CN109314281B - 全固态电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提高全固态电池的生产性。一种全固态电池，其通过使正极接头彼此接合，负极接头彼此接合，双面正极与双面负极交替层叠，而在电池单体中构成并联电连接，通过在电池单体的层叠方向的端部形成单面正极和单面负极，将相邻的电池单体中的一个电池单体的单面正极的正极集电体与另一个电池单体的单面负极的负极集电体在层叠方向连接，而使多个电池单体构成串联电连接。

Description

全固态电池
技术领域
本发明涉及全固态电池。
背景技术
关于通过在全固态电池中层叠多个电极体而构成并联电连接，并将全固态电池串联电连接的技术，在专利文献1中有记载。专利文献1中公开有一种固态电池10，其具有层叠体19，该层叠体19包括第一电极层12、固体电解质层13和第二电极层11，在该固态电池10中，第一电极层12和第二电极层11向彼此相反方向被引出，分别与层叠体19的侧面的第一内部端子21和第二内部端子23连接，并且还具有：形成于第一内部端子21上且以露出第一内部端子21的一部的方式连接的第一外部端子22；和形成于第二内部端子23上且以露出第二内部端子23的一部分的方式连接的第二外部端子24，第二外部端子24延伸至层叠体19的上表面，第一外部端子22延伸至层叠体19的下表面。在专利文献2中，提供一种电池，其具有多个单电池层叠而成的第一层叠电池和多个单电池层叠而成的第二层叠电池，在该电池中，第一层叠电池和第二层叠电池分别具有多个集电体，多个集电体具有向与单电池的层叠方向正交的方向突出的突出部，在突出部，多个集电体通过具有导电性的膏体或由该膏体固化而成的导电部连接，在导电部与设置于单电池中的发电元件之间设置有绝缘部，第一层叠电池的导电部与第二层叠电池的导电部通过导电部件连接。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2016-1602号公报
专利文献2：日本特开2013-98135号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1中，通过将层叠体的上表面中的第二外部端子与相邻于所述固态电池的其他固态电池的层叠体的下表面中的第一外部端子直接连接，而将固态电池彼此相互接合，即使搭载于壳体中，也能够防止固态电池的脱落。为了将相邻的固态电池串联连接，需要用于设置第一外部端子和第二外部端子的工序，这有可能降低全固态电池的生产性。
在专利文献2中，第一层叠电池10的导电部41和第二层叠电池20的导电部43通过导电部件40连接，且将第一层叠电池10和第二层叠电池20串联连接。该情况下，为了将第一层叠电池10与第二层叠电池20串联连接，需要设置导电部件40的工序，这有可能降低全固态电池的生产性。
本发明的目的在于，提高全固态电池的生产性。
用于解决问题的技术方案
用于解决上述问题的本发明的特征例如为以下记载的内容。
一种全固态电池，具有多个电池单体，该电池单体具有：双面正极，其具有正极集电体和形成于正极集电体的两个面的正极混合材料层；双面负极，其具有负极集电体和形成于负极集电体的两个面的负极混合材料层；单面正极，其具有正极集电体和形成于正极集电体的一个面的正极混合材料层，在正极集电体的另一个面，正极集电体露出；单面负极，其具有负极集电体和形成于负极集电体的一个面的负极混合材料层，在负极集电体的另一个面，负极集电体露出，正极集电体具有正极接头，负极集电体具有负极接头，正极接头相互接合，负极接头相互接合，且双面正极与双面负极交替层叠，从而在电池单体中并联地电连接，单面正极和单面负极形成在电池单体的层叠方向上的端部，相邻的电池单体中的一个电池单体的单面正极的正极集电体与另一个电池单体的单面负极的负极集电体在层叠方向上连接，从而使多个电池单体串联地电连接。
发明效果
根据本发明，能够提高全固态电池的生产性。上述以外的技术问题、结构和效果通过以下的实施方式的说明能够变得明确。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的全固态电池的示意图。
图2是本发明的一个实施方式的电池单体的示意图。
图3是本发明的一个实施方式的全固态电池的示意图。
图4是本发明的一个实施方式的全固态电池的示意图。
图5是本发明的一个实施方式的全固态电池的示意图；
图6是本发明的一个实施方式的全固态电池的示意图。
具体实施方式
以下，使用附图等，对本发明的实施方式进行说明。以下的说明表示本发明的内容的具体例，本发明不限定于这些说明，在本说明书中公开的技术思想的范围内，可由本领域技术人员进行各种变更和修改。另外，在用于说明本发明的全部附图中，对具有相同功能的部分附加相同的符号，有时省略其重复的说明。
实施例1
图1是本发明的一个实施方式的全固态电池的示意图。全固态电池2000具有多个电池单体1000。在多个电池单体1000中相邻的电池单体1000彼此在层叠方向串联地电连接。多个电池单体1000分别具有负极接头154和正极接头254。
图2是本发明的一个实施方式的电池单体的示意图。电池单体1000具有单侧负极100、双侧正极250、电解质层300、双侧负极150、单侧正极200。以下，有时将单侧负极100或单侧正极200称为单侧电极。另外，有时将双侧正极250或双侧负极150称为双侧电极。
双侧正极250具有两个正极混合材料层251、正极集电体252。在双侧正极250中，在正极集电体252的两个面形成有正极混合材料层251。单侧正极200具有正极混合材料层251、正极集电体252。在单侧正极200中，在正极集电体252的单面形成正极混合材料层251，在另一个面，正极集电体252露出。
双侧负极150具有两个负极混合材料层151、负极集电体152。在双侧负极150中，在负极集电体152的两个面形成有负极混合材料层151。单侧负极100具有负极混合材料层151、负极集电体152。在单侧负极100中，在负极集电体152的单面形成负极混合材料层151，在另一个面，负极集电体152露出。
将双侧正极250、电解质层300、双侧负极150层叠而构成电极体400。层叠多个电极体400，并将电极体400中的正极集电体252(正极接头254)彼此连接，将负极集电体152(负极接头154)彼此连接，从而在电池单体1000中构成并联电连接。将单侧负极100、电解质层300、多个电极体400、电解质层300、单侧正极200层叠而构成电池单体1000。
在层叠方向上的电池单体1000的端部形成有单侧负极100和单侧正极200，且负极集电体152和正极集电体252露出。由此，只要在某电池单体1000上层叠其它电池单体1000，就能够将相邻的电池单体1000彼此串联连接，在全固态电池2000中能够构成电气上的多串联多并联。
＜正极混合材料层251＞
在正极混合材料层251中至少包含可存储、释放Li的正极活性物质。作为正极活性物质，可举出LiCo系氧化物、LiNi系复合氧化物、LiMn系复合氧化物的Li－Co－Ni－Mn复合氧化物、LiFeP系氧化物等。正极混合材料层251中也可以包含用于承担正极混合材料层251内的电子传导性的导电材料、确保正极混合材料层251内的材料间的密合性的粘合剂，还可以包含用于确保正极混合材料层251内的离子传导性的固体电解质。
作为制作正极混合材料层251的方法，将包含于正极混合材料层251中的材料溶解在溶剂中使其浆体化后，将其涂敷在正极集电体252上。涂敷的方法没有特别限定，能够利用例如刮刀法、浸渍法、喷雾法等现有的方法。之后，进行用于去除溶剂的干燥工序、用于确保正极混合材料层251内的电子传导性、离子传导性的挤压工序，形成正极混合材料层251。
＜正极集电体252＞
正极集电体252具有正极涂敷部253和正极接头254。在正极涂敷部253上形成有正极混合材料层251。在正极接头254上的一部分或全部没有形成正极混合材料层251。正极接头254是为了将产生的电力取出到外部而配置的，其从双侧正极250或单侧正极200的一边突出。图2中，正极接头254向与后述的负极接头154相同的方向突出，但也可以从不同的方向突出。通过使正极接头254和负极接头154向同方向突出，能够减小电池单体1000中的正极接头254和负极接头154的占有面积，能够提高电池单体1000的能量密度。以下，有时将正极接头254或负极接头154称为电极接头。
电池单体1000中的各正极接头254在从层叠方向观察电池单体1000时相互重叠。电池单体1000中的多个正极接头254彼此例如通过超声波焊接来接合。在分别制作电池单体1000的情况下，超声波焊接时其它的电池单体1000不会干涉。另外，由于将相同的部件彼此通过超声波焊接来接合，无需包含不同材料就能够通过超声波焊接来接合，因此连接可靠性高。
在图1中，相邻的电池单体1000中的被接合的多个正极接头254在从层叠方向观察电池单体1000时彼此重叠，但也可以不重叠。另外，在图1中，在相邻的电池单体1000中，使一个电池单体1000的被接合了的多个正极接头254与另一个电池单体1000的被接合了的多个正极接头254重叠，但也可以使一个电池单体1000的被接合了的多个正极接头254与另一个电池单体1000的被接合了的多个负极接头154重叠。使相邻的电池单体1000中被接合的多个正极接头254在从层叠方向观察电池单体1000时彼此(或多个正极接头254与多个负极接头154)重叠，由此，在将电池单体1000收纳于树脂成形体中的情况下，能够在相同的树脂成形体中收纳各个电池单体1000。在图1中，由于将相邻的电池单体1000串联连接，因此优选相邻的电池单体1000中的被接合了的多个正极接头254彼此绝缘。
正极集电体252使用铝箔或孔径0.1～10mm的铝制穿孔箔、膨胀合金、发泡铝板等。材质除铝外，还能够应用不锈钢、钛等。正极集电体252的厚度优选为10nm～1mm。从同时实现全固态电池的能量密度和电极的机械强度的观点来看，优选1～100μm左右。
＜负极混合材料层151＞
在负极混合材料层151至少包含可存储、释放Li的正极活性物质。作为负极活性物质，可举出天然石墨、未加固碳墨、非晶碳等碳系材料、Si(硅)金属或Si合金、钛酸锂、锂金属等。负极混合材料层151中也可以包含用于承担负极混合材料层151内的电子传导性的导电材料、确保负极混合材料层151内的材料间的密合性的粘合剂，还可以包含用于确保负极混合材料层151内的离子传导性的固体电解质。
作为制作负极混合材料层151的方法，将包含于负极混合材料层151中的材料溶解在溶剂使其浆体化后，将其涂敷在负极集电体152上。涂敷的方法没有特别限定，能够使用例如刮刀法、浸渍法、喷雾法等现有的方法。之后，通过用于去除溶剂的干燥工序、用于确保负极混合材料层151内的电子传导性、离子传导性的挤压工序，形成负极混合材料层151。
＜负极集电体152＞
负极集电体152具有负极涂敷部153和负极接头154。负极涂敷部153和负极接头154的结构大致与正极涂敷部253和正极接头254的结构相同。
负极集电体152使用铜箔或孔径0.1～10mm的铜制穿孔箔、膨胀合金、发泡铜板等，材质除铜外，还能够应用不锈钢、钛、镍等。负极集电体152的厚度优选为10nm～1mm。从同时实现全固态电池的能量密度和电极的机械强度的观点来看，优选1～100μm左右。
＜电解质层300＞
在电解质层300中包含固体电解质。作为固体电解质，可举出Li10Ge2PS12、Li2S－P2S5等硫化物系、Li－La－Zr－O等氧化物系、使有机高分子或无机粒子等担载离子液体或常温熔融盐等而得的聚合物型、半固体电解质等的在全固态电池的动作温度范围内不显示出流动性的材料。电解质层300通过粉体压缩、与粘结材料的混合、浆体化后的固体电解质层对于脱模材料的涂布或对担载体的含浸等而形成。从全固态电池的能量密度、确保电子绝缘性等观点来看，优选电解质层300的厚度为数nm～数mm的尺寸。
实施例2
图3是本发明一个实施方式的全固态电池的示意图。图3中，在层叠方向上，在多个电池单体1000之间形成有散热片500。通过在多个电池单体1000之间形成散热片500，能够降低电池单体1000内伴随温度分布的产生而引起的电池特性的偏差。作为散热片500的材料，可举出铝、铜、不锈钢等。
在图3中，散热片500具有散热片突出部510。散热片突出部510在电池单体1000外在层叠方向上延伸。散热片突出部510能够作为相邻的电池单体1000的串联连接的端子来检测电压。作为散热片500，即使是没有散热片突出部510的结构，也可以使散热片突出部510向面内方向延伸。通过使散热片突出部510在电池单体1000外在层叠方向上延伸，与散热片突出部510在面内方向延伸的情况相比，能够减小全固态电池2000中的散热片突出部510的占有面积，能够提高全固态电池2000的能量密度。
在将全固态电池2000收纳在壳体3000的情况下，散热片突出部510经由具有绝缘性的厚度1mm左右的导热片(未图示)与壳体3000接触。由此，在电池单体1000中产生的热量经由散热片500、散热片突出部510、导热片向壳体3000移动，从壳体3000表面向壳体3000外部发散。作为壳体3000的材料，可举出铝合金、不锈钢、镍/不锈钢的覆层材料等。另外，这些也可以预先对要与全固态电池2000接触的部分形成绝缘覆盖层。
实施例3
图4是本发明一个实施方式的全固态电池的示意图。作为全固态电池2000，在多个电池单体1000各自上具有树脂成形体600。多个电池单体1000各自收纳于树脂成形体600中。在树脂成形体600形成有在收纳多个电池单体1000时用于使被接合了的多个负极接头154和被接合了的多个正极接头254穿过的电极接头用间隙610。由于具有树脂成形体600，能够实现多个电池单体1000层叠时的定位。另外，还可以进行多个电池单体1000彼此的定位。
作为树脂成形体600的材料，可举出PBT树脂、PP树脂等绝缘树脂材。在图4中，虽然在树脂成形体600的底面形成有散热片500，但是也可以为在树脂成形体600的底面没有散热片500的结构。在树脂成形体600的底面没有散热片500的情况下，为了确保相邻的多个电池单体1000彼此的串联电连接，优选树脂成形体600的底面为中空。
在图4中，对多个电池单体1000分别形成树脂成形体600，但也可以将树脂成形体600设为一个，多个电池单体1000分别形成于一个树脂成形体600中。
在图4中，为了使散热片突出部510伸出到电池单体1000外，在树脂成形体600的侧面形成用于使散热片突出部510贯通的空间，通过使散热片突出部510与树脂成形体600接触，能够使电池单体1000内产生的热量经由散热片突出部510和树脂成形体600向全固态电池2000外放出。
实施例4
图5是本发明一个实施方式的全固态电池的示意图。在图5中，使单侧电极中的电极集电体的厚度大于两面电极中的电极集电体的厚度。在单侧负极100的上部形成有单侧负极集电体160，在单侧正极200的下部形成有单侧正极集电体260。有时将单侧负极集电体160或单侧正极集电体260称为单侧电极集电体。通过使单侧电极中的电极集电体的厚度大于两面电极中的电极集电体的厚度，能够缓和单侧电极集电体内的电极接头中的电流密度，能够降低局部的温度上升。
在图5中，使单侧负极100中的单侧负极集电体160的厚度大于双侧负极150中的负极集电体152的厚度，使单侧正极200中的单侧正极集电体260的厚度大于双侧正极250中的正极集电体252的厚度，但也可以只改变一个电极的厚度的大小。另外，也可以仅使单侧电极中的电极集电体的电极接头大于两面电极中的电极集电体的电极接头部的厚度，使单侧电极中的电极涂敷部的厚度和两面电极中的电极涂敷部的厚度相同。
实施例5
图6是本发明一个实施方式的全固态电池的示意图。在图6中，单侧电极具有多片电极集电体，通过将电极集电体层叠而构成。通过将电极集电体形成多片，并将电极集电体层叠，能够使电流分散在多个电极接头上，缓和电极接头内的电流密度，降低局部的温度上升。在图6中，单侧负极100具有多片负极集电体152，通过将负极集电体152层叠而构成单侧负极层叠集电体170。另外，单侧正极200具有多片正极集电体252，通过将正极集电体252层叠而构成单侧正极层叠集电体270。
也可以将单侧电极中的多个电极接头预先弯曲成形。通过将单侧电极中的多个电极接头预先弯曲成形，能够将双侧电极中的电极集电体的电极接头用作超声波焊接时的基座。
在图6中，单侧负极100具有多个负极集电体152，且将负极集电体152层叠，单侧正极200具有多个正极集电体252，且将正极集电体252层叠，但也可以形成多个仅有一个单侧电极的电极集电体。图6中，单侧负极100中的负极集电体152的个数和单侧正极200中的正极集电体252的个数相同，但也可以为不同的个数。从导热率和导电率的观点来看，优选增加主要由铝形成的单侧正极200中的正极集电体252的个数，具体而言，使单侧正极200中的正极集电体252的个数大于单侧负极100中的负极集电体152的个数。
符号说明
100 单侧负极
150 双侧负极
151 负极混合材料层
152 负极集电体
153 负极涂敷部
154 负极接头
160 单侧负极集电体
170 单侧负极层叠集电体
200 单侧正极
250 双侧正极
251 正极混合材料层
252 正极集电体
253 正极涂敷部
254 正极接头
260 单侧正极集电体
270 单侧正极层叠集电体
300 电解质层
400 电极体
500 散热片
510 散热片突出部
600 树脂成形体
610 电极接头用间隙
1000 电池单体
2000 全固态电池
3000 壳体。

Claims (5)

1.一种全固态电池，其特征在于：
具有多个电池单体，
所述电池单体具有：
双侧正极，其具有正极集电体和形成于所述正极集电体的两个面的正极混合材料层；
双侧负极，其具有负极集电体和形成于所述负极集电体的两个面的负极混合材料层；
单侧正极，其具有所述正极集电体和形成于所述正极集电体的一个面的所述正极混合材料层，在所述正极集电体的另一个面，所述正极集电体露出；
单侧负极，其具有所述负极集电体和形成于所述负极集电体的一个面的所述负极混合材料层，在所述负极集电体的另一个面，所述负极集电体露出；
电解质层，其分别位于所述双侧正极与所述双侧负极之间、所述双侧正极与所述单侧负极之间以及所述双侧负极与所述单侧正极之间，
所述双侧正极中的所述正极集电体和所述单侧正极中的所述正极集电体分别具有正极接头，
所述双侧负极中的所述负极集电体和所述单侧负极中的所述负极集电体分别具有负极接头，
所述正极接头相互接合，所述负极接头相互接合，且所述双侧正极与所述双侧负极交替层叠，从而在所述电池单体中并联地电连接，
所述单侧正极和所述单侧负极，以所述单侧正极的正极混合材料层与所述电解质层相对，所述单侧负极的负极混合材料层与所述电解质层相对的方式配置在所述电池单体的层叠方向上的端部，
相邻的所述电池单体中的一个所述电池单体的所述单侧正极的所述正极集电体与另一个所述电池单体的所述单侧负极的所述负极集电体在层叠方向上连接，从而使多个所述电池单体串联地电连接。
2.根据权利要求1所述的全固态电池，其特征在于：
在层叠方向上，在相邻的所述电池单体之间形成有散热片。
3.根据权利要求1所述的全固态电池，其特征在于：
多个所述电池单体收纳于树脂成形体内。
4.根据权利要求1所述的全固态电池，其特征在于：
所述单侧正极的所述正极集电体的厚度大于所述双侧正极的所述正极集电体的厚度，或者所述单侧负极的所述负极集电体的厚度大于所述双侧负极的所述负极集电体的厚度。
5.根据权利要求4所述的全固态电池，其特征在于：
所述单侧正极具有多个所述正极集电体，或者所述单侧负极具有多个所述负极集电体。
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