KR20120006927A

KR20120006927A - 전지의 제조 방법, 전지, 차량 및 전자 기기

Info

Publication number: KR20120006927A
Application number: KR1020110056897A
Authority: KR
Inventors: 다케시 마츠다; 마사카즈 사나다; 겐타 히라마츠
Original assignee: 다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2012-01-19
Also published as: KR101332137B1; JP5639804B2; JP2012022827A; CN102332560B; CN102332560A; US20120015253A1

Abstract

고체 전해질을 이용하고, 박형이며 전기 화학 특성이 뛰어난 전지 및 그 전지를 구비한 기기를 제공한다. 음극 활물질 재료를 포함하는 도포액을 노즐 스캔법으로 도포함으로써, 대략 평탄한 음극 집전체(11)의 표면으로부터 돌출된 라인 형상 패턴(121)을 형성한다. 이어서 고체 전해질 재료를 포함하는 도포액을 예를 들면 스코트법에 의해 도포하여 고체 전해질층(13)을 형성한다. 라인 형상 패턴(121) 상에 도포된 도포액의 일부가, 라인 형상 패턴(121)간에 노출된 음극 집전체의 노출 표면(11a)을 향해 흘러 떨어지는 것을 가미하여, 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13)의 두께(Te)가 라인 형상 패턴(121)의 높이(Ha)보다도 작아지도록 한다.

Description

전지의 제조 방법, 전지, 차량 및 전자 기기{BATTERY MANUFACTURING METHOD, BATTERY, VEHICLE AND ELECTRONIC DEVICE}

이 발명은, 활물질층간에 고체 전해질층을 개재시킨 구조를 가지는 전지의 제조 방법, 그 구조를 가지는 전지 및 그 전지를 구비하는 기기에 관한 것이다.

예를 들면, 리튬 이온 이차 전지와 같은 화학 전지를 제조하는 방법으로서는, 종래부터, 양극 활물질 및 음극 활물질을 각각 부착시킨 집전체로서의 금속박을 세퍼레이터를 개재하여 겹쳐지게 하고, 세퍼레이터에 전해액을 함침시키는 기술이 알려져 있다. 그러나, 전해액으로서 휘발성이 높은 유기용제를 포함한 전지는 취급에 주의가 필요하고, 또 거듭되는 소형화·대출력화가 요구되므로, 근래에는 전해액 대신에 고체 전해질을 이용하고, 미세 가공에 의해 전고체 전지를 제조하기 위한 기술이 제안되어 오고 있다.

예를 들면 특허 문헌 1에는, 집전체가 되는 금속박 상에, 표면에 요철을 가지는 활물질층을 잉크젯법에 의해 형성하고, 그 요철을 메우도록 고체 전해질층, 또 한쪽의 활물질층을 순차적으로 잉크젯법에 의해 입체적으로 적층하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는, 1회의 인쇄 공정에서 형성되는 음양의 활물질층 및 고체 전해질층 등의 다른 기능층이 혼재하는 층을, 덧칠에 의해 다층으로 적층함으로써 상기의 입체적인 구조를 얻고 있다.

일본국 특허 공개 2005-116248호 공보

활물질이나 전해질 등의 재료의 사용량이나 치수는 전지 용량이나 충방전 특성에 큰 영향을 미치기 때문에, 박형이며 특성이 뛰어난 전지를 얻기 위해서는, 이것들의 밸런스를 적절히 설정하여 전지를 제조할 필요가 있다. 그러나, 종래의 기술에 있어서는 이 점에 관해서 지금까지 충분한 검토가 이루어져 오지 않았다. 또한, 상기 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 원하는 입체 구조를 얻기 위해서 수많은 공정이 필요하고, 이러한 입체 구조를 가지는 전지를 실용 레벨로 제조하기 위해서는 새로운 개선의 여지가 남아 있다.

이 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 고체 전해질을 이용하여, 박형이며 전기 화학 특성이 뛰어난 전지 및 그 전지를 구비한 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 관련되는 전지의 제조 방법은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 대략 평탄한 기재의 표면에 제1 활물질 재료를 포함하는 제1 도포액을 도포하여, 상기 기재의 표면으로부터 돌출된 볼록부를 상기 제1 활물질 재료에 의해 형성하는 활물질 도포 공정과, 상기 볼록부가 형성된 상기 기재의 표면에, 고체 전해질 재료를 포함하는 제2 도포액을 도포하여, 상기 볼록부의 표면과 상기 볼록부가 형성되어 있지 않은 상기 기재의 노출 표면을 모두 덮는 전해질층을 상기 고체 전해질 재료에 의해 형성하는 전해질층 형성 공정을 구비하고, 상기 전해질층 형성 공정에서는, 상기 기재의 상기 노출 표면을 덮는 전해질층의 두께를, 상기 기재 표면으로부터의 상기 볼록부의 높이보다도 작게 하는 것을 특징으로 하고 있다.

기재 표면에 제1 활물질 재료에 의한 볼록부를 형성함으로써, 제1 활물질 재료의 표면적을 그 사용량(체적)에 대해서 크게 할 수 있으므로, 전지로서의 충방전 특성을 높게 할 수 있다. 한편, 전해액에 비해 이온 전도율이 낮은 고체 전해질을 이용하는 경우, 양 극의 활물질층간에 개재하는 전해질층을 얇게 할 필요가 있다. 그러나, 제1 활물질 재료에 의해 형성된 볼록부의 높이보다도 그 주위의 전해질층의 두께가 크면, 활물질에 요철을 설치한 의의가 멸각되고, 양 극의 활물질이 두꺼운 전해질층을 개재하여 대향하게 된다. 특히, 기재 표면에 제1 활물질 재료에 의한 볼록부를 설치한 구조에 대해서 전해질용 도포액을 도포함으로써 전해질층을 형성하는 경우에 이 문제가 현저하다. 이러한 것은, 볼록부에 도포된 전해질용 도포액이, 보다 낮은 기재의 노출 표면에 흘러들어 이 부분에서 전해질층의 두께가 증대해 버리기 때문이다. 따라서, 특성이 양호한 전지를 얻기 위해서는, 기재의 노출 표면을 덮는 전해질층의 두께를 적정하게 관리하는 것이 중요해진다.

그래서, 이 발명에 관련되는 전지의 제조 방법에서는, 전해질층 중 기재의 노출 표면을 덮는 부분에 주목하고, 이 부분의 전해질층의 두께를 볼록부의 높이보다도 작아지도록 관리한다. 그 때문에, 넓은 대향 면적으로 활물질을 대향시키는 것이 가능한 얇은 전해질층이 확실히 얻어진다. 이로 인해, 이 발명에 의하면, 박형이며 전기 화학 특성이 뛰어난 전지를 제조하는 것이 가능하다. 또, 고체 전해질층 전체를 균일한 두께로 할 필요는 반드시 없기 때문에 특수한 도포 방법으로 한정되지 않고, 기재의 노출 표면 상에서 막두께를 제어 가능하면 여러 가지의 도포 방법을 적용할 수 있다.

본원 발명자들의 지견에 따르면, 기재의 노출 표면을 덮는 전해질층의 두께를 볼록부의 높이의 2분의 1 이하까지 얇게 하면, 보다 전지의 특성을 향상시킬 수 있다. 또, 기재 표면 중, 제1 활물질 재료에 의한 볼록부가 덮는 부분의 면적을 전체의 2분의 1 이하로 하면, 볼록부로부터 도포액이 흘러드는 것에 기인하는 전해질층의 두께의 증가를 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알았다.

구체적으로는, 예를 들면, 활물질 도포 공정에서는, 기재의 표면을 따른 라인 형상의 볼록부를 복수 형성하고, 각 볼록부의 폭을, 인접하는 볼록 부문의 간격 이하로 하면 된다. 이러한 입체 구조는 이른바 라인 앤드 스페이스 구조로 불리는 것이며, 도포에 의해 입체적인 구조를 단시간에 형성하는데 적합한 구조이다. 또, 볼록부의 폭을 인접하는 볼록부문의 간격 이하로 함으로써, 기재 표면 중 볼록부에 의해 덮이는 부분의 면적은 전체의 2분의 1 이하로 억제되고, 상기한 전해질층의 두께의 증가를 억제할 수 있다.

또, 본원 발명자들의 지견에 따르면, 이렇게 하여 제조되는 전지는, 볼록부의 폭을 20㎛ 내지 250㎛, 또한 볼록부간의 간격을 500㎛ 이하로 한 경우나, 볼록부의 연장 방향에 직교하는 면에 있어서의 볼록부의 단면적을 200㎛² 내지 125000㎛²로 한 경우에 특히 양호한 특성을 얻을 수 있었다.

또, 이 발명의 활물질 도포 공정에서는, 예를 들면, 기재의 표면에 대해서 상대 이동하는 노즐로부터 제1 도포액을 토출시켜 기재 표면에 도포하도록 해도 된다. 이러한, 이른바 노즐 디스펜스 방식에 의한 도포 기술은, 도포액을 미세한 요철 패턴으로 도포할 수 있는 실적이 있고, 본 발명에 있어서의 제1 도포액의 도포에 적합하게 적용하는 것이 가능하다. 그리고, 이 방식으로는 두께가 있는 패턴을 단시간에 형성할 수 있으므로, 잉크젯 방식을 적용한 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술보다도 훨씬 높은 생산성으로 전지를 제조하는 것이 가능해진다.

또, 이 발명에 있어서의 기재는, 제1 활물질에 대응한 제1 집전체가 되는 도전성 시트이어도 된다. 또, 제1 집전체가 되는 도전성 시트의 주면 중 제1 도포액이 도포되는 측의 주면에 미리 제1 활물질 재료에 의한 막이 적층된 적층체여도 된다. 도전성 시트 표면에 제1 활물질 재료로 이루어지는 볼록부를 직접 형성한 경우, 도전성 시트, 볼록부가 각각 집전체층, 활물질층으로서 기능한다. 또, 도전성 시트에 활물질막을 형성한 것을 기재로 한 경우, 그 후에 형성되는 볼록부와, 미리 기재에 형성되어 있는 활물질막이 일체적으로 활물질층으로서 기능하게 된다. 이 경우, 활물질층의 표면적을 더 증대시킬 수 있으므로, 보다 특성이 양호한 전지를 제조하는 것이 가능해진다.

이 발명에 있어서의 전지의 제조 방법에서는, 상기와 같이 하여 제조한 전해질층의 표면에, 제2 활물질층 및 제2 집전체층을 더 적층하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 제1 및 제2 활물질층이 얇은 고체 전해질층을 사이에 끼고, 또한 넓은 면적으로 대향한 전지를 제조할 수 있고, 박형이며 특성이 양호한 전지를 얻을 수 있다.

이 경우, 전해질층의 표면에, 제2 활물질 재료를 포함하는 제3 도포액을 도포하여 제2 활물질층을 형성하도록 해도 된다. 도포액의 도포에 의해 제2 활물질층을 형성함으로써, 전해질층과의 접촉면이 전해질층 표면의 요철에 대응한 요철을 가지는 제2 활물질층을 형성할 수 있다. 따라서, 제2 활물질층과 전해질층의 접촉 면적이 크고 특성이 양호한 전지를 제조할 수 있다.

또, 이 발명에 관련되는 전지는, 상기 목적을 달성하기 위해서, 제1 집전체층과, 제1 활물질층과, 고체 전해질층과, 제2 활물질층과, 제2 집전체층을 적층한 구조를 가지며, 이것들이 상기한 어느 하나의 제조 방법으로 제조된 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같이 구성된 발명에서는, 제1 활물질층과 제2 활물질층이 얇은 고체 전해질층을 개재하여 대향하고 있다. 이 때문에, 본 발명에 관련되는 전지는, 고체 전해질을 이용한, 박형이며 전기 화학 특성이 뛰어난 전지로 되어 있다.

상기와 같은 구조를 가지는 전지는 여러 가지의 응용 분야가 생각되지만, 예를 들면 전기 자동차와 같은 각종 차량의 전원으로서, 또 이 전지를 전원으로 하여 동작하는 회로부를 구비한 각종의 전자 기기에 적용하는 것이 가능하다. 보다 구체적으로는, 박형이며 고성능의 전원을 구성할 수 있으므로, 예를 들면 IC 카드와 같이, 전지와 회로부를 유지하는 카드형의 케이스를 구비하는 전자 기기에 특히 적합하게 적용하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 고체 전해질을 이용한 전지를 제조함에 있어서, 대략 평탄한 기재 표면으로부터 돌출한 볼록부를 활물질에 의해 형성한다. 이것과 함께, 활물질에 의한 볼록부로 덮이지 않는 기재 표면을 덮는 활물질층의 두께를, 볼록부의 높이보다도 작아지도록 한다. 이 때문에, 양 극의 활물질을 얇은 전해질층을 개재하여 넓은 면적으로 대향시킬 수 있고, 박형이며 특성이 양호한 전지 및 이것을 구비한 기기를 제공할 수 있다.

도 1a는 본 발명에 관련되는 전지의 일실시 형태인 리튬 이온 이차 전지 모듈의 개관 사시도이다.
도 1b는 본 실시 형태의 리튬 이온 이차 전지 모듈의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1a의 전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 3a는 노즐 스캔법에 의한 도포의 모습을 X 방향으로부터 본 도면, 도 3b 및 도 3c는 같은 모습을 각각 Y 방향, 비스듬한 상방으로부터 본 도면이다.
도 4는 스핀 코트법에 의한 재료 도포의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 고체 전해질층의 두께를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 라인 형상 패턴의 폭과 간격의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 나이프 코트법에 의한 양극 활물질 도포의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 관련되는 전지를 탑재한 기기의 일례로서의 전기 자동차를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 관련되는 전지를 탑재한 기기의 다른 예로서의 IC 카드를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 10a는 본 발명에 관련되는 전지의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10b는 도 10a의 전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.

도 1a는 본 발명에 관련되는 전지의 일실시 형태인 리튬 이온 이차 전지 모듈의 개관 사시도이며, 도 1b는 그 단면 구조를 나타내는 도면이다. 이 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)은, 음극 집전체(11)의 표면에 음극 활물질층(12), 고체 전해질층(13), 양극 활물질층(14) 및 양극 집전체(15)를 순서대로 적층한 구조를 가지고 있다. 이 명세서에서는, X, Y 및 Z 좌표 방향을 각각 도 1a에 나타내는 바와 같이 정의한다.

도 1b에 나타내는 바와 같이, 음극 활물질층(12)은, 음극 활물질에 의해 형성되고 Y 방향을 따라 연장되는 라인 형상의 패턴(121)이 X 방향으로 일정 간격을 두고 다수 늘어선, 라인 앤드 스페이스 구조로 되어 있다. 한편, 고체 전해질층(13)은 고체 전해질에 의해 형성된 연속하는 박막이다. 고체 전해질층(13)은, 상기와 같이 음극 집전체(11) 상에 음극 활물질층(12)이 형성되어 이루어지는 적층체 표면의 요철을 따르도록(추종하도록), 그 적층체 상면의 거의 전체를 균일하게 덮고 있다.

또, 양극 활물질층(14)은, 그 하면측은 고체 전해질층(13) 상면의 요철을 따른 요철 구조를 가지지만, 그 상면은 대략 평탄하게 되어 있다. 그리고, 이와 같이 대략 평탄하게 형성된 양극 활물질층(14)의 상면에 양극 집전체(15)가 적층되어, 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)이 형성된다. 이 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)에 적절히 탭 전극이 설치되거나 복수의 모듈이 적층되어, 리튬 이온 이차 전지가 구성된다.

여기서, 각층을 구성하는 재료로서는, 리튬 이온 전지의 구성 재료로서 공지의 것을 이용하는 것이 가능하다. 음극 집전체(11), 양극 집전체(15)로서는, 예를 들면 동박, 알루미늄박을 각각 이용할 수 있다. 또, 양극 활물질로서는 예를 들면 LiCoO₂(LCO)를 주체로 하는 것을, 음극 활물질로서는 예를 들면 Li₄Ti₅O₁₂(LTO)를 주체로 한 것을 각각 이용할 수 있다. 또, 고체 전해질층(13)으로서는, 예를 들면 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리스티렌을 이용할 수 있다. 또한, 각 기능층의 재질에 대해서는 이것들로 한정되는 것은 아니다.

이러한 구조를 가지는 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)은, 박형이며 접기 용이하다. 또, 음극 활물질층(12)을 도시한 바와 같은 요철을 가지는 입체적 구조로 하여, 그 체적에 대한 표면적을 크게 하고 있으므로, 얇은 고체 전해질층(13)을 개재한 양극 활물질층(14)과의 대향 면적을 크게 취할 수 있고, 고효율·고출력을 얻을 수 있다. 이와 같이, 상기 구조를 가지는 리튬 이온 이차 전지는 소형이며 고성능을 얻을 수 있는 것이다.

다음에, 상기한 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 종래, 이런 종류의 모듈은 각 기능층에 대응하는 박막 재료를 적층함으로써 형성되어 왔지만, 이 제조 방법에서는 모듈의 고밀도화에 한계가 있다. 또, 상기한 특허 문헌 1에 기재된 제조 방법에서는, 공정이 많고 제조에 시간이 걸리고, 또 각 기능층간의 분리가 어렵다. 이에 대해, 이하에 설명하는 제조 방법에서는, 적은 공정으로, 또 기존의 처리 장치를 이용하여, 상기와 같은 구조의 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 제조하는 것이 가능하다.

도 2는 도 1a의 전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 제조 방법에서는, 우선 음극 집전체(11)가 되는 금속박, 예를 들면 동박을 준비한다(단계 S101). 얇은 동박을 사용하는 경우는 그 반송이나 취급이 어렵다. 그래서, 예를 들면 편면을 유리판이나 수지 시트 등의 캐리어에 붙이는 등에 의해 반송성을 높여 두는 것이 바람직하다.

이어서, 동박의 한쪽면에, 음극 활물질 재료를 포함하는 음극 활물질 도포액을, 노즐 디스펜스법, 그 중 예를 들면 도포액을 토출하는 노즐을 도포 대상면에 대해서 상대 이동시키는 노즐 스캔법에 의해 도포한다(단계 S102). 도포액으로서는, 예를 들면, 상기한 음극 활물질을 포함하는 유기계 LTO 재료(유기·무기 복합재료)를 이용할 수 있다. 도포액에는, 음극 활물질 외에, 도전조제로서의 아세틸렌블랙 또는 케첸블랙, 결착제로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔러버(SBR), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 용제로서의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등을 혼합한 것을 이용할 수 있다. 또한, 음극 활물질 재료로서는 상기한 LTO 외에 예를 들면 흑연, 금속 리튬, SnO₂, 합금계 등을 이용하는 것이 가능하다.

도 3a는 노즐 스캔법에 의한 도포의 모습을 X 방향으로부터 본 도면, 도 3b 및 도 3c는 같은 모습을 각각 Y 방향, 비스듬한 상방으로부터 본 도면이다. 노즐 스캔법에 의해 도포액을 기재에 도포하는 기술은 공지이며, 본 방법에 있어서도 그러한 공지 기술을 적용하는 것이 가능하므로, 장치 구성에 대해서는 설명을 생략 한다.

노즐 스캔법에서는, 상기 유기계 LTO 재료를 도포액으로서 토출하기 위한 토출구(311)를 1개 또는 복수 설치된 노즐(31)을 동박(11)의 상방에 배치한다. 그리고, 토출구(311)로부터 일정량의 도포액(32)을 토출시키면서, 노즐(31)을 동박(11)에 대해서 상대적으로 화살표 방향(Dn)으로 일정 속도로 주사 이동시킨다. 이렇게 함으로써, 동박(11) 상에는 도포액(32)이 Y 방향을 따른 라인 형상으로 도포된다. 노즐(31)에 복수의 토출구(311)를 설치함으로써 1회의 주사 이동으로 복수의 스트라이프를 형성할 수 있다. 필요에 따라서 주사 이동을 반복함으로써, 동박(11)의 전면에 라인 형상으로 도포액을 도포할 수 있다. 이것을 건조 경화시킴으로써, 동박(11)의 상면에 음극 활물질에 의한 라인 형상 패턴(121)이 형성된다. 또, 도포 후에 가열하여 건조를 촉진하거나, 도포액에 광경화성 수지를 첨가하고 도포 후에 광조사하여 도포액을 경화시키도록 해도 된다.

이 시점에서는, 대략 평탄한 동박(11)의 표면에 대해서 음극 활물질층(12)을 부분적으로 쌓아올린 상태로 되어 있다. 단지 상면이 평탄해지도록 도포액을 도포하는 경우에 비해, 활물질의 사용량에 대한 표면적을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 나중에 형성되는 양극 활물질과의 대향 면적을 크게 하여 고출력을 얻을 수 있다.

도 2의 플로우차트의 설명을 계속한다. 이렇게 하여 형성된, 동박(11)에 음극 활물질층(12)을 적층하여 이루어지는 적층체의 상면에 대해서, 적절한 도포 방법, 예를 들면 스핀 코트법에 의해 전해질 도포액을 도포한다(단계 S103). 전해질 도포액으로서는, 상기한 고분자 전해질 재료, 예를 들면 폴리에틸렌옥사이드, 폴리스티렌 등의 수지, 지지염으로서의 예를 들면 LiPF₆(6불화인산 리튬) 및 용제로서의 예를 들면 디에틸렌카보네이트 등을 혼합한 것을 이용할 수 있다.

도 4는 스핀 코트법에 의한 재료 도포의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다. 동박(11)에 라인 형상 패턴(121)으로 이루어지는 음극 활물질층(12)을 적층한 적층체(101)는, 연직 방향(Z 방향)의 회전축 둘레를 소정의 회전 방향(Dr)으로 회전 가능한 회전 스테이지(42)에 대략 수평하게 올려진다. 그리고, 회전 스테이지(42)가 소정의 회전 속도로 회전하고, 회전 스테이지(42)의 회전축 상의 상부 위치에 설치된 노즐(41)로부터 고분자 전해질 재료를 포함하는 도포액(43)이 적층체(101)를 향해 토출된다. 적층체(101)에 적하된 도포액은 원심력에 의해 주위로 퍼지고, 여분의 액은 적층체(101)의 단부로부터 떨쳐진다. 이렇게 함으로써, 적층체(101)의 상면은 얇고 균일한 도포액에 의해 덮인다. 스핀 코트법에서는, 도포액의 점도 및 회전 스테이지(42)의 회전 속도에 의해 막두께를 제어할 수 있고, 또 본 건 적층체(101)와 같은, 표면에 요철 구조를 가지는 피처리물에 대해서도, 그 요철을 따른 두께가 균일한 박막을 형성하는 것에 대해서 충분한 실적이 있다.

여기서, 고체 전해질층(13)의 두께에 대해서 검토한다. 고체 전해질층(13)은, 상온 부근에서는 이온 전도율이 액체 전해질에 비하면 작다. 이 때문에, 전지로서의 내부 저항을 억제하는 데는 음양의 활물질층이 확실히 분리되는 한에 있어서, 고체 전해질층(13)은 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 이 실시 형태의 제조 방법에 있어서는, 고체 전해질층(13)의 두께를 이하와 같이 관리하고 있다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 고체 전해질층의 두께를 모식적으로 나타내는 도면이다. 보다 상세하게는, 이들 도면은, 음극 집전체(11), 음극 활물질층(12) 및 고체 전해질층(13)을 적층한 적층체를, 음극 활물질층(12)을 구성하는 라인 형상 패턴(121)의 연장 방향(Y 방향)에 직교하는 X-Z 평면으로 절단한 단면도이다. 고체 전해질층(13)은, 음극 집전체(11)와 음극 활물질(12)의 적층체(101)의 표면을 얇고 균일한 두께로 덮고 있는 것이 이상적인 상태이다. 따라서, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 음극 활물질에 의한 라인 형상 패턴(121)의 정상부를 덮는 고체 전해질층(13)의 두께(Tl)와, 라인 형상 패턴(121)이 형성되지 않고 노출된 음극 집전체(11)의 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13)의 두께(T2)가, 거의 같은 것이 바람직하다.

그러나, 전해질 재료를 포함하는 도포액의 도포에 의해 고체 전해질층(13)을 형성하는 경우, 도 5a에 점선 화살표로 나타내는 바와 같이, 라인 형상 패턴(121) 상에 도포된 도포액의 일부가, 중력에 의해 노출 표면(11a)을 향해 흘러 떨어져 버리는 것은 피할 수 없다. 이러한 것은, 라인 형상 패턴(121)을 덮는 고체 전해질층(13)의 두께(T1)를 감소시키는 한편, 음극 집전체(11)의 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13)의 두께(T2)를 증대시킨다. 이 때문에, 라인 형상 패턴(121)의 정상부와 음극 집전체층(11)의 노출 표면의 사이에서, 전해질층의 두께를 일정하게 하려고 하는 것은 현실적이지 않다.

그래서, 이 실시 형태에서는, 이러한 흘러 떨어짐을 가미한 다음 음극 집전체층(11)의 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13)의 두께를 관리한다. 이렇게 함으로써, 특성이 양호한 전지를 제조할 수 있도록 하고 있다. 구체적으로는, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 음극 집전체(11)의 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13)의 두께(Te)가, 음극 활물질에 의한 라인 형상 패턴(121)의 Z 방향 높이(Ha)보다도 작아지도록, 고체 전해질층(13)의 두께를 조정한다. 보다 바람직하게는 Z 방향 높이(Ha)의 절반 이하가 되도록 한다.

비교예로서 도 5c에 나타내는 바와 같이, 음극 집전체층(11)의 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13a)의 두께(Te)가 음극 활물질에 의한 라인 형상 패턴(121)의 높이(Ha)보다도 큰 경우를 생각한다. 이 경우, 고체 전해질층(13a)에 적층되는 양극 활물질층은 두꺼운 전해질층(13a)을 개재하여 음극 활물질에 의한 라인 형상 패턴(121)과 대향하게 되고, 음극 활물질층(12)에 요철 패턴을 설치한 의의가 멸각되어 버린다.

본 실시 형태에서는, 음극 집전체층(11)의 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13)의 두께(Te)를 라인 형상 패턴(121)의 높이(Ha)보다 작게 한다. 이렇게 하면, 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13)의 표면보다도 돌출한 라인 형상 패턴(121)의 정상부 및 측면이, 얇은 고체 전해질층(13)을 개재하여 양극 활물질과 대향하게 된다. 고체 전해질층(13)의 두께(Te)를 얇게 할수록 그 효과는 현저해지지만, 본원 발명자들의 지견으로는, 음극 집전체층(11)의 노출 표면(11a)을 덮는 고체 전해질층(13)의 두께(Te)를, 라인 형상 패턴(121)의 높이(Ha)의 절반 이하로 했을 때, 특히 특성이 양호한 전지를 얻을 수 있다.

또, 음극 집전체층(11)의 노출 표면(11a)에 있어서, 라인 형상 패턴(121)에 도포되어 주위로 흘러 떨어지는 도포액에 의해 전해질층(13)의 두께가 증대하는 것을 억제한다는 의미에서, 라인 형상 패턴(121)의 폭과, 인접하는 라인 형상 패턴간의 간격의 관계도 중요하다.

도 6a 및 도 6b는 라인 형상 패턴의 폭과 간격의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 6a에 나타내는 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 라인 형상 패턴(121)의 배열 방향(X 방향)에 있어서의 라인 형상 패턴(121)의 폭(La)에 대해서, 라인 형상 패턴(121)간의 간격(Sa)이 이것과 동일하도록 또는 이것보다 커지도록 한다. 여기서, 라인 형상 패턴(121)의 폭(La)은, 음극 집전체(11)와의 접촉면에 있어서의 폭으로서 정의한다. 이러한 치수 관계 하에서는, 음극 집전체(11) 표면 중 라인 형상 패턴(121)으로 덮이는 부분의 면적이, 라인 형상 패턴(121)에 의해 덮이지 않는 부분의 면적 이하가 된다. 즉, 음극 집전체(11) 표면 중 라인 형상 패턴(121)으로 덮이는 부분의 면적은 전체의 1/2 이하가 된다. 이와 같이 라인 형상 패턴(121)의 간격(Sa)을 넓게 취함으로써, 라인 형상 패턴(121) 상으로부터 주위로 흘러 떨어진 전해질 도포액은 노출 표면(11a) 전체로 퍼지기 때문에, 전해질층(13)의 두께(Te)가 크게 증가하는 경우는 없다.

이것에 대해서, 도 6b에 나타내는 비교예와 같이, 라인 형상 패턴(121)의 폭(La)에 대해서 간격(Sa)이 작은 경우, 라인 형상 패턴(121)으로부터 흘러 떨어진 도포액이 좁은 간극에 흘러들게 된다. 그 때문에, 전해질층(13)의 두께(Te)가 크게 증가해 버린다. 또, 본 실시 형태와 같이 스핀 코트법에 의해 전해질 도포액을 도포하는 경우, 라인 간격(Sa)이 작으면 도포액이 저부에 체류하고, 회전으로 떨쳐버릴 수 없게 되는 경우가 있다. 이 점으로부터도, 라인 간격(Sa)을 라인 형상 패턴(121)의 폭(La)보다 큰 것이 바람직하다.

예를 들면 라인 형상 패턴(121)의 폭(La)에 대해서 라인 간격(Sa)이 K배라고 한다. 이 때, 도포 직후(미경화 상태)의 전해질층의 두께(Te)가 라인 형상 패턴(121)의 높이(Ha)의 (1/K)배보다 작으면, 비록 라인 형상 패턴(121) 상에 도포된 도포액의 대부분이 흘러 떨어졌다고 해도, 고체 전해질층(13)의 두께(Te)가 라인 형상 패턴(121)의 높이(Ha)를 상회하는 경우는 없다.

본원 발명자들의 지견으로는, 도포에 의해 양질의 박막을 얻을 수 있다고 하는 점으로부터 고체 전해질층(13)의 두께(Te)를 20㎛로 고정했을 때,

20≤La≤250［㎛］,

1.4La≤Sa≤500［㎛］,

일 때 특히 양호한 특성을 얻을 수 있다.

또, 활물질층의 표면적을 효과적으로 증대시킨다고 하는 점에서는, 라인 형상 패턴(121)의 애스펙트비(=Ha/La)가 큰, 즉 같은 폭(La)에서도 높이(Ha)가 크고 라인 형상 패턴(121)의 단면적(Da)이 큰 것이 바람직하다. 이 점에 대해서는,

200≤Da≤125000[㎛²],

가 바람직한 범위였다.

다시 도 2에 돌아와, 플로우차트의 설명을 또한 계속한다. 이렇게 하여 형성된, 동박(11), 음극 활물질층(12), 고체 전해질층(13)을 적층하여 이루어지는 적층체에 대해서 양극 활물질층(14)이 형성된다(단계 S104). 양극 활물질층(14)은, 적절한 도포 방법, 예를 들면 공지의 나이프 코트법에 의해 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 도포액이 도포됨으로써 형성된다. 양극 활물질을 포함하는 도포액으로서는, 예를 들면, 상기한 양극 활물질과, 도전조제로서의 예를 들면 아세틸렌블랙, 결착제로서의 SBR, 분산제로서의 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC) 및 용제로서의 순수 등을 혼합한 수계 LCO 재료를 이용할 수 있다. 양극 활물질 재료로서는, 상기한 LCO 외, LiNiO₂ 또는 LiFePO₄, LiMnPO₄, LiMn₂O₄, 또 LiMeO₂(Me=M_xM_yM_z；Me, M은 전이 금속 원소이며, 또한 x＋y＋z=1)로 대표적으로 나타나는 화합물, 예를 들면 LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/30₂, LiNi_0.8Co_0.15Al_0.050₂ 등을 이용할 수 있다. 또, 도포 방법으로서는, 이하에 예시하는 나이프 코트법 외, 바 코트법이나 스핀 코트법과 같이, 평면 상에 평탄한 막을 형성하는 것이 가능한 공지의 도포 방법을 적절히 채용할 수 있다.

도 7은 나이프 코트법에 의한 양극 활물질 도포의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다. 정극 활물질을 포함하는 도포액이, 도시하지 않는 노즐로부터 적층체(102)의 표면에 토출된다. 그리고, 적층체(102)의 상면에 근접 배치된 블레이드(52)가, 그 하단을 도포액에 접촉시키면서 적층체 상면을 화살표 방향(Dn3)으로 이동한다. 이로 인해, 도포액(54)의 상면이 평평하게 고르게 된다.

이와 같이 하여 양극 활물질을 포함하는 도포액(54)을 블레이드(52)에 의해 고르게 하면서 적층체(102)에 도포함으로써, 음극 집전체(11), 음극 활물질층(12), 고체 전해층(13)을 적층하여 이루어지는 적층체(102) 상에, 양극 활물질층(14)이 형성된다. 양극 활물질층(14)은, 하면이 고체 전해질층(13)의 요철을 따른 요철을 가지는 한편, 상면이 대략 평탄하다. 양극 활물질층(14)의 두께로서는 20㎛ 내지 100㎛가 적당하다.

도 2로 돌아와 설명을 계속한다. 이렇게 하여 형성된 양극 활물질층(14)의 상면에, 양극 집전체(15)가 이루어지는 금속박, 예를 들면 알루미늄박을 적층한다(단계 S105). 이 때, 앞의 단계 S104에서 형성된 양극 활물질층(14)이 경화하기 전에, 그 상면에 양극 집전체(15)를 겹쳐지게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 양극 활물질층(14)과 양극 집전체(15)를 서로 밀착시켜 접합할 수 있다. 또 양극 활물질층(14)의 상면은 평평하게 고르게 되어 있으므로, 양극 집전체(15)를 간극없이 적층하는 것이 용이하게 되어 있다.

이상과 같이, 이 실시 형태에서는, 음극 활물질 도포액을 노즐 스캔법에 의해 음극 집전체(11) 상에 도포함으로써, 라인 앤드 스페이스 구조를 가지는 음극 활물질층(12)을 형성한다. 이로 인해, 재료의 체적에 대해서 표면적이 큰 음극 활물질층(12)을 구성할 수 있다. 노즐 스캔법을 이용한 도포에 의하면, 상기한 종래 기술의 잉크젯법 비해 훨씬 다량의 도포액을 연속적으로 토출할 수 있으므로, 고저차가 큰 요철 패턴을 가지는 음극 활물질층(12)을 단시간에 형성할 수 있다.

그리고, 음극 활물질층(12) 및 음극 집전체(11)의 노출 표면(11a)을 덮도록 전해질 도포액을 도포하여 고체 전해질층(13)을 형성한다. 이 때, 음극 활물질층(12)의 라인 형상 패턴(121)으로부터 도포액이 노출 표면(11a)측에 흘러 떨어지는 것을 고려하여 전해질층(13)의 두께를 관리하고 있다. 따라서, 대략 평탄한 노출 표면(11a)에서의 막두께를 제어 가능한 여러 가지의 도포 방법을 적용할 수 있고, 특수한 도포 방법을 필요로 하지 않는다. 그리고, 또한 양극 활물질 도포액을 도포하여 양극 활물질층(14)을 형성하고, 양극 집전체(15)를 적층함으로써, 도 1에 나타내는 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)이 형성된다. 이러한 구조에서는, 음양 양 극의 활물질이, 얇은 고체 전해질층을 개재하여 넓은 면적으로 대향하게 된다.

그 때문에, 이렇게 하여 제조되는 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)은 박형이며 전기 화학 특성이 양호하다. 그리고, 이것을 이용하여 구성되는 전지는 유기용제를 포함하지 않는 전고체전지이며, 취급이 용이함과 더불어, 소형이며 뛰어난 성능을 가지는 것이다. 이와 같은 전지는, 전기 자동차, 전동 어시스트 자전거, 전동 공구, 로보트 등의 기계류나, 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화나 휴대형 음악 플레이어, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 모바일 기기, 스마트 IC 카드, 게임기, 포터블형의 측정 기기, 통신기기나 완구 등 각종 전자 기기에 사용하는 것이 가능하다.

이하에, 본 발명에 관련되는 전지를 탑재한 기기의 예에 대해 설명한다. 그러나, 이것들은 본 실시 형태의 전지를 응용할 수 있는 기기의 형태의 일부를 예시하는 것이며, 본 발명에 관련되는 전지의 적용 범위가 이것들로 한정되는 것은 아니다.

도 8은 본 발명에 관련되는 전지를 탑재한 기기의 일례로서의 차량, 구체적으로는 전기 자동차를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 전기 자동차(70)는, 차륜(71)과, 그 차륜(71)을 구동하는 모터(72)와, 그 모터(72)에 전력을 공급하는 전지(73)를 구비하고 있다. 이 전지(73)로서, 상기한 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 다수 직병렬 접속한 구성을 채용할 수 있다. 이와 같이 구성된 전지(73)는, 소형이며 높은 전류 공급 능력을 가짐과 더불어 단시간에서의 충전이 가능하기 때문에, 전기 자동차(70)와 같은 차량의 구동용 전원으로서 적합한 것이다.

도 9는 본 발명에 관련되는 전지를 탑재한 기기의 다른 예로서의 전자 기기, 구체적으로는 IC 카드(스마트 카드)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 IC 카드(80)는, 서로 겹쳐짐으로써 카드형의 패키지를 구성하는 1쌍의 케이스(81, 82)와, 그 케이스 내에 수용되는 회로 모듈(83) 및 그 회로 모듈(83)의 전원이 되는 전지(84)를 구비하고 있다. 이 중 회로 모듈(83)은, 외부와의 통신을 위한 루프 형상의 안테나(831)와, 그 안테나(831)를 통한 외부 기기와의 데이터 교환 및 여러 가지의 연산·기억 처리를 실행하는 집적회로(IC)를 포함하는 회로 블록(832)을 구비하고 있다. 또, 전지(84)로서는, 상기한 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 1조 또는 복수조 구비하는 것을 이용할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 그것 자신은 전원을 갖지 않는 일반적인 IC 카드에 비해, 외부 기기와의 통신 가능 거리를 확장할 수 있고, 또 보다 복잡한 처리를 행하는 것이 가능해진다. 본 발명에 관련되는 전지(84)는 소형·박형이며 대용량을 얻을 수 있으므로, 이러한 카드형의 기기에 적합하게 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 음극 집전체(11)가 본 발명의 「기재」 및 「제1 집전체층」에 상당하고 있고, 음극 활물질 및 음극 활물질층(12)이 각각 본 발명의 「제1 활물질」 및 「제1 활물질층」에 상당하고 있다. 또, 라인 형상 패턴(121)이 본 발명의 「볼록부」에 상당하고 있다. 그리고, 음극 활물질 도포액이 본 발명의 「제1 도포액」에 상당하고 있다. 또, 양극 집전체(15)가 본 발명의 「제2 집전체층」에 상당하고 있고, 양극 활물질 및 양극 활물질층(14)이 각각 본 발명의 「제2 활물질」 및 「제2 활물질층」에 상당하고 있다. 그리고, 전해질 도포액 및 양극 활물질 도포액이, 각각 본 발명의 「제2 도포액」 및 「제3 도포액」에 상당하고 있다.

또, 이 실시 형태에 있어서의 전지의 제조 방법(도 2)에서는, 단계 S102가 본 발명의 「활물질 도포 공정」에 상당하는 한편, 단계 S103이 본 발명의 「전해질층 형성 공정」에 상당하고 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외로 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 각 공정에 있어서 적용하는 도포 방법은 상기에 한정되는 것은 아니며, 당해 공정의 목적에 맞는 것이면 다른 도포 방법을 적용해도 된다. 예를 들면, 상기한 실시 형태에서는, 고체 전해질층(13)을 형성하는데 스핀 코트법을 적용하고 있지만, 도포 대상면의 요철에 추종한 박막을 형성할 수 있고, 대략 평탄한 기재의 노출 표면에 있어서 막두께를 제어할 수 있는 도포 방법이면 다른 방법, 예를 들면 스프레이 코트법에 의해 고분자 전해질을 포함하는 도포액을 도포하도록 해도 된다. 또, 전해질층은 두께를 필요로 하지 않으므로, 잉크젯법에 의해 도포해도 상관없다.

또, 상기 실시 형태에서는, 음극 집전체(11) 표면에 직접 라인 형상 패턴(121)이 형성되기 때문에 음극 집전체(11) 표면이 부분적으로 노출되어 있다. 그러나, 예를 들면 다음에 설명하는 바와 같이, 음극 집전체(11)의 표면 전체가, 요철을 가지는 음극 활물질층에 의해 덮인 구조여도 된다.

도 10a는 본 발명에 관련되는 전지의 변형예를 나타내는 도면이며, 도 10b는 그 제조 방법을 나타내는 도면이다. 도 10a에 나타내는 예에서는, 음극 활물질층(12a)이, 상기와 같이 노즐 스캔법에 의해 형성되고 음극 집전체(11) 표면으로부터 상방(Z방향)으로 돌출된 음극 활물질로 이루어지는 볼록부(121a)와, 그 볼록부(121a)에 끼워진 음극 집전체(11)의 표면(11a)을 덮는 평탄부(122a)를 가진다. 이러한 구조에서는, 음극 집전체(11)와 전해질층(13)은 직접 접촉하지 않고, 양자의 사이에는 반드시 음극 활물질이 존재하게 된다. 따라서, 음극 집전체(11)와 음극 활물질층(12a)의 사이, 및 음극 활물질층(12a)과 전해질층(13)의 사이에서 각각 접촉 면적이 보다 커지므로, 전지로서의 충방전 특성을 보다 향상시키는 것이 가능하다.

이러한 구조를 얻기 위해서는, 예를 들면 도 10b에 나타내는 바와 같이, 도 2의 플로우차트에 있어서의 단계 S102를 일부 개변하면 된다. 이 중 서브 단계 S102a에서는, 음극 집전체(11)인 동박의 표면에, 음극 활물질 도포액을 얇고 균일하게 도포한다. 이 때의 도포 방법에 대해서는, 두께가 대략 균일한 막을 형성할 수 있는 여러 가지의 도포 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 노즐 스캔법, 나이프 코트법, 닥터 블레이드법, 스핀 코트법 및 스프레이 코트법 등을 적용 가능하다. 이 예에서는, 이렇게 하여 집전체(11)에 평탄한 음극 활물질막을 적층하여 이루어지는 적층체가, 본 발명의 「기재」에 상당하게 된다.

다음에, 서브 단계 S102b에서는, 집전체(11) 상에 형성된 음극 활물질막의 표면에 대해서, 상기 실시 형태와 같이, 노즐 스캔법에 의해 음극 활물질 도포액을 도포하여 라인 형상 패턴을 형성한다. 그리고, 음극 활물질층(12a) 중 평탄부(122a)를 덮는 전해질층(13)의 두께(Te)를, 기재로부터 본 볼록부(121a)의 높이(Ha)보다도, 바꾸어 말하면 음극 활물질층(12a)의 요철의 고저차보다도 작아지도록 한다. 또, 기재 표면 중 볼록부(121a)에 덮인 부분의 면적이, 기재 전체의 면적의 절반 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 도 10a에 나타내는 구조를 얻을 수 있다.

또, 음극 집전체(11)의 표면에 라인 형상 패턴을 형성하고 나서, 그 패턴간에 음극 활물질 도포액을 흘려 넣도록 해도 같은 구조를 형성 가능하다. 이 경우, 동일 소재이므로 형성 후의 라인 형상 패턴 상에 도포액이 도포되어도 문제없다. 또, 노즐로부터의 도포액의 토출량을 위치에 따라 바꾸어 활물질의 두께를 변화시킴으로써, 볼록부(121a)와 평탄부(122a)를 만들어 내도록 해도 된다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 음극 활물질층(12)을 서로 평행한 다수의 라인 형상 패턴으로 이루어지는 라인 앤드 스페이스 구조로 하고 있지만, 음극 활물질의 도포 패턴은 이것에 한정되는 것은 아니다. 표면에 요철 구조를 설치하여 표면적을 크게 한 패턴이면, 예를 들면 반구 형상의 섬 형상 패턴 등 임의의 패턴을 이용할 수 있다. 또, 각 라인 형상 패턴이 서로 연결되어 있어도 된다. 이러한 경우에 있어서도, 기재 표면 중 음극 활물질이 돌출되어 이루어지는 볼록부에 의해 덮인 부분의 면적이, 기재 전체의 면적의 절반 이하가 되도록 하면 된다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 양극 활물질층(14)을 형성하는데 나이프 코트법을 적용하고 있지만, 도포 대상면과 접하는 하면이 그 요철에 추종하고, 또한 상면을 대략 평탄하게 마무리하는 것이 가능한 도포 방법이면 다른 방법이어도 된다. 이러한 목적을 달성하기에는 도포액의 점도가 그다지 높지 않은 것이 바람직하다. 그러나, 도포액의 점도가 적절히 선택되어 있으면 다른 도포 방법으로도 하면을 요철로 또한 상면을 대략 평탄하게 마무리하는 것은 가능하다. 예를 들면 노즐 스캔법에 의해 도포 대상면의 요철 중 오목부에 도포액을 흘려 넣도록 해도 된다.

또, 상기 실시 형태에서는 음극 집전체 상에 음극 활물질층, 고체 전해질층, 양극 활물질층 및 양극 집전체를 순차적으로 적층하고 있지만, 이것과는 반대로, 양극 집전체 상에 양극 활물질층, 고체 전해질층, 음극 활물질층 및 음극 집전체를 이 순서로 적층하도록 해도 된다.

또, 상기 실시 형태에서 예시한 집전체, 활물질, 전해질 등의 재료는 그 일례를 나타낸 것이며 이것에 한정되지 않고, 리튬 이온 전지의 구성 재료로서 이용되는 다른 재료를 사용하여 리튬 이온 전지를 제조하는 경우에 있어서도, 본 발명의 제조 방법을 적합하게 적용하는 것이 가능하다. 또, 리튬 이온 전지에 한정하지 않고, 다른 재료를 이용한 화학전지(전고체전지) 전반의 제조에 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

[산업상의 이용 가능성]

이 발명은, 전해질로서 폴리머 전해질 등의 고체 전해질을 이용한 전고체 전지의 제조 기술에 적합하게 적용할 수 있고, 특히 박형이며 전기 화학 특성이 양호한 전지를 뛰어난 생산성으로 제조하는데 적합하다.

11 : 음극 집전체층(기재, 제1 집전체층)
12 : 음극 활물질층(제1 활물질층)
14 : 양극 활물질층(제2 활물질층)
15 : 양극 집전체(도전막, 제2 집전체층)
31 : 노즐
121 : 라인 형상 패턴(볼록부)
121a : 볼록부 S102 : 활물질 도포 공정
S103 : 전해질층 형성 공정

Claims

대략 평탄한 기재의 표면에 제1 활물질 재료를 포함하는 제1 도포액을 도포하여, 상기 기재의 표면으로부터 돌출된 볼록부를 상기 제1 활물질 재료에 의해 형성하는 활물질 도포 공정과,
상기 볼록부가 형성된 상기 기재의 표면에, 고체 전해질 재료를 포함하는 제2 도포액을 도포하여, 상기 볼록부의 표면과 상기 볼록부가 형성되어 있지 않은 상기 기재의 노출 표면을 모두 덮는 전해질층을 상기 고체 전해질 재료에 의해 형성하는 전해질층 형성 공정을 구비하고,
상기 전해질층 형성 공정에서는, 상기 기재의 상기 노출 표면을 덮는 전해질층의 두께를, 상기 기재 표면으로부터의 상기 볼록부의 높이보다도 작게 하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전해질층 형성 공정에서는, 상기 기재의 상기 노출 표면을 덮는 전해질층의 두께를, 상기 기재 표면으로부터의 상기 볼록부의 높이의 2분의 1 이하로 하는, 전지의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 활물질 도포 공정에서는, 상기 기재 표면 중 상기 볼록부로 덮는 부분의 면적을, 상기 기재 표면 전체의 2분의 1 이하로 하는, 전지의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 활물질 도포 공정에서는, 상기 기재의 표면을 따른 라인 형상의 상기 볼록부를 복수 형성하고, 각 볼록부의 폭을, 인접하는 상기 볼록부간의 간격 이하로 하는, 전지의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 볼록부의 폭이 20㎛ 내지 250㎛이며, 상기 볼록부간의 간격이 500㎛ 이하인, 전지의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 볼록부의 라인 연장 방향에 직교하는 면에 있어서의 상기 볼록부의 단면적이 200㎛² 내지 125000㎛²인, 전지의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 활물질 도포 공정에서는, 상기 기재의 표면에 대해서 상대 이동하는 노즐로부터 상기 제1 도포액을 토출시켜 상기 기재 표면에 도포하는, 전지의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기재는, 제1 집전체가 되는 도전성 시트의 주면 중 상기 제1 도포액이 도포되는 측의 주면에, 상기 제1 활물질 재료에 의한 막이 적층된 적층체인, 전지의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전해질층의 표면에, 제2 활물질층 및 제2 집전체층을 더 적층하는, 전지의 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 전해질층의 표면에, 제2 활물질 재료를 포함하는 제3 도포액을 도포하여 상기 제2 활물질층을 형성하는, 전지의 제조 방법.
제1 집전체층과, 제1 활물질층과, 고체 전해질층과, 제2 활물질층과, 제2 집전체층을 적층한 구조를 가지며, 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 전지.
청구항 11에 기재된 전지를 탑재하는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 11에 기재된 전지와,
상기 전지를 전원으로 하여 동작하는 회로부를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.