TWI430496B - 電池、車輛、電子機器及電池之製造方法 - Google Patents

電池、車輛、電子機器及電池之製造方法 Download PDF

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Description

電池、車輛、電子機器及電池之製造方法
本發明係關於使電解質層介於正負兩極之活性物質間之電池、具備其之車輛及電子機器，以及該電池之製造方法。
例如作為如鋰離子二次電池般具有在正負兩極之活性物質間積層電解質層而成之結構之電池，已知有經由分隔片使作為分別附著正極活性物質及負極活性物質之集電體之金屬箔重疊，使電解液含浸於分隔片中者。此種電池之技術領域中，謀求進而小型化、大輸出化，有人提案有應符合如此要求之各種技術。
例如專利文獻1中，揭示有以正極活性物質層與電解質層之接觸面及電解質層與負極活性物質層之接觸面成為立體凹凸結構之方式，在成集電體之金屬箔上利用噴墨法積層形成各功能層之技術。又，專利文獻2中揭示有作為二次電池用電極，利用經由配置於集電體上方之網孔之真空蒸鍍法或濺鍍法，使柱狀之活性物質薄膜堆積於集電體表面之結構。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-116248號公報(例如段落0029)
[專利文獻2]日本特開2002-279974號公報(例如圖1)
但，上述專利文獻1及2雖揭示可製造具有立體結構之電池之可能性，但用以製造期望結構之電池之步驟較為複雜。又，對於所製造之電池之特性(電化學特性)未有詳細記載。如此，關於電化學特性良好且可以優良生產性製造般之電池之具體結構及其製造方法，目前為止尚未實用化。
本發明係鑑於上述問題而完成者，其目的係提供一種小型且電化學特性良好之電池以及以優良生產性製造其之技術。
為達成上述目的，本發明之電池之特徵在於：其具有按第1集電體層、第1活性物質層、電解質層、第2活性物質層及第2集電體層之順序積層之結構；前述第1活性物質層具有使含活性物質之複數之島狀部位於前述第1集電體層表面互相分離配置之島狀結構；於前述島狀部位與前述第1集電體層之接觸點上，切向前述第1活性物質層之切線與前述第1集電體層表面所成之角中包含前述第1活性物質層之側之角小於90度。
另，本發明中，第1活性物質層不限於在第1集電體層之表面上複數之島狀部位互相完全分離之結構，亦可為複數之島狀部位彼此利用連接部位而部分連接之結構。
詳細後述，但根據本發明申請者等所得之新見解，具有如上述構成之電池可以比較少之製造步驟製造，又，小型、薄型且電化學特性亦良好。具體言之，本發明之電池具有高容量及良好之充放電特性。本發明不僅對具有含電解液之電解質層之電池，對例如具有如聚合物電解質之固體電解質層之電池亦有效。
此處，例如亦可在島狀部位與第1集電體層之接觸點上，以使第1集電體層與電解質層接觸之方式構成。如此之構成下，於接觸點附近第1集電體層與電解質層夾著非常薄之第1活性物質層對向，充放電特性尤其良好。
又，例如島狀部位亦可以具有沿著第1集電體層表面延伸之線狀圖案之方式構成。根據如此之構成，可成為厚度及表面積較大，且與第1集電體層之接觸點附近區域之面積亦較大之第1活性物質層。又，如此之圖案例如可藉由將含第1活性物質層材料之塗布液在第1集電體層表面塗布成線狀而形成，可將製造成本抑制為較低。
又，例如與線狀圖案之延伸方向正交之剖面中之島狀部位之剖面形狀，亦可以與第1集電體層接觸部分之寬度為20 μm至300 μm，高度為10 μm至300 μm，高度相對於寬度之比為0.5以上之方式構成。根據本案發明者等之實驗，使第1活性物質層形成為如此尺寸時，作為電池之性能成為尤其良好者。
又，例如電解質層含固體電解質，各島狀部位中，除與第1集電體層接觸部分外之表面亦可為平滑之曲面，具有含固體電解質之電解質層之電池不使用主要含有機溶媒之電解液，因而容易處理。此時若第1活性物質層之島狀部位之表面為平滑曲面，則可成為固體電解質層與第1活性物質層之密著性變高，使作為電池之性能穩定者。
具有如上述結構之電池考慮到各種應用領域，作為例如電動車般之各種車輛之電源，又可應用於具備將該電池作為電源動作之電子電路部之各種電子機器中。更具體言之，可構成薄型且高性能之電源，因此可尤其較佳應用於例如如IC卡般具備保持電池與電子電路部之卡片型框體之電子機器中。
又，為達成上述目的，本發明之電池之製造方法之特徵在於其具備：在成為第1集電體層之基材表面，形成具有包含互相分離之複數之島狀部位之島狀結構之第1活性物質層之第1步驟；及積層同時覆蓋未由前述第1活性物質層覆蓋之前述基材之露出表面及前述第1活性物質層之表面之電解質層、第2活性物質層、及第2集電體層之第2步驟；且，前述第1步驟中，於前述島狀部位與前述第1集電體層之接觸點上，使切向前述第1活性物質層之切線與前述第1集電體層表面所成之角中包含前述第1活性物質層之側之角小於90度。
根據如此構成之發明，藉由適當控制構成第1活性物質層之島狀部位之剖面形狀，而可以優良生產性製造具有上述結構之特性良好之電池。又，利用如此製造方法製造之電池如上述成為小型、薄型且電性特性優良者。
在上述第1步驟中，例如亦可使含活性物質之塗布液從噴嘴噴出並塗布於基材表面，而形成第1活性物質層。針對如此之所謂噴嘴分配方式之塗布技術之研究正在進展，適當調整塗布液之組成，從而可高控制性地形成具有上述島狀結構之第1活性物質層。再者，亦可相對基材表面使噴嘴於特定方向移動，將塗布液在基材表面塗布成線狀。根據如此之構成，可形成線寬或高度穩定之圖案，可穩定地製造性能良好之電池。
根據本發明，設置具有使含活性物質之複數之島狀部位互相分離配置於第1集電體層表面之島狀結構之第1活性物質層，且於第1活性物質層之島狀部位與第1集電體層之接觸點上，切向第1活性物質層之切線與第1集電體層表面所成之角度小於90度。藉此，可提供小型且電化學特性良好，生產性亦優良之電池及具備其之各種機器。
圖1A係顯示本發明之電池之一實施形態之鋰離子二次電池模組之剖面結構之圖，圖1B係其概要立體圖。該鋰離子二次電池模組1具有在負極集電體11之表面將負極活性物質層12、固體電解質層13、正極活性物質層14及正極集電體15依次積層之結構。本說明書中，將X、Y及Z座標方向分別如圖1A所示地定義。
如圖1B所示，負極活性物質層12成為由負極活性物質形成之沿著Y方向延伸之線狀圖案121在X方向空出一定間隔多數並列之線與間隙結構。又，固體電解質層13係由固體電解質形成，其下面成為對應於負極活性物質層12之凹凸之凹凸形狀，另一方面，上面變成大致平坦。
並且，於如此大致平坦地形成之固體電解質層13上積層正極活性物質層14及正極集電體15，形成鋰離子二次電池模組1。於該鋰離子二次電池模組1上適當設置標籤電極，或積層複數之模組，構成鋰離子二次電池。
此處，作為構成各層之材料，可使用作為鋰離子電池之構成材料眾所周知者。作為負極集電體11、正極集電體15，例如可分別使用銅箔、鋁箔等。又，作為正極活性物質例如可使用將LiCoO2 (LCO)作為主體者，作為負極活性物質例如可使用將Li4 Ti5 O12 (LTO)作為主體者。又，作為固體電解質層13，例如可使用聚環氧乙烷及聚苯乙烯。另，對於各功能層之材質不限於該等。
具有如此結構之鋰離子二次電池模組1係薄型且容易彎曲。又，作為具有如圖示負極活性物質層12之凹凸之立體結構，增大相對於其體積之表面積，因此可獲得較大經由薄固體電解質層13之與正極活性物質層14之對向面積，可獲得高效率、高輸出。如此，具有上述結構之鋰離子二次電池係小型且可獲得高性能者。
接著，對製造上述鋰離子二次電池模組1之方法進行說明。先前，此種模組係藉由將對應於各功能層之薄膜材料積層而形成，但該製造方法對模組之高密度化有界限。又，前述專利文獻1所記載之方法，步驟多且製造花費時間，又，各功能層間之分離較難。與此相對，以下說明之製造方法，可以較少步驟且使用現有之處理裝置製造如上述結構之鋰離子二次電池模組1。
圖2係顯示圖1A之電池之製造方法之一例之流程圖。該製造方法中，首先準備成負極集電體11之金屬箔，例如銅箔(步驟S101)。使用薄銅箔之情形中其搬送或處理較難。因此，例如預先藉由將單面粘貼於玻璃板或樹脂薄片等載體等而提高搬送性較佳。
接著，利用噴嘴分配法、其中例如使噴出塗布液之噴嘴對塗布對象面相對移動之噴嘴分配法，將含負極活性物質材料之塗布液塗布於銅箔之一面(步驟S102)。作為塗布液，例如可使用含前述負極活性物質之有機系LTO材料。塗布液中除負極活性物質外，可使用將作為導電助劑之乙炔碳黑或科琴碳黑(Ketjen Black)、作為結合劑之聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡膠(SBR)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或聚四氟乙烯(PTFE)、作為溶劑之N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等混合者。另，作為負極活性物質材料除上述LTO外，可使用例如石墨、金屬鋰、SnO2 、合金系等。
圖3A係從X方向觀察利用噴嘴掃描法之塗布情況之圖，圖3B及圖3C係分別從Y方向、傾斜上方觀察相同情況之圖。利用噴嘴掃描法將塗布液塗布於基材之技術為眾所周知，本方法中亦可應用如此眾所周知之技術，因此對於裝置構成省略說明。
根據噴嘴掃描法，將穿設有1個或複數個用以將上述有機系LTO材料作為塗布液噴出之噴出口311之噴嘴31配置於銅箔11之上方。然後，一面從噴出口311噴出一定量之塗布液32，一面使噴嘴31相對於銅箔11相對向箭頭方向Dn以一定速度掃描移動。從而塗布液32沿著Y方向對銅箔11上線狀塗布。於噴嘴31上設置複數之噴出口311，從而可以1次掃描移動形成複數之條紋。於必要時重複掃描移動，從而可在銅箔11之全面將塗布液塗布成線狀。使其乾燥硬化，從而於銅箔11之上面利用負極活性物質形成線狀圖案121。又，亦可塗布後加熱促進乾燥，或對塗布液添加光硬化性樹脂，於塗布後進行光照射使之硬化。
該時點下，成為使負極活性物質層12相對於大致平坦之銅箔11之表面部分隆起之狀態。與以單純地上面成平坦之方式塗布塗布液之情形相比，可增大相對於活性物質之使用量之表面積。因此，可增大與之後形成之正極活性物質之對向面積，獲得高輸出。
接續圖2之流程圖之說明。對如此形成之銅箔11上積層負極活性物質層12而成之積層體之上面，利用適當之塗布方法，例如刮刀塗法或棒塗法塗布電解質塗布液(步驟S103)。作為電解質塗布液，可使用將前述高分子電解質材料，例如聚環氧乙烷、聚苯乙烯等樹脂、作為載體鹽之例如LiPF6 及作為溶劑之例如碳酸二乙烯酯混合者。作為此處之塗布方法不限於上述，但使塗布後之表面大致平坦之方法較佳。
接著，積層正極活性物質層14及作為正極集電體之鋁箔15。此處說明其一例。首先，於作為正極集電體之鋁箔15預先塗布含正極活性物質之塗布液，將大致相同之正極活性物質層14形成於鋁箔15表面。作為含正極活性物質之塗布液，例如可使用混合有前述正極活性物質、作為導電助劑之例如乙炔碳黑、作為結合劑之SBR、作為分散劑之羧甲基纖維素(CMC)及作為溶劑之純水等之水系LCO材料。作為正極活性物質材料，除上述LCO外，可使用LiNiO2 或LiFePO4 、LiMnPO4 、LiMn2 O4 、又以LiMeO2 (Me=Mx My Mz ；Me、M係過渡金屬，且x+y+z=1)代表性所示之化合物，例如LiNi1/3 Mn1/3 Co1/3 O2 、LiNi0.8 Co0.15 Al0.05 O2 等。又，作為塗布方法，除上述刮刀塗法或棒塗法外，可適當採用如迴轉塗布法之可在平面上形成平坦之膜之眾所周知之塗布方法。
然後，步驟S103中塗布之電解質塗布液硬化前，貼合形成有正極活性物質層14之鋁箔15，使正極活性物質層14與電解質塗布液密著(步驟S104)。此時，為進而提高密著性，N可在鋁箔15表面之正極活性物質層14上塗布電解質塗布液。
如此而形成負極集電體11、負極活性物質層12、固體電解質層13、正極活性物質層14及正極集電體15依次積層而成之鋰離子二次電池模組1。另，除上述方法外，例如亦可塗布電解質塗布液後使之硬化，形成固體電解質層13後，塗布含正極活性物質之塗布液，進而使正極集電體15貼合。
接著，針對鋰離子二次電池模組1之負極活性物質層之結構，一面參照圖4至圖7進而詳細說明。圖4係顯示負極活性物質層之剖面形狀之放大剖面圖。又，圖5A、圖5B、圖6A及圖6B係顯示本實施形態之電池之特性之實測資料之圖。又，圖7A、圖7B及圖7C係模式化顯示本發明之電池之結構與先前之電池模組之結構之差異之圖。
如圖1B所示，本實施形態之負極活性物質層12具有使向Y方向延伸之複數之線狀圖案121在X方向互相分離配置之島狀結構。圖4係顯示以X-Z平面切斷之線狀圖案121之剖面。如同圖所示，線狀圖案121之表面向上(Z方向)成凸之平滑之曲面。
本案發明者們所試製之電池模組1之各部分之代表性尺寸，線狀圖案121之寬度Da約為170 μm，高度Ha約為100 μm。又，鄰接之線狀圖案121、121間之距離S約為160 μm。又，固體電解質層13之厚度Hd約為200 μm。
又，圖4中以符號θ表示之負極集電體11、負極活性物質之線狀圖案121及固體電極質層13三者互相相接之「接觸點」P之「接地角」小於90度。本說明書中，所謂接觸點P，意指線狀圖案121從負極集電體11隆起之位置。又，所謂接地角θ，意指接觸點P之線狀圖案121表面之梯度，換言之，即於接觸點P切向線狀圖案121之切線與負極集電體層11所成之角中包含線狀圖案121之側的角。
本案發明者等進行各種實驗，結果發現：由以該接地角成為小於90度之值(本例中約60度)之方式形成之線狀圖案121所構成負極活性物質層12，可獲得作為電池之良好特性。具體言之，本案發明者等率先成功製作出於常溫(30℃)下兼具良好之充放電特性及高容量之電池。以下所揭示之實測結果其任一者皆係以常溫(30℃)測定者。
圖5A及圖5B係顯示試製之電池模組1中實測到之循環伏安圖。更詳細言之，圖5A係顯示具有前述尺寸之本實施形態之電池模組1之實測結果(CV曲線)。又，圖5B係另外準備之比較例之實測結果。該比較例並非如本實施形態之線與間隙結構，而是將厚度大致相同之負極活性物質膜形成於負極集電體層表面者，其膜厚約為43 μm。
所得之電流密度在本實施形態與比較例中大致相同。但，負極活性物質(LTO)之使用量在比較例中為10.26 mg/cm2 ，與此相對，採用線與間隙結構之本實施形態中為4.08 mg/cm2 約40%左右。因此，由負極活性物質之利用效率而言，本實施形態與比較例相比可具有約2.5倍之高度。此意味著用以獲得相同理論電流密度所必要之活性物質之使用量，本實施形態之結構之電池要少得許多。另，根據複數次重複進行之測定(各圖中，使3次測定結果分別為「1st」、「2nd」)「3rd」，觀察不到有意義之差異。
圖6A及圖6B係顯示充放電特性，圖6A係顯示本實施形態之實測結果，圖6B係顯示與上述相同之比較例之實測結果。任一者都於2.35V左右觀察到電壓峰值，此從使用活性物質之組合(LTO及LCO)來看係妥當之值。又，對於活性物質使用量每1 g之充放電容量，圖6B所示之比較例中在0.1 C放電速率下為25至40 mAh左右，與此相對，圖6A所示之本實施形態中即使在更嚴之0.3 C放電速率下亦獲得60至80 mAh左右之高容量。
如此，經確認本實施形態之鋰離子電池模組1兼備高容量與良好之充放電特性。
另，根據本案發明者等之見解，獲得作為電池之良好特性之各部分之尺寸的較佳範圍大致如下。即，線狀圖案121之寬度Da為20 μm至300 μm，其高度Ha約為10 μm至300 μm，且剖面之縱橫比、即高度Ha相對於寬度Da之比為0.5以上較佳。
對於本實施形態之電池顯示良好特性之理由，本案發明者等如下考慮。如圖7A所示，考慮到於本實施形態之鋰離子二次電池模組1上連接外部直流電源Vc，對正極集電體15給予比負極集電體11高電位之情形。該狀態相當於利用外部直流電源Vc將鋰離子二次電池模組1充電之情形。此時，正極活性物質14內之鋰原子將電子(圖中以「e- 」表示)放出，成為鋰離子(圖中以「Li+ 」表示)，於固體電解質層13內泳動，到達負極活性物質層12(線狀圖案121)。然後，與經由負極集電體11供給於負極活性物質層12之電子再結合。如此在負極活性物質層12中貯藏鋰原子，從而從外部觀察時鋰離子二次電子模組1被充電。
根據本實施形態，接觸點P之接地角θ小於90度。因此，線狀圖案121之厚度在接觸點P極小。尤其本實施形態下，接觸點P上負極集電體11與固體電解質層13相接，因而厚度為零，隨著遠離接觸點P而厚度變大。因此，接觸點P附近，負極集電體11與固體電解質層13夾著非常薄之負極活性物質層12而對向。因此，負極活性物質層12內鋰離子與電子再結合，因而移動之距離極短即可。相反，負極活性物質層12內之鋰原子放出電子之放電時亦相同。此認為有助於充放電特性之提高。另一方面，離開接觸點P之區域內，負極活性物質層12具有充分之厚度，因此可貯藏較多鋰原子，可獲得大容量。如此，本實施形態之鋰離子二次電池模組1中，可兼具良好之充放電特性與大容量。
前述先前技術之電池中，亦例如如圖7B所示，認為可藉由形成極薄之負極活性物質層而獲得良好之充放電特性。但，如此構成下所使用之負極活性物質之量(體積)較少，因此可貯藏之鋰原子之量有限，不易高容量化。又，如圖7C所示，若增厚負極活性物質層則可增大容量。但，接地角6為90度或其以上之情形中，負極活性物質層內之離子或電子之移動距離變長，因此充放電特性變差。
如上，根據本實施形態，將負極集電體11、負極活性物質層12、固體電解質層13、正極活性物質層14及正極集電體15依次積層而成之鋰離子二次電池模組1中，使負極活性物質層12成為利用複數之線狀圖案121之島狀結構。並且，使相對於負極集電體11之線狀圖案121之接地角θ小於90度。根據如此之結構，可構成在常溫下動作，高容量且充放電特性亦良好之電池。
此處，構成負極活性物質層12之線狀圖案121係藉由使噴出含負極活性物質之塗布液之噴嘴31相對於基材(負極集電體11)表面向Y方向相對移動而形成者。如此之利用所謂噴嘴掃描法之圖案形成，可短時間且控制性良好地形成互相平行之多數之線狀圖案，亦可形成微細圖案。因此，可以優良生產性且低製造成本製造電性特性優良且穩定之電池。
又，使線狀圖案121之表面成無銳角之平滑曲面，從而可提高利用負極集電體11及負極活性物質層12之負極側結構體與固體電解質層13之密著度。藉此，可構成不易受到例如因電池模組之彎曲而該等界面剝離等損傷之特性穩定之電池。藉此可構成可彎曲之電池，向各種形狀之容器之收納亦變容易。並且，利用上述噴嘴掃描法之塗布係形成具有如此剖面形狀之線狀圖案121尤其佳之方法。另，本實施形態之負極活性物質層12之結構係不僅對具有固體電解質層之電池，對具有以分隔片與電解液構成之液體電解質層之電池亦於提高其特性上為有效者。此時，使上述線狀圖案121之表面為平滑之曲面非必要條件。
又，上述實施形態之負極活性物質層12係具有使向Y方向延伸之線狀圖案121於X方向複數並列之島狀結構者，各線狀圖案121互相獨立而形成於負極集電體11表面。但，本說明書中所謂「島狀結構」，係表示各圖案之主要部分實質上獨立存在之概念。因此各圖案不僅為完全獨立者，亦可如以下所例示其一部分連接。
圖8A及圖8B係顯示負極活性物質層之其他圖案之例之圖。圖8A所例示之負極活性物質層122中，與圖1B之例相同，複數之線狀圖案122a形成於負極集電體11之表面。並且，鄰接之線狀圖案122a彼此藉由相同材料之連接部位122b而互相連接。即使是如此之結構，各線狀圖案122a亦具有與圖1B之例之線狀圖案121相同之功能，該等實質可成島狀結構。
又，圖8B所例示之負極活性物質層123中，將具有大致圓形平面形狀之線狀圖案123a在負極集電體11之表面並列複數個而形成。負極活性物質層亦可為如此之結構。再者，複數之線狀圖案123a亦可藉由含相同材料之連接部位123b而相互連接。如此形狀例如如本案申請人先前所揭示之日本特開2006-138911號公報所記載，可藉由應用噴嘴分配法之塗布方法而形成。
接著，針對如上述構成之電池之用途進行說明。本實施形態之鋰離子二次電池模組1係於常溫下高容量且充放電特性良好者，因此如以下所例示可考慮應用至各種機器。另，以下係例示可應用本實施形態之電池之機器的態樣之一部分者，本發明之電池之應用範圍不限於該等。
圖9係模式化顯示作為搭載本發明之電池之機器之一例之車輛，具體為電動車。該電動車70具備車輪71、驅動該車輪71之馬達72、對該馬達72供給電力之電池73。作為該電池73，可採用將多數個上述鋰離子二次電池模組1串並聯連接之構成。如此構成之電池73小型且具有高電流供給能力，並且可進行短時間之充電，因此較佳作為如電動車70之車輛之驅動用電源者。
圖10係模式化顯示作為搭載本發明之電池之機器之其他例之電子機器，具體為IC卡(智慧卡)之圖。該IC卡80具備藉由互相重疊而構成卡片型封裝之1對框體81、82，與收納於該框體內之電路模組83及成為該電路模組83之電源之電池84。其中電路模組83具備用以與外部通信之環狀天線831，及包含與經由該天線831而與外部機器執行資料交換及各種運算、記憶處理之積體電路(IC)之電路塊832。又，作為電池84，可使用具備1組或複數組上述鋰離子二次電池模組1者。
根據如此之構成，與其自身不具有電源之一般IC卡相比，可擴大可與外部機器通信之距離，且可進行更複雜之處理。本發明之電池84小型、薄型且可獲得大容量，因此可較佳應用於如此之卡片型機器中。
此外，於電動輔助自行車/電動工具/機器人等機械類、個人電腦、手機、可擕式音樂播放器、數位相機、攝像機等行動機器、遊戲機、可擕式測定機器/通信機器及玩具等各種電子機器中，亦可採用本發明之電池。
如上說明，根據上述實施形態，負極集電體11、負極活性物質層12、固體電解質層13、正極活性物質層14及正極集電體15分別作為本發明之「第1集電體層」、「第1活性物質層」、「電解質層」、「第2活性物質層」及「第2集電體層」發揮功能。又，構成負極活性物質層之線狀圖案121、122a及線狀圖案123a相當於本發明之「島狀部位」，連接部位122b、123b相當於本發明之「連接部位」。
又，圖2之流程圖之步驟S101及S102相當於本發明之「第1步驟」，另一方面，步驟S103及S104相當於本發明之「第2步驟」。並且，本實施形態之噴嘴31作為本發明之「噴嘴」發揮功能。
又，上述實施形態之電動車70相當於本發明之「車輛」。再者，上述實施形態之IC卡80相當於本發明之「電子機器」。並且，其中框體81、82作為本發明之「框體」，電路模組83作為本發明之「電子電路部」分別發揮功能。
另，本發明不限於上述實施形態，只要不脫離其主旨則除上述者外可進行各種變更。例如上述實施形態中，使負極活性物質層12為島狀結構，但亦可取代其，或在其之外使正極活性物質層為島狀結構。
又，上述實施形態中，於負極集電體上依次積層負極活性物質層、固體電解質層、正極活性物質層及正極集電體，但亦可與此相反，於正極集電體上依次積層正極活性物質層、固體電解質層、負極活性物質層及負極集電體。又，各層之形成不限於利用塗布者。
又，上述實施形態係具備固體電解質層13者。但，作為電解質層不限於如此固體者，對使用更一般之電解液之電池亦可應用本發明。
又，上述實施形態所例示之集電體、活性物質、電解質等材料係顯示其一例，並不限於此，使用作為鋰離子電池之構成材料使用之其他材料製造鋰離子電池之情形中，亦可較佳應用本發明之製造方法。又，不限於鋰離子電池，使用其他材料之電池全體可適用本發明。
[產業上之可利用性]
本發明之電池兼備小型、薄型且高容量與良好充放電特性，生產性亦優良，因此可較佳應用於搭載電池之車輛或各種電子機器中。
1．．．鋰離子二次電池(電池)
11．．．(作為負極集電體之)銅箔(第1集電體層)
12．．．負極活性物質層(第1活性物質層)
13．．．電解質層
14．．．正極活性物質層(第2活性物質層)
15．．．(作為正極集電體之)鋁箔(第2集電體層)
31．．．噴嘴
32．．．塗布液
70．．．電動車(車輛)
73．．．鋰離子二次電池(電池)
80．．．IC卡(電子機器)
81．．．卡片框體(框體)
82．．．卡片框體(框體)
83．．．電路模組(電子電路部)
84．．．鋰離子二次電池(電池)
121．．．(負極活性物質之)線狀圖案(島狀部位)
122a．．．(負極活性物質之)線狀圖案(島狀部位)
122b．．．(負極活性物質之)連接部位
123a．．．(負極活性物質之)線狀圖案(島狀部位)
123b．．．(負極活性物質之)連接部位
圖1A係顯示本發明之電池之一實施形態之鋰離子二次電池模組之剖面結構之圖；
圖1B係本實施形態之鋰離子二次電池模組之概要立體圖；
圖2係顯示圖1A之電池之製造方法之一例之流程圖；
圖3A係從X方向觀察利用噴嘴掃描法之塗布情況之圖，圖3B及圖3C係分別從Y方向、斜上方觀察相同情況之圖；
圖4係顯示負極活性物質層之剖面形狀之放大剖面圖；
圖5A、圖5B、圖6A及圖6B係顯示本實施形態之電池之特性之實測資料之圖；
圖7A、圖7B及圖7C係模式化顯示本發明之電池之結構與先前之電池模組之結構之差異之圖；
圖8A及圖8B係顯示負極活性物質層之其他圖案之例之圖；
圖9係模式化顯示作為搭載本發明之電池之機器之一例之電動車之圖；及
圖10係模式化顯示作為搭載本發明之電池之機器之其他例之IC卡之圖。
11．．．負極集電體(第1集電體層)
13．．．電解質層
121．．．負極活性物質之線狀圖案(島狀部位)
Da．．．線狀圖案之寬度
Ha．．．線狀圖案之高度
Hd．．．電解質層之厚度
P．．．負極集電體、線狀圖案、電解質層之接觸點
S．．．線狀圖案間之距離
θ．．．線狀圖案表面之梯度

Claims (13)

  1. 一種電池，其特徵在於：其具有按第1集電體層、第1活性物質層、電解質層、第2活性物質層及第2集電體層之順序積層之結構；前述第1集電體層之表面為平坦；前述第1活性物質層具有使含活性物質之複數之島狀部位於前述第1集電體層表面互相分離配置之島狀結構，於前述島狀部位與前述第1集電體層之接觸點上，切向前述第1活性物質層之切線與前述第1集電體層表面所成之角中包含前述第1活性物質層之側之角小於90度。
  2. 如請求項1之電池，其中前述第1集電體層與前述電解質層於前述島狀部位與前述第1集電體層之接觸點接觸。
  3. 如請求項1之電池，其中前述島狀部位具有沿著前述第1集電體層表面延伸之線狀圖案。
  4. 如請求項3之電池，其中與前述線狀圖案之延伸方向正交之剖面中之前述島狀部位之剖面形狀，與前述第1集電體層接觸之部分之寬度為20μm至300μm，高度為10μm至300μm，前述高度相對於前述寬度之比為0.5以上。
  5. 如請求項1之電池，其中前述電解質層含固體電解質材料，前述島狀部位中，除與前述第1集電體層接觸之部分外之表面為平滑之曲面。
  6. 如請求項1之電池，其中前述第1活性物質層具有將複數 之前述島狀部位相互連接之連接部位。
  7. 一種車輛，其特徵在於：其搭載如請求項1至6中任一項之電池。
  8. 一種電子機器，其特徵在於具備：如請求項1至6中任一項之電池；及將前述電池作為電源而動作之電子電路部。
  9. 如請求項8之電子機器，其中具備保持前述電池與前述電子電路部之卡片型框體。
  10. 一種電池之製造方法，其特徵在於具備：在成為第1集電體層之基材表面，形成具有包含互相分離之複數之島狀部位之島狀結構之第1活性物質層之第1步驟；及積層同時覆蓋未由前述第1活性物質層覆蓋之前述基材之露出表面及前述第1活性物質層之表面之電解質層、第2活性物質層、及第2集電體層之第2步驟；前述第1集電體層之表面為平坦；且前述第1步驟中，於前述島狀部位與前述第1集電體層之接觸點上，使切向前述第1活性物質層之切線與前述第1集電體層表面所成之角中包含前述第1活性物質層之側之角小於90度。
  11. 如請求項10之電池之製造方法，其中在前述第1步驟中，使含活性物質之塗布液從噴嘴噴出並塗布於前述基材表面，而形成前述第1活性物質層。
  12. 如請求項11之電池之製造方法，其中在前述第1步驟 中，使前述噴嘴對前述基材表面於特定方向相對移動，使前述塗布液以線狀塗布於前述基材表面。
  13. 一種電池，其特徵在於具有積層有藉由如請求項10至12中任一項之製造方法分別製造之前述第1集電體層、前述第1活性物質層、前述電解質層、前述第2活性物質層及前述第2集電體層之結構。
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