KR20150135141A - 2차 전지를 구비한 전자 기기 - Google Patents

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KR20150135141A
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다쿠야 미와
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

2차 전지의 외장체로서 필름을 사용한 경우, 필름의 강도는 금속캔보다 약하고, 외부로부터 힘이 가해질 때 외장체 내부에 배치되는 집전체 또는 집전체 표면에 제공된 활물질층 등이 대미지를 받을 우려가 있다. 외부로부터 힘이 가해져도 내구성이 우수한 2차 전지를 실현한다.
2차 전지의 중앙부에 개구부를 형성하고, 개구부에 단자를 형성한다. 2차 전지의 외측 주연이 열 압착에 의하여 고정된다. 또한, 열 압착에 의하여 2차 전지의 중앙부가 고정되어 있어, 2차 전지의 외측 주연 부분을 휜 경우에도 휘어지는 범위에 제한이 있다.

Description

2차 전지를 구비한 전자 기기{ELECTRONIC DEVICE INCLUDING SECONDARY BATTERY}
본 발명의 일 형태는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명은 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 조명 장치, 또는 전자 기기의 제작 방법에 관한 것이다. 특히 전자 기기 및 그 운용 체계(operating system)에 관한 것이다.
또한, 본 명세서에서 전자 기기란 2차 전지를 갖는 장치 전반을 가리키며, 2차 전지를 갖는 전기 광학 장치, 2차 전지를 갖는 정보 단말 장치는 모두 전자 기기이다.
사용자가 휴대하거나 장착하는 전자 기기가 활발히 개발되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 박형 휴대 전자 서적이 기재되어 있다.
사용자가 휴대하거나 장착하는 전자 기기는 전원으로서 2차 전지를 사용하여 동작한다. 상기 전자 기기는 장시간 사용이 가능한 것이 바람직하고, 이를 실현하기 위해서는 대용량 2차 전지를 사용하면 좋다. 한편으로 전자 기기에 대용량 2차 전지를 내장시키면 사이즈가 커서 중량이 증가된다는 문제가 있다. 그러므로, 휴대하거나 장착하는 전자 기기에 내장할 수 있는 소형 또는 박형이며 대용량인 2차 전지의 개발이 진행되고 있다.
또한, 2차 전지는 외장체로서 금속캔을 사용하고, 그 금속캔 내에 전해질 등을 포함하는 구성으로 되어 있다.
일본국 특개소 63-15796호 공보
외장체로서 금속캔을 사용하는 경우, 2차 전지 자체의 중량이 증가된다는 문제가 있다. 또한, 박형 2차 전지를 실현하기 위한 얇은 금속캔은 성형 가공으로 제작하기가 어렵고, 또한 얇은 금속캔을 사용하여 2차 전지를 제작하는 것도 어렵다.
외장체로서 금속박(알루미늄, 스테인리스 등)과 수지(열 융착성 수지)의 적층을 포함하는 필름(래미네이트 필름이라고도 함)을 사용하면, 금속캔을 사용한 2차 전지보다 경량이며 박형인 2차 전지를 제작할 수 있다.
사용자가 쾌적한 장착감을 느낄 수 있도록, 몸에 장착하여 사용되는 표시 장치는 경량화 및 소형화가 요구되고 있고, 또한 표시 장치의 구동 장치나 전원을 포함한 전자 기기 전체의 경량화가 요구되고 있다.
신규 구조를 갖는 전자 기기를 제공한다. 구체적으로는, 다양한 외관 형상으로 변화할 수 있는 신규 구조를 갖는 전자 기기를 제공한다.
또는, 본 발명의 일 형태는 신규 축전 장치, 신규 2차 전지 등을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 이들의 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 또한, 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 과제가 추출될 수 있다.
2차 전지의 외장체로서 필름을 사용한 경우 필름의 강도는 금속캔보다 약하고, 외부로부터 힘이 가해질 때 외장체 내부에 배치되는 집전체 또는 집전체 표면에 제공된 활물질층 등이 대미지(damage)를 받을 우려가 있다. 집전체는 리드 전극과 접속하기 위한 돌출부(전극 탭부(tab portion)라고도 함)가 제공되고, 외부로부터 힘이 가해져 2차 전지가 휘어진 경우에 돌출부(전극 탭부) 주변에서 균열 등의 대미지를 부분적으로 받아, 이것이 2차 전지의 파손으로 이어진다. 또한, 전극 탭부에는 활물질층은 제공하지 않는다.
래미네이트 필름을 외장체로서 사용하는 박형 2차 전지는 균열이 들어가기 쉬운 전극 형상, 즉 리드 전극을 인출하기 위하여 부분적으로 돌출된 돌출부(전극 탭부)를 갖는다.
래미네이트 필름을 외장체로서 사용하는 박형 2차 전지를 휘는 경우, 그 휨에 의한 외력에 대하여 강하게 견딜 수 있고, 신규 구성을 갖는 2차 전지는 그 중앙부에 전극 탭부를 배치하고, 상기 전극 탭부를 중심으로 하는 점 대칭이 되는 외관을 갖는 2차 전지이다.
본 명세서에서 기재하는 구성은 전해액이 외장체로 밀봉된 2차 전지이며, 제 1 집전체와, 제 1 집전체 위의 제 2 집전체와, 외장체에 형성된 개구부를 갖고, 개구부에 제 1 집전체의 일부 및 제 2 집전체의 일부가 돌출되고, 외장체는 필름인 것을 특징으로 하는 2차 전지이다.
상기 구성에 있어서 개구부에 돌출하는 제 1 집전체의 일부는, 양극의 단자이고, 개구부에 돌출하는 제 2 집전체의 일부는, 음극의 단자인 것을 특징의 하나로 한다.
상기 구성에 있어서, 제 1 집전체와 제 2 집전체 사이에 세퍼레이터를 갖는다. 또한, 제 1 접전체는 복수의 개구를 가져도 좋다. 또한, 제 2 집전체는 복수의 개구를 가져도 좋다. 제 1 집전체 또는 제 2 집전체에 복수의 개구를 형성함으로써 집전체의 일부를 휘어지기 쉽게 하고, 휘어질 때에 집전체가 휘어지는 위치를 제어할 수 있다.
2차 전지의 외측 주연은 열 압착에 의하여 고정된다. 또한, 2차 전지의 중앙부가 열 압착에 의하여 고정되어 2차 전지의 외측 주연 부분을 휜 경우에도 휘어지는 양이 제어된다. 2차 전지 내부에는 집전체가 복수 수납되고, 외부는 외장체로 둘러싸여 있고, 외장체의 일부와 집전체의 일부가 고정되어 있다. 상기 구성에 있어서는 2차 전지의 개구부는 관통한 구멍, 즉 중공 구조가 되어 있고, 외장체의 개구부에서는 밀봉할 때 외장체의 일부가 집전체의 일부와 고정되어 있다. 상면으로 보면, 2차 전지의 거의 중앙부에 위치하는 개구부를 고정한 상태에서 2차 전지를 휜 경우, 외장체와 집전체가 고정되지 않은 영역, 특히 외측 주연 부분에 있어서 외장체의 변형량과 집전체의 변형량의 차이를 종래보다 작게 할 수 있다. 또한, 집전체를 복수 사용하는 경우, 최상층의 집전체와 최하층의 집전체와의 변형량의 차이도 작게 할 수 있다. 즉, 2차 전지의 중앙부가 열 압착에 의하여 고정됨으로써 2차 전지의 변형에 대한 변형의 정도를 억제한다. 종래에는, 직사각형의 2차 전지의 1변에 돌출된 양극(또는 음극)의 단자를 갖고, 그 1변과 집전체의 일부가 중첩되는 부분에서 고정되어 있는 구성으로 하기 때문에 고정된 1변으로부터 떨어진 영역에서는, 외장체의 변형량과 집전체의 변형량의 차이가 크고, 내부에서도 최상층의 집전체와 최하층의 집전체의 변형량의 차이도 커진다. 최상층의 집전체와 최하층의 집전체의 변형량의 차이가 커지면, 한 쌍이 되어 있는 제 1 집전체와 제 2 집전체가 중첩되지 않은 영역은 전지로서 기능하지 않으므로 용량 저감으로 이어진다.
또한, 2차 전지의 중앙부에서 접속하는 구성이 되기 때문에 2차 전지의 중앙부에 겹쳐 소자나 회로를 배치함으로써 리드 배선의 길이를 단축하여 배선 저항을 저감할 수도 있다. 2차 전지의 중앙부에 겹쳐 소자나 회로(예를 들어 레귤레이터 등)를 배치하는 것은 특히 두께가 얇은 디바이스에 있어서는 하우징 내에 수납 스페이스가 적기 때문에 2차 전지를 실장하는 데에 유리하다. 레귤레이터는 접속되는 2차 전지로부터 각 기능 회로에 필요한 전력 또는 신호를 생성하여 공급한다. 또한, 2차 전지에 충전할 때는 레귤레이터는 2차 전지의 과충전 등을 방지할 수도 있다.
또한, 박형 2차 전지에 있어서 전극 탭부를 중심으로 하여 2차 전지의 외형 사이즈를 크게 함으로써 대면적화도 가능하게 된다.
신규 구성을 갖는 2차 전지를 실현할 수 있다. 신규 구성을 갖는 2차 전지로 함으로써 2차 전지를 구비한 전자 기기의 하우징이 변형되는 경우, 하우징과 함께 2차 전지가 변형되어도 2차 전지의 변형에 대한 변형량이 억제된다.
또한, 그 신규 구성을 갖는 2차 전지를 포함하는 신규 구조를 구비한 전자 기기를 실현할 수 있다.
또한, 제조업, 경찰, 소방, 의료, 노인 간호, 유통, 제품 판매 등의 업종에 있어서, 2차 전지를 구비한 전자 기기를 사람의 몸의 일부(예를 들어, 팔꿈치, 어깨, 무릎, 머리 등의 구면(球面)을 포함하는 부분)에 장착하면, 작업 진행에 방해 없이 양손이 자유롭게 쓸 수 있어 유용하다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 상술한 모든 효과를 가질 필요는 없다. 또한, 상술한 것들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것으로 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 상술한 것들 이외의 효과가 추출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태를 도시한 상면도 및 단면도.
도 2는 본 발명의 일 형태를 도시한 상면도.
도 3은 본 발명의 일 형태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 형태를 도시한 사시도 및 단면도.
도 5는 본 발명의 일 형태를 도시한 전자 기기.
도 6은 본 발명의 일 형태를 도시한 전자 기기.
도 7은 본 발명의 일 형태를 도시한 전자 기기.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면들을 참조하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 하기의 설명에 제한되지 않고 이 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 또한, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정되는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
또한, 본 명세서에서 설명하는 각 도면에 있어서 각 구성의 크기, 층의 두께, 또는 영역은 발명을 명료화하기 위하여 과장 또는 생략되어 있는 경우가 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 반드시 그 스케일에 한정되지 않는다.
또한 본 명세서 등에 있어서의 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙인 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서 등, 어떤 순서나 순위를 가리키는 것이 아니다. 또한, 본 명세서 등에 있어서 서수사가 붙어 있지 않은 용어라도, 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 특허 청구의 범위에서 서수사가 붙는 경우가 있다.
(실시형태 1)
도 1의 (A)는 축전체의 모식 상면도의 일례를 도시한 것이다.
본 발명의 일 형태에 따른 축전체(100)는, 외장체(107) 내에 적어도 양극(101)과, 세퍼레이터(103)와, 음극(102)과, 전해액(120)을 갖는다. 축전체의 구조로서는 다양한 구조가 있지만 본 실시형태에서는 외장체(107)의 형성에 필름을 사용한다.
본 실시형태에서는, 2개의 원형의 개구부를 갖는 1장의 적층 필름을 접어 2개의 개구부가 서로 중첩되도록 개구부 주연에 열 압착을 행한다. 또한, 외측 주연(3변)에도 열 압착을 행한다.
또한, 하나의 원형의 개구부를 갖는 1장째의 적층 필름과, 하나의 원형의 개구부를 갖는 2장째의 적층 필름을 사용하여 2개의 개구부가 중첩되도록 개구부 주연 및 외측의 4변을 열 압착으로 밀봉하여도 좋다.
도 1의 (B)는 양극(101)의 상면도의 일례를 도시한 것이다. 양극(101)은 적층 필름의 개구부와 중첩되는 개구부를 갖고, 전극 탭부의 부분이 돌출된다. 전극 탭부는 외부의 배선과 접속하기 위한 단자이다. 또한, 양극(101)은 집전체(알루미늄 등)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 양극 활물질층 등을 제공한 것을 포함하는 것으로 한다. 또한, 양극 활물질층은 집전체에 있어서 단자가 되는 영역, 즉 전극 탭부에는 형성하지 않는다.
또한, 도 1의 (D)는 음극(102)의 상면도의 일례를 도시한 것이다. 음극(102)도 적층 필름의 개구부와 중첩되는 개구부를 갖고, 전극 탭부의 부분이 돌출된다. 음극(102)은 집전체(구리 등)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 음극 활물질층 등을 제공한 것을 포함하는 것으로 한다. 또한, 음극 활물질층은 집전체에 있어서 단자가 되는 영역, 즉 전극 탭부에는 형성하지 않는다.
본 실시형태에 있어서 축전체의 구성은 예를 들어 세퍼레이터(103)의 두께는 약 15μm 이상 30μm 이하, 양극(101)의 집전체의 두께는 약 10μm 이상 약 40μm 이하, 양극 활물질층의 두께는 약 50μm 이상 약 100μm 이하, 음극 활물질층의 두께는 약 50μm 이상 약 100μm 이하, 음극(102)의 집전체의 두께는 약 5μm 이상 약 40μm 이하로 한다.
또한, 도 1의 (C)는 양극(101)과 음극(102) 사이에 배치되는 세퍼레이터(103)의 상면도의 일례를 도시한 것이다. 세퍼레이터도 적층 필름의 개구부와 중첩되는 개구부를 갖는다. 또한, 도 1의 (C)에서는 세퍼레이터(103)는 시트 형상의 세퍼레이터를 사용하는 예를 나타내었지만, 봉지 형태의 세퍼레이터를 사용하여도 좋다. 또한, 1장의 세퍼레이터를 접어, 접힌 세퍼레이터 사이에 양극(또는 음극)이 위치하도록 외장체(107) 내에 설치하여도 좋다.
도 1의 (E)는, 도 1의 (A)에 도시된 일점 쇄선 A-B로 절단한 단면 모식도이다.
도 1의 (E)는 전극 탭부가 외장체(107)로부터 돌출하는 구성을 도시한 것이다. 또한, 3장의 양극을 중첩시켜 초음파 접합으로 그 적층체를 한쪽 단자로 하는 예를 나타낸다. 이와 같은 구성으로 하면, 리드 전극을 사용하지 않아도 단자 전극을 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 설명하기 쉽게 하기 위하여 도 1의 (E)에 있어서는 전해액(120)과 3쌍의 양극(101)과 음극(102)을 외장체(107)에 수납하는 예를 나타내었지만, 축전체의 용량을 증대시키기 위하여 4쌍 이상의 양극(101)과 음극(102)의 조합을 외장체(107)에 수납시켜도 좋다. 또한, 축전체를 얇게 하기 위해서는 2쌍 또는 한 쌍의 양극(101)과 음극(102)의 조합을 외장체(107)에 수납시켜도 좋다.
또한, 중앙부에서의 양극과 음극의 단락을 방지하기 위하여 양극 탭부와 음극 탭부 사이에 절연체를 제공하는 것이 바람직하다.
이하에서 축전체(100)를 제작하는 예를 설명한다.
우선, 3개의 양극(도 1의 (B)에 도시된 형상을 갖는 집전체를 포함함)과 5개의 세퍼레이터(도 1의 (C)에 도시된 형상을 갖는 세퍼레이터)와 3개의 음극(도 1의 (D)에 도시된 형상을 갖는 집전체를 포함함)을 준비한다. 양극(101)은 중앙부의 개구부에 더하여 슬릿으로서 복수의 개구부를 갖고, 축전체가 휘어진 경우에 양극의 구김살이 생기기 어려운 구성으로 하고 있다. 또한, 양극(101)은 한쪽 면 또는 양쪽 면에 양극 활물질층을 갖는다. 음극(102)도 중앙부의 개구부에 더하여 슬릿으로서 복수의 개구부를 갖고, 축전체가 휘어진 경우에 음극의 구김살이 생기기 어려운 구성으로 하고 있다. 또한, 음극(102)은 한쪽 면 또는 양쪽 면에 음극 활물질층을 갖는다.
양극(101)이나 음극(102)에 사용하는 집전체로서는 스테인리스, 금, 백금, 아연, 철, 니켈, 구리, 알루미늄, 타이타늄, 탄탈럼 등의 금속 및 이들의 합금 등, 도전성이 높고, 리튬 등의 캐리어 이온과 합금화하지 않는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 몰리브데넘 등의 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, 니오븀, 탄탈, 크롬, 몰리브데넘, 텅스텐, 코발트, 니켈 등이 있다. 집전체는 두께가 5μm 이상 40μm 이하인 것을 사용하면 좋다.
양극(101)에 사용하는 집전체의 한쪽 면 또는 양쪽 면에는 양극 활물질층을 형성한다.
축전체(100)의 양극 활물질층에 사용하는 양극 활물질로서는, 올리빈(olivine)형의 결정 구조, 층상 암염(rock-salt)형의 결정 구조, 또는 스피넬(spinel)형의 결정 구조를 갖는 복합 산화물 등이 있다. 양극 활물질로서, 예를 들어 LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5, MnO2 등의 화합물을 사용할 수 있다.
또는, 복합 재료(일반식 LiMPO4(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II) 중 하나 이상))을 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.
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 활물질로서 AxM2(XO4)3(A=Li, Na, Mg, M=Fe, Mn, Ti, V, Nb, Al, X=S, P, Mo, W, As, Si)의 일반식으로 나타내어지는 나시콘(nasicon)형 화합물을 사용할 수 있다. 나시콘형 화합물로서는 Fe2(MnO4)3, Fe2(SO4)3, Li3Fe2(PO4)3 등을 들 수 있다. 또한, 양극 활물질로서 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 역 스피넬형 결정 구조를 갖는 산화물, 바나듐 산화물계(V2O5, V6O13, LiV3O8 등), 망가니즈 산화물, 유기 황 등의 재료를 사용할 수 있다.
또한, 캐리어 이온이 리튬 이온 이외의 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온인 경우, 양극 활물질로서 리튬 대신에 알칼리 금속(예를 들어 나트륨이나 칼륨 등), 알칼리 토금속(예를 들어 칼슘, 스트론튬, 바륨, 베릴륨, 마그네슘 등)을 사용하여도 좋다.
음극(102)에 사용하는 집전체의 한쪽 면 또는 양쪽 면에는 음극 활물질층을 형성한다.
축전체(100)의 음극 활물질층에 사용하는 음극 활물질로서는 리튬의 용해·석출, 또는 리튬 이온의 삽입·이탈이 가능한 재료를 사용할 수 있고, 리튬 금속, 탄소계 재료, 합금계 재료 등을 사용할 수 있다.
리튬 금속은, 산화 환원 전위가 낮고(표준 수소 전극에 대하여 -3.045V), 중량 및 체적당의 비용량이 크기(각각 3860mAh/g, 2062mAh/cm3) 때문에 바람직하다.
탄소계 재료로서는, 흑연, 이흑연화성 탄소(소프트 카본), 난흑연화성 탄소(하드 카본), 카본 나노 튜브, 그래핀, 카본 블랙 등을 들 수 있다.
흑연으로서는 메소카본 마이크로비즈(MCMB), 코크스계 인조 흑연, 피치계 인조 흑연 등의 인조 흑연이나, 구상(球狀)화 천연 흑연 등의 천연 흑연을 들 수 있다.
흑연은 리튬 이온이 흑연에 삽입되었을 때(리튬-흑연 층간 화합물의 생성 시) 리튬 금속과 동일 정도로 낮은 전위를 나타낸다(0.1 내지 0.3V vs.Li/Li+). 이에 의하여, 리튬 이온 2차 전지는 높은 작동 전압을 나타낼 수 있다. 또한, 흑연은 단위 체적당의 용량이 비교적 높고, 체적 팽창이 작으며, 염가이고, 리튬 금속에 비하여 안전성이 높은 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 Al, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, In, Ga 등 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 들 수 있다. 이런 원소는 탄소에 대하여 용량이 크고 특히 실리콘은 이론 용량이 4200mAh/g로 비약적으로 높다. 그러므로, 음극 활물질에 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 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 활물질로서는 SiO, SnO, SnO2, 이산화 타이타늄(TiO2), 리튬 타이타늄 산화물(Li4Ti5O12), 리튬-흑연 층간 화합물(LixC6), 오산화 나이오븀(Nb2O5), 산화 텅스텐(WO2), 산화 몰리브데넘(MoO2) 등의 산화물을 사용할 수 있다. 또한, SiO란, 실리콘이 많이 포함되는 부분(silicon-rich portion)을 포함하는 실리콘 산화물의 분말을 가리키며, SiOy(2>y>0)라고도 표기할 수 있다. 예를 들어, SiO는 Si2O3, Si3O4, 또는 Si2O로부터 선택된 단수 또는 복수를 포함하는 재료나, Si의 분말과 이산화 실리콘(SiO2)의 혼합물도 포함한다. 또한, SiO는 다른 원소(탄소, 질소, 철, 알루미늄, 구리, 타이타늄, 칼슘, 망가니즈 등)를 포함하는 경우도 있다. 즉, 단결정 Si, 비정질 Si, 다결정 Si, Si2O3, Si3O4, Si2O, SiO2로부터 선택되는 복수를 포함하는 재료를 가리키며, SiO는 유색 재료이다. SiO가 아닌 SiOx(X는 2 이상)이면 무색 투명 또는 백색이므로 구별할 수 있다. 다만, 2차 전지의 재료로서 SiO를 사용하여 2차 전지를 제작한 후, 충방전의 반복 등에 의하여 SiO가 산화된 경우, SiO2로 변질되는 경우도 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, 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 포함하는 재료를 사용하는 경우에도, 미리 양극 활물질에 포함되는 리튬 이온을 이탈시켜 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, 산화코발트(CoO), 산화니켈(NiO), 산화철(FeO) 등의, 리튬과 합금화 반응을 일으키지 않는 전이 금속 산화물을 음극 활물질로 사용하여도 좋다. 컨버전 반응이 일어나는 재료로서는, 또한, Fe2O3, CuO, Cu2O, RuO2, Cr2O3 등의 산화물, CoS0 .89, NiS, CuS 등의 황화물, Zn3N2, Cu3N, Ge3N4 등의 질화물, NiP2, FeP2, CoP3 등의 인화물, FeF3, BiF3 등의 불화물도 들 수 있다. 또한, 상기 불화물의 전위는 높기 때문에 양극 활물질로서 사용하여도 좋다.
또한, 음극 활물질층에는 상술한 음극 활물질 외에, 활물질의 밀착성을 높이기 위한 결착제(바인더), 음극 활물질층의 도전성을 높이기 위한 도전조제 등이 포함되어도 좋다.
또한, 3쌍의 양극(101)과 음극(102)을 중첩시켜 서로 양극들을 접합하고, 음극들을 접합한다. 즉, 도 1의 (E)에 도시된 바와 같이, 음극, 세퍼레이터, 양극, 세퍼레이터, 음극, 세퍼레이터, 양극, 세퍼레이터, 음극, 세퍼레이터, 양극의 순서로 적층한다. 또한, 양극끼리, 음극끼리의 접합은 초음파 접합 등에 의하여 전기적으로 접속한다.
세퍼레이터(103)로서는, 셀룰로스(종이), 공공(空孔)이 형성된 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 절연체를 사용할 수 있다.
다음에, 상기 양극과 세퍼레이터와 음극의 조합을 수납하는 외장체(107)를 형성하기 위한 필름을 준비한다. 본 실시형태에서는, 2개의 원형의 개구부를 갖는 적층 필름을 1장 사용한다.
외장체(107)를 형성하기 위한 필름은 금속 필름(알루미늄, 스테인리스, 니켈강, 금, 은, 구리, 타이타늄, 니크롬, 철, 주석, 탄탈, 니오븀, 몰리브데넘, 지르코늄, 아연 등 금속박이 되는 금속 또는 합금), 유기 재료로 이루어진 플라스틱 필름, 유기 재료(유기 수지나 섬유 등), 및 무기 재료(세라믹 등)를 포함하는 하이브리드 재료 필름, 탄소 함유 무기 필름(카본 필름, 그래파이트 필름 등)으로부터 선택되는 단층 필름 또는 이들 복수로 이루어지는 적층 필름을 사용한다.
본 실시형태에서는, 2개의 원형의 개구부를 갖는 적층 필름을 중앙부에서 접어 2개의 개구부를 중첩시켜 3변을 접착층으로 밀봉한다. 우선 전해액을 넣기 위한 1변을 남기면서 필름의 2변을 열 압착으로 밀봉한다. 또한, 개구부의 주연에 대해서도 열 압착을 행하여 열 압착 영역(118b)을 형성하여 밀봉한다. 개구부에 있어서는 전극 탭부를 노출시킨 상태로 열 압착을 행한다.
그리고, 감압 분위기하, 또는 불활성 분위기하에서 원하는 양의 전해액을, 봉지 형태로 된 필름의 내측에 적하한다. 그리고 마지막에 열 압착하지 않던 필름 주연에 열 압착을 행하여 열 압착 영역(118a)을 형성하여 밀봉한다.
전해액은 지지 전해질로서 캐리어 이온이 이송 가능하고, 또한 캐리어 이온인 리튬 이온을 갖는 재료를 포함한다. 지지 전해질의 대표적인 예로서는 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N 등의 리튬염을 들 수 있다. 이들 지지 전해질은 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 사용하여도 좋다.
또한, 전해액의 용매로서는 캐리어 이온이 이송 가능한 재료를 사용한다. 전해액의 용매로서는, 비프로톤성 유기 용매가 바람직하다. 비프로톤성 유기 용매의 대표적인 예로서는, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트(DEC), γ-부티로락톤, 아세토나이트릴, 디메톡시에탄, 테트라하이드로퓨란 등이 있고, 이들 중 하나 또는 복수를 사용할 수 있다. 또한, 전해액의 용매로서 겔화된 고분자 재료를 사용함으로써 누액성(漏液性) 등에 대한 안전성이 높아진다. 또한, 2차 전지의 박형화 및 경량화가 가능하다. 겔화된 고분자 재료의 대표적인 예로서는, 실리콘(silicone) 겔, 아크릴 겔, 아크릴로나이트릴 겔, 폴리에틸렌옥사이드계 겔, 폴리프로필렌옥사이드계 겔, 불소계 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, 2차 전지의 내부 단락이나, 과충전 등으로 인하여 내부 온도가 상승되어도, 2차 전지의 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.
또한, 전해액 대신에 황화물계나 산화물계 등의 무기물 재료를 갖는 고체 전해질이나 PEO(폴리에틸렌옥사이드)계 등의 고분자 재료를 갖는 고체 전해질을 사용할 수 있다. 고체 전해질을 사용하는 경우에는 세퍼레이터나 스페이서를 설치할 필요가 없다. 또한, 전지 전체를 고체화할 수 있기 때문에, 누액될 우려가 없어 안전성이 굉장히 향상된다.
이로써 도 1의 (A)에 도시된 축전체(100)를 제작할 수 있다.
축전체(100)는 중앙부에 단자를 갖고, 열 압착에 의하여 2차 전지의 중앙부가 고정됨으로써 2차 전지의 변형에 대한 변형량을 억제할 수 있다. 또한, 리드 전극을 사용하지 않아 부품 점수가 삭감된다.
실시형태 1에서는 정방형의 외형 형상의 예를 나타내었지만 특별히 한정되지 않고, 중앙부에 개구부를 갖는 장방형이나 중앙부에 개구부를 갖는 원형이나, 중앙부에 개구부를 갖는 타원형 등으로 하여도 좋다. 또한, 외장체에 형성된 개구부의 형상도 원형으로 한정되지 않고, 장방형, 장방형, 타원형, 또는 다각형 등으로 하여도 좋다.
(실시형태 2)
실시형태 1에서는 개구부가 원형인 예를 나타내었지만, 본 실시형태에서는 실시형태 1과는 상이한 개구부의 형상으로 하는 예를 설명한다.
본 실시형태는 실시형태 1과 비교할 때, 개구부의 형상이나 단자의 위치, 즉 양극의 형상이나 음극의 형상이 상이한 점 이외는 동일하다. 따라서, 도 2에 있어서 도 1과 공동적인 부분에는 같은 부호를 사용하여 설명하기로 하고, 간략화를 위하여 자세한 설명은 여기서는 생략한다.
도 2의 (A)는 축전체(200)의 상면도를 도시한 일례이다. 도 2의 (B)는 양극(101)의 상면 형상을 도시한 것이다. 도 2의 (C)는 세퍼레이터(103)의 상면 형상을 도시한 것이다. 도 2의 (D)는 음극(102)의 상면 형상을 도시한 것이다.
본 발명의 일 형태에 따른 축전체(200)는, 개구부를 갖는 외장체(107) 내에 적어도 양극(101)과, 세퍼레이터(103)와, 음극(102)과, 전해액을 갖는다.
본 실시형태에서는 외장체(107)의 개구부에 있어서 노출되는 양극(101)의 부분(양극 전극 탭)과 음극(102)의 부분(음극 전극 탭)과의 위치를 어긋나게 하여 단락을 방지하는 구성으로 되어 있다.
또한, 외장체(107)의 개구부의 형상은 장방형 또는 정사각형이 되어 있고, 그 개구부를 둘러싸도록 열 압착 영역(118b)이 형성된다.
또한, 도 3은 축전체(200)가 휘어진 상태의 단면 모식도를 도시한 것이다. 도 3은 도 2에 도시된 일점 쇄선 C-D로 절단한 단면도이고, 도 2와 같은 부분에는 같은 부호를 사용한다. 도 3에 있어서 외장체(107)에 수납되는 음극이나 세퍼레이터는 생략한다. 또한, 양극(101)은 하나만 도시하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 축전체(200)가 휘어진 경우 중앙부 및 열 압착 영역(118b)은 열 압착 영역(118a)에 비하여 변화량이 작다. 변화량이 작은 부분에 전극 탭부가 제공된 축전체(200)는 휨에 강한 구성이 된다.
또한, 축전체(200)는 중앙부에 개구부를 갖기 때문에, 축전체(200) 자체는 부분적으로 휘어지기 쉬운 구성으로 되어 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 중앙부에 스페이스가 생기기 때문에 이 부분에서 리드선과 접속시키거나 외장체(107)의 개구부보다 작은 회로 기판을 설치할 수도 있다. 특히 양극(101)을 복수 중첩시켜 사용하는 경우, 용량을 크게 할 수 있고 두께도 두껍게 되지만, 그 만큼 중앙부의 스페이스도 증대되어 그 중앙부에 더 많은 소자나 회로를 설치할 수도 있다. 이와 같이 중앙부에 개구부를 갖는 축전체(200)는 중앙부의 공간을 유효하게 이용할 수 있는 축전체의 구성으로 할 수 있다.
본 실시형태는 실시형태 1과 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 1, 실시형태 2를 사용하여 얻어지는 축전체를 전자 기기에 실장하는 경우의 일례를 도 4에 도시하여 설명한다.
도 4의 (A)에 도시된 축전체(400)에는 소켓(403)과, 양극과 접속된 리드선(401)과, 음극과 접속된 리드선(402)이 접속되어 있다.
소켓(403) 내부에서는, 양극 탭과 리드선(401) 및 음극 탭과 리드선(402)이 각각 용접으로 접속되고, 그들 사이에는 단락을 방지하기 위한 절연체가 제공되어 있다.
또한, 소켓(403) 내부에 대한 과충전 등을 방지하기 위한 회로가 제공되고, 각 리드선과 접속시켜도 좋다.
또한, 도 4의 (B)는 다른 방향으로 휘어지는 예를 도시한 것이다. 다른 방향으로 휘어져도 중앙부는 다른 부분에 비하여 변화량이 작다. 또한, 축전체(400)의 외장체(107)는 엠보스(emboss) 가공이 실시되어 있고, 휘어지기 쉬운 구성으로 되어 있다. 따라서, 도 4의 (A)에 도시된 상태로부터 도 4의 (B)에 도시된 상태가 되도록 휘어지는 동작을 반복하여도 중앙부의 변화량을 작게 억제하여 그 외의 부분은 휘어지기 쉬운 구성으로 할 수 있다.
엠보스 가공으로 필름 표면(또는 뒷면)에 형성된 볼록부 또는 오목부는 필름을 밀봉 구조의 벽의 일부로 하는 공간의 용적을 변화시킬 수 있는 폐색 공간을 형성한다. 이 폐색 공간은 필름의 오목부 또는 볼록부가 아코디언 구조, 벨로스(bellows) 구조가 되어 형성되어 있다고 할 수도 있다. 또한, 프레스 가공의 일종인 엠보스 가공에 한정되지 않고 필름의 일부에 부조(relief)가 형성될 수 있는 방법을 사용하면 좋다.
또한, 도 4의 (A) 및 (B)에서는 양극과 접속된 리드선(401)과, 음극과 접속된 리드선(402)을 서로 다른 면으로부터 리드하는 예를 도시하였지만 특별히 한정되지 않고, 한쪽 면으로부터 양쪽의 리드선(401, 402)을 리드할 수도 있다.
필름을 외장체로서 사용하는 축전체는 단체로서 이용하는 것보다 복수를 직렬 또는 병렬로 접속하고, 또한 과충전 등을 방지하는 회로를 제공하여 하나의 전지 팩으로서 전자 기기에 실장한다.
예를 들어, 2개의 축전체(400)의 중앙부가 중첩되도록 접속할 수 있는 커넥터를 2개의 축전체(400) 사이에 제공하면, 직렬로 접속할 수 있다. 이와 같이, 직렬로 접속하는 경우 중앙부가 중첩되도록 고정하여 상하를 전기적으로 접속할 수 있다.
또한, 3개 이상의 축전체(400)를 중첩하는 경우에 있어서도 마찬가지로 직렬 접속할 수 있다. 또한, 복수의 축전체(400)를 직렬로 접속하고 전지 팩을 제작할 수도 있다. 복수의 축전체(400)를 중첩하더라도 각각이 휘어지기 쉬운 전지이기 때문에 적층시켜도 휘어질 수 있는 전지 팩을 실현할 수 있다.
또한, 리드 전극을 제공하는 경우, 리드 전극을 접은 상태로 실장하면 면적 및 스페이스가 필요하지만, 본 실시형태에 나타낸 축전체는 리드 전극을 생략할 수 있고, 복수의 축전체를 실장할 때 작은 스페이스에 수납할 수 있다.
또한, 도 4의 (C)는 실장하는 다른 예를 도시한 것이다. 도 4의 (C)는 표시 패널과 축전체를 중첩하여 고정되어 있다. 표시 패널(410)의 표시 영역의 중앙부에 개구부를 갖는 표시 패널(410)과, 그 중앙부와 중첩되도록 개구부(412)를 갖는 축전체(420)를 중첩한다. 또한, 고정구(固定具)(411a, 411b, 411c)는 나사나 볼트 등을 사용하고, 고정구의 재료는 축전체의 단자가 단락되지 않도록 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도전재를 사용하여도 고정구 표면에 절연막을 형성하면, 고정구로서 사용할 수 있다.
또한, 도 4의 (C)에서는 축전체(420)와 표시 패널의 전기적인 접속 구조는 도시하지 않았지만, 개구부(412)에서 접속시킬 수도 있다.
또한, 개구부를 갖는 표시 패널(410)이 가요성을 갖는(flexible) 경우, 개구부를 갖는 축전체(420)도 가요성을 갖는 것으로 할 수 있다. 표시 패널(410)의 개구부와 축전체(420)의 개구부를 이용하여 서로 고정구(411a, 411b, 411c)에 의하여 고정할 수 있다. 고정함으로써 내구성이 우수한 전자 기기를 실현할 수 있다.
또한, 표시 패널(410)에는 가요성을 갖지 않는 패널을 사용하여도 좋다.
표시 패널로서 사용하는 표시 소자로서는, EL 소자(유기물 및 무기물을 포함하는 EL 소자, 유기 EL 소자, 무기 EL 소자), LED(백색 LED, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED 등), 트랜지스터(전류에 따라 발광하는 트랜지스터), 전자 방출 소자, 액정 소자, 전자 잉크, 전기 영동 소자, GLV(Grating Light Valve), PDP(Plasma Display Panel), MEMS(Micro Electro Mechanical System)를 사용한 표시 소자, DMD(Digital Micromirror Device), DMS(Digital Micro Shutter), IMOD(Interferometric Modulator Display) 소자, 셔터 방식의 MEMS 표시 소자, 광 간섭 방식의 MEMS 표시 소자, 일렉트로웨팅 소자, 압전 세라믹 디스플레이, 카본 나노 튜브를 사용한 표시 장치 등 중 적어도 하나를 갖는다. 이들 이외에도, 전기적 또는 자기적 작용에 의하여, 콘트라스트, 휘도, 반사율, 투과율 등이 변화되는 표시 매체를 가져도 좋다. EL 소자를 사용한 표시 장치의 일례로서는 EL 디스플레이 등이 있다. 전자 방출 소자를 사용한 표시 장치의 일례로서는, 필드 에미션 디스플레이(FED: Field Emission Display) 또는 SED 방식 평면형 디스플레이(SED: Surface-conduction Electron-emitter Display) 등이 있다. 액정 소자를 사용한 표시 패널의 일례로서는 액정 디스플레이(투과형 액정 디스플레이, 반투과형 액정 디스플레이, 반사형 액정 디스플레이, 직시형 액정 디스플레이, 투사형 액정 디스플레이) 등이 있다. 전자 잉크, 전자 분류체(電子粉流體, Electronic Liquid Powder(등록 상표)), 또는 전기 영동 소자가 사용된 표시 패널의 일례로서는, 전자 페이퍼 등을 들 수 있다. 또한, 반투과형 액정 디스플레이나 반사형 액정 디스플레이를 실현하는 경우에는, 화소 전극의 일부 또는 전부가 반사 전극으로서의 기능을 갖도록 하면 좋다. 예를 들어, 화소 전극의 일부 또는 전부가 알루미늄, 은 등을 갖도록 하면 좋다. 이 경우, 반사 전극 아래에 SRAM 등 기억 회로를 제공할 수도 있다. 이로써 소비 전력을 더 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 실시형태 1 또는 실시형태 2와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 1~3 중 어느 하나를 사용하여 얻어지는 축전체를 내장한 전자 기기의 일례를 나타낸다.
축전체를 적용한 전자 기기로서 예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이나 고글형 디스플레이 등의 표시 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 데스크톱형이나 노트북형 등의 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토프레임, 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 단말기, 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.
실시형태 1~3 중 어느 하나를 사용하여 얻어지는 축전체는 외장체가 얇고 유연성을 갖는 필름이고, 곡면을 갖는 지지 구조체에 접착하여 지지 구조체의 곡률 반경이 큰 영역의 곡면 부분을 따라 변형시킬 수 있다.
또한, 가요성 형상을 구비하는 축전체를, 집이나 빌딩의 내벽 또는 외벽이나, 자동차의 내장 또는 외장의 곡면을 따라 제공할 수도 있다.
도 5(A)는 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는, 하우징(7401)에 조합된 표시부(7402)에 더하여 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 구비한다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 축전체(7407)를 갖는다.
도 5의 (B)는 휴대 전화기(7400)를 만곡시킨 상태를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)를 외부로부터의 힘으로 변형시켜 전체를 만곡시키면 그 내부에 제공된 축전체(7407)도 만곡된다. 또한, 도 5의 (C)는 만곡된 축전체(7407)의 상태를 도시한 것이다. 축전체(7407)는 래미네이트 구조의 축전지(적층 구조 전지, 필름 외장 전지라고도 불림)이고, 휘어진 상태로 고정되어 있다. 또한, 축전체(7407)는, 집전체(7409)와 전기적으로 접속된 리드 전극(7408)을 갖는다. 예를 들어, 축전체(7407)의 외장체인 필름에 개구부가 형성되고, 축전체(7407)가 휘어진 상태에서의 신뢰성이 높은 구성으로 되어 있다. 또한, 휴대 전화기(7400)에는 SIM 카드를 삽입하기 위한 슬롯이나, USB 메모리 등의 USB 디바이스를 접속하기 위한 커넥터부 등을 제공하여도 좋다.
도 5의 (D)는 휘어질 수 있는 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 아래팔에 감는 형상으로 휘어지면, 도 5의 (E)에 도시된 팔찌형 휴대 전화기로 할 수 있다. 휴대 전화기(7100)는 하우징(7101), 표시부(7102), 조작 버튼(7103), 및 축전체(7104)를 구비한다. 또한, 도 5의 (F)는 휘어질 수 있는 축전체(7104)의 상태를 도시한 것이다. 축전체(7104)는 휘어진 상태로 사용자의 팔에 장착될 때에, 하우징이 변형되어 축전체(7104)는 부분적 또는 전체적으로 곡률이 변화된다. 구체적으로는, 곡률 반경이 10mm 이상 150mm 이하의 범위 내에서 하우징 또는 축전체(7104)의 주된 표면이 부분적 또는 전체적으로 변화된다. 또한, 축전체(7104)는 집전체(7106)와 전기적으로 접속된 리드 전극(7105)을 갖는다. 예를 들어, 축전체(7104)의 외장체 필름에 개구부가 형성되어 축전체(7104)가 곡률을 변화시켜 휘어지는 횟수가 많아도 높은 신뢰성을 유지할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이와 같이, 도 5의 (D)에 도시된 휴대 전화기는, 복수의 형상으로 변화시킬 수 있는 디바이스이며, 이를 실현하기 위해서는 적어도 하우징(7101), 표시부(7102), 및 축전체(7104)가 가요성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(7100)에는 SIM 카드를 삽입하기 위한 슬롯이나, USB 메모리 등의 USB 디바이스를 접속시키는 커넥터부 등을 제공하여도 좋다.
또한, 도 5의 (D)에 도시된 휴대 전화기를 중앙 부분으로 접으면 도 5의 (G)에 도시된 바와 같은 형상으로 할 수도 있다. 또한, 휴대 전화기의 중앙 부분을 더 접고, 도 5의 (H)에 도시된 바와 같이 휴대 전화기의 단부가 서로 중첩되도록 하여 소형화시켜, 사용자의 주머니 등에 넣는 크기로 할 수 있다. 도 5의 (D), (G), 및 (H)에 도시된 바와 같은 변형만이라면, 축전체(7104)는 휘어지는 상태가 되지 않는다.
또한, 도 6의 (A)는 청소기의 일례를 도시한 것이다. 청소기는 2차 전지를 구비함으로써 코드리스가 될 수 있고, 청소기 내부에 빨아들인 먼지를 집진(集塵)하는 스페이스를 확보하기 위하여, 축전체(7604)가 차지하는 공간은 작을수록 바람직하다. 따라서, 외측 표면과 집진 스페이스 사이에 휘어질 수 있는 박형의 축전체(7604)를 배치하는 것은 유용하다.
청소기(7600)는 조작 버튼(7603) 및 축전체(7604)를 구비한다. 또한, 휘어질 수 있는 축전체(7604)의 상태를 도 6의 (B)에 도시하였다. 축전체(7604)는 외장체인 필름에 개구부가 형성되어 축전체(7604)가 휘어진 상태에서의 신뢰성이 높은 구성이 된다. 축전체(7604)는, 음극과 전기적으로 접속된 리드 전극(7601)과, 양극에 전기적으로 접속된 리드 전극(7602)을 갖는다.
박형의 축전체(7604)는 실시형태 1에 나타낸 래미네이트 구조의 2차 전지의 제작 방법을 사용하여 제작할 수 있다.
박형의 축전체(7604)는 래미네이트 구조이며, 휘어진 상태로 고정된다. 또한, 청소기(7600)는 박형의 축전체(7604)의 전력 잔량 등을 표시하는 표시부(7606)를 갖고, 이 표시부(7606)는 청소기의 외부 표면의 형상을 따라 표시면도 만곡된다. 또한, 청소기는 콘센트에 접속되기 위한 접속 코드를 갖고, 박형의 축전체(7604)에 충분한 전력이 충전되면, 접속 코드를 콘센트로부터 빼서 청소기를 사용할 수도 있다. 또한, 박형의 축전체(7604)는 접속 코드를 사용하지 않고, 와이어리스로 무선 충전하여도 좋다. 축전체(7604)는 외장체인 필름에 개구부가 형성됨으로써 높은 신뢰성을 얻는다.
또한, 사람의 몸의 일부에 장착하는 전자 기기의 예를 도 6의 (C) 및 도 7에 도시하였다.
실시형태 1~3 중 어느 하나를 사용하여 얻어지는 축전체는, 구면 등을 포함한 복잡한 곡면을 갖는 사람의 몸의 일부에 딱 맞도록 휘어질 수 있다.
도 6의 (C)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 단말기로서 기능시킬 수도 있다.
표시부(7304)는, 그 표시면이 만곡되고, 만곡된 표시면을 따라 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 행하여도 좋다.
도 7의 (A)에 도시된 전자 기기(7700)는 사람의 몸의 일부에 장착하기 위한 밴드(7702)와, 플렉시블 조명(EL 소자를 사용한 EL 조명)과, 커넥터(7703)를 통하여 전기적으로 접속된 축전체(7704)를 갖는 점등 장치이다.
도 7의 (B)는 야간 보행 중 또는 야간 주행 중 양쪽 팔꿈치 부분에 전자 기기(7700)를 장착한 모양을 도시한 것이다. 전자 기기(7700) 및 전자 기기의 전원인 축전체(7704)는 팔의 움직임에 따라 휘어질 수 있다.
또한, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 밴드로 장착하지 않고, 옷 등의 일부로서 제공하여도 좋다. 또한, 조명으로서의 기능에 더하여 시계, 온도 센서 등으로서의 기능을 가져도 좋다.
또한, 휘어질 수 있는 축전체를 차량에 탑재하면, 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자동차(EV), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 등의 차세대 클린 에너지 자동차를 실현할 수 있다. 또한, 농업 기계, 전동 어시스트 자전거를 포함하는 원동기 장착 자전거, 자동 이륜차, 전동 휠체어, 전동 카트, 소형 또는 대형 선박, 잠수함, 고정 날개나 회전 날개 등을 갖는 항공기, 로켓, 인공 위성, 우주 탐사기나 혹성 탐사기, 우주선 등의 이동체에 휘어질 수 있는 축전체를 탑재할 수도 있다.
100: 축전체
101: 양극
102: 음극
103: 세퍼레이터
107: 외장체
118a: 열 압착 영역
118b: 열 압착 영역
120: 전해액
200: 축전체
400: 축전체
401: 리드선
402: 리드선
403: 소켓
7100: 휴대 전화기
7101: 하우징
7102: 표시부
7103: 조작 버튼
7104: 축전체
7105: 리드 전극
7106: 집전체
7300: 표시 장치
7304: 표시부
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7407: 축전체
7408: 리드 전극
7409: 집전체
7600: 청소기
7601: 리드 전극
7602: 리드 전극
7603: 조작 버튼
7604: 축전체
7606: 표시부
7700: 전자 기기
7702: 밴드
7703: 커넥터
7704: 축전체

Claims (10)

  1. 2차 전지에 있어서,
    제 1 집전체;
    상기 제 1 집전체와 중첩되는 제 2 집전체;
    외장체; 및
    상기 제 1 집전체와 상기 제 2 집전체 사이의 전해질을 포함하고,
    상기 전해질은 상기 외장체로 싸여지고,
    상기 외장체는 개구부를 포함하고,
    상기 제 1 집전체의 일부는 상기 개구부에 돌출하고,
    상기 제 2 집전체의 일부는 상기 개구부에 돌출하고,
    상기 외장체는 필름인, 2차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전체와 상기 제 2 집전체 사이에 세퍼레이터를 더 포함하는, 2차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집전체는 복수의 개구부를 포함하는, 2차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 집전체는 복수의 개구부를 포함하는, 2차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체에 있는 상기 개구부는 상기 외장체의 중앙부에 위치하는, 2차 전지.
  6. 2차 전지에 있어서,
    제 1 집전체;
    상기 제 1 집전체와 중첩되는 제 2 집전체;
    외장체; 및
    상기 제 1 집전체와 상기 제 2 집전체 사이의 전해질을 포함하고,
    상기 전해질은 상기 외장체로 싸여지고,
    상기 외장체는 개구부를 포함하고,
    상기 제 1 집전체의 일부는 상기 개구부에 돌출하고,
    상기 제 2 집전체의 일부는 상기 개구부에 돌출하고,
    상기 외장체는 필름이고,
    상기 개구부에 돌출하는 상기 제 1 집전체의 일부는 양극의 단자이고,
    상기 개구부에 돌출하는 상기 제 2 집전체의 일부는 음극의 단자인, 2차 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 집전체와 상기 제 2 집전체 사이에 세퍼레이터를 더 포함하는, 2차 전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 집전체는 복수의 개구부를 포함하는, 2차 전지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 집전체는 복수의 개구부를 포함하는, 2차 전지.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 외장체에 있는 상기 개구부는 상기 외장체의 중앙부에 위치하는, 2차 전지.
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