JP2004311073A - 過電流保護機能付きエネルギーデバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】短絡発生時の安全性が高いエネルギーデバイスを提供する。
【解決手段】基板２と、負極集電体３、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とを備えるエネルギーデバイス１であって、負極集電体３又は正極集電体７は、過電流により溶断するヒューズ部１２を備える。短絡発生時には、ヒューズ部１２が溶断して過電流を遮断する。従って、短絡時の安全性が向上する。
【選択図】 図１
【解決手段】基板２と、負極集電体３、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とを備えるエネルギーデバイス１であって、負極集電体３又は正極集電体７は、過電流により溶断するヒューズ部１２を備える。短絡発生時には、ヒューズ部１２が溶断して過電流を遮断する。従って、短絡時の安全性が向上する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエネルギーデバイスとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン２次電池は、負極集電体、負極活物質、電解質、セパレーター、正極活物質、正極集電体を主な構成要素とする。特許文献１には、正極側を内側にしてスパイラル状に巻回したリチウム２次電池が開示されている。
【０００３】
携帯電話やＰＤＡなどで代表されるモバイル機器では、小型で大容量の２次電池が要望される。このためには、板状に薄型化した２次電池が有効である。しかしながら、上記の特許文献１に開示されたリチウム２次電池は、スパイラル状巻回物を電解液中に浸漬してなる、円筒形状の液型２次電池である。従って、この液型２次電池は、その構造のために、小型化、薄型化には限界があった。
【０００４】
【特許文献１】
実開平５−４３４６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、リチウム２次電池の薄型化、体積エネルギー密度化（体積当たりのエネルギー容量）の向上が進められており、集電体と活物質とを薄型にし、電解質に固体電解質を用いたリチウム２次電池が検討されており、これによれば、薄型で高体積エネルギー密度となり、セパレーターも不要になることが期待されている。
【０００６】
しかしながら、リチウムイオン２次電池をはじめとするエネルギー素子では、短絡等に対する安全性の確保に様々な配慮工夫が必要であり、エネルギー素子を薄型化した場合には正負の両極が近接するため安全性に対し更なる配慮が要求される。
【０００７】
例えば、薄膜積層構成とした場合には、層の割れやピンホールによる層間に短絡が発生する可能性がある。また、薄型化と高体積エネルギー密度化とのためにシート状のエネルギー素子を平板状に巻回すると、折り曲げ部分で同様に短絡が発生する可能性がある。従って、安全上の何らかの対策が必要である。
【０００８】
本発明は、万一短絡が発生したときの安全性の高いエネルギーデバイスとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１のエネルギーデバイスは、基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とを備えるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２のエネルギーデバイスは、基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された繰り返し単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第３のエネルギーデバイスは、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第４のエネルギーデバイスは、可とう性の長尺基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された帯状積層体が巻回されてなるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割されており、前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域に過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１３】
次に、本発明のエネルギーデバイスの第１の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のエネルギーデバイスの第２の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程と、前記基板と前記積層単位とからなる積層体を２以上積み重ねる工程とを含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のエネルギーデバイスの第３の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を２以上積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のエネルギーデバイスの第４の製造方法は、可とう性の長尺基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層して帯状積層体を得る工程と、前記帯状積層体を巻回する工程とを含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体を、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割する工程と、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１〜第４のエネルギーデバイスは、負極集電体又は正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を有する。また、本発明のエネルギーデバイスの第１〜第４の製造方法は、負極集電体又は正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備える。これにより、短絡時に過電流が発生するとヒューズ部が溶断して過電流を遮断するので、安全性の高い過電流保護機能付きエネルギーデバイスを提供できる。
【００１８】
また、本発明の第４のエネルギーデバイスでは、負極集電体又は正極集電体は、帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割されており、複数の領域のうちの少なくとも一つの領域にヒューズ部を有する。また、本発明のエネルギーデバイスの第４の製造方法は、負極集電体又は正極集電体を、帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割する工程を備える。これより、過電流により分割された一部の領域の機能が停止しても、残りの部分が依然として有効に動作するので、予期せぬ全停止が発生しない、信頼性の向上したエネルギーデバイスを提供できる。
【００１９】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の第１のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態１のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層されて構成される。
【００２３】
基板２としては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やその他の高分子フィルムシート、又はステンレス金属箔、又はニッケル、銅、アルミニウムやその他の金属元素を含む金属箔などを用いることが出来る。基板２が可撓性を有すると、エネルギーデバイス１の製造が容易になるので好ましい。
【００２４】
負極集電体３としては、ニッケル、銅、アルミニウム、白金、白金−パラジウム、金、銀、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で代表される金属を含む層を用いることが出来る。
【００２５】
負極活物質４としては、グラファイトを始めとするカーボン系材料、シリコン又はシリコンを含む化合物若しくはその混合物、あるいはリチウム又はリチウム−アルミニウムで代表されるリチウム化合物などを用いることが出来る。本発明の負極活物質４の材料は上記に限定されず、その他の材料を負極活物質４として用いることも出来る。なお、後述する正極活物質６に含まれるリチウムイオンの移動を利用して負極活物質４を形成しても良く、その場合にはエネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である。
【００２６】
固体電解質５としては、イオン伝導性があり、電子伝導性が無視できるほど小さい材料を用いることが出来る。特にエネルギーデバイス１をリチウムイオン２次電池として使用する場合には、リチウムイオンが可動イオンであるため、Ｌｉ３ＰＯ４や、Ｌｉ３ＰＯ４に窒素を混ぜて（あるいはＬｉ３ＰＯ４の元素の一部を窒素で置換して）得られる材料（ＬｉＰＯＮ：代表的な組成はＬｉ２．９ＰＯ３．３Ｎ０．３６）などからなる固体電解質はリチウムイオン伝導性に優れるので好ましい。同様に、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３などの硫化物からなる固体電解質も有効である。更にこれらの固体電解質にＬｉＩなどのハロゲン化リチウムや、Ｌｉ３ＰＯ４等のリチウム酸素酸塩をドープした固体電解質も有効である。本発明の固体電解質５の材料は上記に限定されず、その他の材料を固体電解質５として用いることも出来る。
【００２７】
正極活物質６としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムなどを用いることが出来る。但し、本発明の正極活物質６は上記の材料に限定されず、その他の材料を正極活物質６として用いることも出来る。
【００２８】
正極集電体７としては、負極集電体３と同様に、ニッケル、銅、アルミニウム、白金、白金−パラジウム、金、銀、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で代表される金属を含む層を用いることが出来る。
【００２９】
負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。一対の外部電極９，９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることが出来る。その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。図示したように、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図１の左右方向）の形成領域がパターニングされている。
【００３０】
負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００３１】
図７〜図１０に、集電体層３，７に、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２の例を示す。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、いずれも電流が流れる部分の幅が狭くなるように、集電体層３，７の平面形状に特定の平面パターンを付与してヒューズ部１２を形成した例を示しており、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、いずれも電流が流れる部分の厚みが薄くなるように、集電体層３，７の厚み方向断面に特定の厚みパターンを付与してヒューズ部１２を形成した例を示している。図７〜図１０に示したヒューズ部１２は、集電体層３，７に、幅又は厚さが小さな部分を設けることにより、電流が流れる断面積がその部分において小さくなるように形成されている。従って、集電体層３，７とその右側端に接続される外部電極９（図示せず）との間に過電流が流れると、ヒューズ部１２がジュール熱により発熱し、溶断して、過電流を遮断する。従って、発火などの重大な事態に至るのを未然に防止することができる。図７〜図１０のように薄膜の寸法変化により形成されているヒューズ部１２は、製造が容易であるという利点を有する。
【００３２】
図１１〜図１４に、集電体層３，７に設けられる別のヒューズ部１２の例を示す。図１２〜図１４に示したヒューズ部１２は、図８〜図１０に示した特定の形状パターンと電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されている。図１１は、集電体層３，７とその右側端に接続される外部電極９（図示せず）との間に帯状の異種金属１２ａを介在させることにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１２は、図８において集電体層３，７が形成されていない部分に異種金属１２ａを付与することにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１３，図１４は、それぞれ図９，図１０において集電体層３，７の厚みが薄い部分に異種金属１２ａを付与することにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１１〜図１４のヒューズ部１２の作用は以下の通りである。図７〜図１０のヒューズ部１２は、集電体層３，７に電流が流れる断面積が小さくなる部分を形成することにより構成される。この構成では、過電流が流れていない正常動作時においてもヒューズ部１２の電気抵抗値が他の部分より大きくなる。従って、大電力出力を実現する場合に問題となる可能性がある。これに対して、図１１〜図１４のヒューズ部１２は、異種金属１２ａが組み合わされていることにより、エネルギーデバイスの正常動作温度近傍（例えば室温）でのヒューズ部１２の電気抵抗値を図７〜図１０のヒューズ部１２の電気抵抗値に比べて小さくできる。一方、過電流時には、異種金属１２ａの電気抵抗の温度係数が、集電体３，７の電気抵抗の温度係数よりも大きいので、ヒューズ部１２がわずかに温度上昇すると異種金属１２ａの抵抗値が急激に増大する。よって、ヒューズ部１２内の異種金属１２ａ以外の集電体３，７の材料内に電流が集中して流れる結果、ヒューズ部１２がジュール熱により発熱し、溶断して、過電流を遮断する。従って、発火などの重大な事態に至るのを未然に防止することができる。異種金属１２ａの材料としては、電気抵抗の温度係数が大きいことによりこのようなヒューズ機能を発揮することができれば特に限定はないが、例えば、アルミニウム、コバルト、鉛、ロジウムや、これらの金属のうちの少なくともひとつを含む合金を使用することができる。
【００３３】
図７〜図１４に示したヒューズ部１２は一例であり、過電流により溶断することができればこれらに限定されない。
【００３４】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、保護層１３を有していても良い（図１参照）。保護層１３の材料は特に限定されないが、例えばシランカップリング剤等の表面処理剤、光あるいは熱硬化性樹脂、金属、金属酸化物、金属窒化物などを用いることができる。形成方法としては、塗布、ディップ（浸漬）、スプレーなどの湿式プロセスや、蒸着、スパッタなどのドライプロセスを採ることができる。また、保護層１３は異種又は同種の材料からなる多層の複合膜であっても良い。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、図１に示すように基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００３５】
図１に示したエネルギーデバイス１は、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００３６】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００３７】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する薄膜積層工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する薄膜積層工程を経て製造される。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。
【００３８】
薄膜積層工程は、特に限定されないが、例えば真空成膜法又は湿式塗工法により行うことができる。
【００３９】
最初に、薄膜積層工程を真空成膜法により行う場合を説明する。
【００４０】
図１５は、薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【００４１】
図１５に示した真空成膜装置２０は、隔壁２１ａにより上下に仕切られた真空槽２１を備える。隔壁２１ａより上側の部屋（搬送室）２１ｂには、巻き出しロール２５，搬送ロール２６，ボビン２７が配置される。隔壁２１ａより下側の部屋（薄膜形成室）２１ｃには、第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂが隔壁２１ｄを挟んで配置されている。隔壁２１ａの中央部には開口が設けられ、搬送ロール２６の下面が薄膜形成室２１ｃ側に露出している。真空槽２１内は、真空ポンプ２４により所定の真空度に維持されている。
【００４２】
巻き出しロール２５から巻き出された長尺の可撓性を有する基板２は、搬送ロール２６に沿って搬送され、隔壁２１ａの開口内を通過する。このとき、第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂにより基板２の表面上に順に薄膜が形成される。薄膜が形成された基板２はボビン２７に巻き取られる。
【００４３】
第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂによる薄膜の形成方法としては、薄膜の種類に応じて、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などで代表される各種真空成膜法を用いることが出来る。このような方法により、所望する薄膜を容易に効率よく形成できる。
【００４４】
図１５の装置は第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂを備えるので、基板２が巻き出しロール２５から巻き出され、ボビン２７に巻き取られる過程で、搬送ロール２６上で２層の薄膜を一度に形成できる。この装置を用いて、基板２の巻き出し、薄膜形成、巻き取りからなる一連の工程を必要な回数だけ繰り返すことにより、図１に示したような積層構造を得ることができる。図１５の装置は、基板２を１回走行させることにより２層の薄膜を形成することができるが、本発明は、これに限定されない。例えば、薄膜形成源を１つのみ有する装置を用いて、層の数だけ基板２を繰り返し走行させても良いし、薄膜形成源が薄膜の種類の数だけ順に配置された装置を用いて、基板２を１回走行させるだけで、図１に示したような積層構造を得ても良い。
【００４５】
各層を薄膜形成する際に、図１に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。図１５に示す真空成膜装置に好適に使用できるパターニング方法として、マスキングテープ法、オイルマスキング法、メタルマスキング法などがある。
【００４６】
マスキングテープ法は、薄膜形成領域内においてマスキングテープ３１を基材２と接触させながら一緒に走行させることにより、マスキングテープ３１の接触部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。
【００４７】
マスキングテープ法の原理を図１６を用いて説明する。マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、膜形成が不要な領域に対応した幅とパターンを有する長尺テープである。マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、それぞれ巻き出しロール３２ａ，３２ｂ，３２ｃから巻き出され、搬送ロール２６上では基板２の薄膜形成源２８側の面に接触して基材２とともに搬送される。このとき、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、搬送ロール２６の回転中心軸方向において異なる位置で搬送ロール２６によって搬送される。その後、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、基材２と分離して巻き取りロール３３ａ，３３ｂ，３３ｃに巻き取られる。薄膜形成源２８上を通過時にマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ上に付着した膜材料はマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃとともに基板２から除去される。従って、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが介在しなかった領域にのみ膜形成されるので、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じてマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの位置、幅、パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを多条とすることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００４８】
オイルマスキング法は、薄膜の被形成面に所定パターンにオイルを付与した後、薄膜形成をすることにより、オイル付与部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。オイルマスキング法は、ノズル３５を用いて行う。図１７に示すように、ノズル３５は、オイル蒸気が放出される多数の微細孔３６が形成されている。このノズル３５は、図１５に示すように、基材２の走行方向において薄膜形成領域に対して上流側に、微細孔３６を基材２に対向させて配置される。基材２上のオイルが付与された部分には薄膜が形成されないから、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じて各微細孔３６から放出されるオイル蒸気を制御したり、ノズル３５を基材２の幅方向に移動したりすることにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、オイルを基材２の移動方向に沿って複数の帯状に付与することにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。なお、薄膜形成後、基材２上に残存するオイルは、熱又は紫外線などを照射して除去することが好ましい。
【００４９】
メタルマスキング法は、薄膜形成源と基材２との間に、所定の開口を有するメタルマスク３８を配置することにより、成膜に寄与する粒子の通過領域を制限して、基材２上に開口に対応したパターンの薄膜を形成する方法である。図１８はメタルマスク３８の一例の正面図である。このメタルマスク３８は開口３９ａ，３９ｂを備える。基材２を間欠的に移動させながらメタルマスク３８を介して薄膜形成することにより、開口３９ａ，３９ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。また、基材２を連続的に走行させながら、矢印２ａを基材２の移動方向に一致するようにメタルマスク３８を配置することにより、開口３９ａ，３９ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。形成しようとする層に応じてメタルマスク３８の位置や開口形状を変更することにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、メタルマスク３８に多条のスリット状の開口を設けることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００５０】
なお、図１１〜図１４に示すようなヒューズ部１２を形成する場合には、最初に上記のいずれかの方法で所定パターンの電極体薄膜を形成した後、このパターンとは逆パターンで異種金属１２ａを薄膜形成すればよい。
【００５１】
上記のマスキングテープ法、オイルマスキング法、メタルマスキング法は、真空成膜法に好適なパターニング方法の一例であり、本発明はこのようなパターニング方法に限定されず、他のパターニング方法を採用することも可能である。
【００５２】
次に、薄膜積層工程を湿式塗工法により行う場合を説明する。
【００５３】
図１９は、薄膜積層工程を行う湿式塗工装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【００５４】
図５に示した湿式塗工装置４０は、巻き出しロール２５から巻きされた長尺の基板２の片面に、第１塗工部５０ａ、第２塗工部５０ｂで順に薄膜が形成された後、ボビン２７に巻き取られる。
【００５５】
第１塗工部５０ａについて説明する。ファウンテン５３ａから吐出される液状の膜材料は、グラビアロール５９ａに転写され、ドクターブレード５９ｂにより余分な膜材料が掻き落とされた後、基材２の片面に付着する。その後、基板２は加熱装置５４ａに搬送されて膜材料が加熱されて固化して膜となる。５５ａは液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３ａに供給する材料供給部である。
【００５６】
第２塗工部５０ｂについて説明する。第１塗工部５０ａによって片面に薄膜が形成された基材２は、搬送ロール５１ｂに沿って搬送される途中で、その下部に設置されたファウンテン５３ｂから吐出される液状の膜材料が塗布される。リバースロール５２ｂにより、基板２の片面に付着した余分な膜材料は掻き落とされて、付着厚みが均一化される。その後、基板２は加熱装置５４ｂに搬送されて膜材料が加熱されて固化して膜となる。５５ｂは液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３ｂに供給する材料供給部である。
【００５７】
このようにして、第１及び第２塗工部５０ａ，５０ｂで２層の薄膜が形成された基材２はボビン２７に巻き取られる。
【００５８】
塗工方法としては、グラビアコート、リバースコート、スプレーコート、スクリーンコート、オフセットコートなどで代表される各種湿式塗工法を用いることができる。このような方法により、所望する膜を容易に効率よく形成できる。
【００５９】
図１９の装置は、第１塗工部５０ａ及び第２塗工部５０ｂを備えるので、基板２が巻き出しロール２５から巻き出され、ボビン２７に巻き取られる過程で、２層の薄膜を一度に形成できる。この装置を用いて、基板２の巻き出し、薄膜形成、巻き取りからなる一連の工程を必要な回数だけ繰り返すことにより、図１に示したような積層構造を得ることができる。図１９の装置は、基板２を１回走行させることにより２層の薄膜を形成することができるが、本発明は、これに限定されない。例えば、塗工部を１つのみ有する装置を用いて、層の数だけ基板２を繰り返し走行させても良いし、塗工部が薄膜の種類の数だけ順に配置された装置を用いて、基板２を１回走行させるだけで、図１に示したような積層構造を得ても良い。また、塗工部は、図１９に示したような第１塗工部５０ａと第２塗工部５０ｂとの組み合わせである必要はなく、例えば第１塗工部５０ａ（又は第２塗工部５０ｂ）と同様の構成の複数の塗工部が連続して配置されていても良い。図中５５は液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３に供給する材料供給部である。
【００６０】
各層を薄膜形成する際に、図１に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。図１９に示す湿式塗工装置に好適に使用できるパターニング方法として、マスキングテープ法、グラビアロール法、スクリーン印刷法、メタルマスキング法などがある。
【００６１】
マスキングテープ法は、薄膜形成領域内においてマスキングテープ６１を基材２と接触させながら一緒に走行させることにより、マスキングテープ６１の接触部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。
【００６２】
マスキングテープ法の原理を図２０を用いて説明する。マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、膜形成が不要な領域に対応した幅とパターンを有する長尺テープである。マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、それぞれ巻き出しロール６２ａ，６２ｂ，６２ｃから巻き出され、搬送ロール５１上では基板２のファウンテン５３側の面に接触して基材２とともに搬送される。このとき、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、搬送ロール５１の回転中心軸方向において異なる位置で搬送ロール５１によって搬送される。その後、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、基材２と分離して巻き取りロール６３ａ，６３ｂ，６３ｃに巻き取られる。ファウンテン５３上を通過時にマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ上に付着した膜材料はマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃとともに基板２から除去される。従って、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃが介在しなかった領域にのみ膜形成されるので、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じてマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの位置、幅、パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃを多条とすることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６３】
グラビアロール法は、図２１に示すように、グラビアロール７０の外周面に微小な刻印７１を所定のパターンに形成することにより、刻印７１の形成領域に対応した領域にのみ薄膜形成を行う方法である。形成しようとする層に応じてグラビアロール７０上の刻印７１の形成領域パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、グラビアロール７０の外周方向に沿って環状の刻印７１パターンを複数形成することにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６４】
スクリーン印刷法は、例えば、スクリーンコートにより薄膜材料を付与する場合に、スクリーン位置をパターン化することにより、所望するパターンの薄膜形成する方法である。
【００６５】
メタルマスキング法は、例えばスプレーコートにより薄膜材料を付与する場合に、スプレーノズルと基材２との間に、所定の開口を有するメタルマスクを配置することにより、成膜に寄与する粒子の通過領域を制限して、基材２上に開口に対応したパターンの薄膜を形成する方法である。図２２はメタルマスク７５の一例の正面図である。このメタルマスク７５は開口７６ａ，７６ｂを備える。基材２を間欠的に移動させながらメタルマスク７５を介して薄膜形成することにより、開口７６ａ，７６ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。また、基材２を連続的に走行させながら、矢印２ａを基材２の移動方向に一致するようにメタルマスク７５を配置することにより、開口７６ａ，７６ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。形成しようとする層に応じてメタルマスク７５の位置や開口形状を変更することにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、メタルマスク７５に多条のスリット状の開口を設けることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６６】
なお、図１１〜図１４に示すようなヒューズ部１２を形成する場合には、最初に上記のいずれかの方法で所定パターンの電極体薄膜を形成した後、このパターンとは逆パターンで異種金属１２ａを薄膜形成すればよい。
【００６７】
上記のマスキングテープ法、グラビアロール法、メタルマスキング法は、湿式塗工法に好適なパターニング方法の一例であり、本発明はこのようなパターニング方法に限定されず、他のパターニング方法を採用することも可能である。
【００６８】
以上のように、ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【００６９】
上記の方法により、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の積層体を得る。次いで、ボビン２７から積層体を巻き出し、長さ方向及び幅方向に適当な大きさに裁断することにより、図１のエネルギーデバイス１が得られる。
【００７０】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【００７１】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【００７２】
（実施の形態２）
本発明の第２のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００７３】
図２は本発明の実施の形態２のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００７４】
図２に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層された繰り返し単位１６が２以上積層されて構成される。
【００７５】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【００７６】
負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。一対の外部電極９，９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることが出来る。その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。図示したように、一対の外部電極９，９はエネルギーデバイス１の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図２の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２は絶縁性であることが好ましい。
【００７７】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００７８】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【００７９】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００８０】
図２に示したエネルギーデバイス１は、繰り返し単位１６が２以上繰り返して積層されている。ここで、繰り返し単位１６は、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられて構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００８１】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００８２】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、薄膜積層工程により繰り返し単位１６を備えた積層体を得る工程と、繰り返し単位１６を２以上積み重ねる工程とを備える。
【００８３】
ここで、薄膜積層工程は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程である。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。薄膜積層工程は、特に限定されないが、実施の形態１で説明したのと同様に、例えば真空成膜法（図１５）又は湿式塗工法（図１９）により行うことができる。また、ヒューズ部１２の形成方法も実施の形態１で説明したのと同様である。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【００８４】
実施の形態１と同様にして、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の積層体を得る。次いで、ボビン２７から積層体を巻き出し、長さ方向及び幅方向に適当な大きさに裁断する。そして、これらを必要な数だけ積み重ねることにより、図２のエネルギーデバイス１が得られる。
【００８５】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【００８６】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【００８７】
（実施の形態３）
本発明の第３のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００８８】
図３は本発明の実施の形態３のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００８９】
図３に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５が２以上積層されて構成される。積層方向に隣り合う２つの積層単位１５の積層順序は互いに逆であり、負極集電体３又は正極集電体７は、積層方向に隣り合う２つの積層単位１５で共有されている。
【００９０】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【００９１】
本実施の形態では、基板２は省略可能である。即ち、後述する製造方法により基板２上に積層単位１５を２以上積層した後、基板２を剥離して取り除くことができる。基板２を備えないことにより、小型軽量のエネルギーデバイス１を得ることができる。基板２を剥離する場合には、あらかじめ基板２の表面に離型剤を付与してから積層単位１５の積層を行うと、基板の除去が容易になるので好ましい。
【００９２】
実施の形態２と同様に、負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。外部電極９，９の材料及び形成方法は実施の形態２と同様である。図示したように、一対の外部電極９，９はエネルギーデバイス１の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図３の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２は絶縁性であることが好ましい。
【００９３】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００９４】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【００９５】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００９６】
図３に示したエネルギーデバイス１では、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００９７】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００９８】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、薄膜積層工程により基板２上に２以上の積層単位１５を積層する工程を備える。
【００９９】
ここで、薄膜積層工程は、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程を含む。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。
【０１００】
薄膜積層工程は、特に限定されないが、例えば真空成膜法又は湿式塗工法により行うことができる。
【０１０１】
最初に、薄膜積層工程を真空成膜法により行う場合を説明する。
【０１０２】
図２３は、薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【０１０３】
図２３に示した真空成膜装置８０は、隔壁８１ａにより上下に仕切られた真空槽８１を備える。隔壁８１ａより上側の部屋（搬送室）８１ｂには、回転ロール８６が配置される。回転ロール８６の外周には基材２が貼り付けられている。隔壁８１ａの中央部には開口が設けられ、回転ロール８６の下部が隔壁８１ａより下側の部屋（薄膜形成室）８１ｃ側に露出している。真空槽８１内は、真空ポンプ８４により所定の真空度に維持されている。
【０１０４】
薄膜形成室８１ｃには、負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄが、隔壁８１ｄ，８１ｅ，８１ｆを挟んで順に配置されている。負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄと回転ロール８６との間には、移動可能なシャッタ８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄがそれぞれ配置されている。
【０１０５】
負極活物質成膜装置８８ａは負極活物質４を形成するための装置であり、固体電解質成膜装置８８ｂは、固体電解質５を形成するための装置であり、正極活物質成膜装置８８ｃは正極活物質６を形成するための装置であり、集電体成膜装置８８ｄは負極集電体３及び正極集電体７を形成するための装置である。各装置と回転ロール８６との間に設置されたシャッタ８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄを選択的に開放することにより、特定の層のみを回転ロール８６の外周面上に形成することができる。なお、負極集電体３と正極集電体７の材料によっては、集電体成膜装置８８ｄを負極集電体成膜装置と正極集電体成膜装置とに分離しても良い。
【０１０６】
負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄによる薄膜の形成方法としては、薄膜の種類に応じて、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などで代表される各種真空成膜法を用いることが出来る。このような方法により、所望する薄膜を容易に効率よく形成できる。
【０１０７】
各層を薄膜形成する際に、図３に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。これらのパターニングは、実施の形態１で説明したのと同様に、マスキングテープ法（図１６）、オイルマスキング法（図１７）、メタルマスキング法（図１８）などを用いて行うことができる。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１０８】
なお、基材２を用いることなく、回転ロール８６の外周面上に直接薄膜形成をすることもできる。この場合には、後に剥離が容易になるように、薄膜形成前に回転ロール８６の外周面上に離型剤を塗布しておくことが好ましい。
【０１０９】
得られた積層体を回転ロール８６から分離した後、適当な大きさに裁断することにより図３のエネルギーデバイス１を得ることができる。必要に応じて、積層体を加温プレスして平板状に形を整えても良い。また、基材２上に積層体を積層した場合には、基材２を剥離除去しても良い。
【０１１０】
次に、薄膜積層工程を湿式塗工法により行う場合を説明する。
【０１１１】
湿式塗工装置は、回転ロールと、回転ロールの周りにその外周面に対向して順に配置された、負極集電体塗工装置、負極活物質塗工装置、固体電解質塗工装置、正極活物質塗工装置、正極集電体塗工装置を備えた装置を使用できる。この装置では、回転ロール上に各層の膜材料が塗工される。あるいは、平面上に、負極集電体塗工装置、負極活物質塗工装置、固体電解質塗工装置、正極活物質塗工装置、正極集電体塗工装置を順に配置し、平板状基板をこれらの間を間欠的に移動させても良い。この場合には平板状基板上に各層の膜材料が塗工される。なお、負極集電体３と正極集電体７の材料によっては、負極集電体塗工装置と正極集電体塗工装置とは共通化することができる。
【０１１２】
塗工方法としては、グラビアコート、リバースコート、スプレーコート、スクリーンコート、オフセットコートなどで代表される各種湿式塗工法を用いることができる。このような方法により、所望する膜を容易に効率よく形成できる。塗工後、必要に応じて加熱して膜材料を固化させることが好ましい。
【０１１３】
各層を薄膜形成する際に、図３に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。これらのパターニングは、実施の形態１で説明したのと同様に、マスキングテープ法（図２０）、グラビアロール法（図２１）、スクリーン印刷法、メタルマスキング法（図２２）などを用いて行うことができる。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１１４】
膜材料は、上記の回転ロール又は平板上に直接塗布しても良いし、これらの表面に貼り付けられた基板２上に塗布しても良い。回転ロール又は平板上に直接塗布する場合には、後に剥離が容易になるように、薄膜形成前にその表面上に離型剤を塗布しておくことが好ましい。
【０１１５】
得られた積層体を回転ロール又は平板から分離した後、適当な大きさに裁断することにより図３のエネルギーデバイス１を得ることができる。必要に応じて、積層体を加温プレスして平板状に形を整えても良い。また、基材２上に積層体を積層した場合には、基材２を剥離除去しても良い。
【０１１６】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【０１１７】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【０１１８】
（実施の形態４）
本発明の第４のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【０１１９】
図４は本発明の実施の形態４に係るエネルギーデバイス１の概略構成を示した斜視図である。図５は、図４における５−５線での矢視断面図である。図６（Ａ）は、図４における６Ａ−６Ａ線での矢視断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における部分６Ｂの拡大断面図である。
【０１２０】
図４に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、平板状の巻回体１０と、その両端に設けられた一対の外部電極９，９とからなる。
【０１２１】
平板状の巻回体１０は、図５に示すように、可とう性長尺基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層された帯状積層体８を平板状に巻回して構成されている。
【０１２２】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【０１２３】
本実施の形態のエネルギーデバイス１では、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７がこの順に形成され、且つ、この順に積層された帯状積層体８が、基板２側を内側にして、巻回されることが好ましい。基板２側に、負極集電体３〜正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３を配置する理由、及びこのような基板２側を内側にして巻回する理由は以下の通りである。帯状積層体８を巻回すると内層側ほど曲率半径は小さくなる。従って、内層側には、より大きな曲げ応力が作用する。一般に、多層積層物の下層に割れが発生するとその割れは上層に伝播して層間の短絡を発生しやすいが、上層に割れが発生してもその割れは下層に伝播することはほとんどない。従って、曲率半径が小さな内層側に相対的に延性及び可撓性を有する層を配置し、曲率半径が大きな外層側に相対的にもろく割れやすい層を配置することで、層割れが拡大して層間の短絡が発生するのを防止でき、安全性が向上する。そこで、本実施の形態では、可撓性を有する基板２が最も内層側になるように、且つ、正極活物質６に対して相対的に可撓性を有する負極活物質４が正極活物質６よりも内層側となるようにして、巻回することにより、エネルギーデバイス１の安全性が向上する。特に、薄型の平板状に巻回する場合や、巻回後にプレスする場合に特に顕著な効果を発揮する。
【０１２４】
もちろん、曲率半径が大きな円筒状に巻回する場合などでは、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２を設けた帯状積層体８を基板２を外側にして巻回しても良く、あるいは、上記積層単位１５の正極集電体７側に基板２を設けた帯状積層体を、基板２を内側にして、又は外側にして巻回しても良い。
【０１２５】
巻回体の巻き芯部には図４に示すように内芯１１を配置しても良い。内芯１１は、巻回体の形状にほぼ一致した形状であることが好ましく、図４に示す平板状の巻回体１０においては好ましくは平板形状を有していることが好ましい。その材料は特に限定はないが、樹脂、セラミック、金属などを用いることができる。なお、内芯１１は必須ではなく、なくても良い。
【０１２６】
実施の形態２と同様に、負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。外部電極９，９の材料及び形成方法は実施の形態２と同様である。図示したように、一対の外部電極９，９は巻回体１０の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図５の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２及び内芯１１は絶縁性であることが好ましい。
【０１２７】
図６（Ｂ）に示すように、正極集電体７は、空隙１７により帯状積層体１５の長手方向に複数の領域に分割されている。このように複数の領域に分割された正極集電体７が、それぞれヒューズ部１２（詳細は後述する）を介して外部電極９に接続される。即ち、分割された複数のエネルギーデバイスが外部電極に並列接続されることになる。この結果、一部の領域内のヒューズ部１２が過電流により溶断すると、その領域内の正極集電体７はその機能を失うが、他の領域内の正極集電体７は依然として有効に機能する。従って、過電流により一部の領域が破損しても全体の破損には至らず、能力は低下するものの動作を維持することが可能である。従って、電子機器に組み込んだ場合には、システムの予期せぬ全停止を防止できる。なお、図６（Ｂ）では、正極集電体７（及び固体電解質６）が空隙１７により分割された例を示したが、本発明はこれに限定されない。正極集電体７及び負極集電体３の少なくとも一方が帯状積層体１５の長手方向に複数の領域に分割されていればよい。正極集電体７及び負極集電体３のうちの一方のみが分割されている場合には、ヒューズ部１２はその分割された方に少なくとも形成される必要があり、正極集電体７及び負極集電体３の両方が分割されている場合には、ヒューズ部１２は少なくともいずれか一方に形成されていればよい。なお、正極集電体７及び負極集電体３以外の他の層が同様に分割されていても良い。
【０１２８】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【０１２９】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【０１３０】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。
【０１３１】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【０１３２】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、可撓性長尺基板２上に積層単位１５を積層して帯状積層体８を得る工程（薄膜積層工程）と、この帯状積層体８を巻回する工程（巻回工程）とを備える。
【０１３３】
ここで、薄膜積層工程は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程である。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。薄膜積層工程は、特に限定されないが、実施の形態１で説明したのと同様に、例えば真空成膜法（図１５）又は湿式塗工法（図１９）により行うことができる。また、ヒューズ部１２の形成方法も実施の形態１で説明したのと同様である。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１３４】
実施の形態１と同様にして、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の帯状積層体８を得る。次いで、この帯状積層体８は巻回工程により巻回される。
【０１３５】
図２４は巻回工程を行う巻き取り装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【０１３６】
ボビン２７上の帯状積層体８は、図２４の巻き取り装置９０で、巻き出された後、平板状の巻回体１０に巻き取られる。巻回体１０の巻き取り長さが一定に達した時点で巻回体１０を交換することにより、ボビン２７上の帯状積層体８の長さ方向に複数の巻回体１０を得ることができる。また、カミソリ刃等の切断装置９１により巻き出された帯状積層体８を幅方向に複数条に分割し、それぞれを巻回体１０に巻き取ることにより、ボビン２７上の帯状積層体８の幅方向に複数の巻回体１０を得ることができる。なお、図２４では、幅方向の切断をボビン２７から巻き出した後であって、巻回体１０に巻き取る前の段階で行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン２７の状態で、又は巻回体１０に巻き取った状態で、幅方向に切断しても良い。
【０１３７】
帯状積層体８を平板状の巻回体１０に巻き取る方法は特に限定されず、例えば板状の内芯の外周に巻き取る方法、相互に平行な一対の支柱間に架け渡すように巻き取る方法などが採用できる。
【０１３８】
平板状に巻き取られた巻回体１０は、必要に応じて加温プレスして、その厚みを減少させたり、表裏面を一層平板化させたりしても良い。加温プレスは、後述する図２６のプレス装置を用いて行うことができる。このとき、巻回体１０の巻き芯部に板状の内芯１１を配置してプレスすると、プレス後の形状や厚みを安定化させることができ、また、薄膜の割れの発生を抑えることができるので好ましい。内芯１１はプレス後に取り除いても良い。
【０１３９】
図２５は巻回工程を行う巻き取り装置の別の一例の概略構成を示した側面図である。
【０１４０】
ボビン２７上の帯状積層体８は、図２５の巻き取り装置１００で、巻き出された後、略円筒状の巻回体１０２に巻き取られる。巻回体１０２の巻き取り長さが一定に達した時点で巻回体１０２を交換することにより、ボビン２７上の帯状積層体８の長さ方向に複数の巻回体１０２を得ることができる。また、カミソリ刃等の切断装置９１により巻き出された帯状積層体８を幅方向に複数条に分割し、それぞれを巻回体１０２に巻き取ることにより、ボビン２７上の帯状積層体８の幅方向に複数の巻回体１０２を得ることができる。なお、図２５では、幅方向の切断をボビン２７から巻き出した後であって、巻回体１０２に巻き取る前の段階で行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン２７の状態で、又は巻回体１０２に巻き取った状態で、幅方向に切断しても良い。
【０１４１】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、円筒形状であってよいが、図４に示したような平板状にする場合には、更に加圧工程を行う。
【０１４２】
図２６は、略円筒状の巻回体１０２を加圧して平板化する加圧工程を行うプレス装置の一例の概略構成を示した側面図である。略円筒状の巻回体１０２は、図２６のプレス装置１１０に載置され加温プレスされて平板状の巻回体１０が得られる。このとき、略円筒状の巻回体１０２の巻き芯部に板状の内芯１１を配置してプレスすると、プレス後の形状や厚みを安定化させることができ、また、薄膜の割れの発生を抑えることができるので好ましい。内芯１１はプレス後に取り除いても良い。
【０１４３】
次に、負極集電体３又は正極集電体７を、帯状積層体８の長手方向に複数の領域に分割する工程について説明する。負極集電体３及び正極集電体７は比較的脆性を有するので、平板状のエネルギーデバイス１を製造する場合には、上記の加圧工程にて層内に曲げ応力を発生させて、曲率半径の小さな端部（図６（Ａ）の左右両端部）にてクラックを発生させることにより、分割させることができる。また、加圧過程を行わない場合、あるいは曲率半径が比較的大きな巻回体を用いる場合には、上記の薄膜積層工程において、ヒューズ部１２の形成を含む薄膜のパターニングにおいて同時にパターニング法により分割しても良い。
【０１４４】
巻回体には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【０１４５】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【０１４６】
【実施例】
（実施例１，比較例１）
実施の形態１に示した製造方法に従って図１に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例１）。
【０１４７】
基板２としての２５μｍ厚のポリアミド（ＰＡ）のフィルム上に、負極集電体３として０．３μｍ厚の白金層、負極活物質４として５μｍ厚のカーボン、固体電解質５として３μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として２μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．３μｍ厚の白金を、順に蒸着法により薄膜形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は３０ｍｍ×５０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は５ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１４８】
比較例１として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例１と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１４９】
（実施例２，比較例２）
実施の形態２に示した製造方法に従って図２に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例２）。
【０１５０】
基板２としての５０μｍ厚のポリイミド（ＰＩ）のフィルム上に、負極集電体３として０．５μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として１μｍ厚のリチウム−アルミニウム合金、固体電解質５として１μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として３μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．３μｍ厚のニッケルを、順に蒸着法により薄膜形成した。基板２から正極集電体７に至る繰り返し単位１６を１０枚重ね合わせ、対向する２側面にニッケルを溶射して外部電極９を形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は３０ｍｍ×５０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は５ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１５１】
比較例２として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例２と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５２】
（実施例３，比較例３）
実施の形態３に示した製造方法に従って図３に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例３）。
【０１５３】
負極集電体３として０．３μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として２μｍ厚のリチウム−アルミニウム合金、固体電解質５として０．５μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として４μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．２μｍ厚のニッケルを用いた。平板状の金属製基板上に、『負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４、負極集電体３』を一つの繰り返し単位として、これを２０回繰り返して蒸着法により薄膜積層した。得られた積層体を基板から剥離後、対向する２側面にニッケルを溶射して外部電極９を形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は１０ｍｍ×２０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は２ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１５４】
比較例３として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例３と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５５】
（実施例４，比較例４）
実施の形態４に示した製造方法に従って図４〜図６に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例４）。
【０１５６】
基板２としての１０μｍ厚のポリイミド（ＰＩ）の長尺フィルム上に、負極集電体３として０．２μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として１μｍ厚のシリコン、固体電解質５として１μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として２μｍ厚のニッケル酸リチウム、正極集電体７として０．２μｍ厚のニッケルを、順に蒸着法により薄膜形成した。得られた帯状積層体８を厚さ３００μｍの板状の内芯の周りに１００回巻回した。次いで、平板状の巻回体を図２６のプレス装置１１０にて１５０℃，３００ｋＰａにて加圧成型した。その後、両側面にニッケルを溶射した後、はんだ鍍金を施して外部電極９を形成した。内芯１１の片側において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが内芯１１の法線方向に重なっている部分の寸法は２０ｍｍ×３０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図８に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は３ｍｍ、そのピッチは巻回半周ごとに一カ所となるように設定した。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、オイルマスキング法を用いた。後述する評価試験の後、平板状の巻回体を分解したところ、プレスにより折り曲げられた両端部分（図６（Ａ）の左右両端部分）において、全ての負極集電体３及び正極集電体７にクラックにより帯状積層体８の長手方向に分離されていた。
【０１５７】
比較例４として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例４と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５８】
［評価］
実施例１〜４、比較例１〜４のエネルギーデバイスについて、充電後に正負の外部電極を短絡してから電流遮断されるまでの時間、及び温度上昇（熱電対にてエネルギーデバイスの表面を測定したときの最高温度）を測定した。
【０１５９】
結果を表１に示す。
【０１６０】
【表１】
【０１６１】
表１によれば、本発明のエネルギーデバイスは、短絡発生後短時間で電流が遮断され、また温度上昇も低く抑えられることが分かる。
【０１６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、短絡時に過電流が発生するとヒューズ部が溶断して過電流を遮断するので、安全性の高い過電流保護機能付きエネルギーデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４のエネルギーデバイスの概略構成を示した斜視図である。
【図５】図４における５−５線での矢視断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、図４における６Ａ−６Ａ線での矢視断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における部分６Ｂの拡大断面図である。
【図７】図７（Ａ）は本発明のヒューズ部の一例の平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線での矢視断面図である。
【図８】図８（Ａ）は本発明のヒューズ部の別の一例の平面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の８Ｂ−８Ｂ線での矢視断面図である。
【図９】図９（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の９Ｂ−９Ｂ線での矢視断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の１０Ｂ−１０Ｂ線での矢視断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線での矢視断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の１２Ｂ−１２Ｂ線での矢視断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の１３Ｂ−１３Ｂ線での矢視断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の１４Ｂ−１４Ｂ線での矢視断面図である。
【図１５】本発明の薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図１６】マスキングテープ法の概略を説明するための側面図である。
【図１７】オイルマスキング法を行うためのノズルの概略斜視図である。
【図１８】メタルマスキング法を行うためのメタルマスクの概略正面図である。
【図１９】本発明の薄膜積層工程を行う湿式塗工装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図２０】マスキングテープ法の概略を説明するための側面図である。
【図２１】グラビアロール法を行うためのグラビアロールの概略斜視図である。
【図２２】メタルマスキング法を行うためのメタルマスクの概略正面図である。
【図２３】本発明の薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図２４】本発明の巻回工程を行う巻き取り装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【図２５】本発明の巻回工程を行う巻き取り装置の別の一例の概略構成を示した側面図である。
【図２６】本発明の加圧工程を行うプレス装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【符号の説明】
１・・・エネルギーデバイス
２・・・基板
３・・・負極集電体
４・・・負極活物質
５・・・固体電解質
６・・・正極活物質
７・・・正極集電体
８・・・帯状積層体
９・・・外部電極
１０・・・平板状巻回体
１１・・・内芯
１２・・・ヒューズ部
１２ａ・・・異種金属
１３・・・保護層
１５・・・積層単位
１６・・・繰り返し単位
２０・・・真空成膜装置
２１・・・真空槽
２１ａ・・・隔壁
２１ｂ・・・搬送室
２１ｃ・・・薄膜形成室
２１ｄ・・・隔壁
２４・・・真空ポンプ
２５・・・巻き出しロール
２６・・・搬送ロール
２７・・・ボビン
２８，２８ａ，２８ｂ・・・薄膜形成源
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ・・・マスキングテープ
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ・・・巻き出しロール
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ・・・巻き取りロール
３５・・・ノズル
３６・・・微細孔
３８・・・メタルマスク
３９ａ，３９ｂ・・・開口
４０・・・湿式塗工装置
５０ａ，５０ｂ・・・塗工部
５１，５１ｂ・・・搬送ロール
５２ｂ・・・リバースロール
５３，５３ａ，５３ｂ・・・ファウンテン
５４ａ，５４ｂ・・・加熱装置
５５，５５ａ，５５ｂ・・・材料供給部
５９ａ・・・グラビアロール
５９ｂ・・・ドクターブレード
６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・マスキングテープ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ・・・巻き出しロール
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ・・・巻き取りロール
７０・・・グラビアロール
７１・・・刻印
７５・・・メタルマスク
７６ａ，７６ｂ・・・開口
８０・・・真空成膜装置
８１・・・真空槽
８１ａ・・・隔壁
８１ｂ・・・搬送室
８１ｃ・・・薄膜形成室
８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ・・・隔壁
８４・・・真空ポンプ
８６・・・回転ロール
８８ａ・・・負極活物質成膜装置
８８ｂ・・・固体電解質成膜装置
８８ｃ・・・正極活物質成膜装置
８８ｄ・・・集電体成膜装置
８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄ・・・シャッタ
９０・・・巻き取り装置
９１・・・切断装置
１００・・・巻き取り装置
１０２・・・巻回体
１１０・・・プレス装置
【発明の属する技術分野】
本発明はエネルギーデバイスとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン２次電池は、負極集電体、負極活物質、電解質、セパレーター、正極活物質、正極集電体を主な構成要素とする。特許文献１には、正極側を内側にしてスパイラル状に巻回したリチウム２次電池が開示されている。
【０００３】
携帯電話やＰＤＡなどで代表されるモバイル機器では、小型で大容量の２次電池が要望される。このためには、板状に薄型化した２次電池が有効である。しかしながら、上記の特許文献１に開示されたリチウム２次電池は、スパイラル状巻回物を電解液中に浸漬してなる、円筒形状の液型２次電池である。従って、この液型２次電池は、その構造のために、小型化、薄型化には限界があった。
【０００４】
【特許文献１】
実開平５−４３４６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、リチウム２次電池の薄型化、体積エネルギー密度化（体積当たりのエネルギー容量）の向上が進められており、集電体と活物質とを薄型にし、電解質に固体電解質を用いたリチウム２次電池が検討されており、これによれば、薄型で高体積エネルギー密度となり、セパレーターも不要になることが期待されている。
【０００６】
しかしながら、リチウムイオン２次電池をはじめとするエネルギー素子では、短絡等に対する安全性の確保に様々な配慮工夫が必要であり、エネルギー素子を薄型化した場合には正負の両極が近接するため安全性に対し更なる配慮が要求される。
【０００７】
例えば、薄膜積層構成とした場合には、層の割れやピンホールによる層間に短絡が発生する可能性がある。また、薄型化と高体積エネルギー密度化とのためにシート状のエネルギー素子を平板状に巻回すると、折り曲げ部分で同様に短絡が発生する可能性がある。従って、安全上の何らかの対策が必要である。
【０００８】
本発明は、万一短絡が発生したときの安全性の高いエネルギーデバイスとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１のエネルギーデバイスは、基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とを備えるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２のエネルギーデバイスは、基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された繰り返し単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第３のエネルギーデバイスは、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第４のエネルギーデバイスは、可とう性の長尺基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された帯状積層体が巻回されてなるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割されており、前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域に過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする。
【００１３】
次に、本発明のエネルギーデバイスの第１の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のエネルギーデバイスの第２の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程と、前記基板と前記積層単位とからなる積層体を２以上積み重ねる工程とを含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のエネルギーデバイスの第３の製造方法は、基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を２以上積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のエネルギーデバイスの第４の製造方法は、可とう性の長尺基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層して帯状積層体を得る工程と、前記帯状積層体を巻回する工程とを含むエネルギーデバイスの製造方法であって、更に、前記負極集電体又は前記正極集電体を、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割する工程と、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１〜第４のエネルギーデバイスは、負極集電体又は正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を有する。また、本発明のエネルギーデバイスの第１〜第４の製造方法は、負極集電体又は正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備える。これにより、短絡時に過電流が発生するとヒューズ部が溶断して過電流を遮断するので、安全性の高い過電流保護機能付きエネルギーデバイスを提供できる。
【００１８】
また、本発明の第４のエネルギーデバイスでは、負極集電体又は正極集電体は、帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割されており、複数の領域のうちの少なくとも一つの領域にヒューズ部を有する。また、本発明のエネルギーデバイスの第４の製造方法は、負極集電体又は正極集電体を、帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割する工程を備える。これより、過電流により分割された一部の領域の機能が停止しても、残りの部分が依然として有効に動作するので、予期せぬ全停止が発生しない、信頼性の向上したエネルギーデバイスを提供できる。
【００１９】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の第１のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態１のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層されて構成される。
【００２３】
基板２としては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やその他の高分子フィルムシート、又はステンレス金属箔、又はニッケル、銅、アルミニウムやその他の金属元素を含む金属箔などを用いることが出来る。基板２が可撓性を有すると、エネルギーデバイス１の製造が容易になるので好ましい。
【００２４】
負極集電体３としては、ニッケル、銅、アルミニウム、白金、白金−パラジウム、金、銀、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で代表される金属を含む層を用いることが出来る。
【００２５】
負極活物質４としては、グラファイトを始めとするカーボン系材料、シリコン又はシリコンを含む化合物若しくはその混合物、あるいはリチウム又はリチウム−アルミニウムで代表されるリチウム化合物などを用いることが出来る。本発明の負極活物質４の材料は上記に限定されず、その他の材料を負極活物質４として用いることも出来る。なお、後述する正極活物質６に含まれるリチウムイオンの移動を利用して負極活物質４を形成しても良く、その場合にはエネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である。
【００２６】
固体電解質５としては、イオン伝導性があり、電子伝導性が無視できるほど小さい材料を用いることが出来る。特にエネルギーデバイス１をリチウムイオン２次電池として使用する場合には、リチウムイオンが可動イオンであるため、Ｌｉ３ＰＯ４や、Ｌｉ３ＰＯ４に窒素を混ぜて（あるいはＬｉ３ＰＯ４の元素の一部を窒素で置換して）得られる材料（ＬｉＰＯＮ：代表的な組成はＬｉ２．９ＰＯ３．３Ｎ０．３６）などからなる固体電解質はリチウムイオン伝導性に優れるので好ましい。同様に、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３などの硫化物からなる固体電解質も有効である。更にこれらの固体電解質にＬｉＩなどのハロゲン化リチウムや、Ｌｉ３ＰＯ４等のリチウム酸素酸塩をドープした固体電解質も有効である。本発明の固体電解質５の材料は上記に限定されず、その他の材料を固体電解質５として用いることも出来る。
【００２７】
正極活物質６としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムなどを用いることが出来る。但し、本発明の正極活物質６は上記の材料に限定されず、その他の材料を正極活物質６として用いることも出来る。
【００２８】
正極集電体７としては、負極集電体３と同様に、ニッケル、銅、アルミニウム、白金、白金−パラジウム、金、銀、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で代表される金属を含む層を用いることが出来る。
【００２９】
負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。一対の外部電極９，９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることが出来る。その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。図示したように、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図１の左右方向）の形成領域がパターニングされている。
【００３０】
負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００３１】
図７〜図１０に、集電体層３，７に、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２の例を示す。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、いずれも電流が流れる部分の幅が狭くなるように、集電体層３，７の平面形状に特定の平面パターンを付与してヒューズ部１２を形成した例を示しており、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、いずれも電流が流れる部分の厚みが薄くなるように、集電体層３，７の厚み方向断面に特定の厚みパターンを付与してヒューズ部１２を形成した例を示している。図７〜図１０に示したヒューズ部１２は、集電体層３，７に、幅又は厚さが小さな部分を設けることにより、電流が流れる断面積がその部分において小さくなるように形成されている。従って、集電体層３，７とその右側端に接続される外部電極９（図示せず）との間に過電流が流れると、ヒューズ部１２がジュール熱により発熱し、溶断して、過電流を遮断する。従って、発火などの重大な事態に至るのを未然に防止することができる。図７〜図１０のように薄膜の寸法変化により形成されているヒューズ部１２は、製造が容易であるという利点を有する。
【００３２】
図１１〜図１４に、集電体層３，７に設けられる別のヒューズ部１２の例を示す。図１２〜図１４に示したヒューズ部１２は、図８〜図１０に示した特定の形状パターンと電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されている。図１１は、集電体層３，７とその右側端に接続される外部電極９（図示せず）との間に帯状の異種金属１２ａを介在させることにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１２は、図８において集電体層３，７が形成されていない部分に異種金属１２ａを付与することにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１３，図１４は、それぞれ図９，図１０において集電体層３，７の厚みが薄い部分に異種金属１２ａを付与することにより構成されたヒューズ部１２を示している。図１１〜図１４のヒューズ部１２の作用は以下の通りである。図７〜図１０のヒューズ部１２は、集電体層３，７に電流が流れる断面積が小さくなる部分を形成することにより構成される。この構成では、過電流が流れていない正常動作時においてもヒューズ部１２の電気抵抗値が他の部分より大きくなる。従って、大電力出力を実現する場合に問題となる可能性がある。これに対して、図１１〜図１４のヒューズ部１２は、異種金属１２ａが組み合わされていることにより、エネルギーデバイスの正常動作温度近傍（例えば室温）でのヒューズ部１２の電気抵抗値を図７〜図１０のヒューズ部１２の電気抵抗値に比べて小さくできる。一方、過電流時には、異種金属１２ａの電気抵抗の温度係数が、集電体３，７の電気抵抗の温度係数よりも大きいので、ヒューズ部１２がわずかに温度上昇すると異種金属１２ａの抵抗値が急激に増大する。よって、ヒューズ部１２内の異種金属１２ａ以外の集電体３，７の材料内に電流が集中して流れる結果、ヒューズ部１２がジュール熱により発熱し、溶断して、過電流を遮断する。従って、発火などの重大な事態に至るのを未然に防止することができる。異種金属１２ａの材料としては、電気抵抗の温度係数が大きいことによりこのようなヒューズ機能を発揮することができれば特に限定はないが、例えば、アルミニウム、コバルト、鉛、ロジウムや、これらの金属のうちの少なくともひとつを含む合金を使用することができる。
【００３３】
図７〜図１４に示したヒューズ部１２は一例であり、過電流により溶断することができればこれらに限定されない。
【００３４】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、保護層１３を有していても良い（図１参照）。保護層１３の材料は特に限定されないが、例えばシランカップリング剤等の表面処理剤、光あるいは熱硬化性樹脂、金属、金属酸化物、金属窒化物などを用いることができる。形成方法としては、塗布、ディップ（浸漬）、スプレーなどの湿式プロセスや、蒸着、スパッタなどのドライプロセスを採ることができる。また、保護層１３は異種又は同種の材料からなる多層の複合膜であっても良い。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、図１に示すように基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００３５】
図１に示したエネルギーデバイス１は、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００３６】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００３７】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する薄膜積層工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する薄膜積層工程を経て製造される。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。
【００３８】
薄膜積層工程は、特に限定されないが、例えば真空成膜法又は湿式塗工法により行うことができる。
【００３９】
最初に、薄膜積層工程を真空成膜法により行う場合を説明する。
【００４０】
図１５は、薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【００４１】
図１５に示した真空成膜装置２０は、隔壁２１ａにより上下に仕切られた真空槽２１を備える。隔壁２１ａより上側の部屋（搬送室）２１ｂには、巻き出しロール２５，搬送ロール２６，ボビン２７が配置される。隔壁２１ａより下側の部屋（薄膜形成室）２１ｃには、第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂが隔壁２１ｄを挟んで配置されている。隔壁２１ａの中央部には開口が設けられ、搬送ロール２６の下面が薄膜形成室２１ｃ側に露出している。真空槽２１内は、真空ポンプ２４により所定の真空度に維持されている。
【００４２】
巻き出しロール２５から巻き出された長尺の可撓性を有する基板２は、搬送ロール２６に沿って搬送され、隔壁２１ａの開口内を通過する。このとき、第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂにより基板２の表面上に順に薄膜が形成される。薄膜が形成された基板２はボビン２７に巻き取られる。
【００４３】
第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂによる薄膜の形成方法としては、薄膜の種類に応じて、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などで代表される各種真空成膜法を用いることが出来る。このような方法により、所望する薄膜を容易に効率よく形成できる。
【００４４】
図１５の装置は第１薄膜形成源２８ａ及び第２薄膜形成源２８ｂを備えるので、基板２が巻き出しロール２５から巻き出され、ボビン２７に巻き取られる過程で、搬送ロール２６上で２層の薄膜を一度に形成できる。この装置を用いて、基板２の巻き出し、薄膜形成、巻き取りからなる一連の工程を必要な回数だけ繰り返すことにより、図１に示したような積層構造を得ることができる。図１５の装置は、基板２を１回走行させることにより２層の薄膜を形成することができるが、本発明は、これに限定されない。例えば、薄膜形成源を１つのみ有する装置を用いて、層の数だけ基板２を繰り返し走行させても良いし、薄膜形成源が薄膜の種類の数だけ順に配置された装置を用いて、基板２を１回走行させるだけで、図１に示したような積層構造を得ても良い。
【００４５】
各層を薄膜形成する際に、図１に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。図１５に示す真空成膜装置に好適に使用できるパターニング方法として、マスキングテープ法、オイルマスキング法、メタルマスキング法などがある。
【００４６】
マスキングテープ法は、薄膜形成領域内においてマスキングテープ３１を基材２と接触させながら一緒に走行させることにより、マスキングテープ３１の接触部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。
【００４７】
マスキングテープ法の原理を図１６を用いて説明する。マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、膜形成が不要な領域に対応した幅とパターンを有する長尺テープである。マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、それぞれ巻き出しロール３２ａ，３２ｂ，３２ｃから巻き出され、搬送ロール２６上では基板２の薄膜形成源２８側の面に接触して基材２とともに搬送される。このとき、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、搬送ロール２６の回転中心軸方向において異なる位置で搬送ロール２６によって搬送される。その後、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、基材２と分離して巻き取りロール３３ａ，３３ｂ，３３ｃに巻き取られる。薄膜形成源２８上を通過時にマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ上に付着した膜材料はマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃとともに基板２から除去される。従って、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが介在しなかった領域にのみ膜形成されるので、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じてマスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの位置、幅、パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、マスキングテープ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを多条とすることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００４８】
オイルマスキング法は、薄膜の被形成面に所定パターンにオイルを付与した後、薄膜形成をすることにより、オイル付与部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。オイルマスキング法は、ノズル３５を用いて行う。図１７に示すように、ノズル３５は、オイル蒸気が放出される多数の微細孔３６が形成されている。このノズル３５は、図１５に示すように、基材２の走行方向において薄膜形成領域に対して上流側に、微細孔３６を基材２に対向させて配置される。基材２上のオイルが付与された部分には薄膜が形成されないから、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じて各微細孔３６から放出されるオイル蒸気を制御したり、ノズル３５を基材２の幅方向に移動したりすることにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、オイルを基材２の移動方向に沿って複数の帯状に付与することにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。なお、薄膜形成後、基材２上に残存するオイルは、熱又は紫外線などを照射して除去することが好ましい。
【００４９】
メタルマスキング法は、薄膜形成源と基材２との間に、所定の開口を有するメタルマスク３８を配置することにより、成膜に寄与する粒子の通過領域を制限して、基材２上に開口に対応したパターンの薄膜を形成する方法である。図１８はメタルマスク３８の一例の正面図である。このメタルマスク３８は開口３９ａ，３９ｂを備える。基材２を間欠的に移動させながらメタルマスク３８を介して薄膜形成することにより、開口３９ａ，３９ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。また、基材２を連続的に走行させながら、矢印２ａを基材２の移動方向に一致するようにメタルマスク３８を配置することにより、開口３９ａ，３９ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。形成しようとする層に応じてメタルマスク３８の位置や開口形状を変更することにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、メタルマスク３８に多条のスリット状の開口を設けることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００５０】
なお、図１１〜図１４に示すようなヒューズ部１２を形成する場合には、最初に上記のいずれかの方法で所定パターンの電極体薄膜を形成した後、このパターンとは逆パターンで異種金属１２ａを薄膜形成すればよい。
【００５１】
上記のマスキングテープ法、オイルマスキング法、メタルマスキング法は、真空成膜法に好適なパターニング方法の一例であり、本発明はこのようなパターニング方法に限定されず、他のパターニング方法を採用することも可能である。
【００５２】
次に、薄膜積層工程を湿式塗工法により行う場合を説明する。
【００５３】
図１９は、薄膜積層工程を行う湿式塗工装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【００５４】
図５に示した湿式塗工装置４０は、巻き出しロール２５から巻きされた長尺の基板２の片面に、第１塗工部５０ａ、第２塗工部５０ｂで順に薄膜が形成された後、ボビン２７に巻き取られる。
【００５５】
第１塗工部５０ａについて説明する。ファウンテン５３ａから吐出される液状の膜材料は、グラビアロール５９ａに転写され、ドクターブレード５９ｂにより余分な膜材料が掻き落とされた後、基材２の片面に付着する。その後、基板２は加熱装置５４ａに搬送されて膜材料が加熱されて固化して膜となる。５５ａは液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３ａに供給する材料供給部である。
【００５６】
第２塗工部５０ｂについて説明する。第１塗工部５０ａによって片面に薄膜が形成された基材２は、搬送ロール５１ｂに沿って搬送される途中で、その下部に設置されたファウンテン５３ｂから吐出される液状の膜材料が塗布される。リバースロール５２ｂにより、基板２の片面に付着した余分な膜材料は掻き落とされて、付着厚みが均一化される。その後、基板２は加熱装置５４ｂに搬送されて膜材料が加熱されて固化して膜となる。５５ｂは液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３ｂに供給する材料供給部である。
【００５７】
このようにして、第１及び第２塗工部５０ａ，５０ｂで２層の薄膜が形成された基材２はボビン２７に巻き取られる。
【００５８】
塗工方法としては、グラビアコート、リバースコート、スプレーコート、スクリーンコート、オフセットコートなどで代表される各種湿式塗工法を用いることができる。このような方法により、所望する膜を容易に効率よく形成できる。
【００５９】
図１９の装置は、第１塗工部５０ａ及び第２塗工部５０ｂを備えるので、基板２が巻き出しロール２５から巻き出され、ボビン２７に巻き取られる過程で、２層の薄膜を一度に形成できる。この装置を用いて、基板２の巻き出し、薄膜形成、巻き取りからなる一連の工程を必要な回数だけ繰り返すことにより、図１に示したような積層構造を得ることができる。図１９の装置は、基板２を１回走行させることにより２層の薄膜を形成することができるが、本発明は、これに限定されない。例えば、塗工部を１つのみ有する装置を用いて、層の数だけ基板２を繰り返し走行させても良いし、塗工部が薄膜の種類の数だけ順に配置された装置を用いて、基板２を１回走行させるだけで、図１に示したような積層構造を得ても良い。また、塗工部は、図１９に示したような第１塗工部５０ａと第２塗工部５０ｂとの組み合わせである必要はなく、例えば第１塗工部５０ａ（又は第２塗工部５０ｂ）と同様の構成の複数の塗工部が連続して配置されていても良い。図中５５は液状の膜材料を貯蔵し且つこれをファウンテン５３に供給する材料供給部である。
【００６０】
各層を薄膜形成する際に、図１に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。図１９に示す湿式塗工装置に好適に使用できるパターニング方法として、マスキングテープ法、グラビアロール法、スクリーン印刷法、メタルマスキング法などがある。
【００６１】
マスキングテープ法は、薄膜形成領域内においてマスキングテープ６１を基材２と接触させながら一緒に走行させることにより、マスキングテープ６１の接触部分に薄膜形成されるのを防止する方法である。
【００６２】
マスキングテープ法の原理を図２０を用いて説明する。マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、膜形成が不要な領域に対応した幅とパターンを有する長尺テープである。マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、それぞれ巻き出しロール６２ａ，６２ｂ，６２ｃから巻き出され、搬送ロール５１上では基板２のファウンテン５３側の面に接触して基材２とともに搬送される。このとき、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、搬送ロール５１の回転中心軸方向において異なる位置で搬送ロール５１によって搬送される。その後、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、基材２と分離して巻き取りロール６３ａ，６３ｂ，６３ｃに巻き取られる。ファウンテン５３上を通過時にマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ上に付着した膜材料はマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃとともに基板２から除去される。従って、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃが介在しなかった領域にのみ膜形成されるので、基板２上に所望する薄膜パターンを容易に得ることができる。形成しようとする層に応じてマスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの位置、幅、パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、マスキングテープ６１ａ，６１ｂ，６１ｃを多条とすることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６３】
グラビアロール法は、図２１に示すように、グラビアロール７０の外周面に微小な刻印７１を所定のパターンに形成することにより、刻印７１の形成領域に対応した領域にのみ薄膜形成を行う方法である。形成しようとする層に応じてグラビアロール７０上の刻印７１の形成領域パターンを変更することによって、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、グラビアロール７０の外周方向に沿って環状の刻印７１パターンを複数形成することにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６４】
スクリーン印刷法は、例えば、スクリーンコートにより薄膜材料を付与する場合に、スクリーン位置をパターン化することにより、所望するパターンの薄膜形成する方法である。
【００６５】
メタルマスキング法は、例えばスプレーコートにより薄膜材料を付与する場合に、スプレーノズルと基材２との間に、所定の開口を有するメタルマスクを配置することにより、成膜に寄与する粒子の通過領域を制限して、基材２上に開口に対応したパターンの薄膜を形成する方法である。図２２はメタルマスク７５の一例の正面図である。このメタルマスク７５は開口７６ａ，７６ｂを備える。基材２を間欠的に移動させながらメタルマスク７５を介して薄膜形成することにより、開口７６ａ，７６ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。また、基材２を連続的に走行させながら、矢印２ａを基材２の移動方向に一致するようにメタルマスク７５を配置することにより、開口７６ａ，７６ｂに相当する部分にのみ薄膜形成を行うことができる。形成しようとする層に応じてメタルマスク７５の位置や開口形状を変更することにより、エネルギーデバイス１を構成するために必要な積層パターンを得ることが出来る。また、メタルマスク７５に多条のスリット状の開口を設けることにより、ボビン２７上に巻き取られた薄膜積層体を用いて幅方向に複数のエネルギーデバイスを製造することが出来る。
【００６６】
なお、図１１〜図１４に示すようなヒューズ部１２を形成する場合には、最初に上記のいずれかの方法で所定パターンの電極体薄膜を形成した後、このパターンとは逆パターンで異種金属１２ａを薄膜形成すればよい。
【００６７】
上記のマスキングテープ法、グラビアロール法、メタルマスキング法は、湿式塗工法に好適なパターニング方法の一例であり、本発明はこのようなパターニング方法に限定されず、他のパターニング方法を採用することも可能である。
【００６８】
以上のように、ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【００６９】
上記の方法により、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の積層体を得る。次いで、ボビン２７から積層体を巻き出し、長さ方向及び幅方向に適当な大きさに裁断することにより、図１のエネルギーデバイス１が得られる。
【００７０】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【００７１】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【００７２】
（実施の形態２）
本発明の第２のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００７３】
図２は本発明の実施の形態２のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００７４】
図２に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層された繰り返し単位１６が２以上積層されて構成される。
【００７５】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【００７６】
負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。一対の外部電極９，９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることが出来る。その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。図示したように、一対の外部電極９，９はエネルギーデバイス１の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図２の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２は絶縁性であることが好ましい。
【００７７】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００７８】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【００７９】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００８０】
図２に示したエネルギーデバイス１は、繰り返し単位１６が２以上繰り返して積層されている。ここで、繰り返し単位１６は、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられて構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００８１】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００８２】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、薄膜積層工程により繰り返し単位１６を備えた積層体を得る工程と、繰り返し単位１６を２以上積み重ねる工程とを備える。
【００８３】
ここで、薄膜積層工程は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程である。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。薄膜積層工程は、特に限定されないが、実施の形態１で説明したのと同様に、例えば真空成膜法（図１５）又は湿式塗工法（図１９）により行うことができる。また、ヒューズ部１２の形成方法も実施の形態１で説明したのと同様である。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【００８４】
実施の形態１と同様にして、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の積層体を得る。次いで、ボビン２７から積層体を巻き出し、長さ方向及び幅方向に適当な大きさに裁断する。そして、これらを必要な数だけ積み重ねることにより、図２のエネルギーデバイス１が得られる。
【００８５】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【００８６】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【００８７】
（実施の形態３）
本発明の第３のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【００８８】
図３は本発明の実施の形態３のエネルギーデバイス１の概略構成を示した断面図である。
【００８９】
図３に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５が２以上積層されて構成される。積層方向に隣り合う２つの積層単位１５の積層順序は互いに逆であり、負極集電体３又は正極集電体７は、積層方向に隣り合う２つの積層単位１５で共有されている。
【００９０】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【００９１】
本実施の形態では、基板２は省略可能である。即ち、後述する製造方法により基板２上に積層単位１５を２以上積層した後、基板２を剥離して取り除くことができる。基板２を備えないことにより、小型軽量のエネルギーデバイス１を得ることができる。基板２を剥離する場合には、あらかじめ基板２の表面に離型剤を付与してから積層単位１５の積層を行うと、基板の除去が容易になるので好ましい。
【００９２】
実施の形態２と同様に、負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。外部電極９，９の材料及び形成方法は実施の形態２と同様である。図示したように、一対の外部電極９，９はエネルギーデバイス１の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図３の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２は絶縁性であることが好ましい。
【００９３】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【００９４】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【００９５】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。基板２の材料によっては、基板２の表面には保護層１３を形成しなくてもよい。
【００９６】
図３に示したエネルギーデバイス１では、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２が設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の正極集電体７側に基板２が設けられていても良い。
【００９７】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【００９８】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、薄膜積層工程により基板２上に２以上の積層単位１５を積層する工程を備える。
【００９９】
ここで、薄膜積層工程は、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程を含む。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。
【０１００】
薄膜積層工程は、特に限定されないが、例えば真空成膜法又は湿式塗工法により行うことができる。
【０１０１】
最初に、薄膜積層工程を真空成膜法により行う場合を説明する。
【０１０２】
図２３は、薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【０１０３】
図２３に示した真空成膜装置８０は、隔壁８１ａにより上下に仕切られた真空槽８１を備える。隔壁８１ａより上側の部屋（搬送室）８１ｂには、回転ロール８６が配置される。回転ロール８６の外周には基材２が貼り付けられている。隔壁８１ａの中央部には開口が設けられ、回転ロール８６の下部が隔壁８１ａより下側の部屋（薄膜形成室）８１ｃ側に露出している。真空槽８１内は、真空ポンプ８４により所定の真空度に維持されている。
【０１０４】
薄膜形成室８１ｃには、負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄが、隔壁８１ｄ，８１ｅ，８１ｆを挟んで順に配置されている。負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄと回転ロール８６との間には、移動可能なシャッタ８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄがそれぞれ配置されている。
【０１０５】
負極活物質成膜装置８８ａは負極活物質４を形成するための装置であり、固体電解質成膜装置８８ｂは、固体電解質５を形成するための装置であり、正極活物質成膜装置８８ｃは正極活物質６を形成するための装置であり、集電体成膜装置８８ｄは負極集電体３及び正極集電体７を形成するための装置である。各装置と回転ロール８６との間に設置されたシャッタ８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄを選択的に開放することにより、特定の層のみを回転ロール８６の外周面上に形成することができる。なお、負極集電体３と正極集電体７の材料によっては、集電体成膜装置８８ｄを負極集電体成膜装置と正極集電体成膜装置とに分離しても良い。
【０１０６】
負極活物質成膜装置８８ａ、固体電解質成膜装置８８ｂ、正極活物質成膜装置８８ｃ、集電体成膜装置８８ｄによる薄膜の形成方法としては、薄膜の種類に応じて、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などで代表される各種真空成膜法を用いることが出来る。このような方法により、所望する薄膜を容易に効率よく形成できる。
【０１０７】
各層を薄膜形成する際に、図３に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。これらのパターニングは、実施の形態１で説明したのと同様に、マスキングテープ法（図１６）、オイルマスキング法（図１７）、メタルマスキング法（図１８）などを用いて行うことができる。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１０８】
なお、基材２を用いることなく、回転ロール８６の外周面上に直接薄膜形成をすることもできる。この場合には、後に剥離が容易になるように、薄膜形成前に回転ロール８６の外周面上に離型剤を塗布しておくことが好ましい。
【０１０９】
得られた積層体を回転ロール８６から分離した後、適当な大きさに裁断することにより図３のエネルギーデバイス１を得ることができる。必要に応じて、積層体を加温プレスして平板状に形を整えても良い。また、基材２上に積層体を積層した場合には、基材２を剥離除去しても良い。
【０１１０】
次に、薄膜積層工程を湿式塗工法により行う場合を説明する。
【０１１１】
湿式塗工装置は、回転ロールと、回転ロールの周りにその外周面に対向して順に配置された、負極集電体塗工装置、負極活物質塗工装置、固体電解質塗工装置、正極活物質塗工装置、正極集電体塗工装置を備えた装置を使用できる。この装置では、回転ロール上に各層の膜材料が塗工される。あるいは、平面上に、負極集電体塗工装置、負極活物質塗工装置、固体電解質塗工装置、正極活物質塗工装置、正極集電体塗工装置を順に配置し、平板状基板をこれらの間を間欠的に移動させても良い。この場合には平板状基板上に各層の膜材料が塗工される。なお、負極集電体３と正極集電体７の材料によっては、負極集電体塗工装置と正極集電体塗工装置とは共通化することができる。
【０１１２】
塗工方法としては、グラビアコート、リバースコート、スプレーコート、スクリーンコート、オフセットコートなどで代表される各種湿式塗工法を用いることができる。このような方法により、所望する膜を容易に効率よく形成できる。塗工後、必要に応じて加熱して膜材料を固化させることが好ましい。
【０１１３】
各層を薄膜形成する際に、図３に示すように各層の形成領域を制限（パターニング）する必要がある。また、図７〜図１４に示すようなヒューズ部１２を得るために薄膜を所定の形状パターンに形成する必要がある。これらのパターニングは、実施の形態１で説明したのと同様に、マスキングテープ法（図２０）、グラビアロール法（図２１）、スクリーン印刷法、メタルマスキング法（図２２）などを用いて行うことができる。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１１４】
膜材料は、上記の回転ロール又は平板上に直接塗布しても良いし、これらの表面に貼り付けられた基板２上に塗布しても良い。回転ロール又は平板上に直接塗布する場合には、後に剥離が容易になるように、薄膜形成前にその表面上に離型剤を塗布しておくことが好ましい。
【０１１５】
得られた積層体を回転ロール又は平板から分離した後、適当な大きさに裁断することにより図３のエネルギーデバイス１を得ることができる。必要に応じて、積層体を加温プレスして平板状に形を整えても良い。また、基材２上に積層体を積層した場合には、基材２を剥離除去しても良い。
【０１１６】
エネルギーデバイス１には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【０１１７】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【０１１８】
（実施の形態４）
本発明の第４のエネルギーデバイスの構成及び製造方法の一例を説明する。
【０１１９】
図４は本発明の実施の形態４に係るエネルギーデバイス１の概略構成を示した斜視図である。図５は、図４における５−５線での矢視断面図である。図６（Ａ）は、図４における６Ａ−６Ａ線での矢視断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における部分６Ｂの拡大断面図である。
【０１２０】
図４に示すように、本実施の形態のエネルギーデバイス１は、平板状の巻回体１０と、その両端に設けられた一対の外部電極９，９とからなる。
【０１２１】
平板状の巻回体１０は、図５に示すように、可とう性長尺基板２と、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７をこの順に備える積層単位１５とが積層された帯状積層体８を平板状に巻回して構成されている。
【０１２２】
基板２、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７の構成は、実施の形態１と同じであるのでこれらの説明を省略する。また、エネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質４を省略することが可能である点も実施の形態１と同様である。
【０１２３】
本実施の形態のエネルギーデバイス１では、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７がこの順に形成され、且つ、この順に積層された帯状積層体８が、基板２側を内側にして、巻回されることが好ましい。基板２側に、負極集電体３〜正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３を配置する理由、及びこのような基板２側を内側にして巻回する理由は以下の通りである。帯状積層体８を巻回すると内層側ほど曲率半径は小さくなる。従って、内層側には、より大きな曲げ応力が作用する。一般に、多層積層物の下層に割れが発生するとその割れは上層に伝播して層間の短絡を発生しやすいが、上層に割れが発生してもその割れは下層に伝播することはほとんどない。従って、曲率半径が小さな内層側に相対的に延性及び可撓性を有する層を配置し、曲率半径が大きな外層側に相対的にもろく割れやすい層を配置することで、層割れが拡大して層間の短絡が発生するのを防止でき、安全性が向上する。そこで、本実施の形態では、可撓性を有する基板２が最も内層側になるように、且つ、正極活物質６に対して相対的に可撓性を有する負極活物質４が正極活物質６よりも内層側となるようにして、巻回することにより、エネルギーデバイス１の安全性が向上する。特に、薄型の平板状に巻回する場合や、巻回後にプレスする場合に特に顕著な効果を発揮する。
【０１２４】
もちろん、曲率半径が大きな円筒状に巻回する場合などでは、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、及び正極集電体７からなる積層単位１５の負極集電体３側に基板２を設けた帯状積層体８を基板２を外側にして巻回しても良く、あるいは、上記積層単位１５の正極集電体７側に基板２を設けた帯状積層体を、基板２を内側にして、又は外側にして巻回しても良い。
【０１２５】
巻回体の巻き芯部には図４に示すように内芯１１を配置しても良い。内芯１１は、巻回体の形状にほぼ一致した形状であることが好ましく、図４に示す平板状の巻回体１０においては好ましくは平板形状を有していることが好ましい。その材料は特に限定はないが、樹脂、セラミック、金属などを用いることができる。なお、内芯１１は必須ではなく、なくても良い。
【０１２６】
実施の形態２と同様に、負極集電体３及び正極集電体７には、それぞれ外部電極９，９が接続されることが好ましい。外部電極９，９の材料及び形成方法は実施の形態２と同様である。図示したように、一対の外部電極９，９は巻回体１０の対向する２側面に形成される。そして、一方の外部電極９には負極集電体３が電気的に接続され、他方の外部電極９には正極集電体７が電気的に接合され、且つ、一対の外部電極９，９が相互に絶縁されるように、負極集電体３及び正極集電体７の幅方向（図５の左右方向）の形成領域がパターニングされている。これにより、負極集電体３と正極集電体７とがいずれかの外部電極９を介して短絡することがない。また、このように外部電極９，９を形成したときに、両外部電極９，９間の絶縁性の確保が容易にするために、基板２及び内芯１１は絶縁性であることが好ましい。
【０１２７】
図６（Ｂ）に示すように、正極集電体７は、空隙１７により帯状積層体１５の長手方向に複数の領域に分割されている。このように複数の領域に分割された正極集電体７が、それぞれヒューズ部１２（詳細は後述する）を介して外部電極９に接続される。即ち、分割された複数のエネルギーデバイスが外部電極に並列接続されることになる。この結果、一部の領域内のヒューズ部１２が過電流により溶断すると、その領域内の正極集電体７はその機能を失うが、他の領域内の正極集電体７は依然として有効に機能する。従って、過電流により一部の領域が破損しても全体の破損には至らず、能力は低下するものの動作を維持することが可能である。従って、電子機器に組み込んだ場合には、システムの予期せぬ全停止を防止できる。なお、図６（Ｂ）では、正極集電体７（及び固体電解質６）が空隙１７により分割された例を示したが、本発明はこれに限定されない。正極集電体７及び負極集電体３の少なくとも一方が帯状積層体１５の長手方向に複数の領域に分割されていればよい。正極集電体７及び負極集電体３のうちの一方のみが分割されている場合には、ヒューズ部１２はその分割された方に少なくとも形成される必要があり、正極集電体７及び負極集電体３の両方が分割されている場合には、ヒューズ部１２は少なくともいずれか一方に形成されていればよい。なお、正極集電体７及び負極集電体３以外の他の層が同様に分割されていても良い。
【０１２８】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、負極集電体３の外部電極９との接続部近傍、及び正極集電体７の外部電極９との接続部近傍には、ヒューズ部１２が形成されている。ヒューズ部１２は、過電流が流れたときに溶断して過電流を遮断して発火などに至るのを事前に防止する安全装置として機能する。本実施の形態では、ヒューズ部１２は、負極集電体３及び正極集電体７に設けられているが、いずれか一方のみであっても良い。
【０１２９】
ヒューズ部１２の構成は、過電流により溶断することができれば特に限定されないが、実施の形態１で説明した、過電流により溶断するような特定の形状パターンを設けることにより形成されたヒューズ部１２（図７〜図１０参照）や、これに更に電気抵抗の温度係数の大きな材料である異種材料１２ａとを組み合わせて構成されたヒューズ部１２（図１１〜図１４参照）を用いることができる。ヒューズ部１２の詳細な説明は実施の形態１における説明と重複するので省略する。
【０１３０】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、機械的保護、耐湿性向上、層間剥離の防止などを目的として、実施の形態１で説明したのと同様の保護層１３を有していても良い（図２参照）。保護層１３は、外部電極９を除くエネルギーデバイス１の外表面に形成することができる。
【０１３１】
次に、本実施の形態のエネルギーデバイス１の製造方法の一例を説明する。
【０１３２】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、可撓性長尺基板２上に積層単位１５を積層して帯状積層体８を得る工程（薄膜積層工程）と、この帯状積層体８を巻回する工程（巻回工程）とを備える。
【０１３３】
ここで、薄膜積層工程は、基板２上に、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７をこの順に積層する工程、又は、基板２上に、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４（省略可）、負極集電体３をこの順に積層する工程である。この工程中に、負極集電体３及び／又は正極集電体７に過電流により溶断するヒューズ部１２が形成される。薄膜積層工程は、特に限定されないが、実施の形態１で説明したのと同様に、例えば真空成膜法（図１５）又は湿式塗工法（図１９）により行うことができる。また、ヒューズ部１２の形成方法も実施の形態１で説明したのと同様である。ヒューズ部１２を、薄膜形成時にパターニング法により同時に形成することにより、容易且つ効率的にヒューズ部１２を形成できる。
【０１３４】
実施の形態１と同様にして、ボビン２７上に、基材２と、負極集電体３、負極活物質４（省略可）、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７からなる積層単位１５とが積層された長尺の帯状積層体８を得る。次いで、この帯状積層体８は巻回工程により巻回される。
【０１３５】
図２４は巻回工程を行う巻き取り装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【０１３６】
ボビン２７上の帯状積層体８は、図２４の巻き取り装置９０で、巻き出された後、平板状の巻回体１０に巻き取られる。巻回体１０の巻き取り長さが一定に達した時点で巻回体１０を交換することにより、ボビン２７上の帯状積層体８の長さ方向に複数の巻回体１０を得ることができる。また、カミソリ刃等の切断装置９１により巻き出された帯状積層体８を幅方向に複数条に分割し、それぞれを巻回体１０に巻き取ることにより、ボビン２７上の帯状積層体８の幅方向に複数の巻回体１０を得ることができる。なお、図２４では、幅方向の切断をボビン２７から巻き出した後であって、巻回体１０に巻き取る前の段階で行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン２７の状態で、又は巻回体１０に巻き取った状態で、幅方向に切断しても良い。
【０１３７】
帯状積層体８を平板状の巻回体１０に巻き取る方法は特に限定されず、例えば板状の内芯の外周に巻き取る方法、相互に平行な一対の支柱間に架け渡すように巻き取る方法などが採用できる。
【０１３８】
平板状に巻き取られた巻回体１０は、必要に応じて加温プレスして、その厚みを減少させたり、表裏面を一層平板化させたりしても良い。加温プレスは、後述する図２６のプレス装置を用いて行うことができる。このとき、巻回体１０の巻き芯部に板状の内芯１１を配置してプレスすると、プレス後の形状や厚みを安定化させることができ、また、薄膜の割れの発生を抑えることができるので好ましい。内芯１１はプレス後に取り除いても良い。
【０１３９】
図２５は巻回工程を行う巻き取り装置の別の一例の概略構成を示した側面図である。
【０１４０】
ボビン２７上の帯状積層体８は、図２５の巻き取り装置１００で、巻き出された後、略円筒状の巻回体１０２に巻き取られる。巻回体１０２の巻き取り長さが一定に達した時点で巻回体１０２を交換することにより、ボビン２７上の帯状積層体８の長さ方向に複数の巻回体１０２を得ることができる。また、カミソリ刃等の切断装置９１により巻き出された帯状積層体８を幅方向に複数条に分割し、それぞれを巻回体１０２に巻き取ることにより、ボビン２７上の帯状積層体８の幅方向に複数の巻回体１０２を得ることができる。なお、図２５では、幅方向の切断をボビン２７から巻き出した後であって、巻回体１０２に巻き取る前の段階で行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン２７の状態で、又は巻回体１０２に巻き取った状態で、幅方向に切断しても良い。
【０１４１】
本実施の形態のエネルギーデバイス１は、円筒形状であってよいが、図４に示したような平板状にする場合には、更に加圧工程を行う。
【０１４２】
図２６は、略円筒状の巻回体１０２を加圧して平板化する加圧工程を行うプレス装置の一例の概略構成を示した側面図である。略円筒状の巻回体１０２は、図２６のプレス装置１１０に載置され加温プレスされて平板状の巻回体１０が得られる。このとき、略円筒状の巻回体１０２の巻き芯部に板状の内芯１１を配置してプレスすると、プレス後の形状や厚みを安定化させることができ、また、薄膜の割れの発生を抑えることができるので好ましい。内芯１１はプレス後に取り除いても良い。
【０１４３】
次に、負極集電体３又は正極集電体７を、帯状積層体８の長手方向に複数の領域に分割する工程について説明する。負極集電体３及び正極集電体７は比較的脆性を有するので、平板状のエネルギーデバイス１を製造する場合には、上記の加圧工程にて層内に曲げ応力を発生させて、曲率半径の小さな端部（図６（Ａ）の左右両端部）にてクラックを発生させることにより、分割させることができる。また、加圧過程を行わない場合、あるいは曲率半径が比較的大きな巻回体を用いる場合には、上記の薄膜積層工程において、ヒューズ部１２の形成を含む薄膜のパターニングにおいて同時にパターニング法により分割しても良い。
【０１４４】
巻回体には必要に応じて外部電極９を形成しても良い。外部電極９を形成することにより、各種電子機器などへの組み込みや配線が容易になる。外部電極９の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることができる。また、その形成方法としては、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。これらの方法によれば、外部電極の形成を効率よく行うことができる。
【０１４５】
また、必要により保護層１３を形成しても良い。
【０１４６】
【実施例】
（実施例１，比較例１）
実施の形態１に示した製造方法に従って図１に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例１）。
【０１４７】
基板２としての２５μｍ厚のポリアミド（ＰＡ）のフィルム上に、負極集電体３として０．３μｍ厚の白金層、負極活物質４として５μｍ厚のカーボン、固体電解質５として３μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として２μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．３μｍ厚の白金を、順に蒸着法により薄膜形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は３０ｍｍ×５０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は５ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１４８】
比較例１として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例１と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１４９】
（実施例２，比較例２）
実施の形態２に示した製造方法に従って図２に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例２）。
【０１５０】
基板２としての５０μｍ厚のポリイミド（ＰＩ）のフィルム上に、負極集電体３として０．５μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として１μｍ厚のリチウム−アルミニウム合金、固体電解質５として１μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として３μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．３μｍ厚のニッケルを、順に蒸着法により薄膜形成した。基板２から正極集電体７に至る繰り返し単位１６を１０枚重ね合わせ、対向する２側面にニッケルを溶射して外部電極９を形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は３０ｍｍ×５０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は５ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１５１】
比較例２として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例２と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５２】
（実施例３，比較例３）
実施の形態３に示した製造方法に従って図３に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例３）。
【０１５３】
負極集電体３として０．３μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として２μｍ厚のリチウム−アルミニウム合金、固体電解質５として０．５μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として４μｍ厚のコバルト酸リチウム、正極集電体７として０．２μｍ厚のニッケルを用いた。平板状の金属製基板上に、『負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７、正極活物質６、固体電解質５、負極活物質４、負極集電体３』を一つの繰り返し単位として、これを２０回繰り返して蒸着法により薄膜積層した。得られた積層体を基板から剥離後、対向する２側面にニッケルを溶射して外部電極９を形成した。積層方向において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが重なっている部分の寸法は１０ｍｍ×２０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図７に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は２ｍｍとした。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、メタルマスキング法を用いた。
【０１５４】
比較例３として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例３と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５５】
（実施例４，比較例４）
実施の形態４に示した製造方法に従って図４〜図６に示すエネルギーデバイスを製造した（実施例４）。
【０１５６】
基板２としての１０μｍ厚のポリイミド（ＰＩ）の長尺フィルム上に、負極集電体３として０．２μｍ厚のニッケル層、負極活物質４として１μｍ厚のシリコン、固体電解質５として１μｍ厚のＬｉ３ＰＯ４系材料、正極活物質６として２μｍ厚のニッケル酸リチウム、正極集電体７として０．２μｍ厚のニッケルを、順に蒸着法により薄膜形成した。得られた帯状積層体８を厚さ３００μｍの板状の内芯の周りに１００回巻回した。次いで、平板状の巻回体を図２６のプレス装置１１０にて１５０℃，３００ｋＰａにて加圧成型した。その後、両側面にニッケルを溶射した後、はんだ鍍金を施して外部電極９を形成した。内芯１１の片側において、負極集電体３、負極活物質４、固体電解質５、正極活物質６、正極集電体７の全てが内芯１１の法線方向に重なっている部分の寸法は２０ｍｍ×３０ｍｍとした。負極集電体３及び正極集電体７には図８に示すヒューズ部１２を形成した。ヒューズ部１２のくびれ部分の幅は３ｍｍ、そのピッチは巻回半周ごとに一カ所となるように設定した。薄膜のパターニング及びヒューズ部１２の形成は、オイルマスキング法を用いた。後述する評価試験の後、平板状の巻回体を分解したところ、プレスにより折り曲げられた両端部分（図６（Ａ）の左右両端部分）において、全ての負極集電体３及び正極集電体７にクラックにより帯状積層体８の長手方向に分離されていた。
【０１５７】
比較例４として、ヒューズ部１２を形成しない以外は実施例４と同様にしてエネルギーデバイスを製造した。
【０１５８】
［評価］
実施例１〜４、比較例１〜４のエネルギーデバイスについて、充電後に正負の外部電極を短絡してから電流遮断されるまでの時間、及び温度上昇（熱電対にてエネルギーデバイスの表面を測定したときの最高温度）を測定した。
【０１５９】
結果を表１に示す。
【０１６０】
【表１】
表１によれば、本発明のエネルギーデバイスは、短絡発生後短時間で電流が遮断され、また温度上昇も低く抑えられることが分かる。
【０１６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、短絡時に過電流が発生するとヒューズ部が溶断して過電流を遮断するので、安全性の高い過電流保護機能付きエネルギーデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３のエネルギーデバイスの概略構成を示した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４のエネルギーデバイスの概略構成を示した斜視図である。
【図５】図４における５−５線での矢視断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、図４における６Ａ−６Ａ線での矢視断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における部分６Ｂの拡大断面図である。
【図７】図７（Ａ）は本発明のヒューズ部の一例の平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線での矢視断面図である。
【図８】図８（Ａ）は本発明のヒューズ部の別の一例の平面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の８Ｂ−８Ｂ線での矢視断面図である。
【図９】図９（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の９Ｂ−９Ｂ線での矢視断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の１０Ｂ−１０Ｂ線での矢視断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線での矢視断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の１２Ｂ−１２Ｂ線での矢視断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の１３Ｂ−１３Ｂ線での矢視断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は本発明のヒューズ部の更に別の一例の平面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の１４Ｂ−１４Ｂ線での矢視断面図である。
【図１５】本発明の薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図１６】マスキングテープ法の概略を説明するための側面図である。
【図１７】オイルマスキング法を行うためのノズルの概略斜視図である。
【図１８】メタルマスキング法を行うためのメタルマスクの概略正面図である。
【図１９】本発明の薄膜積層工程を行う湿式塗工装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図２０】マスキングテープ法の概略を説明するための側面図である。
【図２１】グラビアロール法を行うためのグラビアロールの概略斜視図である。
【図２２】メタルマスキング法を行うためのメタルマスクの概略正面図である。
【図２３】本発明の薄膜積層工程を行う真空成膜装置の一例の概略構成を示した側面断面図である。
【図２４】本発明の巻回工程を行う巻き取り装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【図２５】本発明の巻回工程を行う巻き取り装置の別の一例の概略構成を示した側面図である。
【図２６】本発明の加圧工程を行うプレス装置の一例の概略構成を示した側面図である。
【符号の説明】
１・・・エネルギーデバイス
２・・・基板
３・・・負極集電体
４・・・負極活物質
５・・・固体電解質
６・・・正極活物質
７・・・正極集電体
８・・・帯状積層体
９・・・外部電極
１０・・・平板状巻回体
１１・・・内芯
１２・・・ヒューズ部
１２ａ・・・異種金属
１３・・・保護層
１５・・・積層単位
１６・・・繰り返し単位
２０・・・真空成膜装置
２１・・・真空槽
２１ａ・・・隔壁
２１ｂ・・・搬送室
２１ｃ・・・薄膜形成室
２１ｄ・・・隔壁
２４・・・真空ポンプ
２５・・・巻き出しロール
２６・・・搬送ロール
２７・・・ボビン
２８，２８ａ，２８ｂ・・・薄膜形成源
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ・・・マスキングテープ
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ・・・巻き出しロール
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ・・・巻き取りロール
３５・・・ノズル
３６・・・微細孔
３８・・・メタルマスク
３９ａ，３９ｂ・・・開口
４０・・・湿式塗工装置
５０ａ，５０ｂ・・・塗工部
５１，５１ｂ・・・搬送ロール
５２ｂ・・・リバースロール
５３，５３ａ，５３ｂ・・・ファウンテン
５４ａ，５４ｂ・・・加熱装置
５５，５５ａ，５５ｂ・・・材料供給部
５９ａ・・・グラビアロール
５９ｂ・・・ドクターブレード
６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ・・・マスキングテープ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ・・・巻き出しロール
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ・・・巻き取りロール
７０・・・グラビアロール
７１・・・刻印
７５・・・メタルマスク
７６ａ，７６ｂ・・・開口
８０・・・真空成膜装置
８１・・・真空槽
８１ａ・・・隔壁
８１ｂ・・・搬送室
８１ｃ・・・薄膜形成室
８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ・・・隔壁
８４・・・真空ポンプ
８６・・・回転ロール
８８ａ・・・負極活物質成膜装置
８８ｂ・・・固体電解質成膜装置
８８ｃ・・・正極活物質成膜装置
８８ｄ・・・集電体成膜装置
８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄ・・・シャッタ
９０・・・巻き取り装置
９１・・・切断装置
１００・・・巻き取り装置
１０２・・・巻回体
１１０・・・プレス装置
Claims (21)
- 基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とを備えるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイス。
- 基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された繰り返し単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイス。
- 負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位が２以上積層されたエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイス。
- 可とう性の長尺基板と、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位とが積層された帯状積層体が巻回されてなるエネルギーデバイスであって、前記負極集電体又は前記正極集電体は、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割されており、前記複数の領域のうちの少なくとも一つの領域に過電流により溶断するヒューズ部を有することを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイス。
- 前記ヒューズ部が、薄膜の寸法変化により形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイス。
- 前記ヒューズ部が、前記負極集電体又は前記正極集電体とは異なる異種材料を含む請求項１〜４のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイス。
- 前記異種材料の電気抵抗の温度係数が、前記ヒューズ部が設けられた前記負極集電体又は前記正極集電体の前記異種材料以外の部分を構成する材料の電気抵抗の温度係数よりも大きい請求項６に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイス。
- 前記負極集電体と前記固体電解質との間に負極活物質を更に備える請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギーデバイス。
- 基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、
更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。 - 基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層する工程と、
前記基板と前記積層単位とからなる積層体を２以上積み重ねる工程と
を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、
更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。 - 基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を２以上積層する工程を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、
更に、前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程を備えることを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。 - 可とう性の長尺基板上に、負極集電体、固体電解質、正極活物質、及び正極集電体をこの順に備える積層単位を積層して帯状積層体を得る工程と、
前記帯状積層体を巻回する工程と
を含むエネルギーデバイスの製造方法であって、
更に、前記負極集電体又は前記正極集電体を、前記帯状積層体の長手方向に複数の領域に分割する工程と、
前記負極集電体又は前記正極集電体に過電流により溶断するヒューズ部を形成する工程と
を備えることを特徴とする過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。 - 前記ヒューズ部を真空成膜法におけるパターニング法により形成する請求項９〜１２のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
- 前記真空成膜法が、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、及びレーザーアブレーション法のいずれかである請求項１３に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
- 前記パターニング法が、マスキングテープ法、オイルマスキング法、及びメタルマスキング法のいずれかである請求項１３に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
- 前記ヒューズ部を湿式塗工法におけるパターニング法により形成する請求項９〜１２のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
- 前記湿式塗工法が、グラビアコート、リバースコート、スプレーコート、スクリーンコート、及びオフセットコートのいずれかである請求項１６に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
- 前記パターニング法が、マスキングテープ法、グラビアロール法、スクリーン印刷法、及びメタルマスキング法のいずれかである請求項１６に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
- 更に、外部電極を付与する工程を備える請求項９〜１２のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
- 前記外部電極が、溶射、メッキ、及び塗布のいずれかにより付与される請求項１９に記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
- 前記負極集電体と前記固体電解質との間に負極活物質を積層する請求項９〜１２のいずれかに記載の過電流保護機能付きエネルギーデバイスの製造方法。
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