TWI569494B - 製造儲能裝置之方法 - Google Patents

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Description

製造儲能裝置之方法
本發明有關包含非水電解質二次電池，特別地，鋰離子二次電池(下文中簡稱為鋰離子電池)之儲能裝置。
現今，做為具有大的儲存容量之二次電池的鋰離子電池不僅安裝在小的攜帶式電性裝置上，而且安裝在電動車或其類似物之上。用於鋰離子電池之正電極，已習知地使用鈷酸鋰(LiCoO2)。
然而，因為鈷係稀有資源，所以使用LiCoO2或其類似物做為正電極活性材料之二次電池並不容易大量生產及增加尺寸以供電動車電池之用，且該電池亦必然極為昂貴。為此理由，已企圖使用具有橄欖石結構且使用不昂貴之充裕資源的鐵做為主要構成元素之鋰鐵複合氧化物(例如，磷酸鋰鐵(LiFePO4))，或鋰錳複合氧化物(例如，磷酸鋰錳(LiMnPO4))來取代鈷，做為正電極活性材料(請參閱專利文獻1)。
此外，亦已執行磷酸鋰鐵之物理性質上的研究，且已探討單晶之磷酸鋰鐵的磁性質(請參閱非專利文獻1)。
[參考文件]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本公開專利申請案第2004-079276號
[非專利文獻]
[非專利文獻1]G.Liang等人之“單晶LiFePO4之磁性質中的各向異性及電性結構”，phys.Rev.B77(2008)064414
在橄欖石型晶體材料的晶體中，鋰離子傳導係一維的，而在鈷酸鋰的晶體中，則係二維的。因此，當鋰離子進入及離開該橄欖石型晶體材料時，該等鋰離子會比當其進入及離開鈷酸鋰時更受到限制。
例如，如第1A圖中所示地，係考慮其中使用具有六面之矩形固體的橄欖石型活性材料粒子做為正電極活性材料的情況。鋰離子僅可以以箭頭所示之方向而移動於活性材料粒子中。由於此理由之緣故，其中鋰離子可進入及離開該活性材料粒子之面的數目係受限於二。
當所有的面面對電解質溶液時，鋰離子可自由地進入及離開；然而，活性材料的比例會在該情況中減低。為了要增進儲存容量，降低電解質溶液的數量以增加活性材料的比例係較佳的。然而，在該情況中，其中鋰離子進入及離開的面可能覆蓋有其他的晶體面。
例如，當其中鋰離子可進入及離開的面係如第1B圖中所示地覆蓋有其中鋰離子無法進入及離開之其他活性材料粒子的面時，則在中央粒子之中的鋰離子無法被提取至外部。若該等晶體面係隨機地配置時，則此情況的機率係稍大於44%。
進一步地，在第1C圖之中，其中鋰離子可進入及離開的該等面之其中一者係覆蓋有其中鋰離子無法進入及離開之另一活性材料粒子的面，且該等面之另一者係覆蓋有其中鋰離子可進入及離開之另一活性材料粒子的面。在該情況中，僅該二面的其中一者(第1C圖中之右側的面)可使用以提取中央粒子中之鋰離子至外部。換言之，鋰離子傳導會受到限制。若該等晶體面係隨機地配置時，則此情況的機率亦係稍大於44%。
在其中鋰離子可進入及離開之該等面二者均係如第1D圖中所示地覆蓋有其中鋰離子可進入及離開之其他活性材料粒子的面之情況中，當提取中央粒子中的鋰離子時，並無限制。然而，若該等晶體面係隨機地配置時，則此情況的機率係僅稍大於11%。
上述考慮係極端的假定且係在其中活性材料粒子的面與其他活性材料粒子接觸的情況中，事實上，空間係介於其間，以致使若干鋰離子可進入及離開。然而，在其中晶體係密質地集中之情況中，儲存容量會因為上述問題而減少。
當使用橄欖石型活性材料時，活性材料粒子並不會被隨機地配置，而是該等活性材料粒子的晶體面係以一方向而配向(定向)；因此，可確實地實現第1D圖中所示的狀態。除了順磁性、鐵磁性、或反鐵磁性之外，係使用具有過渡金屬之橄欖石型氧化物的磁化率各向異性，以致使該等晶體面被定向。
換言之，橄欖石型氧化物的活性材料粒子係在0.01T至2T的磁場中形成於集電器上；因此，可使該等活性材料粒子被定向。選擇性地，該等活性材料粒子係在0.01T至0.5T的磁場中形成於集電器上，而該磁場之極性係以1Hz至1000Hz的頻率來改變。因此，可使該等活性材料粒子被定向。通常，使用磁場之該定向不僅會發生於橄欖石型氧化物中，而且會在具有磁化率各向異性的物質之中發生。注意的是，在此說明書中之“被定向”的用語意指的是，大於或等於50%之複數個晶體的特定定向係在距離指定方向的5度之內。
本發明之一實施例係儲能裝置的製造方法，包含以下步驟：混合具有磁化率各向異性之活性材料粒子及電解質溶液，以形成漿體；施加該漿體至集電器；以及留置其中施加該漿體之該集電器於0.01T至2T的磁場中。
本發明之一實施例係儲能裝置的製造方法，包含以下步驟：混合具有磁化率各向異性之活性材料粒子及電解質溶液，以形成漿體；以及在0.01T至2T的磁場中施加該漿體至集電器。
進一步地，本發明之一實施例係儲能裝置的製造方法，包含以下步驟：混合具有磁化率各向異性之活性材料粒子及電解質溶液，以形成漿體；施加該漿體至集電器；以及留置其中施加該漿體之該集電器於0.01T至0.5T的磁場中，而該磁場之極性係以1Hz至1000Hz的頻率來改變。
再者，本發明之一實施例係儲能裝置的製造方法，包含以下步驟：混合具有磁化率各向異性之活性材料粒子及電解質溶液，以形成漿體；以及在0.01T至0.5T的磁場中施加該漿體至集電器，而該磁場之極性係以1Hz至1000Hz的頻率來改變。
在上述該等方法中，將被使用之合適的磁場係根據該等活性材料粒子的磁化率而改變。例如，在鐵磁體的情況中，可使用極低的磁場。另一方面，在具有低磁化率之材料的情況中，為了要獲得充分的定向，需要高的磁場。
在上述該等方法中，較佳地，每一個活性材料粒子的尺寸係5奈米(nm)至200奈米(nm)。選擇性地，每一個活性材料粒子的平均尺寸係5奈米至200奈米。需注意的是，在此說明書中，除非另有指明，否則每一個活性材料粒子的尺寸係其體積的立方根。較佳的是，每一個活性材料粒子最理想地係由單晶(一晶體)所組成。
實用上，所有活性材料粒子無需一定要成為單晶，但較佳的是，大於或等於60%之該等活性材料粒子應為單晶。當單晶的比例增加時，由磁場所定向之粒子的比例會增加。相反地，當並非單晶之粒子(亦即，各自地由具有不同定向之晶體面的複數個晶體所形成之粒子)的比例增加時，則所定向之粒子的比例會因為並非單晶的粒子不容易由磁場所定向而減少，以致具有離子傳導或電子傳導中之問題。為了要獲得單晶粒子，較佳地使用諸如水熱法之溶液方法。進一步地，該等活性材料粒子的表面可各自地塗 佈以碳。
注意的是，依據非專利文獻1，磷酸鋰鐵之(010)方向的磁化率高。此外，鋰離子移動於此方向中。
上述說明關於鋰離子電池；然而，無需受限於此，該說明可應用至一般的非水電解質二次電池，且進一步可應用至一般的儲能裝置。透過上述結構，可增進儲能裝置的功率提取效率。此意指的是，儲能容量及儲能裝置的增進係適用於其中瞬時地需要大量功率之應用。
例如，當在平地上駕駛電動車時，電動車的電源供應器消耗相對小量的功率。然而，大量的功率會在激烈的加速下或在爬坡中消耗。在該情況中，電源供應器需供給大量的電流；惟，當功率提取效率低時，則內電阻會增大，壓降會變大，且損失會由於該內電阻所造成。
結果，其中被預期為可用之功率的一部分將在該等情形下損失。例如，當使用二次電池做為電源供應器時，雖然若該車係在平均上駕駛時幾乎可完全使用所儲存之功率，但在爬坡中或在加速下，一部分的功率卻會損失。功率提取效率的增進可防止該損失。
第2A至2C圖顯示本發明之功效的實例。當實行本發明時，分散於電解質溶液101(包含黏合劑或傳導輔助劑)中之活性材料粒子102(其可塗佈以碳)係施加於集電器103之上，如第2A圖中所示。較佳地，該集電器103係諸如鋁之具有低磁化率的順磁性物質。在此階段，該等活性材料粒子的方向係隨機的。
然後，將上述範圍內之磁場施加至活性材料粒子102，而藉以使該等活性材料粒子102以一定方向而定向。注意的是，當活性材料粒子102的溫度減低時，磁化率會增加，以致使活性材料粒子102易於定向。在此，活性材料粒子102具有各向異性，其中鋰離子移動之方向的磁化率係高於其他方向的磁化率。此情況對應於磷酸鋰鐵。在此情況中，鋰離子移動之方向係與磁場的方向相同。
因此，活性材料粒子102係如第2B圖中所示地定向。此外，功率提取效率可增進，因為活性材料粒子並未阻礙鋰離子的進入及離開而配置。由於定向處理的結果，可縮短活性材料粒子102之間的距離且並不需要上層中之電解質溶液105，以致可較佳地去除上層中之電解質溶液105。因而，可獲得如第2C圖中所示之正電極104。
例如，當正好將第2A圖中之活性材料粒子102壓平在集電器103之上時，可獲得如第3A圖中所示之正電極。在第3A圖之中，與集電器103接觸之在最右側的活性材料粒子和自右邊算起的第三活性材料粒子之面(其中鋰離子進入及離開之面)面向集電器103。該等活性材料粒子的其他面(其中鋰離子進入及離開之面)則面向其他活性材料粒子的面(其中阻礙鋰離子移動之面)。因此，鋰離子無法自該等活性材料粒子提取。
將被使用之活性材料粒子的磁化率各向異性並未受限於上文。第3B圖顯示其中垂直於鋰離子移動方向之方向的磁化率係高於其他方向之磁化率的情況。在該情況中， 活性材料粒子中之鋰離子移動的方向係正交於所施加之磁場的方向。在該情況中，鋰離子移動並未受到阻礙。
進一步地，磁場的方向可與集電器103平行。在該情況中，可將集電器103設置於螺線管線圈中，使得磁場均勻。當磁場不均勻時，活性材料粒子會集中在一邊。為了要產生密集磁場於螺線管線圈之中，較佳地，係使用超導線圈。
進一步地，可將活性材料粒子設置於0.01T至0.5T的磁場中，而該磁場之極性係以1Hz至1000Hz的頻率而改變。例如，當使用其中鋰離子移動方向之磁化率高於其他方向之磁化率的活性材料粒子時，則鋰離子移動之方向係如第3C圖中所示地平行於電極的表面。
注意的是，設置於其中極性改變的磁場中之導電物質具有藉由產生電流而屏蔽磁場的功效。例如，磁場係由集電器103或塗佈活性材料粒子102的碳膜所屏蔽；因此，需考慮集電器103及碳膜的厚度。
在下文中，將參照圖式來敘述實施例。然而，該等實施例可以以各式各樣的模式而實施。熟習於本項技藝之該等人士將立即理解的是，模式及細節可以以各式各樣的方式來加以改變，而不會背離本發明之精神和範疇。因此，本發明不應被解讀成受限於下文之實施例的說明。
(實施例1)
在此實施例中，將敘述本發明一實施例之鋰離子二次電池的製造方法。做為正電極活性材料的材料，可使用磷酸鋰鐵；然而，本發明並未受限於此。較佳地，粒子的尺寸係5奈米至200奈米。
除了固態反應法之外，可使用諸如水熱法之溶液方法以供正電極活性材料粒子的形成之用。當磷酸鋰鐵係透過水熱法之使用而形成時，較佳地，使用例如，氯化鐵、磷酸銨、氫氧化鋰、或任何該等者之水化物做為起始材料。
特別地，為了要充分地獲得本發明之功效，較佳地，正電極活性材料粒子係由單晶所組成；且因此，較佳地使用水熱法。進一步地，可在該正電極活性材料粒子的烘烤時混合諸如葡萄糖之碳水化物，使得正電極活性材料粒子塗佈以碳。此處理可增進導電率。然而，當使正電極活性材料粒子充分定向時，則碳塗佈係並非必要的。
以此方向所獲得之正電極活性材料粒子，黏合劑，及電解質溶液係混合以形成漿體。較佳地，使用其中LiPF6係溶解於碳酸次乙酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)的混合溶劑中的電解質溶液；惟，本發明並未受限於此。
然後，將其中施加該漿體的正電極集電器留置於磁場中，2秒至1小時。選擇性地，可在磁場中將漿體施加至正電極集電器。該磁場的強度係0.01T至2T。對於正電極集電器，較佳地使用包含鋁做為其主要成分之金屬材料。進一步地，正電極集電器較佳地包含諸如鐵、鎳、或鈷之 具有高磁化率的過渡金屬及諸如鐿或鏑的鑭系元素，而總濃度係低於或等於1原子百分比(at%)。
為了要施加磁場，例如，較佳地諸如釹磁鐵或釤鈷磁鐵之磁鐵的北極或南極靠近其中與施加漿體之正電極集電器的表面相反的表面。正電極活性材料粒子被牽引至正電極集電器，使得在漿體之上方層部分中幾乎沒有活性材料粒子；因此，去除漿體之上方層部分。然後，使漿體乾燥。因而，完成正電極。透過使用以此方式所製造出之正電極，可製造出鋰離子電池。
第5圖顯示依據此實施例所製造出之正電極集電器上的正電極活性材料粒子之X射線繞射(CuK α)的結果。第5圖中所示之取樣C的繞射結果係參考材料的繞射結果，該參考材料係粉末之磷酸鋰鐵，而絲毫未被定向。如圖形之中所顯示地，(101)面、(111)面、(020)面、及(311)面的繞射強度係實質地相等。
第5圖中所示之取樣B的繞射結果係藉由使用釤鈷磁鐵所定向之正電極活性材料粒子的繞射結果。在該繞射結果中，與取樣C相較地，屬於(020)面之峰值的強度係相對地高於其他面之峰值的強度。第5圖中所示之取樣A的繞射結果係藉由使用具有更高磁場的釹磁鐵所定向之正電極活性材料粒子的繞射結果。在該繞射結果中，屬於(020)面之峰值的強度係進一步增加，且(010)面係與基板平行而定向。
將參照第4圖來敘述使用包含以此方向所定向之正電 極活性材料粒子的正電極之二次電池。第4圖係顯示硬幣型二次電池之結構的概略視圖。正電極232包含正電極集電器228及透過上述方法所形成之正電極活性材料層230(該正電極活性材料層230包含定向之正電極活性材料粒子、電解質溶液、及黏合劑)。
如第4圖中所示地，硬幣型二次電池包含負電極204、正電極232、分離片210、電解質溶液(未顯示)、外殼206、及外殼244。此外，該硬幣型二次電池包含環形絕緣體220、間隔物240、及墊圈242。做為正電極232，係使用藉由形成正電極活性材料層230於正電極集電器228上而在上述步驟中所獲得之電極。
較佳地，使用其中LiPF6係溶解於碳酸次乙酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)之混合溶劑中的電解質溶液；然而，本發明並未受限於此。
負電極204包含負電極活性材料層202，於負電極集電器200之上。做為該負電極集電器200，例如，係使用銅。做為負電極活性材料，係使用石墨、聚并苯、或其類似物。較佳地，負電極活性材料層202係單獨使用該材料或該材料和黏合劑的混合物而形成。
可使用設置有孔之絕緣體(例如，聚丙烯)以供分離片210之用。選擇性地，可使用其中可傳輸鋰離子之固體電解質。
較佳地，使用由金屬(例如，不鏽鋼)所各自製成之外殼206、外殼244、間隔物240、及墊圈242。外殼206及 外殼244各自地具有電性連接負電極204及正電極232至外部之功能。
負電極204，正電極232及分離片210係浸泡於電解質之中。然後，如第4圖中所示地，負電極204、分離片210、環形絕緣體220、正電極232、間隔物240、墊圈242、及外殼244係以此順序而堆疊於外殼206之內部。外殼206及外殼244係接受壓力接合。以此方式，可製造出硬幣型二次電池。
(實施例2)
依據實施例1中所敘述之本發明一實施例的儲能裝置可使用做為藉由電力所驅動之各式各樣電子裝置及電性裝置的電源供應器。
使用依據本發明一實施例之儲能裝置的電子及電性裝置之特定實例係如下：顯示裝置，照明裝置，桌上型個人電腦或膝上型個人電腦，再生諸如數位多功能碟片(DVD)的記錄媒體中所儲存之靜止影像或移動影像的影像再生裝置，行動電話，攜帶式遊戲機，攜帶式資訊終端機，電子書閱讀器，攝影機，數位相機，諸如微波之高頻加熱設備，電鍋，洗衣機，諸如冷氣機之空調系統，電冰箱，冷凍櫃，電冰箱冷凍櫃，諸如用以保存DNA的冷凍櫃及透析裝置之醫學裝備，及其類似物。
此外，藉由使用來自儲能裝置之電力的電動馬達所驅動之移動物體亦係包含於電子及電性裝置的種類中。做為 移動物體之實例，可給定電動車、包含內燃機及電動馬達之油電混合車、包含馬達輔助之腳踏車的摩托車、及其類似物。
在電子及電性裝置中，依據本發明之一實施例之儲能裝置可使用做為用以供應足夠電力以供幾乎全部功率消耗之用的儲能裝置(此一儲能裝置稱為主電源供應器)。選擇性地，在電子及電性裝置中，依據本發明一實施例之儲能裝置可使用於做為其中當來自主電源供應器或商業電力供應之電力的供應停止時，可供應電力至電子及電性裝置的儲能裝置(此一儲能裝置稱為不斷電電源供應器)。進一步選擇性地，在電子及電性裝置中，依據本發明之一實施例之儲能裝置可使用做為用於與來自主電源供應器或商業電力供應之電力供應同時地供應電力至電子及電性裝置的儲能裝置(此一儲能裝置稱為輔助電源供應器)。
第6圖顯示電子及電性裝置的特定結構。在第6圖中，顯示裝置301係包含依據本發明一實施例之儲能裝置305的電子及電性裝置之實例。特別地，顯示裝置301對應於TV廣播接收用的顯示裝置，且包含外殼302、顯示部303、揚聲器部304、儲能裝置305、及其類似物。依據本發明一實施例之儲能裝置305係設置於外殼302的內部。
顯示裝置301可自商業電力供應接收電力。選擇性地，顯示裝置301可使用儲能裝置305之中所儲存的電力。因此，即使當電力係因為電力故障或其類似情事而無法供 應自商業電力供應時，顯示裝置301亦可透過使用依據本發明一實施例之儲能裝置305做為不斷電電源供應器而操作。
諸如液晶顯示裝置之半導體顯示裝置，其中諸如有機EL元件的發光元件係設置於每一個像素中之發光裝置，電泳顯示裝置，數位微型反射鏡裝置(DMD)，電漿顯示面板(PDP)，場發射顯示器(FED)，及其類似物可使用於顯示部303。
注意的是，在其種類中，除了用於TV廣播接收之外，顯示裝置包含用於個人電腦、廣告顯示、及其類似者之所有資訊顯示裝置。
在第6圖中，設施照明裝置311係包含係據本發明一實施例之儲能裝置314的電性裝置之實例。特別地，照明裝置311包含外殼312、光源313、儲能裝置314、及其類似物。第6圖顯示其中儲能裝置314係設置於天花板315中之情況，而外殼312及光源313係安裝於天花板315上；選擇性地，儲能裝置314可設置於外殼312中。
照明裝置311可自商業電力供應接收電力。選擇性地，照明裝置311可使用儲能裝置314之中所儲存的電力。因此，即使當電力係因為電力故障或其類似情事而無法供應自商業電力供應時，照明裝置311亦可透過使用依據本發明一實施例之儲能裝置314做為不斷電電源供應器而操作。
注意的是，雖然設置於天花板315中之設施照明裝置 311係顯示於第6圖中做為實例，但依據本發明一實施例之儲能裝置可使用於設置在例如，除了天花板315外之牆壁316、地板317、窗戶318、或其類似物中的設施照明裝置之中。選擇性地，該儲能裝置可使用於桌上型照明裝置及其類似物中。
做為光源313，可使用其中藉由使用電力而人為地獲得光之人造光源。特別地，可給定諸如白熾燈及螢光燈之放電燈、以及諸如LED及有機EL元件之發光元件做為人造光源的實例。
在第6圖中，包含室內機321及室外機325之冷氣機係包含依據本發明一實施例之儲能裝置324的電性裝置之實例。特別地，室內機321包含外殼322、通風輸送管323、儲能裝置324、及其類似物。第6圖顯示其中儲能裝置324係設置於室內機321中之情況；選擇性地，儲能裝置324可設置於室外機325之中。進一步選擇性地，儲能裝置324可設置於室內機321及室外機325二者之中。
冷氣機可自商業電力供應接收電力。選擇性地，該冷氣機可使用儲能裝置324之中所儲存的電力。特別地，在其中儲能裝置324係設置於室內機321及室外機325二者之中的情況中，即使當電力係因為電力故障或其類似情事而無法供應自商業電力供應時，冷氣機亦可透過使用依據本發明一實施例之儲能裝置324做為不斷電電源供應器而操作。
注意的是，雖然包含室內機及室外機之分離式冷氣機 係顯示於第6圖中做為實例，但依據本發明一實施例之儲能裝置可使用於其中室內機及室外機的功能係積集於一外殼之中的冷氣機中。
在第6圖中，電冰箱冷凍櫃331係包含依據本發明一實施例之儲能裝置335的電性裝置之實例。特別地，該電冰箱冷凍櫃331包含外殼332、用於電冰箱333的門、用於冷凍櫃334的門、儲能裝置335、及其類似物。儲能裝置335係設置於第6圖中的外殼332之中。電冰箱冷凍櫃331可自商業電力供應接收電力。選擇性地，該電冰箱冷凍櫃331可使用儲能裝置335之中所儲存的電力。因此，即使當電力係因為電力故障或其類似情事而無法供應自商業電力供應時，電冰箱冷凍櫃331亦可透過使用依據本發明一實施例之儲能裝置335做為不斷電電源供應器而操作。
注意的是，在上述的電子及電性裝置中，諸如微波之高頻加熱設備及諸如電鍋之電性裝置需要短時間中之高的電功率。在電性裝置的使用中之商業電力供應的斷路器之斷開可藉由使用依據本發明一實施例之儲能裝置做為用以供應其中無法藉由商業電力供應所足夠供應之電力的輔助電源供應器，而予以預防。
此外，在當不使用電子及電性裝置時的時間週期中，特別地，當實際所使用之電力數量對可由商業電力供應所供應之總電力數量的比例(此比例稱為電力的使用率)低時，可將電力儲存於儲能裝置中，而可藉以在當使用電子及 電性裝置時的時間週期中降低電力的使用率)。在電冰箱冷凍櫃331的情況中，電力可在當溫度低且用於電冰箱333的門及用於冷凍櫃334的門並未被開啟之晚上時間或閉合時儲存於儲能裝置335中。該儲能裝置335係在當溫度高且用於電冰箱333的門及用於冷凍櫃334的門被開啟及閉合時之白天時間使用做為輔助電源供應器；因而，可降低白天時間之電力的使用率。
(實施例3)
在此實施例中，將參照第7圖中所示之方塊圖來敘述其中依據實施例1中所敘述之本發明一實施例的二次電池係使用做為無線供電系統(下文中稱為RF供電系統)之情況的實例。在第7圖中，於電力接收裝置及供電裝置中之元件係根據其功能而分類且包含以不同的方塊中。然而，實際上，並不容易完全根據它們的功能而分類該等元件，且一元件可包含複數個功能。
首先，將大略地敘述RF供電系統。電力接收裝置401係包含於藉由來自供電裝置411所供應之電力所驅動的電子裝置、電力推進車輛、或其類似物中，且可適當地施加至藉由電力所驅動之另外的裝置。
電子裝置的典型實例包含諸如數位相機之相機或攝影機，數位相框，行動電話(亦稱為手機或移動電話裝置)，攜帶式遊戲機，攜帶式資訊終端機，聲頻再生裝置，顯示裝置，及電腦。
電力推進車輛的典型實例包含電動車，油電混合車，火車，維修車輛，推車，輪椅，及其類似物。此外，供電裝置411具有供應電力至電力接收裝置401之功能。
在第7圖中，電力接收裝置401包含電力接收裝置402及電力負載部409。電力接收裝置部402至少包含電力接收裝置天線電路403，信號處理電路404，及二次電池405。供電裝置411至少包含供電裝置天線電路412及信號處理電路413。
電力接收裝置天線電路403具有接收供電裝置天線電路412所傳送之信號或傳送信號至供電裝置天線電路412之功能。信號處理電路404具有處理電力接收裝置天線電路403所接收之信號，以及控制二次電池405之充電及自二次電池405至電力負載部409之電力供應的功能。此外，信號處理電路404控制電力接收裝置天線電路403的操作。也就是說，信號處理電路404可控制電力接收裝置天線電路403所傳送之信號的強度、頻率、或其類似者。
電力負載部409係驅動器部，其自二次電池405接收電力且驅動電力接收裝置401。電力負載部409的典型實例包含馬達及驅動電路。其中藉由接收電力而驅動電力接收裝置的另外裝置可適當地使用做為電力負載部409。供應裝置天線電路412具有傳送信號至電力接收裝置天線電路403或自電力接收裝置天線電路403接收信號的功能。
信號處理電路413具有處理供電裝置天線電路412所接收之信號的功能。此外，信號處理電路413控制供電裝 置天線電路412的操作。也就是說，信號處理電路413可控制供電裝置天線電路412所傳送之信號的強度、頻率、或其類似者。
依據本發明一實施例之二次電池係使用做為包含於第7圖中所示之RF供電系統中的電力接收裝置401中之二次電池405。透過使用依據本發明一實施例之二次電池於RF供電系統中，儲能之數量可比習知二次電池中的儲能之數量更大。因此，可使無線供電的時隔延長(可省略頻繁的供電)。
此外，透過使用依據本發明一實施例之二次電池於RF供電系統中，若其中可驅動電力負載部409的儲能之數量係與習知儲能裝置中的儲能之數量相同時，則可將電力接收裝置401形成為小型且輕便。因此，可降低總成本。
電力接收裝置401包含電力接收裝置部402及電力負載部409。電力接收裝置部402至少包含電力接收裝置天線電路403，信號處理電路404，二次電池405，整流器電路406，調變電路407，及電源供應電路408。此外，供電裝置411至少包含供電裝置天線電路412，信號處理電路413，整流器電路414，調變電路415，解調電路416，及振盪器電路417。
電力接收裝置天線電路403具有接收供電裝置天線電路412所傳送之信號或傳送信號至供電裝置天線電路412之功能。在其中電力接收裝置天線電路403接收供電裝置 天線電路412所傳送之信號的情況中，整流器電路406具有自電力接收裝置天線電路403所接收之信號而產DC電壓的功能。
信號處理電路404具有處理電力接收裝置天線電路403所接收之信號，以及控制二次電池405之充電及自二次電池405至電源供應電路408之電力供應的功能。該電源供應電路408具有轉換二次電池405所儲存之電壓成為用於電力負載部409所需之電壓的功能。調變電路407係使用於當回應信號係自電力接收裝置401傳送至供電裝置411時。
透過電源供應電路408，可控制對電力負載部409所供應之電力。因而，可抑制對電力負載部409之過電壓的施加，且可降低電力接收裝置401的劣化或崩潰。
此外，透過調變電路407，信號可自電力接收裝置401傳送至供電裝置411。因此，當判斷電力接收裝置401中之充電的電量且充電一定的電量時，則信號會自電力接收裝置401傳送至供電裝置411，以致使自供電裝置411至電力接收裝置401之供電可予以停止。因而，二次電池405並未被完全充滿，使得其中充電二次電池405的次數可增加。
供電裝置天線電路412具有傳送信號至電力接收裝置天線電路403或自電力接收裝置天線電路403接收信號的功能。當信號被傳送至電力接收裝置天線電路403時，則信號處理電路413產生信號而傳送至電力接收裝置401。 振盪器電路417產生具有恆定頻率的信號。調變電路415具有根據信號處理電路413所產生的信號及振盪器電路417所產生之具有恆定頻率的信號，而施加電壓至供電裝置天線電路412之功能。
因而，信號係自供電裝置天線電路412輸出。另一方面，當信號係由電力接收裝置天線電路403所接收時，則整流器電路414具有整流所接收到之信號的功能。由整流器電路414所整流出之信號，解調電路416提取由電力接收裝置401所傳送至供電裝置411之信號。信號處理電路413具有分析該解調電路416所提取之信號的功能。
注意的是，可將任一電路設置於電路之間，只要可執行RF供電即可。例如，在電力接收裝置401接收信號且整流器電路406產生DC電壓之後，諸如DC-DC轉換器或調整器之設置在接著的級中之電路可產生恆定的電壓。因而，可抑制對電力接收裝置401的內部之過電壓的施加。
注意的是，當依據本發明一實施例之二次電池係使用於RF供電系統中，且電力接收裝置天線電路403與二次電池405係彼此相互重疊時，較佳地，電力接收裝置天線電路403之阻抗不會由於二次電池405的充電和放電所導致之二次電池405的形變及由於上述形變所導致之天線的形變而改奱。此係因為當天線的阻抗改變時，電力不會被充分地供應。
例如，可將二次電池405設置於使用金屬或陶質物所形成的電池包之中。注意的是，在該情況中，電力接收裝 置天線電路403與電池包係較佳地彼此互相分離數十微米或更大。
用於充電的信號在其頻率上並無限制，且可具有任一頻率，只要可傳送電力即可。例如，用於充電的信號可具有135kHz的LF帶(長波)、13.56MHz之HF帶、900MHz至1GHz之UHF帶，及2.45GHz之微波帶的任一者。
信號傳送方法可適當地選自各式各樣的方法，包含電磁耦合法、電磁感應法、共振法、及微波法。為了要防止由於諸如雨水及污泥之含水分的異物所導致之能量損失，較佳地使用利用低頻帶之電磁感應法或共振法，特別地，3MHz至30MHz之短波、300kHz至3MHz之中波、30kHz至300kHz之長波、或3kHz至30kHz之極長波的頻率。
此實施例可以與任何其他的實施例結合。
此申請案係根據2011年1月7日在日本專利局所申請之日本專利申請案序號2011-002145，該申請案的全部內容係結合於本文以供參考。
101，105‧‧‧電解質溶液
102，202，230‧‧‧活性材料粒子
103‧‧‧集電器
200‧‧‧負電極集電器
204‧‧‧負電極
206，244，322，332，302，312‧‧‧外殼
210‧‧‧分離片
220‧‧‧環形絕緣體
232‧‧‧正電極
228‧‧‧正電極集電器
240‧‧‧間隔物
242‧‧‧墊圈
301‧‧‧顯示裝置
303‧‧‧顯示部
304‧‧‧揚聲器部
305，314，324，335‧‧‧儲能裝置
311‧‧‧設施照明裝置
313‧‧‧光源
315‧‧‧天花板
316‧‧‧牆壁
317‧‧‧地板
318‧‧‧窗戶
321‧‧‧室內機
325‧‧‧室外機
323‧‧‧通風輸送管
331‧‧‧電冰箱冷凍櫃
333‧‧‧用於電冰箱的門
334‧‧‧用於冷凍櫃的門
401‧‧‧電力接收裝置
411‧‧‧供電裝置
402‧‧‧電力接收裝置部
403‧‧‧電力接收裝置天線電路
404，413‧‧‧信號處理電路
405‧‧‧二次電池
412‧‧‧供電裝置天線電路
409‧‧‧電力負載部
408‧‧‧電源供應電路
406，414‧‧‧整流器電路
407，415‧‧‧調變電路
416‧‧‧解調電路
417‧‧‧振盪器電路
第1A至1D圖係活性材料粒子之配置的概略視圖；第2A至2C圖顯示用以使活性材料粒子定向之方法；第3A至3C圖各自地顯示活性材料粒子之定向的實例；第4圖顯示二次電池之實例；第5圖顯示使用磁場之活性材料粒子之定向的實例； 第6圖顯示儲能裝置之應用實例；以及第7圖顯示無線供電系統之組態。
105‧‧‧電解質溶液

Claims (8)

  1. 一種儲能裝置的製造方法，包含以下步驟：混合具有磁化率各向異性之活性材料粒子及電解質溶液，以形成漿體；施加該漿體至集電器；以及留置其中施加該漿體之該集電器於0.01T至2T的磁場中，其中該活性材料粒子的體積之立方根的平均值係5奈米(nm)至200奈米(nm)。
  2. 一種儲能裝置的製造方法，包含以下步驟：混合具有磁化率各向異性之活性材料粒子及電解質溶液，以形成漿體；以及在0.01T至2T的磁場中施加該漿體至集電器，其中該活性材料粒子的體積之立方根的平均值係5奈米(nm)至200奈米(nm)。
  3. 一種儲能裝置的製造方法，包含以下步驟：混合具有磁化率各向異性之活性材料粒子及電解質溶液，以形成漿體；施加該漿體至集電器；以及留置其中施加該漿體之該集電器於0.01T至0.5T的磁場中，而該磁場之極性係以1Hz至1000Hz的頻率而改變，其中該活性材料粒子的體積之立方根的平均值係5奈米(nm)至200奈米(nm)。
  4. 一種儲能裝置的製造方法，包含以下步驟：混合具有磁化率各向異性之活性材料粒子及電解質溶液，以形成漿體；以及在0.01T至0.5T的磁場中施加該漿體至集電器，而該磁場之極性係以1Hz至1000Hz的頻率而改變，其中該活性材料粒子的體積之立方根的平均值係5奈米(nm)至200奈米(nm)。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之儲能裝置的製造方法，其中該活性材料粒子包含鐵及磷，且具有橄欖石結構。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之儲能裝置的製造方法，其中該活性材料粒子的表面係塗佈以碳。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之儲能裝置的製造方法，其中超過或等於60%之該活性材料粒子係單晶。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之儲能裝置的製造方法，其中該活性材料粒子的體積之立方根的平均值係5奈米(nm)至50奈米(nm)。
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