CN103069639A - 层叠型固体电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层叠型固体电池，能够以简单的结构对构成层叠型固体电池的多个单电池进行并联连接。层叠型固体电池（10）包括（单电池1）和（单电池2）、以及以夹在（单电池1）和（单电池2）之间的方式进行配置的内部集电层（4）。（单电池1）和（单电池2）分别由依次进行层叠的正极层（1）、固体电解质层（3）及负极层（2）构成。内部集电层（4）以与（单电池1）和（单电池2）各自的负极层（2）接触的方式进行配置。此外，内部集电层（4）包含电子传导材料，并进一步包含具有离子传导导电性的特定传导材料。

Description

层叠型固体电池
技术领域
本发明主要涉及层叠型固体电池，尤其涉及对单电池进行并联连接所构成的层叠型固体电池。
背景技术
近年来，使用电池、特别是二次电池来作为移动电话、便携式个人计算机等便携式电子设备的电源。作为二次电池的一个例子，已知锂离子二次电池相对而言具有较大的能量密度。以往，在上述二次电池中，使用有机溶剂等液体的电解质（电解液）来作为用于使离子移动的介质。但是，在使用电解液的二次电池中，存在电解液泄漏等问题。为此，正在开发一种使用固体电解质、并用固体来构成所有构成要素的层叠型固体电池。
作为这种层叠型固体电池的结构，例如，日本专利特开2004-158222号公报（下文称为专利文献1）中揭示了将薄膜固体锂离子二次电池作为一个单元，并将该电池单元重叠多层所得到的多层层叠电池的结构。
在专利文献1所揭示的一个结构中，对正极层、固体电解质层、负极层、和集电层进行层叠来得到发电要素，并经由具有电子传导和离子传导绝缘性的绝缘层对多个该发电要素进行层叠所得到的层叠型固体电池中，将设置在集电层的外周缘部的引出调整片在与层叠体方向垂直的方向上配置并引出至层叠体的外侧，在这些引出调整片上设置贯穿绝缘层的连接用过孔，过孔中埋入有金属电极从而可进行连接，根据这些连接的组合，能选择串联型、并联型、和串并联型的连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-158222号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所揭示的一个层叠型固体电池中，通过绝缘层来对各单电池进行电子传导和离子传导的绝缘，并通过配置于单电池外侧的引出调整片来对各单电池进行并联电连接。
然而，由于在单电池外侧使用配置于每个单电池的引出调整片来对单电池进行电连接，因此，需要与单电池基本相同数量的引出调整片。此外，需要在层叠型固体电池中具备用于配置引出调整片的容积。
因此，本发明的目的在于提供一种层叠型固体电池，能够以简单的结构对构成层叠型固体电池的多个单电池进行并联连接。
为解决问题所采用的技术方案
本发明的层叠型固体电池包括第一和第二单电池、以及以夹在第一和第二单电池之间的方式进行配置的内部集电层。第一和第二单电池分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成。内部集电层与第一和第二单电池各自的正极层接触，或者与第一和第二单电池各自的负极层接触。此外，内部集电层包含具有离子传导导电性的特定传导材料。
首先，在本发明中，由于在内部集电层的两侧配置有相同的极，因此能够得到多个单电池进行并联连接且之间夹有内部集电层的单极型的层叠型固体电池。由此，能够得到高容量型的层叠型固体电池。
此外，在本发明的层叠型固体电池中，夹在第一和第二单电池之间的内部集电层包含具有离子传导导电性的特定传导材料，因此能够对相邻的两个单电池进行并联的电连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层彼此之间或负极层彼此之间进行离子传导导通。由此，能够使经由内部集电层相邻的正极层之间或负极层之间的电位平均化，因此能够得到稳定的输出电压。
而且，能够在省略引出调整片等外部集电构件的情况下，对构成层叠型固体电池的单电池进行并联电连接。由此，能够得到空间利用率和成本较佳的层叠型固体电池。
在本发明的层叠型固体电池中，内部集电层进一步包含电子传导材料。
通过采用上述结构，能够提高内部集电层的电子传导性。
优选地，上述电子传导材料包含从包括导电性氧化物、金属及碳素材料的组中选出的至少一种材料。
优选地，在本发明的层叠型固体电池中，特定传导材料具有与从正极层及负极层中选出的至少一层中包含的固体电解质材料相同或相类似的结构。
通过采用上述结构，能够使正极层或负极层、固体电解质层和内部集电层的收缩率相近。由此，能够在通过一体烧结来制作层叠型固体电池时抑制裂纹等的产生。
此外，优选地，在本发明的层叠型固体电池中，上述固体电解质材料和特定传导材料包含含有锂的化合物。
另外，优选地，在本发明的层叠型固体电池中，固体电解质材料和特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
通过采用上述结构，能够通过一体烧结来致密地制作层叠型固体电池。
优选地，在本发明的层叠型固体电池中，固体电解质材料和特定传导材料包含具有NASICON(钠超离子导体)型结构的含有锂的磷酸化合物。
优选地，包含在上述特定传导材料中的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物由化学式Li1+xMxM'2-x(PO4)3（化学式中，x满足0≤x≤1，M是Al或Ga，M'是从包括Ti、Ge及Zr的组中选出的一种以上的元素）来表示。对于这种情况，上述化学式中，P的一部分可以由B、Si等来替换。
优选地，在本发明的层叠型固体电池中，从正极层及负极层中选出的至少一层中包含的活性物质材料、从正极层及负极层中选出的至少一层中包含的固体电解质材料、固体电解质层中包含的固体电解质材料、以及内部集电层中包含的特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
通过采用上述结构，正极层或负极层、固体电解质层和内部集电层共享磷酸骨架，由此能够通过一体烧结来更致密地制作低阻力的层叠型固体电池。
此外，优选地，本发明的层叠型固体电池是通过在n个分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成的单电池之间配置n-1个所述内部集电层，并对n个单电池进行层叠而形成的层叠型固体电池，位于第1级及第n级的单电池的不与内部集电层邻接的面上配置有具有电子传导性的外部电极。另外，优选地，将n-1个内部集电层中与单电池的正极层相接触的内部集电层、和与单电池的正极层相接触的外部电极与正极端子连接，将n-1个内部集电层中与单电池的负极层相接触的内部集电层、和与单电池的负极层相接触的外部电极与负极端子连接。
由于无需对位于层叠型固体电池的最上一级和最下一级的单电池的各个端面进行离子传导的绝缘，因此，并不一定需要配置具有离子传导绝缘性的层。因此，通过如上所述配置具有电子传导性的外部电极，从而能够降低层叠型固体电池的电阻。
优选地，在本发明的层叠型固体电池中，形成外部电极的导电材料包含从导电性氧化物及金属中选出的至少一种材料。
发明效果
如上所述根据本发明，由于在内部集电层的两侧配置有相同的极，因此能够得到多个单电池进行并联连接且之间夹有内部集电层的单极型的层叠型固体电池。此外，能够以简单的结构来对构成层叠型固体电池的多个单电池进行并联连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层彼此之间或负极层彼此之间进行离子传导导通，因此能够使经由内部集电层邻接的正极层之间或负极层之间的电位平均化，从而能得到稳定的输出电压。
附图说明
图1是示意性表示作为本发明实施方式1的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图2是示意性表示作为本发明实施方式2的单电池为偶数个时的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图3是示意性表示作为本发明实施方式2的单电池为奇数个时的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图4是示意性表示本发明的实施例中制作出的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图5是示意性表示本发明的实施例中制作出的带有外部端子的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图6是示意性表示作为本发明实施方式3的单电池为奇数个时的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图7是示意性表示作为本发明实施方式4的单电池为奇数个时的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
（实施方式1）
首先，对作为本发明的实施方式1的层叠型固体电池的基本结构、即层叠体进行说明。另外，在后文阐述的本发明的各实施方式中，层叠体的平面形状没有限定，例如，假设其通常为矩形来进行说明。
如图1所示，在层叠型固体电池10中，（单电池1）和（单电池2）经由内部集电层4进行层叠。（单电池1）和（单电池2）分别由依次进行层叠的正极层1、固体电解质层3及负极层2构成。
（单电池1）、（单电池2）和内部集电层4进行层叠，使得内部集电层4的一个侧面（图1中为上表面）与（单电池2）的负极层2邻接，内部集电层4的另一个侧面（图1中为下表面）与（单电池1）的负极层2邻接。图1中，内部集电层4以与（单电池1）和（单电池2）各自的负极层2接触的方式进行配置，但也可以以与（单电池1）和（单电池2）各自的正极层1接触的方式进行配置。内部集电层4至少包含具有离子传导导电性的特定传导材料。
在如上所述构成的本发明的层叠型固体电池10中，由于在内部集电层4的两侧配置有相同的极，因此能够得到多个单电池进行并联连接且之间夹有内部集电层4的单极型的层叠型固体电池10。由此，能够得到高容量型的层叠型固体电池10。
此外，在本发明的层叠型固体电池10中，夹在（单电池1）和（单电池2）之间的内部集电层4包含具有离子传导导电性的特定传导材料，因此能够对相邻的两个单电池进行并联电连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层1彼此之间或负极层2彼此之间进行离子传导导通。由此，能够使经由内部集电层4相邻的正极层1之间或负极层2之间的电位平均化，因此能够得到稳定的输出电压。
而且，能够在省略引出调整片等外部集电构件的情况下，对构成层叠型固体电池10的单电池进行并联电连接。由此，能够得到空间利用率和成本较佳的层叠型固体电池10。
在如上所述构成的层叠型固体电池10中，内部集电层4进一步包含电子传导材料。具体而言，优选地，内部集电层4包含：从包括导电性氧化物、金属及碳素材料的组中选出的至少一种电子传导材料；以及具有离子传导导电性的特定传导材料。另外，用作上述电子传导材料的金属特别优选为电阻较低的镍、铜、银等。
通过采用上述结构，能够提高内部集电层4的电子传导性。
如上所述，通过使用具有离子传导导电性的材料来作为包含在内部集电层4中的特定传导材料，从而能够使经由内部集电层4进行层叠的正极层1彼此之间或负极层2彼此之间进行离子传导导通，并且通过使内部集电层4包含电子传导材料，从而能够使经由内部集电层4进行层叠的正极层1之间或负极层2之间电接触。由此，能够使经由内部集电层4相邻的正极层1之间或负极层2之间的电位平均化，因此能够得到稳定的输出电压。
此外，优选地，特定传导材料具有与正极层1或负极层2的至少任意一层中包含的固体电解质材料相同或相类似的结构。
通过采用上述结构，能够使正极层1或负极层2、固体电解质层3和内部集电层4的收缩率相近。由此，能够在通过一体烧结来制作层叠型固体电池10时抑制裂纹等的产生。
另外，上述固体电解质材料和特定传导材料优选包含含有锂的化合物。并且，上述固体电解质材料和特定传导材料优选包含含有锂的磷酸化合物。在这些情况下，固体电解质材料和特定传导材料可以不是相同组成或相同组成比率的化合物。
通过采用上述结构，能够通过一体烧结来致密地制作层叠型固体电池10。特别是能够得到正极层1、负极层2、固体电解质层3及内部集电层4的密接性提高且不会产生剥离或裂纹的致密的层叠体。
在本发明的层叠型固体电池10中，固体电解质材料和特定传导材料优选包含具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物。对于这种情况，固体电解质材料和特定传导材料可以不是相同组成或相同组成比率的化合物，是具有相同结构的化合物即可。
上述特定传导材料中包含的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物优选由化学式LixMy(PO4)3（化学式中，x满足1≤x≤2，y满足1≤y≤2，M是从包括Ti、Ge、Al、Ga及Zr的组中选出的一种以上的元素）来表示。对于这种情况，上述化学式中，P的一部分可以由B、Si等来替换。
作为上述固体电解质材料和特定传导材料中使用的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物，可以使用例如，对具有Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3和Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3等不同组成的两个以上的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物进行混合后得到的混合物。
此外，作为上述固体电解质材料和特定传导材料中使用的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物，也可以使用包含具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物的结晶相的化合物，或者也可以使用通过热处理使具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物的结晶相析出的玻璃。
另外，作为上述固体电解质材料中使用的材料，除具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物以外，也可以使用具有离子传导性、且电子传导性小到可以忽略的材料。作为上述材料，可以举出例如，卤化锂、氮化锂、锂的含氧酸盐、及它们的衍生物。此外，也能举出磷酸锂（Li3PO4）等Li-P-Q类化合物；磷酸锂中混入了氮的LIPON(LiPO4-xNx)、Li4SiO4等Li-Si-O类化合物；Li-P-Si-O类化合物；Li-V-Si-O类化合物；La0.51Li0.35TiO2.94、La0.55Li0.35TiO3、Li3xLa2/3-xTiO3等具有钙钛矿型结构的化合物；含有Li、La、Zr且具有石榴石型结构的化合物等。
优选地，在本发明的层叠型固体电池10中，正极层1或负极层2的至少任意一层中包含的活性物质材料、正极层1或负极层2的至少任意一层中包含的固体电解质材料、固体电解质层3中包含的固体电解质材料、以及内部集电层4中包含的特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
通过采用上述结构，正极层1或负极层2、固体电解质层3和内部集电层4共享磷酸骨架，由此能够通过一体烧结来更致密地制作低阻力的层叠型固体电池10。
另外，上述活性物质材料的种类没有限定，作为正极活性物质材料，可以使用Li3V2(PO4)3、LiFePO4、LiMnPO4等具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物；或者具有橄榄石型结构的含有锂的磷酸化合物。此外，也可以使用LiCoO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2等层状化合物；LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、Li4Ti5O12等具有尖晶石型结构的含有锂的化合物；LiFePO4、LiMnPO4等磷酸化合物来作为正极活性物质材料。作为负极活性物质材料，可以使用石墨-锂化合物；Li-Al等锂合金；Li3V2(PO4)3、Li3Fe2(PO4)3、Li4Ti5O12等氧化物等。
形成内部集电层4的方法没有特别限定，例如，可以通过将材料调制成浆料状并进行生片的层叠，或者，也可以将材料调制成糊料状并进行丝网印刷等来进行。生片的成形方法没有特别限定，可以使用模涂机，逗号刮涂布机，丝网印刷法等来进行。生片的层叠方法没有特别限定，可以使用热等静压（HIP）、冷等静压（CIP）、静液压（WIP）等来进行。
（实施方式2）
接着，对作为本发明的实施方式2并以图1所示的层叠型固体电池10为基本结构的层叠型固体电池进行说明。图2中示意性表示了单电池为偶数个时的层叠型固体电池的截面结构，图3中示意性表示了单电池为奇数个时的层叠型固体电池的截面结构。
如图2所示，在层叠型固体电池100中，与图1同样地，n个（偶数个）（单电池1～n）经由内部集电层4a、4b进行层叠。如图3所示，在层叠型固体电池200中，与图1同样地，n+1个（奇数个）单电池经由内部集电层4a、4b进行层叠。经由n－1个或n个内部集电层4a、4b来对n个或n+1个单电池进行层叠，使得各（单电池1～n）的正极层1（负极层2）彼此之间在层叠方向上相对配置。正极层1彼此之间经由内部集电层4a相对配置。负极层2彼此之间经由内部集电层4b相对配置。如图2所示，在通过将n个单电池层叠而形成的层叠体的外侧面上，配置有外部电极5a。如图3所示，在通过将n+1个单电池层叠而形成的层叠体的外侧面上，配置有外部电极5a和5b。具体而言，如图2和图3所示，在位于层叠体的一侧端部即最下一级的（单电池1）中，在正极层1的不与固体电解质层3邻接的面上，配置有具有电子传导性的外部电极5a。如图2所示，在位于层叠体的另一侧端部即最上一级的（单电池n）中，在正极层1的不与固体电解质层3邻接的面上，配置有具有电子传导性的外部电极5a。如图3所示，在位于层叠体的另一侧端部即最上一级并配置在（单电池n）上的单电池中，在负极层2的不与固体电解质层3邻接的面上，配置有具有电子传导性的外部电极5b。图2中，通过将外部电极5a和各内部集电层4a与正极端子连接，将各内部集电层4b与负极端子连接来进行充电和放电。图3中，通过将外部电极5a和各内部集电层4a与正极端子连接，将外部电极5a和各内部集电层4b与负极端子连接来进行充电和放电。
在如上所述构成的层叠型固体电池100或200中，通过使用具有离子传导导电性的材料来作为包含在内部集电层4a、4b中的特定传导材料，从而能够使经由内部集电层4a或4b进行层叠的正极层1之间或负极层2之间进行离子传导导通，并且通过使内部集电层4a、4b包含电子传导材料，从而能够使经由内部集电层4a或4b进行层叠的正极层1彼此之间或负极层2彼此之间电接触。由此，能够使经由内部集电层4a或4b相邻的正极层1之间或负极层2之间的电位平均化，因此能够得到稳定的输出电压。此外，能够在不使用引出调整片等外部集电构件的情况下，对构成层叠型固体电池100或200的n个或n+1个单电池进行并联电连接。由此，能够得到空间利用率和成本较佳的层叠型固体电池100。
另外，构成本实施方式的层叠型固体电池100或200的方法没有特别限定，例如可以采用以下方法等：首先，构成n个或n+1个单电池和内部集电层4a或4b，依次对它们进行层叠并使它们夹在一组外部电极5a和5b之间来构成层叠型固体电池100或200；或者，依次在外部电极5a上层叠正极层1、固体电解质层3、负极层2、内部集电层4b，最后层叠外部电极5b来构成层叠型固体电池100或200。
此外，也可以如图6所示的层叠型固体电池300那样，通过在正极层1及负极层2的侧面配置保护层6，从而形成不容易发生由于正极层1和负极层2在层叠型固体电池300的侧面上接触所导致的短路的结构。对于这种情况，保护层6由不具有电子传导性的材料构成即可，作为其材料，可以使用例如Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3等具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物。
另外，也可以如图7所示的层叠型固体电池400那样，在图6所示的层叠型固体电池300的侧面配置具有电子传导性的外部集电层7a、7b，并使用外部集电层7a作为正极端子，使用外部集电层7b作为负极端子。构成外部集电层7a、7b的材料没有特别限定，可以包含金属材料、碳素材料等具有电子传导性的材料。
在实施方式1～2的各层叠型固体电池中，可使用以下所示的材料来实现各构成要素。
固体电解质层3包含上述的固体电解质材料来作为主要材料。
正极层1包含上述的正极活性物质材料和固体电解质材料的混合物来作为主要材料。此外，正极层1可以含有少量的碳等来作为导电剂。
负极层2包含上述的负极活性物质材料和固体电解质材料的混合物来作为主要材料。此外，负极层2可以含有少量的碳等来作为导电剂。
实施例
下面对本发明的实施例进行说明。
将对实际制作本发明实施方式2的层叠型固体电池的实施例进行说明。
<活性物质粉末的合成>
采用以下步骤来合成包含作为活性物质材料的含有锂的钒磷酸化合物（Li3V2(PO4)3）（下文称为LVP）粉末和作为导电剂的碳粉末在内的活性物质粉末。
（1）在研钵中对作为原料的Li2CO3、V2O5及(NH4)2H(PO4)3的各粉末进行混合以使其达到LVP的化学计量比。
（2）在空气气氛下以600°C的温度对得到的混合粉末烧成10小时。
（3）在得到的烧成粉末中加入作为导电材料的碳粉末并在研钵中进行混合。
（4）在氩气气氛下以950℃的温度对得到的混合粉末烧成10小时。
<正负极层用片材、固体电解质层用片材、内部集电层用片材的制作>
将作为固体电解质材料的NASICON型铝取代的磷酸锗锂（Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3）（下面称为LAGP）的结晶粉末、和作为粘合剂的聚乙烯醇在甲苯中溶解后得到的粘合剂溶液进行混合来得到固体电解质层用浆料。混合比以质量比率定为LAGP:聚乙烯醇=70:30。
使用在研钵中对50质量份的作为固体电解质材料的LAGP的结晶粉末、45质量份的上述得到的活性物质粉末和5质量份的作为导电剂的碳粉末进行混合后所得到的混合粉末来作为主要材料，并将该主要材料和、把作为粘合剂的聚乙烯醇在甲苯中溶解后得到的粘合剂溶液进行混合来制作由相同材料构成的正极层用浆料和负极层用浆料。混合比以质量比率定为主要材料:聚乙烯醇=70:30。
使用在研钵中对50质量份的作为特定传导材料的含有锂锗的NASICON化合物、即LAGP的结晶粉末和50质量份的作为电子传导材料的碳粉末进行混合后得到的混合粉末来作为主要材料，并将该主要材料和、把作为粘合剂的聚乙烯醇在甲苯中溶解后得到的粘合剂溶液进行混合来制作内部集电层用浆料。混合比以质量比率定为主要材料:聚乙烯醇=70:30。
使用刮刀将如上所述制作出的正极层用浆料、负极层用浆料、固体电解质层用浆料及内部集电层用浆料成形为50μm的厚度，由此制作出正极层用片材、负极层用片材、固体电解质层用片材及内部集电层用片材。
<层叠型固体电池的制作>
以图4所示的层叠体的结构对已冲压成直径为12mm的圆板形状的正极层1用片材、负极层2用片材、固体电解质层3用片材及内部集电层4用片材进行层叠，并在60°C的温度下以1吨的压力进行热压接，得到层叠型固体电池10用层叠体。这里，正极层1由一片正极层用片材构成，负极层2由两片负极层用片材构成。
使用和内部集电层4用片材相同的片材来作为图5所示的外部电极5a、5b用片材，并在（单电池1）和（单电池3）各自的不与内部集电层4邻接的面上层叠外部电极5a、5b用片材。
使用两片氧化铝制的陶瓷板来对如上所述得到的固体电池用层叠体进行夹持，并在氧气气氛下以500°C的温度烧成2小时来去除聚乙烯醇，之后，在氮气气氛下以700°C的温度烧成2小时，从而进行正极层1、负极层2、固体电解质3、内部集电层4、外部电极5a、5b的烧结接合。通过引线键合从烧成后的固体电池用层叠体的内部集电层4中制作出引出电极，并将其与外部电极5a、5b接合，由此得到图5所示的层叠型固体电池。
另外，通过溅射在图5所示的层叠型固体电池的外部电极5a、5b的外侧形成铂层以进行高效的集电。
之后，以100°C的温度对层叠型固体电池进行干燥后，用2032型币形单元进行密封。
<固体电池的评价>
通过如图5所示，将外部电极5a与正极端子连接，将外部电极5b与负极端子连接，从而来进行充电和放电。以0～3V的电压范围、200μA/cm2的电流密度对图5所示的层叠型固体电池进行恒电流恒电压充放电测定，作为其结果，确认能够进行充放电。
另外，在本实施例中，使用了LAGP的结晶粉末来作为固体电解质材料及特定传导材料，但使用LAGP的非结晶粉末也能获得同样的效果。
此外，本实施例中仅对将LVP用作负极活性物质的例子进行了说明，但使用石墨-锂化合物、Li-Al等锂合金、Li3V2(PO4)3、Li3Fe2(PO4)3、Li4Ti5O12等氧化物来作为负极活性物质也能获得同样的效果。
应当认为本次披露的实施方式和实施例的所有方面仅是举例表示，并非是限制性的。本发明的范围由权利要求书来表示，而并非由上述实施方式来表示，本发明的范围还包括与权利要求书等同的含义及范围内的所有的修正和变形。
工业上的实用性
根据本发明的层叠型固体电池，能够得到多个单电池进行并联连接且之间夹有内部集电层的单极型的层叠型固体电池。此外，能够对构成层叠型固体电池的多个单电池进行并联连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层彼此之间或负极层彼此之间进行离子传导导通，因此能够使经由内部集电层邻接的正极层之间或负极层之间的电位平均化，从而能得到输出电压稳定的层叠型固体电池。
标号说明
1：正极层，2：负极层，3：固体电解质层，4：内部集电层，10、100、200、300、400：层叠型固体电池。

Claims (10)

1.一种层叠型固体电池，其特征在于，包括：
至少第一和第二单电池，该第一和第二单电池分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成；以及
内部集电层，该内部集电层配置成与所述第一和第二单电池各自的正极层接触，或者与所述第一和第二单电池各自的负极层接触，以夹在所述第一和第二单电池之间，
所述内部集电层包含电子传导材料，并进一步包含具有离子传导导电性的特定传导材料。
2.如权利要求1所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述电子传导材料包含从包括导电性氧化物、金属及碳素材料的组中选出的至少一种材料。
3.如权利要求1或2所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述特定传导材料具有与从所述正极层及所述负极层中选出的至少一层中包含的固体电解质材料相同或相类似的结构。
4.如权利要求3所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述固体电解质材料和所述特定传导材料包含含有锂的化合物。
5.如权利要求3所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述固体电解质材料和所述特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
6.如权利要求3所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述固体电解质材料和所述特定传导材料包含具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物。
7.如权利要求6所述的层叠型固体电池，其特征在于，包含在所述特定传导材料中的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物由化学式Li1+xMxM'2-x(PO4)3（化学式中，x满足0≤x≤1，M是Al或Ga，M'是从包括Ti、Ge及Zr的组中选出的一种以上的元素）来表示。
8.如权利要求1所述的层叠型固体电池，其特征在于，从所述正极层及所述负极层中选出的至少一层中包含的活性物质材料、从所述正极层及所述负极层中选出的至少一层中包含的固体电解质材料、包含在所述固体电解质层中的固体电解质材料、以及包含在所述内部集电层中的所述特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
9.如权利要求1至8中任一项所述的层叠型固体电池，其特征在于，该层叠型固体电池是通过在n个分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成的单电池之间配置n-1个所述内部集电层，并对所述n个所述单电池进行层叠而形成的，
位于第1级及第n级的所述单电池的不与所述内部集电层邻接的面上配置有具有电子传导性的外部电极，
将n-1个所述内部集电层中与所述单电池的所述正极层相接触的所述内部集电层、和与所述单电池的所述正极层相接触的所述外部电极与正极端子连接，
将n-1个所述内部集电层中与所述单电池的所述负极层相接触的所述内部集电层、和与所述单电池的所述负极层相接触的所述外部电极与负极端子连接。
10.如权利要求9所述的层叠型固体电池，其特征在于，形成所述外部电极的导电材料包含从导电性氧化物及金属中选出的至少一种材料。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108736054A (zh) * 2017-04-13 2018-11-02 丰田自动车株式会社 层叠型电池
CN109119702A (zh) * 2018-08-21 2019-01-01 京东方科技集团股份有限公司 一种全固态锂电池及其制备方法
CN109742449A (zh) * 2018-12-15 2019-05-10 桂林理工大学 一种nasicon型固态电解质的制备方法
TWI676316B (zh) * 2018-11-06 2019-11-01 輝能科技股份有限公司 極層複合材料改良結構
CN112086291A (zh) * 2019-06-13 2020-12-15 青岛九环新越新能源科技股份有限公司 全固态电容电芯、叠层电容电芯和复合电容电芯
CN112582663A (zh) * 2019-09-12 2021-03-30 太阳诱电株式会社 全固体电池和电池组件
CN112689922A (zh) * 2018-09-14 2021-04-20 株式会社村田制作所 固体电池及固体电池组
CN113454826A (zh) * 2019-03-12 2021-09-28 Tdk株式会社 层叠型全固体二次电池及其制造方法
CN113508477A (zh) * 2019-07-12 2021-10-15 松下知识产权经营株式会社 电池
CN114503357A (zh) * 2019-10-11 2022-05-13 株式会社村田制作所 固体电池
CN115084620A (zh) * 2021-03-11 2022-09-20 本田技研工业株式会社 固体电池

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014050500A1 (ja) * 2012-09-28 2014-04-03 株式会社村田製作所 全固体電池の製造方法
WO2014119663A1 (ja) 2013-02-01 2014-08-07 株式会社日本触媒 電極前駆体、電極、及び、電池
JP6532186B2 (ja) * 2013-05-23 2019-06-19 株式会社日本触媒 電極前駆体、電極、及び、二次電池
US10090566B2 (en) * 2013-08-27 2018-10-02 Robert Bosch Gmbh Solid state battery with offset geometry
JP6217286B2 (ja) * 2013-09-27 2017-10-25 株式会社村田製作所 全固体電池およびその製造方法
KR101836581B1 (ko) * 2015-12-10 2018-03-08 현대자동차주식회사 전고체 전지 및 이의 제조방법
JP6622091B2 (ja) * 2016-01-05 2019-12-18 株式会社日本マイクロニクス 電池構造体、及び積層電池
CN109937505B (zh) 2016-11-08 2022-07-08 株式会社村田制作所 固体电池及其制造方法、车辆、蓄电系统、工具及设备
WO2018154925A1 (ja) 2017-02-23 2018-08-30 株式会社村田製作所 全固体蓄電エレメント積層体及び電池
US10581109B2 (en) 2017-03-30 2020-03-03 International Business Machines Corporation Fabrication method of all solid-state thin-film battery
US10944128B2 (en) 2017-03-30 2021-03-09 International Business Machines Corporation Anode structure for solid-state lithium-based thin-film battery
US10903672B2 (en) 2017-03-30 2021-01-26 International Business Machines Corporation Charge method for solid-state lithium-based thin-film battery
US10622680B2 (en) 2017-04-06 2020-04-14 International Business Machines Corporation High charge rate, large capacity, solid-state battery
JP6835212B2 (ja) * 2017-05-01 2021-02-24 株式会社村田製作所 固体電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器
EP3740995A4 (en) * 2018-01-16 2021-10-20 Printed Energy Pty Ltd THIN FILM-BASED ENERGY STORAGE DEVICES
CN111727524B (zh) * 2018-01-31 2024-02-09 萨库公司 具有密封阳极结构的混合固态电池
WO2019163756A1 (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 株式会社村田製作所 固体電池
WO2019163755A1 (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 株式会社村田製作所 固体電池
CN111480260B (zh) 2018-03-02 2023-07-25 株式会社村田制作所 全固体电池
WO2020137256A1 (ja) * 2018-12-28 2020-07-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池
WO2020195381A1 (ja) * 2019-03-27 2020-10-01 株式会社村田製作所 固体電池
WO2020203877A1 (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 株式会社村田製作所 固体電池
JP7465077B2 (ja) * 2019-11-21 2024-04-10 太陽誘電株式会社 全固体電池とその製造方法
CN111883820A (zh) * 2020-07-03 2020-11-03 上海电气集团股份有限公司 一种固态锂电池
KR20220096926A (ko) * 2020-12-31 2022-07-07 삼성전기주식회사 전고체 전지
US20240304854A1 (en) * 2021-02-19 2024-09-12 Honda Motor Co., Ltd. Unit solid-state battery and method for producing unit solid-state battery
JP2022129560A (ja) * 2021-02-25 2022-09-06 セイコーエプソン株式会社 積層型固体電池
JP2022129559A (ja) * 2021-02-25 2022-09-06 セイコーエプソン株式会社 積層型固体電池
US20220293927A1 (en) * 2021-03-03 2022-09-15 U.S. Army Combat Capabilities Development Command, Army Research Laboratory Electrolyte and Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries
WO2023058294A1 (ja) * 2021-10-06 2023-04-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池および電池の製造方法
JPWO2023058295A1 (zh) * 2021-10-06 2023-04-13
WO2023079792A1 (ja) * 2021-11-08 2023-05-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 積層電池
WO2024189960A1 (ja) * 2023-03-16 2024-09-19 Fdk株式会社 固体電池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101034743A (zh) * 2006-03-10 2007-09-12 德古萨公司 用于二次(可充电)锂蓄电池的阴极材料
JP2008198492A (ja) * 2007-02-13 2008-08-28 Namics Corp 全固体二次電池
JP2010108751A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999067836A1 (fr) * 1998-06-25 1999-12-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Cellule et procede de production
JP2004158222A (ja) 2002-11-01 2004-06-03 Mamoru Baba 多層積層電池
JP4599314B2 (ja) * 2006-02-22 2010-12-15 株式会社東芝 非水電解質電池、電池パック及び自動車
EP1826860B1 (en) * 2006-02-24 2018-07-18 NGK Insulators, Ltd. All-solid-state battery
JP4501905B2 (ja) * 2006-07-19 2010-07-14 トヨタ自動車株式会社 組電池
US8338038B2 (en) * 2008-09-12 2012-12-25 Ceramatec, Inc Electrochemical cell comprising ionically conductive membrane and porous multiphase electrode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101034743A (zh) * 2006-03-10 2007-09-12 德古萨公司 用于二次(可充电)锂蓄电池的阴极材料
JP2008198492A (ja) * 2007-02-13 2008-08-28 Namics Corp 全固体二次電池
JP2010108751A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108736054A (zh) * 2017-04-13 2018-11-02 丰田自动车株式会社 层叠型电池
CN109119702A (zh) * 2018-08-21 2019-01-01 京东方科技集团股份有限公司 一种全固态锂电池及其制备方法
WO2020038247A1 (zh) * 2018-08-21 2020-02-27 京东方科技集团股份有限公司 全固态锂电池及其制备方法
CN109119702B (zh) * 2018-08-21 2020-07-31 京东方科技集团股份有限公司 一种全固态锂电池及其制备方法
US11757158B2 (en) 2018-08-21 2023-09-12 Boe Technology Group Co., Ltd. All-solid-state lithium battery and method for fabricating the same
CN112689922A (zh) * 2018-09-14 2021-04-20 株式会社村田制作所 固体电池及固体电池组
CN112689922B (zh) * 2018-09-14 2024-05-28 株式会社村田制作所 固体电池及固体电池组
TWI676316B (zh) * 2018-11-06 2019-11-01 輝能科技股份有限公司 極層複合材料改良結構
US10873078B2 (en) 2018-11-06 2020-12-22 Prologium Technology Co., Ltd. Composite electrode materials with improved structure
CN109742449B (zh) * 2018-12-15 2022-02-15 桂林理工大学 一种nasicon型固态电解质的制备方法
CN109742449A (zh) * 2018-12-15 2019-05-10 桂林理工大学 一种nasicon型固态电解质的制备方法
CN113454826A (zh) * 2019-03-12 2021-09-28 Tdk株式会社 层叠型全固体二次电池及其制造方法
CN113454826B (zh) * 2019-03-12 2024-03-12 Tdk株式会社 层叠型全固体二次电池及其制造方法
CN112086291A (zh) * 2019-06-13 2020-12-15 青岛九环新越新能源科技股份有限公司 全固态电容电芯、叠层电容电芯和复合电容电芯
CN113508477A (zh) * 2019-07-12 2021-10-15 松下知识产权经营株式会社 电池
CN112582663A (zh) * 2019-09-12 2021-03-30 太阳诱电株式会社 全固体电池和电池组件
CN114503357A (zh) * 2019-10-11 2022-05-13 株式会社村田制作所 固体电池
CN115084620A (zh) * 2021-03-11 2022-09-20 本田技研工业株式会社 固体电池

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Publication number Publication date
JPWO2012020699A1 (ja) 2013-10-28
JP5644857B2 (ja) 2014-12-24
US9190652B2 (en) 2015-11-17
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