WO2021132504A1 - 固体電池 - Google Patents

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WO2021132504A1
WO2021132504A1 PCT/JP2020/048537 JP2020048537W WO2021132504A1 WO 2021132504 A1 WO2021132504 A1 WO 2021132504A1 JP 2020048537 W JP2020048537 W JP 2020048537W WO 2021132504 A1 WO2021132504 A1 WO 2021132504A1
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solid
state battery
layer
electrode
battery according
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友裕 加藤
高之 長野
馬場 彰
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a solid state battery.
  • the solid-state battery main body 510 in which the positive electrode layer 501 and the negative electrode layer 502 are alternately laminated via the solid electrolyte layer 503 and the solid-state battery main body 510 have two.
  • a solid-state battery 500 including end face electrodes 511 (and 512) arranged on each of the opposing sides is known (eg, Patent Document 1).
  • the surfaces of the solid-state battery main body 510 and the end face electrodes 511 and 512 are electrically connected to the end face electrodes 511 and 512 while being covered with the waterproof layer 521 and the elastic layer 522. Electric power can be taken out to the outside by the linear take-out wiring 531 and 532.
  • the take-out wirings 531 and 532 once led out in the substantially horizontal direction h are arranged in the direction (that is, omitted) of the substrate (not shown) arranged on the bottom surface (lower side in the figure) of the solid-state battery at the time of mounting. (Downward direction) It is necessary to connect toward d.
  • the forming direction (that is, substantially horizontal direction) h of the take-out wiring and the mounting direction (that is, substantially downward direction) d of the solid-state battery on the substrate are different, a poor connection between the solid-state battery and the substrate is likely to occur. I understood it.
  • the inventors of the present invention have also found that, from the viewpoint of gas barrier properties, even when the solid-state battery is provided with a waterproof layer, a new problem arises that the conventional solid-state battery is inferior in gas barrier properties. Specifically, as shown in FIG. 8, it was found that the take-out wirings 531 and 532 penetrate the waterproof layer relatively proximal to the positive electrode layer and the negative electrode layer, so that the intrusion of gas such as water vapor cannot be sufficiently prevented. It was.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a solid-state battery having better mountability.
  • Another object of the present invention is to provide a solid-state battery having better mountability and gas barrier properties.
  • the inventor of the present application tried to solve the above problem by dealing with it in a new direction, instead of dealing with it as an extension of the conventional technology. As a result, the invention of a solid-state battery that achieved the above object was reached.
  • the present invention A solid-state battery body in which positive electrode layers and negative electrode layers are alternately laminated via a solid electrolyte layer; End face electrodes electrically connected to each of the positive electrode layer and the negative electrode layer and arranged on each of the two side surfaces of the solid-state battery body; and electrically connected to the end face electrodes and said solid.
  • the present invention relates to a solid-state battery including a bottom electrode arranged on the bottom surface side of the battery body.
  • the solid-state battery of the present invention is more excellent in mountability because it can more sufficiently prevent poor connection between the bottom electrode and the end face electrode and poor connection between the solid-state battery and the substrate.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery when the solid-state battery of FIG. 1A has a coating layer.
  • FIG. 1C is a bottom view of the solid-state battery of FIG. 1B.
  • FIG. 1D is a front view of the solid-state battery of FIG. 1B.
  • FIG. 1E is a partially enlarged cross-sectional view of the side surface of the bottom surface electrode, showing a state in which all the layers constituting the coating layer have exposed end faces on the side surface of the bottom surface electrode in the cross-sectional view of the solid-state battery of FIG. 1B. Is.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid
  • FIG. 1F is a cross-sectional view schematically showing the structure of a solid-state battery precursor for explaining the method for manufacturing the solid-state battery of FIG. 1B.
  • FIG. 2A is a schematic view (top view) of a lead frame sheet including a plurality of lead frames that provide bottom electrode.
  • FIG. 2B is a bottom view of a solid-state battery according to a second embodiment of the present invention in which a lead frame is used as a bottom electrode.
  • FIG. 2C is a front view of the solid-state battery of FIG. 2B.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery when the solid-state battery of FIG. 3A has a coating layer.
  • FIG. 3C is a bottom view of the solid-state battery of FIG. 3B.
  • FIG. 3D is a front view of the solid-state battery of FIG. 3B.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a bottom view of the solid-state battery of FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a front view of the solid-state battery of FIG. 4A.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a bottom view of the solid-state battery of FIG. 5A.
  • FIG. 5C is a front view of the solid-state battery of FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the thickness of each layer (particularly the buffer layer) constituting the coating layer gradually decreases toward the lower end of the side surface of the lower surface electrode in a cross-sectional view. It is a partially enlarged cross-sectional view of the side surface of the lower surface electrode showing the state of being FIG.
  • FIG. 7B shows a state in which the two barrier layers sandwiching the buffer layer have an interconnected structure at the lower end of the lower surface electrode 62 (61) in the solid-state battery according to the preferred embodiment of the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a solid-state battery in the prior art.
  • the “solid-state battery” in the present invention refers to a battery whose components are composed of solids in a broad sense, and in a narrow sense, all the components (particularly preferably all components) are composed of solids.
  • the solid-state battery in the present invention is a laminated solid-state battery in which the layers forming the battery building unit are laminated to each other, and preferably such layers are made of a sintered body.
  • the "solid-state battery” includes not only a so-called “secondary battery” capable of repeating charging and discharging, but also a "primary battery” capable of only discharging.
  • a “solid-state battery” is a secondary battery.
  • the term “secondary battery” is not overly bound by its name and may include, for example, an electrochemical device such as a power storage device.
  • the "cross-sectional view” referred to in the present specification is a cross-sectional state (cross-sectional view) when viewed from a direction substantially perpendicular to the thickness direction based on the stacking direction of the electrode layers and the like constituting the solid-state battery.
  • the "bottom view” is an appearance state (bottom view) when the object is viewed from below along the thickness direction based on the stacking direction of the electrode layers and the like constituting the solid-state battery.
  • the "front view” is an appearance state when viewed from a direction substantially perpendicular to the thickness direction based on the stacking direction of the electrode layers and the like constituting the solid-state battery.
  • the “top view” is an appearance state when the object is viewed from above along the thickness direction based on the stacking direction of the electrode layers and the like constituting the solid-state battery.
  • the "vertical direction” and “horizontal direction” used directly or indirectly in the present specification correspond to the vertical direction and the horizontal direction in the drawings, respectively.
  • the “vertical direction” may be the “vertical direction” when it is assumed that the solid-state battery is mounted on the horizontal plane of the substrate.
  • the same reference numerals or symbols shall indicate the same members / parts or the same meanings.
  • the vertical downward direction corresponds to the “downward” / "bottom side” / “bottom side”
  • the opposite direction corresponds to the "upward” / "top side” /. It can be regarded as corresponding to the "top side”.
  • the solid-state battery of the present embodiment includes a solid-state battery main body, end face electrodes, and bottom electrodes.
  • the solid-state battery main body has a chip shape and includes a positive electrode layer and a negative electrode layer as internal electrodes.
  • the solid-state battery body usually further includes a solid electrolyte layer. More specifically, as shown in FIG. 1A, the solid-state battery 100 includes a solid-state battery main body 10 in which the negative electrode layer 1 and the positive electrode layer 2 are alternately laminated via the solid electrolyte layer 3.
  • the chip shape is a hexahedron shape including a so-called rectangular parallelepiped or cube.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the first embodiment of the present invention.
  • the negative electrode layer 1, the positive electrode layer 2, the solid electrolyte layer 3, and the like form a sintered layer.
  • the negative electrode layer 1, the positive electrode layer 2 and the solid electrolyte layer 3 are integrally fired with each other, and therefore the solid-state battery main body 10 forms an integrally sintered body.
  • the positive electrode layer 2 includes a positive electrode active material layer 22 containing at least a positive electrode active material.
  • the positive electrode active material layer may further contain a solid electrolyte.
  • the positive electrode active material layer is composed of a sintered body containing at least positive electrode active material particles and solid electrolyte particles.
  • the negative electrode layer 1 includes a negative electrode active material layer 12 containing at least a negative electrode active material.
  • the negative electrode active material layer may further contain a solid electrolyte.
  • the negative electrode active material layer is composed of a sintered body containing at least negative electrode active material particles and solid electrolyte particles.
  • the positive electrode active material and the negative electrode active material are substances involved in the transfer of electrons in a solid-state battery. Ions move (conduct) between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer via the solid electrolyte layer, and electrons are transferred to perform charging and discharging.
  • the positive electrode layer and the negative electrode layer may be layers capable of occluding and releasing lithium ions or sodium ions. That is, the solid-state battery is an all-solid-state secondary battery in which lithium ions or sodium ions move between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer via the solid electrolyte layer to charge and discharge the battery. May be good.
  • the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer 22 is not particularly limited, and for example, a lithium-containing phosphoric acid compound having a pearcon-type structure, a lithium-containing phosphoric acid compound having an olivine-type structure, a lithium-containing layered oxide, and a lithium-containing layered oxide. , At least one selected from the group consisting of lithium-containing oxides having a spinel-type structure and the like.
  • the lithium-containing phosphoric acid compound having a pear-con type structure include Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 .
  • Examples of the lithium-containing phosphate compound having an olivine structure Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3, LiMnPO 4 , and the like.
  • the positive electrode active material capable of occluding and releasing sodium ions a sodium-containing phosphoric acid compound having a pearcon-type structure, a sodium-containing phosphoric acid compound having an olivine-type structure, a sodium-containing layered oxide, and a sodium-containing material having a spinel-type structure are contained. At least one selected from the group consisting of oxides and the like can be mentioned.
  • the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer 12 is not particularly limited, and for example, an oxide or graphite containing at least one element selected from the group consisting of Ti, Si, Sn, Cr, Fe, Nb and Mo. -At least one selected from the group consisting of lithium compounds, lithium alloys, lithium-containing phosphoric acid compounds having a pearcon-type structure, lithium-containing phosphoric acid compounds having an olivine-type structure, lithium-containing oxides having a spinel-type structure, and the like. Can be mentioned.
  • An example of a lithium alloy is Li—Al or the like.
  • Examples of the lithium-containing phosphoric acid compound having a pear-con type structure include Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 .
  • Examples of the lithium-containing phosphoric acid compound having an olivine-type structure include Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 .
  • lithium-containing oxides having a spinel-type structure include Li 4 Ti 5 O 12 .
  • the negative electrode active material capable of occluding and releasing sodium ions is a group consisting of a sodium-containing phosphoric acid compound having a pearcon-type structure, a sodium-containing phosphoric acid compound having an olivine-type structure, a sodium-containing oxide having a spinel-type structure, and the like. At least one selected from is mentioned.
  • the solid electrolyte that can be contained in the positive electrode active material layer 22 and the negative electrode active material layer 12 may be selected from, for example, the same materials as the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer.
  • the positive electrode active material layer and / or the negative electrode active material layer may contain a conductive auxiliary agent.
  • the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer include at least one kind composed of metal materials such as silver, palladium, gold, platinum, aluminum, copper and nickel, and carbon.
  • copper is preferable because it does not easily react with the positive electrode active material, the negative electrode active material, the solid electrolyte material, and the like, and is effective in reducing the internal resistance of the solid battery.
  • the positive electrode active material layer and / or the negative electrode active material layer may contain a sintering aid.
  • a sintering aid at least one selected from the group consisting of lithium oxide, sodium oxide, potassium oxide, boron oxide, silicon oxide, bismuth oxide and phosphorus oxide can be mentioned.
  • the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 1 may include a positive electrode current collector layer 21 and a negative electrode current collector layer 11, respectively.
  • the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer may each have a foil form, but from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the solid-state battery and reducing the internal resistance of the solid-state battery by integral firing, the form of the sintered body is adopted. You may have.
  • the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer have the form of a sintered body, they may be composed of a sintered body containing a conductive auxiliary agent and a sintered auxiliary agent.
  • the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer may be selected from, for example, the same materials as the conductive auxiliary agent that can be contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
  • the sintering aid contained in the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer may be selected from, for example, the same materials as the sintering aid that can be contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. It should be noted that the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer are not essential in the solid-state battery, and a solid-state battery in which such a positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer are not provided is also conceivable. That is, the solid-state battery in the present invention may be a solid-state battery without a current collector layer.
  • the solid electrolyte layer 3 is a layer made of a material capable of conducting lithium ions or sodium ions.
  • the solid electrolyte layer 3 which forms a battery constituent unit in a solid-state battery forms a layer in which lithium ions or sodium ions can be conducted between the positive electrode layer and the negative electrode layer.
  • Specific solid electrolytes are not particularly limited, and examples thereof include lithium-containing phosphoric acid compounds having a pearcon structure, oxides having a perovskite structure, oxides having a garnet type or a garnet type similar structure, and the like.
  • Examples of the lithium-containing phosphoric acid compound having a pear-con structure include Li 1.2 Al 0.2 Ti 1.8 (PO 4 ) 3 .
  • Examples of oxides having a perovskite structure include La 0.55 Li 0.35 TiO 3 and the like.
  • oxides having a garnet-type or garnet-type similar structure include Li 7 La 3 Zr 2 O 12 and the like.
  • Examples of the solid electrolyte in which sodium ions can be conducted include sodium-containing phosphoric acid compounds having a pearcon structure, oxides having a perovskite structure, oxides having a garnet type or a garnet type similar structure, and the like.
  • the sodium-containing phosphate compound having a NASICON structure, Na x M y (PO 4 ) 3 (1 ⁇ x ⁇ 2,1 ⁇ y ⁇ 2, M is, Ti, Ge, Al, from the group consisting of Ga and Zr At least one selected).
  • the solid electrolyte layer 3 may contain a sintering aid.
  • the sintering aid contained in the solid electrolyte layer may be selected from, for example, the same materials as the sintering aid that can be contained in the positive electrode layer and the negative electrode layer.
  • the solid-state battery main body 10 may further include an insulating layer (or insulating portion) 4.
  • the insulating layer 4 means a layer having no electron conductivity.
  • the insulating layer is composed of an insulating inorganic material.
  • the insulating inorganic material is not particularly limited, and examples thereof include silica and alumina.
  • the insulating inorganic material may be selected from the same materials as the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 3.
  • the insulating layer may contain a sintering aid, and the sintering aid may be selected from, for example, the same materials as the sintering aid that can be contained in the positive electrode layer and the negative electrode layer.
  • the thicknesses of the negative electrode layer 1, the positive electrode layer 2 and the solid electrolyte layer 3 are not particularly limited, and may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1 mm or less independently of each other.
  • the overall dimensions of the solid-state battery body 10 are not particularly limited.
  • the thickness dimension of the solid-state battery main body 10 may be 100 ⁇ m or more and 50 mm or less.
  • the width dimension and the depth dimension of the solid-state battery main body 10 may be 100 ⁇ m or more and 500 mm or less independently.
  • the edge portion of the solid-state battery main body 10 (particularly, the edge portion A on at least the upper surface 10y, preferably all the edge portions) has a curved surface shape.
  • the curved surface shape means a rounded shape, and includes a so-called round chamfered shape (that is, a shape chamfered so as to be rounded). Since the edge portion of the solid-state battery main body 10 has a curved surface shape, the continuity of the coating layer can be more significantly ensured when the solid-state battery is coated with the coating layer described later, and as a result, the coating by the coating layer can be ensured. Can be done reliably.
  • the radius of the curved surface shape is not particularly limited, and may be, for example, 10 ⁇ m or more (particularly 10 ⁇ m or more and 1 mm or less).
  • the solid-state battery 100 includes end face electrodes 51 (or 52) on each of the two side surfaces, preferably the two opposing side surfaces, of the solid-state battery body 10.
  • the end face electrode 51 (or 52) is electrically connected to the negative electrode layer 1 (or the positive electrode layer 2).
  • the end face electrode preferably contains a material having a high conductivity.
  • the specific material of the end face electrode is not particularly limited, but from the viewpoint of conductivity, for example, gold, silver, copper, platinum, tin, palladium, aluminum, titanium, nickel, oxygen-free copper, Cu.
  • At least one conductive metal selected from the group consisting of —Sn alloys, Cu—Zr alloys, Cu—Fe alloys, Cu—Cr—Sn—Zn alloys, 42 alloys (Ni—Fe alloys), copper alloys). Metals or alloys).
  • a metal material for the end face electrode material it is possible to suppress the ingress of water from the end face electrode.
  • each of the end face electrodes 51 and 52 is not only each of the two side surfaces of the solid-state battery main body 10, but also one or more of four faces other than the two facing side surfaces as shown in FIG. 1A.
  • the edges on the surface may also be covered.
  • each of the end face electrodes 51 and 52 has two side surfaces of the solid-state battery body 10 from the viewpoint of further improving the mountability and the bonding strength between the solid-state battery body and the bottom electrode. It is preferable to cover not only each of them but also the end portion of the lower surface 10x of the solid-state battery main body 10.
  • the portions covering the lower end portions are referred to as "bottom coating portions" 51a and 52a.
  • the thickness of the end face electrodes 51 and 52 is not particularly limited, and may be, for example, 0.01 ⁇ m or more and 1 mm or less, particularly 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the solid-state battery 100 further includes lower surface electrodes 61 and 62 arranged on the lower surface 10x side of the solid-state battery main body 10.
  • the bottom surface electrodes 61 and 62 are electrically connected to the end face electrodes 51 and 52 electrically connected to the negative electrode layer 1 and the positive electrode layer 2, respectively.
  • the fact that the lower surface electrodes 61 and 62 are arranged on the lower surface 10x side of the solid-state battery main body 10 means that they are arranged below the lower surface 10x.
  • the bottom electrode 61, 62 may be arranged in direct contact with the bottom surface 10x, respectively, as long as electrical connection with the end face electrodes 51, 52 is ensured, or as shown in FIG. 1A.
  • the end face electrodes 51 and 52 may be arranged in contact with the lower surface 10x indirectly via the lower surface covering portions 51a and 52a.
  • the bottom electrode 61, 62 is usually arranged directly below the bottom surface 10x of the solid-state battery body 10.
  • bottom electrodes 61 and 62 are arranged directly below the bottom surface 10x of the solid-state battery body 10 means that the bottom electrodes 61 and 62 (particularly the bottom surfaces 61a and 62a described later) are solid-state batteries when the solid-state battery is viewed from above. It means that it is arranged at a position where it is hidden behind the main body 10 and cannot be seen.
  • the bottom surface electrodes 61 and 62 are in surface contact with the solid-state battery body 10 or the end face electrodes 51 and 52.
  • Surface contact means that two members in contact come into contact with each other. At this time, in each of the two members, the area in surface contact is provided by at least a part of the main surface of the member.
  • the main surface is the widest surface of the member regardless of whether it is a flat surface or a curved surface.
  • the bottom surface electrodes 61 and 62 may be in surface contact with a part of the end face electrodes 51 and 52 (bottom surface covering portions 51a and 52a), or the bottom surface covering portions 51a and 52a.
  • the bottom electrode 61, 62 may have any shape as long as it can make surface contact with the bottom surface 10x of the solid-state battery body 10 (or the bottom surface covering portions 51a, 52a of the end face electrodes 51, 52).
  • Specific examples of the shape that the bottom electrode can have include a plate shape and the like.
  • "plate shape” is used in a concept including a thin film shape having a thickness of 1 nm or more and less than 1 ⁇ m, a film shape having a thickness of 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, and a sheet shape having a thickness of more than 500 ⁇ m and less than 1 mm. It shall be.
  • each of the lower surface electrodes 61 and 62 has only each of the lower surface portions 61a and 62a having a plate shape arranged on the lower surface 10x side of the solid-state battery main body 10.
  • the forming direction (that is, the stacking direction) k of the lower surface electrodes 61 and 62 and the mounting direction (that is, substantially downward direction) d of the solid-state battery on the substrate have a substantially same direction. Therefore, poor connection between the solid-state battery and the substrate can be more sufficiently prevented, and the mountability is further improved.
  • the bottom electrode preferably contains a material having a high conductivity.
  • the specific material of the bottom surface electrode is not particularly limited, but from the viewpoint of conductivity, the same material as the conductive metal exemplified as the specific material of the end face electrode can be mentioned. By using a metal material for the bottom electrode material, it is possible to suppress the ingress of moisture from the bottom electrode.
  • the solid-state battery of the present embodiment preferably has a coating layer from the viewpoint of gas barrier properties. As shown in FIGS. 1A, 1B, 1C and 1D, the coating layer is formed on all surfaces of the solid-state battery 100 except the bottom surfaces 61x and 62x of the bottom electrodes 61 and 62. All surfaces of the solid-state battery 100 other than the bottom surfaces 61x and 62x of the bottom electrodes 61 and 62 include the exposed surface of the solid-state battery body 10, the surface of the end face electrodes 51 and 52, and the side surfaces 61y and 62y of the bottom electrodes 61 and 62. .. FIG.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery when the solid-state battery of FIG. 1A has a coating layer.
  • FIG. 1C is a bottom view of the solid-state battery of FIG. 1B.
  • FIG. 1D is a front view of the solid-state battery of FIG. 1B.
  • the coating layer contains at least one barrier layer 7.
  • the coating layer preferably further comprises one or more layers selected from the group consisting of the buffer layer 8 and the impact resistant layer 9.
  • the coating layer more preferably further includes one or more buffer layers 8 and one impact resistant layer 9.
  • the solid-state battery 100 is mounted on the substrate and powered by the bottom electrodes 61 and 62 which are electrically connected to the end face electrodes 51 and 52 and are arranged on the bottom surface 10x side of the solid-state battery body 10.
  • the barrier layer can cover the surface of the solid-state battery without being penetrated relatively proximally to the positive electrode layer and the negative electrode layer. As a result, it is possible to more sufficiently prevent the ingress of gas such as water vapor.
  • the coating layer includes the impact resistant layer 9
  • the impact resistant layer 9 is arranged as the outermost layer as shown in FIG. 1B from the viewpoint of impact resistance from the outside and distortion reduction as a device.
  • the buffer layer and the barrier layer By alternately coating the buffer layer and the barrier layer, there is an effect of obtaining further flexibility and an effect of preventing pinholes, and it is possible to improve the barrier property of water vapor and ions.
  • the buffer layer and the barrier layer are alternately coated, either the buffer layer or the barrier layer may be used as the outermost layer up to the impact resistant layer. Placing the buffer layer adjacent to the barrier layer means that the buffer layer is placed in direct contact with the barrier layer.
  • the outermost layer is a layer that is arranged most distally from the solid-state battery main body among the layers constituting the coating layer.
  • the coating layer preferably further contains an interface layer (not shown) as the innermost layer. That is, among the layers constituting the coating layer, the innermost layer is preferably an interface layer.
  • the interface layer By including the interface layer as the innermost layer in the coating layer, the solder wettability of the surface on which the interface layer is coated is improved, and the adhesion with the barrier layer or the buffer layer coated on the interface layer is improved, and the coating is performed. The ingress of moisture from the interface between the layer and the solid cell can be suppressed.
  • the innermost layer is a layer that is arranged at the latest position from the solid-state battery main body among the layers constituting the coating layer.
  • the coating layers are alternately arranged between the interface layer as the innermost layer (not shown), the impact resistant layer 9 as the outermost layer, and the innermost layer and the outermost layer in FIGS. 1B, 1C and 1D. It includes, but is not limited to, three buffer layers 8 and two barrier layers 7. For example, in FIGS. 1B, 1C and 1D, one buffer layer 8 between the most recent barrier layer 7 and the impact resistant layer 9 is not formed in the impact resistant layer 9 of the two barrier layers 7. May be good. Further, for example, in FIGS. 1B, 1C and 1D, one barrier layer 7 is formed between the most recent buffer layer 8 and the impact resistant layer 9 in the impact resistant layer 9 among the three buffer layers 8. You may.
  • the barrier layer 7 is a layer for preventing the permeation of gas such as water vapor.
  • the barrier layer 7 is usually 1.0 ⁇ 10 ⁇ 2 g / (m 2 ⁇ Day) or less, preferably 1 ⁇ 10 -4 g / (m 2 ⁇ Day) or more, 8 ⁇ 10 -3 g / (m 2 ⁇ Day) or more. It has a water vapor permeability of m 2 ⁇ Day) or less, more preferably 1 ⁇ 10 -4 g / (m 2 ⁇ Day) or more, and 8 ⁇ 10 -4 g / (m 2 ⁇ Day) or less.
  • the water vapor permeability of the barrier layer 7 is 4 ⁇ 10 -4 g / (m 2 ⁇ Day), for example.
  • the water vapor permeability of the two or more barrier layers 7 may be independently within the above range.
  • the water vapor transmittance is the transmittance obtained by using a gas permeability measuring device of model GTms-1 manufactured by Advance Riko Co., Ltd., and the measuring condition is 40 ° C. 90% RH differential pressure 1 atm. It points to that.
  • the barrier layer 7 is usually non-conductive. Specifically, the barrier layer 7 is usually 1.0 ⁇ 10 6 ⁇ / sq. Or more, preferably 1.0 ⁇ 10 8 ⁇ / sq. It has the above surface resistivity. When the coating layer includes two or more barrier layers 7, the surface resistivity of the two or more barrier layers 7 may be independently within the above range. In the present specification, the surface resistivity uses a value measured at 25 ° C. by MCP-HT450 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytical Corporation for a sample having a thickness of 0.1 mm.
  • the barrier layer 7 is preferably a layer that prevents the permeation of alkali metal ions such as Li ions in consideration of the influence on external semiconductor parts.
  • Examples of the material constituting such a barrier layer 7 include a nitride film or an acid nitride film.
  • Nitride film and oxynitride film is preferably by silicon or aluminum, respectively nitride film and oxynitride film, a silicon nitride (SiN t) and silicon oxynitride (SiN t O u) is more preferable.
  • SiN t silicon nitride
  • SiN t O u silicon nitride
  • t and u are numerical values larger than 0.
  • a silicon nitride film is preferable from the viewpoint of preventing peeling and cracking due to deformation due to an external force.
  • the barrier layer 7 is silicon nitride that keeps the oxygen ratio low (sets the u value low) and has a light refractive index of 1.7 or more (particularly 1.7 or more and 2.0 or less). It is more preferably a film. As other materials constituting the barrier layer 7, it is necessary to cover with a ceramic material such as low melting point glass or a clay which is a viscosity material.
  • the low melting point glass is bismuth, lead, boron, or vanadium-based glass, and represents a material having a glass transition point of 500 ° C. or lower.
  • the thickness of the barrier layer 7 may be, for example, 10 nm or more and 100 ⁇ m or less, particularly 100 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • the buffer layer 8 is a layer for allowing the coating layer to follow the expansion and contraction during charging and discharging of the solid-state battery, and is a layer for preventing the barrier layer 7 from being destroyed.
  • the coating layer can follow the expansion and contraction during charging and discharging while preventing the barrier layer 7 from being destroyed, and as a result, more sufficient. Excellent gas barrier properties can be obtained over a long period of time.
  • the buffer layer 8 usually has non-conductive properties. Specifically, the buffer layer 8 may usually have a surface resistivity within the same range as the barrier layer 7. When the coating layer includes two or more buffer layers 8, the surface resistivity of the two or more buffer layers 8 may be independently within the above range.
  • the constituent material of the buffer layer 8 is not particularly limited as long as the buffer layer itself is a material that can follow the expansion and contraction of the solid-state battery during charging and discharging.
  • Examples of the constituent material of the buffer layer include a polyimide resin, a polyimide silicone resin, a silicone resin, a polyamide resin, an epoxy resin, and rubber.
  • the thickness of the buffer layer 8 may be, for example, 1 ⁇ m or more and 1 mm or less, particularly 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the thickness of the impact-resistant layer 9 shall be such that the swelling can be suppressed to 10% or less with respect to the expansion displacement during charging of the solid-state battery.
  • the thickness of the impact resistant layer 9 may be, for example, 1 ⁇ m or more and 1 mm or less, particularly 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the interface layer (not shown) is a layer arranged at the interface between the coating layer and the solid-state battery, and improves the wettability of the surface coated with the interface layer (for example, the surface of the solid-state battery), and the interface. It is a layer that improves the adhesion with the barrier layer or the buffer layer coated on the layer. By arranging the interface layer as the innermost layer, the ingress of moisture from the interface between the coating layer and the solid-state battery can be further sufficiently suppressed.
  • the interface layer is usually non-conductive. Specifically, the interface layer may usually have a surface resistivity within the same range as the barrier layer 7.
  • the constituent material of the interface layer is not particularly limited, and examples thereof include a silane coupling material, a silica film, an alumina film, an oxynitride film, and a polysilazane film.
  • All of the barrier layer 7, the buffer layer 8, the impact resistant layer 9, and the interface layer (not shown) constituting the coating layer are all surfaces of the bottom electrodes 61 and 62 in the solid-state battery except the bottom surfaces 61x and 62x. Is formed in. That is, the innermost layer covers all the surfaces of the bottom electrodes 61 and 62 except the bottom surfaces 61x and 62x.
  • the layers other than the innermost layer constituting the coating layer cover the surface of the layer immediately below corresponding to all the surfaces other than the bottom surfaces 61x and 62x of the bottom electrodes 61 and 62.
  • each layer such as the barrier layer 7, the buffer layer 8, the impact resistant layer 9, and the interface layer (not shown) constituting the coating layer are independently shown in FIGS. 1B, 1C, and 1E in cross-sectional view or bottom view.
  • the exposed end faces P may be provided on the side surfaces 61y and 62y (see FIG. 1A) (particularly near the bottom surface or the lower end portion thereof) of the bottom surface electrodes 61 and 62.
  • “exposure” means “exposure” to the surrounding atmosphere of the layer. Even if each of the layers has an exposed end surface P, the end surface P is arranged on the side surfaces 61y and 62y (see FIG.
  • FIG. 1E is a partially enlarged cross-sectional view of a portion B of the solid-state battery of FIG. 1B.
  • FIG. 1E shows a part of the side surface of the lower surface electrode showing a state in which all the layers constituting the coating layer have an exposed end surface on the side surface of the lower surface electrode in a cross-sectional view in the solid-state battery of FIG. 1B. It is an enlarged sectional view.
  • the solid-state battery according to this embodiment can be manufactured by a method including the following steps: Step of preparing the solid-state battery main body 10 (preparation step of the solid-state battery main body); A step of forming the end face electrodes 51 and 52 (step of forming the end face electrode); and a step of forming the bottom electrodes 61 and 62 (step of forming the bottom electrode).
  • a solid-state battery main body 10 having a chip shape having six surfaces and including a positive electrode and a negative electrode as internal electrodes is usually prepared.
  • the solid-state battery main body 10 can be manufactured by a printing method such as a screen printing method, a green sheet method using a green sheet, or a composite method thereof. That is, the solid-state battery main body 10 may be manufactured according to a conventional solid-state battery manufacturing method. Therefore, as the raw material such as the solid electrolyte, the organic binder, the solvent, any additive, the positive electrode active material, and the negative electrode active material described below, those used in the production of known solid-state batteries may be used.
  • the negative electrode paste is printed on the sheet, and the current collector layer and / or the negative layer is printed as required.
  • a sheet on which the positive electrode paste is printed and a sheet on which the negative electrode paste is printed are alternately laminated to obtain a laminate.
  • the outermost layer (top layer / bottom layer) of the laminate is usually an insulating layer (or a solid electrolyte layer). After crimping and integrating the laminate, it is cut into individual pieces.
  • the obtained pre-cut laminate is subjected to degreasing and firing.
  • the sintered laminate is obtained as the solid-state battery main body 10.
  • the laminate may be subjected to degreasing and firing before cutting, and then cut.
  • the end face electrode on the positive electrode side is subjected to a dry plating method such as physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) on the exposed side surface of the positive electrode in the sintered laminate.
  • a dry plating method such as physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) on the exposed side surface of the positive electrode in the sintered laminate.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • the end face electrode on the negative electrode side can be formed on the exposed side surface of the negative electrode in the sintered laminate by the dry plating method described above.
  • the end face electrode on the positive electrode side can be formed by applying a conductive paste to the exposed side surface of the positive electrode in the sintered laminate and sintering it.
  • the end face electrode on the negative electrode side can be formed by applying a conductive paste to the exposed side surface of the negative electrode in the sintered laminate and sintering the mixture.
  • the end face electrodes on the positive electrode side and the negative electrode side are not limited to being formed after sintering the laminate, but may be formed before firing and subjected to simultaneous sintering.
  • the end face electrodes can usually be formed using a mask in the above method. For example, an ion beam sputtering apparatus can be used to form end face electrodes other than the portion hidden in the mask.
  • the bottom electrode on the positive electrode side can be formed by applying a conductive paste and sintering.
  • the end face electrode on the negative electrode side can be formed by applying a conductive paste and sintering.
  • the lower surface electrodes on the positive electrode side and the negative electrode side are not limited to being formed after sintering the laminate, but may be formed before firing and subjected to simultaneous sintering.
  • the bottom electrode can usually be formed using a mask in the above method. For example, an ion beam sputtering apparatus can be used to form a bottom electrode other than the portion hidden in the mask.
  • Each layer constituting the coating layer is formed on the entire surface of the solid-state battery before packaging obtained so far, and for example, the solid-state battery precursor shown in FIG. 1F is obtained.
  • "Packaging" in a broad sense means a process of protecting from the external environment, and in a narrow sense, means an act of forming a coating layer so that water vapor in the external environment does not enter the inside of a solid-state battery. ..
  • the method of forming each layer is not particularly limited.
  • the interface layer (not shown) can be formed, for example, by applying a coating liquid for an interface layer and drying it.
  • the barrier layer 7 can be formed, for example, by applying a coating liquid for a barrier layer and drying it, or can also be formed by the above-mentioned dry plating method.
  • the buffer layer 8 can be formed, for example, by applying a coating liquid for a buffer layer and drying it.
  • the impact-resistant layer 9 can be formed, for example, by applying a coating liquid for an impact-resistant layer and drying it.
  • coating may be achieved by any method. For example, a dip coating method, a brush coating method, a blade coating method, a wire bar coating method, a spray coating method, a bead coating method, an air knife coating method, a curtain coating method and the like can be mentioned.
  • the solid-state battery shown in FIG. 1B can be obtained by cutting or polishing the portion below the LL line shown in FIG. 1F.
  • FIG. 2A is a schematic view (top view) of a lead frame sheet including a plurality of lead frames that provide bottom electrode.
  • FIG. 2B is a bottom view of a solid-state battery according to a second embodiment of the present invention in which a lead frame is used as a bottom electrode.
  • FIG. 2C is a front view of the solid-state battery of FIG. 2B.
  • the lead frames 65 and 66 are electrode members manufactured in advance, and are provided by the lead frame sheet 600.
  • the lead frame sheet 600 includes one or more sets of lead frames 65 and 66, a lead frame frame 67 that holds the lead frame, and a connecting portion (wire portion) 68 that fixes the frame and the lead frame.
  • the lead frames 65 and 66, the lead frame frame 67 and the connecting portion 68 included in the lead frame sheet can be easily manufactured by punching or etching one metal sheet.
  • As the lead frame for example, commercially available lead frames for semiconductors and capacitors can be used.
  • FIG. 2A a lead frame sheet 600 including lead frames 65 and 66 for two solid-state batteries is shown.
  • the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the solid-state battery of the first embodiment.
  • the mass productivity of the solid-state battery is improved.
  • the lead frame sheet 600 including a plurality of sets of lead frames 65 and 66 the mass productivity of the solid-state battery is further improved. Initially, it is connected to the positive and negative electrodes, but the method of disconnecting the connection part of the lead frame enables series connection and parallel connection, and it is possible to easily realize high voltage and high capacity, respectively.
  • the solid-state battery main body 10 on which the end face electrodes 51 and 52 are formed is joined onto the lead frames 65 and 66 shown in FIG. 2A.
  • the lead frames 65 and 66 as the bottom electrode are formed on the bottom surface side of the solid-state battery main body 10.
  • the lead frames 65 (61), 66 (62) and the end face electrodes 51, 52 and / or the solid-state battery body 10 are joined between them in gold, silver, copper, platinum, tin, palladium, aluminum, titanium. , Nickel, SUS and the like can be achieved by sintering with a metal paste containing metal particles interposed therebetween.
  • the leads A solid-state battery as shown in FIGS. 2B and 2C can be obtained by cutting with a dicer at the connection portion 68 of the frame (for example, the broken line shown in FIG. 2A).
  • the connection portion 68 of the lead frame is exposed in the bottom view and the front view as shown in FIGS. 2B and 2C, respectively.
  • the solid-state battery of the present embodiment is the same as the solid-state battery of the first embodiment except that it has the following features.
  • the bottom electrode 61', 62' has a plate-shaped lower surface 61a arranged on the lower surface 10x side of the solid-state battery main body 10 in a cross-sectional view.
  • it also has extending portions 61b, 62b that are electrically connected to the lower surface portions 61a, 62a and extend to the surfaces of the end face electrodes 51, 52.
  • the bottom electrode 61'and 62'having such a cross-sectional view shape can also be referred to as an "L-shaped bottom electrode".
  • FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery when the solid-state battery of FIG. 3A has a coating layer.
  • FIG. 3C is a bottom view of the solid-state battery of FIG. 3B.
  • FIG. 3D is a front view of the solid-state battery of FIG. 3B.
  • the L-shaped lower surface electrodes 61'and 62' may be formed by a dry plating method or a coating / sintering method using a conductive paste, as in the case of the lower surface electrodes 61 and 62 of the first embodiment, but as a separate member.
  • a prefabricated L-shaped electrode member may be used.
  • the L-shaped electrode member can be manufactured by bending a metal sheet.
  • As the L-shaped electrode member for example, commercially available L-shaped electrode members for semiconductors and capacitors can be used.
  • the solid-state battery of the present embodiment uses an L-shaped electrode member in particular, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the solid-state battery of the first embodiment.
  • the alignment of the end face electrode and the bottom surface electrode becomes easy.
  • the L-shaped electrode member it is possible to cover the surface of the end face electrode where the infiltration of water and gas is remarkable, and the risk of further infiltration of water and gas can be reduced. It is possible to obtain the effect of relaxing the expansion and contraction of the cell during charging and discharging and withstanding bending after mounting on the printed circuit board.
  • the solid-state battery of the present embodiment has the first embodiment except that the steps of joining the L-shaped electrode members 61'and 62'as the bottom electrodes 61 and 62 are performed instead of the steps of forming the bottom electrodes 61 and 62. It can be manufactured by the same method as the solid-state battery of.
  • the solid-state battery main body 10 on which the end face electrodes 51 and 52 are formed is joined onto the L-shaped electrode members 61' and 62'.
  • the L-shaped electrode members 61'and 62'(particularly those lower surface portions 61a and 62a) as the lower surface electrodes are formed on the lower surface side of the solid-state battery main body portion 10.
  • the L-shaped electrode member and the end face electrodes 51, 52 and / or the solid-state battery body 10 are joined between them by using gold, silver, copper, platinum, tin, palladium, aluminum, titanium, nickel, SUS, etc. This can be achieved by sintering with a metal paste containing metal particles interposed therebetween.
  • the solid-state battery of the present embodiment is the same as the solid-state battery of the first embodiment except that it has the following features.
  • the bottom electrode 61, 62 has metal films 63, 64 on the bottom surfaces 61x, 62x of the bottom electrodes 61, 62, as shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a bottom view of the solid-state battery of FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a front view of the solid-state battery of FIG. 4A.
  • the metal films 63 and 64 preferably include a material having a high conductivity.
  • the specific material of the metal film is not particularly limited, but from the viewpoint of conductivity, the same material as the conductive metal exemplified as the specific material of the end face electrode can be mentioned.
  • the thickness of the metal films 63 and 64 is not particularly limited, and may be, for example, 0.01 ⁇ m or more and 1 mm or less, particularly 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the solid-state battery of the present embodiment has the following effects in addition to the effects obtained in the solid-state battery of the first embodiment. Since the solder wettability of the bottom surfaces 61x and 62x of the bottom electrode 61 and 62 is improved, the mountability of the solid-state battery is further improved. Further, the center is raised from the mounting surface by the thickness of the coating layer, and when the solid-state battery is charged and expanded, the pressed impact-resistant layer pushes the mounting substrate to suppress mounting defects.
  • the solid-state battery of the present embodiment can be manufactured by forming metal films 63 and 64 on the bottom surfaces 61x and 62x of the bottom electrodes 61 and 62 of the solid-state battery of the first embodiment.
  • the metal films 63, 64 are formed by a dry plating method or a coating / sintering method with a conductive paste, similarly to the lower surface electrodes 61, 62 of the first embodiment. You may.
  • the metal film can be formed by using a mask in the above method. For example, an ion beam sputtering apparatus can be used to form a metal film other than the portion hidden in the mask.
  • the solid-state battery of the present embodiment is the same as the solid-state battery of the first embodiment except that it has the following features.
  • the bottom electrode 61, 62 has metal films 63, 64 on the bottom surfaces 61x, 62x of the bottom electrodes 61, 62, and the metal films 63, 64 are formed on the metal films 63, 64.
  • the exposed end faces (for example, P in FIG. 1E) of each layer (particularly the buffer layer 8) constituting the coating layer are covered.
  • the metal films 63 and 64 are the same as the metal films 63 and 64 of the fourth embodiment, and preferably include a material having a high conductivity.
  • the specific material of the metal film is not particularly limited, but from the viewpoint of conductivity, the same material as the conductive metal exemplified as the specific material of the end face electrode can be mentioned.
  • the two metal films 63, 64 are usually avoided from being electrically connected to each other from the viewpoint of preventing short circuits.
  • the thickness of the metal films 63 and 64 is not particularly limited, and may be, for example, 0.01 ⁇ m or more and 1 mm or less, particularly 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the solid-state battery of the present embodiment has the following effects in addition to the effects obtained in the solid-state battery of the first embodiment. Since the solder wettability of the bottom surfaces 61x and 62x of the bottom electrode 61 and 62 is improved, the mountability of the solid-state battery is further improved. Since the exposed end faces (for example, P in FIG. 1E) of each layer (particularly the buffer layer 8) constituting the coating layer are covered with the metal films 63 and 64, the ingress of gas such as water vapor is further sufficiently prevented. be able to. Further, the center is raised from the mounting surface by the thickness of the coating layer, and when the solid-state battery is charged and expanded, the pressed impact-resistant layer pushes the mounting substrate to suppress mounting defects.
  • the solid-state battery also has metal films 63 and 64 on its side surface (particularly its end) continuously from its bottom surface, but has metal films 63 and 64 on its side surface. It does not have to be.
  • the solid-state battery preferably has metal films 63 and 64 on its side surface (particularly its end portion) continuously from its bottom surface.
  • the solid-state battery also has metal films 63 and 64 continuous from the bottom surface on its side surface (particularly its end), so that the range of selection of wiring (particularly wiring circuit) can be expanded at the time of mounting. it can.
  • the solid-state battery of the present embodiment includes the bottom surfaces 61x and 62x of the bottom electrodes 61 and 62 of the solid-state battery of the first embodiment, the exposed end faces of the layers constituting the coating layer (for example, P in FIG. 1E), and optionally the solid-state battery. It can be manufactured by forming metal films 63 and 64 on the side surface (particularly the end portion thereof) of the above.
  • the solid-state battery of the present embodiment is the same as the solid-state battery of the first embodiment except that it has the following features. As shown in FIG. 6, the bottom electrode 61 ′′ and 62 ′′ have uneven portions 69 on the side surfaces 61y and 62y in cross-sectional view. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the solid-state battery according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the bottom surface electrodes 61 ′′ and 62 ′′ may be formed by a dry plating method or a coating / sintering method using a conductive paste, as in the case of the bottom surface electrodes 61 ′′ and 62 ′′ of the first embodiment, but they may be formed in advance as separate members.
  • the manufactured lead frame or L-shaped electrode member may be used.
  • the lead frame that can be used in the present embodiment is the same as the lead frame of the second embodiment except that the uneven portion 69 is provided on the side surface.
  • the L-shaped electrode member that can be used in the present embodiment is the same as the L-shaped electrode member of the third embodiment except that the uneven portion 69 is provided on the side surface.
  • the solid-state battery of the present embodiment has the following effects obtained in the solid-state battery of the first embodiment by having the lower surface electrodes 61 ′′ and 62 ′′ having uneven portions 69 on the side surfaces 61y and 62y in a cross-sectional view.
  • the effect of is obtained.
  • An anchor effect can be imparted to the coating layer (particularly the impact resistant layer 9), and the lower surface electrode is peeled off from the impact resistant layer or the impact resistant layer from the side surface of the lower surface electrode due to expansion and contraction during charging and discharging of the solid-state battery. Peeling is prevented.
  • the uneven portion 69 has only a convex portion, but is not limited to this, and may have only a concave portion, or has a composite portion of the concave portion and the convex portion. You may.
  • the solid-state battery of the present embodiment can be manufactured by the same method as the solid-state battery of the first embodiment, except that the uneven portion 69 is further imparted (or formed) when the bottom electrode is formed.
  • the solid-state battery having a lead frame as the bottom electrode is the solid-state battery of the second embodiment except that the lead frame having the uneven portion 69 on the side surface is used in the lead frame joining step. It can be manufactured by the same method as a battery. In this case, the effect obtained with the solid-state battery of the second embodiment can also be obtained.
  • the lead frame having the uneven portion 69 on the side surface for example, among those commercially available as lead frames for semiconductors and capacitors, a lead frame having the uneven portion 69 can be used.
  • the solid-state battery having an L-shaped electrode member as the bottom electrode has an L-shaped electrode member having an uneven portion 69 on the side surface in the joining step of the L-shaped electrode member. Except for use, it can be produced by the same method as the solid-state battery of the third embodiment. In this case, the effect obtained with the solid-state battery of the third embodiment can also be obtained.
  • the L-shaped electrode member having the uneven portion 69 on the side surface for example, among those commercially available as the L-shaped electrode member of the semiconductor and the capacitor, the L-shaped electrode member having the uneven portion 69 can be used.
  • the solid-state battery of the present embodiment is the same as the solid-state battery of the first embodiment except that it has the following features.
  • Each layer (particularly at least one buffer layer 8) (preferably at least two buffer layers 8, more preferably all buffer layers 8) constituting the coating layer has a bottom electrode 61 in cross-sectional view as shown in FIG. 7A. , 62
  • the thickness gradually decreases toward the lower ends of the side surfaces 61y and 62y (particularly in the vicinity of the bottom surfaces 61x and 62x).
  • the thickness of each layer (particularly the buffer layer) constituting the coating layer gradually decreases toward the lower end of the side surface of the lower surface electrode in a cross-sectional view. It is a partially enlarged cross-sectional view of the side surface of the lower surface electrode showing the state of being
  • each layer (particularly at least one buffer layer 8) (preferably at least two buffer layers 8, more preferably all buffer layers 8) constituting the coating layer is viewed in cross section as shown in FIG. 7A.
  • the end faces are connected to the side surfaces without being exposed.
  • the thickness of each layer (particularly at least one buffer layer 8) constituting the coating layer gradually decreases toward the lower ends of the side surfaces 61y and 62y of the bottom electrodes 61 and 62 in cross-sectional view.
  • Permeation of gases such as water vapor is sufficiently prevented.
  • the buffer layer that easily permeates moisture and gas can be made as thin as possible at the lower ends of the side surfaces 61y and 62y, and as a result, the permeation of gas such as water vapor is sufficiently prevented.
  • the buffer layer 8 becomes thinner as it approaches the lower end of the lower surface electrode, the area of the buffer layer sandwiched between the barrier layers and the surface area of the buffer layer that directly contacts the lower end of the lower surface electrode is narrowed. .. Therefore, the water vapor transmission rate is suppressed by narrowing the gas permeation area. There is a concern that the barrier layer will also be thin, but even if it is thin, there is no effect because it has a sufficient water resistance effect. Further, for the buffer layer 8 (particularly 8') sandwiched between the two barrier layers 7 (particularly 7') and the two barrier layers 7 (particularly 7'), as shown in FIG. 7B, the bottom electrode 62 (61).
  • the buffer layer 8' is eliminated at the lower end portion of), and not only the lower end portion of the lower surface electrode and the barrier layer are joined, but also the barrier layers are joined to each other.
  • the two barrier layers 7 (particularly 7') are connected to each other at the end.
  • the two barrier layers 7 (particularly 7') sandwiching the buffer layer 8 (particularly 8') are interconnected to directly contact the lower end of the lower surface electrode. The surface of the buffer layer 8 (particularly 8') is eliminated, and gas permeation can be reliably suppressed.
  • the solid-state battery of the first to sixth embodiments described above also has a interconnected structure of two barrier layers 7 (particularly 7') sandwiching the buffer layer 8 (particularly 8') at the lower end portion of the lower surface electrode 62 (61). It is preferable to have.
  • FIG. 7B shows a state in which the two barrier layers sandwiching the buffer layer have an interconnected structure at the lower end of the lower surface electrode 62 (61) in the solid-state battery according to the preferred embodiment of the seventh embodiment of the present invention. , Is a partially enlarged cross-sectional view of the side surface of the bottom electrode.
  • At least one barrier layer 7 (preferably at least two barrier layers 7, more preferably all barrier layers 7) of the coating layers is a side surface 61y of the bottom electrodes 61, 62 in cross-sectional view. At the lower end of 62y, it is preferable that the end face is connected to the side surface. This is to further and sufficiently prevent the permeation of gas such as water vapor by the barrier layer 7 by eliminating the gap between the barrier layer 7 and the side surfaces 61y and 62y.
  • the solid-state battery of the first embodiment is the same as the solid-state battery of the first embodiment, except that the bottom electrode having the inclination angle of the side surface within a specific range is used and all the layers constituting the coating layer are formed by the coating method. It can be manufactured by the same method.
  • the bottom electrodes 61 and 62 used in the present embodiment are bottom electrodes having side surfaces 61y and 62y having an inclination angle ⁇ of 90 ° or less, preferably less than 90 ° at the lower end thereof in a cross-sectional view.
  • the lower limit of the tilt angle ⁇ is usually 80 °, particularly 85 °, for example, the tilt angle ⁇ is 80 ° or more and 90 ° or less, preferably 80 ° or more and less than 90 °, and more preferably 85 ° or more and less than 90 °. Is.
  • the inclination angle ⁇ within the above range, the surface energy of the edge portion (particularly the lower end portions of the side surfaces 61y and 62y) can be increased.
  • the coating layer By forming the coating layer on the side surface of the bottom electrode by the coating method, the coating layer can be made significantly and appropriately thinned, and as a result, the thickness of each layer (particularly the buffer layer) is gradually reduced. Obtainable.
  • the inclination angle ⁇ at the lower ends of the side surfaces 61y and 62y of the bottom electrode 61 and 62 is the angle of the tangent line of any point P on the side surfaces 61y and 62y with respect to the bottom surface 61x and 62x in cross-sectional view, for example, as shown in FIG. 7A. This is the angle when the point P is infinitely close to the boundary F between the side surfaces 61y and 62y and the bottom surfaces 61x and 62x.
  • a lead frame or an L-shaped electrode member whose side surface inclination angle ⁇ is within the above range can be used.
  • the inclination angle ⁇ can be easily controlled by polishing or the like.
  • a solid-state battery having a lead frame as a bottom electrode is the first except that a lead frame having a side inclination angle ⁇ within the above range is used in the lead frame joining step. 2 It can be manufactured by the same method as the solid-state battery of the embodiment. In this case, the effect obtained with the solid-state battery of the second embodiment can also be obtained.
  • the solid-state battery having an L-shaped electrode member as the bottom electrode has an L-shaped inclination angle ⁇ within the above range in the joining step of the L-shaped electrode member. It can be manufactured by the same method as the solid-state battery of the third embodiment except that the character-shaped electrode member is used. In this case, the effect obtained with the solid-state battery of the third embodiment can also be obtained.
  • the bottom surface electrodes 61 and 62 have metal films 63 and 64 on the bottom surfaces 61x and 62x of the bottom surface electrodes 61 and 62, so that the bottom surfaces 61x and 62x
  • the effect of improving the solder wettability and further improving the mountability of the solid-state battery can also be obtained.
  • the solid-state battery of the present invention can be used in various fields where battery use or storage is expected. Although merely an example, the solid-state battery of the present invention can be used in the field of electronics mounting. In addition, the fields of electricity, information, and communication where mobile devices are used (for example, mobile phones, smartphones, laptop computers and digital cameras, activity meters, arm computers, electronic paper, wearable devices, RFID tags, card-type electronic money, etc.
  • mobile devices for example, mobile phones, smartphones, laptop computers and digital cameras, activity meters, arm computers, electronic paper, wearable devices, RFID tags, card-type electronic money, etc.
  • Electrical / electronic equipment field including small electronic devices such as smart watches or mobile equipment field), home / small industrial use (for example, power tool, golf cart, home / nursing / industrial robot field), large industry Applications (eg, forklifts, elevators, bay port cranes), transportation systems (eg, hybrid vehicles, electric vehicles, buses, trains, electrically assisted bicycles, electric motorcycles, etc.), power system applications (eg, various power generations) , Road conditioner, smart grid, general household installation type power storage system, etc.), medical use (medical equipment field such as earphone hearing aid), pharmaceutical use (field such as dose management system), IoT field, space / deep sea
  • the solid-state battery of the present invention can also be used for applications (for example, fields such as space probes and submersible research vessels).
  • Negative electrode layer 2 Positive electrode layer 3: Solid electrolyte layer 4: Insulation layer 7: Barrier layer 8: Buffer layer 9: Impact resistant layer 10: Solid battery main body 10x: Lower surface of solid battery main body 10y: Solid battery main body 11: Negative electrode current collector layer 12: Negative electrode active material layer 21: Positive electrode current collector layer 22: Positive electrode active material layer 51:52: End face electrode 51a: 52a: Bottom surface coating part of end face electrode 61: 62: Bottom electrode 61' : 62': L-shaped electrode member as bottom surface electrode 61'': 62'': Bottom surface electrode having uneven portion 61a: 62a: Bottom surface portion of bottom surface electrode 61b: 62b: Extension portion of bottom surface electrode 61x: 62x: Bottom surface of bottom electrode 61y: 62y: Side surface of bottom electrode 63: 64: Metal film 65: 66: Lead frame 67: Lead frame frame 68: Lead frame connection part 69: Concavo-convex part 100: Solid battery 600: Lead frame

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Abstract

本発明は実装性に優れた固体電池を提供する。本発明は、正極層および負極層が固体電解質層を介して交互に積層されてなる固体電池本体部10;前記正極層および前記負極層の各々と電気的に接続され、かつ前記固体電池本体部が有する2つの側面の各々に配置された端面電極51(52);および該端面電極と電気的に接続され、かつ前記固体電池本体部の下面10x側に配置された下面電極61(62)を含む、固体電池に関する。

Description

固体電池
 本発明は固体電池に関する。
 近年、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器の電源として電池の需要が拡大している。このような用途に用いられる電池においては、イオンを移動させるための媒体として、有機溶媒等の電解質(電解液)が従来から使用されている。しかし、上記の構成の電池では、電解液が漏出するという危険性がある。また、電解液に用いられる有機溶媒等は可燃性物質である。このため、電池の安全性を高めることが求められている。
 そこで、電池の安全性を高めるために、電解質として、電解液に代えて、固体電解質を用いた固体電池の研究が進められている。
 固体電池としては、例えば図8に示すように、正極層501および負極層502が固体電解質層503を介して交互に積層されてなる固体電池本体部510および当該固体電池本体部510が有する2つの対向する側面の各々に配置された端面電極511(および512)を含む固体電池500が知られている(例えば、特許文献1)。このような固体電池500においては、詳しくは、固体電池本体部510および端面電極511、512の表面は防水層521および弾性層522で被覆されながら、端面電極511、512と電気的に接続された直線状の取出用配線531、532により、電力を外部に取り出せるようになっている。
特開2015-220099号公報
 しかしながら、本発明の発明者等は、従来の固体電池を回路および素子等の基板に実装するとき、実装性に劣るという新たな問題が生じることを見い出した。
 詳しくは、従来の固体電池においては、図8に示すように、直線状の取出用配線531、532が使用され、実装時において、取出用配線531、532と端面電極511、512との接続部に応力が集中するため、取出用配線と端面電極との接続不良が起き易いことがわかった。
 また、従来の固体電池においては、図8に示すように、取出用配線531、532は略水平方向(図中、略左右方向)に導出される。このため、一旦、略水平方向hに導出された取出用配線531、532を、実装時において、固体電池の底面(図中、下方)に配置された基板(図示せず)の方向(すなわち略下方方向)dに向けて接続する必要がある。このように、取出用配線の形成方向(すなわち略水平方向)hと、固体電池の基板への実装方向(すなわち略下方方向)dとは異なるため、固体電池と基板との接続不良が起き易いことがわかった。
 さらに、本発明の発明者等は、ガスバリア性の観点から、固体電池に防水層を設けた場合であっても、従来の固体電池はガスバリア性に劣るという新たな問題が生じることも見い出した。
 詳しくは、図8に示すように、取出用配線531、532が、正極層および負極層の比較的近位で防水層を貫通するため、水蒸気等のガスの浸入を十分に防止できないことがわかった。
 本発明はかかる課題に鑑みて為されたものであり、実装性により優れた固体電池を提供することを目的とする。
 本発明はまた、実装性およびガスバリア性により優れた固体電池を提供することを目的とする。
 本願発明者は、従来技術の延長線上で対応するのではなく、新たな方向で対処することによって上記課題の解決を試みた。その結果、上記目的が達成された固体電池の発明に至った。
 本発明は、
 正極層および負極層が固体電解質層を介して交互に積層されてなる固体電池本体部;
 前記正極層および前記負極層の各々と電気的に接続され、かつ前記固体電池本体部が有する2つの側面の各々に配置された端面電極;および
 該端面電極と電気的に接続され、かつ前記固体電池本体部の下面側に配置された下面電極
を含む、固体電池に関する。
 本発明の固体電池は、下面電極と端面電極との接続不良も、固体電池と基板との接続不良も、より十分に防止することができるため、実装性により優れている。
図1Aは、本発明の第1実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。 図1Bは、図1Aの固体電池が被覆層を有する場合の固体電池の構造を模式的に示した断面図である。 図1Cは、図1Bの固体電池の下面図である。 図1Dは、図1Bの固体電池の正面図である。 図1Eは、図1Bの固体電池において、被覆層を構成する全ての層が、断面視において、下面電極の側面で、露出した端面を有する状態を示す、下面電極の側面の一部拡大断面図である。 図1Fは、図1Bの固体電池を製造するための方法を説明するための、固体電池前駆体の構造を模式的に示した断面図である。 図2Aは、下面電極を提供する複数のリードフレームを含むリードフレームシートの模式図(上面図)である。 図2Bは、下面電極としてリードフレームを用いた本発明の第2実施形態に係る固体電池の下面図である。 図2Cは、図2Bの固体電池の正面図である。 図3Aは、本発明の第3実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。 図3Bは、図3Aの固体電池が被覆層を有する場合の固体電池の構造を模式的に示した断面図である。 図3Cは、図3Bの固体電池の下面図である。 図3Dは、図3Bの固体電池の正面図である。 図4Aは、本発明の第4実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。 図4Bは、図4Aの固体電池の下面図である。 図4Cは、図4Aの固体電池の正面図である。 図5Aは、本発明の第5実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。 図5Bは、図5Aの固体電池の下面図である。 図5Cは、図5Aの固体電池の正面図である。 図6は、本発明の第6実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。 図7Aは、本発明の第7実施態様に係る固体電池において、被覆層を構成する各層(特に緩衝層)の厚みが、断面視において、下面電極の側面の下端部に向かって漸次、減少している状態を示す、下面電極の側面の一部拡大断面図である。 図7Bは、本発明の第7実施態様の好ましい態様に係る固体電池において、緩衝層を挟む2つのバリア層が下面電極62(61)の下端部で相互接合構造を有している状態を示す、下面電極の側面の一部拡大断面図である。 図8は、従来技術における固体電池の構造を模式的に示した断面図である。
 以下、本発明の固体電池を詳細に説明する。必要に応じて図面を参照して説明を行うものの、図示する内容は、本発明の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、外観や寸法比などは実物と異なり得る。
 本発明でいう「固体電池」は、広義にはその構成要素が固体から構成されている電池を指し、狭義にはその構成要素(特に好ましくは全ての構成要素)が固体から構成されている全固体電池を指している。ある好適な態様では、本発明における固体電池は、電池構成単位を成す各層が互いに積層するように構成された積層型固体電池であり、好ましくはそのような各層が焼結体から成っている。なお、「固体電池」は、充電および放電の繰り返しが可能な、いわゆる「二次電池」のみならず、放電のみが可能な「一次電池」をも包含する。本発明のある好適な態様に従うと「固体電池」は二次電池である。「二次電池」は、その名称に過度に拘泥されるものではなく、例えば、蓄電デバイスなどの電気化学デバイスも包含し得る。
 本明細書でいう「断面視」とは、固体電池を構成する電極層等の積層方向に基づく厚み方向に対して略垂直な方向から捉えたときの断面状態(断面図)のことである。「下面視」とは、固体電池を構成する電極層等の積層方向に基づく厚み方向に沿って対象物を下側からみたときの外観状態(下面図)のことである。「正面図」とは、固体電池を構成する電極層等の積層方向に基づく厚み方向に対して略垂直な方向からみたときの外観状態のことである。「上面図」とは、固体電池を構成する電極層等の積層方向に基づく厚み方向に沿って対象物を上側からみたときの外観状態のことである。本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”および“左右方向”は、それぞれ図中における上下方向および左右方向に相当する。特に“上下方向”は、固体電池を基板の水平面に実装したと仮定したときの“上下方向”であってもよい。特記しない限り、同じ符号または記号は、同じ部材・部位または同じ意味内容を示すものとする。ある好適な態様では、鉛直方向下向き(すなわち、重力が働く方向)が「下方向」/「下面側」/「底面側」に相当し、その逆向きが「上方向」/「上面側」/「頂面側」に相当すると捉えることができる。
 本発明の固体電池を以下の実施態様に基づいて説明する。
<第1実施態様>
 本実施態様の固体電池は固体電池本体部、端面電極および下面電極を含む。
(固体電池本体部)
 固体電池本体部は、チップ形状を有し、かつ内部電極として正極層および負極層を含む。固体電池本体部は通常、固体電解質層をさらに含む。詳しくは図1Aに示すように、固体電池100は、負極層1および正極層2が固体電解質層3を介して交互に積層されてなる固体電池本体部10を含む。チップ形状とは、いわゆる直方体または立方体を含む6面体形状のことである。図1Aは、本発明の第1実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。
 固体電池本体部は、それを構成する各層が焼成によって形成されるところ、負極層1、正極層2および固体電解質層3などが焼結層を成している。好ましくは、負極層1、正極層2および固体電解質層3は、それぞれが互いに一体焼成されており、それゆえ固体電池本体部10が一体焼結体を成している。
 正極層2は、少なくとも正極活物質を含む正極活物質層22を含む。正極活物質層は、更に固体電解質を含んで成っていてよい。ある好適な態様では、正極活物質層は、正極活物質粒子と固体電解質粒子とを少なくとも含む焼結体から構成されている。
 負極層1は、少なくとも負極活物質を含む負極活物質層12を含む。負極活物質層は、更に固体電解質を含んで成っていてよい。ある好適な態様では、負極活物質層は、負極活物質粒子と固体電解質粒子とを少なくとも含む焼結体から構成されている。
 正極活物質および負極活物質は、固体電池において電子の受け渡しに関与する物質である。固体電解質層を介してイオンは正極活物質層と負極活物質層との間で移動(伝導)して電子の受け渡しが行われることで充放電がなされる。正極層および負極層は特にリチウムイオンまたはナトリウムイオンを吸蔵放出可能な層であってもよい。つまり、固体電池は、固体電解質層を介してリチウムイオンまたはナトリウムイオンが正極活物質層と負極活物質層との間で移動して電池の充放電が行われる全固体型二次電池であってもよい。
 正極活物質層22に含まれる正極活物質としては、特に限定されず、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、リチウム含有層状酸化物、および、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li(PO等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、LiFe(PO、LiMnPO等が挙げられる。リチウム含有層状酸化物の一例としては、LiCoO、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等が挙げられる。
 また、ナトリウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質としては、ナシコン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、ナトリウム含有層状酸化物およびスピネル型構造を有するナトリウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
 負極活物質層12に含まれる負極活物質としては、特に限定されず、例えば、Ti、Si、Sn、Cr、Fe、NbおよびMoから成る群より選ばれる少なくとも一種の元素を含む酸化物、黒鉛-リチウム化合物、リチウム合金、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ならびに、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。リチウム合金の一例としては、Li-Al等が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li(PO等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、LiFe(PO等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、LiTi12等が挙げられる。
 また、ナトリウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質としては、ナシコン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物およびスピネル型構造を有するナトリウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
 正極活物質層22および負極活物質層12に含まれ得る固体電解質は、例えば、固体電解質層に含まれる固体電解質と同様の材料から選択されてよい。
 正極活物質層および/または負極活物質層は、導電助剤を含んでいてもよい。正極活物質層および負極活物質層に含まれる導電助剤として、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅およびニッケル等の金属材料、ならびに炭素などから成る少なくとも1種を挙げることができる。特に限定されるわけではないが、銅は、正極活物質、負極活物質および固体電解質材などと反応し難く、固体電池の内部抵抗の低減に効果を奏するのでその点で好ましい。
 正極活物質層および/または負極活物質層は、焼結助剤を含んでいてもよい。焼結助剤としては、リチウム酸化物、ナトリウム酸化物、カリウム酸化物、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化ビスマスおよび酸化リンから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。
 正極層2および負極層1はそれぞれ、図1Aに示すように、正極集電層21および負極集電層11を備えていてもよい。正極集電層および負極集電層はそれぞれ箔の形態を有していてもよいが、一体焼成による固体電池の製造コスト低減および固体電池の内部抵抗低減などの観点から、焼結体の形態を有していてもよい。なお、正極集電層および負極集電層が焼結体の形態を有する場合、導電助剤および焼結助剤を含む焼結体により構成されてもよい。正極集電層および負極集電層に含まれる導電助剤は、例えば、正極活物質層および負極活物質層に含まれ得る導電助剤と同様の材料から選択されてよい。正極集電層および負極集電層に含まれる焼結助剤は、例えば、正極活物質層および負極活物質層に含まれ得る焼結助剤と同様の材料から選択されてよい。なお、固体電池において、正極集電層および負極集電層が必須というわけではなく、そのような正極集電層および負極集電層が設けられていない固体電池も考えられる。つまり、本発明における固体電池は、集電層レスの固体電池であってもよい。
 固体電解質層3は、リチウムイオンまたはナトリウムイオンが伝導可能な材質からなる層である。特に固体電池で電池構成単位を成す固体電解質層3は、正極層と負極層との間においてリチウムイオンまたはナトリウムイオンが伝導可能な層を成している。具体的な固体電解質としては、特に限定されず、例えば、ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物、ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物等が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物としては、Li(PO(1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrから成る群より選ばれた少なくとも一種)が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、例えば、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO等が挙げられる。ペロブスカイト構造を有する酸化物の一例としては、La0.55Li0.35TiO等が挙げられる。ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物の一例としては、LiLaZr12等が挙げられる。
 また、ナトリウムイオンが伝導可能な固体電解質としては、例えば、ナシコン構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物、ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物等が挙げられる。ナシコン構造を有するナトリウム含有リン酸化合物としては、Na(PO(1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrから成る群より選ばれた少なくとも一種)が挙げられる。
 固体電解質層3は、焼結助剤を含んでいてもよい。固体電解質層に含まれる焼結助剤は、例えば、正極層・負極層に含まれ得る焼結助剤と同様の材料から選択されてよい。
 固体電池本体部10は絶縁層(または絶縁部)4をさらに含んでもよい。絶縁層4は電子伝導性を有さない層という意味である。絶縁層は絶縁性無機材料から構成されている。絶縁性無機材料として、特に限定されるわけではないが、例えば、シリカ、アルミナが挙げられる。絶縁性無機材料は、固体電解質層3に含まれる固体電解質と同様の材料から選択されてもよい。絶縁層は焼結助剤を含んでいてもよく、焼結助剤は、例えば、正極層・負極層に含まれ得る焼結助剤と同様の材料から選択されてよい。
 負極層1、正極層2および固体電解質層3の厚みは、特に限定されず、例えば、それぞれ独立して0.1μm以上1mm以下であってもよい。
 固体電池本体部10の全体寸法は特に限定されない。例えば、固体電池本体部10の厚み寸法は100μm以上50mm以下であってもよい。固体電池本体部10の幅寸法および奥行き寸法はそれぞれ独立して100μm以上500mm以下であってもよい。
 固体電池本体部10のエッジ部(特に、少なくとも上面10yにおけるエッジ部A、好ましくは全てのエッジ部)は、曲面形状を有することが望ましい。曲面形状とは、丸み形状という意味であり、いわゆる丸面取り形状(すなわち、丸みを帯びるように面取りした形状)を含む。固体電池本体部10のエッジ部が曲面形状を有することにより、固体電池を後述する被覆層で被覆する際、被覆層の連続性をより有意に確保することができ、結果として、被覆層による被覆を確実に行うことができる。曲面形状の半径は特に限定されず、例えば10μm以上(特に10μm以上1mm以下)であってもよい。
(端面電極)
 固体電池100は、固体電池本体部10が有する2つの側面、好ましくは2つの対向する側面の各々に端面電極51(または52)を含む。端面電極51(または52)は負極層1(または正極層2)と電気的に接続されている。端面電極は、導電率が大きい材料を含んで成ることが好ましい。端面電極の具体的な材質としては、特に限定されるわけではないが、導電性の観点から、例えば、金、銀、銅、白金、錫、パラジウム、アルミニウム、チタン、ニッケル、無酸素銅、Cu-Sn合金、Cu-Zr合金、Cu-Fe合金、Cu-Cr-Sn-Zn合金、42合金(Ni-Fe合金)、コバール合金)からなる群から選択される少なくとも一種の導電性金属(すなわち金属または合金)を挙げることができる。端面電極材料に金属材料を用いることで、端面電極からの水分の進入を抑制することができる。
 端面電極51,52の各々は、固体電池本体部10が有する2つの側面の各々だけでなく、図1Aに示すように、当該2つの対向する側面以外の4つの面のうちの1つ以上の面(好ましくは下面10x)における端部も覆っていてもよい。端面電極51,52の各々は、実装性のさらなる向上、固体電池本体部と下面電極との接合強度の向上の観点から、図1Aに示すように、固体電池本体部10が有する2つの側面の各々だけでなく、固体電池本体部10の下面10xの端部も覆っていることが好ましい。端面電極51,52の各々において、下面の端部を覆っている部分を、「下面被覆部」51a、52aという。
 端面電極51,52の厚みは、特に限定されず、例えば0.01μm以上1mm以下、特に1μm以上100μm以下であってもよい。
(下面電極)
 固体電池100は、固体電池本体部10の下面10x側に配置された下面電極61,62をさらに含む。下面電極61,62はそれぞれ、負極層1および正極層2に電気的に接続された端面電極51、52と電気的に接続されている。
 下面電極61,62が固体電池本体部10の下面10x側に配置されているとは、当該下面10xの下方に配置されるという意味である。下面電極61,62は各々、端面電極51,52との電気的接続が確保される限り、当該下面10xに直接的に接触して配置されていてもよいし、または図1Aに示すように、端面電極51,52の下面被覆部51a、52aを介して間接的に下面10xに接触して配置されていてもよい。下面電極61,62は通常、固体電池本体部10の下面10xの直下に配置されている。下面電極61,62が固体電池本体部10の下面10xの直下に配置されているとは、固体電池を上方からみたとき、下面電極61,62(特に後述の下面部61a、62a)は固体電池本体部10に隠れて見えなくなる位置に配置されているという意味である。
 下面電極61,62は、固体電池本体部10または端面電極51,52と面接触している。面接触とは、接触する2つの部材が相互に面同士で接触することである。このとき、当該2つの部材の各々において、面接触する領域は当該部材の主面の少なくとも一部により提供されている。主面とは、当該部材において、平面または曲面を問わず、最も広い面のことである。詳しくは、下面電極61,62は、図1Aに示すように、端面電極51,52の一部(下面被覆部51a、52a)と面接触していてもよいし、または下面被覆部51a、52aを介在させることなく、固体電池本体部10の下面10xと直接的に面接触していてもよい。下面電極61,62が下面被覆部51a、52aを介在させることなく、固体電池本体部10の下面10xと直接的に面接触する場合、下面電極61,62と端面電極51,52との電気的接続は下面電極61,62の端部で確保されていてもよい。
 下面電極61,62は、固体電池本体部10の下面10x(または端面電極51,52の下面被覆部51a、52a)と面接触可能な限り、あらゆる形状を有していてもよい。下面電極が有し得る形状の具体例として、例えば、板形状等が挙げられる。本明細書中、「板形状」は、厚みが1nm以上1μm未満程度の薄膜形状、厚みが1μm以上500μm以下程度のフィルム形状、および厚みが500μm超1mm以下程度のシート形状を包含する概念で用いるものとする。図1Aにおいては、下面電極61,62の各々は、固体電池本体部10の下面10x側に配置された板形状を有する下面部61a、62aの各々のみを有している。
 本実施態様においては、固体電池100は、端面電極51,52と電気的に接続され、かつ固体電池本体部10の下面10x側に配置された下面電極61,62を含み、当該下面電極により、基板への実装および電力の取り出しを行う。
 下面電極61,62は板形状を有し、固体電池本体部10の下面10x(または端面電極51,52の下面被覆部51a、52a)と面接触するため、基板への実装時において、下面電極61,62と端面電極51、52との接続部への応力の集中が回避される。この結果、下面電極と端面電極との接続不良をより十分に防止することができ、実装性が向上する。
 また下面電極61,62の形成方向(すなわち、積層方向)kと、固体電池の基板への実装方向(すなわち略下方方向)dとは略同方向の関係を有する。このため、固体電池と基板との接続不良をより十分に防止することができ、実装性がより一層、向上する。
 下面電極は、導電率が大きい材料を含んで成ることが好ましい。下面電極の具体的な材質としては、特に限定されるわけではないが、導電性の観点から、端面電極の具体的材質として例示した導電性金属と同様の材料を挙げることができる。下面電極材料に金属材料を用いることで、下面電極からの水分の進入を抑制することができる。
(被覆層)
 本実施態様の固体電池は、ガスバリア性の観点から、被覆層を有することが好ましい。被覆層は、図1A、図1B、図1Cおよび図1Dに示すように、固体電池100における下面電極61,62の底面61x、62x以外の全ての表面に形成される。固体電池100における下面電極61,62の底面61x、62x以外の全ての表面は、固体電池本体部10の露出表面、端面電極51,52の表面および下面電極61,62の側面61y、62yを含む。図1Bは、図1Aの固体電池が被覆層を有する場合の固体電池の構造を模式的に示した断面図である。図1Cは、図1Bの固体電池の下面図である。図1Dは、図1Bの固体電池の正面図である。
 被覆層は、少なくとも1つのバリア層7を含む。被覆層は、好ましくは、緩衝層8および耐衝撃層9からなる群から選択される1つ以上の層をさらに含む。被覆層は、より好ましくは、1つ以上の緩衝層8および1つの耐衝撃層9をさらに含む。
 本実施態様においては、固体電池100は、端面電極51,52と電気的に接続され、かつ固体電池本体部10の下面10x側に配置された下面電極61,62により、基板への実装および電力の取り出しを行う。このため、固体電池がバリア層を含む被覆層を有する場合、バリア層は、正極層および負極層の比較的近位で貫通されることなく、固体電池の表面を被覆することができる。その結果、水蒸気等のガスの浸入をより十分に防止することができる。
 被覆層が耐衝撃層9を含む場合、耐衝撃層9は、図1Bに示すように、最外層として配置されることが、外部からの耐衝撃性およびデバイスとしての歪み低減の観点から好ましい。緩衝層とバリア層を交互に被覆することで、更なる柔軟性が得られる効果やピンホールを防ぐ効果もあり、水蒸気・イオンのバリア性を向上させることが可能である。換言すると、緩衝層をバリア層に隣接して配置させることにより、更なる柔軟性が得られる効果やピンホールを防ぐ効果が発揮され得る。緩衝層とバリア層を交互に被覆する場合、最外層の耐衝撃層までは、緩衝層またはバリア層のどちらの層で終了しても良い。緩衝層をバリア層に隣接して配置させるとは、緩衝層をバリア層と直接的に接触させて配置させるという意味である。最外層とは、被覆層を構成する層のうち、固体電池本体部から最遠位に配置される層のことである。
 被覆層は、最内層として、界面層(図示せず)をさらに含むことが好ましい。すなわち被覆層を構成する層のうち、最内層は界面層であることが好ましい。被覆層が最内層として界面層を含むことにより、界面層が被覆される表面のはんだ濡れ性を向上させ、界面層の上に被覆されるバリア層もしくは緩衝層との密着性を向上させ、被覆層と固体電池との間の界面からの水分の進入を抑制することができる。最内層とは、被覆層を構成する層のうち、固体電池本体部から最近位に配置される層のことである。
 被覆層は、図1B、図1Cおよび図1Dにおいて、最内層としての界面層(図示せず)、最外層としての耐衝撃層9、ならびに最内層と最外層との間に交互に配置される3つの緩衝層8および2つのバリア層7を含むが、これに限定されない。
 例えば、図1B、図1Cおよび図1Dにおいて、2つのバリア層7のうち耐衝撃層9に最近位のバリア層7と耐衝撃層9との間の1つの緩衝層8が形成されていなくてもよい。
 また例えば、図1B、図1Cおよび図1Dにおいて、3つの緩衝層8のうち耐衝撃層9に最近位の緩衝層8と耐衝撃層9との間にさらに1つのバリア層7が形成されていてもよい。
 バリア層7は、水蒸気などのガスの透過を防止するための層である。詳しくはバリア層7は通常、1.0×10-2g/(m・Day)以下、好ましくは1×10-4g/(m・Day)以上、8×10-3g/(m・Day)以下、より好ましくは1×10-4g/(m・Day)以上、8×10-4g/(m・Day)以下の水蒸気透過率を有する。バリア層7の水蒸気透過率は、一例を挙げると、4×10-4g/(m・Day)である。被覆層が2つ以上のバリア層7を含む場合、2つ以上のバリア層7の水蒸気透過率はそれぞれ独立して上記範囲内であってもよい。本明細書中、水蒸気透過率は、アドバンス理工(株)社製、型式GTms-1のガス透過率測定装置を用いて、測定条件は40℃ 90%RH 差圧1atmによって得られた透過率のことを指している。
 バリア層7は通常、非導電性を有する。詳しくはバリア層7は通常、1.0×10Ω/sq.以上、好ましくは1.0×10Ω/sq.以上の表面抵抗率を有する。被覆層が2つ以上のバリア層7を含む場合、2つ以上のバリア層7の表面抵抗率はそれぞれ独立して上記範囲内であってもよい。本明細書中、表面抵抗率は、厚み0.1mmの試料を、三菱ケミカルアナリティック社製 MCP-HT450によって25℃で測定された値を用いている。
 バリア層7は、外部の半導体部品への影響を考慮して、Liイオン等のアルカリ金属イオンの透過を防ぐ層であることが望ましい。そのようなバリア層7を構成する材料として、例えば、窒化膜または酸窒化膜が挙げられる。窒化膜および酸窒化膜はケイ素またはアルミニウムによるものが好ましく、窒化膜および酸窒化膜はそれぞれ、窒化ケイ素(SiNt)および酸窒化ケイ素(SiNtu)がより好ましい。但し、t、uは0より大きい数値である。外力による変形に基づく剥離やクラックの防止の観点から、酸窒化ケイ素膜が好ましい。バリア層7としては、酸素の比率を低く抑え(uの値を低く設定し)て、光の屈折率が1.7以上(特に1.7以上2.0以下)となるような酸窒化ケイ素膜であることがより好ましい。バリア層7を構成するその他の材料としては、低融点ガラス等のセラミックス材料や粘度材料であるクレーストで被覆する必要がある。低融点ガラスはビスマス、鉛、ホウ素、バナジウム系のガラスであり、ガラス転移点が500℃以下の材料を示す。クレーストは粘土状層状化合物で、それぞれ1.0×10-2g/(m・Day)以下、好ましくは1×10-4g/(m・Day)以上、8×10-3g/(m・Day)以下、より好ましくは1×10-4g/(m・Day)以上、8×10-4g/(m・Day)以下の水蒸気透過率を有する。
 バリア層7の厚みは通常、例えば10nm以上100μm以下、特に100nm以上10μm以下であってもよい。
 緩衝層8は、固体電池の充電・放電時の膨張収縮に被覆層を追随させるための層であって、バリア層7の破壊を防止するための層である。緩衝層8をバリア層7と直接的に接触して配置することにより、バリア層7の破壊を防止しつつ、充電・放電時の膨張収縮に被覆層を追随させることができ、結果としてより十分に長期にわたって優れたガスバリア性を得ることができる。
 緩衝層8は通常、非導電性を有する。詳しくは緩衝層8は通常、バリア層7と同様の範囲内の表面抵抗率を有していてもよい。被覆層が2つ以上の緩衝層8を含む場合、2つ以上の緩衝層8の表面抵抗率はそれぞれ独立して上記範囲内であってもよい。
 緩衝層8の構成材料としては、緩衝層自体が固体電池の充電・放電時の膨張収縮に追随可能な材料であれば特に限定されない。緩衝層の構成材料として、例えば、ポリイミド樹脂、ポリイミドシリコーン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ゴム等が挙げられる。
 緩衝層8の厚みは通常、例えば1μm以上1mm以下、特に10μm以上100μm以下であってもよい。
 耐衝撃層9は、固体電池のリフローによる実装時における熱的衝撃および固体電池の取り扱い時の物理的衝撃による破損を防止するための層である。耐衝撃層9を最外層として配置することにより、バリア層7の破壊を防止しつつ、充電・放電時の膨張収縮に被覆層を追随させることができ、結果としてより十分に長期にわたって優れたガスバリア性を得ることができる。
 耐衝撃層9は通常、非導電性を有する。詳しくは耐衝撃層9は通常、バリア層7と同様の範囲内の表面抵抗率を有していてもよい。
 耐衝撃層9の構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂とフィラーからなるモールド樹脂が挙げられる。樹脂としては、例えば、緩衝層の構成材料として例示した同様の樹脂が挙げられる。フィラーとしては、例えば、シリカ、アルミナ、SiC(シリコンカーバイト)、BN(ボロンナイトライド)等が挙げられる。好ましい耐衝撃層9の構成材料は、エポキシ樹脂にシリカを混在させたものである。
 耐衝撃層9の厚みは、固体電池の充電における膨張変位に対して10%以下の膨らみに抑え得るような厚さとする。耐衝撃層9の厚みは、通常、例えば1μm以上1mm以下、特に10μm以上100μm以下であってもよい。
 界面層(図示せず)は、被覆層と固体電池との間の界面に配置される層のことであり、界面層が被覆される表面(例えば固体電池表面)の濡れ性を向上させ、界面層の上に被覆されるバリア層もしくは緩衝層との密着性を向上させる層である。界面層を最内層として配置することにより、被覆層と固体電池との間の界面からの水分の進入をより一層、十分に抑制することができる。
 界面層は通常、非導電性を有する。詳しくは界面層は通常、バリア層7と同様の範囲内の表面抵抗率を有していてもよい。
 界面層の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シランカップリング材、シリカ膜、アルミナ膜、酸窒化膜、ポリシラザン膜等が挙げられる。
 界面層の厚みは、特に限定されず、例えば0.01μm以上100μm以下、特に0.1μm以上10μm以下であってもよい。
 被覆層を構成するバリア層7、緩衝層8、耐衝撃層9および界面層(図示せず)のいずれの層も、固体電池における、下面電極61,62の底面61x、62x以外の全ての表面に形成されている。すなわち、最内層は、下面電極61,62の底面61x、62x以外の全ての表面を被覆している。被覆層を構成する最内層以外の層は、下面電極61,62の底面61x、62x以外の全ての表面に対応する直下の層の表面を被覆している。
 被覆層を構成するバリア層7、緩衝層8、耐衝撃層9および界面層(図示せず)等の各層は、それぞれ独立して、断面視または下面視において、図1B、図1Cおよび図1Eに示すように、下面電極61,62の側面61y、62y(図1A参照)(特にその底面近傍または下端部)に、露出した端面Pを有していてもよい。ここで、「露出」とは、当該層の周囲雰囲気への「露出」のことである。当該各層が露出した端面Pを有していても、当該端面Pは下面電極61,62の側面61y、62y(図1A参照)(特にその底面近傍または下端部)に配置され、正極層および負極層から比較的遠位であるため、水蒸気等のガスの浸入をより十分に防止することができる。図1Eは、図1Bの固体電池におけるB部の一部拡大断面図である。図1Eは、詳しくは、図1Bの固体電池において、被覆層を構成する全ての層が、断面視において、下面電極の側面で、露出した端面を有する状態を示す、下面電極の側面の一部拡大断面図である。
(固体電池の製造方法)
 本実施態様に係る固体電池は以下の工程を含む方法により製造することができる:
 固体電池本体部10を準備する工程(固体電池本体部の準備工程);
 端面電極51,52を形成する工程(端面電極の形成工程);および
 下面電極61,62を形成する工程(下面電極の形成工程)。
 固体電池が被覆層を有する場合、固体電池の製造方法は、被覆層を形成する工程(被覆層の形成工程)をさらに含む。
 以下では、本発明のより良い理解のために、ある1つの製法を例示説明するが、本発明は当該方法に限定されない。また、以下の記載順序など経時的な事項は、あくまでも説明のための便宜上のものにすぎず、必ずしもそれに拘束されるわけではない。
・固体電池本体部の準備工程
 本工程において通常は、6つの面を備えたチップ形状を有し、かつ内部電極として正極および負極を含む固体電池本体部10を準備する。固体電池本体部10は、スクリーン印刷法等の印刷法、グリーンシートを用いるグリーンシート法、またはそれらの複合法により製造することができる。つまり、固体電池本体部10は、常套的な固体電池の製法に準じて作製してよい。よって、下記で説明する固体電解質、有機バインダー、溶剤、任意の添加剤、正極活物質、負極活物質などの原料物質は、既知の固体電池の製造で用いられているものを用いてよい。
 例えば、固体電解質、有機バインダー、溶剤および任意の添加剤を混合してスラリーを調製する。次いで、調製されたスラリーからシート成形によって、焼成後の厚みが約10μmのシートを得る。
 正極活物質、固体電解質、導電助剤、有機バインダー、溶剤および任意の添加剤を混合して正極用ペーストを作成する。同様にして、負極活物質、固体電解質、導電助剤、有機バインダー、溶剤および任意の添加剤を混合して負極用ペーストを作成する。
 シート上に正極用ペーストを印刷し、また、必要に応じて集電層および/またはネガ層を印刷する。同様にして、シート上に負極用ペーストを印刷し、また、必要に応じて集電層および/またはネガ層を印刷する。
 正極用ペーストを印刷したシートと、負極用ペーストを印刷したシートとを交互に積層して積層体を得る。なお、積層体の最外層(最上層・最下層)は通常、絶縁層(または固体電解質層)である。
 積層体を圧着一体化させた後、個片にカットする。得られたカット済み積層体を脱脂および焼成に付す。これにより、焼結された積層体を固体電池本体部10として得る。なお、カット前に積層体を脱脂および焼成に付し、その後にカットを行ってもよい。
・端面電極の形成工程
 正極側の端面電極は、焼結積層体における正極露出側面に対して、物理的気相成長法(PVD)や化学的気相成長法(CVD)等の乾式めっき法により形成できる。物理的気相成長法(PVD)として、例えば、真空蒸着法、スパッタ法(特に、イオンビームスパッタ法)等が挙げられる。化学的気相成長法(CVD)として、例えば、熱CVD法、プラズマCVD法等が挙げられる。
 同様にして、負極側の端面電極は、焼結積層体における負極露出側面に対して前記した乾式めっき法により形成できる。
 また別法として、または組み合わせて、正極側の端面電極は、焼結積層体における正極露出側面に対して導電性ペーストを塗布して焼結することを通じて形成できる。同様にして、負極側の端面電極は、焼結積層体における負極露出側面に対して導電性ペーストを塗布して焼結することを通じて形成できる。なお、正極側および負極側の端面電極は、積層体の焼結後に形成することに限らず、焼成前に形成し、同時焼結に付してもよい。
 端面電極は通常、上記の方法においてマスクを用いて形成することができる。例えば、イオンビームスパッタ装置を用いて、マスクに隠れている部分以外に端面電極を形成することができる。
・下面電極の形成工程
 下面電極は固体電池本体部10の下面側に形成する。
 正極側の下面電極は、正極側の端面電極と電気的に接続されるように、前記した乾式めっき法により形成できる。
 同様にして、負極側の下面電極は、負極側の端面電極と電気的に接続されるように、前記した乾式めっき法により形成できる。
 また別法として、または組み合わせて、正極側の下面電極は、導電性ペーストを塗布して焼結することを通じて形成できる。同様にして、負極側の端面電極は、導電性ペーストを塗布して焼結することを通じて形成できる。なお、正極側および負極側の下面電極は、積層体の焼結後に形成することに限らず、焼成前に形成し、同時焼結に付してもよい。
 下面電極は通常、上記の方法においてマスクを用いて形成することができる。例えば、イオンビームスパッタ装置を用いて、マスクに隠れている部分以外に下面電極を形成することができる。
・被覆層の形成工程
 これまでに得られたパッケージ化前の固体電池の全表面に、被覆層を構成する各層を形成し、例えば、図1Fに示す固体電池前駆体を得る。「パッケージ化」とは、広義には、外部環境から保護する工程を意味し、狭義には、外部環境の水蒸気が固体電池の内部へと進入しないように、被覆層を形成する行為を意味する。
 各層の形成方法は特に限定されない。
 界面層(図示せず)は、例えば、界面層用塗液を塗布し、乾燥することにより形成できる。
 バリア層7は、例えば、バリア層用塗液を塗布し、乾燥することにより形成できるし、または前記した乾式めっき法によっても形成できる。
 緩衝層8は、例えば、緩衝層用塗液を塗布し、乾燥することにより形成できる。
 耐衝撃層9は、例えば、耐衝撃層用塗液を塗布し、乾燥することにより形成できる。
 各層の形成方法において、塗布はあらゆる方法により達成されてよい。例えば、浸漬塗布法、刷毛塗布法、ブレード塗布法、ワイヤーバー塗布法、スプレー塗布法、ビード塗布法、エアーナイフ塗布法、カーテン塗布法等が挙げられる。
 図1Fに示す固体電池前駆体を得た後は、図1Fに示すL-L線より下部を切削または研磨することにより、図1Bに示す固体電池を得ることができる。
<第2実施態様>
 本実施態様の固体電池は、以下の特徴を有すること以外、第1実施態様の固体電池と同様である。
 下面電極61,62は、図2A、図2Bおよび図2Cに示すように、リードフレーム65,66により提供されている。図2Aは、下面電極を提供する複数のリードフレームを含むリードフレームシートの模式図(上面図)である。図2Bは、下面電極としてリードフレームを用いた本発明の第2実施形態に係る固体電池の下面図である。図2Cは、図2Bの固体電池の正面図である。
 リードフレーム65,66は予め製造された電極部材であり、リードフレームシート600により提供される。リードフレームシート600は、1組または複数組のリードフレーム65,66、当該リードフレームを保持するリードフレーム枠67、およびその枠とリードフレームとを固定する接続部(ワイヤ部)68を含む。リードフレームシートに含まれるリードフレーム65,66、リードフレーム枠67および接続部68は、1枚の金属シートの打ち抜き、または、エッチングにより容易に製造され得る。リードフレームは、例えば、半導体およびコンデンサのリードフレームとして市販されているものが使用可能である。図2Aにおいては、固体電池2つ分のリードフレーム65,66を含むリードフレームシート600が示されている。
 本実施態様の固体電池においては、第1実施態様の固体電池において得られる効果とともに、以下の効果が得られる。
 リードフレームを用いることにより、固体電池の量産性が向上する。しかも、複数組のリードフレーム65,66を含むリードフレームシート600を用いることにより、固体電池の量産性がさらに向上する。
 初期は正負極との接続された状態ではあるが、リードフレームの接続部の切断の方法では直列接続や並列接続が可能となり、それぞれ高電圧化と高容量化が容易に実現できる。
 本実施態様の固体電池は、下面電極61,62の形成工程の代わりに、下面電極61,62としてリードフレーム65,66を接合する工程を実施すること以外、第1実施態様の固体電池と同様の方法により製造することができる。
 リードフレーム65,66の接合工程において、詳しくは、端面電極51,52が形成された固体電池本体部10を、図2Aに示すリードフレーム65,66の上に接合する。その結果、下面電極としてのリードフレーム65,66は固体電池本体部10の下面側に形成される。リードフレーム65(61),66(62)と端面電極51,52および/または固体電池本体部10との接合は、それらの間に、金、銀、銅、白金、錫、パラジウム、アルミニウム、チタン、ニッケル、SUS等の金属粒子を含む金属ペーストを介在させた状態で焼結することにより達成することができる。
 リードフレーム65,66の接合を行い、第1実施態様と同様の方法により被覆層の形成工程(図1Fに示すL-L線より下部の切削または研磨工程を含む)を実施した後は、リードフレームの接続部68(例えば、図2Aに示す破線)でダイサーにより切断することにより、図2Bおよび図2Cに示すような固体電池を得ることができる。本実施態様においては、リードフレームを用い、かつ接続部68で切断するため、図2Bおよび図2Cそれぞれに示すように、下面図および正面図において、リードフレームの接続部68が露出する。
<第3実施態様>
 本実施態様の固体電池は、以下の特徴を有すること以外、第1実施態様の固体電池と同様である。
 下面電極61',62'は、図3A、図3B、図3Cおよび図3Dに示すように、断面視において、固体電池本体部10の下面10x側に配置された板形状を有する下面部61a、62aだけでなく、当該下面部61a、62aに電気的に接続され、かつ端面電極51,52の表面に延在される延在部61b、62bも有する。なお、このような断面視形状を有する下面電極61',62'は「L字型下面電極」とも称され得る。図3Aは、本発明の第3実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。図3Bは、図3Aの固体電池が被覆層を有する場合の固体電池の構造を模式的に示した断面図である。図3Cは、図3Bの固体電池の下面図である。図3Dは、図3Bの固体電池の正面図である。
 L字型下面電極61',62'は、第1実施態様の下面電極61,62と同様に、乾式めっき法または導電性ペーストによる塗布・焼結法により形成されてもよいが、別部材として予め製造されたL字型電極部材を用いてもよい。L字型電極部材は、金属シートを折り曲げることにより製造可能である。L字型電極部材は、例えば、半導体およびコンデンサのL字型電極部材として市販されているものが使用可能である。
 本実施態様の固体電池は、特にL字型電極部材を用いると、第1実施態様の固体電池において得られる効果とともに、以下の効果が得られる。
 L字型電極部材を用いることにより、端面電極と下面電極との位置あわせが容易となる。L字型電極部材を用いることで、水分・ガスの浸入が顕著な端面電極表面を覆うことができ、更なる水分・ガスの浸入リスクを低減させ得る。充放電時のセルの膨張収縮緩和やプリント基板実装後の曲げに耐えうる効果が得られる。
 本実施態様の固体電池は、下面電極61,62の形成工程の代わりに、下面電極61,62としてL字型電極部材61',62'を接合する工程を実施すること以外、第1実施態様の固体電池と同様の方法により製造することができる。
 L字型電極部材61',62'の接合工程において、詳しくは、端面電極51,52が形成された固体電池本体部10を、L字型電極部材61',62'の上に接合する。その結果、下面電極としてのL字型電極部材61',62'(特にそれらの下面部61a、62a)は固体電池本体部10の下面側に形成される。L字型電極部材と端面電極51,52および/または固体電池本体部10との接合は、それらの間に、金、銀、銅、白金、錫、パラジウム、アルミニウム、チタン、ニッケル、SUS等の金属粒子を含む金属ペーストを介在させた状態で焼結することにより達成することができる。
<第4実施態様>
 本実施態様の固体電池は、以下の特徴を有すること以外、第1実施態様の固体電池と同様である。
 下面電極61,62は、図4A、図4Bおよび図4Cに示すように、下面電極61,62の底面61x、62xに、金属膜63,64を有する。図4Aは、本発明の第4実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。図4Bは、図4Aの固体電池の下面図である。図4Cは、図4Aの固体電池の正面図である。
 金属膜63,64は、導電率が大きい材料を含んで成ることが好ましい。金属膜の具体的な材質としては、特に限定されるわけではないが、導電性の観点から、端面電極の具体的材質として例示した導電性金属と同様の材料を挙げることができる。
 金属膜63,64の厚みは特に限定されず、例えば、0.01μm以上1mm以下、特に1μm以上500μm以下であってもよい。
 本実施態様の固体電池は、第1実施態様の固体電池において得られる効果とともに、以下の効果が得られる。
 下面電極61,62の底面61x、62xのはんだ濡れ性が向上するため、固体電池の実装性がさらに向上する。
 また、被膜層厚さ分、中心が実装面から高くなり、固体電池の充電膨張が生じた際に、押された耐衝撃層が実装基板を押し実装不良を抑制することができる。
 本実施態様の固体電池は、第1実施態様の固体電池における下面電極61,62の底面61x、62xに金属膜63,64を形成することにより製造することができる。
 金属膜63,64の形成工程において、詳しくは、金属膜63,64は、第1実施態様の下面電極61,62と同様に、乾式めっき法または導電性ペーストによる塗布・焼結法により形成されてもよい。金属膜は、上記の方法においてマスクを用いて形成することができる。例えば、イオンビームスパッタ装置を用いて、マスクに隠れている部分以外に金属膜を形成することができる。
<第5実施態様>
 本実施態様の固体電池は、以下の特徴を有すること以外、第1実施態様の固体電池と同様である。
 下面電極61,62は、図5A、図5Bおよび図5Cに示すように、下面電極61,62の底面61x、62xに、金属膜63,64を有し、かつ当該金属膜63,64は、下面電極61,62の底面61x、62xだけでなく、被覆層を構成する各層(特に緩衝層8)の露出した端面(例えば、図1EのP)も被覆している。被覆層を構成する各層の露出した端面(例えば、図1EのP)は通常、第1実施態様において説明したように、下面電極61,62の側面61y、62y(図1A参照)(特にその底面近傍または下端部)に配置されている。図5Aは、本発明の第5実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。図5Bは、図5Aの固体電池の下面図である。図5Cは、図5Aの固体電池の正面図である。
 金属膜63,64は、第4実施態様の金属膜63,64と同様であり、導電率が大きい材料を含んで成ることが好ましい。金属膜の具体的な材質としては、特に限定されるわけではないが、導電性の観点から、端面電極の具体的材質として例示した導電性金属と同様の材料を挙げることができる。2つの金属膜63,64は通常、短絡の防止の観点から、相互の電気的接続が回避されている。
 金属膜63,64の厚みは特に限定されず、例えば、0.01μm以上1mm以下、特に1μm以上500μm以下であってもよい。
 本実施態様の固体電池は、第1実施態様の固体電池において得られる効果とともに、以下の効果が得られる。
 下面電極61,62の底面61x、62xのはんだ濡れ性が向上するため、固体電池の実装性がさらに向上する。
 被覆層を構成する各層(特に緩衝層8)の露出した端面(例えば、図1EのP)が金属膜63,64により被覆されるため、水蒸気等のガスの浸入をより一層、十分に防止することができる。
 また、被膜層厚さ分、中心が実装面から高くなり、固体電池の充電膨張が生じた際に、押された耐衝撃層が実装基板を押し実装不良を抑制することができる。
 図5Aおよび図5Bにおいて、固体電池は、2つの金属膜63,64間にザグリ91を有しているが、ザグリを有していなくてもよい。固体電池は、2つの金属膜63,64間にザグリ91を有することが好ましい。固体電池は、2つの金属膜63,64間にザグリ91を有することにより、実装時において、金属膜63,64間の短絡を確実に防止することができる。ザグリとは、掘り込み部のことである。
 図5Cにおいて、固体電池は、その側面(特にその端部)にも、その底面から連続して、金属膜63,64を有しているが、側面には金属膜63,64を有していなくてもよい。固体電池は、その側面(特にその端部)にも、その底面から連続して、金属膜63,64を有することが好ましい。固体電池は、その側面(特にその端部)にも、その底面から連続して、金属膜63,64を有することにより、実装時において、配線(特に配線回路)の選択の幅を広げることができる。
 本実施態様の固体電池は、第1実施態様の固体電池における下面電極61,62の底面61x、62xおよび被覆層を構成する各層の露出した端面(例えば、図1EのP)ならびに所望により固体電池の側面(特にその端部)に金属膜63,64を形成することにより製造することができる。
 金属膜63,64の形成工程において、詳しくは、金属膜63,64は、第1実施態様の下面電極61,62と同様に、乾式めっき法または導電性ペーストによる塗布・焼結法により形成されてもよい。金属膜は、上記の方法においてマスクを用いて形成することができる。例えば、イオンビームスパッタ装置を用いて、マスクに隠れている部分以外に金属膜を形成することができる。
<第6実施態様>
 本実施態様の固体電池は、以下の特徴を有すること以外、第1実施態様の固体電池と同様である。
 下面電極61'',62''は、図6に示すように、断面視において、その側面61y、62yに凹凸部69を有する。図6は、本発明の第6実施形態に係る固体電池の構造を模式的に示した断面図である。
 下面電極61'',62''は、第1実施態様の下面電極61,62と同様に、乾式めっき法または導電性ペーストによる塗布・焼結法により形成されてもよいが、別部材として予め製造されたリードフレームまたはL字型電極部材を用いてもよい。本実施態様において使用可能なリードフレームは、側面に凹凸部69を有すること以外、第2実施態様のリードフレームと同様である。本実施態様において使用可能なL字型電極部材は、側面に凹凸部69を有すること以外、第3実施態様のL字型電極部材と同様である。
 本実施態様の固体電池は、下面電極61'',62''が断面視において、その側面61y、62yに凹凸部69を有することにより、第1実施態様の固体電池において得られる効果とともに、以下の効果が得られる。
 被覆層(特に耐衝撃層9)に対するアンカー効果を付与することができ、固体電池の充電・放電時の膨張収縮による、耐衝撃層からの下面電極の剥離または下面電極の側面からの耐衝撃層の剥離が防止される。
 図6において、凹凸部69は凸部のみを有しているが、これに限定されるものではなく、凹部のみを有していてもよいし、凹部と凸部との複合部を有していてもよい。
 本実施態様の固体電池は、下面電極の形成時にさらに凹凸部69を付与(または形成)すること以外、第1実施態様の固体電池と同様の方法により製造することができる。
 例えば、本実施態様の固体電池の中でも、特に下面電極としてリードフレームを有する固体電池は、リードフレームの接合工程において、側面に凹凸部69を有するリードフレームを用いること以外、第2実施態様の固体電池と同様の方法により製造することができる。この場合、第2実施態様の固体電池において得られる効果も得られる。側面に凹凸部69を有するリードフレームは、例えば、半導体およびコンデンサのリードフレームとして市販されているもののうち、凹凸部69を有するリードフレームが使用可能である。
 また例えば、本実施態様の固体電池の中でも、特に下面電極としてL字型電極部材を有する固体電池は、L字型電極部材の接合工程において、側面に凹凸部69を有するL字型電極部材を用いること以外、第3実施態様の固体電池と同様の方法により製造することができる。この場合、第3実施態様の固体電池において得られる効果も得られる。側面に凹凸部69を有するL字型電極部材は、例えば、半導体およびコンデンサのL字型電極部材として市販されているもののうち、凹凸部69を有するL字型電極部材が使用可能である。
<第7実施態様>
 本実施態様の固体電池は、以下の特徴を有すること以外、第1実施態様の固体電池と同様である。
 被覆層を構成する各層(特に少なくとも1つの緩衝層8)(好ましくは少なくとも2つの緩衝層8、より好ましくは全ての緩衝層8)は、図7Aに示すように、断面視において、下面電極61,62の側面61y、62yの下端部(特にその底面61x、62xの近傍)に向かって、厚みが漸次、減少している。図7Aは、本発明の第7実施態様に係る固体電池において、被覆層を構成する各層(特に緩衝層)の厚みが、断面視において、下面電極の側面の下端部に向かって漸次、減少している状態を示す、下面電極の側面の一部拡大断面図である。
 好ましくは、被覆層を構成する各層(特に少なくとも1つの緩衝層8)(好ましくは少なくとも2つの緩衝層8、より好ましくは全ての緩衝層8)は、図7Aに示すように、断面視において、下面電極61,62の側面61y、62yの下端部で、端面が露出することなく、当該側面と結合している。
 本実施態様の固体電池は、被覆層を構成する各層(特に少なくとも1つの緩衝層8)の厚みが、断面視において、下面電極61,62の側面61y、62yの下端部に向かって漸次、減少することにより、第1実施態様の固体電池において得られる効果とともに、以下の効果が得られる。
 水蒸気などのガスの透過が十分に防止される。例えば、水分・ガスを透過しやすい緩衝層を側面61y、62yの下端部でできるだけ薄くすることができ、結果として、水蒸気などのガスの透過が十分に防止される。詳しくは、緩衝層8が下面電極下端に近づくにつれ薄くなることにより、バリア層で挟まれた緩衝層の面積であって、下面電極下端部に直接的に接触する緩衝層の面の面積が狭まる。よってガス透過面積が狭まることにより水蒸気透過度が抑制される。なお、バリア層も薄くなる懸念があるが、薄くても十分な耐水効果があるので影響は無い。
 さらに、2つのバリア層7(特に7’)および当該2つのバリア層7(特に7’)によって挟まれた緩衝層8(特に8’)について、図7Bに示すように、下面電極62(61)の下端部で緩衝層8’が無くなり、当該下面電極下端部とバリア層が接合するだけでなく、バリア層同士も相互に接合することが好ましい。このような好ましい態様においては、当該2つのバリア層7(特に7’)は相互に終端で接続している、と表現することもできる。このような下面電極62(61)の下端部において、緩衝層8(特に8’)を挟む2つのバリア層7(特に7’)の相互接合構造により、下面電極下端部に直接的に接触する緩衝層8(特に8’)の面が無くなり、確実にガス透過を抑えることが可能となる。前記した第1~第6実施態様の固体電池も、下面電極62(61)の下端部において、緩衝層8(特に8’)を挟む2つのバリア層7(特に7’)の相互接合構造を有することが好ましい。図7Bは、本発明の第7実施態様の好ましい態様に係る固体電池において、緩衝層を挟む2つのバリア層が下面電極62(61)の下端部で相互接合構造を有している状態を示す、下面電極の側面の一部拡大断面図である。
 本実施態様においては、被覆層のうち少なくとも1つのバリア層7(好ましくは少なくとも2つのバリア層7、より好ましくは全てのバリア層7)は、断面視において、下面電極61,62の側面61y、62yの下端部で、端面が当該側面と結合していることが好ましい。バリア層7と側面61y、62yとの隙間をなくすことにより、バリア層7による水蒸気などのガスの透過をより一層、十分に防止するためである。
 本実施態様の固体電池は、側面の傾斜角度が特定の範囲内である下面電極を用い、かつ被覆層を構成するいずれの層も塗布法により形成すること以外、第1実施態様の固体電池と同様の方法により製造することができる。
 本実施態様において使用される下面電極61,62は、側面61y、62yが、断面視において、その下端部で、90°以下、好ましくは90°未満の傾斜角度θを有する下面電極である。傾斜角度θの下限値は通常、80°、特に85°であり、例えば傾斜角度θは80°以上90°以下であり、好ましくは80°以上90°未満、より好ましくは85°以上90°未満である。傾斜角度θを上記範囲内とすることにより、エッジ部(特に側面61y、62yの下端部)の表面エネルギーを高くできる。このような下面電極の側面に対して、被覆層を塗布法により形成することにより、被膜層を有意かつ適度に薄くすることができ、結果として各層(特に緩衝層)の厚みの漸次減少構造を得ることができる。
 下面電極61,62の側面61y、62yの下端部における傾斜角度θは、例えば図7Aに示すように、断面視において側面61y、62y上における任意の点Pの接線の底面61x、62xに対する角度について、点Pを限りなく、側面61y、62yと底面61x、62xとの境界Fに近づけたときの当該角度のことである。
 本実施態様においては、側面の傾斜角度θが上記の範囲内であるリードフレームまたはL字型電極部材を用いることができる。リードフレームおよびL字型電極部材において、傾斜角度θは研磨等により容易に制御することができる。
 例えば、本実施態様の固体電池の中でも、特に下面電極としてリードフレームを有する固体電池は、リードフレームの接合工程において、側面の傾斜角度θが上記の範囲内であるリードフレームを用いること以外、第2実施態様の固体電池と同様の方法により製造することができる。この場合、第2実施態様の固体電池において得られる効果も得られる。
 また例えば、本実施態様の固体電池の中でも、特に下面電極としてL字型電極部材を有する固体電池は、L字型電極部材の接合工程において、側面の傾斜角度θが上記の範囲内であるL字型電極部材を用いること以外、第3実施態様の固体電池と同様の方法により製造することができる。この場合、第3実施態様の固体電池において得られる効果も得られる。
 本実施態様においては、下面電極61,62が、第4実施態様に示すように、下面電極61,62の底面61x、62xに、金属膜63,64を有することにより、当該底面61x、62xのはんだ濡れ性が向上し、固体電池の実装性がさらに向上するという効果も得られる。
 以上、本発明の実施形態について説明してきたが、あくまでも典型例を例示したに過ぎない。本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の態様が考えられることを当業者は容易に理解されよう。
 本発明の固体電池は、電池使用または蓄電が想定される様々な分野に利用することができる。あくまでも例示にすぎないが、本発明の固体電池は、エレクトロニクス実装分野で用いることができる。また、モバイル機器などが使用される電気・情報・通信分野(例えば、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンおよびデジタルカメラ、活動量計、アームコンピューター、電子ペーパー、ウェアラブルデバイス、RFIDタグ、カード型電子マネー、スマートウォッチなどの小型電子機などを含む電気・電子機器分野あるいはモバイル機器分野)、家庭・小型産業用途(例えば、電動工具、ゴルフカート、家庭用・介護用・産業用ロボットの分野)、大型産業用途(例えば、フォークリフト、エレベーター、湾港クレーンの分野)、交通システム分野(例えば、ハイブリッド車、電気自動車、バス、電車、電動アシスト自転車、電動二輪車などの分野)、電力系統用途(例えば、各種発電、ロードコンディショナー、スマートグリッド、一般家庭設置型蓄電システムなどの分野)、医療用途(イヤホン補聴器などの医療用機器分野)、医薬用途(服用管理システムなどの分野)、ならびに、IoT分野、宇宙・深海用途(例えば、宇宙探査機、潜水調査船などの分野)などにも本発明の固体電池を利用することができる。
 1:負極層
 2:正極層
 3:固体電解質層
 4:絶縁層
 7:バリア層
 8:緩衝層
 9:耐衝撃層
 10:固体電池本体部
 10x:固体電池本体部の下面
 10y:固体電池本体部の上面
 11:負極集電層
 12:負極活物質層
 21:正極集電層
 22:正極活物質層
 51:52:端面電極
 51a:52a:端面電極の下面被覆部
 61:62:下面電極
 61':62':下面電極としてのL字型電極部材
 61'':62'':凹凸部を有する下面電極
 61a:62a:下面電極の下面部
 61b:62b:下面電極の延在部
 61x:62x:下面電極の底面
 61y:62y:下面電極の側面
 63:64:金属膜
 65:66:リードフレーム
 67:リードフレーム枠
 68:リードフレームの接続部
 69:凹凸部
 100:固体電池
 600:リードフレームシート

Claims (19)

  1.  正極層および負極層が固体電解質層を介して交互に積層されてなる固体電池本体部;
     前記正極層および前記負極層の各々と電気的に接続され、かつ前記固体電池本体部が有する2つの側面の各々に配置された端面電極;および
     該端面電極と電気的に接続され、かつ前記固体電池本体部の下面側に配置された下面電極
    を含む、固体電池。
  2.  前記下面電極は前記固体電池本体部または前記端面電極と面接触している、請求項1に記載の固体電池。
  3.  前記固体電池は、前記下面電極の底面以外の全ての表面に、被覆層を有し、
     該被覆層は少なくとも1つのバリア層を含む、請求項1または2に記載の固体電池。
  4.  前記少なくとも1つのバリア層は1.0×10-2g/(m・Day)以下の水蒸気透過率を有する、請求項3に記載の固体電池。
  5.  前記被覆層は、緩衝層および耐衝撃層からなる群から選択される1つ以上の層をさらに含む、請求項3または4に記載の固体電池。
  6.  前記被覆層は、最内層として、界面層をさらに含む、請求項3~5のいずれかに記載の固体電池。
  7.  前記被覆層は、最外層として、耐衝撃層をさらに含む、請求項3~6のいずれかに記載の固体電池。
  8.  前記被覆層は、緩衝層をさらに含み、
     前記緩衝層は、前記バリア層に隣接して配置されている、請求項3~7のいずれかに記載の固体電池。
  9.  前記被覆層を構成する各層は、断面視において、前記下面電極の側面に、露出した端面を有する、請求項3~8のいずれかに記載の固体電池。
  10.  前記下面電極は底面に金属膜を有し、
     前記金属膜は前記底面および前記各層の露出した端面を被覆している、請求項9に記載の固体電池。
  11.  前記被覆層を構成する少なくとも1つの緩衝層は、断面視において、厚みが前記下面電極の側面の下端部に向かって、漸次、減少している、請求項8に記載の固体電池。
  12.  前記下面電極の側面は、断面視において、その下端部で、90°未満の傾斜角度θを有する、請求項11に記載の固体電池。
  13.  前記下面電極は、底面に、金属膜を有する、請求項11または12に記載の固体電池。
  14.  前記下面電極は、断面視において、前記固体電池本体部の下面側に配置された板形状を有する下面部のみを有するか、または前記下面部と、該下面部に電気的に接続され、かつ前記端面電極表面に延在される延在部とを有する、請求項1~13のいずれかに記載の固体電池。
  15.  前記下面電極はリードフレームにより提供されている、請求項1~13のいずれかに記載の固体電池。
  16.  前記下面電極は、断面視において、側面に凹凸部を有する、請求項1~15のいずれかに記載の固体電池。
  17.  前記固体電池本体部はエッジ部に曲面形状を有する、請求項1~16のいずれかに記載の固体電池。
  18.  前記固体電池本体部が焼結体から構成されている、請求項1~17のいずれかに記載の固体電池。
  19.  前記正極層および前記負極層はリチウムイオンを吸蔵放出可能な層となっている、請求項1~18のいずれかに記載の固体電池。
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