CN117501512A - 电池和电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池,具备发电元件和绝缘层,所述发电元件具有电极层、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,所述绝缘层具有第1绝缘膜和第2绝缘膜,在对所述发电元件的主面俯视时所述第1绝缘膜从所述发电元件的端部向内侧延伸,所述第2绝缘膜覆盖所述发电元件的侧面并与所述第1绝缘膜的端部相连,所述第2绝缘膜比所述第1绝缘膜薄。

Description

电池和电池的制造方法
技术领域
本公开涉及电池和电池的制造方法。
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。
现有技术文献
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
现有技术中,要求提高电池的可靠性。因此,本公开的目的在于提供一种可靠性高的电池。
本公开一方式的电池,具备发电元件和绝缘层,所述发电元件具有电极层、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,所述绝缘层具有第1绝缘膜和第2绝缘膜,在对所述发电元件的主面俯视时第1绝缘膜从所述发电元件的端部向内侧延伸,所述第2绝缘膜覆盖所述发电元件的侧面,并与所述第1绝缘膜的端部相连,所述第2绝缘膜比所述第1绝缘膜薄。
本公开一方式的电池的制造方法,包含层叠体形成工序和切断工序,所述层叠体形成工序中,形成具备发电元件和绝缘体的层叠体,所述发电元件是电极层、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层叠而成的,在对所述发电元件的主面俯视时所述绝缘体配置在与所述发电元件重叠的位置,所述切断工序中,使用切刀,以所述切刀穿过所述绝缘体的方式,在与所述发电元件的主面交叉的方向上切断所述层叠体,在所述发电元件上形成切断面,所述切断工序中,利用所述切刀一边将所述绝缘体涂布到所述切断面上一边进行切断。
根据本公开,可以提供可靠性高的电池。
附图说明
图1是表示实施方式1的电池的例子的俯视图。
图2是在图1的II-II线所示的位置的截面图。
图3是表示比较例的电池的例子的截面图。
图4是表示实施方式1的电池的制造方法例1中的层叠体的例子的截面图。
图5是用于说明实施方式1的电池的制造方法例1中的切断工序的截面图。
图6是表示实施方式1的电池的制造方法例2中的形成有绝缘体的集电体的例子的俯视图及截面图。
图7是表示实施方式1的电池的制造方法例2中的层叠体的例子的截面图。
图8是用于说明实施方式1的电池的制造方法例2中的切断工序的截面图。
图9是用于说明实施方式1的电池的制造方法例3中的层叠体形成工序的截面图。
图10是表示实施方式1的电池的制造方法例3中的层叠体的例子的截面图。
图11是表示实施方式1的电池的制造方法例4中的层叠体的例子的截面图。
图12是表示实施方式1的变形例1的电池的例子的截面图。
图13是表示实施方式1的变形例2的电池的例子的截面图。
图14是表示实施方式1的变形例3的电池的例子的截面图。
图15是表示实施方式1的变形例4的电池的例子的截面图。
图16是表示实施方式1的变形例5的电池的例子的截面图。
图17是表示实施方式2的电池的例子的截面图。
图18是表示实施方式2的变形例的电池的例子的截面图。
图19是表示实施方式2的变形例的电池的制造方法中的层叠体的例子的截面图。
图20是用于说明实施方式2的变形例的电池的制造方法中的切断工序的截面图。
具体实施方式
(成为本公开基础的见解)
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,一般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,抑制未被引入到负极活性物质层中的来自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,目的还在于抑制向负极活性物质层端部的电场集中,抑制端部的枝晶生长(金属析出),从而提高电池的可靠性也是目的。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,正极活性物质层不与容易剥离的集电体的端部接触,因此即使在集电体的端部剥离的情况下也能够抑制正极活性物质层的露出,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。或者,为了确保可靠性,也需要考虑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,而使检查等工序数以及设备费用增加。
另外,如果为了提高能量密度而将正极活性物质层和负极活性物质层形成直至电池端部,则容易在电池端部发生短路。
因此,本公开中,提供一种可靠性高的电池。特别是本公开提供一种提高了能量密度且可靠性高的电池。
本公开一方式的概述如下。
本公开一方式的电池,具备发电元件和绝缘层,所述发电元件具有电极层、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,所述绝缘层具有第1绝缘膜和第2绝缘膜,在对所述发电元件的主面俯视时第1绝缘膜从所述发电元件的端部向内侧延伸,所述第2绝缘膜覆盖所述发电元件的侧面,并与所述第1绝缘膜的端部相连,所述第2绝缘膜比所述第1绝缘膜薄。
由此,能够利用向发电元件内侧延伸的第1绝缘膜和覆盖发电元件侧面的第2绝缘膜,从不同方向保护发电元件。另外,由于第2绝缘膜比第1绝缘膜薄,外力不易施加到第2绝缘膜上,第2绝缘膜变得不易从发电元件的侧面剥离。另外,由于第2绝缘膜薄,即使在施加剥离第2绝缘膜的力的情况下,剥离也不易传播到第1绝缘膜。因而,可抑制绝缘层整体剥离。因而,根据本方式,能够通过绝缘层有效地保护发电元件,提高电池的可靠性。
另外,例如,所述电极层也可以具有电极集电体和位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层,所述第1绝缘膜也可以位于所述电极集电体与所述电极活性物质层之间。
由此,即使电极集电体的端部剥离,也能够通过第1绝缘膜抑制电极集电体或电极活性物质层的露出,不易产生因电极集电体或电极活性物质层与其他部件的接触而引起的破损或短路等。因而,能够提高电池的可靠性。
另外,例如,所述第2绝缘膜也可以在所述发电元件的侧面覆盖所述电极活性物质层和所述固体电解质层。
由此,绝缘层从电极活性物质层的主面经过电极活性物质层的侧面连续地覆盖到固体电解质层的至少一部分,即使在电极集电体的端部剥离了的情况下,电极活性物质层的角部也不会露出。因此,电极活性物质层不易破损,电池的可靠性提高。
另外,例如,所述电极层也可以具有电极集电体和位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层,所述第1绝缘膜也可以位于所述电极活性物质层与所述固体电解质层之间。
由此,第1绝缘膜进入构成电极活性物质层和固体电解质层的材料的间隙,电极活性物质层和固体电解质层变得不易剥离。
另外,例如,所述电极层也可以是正极层,所述对电极层也可以是负极层。
由此,来自电极集电体的电子或来自固体电解质层的离子不会到达俯视时与第1绝缘膜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不易作为电极发挥作用。因此,实质上可得到削减正极活性物质层面积的效果。其结果,与对电极层、即负极层的面积相比,正极活性物质层的面积实质上容易变小。因而,负极层的容量容易变得比正极层的容量大,因此能够抑制未被引入负极层中的来自金属离子的金属的析出,能够进一步提高电池的可靠性。
另外,例如,对所述发电元件的主面俯视时所述第1绝缘膜也可以位于从所述电极活性物质层的外周起算的长度为1mm以下的区域。
由此,能够使由于第1绝缘膜的存在而使电极活性物质层难以作为电极发挥作用的区域处于距电极活性物质层的外周为一定距离以下的范围,因此能够提高电池的体积能量密度。
另外,例如,所述第2绝缘膜也可以包含第1部分和第2部分,所述第1部分从所述第1绝缘膜的端部沿着所述发电元件的侧面在第1方向上延伸,所述第2部分从所述第1绝缘膜的端部沿着所述发电元件的侧面在与所述第1方向相反的第2方向上延伸。
由此,在发电元件的侧面,位于第1绝缘膜的层叠方向两侧的区域被第2绝缘膜覆盖。因此,能够更加提高电池的可靠性。
另外,例如,所述电极层也可以具有:电极集电体、以及位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层,所述第1绝缘膜夹着所述电极集电体与所述电极活性物质层相对。
由此,绝缘层从电极集电体上到发电元件侧连续地被覆,所以电极集电体变得不易剥离。
另外,例如,在所述发电元件的侧面所述第2绝缘膜也可以覆盖所述电极集电体、所述电极活性物质层和所述固体电解质层。
由此,在发电元件的侧面第2绝缘膜覆盖具有沿着层叠方向的电极集电体和电极活性物质层的电极层整体,因此能够抑制电极层中的短路。
另外,例如,所述绝缘层也可以含有树脂。
由此,通过绝缘层所含的树脂侵入发电元件的构成材料中的锚定效应,能够提高绝缘层和发电元件的接合性,抑制绝缘层的剥离。
另外,例如,也可以是:所述第2绝缘膜覆盖所述发电元件的侧面中的部分区域,所述发电元件的侧面中的未被所述第2绝缘膜覆盖的区域与所述第2绝缘膜的靠所述发电元件侧的相反侧的表面在同一面上。
由此,电池的侧面成为平坦平面,不形成没有作为电池发挥作用的空间,因此实质上的电池的体积能量密度提高。
另外,例如,所述第2绝缘膜的厚度也可以随着远离所述第1绝缘膜而变小。
由此,容易成为剥离起点的位置、即远离第1绝缘膜的第2绝缘膜的端部变薄,因此第2绝缘膜更不易从侧面剥离。
另外,例如,所述固体电解质层也可以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,能够提高电池的可靠性。
此外,本公开一方式的电池的制造方法,包含层叠体形成工序和切断工序,所述层叠体形成工序中,形成具备发电元件和绝缘体的层叠体,所述发电元件是电极层、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层叠而成的,在对所述发电元件的主面俯视时所述绝缘体配置在与所述发电元件重叠的位置,所述切断工序中,使用切刀,以所述切刀穿过所述绝缘体的方式,在与所述发电元件的主面交叉的方向上切断所述层叠体,在所述发电元件上形成切断面,所述切断工序中,利用所述切刀一边将所述绝缘体涂布到所述切断面上一边进行切断。
由此,通过切刀穿过绝缘体形成切断面,由此能够制造在发电元件的端部配置有绝缘体的电池。另外,由于利用切刀一边将绝缘体涂布到发电元件的切断面上一边切断层叠体,所以在切断层叠体的同时,其变为发电元件的侧面,能够利用绝缘体保护发电元件的各层露出的切断面。因而,能够以简便的方法制造可靠性高的电池。另外,将切刀穿过绝缘体时附着了的绝缘体涂布到切断面上,因此涂布的绝缘体容易变为少量,能够将薄膜绝缘体涂布到切断面上。因此,外力不易施加在涂布于切断面的绝缘体上,涂布了的绝缘体不易从侧面剥离。因而,可进一步提高所制造的电池的可靠性。
另外,例如,所述切断工序中,也可以在对所述层叠体沿层叠方向施加压力的状态下切断所述层叠体。
由此,绝缘体被挤出到切断面侧,绝缘体容易附着在切刀上,因此能够稳定地在切断面上涂布绝缘体。另外,通过调整压力,能够调整向切断面侧挤出的绝缘体的量,因此容易将涂布到切断面上的绝缘体形成为所希望的形状。
另外,例如,也可以是:所述绝缘体由热塑性材料构成,所述切断工序中,将所述层叠体和所述切刀中的至少一者加热到所述绝缘体的软化点以上的温度后,切断所述层叠体。
由此,通过对绝缘体加热而使其成为可流动的状态,能够将其涂布到切断面上。另外,通过调整加热的温度,能够调整绝缘体的粘度,容易将涂布到切断面上的绝缘体形成为所希望的形状。
另外,例如,所述切断工序中,所述温度也可以为300℃以下。
由此,发电元件的各层的材料不易发生分解或变质等,能够抑制制造工序中的发电元件劣化。
另外,例如,也可以在所述切断工序中,对所述层叠体和所述切刀这两者进行加热,所述层叠体和所述切刀的加热中,将所述层叠体加热到第1温度,并将所述切刀加热到比所述第1温度高的第2温度。
由此,涂布绝缘体的切刀被加热到高温,因此能够有效地使绝缘体在切断面附近流动,将绝缘体涂布到切断面上。
另外,例如,也可以是:所述绝缘体由热固化性材料或光固化性材料构成,所述切断工序中,在切断所述层叠体之后使所述绝缘体固化。
由此,在切断层叠体时不进行加热等就能够容易地在切断面上涂布绝缘体,因此能够抑制发电元件的各层材料的热引起的劣化,并且能够简化切断设备。另外,通过调整固化前的固化性材料的粘度,容易将涂布到切断面上的绝缘体形成为所希望的形状。
另外,例如,所述层叠体形成工序中,也可以通过在所述发电元件的侧面插入所述绝缘体而形成所述层叠体。
由此,在发电元件的各层层叠后,仅靠将绝缘体插入发电元件的侧面就能够形成层叠体。
以下,参照附图对实施方式具体说明。
再者,以下说明的实施方式都表示概括性或具体的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式等是一例,没有限定本公开的意思。另外,对于以下的实施方式中的构成要素之中没有记载在独立权利要求中的构成要素,作为任选的构成要素加以说明。
另外,在本说明书中,平行、同一面等表示要素间的关系的用语、以及平坦、矩形等表示要素的形状的用语、以及数值范围不是仅严格意义上的表达,而是表示也包括实质上同等的范围、例如百分之几程度的差异的表达。
另外,各图是示意图,并未严密地图示。在各图中,对实质上相同的结构附带相同标记,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的三轴。各实施方式中,将z轴方向作为电池的层叠方向。另外,在本说明书中,"层叠方向"与集电体和活性物质层的主面法线方向一致。另外,在本说明书中,"俯视"在单独使用的情况等没有特别说明的情况下,是指沿着z轴观察电池的情况。
另外,在本说明书中,电池结构中的"上方"和"下方"这样的用语不是指绝对的空间认识上的上方向(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。另外,用语"上方"和"下方"不仅适用于2个构成要素彼此空出间隔从而在2个构成要素之间存在别的构成要素的情况,而且也适用于2个构成要素彼此紧密接合地配置从而2个构成要素接触的情况。以下说明中,将z轴的负侧设为"下方"或"下侧",将z轴的正侧设为"上方"或"上侧"。
(实施方式1)
以下,对实施方式1的电池进行说明。实施方式1的电池是分别包含各1个电极活性物质层和对电极活性物质层的单电池。因此,实施方式1的电池具备1个发电元件。
[结构]
首先,参照附图对实施方式1的电池结构进行说明。图1是表示本实施方式的电池的例子的俯视图。图2是在图1的II-II线所示的位置的截面图。
如图1和图2所示,本实施方式的电池100具备发电元件50和绝缘层60,发电元件50具有电极层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,在对发电元件50的主面55进行俯视时绝缘层60位于发电元件50的外周部。电池100例如是全固体电池。
发电元件50具有电极层10、固体电解质层30和对电极层20依次层叠而成的结构。
电极层10具有集电体11和位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12。集电体11是电极集电体的一例。
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。
发电元件50具有彼此相对的2个主面55和主面56、以及连接主面55与主面56的侧面51。
发电元件50的侧面51例如是切断面。具体而言,发电元件50的侧面51是通过用刀具等切刀切断而形成的面。另外,侧面51是在后述的切断工序中在切断时涂布绝缘体的面。发电元件50的侧面51例如是具有微细槽等切断痕迹的面。这样,通过形成发电元件50被切断而得到的切断面,能够调整形成绝缘层60的位置,因此,能够减小无助于发电元件50的充放电性能的部分(绝缘层60的形成有第1绝缘膜61的部分,详情后述)的面积,能够提高体积能量密度。再者,切断痕迹也可以通过研磨等而平滑化。切断面的形状没有限制,在发电元件50的情况下为矩形。
另外,在发电元件50中,尽管存在俯视时被后述薄的第2绝缘膜62覆盖的部分稍微后退的层,但集电体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和集电体21实质上是相同的形状及位置。另外,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、多边形等。如上所述,侧面51是通过切断涂布绝缘体而形成的切断面,因此该俯视形状可以根据用途对应于任意的设计,例如可形成为心形、星形或文字形状等复杂的形状。
绝缘层60具有第1绝缘膜61和第2绝缘膜62。第1绝缘膜61和第2绝缘膜62例如通过加工1个绝缘体而形成,一体地构成了绝缘层60。因此,第1绝缘膜61和第2绝缘膜62也可以说是对绝缘层60的各个部位赋予的称呼。
绝缘层60例如包含树脂、油脂、蜡、弹性体或多糖类等在一定条件下可流动的具有延展性的材料。树脂例如可以是热塑性树脂,也可以是热固化性树脂或光固性树脂等固化性树脂。另外,绝缘层60也可以含有金属氧化物、矿物或陶瓷等。作为金属氧化物,例如可举出氧化硅、氧化钛或氧化铝等。绝缘层60也可以由含有树脂和根据需要加入的金属氧化物的树脂材料构成。
绝缘层60通过含有树脂,利用树脂侵入到集电体11、电极活性物质层12和固体电解质层30中的锚定效应等,能够提高绝缘层60与发电元件50的接合性。另外,由于能够使树脂流动而进行加工,因此能够容易地形成绝缘层60。另外,通过绝缘层60含有金属氧化物,绝缘层60变硬,因此能够提高绝缘层60对发电元件50的保护力。
在对主面55俯视时,第1绝缘膜61位于从发电元件50的端部向内侧延伸的位置。第1绝缘膜61例如沿着与主面55平行的方向,从发电元件50的端部向内侧延伸。第1绝缘膜61的厚度方向与主面55的法线方向一致。第1绝缘膜61在俯视时与发电元件50重叠。
另外,第1绝缘膜61位于集电体11与电极活性物质层12之间。第1绝缘膜61的下表面及俯视时的内侧的侧面与电极活性物质层12接触。俯视时,第1绝缘膜61在电极层10的端部与电极活性物质层12接触。第1绝缘膜61的上表面与集电体11接触。另外,俯视时,第1绝缘膜61与对电极活性物质层22重叠。
图示例中,俯视时第1绝缘膜61位于发电元件50的外周部,呈框状。也就是说,第1绝缘膜61在与电极层10的层叠方向垂直的方向上的所有端部,位于集电体11与电极活性物质层12之间。
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,第1绝缘膜61例如位于俯视时从电极活性物质层12的外周起算的长度为1mm以下的区域。另外,从体积能量密度的观点出发,第1绝缘膜61以框状或线状等形成时第1绝缘膜61的宽度例如为1mm以下,优选为0.5mm以下,也可以为0.1mm以下。另外,第1绝缘膜61的宽度可以为0.05mm以上,也可以为0.1mm以上。第1绝缘膜61的宽度例如根据所要求的电池特性而变更。
第2绝缘膜62覆盖发电元件50的侧面51,且与第1绝缘膜61的端部连接。第2绝缘膜62与俯视时的发电元件50的外周侧的第1绝缘膜61的端部连接。第2绝缘膜62从第1绝缘膜61的端部沿着侧面51向对电极层20侧延伸。由此,侧面51被第2绝缘膜62保护。第2绝缘膜62的厚度方向是相对于侧面51垂直的方向。另外,第2绝缘膜62例如以从侧向包围发电元件50的方式配置。再者,第2绝缘膜62也可以不包围发电元件50的整个侧向。例如,在发电元件50的俯视形状为复杂形状的情况下,第2绝缘膜62也可以仅覆盖发电元件50的侧面之中的凹部或角部等容易发生短路和破损等的部位。
第2绝缘膜62覆盖侧面51之中的部分区域。具体而言,第2绝缘膜62在侧面51覆盖着电极活性物质层12和固体电解质层30。第2绝缘膜62在侧面51连续地覆盖着从电极活性物质层12到固体电解质层30的一部分。由此,通过由第2绝缘膜62覆盖电极活性物质层12的侧面,能够抑制电极活性物质层12的材料的崩落和电极活性物质层12中的短路。进而,由于从电极活性物质层12的上侧的主面到侧面被第1绝缘膜61和第2绝缘膜62覆盖,所以即使在集电体11的端部剥离的情况下,电极活性物质层12的角部也不会露出。因此,电极活性物质层12不易破损,电池100的可靠性提高。
另外,第2绝缘膜62在侧面51没有覆盖对电极层20的至少一部分。在本实施方式中,第2绝缘膜62在侧面51没有覆盖对电极层20。再者,覆盖第2绝缘膜62的侧面51的区域没有特别限制。第2绝缘膜62也可以在侧面51覆盖整个固体电解质层30。另外,第2绝缘膜62可以在侧面51上进一步覆盖对电极活性物质层22,也可以进一步覆盖对电极活性物质层22和集电体21。
详情后述,第2绝缘膜62例如通过在以穿过绝缘层60的材料所处的区域的方式一并地切断发电元件50的各层时,将绝缘层60的材料涂布到侧面51而形成。因此,侧面51之中未被第2绝缘膜62覆盖的区域和第2绝缘膜62的靠发电元件50侧的相反侧的表面65是同一面。也就是说,侧面51之中未被第2绝缘膜62覆盖的区域与表面65处于没有台阶差的状态,位于同一平坦的平面。由此,电池100的侧面变为平坦平面,不会形成不作为电池发挥作用的空间,因此实质上电池100的体积能量密度提高。再者,俯视时,第2绝缘膜62的表面65也可以位于比侧面51之中未被第2绝缘膜62覆盖的区域靠外侧。
第2绝缘膜62比第1绝缘膜61薄。也就是说,第2绝缘膜62的厚度T2比第1绝缘膜61的厚度T1小。这样,由于第2绝缘膜62薄,所以第2绝缘膜62不易受到外力,第2绝缘膜62变得不易从侧面51剥离。另外,在第2绝缘膜62含有树脂等,通过锚定效应与侧面51接合的情况下,因锚定效应而陷入的第2绝缘膜62的材料的比率变高,所以第2绝缘膜52与侧面51的接合性提高。另外,即使在施加剥离第2绝缘膜62的力的情况下,由于第2绝缘膜62薄,所以剥离不易传播到第1绝缘膜61。因而,可抑制绝缘层60整体剥离。因而,电池100的可靠性提高。再者,在第1绝缘膜61和第2绝缘膜62的厚度不均一的情况下,例如第1绝缘膜61的厚度T1是发电元件50的外周侧的第1绝缘层61的端部的厚度,第2绝缘膜62的厚度T2是第2绝缘层62的最大厚度。
第1绝缘膜61的厚度T1例如为1μm以上且300μm以下。另外,第1绝缘膜61的厚度T1也可以为2μm以上且50μm以下。
第2绝缘膜62的厚度T2例如为0.1μm以上且150μm以下。另外,第2绝缘膜62的厚度T2也可以为0.5μm以上且20μm以下。
集电体11与电极活性物质层12和第1绝缘膜61的上表面接触,覆盖电极活性物质层12和第1绝缘膜61的上表面。在俯视时的集电体11的端部层叠有第1绝缘膜61。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,可使用公知的材料。集电体11例如使用铜、铝、镍、铁、不锈钢、铂或金或者由它们的2种以上的合金等构成的箔状体、板状体或网状体等。
电极活性物质层12在集电体11的下方以覆盖集电体11下侧的第1绝缘膜61的方式层叠。电极活性物质层12的上表面也与集电体11接触。电极活性物质层12的下表面与固体电解质层30接触。电极活性物质层12和对电极活性物质层22夹着固体电解质层30而相对。电极活性物质层12具有俯视时不与第1绝缘膜61重叠的区域。另外,俯视时,电极活性物质层12位于与对电极活性物质层22相比以第2绝缘膜62的厚度T2的量靠内侧的位置。由于第2绝缘膜62的厚度T2与电极活性物质层12的主面方向的长度相比非常小,所以在俯视时,电极活性物质层12和对电极活性物质层22实质上为相同的形状和相同的位置。另外,电极活性物质层12和对电极活性物质层22实质上为相同面积。电极活性物质层12的厚度例如为5μm以上且300μm以下。关于电极活性物质层12所使用的材料如后所述。
集电体21与对电极活性物质层22的下表面接触,且覆盖对电极活性物质层22的下表面。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的下侧,与电极活性物质层12相对配置。对电极活性物质层22的下表面与集电体21接触。对电极活性物质层22的厚度例如为5μm以上且300μm以下。关于对电极活性物质层22所使用的材料如后所述。
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至少包含固体电解质,根据需要也可以包含粘合剂材料。固体电解质层30也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,在是能够传导锂离子的材料的情况下,例如使用由硫化锂(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中的至少一种的硫化物。
作为氧化物固体电解质,在是能够传导锂离子材料的情况下,例如可使用Li7La3Zr2O12(LLZ)、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)或(La,Li)TiO3(LLTO)等。
作为粘合剂材料,例如使用弹性体类,也可以使用聚偏二氟乙烯、丙烯酸树脂或纤维素树脂等有机化合物。
在本实施方式中,具备电极活性物质层12的电极层10和具备对电极活性物质层22的对电极层20之中的一者是具备正极活性物质层的正极层,另一者是具备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,可使用能够吸藏和放出(嵌入和脱嵌、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,在是能够使锂离子脱嵌和嵌入的材料的情况下,例如可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。
作为固体电解质可使用上述固体电解质材料。另外,作为导电助剂,例如可使用乙炔黑、炭黑、石墨或碳纤维等导电材料。另外,作为粘合剂材料,可使用上述粘合剂材料。
负极活性物质层至少含有负极活性物质,根据需要也可以含有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,可使用能够吸藏和放出(嵌入和脱嵌、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,在是能够脱嵌和嵌入锂离子的材料的情况下,例如可使用天然石墨、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,以提高可靠性为目的,一般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,能够抑制向负极活性物质层端部的电场集中,抑制枝晶生长(金属析出)。
在此,对俯视时负极活性物质层的面积大于正极活性物质层的面积的比较例的电池1000进行说明。图3是表示比较例的电池的例子的截面图。
如图3所示,电池1000具备发电元件950,发电元件950具有正极层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以及位于集电体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以及位于集电体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,且与集电体911和集电体921接触。在电池1000中,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的端部靠外侧的位置。这样,电池1000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,来抑制了金属析出。另外,由于在发电元件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从端部剥离了的情况下,也能够抑制正极活性物质层912和负极活性物质层922露出。
正极活性物质层912和负极活性物质层922存在的区域2C作为电池发挥作用。另一方面,正极活性物质层912和负极活性物质层922均不存在的区域2A没有作为电池发挥作用。另外,虽然负极活性物质层922存在,但正极活性物质层912不存在的区域2B也没有作为电池发挥作用。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。俯视时区域2B和区域2A越宽,电池1000中无助于发电的区域的比例就越增加,电池1000的体积能量密度降低。另一方面,俯视时区域2B越窄,在层叠各层的工序等制造工序中所需的对准精度就越高,担心与要求精度提高相伴的检查等工序数及设备费用的增加。
也就是说,在电池1000中,存在难以容易地制造电池1000,且可靠性提高不充分的问题。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没有特别帮助的部分,因此从提高体积能量密度的观点出发,优选区域2A少。
另一方面,如上所述,电池100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。电极层10具备: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、以及具有第1绝缘膜61的绝缘层60,第1绝缘膜61在俯视时的发电元件50的端部位于集电体11与电极活性物质层12之间。
由此,在容易发生剥离的集电体11的端部,由于在集电体11与电极活性物质层12之间存在第1绝缘膜61,因此即使集电体11剥离也可抑制集电体11或电极活性物质层12的露出,不易发生因集电体11或电极活性物质层12与其他构件的接触而引起的破损或短路等。另外,电池100中,与第1绝缘膜61相连的第2绝缘膜62覆盖电极活性物质层12的侧面。因此,可有效保护容易破损的电极活性物质层12的角部。因此,电池100的可靠性提高。
另外,在电池100中,例如具备电极活性物质层12的电极层10是具备正极活性物质层的正极层,具备对电极活性物质层22的对电极层20是具备负极活性物质层的负极层。该情况下,电子没有直接从集电体11到达与第1绝缘膜61接触的部分的正极活性物质层(电极活性物质层12),因此图1和图2所示的区域1A的正极活性物质层难以作为电极发挥作用。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100中,区域1A难以作为电池发挥作用,区域1B作为电池发挥作用。在电池100中,俯视时的正极活性物质层的面积和负极活性物质层(对电极活性物质层22)的面积实质上相同,但区域1A中的正极活性物质层难以作为电极发挥作用,因此可得到实质上削减正极活性物质层的俯视时的面积的效果。也就是说,在电池100中,即使俯视时的正极活性物质层的面积和负极活性物质层的面积实质上相同,也可抑制金属的析出。
另外,由于在俯视时的正极活性物质层和负极活性物质层的形状及位置实质上相同,第1绝缘膜61在正极层(电极层10)的端部位于集电体11与正极活性物质层之间,因此与负极活性物质层的端部相对的位置的正极活性物质层难以作为电极发挥作用。其结果,可抑制向负极活性物质层的端部的电场集中,可抑制端部的枝晶生长。因此,电池100的可靠性提高。
而且,在电池100的制造中,实质上的正极活性物质层的面积可以通过第1绝缘膜61而调整,因此不需要高精度地形成正极活性物质层和负极活性物质层的位置及面积。因而,能够容易地制造电池100。例如,通过在构成绝缘层60的材料所处的区域切断由正极层(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,可容易地制造电池100。
再者,第1绝缘膜61的位置只要配置成俯视时从发电元件50的端部向内侧延伸就没有特别限制,也可以是集电体11与电极活性物质层12之间以外的发电元件50的各层中的相邻的2层之间。另外,第1绝缘膜61也可以埋入电极活性物质层12、固体电解质层30或对电极活性物质层22中。绝缘层60具有俯视时从发电元件50的端部向内侧延伸的第1绝缘膜61和覆盖侧面51的第2绝缘膜62,由此能够通过第1绝缘膜61和第2绝缘膜62从不同方向保护发电元件50。另外,第2绝缘膜62比第1绝缘膜61薄,因此第2绝缘膜62不易受到外力,第2绝缘膜62不易从侧面51剥离。另外,由于第2绝缘膜62薄,即使在施加剥离第2绝缘膜62那样的力的情况下,剥离也不易传播到第1绝缘膜61。因而,可抑制绝缘层60整体剥离。因而,根据本实施方式,能够通过绝缘层60有效地保护发电元件50,提高电池100的可靠性。
[制造方法]
接着,对本实施方式的电池的制造方法进行说明。
本实施方式的电池的制造方法例如包含层叠体形成工序和切断工序。以下,使用多个例子对本实施方式的电池的制造方法进行说明,但本实施方式的电池的制造方法不限于以下例。
(1)制造方法例1
首先,对本实施方式的电池的制造方法例1进行说明。图4是表示本实施方式的电池的制造方法例1的层叠体的例子的截面图。图5是用于说明本实施方式的电池的制造方法例1中的切断工序的截面图。再者,图4和图5中,示出层叠体110的部分截面。
本实施方式的电池的制造方法中,首先进行层叠体形成工序。如图4所示,层叠体形成工序中,形成层叠体110,层叠体110具备发电元件50、以及在对发电元件50的主面55俯视时配置在与发电元件50重叠的位置的绝缘体70。发电元件50中层叠有电极层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。层叠体110形成为电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22各自在俯视下的面积及位置相同。层叠体110中,绝缘体70位于集电体11与电极活性物质层12之间。另外,绝缘体70例如在俯视时配置在发电元件50的整个外周部。也就是说,绝缘体70在俯视时配置为框状。再者,绝缘体70也可以在俯视时配置在发电元件50的部分外周部。另外,绝缘体70只要是在俯视时与发电元件50重叠的位置,就没有特别限制,根据由绝缘体70形成的绝缘层60的位置配置。
具体而言,首先,通过在集电体11的一个面上层叠绝缘体70而形成绝缘体70。关于绝缘体70的形成方法可考虑各种工艺,但从量产性的观点出发,例如可使用涂布工艺。例如,通过凹版辊法或喷墨法等高精度的涂敷方法,将绝缘体70的材料根据需要与溶剂一起涂布到集电体11上,形成绝缘体70。另外,也可以使绝缘体70的材料熔融后涂布到集电体11上。绝缘体70例如形成为层状。绝缘体70的厚度例如是均匀的。
绝缘体70由在后述切断工序中能够流动的绝缘性材料构成。绝缘体70例如由热塑性材料、或者热固性材料或光固化性材料等固化性材料构成。在绝缘体70由热塑性材料构成的情况下,通过加热绝缘体70而使绝缘体70能够流动。另外,在绝缘体70由固化性材料构成的情况下,绝缘体70只要在进行固化处理之前就可以流动。
热塑性材料例如含有热塑性树脂作为主成分。作为热塑性树脂,例如可举出聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、尼龙树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂和聚酰亚胺树脂等通用塑料。另外,热塑性树脂也可以是工程塑料或超级工程塑料。另外,热塑性材料中也可以含有油脂、蜡或多糖类等具有延展性的材料。另外,热塑性材料也可以含有金属氧化物等无机粒子作为添加剂。在本说明书中,主成分是指例如50%以上,可以是60%以上,也可以是70%以上。
热固性材料例如含有热固性树脂作为主成分。作为热固性树脂,例如可举出有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂等。热固性材料也可以是通过烧结而固化的粉末状或浆料状的无机材料。
光固化性材料例如含有紫外线固化树脂等光固性树脂作为主成分。作为光固性树脂,例如可举出有机硅树脂、环氧树脂和丙烯酸树脂等。
另外,固化性材料也可以含有金属氧化物等无机粒子作为添加剂。
接着,在形成有绝缘体70的集电体11上,依次层叠电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和集电体21。例如,在形成有绝缘体70的集电体11的面上,以俯视时覆盖绝缘体70的方式层叠电极活性物质层12,进而依次层叠固体电解质层30、对电极活性物质层22和集电体21。由此,形成层叠体110。此外,根据需要,也可以对电极活性物质层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。
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例如分别使用湿式涂布法依次形成。通过使用湿式涂布法,能够容易地将各层层叠在集电体11上。作为湿式涂布法,可以使用模涂法、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。
在使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料。
涂料化工序所使用的溶剂可使用制作公知的全固体电池(例如锂离子全固体电池)时使用的公知溶剂。
将涂料化工序中得到的各层的浆料在形成有绝缘体70的集电体11上,按电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22的顺序实施层叠涂敷。此时,可以在先进行层叠涂敷的层的层叠涂敷结束后再进行下一层的层叠涂敷,也可以在先进行层叠涂敷的层的层叠涂布中途开始下一层的层叠涂敷。依次涂敷各层的浆料,在所有层的涂敷后,例如实施除去溶剂和粘合剂材料的热处理、以及促进各层材料填充的高压压制处理。再者,也可以在各层的每次涂布时实施热处理和高压压制处理。热处理和高压压制处理,可以在电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22的涂敷层叠中,每1层的涂敷层叠都实施一次,可以在任意2层的涂敷层叠后和1层涂敷层叠后分开实施,也可以在全部3层的涂敷层叠后一并实施。另外,高压压制处理例如可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敷法,能够提高发电元件50的各层的界面接合性并降低界面电阻。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所使用的粉体材料的接合性并降低晶界电阻。即,在发电元件50的各层之间和各层内部的粉体材料之间形成良好的界面。
接着,本实施方式的电池的制造方法中,进行切断工序。如图4所示,切断工序中,使用切刀500,以切刀500穿过绝缘体70的方式,在与发电元件50的主面55交叉的方向上切断层叠体110。图4所示例子中,穿过绝缘体70,在一并切断发电元件50的所有层的位置C1,沿着与发电元件50的主面55正交的方向(也就是层叠方向)切断了层叠体110。另外,位置C1是穿过发电元件50的主面55和主面56的位置。在位置C1,集电体11、绝缘体70、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依次层叠,将它们一并切断。由此,不需要将发电元件50的各层以切断后的形状进行层叠,所以能够容易地制造电池100。
另外,如图5所示,通过切断层叠体110而在发电元件50形成切断面52。
另外,在切断工序中,一边利用切刀500将绝缘体70涂布到切断面52上一边进行切断。绝缘体70沿着切刀500的行进方向以覆盖切断面52的方式变形。例如,在穿过绝缘体70的位置形成切断面52时,可流动的绝缘体70因切刀500的载荷而从切断面52漏出。并且,漏出的绝缘体70附着在移动的切刀500上,附着了的绝缘体70在形成中的切断面52上铺展开。例如,通过从绝缘体70的上方用切刀500切下,而在形成于比切断面52的绝缘体70靠下方的部位涂布绝缘体70。具体而言,切刀500从发电元件50中的电极层10侧向对电极层20侧、也就是从上方向下方移动,在位于切断面52的比绝缘体70靠下方的部位,通过切刀500涂布绝缘体70。由此,形成绝缘层60,绝缘层60具有第2绝缘膜62和第1绝缘膜60,第2绝缘膜62是涂布到切断面52上的绝缘体70,第1绝缘膜61是残留在集电体11与电极活性物质层12之间的绝缘体70。切断面52是电池100的侧面51。经过以上的层叠体形成工序及切断工序,制造电池100。
在切断工序中,切刀500的移动速度可以是恒定的,也可以是变化的。另外,切断过程中,也可以暂时停止切刀500的移动。另外,切刀500可以在位置C1上沿一定方向移动,也可以暂时使切刀500的位置返回地移动。例如,也可以使切刀500沿着层叠方向往复移动。由此,能够在层叠方向上的绝缘体70的两侧的切断线52上涂布绝缘体70。
在切断工序中,绝缘体70由热塑性材料构成的情况下,将层叠体110和切刀500中的至少一者加热到绝缘体70的软化点以上的温度后,切断层叠体110。由此,在切断层叠体110时,绝缘体70软化而能够流动,通过切刀500在切断面52上涂布绝缘体70。这样,由于能够容易地使绝缘体70流动,所以能够形成形状稳定的第2绝缘膜62。另外,通过调整加热的温度,可以调整绝缘体70的粘度,容易形成所希望形状的第2绝缘膜62。绝缘体70的软化点例如是维卡软化温度。
上述加热时的温度例如为300℃以下,可以为250℃以下,也可以为200℃以下。由此,发电元件50的各层的材料不易发生分解或变质等,能够抑制制造工序中的发电元件50的劣化。
另外,加热时的温度也可以在切断中变化。由此,能够调整第2绝缘膜62的形状及位置。例如,通过在切断中使层叠体110和切刀500中的至少一者的温度降低,在温度降低后,绝缘体70的粘度上升,绝缘体70变得难以流动,绝缘体70不会通过切刀500涂布到切断面52上。另外,在使层叠体110和切刀500中的至少一者的温度降低的情况下,例如,使切刀500的移动暂时停止后使温度降低。
另外,在对层叠体110和切刀500这两者进行加热的情况下,在层叠体110和切刀500的加热中,例如将层叠体110加热到第1温度,将切刀500加热到比第1温度高的第2温度。由此,涂布绝缘体70的切刀500被加热到高温,因此能够有效地使绝缘体70在切断面52附近流动而进行涂布。
另外,在绝缘体由固化性材料构成的情况下,在层叠层叠体110之后,进行加热或照射光等固化处理,由此使绝缘体70固化。由此,形成绝缘层60。这样,在绝缘体70由固化性材料构成的情况下,在切断层叠体110时不进行加热等,能够容易地在切断面52涂布绝缘体70,因此能够抑制发电元件50的各层的材料因热而劣化,并且能够简化切断设备。另外,通过调整固化前的固化性材料的粘度,容易形成所希望形状的第2绝缘膜62。
另外,如图4和图5所示,在切断工序中,也可以在沿层叠方向对层叠体110施加压力P的状态下将层叠体110切断。压力P例如施加在俯视时与绝缘体70重叠的位置。压力P也可以施加在整个层叠体110上。即使仅靠切刀500产生的载荷,绝缘体70也会从切断面52漏出,但通过这样在施加压力P的状态下切断层叠体110,绝缘体70向切断面52侧挤出,绝缘体70容易附着在切刀500上,因此能够稳定地将绝缘体70涂布到切断面52上。另外,通过调整压力P,能够调整向切断面52侧挤出的绝缘体70的量,因此容易形成所希望形状的第2绝缘膜62。
另外,也可以进一步用密封构件等覆盖由切断工序形成的切断面52。
如上所述,本实施方式的电池的制造方法中,在利用切刀500将绝缘体70涂敷在切断面52上的状态下切断层叠体110。由此,仅靠使用切刀500切断层叠体110,就能够在切断面52上涂布绝缘体70形成第2绝缘膜62,并形成残留在集电体11与电极活性物质层12之间的第1绝缘膜61。因而,能够简便地制造具备具有第1绝缘膜61和第2绝缘膜62的绝缘层60的电池100。另外,由于第2绝缘膜62是通过利用切刀500涂布到切断面52上而形成的,所以容易以比第1绝缘膜61薄的形状形成。因而,根据本实施方式的电池的制造方法,能够以简便的方法制造可靠性高的电池100。
另外,在切断工序中,在穿过绝缘体70的位置C1一并切断层叠体110。因此,不需要将发电元件50的各层以切断后的形状进行层叠,因此能够以良好的生产效率制造电池100。另外,由此,能够制造在发电元件50的端部形成有绝缘层60的电池100。通过绝缘层60,在各层容易发生剥离的发电元件50的端部,以覆盖侧面51的方式保护发电元件50。因而,能够制造可靠性高的电池100。
另外,仅靠调整切断位置就能够确定形成的第1绝缘膜61的尺寸。因此,通过第1绝缘膜61的存在,抑制电极活性物质层12与集电体11的电子授受,尽管形成电极活性物质层12难以作为电极发挥作用的区域,但通过调整第1绝缘膜61的尺寸能够将该区域抑制到最小限度。因而,能够容易地制造体积能量密度高的电池100。
另外,在电极活性物质层12是正极活性物质层,对电极活性物质层22是负极活性物质层的情况下,通过在集电体11的端部形成第1绝缘膜61,来自集电体11的电子不会到达正极活性物质(电极活性物质层12)的端部,因此端部的正极活性物质层作为电极的功能受到抑制。也就是说,俯视下的正极活性物质层的实质面积被削减。另外,由于将发电元件50沿着层叠方向切断,因此正极活性物质层和负极活性物质层(对电极活性物质层22)实质上在俯视时为相同的形状及位置,实质上面积也相同。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)变窄,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中析出。因而,制造的电池100的可靠性进一步提高。
在没有第1绝缘膜61的情况下,即使一并切断层叠体110,由于在集电体11的端部也层叠有电极活性物质层12,因此在集电体11的端部剥离时,会制造不仅无法抑制电极活性物质层12的露出,电极活性物质层12和对电极活性物质层22也没有实质上的面积差的电池。因此,即使能够容易地制造电池,由于电池可靠性降低,所以作为制造方法难以采用。另一方面,在本实施方式的制造方法中,如上所述,在穿过绝缘体70的位置C1一并切断层叠体110。因此,除了能够容易地制造电池100之外,还能够抑制电极活性物质层12的露出,削减电极活性物质层12的作为电极发挥作用的面积,并调整第1绝缘膜61的面积。因而,能够容易地制造可靠性高且体积能量密度高的电池100。
再者,在上述说明中,切断工序中,对1个切断面52的形成进行了说明,但也可以用与上述同样的方法形成多个切断面。例如,通过上述切断工序形成发电元件50的所有侧面。
(2)制造方法例2
接着,对本实施方式的电池的制造方法例2进行说明。以下的制造方法例2的说明中,以与制造方法例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是表示本实施方式的电池的制造方法例2中的形成有绝缘体70的集电体11的例子的俯视图及截面图。具体而言,图6(a)是表示形成有绝缘体70的集电体11的俯视图。图6(b)是图6(a)的VIb-VIb线所示位置的截面图。图7是表示本实施方式的电池的制造方法例2中的层叠体的例子的截面图。图8是用于说明本实施方式的电池的制造方法例2中的切断工序的截面图。再者,图8中,示出层叠体110a的部分截面。
层叠体形成工序中,例如图6所示,绝缘体70以预定的俯视形状形成在集电体11上。预定的俯视形状在图6所示例中是格子状,但也可以是条纹状等其他形状。另外,图6中,预定的俯视形状是包含相同大小的格子的格子状,但也可以是包含不同大小的格子的格子状。另外,在预定的俯视形状是条纹状的情况下,条纹的间隔可以全部恒定,也可以有不同部分。另外,切断工序中,沿着绝缘体70的长度方向分割绝缘体70,通过覆盖在切断面上,能够容易地形成沿着俯视的发电元件50的端部形成有绝缘层60的电池100。在图6中,用虚线记载的矩形区域1E相当于一个电池100的大小。
这样,绝缘体70以格子状等预定的俯视形状层叠,在切断工序中沿着绝缘体70的长度方向分割绝缘体70,由此能够同时制造分别为相同形状或不同形状的多个电池100。由此,电池100的制造效率提高。
图6所示的绝缘体70例如通过辊对辊方式等连续工艺将绝缘体70的材料涂布到集电体11上。再者,绝缘体70的形成不限定于辊对辊方式等连续工艺,也可以是对每1枚集电体11形成绝缘体70的分批式工艺。
接着,如图7所示,在以预定的俯视形状形成有绝缘体70的集电体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。例如,在形成有绝缘体70的集电体11的面上,以俯视覆盖绝缘体70的方式层叠电极活性物质层12,进而依次层叠固体电解质层30和对电极活性物质层22。由此,形成具备发电元件50a的层叠体110a。发电元件50a具有电极层10、固体电解质层30和对电极层20a。层叠体110a形成为电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22各自的俯视下的面积及位置相同。另外,在层叠体110a中,对电极活性物质层22的一个主面露出,作为对电极层20a仅层叠有对电极活性物质层22。另外,绝缘体70位于集电体11与电极活性物质层12之间。
再者,层叠体110a的结构不限于图7所示例。在层叠体110a中,与制造方法例1同样,也可以在对电极活性物质层22上进一步层叠集电体21。另外,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各自的俯视形状及位置也可以互不相同。另外,绝缘体70只要是在俯视下与发电元件50a重叠的位置就没有特别限制,根据由绝缘体70形成的绝缘层60的位置进行配置。
另外,绝缘体70的形成以及电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22的形成也可以通过辊对辊方式等一系列连续工艺进行。
接着,切断工序中,如图7和图8所示,使用切刀500,以切刀500穿过绝缘体70的方式,在与发电元件50a的主面55a交叉的方向上切断层叠体110a。图7所示例中,穿过绝缘体70,在一并切断发电元件50a的所有层的位置C2至位置C5的各位置,沿着与发电元件50a的主面55a正交的方向切断了层叠体110a。另外,绝缘体70被切刀500分割。
在绝缘体70形成为俯视时具有如图6所示的长条部分的格子状等的俯视形状的情况下,例如,将发电元件50a一并沿着绝缘体70的长度方向切断。由此,得到绝缘层60位于制造的电池100的切断面侧的整个端部区域的电池100。
另外,如图8所示,通过切断层叠体110a,在发电元件50a上形成切断面52a。图8是层叠体110a的位置C3附近的放大图。
另外,在切断工序中,与制造方法例1同样,在利用切刀500将绝缘体70涂布到切断面52a上的状态下进行切断。由此,形成绝缘层60,绝缘层60具有第2绝缘膜62和第1绝缘膜61,第2绝缘膜62是涂布到切断面52a上的绝缘体70,第1绝缘膜61是残留在集电体11与电极活性物质层12之间的绝缘体70。另外,切断面52a是电池100的侧面51的一部分。
在制造方法例2中,通过在分割绝缘体70的位置切断层叠体110a,能够在切断位置的两侧形成涂布有第2绝缘膜62的切断面52a。
制造方法例2中,在切断工序后,在切断后的发电元件50a中的集电体11侧的相反侧的面(与发电元件50a的层叠方向垂直的方向之中未层叠集电体11的面),作为追加集电体层叠集电体21。由此,得到电池100。
(3)制造方法例3
接着,对本实施方式的电池的制造方法例3进行说明。在以下的制造方法例3的说明中,以与制造方法例1的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图9是用于说明本实施方式的电池的制造方法例3中的层叠体形成工序的截面图。图10是表示本实施方式的电池的制造方法例3中的层叠体的例子的截面图。再者,图9示出发电元件50的部分截面。另外,图10示出层叠体110b的部分截面。
制造方法例3的层叠体形成工序中,如图9所示,首先,准备发电元件50。发电元件50例如在制造方法例1的形成层叠体110的方法中,未形成绝缘体70而通过涂敷形成发电元件50的各层来制作。
接着,在切断前的发电元件50的侧面57插入绝缘体70b。例如,在侧面57的集电体11与电极活性物质层12的界面插入绝缘体70b。由此,形成图10所示的层叠体110b。由此,在发电元件50的各层层叠后,仅靠将绝缘体70b插入侧面57就能够形成层叠体110b。另外,根据插入绝缘体70b的位置,能够调整由绝缘体70b形成的绝缘层60的位置。再者,插入绝缘体70b的位置不限于上述例,在侧面57的哪个位置插入绝缘体70b都可以。
绝缘体70b例如由上述绝缘体70所例示的材料之中的热塑性材料构成。
接着,切断工序中,使用切刀500,以切刀500穿过绝缘体70b的方式在与发电元件50的主面55交叉的方向上切断层叠体110b。切断工序的详情与制造方法例1相同,因此省略说明。
(4)制造方法例4
接着,对本实施方式的电池的制造方法例4进行说明。在以下的制造方法例4的说明中,以与制造方法例1的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图11是表示本实施方式的电池的制造方法例4的层叠体的例子的截面图。再者,图11示出层叠体110c的部分截面。
层叠体形成工序中,如图11所示,形成层叠体110c。层叠体110c与制造方法例1的层叠体110相比,具备绝缘体70c代替绝缘体70。绝缘体70c的截面形状形成为半圆形。因此,绝缘体70c的厚度不均匀,在绝缘体70c中,中央部比端部厚。
接着,切断工序中,使用切刀500,以切刀500穿过绝缘体70c的方式在与发电元件50的主面55交叉的方向上切断层叠体110c。图11所示例中,切断的位置C1穿过绝缘体70c的最厚的中央部。再者,位置C1只要是穿过绝缘体70c的位置,就也可以穿过绝缘体70c的中央部以外。切断工序的详情与制造方法例1相同,因此省略说明。
[变形例]
接着,对实施方式1的变形例进行说明。在以下的变形例的说明中,以与实施方式的不同点及各变形例间的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
(1)变形例1
首先,对实施方式1的变形例1进行说明。图12是表示本变形例的电池的例子的截面图。如图12所示,本变形例的电池100a与实施方式1的电池100相比,在具备绝缘层60a来代替绝缘层60这点上不同。
绝缘层60a具有第1绝缘膜61和第2绝缘膜62a。
第2绝缘膜62a与第1绝缘膜61相连,覆盖发电元件50的侧面51。由此,由第2绝缘膜62a保护侧面51。
第2绝缘膜62a覆盖侧面51中的部分区域。具体而言,第2绝缘膜62a在侧面51覆盖着电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22。第2绝缘膜62a在侧面51连续地覆盖着从电极活性物质层12到对电极活性物质层22的一部分。
第2绝缘膜62a比第1绝缘膜61薄。第2绝缘膜62a的厚度沿着侧面51距第1绝缘膜61越远就越小。由此,由于容易成为剥离起点的位置、即远离第1绝缘膜61的第2绝缘膜62a的端部变薄,所以第2绝缘膜62a更不易从侧面51剥离。因而,能够提高电池100a的可靠性。
例如,在上述切断工序中,通过调整切刀500的移动速度或温度等切断时的条件,在切断初期更容易涂布绝缘体70的条件下切断从而形成第2绝缘膜62a。例如,切刀500的移动速度越快,第2绝缘膜62a的厚度越容易沿着侧表面51距第1绝缘膜61越远就越小。另外,也可以通过在切断过程中使压力P变化来调整第2绝缘膜62a的厚度。
(2)变形例2
接着,对实施方式1的变形例2进行说明。图13是表示本变形例的电池的例子的截面图。如图13所示,本变形例的电池100b与实施方式1的电池100相比,在具备绝缘层60b来代替绝缘层60这点上不同。
绝缘层60b具有第1绝缘膜61和第2绝缘膜62b。第2绝缘膜62b与第1绝缘膜61相连,包含覆盖发电元件50的侧面51的第1部分63和第2部分64。由此,侧面51被第2绝缘膜62b保护。
第1部分63从第1绝缘膜61的端部沿着侧面51在第1方向上延伸。第1方向例如是相对于主面55垂直的方向之中的、从电极层10朝向对电极层20的方向。第1部分63在侧面51上覆盖着电极活性物质层12和固体电解质层30。
第2部分64从第1绝缘膜61的端部沿着侧面51在与第1方向相反的第2方向上延伸。第2方向例如是相对于主面55垂直的方向之中的、从对电极层20朝向电极层10的方向。第2部分64在侧面51覆盖着集电体11。
第1部分63和第2部分64分别比第1绝缘膜61薄。第1部分63的厚度和第2部分64的厚度可以相同,也可以不同。
这样,通过第2绝缘膜62b包含第1部分63和第2部分64,夹着第1绝缘膜61而位于层叠方向的两侧的集电体11和电极活性物质层12各自的侧面被第2绝缘膜62b覆盖。由此,集电体11和电极活性物质层12因第2绝缘膜62b而不易剥离,能够提高电池100b的可靠性。
第2绝缘膜62b例如在上述切断工序中,通过使切刀500沿着层叠方向往复,利用切刀500将绝缘体70涂布到切断面52上而形成。
再者,在变形例1和变形例2中,与实施方式1同样,第1绝缘膜61位置只要配置为俯视下从发电元件50的端部向内侧延伸就没有特别限制,也可以配置在集电体11与电极活性物质层12之间以外的、发电元件50的各层中的相邻2层之间。另外,第1绝缘膜61也可以埋入电极活性物质层12、固体电解质层30或对电极活性物质层22中。
(3)变形例3
接着,对实施方式1的变形例3进行说明。图14是表示本变形例的电池的例子的截面图。如图14所示,本变形例的电池100c在实施方式1的电池100的结构的基础上,在具备绝缘层60c这点上不同。
绝缘层60c具有第1绝缘膜61c和第2绝缘膜62c。第2绝缘膜62c比第1绝缘膜61c薄。构成绝缘层60c的材料例如与绝缘层60相同,但也可以与绝缘层60不同。在图14中,绝缘层60和绝缘层60c分开,但也可以是第2绝缘膜62进一步向下方延伸而连接绝缘层60和绝缘层60c。
在对主面55俯视时,第1绝缘膜61c位于从发电元件50的端部向内侧延伸的位置。第1绝缘膜61c例如沿着与主面55平行的方向,从发电元件50的端部向内侧延伸。第1绝缘膜61c的厚度方向与主面55的法线方向一致。第1绝缘膜61c在俯视时与发电元件50重叠。
第1绝缘膜61c位于固体电解质层30与对电极活性物质层22之间。第1绝缘膜61c的下表面与对电极活性物质层22接触。俯视时,第1绝缘膜61c在对电极层20的端部与对电极活性物质层22接触。第1绝缘膜61c的上表面与固体电解质层30接触。另外,俯视时,第1绝缘膜61c与电极活性物质层12重叠。
俯视时,第1绝缘膜61c与第1绝缘膜61重叠。俯视时,第1绝缘膜61c的内侧端部位于比第1绝缘膜61的内侧端部靠外侧的位置。如上所述,通过第1绝缘膜61削减作为电池发挥作用的电极活性物质层12的面积。另外,对电极活性物质层22通过与对电极活性物质层22接触的第1绝缘膜61c来阻断与固体电解质层30的离子授受,削减作为电池发挥作用的对电极活物质层22的面积。俯视时,第1绝缘膜61c的内侧端部位于比第1绝缘膜61的内侧端部靠外侧的位置,由此,作为电池发挥作用的电极活性物质层12的面积比作为电池发挥作用的对电极活性物质层22的面积小。因而,在电极层10是正极层,对电极层20是负极层的情况下,可得到与实施方式1中说明的电极活性物质层12的面积削减效果相同的效果。
第2绝缘膜62c覆盖发电元件50的侧面51,与第1绝缘膜61c的端部相连。第2绝缘膜62c与俯视时的发电元件50的外周侧的第1绝缘膜61c的端部相连。第2绝缘膜62c从第1绝缘膜61c的端部沿着侧面51向对电极层20侧延伸。由此,侧面51被第2绝缘膜62c保护。
第2绝缘膜62c覆盖侧面51中的部分区域。具体而言,第2绝缘膜62c在侧面51覆盖对电极活性物质层22的一部分。再者,第2绝缘膜62c覆盖的侧面51的区域没有特别限制。第2绝缘膜62c可以在侧面51覆盖对电极活性物质层22的全部。另外,第2绝缘膜62c也可以在侧面51进一步覆盖集电体21。
如上所述,电池100c不仅具备绝缘层60,还具备绝缘层60c,由此能够用绝缘层60和绝缘层60c覆盖电池100c中的多个部位,因此能够进一步提高可靠性。
电池100c例如通过在上述切断工序中,切断在与绝缘层60和绝缘层60c对应的位置配置有绝缘体70的层叠体而形成。具体而言,首先,在层叠体形成工序中,形成在集电体11与电极活性物质层12之间、以及固体电解质层30与对电极活性物质层22之间配置有绝缘体70的层叠体。接着,在切断工序中切断该层叠体,从而得到电池100c。
再者,第1绝缘膜61c的位置只要配置为俯视时从发电元件50的端部向内侧延伸就没有特别限制,也可以是固体电解质层30与对电极活性物质层22之间以外的、发电元件50的各层中的相邻的2层之间。另外,第1绝缘膜61c也可以埋在电极活性物质层12、固体电解质层30或对电极活性物质层22中。
(4)变形例4
接着,对实施方式1的变形例4进行说明。图15是表示本变形例的电池的例子的截面图。如图15所示,本变形例的电池100d与实施方式1的电池100相比,在具备绝缘层60d来代替绝缘层60这点上不同。
绝缘层60d具有第1绝缘膜61d和第2绝缘膜62d。第2绝缘膜62d比第1绝缘膜61d薄。
在对主面55俯视时,第1绝缘膜61d位于从发电元件50的端部向内侧延伸的位置。第1绝缘膜61d例如沿着与主面55平行的方向,从发电元件50的端部向内侧延伸。第1绝缘膜61d在俯视时与发电元件50重叠。
另外,第1绝缘膜61d位于电极活性物质层12与固体电解质层30之间。第1绝缘膜61d的上表面及俯视时的内侧侧面与电极活性物质层12接触。第1绝缘膜61d在俯视下在电极层10的端部与电极活性物质层12接触。第1绝缘膜61d的下表面与固体电解质层30接触。另外,俯视时,第1绝缘膜61d与对电极活性物质层22重叠。这样,通过使第1绝缘膜61d位于电极活性物质层12与固体电解质层30之间,第1绝缘膜61d进入构成电极活性物质层12和固体电解质层30的材料的间隙中,电极活性物质层12和固体电解质层30不易剥离。
电极活性物质层12通过与电极活性物质层12接触的第1绝缘膜61d来阻断与固体电解质层30的离子授受,削减作为电池发挥作用的电极活性物质层12的面积。因此,作为电池发挥作用的电极活性物质层12的面积比作为电池发挥作用的对电极活性物质层22的面积小。因而,在电极层10是正极层,对电极层20是对电极层的情况下,可得到与实施方式1中说明的电极活性物质层12的面积削减效果相同的效果。
第2绝缘膜62d覆盖发电元件50的侧面51,与第1绝缘膜61d的端部相连。第2绝缘膜62d与俯视时的发电元件50的外周侧的第1绝缘膜61d的端部相连。第2绝缘膜62d从第1绝缘膜61d的端部沿着侧面51向对电极层20侧延伸。由此,由第2绝缘膜62d保护侧面51。
第2绝缘膜62d覆盖侧面51中的部分区域。具体而言,第2绝缘膜62d在侧面51覆盖固体电解质层30和对电极活性物质层22。第2绝缘膜62d在侧面51连续地覆盖从固体电解质层30到对电极活性物质层22的一部分。再者,第2绝缘膜62d覆盖的侧面51的区域没有特别限制。第2绝缘膜62d可以在侧面51覆盖对电极活性物质层22的全部。另外,第2绝缘膜62d也可以在侧面51进一步覆盖集电体21。另外,第2绝缘膜62d也可以从第1绝缘膜61d的端部沿着侧面51向电极层10侧延伸,覆盖电极活性物质层12。
电池100d例如通过在上述切断工序中,将在与绝缘层60d对应的位置配置有绝缘体70的层叠体切断而形成。具体而言,首先,在层叠体形成工序中,形成在电极活性物质层12与固体电解质层30之间配置有绝缘体70的层叠体。接着,通过在切断工序中切断该层叠体,得到电池100d。
(5)变形例5
接着,对实施方式1的变形例5进行说明。图16是表示本变形例的电池的例子的截面图。如图16所示,本变形例的电池100e与实施方式1的电池100相比,在具备绝缘层60e来代替绝缘层60这点上不同。
绝缘层60e具有第1绝缘膜61e和第2绝缘膜62e。第2绝缘膜62e比第1绝缘膜61e薄。
在对主面55俯视时,第1绝缘膜61e位于从发电元件50的端部向内侧延伸的位置。第1绝缘膜61e例如沿着与主面55平行的方向,从发电元件50的端部向内侧延伸。第1绝缘膜61e在俯视时与发电元件50重叠。
另外,第1绝缘膜61e夹着集电体11与电极活性物质层12相对。第1绝缘膜61e的下表面与集电体11接触。在俯视时第1绝缘膜61e在电极层10的端部与集电体11接触。因此,第1绝缘膜61e覆盖主面55的一部分。第1绝缘膜61e也可以覆盖整个主面55。
第2绝缘膜62e覆盖发电元件50的侧面51,与第1绝缘膜61e的端部相连。第2绝缘膜62e与俯视时的发电元件50的外周侧的第1绝缘膜61e的端部相连。第2绝缘膜62e从第1绝缘膜61e的端部沿着侧面51向下方延伸。由此,由第2绝缘膜62e保护侧面51。
第2绝缘膜62e覆盖侧面51中的部分区域。具体而言,第2绝缘膜62e在侧面51覆盖集电体11、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。由于第2绝缘膜62e在侧面51沿着层叠方向覆盖电极层10的整体,所以能够抑制电极层10中的短路。第2绝缘膜62e在侧面51连续地覆盖从集电体11到对电极活性物质层22的一部分。再者,第2绝缘膜62e覆盖的侧面51的区域没有特别限制。第2绝缘膜62e可以在侧面51覆盖对电极活性物质层22的全部。另外,第2绝缘膜62e也可以在侧面51进一步覆盖集电体21。另外,第2绝缘膜62e也可以不覆盖电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22中的至少一者。
这样,绝缘层60e从主面55到侧面51连续地覆盖发电元件50。由此,在容发生剥离的集电体11的端部,集电体11的主面和侧面被绝缘层60e连续地覆盖,集电体11变得不易剥离。
电池100e例如通过在上述切断工序中,将在与绝缘层60e对应的位置配置有绝缘体70的层叠体切断而形成。具体而言,首先,在层叠体形成工序中,形成绝缘体70夹着集电体11配置在与电极活性物质层12相对的位置、也就是配置在主面55上的层叠体。接着,通过在切断工序中切断该层叠体,得到电池100e。
(实施方式2)
接着,对实施方式2的电池进行说明。实施方式2的电池是单电池层叠而成的层叠型电池。因此,实施方式2的电池具备多个发电元件。再者,在以下说明中,以与上述实施方式1的不同点为中心进行说明,适当省略或简化共同点的说明。
图17是表示本实施方式的电池的例子的截面图。如图17所示,本实施方式的电池200具备多个发电元件50和多个绝缘层60。多个发电元件50被层叠。多个绝缘层60分别位于俯视时的多个发电元件50各自的端部。也就是说,电池200具有多个实施方式1的电池100层叠而成的结构。
多个发电元件50以串联电连接的方式层叠。另外,在多个发电元件50中,相邻的发电元件50隔着集电体11和集电体21层叠。多个发电元件50以相邻的发电元件50中的一方的电极层10和另一方的对电极层20经由集电体电连接的方式层叠。
多个发电元件50以所有的发电元件50的各层的排列方向相同的方式层叠。因此,在相邻的发电元件50中,一方的电极层10和另一方的对电极层20不经由固体电解质层30而相对。
再者,在相邻的发电元件50之间,也可以仅配置集电体11和集电体21中的一者。也就是说,也可以在1个集电体的一方的主面层叠电极层10,在另一方的主面层叠对电极层20。
图17所示例中,多个发电元件50的数量为3个,但没有特别限制。多个发电元件50的数量可以是2个,也可以是4个以上。
多个绝缘层60分别位于俯视时的多个发电元件50各自的端部。因此,第1绝缘膜61位于多个发电元件50各自的集电体11与电极活性物质层12之间。另外,多个发电元件50各自的侧面51被第2绝缘膜62覆盖。
这样,电池200中,由于在以串联电连接的方式层叠的多个发电元件50各自的端部设置有绝缘层60,所以能够实现高电压且可靠性高的电池200。
再者,电池200也可以具有代替电池100而层叠实施方式的各变形例的电池的结构。
电池200例如通过以在层叠方向上相邻的电池100的一方的电极层10和另一方的对电极层20相对的方式层叠多个电池100来制造。
另外,电池200也可以通过将具备上述电池100的制造方法的各制造方法例中的层叠体110的层叠体以串联电连接的方式层叠后,在穿过绝缘体70的位置切断而形成。具体而言,在层叠体形成工序中,以俯视时绝缘体70的位置重叠的方式层叠多个层叠体110。然后,在切断工序中,在穿过层叠了的多个层叠体110各自的绝缘体70的位置,一并切断层叠的多个层叠体110。该方法中,仅靠一次切断多个层叠体110就能够制造形成有多个绝缘层60的电池200。另外,也可以使用层叠体110a、层叠体110b或层叠体110c来代替层叠体110。
[变形例]
接着,对实施方式2的变形例进行说明。
图18是表示本变形例的电池的例子的截面图。如图18所示,本变形例的电池201具备多个发电元件50和绝缘层160。
多个发电元件50与实施方式2的电池200同样,以串联电连接的方式层叠。在本变形例中,也可以在相邻的发电元件50之间仅配置集电体11和集电体21中的一者。
多个发电元件50各自的侧面51具有相互位于同一平面上的部分,构成1个面151。也就是说,面151是多个发电元件50各自的侧面51相互连续的面。面151也可以说是具有多个发电元件50层叠而成的结构的发电元件层叠体的侧面。
绝缘层160具有第1绝缘膜161和第2绝缘膜162。第2绝缘膜162比第1绝缘膜161薄。
在对主面55俯视时,第1绝缘膜161位于从发电元件50的端部向内侧延伸的位置。第1绝缘膜161例如沿着与主面55平行的方向从发电元件50的端部向内侧延伸。第1绝缘膜161在俯视时与发电元件50重叠。
另外,第1绝缘膜161夹着多个发电元件50中位于最上部的发电元件50的集电体11与该发电元件50的电极活性物质层12相对。第1绝缘膜161的下表面与该发电元件50的集电体11接触。另外,第1绝缘膜161覆盖该发电元件50的上侧的主面55的全部。再者,第1绝缘膜161也可以仅覆盖该发电元件50的主面55的一部分。
第2绝缘膜162覆盖由多个发电元件50各自的侧面51构成的面151,并与第1绝缘膜161的端部相连。第2绝缘膜162连续地覆盖多个发电元件50各自的侧面51。第2绝缘膜162与俯视时的发电元件50的外周侧的第1绝缘膜161的端部相连。第2绝缘膜162从第1绝缘膜161的端部沿着面151向下方延伸。由此,由第2绝缘膜162保护面151。另外,第2绝缘膜162例如以从侧部包围多个发电元件50的方式配置。
第2绝缘膜162例如在面151上连续地覆盖电池201具备的所有发电元件50的侧面51。在面151,多个发电元件50各自的电极活性物质层12、固体电解质层30和对电极活性物质层22全部被第2绝缘膜162覆盖。这样,多个发电元件50各自的侧面51被第2绝缘膜162一并保护,由此电池201的可靠性提高。再者,第2绝缘膜162覆盖的面151的区域没有特别限制。第2绝缘膜162在面151中也可以仅覆盖部分发电元件50的侧面51。
电池201例如通过以下方法制造。图19是表示本变形例的电池的制造方法中的层叠体的例子的截面图。图20是用于说明本变形例的电池的制造方法中的切断工序的截面图。再者,图19和图20中,示出层叠体211的部分截面。
电池201的制造方法中,首先,作为层叠体形成工序,如图19所示,形成层叠体211,层叠体211具备多个发电元件50和绝缘体170,在对发电元件50的主面55俯视时绝缘体170配置在与发电元件50重叠的位置。
在层叠体211的形成中,首先,使用实施方式1中所述的涂敷方法等,按集电体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和集电体21的顺序依次层叠,由此形成发电元件50。这样形成多个发电元件50,将形成的多个发电元件50层叠。接着,在层叠了的多个发电元件50的最上部的发电元件50的上侧的主面55上形成绝缘体170。因此,绝缘体170夹着多个发电元件50中位于最上部的发电元件50的集电体11与该发电元件50的电极活性物质层12相对。绝缘体170例如以覆盖整个主面55的方式形成。由此,得到层叠体211。绝缘体170例如由与实施方式1中的绝缘体70相同的材料构成,可以用与绝缘体70相同的方法形成。
接着,如图19所示,作为切断工序,使用切刀500,以切刀500穿过绝缘体170的方式,在与发电元件50的主面55交叉的方向上切断层叠体211。图19所示例中,穿过绝缘体170,在一并切断多个发电元件50的全部的位置C11,沿着与发电元件50的主面55正交的方向(也就是层叠方向)切断层叠体211。由此,由于不需要将多个发电元件50以切断后的形状进行层叠,所以能够容易地制造电池201。
另外,如图20所示,通过切断层叠体211,在多个发电元件50上一并形成切断面152。
另外,在切断工序中,在利用切刀500将绝缘体170涂布到切断面152上的状态下进行切断。具体而言,通过使切刀500从多个发电元件50中的绝缘体170侧、也就是绝缘体170的上方移动而切下,从而利用切刀500将绝缘体170涂布到位于比绝缘体170靠下方的切断面152上。通过切刀500穿过可流动的绝缘体170,绝缘体170附着到切刀500上,附着的绝缘体170在形成中的切断面152上铺展开。由此,形成绝缘层160,绝缘层160具有第2绝缘膜162和第1绝缘膜161,第2绝缘膜162是涂布到切断面152上的绝缘体170,第1绝缘膜161是残留在主面55上的绝缘体170。切断面152是电池201中的面151。经过以上的层叠体形成工序和切断工序,制造电池201。
在这样的电池201的制造方法中,由于切断工序中的切断时绝缘体170涂布到切断面152上,所以能够以少的工序简便地制造通过绝缘层160保护了主面55和面151的电池201。
再者,在上述说明中,切断工序中,对1个切断面152的形成进行了说明,但也可以用与上述同样的方法形成多个切断面。例如,通过上述切断工序形成发电元件50的所有侧面。
(其他实施方式)
以上,基于实施方式对本公开的电池及其制造方法进行了说明,但本公开不限定于这些实施方式。只要不脱离本公开的主旨,对实施方式实施了本领域技术人员能够想到的各种变形后的方式、将实施方式中的部分构成要素组合而构建的其他方式也包含在本公开的范围内。
例如,上述实施方式中,第1绝缘膜61在俯视时位于发电元件50的外周部,是框状的,但不限于此。例如,在发电元件50的外周部,也可以存在未设置第1绝缘膜61的区域。
另外,在上述实施方式中,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和集电体21在俯视下实质上为相同的形状及位置,但不限于此。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和集电体21中的至少一者也可以是俯视时实质上不同的形状或位置。例如,集电体11和集电体21也可以具有俯视时从电极活性物质层12和对电极活性物质层22的端部突出的、用于与引线等连接的端子部。换言之,集电体11和集电体21也可以具有俯视时配置在电极活性物质层12和对电极活性物质层22的外侧的区域。
另外,上述实施方式中,在切断工序中,利用切刀500将绝缘体70或绝缘体170涂布到切断面上,由此形成了第2绝缘膜62或第2绝缘膜162,但不限于此。第2绝缘膜62和第2绝缘膜162也可以通过将绝缘材料另行涂布到切断面上而形成。
另外,在上述电池200和电池201中,多个发电元件50以串联电连接的方式层叠,但不限于此。多个发电元件50也可以以并联电连接的方式层叠。该情况下,层叠多个发电元件50,以使得相邻的发电元件50的同极彼此经由集电体11或集电体21电连接。由此,能够实现高容量且可靠性高的电池。
另外,上述实施方式可以在专利请求保护的范围或其均等的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
产业上的可利用性
本公开的电池可作为例如各种电子设备、汽车等所使用的全固体电池等的二次电池利用。
附图标记说明
10 电极层
11、21 集电体
12 电极活性物质层
20、20a 对电极层
22 对极活性物质层
30 固体电解质层
50、50a 发电元件
51、57 侧面
52、52a、152 切断面
55、55a、56 主面
60、60a、60b、60c、60d、60e、160 绝缘层
61、61c、61d、61e、161 第1绝缘膜
62、62a、62b、62c、62d、62e、162 第2绝缘膜
63 第1部分
64 第2部分
65 表面
70、70b、70c、170 绝缘体
100、100a、100b、100c、100d、100e、200、201 电池
110、110a、110b、110c、211 层叠体
151 面
500 切刀

Claims (20)

1.一种电池,具备发电元件和绝缘层,
所述发电元件具有电极层、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,
所述绝缘层具有第1绝缘膜和第2绝缘膜,
在对所述发电元件的主面俯视时所述第1绝缘膜从所述发电元件的端部向内侧延伸,
所述第2绝缘膜覆盖所述发电元件的侧面,并与所述第1绝缘膜的端部相连,
所述第2绝缘膜比所述第1绝缘膜薄。
2.根据权利要求1所述的电池,
所述电极层具有:
电极集电体、以及
位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层,
所述第1绝缘膜位于所述电极集电体与所述电极活性物质层之间。
3.根据权利要求2所述的电池,
在所述发电元件的侧面所述第2绝缘膜覆盖所述电极活性物质层和所述固体电解质层。
4.根据权利要求1所述的电池,
所述电极层具有:
电极集电体、以及
位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层,
所述第1绝缘膜位于所述电极活性物质层与所述固体电解质层之间。
5.根据权利要求2~4中任一项所述的电池,
所述电极层是正极层,
所述对电极层是负极层。
6.根据权利要求2~5中任一项所述的电池,
对所述发电元件的主面俯视时所述第1绝缘膜位于从所述电极活性物质层的外周起算的长度为1mm以下的区域。
7.根据权利要求2~6中任一项所述的电池,
所述第2绝缘膜包含第1部分和第2部分,所述第1部分从所述第1绝缘膜的端部沿着所述发电元件的侧面在第1方向上延伸,所述第2部分从所述第1绝缘膜的端部沿着所述发电元件的侧面在与所述第1方向相反的第2方向上延伸。
8.根据权利要求1所述的电池,
所述电极层具有:
电极集电体、以及
位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层,
所述第1绝缘膜夹着所述电极集电体与所述电极活性物质层相对。
9.根据权利要求8所述的电池,
在所述发电元件的侧面所述第2绝缘膜覆盖所述电极集电体、所述电极活性物质层和所述固体电解质层。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的电池,
所述绝缘层含有树脂。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的电池,
所述第2绝缘膜覆盖所述发电元件的侧面中的部分区域,
所述发电元件的侧面中的未被所述第2绝缘膜覆盖的区域与所述第2绝缘膜的靠所述发电元件侧的相反侧的表面在同一面上。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的电池,
所述第2绝缘膜的厚度随着远离所述第1绝缘膜而变小。
13.根据权利要求1~12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。
14.一种电池的制造方法,包含层叠体形成工序和切断工序,
所述层叠体形成工序中,形成具备发电元件和绝缘体的层叠体,所述发电元件是电极层、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层叠而成的,在对所述发电元件的主面俯视时所述绝缘体配置在与所述发电元件重叠的位置,
所述切断工序中,使用切刀,以所述切刀穿过所述绝缘体的方式,在与所述发电元件的主面交叉的方向上切断所述层叠体,在所述发电元件上形成切断面,
所述切断工序中,利用所述切刀一边将所述绝缘体涂布到所述切断面上一边进行切断。
15.根据权利要求14所述的电池的制造方法,
所述切断工序中,在对所述层叠体沿层叠方向施加压力的状态下切断所述层叠体。
16.根据权利要求14或15所述的电池的制造方法,
所述绝缘体由热塑性材料构成,
所述切断工序中,将所述层叠体和所述切刀中的至少一者加热到所述绝缘体的软化点以上的温度后,切断所述层叠体。
17.根据权利要求16所述的电池的制造方法,
所述切断工序中,所述温度为300℃以下。
18.根据权利要求16或17所述的电池的制造方法,
所述切断工序中,对所述层叠体和所述切刀这两者进行加热,
所述层叠体和所述切刀的加热中,将所述层叠体加热到第1温度,并将所述切刀加热到比所述第1温度高的第2温度。
19.根据权利要求14或15所述的电池的制造方法,
所述绝缘体由热固化性材料或光固化性材料构成,
所述切断工序中,在切断所述层叠体之后使所述绝缘体固化。
20.根据权利要求14~18中任一项所述的电池的制造方法,
所述层叠体形成工序中,通过在所述发电元件的侧面插入所述绝缘体而形成所述层叠体。
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