한쪽 부분이, 도전성 기판과 그 위에 설치된 상기 음전극층과의 조(組), 또는 도전성 기판과 그 위에 설치된 상기 양전극층과의 조로 교체된 것인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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