TW201603360A - 集電器、二次電池、電子裝置及其製造方法 - Google Patents

集電器、二次電池、電子裝置及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明的目的之一是提供一種適用於可穿戴設備的二次電池。另外，本發明的目的之一是提供一種新穎的蓄電裝置。對二次電池中的電極的一部分，明確而言對集電器和活性物質層進行切削加工來使其具有複雜的形狀，由此抑制因離曲率中心遠的電極的被彎曲的程度比離曲率中心近的電極大而造成離曲率中心遠的電極的端部的位置與離曲率中心近的電極的端部的位置錯開，或者緩解施加到離曲率中心遠的電極的張力。

Description

集電器、二次電池、電子裝置及其製造方法
本發明的一個方式係關於一種二次電池及具備二次電池的電子裝置。
注意，本發明的一個方式不侷限於上述技術領域。本說明書等所公開的發明的一個方式的技術領域係關於一種物體、方法或製造方法。另外，本發明的一個方式係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或組合物(composition of matter)。因此，更明確而言，作為本說明書所公開的本發明的一個方式的技術領域的一個例子，可以舉出半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、記憶體裝置、這些裝置的驅動方法或製造方法。
在本說明書中，電子裝置是指具有二次電池的所有裝置，具有二次電池的電光裝置、具有二次電池的資訊終端裝置、具有二次電池的車輛等都包括在電子裝置的範疇內。
近年來，出現了戴在頭上的顯示裝置等穿戴在身上使用的顯示裝置，這些裝置被稱為頭戴式顯示器或可穿戴式顯示器。不僅對顯示裝置，對穿戴在身上使用的電子裝置(也稱為可穿戴式裝置)，例如助聽器等也有輕量化及小型化的需求。
可穿戴設備或可攜式資訊終端大多安裝有可反復充放電的二次電池。因為可穿戴設備或可攜式資訊終端為輕量、小型，所以發生其操作時間也受到限制的問題。因此，對安裝在可穿戴設備或可攜式資訊終端中的二次電池有輕量化、小型化、允許長時間的使用的需求。
另外，隨著電子裝置的輕量化，對將電力供應於電子裝置的二次電池也有輕量化及小型化的需求。
另外，專利文獻1及專利文獻2公開了具備具有撓性的顯示裝置的電子書閱讀器。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2010-282181
[專利文獻2]日本專利申請公開第2010-282183
本發明的一個方式的目的是提供一種適用於可穿戴設備的二次電池。本發明的另一個方式的目的是提供一種新穎的蓄電裝置。
另外，本發明的一個方式的目的是提供一種 新穎結構的電子裝置。明確而言，本發明的一個方式的目的是提供一種可具有各種各樣的外觀形狀的新穎結構的電子裝置。本發明的另一個方式的目的是提供一種具有各種各樣的外觀形狀的新穎結構的電子裝置以及具有適合該電子裝置的形狀的二次電池。
注意，這些目的的記載不妨礙其他目的的存在。此外，本發明的一個方式並不需要實現所有上述目的。另外，這些目的以外的目的從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中是顯然易見的，而可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中抽出這些目的以外的目的。
在製造及使用具有撓性的二次電池或製造彎曲的二次電池時，若使多個電極彎曲，多個電極則分別以不同的曲率彎曲。離曲率中心遠的電極的被彎曲的程度比離曲率中心近的電極大，從而成為端部的位置錯開或被拉伸的狀態。在電極的端部有與引線電接觸的部分(也稱為電極極耳)。
在製造薄型二次電池時，在被外包裝體包圍的區域層疊多個第一電極(正極)、活性物質層和第二電極(負極)的組合。另外，在將第一電極彼此重疊後，對多個第一電極進行超聲波銲錫等以固定其端部。同樣地，在將第二電極彼此重疊後，也對多個第二電極進行超聲波銲錫等以固定其端部。
層疊數越多，電容和厚度則越大，離曲率中心遠的電極的被彎曲的程度比離曲率中心近的電極大，從 而其端部的位置大幅度地錯開或被拉伸。
於是，對二次電池中的電極的一部分進行切削加工來使其具有複雜的形狀，由此抑制因離曲率中心遠的電極的被彎曲的程度比離曲率中心近的電極大而造成離曲率中心遠的電極的端部的位置與離曲率中心近的電極的端部的位置錯開，或者緩解施加到離曲率中心遠的電極的張力。
明確而言，在集電器中形成活性物質層後，利用雷射等進行去除照射區域的集電器的一部分及活性物質層的一部分的雷射加工。藉由雷射加工被切削而能夠形成的開口、切口及裂口可以為直線形狀、幾何形狀(多角形或無定形等)、圓形。即可以有規律地形成多個開口或多個切口，又可以無規律地形成多個開口或多個切口。然後，使用其一部分被切掉的形狀或其一部分具有切口的形狀的電極來製造二次電池。例如，製造包括交替地具有切口(長的切口或鋸齒形的切口等)的形狀的電極的二次電池。
也可以對用於二次電池的正極或負極之中的至少一個或兩個進行雷射加工。
若是彎曲的二次電池，其離曲率中心近的電極與離曲率中心遠的電極的上下關係則是固定的，因此至少對離曲率中心最遠的電極的一部分進行利用雷射加工的切削即可。以集電器不因切削而分成兩半的方式進行加工。對離曲率中心最遠的電極設置切口以使施加到電極的 張力得到緩解。另外，對離曲率中心近的電極設置切口以使施加到電極的壓縮力得到緩解。
另外，若是具有撓性的二次電池，則在某個方向上使其彎曲時，較佳為至少對位於最外側的電極(也就是說，最上層的正極、最下層的正極、最上層的負極及最下層的負極)進行利用雷射加工的切削以使其能夠向任何一側彎曲。
注意，具有撓性的二次電池是指能夠使二次電池的一部分彎曲多次的二次電池，彎曲的二次電池是指在將其安裝於電子裝置的製程中以彎曲的狀態被固定的二次電池。
另外，不侷限於藉由雷射加工來去除集電器的一部分及活性物質層的一部分，也可以使用刀具、剪刀等刃具或切削機床、銑床等切削器具來進行切削加工。另外，也可以不使用雷射掃描集電器的一部分及活性物質層的一部分來進行切削，而使用超高壓水掃描集電器的一部分及活性物質層的一部分來去除集電器的一部分及活性物質層的一部分。
另外，雖然為了在集電器中形成緩解張力的部分而形成切口或開口，但是並不侷限於此，也可以局部性地設置膜厚薄的部分來緩解使二次電池彎曲時的張力。此時，集電器至少具有不同的兩個斜面，並使兩個斜面之間成為具有曲面的形狀。兩個斜面所形成的角度為90°以上且小於180°，較佳為120°以上且170°以下。另外，兩 個斜面之間的具有曲面的區域的膜厚比其他區域薄。另外，也可以組合切口、開口或膜厚薄的部分，並使集電器包括多個該組合。
若不對集電器設置緩解張力的部分，使二次電池彎曲時的張力則會造成裂痕或裂縫，反復彎曲會使裂痕或裂縫擴大，而集電器有可能會破裂(分裂)。若集電器破裂，電流過的面積則會縮小，有時因電場集中於該部分而發生短路或使二次電池的劣化等變得更加嚴重。另外，有時會使裂痕或裂縫的部分的緊密性(集電器與活性物質層的介面的緊密性)降低，而喪失二次電池的功能。
由此，可以實現具有撓性的二次電池或彎曲的二次電池。
另外，在使二次電池彎曲，使該二次電池的電極也彎曲時，由於電極的一部分被切削，所以可以防止因電極的端部被拉伸而使電極產生裂痕。其結果，可以提高可彎曲的二次電池或彎曲的二次電池的可靠性。另外，若將電子裝置的外殼設定為撓性外殼，則可以使包括電池的電子裝置的一部分或全部彎曲。
11‧‧‧膜
12‧‧‧正極集電器
12a‧‧‧正極集電器
12b‧‧‧正極集電器
12c‧‧‧正極集電器
12d‧‧‧正極集電器
13‧‧‧隔離體
14‧‧‧負極集電器
15‧‧‧密封層
16a‧‧‧引線電極
16b‧‧‧引線電極
17‧‧‧熱壓合區域
18‧‧‧正極活性物質層
19‧‧‧負極活性物質層
20‧‧‧電解液
21‧‧‧切口
27‧‧‧開口
30‧‧‧黏合層
40‧‧‧二次電池
1700‧‧‧曲面
1701‧‧‧平面
1702‧‧‧曲線
1703‧‧‧曲率半徑
1704‧‧‧曲率中心
1800‧‧‧曲率中心
1801‧‧‧膜
1802‧‧‧曲率半徑
1803‧‧‧膜
1804‧‧‧曲率半徑
7100‧‧‧行動電話
7101‧‧‧外殼
7102‧‧‧顯示部
7103‧‧‧操作按鈕
7104‧‧‧蓄電裝置
7105‧‧‧引線電極
7106‧‧‧集電器
7400‧‧‧行動電話機
7401‧‧‧外殼
7402‧‧‧顯示部
7403‧‧‧操作按鈕
7404‧‧‧外部連接埠
7405‧‧‧揚聲器
7406‧‧‧麥克風
7407‧‧‧蓄電裝置
7408‧‧‧引線電極
7409‧‧‧集電器
7600‧‧‧吸塵器
7601‧‧‧引線電極
7602‧‧‧引線電極
7603‧‧‧操作按鈕
7604‧‧‧蓄電裝置
7605‧‧‧蓄電裝置
7700‧‧‧電子裝置
7701‧‧‧鉸鏈
7702‧‧‧顯示部
7703‧‧‧鉸鏈
7704‧‧‧蓄電裝置
8021‧‧‧充電裝置
8022‧‧‧電纜
8024‧‧‧蓄電裝置
8100‧‧‧汽車
8101‧‧‧車頭燈
8106‧‧‧電發動機
8200‧‧‧汽車
在圖式中：圖1A至圖1F是示出本發明的一個方式的透視圖及剖面圖；圖2A至圖2C是示出本發明的一個方式的透視圖、 俯視圖及剖面圖；圖3A至圖3F是示出本發明的一個方式的平面圖；圖4A至圖4C是示出本發明的一個方式的透視圖；圖5A及圖5B是示出本發明的一個方式的透視圖；圖6A至圖6E是示出本發明的一個方式的電子裝置及二次電池的外觀透視圖；圖7A至圖7D是示出本發明的一個方式的電子裝置及二次電池的外觀透視圖；圖8A至圖8C是電子裝置的平面圖及剖面圖；圖9A及圖9B是電子裝置的外觀透視圖；圖10A及圖10B是說明包括二次電池的車輛的圖；圖11A至圖11C是說明面的曲率半徑的圖；圖12A至圖12D是說明曲率中心的圖；圖13A是正極的平面圖，圖13B是負極的平面圖；圖14是樣本的X射線CT影像；圖15A至圖15D是外形觀察照片、樣本的X射線CT影像及取出的電極的觀察照片；圖16A至圖16G是樣本的X射線CT影像、外形觀察照片及充放電特性；圖17A及圖17B是示出充電特性及放電特性的圖。
下面，參照圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。但是，本發明不侷限於以下說明，所屬技術領域 的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式和詳細內容可以被變換為各種形式。此外，本發明不應該被解釋為僅侷限於以下所示的實施方式所記載的內容中。
實施方式1
本實施方式示出使用具有多處切口的集電器，作為外包裝體對膜進行壓花加工，使用具有圖案的膜製造鋰離子二次電池的例子。
首先，準備由撓性基材構成的片材。片材為疊層體，使用在其單面或雙面具有黏合層(也稱為熱封層)的金屬膜。黏合層使用包含聚丙烯或聚乙烯等的熱熔黏合樹脂膜。在本實施方式中，片材使用在鋁箔的表面設置有尼龍樹脂，在背面設置有耐酸性聚丙烯膜與聚丙烯膜的疊層的金屬片材。
切割該片材而準備膜，並進行壓花加工在膜上形成凹凸，由此形成能夠目視的圖案。在本實施方式中，藉由在膜的兩面設置凹凸來形成圖案，如圖1A所示，若是矩形，則將膜11對折並使對折後的膜11的兩個邊重疊，然後用黏合層密封三個邊。
為了製造可彎曲的二次電池或彎曲的二次電池，作為外包裝體的膜等較佳為緩解因應力而產生的變形的結構。膜的凹部或凸部藉由壓製加工，例如壓花加工形成。
壓花加工是壓製加工的一種，是將其表面具 有凹凸的壓花輥壓在膜上，在該膜上形成對應於壓花輥的凹凸的圖案的處理。壓花輥是其表面雕刻有圖案的輥。
利用壓花加工形成於膜的凹部或凸部形成由該膜密封的密閉空間，其中該膜用作密封結構的壁的一部分並且該密閉空間的內部容積是可變的。換言之，膜的凹部或凸部形成蛇腹狀結構(accordion structure)、波紋管狀結構而構成該密閉空間。另外，不侷限於壓製加工之一的壓花加工，只要是能夠在膜的一部分中形成浮雕的方法即可。
二次電池的結構有各種各樣，在此採用以膜為外包裝體的結構。用於外包裝體的膜使用選自金屬膜(鋁、不鏽鋼、鎳鋼等)、由有機材料形成的塑膠膜、包含有機材料(有機樹脂或纖維等)及無機材料(陶瓷等)的混合材料膜、含碳膜(碳膜、石墨膜等)的單層膜或者由上述多種膜構成的疊層膜。金屬膜容易進行壓花加工，並且，在利用壓花加工形成凹部或凸部的情況下，暴露於外氣的膜的表面積增大，所以散熱效果得到提高。
在上述結構中，二次電池的外包裝體可以在曲率半徑為10mm以上，較佳為30mm以上且150mm以下的範圍內變形。作為二次電池的外包裝體使用一個或兩個膜，當二次電池具有使用層壓膜的密封結構(這種二次電池也稱為層壓結構的二次電池)且藉由使該電池彎曲來使其剖面呈圓弧形狀時，該二次電池成為被膜的兩個曲面夾持的結構。
參照圖11A至圖11C說明面的曲率半徑。在圖11A中的截斷曲面1700的平面1701中，使曲面1700所包括的曲線1702的一部分近似圓弧，將該圓弧的半徑作為曲率半徑1703，將圓中心作為曲率中心1704。圖11B示出曲面1700的俯視圖。圖11C示出沿著平面1701截斷曲面1700時的剖面圖。當沿著平面截斷曲面時，雖然出現在剖面的曲線的曲率半徑因相對曲面的平面的角度或進行截斷的位置而不同，但是在本說明書等中，將最小的曲率半徑定義為面的曲率半徑。
在使由用作外包裝體的兩個膜夾著電極及電解液等1805的二次電池彎曲的情況下，離二次電池的曲率中心1800近的膜1801的曲率半徑1802比離曲率中心1800遠的膜1803的曲率半徑1804小(參照圖12A)。當使二次電池彎曲來使其剖面呈圓弧形時，離曲率中心1800近的膜表面受到壓縮應力，離曲率中心1800遠的膜表面受到拉伸應力(參照圖12B)。當在外包裝體的表面形成由凹部或凸部形成的圖案時，即便如上所述那樣受到壓縮應力或拉伸應力也能夠將應變的影響抑制在允許範圍內。因此，二次電池可以在離曲率中心近的外包裝體的曲率半徑為10mm以上，較佳為30mm以上的範圍內變形。
此外，二次電池的剖面形狀不侷限於簡單的圓弧狀，也可以為其一部分呈圓弧的形狀，例如可以為圖12C所示的形狀、波狀(參照圖12D)、S字形狀等。當二次電池的曲面為具有多個曲率中心的形狀時，二次電池可 以在如下範圍內變形，即，在多個曲率中心各自的曲率半徑中曲率半徑最小的曲面中，兩個外包裝體中的離曲率中心近的外包裝體的曲率半徑為10mm以上，較佳為30mm以上的範圍。
在使以兩個膜為外包裝體夾持電解液等的二次電池彎曲的情況下，第一膜的曲率半徑小於第二膜的曲率半徑。換言之，二次電池的第一膜的圖案與第二膜的不同。當使二次電池彎曲而使其剖面呈圓弧形時，離曲率中心近的膜的表面受到壓縮應力，離曲率中心遠的膜的表面受到拉伸應力。像這樣，即使受到壓縮應力或拉伸應力，由於外包裝體具有由凹部或凸部形成的圖案，因此也可以將應變的影響抑制到允許範圍內。
接著，如圖1B所示，準備構成二次電池的正極集電器12、隔離體13、負極集電器14的疊層。
作為正極集電器12及負極集電器14等集電器，可以使用不鏽鋼、金、鉑、鋅、鐵、鎳、銅、鋁、鈦、鉭等金屬、這些金屬的合金等導電性高且不與鋰等載體離子合金化的材料。另外，還可以使用添加有矽、鈦、釹、鈧、鉬等提高耐熱性的元素的鋁合金。此外，也可以使用與矽起反應而形成矽化物的金屬元素。作為與矽起反應而形成矽化物的金屬元素，可以舉出鋯、鈦、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、鈷、鎳等。作為集電器可以適當地使用箔狀、板狀(片狀)、打孔金屬網狀、擴張金屬網狀等形狀。集電器的厚度較佳為5μm以上且30μm以下。在 此，為了簡便起見，雖然示出在由外包裝體包圍的區域中收容一個由正極集電器12、隔離體13及負極集電器14的疊層構成的組合的例子，但是較佳為在由外包裝體包圍的區域中收容多個該組合的疊層以增大二次電池的容量。
另外，如圖1B所示，正極集電器12具有多個切口21。
由於正極集電器12具有多個切口21，在彎曲時正極集電器12可以整體性地展開。因此可以減小端部位置的錯開。另外，在彎曲時正極集電器12的一部分成為扭曲形狀，即具有彎曲部的形狀。因此，可以說正極集電器12是具有不同斜面的集電器。另外，也可以說正極集電器12是在兩個斜面之間具有切口或開口的集電器。還可以說正極集電器12是在兩個斜面之間具有曲面的集電器。
作為形成正極集電器12的多個切口21的雷射加工的雷射源，可以使用振盪波長大約為1065nm的ML-7320DL(AMADA MIYACHI株式會社製造)。一邊使用該雷射源照射雷射，一邊移動載物台來進行雷射掃描。
另外，較佳為在正極集電器12的單面或雙面形成活性物質層後進行雷射加工。較佳為使用藉由照射雷射而形成的切剖面，這是由於該切剖面被施加強的能量，能使集電器與活性物質層緊貼在一起。
接著，準備圖1C所示的具有密封層15的引線電極16a及引線電極16b。引線電極16a及引線電極 16b也被稱為引線端子，是用來將二次電池的正極或負極引出到外包膜的外側而設置的。引線電極16a與正極電連接。作為引線電極16a的材料可以使用鋁等可以用於正極集電器的材料。引線電極16b與負極電連接。作為引線電極16b的材料可以使用銅等可以用於負極集電器的材料。
藉由超聲波銲錫等使一個引線電極與正極集電器12的突出部電連接。另外，藉由超聲波銲錫等使另一個引線電極與負極集電器14的突出部電連接。
另外，為了留下用來注入電解液的一邊，對膜11的兩個邊進行熱壓合而密封。當進行熱壓合時，設置在引線電極上的密封層15也熔化，因此引線電極與膜11之間被固定。然後，在減壓氛圍下或在惰性氛圍下將所希望的量的電解液滴加到袋狀的膜11內。最後，對膜的未進行熱壓合而留下的邊緣進行熱壓合來密封。
藉由上述步驟，可以製造圖1D所示的二次電池40。
另外，圖1E示出以圖1D中的點劃線A-B截斷的剖面的一個例子。
如圖1E所示，膜11的重疊於正極集電器12的區域的凹凸與熱壓合區域17不同。另外，如圖1E所示，依次層疊正極集電器12、正極活性物質層18、隔離體13、負極活性物質層19、負極集電器14而將其夾在折疊的膜11之間，在膜11的端部使用黏合層30密封，在其他空間中設置有電解液20。
所得到的二次電池40的正極集電器12具有切口，圖2C示出彎曲時的狀態的示意剖面圖(長邊方向的剖面圖)。另外，圖2A是示出配置在二次電池40的膜內部的正極集電器12、隔離體13及負極集電器14的疊層的位置關係的透視圖。
另外，圖2C示出沿作為俯視圖的圖2B中的點劃線X-X’截斷的剖面示意圖。如圖2C所示，在使二次電池彎曲時的內部配置有夾著切口具有不同斜面的正極集電器12。這種具有切口的正極集電器12可以改變形狀，並藉由彎曲時局部性地變形而緩解使二次電池彎曲時的應力。在圖2C中，在沿點劃線X-X’截斷的剖面有兩處切口，由此第一斜面與第二斜面形成角度β1，第二斜面與第三斜面形成角度β2。角度β1或角度β2為90°以上且小於180°，較佳為120°以上且170°以下。在圖2C中，雖然示出向一個方向彎曲的例子，但是即使向相反一側彎曲，第一斜面與第二斜面也形成角度。另外，如圖2C所示，正極活性物質層18也具有切口。當將具有撓性的黏合劑用於正極活性物質層18時，正極活性物質層18也可以不具有切口。
作為用於正極活性物質層18的正極活性物質，可以舉出具有橄欖石型結晶結構、層狀岩鹽型結晶結構或者尖晶石型結晶結構的複合氧化物等。作為正極活性物質，例如使用LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等化合物。
此外，可以使用複合材料(通式為LiMPO4(M為Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一種以上))。作為通式LiMPO4的典型例子，可以使用LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+b為1以下，0<a<1，0<b<1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4(c+d+e為1以下，0<c<1，0<d<1，0<e<1)、LiFefNigCohMniPO4(f+g+h+i為1以下，0<f<1，0<g<1，0<h<1，0<i<1)等鋰化合物。
此外，也可以使用通式為Li(2-j)MSiO4(M為Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一種以上，0j2)等的複合材料。作為通式Li(2-j)MSiO4的典型例子，可以舉出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+l為1以下，0<k<1，0<l<1)、Li(2-j)FemNinCoqSiO4、Li(2-j)FemNinMnqSiO4、Li(2-j)NimConMnqSiO4(m+n+q為1以下，0<m<1，0<n<1，0<q<1)、Li(2-j)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+u為1以下，0<r<1，0<s<1，0<t<1，0<u<1)等鋰化合物。
此外，作為正極活性物質，可以使用以通式AxM2(XO4)3(A=Li、Na、Mg，M=Fe、Mn、Ti、V、Nb、Al，X=S、P、Mo、W、As、Si)表示的鈉超離子導體(nasicon)型化合物。作為鈉超離子導體型化合物，可以舉 出Fe2(MnO4)3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等。此外，作為正極活性物質，可以使用：以通式Li2MPO4F、Li2MP2O7、Li5MO4(M=Fe、Mn)表示的化合物；NaFeF3、FeF3等鈣鈦礦氟化物；TiS2、MoS2等金屬硫族化合物(硫化物、硒化物、碲化物)；LiMVO4等具有反尖晶石型的結晶結構的氧化物；釩氧化物類(V2O5、V6O13、LiV3O8等)；錳氧化物；以及有機硫化合物等材料。
在載體離子是鋰離子以外的鹼金屬離子、鹼土金屬離子的情況下，作為正極活性物質，也可以使用鹼金屬(例如，鈉、鉀等)、鹼土金屬(例如，鈣、鍶、鋇、鈹、鎂等)代替鋰。
作為隔離體13，可以使用絕緣體諸如纖維素(紙)、設置有空孔的聚丙烯或設置有空孔的聚乙烯等。
作為電解液的電解質，使用具有載體離子的材料。作為電解質的典型例子，可以舉出LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等鋰鹽。這些電解質既可以單獨使用一種，也可以將二種以上的材料以任意比率組合使用。
在載體離子是鋰離子以外的鹼金屬離子、鹼土金屬離子的情況下，作為電解質，也可以使用鹼金屬(例如，鈉、鉀等)、鹼土金屬(例如，鈣、鍶、鋇、鈹、鎂等)代替上述鋰鹽中的鋰。
另外，作為電解液的溶劑，使用載體離子能夠移動的材料。作為電解液的溶劑，較佳為使用非質子有 機溶劑。作為非質子有機溶劑的典型例子，可以使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁內酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氫呋喃等中的一種或多種。此外，藉由作為電解液的溶劑使用凝膠化的高分子材料，或對電解液添加用來凝膠化的高分子材料，抗液體洩漏等的安全性得到提高。並且，能夠實現蓄電池的薄型化及輕量化。作為凝膠化的高分子材料的典型例子，可以舉出矽酮凝膠、丙烯酸膠、丙烯腈膠、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟類聚合物等。另外，藉由作為電解液的溶劑使用一種或多種具有阻燃性及難揮發性的離子液體(室溫融鹽)，即使由於蓄電池的內部短路、過充電等而內部溫度上升，也可以防止蓄電池的破裂或起火等。離子液體是流化狀態的鹽，離子遷移度(傳導率)高。另外，離子液體含有陽離子和陰離子。作為離子液體，可以舉出包含乙基甲基咪唑(EMI)陽離子的離子液體或包含N-甲基-N-丙基呱啶(propylpiperidinium)(PP13)陽離子的離子液體等。
此外，可以使用具有硫化物類或氧化物類等的無機材料的固體電解質、具有PEO(聚環氧乙烷)類等的高分子材料的固體電解質來代替電解液。當使用固體電解質時，不需要設置隔離體或間隔物。另外，由於可以使電池整體實現固體化，所以沒有液體洩漏的憂慮，安全性得到顯著提高。
另外，作為負極活性物質層19的負極活性物 質，可以使用能夠溶解且析出鋰或與鋰離子起可逆反應的材料，例如可以使用鋰金屬、碳類材料、合金類材料等。
鋰金屬的氧化還原電位低(比標準氫電極低3.045V)，單位重量及單位體積的比容量大(分別為3860mAh/g，2062mAh/cm3)，所以是較佳的。
作為碳類材料，可以舉出石墨、易石墨化碳(graphitizing carbon)(軟碳)、難石墨化碳(non-graphitizing carbon)(硬碳)、碳奈米管、石墨烯、碳黑等。
作為石墨，有中間相碳微球(MCMB)、焦炭基人造石墨(coke-based artificial graphite)、瀝青基人造石墨(pitch-based artificial graphite)等人造石墨或球狀化天然石墨等天然石墨。
當鋰離子嵌入在石墨中時(鋰-石墨層間化合物的生成時)石墨示出與鋰金屬相同程度的低電位(0.1V至0.3V vs.Li/Li+)。由此，鋰離子二次電池可以示出高工作電壓。再者，石墨具有如下優點：每單位體積的容量較高；體積膨脹小；較便宜；安全性比鋰金屬高等，所以是較佳的。
作為負極活性物質，也可以使用能夠利用與鋰的合金化/脫合金化反應進行充放電反應的合金類材料。在載體離子為鋰離子的情況下，例如可以使用包含Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、In、Ga等中的至少一種的材料。這種元素的容量比碳高，尤其是矽的理論容量顯著地高，為4200mAh/g。由此，較佳 為將矽用於負極活性物質。作為使用這種元素的材料，例如可以舉出SiO、Mg2Si、Mg2Ge、SnO、SnO2、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、InSb、SbSn等。注意，SiO是指包括高矽含量的部分的矽氧化物的粉末，也可以表示為SiOy(2>y>0)。例如SiO在其範疇內包括包含選自Si2O3、Si3O4和Si2O中的一個或多個的材料以及Si的粉末與二氧化矽(SiO2)的混合物。另外，SiO有時還包含其他元素(碳、氮、鐵、鋁、銅、鈦、鈣、錳等)。也就是說，SiO是指包含選自單晶Si、非晶Si、多晶Si、Si2O3、Si3O4、Si2O、SiO2中的多個的有色材料。SiO可以與無色透明或者白色的SiOx(X為2以上)區別開來。注意，在作為二次電池的材料使用SiO製造二次電池後，有時因充放電的反復等使SiO氧化而變質成SiO2。
此外，作為負極活性物質，可以使用氧化物諸如二氧化鈦(TiO2)、鋰鈦氧化物(Li4Ti5O12)、鋰-石墨層間化合物(LixC6)、五氧化鈮(Nb2O5)、氧化鎢(WO2)、氧化鉬(MoO2)等。
此外，作為負極活性物質，可以使用包含鋰和過渡金屬的氮化物的具有Li3N型結構的Li3-xMxN(M=Co、Ni、Cu)。例如，Li2.6Co0.4N3呈現大充放電容量(900mAh/g，1890mAh/cm3)，所以是較佳的。
當使用包含鋰和過渡金屬的氮化物時，在負 極活性物質中包含鋰離子，因此可以將其與用作正極活性物質的不包含鋰離子的V2O5、Cr3O8等材料組合，所以是較佳的。注意，當將含有鋰離子的材料用作正極活性物質時，藉由預先使包含在正極活性物質中的鋰離子脫嵌，也可以作為負極活性物質使用包含鋰和過渡金屬的氮化物。
此外，也可以將引起轉化反應的材料用於負極活性物質。例如，將氧化鈷(CoO)、氧化鎳(NiO)、氧化鐵(FeO)等不與鋰發生合金化反應的過渡金屬氧化物用於負極活性物質。作為引起轉化反應的材料，還可以舉出Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2、Cr2O3等氧化物、CoS0.89、NiS、CuS等硫化物、Zn3N2、Cu3N、Ge3N4等氮化物、NiP2、FeP2、CoP3等磷化物、FeF3、BiF3等氟化物。注意，由於上述氟化物的電位高，所以也可以用作正極活性物質。
另外，負極活性物質層19除了包含上述負極活性物質以外還可以包含用來提高活性物質的緊密性的黏合劑(binder)以及用來提高負極活性物質層19的導電性的導電助劑等。
例如，二次電池的結構為如下：隔離體13的厚度大約為25μm，正極集電器12的厚度大約為10μm以上且40μm以下，正極活性物質層18的厚度大約為100μm，負極活性物質層19的厚度大約為100μm，負極集電器14的厚度大約為8μm以上且40μm以下。膜11的厚度為0.113mm。另外，對膜11的壓花加工深度大約為 500μm。當對膜11的壓花加工深度為2mm以上時，二次電池整體的厚度變得太厚，所以將壓花加工深度設定為1mm以下，較佳為設定為500μm以下。注意，雖然在圖1E中僅示出黏合層30的一部分，但是膜11的表面上設置有由聚丙烯構成的層，僅該層的熱壓合部分成為黏合層30。
另外，圖1E示出以固定膜11的下側的方式進行壓合的例子。此時，膜的上側彎曲程度大而形成步階，因此，當在折疊的膜11之間設置多個上述疊層的組合，例如設置八個以上的上述疊層的組合時，步階變得太大，上側的膜11有可能受到過大的應力。此外，也有上側膜的端面與下側膜的端面的錯位變大的擔憂。此時，為了防止端面的錯位，也可以使下側的膜具有步階並對中央進行壓合以使應力均勻。
另外，在所得到的二次電池40中，用作外包裝體的膜11具有凹凸圖案。另外，圖1D中的虛線與端部之間的區域是熱壓合區域17，該區域也具有凹凸圖案。雖然熱壓合區域17的凹凸比中央部小，但是也可以緩和使二次電池彎曲時產生的應力。
在此，參照圖1F說明在對二次電池進行充電時電流如何流過。當將使用鋰的二次電池看作一個閉合電路時，鋰離子遷移的方向和電流流過的方向相同。注意，在使用鋰的二次電池中，由於陽極與陰極以及氧化反應與還原反應根據充電或放電調換，所以將反應電位高的電極 稱為正極，而將反應電位低的電極稱為負極。由此，在本說明書中，即使在充電、放電、供應反向脈衝電流以及供應充電電流時也將正極稱為“正極”或“+極”，而將負極稱為“負極”或“-極”。如果使用與氧化反應及還原反應有關的陽極及陰極的術語，因為在充電時和放電時陽極與陰極是相反的，這有可能引起混亂。因此，在本說明書中，不使用陽極及陰極的術語。當使用陽極及陰極的術語時，會明確地表示出是充電時還是放電時，並示出其對應的是正極(+極)還是負極(-極)。
圖1F所示的兩個端子與充電器連接，對二次電池40進行充電。隨著二次電池40的充電的進展，電極之間的電位差增大。在圖1F中，以如下方向為正方向，即電流從二次電池40外部的端子流至正極集電器12，在二次電池40中從正極集電器12流至負極集電器14，從負極集電器14流至二次電池40外部的端子的方向。也就是說，以充電電流流過的方向為電流的方向。
另外，對切口的位置或尺寸沒有特別的限制，例如，既可以是如圖3B所示的具有一處切口的正極集電器12c，又可以是如圖3C所示的正極集電器12b。圖3C所示的正極集電器12b的切口的方向與圖2B不同，因此可以向與圖2B中彎曲的方向不同的方向彎曲。另外，既可以是如圖3A所示的具有多個類似狹縫的開口27的正極集電器12a，又可以是如圖3D所示的具有多個矩形開口27的正極集電器12d。另外，也可以是具有開口和切 口的組合的正極集電器。另外，也可以採用如圖3E所示的使正極集電器的頂面形狀具有蜿蜒部分的正極集電器12e或者採用如圖3F所示的在頂面形狀中具有多個蜿蜒部分的正極集電器12f。
注意，在本實施方式中，雖然示出在正極集電器12及正極活性物質層18中設置切口的例子，但是並不侷限於此，也可以在負極集電器14及負極活性物質層19中設置切口。另外，也可以使正極集電器12的切口與負極集電器14的切口不同，例如藉由使在二次電池彎曲時變形較大的一側的集電器的切口個數比另一側多，可以進一步緩解應力。
另外，為明確起見，雖然以一個正極集電器、一個隔離體、一個負極集電器對圖1E所示的二次電池40進行了說明，但是實際上使用多個正極集電器和多個負極集電器。例如，如圖4B所示，使用八個重疊正極集電器12、隔離體13、負極集電器14的組合，並將其收容在由外包膜包圍的區域內。在正極集電器12的單面設置有正極活性物質層。注意，由於在此採用使一個隔離體彎折且在其間夾有正極集電器12的結構，所以在圖4B中，隔離體有十六個，換言之使八個隔離體彎折，但是在不需彎折的情況下，隔離體也可以是十五個。另外，隔離體也可以是袋狀。另外，當將二次電池40的厚度減薄時，如圖4A所示，將正極集電器12、隔離體13、負極集電器14重疊成一個組合。雖然在圖4A中另外設置有第二 個隔離體，但是可以省略第二個隔離體。
另外，當在集電器的單面塗佈活性物質時，如圖4C所示，可以以正極集電器的沒有塗佈正極活性物質的面彼此接觸且負極集電器的沒有塗佈負極活性物質的面彼此接觸的方式重疊。以這樣的順序重疊集電器可以使隔離體的個數減半。
另外，圖5A及圖5B示出兩個組合的透視圖。在此，在正極集電器12的雙面設置有正極活性物質層。詳細而言，以負極集電器14、負極活性物質層、隔離體13、正極活性物質層、正極集電器12、正極活性物質層、隔離體、負極活性物質層、負極集電器的順序配置。在圖5A所示的負極集電器14中設置有多個由雷射處理形成的幾何圖案的切口。幾何圖案是指包括條狀圖案、方格圖案、曲流圖案等的圖案。另外，雖然圖5A及圖5B示出兩個隔離體的例子，但是也可以使一個隔離體彎折，並在彎折的兩個面之間收容正極集電器12。另外，隔離體也可以是袋狀。
另外，也可以在負極集電器的雙面也設置負極活性物質層，圖5B示出在僅在單面具有負極活性物質層的兩個負極集電器之間夾有在雙面具有負極活性物質層的三個負極集電器、在雙面具有正極活性物質層的四個正極集電器、八個隔離體所構成的二次電池的例子。
在本實施方式中，示出用於可攜式資訊終端等的小型電池的例子，但是不侷限於此，本發明的一個方 式也可以應用於安裝在車輛等上的大型電池。
注意，在本實施方式中，示出應用於鋰離子二次電池的例子，但是本發明的一個方式不侷限於此。也可以應用於各種各樣的二次電池，例如，鉛蓄電池、鋰離子聚合物二次電池、鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳鐵蓄電池、鎳鋅蓄電池、氧化銀鋅蓄電池、固體電池、空氣電池等。此外，也可以應用於各種各樣的蓄電裝置，例如，一次電池、電容器、鋰離子電容器等。再者，也可以應用於太陽能電池、光感測器、觸控感測器、顯示裝置、FPC(撓性印刷基板)、光學膜(偏光板、相位差板、稜鏡片、光反射片、光擴散片等)等。
實施方式2
在本實施方式中，示出安裝有根據實施方式1獲得的鋰離子二次電池的電子裝置的一個例子。
由於根據實施方式1獲得的二次電池的外包裝體是薄且具有撓性的膜，因此可以將該二次電池貼合到具有曲面的支撐結構體上，並隨著支撐結構體的曲率半徑大的區域的曲面部分變形。
作為應用撓性蓄電裝置的電子裝置，例如，可以舉出頭戴顯示器或護目鏡型顯示器等的顯示裝置(也稱為電視或電視接收機)、臺式個人電腦或膝上型個人電腦等個人電腦、用於電腦等的監視器、數位相機、數位攝影機、數位相框、電子記事本、電子書閱讀器、電子翻譯 器、玩具、麥克風等聲音輸入器、電動剃鬚刀、電動牙刷、微波爐等高頻加熱裝置、電鍋、洗衣機、吸塵器、熱水器、電扇、吹風機、加濕器、除濕器、空調器等空調設備、洗碗機、烘碗機、乾衣機、烘被機、電冰箱、電冷凍箱、電冷藏冷凍箱、DNA保存用冰凍器、手電筒、電動工具、煙塵探測器、氣體警報裝置、防犯警報器等警報裝置、工業機器人、助聽器、起搏器、X射線拍攝裝置、輻射測定器(radiation counters)、電動按摩器、透析裝置等保健設備或醫療設備、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、照明設備、頭戴式耳機音響、音響、遙控器、臺鐘或掛鐘等鐘錶、無線電話子機、步話機、計步器、計算器、數位聲訊播放機等可攜式或固定式音頻再生裝置、彈珠機等大型遊戲機等。
此外，也可以將撓性蓄電裝置沿著房屋或高樓的內壁或外壁、汽車的內部裝修或外部裝修的曲面組裝。
圖6A示出行動電話機的一個例子。行動電話機7400除了組裝在外殼7401中的顯示部7402之外還具備操作按鈕7403、外部連接埠7404、揚聲器7405、麥克風7406等。另外，行動電話機7400具有蓄電裝置7407。
圖6B示出使行動電話機7400彎曲的狀態。在從外部施加力量使行動電話機7400變形而使其整體彎 曲時，設置在其內部的蓄電裝置7407也被彎曲。圖6C示出被彎曲的蓄電裝置7407。蓄電裝置7407為層壓結構的蓄電池(也稱為膜外裝電池)。蓄電裝置7407在彎曲狀態下被固定。蓄電裝置7407具有與集電器7409電連接的引線電極7408。例如，蓄電裝置7407的外包裝體的膜實施有壓花加工，並且使用具有切口的集電器，因此蓄電裝置7407的彎曲狀態下的可靠性高。
圖6D示出手鐲型行動電話機的一個例子。行動電話機7100包括外殼7101、顯示部7102、操作按鈕7103以及蓄電裝置7104。另外，圖6E示出可彎曲蓄電裝置7104。蓄電裝置7104在以彎曲狀態戴在使用者的胳膊上時，因外殼發生變形而使蓄電裝置7104的一部分或全部的曲率發生變化。明確而言，外殼或蓄電裝置7104的主表面的一部分或全部在曲率半徑為10mm以上且150mm以下的範圍內變形。蓄電裝置7104具有與集電器7106電連接的引線電極7105。例如，由於對蓄電裝置7104的外包裝體的膜實施有用來形成多個凹凸的壓製加工，並且使用具有切口的集電器，所以即使改變曲率使蓄電裝置7104彎曲多次，也可以維持高可靠性。
另外，圖7A示出吸塵器的一個例子。藉由使吸塵器具備二次電池，可以實現無繩吸塵器。在吸塵器內部中，為了確保收存所吸入的垃圾的集塵空間，蓄電裝置7604所占的空間越小越好。因此，在吸塵器的外表面與集塵空間之間配置薄型可彎曲的蓄電裝置7604是有用 的。吸塵器7600具備操作按鈕7603及蓄電裝置7604。另外，圖7B示出可彎曲的蓄電裝置7604的狀態。蓄電裝置7604的外包裝體的膜實施有壓花加工，並且使用具有切口的集電器，因此蓄電裝置7604的彎曲狀態下的可靠性高。蓄電裝置7604具有與負極電連接的引線電極7601以及與正極電連接的引線電極7602。
另外，作為兩個引線電極從外包裝體的一個短邊露出的蓄電裝置7604的其他例子，圖7C示出可彎曲的蓄電裝置7605。在蓄電裝置7605中，集電器或引線電極從外包裝體的兩個短邊露出。
另外，圖7D示出蓄電裝置7605的內部結構的一個例子。如圖7D所示，蓄電裝置7605由正極集電器12、隔離體13以及兩個負極集電器14構成。兩個負極集電器14具有切口，該切口在垂直於蓄電裝置7605的彎曲方向上延伸。另外，隔離體13是彎折著的，其間設置有正極集電器12。另外，正極集電器12的兩個表面設置有正極活性物質層。
另外，圖8A至圖9B示出安裝有根據實施方式1獲得的鋰離子二次電池的電子裝置的一個例子。
電子裝置7700包括可彎折的顯示部7702，圖8A示出展開顯示部7702的狀態的平面圖。另外，圖8B示出電子裝置7700的剖面圖，其內部設置有蓄電裝置7704。另外，圖9A是展開顯示部7702的狀態的外觀透視圖。
另外，設置有用來彎折的鉸鏈7701、7703，顯示部7702是在塑膠基板上具有有機EL元件的主動矩陣型顯示裝置，並且是撓性顯示面板。例如，包括具有氧化物半導體層的電晶體，該電晶體與有機EL元件電連接，電晶體及有機EL元件配置在兩個塑膠基板之間。圖8A至圖9B所示的電子裝置是可以藉由在設置有鉸鏈7701、7703的部分彎折而小型化的電子裝置7700的一個例子。
另外，圖8C是彎折狀態的剖面圖，其外觀透視圖為圖9B。雖然示出使用兩個鉸鏈7701、7703來使兩處彎折的例子，但是並不侷限於此，也可以藉由增大顯示部7702的尺寸且增加鉸鏈的個數來實現可以在三處以上彎曲的電子裝置。另外，也可以是使用一個鉸鏈在一處彎折的電子裝置。
另外，若選擇電子裝置7700的外殼的材料(矽橡膠或塑膠材料)而實現撓性外殼，則設置在內部的蓄電裝置7704也可以彎曲，從而可以使電子裝置7700的整體或一部分彎曲。
另外，藉由將可彎曲蓄電裝置安裝到車輛上，可以實現混合動力汽車(HEV)、電動汽車(EV)或插電式混合動力汽車(PHEV)等新一代清潔能源汽車。此外，也可以將可彎曲蓄電裝置安裝在農業機械、包括電動輔助自行車的電動自行車、摩托車、電動輪椅、電動搬運車、小型或大型船舶、潛水艇、固定翼機及旋轉翼機等飛機、火箭、人造衛星、太空探測器、行星探測器、太空船等移 動體。
圖10A和圖10B例示出使用本發明的一個方式的車輛。圖10A所示的汽車8100是作為用來行駛的動力源使用電發動機的電動汽車。或者，汽車8100是作為用來行駛的動力源能夠適當地使用電發動機和內燃機的混合動力汽車。當將層壓結構的二次電池安裝在車輛上時，在一個或多個部分中設置積累多個層壓結構的二次電池而成的電池模組。藉由使用本發明的一個方式，可以實現蓄電裝置本身的小型化、輕量化，例如，藉由將具有曲面的蓄電裝置設置在輪胎的內側，可以實現行駛距離長的車輛。此外，也可以將各種形狀的蓄電裝置設置在車輛內的間隙，因此可以確保行李箱或乘坐空間。汽車8100包括蓄電裝置。蓄電裝置不但驅動電發動機8106，而且還可以將電力供應到車頭燈8101或室內燈(未圖示)等的發光裝置。
另外，蓄電裝置也可以將電力供應到汽車8100所具有的速度表、轉速計等的顯示裝置。此外，蓄電裝置也可以將電力供應到汽車8100所具有的導航系統等的半導體裝置。
在圖10B所示的汽車8200中，可以利用插電方式或非接觸供電方式等從外部的充電設備供應電力，來對汽車8200所具有的蓄電裝置進行充電。圖10B示出利用地上設置式充電裝置8021藉由電纜8022對安裝在汽車8200的蓄電裝置進行充電的情況。當進行充電時，充電 方法或連接器的規格等可以根據CHAdeMO(日本的註冊商標)或聯合充電系統“Combined Charging System”等的規定的方式適當決定，即可。充電裝置8021也可以為設置在商業設施的充電站或家庭的電源。例如，藉由利用插電技術從外部供應電力，可以對安裝在汽車8200的蓄電裝置8024進行充電。可以藉由AC/DC轉換器等轉換裝置將交流電力轉換成直流電力來進行充電。
另外，雖未圖示，但是也可以將受電裝置安裝在車輛並從地上的送電裝置非接觸地供應電力來進行充電。當利用該非接觸供電方式時，藉由在公路或外壁中組裝送電裝置，不但停車時而且行駛時也可以進行充電。此外，也可以利用該非接觸供電方式，在兩台車輛之間進行電力的發送及接收。再者，還可以在車輛的外部設置太陽能電池，當停車時或行駛時進行蓄電裝置的充電。可以利用電磁感應方式或磁場共振方式實現這樣的非接觸供電。
根據本發明的一個方式，可以更自由地配置蓄電裝置，而可以高效地進行車輛設計。此外，根據本發明的一個方式，可以提高蓄電裝置的特性，而可以使蓄電裝置本身小型化及輕量化。如果可以使蓄電裝置本身小型化及輕量化，就有助於車輛的輕量化，從而可以延長行駛距離。另外，也可以將安裝在車輛的蓄電裝置用作車輛之外的電力供應源。此時，可以避免在電力需求高峰時使用商業電源。
另外，在一個實施方式中描述的內容(也可以 是其一部分的內容)可以應用於、組合於或者替換成在該實施方式中描述的其他內容(也可以是其一部分的內容)和/或在一個或多個其他實施方式中描述的內容(也可以是其一部分的內容)。
注意，在實施方式中描述的內容是指在各實施方式中利用各種圖式說明的內容或在說明書的文章中所記載的內容。
另外，藉由使在一個實施方式中示出的圖式(也可以是其一部分)與該圖式的其他部分、在該實施方式中示出的其他圖式(也可以是其一部分)和/或在一個或多個其他實施方式中示出的圖式(也可以是其一部分)組合，可以構成更多圖式。
另外，關於在說明書中的圖式或文章中未規定的內容，可以規定發明的一個方式不包括該內容而構成。另外，當有某一個值的數值範圍的記載(上限值和下限值等)時，藉由任意縮小該範圍或者去除該範圍中的一部分，可以規定發明的一個方式不包括該範圍的一部分。由此，例如，可以規定習知技術不包括在本發明的一個方式的技術範圍內。
作為具體例子，假設將某一個電路記載為包括第一至第五電晶體的電路的電路圖。在該情況下，可以將發明規定為該電路不包括第六電晶體。也可以將發明規定為該電路不包括電容元件。再者，可以規定為該電路不包括具有特定連接結構的第六電晶體而構成發明。還可以 規定為該電路不包括具有特定連接結構的電容元件而構成發明。例如，可以將發明規定為不包括其閘極與第三電晶體的閘極連接的第六電晶體。或者，例如，可以將發明規定為不包括其第一電極與第三電晶體的閘極連接的電容元件。
作為其他具體例子，假設將某一個值例如記載為“某一個電壓較佳為3V以上且10V以下”。在該情況下，例如，可以將發明的一個方式規定為不包括該電壓為-2V以上且1V以下的情況。例如，可以將發明的一個方式規定為不包括該電壓為13V以上的情況。例如，可以將發明規定為該電壓為5V以上且8V以下。例如，可以將發明規定為該電壓大約為9V。例如，可以將發明規定為該電壓是3V以上且10V以下但不包括是9V的情況。注意，即使記載為“某一個值較佳為某個範圍”、“某一個值最好滿足某個條件”，該某一個值也不侷限於該記載。換言之，“較佳為”、“最好”等的記載並不一定意味著需要受限於該記載。
作為其他具體例子，假設將關於某一個值例如記載為“某一個電壓較佳為10V”。在該情況下，例如，可以將發明的一個方式規定為不包括該電壓為-2V以上且1V以下的情況。或者，例如，可以將發明的一個方式規定為不包括該電壓為13V以上的情況。
作為其他具體例子，假設將關於某一個物質的性質例如記載為“某一個膜為絕緣膜”。在該情況下，例 如，可以將發明的一個方式規定為不包括該絕緣膜為有機絕緣膜的情況。例如，可以將發明的一個方式規定為不包括該絕緣膜為無機絕緣膜的情況。例如，可以將發明的一個方式規定為不包括該膜為導電膜的情況。或者，例如，可以將發明的一個方式規定為不包括該膜為半導體膜的情況。
作為其他具體例子，假設將某一個層疊結構例如記載為“在A膜與B膜之間設置有某一個膜”。在該情況下，例如，可以將發明規定為不包括該膜為四層以上的疊層膜的情況。例如，可以將發明規定為不包括在A膜與該膜之間設置有導電膜的情況。
此外，在本說明書等中記載的發明的一個方式可以由各種各樣的人實施。但是，有時多個人參與該實施。例如，在收發系統中，A公司製造銷售發送器，而B公司製造銷售接收器。作為另一個例子，在具有電晶體及發光元件的發光裝置中，A公司製造銷售形成有電晶體的半導體裝置。然後，B公司購買該半導體裝置，在該半導體裝置中形成發光元件，而完成發光裝置。
在此情況下，可以將發明的一個方式構成為可對A公司和B公司中的兩者主張侵犯專利。換言之，可以將發明的一個方式構成為僅由A公司實施，作為發明的另一個方式，也可以將發明的一個方式構成為僅由B公司實施。另外，可對A公司或B公司主張侵犯專利的發明的一個方式是明確的，且可以判斷是記載於本說明書等 中的。例如，關於收發系統，即使在本說明書等中沒有僅包含發送器的結構的記載或僅包含接收器的結構的記載，也可以僅由發送器構成發明的一個方式，還可以僅由接收器構成發明的另一個方式，這些發明的一個方式是明確的，且可以判斷是記載於本說明書等中的。作為另一個例子，關於包含電晶體及發光元件的發光裝置，即使在本說明書等沒有僅包括形成有電晶體的半導體裝置的結構的記載或僅包括具有發光元件的發光裝置的結構的記載，也可以僅由形成有電晶體的半導體裝置構成發明的一個方式，還可以僅由具有發光元件的發光裝置構成發明的一個方式，這些發明的一個方式是明確的，且可以判斷是記載於本說明書等中的。
另外，在本說明書等中，即使未指定主動元件(電晶體、二極體等)、被動元件(電容元件、電阻元件等)等所具有的所有端子的連接目標，所屬技術領域的普通技術人員有時也能夠構成發明的一個方式。就是說，可以說，即使未指定連接目標，發明的一個方式也是明確的。而且，當指定了連接目標的內容記載於本說明書等中時，有時可以判斷未指定連接目標的發明的一個方式記載於本說明書等中。尤其是在端子連接目標有可能是多個的情況下，該端子的連接目標不必限定在指定的部分。因此，有時藉由僅指定主動元件(電晶體、二極體等)、被動元件(電容元件、電阻元件等)等所具有的一部分的端子的連接目標，就能構成發明的一個方式。
另外，在本說明書等中，只要至少指定某一個電路的連接目標，所屬技術領域的普通技術人員就有時可以構成發明。或者，只要至少指定某一個電路的功能，所屬技術領域的普通技術人員就有時可以構成發明。就是說，可以說只要指定功能，發明的一個方式就是明確的。另外，有時可以判斷指定了功能的發明的一個方式是記載於本說明書等中的。因此，即使未指定某一個電路的功能，只要指定連接目標，就算是所公開的發明的一個方式，而可以構成發明的一個方式。另外，即使未指定某一個電路的連接目標，只要指定其功能，就算是所公開的發明的一個方式，而可以構成發明的一個方式。
注意，在本說明書等中，可以在某一個實施方式中示出的圖式或者文章中取出其一部分而構成發明的一個方式。從而，在記載有說明某一部分的圖式或者文章的情況下，取出的圖式或者文章的一部分的內容也算是所公開的發明的一個方式，所以能夠構成發明的一個方式。並且，可以說該發明的一個方式是明確的。因此，例如，可以在記載有主動元件(電晶體、二極體等)、佈線、被動元件(電容元件、電阻元件等)、導電層、絕緣層、半導體層、有機材料、無機材料、零件、裝置、工作方法、製造方法等中的一個或多個的圖式或者文章中，可以取出其一部分而構成發明的一個方式。例如，可以從由N個(N是整數)電路元件(電晶體、電容元件等)構成的電路圖中取出M個(M是整數，M<N)電路元件(電晶體、電容元件等)來 構成發明的一個方式。作為其他例子，可以從由N個(N是整數)層構成的剖面圖中取出M個(M是整數，M<N)層來構成發明的一個方式。再者，作為其他例子，可以從由N個(N是整數)要素構成的流程圖中取出M個(M是整數，M<N)要素來構成發明的一個方式。作為其他的例子，當從“A包括B、C、D、E或F”的記載中任意抽出一部分的要素時，可以構成“A包括B和E”、“A包括E和F”、“A包括C、E和F”或者“A包括B、C、D和E”等的發明的一個方式。
在本說明書等中，當在某一個實施方式中示出的圖式或文章示出至少一個具體例子的情況下，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是可由上述具體例子導出該具體例子的上位概念。從而，當在某一個實施方式中示出的圖式或文章示出至少一個具體例子的情況下，該具體例子的上位概念也是所公開的發明的一個方式，而可以構成發明的一個方式。因此，可以說該發明的一個方式是明確的。
另外，在本說明書等中，至少示於圖式中的內容(也可以是其一部分)是所公開的發明的一個方式，而可以構成發明的一個方式。因此，即使在文章中沒有該某一個內容的描述，如果該內容示於圖式中，就可以說該內容是所公開的發明的一個方式，而可以構成發明的一個方式。同樣地，取出圖式的一部分的圖式也是所公開的發明的一個方式，而可以構成發明的一個方式。因此，可以說 該發明的一個方式是明確的。
實施例1
在本實施例中，準備多個正極、隔離體、負極的組合，並使用作為外包裝體的層壓膜將其包圍且密封，由此製造與多個正極連接的正極引線以及與多個負極連接的負極引線突出的二次電池的樣本，並進行反復使該樣本彎曲的實驗，在實驗後拍攝X射線CT影像來確認內部的電極有沒有損壞。
首先，作為正極製造了具有圖13A所示的頂面形狀的電極。作為正極集電器使用鋁。
對上述正極進行雷射加工來形成寬度為0.5mm以上且5mm以下的狹縫。在本實施例中，如圖13A所示，在兩處形成寬度為2mm的狹縫。將第一狹縫與第二狹縫所形成的角度α設定為小於90°。
另外，作為負極製造了具有圖13B所示的頂面形狀的電極。作為負極集電器使用銅。
對上述負極進行雷射加工來在兩處形成寬度為2mm的狹縫。將第一狹縫與第二狹縫所形成的角度β設定為小於90°。
接著，準備六個進行了雷射加工的正極及負極與隔離體的組合(換言之，正極和負極一共十二個)而重疊。並且使用實施有壓花加工的層壓膜將它們包圍。然後，利用超聲波銲錫使多個正極集電器的突出部與一個引 線電極電連接。另外，同樣地使多個負極集電器的突出部與另一個引線電極連接。
接著，對由層壓膜包圍的區域注入電解液，藉由熱壓合接合層壓膜來密封電極及電解液，由此製造二次電池的樣本。
使該樣本彎曲多次然後利用X射線CT影像確認在電極極耳周圍有沒有發生切斷等。圖14是樣本的X射線CT影像。由於從圖14中觀察不到樣本內部的損傷，可知圖13A及圖13B所示的電極形狀有防止在樣本彎曲時電極的端部被拉伸而在電極極耳周圍產生裂痕等的效果。
實施例2
在本實施例中，作為根據本發明的一個方式的蓄電裝置，製造如實施例1所示的薄型二次電池(鋰離子二次電池)，使用彎曲試驗裝置對初期以及彎曲試驗後的充放電特性進行了評價。
在本實施例中，對作為樣本所使用的二次電池的材料及製造方法進行說明。
首先，在正極中，作為正極活性物質使用LiCoO2，對其混合作為導電助劑及黏合劑的乙炔黑(AB)及PVDF。它們的混合比例為LiCoO2：AB：PVDF=90：5：5[重量%]。作為正極集電器使用厚度為20μm的鋁，在正極集電器的雙面或單面塗佈LiCoO2、AB及PVDF的混合物，然 後進行形成兩處寬度為2mm的狹縫的雷射加工以使正極具有圖13A所示的頂面形狀。在雷射加工後，使用乙醇洗滌正極。
接著，在負極中，作為負極活性物質使用黑鉛，對其混合作為導電助劑及黏合劑的氣相法碳纖維(VGCF)、羧甲基纖維素(CMC)及苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)。它們的混合比例為黑鉛：VGCF：CMC：SBR=96：大約1：大約1：大約1[重量%]。作為負極集電器使用厚度為18μm的銅。在負極集電器的雙面或單面塗佈黑鉛、VGCF、CMC及SBR的混合物，然後進行形成兩處寬度為2mm的狹縫的雷射加工以使負極具有圖13B所示的頂面形狀。在雷射加工後，使用乙醇洗滌負極。
在本實施例中，作為正極，使用三個在其雙面塗佈正極活性物質、導電助劑及黏合劑的電極。作為負極，使用兩個在其雙面塗佈負極活性物質、導電助劑及黏合劑的電極以及兩個在其單面塗佈負極活性物質、導電助劑及黏合劑的電極。也就是說，正極和負極一共使用了七個金屬箔。
接著，作為電解液，使用在以EC：DEC：EMC=3：6：1(重量比)的比例混合的有機溶劑中溶解1.2mol/L的LiPF6，並作為添加剤添加0.5重量%的丙磺酸內酯(PS)、0.5重量%的碳酸伸乙烯酯(VC)。
另外，作為隔離體使用聚丙烯。
另外，作為外包裝體使用實施有壓花加工的 層壓膜。層壓膜是多層結構的膜，其中包括一層金屬膜(在此為鋁膜)、一層由有機材料構成的塑膠膜(在此為熱封樹脂膜)。
重疊上述進行了雷射加工的正極、負極、隔離體，並使用層壓膜包圍。然後，利用超聲波銲錫使多個正極集電器的突出部與一個引線電極電連接。另外，同樣地使多個負極集電器的突出部與另一個引線電極連接。
接著，為留下用來注入電解液的一個邊，對層壓膜的兩個邊進行熱壓合而密封。在進行熱壓合時，設置於引線電極的密封層也熔化而使引線電極與層壓膜之間被固定。然後，在減壓氛圍下或惰性氛圍下將所希望的量的電解液滴入袋狀的層壓膜內側。最後，對沒有進行熱壓合的膜的周邊進行熱壓合來將其密封。
如上所述，製造容量大約為300mAh的二次電池的樣本。
使二次電池彎曲，將其固定於具有曲率半徑大約為40mm的曲面的框架。該觀察照片為圖15A。
另外，在固定於框架的狀態下拍攝的二次電池的X射線CT照片的圖為圖15B。
在充電後拆卸鋰離子二次電池，用鑷子夾持取出的正極的照片為圖15C，用鑷子夾持取出的負極的照片為圖15D。
另外，在總計10000次的彎曲試驗中，在第0次、第1000次、第3000次、第6000次、第10000次時 分別拍攝X射線CT照片，並確認內部有沒有損傷。圖16A、圖16B、圖16C、圖16D、圖16E分別示出該照片。另外，在各X射線CT分析後進行充放電，並也確認了電池特性。圖16G示出充放電特性。彎曲試驗與後面說明的充電中的彎曲試驗同樣地進行。
圖16F示出結束第10000次的彎曲試驗後的二次電池的外觀照片。
另外，圖17A示出在從充電開始到充滿電之間的充電中一邊以1000次的反復次數進行彎曲試驗一邊測定的鋰離子二次電池的充電特性。彎曲試驗使用彎曲試驗裝置，用薄金屬板從上下夾住二次電池的電極部分，反復施加150mm的最大曲率半徑和40mm的最小曲率半徑的變形來進行。在彎曲試驗期間，以10秒鐘的間隔反復進行150mm的最大曲率半徑和40mm的最小曲率半徑的變形1000次。另外，以相當於0.2C的61mA利用恆電流充電至4.1V，然後以4.1V利用恆電壓充電至電流值為3mA。
另外，圖17B示出在從放電開始到放電結束之間的放電中一邊以1000次的反復次數進行彎曲試驗一邊測定的鋰離子二次電池的放電特性。彎曲試驗與上述充電中的彎曲試驗同樣地進行。以相當於0.2C的61mA利用恆電流放電至2.5V。
在此，對充電率及放電率進行說明。例如，在對某容量[Ah]的二次電池進行恆電流充電的情況下，充 電率1C是指充電結束剛好需要1小時時的電流值I[A]，充電率0.2C即為I/5[A](即，充電結束剛好需要5小時時的電流值)。同樣地，放電率1C是指放電結束剛好需要1小時時的電流值I[A]，放電率0.2C即為I/5[A](即，放電結束剛好需要5小時時的電流值)。
由圖17A和圖17B的結果可知即使在充放電時實施彎曲試驗也沒有觀察到電壓變動等的負面影響。
12‧‧‧正極集電器
13‧‧‧隔離體
14‧‧‧負極集電器
21‧‧‧切口

Claims (20)

  1. 一種電極，包括：集電器；該集電器上的活性物質層；以及經由該集電器和該活性物質層的第一狹縫，該第一狹縫延伸到該集電器和該活性物質層的每一個的一個邊緣。
  2. 根據申請專利範圍第1項之電極，還包括：經由該集電器和該活性物質層的第二狹縫。
  3. 根據申請專利範圍第2項之電極，其中該第一狹縫與該第二狹縫之間的角度小於90度。
  4. 根據申請專利範圍第2項之電極，其中該第二狹縫延伸到該集電器和該活性物質層的每一個的與該邊緣相反的邊緣。
  5. 一種包括申請專利範圍第1項之電極的電池。
  6. 一種電子裝置，包括：申請專利範圍第5項之電池；以及顯示部。
  7. 一種電池，包括：第一電極，包括：第一集電器；該第一集電器上的第一活性物質層；以及經由該第一集電器和該第一活性物質層的第一狹縫，該第一狹縫延伸到該第一集電器和該第一活性物質層的每一個的一個邊緣；以及 第二電極，包括：第二集電器；以及該第二集電器上的第二活性物質層。
  8. 根據申請專利範圍第7項之電池，還包括：經由該第一集電器和該第一活性物質層的第二狹縫。
  9. 根據申請專利範圍第8項之電池，其中該第一狹縫與該第二狹縫之間的角度小於90度。
  10. 根據申請專利範圍第8項之電池，其中該第二狹縫延伸到該第一集電器和該第一活性物質層的每一個的與該邊緣相反的邊緣。
  11. 根據申請專利範圍第7項之電池，還包括：經由該第二集電器和該第二活性物質層的第二狹縫。
  12. 根據申請專利範圍第11項之電池，其中該第一電極中的狹縫的總數與該第二電極中的狹縫的總數不同。
  13. 根據申請專利範圍第7項之電池，還包括：隔離體；以及電解液。
  14. 根據申請專利範圍第7項之電池，其中該第一電極是正極，並且該第二電極是負極。
  15. 一種電子裝置，包括：申請專利範圍第7項之電池；以及顯示部。
  16. 一種電極的製造方法，包括如下步驟： 在集電器上形成活性物質層；以及對該集電器和該活性物質層進行加工來形成第一狹縫，該第一狹縫經由該集電器和該活性物質層以延伸到該集電器和該活性物質層的每一個的一個邊緣。
  17. 根據申請專利範圍第16項之電極的製造方法，還包括藉由對該集電器和該活性物質層進行加工來形成經由該集電器和該活性物質層的第二狹縫的步驟。
  18. 根據申請專利範圍第17項之電極的製造方法，其中該第一狹縫與該第二狹縫之間的角度小於90度。
  19. 根據申請專利範圍第17項之電極的製造方法，其中該第二狹縫被形成為延伸到該集電器和該活性物質層的每一個的與該邊緣相反的邊緣。
  20. 根據申請專利範圍第16項之電極的製造方法，其中該第一狹縫使用雷射形成。
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