(57)【要約】【課題】固体電解質層の膜切れを防止することにより、品質を安定させて歩留りを向上させるとともに、屈曲等させ場合にも電池性能の低下を防止できるフレキシブル性の高い固体薄膜電池を提供する。【解決手段】正極層４と、負極層６と、これら層間に配置された固体電解質層７と、これら各層が積層保持される支持体２とを備える固体薄膜電池１であって、上記正極層又は／及び上記負極層の側縁部に面取り部７，７を設けて構成される。上記構成を採用することにより、固体電解質層の膜切れを防止して、安定した品質のフレキシブル性の高い固体薄膜電池を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極層と、負極層と、これら層間に配置された固体電解質層と、これら各層が積層保持される支持体とを備える固体薄膜電池であって、
上記正極層又は／及び上記負極層の側縁部に面取り部を設けた、固体薄膜電池。
【請求項２】
上記面取り部を介して、上記電極層と厚さ方向に段差のある他の領域間に掛け渡し状に形成された固体電解質層を備える、請求項１に記載の固体薄膜電池。
【請求項３】
上記正極層又は／及び上記負極層が断面略台形状となる上記面取り部を備える、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の固体薄膜電池。
【請求項４】
上記正極層又は／及び上記負極層が所定幅を有する線状部を備えるとともに、少なくとも上記線状部の長手方向側縁部に上記面取り部を設けた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体薄膜電池。
【請求項５】
上記正極層と上記負極層は、積層方向に重ならないように上記支持体上に積層形成されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の固体薄膜電池。
【請求項６】
上記面取り部は、上記支持体表面に対して２０°〜７０°の角度で形成されている、請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体薄膜電池。
【請求項７】
正極層と、負極層と、これら層間に配置された固体電解質層と、これら各層が積層保持される支持体とを備える固体薄膜電池の製造方法であって、
上記支持体表面に、上記正極層又は／及び上記負極層を積層形成する電極層積層形成工程と、
上記正極層又は／及び負極層の側縁部に面取り部を形成する面取り部形成工程と、
固体電解質を上記正極層と上記負極層との間に積層形成する固体電解質層形成工程とを含む、固体薄膜電池の製造方法。
【請求項８】
上記面取り部形成工程は、上記電極層が形成された支持体をロールプレスすることにより行われる、請求項７に記載の固体薄膜電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、固体薄膜電池に関し、より詳しくは、安定した性能を発揮できるとともに歩留りが良く、さらに、屈曲させた場合等にも電池性能が低下することがない固体薄膜電池に関するものである。
【０００２】
固体薄膜電池の構成は、たとえば、集電部となる金属箔、またはアルミナ等のセラミックス基材に形成した金属膜上に、正極層、固体電解質層及び負極層を順次重ね合わせた積層構造となっている。固体電解質層を用いる場合、従来の電池のように有機電解液を用いないため、液漏れや発火等を起こす危険性がなく、安全性の高い電池を提供することができる。
【０００３】
近年、携帯電話等の携帯電子機器は、ますます小型軽量化されており、これらに搭載されるバッテリーにも、より小型軽量化することが求められる。また、多機能化によって、より電圧が高くまた電気容量の大きい電池が求められているとともに、安定した性能を発揮できる電池が求められている。
【０００４】
【特許文献１】特公平０７−５０６１７
【特許文献２】特許第３１１６８５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
たとえば、上記特許文献１に記載されているような積層構造を備える固体薄膜電池においては、支持体の面方向に離間させられて配置された正極層と負極層とを接続するように、これら電極層間に掛け渡し状に上記固体電解質層が積層形成される。
【０００６】
上記正極層及び上記負極層は所定の厚さで支持体上に積層形成されているため、これらの電極層と上記支持体の間に段差が形成され、上記固体電解質層も、上記段差に対応した形態でこれら電極層及び支持体上に積層形成されることになる。
【０００７】
ところが、上記各電極層は断面略矩形状に形成されるため、上記固体電解質層の厚さが電極層の厚さに比べて小さくなると、上記段差部分に固体電解質層を連続して積層することが困難になり、固体電解質層が途切れた膜切れ状態となることが多い。固体電解質層が膜切れを起こすと、電池性能が低下して、製品の歩留りも低下するという問題が発生する。
【０００８】
また、上記薄膜電池を屈曲させた場合、上記段付部近傍に応力や変形が集中して、上記固体電解質層に亀裂等が生じる恐れも高い。さらに、上記正極層及び上記負極層とこれらが積層された支持体との間においても、屈曲によりこれらの積層面の縁部近傍に応力や変形が集中し、これら層間に剥離現象が生じやすくなる。
【０００９】
本願発明は、固体電解質層の膜切れを防止することにより、品質を安定させて歩留りを向上させるとともに、屈曲等させ場合にも電池性能の低下を防止できるフレキシブル性の高い固体薄膜電池を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明は、正極層と、負極層と、これら層間に配置された固体電解質層と、これら各層が積層保持される支持体とを備える固体薄膜電池であって、上記正極層又は／及び上記負極層の側縁部に面取り部を設けたものである。
【００１１】
上記面取り部を設けることにより、上記正極層及び上記負極層の縁部の厚さが小さくなり、屈曲等させた場合にこれら電極層の縁部に応力や変形が集中するのを緩和できる。このため、上記電極層と支持体とが剥離しにくくなり、接合強度が高まる。
【００１２】
また、上記面取り部を設けることにより、上記正極層又は／及び上記負極層と、これら電極層が積層形成された支持体表面等との段落ち形態が緩和される。このため、請求項２に記載した発明のように、上記面取り部を介して、上記電極層と厚さ方向に段差のある他の領域間に、上記固体電解質層を掛け渡し状に形成する場合、上記固体電解質層を上記段落ち部近傍に確実に積層形成することが可能となる。したがって、上記固体電解質層の膜切れを防止できる。また、上記段落ち部近傍における応力や変形の集中を緩和できるため、電池を屈曲させ場合等において、上記電解質層に亀裂等が生じることも防止できる。
【００１３】
本願発明は、種々の材料から構成される固体薄膜電池に適用することができる。たとえば、正極層として、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２ ）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣＯ Ｏ２ ）、酸化マンガン（ＭｎＯ２ ）、硫化鉄（ＦｅＳ２ ）等の活物質を単体で又は混合物で用いた薄膜層を採用できる。また、上記材料の粉末に、導電助剤のカーボン粒子、結着剤等を含む、スクリーン印刷法等による塗布層を設けて構成することができる。
【００１４】
一方、負極層として、たとえば、Ｌｉ金属膜、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｍｎ−Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃｏ、Ｓｉ−Ｆｅ等の合金膜を採用できる。また、カーボン、Ｓｉ等の粉末と導電助剤のカーボン粒子、結着剤からなる塗布層を採用することもできる。
【００１５】
上記正極層と上記負極層の間に配置される固体電解質として、たとえば、Ｌｉ−Ｐ−Ｓ−Ｏからなるアモルファス膜、あるいはこれらの多結晶膜を採用できる。また、Ｌｉ−Ｐ−Ｓ−Ｎからなるアモルファス膜、あるいはこれらの多結晶膜を採用できる。特に、正極側電解質として、上記Ｌｉ−Ｐ−Ｓ−Ｏからなるアモルファス膜を採用するとともに、負極側電解質として上記Ｌｉ−Ｐ−Ｓ−Ｎからなるアモルファス膜を採用するのが好ましい。
【００１６】
なお、上記電極や上記固体電解質にイオン導電性物質を含浸して導電性を高めることもできる。たとえば、上記イオン導電性物質として、（１）ＥＭＩ+ 、ＰｙＩ３ + 、ＰＰＩ３ + 、等のカチオン系物質、（２）ＦＳＩ- 、ＴＦＳＩ- 等のアニオン系物質、（３）ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＢＥＴＩ等の支持塩を含浸させることもできる。
【００１７】
上記イオン導電性物質を、正極層や固体電解質層の空隙部に含浸させて、正極層と固体電解質層とのイオン導電性を高めることにより、正極層と固体電解質層との界面における電気抵抗を低減させ、正極側の電池容量を大きくすることができる。
【００１８】
本願発明における上記支持体として種々の材料を採用できる。たとえば、上記電極層を、集電体として兼用される金属薄膜の支持体上に、直接又は電気絶縁性膜を介して積層形成することができる。また、電気絶縁性のフィルム状支持体上に、直接又は集電体を介して上記電極層を形成することができる。
【００１９】
上記正極側集電体を上記支持体とする場合、Ａｌ、Ｎｉ、ステンレス等の金属箔を採用することができる。一方、負極側集電体として、Ｃｕ、Ｎｉ、ステンレス等の金属箔を採用できる。
【００２０】
また、支持体として、種々の絶縁フィルムを採用することもできる。たとえば、一般的なフレキシブルプリント配線用基板を支持体として採用できる。
【００２１】
上記面取り部の形態や寸法は特に限定されることはなく、上記正極層、上記負極層及び上記電解質層の厚さや、要求される変形量等に応じて設定することができる。たとえば、請求項３に記載した発明のように、上記正極層又は／及び上記負極層が断面略台形状となる上記面取り部を設けることができる。
【００２２】
また、平面で電極層の断面角部を切除した面取り形態に限定されることはなく、断面円弧状等の曲面状の面取り部を設けることもできる。
【００２３】
請求項４に記載した発明は、上記正極層又は／及び上記負極層が所定幅を有する線状部を備えるとともに、少なくとも上記線状部の長手方向側縁部に上記面取り部を設けたものである。
【００２４】
たとえば、上記電極の容量等を調整するため、支持体上に一方又は双方の電極を所定幅の線状部を有する櫛歯状等に形成し、支持体表面等との間に固体電解質層を掛け渡し状に積層形成する場合がある。このような場合、各電極層と支持体の段付き部が上記長手方向の寸法に対応して非常に長くなり、この部分で膜切れが生じると電池性能に大きな影響を与える。少なくとも上記線状部の長手方向縁部に上記面取り部を設けることにより、上記膜切れを防止できる。
【００２５】
また、上記固体電解質層の段落ち形態が緩和されて、段付き部に均一な厚さの固体電解質層を形成することも可能となる。したがって、電池を屈曲させた場合等に、上記段付き部に応力や変形が集中して、固体電解質層に亀裂等が生じるのを防止することもできる。さらに、面取り部を設けた各電極層も、支持体表面から剥離しにくくなるため、屈曲等させた場合の性能低下等を防止することもできる。
【００２６】
上記正極層、上記負極層及び上記固体電解質層の積層形態は特に限定されることはない。請求項５に記載した発明のように、上記正極層と上記負極層とを、積層方向に重ならないように上記支持体上に積層形成することができる。上記正極層と上記負極層とを重ならないように形成することにより、固体電解質層の厚み方向のピンホールによる短絡が生じる恐れがなくなり、性能低下の少ない品質の安定した電池を提供できる。
【００２７】
上記の積層形態として、一方の電極層を金属の集電体上に直接形成する場合と、絶縁基板上に直接又は集電体を介して一方の電極層を形成する場合が考えられる。
【００２８】
前者の場合、集電体を金属とし、この集電体の一部に一方の電極層を電気絶縁層を介することなく直接形成し、かつ、一方の電極層が形成されている箇所以外の集電体の表面に電気絶縁層を形成する。そして、一方の電極層及び電気絶縁層上に固体電解質層が掛け渡し状に形成される。この積層形態においては、上記一方の電極層と上記電気絶縁層間の段付き形態が、面取り部によって緩和されるため、上記段付き部近傍における上記固体電解質層の膜切れ等を防止できる。
【００２９】
後者の場合、絶縁基板の一部に集電体を形成し、その集電体を覆うように電極層が形成されるか、あるいは、絶縁基板の一部に直接一方の電極層が形成される。そして、一方の電極層と絶縁基板上に上記固体電解質層が掛け渡し状に形成される。この積層形態の場合も、上記一方の電極層と上記絶縁基板間の段付き形態が、上記面取り部によって緩和されるため、上記固体電解質層の膜切れを防止できる。
【００３０】
請求項６に記載した発明は、上記面取り部を、上記支持体表面に対して２０°〜７０°の角度で形成したものである。特に、各電極部を略台形状の形態に形成する場合、斜辺の角度を上記範囲に設定するのが望ましい。
【００３１】
上記面取り部の角度を２０°以下に設定すると、電極部の縁部の厚さが薄くなるとともに、同一の断面積を確保するには電極層の面積が大きくなる。特に、所定幅の線状部を有する電極の場合、各線状部の幅が大きくなり過ぎる。このため、電池寸法の増大や、隣接する他方の電極との短絡の危険性が増加する。
【００３２】
一方、上記面取り部を、７０°以上に設定した場合、傾斜面に固体電解質層を確実に形成するのが困難になって、固体電解質層が膜切れする危険性が大きくなる。
【００３３】
請求項７に記載した発明は、正極層と、負極層と、これら層間に配置された固体電解質層と、これら各層が積層保持される支持体とを備える固体薄膜電池の製造方法であって、上記支持体表面に、上記正極層又は／及び上記負極層を積層形成する電極層積層形成工程と、上記正極層又は／及び負極層の側縁部に面取り部を形成する面取り部形成工程と、固体電解質を上記正極層と上記負極層との間に積層形成する固体電解質層形成工程とを含んで構成される。
【００３４】
上記各工程は、１度のみに限定されることはなく、電池の積層形態に応じて、同一の工程を複数行うこともできる。また、電気絶縁性の支持体を用いる場合には、集電層を形成する集電層形成工程を含ませることができる。
【００３５】
面取り部は、上記正極層と上記負極層の一方のみに設けることもできるし、双方に設けることもできる。双方に設ける場合には、一度の面取り部形成工程において、すべての電極層に面取り部を形成することもできるし、正負の電極層の形成工程に応じて２回以上の面取り部形成工程を行うこともできる。
【００３６】
上記面取り部形成工程を行う手法も特に限定されることはない。たとえば、上記電極の形態に対応した面取り部形成型部を備えるプレス金型等を用いて、上記支持体上の電極層の縁部に上記面取り部を形成することができる。
【００３７】
また、請求項８に記載した発明のように、上記面取り部形成工程を、電極層が形成された支持体をロールプレスすることにより行うことができる。
【００３８】
たとえば、上下に配置したロールプレスの対向隙間を、電極とこれを積層形成した支持体の合計厚さより１０μｍ〜２００μｍ小さく設定してプレス加工を行うことにより、上記各電極層の縁部に所要の面取り部を形成することができる。なお、プレス加工する際、電極層と支持体との積層強度（剥離強度）を高めるため、加熱してプレス加工を行うのが好ましい。たとえば、正極層を加工する場合、これに含まれる結着剤の融点より１０℃〜１００℃低い温度に加熱しながらプレス加工を行うのが好ましい。
【発明の効果】
【００３９】
固体電解質層の膜切れ等の問題がないため、電池性能の低下が少なく、品質の安定した固体薄膜電池を成形できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本願発明の実施形態を具体的に説明する。
【００４１】
図１に、本願発明の第１の実施形態に係る固体薄膜電池の断面図を示す。
【００４２】
第１の実施形態に係る固体薄膜電池１は、リチウム固体薄膜電池に本願発明を適用したものである。固体薄膜電池１は、電気絶縁性の支持体２上に金属薄膜で集電体３をパターン形成し、この集電体上を覆うように正極層４を形成している。そして、上記正極層４を覆うようにして固体電解質層５が積層形成されるとともに、この固体電解質層５上で上記正極層４と重ならない位置に負極層６が積層形成されている。
【００４３】
従来の正極層は断面略矩形状に形成されていたが、本実施形態では、断面形状が略台形状となるように、両角部に上記支持体２の表面に対して約５０°の角度の傾斜面で構成される面取り部７，７が形成されている。
【００４４】
上記図１から明らかなように、上記面取り部７，７を設けることにより、上記正極層４の上面と上記支持体２の表面とが上記面取り部７，７を介して接続される。上記面取り部７，７を設けることにより、上記正極層４と上記支持体２の間に形成される段落ち部に、他の部分とほぼ同じ厚さの固体電解質層５を積層形成することが可能とる。このため、上記正極層４と支持体間の段落ち部における固体電解質層５の膜切れを防止することが可能となり、品質の安定した歩留りの良い固体薄膜電池を形成することができる。
【００４５】
また、上記固体薄膜電池１を屈曲させた場合等にも、上記正極層４の側縁部に作用する応力や変形を緩和することができるため、上記正極層４と上記支持体２の表面との積層強度を実質的に高めることができる。
【００４６】
さらに、上記段落ち部において、上記固体電解質層５を均一な厚さで形成することができるため、上記面取り部近傍に積層された固体電解質層に作用する応力や変形も緩和される。したがって、上記電池を屈曲等させた場合に上記固体電解質層に亀裂等が発生するのを防止する効果も期待できる。
【００４７】
上記面取り部の傾斜角度Ｔは、上記支持体表面に対して２０°〜７０°の範囲に設定するのが好ましい。傾斜角度が、２０°以下になると、プレス加工をする際に、上記固体電解質層の幅が大きくなり過ぎる。一方、７０°以上の角度に設定すると、固体電解質層に膜切れが生じやすくなる。なお、上記面取り部は、上記実施形態に限定されることはなく、種々の形態のものを採用できる。
【００４８】
また、本実施形態では、上記正極層４と上記負極層６とが、各層の厚み方向に重なることなくずらして配置されているため、両電極層の間に介在させられる固体電解質層５にピンホール等が形成されたとしても、両電極層が短絡する恐れはない。また、上記負極層６の下面に、固体電解質層５が位置することになるが、この固体電解質層５の下面は電気絶縁性の支持体２であり、しかも、上記正極層側の集電体３とも重ならないように配置されているため、負極層６の下部に位置する固体電解質層５にピンホールが存在していても、上記負極層６が上記集電体３と短絡する恐れもない。したがって、より安定した品質の固体薄膜電池を提供することが可能となる。
【００４９】
上記電気絶縁性の支持体５として、種々の基板材料を採用することができる。たとえば、フレキシブル配線板に用いられる電気絶縁性の樹脂フィルム、たとえば、ポリイミド樹脂フィルムを支持体として用いることができる。
【００５０】
上記集電体３を構成する材料や形成方法も特に限定されることはない。たとえば、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属を無電解メッキ等のウエットプロセス、スパッタリング、蒸着等のドライプロセスによって、上記支持体２の表面に所定のパターンで形成することができる。
【００５１】
上記正極層４は、リチウムイオンの吸蔵及び放出を行う活物質を含む層で構成されている。たとえば、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２ ）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣＯ Ｏ２)等の活物質を単体又は混合物で用いることができる。また、硫化物、たとえば、硫化鉄（ＦｅＳ，ＦｅＳ２)等を単体又は混合物で用いることができる。導電粉末として、カーボン粒子を採用するとともに、結着剤としてポリフッ化ビニリデンやテフロンを用いることができる。上記正極層４は、ゾルゲル法、コロイド等の湿式法や、蒸着法、スパッタリング法等の乾式法を用いて形成することができる。
【００５２】
また、上記の正極粉末、導電粉末、結着剤等をＮ−メチル−２ピロリドン等の溶媒に分散させ、所定のパターンに塗布した後、１５０℃程度に加熱して乾燥させて形成することもできる。この手法によって形成される正極層４は多孔質体であり、空隙部分にイオン性液体を含浸させて、正極側の導電性を高めることもできる。
【００５３】
上記負極層６も、正極層４と同様に、リチウムイオンの吸蔵及び放出を行う活物質を含む層で構成される。負極層６は、Ｌｉ金属及びＬｉ金属と合金を形成することができる金属等を単体または混合物で形成するのが好ましい。たとえば、リチウム単体（Ｌｉ）、リチウム（Ｌｉ）−アルミニウム（Ａｌ）合金、リチウム（Ｌｉ）−マンガン（Ｍｎ）−アルミニウム（Ａｌ）合金等を採用できる。また、シリコン単体（Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）−ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）−コバルト（Ｃｏ）、シリコン（Ｓｉ）−鉄（Ｆｅ）等の合金を採用することもできる。また、上記負極層６も、上記正極層と同様の手法によって、上記固体電解質層５に積層形成することができる。
【００５４】
上記固体電解質層５として、Ｌｉ−Ｐ−Ｓ−Ｏからなるアモルファス膜や多結晶膜を採用できる。また、Ｌｉ−Ｐ−Ｏ−Ｎからなるアモルファス膜や多結晶膜を負極側電解質として用いることもできる。
【００５５】
図２に、本願発明の第２の実施形態に係る固体薄膜電池の断面図を示す。
【００５６】
第２の実施形態に係る固体薄膜電池２０１は、集電体と兼用される支持体２０２として、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス等の金属膜を採用している。上記支持体２０２上に正極層２０４と電気絶縁層２０８とを設け、これら両層の間に固体電解質層２０５が掛け渡し状に形成され、さらに、この固体電解質層２０５の上記正極層２０４と重ならない位置に負極層２０６が積層形成されている。なお、上記各層の材料、構成等は、上記第１の実施形態において説明したのと同様であるため、説明は省略する。
【００５７】
上記正極層２０４は、上記支持体２０２の表面に所定のパターンで形成されているとともに、この支持体表面の上記正極層２０４が形成されていない部分に上記電気絶縁層２０８が形成されている。上記正極層２０４は、上記電気絶縁層２０８より厚く設定されており、上記正極層２０４の上部が、上記電気絶縁層２０８から突出した形態を備えている。
【００５８】
上記各正極層２０４の側縁部には、断面円弧状の面取り部２０７が形成されている。図２から明らかなように、上記円弧状の面取り部２０７を設けることにより、これら段落ち部において、上記固体電解質層２０５をほぼ均一な厚さで積層形成することが可能となり、これら部分における固体電解質層２０５の膜切れを防止できる。また、この積層形態においては、上記正極層２０４が形成されていない支持体２０２の表面に上記電気絶縁層２０８を設けているため、上記正極層２０４と上記電気絶縁層２０８との段落ち高さを小さく設定することにより、固体電解質層２０５の膜切れを防止する効果も期待できる。
【００５９】
上記面取り部２０７の断面円弧状の形態は特に限定されることはなく、上記固体電解質層２０５を所定の厚さで確実に積層形成できる形態を採用すれば良い。また、上記正極層２０４と上記支持体２０２の表面との境界部に、上記面取り部２０７と逆の形態の円弧状面取り部を形成して、上記正極層２０４と上記支持体２０２との積層強度を高めることもできる。
【００６０】
図３に、本願発明の第３の実施形態に係る固体薄膜電池の断面図を示す。
【００６１】
第３の実施形態に係る固体薄膜電池３０１は、電気絶縁性の支持体３０２の表面に、正極側集電体３０３ａと負極側集電体３０３ｂとを所定距離離間させて積層形成するとともに、この集電体上３０３ａ，３０３ｂ上に正極層３０４及び負極層３０６をそれぞれ積層形成し、上記両電極層３０３ａ，３０３ｂ及び上記支持体３０２の表面に掛け渡し状に固体電解質層３０５が積層形成されている。なお、上記各層の材料、構成等は、上記第１の実施形態において説明したのと同様であるため、説明は省略する。
【００６２】
第３の実施形態では、正極層３０４及び負極層３０６の側縁部に面取り部３０７ａ，３０７ｂを設けることにより、上記両電極層３０４，３０６の断面形態を略台形状に形成している。これにより、上記第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、上記両電極層３０４，３０６と上記支持体３０２の表面との間の段差に起因する固体電解質層の膜切れを防止することができる。
【００６３】
また、本実施形態においても、上記正極層３０４と上記負極層３０６とが、積層方向に重ならないため、上記固体電解質層３０５にピンホール等が存在していても、上記両電極層が短絡する恐れはない。
【００６４】
図４及び図５に基づいて、第１の実施形態に係る固体薄膜電池の製造方法について説明する。
【００６５】
上記固体薄膜電池１は、上記支持体２の表面に所定の櫛歯状パターンで正極側集電体３を積層形成する集電体積層工程と、上記集電体３を覆うようにして上記支持体２の表面に正極層４を積層形成する正極層形成工程と、上記正極層４が積層形成された支持体をロールプレスすることにより、上記正極層４の側縁部に面取り部７を形成する面取り部形成工程と、上記面取り部７を形成した正極層４及び支持体２の所定領域に固体電解質層５を積層形成する固体電解質層形成工程と、積層された上記固体電解質層５の上記正極層４と重ならない位置に負極層６を形成する負極層形成工程とが、この順に行われる。
【００６６】
図４に示すように、上記正極側集電部３と正極層４とが形成された積層体１ａを、一対のローラ１０ａ，１０ｂを所定の隙間を開けて対向させたローラプレス装置１０を用いてプレス加工することにより、上記面取り部形成工程が行われる。
【００６７】
上記一対のローラは、上記支持体２と上記正極層４とが積層形成された上記積層体１ａの厚さより１０μｍ〜２００μｍ小さく設定されている。上記積層体１ａを、上記線状に形成された正極層４の側縁部と直交する方向に向けて上記一対のローラ１０ａ，１０ｂ間に通してプレス加工すると、上記線状正極層４の長手方向角部が押圧変形させられて、図５に示す面取り部７，７が形成され、断面略台形状の正極層４を形成することができる。なお、上記正極層４と支持体２との積層強度（剥離強度）を高めるため、上記ローラ１０ａ，１０ｂを、正極層に含まれる結着剤の融点より１０℃〜１００℃低い温度に加熱しながらプレス加工を行うのが好ましい。
【００６８】
次に、上記支持体の正極層を形成した所定の領域に、上記固体電解質層を積層形成する固体電解質層形成工程が行われる。その後、上記正極層と重ならない位置、すなわち隣接する正極層の中間部の上記固体電解質層表面に上記負極層を積層形成する負極層形成工程が行われて固体薄膜電池が形成される。なお、集電体形成工程、上記正極層形成工程、上記固体電解質層形成工程及び上記負極層形成工程は、上述した手法と同様の手法を用いて行われるため、説明は省略する。
【００６９】
その後、上記固体薄膜電池の片側又は両側に封止フィルムを配置してロールプレスして、上記封止フィルムの周縁部を他方の封止フィルム又は上記支持体２に加熱圧着することにより、パッケージングされて電池が完成する。
【００７０】
上記製造方法によって形成された第１の実施形態に係る積層構造を備える固体薄膜電池１において、上記面取り部７を設けることによる作用及び効果を以下に記載した実施列及び比較例に基づいて説明する。
【００７１】
〔実施例〕
１．支持体
ＰＰＳ  厚さ５０μｍ
２．正極層
ＭｎＯ２ 粒＋カーボンブラック＋ＰＶＤＦ    厚さ１００μｍ
３．正極層含浸イオン液体
ＥＭＩ−ＦＳＩ
４．固体電解質層
Ｌｉ２ Ｓ＋Ｐ２ Ｓ５   厚さ  ３μｍ
５．負極層
Ｌｉ金属膜          厚さ２５μｍ
６．構造
発電部      ３ｃｍ2
電極線幅    ０．５ｍｍ
正負極層間のギャップ幅  ０．３ｍｍ
７．正極層断面形態
支持体表面との傾斜角度Ｔ＝６０°となる面取り部を備える断面台形状
８．面取り部の製造方法
正極層を塗着形成した後、上下ローラに１ｔｏｎの挟圧力を作用させてロールプレス加工
９．アルミラミネート箔を電池両側部に設け、温度１２０°でロールプレスして
アルミラミネート箔の周縁部を熱圧着により封止した。
【００７２】
〔比較例〕
１．支持体
ＰＰＳ  厚さ５０μｍ
２．正極層
ＭｎＯ２ 粒＋カーボンブラック＋ＰＶＤＦ    厚さ１００μｍ
３．正極層含浸イオン液体
ＥＭＩ−ＦＳＩ
４．固体電解質層
Ｌｉ２ Ｓ＋Ｐ２ Ｓ５   厚さ３μｍ
５．負極層
Ｌｉ金属膜          厚さ２５μｍ
６．構造
発電部      ３ｃｍ2
電極層線幅  ０．５ｍｍ
正負極層間のギャップ幅  ０．３ｍｍ
７．正極断面形態
支持体表面との角度Ｔ＝９０°である断面矩形状形態
８.  ロールプレス加工なし
９．アルミラミネート箔を電池両側部に設け、温度１２０°でロールプレスして
アルミラミネート箔の周縁部を熱圧着により封止した。
【００７３】
〔比較結果〕
１．  実施例及び比較例に係る固体薄膜電池について、１ｍＡ放電時における電圧低下を計測した。
上記面取り部を設けた本願の実施例では、電圧低下が０．１Ｖであったのに対し、上記面取り部が形成されていない比較例では、０．６Ｖであった。
２．  顕微鏡によって、上記実施例と上記比較例に係る固体薄膜電池を観察したところ、比較例に係る固体薄膜電池の正極側の側縁部に固体電解質層の膜切れが認められた。一方、実施例に係る固体薄膜電池では、正極層の側縁部に固体電解質層が膜切れなく形成されていた。
【００７４】
上記実施例と上記比較例との比較結果から明らかなように、上記面取り部を設けることにより、正極層と支持体間の段落ち部における固体電解質層の膜切れがなくなるため、電圧低下を大幅に改善できることが判明した。したがって、性能の安定した固体薄膜電池を歩留り良く製造することができる。また、電池が曲折等された場合にも、上記段落ち部近傍における電極層の縁部や固体電解質層に応力や変形が集中しにくくなって、電極層の剥離や固体電解質層の亀裂の発生を防止して、フレキシブル性の高い電池を、安価に製造することが可能となる。
【００７５】
本願発明は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上記説明した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本願発明によって、安定した性能を発揮できるとともに歩留りの良い固体薄膜電池を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本願発明の第１の実施形態に係る固体薄膜電池の断面図である。
【図２】本願発明の第２の実施形態に係る固体薄膜電池の断面図である。
【図３】本願発明の第３の実施形態に係る固体薄膜電池の断面図である。
【図４】本願発明に係る固体薄膜電池の製造方法における面取り部形成工程の概要を示す斜視図である。
【図５】本願発明に係る固体薄膜電池の製造方法における面取り部形成工程の概要を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  固体薄膜電池
２  支持体
４  正極層
５  固体電解質層
６  負極層
７  面取り部
【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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