CN110582884A - 锂离子二次电池 - Google Patents

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CN110582884A CN201880027421.XA CN201880027421A CN110582884A CN 110582884 A CN110582884 A CN 110582884A CN 201880027421 A CN201880027421 A CN 201880027421A CN 110582884 A CN110582884 A CN 110582884A
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安田刚规
河边功
南谷广治
永田健祐
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Zhaotai Electrical Co Ltd
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Abstract

锂离子二次电池(1)具备电池单元(100)和外装部(200)，电池单元(100)包含金属制的基板(10)和在基板(10)上层叠薄膜而构成的电池部(20)，外装部(200)设置在基板(10)中的电池部(20)的形成面侧，与基板(10)一同将电池单元(100)密封，外装部(200)具有将金属层(33)和各种树脂层层叠而成的层叠膜(30)。由此，谋求具备固体电解质的薄膜型锂离子二次电池的轻薄化。

Description

锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及锂离子二次电池。
背景技术
已知一种锂离子二次电池，具备电池部和外装部，所述电池部包含含有正极活性物质的正极、含有负极活性物质的负极、以及具有锂离子传导性且介于正极与负极之间的电解质，所述电池部能够进行充放电，所述外装部通过在内部收纳电池部，由此将电池部密封以隔离外部气体等。
锂离子二次电池的外装部要求对气体、液体和固体具有高阻隔性。专利文献1记载了使用金属箔层和热熔敷性树脂层层叠而成的层压外装材料，对热熔敷膜彼此进行热熔敷来构成外装部。
另外，作为构成电池部的电解质，一直以来使用了有机电解液等。相对于此，专利文献2记载了作为电解质使用由无机材料构成的固体电解质，并且将负极、固体电解质和正极全部用薄膜来构成。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2016-129091号公报
专利文献2：日本特开2013-73846号公报
发明内容
在此，当使用薄膜型电池部和在内部收纳电池部的袋状外装部来构成锂离子二次电池的情况下，会在电池部的正反面分别存在外装部的构成材料(层压外装材料等)。因此，得到的锂离子二次电池的厚度恐怕会增大。
本发明的目的是谋求具备固体电解质的薄膜型锂离子二次电池的轻薄化。
本发明的锂离子二次电池包含电池部、基板和层叠膜，所述电池部具有正极层、负极层以及设置在该正极层与该负极层之间的固体电解质层，所述正极层包含正极活性物质，所述负极层包含负极活性物质，所述固体电解质层包含显示锂离子传导性的无机固体电解质，所述基板在一侧的面上载置所述电池部，所述层叠膜具有金属层和层叠于该金属层上的树脂层，该金属层与所述基板的所述一侧的面对向地配置，以使该金属层与所述电池部导通的状态在所述层叠膜与该基板之间将该电池部密封。
在这样的锂离子二次电池中，可以形成以下特征：所述基板比所述层叠膜的所述金属层厚。
另外，可以形成以下特征：所述层叠膜中的所述金属层的一部分是露出的而没有被所述树脂层覆盖。
此外，可以形成以下特征：设置于所述电池部的所述正极层与设置于所述层叠膜的所述金属层直接接触。
另外，从另一观点出发，本发明的锂离子二次电池包含电池部和密封部，所述电池部具有正极层、负极层以及设置在该正极层与该负极层之间的固体电解质层，所述正极层包含正极活性物质，所述负极层包含负极活性物质，所述固体电解质层包含显示锂离子传导性的无机固体电解质，所述密封部具有基板和层叠膜，所述基板在一侧的面上载置所述电池部并与该电池部一体化，所述层叠膜是金属层与树脂层层叠而成的，以使该金属层与该电池部导通的状态在所述层叠膜与该基板之间插入该电池部，由此在所述层叠膜与该基板之间将该电池部密封。
根据本发明，能够谋求具备固体电解质的薄膜型锂离子二次电池的轻薄化。
附图说明
图1(a)、(b)是用于说明实施方式1的锂离子二次电池的整体结构的图。
图2是表示实施方式1的锂离子二次电池的截面结构的图，是图1(a)的II-II截面图。
图3(a)、(b)是实施方式1的电池单元的立体图。
图4(a)、(b)是层叠膜的立体图。
图5是用于说明锂离子二次电池的制造方法的流程图。
图6是表示实施方式1的变形例的截面结构的图，是图1(a)的II-II截面图。
图7(a)、(b)是实施方式1的变形例中的电池单元的立体图。
图8(a)、(b)是用于说明实施方式2的锂离子二次电池的整体结构的图。
图9是表示实施方式2的锂离子二次电池的截面结构的图，是图8(a)的IX-IX截面图。
图10(a)、(b)是实施方式2的电池单元的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细说明。再者，以下说明中参照的附图中的各部分的大小和厚度等有时与实际尺寸不同。
<实施方式1>
[锂离子二次电池的构成]
图1是用于说明应用实施方式1的锂离子二次电池1的整体结构的图。在此，图1(a)是从正面(表面)观察锂离子二次电池1的图，图1(b)是从背面(反面)观察锂离子二次电池1的图。
另外，图2示出图1(a)的II-II截面图。再者，图1(a)是从IA方向观察图2的图，图1(b)是从IB方向观察图2的图。
本实施方式的锂离子二次电池1具备电池单元100和外装部200，电池单元100包含使用锂离子进行充电和放电的电池部20，外装部200通过在内部收纳电池部20来将电池部20密封以隔离外部气体等。本实施方式的锂离子二次电池1作为整体观察时呈长方体状(实际上为卡片状)的形状。
[电池单元的构成]
电池单元100具备基板10和电池部20，基板10作为锂离子二次电池1中的一方的电极(在此为负电极)发挥作用，电池部20设置在基板10的一个面(称为表面)。本实施方式中，如后所述，采用溅镀法在基板10的表面形成电池部20，因此电池单元100成为将基板10和电池部20一体化了的结构。
图3是用于说明本实施方式中的电池单元100的构成的图，图3(a)表示从正面侧(图2中为上侧)观察的立体图，图3(b)表示从背面侧(图2中为下侧)观察的立体图。以下，除了图1和图2以外也参照图3对电池单元100的构成进行说明。
[基板]
作为基板10不特别限定，可以使用由金属、玻璃、陶瓷等各种材料构成的基板。
本实施方式中，出于使基板10作为锂离子二次电池1中的负极集电体层发挥作用的目的，由具有电子传导性的金属制板材构成基板10。在此，如果考虑基板10被用于采用溅镀法形成电池部20，则优选使用机械强度高的不锈钢基板。另外，也可以使用由镍、锡、铜、铬等导电性金属镀敷了的金属板。本实施方式中，作为基板10使用了不锈钢基板。
基板10的厚度可以设为50μm以上且200μm以下。如果基板10的厚度小于20μm，则变得难以进行溅镀成膜时的处理，并且，作为正电极使用时的电阻值变高。另一方面，如果基板10的厚度超过200μm，则由于电池的厚度和重量增加而使体积能量密度和重量能量密度下降。另外，电池的柔软性下降。本实施方式中，将基板10的厚度设为50μm。
[电池部]
电池部20具有：层叠于基板10的表面(图2中为上侧)的负极层21、层叠于负极层21上的固体电解质层22、层叠于固体电解质层22上的正极层23、以及层叠于正极层23上的正极集电体层24。在此，位于电池部20的一个端部(图2中为下侧)的负极层21与基板10的表面接触。相对于此，位于电池部20的另一个端部(图2中为上侧)的正极集电体层24与设置在后述层叠膜30的金属层33接触。
那么，对于电池部20的各构成要素进行更详细的说明。
(负极层)
负极层21只要是固体薄膜、且包含以负极性吸藏和放出锂离子的负极活性物质就不特别限定，可以使用例如碳(C)、硅(Si)。本实施方式中，作为负极层21，使用了添加有硼(B)的硅(Si)。
负极层21的厚度可以设为例如10nm以上且40μm以下。如果负极层21的厚度小于10nm，则得到的电池部20的容量变得过小，变得不实用。另一方面，如果负极层21的厚度超过40μm，则层形成过于花费时间，生产率下降。本实施方式中，将负极层21的厚度设为100nm。
另外，负极层21可以具有晶体结构，也可以是不具有晶体结构的无定形，在与锂离子的吸藏和放出相伴的膨胀和收缩变得更加各向同性这一点上，优选为无定形。
此外，作为负极层21的制造方法，采用各种PVD(物理蒸镀)、各种CVD(化学蒸镀)等公知的成膜方法都可以，若从生产效率的观点出发，则优选采用溅镀法(溅镀)。
(固体电解质层)
固体电解质层22只要是固体薄膜、且包含显示锂离子传导性的无机材料(无机固体电解质)就不特别限定，可以使用由氧化物、氮化物、硫化物等各种材料构成的固体电解质层。本实施方式中，作为固体电解质层22，使用了将Li3PO4中的一部分氧取代为氮的LiPON(LixPOyNz)。
固体电解质层22的厚度可以设为例如10nm以上且10μm以下。如果固体电解质层22的厚度小于10nm，则在得到的电池部20中，在负极层21与正极层23之间容易发生短路。另一方面，如果固体电解质层22的厚度超过10μm，则锂离子的移动距离变长，充放电速度变慢。本实施方式中，将固体电解质层22的厚度设为200nm。
另外，固体电解质层22可以具有晶体结构，也可以是不具有晶体结构的无定形，但在热造成的膨胀和收缩变得更加各向同性这一点上，优选为无定形。
此外，作为固体电解质层22的制造方法，可以采用各种PVD和各种CVD等公知的成膜方法，若从生产效率的观点出发，则优选采用溅镀法。
(正极层)
正极层23只要是固体薄膜、且包含以正极性吸藏和放出锂离子的正极活性物质就不特别限定，可以使用由包含例如选自锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)、钼(Mo)、钒(V)中的一种以上金属的氧化物、硫化物或者磷氧化物等各种材料构成的正极层。本实施方式中，作为正极层23使用了Li1.5Mn2O4。
正极层23的厚度可以设为例如10nm以上且40μm以下。如果正极层23的厚度小于10nm，则得到的电池部20的容量变得过小，变得不实用。另一方面，如果正极层23的厚度超过40μm，则层形成过于花费时间，生产率下降。本实施方式中，将正极层23的厚度设为600nm。
另外，正极层23可以具有晶体结构，也可以是不具有晶体结构的无定形，在与锂离子的吸藏和放出相伴的膨胀和收缩变得更加各向同性这一点上，优选为无定形。
此外，作为正极层23的制造方法，可以采用各种PVD和各种CVD等公知的成膜方法，若从生产效率的观点出发，则优选采用溅镀法。
(正极集电体层)
正极集电体层24只要是固体薄膜、且具有电子传导性就不特别限定，可以使用例如包含钛(Ti)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、金(Au)等金属和/或它们的合金的导电性材料。本实施方式中，作为正极集电体层24使用了钛(Ti)。
正极集电体层24的厚度可以设为例如5nm以上且50μm以下。如果正极集电体层24的厚度小于5nm，则集电功能下降，变得不实用。另一方面，如果正极集电体层24的厚度超过50μm，则层形成过于花费时间，生产率下降。本实施方式中，将正极集电体层24的厚度设为200nm。
另外，作为正极集电体层24的制造方法，可以采用各种PVD和各种CVD等公知的成膜方法，若从生产效率的观点出发，则优选采用溅镀法。
[外装部的构成]
外装部200具有将多个层层叠而成的层叠膜30。外装部200中，层叠膜30的一个面(以下称为内侧的面)与基板10中的电池部20的形成面侧对置。并且，外装部200中，通过将层叠膜30的内侧的面和基板10中的电池部20的形成面经由设置在层叠膜30的热熔敷性树脂层35(详情后述)遍及电池部20的整周地热熔敷，由此将电池部20密封。此时，电池单元100中的基板10的表面的一端(图1(a)中的右侧端)没有被外装部200覆盖而在外部露出。相对于此，在锂离子二次电池1的反面，基板10遍及整个面地露出。不过，在基板10的反面整个面，根据需要，也可以贴附绝缘性膜。在此，本实施方式中，基板10和层叠膜30作为密封部发挥作用。
另外，基板10的表面和侧面可以不露出而是用外装部200覆盖整个面。此时，在基板10的反面一部分，根据需要可以贴附绝缘性膜。
[层叠膜]
图4是用于说明本实施方式中的层叠膜30的构成的图。在此，图4(a)表示构成锂离子二次电池1时与电池单元100相对的内侧的面的立体图，图4(b)表示构成锂离子二次电池1时没有与电池单元100相对的外侧的面的立体图。以下，除了图1～图3以外也参照图4，对层叠膜30的构成进行说明。
层叠膜30按顺序将耐热性树脂层31、外侧粘合层32、金属层33、内侧粘合层34和热熔敷性树脂层35以膜状层叠而构成。即，层叠膜30通过将耐热性树脂层31、金属层33和热熔敷性树脂层35经由外侧粘合层32和内侧粘合层34贴合来构成。
另外，在层叠膜30中的热熔敷性树脂层35的形成面(内侧的面)侧设置有内侧露出部36，内侧露出部36通过使热熔敷性树脂层35和内侧粘合层34不存在来使金属层33的一个面(内侧的面)的一部分露出。在此，内侧露出部36成为用于收纳电池单元100的电池部20的部位。
此外，在层叠膜30中的耐热性树脂层31的形成面(外侧的面)侧设置有外侧露出部37，外侧露出部37通过使外侧粘合层32和耐热性树脂层31不存在来使金属层33的另一面(外侧的面)的一部分露出。
接着，对层叠膜30的各构成要素进行更详细的说明。
(耐热性树脂层)
耐热性树脂层31是外装部200的最外层，使用对于来自外部的突刺和摩耗等的耐性高、并且在将热熔敷性树脂层35热熔敷时的熔敷温度下不发生熔融的耐热性树脂。在此，作为耐热性树脂层31，优选使用熔点比构成热熔敷性树脂层35的热熔敷性树脂的熔点高10℃以上的耐热性树脂，特别优选使用熔点比该热熔敷性树脂的熔点高20℃以上的耐热性树脂。另外，本实施方式中，如后所述，由于金属层33兼作为电池部20的正电极，所以从安全性的观点出发，作为耐热性树脂层31使用电阻值高的绝缘性树脂。
作为耐热性树脂层31不特别限定，可举出例如聚酰胺膜、聚酯膜等，优选使用它们的拉伸膜。其中，在成形性和强度方面，特别优选二轴拉伸聚酰胺膜或二轴拉伸聚酯膜、或者包含它们的多层膜，进一步优选使用二轴拉伸聚酰胺膜与二轴拉伸聚酯膜贴合而成的多层膜。作为聚酰胺膜不特别限定，可举出例如6-聚酰胺膜、6,6-聚酰胺膜、MXD聚酰胺膜等。另外，作为二轴拉伸聚酯膜，可举出二轴拉伸聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)膜、二轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜等。本实施方式中，作为耐热性树脂层31使用了PET膜(熔点：260℃)。
耐热性树脂层31的厚度可以设为9μm以上且50μm以下。如果耐热性树脂层31的厚度小于9μm，则作为电池部20的外装部200确保足够的强度变得困难。另一方面，如果耐热性树脂层31的厚度超过50μm，则电池变厚，因此不优选。另外，制造成本变高。本实施方式中，将耐热性树脂层31的厚度设为12μm。
(外侧粘合层)
外侧粘合层32是用于将耐热性树脂层31与金属层33接合的层。作为外侧粘合层32，优选使用例如包含作为主剂的聚酯树脂和固化剂的多官能异氰酸酯化合物得到的二液硬化型聚酯-聚氨酯系树脂、或者聚醚-聚氨酯系树脂的粘合剂。本实施方式中，作为外侧粘合层32使用了二液硬化型聚酯-聚氨酯系粘合剂。
(金属层)
当使用层叠膜30构成外装部200的情况下，金属层33是发挥阻止(阻隔)氧和水分等从外装部200的外部向配置在其内部的电池部20侵入的作用的层。另外，如后所述，金属层33还承担作为电池部20的正的内部电极的作用、以及与设置在外部的负荷(未图示)电连接的正的外部电极的作用。
作为金属层33不特别限定，优选使用例如铝箔、铜箔、镍箔、不锈钢箔或者它们的覆盖箔、它们的退火箔或未退火箔等。另外，可以使用由镍、锡、铜、铬等导电性金属镀敷了的金属箔。本实施方式中，作为金属层33，使用了由JIS H4160规定的A8021H-O材料构成的铝箔。
金属层33的厚度可以设为5μm以上且200μm以下。如果金属层33的厚度小于5μm，则作为电极使用时的电阻值变高。另一方面，如果金属层33的厚度超过200μm，则热熔敷时热分散，热熔敷可能变得不完全。在此，若从提高锂离子二次电池1的机械强度这一观点出发，则优选上述基板10比金属层33厚。本实施方式中，将金属层33的厚度设为20μm。
(内侧粘合层)
内侧粘合层34是用于将金属层33和热熔敷性树脂层35接合的层。作为内侧粘合层34，优选使用例如由聚氨酯系粘合剂、丙烯酸系粘合剂、环氧系粘合剂、聚烯烃系粘合剂、弹性体系粘合剂、氟系粘合剂等形成的粘合剂。其中，优选使用丙烯酸系粘合剂、聚烯烃系粘合剂，该情况下，可能提高层叠膜30对于水蒸气的阻隔性。另外，优选使用酸改性了的聚丙烯、聚乙烯等的粘合剂。本实施方式中，作为内侧粘合层34，使用了聚氨酯系粘合剂。
(热熔敷性树脂层)
热熔敷性树脂层35是外装部200中的最内层，使用对于构成电池部20的各层的材料的耐性高、并且在上述熔敷温度下熔融从而与基板10熔敷的树脂。另外，本实施方式中，如上所述，由于金属层33兼作为电池部20的正电极，所以从安全性的观点出发，作为热熔敷性树脂层35使用电阻值高的绝缘性树脂。
作为热熔敷性树脂层35不特别限定，优选使用例如聚乙烯、聚丙烯、烯烃系共聚物、它们的酸改性物和离聚物等。在此，作为烯烃系共聚物，能够例示EVA(乙烯·乙酸乙烯共聚物)、EAA(乙烯·丙烯酸共聚物)、EMAA(乙烯·甲基丙烯酸共聚物)。本实施方式中，作为热熔敷性树脂层35使用了具有低温密封性，与金属的密封性好的离聚物膜(熔点：90℃)。
热熔敷性树脂层35的厚度可以设为20μm以上且80μm以下。如果热熔敷性树脂层35的厚度小于20μm，则容易产生针孔。另一方面，如果热熔敷性树脂层35的厚度超过80μm，则电池变厚，因此不优选。另外，由于隔热性提高从而热熔敷可能变得不完全。本实施方式中，将热熔敷性树脂层35的厚度设为30μm。
[锂离子二次电池中的电连接结构]
在此，对于本实施方式的锂离子二次电池1中的电连接结构进行说明。
首先，电池部20中，负极层21、固体电解质层22、正极层23和正极集电体层24被按该顺序电连接。另外，电池单元100中，基板10与电池部20的负极层21电连接。在此，基板10的表面的一端侧和反面没有被外装部200覆盖而是在外部露出，该部位能够作为负极与设置在外部的负荷(未图示)电连接。
电池部20的正极集电体层24与设置在层叠膜30的金属层33的一个面(内侧的面)中的在内侧露出部36露出的部位电连接。并且，设置在层叠膜30的金属层33的另一面(外侧的面)的一部分在外侧露出部37向外部露出，该部位能够作为正极与设置在外部的负荷(未图示)电连接。
因此，该例中，基板10成为锂离子二次电池1的负极，设置在层叠膜30的金属层33成为锂离子二次电池1的正极。在此，成为负极侧的基板10与成为正极侧的金属层33通过设置在层叠膜30的热熔敷性树脂层35电绝缘。
[锂离子二次电池的动作]
当对本实施方式的锂离子二次电池1进行充电的情况下，对作为负极集电体层发挥作用的基板10连接直流电源的负极，对正极集电体层24连接直流电源的正极。并且，正极层23中构成正极活性物质的锂离子经由固体电解质层22向负极层21移动，在负极层21被负极活性物质收纳。
另外，当对充电了的锂离子二次电池1进行使用(放电)的情况下，对作为负极集电体层发挥作用的基板10连接直流负荷的负极，对正极集电体层24连接直流负荷的正极。并且，负极层21中被负极活性物质收纳的锂离子经由固体电解质层22向正极层23移动，在正极层23构成正极活性物质。
[锂离子二次电池的制造方法]
图5是用于说明图1等所示锂离子二次电池1的制造方法的流程图。
(电池单元制作工序)
首先，在基板10的表面形成电池部20(步骤10)。即，通过在基板10的表面依次形成负极层21、固体电解质层22、正极层23和正极集电体层24，来得到包含基板10和电池部20的电池单元100。再者，在此，采用溅镀法分别制作负极层21、固体电解质层22、正极层23和正极集电体层24。
(层叠膜露出部形成工序)
接着，从将耐热性树脂层31、金属层33和热熔敷性树脂层35经由外侧粘合层32和内侧粘合层34贴合而成的层叠膜30中，除去耐热性树脂层31、外侧粘合层32、内侧粘合层34和热熔敷性树脂层35的一部分。由此，在层叠膜30形成内侧露出部36和外侧露出部37(步骤20)。
(熔敷工序)
接着，在例如填充有氮气等惰性气体的操作箱内，导入电池单元100和层叠膜30。并且，在操作箱内，使设置在电池单元100的电池部20的正极集电体层24和设置在层叠膜30的内侧露出部36对置。
其后，在将操作箱内设定为负压的状态下，对层叠膜30中的热熔敷性树脂层35和电池单元100的基板10遍及电池部20的周缘的外侧整周一边加压和加热一边熔敷(步骤30)。然后，通过热熔敷性树脂层35和基板10被热熔敷，得到锂离子二次电池1，锂离子二次电池1具备包含基板10和电池部20的电池单元100以及包含层叠膜30的外装部200。
此时，电池单元100中，成为基板10和电池部20通过采用溅镀法进行的成膜而接合(一体化)了的状态。另外，电池部20的正极集电体层24和层叠膜30的金属层33通过以负压对层叠膜30的热熔敷性树脂层35和基板10进行热熔敷而成为密合了的状态。
[实施方式1的总结]
如以上说明那样，根据本实施方式，对于在金属制的基板10的表面形成电池部20而得到的电池单元100，用外装部200的层叠膜30覆盖了电池部20侧。即，本实施方式中，将构成电池单元100的基板10与构成外装部200的层叠膜30一同用于电池部20的密封。由此，与用层叠膜30覆盖电池单元100中的基板10的两面而密封电池部20的情况相比，能够谋求锂离子二次电池1的结构简化。另外，结果，能够谋求锂离子二次电池1的轻薄化。
[其他]
再者，本实施方式中，采用了在基板10上依次层叠了负极层21、固体电解质层22和正极层23的结构，但不限于此。也可以采用例如在基板10上按正极层23、固体电解质层22和负极层21的顺序层叠了的结构。另外，该情况下，可以在负极层21上设置由具有电子传导性的固体薄膜构成的负极集电体层。
<实施方式1的变形例>
实施方式1的锂离子二次电池1中，电池部20具有正极集电体层24，但正极集电体层24不是必须的。
图6是用于说明实施方式1的变形例的图，是图1(a)的II-II截面图。另外，图7(a)、(b)是实施方式1的变形例中的电池单元100的立体图。
在实施方式1的变形例中，构成电池单元100的电池部20具备：层叠于基板10的一个面上的负极层21、层叠于负极层21上的固体电解质层22、以及层叠于固体电解质层22上的正极层23。并且，位于电池部20的另一个端部(图6中为上侧)的正极层23与在层叠膜30的内侧露出部36露出的金属层33直接接触。
通过采用这样的结构，与实施方式1中说明过的结构相比，能够使锂离子二次电池1的结构变得简易。
不过，如本变形例那样，采用在电池部20没有设置正极集电体层24的结构的情况下，作为正极层23，相比于Li1.5Mn2O4优选使用与金属的接触电阻小的LiNiO2。
<实施方式2>
实施方式1中，通过使用具有导电性的金属性基板10，使基板10作为电池部20的负极集电体层发挥作用。相对于此，本实施方式使用绝缘性基板10，并且另外设置了负极集电体层。再者，在本实施方式中，对于与实施方式1同样的元件，附带相同标记省略其详细说明。
[锂离子二次电池的构成]
图8是用于说明应用实施方式2的锂离子二次电池1的整体结构的图。在此，图8(a)是从正面(表面)观察锂离子二次电池1的图，图8(b)是从背面(反面)观察锂离子二次电池1的图。
另外，图9示出图8(a)的IX-IX截面图。再者，图8(a)是从VIIIA方向观察图9的图，图8(b)是从VIIIB方向观察图9的图。
本实施方式的锂离子二次电池1也具备电池单元100和外装部200，电池单元100包含利用锂离子进行充电和放电的电池部20，外装部200通过在内部收纳电池部20来将电池部20密封以隔离外部气体等。
[电池单元的构成]
电池单元100具备基板10和设置在基板10的一个面(称为表面)上的电池部20。本实施方式的电池单元100也成为将基板10和电池部20一体化了的结构。
图10是用于说明本实施方式中的电池单元100的构成的图，图10(a)表示从正面侧(图9中为上侧)观察的立体图，图10(b)表示从背面侧(图9中为下侧)观察的立体图。以下，除了图8和图9以外还参照图10，对电池单元100的构成进行说明。
[基板]
本实施方式中，作为基板10，利用具有绝缘性的无机材料制板材构成。在此，作为本实施方式的基板10，可以使用例如氧化铝、氧化锆等的多晶材料、二氧化硅玻璃等的无定形材料、蓝宝石等的单晶材料等。
基板10的厚度可以设为50μm以上且500μm以下。如果基板10的厚度小于50μm，则溅镀成膜时的处理变得困难。另一方面，如果基板10的厚度超过500μm，则体积能量密度和重量能量密度由于电池的厚度和重量的增加而下降。本实施方式中，将基板10的厚度设为300μm。
[电池部]
电池部20具有：层叠于基板10的表面(图9中为上侧)上的负极集电体层25、层叠于负极集电体层25上的负极层21、层叠于负极层21上的固体电解质层22、层叠于固体电解质层22上的正极层23、以及层叠于正极层23上的正极集电体层24。在此，位于电池部20的一个端部(图9中为下侧)的负极集电体层25与基板10的表面接触。相对于此，位于电池部20的另一个端部(图9中为上侧)的正极集电体层24与设置在后述层叠膜30上的金属层33接触。再者，对于构成电池部20的负极层21、固体电解质层22、正极层23和正极集电体层24，能够使用与实施方式1中说明过的相同的层，因此在此省略详细说明。
(负极集电体层)
负极集电体层25只要是固体薄膜、且具有电子传导性就不特别限定，可以使用例如包含钛(Ti)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、金(Au)等金属和/或它们的合金的导电性材料。本实施方式中，作为负极集电体层25使用了钛(Ti)。
负极集电体层25的厚度可以设为例如5nm以上且50μm以下。如果负极集电体层25的厚度小于5nm，则集电功能下降，变得不实用。另一方面，如果负极集电体层25的厚度超过50μm，则层形成过于花费时间，生产率下降。本实施方式中，将负极集电体层25的厚度设为200nm。
另外，作为负极集电体层25的制造方法，可以采用各种PVD和各种CVD等公知的成膜方法，若从生产效率的观点出发，则优选采用溅镀法。
在此，负极集电体层25遍及基板10的表面整个区域形成(层叠)。相对于此，与负极集电体层25一同构成电池部20的负极层21～正极集电体层24形成(层叠)于负极集电体层25的表面的部分区域。
并且，本实施方式中，通过将电池单元100和由层叠膜30构成的外装部200以使设置在基板10的表面上的负极集电体层25的一部分在外部露出的方式贴合，由此构成了锂离子二次电池1。结果，通过负极集电体层25的一部分在外部露出，成为用于与外部电连接的露出部25a。
[实施方式2的总结]
如以上说明那样，根据本实施方式，用无机绝缘材料而不是用金属构成了基板10，所以除了实施方式1中说明过的效果以外，还能够容易更加提高锂离子二次电池1的硬度，容易更加减轻重量。另外，当向收纳锂离子二次电池1的壳体侧的漏电被视为问题的情况下，通过采用本实施方式的技术方案，能够在电池侧变得绝缘。
[其他]
再者，与上述实施方式1的变形例同样地，在本实施方式中，正极集电体层24也不是必须的，可以使电池部20的正极层23和层叠膜30的金属层33直接接触。
附图标记说明
1…锂离子二次电池、10…基板、20…电池部、21…负极层、22…固体电解质层、23…正极层、24…正极集电体层、30…层叠膜、31…耐热性树脂层、32…外侧粘合层、33…金属层、34…内侧粘合层、35…热熔敷性树脂层、36…内侧露出部、37…外侧露出部、100…电池单元、200…外装部

Claims (5)

1.一种锂离子二次电池，包含电池部、基板和层叠膜，
所述电池部具有正极层、负极层以及设置在该正极层与该负极层之间的固体电解质层，所述正极层包含正极活性物质，所述负极层包含负极活性物质，所述固体电解质层包含显示锂离子传导性的无机固体电解质，
所述基板在一侧的面上载置所述电池部，
所述层叠膜具有金属层和层叠于该金属层上的树脂层，该金属层与所述基板的所述一侧的面对向地配置，以使该金属层与所述电池部导通的状态在所述层叠膜与该基板之间将该电池部密封。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，
所述基板比所述层叠膜的所述金属层厚。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其特征在于，
所述层叠膜中的所述金属层的一部分是露出的而没有被所述树脂层覆盖。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，
设置于所述电池部的所述正极层与设置于所述层叠膜的所述金属层直接接触。
5.一种锂离子二次电池，包含电池部和密封部，
所述电池部具有正极层、负极层以及设置在该正极层与该负极层之间的固体电解质层，所述正极层包含正极活性物质，所述负极层包含负极活性物质，所述固体电解质层包含显示锂离子传导性的无机固体电解质，
所述密封部具有基板和层叠膜，所述基板在一侧的面上载置所述电池部并与该电池部一体化，所述层叠膜是金属层与树脂层层叠而成的，以使该金属层与该电池部导通的状态在所述层叠膜与该基板之间插入该电池部，由此在所述层叠膜与该基板之间将该电池部密封。
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