TWI627780B - 蓄電裝置 - Google Patents

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TWI627780B
TWI627780B TW102134823A TW102134823A TWI627780B TW I627780 B TWI627780 B TW I627780B TW 102134823 A TW102134823 A TW 102134823A TW 102134823 A TW102134823 A TW 102134823A TW I627780 B TWI627780 B TW I627780B
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半導體能源研究所股份有限公司
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Abstract

本發明的目的在於提供一種具有更高安全性的蓄電裝置。另外，本發明的目的之一在於提供一種迴圈壽命得到提高的蓄電裝置。在作為電解液的溶劑使用離子液體的蓄電裝置中，外殼覆蓋有具有導電性的構件，以使正極集電器與外殼不直接接觸。藉由採用該結構，可以抑制因不同種類的金屬接觸而引起的正極集電器的洗提，由此可以防止被洗提的正極集電器的金屬析出在負極上，從而可以防止析出的金屬與正極接觸而引起內部短路。

Description

蓄電裝置
本發明涉及一種蓄電裝置。另外，蓄電裝置是指所有具有蓄電功能的元件及裝置。
近年來，對鋰離子電池(LIB)等非水二次電池、鋰離子電容器(LIC)及空氣電池等的各種蓄電裝置積極地進行了開發。尤其是，伴隨手機、智慧手機、筆記本電腦等可攜式資訊終端、可攜式音樂播放機、數位相機等電氣設備、醫療設備或者混合動力汽車(HEV)、電動汽車(EV)或插電式混合動力汽車(PHEV)等新一代新能源汽車等的半導體產業的發展，高輸出、高能密度的鋰離子電池的需求量劇增，在現代資訊社會上作為能夠充電的能量供應源鋰離子二次電池是不可缺少的。
常用的鋰離子二次電池的大部分使用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、被氟化的環狀酯、被氟化的無環狀酯、被氟化的環狀醚或被氟化的無環狀醚等有機溶劑及含有具有鋰離子的鋰鹽的非水電解質(也稱為非水電解液或 簡稱為電解液)。注意，這裡被氟化的環狀酯是指如具有氟化烷基的環狀酯那樣的化合物中的氫被氟取代的環狀酯。因此，被氟化的無環狀酯、被氟化的環狀醚或被氟化的無環狀醚分別指化合物中的氫被氟取代的無環狀酯、環狀醚或無環狀醚。
但是，有機溶劑具有揮發性並具有低燃點，當在鋰離子二次電池中使用該有機溶劑時，有可能由於內部短路或過充電等而使鋰離子二次電池內部溫度上升，從而導致發生鋰離子二次電池的破裂或著火等。另外，有機溶劑的一部分由於發生加水分解反應而產生氫氟酸，由於該氫氟酸腐蝕金屬，所以有可能影響電池的可靠性。
考慮到上述問題，提出了將具有難揮發性及難燃性的離子液體用作鋰離子二次電池的非水電解質的非水溶劑。例如，有包含乙基甲基咪唑(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(參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2003-331918號公報
在常用的鋰離子二次電池的單元結構中，外殼較佳由具有強度且具有耐氧化性的不鏽鋼(SUS)等形成。但是當所述SUS在為電解液的溶劑的離子液體中直接接觸由鋁等形成的正極集電器時，存在如下問題：因不同種類的金屬的接觸引起正極集電器的洗提，而損壞電池的迴圈壽命。
於是，本發明的一個方式的目的之一是提供一種安全性更高的蓄電裝置。另外，本發明的一個方式的目的之一是提供一種迴圈壽命得到提高的蓄電裝置。
鑒於上述原因，本發明的一個方式是在電解液的溶劑為離子液體的蓄電裝置中，在外殼與正極集電器之間設置具有導電性的構件，以使正極集電器與外殼不直接接觸。
具體地，本發明的一個方式是一種蓄電裝置，該蓄電裝置的正極及隔著電解液與正極對置的負極容納於外殼內，其中電解液含有用作溶劑的離子液體，並且包含於正極中的正極集電器與外殼之間設置有分別與其接觸的具有導電性的保護構件。
另外，在上述結構中，保護構件含有鋁。
另外，在上述結構中，外殼含有鐵或鎳。
另外，在上述結構中，正極集電器含有鋁。
另外，在上述結構中，離子液體的陽離子包括雜環陽離子、芳香族陽離子、季銨陽離子、季鋶陽離子、季鏻陽離子、三級鋶陽離子、非環季銨陽離子和非環季鏻陽離子中的一種。
另外，在上述結構中，離子液體的陰離子包括一價醯胺類陰離子、一價甲基化物類陰離子、氟磺酸陰離子(SO3F-)、全氟烷基磺酸陰離子、四氟硼酸鹽(BF4 -)、 全氟烷基硼酸鹽、六氟磷酸鹽(PF6 -)和全氟烷基磷酸鹽中的一種。
根據本發明的一個方式可以提供一種安全性高的蓄電裝置。另外，可以提供一種迴圈壽命得到提高的蓄電裝置。
100‧‧‧蓄電裝置
101‧‧‧正極罐
102‧‧‧負極罐
103‧‧‧墊片
104‧‧‧正極
105‧‧‧正極集電器
106‧‧‧正極活性物質層
107‧‧‧負極
108‧‧‧負極集電器
109‧‧‧負極活性物質層
110‧‧‧隔離體
111‧‧‧保護構件
153‧‧‧正極活性物質
154‧‧‧石墨烯
163‧‧‧負極活性物質
164‧‧‧導電助劑
165‧‧‧石墨烯
300‧‧‧蓄電裝置
301‧‧‧正極蓋
302‧‧‧電池罐
303‧‧‧正極端子
304‧‧‧正極
305‧‧‧隔離體
306‧‧‧負極
307‧‧‧負極端子
308‧‧‧絕緣板
309‧‧‧絕緣板
310‧‧‧墊片
311‧‧‧保護構件
312‧‧‧安全閥機構
313‧‧‧PTC元件
650‧‧‧可攜式資訊終端
651‧‧‧外殼
652‧‧‧顯示部
652a‧‧‧顯示部
652b‧‧‧顯示部
653‧‧‧電源開關
654‧‧‧光學感測器
655‧‧‧影像拍攝用透鏡
656‧‧‧揚聲器
657‧‧‧麥克風
658‧‧‧電源
659‧‧‧標記
660‧‧‧太陽能電池
670‧‧‧充放電控制電路
671‧‧‧電池
672‧‧‧DCDC轉換器
673‧‧‧轉換器
680‧‧‧電動汽車
681‧‧‧電池
682‧‧‧控制電路
683‧‧‧驅動裝置
684‧‧‧處理裝置
5000‧‧‧顯示裝置
5001‧‧‧外殼
5002‧‧‧顯示部
5003‧‧‧揚聲器部
5004‧‧‧蓄電裝置
5100‧‧‧照明設備
5101‧‧‧外殼
5102‧‧‧光源
5103‧‧‧蓄電裝置
5104‧‧‧天花板
5105‧‧‧側壁
5106‧‧‧地板
5107‧‧‧窗戶
5200‧‧‧室內機
5201‧‧‧外殼
5202‧‧‧送風口
5203‧‧‧蓄電裝置
5204‧‧‧室外機
5300‧‧‧電冷藏冷凍箱
5301‧‧‧外殼
5302‧‧‧冷藏室門
5303‧‧‧冷凍室門
5304‧‧‧蓄電裝置
在圖式中：圖1A和1B示出硬幣型蓄電裝置的外觀圖及剖面圖；圖2A至2C是說明正極的圖；圖3A至3D是說明負極的圖；圖4A和4B是說明圓筒型蓄電裝置的圖；圖5是說明電氣設備的圖；圖6A至6C是說明電氣設備的圖；圖7是說明電氣設備的圖；圖8是示出硬幣型蓄電裝置的放電特性的圖。
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[發明所屬之技術領域]的普通技術人員可以很容易地理解一個事實，就是本發明在不脫離其精神及其範圍的條件下，其方式及詳細內容可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅侷限在以下所示的實施方式所記載的內容中。注意，當利用圖式說明發明結構時，表示相同目 標的元件符號在不同的圖式中共同使用。注意，當利用圖式說明發明結構時，表示相同目標的元件符號在不同的圖式中共同使用。此外，當表示相同目標時，有時利用相同的陰影線，而不特別附加元件符號。此外，為方便起見，有時不在俯視圖中表示絕緣層。注意，有時為了明確起見，誇大表示各圖式所示的各結構的大小、層的厚度或區域。因此，並不一定侷限於其尺寸。
實施方式1
參照圖式對根據本發明的一個方式的蓄電裝置的結構及其製造方法進行說明。以下，作為蓄電裝置的一個例子，對鋰離子二次電池進行說明。
圖1A是硬幣型蓄電裝置100的外觀圖，圖1B示出硬幣型蓄電裝置100的剖面圖。
硬幣型蓄電裝置100包括：為外殼的兼用作正極端子的正極罐101及兼用作負極端子的負極罐102；由聚丙烯等形成的墊片103；覆蓋正極罐101的保護構件111；浸透於由正極罐101及負極罐102圍繞的空間中的電解液(未圖示)。另外，電解液使用離子液體。在蓄電裝置100中，正極罐101和負極罐102被墊片103絕緣(參照圖1A)。
另外，在硬幣型蓄電裝置100中，正極104 和負極107隔著隔離體110對置。在正極104中，以與保護構件111接觸的方式設置有正極集電器105，以與正極集電器105接觸的方式設置有正極活性物質層106。在負極107中，以與負極罐102接觸的方式設置有負極集電器108，以與負極集電器108接觸的方式設置有負極活性物質層109(參照圖1B)。
另外，藉由作為電解液的溶劑使用一種或多種具有難燃性及難揮發性的在常溫常壓下為液體的離子液體，即使因二次電池的內部短路、過充電等而使內部溫度上升，也可以防止二次電池的破裂或起火等。另外，在本說明書中常溫是指5℃以上35℃以下的範圍。
離子液體僅有鹽時處於流動狀態，離子遷移度(電導率)高。另外，離子液體含有陽離子和陰離子。作為陽離子，可以舉出雜環陽離子、芳香族陽離子、季銨陽離子、季鋶陽離子、季鏻陽離子、三級鋶陽離子、非環季銨陽離子、非環季鏻陽離子、芳族陽離子等。另外，作為陰離子，可以舉出一價醯胺陰離子、一價甲基化物陰離子、氟磺酸陰離子(SO3F-)、全氟烷基磺酸陰離子、四氟硼酸鹽(BF4 -)、全氟烷基硼酸鹽、六氟磷酸鹽(PF6 -)或全氟烷基磷酸鹽等。另外，作為一價醯胺陰離子有(CnF2n+1SO2)2N-(n=0至3)，作為一價環狀醯胺陰離子有CF2(CF2SO2)2N-等。作為一價甲基化物陰離子有(CnF2n+1SO2)3C-(n=0至3)，作為一價環狀甲基化物陰離子，有CF2(CF2SO2)2C-(CF3SO2)等。作為全氟烷基磺酸陰 離子，有(CmF2m+1SO3)-(m=0至4)等。作為全氟烷基硼酸鹽，有{BFn(CmHkF2m+1-k)4-n}-(n=0至3，m=1至4，k=0至2m)等。作為全氟烷基磷酸鹽，有{PFn(CmHkF2m+1-k)6-n}-(n=0至5，m=1至4，k=0至2m)等。另外，該陰離子不侷限於此。
作為離子液體可以使用下面所示的通式(G1)。
在通式(G1)中，R1至R5表示氫原子、碳原子數為1至20的烷基、甲氧基、甲氧基甲基和甲氧基乙基中的任一種。當R1至R5中的一個是碳原子數為1至20的烷基、甲氧基、甲氧基甲基和甲氧基乙基中的一個時，其他的四個是氫原子；當R1至R5中的兩個是碳原子數為1至20的烷基、甲氧基、甲氧基甲基和甲氧基乙基中的任一個時，其他的三個是氫原子；當R1至R5中的三個是碳原子數為1至20的烷基、甲氧基、甲氧基甲基和甲氧基乙基中的任一個時，其他的二個是氫原子；當R1至R5中的四個是碳原子數為1至20的烷基、甲氧基、甲氧基甲基和甲氧基乙基中的任一個時，其他的一個是氫原子。另外，A-可以使用一價醯胺類陰離子、一價甲基化物類陰離子、氟磺酸陰離子(SO3F-)、全氟烷基磺酸陰離 子、四氟硼酸鹽(BF4 -)、全氟烷基硼酸鹽、六氟磷酸鹽(PF6 -)或全氟烷基磷酸鹽等。並且，作為一價醯胺陰離子有(CnF2n+1SO2)2N-(n=0至3)，作為一價環狀醯胺陰離子有CF2(CF2SO2)2N-等。作為一價甲基化物陰離子有(CnF2n+1SO2)3C-(n=0至3)，作為一價環狀甲基化物陰離子，有CF2(CF2SO2)2C-(CF3SO2)等。作為全氟烷基磺酸陰離子有(CmF2m+1SO3)-(m=0至4)等。作為全氟烷基硼酸鹽有{BFn(CmHkF2m+1-k)4-n}-(n=0至3、m=1至4、k=0至2m)等。作為全氟烷基磷酸鹽有{PFn(CmHkF2m+1-k)6-n}-(n=0至5、m=1至4、k=0至2m)等。注意，該陰離子不侷限於上述物質。
另外，作為具有陽離子的具體結構的上述通式(G1)的例子，例如可以舉出結構式(100)至結構式(116)。另外，由於本通式(G1)的陽離子的R1和R5以連接呱啶(piperidine)的N+和R3的線為軸具有對稱性。另外，本通式(G1)的陽離子的R2和R4也同樣地具有對稱性。例如在下述結構式(101)至結構式(102)中示出對陽離子的R1至R2引入甲基的例子，對於其相等的結構式不進行圖示。也就是說，結構式(101)中代替R1在R5具有甲基的結構式以及結構式(102)中代替R2在R4具有甲基的結構式分別與結構式(101)、結構式(102)相等，而具有相同的性質，所以不對其進行圖示。另外，下述其它的結構式也同樣。
另外，由於使用如上述結構式(101)、結構式(102)及結構式(104)的陽離子等的手性分子(非對稱分子)的離子液體不穩定，熔點下降，作為液體存在的溫度範圍寬。因此，例如，即使在比常溫低的低溫環境下也可以抑制離子傳導性下降。
另外，藉由將甲基或甲氧基那樣的供電子取代基引入雜環中減弱雜環的電子密度，由此可以使穩定的電位範圍(也稱為電位窗)變寬，抗還原性變強，從而可以提高用於二次電池時的循環特性。注意，較有效的是將供電子取代基引入到雜環的鄰位。
作為離子液體可以使用下面所示的通式(G2)。
在通式(G2)中，R1表示碳原子數為1至4的烷基，R2至R5中的一個或二個表示碳原子數為1至20的烷基、甲氧基、甲氧基甲基和甲氧基乙基中的任一個，其他的三個或二個為氫原子，A-可以使用一價醯胺類陰離子、一價甲基化物類陰離子、氟磺酸陰離子(SO3F-)、全氟烷基磺酸陰離子、四氟硼酸鹽(BF4 -)、全氟烷基硼酸鹽、六氟磷酸鹽(PF6 -)或全氟烷基磷酸鹽等。並且，作為一價醯胺陰離子有(CnF2n+1SO2)2N-(n=0至3)，作為一價環狀醯胺陰離子有CF2(CF2SO2)2N-等。作為一價甲基化物陰離子有(CnF2n+1SO2)3C-(n=0至3)，作為一價環狀甲基化物陰離子，有CF2(CF2SO2)2C-(CF3SO2)等。作為全氟烷基磺酸陰離子有(CmF2m+1SO3)-(m=0至4)等。作為全氟烷基硼酸鹽有{BFn(CmHkF2m+1-k)4-n}-(n=0至3、m=1至4、k=0至2m)等。作為全氟烷基磷酸鹽有{PFn(CmHkF2m+1-k)6-n}-(n=0至5、m=1至4、k=0至2m)等。注意，該陰離子不侷限於上述物質。
另外，作為具有陽離子的具體結構的上述通式(G2)的例子，例如可以舉出結構式(200)至結構式(219)。另外，由於本通式(G2)的陽離子的R2和R5以連接 吡咯烷的N+和R3以及R4的中間點的線為軸具有對稱性。另外，本通式(G2)的陽離子的R3和R4也同樣地具有對稱性。例如在下述結構式(201)至結構式(202)中示出對陽離子的R2至R3引入甲基的例子，對於其相等的結構式不進行圖示。也就是說，結構式(201)中代替R2在R5具有甲基的結構式以及結構式(202)中代替R3在R4具有甲基的結構式分別與結構式(201)、結構式(202)相等，而具有相同的性質，所以不對其進行圖示。另外，下述其他的結構式也同樣。
另外，與通式(G1)那樣的六元環的離子液體相比通式(G2)那樣的五元環的離子液體的黏度變得更低，離子電導率更高。
另外，離子液體也可以含有螺環。例如可以使用為五元環和五元環的組合的下面所示的通式(G3)。
在通式(G3)中，R1至R8表示氫原子、碳原子數為1至4的直鏈狀或支鏈狀的烷基、碳原子數為1至4的直鏈狀或支鏈狀的烷氧基、或者碳原子數為1至4的直鏈狀或支鏈狀的烷氧烷基。A-可以使用一價醯胺類陰離子、一價甲基化物類陰離子、氟磺酸陰離子(SO3F-)、全氟烷基磺酸陰離子、四氟硼酸鹽(BF4 -)、全氟烷基硼酸鹽、六氟磷酸鹽(PF6 -)或全氟烷基磷酸鹽等。並且，作為一價醯胺陰離子有(CnF2n+1SO2)2N-(n=0至3)，作為一價環狀醯胺陰離子有CF2(CF2SO2)2N-等。作為一價甲基化物陰離子有(CnF2n+1SO2)3C-(n=0至3)，作為一價環狀甲基化物陰離子，有CF2(CF2SO2)2C-(CF3SO2)等。作為全氟烷基磺酸陰離子有(CmF2m+1SO3)-(m=0至4)等。作為全氟烷基硼酸鹽有{BFn(CmHkF2m+1-k)4-n}-(n=0至3、m=1至4、k=0至2m)等。作為全氟烷基磷酸鹽有{PFn(CmHkF2m+1-k)6-n}-(n=0至5、m=1至4、k=0至2m)等。注意，該陰離子不侷限於上述物質。
另外，作為螺環可以採用五元環和六元環的組合。例如，可以使用下面所示的通式(G4)。
在通式(G4)中，R1至R9表示氫原子、碳原子數為1至4的直鏈狀或支鏈狀的烷基、碳原子數為1至4的直鏈狀或支鏈狀的烷氧基、或者碳原子數為1至4的直鏈狀或支鏈狀的烷氧烷基。A-可以使用一價醯胺類陰離子、一價甲基化物類陰離子、氟磺酸陰離子(SO3F-)、全氟烷基磺酸陰離子、四氟硼酸鹽(BF4 -)、全氟烷基硼酸鹽、六氟磷酸鹽(PF6 -)或全氟烷基磷酸鹽等。並且，作為一價醯胺陰離子有(CnF2n+1SO2)2N-(n=0至3)，作為一價環狀醯胺陰離子有CF2(CF2SO2)2N-等。作為一價甲基化物陰離子有(CnF2n+1SO2)3C-(n=0至3)，作為一價環狀甲基化物陰離子，有CF2(CF2SO2)2C-(CF3SO2)等。作為全氟烷基磺酸陰離子有(CmF2m+1SO3)-(m=0至4)等。作為全氟烷基硼酸鹽有{BFn(CmHkF2m+1-k)4-n}-(n=0至3、m=1至4、k=0至2m)等。作為全氟烷基磷酸鹽有{PFn(CmHkF2m+1-k)6-n}-(n=0至5、m=1至4、k=0至2m)等。注意，該陰離子不侷限於上述物質。
另外，除了上述螺環之外，還可以採用五元環和七元環的組合、六元環和七元環的組合、七元環和七元環的組合等。作為上述通式(G3)、通式(G4)、組合五元 環和七元環的螺環、組合六元環和七元環的螺環及組合七元環和七元環的螺環的陽離子的具體例子，例如可以舉出結構式(300)至結構式(497)。注意，與通式(G2)同樣地，對於具有相同性質而價位相同的結構式省略其重複說明。
在結構式(300)至結構式(497)中，A-可以使用一價醯胺類陰離子、一價甲基化物類陰離子、氟磺酸陰離子(SO3F-)、全氟烷基磺酸陰離子、四氟硼酸鹽(BF4 -)、全氟烷基硼酸鹽、六氟磷酸鹽(PF6 -)或全氟烷基磷酸鹽等。並且，作為一價醯胺陰離子有(CnF2n+1SO2)2N-(n=0至3)，作為一價環狀醯胺陰離子有CF2(CF2SO2)2N-等。作為一價甲基化物陰離子有(CnF2n+1SO2)3C-(n=0至3)，作為一價環狀甲基化物陰離子，有CF2(CF2SO2)2C-(CF3SO2)等。作為全氟烷基磺酸陰離子有(CmF2m+1SO3)-(m=0至4)等。作為全氟烷基硼酸鹽有{BFn(CmHkF2m+1-k)4-n}-(n=0至 3、m=1至4、k=0至2m)等。作為全氟烷基磷酸鹽有{PFn(CmHkF2m+1-k)6-n}-(n=0至5、m=1至4、k=0至2m)等。注意，該陰離子不侷限於上述物質。
另外，作為溶解於上述溶劑中的電解質，例如可以使用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等鋰鹽中的一種或以任意比率組合上述鋰鹽中的兩種以上。
保護構件111以與正極罐101和正極集電器105接觸的方式夾在正極罐101與正極集電器105之間。保護構件111蒸鍍在正極罐101上可以採用薄膜狀、箔狀、板狀(薄片狀)等形狀。
例如，作為使用保護構件111覆蓋正極罐101的方法，只要保護構件111接觸正極罐101就不對其進行特別的限定，可以使用包覆式等。包覆式是指利用將金屬與金屬壓合(黏合)的方法構成的方式。
在使用離子液體的電解液中，當正極罐101與正極集電器105直接接觸時，因不同種類的金屬的接觸而引起正極集電器105的洗提，構成洗提的正極集電器105的金屬析出在負極107上。當該析出的金屬與正極104接觸時，發生內部短路而使容量急劇下降，導致電池的迴圈壽命受損，但是藉由在正極罐101與正極集電器105之間設置保護構件111，可以防止正極集電器105的 洗提，從而可以進一步提高迴圈壽命。
保護構件111使正極罐101與正極集電器105電連接。作為保護構件111，可以使用鐵、鎳、鉻以外的具有導電性的構件，例如可以使用鋁、碳、鉑、導電性高分子等。另外，由於鋁的密度小，當將鋁用於保護構件111時可以使整個蓄電裝置輕量化，因此是較佳的。
作為隔離體110，可以使用紙、不織布、玻璃纖維、或者合成纖維如尼龍(聚醯胺)、維尼綸(聚乙烯醇類纖維)、聚酯、丙烯酸、聚烯烴、聚氨酯等。注意，需要選擇不溶解於上述電解液的材料。
明確而言，作為隔離體110的材料，例如可以使用選自氟類聚合物、聚醚諸如聚環氧乙烷和聚環氧丙烷、聚烯烴諸如聚乙烯和聚丙烯、聚丙烯腈、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亞胺、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚異戊二烯、聚氨酯類高分子；上述物質的衍生物；纖維素；紙；不織布；和玻璃纖維中的一種的單體或兩種以上的組合。
正極罐101、負極罐102可以使用如下金屬：含有鐵、鎳、鉻的不鏽鋼；鐵；鎳；鋁；鈦；等等。尤其較佳為使用具有強度的不鏽鋼或鐵。另外，不鏽鋼、鎳還具有抗蝕性，所以是較佳的。尤其是，由於可以防止因蓄電裝置100的充放電而產生的起因於電解液中的非水溶劑的腐蝕，所以較佳的是電鍍鎳等具有抗蝕性的金屬。正極 罐101與正極104電連接，負極罐102與負極107電連接。
接著，對正極104的結構進行說明。
圖2A是正極104的剖面圖。作為正極104，在正極集電器105上形成正極活性物質層106。
正極集電器105可以使用不鏽鋼、金、鉑、鋅、鐵、銅、鋁、鈦等金屬及這些金屬的合金等的導電性高的材料。此外，還可以使用添加有矽、鈦、釹、鈧、鉬等的提高耐熱性的元素的鋁合金。另外，也可以使用與矽發生反應形成矽化物的金屬元素形成。作為與矽發生反應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。正極集電器105可以適當地使用箔狀、板狀(薄片狀)、網狀、沖孔網金屬狀、衝壓網金屬狀等形狀。
在正極活性物質層106中除了正極活性物質以外也可以包含導電助劑、黏合劑(黏結劑)。
作為正極活性物質層106的正極活性物質的材料，可以使用LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等化合物。
或者，可以使用橄欖石型結構的含鋰複合鹽(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)等鋰化合物作為活性物質材料。
另外，可以使用通式Li2MSiO4(M為Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一個以上)等的含鋰複合鹽。作為通式Li2MSiO4的代表例，可以使用Li2FeSiO4、Li2NiSiO4、Li2CoSiO4、Li2MnSiO4、Li2FekNilSiO4、Li2FekColSiO4、Li2FekMnlSiO4、Li2NikColSiO4、Li2NikMnlSiO4(k+l為1以下、0<k<1、0<l<1)、Li2FemNinCoqSiO4、Li2FemNinMnqSiO4、Li2NimConMnqSiO4(m+n+q為1以下、0<m<1、0<n<1、0<q<1)、Li2FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+u為1以下、0<r<1、0<s<1、0<t<1、0<u<1)等的鋰化合物作為材料。
另外，當載體離子是鋰離子以外的鹼金屬離子、鹼土金屬離子時，正極活性物質層106也可以使用鹼金屬(例如，鈉、鉀等)、鹼土金屬(例如，鈣、鍶、鋇、鈹或鎂等)代替上述鋰化合物及含鋰複合鹽中的鋰。
另外，正極活性物質層106不侷限於直接接觸於正極集電器105上地形成的情況。也可以在正極集電器105與正極活性物質層106之間使用金屬等導電材料形成如下功能層：以提高正極集電器105與正極活性物質層106的密接性為目的的密接層；用來緩和正極集電器105 的表面的凹凸形狀的平坦化層；用來放熱的放熱層；以及用來緩和正極集電器105或正極活性物質層106的應力的應力緩和層等。
圖2B是正極活性物質層106的平面圖。作為正極活性物質層106，使用能夠吸留並釋放載子離子的粒子狀的正極活性物質153。另外，示出包括覆蓋多個該正極活性物質153且內部填充有該正極活性物質153的石墨烯154的例子。不同的石墨烯154覆蓋多個正極活性物質153的表面。另外，正極活性物質153也可以部分露出。
正極活性物質153的粒徑較佳為20nm以上且100nm以下。另外，由於電子在正極活性物質153內移動，所以正極活性物質153的粒徑較佳為小。
另外，即使正極活性物質153的表面不被石墨層覆蓋，也能夠獲得充分的特性，但是藉由同時使用被石墨層覆蓋的正極活性物質及石墨烯，載子在正極活性物質之間跳動而使電流流過，所以是較佳的。
圖2C是圖2B的正極活性物質層106的一部分的剖面圖。正極活性物質層106具有正極活性物質153及覆蓋該正極活性物質153的石墨烯154。在剖面圖中，觀察到線狀的石墨烯154。多個正極活性物質以夾在同一個石墨烯或多個石墨烯之間的方式設置。另外，有時石墨烯是袋狀，將多個正極活性物質包在其內部。此外，有時一部分正極活性物質不被石墨烯覆蓋而露出。
作為正極活性物質層106的厚度，在20μm以 上且100μm以下的範圍內選擇所希望的厚度。較佳的是，適當地調整正極活性物質層106的厚度，以避免裂紋和剝離的發生。
另外，正極活性物質層106也可以包含石墨烯的體積的0.1倍以上且10倍以下的乙炔黑粒子、一維地展寬的碳粒子如碳奈米纖維等已知的導電助劑。
另外，根據正極活性物質的材料，有的物質由於用作載子的離子的吸留而發生體積膨脹。因此，由於充放電，正極活性物質層變脆弱，正極活性物質層的一部分受到破壞，其結果會使蓄電裝置的可靠性降低。然而，即使由於充放電導致正極活性物質的體積膨脹，也因由石墨烯覆蓋該正極活性物質的周圍而能夠防止正極活性物質的分散或正極活性物質層的破壞。就是說，石墨烯具有即使由於充放電導致正極活性物質的體積增減也維持正極活性物質之間的結合的功能。
另外，石墨烯154與多個正極活性物質接觸而還用作導電助劑。此外，石墨烯154具有保持能夠吸留並釋放載子離子的正極活性物質的功能。由此，無需對正極活性物質層混合黏合劑，由此可以增加每正極活性物質層中的正極活性物質的量，從而可以提高非水二次電池的放電容量。
接著，對正極活性物質層106的製造方法進行說明。
首先，形成包含粒子狀的正極活性物質及氧 化石墨烯的漿料。接著，在將該漿料塗敷在正極集電器105上之後，在藉由在還原氛圍中的加熱進行還原處理，焙燒正極活性物質的同時，使包含在氧化石墨烯中的氧脫離，而形成石墨烯。另外，包含在氧化石墨烯中的氧不是全部被脫離，而是一部分氧殘留在石墨烯中。藉由上述製程，可以在正極集電器105上形成正極活性物質層106。其結果，正極活性物質層106的導電性得到提高。
氧化石墨烯因為包含氧，所以在極性溶劑中帶負電。其結果，氧化石墨烯在極性溶劑中互相分散。因此，包含在漿料中的正極活性物質不易聚集，因此可以抑制由於聚集導致的正極活性物質的粒徑增大。由此，正極活性物質內的電子的移動變容易，而可以提高正極活性物質層的導電性。
接著，對負極107的結構進行說明。
圖3A是負極107的剖面圖。負極107包括負極集電器108以及設置於負極集電器108上的負極活性物質層109。
負極集電器108由不與鋰等載子離子合金化的導電性高的材料構成。例如，可以使用不鏽鋼、鐵、銅、鎳或鈦。此外，作為負極集電器108，可以適當地使用箔狀、板狀(薄片狀)、網狀、沖孔金屬網狀、拉制金屬網狀等形狀。負極集電器108較佳為具有10μm以上且30μm以下的厚度。
作為負極活性物質層109，只要是能夠進行載 子離子的吸留和釋放的材料就沒有特別的限制，例如可以使用鋰金屬、碳類材料、矽、矽合金、錫等。另外，作為鋰離子能夠插入/脫離的碳類材料，可以使用非晶或具有結晶性的碳材料諸如粉末狀或纖維狀的黑鉛。
參照圖3B對負極活性物質層109進行說明。圖3B是負極活性物質層109的一部分的剖面。負極活性物質層109具有負極活性物質163、導電助劑164及黏合劑(未圖示)。粒狀的負極活性物質163的表面的一部分具有無機化合物膜。
導電助劑164能夠提高負極活性物質163之間或負極活性物質163與負極集電器108之間的導電性，較佳的是對負極活性物質層109添加導電助劑164。作為導電助劑164較佳為使用比表面積較大的材料，可以使用乙炔黑(AB)等。此外，也可以使用碳奈米管、富勒烯、石墨烯或多層石墨烯等碳材料。注意，作為一個例子，後面說明使用石墨烯的情況。
此外，作為黏合劑，使用黏結負極活性物質、導電助劑或集電器的黏合劑即可。作為黏合劑，例如可以使用聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、丁苯共聚物橡膠、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚醯胺、聚醯亞胺等樹脂材料。
負極107藉由如下方法製造。首先，將使用上述列舉的材料形成的粒狀的負極活性物質混合在溶解聚偏氟乙烯等偏氟乙烯類聚合物等的NMP(N-甲基吡咯烷酮) 等的溶劑中，形成漿料。
接著，將該漿料塗敷在負極集電器108上並進行乾燥來負極活性物質層109。然後，使用輥壓機對其進行滾壓加工，而製造負極107。
下面，參照圖3C及圖3D對作為添加到負極活性物質層109的導電助劑使用石墨烯的例子進行說明。
圖3C是使用石墨烯的負極活性物質層109的一部分的平面圖。負極活性物質層109包括表面的一部分上具有無機化合物膜的粒狀負極活性物質163以及覆蓋多個粒狀的負極活性物質163且內部填充有粒狀的負極活性物質163的石墨烯165。此外，負極活性物質層109包括在表面的一部分中包括無機化合物膜的粒狀的負極活性物質以及接觸於負極活性物質的露出部、無機化合物膜及石墨烯的被膜(未圖示)。雖然未圖示，但是也可以添加黏合劑。注意，在所包含的石墨烯165藉由彼此黏結具有作為黏合劑的充分的功能的情況下，不一定需要添加黏合劑。當俯視負極活性物質層109時，不同的石墨烯165覆蓋多個負極活性物質層109的表面。另外，負極活性物質163也可以部分露出。
圖3D是示出圖3C的負極活性物質層109的一部分的剖面圖。圖3D示出負極活性物質163以及在俯視負極活性物質層109時覆蓋負極活性物質163的石墨烯165。在剖面圖中，觀察到線狀的石墨烯165。同一個石墨烯或多個石墨烯與多個負極活性物質163重疊，或者， 同一個石墨烯或多個石墨烯內有多個負極活性物質163。另外，有時石墨烯165是袋狀，多個負極活性物質包在其內部。另外，有時石墨烯165具有局部開放部，而在該區域中露出負極活性物質163。
作為負極活性物質層109的厚度，在20μm以上且150μm以下的範圍內選擇所希望的厚度。
另外，也可以用鋰對負極活性物質層109進行預摻雜。作為鋰的預摻雜的方法，也可以採用藉由濺射法在負極活性物質層109的表面形成鋰層的方法。或者，可以藉由在負極活性物質層109的表面上設置鋰箔，用鋰對負極活性物質層109進行預摻雜。
另外，在負極活性物質163中，有的物質由於載子離子的吸留而產生體積膨脹。因此，由於充放電負極活性物質層變脆弱，負極活性物質層的一部分受到損壞，使得循環特性等的蓄電裝置的可靠性降低。然而，即使負極活性物質的體積由於充放電而膨脹，因為石墨烯覆蓋其周圍，所以石墨烯能夠防止負極活性物質的分散、負極活性物質層的破損。就是說，石墨烯具有即使由於充放電而負極活性物質的體積增減也保持負極活性物質之間的結合的功能。
也就是說，當形成負極活性物質層109時不需要使用黏合劑，因此可以增加固定重量(固定體積)的負極活性物質層109中的負極活性物質量。因此，可以增大每單位電極重量(電極體積)的充放電容量。
另外，由於石墨烯165具有導電性且接觸於多個負極活性物質163，因此也用作導電助劑。也就是說，在形成負極活性物質層109時不需要使用導電助劑，因此可以增加固定重量(固定體積)的負極活性物質層109中的負極活性物質量。因此，可以增大每單位電極重量(電極體積)的充放電容量。
此外，石墨烯165由於在負極活性物質層109中形成高效且充分的電子傳導的路徑，所以可以提高蓄電裝置用負極的導電性。
另外，由於石墨烯165還用作能夠吸留並釋放載子離子的負極活性物質，因此可以提高之後形成的蓄電裝置用負極的充電容量。
下面，對圖3C及圖3D所示的負極活性物質層109的製造方法進行說明。
首先，使用粒狀的負極活性物質163和包含氧化石墨烯的分散液進行混合涅煉來形成漿料。
接著，將上述漿料塗敷在負極集電器108上。接著，進行一定時間的真空乾燥而去除塗敷在負極集電器108上的漿料中的溶劑。然後，使用輥壓機進行滾壓加工。
然後，藉由使用電能的氧化石墨烯的電化學還原、利用加熱處理的氧化石墨烯的熱還原來生成石墨烯165。尤其是，與利用加熱處理形成的石墨烯相比，在進行電化學還原處理形成的石墨烯中，具有作為π鍵的雙鍵 的碳-碳鍵的比例增加，因此可以形成導電性高的石墨烯165。藉由上述製程，可以在負極集電器108上形成作為導電助劑使用石墨烯的負極活性物質層109，而可以製造負極107。
藉由上述製程，可以在負極集電器108上形成使用石墨烯作為導電助劑的負極活性物質層109，而可以製造負極107。
將正極104、負極107及隔離體110含浸於為電解液的離子液體中，如圖1B所示，將由保護構件111覆蓋的正極罐101放在下面，依次層疊正極104、隔離體110、負極107及負極罐102，夾著墊片103壓合正極罐101和負極罐102。另外，當保護構件111與正極罐101彼此分離時，將正極罐101放在下面依次層疊保護構件111、正極104、隔離體110、負極107及負極罐102，夾著墊片103壓合正極罐101和負極罐102。如此，可以防止在離子液體中的正極集電器105的洗提，從而可以製造安全且迴圈壽命進一步得到提高的硬幣型蓄電裝置100。
實施方式2
參照圖式對根據本發明的一個方式的其他的蓄電裝置的結構進行說明。下面，作為蓄電裝置的一個例子對使用鋰離子二次電池的情況進行說明。
接著，使用圖4A及圖4B說明圓筒型蓄電裝置的一個例子。如圖4A所示，圓筒型蓄電裝置300在頂 面具有為外殼的正極蓋301(也稱為電池蓋)，並在側面及底面具有作為外殼的電池罐302。上述正極蓋301和電池罐302被墊片310(也稱為絕緣墊片)絕緣。
圖4B是示意性地示出圓筒型蓄電裝置的剖面的圖。在中空圓柱狀電池罐302的內側設置有電池元件，在該電池元件中捲繞有夾著隔離體305的帶狀正極304和帶狀負極306。雖然未圖示，但是電池元件以中心銷為中心被卷起。電池罐302的一端關閉且另一端開著。作為電池罐302，可以使用在二次電池的充放電中對電解液等液體具有抗蝕性的鎳、鋁、鈦等金屬、上述金屬的合金、上述金屬與其他金屬的合金(例如，不鏽鋼等)、上述金屬的疊層、上述金屬與所述合金的疊層(例如，不鏽鋼/鋁等)、上述金屬與其他金屬的疊層(例如，鎳/鐵/鎳等)。在電池罐302的內側，捲繞有正極、負極及隔離體的電池元件被彼此相對的一對絕緣板308、絕緣板309夾持。另外，設置有電池元件的電池罐302的內部注入有電解液(未圖示)。另外，當將蓄電裝置倒過來或者進行注入時，有時電解液浸漬正極端子303及安全閥機構312。作為電解液，可以使用與硬幣型蓄電裝置相同的電解液。
與上述硬幣型蓄電裝置的正極及負極同樣地製造正極304及負極306即可，但是由於用於圓筒型蓄電裝置的正極及負極被捲繞，所以圓筒型蓄電裝置與硬幣型蓄電裝置的不同之處是，在集電器的雙面形成活性物質。正極304與為正極集電器的一部分的正極端子303(也稱為 正極集流導線)連接，而負極306與為負極集電器的一部分的負極端子307(也稱為負極集流導線)連接。作為正極端子303及負極端子307都可以使用鋁等金屬材料。將正極端子303電阻焊接到安全閥機構312，而將負極端子307電阻焊接到電池罐302底。另外，正極蓋301及安全閥機構312可以都使用不鏽鋼。另外，板狀的保護構件311設置於安全閥機構312與正極端子303之間。安全閥機構312與正極蓋301藉由PTC(Positive Temperature Coefficient：正溫度係數)元件313電連接。當電池的內壓的上升超過所定的臨界值時，安全閥機構312切斷正極蓋301與正極304的電連接。另外，PTC元件313是其電阻當溫度上升時增大的熱敏感電阻元件，並藉由電阻增大限制電流量而防止異常發熱。作為PTC元件，可以使用鈦酸鋇(BaTiO3)類半導體陶瓷等。
在本實施方式中，雖然作為蓄電裝置示出圓筒型蓄電裝置，但是，除了這些蓄電裝置以外還可以使用密封型蓄電裝置、方型蓄電裝置等各種形狀的蓄電裝置。此外，也可以採用層疊有多個正極、多個負極、多個隔離體的結構以及捲繞有正極、負極、隔離體的結構。
本實施方式所示的蓄電裝置300的電解液使用離子液體，在與為外殼的正極蓋電連接的安全閥機構與正極端子之間設置有保護構件。因此，可以防止在離子液體中的正極的洗提，從而可以製造安全且迴圈壽命得到提高的蓄電裝置。
以上，藉由本發明的一個方式，可以提供高性能的蓄電裝置。另外，本實施方式可以與其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式3
在本實施方式中，對具有與上述實施方式所說明的蓄電裝置不同的結構的蓄電裝置進行說明。明確而言，以鋰離子電容器及雙電層電容器(EDLC)為例子進行說明。
鋰離子電容器是組合雙電層電容器的正極與使用碳材料的鋰離子二次電池的負極而成的混合電容器，並是正極和負極的蓄電原理不同的非對稱電容器。正極形成雙電層而利用物理作用進行充放電，另一方面，負極利用鋰的化學作用進行充放電。藉由作為負極活性物質的碳材料等使用預先吸留鋰的負極，與習知的作為負極使用活性炭的雙電層電容器相比，可以顯著提高能量密度。
鋰離子電容器使用能夠可逆地擔持鋰離子和陰離子中的至少一種的材料代替之前的實施方式所示的蓄電裝置的正極活性物質層，即可。作為這種材料，例如可以舉出活性炭、導電高分子、多並苯有機半導體(PAS)等。
鋰離子電容器的充放電效率高，能夠進行快速充放電且反復利用的使用壽命也長。
藉由作為這種鋰離子電容器的電解質至少使用離子液體，可以製造在低溫環境下也工作且能夠在廣的 溫度範圍下工作的鋰離子電容器。並且，可以製造低溫環境下的電池特性劣化得到抑制的鋰離子電容器。
另外，在雙電層電容器的情況下，作為正極活性物質層及負極活性物質層，可以使用活性炭、導電高分子、多並苯有機半導體(PAS)等。此外，雙電層電容器的電解液可以不使用鹽而只使用離子液體構成。由此，可以製造在低溫環境下也工作且能夠在廣的溫度範圍下工作的雙電層電容器。並且，可以製造低溫環境下的電池特性劣化得到抑制的雙電層電容器。
以上，藉由本發明的一個方式，可以製造高性能的蓄電裝置。另外，本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式4
本發明的一個方式的蓄電裝置能夠用作利用電力驅動的各種各樣的電器設備的電源。
作為使用本發明的一個方式的蓄電裝置的電器設備的具體例子，可以舉出：顯示裝置；照明設備；臺式或膝上型個人電腦；再現儲存在藍光光碟(Blu-ray Disc)等儲存介質中的靜態影像或動態影像的影像再現裝置；行動電話；智能手機；可攜式資訊終端；可攜式遊戲機；電子書閱讀器；攝影機；數位相機；微波爐等高頻加熱裝置；電鍋；洗衣機；空調器等空調設備；電冰箱；電冷凍箱；電冷藏冷凍箱；以及DNA保存用冷凍箱或透析裝置 等。另外，利用來自蓄電裝置的電力藉由電動機推進的移動體等也包括在電器設備的範疇內。作為上述移動體，例如可以舉出：電動汽車；一併具有內燃機和電動機的混合型汽車(hybrid vehicle)；以及包括電動輔助自行車的電動自行車等。
另外，作為用來供應幾乎全部耗電量的蓄電裝置(稱為主電源)，上述電器設備能夠使用本發明的一個方式的蓄電裝置。或者，作為在來自上述主電源或商業電源的電力供應停止的情況下能夠進行對電器設備的電力供應的蓄電裝置(稱為不間斷電源)，上述電器設備能夠使用本發明的一個方式的蓄電裝置。或者，作為與來自上述主電源或商業電源的對電器設備的電力供應並行地將電力供應到電器設備的蓄電裝置(稱為輔助電源)，上述電器設備能夠使用本發明的一個方式的蓄電裝置。
圖5示出上述電器設備的具體結構。在圖5中，顯示裝置5000是使用蓄電裝置5004的電器設備的一個例子。明確而言，顯示裝置5000相當於TV廣播接收用顯示裝置，具有外殼5001、顯示部5002、揚聲器部5003和蓄電裝置5004等。蓄電裝置5004設置在外殼5001的內部。顯示裝置5000既能夠接受來自商業電源的電力供應，又能夠使用蓄積在蓄電裝置5004中的電力。因此，即使當由於停電等而不能接受來自商業電源的電力供應時，藉由將蓄電裝置5004用作不間斷電源，也可以利用顯示裝置5000。
作為顯示部5002，能夠使用液晶顯示裝置、在每個像素中具備有機EL元件等發光元件的發光裝置、電泳顯示裝置、DMD(Digital Micromirror Device：數位微鏡裝置)、PDP(Plasma Display Panel：電漿顯示面板)、FED(Field Emission Display：場致發射顯示器)等的半導體顯示裝置。
另外，除了TV廣播接收用以外，個人電腦用或廣告顯示用等的所有資訊顯示用顯示裝置都包括在顯示裝置中。
在圖5中，安裝型照明設備5100是使用蓄電裝置5103的電器設備的一個例子。明確而言，照明設備5100具有外殼5101、光源5102和蓄電裝置5103等。雖然在圖5中例示蓄電裝置5103設置在裝有外殼5101及光源5102的天花板5104的內部的情況，但是蓄電裝置5103也可以設置在外殼5101的內部。照明設備5100既能夠接受來自商業電源的電力供應，又能夠使用蓄積在蓄電裝置5103中的電力。因此，即使當由於停電等而不能接受來自商業電源的電力供應時，藉由將蓄電裝置5103用作不間斷電源，也可以利用照明設備5100。
另外，雖然在圖5中例示設置在天花板5104的安裝型照明設備5100，但是本發明的一個方式的蓄電裝置既能夠用於設置在天花板5104以外的例如側壁5105、地板5106或窗戶5107等的安裝型照明設備，又能夠用於臺式照明設備等。
另外，作為光源5102，能夠使用利用電力而人工地得到光的人工光源。明確而言，作為上述人工光源的一個例子，可以舉出白熾燈、螢光燈等放電燈以及LED或有機EL元件等發光元件。
在圖5中，具有室內機5200及室外機5204的空調器是使用蓄電裝置5203的電器設備的一個例子。明確而言，室內機5200具有外殼5201、送風口5202和蓄電裝置5203等。雖然在圖5中例示蓄電裝置5203設置在室內機5200中的情況，但是蓄電裝置5203也可以設置在室外機5204中。或者，也可以在室內機5200和室外機5204的兩者中設置有蓄電裝置5203。空調器既能夠接受來自商業電源的電力供應，又能夠使用蓄積在蓄電裝置5203中的電力。尤其是，在室內機5200和室外機5204的兩者中設置有蓄電裝置5203的情況下，即使當由於停電等而不能接受來自商業電源的電力供應時，藉由將本發明的一個方式的蓄電裝置5203用作不間斷電源，也可以利用空調器。
另外，雖然在圖5中例示由室內機和室外機構成的分體式空調器，但是也能夠將本發明的一個方式的蓄電裝置用於在一個外殼中具有室內機的功能和室外機的功能的一體式空調器。
在圖5中，電冷藏冷凍箱5300是使用蓄電裝置5304的電器設備的一個例子。明確而言，電冷藏冷凍箱5300具有外殼5301、冷藏室門5302、冷凍室門5303 和蓄電裝置5304等。在圖5中，蓄電裝置5304設置在外殼5301的內部。電冷藏冷凍箱5300既能夠接受來自商業電源的電力供應，又能夠使用蓄積在蓄電裝置5304中的電力。因此，即使當由於停電等而不能接受來自商業電源的電力供應時，藉由將蓄電裝置5304用作不間斷電源，也可以利用電冷藏冷凍箱5300。
另外，在上述電器設備中，微波爐等高頻加熱裝置和電鍋等電器設備在短時間內需要高功率。因此，藉由將本發明的一個方式的蓄電裝置用作用來輔助商業電源不能充分供應的電力的輔助電源，當使用電器設備時可以防止超過商業電源的規定電量。
另外，在不使用電器設備的時間段，尤其是在商業電源的供應源能夠供應的總電能中的實際使用的電能的比率(稱為電力使用率)低的時間段中，將電力蓄積在蓄電裝置中，由此能夠抑制在上述時間段以外電力使用率增高。例如，關於電冷藏冷凍箱5300，在氣溫低且不進行冷藏室門5302或冷凍室門5303的開關的夜間，將電力蓄積在蓄電裝置5304中。並且，在氣溫變高且進行冷藏室門5302或冷凍室門5303的開關的白天，藉由將蓄電裝置5304用作輔助電源，能夠將白天的電力使用率抑制為較低。
另外，本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式5
接著，作為具備本發明的一個方式的蓄電裝置的電器設備的一個例子，對可攜式資訊終端進行說明。
圖6A示出可攜式資訊終端650的表面一側的示意圖。圖6B示出可攜式資訊終端650的背面一側的示意圖。可攜式資訊終端650包括外殼651、顯示部652(包括顯示部652a及顯示部652b)、電源開關653、光學感測器654、影像拍攝用透鏡655、揚聲器656、麥克風657及電源658。
顯示部652a及顯示部652b是觸控面板，可以根據需要使其顯示用來輸入文字的鍵盤按鈕，藉由使用手指或觸控筆等接觸該鍵盤按鈕，可以輸入文字。另外，也可以不顯示該鍵盤按鈕而藉由使用手指或觸控筆等在顯示部652a上直接寫文字或畫圖，來在顯示部652a上顯示該文字或該圖。
另外，在顯示部652b上顯示可攜式資訊終端650能夠進行的功能，藉由使用手指或觸控筆等接觸顯示所希望的功能的標記，可攜式資訊終端650執行該功能。例如，藉由接觸標記659可以進行打電話的功能，並可以使用揚聲器656及麥克風657進行通話。
可攜式資訊終端650安裝有陀螺儀和加速度感測器等檢測傾斜度的檢測裝置(未圖示)。因此，藉由將外殼651豎放或橫放，可以在顯示部652a及顯示部652b上切換縱顯示或橫顯示等的顯示方向。
另外，在可攜式資訊終端650中設置有光學感測器654，可攜式資訊終端650可以根據光學感測器654所檢測的外光的光量控制顯示部652a及顯示部652b的最適合的亮度。
在可攜式資訊終端650中設置有電源658，電源658具有太陽能電池660及充放電控制電路670。此外，在圖6C中，作為充放電控制電路670的一個例子示出具有電池671和DCDC轉換器672、轉換器673的結構，電池671具有上述實施方式所說明的蓄電裝置。
此外，可攜式資訊終端650還可以具有如下功能：顯示各種各樣的資訊(靜態影像、動態影像、文字影像等)；將日曆、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的資訊進行操作或編輯的觸摸輸入；藉由各種各樣的軟體(程式)控制處理等。
藉由使用安裝在可攜式資訊終端650的太陽能電池660，可以將電力供應到顯示部或影像信號處理部等。注意，太陽能電池660可以設置在外殼651的單面或雙面，可以對電池671進行高效的充電。另外，當作為電池671使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置時，有可以實現小型化等的優點。
另外，參照圖6C所示的方塊圖對圖6B所示的充放電控制電路670的結構和工作進行說明。圖6C示出太陽能電池660、電池671、DCDC轉換器672、轉換器673、開關SW1至開關SW3以及顯示部652。電池671、 DCDC轉換器672、轉換器673、開關SW1至開關SW3對應於圖6B所示的充放電控制電路670。
首先，說明在使用外光使太陽能電池660發電時的工作的例子。使用DCDC轉換器672對太陽能電池660所產生的電力進行升壓或降壓以使它成為用來對電池671進行充電的電壓。並且，當利用來自太陽能電池660的電力使顯示部652工作時使開關SW1導通，並且，使用轉換器673將其升壓或降壓到顯示部652所需要的電壓。另外，可以採用當不進行顯示部652中的顯示時，使SW1關閉且使SW2導通來對電池671進行充電的結構。
注意，作為發電方式的一個例子示出了太陽能電池660，但是不侷限於此，也可以使用壓電元件(piezoelectric element)或熱電轉換元件(帕爾貼元件(peltier element))等其他發電方式進行電池671的充電。例如，也可以使用能夠以無線(不接觸)的方式收發電力來進行充電的無線電力傳輸模組或組合其他充電方式進行充電。
另外，當然只要具備上述實施方式所說明的蓄電裝置，本發明的一個方式就不侷限於圖6A至圖6C所示的可攜式資訊終端。另外，本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式6
再者，參照圖7說明作為電器設備的一個例子的移動體。
上述實施方式所說明的蓄電裝置可以用於控制電池。藉由利用插件技術或非接觸供電從外部供給電力來可以給控制電池充電。另外，當移動體為電動軌道車時，可以從架空電纜或導電軌供給電力來進行充電。
圖7示出電動汽車的一個例子。電動汽車680安裝有電池681。電池681的電力由控制電路682調整輸出而供給到驅動裝置683。控制電路682由具有未圖示的ROM、RAM、CPU等的處理裝置684控制。
驅動裝置683是由直流電動機、交流電動機或電動機和內燃機的組合而構成的。處理裝置684根據電動汽車680的駕駛員的操作資訊(加速、減速、停止等)、行車資訊(爬坡、下坡等，或者行車中的車輪受到的負載等)等的輸入資訊，向控制電路682輸出控制信號。控制電路682根據處理裝置684的控制信號調整從電池681供給的電能而控制驅動裝置683的輸出。當安裝有交流電動機時，雖然未圖示，但是設置有將直流轉換為交流的反相器。
藉由利用插件技術可以從外部供給電力來給電池681充電。例如，從商業電源藉由電源插頭給電池681進行充電。藉由AC/DC轉換器等轉換裝置轉換為具有固定電壓值的直流恆壓來進行充電。藉由安裝根據本發明一個實施方式的蓄電裝置作為電池681，可以有助於電池的高容量化等並改進便利性。另外，如果能夠藉由提高電池681的特性來實現電池681本身的小型輕量化，則有助 於車輛的輕量化，而可以減少耗油量。
當然，只要具備上述實施方式所說明的蓄電裝置，本發明的一個方式就不侷限於圖7所示的電動汽車。另外，本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例1
在本實施例中，對如下兩種鋰離子二次電池的放電特性進行比較的結果進行說明。該兩種鋰離子二次電池為：在為外殼的正極罐與正極集電器之間以與其接觸的方式設置有保護構件的鋰離子二次電池；以及，正極罐與正極集電器直接接觸的鋰離子二次電池。
首先，參照圖1A和1B對在本實施例中製造的鋰離子二次電池進行說明。
正極104具有作為正極集電器105的鋁箔和厚度為50μm左右的正極活性物質層106的疊層結構。作為正極活性物質層106，使用以重量比為85：8：7的比例混合磷酸鐵(II)鋰(LiFePO4)、為導電助劑的乙炔黑、為黏合劑的聚偏氟乙烯的混合物，將其形成在該鋁箔的一側。另外，在正極104中，LiFePO4的擔持的量大約為6.0mg/cm2，單極理論容量大約為1.0mAh/cm2。
負極107具有作為負極集電器108的銅箔和厚度為100μm左右的負極活性物質層109的疊層結構。作為負極活性物質層109，使用以重量比為93：2：5的 比例混合直徑為9μm的中間相碳微球(MCMB)粉末、為導電助劑的乙炔黑、為黏合劑的聚偏氟乙烯的混合物，將其形成在該銅箔的一側。另外，在負極107中，MCMB的擔持的量大約為9.3mg/cm2，單極理論容量大約為3.5mAh/cm2。
作為保護構件111，採用具有能夠充分覆蓋正極罐的厚度的鋁膜。
作為電解液，使用如下溶液：作為非水溶劑使用由下述結構式表示的P13-FSA，作為鋰鹽使用鋰雙(三氟甲烷磺醯)醯胺(以下簡稱為LiTFSA)，將LiTFSA以1M的比例溶解於P13-FSA中。
作為隔離體110，使用經過親水處理的厚度約為125μm的聚偏氟乙烯膜。另外，將隔離體110浸漬在上述電解液中，而使其包含上述電解液。
作為正極罐101及負極罐102，使用不鏽鋼(SUS)形成。另外，作為墊片103，使用間隔物和墊圈。
如圖1A和圖1B所示，層疊覆蓋有保護構件111的正極罐101、正極104、隔離體110、負極107、墊片103、負極罐102，並且使用“硬幣嵌合器(coin cell crimper)”使正極罐101與負極罐102嵌合，來製造硬幣型鋰離子二次電池。所製造的硬幣型鋰離子二次電池為樣本1。
另外，將沒有樣本1的保護構件111的正極罐101與正極集電器105直接接觸的硬幣型鋰離子二次電池作為比較例1。注意，在比較例1中，鋰鹽的濃度等的其他結構與樣本1相同，與樣本1同樣地製造。
對樣本1及比較例1的充放電特性進行測量。使用充放電測量器(由東洋系統株式會社製造)，在將樣本1及比較例1加熱並保持為60℃的狀態下進行該測量。另外，作為該測量的充放電在2.0V以上且4.0V以下的範圍內，以大約0.2C的比率進行(恆流充放電)。
圖8示出樣本1及比較例1的循環特性，縱軸表示二次電池的放電容量〔mAh/g〕，橫軸表示迴圈次數(回)。粗線示出樣本1的結果，細線示出比較例1的結果。
由測量結果可知，當比較例1的迴圈次數超過250回時，放電容量急劇下降，劣化顯著。
相對於此，在樣本1的二次電池中，雖然有放電容量下降的傾向，但是與不具有保護構件的二次電池相比，沒有急劇的容量下降，充分地抑制了劣化。尤其是，在環境溫度為60℃的條件下能夠抑制劣化。由此，可以提高循環特性。
由上可知，藉由在正極罐與正極集電器之間 以與其接觸的方式設置保護構件，可以抑制因不同種類的金屬接觸而引起的正極集電器的洗提，由此可以提高鋰離子電池的循環特性。

Claims (12)

  1. 一種蓄電裝置，包括：在外殼中彼此對置的正極和負極，所述正極含有集電器、活性物質層和層；所述正極與所述負極之間的電解液；以及所述外殼與所述正極之間的具有導電性的保護構件，以便在所述電解液中，用作正極端子的所述外殼的一部分不與所述正極接觸，其中，所述電解液基本上由作為溶劑的離子液體及鋰鹽所構成，其中所述層設置在所述集電器和所述活性物質層之間，及其中所述層是平坦化層、放熱層和應力緩和層中任一者。
  2. 根據申請專利範圍第1項之蓄電裝置，其中所述保護構件接觸於所述集電器及所述外殼。
  3. 一種蓄電裝置，包括：在外殼中彼此對置的正極和負極，所述正極含有集電器、活性物質層和層，其中，所述外殼的一部分用作正極端子；所述正極與所述負極之間的電解液；以及所述外殼與所述集電器之間的具有導電性的保護構件，以便在所述電解液中，所述外殼的所述部分不與所述正極接觸， 所述外殼的所述一部分藉由所述保護構件與所述集電器電連接，所述電解液基本上由作為溶劑的離子液體及鋰鹽所構成，其中所述層設置在所述集電器和所述活性物質層之間，及其中所述層是平坦化層、放熱層和應力緩和層中任一者。
  4. 一種蓄電裝置，包括：在外殼中彼此對置的正極和負極，所述正極含有集電器、活性物質層和層；所述正極與所述負極之間的電解液；與所述集電器連接的正極端子；以及所述外殼與所述正極端子之間的具有導電性的保護構件，以便在所述電解液中，用作正極端子的所述外殼的一部分不與所述正極接觸，其中，所述電解液基本上由作為溶劑的離子液體及鋰鹽所構成，其中所述層設置在所述集電器和所述活性物質層之間，及其中所述層是平坦化層、放熱層和應力緩和層中任一者。
  5. 根據申請專利範圍第1、3或4項中任一項之蓄電裝置，其中所述保護構件含有鋁。
  6. 根據申請專利範圍第1、3或4項中任一項之蓄電裝置，其中所述外殼含有鐵或鎳。
  7. 根據申請專利範圍第2至4項中任一項之蓄電裝置，其中所述集電器含有鋁。
  8. 根據申請專利範圍第1、3或4項中任一項之蓄電裝置，其中所述離子液體包括雜環陽離子、芳香族陽離子、季銨陽離子、季鋶陽離子、季鏻陽離子、三級鋶陽離子、非環季銨陽離子和非環季鏻陽離子中的一種。
  9. 根據申請專利範圍第1、3或4項中任一項之蓄電裝置，其中所述離子液體包括一價醯胺類陰離子、一價甲基化物類陰離子、氟磺酸陰離子(SO3F-)、全氟烷基磺酸陰離子、四氟硼酸鹽(BF4 -)、全氟烷基硼酸鹽、六氟磷酸鹽(PF6 -)和全氟烷基磷酸鹽中的一種。
  10. 根據申請專利範圍第1、3或4項中任一項之蓄電裝置，其中所述集電器的金屬係不同於所述外殼的金屬。
  11. 根據申請專利範圍第1、3或4項中任一項之蓄電裝置，其中所述保護構件不包含鐵、鎳和鉻。
  12. 根據申請專利範圍第1、3或4項中任一項之蓄電裝置，其中所述離子液體包括環季銨陽離子。
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