TWI504035B - Secondary battery - Google Patents

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TWI504035B TW102115047A TW102115047A TWI504035B TW I504035 B TWI504035 B TW I504035B TW 102115047 A TW102115047 A TW 102115047A TW 102115047 A TW102115047 A TW 102115047A TW I504035 B TWI504035 B TW I504035B
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Takuo KUDOH
Kiyoyasu Hiwada
Shozo Izumo
Tomokazu Saito
Akira Nakazawa
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Nihon Micronics Kk
Guala Technology Corp
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Description

二次電池
本發明，係有關於二次電池，例如，係可適用在：利用金屬氧化物之光激勵構造變化，而根據在能帶隙中形成新的能階並捕獲電子的動作原理所得之二次電池(以下，稱作量子電池)中。
作為二次電池，鎳氫電池(Ni-MH)或鋰離子二次電池(LIB)等係為週知。另一方面，近年來，係對於小型且大容量之電池有所要求。因此，係進行有將單獨地作為二次電池而起作用之單位(以下，稱作單層電池)作複數重疊的使用。
在非專利文獻1之第319頁~320頁中，係記載有如同圖1以及圖2中所示一般之圓筒型以及角型的鎳氫電池(Ni-MH)之構造。圓筒型電池1A，係將特定形狀之薄板狀的正極2以及負極3，隔著間隔物4而捲繞成漩渦狀(漩渦，係可視為將單層電池作了重疊)，並插入至圓筒型之殻體5中，再注入電解液，之後進行密閉，而完成為電池。角型電池1B，係層積成在特定形狀之薄板狀的正極2以 及負極3之間中介存在有間隔物4之構造，並插入至角型之殻體5中，再注入電解液，之後進行密閉，而完成為電池。
在專利文獻1中，係記載有如同圖3中所示一般之角型的鋰離子二次電池之內部構造(極板群)。其係記載有：在被彎折為鋸齒狀之間隔物4的連續體之谷溝內，交互插入正極板2和負極板3，並朝向鋸齒方向作推壓，而設為扁平狀的極板群1C。此種極板群，係被插入至角型之外裝罐內，並注入電解液，之後進行密閉，而完成為角型電池。
又，近年來，係進行有固體薄膜化所構成之全固體型的二次電池之研究、開發，並被期待能夠作為實現小型化之二次電池。在圖4中，係對於展示有全固體型之二次電池的構成之立體圖以及剖面圖作展示。在圖4中，係將正極端子以及負極端子等之端子構件、外裝構件和被覆構件等之安裝構件等，作了省略。全固體型之二次電池1D，係為在負極層3和正極層2之間具備有當充放電時會產生內部變化的固體之層(以下，稱作蓄電層)6者。作為全固體型之二次電池1D，係存在有上述之量子電池或者是全固體型之鋰離子二次電池等。在量子電池的情況時，係在負極層3和正極層2之間，設置有藉由充電動作來積蓄(捕獲)電子並藉由放電動作來將積蓄了的電子放出之層(如同後述一般，將此層稱作充電層)，此充電層6，係該當於蓄電層6。又，在全固體型之鋰離子二次電池的情況時， 於負極層3和正極層2之間，係被設置有固體電解質層，此固體電解質層，係該當於蓄電層6。另外，在將圖4中所示之構造作為單層電池而作層積一般的情況時，較理想，係在蓄電層6之周圍等處，設置將負極層3和正極層2相絕緣或者是對於蓄電層6之周圍作保護的密封構件7(但是，密封構件7係並非為必要之構成要素)。
全固體型之二次電池1D，亦如同週知一般，能夠藉由將單層電池作串聯層積而提高端子電壓，並藉由將單層電池作並聯層積而將電流容量增大。
圖5，係為對於可容易思及之將二次電池1D作為單層電池並將複數之單層電池作了串聯連接的二次電池1E作展示之剖面圖。在二次電池1E中之中間的單層電池(1D)，其之負極層3的下面係與下一段之單層電池之正極層2的上面作接觸，最下段之單層電池，其之負極層3的下面係與負極端子板或者是負極端子層(以下，稱作負極端子板)8之上面作接觸，最上段之單層電池，其之正極層2的上面係與正極端子板或者是正極端子層(以下，稱作正極端子板)9之下面作接觸。負極端子板8以及正極端子板9，係分別具備有用以使負極端子、正極端子在未圖示之安裝構件的外部而露出之延長部8a、9a。若是將二次電池1D之端子電壓設為Vo，將電流容量設為Io(=I×t(Ah))，將二次電池1D之層積數(串聯連接數)設為N，則二次電池1E之端子電壓係為N×Vo(例如，若是層積數為6，則係為6×Vo)，而電流容量係成為Io。
圖6，係為對於可容易思及之將二次電池1D作為單層電池並將複數之單層電池作了並聯連接的二次電池1F作展示之剖面圖。在二次電池1F中之各單層電池(1D)，係分別被挾持於負極端子板8以及正極端子板9之間，在某一單層電池之正極端子板9和其上段的單層電池之負極端子板8之間，係設置有絕緣層10。複數之負極端子板8，係經由負極端子連結部8b而被連結，複數之正極端子板9，係經由正極端子連結部9b而被連結，負極端子連結部8b以及正極端子連結部9b，係分別具備有用以使負極端子、正極端子在未圖示之安裝構件的外部而露出之延長部8a、9a。若是將二次電池1D之端子電壓設為Vo，將電流容量設為Io，將二次電池1D之層積數(並聯連接數)設為N，則二次電池1F之端子電壓係為Vo，容量係成為N×Io(例如，若是層積數為6，則係為6×Io)。
為了實現高端子電壓且大電流容量之二次電池，係只要將單層電池之串聯層積和並聯層積作組合即可。例如，藉由將圖6之被挾持在負極端子板8以及正極端子板9之間的單層電池(1D)之部分，置換為將複數之單層電池作了串聯性層積者，係能夠構成高端子電壓且大電流容量之二次電池。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-140707號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]電性化學會電池技術委員會編「電池小冊」，歐姆股份有限公司，平成22年2月發行
在圖1~圖3所示之先前技術的二次電池中，為了使相鄰接之單層電池的正極和負極相互絕緣，係需要配置間隔物，又，為了確保電解液之收容空間，要將電池之全容積縮小一事係為困難。又，在圖1~圖3所示之二次電池中，由於係利用有化學反應，因此，會有充放電性能劣化或壽命降低的情況。又，由於係使用有電解液，因此係伴隨著漏液的風險。進而，在鋰離子型之二次電池中，會有由於過充電、充放電而導致信賴性降低或者是由於使用有電解液而導致電極間短路之風險。
伴隨著利用電解液一事所導致的缺點，係可藉由全固體型之二次電池而對於大部分的問題作解決。
如同上述一般，藉由將複數之單層電池作並聯連接，係能夠將二次電池之電流容量增大。然而，此種二次電池1F，係如同圖6中所示一般，必須要在相鄰接之單層電池的負極端子板8以及正極端子板9之間設置絕緣層10，並且，係必須要設置與單層電池之負極層3的數量相同之負極端子板8，同時設置與單層電池之正極層2的數量相同之正極端子板9，因此，二次電池1F之容積係變大。
一般而言，電池之容積效率，係藉由相對於電池之全容積的電池之實效容積的比例，而求取出來。若是對於二次電池之充電週期作考慮，則雖然係對於將二次電池之電流容量增大一事有所要求，但是，更理想，係能夠達成就算是將電流容量增大也能夠將電池之全容積縮小。又，若是電池之全容積縮小，則亦能夠對於二次電池之小型化有所助益。負極端子板8和正極端子板9，雖係為在電池之構成上而為必要者，但是，絕緣層10，乃是雖非所願卻不得不設置者，並成為使容積效率降低的重大原因。
若是所期望之電流容量變得越大，則只需要將並聯連接之單層電池的層積數增大即可。但是，伴隨著層積數之增大，絕緣層10之數量亦會增加(負極端子板8和正極端子板9之數量亦會增加)，全容積係會變得更大。
不論是並聯連接或者是串聯連接，在將複數之單層電池作層積的二次電池中，對於各單層電池之對位的要求均係為高。在圖6中所示之二次電池1F的情況時，負極端子連結部8b和正極端子連接部9b，從全容積之降低的觀點來看，係以越接近單層電池1D(圖6中之空隙L越短)為越理想。例如，當任一者的單層電池朝向圖6之右方偏移而被層積，並導致該單層電池之負極層3與正極端子連結部9b作了接觸的情況時，係會形成短路路徑。因此，對於各單層電池之對位的要求係為高，而會有導致製造效率之降低的可能性。
又，在層積工程中，係必須要對於與層積數相同之數 量的單層電池進行層積處理，因此製造工程數也會增多。
因此，係期望能夠提供一種：將藉由正極層和負極層來包夾蓄電層之全固體型的二次電池構造作為單層二次電池來作了適用，並且從容積上、作業上、定位上等之1以上的觀點而言均為較先前技術而更為良好之二次電池。
為了解決此種課題，本發明之二次電池，其特徵為：係將藉由正電極層以及負電極層來包夾蓄電層的薄片狀之單層二次電池，適用在將折疊方向交互改變為反方向地來作了2次以上之折疊的折疊單層二次電池中。
若依據本發明，則由於係將薄片狀之單層二次電池，適用在將折疊方向交互改變為反方向地來作了2次以上之折疊的折疊單層二次電池中，因此，係能夠達成下述之數個效果：亦即是，係能夠完全不使用絕緣層、或者是盡可能地減少絕緣層，而能夠對於容積作抑制，並且，能夠對於零件數作抑制，而能夠使製造更加效率化，進而，係將正極端子構件或者是負極端子構件插入至作了折疊的內部間隙中，而能夠提高定位精確度。
1A‧‧‧圓筒型電池
1B‧‧‧角型電池
1C‧‧‧極板群
1D‧‧‧二次電池
1E‧‧‧二次電池
1F‧‧‧二次電池
2‧‧‧正極層
3‧‧‧負極層
4‧‧‧間隔物
5‧‧‧殼體
6‧‧‧蓄電層
7‧‧‧密封構件
8‧‧‧負極端子板
8a‧‧‧延長部
8b‧‧‧負極端子連結部
9‧‧‧正極端子板
9a‧‧‧延長部
9b‧‧‧正極端子連結部
10‧‧‧絕緣層
20A‧‧‧二次電池
20B‧‧‧二次電池
20C‧‧‧二次電池
20D‧‧‧二次電池
20E‧‧‧二次電池
20F‧‧‧二次電池
21‧‧‧折疊單層量子電池
22‧‧‧多段折疊單層量子電池
23‧‧‧逆2段折疊單層量子電池
24‧‧‧折疊之附有基板之單層量子電池
25‧‧‧細縫
26‧‧‧舌片
27‧‧‧溝
28‧‧‧單層量子電池
30N‧‧‧帶狀區域
30P‧‧‧帶狀區域
31‧‧‧單層量子電池
32‧‧‧折曲單層量子電池
[圖1]對於先前技術之圓筒型的鎳氫電池(Ni-MH)之內 部構造作了一部份截斷並作展示的立體圖。
[圖2]對於先前技術之角型的鎳氫電池(Ni-MH)之內部構造作了一部份截斷並作展示的立體圖。
[圖3]對於在專利文獻1中所記載之角型的鋰離子二次電池之內部構造(極板群)作展示的立體圖。
[圖4]係對於展示有全固體型之二次電池的構成之立體圖以及剖面圖作展示。
[圖5]對於可思及之將全固體型的二次電池作為單層電池並將複數之單層電池作了串聯連接的二次電池之構成作展示的剖面圖。
[圖6]對於可思及之將全固體型的二次電池作為單層電池並將複數之單層電池作了並聯連接的二次電池之構成作展示的剖面圖。
[圖7]對於第1實施形態之二次電池(其之1)的構成作展示之剖面圖。
[圖8]對於第1實施形態之二次電池(其之2)的構成作展示之剖面圖。
[圖9]對於第2實施形態之二次電池的構成作展示之剖面圖。
[圖10]對於為了得到第2實施形態之多段折疊單層量子電池的在折疊前而將單層量子電池作了多段重疊之狀態作展示的剖面圖。
[圖11]對於第2實施形態之多段折疊單層量子電池的各段之每一者的折疊構成作展示之剖面圖。
[圖12]對於第3實施形態之二次電池的構成作展示之剖面圖。
[圖13]對於為了得到第3實施形態之2段折疊單層量子電池的在折疊前而將單層量子電池作了2段重疊之狀態作展示的剖面圖。
[圖14]對於第4實施形態之二次電池的構成作展示之剖面圖。
[圖15]對於將附有舌片之折疊單層量子電池的第1例作了適用之第5實施形態之二次電池的構成作展示之說明圖。
[圖16]對於附有舌片之折疊單層量子電池的第2例構成作展示之說明圖。
[圖17]對於附有舌片之折疊單層量子電池的第3例構成作展示之說明圖。
[圖18]對於附有舌片之折疊單層量子電池的第4例構成作展示之說明圖。
[圖19]對於附有舌片之折疊單層量子電池的第5例構成作展示之說明圖。
[圖20]係為變形實施形態(其之1)之二次電池的說明圖。
[圖21]係為對於變形實施形態(其之2)之二次電池的構成作展示之剖面圖。
[圖22]係為對於變形實施形態(其之3)之二次電池的構成作展示之剖面圖。
 (A)關於量子電池
以下所說明之各實施形態的二次電池，係為適用有量子電池之技術者。因此，在各實施形態之說明前，先針對量子電池作簡單的說明。
如同上述一般，量子電池，係為利用金屬氧化物之光激勵構造變化，而根據在能帶隙中形成新的能階並捕獲電子的動作原理，所得到的二次電池。
量子電池，係為全固體型之二次電池，單獨作為二次電池而起作用之構成，係可藉由上述之圖4來作表現。亦即是，量子電池(1D)，係為在負極層3和正極層2之間具備有充電層6者。
充電層6，係為藉由充電動作而積蓄電子，並藉由放電動作而放出蓄電電子，且在並未進行充放電的狀態下而將電子作保持(蓄電)之層，並為適用光激勵構造變化技術所形成者。
於此，光激勵構造變化，例如，係在國際公開WO/2008/053561中有所記載，並為該申請案之發明者(亦為本申請案之發明者)中澤明先生所發現的現象(技術)。亦即是，中澤明先生，係發現了：身為具有特定值以上之能帶隙的半導體並具備透光性的金屬氧化物，若是在被作了絕緣被覆的狀態下而被賦予有效的激勵能量，則在能帶隙內會產生多數之不存在有電子的能階。量子電池，係為藉由將電子捕獲至此些之能階中來進行充電，並藉由將捕獲 的電子放出來進行放電者。
充電層6，係使被絕緣被膜所包覆之n型金屬氧化物半導體的微粒子，對於負極層3而附著為薄膜狀，再經由紫外線照射來使n型金屬氧化物半導體產生光激勵構造變化，並變化成能夠積蓄電子者。
於量子電池的情況時，正極層2，係具備有電極本體層、和以與充電層6相接的方式所形成的p型金屬氧化物半導體層。P型金屬氧化物半導體層，係為了防止從電極本體層所對於充電層6之電子的注入，而被設置者。負極層3和正極層2之電極本體層，只要是作為導電層而形成者即可。
以下所說明之各實施形態的二次電池，係為將圖4中所示之單獨作為量子電池來起作用的單位(以下，稱作單層量子電池)作了1或者是複數之利用者。在各實施形態中所共通之技術思想，係在於將單層量子電池，使折疊方向交互作改變地來作了2次以上之折疊利用一點。因此，單層量子電池，其折疊方向之長度，係被形成為具備有在折疊方向上所必要之長度的折疊次數倍之程度之長度的形狀。作為形狀，係以矩形為理想，但是，係並不被限定於矩形，亦可為將圓形、橢圓形、六角形等作為單位並將單位形狀在折疊方向上而作了連結的形狀。於此，單層量子電池的形狀，較理想，係為在折疊後之各折疊部分的圖形會完全地重合的形狀，但是，係並不被限定於此。
例如，單層量子電池中之正極層2以及負極層3的膜 厚，係可設為10nm~1μm程度，充電層6之膜厚，係可設為50nm~10μm程度。亦即是，單層量子電池，係為薄片狀之電池，並為可作2次以上之折疊者。又，充電層6，由於雖然係身為完全固體之層，但是係並非為將粒子作推壓而硬化者，因此，係不會有在彎折部分處而發生損傷或者是龜裂一般的情況。
另外，關於圖4，係如同在上述之說明中亦有所提及一般，在單層量子電池中，亦同樣的，密封構件7係並非為必要之構成要素。只要是在作了折疊之後，能夠將負極層3和正極層2之間的短路等之不必要的短路藉由空隙等來作防止者，則係可將密封構件7省略。
(B)第1實施形態
接著，針對本發明之二次電池的第1實施形態，一面參考圖面一面作說明。圖7，係為對於第1實施形態之二次電池20A的構成作展示之剖面圖，並為從與上述之圖4(B)相同的方向來作了觀察之剖面圖。圖7，係相較於面方向之尺寸，而將厚度方向之尺寸更作了強調地作展示。
第1實施形態之二次電池20A，係具備有被作了2次以上之折疊(在圖7中，係為2次之例)的單層量子電池(以下，適宜稱作折疊單層量子電池)21。在折疊單層量子電池21中，從下側數起之第奇數個的折曲部，係為將正極層2作為內側地來作了折疊的部分，第偶數個的折曲部，係為將負極層3作為內側地來作了折疊的部分，如同上述 一般，藉由交互地改變折疊方向，折疊單層量子電池21係具備有蛇腹構造。亦可因應於所期望之電流容量，而制訂折疊前之單層量子電池的形狀，並對於安裝形狀等作考慮，而選定單層量子電池之折疊次數。
在單層量子電池之藉由折疊而成為相對向的正極層2之上下部分間，正極端子板9係被插入至直到使其之前端與折曲部之內面相接為止。又，正極端子板9，係與露出於折疊單層量子電池21之外部的正極層2(於後述之圖8的情況時，係並不存在有此正極層2)相接觸。全部的正極端子板9，係經由正極端子連結部9b而被作連結。在單層量子電池之藉由折疊而成為相對向的負極層3之上下部分間，負極端子板8係被插入至直到使其之前端與折曲部之內面相接為止。又，負極端子板8，係與露出於折疊單層量子電池21之外部的負極層3相接觸。全部的負極端子板8，係經由負極端子連結部8b而被作連結。另外，亦可將圖7中所示之一部份的負極端子板8或一部份的正極端子板9省略。例如，圖7中，位置於最上方之正極端子板9以及位置於最下方之負極端子板8，係亦可作省略。相反的，亦可留下此些之正極端子板9以及負極端子板8，並將其他之正極端子板9以及負極端子板8省略。
另外，負極端子板8以及正極端子板9，雖係被稱作「板」，但是，係並不被限定於薄板，而亦可為薄膜狀者。又，係並不需要使全面作電性接觸並起作用，而亦可為網格狀或者是梳齒狀等之導電性構件有一部分欠缺者。
負極端子連結部8b以及正極端子連結部9b，係分別具備有用以使負極端子、正極端子在未圖示之安裝構件的外部而露出之延長部8a、9a。在圖7中，雖係針對將負極端子連結部8b以及正極端子連結部9b設置於左右的例子作了展示，但是，負極端子連結部8b以及正極端子連結部9b之位置，係可為任意。例如，亦可設為在紙面之法線方向的面前側以及深處側，設置負極端子連結部8b以及正極端子連結部9b，亦可將負極端子連結部8b設置於左方，並將正極端子連結部9b設置於紙面之法線方向的面前側。又，負極端子連結部8b以及正極端子連結部9b，係亦可分別為板狀物或者是棒狀物，又，係並不被限定於1個的構件，而亦可為將複數之構件在紙面之法線方向上作了配列者。
又，在圖7中，雖係展示負極端子板8、延長部8a以及負極端子連結部8b為被一體性構成，且正極端子板9、延長部9a以及正極端子連結部9b為被一體性構成的情況，但是，係並不需要從一開始便身為一體性之構成。例如，亦可為將負極端子板8、延長部8a以及負極端子連結部8b作為相異之構件來構成，並在製造之過程中再作連結者。
負極端子板8、延長部8a以及負極端子連結部8b，只要是電性上為充分低之阻抗值，且能夠與負極層3以及未圖示之朝向外部的負極端子作連接，則對於形狀和材質係並不作特別限定。同樣的，正極端子板9、延長部9a 以及正極端子連結部9b，只要是電性上為充分低之阻抗值，且能夠與正極層2以及未圖示之朝向外部的正極端子作連接，則對於形狀和材質係並不作特別限定。
第1實施形態之二次電池20A，由於係適用在折疊單層量子電池21中，因此，當具備有從平面方向觀察而與單層量子電池相同之面積的情況時，係能夠將電流容量大幅度的增大。
又，第1實施形態之二次電池20A，就算是適用有折疊構造，藉由交互地改變折疊方向，亦能夠使用以確保正極以及負極間之絕緣的絕緣層成為不必要，而能夠將全容積縮小。
進而，由於係將單層量子電池折疊而作利用，因此，係能夠將二次電池20A所佔有之面積縮小。例如，當設為適用了與圖6中所示之二次電池1F的單層電池相同面積之單層量子電池的情況時，係能夠將二次電池20A所佔有之面積，設為二次電池1F之3分之1程度。
更進而，由於係將單層量子電池作折疊使用，因此，係能夠將層積對象之零件數等減少，而能夠降低層積工程之工程數。例如，就算是在形成與圖6中所示之二次電池1F的厚度同等程度之厚度的二次電池20A的情況時，所需要之折疊單層量子電池21的數量亦係為1。
又，一部份之負極端子板8以及正極端子板9，由於係設為一直插入至使其之前端與折疊單層量子電池21之折曲部的內面相接觸的程度為止，因此，係能夠消除折疊 單層量子電池21之位置的偏移，而能夠防範短路等於未然。
圖7，雖係對於適用將從下側數起之第奇數個的折曲部設為以正極層2作為內側地來折疊、並將第偶數個的折曲部設為以負極層3作為內側地來折疊的折疊單層量子電池21者來作了展示，但是，作為第1實施形態之二次電池20A的變形例，係可列舉出適用將從下側數起之第奇數個的折曲部設為以負極層3作為內側地來折疊、並將第偶數個的折曲部設為以正極層2作為內側地來折疊的折疊單層量子電池21者。此變形例，係成為將圖7中的正極要素置換為負極要素並將圖7中之負極要素置換為正極要素者。
圖7，雖係對於適用有1個的折疊單層量子電池21之二次電池20A作了展示，但是，係亦可適用複數之折疊單層量子電池21來構成1個的二次電池。例如，亦可將2個的折疊單層量子電池21在左右方向上作並排而謀求更大的電流容量。於此情況，例如，負極端子板8係從深度方向之深側起朝向前方側而作延長，並且，正極端子板9係從深度方向之前方側起朝向深側而作延長(延長方向係與折曲線相平行)。適用有相較於此變形實施形態之折疊單層量子電池而將折疊次數增加為2倍之1個的折疊單層量子電池21所形成的第1實施形態之二次電池20A，亦係能夠實現相同的電流容量，但是，此變形實施形態之二次電池，相較於二次電池20A，雖然左右方向之長度係為 較長，但是係能夠將厚度(上下方向之長度)減薄。故而，係只要因應於用途來決定要適用何者的形態即可。
亦可將圖7中所示之複數的二次電池20A，設為安裝在1個安裝構件之中，於此情況，係可將複數之二次電池20A的延長部8a以及9a作串聯連接，又，亦可作並聯連接，進而，亦可作串並聯連接，更進而，亦可設為使其個別地露出於外部。例如，亦可將折疊單層量子電池21之面形狀設為半圓形狀，並將2個二次電池20A，以使平面形狀成為概略圓形的方式來安裝在安裝構件中。
圖7，雖係對於所適用之折疊單層量子電池21的折疊次數為2次之二次電池20A作了展示，但是，圖8，係為對於所適用之折疊單層量子電池21的折疊次數為3次之適用有第1實施形態之技術思想的二次電池作展示。如同上述一般，折疊次數係只要為2次以上即可。關於圖8中所示之二次電池的詳細說明，於此係省略。
(C)第2實施形態
接著，針對本發明之二次電池的第2實施形態，一面參考圖面一面作說明。圖9，係為對於第2實施形態之二次電池20B的構成作展示之剖面圖，並為從與上述之圖4(B)相同的方向來作了觀察之剖面圖。圖9，係相較於面方向之尺寸，而將厚度方向之尺寸更作了強調地作展示。
第2實施形態之二次電池20B，係如圖10中所示一般，具備有將單層量子電池，把頭腳(上下方向之朝向)設 為相同地來作2段(此段數，係成為串聯連接數，亦可為3段以上)重疊，並在此2段重疊之狀態下，使折疊方向交互作改變並進行2次以上(於圖9中，係為3次之例子)之折疊的電池構造(以下，適宜稱作多段折疊單層量子電池)22。在多段折疊單層量子電池22中，從下側數起之第奇數個的折曲部，係為將上段之單層量子電池的正極層2作為內側地來作了折疊的部分，第偶數個的折曲部，係為將下段之單層量子電池的負極層3作為內側地來作了折疊的部分，如同上述一般，藉由交互地改變折疊方向，多段折疊單層量子電池22係具備有蛇腹構造。亦可因應於所期望之電流容量，而制訂折疊前之單層量子電池的形狀，並對於安裝形狀等作考慮，而選定單層量子電池之折疊次數。又，將折疊前之單層量子電池作重疊的段數，係只要因應於所期望之端子電壓來選定即可。
在藉由折疊而成為相對向的正極層2之上下部分間，正極端子板9係被插入至直到使其之前端與折曲部之內面相接為止。另外，在圖9中雖並不存在，但是，當折疊次數為偶數次的情況時，多段折疊單層量子電池22，亦係具備有露出於外部之正極層2(參考圖7)，正極端子板9，亦係與此露出於外部之正極層2相接觸。全部的正極端子板9，係經由正極端子連結部9b而被作連結。在單層量子電池之藉由折疊而成為相對向的負極層3之上下部分間，負極端子板8係被插入至直到使其之前端與折曲部之內面相接為止。又，負極端子板8，係與露出於多段折疊單 層量子電池22之外部的負極層3相接觸。全部的負極端子板8，係經由負極端子連結部8b而被作連結。另外，亦可將圖9中所示之一部份的負極端子板8或一部份的正極端子板9省略。負極端子連結部8b以及正極端子連結部9b，係分別具備有用以使負極端子、正極端子在未圖示之安裝構件的外部而露出之延長部8a、9a。
第2實施形態之二次電池20B，多段折疊單層量子電池22係成為單層量子電池之串聯連接，而能夠將端子電壓提高，若是將多段折疊單層量子電池22展開，則可明顯得知，由於係成為對於大面積之單層量子電池作了利用，因此，係能夠將電流容量增大。
又，第2實施形態之二次電池20B，亦係與第1實施形態相同的，係能夠得到下述之效果等：亦即是，係成為不需要絕緣層，而能夠將全容積縮小，並且，由於係作2次以上之折疊，因此係能夠將佔有面積縮小，且能夠將層積對象之零件數等減少，而能夠降低層積工程之工程數，並且能夠對於多段折疊單層量子電池22之位置的偏差作抑制。
於上述記載中，雖係針對將單層量子電池作多段重疊，並在該多段重疊之狀態下，交互改變折疊方向並作2次以上之折疊而得到多段折疊單層量子電池22的情況作了說明，但是，亦可如圖11中所示一般，設為在得到多段折疊單層量子電池22中之作了折疊的各段用之單層量子電池之後，將各段用之折疊單層量子電池作嵌合，並得到 多段折疊單層量子電池22。
又，雖並未作詳述，但是，在第1實施形態之二次電池20A的說明中所適宜言及的變形實施形態中，能夠適用在第2實施形態之二次電池20B中者，係成為第2實施形態之二次電池20B的變形實施形態。
(D)第3實施形態
接著，針對本發明之二次電池的第3實施形態，一面參考圖面一面作說明。圖12，係為對於第3實施形態之二次電池20C的構成作展示之剖面圖，並為從與上述之圖4(B)相同的方向來作了觀察之剖面圖。圖12，係相較於面方向之尺寸，而將厚度方向之尺寸更作了強調地作展示。
第3實施形態之二次電池20C，係如圖13中所示一般，將2個單層量子電池，把上下方向設為相互顛倒的來作重疊(在圖13之例中，係以使正極層2彼此接觸的方式來重疊)，並在此2段重疊之狀態下，使折疊方向交互作改變並進行2次以上(於圖12中，係為3次之例子)之折疊的電池構造(以下，適宜稱作逆2段折疊單層量子電池)23。在逆2段折疊單層量子電池23中，從下側數起之第奇數個的折曲部，係為將上段之單層量子電池的負極層3作為內側地來作了折疊的部分，第偶數個的折曲部，係為將下段之單層量子電池的負極層3作為內側地來作了折疊的部分，如同上述一般，藉由交互地改變折疊方向，逆2段折疊單層量子電池23係具備有蛇腹構造。亦可因應於 所期望之電流容量，而制訂折疊前之單層量子電池的形狀，並對於安裝形狀等作考慮，而選定單層量子電池之折疊次數。
在2個單層量子電池之相接觸的正極層2之間且為能夠從逆2段折疊單層量子電池23之端部起而以直線到達之折曲部為止的部分處，正極端子板9係被插入至直到使其之前端與折曲部之內面相接為止。全部的正極端子板9，係經由正極端子連結部9b而被作連結。在單層量子電池之藉由折疊而成為相對向的負極層3之上下部分間，負極端子板8係被插入至直到使其之前端與折曲部之內面相接為止。又，負極端子板8，係與露出於逆2段折疊單層量子電池23之外部的負極層3相接觸。全部的負極端子板8，係經由負極端子連結部8b而被作連結。另外，亦可將圖12中所示之一部份的負極端子板8或一部份的正極端子板9省略。負極端子連結部8b以及正極端子連結部9b，係分別具備有用以使負極端子、正極端子在未圖示之安裝構件的外部而露出之延長部8a、9a。
第3實施形態之二次電池20C，係成為將2個單層量子電池作並聯連接，並且，若是將逆2段折疊單層量子電池23展開，則可明顯得知，由於係成為對於大面積之單層量子電池作了利用者，因此係能夠將電流容量增大。
又，第3實施形態之二次電池20C，亦係與第1實施形態相同的，係能夠得到下述之效果等：亦即是，係成為不需要絕緣層，而能夠將全容積縮小，並且，由於係作2 次以上之折疊，因此係能夠將佔有面積縮小，且能夠將層積對象之零件數等減少，而能夠降低層積工程之工程數，並且能夠對於逆2段折疊單層量子電池23之位置的偏差作抑制。
圖12中所示之二次電池20C，係如圖13中所示一般，為將使正極層2朝上之單層量子電池配置於下側，並將使正極層2朝下之單層量子電池配置於上側，來相互作重疊，並將此重疊後之物進行折疊所得到者，但是，使正極層2朝上之單層量子電池和使正極層2朝下的單層量子電池之數量，係亦可分別設為複數。例如，係亦可設為：將使正極層2朝上之單層量子電池作2段重疊，並將其配置於下側處，且將使正極層2朝下之單層量子電池作2段重疊，並將其配置於上側處，而在將單層量子電池作了總計4段之重疊的狀態下，利用作了2次以上之折疊的構造來構成二次電池。
又，雖並未作詳述，但是，在已作了敘述的實施形態之二次電池20A、20B的說明中所適宜言及的變形實施形態中，能夠適用在第3實施形態之二次電池20C中者，係成為第3實施形態之二次電池20C的變形實施形態。
(E)第4實施形態
接著，針對本發明之二次電池的第4實施形態，一面參考圖面一面作說明。圖14，係為對於第4實施形態之二次電池20D的構成作展示之剖面圖，並為從與上述之圖 4(B)相同的方向來作了觀察之剖面圖。圖14，係相較於面方向之尺寸，而將厚度方向之尺寸更作了強調地作展示。
上述之第1~第3實施形態，係為對於將具備有負極層3、充電層6以及正極層2之單層量子電池(參考圖4)作了折疊的折疊單層量子電池作了利用者(密封構件7係並非為必須要件)。具備有負極層3、充電層6以及正極層2之單層量子電池，係經由對於基板上所進行之薄膜形成處理而被形成，並從基板而脫離所形成者。或者是，係為在脫離後，被切出為特定之形狀所形成者。於量子電池的情況時，作為上述之基板，係不僅是能夠適用絕緣性基板，而亦能夠適用藉由銅或不鏽鋼等之導電性材料所成之薄的導電性基板。
此第4實施形態之二次電池20D，係為對於第1實施形態之二次電池20A(參考圖7)的一部份作了變更者。將在導電性基板12之上層積負極層3、充電層6以及正極層2並且具備有防止短路之密封構件7(但是，密封構件7係並非為必須之構成要件)的構成，作為單位構成(以下，適宜稱作附有基板之單層量子電池)，並將此附有基板之單層量子電池，交互改變折疊方向地而作2次以上之折疊，再將此折疊後的附有折疊基板之單層量子電池24，代替第1實施形態之二次電池20A的折疊單層量子電池21來作了適用。其他之構成，係與第1實施形態之二次電池20A相同。
若依據第4實施形態之二次電池20D，則由於折疊前 之單位構成，係為附有基板之單層量子電池，因此，係能夠成為不需要進行像是將電池構成部分從基板而剝離一般之製造工程。其他之效果，係與第1實施形態相同。
附有折疊基板之單層量子電池24所具有的基板，由於係為導電性基板12，因此，係亦能夠使導電性基板12擔負起負極層3之功能，而將負極層3省略。
雖並未作詳述，但是，在已作了敘述的各實施形態之二次電池20A~20C的說明中所適宜言及的變形實施形態中，能夠適用第4實施形態之二次電池20D的技術思想者，係成為第4實施形態之二次電池20D的變形實施形態。
第4實施形態之二次電池20D，係為對將第1實施形態之二次電池20A的折疊單層量子電池21之部分，置換為折疊之附有基板之單層量子電池24者。雖省略圖示，但是，亦可實現將第2、第3實施形態之二次電池20B、20C的折疊單層量子電池22、23之單層量子電池置換為附有基板之單層量子電池的二次電池。
在圖14中所示之二次電池20D，雖係為將導電性基板12設置在負極層3側者，但是，在將導電性基板12設置在正極層2側的情況時，亦同樣的，係可設為在殘留有導電性基板12的狀態下來構成二次電池。
(F)第5實施形態
接著，針對本發明之二次電池的第5實施形態，一面參考圖面一面作說明。圖15(C)，係為對於第5實施形態 之二次電池20E的構成作展示之正面圖，並為從與上述之圖4(B)之剖面圖相同的方向來作了觀察之正面圖(係為將關於原本會觀察到的前方側之密封構件7作了除去所展示的正面圖)。圖15(C)，係相較於面方向之尺寸，而將厚度方向之尺寸更作了強調地作展示。
第5實施形態之二次電池20E，例如，係如同下述一般地而形成。最初，係如同圖15(A)之平面圖中所示一般，對於單層量子電池，而設置一直延伸至被實行第1次之折疊的折曲線近旁處之1根或者是複數根(圖15(A)係為4根之例)的細縫25。細縫25，係亦可設為藉由對於完成後的單層量子電池所進行的切割而設置者，且亦能夠以在由薄膜之依序形成所進行的單層量子電池之形成過程中而對於成為細縫25之部分處的膜之形成造成阻礙的方式來設置之。接著，如同圖15(B)之平面圖中所示一般，從藉由細縫25而被作了切割區分的部分中，將預先所制定的部分作特定次數以上(在圖15中，係對於3次的例子作展示)之折疊。圖15，係為將最深側部分、和從深側起之第2個以及第3個的細縫25間之部分、以及最前側之部分，作了折疊的例子。並不被作折疊之部分，當作為折疊後的全體來作觀察的情況時，係構成從被作了折疊的蛇腹本體而拉出的舌片26，在蛇腹本體處之舌片26的延長部分，係成為溝27。以下，將圖15(B)中所示一般之具備有舌片26的被折疊成蛇腹狀之單層量子電池28，適宜稱作附有舌片之折疊單層量子電池。
另外，在以下的說明中，就算是當在用以說明之圖面中並無法看到舌片以及溝的情況時，亦會有在文章中附加符號「26」或「27」來作說明的情形。
圖16(B)，係為對於在前方側而設置有唯一的舌片26以及其之延長的溝27之附有舌片之折疊單層量子電池作展示，圖16(A)，係為對於該附有舌片之折疊單層量子電池的被折疊成蛇腹狀之前的狀態作展示。圖17(B)，係為對於在深度方向之中央處而設置有唯一的舌片26以及其之延長的溝27之附有舌片之折疊單層量子電池作展示，圖17(A)，係為對於該附有舌片之折疊單層量子電池的被折疊成蛇腹狀之前的狀態作展示。
如圖15~圖17中所示一般，附有舌片之折疊單層量子電池28，其之舌片26的數量或舌片26之位置係並不被作限定。又，舌片26之寬幅，係亦並不被作限定。舌片26之長度，雖係因應於細縫25之長度而作制定，但是，亦可在被折疊成蛇腹狀之後，藉由沿著與舌片26之長邊方向相正交的方向而作切割，來將細縫25之長度更進一步縮短。
在第5實施形態之二次電池20E中，正極端子板9，係至少與在舌片26處之正極層2作接觸。進而，正極端子板9係亦可為以與露出於溝27之表面處的正極層2作接觸的方式而延伸者，在圖15(C)中，係對於此種情況作展示。負極端子板8，例如，係與蛇腹本體處之最為下側的折疊部分之下側的負極層3(亦可包含有其之延長上的舌 片26處之負極層3)作接觸，或者是與在蛇腹本體處之最為上側的折疊部分之上側的負極層3(當折疊次數為偶數次的情況時，係並不存在有此種負極層)作接觸。負極端子板8以及正極端子板9，係分別與用以使負極端子、正極端子在未圖示之安裝構件的外部而露出之延長部8a、9a相連接。
在圖15中，雖係針對舌片26為與在蛇腹本體處之下折疊部分同一平面上而延伸者作展示，但是，舌片26係亦可為以相對於蛇腹本體處之下折疊部分而具有180度以外之角度的方式來作了彎折者，並且，係亦可相應於此而對於正極端子板9之延長方向作選定。又，舌片26，係亦可為在其之途中而被作彎折，並藉由被彎折了的前端側而與正極端子板9作接觸者。
又，在圖15中，雖係針對細縫25和折曲線為相正交的情況作了展示，但是，係並不被限定於此，例如，亦可如圖18中所示一般，而成為細縫25和折曲線為以90度以外之角度來作相交者。
進而，在圖15中，雖係針對藉由設置細縫25並作折疊而形成附有舌片之折疊單層量子電池28的情況作了展示，但是，係亦可設為藉由其他的方法來形成附有舌片之折疊單層量子電池28。例如，亦可如圖19中所示一般，作為被折疊成蛇腹狀之前的單層量子電池，而使用已被形成有舌片26的形狀者，並沿著與舌片26之長邊方向相平行的折曲線，來將舌片26以外之部分作折疊，藉由此來 形成附有舌片之折疊單層量子電池28。於此情況，係亦能夠以能夠形成與上述之溝27相當之部分的方式，來折疊成蛇腹狀，且亦能夠以不會形成相當於溝27之部分的方式，來折疊成蛇腹狀。
若依據第5實施形態之二次電池20E，則由於係設置有舌片26，因此，係能夠將正極層2本身作為拉出電極之構成要素來利用，而能夠將與電極相應之量的容積或體積等作削減。
將單層量子電池折疊成蛇腹狀來作利用一事的效果，係如同在已述之實施形態中所說明一般。
雖並未作詳述，但是，在已作了敘述的各實施形態之二次電池20A~20D的說明中所適宜言及的變形實施形態中，能夠適用於第5實施形態之二次電池20E中者，係成為第5實施形態之二次電池20E的變形實施形態。
(G)其他實施形態
在上述各實施形態之說明中，雖係對於各種之變形實施形態有所言及，但是，係可更進而列舉出如同以下所例示一般之變形實施形態。
(G-1)於上述，作為第1實施形態之二次電池20A的變形例，係對於將複數之二次電池20A安裝在1個安裝構件中者作了說明，但是，在1個安裝構件中所安裝之複數的二次電池，係亦可為與上述實施形態相異之實施形態的二次電池。於此情況，亦可將複數之二次電池的延長部 8a以及9a作串聯連接，又，亦可作並聯連接，進而，亦可作串並聯連接，更進而，係亦可設為使該些個別地露出於外部。只要因應於所期望之端子電壓或電流容量，來選定串聯連接、並聯連接或者是串並聯連接之二次電池即可。
(G-2)在上述各實施形態中，單層量子電池(參考圖4)雖為並未具備有對於折疊作了考慮之特殊設計者，但是，亦可設為將具有對於折疊作了考慮之特別的設計之單層量子電池作折疊。圖20，係為此種變形實施形態之單層量子電池的剖面圖(參考圖4(B))。成為折曲部之在紙面之法線方向上延伸的帶狀之區域30P、30N，係亦可設為：分別為僅被設置有正極層2或者是負極層3(亦可為被設置在導電性基板12上之負極層)，而並未被設置有充電層6或其他極之層，且成為相對於折疊而在力學上之阻抗為弱者。在此變形例的情況時，係亦可設為：使圓狀之絕緣棒體，位置在由於並未設置充電層6或其他極之層而成為凹陷的帶狀區域處，並進行折疊。又，雖係省略圖示，但是，就算是當在折曲線上設置有負極層3、充電層6以及正極層2的情況時，亦可設為沿著折曲線而設置縫線並使其之相對於折疊的力學性阻抗變弱。
(G-3)在上述各實施形態中，雖係為僅適用有將單層量子電池作了2次以上之折疊的折疊單層量子電池者，但是，除此之外，亦可為利用其他構成之單層量子電池者。圖21以及圖22，係分別為展示此種變形實施形態的二次 電池20F、20G之構成的剖面圖。
圖21中所示之二次電池20F，係成為相對於圖8中所示之二次電池的變形實施形態，在最上部側處，2個單層量子電池31，係以使正極層2側相互對向的方式而被作層積。以被包夾在相對向之正極層2間的方式，而設置有正極端子板9。又，2個單層量子電池31之負極層3，係分別與相異之負極端子板8相接觸。在將並不作折疊之小面積的單層量子電池31作為層積對象的情況時，當從原本之大片薄片而切出2次以上之折疊用的單層量子電池並進行檢查時，就算其係為不良品，只要其之一部份之區域為正常，則便可作為小面積的單層量子電池31來在二次電池20F中作利用。
圖22中所示之二次電池20G，係成為相對於圖8中所示之二次電池的變形實施形態，在最上部側處，係層積有將單層量子電池以使正極層2側相互對向的方式而作對折的折曲單層量子電池32。以被包夾在相對向之正極層2間的方式，而設置有正極端子板9。又，折曲單層量子電池32之上下的負極層3，係分別與相異之負極端子板8相接觸。在將作對折之折曲單層量子電池32作為層積對象的情況時，當從原本之大片薄片而切出2次以上之折疊用的單層量子電池並進行檢查時，就算其係為不良品，只要其之一部份之區域為正常，則便可作為折曲單層量子電池32來在二次電池20G中作利用。
(G-4)在上述各實施形態中，雖係對於折疊單層量子 電池之面的法線方向為上下方向者而作了展示，但是，係亦可為折疊單層量子電池之面的法線方向為左右方向者(例如，將圖7之狀態作了逆時針或順時針90度旋轉一般之二次電池)。
(G-5)在上述各實施形態中，雖係針對將單層量子電池以使各折疊部分成為均等之寬幅的方式來作了折疊者而作展示，但是，係並不需要使全部的折疊部分之寬幅均為相同。
(G-6)在上述各實施形態中，雖係對於單層二次電池為量子電池的情況而作了展示，但是，係並不被限定於量子電池，只要是薄片狀(平行平板狀)之二次電池即可。例如，固體鋰離子二次電池，亦同樣的，只要是能夠進行折疊者，則便可作為上述各實施形態之層積對象。
8‧‧‧負極端子板
8a‧‧‧延長部
8b‧‧‧負極端子連結部
9‧‧‧正極端子板
9a‧‧‧延長部
9b‧‧‧正極端子連結部
20A‧‧‧二次電池
21‧‧‧折疊單層量子電池

Claims (9)

  1. 一種二次電池，其特徵為：係將藉由正電極層以及負電極層來包夾蓄電層的薄片狀之全固體型之單層二次電池，適用在將折疊方向交互改變為反方向地來作了2次以上之折疊的折疊單層二次電池中。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之二次電池，其中，係將複數之上述單層二次電池，適用在以將上下方向設為相同地來作了多段重疊的狀態，而將折疊方向交互改變為反方向地來作了2次以上之折疊的多段折疊單層二次電池中。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之二次電池，其中，係在藉由上述折疊而成為相互對向的上述正電極層之間插入正極端子構件，在上述負電極層之間插入負極端子構件。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之二次電池，其中，係適用在：以將1或是複數之上述單層二次電池，把上下方向設為第1方向地來作了多段重疊，並且在其之上側，而將1或是複數之上述單層二次電池，把上下方向設為與上述第1方向相反之第2方向地來作了多段重疊的狀態，而將折疊方向交互改變為反方向地來作了2次以上之折疊的多段折疊單層二次電池中。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之二次電池，其中，係在藉由上述折疊而成為相互對向的上述正電極層之間 插入正極端子構件，或者是在上述負電極層之間插入負極端子構件。
  6. 如申請專利範圍第1項、第2項或第4項中之任一項所記載之二次電池，其中，上述折疊單層二次電池或者是上述多段折疊單層二次電池，係包含有並未被折疊之非折疊部分，在此非折疊部分處之正電極層以及負電極層的至少其中一方，係與正極端子構件或者是負極端子構件作接觸。
  7. 一種二次電池，其特徵為：係將藉由正電極層以及負電極層來包夾蓄電層的薄片狀之單層二次電池，適用在將折疊方向交互改變為反方向地來作了2次以上之折疊的折疊單層二次電池中，上述單層二次電池，係為將上述負電極層或者是上述正電極層之其中一方的部分，置換為導電型基板和被設置於其上之上述負電極層之組、或者是導電型基板和被設置於其上之上述正電極層之組者。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之二次電池，其中，係將複數之上述單層二次電池，適用在以將上下方向設為相同地來作了多段重疊的狀態，而將折疊方向交互改變為反方向地來作了2次以上之折疊的多段折疊單層二次電池中。
  9. 如申請專利範圍第7項所記載之二次電池，其中，係適用在：以將1或是複數之上述單層二次電池，把上下方向設為第1方向地來作了多段重疊，並且在其之上側， 而將1或是複數之上述單層二次電池，把上下方向設為與上述第1方向相反之第2方向地來作了多段重疊的狀態，而將折疊方向交互改變為反方向地來作了2次以上之折疊的多段折疊單層二次電池中。
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