TW201945322A - 鋰二次電池 - Google Patents

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Abstract

課題：抑制活性物質板之破損。
解決方法：本發明提供一種鋰二次電池，該鋰二次電池1之正極2具備具有導電性之片狀之正極集電體21、及介隔導電性接合層23接合於正極集電體21之為板狀陶瓷燒結體之正極活性物質板22。正極活性物質板22具備排列於正極集電體21上之至少一個活性物質板要素24。該活性物質板要素24接合於正極集電體21。 活性物質板要素24之相面對正極集電體21之主面具備：於與正極集電體21之間存在有導電性接合層23之接合區域、及於與正極集電體21之間不存在導電性接合層23之非接合區域。非接合區域配置於接合區域之周圍。藉此，在鋰二次電池1之變形時，可抑制活性物質板要素24發生變形而破損之情事。

Description

鋰二次電池
本發明係關於薄型之鋰二次電池。
自以往，作為鋰二次電池(亦稱為鋰離子二次電池)中之正極活性物質層，已知將有鋰複合氧化物(亦即鋰過渡金屬氧化物)之粉末、黏結劑及導電劑等的混練物予以成形而形成之粉末分散型之正極活性物質層。另一方面，專利文獻1中，有人提議藉由使用鋰複合氧化物燒結板作為接合於正極集電體之正極活性物質層，意圖達成正極之高容量化之技術。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5587052號公報
[發明所欲解決之課題]
另外，搭載於智慧卡等之薄型之鋰二次電池，在智慧卡之彎曲測試等中會重複被賦予彎曲負載。使用燒結板作為鋰二次電池之正極活性物質層時，假設彎曲測試等中鋰二次電池彎曲時燒結板發生破裂，則有電池表面隆起、或破裂的燒結板彼此重疊而使鋰二次電池之輸出降低之虞。
本發明係鑑於上述課題，目的在於抑制活性物質板發生破損。
[解決課題之手段]
本發明之理想的形態之一種之薄型之鋰二次電池具備正極、負極、及介於該正極及該負極之間之電解質。該正極及該負極之中至少一者具備具有導電性之片狀之集電體、及介隔導電性接合層接合於該集電體之為板狀陶瓷燒結體之活性物質板。該活性物質板具備接合於該集電體之至少一個活性物質板要素。該活性物質板要素之面對該集電體之主面具備：於與該集電體之間存在有該導電性接合層之接合區域、及配置於該接合區域之周圍且於與該集電體之間不存在該導電性接合層之非接合區域。
理想情況為該非接合區域圍繞整個該接合區域之周圍。
理想情況為該非接合區域之面積為該接合區域之面積之64%以上且570%以下。
理想情況為該活性物質板具備排列於該集電體上並各自接合於該集電體之多個活性物質板要素，該多個活性物質板要素互相間隔開。
理想情況為該多個活性物質板要素係同形狀。
理想情況為該導電性接合層含有導電性粉末、及含有聚醯亞胺醯胺樹脂之黏結劑。
理想情況為該集電體之面對該活性物質板之主面受導電性碳層被覆。
理想情況為該鋰二次電池係利用作為片狀元件、或具有可撓性之元件中之電力供給源。更理想情況為該鋰二次電池係利用作為該具有可撓性之元件之智慧卡中之電力供給源。
本發明之理想的其他形態之薄型之鋰二次電池具備正極、負極、及介於該正極及該負極之間之電解質。該正極及該負極之中至少一者具備具有導電性之片狀之集電體、及介隔導電性接合層接合於該集電體之為板狀陶瓷燒結體之活性物質板。該活性物質板具備排列於該集電體上並各自接合於該集電體之多個活性物質板要素。該鋰二次電池係利用來作為智慧卡中之電力供給源之薄型鋰二次電池。
[發明之效果]
本發明可抑制活性物質板發生破損之情事。
圖1係呈現本發明之一實施形態中之鋰二次電池1之構成之剖面圖。圖1中，為了使圖容易理解，將鋰二次電池1及其構成畫得比實際更厚。又，圖1中，一併圖示比剖面更前側及更後側之一部分的結構。
鋰二次電池1例如可利用來作為片狀元件、或具有可撓性之元件中之電力供給源。所謂片狀元件，係指會因比較小的力量而輕易變形之薄的元件，亦稱作薄膜狀元件。本實施形態中，鋰二次電池1例如利用作為具有演算處理機能之智慧卡中之電力供給源。智慧卡係卡片型之具有可撓性之元件。
鋰二次電池1係小型且薄型之電池。鋰二次電池1之俯視時之形狀，例如為略矩形形狀。例如鋰二次電池1之俯視時之縱方向的長度為10mm~46mm，橫方向的長度為10mm~46mm。鋰二次電池1之厚度(亦即圖1中之上下方向的厚度)例如為0.30mm~0.45mm。鋰二次電池1係片狀或具有可撓性之薄板狀之構件。所謂片狀之構件，係指會因比較小的力量而輕易變形之薄的構件，亦稱作薄膜狀之構件。以下說明中亦為相同。
鋰二次電池1具備正極2、負極3、隔離膜4、電解質5、外裝體6、及2個端子7。圖1表示之例中，正極2、隔離膜4及負極3係於圖中之上下方向疊層。以下說明中，將圖1中之上方側及下方側僅稱作「上側」及「下側」。又，將圖1中之上下方向僅稱作「上下方向」，亦稱作「疊層方向」。圖1中之上下方向並不需要與鋰二次電池1搭載於智慧卡等元件時之實際的上下方向一致。
圖1表示之例中，隔離膜4係疊層於疊層方向中正極2之頂面上。負極3係疊層於該疊層方向中隔離膜4之頂面上。換言之，負極3係疊層於疊層方向中隔離膜4之與正極2相對側。例如，正極2、隔離膜4及負極3各自俯視時為略矩形形狀。正極2、隔離膜4及負極3俯視時為略同形狀(亦即略相同形狀且略相同大小)。
外裝體6係片狀之構件。外裝體6係利用例如由鋁(Al)等金屬形成之金屬箔61、及絶緣性之樹脂層62疊層之層合薄膜形成。外裝體6係樹脂層62位於金屬箔61之內側的袋狀構件。
外裝體6係由疊層方向之兩側被覆正極2及負極3。外裝體6係於內部容納正極2、隔離膜4、負極3及電解質5。電解質5係連續地存在於正極2、隔離膜4及負極3之周圍。換言之，電解質5係介於正極2及負極3之間。電解質5係液狀之電解液，並含浸於正極2、隔離膜4及負極3。圖1中，省略對電解質5賦予平行斜線。2個端子7係從外裝體6之內部向外部突出。外裝體6之內部中，一邊的端子7係電性連接於正極2，另一邊的端子7係電性連接於負極3。
正極2具備正極集電體21、正極活性物質板22、及導電性接合層23。正極集電體21係具有導電性之片狀之構件。正極集電體21之底面介隔正極接合層63接合於外裝體6。正極活性物質板22係含有鋰複合氧化物之比較薄的板狀陶瓷燒結體。正極活性物質板22係介隔導電性接合層23接合於正極集電體21之頂面上。正極活性物質板22係於上下方向中與隔離膜4相面對。
正極集電體21具備例如由鋁等金屬形成之金屬箔、與疊層於該金屬箔之上面上之導電性碳層。換言之，正極集電體21之面對正極活性物質板22之主面受導電性碳層被覆。上述金屬箔亦可由鋁以外之各種金屬(例如銅、鎳、銀、金、鉻、鐵、錫、鉛、鎢、鉬、鈦、鋅、或含有它們之合金等)形成。又，亦可自正極集電體21中省略上述導電性碳層。正極接合層63例如係藉由酸改性聚烯烴系樹脂與環氧系樹脂之混合樹脂而形成。正極接合層63亦可藉由其他各種材料形成。
正極活性物質板22具有多個(亦即多數的)一次粒子鍵結之結構。該一次粒子係以具有層狀岩鹽結構之鋰複合氧化物構成。鋰複合氧化物代表性而言係由通式：Lip MO2 (式中0.05＜p＜1.10)表示之氧化物。M係至少1種之過渡金屬，例如含有選自鈷(Co)、鎳(Ni)及錳(Mn)中之1種以上。所謂層狀岩鹽結構，係指鋰層與鋰以外之過渡金屬層夾有氧之層而交互疊層之結晶結構。亦即，層狀岩鹽結構係過渡金屬離子層與鋰單獨層介隔氧化物離子交互疊層之結晶結構(典型而言係α-NaFeO2 型結構：立方晶岩鹽型結構之過渡金屬與鋰規則排列於[111]軸方向之結構)。
就具有層狀岩鹽結構之鋰複合氧化物之理想例而言，可列舉鈷酸鋰(Lip CoO2 (式中1≦p≦1.1)、鎳酸鋰(LiNiO2 )、錳酸鋰(Li2 MnO3 )、鎳錳酸鋰(Lip (Ni0.5 ,Mn0.5 ) O2 )、通式：Lip (Cox ,Niy ,Mnz )O2 (式中0.97≦p≦1.07，x+y+z=1)表示之固溶體Lip (Cox , Niy ,Alz )O2 (式中0.97≦p≦1.07，x+y+z=1，0＜x≦0.25，0.6≦y≦0.9及0＜z≦0.1)表示之固溶體、或Li2 MnO3 與LiMO2 (式中M係Co、Ni等過渡金屬)之固溶體。尤宜為鋰複合氧化物係鈷酸鋰Lip CoO2 (式中1≦p≦1.1)，例如為LiCoO2 。
又，正極活性物質板22亦可更含有鎂(Mg)、Al、矽(Si)、鈣(Ca)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、鍶(Sr)、釔(Y)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、銀(Ag)、錫(Sn)、銻(Sb)、碲(Te)、鋇(Ba)、鉍(Bi)等元素之1種以上。又，於正極活性物質板22亦可濺鍍有金(Au)等作為集電助劑。
正極活性物質板22中，為上述多個一次粒子之平均粒徑之一次粒徑例如為20μm以下，宜為15μm以下。又，該一次粒徑例如為0.2μm以上，宜為0.4μm以上。該一次粒徑可藉由解析正極活性物質板22之剖面之SEM(掃描式電子顯微鏡)影像來測定。具體而言，例如將正極活性物質板22利用離子束剖面研磨(Cross secti on polisher，CP)加工並露出研磨剖面，以預定之倍率(例如1000倍)及預定之視野(例如125μm×125μm)利用SEM觀察該研磨剖面。此時，以視野內存在20個以上之一次粒子之方式設定視野。針對獲得之SEM影像中所有的一次粒子，求出畫出外接圓時之該外接圓之直徑，將它們的平均值作為一次粒徑。
正極活性物質板22中，多個一次粒子之平均傾斜角大於0°且為30°以下。又，該平均傾斜角宜為5°以上且28°以下，更宜為10°以上且25°以下。該平均傾斜角係由多個一次粒子之(003)面、與正極活性物質板22之主面(例如正極活性物質板22之底面)而成的角度之平均值。
一次粒子之傾斜角(亦即由一次粒子之(003)面與正極活性物質板22之主面而成之角度)，可藉由利用電子背向散射繞射法(EBSD)解析正極活性物質板22之剖面來測定。具體而言，例如將正極活性物質板22利用離子束剖面研磨加工並露出研磨剖面，以預定之倍率(例如1000倍)及預定之視野(例如125μm×125μm)利用EBSD解析該研磨剖面。獲得之EBSD影像中，各一次粒子之傾斜角係以顏色的濃淡表示，顏色越濃則表示配向角度越小。並且，將由EBSD影像求得之多個一次粒子之傾斜角之平均值作為上述平均傾斜角。
構成正極活性物質板22之一次粒子中，傾斜角為0°以上且30°以下之一次粒子所占之比例宜為60%以上，更宜為80%以上，又更宜為90%以上。該比例之上限值並無特別限定，亦可為100%。該比例可藉由於上述EBSD影像中，求出傾斜角為0°以上且30°以下之一次粒子之合計面積，並將該一次粒子之合計面積除以全粒子面積來求得。
正極活性物質板22之氣孔率例如為25%~45%。本說明書中所謂「氣孔率」，係指正極活性物質板22中之氣孔(包括開氣孔及閉氣孔)之體積比例。該氣孔率可藉由將正極活性物質板22之剖面SEM(掃描電子顯微鏡)影像進行影像解析來測定。例如將正極活性物質板22利用離子束剖面研磨(CP)加工並露出研磨剖面。以預定之倍率(例如1000倍)及預定之視野(例如125μm×125μm)利用SEM觀察該研磨剖面。將獲得之SEM影像進行影像解析，並將視野內之所有的氣孔之面積除以視野內之正極活性物質板22之面積(剖面積)，藉由將獲得之值乘以100來獲得氣孔率(%)。
為正極活性物質板22中包含的氣孔之直徑之平均值之平均氣孔徑例如為15 μm以下，宜為12μm以下，更宜為10μm以下。又，該平均氣孔徑例如為0.1μm以上，宜為0.3μm以上。上述氣孔之直徑，就代表性而言，係假設與該氣孔具有同體積或同剖面積之球形時，該球形中之直徑。平均氣孔徑係將多個氣孔之直徑之平均值以個數基準算出者。該平均氣孔徑例如利用剖面SEM影像解析、或壓汞法等公知的方法求得。宜為該平均氣孔徑係利用水銀孔隙計並利用壓汞法進行測定。
導電性接合層23含有導電性粉末、及黏結劑。導電性粉末例如為乙炔黑、鱗片狀之天然石墨、碳奈米管、碳奈米纖維、碳奈米管衍生物、或碳奈米纖維衍生物等粉末。黏結劑含有例如聚醯亞胺醯胺樹脂。黏結劑中含有的聚醯亞胺醯胺樹脂可為1種亦可為2種以上。又，黏結劑亦可含有聚醯亞胺醯胺樹脂以外之樹脂。例如可將丙烯酸酯使用作為黏結劑。導電性接合層23係藉由下列方法形成：將上述導電性粉末及黏結劑、以及含有溶劑之液狀或糊狀之黏接劑塗佈於正極集電體21或正極活性物質板22，於正極集電體21與正極活性物質板22之間溶劑蒸發而固化。
導電性接合層23宜實質不含導電性粉末及黏結劑以外之物質。換言之，導電性接合層23中之導電性粉末及黏結劑之合計比例實質上為100重量%。導電性接合層23中之導電性粉末之重量例如為黏結劑之重量之50%~1000%，宜為100% ~750%，更宜為250%~750%。導電性接合層23中之導電性粉末之體積比例例如為50%~90%。
圖2係呈現正極2之俯視圖。正極活性物質板22具備多個活性物質板要素24。 多個活性物質板要素24係以矩陣狀(亦即格子狀)排列於正極集電體21上。俯視時之各活性物質板要素24之形狀例如為略矩形。多個活性物質板要素24俯視時為略同形狀(亦即略相同形狀且略相同大小)。多個活性物質板要素24俯視時係互相間隔開。
圖2表示之例中，俯視時之略正方形之6個活性物質板要素24排列為縱2個×橫3個之矩陣狀。各活性物質板要素24之俯視時之一邊的長度例如為5mm~40 mm。又，多個活性物質板要素24之數量及配置可有各種變更。又，各活性物質板要素24之形狀亦可有各種變更。例如亦可由在俯視時為略長方形之1個活性物質板要素24來形成正極活性物質板22。換言之，正極活性物質板22只要具備至少一個接合於正極集電體21之活性物質板要素24即可。
導電性接合層23具備對應多個活性物質板要素24之多個接合層要素25。圖2中，利用虛線呈現導電性接合層23之各接合層要素25之輪廓(亦即外緣)。多個接合層要素25之數量例如可與多個活性物質板要素24之數量相同。多個接合層要素25各自配置於上下方向中之正極集電體21與多個活性物質板要素24之間。正極2中，多個活性物質板要素24利用多個接合層要素25各自接合於正極集電體21。又，正極2中，1個接合層要素25亦可利用2個以上之接合層要素25接合於正極集電體21。
俯視時之各接合層要素25之形狀，例如為略圓形。俯視時，各接合層要素25比活性物質板要素24更小，且各接合層要素25之全體被活性物質板要素24覆蓋。換言之，俯視時，接合層要素25之外緣全體位於活性物質板要素24之外緣之內側。進一步換言之，各接合層要素25並未溢出活性物質板要素24之周圍。俯視時之接合層要素25之形狀不限於略圓形，亦可變更為略長圓形、略橢圓形等各種形狀。
正極集電體21之厚度例如為9μm~50μm，宜為9μm~20μm，更宜為9μm~15 μm。正極活性物質板22之厚度(亦即各活性物質板要素24之厚度)例如為15μm~ 200μm，宜為30μm~150μm，更宜為50μm~100μm。導電性接合層23之厚度(亦即各接合層要素25之厚度)例如為3μm~28μm，宜為5μm~25μm。
圖3係呈現1個活性物質板要素24之面對正極集電體21之主面之仰視圖。該主面係圖1中之底面，以下說明中稱作「接合面26」。圖3表示之例中，接合面26為略正方形狀。其他5個活性物質板要素24之接合面26亦與圖3表示者相同。圖3中，利用二點鏈線一併表示位於活性物質板要素24之接合面26與正極集電體21之間之導電性接合層23之接合層要素25之外緣。
活性物質板要素24之接合面26具備接合區域261、及非接合區域262。圖3中， 為了使圖容易理解，標示平行斜線於接合區域261、262。接合區域261係於活性物質板要素24與正極集電體21之間存在有導電性接合層23之接合層要素25之區域。因此，接合區域261中，活性物質板要素24與正極集電體21係利用接合層要素25來接合。非接合區域262係配置於接合區域261之周圍之區域。非接合區域262中，活性物質板要素24與正極集電體21之間不存在導電性接合層23。因此，非接合區域262中，活性物質板要素24與正極集電體21並未接合。
接合區域261位於接合面26之中央部。圖3表示之例中，接合區域261為略圓形之區域。非接合區域262宜圍繞整個接合區域261之周圍。各接合面26中，非接合區域262之面積例如為接合區域261之面積之64%~570%，宜為64%~400%，更宜為64%~200%。換言之，接合區域261之面積例如為接合區域261及非接合區域262之合計面積(亦即接合面26之全部面積)之15%~61%，宜為20%~61%，更宜為30%~61%。
負極3具備負極集電體31、及負極活性物質層32。負極集電體31係具有導電性之片狀之構件。負極集電體31之頂面係介隔負極接合層64接合於外裝體6。負極活性物質層32含有碳質材料或鋰吸留物質。負極活性物質層32係塗佈於負極集電體31之底面上。負極活性物質層32係於上下方向中與隔離膜4相面對。
負極集電體31例如係由銅等金屬形成之金屬箔。該金屬箔亦可由銅以外之各種金屬(例如銅、不鏽鋼、鎳、鋁、鈦、鋅、或含有它們之合金等)形成。負極接合層64例如係由酸改性聚烯烴系樹脂與環氧系樹脂之混合樹脂形成。負極接合層64亦可由其他各種材料而形成。負極活性物質層32中，碳質材料例如係天然石墨、人造石墨、具有非晶質之難石墨化碳、或易石墨化碳等，鋰吸留物質例如係矽、鋁、錫、鐵、銥、或含有它們之合金、氧化物或氟化物等。
負極集電體31之厚度例如為5μm~25μm，宜為8μm~20μm，更宜為8μm~15 μm。負極活性物質層32之厚度例如為20μm~300μm，宜為30μm~250μm，更宜為30μm~150μm。
如以上說明般，鋰二次電池1具備正極2、負極3、及電解質5。電解質5係介於正極2及負極3之間。正極2具備具有導電性之片狀之正極集電體21、及介隔導電性接合層23接合於正極集電體21之為板狀陶瓷燒結體之正極活性物質板22。正極活性物質板22具備排列於正極集電體21上之多個活性物質板要素24。多個活性物質板要素24各自接合於正極集電體21。各活性物質板要素24之面對正極集電體21之主面(亦即接合面26)具備：於與正極集電體21之間存在有導電性接合層23之接合區域261、及於與正極集電體21之間不存在導電性接合層23之非接合區域262。非接合區域262配置於接合區域261之周圍。
鋰二次電池1中，鋰二次電池1例如於上下方向發生彎曲的情況等，各活性物質板要素24之非接合區域262可抑制各活性物質板要素24跟隨正極集電體21之變形而發生變形之情事。各活性物質板要素24之非接合區域262，在鋰二次電池1之變形時亦可自正極集電體21於上下方向稍微間隔開。藉此，在鋰二次電池1之變形時，可抑制各活性物質板要素24發生變形並破損。其結果可抑制起因於正極活性物質板22之破損所致之鋰二次電池1之輸出降低。又，亦可抑制起因於正極活性物質板22之破損所致之外裝體6發生皺褶。
如上述般，鋰二次電池1中，可抑制鋰二次電池1之變形時之正極活性物質板22之破損。因此，鋰二次電池1尤其適用於比較容易變形且容易施加彎曲負載之元件，亦即片狀元件或具有可撓性之元件中之電力供給源。鋰二次電池1利用作為該具有可撓性之元件之1種之智慧卡之電力供給源時，可理想地兼顧智慧卡之薄型化、及抑制正極活性物質板22之破損。
表1及表2中，表示接合區域261及非接合區域262之面積之比例、導電性接合層23之溢出、及活性物質板要素24之破損與鋰二次電池1之電池特性之關係。表1中，將接合區域261及非接合區域262之面積各自表示作「A1」及「A2」、非接合區域262之面積相對於接合區域261之面積之比例表示作「A2/A1」、接合區域261之面積相對於接合面26之全部面積之比例表示作「A1/(A1+A2)」。
【表1】
【表2】
實施例1~4中，活性物質板要素24接合至正極集電體21時，活性物質板要素24之周圍之導電性接合層23並未發生溢出。實施例5中，將活性物質板要素24接合於正極集電體21時，導電性接合層23受到押壓而擴展，於活性物質板要素24之周圍有稍微溢出。又，實施例5中，活性物質板要素24之溢出並沒有對鋰二次電池1之電特性等造成影響。
實施例1~3、5中，剝離測試時，並未發生活性物質板要素24之破裂。又，剝離測試中測定得之剝離強度為0.25N以上，活性物質板要素24與正極集電體21係就機械性而言理想地接合。此外，表示電池特性之1C/0.5C為75%以上，活性物質板要素24與正極集電體21就電性而言亦理想地連接。實施例4中，雖於剝離測試時發生活性物質板要素24之破裂，但該破裂係發生於活性物質板要素24之端部，電池特性之降低較小。
上述剝離測試係使用剝離測試機利用以下步驟進行。使用IMADA股份有限公司製之測力計「ZTA-20N」及立式電動測量支架「MX2-500N」作為剝離測試機。
該剝離測試中，首先於對應正極集電體21之集電體測試片上，介隔導電性接合層23接合活性物質板要素24並作成測試片。活性物質板要素24係俯視時一邊為10mm之正方形板。集電體測試片係福田金屬箔粉工業股份有限公司製之厚度9μm之鋁箔，係俯視時為10mm×30mm之矩形形狀。導電性接合層23塗佈於活性物質板要素24之接合面26之中央部成為略圓形。活性物質板要素24係介隔導電性接合層23接合於集電體測試片之長邊方向之一邊的端部。並且，觀察活性物質板要素24之周圍，確認導電性接合層23有無自活性物質板要素24溢出。
然後，將測試片固定於金屬板上，並將該金屬板設置於剝離測試機。藉由將測試片之活性物質板要素24之主面(亦即與面對集電體測試片之主面為相反側之主面)介隔碳膠帶等接合於金屬板來將測試片固定於該金屬板。然後，利用剝離測試機，將集電體測試片之長邊方向之另一邊之端部(亦即與接合有活性物質板要素24之端部呈相反側之端部)，沿著垂直於金屬板之方向拉伸。並且，將集電體測試片自活性物質板要素24剝離時之拉伸強度之最大值作為「剝離強度」而取得。
又，觀察集電體測試片剝離後之活性物質板要素24，確認活性物質板要素24有無破損。此外，拍攝活性物質板要素24之接合面26，求得取得之影像中之導電性接合層23之面積(亦即接合區域261之面積)。具體而言，該面積係藉由利用Adobe Systems股份有限公司製之「Adobe Photoshop(註冊商標)」計算上述影像中對應於導電性接合層23之黑色的像素之數量來求得。剝離測試中活性物質板要素24發生破損時，對於活性物質板要素24之各碎片以相同方法求得導電性接合層23之面積，並合計該面積。
如上述般，鋰二次電池1中，非接合區域262係圍繞整個接合區域261之周圍。 藉此，存在於接合區域261之導電性接合層23在活性物質板要素24與正極集電體21之間擴展，可輕易防止在活性物質板要素24之周圍發生溢出。
由上述實施例1~3亦可知，鋰二次電池1中，非接合區域262之面積宜為接合區域261之面積之64%以上且570%以下。藉此，鋰二次電池1中，可理想地兼顧正極活性物質板22與正極集電體21之間之導通增大、及抑制正極活性物質板22之破損。具體而言，藉由將非接合區域262之面積設作接合區域261之面積之64%以上，在活性物質板要素24接合至正極集電體21時等，可防止導電性接合層23溢出活性物質板要素24之周圍。另一方面，藉由將非接合區域262之面積設作接合區域261之面積之570%以下，可理想地抑制鋰二次電池1之變形時之活性物質板要素24之破損。又，可理想地實現活性物質板要素24與正極集電體21之間之電性連接。
如上述般，多個活性物質板要素24係互相間隔開。藉此，鋰二次電池1之變形時，即便假設於活性物質板要素24破裂的情況下，亦可防止或抑制活性物質板要素24之間於上下方向重疊。其結果，可更抑制起因於正極活性物質板22之破損所致之外裝體6之皺褶的發生。
鋰二次電池1中，多個活性物質板要素24係同形狀。如此方式，藉由將正極活性物質板22均等地分割並配置，鋰二次電池1之變形時可使對多個活性物質板要素24產生之應力均等化，並可更抑制正極活性物質板22發生破損。
如上述般，導電性接合層23含有導電性粉末、及含有聚醯亞胺醯胺樹脂之黏結劑。藉此，可抑制於高溫下之起因於與電解質5之反應等所致之導電性接合層23之凝膠化。其結果，可抑制正極活性物質板22與正極集電體21之接合強度降低。
鋰二次電池1中，正極集電體21之相面對正極活性物質板22之主面受導電性碳層被覆。藉此，可使正極集電體21與正極活性物質板22之間之導通增大。其結果，可使鋰二次電池1之輸出增大。
圖4係呈現其他理想之鋰二次電池1a之構成之剖面圖。鋰二次電池1a，具備與圖1表示之負極3結構不同之負極3，除此之外與鋰二次電池1具有略相同之結構。以下說明中，將對應鋰二次電池1的各構成之鋰二次電池1a的構成標註相同符號。
鋰二次電池1a之負極3a具有與圖1表示之正極2略相同之結構。具體而言，負極3a具備具有導電性之片狀之負極集電體31a、與含有鋰複合氧化物(例如鋰鈦氧化物(LTO))之為板狀陶瓷燒結體之負極活性物質板32a。負極活性物質板32a係介隔導電性接合層33a接合於負極集電體31a。
負極活性物質板32a具備排列於負極集電體31a上之多個活性物質板要素34a。多個活性物質板要素34a各自接合於負極集電體31。負極3a中之活性物質板要素34a之相對負極集電體31a之接合態樣，與上述正極2中之活性物質板要素24之相對正極集電體21之接合態樣為相同。
負極活性物質板32a之厚度(亦即各活性物質板要素34a之厚度)例如為10μm~ 300μm，宜為30μm~200μm，更宜為30μm~150μm。導電性接合層33a之厚度例如為3μm~30μm，宜為5μm~25μm。
鋰二次電池1a中，負極活性物質板32a分割成多個活性物質板要素34a的情況下，正極活性物質板22並不一定需要分割成多個活性物質板要素24，亦可為1個板狀陶瓷燒結體。
亦即，鋰二次電池1a中，正極2及負極3a之中至少一者具備具有導電性之片狀之集電體(亦即正極集電體21或負極集電體31a)、及介隔導電性接合層(亦即導電性接合層23或導電性接合層33a)接合於集電體之為板狀陶瓷燒結體之活性物質板(亦即正極活性物質板22或負極活性物質板32a)。該活性物質板具備排列於集電體上並各自接合於集電體之多個活性物質板要素(亦即活性物質板要素24或活性物質板要素34a)。各活性物質板要素之面對集電體之主面具備：於與集電體之間存在有導電性接合層之接合區域、及配置於該接合區域之周圍且於與集電體之間不存在導電性接合層之非接合區域。
藉此，與上述相同，於鋰二次電池1a之變形時，可抑制各活性物質板要素發生變形而破損之情事。其結果，可抑制起因於活性物質板之破損所致之鋰二次電池1a之輸出降低。又，亦可抑制起因於活性物質板之破損所致之外裝體6之皺褶的發生。因此，鋰二次電池1a尤其適用於片狀元件或具有可撓性之元件中之電力供給源。鋰二次電池1a利用作為該具有可撓性之元件之1種之智慧卡之電力供給源時，可理想地兼顧智慧卡之薄型化、及抑制活性物質板之破損。
鋰二次電池1a中，上述非接合區域圍繞整個接合區域之周圍。藉此，可防止存在於接合區域之導電性接合層溢出活性物質板要素之周圍並附著於其他構件。又，非接合區域之面積係接合區域之面積之64%以上且570%以下。藉此，可理想地兼顧活性物質板與集電體之間之導通增大、及抑制活性物質板之破損。
鋰二次電池1a中，上述多個活性物質板要素係互相間隔開。藉此，鋰二次電池1a之變形時，可防止或抑制活性物質板要素破裂並於上下方向重疊。其結果，可更抑制起因於活性物質板之破損所致之外裝體6發生皺褶。
鋰二次電池1a中，多個活性物質板要素係同形狀。如此般，藉由將活性物質板均等地分割並配置，可更抑制活性物質板發生破損。
鋰二次電池1a中，導電性接合層含有導電性粉末、及含有聚醯亞胺醯胺樹脂之黏結劑。藉此，可抑制於高溫下之起因於與電解質5之反應等所致之導電性接合層之凝膠化。其結果，可抑制正極活性物質板與集電體之接合強度降低。
鋰二次電池1a中，集電體之相對活性物質板之主面受導電性導電性碳層被覆。藉此，可使集電體與活性物質板之間之導通增大。其結果，可使鋰二次電池1a之輸出增大。
上述鋰二次電池1、1a中，可有各種變更。
例如，正極活性物質板22中，各活性物質板要素24之非接合區域262並不一定需要圍繞整個接合區域261之周圍，只要配置於接合區域261之周圍即可。又，各活性物質板要素24之非接合區域262之面積可未達接合區域261之面積之64%， 亦可大於570%。針對負極活性物質板32a之各活性物質板要素34a亦為相同。
圖1表示之鋰二次電池1利用作為智慧卡之電力供給源的情況下，並不一定需要於活性物質板要素24之接合面26設置有接合區域261及非接合區域262，例如活性物質板要素24亦可利用存在於接合面26之整個面之導電性接合層23來接合於正極集電體21。即使於該情況下，藉由介隔導電性接合層23接合於正極集電體21之正極活性物質板22具備排列於正極集電體21上並各自接合於正極集電體21之多個活性物質板要素24，亦可抑制正極活性物質板22發生破損。
圖4表示之鋰二次電池1a利用作為智慧卡之電力供給源的情況下亦相同，上述活性物質板要素(亦即正極活性物質板22之活性物質板要素24及負極活性物質板32a之活性物質板要素34a)中，亦可將相面對集電體之主面全體設為接合區域。 該情況下亦相同，藉由介隔導電性接合層並接合於集電體之活性物質板具備排列於集電體上並各自接合於集電體之多個活性物質板要素，可抑制該活性物質板發生破損。
正極活性物質板22中，多個活性物質板要素24並不一定需要互相間隔開。例如，相鄰之活性物質板要素24之外緣彼此亦可有接觸。針對負極活性物質板32a之多個活性物質板要素34a亦同。
正極活性物質板22中，多個活性物質板要素24並不一定需要為相同形狀。例如，多個活性物質板要素24之中一部分的活性物質板要素24亦可具有與其他活性物質板要素24相異之形狀。又，多個活性物質板要素24之形狀亦可全部相異。針對負極活性物質板32a之多個活性物質板要素34a亦同。
導電性接合層23、33a之成分可有各種變更。例如，導電性接合層23、33a之黏結劑亦可不含聚醯亞胺醯胺樹脂。
鋰二次電池1、1a亦可利用來作為智慧卡以外之具有可撓性之元件(例如卡片型元件)、或片狀元件(例如設置於衣服等之可穿戴元件、或貼附身體型元件)中之電力供給源。又，鋰二次電池1、1a亦可利用來作為上述元件以外之各種對象物(例如IoT模組)中之電力供給源。
上述實施形態及各變形例中之構成，只要不相互矛盾，可適當地組合。
[產業上利用性]
本發明之鋰二次電池，例如作為具有演算處理機能之智慧卡中之電力供給源等，可利用在利用鋰二次電池之各種領域中。
1、1a‧‧‧鋰二次電池
2‧‧‧正極
3、3a‧‧‧負極
4‧‧‧隔離膜
5‧‧‧電解質
6‧‧‧外裝體
7‧‧‧端子
21‧‧‧正極集電體
22‧‧‧正極活性物質板
23、33a‧‧‧導電性接合層
24、34a‧‧‧活性物質板要素
25‧‧‧接合層要素
26‧‧‧接合面
31、31a‧‧‧負極集電體
32‧‧‧負極活性物質層
32a‧‧‧負極活性物質板
61‧‧‧金屬箔
62‧‧‧樹脂層
63‧‧‧正極接合層
64‧‧‧負極接合層
261‧‧‧接合區域
262‧‧‧非接合區域
【圖1】係一實施形態中之鋰二次電池之剖面圖。
【圖2】係正極之俯視圖。
【圖3】係活性物質板要素之仰視圖。
【圖4】係其他鋰二次電池之剖面圖。

Claims (10)

  1. 一種鋰二次電池，係薄型之鋰二次電池，其特徵在於： 具備正極、負極、及介於該正極及該負極之間之電解質； 該正極及該負極之中至少一者具備： 具有導電性之片狀之集電體、 及介隔導電性接合層接合於該集電體之為板狀陶瓷燒結體之活性物質板； 該活性物質板具備接合於該集電體之至少一個活性物質板要素； 該活性物質板要素之面對該集電體之主面具備： 於與該集電體之間存在有該導電性接合層之接合區域、 及配置於該接合區域之周圍且於與該集電體之間不存在該導電性接合層之非接合區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋰二次電池，其中，該非接合區域圍繞整個該接合區域周圍。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之鋰二次電池，其中，該非接合區域之面積為該接合區域之面積之64%以上且570%以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之鋰二次電池，其中，該活性物質板具備排列於該集電體上並各自接合於該集電體之多個活性物質板要素，該多個活性物質板要素互相間隔開。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之鋰二次電池，其中，該多個活性物質板要素係同形狀。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之鋰二次電池，其中，該導電性接合層含有導電性粉末、及含有聚醯亞胺醯胺樹脂之黏結劑。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之鋰二次電池，其中，該集電體之面對該活性物質板之主面受導電性碳層被覆。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之鋰二次電池，其中，係利用來作為片狀元件、或具有可撓性之元件中之電力供給源。
  9. 如申請專利範圍第8項之鋰二次電池，其中，係利用來作為該具有可撓性之元件之智慧卡中之電力供給源。
  10. 一種鋰二次電池，係利用作為智慧卡中之電力供給源之薄型鋰二次電池，其特徵在於： 具備正極、負極、及介於該正極及該負極之間之電解質； 該正極及該負極之中至少一者具備： 具有導電性之片狀之集電體、 及介隔導電性接合層接合於該集電體之為板狀陶瓷燒結體之活性物質板； 該活性物質板具備排列於該集電體上並各自接合於該集電體之多個活性物質板要素。
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