CN113661593A - 固体电池 - Google Patents

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Abstract

一种固体电池，固体电池的主面为电路形成面，在该主面设置有用于该固体电池的电路。

Description

固体电池
技术领域
本发明涉及固体电池。更具体而言，本发明涉及适于基板安装而小型化的固体电池。
背景技术
以往，能够反复充电放电的二次电池被用于各种用途。例如，将二次电池用作智能手机以及笔记本电脑等电子设备的电源。
在二次电池中，通常使用液体的电解质，来作为用于有助于充放电的离子移动的介质。换句话说，二次电池中使用所谓的电解液。然而，在这样的二次电池中，通常在防止电解液漏出方面谋求安全性。另外，用于电解液的有机溶剂等为可燃性物质，所以在这方面也谋求安全性。
因此，正在研究使用了固体电解质取代电解液的固体电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-052751号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本申请发明人注意到以往提出的固体电池中依然存在需要克服的课题，发现了需要为此采取对策。具体而言，本申请发明人发现存在以下的课题。
考虑到固体电池是与其他电子部件一起安装于印刷布线板等基板表面而使用，从而谋求在该情况下适于安装的固体电池。在将固体电池安装于基板表面的情况下，有时需要用于对固体电池进行电保护、热保护的保护电路、充电放电控制电路等，安装空间的尺寸可能变大。
专利文献1中公开的固体电池采用在电池要素层叠具备电路的树脂基板的构成，作为有助于小型化的构成而提出。然而，在这样的情况下，需要使用作为与电池要素不同的构件的电路基板，很难说是充分小型化的固体电池。
本发明是鉴于这样的课题而完成的。即，本发明的主要目的在于提供更有助于小型化的固体电池。
用于解决技术问题的技术方案
本申请发明人不是通过扩展现有技术来进行应对，而是通过在新的方向上采取措施来尝试解决上述课题。作为其结果，完成了实现上述主要目的的固体电池的发明。
本发明提供一种固体电池，该固体电池的主面为电路形成面，且在该主面设置有用于固体电池的电路。
发明效果
本发明所涉及的固体电池成为更小型化的适于表面安装的固体电池。
更具体而言，从小型化的观点出发，“用于固体电池的电路”设置于该固体电池的主面。因此，本发明在不需要将用于固体电池的电路设置于其他基板这点上，实现小型的固体电池。
附图说明
图1是示意性地示出在本发明的一实施方式所涉及的主面设置有电路的固体电池的构成的立体剖视图。
图2的(a)～(c)是示意性地示出在本发明的实施方式所涉及的主面设置有电路的固体电池的构成的立体图。
图3的(a)～(d)是设置于固体电池的主面的电池周边电路的电路图(图3的(a)：保护电路，图3的(b)：充电控制电路，图3的(c)：温度控制电路，图3的(d)：输出补偿电路)。
图4的(a)～(c)是将设置于固体电池的主面的多个电池周边电路组合的电路图(图4的(a)：充电控制/保护电路，图4的(b)：充电控制/保护/输出稳定化电源电路，图4的(c)：充电控制/保护/输出稳定化电源/输出补偿电路)。
图5是示意性地示出本发明的一实施方式所涉及的在设置有电路的主面设置有包覆绝缘层的被封装的固体电池的构成的立体图。
图6是示意性地示出本发明的一实施方式所涉及的在设置有外部电极的侧面以外的面设置有包覆绝缘层的被封装的固体电池的构成的立体图。
图7是示意性地示出本发明的一实施方式所涉及的以覆盖外部端子的基板安装部分以外的方式设置有包覆绝缘层的被封装的固体电池的构成的立体图。
图8的(a)～(c)是示意性地示出通过封装而得到本发明的图6所示的固体电池的工艺的工序剖视图。
图9的(a)～(c)是示意性地示出通过封装化而得到本发明的图7所示的固体电池的工艺的工序剖视图。
具体实施方式
以下，对本发明的固体电池详细地进行说明。虽根据需要参照附图进行说明，但图示的内容只不过是为了理解本发明而示意性且示例性地示出，外观、尺寸比等可与实物不同。
本说明书中所说的“剖视观察”是基于从相对于厚度方向大致垂直的方向观察时的形态(直截了当地说，是以与厚度方向平行的面剖切时的形态)，其中，厚度方向是基于构成固体电池的各层的层叠方向。本说明书中直接或者间接使用的“上下方向”以及“左右方向”分别相当于图中的上下方向以及左右方向。只要没有特别说明，相同的附图标记或者符号表示相同的构件、部位或者相同意思的内容。在某个优选的方式中，能够视作铅垂方向向下(即，重力作用的方向)相当于“下方”/“底面侧”，其反方向相当于“上方”/“顶面侧”。
本发明中所说的“固体电池”广义上是指其构成要素由固体构成的电池，狭义上是指由该固体构成的构成要素分别相互一体化。在某个优选的方式中，本发明的固体电池是成为电池构成单位的各层相互层叠地构成的层叠型固体电池，优选这样的各层由一体烧结体构成。需要说明的是，“固体电池”不仅包括能够反复充电以及放电的所谓的“二次电池”，还包括仅能够放电的“一次电池”。根据本发明的某个优选的方式，“固体电池”是二次电池。“二次电池”不过度拘泥于其名称，例如也可以包括蓄电设备等。
以下，首先，对本发明的固体电池的基本构成进行说明。此处说明的固体电池的构成只不过用于理解发明的示例，不是对发明进行限定。
[固体电池的基本构成]
固体电池具有固体电池层叠体而构成，上述固体电池层叠体沿着层叠方向至少具备一个由正极层、负极层以及夹设于它们之间的固体电解质层构成的电池构成单位。
对于固体电池而言，构成固体电池的各层通过烧成而形成时，正极层、负极层以及固体电解质等成为烧结层。优选正极层、负极层以及固体电解质分别相互一体烧成，因此，固体电池层叠体成为一体烧结体。
正极层是至少包含正极活性物质而构成的电极层。正极层也可以还包含固体电解质和/或正极集电层而构成。在某个优选的方式中，正极层由至少包含正极活性物质粒子、固体电解质粒子、及正极集电层的烧结体构成。另一方面，负极层是至少包含负极活性物质而构成的电极层。负极层也可以还包含固体电解质和/或负极集电层而构成。在某个优选的方式中，负极层由至少包含负极活性物质粒子、固体电解质粒子、及负极集电层的烧结体构成。
正极活性物质以及负极活性物质是在固体电池中参与电子的传输的物质。离子经由固体电解质在正极层与负极层之间移动(传导)而进行电子的传输，由此进行充放电。正极层以及负极层特别优选为能够嵌入和脱嵌锂离子或者钠离子的层。换句话说，优选为锂离子或者钠离子经由固体电解质在正极层与负极层之间移动而进行电池的充放电的全固体型二次电池。
(正极活性物质)
作为正极层所含的正极活性物质，例如可举出选自由具有NASICON(钠超离子导体)型结构的含锂磷酸化合物、具有橄榄石型结构的含锂磷酸化合物、含锂层状氧化物以及具有尖晶石型结构的含锂氧化物等构成的组中的至少一种。作为具有NASICON型结构的含锂磷酸化合物的一个例子，可举出Li3V2(PO4)3等。作为具有橄榄石型结构的含锂磷酸化合物的一个例子，可举出Li3Fe2(PO4)3、LiFePO4和/或LiMnPO4等。作为含锂层状氧化物的一个例子，可举出LiCoO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2等。作为具有尖晶石型结构的含锂氧化物的一个例子，可举出LiMn2O4和/或LiNi0.5Mn1.5O4等。
另外，作为能够嵌入和脱嵌钠离子的正极活性物质，可举出选自由具有NASICON型结构的含钠磷酸化合物、具有橄榄石型结构的含钠磷酸化合物、含钠层状氧化物以及具有尖晶石型结构的含钠氧化物等构成的组中的至少一种。
(负极活性物质)
作为负极层所含的负极活性物质，例如可举出：选自由氧化物、石墨-锂化合物、锂合金、具有NASICON型结构的含锂磷酸化合物、具有橄榄石型结构的含锂磷酸化合物以及具有尖晶石型结构的含锂氧化物等构成的组中的至少一种，所述氧化物包含选自由Ti、Si、Sn、Cr、Fe、Nb以及Mo构成的组中的至少一种元素。作为锂合金的一个例子，可举出Li-Al等。作为具有NASICON型结构的含锂磷酸化合物的一个例子，可举出Li3V2(PO4)3和/或LiTi2(PO4)3等。作为具有橄榄石型结构的含锂磷酸化合物的一个例子，可举出Li3Fe2(PO4)3和/或LiCuPO4等。作为具有尖晶石型结构的含锂氧化物的一个例子，可举出Li4Ti5O12等。
另外，作为能够嵌入和脱嵌钠离子的负极活性物质，可举出选自具有NASICON型结构的含钠磷酸化合物、具有橄榄石型结构的含钠磷酸化合物以及具有尖晶石型结构的含钠氧化物等构成的组中的至少一种。
需要说明的是，正极层和/或负极层也可以包含导电助剂。作为正极层以及负极层所含的导电助剂，可举出由银、钯、金、铂、铝、铜及镍等金属材料、以及碳等构成的至少一种。虽没有特别限定，但铜不易与正极活性物质、负极活性物质以及固体电解质材等反应，在对固体电池的内部电阻的减少起到效果这一点上优选。
并且，正极层和/或负极层也可以包含烧结助剂。作为烧结助剂，可举出选自由锂氧化物、钠氧化物、钾氧化物、氧化硼、氧化硅、氧化铋以及氧化磷构成的组中的至少一种。
正极层以及负极层的厚度没有特别限定，但例如可以分别独立地为2μm以上且50μm以下，特别是为5μm以上且30μm以下。
(固体电解质)
固体电解质是能够传导锂离子或者钠离子的材质。特别是在固体电池中形成电池构成单位的固体电解质在正极层与负极层之间形成能够传导锂离子或者钠离子的层。需要说明的是，固体电解质至少设置于正极层与负极层之间即可。换句话说，固体电解质也可以以从正极层与负极层之间伸出的方式在该正极层和/或负极层的周围存在。作为具体的固体电解质，例如可举出具有NASICON结构的含锂磷酸化合物、具有钙钛矿结构的氧化物、具有石榴石型或者类石榴石型结构的氧化物等。作为具有NASICON结构的含锂磷酸化合物，可举出LixMy(PO4)3(1≤x≤2，1≤y≤2，M为选自由Ti、Ge、Al、Ga以及Zr构成的组中的至少一种)。作为具有NASICON结构的含锂磷酸化合物的一个例子，例如可举出Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3等。作为具有钙钛矿结构的氧化物的一个例子，可举出La0.55Li0.35TiO3等。作为具有石榴石型或者类石榴石型结构的氧化物的一个例子，可举出Li7La3Zr2O12等。
需要说明的是，作为能够传导钠离子的固体电解质，例如可举出具有NASICON结构的含钠磷酸化合物、具有钙钛矿结构的氧化物、具有石榴石型或者类石榴石型结构的氧化物等。作为具有NASICON结构的含钠磷酸化合物，可举出NaxMy(PO4)3(1≤x≤2，1≤y≤2，M为选自由Ti、Ge、Al、Ga以及Zr构成的组中的至少一种)。
固体电解质层也可以包含烧结助剂。固体电解质层所含的烧结助剂例如也可以选自与正极层和/或负极层中能够包含的烧结助剂相同的材料。
固体电解质层的厚度没有特别限定，例如可以为1μm以上且15μm以下，特别是可以为1μm以上且5μm以下。
(正极集电层/负极集电层)
虽不是电极层的必需要素，但正极层以及负极层也可以分别具备正极集电层以及负极集电层。正极集电层以及负极集电层也可以分别具有箔的形态，但从基于一体烧成的减少固体电池的制造成本以及减少固体电池的内部电阻等观点出发，也可以具有烧结体的形态。作为构成正极集电层的正极集电层以及构成负极集电层的负极集电层，优选使用导电率大的材料，例如优选使用银、钯、金、铂、铝、铜、镍等。特别是，铜不易与正极活性物质、负极活性物质以及固体电解质材反应，且对固体电池的内部电阻的减少具有效果，从而优选。正极集电层以及负极集电层也可以分别具有用于与外部电连接的电连接部，并构成为能够与端子电连接。正极集电层以及负极集电层也可以分别具有箔的形态。从基于一体烧结的提高电子传导性以及减少制造成本的观点出发，优选正极集电层以及负极集电层分别具有一体烧结的形态。需要说明的是，在正极集电层以及负极集电层具有烧结体的形态的情况下，例如也可以由包含导电助剂以及烧结助剂的烧结体构成。正极集电层以及负极集电层所含的导电助剂例如也可以选自与正极层和/或负极层能够包含的导电助剂相同的材料。正极集电层以及负极集电层所含的烧结助剂例如也可以选自与正极层和/或负极层能够包含的烧结助剂相同的材料。
正极集电层以及负极集电层的厚度没有特别限定，例如也可以分别独立地为1μm以上且5μm以下，特别是可以为1μm以上且3μm以下。
(绝缘层)
绝缘层能够形成于沿着层叠方向相互邻接的一方的电池构成单位与另一方的电池构成单位之间，用于避免这样的邻接的电池构成单位间的离子的移动，防止离子过度的嵌入和脱嵌。绝缘层广义上是指由不通过电的材质即非导电性材构成的层，狭义上是指由绝缘性物质材料构成的层。虽然没有特别限定，但该绝缘层例如可以由玻璃材料、陶瓷材料等构成。作为该绝缘层，例如可以选择玻璃材料。虽没有特别限定，但玻璃材料能够列举出选自由钠钙玻璃、钾玻璃、硼酸盐系玻璃、硼硅酸盐系玻璃、硼硅酸钡系玻璃、硼酸亚盐系玻璃、硼酸钡系玻璃、硼硅酸铋盐系玻璃、硼酸铋锌系玻璃、铋硅酸盐系玻璃、磷酸盐系玻璃、铝磷酸盐系玻璃以及磷酸亚盐系玻璃构成的组中的至少一种。另外，陶瓷材料可举出选自由氧化铝、氧化锆、尖晶石以及镁橄榄石构成的组中的至少一种。
(端面电极)
通常在固体电池设置有端面电极。特别是，在固体电池的侧面设置有端面电极。更具体而言，设置有与正极层连接的正极侧的端面电极和与负极层连接的负极侧的端面电极。这样的端面电极优选包含导电率大的材料而构成。作为端面电极的具体材质，虽没有特别限制，但可举出选自由银、金、铂、铝、铜、锡以及镍构成的组中的至少一种。
[用于固体电池的电路]
用于固体电池的电路优选为控制固体电池的电路。虽将后述，但用于固体电池的电路设置在成为控制对象的固体电池的主面上。例如，用于固体电池的电路具备有源元件、无源元件和/或布线图案等，对固体电池的充放电的反复动作进行控制。这样的电路也可以是保护电路，也可以是充放电控制电路，和/或也可以是温度控制电路。电路布线也可以与固体电池的正负极电极连接，也可以与固体电池外部的电极连接。
(保护电路)
保护电路用于为了防止固体电池的过放电、过充电、过电流和/或过热等而限制输入电流或者输出电流。具体而言，保护电路通过进行固体电池的过充电时的充电停止、过放电时的放电停止和/或短路时等的大电流放电的停止，从而控制固体电池的充放电。
(充放电控制电路)
充电放电控制电路用于控制固体电池的充放电。具体而言，在充电时，充电控制电路控制相对于固体电池的充电。另一方面，在放电时，放电控制电路控制相对于安装有该固体电池的电子设备等的放电。
(温度控制电路)
温度控制电路用于控制固体电池的温度。具体而言，电池的周边温度与充电放电效率密切相关，因此，以使充电放电效率提高的方式将固体电池控制为适当的温度。
(输出补偿电路)
输出补偿电路用于控制固体电池的内部阻抗。具体而言，固体电池的内部阻抗与电池电压密切相关，因此，以缓和电池电压的降低的方式将固体电池的内部阻抗抑制得较低。
(输出稳定化电源电路)
输出稳定化电源电路用于控制使直流的输出电压和/或输出电流始终成为恒定值。具体而言，针对从电源向负载供给的电力，输出稳定化电源电路控制这样的负载电压。
(输入输出端子电极)
输入输出端子电极(输入端子电极和/或输出端子电极)用于将用于固体电池的电路与固体电池的正负极电极和/或固体电池外部的电极连接。输入输出端子电极设置于固体电池的主面和/或侧面。这样的输入输出端子电极优选包含导电率大的材料而构成。作为输入输出端子电极的具体材质，虽没有特别限制，但可举出选自由银、金、铂、铝、铜、锡以及镍构成的组中的至少一种。
(外部端子)
在表面安装类型的固体电池中，通常设置有安装用的外部端子。特别是，外部端子设置为与固体电池的端面电极以及输入输出端子电极相接，并设置为延伸至固体电池的安装面。这样的外部端子优选使用导电率大的材料。作为外部端子的材质，可以与端面电极和/或输入输出端子电极相同。
[本发明的固体电池的特征]
本发明的固体电池是适于更小型化的表面安装的固体电池。特别是，本发明的固体电池在固体电池其自身设置有用于该固体电池的电路这点上具有特征。
具体而言，对于本发明的固体电池而言，该固体电池的主面为电路形成面，在该主面设置有用于固体电池的电路。换言之，固体电池的主面成为对用于控制该固体电池的电路进行支承的支承面。若像这样在成为固体电池的面本身设置有电路(优选若以延伸至该面的方式设置有电路)，则不需要将用于固体电池的电路设置于其他基板，能够成为更小型化的固体电池。另外，能够使固体电池与电路的布线距离最短，能够使电损耗变少。在本发明的固体电池中，电路与固体电池经由该固体电池面而成为一体，因此，来自电路的热容易向固体电池传递，也可起到因为该热而使电池的充电效率提高的效果。
本发明所说的“主面”是指在固体电池的电极层的层叠方向上具有法线的面。优选这样的主面成为平面状(换句话说，优选相对于构成固体电池的平面直接地设置有电路)。用于固体电池的电路设置于至少一方的主面即可，也可以设置于对置的双方的主面。另外，本发明所说的“电路形成面”广义上是指固体电池其自身具有有助于电路形成的面，狭义上是指这样的面具有电池绝缘性。例如，在这样的面上设置电路的情况是指以不在该电路产生电压变动等的方式具有电子绝缘性的面。
在图1所示的示例方式中，固体电池500在其主面100设置有电路200这点至少具有特征。换句话说，在本发明中，构成用于固体电池的电路的有源元件、无源元件和/或辅助元件等设置于该固体电池。特别是控制固体电池的电路200设置为沿该固体电池的主面(例如固体电池的平面)延伸。也可以如图示那样，以相对于固体电池500的主面100直接贴附的形态设置有电路200。作为电路的有源元件，可举出选自由IC、晶体管、二极管以及运算放大器等构成的组中的至少一种。作为电路的无源元件，能够选自由电阻、线圈以及电容器等构成的组中的至少一种。作为电路的辅助元件，可举出选自由连接器、端子、布线以及线材等构成的组中的至少一种。这样的电路元件也可以具有芯片形态。若像这样电路沿着固体电池的主面设置，则来自电路的热作为整体而容易向固体电池传递，因为该热而使电池的充电效率更容易提高。
固体电池500具有具备用于该固体电池的电路200(即有源元件210、无源元件220和/或布线图案230)的封装结构。在这样的固体电池500中，在该主面100设置有电路200。电路200在主面100至少设置有一个，也可以设置有多个。
在本发明的固体电池成为表面安装品的情况下，也可以在固体电池500的与安装面侧的主面100B对置的另一方的主面100A设置有电路(图2的(a))，也可以在安装面侧的主面100B设置有电路(图2的(b))。在图2的(a)的方式中，相对于固体电池中不是安装面侧的非安装面侧的主面100A设置有电路200。此处所说的“安装面侧”是指在将固体电池相对于基板表面安装时位于与该基板相对近位侧。因此，“非安装面侧的主面”是指在将固体电池表面安装于基板时位于与该基板相对远位侧的主面。在相对于非安装面侧的主面100A设置有电路200的情况下，典型而言，相对于与主面侧不同侧的主面而设置有电路200，所述主面侧定位有安装时与外部基板直接连接的电极。若像这样相对于非安装面侧的主面设置有电路，则因为不存在“与基板直接连接的电极”等理由而容易设置“覆盖电路的包覆绝缘膜”(针对“包覆绝缘膜”，参照后述的图5的“300”)。另外，相对于外部基板在相对远位侧配置有电路，因此，也容易避免该外部基板与电路200的不良的相互作用。需要说明的是，就增加电路的设置面积这点等而言，也可以在固体电池的双方的主面(即，主面100A以及主面100B)设置有电路(图2的(c))。
在某个优选的方式中，用于固体电池的电路包括选自由保护电路、充电控制电路、温度控制电路以及输出补偿电路构成的组中的至少一种。在图1所示的示例方式中，固体电池500的主面100的电路200是保护电路、充电控制电路、温度控制电路、输出补偿电路和/或输出稳定化电源电路。
通过使电路200成为保护电路，能够防止固体电池的过放电、过充电、过电流和/或过热等。图3的(a)示出在固体电池500的主面100设置的电路200成为保护电路的情况下的电路图的一个例子。虽毕竟只不过是示例说明，但在这样的保护电路中，可以控制为防止规定的电压或者电流变得过度。
通过使电路200成为充电控制电路，能够控制固体电池的充电放电。图3的(b)示出在固体电池500的主面100设置的电路200成为充电控制电路的情况下的电路图的一个例子。虽毕竟只不过是示例说明，但这样的充电控制电路控制固体电池和电源的电压和/或电流，以成为所需的恒流恒压(CCCV)。
通过使电路200成为温度控制电路，从而能够以使充电放电效率提高的方式将固体电池控制为适当的温度(例如约60℃)。图3的(c)示出在固体电池500的主面100设置的电路200成为温度控制电路的情况下的电路图的一个例子。毕竟只不过是示例说明，也可以在通过这样的温度控制电路控制固体电池的温度的情况下，通过热电偶、热敏电阻等温度检测单元检测固体电池的温度，以由此得到的温度信息为基础，经由温度控制电路对热电元件供给电力，进行电池的加热和/或冷却。
通过使电路200成为输出补偿电路，能够将固体电池500的内部阻抗抑制得低，能够缓和电池电压的降低。图3的(d)示出在固体电池500的主面100设置的电路200成为输出补偿电路的情况下的电路图的一个例子。
上述电路虽然也可以设置为具有单一的功能，但也可以以具有多个功能的方式组合设置。例如，通过组合设置多个子电路，能够相对于固体电池的控制赋予各电路的特性。作为图示的示例方式，图4的(a)示出充电控制电路以及保护电路的组合，图4的(b)示出充电控制电路、保护电路以及输出稳定化电源电路的组合，图4的(c)示出充电控制电路、保护电路、输出稳定化电源电路以及输出补偿电路的组合。需要说明的是，输出稳定化电源电路也可以装入有DC/DC转换器。
在某个优选的方式中，在固体电池的主面和/或侧面形成有输入输出端子电极。在图1所示的示例方式中，在固体电池500的主面100以及侧面，以从固体电池500的一方的主面经由侧面向另一方的主面延伸的方式设置有输入输出端子电极240。另外，电路200也可以经由其布线图案230而与输入输出端子电极240连接。从制造成本的观点出发优选输入输出端子电极240与正负极的端面电极60相同地形成。需要说明的是，输入输出端子电极240也可以兼作端面电极60。在存在想要与端面电极60以外连接的电路的情况下，也可以在端面电极60以外形成独立的输入输出端子电极240。
端面电极以及输入输出端子电极只要有助于固体电池与基板之间的电连接，则可以具有任何形态。因为有助于电连接，所以可以说端面电极以及输入输出端子电极是连接固体电池与基板之间的导电性部分。这样的导电性部分也可以至少局部地具有布线层和/或焊盘等形态。本说明书中所说的“焊盘”是指设置于固体电池的主面的一方和/或双方的用于电连接的端子部分、连接部分，例如也可以是方焊盘，或者也可以是圆焊盘等。
通过成为这样的构成，不需要在要安装的基板上设置相对于固体电池的端子，能够成为更适于安装的固体电池。从将固体电池安装在基板上的观点出发，输入输出端子电极也可以成为表面安装类型的端子。在图5所示的示例方式中，输入输出端子电极240(60)也可以延伸至固体电池的未设置有电路的主面。例如，也能够相对于这样的输入输出端子电极，设置延伸至固体电池的未设置有电路的主面的外部端子70，从而成为图6以及图7所示的表面安装类型的端子。如图示那样，外部端子70可以成为其端部(特别是下侧端部或底侧端部)屈曲的形态。外部端子可采用各种结构，但优选为使直接形成于固体电池的安装面侧的端子电极作为基板连接用的电极而露出的结构。通过成为这样的结构，能够使固体电池成为更加小型低矮的结构。作为外部端子的材质，没有特别限制，可以与端面电极以及输入输出端子电极的材质相同。
形成本发明的固体电池的主面的主面形成层也可以是至少具有电子绝缘性的绝缘层。主面形成层是定位于层叠方向上的固体电池的电池构成要素的最上层和/或最下层，并形成固体电池的主面的层。在图1所示的示例方式中，形成固体电池500的主面100的主面形成层50成为呈现电子绝缘性的绝缘层。通过这样的主面形成层的存在，固体电池500的主面100容易成为更合适的电路形成面。
作为构成主面形成层的材料，优选为绝缘性、刚性、电极密合强度和/或防水透过性优异的层。主面形成层也可以是与绝缘层相同的材质，例如优选使用玻璃材料以及陶瓷材料。玻璃材料以及陶瓷材料也可以选自由与绝缘层能够包含的材料相同的材料。
在某个优选的方式中，主面形成层成为具有离子绝缘性的绝缘层。主面形成层具有离子绝缘性，从而能够更适当地抑制由于固体电池内部的离子传导而引起的电路电压的变动。
在更优选的方式中，主面形成层可以包含陶瓷。换句话说，主面形成层可以是陶瓷绝缘层。主面形成层包含陶瓷而构成，从而能够更有效地对主面形成层赋予电子绝缘性以及离子绝缘性。另外，能够提高主面形成层的刚性，能够更容易地实施在其面上的电路形成。并且，能够对固体电池的最外表面赋予防水透过性，能够有效地防止电池性能的劣化。
在某个优选的方式中，固体电池具备由正极层、负极层以及夹设于正极层与负极层之间的固体电解质层构成的固体电池层叠体，固体电池的主面形成层与该固体电池层叠体成为一体烧结体。在图1所示的示例方式中，在剖视观察时(即，剖面10)固体电池500具备依次设置有正极层20、固体电解质层30、负极层40的固体电池层叠体，该固体电池层叠体与主面形成层50一体烧结。因为一体烧结，所以能够在固体电池层叠体与主面形成层之间的界面形成有共烧结体。
通过将固体电池层叠体和主面形成层一体烧结，从而即便在主面形成层使用与固体电池层叠体之间的粘合性比其他材料相对低的材料(例如陶瓷)的情况下，也容易具有固体电池的构成材料之间稳固密合的结构。另外，能够使具有电路的主面形成层作为固体电池而一体形成，能够减去固体电池与电路基板的接合等工序。
在某个优选的方式中，固体电池成为被封装的固体电池。“被封装的固体电池”是指免受外部环境影响的固体电池。优选这样的免受外部环境影响的本发明的固体电池以适于基板安装的方式被封装，特别是以适于表面安装的方式被封装。在某个优选的方式中，本发明的电池成为SMD(Surface Mount Device，表面安装器件)类型的电池。
免受外部环境影响的固体电池例如可举出以防止外部环境的水蒸气进入固体电池的内部的方式被密封的固体电池等(虽未示例，但参照图5～图7)。另外，以适于基板安装的方式被封装的固体电池例如可举出，端子引出部(例如，插座端子或者压接端子等)设置于固体电池侧的固体电池(例如，参照图1等)或者为了容易进行基板安装，外部端子相对于基板形成宽面的固体电池等(例如，参照图6以及图7)。
在某个优选的方式中，以覆盖设置有电路的主面的方式设置有包覆绝缘层。在图5所示的示例方式中，在固体电池500中，以覆盖电路的方式设置有包覆绝缘层300。由此，能够适当地保护电路。另外，由于包覆绝缘层300的存在，作为电池封装品，也能够使固体电池与其上的电路的相互的一体性进一步提高。
包覆绝缘层300也可以成为树脂层。换句话说，包覆绝缘层300包含树脂材料而构成，其也可以形成该层的母材。若从图示的方式可知，是指固体电池的主面由包覆绝缘层300的树脂材料密封。由这样的树脂材料构成的包覆绝缘层300能够有助于更适当的防水蒸气透过性。
包覆绝缘层的材质只要呈现绝缘性则可以为任何种类。例如在包覆绝缘层包含树脂而构成的情况下，该树脂可以是热固化性树脂或者热塑性树脂的任一种。虽没有特别限制，但作为包覆绝缘层的具体树脂材料，例如可举出环氧类树脂、有机硅系树脂和/或液晶聚合物等。毕竟只不过是示例，但包覆绝缘层的厚度也可以为30μm以上且1000μm以下，例如为50μm以上且300μm以下。
包覆绝缘层可以是设置为对设置有固体电池的电路的主面的至少一部分进行覆盖的层。另外，包覆绝缘层也可以是至少覆盖设置有电路的主面并且覆盖其他面的层。在某个优选的方式中，如图5所示的示例方式那样，包覆绝缘层300仅设置在主面100上。通过成为这样的构成，从而能够保护设置在主面100上的电路不受水蒸气等影响，并且在固体电池500的设置有端面电极60的侧面以外的侧面设置输入输出端子电极240，能够具备更多的端子引出部。
例如，包覆绝缘层也可以设置为还覆盖设置有端面电极的侧面以外的面。在某个优选的方式中，如图6所示的示例方式那样，除了设置有电路的主面100之外，还在设置有端面电极60的侧面以外的面(即，设置有外部电极70的侧面以外的面)也设置有包覆绝缘层300。通过成为这样的构成，从而能够利用包覆绝缘层300更广地覆盖固体电池500，能够相对于固体电池500更适当地实现防止水蒸气透过。
并且，包覆绝缘层也可以设置为对设置有外部端子的电池封装品进行覆盖。如图7所示的示例方式那样，在固体电池500中，以整体覆盖外部端子70的基板安装部分以外的方式设置有包覆绝缘层300。通过成为这样的构成，能够利用包覆绝缘层300覆盖固体电池500整体，特别是能够防止经由外部端子70的水蒸气的侵入。另外，能够在固体电池500的任一侧面设置外部端子70，因此，能够将更多的电路200与基板连接。
包覆绝缘层300也可以包含填料。在包覆绝缘层300由树脂材料构成的情况下，优选在这样的树脂材料中分散有无机填料。填料优选混入包覆绝缘层中而与包覆绝缘层的母材材质(例如树脂材料)复合一体化。填料的形状没有特别限制，也可以是粒状、球状、针状、板状、纤维状和/或无定形等。填料的大小也没有特别限制，也可以为10nm以上且100μm以下，例如可以为10nm以上且不足100nm的纳米填料，100nm以上且不足10μm的微填料或者10μm以上且100μm以下的大填料等。作为填料的材质，可举出二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆等金属氧化物、云母等矿物和/或玻璃等，但不限定于这些。
填料优选成为防止水蒸气透过填料。在某个优选的方式中，包覆绝缘层在其树脂材料质中包含防止水蒸气透过填料而构成。由此，包覆绝缘层容易作为更合适的防止水蒸气透过层而提供。树脂材料质中所含的防止水蒸气透过填料为了有助于更合适地防止水蒸气透过，以整个包覆绝缘层为基准计，优选含量为50重量％以上且95重量％以下，例如也可以为60重量％以上且95重量％以下或者70重量％以上且95重量％以下等。
在某个优选的方式中，包覆无机膜覆盖包覆绝缘层地附加设置。也可以是，在包覆无机膜定位在包覆绝缘层上的情况下，以与包覆绝缘层一起覆盖固体电池的主面的方式设置有包覆无机膜。换句话说，包覆无机膜以及包覆绝缘层也可以具有层叠在固体电池的主面上的形态。
包覆无机膜优选具有薄膜形态。因此，作为包覆构件，包覆无机膜的厚度小于包覆绝缘层的厚度。只要有助于具有薄膜形态的无机层，则包覆无机膜的材质没有特别限制，也可以是金属、玻璃、氧化物陶瓷或者它们的混合物等的任一者。在某个优选的方式中，包覆无机膜包含金属成分而构成。换句话说，包覆无机膜优选为金属薄膜。虽毕竟只不过是示例，但包覆无机膜的厚度也可以为0.1μm以上且100μm以下，例如为1μm以上且50μm以下。
具有薄膜形态的包覆无机膜也可以是镀膜。尤其根据制造方法来说，包覆无机膜可以是干式镀膜。这样的干式镀膜是通过物理气相沉淀法(PVD)、化学气相沉淀法(CVD)之类的气相法而得到的膜，具有纳米级或者微米级的非常小的厚度。这样的薄的干式镀膜有助于更小型地封装。
干式镀膜例如可以由选自由铝(Al)、镍(Ni)、钯(Pd)、银(Ag)、锡(Sn)、金(Au)、铜(Cu)、钛(Ti)、铂(Pt)、硅/有机硅(Si)以及SUS(不锈钢)等构成的组中的至少一种金属成分/半金属成分、无机氧化物和/或玻璃成分等构成。由这样的成分构成的干式镀膜由于化学性和/或热稳定，因此，耐化学性、耐候性和/或耐热性等优异，可带来长期可靠性进一步提高的固体电池。
在本发明的固体电池具有由隔着包覆绝缘层的包覆无机膜覆盖的形态的情况下，包覆绝缘层可起到缓冲件的作用。具体而言，即便在由于充放电、热膨胀等而产生了固体电池的膨胀收缩的情况下，其影响也不会直接波及到包覆无机膜，因为包覆绝缘层介于中间，可缓和因缓冲效果产生的影响。因此，即便为包覆无机膜等的薄膜，也可以可减少裂缝等的产生，可带来更合适的水蒸气屏障。在包覆绝缘层包含树脂材料而构成的情况下尤其可以这样说，由树脂材料构成的包覆绝缘层可增大这样的缓冲效果。
另外，在本发明的固体电池具有由隔着包覆绝缘层的包覆无机膜覆盖的形态的情况下，有助于它的构件为包覆绝缘层和与其的一体化的包覆无机薄膜，因此，封装/尺寸不会不良地变大。换句话说，可带来可实现防止水蒸气透过并小型的封装品。这是指本发明的固体电池可作为防止水蒸气透过的能量密度高的电池而提供。
如上述那样，本发明的固体电池能够安装在印刷布线板等基板上。例如，能够通过回流焊等而表面安装固体电池。因为这样，所以可以说本发明的被封装的固体电池为SMD类型的电池。
针对进行了以上说明的固体电池，也能够将其优点概括如下。需要说明的是，以下的优点毕竟只不过是示例，不限定于此，也可以还有附加的优点。
·通过在固体电池其自身设置电路而能够小型化，能够作为能量密度高的电池封装品而提供。
·能够缩短固体电池与周边电路的布线距离，能够得到减少电路途中的不良产生率且可靠性高的电池封装品。
·能够使包含多端子电子设备的周边电路可靠性高地一体化，能够实现包括固体电池的小型模块化。
·能够利用可进行SMD的焊盘将多端子配置于同一平面的任意位置。因此，母板的设计自由度提高，能够实现高密度化。
·通过使用免清洗接合材料(在焊接后不需要进行助焊剂清洗的接合材料)来作为与电池直接相接的接合材料，从而在制造过程中，能够在电子部件安装/清洗后安装固体电池。因此，电子部件更廉价，且即便通过能够使安装面积高密度化的可靠性高的焊接接合也能够进行助焊剂清洗。另一方面，在固体电池一定需要免清洗的接合的情况下，在封装内电池也能够与SMD部件一起通过最佳的接合材料而安装。
·因为保护固体电池免受水蒸气影响的阻挡层大范围地覆盖，所以能够防止因外部环境的水蒸气引起的特性劣化。
[固体电池的制造方法]
作为本发明的对象物的固体电池能够经过如下工艺而得到：制备包括正极层、负极层、在这些电极之间具有固体电解质的固体电池层叠体以及主面形成层的烧结层叠体，接着，在该烧结层叠体的主面形成电路。
《固体电池的制造方法》
固体电池能够通过丝网印刷法等印刷法、使用生片的生片法或者它们的复合法来制造。换句话说，本发明的固体电池除了主面形成层以及形成于主面的电路之外，可以按照常规的固体电池的制造方法来制造(因此，下述说明的固体电解质、有机粘合剂、溶剂、任意添加剂、正极活性物质、负极活性物质等原料物质可以使用已知的固体电池的制造中使用的物质)。
以下，为了更好地理解本发明，示例说明某一个制造方法，但本发明不限定于该方法。另外，以下的记载顺序等随时间推移的事项毕竟只不过是为了方便说明，不一定局限于此。
(烧结前层叠体形成)
·混合固体电解质、有机粘合剂、溶剂以及任意添加剂来制备浆料。接着，由制备好的浆料通过生片成形得到烧成后的厚度约为10μm的固体电解质用生片。
·混合正极活性物质、固体电解质、导电助剂、有机粘合剂、溶剂以及任意添加剂而制成正极用糊剂。同样，混合负极活性物质、固体电解质、导电助剂、有机粘合剂、溶剂以及任意添加剂而制成负极用糊剂。
·混合陶瓷成分、玻璃成分以及有机粘合剂、溶剂以及任意添加剂制成主面形成层用糊剂。
·在固体电解质用生片上印刷正极用糊剂，另外，通过根据需要印刷集电层和/或负层而得到正极用生片。同样，在固体电解质用生片上印刷负极用糊剂，另外，根据需要印刷集电层和/或负层而得到负极用生片。
·印刷主面形成层用糊剂，得到主面形成层用生片。
·将正极用生片和负极用生片交替层叠而得到层叠体。
·在正极用生片和负极用生片的层叠体的最上层/最下层层叠主面形成层用生片而得到烧结前层叠体。
·在主面形成层用生片的一方的表面(烧结前层叠体的一方的表面)例如通过涂覆Ag系烧结类型的厚膜糊剂而形成布线图案。需要说明的是，布线图案也可以通过Ag糊剂而形成于烧结后的固体电池的主面。
毕竟只不过是一个示例，不是对本发明进行限制，但对作为包含陶瓷而构成的层而得到主面形成层的情况下的生片进行详述。生片本身也可以是包含陶瓷成分、玻璃成分以及有机粘合剂成分而构成的生片状部件。例如，作为陶瓷成分，也可以是氧化铝粉末(平均粒径：0.5～10μm左右)，作为玻璃成分，也可以是硼硅酸盐玻璃粉末(平均粒径：1～20μm左右)。而且，作为有机粘合剂成分，例如可以为选自由聚乙烯醇缩丁醛树脂、丙烯酸树脂、醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇以及氯乙烯树脂构成的组中的至少一种以上的成分。虽毕竟只不过是示例，生片也可以是包含氧化铝粉末40～50wt％、玻璃粉末30～40wt％以及有机粘合剂成分10～30wt％(以生片的总重量为基准)。另外，从其他观点来说，生片也可以是固体成分(氧化铝粉末50～60wt％以及玻璃粉末40～50wt％：以固体成分的重量为基准)与有机粘合剂成分的重量比即固体成分重量:有机粘合剂成分重量为80～90:10～20左右的构成。作为生片成分，也可以根据需要而包含其他成分，例如也可以包含邻苯二甲酸酯和/或邻苯二甲酸二丁酯等对生片赋予柔软性的增塑剂、乙二醇等酮类的分散剂、有机溶剂等。各生片的厚度本身也可以为30μm～500μm左右。
(电池烧结体形成)
在使烧结前的层叠体压接一体化之后，切割为规定的尺寸。对得到的切割完毕层叠体进行脱脂以及烧成。由此，得到烧结后的层叠体。需要说明的是，也可以在切割前对层叠体进行脱脂以及烧成，其后进行切割。
(端面电极以及输入输出端子电极形成)
正极侧的端面电极能够通过对烧结层叠体的正极露出侧面涂覆导电性糊剂而形成。同样，负极侧的端面电极能够通过对烧结层叠体的负极露出侧面涂覆导电性糊剂而形成。针对输入输出端子电极，也同样，能够通过以与电路的布线图案连接的方式对烧结层叠体的主面以及侧面涂覆导电性糊剂而形成。电路经由布线图案而与输入输出端子电极连接。输入输出端子电极也可以与端面电极相同或者同时形成，但在存在多个想要与端面电极以外连接的电路的情况下，也可以在端面电极以外形成独立的输入输出端子电极。
端面电极以及输入输出端子电极若设置为延伸至烧结层叠体的未设置有电路的主面，则在下一个工序中能够以小面积连接于安装焊盘，从而优选(更具体而言，设置为延伸至烧结层叠体的主面的端面电极以及输入输出端子电极在该主面具有折返部分，但能够使这样的折返部分与安装焊盘电连接)。作为端面电极以及输入输出端子电极的成分，可选自银、金、铂、铝、铜、锡以及镍的至少一种。
需要说明的是，端面电极以及输入输出端子电极不局限于在层叠体烧结后形成，也可以在烧成前形成并同时烧结。
(向主面的电路形成)
首先，对烧结层叠体的主面形成层表面(即主面)提供接合材料。接合材料例如也可以是金属钎焊剂、焊料、导电糊剂或者纳米糊剂。接着，设置用于固体电池的周边电路。更具体而言，将电池周边电路所需的有源元件、无源元件和/或辅助元件之类的电子部件等安装于主面的规定位置。这样的所需的安装结束之后，对主面进行回流焊，并进行助焊剂清洗。根据以上内容，得到电路形成完毕的主面。
通过经由以上那样的工序，最终能够得到所需的固体电池。
针对这样的固体电池，具有该固体电池的端子引出部在设计、接合工艺上均比较容易的优点。另外，固体电池越小型化，相对于电池的封装的面积比例越小，但在本发明所涉及的固体电池中该区域能够极端小，因此，能够成为特别有助于小容量的电池的小型化的构成。
《固体电池的封装》
图8以及图9示意性地示出通过封装而得到本发明的固体电池的工序。在封装中，使用通过上述内容而得到的固体电池500，图8的(a)的固体电池500仅设置有端面电极60，图9的(a)的固体电池500设置有端面电极60以及输入输出端子240。
对图8所示的方式进行说明。首先，如图8的(b)所示，在固体电池500中，以覆盖形成有端面电极60的侧面以外的方式形成包覆绝缘层300。在包覆绝缘层由树脂材料构成的情况下，将树脂前体设置于固体电池500的规定的面并进行固化等而使包覆绝缘层成型。在某个优选的方式中，也可以通过利用模具进行加压而实施包覆绝缘层的成型。虽只不过是示例，但也可以通过压缩模制使密封支承基板上的固体电池的包覆绝缘层成型。若为通常模制中使用的树脂材料，则包覆绝缘层的原料的形态也可以是颗粒状，而且其种类也可以是热塑性。需要说明的是，这样的成型不局限于模具成型，也可以通过研磨加工、激光加工和/或化学处理等来进行。
接着，如图8的(c)所示，在通过上述内容得到的固体电池500设置外部端子70。外部端子70设置为正极层以及负极层分别经由端面电极60而能够与基板电连接。另外，外部端子70设置为电路200经由端面电极60而能够安装于基板。外部端子70例如优选通过溅射等形成外部端子。虽没有特别限定，但作为外部端子，优选由选择银、金、铂、铝、铜、锡以及镍中的至少一种构成。
对图9所示的方式进行说明。首先，如图9的(b)所示，在固体电池500设置外部端子70。外部端子70设置为正极层以及负极层分别经由端面电极60而能够与基板电连接。另外，外部端子70设置为电路200经由端面电极60以及输入输出端子240而能够安装于基板。外部端子70也可以通过与图8所示的方式相同的方法而形成。
接着，如图9的(c)所示，在固体电池500中，以覆盖外部端子70的基板安装部分以外的方式形成包覆绝缘层300。包覆绝缘层300也可以通过与图8所示的方式相同的方法而形成。
通过经由以上那样的工序，能够得到在固体电池其自身设置有用于该固体电池的电路的固体电池的封装品。
《向基板的表面安装》
固体电池能够经由外部端子表面安装于基板而电连接。固体电池向基板的安装以使固体电池中与设置有电路的主面对置的另一方的主面成为安装面侧的面的方式，使正极外部端子以及负极外部端子的位置在基板的基板端子上涂覆有接合材料的位置对齐配置。接合材料也可以使用电布线用的焊料。其后，通过回流焊，由接合材料将正极端子以及负极端子与基板接合，得到电池安装基板。外部端子也可以从包覆绝缘层突出而为凸型形状、鸥翼或者J端子形状。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但毕竟只不过示例了典型例。本发明不局限于此，本领域技术人员可容易理解在不变更本发明的主旨的范围内存在的各种方式。
另外，在上述说明中，对更小型化的固体电池进行了说明，但本发明没有特别限定于此。例如，主面形成层具有可在其面上形成电路的特性，但因为其较高的密封特性，所以起到防止朝向固体电池内部的水蒸气透过的效果。另外，也可对从外部环境向固体电池内部的异物混入起到防止效果，进而还有助于防止固体电池反应物向外部泄漏。
工业可利用性
本发明的固体电池能够利用于假定电池使用、蓄电的各种领域。虽毕竟只不过是示例，本发明的固体电池能够在电子安装领域中使用。另外，在使用电气/电子设备等的电气/信息/通信领域(例如包括移动电话、智能手机、笔记本电脑以及数码相机、活动量计、ARM计算机、电子纸、RFID标签、卡型电子货币、智能手表等小型电子设备等的电气/电子设备领域或者移动设备领域)；家庭/小型工业用途(例如电动工具、高尔夫车、家庭用/护理用/工业用机器人的领域)；大型工业用途(例如叉车、电梯、港口起重机领域)；交通系统领域(例如混合动力车、电动汽车、公共汽车、电车、电动助力自行车、电动摩托车等领域)；电力系统用途(例如各种发电、负载调节器、智能电网、普通家庭设置型蓄电系统等领域)；医疗用途(助听器耳机等医疗用设备领域)、医药用途(服用管理系统等领域)；以及IoT领域、太空/深海用途(例如空间探测器、潜水考察船等领域)等中也能够应用本发明。
符号说明
10 固体电池的剖面
20 正极层
30 固体电解质层
40 负极层
50 主面形成层
60 端面电极
70 外部端子
100 固体电池的主面
200 电路
210 有源元件
220 无源元件
230 布线图案
240 输入输出端子电极
300 包覆绝缘层
500 固体电池。

Claims (15)

1.一种固体电池，其中，
所述固体电池的主面为电路形成面，
在所述主面设置有用于所述固体电池的电路。
2.根据权利要求1所述的固体电池，其中，
所述固体电池的所述主面成为对用于控制所述固体电池的所述电路进行支承的支承面。
3.根据权利要求1或2所述的固体电池，其中，
所述电路构成为包括选自由保护电路、充电控制电路、温度控制电路、输出补偿电路以及输出稳定化电源电路构成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的固体电池，其中，
在所述固体电池的所述主面和/或侧面设置有输入输出端子电极。
5.根据权利要求4所述的固体电池，其中，
所述输入输出端子电极为表面安装类型的端子。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的固体电池，其中，
所述固体电池的形成所述主面的主面形成层为具有离子绝缘性的绝缘层。
7.根据权利要求6所述的固体电池，其中，
所述主面形成层构成为包含陶瓷。
8.根据权利要求6或7所述的固体电池，其中，
所述固体电池具备固体电池层叠体，所述固体电池层叠体由正极层、负极层以及固体电解质层构成，所述固体电解质层夹设于所述正极层与所述负极层之间，所述主面形成层与所述固体电池层叠体成为一体烧结体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的固体电池，其中，
所述固体电池成为被封装的固体电池。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的固体电池，其中，
以覆盖所述电路的方式设置有包覆绝缘层。
11.根据权利要求10所述的固体电池，其中，
所述包覆绝缘层具有层叠于所述主面的形态。
12.根据权利要求10或11所述的固体电池，其中，
所述包覆绝缘层构成为包含树脂材料。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的固体电池，其中，
所述固体电池为表面安装品。
14.根据权利要求13所述的固体电池，其中，
对所述固体电池中的不是安装面侧的非安装面侧的所述主面设置所述电路。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的固体电池，其中，
所述固体电池的正极层以及负极层成为能够嵌入和脱嵌锂离子的层。
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