CN108695555A - 层叠电池 - Google Patents

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Abstract

公开层叠电池，能够在针刺等的短路时使回绕电流在短路电流分散体中流过，并且短路电流分散体的温度不会过度地上升，能够抑制与短路电流分散体接近的发电元件的温度上升。一种层叠电池，将至少1个短路电流分散体与多个发电元件层叠而成，在短路电流分散体中层叠有第1集电体层、第2集电体层及设置于第1集电体层与第2集电体层之间的绝缘层，在发电元件中层叠有正极集电体层、正极材料层、电解质层、负极材料层及负极集电体层，第1集电体层与正极集电体层电连接，第2集电体层与负极集电体层电连接，多个发电元件彼此并联地电连接，与发电元件接近的短路电流分散体在第1集电体层与绝缘层之间及第2集电体层与绝缘层之间中的至少一方具备PPTC层。

Description

层叠电池
技术领域
本申请公开层叠有多个发电元件的层叠电池。
背景技术
在专利文献1中，公开有一种层叠型聚合物电解质电池，该层叠型聚合物电解质电池具备短路形成兼散热促进单元，该短路形成兼散热促进单元是在层叠电极群的外侧隔着绝缘体配置两张金属板而成的。根据专利文献1所公开的电池，被认为当在电池的针刺试验时等中电极彼此短路的情况下，使短路电流在短路形成兼散热促进单元中流过，从而能够降低发电元件的电压，且能够使由该单元等产生的热顺畅地散热到外部。在专利文献2、3中，也公开有用于抑制由于针刺等的电池的内部短路所致的热的产生的各种技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-068156号公报
专利文献2：日本特开2001-068157号公报
专利文献3：日本特开2015-018710号公报
发明内容
在层叠多个发电元件且并联地电连接的层叠电池中，当通过针刺试验使发电元件短路时，电子从一部分发电元件流入到其它发电元件(以下，有时将其称为“回绕电流”。)，会产生一部分发电元件的温度局部地上升这样的课题。针对这样的课题，考虑与发电元件分开地设置短路电流分散体，在针刺试验中，使短路电流分散体也与一部分发电元件一起短路，使来自其它发电元件的回绕电流不仅分散到一部分发电元件，还分散到短路电阻小的短路电流分散体，从而能够防止仅一部分发电元件的温度局部地上升(图7)。
从通过针刺适当地使短路电流分散体短路的观点来看，短路电流分散体与发电元件接近地设置。进而，从提高电池的能量密度的观点等来看，与发电元件邻接地设置。例如，如专利文献1所公开那样，使短路电流分散体接近层叠电极群(多个发电元件)的外侧而层叠。然而，在使短路电流分散体接近发电元件的情况下，在由于针刺等而短路时，短路电流分散体的温度过度地上升，从而接近的发电元件的温度也有可能会过度地上升。
本发明人们为了解决上述课题而进行了潜心研究，得到了以下的多个知识。
(1)在将短路电流分散体与发电元件层叠而成的层叠电池中，在由于针刺等而短路时短路电流分散体的温度过度地上升是因为大量的回绕电流从发电元件持续流到短路电阻小的短路电流分散体。即，为了避免短路电流分散体的温度过度地上升，在短路电流分散体的温度为阈值以上的温度的情况下能够使在短路电流分散体中流过的电流降低即可。
(2)在短路电流分散体的温度为阈值以上的情况下，使短路电流分散体的电阻增大，从而能够降低向短路电流分散体的回绕电流。
(3)通过在短路电流分散体的层间(集电体层与绝缘层之间)设置PPTC层，从而能够在短路电流分散体的温度为阈值以上的情况下使短路电流分散体的电阻增大。
根据以上的知识，本申请作为用于解决上述课题的手段之一，
公开一种层叠电池，
是将至少1个短路电流分散体与多个发电元件层叠而成的层叠电池，其中，在所述短路电流分散体中，层叠有第1集电体层、第2 集电体层以及设置于所述第1集电体层与所述第2集电体层之间的绝缘层，在所述发电元件中，层叠有正极集电体层、正极材料层、电解质层、负极材料层以及负极集电体层，所述第1集电体层与所述正极集电体层电连接，所述第2集电体层与所述负极集电体层电连接，多个所述发电元件彼此并联地电连接，与所述发电元件接近的所述短路电流分散体在所述第1集电体层与所述绝缘层之间以及所述第2集电体层与所述绝缘层之间中的至少一方具备PPTC层。
视为“接近”还包括“邻接”的意思。
“PPTC层”是指聚合物PTC的层。在此，PTC是指“Positive TemperatureCoefficient(正温度系数)”，是指伴随温度上升而电阻具有正的系数而变化的性质。即，PPTC层是指至少包括有机高分子和导电材料的层，是指如下层：该层伴随温度上升而有机高分子的结晶状态发生变化，并且导电材料的连接状态发生变化，从而电阻增加。例如，可举出如下层：该层伴随温度上升而有机高分子的体积增加，从而导电材料分离、离散，导电材料的连接数被降低，当达到某一定温度时，电阻非线性地急剧增加。
在本公开的层叠电池中，优选为所述短路电流分散体具备：第1 短路电流分散体，与所述发电元件接近；以及第2短路电流分散体，相对于所述第1短路电流分散体设置于与具备所述发电元件的一侧相反一侧，所述第1短路电流分散体具备所述PPTC层，另一方面，所述第2短路电流分散体不具备所述PPTC层。
在本公开的层叠电池中，优选为所述发电元件中的所述正极集电体层、所述正极材料层、所述电解质层、所述负极材料层以及所述负极集电体层的层叠方向、多个所述发电元件的层叠方向、所述短路电流分散体中的所述第1集电体层、所述绝缘层以及所述第2集电体层的层叠方向、以及所述短路电流分散体与多个所述发电元件的层叠方向为相同的方向。
在本公开的层叠电池中，优选为所述短路电流分散体与多个所述发电元件相比，至少设置于外侧。
在本公开的层叠电池中，能够在针刺等的短路时使回绕电流在短路电流分散体中流过，能够抑制发电元件的内部的温度上升。另一方面，在短路电流分散体的温度为阈值以上时，PPTC层的电阻增加，流入到短路电流分散体的电流变小，所以短路电流分散体的温度不会过度地上升，也不会使与短路电流分散体接近的发电元件的温度过度地上升。
附图说明
图1是用于说明层叠电池100的层结构的概略图。
图2是用于说明短路电流分散体10的层结构的概略图。(A) 是外观立体图，(B)是IIB－IIB剖视图。
图3是用于说明发电元件20的层结构的概略图。(A)是外观立体图，(B)是IIIB－IIIB剖视图。
图4是用于说明层叠电池200的层结构的概略图。
图5是用于说明短路电流分散体110的层结构的概略图。(A) 是外观立体图，(B)是VB－VB剖视图。
图6是示出带PPTC层的铝箔的电阻的温度依赖性的图。
图7是用于说明在并联地连接发电元件的情况下在针刺时产生的回绕电流等的概略图。
附图标记说明
10：短路电流分散体；11：第1集电体层；11a：第1集电接头；12：第2集电体层；12a：第2集电接头；13：绝缘层；14：PPTC层； 20：发电元件；21：正极集电体层；21a：正极集电接头；22：正极材料层；23：电解质层；24：负极材料层；25：负极集电体层；25a：负极集电接头；100：层叠电池。
具体实施方式
1.层叠电池100
图1概略地示出层叠电池100的层结构。在图1中，为了便于说明，省略集电体层彼此(集电接头彼此)的连接部分、电池盒等而示出。图2概略地示出构成层叠电池100的短路电流分散体10的层结构。图2(A)是外观立体图，图2(B)是IIB－IIB剖视图。图3概略地示出构成层叠电池100的发电元件20的层结构。图3(A)是外观立体图，图3(B)是IIIB－IIIB剖视图。
如图1～3所示，层叠电池100是将至少1个短路电流分散体10 与多个发电元件20、20、…进行层叠而成的。在短路电流分散体10 中，层叠有第1集电体层11、第2集电体层12以及设置于第1集电体层11与第2集电体层12之间的绝缘层13。在发电元件20中，层叠有正极集电体层21、正极材料层22、电解质层23、负极材料层24 以及负极集电体层25。在层叠电池100中，第1集电体层11与正极集电体层21电连接，第2集电体层12与负极集电体层25电连接，多个发电元件20、20、…彼此并联地电连接。在此，在层叠电池100 中，具有如下特征点：与发电元件20接近的短路电流分散体10在第1集电体层11与绝缘层13之间以及第2集电体层12与绝缘层13之间中的至少一方具备PPTC层14。
1.1.短路电流分散体10
短路电流分散体10具备第1集电体层11、第2集电体层12以及设置于第1集电体层11与第2集电体层12之间的绝缘层13。另外，在第1集电体层11与绝缘层13之间以及第2集电体层12与绝缘层 13之间中的至少一方具备PPTC层14。在具备这样的结构的短路电流分散体10中，在电池的通常使用时，第1集电体层11与第2集电体层12由绝缘层13被适当地绝缘，另一方面，在由于针刺而短路时第1集电体层11与第2集电体层12接触而电阻变小。
1.1.1.第1集电体层11以及第2集电体层12
第1集电体层11以及第2集电体层12由金属箔、金属网等构成即可。特别优选金属箔。作为构成集电体层11、12的金属，可举出 Cu、Ni、Al、Fe、Ti、Zn、Co、Cr、Au、Pt、不锈钢等。
第1集电体层11以及第2集电体层12的厚度并不被特别限定。例如优选为0.1μm以上且1mm以下，更优选为1μm以上且100μm 以下。在将集电体层11、12的厚度设为这样的范围的情况下，能够在针刺时使集电体层11、12相互更适当地接触，能够使短路电流分散体10更适当地短路。
如图2所示，第1集电体层11具备集电接头11a，经由该集电接头11a电连接于发电元件20的正极集电体层21。另一方面，第2 集电体层12具备集电接头12a，经由该集电接头12a电连接于发电元件20的负极集电体层25。集电接头11a既可以是与第1集电体层11 相同的材质，也可以是不同的材质。集电接头12a既可以是与第2集电体层12相同的材质，也可以是不同的材质。此外，从在针刺等的短路时使更大量的回绕电流流到短路电流分散体10的观点来看，集电接头11a以及集电接头12a中的电阻优选为比后述正极集电接头 21a以及负极集电接头25a中的电阻小。
1.1.2.绝缘层13
在层叠电池100中，绝缘层13在电池的通常使用时使第1集电体层11与第2集电体层12绝缘即可。绝缘层13既可以是由有机材料构成的绝缘层，也可以是由无机材料构成的绝缘层，也可以是有机材料与无机材料混合存在的绝缘层。特别优选由有机材料构成的绝缘层。这是因为从在通常使用时破裂所致的短路发生概率低这样的观点来看是有利的。
作为能够构成绝缘层13的有机材料，可举出各种树脂。例如，是各种热可塑性树脂、各种热硬化性树脂。特别优选聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等超级工程塑料。通常，热硬化性树脂与热可塑性树脂相比，热稳定性高，且是硬质且脆。即，在由热硬化性树脂构成绝缘层13的情况下，在进行了短路电流分散体10的针刺的情况下，绝缘层13容易断裂，能够抑制绝缘层13追随于第1集电体层11、第2集电体层12的变形，能够使第1集电体层11与第2 集电体层12更容易地接触。另外，即使绝缘层13的温度上升也能够抑制热分解。
作为能够构成绝缘层13的无机材料，可举出各种陶瓷。例如，是无机氧化物。此外，也可以由在表面具有氧化物被膜的金属箔构成绝缘层13。例如，通过利用防蚀铝(alumite)处理在铝箔的表面形成阳极氧化薄膜，能够得到在表面具有氧化铝被膜的铝箔。在该情况下，氧化薄膜的厚度优选为0.01μm以上且5μm以下。下限更优选的是0.1μm以上，上限更优选的是1μm以下。
绝缘层13的厚度并不被特别限定。例如优选为0.1μm以上且 1mm以下，更优选为1μm以上且100μm以下。在将绝缘层13的厚度设为这样的范围的情况下，能够在电池的通常使用时使第1集电体层11与第2集电体层12更适当地绝缘，并且能够通过针刺等外部应力所致的变形使第1集电体层11与第2集电体层12更适当地导通，能够使内部短路。
1.1.4.PPTC层14
在短路电流分散体10中，在第1集电体层11与绝缘层13之间、以及第2集电体层12与绝缘层13之间中的至少一方设置有PPTC层 14。PPTC层14是聚合物PTC的层。即，是至少包括有机高分子和导电材料的层，是指伴随温度上升而有机高分子的结晶状态发生变化并且导电材料的连接状态发生变化而电阻增加的层。例如，可举出伴随温度上升而有机高分子的体积增加，从而导电材料分离、离散而导电材料的连接数被降低，当达到某一定温度时电阻非线性地急剧增加的层。例如，在将层叠电池100做成全固体电池的情况下，PPTC层 14优选在120℃以上且250℃以下的温度下，电阻非线性地急剧增加。
作为构成PPTC层14的有机高分子，并不被特别限定，例如可举出聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。其中优选PVDF。这是因为在热稳定性的观点上是有利的。另一方面，作为构成PPTC层14的导电材料，并不被特别限定，例如可举出碳粒子、各种金属粒子等。其中优选碳粒子。这是因为碳粒子以少的量就能够立体地确保导电性。此外，在PPTC层14，也可以根据需要而包含填充材料等其它材料。作为填充材料，例如可举出氧化铝粒子。
关于PPTC层14中的有机高分子、导电材料以及其它任意材料的混合比，并不做特别限定。能够根据作为目的的性能(使电阻变化的温度等)适当地决定。例如，能够将有机高分子、导电材料以及其它任意材料的体积比设为3:1～10:1。另外，关于PPTC层14的厚度，也并不做特别限定。虽然还取决于导电材料的大小，但例如优选为 0.1μm以上且1mm以下，更优选为1μm以上且100μm以下。
PPTC层14设置于第1集电体层11与绝缘层13之间、以及第2 集电体层12与绝缘层13之间中的至少一方即可。例如，既能够用 PPTC层14覆盖第1集电体层11的与绝缘层13对置的面整体，也能够用PPTC层14覆盖第2集电体层12的与绝缘层13对置的面整体，或者也能够用PPTC层覆盖绝缘层13的至少一面。
1.2.发电元件20
发电元件20是将正极集电体层21、正极材料层22、电解质层23、负极材料层24以及负极集电体层25层叠而成的。即，发电元件 20能够作为单电池发挥功能。
1.2.1.正极集电体层21
正极集电体层21由金属箔、金属网等构成即可。特别优选金属箔。作为构成正极集电体层21的金属，可举出Ni、Cr、Au、Pt、Al、 Fe、Ti、Zn、不锈钢等。正极集电体层21也可以在其表面具有用于调整接触电阻的任意的涂层。例如，是碳涂层等。正极集电体层21 的厚度并不被特别限定。例如优选为0.1μm以上且1mm以下，更优选为1μm以上且100μm以下。
如图3所示，正极集电体层21优选为在外缘的一部分具备正极集电接头21a。能够利用接头21a将第1集电体层11与正极集电体层 21容易地电连接，并且能够容易地并联地电连接正极集电体层21彼此。
1.2.2.正极材料层22
正极材料层22是至少包含活性物质的层。在将层叠电池100做成全固体电池的情况下，除了能够包含活性物质之外，还能够任意地包含固体电解质、粘结剂以及导电助剂等。另外，在将层叠电池100 做成电解液系列的电池的情况下，除了能够包含活性物质之外，还能够任意地包含粘结剂以及导电助剂等。活性物质使用公知的活性物质即可。能够选择公知的活性物质中的、吸藏释放预定的离子的电位(充放电电位)不同的两个物质，将表示高的电位的物质用作正极活性物质，将表示低的电位的物质用作后述负极活性物质。例如，在构成锂离子电池的情况下，作为正极活性物质能够使用钴酸锂、镍酸锂、 LiNi1/3Co1/ 3Mn1/3O2、锰酸锂、尖晶石系列锂化合物等各种含有锂的复合氧化物。在将层叠电池100做成全固体电池的情况下，正极活性物质的表面也可以由铌酸锂层、钛酸锂层、磷酸锂层等氧化物层覆盖。另外，在将层叠电池100做成全固体电池的情况下，固体电解质优选为无机固体电解质。这是因为离子传导度比有机聚合物电解质高。另外，这是因为耐热性比有机聚合物电解质优良。进而，这是因为与有机聚合物电解质相比，在针刺时施加于发电元件20的压力成为高压，基于本公开的层叠电池100的效果变得显著。例如，可举出镧锆酸锂等氧化物固体电解质、Li2S－P2S5等硫化物固体电解质。特别优选包含Li2S－P2S5的硫化物固体电解质，更优选包含50摩尔％以上的Li2S －P2S5的硫化物固体电解质。粘结剂能够使用丁二烯橡胶(BR)、丙烯酸丁二烯橡胶(ABR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等各种粘结剂。作为导电助剂能够使用乙炔黑、科琴黑等碳材料、镍、铝、不锈钢等金属材料。正极材料层22中的各成分的含有量与以往相同即可。正极材料层22的形状也与以往相同即可。特别是从能够容易地构成层叠电池100的观点来看，片材状的正极材料层22优选。在该情况下，正极材料层22的厚度例如优选为0.1μm以上且1mm以下，更优选为 1μm以上且150μm以下。
1.2.3.电解质层23
电解质层23是至少包含电解质的层。在将层叠电池100做成全固体电池的情况下，电解质层23能够包含固体电解质，且任意地包含粘结剂。固体电解质优选上述无机固体电解质。粘结剂能够适当地选择使用与在正极材料层22中使用的粘结剂同样的粘结剂。固体电解质层23中的各成分的含有量与以往相同即可。固体电解质层23的形状也与以往相同即可。特别是从能够容易地构成层叠电池100的观点来看，片材状的固体电解质层23优选。在该情况下，固体电解质层23的厚度例如优选为0.1μm以上且1mm以下，更优选为1μm以上且100μm以下。另一方面，在将层叠电池100做成电解液系列电池的情况下，电解质层23包括电解液和分隔件。关于这些电解液及分隔件，对于本领域技术人员而言是不言自明的，所以在此省略详细的说明。
1.2.4.负极材料层24
负极材料层24是至少包含活性物质的层。在将层叠电池100做成全固体电池的情况下，除了能够包含活性物质之外，还能够任意地包含固体电解质、粘结剂以及导电助剂等。另外，在将层叠电池100 做成电解液系列的电池的情况下，除了能够包含活性物质之外，还能够任意地包含粘结剂以及导电助剂等。活性物质使用公知的活性物质即可。能够选择公知的活性物质中的、吸藏释放预定的离子的电位(充放电电位)不同的两个物质，将表示高的电位的物质用作上述正极活性物质，将表示低的电位的物质用作负极活性物质。例如，在构成锂离子电池的情况下，作为负极活性物质能够使用石墨、硬碳等碳材料、钛酸锂等各种氧化物、Si、Si合金、或者金属锂、锂合金。关于固体电解质、粘结剂以及导电助剂，能够适当地选择使用与在正极材料层 22中使用的固体电解质同样的物质。负极材料层24中的各成分的含有量与以往相同即可。负极材料层24的形状也与以往相同即可。特别是从能够容易地构成层叠电池100的观点来看，片材状的负极材料层24优选。在该情况下，负极材料层24的厚度例如优选为0.1μm以上且1mm以下，更优选为1μm以上且100μm以下。但是，优选以使负极的容量比正极的容量大的方式决定负极材料层24的厚度。
1.2.5.负极集电体层25
负极集电体层25由金属箔、金属网等构成即可。特别是金属箔优选。作为构成负极集电体层25的金属，可举出Cu、Ni、Fe、Ti、 Co、Zn、不锈钢等。负极集电体层25也可以在其表面具有用于调整接触电阻的任意的涂层。例如，是碳涂层等。负极集电体层25的厚度并不被特别限定。负极集电体25的厚度并不被特别限定。例如优选为0.1μm以上且1mm以下，更优选为1μm以上且100μm以下。
如图3所示，负极集电体层25优选为在外缘的一部分具备负极集电接头25a。能够利用接头25a将第2集电体层12与负极集电体层 25容易地电连接，并且能够容易地并联地电连接负极集电体层25彼此。
1.4.短路电流分散体以及发电元件的配置、连接方式
1.4.1.发电元件的配置
在层叠电池100中，发电元件20的层叠数并不被特别限定，根据作为目的的电池的输出来适当地决定即可。在该情况下，既可以是多个发电元件20以相互直接接触的方式层叠，也可以是多个发电元件20隔着任意的层(例如绝缘层)、间隔(空气层)而层叠。从提高电池的输出密度的观点来看，优选为如图1所示，多个发电元件20 以相互直接接触的方式层叠。另外，如图1、3所示，优选为两个发电元件20a、20b共用负极集电体25。通过这样做，电池的输出密度更加提高。进而，如图1所示，在层叠电池100中，优选为使多个发电元件20的层叠方向与发电元件20中的各层21～25的层叠方向一致。通过这样做，层叠电池100的限制变得容易，电池的输出密度更加提高。
1.4.2.发电元件彼此的电连接
在层叠电池100中，多个发电元件20、20、…彼此并联地电连接。在这样并联地连接的发电元件中，在一个发电元件短路的情况下，电子从其它发电元件集中地流入到该一个发电元件。即，在电池短路时，焦耳热容易变大。换言之，在具备这样并联连接的多个发电元件 20、20、…的层叠电池100中，通过设置短路电流分散体10而得到的效果变得更加显著。作为用于电连接发电元件20彼此的部件，使用以往公知的部件即可。例如，如上所述，将正极集电接头21a设置于正极集电体层21，将负极集电接头25a设置于负极集电体层25，能够经由该接头21a、25a并联地电连接发电元件20彼此。
1.4.3.短路电流分散体与发电元件的电连接
在层叠电池100中，短路电流分散体10的第1集电体层11与发电元件20的正极集电体层21电连接，短路电流分散体10的第2集电体层12与发电元件20的负极集电体层25电连接。通过这样将短路电流分散体10与发电元件20进行电连接，从而例如能够在短路电流分散体10以及一部分发电元件(例如，发电元件20a)短路时，产生从其它发电元件(例如发电元件20b)向短路电流分散体10的大的回绕电流。作为用于将短路电流分散体10与发电元件20进行电连接的部件，使用以往公知的部件即可。例如，如上所述，将第1集电接头11a设置于第1集电体层11，将第2集电接头12a设置于第2集电体层12，能够经由该接头11a、12a电连接短路电流分散体10和发电元件20。
1.4.4.短路电流分散体与发电元件的位置关系
短路电流分散体10与多个发电元件20、20、…相互层叠即可。在该情况下，既可以将短路电流分散体10与发电元件20直接层叠，也可以在能够解决上述课题的范围内隔着其它层(绝缘层、空气层等) 间接地层叠。在将短路电流分散体10与发电元件20直接层叠的情况下，产生上述课题，这是不言而喻的。认为基于本公开的层叠电池的效果变得更加显著的情况是这样短路电流分散体10与发电元件20直接层叠而邻接的情况。另一方面，即使在间接地层叠的情况下也可能产生上述课题。即，即使短路电流分散体10隔着其它层间接地与发电元件20层叠，在短路电流分散体10与发电元件20接近的情况下，也有可能无法将短路电流分散体10与发电元件20之间充分地隔热。短路电流分散体10既可以层叠于多个发电元件20、20、…的外侧，也可以层叠于多个发电元件20、20、…之间，也可以层叠于多个发电元件20、20、…的外侧以及多个发电元件20、20、…之间这双方。特别优选为在如图1所示将短路电流分散体10与多个发电元件20、 20、…层叠的情况下，短路电流分散体10至少设置于比多个发电元件20、20、…靠外侧。由此，在针刺时短路电流分散体10比发电元件20、20、…先短路，能够使从发电元件20向短路电流分散体10的回绕电流产生，能够抑制发电元件20的内部的发热。
容易发生针刺所致的电池的短路的情况是针从发电元件20的正极集电体层21朝向负极集电体层25(或者，从负极集电体层25朝向正极集电体层21)刺入的情况。在这一点上，优选为在层叠电池100 中，针刺方向与各层的层叠方向一致。更具体而言，优选为在层叠电池100中，发电元件20中的正极集电体层21、正极材料层22、电解质层23、负极材料层24以及负极集电体层25的层叠方向、多个发电元件20的层叠方向、短路电流分散体10中的第1集电体层11、绝缘层13以及第2集电体层12的层叠方向、以及短路电流分散体10与多个发电元件20、20、…的层叠方向为相同的方向。
1.4.5.短路电流分散体与发电元件的大小关系
在层叠电池100中，短路电流分散体10覆盖发电元件20的尽可能多的部分，从而在针刺时，易于使短路电流分散体10比发电元件 20先短路。从该观点来看，例如，优选为在全固体电池100中，在从短路电流分散体10与多个发电元件20、20、…的层叠方向观察时，短路电流分散体10的外缘与发电元件20、20、…的外缘相比存在于外侧。或者，优选为在如图1所示多个发电元件20、20、…的层叠方向与发电元件20中的各层21～25的层叠方向相同的情况下，在从短路电流分散体10与多个发电元件20、20、…的层叠方向观察时，短路电流分散体10的外缘与正极材料层22、电解质层23以及负极材料层24的外缘相比存在于外侧。但是，在该情况下，避免使短路电流分散体10的第1集电体层11与发电元件20的负极集电体层25短路。即，在短路电流分散体10与发电元件20之间设置绝缘体等，并增大短路电流分散体10，也能够防止短路电流分散体10与发电元件20的短路。
另一方面，从更加提高电池的能量密度的观点以及能够容易地防止上述短路电流分散体10与发电元件20的短路的观点来看，尽可能减小短路电流分散体10为好。即，从该观点来看，优选为在层叠电池100中，在从短路电流分散体10与多个发电元件20、20、…的层叠方向观察时，短路电流分散体10的外缘与发电元件20、20、…的外缘相比存在于内侧。或者，优选为在多个发电元件20、20、…的层叠方向与发电元件20中的各层21～25的层叠方向相同的情况下，在从短路电流分散体10与多个发电元件20、20、…的层叠方向观察时，短路电流分散体10的外缘与正极材料层22、电解质层23以及负极材料层24的外缘相比存在于内侧。
如上那样，在层叠电池100中，能够在针刺等的短路时使回绕电流在短路电流分散体10中流过，能够抑制发电元件20的内部的温度上升。另一方面，在短路电流分散体10的温度为阈值以上时，PPTC 层14的电阻增加，流入到短路电流分散体10电流变小，所以短路电流分散体10的温度不会过度地上升，也不会使与短路电流分散体10 接近的发电元件20的温度过度地上升。
2.层叠电池200
图4概略地示出层叠电池200的层结构。如图4所示，在层叠电池200中，除了设置有短路电流分散体10之外，还设置有短路电流分散体110。图5概略地示出短路电流分散体110的结构。图5(A) 是外观立体图，图5(B)是VB－VB剖视图。关于短路电流分散体 110以外的结构，与层叠电池100相同。
如图4所示，层叠电池200具备与发电元件20接近的第1短路电流分散体10以及相对于第1短路电流分散体10设置于与具备发电元件20的一侧相反一侧的第2短路电流分散体110作为短路电流分散体。在此，如上所述，具有如下特征：第1短路电流分散体10具备PPTC层14，另一方面，如图5所示，第2短路电流分散体110 不具备PPTC层14。
在上述层叠电池100中，当在针刺等的短路时由于回绕电流而短路电流分散体10的温度以及电阻提前增加的情况下，之后接着应流入到短路电流分散体10的回绕电流有可能会流入到短路电阻小的发电元件20。即，虽然短路电流分散体10的过度的温度上升被抑制，但另外，发电元件20的温度有可能会上升。另一方面，如上所述，关于与发电元件20接近的短路电流分散体10，需要尽可能抑制温度上升。
相对于此，在层叠电池200中，在由于针刺等而短路电流分散体 10、110短路时，即使在由于回绕电流而短路电流分散体10的温度以及电阻提前增加的情况下，之后也能够接着使大量的回绕电流流到短路电流分散体110。即，通过抑制与发电元件20接近的短路电流分散体10的过度的温度上升，从而能够抑制与短路电流分散体10的接触所致的发电元件20的过度的温度上升，并通过使大量的回绕电流流到短路电流分散体110，从而还能够抑制回绕电流所致的发电元件20 的温度上升。
3.层叠电池的制造方法
通过在第1集电体层11(例如，金属箔)与第2集电体层12(例如，金属箔)中的至少一方的表面设置PPTC层14，进而利用绝缘层 13(例如，绝缘膜)和集电体层11、12夹入PPTC层14，在第1集电体层11与第2集电体层12之间配置绝缘层等，由此能够容易地制作短路电流分散体10。也可以如图2所示，在第2集电体层12的两面配置绝缘层13、13，进而在绝缘层13、13的与第2集电体层12相反一侧的面分别配置PPTC层14，进而在PPTC层14的与绝缘层13、 13相反一侧的面分别配置第1集电体层11、11。另外，通过在第1 集电体层11(例如，金属箔)与第2集电体层12(例如，金属箔) 之间配置绝缘层13(例如，绝缘膜)，由此能够容易地制作短路电流分散体110。如图5所示，也可以在第2集电体层12的两面配置绝缘层13、13，进而在绝缘层13、13的与第2集电体层12相反一侧的面配置第1集电体层11、11。在此，关于短路电流分散体10、110，为了保持其形状，使用粘接剂、树脂等来使各层相互贴合。在该情况下，粘接剂等无需涂敷于各层的整个面，只要涂敷于各层的表面的一部分即可。
关于发电元件20，能够通过公知的方法制作。例如，在制造全固体电池的情况下，通过在正极集电体层21的表面以湿式涂布正极材料并使其干燥，从而形成正极材料层22，通过在负极集电体层25 的表面以湿式涂布负极材料并使其干燥，从而形成负极材料层24，通过将包含固体电解质等的电解质层23转印到正极材料层21与负极材料层24之间，进行冲压成形而一体化，从而能够制作发电元件20。此时的冲压压力并不被特别限定，但例如优选设为2ton/cm2以上。
将这样制作出的短路电流分散体10相对于多个发电元件20进行层叠，并且将设置于第1集电体层11的接头11a与正极集电体层21 的接头21a连接，将设置于第2集电体层12的接头12a与负极集电体层25的接头25a连接，连接正极集电体层21的接头21a彼此，连接负极集电体层25的接头25a彼此，从而能够电连接短路电流分散体10和发电元件20，并且并联地电连接多个发电元件20彼此。另外，根据需要而将短路电流分散体110相对于短路电流分散体10层叠于与具备发电元件20的一侧相反一侧，与上述同样地将集电体层11、 12电连接于发电元件20。通过将这样电连接的层叠体真空封入到层压膜、不锈钢罐等电池盒内，由此能够制作全固体电池作为层叠电池。此外，这些制作次序仅仅是一个例子，根据除此以外的次序也能够制作全固体电池。例如，还能够不通过湿式法而通过干式法来形成正极材料层等。
或者，不配置上述固体电解质层而配置分隔件，在与上述同样地制作出电连接的层叠体之后，将该层叠体封入到填充有电解液的电池盒内等，由此还能够制造电解液系列电池作为层叠电池。在电解液系列电池的制造时，也可以省略各层的冲压成形。
通过如上那样应用以往的层叠电池的制造方法，能够容易地制造本公开的层叠电池100、200。
4.补充事项
在上述说明中，示出了由两个第1集电体层、两个绝缘层以及1 个第2集电体层构成短路电流分散体的方式，但本公开的层叠电池并不限于该方式。短路电流分散体在第1集电体层与第2集电体层之间具有绝缘层即可，各层的数量不被特别限定。
在上述说明中，示出了两个发电元件共用1个负极集电体层的方式，但本公开的层叠电池并不限于该方式。发电元件作为单电池发挥功能即可，层叠正极集电体层、正极材料层、电解质层、负极材料层以及负极集电体层即可。
在上述说明中，示出了在层叠电池中在多个发电元件的层叠方向的两外侧各具备一个短路电流分散体的方式，但短路电流分散体的数量并不限于此。也可以在层叠电池中，在外侧具备多个短路电流分散体。另外，不限于多个发电元件的层叠方向外侧，也可以在多个发电元件之间设置短路电流分散体。
在上述说明中，示出了层叠有多个发电元件的方式，但认为在层叠电池中未层叠多个发电元件的方式(仅由单电池构成的方式)中，也起到某种程度的效果。但是，与一个发电元件相比，在层叠有多个发电元件的方式中，针刺时等的短路所致的焦耳热容易变大。即，在层叠有多个发电元件的方式中，可以说通过设置短路电流分散体而得到的效果变得更加显著，这一点是本公开的层叠电池中的优越的点之一。
在上述说明中，设为集电接头从短路电流分散体、发电元件突出而进行了说明。然而，在本公开的层叠电池中，也可以没有集电接头。例如，使用面积大的集电体层，在短路电流分散体与发电元件的层叠体中使多个集电体层的外缘突出，在该突出的集电层之间夹入导电材料，从而即便不设置接头，也能够进行集电体层彼此的电连接。或者，也可以不通过接头而通过导线等来电连接集电体层彼此。
在上述说明中，示出了还包括电解液系列电池以及全固体电池中的任意电池的层叠电池。但是，认为本公开的技术在做成全固体电池的情况下发挥更大的效果。全固体电池与电解液系列电池相比，发电元件内的间隙少，当在针刺时针贯通发电元件时施加于发电元件的压力高。因而，认为发电元件的短路电阻变小，大量的回绕电流容易流入到短路部。进而，在全固体电池中，为了降低发电元件内的内部电阻，有时针对发电元件赋予约束压力。在该情况下，认为在发电元件的层叠方向(正极集电体层朝向负极集电体层的方向)上被赋予约束压力，在针刺时，由于针的压力与约束压力相加而被施加于发电元件，所以正极集电体层与负极集电体层接触而容易短路，另外，发电元件的短路电阻容易变小。因此，认为通过设置短路电流分散层来使回绕电流分散而得到的效果变得显著。另一方面，认为在电解液系列电池中，通常电池盒内被电解液充满，各层浸渍于电解液，电解液被供给到各层的间隙，在针刺时由针施加的压力小，所以发电元件的短路电阻变大。因而，流入到一部分发电元件的回绕电流的量有可能比全固体电池中的回绕电流的量小。因此，认为设置短路电流分散体的效果比全固体电池的情况相对小。
此外，在经由双极型电极串联地电连接发电元件彼此的情况下，认为当将针刺入到一部分发电元件时，回绕电流经由针从其它发电元件流到该一部分发电元件。即，经由接触电阻高的针回绕，其电流量小。另外，在经由双极型电极串联地电连接发电元件彼此的情况下，认为在针刺入到所有的发电元件的情况下，回绕电流最大，但在这样的情况下，认为发电元件的放电已经充分地进展，不易发生一部分发电元件的温度局部地上升的现象。在这一点上，认为与并联地电连接发电元件的情况相比，基于短路电流分散体的效果变小。因而，本公开的技术可以说在并联地电连接发电元件彼此的电池中发挥特别显著的效果。
【实施例】
在构成集电体层的金属箔的表面设置PPTC层，确认了其电阻的温度依赖性。以下，说明使用铝箔作为金属箔、使用炉黑作为构成 PPTC层的导电材料、使用PVDF作为有机高分子、使用氧化铝作为填充材料的例子，但应用于本公开的层叠电池的集电体层、PPTC层并不限于此。
将作为导电材料的平均一次粒子系列66nm的炉黑(东海碳素公司(東海カーボン社)制)、作为填充材料的氧化铝粒子(昭和电工公司(昭和電工社)制CB－P02)以及作为有机高分子的PVDF (KUREHA公司(クレハ社)制KF聚合物L#9130)以体积比10： 60：30与NMP混合而制作出膏。将制作出的膏以使干燥后的厚度成为10μm的方式涂布于厚度为15μm的铝箔(UACJ公司制1N30)，在干燥炉中干燥，得到了带PPTC层的铝箔。
测定带PPTC层的铝箔的电阻，确认了其温度依赖性。图6示出结果。如图6所示，带PPTC层的铝箔在为一定的温度以上的情况下，电阻非线性地急剧增加。认为其增加量与达到一定的温度之前相比为 10倍以上。认为通过将其用作短路电流分散体的集电体层，能够得到能够在为一定温度以上的情况下使电阻急剧地增加的短路电流分散体。
产业上的可利用性
本发明的层叠电池例如能够适合地用作车搭载用的大型电源。

Claims (4)

1.一种层叠电池，是将至少1个短路电流分散体与多个发电元件层叠而成的层叠电池，其中，
在所述短路电流分散体中，层叠有第1集电体层、第2集电体层以及设置于所述第1集电体层与所述第2集电体层之间的绝缘层，
在所述发电元件中，层叠有正极集电体层、正极材料层、电解质层、负极材料层以及负极集电体层，
所述第1集电体层与所述正极集电体层电连接，
所述第2集电体层与所述负极集电体层电连接，
多个所述发电元件彼此并联地电连接，
与所述发电元件接近的所述短路电流分散体在所述第1集电体层与所述绝缘层之间以及所述第2集电体层与所述绝缘层之间中的至少一方具备PPTC层。
2.根据权利要求1所述的层叠电池，其中，
所述短路电流分散体具备：第1短路电流分散体，与所述发电元件接近；以及第2短路电流分散体，相对于所述第1短路电流分散体设置于与具备所述发电元件的一侧相反一侧，
所述第1短路电流分散体具备所述PPTC层，另一方面，
所述第2短路电流分散体不具备所述PPTC层。
3.根据权利要求1或者2所述的层叠电池，其中，
所述发电元件中的所述正极集电体层、所述正极材料层、所述电解质层、所述负极材料层以及所述负极集电体层的层叠方向、多个所述发电元件的层叠方向、所述短路电流分散体中的所述第1集电体层、所述绝缘层以及所述第2集电体层的层叠方向、以及所述短路电流分散体与多个所述发电元件的层叠方向为相同的方向。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的层叠电池，其中，
所述短路电流分散体至少设置于比多个所述发电元件靠外侧。
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