CN114512746A - 电池及电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够安全变形的电池。提供一种能够弯曲且厚度大的电池。本发明提供一种容量大的电池。作为电池的外包装体使用一个方向上的周期波状薄膜。在由外包装体围绕的区域中且在电极叠层体的没有固定的端部与外包装体的内壁之间设置空间。再者，夹着电极叠层体的外包装体的一对部分的波的相位错开。尤其是，以峰线彼此重叠且谷线彼此重叠的方式使相位错开180度。

Description

电池及电池的制造方法
本申请的如下发明专利申请的分案申请：
发明名称：电池及电池的制造方法；申请日：2016年10月14日；申请号：201680063174.X。
技术领域
本发明的一个方式涉及一种电池。本发明的一个方式涉及一种能够弯曲的电池。本发明的一个方式涉及一种电池的外包装体。
注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。作为本说明书等所公开的本发明的一个方式的技术领域的例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置、输入输出装置、这些装置的驱动方法以及这些装置的制造方法。
背景技术
近年来，对以智能手机为代表的便携式信息终端的开发活跃。使用者期待作为电子设备的一种的便携式信息终端是轻质小型的。对使用者佩戴而使用的可穿戴终端的开发也发展。
在很多情况下，可穿戴设备及便携式信息终端等设备包括可以反复充放电的二次电池。因为这些设备需要是轻质小型的，所以有其中使用的二次电池的容量必然小，产生设备操作时间受限制的问题。安装在这些设备中的二次电池应该是轻质小型的，并且应该能够长时间使用。
专利文献1公开了一种将较薄且具有柔性的薄膜状的材料用作外包装体的柔性高的电池。
[参考文献]
[专利文献]
[专利文献]
[专利文献1]PCT国际公开第2012/140709号
发明内容
但是，当使用专利文献1所公开的技术制造柔性电池时，若电池的厚度不小(例如400μm以下)，则在使电池弯曲时外包装体有可能损伤。另一方面，这样薄的电池不具有充分的容量。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够安全变形的电池。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够弯曲且厚度大的电池。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种容量大的电池。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的电池。另外，本发明的一个方式的目的之一是以低成本制造电池。
注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。另外，可以从说明书等的记载抽取上述以外的目的。
本发明的一个方式是一种包括叠层体以及外包装体的电池。外包装体具有薄膜状的形状，并在外包装体的相对部分之间夹着叠层体对折。外包装体包括一对第一部分、第二部分、一对第三部分及第四部分。一对第一部分互相重叠，且第一部分的每一个由第二部分、一对第三部分及第四部分围绕且包括与叠层体重叠的部分。第二部分是位于一对第一部分之间的弯折部分。一对第三部分是以夹着第一部分的每一个的方式对置的在与第二部分交叉的方向上延伸的带状部分。第四部分是夹着第一部分位于与第二部分相反一侧的带状部分。外包装体在第三部分及第四部分接合。在由外包装体围绕的区域中，叠层体与第二部分不接触，而在叠层体与第二部分之间有空间。
优选的是，在外包装体的平面时，第三部分的每一个的延伸方向的长度比平行于第三部分的延伸方向的方向上的第一部分的一个、第二部分及第四部分的总长度长。
优选的是，第一部分的每一个具有互相平行的多个峰线及多个谷线交替配置的波形形状，并且第三部分是平坦的。
优选的是，第一部分的每一个具有离第二部分越近，波周期越长且波振幅越小的区域。
优选的是，外包装体的一对第一部分具有一个第一部分的峰线与另一个第一部分的谷线不重叠的区域。尤其优选的是，一对第一部分具有峰线彼此重叠且谷线彼此重叠的区域。
优选的是，第二部分不具有波形形状。
优选的是，一个峰线位于第一部分的离第二部分最近的谷线与第二部分之间。
优选的是，在电池为伸直的状态下，由外包装体围绕的区域中的叠层体的第二部分一侧的端部与外包装体的内侧表面的距离在叠层体的厚度为2t时为π×t以上。
本发明的一个方式是一种在由外包装体围绕的区域具有叠层体的电池的制造方法。该方法包括下述第一至第三步骤。第一步骤是准备互相平行的多个峰线及多个谷线交替配置，多个峰线以等间距配置的加工为波状的薄膜状的外包装体的步骤。第二步骤是将外包装体的一部分在垂直于峰线及谷线的方向上折叠180度以夹着叠层体的步骤。第三步骤是将位于叠层体的外侧且在垂直于峰线及谷线的方向上延伸的带状外包装体的其他一部分接合的步骤。在第三步骤中，接合外包装体，以便使其一部分成为平坦，且在外包装体的与叠层体重叠的部分，离外包装体的折叠部分越近多个峰线的距离越大。
优选的是，在第一步骤之后且第二步骤之前，进行对外包装体进行加工以便外包装体的平行于峰线及谷线的方向上延伸的带状部分成为平坦的第四步骤。优选的是，在第二步骤中，折叠外包装体的加工为平坦的部分。
优选的是，在第二步骤中，以使互相重叠的外包装体的峰线与谷线不重叠的方式折叠外包装体。尤其优选的是，在第二步骤中，以使互相重叠的外包装体的一个部分的峰线与另一个部分的峰线重叠且一个部分的谷线与一个部分的谷线重叠的方式折叠外包装体。
根据本发明的一个方式可以提供一种安全变形的电池。此外，根据本发明的一个方式可以提供一种能够弯曲且厚度大的电池。此外，根据本发明的一个方式可以提供一种容量大的电池。此外，根据本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的电池。另外，根据本发明的一个方式可以以低成本制造电池。
本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中抽取这些效果以外的效果。
附图说明
图1A至图1E示出实施方式的电池的结构例子；
图2A至图2C是实施方式的弯曲状态的电池的结构例子及模型图；
图3A及图3B示出实施方式的电池的制造方法；
图4A至图4E示出实施方式的电池的制造方法；
图5A至图5E示出实施方式的电池的制造方法；
图6A至图6F示出实施方式的电池的制造方法；
图7示出实施方式的电池的结构例子；
图8示出实施方式的薄膜的加工方法；
图9A至图9C示出实施方式的薄膜的加工方法；
图10A至图10E示出实施方式的电池的制造方法；
图11示出实施方式的电池的结构例子；
图12A至图12E示出实施方式的电池的结构例子；
图13A至图13C示出实施方式的电池的结构例子；
图14A至图14C示出实施方式的电池的结构例子；
图15A至图15C示出实施方式的电池的结构例子；
图16A至图16H示出实施方式的电子设备；
图17A至图17C示出实施方式的电子设备；
图18A及图18B示出实施方式的汽车；
图19A至图19D是实施例1的电池的外观照片；
图20A及图20B是实施例1的电池的X射线图像；
图21A及图21B是实施例1的电池的X射线图像；
图22A及图22B是实施例1的电池的X射线CT图像；
图23示出实施例2的薄膜的拉伸测试结果；
图24A及图24B示出实施例3的水分进入量的测量结果；
图25A及图25B示出实施例4的测量方法；
图26示出实施例4的使电池弯曲时需要的力的测量结果；
图27A至图27E示出实施例5的表带的制造方法；
图28A及图28B是示出实施例5的内藏电池的表带的照片；
图29A至图29C是示出实施例5的内藏电池的表带的照片；
图30A至图30C是实施例6的电池的X射线图像；
图31A至图31C是实施例6的电池的外观照片；
图32是实施例6的水分进入量的测量结果；
图33A1至图33B2示出实施例7的计算模型；
图34A及图34B示出实施例7的计算结果；
图35A及图35B示出实施例7的计算结果。
具体实施方式
参照附图对实施方式和实施例进行详细说明。注意，本发明不局限于下面说明。所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。
另外，在下面所说明的发明的结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。此外，当表示具有相同功能的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。
注意，在本说明书所说明的各个附图中，有时为了容易理解，夸大表示各构成要素的大小、层的厚度或区域。因此，本发明并不一定限定于附图中的尺寸。
在本说明书等中使用的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附记的，而不是为了在数目方面上进行限定的。
实施方式1
在本实施方式中，对本发明的一个方式的电池的结构例子及制造方法例子进行说明。
本发明的一个方式是能够弯曲的电池。作为电池的外包装体使用一个方向上周期波状的薄膜。通过使外包装体的形状为波形形状，由于可以通过外包装体的变形使波周期及波振幅变化而缓和使外包装体弯曲时的应力，由此可以防止外包装体损伤。
在本发明的一个方式的电池所包括的电极叠层体中，连接有接头(tab)等的部分被固定，在电极的其他部分彼此相对地错开。当使电池的外包装体弯曲时，电极叠层体可以以固定点为支点以各电极分别相对错开的方式变形。
本发明的一个方式在由外包装体围绕的区域中且在电极叠层体的没有被固定的端部与外包装体的内壁之间还包括空间。由于有该空间，因此在使电池弯曲时使电极叠层体错开，由此可以防止电极叠层体的部分与外包装体的内壁接触。在本发明的一个方式中，无论电极叠层体的厚度如何，都可以防止因电极叠层体的变形导致其与外包装体接触而造成的外包装体损伤。例如，即使电池的厚度大于400μm、是500μm以上或者是1mm以上，也可以安全地反复进行弯曲等变形。当然可以将本发明的一个方式适用于厚度为1μm以上且400μm以下的极薄的电池。
对电池的厚度没有限制，根据组装电池的电子设备所需要的容量或设备的形状等，采用适合于用途的厚度即可。例如，厚度为10mm以下，优选为5mm以下，更优选为4mm以下，进一步优选为3mm以下。
为了在电极叠层体与外包装体的内壁之间形成更大的空间，优选使夹着电极叠层体的外包装体的一对部分的波的相位错开。具体而言，优选的是，夹着电极叠层体的一对部分的一个的波的峰线不与另一个部分的波的谷线重叠。尤其优选的是，以外包装体的一对部分的波的峰线彼此重叠且波的谷线彼此重叠的方式夹着电极叠层体的一对外包装体的部分的波的相位错开180度。此时，可以形成确保电极叠层体与外包装体之间的距离最大的空间。与此相反，不优选的是，以一个部分的波的峰线与另一个部分的波的谷线重叠的方式使一对部分的波的相位一致。此时，所形成的空间的形状成为扭曲的形状，电极叠层体与外包装体之间的距离最小。
本发明的一个方式可以以如下方式制造，例如，平行于波的峰线及波的谷线的方向上对折薄膜以夹持电极叠层体，以至少使垂直于折叠部分的两个边成为平坦的方式加压加热，来进行接合。此外，优选以至少使薄膜的对置部分的之间的波的相位错开的方式折叠薄膜。尤其优选的是，以使波的相位错开180度的方式折叠薄膜。
这里，夹着电极叠层体的外包装体的一对部分的波的相位有时在接合后会错开。在此情况下，优选在接合之后也至少在与折叠部分相邻的区域具有一对部分的波的相位不一致的部分。
由于接合，因此其间夹有电极叠层体的薄膜的两个边的长度比自然长度长。由此，在与电极叠层体重叠的部分产生垂直于波的峰线及波的谷线的方向上的拉伸力。另一方面，在与电极叠层体重叠的部分产生与上述拉伸力相反方向的抗力，由此保持波形形状。由于离折叠部分越近该抗力越弱，所以离折叠部分越近，以其波越延伸的方式外包装体变形。具体而言，以离折叠部分越近波周期越大且波振幅越小的方式，外包装体变形。通过上述机理，以接合部充分平坦的方式进行接合，因此可以在折叠部分与电极叠层体之间形成空间。
为了在外包装体的内壁与电极叠层体之间形成充分大的空间，薄膜的波形很重要。薄膜的波周期越小且波振幅越大，空间就越大。例如，优选使用如下长度的波状的薄膜：薄膜延伸时的长度为薄膜的自然长度的1.02倍以上，优选为1.05倍以上，更优选为1.1倍以上，2倍以下。只要波形至少在一个方向上具有反复波峰和波谷，就作为波形可以采用正弦曲线、三角波形形状、圆弧形状、矩形形状等各种形状。当波的波振幅大时，电池的体积有时变大，所以优选的是使波周期小，而使薄膜的自然长度与使薄膜延伸时的长度的比例变大。
为了形成充分的空间，接合条件也很重要。若接合得不够充分，则接合部不平坦而波动，有可能不能形成充分空间。此外，由于是在波的相位错开的状态下接合，所以若接合得不够充分，则有可能在使电池变形时在接合部产生间隙。但是，通过采用最优化的接合方法，就不会产生这种问题。接合的优选条件根据薄膜的材料或用来接合的粘合剂的材料等不同，例如在使用聚丙烯作为热熔粘合层时，在聚丙烯的熔点以上的温度下施加能够使波状压花形状平坦化的压力即可。此外，优选的是，与平行于波型压花形状的方向的接合部(进行顶密封的部分)相比，对与波型压花形状正交的接合部(进行侧密封的部分)施加更高的压力来进行接合。
根据本发明的一个方式可以自由地设计二次电池的形状，因此，例如，在使用具有曲面的二次电池时，可以提高电子设备整体的设计自由度，而可以提供具有各种各样的设计的电子设备。此外，当沿着具有曲面的电子设备的内侧表面设置二次电池，可以有效地利用电子设备内的空间，而不产生浪费。
再者，根据本发明的一个方式可以使二次电池的容量增大，因此可以以较低的充电频率长时间使用电子设备。
因此，可以提供一种具有新颖结构的电子设备。
以下，参照附图说明具体结构例子及制造方法例子。
[结构例子]
图1A是以下例示出的电池10的平面图。图1B是从图1A中的箭头所示的方向看时的图。图1C、图1D、图1E分别是沿着图1A中的A1-A2、B1-B2、C1-C2的截面示意图。
电池10包括外包装体11、位于由外包装体11围绕的区域的叠层体12、与叠层体12电连接并延伸到外包装体11的外侧的电极13a及电极13b。在由外包装体11围绕的区域中，除了叠层体12以外还包含电解质。
外包装体11具有薄膜形状，以在外包装体的相对部分之间夹着叠层体12的方式被对折。外包装体11包括夹着叠层体12的一对部分31、折叠部分32、一对接合部33、接合部34。一对接合部33是大致垂直于折叠部分32的方向上延伸的带状部分，并夹着部分31。接合部34是夹着部分31位于折叠部分32的相反一侧的带状部分。部分31也可以说是由折叠部分32、一对接合部33及接合部34围绕的区域。这里，在图1A等中，接合部34夹持电极13a及电极13b的一部分。
至少外包装体11的部分31的表面在一对接合部33的延伸方向上具有波峰和波谷反复的波形形状。换言之，部分31具有峰线21及谷线22交替出现的波形形状。在图1A等中，以点划线示出峰线21的顶部，以虚线示出谷线22的谷底部。
在平面中，接合部33的延伸方向的长度比平行于接合部33的延伸方向的方向上的外包装体11的接合部34、部分31及折叠部分32的总长度长。如图1A所示，从连接一对接合部33的折叠部分32一侧的端部的线以距离L1的部分折叠部分32的离接合部34最近的部分接近接合部34。
叠层体12至少具有交替层叠正极及负极的结构。叠层体12也可以称为电极叠层体。此外，也可以设置隔离体以便分开正极与负极。这里，叠层体12中的叠层数越多，电池10的容量越大。将在后面详细说明叠层体12。
这里，叠层体12的厚度例如为200μm以上且9mm以下，优选为400μm以上且3mm以下，更优选为500μm以上且2mm以下，典型的是1.5mm左右。
如图1A、图1C、图1D所示，在由外包装体11围绕的区域，在叠层体12的离折叠部分32最近的端部与外包装体11的位于折叠部分32中的表面之间有空间25(也称为间隙或空隙)。这里，空间25的平行于接合部33的延伸方向的方向上的长度以距离d0表示。距离d0也可以称为叠层体12的离折叠部分32最近的端部与外包装体11的位于折叠部分32中的表面之间的距离。
叠层体12通过接合部34与延伸到由外包装体11围绕的区域内外的电极13a(及电极13b)接合。因此，也可以说叠层体12及外包装体11的相对位置被该接合部34固定。电极13a与叠层体12中的多个正极或多个负极接合，电极13b与不与电极13a接合的多个正极或多个负极接合。
此外，如图1A、图1C、图1D所示，外包装体11的部分31优选具有离折叠部分32越近波周期越大且波的波振幅越小的区域。当以具有这种结构的方式制造电池10时，空间25可以形成在由外包装体11围绕的区域。
如图1C、图1D所示，夹着叠层体12的一对部分31最优选为以其波的相位错开180度的方式对置。换言之，优选以峰线21彼此重叠且谷线22彼此重叠的方式夹着叠层体12折叠外包装体11。此时，可以实现具有理想形状的空间25。
[空间]
接着，对形成有空间25的电池10的弯曲形状进行说明。
图2A是示出简化电池10的结构的一部分的截面示意图。
这里，为了区别外包装体11的一对部分31，分别表示为部分31a、部分31b。同样地，部分31a、部分31b的各峰线和各谷线表示为峰线21a、峰线21b、谷线22a、谷线22b。
在图2A中，叠层体12具有层叠有五个电极43的结构。电极43对应于图1A中的电极41或电极42。多个电极43的相对位置固定在接合部34一侧的端部。叠层体12及外包装体11的相对位置被接合部34固定。
在由外包装体11围绕的区域，在折叠部分32的附近设置有空间25。这里，不使外包装体11弯曲时的电极43的折叠部分32一侧的端部与外包装体11的内壁的距离为距离d0。
电池10的中和面表示为中和面C。这里，中和面C对应于叠层体12所包括的五个电极43中的位于中央的电极43的中和面。
图2B是以点O为中心使电池10弯曲为圆弧形时的截面示意图。这里，以部分31a位于外侧且部分31b位于内侧的方式使电池10弯曲。
如图2B所示，位于外侧的部分31a以波的波振幅小且波周期大的方式变形。就是说，位于外侧的部分31a的峰线21a彼此之间的距离及谷线22a彼此之间的距离变大。另一方面，位于内侧的部分31b以波的波振幅大且波周期小的方式变形。就是说，位于内侧的部分31b的弯曲后的峰线21b彼此之间的距离及弯曲后的谷线22b彼此之间的距离变小。如此，通过使部分31a及部分31b变形，可以缓和施加到外包装体11的应力，由此可以使电池10弯曲而不损伤外包装体11。
如图2B所示，叠层体12以各多个电极43分别相对错开的方式变形。由此，缓和施加到叠层体12的应力，可以使电池10弯曲而不损伤叠层体12。在图2B中，电极43本身不因弯曲延伸。当使电极43的厚度相对弯曲的曲率半径充分小时，可以使施加到电极43本身的应力小。
叠层体12所包括的比中和面C靠近外侧的电极43的端部向接合部34一侧错开。
另一方面，比中和面C靠近内侧的电极43的端部向折叠部分32一侧错开。这里，位于最内侧的电极43的折叠部分32一侧的端部与外包装体11的内壁的距离从距离d0缩短为距离d1。这里，位于中和面C的电极43与位于最内侧的电极43的相对错开量假设为距离d2。距离d1相等于从距离d0减去距离d2而得到的值。
当弯曲之前的距离d0比弯曲后的距离d2小时，叠层体12的比中和面C靠近内侧的电极43会接触于外包装体11的内壁。由此，以下说明作为距离d0需要的值。
以下参照图2C进行说明。在图2C中，以虚线示出对应于中和面C的曲线，以实线示出对应于叠层体12的最内侧的面的曲线作为曲线B。
曲线C是半径r0的圆弧，曲线B是半径r1的圆弧。半径r0与半径r1之差假设为t。这里，t相等于叠层体12的厚度的一半。曲线C及曲线B的圆弧的长度相等。曲线C的中心角度假设为θ，曲线B的中心角度假设为θ+Δθ。
根据上述关系，以如下公式计算出相对曲线C的端部的作为曲线B的错开量的距离d2。
[公式1]
d2＝r1×Δθ
＝t×θ
这表示距离d2可以使用叠层体12的厚度及弯曲角度估算出，而不依赖于叠层体12的长度及弯曲的曲率半径等。
如上所述，通过使空间25的距离d0为距离d2以上，可以防止在使电池10弯曲时叠层体12与外包装体11接触。因此，在使厚度为2t的电池10弯曲而使用,并且在使电池10弯曲时的最大角度为角度θ的情况下，将空间25中的叠层体12与外包装体11的内壁的距离d0设定为t×θ以上。
例如，当使电池弯曲30度而使用时，将空间25的距离d0设定为πt/6以上的值。同样地，当使电池弯曲60度而使用时，将距离d0设定为πt/3以上的值，当使电池弯曲90度而使用时，将距离d0设定为πt/2以上的值，当使电池弯曲180度而使用时，将距离d0设定为πt以上的值。
例如，在电池10不用于卷绕等用途的情况下，将电池10的最大弯曲角度设想为180度。因此，在上述那样地使用电池10时，如将距离d0设为πt以上的值，优选比πt长，则可以将电池10用于任何设备。例如，在对折电池10而使用的情况等下，将电池10弯曲为V字状或U字状而安装于各种电子设备中。
当以环绕圆柱物体一周的方式卷绕电池10时，将空间25的距离d0设为2πt以上的值，因此可以使电池弯曲360度。当将以环绕圆柱物体一周以上的方式卷绕电池10时，根据该情况，将空间25的距离d0设定为适当的值。当使电池10变形为波纹状时，根据电池10的弯曲部分的方向及角度以及弯曲部分的数量，将空间25的距离d0设定为适当的值。
以上是空间25的说明。
[制造方法例子]
以下，对电池10的制造方法的一个例子进行说明。
首先，准备成为外包装体11的柔性薄膜。
薄膜优选使用耐水性、耐气体性高的材料。用作外包装体的薄膜优选使用层叠金属薄膜及绝缘物薄膜的叠层薄膜。作为金属薄膜，可以使用铝、不锈钢、镍钢、金、银、铜、钛、铬、铁、锡、钽、铌、钼、锆、锌等金属箔的金属或合金。作为绝缘物薄膜，可以使用由有机材料形成的塑料薄膜、包含有机材料(有机树脂或纤维等)及无机材料(陶瓷等)的混合材料薄膜、含碳无机膜(碳薄膜或石墨薄膜等)的单层薄膜或者包括一个或两个以上的上述薄膜的叠层薄膜。金属膜容易进行压花加工。当利用压花加工形成凸部时，暴露于外气的金属薄膜的表面积增大，所以散热效果好。
接着，对柔性薄膜进行压花加工等加工，形成具有波形形状的外包装体11。
薄膜的凸部及凹部可以利用压制加工(例如压花加工)形成。利用压花加工形成于薄膜的凸部及凹部形成由该薄膜密封的其内部容积是可变的密闭空间，其中该薄膜用作密封结构的壁的一部分。可以说因为薄膜具有波纹状结构或波纹管状结构所以形成该密闭空间。此外，使用薄膜的密封结构可以防止水及灰尘的进入。另外，不局限于压制加工之一的压花加工，也可以利用能够在薄膜的一部分上形成浮雕的方法。也可以组合上述方法，例如对一个薄膜进行压花加工及其他的压制加工。此外，也可以对一个薄膜进行一次以上的压花加工。
薄膜的凸部可以具有空心半圆形、空心半椭圆形、空心多角形或空心无定形。当采用空心多角形时，通过使用具有三个以上的角的多角形，可以降低集中在角处的应力，所以是优选的。
图3A示出如此形成的外包装体11的透视示意图的一个例子。外包装体11在电池10的外侧面具有多个峰线21及多个谷线22交替排列的波形形状。这里，相邻的峰线21及相邻的谷线22优选以等间距排列。
接着，以夹着预先准备的叠层体12的方式折叠外包装体11的一部分(图3B)。此时，优选以与叠层体12连接的电极13(电极13a或电极13b)露出到外侧的方式调整外包装体11的长度。此外，考虑到叠层体12的厚度，将外包装体11的突出于叠层体12的外侧的部分的宽度设定为充分长，这是因为突出部后面被用作接合部33及接合部34。
图3B示出夹着叠层体12的一对部分31以各自波的相位错开180度的方式配置的例子。就是说，图3B示出在一对部分31中以峰线21彼此重叠且谷线22彼此重叠的方式使外包装体11弯曲的状态。
这里，对外包装体11的折叠部分32的位置及形状进行说明。图4A是外包装体11的截面示意图。图4B至图4E分别示出图4A所示的点P1、P2、P3或P4为折叠位置时的折叠部分32的截面形状。注意，以下说明向图4A所示箭头方向折叠外包装体11的情况，下侧的面相当于电池10的外侧的面。在图4A中，向上侧突出的部分表示为谷线22，向下侧突出的部分表示为峰线21。
在图4B至图4E中，以阴影图案示出由折叠部分32部分地围绕的区域。这里，以外包装体11的波周期性无序的两个位置为边界，夹着这些部分的区域为折叠部分32。此外，在图4B至图4E中，由于夸大描述折叠部分32的形状，所以有时其周长描述得不够准确。
点P1与谷线22一致。如图4B所示，通过在点P1使外包装体11弯曲，折叠部分32可以为大致圆弧状。此外，通过在点P1使外包装体11弯曲，可以使对置的波的相位错开180度。
点P2与峰线21一致。如图4C所示，当在点P2使外包装体11弯曲时，折叠部分32可以具有大致圆弧状。此外，通过在点P2使外包装体11弯曲，可以使对置的波的相位错开180度。
点P3是位于峰线21与谷线22之间且比峰线21及谷线22的中点靠近峰线21的点。如图4D所示，由于点P3不与峰线21及谷线22一致，所以折叠部分32的形状是畸变的形状而不是上下对称的形状。此外，当在点P3使外包装体11弯曲时，可以使对置的波的峰线彼此之间、谷线彼此之间以及峰线与谷线都不一致。
点P4与峰线21及谷线22的中点一致。如图4E所示，当在点P4使外包装体11弯曲时，折叠部分32的形状为畸变严重的形状。具体而言，折叠部分32更容易向上侧或下侧突出。由此，在与突出部分相反一侧，不容易使叠层体12与外包装体11的内壁的距离大。
这里，作为在图4B至图4D中共同的事项是：一个峰线21位于部分31的离折叠部分32最近的谷线22与折叠部分32之间。尤其是，图4B示出折叠部分32的边界与波的峰线21一致的情况的例子。如此，以两个波的峰线21或其附近看作边界而使外包装体11弯曲，在折叠部分32及其附近的内侧能够确保厚度方向上大的空间。如上所述，当使电池10弯曲时，保持叠层体的位于最外侧的电极与外包装体11的内壁之间的距离是很重要的，通过采用图4B所示的形状，可以扩大该距离。
另一方面，在图4E中，在下面一侧，在部分31的离折叠部分32最近的谷线22与折叠部分32之间不存在峰线21。由此，在折叠部分32及其附近不容易在厚度方向上形成大的空间。
这里，外包装体11的成为折叠部分32的部分优选具有平坦形状而不具有波形形状。例如，如图5A所示，通过使用表面平坦的型51及型52夹持外包装体11对外包装体11施加压力或者通过在加热的同时施加压力，使外包装体11的一部分平坦化。
图5B示出如此使其一部分平坦化的外包装体11的截面示意图。这里，以连接峰线21的方式使外包装体11的一部分平坦化。
图5C是在所形成的平坦部中央的点P5使外包装体11弯曲时的截面示意图。如图5C所示，以外包装体11的平坦化部分为折叠部分32，可以形成比图4B大的空间。
图5D及图5E示出平坦化部分比图5C大的情况的例子。与图5B同样地，以使峰线21彼此连接的方式使外包装体11的一部分平坦化。如此，通过以比叠层体12的厚度大的方式使外包装体11平坦化，可以形成厚度方向上均匀的大空间。
以上说明折叠部分的位置与折叠部分的形状的关系。
通过上述步骤，在折叠外包装体11夹着叠层体12之后，对外包装体11的成为接合部33的部分一边加热一边施加压力，来进行接合。
如图6A所示，压合可以使用其表面平坦的一对模53及54夹着外包装体11进行。并且，通过在垂直于模53及54的表面的方向上进行压合，如图6B所示，可以以使外包装体11的成为接合部33的部分平坦的方式进行接合。此时，为了不使模53及54不过分接近，优选设置空隙。由此，可以避免如下问题的产生：接合部的厚度被过度减薄，包含在薄膜中的导电性材料(铝箔等)露出，失去或降低绝缘性。
为了使接合部33充分平坦，例如优选在比后面形成接合部34时的压力高的压力条件下进行压合。压力依赖于外包装体的材料及厚度，例如，在使用厚度为110μm左右的薄膜时，压合时的压力在100kPa/cm2以上且1000kPa/cm2以下，典型的是600kPa/cm2左右。此外，在压合中，温度为用于融合层的材料的融点以上即可，例如在使用聚丙烯时，温度优选为175度左右。
此外，压合后的接合部33的厚度优选比压合前的两个外包装体11的总厚度小。例如，在作为外包装体使用包含融合层的叠层薄膜时，压合后的接合部33的融合层的厚度优选为外包装体11的未压合的部分(电池10的部分31及折叠部分32等)的两个融合层的总厚度的30％以上且95％以下，更优选为50％以上且90％以下，进一步优选为60％以上且80％以下。
当在上述条件下形成接合部33时，即使对电池10反复进行折叠等变形，也不损伤密封，并且可以防止填充在由外包装体11围绕的区域中的电解液等的泄露。由此，可以实现可靠性、安全性极高的电池10。尤其是，如图6A所示，即使外包装体11的对置部分的波的相位错开180度，也可以形成即使电池10变形也不产生间隙的接合部33。
在图6C中，以箭头示意性地示出在接合时施加到外包装体11的各部分的压力。这里，压力越大箭头越长。
接合前具有波形形状的外包装体11的一部分通过接合变得平坦，而在其延伸方向上(以粗箭头示出的方向)延伸。该延伸在外包装体11的部分31产生向折叠部分32一侧拉伸的力。该力离接合部33越近越大且离接合部33越远越小。
另一方面，部分31由于具有波形形状，所以对于上述力产生相反方向的抗力。该抗力离折叠部分32越远越大且离折叠部分32越近越小。
如图6D所示，由于上述两种力施加到部分31及折叠部分32而以离折叠部分32越近波周期越逐渐增大的方式部分31延伸。由于该延伸量离接合部33越近越大且离接合部33越远越小，所以折叠部分32的中央部分向部分31一侧凹陷。
图6E及图6F分别是形成接合部33前后的截面示意图。如图6E所示，即使在接合之前叠层体12与外包装体11的内壁接触，也由于在形成接合部33时外包装体11的部分31延伸，如图6F所示，可以形成空间25。
通过上述步骤将接合部33形成为平坦，可以在折叠部分32与叠层体12之间形成空间25。
接着，从将成为接合部34的部分引入电解液。在减压下或惰性气体气氛下将所希望量的电解液滴加在袋状的由外包装体11围绕的区域。
然后，通过以与上述相同的方法对将成为接合部34的部分进行接合，形成接合部34。在形成接合部34时，也可以在电极13a及电极13b与外包装体11之间配置绝缘性密封层。在压合时密封层熔化，而电极13a及电极13b与薄膜状外包装体11被固定。
通过上述步骤，可以制造图1A等所示的电池10。
以上是电池的制造方法例子的说明。
[电池的形状]
如上所述，空间25可以在形成接合部33时因外包装体11的一部分延伸而形成。就是说，空间25中的叠层体12与外包装体11的距离d0根据接合部33中的外包装体11的延伸量而变化。为了扩大距离d0，优选作为用于外包装体11的薄膜，使用波状薄膜的自然长度与使薄膜延伸时的长度的比例为上述值的薄膜。
此外，在部分31中，由于离接合部33的距离越大，延伸量越小，所以距离d0变小。另一方面，由于接合部33的延伸量越大，延伸部分31的拉伸力就越大，所以在离接合部33远的位置也可以扩大距离d0。这里，在使用相同的薄膜的情况下，接合部33的延伸量与接合部33的延伸方向的长度成正比地增大。
图7是具有与图1A至图1E不同的纵横比的电池10的俯视示意图。电池10优选设计为在接合部33的延伸方向的长度为X且一对接合部33之间的距离(就是说，部分31的宽度)为Y1时，X与Y1的比例(X/Y1)为1以上。例如，X与Y1的比例(X/Y1)为1.2以上、1.5以上、1.7以上、2以上或3以上。虽然对X与Y1的比例没有上限，但是考虑到生产率，该比例例如优选小于100或小于50。
在包括接合部33的宽度的电池10的宽度为Y2，X与Y2的比例(X/Y2)例如优选为4/3或16/9等时，安装有电池10的电子设备的设计变得容易，且电池10的通用性得到提高。在将电池10组装在手表带等细长形状的情况下，X与Y2的比例(X/Y2)可以为1.5以上、2以上或3以上等。
以上是电池的形状的说明。
[薄膜的加工方法]
接着，对能够用于外包装体11的薄膜的加工方法进行说明。
首先，准备由柔性材料构成的片材。作为片材使用叠层体，使用其一个表面上设置有热封层或夹在热封层之间的金属膜。作为该热封层使用包含聚丙烯或聚乙烯等的热封树脂膜。在本实施方式中，作为片材使用金属片材，具体地说，其顶表面设置有尼龙树脂且其底面设置有耐酸性聚丙烯膜与聚丙烯膜的叠层的铝箔。切割该片材以获得所希望的尺寸的薄膜。
然后，对该薄膜进行压花加工，由此可以获得具有凹凸形状的薄膜。薄膜具有多个凹部及凸部，因此具有可见的波状图案。尽管在此示出在切割片材之后进行压花加工的例子，但是对顺序没有特别的限制；可以在切割片材之前进行压花加工，然后切割片材。此外，可以在折叠片材并进行热压合之后切割片材。
下面，对压制加工之一的压花加工进行说明。
图8是示出压花加工的一个例子的截面图。注意，压花加工为将其表面具有凹凸的压花辊压在薄膜上，在该薄膜上形成对应于压花辊的凹凸的处理。此外，压花辊是其表面被图案化的辊。
图8示出对薄膜的双面进行压花加工的例子，并示出在一个表面包括具有顶部的凸部的薄膜的形成方法。
图8示出接触于薄膜的一个表面的压花辊55与接触于另一个表面的压花辊56之间夹有薄膜50，沿方向60传送薄膜50的状态。通过加压或者加热使薄膜表面图案化。可以通过加压和加热使薄膜表面图案化。
压花辊可以适当地使用金属辊、陶瓷辊、塑料辊、橡胶辊、有机树脂辊、木材辊等形成。
在图8中，使用公模压花辊56及母模压花辊55进行压花加工。公模压花辊56包括多个凸部56a。该凸部对应于形成在加工对象的薄膜上的凸部。母模压花辊55包括多个凸部55a。在该相邻的凸部55a之间存在凹部，该凹部嵌合有由于公模压花辊56的凸部56a形成在薄膜上的凸部。
通过连续进行使薄膜50的一部分凸起的压花以及使薄膜50的一部分凹陷的凹陷，可以连续形成凸部及平坦部。如此，可以在薄膜50上形成图案。
接着，参照图9A至图9C说明以与图8不同的方法形成具有多个凸部的薄膜的方法。图9A至图9C示出对薄膜的一个表面进行压花加工的例子，并示出在一个表面包括具有顶部的凸部的薄膜的形成方法。
图9A示出接触于薄膜的一个表面的压花辊55与接触于另一个表面的辊57之间夹有膜50，沿方向60传送薄膜50的状态。此外，辊57也可以被固定而不旋转。由于只在薄膜的一个表面设置压花辊55，所以形成在薄膜上的多个凸部没有空间。这意味着薄膜在一个表面具有突出部，而另一个表面平坦。
接着，如图9B所示，去除通过进行压花加工在一个表面形成有凸部的薄膜61的一部分。这里，从凸部的平坦面，即从接触于辊57的表面去除薄膜的一部分。作为去除薄膜的一部分的方法，可以举出激光照射的热去除、滴加蚀刻溶液的化学去除、使用工具的物理去除等。
其结果是，如图9C所示，可以在凸部63中形成空间64。如此，可以形成具有凸部63的薄膜62。
此外，在图9A至图9C所示的薄膜的形成方法中，优选将金属薄膜用作薄膜50。另外，优选经过图9A至图9C的工序之后，在金属薄膜的一个表面或两个表面设置热封层。
如上所述，通过使用压花辊进行加工，可以使加工装置小型化。此外，由于能够对切割前的薄膜进行加工，所以实线优越的生产性。此外，薄膜加工的方法不局限于使用压花辊的加工；也可以通过在其表面形成有凹凸的一对压花板压在薄膜上，对薄膜进行加工。此时，压花板的一个也可以平坦，并也可以分多次进行加工。
[二次电池的制造方法例子]
以下，对作为电池10尤其使用二次电池的情况的制造方法的一个例子进行说明。注意，有时省略已说明的部分的说明。
这里，在对折具有波状的薄膜状外包装体11而重叠两个端部，并用粘合层密封三个边。
使包括加工为波状的薄膜的外包装体11弯曲，处于图10A所示的状态。
如图10B所示，准备包括二次电池所包括的正极集流体72、隔离体73、负极集流体74的叠层。虽然未图示，但是该正极集流体72在其表面上部分地形成有正极活性物质层，该负极集流体74在其表面上部分地形成有负极活性物质层。正极集流体72及负极集流体74可以使用不与载体离子(诸如，锂离子)合金化的高导电材料(例如，金属，诸如不锈钢、金、铂、锌、铁、镍、铜、铝、钛、钽，或这些金属的合金)来形成。或者，还可以使用添加有硅、钛、钕、钪、钼等提高耐热性的元素的铝合金。此外，可以使用与硅起反应而形成硅化物的金属元素。作为与硅起反应而形成硅化物的金属元素的例子包括锆、钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴、镍等。集流体可以各自适当地具有箔状、板状(片状)、网状、圆柱状、线圈状、冲孔金属网状、拉制金属网状等形状。集流体各自优选具有5μm(含)至40μm(含)的厚度。注意，为了明确起见，在此示出的例子中，包括设有正极活性物质层的正极集流体72、隔离体73及设有负极活性物质层的负极集流体74的一个叠层包装在外包装体中。为了增大二次电池的容量，多个叠层可被层叠并且包装在外包装体中。
另外，准备两个图10C所示的具有密封层75的引线电极76。引线电极76也被称为引线端子或接头，并且设置成用来将二次电池的正极或负极引出到外包膜的外侧。对于正极引线和负极引线，分别使用铝和镀镍的铜。
然后，通过超声波焊接等使正极引线与正极集流体72的突出部电连接，通过超声波焊接等使负极引线与负极集流体74的突出部电连接。
然后，通过热压合密封薄膜状外包装体11的两个边，并且一边保留打开以便引入电解液。由此，形成接合部33。然后，在减压下或在惰性气体气氛下将所希望量的电解液滴加到袋状的薄膜状的外包装体11内。最后，对未进行热压合的薄膜的边进行热压合来形成接合部34。在热压合中，设置在引线电极上的密封层75也熔化，而固定引线电极与薄膜状外包装体11。
以此方式，可以制造图10D所示的作为二次电池的电池10。
所得到的二次电池的电池10中的薄膜状外包装体11具有波状图案。图10D中的虚线与端部之间的区域为接合部33及接合部34，该部分被加工为平坦。
图10E示出以图10D中的点划线D1-D2截断的截面的一个例子。
如图10E所示，正极集流体72、正极活性物质层78、隔离体73、负极活性物质层79、负极集流体74以此顺序层叠并且由薄膜状外包装体11围绕。在薄膜状外包装体11的端部用接合部34密封薄膜状外包装体11，在夹在薄膜状外包装体11的空间中设置有电解液77。换言之，由薄膜状外包装体11围绕的空间填充有电解液77。
可用于正极活性物质层78的正极活性物质的例子包括具有橄榄石型结构的复合氧化物、具有层状岩盐型结构的复合氧化物以及具有尖晶石型结构的复合氧化物。例如，可使用LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等化合物。
或者，可以使用复合材料(LiMPO4(通式)(M为Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一种以上))。可用作材料的通式LiMPO4的典型例子是锂化合物，诸如LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+b≤1，0＜a＜1，0＜b＜1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4(c+d+e≤1，0＜c＜1，0＜d＜1，0＜e＜1)、LiFefNigCohMniPO4(f+g+h+i≤1，0＜f＜1，0＜g＜1，0＜h＜1，0＜i＜1)。
或者，可以使用Li(2-j)MSiO4(通式)(M为Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一种以上，0≤j≤2)等的复合材料。可用作材料的通式Li(2-j)MSiO4的典型例子锂化合物，诸如Li(2-j)FeSiO4、Li(2-j)NiSiO4、Li(2-j)CoSiO4、Li(2-j)MnSiO4、Li(2-j)FekNilSiO4、Li(2-j)FekColSiO4、Li(2-j)FekMnlSiO4、Li(2-j)NikColSiO4、Li(2-j)NikMnlSiO4(k+l≤1，0＜k＜1，0＜l＜1)、Li(2-j)FemNinCoqSiO4、Li(2-j)FemNinMnqSiO4、Li(2-j)NimConMnqSiO4(m+n+q≤1，0＜m＜1，0＜n＜1，0＜q＜1)、Li(2-j)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+u≤1，0＜r＜1，0＜s＜1，0＜t＜1，0＜u＜1)。
或者，对于正极活性物质，可以使用以AxM2(XO4)3(通式)(A＝Li、Na、Mg，M＝Fe、Mn、Ti、V、Nb或Al，X＝S、P、Mo、W、As或Si)表示的钠超离子导体(nasicon)型化合物。钠超离子导体型化合物的例子是Fe2(MnO4)3、Fe2(SO4)3、以及Li3Fe2(PO4)3。此外，作为正极活性物质，可以使用：Li2MPO4F、Li2MP2O7、或Li5MO4(通式)(M＝Fe或Mn)表示的化合物；NaFeF3、FeF3等钙钛矿氟化物；TiS2、MoS2等金属硫族化合物(硫化物、硒化物、碲化物)；LiMVO4等具有反尖晶石型的结晶结构的氧化物；钒氧化物(V2O5、V6O13、LiV3O8等)；锰氧化物；以及有机硫等材料。
在载体离子是锂离子以外的碱金属离子、碱土金属离子的情况下，作为正极活性物质，可以使用碱金属(例如，钠及钾)或碱土金属(例如，钙、锶、钡、铍或镁)代替锂。
作为隔离体73，可以使用绝缘体，诸如纤维素(纸)、有空孔的聚丙烯以及有空孔的聚乙烯。
作为电解液77的电解质，使用具有载体离子迁移率且含有锂离子作为载体离子的材料。电解质的典型例子是LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等锂盐。可以单独使用这些电解质中的一种，可以以适当的组合并且以适当的比率使用这些电解质中的两种或更多种。
作为电解液的溶剂，使用具有载体离子迁移率的材料。作为电解液的溶剂，优选使用非质子有机溶剂。非质子有机溶剂的典型例子包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁内酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氢呋喃等，可以使用这些物质中的一种或多种。当作为电解液的溶剂使用凝胶化的高分子材料时，抗漏液性等的安全性得到提高。此外，蓄电池可以较薄且更加轻量。凝胶化的高分子材料的典型例子包括硅酮凝胶、丙烯酸胶、丙烯腈胶、聚氧化乙烯类胶、聚氧化丙烯类胶、氟类聚合物胶等。另外，作为电解液的溶剂使用具有耐燃性及不挥发性的离子液体(室温熔融盐)中的一种或多种可以防止蓄电池***或起火，即使在蓄电池内部短路或内部温度因过充电等而增加的情况下。离子液体是液体状态的盐且具有高离子迁移率(传导率)。离子液体含有阳离子和阴离子。离子液体的例子包括包含乙基甲基咪唑(EMI)阳离子的离子液体或包含N-甲基-N-丙基哌啶(propylpiperidinium)(PP13)阳离子的离子液体。
可以替代地使用具有硫化物类无机材料或氧化物类无机材料的固体电解质、具有PEO(聚环氧乙烷)类等的高分子材料的固体电解质来代替电解液。当使用固体电解质时，不需要隔离体或间隔物。另外，可以整体地固体化电池；因此，不存在漏液的可能性，因此电池的安全性得到显著提高。
对于负极活性物质层79的负极活性物质，可以使用能够溶解且析出锂的材料或嵌入且提取锂离子的材料，例如可以使用锂金属、碳类材料、合金类材料等。
锂金属是优选的，由于其低的氧化还原电位(比标准氢电极低-3.045V)以及大的每重量和每体积的比容量(3860mAh/g和2062mAh/cm3)。
碳类材料的例子包括石墨、石墨化碳(软碳)、非石墨化碳(硬碳)、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、碳黑等。
石墨的例子包括中间相碳微球(MCMB)、焦炭基人造石墨(coke-based artificialgraphite)、沥青基人造石墨(pitch-based artificial graphite)等人造石墨或球状化天然石墨等天然石墨。
当锂离子嵌入在石墨中时(同时形成锂-石墨层间化合物)，石墨具有与锂金属基本上相同的低电位(相对于Li/Li+大于或等于0.1V且小于或等于0.3V)。由此，锂离子二次电池可以具有高工作电压。另外，石墨是优选的，由于其如下优点：每单位体积的容量较大；体积膨胀小；成本较低；安全性比锂金属高等。
对于负极活性物质，可以使用能够利用与锂的合金化/脱合金化反应进行充放电反应的合金类材料或氧化物。在载体离子为锂离子的情况下，作为合金类材料例如可以举出包含Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、In、Ga等中的至少一种的材料。这种元素的容量比碳大。尤其是，硅具有4200mAh/g的显著大的理论容量。由此，优选将硅用于负极活性物质。使用这种元素的合金类材料的例子包括Mg2Si、Mg2Ge、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、InSb、SbSn等。
或者，作为负极活性物质，可以使用SiO、SnO、SnO2、氧化物诸如二氧化钛(TiO2)、锂钛氧化物(Li4Ti5O12)、锂-石墨层间化合物(LixC6)、五氧化铌(Nb2O5)、氧化钨(WO2)、氧化钼(MoO2)等。注意，SiO是指包括高硅含量的部分的硅氧化物的粉末，也可以称为SiOy(2＞y＞0)。SiO的例子包括包含Si2O3、Si3O4和Si2O中的一个或多个的材料以及Si粉末与二氧化硅(SiO2)的混合物。另外，SiO可包含其他元素(例如，碳、氮、铁、铝、铜、钛、钙、锰等)。换言之，SiO是指包含单晶硅、非晶硅、多晶硅、Si2O3、Si3O4、Si2O、SiO2中的两个或多个的有色材料。因此SiO可以与无色透明或者白色的SiOx(x是2以上)区别开来。注意，在作为二次电池的材料使用SiO制造二次电池并且由于重复的充放和放电循环而使SiO氧化的情况下，有时SiO变成SiO2。
还或者，作为负极活性物质，可以使用包含锂和过渡金属的氮化物的具有Li3N型结构的Li3-xMxN(M＝Co、Ni、Cu)。例如，Li2.6Co0.4N3由于大充放电容量(900mAh/g和1890mAh/cm3)所以是优选的。
优选使用包含锂和过渡金属的氮化物，在此情况下在负极活性物质中包含锂离子，因此可以将其与用作正极活性物质的不包含锂离子的V2O5、Cr3O8等材料组合。在将含有锂离子的材料用作正极活性物质的情况下，通过预先提取包含在正极活性物质中的锂离子，可以使用包含锂和过渡金属的氮化物作为负极活性物质。
或者，可以将引起转化反应的材料用于负极活性物质；例如，将氧化钴(CoO)、氧化镍(NiO)、氧化铁(FeO)等不与锂发生合金化反应的过渡金属氧化物用于负极活性物质。引起转化反应的材料的其他例子包括Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2、Cr2O3等氧化物、CoS0.89、NiS、CuS等硫化物、Zn3N2、Cu3N、Ge3N4等氮化物、NiP2、FeP2、CoP3等磷化物、FeF3、BiF3等氟化物。注意，由于上述氟化物的电位高，所以也可以用作正极活性物质。
负极活性物质层79除了包含上述负极活性物质以外还可以包含用来提高活性物质的紧密性的粘合剂(binder)以及用来提高负极活性物质层的导电性的导电剂等。
例如，在二次电池中，隔离体73具有大约为15μm至30μm的厚度，正极集流体72具有大约为10μm至40μm的厚度，正极活性物质层78具有大约为50μm至100μm的厚度，负极活性物质层79具有大约为50μm至100μm的厚度，负极集流体74具有大约为5μm至40μm的厚度。薄膜状外包装体11具有大约为20μm至500μm的厚度。薄膜状外包装体11的凸部的高度大约为5μm至400μm。若薄膜状外包装体11的凸部的高度为2mm以上，则二次电池的总厚度过大。
每单位体积的电池容量优选尽可能的大。在对于二次电池的总体积的电池部分的体积比率越大，每单位体积的电池容量也越大。当增大薄膜状外包装体11的凸部的高度时，二次电池的总厚度增大且对于总位体积的电池部分的体积的比率降低，由此电池容量小。
粘合层以以下方法形成：膜的整个表面上设置有由聚丙烯构成的层，该层设置在将进行贴合的一侧，仅热压合部分成为粘合层。
图10E示出固定薄膜状外包装体11的底侧并进行压合的例子。此时，顶侧极大地弯曲且形成台阶。因此，当在折叠的薄膜状外包装体11的相对部分之间设置多个上述叠层的组合(例如八个以上的叠层)时，台阶大，薄膜状外包装体11的顶侧有可能受到过大的应力。此外，也有膜的顶侧的端部与膜的底侧的端部错位。为了防止边缘部分的错位，也可以使膜的底侧具有台阶并在中央部进行压合，使得应力均匀。
在错位大的情况下，存在一个膜的端部的一部分不与另一个膜重叠的区域。为了校正上侧膜与下侧膜的端部的错位，可以切除这个区域。
在此，参照图11说明在对二次电池进行充电时的电流。当将作为载体离子使用锂的二次电池看作闭路时，锂离子迁移的方向和电流流过的方向相同。注意，在使用锂的二次电池中，由于阳极及阴极根据充电或放电调换位置，氧化反应及还原反应调换，所以将反应电位高的电极称为正极，而将反应电位低的电极称为负极。由此，在本说明书中，在执行充电、执行放电、供应反向脉冲电流以及供应充电电流的所有情况下，将正极称为“正极”，而将负极称为“负极”。关于氧化反应及还原反应使用术语“阳极”及“阴极”可能导致混淆，因为阳极和阴极可在充电时和放电时调换位置。因此，在本说明书中，不使用术语“阳极”及“阴极”。假如使用术语“阳极”或“阴极”，则应该提到的是，阳极或阴极是充电时的那个还是放电时的那个并且对应于正极还是负极。
图11的两个端子与充电器连接，对二次电池10进行充电。随着二次电池10的充电的进展，电极之间的电位差增大。在图11中，电子从二次电池10外部的端子流至正极集流体72，在二次电池10中，电流从正极集流体72流至负极集流体74。图11中的正方向为从负极流至二次电池10外部的端子的方向。换言之，充电电流流过的方向为电流的方向。
[电极叠层体的例子]
以下，对具有层叠的多个电极的叠层体的结构例子进行说明。
图12A是正极集流体72的俯视图。图12B是隔离体73的俯视图。图12C是负极集流体74的俯视图。图12D是密封层75及引线电极76的俯视图。图12E是薄膜状外包装体11的俯视图。
在图12A至图12E中，各构成要素的尺寸大致相同。图12E中的由点划线围绕的区域71具有与图12B的隔离体的尺寸大致相同的尺寸。图12E中的虚线与端部之间的区域对应于接合部33或接合部34。
图13A示出在正极集流体72的两个表面上设置有正极活性物质层78的例子。详细地说，负极集流体74、负极活性物质层79、隔离体73、正极活性物质层78、正极集流体72、另一个正极活性物质层78、另一个隔离体73、另一个负极活性物质层79、另一个负极集流体74以此顺序层叠。图13B是沿平面80取得的该叠层结构的截面图。
注意，尽管图13A示出使用两个隔离体的例子，但是也可以采用以下结构：折叠一个隔离体并密封两个端部以形成袋，并在袋中设置正极集流体72。在设置在袋状隔离体中的正极集流体72的两个表面形成有正极活性物质层78。
可以在负极集流体74的两个表面设置负极活性物质层79。在图13C所示的二次电池中，在一个表面设置有负极活性物质层79的两个负极集流体74之间夹着在两个表面设置有负极活性物质层79的三个负极集流体74、在两个表面设置有正极活性物质层78的四个正极集流体72以及八个隔离体73。此时，也可以不使用八个隔离体而使用四个袋状隔离体。
通过增加叠层的个数，可以增加二次电池的容量。另外，当在正极集流体72的两个表面设置正极活性物质层78且负极集流体74的两个表面设置负极活性物质层79时，二次电池的厚度可以制得小。
图14A示出在正极集流体72的一个表面设置正极活性物质层78且在负极集流体74的一个表面设置负极活性物质层79的二次电池。具体而言，在负极集流体74的一个表面设有负极活性物质层79，并且隔离体73层叠在负极活性物质层79上且与其接触。设在正极集流体72的一个表面上的正极活性物质层78与远离负极活性物质层79的隔离体73的表面。其一个表面设置有正极活性物质层78的另一个正极集流体72与正极集流体72的其他表面。注意，以远离正极活性物质层78的表面彼此相对的方式设置正极集流体72。另一个隔离体73层叠在其上，并且设置在负极集流体74的一个表面上的负极活性物质层79层叠在隔离体上并且与其接触。图14B是沿平面90取得的图14A的叠层结构的截面图。
尽管在图14A中使用两个隔离体，但是可以采用如下结构：折叠一个隔离体并且密封两个边缘来形成袋，在该袋中设置其一个表面设置有正极活性物质层78的两个正极集流体72。
在图14C中，层叠多个图14A所示的叠层结构。在图14C中，以远离负极活性物质层79的表面彼此相对的方式设置负极集流体74。在图14C中，叠层12个正极集流体72、12个负极集流体74以及12个隔离体73。
与具有在正极集流体72的两个表面设置有正极活性物质层78且在负极集流体74的两个表面设置有负极活性物质层79的结构的二次电池相比，具有在正极集流体72的一个表面设置有正极活性物质层78且在负极集流体74的一个表面设置有负极活性物质层79的结构的二次电池较厚。但是，正极集流体72的没有形成正极活性物质层78的表面面对另一个正极集流体72的没有形成正极活性物质层78的表面；因此，金属彼此接触。同样地，负极集流体74的没有形成负极活性物质层79的表面面对另一个负极集流体74的没有形成负极活性物质层79的表面；因此，金属彼此接触。由于低摩擦力，金属表面彼此容易滑动。由于在弯曲时，二次电池内的金属彼此滑动，所以容易使二次电池弯曲。
正极集流体72的突出部及负极集流体74的突出部被称为接头部(tab portion)。当使二次电池弯曲时，容易切断正极集流体72的接头部及负极集流体74的接头部。这是因为接头部是长且细的凸部，并且应力很可能施加到接头部的根部。
在正极集流体72的一个表面设置有正极活性物质层78且在负极集流体74的一个表面设置有负极活性物质层79的结构中，存在正极集流体72彼此接触的表面及负极集流体74彼此接触的表面。集流体彼此接触的表面具有小摩擦阻力，由此容易释放在使电池变形时产生的起因于曲率半径的差异的应力。在其中在正极集流体72的一个表面设置有正极活性物质层78且在负极集流体74的一个表面设置有负极活性物质层79的结构中，接头部的总厚度大；由此，与在正极集流体72的两个表面设置有正极活性物质层78且在负极集流体74的两个表面设置有负极活性物质层79的结构的情况相比，应力分散。其结果是，接头部不容易被切断。
在这种叠层结构的情况下，通过超声波焊接来同时将正极集流体72全部固定并电连接。此外，当使与引线电极重叠的正极集流体72进行超声波焊接时，可以高效地进行电连接。
使正极集流体的接头部与其他正极集流体的接头部重叠并在施加压力的同时施加超声波，可以进行超声波焊接。
隔离体73优选具有有助于防止正极集流体72与负极集流体74电短路的形状。例如，如图15A所示，通过使各隔离体73的宽度优选比正极集流体72及负极集流体74大，即使因弯曲等变形正极集流体72与负极集流体74的相对位置错开，也不容易使正极集流体72与负极集流体74接触。此外，如图15B所示，优选将一个隔离体73折叠为波纹管状的形状，或者，如图15C所示，一个隔离体73优选交替卷绕正极集流体72及负极集流体74。在这样的情况下，即使正极集流体72与负极集流体74的相对位置错开，也不使正极集流体72与负极集流体74接触。在图15B、图15C中示出以隔离体73的一部分覆盖正极集流体72及负极集流体74的叠层结构的侧面来设置的例子。
此外，虽然在图15A至图15C中未示出正极活性物质层78及负极活性物质层79，但是这些的形成方法可以援用上述方法。虽然这里示出交替配置正极集流体72及负极集流体74的例子，但是如上所述也可以是两个正极集流体72或两个负极集流体74连续的结构。
在本实施方式的例子中，对折一个矩形膜并使两个端部彼此重叠以便密封。但是，膜的形状不限于矩形并且除了矩形以外可以为多边形(诸如三角形、正方形或五角形)或任意的对称形状，诸如圆形或星形。
尽管在本实施方式中，描述用于便携式信息终端等的小型电池的例子，但是本发明的一个实施方式不特别限于此例子。应用于安装在车辆等上的大型电池也是可能的。
尽管在本实施方式中，示出应用于锂离子二次电池的例子，但是本发明的一个实施方式不局限于此。也可以应用于各种各样的二次电池，诸如，铅蓄电池、锂离子聚合物二次电池、镍氢蓄电池、镍镉蓄电池、镍铁蓄电池、镍锌蓄电池、氧化银锌蓄电池、固体电池、空气电池等。也可以应用于各种各样的蓄电装置，例如，一次电池、电容器、锂离子电容器等。再者，也可以应用于太阳能电池、光传感器、触摸传感器、显示装置、柔性印刷电路(FPC)、光学膜(例如，偏振片、相位差板、棱镜片、光反射片、光扩散片)等。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式及其他实施例适当地组合而实施。
实施方式2
在本实施方式中，说明组装有使用实施方式1得到的电池，尤其是组装有二次电池的电子设备的一个例子。
使用实施方式1制造的二次电池包括具有柔性的薄膜作为外包装体，因此可以使二次电池柔性变形。
使手表等设备的一部分接触使用者的身体的一部分(手腕或臂)，即使用者戴上该设备，由此使用者可感受到设备比实际重量轻。柔性二次电池在具有带有适配使用者的身体的一部分的曲面的形状的电子设备中使用，因此二次电池被固定为适合的形状。
当使用者转动戴上电子设备的身体的部分时，即使在该电子设备具有适配身体的一部分的曲面的情况下，使用者也会感到不适，认为该电子设备是很恼人的并且感受到压力。可变形的部分设置有柔性二次电池的电子设备根据使用者的身体的运动而其至少一部分变形，因此可以实现使用者不会感到不适的电子设备。
电子设备不一定具有带有曲面的形状或复杂的形状；电子设备可以具有简单的形状。例如，可以在具有简单的形状的电子设备中内藏的构件的数量或尺寸在很多情况下根据由电子设备的外壳形成的空间的体积来确定。通过将柔性二次电池设置在二次电池以外的构件之间的小空间中能够有效地利用由电子设备的外壳形成的空间；因此，电子设备可以减小尺寸。
可穿戴设备的例子包括可穿戴输入终端，诸如可穿戴照相机、可穿戴麦克风、可穿戴传感器；可穿戴输出终端，诸如可穿戴显示器、可穿戴扬声器；以及具有任意输入终端和任意输出终端的功能的可穿戴输入输出终端。可穿戴设备的另一个例子是控制每一个设备并且计算或处理数据的设备，典型地，具有CPU的可穿戴计算机。可穿戴设备的其他例子包括储存数据、传送数据、接收数据的设备，典型地，便携式信息终端和存储器。
各自使用柔性二次电池的电子设备的例子如下：头戴显示器或护目镜型显示器等显示装置、电视(也称为电视接收机)、台式个人计算机、笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数码相机、数码摄像机等相机、数码相框、电子记事本、电子书阅读器、电子翻译器、玩具、麦克风等声音输入器、电动剃须刀、电动牙刷、微波炉等高频加热装置、电饭煲、洗衣机、吸尘器、热水器、电扇、电吹风、加湿器、除湿器、空调器等空调设备、洗碗机、烘碗机、干衣机、烘被机、电冰箱、电冷冻箱、电冷藏冷冻箱、DNA保存用冰冻器、手电筒、电动工具、烟尘探测器、气体警报装置、防盗警报器等警报装置、工业机器人、助听器、起搏器、X射线拍摄装置、辐射计数器、电动按摩器、透析装置等保健设备及医疗设备、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、照明装置、头戴式耳机音响、音响、遥控操作机、台钟或挂钟等钟表、无绳电话子机、步话机、计步器、计算器、数字音频播放器等便携式或固定式声音再现装置、弹珠机等大型游戏机等。
此外，也可以将柔性二次电池沿着房屋或建筑物的内壁或外壁、汽车的弯曲的内部或外部表面组装。
图16A示出移动电话机的一个例子。移动电话机7400包括组装在外壳7401中的显示部7402、操作按钮7403、外部连接端口7404、扬声器7405、麦克风7406等。注意，移动电话机7400具有二次电池7407。
图16B示出被弯曲的移动电话机7400。当由外力使移动电话机7400弯曲时，设置在移动电话机7400内部的二次电池7407也被弯曲。图16C示出被弯曲的二次电池7407。二次电池7407为层压的蓄电池(也称为叠层的电池、膜覆盖的电池)。二次电池7407在被弯曲的同时被固定。注意，二次电池7407具有与集流体7409电连接的引线电极7408。例如，用作二次电池7407的外包装体的膜被压花加工，以使得二次电池7407即使在弯曲时也具有高可靠性。移动电话机7400还进一步设有用来***SIM卡的槽、用来连接USB存储器等USB设备的连接器部等。
图16D示出可弯曲的移动电话机的一个例子。当被弯曲成绕前臂放置时，移动电话机可用作图16E所示的手镯型移动电话机。移动电话机7100包括外壳7101、显示部7102、操作按钮7103以及二次电池7104。图16F示出弯曲状态的二次电池7104。二次电池7104被弯曲而移动电话机佩戴在使用者的胳膊上，外壳变形，二次电池7104的一部分或全部的曲率发生变化。具体而言，外壳或二次电池7104的主表面的一部分或全部在曲率半径从10mm至150mm的范围内改变。注意，二次电池7104具有与集流体7106电连接的引线电极7105。例如，进行压制加工以在作为二次电池7104的外包装体的膜的表面上形成多个凸部和凹部，即使当以不同的曲率使二次电池7104弯曲多次时，也可以维持可靠性。移动电话机7100还进一步设有用于***SIM卡的槽、用来连接USB存储器等USB设备的连接器部等。当折叠图16D所示的移动电话机的中央部时，可以获得图16G所示的形状。如图16H所示，当以移动电话机的端部彼此重叠的方式折叠移动电话机的中央部时，可以缩小移动电话的尺寸以便例如放在使用者的口袋里。如上所述，图16D所示的移动电话机能够以多于一种的方式变形，并且可期望的是，至少外壳7101、显示部7102以及二次电池7104具有柔性以便改变移动电话机的形状。
图17A示出吸尘器的一个例子。通过具备二次电池，吸尘器可以是无绳的。在吸尘器内部中，为了确保收存所吸入的灰尘的集尘空间，二次电池7604所占的空间越小越好。因此，在外表面与集尘空间之间配置可弯曲的二次电池7604是有用的。
吸尘器7600具备操作按钮7603及二次电池7604。图17B示出能够被弯曲的二次电池7604。用作二次电池7604的外包装体的膜被压花加工，以使得二次电池7604即使在被弯曲时也具有高可靠性。二次电池7604具有与负极电连接的引线电极7601以及与正极电连接的引线电极7602。
在图17C中，作为一个集流体从外包装体的一个短边露出的二次电池的一个例子，示出弯曲的二次电池7605。在图17C所示的二次电池7605中，正极集流体72的一部分从外包装体的一个短边露出，并且负极集流体74的一部分从外包装体的另一个短边露出。也可对备用作二次电池7605的外包装体的膜进行压花加工，因此二次电池7605可以弯曲并且具有高可靠性。注意，采用一个引线电极从外包装体的一个短边露出的结构。
薄型二次电池7604可以使用实施方式1所示的层压的二次电池的制造方法来制造。
薄型二次电池7604具有层压结构并且被弯曲和固定。吸尘器7600具有显示薄型二次电池7604的剩余电量等的显示部7606。该显示部7606的显示区域被弯曲以适配吸尘器的外表面的形状。吸尘器具有用来连接于插座的连接软线。当薄型二次电池7604被充有足够的电力时，可以将连接软线从插座***而使用吸尘器。薄型二次电池7604的充电也可以以无线进行，而不使用连接软线。
可在车辆中弯曲的二次电池的使用实现混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHEV)等新一代清洁能源汽车的制造。此外，可弯曲的二次电池也可用于移动物体，诸如农业机械、包括电动辅助自行车的电动自行车、摩托车、电动轮椅、电动卡丁车、小型或大型船舶、潜水艇、固定翼机及旋转翼机等飞机、火箭、人造卫星、太空探测器、行星探测器、宇宙飞船等。
图18A和图18B各自示出使用本发明的一个实施方式制造的车辆的例子。图18A所示的汽车8100是以电动机的动力运行的电动汽车。或者，汽车8100是能够适当地使用电动机或发动机来驱动的混合动力汽车。在将层压的二次电池安装在车辆上的情况下，在一个或多个位置中设置包括多个层压的二次电池的电池模块。根据本发明的一个实施方式，可以将二次电池本身制得更加小型化和轻量化，例如，当具有曲面的二次电池设置在车辆的轮胎的内侧，车辆可以是高里程车辆。此外，也可以将可具有各种形状的二次电池设置在车辆中的小空间中，从而确保行李箱或乘坐的空间。汽车8100包括二次电池。二次电池不但用于驱动电发动机，而且还可以将电力供应到车头灯8101或室内灯(未图示)等发光装置。
二次电池也可以将电力供应到汽车8100所具有的速度表、转速计等的显示装置。此外，二次电池也可以将电力供应到汽车8100所具有的导航***等的半导体装置。
图18B示出汽车8200。当通过插电***或非接触供电***等经由外部的充电设备对汽车8200所包括的二次电池供应电力时，可对汽车8200进行充电。在图18B中，利用地基充电装置8021通过电缆8022对汽车8200所包括的二次电池进行充电。当进行充电时，作为充电方法或连接器的规格等可以适当地采用CHAdeMO(注册商标)或联合充电***(Combined Charging System)等的给定方式。充电装置8021可以为设置在商业设施的充电站或家庭的电源。例如，利用插电技术，可通过从外部供应电力来对安装在汽车8200中的二次电池进行充电。可以通过AC-DC转换器等转换装置将交流电力转换成直流电力来进行充电。
另外，虽然未图示，但是车辆可以包括电力接收装置以使得它可通过以非接触方式从地上电力传送装置供应电力来进行充电。在非接触供电***的情况下，通过在公路或外壁中适配电力传送装置，不仅在电动车辆停止时而且在行驶时也可以进行充电。此外，可以利用该非接触供电***来在两台车辆之间进行电力的发送及接收。再者，还可以在车辆的外部设置太阳能电池，从而当停车时或行驶时进行二次电池的充电。为了以这样的非接触方式供应电力，可以利用电磁感应方式或磁场共振方式。
根据本发明的一个实施方式，可以设置二次电池的位置的灵活度增加，由此可以高效率地进行车辆设计。此外，根据本发明的一个实施方式，由于二次电池的改进的特性，可以二次电池本身更加小型化和轻量化。小型且轻量的二次电池有助于减小车辆的重量，从而延长行车距离。另外，也可以将安装在车辆的二次电池用作对车辆之外的产品供应电力的电源。此时，可以避免在电力需求高峰时使用商业电源。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式及其他实施例适当地组合而实施。
实施例1
在本实施例中，作为本发明的一个方式的电池的制造实施方式1所示的能够弯曲的电池(锂离子二次电池)，然后说明拍摄其内部形状的结果。
通过实施方式1所示的制造方法制造各锂离子二次电池：其中作为正极活性物质使用LiCoO2，作为负极活性物质使用石墨，作为外包装体使用经过压花加工的铝层压薄膜。电极叠层体的厚度大约为1.5mm。在电极叠层体中，交替层叠有六个其一侧设置有正极活性物质层的铝箔的集流体、六个其一侧设置有负极活性物质层的铜箔的集流体。
作为外包装体，使用依次层叠有聚丙烯、铝箔及尼龙的厚度大约为110μm的铝层压薄膜。以波的距离为2mm且波峰与波谷的高度差为0.5mm的方式进行加工来得到薄膜。
用来形成薄膜的接合部的接合使用其表面平坦的模(加热棒)进行。在垂直于波的峰线及波的谷线的方向上的一对接合层(进行侧密封的部分)使用宽度为1mm的加热棒在压力为600kPa/cm2，温度为175度的条件下进行压合形成。另一方面，在平行于波的峰线及波的谷线的方向上的接合层(进行顶密封的部分)使用在与引线部分对置的位置上设置有槽的宽度为2mm的加热棒在压力为125kPa/cm2，温度为175度的条件下进行压合形成。
这里，准备以如下方法制造的两种样品。一个样品是样品1，该样品通过如下方法制造：使成为折叠部分的部分平坦化，然后以彼此重叠的部分的波的相位大致错开180度的方式，即以波的峰线彼此重叠且波的谷线彼此重叠的方式折叠薄膜。在压力为60kPa/cm2，温度为100度的条件下，利用加热棒挤压法，对以波的峰线为边界的宽度大约为6mm的区域进行平坦化。
另一个样品是样品2，该样品通过如下方法制造：以对置部分的波的相位一致的方式，即以一个部分的波的峰线与另一个部分的波的谷线重叠的方式折叠薄膜。
通过X射线计算机断层成像(X射线CT)观察两个样品的所制造的二次电池的内部。
图19A、图19B是样品1的外观照片，图19C、图19D是样品2的外观照片。从这些照片可知，样品1及样品2的接合部都形成得极平坦。此外，样品1及样品2的薄膜的一部分变形，因此离薄膜的端部近的部分的波周期比其中央部分长且离薄膜的端部近的部分的波的波振幅比其中央部分小。
图20A、图20B是样品1的透射X射线照片。图20A是顶面的照片，图20B是侧表面的照片。如图20A所示，折叠部分以离接合部(进行侧密封的部分)越远越凹陷的方式弯曲。此外，如图20B所示，在电极叠层体与薄膜之间形成有空间。
图21A、图21B是样品2的透射X射线照片。与样品1同样，样品2的折叠部分也离接合部越远越凹陷的方式弯曲。此外，可知在电极叠层体与薄膜之间形成有空间。
图22A是从横向方向观察样品1的折叠部分时的X射线CT图像的放大图。样品1的折叠部分为大致左右对称的匀称的圆弧形状。从该照片还可知，电极叠层体与薄膜的内壁的距离在电极叠层体的中央附近大约为2.2mm，在端部附近大约为2.0mm。如图22A所示，由于薄膜的折叠部分以将波的峰线连接的方式形成，所以由薄膜围绕的区域中的空间在厚度方向上形成得更大，电极叠层体的端部不与薄膜的表面接触。
图22B是从横向方向观察样品2的折叠部分时的X射线CT图像的放大图。样品2的折叠部分为左右非对称的畸变的形状。此外，样品2不仅具有电极叠层体与薄膜内壁的最大距离大约为2.4mm的部分，而且具有电极叠层体与薄膜内壁的距离窄小的部分，即为大约1.3mm，这意味着与样品1相比不能确保充分的空间。再者，如图22B所示，由于电极叠层体的一个端部与薄膜部分地接触，所以有可能在使电池弯曲时该端部与薄膜摩擦。
由上述结果可确认到，在使薄膜的波的相位错开180度时，可以将折叠部分形成为在厚度方向上对称。由上述结果还可知通过使薄膜的成为折叠部分的部分以将峰线连接的方式平坦化，可以实现在形成有空间的部分没有波，而可以在厚度方向上形成更大的空间。
实施例2
以下，说明薄膜的拉伸测试的结果。
用来测试的薄膜使用与上述实施例1相同的薄膜。测试片切割成15mm×100mm的长方形。
在拉伸测试中，使用夹具夹住测试片，通过向拉伸方向改变夹具之间的距离，来测量拉伸所需要的力。拉伸测试片之前的夹具之间的距离为50mm。测试使用EZ Graph(日本岛津制作所制造)。
图23示出拉伸测试的结果。横轴示出测试片的位移量，纵轴示出拉伸强度。直到位移量到达4mm附近为止，拉伸强度以缓慢的倾斜线性变化，这表示以拉伸的方式使波型压花形状变形。这表示用小力也可以使薄膜变形。在位移量到达4mm附近之后拉伸强度急剧提高，这表示测试片本身有延伸。
因此，通过将能够容易拉伸的压花形状的叠层薄膜用于电池的外包装体，可以制造能够灵活弯曲的电池。
实施例3
在本实施例中，制造本发明的一个方式的电池，并且调查弯曲测试给电池的密封性能带来的影响。具体而言，测量出进行了弯曲测试的样品及没有进行该弯曲测试的样品的各薄膜的水分的进入量。
在本实施例中使用的电池除了薄膜的接合温度以外通过与实施例1的样品1相同的方法制造。就是说，以使波的峰线彼此大致重叠且波的谷线彼此大致重叠的方式折叠各电池的薄膜。侧密封部及顶密封部的薄膜接合都在185℃下进行。
所制造的电池的顶密封部的长度大约为15mm，侧密封部的长度大约为52mm。作为电解液，使用大约为400μL的碳酸丙烯酯(PC)。
进入各薄膜的水分量的测量通过如下方法进行。首先，准备放有水的压力锅，将所制造的电池以没于水中的方式放入压力锅中。接着，在保持为120℃的温度的恒温槽中放入该压力锅，煮沸电池大约25.5个小时。然后取出电池，在手套箱中开拆薄膜并添加400μL的PC。在混合所添加的PC及电池的电解液之后，获得0.3g的混合物。然后对所获得的混合物中的水分量使用卡尔费休水分测定仪(日本京都工业株式会社制造，MKC610)进行测量。进入各薄膜的水分的量可由从所测量的水分量减去PC本身所包含的水分量的值估算出。
将如下四种电池用于水分的进入量的测量。第一个电池是不进行弯曲测试的(条件1)。第二个电池是以40mm的曲率半径反复弯曲10000次的(条件2)。第三个电池是制造后以160℃加热15分钟的(条件3)。第四个电池是制造后以160℃加热15分钟，并且以40mm的曲率半径反复弯曲10000次的(条件4)。
图24A示出条件1及条件2的电池的所测量的水分的进入量。条件1的测量样品数为5，条件2的测量样品数为7。反复弯曲的条件2的样品的水分的进入量与条件1的样品大致相同。因此，可确认到即使反复进行弯曲，薄膜的密封性能也没有降低。此外，条件2的样品的一个的水分进入量比其他的大得多但是小于110ppm，这是低到足以确保电池的密封性能的值。
图24B示出条件3及条件4的电池的所测量的水分的进入量。条件3的测量样品数为5，条件4的测量样品数为3。条件3的样品的测量结果表示即使加热后也可以确保充分的密封性能。条件4的样品的测量结果表示即使加热后反复弯曲也密封性能没有降低。此外，观察到如下倾向：条件4的样品的密封性能比条件3的样品稍微高。
从上述结果可确认到，一个方式的电池对反复弯曲及高温环境具有充分的耐性。
实施例4
在本实施例中，使用厚度不同的外包装体制造电池，并且测量使各电池弯曲时需要的力。
在本实施例中，使用以下三种外包装体制造电池(样品3、样品4、样品5)。对每个样品使用的外包装体是依次层叠有聚丙烯、铝箔及尼龙的铝层压薄膜。样品3使用铝箔的厚度大约为40μm且总厚度大约为110μm的薄膜。样品4使用铝箔的厚度大约为30μm且总厚度大约为70μm的薄膜。样品5使用铝箔的厚度大约为20μm且总厚度大约为50μm的薄膜。
此外，样品3至样品5除了外包装体的材料以外通过与实施例3相同的方法制造。
接着，利用如下方法测量出使所制造的三个样品弯曲时需要的力。图25A及图25B是示出测量方法的示意图。测量装置在下侧具有凹部材且在上侧具有凸部材。凹部材及凸部材的曲面的曲率半径为30mm。样品以其端部由凹部材的凹部的端部支撑的方式配置。然后,如图25B所示，通过将凸部材的凸部按压到样品，凸部材位移到下侧，处于平坦状态的样品弯曲。通过测量凸部材位移到下侧时需要的力，估算出使样品弯曲时需要的力。测量使用日本岛津制作所制造的小型台式精密万能试验机(EZ Graph)。
图26示出测量结果。在图26中,横轴示出凸部材的位移量，纵轴示出位移所需要的力。在图26中，从位移量为6mm附近弯曲时需要的力增大，这是因为样品的底面与凹部材的顶面接触，按压样品的力占优势的缘故。
在位移量为6mm以下时，使每个样品弯曲时需要的力为2N以下，这意味着上述电池为容易弯曲的电池。
此外,如图26所示，观察到如下倾向：位移量越多，即样品的曲率半径越小，使各样品弯曲时需要的力越大。这是因为电池具有弹性性质，曲率半径越小恢复原来的形状的力增大的缘故。尤其是，由于将加工为波形形状的薄膜用作外包装体，所以外包装体的恢复力占优势。
图26的各样品的结果比较示出外包装体的厚度越小，弯曲时需要的力越小。例如，当位移量为4mm时，使样品3弯曲时需要的力为使样品5弯曲时需要的力的2倍左右，该差异与样品3和样品5的厚度差异大致相同。此外，使样品4弯曲时需要的力为使样品5弯曲时需要的力的1.3倍左右。样品4的厚度为样品5的1.4倍左右，所以使样品4弯曲时需要的力与使样品5弯曲时需要的力之差异也与样品4和样品5的厚度差异大致相同。因此，可确认到弯曲时需要的力与用作外包装体的薄膜的厚度成正比。
由上述结果确认到本发明的一个方式的电池是通过将波形形状的薄膜用于外包装体，弯曲时需要的力极小的电池，并且通过减薄外包装体能够用更小的力使电池弯曲。
实施例5
在本实施例中，制造内置有本发明的一个方式的电池的手表带。
首先，说明表带的制造方法。手表带通过如下方法制造。参照图27A至图27E说明表带的制造方法。
首先，在下模与第一上模之间夹住成型材料的状态下，以按压下模与第一上模的方式进行挤压，并在将下模与第一上模合在一起的状态下使该材料固化，来形成下成型体(图27A、图27B)。这里，如图27B所示，在下成型体的一部分形成有槽。
接着，去除第一上模，以将电池设置为嵌入下成型体的槽(图27C)。
然后，在电池与第二上模之间配置成型材料的状态下，以按压第二上模与下模的方式进行挤压，并在将第二上模与下模合在一起的状态下使材料固化(图27D)。
然后，去除第二上模及下模，制造内置有电池的手表带(图27E)。
在本实施例中，分别制造作为成型材料使用混炼型硅酮原料的样品6以及作为成型材料使用液体硅酮原料的样品7。作为样品6使用以与在实施例4中说明的样品3相同的方法制造的电池，作为样品7使用以与在实施例4中说明的样品5相同的方法制造的电池。
图28A是样品6的顶面的外观照片。图28A示出在乳白色的硅酮橡胶中内置有电池的状态。图28B是使手表带的有电池的部分弯曲时的照片。
图29A、图29B分别是样品7的顶面及侧面的外观照片。与样品6相比样品7的橡胶成型体的颜色为更深的乳白色，但稍微透明，可确认到内置有的电池的外包装体的波形形状被维持。图29C是使手表带的有电池的部分弯曲时的照片。用于样品7的外包装体的薄膜的厚度比用于样品6的外包装体的薄膜的厚度小，所以样品7的柔性较高，且可以较小力弯曲。
如上所述，通过以覆盖外包装体的方式形成橡胶，可以制造内置有本发明的一个方式的电池的橡胶成型体。虽然在此形成了手表带的形状，但是本发明的一个方式不局限于此，也可以将本发明的一个方式的电池用于任何橡胶成型体。
实施例6
在本实施例中，说明所制造的本发明的一个方式的电池的弯曲测试的结果。
在本实施例中，制造以下三种样品，即样品8、样品9及样品10。
层叠有聚丙烯、铝箔及尼龙的铝层压薄膜被用作样品8、样品9及样品10的外包装体。铝箔的厚度大约为20μm，薄膜的总厚度为50μm。此外，使用加工成波的距离为2mm且波峰表面与波谷表面的高度差为0.5mm的薄膜。
样品8、样品9及样品10除了薄膜的折叠方法以外使用与实施例1相同的方法制造。
样品8是以使波的相位错开180度的方式，即以使波的峰线彼此重叠且波的谷线彼此重叠的方式折叠薄膜来得到的。
样品9是以使波的相位不一致的方式，具体而言，以使波的相位错开大约90度的方式折叠薄膜来得到的。
样品10是以使波的相位不一致的方式，即以一个部分的波的峰线与另一个部分的波的谷线重叠的方式折叠薄膜来得到的。
图30A、图30B、图30C分别是样品8、样品9、样品10的透射X射线照片。虽然由于薄膜的接合工序而各薄膜的一对部分的一部分的波的相位稍微错开，但是可以得到大致为所希望的形状。
接着，对样品8、样品9及样品10分别进行弯曲测试。在测试中，以40mm(弯曲)与150mm(延伸)之间的曲率半径对样品反复进行弯曲延伸动作10000次。
图31A、图31B、图31C是弯曲测试后的各样品的外观照片。
如图31A所示，在弯曲测试之后样品8的外观没有很大的变化。如图31B的虚线所示，样品9的侧密封部的一部分产生变形，但是没有电解液的泄漏。另一方面，如图31C的虚线所示，样品10的侧密封部有较大程度歪曲的部分。此外，确认到在10000次弯曲测试之后在样品10中产生了电解液的泄漏。
由上述结果确认到与薄膜的波的相位一致的条件(样品10)的侧密封部相比，使薄膜的波的相位错开的条件(样品8及样品9)的侧密封部不容易产生变形。尤其是，在薄膜的波的相位错开180度的条件的样品8中，几乎没有观察到侧密封部的变形，从样品8可以得到良好的结果。
接着，测量出样品8及样品9的薄膜的水分的进入量并评价密封性能。水分的进入量的测量以与实施例3相同的方法进行。此外，观察到样品10的电解液泄漏，因此没有对样品10进行评价。此外，对在同一条件下制造的进行了弯曲测试的两个样品8、以及在同一条件下制造的进行了弯曲测试的两个样品9进行评价。
图32示出测量的水分进入量。
各样品8的水分进入量都小于100ppm，这表示即使在10000次的弯曲测试之后，也维持良好的密封性能。此外，样品8包括其中的铝箔比实施例3所示的样品薄的薄膜，但是样品8的密封性能与实施例3中的样品相同。
样品9的水分进入量比样品8大。这可认为是因为从图31B的外观照片来看，在离侧密封部近的位置上有容易产生局部变形的部分，由于该部分反复变形造成金属疲劳而在铝箔中产生裂缝，因此导致密封性能降低。尤其是，本实施例的铝箔的厚度比实施例3小，因此会观察到明显的密封性能的差异。
此外，在本测试中使用的在高温高压水下使用压力锅的处理是比实际范围环境更严酷的条件下的测试，没有弯曲测试所导致的样品9的电解液的泄漏。这表示确保实际应用上的充分的密封性能。
从上述结果可确认到，即便对薄膜的波的相位错开的样品进行反复进行弯曲延伸动作也不产生电解液的泄漏等问题。尤其是，在使薄膜的波的相位错开180度的时几乎不产生密封性能的降低。换言之，当薄膜的波的相位的相位差接近180度时，对反复进行弯曲延伸的耐性更高。
实施例7
在本实施例中，说明对在使电池弯曲时产生的具有波形形状的薄膜外包装体的变形进行计算的结果。
在计算中，使用两个模型(模型1、模型2)。图33A1、图33A2示出模型1，图33B1、图33B2示出模型2。图33A1、图33B1分别是模型1、模型2的透视图，图33A2、图33B2分别是从横向方向看模型1、模型2时的图。
以下说明计算模型。首先，作为电池的外包装体假设具有波形形状的两个薄膜以具有空间的方式配置并在宽度方向的端部结合的结构。以下的薄膜的材料特性为从在实施例2中得到的铝层压薄膜的拉伸测试的结果算出的值，杨氏模量假设为4.9×109Pa，屈服应力假设为2×107Pa，切线系数假设为6.3×107Pa，泊松比假设为0.3。为了计算结构的简化，假设在电池内部没有电极叠层体的结构。
模型1的电池的外包装体是以波的相位错开180度的方式配置的一对薄膜，模型2的电池的外包装体是以波的相位一致的方式配置的一对薄膜。
假设各电池的外包装体沿着刚体的表面变形。刚体具有曲率半径为25mm的弯曲表面。此外，假设刚体的一部分为梳刀状，因此将电池的峰线与刚体的接触部的接触条件设定为为计算方便的条件。
在电池的端部附近配置圆柱状的刚体，在图33A2等中如箭头所示，通过使该刚体在垂直方向上位移，使电池变形。
计算使用ANSYS公司制造的ANSYS Mechanical APDL 14.0。计算模型的网格条件为如下：要素模型：285(3维4接点四面体固态)。
在模型1与模型2的计算出的应力值之间没有观察到明显的差异。
图34A、图34B示出变形的模型1的形状，图35A、图35B示出变形的模型2的形状。图34A、图35A分别对应于图33A2、图33B2，图34B、图35B分别对应于从相反一侧(背面)看图33A2、图33B2时的情况。
说明弯曲后的形状。可知模型1对应于弯曲均匀地变形，而模型2却有显著的歪曲。具体而言，图34A、图34B的模型1的计算结果示出对称的形状。另一方面，图35A、图35B的模型2的计算结果示出非对称的形状。尤其是，从图35A一侧看时，以外包装体的前面一侧不与刚体的表面接触的方式电池变为扭曲形状。
这里，作为电池的外包装体，一对薄膜(上下薄膜)固定在侧密封部。侧密封部大致位于电池用外包装体的中和面。因此，在使电池外包装体弯曲时，侧密封部不延伸，主要是位于一对侧密封部之间的波形形状的部分变形。
当使一个薄膜弯曲时，薄膜以近于中和面的谷线部为起点变形。夹着两个谷线部的峰线部随着位于峰线部的两侧的两个谷线部的变形而变形。因此，一对薄膜以谷线部为起点而变形。由此，可推测夹着中和面相邻的两个谷线部之间的部分是最容易变形的部分。
在模型1中，由于波的相位差为180度，所以夹着中和面接近的两个谷线部的距离最小，因此模型1容易弯曲。
再者，在模型1中，在从横向方向看电池用外包装体时，连接夹着中和面接近的两个谷线部的直线分别经过弯曲的中心。这有可能是如图34A、图34B所示，模型1变形为畸变少的形状的理由。
另一方面，在模型2中，由于波的相位一致，所以夹着中和面接近的两个谷线部的距离最大，因此模型2不容易弯曲。
再者，在模型2中，一个谷线部接近以在一个谷线部和两个峰线部之间夹着中和面的方式位于相反一侧的两个峰线部。换言之，各谷线部的两个部分最容易变形。此外，在从横向方向看电池用外包装体时，有两个连接一个谷线部与最接近于该一个谷线部的谷线部的直线，这两个直线都不经过弯曲的中心，在一个谷线部交叉。这就是与模型1的不同之处。各谷线部的两个容易变形的部分以相同程度变形，而一个部分比另一个部分变形得更多。
注意，由于哪一个部分更容易变形不是由单一因素决定，所以在使电池用外包装体弯曲时，局部性地产生两个最容易变形的部分变形得多的部分。图35A、图35B所示的歪曲很大的部分会相当于上述两个部分。上述结果与如下结果一致：如实施例6所示，因弯曲延伸测试而使波的相位一致的样品10的侧密封部部分地且大幅度地歪曲的结果。
由上述结果可知，如模型2所示，波的相位完全一致的电池外包装体的结构不适合于弯曲，具有波的相位错开的结构是优选的。再者，如模型1所示，波的相位错开180度的电池外包装的结构最优选。
符号说明
10：电池；11：外包装体；12：叠层体；13：电极；13a：电极；13b：电极；21：峰线；21a：峰线；21b：峰线；22：谷线；22a：谷线；22b：谷线；25：空间；31：部分；31a：部分；31b：部分；32：折叠部分；33：接合部；34：接合部；41：电极；42：电极；43：电极；50：薄膜；51：模；52：模；53：模；54：模；55：压花辊；55a：凸部；56：压花辊；56a：凸部；57：辊；60：方向；61：薄膜；62：薄膜；63：凸部；64：空间；71：区域；72：正极集流体；73：隔离体；74：负极集流体；75：密封层；76：引线电极；77：电解液；78：正极活性物质层；79：负极活性物质层；80：平面；90：平面；7100：移动电话机；7101：框体；7102：显示部；7103：操作按钮；7104：二次电池；7105：引线电极；7106：集流体；7400：移动电话机；7401：框体；7402：显示部；7403：操作按钮；7404：外部连接端口；7405：扬声器；7406：麦克风；7407：二次电池；7408：引线电极；7409：集流体；7600：吸尘器；7601：引线电极；7602：引线电极；7603：操作按钮；7604：二次电池；7605：二次电池；7606：显示部；8021：充电装置；8022：电缆；8100：汽车；8101：车头灯；8200：汽车
本申请基于2015年10月27日由日本专利局受理的日本专利申请第2015-210931号、2015年12月9日由日本专利局受理的日本专利申请第2015-240157号以及2015年12月17日由日本专利局受理的日本专利申请第2015-245916号，其全部内容通过引用纳入本文。

Claims (17)

1.一种电池，包括：
外包装体；
所述外包装体中的叠层体；以及
所述外包装体中的离子液体，
其中，所述外包装体为薄膜状且在所述外包装体的相对部分之间夹着所述叠层体地对折该外包装体，
所述外包装体包括一对第一部分、第二部分、一对第三部分及第四部分，
所述一对第一部分互相重叠，
所述第一部分的每一个由所述第二部分、所述一对第三部分及所述第四部分围绕且包括与所述叠层体互相重叠的部分，
所述第二部分是位于所述一对第一部分之间的弯折部分，
所述一对第三部分是以夹着所述第一部分的每一个的方式对置的在与所述第二部分交叉的第一方向上延伸的带状部分，
所述第四部分是夹着所述第一部分位于所述第二部分相反一侧的带状部分，
所述外包装体在所述第三部分及所述第四部分接合，
所述叠层体包括第一正极集流体及第二正极集流体，
第一正极活性物质层设置在所述第一正极集流体的第一表面上，
第二正极活性物质层设置在所述第二正极集流体的第一表面上，
并且，所述第一正极集流体的第二表面与所述第二正极集流体的第二表面接触。
2.根据权利要求1所述的电池，
其中在由所述外包装体围绕的区域中，所述叠层体与所述第二部分不接触，在所述叠层体与所述第二部分之间有空间。
3.根据权利要求1所述的电池，
其中在所述电池折叠时所述第一正极集流体相对于所述第二正极集流体滑动。
4.根据权利要求1所述的电池，
其中在所述外包装体的平面中，所述第三部分的每一个的延伸方向的长度比平行于所述第三部分的延伸方向上的一个所述第一部分、所述第二部分及所述第四部分的总长度长。
5.根据权利要求1所述的电池，
其中所述第一部分的每一个具有互相平行的多个峰线及多个谷线交替配置的波形形状，
并且所述第三部分都是平坦的。
6.根据权利要求5所述的电池，
其中所述第一部分的每一个包括离所述第二部分的距离越小所述波周期越长且波振幅越小的区域。
7.根据权利要求5所述的电池，
其中所述外包装体的所述一对第一部分包括一个所述第一部分的所述峰线不与另一个所述第一部分的所述谷线重叠的区域。
8.根据权利要求5所述的电池，
其中所述一对第一部分包括所述峰线彼此重叠且所述谷线彼此重叠的区域。
9.根据权利要求5所述的电池，
其中一个所述峰线位于所述第二部分与所述第一部分的离所述第二部分最近的所述谷线之间。
10.根据权利要求1所述的电池，
其中在所述电池为伸直的状态下，所述第二部分一侧的所述叠层体的端部与所述电池的所述外包装体的内侧表面之间的距离在所述叠层体的厚度为2t时为π×t以上。
11.根据权利要求1所述的电池，
其中所述离子液体包含乙基甲基咪唑阳离子。
12.一种电池，包括：
外包装体；
所述外包装体中的叠层体；以及
所述外包装体中的离子液体，
其中，所述外包装体为薄膜状且在所述外包装体的相对部分之间夹着所述叠层体地对折该外包装体，
所述外包装体包括一对第一部分、第二部分、一对第三部分及第四部分，
所述一对第一部分互相重叠，
所述第一部分的每一个由所述第二部分、所述一对第三部分及所述第四部分围绕且包括与所述叠层体互相重叠的部分，
所述第二部分是位于所述一对第一部分之间的弯折部分，
所述一对第三部分是以夹着所述第一部分的每一个的方式对置的在与所述第二部分交叉的第一方向上延伸的带状部分，
所述第四部分是夹着所述第一部分位于所述第二部分相反一侧的带状部分，
所述外包装体在所述第三部分及所述第四部分接合，
所述第一部分包括多个凸部和凹部，
所述叠层体包括第一正极集流体及第二正极集流体，
第一正极活性物质层设置在所述第一正极集流体的第一表面上，
第二正极活性物质层设置在所述第二正极集流体的第一表面上，
并且，所述第一正极集流体的第二表面与所述第二正极集流体的第二表面接触。
13.根据权利要求12所述的电池，
其中在由所述外包装体围绕的区域中，所述叠层体与所述第二部分不接触，在所述叠层体与所述第二部分之间有空间。
14.根据权利要求12所述的电池，
其中在所述电池折叠时所述第一正极集流体相对于所述第二正极集流体滑动。
15.根据权利要求12所述的电池，
其中在所述外包装体的平面中，所述第三部分的每一个的延伸方向的长度比平行于所述第三部分的延伸方向上的一个所述第一部分、所述第二部分及所述第四部分的总长度长。
16.根据权利要求12所述的电池，
其中在所述电池为伸直的状态下，所述第二部分一侧的所述叠层体的端部与所述电池的所述外包装体的内侧表面之间的距离在所述叠层体的厚度为2t时为π×t以上。
17.根据权利要求12所述的电池，
其中所述离子液体包含乙基甲基咪唑阳离子。
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