JP2012074202A - Battery, vehicle, electronic apparatus, and method for manufacturing battery - Google Patents

Battery, vehicle, electronic apparatus, and method for manufacturing battery Download PDF

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雅和 真田
Takeshi Matsuda
健 松田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact battery having excellent electrochemical properties, and a technology to manufacture the same.SOLUTION: A negative electrode active material layer between a negative electrode collector layer 11 and a solid electrolyte layer 13 has a line-and-space structure where a plurality of linear elements 121 extending in the direction of the Y axis is arranged separately from each other. The linear elements 121 made of a negative electrode active material, and the solid electrolyte layer 13 are formed by an ink jet. At each contact point P where the linear element 121, the negative electrode collector layer 11, and the solid electrolyte layer 13 are in contact with each other, the surface of the linear element has a gradient θ less than 90 degrees to realize a battery having a large capacity with respect to the amount of active material usage and exhibiting excellent charge-discharge behavior.

Description

この発明は、正負両極の活物質の間に電解質層を介在させてなる電池、これを備える車両および電子機器ならびに該電池の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a battery in which an electrolyte layer is interposed between positive and negative electrode active materials, a vehicle and an electronic device including the battery, and a method for manufacturing the battery.

例えばリチウムイオン二次電池のように、正負両極の活物質の間に電解質層を積層してなる構造を有する電池としては、正極活物質および負極活物質をそれぞれ付着させた集電体としての金属箔をセパレータを介して重ね合わせ、セパレータに電解液を含浸させたものが従来より知られている。この種の電池の技術分野においては、さらなる小型化・大出力化が求められており、このような要求に応えるべく種々の技術が提案されている。   For example, a battery having a structure in which an electrolyte layer is laminated between positive and negative electrode active materials, such as a lithium ion secondary battery, includes a metal as a current collector to which a positive electrode active material and a negative electrode active material are respectively attached. 2. Description of the Related Art Conventionally, a foil is overlapped via a separator and the separator is impregnated with an electrolytic solution. In the technical field of this type of battery, further downsizing and higher output are required, and various technologies have been proposed to meet such demands.

例えば特許文献１には、正極活物質層と電解質層との接触面および電解質層と負極活物質層との接触面が立体的な凹凸構造となるように、集電体となる金属箔上にインクジェット方式により各機能層を積層形成する技術が開示されている。この技術においては、正極集電体となる金属箔の表面に、該表面全体を覆うとともに、上面が凹凸形状を有する正極活物質層をインクジェット方式により形成し、同様に凹凸形状を有する固体活物質層、負極活物質層を順次インクジェット方式の塗布により積層している。   For example, Patent Document 1 discloses that a contact surface between a positive electrode active material layer and an electrolyte layer and a contact surface between an electrolyte layer and a negative electrode active material layer have a three-dimensional uneven structure on a metal foil serving as a current collector. A technique for laminating and forming each functional layer by an inkjet method is disclosed. In this technique, a positive electrode active material layer having a concavo-convex shape is formed on the surface of a metal foil serving as a positive electrode current collector by covering the entire surface and having a concavo-convex shape on the upper surface, and a solid active material similarly having a concavo-convex shape. A layer and a negative electrode active material layer are sequentially stacked by ink-jet coating.

特開２００５−１１６２４８号公報（例えば、段落００２９）Japanese Patent Laying-Open No. 2005-116248 (for example, paragraph 0029)

上記した特許文献１では、上記のようにして製造された電池の電気的特性として直流抵抗が実測されているが、電池としての性能をより直接的に表す充電・放電に関わる電気化学特性については評価されていない。すなわち、この技術に係る電池の電気化学特性は未知数である。   In the above-mentioned Patent Document 1, DC resistance is actually measured as the electrical characteristics of the battery manufactured as described above. Regarding the electrochemical characteristics related to charging / discharging that directly express the performance as a battery, Not evaluated. That is, the electrochemical characteristics of the battery according to this technology are unknown.

このように、活物質層を立体的な構造とすることによって電池の小型化・薄型化を図るとともに、電気化学特性も良好な電池およびこれを製造するための技術については、これまで確立されるに至っていない。   As described above, a battery having good electrochemical characteristics and a technology for manufacturing the battery have been established so far by reducing the size and thickness of the battery by making the active material layer into a three-dimensional structure. It has not reached.

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、小型で電気化学特性の良好な電池およびこれを製造することのできる技術を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and aims at providing the technique which can manufacture a small battery with favorable electrochemical characteristics, and this.

この発明にかかる電池は、上記目的を達成するため、第１の集電体層、第１の活物質層、電解質層、第２の活物質層および第２の集電体層をこの順番に積層した構造を有し、前記第１の活物質層は、前記第１の集電体層表面にインクジェット方式により塗布形成された、互いに離隔した島状部位を複数配してなる島状構造を有し、前記島状部位と前記第１の集電体層との接触点において前記第１の活物質層に引いた接線と前記第１の集電体層表面とがなす角のうち前記第１の活物質層を含む側の角が９０度よりも小さいことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the battery according to the present invention includes the first current collector layer, the first active material layer, the electrolyte layer, the second active material layer, and the second current collector layer in this order. The first active material layer has an island-like structure in which a plurality of island-like portions separated from each other are formed by coating on the surface of the first current collector layer by an inkjet method. The angle between the tangent line drawn to the first active material layer and the surface of the first current collector layer at the contact point between the island-shaped portion and the first current collector layer. The angle on the side including one active material layer is smaller than 90 degrees.

なお、この発明において、第１の活物質層は、第１の集電体層の表面上で複数の島状部位が互いに完全に離隔した構造に限定されるものではなく、複数の島状部位同士が接続部位によって部分的に接続された構造であってもよい。   In the present invention, the first active material layer is not limited to a structure in which a plurality of island-like parts are completely separated from each other on the surface of the first current collector layer. A structure in which the members are partially connected to each other by a connecting portion may be used.

詳しくは後述するが、本願出願者らが得た新たな知見によると、上記のような構成を有する電池は、小型・薄型でありながら電気化学特性も良好である。具体的には、この発明にかかる電池は高容量および良好な充放電特性を有している。この発明は、電解液を含む電解質層を有する電池のみでなく、例えばポリマー電解質のような固体電解質層を有する電池においても有効である。   As will be described in detail later, according to new knowledge obtained by the applicants of the present application, the battery having the above-described configuration has good electrochemical characteristics while being small and thin. Specifically, the battery according to the present invention has a high capacity and good charge / discharge characteristics. The present invention is effective not only in a battery having an electrolyte layer containing an electrolytic solution but also in a battery having a solid electrolyte layer such as a polymer electrolyte.

ここで、例えば、島状部位と第１の集電体層との接触点において、第１の集電体層と電解質層とが接触しているように構成されてもよい。このような構成では、接触点近傍において非常に薄い第１の活物質層を挟んで第１の集電体と電解質層とが対向しており、特に充放電特性が良好である。   Here, for example, the first current collector layer and the electrolyte layer may be in contact with each other at the contact point between the island-shaped portion and the first current collector layer. In such a configuration, the first current collector and the electrolyte layer face each other with the very thin first active material layer sandwiched in the vicinity of the contact point, and charge / discharge characteristics are particularly good.

また、例えば、島状部位は、第１の集電体層表面に沿って所定の方向に延びるライン状パターンを有するように構成されてもよい。このような構成によれば、厚みおよび表面積が大きく、かつ第１の集電体層との接触点近傍領域の面積も大きな第１の活物質層とすることができる。また、このようなパターンは例えば第１の活物質層の材料を含む塗布液を第１の集電体表面にライン状に塗布することによって形成可能であり、製造コストを低く抑えることができる。   Further, for example, the island-shaped portion may be configured to have a line pattern extending in a predetermined direction along the surface of the first current collector layer. According to such a configuration, the first active material layer having a large thickness and surface area and a large area in the vicinity of the contact point with the first current collector layer can be obtained. In addition, such a pattern can be formed by, for example, applying a coating liquid containing the material of the first active material layer on the surface of the first current collector in a line shape, and the manufacturing cost can be kept low.

また、例えば、ライン状パターンの延設方向に直交する断面における島状部位の断面形状は、第１の集電体層と接触する部分の幅が２０μｍないし３００μｍ、高さが１０μｍないし３００μｍであり、幅に対する高さの比が０．５以上であるように構成されてもよい。本願発明者らの実験によれば、このような寸法に第１の活物質層を形成したとき、電池としての性能が特に良好なものとなった。   In addition, for example, the cross-sectional shape of the island-shaped portion in the cross section orthogonal to the extending direction of the line pattern has a width of 20 μm to 300 μm and a height of 10 μm to 300 μm at the portion in contact with the first current collector layer. The ratio of height to width may be 0.5 or more. According to experiments by the inventors of the present application, when the first active material layer is formed in such dimensions, the performance as a battery is particularly good.

また、例えば、電解質層は固体電解質からなり、複数の島状部位のそれぞれでは、第１の集電体層と接触する部分を除く表面が滑らかな曲面であってもよい。固体電解質からなる電解質層を有する電池は、主に有機溶媒からなる電解液を使用しないため取り扱いが容易である。この場合において第１の活物質層の島状部位の表面が滑らかな曲面であると、固体電解質層と第１の活物質層との密着性が高くなり、電池としての性能を安定したものとすることができる。   Further, for example, the electrolyte layer is made of a solid electrolyte, and each of the plurality of island-shaped portions may have a smooth curved surface except for a portion in contact with the first current collector layer. A battery having an electrolyte layer made of a solid electrolyte is easy to handle because an electrolyte solution mainly made of an organic solvent is not used. In this case, if the surface of the island-shaped portion of the first active material layer is a smooth curved surface, the adhesion between the solid electrolyte layer and the first active material layer is increased, and the performance as a battery is stabilized. can do.

上記のような構造を有する電池は種々の応用分野が考えられるが、例えば電気自動車のような各種車両の電源として、またこの電池を電源として動作する電子回路部を備えた各種の電子機器に適用することが可能である。より具体的には、薄型で高性能の電源を構成することができることから、例えばＩＣカードのように、電池と電子回路部とを収容するカード型の筐体を備える電子機器に特に好適に適用することが可能である。   The battery having the above structure can be used in various fields of application. For example, the battery can be used as a power source for various vehicles such as an electric vehicle and various electronic devices including an electronic circuit unit that operates using the battery as a power source. Is possible. More specifically, since a thin and high-performance power source can be configured, the present invention is particularly suitably applied to an electronic device including a card-type housing that houses a battery and an electronic circuit unit, such as an IC card. Is possible.

また、この発明にかかる電池の製造方法は、上記目的を達成するため、第１の集電体となる基材の表面に、第１の活物質層を互いに離隔した複数の島状部位からなる島状構造に形成する第１工程と、前記第１の活物質層により覆われていない前記基材の露出表面と前記第１の活物質層の表面とを共に覆う電解質層、第２の活物質層および第２の集電体を積層する第２工程とを備え、前記第１工程では、前記島状部位と前記第１の集電体層との接触点において前記第１の活物質層に引いた接線と前記第１の集電体層表面とがなす角のうち前記第１の活物質層を含む側の角を９０度よりも小さくすることを特徴としている。   In addition, in order to achieve the above object, the battery manufacturing method according to the present invention comprises a plurality of island-like parts with the first active material layers spaced apart from each other on the surface of the base material to be the first current collector. A first step of forming an island-like structure; an electrolyte layer covering both the exposed surface of the base material not covered by the first active material layer and the surface of the first active material layer; A second step of laminating a material layer and a second current collector, wherein, in the first step, the first active material layer at a contact point between the island-shaped portion and the first current collector layer The angle between the tangent line drawn to the surface and the surface of the first current collector layer is smaller than 90 degrees on the side including the first active material layer.

このように構成された発明では、第１の活物質層を構成する島状部位の断面形状を適宜に制御することによって、上記した構造を有する特性の良好な電池を優れた生産性で製造することができる。また、このような製造方法により製造された電池は、上記したように、小型・薄型で電気的特性の良好なものとなる。   In the invention configured as described above, by appropriately controlling the cross-sectional shape of the island-shaped portion constituting the first active material layer, a battery having the above-described structure and excellent characteristics is manufactured with excellent productivity. be able to. In addition, as described above, the battery manufactured by such a manufacturing method is small and thin and has good electrical characteristics.

本発明によれば、第１の集電体層表面に互いに離隔した島状部位を複数配してなる島状構造を有する第１の活物質層をインクジェット方式の塗布により形成するとともに、島状部位と第１の集電体層との接触点において第１の活物質層に引いた接線と第１の集電体層表面とがなす角が９０度よりも小さくなるようにする。これにより、小型で電気化学特性が良好で、生産性にも優れた電池およびこれを備えた各種の機器を提供することができる。   According to the present invention, the first active material layer having an island-like structure formed by arranging a plurality of island-like portions separated from each other on the surface of the first current collector layer is formed by ink-jet coating, and the island-like structure is formed. The angle formed between the tangent line drawn on the first active material layer and the surface of the first current collector layer at the contact point between the portion and the first current collector layer is made smaller than 90 degrees. Thereby, it is possible to provide a battery having a small size, good electrochemical characteristics, and excellent productivity, and various devices including the battery.

リチウムイオン二次電池の概略構造を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a lithium ion secondary battery. 図１の電池の製造方法の一例を示すフローチャートである。2 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing the battery of FIG. インクジェット方式による材料塗布の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of material application | coating by an inkjet system. 負極活物質層の断面形状を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the cross-sectional shape of a negative electrode active material layer. 図４の構造と従来の電池モジュールの構造との差異を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the difference with the structure of FIG. 4, and the structure of the conventional battery module. 負極活物質層のパターンの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the pattern of a negative electrode active material layer. 本発明にかかる電池を搭載した電気自動車を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electric vehicle carrying the battery concerning this invention. 本発明にかかる電池を搭載したＩＣカードを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the IC card carrying the battery concerning this invention.

図１はリチウムイオン二次電池の概略構造を示す図である。より詳しくは、図１（ａ）は本発明にかかる電池の一実施形態としてのリチウムイオン二次電池モジュールの断面構造を示す図であり、図１（ｂ）はその概観斜視図である。このリチウムイオン二次電池モジュール１は、負極集電体１１の上に負極活物質層１２、固体電解質層１３、正極活物質層１４および正極集電体１５を順番に積層した構造を有している。この明細書では、Ｘ、ＹおよびＺ座標方向をそれぞれ図１（ａ）に示すように定義する。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a lithium ion secondary battery. More specifically, FIG. 1A is a diagram showing a cross-sectional structure of a lithium ion secondary battery module as an embodiment of a battery according to the present invention, and FIG. 1B is an overview perspective view thereof. The lithium ion secondary battery module 1 has a structure in which a negative electrode active material layer 12, a solid electrolyte layer 13, a positive electrode active material layer 14, and a positive electrode current collector 15 are sequentially laminated on a negative electrode current collector 11. Yes. In this specification, the X, Y, and Z coordinate directions are defined as shown in FIG.

図１（ｂ）に示すように、負極活物質層１２はＹ方向に沿って延びるライン状のパターン１２１がＸ方向に一定間隔を空けて多数並んだ、ラインアンドスペース構造となっている。また固体電解質層１３は固体電解質によって形成されており、その下面が負極活物質層１２の凹凸に対応する凹凸形状となっている一方、上面は略平坦となっている。   As shown in FIG. 1B, the negative electrode active material layer 12 has a line-and-space structure in which a large number of linear patterns 121 extending along the Y direction are arranged at regular intervals in the X direction. The solid electrolyte layer 13 is formed of a solid electrolyte, and the lower surface thereof has an uneven shape corresponding to the unevenness of the negative electrode active material layer 12, while the upper surface is substantially flat.

そして、このように略平坦に形成された固体電解質層１３に正極活物質層１４および正極集電体１５が積層されて、リチウムイオン二次電池モジュール１が形成される。このリチウムイオン二次電池モジュール１に適宜タブ電極が設けられたり、複数のモジュールが積層されてリチウムイオン電池が構成される。   Then, the positive electrode active material layer 14 and the positive electrode current collector 15 are laminated on the solid electrolyte layer 13 formed substantially flat in this manner, so that the lithium ion secondary battery module 1 is formed. The lithium ion secondary battery module 1 is appropriately provided with a tab electrode, or a plurality of modules are stacked to constitute a lithium ion battery.

ここで、各層を構成する材料としては、リチウムイオン電池の構成材料として公知のものを用いることが可能であり、負極集電体１１、正極集電体１５としては、例えば銅箔、アルミニウム箔をそれぞれ用いることができる。また、正極活物質としては例えばＬｉＣｏＯ2（ＬＣＯ）を主体とするものを、負極活物質としては例えばＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12（ＬＴＯ）を主体としたものをそれぞれ用いることができる。また、固体電解質層１３としては、例えばポリエチレンオキサイドおよびポリスチレンを用いることができる。なお、各機能層の材質についてはこれらに限定されるものではない。 Here, as a material constituting each layer, a known material as a constituent material of a lithium ion battery can be used. As the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 15, for example, a copper foil or an aluminum foil is used. Each can be used. Further, as the positive electrode active material, for example, a material mainly composed of LiCoO 2 (LCO) can be used, and as the negative electrode active material, for example, a material mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 (LTO) can be used. Moreover, as the solid electrolyte layer 13, for example, polyethylene oxide and polystyrene can be used. The material of each functional layer is not limited to these.

このような構造を有するリチウムイオン二次電池モジュール１は、薄型で折り曲げ容易である。また、負極活物質層１２を図示したような凹凸を有する立体的構造として、その体積に対する表面積を大きくしているので、薄い固体電解質層１３を介した正極活物質層１４との対向表面積を大きく取ることができ、高効率・高出力が得られる。このように、上記構造を有するリチウムイオン電池は小型で高性能を得ることができるものである。   The lithium ion secondary battery module 1 having such a structure is thin and easy to bend. Further, since the negative electrode active material layer 12 has a three-dimensional structure having irregularities as illustrated, the surface area with respect to the volume is increased, so that the surface area facing the positive electrode active material layer 14 through the thin solid electrolyte layer 13 is increased. High efficiency and high output can be obtained. Thus, the lithium ion battery having the above-described structure is small and can obtain high performance.

次に、上記したリチウムイオン二次電池モジュール１を製造する方法について説明する。従来、この種のモジュールは各機能層に対応する薄膜材料を積層することによって形成されてきたが、この製造方法ではモジュールの高密度化に限界がある。これに対し、以下に説明する製造方法では、少ない工程で、また既存の処理装置を用いて、上記のような構造のリチウムイオン電池モジュール１を製造することが可能である。   Next, a method for manufacturing the above-described lithium ion secondary battery module 1 will be described. Conventionally, this type of module has been formed by laminating thin film materials corresponding to each functional layer. However, this manufacturing method has a limit in increasing the density of the module. On the other hand, in the manufacturing method described below, the lithium ion battery module 1 having the above-described structure can be manufactured with a small number of steps and using an existing processing apparatus.

図２は図１の電池の製造方法の一例を示すフローチャートである。この製造方法では、まず負極集電体１１となる金属箔、例えば銅箔を準備する（ステップＳ１０１）。薄い銅箔は搬送や取り扱いが難しいので、例えば片面をガラス板等のキャリアに貼り付ける等により搬送性を高めておくことが好ましい。   FIG. 2 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the battery of FIG. In this manufacturing method, first, a metal foil, such as a copper foil, to be the negative electrode current collector 11 is prepared (step S101). Since thin copper foils are difficult to transport and handle, it is preferable to improve transportability, for example, by attaching one side to a carrier such as a glass plate.

続いて、銅箔の一方面に、負極活物質を含む塗布液を塗布して負極活物質層１２を形成する（ステップＳ１０２）。ここではインクジェット方式による塗布を行う。インクジェット方式では、吐出ノズルの先端からインク（パターン材料を含む塗布液）を断続的に吐出させることで微小な液滴として飛翔させ、塗布対象物に付着させる。液滴の体積をピコリットルオーダーまで微小化する技術が実用化されており、塗布液の塗布によって微細なパターンを形成するのに適している。   Subsequently, a coating liquid containing a negative electrode active material is applied to one surface of the copper foil to form the negative electrode active material layer 12 (step S102). Here, application by an inkjet method is performed. In the inkjet method, ink (coating liquid containing a pattern material) is intermittently ejected from the tip of an ejection nozzle to fly as fine droplets and adhere to an application target. A technique for reducing the volume of a droplet to the picoliter order has been put into practical use, and is suitable for forming a fine pattern by applying a coating liquid.

塗布液としては、例えば、前記した負極活物質を含む有機系ＬＴＯ材料を用いることができる。塗布液には、負極活物質の他に、導電助剤としてのアセチレンブラックまたはケッチェンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などを混合したものを用いることができる。なお、負極活物質材料としては上記したＬＴＯの他に例えば黒鉛、金属リチウム、ＳｎＯ2、合金系などを用いることが可能である。 As the coating solution, for example, an organic LTO material containing the negative electrode active material described above can be used. In addition to the negative electrode active material, the coating solution includes acetylene black or ketjen black as a conductive auxiliary agent, polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl as a binder. A mixture of alcohol (PVA) or polytetrafluoroethylene (PTFE), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent, or the like can be used. As the negative electrode active material, it is possible to use, for example, graphite, metallic lithium, SnO 2 , an alloy system, etc. in addition to the above LTO.

図３はインクジェット方式による材料塗布の様子を模式的に示す図である。より詳しくは、図３（ａ）および図３（ｂ）はインクジェット方式による塗布の様子をそれぞれＸ方向およびＹ方向から見た図である。また、図３（ｃ）は塗布後の状態を示す概観斜視図である。インクジェット方式によって塗布液を基材に塗布する技術は公知であり、本方法においてもそのような公知技術を適用することが可能であるので、装置構成については説明を省略する。   FIG. 3 is a diagram schematically showing how the material is applied by the ink jet method. More specifically, FIG. 3A and FIG. 3B are views of the state of application by the ink jet method as seen from the X direction and the Y direction, respectively. Moreover, FIG.3 (c) is a general | schematic perspective view which shows the state after application | coating. A technique for applying a coating solution to a substrate by an ink jet method is known, and such a known technique can also be applied to this method, and thus the description of the apparatus configuration is omitted.

インクジェット方式の塗布装置では、上記有機系ＬＴＯ材料を塗布液として吐出するための吐出ノズル３１１を１つまたは複数設けられた吐出ヘッド３１を銅箔１１の上方に配置し、吐出ノズル３１１から塗布液の液滴３１ｐを吐出させながら、吐出ヘッド３１を銅箔１１に対し相対的に矢印方向Ｄhに一定速度で走査移動させる。相前後して銅箔１１に着液する液滴が銅箔１１上で互いに一部が重なり合うように、移動速度が設定されることが望ましい。このようにすると、銅箔１１表面に着液した液滴が互いに凝集してより大きな塗布液の塊となり、その表面張力によって塗布液の表面が滑らかな曲面となるので、後述するように電気化学特性の良好な電池を得ることができる。   In the inkjet type coating apparatus, a discharge head 31 provided with one or a plurality of discharge nozzles 311 for discharging the organic LTO material as a coating liquid is disposed above the copper foil 11, and the coating liquid is discharged from the discharge nozzle 311. While the liquid droplet 31p is being discharged, the discharge head 31 is moved relative to the copper foil 11 at a constant speed in the arrow direction Dh. It is desirable that the moving speed is set so that the droplets that have landed on the copper foil 11 one after the other partially overlap each other on the copper foil 11. In this way, the droplets that have landed on the surface of the copper foil 11 aggregate together to form a larger lump of coating liquid, and the surface tension of the coating liquid becomes a smooth curved surface. A battery having good characteristics can be obtained.

これにより、図３（ｃ）に示すように、銅箔１１上には塗布液がヘッド移動方向（Ｙ方向）に沿ったライン状に塗布される。これを乾燥硬化させることで、銅箔１１の上面に負極活物質によるライン状パターン１２１が形成される。また、塗布液に光硬化性樹脂を添加し塗布後に光照射して硬化させるようにしてもよい。   As a result, as shown in FIG. 3C, the coating liquid is applied on the copper foil 11 in a line shape along the head movement direction (Y direction). By drying and curing this, a line pattern 121 made of a negative electrode active material is formed on the upper surface of the copper foil 11. Alternatively, a photo-curable resin may be added to the coating solution and cured by light irradiation after coating.

なお、ここでは吐出ヘッド３１を銅箔１１に対し一方向（Ｙ方向）に走査移動させる場合を説明したが、公知のインクジェット塗布技術で行われているように、吐出ヘッド３１をＸＹ平面内で走査移動させてパターンを形成するようにしてもよい。例えば、吐出ヘッド３１をＸ方向に往復走査移動させるとともに、銅箔１１をＹ方向に少しずつ移動させ、吐出ヘッド３１から断続的に塗布液を吐出させることによっても、図３（ｃ）のようなライン状パターン１２１を形成することが可能である。   Although the case where the ejection head 31 is scanned and moved in one direction (Y direction) with respect to the copper foil 11 has been described here, the ejection head 31 is moved within the XY plane as is done by a known inkjet coating technique. The pattern may be formed by scanning and moving. For example, the ejection head 31 is moved back and forth in the X direction and the copper foil 11 is moved little by little in the Y direction to intermittently eject the coating liquid from the ejection head 31 as shown in FIG. A straight line pattern 121 can be formed.

また、吐出ヘッドの複数回の走査移動で塗布液をＺ方向に多段階に塗り重ねることによって、図１（ａ）および図３（ｃ）に示すような立体的構造の負極活物質層１２を形成するようにしてもよい。この場合、先の工程で塗布された塗布液が乾燥すると上記のような凝集による滑らかな表面が得られにくくなるが、Ｘ方向における塗布幅を各塗布工程ごとに調節することにより、所望の形状に近似した断面形状を有する負極活物質層１２を形成することが可能である。   Further, the coating liquid is applied in multiple stages in the Z direction by a plurality of scanning movements of the ejection head, thereby forming the negative electrode active material layer 12 having a three-dimensional structure as shown in FIGS. 1 (a) and 3 (c). You may make it form. In this case, when the coating solution applied in the previous step is dried, it becomes difficult to obtain a smooth surface due to aggregation as described above. However, by adjusting the coating width in the X direction for each coating step, a desired shape can be obtained. It is possible to form the negative electrode active material layer 12 having a cross-sectional shape close to.

この時点では、略平坦な銅箔１１の表面に対して負極活物質層１２を部分的に盛り上げた状態となっており、単に上面が平坦となるように塗布液を塗布する場合に比べて、活物質の使用量に対する表面積を大きくすることができるので、後に形成される正極活物質との対向面積を大きくして高出力を得ることができる。   At this time, the negative electrode active material layer 12 is partially raised with respect to the surface of the substantially flat copper foil 11, compared with a case where the coating liquid is simply applied so that the upper surface is flat, Since the surface area with respect to the usage amount of the active material can be increased, the facing area with the positive electrode active material to be formed later can be increased to obtain a high output.

図２のフローチャートの説明を続ける。こうして形成された、銅箔１１に負極活物質層１２を積層してなる積層体の上面に対し、適宜の塗布方法により電解質材料を含む電解質塗布液を塗布する（ステップＳ１０３）。塗布方法としては、前述したインクジェット方式を用いることができるほか、例えばナイフコート法、バーコート法およびノズルスキャン法等の公知の塗布方法を適用することができる。電解質塗布液としては、前記した高分子電解質材料、例えばポリエチレンオキシド、ポリスチレンなどの樹脂、支持塩としての例えばＬｉＰＦ6および溶剤としての例えばジエチレンカーボネートなどを混合したものを用いることができる。ここでの塗布方法としては上記に限定されないが、塗布後の表面を略平坦にすることのできる方法であることが好ましい。 The description of the flowchart of FIG. 2 will be continued. An electrolyte coating liquid containing an electrolyte material is applied to the upper surface of the laminate formed by laminating the negative electrode active material layer 12 on the copper foil 11 thus formed (step S103). As the coating method, the above-described inkjet method can be used, and known coating methods such as a knife coating method, a bar coating method, and a nozzle scanning method can be applied. As the electrolyte coating solution, a mixture of the above-described polymer electrolyte material, for example, a resin such as polyethylene oxide or polystyrene, a support salt such as LiPF 6 and a solvent such as diethylene carbonate can be used. Although it is not limited to the above as a coating method here, It is preferable that it is a method which can make the surface after application | coating substantially flat.

続いて正極活物質層１４および正極集電体としてのアルミニウム箔１５を積層する。ここではその一例を説明する。まず、正極集電体としてのアルミニウム箔１５に予め正極活物質を含む塗布液を塗布して略一様な正極活物質層１４をアルミニウム箔１５の表面に形成しておく。正極活物質を含む塗布液としては、例えば、前記した正極活物質と、導電助剤としての例えばアセチレンブラック、結着剤としてのＳＢＲ、分散剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）および溶剤としての純水などを混合した水系ＬＣＯ材料を用いることができる。正極活物質材料としては、上記したＬＣＯの他、ＬｉＮｉＯ2またはＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＭｎＰＯ4、ＬｉＭｎ2Ｏ4、またＬｉＭｅＯ2（Ｍｅ＝ＭxＭyＭz；Ｍｅ、Ｍは遷移金属、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で代表的に示される化合物、例えばＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2などを用いることができる。また、塗布方法としては、上記したインクジェット方式のほか、例えばナイフコート法、バーコート法およびスピンコート法のように、平面上に平坦な膜を形成することが可能な公知の塗布方法を適宜採用することができる。 Subsequently, a positive electrode active material layer 14 and an aluminum foil 15 as a positive electrode current collector are laminated. Here, an example will be described. First, a substantially uniform positive electrode active material layer 14 is formed on the surface of the aluminum foil 15 by previously applying a coating liquid containing a positive electrode active material to the aluminum foil 15 as a positive electrode current collector. Examples of the coating liquid containing the positive electrode active material include, for example, the above-described positive electrode active material, acetylene black as a conductive additive, SBR as a binder, carboxymethyl cellulose (CMC) as a dispersant, and pure water as a solvent. A water-based LCO material mixed with the above can be used. The positive electrode active material, other LCO described above, LiNiO 2 or LiFePO 4, LiMnPO 4, LiMn 2 O 4, also LiMeO 2 (Me = M x M y M z; Me, M is a transition metal, x + y + z = 1 ), For example, LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 and the like can be used. As the coating method, in addition to the ink jet method described above, a known coating method capable of forming a flat film on a plane, such as a knife coating method, a bar coating method, and a spin coating method, is appropriately employed. can do.

そして、ステップＳ１０３において塗布された電解質塗布液が硬化する前に、正極活物質層１４が形成されたアルミニウム箔１５を貼り合わせて、正極活物質層１４と電解質塗布液とを密着させる（ステップＳ１０４）。このとき、より密着性を高めるために、アルミニウム箔１５表面の正極活物質層１４にも電解質塗布液を塗布しておいてもよい。   Then, before the electrolyte coating solution applied in step S103 is cured, the aluminum foil 15 on which the positive electrode active material layer 14 is formed is bonded to bring the positive electrode active material layer 14 and the electrolyte coating solution into close contact (step S104). ). At this time, in order to further improve the adhesion, an electrolyte coating solution may be applied to the positive electrode active material layer 14 on the surface of the aluminum foil 15.

こうすることで、負極集電体１１、負極活物質層１２、固体電解質層１３、正極活物質層１４および正極集電体１５が順に積層されてなるリチウムイオン二次電池モジュール１が形成される。なお、上記方法以外にも、例えば、電解質塗布液の塗布後これを硬化させて固体電解質層１３を形成した後に、正極活物質を含む塗布液を塗布して正極活物質層１４を形成し、さらに正極集電体１５を貼り合わせるようにしてもよい。   In this way, the lithium ion secondary battery module 1 in which the negative electrode current collector 11, the negative electrode active material layer 12, the solid electrolyte layer 13, the positive electrode active material layer 14, and the positive electrode current collector 15 are sequentially stacked is formed. . In addition to the above method, for example, after applying the electrolyte coating solution, and curing this to form the solid electrolyte layer 13, a coating solution containing a cathode active material is applied to form the cathode active material layer 14, Further, the positive electrode current collector 15 may be bonded.

次に、図１のリチウムイオン二次電池モジュール１における負極活物質層の構造について、図４および図５を参照しながらさらに詳しく説明する。図４は負極活物質層の断面形状を示す拡大断面図である。また、図５は図４の構造と従来の電池モジュールの構造との差異を模式的に示す図である。   Next, the structure of the negative electrode active material layer in the lithium ion secondary battery module 1 of FIG. 1 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a cross-sectional shape of the negative electrode active material layer. FIG. 5 is a diagram schematically showing the difference between the structure of FIG. 4 and the structure of the conventional battery module.

図１に示すように、この実施形態における負極活物質層１２は、Ｙ方向に延びる複数のライン状パターン１２１がＸ方向に互いに離隔した島状に配置された構造を有している。図４はＸ−Ｚ平面で切断したライン状パターン１２１の断面を示しており、同図に示されるように、ライン状パターン１２１の表面は上（Ｚ方向）に凸の滑らかな曲面となっている。   As shown in FIG. 1, the negative electrode active material layer 12 in this embodiment has a structure in which a plurality of line-shaped patterns 121 extending in the Y direction are arranged in islands separated from each other in the X direction. FIG. 4 shows a cross section of the line-shaped pattern 121 cut along the XZ plane. As shown in the figure, the surface of the line-shaped pattern 121 is a smooth curved surface convex upward (Z direction). Yes.

本願発明者らが試作した電池モジュール１における各部の代表的な寸法は、ライン状パターン１２１の幅Ｄａが約１７０μｍ、高さＨａは約１００μｍである。また、隣接するライン状パターン１２１，１２１間の距離Ｓは約１６０μｍである。また、固体電解質層１３の厚さＨｄは約２００μｍである。   Typical dimensions of each part in the battery module 1 prototyped by the inventors of the present application are a line pattern 121 having a width Da of about 170 μm and a height Ha of about 100 μm. Further, the distance S between the adjacent line patterns 121, 121 is about 160 μm. The thickness Hd of the solid electrolyte layer 13 is about 200 μm.

また、負極集電体１１からライン状パターン１２１が立ち上がる位置、つまり負極集電体１１、負極活物質のライン状パターン１２１および固体電解質層１３の三者が互いに接する接触点Ｐにおけるライン状パターン１２１表面の勾配、言い換えれば、接触点Ｐにおいてライン状パターン１２１に引いた接線と負極集電体層１１とがなす角のうちライン状パターン１２１を含む側の角θは、９０度よりも小さい。以下、この明細書では、この角θを「接地角」と称することとする。   Further, the line pattern 121 at the contact point P where the three of the negative electrode current collector 11, the negative electrode active material line pattern 121, and the solid electrolyte layer 13 come into contact with each other, that is, the position where the line pattern 121 rises from the negative electrode current collector 11. Of the angles formed by the surface gradient, in other words, the tangent line drawn to the line-shaped pattern 121 at the contact point P and the negative electrode current collector layer 11, the angle θ on the side including the line-shaped pattern 121 is smaller than 90 degrees. Hereinafter, in this specification, this angle θ is referred to as a “contact angle”.

本願発明者らの知見によれば、電池として良好な特性が得られる各部の寸法の好ましい範囲は概ね以下の通りである。すなわち、ライン状パターン１２１の幅Ｄａは２０ないし３００μｍ、その高さＨａは約１０ないし３００μｍであり、かつ断面のアスペクト比、つまり幅Ｄａに対する高さＨａの比が０．５以上であることが好ましい。   According to the knowledge of the inventors of the present application, preferred ranges of the dimensions of the respective parts that provide good characteristics as a battery are as follows. That is, the line pattern 121 has a width Da of 20 to 300 μm, a height Ha of about 10 to 300 μm, and a cross-sectional aspect ratio, that is, a ratio of the height Ha to the width Da of 0.5 or more. preferable.

本実施形態の電池が良好な特性を示した理由について、本願発明者らは以下のように考えた。図５（ａ）に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池モジュール１に外部直流電源Ｖｃを接続し、正極集電体１５に負極集電体１１よりも高電位を与えた場合を考える。この状態は、リチウムイオン二次電池モジュール１を外部直流電源Ｖｃによって充電する場合に相当する。このとき、正極活物質１４内のリチウム原子が電子（図中「ｅ−」で示す）を放出してリチウムイオン（図中「Ｌｉ＋」で示す）となり、固体電解質層１３内を泳動して負極活物質層１２（ライン状パターン１２１）に到達する。そして、負極集電体１１を介して負極活物質層１２に供給される電子と再結合する。こうして負極活物質層１２にリチウム原子が貯蔵されることで、外部から見ればリチウムイオン二次電池モジュール１が充電される。 The inventors considered the reason why the battery of the present embodiment exhibited good characteristics as follows. As shown in FIG. 5A, a case where an external DC power source Vc is connected to the lithium ion secondary battery module 1 of the present embodiment and a higher potential than the negative electrode current collector 11 is applied to the positive electrode current collector 15 is shown. Think. This state corresponds to the case where the lithium ion secondary battery module 1 is charged by the external DC power supply Vc. At this time, the lithium atoms in the positive electrode active material 14 emit electrons (indicated by “e − ” in the figure) to become lithium ions (indicated by “Li + ” in the figure), migrate in the solid electrolyte layer 13. The negative electrode active material layer 12 (line pattern 121) is reached. Then, it recombines with electrons supplied to the negative electrode active material layer 12 through the negative electrode current collector 11. By storing lithium atoms in the negative electrode active material layer 12 in this way, the lithium ion secondary battery module 1 is charged as viewed from the outside.

この実施形態では、接触点Ｐにおける接地角θが９０度よりも小さい。このため、ライン状パターン１２１の厚みは接触点Ｐで極めて小さく、特にこの実施形態では接触点Ｐにおいて負極集電体１１と固体電界質層１３とが接しているので厚みはゼロであり、接触点Ｐから離れるにしたがって厚みが大きくなる。したがって、接触点Ｐの近傍において、負極集電体１１と固体電解質層１３とが非常に薄い負極活物質層１２を挟んで対向することになる。このため、負極活物質層１２内においてリチウムイオンと電子とが再結合するために移動する距離は極めて短くて済む。反対に負極活物質層１２内のリチウム原子が電子を放出する放電時においても同様である。このことが充放電特性の向上に寄与していると考えられる。一方、接触点Ｐから離れた領域では、負極活物質層１２が十分な厚みを有しているため、多くのリチウム原子を貯蔵することができ、大容量を得ることが可能である。こうして、本実施形態のリチウムイオン二次電池モジュール１では良好な充放電特性と大容量とを両立させることが可能となっている。   In this embodiment, the contact angle θ at the contact point P is smaller than 90 degrees. For this reason, the thickness of the line-shaped pattern 121 is extremely small at the contact point P. In particular, in this embodiment, since the negative electrode current collector 11 and the solid electrolyte layer 13 are in contact at the contact point P, the thickness is zero. As the distance from the point P increases, the thickness increases. Therefore, in the vicinity of the contact point P, the negative electrode current collector 11 and the solid electrolyte layer 13 face each other with the very thin negative electrode active material layer 12 interposed therebetween. For this reason, the distance moved for recombination of lithium ions and electrons in the negative electrode active material layer 12 can be extremely short. On the contrary, the same applies to the discharge in which lithium atoms in the negative electrode active material layer 12 emit electrons. This is considered to contribute to the improvement of charge / discharge characteristics. On the other hand, in the region away from the contact point P, the negative electrode active material layer 12 has a sufficient thickness, so that many lithium atoms can be stored and a large capacity can be obtained. Thus, the lithium ion secondary battery module 1 of the present embodiment can achieve both good charge / discharge characteristics and large capacity.

前記した従来技術の電池においても、例えば図５（ｂ）に示すように、負極活物質層をごく薄く形成することによって良好な充放電特性を得ることは可能と考えられる。しかしながら、このような構成では使用される負極活物質の量（体積）が少ないため、貯蔵できるリチウム原子の量が限られ、高容量化は難しい。また、図５（ｃ）に示すように、負極活物質層を厚くすれば容量を増大させることができるが、接地角θが９０度あるいはそれ以上である場合、負極活物質層内でのイオンや電子の移動距離が長くなるため、充放電特性は劣ることになる。   In the above-described prior art battery as well, it is considered possible to obtain good charge / discharge characteristics by forming the negative electrode active material layer very thinly, for example, as shown in FIG. However, in such a configuration, since the amount (volume) of the negative electrode active material used is small, the amount of lithium atoms that can be stored is limited, and it is difficult to increase the capacity. Further, as shown in FIG. 5C, the capacity can be increased by increasing the thickness of the negative electrode active material layer. However, when the ground angle θ is 90 degrees or more, ions in the negative electrode active material layer can be increased. In addition, since the distance traveled by the electrons becomes longer, the charge / discharge characteristics are inferior.

以上のように、この実施形態では、負極集電体１１、負極活物質層１２、固体電解質層１３、正極活物質層１４および正極集電体１５を順番に積層してなるリチウムイオン二次電池モジュール１において、ライン状パターン１２１を複数配した島状構造の負極活物質層１２とする。そして、負極集電体１１に対するライン状パターン１２１の接地角θを９０度よりも小さくしたことにより、常温で動作し、高容量で充放電特性も良好な電池を構成することが可能となっている。   As described above, in this embodiment, the lithium ion secondary battery in which the negative electrode current collector 11, the negative electrode active material layer 12, the solid electrolyte layer 13, the positive electrode active material layer 14, and the positive electrode current collector 15 are sequentially stacked. In the module 1, the negative electrode active material layer 12 having an island-like structure in which a plurality of line patterns 121 are arranged is used. And by making the ground angle θ of the line-shaped pattern 121 with respect to the negative electrode current collector 11 smaller than 90 degrees, it is possible to construct a battery that operates at room temperature, has high capacity, and good charge / discharge characteristics. Yes.

ここで、負極活物質層１２を構成するライン状パターン１２１は、負極活物質を含む塗布液をインクジェット方式で基材（負極集電体１１）表面に塗布することで形成されたものである。インクジェット方式によれば、任意の形状を有する微細なパターンを効率よく形成することが可能である。そのため、電気的特性が良好で安定した電池を、優れた生産性で、しかも低い製造コストで製造することができる。   Here, the line pattern 121 constituting the negative electrode active material layer 12 is formed by applying a coating liquid containing a negative electrode active material on the surface of the base material (negative electrode current collector 11) by an inkjet method. According to the ink jet system, it is possible to efficiently form a fine pattern having an arbitrary shape. Therefore, a battery having good and stable electrical characteristics can be manufactured with excellent productivity and at a low manufacturing cost.

また、ライン状パターン１２１の表面を鋭い角のない滑らかな曲面とすることで、負極集電体１１および負極活物質層１２による負極側構造体と固体電解質層１３との密着度を高めることができる。これにより、例えば電池モジュールの屈曲によってこれらの界面が剥離するなどの損傷を受け難く特性の安定した電池を構成することが可能となる。これにより折り曲げ可能な電池を構成することができ、種々の形状の容器への収納も容易となる。なお、本実施形態にかかる負極活物質層１２の構造は、固体電解質層を有する電池のみならず、セパレータと電解液とで構成される液体電解質層を有する電池においてもその特性を向上させる上で有効なものであるが、この場合には、上記したライン状パターン１２１の表面を滑らかな曲面とすることは必須の要件ではない。   Further, by making the surface of the line pattern 121 a smooth curved surface without sharp corners, the degree of adhesion between the negative electrode current collector 11 and the negative electrode active material layer 12 and the solid electrolyte layer 13 can be increased. it can. As a result, it is possible to construct a battery with stable characteristics that is less susceptible to damage such as peeling of these interfaces due to bending of the battery module. As a result, a bendable battery can be constructed, and storage in various shaped containers is facilitated. Note that the structure of the negative electrode active material layer 12 according to the present embodiment is not only for a battery having a solid electrolyte layer, but also for a battery having a liquid electrolyte layer composed of a separator and an electrolytic solution in order to improve its characteristics. Although effective, in this case, it is not an essential requirement to make the surface of the line-shaped pattern 121 a smooth curved surface.

また、上記実施形態における負極活物質層１２は、Ｙ方向に延びるライン状パターン１２１をＸ方向に複数並べた島状構造を有するものであり、各ライン状パターン１２１は互いに独立して負極集電体１１表面に形成されている。しかしながら、本明細書にいう「島状構造」は、各パターンの主要部が実質的に独立して存在していることを表す概念であり、各パターンが完全に独立したものだけでなく、以下に例示するようにその一部が繋がっていてもよい。   Further, the negative electrode active material layer 12 in the above embodiment has an island structure in which a plurality of line patterns 121 extending in the Y direction are arranged in the X direction, and each line pattern 121 is independent of the negative electrode current collector. It is formed on the surface of the body 11. However, the “island-like structure” referred to in the present specification is a concept representing that the main part of each pattern exists substantially independently, and not only each pattern is completely independent, A part thereof may be connected as illustrated in FIG.

図６は負極活物質層の他のパターンの例を示す図である。図６（ａ）に例示する負極活物質層１２２では、図１の例と同様に、複数のライン状パターン１２２ａが負極集電体１１の表面に形成されるとともに、隣接するライン状パターン１２２ａ同士が同材料による接続部位１２２ｂによって互いに接続されている。このような構造であっても、各ライン状パターン１２２ａが図１の例におけるライン状パターン１２１と同様の機能を有しており、これらが実質的に島状構造をなしているということができる。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of another pattern of the negative electrode active material layer. In the negative electrode active material layer 122 illustrated in FIG. 6A, as in the example of FIG. 1, a plurality of line patterns 122 a are formed on the surface of the negative electrode current collector 11, and adjacent line patterns 122 a Are connected to each other by a connection portion 122b made of the same material. Even in such a structure, each line-shaped pattern 122a has the same function as the line-shaped pattern 121 in the example of FIG. 1, and it can be said that these have a substantially island-shaped structure. .

また、図６（ｂ）に例示する負極活物質層１２３では、略円形の平面形状を有するランド状パターン１２３ａが負極集電体１１の表面に複数並べて形成されており、負極活物質層はこのような構造であってもよい。さらに、複数のランド状パターン１２３ａが同材料からなる接続部位１２３ｂによって相互に繋がっていてもよい。   Further, in the negative electrode active material layer 123 illustrated in FIG. 6B, a plurality of land-like patterns 123a having a substantially circular planar shape are formed side by side on the surface of the negative electrode current collector 11, and the negative electrode active material layer is formed of the negative electrode active material layer. Such a structure may be used. Furthermore, the plurality of land-like patterns 123a may be connected to each other by connection portions 123b made of the same material.

次に、上記のように構成される電池の用途について説明する。本実施形態のリチウムイオン二次電池モジュール１は、常温において高容量かつ充放電特性の良好なものであるので、以下に例示するように各種の機器への応用が考えられる。なお、以下は本実施形態の電池を応用しうる機器の態様の一部を例示するものであって、本発明にかかる電池の適用範囲がこれらに限定されるものではない。   Next, the use of the battery configured as described above will be described. Since the lithium ion secondary battery module 1 of the present embodiment has a high capacity and good charge / discharge characteristics at room temperature, application to various devices is considered as exemplified below. In addition, the following exemplifies a part of the device to which the battery of the present embodiment can be applied, and the scope of application of the battery according to the present invention is not limited to these.

図７は本発明にかかる電池を搭載した機器の一例としての車両、具体的には電気自動車を模式的に示す図である。この電気自動車５０は、車輪５１と、該車輪５１を駆動するモータ５２と、該モータ５２に電力を供給する電池５３とを備えている。この電池５３として、上記したリチウムイオン二次電池モジュール１を多数直並列接続した構成を採用することができる。このように構成された電池５３は、高い電流供給能力を有するとともに短時間での充電が可能であるため、電気自動車５０のような車両の駆動用電源として好適なものである。   FIG. 7 is a diagram schematically showing a vehicle, specifically an electric vehicle, as an example of a device equipped with a battery according to the present invention. The electric vehicle 50 includes a wheel 51, a motor 52 that drives the wheel 51, and a battery 53 that supplies electric power to the motor 52. As the battery 53, a configuration in which a large number of the above-described lithium ion secondary battery modules 1 are connected in series and parallel can be employed. The battery 53 configured as described above is suitable as a power source for driving a vehicle such as the electric vehicle 50 because it has a high current supply capability and can be charged in a short time.

図８は本発明にかかる電池を搭載した機器の他の例としての電子機器、具体的にはＩＣカード（スマートカード）を模式的に示す図である。このＩＣカード７０は、互いに重ね合わせられることでカード型のパッケージを構成する１対の筐体７１，７２と、該筐体内に収容される回路モジュール７３および該回路モジュール７３の電源となる電池７４とを備えている。このうち回路モジュール７３は、外部との通信のためのループ状のアンテナ７３１と、該アンテナ７３１を介した外部機器とのデータ交換および種々の演算・記憶処理を実行する集積回路（ＩＣ）を含む回路ブロック７３２とを備えている。また、電池７４としては、上記したリチウムイオン二次電池モジュール１を１組または複数組備えるものを用いることができる。   FIG. 8 is a diagram schematically showing an electronic device, specifically, an IC card (smart card) as another example of a device equipped with a battery according to the present invention. The IC card 70 is superposed on each other to form a pair of housings 71 and 72 constituting a card-type package, a circuit module 73 housed in the housing, and a battery 74 serving as a power source for the circuit module 73. And. Among these, the circuit module 73 includes a loop-shaped antenna 731 for communication with the outside, and an integrated circuit (IC) that performs data exchange with the external device via the antenna 731 and various arithmetic / storage processes. Circuit block 732. Further, as the battery 74, a battery provided with one or a plurality of the lithium ion secondary battery modules 1 described above can be used.

このような構成によれば、それ自身は電源を有さない一般的なＩＣカードに比べて、外部機器との通信可能距離を拡張することができ、またより複雑な処理を行うことが可能となる。本発明にかかる電池７４は小型・薄型で大容量を得ることができるので、このようなカード型の機器に好適に適用することができる。   According to such a configuration, the communicable distance with the external device can be extended and more complicated processing can be performed as compared with a general IC card that does not have a power supply. Become. Since the battery 74 according to the present invention is small and thin and has a large capacity, it can be suitably applied to such a card-type device.

これ以外にも、電動アシスト自転車、電動工具、ロボットなどの機械類や、パーソナルコンピュータ、携帯電話や携帯型音楽プレイヤー、デジタルカメラやビデオカメラなどのモバイル機器、ゲーム機、ポータブル型の測定機器、通信機器や玩具など各種の電子機器に、本発明にかかる電池を採用することが可能である。   Other than this, machinery such as electric assist bicycles, electric tools, robots, personal computers, mobile phones and portable music players, mobile devices such as digital cameras and video cameras, game machines, portable measuring devices, communication The battery according to the present invention can be employed in various electronic devices such as devices and toys.

以上説明したように、上記実施形態では、負極集電体１１、負極活物質層１２、固体電解質層１３、正極活物質層１４および正極集電体１５が、それぞれ本発明の「第１の集電体層」、「第１の活物質層」、「電解質層」、「第２の活物質層」および「第２の集電体層」として機能している。また、負極活物質層を構成するライン状パターン１２１，１２２ａおよびランド状パターン１２３ａが本発明の「島状部位」に相当しており、接続部位１２２ｂ、１２３ｂが本発明の「接続部位」に相当している。   As described above, in the above embodiment, the negative electrode current collector 11, the negative electrode active material layer 12, the solid electrolyte layer 13, the positive electrode active material layer 14, and the positive electrode current collector 15 are each the “first current collector” of the present invention. It functions as an “electric layer”, “first active material layer”, “electrolyte layer”, “second active material layer”, and “second current collector layer”. Further, the line-shaped patterns 121 and 122a and the land-shaped pattern 123a constituting the negative electrode active material layer correspond to the “island portion” of the present invention, and the connection portions 122b and 123b correspond to the “connection portion” of the present invention. is doing.

また、図２のフローチャートにおけるステップＳ１０１およびＳ１０２が本発明の「第１工程」に相当する一方、ステップＳ１０３およびＳ１０４が本発明の「第２工程」に相当している。   Further, steps S101 and S102 in the flowchart of FIG. 2 correspond to the “first step” of the present invention, while steps S103 and S104 correspond to the “second step” of the present invention.

また、上記実施形態における電気自動車５０が本発明の「車両」に相当している。さらに、上記実施形態におけるＩＣカード７０が本発明の「電子機器」に相当しており、そのうち筐体７１，７２が本発明の「筐体」として、回路ブロック７３が本発明の「電子回路部」としてそれぞれ機能している。   Further, the electric vehicle 50 in the above embodiment corresponds to a “vehicle” of the present invention. Further, the IC card 70 in the above embodiment corresponds to the “electronic device” of the present invention, of which the casings 71 and 72 are the “casing” of the present invention, and the circuit block 73 is the “electronic circuit unit” of the present invention. "Is functioning as each.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では負極活物質層１２を島状構造としているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、正極活物質層を島状構造としてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the negative electrode active material layer 12 has an island-like structure, but the positive electrode active material layer may have an island-like structure instead of or in addition to this.

また、上記実施形態では負極集電体上に負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層および正極集電体を順次積層しているが、これとは反対に、正極集電体上に正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層および負極集電体をこの順番に積層するようにしてもよい。また各層の形成は塗布によるものに限定されない。   In the above embodiment, the negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector are sequentially laminated on the negative electrode current collector. On the contrary, on the positive electrode current collector, The positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the negative electrode active material layer, and the negative electrode current collector may be laminated in this order. The formation of each layer is not limited to coating.

また、上記実施形態は固体電解質層１３を備えるものであるが、電解質層としてはこのような固体のものに限らず、より一般的な電解液を用いた電池に対しても、本発明を適用することが可能である。   Moreover, although the said embodiment is provided with the solid electrolyte layer 13, as an electrolyte layer, this invention is applied not only to such a solid thing but the battery using more general electrolyte solution. Is possible.

また、上記実施形態で例示した集電体、活物質、電解質等の材料はその一例を示したものであってこれに限定されず、リチウムイオン電池の構成材料として用いられる他の材料を使用してリチウムイオン電池を製造する場合においても、本発明の製造方法を好適に適用することが可能である。また、リチウムイオン電池に限らず、他の材料を用いた電池全般に本発明を適用することが可能である。   Further, the materials such as the current collector, active material, and electrolyte exemplified in the above embodiment are only examples, and are not limited thereto, and other materials used as a constituent material of the lithium ion battery are used. Even in the case of manufacturing a lithium ion battery, the manufacturing method of the present invention can be preferably applied. Further, the present invention can be applied not only to lithium ion batteries but also to all batteries using other materials.

この発明にかかる電池は、小型・薄型でありながら高容量と良好な充放電特性とを兼ね備えており、生産性も優れているので、電池を搭載する車両や各種の電子機器に好適に適用することが可能である。   The battery according to the present invention has a high capacity and good charge / discharge characteristics while being small and thin, and is excellent in productivity. Therefore, the battery according to the present invention is suitably applied to a vehicle on which the battery is mounted and various electronic devices. It is possible.

１，５３，７４ リチウムイオン二次電池（電池）
１１ （負極集電体としての）銅箔（第１の集電体層）
１２ 負極活物質層（第１の活物質層）
１３ 電解質層
１４ 正極活物質層（第２の活物質層）
１５ （正極集電体としての）アルミニウム箔（第２の集電体層）
３１ 吐出ヘッド
３１ｐ （負極活物質塗布液の）液滴
５０ 電気自動車（車両）
７０ ＩＣカード（電子機器）
７１，７２ カード筐体（筐体）
７３ 回路モジュール（電子回路部）
１２１、１２２ａ （負極活物質の）ライン状パターン（島状部位）
１２２ｂ （負極活物質の）接続部位
１２３ａ （負極活物質の）ランド状パターン（島状部位）
１２３ｂ （負極活物質の）接続部位
３１１ 吐出ノズル 1,53,74 Lithium ion secondary battery (battery)
11 Copper foil (as the negative electrode current collector) (first current collector layer)
12 Negative electrode active material layer (first active material layer)
13 Electrolyte Layer 14 Positive Electrode Active Material Layer (Second Active Material Layer)
15 Aluminum foil (second collector layer) (as positive electrode collector)
31 Discharge head 31p Liquid droplet (of negative electrode active material coating liquid) 50 Electric vehicle (vehicle)
70 IC card (electronic equipment)
71, 72 Card housing (housing)
73 Circuit module (electronic circuit part)
121, 122a (negative electrode active material) linear pattern (island-like part)
122b Connection area of negative electrode active material 123a Land pattern of negative electrode active material (island area)
123b Connection part (of negative electrode active material) 311 Discharge nozzle

Claims (11)

第１の集電体層、第１の活物質層、電解質層、第２の活物質層および第２の集電体層をこの順番に積層した構造を有し、
前記第１の活物質層は、前記第１の集電体層表面にインクジェット方式により塗布形成された、互いに離隔した島状部位を複数配してなる島状構造を有し、前記島状部位と前記第１の集電体層との接触点において前記第１の活物質層に引いた接線と前記第１の集電体層表面とがなす角のうち前記第１の活物質層を含む側の角が９０度よりも小さい
ことを特徴とする電池。 Having a structure in which a first current collector layer, a first active material layer, an electrolyte layer, a second active material layer, and a second current collector layer are laminated in this order;
The first active material layer has an island-like structure in which a plurality of island-like portions separated from each other are formed by coating on the surface of the first current collector layer by an ink jet method, and the island-like portion The first active material layer out of the angle formed by the tangent line drawn on the first active material layer at the contact point between the first current collector layer and the surface of the first current collector layer A battery having a side angle smaller than 90 degrees. 前記島状部位と前記第１の集電体層との接触点において、前記第１の集電体層と前記電解質層とが接触している請求項１に記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the first current collector layer and the electrolyte layer are in contact with each other at a contact point between the island-shaped portion and the first current collector layer. 前記島状部位は、前記第１の集電体層表面に沿って所定の方向に延びるライン状パターンを有する請求項１または２に記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the island-shaped portion has a line-shaped pattern extending in a predetermined direction along the surface of the first current collector layer. 前記ライン状パターンの延設方向に直交する断面における前記島状部位の断面形状は、前記第１の集電体層と接触する部分の幅が２０μｍないし３００μｍ、高さが１０μｍないし３００μｍであり、前記幅に対する前記高さの比が０．５以上である請求項３に記載の電池。   The cross-sectional shape of the island-shaped part in the cross-section orthogonal to the extending direction of the line-shaped pattern is such that the width of the portion in contact with the first current collector layer is 20 μm to 300 μm, and the height is 10 μm to 300 μm, The battery according to claim 3, wherein a ratio of the height to the width is 0.5 or more. 前記電解質層は固体電解質からなり、前記島状部位では、前記第１の集電体層と接触する部分を除く表面が滑らかな曲面である請求項１ないし４のいずれかに記載の電池。   5. The battery according to claim 1, wherein the electrolyte layer is made of a solid electrolyte, and the surface of the island-shaped portion excluding a portion in contact with the first current collector layer is a smooth curved surface. 前記第１の活物質層は、複数の前記島状部位を互いに接続する接続部位を有する請求項１ないし５のいずれかに記載の電池。   The battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the first active material layer has a connection portion that connects the plurality of island-shaped portions to each other. 請求項１ないし６のいずれかに記載の電池を搭載することを特徴とする車両。   A vehicle comprising the battery according to any one of claims 1 to 6. 請求項１ないし６のいずれかに記載の電池と、
前記電池を電源として動作する電子回路部と
を備えたことを特徴とする電子機器。 A battery according to any one of claims 1 to 6;
An electronic device comprising: an electronic circuit unit that operates using the battery as a power source. 前記電池と前記電子回路部とを収容するカード型の筐体を備える請求項８に記載の電子機器。   The electronic device according to claim 8, further comprising a card-type housing that houses the battery and the electronic circuit unit. 第１の集電体となる基材の表面に、第１の活物質材料を含む塗布液をインクジェット方式により塗布して、第１の活物質層を互いに離隔した複数の島状部位からなる島状構造に形成する第１工程と、
前記第１の活物質層により覆われていない前記基材の露出表面と前記第１の活物質層の表面とを共に覆う電解質層、第２の活物質層および第２の集電体を積層する第２工程と
を備え、
前記第１工程では、前記島状部位と前記第１の集電体表面との接触点において前記第１の活物質層に引いた接線と前記第１の集電体表面とがなす角のうち前記第１の活物質層を含む側の角を９０度よりも小さくする
ことを特徴とする電池の製造方法。 An island composed of a plurality of island-like portions in which a coating liquid containing a first active material is applied to the surface of a base material serving as a first current collector by an inkjet method, and the first active material layers are separated from each other. A first step of forming a shaped structure;
Laminating an electrolyte layer, a second active material layer, and a second current collector that cover both the exposed surface of the base material that is not covered by the first active material layer and the surface of the first active material layer And a second step to
In the first step, an angle formed between a tangent line drawn on the first active material layer and the first current collector surface at a contact point between the island-shaped portion and the first current collector surface A manufacturing method of a battery, wherein an angle on a side including the first active material layer is made smaller than 90 degrees. 請求項１０に記載の製造方法によって製造された、第１の集電体層、第１の活物質層、電解質層、第２の活物質層および第２の集電体層を積層した構造を有することを特徴とする電池。   The structure which laminated | stacked the 1st electrical power collector layer, the 1st active material layer, the electrolyte layer, the 2nd active material layer, and the 2nd electrical power collector layer manufactured by the manufacturing method of Claim 10. A battery comprising:
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