CN115380417A - 电池 - Google Patents

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Abstract

电池(50)具备电极层(10)、与所述电极层相对配置的对电极层(20)、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层(30)，所述电极层具有集电体(11)、位于所述集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层(12)、以及在所述电极层的端部位于所述集电体与所述固体电解质层之间并与所述集电体接合的绝缘层(13)，所述电极活性物质层具有在俯视时不与所述绝缘层重叠的区域(12a)，所述电池具有位于所述集电体与所述固体电解质层之间并与所述绝缘层相接的空隙(14)。

Description

电池
技术领域
本公开涉及电池。
背景技术
专利文献1和专利文献2公开了具备绝缘构件的电池。
在先技术文献
专利文献1：国际公开第2012/164642号
专利文献2：日本特开2016-207286号公报
发明内容
发明要解决的课题
现有技术中，追求电池的可靠性的提高。因此，本公开的目的是提供一种可靠性高的电池。
用于解决课题的手段
本公开的一个技术方案涉及的电池，具备电极层、与所述电极层相对配置的对电极层、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层，所述电极层具有集电体、电极活性物质层和绝缘层，所述电极活性物质层位于所述集电体与所述固体电解质层之间，所述绝缘层在所述电极层的端部位于所述集电体与所述固体电解质层之间并与所述集电体接合，所述电极活性物质层具有在俯视时不与所述绝缘层重叠的区域，所述电池具有位于所述集电体与所述固体电解质层之间并与所述绝缘层相接的空隙。
发明的效果
根据本公开，能够提供可靠性高的电池。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的电池的例子的概略俯视图。
图2是表示图1的II-II线所示位置的截面的图。
图3是表示比较例涉及的电池的例子的概略剖视图。
图4是表示比较例涉及的电池的另一个例子的概略剖视图。
图5是表示实施方式1的变形例1涉及的电池的例子的概略剖视图。
图6是表示实施方式1的变形例2涉及的电池的例子的概略剖视图。
图7是表示实施方式1的变形例3涉及的电池的例子的概略剖视图。
图8是表示实施方式1的变形例4涉及的电池的例子的概略剖视图。
图9是用于说明实施方式1涉及的电池的制造方法的流程图。
图10A是表示实施方式1涉及的层叠有绝缘层的集电体的例子的概略俯视图和概略剖视图。
图10B是表示实施方式1涉及的层叠有绝缘层的集电体的另一个例子的概略俯视图。
图10C是表示实施方式1涉及的层叠有绝缘层的集电体的另一个例子的概略俯视图和概略剖视图。
图11A是用于说明实施方式1涉及的形成空隙的方法的例子的图。
图11B是用于说明实施方式1涉及的形成空隙的方法的另一个例子的图。
图12A是表示实施方式1涉及的层叠极板的例子的概略剖视图。
图12B是表示实施方式1涉及的层叠极板的另一个例子的概略剖视图。
图12C是表示实施方式1涉及的层叠极板的另一个例子的概略剖视图。
图13是用于说明实施方式1涉及的电池的制造方法中的切断工序的图。
图14是表示实施方式2涉及的电池的例子的概略剖视图。
具体实施方式
(成为本公开的基础的见解)
在制造具备包含固体电解质的固体电解质层的全固体电池等电池的情况下，通常使负极活性物质层的面积大于正极活性物质层的面积。其目的在于，通过使负极活性物质层的容量大于正极活性物质层的容量，抑制来自于未进入负极活性物质层中的金属离子的金属的析出等，从而使电池的性能稳定化，提高电池的可靠性。另外，其目的还在于通过抑制电场向负极活性物质层的端部集中，抑制端部的枝晶生长(金属的析出)，从而提高电池的可靠性。另外，在增大负极活性物质层的面积的情况下，在相对配置的正极活性物质层的周围，例如配置固体电解质层。由此，通过用固体电解质层将在充放电时产生膨胀收缩的正极活性物质层包围，能够抑制正极活性物质层与其他层的剥离，从而提高可靠性。
但是，这样精密地控制正极活性物质层的面积和负极活性物质层的面积来制造电池是困难的。另外，为了确保可靠性，需要考虑到正极活性物质层形成时的尺寸精度来形成正极活性物质层。因此，存在正极活性物质层变小，电池的体积能量密度降低的问题。另外，担心为了提高正极活性物质层的尺寸精度，导致检查等工序数的增加以及设备费用的增加。
因此，在本公开中，提供一种可靠性高的电池。特别地，本公开提供一种能量密度提高了并且可靠性高的电池。
本公开的一个技术方案的概要如下所述。
本公开的一个技术方案涉及的电池，具备电极层、与所述电极层相对配置的对电极层、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层，所述电极层具有集电体、电极活性物质层和绝缘层，所述电极活性物质层位于所述集电体与所述固体电解质层之间，所述绝缘层在所述电极层的端部位于所述集电体与所述固体电解质层之间并与所述集电体接合，所述电极活性物质层具有在俯视时不与所述绝缘层重叠的区域，所述电池具有位于所述集电体与所述固体电解质层之间并与所述绝缘层相接的空隙。
由此，虽然电池的电极活性物质层会在充放电时膨胀收缩，但通过正极活性物质层和空隙位于集电体与固体电解质层之间，能够利用空隙来缓和由电极活性物质层在充放电时的膨胀收缩引起的应力。因此，不易发生电极活性物质层与其他构成要素的层间剥离。从而能够提高电池的可靠性。
另外，通过存在与集电体接合的绝缘层，在集电体上形成性质不同的区域。因此，能够利用性质的不同，容易地制造形成有与绝缘层相接的空隙的电池。
另外，例如可以设为：所述绝缘层的侧面和所述集电体的侧面为同一面。
由此，绝缘层的侧面与集电体的侧面为同一面，因此通过将层叠有绝缘层的集电体一并切断等，能够容易地调整绝缘层的面积来制造电池。所以，通过存在绝缘层以及与绝缘层相接的空隙，虽然会形成电极活性物质层难以作为电极发挥作用的区域，但是通过调整绝缘层的面积，能够将该区域抑制为最小限度。从而能够提高电池的体积能量密度。
另外，例如可以设为：所述电极层是正极层，所述对电极层是负极层。
由此，通过绝缘层以及与绝缘层相接的空隙，来自集电体的电子容易到达的正极层的电极活性物质层、即正极活性物质层的面积被削减。其结果，与负极层的对电极活性物质层、即负极活性物质层的面积相比，正极活性物质层的实质面积变小。因此，由于负极活性物质层的容量比正极活性物质层的容量大，所以能够抑制来自于未进入负极活性物质层中的金属离子的金属的析出，进一步提高电池的可靠性。
另外，即使在不具有空隙的情况下，电子也不会从集电体直接到达俯视时与绝缘层重叠的区域的电极活性物质层、即正极活性物质层，因此该区域的正极活性物质层难以作为电极发挥作用。所以，可得到实质上削减了正极活性物质层的面积的效果，但通过具有与绝缘层相接的空隙，能够进一步抑制电子绕到绝缘层与固体电解质层之间。由此，电子的绕入的影响变小，能够更准确地使负极活性物质层与正极活性物质层的容量比率相匹配。
另外，例如可以设为：所述空隙还与所述固体电解质层相接。
由此，由于空隙与绝缘层和固体电解质层相接，所以空隙横跨绝缘层与固体电解质层之间而形成。因此，通过空隙，也容易缓和来自于固体电解质层侧的应力。
另外，通过横跨绝缘层与固体电解质层之间形成空隙，能够防止来自集电体的电子向绝缘层与固体电解质层之间、且在俯视时向空隙以及空隙外侧的区域移动。由此，能够削减作为电极发挥作用的电极活性物质层的面积，更准确地使负极活性物质层与正极活性物质层的容量比率相匹配。
另外，例如可以设为：所述空隙在俯视时与所述绝缘层和所述集电体的接合面的内侧的端部重叠。
由此，在横跨绝缘层与固体电解质层之间形成空隙的情况下，在能够防止来自集电体的电子向绝缘层与固体电解质层之间、且向绝缘层和集电体的接合面中的内侧端部的外侧区域移动的位置形成空隙。因此，能够与绝缘层的面积相匹配地削减作为电极发挥作用的电极活性物质层的面积。
另外，例如可以设为：所述空隙位于所述绝缘层与所述固体电解质层之间以及所述绝缘层与所述电极活性物质层之间，所述电极活性物质层与所述绝缘层不接触。
由此，电池内的空隙变大，能够进一步缓和由充放电时的电极活性物质层的膨胀收缩引起的应力。
另外，例如可以设为：所述绝缘层包含树脂。
由此，通过绝缘层中所含的树脂进入到集电体中的锚定效果，能够提高绝缘层与集电体的接合性，抑制绝缘层与集电体的剥离。
另外，例如可以设为：所述绝缘层包含无机填料。
由此，由于绝缘层变硬，所以在电池的制造时，在与其他层层叠时绝缘层难以变形，能够形成均匀厚度的绝缘层。
另外，例如可以设为：所述绝缘层的线膨胀系数比所述电极活性物质层大。
由此，仅通过在电极活性物质层层叠于绝缘层上的状态下进行加热，由于电极活性物质层比绝缘层更难以膨胀，因此在与绝缘层相接的位置，电极活性物质层断开而形成空隙。所以，能够容易地制造形成有与绝缘层相接的空隙的电池。
另外，例如可以设为：所述绝缘层位于俯视时与所述集电体的外周相距长度为1mm以下的区域。
由此，通过存在绝缘层以及与绝缘层相接的空隙，能够使电极活性物质层难以作为电极发挥作用的区域成为与集电体的外周相距一定距离以下的范围，从而能够提高电池的体积能量密度。
另外，例如可以设为：所述绝缘层的厚度为所述电极活性物质层的厚度的50％以上且100％以下。
由此，由于固体电解质层与绝缘层之间变窄，所以在固体电解质层与绝缘层之间形成空隙的情况下，能够容易地形成。另外，例如在采用湿式涂布法形成电极活性物质层时，由于涂布在绝缘层上的浆液量变少，所以在利用绝缘层的表面张力排斥浆液从而形成空隙的情况下，容易形成空隙。
另外，例如可以设为：所述电极层的侧面和所述对电极层的侧面和所述固体电解质层的侧面为同一面。
由此，通过将各层一并切断等，能够使各层的侧面成为同一面，从而能够容易地调整绝缘层的面积来制造电池。
另外，例如可以设为：所述电池的侧面为切断面。
由此，成为电池端部的侧面被切断而形成，所以通过根据切断位置来调整绝缘层的面积，能够减小由于存在绝缘层以及与绝缘层相接的空隙而使电极活性物质层难以作为电极发挥作用的区域的面积，能够提高电池的体积能量密度。另外，通过使电池的侧面为切断面，能够容易地使电极层的侧面和对电极层的侧面和固体电解质层的侧面成为同一面。
另外，例如可以设为：所述绝缘层在俯视时为框状，设置于所述电极层的外周部。
由此，在电极层的外周部的任何位置都能够设置与绝缘层相接的空隙。
另外，例如可以设为：所述固体电解质层包含具有锂离子传导性的固体电解质。
由此，在含有固体电解质的锂离子电池中，能够提高电池的可靠性。
以下，参照附图对实施方式进行具体说明。
另外，以下说明的实施方式都表示概括性的或具体的例子。在以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式等只是一个例子，并不限定本公开。
另外，在本说明书中，平行、同一面等表示要素间的关系性的用语和平坦、矩形等表示要素的形状的用语以及数值范围，不是仅表示严格意义的表达，而是表示实质上同等的范围，例如也包含百分之几左右的差异的表达。
另外，各图未必是严密地进行了图示。在各图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。
另外，在本说明书和附图中，x轴、y轴和z轴表示三维正交坐标系的三轴。在各实施方式中，将z轴方向作为电池的层叠方向。另外，将z轴的正方向设为z轴方向上侧，将z轴的负方向设为z轴方向下侧。另外，在本说明书中，“俯视”是指沿着z轴观察电池的情况。另外，本说明书中的“厚度”是指各层的层叠方向的长度。
另外，在本说明书中，电池的结构中的“上方”和“下方”这样的用语不是指绝对的空间认识中的上方向(铅垂上方)和下方向(铅垂下方)，而是作为以层叠结构中的层叠顺序为基础通过相对的位置关系来规定的用语来使用。此外，“上方”和“下方”这样的用语，不仅适用于两个构成要素彼此空出间隔配置而在两个构成要素之间存在其它构成要素的情况，也适用于两个构成要素彼此密合配置而使两个构成要素相接的情况。
另外，在本说明书中，“内侧”和“外侧”等中的“内”和“外”是指沿着电池的层叠方向观察电池时的内、外。即、各层的中央侧为内侧，各层的外周侧为外侧。
(实施方式1)
以下，对实施方式1涉及的电池进行说明。实施方式1涉及的电池是分别包含一个电极活性物质层和一个对电极活性物质层的单电池。
[结构]
首先，参照附图对实施方式1涉及的电池的结构进行说明。图1是表示本实施方式涉及的电池的例子的概略俯视图。图2是表示图1的II-II线所示位置的截面的例子的图。
如图1和图2所示，本实施方式涉及的电池50具备电极层10、与电极层10相对配置的对电极层20、以及位于电极层10与对电极层20之间的固体电解质层30。也就是说，电池50具有电极层10、固体电解质层30和对电极层20依次层叠的结构。
电极层10具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12、以及俯视时在电极层10的端部位于集电体11与固体电解质层30之间并与集电体11接合的绝缘层13。电极活性物质层12由隔着后述的空隙14而分离的电极活性物质层12a和电极活性物质层12b构成。在图示的例子中，绝缘层13与集电体11相接，但也可以经由粘接层等而与集电体11接合。
对电极层20具有集电体21和位于集电体21与固体电解质层30之间的对电极活性物质层22。
另外，电池50具有位于集电体11与固体电解质层30之间并与绝缘层13接触的空隙14。也就是说，在电池50中设置有位于集电体11与固体电解质层30之间且使绝缘层13露出的空隙14。
电池50例如是全固体电池。电池50的侧面与层叠方向平行。另外，电池50的侧面是平坦的平面。换言之，电极层10的侧面和对电极层20的侧面和固体电解质层30的侧面处于没有台阶差的状态，位于同一平坦的平面。也就是说，电极层10的侧面和对电极层20的侧面和固体电解质层30的侧面为同一面。另外，侧面是指在电池50的各构成要素中，在将与层叠方向垂直的平面设为主面的情况下，从主面的端部向与主面交叉的方向延伸的面。另外，在电极层10的与层叠方向垂直的方向的端部，绝缘层13的侧面和电极活性物质层12b的侧面和集电体11的侧面为同一面。另外，在对电极层20的与层叠方向垂直的方向的端部，对电极活性物质层22的侧面和集电体21的侧面为同一面。也就是说，在电池50的与层叠方向垂直的方向的端部，集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12b、固体电解质层30、对电极活性物质层22以及集电体21各自的侧面为同一面，形成同一平坦的平面。由此，通过将各层一并切断等，能够使各层的侧面成为同一面，从而能够容易地调整绝缘层13和电极活性物质层12b的面积来制造电池50。
电池50的侧面例如是切断面。具体而言，电池50的侧面是通过用刀具等刀刃切断而形成的面，例如是具有微小的槽等切断痕迹的面。这样，通过在电池50上形成被切断而成的切断面，能够调整绝缘层13和电极活性物质层12b形成的位置，从而能够减小对电池50的充放电性能没有贡献的部分(具体而言是在俯视时电极活性物质层12b和空隙14所处的部分，详细情况后述)的面积，能够提高体积能量密度。另外，由于是切断面，因此能够容易地使电极层10的侧面和对电极层20的侧面和固体电解质层30的侧面成为同一面。另外，切断痕迹也可以通过研磨等而平滑化。对于切断面的形状没有限制，但在电池50的情况下为矩形。
另外，集电体11、电极活性物质层12a、固体电解质层30、对电极活性物质层22以及集电体21的俯视形状为矩形，但并不特别限定，也可以是圆形、椭圆形或多边形等。
集电体11与电极活性物质层12(具体而言为电极活性物质层12a)和绝缘层13的下表面相接，并覆盖电极活性物质层12和绝缘层13的下表面。在俯视时的集电体11的端部层叠有绝缘层13，空隙14与绝缘层13相接。集电体11的厚度例如为5μm以上且100μm以下。
作为集电体11的材料，可以使用公知的材料。集电体11例如使用由铜、铝、镍、铁、不锈钢、铂或金、或者它们的2种以上的合金等构成的箔状体、板状体或网状体等。
电极活性材料层12a和12b的上表面与固体电解质层30相接。电极活性物质层12a和12b与对电极活性物质层22夹着固体电解质层30相对。电极活性物质层12a的下表面与集电体11相接。电极活性物质层12b在俯视时为框状，包围电极活性物质层12a。电极活性物质层12b在集电体11的上方以覆盖集电体11上的绝缘层13的方式层叠。电极活性物质层12具有俯视时不与绝缘层13重叠的区域。具体而言，在俯视时，电极活性物质层12a不与绝缘层13重叠，电极活性物质层12b与绝缘层13重叠。电极活性物质层12a的厚度例如为5μm以上且300μm以下。关于电极活性物质层12所使用的材料将在后面叙述。
另外，电极活性物质层12a和电极活性物质层12b完全不接触从而完全分离，但也可以一部分连接。
如上所述，绝缘层13与空隙14相接，位于集电体11与固体电解质层30之间。绝缘层13的上表面与电极活性物质层12b和空隙14相接，绝缘层13的俯视时的内侧的侧面与电极活性物质层12a相接。绝缘层13在俯视时在电极层10的端部与电极活性物质层12b相接。绝缘层13的侧面和集电体11的侧面为同一面。另外，绝缘层13的侧面和电极活性物质层12(具体而言为电极活性物质层12b)的侧面为同一面。绝缘层13的下表面与集电体11相接。另外，绝缘层13在俯视时与对电极活性物质层22重叠。
在图示的例子中，绝缘层13在俯视时为框状，位于电极层10的外周部。也就是说，绝缘层13在电极层10的与层叠方向垂直的方向的所有端部，位于集电体11与固体电解质层30之间。
绝缘层13例如包含树脂和无机填料中的至少一者。作为树脂，例如可以举出有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂或聚酰亚胺树脂等。树脂可以是热固性树脂或紫外线固化性树脂。通过使绝缘层13含有树脂，利用树脂进入到集电体11中的锚定效果等，能够提高绝缘层13与集电体11的接合性。另外，通过调整树脂的表面张力，例如在采用湿式涂布法形成电极活性物质层时，能够形成具有可排斥包含电极活性物质的浆液的表面张力的绝缘层13，容易形成空隙14。作为无机填料，例如可以举出氧化硅、氧化钛或氧化铝、氮化铝等金属氧化物的粒子。通过使绝缘层13含有无机填料，绝缘层13变硬，因此在与其他层层叠时绝缘层13难以变形，能够形成均匀厚度的绝缘层13。另外，作为绝缘层13的材料，通过选择线膨胀系数比电极活性物质层12大的材料，容易通过热处理等形成空隙14。关于空隙14的形成方法的详细情况将在后面叙述。
绝缘层13的厚度为电极活性物质层12中的电极活性物质层12a的厚度以下。绝缘层13的厚度例如为电极活性物质层12a的厚度的50％以上且100％以下。另外，绝缘层13的厚度也可以是电极活性物质层12a的厚度的50％以上且小于100％。由此，例如在采用湿式涂布法形成电极活性物质层12时，虽然在集电体11和绝缘层13上涂布浆液，但在绝缘层13上涂布的浆液量变少。因此，在通过绝缘层13的表面张力排斥浆液而形成空隙14的情况下，容易形成空隙14。另外，在利用绝缘层13与电极活性物质层12的线膨胀系数之差形成空隙14的情况下，由于绝缘层13上的电极活性物质层12薄，因此容易形成空隙14。
绝缘层13例如完全是绝缘性的，但根据所要求的电池特性，也可以通过绝缘层13的构成材料和厚度而稍微具有导电性。
另外，从有助于发电的有效面积的观点、即体积能量密度的观点出发，绝缘层13例如位于俯视时与集电体11的外周相距长度为1mm以下的区域。另外，从体积能量密度观点出发，绝缘层13以框状或线状等形成时的绝缘层13的宽度例如为1mm以下，可以为0.5mm以下，也可以为0.1mm以下。绝缘层13的宽度例如根据所要求的电池特性而变更。
空隙14位于集电体11与固体电解质层30之间。另外，空隙14位于绝缘层13与固体电解质层30之间，并与绝缘层13相接。具体而言，空隙14与绝缘层13的上表面相接。另外，空隙14还与固体电解质层30相接。空隙14位于绝缘层13与固体电解质层30之间，使绝缘层13和固体电解质层30露出。因此，空隙14将电极活性物质层12分割成电极活性物质层12a和电极活性物质层12b。也就是说，空隙14位于电极活性物质层12a与电极活性物质层12b之间。由此，通过存在空隙14，能够防止电向电极活性物质层12b绕入。所以，位于绝缘层13的上部的电极活性物质层12b对充放电性能没有贡献，能够更准确地使电极活性物质层12与对极活性物质层22的容量比率相匹配。
另外，空隙14在俯视时与绝缘层13和集电体11的接合面13a的内侧的端部13b重叠。由此，在能够防止来自集电体11的电子向绝缘层13与固体电解质层30之间、且向绝缘层13和集电体11的接合面13a的内侧端部13b的外侧区域移动的位置形成空隙14。因此，能够与绝缘层13的面积相匹配地削减作为电极发挥作用的电极活性物质层12的面积。
另外，空隙14在俯视时沿着绝缘层13的长度方向设置。因此，空隙14在俯视时为框状，沿着框状的绝缘层13的周向而在整周上形成。具体而言，空隙14沿着俯视时为框状的绝缘层13的内周，形成在与绝缘层13重叠的位置。空隙14在俯视时没有形成于绝缘层13的内侧。由此，电极活性物质层12不作为电池发挥作用的区域即区域1B(详细情况后述)的外侧与形成有绝缘层13的区域相同，因此不作为电池发挥作用的区域不会扩大到形成有绝缘层13的区域以上，能够提高电池50的体积能量密度。
另外，从抑制体积能量密度降低的观点出发，空隙14例如位于俯视时与集电体11的外周相距长度为1.5mm以下的区域。空隙14可以位于俯视时与集电体11的外周相距长度为1mm以下的区域，也可以位于0.5mm以下的区域。
集电体21与对电极活性物质层22的上表面相接，并覆盖对电极活性物质层22的上表面。集电体21的厚度例如为5μm以上且100μm以下。作为集电体21的材料，可以使用上述集电体11的材料。
对电极活性物质层22层叠在固体电解质层30上，与电极活性物质层12(具体而言是电极活性物质层12a和12b)相对配置。对电极活性物质层22的上表面与集电体21相接。对电极活性物质层22的厚度例如为5μm以上且300μm以下。对电极活性物质层22中使用的材料将在后面叙述。
固体电解质层30位于电极活性物质层12与对电极活性物质层22之间。固体电解质层30的厚度例如为5μm以上且150μm以下。
固体电解质层30至少含有固体电解质，根据需要也可以含有粘合剂材料。固体电解质层30可以包含具有锂离子传导性的固体电解质。
作为固体电解质，可以使用锂离子传导体、钠离子传导体或镁离子传导体等公知的传导金属离子的材料。固体电解质例如使用硫化物固体电解质、卤素系固体电解质或氧化物固体电解质等固体电解质材料。作为硫化物固体电解质，在使用能够传导锂离子的材料的情况下，例如可使用由硫化锂(Li2S)和五硫化二磷(P2S5)构成的合成物。另外，作为硫化物固体电解质，可以使用Li2S-SiS2、Li2S-B2S3或Li2S-GeS2等硫化物，也可以使用在上述硫化物中作为添加剂添加了Li3N、LiCl、LiBr、Li3PO4和Li4SiO4中的至少一种而得到的硫化物。
作为氧化物固体电解质，在使用能够传导锂离子的材料的情况下，例如可以使用Li7La3Zr2O12(LLZ)、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)或(La,Li)TiO3(LLTO)等。
作为粘合剂材料，例如可以使用弹性体类，也可以使用聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂或纤维素树脂等有机化合物。
在本实施方式中，在具有电极活性物质层12的电极层10和具有对电极活性物质层22的对电极层20中，一方是具有正极活性物质层的正极层，另一方是具有负极活性物质层的负极层。
正极活性物质层至少含有正极活性物质，根据需要，也可以含有固体电解质、导电助剂和粘合剂材料中的至少一种。
作为正极活性物质，可以使用能够吸藏和释放(插入和脱离、或者溶解和析出)锂离子、钠离子或镁离子的公知材料。作为正极活性物质，在使用能够使锂离子脱离和插入的材料的情况下，例如可以使用钴酸锂复合氧化物(LCO)、镍酸锂复合氧化物(LNO)、锰酸锂复合化合物(LMO)、锂-锰-镍复合氧化物(LMNO)、锂-锰-钴复合氧化物(LMCO)、锂-镍-钴复合氧化物(LNCO)或锂-镍-锰-钴复合氧化物(LNMCO)等。
作为固体电解质，可以使用上述固体电解质材料。另外，作为导电助剂，例如可以使用乙炔黑、炭黑、石墨或碳纤维等导电材料。另外，作为粘合剂材料，可以使用上述的粘合剂材料。
负极活性物质层至少包含负极活性物质，根据需要，也可以包含与正极活性物质层同样的固体电解质、导电助剂和粘合剂材料中的至少一种。
作为负极活性物质，可以使用能够吸藏和释放(插入和脱离、或者溶解和析出)锂离子、钠离子或镁离子的公知材料。作为负极活性物质，在使用能够使锂离子脱离和插入的材料的情况下，例如可以使用天然石墨、人造石墨、石墨碳纤维或树脂烧成碳等碳材料、金属锂、锂合金或锂与过渡金属元素的氧化物等。
在制造电池的情况下，如上所述，为了提高可靠性，通常在俯视时使负极活性物质层的面积大于正极活性物质层的面积。此外，通过将负极活性物质层的端部配置在比正极活性物质层的端部靠外侧，能够抑制电场向负极活性物质层的端部集中，从而抑制枝晶生长(金属的析出)。
在此，对在俯视时负极活性物质层的面积比正极活性物质层的面积大的比较例涉及的电池950和950a进行说明。图3及图4是表示比较例涉及的电池的例子的概略剖视图。
如图3所示，电池950具备正极层910、负极层920、以及位于正极层910与负极层920之间的固体电解质层930。正极层910具有集电体911和位于集电体911与固体电解质层930之间的正极活性物质层912。负极层920具有集电体921和位于集电体921与固体电解质层930之间的负极活性物质层922。固体电解质层930覆盖正极活性物质层912和负极活性物质层922的侧面，并与集电体911和集电体921相接。在电池950中，在俯视时负极活性物质层922的面积比正极活性物质层912的面积大，负极活性物质层922的端部位于比正极活性物质层912的端部靠外侧。这样，在电池950中，通过使负极活性物质层922的面积大于正极活性物质层912的面积，来抑制金属的析出。另外，由于在电池950的端部存在固体电解质层930，因此即使在集电体911和集电体921从端部剥离的情况下，也能够抑制正极活性物质层912和负极活性物质层922露出。
存在正极活性物质层912和负极活性物质层922的区域2C作为电池发挥作用。另一方面，不存在正极活性物质层912和负极活性物质层922的区域2A不作为电池发挥作用。另外，虽然存在负极活性物质层922但不存在正极活性物质层912的区域2B也不作为电池发挥作用。区域2B是与正极活性物质层912和负极活性物质层922的面积差相当的区域。在俯视时，随着区域2B和区域2A越宽，电池950中对发电没有贡献的区域的比例越增加，导致电池950的体积能量密度降低。另一方面，在俯视时，随着区域2B越窄，在层叠各层的工序等制造工序中所需的对准精度越高，伴随着要求精度的提高，担心检查等工序数的增加以及设备费用的增加。
也就是说，在电池950中，存在难以容易地制造电池950的问题。另外，厚度方向的层仅为固体电解质层930的区域2A是对电池的基本充放电性能尤其没有贡献的部分，因此从提高体积能量密度的观点出发，优选区域2A较少。
另外，图4所示的电池950a具备：具有集电体911a和正极活性物质层912a的正极层910a、具有集电体921a和负极活性物质层922a的负极层920a、以及固体电解质层930a。电池950a与电池950的不同之处在于，固体电解质层930a没有覆盖负极活性物质层922a的侧面。电池950a虽然不具有像区域2A那样的正极活性物质层912和负极活性物质层922都不存在的区域，但具有不存在正极活性物质层912a的区域3A。因此，区域3A对发电没有贡献，在电池950a的区域3A中也会产生与区域2B同样的问题。
另一方面，如上所述，电池50具备电极层10、与电极层10相对配置的对电极层20、位于电极层10与对电极层20之间的固体电解质层30。电极层10具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12、以及在俯视时在电极层10的端部位于集电体11与电极活性物质层12之间的绝缘层13。另外，电池50具有与绝缘层13相接、并将电极活性物质层12分割成电极活性物质层12a和电极活性物质层12b的空隙14。绝缘层13的侧面和集电体11的侧面为同一面。而且，集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12中的电极活性物质层12b、固体电解质层30、对电极活性物质层22以及集电体21的各自的侧面为同一面。
由此，电池50的电极活性物质层12虽然在充放电时膨胀收缩，但由于电极活性物质层12和空隙14位于集电体11与固体电解质层30之间，因此能够通过空隙14来缓和由电极活性物质层12的膨胀收缩引起的应力。所以，电极活性物质层12难以引起与其他构成要素的层间剥离。从而提高了电池50的可靠性。
另外，通过在集电体11上形成与集电体11不同的材料的绝缘层13，利用集电体11、电极活性物质层12以及绝缘层13各自的材料性质的不同，能够容易地形成与绝缘层13相接的空隙14。
另外，在容易产生剥离的集电体11的端部，在集电体11与电极活性物质层12b之间存在绝缘层13，因此即使集电体11剥离，也能够抑制电极活性物质层12b的露出，难以发生因电极活性物质层12b与其他部件的接触而引起的破损或短路等。由此提高了电池50的可靠性。
另外，集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12b、固体电解质层30、对电极活性物质层22以及集电体21各自的侧面为同一面，因此通过将各层一并切断等，能够容易地调整绝缘层13的面积来制造电池50。所以，通过存在与绝缘层13相接的空隙14，虽然电极活性物质层12b不作为电极发挥作用，但通过调整绝缘层的面积能够将该区域抑制在最小限度。从而能够提高电池的体积能量密度。
另外，在电池50中，例如，具有电极活性物质层12的电极层10是具有正极活性物质层的正极层，具有对电极活性物质层22的对电极层20是具有负极活性物质层的负极层。该情况下，由于存在空隙14，电子不会从集电体11直接到达位于绝缘层13上部的正极活性物质层(电极活性物质层12中的电极活性物质层12b)，因此图1和图2所示的区域1B的外侧的区域即区域1A的正极活性物质层不作为电极发挥作用。即使仅存在绝缘层13，电子也难以到达位于绝缘层13的上部的正极活性物质层，但通过存在空隙14，能够进一步阻碍电子的移动。另一方面，区域1B的正极活性物质层作为电极发挥作用。因此，在电池50中，包含区域1A的区域1B的外侧的区域不作为电池发挥作用，区域1B作为电池发挥作用。在电池50中，虽然俯视时的正极活性物质层和负极活性物质层(对电极活性物质层22)的面积相同，但由于区域1B的外侧的正极活性物质层不作为电极发挥作用，因此实质上削减了正极活性物质层的俯视时的面积。
另外，由于与负极活性物质层的端部相对的位置的正极活性物质层(即电极活性物质层12b)不作为电极发挥作用，因此抑制了电场向负极活性物质层的端部集中，抑制了端部的枝晶生长。从而提高了电池50的可靠性。
另外，在电池50的制造中，能够通过与绝缘层13相接的空隙14来调整实质的正极活性物质层的面积，因此不需要精度良好地形成正极活性物质层和负极活性物质层的位置和面积。由此，能够容易地制造电池50。例如，通过将由正极层(电极层10)、固体电解质层30和负极层(对电极层20)层叠而成的层叠体在包含绝缘层13的区域中切断，能够容易地制造电池50。
[变形例1]
以下，对实施方式1的变形例1进行说明。另外，在以下的变形例1的说明中，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
图5是表示本变形例涉及的电池的例子的概略剖视图。图5示出在与图2同样的位置的电池50a的截面。如图5所示，本变形例涉及的电池50a与实施方式1的电池50相比，不同点在于具有空隙14a来代替空隙14。
本变形例涉及的电池50a具备电极层10a、与电极层10a相对配置的对电极层20、位于电极层10a与对电极层20之间的固体电解质层30。另外，电池50a具有位于集电体11与固体电解质层30之间并与绝缘层13相接的空隙14a。
电极层10a具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12c、以及在俯视时在电极层10的端部位于集电体11与固体电解质层30之间并与集电体11接合的绝缘层13。电极活性物质层12c由隔着空隙14a分离的电极活性物质层12d和电极活性物质层12e构成。
电极活性物质层12c具有在俯视时不与绝缘层13重叠的区域。具体而言，在俯视时，电极活性物质层12d不与绝缘层13重叠，电极活性物质层12e与绝缘层13完全重叠，为相同的形状和位置。
空隙14a位于绝缘层13与电极活性物质层12d之间，并与绝缘层13相接。具体而言，空隙14a与绝缘层13的内侧的侧面相接。空隙14a还与集电体11和固体电解质层30相接。空隙14a位于集电体11与固体电解质层30之间，使集电体11、绝缘层13和固体电解质层30露出。由此，空隙14a与电极活性物质层12c接触的面积变大，因此能够进一步缓和因充放电时的电极活性物质层12c的膨胀收缩引起的应力。
另外，空隙14a在俯视时与绝缘层13和集电体11的接合面13a中的内侧的端部13b重叠。在俯视时，空隙14a沿着绝缘层13的内侧的侧面，从绝缘层13的内侧的侧面向内侧形成。
这样，在本变形例涉及的电池50a中，通过存在空隙14a来缓和电极活性物质层12c的膨胀收缩时的应力，并且通过包括区域1A的区域1B的外侧的区域不作为电池发挥作用，区域1B作为电池发挥作用等，由此能够得到与电池50同样的提高可靠性的效果。
[变形例2]
以下，对实施方式1的变形例2进行说明。另外，在以下的变形例2的说明中，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
图6是表示本变形例涉及的电池的例子的概略剖视图。图6表示在与图2同样的位置的电池50b的截面。如图6所示，本变形例涉及的电池50b与实施方式1的电池50相比，不同点在于具有空隙14b来代替空隙14。
本变形例涉及的电池50b具备电极层10b、与电极层10b相对配置的对电极层20、以及位于电极层10b与对电极层20之间的固体电解质层30。另外，电池50b具有位于集电体11与固体电解质层30之间并与绝缘层13相接的空隙14b。
电极层10b具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12f、以及在俯视时的电极层10的端部位于集电体11与固体电解质层30之间并与集电体11接合的绝缘层13。电极活性物质层12f由隔着空隙14b而分离的电极活性物质层12g和电极活性物质层12h构成。
电极活性物质层12f具有俯视时不与绝缘层13重叠的区域。具体而言，在俯视时，电极活性物质层12g不与绝缘层13重叠，电极活性物质层12h与绝缘层13重叠。
空隙14b位于绝缘层13与固体电解质层30之间以及绝缘层13与电极活性物质层12g之间，并与绝缘层13相接。具体而言，空隙14b与绝缘层13的上表面以及绝缘层13的内侧的侧面相接。另外，空隙14b还与集电体11和固体电解质层30相接。空隙14b位于绝缘层13与固体电解质层30之间以及集电体11与固体电解质层30之间，使集电体11、绝缘层13和固体电解质层30露出。
另外，空隙14b在俯视时与绝缘层13和集电体11的接合面13a中的内侧的端部13b重叠。
这样，在本变形例涉及的电池50b中，通过存在空隙14b来缓和电极活性物质层12f的膨胀收缩时的应力，并且通过包括区域1A的区域1B的外侧的区域不作为电池发挥作用，区域1B作为电池发挥作用等，由此能够得到与电池50同样的提高可靠性的效果。
[变形例3]
以下，对实施方式1的变形例3进行说明。另外，在以下的变形例3的说明中，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
图7是表示本变形例涉及的电池的例子的概略剖视图。图7表示在与图2同样的位置的电池50c的截面。如图7所示，本变形例涉及的电池50c与实施方式1的电池50相比，不同点在于具有空隙14c来代替空隙14。
本变形例涉及的电池50c具备电极层10c、与电极层10c相对配置的对电极层20、位于电极层10c与对电极层20之间的固体电解质层30。另外，电池50c具有位于集电体11和固体电解质层30之间并与绝缘层13相接的空隙14c。
电极层10c具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12i、以及俯视时在电极层10的端部位于集电体11与固体电解质层30之间并与集电体11接合的绝缘层13。
电极活性物质层12i的下表面与集电体11相接。另外，电极活性物质层12i与绝缘层13不接触。
空隙14c位于绝缘层13与固体电解质层30之间以及绝缘层13与电极活性物质层12i之间，并与绝缘层13相接。具体而言，空隙14c与绝缘层13的上表面以及绝缘层13的内侧的侧面的整个面相接。也就是说，空隙14c使绝缘层13的上表面以及内侧的侧面全部露出，电极活性物质层12i与绝缘层13不接触。由此，电池50c内的空隙变大，能够进一步缓和充放电时的电极活性物质层12i的膨胀收缩的应力。
另外，空隙14c在俯视时与绝缘层13和集电体11的接合面13a中的内侧的端部13b重叠。
这样，在本变形例涉及的电池50c中，通过存在空隙14c来缓和电极活性物质层12i的膨胀收缩时的应力，并且通过区域1B的外侧的区域不作为电池发挥作用，区域1B作为电池发挥作用等，由此能够得到与电池50同样的提高可靠性的效果。
[变形例4]
以下，对实施方式1的变形例4进行说明。另外，在以下的变形例4的说明中，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
图8是表示本变形例涉及的电池的例子的概略剖视图。图8表示在与图2同样的位置的电池50d的截面。如图8所示，本变形例涉及的电池50d与实施方式1的电池50相比，不同点在于具有空隙14d来代替空隙14。
本变形例涉及的电池50d具备电极层10d、与电极层10d相对配置的对电极层20、以及位于电极层10d与对电极层20之间的固体电解质层30。另外，电池50d具有位于集电体11与固体电解质层30之间并与绝缘层13相接的空隙14d。
电极层10d具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12j、以及俯视时在电极层10的端部位于集电体11与固体电解质层30之间并与集电体11接合的绝缘层13。电极活性物质层12j由隔着空隙14d而分离的电极活性物质层12k和电极活性物质层12l构成。
电极活性物质层12k的下表面与集电体11相接。另外，电极活性物质层12k与绝缘层13的上表面的一部分以及绝缘层13的侧面相接。电极活性物质层12l在俯视时为框状，包围电极活性物质层12k。电极活性物质层12k的一部分和电极活性物质层12l在集电体11的上方以覆盖集电体11上的绝缘层13的方式层叠。电极活性物质层12j具有在俯视时不与绝缘层13重叠的区域。具体而言，在俯视时，电极活性物质层12k的一部分不与绝缘层13重叠，电极活性物质层12l与绝缘层13重叠。
空隙14d位于绝缘层13与固体电解质层30之间并与绝缘层13相接。另外，空隙14d在俯视时沿着框状的绝缘层13延伸的方向，形成在与绝缘层13重叠的位置。
这样，在本变形例涉及的电池50d中，通过存在空隙14d来缓和电极活性物质层12k膨胀收缩时的应力，并且通过包括区域1A的区域1B的外侧的区域不作为电池发挥作用，区域1B作为电池发挥作用等，由此能够得到与电池50同样的提高可靠性的效果。
[制造方法]
接着，对本实施方式涉及的电池的制造方法进行说明。以下，以上述实施方式1涉及的电池50的制造方法为中心进行说明。其他电池50a、50b、50c和50d也可以采用同样的方法制造。另外，以下说明的电池50的制造方法只是一个例子，电池50的制造方法不限于以下的例子。
电池50的制造方法包括绝缘层层叠工序、发电元件层叠工序、切断工序和集电体层叠工序。以下，对各工序进行详细说明。
(1)绝缘层层叠工序
首先，对绝缘层层叠工序进行说明。图9是用于说明本实施方式涉及的电池的制造方法的流程图。
在绝缘层层叠工序中，在集电体11的至少一个面上层叠绝缘层13。具体而言，首先准备集电体11(图9的步骤S11)。然后，在所准备的集电体11的至少一个面上层叠绝缘层13(图9的步骤S12)。例如，通过在集电体11的上表面形成绝缘层13，将绝缘层13层叠在集电体11上。
图10A、图10B和图10C是表示层叠有绝缘层13的集电体11的例子的概略图。图10A(a)是表示层叠有绝缘层13的集电体11的例子的概略俯视图，图10A(b)是图10A(a)的Xa(b)-Xa(b)线所示的位置处的概略剖视图。绝缘层13例如如图10A所示形成为格子状。另外，图10B是表示层叠有绝缘层13的集电体11的另一个例子的概略俯视图。图10B中虽然未图示剖视图，但图10B所示的层叠有绝缘层13的集电体11具有与图10A(b)相同的截面构造。绝缘层13也可以如图10B所示形成为条纹状。通过将绝缘层13层叠为这样的格子或条纹等具有长条部分的比较简单的俯视形状，能够容易地在集电体11上形成绝缘层13。另外，在后述的切断工序中，通过沿着绝缘层13的长度方向分割绝缘层13，能够容易地形成沿着电池50的端部形成有绝缘层13的电池50。在图10A和图6B中，用虚线标记的矩形区域1E和1F相当于一个电池50的大小。这样，集电体11也可以以在后面的制造工序中能够分割成多个电池的方式层叠绝缘层13。
另外，图10C(a)是表示层叠有绝缘层13的集电体11的另一个例子的概略俯视图，图10C(b)是图10C(a)的Xc(b)-Xc(b)线所示的位置处的概略剖视图。如图10C所示，可以在集电体11上形成多种图案(例如格子间隔)的格子状的绝缘层13。
这样，通过将绝缘层13层叠成格子状或条纹状，并在后述的切断工序中沿着绝缘层13的格子或条纹的长度方向分割绝缘层13，能够同时制造多个形状各自相同或不同的电池50。由此，电池50的制造效率提高。
关于绝缘层13的形成方法，可以考虑各种工艺，从量产性的观点出发，例如可以采用涂布敷工艺。例如，在辊对辊方式等连续工艺中，采用凹版辊法或喷墨法等高精度的涂布方法，将在溶剂中分散有绝缘性物质(例如无机填料)的涂料作为绝缘层13的材料涂布在集电体11上，并进行干燥而使溶剂蒸发，从而能够得到绝缘层13。由此，形成厚度均匀且位置精度良好的绝缘层13。另外，通过采用这样的高精度的涂布方法，能够提高实质上作为电极有效的电极活性物质层12的面积的精度。
在使用树脂作为绝缘层13的材料的情况下，可以将溶解或分散有树脂的溶液涂布在集电体11上，也可以将紫外线固化性树脂或热固化性树脂涂布在集电体11上，进行固化处理。另外，也可以涂布含有无机填料的树脂。另外，绝缘层13的形成不限于辊对辊方式等连续工艺，也可以是对每一片集电体11形成绝缘层13的分批式工艺。
另外，作为绝缘层13的材料，例如包含线膨胀系数比电极活性物质层12的材料大的无机填料等材料。另外，在绝缘层13的材料中，也可以含有与后述的电极活性物质层12的材料浆液的润湿性差的材料，即排斥浆液的含氟系树脂等材料。另外，绝缘层13为了调整为排斥浆液那样的表面张力，表面可以被氟系涂剂等涂布材料覆盖。
作为用于形成绝缘层13的溶剂，可以使用分散或溶解无机填料和/或树脂的一般的有机溶剂或水系溶剂等。
(2)发电元件层叠工序
接着，对发电元件层叠工序进行说明。在发电元件层叠工序中，内部形成有空隙14的发电元件部40例如通过在集电体11上依次层叠电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22而形成。例如，在层叠有绝缘层13的集电体11上，以被覆绝缘层13的方式层叠电极活性物质层12，通过进行热处理形成空隙14，进而依次层叠固体电解质层30和对电极活性物质层22(图9的步骤S13、S14、S15和S16)。另外，根据需要，对在步骤S13、S15和S16中层叠的电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22进行高压压制处理(图9的步骤S17)。另外，根据需要，对在步骤S13、S15和S16中层叠的电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22进行热处理。由此，在层叠有绝缘层13的集电体11上层叠有发电元件部40，得到形成有将电极活性物质层12分割为电极活性物质层12a和电极活性物质层12b的空隙14的层叠极板。
构成发电元件部40的电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22，分别例如采用湿式涂布法依次形成。通过采用湿式涂布法，能够容易地将发电元件部40层叠在集电体11上。作为湿式涂布法，可以采用模涂法、刮涂法、辊涂法、丝网印刷法或喷墨法等涂布方法，但并不限定于这些方法。
在采用湿式涂布法的情况下，进行涂料化工序，将分别形成电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22的材料(上述的正极活性物质层、固体电解质层30和负极活性物质层各自的材料)与溶剂适当混合而得到浆液。
作为涂料化工序中使用的溶剂，可以使用制作公知的全固体电池(例如锂离子全固体电池)时所使用的公知的溶剂。
将涂料化工序中得到的各层的浆液，在形成有绝缘层13的集电体11上，按照电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22的顺序实施层叠涂布。首先，在步骤S13和步骤S14中，层叠电极活性物质层12，形成空隙14。例如，涂布电极活性物质层12的浆液，在涂布后，例如实施用于除去溶剂和粘合剂材料的热处理、以及用于促进各层材料的填充的高压压制处理。此时，例如通过绝缘层13的表面张力和/或热处理时的绝缘层13的膨胀收缩而形成空隙14。另外，在绝缘层13为格子状或条纹状等具有长条部分的形状的情况下，空隙14例如沿着绝缘层13的长度方向形成。
对步骤S13和步骤S14中的形成空隙14的工序进行详细说明。
图11A是用于说明形成空隙14的方法的例子的图。首先，在步骤S13中，如图11A(a)所示，在层叠有绝缘层13的集电体11上，以被覆绝缘层13的方式涂布电极活性物质层12的材料的浆液，由此层叠电极活性物质层12。然后，在步骤S14中，通过对层叠有电极活性物质层12的集电体11进行热处理，使集电体11、电极活性物质层12和绝缘层13膨胀。此时，作为绝缘层13的材料，通过使用线膨胀系数比电极活性物质层12的材料大的材料，与绝缘层13相比，电极活性物质层12难以膨胀。因此，在绝缘层13上的电极活性物质层12与未层叠绝缘层13的位置的集电体11上的电极活性物质层12之间产生拉离力。其结果，如图11A(b)所示，形成将电极活性物质层12分割为电极活性物质层12a和电极活性物质层12b的空隙14。这样，在采用湿式涂布法形成电极活性物质层12时，在绝缘层13含有无机填料的情况下，通过选择线膨胀系数比电极活性物质层12大的无机填料，能够形成线膨胀系数比电极活性物质层12大的绝缘层13，因此容易形成空隙14。
另外，在图11A的例子中，空隙14形成在绝缘层13的上表面的两端部，但形成空隙的位置不限于这样的例子。形成空隙的位置例如可以通过绝缘层13和电极活性物质层12的线膨胀系数之差、集电体11和电极活性物质层12的粘接强度、以及集电体11的线膨胀系数等进行调整。
另外，空隙也可以通过在绝缘层13中使用排斥浆液的材料(也就是与浆液的润湿性差的材料)来形成。图11B是用于说明形成空隙的方法的另一个例子的图。首先，在步骤S13中，如图11B(a)所示，在层叠有绝缘层13的集电体11上，以被覆绝缘层13的方式涂布电极活性物质层12的材料的浆液，由此层叠电极活性物质层12。此时，如图11B(b)所示，由于绝缘层13含有排斥电极活性物质层12的材料的浆液的材料，因此与绝缘层13接触的浆液流动，使绝缘层13露出。由此，例如形成电池50c中的空隙14c。这样，在采用湿式涂布法形成电极活性物质层12时，在绝缘层含有树脂的情况下，能够调整树脂的表面张力而形成具有排斥浆液的表面张力的绝缘层13，从而容易形成空隙14c。
另外，在图11B的例子中，空隙14c以露出绝缘层13的上表面和两个侧面的方式形成，但形成空隙的位置不限于这样的例子。形成空隙的位置例如可以通过浆液对绝缘层13的润湿性、被覆绝缘层13的电极活性物质层12的材料的浆液的厚度等来调整。
另外，形成空隙的方法不限于图11A和图11B中说明的方法，也可以是以电极活性物质层12被空隙分割的图案涂布电极活性物质层12的材料的方法等。
接着，按照固体电解质层30和对电极活性物质层22的顺序实施层叠涂布。此时，可以在先进行了层叠涂布的层的层叠涂布结束后，再进行下一层的层叠涂布，也可以在先进行层叠涂布的层的层叠涂布过程中开始下一层的层叠涂布。也就是说，步骤S15和S16可以同时并行地进行。依次涂布各层的浆液，在所有层的涂布后，例如实施用于除去溶剂和粘合剂材料的热处理、以及用于促进各层材料的填充的高压压制处理。另外，可以对每一次各层的涂布实施热处理和高压压制处理。也就是说，可以在步骤S15和S16各自之间进行步骤S17。在固体电解质层30和对电极活性物质层22的涂布层叠中，可以对每一层的涂布层叠实施热处理和高压压制处理，也可以在两层全部涂布层叠后一并实施。另外，在高压压制处理中，例如可以使用辊压机或平板压机等。再者，也可以不进行热处理和高压压制处理中的至少一者。
通过这样进行层叠涂布法，能够提高集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22各层的界面的接合性以及降低界面电阻。另外，能够提高电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22中使用的粉体材料的接合性以及降低晶界电阻。即、在发电元件部40的各层之间以及各层内部的粉体材料之间形成良好的界面。
另外，绝缘层层叠工序和发电元件层叠工序也可以通过辊对辊方式等一系列的连续工艺进行。
另外，在发电元件层叠工序中，固体电解质层30和对电极活性物质层22通过依次层叠在层叠有绝缘层13和电极活性物质层12的集电体11上而形成，但不限于此。例如，在发电元件层叠工序中，可以将固体电解质层30和对电极活性物质层22中至少一层通过层叠在片状的基体上而形成，将所形成的固体电解质层30和对电极活性物质层22从基体上取下，层叠在层叠有绝缘层13和电极活性物质层12的集电体11上。
图12A、图12B和图12C是表示本实施方式涉及的层叠极板的例子的概略剖视图。如图12A所示，在层叠极板41中，依次层叠有电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22的发电元件部40，层叠在层叠有绝缘层13的集电体11上。另外，将电极活性物质层12分割为电极活性物质层12a和电极活性物质层12b，与绝缘层13相接的空隙14形成在发电元件部40的内部。另外，对电极活性物质层22的上表面露出。
层叠极板41的结构并不限定于该例。例如，如图12B所示，以固体电解质层30被覆电极活性物质层12的侧面和上表面、对电极活性物质层22被覆固体电解质层30的侧面和上表面的方式，形成层叠极板41a。另外，在层叠极板41a中，将电极活性物质层12分割为电极活性物质层12a和电极活性物质层12b，与绝缘层13相接的空隙14形成在发电元件部40的内部。由此，电极活性物质层12被固体电解质层30覆盖，因此在发电元件层叠工序中，抑制了因电极活性物质层12与对电极活性物质层22的接触而引起的短路的发生。
另外，例如图12C所示，以电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22依次在俯视时面积变小的方式，形成层叠极板41b。另外，在俯视时，对电极活性物质层22位于固体电解质层30的内侧，固体电解质层30位于电极活性物质层12的内侧。另外，在层叠极板41b中，将电极活性物质层12分割为电极活性物质层12a和电极活性物质层12b，与绝缘层13相接的空隙14形成在发电元件部40的内部。由于是对电极活性物质层22位于固体电解质层30的内侧的设计，所以在层叠对电极活性物质层22时，即使俯视时层叠的位置偏离，也可以通过固体电解质层30抑制因电极活性物质层12与对电极活性物质层22的接触而引起的短路的发生。
本实施方式中的层叠极板可以是层叠极板41、41a和41b中的任一种结构，只要是在层叠有绝缘层13的集电体11上层叠有发电元件部40，位于集电体11与固体电解质层30之间并与绝缘层13相接的空隙形成在发电元件部40内部的结构，也可以是层叠极板41、41a和41b以外的结构。
(3)切断工序和集电体层叠工序
接着，对切断工序和集电体层叠工序进行说明。图13是用于说明本实施方式涉及的电池的制造方法中的切断工序的图。在切断工序中，将在发电元件层叠工序中层叠了发电元件部40的集电体11、即层叠极板41、41a或41b，在分割绝缘层13的位置一并沿层叠方向切断(图9的步骤S18)。如图13所示，例如在配置有绝缘层13的虚线C1、C2、C3和C4的位置，通过刀刃或激光等切断层叠极板41。在虚线C1、C2、C3和C4的位置处，依次层叠有集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12中的电极活性物质层12b、固体电解质层30和对电极活性物质层22，将它们一并切断。由此，不需要将发电元件部40的各层以切断后的形状进行层叠，因此能够容易地制造电池50。例如，在绝缘层13俯视时层叠为图10A、图10B和图10C所示的具有长条部分的格子状或条纹状的情况下，将层叠有发电元件部40的集电体11沿着绝缘层13的格子或条纹的长度方向一并切断。由此，绝缘层13位于所制造的电池50的切断面侧的端部整个区域，得到具有与绝缘层13相接的空隙14的电池50。
接着，在集电体层叠工序中，在切断工序中被切断后的层叠极板41中的发电元件部40的与集电体11侧相反侧的面(发电元件部40的与层叠方向垂直的面之中未层叠集电体11的面)上，层叠作为追加集电体的集电体21(图9的步骤S19)。具体而言，在被切断的层叠极板41的露出的对电极活性物质层22的上表面，通过压制处理等接合集电体21。压制处理例如以比步骤S17中的高压压制处理低的压力进行。由此，得到图1和图2所示的电池50。
另外，切断工序和集电体层叠工序的顺序可以互换。也就是说，可以在切断工序中被切断前的层叠极板41中的发电元件部40的与集电体11侧相反侧的面上层叠集电体21，然后将层叠有集电体21的层叠极板41在分割绝缘层13的位置沿层叠方向切断。另外，在集电体层叠工序中，作为追加集电体，可以代替集电体21而将具有导电性的基板或框体层叠在发电元件部40的与集电体11侧相反侧的面上。
这样，电池50的制造方法包括对集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12中的电极活性物质层12b、固体电解质层30和对电极活性物质层22层叠的位置进行切断的切断工序。由此，在与层叠方向垂直的方向上的端部，集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12b、固体电解质层30、对电极活性物质层22以及集电体21各自的侧面露出。另外，在切断后，为了保护露出的侧面，也可以配置用于被覆侧面的密封构件等。即、在用密封构件等其他构件被覆侧面的情况下，也有时不露出所有层的侧面。
这样，通过包括对集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12b、固体电解质层30以及对电极活性物质层22层叠的位置进行切断的切断工序，能够将集电体11、绝缘层13、电极活性物质膜12b、固体电解质层30、对电极活性物质层22以及集电体21各自的与层叠方向垂直的方向的端部露出。
(4)效果等
如上所述，本实施方式涉及的电池50的制造方法包括绝缘层层叠工序、发电元件层叠工序、切断工序和集电体层叠工序。在绝缘层层叠工序中，在集电体11的至少一个面的一部分上层叠绝缘层13。在发电元件层叠工序中，将依次层叠有电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22的发电元件部40、和形成有绝缘层13的集电体11层叠。另外，在发电元件层叠工序中，在发电元件部40的内部，形成位于集电体11与固体电解质层30之间并与绝缘层13相接的空隙14。在切断工序中，将层叠有发电元件部40的集电体11在分割绝缘层13的位置沿层叠方向切断。在集电体层叠工序中，在切断工序中被切断之前或之后的发电元件部40的与集电体11侧相反侧的面上层叠集电体21。
由此，层叠有发电元件部40的集电体11，在分割绝缘层13的位置沿层叠方向被一并切断。因此，不需要将发电元件部40的各层以切断后的形状层叠，从而能够容易地制造电池50。
另外，由于层叠有发电元件部40的集电体11在分割绝缘层13的位置沿层叠方向被切断，因此制造出俯视时在集电体11的端部层叠有绝缘层13的电池。另外，在所制造的电池50的俯视时的集电体11的端部，依次层叠集电体11、绝缘层13和电极活性物质层12b。因此，在容易产生剥离的集电体11的端部，即使集电体11剥离，由于绝缘层13露出，进而与绝缘层13的上表面相接的电极活性物质层12b也不会作为电池发挥作用，因此难以产生因与其他构件接触而引起的破损或短路等。由此，能够制造可靠性高的电池。
另外，仅通过调整切断位置，就能够确定绝缘层13和电极活性物质层12b的尺寸。因此，虽然通过存在与绝缘层13相接而形成空隙14，使得电极活性物质层12b与集电体11的电子的授受被切断，电极活性物质层12b不作为电极发挥功能，但是通过调整绝缘层13和电极活性物质层12b的尺寸，能够将该区域抑制在最小限度。由此，能够容易地制造体积能量密度高的电池50。
另外，在电极活性物质层12为正极活性物质层、对电极活性物质层22为负极活性物质层的情况下，通过空隙14将正极活性物质层(电极活性物质层12)的端部分割，端部的正极活性物质层(电极活性材料层12b)由于来自集电体11的电子不能到达而不能作为电极发挥作用。也就是说，削减了俯视时正极活性物质层的实质面积。因此，与负极活性物质层相比，正极活性物质层的实质面积(作为电极发挥作用的面积)变小，并且在俯视时位于负极活性物质层的内侧。其结果，如上所述，抑制了金属在负极活性物质层析出。由此，制造的电池50的可靠性进一步提高。
另外，通过沿层叠方向切断，层叠有发电元件部40的集电体11(例如层叠极板41、41a或41b)被一并切断，得到在发电元件部40的端部形成有与绝缘层13相接的空隙14的电池。因此，不需要对每个单电池分别层叠具有面积差的形状的正极活性物质层和负极活性物质层，从而能够容易且生产效率良好地制造电池50。
在没有绝缘层13和空隙14的情况下，即使将层叠有发电元件部40的集电体11一并切断，由于在集电体11的端部也层叠有未被切断的电极活性物质层12，因此会制造出在集电体11的端部剥离时无法抑制作为电池发挥作用的电极活性物质层12的露出，而且电极活性物质层12与对电极活性物质层22的实质面积没有差别的电池。所以，即使能够容易地制造电池，由于电池的可靠性降低，从而也难以作为制造方法采用。另一方面，在本实施方式涉及的制造方法中，如上所述，在分割绝缘层13的位置，将层叠有发电元件部40的集电体11一并切断。因此，通过将层叠有发电元件部40的集电体11一并切断，不仅能够容易地制造电池，而且能够削减电极活性物质层12的作为电极发挥作用的面积，以及调整绝缘层13和电极活性物质层12b的面积。另外，通过形成空隙14，空隙14能够缓和由电极活性物质层12的膨胀收缩引起的应力，难以引起电极活性物质层12与其他构成要素的层间剥离。这样，通过组合在集电体11上层叠绝缘层13的集电体层叠工序、将内部形成有与绝缘层13相接的空隙14的发电元件部40层叠的发电元件层叠工序、以及将层叠有发电元件部40的集电体11在分割绝缘层13的位置切断的切断工序，能够容易地制造可靠性高且体积能量密度高的电池。
(5)其他制造方法
本实施方式涉及的电池的制造方法不限定于上述的例子，例如也可以是以下所示的制造方法。
首先，准备图1和图2所示形状的集电体11。然后采用涂布工艺等，以图1和图2所示的形状，在集电体11上层叠绝缘层13。在层叠有绝缘层13的集电体11上的整个面，通过涂布而形成电极活性物质层12，采用与在上述步骤S13和步骤S14的空隙14的形成中说明的方法相同的方法，得到具有空隙14的电极板。
接着，准备图1和图2所示形状的集电体21。然后，在集电体21的整个面上，通过层叠涂布而将对电极活性物质层22和固体电解质层30的各层依次层叠，得到对电极板。
接着，将所得到的电极板和对电极板以电极板的电极活性物质层12与对电极板的固体电解质层30相接的方式层叠。使用平板压机从层叠方向的两侧对层叠后的层叠体进行压制，由此得到电池50。
(实施方式2)
以下，对实施方式2进行说明。另外，在以下的实施方式2的说明中，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
图14是表示本实施方式涉及的电池的例子的概略剖视图。如图14所示，电池100具备多个实施方式1涉及的电池50，具有多个电池50层叠而成的结构。多个电池50以在层叠方向上相邻的电池50的一方的电极层10与另一方的对电极层20对置的方式层叠。也就是说，电池100是串联层叠型的电池。由此，使用实施方式1涉及的电池50，能够实现高电压的电池100。
电池100的侧面是平坦的平面，换言之，多个电池50各自的侧面是同一面。另外，为了连接引线等，多个电池50可以在与层叠方向垂直的方向上错开而层叠。
电池100例如通过以在层叠方向上相邻的电池50的一方的电极层10与另一方的对电极层20对置的方式层叠多个电池50来制造。另外，可以在切断前的层叠极板41(参照图12A)中，在发电元件部40的与集电体11相反的一侧层叠集电体21，将多个层叠有集电体21的层叠极板41层叠后，在分割绝缘层13的位置沿层叠方向切断，由此制造电池100。
另外，在电池50层叠的情况下，成为两个集电体11和21相邻的结构，但也可以是相邻的集电体11和21中不存在一方的电池。
另外，电池100是串联层叠型的电池，但也可以是具有以相邻的电池50的电极层10彼此或对电极层20彼此对置的方式层叠的结构的并联层叠型的电池。在并联层叠型的电池中，能够实现高容量的电池。
通过这样将作为单电池的电池50层叠，能够实现可显示出与电池50同样效果的高容量或高电压的电池。
(其他实施方式)
以上，基于实施方式对本公开涉及的电池及其制造方法进行了说明，但本公开并不限定于这些实施方式。只要不脱离本公开的主旨，对实施方式施加了本领域技术人员想到的各种变形而得到的方案、或将实施方式中的一部分构成要素组合构建而得到的其他方案，也包含在本公开的范围内。
在上述实施方式中，电池50由集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22以及集电体21构成，但不限于此。例如，在电池特性允许的范围内，也可以在电池的各层之间设置用于降低电阻和提高接合强度等的接合层等。
另外，在上述实施方式中，空隙14与绝缘层13和固体电解质层30相接，但不限于此。空隙也可以与绝缘层13相接并且不与固体电解质层30相接。
另外，在上述实施方式中的电池50的结构的基础上，电池50可以在对电极层20的端部具有位于集电体21与对电极活性物质层22之间的第2绝缘层、以及位于第2绝缘层与固体电解质层30之间并与第2绝缘层相接的第2空隙。该情况下，俯视时从集电体21的外周起算的第2绝缘层的长度可以比从集电体11的外周起算的绝缘层13的长度短。
另外，在上述实施方式中，绝缘层13和空隙14在俯视时为框状，位于电极层10的外周部，但不限于此。例如，在电池50中，电极层10的外周部之中也可以存在未设置绝缘层13和/或空隙14的区域。
另外，例如在上述实施方式中，在用框体或基板等包围电池50，框体或基板的一部分作为集电体发挥作用等的情况下，也可以不具备电池50的对电极活性物质层22侧的集电体21。换言之，对电极层20也可以由对电极活性物质层22构成。
另外，上述实施方式可以在权利要求的范围或与其均等的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
产业可利用性
本公开涉及的电池，例如可用作各种电子设备或汽车等所使用的全固体电池等二次电池。
附图标记说明
10、10a、10b、10c、10d电极层
11、21集电体
12、12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h、12i、12j、12k、12l电极活性物质层
13 绝缘层
13a 接合面
13b 端部
14、14a、14b、14c、14d 空隙
20 对电极层
22 对电极活性物质层
30 固体电解质层
40 发电元件部
41、41a、41b 层叠极板
50、50a、50b、50c、50d、100 电池

Claims (15)

1.一种电池，具备电极层、与所述电极层相对配置的对电极层、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层，
所述电极层具有集电体、电极活性物质层和绝缘层，
所述电极活性物质层位于所述集电体与所述固体电解质层之间，
所述绝缘层在所述电极层的端部位于所述集电体与所述固体电解质层之间并与所述集电体接合，
所述电极活性物质层具有在俯视时不与所述绝缘层重叠的区域，
所述电池具有位于所述集电体与所述固体电解质层之间并与所述绝缘层相接的空隙。
2.根据权利要求1所述的电池，
所述绝缘层的侧面和所述集电体的侧面为同一面。
3.根据权利要求2所述的电池，
所述电极层是正极层，
所述对电极层是负极层。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池，
所述空隙还与所述固体电解质层相接。
5.根据权利要求4所述的电池，
所述空隙在俯视时与所述绝缘层和所述集电体的接合面的内侧的端部重叠。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电池，
所述空隙位于所述绝缘层与所述固体电解质层之间以及所述绝缘层与所述电极活性物质层之间，
所述电极活性物质层与所述绝缘层不接触。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的电池，
所述绝缘层包含树脂。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，
所述绝缘层包含无机填料。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的电池，
所述绝缘层的线膨胀系数比所述电极活性物质层大。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的电池，
所述绝缘层位于俯视时与所述集电体的外周相距长度为1mm以下的区域。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的电池，
所述绝缘层的厚度为所述电极活性物质层的厚度的50％以上且100％以下。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的电池，
所述电极层的侧面和所述对电极层的侧面和所述固体电解质层的侧面为同一面。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的电池，
所述电池的侧面为切断面。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的电池，
所述绝缘层在俯视时为框状，设置于所述电极层的外周部。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的电池，
所述固体电解质层包含具有锂离子传导性的固体电解质。
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