CN102332560B - 电池的制造方法、电池、车辆以及电子设备 - Google Patents

电池的制造方法、电池、车辆以及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供使用固体电解质的薄且电化学特性优良的电池、电池的制造方法、车辆以及电子设备。通过以喷嘴扫描法涂敷包含负极活性物质材料的涂敷液，形成从大致平坦的负极集电体(11)的表面突出的线条状图案(121)。接着，通过例如旋涂法涂敷包含固体电解质材料的涂敷液，来形成固体电解质层(13)。在考虑涂敷在线条状图案(121)上的涂敷液的一部分向在线条状图案(121)之间露出的负极集电体的露出表面(11a)流动的因素的情况下，使覆盖露出表面(11a)的固体电解质层(13)的厚度(Te)小于线条状图案(121)的高度(Ha)。

Description

电池的制造方法、电池、车辆以及电子设备
技术领域
本发明涉及具有在活性物质层之间存在固体电解质层的结构的电池的制造方法、具有该结构的电池以及具有该电池的设备。
背景技术
以往，作为制造例如锂离子二次电池那样的化学电池的方法，公开有如下技术，即，使分别带有正极活性物质以及负极活性物质的作为集电体的金属箔隔着隔膜(separator)重叠并使隔膜浸渍在电解液中的技术。但是，对于含有高挥发性的有机溶剂作为电解液的电池，在处理时需要小心，另外，还追求进一步的小型化及大输出化，因此，近年来提出如下技术，即，使用固体电解质来代替电解液，通过微细加工来制造全固体电池。
例如，在专利文献1中公开有如下技术，即，通过喷墨法(inkjet method)，在成为集电体的金属箔上，形成表面具有凹凸的活性物质层，然后为了填埋该凹凸，通过喷墨法立体地依次层叠固体电解质层、另一个活性物质层。在该技术中，通过重叠涂敷，使不同的功能层所混在一起的层层叠为多层，由此得到上述的立体的结构，其中，不同的功能层包括在1次印刷工序中形成的正负的活性物质层以及固体电解质层等。
专利文献1：日本特开2005-116248号公报。
由于活性物质和电解质等材料的使用量和尺寸对电池容量和充放电特性有很大影响，所以为了得到薄且特性优良的电池，需要适当地均衡地对它们进行设定来制造电池。但是，在以往的技术中，没有对这一点进行足够地研究。而且，在上述专利文献1中记载的现有技术中，为了得到所希望的立体结构需要很多工序，因此在实用性上来说，对于制造具有这样的立体结构的电池，还存在进一步进行改善的余地。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供使用固体电解质、薄且电化学特性优良的电池以及具有该电池的设备。
为了达到上述目的，本发明的电池的制造方法，其特征在于，包括：活性物质涂敷工序，在大致平坦的基材的表面上涂敷包含第一活性物质材料的第一涂敷液，由所述第一活性物质材料形成从所述基材的表面突出的凸部；电解质层形成工序，在形成有所述凸部的所述基材的表面上涂敷包含固体电解质材料的第二涂敷液，由所述固体电解质材料形成将所述凸部的表面和所述基材的未形成所述凸部的露出表面一起覆盖的电解质层；在所述电解质层形成工序中，使覆盖所述基材的所述露出表面的电解质层的厚度小于从所述基材表面突出的所述凸部的高度。
通过在基材表面形成由第一活性物质材料形成的凸部，能够相对于第一活性物质材料的使用量(体积)增大其表面积，因此，能够提高作为电池的充放电特性。另一方面，在使用离子电导率比电解液低的固体电解质的情况下，需要使两极的活性物质层之间的电解质层薄。但是，如果相比由第一活性物质材料形成的凸部的高度，其周围的电解质层的厚度大，则失去在活性物质上设置凹凸的意义，成为两极的活性物质隔着厚的电解质层相向的状态。尤其是对于在基材表面上设置由第一活性物质材料形成的凸部的结构，在通过涂敷电解质用涂敷液形成电解质层的情况下，此问题显著。这是因为，涂敷在凸部上的电解质用涂敷液流入比其低的基材的露出表面，在这部分上电解质层的厚度增大。因此，为了得到特性良好的电池，重要地是适当地管理覆盖基材的露出表面的电解质层的厚度。
因此，在本发明的电池的制造方法中，着眼于电解质层中的覆盖基材的露出表面的部分进行管理，使该部分的电解质层的厚度小于凸部的高度。因此，能够可靠地得到能够以大的相向面积使活性物质相向的薄的电解质层。由此，根据本发明，能够制造薄且电化学特性优良的电池。另外，由于不需要使整个固体电解质层的厚度均匀，所以不限定于特殊的涂敷方法，只要能够控制基材的露出表面上的膜厚，能够应用各种涂敷方法。
根据本申请发明人的研究，如果使覆盖基材的露出表面的电解质层的厚度为凸部的高度的二分之一以下，则能够进一步提高电池的特性。另外，如果基材表面中的由第一活性物质材料形成的凸部所覆盖的部分的面积在整个面积的二分之一以下，则能够有效地抑制由于从凸部流入涂敷液而引起电解质层的厚度增加的情况。
具体地说，例如，在活性物质涂敷工序中，可以形成多个沿着基材的表面的线条状的凸部，使各凸部的宽度在相邻的凸部之间的间隔以下。这样的立体结构称为所谓的线与间距结构，适于通过涂敷以短时间形成立体的结构的情况。另外，通过使凸部的宽度在相邻的凸部之间的间隔以下，能够将基材表面中的被凸部覆盖的部分的面积抑制为全体面积的二分之一以下，能够抑制上述的电解质层的厚度增加。
另外，根据本申请发明人的研究，这样制造的电池在凸部的宽度为20μm至250μm且凸部之间的间隔在500μm以下的情况下，或与凸部的延伸方向垂直的平面上的凸部的截面积为200μm2至125000μm2的情况下，尤其能够得到良好的特性。
另外，在本发明的活性物质涂敷工序中，例如，可以从相对基材的表面进行移动的喷嘴喷出第一涂敷液，来将第一涂敷液涂敷在基材表面上。这样的根据所谓的喷嘴分配方式而形成的涂敷技术能够将涂敷液涂敷在微细的凹凸图案上，从而优选应用于本发明的第一涂敷液的涂敷中。而且，在该方式中，能够在以短时间形成具有厚度的图案，能够以远高于应用喷墨方式的专利文献1中记载的以往技术的生产率来制造电池。
另外，本发明的基材可以是与第一活性物质对应的成为第一集电体的导电片。另外，可以是在成为第一集电体的导电片的主面中的要涂敷第一涂敷液的一侧的主面上预先层叠由第一活性物质材料形成的膜而成的层叠体。在导电片表面直接形成由第一活性物质材料形成的凸部时，导电片、凸部分别发挥集电体层、活性物质层的功能。另外，在将在导电片上形成活性物质膜的层叠体作为基材的情况下，此后形成的凸部与预先在基材上形成的活性物质膜一体发挥活性物质层的功能。此时，能够进一步增大活性物质层的表面积，因此能够制造特性更良好的电池。
在本发明的电池的制造方法中，希望在上述那样制造的电解质层的表面进一步层叠第二活性物质层以及第二集电体层。这样，能够制造第一以及第二活性物质层夹持薄的固体电解质层而且以大的面积相向的电池，从而能够得到薄且特性良好的电池。
此时，可以在电解质层的表面上涂敷包含第二活性物质材料的第三涂敷液，来形成第二活性物质层。通过涂敷涂敷液形成第二活性物质层，由此，能够形成与电解质层接触的接触面具有与电解质层表面的凹凸吻合的凹凸的第二活性物质层。因此，能够制造第二活性物质层与电解质层的接触面积大且特性良好的电池。
另外，为了达到上述目的，本发明的电池的特征在于具有层叠第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层、第二活性物质层、第二集电体层而成的结构，这些由上述的任一制造方法制造。在这样构成的发明中，第一活性物质层和第二活性物质层隔着薄的固体电解质层相向。因此，本发明的电池是使用固体电解质的薄且电化学特性优良的电池。
具有上述那样的结构的电池能够用于各种领域，例如，能够成为电动汽车这样的各种车辆的电源，另外，能够应用于具有将该电池作为电源来进行动作的电路部的各种电子设备。更具体地说，由于能够构成薄且高性能的电源，所以优选用于如IC卡那样具有对电池和电路部进行保持的卡式框体的电子设备。
根据本发明，在制造使用固体电解质的电池时，通过活性物质形成从大致平坦的基材表面突出的凸部。并且，使覆盖没有被由活性物质形成的凸部覆盖的基材表面的活性物质层的厚度小于凸部的高度。因此，能够提供使两极的活性物质隔着薄的电解质层以大的面积相向而且薄且特性良好的电池以及具有该电池的设备。
附图说明
图1A是本发明的电池的一个实施方式的锂离子二次电池组件的外观立体图。
图1B是表示本实施方式的锂离子二次电池组件的剖视结构的图。
图2是表示图1A的电池的制造方法的一个例子的流程图。
图3A是从X方向观察通过喷嘴扫描法进行涂敷的状态的图，图3B以及图3C是分别从Y方向以及斜上方观察同一状态的图。
图4是示意性地表示通过旋涂法涂敷材料的状态的图。
图5A、图5B以及图5C是示意地表示固体电解质层的厚度的图。
图6A以及图6B是示意地表示线条状图案的宽度与间隔之间的关系的图。
图7是示意地表示通过刮刀涂敷法(knife coat method)涂敷正极活性物质的状态的图。
图8是示意地表示作为安装有本发明的电池的设备的一个例子的电动汽车的图。
图9是示意地表示作为安装有本发明的电池的设备的另一个例子的IC卡的图。
图10A是表示本发明的电池的变形例的图。
图10B是表示图10A的电池的制造方法的图。
具体实施方式
图1A是本发明的电池的一个实施方式的锂离子二次电池组件的外观立体图，图1B是表示其剖视结构的图。该锂离子电池组件1具有如下结构，即，在负极集电体11的表面上依次层叠负极活性物质层12、固体电解质层13、正极活性物质层14以及正极集电体15。在本说明书中，将X、Y以及Z坐标方向分别定义为如图1A所示的方向。
如图1B所示，负极活性物质层12成为线与间距结构(line and spacestructure)，即，成为在X方向隔开恒定间隔地排列多个由负极活性物质形成且沿着Y方向延伸的线条状的图案121的结构。另一方面，固体电解质层13是由固体电解质形成的连续的薄膜。固体电解质层13以沿着上述那样在负极集电体11上形成负极活性物质层12而成的层叠体表面的凹凸(与该凹凸吻合)方式，均匀覆盖该层叠体的大致整个上表面。
另外，正极活性物质层14的下表面侧具有凹凸结构，所述凹凸结构是沿着固体电解质层13上表面的凹凸而成的，而所述正极活性物质层14的上表面大致平坦。而且，在正极活性物质层14的这样形成为大致平坦的上表面上层叠正极集电体15，从而形成锂离子二次电池组件1。在该锂离子二次电池组件1上适当设置突出电极(tab electrode)或层叠多个组件，而构成锂离子二次电池。
在此，作为构成各层的材料，能够使用公知的锂离子电池的构成材料。作为负极集电体11、正极集电体15能够分别使用例如铜箔、铝箔。另外，作为正极活性物质能够使用例如以LiCoO2(钴酸锂(LCO))作为主体的材料，作为负极活性物质能够使用例如以Li4Ti5O12(LTO)作为主体的材料。另外，固体电解质层13能够使用例如聚氧化乙烯以及聚苯乙烯。此外，各功能层的材质不限于此。
具有这样的结构的锂离子二次电池组件1薄且易于弯折。另外，将负极活性物质层12作成图示那样的具有凹凸的立体的结构，而相对于其体积使表面积增大，因此，能够使负极活性物质层12与正极活性物质层14的相向面积增大，从而得到高效率、高输出，其中，负极活性物质层12隔着薄的固体电解质层13与正极活性物质层14相向。这样，具有上述结构的锂离子二次电池小且性能高。
接着，说明制造上述的锂离子二次电池组件1的方法。以往，通过对与各功能层对应的薄膜材料进行层叠形成此种组件，但是在该制造方法中，组件的高密度化有限。另外，在所述的专利文献1中记载的制造方法中，工序多，制造时间长，另外，各功能层间难于分离。相对于此，在以下说明的制造方法中，能够以少的工序且使用现有的处理装置，制造上述那样的结构的锂离子二次电池组件1。
图2是表示图1A的电池的制造方法的一个例子的流程图。在该制造方法中，首先，准备成为负极集电体11的金属箔例如铜箔(步骤S101)。在使用薄的铜箔的情况下，难于对其进行搬运或处理。因此，优选例如将一面贴附在玻璃板或树脂板等载体上等，来提高搬运性。
接着，通过喷嘴分配法(nozzle dispense method)，尤其是例如使喷出涂敷液的喷嘴相对于涂敷对象面相对移动的喷嘴扫描法，在铜箔的一个面上涂敷包含负极活性物质材料的负极活性物质涂敷液(步骤S102)。作为涂敷液，例如能够使用包含所述的负极活性物质的有机类LTO材料(有机、无机复合材料)。涂敷液能够使用如下的混合液，在该混合液中除了负极活性物质以外，还混合了作为导电辅助剂的乙炔炭黑或科琴炭黑、作为粘接剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或聚四氟乙烯(PTFE)、作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。此外，作为负极活性物质材料除了上述的LTO以外，还能够使用例如石墨、金属锂、SnO2、合金类等。
图3A是从X方向观察通过喷嘴扫描法进行涂敷的状态的图，图3B以及图3C是分别从Y方向、斜上方观察同一状态的图。通过喷嘴扫描法将涂敷液涂敷在基材上的技术为公知技术，在本方法也能够应用那样的公知技术，因此省略对装置结构的说明。
在喷嘴扫描法中，将贯穿设置有1个或多个用于喷出作为涂敷液的上述有机类LTO材料的喷出口311的喷嘴31配置在铜箔11的上方。然后，一边从喷出口311喷出恒定量的涂敷液32，一边使喷嘴31相对于铜箔11在箭头方向Dn上以恒定速度扫描移动。这样，在铜箔11上将涂敷液32涂敷为沿着Y方向的线条状。通过在喷嘴31上设置多个喷出口311，能够通过1次扫描移动形成多个条纹。而且，按照需要反复进行扫描移动，能够在铜箔11的整个面上线条状地涂敷涂敷液。通过使其干燥固化，在铜箔11的上表面形成由负极活性物质形成的线条状图案121。另外，可以在涂敷后加热促进干燥，或在涂敷液中添加光固化性树脂，在涂敷后照射光来使涂敷液固化。
在此刻，处于负极活性物质层12相对于大致平坦的铜箔11的表面部分突出的状态。与仅以上表面平坦的方式涂敷涂敷液的情况相比，能够相对于活性物质的使用量使表面增大。因此，能够使负极活性物质层12与之后形成的正极活性物质的相向面积增大，从而得到高输出。
继续说明图2的流程图。通过适当的涂敷方法例如旋涂法，对这样形成的将负极活性物质层12层叠在铜箔11上而成的层叠体的上表面，涂敷电解质涂敷液(步骤S103)。作为电解质涂敷液，能够使用将所述的高分子电解质材料例如聚氧化乙烯、聚苯乙烯等树脂、作为支持电解质的例如LiPF6(六氟磷酸锂)以及作为溶剂的例如二乙烯碳酸酯(diethylene carbonate)等混合而成的混合物。
图4是示意性地表示通过旋涂法涂敷材料的状态的图。在铜箔11上层叠呈线条状图案121的负极活性物质层12而成的层叠体101，大致水平地载置在围绕铅垂方向(Z方向)的旋转轴在规定的旋转方向Dr上自由旋转的旋转台42上。然后，旋转台42以规定的旋转速度旋转，从设置在旋转台42的旋转轴的上部位置上的喷嘴41向层叠体101喷出包含高分子电解质材料的涂敷液43。滴至层叠体101的涂敷液借助离心力而向周围扩散，多余的液从层叠体101的端部甩出。由此，层叠体101的上表面被薄且均匀的涂敷液覆盖。在旋涂法中，能够利用涂敷液的粘度以及旋转台42的旋转速度控制膜厚，另外，即使对于如本发明的层叠体101那样的在表面具有凹凸结构的被处理物，也能够十分有效地形成沿着该凹凸的厚度均匀的薄膜。
在此，研究固体电解质层13的厚度。固体电解质层13在处于常温附近的状态下，其离子电导率比液体电解质小。因此，为了抑制电池的内部电阻，在正负的活性物质层可靠的分离的前提下，希望固体电解质层13尽可能薄。在本实施方式的制造方法中，如下管理固体电解质层13的厚度。
图5A、图5B以及图5C是示意性地表示固体电解质层的厚度的图。更详细地说，这些图是以与构成负极活性物质层12的线条状图案121的延伸方向(Y方向)垂直的X-Z平面剖切层叠负极集电体11、负极活性物质层12以及固体电解质层13而成的层叠体的剖视图。理想的状态是，固体电解质层13以薄且均匀的厚度覆盖负极集电体11与负极活性物质12所形成的层叠体101的表面。因此，如图5A所示，希望对由负极活性物质形成的线条状图案121的顶部进行覆盖的固体电解质层13的厚度T1与对没有形成线条状图案121而露出的负极集电体11的露出表面11a进行覆盖的固体电解质层13的厚度T2大致相同。
但是，在通过涂敷包含电解质材料的涂敷液来形成固体电解质层13的情况下，不能够避免如图5A中的虚线箭头所示那样，涂敷在线条状图案121上的涂敷液的一部分由于重力向露出表面11a流下。这样会使覆盖线条状图案121的固体电解质层13的厚度T1减小，而且使对负极集电体11的露出表面11a进行覆盖的固体电解质层13的厚度T2增大。因此，在线条状图案121的顶部和负极集电体层11的露出表面之间，使电解质层的厚度一致是不现实的。
因此，在本实施方式中，在考虑这样的流动现象的基础上，管理对负极集电体层11的露出表面11a进行覆盖的固体电解质层13的厚度。由此，能够制造特性良好的电池。具体而言，如图5B所示，调整固体电解质层13的厚度，使对负极集电体11的露出表面11a进行覆盖的固体电解质层13的厚度Te小于由负极活性物质形成的线条状图案121的Z方向高度Ha。优选厚度Te为Z方向高度Ha的一半以下。
作为比较例，如图5C所示，考虑对负极集电体层11的露出表面11a进行覆盖的固体电解质层13a的厚度Te大于由负极活性物质形成的线条状图案121的高度Ha的情况。此时，层叠在固体电解质层13a上的正极活性物质层隔着厚的电解质层13a与负极集电体的线条状图案121相向，从而失去了在负极活性物质层12上设置凹凸图案的意义。
在本实施方式中，使对负极集电体层11的露出表面11a覆盖的固体电解质层13的厚度Te小于线条状图案121的高度Ha。这样，线条状图案121的从固体电解质层13的表面突出的顶部以及侧面，隔着薄的固体电解质层13与正极活性物质相向。虽然使固体电解质层13的厚度Te越薄，其效果越显著，但是，根据本申请的发明人的研究，在使对负极集电体层11的露出表面11a进行覆盖的固体电解质层13的厚度Te为线条状图案121的高度Ha的一半以下时，尤其能够得到特性良好的电池。
另外，从抑制因为涂敷在线条状图案121上并向周围流动的涂敷液而使负极集电体层11的露出表面11a上的电解质层13的厚度增大的角度考虑，线条状图案121的宽度与相邻的线条状图案之间的间隔之间的关系也很重要。
图6A以及图6B是示意性地表示线条状图案的宽度与间隔之间的关系的图。如图6A所示，在本实施方式中，使线条状图案121之间的间隔Sa大于线条状图案121的排列方向(X方向)上的线条状图案121的宽度La或与其相等。在此，线条状图案121的宽度La定义为与负极集电体11接触的接触面上的宽度。在这样的尺寸关系下，负极集电体11表面中的被线条状图案121覆盖的部分的面积在没有被线条状图案121覆盖的部分的面积以下。即，负极集电体11表面中的被线条状图案121覆盖的部分的面积在整个面积的1/2以下。由于从线条状图案121上向周围流动的电解质涂敷液在整个露出表面11a扩展，所以通过这样增大线条状图案121的间隔Sa，不会显著增加电解质层13的厚度Te。
相对于此，如图6B所示的比较例那样，在间隔Sa小于线条状图案121的宽度La的情况下，从线条状图案121流下的涂敷液流入窄的间隙。因此，显著地增加了电解质层13的厚度Te。另外，在如本实施方式那样通过旋涂法涂敷电解质涂敷液的情况下，在线条间隔Sa小时，涂敷液滞留在低部，通过旋转不能够甩出该涂敷液。从这一点上考虑，也希望线条间隔Sa大于线条状图案121的宽度La。
例如使线条间隔Sa为线条状图案121的宽度La的K倍。此时，如果使刚涂敷后(未固化状态)的电解质层的厚度Te小于线条状图案121的高度Ha的(1/K)倍，则即使涂敷在线条状图案121上的几乎所有的涂敷液流下，固体电解质层13的厚度Te也不会超过线条状图案121的高度Ha。
根据本申请发明人的研究，从通过涂敷而得到优良的薄膜这一点而将固体电解质层13的厚度Te固定为20μm时，在20≤La≤250[μm]，1.4La≤Sa≤500[μm]时，尤其能够得到良好的特性。
另外，在考虑到有效地增大活性物质层的表面积的这一点，则希望线条状图案121的纵横尺寸比(＝Ha/La)大，即希望在相同的宽度La下高度Ha大，以使线条状图案121的截面积Da大。关于这一点，200≤Da≤125000[μm2]为优选的范围。
再次返回图2，进一步继续说明流程图。在这样形成的层叠铜箔11、负极活性物质层12、固体电解质层13而成的层叠体上形成正极活性物质层14(步骤S104)。正极活性物质层14是通过适当的涂敷方法例如公知的刮刀涂敷法涂敷包含正极活性物质的正极活性物质涂敷液而形成的。作为包含正极活性物质的涂敷液，能够使用将例如所述的正极活性物质与作为导电辅助剂的例如乙炔炭黑、作为粘接剂的SBR、作为分散剂的羧甲基纤维素钠(CMC)以及作为溶剂的纯水等混合而成的水类LCO材料。作为正极活性物质材料，除了能够使用上述的LCO以外，还能够使用LiNiO2或LiFePO4、LiMnPO4、LiMn2O4、以LiMeO2(Me＝MxMyMz，Me、M是过渡金属元素且x+y+z＝1)为代表的化合物，该化合物例如为LiNi1/3Co1/3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2等。另外，作为涂敷方法，除了以下例示的刮刀涂敷法之外，能够采用如刮棒涂敷法(bar coater)或旋涂法那样能够在平面上形成平坦的膜的公知的涂敷方法。
图7是示意性地表示通过刮刀涂敷法涂敷正极活性物质的状态的图。包含正极活性物质的涂敷液从未图示的喷嘴向层叠体102的表面喷出。然后，一边使接近地配置在层叠体102的上表面的刮刀52的下端接触涂敷液一边使其在层叠体上表面在箭头方向Dn3上移动。由此，使涂敷液54的上表面平坦均匀。
这样利用刮刀52一边使包含正极活性物质的涂敷液54更均匀一边涂敷在层叠体102上，由此，在层叠负极集电体11、负极活性物质层12、固体电解层13而成的层叠体102上形成正极活性物质层14。正极活性物质层14的下表面具有与固体电解质层13的凹凸吻合的凹凸，另一方面，上表面大致平坦。正极活性物质层14的厚度优选在20μm至100μm。
返回图2继续说明。在这样形成的正极活性物质层14的上表面层叠成为正极集电体15的金属箔例如铝箔(步骤S105)。此时，希望在之前的步骤S104中形成的正极活性物质层14没有固化的期间，在其上表面上重叠正极集电体15。由此，能够使正极活性物质层14与正极集电体15相互紧密地接合。另外，由于正极活性物质层14的上表面平坦均匀，所以易于无间隙地层叠正极集电体15。
如上所述，在本实施方式中，通过喷嘴扫描法在负极集电体11上涂敷负极活性物质涂敷液，从而形成具有线与间距结构的负极活性物质层12。由此，能够构成相对于材料的体积使表面积增大的负极活性物质层12。通过利用喷嘴扫描法进行涂敷，能够连续地喷出远多于所述的以往技术的喷墨法的大量的涂敷液，因此，能够以短时间形成具有大的高低差的凹凸图案的负极活性物质层12。
而且，以覆盖负极活性物质层12以及负极集电体11的露出表面11a的方式涂敷电解质涂敷液，来形成固体电解质层13。此时，考虑涂敷液从负极活性物质层12的线条状图案121向露出表面11a侧流动这一情况，来管理电解质层13的厚度。因此，能够应用可对在大致平坦的露出表面11a的膜厚进行控制的各种涂敷方法，而不需要特殊的涂敷方法。而且，进一步涂敷正极活性物质涂敷液，形成正极活性物质层14，然后层叠正极集电体15，由此，形成图1所示的锂离子二次电池组件1。在这样的结构中，正负两极的活性物质隔着薄的固体电解质层以大的面积相向。
因此，这样制造的锂离子二次电池组件1薄且电化学特性良好。而且，利用该锂离子二次电池组件1构成的电池为不包含有有机溶剂的全固体电池，易于处理，并且小且具有优良的性能。这样的电池能够用于电动汽车、电动助力自行车(electric power-assisted bicycles)、电动工具、机械手等机械类，或个人电脑、便携式电话或便携使音乐播放器、数码相机或摄像机等可动设备，智能IC卡、游戏机、便携式的测定设备、通信设备或玩具等各种电子设备。
以下说明安装有本发明的电池的设备的例子。但是，这些仅例示了能够应用本实施方式的电池的设备的方式的一部分，本发明的电池的应用范围不限于此。
图8是示意性地表示作为安装有本发明的电池的设备的一个例子的车辆具体地说是电动汽车的图。该电动汽车70具有车轮71、驱动该车轮71的马达72、向该马达72供给电力的电池73。作为该电池73能够采用将多个上述的锂离子二次电池组件1串并联连接的结构。这样构成的电池73小且具有高的电流供给能力，并且能够以短时间进行充电，因此，优选作为如电动汽车70那样的车辆的驱动用电源。
图9是示意性地表示作为安装有本发明的电池的设备的另一个例子的电子设备、具体地说是IC卡(智能卡)的图。该IC卡80具有：一对框体81、82，相互重合构成卡式的封装；电路组件83，容置在该框体内；电池84，成为该电路组件83的电源。其中的电路组件83具有：环状的天线831，其用于与外部通信；电路模块832，其包括集成电路(IC)，该集成电路(IC)经由该天线831与外部设备进行数据交换以及进行各种运算、存储处理。另外，作为电池84能够使用具有1组或多组上述的锂离子二次电池组件1的电池。
若采用这样的结构，则与自身不具有电源的一般的IC卡相比，能够扩大与外部设备通信的可通信距离，另外，能够进行更复杂的处理。本发明的电池84小、薄且具有大容量，因此优选应用于这样的卡式的设备。
如以上说明，在本实施方式中，负极集电体11相当于本发明的“基材”以及“第一集电体层”，负极活性物质以及负极活性物质层12分别相当于本发明的“第一活性物质”以及“第一活性物质层”。另外，线条状图案121相当于本发明的“凸部”。而且，负极活性物质涂敷液相当于本发明的“第一涂敷液”。另外，正极集电体15相当于本发明的“第二集电体层”，正极活性物质以及正极活性物质层14分别相当于本发明的“第二活性物质”以及“第二活性物质层”。而且，电解质涂敷液以及正极活性物质涂敷液分别相当于本发明的“第二涂敷液”以及“第三涂敷液”。
另外，在本实施方式的电池的制造方法(图2)中，步骤S102相当于本发明的“活性物质涂敷工序”，另一方面，步骤S103相当于本发明的“电解质层形成工序”。
此外，本发明不限于上述的实施方式，只要不脱离其宗旨，除了上述方式以外能够进行各种变更。例如，在各工序中应用的涂敷方法不限于上述内容，只要适于实现该工序的目的，可以应用其他的涂敷方法。例如，在上述的实施方式中，应用旋涂法形成固体电解质层13，但是只要是能够形成与涂敷对象面的凹凸吻合的薄膜且能够控制在大致平坦的基材的露出表面上的膜厚的涂敷方法，可以通过其他方法例如喷涂法(spray coat method)涂敷包含高分子电解质的涂敷液。另外，电解质层并不是必须具有一定的厚度，因此，可以通过喷墨法进行涂敷。
另外，在上述实施方式中，在负极集电体11表面上直接形成线条状图案121，从而负极集电体11表面部分露出。但是，例如以下说明那样，可以是负极集电体11的整个表面被具有凹凸的负极活性物质层覆盖的结构。
图10A是表示本发明的电池的变形例的图，图10B是表示其制造方法的图。在图10A所示的例子中，负极活性物质层12a具有：凸部121a，由负极活性物质构成，而且通过与上述相同的喷嘴扫描法来形成，并从负极集电体11表面向上方(Z方向)突出；平坦部122a，覆盖夹在这些凸部121a之间的负极集电体11的表面11a。在这样的结构中，负极集电体11不与电解质层13直接接触，在两者之间存在负极活性物质。因此，在负极集电体11与负极活性物质层12a之间以及在负极活性物质层12a与电解质层13之间，各自的接触面积变得更大，因此能够进一步提高作为电池的充放电特性。
为了得到这样的结构，如图10B所示，可以部分改变图2的流程图中的步骤S102。在其中的子步骤S102a中，在作为负极集电体11的铜箔的表面上，薄地均匀地涂敷负极活性物质涂敷液。关于此时的涂敷方法，能够应用可形成厚度大致均匀的膜的各种涂敷方法。例如，能够应用喷嘴扫描法、刮刀涂敷法、刮板涂敷法(doctor blade method)、旋涂法以及喷涂法等。在本例子中，这样在集电体11上层叠平坦的负极活性物质膜而形成的层叠体相当于本发明的“基材”。
接着，在子步骤S102b中，与上述实施方式相同，通过喷嘴扫描法对形成在集电体11上的负极活性物质膜的表面涂敷负极活性物质涂敷液，来形成线条状图案。然后，使覆盖负极活性物质层12a中的平坦部122a的电解质层13的厚度Te小于从基材突出的凸部121a的高度Ha，换而言之，小于负极活性物质层12a的凹凸的高低差。另外，优选基材表面中的被凸部121a覆盖的部分的面积为整个基材的面积的一半以下。由此，能够得到图10A所示的结构。
另外，在负极集电体11的表面形成线条状图案之后，在该图案之间流入负极活性物质涂敷液，也能够形成同样的结构。此时，由于是同一材料，所以即使在形成后的线条状图案上涂敷涂敷液，也没有问题。另外，也可以根据位置的不同改变来自喷嘴的涂敷液的喷出量，来使活性物质的厚度变化，由此制作出凸部121a和平坦部122a。
另外，例如，在上述实施方式中，负极活性物质层12形成为相互平行的多个线条状图案构成的线与间距结构，但是负极活性物质的涂敷图案不限于此。只要是在表面设置凹凸结构使表面积增大的图案即可，例如能够利用半球状的岛状图案等任意的图案。另外，各线条状图案可以相互连接。在这些情况下，基材表面的被负极活性物质突出而形成的凸部覆盖的部分的面积只要为整个基材的面积的一半以下即可。
另外，例如，在上述实施方式中，应用刮刀涂敷法形成正极活性物质层14，但是，只要是与涂敷对象面接触的下表面与该凹凸吻合且能够将上表面加工为大致平坦的涂敷方法，可以应用其他方法。为了达到这样的目的，希望涂敷液的粘度不要很高。但是，只要适当地选择涂敷液的粘度，即使应用其他的涂敷方法也能够加工为下表面凹凸且上表面大致平坦。例如可以通过喷嘴扫描法使涂敷液流入涂敷对象面的凹凸的凹部中。
另外，在上述实施方式中，在负极集电体上依次层叠负极活性物质层、固体电解质层、正极活性物质层以及正极集电体，但是可以与其相反，在正极集电体上依次层叠正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层以及负极集电体。
另外，上述实施方式中例示的集电体、活性物质、电解质等材料为一个例子，不限于此，即使在使用其他材料作为锂离子电池的构成材料来制造锂离子电池的情况下，也优选使用本发明的制造方法。另外，不限于锂离子电池，本发明能够适用于利用其他材料的所有化学电池(全固体电池)的制造中。
本发明优选适用于将聚合电解质等固体电解质成为电解质的全固体电池的制造技术中，尤其适用于高生产率地制造薄且电化学特性良好的电池的技术中。

Claims (12)

1.一种电池的制造方法，其特征在于，包括：
活性物质涂敷工序，在大致平坦的基材的表面上，从在相对所述基材的表面进行移动的喷嘴上设置的多个喷出口分别连续地涂敷包含第一活性物质材料的第一涂敷液，由所述第一活性物质材料形成从所述基材的表面突出并沿着所述基材的表面的多个线条状的凸部，
电解质层形成工序，在通过所述活性物质涂敷工序形成有从所述基材的表面部分地突出的所述凸部的所述基材的表面上涂敷包含固体电解质材料的第二涂敷液，由所述固体电解质材料形成电解质层，该电解质层将所述凸部的表面和所述基材的未形成所述凸部的露出表面一起覆盖；
在所述电解质层形成工序中，使覆盖所述基材的所述露出表面的电解质层的厚度小于从所述基材的表面突出的所述凸部的高度。
2.如权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于，在所述电解质层形成工序中，使覆盖所述基材的所述露出表面的电解质层的厚度为从所述基材的表面突出的所述凸部的高度的二分之一以下。
3.如权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于，在所述活性物质涂敷工序中，使所述基材的表面中被所述凸部覆盖的部分的面积为所述基材的整个表面的二分之一以下。
4.如权利要求3所述的电池的制造方法，其特征在于，在所述活性物质涂敷工序中，使各凸部的宽度在相邻的所述凸部之间的间隔以下。
5.如权利要求4所述的电池的制造方法，其特征在于，所述凸部的宽度为20μm至250μm，所述凸部之间的间隔在500μm以下。
6.如权利要求4所述的电池的制造方法，其特征在于，所述凸部在与所述凸部的线条延伸方向垂直的平面上的截面积为200μm2至125000μm2。
7.如权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于，所述基材是层叠体，该层叠体是在成为第一集电体的导电片的主面中的要涂敷所述第一涂敷液的一侧的主面上层叠由所述第一活性物质材料形成的膜而成的。
8.如权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于，在所述电解质层的表面上还层叠第二活性物质层以及第二集电体层。
9.如权利要求8所述的电池的制造方法，其特征在于，在所述电解质层的表面上涂敷包含第二活性物质材料的第三涂敷液，来形成所述第二活性物质层。
10.一种电池，其特征在于，具有层叠第一集电体层、第一活性物质层、固体电解质层、第二活性物质层、第二集电体层而成的结构，并通过权利要求1至9中任一项所述的制造方法来进行制造。
11.一种车辆，其特征在于，安装有权利要求10所述的电池。
12.一种电子设备，其特征在于，具有：
权利要求10所述的电池；
将所述电池作为电源来进行动作的电路部。
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