特許 7299445 リチウム電池のバッファおよびリチウム電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-20

(45)【発行日】2023-06-28

(54)【発明の名称】リチウム電池のバッファおよびリチウム電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20230621BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20230621BHJP

   H01M 4/62 20060101ALI20230621BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20230621BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20230621BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20230621BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0585

H01M4/13

H01M4/62 Z

H01M10/052

H01M4/139

H01M10/0562

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020560702

(86)(22)【出願日】2018-12-19

(86)【国際出願番号】 JP2018046793

(87)【国際公開番号】W WO2020129183

(87)【国際公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-12-17

(73)【特許権者】

【識別番号】523164159

【氏名又は名称】ナッシュ エナジー （アイ） プライベート リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(72)【発明者】

【氏名】友寄 壹

【審査官】宮田 透

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０２８８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１７１５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２９３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－００３６４１０（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００９－３０１７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２２９９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４５７３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／１３－ ４／１３９９

Ｈ０１Ｍ ４／３６－ ４／６２

Ｈ０１Ｍ １０／０５－１０／０５８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の一方の面に形成されている正極材層と、
前記正極材層の前記基板を向く面とは反対側の面に形成されている電解質層と、
前記電解質層の前記基板を向く面とは反対側の面に形成されており、電解液またはイオン性液体にアルミナエアロゲルが添加された材料を含むバッファ層と、
前記バッファ層の前記基板を向く面とは反対側の面に形成されており、金属リチウムを含む負極層と
を備え、
前記電解質層は、前記負極層を向く面の端部を除く領域において、前記基板に向けてくぼんでいるバスタブ形状を有する凹部を有し、
前記バッファ層は、前記凹部を満たすように形成されている、
リチウム電池。

【請求項2】

前記電解質層は、前記負極層を向く面の一部において、前記凹部を複数有し、
前記バッファ層は、複数の前記凹部を満たすように形成されている、
請求項１に記載のリチウム電池。

【請求項3】

前記正極材層および前記電解質層は、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＡＧＰを有する、請求項１または２に記載のリチウム電池。

【請求項4】

前記正極材層および前記電解質層は、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＩＳＩＣＯＮ（Ｌｉｔｈｉｕｍ－Ｓｕｐｅｒ－Ｉｏｎ－Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を有し、
前記電解質層は、少なくとも前記負極層との界面において、被覆材料を有する、請求項１または２に記載のリチウム電池。

【請求項5】

前記電解質層および前記負極層の間に、リン酸リチウム、ソルダーレジスト、およびフォトレジストのうち少なくとも１つを有する被覆材料が更に設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載のリチウム電池。

【請求項6】

基板の一方の面に正極材を塗布して乾燥させ、焼成することで正極材層を形成するステップと、
前記正極材層の前記基板を向く面とは反対側の面に電解質を塗布して乾燥させ、焼成することで電解質層を形成するステップと、
前記電解質層の前記基板を向く面とは反対側の面の少なくとも一部に、電解液またはイオン性液体にアルミナエアロゲルが添加された材料を含むバッファ材を塗布してバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層の前記基板を向く面とは反対側の面に金属リチウムを含む負極材を貼り合わせて負極層を形成するステップと
を備え、
前記電解質層を形成するステップは、前記電解質を乾燥した後に、前記電解質の前記基板を向く面とは反対側の面の一部に、前記基板に向けてくぼむように凹部を形成するステップを更に有し、
前記バッファ層を形成するステップは、前記電解質層の前記凹部にバッファ材を塗布して前記バッファ層を形成する、
リチウム電池の製造方法。

【請求項7】

前記正極材層を形成するステップは、乾燥後の前記正極材を予め定められた圧力で加圧するステップを更に有する、請求項６に記載の製造方法。

【請求項8】

前記電解質層を形成するステップは、乾燥後の前記電解質を予め定められた圧力で加圧するステップを更に有する、請求項６または７に記載の製造方法。

【請求項9】

前記電解質を加圧するステップは、前記電解質層に予め定められた形状の前記凹部を形成させる、請求項８に記載の製造方法。

【請求項10】

前記負極層を形成するステップの後に、
前記基板および前記負極層のそれぞれに配線材料を接続するステップと、
前記配線材料の一部以外の材料をシール材料でシーリングするステップと、
前記シール材料を加圧するステップと
を更に備える、請求項６から９のいずれか一項に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウム電池のバッファおよびリチウム電池の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、負極用電極板に金属リチウムを用いたリチウム二次電池が知られている。また、特許文献１には、このようなリチウム電池を、ＬＩＳＩＣＯＮ（Ｌｉｔｈｉｕｍ－Ｓｕｐｅｒ－Ｉｏｎ－Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含む固体電解質膜を用いて製造できることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－３０１７２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来、リチウムイオン二次電池は、非水性の有機溶媒を含む可燃性の電解液が用いられていた。したがって、このようなリチウムイオン二次電池は、電解液の漏洩の恐れがあり、また、発火事故が生じうるという課題があった。また、電解液に代えて、当該電解液の漏洩を低減できるポリマー電解質を用いることが知られていた。このようなポリマー電解質は、例えば、２００℃程度の高温における可燃性を抑えることができず、また、リチウムイオンの伝導性が劣るという課題があった。したがって、電解液の漏洩を低減でき、また、発火性を克服できる固体電解質層を用いたリチウム電池の実現が期待されている。しかしながら、このような固体電解質層を用いたリチウム電池は、電解質層および負極材の間の界面抵抗が大きくなる傾向にあり、導電性が低下してしまうことがあった。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、導電性を向上させたリチウム電池を効率よく作製できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様においては、基板と、前記基板の一方の面に形成されている正極材層と、前記正極材層の前記基板を向く面とは反対側の面に形成されている電解質層と、前記電解質層の前記基板を向く面とは反対側の面に形成されているバッファ層と、前記バッファ層の前記基板を向く面とは反対側の面に形成されており、リチウムを含む負極層とを備え、前記電解質層は、前記負極層を向く面の一部において、前記基板に向けてくぼんでいる凹部を有し、前記バッファ層は、前記凹部を満たすように形成されている、リチウム電池を提供する。

【0007】

前記バッファ層は、アルミナエアロゲルが添加されているゲル状の層でもよい。前記電解質層は、前記負極層を向く面の一部において、前記凹部を複数有し、前記バッファ層は、複数の前記凹部を満たすように形成されていてもよい。

【0008】

前記正極材層および前記電解質層は、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＡＧＰを有してもよい。前記正極材層および前記電解質層は、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＩＳＩＣＯＮ（Ｌｉｔｈｉｕｍ－Ｓｕｐｅｒ－Ｉｏｎ－Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を有し、前記電解質層は、少なくとも前記負極層との界面において、被覆材料を有してもよい。

【0009】

本発明の第２の態様においては、基板の一方の面に正極材を塗布して乾燥させ、焼成することで正極材層を形成するステップと、前記正極材層の前記基板を向く面とは反対側の面に電解質を塗布して乾燥させ、焼成することで電解質層を形成するステップと、前記電解質層の前記基板を向く面とは反対側の面の少なくとも一部にバッファ材を塗布してバッファ層を形成するステップと、前記バッファ層の前記基板を向く面とは反対側の面にリチウムを含む負極材を貼り合わせて負極層を形成するステップとを備え、前記電解質層を形成するステップは、前記電解質を乾燥した後に、前記電解質の前記基板を向く面とは反対側の面の一部に、前記基板に向けてくぼむように凹部を形成するステップを更に有し、前記バッファ層を形成するステップは、前記電解質層の前記凹部にバッファ材を塗布して前記バッファ層を形成する、リチウム電池の製造方法を提供する。

【0010】

前記バッファ材は、電解液またはイオン性液体にアルミナエアロゲルが添加された材料を含んでもよい。前記正極材層を形成するステップは、乾燥後の前記正極材を予め定められた圧力で加圧するステップを更に有してもよい。前記電解質層を形成するステップは、乾燥後の前記電解質を予め定められた圧力で加圧するステップを更に有してもよい。

【0011】

前記電解質を加圧するステップは、前記電解質層に予め定められた形状の前記凹部を形成させてもよい。

【0012】

前記負極層を形成するステップの後に、前記基板および前記負極層のそれぞれに配線材料を接続するステップと、前記配線材料の一部以外の材料をシール材料でシーリングするステップと、前記シール材料を加圧するステップとを更に備えてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、導電性を向上させた固体電解質膜を用いたリチウム電池を効率的に作製できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係るリチウム電池１０の構成例を示す。

【図2】本実施形態に係るリチウム電池１０の断面構成の一例を示す。

【図3】本実施形態に係るリチウム電池１０を作製するフローの一例を示す。

【図4】本実施形態に係る基板１１０に正極材層１２０を形成した後に、電解質を塗布して乾燥させた段階における断面構造の一例を示す。

【図5】本実施形態に係る基板１１０に凹部１３２を形成した段階における断面構造の一例を示す。

【図6】本実施形態に係るリチウム電池１０の内部構成を形成した段階における断面構造の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜リチウム電池１０の概略構成例＞
図１は、本実施形態に係るリチウム電池１０の構成例を示す。図１において、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とする。本実施形態に係るリチウム電池１０は、負極材として少なくとも金属リチウムを用いた二次電池である。リチウム電池１０は、内部に電荷を蓄積して充電し、また、外部に蓄積した電荷を放出して放電するための正極端子１２および負極端子１４を備える。

【0016】

なお、本実施形態において、このような負極の材料としてリチウムを用いた二次電池を、慣例として、「リチウムイオン電池」ではなく「リチウム電池」と表記する。しかしながら、本発明の技術的範囲は、リチウム電池と表記された二次電池だけに限定されることはなく、負極材として少なくともリチウムを用いた二次電池であれば、他の表記の電池にも及ぶことは言うまでもない。

【0017】

従来、リチウム電池１０は、電解質層の上面に金属リチウムの電極板を貼り合わせて作製していたので、電解質層および負極材の間の界面抵抗が大きくなる傾向にあった。理想的には、電解質層の上面に金属リチウムを真空蒸着させて、電解質層および負極材を密着させて形成することが考えられる。しかしながら、金属リチウムの真空蒸着は生産効率が低く、また、真空装置を用いるので製造に手間およびコストがかかってしまう。そこで、蒸着等を用いずに簡便な方法によって作製可能で、電解質層および負極材の間の界面抵抗を低減させ、導電性を向上させた本実施形態に係るリチウム電池１０について説明する。

【0018】

＜リチウム電池１０の断面の構成例＞
図２は、本実施形態に係るリチウム電池１０の断面構成の一例を示す。図２は、図１に示すＡ－Ａ’線におけるリチウム電池１０の断面の構成例を示す。リチウム電池１０は、正極端子１２および負極端子１４と、基板１１０と、正極材層１２０と、電解質層１３０と、バッファ層１４０と、負極層１５０と、シール材１６０とを備える。

【0019】

基板１１０は、導電性を有する電極板である。基板１１０は、例えば、金属製の電極板である。基板１１０は、例えば、鉄およびクロム等を有するステンレス基板、アルミナ基板等である。基板１１０には、正極端子１２が電気的に接続されている。正極端子１２は、例えば、銅等の金属を有する。図１は、ＸＹ面と略平行に基板１１０が配置された例を示す。また、図１は、基板１１０の一方の面において、正極材層１２０、電解質層１３０、バッファ層１４０、および負極層１５０が＋Ｚ方向に積層された例を示す。

【0020】

正極材層１２０は、基板１１０の一方の面に形成されている。正極材層１２０は、正極活物質として、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４、およびＬｉＰＯ_４のいずれかを含んでよい。そして、正極材層１２０は、このような正極活物質を含有するＭＰＳ（Ｍｅｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ：金属ポリマー溶液）をバインダとして用いて形成されている。

【0021】

また、正極材層１２０は、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬｉ_１＋ｘＡｌ_ｘＧｅ_２－ｘ（ＰＯ_４）_３等のＬＡＧＰを有する。正極材層１２０は、これに代えて、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＩＳＩＣＯＮを有してもよい。例えば、正極材層１２０は、細粒化したＬＡＧＰまたはＬＩＳＩＣＯＮと正極活物質含有ＭＰＳとを混合してスラリー化した正極材を用いて形成されている、無機固体電解質層である。

【0022】

電解質層１３０は、正極材層１２０の基板１１０を向く面とは反対側の面に形成されている。電解質層１３０は、例えば、細粒化されているＬＡＧＰを活物質として有している。そして、電解質層１３０は、このような活物質を含有するＭＰＳをバインダとして用いて形成されている。また、電解質層１３０は、正極材層１２０と同様に、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＩＳＩＣＯＮを有してもよい。例えば、電解質層１３０は、細粒化したＬＩＳＩＣＯＮと活物質含有ＭＰＳとを混合してスラリー化した電解質を用いて形成されている、無機固体電解質層である。

【0023】

バッファ層１４０は、電解質層１３０の基板１１０を向く面とは反対側の面に形成されている。バッファ層１４０は、例えば、電解液またはイオン性液体を少なくとも有する。また、バッファ層１４０は、粘度を上げて操作性を高めるために、アルミナエアロゲルを添加してもよい。アルミナエアロゲルは、増粘剤でよく、一例として、粉体の酸化アルミニウムが混合されている。

【0024】

バッファ層１４０の少なくとも一部は、電解質層１３０の表面の加工された領域に形成されていることが望ましい。例えば、電解質層１３０は、負極層１５０を向く面の一部において、基板１１０に向けてくぼんでいる凹部１３２を有する。凹部１３２は、電解質層１３０の端部を除く領域に形成されることが望ましい。凹部１３２は、一例として、バスタブ形状を有している。凹部１３２は、電解質層１３０に複数設けられてもよい。これにより、凹部１３２は、リチウム電池１０の製造過程において、ゲル状のバッファ層１４０が電解質層１３０の端部から流出することを防止できる。そして、バッファ層１４０は、このような凹部１３２を満たすように形成されている。

【0025】

負極層１５０は、バッファ層１４０の基板１１０を向く面とは反対側の面に形成されており、リチウムを含む。負極層１５０は、導電性を有する電極板である。負極層１５０は、例えば、銅箔およびリチウム箔が貼り合わされている基板である。負極層１５０には、負極端子１４が電気的に接続されている。負極端子１４は、例えば、銅等の金属を有する。図１は、負極層１５０が基板１１０と略平行に配置された例を示す。

【0026】

シール材１６０は、基板１１０、正極材層１２０、電解質層１３０、バッファ層１４０、および負極層１５０を覆うように設けられ、リチウム電池１０の内部を被覆している。シール材１６０は、リチウム電池１０の内部に通電させるための正極端子１２および負極端子１４の一部を露出させている。シール材１６０は、少なくとも、基板１１０および負極層１５０と密着するように設けられていることが望ましい。

【0027】

シール材１６０は、基板１１０、正極材層１２０、電解質層１３０、バッファ層１４０、および負極層１５０を封止するように設けられる。シール材１６０は、例えば、負極層１５０側の第１シール材１６２と、基板１１０側の第２シール材１６４を有する。第１シール材１６２および第２シール材１６４は、例えば、一体の材料である。例えば、シール材１６０を折り曲げ、折り目で分割される一部を第１シール材１６２とし、他方の一部を第２シール材１６４とする。この場合、第１シール材１６２および第２シール材１６４の対応する端部同士が重ね合わさり、真空シーラ等で少なくとも端部同士が密着されることで、内部を封止しているシール材１６０が形成されることになる。

【0028】

第１シール材１６２は、負極層１５０の基板１１０とは反対側を向く面と密着している。また、第２シール材１６４は、基板１１０の正極材層１２０とは反対側を向く面と密着している。また、第１シール材１６２および第２シール材１６４は、ＸＹ平面において、基板１１０、正極材層１２０、電解質層１３０、バッファ層１４０、および負極層１５０のいずれの部材よりも大きく、基板１１０、正極材層１２０、電解質層１３０、および負極層１５０の部材の周囲と密着して、これらの部材を封止している。これにより、シール材１６０は、バッファ層１４０のゲル状の材料が外部に染み出すことを防止できる。

【0029】

以上のように、本実施形態に係るリチウム電池１０は、バッファ層１４０を挟んで電解質層１３０および負極層１５０が形成されている。したがって、電解質層１３０の表面に負極層１５０を貼り合わせていた従来の構成例と比較して、電解質層１３０と負極層１５０との密着性に優れ、界面抵抗を低減させることができる。また、金属リチウムを真空蒸着することなしに、負極層１５０およびバッファ層１４０を貼り合わせることで、リチウム電池１０を作製できる。したがって、このような導電性を向上させたリチウム電池１０を安価に、また、高効率で作製できる。以上のリチウム電池１０を作製するプロセスについて次に説明する。

【0030】

＜リチウム電池１０の製造フロー＞
図３は、本実施形態に係るリチウム電池１０を作製するフローの一例を示す。まず、基板１１０の一方の面に正極材を塗布する（Ｓ３１０）。正極材は、例えば、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＡＧＰに、正極活物質含有ＭＰＳ溶液を加えて撹拌させた、正極用電解質原材である。なお、ＬＡＧＰに代えて、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＩＳＩＣＯＮを用いてもよい。正極材は、例えば、撹拌分散装置、スパチューラ、スターラ、超音波振動機等によって撹拌されてスラリー化される。また、正極材は、例えば、塗布装置によって塗布される。

【0031】

ＬＡＧＰまたはＬＩＳＩＣＯＮのサイズは、直径が５μｍ以下でよく、例えば、直径が０．１μｍから５μｍ程度の範囲である。ＬＡＧＰまたはＬＩＳＩＣＯＮのサイズは、０．３μｍから４μｍ程度の範囲であることが好ましく、また、０．５μｍから３μｍ程度の範囲であることがより好ましい。

【0032】

正極活物質がＬｉＭｎ_２Ｏ_４の場合、正極活物質含有ＭＰＳは、例えば、有機リチウムおよび有機マンガンを、プロピレングリコールモノメチルエーテルを溶剤として、ポリ酢酸ビニルポリマーに溶解させて形成される。また、正極活物質がＬｉＣｏＯ_２の場合、正極活物質含有ＭＰＳは、例えば、有機リチウムおよび有機コバルトを、プロピレングリコールモノメチルエーテルを溶剤として、ポリ酢酸ビニルポリマーに溶解させて形成される。

【0033】

次に、塗布した正極材を乾燥させる（Ｓ３２０）。正極材は、例えば、略１００℃以上の温度の環境に晒される。一例として、正極材が塗布された基板１１０を１２５℃程度の環境に３０分間程度保持することで、正極材を乾燥させる。

【0034】

次に、乾燥後の正極材を予め定められた圧力で加圧する（Ｓ３３０）。この場合、例えば、ローラプレス機、加熱平面プレス機等を用いて、正極材を乾燥した後の基板１１０に圧力を加える。これにより、正極材の内部に空孔等が発生していた場合、当該空孔を消滅または低減させることができる。

【0035】

次に、乾燥した正極材を焼成させる（Ｓ３４０）。正極材は、例えば、焼成炉等により、略５００℃以上の温度の環境に晒される。一例として、正極材を塗布して乾燥させた基板１１０を６００℃程度の環境に６０分間程度保持することで、正極材を焼成させる。以上のように、基板１１０の一方の面に正極材を塗布して乾燥させ、焼成することで、正極材層１２０を形成する。

【0036】

次に、正極材層１２０の露出している面に電解質を塗布する（Ｓ３５０）。電解質は、例えば、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＡＧＰをＭＰＳ溶液に加えて撹拌させた、電解質原材である。なお、ＬＡＧＰに代えて、５μｍ以下のサイズに細粒化されているＬＩＳＩＣＯＮを用いてもよい。電解質は、正極材と同様に、例えば、遠心力を用いた自公転する攪拌分散装置を用いて分散されて塗布スラリー化される。塗布直前に更にスパチューラ、スターラ、超音波振動機等によって再度撹拌分散され、電解質は、正極材と同様に、例えば、塗布装置によって塗布される。

【0037】

次に、塗布した電解質を乾燥させる（Ｓ３６０）。電解質は、例えば、略１００℃以上の温度の環境に晒される。電解質は、一例として、正極材と同様の条件で乾燥される。図４は、本実施形態に係る基板１１０に正極材層１２０を形成した後に、電解質を塗布して乾燥させた段階における断面構造の一例を示す。

【0038】

次に、乾燥後の電解質を予め定められた圧力で加圧する（Ｓ３７０）。これにより、電解質の内部に空孔等が発生していた場合、当該空孔を消滅または低減させることができる。ここで、電解質を加圧することにより、凹部１３２を形成してもよい。この場合、電解質を乾燥させた後に、当該電解質の基板１１０を向く面とは反対側の面の一部を加圧して、基板１１０に向けてくぼむように凹部１３２を形成する。これにより、電解質の空孔を低減させると共に、乾燥後の電解質に予め定められた形状の凹部１３２を形成できる。

【0039】

電解質の加圧には、例えば、ローラプレス機、加熱平面プレス機等を用いる。なお、電解質は、既に焼成された正極材層１２０に重ねて形成されているので、ローラプレス機で加圧すると、正極材層１２０にクラック等が発生することがある。したがって、電解質への加圧は、加熱平面プレス機を用いる方が好ましい。

【0040】

ここで、一例として、ＸＹ平面において、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形の基板１１０の一方の面に正極材層１２０および電解質が形成されているとする。この場合、露出している電解質の５０ｍｍ×５０ｍｍの面のうち、例えば、４０ｍｍ×４０ｍｍの正方形の領域を加圧して、凹部１３２が形成される。図５は、本実施形態に係る基板１１０に凹部１３２を形成した段階における断面構造の一例を示す。

【0041】

ここで、凹部１３２は、複数形成されてもよい。例えば、バッファ層１４０の界面を平滑な面とすべく、凹部１３２は複数に分割して設けられていてもよい。また、このように凹部１３２を複数設けて平滑な界面を形成することで、加圧工程における接触不良等の発生率を低減できる。また、凹部１３２を複数設けることにより、複数の凹部１３２を満たすバッファ層１４０の少なくとも一部が負極材と接触して、通電不良となることを防止できる。

【0042】

次に、凹部１３２が形成された電解質を焼成させる（Ｓ３８０）。電解質は、正極材と同様に、例えば、焼成炉等により、略５００℃以上の温度の環境に晒される。一例として、凹部１３２が形成された電解質を有する基板１１０を６００℃程度の環境に６０分間程度保持することで、電解質を焼成させる。以上のように、正極材層１２０の基板１１０とは反対側の面に電解質を塗布して乾燥させ、焼成することで、電解質層１３０を形成する。このような、電解質の焼成により、凹部１３２も安定化される。

【0043】

次に、電解質層１３０の基板１１０を向く面とは反対側の面の少なくとも一部にバッファ材を塗布してバッファ層１４０を形成する（Ｓ３９０）。バッファ材は、例えば、電解液またはイオン性液体にアルミナエアロゲルが添加されたゲル状の材料を含む。アルミナエアロゲルは、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３を含む。バッファ層１４０は、電解質層１３０の凹部１３２にこのようなバッファ材を塗布することで形成される。バッファ材の塗布は、例えば、アルゴンガス中のグローブボックス内等の酸素に暴露しない雰囲気中で実行されることが好ましい。

【0044】

次に、バッファ層１４０の基板１１０を向く面とは反対側の面にリチウムを含む負極材を貼り合わせて負極層１５０を形成する（Ｓ４００）。負極材は、例えば、銅箔およびリチウム箔が貼り合わされている基板である。負極材は、例えば、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス中でバッファ層１４０に貼り合わせられることが好ましい。負極材は、一例として、ＸＹ平面において、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形の形状を有し、略５０ｍｍ×５０ｍｍの形状のリチウム電池１０の内部構成が形成される。図６は、本実施形態に係るリチウム電池１０の内部構成を形成した段階における断面構造の一例を示す。

【0045】

次に、基板１１０および負極層１５０のそれぞれに配線材料を接続する（Ｓ４１０）。配線材料は正極端子１２および負極端子１４である。即ち、正極端子１２を基板１１０に、負極端子１４を負極層１５０に固定する。正極端子１２および負極端子１４は、例えば、ポリイミドテープ等でそれぞれ固定される。リチウム金属負極材の場合、正極端子１２および負極端子１４は、例えば、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス中でそれぞれ固定されることが好ましい。

【0046】

次に、配線材料の一部以外の材料をシール材料でシーリングする（Ｓ４２０）。シール材料はシール材１６０である。シール材１６０は、基板１１０、正極材層１２０、電解質層１３０、バッファ層１４０、および負極層１５０を覆い、正極端子１２および負極端子１４の一部を外部に露出させるようにシーリングする。シール材１６０は、例えば、真空シーラ等によるシーリングにより、リチウム電池１０の内部構成をシーリングする。なお、基板１１０の他方の面と、負極層１５０の基板１１０とは反対側の面とに、それぞれアルミ箔等を配置してから、シール材１６０でシーリングしてもよい。

【0047】

次に、リチウム電池１０の内部構成をシーリングした状態のシーリング材料を加圧する（Ｓ４３０）。シール材料であるシール材１６０は、例えば、加熱ローラ等によって加圧される。これにより、シール材１６０とリチウム電池１０の内部構成とが密着するので、バッファ層１４０のゲル状の材料が外部に染み出すことを防止できる。シール材１６０の加圧は、例えば、標準大気圧よりも気圧の低い減圧雰囲気において実行されることが好ましい。一例として、Ｓ３９０のバッファ材の塗布からＳ４３０のシール材料の加圧までを、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス中で実行してよい。図１および図２は、シール材１６０を加圧した段階の構成例であり、即ち、本実施形態に係るリチウム電池１０を作製した結果の一例である。

【0048】

以上のように、本実施形態に係るリチウム電池１０は、蒸着等を用いないので、例えば、グローブボックス等の簡便な設備を用いて、容易に作製することができる。したがって、バッファ層１４０を設けて導電性を向上させたリチウム電池１０を、安価に、また高効率で作製できる。なお、本実施形態においては、単体のリチウム電池１０を作製する例を説明したが、これに限定されることはない。例えば、一方向に延伸する基板１１０に、正極材層１２０、電解質層１３０、バッファ層１４０、および負極層１５０を形成して、複数のリチウム電池１０の一部を共通に形成してもよい。この場合、共通に形成した部材を切断した後に、Ｓ４００の配線材料の接続以降のフローを切断した部材ごとに実行することで、複数のリチウム電池１０を作製できる。

【0049】

以上の本実施形態に係るリチウム電池１０は、電解質層１３０を加圧してバッファ材が充填される凹部１３２を形成する例を説明したが、これに限定されることはない。例えば、電解質層１３０をエッチング等によって加工することで、凹部１３２を形成してもよい。また、電解質層１３０の少なくとも一部をフォトリソグラフィ等により選択的に積層させて、凹部１３２を形成してもよい。

【0050】

また、本実施形態に係るリチウム電池１０は、電解質層１３０の一部に凹部１３２を形成し、当該凹部１３２にバッファ層１４０を形成する例を説明した。この場合、電解質層１３０の凹部１３２が形成されない部分は、負極層１５０と接するように貼り合わされる。ここで、ＬＩＳＩＣＯＮを有する電解質層１３０は、リチウムと化学反応することがある。このような化学反応は、電解質層１３０を破損し、バッテリー機能を喪失させる。

【0051】

そこで、電解質層１３０および負極層１５０の間に、このような化学反応を低減させる被覆材料を更に設けてもよい。被覆材料は、電解質層１３０および負極層１５０の間の化学反応を低減できる材料であればよい。例えば、電解質層１３０は、少なくとも負極層１５０との界面において、被覆材料としてリン酸リチウム（ＬｉＰＯ_４）、ソルダーレジスト、フォトレジスト等を有してよい。

【0052】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0053】

１０ リチウム電池
１２ 正極端子
１４ 負極端子
１１０ 基板
１２０ 正極材層
１３０ 電解質層
１３２ 凹部
１４０ バッファ層
１５０ 負極層
１６０ シール材
１６２ 第１シール材
１６４ 第２シール材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】