KR20150065142A - 축전체 및 전자 기기 - Google Patents

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 가요성을 갖는 축전체 등을 구현한다.
외장체에 요철을 제공한다. 예를 들어, 외장체의 일부가 단면 형상에서 파형이 되도록 요철을 제공한다. 요철은 곡선을 포함하는 형상에 한정되지 않고 구형파나 삼각파와 같이 직선을 포함하는 형상이라도 좋다. 외장체에 요철을 제공함으로써 굴곡부의 내측에서 외장체를 쪼그리기 쉽게 할 수 있고, 굴곡부의 외측에서는 외장체를 펴기 쉽게 할 수 있다.

Description

축전체 및 전자 기기{POWER STORAGE UNIT AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명의 일 형태는 축전체 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태에 따른 기술 분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태에 따른 기술 분야의 더 구체적인 예로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제작 방법을 들 수 있다. 특히, 본 발명의 일 형태는 축전체 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
또한, 본 명세서 중에서 축전체란, 축전 기능을 갖는 소자 및 장치 전반을 가리킨다. 예를 들어, 축전체로서는, 전지, 일차 전지, 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 공기 이차 전지, 커패시터, 리튬 이온 커패시터 등을 들 수 있다. 또한, 본 명세서 중에서 전기 화학 장치란, 축전체, 도전층, 저항, 용량 소자 등을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다. 또한, 전자 기기, 전기 기기, 및 기계 장치 등은 본 발명의 일 형태에 따른 축전체를 갖는 경우가 있다.
근년에 들어, 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지, 리튬 이온 커패시터, 공기 전지 등 다양한 축전체가 활발히 개발되고 있다. 특히 고출력, 고에너지 밀도인 리튬 이온 이차 전지는 휴대 전화나, 스마트 폰, 노트북 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대 정보 단말, 휴대 음악 플레이어, 디지털 카메라 등의 전자 기기, 또는 의료 기기, 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자동차(EV), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 등의 차세대 클린 에너지 자동차 등, 반도체 산업의 발전에 따라 급속도로 수요가 확대되면서, 충전할 수 있는 에너지의 공급원으로서 현대 정보화 사회에 필요 불가결한 것이 되고 있다.
리튬 이온 전지에 요구되는 특성으로서, 고에너지 밀도, 사이클 특성의 향상, 및 다양한 동작 환경하에서의 안전성, 장기 신뢰성 등을 들 수 있다.
또한, 근년에 들어, 머리에 장착하는 표시 장치 등 사람의 몸이나 만곡면에 장착되어 사용되는, 가요성을 갖는 표시 장치가 제안되고 있다. 또한, 만곡면에 장착 가능한 가요성을 갖는 축전체가 요구되고 있다.
또한, 리튬 이온 전지의 일례로서는 적어도 양극(positive electrode), 음극(negative electrode), 및 전해액을 갖는 리튬 이온 전지가 공개되어 있다(특허문헌 1).
일본국 특개 2012-9418호 공보
본 발명의 일 형태는 가요성을 갖는 축전체 등을 구현하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 굽히거나 펴거나 하기 쉬운 축전체 등을 구현하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 뛰어난 가요성을 갖는 축전체 등을 구현하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 파손되기 어려운 축전체 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 불량이 적은 축전체 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 신뢰성이 양호한 축전체 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 신규 축전체 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 상술한 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 또한, 상술한 과제 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 과제 외의 과제가 추출될 수 있다.
본 발명의 일 형태는 표면 중 적어도 일부에 연속된 요철을 갖는 외장체 내에, 양극과, 음극과, 세퍼레이터와, 전해액을 갖고, 외장체가 갖는 요철의 단면 형상이 파형(波形)인 것을 특징으로 하는 축전체다.
외장체가 갖는 요철의 단면 형상 중 적어도 일부에 곡선 및/또는 직선을 포함할 수 있다.
표면 중 적어도 일부에 연속된 요철을 갖는 외장체를 축전체의 외장체로서 사용함으로써 외장체의 가요성을 높인다.
가요성을 갖는 축전체 등을 구현할 수 있다. 굽히거나 펴거나 하기 쉬운 축전체 등을 구현할 수 있다. 뛰어난 가요성을 갖는 축전체 등을 구현할 수 있다. 파손되기 어려운 축전체 등을 구현할 수 있다. 신뢰성이 양호한 축전체 등을 구현할 수 있다. 또는, 신규 축전체 등을 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없는 것으로 한다. 또한, 상술한 효과 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 효과 외의 효과가 추출될 수 있다.
도 1은 축전체의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 2는 축전체의 단면 형상을 설명하기 위한 도면.
도 3은 축전체의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 4는 양극의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 5는 양극 활물질의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 6은 양극에 양극 리드를 접속하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 7은 음극의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 8은 음극 활물질의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 9는 축전체의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 10은 축전체의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 11은 축전체의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 12는 축전체의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 13은 복수의 양극 또는 복수의 음극에 리드 단자를 접속하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 14는 축전체의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 15는 축전체의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 16은 외장체의 단면 형상의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 17은 중첩된 축전체의 단면을 설명하기 위한 도면.
도 18은 축전체의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 19는 축전체의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 20은 리드 단자의 추출 방향의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 21은 리드 단자의 추출 방향의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 22는 면의 곡률 반경에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 23은 축전체의 단면을 설명하기 위한 도면.
도 24는 전자 기기의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 25는 전자 기기의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 26은 전자 기기의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 27은 본 발명의 일 형태를 사용한 차량을 예시한 도면.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 이하에서 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고 그 형태 및 자세한 사항을 변경할 수 있는 것은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 기재되는 실시형태의 내용에 한정되어 해석되는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에서 설명하는 각 도면에서 각 구성의 크기, 층의 두께, 또는 영역은 발명을 명료화하기 위하여 과장 또는 생략되어 있는 경우가 있다. 따라서, 반드시 그 스케일에 한정되지 않는다.
또한 본 명세서 등에 있어서의 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 사용되는 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서 등, 어떤 순서나 순위를 가리키는 것이 아니다. 또한, 본 명세서 등에서 서수사가 사용되지 않은 용어라도, 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 특허 청구의 범위에서 서수사가 사용되는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서, '평행'이란, 예컨대 2개의 직선이 -10° 이상 10° 이하의 각도로 배치된 상태를 말한다. 따라서, -5° 이상 5° 이하의 경우도 포함된다. 또한, '수직' 및 '직교'란, 예컨대 2개의 직선이 80° 이상 100° 이하의 각도로 배치된 상태를 말한다. 따라서, 85° 이상 95° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다.
또한, 본 명세서 등에서 계수 값 및 계량 값에 관하여 '동일', '같다', '동등하다', 또는 '균일하다' 등이라고 말하는 경우에는, 명시되는 경우를 제외하고 ±20%의 오차를 포함한다.
(실시형태 1)
본 발명의 일 형태에 따른 축전체(100)의 구성예에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 도 1의 (A)는 축전체(100)의 외관을 도시한 사시도다. 또한, 도 1의 (A)에 X축 방향, Y축 방향, 및 Z축 방향을 나타내는 화살표를 도시하였다. X축 방향, Y축 방향, 및 Z축 방향 각각은 서로 직교하는 방향이다. 도 1의 (B)는 축전체(100)의 상면도다. 도 2의 (A)는 도 1의 (B) 중 X축 방향과 평행한 일점 쇄선 X1-X2로 나타낸 부위를 따라 자른 단면도다. 도 2의 (B)는 도 1의 (B) 중 Y축 방향과 평행한 일점 쇄선 Y1-Y2로 나타낸 부위를 따라 자른 단면도다. 또한, 도 2의 (C)는 도 1의 (B) 중 Y축 방향과 평행한 일점 쇄선 Y3-Y4로 나타낸 부위를 따라 자른 단면도다.
본 발명의 일 형태에 따른 축전체(100)는 외장체(107) 내에 양극 집전체(101a) 및 양극 활물질층(101b)을 갖는 양극(101)과, 세퍼레이터(103)와, 음극 집전체(102a) 및 음극 활물질층(102b)을 갖는 음극(102)과, 전해액(106)을 갖는다. 또한, 본 실시형태에서는 설명하기 쉽게 하기 위하여 한 쌍의 양극(101)과 음극(102)을 외장체에 수납하는 예를 설명하지만 축전체의 용량을 증대시키기 위하여 외장체에 한 쌍의 양극(101)과 음극(102)을 복수로 수납시켜도 좋다. 또한, 양극(101)은 양극 리드(104)와 전기적으로 접속되고, 음극(102)은 음극 리드(105)와 전기적으로 접속된다. 양극 리드(104) 및 음극 리드(105)는 리드 전극, 또는 리드 단자라고도 불린다. 양극 리드(104) 및 음극 리드(105)의 일부는 외장체의 외측에 배치된다. 또한, 축전체(100)의 충전 및 방전은 양극 리드(104) 및 음극 리드(105)를 통하여 수행된다.
또한, 도 2에서는 양극(101)과 음극(102) 사이에 판 형상의 세퍼레이터(103)를 끼워 있지만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 양극(101) 및 음극(102) 중 적어도 한쪽이 봉지 형태의 세퍼레이터(103)로 덮여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 축전체(100)는 외장체(107)가 벨로우즈(bellows) 형상의 요철을 갖는다. 도 2의 (D)는 축전체(100)가 Z축 방향으로 굴곡졌을 때의 굴곡부의 확대 단면도다. 외장체(107)를 벨로우즈 형상의 요철을 갖는 구조(이하, "벨로우즈 구조"라고도 함)로 함으로써 굴곡부의 내측에서는 외장체(107)를 쪼그리기 쉽게 할 수 있고, 굴곡부의 외측에서는 외장체(107)를 펴기 쉽게 할 수 있다. 외장체(107)를 벨로우즈 구조로 함으로써 가요성이 뛰어난 축전체(100)를 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 X1-X2 방향으로 연속된 요철을 갖는 외장체(107)를 도시하였지만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, Y1-Y2 방향으로만 연속된 요철을 가져도 좋고 X1-X2 방향 및 Y1-Y2 방향의 양쪽 방향으로 연속된 요철을 가져도 좋다.
또한, 축전체(100)의 굴곡 위치가 결정되는 경우에는 외장체(107)의 일부만을 벨로우즈 구조로 하여도 좋다. 일례로서 도 3에 외장체(107)의 일부에 벨로우즈 구조를 갖는 축전체(150)의 외관 사시도를 도시하였다.
본 발명의 일 형태에 따른 축전체가 굴곡졌을 때의 곡률 반경을 30mm 이하, 바람직하게는 10mm 이하로 할 수 있다. 축전체의 외장체는 1장 또는 2장의 필름으로 구성되고 만곡된 축전체의 단면 구조는 외장체인 필름의 2개의 곡선에 양극(101) 및 음극(102)이 끼워진 구조가 된다.
여기서, 면의 곡률 반경에 대하여 도 22를 사용하여 설명한다. 도 22의 (A)에서는, 곡면(1700)을 절단한 평면(1701)에서 곡면(1700)에 포함되는 곡선(1702)의 일부를 원의 호로 근사하여, 이 원의 반경을 곡률 반경(1703)으로 하고, 원의 중심을 곡률 중심(1704)으로 한다. 도 22의 (B)에 곡면(1700)의 상면도를 도시하였다. 도 22의 (C)에 평면(1701)을 따라 곡면(1700)을 절단한 단면도를 도시하였다. 평면을 따라 곡면을 절단할 때, 곡면에 대한 평면의 각도나 절단되는 위치에 따라 단면에 나타나는 곡선의 곡률 반경은 달라지지만, 본 명세서 등에서는 가장 작은 곡률 반경을 면의 곡률 반경으로 한다.
외장체로서 2장의 필름을 사용하여 전극·전해액 등의 전지 재료(1805)를 끼우는 축전체를 만곡시키는 경우, 축전체의 곡률 중심(1800)에 가까운 쪽의 필름(1801)이 갖는 곡률 반경(1802)은 곡률 중심(1800)으로부터 먼 쪽의 필름(1803)이 갖는 곡률 반경(1804)보다 작다(도 23의 (A)). 축전체를 만곡시켜 단면을 원호 형상으로 하면, 곡률 중심(1800)에 가까운 쪽의 필름 표면에는 압축 응력이 가해지고 곡률 중심(1800)으로부터 먼 쪽의 필름 표면에는 인장 응력이 가해진다(도 23의 (B)). 외장체에 요철 형상을 부여함으로써 이와 같이, 압축 응력이나 인장 응력이 가해져도 왜곡으로 인한 영향을 허용 범위 내로 억제할 수 있다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 축전체는, 곡률 중심에 가까운 쪽의 외장체가 굴곡졌을 때의 곡률 반경을 30mm 이하, 바람직하게는 10mm 이하로 할 수 있다.
또한, 축전체의 단면 형상은 단순한 원호 형상에 한정되지 않고 일부가 원호를 갖는 형상으로 할 수 있고, 예컨대 도 23의 (C)에 도시된 형상이나 파형(도 23의 (D)), S자 형상 등으로 할 수도 있다. 축전체의 곡면이 복수의 곡률 중심을 갖는 형상이 되는 경우에는 복수의 곡률 중심 각각에서의 곡률 반경 중 곡률 반경이 가장 작은 곡면에서, 2장의 외장체 중 곡률 중심에 가까운 쪽의 외장체가 갖는 곡률 반경을 30mm 이하, 바람직하게는 10mm 이하로 할 수 있다.
<각부의 구성 및 제작 방법>
다음에 축전체(100) 각부의 구성 및 제작 방법에 대하여 설명한다.
[1. 양극]
도 4에 양극(101)을 예시하였다. 도 4의 (A)는 양극(101)의 정면도이고, 도 4의 (B) 및 (C)는 도 4의 (A) 중 일점 쇄선 A1-A2로 나타낸 부위를 따라 자른 단면도다. 양극(101)은 양극 집전체(101a)와, 양극 집전체(101a) 위에 형성된 양극 활물질층(101b) 등으로 이루어진다. 도 4의 (B)는 시트 형상의 양극 집전체(101a)의 한쪽 면에 양극 활물질층(101b)을 제공하는 예를 도시하였다.
도 4의 (C)는 시트 형상의 양극 집전체(101a)의 양쪽 면에 양극 활물질층(101b)을 제공하는 예를 도시하였다. 양극 활물질층(101b)을 양극 집전체(101a)의 양쪽 면에 제공함으로써 축전체(100)의 충방전 용량을 크게 할 수 있다. 또한, 양극 집전체(101a)의 한쪽 면에 양극 활물질층(101b)을 제공한 양극(101)을 2개 준비하고, 양극(101)을, 각각 양극 활물질층(101b)이 형성되지 않는 면이 마주보도록 중첩시켜도 좋다.
또한, 양극 활물질층(101b)은 양극 집전체(101a) 위 모두에 제공되어도 좋지만 양극 집전체(101a)의 일부에 제공되어도 좋다. 예를 들어, 양극 집전체(101a)의, 양극 리드(104)와 접촉되는 부분(이하, "양극 탭(tab)")에는 양극 활물질층(101b)을 제공하지 않는 구성으로 하면 좋다.
양극 집전체(101a)에는 스테인리스, 금, 백금, 아연, 철, 구리, 알루미늄, 타이타늄 등의 금속 및 이들 금속의 합금 등, 도전성이 높고, 리튬 이온 등의 캐리어 이온과 합금화하지 않는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 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 집전체(101a)는 박(箔) 형상, 판 형상(시트 형상), 그물 형상, 펀칭 메탈(punching-metal) 형상, 강망(expanded-metal) 형상 등의 형상을 적절히 사용할 수 있다. 양극 집전체(101a)는 두께가 5μm 이상 30μm 이하인 것을 사용하면 좋다. 또한, 양극 집전체(101a) 표면에 그래파이트 등을 사용하여 언더코트층을 제공하여도 좋다.
양극 활물질층(101b)은 양극 활물질 외에, 양극 활물질의 밀착성을 높이기 위한 결착제(바인더), 양극 활물질층(101b)의 도전성을 높이기 위한 도전 조제 등을 가져도 좋다.
도 5에 양극 활물질층(101b) 표면을 주사 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)으로 촬영한 사진을 예시하였다. 도 5에 나타낸 양극 활물질층(101b)은 입자상(粒狀)의 양극 활물질(6003)과, 도전 조제(6004)와, 바인더(6005)를 포함한다.
양극 활물질(6003)은, 원료 화합물을 소정의 비율로 혼합하여 소성한 소성물을 적당한 수단에 의하여 분쇄, 조립(造粒), 및 분급(分級)한, 평균 입경이나 입경 분포를 갖는 이차 입자로 이루어진 입자상의 양극 활물질이다. 따라서 양극 활물질의 형상은 도 5에 예시된 형상에 한정되지 않는다. 양극 활물질(6003)의 형상으로서는 입자상에 더하여 예컨대, 판 형상, 막대기 형상, 원기둥 형상, 분말상(粉狀), 인편(鱗片) 형상 등 임의의 형상으로 할 수 있다. 또한, 판 형상의 표면에 요철 형상을 갖는 것이나, 표면에 미세한 요철 형상을 갖는 것, 다공질 형상을 갖는 것 등, 입체 형상을 갖는 것이라도 좋다.
또한, 양극 활물질(6003)로서는 올리빈형 결정 구조, 층상 암염형 결정 구조, 또는 스피넬형 결정 구조를 갖는 복합 산화물 등을 들 수 있다. 양극 활물질(6003)로서는 예컨대 LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5, MnO2 등의 화합물을 재료로서 사용할 수 있다.
특히, LiCoO2는 용량이 크다, LiNiO2보다 대기 중에서 안정된다, LiNiO2보다 열적으로 안정된다 등의 이점이 있어 바람직하다.
또한, LiMn2O4 등 망간을 포함하는 스피넬형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 재료에, 소량의 니켈산 리튬(LiNiO2나 LiNi1 - xMO2(M=Co, Al 등))을 혼합하면, 망간의 용출을 억제하고, 전해액의 분해를 억제하는 등의 이점이 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, 고전위, 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+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 리튬 화합물을 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 양극 활물질(6003)로서, AxM2(XO4)3(A=Li, Na, Mg, M=Fe, Mn, Ti, V, Nb, Al, X=S, P, Mo, W, As, Si)의 일반식으로 나타내어지는 나시콘형 화합물을 사용할 수 있다. 나시콘형 화합물로서는 Fe2(MnO4)3, Fe2(SO4)3, Li3Fe2(PO4)3 등을 들 수 있다. 또한, 양극 활물질(6003)로서 Li2MPO4F, Li2MP2O7, Li5MO4(M=Fe, Mn)의 일반식으로 나타내어지는 화합물, NaFeF3 , FeF3 등의 페로브스카이트(perovskite)형 불화물, TiS2 , MoS2 등의 금속 칼코게나이드(chalcogenide)(황화물, 셀렌화물, 텔루르화물), LiMVO4 등의 역스피넬형 결정 구조를 갖는 산화물, 바나듐 산화물계(V2O5, V6O13, LiV3O8 등), 망간 산화물, 유기 황 화합물 등의 재료를 사용할 수 있다.
또한, 캐리어 이온이 리튬 이온 외의 알칼리 금속 이온이나, 알칼리 토금속 이온인 경우, 상술한 화합물 및 산화물에서 리튬 대신 알칼리 금속(예컨대 나트륨이나 칼륨 등), 알칼리 토금속(예컨대 칼슘, 스트론튬, 바륨, 베릴륨, 마그네슘 등)을 양극 활물질에 사용하여도 좋다. 예를 들어, NaFeO2나 Na2 /3[Fe1 /2Mn1 /2]O2 등의 나트륨 함유 층상 산화물을 양극 활물질(6003)에 사용할 수 있다.
또한, 상기 재료를 복수로 조합한 재료를 양극 활물질(6003)에 사용하여도 좋다. 예를 들어, 상술한 재료를 복수로 조합한 고용체를 양극 활물질(6003)로서 사용할 수 있다. 예를 들어, LiCo1 /3Mn1 /3Ni1 /3O2와 Li2MnO3을 포함하는 고용체를 양극 활물질(6003)로서 사용할 수 있다.
입자상 양극 활물질(6003)의 일차 입자의 평균 입경은 50nm 이상 100μm 이하인 것을 사용하면 좋다.
도전 조제(6004)로서는 아세틸렌 블랙(AB), 그래파이트(흑연) 입자, 카본 나노튜브, 그래핀, 플러렌 등을 사용할 수 있다.
도전 조제(6004)에 의하여 양극 활물질층(101b) 중에 전자 전도의 네트워크를 형성할 수 있다. 도전 조제(6004)에 의하여 양극 활물질끼리의 전기 전도의 경로를 유지할 수 있다. 양극 활물질층(101b) 중에 도전 조제(6004)를 첨가함으로써 높은 전자 전도성을 갖는 양극 활물질층(101b)을 구현할 수 있다.
또한, 바인더(6005)로서는, 대표적인 폴리불화바이닐리덴(PVDF)에 더하여, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리바이닐클로라이드, 에틸렌프로필렌다이엔 폴리머, 스타이렌-뷰타다이엔 고무, 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔 고무, 불소 고무, 폴리아세트산바이닐, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 나이트로셀룰로스 등을 사용할 수 있다.
양극 활물질층(101b)의 총량에 대한 바인더(6005)의 함유량은 1wt% 이상 10wt% 이하가 바람직하고, 2wt% 이상 8wt% 이하가 더 바람직하고, 3wt% 이상 5wt% 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 양극 활물질층(101b)의 총량에 대한 도전 조제의 함유량은 1wt% 이상 10wt% 이하가 바람직하고, 1wt% 이상 5wt% 이하가 더 바람직하다.
도포법을 사용하여 양극 활물질층(101b)을 형성하는 경우에는 양극 활물질(6003)과, 도전 조제(6004)와, 바인더(6005)를 혼합하여 양극 페이스트(슬러리)를 제작하고 양극 집전체(101a) 위에 도포하여 건조시키면 좋다.
[1.1. 양극에 리드 전극을 접속함]
양극 집전체(101a) 위에 양극 활물질층(101b)을 형성한 후, 양극 집전체(101a)의 양극 탭에 밀봉층(115)을 갖는 양극 리드(104)를 접속한다(도 6의 (A) 참조). 양극 탭과 양극 리드(104)는 압력을 가하면서 초음파를 인가하여 전기적으로 접속된다(초음파 용접).
또한, 양극 리드(104)가 접속되는 양극 탭은, 축전체를 제작한 후에 외부로부터 힘이 가해져 생기는 응력에 의하여 균열이나 절단 등의 불량이 발생되기 쉽다.
그래서, 본 실시형태에서는 도 6의 (B)에 도시된 본딩다이를 갖는 초음파 용접 장치를 사용한다. 또한 도 6의 (B)에서는 간략화를 위하여 초음파 용접 장치 중 상하의 본딩다이만을 도시하였다.
돌기(203)를 갖는 제 1 본딩다이(201)와, 제 2 본딩다이(202) 사이에 양극 탭과 양극 리드(104)를 배치한다. 접속되는 영역이 돌기(203)와 중첩되도록 초음파 용접을 수행하면 양극 탭에 접속 영역(210)과 만곡부(220)를 형성할 수 있다. 도 6의 (C)에 양극 탭의 접속 영역(210)과 만곡부(220)를 확대한 사시도를 도시하였다.
이 만곡부(220)를 제공함으로써 축전체(100)를 제작한 후에 외부로부터 힘이 가해져 생기는 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서 축전체(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 6의 (B)에 도시된 본딩다이를 갖는 초음파 용접 장치는 초음파 용접과 만곡부(220)의 형성을 동시에 수행할 수 있어 공정수도 증가되지 않고 이차 전지를 제작할 수 있지만, 초음파 용접과 만곡부(220)의 형성을 따로따로 수행하여도 좋다.
또한, 양극 탭에 만곡부(220)를 형성하는 구성에 한정되지 않고 양극 집전체의 재료를 스테인리스 등 강도가 높은 것으로 하고, 양극 집전체의 막 두께를 10μm 이하로 함으로써, 이차 전지를 제작한 후에 외부로부터 힘이 가해져 생기는 응력을 완화시키기 쉽게 하는 구성으로 하여도 좋다.
이들을 복수로 조합하여 양극 탭의 응력 집중을 완화시켜도 좋은 것은 말할 나위도 없다.
상술한 바와 같이 하여 양극 리드(104)가 접속된 양극(101)을 제작할 수 있다(도 6의 (D) 참조).
[2. 음극]
다음에 축전체를 구성하는 음극의 일례에 대하여 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7에 음극(102)을 예시하였다. 도 7의 (A)는 음극(102)의 정면도이고, 도 7의 (B) 및 (C)는 도 7의 (A) 중 일점 쇄선 A3-A4로 나타낸 부위를 따라 자른 단면도다. 음극(102)은 음극 집전체(102a)와, 음극 집전체(102a) 위에 형성된 음극 활물질층(102b) 등으로 이루어진다. 도 7의 (B)는 시트 형상의 음극 집전체(102a)의 한쪽 면에 음극 활물질층(102b)을 제공하는 예를 도시하였다. 도 7의 (C)는 시트 형상의 음극 집전체(102a)의 양쪽 면에 음극 활물질층(102b)을 제공하는 예를 도시하였다. 음극 활물질층(102b)을 음극 집전체(102a)의 양쪽 면에 제공함으로써 축전체(100)의 충방전 용량을 크게 할 수 있다. 또한, 음극 집전체(102a)의 한쪽 면에 음극 활물질층(102b)을 제공한 음극(102)을 2개 준비하고, 음극(102)을, 각각 음극 활물질층(102b)이 형성되지 않는 면이 마주보도록 중첩시켜도 좋다.
또한, 음극 활물질층(102b)은 음극 집전체(102a) 위 모두에 제공되어도 좋지만 음극 집전체(102a)의 일부에 제공되어도 좋다. 예를 들어, 음극 집전체(102a)의 음극 리드(105)와 접촉되는 부분(이하, "음극 탭"이라고도 함)에는 음극 활물질층(102b)을 제공하지 않는 구성으로 하면 좋다.
음극 집전체(102a)에는 스테인리스, 금, 백금, 아연, 철, 구리, 타이타늄 등의 금속 및 이들 금속의 합금 등, 도전성이 높고, 리튬 이온 등의 캐리어 이온과 합금화하지 않는 재료를 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. 음극 집전체(102a)는 박 형상, 판 형상(시트 형상), 그물 형상, 펀칭 메탈 형상, 강망 형상 등의 형상을 적절히 사용할 수 있다. 음극 집전체(102a)는 두께가 5μm 이상 30μm 이하인 것을 사용하면 좋다. 또한, 음극 집전체(102a) 표면에 그래파이트 등을 사용하여 언더코트층을 제공하여도 좋다.
도 8에 음극 활물질층(102b) 표면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 사진을 예시하였다. 도 8에는 음극 활물질층(102b)이 음극 활물질(6103)과 바인더(결착제)(6105)를 포함하는 예를 나타냈지만 음극 활물질층(102b)에는 도전 조제가 포함되어도 좋다.
음극 활물질층(102b)은, 리튬의 용해·석출, 또는 리튬 이온의 삽입·이탈이 가능한 재료라면 특별히 한정되지 않는다. 음극 활물질층(102b)의 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 전극보다 3.045V 낮음), 중량당 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, 구상화된 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~0.3V vs. Li/Li+). 따라서, 리튬 이온 전지는 높은 작동 전압을 나타낼 수 있다. 또한, 흑연은 단위 체적당 용량이 비교적 높고, 체적 팽창이 작고, 저렴하고, 리튬 금속에 비하여 안전성이 높은 등의 이점을 갖기 때문에, 바람직하다.
음극 활물질로서, 리튬과의 합금화 및 탈합금화 반응에 의한 충방전 반응이 가능한 합금계 재료 또는 산화물을 사용할 수도 있다. 캐리어 이온이 리튬 이온인 경우, 합금계 재료로서는 예컨대 Mg, Ca, Al, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, 및 In 등 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 들 수 있다. 이와 같은 원소는 탄소에 비하여 용량이 크고 특히 실리콘은 이론 용량이 4200mAh/g로 비약적으로 높다. 그러므로, 음극 활물질에 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 원소를 사용한 합금계 재료로서는 예컨대 Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, SnS2, V2Sn3, FeSn2, CoSn2, Ni3Sn2, Cu6Sn5, Ag3Sn, Ag3Sb, Ni2MnSb, CeSb3, LaSn3, La3Co2Sn7, CoSb3, InSb, SbSn 등을 들 수 있다.
또한 음극 활물질층(102b)으로서는, SiO, SnO, SnO2, 산화 타이타늄(TiO2), 리튬 타이타늄 산화물(Li4Ti5O12), 리튬-흑연 층간 화합물(LixC6), 산화 나이오븀(Nb2O5), 산화 텅스텐(WO2), 산화 몰리브데넘(MoO2) 등의 산화물을 사용할 수 있다.
또한, 음극 활물질층(102b)으로서, 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, 1890mAh/cm3)을 나타내어 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 있어 바람직하다. 또한 양극 활물질에 리튬 이온을 포함한 재료를 사용하는 경우에도 양극 활물질에 포함되는 리튬 이온을 미리 이탈시켜 둠으로써 리튬과 전이 금속의 질화물을 음극 활물질로서 사용할 수 있다.
또한, 컨버전 반응이 일어나는 재료를 음극 활물질층(102b)으로서 사용할 수도 있다. 예를 들어, 산화 코발트(CoO), 산화 니켈(NiO), 산화 철(FeO) 등의, 리튬과 합금화 반응을 수행하지 않는 전이 금속 산화물을 음극 활물질에 사용하여도 좋다. 또한 컨버전 반응은, 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 불화물을 재료로서 사용하여도 일어난다.
도포법을 사용하여 음극 활물질층(102b)을 음극 집전체(102a) 위에 형성하는 경우에는 음극 활물질(6103)과, 바인더(6105)를 혼합하여 음극 페이스트(슬러리)를 제작하고 음극 집전체(102a) 위에 도포하여 건조시키면 좋다. 또한, 음극 페이스트에 도전 조제를 첨가하여도 좋다.
또한, 음극 활물질층(102b)의 표면에 그래핀을 형성하여도 좋다. 예를 들어 음극 활물질층(102b)을 실리콘으로 한 경우, 충방전 사이클에서의 캐리어 이온의 흡장 및 방출에 따른 실리콘의 체적 변화가 크기 때문에, 음극 집전체(102a)와 음극 활물질층(102b)의 밀착성이 저하되어, 충방전으로 인하여 전지 특성이 열화된다. 그래서, 실리콘을 포함한 음극 활물질층(102b)의 표면에 그래핀을 형성하면, 충방전 사이클에서 실리콘의 체적이 변화하더라도, 음극 집전체(102a)와 음극 활물질층(102b)의 밀착성의 저하를 억제할 수 있어 전지 특성의 열화가 저감되기 때문에 바람직하다.
또한, 음극 활물질층(102b)의 표면에, 산화물 등의 피막을 형성하여도 좋다. 충전 시에, 전해액의 분해 등에 의하여 형성되는 피막은, 이가 형성되었을 때에 소비된 전하량을 방출할 수 없어, 불가역 용량을 형성한다. 한편, 산화물 등의 피막을 음극 활물질층(102b)의 표면에 미리 형성해 둠으로써, 불가역 용량의 발생을 억제 또는 방지할 수 있다.
이와 같은 음극 활물질층(102b)을 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, 종래의 전해액의 분해 생성물에 의하여 음극의 표면에 형성되는 피막에 비하여 충분히 치밀한 막이 된다.
예를 들어, 산화 나이오븀(Nb2O5)은, 전기 전도도가 10-9S/cm로 낮고, 높은 절연성을 나타낸다. 따라서, 산화 나이오븀막은 음극 활물질과 전해액의 전기 화학적인 분해 반응을 저해한다. 한편, 산화 나이오븀의 리튬 확산 계수는 10-9cm2/sec이며 높은 리튬 이온 전도성을 갖는다. 따라서, 리튬 이온을 투과시킬 수 있다. 또한, 산화 실리콘이나 산화 알루미늄을 사용하여도 좋다.
음극 활물질층(102b)을 피복하는 피막은 예컨대 졸-겔법을 사용하여 형성할 수 있다. 졸-겔법이란, 금속 알콕사이드나 금속염 등으로 이루어진 용액을 가수 분해 반응·중축합 반응에 의하여 유동성을 손실한 겔이 되게 하고, 이 겔을 소성하여 박막을 형성하는 방법을 말한다. 졸-겔법은 액상으로부터 박막을 형성하는 방법이기 때문에, 원료를 분자 레벨로 균질하게 혼합할 수 있다. 그러므로, 용매 단계에서의 금속 산화막의 원료에 흑연 등의 음극 활물질을 첨가함으로써, 겔 내에 활물질을 쉽게 분산시킬 수 있다. 이로써, 음극 활물질층(102b)의 표면에 피막을 형성할 수 있다. 상기 피막을 사용함으로써, 축전체의 용량이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
[2.1. 음극에 리드 전극을 접속함]
음극 집전체(102a) 위에 음극 활물질층(102b)을 형성한 후, 음극 집전체(102a)의 음극 탭에 밀봉층(115)을 갖는 음극 리드(105)를 접속한다. 음극 탭과 음극 리드(105)의 접속은 양극 탭과 양극 리드(104)의 접속과 마찬가지로 수행할 수 있다.
[3. 세퍼레이터]
세퍼레이터(103)를 형성하기 위한 재료로서, 셀룰로스나, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리부텐, 나일론, 폴리에스터, 폴리설폰, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리불화바이닐리덴, 테트라플루오로에틸렌 등의 다공성 절연체를 사용할 수 있다. 또한, 유리 섬유 등의 부직포나 유리 섬유와 고분자 섬유를 복합한 격막을 사용하여도 좋다.
양극(101), 음극(102), 및 세퍼레이터(103)를, 양극(101)과 음극(102)으로 세퍼레이터(103)를 끼우도록 중첩시킨다. 이 때, 양극 활물질층(101b)과 음극 활물질층(102b)이 마주보도록 중첩된다. 도 9의 (A)는 양극 집전체(101a)의 한쪽 면에 양극 활물질층(101b)을 형성한 양극(101)과, 음극 집전체(102a)의 한쪽 면에 음극 활물질층(102b)을 형성한 음극(102)으로 판 형상의 세퍼레이터(103)를 끼우는 모양을 도시한 것이다. 또한, 양극 리드(104)와 음극 리드(105)가 중첩되지 않도록 각각 상이한 방향으로 배치된다.
또한, 세퍼레이터(103)는 양극 활물질층(101b)과 음극 활물질층(102b) 중 적어도 어느 한쪽을 완전히 덮을 수 있는 크기를 갖는 것이 바람직하다.
도 9의 (B)는 양극(101), 음극(102), 및 세퍼레이터(103)를 중첩한 상태를 도시한 사시도다. 또한, 도 9의 (C)는 도 9의 (B) 중 일점 쇄선 B1-B2로 나타낸 부위를 따라 자른 단면도다. 여기서는 양극(101)보다 큰 음극(102)이 중첩되는 예를 도시하였지만 양극(101)보다 작은 음극(102)이 중첩되어도 좋다. 또한, 같은 크기를 갖는 양극(101)과 음극(102)이 중첩되어도 좋다.
세퍼레이터(103)의 형상은 판 형상이 아니라도 좋다. 예를 들어, 반으로 접힌 세퍼레이터(103)를 사용하고, 양극(101) 및 음극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 반으로 접힌 세퍼레이터(103) 내측에 배치하여도 좋다. 도 10의 (A)는 반으로 접힌 세퍼레이터(103) 내측에 양극(101)을 배치하고 나서 음극(102)을 중첩하는 모양을 도시한 것이다.
도 10의 (B)는, 반으로 접힌 세퍼레이터(103) 내측에 배치된 양극(101)과, 음극(102)이 중첩된 상태를 도시한 사시도다. 또한, 도 10의 (C)는 도 10의 (B) 중 일점 쇄선 B3-B4로 나타낸 부위를 따라 자른 단면도다. 여기서는 같은 크기의 양극(101)과 음극(102)을 중첩하는 예를 도시하였지만, 양극(101)과 음극(102)은 상이한 크기를 가져도 좋다. 반으로 접힌 세퍼레이터(103)는 양극(101) 및 음극(102) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 사용할 수 있다.
또한, 봉지 형태의 세퍼레이터(103)를 사용하는 경우에는, 양극(101) 및 음극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 봉지 형태의 세퍼레이터(103) 내측에 배치하여도 좋다. 도 11은 봉지 형태의 세퍼레이터(103) 내측에 양극(101)을 배치하고 나서 음극(102)을 중첩하는 모양을 도시한 것이다. 또한, 세퍼레이터(103)는 봉투 형상이라도 좋다.
반으로 접힌 형상, 봉지 형태, 및 봉투 형상의 세퍼레이터는 축전체에 사용하는 전극의 개수를 양극(101)과 음극(102)을 합쳐서 3 이상으로 한 경우에 축전체의 생산성을 높일 수 있다.
또한, 축전체에 사용하는 전극의 개수가 3 이상인 경우에는 파형(지그재그 형상)으로 접힌 세퍼레이터를 사용하면 특히 효과적이다. 도 12의 (A)는 파형으로 접힌 세퍼레이터(103)를 개재(介在)하여 양극(101)과 음극(102)을 교대로 중첩하는 모양을 도시한 사시도다. 또한, 도 12의 (A)는, 집전체의 한쪽 면에 활물질층이 형성된 양극(101)과 음극(102) 사이에 집전체의 양쪽 면에 활물질층이 형성된 양극(101)과 음극(102)을 배치한 상태를 도시한 것이다.
도 12의 (B)는 파형으로 접힌 세퍼레이터(103)를 개재하여 양극(101)과 음극(102)을 복수로 중첩한 상태를 도시한 사시도다. 또한, 도 12의 (C)는 도 12의 (B) 중 일점 쇄선 B5-B6으로 나타낸 부위를 따라 자른 단면도다.
파형으로 접힌 세퍼레이터는, 축전체에 사용되는 전극의 개수를 양극(101)과 음극(102)을 합쳐서 3 이상으로 한 경우에 축전체의 생산성을 더 높일 수 있다.
축전체(100)에 세퍼레이터(103)를 복수로 사용하는 경우, 모두 같은 재료의 세퍼레이터(103)를 사용하여도 좋고 상이한 재료의 세퍼레이터(103)를 조합하여 사용하여도 좋다. 또한, 축전체(100)에 세퍼레이터(103)를 복수로 사용하는 경우, 모두 같은 형상의 세퍼레이터(103)를 사용하여도 좋고 상이한 형상의 세퍼레이터(103)를 조합하여 사용하여도 좋다.
또한, 복수의 양극(101)과 복수의 음극(102)을 갖는 축전체를 제작하는 경우에는 양극(101), 세퍼레이터(103), 및 음극(102)을 중첩시킨 후에 복수의 양극 탭을 합쳐서 하나의 양극 리드(104)에 접속시키는 것이 바람직하다(도 13의 (A) 참조). 또한, 음극 탭을 합쳐서 하나의 음극 리드(105)에 접속시키는 것이 바람직하다. 양극 탭과 양극 리드(104)의 접속과, 음극 탭과 음극 리드(105)의 접속은 상술한 바와 같이, 본딩다이를 갖는 초음파 용접 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 도 13의 (B)에 음극 탭의 접속 영역(210)과 만곡부(220)를 확대한 사시도를 도시하였다. 복수의 양극 탭을 합쳐서 하나의 양극 리드(104)에 접속시킴으로써, 또한 복수의 음극 탭을 합쳐서 하나의 음극 리드(105)에 접속시킴으로써 축전체의 생산성을 높일 수 있다.
[4. 외장체]
이차 전지의 구조로서는 다양한 구조가 있지만 본 실시형태에서는 외장체(107)의 형성에 필름을 사용한다. 또한, 외장체(107)를 형성하기 위한 필름은 금속 필름(알루미늄, 스테인리스, 니켈강 등), 유기 재료로 이루어진 플라스틱 필름(열가소성 필름), 유기 재료(유기 수지나 섬유 등), 및 무기 재료(세라믹 등)를 포함하는 하이브리드 재료 필름, 탄소 함유 필름(카본필름, 그래파이트필름 등)으로부터 선택되는 단층 필름 또는 이들 복수로 이루어지는 적층 필름을 사용한다. 금속 필름은 요철을 부여하는 가공을 수행하기 쉬우므로 벨로우즈 구조의 외장체(107)를 제작하기 쉽다. 또한, 금속 필름은 방열 효과가 뛰어나다. 또한, 외장체(107)에 오목부 또는 볼록부를 형성하면 외기에 노출되는 외장체(107)의 표면적이 증대되기 때문에 방열 효과를 높일 수 있다.
또한, 외부로부터 힘을 가하여 축전체(100)의 형상을 변화시킨 경우, 외장체(107)의 일부가 변형 또는 부분적으로 파손될 우려가 있다. 외장체(107)가 요철 형상을 가짐으로써 외장체(107)에 가해진 응력에 의하여 생기는 왜곡을 완화시켜 굽힘 강도를 높일 수 있다. 또한, 외장체는 굽히거나 펴거나를 반복하여도 파손되기 어려워진다. 따라서 축전체(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, "왜곡"이란 물체의 기준(초기 상태)의 길이에 대한 물체 내의 물질점 변위를 나타내는 변형의 척도를 말한다. 외장체(107)가 요철 형상을 갖기 때문에 축전체의 외부로부터 힘을 가함으로써 생기는 왜곡으로 인한 영향을 허용 범위 내로 억제할 수 있다. 따라서 신뢰성이 양호한 축전체를 제공할 수 있다.
도 14의 (A)는 벨로우즈 구조를 갖는 통 형상의 외장체(107)의 외관을 도시한 사시도다. 도 14의 (B)는 통 형상의 외장체(107)를 직경 방향으로(원이 찌부러지도록) 변형시킨 상태를 도시한 사시도다. 벨로우즈 구조를 갖는 통 형상의 외장체(107)를 변형시켜 도입구(119)로부터 양극(101), 세퍼레이터(103), 및 음극(102)을 외장체(107) 내측에 넣는다(도 14의 (C) 참조).
다음에 외장체(107)의 2개의 도입구(119) 중 한쪽을 열 압착에 의하여 접합한다. 열 압착을 할 때 리드 전극에 제공된 밀봉층(115)도 녹기 때문에 리드 전극과 외장체(107)를 서로 고정할 수 있다.
[5. 전해액]
다음에 감압 분위기하, 또는 불활성 가스 분위기하에서 원하는 양의 전해액을 다른 쪽 도입구(119)로부터 외장체(107) 내측에 주입한다.
축전체(100)에 사용하는 전해액(106)의 용매로서는, 비프로톤성 유기 용매가 바람직하고, 예컨대, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트, 클로로 에틸렌 카보네이트, 바이닐렌 카보네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, 다이메틸 카보네이트(DMC), 다이에틸 카보네이트(DEC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 폼산 메틸, 아세트산 메틸, 부티르산 메틸, 1,3-다이옥산, 1,4-다이옥산, 다이메톡시에탄(DME), 다이메틸 설폭사이드, 다이에틸 에터, 메틸 다이글라임, 아세토나이트릴, 벤조나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 설포란, 설톤 등의 1종, 또는 이들 중 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 사용할 수 있다.
또한, 전해액의 용매로서 겔화되는 고분자 재료를 사용함으로써 누액성(漏液性) 등에 대한 안전성이 높아진다. 또한, 이차 전지의 박형화 및 경량화가 가능하다. 겔화되는 고분자 재료의 대표적인 예로서는, 실리콘(silicone) 겔, 아크릴 겔, 아크릴로나이트릴 겔, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 불소계 폴리머 등이 있다.
또한, 전해액의 용매로서 난연성 및 난휘발성인 이온 액체(상온 용융염)를 하나 또는 복수 사용함으로써, 축전체의 내부 단락이나 과충전 등으로 인하여 내부 온도가 상승되어도 축전체의 파열이나 발화 등을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 용매에 용해시키는 전해질로서는, 캐리어에 리튬 이온을 사용하는 경우, 예컨대 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiAlCl4, LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, Li2B12Cl12, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C4F9SO2)(CF3SO2), LiN(C2F5SO2)2, 등의 리튬염 중 1종, 또는 이들 중 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 사용할 수 있다.
또한, 축전체에 사용하는 전해액으로서는 입자상의 먼지나 전해액의 구성 원소 외의 원소(이하 단순히 "불순물"이라고도 함)의 함유량이 적은 고순도화된 전해액을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 전해액에 대한 불순물의 중량비를 1% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, 더 바람직하게는 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전해액에 바이닐렌 카보네이트 등의 첨가제를 가하여도 좋다.
또한, 마지막으로 다른 쪽 도입구(119)를 열 압착에 의하여 접합한다. 상술한 바와 같이 하여, 축전체(100)를 제작할 수 있다. 통 형상의 외장체(107)를 사용함으로써 외장체(107) 외주부의 접합 공정을 줄이고 축전체(100)의 생산성을 높일 수 있다. 외장체(107)를 벨로우즈 구조로 함으로써 축전체(100)의 가요성을 향상시키고, 파손되기 어렵고, 신뢰성이 양호한 축전체를 구현할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1과는 다른 구성을 갖는 축전체에 대하여 도 15를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에 기재되는 축전체는 실시형태 1에 기재된 축전체와 같은 재료 및 방법을 사용하여 제작할 수 있다. 따라서 반복된 설명을 피하기 위하여 본 실시형태에서는 실시형태 1과 상이한 점에 대하여 설명한다.
도 15의 (A)는 축전체(150A)의 정면도다. 또한, 도 15의 (B)는 축전체(150A)의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 축전체(150A)는 실시형태 1에 기재된 축전체(100)와 외장체(107)의 형성 방법이 상이하다. 축전체(150A)는, 판 형상의 2장의 외장체(107) 사이에 양극(101), 세퍼레이터(103), 및 음극(102)을 배치하여 형성된다.
판 형상의 2장의 외장체(107) 사이에 양극(101), 세퍼레이터(103), 및 음극(102)을 배치한 후, 전해액(106)을 주입하기 위한 도입구(119) 외의 외장체(107) 외주부를 열 압착에 의하여 접합한다(도 15의 (C) 참조). 또한, 도입구(119)는 외주부의 어느 위치에 제공되어도 좋다. 열 압착을 할 때 리드 전극에 제공된 밀봉층(115)도 녹기 때문에 리드 전극과 외장체(107) 사이를 고정할 수 있다. 도 15의 (A) 및 (C)에서, 외장체(107) 외주를 열 압착에 의하여 접합한 부위를 접합부(118)로서 도시하였다.
그리고, 감압 분위기하, 또는 불활성 가스 분위기하에서 원하는 양의 전해액(106)을 도입구(119)로부터 외장체(107) 내측에 주입한다. 또한, 마지막으로 도입구(119)를 열 압착에 의하여 접합한다. 상술한 바와 같이 하여, 축전체(150A)를 제작할 수 있다(도 15의 (A) 참조).
또한, 외장체(107)가 요철 형상을 가짐으로써 축전체(150A)의 가요성을 향상시키고, 파손되기 어렵고, 신뢰성이 양호한 축전체를 구현할 수 있다. 요철을 갖는 외장체(107)의 단면 형상의 일례를 도 16에 도시하였다. 도 16은 도 15의 (B) 중의 일점 쇄선 C1-C2 또는 D1-D2를 따라 자른 단면도다. 일점 쇄선 C1-C2는 외장체(107)의 가로 방향, D1-D2는 외장체(107)의 세로 방향의 단면을 가리킨다.
도 16의 (A)~(C)에서는 곡선 형상의 요철이 연속된 파형의 단면 형상의 일례를 도시하였다. 도 16의 (A)에서는 외장체(107) 단부의 접합부(118)와 중첩되는 영역 외가 요철 형상을 갖지만, 도 16의 (B)에 도시된 바와 같이, 외장체(107) 단부도 요철 형상을 가져도 좋다. 또한, 축전체가 굴곡진 위치가 명확한 경우에는 도 16의 (C)에 도시된 바와 같이 외장체(107)의 일부가 요철 형상을 가져도 좋다.
또한, 요철의 피치(P)는 세로 방향의 단면에서 길이(L)의 1/10 이하가 바람직하고, 1/20 이하가 더 바람직하고, 1/50 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 요철의 피치(P)는 가로 방향의 단면에서 길이(W)의 1/10 이하가 바람직하고, 1/20 이하가 더 바람직하고, 1/50 이하가 더욱 바람직하다.
여기서 길이(L)는 접합부(118)에 둘러싸인 영역의 세로 방향의 직선 거리다. 또는 길이(L)는 양극(101) 및 음극(102)이 제공되는 영역의 세로 방향의 직선 거리다. 또한, 길이(W)는 접합부(118)에 둘러싸인 영역의 가로 방향의 직선 거리다. 또는 길이(W)는 양극(101) 및 음극(102)이 제공되는 영역의 가로 방향의 직선 거리다(도 15의 (A) 참조).
또한, 요철의 고저차(A)는 외장체의 두께(T)의 5배 이상이 바람직하고, 10배 이상이 더 바람직하고, 20배 이상이 더욱 바람직하다(도 16의 (A) 참조).
또한, 피치(P) 및 고저차(A)는 길이(L) 또는 길이(W)의 전장에 걸쳐 균일하지 않아도 좋다. 예를 들어, 피치(P) 및/또는 고저차(A)를 외장체의 부위에 따라 바꿔도 좋다. 즉 피치(P) 및/또는 고저차(A)는 복수의 값을 가져도 좋다. 또는 피치(P) 및/또는 고저차(A)를 세로 방향 및/또는 가로 방향으로 연속적으로 변화시켜도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 축전체가 굴곡진 경우, 굴곡부 내측의 피치(P)는 굴곡부 외측의 피치(P)보다 작게 되는 경우가 있다. 또한, 굴곡부 외측의 피치(P)는 굴곡부 내측의 피치(P)보다 크게 되는 경우가 있다.
외장체(107)에 제공되는 요철의 단면 형상은 곡선을 포함하는 형상에 한정되지 않고 도 16의 (D)~(F)와 같은 직선을 포함하는 형상이라도 좋다. 예를 들어, 구형파나 삼각파의 형상이라도 좋다. 또한, 도 16의 (G)에 도시된 바와 같이, 곡선과 직선이 조합된 형상이라도 좋다. 또한, 외장체(107)의 가로 방향 및 세로 방향 중 적어도 한쪽이 연속된 요철 형상을 갖지 않는 경우, 연속된 요철 형상을 갖지 않는 방향의 단면 형상은 도 16의 (H)와 같이 된다. 도 16에 예시된 단면은 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
도 17은, 외장체(107)가 연속된 삼각파의 요철을 갖는 2개의 축전체(150A)가 중첩된 상태의 단면도다. 도 17에 도시된 바와 같이, 복수의 축전체를 중첩시켜 사용하는 경우, 각각 외장체의 요철 형상 및 피치(P)를 조절함으로써 축전체끼리를 맞물리게 할 수 있다. 외장체의 요철을 맞물리게 함으로써 복수의 축전체의 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 17에서는 외장체가 맞물린 축전체로서 축전체(150A)를 예시하였지만 축전체(100) 등의 축전체이어도 같은 효과를 나타낼 수 있다.
도 18의 (A)는 축전체(150B)의 정면도다. 또한, 도 18의 (B)는 축전체(150B)의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 축전체(150B)는, 외장체(107)의 형성 방법이 축전체(100) 및 축전체(150A)와 상이하다. 축전체(150B)는 반으로 접힌 외장체(107) 사이에 양극(101), 세퍼레이터(103), 및 음극(102)을 배치하여 형성된다.
반으로 접힌 외장체(107) 사이에 양극(101), 세퍼레이터(103), 및 음극(102)을 배치한 후, 전해액(106)을 주입하기 위한 도입구(119) 외의 외장체(107) 외주부를 열 압착에 의하여 접합한다(도 18의 (C) 참조).
그리고, 감압 분위기하, 또는 불활성 가스 분위기하에서 원하는 양의 전해액(106)을 도입구(119)로부터 외장체(107) 내측에 주입한다. 또한, 마지막으로 도입구(119)를 열 압착에 의하여 접합한다. 상술한 바와 같이 하여, 축전체(150B)를 제작할 수 있다(도 18의 (A) 참조).
또한, 축전체(150B)는 반으로 접힌 외장체(107)를 사용하여 제작되기 때문에 축전체(150A)보다 접합부(118)의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서 축전체의 제작 시간을 단축할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면 축전체의 생산성을 높일 수 있다.
또한, 축전체(150A)와 마찬가지로, 반으로 접힌 외장체(107)에 도 16에 도시된 단면 형상을 사용할 수 있다.
도 19의 (A)는 축전체(150C)의 정면도다. 또한, 도 19의 (B)는 축전체(150C)의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 축전체(150C)는 축전체(100)와 마찬가지로 2개의 개구부를 갖는 통 형상의 외장체(107)가 사용되어 형성된다.
통 형상의 외장체(107) 내측에 양극(101), 세퍼레이터(103), 및 음극(102)을 배치한 후, 한쪽 개구부의 일부에 전해액(106)을 주입하기 위한 도입구(119)를 남기고 통 형상의 외장체(107)의 개구부를 열 압착에 의하여 접합한다(도 19의 (C) 참조).
그리고, 감압 분위기하, 또는 불활성 가스 분위기하에서 원하는 양의 전해액(106)을 도입구(119)로부터 외장체(107) 내측에 주입한다. 또한, 마지막으로 도입구(119)를 열 압착에 의하여 접합한다. 상술한 바와 같이 하여, 축전체(150C)를 제작할 수 있다(도 19의 (A) 참조).
축전체(150C)는 통 형상의 외장체(107)를 사용하여 제작되기 때문에 축전체(150A) 및 축전체(150B)보다 접합부(118)의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서 축전체의 제작 시간을 단축할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면 축전체의 생산성을 높일 수 있다.
또한, 축전체(150A)와 마찬가지로, 통 형상의 외장체(107)에 도 16에 도시된 단면 형상을 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 리드 단자의 추출 방향과 축전체의 외관 형상의 일례에 대하여 도 20 및 도 21을 사용하여 설명한다.
도 20의 (A)는 축전체(200A)의 정면도다. 축전체(200A)는 양극 리드(104)와 음극 리드(105)가 외장체(107)의 같은 변에 배치된다.
도 20의 (B)는 축전체(200B)의 정면도다. 축전체(200B)는 양극 리드(104)와 음극 리드(105)가 외장체(107)의 다른 변에 배치된다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 축전체는 양극 리드(104) 및 음극 리드(105)를 각각 하나 또는 복수로 구비하여도 좋다. 예를 들어, 도 20의 (C)에 도시된 축전체(200C)와 같이, 하나의 양극 리드(104)와 2개의 음극 리드(105)를 각각 상이한 변에 배치하여도 좋다. 또한, 2개의 양극 리드(104)와 하나의 음극 리드(105)를 각각 상이한 변에 배치하여도 좋다.
예를 들어, 도 20의 (D)에 도시된 축전체(200D)와 같이, 하나의 양극 리드(104)와 2개의 음극 리드(105)를 같은 변에 배치하여도 좋다. 또한, 2개의 양극 리드(104)와 하나의 음극 리드(105)를 같은 변에 배치하여도 좋다.
예를 들어, 도 21의 (A)에 도시된 축전체(200E)와 같이, 양극 리드(104)와 음극 리드(105)를 상이한 네 변에 배치하여도 좋다.
예를 들어, 도 21의 (B)에 도시된 축전체(200F)와 같이, 복수의 양극 리드(104)와 복수의 음극 리드(105)를 배치하여도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 축전체의 외관 형상은 직사각형에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 21의 (C)에 도시된 축전체(200G)와 같이, 곡선 부분을 가져도 좋다. 또한, 예를 들어, 도 21의 (D)에 도시된 축전체(200H)와 같이, 상술한 형상의 일부가 결여된 형상을 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 축전체는 사용하는 리드 단자의 개수와 추출 위치를 임의로 설정할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면 설계 자유도가 높은 축전체를 제공할 수 있다.
(실시형태 4)
본 발명의 일 형태에 따른 축전체는 전력에 의하여 구동하는 다양한 전자 기기의 축전 장치에 사용할 수 있다. 도 24~도 27에 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 사용한 전자 기기의 구체적인 예를 도시하였다.
본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 사용한 전자 기기로서, 텔레비전이나 모니터 등의 표시 장치, 조명 장치, 데스크탑형 또는 노트북형의 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체에 기억된 정지 화상 또는 동영상을 재생하는 화상 재생 장치, 포터블 CD 플레이어, 라디오, 테이프 리코더, 헤드폰 스테레오, 스테레오, 탁상 시계, 벽걸이 시계, 무선 전화 핸드셋, 트랜스시버, 휴대 전화, 자동차 전화, 휴대형 게임기, 태블릿 단말, 파친코기 등의 대형 오락기, 계산기, 휴대 정보 단말, 전자 수첩, 전자 서적, 전자 번역기, 음성 입력 기기, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 전기 면도기, 전자 레인지 등의 고주파 가열 장치, 전기 밥솥, 전기 세탁기, 전기 청소기, 온수기, 선풍기, 헤어드라이어, 에어컨디셔너, 가습기, 제습기 등의 공기 조절 설비, 식기 세척기, 식기 건조기, 의류 건조기, 이불 건조기, 전기 냉장고, 전기 냉동고, 전기 냉동 냉장고, DNA 보존용 냉동고, 손전등, 체인 톱 등의 공구, 연기 감지기, 투석 장치 등의 의료 기기 등을 들 수 있다. 또한, 유도등, 신호기, 벨트 컨베이어, 엘리베이터, 에스컬레이터, 산업용 로봇, 전력 저장 시스템, 전력의 평준화나 스마트 그리드를 위한 축전 장치 등의 산업 기기를 들 수 있다. 또한, 축전 장치로부터의 전력을 사용하여, 전동기로 추진하는 이동체 등도 전자 기기의 범주에 포함되는 것으로 한다. 상기 이동체로서 예를 들어, 전기 자동차(EV), 내연 기관과 전동기를 겸비한 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV), 이들의 타이어 차륜이 무한 궤도로 바꾼 장궤(裝軌) 차량, 전동 어시스트 자전거를 포함한 원동기 장치 자전거, 자동 이륜차, 전동 휠체어, 골프용 카트, 소형 또는 대형 선박, 잠수함, 헬리콥터, 항공기, 로켓, 인공 위성, 우주 탐사기, 혹성 탐사기, 우주선 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 집이나 빌딩의 내벽 또는 외벽이나, 자동차의 내장 또는 외장의 곡면을 따라 제공할 수도 있다.
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 구비한다. 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 힘으로 변형시켜 전체를 만곡시키면 그 내부에 제공된 축전 장치(7407)도 만곡된다. 또한, 이 때, 만곡된 축전 장치(7407)의 상태를 도 24의 (C)에 도시하였다.
도 24의 (D)는 뱅글형 표시 장치의 일례를 도시한 것이다. 휴대 표시 장치(7100)는 하우징(7101), 표시부(7102), 조작 버튼(7103), 및 축전 장치(7104)를 구비한다. 또한, 만곡된 축전 장치(7104)의 상태를 도 24의 (E)에 도시하였다.
도 24의 (F)는 손목시계형 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 구비한다.
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 따라서 표시가 가능하다. 또한, 표시부(7202)는 터치 센서를 구비하고, 손가락이나 스타일러스 등으로 화면을 터치함으로써 조작할 수 있다. 예를 들어, 표시부(7202)에 표시된 아이콘(7207)을 터치함으로써 애플리케이션을 기동할 수 있다.
조작 버튼(7205)은 시간 설정 외에, 전원의 ON/OFF 동작, 무선 통신의 ON/OFF 동작, 매너모드의 실행 및 해제, 전력 절약 모드의 실행 및 해제 등, 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(7200)에 탑재된 운용 시스템(operation system)으로 조작 버튼(7205)의 기능을 자유롭게 설정할 수도 있다.
또한, 휴대 정보 단말(7200)은 통신 규격의 근거리 무선 통신을 실행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 무선 통신 가능한 헤드세트와 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화할 수도 있다.
또한, 휴대 정보 단말(7200)은 입출력 단자(7206)를 구비하고, 다른 정보 단말과 커넥터를 통하여 데이터를 직접 주고 받을 수 있다. 또한, 입출력 단자(7206)를 통하여 충전할 수도 있다. 또한, 충전 동작은 입출력 단자(7206)를 사용하지 않고 무선 급전으로 수행하여도 좋다.
휴대 정보 단말(7200)은 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 갖는다. 예를 들어, 도 24의 (E)에 도시된 축전 장치(7104)를 만곡된 상태로 하우징(7201) 내부에, 또는 만곡 가능한 상태로 밴드(7203) 내부에 내장시킬 수 있다.
도 24의 (G)는 완장형 표시 장치의 일례를 도시한 것이다. 표시 장치(7300)는 표시부(7304)를 갖고 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 갖는다. 또한, 표시 장치(7300)는 표시부(7304)에 터치 센서를 구비할 수도 있고, 또한 휴대 정보 단말로서 기능시킬 수도 있다.
표시부(7304)는, 그 표시면이 만곡되고, 만곡된 표시면을 따라서 표시가 가능하다. 또한, 표시 장치(7300)는 통신 규격의 근거리 무선 통신 등에 의하여 표시 상황을 변경할 수 있다.
또한, 표시 장치(7300)는 입출력 단자를 구비하고, 다른 정보 단말과 커넥터를 통하여 데이터를 직접 주고 받을 수 있다. 또한, 입출력 단자를 통하여 충전할 수도 있다. 또한, 충전 동작은 입출력 단자를 사용하지 않고 무선 급전으로 수행하여도 좋다.
도 25의 (A) 및 (B)는 폴더형 태블릿 단말의 일례를 도시한 것이다. 도 25의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿 단말(9600)은 하우징(9630a), 하우징(9630b), 하우징(9630a)과 하우징(9630b)을 접속하는 가동(可動)부(9640), 표시부(9631a)와 표시부(9631b)를 갖는 표시부(9631), 표시 모드 전환 스위치(9626), 전원 스위치(9627), 전력 절약 모드 전환 스위치(9625), 후크(9629), 조작 스위치(9628)를 갖는다. 도 25의 (A)는 태블릿 단말(9600)을 펼친 상태를 도시한 것이고 도 25의 (B)는 태블릿 단말(9600)을 닫은 상태를 도시한 것이다.
또한, 태블릿 단말(9600)은 하우징(9630a) 및 하우징(9630b)의 내부에 축전 장치(9635)를 갖는다. 축전 장치(9635)는 가동부(9640)를 개재하여 하우징(9630a)과 하우징(9630b)에 걸쳐 제공된다.
표시부(9631a)는 일부를 터치 패널 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9638)를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한, 표시부(9631a)에서는 일례로서 절반의 영역을 표시 기능만을 갖는 구성으로 하고, 나머지 절반의 영역을 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 모든 영역이 터치 패널 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어 표시부(9631a)의 전체 면에 키보드 버튼을 표시시켜 터치 패널로 하고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
또한, 표시부(9631a)와 마찬가지로 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한, 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되는 위치를 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼을 표시할 수 있다.
또한, 터치 패널 영역(9632a)과 터치 패널 영역(9632b)으로의 터치 입력을 동시에 할 수도 있다.
또한, 표시 모드 전환 스위치(9626)는 세로 표시 또는 가로 표시 등의 표시 방향의 전환이나, 또한 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 전력 절약 모드 전환 스위치(9625)는 태블릿 단말(9600)에 내장된 광 센서로 검출되는 사용 시의 외광의 광량에 따라 최적의 표시 휘도로 할 수 있다. 태블릿 단말은 광 센서뿐만 아니라 자이로스코프나 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서 등의 다른 검출 장치가 내장되어도 좋다.
또한, 도 25의 (A)에서는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 같은 예를 도시하였지만 이에 특별히 한정되지 않고, 한쪽 크기와 다른 쪽 크기가 상이하여도 좋고 표시 품질이 상이하여도 좋다. 예를 들어 한쪽 표시부를 다른 쪽 표시부보다 고정세(高精細)한 표시를 할 수 있는 표시 패널로 하여도 좋다.
도 25의 (B)에 도시된 태블릿 단말은 닫은 상태이며, 하우징(9630), 태양 전지(9633), DCDC 컨버터(9636)를 포함하는 충방전 제어 회로(9634)를 갖는다. 또한, 축전 장치(9635)로서 본 발명의 일 형태에 따른 축전체를 사용할 수 있다.
또한, 태블릿 단말(9600)은, 반으로 접을 수 있기 때문에 사용하지 않을 때에는 하우징(9630a) 및 하우징(9630b)이 중첩되도록 접을 수 있다. 접음으로써 표시부(9631b) 및 표시부(9631a)를 보호할 수 있기 때문에 태블릿 단말(9600)의 내구성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 축전체를 사용한 축전 장치(9635)는 가요성을 갖고, 굽히거나 펴거나를 반복하여도 충방전 용량이 저하되기 어렵다. 따라서 신뢰성이 양호한 태블릿 단말을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 것에 더하여 도 25의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿 단말은 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시된 정보를 터치 입력 조작하거나 편집하는 터치 입력 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의하여 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 태양 전지(9633)를 하우징(9630)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 제공함으로써, 축전 장치(9635)를 효율적으로 충전할 수 있어 바람직하다. 또한, 축전 장치(9635)로서 리튬 이온 전지를 사용하면, 소형화를 도모할 수 있는 등의 이점이 있다.
또한, 도 25의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구성 및 동작에 대하여 도 25의 (C)에 블록도를 도시하여 설명한다. 도 25의 (C)는 태양 전지(9633), 축전 장치(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1)~스위치(SW3), 표시부(9631)를 도시한 것이며, 축전 장치(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1)~스위치(SW3)가 도 25의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 개소다.
먼저, 외광을 이용하여 태양 전지(9633)로 발전되는 경우의 동작 예에 대하여 설명한다. 태양 전지에 의하여 발전된 전력은, 축전 장치(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)에 의하여 승압 또는 강압된다. 따라서, 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)로부터의 전력이 사용될 때에는 스위치(SW1)를 온 상태로 하고, 표시부(9631)에 필요한 전압이 되도록 컨버터(9637)에 의하여 승압 또는 강압된다. 또한, 표시부(9631)에서의 표시를 수행하지 않을 때에는, SW1을 오프로 하고, SW2를 온으로 하여 축전 장치(9635)를 충전하는 구성으로 하면 좋다.
또한 태양 전지(9633)에 대해서는, 발전 수단의 일례로서 제시하였지만, 이에 특별히 한정되지 않고, 압전 소자(피에조 소자)나 열전변환 소자(펠티어 소자) 등의 다른 발전 수단에 의하여 축전 장치(9635)를 충전하는 구성이라도 좋다. 예를 들어 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나 다른 충전 수단을 조합하여 충전하는 구성으로 하여도 좋다.
도 26에 기타 전자 기기의 예를 도시하였다. 도 26에는 전자 기기의 일례로서 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8004)를 사용한 표시 장치(8000)를 도시하였다. 구체적으로는 표시 장치(8000)는 TV 방송 수신용 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) 내부에 제공된다. 표시 장치(8000)는 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 축전 장치(8004)에 축적된 전력을 사용할 수도 있다. 따라서, 정전 등으로 인하여 상용 전원으로부터 전력 공급을 받을 수 없을 때에도 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8004)를 무정전 전원으로서 사용함으로써 표시 장치(8000)를 이용할 수 있다.
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 26에는 전자 기기의 일례로서 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8103)를 사용한 설치형 조명 장치(8100)를 도시하였다. 구체적으로는, 조명 장치(8100)는 하우징(8101), 광원(8102), 축전 장치(8103) 등을 갖는다. 도 26에서는, 축전 장치(8103)가, 하우징(8101) 및 광원(8102)이 설치된 천장(8104) 내부에 제공되어 있는 경우를 예시하였지만, 하우징(8101) 내부에 제공되어도 좋다. 조명 장치(8100)는 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 축전 장치(8103)에 축적된 전력을 사용할 수도 있다. 따라서, 정전 등으로 인하여 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8103)를 무정전 전원으로서 사용함으로써 조명 장치(8100)를 이용할 수 있다.
또한, 도 26에서는 천장(8104)에 제공된 설치형 조명 장치(8100)를 예시하였지만, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치는 천장(8104) 외, 예컨대 측벽(8105), 바닥(8106), 창문(8107) 등에 제공된 설치형 조명 장치에 사용할 수도 있고, 탁상 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 26에는 전자 기기의 일례로서, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8203)를 사용한, 실내기(8200) 및 실외기(8204)를 갖는 에어컨디셔너를 도시하였다. 구체적으로는 실내기(8200)는 하우징(8201), 송풍구(8202), 축전 장치(8203) 등을 갖는다. 도 26에서는 축전 장치(8203)가 실내기(8200)에 제공되는 경우를 예시하였지만, 축전 장치(8203)는 실외기(8204)에 제공되어도 좋다. 또는 실내기(8200)와 실외기(8204) 양쪽 모두에 축전 장치(8203)가 제공되어도 좋다. 에어컨디셔너는 상용 전원으로부터 전력 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 제공되는 경우, 정전 등으로 인하여 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8203)를 무정전 전원으로서 사용함으로써, 에어컨디셔너를 이용할 수 있다.
또한, 도 26에서는, 실내기와 실외기로 구성되는 세퍼레이트형 에어컨디셔너를 예시하였지만, 실내기의 기능과 실외기의 기능을 하나의 하우징에 갖는 일체형 에어컨디셔너에, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 사용할 수도 있다.
도 26에는 전자 기기의 일례로서 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8304)를 사용한 전기 냉동 냉장고(8300)를 도시하였다. 구체적으로는 전기 냉동 냉장고(8300)는 하우징(8301), 냉장실용 도어(8302), 냉동실용 도어(8303), 축전 장치(8304) 등을 갖는다. 도 26에서는 축전 장치(8304)가 하우징(8301) 내부에 제공되어 있다. 전기 냉동 냉장고(8300)는 상용 전원으로부터 전력 공급을 받을 수도 있고, 축전 장치(8304)에 축적된 전력을 사용할 수도 있다. 따라서, 정전 등으로 인하여 상용 전원으로부터 전력 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치(8304)를 무정전 전원으로서 사용함으로써 전기 냉동 냉장고(8300)를 이용할 수 있다.
또한, 상술한 전자 기기 중, 전자 레인지 등의 고주파 가열 장치, 전기 밥솥 등의 전자 기기는, 짧은 시간에 높은 전력을 필요로 한다. 따라서, 상용 전원만으로는 모두 공급할 수 없는 전력을 보조하기 위한 보조 전원으로서, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치를 사용함으로써, 전자 기기의 사용시에 상용 전원의 차단기(breaker)가 차단되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전자 기기가 사용되지 않는 시간대, 특히 상용 전원의 공급원이 공급할 수 있는 총 전력량 중 실제로 사용되는 전력량의 비율(전력 사용률이라고 부름)이 낮은 시간대에 축전 장치에 전력을 축적해 둠으로써, 상기 시간대 외의 시간대에서 전력 사용률이 높아지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 전기 냉동 냉장고(8300)의 경우, 기온이 낮고, 냉장실용 도어(8302), 냉동실용 도어(8303)가 개폐되지 않는 야간에, 축전 장치(8304)에 전력을 축적한다. 그리고, 기온이 높아지고 냉장실용 도어(8302) 및 냉동실용 도어(8303)가 개폐되는 낮에 축전 장치(8304)를 보조 전원으로서 사용함으로써 낮의 전력 사용률을 낮게 억제할 수 있다.
또한, 축전 장치를 차량에 탑재하면 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자동차(EV), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 등의 차세대 클린 에너지 자동차를 구현할 수 있다.
도 27에 본 발명의 일 형태를 사용한 차량을 도시하였다. 도 27의 (A)에 도시된 자동차(8400)는 주행하기 위한 동력원으로서 전기 모터를 사용하는 전기 자동차다. 또는 주행하기 위한 동력원으로서 전기 모터와 엔진을 적절히 선택하여 사용할 수 있는 하이브리드 자동차다. 본 발명의 일 형태를 사용함으로써 항속 거리가 긴 차량을 구현할 수 있다. 또한, 자동차(8400)는 축전 장치를 갖는다. 축전 장치는 전기 모터를 구동시킬 뿐만 아니라 전조등(8401)이나 실내등(미도시) 등의 발광 장치에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 축전 장치는 자동차(8400)가 갖는 스피드 미터, 회전 속도계 등의 표시 장치에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 축전 장치는 자동차(8400)가 갖는 내비게이션 시스템 등의 반도체 장치에 전력을 공급할 수 있다.
도 27의 (B)에 도시된 자동차(8500)는, 자동차(8500)가 갖는 축전 장치에 플러그인 방식이나 비접촉 급전 방식 등에 의하여 외부의 충전 설비로부터 전력이 공급되어 충전할 수 있다. 도 27의 (B)에, 지상 설치형 충전 장치(8021)로부터 케이블(8022)을 통하여 자동차(8500)에 탑재된 축전 장치를 충전하는 상태를 도시하였다. 충전에서, 충전 방법이나 커넥터의 규격 등은 CHAdeMO(등록 상표)나 복합충전시스템(Combined Charging System) 등의 소정의 방식을 적절히 사용하면 좋다. 충전 장치(8021)는 상업 시설에 제공된 충전 스테이션이라도 좋고, 또한 가정(家庭)에 있는 전원이라도 좋다. 예를 들어, 플러그인 기술을 사용하여 외부로부터 전력을 공급하여 자동차(8500)에 탑재된 축전 장치를 충전할 수 있다. ACDC 컨버터 등의 변환 장치를 통하여 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 충전할 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만, 수전 장치를 차량에 탑재하고, 지상의 송전 장치로부터 전력을 비접촉으로 공급하여 충전할 수도 있다. 이 비접촉 급전 방식을 사용하는 경우, 도로나 외벽에 송전 장치를 내장시킴으로써 정차 시뿐만 아니라 주행 시에 충전할 수도 있다. 또한, 이 비접촉 급전 방식을 사용하여 차량끼리 전력을 송수신하여도 좋다. 또한, 차량의 외장부에 태양 전지를 제공하여, 정차 시나 주행 시에 축전 장치를 충전하여도 좋다. 이와 같이 비접촉으로 전력을 공급하는 경우에는 전자 유도 방식이나 자계 공명 방식을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면 축전 장치의 사이클 특성이 양호해져 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따르면 축전 장치의 특성을 향상시킬 수 있어 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 탑재된 축전 장치를 차량 외의 전력 공급원으로서 사용할 수도 있다. 이 경우, 전력 수요 피크 시에 상용 전원을 사용하는 것을 회피할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
100: 축전체
101: 양극
102: 음극
103: 세퍼레이터
104: 양극 리드
105: 음극 리드
106: 전해액
107: 외장체
115: 밀봉층
118: 접합부
119: 도입구
150: 축전체
201: 본딩다이
202: 본딩다이
203: 돌기
210: 접속 영역
220: 만곡부
1700: 곡면
1701: 평면
1702: 곡선
1703: 곡률 반경
1704: 곡률 중심
1800: 곡률 중심
1801: 필름
1802: 곡률 반경
1803: 필름
1804: 곡률 반경
1805: 전지 재료
6003: 양극 활물질
6004: 도전 조제
6005: 바인더
6103: 음극 활물질
6105: 바인더
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
7300: 표시 장치
7304: 표시부
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
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: 전조등
8500: 자동차
9600: 태블릿 단말
9625: 스위치
9626: 스위치
9627: 전원 스위치
9628: 조작 스위치
9629: 후크
9630: 하우징
9631: 표시부
9633: 태양 전지
9634: 충방전 제어 회로
9635: 축전 장치
9636: DCDC 컨버터
9637: 컨버터
9638: 조작 키
9639: 버튼
9640: 가동부
101a: 양극 집전체
101b: 양극 활물질층
102a: 음극 집전체
102b: 음극 활물질층
150A: 축전체
150B: 축전체
150C: 축전체
200A: 축전체
200B: 축전체
200C: 축전체
200D: 축전체
200E: 축전체
200F: 축전체
9630a: 하우징
9630b: 하우징
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9632a: 영역
9632b: 영역

Claims (8)

  1. 축전체에 있어서,
    양극과;
    음극과;
    상기 양극과 상기 음극 사이의 세퍼레이터와;
    전해액과;
    상기 양극과, 상기 음극과, 상기 세퍼레이터와, 상기 전해액을 포함하는 외장체를 포함하고,
    상기 외장체는 표면 중 적어도 일부에 연속된 요철을 포함하고,
    상기 외장체의 요철의 단면 형상은 파형(波形)인, 축전체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체의 요철의 단면 형상의 적어도 일부가 곡선을 포함하는, 축전체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체의 요철의 단면 형상의 적어도 일부가 직선을 포함하는, 축전체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체는 금속 필름 및 열가소성 필름의 적층인, 축전체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체의 요철 각각의 피치는, 상기 양극과, 상기 음극과, 상기 세퍼레이터와, 상기 전해액이 제공된 영역의 직선 거리의 1/10 이하인, 축전체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체의 요철 각각의 고저차는 상기 외장체의 두께의 5배 이상인, 축전체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체에 굴곡부를 더 포함하고,
    상기 굴곡부 외측에서의 요철 각각의 피치는 상기 굴곡부 내측에서의 요철 각각의 피치보다 큰, 축전체.
  8. 제 1 항에 따른 축전체를 포함하는 전자 기기에 있어서,
    상기 축전체의 형상은, 상기 전자 기기의 하우징의 형상이 변화함에 따라 변화하는, 전자 기기.
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