CN101542790B

CN101542790B - 电池

Info

Publication number: CN101542790B
Application number: CN2007800440635A
Authority: CN
Inventors: 江村胜治; 上村卓; 粟田英章; 吉田健太郎; 小川光靖; 生田力三
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: ATE555509T1; CN101542790A; EP2096696A1; KR101361631B1; EP2096696A4; JP2008140635A; EP2096696B1; US20100028775A1; WO2008065900A1; JP5099407B2; KR20090094214A; US8142923B2

Abstract

本发明的电池具有正极层20、负极层50和电解质层40，其中离子传导经由该电解质层而在两电极层之间进行。在所述电池中，正极层20和负极层50相互层叠在一起，并且在正极层20和负极层50之间设置有绝缘层30。所述绝缘层30的面积小于正极层20和负极层50中的一者的面积并且大于另一者的面积。不存在正极层20和负极层50只隔着电解质层40而彼此相对的部位。即使当电解质层40具有穿孔时，正极层20和负极层50间存在的绝缘层30也可抑制正极层和负极层间的短路。

Description

电池

技术领域

本发明涉及电池，尤其涉及适合用作薄膜型锂二次电池的电池。

背景技术

研究人员和工程师一直在进行关于薄膜电池的研究与开发，所述薄膜电池主要是一种容量仅为几微安培时至几十微安培时的极低容量的全固态电池。该电池具有叠层结构，其中(例如)正极层、固体电解质层和负极层被依次地设置于用作集电体的金属箔上、或设置于金属膜上，其中该金属膜形成于由(例如)氧化铝制成的陶瓷基底上。以上各层通过气相沉积法(如溅射法)制成。通过使用氧化物而形成固体电解质层，并且通过使用金属锂而形成负极层(例如，参见专利文献1和2)。

另一方面，还有另一种类型的电池，其具有这样的结构，其中正极层和负极层并非层叠在一起，而是被并列放置在同一平面上(例如，参见专利文献3)。该电池的正极层设置有形成于基板上的正极侧集电体，并且其负极层设置有形成于同一基板上的负极侧集电体。各集电体和各电极层均具有梳齿状形状。正极层的梳齿与负极层的梳齿被相互啮合地设置，使得具有一种极性的梳齿被夹在另一极性的两个梳齿之间。固体电解质被设置于正极层的梳齿和负极层的梳齿之间。

专利文献1：已公开的日本专利申请特开2005-251417号公报

专利文献2：已公开的日本专利申请特开平10-83838号公报

专利文献3：已公开的日本专利申请特开2006-147210号公报(图1)

发明内容

本发明所要解决的问题

然而，上述薄膜电池存在如下所述的问题。

在具有叠层结构的薄膜电池中，设置正极层和负极层，使得其中的一个位于另一个之上。因此，特别是在形成固体电解质层时，当有异物粘附于下层元件上时，可能会在固体电解质层中形成穿孔。该穿孔会在正极层和负极层之间造成短路的问题。该问题会降低这种薄膜电池的产率。此外，检查在电解质层中是否形成有穿孔会耗费大量的时间和人力。此外，在这种薄膜电池中，当需要通过增加电极层和固体电解质层的形成面积以增大容量时，甚至在固体电解质层中形成一个穿孔便会使正极层和负极层之间发生短路，从而导致电池无法工作。另外，为了防止穿孔的形成，需要建造具有高清洁度且无灰尘的无尘室。而建立这样的无尘室需要投入大量的设备成本。

另一方面，具有其中梳齿形电极层被并列设置于同一平面上的结构的薄膜电池中，不存在电极层之间相互重叠的部分。因此，这种结构能够解决上述电极层间发生短路的问题。然而，这种结构需要将正极层和负极层并列放置在同一平面上。与具有叠层结构的电池相比，这种设置方式必然会增加电池的总面积。换言之，当规定电池具有相同的容量时，会出现这样的问题，即：具有梳齿状电极层的薄膜电池所需的电池面积要大于具有叠层结构的电池所需的电池面积。

鉴于上述状况进行本发明。本发明的目的是提供具有这样结构的电池，其中正极层和负极层相互层叠，然而可消除由在电解质层中形成穿孔而造成的问题。

解决该问题的方法

本发明的电池具有正极层、负极层以及电解质层，经由所述电解质层，离子传导在这两个电极层之间进行。在该电池中，正极层和负极层相互层叠在一起，并且在正极层和负极层之间设置有绝缘层。该绝缘层的面积小于正极层和负极层中的一者的面积、并且大于另一者的面积。不存在正极层和负极层只隔着电解质层而彼此相对的部位。

即使当电解质层具有穿孔时，存在于正极层和负极层之间的绝缘层也可抑制正极层和负极层间发生短路。

由于正极层和负极层相互层叠在一起，因此该电池的电池面积小于具有呈梳齿状的正极层和负极层并列放置于同一平面上这样结构的电池的电池面积。

另外，绝缘层的面积小于正极层和负极层中的一者的面积、并且大于另一者的面积。此外，不存在所述正极层和所述负极层只隔着所述电解质层而彼此相对的部位。因此，正极层和负极层之间的离子传导可以经由电解质层且沿着绝缘层表面进行，而不是沿着绝缘层的厚度方向进行。

根据本发明电池的一个方面，有利的是该电池为一次电池。

尽管该电池具有正极层和负极层被彼此层叠在一起的结构，然而上述结构能够形成这样的一次电池，该一次电池可解决由于在电解质层中形成穿孔而造成的多种问题。

根据本发明电池的另一方面，有利的是该电池为二次电池。

尽管该电池具有正极层和负极层被彼此层叠在一起的结构，然而上述结构能够形成这样的二次电池，该二次电池可解决由于在电解质层中形成穿孔而造成的多种问题。

根据本发明电池的又一方面，有利的是，正极层和负极层中的一者具有简单的平面形状，而另一者具有复杂的平面形状，并且该复杂平面形状的外缘线要长于简单平面形状的外缘线。

根据本发明的电池，正极层和负极层之间的离子传导经由电解质层且沿绝缘层的表面进行。因此，当电极层的外缘线增加时，可在较大的区域内确保用于进行离子传导的通路。因此，当正极层和负极层中的一者具有复杂的平面形状时，可确保离子具有更多的传导通路，从而能够进一步提高电池的输出特性。

根据本发明电池的又一方面，有利的是，正极层、负极层、电解质层和绝缘层均由具有耐热性的材料构成，以耐受电池在进行回流焊接时的温度。

使用上述构成，能够构造出这样的电池，该电池能够耐受通过焊接以将电池固定于电路板上的回流焊接工艺。

根据本发明电池的又一方面，有利的是，将电解质层和绝缘层设置于正极层和负极层之间。

当采用本发明的结构时，电解质层和绝缘层均设置于正极层和负极层之间。因此，即使电解质层和绝缘层中的至少一层中具有穿孔，一个层中的穿孔与另一层中的穿孔位于同一位置的可能性也不大。所以，能够更为可靠地防止正极层和负极层间的短路。

发明效果

根据本发明的薄膜型锂电池，在正极层和负极层之间设置有绝缘层。因此，即使当固体电解质层中具有穿孔时，也几乎不会因穿孔的存在而造成两个电极层间的短路。因此，该电池可维持其功能。

附图说明

图1为本发明实施例1中电池的垂直剖视图。

图2为本发明实施例2中电池的垂直剖视图。

图3为本发明实施例3中电池的垂直剖视图。

图4为本发明实施例4中电池的垂直剖视图。

图5为本发明实施例5中电池的平面图。

符号说明

10：基板

20：正极层

30：绝缘层

40：电解质层

50：负极层

本发明的最佳实施方式

下面将对本发明的电池的各构成部分进行详细描述。

电池的基本结构

本发明的电池具有这样的结构，其中正极层、负极层、电解质层和绝缘层被层叠在一起。只要能够采用该结构，则对电池的种类没有限制。本发明的电池种类不仅包括不能重复充电的一次电池，而且还包括能够重复充电的二次电池。一次电池的种类包括锰干电池、碱干电池、和锂电池。二次电池的种类包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池。具体而言，本发明的电池结构可以适用于包含固体电解质的电池。特别是，本发明的结构对锂离子二次电池是最为合适的。

用于各电池的正极和负极的具体材料的组合类型包括如下这些：

氟化石墨-锂电池：正极：氟化石墨；负极：锂

二氧化锰-锂电池；正极：二氧化锰；负极：锂

硫化铁-锂电池；正极：硫化铁；负极：锂

氧化铜-锂电池；正极：氧化铜；负极：锂

锂离子电池：正极：锂复合氧化物；负极：碳

此外，本发明的电池结构可应用于具有不同形状的电池，如圆筒形电池、纽扣电池、硬币电池和薄膜电池。

正极层

正极层的材料

正极层由含有活性材料的层构成，该活性材料能够吸留和释放离子。在锂离子电池的情况中，正极层可恰当地通过使用氧化物而形成，如选自钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、和橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO₄)、或其混合物中的一种氧化物。此外，正极层可由硫化物构成，如选自硫(S)、硫化锂、硫化钛(TiS₂)、或其混合物中的一种。此外，用于正极层的材料种类还包括铜酸锂(Li₂CuO₂)和钒氧化物(如LiV₃O₃、V₂O和Cu₂V₂O₇)。所有上述氧化物均具有能够耐受回流焊接时的加热温度(大约200℃至250℃)的耐热性。有利的是，正极层的厚度为约10μm至300μm，更有利地为至多100μm，最有利地为至多30μm。

形成正极层的方法

可使用湿法或干法来形成正极层。湿法的种类包括溶胶-凝胶法、胶体法和流延法。干法的种类包括气相沉积法(如蒸镀法)、离子喷镀法、溅射法、以及激光烧蚀法。

负极层

负极层的材料

同样，负极层也由含有活性材料的层构成，该活性材料能够吸留和释放离子。在锂离子电池的情况中，负极层可恰当地通过使用选自金属锂和能够与金属锂形成合金的金属中的一种材料、或它们的混合物或合金而形成。有利的是，能够与Li形成合金的金属为选自铝(Al)、硅(Si)、锡(Sn)、铋(Bi)、和铟(In)中的至少一种金属。下文中将这种金属称为“合金化材料”。另外，用于负极层的材料种类包括碳材料(如石墨)、具有尖晶石结构的钛酸锂(如Li₄Ti₅O₁₂、Li₄Fe_0.5Ti₅O₁₂和Li₄Zn_0.5Ti₅O₁₂)、硫化物(如TiS₂)、氮化合物(如LiCo_2.6O_0.4N)、以及它们的混合物。在这些材料中，碳材料、氧化物等具有能够耐受回流焊接时的加热温度(大约200℃至250℃)的耐热性。有利的是，负极层的厚度为约0.5μm至80μm，更有利地为1μm至40μm。

由上述合金构成的负极层是有利的，这是因为这种负极层自身还具有集电体的功能，并且具有较高的吸留和释放锂离子的能力。具体而言，与石墨(黑铅)相比，硅(Si)具有更高的吸留和释放锂离子的能力，因此能量密度可以得以提高。

将与金属锂形成的合金相用作负极层材料具有如下效果：能够降低Li离子在合金化材料(其与Li金属形成合金)与具有Li离子传导性的固体电解质层之间的界面处发生的迁移阻抗。因此，可以抑制合金化材料在第一个循环的充电初期的阻抗发生增加。

当单独使用合金化材料来形成负极层时，在第一个充电-放电循环中会发生这样的问题：相对于充电容量，放电容量显著降低。另一方面，当预先将金属锂与合金化材料形成合金并将其用作负极层的材料时，上述不可逆的容量的问题基本上被消除了。因此，无需填充用于该不可逆容量的盈余量的正极活性材料。结果，可以提高薄膜电池的容量密度。

形成负极层的方法

有利的是，通过使用气相沉积法来形成负极层。气相沉积法的种类包括物理气相沉积(PVD)法和化学气相沉积(CVD)法。更具体而言，PVD法的种类包括真空蒸镀法、溅射法、离子镀法和激光烧蚀法。CVD法的种类包括热CVD法和等离子体CVD法。

电解质层

作为固体电解质，使用具有离子传导性但其电子传导率低至可忽略不计的材料。在用于锂离子电池的电解质层的情况中，有利的是使用这样的固体电解质层：该固体电解质层由Li离子传导性材料制成，在20℃时其Li离子传导率为10^-5S/厘米或更高，并且其Li离子迁移数为0.999或更高。特别是，建议其Li离子传导率为10^-4S/厘米或更高，并且其Li离子迁移数为0.9999或更高。有利的是，固体电解质层由硫化物系材料制成。更具体而言，有利的是，固体电解质层含有Li、P或S。固体电解质层还可含有氧。例如，固体电解质层可恰当地通过使用这样的材料而形成，所述材料为：锂离子传导性硫化物玻璃态固体电解质，如Li₃PO₄、LiPON(其是通过向Li₃PO₄中加入氮而形成的)、Li₂S-SiS₂、Li₂S-P₂S₅、或Li₂S-B₂S₃；或者，锂离子传导性固体电解质，其是通过向上述玻璃中掺杂卤化锂(例如LiI)或锂含氧酸盐(如Li₃PO₄)而形成的。由上述复合氧化物构成的固体电解质层具有能够耐受回流焊接时的加热温度(大约200℃至250℃)的耐热性。有利的是，固体电解质层的厚度为约3μm至80μm，更有利地为5μm至20μm。

形成固体电解质层的方法

有利的是，通过使用气相沉积法来形成固体电解质层。气相沉积法的种类包括物理气相沉积(PVD)法和化学气相沉积(CVD)法。更具体而言，PVD法的种类包括真空蒸镀法、溅射法、离子镀法和激光烧蚀法。CVD法的种类包括热CVD法和等离子体CVD法。

绝缘层

设置绝缘层以抑制正极层和负极层间的短路。因此，有利的是，通过使用其电子传导率低至可忽略不计的材料来形成绝缘层。可使用无机材料或有机材料来形成绝缘层。无机材料的种类包括LiF、氧化铝和玻璃。有机材料的种类包括聚乙烯、聚丙烯和聚酰亚胺膜。特别是，在这些树脂中，聚酰亚胺膜具有能够耐受回流焊接时的加热温度(大约200℃至250℃)的耐热性。此外，可使用多种光刻胶材料来形成绝缘层。在这种情况下，通过应用光刻蚀技术，能够对绝缘层进行微加工以使其具有规定的形状。光刻胶材料的种类包括：环化橡胶-双叠氮系光刻胶、重氮萘醌-酚醛清漆树脂、叠氮化合物系光刻胶、KrF准分子激光器用化学放大光刻胶、以及ArF准分子激光器用化学放大光刻胶。有利的是，绝缘层的厚度为约0.5μm至20μm，更有利地为2μm至10μm。特别有利的是，其厚度为至少3μm，以抑制穿孔的形成。当使用由树脂形成的绝缘层时，易于使所形成的电池具有柔韧性。

形成绝缘层的方法

可通过如下方法来提供绝缘层，所述方法为：将溶解于溶剂中的树脂材料涂布于规定的成形位置处、或者使用光刻蚀技术或气相沉积法以形成具有规定形状的绝缘层。此外，可利用激光切割法等对现有的塑料膜进行切割以形成具有规定形状的绝缘层，并将该绝缘层粘结到规定的成形位置处。特别是，通过涂布树脂材料而形成的绝缘层更不易于形成穿孔。

基板

通常使用两种基板：一种是导电性基板，在该导电性基板上层叠有正极层、负极层、电解质层和绝缘层；另一种是绝缘基板，在该绝缘基板上首先形成集电体层，随后层叠正极层、负极层、电解质层和绝缘层。关于基板的材料，可使用如下基板，例如：由氧化铝、玻璃、聚酰亚胺膜等制成的绝缘基板；由硅等制成的半导体基板；以及由铂、金、铁、镍、铝、铜、不锈钢等制成的导电性基板。这些材料具有能够耐受回流焊接时的加热温度(大约200℃至250℃)的耐热性。有利的是，基板的厚度为约3μm至80μm，更有利地为5μm至25μm。当使用由树脂形成的基板时，易于使所形成的电池具有柔韧性。

集电体

通常正极层和负极层均分别粘结有集电体。金属箔等适于形成集电体。负极侧集电体可由(例如)选自铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、铬(Cr)、及其合金中的一种材料制成。这些金属不会与锂(Li)形成金属间化合物。因此，可以避免因与锂形成的金属间化合物而造成的问题。所述问题的例子如下所述。首先，负极层会因充电或放电而发生膨胀或收缩。因此，可能使得负极层的结构发生破坏，从而降低集流性。在另一种情况中，负极层的粘结性可能会降低，从而使其容易与集电体分离。可通过使用选自铝(Al)、镍(Ni)、Al-Ni合金及不锈钢中的一种材料来形成正极侧集电体。

可通过PVD法或CVD法来形成上述集电体。特别是，当要形成具有规定形状的集电体时，使用恰当的掩模能够有助于形成具有规定形状的集电体。

其他结构

在本发明的电池中，有利的是，正极层和负极层中的至少一者被形成为具有复杂的平面形状。这种复杂的平面形状仅仅是使得可以形成最长的外缘线的形状即可。满足上述条件的形状种类包括梳齿形和螺旋形。当电极层为梳齿状时，可容易地形成矩形薄膜电池。当电极层为螺旋状时，可容易地形成圆形薄膜电池。当其中一个电极层形成为复杂的平面形状时，有利的是另一个电极层具有简单的平面形状。这一条件能够免去对两个电极层进行高精度定位的需要。如果两个电极层均具有复杂的平面结构，则需要对其进行高精度定位。简单的平面形状的种类包括圆形、矩形和多边形，这些形状的外缘线均比复杂的平面形状的外缘线短。特别是，当具有简单平面形状的电极层大于具有复杂平面形状的电极层时，可轻松地将具有复杂平面形状的电极层层叠在具有简单平面形状的电极层上。

当从上方观察电池时，有利的是，绝缘层的外缘线与绝缘层上的或位于绝缘层上方的电极层的外缘线之间的间隔L为5μm至200μm。如果L过小，则当在绝缘层上或在绝缘层上方形成电极层时，难以精确地相对于绝缘层来设置电极层的位置。相反，如果L过大，则两个电极层间的电阻率变大，而这种情况是不利的。更为有利的是，该间隔L至多为100μm。

有利的是，电池的整体厚度，即正极层、负极层、电解质层和绝缘层的总厚度，为约15μm至500μm。当达到上述厚度时，便可构造出超薄电池。特别是，有利的是，电池厚度至多为300μm。

在电池中，常常会发生正极层的电池容量(以mAh/cm²表示)与负极层的电池容量不一致的情况。在这种情况下，有利的是，使电池容量较大的电极层具有面积较小的复杂平面形状，并且使电池容量较小的电极层具有面积较大的简单平面形状。例如，当负极层的电池容量远远大于正极层的电池容量时，可仅将电池容量较大的负极层形成为梳齿形，而将正极层形成为矩形。通过采用上述设计，便能够使电池整体上满足微型化需求，并提高了电池容量。

实施例1

图1示出了本发明电池的垂直剖视图。该电池为这样的薄膜型锂离子电池，该电池设置有基板10，在基板10上依次形成有正极层20、绝缘层30、电解质层40、以及负极层50。

首先，通过准分子激光烧蚀法在由金属制成的基板10上形成正极层20，其中正极层20呈矩形、并且由LiCoO₂制成。随后，通过蒸镀法在正极层20的一区域上形成绝缘层30，其中绝缘层30呈矩形、并且由LiF制成。在这种情况下，绝缘层30仅形成在正极层20的几乎中心的部分。随后，形成电解质层40，以覆盖绝缘层30和正极层20的全部区域。在这种情况下，通过准分子激光烧蚀法来形成电解质层40，其中电解质层40由锂(Li)、磷(P)、硫(S)和氧(O)构成。最后，形成负极层50，以使其与电解质层40和绝缘层30重叠，其中负极层50呈矩形、并且其面积小于绝缘层30的面积。在这种情况下，通过蒸镀法来形成作为负极层50的金属锂膜。结果，正极层20、负极层50、以及绝缘层30之间的面积关系如下：正极层20＞绝缘层30＞负极层50。各层的厚度如下：基板：10μm，正极层：100μm，绝缘层：5μm，电解质层：5μm，负极层：3μm。当该电池在进行充放电时，Li离子主要沿着位于绝缘层30上的电解质层40迁移，以在正极层和负极层之间进行离子传导。

具有上述结构的电池在正极层20和负极层50之间设置有绝缘层30。此外，不存在正极层20和负极层50只隔着电解质层40而彼此相对的部位。因此，即使当电解质层40具有穿孔时，绝缘层30的存在也可抑制正极和负极之间的短路。具体而言，由于该实施例的结构中在正极层20和负极层50之间设置有两个层，即，绝缘层30和电解质层40，因此可以更为可靠地防止上述短路情况的发生。而且，该电池具有正极层20和负极层50层叠在一起的结构。因此，该电池的电池面积小于具有两个电极层并列设置于同一平面上这样结构的电池的电池面积。另外，在位于玻璃板上的电解质层中形成梳齿状的金电极，以测量复阻抗。结果表明该电解质层的离子传导率为2×10^-4S/cm。

也可通过将正极层和负极层对调来改变该实施例。更具体而言，首先，在基板上形成负极层。在该负极层的一区域上形成绝缘层。形成电解质层，以覆盖负极层和绝缘层的全部区域。最后，在电解质层上形成正极层，从而与电解质层和绝缘层重叠。该结构同样能够有效地防止正极层和负极层之间发生短路。

样品的制作

制作100个本发明实施例1中的电池以及100个对照用电池。对照用电池可通过省去实施例1中的电池的绝缘层而制得。这样，进行检测以验证正极和负极间发生的短路对产率的影响。结果表明，在对于本发明的电池，未制造出发生短路的不良电池，而对于对照用电池，所制得的电池中有38％为不良电池。该结果证实：设置有绝缘层的本发明电池具有高的产率。

实施例2

下面将参照图2对具有不同于图1所示结构的本发明电池进行解释。同实施例1一样，该电池也为设置有基板10、正极层20、绝缘层30、电解质层40和负极层50的薄膜型锂离子电池。各层的材料及形成方法与实施例1相同。

在该电池中，首先，在基板10上形成具有平板形状的电解质层40。在电解质层40的一区域上形成正极层20。随后，形成绝缘层30以覆盖正极层20。绝缘层30基本上形成在正极层20的外侧，并且在电解质层40的未被正极层20覆盖的位置上不形成绝缘层30。换言之，所形成的绝缘层30的剖面为方括号形。负极层50覆盖着绝缘层30以及电解质层40的裸露部分。结果，正极层20、负极层50、以及绝缘层30之间的面积关系如下：正极层20＜绝缘层30＜负极层50。当该电池在进行充放电时，Li离子在正极层20下方与负极层50下方之间迁移，并经由电解质层40而在正极层和负极层之间进行离子传导。

具有上述结构的电池在正极层20和负极层50之间设置有绝缘层30。此外，不存在正极层20和负极层50只隔着电解质层40而彼此相对的部位。因此，即使当电解质层40具有穿孔时，绝缘层30的存在也可抑制正极和负极之间的短路。此外，该电池具有正极层20和负极层50层叠在一起的结构。因此，该电池的电池面积小于具有两个电极层并列设置于同一平面上这样结构的电池的电池面积。

也可通过将正极层和负极层对调来改变该实施例。更具体而言，首先，如图2中所示，在基板上形成电解质层。然而在这种情况下，在电解质层的一区域上形成负极层。随后，形成绝缘层以覆盖该负极层。形成正极层以覆盖所述绝缘层以及电解质层的裸露部分。该结构同样能够有效地防止正极层和负极层之间发生短路。

实施例3

下面将参照图3对具有不同于上述各实施例的结构的电池进行解释。同实施例1一样，该电池同样为设置有基板10、正极层20、绝缘层30、电解质层40和负极层50的薄膜型锂离子电池。各层的材料和形成方法与实施例1相同。

在该电池中，首先，在基板10的一区域上形成正极层20。形成电解质层40以覆盖正极层20以及基板10的裸露部分。随后在电解质层40的一区域上形成绝缘层30。绝缘层30的面积大于正极层20的面积，并且绝缘层30被设置在能够覆盖正极层20的位置上。形成负极层50以覆盖绝缘层30以及电解质层40的裸露部分。结果，正极层20、负极层50、以及绝缘层30之间的面积关系如下：正极层20＜绝缘层30＜负极层50。当该电池在进行充放电时，Li离子主要沿着位于绝缘层30下方的电解质层40迁移，以在正极层和负极层之间进行离子传导。

具有上述结构的电池在正极层20和负极层50之间设置有绝缘层30。此外，不存在正极层20和负极层50只隔着电解质层40而彼此相对的部位。因此，即使当电解质层40具有穿孔时，绝缘层30的存在也可抑制正极和负极之间的短路。具体而言，由于该实施例的结构中在正极层20和负极层50之间设置有两个层，即，绝缘层30和电解质层40，因此可以更为可靠地防止上述短路情况的发生。此外，该电池具有正极层20和负极层50层叠在一起的结构。因此，该电池的电池面积小于具有两个电极层并列设置于同一平面上这样结构的电池的电池面积。

也可通过将正极层和负极层对调来改变该实施例。更具体而言，首先，在基板的一区域上形成负极层。形成电解质层以覆盖负极层以及基板的裸露部分。随后在电解质层的一区域上形成绝缘层。该绝缘层的面积大于负极层的面积，因此所设置的绝缘层能够覆盖负极层。形成正极层以覆盖绝缘层以及电解质层的裸露部分。该结构同样能够有效地防止正极层和负极层之间发生短路。

实施例4

下面将参照图4对具有不同于上述各实施例的结构的电池进行解释。同实施例1一样，该电池同样为设置有基板10、正极层20、绝缘层30、电解质层40和负极层50的薄膜型锂离子电池。各层的材料和形成方法与实施例1相同。

在该电池中，首先，在基板10上形成正极层20。在正极层20的一区域上形成绝缘层30。随后，在绝缘层30的一区域上形成负极层50。形成电解质层40，以覆盖负极层50、绝缘层30的裸露部分、以及正极层20的裸露部分。结果，正极层20、负极层50、以及绝缘层30之间的面积关系如下：正极层20＞绝缘层30＞负极层50。当该电池在进行充放电时，Li离子主要沿着位于绝缘层30上的电解质层40迁移，以在正极层和负极层之间进行离子传导。

也可通过将正极层和负极层对调来改变该实施例。更具体而言，首先，在基板上形成负极层。在负极层的一区域上形成绝缘层。随后，在绝缘层的一区域上形成正极层。形成电解质层，以覆盖正极层、绝缘层的裸露部分、以及负极层的裸露部分。该结构同样能够有效地防止正极层和负极层之间发生短路。

实施例5

下面将参照图5对具有不同于上述各实施例的结构的电池进行解释。同实施例1一样，该电池同样为设置有基板10、正极层20、绝缘层30、电解质层40和负极层50的薄膜型锂离子电池。各层的材料和形成方法与实施例1相同。

然而，在该实施例中，绝缘层30和负极层50的形状与实施例1中的电池的绝缘层30和负极层50的形状不同。首先，在该实施例的电池中，在基板10上形成矩形的正极层20。在正极层20的一区域上形成梳齿状的绝缘层30。随后，形成电解质层40，以覆盖正极层20的绝大部分以及绝缘层30的全部表面。在电解质层40上形成梳齿状的负极层50，以使其位于其下设置有绝缘层30的区域中。负极层50的面积小于绝缘层30的面积。结果，正极层20、负极层50、以及绝缘层30之间的面积关系如下：正极层20＞绝缘层30＞负极层50。当该电池在进行充放电时，Li离子主要沿着位于绝缘层30上的电解质层40迁移，以在正极层和负极层之间进行离子传导。

同实施例1一样，由于绝缘层30的存在，具有上述结构的电池同样能够抑制正极层20和负极层50之间发生短路。此外，在该实施例的结构中，负极层50的外缘线远远长于具有简单矩形的负极层的外缘线。在该电池中，离子传导经由电解质层40而由负极层50的外缘线向正极层20进行。因此，负极层50具有较长的外缘线能够确保离子具有更多的传导通路。因此，具有梳齿状形状的该实施例电池能够实现获得具有高输出的电池。当从上方观察该电池时，绝缘层30的外缘线与负极层50的外缘线之间的间隔L为100μm。

工业适用性

本发明的电池可用于各种一次电池和二次电池。具体而言，该电池可适于用作不含有电解液的全固态锂二次电池，该电池具有优异的安全性能、耐热性、以及低温性能。例如，预计该电池可用作移动型、便携型、或其他多种类型的电气和电子装置的电源。此外，本发明的电池还适合用作(例如)：用于进行回流工序的电路板的电池，在所述回流工序中，在加热炉中进行电线的集中焊接(collectivesoldering)；用于汽车等的电路中的备用电源；以及需要具有耐热性的主电源。

Claims

1.一种电池，其包含正极层、负极层以及电解质层，经由所述电解质层，离子传导在所述正极层和所述负极层之间进行；

其中：

(a)所述正极层和所述负极层相互层叠；

(b)在所述正极层和所述负极层之间设置有绝缘层；

(c)所述绝缘层的面积小于所述正极层和所述负极层中的一者的面积并且大于另一者的面积；并且

(d)不存在所述正极层和所述负极层只隔着所述电解质层而彼此相对的部位。

2.由权利要求1限定的所述电池，所述电池为一次电池。

3.由权利要求1限定的所述电池，所述电池为二次电池。

4.由权利要求1限定的所述电池，其中所述正极层和所述负极层中的一者具有简单的平面形状，而另一者具有复杂的平面形状，并且所述复杂的平面形状的外缘线要长于所述简单的平面形状的外缘线。

5.由权利要求1限定的所述电池，其中所述正极层、所述负极层、所述电解质层、以及所述绝缘层均由具有耐热性的材料构成，以耐受所述电池在进行回流焊接时的温度。

6.由权利要求1限定的所述电池，其中所述电解质层和所述绝缘层被设置在所述正极层和所述负极层之间。