(57)【要約】【課題】信頼性を維持しつつ、低コストで大容量の電池を形成する。【解決手段】正極集電体１ａと負極集電体２ａとの間に、単位電池部Ｕを挟んだ積層体を形成する。単位電池部Ｕは、正極活物質層１ｂと、固体電解質層３と、負極活物質層２ｂとの積層体からなる。各集電体１ａ，２ａは、それぞれスリット１as，２asにより、領域Ｒ１〜Ｒ１６に分けられている。正極集電体１ａの各領域Ｒ１〜Ｒ１６間は、ブリッジ部１abによって一体的につながっている。負極集電体２ａの各領域Ｒ１〜Ｒ１６からは、集電のためのタグ部２axが延びている。各領域Ｒ１〜Ｒ１６の境界部を、交互に上下に折りたたむ（蛇腹折り）と、合計１６個の単位電池部Ｕが積層された電池が形成される。クロス折りを採用してもよい。多数の単位電池部Ｕを積層した電池を、高信頼性かつ低コストで形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の領域に区画され、各領域ごとに折りたたまれた電極基材と、
前記電極基材の折りたたまれた各領域に設けられ、固体電解質層，および該固体電解質層を挟む正負１対の電極活物質層を含む単位電池部と、
を備えている電池。
【請求項２】
請求項１記載の電池において、
前記電極基材の前記各領域の境界部には、切れ目，スリットまたは溝が形成されている、電池。
【請求項３】
請求項１または２記載の電池において、
前記正負１対の電極活物質層のうち一方の電極活物質層を囲む絶縁層が介在している、電池。
【請求項４】
請求項１記載の電池の製造方法であって、
電極基材の複数の領域上に、固体電解質層と、該固体電解質層を挟む正負１対の電極活物質層とを含む単位電池部を形成する工程（ａ）と、
前記電極基材を前記複数の領域ごとに折りたたむ工程（ｂ）と、
を含む電池の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の電池の製造方法において、
前記電極基材における前記各領域の境界に、スリットまたは溝を形成する工程をさらに含む、電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質層を備えた電池およびその製造方法に係り、特に、生産性，品質向上対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１や特許文献２に示すように、電池容量を増大するための手段を施した電池が知られている。
特許文献１の構造では、平板状の正極集電体，および負極集電体の間に、単位電池部を挟んだものの複数層を積層している。単位電池部は、正極活物質層，固体電解質層，および負極活物質層からなる。そして、この積層体をラミネートフィルム（外装材）で梱包している（同文献の図７）。
【０００３】
特許文献２の構造では、セパレータを介して正極部材と負極部材とを重ねた積層体を、つづら状に折りたたんでいる（同文献の図３）。あるいは、渦巻き状に巻き上げている（同文献の図１１）。
【特許文献１】特開２００２−７５３２４号公報
【特許文献２】特開平０６−１４００７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構造は、積層要素の吸着→移動→積層→吸着→移動→積層…のサイクルの繰り返しによって形成される。１つの電池には、単位電池部が６０個程度必要であるので、電池の製造には、６０回程度のサイクル数が必要となる。たとえば、１サイクルに３秒必要とすると、５８枚積層するには、１７４秒必要となる。そのために、製造に要する時間と手間が多大になり、製造コストを低減することが困難である。また、積層要素を多数積み上げていくうちに、所定の位置への積み上げが困難となり、その結果、各単位電池部の位置ずれによる電気的短絡が生じやすい。
【０００５】
一方、特許文献２の構造では、ストレスが生じないように、折り曲げたり、渦巻き状に巻くことが困難である。そのために、曲げられた部分で、ストレスにより、電極活物質層や固体電解質層が損傷を受けやすい。
【０００６】
本発明の目的は、信頼性を維持しつつ、低コストの電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電池は、複数の領域に区画され、各領域ごとに折りたたまれた電極基材を備えている。そして、電極基材の折りたたまれた各領域に、ぞれぞれ単位電池部を配置したものである。単位電池部は、固体電解質層と，固体電解質層を挟む正負１対の電極活物質層とを含んでいる。電極基材は、正極集電体または負極集電体である。正極集電体と負極集電体とを折りたたんでもよいし、一方のみを折りたたんでもよい。
【０００８】
この構造により、折りたたみによって、多数の単位電池部が積層されるので、製造に要する時間が短縮される。よって、製造コストを容易に低減することができる。また、折りたたまれる部分は、電極基材だけであるので、電極活物質層や固体電解質層の損傷を防ぐことができる。さらに、折りたたみによる場合、各単位電池部の位置ずれの集積は小さい。その結果、容易に電気的短絡を防止することが可能である。
よって、本発明の電池により、信頼性を維持しつつ、製造コストを低減することができる。
【０００９】
電極基材の各領域の境界部に、切れ目，スリットまたは溝を形成することが好ましい。切れ目には、たとえば、ミシン目のようなものも含まれる。これにより、折りたたみ作業が容易になる。
【００１０】
正負１対の電極活物質層のうち一方の電極活物質層を囲む絶縁層が介在していることが好ましい。これにより、各単位電池部間における電気的短絡を確実に防ぐことができる。
【００１１】
本発明の電池の製造方法は、上記電池を製造する方法である。まず、電極基材の複数の領域上に、固体電解質層と、固体電解質層を挟む正負１対の電極活物質層とを含む単位電池部を形成する。その後、電極基材を複数の領域ごとに折りたたむ。
【００１２】
この方法により、折りたたまれた各領域に単位電池部が配置された，本発明の電池が形成される。この方法においても、電極基材における各領域の境界に、スリットまたは溝を形成しておくことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電池またはその製造方法によると、信頼性を維持しつつ、低コストで電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ）は、実施の形態１に係る蓄電部Ｘを組み立てる前の積層体の平面図およびI-I線における縦断面図である。図２は、積層体を折りたたむ方法を概略的に示す図である。図３は、折りたたまれた蓄電部Xの構造を示す縦断面図である。
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、正極集電体１ａと負極集電体２ａとの間に、単位電池部Ｕを挟んだ積層体を形成する。単位電池部Ｕは、正極活物質層１ｂと、固体電解質層３と、負極活物質層２ｂとの積層体からなる。
【００１６】
この例では、正極集電体１ａは、スリット１asにより、１６個の領域Ｒ１〜Ｒ１６に分けられている。正極集電体１ａの各領域Ｒ１〜Ｒ１６間は、ブリッジ部１abによって一体的につながっている。
【００１７】
同様に、負極集電体２ａも、スリット２asによって、領域Ｒ１〜Ｒ１６に分けられている。負極集電体２ａのスリット２asは、正極集電体１ａのスリット１asと同じ位置で、少し広幅に形成されている。負極集電体２ａの中央部には、折りたたみ方向にほぼ直交する方向に延びるタグ部２axが設けられている。そして、後述するように、このタグ部２axによって集電される。
【００１８】
正極集電体１ａは、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６，Ｃｕなどの箔（金属箔）からなる。正極集電体１ａの厚みは、１０μｍ〜２０μｍ程度である。負極集電体２ａは、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，またはこれらの合金の箔（金属箔）からなる。負極集電体２ａの厚みは、１０μｍ〜２０μｍ程度である。各集電体１ａ，２ａのスリット１as，２asは、金属箔の打ち抜き加工等により、容易に形成することができる。
【００１９】
正極活物質層１ｂは、ＬｉＣｏＯ２，ＬｉＭｎＯ２，ＭｎＯ２などの酸化物系の活物質からなる。正極活物質層１ｂの厚みは、１〜１００μｍ程度である。正極活物質層１ｂは、物理的堆積法（ＰＶＤ法）や化学的堆積法（ＣＶＤ法）により形成される。ＰＶＤ法には、スパッタリング，真空蒸着，レーザーアブレーション，イオンプレーティングなどがある。ＣＶＤ法には、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などがある。
【００２０】
固体電解質層３は、リチウムイオン伝導体であればよい。具体的には、リチウムを必須元素としている。そして、これらに、硫黄，リン，珪素，ゲルマニウム，およびガリウムから選ばれた少なくとも１つの物質を添加することができる。本実施の形態では、固体電解質層３は、たとえばＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５によって構成されている。固体電解質層３は、上述のＰＶＤ法やＣＶＤ法により形成される。
【００２１】
負極活物質層２ｂは、リチウム膜、リチウム合金膜，あるいはＬＴＯ膜（チタン酸リチウム膜），カーボン膜などからなる。リチウム合金膜には、リチウム（Ｌｉ）と、アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ），シリコン（Ｓｉ），錫（Ｓｎ），ビスマス（Ｂｉ）などとの合金膜がある。負極活物質層２ｂの厚みは、０．２μｍ〜２０μｍの範囲にあることが好ましい。負極活物質層２ｂは、ＰＶＤ法により形成される。
【００２２】
本実施の形態において、各領域Ｒ１〜Ｒ１６の幅は、１０ｍｍ〜３００ｍｍ×１０ｍｍ〜３００ｍｍ程度である。正極集電体１ａのスリット１asの幅は、０ｍｍ（切れ目のとき）〜１０ｍｍ程度で、ブリッジ部１abの幅は、１ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。
【００２３】
図１（ｂ）に示す矢印は、積層体を折りたたむ方向を示している。このように、折りたたむ方向を、上方向と下方向とに交互に入れ換えて、積層体をつづら状に折りたたむ（蛇腹折りとも呼ばれる）。この例では、図２に示すように、折りたたむ箇所にワイヤ部材４０などを当てて、ワイヤ部材４０を上方向と下方向とに交互に引っ張る。
【００２４】
ワイヤ部材４０に代え、１本のロッド部材を折りたたむ箇所に当てて、一端から他端まで順次折りたたんでもよい。折りたたみ方法や折りたたみ装置は、周知のものを適宜選択することができ、本実施の形態に限定されるものではない。
【００２５】
折りたたみが完了すると、最終的に図３に示す蓄電部Ｘが形成される。同図に示すように、正極集電体１ａ同士が重なり合い、負極集電体２ａ同士が重なり合っている。各ブリッジ部１ab，２abを介して、各集電体１ａ，２ａの各領域Ｒ１〜Ｒ１６がそれぞれつながっている。各領域Ｒ１〜Ｒ１６において、正極集電体１ａと負極集電体２ａとの間に、単位電池部Ｕが介在している。
【００２６】
この例では、１６個の単位電池部Ｕが積層されてなる蓄電部Ｘが構成されているが、原理上、積層数に制限はない。６０個程度の単位電池部Ｕを積層することも容易である。また、この蓄電部Ｘを複数個積み重ねて、１６×N個（Nは自然数）の単位電池部Ｕを積層することもできる。
【００２７】
図４は、蓄電部Ｘを収納した電池Ｙの構造例を示す縦断面図である。電池Ｙは、蓄電部Ｘをアルミラミネートフィルム１３によって封止することにより、形成される。アルミラミネートフィルム１３の厚みは、たとえば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度である。
【００２８】
電池Ｙの両端部には、外部端子である正極端子１１および負極端子１２が設けられている。正極端子１１および負極端子１２は、アルミラミネートフィルム１３で封着されつつ、内部空間まで延びている。蓄電部Ｘの正極接続部８，負極接続部９は、それぞれ正極端子１１，負極端子１２に接続されている。正極接続部８には、正極集電体１ａの一端部が接続されている。負極接続部９には、負極集電体２ａの各タグ部２axが積層されて、接続されている。
【００２９】
電池Ｙの厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍ程度で、平面寸法は、１０ｍｍ〜３００ｍｍ×１０ｍｍ〜３００ｍｍ程度である。
【００３０】
電池の構造としては、図４に示す構造に限定されるものではなく、種々の形態を採用することができる。平面形状も矩形に限らず、丸型（コイン型）、トラック形状など、各種形状を採ることができる。
【００３１】
本実施の形態の電池Ｙにより、以下の効果が得られる。
電池Ｙにおいて、電気的には、正極集電体１ａと負極集電体２ａとの間に、単位電池部が並列接続された構造となる。
【００３２】
折りたたみによって多数の単位電池部Ｕを迅速に積層することができるので、製造コストが低減される。また、折りたたみによって積層することにより、順次積み上げていく場合のような位置ずれが集積されることもない。  したがって、電気的短絡を防止することができる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態の電池により、信頼性を維持しつつ、製造コストを低減することができる。
【００３４】
特に、各領域Ｒ１〜Ｒ１６の境界にスリット１as，２asを設けていることにより、折りたたみ作業が容易になる。ただし、スリットに代えて、溝を形成してもよい。その場合も溝の底壁を薄くすることにより、折りたたみ作業が容易になる。
【００３５】
なお、本実施の形態の電池Ｙでは、最上部と最下部から、各々１本の集電体を引き出すだけでよい。つまり、正極延長リード８および負極延長リード９を引き出して、電池の電極端子１１，１２に接続することができる。よって、各々複数の正負の集電体を引き出すことに起因する，電気的短絡を防ぐことができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る蓄電部を組み立てる前の積層体の平面図およびVI-VI線における縦断面図である。本実施の形態では、正極集電体１ａの両面に単位電池部Ｕの各要素が形成されている。単位電池部Ｕは、正極活物質層１ｂと、固体電解質層３と、負極活物質層２ｂとの積層体からなる。そして、両面の負極活物質層２ｂに、負極集電体２ａを重ねている。
【００３７】
正極集電体１ａは、スリット１asにより、１６個の領域Ｒ１〜Ｒ１６に分けられている。正極集電体１ａの各領域Ｒ１〜Ｒ１６間は、ブリッジ部１abによって一体的につながっている。両面の負極集電体２ａも、スリット２asによって、領域Ｒ１〜Ｒ１６に分けられている。負極集電体２ａの中央部には、折りたたみ方向にほぼ直交する方向に延びるタグ部２axが設けられている。実施の形態１と同様に、このタグ部２axによって集電される。
【００３８】
本実施の形態では、各領域Ｒ１〜Ｒ１６に、各々２つの単位電池部Ｕが配置されている。したがって、図２のように折りたたむと、合計３２個の単位電池部Ｕが積層された蓄電部Ｘが形成される（図示省略）。そして、図５に示す積層体の右端部の正極集電体１ａを引き出しておくことにより、図４に示す電池Ｙが形成される。
【００３９】
本実施の形態によると、実施の形態１と同じ効果を発揮することができる。加えて、以下の利点がある。本実施の形態においては、各領域Ｒ１〜Ｒ１６に、単位電池部Ｕを各々２個配置することができる。よって、同じ数の単位電池部Ｕを収納する場合、実施の形態１に比べて、折りたたみ回数を低減することができる。
また、折りたたんだときに、正極集電体１ａが重なり合っていない。つまり、同じ数の単位電池部Ｕを収納する場合、正極集電体１ａの厚み×折りたたみ数だけ、蓄電部Ｘの厚みを低減することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係る蓄電部を組み立てる前の積層体の平面図およびVI-VI線における縦断面図である。本実施の形態では、実施の形態１（図１参照）と同じ構造については、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態では、負極集電体２ａを形成する代わりに、負極タグ２ｄを取り付けている。負極タグ２ｄは、負極活物質層２ｂと同じ層に形成され、端部で負極活物質層２ｂにつながっている。負極タグ２ｄは、負極集電体１ａと同様の材料によって構成されている。また、負極活物質層２ｂの周囲は、絶縁体４によって囲まれている。絶縁体４は、たとえばエポキシ樹脂等の樹脂材料によって構成されており、負極活物質層２ｂと同程度の厚みを有している。
【００４２】
図示は省略するが、図６に示す積層体を図２のように折りたたむと、負極活物質層２ｂ同士、負極タグ４ｄ同士が重なり合う構造となる。負極タグ２ｄは、負極活物質層２ｂの端部から外側に向かって長く延びる。電池Ｙの構造においては、図４に示す負極延長リード９の代わりに、各負極タグ２ｄが負極端子１２の上に重ねられている。
【００４３】
負極タグ２ｄは、全ての領域Ｒ１〜Ｒ１６毎に設けられている必要はない。つまり、負極タグ２ｄは折りたたまれたときに相接触する２つの負極活物質層２ｂに付き１枚ずつ存在すればよい。
なお、負極タグ２ｄを、一方の負極活物質層２ｂの上に重ねておいてもよい。その場合には、折りたたんだときに、両側の負極活物質層２ｂによって、負極タグ２ｄを挟み付ける構造となる。
【００４４】
本実施の形態によると、実施の形態１と同じ効果を発揮することができる。加えて、以下の利点がある。本実施の形態においては、各領域Ｒ１〜Ｒ１６において、実施の形態１に比べて、負極集電体２ａの厚みだけ薄くなっている。よって、負極集電体２ａの厚み×折りたたみ数だけ、蓄電部Ｘの厚みを低減することができる。
【００４５】
（実施の形態２の変形例）
実施の形態２における負極集電体２ａに代えて、本実施の形態の負極タグ２ｄを設けることもできる（図示省略）。これにより、同じ単位電池部Ｕを積層したときに、正極集電体１ａの厚み×折りたたみ数＋２×負極集電体２ａの厚み×折りたたみ数だけ、蓄電部Ｘの厚みを低減することができる。つまり、実施の形態１に比べ、蓄電部Ｘの厚みを大幅に低減することができる。
【００４６】
（その他の実施の形態）
折りたたみ方法や折りたたみ装置は、上記各実施の形態以外の周知のものを適宜選択することができる。図７（ａ）〜（ｄ）は、クロス折りの手順を示す平面図である。説明をわかりやすくするために、図７においては、単位電池部Ｕなどの要素の図示は省略している。クロス折りは、印刷物の製本工程などにおいて常用されている折り方である。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、正極集電体１ａは、４×２の８領域Ｂ１〜Ｂ８に区画されている。各領域Ｂ１〜Ｂ８間には、スリット１asが形成され、各領域Ｂ１〜Ｂ８はブリッジ部１abでつながっている。
【００４８】
まず、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）に示す折ラインＡ１で２つ折りにする。これにより、領域Ｂ１，Ｂ２が重なり、領域Ｂ２，Ｂ３が重なり、領域Ｂ５，Ｂ８が重なり、領域Ｂ６，Ｂ７が重なる。
【００４９】
次に、図７（ｃ）に示すように、図７（ｂ）に示す折ラインＡ２でさらに２つ折りにする。これにより、領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ５，Ｂ８が重なり、領域Ｂ２，Ｂ３が重なり、領域Ｂ５，Ｂ８が重なり、領域Ｂ６，Ｂ７が重なる。最後に、図７（ｄ）に示すように、図７（ｃ）に示す折りラインＡ３でさらに２つ折りにする。これにより、全ての領域Ｂ１〜Ｂ８が重なり合う。
【００５０】
この折り方によると、３回折りたたむことにより、８個の領域を重ねることができる。よって、実施の形態１の構造を採用すると、合計８個の単位電池部Ｕが積層される。実施の形態２の構造を採用すると、合計１６個の単位電池部が積層される。よって、少ない折りたたみ数で多数の単位電池部Ｕを収納した電池を形成することができる。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｄ）に示す折り方では、正極集電体１ａを８つの領域Ｂ１〜Ｂ８に区画したが、さらに領域数を増やすこともできる。たとえば、正極集電体１ａを４×４の１６領域に区画すると、４回の折りたたみ数で１６領域を積層することができる。正極集電体１ａを４×８の３２領域に区画すると、５回の折りたたみ数で３２領域を積層することができる。その場合、実施の形態２の構造を採用すれば、合計６４個の単位電池部Ｕを集積することが可能である。
【００５２】
また、図７（ａ）〜（ｄ）に示すクロス折りは、実施の形態３の構造にも適用することができる。その場合にも、負極タグを各領域の端部から外方に延ばしておけばよい。これにより、負極集電体２ａの厚み分だけ電池の厚みを低減することができる。
ただし、負極タグの採用は、正極集電体１ａを、２×Ｎ個（Nは自然数）の領域に区画したときに可能になる。各領域の一側面が、正極集電体１ａの端面に露出している必要があるからである。
【００５３】
事務用，産業用の折り機として、上記蛇腹折り，クロス折りだけでなく、各種折り方をするものが市販されている。たとえば、蛇腹折りとクロス折りとを併用した折り方などが知られている。本発明においては、周知慣用の折り方を適宜選択することができる。
【００５４】
上記実施の形態の構造は、例示にすぎず、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載と、その記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の電池は、時計，電卓などの電子機器用の電源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ），（ｂ）は、実施の形態１に係る蓄電部を組み立てる前の積層体の構造を示す平面図およびI-I線における縦断面図である。
【図２】積層体を折りたたむ方法を概略的に示す図である。
【図３】実施の形態１における折りたたまれた蓄電部の構造を示す縦断面図である。
【図４】実施の形態１の蓄電部を収納した電池の構造例を示す縦断面図である。
【図５】実施の形態２に係る蓄電部を組み立てる前の積層体の平面図およびV-V線における縦断面図である。
【図６】実施の形態３に係る蓄電部を組み立てる前の積層体の平面図およびVI-VI線における縦断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、クロス折りの手順を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｘ      蓄電部
Ｙ      電池
Ａ１〜Ａ３  折りライン
Ｂ１〜Ｂ８  領域
Ｒ１〜Ｒ１６  領域
１ａ    正極集電体
１as    スリット
１ab    ブリッジ部
１ｂ    正極活物質層
２ａ    負極集電体
２as    スリット
２ax    タグ部
２ｂ    負極活物質層
３      固体電解質層
４      絶縁膜
８      正極延長リード
９      負極延長リード
１１    正極端子
１２    負極端子
１３    基板
１５    キャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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