二次电池及电子设备的制作方法

本发明的一个方式涉及一种物品、方法或者制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition ofmatter)。本发明的一个方式涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、照明装置或电子设备或者它们的制造方法。尤其是，本发明的一个方式涉及可用于二次电池的正极活性物质、二次电池、包括二次电池的电子设备以及包括二次电池的车辆。另外，本发明的一个方式涉及一种包括二次电池及电池控制电路的蓄电系统。另外，本发明的一个方式涉及一种包括蓄电系统的电子设备及车辆。注意，在本说明书中，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件以及装置。例如，锂离子二次电池等蓄电池(也称为二次电池)、锂离子电容器及双电层电容器等都包括在蓄电装置的范畴内。注意，在本说明书中，电子设备是指具有蓄电装置的所有装置，具有蓄电装置的电光装置、具有蓄电装置的信息终端装置等都是电子设备。

背景技术：

1、近年来，以锂离子二次电池、锂离子电容器或空气电池为代表的各种蓄电装置的研究开发日益火热。尤其是，随着以移动电话、智能手机、平板电脑或笔记本个人计算机为代表的便携式信息终端、便携式音乐播放机、数码相机、医疗设备、新一代清洁能源汽车(混合动力汽车(hv)、电动汽车(ev)或插电式混合动力汽车(phv))等的半导体产业的发展，高输出、高能量密度的锂离子二次电池的需求量剧增，作为能够充电的能量供应源，成为现代信息化社会的必需品。

2、专利文献1公开了可弯曲二次电池。

3、[先行技术文献]

4、[专利文献]

5、[专利文献1]日本专利申请公开第2015-130650号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的技术问题

2、近年来，对使用者携带的电子设备或使用者穿戴的电子设备的开发非常活跃。

3、使用者携带的电子设备或使用者穿戴的电子设备将作为蓄电装置的一个例子的一次电池或二次电池用作电源而工作。对使用者携带的电子设备期待可长时间利用，因此可以使用大容量的二次电池。但是当将大容量的二次电池内置于电子设备时，因为大容量的二次电池体积较大，所以有重量及体积大的问题。于是，对能够内置于携带的电子设备的小型或薄型且大容量的二次电池进行了开发。

4、此外，一些随身携带的电子设备具有可折叠的结构以实现小型化。大多数情况下，在可折叠的电子设备中，以以铰链部为代表的折叠区域为边界包括多个框体。

5、在现有技术中，由于在以铰链部为代表的折叠区域中不能配置二次电池，在对可折叠器件与不可折叠器件进行比较时，即使使用相同大小的电子设备，可内置的二次电池的容量也不同。在现有技术中，可对折的可折叠器件以折叠区域为边界，将一个或多个不可弯曲的二次电池分别内置在一个或多个框体中。在一个框体中仅配置一个不可弯曲的二次电池的情况下，难以增大二次电池的容量。此外，在将多个不可弯曲的二次电池分别内置在多个框体中的情况下，部件个数增加，例如，当内置用来控制多个二次电池间的平衡的控制电路或连接电路时，难以实现小型化。

6、于是，本发明的一个方式的目的之一是提供一种适用于可折叠或可弯曲的电子设备的可弯曲二次电池。

7、此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种充放电循环特性良好的锂离子二次电池及其制造方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种安全性或可靠性高的二次电池及其制造方法。

8、注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。注意，可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。

9、解决技术问题的手段

10、在可折叠电子设备中，使用者可以在折叠状态下进行二次电池的充电并在展开状态下使用该电子设备来进行二次电池的放电。因此，假设将可弯曲二次电池安装在可折叠电子设备，提供一种至少可以在弯曲状态下进行充电的二次电池。

11、采用如下结构以形成可弯曲电池：使用经过压花加工的外包薄膜，使叠层体在其内部滑动。优选的是，使用进行了单面涂敷的集流体并以没有进行涂敷的集流体的表面彼此接触的方式层叠，由此可以形成弯曲时叠层体更易滑动的结构。

12、此外，可反复弯曲的电池有如下问题：由于采用使片状的集流体滑动的结构，电极间整体发生错位，正极活性物质和负极活性物质的相对位置发生错位。

13、图17a是示出简化二次电池110的结构的一部分的截面示意图。图17a示出层压型二次电池的截面示意图，电极143的叠层体112容纳在外包装体111中。图17a示出如下二次电池110：作为负极活性物质使用石墨并使用双面涂敷的负极集流体及双面涂敷的正极集流体。在作为负极活性物质使用石墨的情况下，在充放电时发生锂离子的嵌入或脱离，由此发生应力变化。参照图17b说明正极活性物质层118a与负极活性物质层119a错位引起的问题之一。如图17b所示，负极在制造时就被设计为比正极的面积大。图17b是使用双面涂敷的集流体的例子。注意，为了简化起见，未示出正极活性物层118b和负极活性物质层119b中的正极活性物质粒子和石墨粒子。在锂离子二次电池充放电的过程中，如图17c中的箭头所示，锂离子在正极与负极间直线移动。此外，双面涂敷的负极集流体166与双面涂敷的正极集流体164之间包括隔离体65。

14、图17b示出现有二次电池的示意截面图。使用以石墨代表为的负极活性物质释放锂离子，锂离子直线移动到具有层状结构的正极活性物质。另外，当使二次电池110弯曲时，电极整体滑动，滑动界面形成在隔离体65与正极(图中的正极活性物层118a)之间。另外，有时滑动界面形成在隔离体65与负极(负极活性物层119a)之间。注意，在使用双面涂敷的集流体的二次电池110弯曲时，正极滑动，在其滑动部分中，释放的锂离子不会移动到原来的位置(容纳于石墨的锂离子脱离的位置)，或者释放的锂离子移动到不同的位置。图17c及图17d示出更详细的模型图，图17c示出滑动前充电时的锂离子的移动位置的对应关系，图17d示出滑动后放电时的锂离子的移动位置的对应关系。理想情况下，优选在充电和放电时锂离子都以最短距离在正极所在的位置与负极所在的位置之间来回直线移动。如图17c所示，锂离子从正极活性物质1(p1)移动到负极活性物质1(n1)、从正极活性物质2(p2)移动到负极活性物质2(n2)并从正极活性物质3(p3)移动到、负极活性物质3(n3)。然而，由于充电或放电时的弯曲导致正极或负极错位，其结果是，锂离子的嵌入量或脱离量产生不均匀和电位偏差。例如，如图17d所示，由于弯曲，正极活性物质和负极活性物质的相对位置滑动，当锂离子从负极活性物质1(n1)移动到正极活性物质2(p2)、从负极活性物质2(n2)移动到正极活性物质3(p3)并从负极活性物质3(n3)移动到正极活性物质4(p4)时，有时锂离子可能无法移动到正极1。

15、为了解决这种问题，作为负极不使用石墨而使用锂金属膜。作为负极使用锂金属膜时，由于负极的电位(吸留锂离子的电位)总是在0v附近，所以不产生电位偏差。此外，作为负极使用锂金属膜时，即使放电时的锂吸留量产生偏差，通过释放原来的锂，可以稳定地进行充放电。此外，与使用石墨的二次电池相比，正极和负极的电位差上升约0.1v，由此，能量密度变高。

16、此外，在作为负极使用石墨的二次电池的情况下，通过锂离子嵌入石墨层间或从石墨层间脱离来进行充放电，但是在作为负极使用锂金属膜时，会有金属锂析出。另外，在作为负极使用锂金属膜时锂离子的量较多，因此放电时嵌入正极活性物质的锂离子量容易变得均匀。因此，即使因充电中的弯曲或放电中的弯曲使集流体滑动，只要是锂金属膜，几乎不产生电位偏差。另外，在使用石墨时，由于锂离子的嵌入和脱离时产生应力并发生体积膨胀，导致劣化进展。另一方面，在作为负极使用锂金属膜时会产生析出，因此产生的应力较少。

17、通过蒸镀法或溅射法在负极集流体的一个面上沉积锂金属膜，以两个负极集流体的没有进行沉积的面彼此接触的方式构成叠层体。

18、此外，为了防止正极及负极间的短路，优选在正极和负极之间设置隔离体。

19、本说明书中所公开的发明是一种包括正极集流体、隔离体以及负极集流体的叠层体被外包装体围绕的二次电池，该二次电池包括可弯曲的弯曲部，负极集流体上包括负极活性物质层，负极活性物质层包括锂膜。另外，为了提高可靠性，优选减少二次电池被弯曲的部分，与使其整体弯曲的情况相比，优选的是具有部分弯曲的弯曲部。此外，弯曲部不局限于一个，也可以设置多个。为了减少二次电池的弯曲部分，利用框体或铰链使二次电池仅在特定部分(弯曲部)弯曲。

20、作为负极活性物质层的锂膜的厚度范围为100nm以上且10μm以下。此外，由于作为负极不使用导电助剂及粘合剂，可以比使用石墨的情况更薄。在作为负极使用石墨并使用导电助剂及粘合剂形成负极活性物质层的情况下，在集流体的一个表面上以100μm左右的厚度形成锂膜。

21、此外，在上述各结构中，负极活性物质层是通过蒸镀法或溅射法形成的锂金属薄膜。

22、此外，在上述各结构中，叠层体包括第一负极集流体以及与第一负极集流体接触的第二负极集流体的叠层。第一负极集流体与第二负极集流体重叠且其一部分通过超声波焊接而被固定，该部分还与引线电极的一部分也重叠而固定而分别被导通。

23、此外，在上述各结构中，用于正极活性物质层的正极活性物质材料没有特别的限制。作为正极活性物质材料，不局限于以锂钴氧化物为代表的由limxoy(x>0且y>0，更具体而言，例如由y＝2且0.8<x<1.2)表示的锂复合氧化物，本发明的一个方式还可以应用于由linixco1-xo2(0<x<1)表示的nico类、由limxoy表示的锂复合氧化物诸如由linixmn1-xo2(0<x<1)表示的nimn类等。此外，还可以应用于由linixcoymnzo2(x>0，y>0，0.8<x+y+z<1.2)表示的nicomn类(也记作ncm)。具体而言，例如优选满足0.1x<y<8x且0.1x<z<8x。作为一个例子，x、y及z优选满足x：y：z＝1：1：1或其附近的值。或者，作为一个例子，x、y及z优选满足x：y：z＝5：2：3或其附近的值。或者，作为一个例子，x、y及z优选满足x：y：z＝8：1：1或其附近的值。或者，作为一个例子，x、y及z优选满足x：y：z＝6：2：2或其附近的值。或者，作为一个例子，x、y及z优选满足x：y：z＝1：4：1或其附近的值。

24、因为ncm的不可逆容量较大，所以与作为负极使用石墨的情况相比，作为负极使用锂金属更有用。

25、此外，还可以应用于具有层状岩盐型晶体结构的锂复合氧化物诸如li2mno3、li2mno3-limeo2(me为co、ni、mn)等。

26、发明效果

27、根据本发明的一个方式可以提供一种最适合可折叠电子设备的二次电池。

28、注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。注意，本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。另外，说明书、附图以及权利要求书等的记载中显然存在上述效果以外的效果，可以从说明书、附图以及权利要求书等的记载中获得上述效果以外的效果。