CN116830334A - 电池和层叠电池 - Google Patents

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CN116830334A CN202180089701.5A CN202180089701A CN116830334A CN 116830334 A CN116830334 A CN 116830334A CN 202180089701 A CN202180089701 A CN 202180089701A CN 116830334 A CN116830334 A CN 116830334A
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Abstract

一种电池,具备:具有包含电极层、对电极层和位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层的至少一个电池单元的发电元件;第1绝缘膜;与所述电极层电连接的电极端子;以及与所述对电极层电连接的对电极端子,所述发电元件具有:由所述电极层的表面构成的主面即电极主面;与所述电极主面相对且由所述对电极层的表面构成的主面即对电极主面;以及将所述电极主面与所述对电极主面连接的侧面,所述第1绝缘膜具有覆盖所述侧面的第1侧面被覆部、以及与所述第1侧面被覆部连接并覆盖所述对电极主面的第1主面被覆部,所述电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的第2侧面被覆部、以及与所述第2侧面被覆部连接并与所述电极主面接合的电极接触部,所述对电极端子与所述对电极主面接合,所述电极端子还具有与所述第2侧面被覆部连接并覆盖所述第1主面被覆部的第2主面被覆部。

Description

电池和层叠电池
技术领域
本公开涉及电池和层叠电池。
背景技术
在电池中,通过使用引线从电池的发电元件部提取电流,并进行串联和/或并联连接,来实现各种电压、输出和电池容量。作为这样的电池结构以及与电池的连接相关的技术,例如,专利文献1公开了一种在发电元件的侧壁使用绝缘材料,通过接头引线取出电流的结构的全固体电池。另外,专利文献2公开了一种通过接头引线将多个电池连接而成的电池组。
在先技术文献
专利文献1:日本特开2007-335294号公报
专利文献2:日本特开2005-216631号公报
发明内容
发明要解决的课题
现有技术中需求高可靠性的电池。
用于解决课题的手段
本公开的一个技术方案涉及的电池,具备发电元件、第1绝缘膜、电极端子和对电极端子,所述发电元件具有至少一个电池单元,所述电池单元包含电极层、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,所述电极端子与所述电极层电连接,所述对电极端子与所述对电极层电连接。所述发电元件具有电极主面、对电极主面和侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对且由所述对电极层的表面构成的主面,所述侧面将所述电极主面与所述对电极主面连接,所述第1绝缘膜具有覆盖所述侧面的第1侧面被覆部、以及与所述第1侧面被覆部连接并覆盖所述对电极主面的第1主面被覆部,所述电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的第2侧面被覆部、以及与所述第2侧面被覆部连接并与所述电极主面接合的电极接触部,所述对电极端子与所述对电极主面接合,所述电极端子还具有与所述第2侧面被覆部连接并覆盖所述第1主面被覆部的第2主面被覆部。
本公开的一个技术方案涉及的电池,具备发电元件、第1绝缘膜、第2绝缘膜和电极端子,所述发电元件具有至少一个电池单元,所述电池单元包含电极层、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,所述电极端子与所述电极层电连接,所述发电元件具有电极主面、对电极主面和侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对且由所述对电极层的表面构成的主面,所述侧面将所述电极主面与所述对电极主面连接,所述第1绝缘膜具有覆盖所述侧面的第1侧面被覆部、以及与所述第1侧面被覆部连接并覆盖所述对电极主面的第1主面被覆部,所述第2绝缘膜覆盖所述对电极主面,在所述第2绝缘膜形成有使所述对电极主面的一部分露出的开口,所述电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的第2侧面被覆部、以及与所述第2侧面被覆部连接并与所述电极主面接合的电极接触部,所述电极端子还具有与所述第2侧面被覆部连接并覆盖所述第1主面被覆部的第2主面被覆部。
本公开的一个技术方案涉及的层叠电池,具备一个第1电池、以及与所述第1电池层叠的一个以上第2电池,所述第1电池是上述电池,所述一个以上第2电池层叠在所述第1电池的所述电极主面上。
发明的效果
根据本公开,能够实现具有高可靠性的电池等。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图2是表示实施方式1的变形例1涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图3是表示实施方式1的变形例2涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图4是表示实施方式1的变形例3涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图5是表示实施方式1的变形例4涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图6是表示实施方式1的变形例5涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图7是表示实施方式1的变形例6涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图8是表示实施方式1的变形例7涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图9A是表示实施方式1的变形例8涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图9B是表示实施方式1的变形例8涉及的另一电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图10是表示实施方式1的变形例9涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图11是表示实施方式2涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图12是表示实施方式2涉及的另一电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图13是表示实施方式3涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
具体实施方式
(本公开的概要)
本公开的一个技术方案涉及的电池,具备发电元件、第1绝缘膜、电极端子和对电极端子,所述发电元件具有至少一个电池单元,所述电池单元包含电极层、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,所述电极端子与所述电极层电连接,所述对电极端子与所述对电极层电连接。所述发电元件具有电极主面、对电极主面和侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对且由所述对电极层的表面构成的主面,所述侧面将所述电极主面与所述对电极主面连接,所述第1绝缘膜具有覆盖所述侧面的第1侧面被覆部、以及与所述第1侧面被覆部连接并覆盖所述对电极主面的第1主面被覆部,所述电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的第2侧面被覆部、以及与所述第2侧面被覆部连接并与所述电极主面接合的电极接触部,所述对电极端子与所述对电极主面接合,所述电极端子还具有与所述第2侧面被覆部连接并覆盖所述第1主面被覆部的第2主面被覆部。
根据该结构,例如即使薄型化和/或大型化,也能够实现可靠性高的电池。在以往的使用引线端子引出电流的连接结构中,存在短路风险以及对冲击的变形较弱的难点。这样的问题,在电池的小型化、薄型化和大型化的情况以及多层化的情况下更加显著。另外,由于电极端子以覆盖对电极主面的方式绕入,因此能够以从外侧夹入第1绝缘膜的方式覆盖。另外,电极端子和对电极端子都能够在发电元件的对电极主面侧与基板等接合。
根据本技术方案中的电池的结构,通过在从发电元件的侧面由第1绝缘膜约束了各层的发电元件上接合电极端子和对电极端子,能够实现小型化,并且发电元件、第1绝缘膜和各端子一体化,与引出引线的情况相比,不容易产生由端子引起的短路以及端子的破损。另外,能够通过与对电极主面接合的对电极端子与基板等接合。因此,通过与基板等接合,能够提高电池的抗挠性。由此,实现具有高可靠性的电池。
另外,例如可以设为:所述对电极端子为板状,在俯视下整体与所述对电极主面重叠。
由此,成为对电极端子在俯视下不从对电极主面伸出的结构,因此能够进一步使电池小型化。另外,通过对电极端子为板状,电极端子与对电极主面以较大的面积接合,因此即使在将电池安装于基板的情况下也能够牢固地接合。另外,在与基板接合的情况下成为导电路径的对电极端子的电阻也降低,局部的发热降低。
另外,例如可以设为:所述电池具备多个所述对电极端子。
由此,能够进一步提高将电池安装于基板的情况下的挠曲应力以及对冷热循环的耐久性。另外,在将对电极端子大型化的情况下,通过将对电极端子分割而形成,能够减少形成对电极端子时因空气、溶剂或粘合剂等的残留而引起的缺陷。
另外,例如可以设为:所述电极端子和所述对电极端子中的至少一者包含导电性树脂。
由此,通过导电性树脂的缓冲性,能够吸收对发电元件的应力。另外,在将电极端子和对电极端子与安装基板接合时,能够吸收对电池的挠曲应力以及冷热循环等热冲击并抑制变形,因此电池的耐久性提高。
另外,例如可以设为:还具备电极焊料层和对电极焊料层,所述电极焊料层覆盖所述电极端子,包含焊料作为主成分,所述对电极焊料层覆盖所述对电极端子,包含焊料作为主成分。
由此,在基板上安装电池的情况下,能够利用焊料与基板接合,可得到高的固定性。另外,例如能够通过回流安装这样的批量生产工艺,生产率良好地将电池与基板接合。
另外,例如可以设为:所述电极焊料层和所述对电极焊料层分别由焊料镀膜构成。
由此,例如在端子包含导电性树脂中所含的银粒子等金属成分等的情况下,能够通过焊料镀膜来抑制容易迁移的金属成分的移动。因此,电池的可靠性提高。
另外,例如可以设为:所述焊料镀膜包含镀镍基底膜和形成在所述镀镍基底膜上的镀锡膜。
由此,能够通过镀镍基底膜来抑制导电性树脂的银粒子等金属成分的迁移。另外,通过表层的镀锡膜,使得与基板的接合部的焊料湿润性变好,电池对基板的固定性提高。因此,电池的可靠性提高。
另外,例如可以设为:还具备与所述发电元件相对配置的基板,所述对电极端子位于所述基板与所述对电极层之间,所述基板具有电极连接部和对电极连接部,所述电极连接部与所述电极端子接合,并与所述电极层电连接,所述对电极连接部与所述对电极端子接合,并与所述对电极层电连接。
由此,发电元件与基板接合,因此电池的抗挠性提高。
另外,例如可以设为:还具备覆盖所述对电极主面的一部分的第2绝缘膜,所述第2绝缘膜被覆俯视下的所述对电极端子的外周。
由此,能够利用第2绝缘膜来保护由于发电元件的挠曲变形而成为对电极端子的剥离起点的对电极端子的外周,因此能够抑制对电极端子的剥离。因此,对电极端子对发电元件的固定性提高,电池的抗挠性进一步提高。另外,即使在对电极端子的外周作用有局部的应力,也能够将应力分散于第2绝缘膜。另外,通过由第2绝缘膜覆盖对电极端子的外周,对电极端子与电极端子的隔离性提高。
另外,例如可以设为:俯视下的所述对电极端子的外周缘部被所述对电极主面和所述第2绝缘膜夹持。
由此,对电极端子的外周缘部从对电极主面的相反侧被第2绝缘膜覆盖,因此能够抑制因挠曲变形而从外周剥离的情况,提高与发电元件的固定性。因此,电池的抗挠性提高。
另外,本公开的一个技术方案涉及的电池,具备发电元件、第1绝缘膜、第2绝缘膜和电极端子,所述发电元件具有至少一个电池单元,所述电池单元包含电极层、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,所述电极端子与所述电极层电连接,所述发电元件具有电极主面、对电极主面和侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对且由所述对电极层的表面构成的主面,所述侧面将所述电极主面与所述对电极主面连接,所述第1绝缘膜具有覆盖所述侧面的第1侧面被覆部、以及与所述第1侧面被覆部连接并覆盖所述对电极主面的第1主面被覆部,所述第2绝缘膜覆盖所述对电极主面,在所述第2绝缘膜形成有使所述对电极主面的一部分露出的开口,所述电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的第2侧面被覆部、以及与所述第2侧面被覆部连接并与所述电极主面接合的电极接触部,所述电极端子还具有与所述第2侧面被覆部连接并覆盖所述第1主面被覆部的第2主面被覆部。
由此,通过在从发电元件的侧面由第1绝缘膜约束了各层的发电元件上接合电极端子,能够实现小型化,并且发电元件、第1绝缘膜和电极端子一体化,与引出引线的情况相比,不容易发生由端子引起的短路以及端子的破损。另外,能够在通过第2绝缘膜的开口而露出的部位与基板等接合。因此,通过与基板等接合,能够提高电池的抗挠性。另外,由于电极端子以被覆对电极主面的方式绕入,因此能够以从外侧夹入第1绝缘膜的方式覆盖。另外,电极端子和对电极端子都能够在发电元件的对电极主面侧与基板等接合。由此,实现具有高可靠性的电池。
另外,例如可以设为:还具备与所述发电元件相对配置的基板,所述第2绝缘膜位于所述基板与所述对电极层之间,所述基板具有电极连接部和对电极连接部,所述电极连接部与所述电极端子接合,并与所述电极层电连接,所述对电极连接部与所述对电极主面中通过所述开口而露出的部位接合,并与所述对电极层电连接。
由此,发电元件与基板接合,因此电池的抗挠性提高。
另外,例如可以设为:所述第1绝缘膜与所述第2绝缘膜连接。
由此,第1绝缘膜和第2绝缘膜构成连续的被覆膜,加强性进一步提高,电池的抗折性提高。因此,电池的抗挠性提高。
另外,例如可以设为:所述第2绝缘膜包含树脂。
由此,能够通过树脂的缓冲性吸收因发电元件与对电极端子的热膨胀率之差等而产生的应力,因此能够抑制对电极端子的剥离。另外,也作为覆盖对电极主面而发挥缓冲功能的保护层发挥作用,能够减少处理过程中发电元件的破损及损伤的发生。
另外,例如可以设为:在俯视下,所述电极接触部与所述侧面相距的长度大于所述第2主面被覆部与所述侧面相距的长度。
由此,能够增大电极接触部与电极主面的接合面积,因此能够将电极端子与电极主面牢固地接合,并且使电极端子与电极主面的接合部的电阻降低。
另外,例如可以设为:所述第1绝缘膜覆盖所述电极端子的端部。
由此,能够抑制由于挠曲以及焊料安装等的热冲击等产生的应力导致电极端子从电极端子的端部剥离。
另外,例如可以设为:所述侧面包括第1侧面以及与所述第1侧面相对的第2侧面,所述第1绝缘膜覆盖所述第1侧面和所述第2侧面。
由此,通过第1绝缘膜从相对的侧面夹入发电元件内的各层进行结合的效果,能够有效地抑制各层的剥离,提高电池的可靠性。
另外,例如可以设为:所述第1绝缘膜包含树脂。
由此,在由于挠曲以及充放电循环中的膨胀收缩等而使电极端子产生应力的情况下,能够通过树脂的缓冲性来吸收应力。因此,能够抑制电极端子的剥离以及裂纹的产生,提高电池的可靠性。
另外,例如可以设为:所述至少一个电池单元为多个电池单元,所述多个电池单元串联电连接并层叠。
由此,能够形成高的电压,因此能够实现高可靠性的高能量电池。
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,在包含固体电解质的锂离子电池中,能够实现可靠性高的电池。
另外,例如可以设为:具备一个第1电池、以及与所述第1电池层叠的一个以上第2电池,所述第1电池是上述电池,所述一个以上第2电池层叠在所述第1电池的所述电极主面上。
由此,具备上述电池作为第1电池,因此能够提高高电压和/或大容量的层叠电池的可靠性。
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,在以下的实施方式的构成要素之中,对于没有记载于独立权利要求中的构成要素,作为任意的构成要素进行说明。
另外,在本说明书中,平行等表示要素间的关系的用语、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,各图并不一定是严格地进行了图示。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个轴。在各实施方式中,将z轴方向作为电池的厚度方向。另外,在本说明书中,“厚度方向”是指与各层层叠的面垂直的方向。
另外,本说明书中的“俯视”是指沿着电池的层叠方向观察电池的情况,本说明书中的“厚度”是指电池以及各层的层叠方向的长度。即、各层层叠的方向是各层的厚度方向。
另外,在本说明书中,“内侧”和“外侧”等中的“内”和“外”是指以电池的中心侧为内侧时的内、外。
另外,在本说明书中,电池的结构中的“上”和“下”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并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且两个构成要素相接的情况。
(实施方式1)
首先,对实施方式1涉及的电池进行说明。
图1是表示本实施方式涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图1的(a)是本实施方式涉及的电池100的剖视图,图1的(b)是从z轴方向下侧观察电池100的俯视图。图1的(a)中示出图1的(b)的Ia-Ia线所示的位置的截面。
如图1所示,电池100具有厚度较薄的长方体结构。电池100具备:具有包含电极层10、对电极层20和固体电解质层30的至少一个电池单元50的发电元件1;第1绝缘膜70;电极端子80;以及对电极端子90。电池100例如是全固体电池。电池100例如安装在基板上使用。在将电池100安装于基板的情况下,例如,电池100的电极端子80和对电极端子90与基板的布线等导电性的连接部接合。这样,电池100能够安装于刚性基板,因此能够提高电池100的抗挠性。
在本实施方式中,发电元件1由一个电池单元50构成。发电元件1的形状例如是长方体。另外,发电元件1的形状不限于长方体,也可以是圆柱或多棱柱等其他形状。发电元件1具有由电极层10的表面构成的主面即电极主面2、与电极主面2相对且由对电极层20的表面构成的主面即对电极主面3、以及将电极主面2与对电极主面3连接的侧面。在本实施方式中,发电元件1的侧面由2组相对的2个面即4个面构成,包括俯视下的发电元件1的短边侧的面即第1侧面6和第2侧面7。
电极主面2和对电极主面3是发电元件1中的与层叠方向垂直的面。电极主面2由电极层10中的与固体电解质层30侧相反侧的主面构成。对电极主面3由对电极层20中的与固体电解质层30侧相反侧的主面构成。
第1侧面6和第2侧面7是从电极主面2和对电极主面3的端部向与电极主面2和对电极主面3交叉的方向延伸,将电极主面2与对电极主面3连接的面。在本实施方式中,第1侧面6和第2侧面7是发电元件1中的与层叠方向平行的面。第1侧面6和第2侧面7是相对的位置关系。另外,第1侧面6与第2侧面7平行。
从提高与第1绝缘膜70的密合性的观点出发,发电元件1的主面和侧面的至少一部分也可以被加工成具有凹凸的粗糙面。例如,可以通过用#800~#1000的研磨纸对发电元件1的主面和侧面的至少一部分进行研磨,在加工成具有凹凸的粗糙面后,涂布形成第1绝缘膜70。关于该情况下的表面粗糙度,例如最大高度Rz为10μm以上且20μm以下。由此,能够将发电元件1的表面能量分散,所以能够减少表面张力的影响,在涂布第1绝缘膜70时能够提高润湿性,提高形状精度。因此,第1绝缘膜70与形成在第1绝缘膜70上的电极端子80的位置关系精度提高,从而获得了抑制短路的效果。另外,由于表面粗糙度变大的影响,发电元件1的表面积增加,通过该作用效果,能够提高发电元件1的表面与第1绝缘膜70的固定性。
电池单元50包含电极层10、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。电极层10包含电极集电体11和位于电极集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12。对电极层20包含对电极集电体21和位于对电极集电体21与固体电解质层30之间的对电极活性物质层22。换言之,电池单元50包含电极集电体11、与电极集电体11接触配置的电极活性物质层12、对电极集电体21、与对电极集电体21接触配置的对电极活性物质层22、以及配置于电极活性物质层12与对电极活性物质层22之间且包含固体电解质的固体电解质层30。电极活性物质层12和对电极活性物质层22配置于电极集电体11与对电极集电体21之间。电池单元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。更详细而言,电池单元50具有电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和对电极集电体21依次层叠的的结构。
电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和对电极集电体21分别在俯视下为矩形。对于电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和对电极集电体21的俯视下的形状没有特别限定,也可以是圆形、椭圆形或多边形等矩形以外的形状。
电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和对电极集电体21在俯视下的形状、位置和大小相同。电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和对电极集电体21各自在俯视下的形状、位置和大小也可以不同。例如,在俯视下,对电极活性物质层22可以比电极活性物质层12大。另外,固体电解质层30可以比电极活性物质层12和对电极活性物质层22大,覆盖电极活性物质层12和对电极活性物质层22各自的侧面,与电极集电体11和电极活性物质层12相接。
在本实施方式中,电极集电体11中的与电极活性物质层12侧相反侧的主面构成电极主面2。
电极活性物质层12与电极集电体11的一个主面相接而层叠。另外,可以在电极集电体11与电极活性物质层12之间设置由导电材料构成的接合层等其他层。另外,电极层10可以不包含电极集电体11,例如,其他电极层10或对电极层20的集电体、取出用的端子、或者与其他电池的连接层等可以作为电极活性物质层12的集电体发挥作用。即、电极层10可以仅包含电极集电体11和电极活性物质层12之中的电极活性物质层12。
在本实施方式中,对电极集电体21中的与对电极活性物质层22侧相反侧的主面构成对电极主面3。
另外,对电极活性物质层22与对电极集电体21的一个主面相接而层叠。另外,可以在对电极集电体21与对电极活性物质层22之间设置由导电材料构成的接合层等其他层。另外,对电极层20可以不包含对电极集电体21,例如,对电极端子90等可以作为对电极活性物质层22的集电体发挥作用。即、对电极层20可以仅包含对电极集电体21和对电极活性物质层22之中的对电极活性物质层22。
在本公开中,电极层10和对电极层20之中,例如一方是具有正极活性物质层和正极集电体作为电极活性物质层12和电极集电体11的正极层,另一方是具有负极活性物质层和负极集电体作为对电极活性物质层22和对电极集电体21的负极层。以下,有时将正极活性物质层和负极活性物质层统称为“活性物质层”。另外,有时将正极集电体和负极集电体统称为“集电体”。
集电体只要由具有导电性的材料形成即可,对于集电体的材料没有特别限定。集电体例如可以使用由不锈钢、镍、铝、铁、钛、铜、钯、金和铂、或它们的2种以上的合金等构成的箔状体、板状体或网状体等。集电体的材料可以考虑在制造工艺、使用温度和使用压力下不会熔融和分解,以及集电体上的电池工作电位和导电性来适当选择。另外,集电体的材料可以根据所要求的拉伸强度和耐热性来选择。集电体例如可以是高强度电解铜箔、或层叠了异种金属箔的复合材料。
集电体的厚度例如在10μm以上~100μm以下的范围内,但即使小于10μm也可以在满足制造工艺中的处理、电流量等特性面以及其可靠性的范围内进行设定。
正极活性物质层至少含有正极活性物质。正极活性物质层是主要由正极活性物质等正极材料构成的层。正极活性物质是在比负极高的电位下在晶体结构内插入或脱离锂(Li)离子或镁(Mg)离子等金属离子,随之进行氧化或还原的物质。正极活性物质的种类可以根据电池的种类适当选择,可以使用公知的正极活性物质。
正极活性物质可以举出含有锂和过渡金属元素的化合物,更具体而言,可以举出含有锂和过渡金属元素的氧化物、以及含有锂和过渡金属元素的磷酸化合物等。作为含有锂和过渡金属元素的氧化物,例如可以使用LiNixM1-xO2(其中,M是Co、Al、Mn、V、Cr、Mg、Ca、Ti、Zr、Nb、Mo和W中的至少一种元素,x为0<x≤1)等锂镍复合氧化物、钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)等层状氧化物以及具有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4、Li2MnO3、LiMnO2)等。作为含有锂和过渡金属元素的磷酸化合物,例如可以使用具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)等。另外,正极活性物质也可以使用硫(S)、硫化锂(Li2S)等硫化物,该情况下,可以向正极活性物质粒子涂布或添加铌酸锂(LiNbO3)等作为正极活性物质使用。另外,正极活性物质可以仅使用这些材料中的1种,也可以组合使用这些材料中的2种以上。
如上所述,正极活性物质层只要至少含有正极活性物质即可。正极活性物质层可以是由正极活性物质和其他添加材料的合剂构成的合剂层。作为其他添加材料,例如可以使用无机系固体电解质或硫化物系固体电解质等固体电解质、乙炔黑等导电助剂、以及聚环氧乙烷或聚偏氟乙烯等粘结用粘合剂等。正极活性物质层通过以预定的比例混合正极活性物质和固体电解质等其他添加材料,能够提高正极活性物质层内的锂离子导电性,并且能够提高电子传导性。作为固体电解质,例如可以使用作为后述的固体电解质层30的固体电解质而例示的固体电解质。
另外,正极活性物质层的厚度例如为5μm以上且300μm以下。
负极活性物质层至少包含负极活性物质。负极活性物质层是主要由负极活性物质等负极材料构成的层。负极活性物质是指在比正极低的电位下,在晶体结构内插入或脱离锂(Li)离子或镁(Mg)离子等金属离子,随之进行氧化或还原的物质。负极活性物质的种类可以根据电池的种类适当选择,可以使用公知的负极活性物质。
负极活性物质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、或与固体电解质合剂化的合金系材料等。作为合金系材料,例如可以使用LiAl、LiZn、Li3Bi、Li3Cd、Li3Sb、Li4Si、Li4.4Pb、Li4.4Sn、Li0.17C、LiC6等锂合金、钛酸锂(Li4Ti5O12)等锂和过渡金属元素的氧化物、氧化锌(ZnO)和氧化硅(SiOx)等金属氧化物等。另外,负极活性物质可以仅使用这些材料中的1种,也可以组合使用这些材料中的2种以上。
如上所述,负极活性物质层只要至少含有负极活性物质即可。负极活性物质层可以是由负极活性物质和其他添加材料的合剂构成的合剂层。作为其他添加材料,例如可以使用无机系固体电解质或硫化物系固体电解质等固体电解质、乙炔黑等导电助剂、以及聚环氧乙烷或聚偏氟乙烯等粘结用粘合剂等。负极活性物质层通过以预定的比例混合负极活性物质和固体电解质等其他添加材料,能够提高负极活性物质层内的锂离子导电性,并且能够提高电子传导性。作为固体电解质,例如可以使用作为后述的固体电解质层30的固体电解质而例示的固体电解质。
另外,负极活性物质层的厚度例如为5μm以上且300μm以下。
固体电解质层30配置于电极活性物质层12与对电极活性物质层22之间,与电极活性物质层12和对电极活性物质层22相接。
固体电解质层30至少包含固体电解质。固体电解质层30例如含有固体电解质作为主成分。固体电解质只要是不具有电子传导性而具有离子导电性的公知的电池用固体电解质即可。固体电解质例如可以使用传导锂离子或镁离子等金属离子的固体电解质。固体电解质的种类可以根据传导离子种类而适当选择。固体电解质例如可以使用硫化物系固体电解质或氧化物系固体电解质等无机系固体电解质。作为硫化物系固体电解质,例如可以使用Li2S-P2S5系、Li2S-SiS2系、Li2S-B2S3系、Li2S-GeS2系、Li2S-SiS2-LiI系、Li2S-SiS2-Li3PO4系、Li2S-Ge2S2系、Li2S-GeS2-P2S5系、Li2S-GeS2-ZnS系等含锂的硫化物。作为氧化物系固体电解质,例如可以使用Li2O-SiO2、Li2O-SiO2-P2O5等含锂的金属氧化物、LixPyO1-zNz等含锂的金属氮化物、磷酸锂(Li3PO4)、以及锂钛氧化物等含锂的过渡金属氧化物等。作为固体电解质,可以仅使用这些材料中的1种,也可以组合使用这些材料中的2种以上。
另外,固体电解质层30中除了上述固体电解质以外,还可以含有聚环氧乙烷或聚偏氟乙烯等粘结用粘合剂等。
固体电解质层30的厚度例如为5μm以上且150μm以下。
另外,固体电解质的材料可以由粒子的凝集体构成。另外,固体电解质的材料也可以由烧结组织构成。
如上所述,电池100具备第1绝缘膜70、电极端子80和对电极端子90。在图1所示的例子中,第1绝缘膜70和电极端子80分别沿着俯视下的发电元件1的相对的两边、即沿着第1侧面6和第2侧面7而设置两个。第1绝缘膜70覆盖发电元件1的俯视下的短边侧的两侧面即第1侧面6和第2侧面7。即、两个第1绝缘膜70中,一个覆盖第1侧面6,另一个覆盖第2侧面7。两个电极端子80分别与相对配置的两个第1绝缘膜70相接。这样,通过用第1绝缘膜70覆盖俯视下的发电元件1的两端即第1侧面6和第2侧面7,能够从俯视下的两端将发电元件1内的各层结合,能够有效地抑制各层的剥离。
以下,主要对两个第1绝缘膜70和两个电极端子80中的沿着第1侧面6而设置的第1绝缘膜70和电极端子80进行说明。沿第2侧面7设置的第1绝缘膜70和电极端子80例如是可适用与沿第1侧面6设置的第1绝缘膜70和电极端子80同样的说明的相同结构。
另外,如电池100那样,在发电元件1包含4个侧面的情况下,第1绝缘膜70覆盖至少1个侧面即可。例如,第1绝缘膜70可以不覆盖发电元件1的侧面之中相对的面,而是覆盖相邻的面。另外,第1绝缘膜70例如也可以覆盖发电元件1的全部侧面。另外,对于第1绝缘膜70的数量没有特别限制,只要用1个以上第1绝缘膜70覆盖发电元件1的侧面即可。
第1绝缘膜70具有覆盖发电元件1的侧面的第1侧面被覆部71和覆盖对电极主面3的第1主面被覆部72。在本实施方式中,第1绝缘膜70不覆盖电极主面2。由此,容易将电极端子80与电极层10连接。另外,第1绝缘膜70也可以覆盖电极主面2的一部分。
第1侧面被覆部71例如与第1侧面6相接并覆盖第1侧面6,与第1侧面6接合。第1侧面被覆部71例如从第1侧面6的电极主面2侧的端部连续覆盖到对电极主面3侧的端部。在图1所示的例子中,第1侧面被覆部71覆盖第1侧面6的整个面。另外,第1侧面被覆部71也覆盖作为与第1侧面6相邻的面的发电元件1的俯视下的长边侧的侧面(即发电元件1中的XZ平面)的一部分。另外,第1侧面被覆部71也可以覆盖发电元件1的俯视下的长边侧的侧面的整个面。另外,第1侧面被覆部71也可以覆盖电极主面2的一部分。
第1主面被覆部72例如与对电极主面3相接,并与对电极主面3接合。第1主面被覆部72覆盖对电极主面3的端部。第1主面被覆部72例如覆盖对电极集电体21的表面。
第1侧面被覆部71与第1主面被覆部72连续地相连。即、第1绝缘膜70从第1侧面6绕到由对电极集电体21的主面构成的对电极主面3上,连续覆盖第1侧面6与对电极主面3之间的棱线。
这样,在本实施方式中,第1绝缘膜70从位于发电元件1的第1侧面6和第2侧面7各自的端部的角和棱线起,连续地覆盖发电元件1的俯视下的长边侧的侧面端部的一部分。通过这样的覆盖角部和棱线部的第1绝缘膜70的结构,能够更牢固地保护发电元件1,并且得到将容易剥离的发电元件1的角部固定的作用效果,电池100的可靠性进一步提高。
第1绝缘膜70只要是电绝缘体即可。第1绝缘膜70例如包含树脂。第1绝缘膜70例如包含绝缘性的树脂作为主要成分。作为树脂,例如可以举出环氧系树脂、丙烯酸系树脂、聚酰亚胺系树脂和倍半硅氧烷等。具体而言,第1绝缘膜70例如包含液态或粉末状的热固性的环氧系树脂等可涂布的热固性树脂。通过将这样的可涂布的热固性树脂以液状或粉体状涂布于发电元件1的侧面和主面并进行热固化,能够由第1绝缘膜70覆盖发电元件1的侧面和主面,并进行接合和固定。另外,第1绝缘膜70可以具有由相同材料或不同材料构成的多个绝缘层的层叠结构。
第1绝缘膜70可以是比发电元件1的构成部件(例如集电体、活性物质和固体电解质)柔软的材料。第1绝缘膜70的杨氏模量例如为10GPa以上且40GPa以下。具体而言,第1绝缘膜70可以使用这样的杨氏模量范围的环氧系树脂。由此,能够吸收对由第1绝缘膜70覆盖的部位的冲击,保护电池100。另外,即使在冷热循环环境下,由第1绝缘膜70和发电元件1的相互的热膨胀率之差引起的作用于第1绝缘膜70与发电元件1的侧面等的界面的应力也被相对柔软的第1绝缘膜70吸收。因此,能够抑制裂纹或剥离的发生等的对电池100的各构成要素的结构的不良影响。
另外,关于发电元件1的构成材料和第1绝缘膜70的柔软度(例如杨氏模量等弹性模量),与维氏硬度的测定同样地抵接刚体的压头,根据其痕迹的大小关系的比较,能够比较发电元件1的构成材料与第1绝缘膜70的柔软度的相对关系。例如,在将压头以相同的力按压在发电元件1的截面的各部位时,在第1绝缘膜70成为与发电元件1的构成材料相比凹陷最大的状态的情况下,能够判定第1绝缘膜70比发电元件1的构成材料柔软。
另外,从缓和因温度变化引起的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力、缓和热应力、以及与侧壁的接合可靠性等方面考虑,第1绝缘膜70可以使用比集电体柔软的包含各种树脂材料的材料。
例如,第1绝缘膜70的杨氏模量比构成电极集电体11和对电极集电体21的金属的杨氏模量低。由此,由于集电体的温度变化而产生的对发电元件1的应力通过第1绝缘膜70的变形而被缓和。
另外,从缓和因温度变化引起的固体电解质层30的膨胀或收缩、以及反复充放电而产生的对发电元件1的应力,提高电池100的可靠性的观点出发,第1绝缘膜70的杨氏模量可以比固体电解质层30的杨氏模量低。
另外,从缓和因温度变化引起的电极活性物质层12和对电极活性物质层22的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力,提高电池100的可靠性的观点出发,第1绝缘膜70的杨氏模量可以比电极活性物质层12和对电极活性物质层22的杨氏模量低。这些杨氏模量的相对关系例如可以根据压入探针时对于压力的位移特性或凹陷的大小关系等进行比较。
两个第1绝缘膜70可以由相同的材料构成,也可以由相互不同的材料构成。在两个第1绝缘膜70由相互不同的材料构成的情况下,可以设为两个第1绝缘膜70中的至少一个满足上述绝缘膜的材料和物性等。
第1绝缘膜70的厚度可以是均匀的,也可以是不均匀的。从电绝缘性的观点出发,第1绝缘膜70的薄的部分的厚度可以为10μm以上。另外,从冲击吸收的观点出发,第1绝缘膜70的最薄的部分的厚度可以为100μm以上。另外,从隔绝大气和水分的观点出发,第1绝缘膜70的最薄部分的厚度可以为1mm以上。对于第1绝缘膜70的厚度的上限没有特别限制。第1绝缘膜70的厚度只要设定为能够兼顾电池100的重量能量密度和体积能量密度以及第1绝缘膜70的保护等效果的适当厚度即可。从减小对体积能量密度的影响大的电池100的厚度、并且保护容易因冲击等而破损的发电元件1的侧面的观点出发,第1主面被覆部72的厚度可以比第1侧面被覆部71的厚度小。
第1绝缘膜70可以具有多个绝缘层的层叠结构。多个绝缘层的层叠结构例如通过多次涂布环氧系树脂等绝缘性树脂并使其固化而形成。例如,通过在固化过一次的环氧系树脂上进一步涂布环氧系树脂并使其固化,能够形成难以产生空孔和因厚度不均而较薄的部位等缺陷的致密且牢固的第1绝缘膜70。如果在这样的减少了缺陷的第1绝缘膜70上形成电极端子80,则能够抑制导电材料侵入第1绝缘膜70内而导致短路的问题。另外,如果一次涂布绝缘性的树脂并使其固化而形成厚的第1绝缘膜70,则有可能因固化时的应力而剥离。特别是,在第1侧面被覆部71与第1主面被覆部72之间存在弯曲部的情况下,树脂固化时的收缩应力作用于与弯曲部相反侧的端部,容易导致从端部翘起的形态的剥离。因此,如果多次反复涂布薄的绝缘层并使其固化而进行层叠,则例如即使将第1绝缘膜70形成为厚达100μm,也难以作用较强的固化应力,从而能够抑制剥离。由此,能够抑制破裂和剥离地形成多个绝缘层的层叠结构的第1绝缘膜70。当然,也可以形成1mm厚的第1绝缘膜70。这样的多个绝缘层的层叠结构,通过对研磨后的截面的光学显微镜或SEM(Scanning ElectronMicroscope:扫描电子显微镜)等一般的观察,能够观察到通过反复多次涂布和固化而得到的层叠结构。
对于第1绝缘膜70所具有的绝缘层的数量没有特别限制,可以是2个以上,也可以是3个以上。
多个绝缘层各自的厚度例如为30μm以下。从形成更致密的第1绝缘膜70的观点出发,多个绝缘层各自的厚度可以为10μm以下。
构成多个绝缘层的各个绝缘层可以由相同的材料构成,也可以由不同的材料构成。即、在多次形成绝缘层时,可以在每层使用不同的绝缘材料。例如,通过以绝缘性树脂的固化温度、熔点或玻璃转移点从高到低的方式反复涂布和固化而进行层叠,能够形成致密且厚的第1绝缘膜70,而不会因固化时的热使先前形成的绝缘层的性质劣化。该情况下,越位于外侧的绝缘层,所包含的树脂的固化温度、熔点或玻璃化转变温度越高。另外,热固化条件可以在不对电池特性产生不良影响的范围内设定温度和时间。
电极端子80是从外侧覆盖第1绝缘膜70并与电极层10电连接的膜状部件。详细而言,电极端子80从第1绝缘膜70的外侧的表面绕到由电极集电体11的主面构成的电极主面2,连续地覆盖第1绝缘膜70和电极主面2的至少一部分。电极端子80从层叠方向的两侧和发电元件1的外侧覆盖发电元件1的端部。电极端子80不与发电元件1的侧面和对电极主面3接触。电极端子80只要不与对电极层20接触,也可以与发电元件1的侧面接触。另外,电极端子80沿着第1侧面6和第2侧面7设置了两个,但也可以只设置两个电极端子80中的一个。即、第1侧面6和第2侧面7中的一方可以仅被第1绝缘膜70和电极端子80中的第1绝缘膜70覆盖。
电极端子80具有覆盖第1绝缘膜70的第1侧面被覆部71的第2侧面被覆部81、与电极主面2接合的电极接触部82、以及覆盖第1绝缘膜70的第1主面被覆部72的第2主面被覆部83。第2侧面被覆部81、电极接触部82和第2主面被覆部83连续并相连。
第2侧面被覆部81覆盖第1绝缘膜70的外侧,换言之,覆盖第1绝缘膜70的与发电元件1侧相反侧的表面。第2侧面被覆部81例如与第1绝缘膜70的外侧的表面相接,并与第1绝缘膜70接合。第2侧面被覆部81覆盖第1侧面被覆部71。具体而言,第2侧面被覆部81从外侧覆盖第1绝缘膜70的第1侧面被覆部71,并与第1侧面被覆部71相接。
电极接触部82覆盖电极主面2的至少一部分,并与电极主面2接合。电极接触部82例如与电极集电体11电连接。电极接触部82与电极主面2的端部相接。由此,电极接触部82与电极主面2的电极端子80侧的端部相接,因此电极端子80不需要向电极主面2的内侧较大地绕入,能够容易地将电极端子80与电极层10电连接。在俯视下,第2主面被覆部83的内侧的端部与电极接触部82覆盖电极主面2的部分的内侧的端部例如是相同的位置。
第2主面被覆部83从外侧(即、第1主面被覆部72的与对电极主面3侧相反侧)覆盖第1主面被覆部72,并与第1主面被覆部72相接。即、第2侧面被覆部81和第2主面被覆部83从第1绝缘膜70的第1侧面被覆部71的外侧表面绕到第1主面被覆部72的外侧表面,覆盖第1绝缘膜70。在俯视下,第2主面被覆部83的内侧的端部位于比第1主面被覆部72的内侧的端部靠外侧。这样,通过第2主面被覆部83覆盖第1主面被覆部72,电极端子80成为从层叠方向夹持发电元件1的端部的结构,因此能够抑制发电元件1的各层的剥离。另外,电极端子80和对电极端子90都能够在发电元件1的对电极主面3侧与基板等接合。另外,电极端子80可以不具有第2主面被覆部83。
对于电极端子80的厚度没有特别限定。从电池100的体积能量密度的观点出发,电极端子80的厚度、特别是电极接触部82的厚度可以比集电体的厚度薄。电极端子80的厚度、特别是电极接触部82的厚度例如为1μm以上且50μm以下,也可以为2μm以上且40μm以下。通过电极端子80的厚度在上述范围内,能够抑制体积能量密度的降低,并且容易缓和因温度变化引起的集电体的膨胀或收缩而产生的应力,能够稳定地引出电池100的特性。
另外,在将从电极主面2朝向对电极主面3的方向侧的面作为下表面的情况下,从对电极主面3到电极端子80的下表面的距离例如与从对电极主面3到第2主面被覆部83的下表面的距离相同。
对电极端子90是与对电极主面3接合并与对电极层20电连接的垫子状、换言之是板状的部件。由此,对电极端子90与对电极主面3以较大的面积接合,因此即使在将电池100安装于基板的情况下也能够牢固地接合。另外,在与基板接合的情况下成为导电路径的对电极端子90的电阻也降低,局部的发热降低。在图1所示的例子中,对电极端子90的一个主面与由对电极集电体21的表面构成的对电极主面3相接。对电极端子90与对电极层20相对配置,层叠在对电极层20的对电极主面3上。对电极端子90在俯视下整体位于对电极主面3的外周的内侧,与对电极主面3重叠。即、对电极端子90在俯视下整体与对电极集电体21重叠。由此,成为对电极端子90在俯视下不从对电极主面3伸出的结构,从而能够进一步使电池100小型化。
另外,对电极端子90例如在俯视下位于对电极主面3的中央部。对电极主面3的中央部例如是从对电极主面3的外周起,对电极主面3的相对的边之间的距离的5%以上内侧的区域。对电极主面3的中央部也可以是从对电极主面3的外周起,对电极主面3的相对的边之间的距离的10%以上内侧的区域。另外,图1所示的例子中,在俯视下,对电极端子90的中心与对电极主面3的中心重叠。
对电极端子90在俯视下为圆形,但并不特别限制,也可以是矩形、椭圆形或多边形等圆形以外的形状。对电极端子90的厚度只要在使用上没有问题就没有特别限制。对电极端子90的厚度例如为1μm以上且50μm以下,对电极端子90的厚度也可以为2μm以上且40μm以下。通过对电极端子90的厚度在上述范围内,能够抑制体积能量密度的降低,并且容易缓和因温度变化引起的集电体的膨胀或收缩而产生的应力,从而能够稳定地引出电池100的特性。
另外,对于俯视下的对电极端子90的大小没有特别限制,在将电池100安装于基板时,从增大电池100与基板的接合面积的观点出发,例如为对电极主面3的面积的5%以上的大小,也可以为10%以上的大小。
通过设置对电极端子90,例如可以从外观上容易地目视或用自动机判别发电元件1中的电极层10侧和对电极层20侧。
另外,为了能够在基板上容易地进行焊料安装,电极端子80和对电极端子90可以被由焊料镀膜等构成的焊料层覆盖。详细情况将在后面叙述。
以下,有时将电极端子80和对电极端子90统称为“端子”。
端子由具有电子导电性的导电材料构成。从缓和因温度变化引起的发电元件1的各层的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力的观点出发,端子例如由包含树脂的导电性树脂材料构成。另外,在端子上形成焊料镀膜的情况下,例如作为基底膜使用的比较硬的镀镍基底膜,在冷热循环中由于镍基底膜与相接的端子的应力差而容易产生裂纹,但如果在作为含有树脂的导电材料那样的柔软的缓冲材料的端子上进行制膜,则可抑制裂纹,从而提高热耐久性。
例如,端子的杨氏模量比构成电极集电体11和对电极集电体21的金属的杨氏模量低。由此,因温度变化而产生的端子的应力通过端子自身的变形而被缓和。另外,在电极端子80中,电极端子80的应力也通过电极端子80的基底的第1绝缘膜70的变形而被缓和。由于端子能够与绝缘膜一起变形,所以能够追随因热冲击和充放电循环而产生的发电元件1的变形,能够抑制发电元件1的剥离和损伤。另外,从缓和对发电元件1的应力、提高电池100的可靠性的观点出发,端子的杨氏模量可以比固体电解质层30的杨氏模量低。另外,从缓和因温度变化引起的电极活性物质层12和对电极活性物质层22的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力、提高电池100的可靠性的观点出发,端子的杨氏模量可以比电极活性物质层12和对电极活性物质层22的杨氏模量低。这些杨氏模量的相对关系例如可以根据压入探针时相对于压力的位移特性、或凹陷的大小关系等进行比较。
另外,构成端子的导电材料例如包含银、铜、镍、锌、铝、钯、金、铂以及将这些金属组合而成的合金中的至少一种。
另外,端子可以由在固体电解质中含有导电性粒子或半导体材料的粒子的材料构成。由此,如上所述,能够缓和因温度变化引起的集电体的膨胀或收缩而产生的应力,并且减少电阻成分,因此能够实现损失小的高容量电池。
另外,从能够调整热膨胀率和柔软度(杨氏模量)的观点出发,端子可以由在导电性的树脂糊剂中含有固体电解质等的材料构成。
构成端子的导电材料中所含的树脂可以是热塑性树脂,也可以是热固性树脂。其中,从容易形成端子的观点出发,端子可以含有热固性树脂。
在此,在电极端子80和第1绝缘膜70都包含树脂的情况下,电极端子80中所含的树脂的加工温度例如比第1绝缘膜70中所含的树脂的加工温度低。在热固性树脂的情况下,加工温度例如是用于促进树脂的热固化的固化温度。在热塑性树脂的情况下,加工温度例如是树脂流动的相变温度(例如玻璃化转变温度或熔点)。在第1绝缘膜70包含第1热固性树脂而电极端子80包含第2热固性树脂的情况下,例如第1热固性树脂的固化温度为第2热固性树脂的固化温度以上。由此,能够使形成电极端子80时的固化温度为第1绝缘膜70中所含的第1热固化性树脂的固化温度以下。因此,能够抑制第1绝缘膜70的特性降低,并且能够抑制第1绝缘膜70的剥离和破裂的发生,形成电极端子80。
作为热塑性树脂,例如可举出聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、丙烯酸系树脂、聚苯乙烯系树脂、氯乙烯系树脂、有机硅系树脂、聚酰胺系树脂、聚酰亚胺系树脂、氟化烃系树脂、聚醚系树脂、丁二烯橡胶,异戊二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、乙烯-丙烯橡胶、丁基橡胶,氯丁橡胶和丙烯腈-丁二烯橡胶等。
作为热固性树脂,例如可以列举(i)尿素树脂、三聚氰胺系树脂、胍胺系树脂等氨基树脂,(ii)双酚A型、双酚F型、苯酚酚醛清漆型、脂环式等环氧系树脂,(iii)氧杂环丁烷系树脂,(iv)甲阶型、酚醛清漆型等酚醛树脂,以及(v)有机硅环氧、有机硅聚酯等有机硅改性有机树脂等。
具体而言,端子可以是通过金属掩模或丝网印刷涂布含有银等导体粒子和树脂的导体糊剂而形成并固化的材料。另外,可以使导体糊剂含有低熔点金属,通过热固化处理在与集电体的界面形成合金层使其一体化而固定。由此,形成牢固的固定性的端子。作为低熔点金属,例如可以使用锡、锡-锌合金、锡-银合金、锡-铜合金、锡-铝合金、锡-铅合金、铟、铟-银合金、铟-锌合金、铟-锡合金、铋、铋-银合金、铋-镍合金、铋-锡合金、铋-锌合金或铋-铅合金等的粉末。关于低熔点金属的种类,考虑电池100的构成部件的耐热性来选择。特别是,如果使用粉碎成10μm以下的低熔点金属,则即使是熔点的一半左右的温度下的硬化处理也能进行烧结,得到端子与集电体的强固定性。另外,端子可以是用导电性粘接剂或焊料等粘贴不锈钢、铜或镍等板状导体的结构。
另外,端子可以使用具有包含空气等的气孔或气泡等的材料。通过这样的组织结构,能够在大范围内控制柔软性(例如杨氏模量),因此能够进一步缓和因温度变化引起的发电元件1的各层的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力。
另外,端子可以包含金属、陶瓷或固体电解质等不可燃性的材料。在端子含有不可燃性材料的情况下,当电池异常发热时,也具有作为抑制延烧的层壁的作用效果。
另外,端子可以具有分别由导电材料构成的多个导电层的层叠结构。多个导电层的导电材料可以相同,也可以不同。
电极端子80和对电极端子90可以由相同的材料构成,也可以由相互不同的材料构成。在电极端子80和对电极端子90由相互不同的材料构成的情况下,可以设为电极端子80和对电极端子90中的至少一者满足上述端子的材料和物性等。
根据以上的技术构成,能够实现具有高可靠性的电池100。
若将本实施方式涉及的电池100的结构与专利文献1和专利文献2记载的电池的结构进行比较,则存在下述差异。
专利文献1公开了一种具有在发电元件的侧壁使用绝缘材料、通过接头引线取出电流的结构的全固体电池。因此,在用接头引线那样的引线等引出端子电极的情况下,由于弯曲以及充放电的电池的变形等,端子电极容易与电池的其他部位接触而导致短路。另外,在电池的加工时脱落的毛刺(dust,灰尘)有时会附着在集电体等上而引起短路。而且,露出的集电体端部是容易从活性物质层产生剥离的结构。这样,在以往的结构中,电池的可靠性存在问题。这样的问题随着电池的小型化和多层化而变得更加显著。根据本实施方式的结构,能够使用电极端子80和对电极端子90,从各层被构成侧壁的第1绝缘膜70约束的发电元件1中取出电流。另外,通过将电池100的电极端子80和对电极端子90与基板接合,能够得到抗挠性优异的电池。另外,由于不用引线进行引绕,所以能够实现小型且抑制了短路的可靠性高的电池100。
另外,专利文献2公开了一种通过接头引线将多个电池连接而成的电池组。但是,专利文献2的电池组是用引线连接的结构,并且是在侧壁露出发电元件的各层的结构。因此,容易变形和破损,也容易从露出的侧壁端部发生层间剥离。其结果,也容易导致短路。
与此相对,根据本实施方式涉及的电池100,显然不会产生这些问题。另外,在专利文献1和专利文献2中,既没有公开也没有启示本实施方式中记载的具备端子和绝缘膜的电池以及将电池层叠而成的层叠电池。
[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。另外,以下说明的变形例2之后的变形例也是同样的,在各变形例的说明中,以与实施方式1及各变形例的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图2是表示实施方式1的变形例1涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图2的(a)是本变形例涉及的电池101的剖视图,图2的(b)是从z轴方向下侧观察电池101的俯视图。图2的(a)中示出图2的(b)的IIa-IIa线所示位置的截面。
如图2所示,实施方式1的变形例1涉及的电池101,与实施方式中的电池100相比,不同之处在于,具备矩形形状的一大一小两个对电极端子90a来代替对电极端子90。
电池101具备多个对电极端子90a。对于对电极端子90a的形状和数量没有特别限定。另外,多个对电极端子90a的形状可以分别相同,也可以相互不同。
像这样,通过在对电极主面3上形成多个对电极端子90a,与形成1个对电极端子的情况相比,能够减小用于形成相同俯视面积的每一个对电极端子90a的面积,因此不易发生由空气和溶剂残留成分引起的空孔、以及印刷版分离等问题,能够印刷形成均质膜。另外,通过减小每一个对电极端子90a的面积,热的影响被分散,抗热冲击也变强,耐热性提高。另外,例如在图2所示的结构的情况下,通过在对电极主面3上形成不同的俯视形状的对电极端子90a,能够根据两个对电极端子90a的大小关系,在外观上指示发电元件1的方向。
[变形例2]
接着,对实施方式1的变形例2进行说明。图3是表示实施方式1的变形例2涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图3的(a)是本变形例涉及的电池102的剖视图,图3的(b)是从z轴方向下侧观察电池102的俯视图。图3的(a)中示出图3的(b)的IIIa-IIIa线所示位置的截面。
如图3所示,实施方式1的变形例2涉及的电池102与实施方式1中的电池100相比,不同点在于,还具备被覆对电极主面3的第2绝缘膜75。
如上所述,电池102中除了电池100的构成要素之外,还具备覆盖对电极主面3的一部分的第2绝缘膜75。第2绝缘膜75与对电极主面3相接。第2绝缘膜75与第1绝缘膜70的第1主面被覆部72连接。由此,第1绝缘膜70和第2绝缘膜75构成连续的被覆膜,加强性进一步提高,电池102的抗折性提高。因此,电池102的抗挠性提高。
另外,第2绝缘膜75被覆俯视下的对电极端子90的外周。第2绝缘膜75以在俯视下包围对电极端子90的方式配置。由此,能够抑制对电极端子90以对电极端子90的外周为起点的剥离。另外,通过在对电极端子90的周围配置第2绝缘膜75,第2绝缘膜75也作为结构加强层发挥作用,因此电池102的抗折性提高。另外,在图3所示的例子中,第2绝缘膜75将俯视下的对电极端子90的外周全部覆盖,但也可以仅覆盖该外周中的一部分。另外,第1绝缘膜70与第2绝缘膜75也可以分离。
第2绝缘膜75覆盖对电极主面3之中对电极主面3与第1主面被覆部72和对电极端子90相接的区域以外的全部区域。另外,在第2绝缘膜75形成有开口77。开口77使对电极端子90向外界露出。即、第2绝缘膜75不覆盖对电极端子90的至少一部分。
对电极端子90距对电极主面3的高度比第2绝缘膜75距对电极主面3的高度低。由第2绝缘膜75和对电极端子90构成的表面在对电极端子90的部分凹陷。另外,在电池102中,俯视下的对电极端子90的外周缘部91被对电极主面3和第2绝缘膜75夹持。即、对电极端子90的外周缘部91由第2绝缘膜75被覆而未露出。通过由第2绝缘膜75被覆对电极端子90的外周缘部91的下表面,抑制对电极端子90的外周缘部91从对电极主面3剥离。另外,对电极端子90距对电极主面3的高度可以与第2绝缘膜75距对电极主面3的高度相同,也可以比第2绝缘膜75距对电极主面3的高度高。即、由第2绝缘膜75和对电极端子90构成的表面可以是平坦的,对电极端子90的部分也可以是凸起的。
第2绝缘膜75的材料例如可以使用作为上述第1绝缘膜70的材料而说明的材料。第2绝缘膜75的材料可以与第1绝缘膜70的材料相同,也可以与第1绝缘膜70的材料不同。在第1绝缘膜70和第2绝缘膜75由相同的材料构成的情况下,第1绝缘膜70和第2绝缘膜75可以是一体形成的一个绝缘膜。
[变形例3]
接着,对实施方式1的变形例3进行说明。图4是表示实施方式1的变形例3涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图4的(a)是本变形例涉及的电池103的剖视图,图4的(b)是从z轴方向下侧观察电池103的俯视图。图4的(a)中示出图4(b)的IVa-IVa线所示位置的截面。
如图4所示,实施方式1的变形例3涉及的电池103与实施方式1的变形例2中的电池102相比,不同点在于,具备第1绝缘膜70c来代替第1绝缘膜70。
第1绝缘膜70c覆盖电极端子80中的第2主面被覆部83的端部84。第1绝缘膜70c具有第1侧面被覆部71和第1主面被覆部72c。第1主面被覆部72c覆盖对电极主面3,并且绕到第2主面被覆部83的外侧的表面,与电极端子80(具体而言是第2主面被覆部83)的端部84相接,并覆盖端部84。这样,通过第1绝缘膜70c覆盖电极端子80的端部84,能够抑制因弯曲和焊料安装等热冲击等引起的应力而导致的电极端子80的剥离。
[变形例4]
接着,对实施方式1的变形例4进行说明。图5是表示实施方式1的变形例4涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图5的(a)是本变形例涉及的电池104的剖视图,图5的(b)是从z轴方向下侧观察电池104的俯视图。图5的(a)中示出图5的(b)的Va-Va线所示位置的截面。
如图5所示,实施方式1的变形例4涉及的电池104与实施方式1中的电池100相比,不同点在于,具备电极端子80d来代替电极端子80。
电极端子80d具有第2侧面被覆部81、电极接触部82d和第2主面被覆部83。电池104中,在俯视下,电极接触部82d与第1侧面6相距的长度大于第2主面被覆部83与第1侧面6相距的长度。由此,能够增大电极端子80d与电极主面2的接合面积,所以能够抑制电极接触部82d中的电极端子80d的剥离,并且能够降低用于从电极层10取出电流的电阻。
[变形例5]
接着,对实施方式1的变形例5进行说明。图6是表示实施方式1的变形例5涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图6的(a)是本变形例涉及的电池105的剖视图,图6的(b)是从z轴方向下侧观察电池105的俯视图。图6的(a)中示出图6的(b)的VIa-VIa线所示位置的截面。
如图6所示,实施方式1的变形例5涉及的电池105与实施方式1中的电池100相比,不同点在于,第1绝缘膜70和电极端子80不是沿着相对的两个第1侧面6和第2侧面7这两方而设置的,而是只沿着第1侧面6设置。另外,电池105与实施方式1中的电池100相比,在具备对电极端子90e来代替对电极端子90这一点上也不同。
电池105具备一个第1绝缘膜70和一个电极端子80。在电池105中,一个第1绝缘膜70和一个电极端子80沿着第1侧面6而设置。第2侧面7没有被第1绝缘膜70和电极端子80覆盖。由此,能够实现与仅从发电元件1的一个侧面侧取出电流的小型设置形态相对应的电池105。
在俯视下,从第2侧面7到对电极端子90e的距离比从第1侧面6到对电极端子90e的距离短。即、对电极端子90e配置在比设置有第1绝缘膜70和电极端子80的第1侧面6更靠近未设置第1绝缘膜70和电极端子80的第2侧面7的位置。通过这样的配置,在安装于基板的情况下,通过靠近第1侧面6的电极端子80和靠近第2侧面7的对电极端子90e而与基板接合,因此接合结构变得牢固。
另外,在电池105中,第1绝缘膜70和电极端子80沿着俯视下的发电元件1的短边侧的第1侧面6设置,但也可以沿着俯视下的发电元件1的长边侧的侧面设置。
[变形例6]
接着,对实施方式1的变形例6进行说明。图7是表示实施方式1的变形例6涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图7的(a)是本变形例涉及的电池106的剖视图,图7的(b)是从z轴方向下侧观察电池106的俯视图。图7的(a)中示出图7的(b)的VIIa-VIIa线所示位置的截面。
如图7所示,实施方式1的变形例6涉及的电池106与实施方式1的变形例5中的电池105相比,不同点在于,还具备第2绝缘膜75f。另外,电池106与实施方式1的变形例2中的电池102相比,不同点在于,具备第2绝缘膜75f和对电极端子90e来代替第2绝缘膜75和对电极端子90,第1绝缘膜70和电极端子80不是沿着相对的两个第1侧面6和第2侧面7这两方而设置的,而是只沿着第1侧面6设置。
第2绝缘膜75f被覆俯视下的对电极端子90e的外周。第2绝缘膜75f以在俯视下包围对电极端子90e的方式配置。另外,第2绝缘膜75f覆盖发电元件1的俯视下的长边侧的侧面。
这样,电池106是组合了电池102和电池106的结构。因此,能够实现抑制对电极端子90e的剥离,并且与仅从发电元件1的一个侧面侧取出电流的小型设置形态相对应的电池106。
[变形例7]
接着,对实施方式1的变形例7进行说明。图8是表示实施方式1的变形例7涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图8的(a)是本变形例涉及的电池107的剖视图,图8的(b)是从z轴方向下侧观察电池107的俯视图。图8的(a)中示出图8的(b)的VIIIa-VIIIa线所示位置的截面。
如图8所示,实施方式1的变形例7涉及的电池107与实施方式中的电池100相比,不同点在于,具备具有多个电池单元50串联连接而层叠的结构的发电元件1g来代替发电元件1。另外,电池107与实施方式中的电池100相比,在具备第1绝缘膜70g和电极端子80g来代替第1绝缘膜70和电极端子80这一点上也不同。
发电元件1g具有多个电池单元50,具体而言具有两个电池单元50。发电元件1g所包含的电池单元50的数量不限于2个,也可以是3个以上。另外,发电元件1g在多个电池单元50中的相邻的电池单元50之间具备具有导电性的连接层40。
发电元件1g具有由最上部的电池单元50的电极层10的表面构成的主面即电极主面2g、由最下部的电池单元50的对电极层20的表面构成的主面即对电极主面3g、以及侧面。侧面包括俯视下的发电元件1g的短边侧的两侧面即第1侧面6g和第2侧面7g。
多个电池单元50串联电连接而层叠。多个电池单元50以如下方式层叠:多个电池单元50之中相邻的电池单元50的一方的电极层10与另一方的对电极层20之间不夹持固体电解质层30,而是经由连接层40相邻接。换言之,多个电池单元50以各个电池单元50的电极层10与对电极层20的上下关系相同的方式层叠。在本变形例中,相邻的电池单元50的一方的电极层10(具体而言是电极集电体11)与另一方的对电极层20(具体而言是对电极集电体21)通过连接层40电连接,由此,多个电池单元50以串联电连接的方式层叠。即,发电元件1g具有电极层10与对电极层20不经由固体电解质层30而连接的双极电极。
另外,发电元件1g可以不具备连接层40,多个电池单元50之中相邻的电池单元50的一方的电极层10与另一方的对电极层20以不经由连接层40而邻接的方式层叠。例如,可以通过相邻的电池单元50的一方的电极层10与另一方的对电极层20直接接触而电连接,多个电池单元50电串联连接而层叠。另外,相邻的电池单元50的一方的电极层10与另一方的对电极层20可以共用一个集电体。
连接层40例如由具有电子导电性的导电材料构成。对于构成连接层40的导电材料没有特别限定,作为导电材料,可以使用作为构成上述端子的导电材料而例示的导电材料。
第1绝缘膜70g具有覆盖发电元件1g的侧面的第1侧面被覆部71g和覆盖对电极主面3g的第1主面被覆部72g。
第1侧面被覆部71g例如与第1侧面6g相接并覆盖第1侧面6g,与第1侧面6g接合。第1侧面被覆部71g例如从第1侧面6g的电极主面2g侧的端部连续覆盖到对电极主面3g侧的端部。这样,第1侧面被覆部71g将多个电池单元50的侧面一并覆盖。
第1主面被覆部72g例如与对电极主面3g相接,并与对电极主面3g接合。第1主面被覆部72g覆盖对电极主面3g的端部。
第1侧面被覆部71g与第1主面被覆部72g连续且相连。即、第1绝缘膜70g从第1侧面6g绕到由对电极集电体21的主面构成的对电极主面3g上,连续地覆盖第1侧面6g与对电极主面3g之间的棱线。
电极端子80g具有覆盖第1绝缘膜70g的第1侧面被覆部71g的第2侧面被覆部81g、与电极主面2g接合的电极接触部82g、以及覆盖第1绝缘膜70g的第1主面被覆部72g的第2主面被覆部83g。第2侧面被覆部81g、电极接触部82g和第2主面被覆部83g连续且相连。
第2侧面被覆部81g覆盖第1绝缘膜70g的外侧,换言之,覆盖第1绝缘膜70g的与发电元件1g侧相反侧的表面。第2侧面被覆部81g例如与第1绝缘膜70g的外侧的表面相接,并与第1绝缘膜70g接合。第2侧面被覆部81g覆盖第1侧面被覆部71g。
电极接触部82g覆盖电极主面2g的至少一部分并与电极主面2g接合。
第2主面被覆部83g覆盖第1绝缘膜70g的外侧,换言之,覆盖第1绝缘膜70g的与发电元件1g侧相反侧的表面。第2主面被覆部83g例如与第1绝缘膜70g的外侧的表面相接并与第1绝缘膜70g接合。第2主面被覆部83g从外侧覆盖第1主面被覆部72g并与第1主面被覆部72g相接。
在电池107中,对电极端子90仅设置在最下层的电池单元50的对电极集电体21上。另外,对电极端子90可以设置在最下层以外的电池单元50的对电极集电体21上,例如可以经由对电极端子90接合多个电池单元50。另外,该情况下,能够将形成在对电极集电体21上的对电极端子90作为将电池单元50层叠时的位置基准的对准来利用,所以不需要在电池单元50设置对准的标记。
通过这样的将端子、第1绝缘膜70g和多个电池单元50连接而层叠的发电元件1g一体化的结构,能够实现高电压,并且能够抑制短路以及发电元件1g的各层的剥离。因此,能够实现高能量且高可靠性的电池107。另外,与电池100同样地,通过将电池107的电极端子80g和对电极端子90接合于基板,能够得到抗挠性优异的电池107。
[变形例8]
接着,对实施方式1的变形例8进行说明。图9A是表示实施方式1的变形例8涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图9A的(a)是本变形例涉及的电池108的剖视图,图9A的(b)是从z轴方向下侧观察电池108的俯视图。图9A的(a)中示出图9A的(b)的IXa-IXa线所示位置的截面。
如图9A所示,实施方式1的变形例8涉及的电池108与实施方式1中的电池100相比,不同点在于,还具备电极焊料层85和对电极焊料层95。以下,有时将电极焊料层85和对电极焊料层95统称为“焊料层”。
电极焊料层85覆盖电极端子80,并与电极端子80相接。电极焊料层85例如覆盖电极端子80的外侧的表面,具体而言,覆盖电极端子80中的电极端子80不与电极主面2和第1绝缘膜70的任一者接触的表面。电极焊料层85可以覆盖电极端子80的外侧的整个表面,也可以覆盖该表面的一部分。电极焊料层85例如也可以仅覆盖第2主面被覆部83的外侧表面。
对电极焊料层95覆盖对电极端子90,并与对电极端子90相接。对电极焊料层95例如覆盖对电极端子90的外侧的表面,具体而言覆盖对电极端子90中的对电极端子90与对电极主面3不接触的表面。对电极焊料层95可以覆盖对电极端子90的外侧的整个表面,也可以覆盖该表面的一部分。对电极焊料层95例如也可以仅覆盖对电极端子90的外侧的表面之中与对电极主面3相对的表面。
另外,电极焊料层85和对电极焊料层95只要是不将电极层10与对电极层20电连接的结构,也可以分别覆盖电极端子80和对电极端子90以外的表面。
焊料层含有焊料作为主要成分。由此,实现能够在基板等容易地进行焊料安装的电池108。另外,在将含有银的导体糊剂用于端子的情况下,焊料层作为阻挡层发挥作用,提高耐迁移性。
焊料层例如由对各端子实施了电镀处理的焊料镀膜构成。焊料镀膜的厚度例如为1μm以上且10μm以下。由此,抑制因成膜的应力和热冲击而产生裂纹。另外,虽然省略了图示,但从提高对基板的安装性和可靠性的观点出发,焊料镀膜例如包括与端子的表面相接的镀镍基底膜和在镀镍基底膜上形成的镀锡膜。镀镍基底膜含有镍作为主要成分,镀锡膜含有锡作为主要成分。从对基板的安装性和可靠性的观点出发,例如镀镍基底膜的厚度为1μm以上且5μm以下,镀锡膜的厚度为0.5μm以上且5μm以下。另外,焊料镀膜的厚度可以通过一般的镀敷厚度的评价方法、例如使用光学显微镜或电子显微镜进行的截面观察或者荧光X射线测定来测定。另外,焊料层可以不由焊料镀膜构成,例如也可以由焊料糊剂等构成。
另外,在将从电极主面2朝向对电极主面3的方向侧的面作为下表面的情况下,从对电极主面3到电极焊料层85的下表面的距离例如与从对电极主面3到对电极焊料层95的下表面的距离相同。
另外,在图9A中,实施方式1涉及的电池100的结构还具备电极焊料层85和对电极焊料层95,但不限于此。实施方式1的变形例1~变形例7的电池的结构还可以具备电极焊料层85和对电极焊料层95。
另外,例如电池108的结构还可以具备第2绝缘膜75h。图9B是表示实施方式1的变形例8涉及的另一电池108A的大致结构的剖视图。
如图9B所示,电池108A在上述电池108的结构的基础上,还具备第2绝缘膜75h。
第2绝缘膜75h与对电极主面3相接。第2绝缘膜75h与第1绝缘膜70的第1主面被覆部72连接。另外,第2绝缘膜75h覆盖俯视下的对电极端子90的外周。由此,在利用对电极焊料层95将电池108A焊料安装于基板的情况下,通过覆盖对电极端子90的外周的第2绝缘膜75h限制焊料浸润,抑制因急剧的加热而容易产生于对电极焊料层95的裂纹(例如通常从对电极焊料层95的端部呈弧形那样的裂纹)。因此,能够实现固定性、电阻和散热性优异的基板的焊料接合。
另外,第2绝缘膜75h隔着对电极焊料层95被覆俯视下的对电极端子90的外周和外周缘部。即、对电极焊料层95的一部分位于对电极端子90与第2绝缘膜75h之间,分别与对电极端子90和第2绝缘膜75h相接。例如,在形成焊料层时,通过减压处理等使镀敷液浸入到对电极端子90与第2绝缘膜75h的间隙中,能够形成这样的结构。由此,通过对电极焊料层95的锚固效果,能够提高由第2绝缘膜75h带来的抑制对电极端子90剥离的效果,形成更牢固地接合于对电极主面3的对电极端子90。
另外,第2绝缘膜75h隔着电极焊料层85被覆电极端子80(具体而言是第2主面被覆部83)的端部。由此,在电极端子80中,也能够得到与隔着对电极焊料层95被覆上述对电极端子90的外周和外周缘部所产生的效果相同的效果。
[变形例9]
接着,对实施方式1的变形例9进行说明。图10是表示实施方式1的变形例9涉及的电池的大致结构的剖视图。
如图10所示,实施方式1的变形例9涉及的电池109具有将实施方式中的电池100安装于基板60的结构。即、电池109在电池100的结构的基础上还具有基板60。电池109通过使用焊料等将电池100安装于基板60而形成。
基板60是用于安装具备发电元件1的电池100的安装基板。基板60例如是陶瓷基板或树脂基板。基板60在发电元件1的对电极层20侧与发电元件1的对电极主面3相对配置。对电极端子90位于对电极层20与基板60之间。基板60的弯曲强度例如比电池100的弯曲强度高。
基板60具有电极连接部61、对电极连接部62和绝缘体层63。
电极连接部61配置在俯视下与电极端子80重叠的位置,在厚度方向上贯通绝缘体层63。电极连接部61直接或通过焊料等(省略图示)与电极端子80接合,并与电极层10电连接。另外,在电极端子80不具有第2主面被覆部83的情况下,电极连接部61可以包含向基板60的发电元件1侧突出的、用于与电极端子80连接的金属端子等。
对电极连接部62配置在俯视下与对电极端子90重叠的位置,在厚度方向上贯通绝缘体层63。对电极连接部62直接或通过焊料等(省略图示)与对电极端子90接合,并与对电极层20电连接。
这样,通过电极连接部61与电极端子80接合,对电极连接部62与对电极端子90接合,能够从基板60的与发电元件1相反侧取出电流。
作为电极连接部61和对电极连接部62的材料,例如可以举出铜、银、金或铝等导电性高的金属。
绝缘体层63由绝缘体构成,是作为基板60的基体的板状部件。作为绝缘体层63的材料,可以举出氧化铝等陶瓷以及环氧系树脂或酚醛系树脂等树脂材料等。在绝缘体层63由氧化铝等热传导率高的材料构成的情况下,基板60也起到散热器的作用。
电池109例如可以通过利用焊料等将电池100安装于基板60来制造。
这样,在电池109中,通过将电极端子80和对电极端子90接合于基板60,发电元件1被基板60固定,因此抗挠性提高。特别是,通过经由板状的对电极端子90接合发电元件1,能够确保基板60与对电极端子90的接合面积较大,因此即使在因冷热循环等而产生使发电元件1翘曲的应力的情况下,也能够抑制发电元件1从基板60剥离。
另外,电极连接部61和对电极连接部62可以分别不贯通绝缘体层63,例如可以是形成在绝缘体层63上的导电图案。该情况下,能够从基板60的发电元件1侧取出电流。
另外,在电池109中,可以代替实施方式1涉及的电池100,在实施方式1的变形例1~变形例8涉及的电池的结构中还具备基板60。例如,在像电池108那样具备焊料层的情况下,通过将电池108直接回流安装,能够实现具备基板60的电池。
[电池的制造方法]
接着,对本实施方式涉及的电池的制造方法的一个例子进行说明。以下,以上述实施方式1的变形例8中说明的电池108的制造方法为中心进行说明。另外,在以下的制造方法的说明中,对于电极层10是具有正极活性物质层和正极集电体作为电极活性物质层12和电极集电体11的正极层,对电极层20是具有负极活性物质层和负极集电体作为对电极活性物质层22和对电极集电体21的负极层的情况进行说明。
首先,制作在正极活性物质层和负极活性物质层的印刷形成中使用的各糊剂。作为正极活性物质层和负极活性物质层各自的合剂中使用的固体电解质原料,例如准备平均粒径约为10μm、以三斜晶系结晶为主要成分的Li2S-P2S5系硫化物的玻璃粉末。作为该玻璃粉末,例如可以使用具有2~3×10-3S/cm左右的高离子导电性的玻璃粉末。作为正极活性物质,例如可使用平均粒径约为5μm、层状结构的Li·Ni·Co·Al复合氧化物(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)的粉末。制作将含有上述正极活性物质和上述玻璃粉末的合剂分散在有机溶剂等中而形成的正极活性物质层用糊剂。另外,作为负极活性物质,例如可使用平均粒径约为10μm的天然石墨的粉末。同样地制作将含有上述负极活性物质和上述玻璃粉末的合剂分散在有机溶剂等中而形成的负极活性物质层用糊剂。
接着,作为可用作正极集电体和负极集电体的材质,例如准备约30μm厚的铜箔。通过丝网印刷法,将正极活性物质层用糊剂和负极活性物质层用糊剂分别以预定形状和50μm以上且100μm以下的厚度印刷在各个铜箔的一个表面上。正极活性物质层用糊剂和负极活性物质层用糊剂例如在80℃以上且130℃以下干燥,成为30μm以上且60μm以下的厚度。由此,得到分别形成有正极活性物质层和负极活性物质层的集电体(铜箔),即、得到正极层和负极层(即电极层10和对电极层20)。
接着,制作将含有上述玻璃粉末的合剂分散在有机溶剂等中而形成的固体电解质层用糊剂。在正极层和负极层各自的活性物质层的面上,使用金属掩模,例如以约100μm的厚度印刷上述固体电解质层用糊剂。然后,将印刷有固体电解质层用糊剂的正极层和负极层在80℃以上且130℃以下干燥。
接着,印刷在正极层的正极活性物质层上的固体电解质和印刷在负极层的负极活性物质层上的固体电解质以相互接触并对置的方式层叠。
接着,用加压模具对层叠了的层叠体进行加压。具体而言,在层叠体与加压模具板之间、即在集电体上表面插入例如厚度为70μm、弹性模量为5×106Pa左右的弹性体片。根据该结构,经由弹性体片对层叠体施加压力。然后,例如将加压模具在压力300MPa下加热至50℃,并加压90秒。由此得到电池单元50。在电池108中,一个电池单元50被用作发电元件1。
在制造如电池107那样具备包含多个电池单元50的发电元件1g的电池的情况下,以发电元件1g所含的数量来准备这样制作的电池单元50。然后,在电池单元50的正极层和负极层之中一方的集电体上,例如通过丝网印刷将含有平均粒径为0.5μm的银粒子的热固性的导体糊剂作为连接层40涂布约5μm的厚度。然后,经由所涂布的导体糊剂,电池单元50与其他电池单元50以串联连接的方式层叠。即、以将作为涂布有导体糊剂的集电体的对电极的集电体配置在所涂布的导体糊剂上的方式层叠电池单元50和其他电池单元50,并压接电池单元50和其他电池单元50。在想要增加串联连接数时,以想要多层化的电池单元的数量重复上述操作。然后,电池单元50和其他电池单元50在例如以约1kg/cm2的压力施加的状态下保持不动,并且在100℃以上且130℃以下实施40分钟以上且100分钟以下的热固化处理,冷却至室温。由此,得到发电元件1g。
再次返回电池108的制造方法的说明,接着,在如上制作的发电元件1的俯视下的短边侧的两侧面即第1侧面6和第2侧面7,作为第1侧面被覆部71的材料,将热固性的环氧树脂通过丝网印刷以约20μm以上且40μm以下的厚度进行涂布。此时,向发电元件1的长边侧的侧面的一部分绕入的部分也同时涂布热固性的环氧系树脂。然后,使涂布的热固性的环氧系树脂在120℃以上且150℃以下固化1小时以上且3小时以下。接着,在对电极主面3的一部分上,作为第1主面被覆部72的材料,将热固性的环氧系树脂通过丝网印刷以10μm以上且40μm以下的厚度进行涂布。然后,使涂布的热固性的环氧系树脂在120℃以上且150℃以下固化1小时以上且3小时以下。将这些涂布和固化反复进行绝缘层的数量的次数,例如层叠形成20μm以上且120μm以下的第1绝缘膜70。在制造如电池102等那样具备第2绝缘膜75等的电池的情况下,例如采用与第1绝缘膜70同样的方法,在对电极主面3上形成第2绝缘膜75。
接着,在电极主面2和对电极主面3的一部分上,作为端子的材料,例如将含有平均粒径为0.5μm的银粒子的热固性的导体糊剂以约10μm的厚度进行丝网印刷而形成图案。接着,将含有银粒子的热固性的导体糊剂印刷涂布于第1绝缘膜70的表面。然后,将涂布有导体糊剂的发电元件1在绝缘膜形成时的固化温度以下的温度下,例如在100℃以上且130℃以下固化0.5小时以上且3小时以下,从而形成端子。为了使端子成为期望的厚度,根据需要,端子也可以与绝缘膜同样地层叠形成。
接着,通过电镀处理形成焊料层。对于想要形成焊料镀膜的部位以外,例如由聚酰亚胺胶带等难以侵入镀敷液的部件被覆并进行蚀刻剂处理后,进行镀敷处理。例如,作为焊料镀膜的基底,将镀镍基底膜以0.5μm以上且10μm的厚度形成在端子上后,在镀镍基底膜上以0.5μm以上且10μm以下的厚度形成镀锡膜。通过该焊料电镀处理,在将电池108安装于基板60等时,可以进行回流安装。另外,从焊料镀膜的耐热性的观点出发,例如以端子的厚度以下形成比较硬的镍基底膜。该情况下,镀镍基底膜的厚度例如为5μm以下。由此,即使是焊料安装时的急剧的温度变化,也不易因在镀镍基底膜上产生的应力而产生端子的破裂和剥离。由此,焊料镀膜的固定性提高。另外,在端子含有银的情况下,有可能通过由镀镍基底膜的破裂等而产生的缺陷、例如开气孔或连通的空隙等而与焊料成分溶合,使端子消失。这种现象也被称为“焊料腐蚀”。因此,例如用厚度为5μm以下的镍基底膜被覆,能够抑制因镀镍基底膜的破裂等引起的端子的消失。另外,镀镍基底膜如果成膜速度快,则在膜上产生强的应力,有时会产生裂纹,但例如在树脂等柔软的材料上形成膜的情况下,能够抑制该问题。因此,例如通过在端子的材料中使用导电性树脂,能够以高速率形成镍基底膜,从而能够提高生产率。
这样,得到电池108。另外,在电池107的制造中,连接层40和端子可以使用相同的导体糊剂,也可以使用固化温度或导电性粒子等不同的其他导体糊剂。例如,在想要形成薄层的涂布膜的情况下,可以将银粒子等导电性粒子作为更微细的粒子使用,或者将鳞片状的粒子作为导电性粒子使用。另外,在连接层40或端子中,为了通过固化时的热使连接层40或端子与集电体形成合金,可以使用含有低熔点金属的材料。
另外,电池的制造方法以及所说明的各工序的顺序不限于上述的例子。例如,绝缘膜的一部分可以在电镀处理之后形成。具体而言,如电池102等那样,在制造具备第2绝缘膜75等的电池的情况下,第2绝缘膜75也可以在电镀处理之后形成。
另外,在上述的制造方法中,示出了通过印刷来涂布正极活性物质层用糊剂、负极活性物质层用糊剂、固体电解质层用糊剂和导体糊剂的例子,但不限于此。作为印刷方法,例如可以采用刮刀法、压延法、旋涂法、浸涂法、喷墨法、胶印法、模涂法、喷涂法等。
另外,第1侧面被覆部71和第1主面被覆部72可以通过一并涂布热固性的环氧系树脂等而形成。另外,可以将由焊料镀膜被覆的端子与发电元件1接合。另外,在制造如电池102等那样具备第2绝缘膜75等的电池的情况下,第1绝缘膜70和第2绝缘膜75可以通过一并涂布热固性的环氧系树脂等而形成。
另外,第1绝缘膜70可以通过将发电元件1的侧面浸渍于液状的热固性树脂中,由液状的热固性树脂覆盖发电元件1的侧面,并使其热固化而形成。
在上述的制造方法中,作为导体糊剂,例示了含有银的金属粒子的热固化性的导体糊剂,但并不限于此。作为导体糊剂,可以使用含有高熔点(例如400℃以上)的高导电性金属粒子、低熔点(优选为导体糊剂的固化温度以下,例如300℃以下)的金属粒子和树脂的热固性的导体糊剂。作为高熔点的高导电性金属粒子的材料,例如可以举出银、铜、镍、锌、铝、钯、金、铂或将这些金属组合而成的合金。作为熔点为300℃以下的低熔点的金属粒子的材料,例如可举出锡、锡-锌合金、锡-银合金、锡-铜合金、锡-铝合金、锡-铅合金、铟、铟-银合金、铟-锌合金、铟-锡合金、铋、铋-银合金、铋-镍合金、铋-锡合金、铋-锌合金或铋-铅合金等。通过使用含有这样的低熔点的金属粒子的导体糊剂,即使是比高熔点的高导电性金属粒子的熔点低的固化温度,在导体糊剂中的金属粒子与构成集电体的金属的接触部位也进行固相和液相反应。由此,在导体糊剂与集电体的表面的界面上,在上述接触部位周边形成通过固相和液相反应而合金化的扩散区域。作为形成的合金的例子,在导电性金属粒子使用银或银合金、集电体使用铜的情况下,可以举出高导电性合金的银-铜系合金。另外,通过导电性金属粒子和集电体的组合,也可以形成银-镍合金或银-钯合金等。根据该构成,导体糊剂和集电体被更牢固地接合,例如,能够得到抑制因冷热循环或冲击而导致导体糊剂与集电体的接合部剥离的作用效果。
另外,高熔点的高导电性金属粒子和低熔点的金属粒子的形状可以是球状、鳞片状、针状等任意形状。另外,对于高熔点的高导电性金属粒子和低熔点的金属粒子的粒子尺寸没有特别限定。例如,由于粒子尺寸越小越在低温度下进行合金反应或扩散,因此考虑热历史(热过程)对工艺设计和电池特性的影响,适当选择粒子尺寸和形状。
另外,热固性的导体糊剂中使用的树脂,只要是作为粘结用粘合剂发挥作用的树脂即可,进而根据印刷性和涂布性等所采用的制造工艺来选择适当的树脂。热固性的导体糊剂中使用的树脂例如包含热固性树脂。作为热固性树脂,例如可举出作为上述端子的材料而例示的热固性树脂。热固性树脂可以仅使用这些材料中的一种,也可以组合使用这些材料中的两种以上。
另外,在实施方式1或实施方式1的各变形例的电池之中,对于上述未详细说明的电池,可以根据各个电池的形状和构成要素的数量,通过应用与上述相同的方法来形成。
(实施方式2)
接着,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和实施方式1的各变形例的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图11是表示实施方式2涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图11的(a)是本实施方式涉及的电池110的剖视图,图11的(b)是从z轴方向下侧观察电池110的俯视图。图11的(a)中示出图11的(b)的XIa-XIa线所示位置的截面。
如图11所示,实施方式2涉及的电池110与实施方式1的变形例2中的电池102相比,不同点在于不具备对电极端子90。即、电池110具备发电元件1、第1绝缘膜70、电极端子80和第2绝缘膜75。
在电池110中,形成于第2绝缘膜75的开口77使对电极主面3(具体而言是对电极集电体21)向外界露出。由此,能够将对电极主面3中的因开口77而露出的部位与基板等接合。因此,与实施方式1同样地,能够利用电极端子80和对电极主面3中由开口77露出的部位,从由第1绝缘膜70约束了各层的发电元件1中取出电流。另外,通过将电池110的电极端子80和对电极主面3中由开口77露出的部位与基板接合,可得到特别是抗挠性优异的电池110。另外,由于电池110不具备对电极端子,因此不会发生对电极端子剥离等不良情况。另外,电池110可以基于上述实施方式1和各变形例涉及的电池的制造方法来制造,仅通过在第2绝缘膜75形成开口77,就能够在电池110上设置能够与基板接合的部位,因此能够生产率良好地制造电池110。
在图11所示的例子中,开口77的俯视形状为圆形,但并不特别限制,也可以是矩形、椭圆形或多边形等圆形以外的形状。另外,开口77也可以是以将第2绝缘膜75分割为2个以上的方式形成的狭缝。
俯视下的开口77的大小和位置例如可以应用实施方式1中的对电极端子90中说明的大小和位置。
电池110可以与实施方式1的变形例10同样地安装于基板60。图12是表示本实施方式涉及的另一电池的大致结构的剖视图。如图12所示,电池111在电池110的结构的基础上还具备连接部45和基板60。
在电池111中,第2绝缘膜75位于对电极层20与基板60之间。
连接部45将对电极层20与对电极连接部62电连接。连接部45例如由焊料或导电性树脂等导电部件构成。连接部45与对电极主面3和对电极连接部62相接。连接部45将对电极主面3中的通过开口77而露出的部位与对电极连接部62接合。即、对电极连接部62经由连接部45与对电极主面3中的通过开口77而露出的部位接合,与对电极层20电连接。
这样,在电池111中,通过具备经由电极端子80和对电极主面3中由开口77露出的部位而与发电元件1接合的基板60,能够得到与实施方式1的变形例9涉及的电池109同样的效果。
(实施方式3)
以下,对实施方式3进行说明。另外,在以下的实施方式3的说明中,以与实施方式1、实施方式1的各变形例以及实施方式2的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图13是表示实施方式3涉及的层叠电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图13的(a)是本实施方式涉及的叠层电池112的剖视图,图13的(b)是从z轴方向下侧观察层叠电池112的俯视图。图13的(a)中示出图13的(b)的XIIIa-XIIIa线所示位置的截面。
如图13所示,实施方式3涉及的层叠电池112具备电池100、电池100m和连接层41。电池100是第1电池的一个例子,电池100m是第2电池的一个例子。电池100m除了不具备对电极端子90这一点以外,是与电池100相同的结构。关于层叠电池112,通过将电池100和电池100m层叠,构成多个发电元件1层叠而成的层叠电池。
在图13所示的例子中,发电元件1被层叠的数量为2个,但也可以是2个以上。多个发电元件1以多个发电元件1之中相邻的发电元件1的电极主面2彼此之间不夹持发电元件1而经由连接层41相邻的方式层叠。换言之,相邻的发电元件1以各个发电元件1的电极主面2与对电极主面3的上下关系相反的方式层叠。由此,层叠电池112的发电元件1能够构成并联连接。这样,在层叠电池112中,多个电池单元50并联电连接而层叠。另外,通过由具备相同的发电元件1的电池100和电池100m构成并联连接的层叠电池112,生产管理性能和生产率提高。
连接层41例如由具有电子传导性的导电材料构成。由此,同极的集电体被电连接,所以容易从发电元件1取出电流。对于构成连接层41的导电材料没有特别限定,作为导电材料,可以使用在上述的端子的说明中例示的导电材料。另外,连接层41可以是电绝缘体。连接层41例如可以由在上述的绝缘膜的说明中例示的树脂等构成。另外,层叠电池112也可以不具备连接层41。
在层叠电池112中,1个以上电池100m层叠在电池100的电极主面2上。因此,在层叠电池112中,具备对电极端子90的电池100配置在最下层。由此,能够容易地将层叠电池112安装于基板。
电池100m在图13所示的例子中,除了不具备对电极端子90这一点以外,是与电池100相同的结构,但不限于此。例如,层叠电池112也可以具备电池100来代替电池100m。另外,层叠电池112只要是在最下层配置电池100的结构,对层叠的其他电池就没有特别限定,只要是具备发电元件的电池,也可以是电池100m以外的电池。另外,电池100的电极端子80和电池100m的电极端子80可以分别形成,也可以一体形成。
层叠电池112例如可以通过将基于上述实施方式1和各变形例涉及的电池的制造方法制造的电池100和电池100m经由连接层41接合来制造。
这样,层叠电池112具备与实施方式1涉及的电池100以及与电池100同样地具备第1绝缘膜70的电池100m,所以可得到与实施方式1同样的效果。另外,通过将多个发电元件1并联连接,能够实现大容量的层叠电池112。
另外,层叠电池112也可以具备实施方式1的各变形例或实施方式2涉及的电池来代替实施方式1涉及的电池100。
(其他实施方式)
以上,基于实施方式和变形例对本公开涉及的电池和层叠电池进行了说明,但本公开并不限定于这些实施方式和变形例。只要不脱离本公开的主旨,对实施方式实施了本领域技术人员可想到的各种变形而形成的实施方式、或将实施方式中的一部分构成要素组合构筑出的其他方式,也包含在本公开的范围内。
例如,在上述实施方式1的变形例7中,多个电池单元串联电连接并层叠,在上述实施方式3中,多个电池单元并联电连接,但不限于此。也可以将多个电池单元串联电连接而成的电池或叠层电池与多个电池单元并联电连接而成的电池或叠层电池组合来实现层叠电池。
另外,例如在上述实施方式和变形例中,对电极端子在俯视下整体与对电极主面重叠,但不限于此。对电极端子的一部分也可以具有在俯视下从对电极端子伸出的部分。
另外,上述实施方式可以在权利要求的范围或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
本公开涉及的电池和层叠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
1、1g发电元件
2、2g电极主面
3、3g对电极主面
6、6g第1侧面
7、7g第2侧面
10 电极层
11 电极集电体
12 电极活性物质层
20 对电极层
21 对电极集电体
22 对电极活性物质层
30 固体电解质层
40、41 连接层
45 连接部
50 电池单元
60 基板
61 电极连接部
62 对电极连接部
63 绝缘体层
70、70c、70g第1绝缘膜
71、71g第1侧面被覆部
72、72c、72g第1主面被覆部
75、75f、75h第2绝缘膜
77开口
80、80d、80g电极端子
81、81g第2侧面被覆部
82、82d、82g电极接触部
83、83g第2主面被覆部
84 端部
85 电极焊料层
90、90a、90e对电极端子
91 外周缘部
95 对电极焊料层
100、100m、101、102、103、104、105、106、107、108、108A、109、110、111 电池
112 层叠电池。

Claims (21)

1.一种电池,具备发电元件、第1绝缘膜、电极端子和对电极端子,
所述发电元件具有至少一个电池单元,所述电池单元包含电极层、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,
所述电极端子与所述电极层电连接,
所述对电极端子与所述对电极层电连接,
所述发电元件具有电极主面、对电极主面和侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对且由所述对电极层的表面构成的主面,所述侧面将所述电极主面与所述对电极主面连接,
所述第1绝缘膜具有覆盖所述侧面的第1侧面被覆部、以及与所述第1侧面被覆部连接并覆盖所述对电极主面的第1主面被覆部,
所述电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的第2侧面被覆部、以及与所述第2侧面被覆部连接并与所述电极主面接合的电极接触部,
所述对电极端子与所述对电极主面接合,
所述电极端子还具有与所述第2侧面被覆部连接并覆盖所述第1主面被覆部的第2主面被覆部。
2.根据权利要求1所述的电池,
所述对电极端子为板状,在俯视下整体与所述对电极主面重叠。
3.根据权利要求1或2所述的电池,
具备多个所述对电极端子。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的电池,
所述电极端子和所述对电极端子中的至少一者包含导电性树脂。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的电池,
还具备电极焊料层和对电极焊料层,
所述电极焊料层覆盖所述电极端子,包含焊料作为主成分,
所述对电极焊料层覆盖所述对电极端子,包含焊料作为主成分。
6.根据权利要求5所述的电池,
所述电极焊料层和所述对电极焊料层分别由焊料镀膜构成。
7.根据权利要求6所述的电池,
所述焊料镀膜包含镀镍基底膜和形成在所述镀镍基底膜上的镀锡膜。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的电池,
还具备与所述对电极主面相对配置的基板,
所述对电极端子位于所述基板与所述对电极层之间,
所述基板具有电极连接部和对电极连接部,
所述电极连接部与所述电极端子接合,并与所述电极层电连接,
所述对电极连接部与所述对电极端子接合,并与所述对电极层电连接。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的电池,
还具备覆盖所述对电极主面的一部分的第2绝缘膜,
所述第2绝缘膜被覆俯视下的所述对电极端子的外周。
10.根据权利要求9所述的电池,
俯视下的所述对电极端子的外周缘部被所述对电极主面和所述第2绝缘膜夹持。
11.一种电池,具备发电元件、第1绝缘膜、第2绝缘膜和电极端子,
所述发电元件具有至少一个电池单元,所述电池单元包含电极层、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,
所述电极端子与所述电极层电连接,
所述发电元件具有电极主面、对电极主面和侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对且由所述对电极层的表面构成的主面,所述侧面将所述电极主面与所述对电极主面连接,
所述第1绝缘膜具有覆盖所述侧面的第1侧面被覆部、以及与所述第1侧面被覆部连接并覆盖所述对电极主面的第1主面被覆部,
所述第2绝缘膜覆盖所述对电极主面,
在所述第2绝缘膜形成有使所述对电极主面的一部分露出的开口,
所述电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的第2侧面被覆部、以及与所述第2侧面被覆部连接并与所述电极主面接合的电极接触部,
所述电极端子还具有与所述第2侧面被覆部连接并覆盖所述第1主面被覆部的第2主面被覆部。
12.根据权利要求11所述的电池,
还具备与所述对电极主面相对配置的基板,
所述第2绝缘膜位于所述基板与所述对电极层之间,
所述基板具有电极连接部和对电极连接部,
所述电极连接部与所述电极端子接合,并与所述电极层电连接,
所述对电极连接部与所述对电极主面中通过所述开口而露出的部位接合,并与所述对电极层电连接。
13.根据权利要求9~12中任一项所述的电池,
所述第1绝缘膜与所述第2绝缘膜连接。
14.根据权利要求9~13中任一项所述的电池,
所述第2绝缘膜包含树脂。
15.根据权利要求1~14中任一项所述的电池,
在俯视下,所述电极接触部与所述侧面相距的长度大于所述第2主面被覆部与所述侧面相距的长度。
16.根据权利要求1~15中任一项所述的电池,
所述第1绝缘膜覆盖所述电极端子的端部。
17.根据权利要求1~16中任一项所述的电池,
所述侧面包括第1侧面以及与所述第1侧面相对的第2侧面,
所述第1绝缘膜覆盖所述第1侧面和所述第2侧面。
18.根据权利要求1~17中任一项所述的电池,
所述第1绝缘膜包含树脂。
19.根据权利要求1~18中任一项所述的电池,
所述至少一个电池单元为多个电池单元,
所述多个电池单元串联电连接并层叠。
20.根据权利要求1~19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。
21.一种层叠电池,具备一个第1电池、以及与所述第1电池层叠的一个以上第2电池,
所述第1电池是权利要求1~20中任一项所述的电池,
所述一个以上第2电池层叠在所述第1电池的所述电极主面上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100484103B1 (ko) * 2002-09-03 2005-04-19 삼성에스디아이 주식회사 버튼형 및 코인형 전지
JP4466088B2 (ja) 2004-01-28 2010-05-26 日産自動車株式会社 組電池
JP4838984B2 (ja) * 2004-03-05 2011-12-14 パナソニック株式会社 チップ型電池
JP2007103129A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Geomatec Co Ltd 薄膜固体二次電池および薄膜固体二次電池の製造方法
JP2007335294A (ja) 2006-06-16 2007-12-27 Nissan Motor Co Ltd 積層型電池
JP2012204160A (ja) * 2011-03-25 2012-10-22 Kyocera Corp 二次電池
EP3174154B1 (en) * 2014-07-22 2019-05-01 Rekrix Co., Ltd. Silicone secondary battery unit and battery module for electrical vehicle using same

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