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1. WO2020203877 - SOLID STATE BATTERY

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明 細 書

発明の名称 固体電池

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008   0009  

課題を解決するための手段

0010   0011  

発明の効果

0012   0013  

図面の簡単な説明

0014  

発明を実施するための形態

0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105  

産業上の利用可能性

0106  

符号の説明

0107  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 固体電池

技術分野

[0001]
 本発明は、固体電池に関する。より具体的には、本発明は、基板実装に適するようにコンパクト化された固体電池に関する。

背景技術

[0002]
 従前より、繰り返しの充放電が可能な二次電池が様々な用途に用いられている。例えば、二次電池は、スマートフォンおよびノートパソコン等の電子機器の電源として用いられたりする。
[0003]
 二次電池においては、充放電に寄与するイオン移動のための媒体として液体の電解質が一般に使用されている。つまり、いわゆる電解液が二次電池に用いられている。しかしながら、そのような二次電池においては、電解液の漏出防止点で安全性が一般に求められる。また、電解液に用いられる有機溶媒等は可燃性物質ゆえ、その点でも安全性が求められる。
[0004]
 そこで、電解液に代えて、固体電解質を用いた固体電池について研究が進められている。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2001-052751号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 本願発明者は、従前提案されている固体電池では克服すべき課題が依然あることに気付き、そのための対策を取る必要性を見出した。具体的には以下の課題があることを本願発明者は見出した。
[0007]
 固体電池は、他の電子部品と共にプリント配線板などの基板表面に実装されて使用されることが考えられ、その場合には実装に適したものが求められる。固体電池を基板表面に実装する場合、固体電池を電気的、熱的に保護するための保護回路や、充放電制御回路などが必要になることがあり、実装スペースのサイズが大きくなる虞がある。
[0008]
 特許文献1で開示される固体電池は、電池要素に回路を備えた樹脂基板を積層させる構成をとっており、コンパクト化に資するものとして提案されている。しかしながら、このような場合、電池要素とは別の部材としての回路基板を用いる必要があり、十分にコンパクト化した固体電池であるとは言い難い。
[0009]
 本発明はかかる課題に鑑みて為されたものである。すなわち、本発明の主たる目的は、よりコンパクト化に資する固体電池を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010]
 本願発明者は、従来技術の延長線上で対応するのではなく、新たな方向で対処することによって上記課題の解決を試みた。その結果、上記主たる目的が達成された固体電池の発明に至った。
[0011]
 本発明では、固体電池であって、当該固体電池の主面が回路形成面であり、当該主面に固体電池のための回路が設けられている、固体電池が提供される。

発明の効果

[0012]
 本発明に係る固体電池は、よりコンパクト化された表面実装に好適な固体電池となっている。
[0013]
 より具体的には、コンパクト化の観点から、「固体電池のための回路」が当該固体電池の主面に設けられている。よって、本発明では、固体電池のための回路を別途基板に設ける必要が無い点において、コンパクトな固体電池がもたらされる。

図面の簡単な説明

[0014]
[図1] 図1は、本発明の一実施形態に係る主面に回路が設けられた固体電池の構成を模式的に示した斜視断面図である。
[図2] 図2(a)~(c)は、本発明の実施形態に係る主面に回路が設けられた固体電池の構成を模式的に示した斜視図である。
[図3] 図3(a)~(d)は、固体電池の主面に設けられる電池周辺回路の回路図(図3(a):保護回路、図3(b):充電制御回路、図3(c):温度制御回路、図3(d):出力補償回路)である。
[図4] 図4(a)~(c)は、固体電池の主面に設けられる複数の電池周辺回路を組み合わせた回路図(図4(a):充電制御・保護回路、図4(b):充電制御・保護・出力安定化電源回路、図4(c):充電制御・保護・出力安定化電源・出力補償回路)である。
[図5] 図5は、本発明の一実施形態に係る回路が設けられた主面に被覆絶縁層が設けられている、パッケージ化された固体電池の構成を模式的に示した斜視図である。
[図6] 図6は、本発明の一実施形態に係る外部電極が設けられた側面以外の面に被覆絶縁層が設けられている、パッケージ化された固体電池の構成を模式的に示した斜視図である。
[図7] 図7は、本発明の一実施形態に係る外部端子の基板実装部分以外を覆うように被覆絶縁層が設けられている、パッケージ化された固体電池の構成を模式的に示した斜視図である。
[図8] 図8(a)~(c)は、パッケージ化によって本発明における図6に示す固体電池を得るプロセスを模式的に示した工程断面図である。
[図9] 図9(a)~(c)は、パッケージ化によって本発明における図7に示す固体電池を得るプロセスを模式的に示した工程断面図である。

発明を実施するための形態

[0015]
 以下、本発明の固体電池を詳細に説明する。必要に応じて図面を参照して説明を行うものの、図示する内容は、本発明の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、外観や寸法比などは実物と異なり得る。
[0016]
 本明細書でいう「断面視」とは、固体電池を構成する各層の積層方向に基づく厚み方向に対して略垂直な方向から捉えた場合の形態(端的にいえば、厚み方向に平行な面で切り取った場合の形態)に基づいている。本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”および“左右方向”は、それぞれ図中における上下方向および左右方向に相当する。特記しない限り、同じ符号または記号は、同じ部材・部位または同じ意味内容を示すものとする。ある好適な態様では、鉛直方向下向き(すなわち、重力が働く方向)が「下方向」/「底面側」に相当し、その逆向きが「上方向」/「頂面側」に相当すると捉えることができる。
[0017]
 本発明でいう「固体電池」は、広義にはその構成要素が固体から構成されている電池を指し、狭義には当該固体から構成される構成要素のそれぞれが互いに一体化されたものを指している。ある好適な態様では、本発明における固体電池は、電池構成単位を成す各層が互いに積層するように構成された積層型固体電池であり、好ましくはそのような各層が一体焼結体から成っている。なお、「固体電池」は、充電および放電の繰り返しが可能な、いわゆる「二次電池」のみならず、放電のみが可能な「一次電池」をも包含する。本発明のある好適な態様に従うと「固体電池」は二次電池である。「二次電池」は、その名称に過度に拘泥されるものではなく、例えば、蓄電デバイスなども包含し得る。
[0018]
 以下では、まず、本発明の固体電池の基本的構成について説明する。ここで説明される固体電池の構成は、あくまでも発明の理解のための例示にすぎず、発明を限定するものではない。
[0019]
[固体電池の基本的構成]
 固体電池は、正極層、負極層、およびそれらの間に介在する固体電解質層から成る電池構成単位を積層方向に沿って少なくとも1つ備える固体電池積層体を有して成る。
[0020]
 固体電池は、それを構成する各層が焼成によって形成されるところ、正極層、負極層および固体電解質などが焼結層を成している。好ましくは、正極層、負極層および固体電解質は、それぞれが互いに一体焼成されており、それゆえ固体電池積層体が一体焼結体を成している。
[0021]
 正極層は、少なくとも正極活物質を含んで成る電極層である。正極層は、更に固体電解質および/または正極集電層を含んで成っていてよい。ある好適な態様では、正極層は、正極活物質粒子と固体電解質粒子と正極集電層とを少なくとも含む焼結体から構成されている。一方、負極層は、少なくとも負極活物質を含んで成る電極層である。負極層は、更に固体電解質および/または負極集電層を含んで成っていてよい。ある好適な態様では、負極層は、負極活物質粒子と固体電解質粒子と負極集電層とを少なくとも含む焼結体から構成されている。
[0022]
 正極活物質および負極活物質は、固体電池において電子の受け渡しに関与する物質である。固体電解質を介してイオンは正極層と負極層との間で移動(伝導)して電子の受け渡しが行われることで充放電がなされる。正極層および負極層は特にリチウムイオンまたはナトリウムイオンを吸蔵放出可能な層であることが好ましい。つまり、固体電解質を介してリチウムイオンまたはナトリウムイオンが正極層と負極層との間で移動して電池の充放電が行われる全固体型二次電池であることが好ましい。
[0023]
(正極活物質)
 正極層に含まれる正極活物質としては、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、リチウム含有層状酸化物、および、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li (PO 等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li Fe (PO 、LiFePO 4、および/またはLiMnPO 等が挙げられる。リチウム含有層状酸化物の一例としては、LiCoO 、LiCo 1/3Ni 1/3Mn 1/3等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、LiMn 、および/またはLiNi 0.5Mn 1.5等が挙げられる。
[0024]
 また、ナトリウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質としては、ナシコン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、ナトリウム含有層状酸化物およびスピネル型構造を有するナトリウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
[0025]
(負極活物質)
 負極層に含まれる負極活物質としては、例えば、Ti、Si、Sn、Cr、Fe、NbおよびMoから成る群より選ばれる少なくとも一種の元素を含む酸化物、黒鉛-リチウム化合物、リチウム合金、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ならびに、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。リチウム合金の一例としては、Li-Al等が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li (PO 、および/またはLiTi (PO 等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li Fe (PO 、および/またはLiCuPO 等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、Li Ti 12等が挙げられる。
[0026]
 また、ナトリウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質としては、ナシコン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、およびスピネル型構造を有するナトリウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
[0027]
 なお、正極層および/または負極層は、導電助剤を含んでいてもよい。正極層および負極層に含まれる導電助剤としては、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅およびニッケル等の金属材料、ならびに炭素などから成る少なくとも1種を挙げることができる。特に限定されるわけではないが、銅は、正極活物質、負極活物質および固体電解質材などと反応し難く、固体電池の内部抵抗の低減に効果を奏するのでその点で好ましい。
[0028]
 さらに、正極層および/または負極層は、焼結助剤を含んでいてもよい。焼結助剤としては、リチウム酸化物、ナトリウム酸化物、カリウム酸化物、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化ビスマスおよび酸化リンから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。
[0029]
 正極層および負極層の厚みは特に限定されないが、例えば、それぞれ独立して、2μm以上50μm以下、特に5μm以上30μm以下であってもよい。
[0030]
(固体電解質)
 固体電解質は、リチウムイオンまたはナトリウムイオンが伝導可能な材質である。特に固体電池で電池構成単位を成す固体電解質は、正極層と負極層との間においてリチウムイオンまたはナトリウムイオンが伝導可能な層を成している。なお、固体電解質は、正極層と負極層との間に少なくとも設けられていればよい。つまり、固体電解質は、正極層と負極層との間からはみ出すように当該正極層および/または負極層の周囲においても存在していてもよい。具体的な固体電解質としては、例えば、ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物、ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物等が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物としては、Li (PO (1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrから成る群より選ばれた少なくとも一種)が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、例えば、Li 1.2Al 0.2Ti 1.8(PO 等が挙げられる。ペロブスカイト構造を有する酸化物の一例としては、La 0.55Li 0.35TiO 等が挙げられる。ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物の一例としては、Li La Zr 12等が挙げられる。
[0031]
 なお、ナトリウムイオンが伝導可能な固体電解質としては、例えば、ナシコン構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物、ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物等が挙げられる。ナシコン構造を有するナトリウム含有リン酸化合物としては、Na (PO (1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrから成る群より選ばれた少なくとも一種)が挙げられる。
[0032]
 固体電解質層は、焼結助剤を含んでいてもよい。固体電解質層に含まれる焼結助剤は、例えば、正極層および/または負極層に含まれ得る焼結助剤と同様の材料から選択されてもよい。
[0033]
 固体電解質層の厚みは特に限定されず、例えば、1μm以上15μm以下、特に1μm以上5μm以下であってもよい。
[0034]
(正極集電層/負極集電層)
 電極層の必須要素ではないものの、正極層および負極層は、それぞれ正極集電層および負極集電層を備えていてもよい。正極集電層および負極集電層はそれぞれ箔の形態を有していてもよいが、一体焼成による固体電池の製造コスト低減および固体電池の内部抵抗低減などの観点から、焼結体の形態を有していてよい。正極集電層を構成する正極集電層および負極集電層を構成する負極集電層としては、導電率が大きい材料を用いるのが好ましく、例えば、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、ニッケルなどを用いることが好ましい。特に、銅は正極活物質、負極活物質および固体電解質材と反応し難く、固体電池の内部抵抗の低減に効果があるため好ましい。正極集電層および負極集電層はそれぞれ、外部と電気的に接続するための電気的接続部を有し、端子と電気的に接続可能に構成されていてもよい。正極集電層および負極集電層はそれぞれ箔の形態を有していてもよい。一体焼結による電子伝導性向上および製造コスト低減の観点から、正極集電層および負極集電層はそれぞれ一体焼結の形態を有することが好ましい。なお、正極集電層および負極集電層が焼結体の形態を有する場合、例えば、導電助剤および焼結助剤を含む焼結体より構成されてもよい。正極集電層および負極集電層に含まれる導電助剤は、例えば、正極層および/または負極層に含まれ得る導電助剤と同様の材料から選択されてもよい。正極集電層および負極集電層に含まれる焼結助剤は、例えば、正極層および/または負極層に含まれ得る焼結助剤と同様の材料から選択されてもよい。
[0035]
 正極集電層および負極集電層の厚みは特に限定されず、例えば、それぞれ独立して、1μm以上5μm以下、特に1μm以上3μm以下であってもよい。
[0036]
(絶縁層)
 絶縁層は、積層方向に沿って相互に隣接する一方の電池構成単位と他方の電池構成単位との間に形成され得るもので、かかる隣接する電池構成単位間のイオンの移動を回避し、過度のイオンの吸蔵放出を防止するためのものである。絶縁層は、広義には電気を通さない材質、すなわち非導電性材から構成される層を指し、狭義には絶縁性物質材料から構成されるものを指す。特に限定されるものではないが、当該絶縁層は、例えば、ガラス材、セラミック材等から構成され得る。当該絶縁層として、例えばガラス材が選択されてよい。特に限定されるものではないが、ガラス材は、ソーダ石灰ガラス、カリガラス、ホウ酸塩系ガラス、ホウケイ酸塩系ガラス、ホウケイ酸バリウム系ガラス、ホウ酸亜塩系ガラス、ホウ酸バリウム系ガラス、ホウケイ酸ビスマス塩系ガラス、ホウ酸ビスマス亜鉛系ガラス、ビスマスケイ酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、アルミノリン酸塩系ガラス、および、リン酸亜塩系ガラスからなる群より選択される少なくとも一種を挙げることができる。また、セラミック材は、アルミナ、ジルコニア、スピネルおよびフォルステライトから成る群より選択される少なくとも一種を挙げることができる。
[0037]
(端面電極)
 固体電池には、一般に端面電極が設けられている。特に、固体電池の側面に端面電極が設けられている。より具体的には、正極層と接続された正極側の端面電極と、負極層と接続された負極側の端面電極とが設けられている。そのような端面電極は、導電率が大きい材料を含んで成ることが好ましい。端面電極の具体的な材質としては、特に制限されるわけではないが、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズおよびニッケルから成る群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。
[0038]
[固体電池のための回路]
 固体電池のための回路は、好ましくは固体電池を制御する回路である。後述するが、固体電池のための回路は、制御対象となる固体電池の主面上に設けられている。例えば、固体電池のための回路は、能動素子、受動素子、および/または配線パターンなどを備え、固体電池における充放電の繰り返し動作を制御する。このような回路は、保護回路であってよく、充放電制御回路であってもよく、および/または温度制御回路であってもよい。回路配線は、固体電池の正負極電極に結線していてよく、固体電池外部の電極に結線していてもよい。
[0039]
(保護回路)
 保護回路は、固体電池の過放電、過充電、過電流および/または過熱などを防止するために、入力電流または出力電流を制限するためのものである。具体的には、保護回路は、固体電池の過充電時の充電停止、過放電時の放電停止および/もしくは短絡時などの大電流放電の停止をすることで、固体電池の充放電を制御する。
[0040]
(充放電制御回路)
 充放電制御回路は、固体電池の充放電を制御するためのものである。具体的には、充電時には、充電制御回路は、固体電池に対する充電を制御する。一方、放電時には、放電制御回路は、当該固体電池が実装された電子機器などに対する放電を制御する。
[0041]
(温度制御回路)
 温度制御回路は、固体電池の温度を制御するためのものである。具体的には、電池の周辺温度は充放電効率と密接に関係することから、充放電効率を向上させるように固体電池を適正な温度に制御する。
[0042]
(出力補償回路)
 出力補償回路は、固体電池の内部インピーダンスを制御するためのものである。具体的には、固体電池における内部インピーダンスは電池電圧と密接に関係することから、電池電圧の低下を緩和させるように固体電池の内部インピーダンスを低く抑える。
[0043]
(出力安定化電源回路)
 出力安定化電源回路は、直流の出力電圧および/または出力電流が常に一定の値になるように制御するためのものである。具体的には、電源より負荷に供給される電力について、出力安定化電源回路はかかる負荷電圧を制御する。
[0044]
(入出力端子電極)
 入出力端子電極(入力端子電極および/または出力端子電極)は、固体電池のための回路を、固体電池の正負極電極および/または固体電池外部の電極に結線するためのものである。入出力端子電極は、固体電池の主面および/または側面に設けられている。そのような入出力端子電極は、導電率が大きい材料を含んで成ることが好ましい。入出力端子電極の具体的な材質としては、特に制限されるわけではないが、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズおよびニッケルから成る群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。
[0045]
(外部端子)
 表面実装タイプの固体電池では、一般に実装用の外部端子が設けられている。特に、外部端子は固体電池の端面電極および入出力端子電極に接するように設けられ、固体電池の実装面にまで及ぶように延在して設けられている。そのような外部端子は、導電率が大きい材料を用いることが好ましい。外部端子の材質としては、端面電極および/または入出力端子電極と同様であってよい。
[0046]
[本発明の固体電池の特徴]
 本発明の固体電池は、よりコンパクト化された表面実装に好適な固体電池である。特に、本発明の固体電池は、固体電池そのものに当該固体電池のための回路が設けられている点で特徴を有する。
[0047]
 具体的には、本発明の固体電池は、当該固体電池の主面が回路形成面であり、当該主面に固体電池のための回路が設けられている。換言すれば、固体電池の主面が、当該固体電池を制御するための回路を支持する支持面となっている。このように固体電池を成す面自体に回路が設けられると(好ましくは、その面にて延在するように回路が設けられると)、固体電池のための回路を別途基板に設ける必要が無く、よりコンパクト化した固体電池とすることができる。また、固体電池と回路との配線距離を最短にでき、電気的ロスを少なくすることができる。本発明の固体電池では、回路と固体電池とが当該固体電池面を介して一体的になっているので、回路からの熱が固体電池に伝わり易く、当該熱に起因して電池の充電効率が向上し得る効果も奏され得る。
[0048]
 本発明でいう「主面」とは、固体電池における電極層の積層方向に法線を有する面を指す。好ましくは、かかる主面は平面状となっている(つまり、好ましくは、固体電池を形作っている平面に対して直接的に回路が設けられている)。固体電池のための回路は、少なくとも一方の主面に設けられていればよく、対向する双方の主面に設けられていてもよい。また、本発明でいう「回路形成面」とは、広義には、固体電池そのものが回路形成に資する面を有していることを意味しており、狭義には、かかる面が電池絶縁性を有していることを意味している。例えば、かかる面上に回路を設けた場合に、当該回路に電圧変動などが生じないよう電子絶縁性を有する面であることを意味している。
[0049]
 図1に示す例示態様でいえば、固体電池500は、その主面100に回路200が設けられる点に少なくとも特徴を有する。つまり、本発明では、固体電池のための回路を構成する能動素子、受動素子および/または補助素子などが当該固体電池に設けられている。特に固体電池を制御する回路200が、当該固体電池の主面(例えば固体電池の平面)に延在するように設けられている。図示されるように固体電池500の主面100に対して直接的に貼り付くような形態で回路200が設けられていてよい。回路の能動素子としては、IC、トランジスタ、ダイオードおよびオペアンプなどから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。回路の受動素子としては、抵抗、コイルおよびコンデンサなどから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。回路の補助素子としては、コネクタ、端子、配線および線材などから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。このような回路素子は、チップ形態を有しているものであってもよい。このように回路が固体電池の主面に沿って設けられていると、回路からの熱が固体電池に全体として伝わり易くなり、当該熱に起因して電池の充電効率がより向上し易くなる。
[0050]
 固体電池500は、当該固体電池のための回路200(すなわち、能動素子210、受動素子220、および/または配線パターン230)を備えたパッケージ構造を有している。このような固体電池500では、その主面100に回路200が設けられている。回路200は、主面100において少なくとも1つ設けられており、複数設けられていてもよい。
[0051]
 本発明の固体電池が表面実装品となる場合、固体電池500における実装面側の主面100Bに対向するもう一方の主面100Aに回路が設けられてよく(図2(a))、実装面側の主面100Bに回路が設けられてもよい(図2(b))。図2(a)の態様では、固体電池にて実装面側でない非実装面側の主面100Aに対して回路200が設けられている。ここでいう「実装面側」とは、固体電池を基板に対して表面実装する際に当該基板に相対的に近位側に位置することを意味している。よって、「非実装面側の主面」は、固体電池を基板に表面実装する際に当該基板に対して相対的に遠位側に位置する主面のことを指している。非実装面側の主面100Aに対して回路200が設けられている場合、典型的には、実装に際して外部基板と直接的に接続される電極が位置付けられた主面側と異なる側の主面に対して回路200が設けられている。このように非実装面側の主面に対して回路が設けられていると、「基板と直接的に接続される電極」が存在しない等の理由で「回路を覆う被覆絶縁膜」を設けやすくなる(“被覆絶縁膜”については、後述する図5の“300”を参照のこと)。また、外部基板に対して相対的に遠位側に回路が配置されることになるので、当該外部基板と回路200との不都合な相互作用も回避され易い。なお、回路の設置面積が増す点などでいえば、固体電池における双方の主面(すなわち、主面100Aおよび主面100B)に回路が設けられてもよい(図2(c))。
[0052]
 ある好適な態様では、固体電池のための回路は、保護回路、充電制御回路、温度制御回路および出力補償回路から成る群から選択される少なくとも一種を含んで成る。図1に示す例示態様でいえば、固体電池500の主面100における回路200は、保護回路、充電制御回路、温度制御回路、出力補償回路および/または出力安定化電源回路である。
[0053]
 回路200を保護回路とすることで、固体電池の過放電、過充電、過電流および/または過熱などを防止することができる。図3(a)は、固体電池500の主面100に設けられる回路200が保護回路となる場合の回路図の一例を示す。あくまでも例示説明にすぎないが、かかる保護回路では、所定の電圧または電流が過度にならないように制御される。
[0054]
 回路200を充電制御回路とすることで、固体電池の充放電を制御することができる。図3(b)は、固体電池500の主面100に設けられる回路200が充電制御回路となる場合の回路図の一例を示す。あくまでも例示説明にすぎないが、かかる充電制御回路は、所望の定電流定電圧(CCCV)となるように固体電池と電源との電圧および/または電流を制御する。
[0055]
 回路200を温度制御回路とすることで、充放電効率を向上させるように固体電池を適正な温度(例えば、約60℃)に制御することができる。図3(c)は、固体電池500の主面100に設けられる回路200が温度制御回路となる場合の回路図の一例を示す。あくまでも例示説明にすぎないが、かかる温度制御回路によって固体電池の温度を制御する場合、熱電対やサーミスタ等の温度検知手段によって固体電池の温度を検出し、それによって得られた温度情報をもとに、温度制御回路を介して熱電素子に電力を供給し、電池の加熱および/または冷却を行ってよい。
[0056]
 回路200を出力補償回路とすることで、固体電池500の内部インピーダンスを低く抑えることができ、電池電圧の低下を緩和することができる。図3(d)は、固体電池500の主面100に設けられる回路200が出力補償回路となる場合の回路図の一例を示す。
[0057]
 上記回路は、単体の機能を有するように設けられてよいものの、複数の機能を有するように組み合わせて設けられてもよい。例えば、複数のサブ回路を組み合わせて設けることで、固体電池の制御に対して各回路の特性を付与することができる。図示する例示態様として、図4(a)に充電制御回路および保護回路の組合せ、図4(b)に充電制御回路、保護回路および出力安定化電源回路との組合せ、図4(c)に充電制御回路、保護回路、出力安定化電源回路および出力補償回路との組合せを示す。なお、出力安定化電源回路は、DC-DCコンバータが組み込まれたものとなっていてよい。
[0058]
 ある好適な態様では、固体電池における主面および/または側面に、入出力端子電極が形成されている。図1に示す例示態様でいえば、固体電池500の主面100および側面に、固体電池500の一方の主面から側面を介して他方の主面に延在するように入出力端子電極240が設けられている。また、回路200はその配線パターン230を介して入出力端子電極240に結線されていてよい。入出力端子電極240は、正負極の端面電極60と同様に形成されることが製造コストの観点から好ましい。なお、入出力端子電極240が端面電極60を兼ねるようなものであってもよい。端面電極60以外と結線したい回路がある場合には、端面電極60以外に独立した入出力端子電極240を形成してもよい。
[0059]
 端面電極および入出力端子電極は、固体電池と基板との間の電気的接続に資するものであれば、いずれの形態を有していてもよい。電気的接続に資するがゆえ、端面電極および入出力端子電極は、固体電池と基板との間をつなぐ導電性部分であるともいえる。そのような導電性部分は、配線層および/またはランドなどの形態を少なくとも部分的に有していてよい。本明細書でいう「ランド」は、固体電池の主面の一方および/または双方に設けられた電気的接続のための端子部分・接続部分を指しており、例えば角ランドであってよいし、あるいは、丸ランドなどであってもよい。
[0060]
 このような構成とすることで、実装する基板上には固体電池に対する端子を設ける必要がなく、実装により適した固体電池とすることができる。固体電池を基板上に実装する観点から、入出力端子電極は、表面実装タイプの端子となっていてよい。図5に示す例示態様でいえば、入出力端子電極240(60)は、固体電池の回路が設けられていない主面にまで及ぶように延在していてよい。例えば、そのような入出力端子電極に対して、固体電池の回路が設けられていない主面にまで及ぶように延在する外部端子70を設けて、図6および図7に示すような表面実装タイプの端子とすることもできる。図示するように、外部端子70は、その端部(特に下側端部もしくは底側端部)が屈曲した形態となっていてよい。外部端子の構造は各種取り得るが、固体電池の実装面側の面に直接形成した端子電極を基板接続用の電極として露出させる構造が好ましい。このような構造とすることで、より固体電池を小型低背な構造とすることができる。外部端子の材質としては、特に制限されるわけではないが、端面電極および入出力端子電極の材質と同様であってよい。
[0061]
 本発明の固体電池における主面を形成する主面形成層は、少なくとも電子絶縁性を有する絶縁層であってよい。主面形成層とは、積層方向における固体電池の電池構成要素の最上層および/または最下層に位置付けられ、固体電池の主面を形成する層である。図1に示す例示態様でいえば、固体電池500の主面100を形成する主面形成層50が電子絶縁性を呈する絶縁層となっている。このような主面形成層の存在によって、固体電池500の主面100がより好適な回路形成面となり易い。
[0062]
 主面形成層を構成する材料としては絶縁性、剛性、電極密着強度および/または水分透過防止性に優れる層であることが好ましい。主面形成層は、絶縁層と同様の材質であってよく、例えば、ガラス材およびセラミックス材を用いることが好ましい。ガラス材およびセラミックス材は、絶縁層に含まれ得る材料と同様のものから選択されてもよい。
[0063]
 ある好適な態様では、主面形成層が、イオン絶縁性を有する絶縁層となっている。主面形成層がイオン絶縁性を有することで、固体電池内部のイオン伝導に起因する回路電圧の変動をより好適に抑えることができる。
[0064]
 さらに好適な態様では、主面形成層はセラミックを含んでいてよい。つまり、主面形成層がセラミック絶縁層であってよい。主面形成層がセラミックを含んで成ることで、主面形成層に電子絶縁性およびイオン絶縁性をより効果的に付与することができる。また、主面形成層の剛性を高めることができ、その面上への回路形成をより容易に実施することができる。さらに、固体電池の最外面に水分透過防止性を付与することができ、電池性能の劣化を効果的に防止することができる。
[0065]
 ある好適な態様では、固体電池は、正極層、負極層、および正極層と負極層との間に介在する固体電解質層から成る固体電池積層体を備え、固体電池の主面形成層が当該固体電池積層体と一体焼結体を成している。図1に示す例示態様でいえば、固体電池500は、断面視(すなわち、断面10)において正極層20、固体電解質層30、負極層40がこの順に設けられる固体電池積層体を備えており、当該固体電池積層体と主面形成層50とが一体焼結されている。一体焼結ゆえ、固体電池積層体と主面形成層との間の界面においては共焼結体が形成されている場合があり得る。
[0066]
 固体電池積層体と主面形成層とを一体焼結することで、主面形成層に固体電池積層体との接着性が他の材料と比べて相対的に低い材料(例えば、セラミック)を用いた場合でも、固体電池における構成材間が強固に密着された構造を有し易くなる。また、回路を有する主面形成層を固体電池として一体形成することができ、固体電池と回路基板との接合などの工程を減ずることができる。
[0067]
 ある好適な態様では、固体電池は、パッケージ化された固体電池となっている。「パッケージ化された固体電池」とは、外部環境から保護された固体電池のことを指している。好ましくは、そのような外部環境から保護された本発明の固体電池は、基板実装に適するようにパッケージ化されており、特には表面実装に適するようにパッケージ化されている。ある好適な態様では、本発明の電池はSMD(Surface Mount Device)タイプの電池となっている。
[0068]
 外部環境から保護された固体電池とは、例えば、外部環境の水蒸気が固体電池の内部へと進入しないように封止されている固体電池などが挙げられる(例示にすぎないが、図5~図7参照)。また、基板実装に適するようにパッケージ化されている固体電池とは、例えば、端子引出し部(例えば、ソケット端子または圧接端子等)が固体電池側に設けられている固体電池(例えば、図1等参照)、または外部端子が基板実装し易いように基板に対して広く面を成している固体電池などが挙げられる(例えば、図6および図7参照)。
[0069]
 ある好適な態様では、回路が設けられた主面を覆うように被覆絶縁層が設けられている。図5に示す例示態様でいえば、固体電池500において、回路を覆うように被覆絶縁層300が設けられている。これにより、回路を好適に保護することができる。また、被覆絶縁層300の存在により、電池パッケージ品として、固体電池とその上の回路との相互の一体性をより向上させることも可能となる。
[0070]
 被覆絶縁層300は樹脂層となっていてよい。つまり、被覆絶縁層300は樹脂材を含んで成り、それが当該層の母材を成すようになっていてよい。図示される態様から分かるように、固体電池の主面が被覆絶縁層300の樹脂材で封止されていることを意味している。このような樹脂材から成る被覆絶縁層300は、より好適な水蒸気透過防止性を資することができる。
[0071]
 被覆絶縁層の材質は、絶縁性を呈するものであればいずれの種類であってよい。例えば被覆絶縁層が樹脂を含んで成る場合、その樹脂は熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のいずれであってもよい。特に制限されるわけではないが、被覆絶縁層の具体的な樹脂材としては、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂および/または液晶ポリマーなどを挙げることができる。あくまでも例示にすぎないが、被覆絶縁層の厚さは、30μm以上1000μm以下であってよく、例えば50μm以上300μm以下である。
[0072]
 被覆絶縁層は、固体電池の回路が設けられた主面の少なくとも一部を覆うように設けられた層であってよい。また、被覆絶縁層は回路が設けられた主面を少なくとも覆いつつも他の面を覆う層であってもよい。ある好適な態様では、図5に示す例示態様のように、被覆絶縁層300は主面100上にのみ設けられている。このような構成とすることで、主面100上に設けられた回路を水蒸気などから保護しつつ、固体電池500における端面電極60が設けられた側面以外の側面に入出力端子電極240を設けることが可能となり、より多くの端子引出し部を備えることができる。
[0073]
 例えば、被覆絶縁層は、端面電極が設けられた側面以外の面も覆うように設けられてよい。ある好適な態様では、図6に示す例示態様のように、回路が設けられている主面100に加え、端面電極60が設けられた側面以外の面(すなわち、外部電極70が設けられた側面以外の面)にも被覆絶縁層300が設けられている。このような構成とすることで、固体電池500をより広く被覆絶縁層300で覆うことができ、固体電池500に対して水蒸気透過防止をより好適に図ることができる。
[0074]
 さらに、被覆絶縁層は、外部端子が設けられた電池パッケージ品を覆うように設けられてもよい。図7に示す例示態様のように、固体電池500において、外部端子70の基板実装部分以外を全体的に覆うように被覆絶縁層300が設けられている。このような構成とすることで、固体電池500全体を被覆絶縁層300で覆うことができ、特に外部端子70を介した水蒸気の侵入を防止することができる。また、固体電池500のいずれの側面にも外部端子70を設けることができるため、より多くの回路200を基板と結線することができる。
[0075]
 被覆絶縁層300は、フィラーを含んでいてもよい。被覆絶縁層300が樹脂材から成る場合、そのような樹脂材中に無機フィラーが好ましくは分散している。フィラーは、好ましくは、被覆絶縁層中に混ぜ込まれて被覆絶縁層の母材材質(例えば樹脂材)と複合一体化している。フィラーの形状は、特に制限されず、粒状、球状、針状、板状、繊維状および/または不定型などであってよい。フィラーの大きさも、特に制限されず、10nm以上100μm以下であってよく、例えば10nm以上100nm未満のナノフィラー、100nm以上10um未満のミクロフィラー、あるいは、10μm以上100μm以下のマクロフィラーなどであってよい。フィラーの材質としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の金属酸化物、マイカ等の鉱物、および/またはガラス等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
[0076]
 フィラーは水蒸気透過防止フィラーとなっていることが好ましい。ある好適な態様では、被覆絶縁層は、その樹脂材質中に水蒸気透過防止フィラーを含んで成る。これにより、被覆絶縁層がより好適な水蒸気透過防止層として供され易くなる。樹脂材質中に含まれる水蒸気透過防止フィラーは、より好適な水蒸気透過防止に資すべく、被覆絶縁層の全体基準で含有量が50重量%以上95重量%以下となっていることが好ましく、例えば60重量%以上95重量%以下あるいは70重量%以上95重量%以下などとなっていてよい。
[0077]
 ある好適な態様では、被覆無機膜が被覆絶縁層を覆うように付加的に設けられている。被覆無機膜は被覆絶縁層上に位置付けられるところ、被覆絶縁層とともに、固体電池の主面を覆うように被覆無機膜が設けられてよい。つまり、被覆無機膜および被覆絶縁層は固体電池の主面上に積層された形態を有していてもよい。
[0078]
 被覆無機膜は、薄膜形態を有することが好ましい。よって、被覆部材として被覆無機膜の厚さは被覆絶縁層の厚さよりも小さくなっている。薄膜形態を有する無機層に資するものであれば、被覆無機膜の材質は特に制限されず、金属、ガラス、酸化物セラミックまたはそれらの混合物などのいずれであってもよい。ある好適な態様では被覆無機膜が金属成分を含んで成っている。つまり、被覆無機膜が好ましくは金属薄膜となっている。あくまでも例示にすぎないが、被覆無機膜の厚さは、0.1μm以上100μm以下であってよく、例えば1μm以上50μm以下である。
[0079]
 薄膜形態を有する被覆無機膜はめっき膜であってよい。特に特に製法に依拠していえば、被覆無機膜は、乾式めっき膜であってよい。かかる乾式めっき膜は、物理的気相成長法(PVD)や化学的気相成長法(CVD)といった気相法で得られる膜であって、ナノオーダーまたはミクロンオーダーの非常に小さい厚さを有している。このような薄い乾式めっき膜は、よりコンパクトなパッケージ化に資する。
[0080]
 乾式めっき膜は、例えば、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、スズ(Sn)、金(Au)、銅(Cu)、チタン(Ti)、白金(Pt)、ケイ素/シリコーン(Si)およびSUSなどから成る群から選択される少なくとも1種の金属成分・半金属成分、無機酸化物および/またはガラス成分などから成るものであってよい。このような成分から成る乾式めっき膜は、化学的および/または熱的に安定であるので、耐薬品性、耐候性および/また耐熱性などに優れ、長期信頼性がより向上した固体電池がもたらされ得る。
[0081]
 本発明における固体電池が被覆絶縁層を介した被覆無機膜で覆われた形態を有している場合、被覆絶縁層が緩衝材の役目も果たし得る。具体的には、充放電や熱膨張などに起因した固体電池の膨張収縮が生じた場合であっても、その影響が直接的に被覆無機膜には及ばず、被覆絶縁層が介在することで緩衝効果による影響が緩和され得る。よって、被覆無機膜などの薄膜であっても、クラックなどの発生が減じられ、より好適な水蒸気バリアがもたらされ得る。これは、被覆絶縁層が樹脂材を含んで成る場合に特にいえ、樹脂材から成る被覆絶縁層は、そのような緩衝効果が大きくなり得る。
[0082]
 また、本発明における固体電池が被覆絶縁層を介した被覆無機膜で覆われた形態を有している場合、それに資する部材は、被覆絶縁層とそれに一体化した被覆無機薄膜であるので、パッケージ・サイズは、不都合に大きくならない。つまり、水蒸気透過防止が図られつつもコンパクトなパッケージ品がもたらされ得る。これは、本発明の固体電池が、水蒸気透過が防止されたエネルギー密度の高い電池として供され得ることを意味している。
[0083]
 上述した通り、本発明の固体電池は、プリント配線板などの基板上に実装することができる。例えば、半田リフローなどを通じて固体電池を表面実装できる。このようなことから、本発明のパッケージ化された固体電池は、SMDタイプの電池であるといえる。
[0084]
 以上説明を行った固体電池については、その利点を次のように要約することもできる。なお、以下の利点は、あくまでも例示であって限定されるものではなく、また、付加的な利点があってもよい。
 ・固体電池そのものに回路を設けることでよりコンパクト化することができ、エネルギー密度が高い電池パッケージ品として供すことができる。
 ・固体電池と周辺回路との配線距離を短くでき、回路途中で不具合発生率を減らせて信頼性が高い電池パッケージ品を得ることができる。
 ・多端子電子デバイスを含む周辺回路を信頼性高く一体化でき、固体電池込みで小型モジュール化できる。
 ・多端子を一平面の自由な位置にSMD可能なランドで配置できる。よって、マザーボードの設計自由度が向上し、高密度化が可能となる。
 ・電池と直接的に接する接合材として無洗浄接合材(半田付けの後にフラックス洗浄を行う必要のない接合材)を用いることで、製造過程において、電子部品実装/洗浄後に固体電池を実装できる。よって、電子部品は、より安価で、実装面積を高密度化できる信頼性の高い半田で接合してもフラックス洗浄が可能となる。一方、固体電池は必ず無洗浄での接合が必要であるところ、パッケージ内で電池もSMD部品もともに最適な接合材で実装が可能となる。
 ・固体電池を水蒸気から守るバリア層が広域にカバーしているので、外部環境の水蒸気による特性劣化を防止できる。
[0085]
[固体電池の製造方法]
 本発明の対象物である固体電池は、正極層、負極層、それらの電極間に固体電解質を有する固体電池積層体および主面形成層を含んだ焼結積層体を調製し、次いで、その焼結積層体の主面に回路を形成するプロセスを経ることで得ることができる。
[0086]
≪固体電池の製造方法≫
 固体電池は、スクリーン印刷法等の印刷法、グリーンシートを用いるグリーンシート法、またはそれらの複合法により製造することができる。つまり、本発明の固体電池は、主面形成層および主面に形成される回路を除き、常套的な固体電池の製法に準じて作製してよい(よって、下記で説明する固体電解質、有機バインダー、溶剤、任意の添加剤、正極活物質、負極活物質などの原料物質は、既知の固体電池の製造で用いられているものを用いてよい)。
[0087]
 以下では、本発明のより良い理解のために、ある1つの製法を例示説明するが、本発明は当該方法に限定されない。また、以下の記載順序など経時的な事項は、あくまでも説明のための便宜上のものにすぎず、必ずしもそれに拘束されるわけではない。
[0088]
(焼結前積層体形成)
 ・固体電解質、有機バインダー、溶剤および任意の添加剤を混合してスラリーを調製する。次いで、調製されたスラリーからグリーンシート成形によって、焼成後の厚みが約10μmの固体電解質用グリーンシートを得る。
 ・正極活物質、固体電解質、導電助剤、有機バインダー、溶剤および任意の添加剤を混合して正極用ペーストを作成する。同様にして、負極活物質、固体電解質、導電助剤、有機バインダー、溶剤および任意の添加剤を混合して負極用ペーストを作成する。
 ・セラミック成分、ガラス成分および有機バインダー、溶剤および任意の添加剤を混合して主面形成層用ペーストを作成する。
 ・固体電解質用グリーンシート上に正極用ペーストを印刷し、また、必要に応じて集電層および/またはネガ層を印刷することで正極用グリーンシートを得る。同様にして、固体電解質用グリーンシート上に負極用ペーストを印刷し、また、必要に応じて集電層および/またはネガ層を印刷して負極用グリーンシートを得る。
 ・主面形成層用ペーストを印刷し、主面形成層用グリーンシートを得る。
 ・正極用グリーンシートと、負極用グリーンシートとを交互に積層して積層体を得る。
 ・正極用グリーンシートと負極用グリーンシートとの積層体の最上層・最下層に主面形成層用グリーンシートを積層させて、焼結前積層体を得る。
 ・主面形成層用グリーンシートの一方の表面(焼結前積層体の一方の表面)に例えばAg系焼結タイプの厚膜ペーストを塗布することで配線パターンを形成する。なお、配線パターンは、焼結後の固体電池の主面にAgペーストにより形成してもよい。
[0089]
 あくまでも1つの例示にすぎず、本発明を制限するものではないが、セラミックを含んで成る層として主面形成層を得る場合のグリーンシートについて詳述しておく。グリーンシート自体は、セラミック成分、ガラス成分および有機バインダー成分を含んで成るグリーンシート状部材であってよい。例えば、セラミック成分としては、アルミナ粉末(平均粒径:0.5~10μm程度)であってよく、ガラス成分としては、ホウケイ酸塩ガラス粉末(平均粒径:1~20μm程度)であってよい。そして、有機バインダー成分としては、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコールおよび塩化ビニル樹脂から成る群から選択される少なくとも1種以上の成分であってよい。あくまでも例示にすぎないが、グリーンシートは、アルミナ粉末40~50wt%、ガラス粉末を30~40wt%、および、有機バインダー成分10~30wt%であってよい(グリーンシートの全重量基準)。また、別の観点で捉えるとすると、グリーンシートは、固体成分(アルミナ粉末50~60wt%およびガラス粉末を40~50wt%:固体成分の重量基準)と有機バインダー成分との重量比、即ち、固体成分重量:有機バインダー成分重量が80~90:10~20程度となっているものであってもよい。グリーンシート成分としては、必要に応じてその他の成分が含まれていてよく、例えば、フタル酸エステル、および/またはフタル酸ジブチルなどのグリーンシートに柔軟性を付与する可塑剤、グリコールなどのケトン類の分散剤や有機溶剤などが含まれていてよい。各グリーンシートの厚さ自体は30μm~500μm程度であってよい。
[0090]
(電池焼結体形成)
 焼結前の積層体を圧着一体化させた後、所定のサイズにカットする。得られたカット済み積層体を脱脂および焼成に付す。これにより、焼結された積層体を得る。なお、カット前に積層体を脱脂および焼成に付し、その後にカットを行ってもよい。
[0091]
(端面電極および入出力端子電極形成)
 正極側の端面電極は、焼結積層体における正極露出側面に対して導電性ペーストを塗布することを通じて形成できる。同様にして、負極側の端面電極は、焼結積層体における負極露出側面に対して導電性ペーストを塗布することを通じて形成できる。入出力端子電極についても同様に、回路における配線パターンに結線するように、焼結積層体の主面および側面に対して導電性ペーストを塗布することを通じて形成できる。回路は配線パターンを介して入出力端子電極に結線されている。入出力端子電極は、端面電極と同一又は同時に形成されてよいが、端面電極以外に結線したい回路が複数ある場合には、端面電極以外に独立した入出力端子電極を形成してもよい。
[0092]
 端面電極および入出力端子電極は、焼結積層体の回路が設けられていない主面にまで及ぶように設けると、次工程において実装ランドに小面積で接続できるので好ましい(より具体的には、焼結積層体の主面にまで及ぶように設けられた端面電極および入出力端子電極は、折り返し部分を当該主面に有することになるが、そのような折り返し部分を実装ランドに電気接続させることができる)。端面電極および入出力端子電極の成分としては、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズおよびニッケルから選択される少なくとも一種から選択され得る。
[0093]
 なお、端面電極および入出力端子電極は、積層体の焼結後に形成することに限らず、焼成前に形成し、同時焼結に付してもよい。
[0094]
(主面への回路形成)
 まず、焼結積層体の主面形成層表面(すなわち、主面)に対して接合材を供する。接合材は、例えば、金属性ロー剤、半田、導電性ペーストまたはナノペーストであってよい。次いで、固体電池のための周辺回路を設ける。より具体的には、電池周辺回路に必要な能動素子、受動素子および/または補助素子といった電子部品などを主面の所定位置にマウントする。このような所望のマウントが完了したら、主面をリフロー半田付けに付し、フラックス洗浄を行う。以上より、回路形成済みの主面が得られる。
[0095]
 以上の如くの工程を経ることによって、最終的に所望の固体電池を得ることができる。
[0096]
 このような固体電池についていえば、当該固体電池の端子引出し部が、設計的にも接合プロセス的にも比較的容易であるといった利点がある。また、固体電池がコンパクト化するほど、電池に対するパッケージの面積割合が小さくなるが、本発明に係る固体電池ではこのエリアが極端に小さくできるため特に小容量の電池のコンパクト化に資するものとなり得る。
[0097]
≪固体電池のパッケージ化≫
 図8および図9には、パッケージ化によって本発明の固体電池を得る工程が模式的に示されている。パッケージ化には、上記で得られた固体電池500が用いられ、図8(a)における固体電池500は端面電極60のみが設けられており、図9(a)における固体電池500は端面電極60および入出力端子240が設けられている。
[0098]
 図8に示す態様について説明する。まず、図8(b)に示すように、固体電池500において、端面電極60が形成された側面以外を覆うように被覆絶縁層300を形成する。被覆絶縁層が樹脂材から成る場合、樹脂前駆体を固体電池500の所定の面に設けて硬化などに付して被覆絶縁層を成型する。ある好適な態様では、金型で加圧に付すことを通じて被覆絶縁層の成型を行ってもよい。例示にすぎないが、コンプレッション・モールドを通じて支持基板上の固体電池を封止する被覆絶縁層を成型してよい。一般的にモールドで用いられる樹脂材であるならば、被覆絶縁層の原料の形態は、顆粒状でもよく、また、その種類は熱可塑性であってもよい。なお、このような成型は、金型成型に限らず、研磨加工、レーザー加工および/または化学的処理などを通じて行ってもよい。
[0099]
 次いで、図8(c)に示すように、上記で得られた固体電池500に外部端子70を設ける。外部端子70は、正極層および負極層がそれぞれ端面電極60を介して基板に電気的に接続可能なように設ける。また、外部端子70は、回路200が端面電極60を介して基板に実装可能なように設ける。外部端子70は、例えば、スパッタ等により外部端子を形成することが好ましい。特に限定されるものではないが、外部端子としては、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズ、およびニッケルから選択される少なくとも一種から構成されることが好ましい。
[0100]
 図9に示す態様について説明する。まず、図9(b)に示すように、固体電池500に外部端子70を設ける。外部端子70は、正極層および負極層がそれぞれ端面電極60を介して基板に電気的に接続可能なように設ける。また、外部端子70は、回路200が端面電極60および入出力端子240を介して基板に実装可能なように設ける。外部端子70は、図8に示す態様と同様の方法で形成されてよい。
[0101]
 次いで、図9(c)に示すように、固体電池500において、外部端子70の基板実装部分以外を覆うように被覆絶縁層300を形成する。被覆絶縁層300は、図8に示す態様と同様の方法で形成されてよい。
[0102]
 以上のような工程を経ることによって、固体電池そのものに当該固体電池のための回路が設けられた固体電池のパッケージ品を得ることができる。
[0103]
≪基板への表面実装≫
 固体電池は、外部端子を介して基板に表面実装して電気的に接続することができる。固体電池の基板への実装は、固体電池において回路が設けられる主面と対向するもう一方の主面が実装面側の面となるように、基板の基板端子の上に接合材を塗布した位置に、正極外部端子および負極外部端子の位置を合わせて配置する。接合材は、電気配線用の半田を使用してもよい。その後、半田リフローによって、接合材により正極端子および負極端子と基板が接合され、電池実装基板が得られる。外部端子は、被覆絶縁層から突出させて凸型形状、ガルウィングまたはJ端子形状としてもよい。
[0104]
 以上、本発明の実施形態について説明してきたが、あくまでも典型例を例示したに過ぎない。本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の態様が考えられることを当業者は容易に理解されよう。
[0105]
 また、上記説明では、よりコンパクト化された固体電池について説明したが、本発明は特にこれに限定されない。例えば、主面形成層は、その面上に回路を形成し得る特性を有するが、その高い封止特性ゆえ、固体電池内部への水蒸気透過を防止する効果を奏する。また、外部環境からの固体電池内部への異物混入に対しても防止効果を奏し得ることになり、さらには、固体電池反応物の外部への漏洩防止にも資する。

産業上の利用可能性

[0106]
 本発明の固体電池は、電池使用や蓄電が想定される様々な分野に利用することができる。あくまでも例示にすぎないが、本発明の固体電池は、エレクトロニクス実装分野で用いることができる。また、電気・電子機器などが使用される電気・情報・通信分野(例えば、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンおよびデジタルカメラ、活動量計、アームコンピューター、電子ペーパー、RFIDタグ、カード型電子マネー、スマートウォッチなどの小型電子機などを含む電気・電子機器分野あるいはモバイル機器分野)、家庭・小型産業用途(例えば、電動工具、ゴルフカート、家庭用・介護用・産業用ロボットの分野)、大型産業用途(例えば、フォークリフト、エレベーター、湾港クレーンの分野)、交通システム分野(例えば、ハイブリッド車、電気自動車、バス、電車、電動アシスト自転車、電動二輪車などの分野)、電力系統用途(例えば、各種発電、ロードコンディショナー、スマートグリッド、一般家庭設置型蓄電システムなどの分野)、医療用途(イヤホン補聴器などの医療用機器分野)、医薬用途(服用管理システムなどの分野)、ならびに、IoT分野、宇宙・深海用途(例えば、宇宙探査機、潜水調査船などの分野)などに利用することができる。

符号の説明

[0107]
 10    固体電池の断面
 20    正極層
 30    固体電解質層
 40    負極層
 50    主面形成層
 60    端面電極
 70    外部端子
 100   固体電池の主面
 200   回路
 210   能動素子
 220   受動素子
 230   配線パターン
 240   入出力端子電極
 300   被覆絶縁層
 500   固体電池

請求の範囲

[請求項1]
固体電池であって、
 前記固体電池の主面が回路形成面であり、
 前記主面に前記固体電池のための回路が設けられている、固体電池。
[請求項2]
前記固体電池の前記主面が、該固体電池を制御するための前記回路を支持する支持面となっている、請求項1に記載の固体電池。
[請求項3]
前記回路が、保護回路、充電制御回路、温度制御回路、出力補償回路および出力安定化電源回路から成る群から選択される少なくとも一種を含んで成る、請求項1または2に記載の固体電池。
[請求項4]
前記固体電池における前記主面および/または側面に、入出力端子電極が設けられている、請求項1~3のいずれかに記載の固体電池。
[請求項5]
前記入出力端子電極が、表面実装タイプの端子である、請求項4に記載の固体電池。
[請求項6]
前記固体電池における前記主面を形成する主面形成層が、イオン絶縁性を有する絶縁層である、請求項1~5のいずれかに記載の固体電池。
[請求項7]
前記主面形成層が、セラミックを含んで成る、請求項6に記載の固体電池。
[請求項8]
正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層から成る固体電池積層体を備え、前記主面形成層が該固体電池積層体と一体焼結体を成している、請求項6または7に記載の固体電池。
[請求項9]
パッケージ化された固体電池となっている、請求項1~8のいずれかに記載の固体電池。
[請求項10]
前記回路を覆うように被覆絶縁層が設けられている、請求項1~9のいずれかに記載の固体電池。
[請求項11]
前記被覆絶縁層が、前記主面に積層された形態を有している、請求項10に記載の固体電池。
[請求項12]
前記被覆絶縁層が、樹脂材を含んで成る、請求項10または11に記載の固体電池。
[請求項13]
前記固体電池が、表面実装品である、請求項1~12のいずれかに記載の固体電池。
[請求項14]
前記固体電池において実装面側でない非実装面側の前記主面に対して前記回路が設けられている、請求項13に記載の固体電池。
[請求項15]
前記固体電池における正極層および負極層がリチウムイオンを吸蔵放出可能な層となっている、請求項1~14のいずれかに記載の固体電池。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]