JP2004311073A - Energy device with overcurrent protection and its manufacturing method - Google Patents

Energy device with overcurrent protection and its manufacturing method Download PDF

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Kazuyoshi Honda
和義 本田
Yoshiyuki Okazaki
禎之 岡崎
Kiichiro Oishi
毅一郎 大石
Makoto Takahashi
誠 高橋
より子 ▲高▼井
Yoriko Takai
Junichi Inaba
純一 稲葉
Hiroshi Higuchi
洋 樋口
Shuji Ito
修二 伊藤
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an energy device having improved safety in short-circuiting. <P>SOLUTION: The energy device comprises a lamination unit 15 having a substrate 1, a negative electrode collector 3, a solid electrolyte 5, and a positive electrode active material 6 in this order. The negative electrode collector 3 or a positive electrode collector 7 has a fuse part to be melted down with overcurrent. In short-circuiting, the fuse part 12 is melted down to cut off the overcurrent, thus improving safety in short-circuiting. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエネルギーデバイスとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン２次電池は、負極集電体、負極活物質、電解質、セパレーター、正極活物質、正極集電体を主な構成要素とする。特許文献１には、正極側を内側にしてスパイラル状に巻回したリチウム２次電池が開示されている。
【０００３】
携帯電話やＰＤＡなどで代表されるモバイル機器では、小型で大容量の２次電池が要望される。このためには、板状に薄型化した２次電池が有効である。しかしながら、上記の特許文献１に開示されたリチウム２次電池は、スパイラル状巻回物を電解液中に浸漬してなる、円筒形状の液型２次電池である。従って、この液型２次電池は、その構造のために、小型化、薄型化には限界があった。
【０００４】
【特許文献１】
実開平５−４３４６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、リチウム２次電池の薄型化、体積エネルギー密度化（体積当たりのエネルギー容量）の向上が進められており、集電体と活物質とを薄型にし、電解質に固体電解質を用いたリチウム２次電池が検討されており、これによれば、薄型で高体積エネルギー密度となり、セパレーターも不要になることが期待されている。
【０００６】
しかしながら、リチウムイオン２次電池をはじめとするエネルギー素子では、短絡等に対する安全性の確保に様々な配慮工夫が必要であり、エネルギー素子を薄型化した場合には正負の両極が近接するため安全性に対し更なる配慮が要求される。
【０００７】
例えば、薄膜積層構成とした場合には、層の割れやピンホールによる層間に短絡が発生する可能性がある。また、薄型化と高体積エネルギー密度化とのためにシート状のエネルギー素子を平板状に巻回すると、折り曲げ部分で同様に短絡が発生する可能性がある。従って、安全上の何らかの対策が必要である。
【０００８】
本発明は、万一短絡が発生したときの安全性の高いエネルギーデバイスとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１のエネルギーデバイスは、基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とを備えるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２のエネルギーデバイスは、基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された繰り返し単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第３のエネルギーデバイスは、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第４のエネルギーデバイスは、可とう性の長尺基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された帯状積層体が巻回されてなるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割されており、前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域に過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１３】
次に、本発明のエネルギーデバイスの第１の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のエネルギーデバイスの第２の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程と、前記基板と前記積層単位とからなる積層体を２以上積み重ねる工程とを含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のエネルギーデバイスの第３の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を２以上積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のエネルギーデバイスの第４の製造方法は、可とう性の長尺基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層して帯状積層体を得る工程と、前記帯状積層体を巻回する工程とを含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体を、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割する工程と、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１〜第４のエネルギーデバイスは、負極集電体又は正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を有する。また、本発明のエネルギーデバイスの第１〜第４の製造方法は、負極集電体又は正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備える。これにより、短絡時に過電流が発生するとヒューズ部が溶断して過電流を遮断するので、安全性の高い過電流保護機能付きエネルギーデバイスを提供できる。
【００１８】
また、本発明の第４のエネルギーデバイスでは、負極集電体又は正極集電体は、帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割されており、複数の領域のうちの少なくとも一つの領域にヒューズ部を有する。また、本発明のエネルギーデバイスの第４の製造方法は、負極集電体又は正極集電体を、帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割する工程を備える。これより、過電流により分割された一部の領域の機能が停止しても、残りの部分が依然として有効に動作するので、予期せぬ全停止が発生しない、信頼性の向上したエネルギーデバイスを提供できる。
【００１９】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の第１のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態１のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層されて構成される。
【００２３】
基板２としては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やその他の高分子フィルムシート、又はステンレス金属箔、又はニッケル、銅、アルミニウムやその他の金属元素を含む金属箔などを用いることが出来る。基板２が可撓性を有すると、エネルギーデバイス１の製造が容易になるので好ましい。
【００２４】
負極集電体３としては、ニッケル、銅、アルミニウム、白金、白金−パラジウム、金、銀、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で代表される金属を含む層を用いることが出来る。
【００２５】
負極活物質４としては、グラファイトを始めとするカーボン系材料、シリコン又はシリコンを含む化合物若しくはその混合物、あるいはリチウム又はリチウム−アルミニウムで代表されるリチウム化合物などを用いることが出来る。本発明の負極活物質４の材料は上記に限定されず、その他の材料を負極活物質４として用いることも出来る。なお、後述する正極活物質６に含まれるリチウムイオンの移動を利用して負極活物質４を形成しても良く、その場合にはエネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である。
【００２６】
固体電解質５としては、イオン伝導性があり、電子伝導性が無視できるほど小さい材料を用いることが出来る。特にエネルギーデバイス１をリチウムイオン２次電池として使用する場合には、リチウムイオンが可動イオンであるため、Ｌｉ３ＰＯ４や、Ｌｉ３ＰＯ４に窒素を混ぜて（あるいはＬｉ３ＰＯ４の元素の一部を窒素で置換して）得られる材料（ＬｉＰＯＮ：代表的な組成はＬｉ２．９ＰＯ３．３Ｎ０．３６）などからなる固体電解質はリチウムイオン伝導性に優れるので好ましい。同様に、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３などの硫化物からなる固体電解質も有効である。更にこれらの固体電解質にＬｉＩなどのハロゲン化リチウムや、Ｌｉ３ＰＯ４等のリチウム酸素酸塩をドープした固体電解質も有効である。本発明の固体電解質５の材料は上記に限定されず、その他の材料を固体電解質５として用いることも出来る。
【００２７】
正極活物質６としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムなどを用いることが出来る。但し、本発明の正極活物質６は上記の材料に限定されず、その他の材料を正極活物質６として用いることも出来る。
【００２８】
正極集電体７としては、負極集電体３と同様に、ニッケル、銅、アルミニウム、白金、白金−パラジウム、金、銀、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で代表される金属を含む層を用いることが出来る。
【００２９】
負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。一対の外部電極９，９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることが出来る。その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。図示したように、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図１の左右方向）の形成領域がパターニングされている。
【００３０】
負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００３１】
図７〜図１０に、集電体層３，７に、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２の例を示す。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、いずれも電流が流れる部分の幅が狭くなるように、集電体層３，７の平面形状に特定の平面パターンを付与してヒューズ部１２を形成した例を示しており、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、いずれも電流が流れる部分の厚みが薄くなるように、集電体層３，７の厚み方向断面に特定の厚みパターンを付与してヒューズ部１２を形成した例を示している。図７〜図１０に示したヒューズ部１２は、集電体層３，７に、幅又は厚さが小さな部分を設けることにより、電流が流れる断面積がその部分において小さくなるように形成されている。従って、集電体層３，７とその右側端に接続される外部電極９（図示せず）との間に過電流が流れると、ヒューズ部１２がジュール熱により発熱し、溶断して、過電流を遮断する。従って、発火などの重大な事態に至るのを未然に防止することができる。図７〜図１０のように薄膜の寸法変化により形成されているヒューズ部１２は、製造が容易であるという利点を有する。
【００３２】
図１１〜図１４に、集電体層３，７に設けられる別のヒューズ部１２の例を示す。図１２〜図１４に示したヒューズ部１２は、図８〜図１０に示した特定の形状パターンと電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されている。図１１は、集電体層３，７とその右側端に接続される外部電極９（図示せず）との間に帯状の異種金属１２ａを介在させることにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１２は、図８において集電体層３，７が形成されていない部分に異種金属１２ａを付与することにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１３，図１４は、それぞれ図９，図１０において集電体層３，７の厚みが薄い部分に異種金属１２ａを付与することにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１１〜図１４のヒューズ部１２の作用は以下の通りである。図７〜図１０のヒューズ部１２は、集電体層３，７に電流が流れる断面積が小さくなる部分を形成することにより構成される。この構成では、過電流が流れていない正常動作時においてもヒューズ部１２の電気抵抗値が他の部分より大きくなる。従って、大電力出力を実現する場合に問題となる可能性がある。これに対して、図１１〜図１４のヒューズ部１２は、異種金属１２ａが組み合わされていることにより、エネルギーデバイスの正常動作温度近傍（例えば室温）でのヒューズ部１２の電気抵抗値を図７〜図１０のヒューズ部１２の電気抵抗値に比べて小さくできる。一方、過電流時には、異種金属１２ａの電気抵抗の温度係数が、集電体３，７の電気抵抗の温度係数よりも大きいので、ヒューズ部１２がわずかに温度上昇すると異種金属１２ａの抵抗値が急激に増大する。よって、ヒューズ部１２内の異種金属１２ａ以外の集電体３，７の材料内に電流が集中して流れる結果、ヒューズ部１２がジュール熱により発熱し、溶断して、過電流を遮断する。従って、発火などの重大な事態に至るのを未然に防止することができる。異種金属１２ａの材料としては、電気抵抗の温度係数が大きいことによりこのようなヒューズ機能を発揮することができれば特に限定はないが、例えば、アルミニウム、コバルト、鉛、ロジウムや、これらの金属のうちの少なくともひとつを含む合金を使用することができる。
【００３３】
図７〜図１４に示したヒューズ部１２は一例であり、過電流により溶断することができればこれらに限定されない。
【００３４】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、保護層１３を有していても良い（図１参照）。保護層１３の材料は特に限定されないが、例えばシランカップリング剤等の表面処理剤、光あるいは熱硬化性樹脂、金属、金属酸化物、金属窒化物などを用いることができる。形成方法としては、塗布、ディップ（浸漬）、スプレーなどの湿式プロセスや、蒸着、スパッタなどのドライプロセスを採ることができる。また、保護層１３は異種又は同種の材料からなる多層の複合膜であっても良い。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、図１に示すように基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００３５】
図１に示したエネルギーデバイス１は、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００３６】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００３７】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する薄膜積層工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する薄膜積層工程を経て製造される。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。
【００３８】
薄膜積層工程は、特に限定されないが、例えば真空成膜法又は湿式塗工法により行うことができる。
【００３９】
最初に、薄膜積層工程を真空成膜法により行う場合を説明する。
【００４０】
図１５は、薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【００４１】
図１５に示した真空成膜装置２０は、隔壁２１ａにより上下に仕切られた真空槽２１を備える。隔壁２１ａより上側の部屋（搬送室）２１ｂには、巻き出しロール２５，搬送ロール２６，ボビン２７が配置される。隔壁２１ａより下側の部屋（薄膜形成室）２１ｃには、第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂが隔壁２１ｄを挟んで配置されている。隔壁２１ａの中央部には開口が設けられ、搬送ロール２６の下面が薄膜形成室２１ｃ側に露出している。真空槽２１内は、真空ポンプ２４により所定の真空度に維持されている。
【００４２】
巻き出しロール２５から巻き出された長尺の可撓性を有する基板２は、搬送ロール２６に沿って搬送され、隔壁２１ａの開口内を通過する。このとき、第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂにより基板２の表面上に順に薄膜が形成される。薄膜が形成された基板２はボビン２７に巻き取られる。
【００４３】
第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂによる薄膜の形成方法としては、薄膜の種類に応じて、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などで代表される各種真空成膜法を用いることが出来る。このような方法により、所望する薄膜を容易に効率よく形成できる。
【００４４】
図１５の装置は第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂを備えるので、基板２が巻き出しロール２５から巻き出され、ボビン２７に巻き取られる過程で、搬送ロール２６上で２層の薄膜を一度に形成できる。この装置を用いて、基板２の巻き出し、薄膜形成、巻き取りからなる一連の工程を必要な回数だけ繰り返すことにより、図１に示したような積層構造を得ることができる。図１５の装置は、基板２を１回走行させることにより２層の薄膜を形成することができるが、本発明は、これに限定されない。例えば、薄膜形成源を１つのみ有する装置を用いて、層の数だけ基板２を繰り返し走行させても良いし、薄膜形成源が薄膜の種類の数だけ順に配置された装置を用いて、基板２を１回走行させるだけで、図１に示したような積層構造を得ても良い。
【００４５】
各層を薄膜形成する際に、図１に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。図１５に示す真空成膜装置に好適に使用できるパターニング方法として、マスキングテープ法、オイルマスキング法、メタルマスキング法などがある。
【００４６】
マスキングテープ法は、薄膜形成領域内においてマスキングテープ３１を基材２と接触させながら一緒に走行させることにより、マスキングテープ３１の接触部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。
【００４７】
マスキングテープ法の原理を図１６を用いて説明する。マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、膜形成が不要な領域に対応した幅とパターンを有する長尺テープである。マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、それぞれ巻き出しロール３２ａ，３２ｂ，３２ｃから巻き出され、搬送ロール２６上では基板２の薄膜形成源２８側の面に接触して基材２とともに搬送される。このとき、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、搬送ロール２６の回転中心軸方向において異なる位置で搬送ロール２６によって搬送される。その後、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、基材２と分離して巻き取りロール３３ａ，３３ｂ，３３ｃに巻き取られる。薄膜形成源２８上を通過時にマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ上に付着した膜材料はマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃとともに基板２から除去される。従って、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが介在しなかった領域にのみ膜形成されるので、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じてマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの位置、幅、パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを多条とすることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００４８】
オイルマスキング法は、薄膜の被形成面に所定パターンにオイルを付与した後、薄膜形成をすることにより、オイル付与部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。オイルマスキング法は、ノズル３５を用いて行う。図１７に示すように、ノズル３５は、オイル蒸気が放出される多数の微細孔３６が形成されている。このノズル３５は、図１５に示すように、基材２の走行方向において薄膜形成領域に対して上流側に、微細孔３６を基材２に対向させて配置される。基材２上のオイルが付与された部分には薄膜が形成されないから、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じて各微細孔３６から放出されるオイル蒸気を制御したり、ノズル３５を基材２の幅方向に移動したりすることにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、オイルを基材２の移動方向に沿って複数の帯状に付与することにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。なお、薄膜形成後、基材２上に残存するオイルは、熱又は紫外線などを照射して除去することが好ましい。
【００４９】
メタルマスキング法は、薄膜形成源と基材２との間に、所定の開口を有するメタルマスク３８を配置することにより、成膜に寄与する粒子の通過領域を制限して、基材２上に開口に対応したパターンの薄膜を形成する方法である。図１８はメタルマスク３８の一例の正面図である。このメタルマスク３８は開口３９ａ，３９ｂを備える。基材２を間欠的に移動させながらメタルマスク３８を介して薄膜形成することにより、開口３９ａ，３９ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。また、基材２を連続的に走行させながら、矢印２ａを基材２の移動方向に一致するようにメタルマスク３８を配置することにより、開口３９ａ，３９ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。形成しようとする層に応じてメタルマスク３８の位置や開口形状を変更することにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、メタルマスク３８に多条のスリット状の開口を設けることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００５０】
なお、図１１〜図１４に示すようなヒューズ部１２を形成する場合には、最初に上記のいずれかの方法で所定パターンの電極体薄膜を形成した後、このパターンとは逆パターンで異種金属１２ａを薄膜形成すればよい。
【００５１】
上記のマスキングテープ法、オイルマスキング法、メタルマスキング法は、真空成膜法に好適なパターニング方法の一例であり、本発明はこのようなパターニング方法に限定されず、他のパターニング方法を採用することも可能である。
【００５２】
次に、薄膜積層工程を湿式塗工法により行う場合を説明する。
【００５３】
図１９は、薄膜積層工程を行う湿式塗工装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【００５４】
図５に示した湿式塗工装置４０は、巻き出しロール２５から巻きされた長尺の基板２の片面に、第１塗工部５０ａ、第２塗工部５０ｂで順に薄膜が形成された後、ボビン２７に巻き取られる。
【００５５】
第１塗工部５０ａについて説明する。ファウンテン５３ａから吐出される液状の膜材料は、グラビアロール５９ａに転写され、ドクターブレード５９ｂにより余分な膜材料が掻き落とされた後、基材２の片面に付着する。その後、基板２は加熱装置５４ａに搬送されて膜材料が加熱されて固化して膜となる。５５ａは液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３ａに供給する材料供給部である。
【００５６】
第２塗工部５０ｂについて説明する。第１塗工部５０ａによって片面に薄膜が形成された基材２は、搬送ロール５１ｂに沿って搬送される途中で、その下部に設置されたファウンテン５３ｂから吐出される液状の膜材料が塗布される。リバースロール５２ｂにより、基板２の片面に付着した余分な膜材料は掻き落とされて、付着厚みが均一化される。その後、基板２は加熱装置５４ｂに搬送されて膜材料が加熱されて固化して膜となる。５５ｂは液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３ｂに供給する材料供給部である。
【００５７】
このようにして、第１及び第２塗工部５０ａ，５０ｂで２層の薄膜が形成された基材２はボビン２７に巻き取られる。
【００５８】
塗工方法としては、グラビアコート、リバースコート、スプレーコート、スクリーンコート、オフセットコートなどで代表される各種湿式塗工法を用いることができる。このような方法により、所望する膜を容易に効率よく形成できる。
【００５９】
図１９の装置は、第１塗工部５０ａ及び第２塗工部５０ｂを備えるので、基板２が巻き出しロール２５から巻き出され、ボビン２７に巻き取られる過程で、２層の薄膜を一度に形成できる。この装置を用いて、基板２の巻き出し、薄膜形成、巻き取りからなる一連の工程を必要な回数だけ繰り返すことにより、図１に示したような積層構造を得ることができる。図１９の装置は、基板２を１回走行させることにより２層の薄膜を形成することができるが、本発明は、これに限定されない。例えば、塗工部を１つのみ有する装置を用いて、層の数だけ基板２を繰り返し走行させても良いし、塗工部が薄膜の種類の数だけ順に配置された装置を用いて、基板２を１回走行させるだけで、図１に示したような積層構造を得ても良い。また、塗工部は、図１９に示したような第１塗工部５０ａと第２塗工部５０ｂとの組み合わせである必要はなく、例えば第１塗工部５０ａ（又は第２塗工部５０ｂ）と同様の構成の複数の塗工部が連続して配置されていても良い。図中５５は液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３に供給する材料供給部である。
【００６０】
各層を薄膜形成する際に、図１に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。図１９に示す湿式塗工装置に好適に使用できるパターニング方法として、マスキングテープ法、グラビアロール法、スクリーン印刷法、メタルマスキング法などがある。
【００６１】
マスキングテープ法は、薄膜形成領域内においてマスキングテープ６１を基材２と接触させながら一緒に走行させることにより、マスキングテープ６１の接触部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。
【００６２】
マスキングテープ法の原理を図２０を用いて説明する。マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、膜形成が不要な領域に対応した幅とパターンを有する長尺テープである。マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、それぞれ巻き出しロール６２ａ，６２ｂ，６２ｃから巻き出され、搬送ロール５１上では基板２のファウンテン５３側の面に接触して基材２とともに搬送される。このとき、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、搬送ロール５１の回転中心軸方向において異なる位置で搬送ロール５１によって搬送される。その後、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、基材２と分離して巻き取りロール６３ａ，６３ｂ，６３ｃに巻き取られる。ファウンテン５３上を通過時にマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ上に付着した膜材料はマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃとともに基板２から除去される。従って、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃが介在しなかった領域にのみ膜形成されるので、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じてマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの位置、幅、パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃを多条とすることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６３】
グラビアロール法は、図２１に示すように、グラビアロール７０の外周面に微小な刻印７１を所定のパターンに形成することにより、刻印７１の形成領域に対応した領域にのみ薄膜形成を行う方法である。形成しようとする層に応じてグラビアロール７０上の刻印７１の形成領域パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、グラビアロール７０の外周方向に沿って環状の刻印７１パターンを複数形成することにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６４】
スクリーン印刷法は、例えば、スクリーンコートにより薄膜材料を付与する場合に、スクリーン位置をパターン化することにより、所望するパターンの薄膜形成する方法である。
【００６５】
メタルマスキング法は、例えばスプレーコートにより薄膜材料を付与する場合に、スプレーノズルと基材２との間に、所定の開口を有するメタルマスクを配置することにより、成膜に寄与する粒子の通過領域を制限して、基材２上に開口に対応したパターンの薄膜を形成する方法である。図２２はメタルマスク７５の一例の正面図である。このメタルマスク７５は開口７６ａ，７６ｂを備える。基材２を間欠的に移動させながらメタルマスク７５を介して薄膜形成することにより、開口７６ａ，７６ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。また、基材２を連続的に走行させながら、矢印２ａを基材２の移動方向に一致するようにメタルマスク７５を配置することにより、開口７６ａ，７６ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。形成しようとする層に応じてメタルマスク７５の位置や開口形状を変更することにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、メタルマスク７５に多条のスリット状の開口を設けることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６６】
なお、図１１〜図１４に示すようなヒューズ部１２を形成する場合には、最初に上記のいずれかの方法で所定パターンの電極体薄膜を形成した後、このパターンとは逆パターンで異種金属１２ａを薄膜形成すればよい。
【００６７】
上記のマスキングテープ法、グラビアロール法、メタルマスキング法は、湿式塗工法に好適なパターニング方法の一例であり、本発明はこのようなパターニング方法に限定されず、他のパターニング方法を採用することも可能である。
【００６８】
以上のように、ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【００６９】
上記の方法により、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の積層体を得る。次いで、ボビン２７から積層体を巻き出し、長さ方向及び幅方向に適当な大きさに裁断することにより、図１のエネルギーデバイス１が得られる。
【００７０】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【００７１】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【００７２】
（実施の形態２）
本発明の第２のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００７３】
図２は本発明の実施の形態２のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００７４】
図２に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層された繰り返し単位１６が２以上積層されて構成される。
【００７５】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【００７６】
負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。一対の外部電極９，９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることが出来る。その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。図示したように、一対の外部電極９，９はエネルギーデバイス１の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図２の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２は絶縁性であることが好ましい。
【００７７】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００７８】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【００７９】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００８０】
図２に示したエネルギーデバイス１は、繰り返し単位１６が２以上繰り返して積層されている。ここで、繰り返し単位１６は、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられて構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００８１】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００８２】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、薄膜積層工程により繰り返し単位１６を備えた積層体を得る工程と、繰り返し単位１６を２以上積み重ねる工程とを備える。
【００８３】
ここで、薄膜積層工程は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程である。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。薄膜積層工程は、特に限定されないが、実施の形態１で説明したのと同様に、例えば真空成膜法（図１５）又は湿式塗工法（図１９）により行うことができる。また、ヒューズ部１２の形成方法も実施の形態１で説明したのと同様である。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【００８４】
実施の形態１と同様にして、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の積層体を得る。次いで、ボビン２７から積層体を巻き出し、長さ方向及び幅方向に適当な大きさに裁断する。そして、これらを必要な数だけ積み重ねることにより、図２のエネルギーデバイス１が得られる。
【００８５】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【００８６】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【００８７】
（実施の形態３）
本発明の第３のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００８８】
図３は本発明の実施の形態３のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００８９】
図３に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５が２以上積層されて構成される。積層方向に隣り合う２つの積層単位１５の積層順序は互いに逆であり、負極集電体３又は正極集電体７は、積層方向に隣り合う２つの積層単位１５で共有されている。
【００９０】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【００９１】
本実施の形態では、基板２は省略可能である。即ち、後述する製造方法により基板２上に積層単位１５を２以上積層した後、基板２を剥離して取り除くことができる。基板２を備えないことにより、小型軽量のエネルギーデバイス１を得ることができる。基板２を剥離する場合には、あらかじめ基板２の表面に離型剤を付与してから積層単位１５の積層を行うと、基板の除去が容易になるので好ましい。
【００９２】
実施の形態２と同様に、負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。外部電極９，９の材料及び形成方法は実施の形態２と同様である。図示したように、一対の外部電極９，９はエネルギーデバイス１の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図３の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２は絶縁性であることが好ましい。
【００９３】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００９４】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【００９５】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００９６】
図３に示したエネルギーデバイス１では、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００９７】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００９８】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、薄膜積層工程により基板２上に２以上の積層単位１５を積層する工程を備える。
【００９９】
ここで、薄膜積層工程は、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程を含む。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。
【０１００】
薄膜積層工程は、特に限定されないが、例えば真空成膜法又は湿式塗工法により行うことができる。
【０１０１】
最初に、薄膜積層工程を真空成膜法により行う場合を説明する。
【０１０２】
図２３は、薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【０１０３】
図２３に示した真空成膜装置８０は、隔壁８１ａにより上下に仕切られた真空槽８１を備える。隔壁８１ａより上側の部屋（搬送室）８１ｂには、回転ロール８６が配置される。回転ロール８６の外周には基材２が貼り付けられている。隔壁８１ａの中央部には開口が設けられ、回転ロール８６の下部が隔壁８１ａより下側の部屋（薄膜形成室）８１ｃ側に露出している。真空槽８１内は、真空ポンプ８４により所定の真空度に維持されている。
【０１０４】
薄膜形成室８１ｃには、負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄが、隔壁８１ｄ，８１ｅ，８１ｆを挟んで順に配置されている。負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄと回転ロール８６との間には、移動可能なシャッタ８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄがそれぞれ配置されている。
【０１０５】
負極活物質成膜装置８８ａは負極活物質４を形成するための装置であり、固体電解質成膜装置８８ｂは、固体電解質５を形成するための装置であり、正極活物質成膜装置８８ｃは正極活物質６を形成するための装置であり、集電体成膜装置８８ｄは負極集電体３及び正極集電体７を形成するための装置である。各装置と回転ロール８６との間に設置されたシャッタ８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄを選択的に開放することにより、特定の層のみを回転ロール８６の外周面上に形成することができる。なお、負極集電体３と正極集電体７の材料によっては、集電体成膜装置８８ｄを負極集電体成膜装置と正極集電体成膜装置とに分離しても良い。
【０１０６】
負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄによる薄膜の形成方法としては、薄膜の種類に応じて、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などで代表される各種真空成膜法を用いることが出来る。このような方法により、所望する薄膜を容易に効率よく形成できる。
【０１０７】
各層を薄膜形成する際に、図３に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。これらのパターニングは、実施の形態１で説明したのと同様に、マスキングテープ法（図１６）、オイルマスキング法（図１７）、メタルマスキング法（図１８）などを用いて行うことができる。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１０８】
なお、基材２を用いることなく、回転ロール８６の外周面上に直接薄膜形成をすることもできる。この場合には、後に剥離が容易になるように、薄膜形成前に回転ロール８６の外周面上に離型剤を塗布しておくことが好ましい。
【０１０９】
得られた積層体を回転ロール８６から分離した後、適当な大きさに裁断することにより図３のエネルギーデバイス１を得ることができる。必要に応じて、積層体を加温プレスして平板状に形を整えても良い。また、基材２上に積層体を積層した場合には、基材２を剥離除去しても良い。
【０１１０】
次に、薄膜積層工程を湿式塗工法により行う場合を説明する。
【０１１１】
湿式塗工装置は、回転ロールと、回転ロールの周りにその外周面に対向して順に配置された、負極集電体塗工装置、負極活物質塗工装置、固体電解質塗工装置、正極活物質塗工装置、正極集電体塗工装置を備えた装置を使用できる。この装置では、回転ロール上に各層の膜材料が塗工される。あるいは、平面上に、負極集電体塗工装置、負極活物質塗工装置、固体電解質塗工装置、正極活物質塗工装置、正極集電体塗工装置を順に配置し、平板状基板をこれらの間を間欠的に移動させても良い。この場合には平板状基板上に各層の膜材料が塗工される。なお、負極集電体３と正極集電体７の材料によっては、負極集電体塗工装置と正極集電体塗工装置とは共通化することができる。
【０１１２】
塗工方法としては、グラビアコート、リバースコート、スプレーコート、スクリーンコート、オフセットコートなどで代表される各種湿式塗工法を用いることができる。このような方法により、所望する膜を容易に効率よく形成できる。塗工後、必要に応じて加熱して膜材料を固化させることが好ましい。
【０１１３】
各層を薄膜形成する際に、図３に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。これらのパターニングは、実施の形態１で説明したのと同様に、マスキングテープ法（図２０）、グラビアロール法（図２１）、スクリーン印刷法、メタルマスキング法（図２２）などを用いて行うことができる。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１１４】
膜材料は、上記の回転ロール又は平板上に直接塗布しても良いし、これらの表面に貼り付けられた基板２上に塗布しても良い。回転ロール又は平板上に直接塗布する場合には、後に剥離が容易になるように、薄膜形成前にその表面上に離型剤を塗布しておくことが好ましい。
【０１１５】
得られた積層体を回転ロール又は平板から分離した後、適当な大きさに裁断することにより図３のエネルギーデバイス１を得ることができる。必要に応じて、積層体を加温プレスして平板状に形を整えても良い。また、基材２上に積層体を積層した場合には、基材２を剥離除去しても良い。
【０１１６】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【０１１７】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【０１１８】
（実施の形態４）
本発明の第４のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【０１１９】
図４は本発明の実施の形態４に係るエネルギーデバイス１の概略構成を示した斜視図である。図５は、図４における５−５線での矢視断面図である。図６（Ａ）は、図４における６Ａ−６Ａ線での矢視断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における部分６Ｂの拡大断面図である。
【０１２０】
図４に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、平板状の巻回体１０と、その両端に設けられた一対の外部電極９，９とからなる。
【０１２１】
平板状の巻回体１０は、図５に示すように、可とう性長尺基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層された帯状積層体８を平板状に巻回して構成されている。
【０１２２】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【０１２３】
本実施の形態のエネルギーデバイス１では、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７がこの順に形成され、且つ、この順に積層された帯状積層体８が、基板２側を内側にして、巻回されることが好ましい。基板２側に、負極集電体３〜正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３を配置する理由、及びこのような基板２側を内側にして巻回する理由は以下の通りである。帯状積層体８を巻回すると内層側ほど曲率半径は小さくなる。従って、内層側には、より大きな曲げ応力が作用する。一般に、多層積層物の下層に割れが発生するとその割れは上層に伝播して層間の短絡を発生しやすいが、上層に割れが発生してもその割れは下層に伝播することはほとんどない。従って、曲率半径が小さな内層側に相対的に延性及び可撓性を有する層を配置し、曲率半径が大きな外層側に相対的にもろく割れやすい層を配置することで、層割れが拡大して層間の短絡が発生するのを防止でき、安全性が向上する。そこで、本実施の形態では、可撓性を有する基板２が最も内層側になるように、且つ、正極活物質６に対して相対的に可撓性を有する負極活物質４が正極活物質６よりも内層側となるようにして、巻回することにより、エネルギーデバイス１の安全性が向上する。特に、薄型の平板状に巻回する場合や、巻回後にプレスする場合に特に顕著な効果を発揮する。
【０１２４】
もちろん、曲率半径が大きな円筒状に巻回する場合などでは、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２を設けた帯状積層体８を基板２を外側にして巻回しても良く、あるいは、上記積層単位１５の正極集電体７側に基板２を設けた帯状積層体を、基板２を内側にして、又は外側にして巻回しても良い。
【０１２５】
巻回体の巻き芯部には図４に示すように内芯１１を配置しても良い。内芯１１は、巻回体の形状にほぼ一致した形状であることが好ましく、図４に示す平板状の巻回体１０においては好ましくは平板形状を有していることが好ましい。その材料は特に限定はないが、樹脂、セラミック、金属などを用いることができる。なお、内芯１１は必須ではなく、なくても良い。
【０１２６】
実施の形態２と同様に、負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。外部電極９，９の材料及び形成方法は実施の形態２と同様である。図示したように、一対の外部電極９，９は巻回体１０の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図５の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２及び内芯１１は絶縁性であることが好ましい。
【０１２７】
図６（Ｂ）に示すように、正極集電体７は、空隙１７により帯状積層体１５の長手方向に複数の領域に分割されている。このように複数の領域に分割された正極集電体７が、それぞれヒューズ部１２（詳細は後述する）を介して外部電極９に接続される。即ち、分割された複数のエネルギーデバイスが外部電極に並列接続されることになる。この結果、一部の領域内のヒューズ部１２が過電流により溶断すると、その領域内の正極集電体７はその機能を失うが、他の領域内の正極集電体７は依然として有効に機能する。従って、過電流により一部の領域が破損しても全体の破損には至らず、能力は低下するものの動作を維持することが可能である。従って、電子機器に組み込んだ場合には、システムの予期せぬ全停止を防止できる。なお、図６（Ｂ）では、正極集電体７（及び固体電解質６）が空隙１７により分割された例を示したが、本発明はこれに限定されない。正極集電体７及び負極集電体３の少なくとも一方が帯状積層体１５の長手方向に複数の領域に分割されていればよい。正極集電体７及び負極集電体３のうちの一方のみが分割されている場合には、ヒューズ部１２はその分割された方に少なくとも形成される必要があり、正極集電体７及び負極集電体３の両方が分割されている場合には、ヒューズ部１２は少なくともいずれか一方に形成されていればよい。なお、正極集電体７及び負極集電体３以外の他の層が同様に分割されていても良い。
【０１２８】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【０１２９】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【０１３０】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。
【０１３１】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【０１３２】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、可撓性長尺基板２上に積層単位１５を積層して帯状積層体８を得る工程（薄膜積層工程）と、この帯状積層体８を巻回する工程（巻回工程）とを備える。
【０１３３】
ここで、薄膜積層工程は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程である。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。薄膜積層工程は、特に限定されないが、実施の形態１で説明したのと同様に、例えば真空成膜法（図１５）又は湿式塗工法（図１９）により行うことができる。また、ヒューズ部１２の形成方法も実施の形態１で説明したのと同様である。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１３４】
実施の形態１と同様にして、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の帯状積層体８を得る。次いで、この帯状積層体８は巻回工程により巻回される。
【０１３５】
図２４は巻回工程を行う巻き取り装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【０１３６】
ボビン２７上の帯状積層体８は、図２４の巻き取り装置９０で、巻き出された後、平板状の巻回体１０に巻き取られる。巻回体１０の巻き取り長さが一定に達した時点で巻回体１０を交換することにより、ボビン２７上の帯状積層体８の長さ方向に複数の巻回体１０を得ることができる。また、カミソリ刃等の切断装置９１により巻き出された帯状積層体８を幅方向に複数条に分割し、それぞれを巻回体１０に巻き取ることにより、ボビン２７上の帯状積層体８の幅方向に複数の巻回体１０を得ることができる。なお、図２４では、幅方向の切断をボビン２７から巻き出した後であって、巻回体１０に巻き取る前の段階で行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン２７の状態で、又は巻回体１０に巻き取った状態で、幅方向に切断しても良い。
【０１３７】
帯状積層体８を平板状の巻回体１０に巻き取る方法は特に限定されず、例えば板状の内芯の外周に巻き取る方法、相互に平行な一対の支柱間に架け渡すように巻き取る方法などが採用できる。
【０１３８】
平板状に巻き取られた巻回体１０は、必要に応じて加温プレスして、その厚みを減少させたり、表裏面を一層平板化させたりしても良い。加温プレスは、後述する図２６のプレス装置を用いて行うことができる。このとき、巻回体１０の巻き芯部に板状の内芯１１を配置してプレスすると、プレス後の形状や厚みを安定化させることができ、また、薄膜の割れの発生を抑えることができるので好ましい。内芯１１はプレス後に取り除いても良い。
【０１３９】
図２５は巻回工程を行う巻き取り装置の別の一例の概略構成を示した側面図である。
【０１４０】
ボビン２７上の帯状積層体８は、図２５の巻き取り装置１００で、巻き出された後、略円筒状の巻回体１０２に巻き取られる。巻回体１０２の巻き取り長さが一定に達した時点で巻回体１０２を交換することにより、ボビン２７上の帯状積層体８の長さ方向に複数の巻回体１０２を得ることができる。また、カミソリ刃等の切断装置９１により巻き出された帯状積層体８を幅方向に複数条に分割し、それぞれを巻回体１０２に巻き取ることにより、ボビン２７上の帯状積層体８の幅方向に複数の巻回体１０２を得ることができる。なお、図２５では、幅方向の切断をボビン２７から巻き出した後であって、巻回体１０２に巻き取る前の段階で行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン２７の状態で、又は巻回体１０２に巻き取った状態で、幅方向に切断しても良い。
【０１４１】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、円筒形状であってよいが、図４に示したような平板状にする場合には、更に加圧工程を行う。
【０１４２】
図２６は、略円筒状の巻回体１０２を加圧して平板化する加圧工程を行うプレス装置の一例の概略構成を示した側面図である。略円筒状の巻回体１０２は、図２６のプレス装置１１０に載置され加温プレスされて平板状の巻回体１０が得られる。このとき、略円筒状の巻回体１０２の巻き芯部に板状の内芯１１を配置してプレスすると、プレス後の形状や厚みを安定化させることができ、また、薄膜の割れの発生を抑えることができるので好ましい。内芯１１はプレス後に取り除いても良い。
【０１４３】
次に、負極集電体３又は正極集電体７を、帯状積層体８の長手方向に複数の領域に分割する工程について説明する。負極集電体３及び正極集電体７は比較的脆性を有するので、平板状のエネルギーデバイス１を製造する場合には、上記の加圧工程にて層内に曲げ応力を発生させて、曲率半径の小さな端部（図６（Ａ）の左右両端部）にてクラックを発生させることにより、分割させることができる。また、加圧過程を行わない場合、あるいは曲率半径が比較的大きな巻回体を用いる場合には、上記の薄膜積層工程において、ヒューズ部１２の形成を含む薄膜のパターニングにおいて同時にパターニング法により分割しても良い。
【０１４４】
巻回体には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【０１４５】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【０１４６】
【実施例】
（実施例１，比較例１）
実施の形態１に示した製造方法に従って図１に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例１）。
【０１４７】
基板２としての２５μｍ厚のポリアミド（ＰＡ）のフィルム上に、負極集電体３として０．３μｍ厚の白金層、負極活物質４として５μｍ厚のカーボン、固体電解質５として３μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として２μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．３μｍ厚の白金を、順に蒸着法により薄膜形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は３０ｍｍ×５０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は５ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１４８】
比較例１として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例１と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１４９】
（実施例２，比較例２）
実施の形態２に示した製造方法に従って図２に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例２）。
【０１５０】
基板２としての５０μｍ厚のポリイミド（ＰＩ）のフィルム上に、負極集電体３として０．５μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として１μｍ厚のリチウム−アルミニウム合金、固体電解質５として１μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として３μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．３μｍ厚のニッケルを、順に蒸着法により薄膜形成した。基板２から正極集電体７に至る繰り返し単位１６を１０枚重ね合わせ、対向する２側面にニッケルを溶射して外部電極９を形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は３０ｍｍ×５０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は５ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１５１】
比較例２として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例２と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５２】
（実施例３，比較例３）
実施の形態３に示した製造方法に従って図３に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例３）。
【０１５３】
負極集電体３として０．３μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として２μｍ厚のリチウム−アルミニウム合金、固体電解質５として０．５μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として４μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．２μｍ厚のニッケルを用いた。平板状の金属製基板上に、『負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４、負極集電体３』を一つの繰り返し単位として、これを２０回繰り返して蒸着法により薄膜積層した。得られた積層体を基板から剥離後、対向する２側面にニッケルを溶射して外部電極９を形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は１０ｍｍ×２０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は２ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１５４】
比較例３として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例３と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５５】
（実施例４，比較例４）
実施の形態４に示した製造方法に従って図４〜図６に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例４）。
【０１５６】
基板２としての１０μｍ厚のポリイミド（ＰＩ）の長尺フィルム上に、負極集電体３として０．２μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として１μｍ厚のシリコン、固体電解質５として１μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として２μｍ厚のニッケル酸リチウム、正極集電体７として０．２μｍ厚のニッケルを、順に蒸着法により薄膜形成した。得られた帯状積層体８を厚さ３００μｍの板状の内芯の周りに１００回巻回した。次いで、平板状の巻回体を図２６のプレス装置１１０にて１５０℃，３００ｋＰａにて加圧成型した。その後、両側面にニッケルを溶射した後、はんだ鍍金を施して外部電極９を形成した。内芯１１の片側において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが内芯１１の法線方向に重なっている部分の寸法は２０ｍｍ×３０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図８に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は３ｍｍ、そのピッチは巻回半周ごとに一カ所となるように設定した。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、オイルマスキング法を用いた。後述する評価試験の後、平板状の巻回体を分解したところ、プレスにより折り曲げられた両端部分（図６（Ａ）の左右両端部分）において、全ての負極集電体３及び正極集電体７にクラックにより帯状積層体８の長手方向に分離されていた。
【０１５７】
比較例４として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例４と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５８】
［評価］
実施例１〜４、比較例１〜４のエネルギーデバイスについて、充電後に正負の外部電極を短絡してから電流遮断されるまでの時間、及び温度上昇（熱電対にてエネルギーデバイスの表面を測定したときの最高温度）を測定した。
【０１５９】
結果を表１に示す。
【０１６０】
【表１】

Figure 2004311073
【０１６１】
表１によれば、本発明のエネルギーデバイスは、短絡発生後短時間で電流が遮断され、また温度上昇も低く抑えられることが分かる。
【０１６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、短絡時に過電流が発生するとヒューズ部が溶断して過電流を遮断するので、安全性の高い過電流保護機能付きエネルギーデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４のエネルギーデバイスの概略構成を示した斜視図である。
【図５】図４における５−５線での矢視断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、図４における６Ａ−６Ａ線での矢視断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における部分６Ｂの拡大断面図である。
【図７】図７（Ａ）は本発明のヒューズ部の一例の平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線での矢視断面図である。
【図８】図８（Ａ）は本発明のヒューズ部の別の一例の平面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の８Ｂ−８Ｂ線での矢視断面図である。
【図９】図９（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の９Ｂ−９Ｂ線での矢視断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の１０Ｂ−１０Ｂ線での矢視断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線での矢視断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の１２Ｂ−１２Ｂ線での矢視断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の１３Ｂ−１３Ｂ線での矢視断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の１４Ｂ−１４Ｂ線での矢視断面図である。
【図１５】本発明の薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図１６】マスキングテープ法の概略を説明するための側面図である。
【図１７】オイルマスキング法を行うためのノズルの概略斜視図である。
【図１８】メタルマスキング法を行うためのメタルマスクの概略正面図である。
【図１９】本発明の薄膜積層工程を行う湿式塗工装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図２０】マスキングテープ法の概略を説明するための側面図である。
【図２１】グラビアロール法を行うためのグラビアロールの概略斜視図である。
【図２２】メタルマスキング法を行うためのメタルマスクの概略正面図である。
【図２３】本発明の薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図２４】本発明の巻回工程を行う巻き取り装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【図２５】本発明の巻回工程を行う巻き取り装置の別の一例の概略構成を示した側面図である。
【図２６】本発明の加圧工程を行うプレス装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【符号の説明】
１・・・エネルギーデバイス
２・・・基板
３・・・負極集電体
４・・・負極活物質
５・・・固体電解質
６・・・正極活物質
７・・・正極集電体
８・・・帯状積層体
９・・・外部電極
１０・・・平板状巻回体
１１・・・内芯
１２・・・ヒューズ部
１２ａ・・・異種金属
１３・・・保護層
１５・・・積層単位
１６・・・繰り返し単位
２０・・・真空成膜装置
２１・・・真空槽
２１ａ・・・隔壁
２１ｂ・・・搬送室
２１ｃ・・・薄膜形成室
２１ｄ・・・隔壁
２４・・・真空ポンプ
２５・・・巻き出しロール
２６・・・搬送ロール
２７・・・ボビン
２８，２８ａ，２８ｂ・・・薄膜形成源
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ・・・マスキングテープ
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ・・・巻き出しロール
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ・・・巻き取りロール
３５・・・ノズル
３６・・・微細孔
３８・・・メタルマスク
３９ａ，３９ｂ・・・開口
４０・・・湿式塗工装置
５０ａ，５０ｂ・・・塗工部
５１，５１ｂ・・・搬送ロール
５２ｂ・・・リバースロール
５３，５３ａ，５３ｂ・・・ファウンテン
５４ａ，５４ｂ・・・加熱装置
５５，５５ａ，５５ｂ・・・材料供給部
５９ａ・・・グラビアロール
５９ｂ・・・ドクターブレード
６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・マスキングテープ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ・・・巻き出しロール
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ・・・巻き取りロール
７０・・・グラビアロール
７１・・・刻印
７５・・・メタルマスク
７６ａ，７６ｂ・・・開口
８０・・・真空成膜装置
８１・・・真空槽
８１ａ・・・隔壁
８１ｂ・・・搬送室
８１ｃ・・・薄膜形成室
８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ・・・隔壁
８４・・・真空ポンプ
８６・・・回転ロール
８８ａ・・・負極活物質成膜装置
８８ｂ・・・固体電解質成膜装置
８８ｃ・・・正極活物質成膜装置
８８ｄ・・・集電体成膜装置
８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄ・・・シャッタ
９０・・・巻き取り装置
９１・・・切断装置
１００・・・巻き取り装置
１０２・・・巻回体
１１０・・・プレス装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an energy device and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The lithium ion secondary battery has a negative electrode current collector, a negative electrode active material, an electrolyte, a separator, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector as main components. Patent Literature 1 discloses a lithium secondary battery wound in a spiral shape with the positive electrode side inside.
[0003]
In mobile devices represented by mobile phones and PDAs, small and large-capacity secondary batteries are required. For this purpose, a secondary battery thinned into a plate shape is effective. However, the lithium secondary battery disclosed in Patent Literature 1 is a cylindrical liquid secondary battery formed by immersing a spirally wound material in an electrolytic solution. Therefore, there is a limit to the size and thickness of the liquid secondary battery due to its structure.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 5-43465
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
At present, lithium secondary batteries have been reduced in thickness and volume energy density (energy capacity per volume) have been improved, and the current collectors and active materials have been made thinner, and lithium secondary batteries using a solid electrolyte as an electrolyte have been developed. Batteries are being studied, and according to this, it is expected that the batteries will be thin, have a high volumetric energy density, and will not require a separator.
[0006]
However, in energy devices such as lithium ion secondary batteries, various measures must be taken to ensure safety against short circuits and the like. When the energy devices are made thin, both positive and negative electrodes come close to each other. Further consideration is required for
[0007]
For example, in the case of a thin film lamination structure, a short circuit may occur between layers due to cracks in the layers or pinholes. In addition, when a sheet-like energy element is wound into a flat plate shape for thinning and high volume energy density, a short circuit may similarly occur at a bent portion. Therefore, some security measures are required.
[0008]
An object of the present invention is to provide an energy device with high safety in the event of a short circuit and a method for manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first energy device of the present invention is an energy device including a substrate and a stacked unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector in this order. Wherein the negative electrode current collector or the positive electrode current collector has a fuse portion that is blown by an overcurrent.
[0010]
In the second energy device of the present invention, two or more repeating units in which a substrate and a stacking unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector are stacked in this order are stacked. In the energy device, the negative electrode current collector or the positive electrode current collector has a fuse portion that is blown by an overcurrent.
[0011]
The third energy device of the present invention is an energy device in which two or more lamination units each including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector are stacked in this order, The current collector or the positive electrode current collector has a fuse portion that is blown by an overcurrent.
[0012]
Further, the fourth energy device of the present invention is a belt-like structure in which a flexible long substrate and a laminate unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector in this order are stacked. An energy device in which the laminate is wound, wherein the negative electrode current collector or the positive electrode current collector is divided into a plurality of regions in a longitudinal direction of the band-shaped laminate, and among the plurality of regions, Characterized in that at least one of the regions has a fuse portion that is blown by an overcurrent.
[0013]
Next, the first method for producing an energy device of the present invention includes a step of laminating, on a substrate, a laminate unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector in this order. The method for manufacturing a device, further comprising a step of forming a fuse portion that is blown by an overcurrent in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector.
[0014]
Further, a second manufacturing method of the energy device according to the present invention includes a step of stacking, on a substrate, a stack unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector in this order; And a step of stacking two or more laminates each including the lamination unit, further comprising forming a fuse portion that is blown by an overcurrent in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector. It is characterized by comprising a step.
[0015]
In addition, the third manufacturing method of the energy device of the present invention includes a step of stacking two or more stack units each including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector on the substrate in this order. A method for manufacturing an energy device, further comprising a step of forming a fuse portion that is blown by an overcurrent in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector.
[0016]
Further, the fourth manufacturing method of the energy device of the present invention is a method of stacking a laminate unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector in this order on a flexible long substrate. A method for producing an energy device, comprising the steps of: obtaining a band-shaped laminate by performing the above process, and winding the band-shaped laminate, further comprising: forming the negative electrode current collector or the positive electrode current collector on the band-shaped laminate. And a step of forming a fuse portion in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector that blows due to an overcurrent.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The first to fourth energy devices of the present invention have a fuse portion that is blown by an overcurrent in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector. Further, the first to fourth manufacturing methods of the energy device of the present invention include a step of forming a fuse portion which is blown by an overcurrent in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector. Thus, when an overcurrent occurs during a short circuit, the fuse section is blown to cut off the overcurrent, so that a highly safe energy device with an overcurrent protection function can be provided.
[0018]
Further, in the fourth energy device of the present invention, the negative electrode current collector or the positive electrode current collector is divided into a plurality of regions in the longitudinal direction of the band-shaped laminate, and is provided in at least one region among the plurality of regions. It has a fuse part. A fourth method for manufacturing an energy device according to the present invention includes a step of dividing the negative electrode current collector or the positive electrode current collector into a plurality of regions in the longitudinal direction of the band-shaped laminate. As a result, even if the function of a part of the divided area is stopped due to the overcurrent, the remaining part is still operated effectively, thereby providing an energy device with improved reliability in which unexpected stoppage does not occur. it can.
[0019]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
(Embodiment 1)
An example of a configuration and a manufacturing method of the first energy device of the present invention will be described.
[0021]
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of the energy device 1 according to the first embodiment of the present invention.
[0022]
As shown in FIG. 1, the energy device 1 of the present embodiment includes a substrate 2, a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4, a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, and a positive electrode current collector 7 in this order. And the lamination unit 15 provided.
[0023]
As the substrate 2, polyimide (PI), polyamide (PA), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET) or other polymer film sheet, stainless metal foil, or nickel, copper, aluminum or other metal A metal foil containing an element can be used. It is preferable that the substrate 2 has flexibility because the manufacture of the energy device 1 is facilitated.
[0024]
As the negative electrode current collector 3, a layer containing a metal represented by nickel, copper, aluminum, platinum, platinum-palladium, gold, silver, and ITO (indium-tin oxide) can be used.
[0025]
As the negative electrode active material 4, a carbon-based material such as graphite, silicon or a compound containing silicon or a mixture thereof, lithium, or a lithium compound represented by lithium-aluminum can be used. The material of the negative electrode active material 4 of the present invention is not limited to the above, and other materials can be used as the negative electrode active material 4. The negative electrode active material 4 may be formed by utilizing the movement of lithium ions contained in the positive electrode active material 6, which will be described later. In this case, the negative electrode active material 4 may be omitted in the initial stage of forming an energy device. It is possible.
[0026]
As the solid electrolyte 5, a material having ion conductivity and having a negligible electron conductivity can be used. In particular, when the energy device 1 is used as a lithium ion secondary battery, since lithium ions are mobile ions, Li 3 PO 4 And Li 3 PO 4 Mixed with nitrogen (or Li 3 PO 4 (LiPON: a typical composition is Li) 2.9 PO 3.3 N 0.36 ) Are preferred because they have excellent lithium ion conductivity. Similarly, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SB 2 S 3 Solid electrolytes composed of sulfides such as these are also effective. Furthermore, lithium halides such as LiI, Li 3 PO 4 Also, a solid electrolyte doped with a lithium oxyacid salt is effective. The material of the solid electrolyte 5 of the present invention is not limited to the above, and other materials can be used as the solid electrolyte 5.
[0027]
As the positive electrode active material 6, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, or the like can be used. However, the positive electrode active material 6 of the present invention is not limited to the above-mentioned materials, and other materials can be used as the positive electrode active material 6.
[0028]
As the positive electrode current collector 7, similarly to the negative electrode current collector 3, a layer containing a metal represented by nickel, copper, aluminum, platinum, platinum-palladium, gold, silver, and ITO (indium-tin oxide) is used. Can be used.
[0029]
It is preferable that external electrodes 9 and 9 are connected to the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, respectively. Various conductive materials such as nickel, zinc, tin, a solder alloy, and a conductive resin can be used as the material of the pair of external electrodes 9 and 9. As a forming method, thermal spraying, plating, coating and the like can be used. As shown, the negative electrode current collector 3 is electrically connected to one external electrode 9, the positive electrode current collector 7 is electrically connected to the other external electrode 9, and a pair of external electrodes 9 are provided. , 9 are patterned in the width direction (left-right direction in FIG. 1) of the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7 so as to be insulated from each other.
[0030]
A fuse portion 12 is formed near the connection portion of the negative electrode current collector 3 with the external electrode 9 and near the connection portion of the positive electrode current collector 7 with the external electrode 9. The fuse unit 12 functions as a safety device that fuses when an overcurrent flows, cuts off the overcurrent, and prevents a fire or the like in advance. In the present embodiment, the fuse portion 12 is provided on the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, but may be provided on only one of them.
[0031]
FIGS. 7 to 10 show examples of the fuse portion 12 formed by providing the current collector layers 3 and 7 with a specific shape pattern which is blown by an overcurrent. FIGS. 7 (A) and 7 (B), 8 (A) and 8 (B) show the planar shapes of the current collector layers 3 and 7 so that the width of the portion through which the current flows becomes narrower. FIGS. 9A and 9B, and FIGS. 10A and 10B show an example in which a fuse section 12 is formed by applying a specific plane pattern. An example is shown in which a specific thickness pattern is applied to a cross section in the thickness direction of the current collector layers 3 and 7 so that the thickness of the portion is reduced to form the fuse portion 12. The fuse section 12 shown in FIGS. 7 to 10 is formed so that the current collector layers 3 and 7 are provided with a portion having a small width or thickness so that the cross-sectional area through which a current flows becomes small in that portion. I have. Therefore, when an overcurrent flows between the current collector layers 3 and 7 and the external electrode 9 (not shown) connected to the right end thereof, the fuse portion 12 generates heat due to Joule heat and is blown, and Cut off the current. Therefore, it is possible to prevent a serious situation such as ignition from occurring. The fuse portion 12 formed by the dimensional change of the thin film as shown in FIGS. 7 to 10 has an advantage that it is easy to manufacture.
[0032]
FIGS. 11 to 14 show another example of the fuse section 12 provided in the current collector layers 3 and 7. The fuse portion 12 shown in FIGS. 12 to 14 is configured by combining the specific shape pattern shown in FIGS. 8 to 10 with a different material 12a which is a material having a large temperature coefficient of electric resistance. FIG. 11 shows a fuse portion 12 formed by interposing a strip-shaped dissimilar metal 12a between the current collector layers 3, 7 and an external electrode 9 (not shown) connected to the right end thereof. I have. FIG. 12 shows a fuse portion 12 formed by applying a dissimilar metal 12a to a portion where the current collector layers 3 and 7 are not formed in FIG. FIGS. 13 and 14 show the fuse portion 12 formed by applying a dissimilar metal 12a to the thin portion of the current collector layers 3 and 7 in FIGS. 9 and 10, respectively. The operation of the fuse section 12 in FIGS. 11 to 14 is as follows. The fuse section 12 in FIGS. 7 to 10 is formed by forming a portion in the current collector layers 3 and 7 where the cross-sectional area through which current flows is reduced. In this configuration, the electric resistance of the fuse portion 12 is larger than that of the other portions even during a normal operation in which no overcurrent flows. Therefore, there is a possibility that a problem occurs when a large power output is realized. On the other hand, the fuse portion 12 of FIGS. 11 to 14 has the electric resistance value of the fuse portion 12 near the normal operating temperature (for example, room temperature) of the energy device shown in FIG. 10 can be made smaller than the electric resistance value of the fuse portion 12 in FIG. On the other hand, at the time of an overcurrent, the temperature coefficient of the electric resistance of the dissimilar metal 12a is larger than the temperature coefficient of the electric resistance of the current collectors 3 and 7, so that when the temperature of the fuse portion 12 rises slightly, the resistance value of the dissimilar metal 12a increases. Increases rapidly. Therefore, as a result of the current flowing intensively in the material of the current collectors 3 and 7 other than the dissimilar metal 12a in the fuse portion 12, the fuse portion 12 generates heat due to Joule heat, blows, and cuts off the overcurrent. Therefore, it is possible to prevent a serious situation such as ignition from occurring. The material of the dissimilar metal 12a is not particularly limited as long as it can exhibit such a fuse function due to a large temperature coefficient of electric resistance. For example, aluminum, cobalt, lead, rhodium, and among these metals, An alloy containing at least one of the following can be used.
[0033]
The fuse section 12 shown in FIGS. 7 to 14 is an example, and is not limited thereto as long as it can be blown by an overcurrent.
[0034]
The energy device 1 of the present embodiment may have a protective layer 13 for the purpose of mechanical protection, improvement of moisture resistance, prevention of delamination, and the like (see FIG. 1). Although the material of the protective layer 13 is not particularly limited, for example, a surface treatment agent such as a silane coupling agent, a light or thermosetting resin, a metal, a metal oxide, a metal nitride, or the like can be used. As a forming method, a wet process such as coating, dipping (dipping), and spraying, and a dry process such as evaporation and sputtering can be employed. Further, the protective layer 13 may be a multi-layered composite film made of different or similar materials. The protective layer 13 can be formed on the outer surface of the energy device 1 excluding the external electrode 9. Depending on the material of the substrate 2, the protective layer 13 may not be formed on the surface of the substrate 2 as shown in FIG.
[0035]
The energy device 1 shown in FIG. 1 includes a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4, a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6 and a positive electrode current collector 7. 2 are provided, but the present invention is not limited to this. For example, the substrate 2 may be provided on the positive electrode current collector 7 side of the stacked unit 15 including the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7. .
[0036]
Next, an example of a method for manufacturing the energy device 1 of the present embodiment will be described.
[0037]
The energy device 1 of the present embodiment has a thin film in which a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4 (omissible), a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, and a positive electrode current collector 7 are laminated in this order on a substrate 2. Manufactured through a laminating step or a thin film laminating step in which a positive electrode current collector 7, a positive electrode active material 6, a solid electrolyte 5, a negative electrode active material 4 (omissible), and a negative electrode current collector 3 are laminated in this order on the substrate 2. Is done. During this step, a fuse portion 12 that is blown by an overcurrent is formed in the negative electrode current collector 3 and / or the positive electrode current collector 7.
[0038]
The thin film laminating step is not particularly limited, but can be performed by, for example, a vacuum film forming method or a wet coating method.
[0039]
First, a case where the thin film laminating step is performed by a vacuum film forming method will be described.
[0040]
FIG. 15 is a side sectional view showing a schematic configuration of an example of a vacuum film forming apparatus that performs a thin film laminating step.
[0041]
The vacuum film forming apparatus 20 shown in FIG. 15 includes a vacuum chamber 21 partitioned vertically by a partition 21a. The unwind roll 25, the transport roll 26, and the bobbin 27 are arranged in a room (transport chamber) 21b above the partition 21a. A first thin film forming source 28a and a second thin film forming source 28b are arranged in a room (thin film forming chamber) 21c below the partition 21a with a partition 21d interposed therebetween. An opening is provided in the center of the partition 21a, and the lower surface of the transport roll 26 is exposed to the thin film forming chamber 21c. The inside of the vacuum chamber 21 is maintained at a predetermined degree of vacuum by a vacuum pump 24.
[0042]
The long flexible substrate 2 unwound from the unwind roll 25 is transported along the transport roll 26 and passes through the opening of the partition 21a. At this time, a thin film is sequentially formed on the surface of the substrate 2 by the first thin film forming source 28a and the second thin film forming source 28b. The substrate 2 on which the thin film is formed is wound around a bobbin 27.
[0043]
As a method of forming a thin film using the first thin film forming source 28a and the second thin film forming source 28b, various vacuum forming methods represented by a vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, etc. are used depending on the type of the thin film. A film method can be used. With such a method, a desired thin film can be easily and efficiently formed.
[0044]
Since the apparatus shown in FIG. 15 includes the first thin film forming source 28a and the second thin film forming source 28b, the substrate 2 is unwound from the unwinding roll 25, and is wound on the bobbin 27 in two layers on the transport roll 26. Can be formed at once. Using this apparatus, a series of steps including unwinding, thin film formation, and winding of the substrate 2 are repeated as many times as necessary, whereby a laminated structure as shown in FIG. 1 can be obtained. The apparatus of FIG. 15 can form a two-layer thin film by running the substrate 2 once, but the present invention is not limited to this. For example, the substrate 2 may be repeatedly run by the number of layers by using an apparatus having only one thin film forming source, or by using an apparatus in which the thin film forming sources are sequentially arranged by the number of types of thin films. 2 may be obtained only once to obtain a laminated structure as shown in FIG.
[0045]
When forming each layer as a thin film, it is necessary to limit (pattern) the formation region of each layer as shown in FIG. Further, in order to obtain the fuse portion 12 as shown in FIGS. 7 to 14, it is necessary to form a thin film into a predetermined shape pattern. As a patterning method suitably usable for the vacuum film forming apparatus shown in FIG. 15, there are a masking tape method, an oil masking method, a metal masking method and the like.
[0046]
The masking tape method is a method in which the masking tape 31 is caused to travel together with the base material 2 in contact with the substrate 2 in the thin film forming region, thereby preventing a thin film from being formed at the contact portion of the masking tape 31.
[0047]
The principle of the masking tape method will be described with reference to FIG. The masking tapes 31a, 31b, 31c are long tapes having a width and a pattern corresponding to a region where film formation is unnecessary. The masking tapes 31a, 31b, and 31c are unwound from unwinding rolls 32a, 32b, and 32c, respectively, and are conveyed together with the substrate 2 on the conveying rolls 26 by contacting the surface of the substrate 2 on the thin film forming source 28 side. At this time, the masking tapes 31a, 31b, 31c are transported by the transport roll 26 at different positions in the rotation center axis direction of the transport roll 26. Thereafter, the masking tapes 31a, 31b, 31c are separated from the base material 2 and wound on winding rolls 33a, 33b, 33c. The film material adhering to the masking tapes 31a, 31b, 31c when passing over the thin film forming source 28 is removed from the substrate 2 together with the masking tapes 31a, 31b, 31c. Therefore, since a film is formed only in the area where the masking tapes 31a, 31b, 31c are not interposed, a desired thin film pattern on the substrate 2 can be easily obtained. By changing the positions, widths, and patterns of the masking tapes 31a, 31b, and 31c in accordance with the layer to be formed, it is possible to obtain a laminated pattern necessary for configuring the energy device 1. In addition, by forming the masking tapes 31a, 31b, 31c in multiple strips, a plurality of energy devices can be manufactured in the width direction using the thin film laminate wound on the bobbin 27.
[0048]
The oil masking method is a method of applying a predetermined pattern of oil to a surface on which a thin film is to be formed, and then forming the thin film, thereby preventing a thin film from being formed on the oil applied portion. The oil masking method is performed using the nozzle 35. As shown in FIG. 17, the nozzle 35 has a large number of fine holes 36 from which oil vapor is released. As shown in FIG. 15, the nozzle 35 is arranged such that the fine holes 36 face the substrate 2 on the upstream side of the thin film forming region in the traveling direction of the substrate 2. Since a thin film is not formed on the portion of the base material 2 to which the oil has been applied, a desired thin film pattern on the substrate 2 can be easily obtained. It is necessary to configure the energy device 1 by controlling the oil vapor released from each fine hole 36 in accordance with the layer to be formed, or by moving the nozzle 35 in the width direction of the substrate 2. A laminated pattern can be obtained. Further, by applying the oil in a plurality of strips along the moving direction of the substrate 2, a plurality of energy devices can be manufactured in the width direction using the thin film laminate wound on the bobbin 27. After the formation of the thin film, the oil remaining on the substrate 2 is preferably removed by irradiating heat or ultraviolet rays.
[0049]
In the metal masking method, a metal mask 38 having a predetermined opening is disposed between a thin film forming source and a substrate 2 so that a region through which particles contributing to film formation pass is limited. This is a method of forming a thin film having a pattern corresponding to the openings. FIG. 18 is a front view of an example of the metal mask 38. The metal mask 38 has openings 39a and 39b. By forming a thin film via the metal mask 38 while intermittently moving the base material 2, it is possible to form a thin film only on portions corresponding to the openings 39a and 39b. Further, by continuously moving the substrate 2 and disposing the metal mask 38 so that the arrow 2a coincides with the moving direction of the substrate 2, a thin film is formed only at the portions corresponding to the openings 39a and 39b. be able to. By changing the position and the shape of the opening of the metal mask 38 according to the layer to be formed, it is possible to obtain a laminated pattern necessary for configuring the energy device 1. Further, by providing a multi-slit opening in the metal mask 38, a plurality of energy devices can be manufactured in the width direction using the thin film laminate wound on the bobbin 27.
[0050]
When the fuse portion 12 as shown in FIGS. 11 to 14 is formed, first, an electrode body thin film having a predetermined pattern is formed by any one of the above-described methods, and then a different metal is formed in a pattern opposite to this pattern. 12a may be formed as a thin film.
[0051]
The above-described masking tape method, oil masking method, and metal masking method are examples of patterning methods suitable for a vacuum film forming method, and the present invention is not limited to such a patterning method, and may employ another patterning method. Is also possible.
[0052]
Next, a case where the thin film laminating step is performed by a wet coating method will be described.
[0053]
FIG. 19 is a side cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a wet coating apparatus that performs a thin film laminating step.
[0054]
The wet coating apparatus 40 shown in FIG. 5 is configured such that a thin film is sequentially formed on one surface of the long substrate 2 wound from the unwinding roll 25 by the first coating unit 50a and the second coating unit 50b. , And wound on the bobbin 27.
[0055]
The first coating unit 50a will be described. The liquid film material discharged from the fountain 53a is transferred to the gravure roll 59a, and the excess film material is scraped off by the doctor blade 59b, and then adheres to one surface of the substrate 2. Thereafter, the substrate 2 is transferred to the heating device 54a, where the film material is heated and solidified to form a film. Reference numeral 55a denotes a material supply unit that stores a liquid film material and supplies the film material to the fountain 53a.
[0056]
The second coating unit 50b will be described. The base material 2 on which a thin film is formed on one surface by the first coating unit 50a is coated with a liquid film material discharged from a fountain 53b provided below the base material 2 while being transported along the transport roll 51b. You. Excess film material adhering to one surface of the substrate 2 is scraped off by the reverse roll 52b, and the adhering thickness is made uniform. Thereafter, the substrate 2 is transferred to the heating device 54b, where the film material is heated and solidified to form a film. Reference numeral 55b denotes a material supply unit that stores a liquid film material and supplies the film material to the fountain 53b.
[0057]
In this manner, the base material 2 on which the two thin films are formed in the first and second coating units 50a and 50b is wound around the bobbin 27.
[0058]
As a coating method, various wet coating methods represented by a gravure coat, a reverse coat, a spray coat, a screen coat, an offset coat and the like can be used. By such a method, a desired film can be easily and efficiently formed.
[0059]
Since the apparatus shown in FIG. 19 includes the first coating unit 50a and the second coating unit 50b, the substrate 2 is unwound from the unwinding roll 25 and is wound on the bobbin 27. Can be formed. Using this apparatus, a series of steps including unwinding, thin film formation, and winding of the substrate 2 are repeated as many times as necessary, whereby a laminated structure as shown in FIG. 1 can be obtained. The apparatus of FIG. 19 can form a two-layer thin film by running the substrate 2 once, but the present invention is not limited to this. For example, the substrate 2 may be repeatedly run by the number of layers by using an apparatus having only one coating unit, or by using an apparatus in which the coating units are sequentially arranged by the number of types of thin films. 2 may be obtained only once to obtain a laminated structure as shown in FIG. Further, the coating unit does not need to be a combination of the first coating unit 50a and the second coating unit 50b as shown in FIG. 19, and may be, for example, the first coating unit 50a (or the second coating unit). A plurality of coating units having the same configuration as that of 50b) may be continuously arranged. In the figure, reference numeral 55 denotes a material supply unit which stores a liquid film material and supplies the film material to the fountain 53.
[0060]
When forming each layer as a thin film, it is necessary to limit (pattern) the formation region of each layer as shown in FIG. Further, in order to obtain the fuse portion 12 as shown in FIGS. 7 to 14, it is necessary to form a thin film into a predetermined shape pattern. As a patterning method that can be suitably used for the wet coating apparatus shown in FIG. 19, there are a masking tape method, a gravure roll method, a screen printing method, a metal masking method, and the like.
[0061]
The masking tape method is a method in which the masking tape 61 is caused to travel together with the base material 2 in the thin film forming area while being in contact with the base material 2, thereby preventing a thin film from being formed at a contact portion of the masking tape 61.
[0062]
The principle of the masking tape method will be described with reference to FIG. The masking tapes 61a, 61b, 61c are long tapes having a width and a pattern corresponding to a region where film formation is unnecessary. The masking tapes 61a, 61b, 61c are unwound from unwinding rolls 62a, 62b, 62c, respectively, and are conveyed together with the base material 2 on the conveying rolls 51 by contacting the surface of the substrate 2 on the fountain 53 side. At this time, the masking tapes 61a, 61b, and 61c are transported by the transport roll 51 at different positions in the rotation center axis direction of the transport roll 51. Thereafter, the masking tapes 61a, 61b, and 61c are separated from the base material 2 and wound around winding rolls 63a, 63b, and 63c. The film material adhering to the masking tapes 61a, 61b, 61c when passing over the fountain 53 is removed from the substrate 2 together with the masking tapes 61a, 61b, 61c. Therefore, since a film is formed only in the area where the masking tapes 61a, 61b, 61c are not interposed, a desired thin film pattern on the substrate 2 can be easily obtained. By changing the positions, widths, and patterns of the masking tapes 61a, 61b, 61c according to the layer to be formed, it is possible to obtain a laminated pattern necessary for configuring the energy device 1. In addition, by forming the masking tapes 61a, 61b, 61c in multiple strips, a plurality of energy devices can be manufactured in the width direction using the thin film laminate wound on the bobbin 27.
[0063]
The gravure roll method is, as shown in FIG. 21, a method in which a minute mark 71 is formed in a predetermined pattern on the outer peripheral surface of a gravure roll 70, and a thin film is formed only in a region corresponding to a formation region of the mark 71. is there. By changing the pattern of the formation area of the engraved mark 71 on the gravure roll 70 according to the layer to be formed, it is possible to obtain a laminated pattern necessary for configuring the energy device 1. In addition, by forming a plurality of annular engraved patterns 71 along the outer circumferential direction of the gravure roll 70, a plurality of energy devices can be manufactured in the width direction using the thin film laminate wound on the bobbin 27. .
[0064]
The screen printing method is, for example, a method of forming a thin film having a desired pattern by patterning a screen position when a thin film material is applied by screen coating.
[0065]
The metal masking method is, for example, when a thin film material is applied by spray coating, by disposing a metal mask having a predetermined opening between a spray nozzle and a substrate 2, a passing area of particles contributing to film formation. And forming a thin film having a pattern corresponding to the opening on the base material 2. FIG. 22 is a front view of an example of the metal mask 75. The metal mask 75 has openings 76a and 76b. By forming a thin film via the metal mask 75 while intermittently moving the base material 2, a thin film can be formed only at portions corresponding to the openings 76a and 76b. In addition, by continuously moving the substrate 2 and disposing the metal mask 75 so that the arrow 2a coincides with the moving direction of the substrate 2, a thin film is formed only at the portions corresponding to the openings 76a and 76b. be able to. By changing the position and the shape of the opening of the metal mask 75 according to the layer to be formed, it is possible to obtain a laminated pattern necessary for configuring the energy device 1. Further, by providing a multi-slit opening in the metal mask 75, a plurality of energy devices can be manufactured in the width direction using the thin film laminate wound on the bobbin 27.
[0066]
When the fuse portion 12 as shown in FIGS. 11 to 14 is formed, first, an electrode body thin film having a predetermined pattern is formed by any one of the above-described methods, and then a different metal is formed in a pattern opposite to this pattern. 12a may be formed as a thin film.
[0067]
The above-described masking tape method, gravure roll method, and metal masking method are examples of a patterning method suitable for a wet coating method, and the present invention is not limited to such a patterning method, and may adopt another patterning method. It is possible.
[0068]
As described above, the fuse portion 12 can be easily and efficiently formed by simultaneously forming the fuse portion 12 by the patterning method when forming the thin film.
[0069]
According to the above-described method, on the bobbin 27, the base unit 2, the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4 (optional), the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the stacked unit 15 including the positive electrode current collector 7 Is obtained to obtain a long laminated body. Next, the energy device 1 of FIG. 1 is obtained by unwinding the laminate from the bobbin 27 and cutting the laminate into appropriate sizes in the length direction and the width direction.
[0070]
External electrodes 9 may be formed on the energy device 1 as necessary. Forming the external electrodes 9 facilitates incorporation into various electronic devices and wiring. As a material of the external electrode 9, various conductive materials such as nickel, zinc, tin, a solder alloy, and a conductive resin can be used. In addition, as a forming method, thermal spraying, plating, coating, or the like can be used. According to these methods, the external electrodes can be formed efficiently.
[0071]
Further, the protective layer 13 may be formed as needed.
[0072]
(Embodiment 2)
An example of a configuration and a manufacturing method of the second energy device of the present invention will be described.
[0073]
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of the energy device 1 according to the second embodiment of the present invention.
[0074]
As shown in FIG. 2, the energy device 1 of the present embodiment includes a substrate 2, a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4, a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, and a positive electrode current collector 7 in this order. It is configured by laminating two or more repeating units 16 in which the lamination unit 15 provided is laminated.
[0075]
The configurations of the substrate 2, the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof will be omitted. Also, the point that the negative electrode active material 4 can be omitted in the initial stage of the formation of the energy device is the same as in the first embodiment.
[0076]
It is preferable that external electrodes 9 and 9 are connected to the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, respectively. Various conductive materials such as nickel, zinc, tin, a solder alloy, and a conductive resin can be used as the material of the pair of external electrodes 9 and 9. As a forming method, thermal spraying, plating, coating and the like can be used. As shown, a pair of external electrodes 9 and 9 are formed on two opposing side surfaces of the energy device 1. The negative electrode current collector 3 is electrically connected to one external electrode 9, the positive electrode current collector 7 is electrically connected to the other external electrode 9, and a pair of external electrodes 9, 9 are formed. The formation regions in the width direction (the left-right direction in FIG. 2) of the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7 are patterned so as to be insulated from each other. This prevents the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7 from being short-circuited via any one of the external electrodes 9. Further, when the external electrodes 9 are formed in this manner, it is preferable that the substrate 2 be insulative in order to easily ensure insulation between the external electrodes 9.
[0077]
Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the fuse section 12 is provided near the connection portion of the negative electrode current collector 3 with the external electrode 9 and near the connection portion of the positive electrode current collector 7 with the external electrode 9. Is formed. The fuse unit 12 functions as a safety device that fuses when an overcurrent flows, cuts off the overcurrent, and prevents a fire or the like in advance. In the present embodiment, the fuse portion 12 is provided on the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, but may be provided on only one of them.
[0078]
The configuration of the fuse portion 12 is not particularly limited as long as it can be blown by an overcurrent. However, the fuse portion 12 ( A fuse portion 12 (see FIGS. 11 to 14) formed by combining a different material 12a, which is a material having a larger temperature coefficient of electrical resistance, with the fuse portion 12 (see FIGS. 7 to 10) can be used. The detailed description of the fuse unit 12 is omitted because it is the same as that of the first embodiment.
[0079]
The energy device 1 of the present embodiment may have the same protective layer 13 as described in the first embodiment for the purpose of mechanical protection, improvement of moisture resistance, prevention of delamination, and the like (FIG. 2). The protective layer 13 can be formed on the outer surface of the energy device 1 excluding the external electrode 9. Depending on the material of the substrate 2, the protective layer 13 may not be formed on the surface of the substrate 2.
[0080]
In the energy device 1 shown in FIG. 2, two or more repeating units 16 are repeatedly stacked. Here, the repeating unit 16 includes the substrate 2 on the side of the negative electrode current collector 3 of the stacked unit 15 including the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7. Although provided and configured, the present invention is not limited to this. For example, the substrate 2 may be provided on the positive electrode current collector 7 side of the stacked unit 15 including the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7. .
[0081]
Next, an example of a method for manufacturing the energy device 1 of the present embodiment will be described.
[0082]
The energy device 1 of the present embodiment includes a step of obtaining a stacked body including the repeating unit 16 by a thin film stacking step, and a step of stacking two or more repeating units 16.
[0083]
Here, the thin film laminating step is a step of laminating the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4 (omissible), the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 on the substrate 2 in this order, or And a step of stacking a positive electrode current collector 7, a positive electrode active material 6, a solid electrolyte 5, a negative electrode active material 4 (omissible), and a negative electrode current collector 3 on the substrate 2 in this order. During this step, a fuse portion 12 that is blown by an overcurrent is formed in the negative electrode current collector 3 and / or the positive electrode current collector 7. The thin film laminating step is not particularly limited, but can be performed by, for example, a vacuum film forming method (FIG. 15) or a wet coating method (FIG. 19), as described in the first embodiment. The method of forming the fuse portion 12 is the same as that described in the first embodiment. The fuse portion 12 can be formed easily and efficiently by simultaneously forming the fuse portion 12 by a patterning method when forming a thin film.
[0084]
In the same manner as in the first embodiment, a substrate 2, a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4 (omissible), a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, and a positive electrode current collector 7 are formed on a bobbin 27. A long laminate in which the laminate units 15 are laminated is obtained. Next, the laminate is unwound from the bobbin 27 and cut into appropriate sizes in the length and width directions. Then, by stacking them in a required number, the energy device 1 of FIG. 2 is obtained.
[0085]
External electrodes 9 may be formed on the energy device 1 as necessary. Forming the external electrodes 9 facilitates incorporation into various electronic devices and wiring. As a material of the external electrode 9, various conductive materials such as nickel, zinc, tin, a solder alloy, and a conductive resin can be used. In addition, as a forming method, thermal spraying, plating, coating, or the like can be used. According to these methods, the external electrodes can be formed efficiently.
[0086]
Further, the protective layer 13 may be formed as needed.
[0087]
(Embodiment 3)
An example of a configuration and a manufacturing method of the third energy device of the present invention will be described.
[0088]
FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of the energy device 1 according to the third embodiment of the present invention.
[0089]
As shown in FIG. 3, the energy device 1 of the present embodiment includes a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4, a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, and a positive electrode current collector 7 on a substrate 2. Two or more lamination units 15 provided in order are laminated. The lamination order of the two lamination units 15 adjacent in the lamination direction is opposite to each other, and the negative electrode current collector 3 or the positive electrode current collector 7 is shared by the two lamination units 15 adjacent in the lamination direction.
[0090]
The configurations of the substrate 2, the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof will be omitted. Also, the point that the negative electrode active material 4 can be omitted in the initial stage of the formation of the energy device is the same as in the first embodiment.
[0091]
In the present embodiment, the substrate 2 can be omitted. That is, after laminating two or more lamination units 15 on the substrate 2 by a manufacturing method described later, the substrate 2 can be peeled and removed. By not providing the substrate 2, a small and lightweight energy device 1 can be obtained. When the substrate 2 is peeled off, it is preferable to apply a release agent to the surface of the substrate 2 before laminating the lamination units 15 because the substrate can be easily removed.
[0092]
As in the second embodiment, it is preferable that external electrodes 9 and 9 are connected to the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, respectively. The materials and forming method of the external electrodes 9, 9 are the same as in the second embodiment. As shown, a pair of external electrodes 9 and 9 are formed on two opposing side surfaces of the energy device 1. The negative electrode current collector 3 is electrically connected to one external electrode 9, the positive electrode current collector 7 is electrically connected to the other external electrode 9, and a pair of external electrodes 9, 9 are formed. The formation regions in the width direction (the left-right direction in FIG. 3) of the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7 are patterned so as to be insulated from each other. Thereby, the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7 do not short-circuit via any one of the external electrodes 9. Further, when the external electrodes 9 are formed in this manner, the substrate 2 is preferably insulative in order to easily secure the insulating properties between the external electrodes 9.
[0093]
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the fuse section 12 is provided near the connection between the negative electrode current collector 3 and the external electrode 9 and near the connection between the positive electrode current collector 7 and the external electrode 9. Is formed. The fuse unit 12 functions as a safety device that fuses when an overcurrent flows, cuts off the overcurrent, and prevents a fire or the like in advance. In the present embodiment, the fuse portion 12 is provided on the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, but may be provided on only one of them.
[0094]
The configuration of the fuse section 12 is not particularly limited as long as it can be blown by an overcurrent. However, the fuse section 12 ( A fuse portion 12 (see FIGS. 11 to 14) formed by combining a dissimilar material 12a, which is a material having a larger temperature coefficient of electric resistance, with the fuse portion 12 (see FIGS. 7 to 10) can be used. The detailed description of the fuse unit 12 is omitted because it is the same as that of the first embodiment.
[0095]
The energy device 1 of the present embodiment may have the same protective layer 13 as described in the first embodiment for the purpose of mechanical protection, improvement of moisture resistance, prevention of delamination, and the like (FIG. 2). The protective layer 13 can be formed on the outer surface of the energy device 1 excluding the external electrode 9. Depending on the material of the substrate 2, the protective layer 13 may not be formed on the surface of the substrate 2.
[0096]
In the energy device 1 illustrated in FIG. 3, a substrate is provided on the side of the negative electrode current collector 3 of the stacked unit 15 including the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7. 2 are provided, but the present invention is not limited to this. For example, the substrate 2 may be provided on the positive electrode current collector 7 side of the stacked unit 15 including the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7. .
[0097]
Next, an example of a method for manufacturing the energy device 1 of the present embodiment will be described.
[0098]
The energy device 1 of the present embodiment includes a step of laminating two or more lamination units 15 on the substrate 2 by a thin film lamination step.
[0099]
Here, the thin film laminating step is a step of laminating the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4 (omissible), the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 in this order, or 7, a step of laminating the positive electrode active material 6, the solid electrolyte 5, the negative electrode active material 4 (omitted), and the negative electrode current collector 3 in this order. During this step, a fuse portion 12 that is blown by an overcurrent is formed in the negative electrode current collector 3 and / or the positive electrode current collector 7.
[0100]
The thin film laminating step is not particularly limited, but can be performed by, for example, a vacuum film forming method or a wet coating method.
[0101]
First, a case where the thin film laminating step is performed by a vacuum film forming method will be described.
[0102]
FIG. 23 is a side sectional view showing a schematic configuration of an example of a vacuum film forming apparatus that performs a thin film laminating step.
[0103]
The vacuum film forming apparatus 80 shown in FIG. 23 includes a vacuum chamber 81 partitioned vertically by a partition wall 81a. A rotating roll 86 is arranged in a room (transfer chamber) 81b above the partition 81a. The substrate 2 is attached to the outer circumference of the rotating roll 86. An opening is provided at the center of the partition wall 81a, and the lower part of the rotary roll 86 is exposed to a room (thin film forming chamber) 81c below the partition wall 81a. The inside of the vacuum chamber 81 is maintained at a predetermined degree of vacuum by a vacuum pump 84.
[0104]
In the thin film forming chamber 81c, a negative electrode active material film forming device 88a, a solid electrolyte film forming device 88b, a positive electrode active material film forming device 88c, and a current collector film forming device 88d are arranged in this order with the partition walls 81d, 81e, and 81f interposed therebetween. Have been. A movable shutter 89 a, 89 b, 89 c, between the negative electrode active material film forming device 88 a, the solid electrolyte film forming device 88 b, the positive electrode active material film forming device 88 c, the current collector film forming device 88 d and the rotating roll 86. 89d are arranged respectively.
[0105]
The negative electrode active material film forming device 88a is a device for forming the negative electrode active material 4, the solid electrolyte film forming device 88b is a device for forming the solid electrolyte 5, and the positive electrode active material film forming device 88c is a positive electrode active material film forming device 88c. This is a device for forming the active material 6, and the current collector film forming device 88 d is a device for forming the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7. By selectively opening the shutters 89a, 89b, 89c, 89d provided between each device and the rotating roll 86, only a specific layer can be formed on the outer peripheral surface of the rotating roll 86. Note that, depending on the materials of the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, the current collector film forming device 88d may be separated into a negative electrode current collector film forming device and a positive electrode current collector film forming device.
[0106]
As a method of forming a thin film by the negative electrode active material film forming device 88a, the solid electrolyte film forming device 88b, the positive electrode active material film forming device 88c, and the current collector film forming device 88d, an evaporation method, a sputtering method, And various vacuum film forming methods represented by ion plating, laser ablation, and the like. With such a method, a desired thin film can be easily and efficiently formed.
[0107]
When forming each layer as a thin film, it is necessary to limit (pattern) the formation region of each layer as shown in FIG. Further, in order to obtain the fuse portion 12 as shown in FIGS. 7 to 14, it is necessary to form a thin film into a predetermined shape pattern. These patterning can be performed using a masking tape method (FIG. 16), an oil masking method (FIG. 17), a metal masking method (FIG. 18), or the like, as described in the first embodiment. The fuse portion 12 can be formed easily and efficiently by simultaneously forming the fuse portion 12 by a patterning method when forming a thin film.
[0108]
Note that a thin film can be formed directly on the outer peripheral surface of the rotating roll 86 without using the base material 2. In this case, it is preferable to apply a release agent on the outer peripheral surface of the rotating roll 86 before forming the thin film so that the peeling becomes easy later.
[0109]
The energy device 1 shown in FIG. 3 can be obtained by separating the obtained laminate from the rotating roll 86 and then cutting the laminate to an appropriate size. If necessary, the laminate may be heated and pressed into a flat plate shape. When a laminate is laminated on the substrate 2, the substrate 2 may be peeled off.
[0110]
Next, a case where the thin film laminating step is performed by a wet coating method will be described.
[0111]
The wet coating device includes a rotating roll, a negative electrode current collector coating device, a negative electrode active material coating device, a solid electrolyte coating device, and a positive electrode active material, which are sequentially arranged around the rotating roll so as to face the outer peripheral surface thereof. A device provided with a material coating device and a positive electrode current collector coating device can be used. In this apparatus, the film material of each layer is applied on a rotating roll. Alternatively, a negative electrode current collector coating device, a negative electrode active material coating device, a solid electrolyte coating device, a positive electrode active material coating device, and a positive electrode current collector coating device are arranged in this order on a plane, and The space between them may be moved intermittently. In this case, the film material of each layer is applied on the flat substrate. Note that, depending on the materials of the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, the negative electrode current collector coating device and the positive electrode current collector coating device can be shared.
[0112]
As a coating method, various wet coating methods represented by a gravure coat, a reverse coat, a spray coat, a screen coat, an offset coat and the like can be used. By such a method, a desired film can be easily and efficiently formed. After coating, it is preferable to heat and solidify the film material as necessary.
[0113]
When forming each layer as a thin film, it is necessary to limit (pattern) the formation region of each layer as shown in FIG. Further, in order to obtain the fuse portion 12 as shown in FIGS. 7 to 14, it is necessary to form a thin film into a predetermined shape pattern. These patterning are performed using a masking tape method (FIG. 20), a gravure roll method (FIG. 21), a screen printing method, a metal masking method (FIG. 22), and the like, as described in the first embodiment. Can be. The fuse portion 12 can be formed easily and efficiently by simultaneously forming the fuse portion 12 by a patterning method when forming a thin film.
[0114]
The film material may be applied directly on the above-mentioned rotating roll or flat plate, or may be applied on the substrate 2 attached to the surface thereof. In the case of direct application on a rotating roll or a flat plate, it is preferable to apply a release agent on the surface of the thin film before forming the thin film so as to facilitate peeling later.
[0115]
After separating the obtained laminated body from a rotating roll or a flat plate, it is cut into an appropriate size, whereby the energy device 1 of FIG. 3 can be obtained. If necessary, the laminate may be heated and pressed into a flat plate shape. When a laminate is laminated on the substrate 2, the substrate 2 may be peeled off.
[0116]
External electrodes 9 may be formed on the energy device 1 as necessary. Forming the external electrodes 9 facilitates incorporation into various electronic devices and wiring. As a material of the external electrode 9, various conductive materials such as nickel, zinc, tin, a solder alloy, and a conductive resin can be used. In addition, as a forming method, thermal spraying, plating, coating, or the like can be used. According to these methods, the external electrodes can be formed efficiently.
[0117]
Further, the protective layer 13 may be formed as needed.
[0118]
(Embodiment 4)
An example of a configuration and a manufacturing method of the fourth energy device of the present invention will be described.
[0119]
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of an energy device 1 according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 6A is a sectional view taken along line 6A-6A in FIG. 4, and FIG. 6B is an enlarged sectional view of a portion 6B in FIG. 6A.
[0120]
As shown in FIG. 4, the energy device 1 of the present embodiment includes a flat wound body 10 and a pair of external electrodes 9 provided at both ends thereof.
[0121]
As shown in FIG. 5, the flat rolled body 10 includes a flexible long substrate 2, a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4, a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, and a positive electrode current collector. The belt-like laminated body 8 in which the laminating units 15 having the layers 7 in this order are laminated is wound in a flat plate shape.
[0122]
The configurations of the substrate 2, the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof will be omitted. Also, the point that the negative electrode active material 4 can be omitted in the initial stage of the formation of the energy device is the same as in the first embodiment.
[0123]
In the energy device 1 of the present embodiment, a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4 (omissible), a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, and a positive electrode current collector 7 are formed on a substrate 2 in this order. In addition, it is preferable that the band-like laminate 8 laminated in this order is wound with the substrate 2 side inside. The reason for disposing the negative electrode current collector 3 of the stacked unit 15 composed of the negative electrode current collector 3 to the positive electrode current collector 7 on the substrate 2 side and the reason for winding such a substrate 2 side inside are as follows. It is on the street. When the belt-shaped laminate 8 is wound, the radius of curvature becomes smaller toward the inner layer side. Therefore, a larger bending stress acts on the inner layer side. In general, when a crack occurs in the lower layer of the multilayer laminate, the crack propagates to the upper layer to easily cause a short circuit between layers. However, even if a crack occurs in the upper layer, the crack hardly propagates to the lower layer. Therefore, by disposing a layer having relatively ductility and flexibility on the inner layer side having a small radius of curvature, and disposing a relatively brittle and fragile layer on the outer layer side having a large radius of curvature, layer cracks are enlarged. The occurrence of a short circuit between layers can be prevented, and safety is improved. Therefore, in the present embodiment, the negative electrode active material 4 having flexibility relative to the positive electrode active material 6 is set so that the substrate 2 having flexibility is the innermost layer side. By winding so as to be on the inner layer side, the safety of the energy device 1 is improved. In particular, a particularly remarkable effect is exhibited when winding into a thin flat plate or when pressing after winding.
[0124]
Of course, in the case of winding into a cylindrical shape having a large radius of curvature, for example, the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the negative electrode current collector The band-shaped laminate 8 having the substrate 2 provided on the current collector 3 side may be wound with the substrate 2 facing outward, or the band-shaped laminate having the substrate 2 provided on the positive electrode current collector 7 side of the lamination unit 15 may be used. The substrate 2 may be wound inside or outside.
[0125]
The inner core 11 may be arranged at the core of the wound body as shown in FIG. The inner core 11 preferably has a shape substantially matching the shape of the wound body, and in the flat wound body 10 shown in FIG. 4, preferably has a flat plate shape. The material is not particularly limited, but resin, ceramic, metal, or the like can be used. Note that the inner core 11 is not essential and may not be provided.
[0126]
As in the second embodiment, it is preferable that external electrodes 9 and 9 are connected to the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, respectively. The materials and forming method of the external electrodes 9, 9 are the same as in the second embodiment. As shown, a pair of external electrodes 9 and 9 are formed on two opposing side surfaces of the wound body 10. The negative electrode current collector 3 is electrically connected to one external electrode 9, the positive electrode current collector 7 is electrically connected to the other external electrode 9, and a pair of external electrodes 9, 9 are formed. The formation regions in the width direction (left-right direction in FIG. 5) of the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7 are patterned so as to be insulated from each other. This prevents the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7 from being short-circuited via any one of the external electrodes 9. Further, when the external electrodes 9 are formed in this manner, it is preferable that the substrate 2 and the inner core 11 be insulative in order to easily secure the insulation between the external electrodes 9.
[0127]
As shown in FIG. 6B, the positive electrode current collector 7 is divided into a plurality of regions in the longitudinal direction of the band-shaped laminated body 15 by the gap 17. The positive electrode current collector 7 divided into a plurality of regions as described above is connected to the external electrode 9 via a fuse portion 12 (details will be described later). That is, a plurality of divided energy devices are connected in parallel to the external electrodes. As a result, when the fuse portion 12 in a part of the region blows due to overcurrent, the positive electrode current collector 7 in that region loses its function, but the positive electrode current collector 7 in another region still functions effectively. I do. Therefore, even if a part of the region is damaged by the overcurrent, the entire region is not damaged, and the operation can be maintained although the performance is reduced. Therefore, when the system is incorporated in an electronic device, unexpected stoppage of the system can be prevented. Although FIG. 6B shows an example in which the positive electrode current collector 7 (and the solid electrolyte 6) is divided by the gap 17, the present invention is not limited to this. It suffices that at least one of the positive electrode current collector 7 and the negative electrode current collector 3 is divided into a plurality of regions in the longitudinal direction of the band-shaped laminate 15. When only one of the positive electrode current collector 7 and the negative electrode current collector 3 is divided, the fuse portion 12 needs to be formed at least on the divided side. When both of the current collectors 3 are divided, the fuse portion 12 may be formed on at least one of them. Note that layers other than the positive electrode current collector 7 and the negative electrode current collector 3 may be similarly divided.
[0128]
Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the fuse section 12 is provided near the connection portion of the negative electrode current collector 3 with the external electrode 9 and near the connection portion of the positive electrode current collector 7 with the external electrode 9. Is formed. The fuse unit 12 functions as a safety device that fuses when an overcurrent flows, cuts off the overcurrent, and prevents a fire or the like in advance. In the present embodiment, the fuse portion 12 is provided on the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7, but may be provided on only one of them.
[0129]
The configuration of the fuse portion 12 is not particularly limited as long as it can be blown by an overcurrent. However, the fuse portion 12 ( A fuse portion 12 (see FIGS. 11 to 14) formed by combining a different material 12a, which is a material having a larger temperature coefficient of electrical resistance, with the fuse portion 12 (see FIGS. 7 to 10) can be used. The detailed description of the fuse unit 12 is omitted because it is the same as that of the first embodiment.
[0130]
The energy device 1 of the present embodiment may have the same protective layer 13 as described in the first embodiment for the purpose of mechanical protection, improvement of moisture resistance, prevention of delamination, and the like (FIG. 2). The protective layer 13 can be formed on the outer surface of the energy device 1 excluding the external electrode 9.
[0131]
Next, an example of a method for manufacturing the energy device 1 of the present embodiment will be described.
[0132]
In the energy device 1 according to the present embodiment, a step of laminating the lamination units 15 on the flexible long substrate 2 to obtain the band-shaped laminated body 8 (thin film laminating step) and a step of winding the band-shaped laminated body 8 (Winding step).
[0133]
Here, the thin film laminating step is a step of laminating the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4 (omissible), the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 on the substrate 2 in this order, or And a step of stacking a positive electrode current collector 7, a positive electrode active material 6, a solid electrolyte 5, a negative electrode active material 4 (omissible), and a negative electrode current collector 3 on the substrate 2 in this order. During this step, a fuse portion 12 that is blown by an overcurrent is formed in the negative electrode current collector 3 and / or the positive electrode current collector 7. The thin film laminating step is not particularly limited, but can be performed by, for example, a vacuum film forming method (FIG. 15) or a wet coating method (FIG. 19), as described in the first embodiment. The method of forming the fuse portion 12 is the same as that described in the first embodiment. The fuse portion 12 can be formed easily and efficiently by simultaneously forming the fuse portion 12 by a patterning method when forming a thin film.
[0134]
In the same manner as in the first embodiment, a substrate 2, a negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4 (omissible), a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, and a positive electrode current collector 7 are formed on a bobbin 27. The long strip-shaped laminated body 8 in which the laminated units 15 are laminated is obtained. Next, the band-shaped laminate 8 is wound in a winding step.
[0135]
FIG. 24 is a side view showing a schematic configuration of an example of a winding device that performs a winding step.
[0136]
The strip-shaped laminated body 8 on the bobbin 27 is unwound by a winding device 90 in FIG. By replacing the wound body 10 when the winding length of the wound body 10 reaches a certain length, a plurality of wound bodies 10 can be obtained in the length direction of the band-shaped laminated body 8 on the bobbin 27. . Further, the band-shaped laminated body 8 unwound by a cutting device 91 such as a razor blade is divided into a plurality of strips in the width direction, and each is wound around the wound body 10 to thereby obtain the width of the band-shaped laminated body 8 on the bobbin 27. A plurality of windings 10 can be obtained in the direction. In FIG. 24, the cutting in the width direction is performed after unwinding from the bobbin 27 and before winding the wound body 10, but the present invention is not limited to this. For example, it may be cut in the width direction in a state of the bobbin 27 or a state in which the bobbin 27 is wound around the wound body 10.
[0137]
There is no particular limitation on the method of winding the band-shaped laminated body 8 around the plate-shaped wound body 10. For example, a method of winding it around the outer periphery of a plate-shaped inner core, or winding it around a pair of columns parallel to each other. A method can be adopted.
[0138]
The wound body 10 wound in a flat shape may be heated and pressed as necessary to reduce its thickness or flatten the front and back surfaces. The heating press can be performed using a press device shown in FIG. 26 described below. At this time, when the plate-shaped inner core 11 is placed and pressed on the winding core of the wound body 10, the shape and thickness after pressing can be stabilized, and the occurrence of cracks in the thin film can be suppressed. It is preferable because it is possible. The inner core 11 may be removed after pressing.
[0139]
FIG. 25 is a side view showing a schematic configuration of another example of the winding device that performs the winding step.
[0140]
The strip-shaped laminated body 8 on the bobbin 27 is unwound by a winding device 100 in FIG. 25, and then wound around a substantially cylindrical wound body 102. By replacing the wound body 102 when the winding length of the wound body 102 reaches a certain length, a plurality of wound bodies 102 can be obtained in the length direction of the band-shaped laminate 8 on the bobbin 27. . Further, the band-shaped laminated body 8 unwound by a cutting device 91 such as a razor blade is divided into a plurality of strips in the width direction, and each is wound around a wound body 102, whereby the width of the band-shaped laminated body 8 on the bobbin 27 is reduced. A plurality of windings 102 can be obtained in the direction. In FIG. 25, the cutting in the width direction is performed after unwinding from the bobbin 27 and before winding the wound body 102, but the present invention is not limited to this. For example, it may be cut in the width direction in a state of the bobbin 27 or in a state of being wound around the winding body 102.
[0141]
The energy device 1 of the present embodiment may have a cylindrical shape. However, when the energy device 1 is formed in a flat shape as shown in FIG. 4, an additional pressing step is performed.
[0142]
FIG. 26 is a side view showing a schematic configuration of an example of a pressing device that performs a pressing step of pressing the substantially cylindrical wound body 102 to flatten it. The substantially cylindrical wound body 102 is placed on the press device 110 shown in FIG. 26 and is heated and pressed to obtain the flat wound body 10. At this time, if the plate-shaped inner core 11 is arranged and pressed on the winding core portion of the substantially cylindrical wound body 102, the shape and thickness after pressing can be stabilized, and the generation of cracks in the thin film Is preferred because it is possible to suppress The inner core 11 may be removed after pressing.
[0143]
Next, a process of dividing the negative electrode current collector 3 or the positive electrode current collector 7 into a plurality of regions in the longitudinal direction of the band-shaped laminate 8 will be described. Since the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7 are relatively brittle, when the flat energy device 1 is manufactured, a bending stress is generated in the layer in the above-described pressing step, and the curvature is increased. Cracks are generated at the ends with small radii (both right and left ends in FIG. 6A), so that they can be divided. In the case where the pressing step is not performed or a roll having a relatively large radius of curvature is used, in the above-mentioned thin film laminating step, the thin film including the formation of the fuse portion 12 is divided by the patterning method at the same time. May be.
[0144]
The external electrode 9 may be formed on the wound body as needed. Forming the external electrodes 9 facilitates incorporation into various electronic devices and wiring. As a material of the external electrode 9, various conductive materials such as nickel, zinc, tin, a solder alloy, and a conductive resin can be used. In addition, as a forming method, thermal spraying, plating, coating, or the like can be used. According to these methods, the external electrodes can be formed efficiently.
[0145]
Further, the protective layer 13 may be formed as needed.
[0146]
【Example】
(Example 1, Comparative Example 1)
The energy device shown in FIG. 1 was manufactured according to the manufacturing method shown in the first embodiment (Example 1).
[0147]
On a 25 μm-thick polyamide (PA) film as a substrate 2, a 0.3 μm-thick platinum layer as a negative electrode current collector 3, a 5 μm-thick carbon as a negative electrode active material 4, and a 3 μm-thick Li as a solid electrolyte 5 3 PO 4 A system material, a 2 μm-thick lithium cobalt oxide as the positive electrode active material 6, and a 0.3 μm-thick platinum as the positive electrode current collector 7 were sequentially formed into a thin film by a vapor deposition method. In the stacking direction, the dimension of the portion where all of the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 overlap was 30 mm × 50 mm. A fuse portion 12 shown in FIG. 7 was formed on the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7. The width of the constricted portion of the fuse section 12 was 5 mm. The patterning of the thin film and the formation of the fuse portion 12 were performed using a metal masking method.
[0148]
As Comparative Example 1, an energy device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the fuse portion 12 was not formed.
[0149]
(Example 2, Comparative Example 2)
The energy device shown in FIG. 2 was manufactured according to the manufacturing method shown in the second embodiment (Example 2).
[0150]
On a 50 μm-thick polyimide (PI) film as a substrate 2, a 0.5 μm-thick nickel layer as a negative electrode current collector 3, a 1 μm-thick lithium-aluminum alloy as a negative electrode active material 4, a 1 μm-thick solid electrolyte 5 Li 3 PO 4 A system material, a 3 μm-thick lithium cobalt oxide as the positive electrode active material 6, and a 0.3 μm-thick nickel as the positive electrode current collector 7 were sequentially formed into a thin film by a vapor deposition method. Ten repetitive units 16 from the substrate 2 to the positive electrode current collector 7 were stacked, and nickel was sprayed on two opposing side surfaces to form external electrodes 9. In the stacking direction, the dimension of the portion where all of the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 overlap was 30 mm × 50 mm. A fuse portion 12 shown in FIG. 7 was formed on the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7. The width of the constricted portion of the fuse section 12 was 5 mm. The patterning of the thin film and the formation of the fuse portion 12 were performed using a metal masking method.
[0151]
As Comparative Example 2, an energy device was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the fuse portion 12 was not formed.
[0152]
(Example 3, Comparative Example 3)
The energy device shown in FIG. 3 was manufactured according to the manufacturing method shown in the third embodiment (Example 3).
[0153]
A 0.3 μm thick nickel layer as the negative electrode current collector 3, a 2 μm thick lithium-aluminum alloy as the negative electrode active material 4, and a 0.5 μm thick Li as the solid electrolyte 5 3 PO 4 A 4 μm-thick lithium cobalt oxide was used as a positive electrode active material 6 and a 0.2 μm-thick nickel was used as a positive electrode current collector 7. A negative electrode current collector 3, a negative electrode active material 4, a solid electrolyte 5, a positive electrode active material 6, a positive electrode current collector 7, a positive electrode active material 6, a solid electrolyte 5, a negative electrode active material 4, This was repeated 20 times using the “negative electrode current collector 3” as one repeating unit, and a thin film was laminated by an evaporation method. After the obtained laminate was peeled off from the substrate, nickel was sprayed on two opposing side surfaces to form external electrodes 9. In the stacking direction, the dimension of the portion where all of the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 overlap was 10 mm × 20 mm. A fuse portion 12 shown in FIG. 7 was formed on the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7. The width of the constricted portion of the fuse portion 12 was 2 mm. The patterning of the thin film and the formation of the fuse portion 12 were performed using a metal masking method.
[0154]
As Comparative Example 3, an energy device was manufactured in the same manner as in Example 3 except that the fuse portion 12 was not formed.
[0155]
(Example 4, Comparative Example 4)
The energy device shown in FIGS. 4 to 6 was manufactured according to the manufacturing method shown in the fourth embodiment (Example 4).
[0156]
On a long film of polyimide (PI) having a thickness of 10 μm as a substrate 2, a nickel layer having a thickness of 0.2 μm as a negative electrode current collector 3, silicon having a thickness of 1 μm as a negative electrode active material 4, and Li having a thickness of 1 μm as a solid electrolyte 5. 3 PO 4 A system material, a lithium nickel oxide having a thickness of 2 μm as the positive electrode active material 6, and nickel having a thickness of 0.2 μm as the positive electrode current collector 7 were sequentially formed into a thin film by a vapor deposition method. The obtained band-shaped laminate 8 was wound 100 times around a plate-shaped inner core having a thickness of 300 μm. Next, the flat rolled body was pressure-formed at 150 ° C. and 300 kPa by the press device 110 shown in FIG. Then, after spraying nickel on both sides, solder plating was applied to form external electrodes 9. On one side of the inner core 11, the dimension of the part where the negative electrode current collector 3, the negative electrode active material 4, the solid electrolyte 5, the positive electrode active material 6, and the positive electrode current collector 7 all overlap in the normal direction of the inner core 11 is 20 mm x 30 mm. The fuse portion 12 shown in FIG. 8 was formed on the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 7. The width of the constricted portion of the fuse section 12 was set to 3 mm, and the pitch was set to one place every half turn. The patterning of the thin film and the formation of the fuse portion 12 were performed using an oil masking method. After the evaluation test described below, the flat rolled body was disassembled, and all of the negative electrode current collectors 3 and the positive electrode current collectors were found at both end portions (left and right end portions in FIG. 6A) bent by a press. In FIG. 7, the belt-like laminate 8 was separated in the longitudinal direction by cracks.
[0157]
As Comparative Example 4, an energy device was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the fuse portion 12 was not formed.
[0158]
[Evaluation]
With respect to the energy devices of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, the time from when the positive and negative external electrodes were short-circuited to when the current was interrupted after charging, and the temperature rise (the surface of the energy device was measured with a thermocouple The highest temperature at the time) was measured.
[0159]
Table 1 shows the results.
[0160]
[Table 1]
Figure 2004311073
[0161]
According to Table 1, it can be seen that in the energy device of the present invention, the current is cut off in a short time after the occurrence of the short circuit, and the temperature rise is suppressed to a low level.
[0162]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when an overcurrent occurs during a short circuit, the fuse section is blown to cut off the overcurrent, so that a highly safe energy device with an overcurrent protection function can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an energy device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of an energy device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of an energy device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of an energy device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG.
6A is a sectional view taken along line 6A-6A in FIG. 4, and FIG. 6B is an enlarged sectional view of a portion 6B in FIG. 6A.
7A is a plan view of an example of a fuse section of the present invention, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line 7B-7B of FIG. 7A.
8A is a plan view of another example of the fuse section of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line 8B-8B in FIG. 8A.
9A is a plan view of still another example of the fuse section of the present invention, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line 9B-9B in FIG. 9A.
10A is a plan view of still another example of the fuse section of the present invention, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line 10B-10B in FIG. 10A.
11A is a plan view of still another example of the fuse section of the present invention, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line 11B-11B of FIG. 11A.
12A is a plan view of still another example of the fuse section of the present invention, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line 12B-12B in FIG. 12A.
13 (A) is a plan view of still another example of the fuse section of the present invention, and FIG. 13 (B) is a cross-sectional view taken along line 13B-13B of FIG. 13 (A).
14 (A) is a plan view of still another example of the fuse section of the present invention, and FIG. 14 (B) is a cross-sectional view taken along line 14B-14B of FIG. 14 (A).
FIG. 15 is a side sectional view showing a schematic configuration of an example of a vacuum film forming apparatus for performing a thin film laminating step of the present invention.
FIG. 16 is a side view schematically illustrating a masking tape method.
FIG. 17 is a schematic perspective view of a nozzle for performing an oil masking method.
FIG. 18 is a schematic front view of a metal mask for performing a metal masking method.
FIG. 19 is a side sectional view showing a schematic configuration of an example of a wet coating apparatus that performs a thin film laminating step of the present invention.
FIG. 20 is a side view schematically illustrating a masking tape method.
FIG. 21 is a schematic perspective view of a gravure roll for performing a gravure roll method.
FIG. 22 is a schematic front view of a metal mask for performing a metal masking method.
FIG. 23 is a side sectional view showing a schematic configuration of an example of a vacuum film forming apparatus that performs a thin film laminating step of the present invention.
FIG. 24 is a side view showing a schematic configuration of an example of a winding device that performs a winding step of the present invention.
FIG. 25 is a side view showing a schematic configuration of another example of the winding device that performs the winding step of the present invention.
FIG. 26 is a side view showing a schematic configuration of an example of a press device that performs a pressing step of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Energy device
2 ... substrate
3. Negative electrode current collector
4 ... Negative electrode active material
5 ... Solid electrolyte
6 ... Positive electrode active material
7 ... Positive electrode current collector
8 Band-like laminate
9 External electrodes
10 Flat plate wound body
11 ... inner core
12 ... Fuse section
12a: Dissimilar metals
13 ... Protective layer
15 ... Lamination unit
16 ... repeating unit
20 ... Vacuum film forming device
21 ・ ・ ・ Vacuum chamber
21a ... partition wall
21b ... transfer chamber
21c ・ ・ ・ Thin film formation chamber
21d ... partition wall
24 ... Vacuum pump
25 ... unwinding roll
26 ... transport roll
27 ... bobbin
28, 28a, 28b ... thin film forming source
31, 31a, 31b, 31c ... masking tape
32a, 32b, 32c ... unwinding roll
33a, 33b, 33c ... take-up roll
35 ... Nozzle
36 ・ ・ ・ Micropore
38 Metal mask
39a, 39b ... opening
40 ... wet coating device
50a, 50b ... coating part
51, 51b: transport roll
52b ... reverse roll
53, 53a, 53b ... fountain
54a, 54b ... heating device
55, 55a, 55b ... material supply section
59a ・ ・ ・ gravure roll
59b ・ ・ ・ Doctor blade
61, 61a, 61b, 61c ... masking tape
62a, 62b, 62c ... unwinding roll
63a, 63b, 63c ... take-up roll
70 ・ ・ ・ gravure roll
71 ... stamp
75 Metal mask
76a, 76b ... opening
80 ... Vacuum film forming device
81 ・ ・ ・ Vacuum chamber
81a ・ ・ ・ Partition wall
81b ... transfer chamber
81c ・ ・ ・ Thin film formation chamber
81d, 81e, 81f ... partition walls
84 ・ ・ ・ Vacuum pump
86 ・ ・ ・ Rotating roll
88a ... Negative electrode active material film forming device
88b ··· Solid electrolyte film formation device
88c ... Positive electrode active material film forming device
88d: current collector film forming device
89a, 89b, 89c, 89d ... shutter
90 ... winding device
91 ··· Cutting device
100 ... winding device
102 ... wound body
110 ・ ・ ・ Press device

Claims (21)

基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とを備えるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイス。An energy device including a substrate and a stacked unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector in this order, wherein the negative electrode current collector or the positive electrode current collector has an overcurrent. An energy device having an overcurrent protection function, characterized by having a fuse portion that is blown by a fuse. 基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された繰り返し単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイス。An energy device in which two or more repeating units in which a substrate and a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector are stacked in this order are stacked, and the negative electrode current collector is Alternatively, the positive electrode current collector has a fuse portion that is blown by an overcurrent, and the energy device has an overcurrent protection function. 負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイス。An energy device in which two or more stack units each including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector are stacked in this order, wherein the negative electrode current collector or the positive electrode current collector has an overcurrent. An energy device having an overcurrent protection function, characterized by having a fuse portion that is blown by a fuse. 可とう性の長尺基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された帯状積層体が巻回されてなるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割されており、前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域に過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイス。The energy device is formed by winding a strip-shaped laminate in which a flexible long substrate and a laminate unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector in this order are laminated. The fuse, wherein the negative electrode current collector or the positive electrode current collector is divided into a plurality of regions in a longitudinal direction of the band-shaped laminate, and is blown to at least one of the plurality of regions by an overcurrent. An energy device with an overcurrent protection function, comprising: 前記ヒューズ部が、薄膜の寸法変化により形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイス。The energy device with an overcurrent protection function according to claim 1, wherein the fuse portion is formed by a dimensional change of a thin film. 前記ヒューズ部が、前記負極集電体又は前記正極集電体とは異なる異種材料を含む請求項１〜４のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイス。The energy device with an overcurrent protection function according to claim 1, wherein the fuse unit includes a different material different from the negative electrode current collector or the positive electrode current collector. 前記異種材料の電気抵抗の温度係数が、前記ヒューズ部が設けられた前記負極集電体又は前記正極集電体の前記異種材料以外の部分を構成する材料の電気抵抗の温度係数よりも大きい請求項６に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイス。The temperature coefficient of electric resistance of the dissimilar material is higher than the temperature coefficient of electric resistance of a material constituting a portion other than the dissimilar material of the negative electrode current collector or the positive electrode current collector provided with the fuse portion. Item 7. An energy device with an overcurrent protection function according to Item 6. 前記負極集電体と前記固体電解質との間に負極活物質を更に備える請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギーデバイス。The energy device according to claim 1, further comprising a negative electrode active material between the negative electrode current collector and the solid electrolyte. 基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、
更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。A method of manufacturing an energy device including a step of laminating a laminate unit including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector on a substrate in this order,
The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function further includes a step of forming a fuse portion which is blown by an overcurrent in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector. 基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程と、
前記基板と前記積層単位とからなる積層体を２以上積み重ねる工程と
を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、
更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。On the substrate, a step of stacking a laminate unit comprising a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector in this order
Stacking two or more laminates comprising the substrate and the laminate unit, a method for manufacturing an energy device,
The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function further includes a step of forming a fuse portion which is blown by an overcurrent in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector. 基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を２以上積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、
更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。A method of manufacturing an energy device including a step of stacking two or more stacking units each including a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode current collector on a substrate in this order,
The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function further includes a step of forming a fuse portion which is blown by an overcurrent in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector. 可とう性の長尺基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層して帯状積層体を得る工程と、
前記帯状積層体を巻回する工程と
を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、
更に、前記負極集電体又は前記正極集電体を、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割する工程と、
前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程と
を備えることを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。On a flexible long substrate, a negative electrode current collector, a solid electrolyte, a positive electrode active material, and a step of laminating a lamination unit including a positive electrode current collector in this order to obtain a band-shaped laminate,
Winding the band-shaped laminate, and the method for manufacturing an energy device,
Further, a step of dividing the negative electrode current collector or the positive electrode current collector into a plurality of regions in the longitudinal direction of the band-shaped laminate,
Forming a fuse portion in the negative electrode current collector or the positive electrode current collector that blows due to overcurrent. A method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function. 前記ヒューズ部を真空成膜法におけるパターニング法により形成する請求項９〜１２のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to claim 9, wherein the fuse portion is formed by a patterning method in a vacuum film forming method. 前記真空成膜法が、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、及びレーザーアブレーション法のいずれかである請求項１３に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to claim 13, wherein the vacuum film forming method is any one of a vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and a laser ablation method. 前記パターニング法が、マスキングテープ法、オイルマスキング法、及びメタルマスキング法のいずれかである請求項１３に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to claim 13, wherein the patterning method is one of a masking tape method, an oil masking method, and a metal masking method. 前記ヒューズ部を湿式塗工法におけるパターニング法により形成する請求項９〜１２のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to claim 9, wherein the fuse portion is formed by a patterning method in a wet coating method. 前記湿式塗工法が、グラビアコート、リバースコート、スプレーコート、スクリーンコート、及びオフセットコートのいずれかである請求項１６に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to claim 16, wherein the wet coating method is any one of a gravure coat, a reverse coat, a spray coat, a screen coat, and an offset coat. 前記パターニング法が、マスキングテープ法、グラビアロール法、スクリーン印刷法、及びメタルマスキング法のいずれかである請求項１６に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to claim 16, wherein the patterning method is one of a masking tape method, a gravure roll method, a screen printing method, and a metal masking method. 更に、外部電極を付与する工程を備える請求項９〜１２のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to claim 9, further comprising a step of providing an external electrode. 前記外部電極が、溶射、メッキ、及び塗布のいずれかにより付与される請求項１９に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。20. The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to claim 19, wherein the external electrode is provided by any one of thermal spraying, plating, and coating. 前記負極集電体と前記固体電解質との間に負極活物質を積層する請求項９〜１２のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。The method for manufacturing an energy device with an overcurrent protection function according to any one of claims 9 to 12, wherein a negative electrode active material is laminated between the negative electrode current collector and the solid electrolyte.
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