非水电解质二次电池和非水电解质二次电池的制造方法

文档序号:1618646 发布日期:2020-01-10 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 非水电解质二次电池和非水电解质二次电池的制造方法 (Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery ) 是由 中村利一 于 2018-05-17 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种具有优异的电池特性和优异的可靠性的非水电解质二次电池。该非水电解质二次电池至少具备:包含负极合剂的非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池用正极以及包含电解质和溶剂的电解液,其中,该负极合剂包含负极活性物质粉体,该负极活性物质粉体包含碳系材料和硅系材料,该碳系材料与该硅系材料的混合比(碳系材料(质量%)/硅系材料(质量%))为90质量%/10质量%~0质量%/100质量%,在达到电池电压0V的电流速率0.001ltA的深放电中,电池电压0V地点处的负极电位为3.2Vvs(Li/Li&lt;Sup&gt;+&lt;/Sup&gt;)以下,该负极合剂中的电解质浓度大于除该负极合剂以外的该非水电解质二次电池中所存在的该电解液中的电解质浓度。(The present invention provides a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent battery characteristics and excellent reliability. The nonaqueous electrolyte secondary battery includes at least: a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode mixture, a positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, and an electrolytic solution comprising an electrolyte and a solvent, wherein the negative electrode mixture comprises a negative electrode active material powder, the negative electrode active material powder comprises a carbon-based material and a silicon-based material, the mixing ratio of the carbon-based material to the silicon-based material (carbon-based material (% by mass)/silicon-based material (% by mass) is 90% by mass/10% by mass/0% by mass/100% by mass, and the negative electrode potential at a point of a battery voltage of 0V is 3.2Vvs (Li/Li) in deep discharge at a current rate of 0.001ltA at which the battery voltage reaches 0V &#43; ) Hereinafter, the electrolyte concentration in the negative electrode mixture is greater than the electrolyte concentration in the electrolytic solution present in the nonaqueous electrolyte secondary battery other than the negative electrode mixture.)

非水电解质二次电池和非水电解质二次电池的制造方法

技术领域

本技术涉及非水电解质二次电池和非水电解质二次电池的制造方法,更详细地涉及非水电解质二次电池和非水电解质二次电池的制造方法以及电池包、车辆、蓄电系统、电动工具和电子设备。

背景技术

近年来,在个人计算机(PC)、便携式通信终端等电子设备、电动汽车等汽车、风力发电等新能源系统等的技术领域中,对电池特别是非水电解质二次电池的需求急速扩大。

例如,提出了一种非水系二次电池,其特征在于,在具备正极、负极以及非水系电解质的非水系二次电池中,正极由能够电化学地吸留和释放锂的材料构成,负极包含用粘合剂将SiOx(0.3≤x≤1.6)成型而得到的物质,且在充放电时电极单元被加压至3Kgf/cm2以上(参照专利文献1),且提出了一种锂二次电池,其特征在于,具备具有负极活性物质和负极集电体的负极、正极以及非水电解质,其中,作为所述负极活性物质,使用充电时与锂合金化而体积增加的材料,所述负极活性物质以直接接触的方式设置在所述负极集电体上,从而构成所述负极,所述负极活性物质不含锂状态下的总容量8%以上的锂在放电终止状态下包含在所述负极活性物质内(参照专利文献2)。

另外,例如,提出了一种锂的预掺杂方法,其特征在于,在存在溶剂的情况下混合能够掺杂锂的材料和锂金属(参照专利文献3),且提出了一种预掺杂型电极的制造方法,其特征在于,包括:在溶剂的存在下将能够掺杂锂的材料和锂金属混炼混合,调整能够涂覆的浆料的预掺杂及浆料调整工序;在集电体上涂覆所述浆料的涂覆工序;以及使涂覆在所述集电体上的浆料干燥的干燥工序(参照专利文献4)。

进一步地,例如,提出了一种非水电解液蓄电元件,其特征在于,具有:包含能够***或脱离阴离子的正极活性物质的正极、包含能够吸留或释放金属锂和锂离子中的至少任意一个的负极活性物质的负极、所述正极与所述负极之间的第一隔片、以及在非水溶剂中溶解锂盐而形成的非水电解液,在25℃、放电电压4.0V包含固体状的锂盐,在所述正极和所述负极中的至少任一个与所述第一隔片之间具有离子交换膜(参照专利文献5),且提出了一种非水电解液蓄电元件,其特征在于,具有:包含能够***或脱离阴离子的正极活性物质的正极、包含能够吸留或释放金属锂和锂离子中的至少任意一个的负极活性物质的负极、在非水溶剂中溶解锂盐而形成的非水电解液、以及所述正极与所述负极之间的第一隔片,其中,所述正极、所述负极以及所述隔片中的至少任一个含有固体状的锂盐,锂盐在所述非水溶剂中的溶解度为饱和溶解度以下(参照专利文献6)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-076373号公报

专利文献2:日本特开2006-156330号公报

专利文献3:日本特开2012-038686号公报

专利文献4:日本特开2012-074189号公报

专利文献5:日本特开2013-243127号公报

专利文献6:日本特开2014-235884号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而,根据专利文献1~6中提出的技术的非水电解质二次电池(二次电池)有可能无法进一步提高电池特性和可靠性。因此,目前的状况是期望进一步提高电池特性和可靠性的非水电解质二次电池。

因此,本技术是鉴于这种情况而完成的,其主要目的在于提供具有优异的电池特性和优异的可靠性的非水电解质二次电池以及该非水电解质二次电池的制造方法。另外,本技术的主要目的还在于提供具备具有优异的电池特性和优异的可靠性的非水电解质二次电池的电池包、车辆、蓄电系统、电动工具以及电子设备。

用于解决技术问题的方案

本发明人为了解决上述目的进行了深入研究,结果成功地开发出了具有优异的电池特性和优异的可靠性的非水电解质二次电池以及该非水电解质二次电池的制造方法,且完成了本技术。

即,在本技术中,提供了一种非水电解质二次电池,该非水电解质二次电池至少具备:非水电解质二次电池用负极,包含负极合剂;非水电解质二次电池用正极;以及电解液,包含电解质和溶剂,其中,该负极合剂包含负极活性物质粉体,该负极活性物质粉体包含碳系材料和硅系材料,该碳系材料与该硅系材料的混合比(碳系材料(质量%)/硅系材料(质量%))为90质量%/10质量%~0质量%/100质量%,在达到电池电压0V的电流速率0.001ltA的深放电中,电池电压0V地点处的负极电位为3.2Vvs(Li/Li+)以下,该负极合剂中的电解质浓度大于除该负极合剂以外的该非水电解质二次电池中所存在的该电解液中的电解质浓度。

关于本技术涉及的非水电解质二次电池,在达到电池电压0V的电流速率0.001ltA的所述深放电中,电池电压0V地点处的所述负极电位可以为3.15Vvs(Li/Li+)以下。

本技术涉及的非水电解质二次电池可以包含电池罐,所述电池罐具备含铁的母材且该母材经镀镍,在本技术涉及的非水电解质二次电池中,在通过达到电池电压0V的电流速率0.001ltA的深放电而得到的放电曲线中,在电池电压为0.5至0V的区域可以不存在椭圆状或平台状的峰。

在本技术涉及的非水电解质二次电池中,所述硅系材料可以包含选自由金属硅、硅氧化物、硅氟化物、硅合金及硅氟化锂构成的组中的至少一种化合物。

在本技术涉及的非水电解质二次电池中,所述负极活性物质粉体可以包含纤维状的碳和/或高导电性的粉末状碳。

在本技术涉及的非水电解质二次电池中,所述电解质可以至少含有六氟磷酸锂。

在本技术涉及的非水电解质二次电池中,所述电解质可以至少含有含硼的锂电解质盐。

在本技术涉及的非水电解质二次电池中,所述负极合剂可以至少包含聚偏二氟乙烯。

在本技术涉及的非水电解质二次电池中,所述负极合剂中的所述电解质浓度与除所述负极合剂以外的所述非水电解质二次电池中所存在的电解液中的所述电解质浓度(“负极合剂中的电解质浓度”/“除负极合剂以外的非水电解质二次电池中所存在的电解液中的电解质浓度”)之比可以为大于1且2.5以下。

另外,在本技术中,提供一种非水电解质二次电池的制造方法,所述非水电解质二次电池至少具备:包含负极活性物质粉体的非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池用正极以及电解液,该制造方法包括:该非水电解质二次电池用负极的制造方法以及使用该非水电解质二次电池用负极、该非水电解质二次电池用正极和该电解液来组装该非水电解质二次电池,所述非水电解质二次电池用负极的制造方法包括通过在含有电解质的液体中的电化学处理而使锂离子预掺杂于该负极活性物质粉体,和至少将该经预掺杂的负极活性物质粉体与粘合剂混合。

在本技术涉及的非水电解质二次电池的制造方法中,所述非水电解质二次电池用负极的制造方法可以包括:使用非水溶剂,至少将所述经预掺杂的负极活性物质粉体和粘合剂涂料化而得到负极涂料;以及将该负极涂料涂覆在集电体上进行干燥并通过冲压(滚压)成型而形成电极板。

进一步地,在本技术中,

提供一种电池包,其具备:本技术涉及的非水电解质二次电池;控制部,控制该非水电解质二次电池的使用状态;以及开关部,根据该控制部的指示切换该非水电解质二次电池的使用状态,

提供一种车辆,其具备:本技术涉及的非水电解质二次电池;驱动力转换装置,从该非水电解质二次电池接受电力的供给并将其转换成车辆的驱动力;以及驱动部,根据该驱动力进行驱动,

提供一种蓄电系统,其具备:蓄电装置,具有本技术涉及的非水电解质二次电池;电力消耗装置,从该非水电解质二次电池供给电力;控制装置,控制从该非水电解质二次电池向该电力消耗装置的电力供给;以及发电装置,对该非水电解质二次电池进行充电,

提供一种电动工具,其具备:本技术涉及的非水电解质二次电池;以及可动部,从该非水电解质二次电池供给电力,

提供一种电子设备,其具备本技术涉及的非水电解质二次电池,且从该非水电解质二次电池接受电力的供给。

发明效果

根据本技术,能够提高电池特性和可靠性。此外,这里描述的效果并不一定限于此,也可以是本公开中描述的任一效果或者与这些效果不同的效果。

附图说明

图1是示出本技术涉及的实施例1和比较例1的放电结果的图。

图2是示出锂离子的预掺杂单元1的图。

图3是示出锂离子的预掺杂单元2的图。

图4是示出本技术涉及的实施例1和比较例1的放电结果的图。

图5是示出本技术涉及的实施例1和比较例4的放电结果的图。

图6是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的适用例(电池包的示例)的结构的框图。

图7是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的适用例(车辆的示例)的结构的框图。

图8是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的适用例(蓄电系统的示例)的结构的框图。

图9是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的适用例(电动工具的示例)的结构的框图。

图10是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的适用例(电子设备的示例)的结构的框图。

图11是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例1(印刷电路基板的示例)的结构的框图。

图12是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例2(通用***的示例)的结构的一例的图。

图13是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例3(腕带式活动量计的示例)的结构的一例的图。

图14是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例3(腕带式活动量计的示例)的结构的一例的图。

图15是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例3(腕带式电子设备的示例)的结构的图。

图16是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例4(智能手表的示例)的结构的分解立体图。

图17是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例4(带式电子设备的示例)的内部结构的一部分的图。

图18是示出本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例4(带式电子设备的示例)的电路结构的框图。

图19是表示本技术涉及的非水电解质二次电池的应用例5(眼镜型终端的示例)的结构的具体示例的图。

具体实施方式

以下,说明用于实施本技术的优选方式。以下说明的实施方式示出了本技术的代表性实施方式的一个例子,且不对本技术的范围进行狭义的解释。

此外,按照以下顺序进行说明。

1.本技术的概要

2.第一实施方式(非水电解质二次电池的示例)

3.第二实施方式(非水电解质二次电池的制造方法的示例)

4.非水电解质二次电池的用途

4-1.非水电解质二次电池的用途的概要

4-2.第三实施方式(电池包的示例)

4-3.第四实施方式(车辆的示例)

4-4.第五实施方式(蓄电系统的示例)

4-5.第六实施方式(电动工具的示例)

4-6.第七实施方式(电子设备的示例)

<1.本技术的概要>

首先,对本技术的概要进行说明。

作为在具有能够吸留或释放锂离子的活性物质的非水电解质二次电池中使用的活性物质,在碳系材料中添加硅系材料而形成负极的情况下,随着硅系材料的比率变大,有时会出现以下两个问题。

第一个问题是由集电性能降低而导致的劣化(容量降低)、罐破裂或者电池膨胀。随着硅系材料的比率变大,伴随充电的合剂层的膨胀变得更大,产生由充放电膨胀收缩引起的硅系材料在合剂层中的电孤立或由于合剂层从集电箔剥离引起的集电性能降低这样的伴随充放电循环过程的劣化(容量降低)。圆筒型电池和层压型电池均产生由集电性能降低而导致的劣化,也增加了在圆筒型电池中罐破裂、在层压型电池中电池膨胀这样的问题。

第二个问题是由于充电后的不可逆容量的产生而导致的劣化(容量降低)。由硅系材料的充放电引起的不可逆容量大于碳系材料的活性物质的不可逆容量,且在经过循环之后也不会完全收敛,因此作为伴随充放电循环的容量降低的一个原因而成为问题。

为了解决第一个问题,有以下方法:使用粘结强度高的聚酰亚胺/酰胺树脂粘合剂,或者通过水CMC-SBR系电极等中的负极板热处理,利用粘合剂的热加硬改性引起的粘接强度提高,从而提高合剂层间或集电箔间的粘接强度。

为了解决第二个问题,有以下方法:通过组装电池之前在负极板上粘贴Li金属等而预吸留(预掺杂)Li离子,以便在形成电池之前补充负极中的不可逆容量损失部分的量。

作为第一种技术,提出了一种电池,其通过聚酰亚胺/酰胺粘合剂来增强粘接力并向负极电极或电池制作后的负极活性物质SiOx中掺杂Li离子。此时的预掺杂方法是通过在制作完成的负极电极板上粘贴Li金属而引起的内部电池反应的活用。另外,作为第二种技术,提出了一种锂二次电池,其特征在于,放电终止状态下的负极活性物质内的8%以上的锂在充放电之前被预掺杂到负极活性物质中。此时的预掺杂方法是通过在制作完成的负极电极板上粘贴Li金属而引起的内部电池反应的活用。

在上述两种技术中,均在制作由未充电状态负极活性物质经涂料化、涂覆、冲压成型而成的负极板之后,在组装电池之前通过在负极板上粘贴金属锂等而在向电池注入电解液后的放置下进行锂离子的预掺杂处理。也就是说,提出了灵活运用所谓的内部电池反应而预掺杂锂离子的方法,即由于负极活性物质的自然电位是远高于金属锂的氧化还原电位的高电位,因此在注液后金属锂立即溶解,将电子转移到集电体(需要注意的是,在本公开中,可以将集电体替换为集电箔芯体或集电箔来使用。另外,可以将集电箔芯体替换为集电体或集电箔来使用,也可以将集电箔替换为集电体或集电箔芯体来使用。以下相同。)并使用该电子使溶解在液体中的锂离子吸留到负极活性物质。但是,由于是将由未充电且未膨胀形态的负极活性物质构成的合剂层经冲压成型而得到的负极板,因此无论有无锂离子预掺杂,对于伴随因充放电而引起的负极活性物质的膨胀收缩的合剂层从集电箔芯体剥离等所导致的集电性能降低、循环特性降低这样的问题都不能起到充分的改善效果。特别是在含Si负极活性物质含有率高的体系中,上述问题更加显著。

如上所述的向负极的锂离子预掺杂,对于500次循环等长期循环过程无能为力,且对于伴随着如上所述活性物质的充电膨胀放电收缩导致的负极电极厚度变化的应力下的集电性能降低引起的劣化的改善效果不充分。

另外,有以下技术,即仅通过将在比碳的自然电位低的电位中具有氧化还原电位的金属锂与碳混合并与不含LiPF6等电解质的特定溶剂混炼,从而实现在碳粉体中预掺杂Li离子。优选地使用表面积减小的粒状金属锂,但在实际确认时,不能发挥明确的锂离子的预掺杂效果。

碳本身的自然电位相对于Li约为3.6V,即使与金属锂接触成为6C+xLi+nxe-→C6Lix(A),也需要将足够的电子传递至各个活性物质,且如果将金属锂粘贴到滚压成型于集电箔上的负极板,则由Li→Li++e-(B)生成的电子经过Cu箔传递到下一个活性物质,因此使用该电子连续地产生(A)反应并产生Li离子的吸留即预掺杂。

然而,在上述“混炼”这样的各个活性物质粒子以分离的状态运动的系统中,实际上无法确认效果。

本技术基于以上状况,根据本技术,能够提高并维持非水电解质二次电池的电池特性和可靠性。更详细而言,根据本技术,使用通过充电(Li离子预掺杂)而完成膨胀的活性物质粉体进行负极电极冲压成型,且使用该负极板制作的非水电解质二次电池中,即使在大幅度提高碳系材料/硅系材料的活性物质组成(混合比)内硅系材料的比率的体系中,也能够减小伴随充放电膨胀收缩对与集电箔的集电性的不良影响,能够得到显示良好的充放电循环特性的非水电解质二次电池。

本技术涉及的非水电解质二次电池例如是圆筒型、方型的锂离子二次电池或层叠膜型锂离子二次电池,且适用于电池包、车辆、蓄电系统、电动工具、电子设备等。

<2.第一实施方式(非水电解质二次电池的示例)>

本技术涉及的第一实施方式(非水电解质二次电池的示例)的非水电解质二次电池至少具备:包含负极合剂的非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池用正极、以及包含电解质和溶剂的电解液,其中,该负极合剂包含负极活性物质粉体,该负极活性物质粉体包含碳系材料和硅系材料,该碳系材料与该硅系材料的混合比(碳系材料(质量%)/硅系材料(质量%))为90质量%/10质量%~0质量%/100质量%,在达到电池电压0V的电流速率0.001ltA的深放电中,电池电压0V地点处的负极电位为3.2Vvs(Li/Li+)以下,该负极合剂中的电解质浓度大于除该负极合剂以外的该非水电解质二次电池中所存在的该电解液中的电解质浓度。

根据本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池,能够提高并维持电池特性和可靠性,且更详细而言,能够减小伴随充放电膨胀收缩对与集电箔的集电性的不良影响,能够得到良好的充放电循环特性。

关于本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池,优选地在达到电池电压0V的电流速率为0.001ltA的深放电中,电池电压0V地点处的所述负极电位为3.15Vvs(Li/Li+)以下。根据该优选实施方式,能够进一步提高并维持非水电解质二次电池的电池特性和可靠性。

在本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池中,通过使用预先进行10~100%、优选30至100%的充电而预先产生了充电膨胀的负极活性物质粉体,进行涂料化、涂覆、冲压成型而形成电极合剂层作为负极板,从而即使因电池充放电而产生活性物质的膨胀收缩,也能够将负极的厚度变化抑制得非常小,因此能够得到抑制由于电池充放电引起的活性物质膨胀收缩的影响而导致的合剂从集电体剥离这样的集电性能降低、循环特性优异的包含碳系材料和硅系材料的非水电解质二次电池用负极板、或者具有该负极板的非水电解质二次电池。

此外,在作为充电状态负极板进行电池包装的情况下,相对的正极也可以通过与负极板相同的方式,例如通过在电解液槽中的电极充电等方法,预先调整为充电状态并进行电池包装。原因在于,组装前的正极、负极各自的充电率是任意的,但在作为组装后的电池进行初次充电时,从正极引出的锂离子被吸留即被充电到预掺杂完成的负极,因此根据正负极组装前的充电率的组合,大幅度超过负极容量并促进容量劣化。

因此,在本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池中,当对组装电池初次充电并满充电时,可以进行调整以使得负极容量中的与初次充电时不可逆容量部分相当的程度(%)追加于电池初次充电时的满充电容量,从而能够制作不会过充电的电池。

例如,当将预掺杂完成的负极的充电率相对于负极容量为100%充电,将与负极的初次充电时的不可逆容量相当的部分设为L%时,正极预先通过电极充电等调整充电量,使得达到100-L%,使用这些来组装电池。组装后,如果为了满充电进行L%的初次充电,则充电率为正极100%、负极100+L%。但是,在放电后进行第二次满充电时,负极不可逆容量的部分损失,因此第二次满充电时的充电率为正极100%、负极100%,能够制作不会成为过充电电池的电池。

(负极初次充电时的不可逆容量部分的计算方法)

使用以将碳系材料或SiO等硅系材料以规定组成混合而成的活性物质、粘合剂、气相生长碳等纤维状碳为代表的规定的导电剂、规定的涂料用溶剂,进行涂料化、向集电箔的涂覆、冲压,制作负极板,在干燥后冲裁成规定尺寸,使对电极为使用LiCoO2等正极活性物质、粘合剂、导电剂等通过与负极相同的方法制作的正极,并***隔片,注入电解液,组装硬币型电池单元,在以下充放电条件下进行初次以及第二次充放电,测定充电容量、放电容量。

·充电:电流0.1ltA电压4.2V CCCV充电终止电流0.001ltA

·放电:电流0.1ltA CC放电终止电压2.5V

得到的初次充电容量比放电容量大百分之几,在第二次充电中,充放电容量之差是小于0.5%的较小差。在初次充电中,消耗了与负极活性物质的不可逆容量部分相当的锂离子,因此得出这样的结果。

负极的初次充电时的不可逆容量L(%)

={(初次充电容量)―(初次放电容量)}/(初次充电容量)×100(%)

关于在本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池中使用的、对负极活性物质粉体进行预充电、预掺杂且制作负极电极板的方法,例如可以列举以下两种方法。

(方法1)在含有电解质的液体的液槽中的负极电极充电、锂离子预掺杂充电

图2是示出锂离子的预掺杂(方法1)的图。使用图2说明方法1。

在涂覆干燥完成的电极卷绕带上安装由铜线等构成的配线,浸渍在含有电解质的液体中后,使对电极为金属锂,通过充电操作等使金属锂溶解并将锂离子吸留即预掺杂到负极中。然后,进行干燥,将电极合剂剥落并粉碎,得到预吸留即预掺杂了锂离子的充电(膨胀)完成的活性物质粉体。然后,使用该充电完成的粉体,用非水溶剂涂料化并涂覆在集电箔芯体上,进行干燥、冲压成型、电极板化,由此得到用充电膨胀完成的活性物质粉体冲压成型合剂层的负极电极板。

(方法2)在含有电解质的液体的液槽中的对负极活性物质粉体的锂离子预掺杂充电

图3是示出锂离子的预掺杂(方法2)的图。使用图3说明方法2。

在含有电解质的液体的液槽中使该液体充分浸渗活性物质之后,使其与能够透过锂离子的形状的导电性金属容器(导电性折叠器)压接,使对电极为金属锂,通过充电操作等使金属锂溶解,得到预吸留即预掺杂了锂离子的充电(膨胀)完成的活性物质粉体。然后,使用该充电完成的粉体,用非水溶剂涂料化并涂覆在集电箔芯体上,进行干燥、冲压成型、电极板化,由此得到用充电膨胀完成的活性物质粉体冲压成型合剂层的负极电极板。

在制作上述(方法1)和(方法2)的任一负极板时,作为第一阶段在含有电解质的液体的液槽中浸渍之后,进行电极板状态或粉体状态下的充电,作为之后的第二阶段,在干燥之后,成为一次干燥粉末,用PVDF粘合剂的NMP溶液进行涂料化并涂覆于集电箔上、冲压,从而形成电极板。

因此,关于本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池的负极板,在成为电池的状态下,电解质浓度为“负极合剂中”>“除负极以外的电池内所存在的电解液中”,作为深入研究的结果,特别是当“负极合剂中”/“除负极以外的电池内所存在的电解液中”之比为大于1且2.5以下时,更优选地能够得到充放电循环特性进一步提高的本技术涉及的第一非水电解质二次电池。另外,“负极合剂中”/“除负极以外的电池内所存在的电解液中”之比为1.2以上且2.0以下时,进一步优选地能够得到充放电循环特性进一步提高的本技术涉及的第一非水电解质二次电池。

对于负极合剂中的电解质浓度,通过利用ICP等对构成负极合剂中存在的电解质的元素进行分析和定量,另外利用水银孔率计等测定负极合剂层中的空隙体积(mL或mL/g),可以从以上两个结果计算出负极合剂中所含的电解质浓度(mol/L)。

对于除负极合剂以外的非水电解质二次电池中所存在的电解液中的电解质浓度,通过利用ICP等对构成除负极合剂以外的非水电解质二次电池中所存在的电解液中的电解质的元素进行分析和定量,可以计算出负极合剂中所含的电解质浓度(mol/L)。

含有电解质的液体(方法1和2)的电解质与组装电池时注入的电解液所含有的电解质既可以相同也可以不同,另外,含有电解质的液体的非水溶剂与组装电池时注入的电解液中含有的非水溶剂既可以相同也可以不同。

例如,在含有电解质的液体中所含的电解质为LiPF6的情况下,电解液中所含的电解质可以是LiPF6、LiBF4、LiBOB以及LiSI中的至少任意一种。

另外,例如,在含有电解质的液体中所含的非水溶剂可以是EC(碳酸乙烯酯)、EMC(碳酸乙基甲酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、MP(丙酸甲酯)、PE(丙酸乙酯)、PP(丙酸丙酯)、PB(丙酸丁酯)以及PC(碳酸丙烯酯)中的至少任意一种时,电解液中所含的非水溶剂可以是EC(碳酸乙烯酯)、EMC(碳酸乙基甲酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、MP(丙酸甲酯)、PE(丙酸乙酯)、PP(丙酸丙酯)、PB(丙酸丁酯)以及PC(碳酸丙烯酯)中的至少任意一种。

进一步地,含有电解质的液体中所含的非水溶剂以及电解液中所含的非水溶剂可以包含添加剂。在含有电解质的液体中所含的非水溶剂以及电解液中所含的非水溶剂双方都包含添加剂的情况下,既可以包含相同种类的添加剂,也可以包含不同种类的添加剂。作为添加剂,例如可以列举VC(碳酸亚乙烯酯)、FEC(4-氟代乙基碳酸酯)、ES(环硫乙烷)、PS(丙烷磺内酯)、BS(丁烷磺内酯)、CHB(环己基苯)等。

此外,(方法3)是在制作上述的用未充电状态负极活性物质经涂料化、涂覆、冲压成型的负极板之后,在组装电池之前在负极板上粘贴金属锂等,从而将锂离子的预掺杂处理放置至电池注液后进行的方法。

在双碳电容器中,有在隔片或者正极、负极及隔片上预先混合LiPF6的技术。当LiPF6的阳离子和阴离子分开而PF6 -被正极吸留Li+被负极吸留时,通过补偿在电极界面产生的Li+或PF6 -离子浓度降低,可以提高循环特性。然而,本发明涉及主要着眼于负极碳被膜形成的各种问题的改善效果。本技术不是如上述技术所示的阴离子和阳离子的分离吸留的体系,而是Li+的正负极间移动中的吸留释放反应的体系、即锂离子二次电池,且与上述技术的内容不同。另外,本技术中的负极活性物质(粉体)当然可以是某一种碳系材料和SiO的混合活性物质,也可以使用与其它碳系材料或其它硅系材料的混合活性物质。

[非水电解质二次电池用负极]

本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池具备包含负极合剂的非水电解质二次电池用负极。例如,非水电解质二次电池用负极可以在负极用集电体的一面或两面上具有负极合剂。负极用集电体例如可以呈箔状,并由铜、镍及不锈钢等导电性材料中的任意一种或两种以上形成。

[负极合剂]

非水电解质二次电池用负极中具备的负极合剂至少包含负极活性物质的粉体,且还可以包含粘结剂(粘合剂)和导电剂。另外,除了含有经预掺杂的锂以外,还可以至少含有电解质,包括上述电解质种类的示例。

负极活性物质的粉体包含碳系材料和硅系材料。以下,对碳系材料和硅系材料进行详细说明。

[碳系材料]

碳系材料在Li的吸留释放时的晶体结构的变化非常小,因此能够得到高能量密度和优异的循环特性。另外,碳系材料可以作为负极用的导电剂发挥功能。该碳系材料例如可以是易石墨化碳、难石墨化碳及石墨等。但是,优选地,难石墨化碳中的(002)面的面间隔为0.37nm以上,且石墨中的(002)面的面间隔为0.34nm以下。更具体而言,是热解碳类、焦炭类、玻璃状碳纤维、有机高分子化合物煅烧体、活性炭及炭黑类等。该焦炭类包括沥青焦炭、针状焦炭及石油焦炭等。有机高分子化合物煅烧体是通过在适当的温度下煅烧(碳化)酚醛树脂及呋喃树脂等高分子化合物而获得的。除此以外,碳系材料既可以是在约1000℃以下的温度下经热处理的低结晶性碳,也可以是无定形碳。碳系材料的形状可以是纤维状、球状、粒状及鳞片状中的任意一种。

[硅系材料]

硅系材料既可以是Si(硅)的单质、合金及化合物(硅氧化物、硅氟化物、硅氟化锂等)中的任意一种,也可以是它们中的两种以上,还可以是至少一部分具有它们中的一种或两种以上相的材料。需要注意的是,所谓单质仅指一般意义上的单质(也可以包含少量杂质),并不一定是指100%纯度的单质。

Si合金例如包含Sn、Ni、Cu、Fe、Co、Mn、Zn、In、Ag、Ti、Ge、Bi、Sb及Cr等中的任意一种或两种以上的元素作为除Si以外的构成元素。Si化合物例如包含C、O、F等中的任意一种或两种以上作为除Si以外的构成元素。此外,Si化合物例如可以包含关于Si合金而说明的元素中的任意一种或两种以上作为除Si以外的构成元素。

Si的合金及化合物例如是SiB4、SiB6、Li2SiF6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≤2)及LiSiO等。需要注意的是,SiOv中的v可以是0.2<v<1.4。

[碳系材料与硅系材料的混合比]

上述碳系材料与上述硅系材料的混合比(质量%比)是碳系材料相对于硅系材料的混合比(碳系材料(质量%)/硅系材料(质量%)),为90质量%/10质量%~0质量%/100质量%,优选为90质量%/10质量%~50质量%/50质量%。根据该优选方式,能够进一步提高并维持非水电解质二次电池的电池特性和可靠性。

负极活性物质粉体除了碳系材料和硅系材料以外,还可以包含含有金属元素和半金属元素中的任意一种或两种作为构成元素的材料。这是因为可以得到高能量密度。该金属类材料既可以是单质、合金及化合物中的任意一种,也可以是它们中的两种以上,还可以至少一部分具有它们中的一种或两种以上相的材料。此外,除了由两种以上金属元素构成的材料以外,合金还包括包含一种以上金属元素和一种以上半金属元素的材料。另外,合金也可以包含非金属元素。其组织具有固溶体、共晶(共熔混合物)、金属间化合物以及它们中的两种以上的共存物等。

上述金属元素和半金属元素例如是能够与Li形成合金的金属元素及半金属元素中的任意一种或两种以上。具体而言,例如是Mg、B、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Y、Pd及Pt等。

粘结剂没有特别限定,例如包括合成橡胶及高分子材料等中的任意一种或两种以上。

作为合成橡胶,例如可列举苯乙烯丁二烯类橡胶、氟类橡胶及乙烯丙烯二烯等,作为高分子材料,例如可列举聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺等,优选为聚偏二氟乙烯。

用于制作负极合剂的涂料化溶剂可以是任何溶剂,只要是能够将负极活性物质、粘结剂、导电剂等混炼成糊状的溶剂即可,但通过上述(方法1和2)预掺杂后的负极活性物质中含有预掺杂的锂,有可能与水反应而失活,因此优选为非水系溶剂,更优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。除了NMP以外,例如还可考虑PC(碳酸丙烯酯)、THF(四氢呋喃)等,但考虑到与PVDF(聚偏二氟乙烯)等粘合剂的相容性,NMP是优选的。

[电解液]

本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池具备包含电解质和溶剂的电解液。电解液还可以包含上述添加剂等其它材料。

[电解质]

电解液中包含的电解质(电解质盐)例如包含锂盐等盐中的任意一种或两种以上。但是,电解质例如也可以包含锂盐以外的其它盐。其它盐例如可以是锂盐以外的轻金属盐等。

锂盐例如是六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、氟草酸硼酸锂(LiFOB)、二氟草酸锂硼酸锂(LiDFOB)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸二锂(Li2SiF6)、氯化锂(LiCl)及溴化锂(LiBr)等。这是因为可以得到优异的电池容量、循环特性及保存特性等。

其中,优选LiPF6、LiBF4,更优选LiPF6。这是因为,由于内部电阻降低,所以可以得到更好的效果。但是,电解质不限定于上述一系列材料,也可以是其它材料。

电解质的含量没有特别限定,其中,相对于溶剂优选为0.3mol/kg~3.0mol/kg。这是因为可以得到高离子传导性。

[溶剂]

溶剂包含有机溶剂等非水溶剂中的任意一种或两种以上。该非水溶剂例如是环状碳酸酯、链状碳酸酯、内酯、链状羧酸酯及腈等。这是因为,可以得到优异的电池容量、循环特性及保存特性等。环状碳酸酯例如是碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯及碳酸亚丁酯等,链状碳酸酯例如是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯及碳酸甲丙酯等。内酯例如是γ-丁内酯和γ-戊内酯等。羧酸酯例如是乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、三甲基乙酸甲酯和三甲基乙酸乙酯等。腈例如是乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈及3-甲氧基丙腈等。

除此以外,非水溶剂例如也可以是1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、1,3-二噁烷、1,4-二噁烷、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基噁唑烷酮、N,N'-二甲基咪唑啉酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环丁砜、磷酸三甲酯及二甲基亚砜等。这是因为可以获得同样的优点。

其中,优选碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯及碳酸甲乙酯中的任意一种或两种以上。这是因为,可以获得更优异的电池容量、循环特性及保存特性等。在该情况下,更优选碳酸亚乙酯及碳酸亚丙酯等高粘度(高介电常数)溶剂(例如相对介电常数ε≥30)与碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及碳酸二乙酯等低粘度溶剂(例如粘度≤1mPa·s)的组合。这是因为电解质盐的离解性及离子的迁移率提高。

特别是,溶剂也可以包含不饱和环状碳酸酯、卤代碳酸酯、磺内酯(环状磺酸酯)及酸酐中的任意一种或两种以上。这是因为电解液的化学稳定性提高。不饱和环状碳酸酯是指具有一个或两个以上不饱和键(碳-碳双键)的环状碳酸酯,例如是碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯和碳酸亚甲基亚乙酯等。卤代碳酸酯是指包含一个或两个以上卤素作为构成元素的环状或链状碳酸酯。环状卤代碳酸酯例如是4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮及4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮等。链状卤代碳酸酯例如是碳酸氟甲基甲基酯、碳酸二(氟甲基)酯及碳酸二氟甲基甲基酯等。磺内酯例如是丙烷磺内酯及丙烯磺内酯等。酸酐例如是琥珀酸酐、乙二磺酸酐及磺基苯甲酸酐等。但是,溶剂不限定于上述一系列材料,也可以是其它材料。

[非水电解质二次电池用正极]

本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池具备非水电解质二次电池用正极。

非水电解质二次电池用正极可以在正极用集电体的单面或两面上具有正极活性物质。进一步地,非水电解质二次电池用正极也可以包括粘结剂及导电剂等其它材料中的任意一种或两种以上。正极用集电体例如呈箔状,且可以通过铝、镍及不锈钢等导电性材料中的任意一种或两种以上形成。

作为正极活性物质,包括能够吸留释放锂的物质中的任意一种或两种以上。

正极活性物质优选为含锂化合物,更具体而言,优选为含锂复合氧化物及含锂磷酸化合物中的任意一方或双方。这是因为可以得到高能量密度。

“含锂复合氧化物”是指包含锂和一种或两种以上的元素(以下称为“其它元素”,其中不包括锂(Li))作为构成元素的氧化物,且具有层状岩盐型结晶结构或尖晶石型结晶结构。“含锂磷酸化合物”是指包含锂和一种或两种以上的其它元素作为构成元素的磷酸化合物,且具有橄榄石型结晶结构。

其它元素种类为任意元素中的任意一种或两种以上,没有特别限定。其中,其它元素优选为属于长周期型元素周期表的2族~15族的元素中的任意一种或两种以上。更具体而言,作为其它元素,更优选为镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)及铁(Fe)等中的任意一种或两种以上的金属元素。这是因为可以得到高电压。

其中,具有层状岩盐型结晶结构的含锂复合氧化物优选为由式(21)~式(23)分别表示的化合物中的任意一种或两种以上。

LiaMn(1-b-c)NibM11cO(2-d)Fe……(21)

(M11是钴(Co)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、锆(Zr)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)及钨(W)中的至少一种。a~e满足:0.8≤a≤1.2、0<b<0.5、0≤c≤0.5、(b+c)<1、-0.1≤d≤0.2及0≤e≤0.1。其中,锂的组成根据充放电状态而不同,a是完全放电状态下的值。)

LiaNi(1-b)M12bO(2-c)Fd……(22)

(M12是钴(Co)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)及钨(W)中的至少一种。a~d满足:0.8≤a≤1.2、0.005≤b≤0.5、-0.1≤c≤0.2及0≤d≤0.1。其中,锂的组成根据充放电状态而不同,a是完全放电状态下的值。)

LiaCo(1-b)M13bO(2-c)Fd……(23)

(M13是镍(Ni)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)及钨(W)中的至少一种。a~d满足:0.8≤a≤1.2、0≤b<0.5、-0.1≤c≤0.2及0≤d≤0.1。其中,锂的组成根据充放电状态而不同,a是完全放电状态下的值。)

具有层状岩盐型结晶结构的含锂复合氧化物的具体示例是LiNiO2、LiCoO2、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2及Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2等。

具有尖晶石型结晶结构的含锂复合氧化物优选为由式(24)表示的化合物中的任意一种或两种以上。

LiaMn(2-b)M14bOcFd……(24)

(M14是钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)及钨(W)中的至少一种。a~d满足:0.9≤a≤1.1、0≤b≤0.6、3.7≤c≤4.1及0≤d≤0.1。其中,锂的组成根据充放电状态而不同,a是完全放电状态下的值。)

具有尖晶石型结晶结构的含锂复合氧化物的具体示例是LiMn2O4等。

具有橄榄石型结晶结构的含锂磷酸化合物优选为由式(25)表示的化合物中的任意一种或两种以上。

LiaM15PO4……(25)

(M15是钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)及锆(Zr)中的至少一种。a满足0.9≤a≤1.1。其中,锂的组成根据充放电状态而不同,a是完全放电状态下的值。)

具有橄榄石型晶体结构的含锂磷酸盐化合物的具体示例是LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4及LiFe0.3Mn0.7PO4等。

此外,含锂复合氧化物也可以是由式(26)表示的化合物中的任意一种或两种以上。

(Li2MnO3)x(LiMnO2)1-x……(26)

(x满足0≤x≤1。其中,锂的组成根据充放电状态而不同,x是完全放电状态下的值。)

正极用粘结剂例如包含合成橡胶及高分子材料等中的任意一种或两种以上。合成橡胶例如是氟类橡胶及乙烯丙烯二烯等。高分子材料例如是聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、聚丙烯腈和聚丙烯酸聚合物聚酰亚胺等。

正极用导电剂例如包括碳材料等中的任意一种或两种以上。该碳材料例如是石墨、炭黑、乙炔炭黑及科琴炭黑等。此外,正极用导电剂只要是具有导电性的材料,也可以是金属材料及导电性高分子等。

除此以外,正极用材料例如也可以是氧化物、二硫化物、硫属化物及导电性高分子等中的任意一种或两种以上。氧化物例如是氧化钛、氧化钒和二氧化锰等。二硫化物例如是二硫化钛和硫化钼等。硫属化物例如是硒化铌等。导电性高分子例如是硫磺、聚苯胺及聚噻吩等。但是,正极材料不限定于上述一系列材料,也可以是其它材料。

[隔片]

本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池可以具备隔片。隔片通过将非水电解质二次电池用正极与非水电解质二次电池用负极隔离,防止因两极接触引起电流短路,同时让锂离子通过。该隔片例如是合成树脂和陶瓷等的多孔膜,也可以是层叠有两种以上的多孔膜的层叠膜。合成树脂例如是聚四氟乙烯、聚丙烯及聚乙烯等。

<3.第二实施方式(非水电解质二次电池的制造方法的示例)>

本技术涉及的第二实施方式(非水电解质二次电池的制造方法的示例)的非水电解质二次电池的制造方法是至少具备包含负极活性物质粉体的非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池用正极和电解液的非水电解质二次电池的制造方法,该制造方法包括:非水电解质二次电池用负极的制造方法以及使用该非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池用正极和电解液来组装非水电解质二次电池,所述非水电解质二次电池用负极的制造方法包括通过在含有电解质的液体中的电化学处理而使锂离子预掺杂于负极活性物质粉体,和至少将经预掺杂的负极活性物质粉体与粘合剂混合。

通过本技术涉及的第二实施方式的非水电解质二次电池的制造方法而得到的非水电解质二次电池能够提高并维持电池特性和可靠性,更详细而言,能够减小伴随充放电膨胀收缩对与集电箔的集电性的不良影响,且能够得到良好的充放电循环特性。

非水电解质二次电池用负极的制造方法优选地包括:使用非水溶剂,至少将经预掺杂的负极活性物质粉体和粘合剂涂料化而得到负极涂料;将负极涂料涂覆在集电体上进行干燥并通过冲压(滚压)成型而形成电极板。

作为非水电解质二次电池用负极的制造方法的预掺杂的具体示例和负极板的制作方法,可列举上述(方法1)、(方法2)等。此外,用于预掺杂的、在含有电解质的液体中的电化学处理是指利用电化学反应的处理。

非水电解质二次电池用正极可以通过与上述负极制造方法的涂料化以后的方法相同的制作方法来制造。

关于使用非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池用正极和电解液来组装非水电解质二次电池,例如圆筒型锂离子二次电池的情况如下所述。

(电池组装)

首先,使用焊接法等,在正极集电体上安装正极引线,且使用焊接法等,在负极集电体上安装负极引线。随后,隔着隔片层叠正极和负极后,进行卷绕以制作卷绕电极体,然后将中心销***该卷绕中心。随后,一边用一对绝缘板夹着卷绕电极体,一边将卷绕电极体收纳至电池罐的内部。在该情况下,使用焊接法等将正极引线的前端部安装于安全阀机构,且使用焊接法等将负极引线的前端部安装于电池罐。随后,将在非水溶剂中分散有电解质的电解液注入电池罐的内部并使其浸渗于隔片。随后,隔着衬垫向电池罐的开口端部铆接电池盖、安全阀机构及热敏电阻元件。

<4.非水电解质二次电池的用途>

以下,详细说明非水电解质二次电池的用途。

<4-1.非水电解质二次电池的用途的概要>

非水电解质二次电池的用途没有特别限定,只要是能够使用该非水电解质二次电池作为驱动用电源或电力蓄积用电力存储源等的机械、设备、器具、装置及系统(多个设备等的集合体)等即可。作为电源使用的非水电解质二次电池既可以是主电源(优先使用的电源),也可以是辅助电源(代替主电源或从主电源切换后使用的电源)。在使用非水电解质二次电池作为辅助电源时,主电源的种类不限定于非水电解质二次电池。

非水电解质二次电池的用途例如如下所述。如笔记型个人计算机、平板电脑、移动电话(例如智能电话等)、便携式信息终端(Personal Digital Assistant:个人数字助理:PDA)、摄像装置(例如数码静态相机、数字摄像机等)、音频设备(例如,便携式音频播放器)、游戏机、无绳电话子机、电子书籍、电子词典、收音机、头戴式耳机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、照明设备、玩具、医疗设备、机器人等电子设备(包括便携式电子设备)。电动剃须刀等便携式生活器具。备用电源及存储卡等存储用装置。电钻及电锯等电动工具。作为可拆装电源用于笔记型个人计算机等的电池包。起搏器及助听器等医疗用电子设备。电动汽车(包括混合动力汽车)等车辆。防备紧急情况等而预先蓄积电力的家用电池系统等蓄电系统。当然,非水电解质二次电池的用途也可以是除上述以外的用途。

其中,非水电解质二次电池可有效地应用于电池包、车辆、蓄电系统、电动工具及电子设备等。这是因为,由于要求优异的电池特性,所以通过使用本技术的非水电解质二次电池,可以有效地实现性能的提高。此外,电池包是使用非水电解质二次电池的电源、所谓的组电池等。车辆是以非水电解质二次电池为驱动用电源运行(行驶)的车辆,如上所述,也可以是同时具备非水电解质二次电池以外的驱动源的汽车(混合动力汽车等)。蓄电系统例如可列举住宅用蓄电系统,是使用非水电解质二次电池作为电力存储源的系统。在蓄电系统中,在电力存储源即非水电解质二次电池中蓄积电力,因此能够利用该电力使用电力消耗装置例如家用电气产品。电动工具是以非水电解质二次电池为驱动用电源使可动部(例如钻头等)可动的工具。电子设备是以非水电解质二次电池为驱动用电源(电力供给源)发挥各种功能的设备。

这里,具体说明非水电解质二次电池的若干适用例。需要注意的是,以下说明的各适用例的结构仅是示例性的,因此可以对各适用例的结构适当地进行变更。

<4-2.第三实施方式(电池包的示例)>

本技术涉及的第三实施方式的电池包是具备:本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池、控制非水电解质二次电池的使用状态的控制部、以及根据控制部的指示切换非水电解质二次电池的使用状态的开关部的电池包。本技术涉及的第三实施方式的电池包具备具有优异的电池特性和优异的可靠性的本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池,因此能够提高电池包的性能和可靠性。

以下,参照附图说明本技术涉及的第三实施方式的电池包。

图6表示电池包的框结构。该电池包例如在由塑料材料等形成的壳体60的内部,具备控制部61、电源62、开关部63、电流测定部64、温度检测部65、电压检测部66、开关控制部67、存储器68、温度检测元件69、电流检测电阻70、正极端子71及负极端子72。

控制部61控制整个电池包的动作(包括电源62的使用状态),例如包括中央处理器(CPU)等。电源62包括一个或两个以上非水电解质二次电池(未图示)。该电源62例如是包括两个以上非水电解质二次电池的组电池,这些非水电解质二次电池的连接形式既可以是串联,也可以是并联,还可以是两种混合型。列举一例,电源62包括以2并联3串联的方式连接的六个非水电解质二次电池。

开关部63根据控制部61的指示,切换电源62的使用状态(电源62与外部设备有无连接)。该开关部63例如包括充电控制开关、放电控制开关、充电用二极管及放电用二极管(均未图示)等。充电控制开关及放电控制开关例如分别是使用了金属氧化物半导体的场效应晶体管(MOSFET)等半导体开关。

电流测定部64使用电流检测电阻70测定电流,且将该测定结果输出到控制部61。温度检测部65使用温度检测元件69测定温度,且将该测定结果输出到控制部61。该温度测定结果例如在以下情况下使用:在异常发热时控制部61进行充放电控制的情况、在计算出剩余容量时控制部61进行校正处理的情况等。电压检测部66测定非水电解质二次电池在电源62中的电压,且将该测定电压进行模拟数字转换并供给到控制部61。

开关控制部67根据从电流测定部64及电压检测部66输入的信号,控制开关部63的动作。

例如,当电池电压达到过充电检测电压时,该开关控制部67断开开关部63(充电控制开关),并控制充电电流不流通电源62的电流路径。由此,在电源62中,能够通过放电用二极管只放电。此外,例如,在充电时流通大电流时,开关控制部67阻断充电电流。

另外,例如当电池电压达到过放电检测电压时,开关控制部67断开开关部63(放电控制开关),并控制放电电流不流通电源62的电流路径。由此,在电源62中,能够通过充电用二极管只充电。此外,例如在放电时流通大电流时,开关控制部67阻断放电电流。

此外,在非水电解质二次电池中,例如,过充电检测电压为4.2V±0.05V,过放电检测电压为2.4V±0.1V。

存储器68例如是非易失性存储器即EEPROM等。在该存储器68中,例如存储由控制部61运算得到的数值、在制造工序阶段测定得到的非水电解质二次电池的信息(例如,初始状态下的内部电阻)等。此外,如果使存储器68存储非水电解质二次电池的满充电容量,则控制部61能够掌握剩余容量等信息。

温度检测元件69测定电源62的温度并将该测定结果输出到控制部61,温度检测元件69例如是热敏电阻等。

正极端子71及负极端子72是与使用电池包运转的外部设备(例如笔记型个人计算机等)、用于对电池包充电的外部设备(例如充电器等)等连接的端子。经由正极端子71及负极端子72进行电源62的充放电。

<4-3.第四实施方式(车辆的示例)>

本技术涉及的第四实施方式的车辆是具备:本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池、将从非水电解质二次电池供给的电力转换成驱动力的驱动力转换装置、根据驱动力进行驱动的驱动部、以及车辆控制装置的车辆。本技术涉及的第四实施方式的车辆具备具有优异的电池特性和优异的可靠性的本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池,因此能够提高车辆的性能和可靠性。

以下,参照图7说明本技术涉及的第四实施方式的车辆。

图7示意性地示出采用应用了本技术的串联混合动力系统的混合动力车辆的结构的一例。串联混合动力系统是使用由发动机驱动的发电机所产生的电力或者暂时存储在电池中的电力,通过电力驱动力转换装置行驶的车。

在该混合动力车辆7200中搭载有发动机7201、发电机7202、电力驱动力转换装置7203、驱动轮7204a、驱动轮7204b、车轮7205a、车轮7205b、电池7208、车辆控制装置7209、各种传感器7210以及充电口7211。蓄电装置(未图示)应用于电池7208。

混合动力车辆7200以电力驱动力转换装置7203为动力源进行行驶。电力驱动力转换装置7203的一个例子是电动机。电力驱动力转换装置7203通过电池7208的电力运行,且该电力驱动力转换装置7203的旋转力被传递到驱动轮7204a、7204b。此外,通过在需要的地方使用直流-交流(DC-AC)或反向转换(AC-DC转换),电力驱动力转换装置7203可以应用于交流电动机和直流电动机。各种传感器7210经由车辆控制装置7209控制发动机转速,控制未图示的节流阀的开度(节气门开度)。各种传感器7210包括速度传感器、加速度传感器、发动机转速传感器等。

发动机7201的旋转力被传递到发电机7202,且可以将发电机7202通过该旋转力生成的电力蓄积到电池7208中。

当混合动力车辆通过未图示的制动机构减速时,该减速时的阻力作为旋转力被施加到电力驱动力转换装置7203,电力驱动力转换装置7203通过该旋转力生成的再生电力被蓄积到电池7208中。

电池7208通过与混合动力车辆的外部电源连接,也能够以充电口211为输入口而从该外部电源接受电力供给,并蓄积接收到的电力。

虽未图示,但可以具备基于与非水电解质二次电池有关的信息进行与车辆控制有关的信息处理的信息处理装置。作为这种信息处理装置,例如有基于与电池剩余量有关的信息显示电池剩余量的信息处理装置等。

此外,以上以使用由发动机驱动的发电机所产生的电力或者暂时存储在电池中的电力,通过电动机行驶的串联混合动力车为例进行了说明。然而,本公开也能够有效地应用于并联混合动力车,在该并联混合动力车中,发动机和电动机的输出均为驱动源,且适当地切换使用仅以发动机行驶、仅以电动机行驶、以及以发动机和电动机行驶这三种方式。进一步地,本技术也能够有效地应用于不使用发动机而仅通过驱动电动机的驱动行驶的所谓电动车辆。

<4-4.第五实施方式(蓄电系统的示例)>

本技术涉及的第五实施方式的蓄电系统是具备:具有本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池的蓄电装置、从非水电解质二次电池供给电力的电力消耗装置、控制从非水电解质二次电池向该电力消耗装置的电力供给的控制装置、以及对非水电解质二次电池充电的发电装置的蓄电系统。本技术涉及的第五实施方式的蓄电系统具备具有优异的电池特性和优异的可靠性的本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池,因此能够提高蓄电系统的性能和可靠性。

以下,参照图8说明作为本技术涉及的第五实施方式的蓄电系统的一例的住宅用蓄电系统。

例如,在住宅9001用的蓄电系统9100中,从火力发电9002a、原子能发电9002b、水力发电9002c等集中型电力系统9002经由电力网9009、信息网9012、智能仪表9007、电力集线器9008等向蓄电装置9003供电。与此同时,从家庭内发电装置9004等独立电源向蓄电装置9003供电。供给到蓄电装置9003的电力被蓄积。使用蓄电装置9003提供在住宅9001中使用的电力。不限定于住宅9001,关于大厦也可以使用相同的蓄电系统。

在住宅9001中设有家庭内发电装置9004、电力消耗装置9005、蓄电装置9003、控制各装置的控制装置9010、智能仪表9007以及获取各种信息的传感器9011。各装置通过电力网9009和信息网9012连接。作为家庭内发电装置9004,利用太阳能电池、燃料电池等,且产生的电力被供给到电力消耗装置9005和/或蓄电装置9003。电力消耗装置9005是冰箱9005a、空调装置9005b、电视接收机9005c、浴室9005d等。进一步地,电力消耗装置9005包括电动车辆9006。电动车辆9006是电动汽车9006a、混合动力车9006b以及电动摩托车9006c。

上述本技术的非水电解质二次电池(电池单元)被应用于蓄电装置9003。蓄电装置9003由非水电解质二次电池或电容器构成。例如,由锂离子二次电池构成。锂离子二次电池可以是固定型,也可以在电动车辆9006中使用。智能仪表9007具备测定商用电力的使用量并将测定得到的使用量发送到电力公司的功能。电力网9009可以将直流供电、交流供电、非接触供电中的任意一个或多个组合。

各种传感器9011例如是人体感应传感器、照度传感器、物体检测传感器、电力消耗传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器、红外线传感器等。通过各种传感器9011获得的信息被发送到控制装置9010。根据来自传感器9011的信息,可以掌握天气状况、人的状况等并自动地控制电力消耗装置9005以使能量消耗最小化。进一步地,控制装置9010可以经由互联网将与住宅9001有关的信息发送到外部的电力公司等。

通过电力集线器9008进行电力线的分支、直流交流转换等处理。作为与控制装置9010连接的信息网9012的通信方式,有使用UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter:异步串行通信用收发电路)等通信接口的方法、使用基于蓝牙(注册商标)、ZigBee、Wi-Fi等无线通信标准的传感器网络的方法。蓝牙(注册商标)方式能够应用于多媒体通信,进行一对多连接的通信。ZigBee使用IEEE(Institute of Electrical andElectronics Engineers:电气与电子工程师协会)802.15.4的物理层。IEEE802.15.4是称为PAN(Personal Area Network:个人局域网)或W(Wireless:无线)PAN的短距离无线网络标准的名称。

控制装置9010与外部的服务器9013连接。该服务器9013可以由住宅9001、电力公司、服务提供商中的任意一个来管理。服务器9013收发的信息例如是电力消耗信息、生活模式信息、电费、天气信息、自然灾害信息以及与电力交易有关的信息。这些信息可以从家庭内的电力消耗装置(例如,电视接收机)收发,但也可以从家庭外的装置(例如移动电话等)收发。这些信息也可以显示在具有显示功能的设备例如,电视接收机、移动电话、便携式信息终端(PDA)等上。

控制各部的控制装置9010由CPU、RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory:只读存储器)等构成,在该示例中容纳在蓄电装置9003中。控制装置9010通过信息网9012与蓄电装置9003、家庭内发电装置9004、电力消耗装置9005、各种传感器9011、服务器9013连接,且具有例如调整商用电力的使用量和发电量的功能。此外,除此以外,还可以具备在电力市场进行电力交易的功能等。

如上所述,不仅可以将火力发电9002a、原子能发电9002b、水力发电9002c等集中型电力系统9002的电力,而且可以将家庭内发电装置9004(太阳能发电、风力发电)的发电电力蓄积在蓄电装置9003中。因此,即使家庭内发电装置9004的发电电力发生变化,也可以进行使发送到外部的电力量恒定或者仅必需放电的控制。例如,可以执行以下使用方法:将通过太阳能发电得到的电力蓄积在蓄电装置9003中,且将夜间价格便宜的深夜电力蓄积在蓄电装置9003中,在白天价格高的时间段内释放并使用由蓄电装置9003蓄积的电力。

此外,在该示例中,说明了控制装置9010容纳在蓄电装置9003内的示例,但是控制装置9010既可以容纳在智能仪表9007内,也可以单独构成。进一步地,蓄电系统9100既可以以多户住宅中的多个家庭为对象进行使用,也可以以多个独立式住宅为对象进行使用。

<4-5.第六实施方式(电动工具的示例)>

本技术涉及的第六实施方式的电动工具是具备本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池和从非水电解质二次电池供给电力的可动部的电动工具。本技术涉及的第六实施方式的电动工具具备具有优异的电池特性和优异的可靠性的本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池,因此能够提高电动工具的性能和可靠性。

以下,参照图9说明本技术涉及的第六实施方式的电动工具。

图9表示电动工具的框结构。该电动工具例如是电钻,在由塑料材料等形成的工具主体98的内部具备控制部99和电源100。该工具主体98例如可运转(旋转)地安装有作为可动部的钻头部101。

控制部99控制整个电动工具的动作(包括电源100的使用状态),例如包括CPU等。电源100包括一个或两个以上的非水电解质二次电池(未图示)。该控制部99根据未图示的动作开关的操作,从电源100向钻头部101供电。

<4-6.第七实施方式(电子设备的示例)>

本技术涉及的第七实施方式的电子设备是具备本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池且从非水电解质二次电池接受电力的供给的电子设备。如上所述,本技术涉及的第七实施方式的电子设备是以非水电解质二次电池为驱动用电源(电力供给源)发挥各种功能的设备。本技术涉及的第七实施方式的电子设备具备具有优异的电池特性和优异的可靠性的本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池,因此能够提高电子设备的性能和可靠性。

以下,参照图10说明本技术涉及的第七实施方式的电子设备。

对本技术的第七实施方式涉及的电子设备400的结构的一例进行说明。电子设备400具备电子设备主体的电子电路401和电池包300。电池包300经由正极端子331a和负极端子331b与电子电路401电连接。电子设备400例如具有可由用户自由拆装电池包300的结构。需要注意的是,电子设备400的结构并不限定于此,也可以具有将电池包300内置于电子设备400内以使用户不能从电子设备400拆卸电池包300的结构。

在电池包300充电时,电池包300的正极端子331a、负极端子331b分别连接到充电器(未图示)的正极端子、负极端子。另一方面,在电池包300放电时(使用电子设备400时),电池包300的正极端子331a、负极端子331b分别连接到电子电路401的正极端子、负极端子。

作为电子设备400,例如可列举笔记型个人计算机、平板电脑、移动电话(例如智能电话等)、便携式信息终端(PDA)、摄像装置(例如数码静态相机、数字摄像机等)、音频设备(例如,便携式音频播放器)、游戏机、无绳电话子机、电子书籍、电子词典、收音机、头戴式耳机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、照明设备、玩具、医疗设备、机器人等,但并不限定于此。作为具体示例,说明头部佩戴式显示器及带式电子设备,头部佩戴式显示器具备图像显示装置、用于将图像显示装置佩戴于观察者头部的佩戴装置以及用于将图像显示装置安装于佩戴装置的安装部件,是以本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池为驱动用电源的电子设备,带式电子设备具备呈带状连结的多个段、配置在多个段内的多个电子部件以及将多个段内的多个电子部件连接且呈弯折形状配置在至少一个段内的柔性电路基板,作为上述电子部件,例如本技术涉及的第一实施方式的非水电解质二次电池是布置在上述段中的电子设备。

电子电路401例如具备CPU、***逻辑部、接口部以及存储部等,且控制整个电子设备400。

电池包300具备组电池301和充放电电路302。组电池301通过将多个非水电解质二次电池301a串联和/或并联连接而构成。多个非水电解质二次电池301a例如以n并联m串联(n、m为正整数)方式连接。此外,在图10中示出六个非水电解质二次电池301a以2并联3串联(2P3S)方式连接的例子。作为非水电解质二次电池301a,使用第一实施方式的非水电解质二次电池。

在充电时,充放电电路302控制对组电池301的充电。另一方面,在放电时(即使用电子设备400时),充放电电路302控制对电子设备400的放电。

实施例

以下,列举实施例具体说明本技术的效果。需要注意的是,本技术的范围不限定于实施例。

将作为负极活性物质的石墨(碳系材料)和SiO(硅系材料)以规定的比率混合,并通过下述(方法1-1)或(方法2-1)的方法进行锂离子的预掺杂,制作电池。

(方法1-1)在含有电解质的液体的液槽中的负极电极充电、锂离子预掺杂充电

在涂覆干燥完成的电极卷绕带上安装由铜线等构成的配线,使用LiPF6(1mol/kg)作为电解质,使用EC(碳酸乙烯酯)/PC(碳酸丙烯酯)(质量(%)/质量(%)=50/50)作为溶剂,制备含有电解质的液体,并在含有该电解质的液体中浸渍之后,使对电极为金属锂,通过充电操作等使金属锂溶解,并将锂离子吸留即预掺杂到负极中。之后,进行干燥,将电极合剂剥落并粉碎,得到预吸留即预掺杂了锂离子的充电(膨胀)完成的活性物质粉体。然后,使用该充电完成的粉体,与作为导电助剂的炭黑、气相生长碳VGCF进行粉体混合后,使用NMP(N-甲基吡咯烷酮)作为涂料溶剂、使用PVDF(聚偏二氟乙烯)作为粘合剂进行涂料化,并涂覆在集电箔芯体上进行干燥、冲压成型、电极板化,由此得到用充电膨胀完成的活性物质粉体冲压成型合剂层的负极电极板。通过用行星式搅拌机在真空下边脱气边搅拌来进行涂料化。在涂覆干燥中,使用铜箔作为集电箔芯体,使用规定的涂覆装置在铜箔上涂覆涂料,并在干燥后卷绕,由此得到涂覆完成的电极。涂覆方式以刮刀方式进行,通过涂料供给部下部的闸门开闭动作向铜箔上供给垂直方向向下间歇涂覆所需的涂料量,并在与铜箔设置一定间隙的状态下,通过刮刀以拉伸的形式在铜箔上进行(间歇)涂覆。此外,作为其它的涂覆方式,有模涂、凹版、辊转印等方式,可以使用任意一种方法而没有问题地进行涂覆。在冲压(滚压)成型中,通过用辊压机进行冲压(滚压)并进行规定的通过次数,从而达到设计规格上的合剂体积密度。进而,通过将冲压完成的电极切割(裁剪)并卷绕成制作上述卷绕元件时所需的电极宽度,从而得到卷绕元件制作前的电极带。此外,从上述(方法1-1)后面的“电极充电完成的负极带的干燥、将电极合剂剥落并粉碎,······得到粉体”到上述“涂料化、涂覆干燥、冲压(滚压)、切割(裁剪)”的全部工序在-50℃以下的低露点下的干燥环境中进行。

(方法2-1)在含有电解质的液体的液槽中的对负极活性物质粉体的锂离子预掺杂充电

使用LiPF6(1mol/kg)作为电解质,使用EC(碳酸乙烯酯)/PC(碳酸丙烯酯)(质量(%)/质量(%)=50/50)作为溶剂,制备含有电解质的液体,并在含有该电解质的液体的液槽中使该液体充分浸渗活性物质,然后加入能够透过锂离子的形状的导电性金属容器中并压接,使对电极为金属锂,通过充电操作等使金属锂溶解,得到预吸留即预掺杂了锂离子的充电(膨胀)完成的活性物质粉体。然后,使用该充电完成的粉体,与上述方法1-1中使用充电完成的粉体的负极电极制作方法同样地,进行涂料化并涂覆在集电箔芯体上,进行干燥、冲压成型、电极板化,由此得到用充电膨胀完成的活性物质粉体冲压成型合剂层的负极电极板。

此外,预掺杂后的电池的预掺杂充电率定义如下。

(预掺杂充电率)

表示在将用金属锂对电极向负极单极最大量充电锂离子的充电容量设为W的情况下,在使用上述(方法1-1)、(方法2-1)等方法组装为电池的时间点,将预先向负极板内充电锂离子的充电容量设为Z时的比率。即,预掺杂充电率=Z/W(%)。

进一步地,作为后述的比较例5或6的电池制作方法,(方法3-1)是制作用未充电状态负极活性物质经涂料化、涂覆、冲压成型的负极板后,在组装电池前在负极板上粘贴金属锂等,从而将锂离子的预掺杂处理放置至电池注液后进行的方法。

在制作负极电极时,使用(方法1-1)、(方法2-1)或(方法3-1)的方法,取出进行了锂离子预掺杂的干燥后的充电完成的粉体,并在NMP溶剂中使用LiPF6、PVDF、负极活性物质、导电剂进行涂料化后,进行涂覆干燥、冲压成型,得到负极电极。

对于正极,在NMP溶剂中使用PVDF、LiCoO2(正极活性物质)、乙炔黑(导电剂)进行涂料化后,使用铝集电箔,通过与上述负极的电极制作方法的涂料化以后的方法同样的制作方法得到正极电极。

电池的形态为ICR18650尺寸的圆筒型,通过构成规定的卷绕型电极元件的机械制作电极元件,并将规定的铁***到对母材实施了镀镍的电池罐中,进行集电导线焊接后,注入以EC/EMC=1/3、LiPF6 1mol/kg(≈1.25mol/L)预先制备的电解液,将具备规定安全阀的密封体***并密封,完成电池组装。

以0.2ltA充电速率进行初次充电,在满充电之后,进行开路电压不良筛选检查,对得到的合格电池进行以下电池评估。

试验条件是进行以下充放电循环,

·充电:0.5C 4.2V 5%电流Cut(满充电)

·放电:0.5C 2.5V Cut

接着,实施以下试验,并将结果汇总于下述表1。

(25℃500次循环时的容量维持率)

容量维持率表示在将电池出厂状态下初次充放电时的放电容量值设为A、将经过充放电循环后的放电容量值设为B时,容量维持率=B/A×100(%)所示的比率。

容量维持率的判定基准如下。

(判定基准)

×:容量维持率小于70%

△:容量维持率70%以上且小于75%

○:容量维持率70%以上且小于75%

◎:容量维持率80%以上

(25℃充放电循环容量维持率50%时负极厚度膨胀率)

表示在满充电电压下拆解电池测定得到的负极板厚度的变化率,是通过将上述电池出厂状态下的初次充放电时、即放电容量值为A时得到的负极板厚度X与25℃下经过循环后放电容量比为50%时的负极板厚度Y进行比较而得到的比率,由下式计算出。

25℃充放电循环容量维持率50%时负极厚度膨胀率=(Y-X)/X×100(%)

此外,当测定厚度时,在上述充电过程中停止之后,拆解电池并拔出负极板,通过规定的精密厚度测量仪器(三丰株式会社制)测定求得负极板厚度。在发生罐裂时,测定罐裂时的负极厚度膨胀率。

另外,通过以下方法(1)和(2)测定LiPF6浓度(mol/L),求出“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率,并记载在下述表1中。

(1)负极合剂层中的LiPF6浓度的测定

通过将负极电位变为1Vvs(Li/Li+)以上的电池电压约2V的放电在45℃下保持10小时或更长时间的电池,使负极上的SEI被膜氧化分解。

在拆解电池后,取出负极电极,用DMC仅清洗电极表面之后,从用浓盐酸溶液溶解浓缩的试样溶液中分离取出规定量,然后用测定用溶剂定容,通过ICP测定对磷(P)进行定量,测定每个负极电极中包含的LiPF6量(mol)。

关于将上述负极上的SEI被膜氧化分解后的电池保持电压,根据与上述被膜形成有关的电解液的添加剂种类,氧化分解电位有时会进一步高于1Vvs(Li/Li+),因此有时会进一步降低,电压为1.5V、1.0V。

另外,除此之外,另行通过对所述负极电极反复进行多次利用大量DMC溶剂的溶剂萃取,使存在于负极合剂层中的电解质溶解,然后在约90℃下通过真空干燥进行干燥,并利用水银孔率计测定负极合剂层中的空隙体积(mL或mL/g)。

从以上两个测定结果,计算出负极合剂中包含的LiPF6浓度(mol/L)。

(2)除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中的LiPF6浓度的测定

与上述同样地,在处于放电状态的电池上开孔,并将其静置在烧杯中以捕获漏出的电解液。从其中分离规定量,并用测定用溶剂定容,与上述同样地通过ICP测定对磷(P)进行定量,测定LiPF6浓度(mol/L)。

(深放电时的电压0V时负极电位(=正极电位)及放电曲线的测定

在后述的实施例1~18和比较例1~5的电池中,在实施初次充放电之后,制作三极电池单元,并在以下放电条件下进行放电,以锂金属电位基准测定此时的正极或负极电位,并将结果示出在下述表1中,另外,在图1和图4~图5中示出代表例。

图1(A)是示出实施例1和比较例1的放电结果(正极电位、负极电位及电位差)的图,纵轴是电位(Potential(Vvs(Li/Li+)或者电位差(Voltage(V)),横轴是容量(Capacity(mAh))。图1(B)是图1(A)的放电结果(电位差)的电压从0.5V到0V的放大图。

图4是示出实施例1和比较例1的电压从0.5V到0V的放电结果(电位差)的图,纵轴是电位差(Voltage(V)),横轴是容量(Capacity(mAh))。

图5是示出实施例1和比较例4的电压从0.5V到0V的放电结果(电位差)的图,纵轴是电位差(Voltage(V)),横轴是容量(Capacity(mAh))。

当制作三极电池单元时,在制作了正极、负极、锂极这三极各自的端子之后,在电池罐底部的一部分上开小孔,形成电池的大约下半部分和金属锂浸渍于电解液的形态,电池内部的正极、负极、金属锂这三极处于用相同的电解液浸渍的形态,且可以以作为最低电位的金属锂为基准,计测正负极电位的变化。

·放电条件1~3

(放电条件1)0.1ltACC放电电压1.5VCut

(放电条件2)0.01ltA CC放电电压0.5VCut

(放电条件3)0.001ltA CC放电电压0VCut

使用KEYENCE公司制造的NR-500WAVELOGGER进行测定。结果在下述表1中示出。另外,对于在放电条件3的电压从0.5V到0V的放电中,通过将X轴设为容量、Y轴设为电压而描绘的放电曲线中,图4所示的椭圆状峰(比较例1)的有无以及图5所示的平台状峰(比较例4)的有无,其结果也在下述表1中示出。

上述峰是在负极电位超过电池罐的溶解电位(3.25至3.3Vvs(Li/Li+)时由罐材料的一部分溶解而产生的,直接表示负极电位上升至该电位。

在本技术中,由于通过上述预掺杂方法,负极的不可逆容量部分的锂离子已经被消耗,补充了不可逆容量部分的容量,因此在组装的电池充电后直到电压0V为止的深放电中,与未补充不可逆容量部分的容量的电池相比,电压0V时负极电位(=正极电位)向低侧即低电位侧移动,因此负极电位低于罐材料的溶解电位,所以不会产生上述峰。

以下,对实施例1~18和比较例1~5的详细情况进行说明。需要注意的是,Li从负极的脱离方式不应因预掺杂的有无而不同,另外,对于成为向负极供给锂离子的供给源的正极,如上所述,在对组装电池进行初次充电并充满电的情况下,进行调整以使得负极容量中与初次充电时的不可逆容量部分相当的程度(%)追加于电池初次充电时的满充电容量,制作不过充电的实施例涉及的电池或比较例涉及的电池。

实施例1

将负极活性物质的具体内容为石墨90质量%、SiO10质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为100%(满充电)作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例1。

实施例2

将负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为100%(满充电)作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例2。

实施例3

将负极活性物质的具体内容为石墨10质量%、SiO90质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为100%(满充电)作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例3。

实施例4

将负极活性物质的具体内容为石墨0质量%、SiO100质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为100%(满充电)作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例4。

实施例5

将负极活性物质的具体内容为石墨0质量%、SiO100质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法2-1),预掺杂充电率(%)为100%(满充电)作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例5。

实施例6

将负极活性物质的具体内容为石墨90质量%、SiO10质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例6。

实施例7

将负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例7。

实施例8

将负活性物质的具体内容为石墨10质量%、SiO90质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例8。

实施例9

将负极活性物质的具体内容为石墨0质量%、SiO100质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例9。

实施例10

将负极活性物质的具体内容为石墨0质量%、SiO100质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法2-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例10。

实施例11

将负极活性物质的具体内容为石墨90质量%、SiO10质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为10%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例11。

实施例12

将负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为10%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例12。

实施例13

将负活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为2.0,将按照上述制作的电池作为实施例13。

实施例14

将负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为2.5,将按照上述制作的电池作为实施例14。

实施例15

将负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为2.6,将按照上述制作的电池作为实施例15。

实施例16

将负活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.2,将按照上述制作的电池作为实施例16。

实施例17

将负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.1,将按照上述制作的电池作为实施例17。

实施例18

负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法3-1),在负极涂料化阶段混合LiPF6来进行负极电极板制作,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.8,将按照上述制作的电池作为实施例18。

比较例1

负极活性物质的具体内容为石墨90质量%、SiO10质量%,没有锂离子的预掺杂,在负极涂料化阶段未混合LiPF6而进行负极电极板制作,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.0,将按照上述制作的电池作为比较例1。

比较例2

将负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂方法使用上述(方法1-1),预掺杂充电率(%)为50%作为特征,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为0.9。按照上述制作电池,但在注入预先将LiPF6浓度调整降低10%后的对于浸渗于电极元件而言足够量的电解液后,补充注入未经浓度调整的本电解液,制作上述比率为0.9的电池并将其作为比较例2。

比较例3

负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,没有锂离子的预掺杂,在负极涂料化阶段混合LiPF6来进行负极电极板制作,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.0,将按照上述制作的电池作为比较例3。

比较例4

负极活性物质的具体内容为石墨100质量%、SiO0质量%,没有锂离子的预掺杂,在负极涂料化阶段未混合LiPF6而进行负极电极板制作,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.0,将按照上述制作的电池作为比较例4。

比较例5

负极活性物质的具体内容为石墨50质量%、SiO50质量%,锂离子的预掺杂使用上述(方法3-1),在负极涂料化阶段未混合LiPF6而进行负极电极板制作,且关于电解质浓度,将“负极合剂层中”/“除负极合剂层以外的电池内所存在的电解液中”的比率设为1.0,将按照上述制作的电池作为比较例5。

[表1]

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根据表1的结果,当提高负极活性物质的碳/SiO的比率时,通过上述(方法1-1)、(方法2-1)或(方法3-1),使用充电(Li离子预掺杂)膨胀完成的活性物质粉体进行负极电极板冲压成型,使用该负极板制作的实施例1~18的电池中,与未进行这种负极板的制作方式的比较例1和比较例3~4的电池相比,得到500次循环时的容量维持率高、容量维持率额定容量比50%时的初始状态比较的负极厚度膨胀率低的结果。另外,该趋势在提高了SiO比率的系统中也能够得到相同的结果。

在实施例1~18的电池中,作为硅系材料使用了SiO(硅氧化物),但即使是金属硅、硅氟化物、或者硅合金或它们中的至少两种的混合物,也能够得到相同的结果。其结果可以认为是,由于使用利用基于锂离子预掺杂的充电膨胀完成的活性物质粉体进行了负极电极冲压成型的负极板,因此伴随组装电池充放电时的活性物质膨胀收缩的充放电所导致的负极厚度变化减少,合剂层从集电箔剥离、或活性物质孤立之类的应力减小,集电性能得到维持。另外,可以认为尽可能使活性物质充电膨胀之后进行冲压成型的做法使得循环时的电极厚度变动小,循环特性良好。

另外,关于电解质浓度,如表1所示,“负极合剂中”/“除负极以外的电池内所存在的电解液中”之比在优选为大于1且2.5以下时,充放电循环特性良好,且更优选为1.2以上且2.0以下。

进一步可知,由于通过上述预掺杂方法,负极的不可逆容量部分的锂离子已经被消耗,补充了不可逆容量部分的容量,因此在组装的电池充电后直到0V电压为止的深放电中,与未补充不可逆容量部分的容量的电池相比,电压0V时负极电位(=正极电位)向低侧即低电位侧移动,所以负极电位低于罐材料的溶解电位,因此不溶解,不会产生椭圆状或平台状的峰。

在实施例1~18中,集中说明了使用以铁为母材的镀镍罐的情况,但作为其它外包装罐,使用铝制、不锈钢制的罐,另外使用铝或不锈钢箔的层压部件作为外包装部件,本技术也能够得到相同的效果。如上所述,本技术涉及的非水电解质二次电池例如是圆筒型、方型锂离子二次电池或层叠膜型锂离子二次电池。

在圆筒型中,通常使用以铁为母材的镀镍罐,且针对以下特征进行了描述:在电压0V区域处的深放电时放电曲线中,没有预掺杂的比较例1或4产生椭圆状或平台状的峰,而有预掺杂的实施例1~18不产生上述峰。

在方型中,除了上述以铁为母材的镀镍罐以外,还使用铝罐、不锈钢罐。在铝罐的情况下,罐侧为正极,因此不会产生上述峰。在不锈钢罐的情况下,罐侧为负极,但不锈钢的溶解电位远高于电压0V时约3.35V(Li/Li+)左右的负极电位,因此不溶解,同样地不产生椭圆状或平台状的峰。

在层叠膜型中,由于铝、不锈钢箔被绝缘膜覆盖并成型,因此正极或负极与层叠体绝缘,与作为外包装部件的层叠体内的铝、不锈钢之类的金属不发生反应,同样地,不产生椭圆状或平台状的峰。

因此,本技术涉及的非水电解质二次电池例如包括电池罐,所述电池罐具备含有铁的母材且母材经镀镍,在通过达到电池电压0V的电流速率0.001ltA的深放电而得到的放电曲线中,在电池电压为0.5至0V的区域不存在椭圆状或平台状的峰。

以下,列举应用例1~5对本技术进行更具体说明。

<应用例1:印刷电路基板>

如图11所示,上述非水电解质二次电池可以与充电电路等一起安装在印刷电路基板1202(Print circuit board,以下称为“PCB”。)上。例如,可以通过回流焊工序在PCB1202上安装二次电池(非水电解质二次电池)1203和充电电路等电子电路。将在PCB1202上安装有二次电池(非水电解质二次电池)1203和充电电路等电子电路的部件称为电池模块1201。电池模块1201根据需要可以构成为卡型,构成为可携带的卡型移动电池。

在PCB1202上还形成有充电控制IC(Integrated Circuit:集成电路)1204、电池保护IC1205及电池剩余量监测IC1206。电池保护IC1205控制充放电动作,以便在充放电时充电电压不会变得过大、不会因负载短路而流通过电流或者不会发生过放电。

USB(Universal Serial Bus:通用串行总线)接口1207安装于PCB1202。利用通过USB接口1207供给的电力,对二次电池(非水电解质二次电池)1203充电。在该情况下,通过充电控制IC1204控制充电动作。进一步地,从安装于PCB1202的负载连接端子1208a和1208b向负载1209供给规定电力(例如,电压为4.2V)。通过电池剩余量监测IC1206监测二次电池(非水电解质二次电池)1203的电池剩余量,且以从外部可知的方式进行表示电池剩余量的显示(未图示)。此外,为了负载连接,也可以使用USB接口1207。

上述负载1209的具体示例如下。

A.可穿戴式设备(运动手表、手表、助听器等)、

B.loT终端(传感器网络终端等)、

C.娱乐设备(便携式游戏终端、游戏控制器)、

D.IC基板嵌入式电池(实时时钟IC)、

E.环境发电设备(太阳能发电、热电发电、振动发电等发电元件用的蓄电元件)。

<应用例2:通用***>

当前,许多人携带有多张***。然而,存在***的张数越多则丢失、被盗等危险性越大的问题。因此,将多张***、积分卡等的功能集成到一张卡中的被称为通用***的卡正在投入使用。由于在该卡中例如能够读入各种***、积分卡的编号和有效期限等信息,因此只要将一张卡放在钱包等中,就能够随时选择并使用喜欢的卡。

图12示出通用***1301的结构的一例。具有卡型形状,内置有IC芯片及本技术涉及的非水电解质二次电池(未图示)。进一步地,设有低电力消耗的显示器1302及操作部例如方向键1303a和1303b。进一步地,充电用端子1304设置于通用***1301的表面。

例如,用户可以边看显示器1302边操作方向键1303a和1303b以指定预先加载到通用***1301中的***等。当预先加载多个***时,在显示器1302上显示表示各***的信息,用户可以通过操作方向键1303a和1303b来指定期望的***。之后,可以与常规***一样地使用。需要注意的是,上述只是一个例子,本技术涉及的非水电解质二次电池当然也能够应用于通用***1301以外的所有电子卡。

<应用例3:腕带式电子设备>

可穿戴式终端的一个例子是腕带式电子设备。其中,腕带式活动量计也被称为智能手环,只要缠绕在手臂上就可以获取步数、移动距离、消耗卡路里、睡眠量、心率等与人的活动有关的数据。进一步地,也可以通过智能电话管理获取到的数据。进一步地,可以具备邮件的收发功能,例如,使用具有通过LED(Light Emitting Diode:发光二极管)灯和/或振动来通知用户邮件接收的通知功能的设备。

图13和图14示出例如测量脉搏的腕带式活动量计的一例。图13示出腕带式活动量计1501的外观的结构例。图14示出腕带式活动量计1501的主体部1502的结构例。

腕带式活动量计1501是通过光学方式测量被检者的例如脉搏的腕带式测量装置。如图13所示,腕带式活动量计1501由主体部1502和带1503构成,像手表那样,带1503被佩戴在被检者的手臂(手腕)1504上。而且,主体部1502将规定波长的测量光照射到包括被检者的手臂1504的脉搏的部分,并基于返回来的光的强度,进行被检者的脉搏的测量。

主体部1502包括基板1521、LED1522、受光IC1523、遮光体1524、操作部1525、运算处理部1526、显示部1527及无线装置1528。LED1522、受光IC1523及遮光体1524设置在基板1521上。LED1522在受光IC1523的控制下,将规定波长的测量光照射到包括被检者的手臂1504的脉搏的部分。

受光IC1523接收测量光被照射到手臂1504后返回来的光。受光IC1523生成表示返回来的光的强度的数字测量信号,并将生成的测量信号供给到运算处理部1526。

遮光体1524在基板1521上设置在LED1522与受光IC1523之间。遮光体1524防止来自LED1522的测量光直接入射到受光IC1523。

操作部1525例如由按钮、开关等各种操作部件构成,设置于主体部1502的表面等。操作部1525用于操作腕带式活动量计1501,并将表示操作内容的信号供给到运算处理部1526。

运算处理部1526基于从受光IC1523供给的测量信号,进行用于测量被检者的脉搏的运算处理。运算处理部1526将脉搏的测量结果供给到显示部1527及无线装置1528。

显示部1527例如由LCD(Liquid Crystal Display:液晶显示器)等显示装置构成,设置于主体部1502的表面。显示部1527显示被检者的脉搏的测量结果等。

无线装置1528通过规定方式的无线通信,将被检者的脉搏测量结果发送到外部装置。例如,如图14所示,无线装置1528将被检者的脉搏的测量结果发送到智能电话1505,并在智能电话1505的画面1506上显示测量结果。进一步地,测量结果的数据由智能电话1505管理,测量结果可以通过智能电话1505浏览,或者保存在网络上的服务器中。此外,无线装置1528的通信方式可以采用任何方式。此外,受光IC1523也可以用于在被检者的手臂1504以外的部位(例如手指、耳垂等)处测量脉搏的情况。

上述腕带式活动量计1501通过受光IC1523的信号处理,可以消除身体活动的影响,正确地测量被检者的脉波及脉搏。例如,即使被检者进行跑步等激烈的运动,也可以正确地测量被检者的脉波及脉搏。另外,例如,在被检者长时间佩戴腕带式活动量计1501进行测量的情况下,也可以去除被检者的身体活动的影响,正确地持续测量脉波及脉搏。

另外,通过削减运算量,可以降低腕带式活动量计1501的电力消耗。其结果,例如,可以在不进行充电或电池的更换的情况下,将腕带式活动量计1501长时间佩戴在被检者上进行测量。

此外,例如在带1503内收纳有薄型电池作为电源。腕带式活动量计1501具备主体的电子电路和电池包。例如具有由用户自由拆装电池包的结构。电子电路是包括在上述主体部1502中的电路。可以在使用非水电解质二次电池作为电池的情况下应用本技术。

在图15中示出腕带式电子设备1601(以下,简称为“电子设备1601”。)的外观的结构例。

电子设备1601例如是可自由拆装于人体的手表型所谓的可穿戴式设备。电子设备1601例如具备佩戴于手臂的带部1611、显示数字、文字、图案等的显示装置1612及操作按钮1613。在带部1611上形成有多个孔部1611a和形成于内周面(佩戴电子设备1601时与手臂接触的一侧的面)侧的突起1611b。

在使用状态下,电子设备1601如图15所示被弯折成使得带部1611为大致圆形,突起1611b***孔部1611a,从而佩戴在手臂上。通过调整***突起1611b的孔部1611a的位置,能够对应于手臂的粗细来调整直径的大小。在电子设备1601未使用的状态下,从孔部1611a拆下突起1611b,将带部1611保持为大致平坦的状态。本技术的一种实施方式涉及的传感器例如设置在整个带部1611上。

<应用例4:智能手表>

智能手表具有与现有手表的设计相同或相似的外观,与手表同样地佩戴在用户的手腕上而使用,且具有通过在显示器上显示的信息来向用户通知电话呼入、电子邮件的接收等各种消息的功能。进一步地,也提出了具有电子货币功能、活动量计等功能的智能手表。智能手表在电子设备的主体部分的表面安装有显示器,在显示器上显示各种信息。另外,智能手表例如也可以通过与通信终端(智能电话等)进行蓝牙(注册商标)等近距离无线通信,从而与通信终端等的功能、内容等进行协作。

作为智能手表中的一种,提出具备呈带状连结的多个段、配置于多个段内的多个电子部件以及将多个段内的多个电子部件连接并呈弯折形状配置在至少一个段内的柔性电路基板的智能手表。通过具有这种弯折形状,即使带弯曲,柔性电路基板也不会被施加应力,可防止电路切断。另外,能够在安装于该手表主体的带侧的段中而不是构成手表主体的壳体中内置电子电路部件,且无需对手表主体侧进行改变,能够构成与常规手表的设计相同设计的智能手表。另外,本应用例的智能手表能够进行电子邮件或来电等的通知、用户的行动历史记录等日志记录、通话等。另外,智能手表具备作为非接触式IC卡的功能,能够以非接触方式进行结算、认证等。

本应用例的智能手表在金属制的带内内置有进行通信处理和通知处理的电路部件。为了在使金属制的带薄型化的同时作为电子设备发挥功能,带构成为连结多个段,在各段中收纳有电路基板、振动马达、电池、加速度传感器。各段的电路基板、振动马达、电池、加速度传感器等部件通过柔性印刷电路基板(FPC)连接。

图16示出智能手表的整体结构(分解立体图)。带式电子设备2000是安装于手表主体3000的金属制的带,且佩戴于用户的手臂。手表主体3000具备显示时刻的表盘3100。手表主体3000也可以代替表盘3100而通过液晶显示器等以电子方式显示时刻。

带式电子设备2000是连结多个段2110~2230的结构。在手表主体3000的一个带安装孔中安装段2110,在手表主体3000的另一个带安装孔中安装段2230。在本示例中,各段2110~2230由金属构成。

(段的内部的概要)

图17示出带式电子设备2000的内部结构的一部分。例如示出三个段2170、2180、2190、2200、2210的内部。在带式电子设备2000中,在连续的五个段2170~2210的内部配置有柔性电路基板2400。在段2170内配置各种电子部件,在段2190、2210中配置本技术涉及的电池2411、2421,且这些部件通过柔性电路基板2400电连接。段2170和段2190之间的段2180具有较小的尺寸,且配置有弯折状态的柔性电路基板2400。在段2180的内部,柔性电路基板2400以被防水部件夹着的状态配置。此外,段2170~2210的内部为防水结构。

(智能手表的电路结构)

图18是示出带式电子设备2000的电路结构的框图。带式电子设备2000的内部电路是独立于手表主体3000的结构。手表主体3000具备使配置在表盘3100上的指针旋转的机芯部3200。在机芯部3200中连接有电池3300。这些机芯部3200和电池3300内置在手表主体3000的壳体内。

连接到手表主体3000的带式电子设备2000在三个段2170、2190、2210中配置有电子部件。在段2170中,配置有数据处理部4101、无线通信部4102、NFC通信部4104及GPS部4106。天线4103、4105、4107分别连接到无线通信部4102、NFC通信部4104、GPS部4106。各个天线4103、4105、4107被配置在段2170的后述狭缝2173附近。

无线通信部4102例如根据蓝牙(注册商标)标准与其它终端进行近距离无线通信。NFC通信部4104根据NFC标准与邻近的读取器/写入器进行无线通信。GPS部4106是通过接收来自称为GPS(Global Positioning System:全球定位系统)的系统的卫星的电波来测定当前位置的定位部。由这些无线通信部4102、NFC通信部4104、GPS部4106得到的数据被供给到数据处理部4101。

另外,在段2170中配置有显示器4108、振动器4109、运动传感器4110及语音处理部4111。显示器4108和振动器4109用作向带式电子设备2000的佩戴者进行通知的通知部。显示器4108由多个发光二极管构成,通过发光二极管的点亮、熄灭来通知用户。多个发光二极管例如配置在段2170的后述狭缝2173的内部,通过点亮、熄灭来通知电话呼入或电子邮件的接收。作为显示器4108,也可以使用显示文字、数字等的类型的显示器。振动器4109是使段2170振动的部件。带式电子设备2000通过由振动器4109引起的段2170的振动,通知电话呼入、电子邮件的接收等。

运动传感器4110检测佩戴有带式电子设备2000的用户的活动。作为运动传感器4110,可使用加速度传感器、陀螺仪传感器、电子罗盘、气压传感器等。另外,段2170可以内置有除运动传感器4110以外的传感器。例如,可以内置有用于检测佩戴了带式电子设备2000的用户的脉搏等的生物传感器。麦克风4112和扬声器4113连接到语音处理部4111,语音处理部4111进行与通过无线通信部4102的无线通信而连接的对方通话的处理。另外,语音处理部4111也可以进行用于语音输入操作的处理。

而且,在段2190中内置有电池2411,在段2210中内置有电池2421。电池2411、2421可以由本技术涉及的非水电解质二次电池构成,且向段2170内的电路供给驱动用的电源。段2170内的电路和电池2411、2421通过柔性电路基板2400(图17)连接。此外,虽未在图26中示出,但段2170具备用于对电池2411、2421充电的端子。另外,在段2190、2210中也可以配置除电池2411、2421以外的电子部件。例如,段2190、2210也可以具备控制电池2411、2421的充放电的电路。

<应用例5:眼镜型终端>

以下说明的眼镜型终端可以在眼前的风景上叠加显示文本、符号、图像等信息。即,搭载有透射式眼镜型终端专用的轻量且薄型的图像显示装置显示器模块。作为代表性的例子,有头部佩戴式显示器(头戴式显示器(HMD))。

该图像显示装置包括光学引擎和全息导光板。光学引擎使用微显示透镜发射图像、文本等的影像光。该影像光入射到全息导光板。全息导光板在透明板的两端部安装有全息光学元件,使来自光学引擎的影像光在像厚度1mm这样的非常薄的透明板中传播而到达观察者的眼睛。通过这种结构,实现了透射率例如为85%的厚度3mm(包括导光板前后的保护板)的透镜。通过这种眼镜型终端,可以在观看体育比赛中实时地观看运动员、团队的成绩等,也可以显示旅行目的地的观光指南。

关于眼镜型终端的具体示例,如图19所示,图像显示部构成为眼镜型。即,与普通眼镜同样地,具有用于将右图像显示部5001和左图像显示部5002保持在眼睛前面的框架5003。框架5003包括配置在观看者的正面的前部5004和经由铰链转动自如地安装到前部5004的两端的两个镜腿部5005、5006。框架5003由金属、合金、塑料、它们的组合之类的与构成普通眼镜的材料相同的材料制成。此外,也可以设置耳机部。

右图像显示部5001和左图像显示部5002配置成分别位于使用者的右眼前面和左眼前面。镜腿部5005、5006将右图像显示部5001和左图像显示部5002保持在使用者的头部。在前部5004与镜腿部5005的连接部位处,在镜腿部5005的内侧配置有右显示驱动部5007。在前部5004与镜腿部5006的连接部位处,在镜腿部5006的内侧配置有左显示驱动部5008。

虽在图19中被省略,但本技术涉及的非水电解质二次电池、加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘、麦克风/扬声器等搭载于框架5003。进一步地,可安装摄像装置,使得能够拍摄静止图像/运动图像。进一步地,具备通过例如无线或有线接口与眼镜部连接的控制器。控制器设有触摸传感器、各种按钮、扬声器、麦克风等。进一步地,具有与智能电话的协作功能。例如可以灵活使用智能电话的GPS功能来提供与用户状况相应的信息。

本技术并不限定于上述各实施方式、各实施例及各应用例,可以在不脱离本技术主旨的范围内进行变更。

此外,只要是用于非水电解质二次电池的电极反应物质,就应不依赖于电极反应物质的种类而得到本技术的效果,因此即使改变该电极反应物质的种类也能够得到相同的效果。另外,化合物等的化学式是代表性的,只要是相同化合物的一般名称,就不限定于所记载的化合价等。

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