CN109494408B - 双极固体电池的集电板配置结构 - Google Patents

双极固体电池的集电板配置结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可抑制占有面积变大而将用以掌握各电池单元的电压的多个集电板配置在双极固体电池的外部的双极固体电池的集电板配置结构。本发明的双极固体电池(1)的集电板配置结构具有多个固体电池单元层叠而构成的电池单元层叠体，所述多个固体电池单元分别具备正极活性物质层、负极活性物质层、及配置在正极活性物质层与负极活性物质层之间并与正极活性物质层及负极活性物质层分别接触的固体电解质层，在相对于层叠的方向的侧面(101)上具备正极集电体(11)与负极集电体(12)，且在作为层叠的方向上的一端面的表面(102)与作为层叠的方向上的另一端面的背面的至少一面上，配置有固体电池单元(20)的集电板(31)、集电板(32)。

Description

双极固体电池的集电板配置结构
技术领域
本发明涉及一种谋求固体电池单元的能量密度的提升的双极固体电池的集电板配置结构。
背景技术
从以往以来，锂电池作为具有高电压及高能量密度的电池已实用化。由于锂电池的用途扩大至广泛的领域、且要求高性能的锂电池，因此为了锂电池的进一步的性能提升而正进行各种研究。
为了提升锂电池的能量密度，最有效的是减少电极的厚度，已提出有一种将多个构成依次层叠有正极层、电解质层及负极层的单电池的电池单元(例如，参照专利文献1)层叠而成的双极电池(例如，参照专利文献2)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2017-045594号公报
[专利文献2]日本专利特开2015-216077号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，在以往的双极电池中，用以监测并掌握各电池单元的电压的作为正极及负极的集电板在电池单元的侧面上延长，但电池单元的侧面的面积有限制。当使更多的集电板不仅在电池单元的一侧面上延长，而且也在其他侧面上延长时，单元的侧面上的集电板的占有面积变大。
本发明是鉴于所述课题而成者，其目的在于提供一种可抑制占有面积变大而将用以掌握各电池单元的电压的多个集电板配置在双极固体电池的外部的双极固体电池的集电板配置结构。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，本发明是具有将多个固体电池单元(例如，后述的全固体电池单元20)层叠而构成的电池单元层叠体(例如，后述的电池单元层叠体10)的双极固体电池(例如，后述的双极全固体电池1)的集电板配置结构，所述多个固体电池单元分别具备正极活性物质层(例如，后述的正极混合材料21)、负极活性物质层(例如，后述的负极混合材料22)、及配置在所述正极活性物质层与所述负极活性物质层之间并与所述正极活性物质层及所述负极活性物质层分别接触的固体电解质层(例如，后述的固体电解质层23)，所述双极固体电池的集电板配置结构：在相对于所述层叠的方向的一侧面(例如，后述的侧面101)上具备正极集电体(例如，后述的正极集电体11)与负极集电体(例如，后述的负极集电体12)，且在作为所述层叠的方向上的一端面的表面(例如，后述的上表面102)与作为所述层叠的方向上的另一端面的背面(例如，后述的下表面103)的至少一面上，配置有所述固体电池单元的集电板。
在本发明中，在作为层叠的方向上的一端面的表面与作为层叠的方向上的另一端面的背面的至少一面上，配置有固体电池单元的集电板。由此，与将集电板配置在双极固体电池的侧面上的情况相比，可减少此侧面上的集电板的占有面积，而可减少整个双极固体电池中的集电板的占有体积。其结果，可提升能量密度。
另外，通过此种配置，在结构上，集电板通过双极固体电池的表面来增强。因此，可不增加集电板的尺寸而减小集电板，从而可提升能量密度。
优选所述集电板在所述电池单元层叠体与构成所述双极固体电池的侧面的侧壁(例如，后述的侧壁密封材料17)之间，在所述固体电池单元的层叠方向上延长，且配置在所述表面与所述背面的至少一面上。
在本发明中，集电板在电池单元层叠体与构成双极固体电池的侧面的侧壁之间，在固体电池单元的层叠方向上延长。
由此，集电板不从双极固体电池的侧面朝双极固体电池的外部突出，而配置在双极固体电池的上表面上。因此，可减少整个双极固体电池中的集电板的占有体积。
优选所有所述固体电池单元的所述集电板配置在所述表面或所述背面的任一面上。
在本发明中，所有固体电池单元的集电板配置在表面或背面的任一面上。由此，在双极固体电池的表面上，可容易地将电压测定机器与用以掌握各固体电池单元的电压的正极及负极的集电板电连接。
[发明的效果]
根据本发明，可提供一种可抑制占有面积变大而将用以掌握各电池单元的电压的多个集电板配置在双极固体电池的外部的双极固体电池的集电板配置结构。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的双极固体电池的集电板配置结构的平面图。
图2是表示所述实施方式的双极固体电池的集电板配置结构的侧方剖面图。
[符号的说明]
1：双极全固体电池(双极固体电池)
10：电池单元层叠体(电池单元层叠体)
11：正极集电体
12：负极集电体
17：侧壁密封材料(侧壁)
20：全固体电池单元(固体电池单元)
21：正极混合材料(正极活性物质层)
22：负极混合材料(负极活性物质层)
23：固体电解质层(固体电解质层)
101：侧面(一侧面、侧面)
102：上表面(表面)
103：下表面(背面)
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对本发明的一实施方式进行详细说明。图1是表示本发明的一实施方式的双极固体电池的集电板配置结构的平面图。图2是表示双极固体电池的集电板配置结构的侧方剖面图。再者，在图2中，为便于说明，对于图1中由符号“31”、符号“32”所表示的电压监视用端子31、电压监视用端子32以外的电压监视用端子，省略图示。
双极固体电池包含具有将多个全固体电池单元20层叠而构成的电池单元层叠体10的作为双极结构的双极全固体电池1，本实施方式中的双极固体电池的集电板配置结构是与双极全固体电池1中的作为用以监测并掌握各全固体电池单元20的电压的集电板的电压监视用端子31、电压监视用端子32的配置相关者。
更具体而言，构成双极全固体电池1的全固体电池单元20具有：作为包含固体的正极活性物质且作为正极发挥功能的正极层的正极混合材料21、作为包含固体的负极活性物质且作为负极发挥功能的负极层的负极混合材料22、及配置在正极混合材料21与负极混合材料22之间的固体电解质层23。正极混合材料21、固体电解质层23、及负极混合材料22经层叠，正极混合材料21与固体电解质层23接触，负极混合材料22与固体电解质层23接触。
多个全固体电池单元20经由作为集电板的板状的电压监视用端子31、电压监视用端子32而层叠。具体而言，如图2所示，最下层的全固体电池单元20的负极混合材料22设置在作为双极全固体电池1的负极的负极集电体12上而与负极集电体12接触。而且，在最下层的全固体电池单元20中，以负极混合材料22、固体电解质层23、正极混合材料21的顺序层叠，电压监视用端子31的一端部311设置在正极混合材料21上而与正极混合材料21接触。
从下方起第2个全固体电池单元20的负极混合材料22设置在电压监视用端子31的一端部311上而与电压监视用端子31的一端部311接触。而且，在从下方起第2个全固体电池单元20中，与最下层的全固体电池单元20同样地，以负极混合材料22、固体电解质层23、正极混合材料21的顺序层叠，电压监视用端子32的一端部321设置在正极混合材料21上而与正极混合材料21接触。
最上层的全固体电池单元20的负极混合材料22设置在电压监视用端子32的一端部321上而与电压监视用端子32的一端部321接触。而且，在最上层的全固体电池单元20中，与最下层的全固体电池单元20同样地，以负极混合材料22、固体电解质层23、正极混合材料21的顺序层叠，正极集电体11的一端部111设置在正极混合材料21上而与正极混合材料21接触。
如此层叠的多个全固体电池单元20被收容在外廓部100的内部，所述外廓部100包含具有作为全固体电池单元20的层叠方向上的一端面的上表面102的上壁包装材料15、具有作为同一方向上的另一端面的下表面103的下壁包装材料16、及以横跨所述上壁包装材料15与下壁包装材料16的方式设置且具有双极全固体电池1的侧面101的侧壁密封材料17。
负极集电体12的一端部121设置在下壁包装材料16的上表面上，负极集电体12的另一端部122贯穿侧壁密封材料17并朝侧面101的外部延长。正极集电体11的一端部111设置在上壁包装材料15的下表面上，正极集电体11的另一端部112贯穿侧壁密封材料17并朝外廓部100的侧面101的外部延长。
配置在最下层的全固体电池单元20与从下方起第2个全固体电池单元20之间的电压监视用端子31贯穿侧壁密封材料17并朝侧面101的外部延长且弯曲，沿着侧壁密封材料17的外表面(侧面101)朝上方延长并到达上壁包装材料15的上表面102(外廓部100的上表面102)上。而且，电压监视用端子31的另一端部312弯曲并沿着上壁包装材料15的上表面102配置而设置在上表面102上。设置在上壁包装材料15的上表面102上的电压监视用端子31的另一端部312如图1所示，形成为正方形的平板状。
配置在最上层的全固体电池单元20与从下方起第2个全固体电池单元20之间的电压监视用端子32弯曲，并沿着侧壁密封材料17的内表面朝上方延长，即，电压监视用端子32在包含经层叠的多个全固体电池单元20的电池单元层叠体10与构成双极全固体电池1的侧面101的侧壁密封材料17之间，在全固体电池单元20的层叠方向上延长，并贯穿上壁包装材料15而到达上壁包装材料15的上表面102上。而且，电压监视用端子32的另一端部322弯曲并沿着上壁包装材料15的上表面102配置而设置在上表面102上。设置在上壁包装材料15的上表面102上的电压监视用端子32的另一端部322如图1所示，形成为正方形的平板状。
因此，电压监视用端子32的另一端部322、电压监视用端子31的另一端部312均配置在上壁包装材料15的上表面102(表面)上，而未配置在下壁包装材料16的下表面103(背面)或侧壁密封材料17的外表面(侧面101)上。
根据本实施方式，取得以下的效果。
在本实施方式中，在作为全固体电池单元20的层叠的方向上的双极全固体电池1的一端面的上表面102上，配置有作为全固体电池单元20的集电板的电压监视用端子32的另一端部322、电压监视用端子31的另一端部312。
由此，与将作为集电板的电压监视用端子配置在双极全固体电池的侧面上的情况相比，可减少此侧面上的占有面积，而可减少整个双极全固体电池1中的电压监视用端子31、电压监视用端子32的占有体积。其结果，可提升能量密度。
另外，通过此种配置，在结构上，电压监视用端子32的另一端部322、电压监视用端子31的另一端部312通过双极全固体电池1的上表面102来增强。因此，可不增加电压监视用端子32、电压监视用端子31的尺寸而将其减小，从而可提升能量密度。
另外，作为集电板的电压监视用端子32在电池单元层叠体10与构成双极全固体电池1的侧面101的侧壁密封材料17之间，在全固体电池单元20的层叠方向上延长，且配置在表面102上。
由此，电压监视用端子31、电压监视用端子32不从双极全固体电池1的侧面101朝外廓部100的外部突出，而配置在双极全固体电池1的上表面102上，因此可减少整个双极全固体电池1中的电压监视用端子31、电压监视用端子32的占有体积。
另外，作为所有全固体电池单元20的集电板的电压监视用端子32的另一端部322、电压监视用端子31的另一端部312配置在双极固体电池的上表面102(表面)上。由此，在上壁包装材料15的上表面102(表面)上，可容易地将电压测定机器与作为用以掌握各全固体电池单元20的电压的正极及负极的集电板的电压监视用端子32、电压监视用端子31电连接。
再者，本发明并不限定于所述实施方式，可达成本发明的目的的范围内的变形、改良等包含在本发明中。
例如，在所述实施方式中，在作为全固体电池单元20的层叠的方向上的一端面的上表面102(表面)上配置有电压监视用端子32的另一端部322、电压监视用端子31的另一端部312，但并不限定于此构成。例如，也可以在作为全固体电池单元20的层叠的方向上的另一端面的下表面103(背面)上，配置作为集电板的所有电压监视用端子32、电压监视用端子31的另一端部322、另一端部312。
另外，视需要，例如也可以在作为全固体电池单元20的层叠的方向上的一端面的上表面102(表面)与作为同一方向上的另一端面的下表面103(背面)的至少一面上，配置作为全固体电池单元的集电板的电压监视用端子。即，例如也可以在作为全固体电池单元20的层叠的方向上的一端面的上表面102(表面)上，配置电压监视用端子32的另一端部322，在作为全固体电池单元20的层叠的方向上的另一端面的下表面103(背面)上，配置电压监视用端子31的另一端部312。
另外，双极固体电池的集电板配置结构的各部的构成并不限定于本实施方式的双极全固体电池1的集电板配置结构的各部的构成。例如，作为集电板的电压监视用端子32的另一端部322、电压监视用端子31的另一端部312形成为正方形的平板状，但并不限定于此形状。例如，集电板也可以形成为线的形状。
另外，例如双极固体电池也可以包含具有用以对全固体电池单元20施加电流的端子配置在外廓部100的外表面上的全固体电池单元20的双极全固体电池1。
另外，在本实施方式中的双极全固体电池1中，电压监视用端子31贯穿侧壁密封材料17并朝外廓部100的外部延长，电压监视用端子32贯穿上壁包装材料15并朝外廓部100的外部延长，但并不限定于此构成。例如，也可以具有所有电压监视用端子贯穿上壁包装材料15或下壁包装材料16并朝外廓部100的外部延长的构成。
另外，在本实施方式中，双极固体电池包含双极全固体电池1，但并不限定于此。例如，双极固体电池也可以包含具有液体的电解质的液系的锂离子二次电池。另外，双极全固体电池1也可以不具有锂合金。

Claims (3)

1.一种双极固体电池的集电板配置结构，具有多个固体电池单元层叠而构成的电池单元层叠体，所述多个固体电池单元分别具备正极活性物质层、负极活性物质层、及配置在所述正极活性物质层与所述负极活性物质层之间并与所述正极活性物质层及所述负极活性物质层分别接触的固体电解质层，其中：
在相对于所述层叠的方向的侧面上具备正极集电体与负极集电体，
在所述层叠的方向上层叠的所述多个固体电池单元被收容在外廓部的内部，所述外廓部包含上壁包装材料与下壁包装材料，且
所述固体电池单元的集电板具备第一端子与第二端子，所述第一端子的一端部配置在作为所述层叠的方向上的一端面的所述上壁包装材料的上表面与作为所述层叠的方向上的另一端面的所述下壁包装材料的下表面的至少一面上，所述第二端子的一端部配置在所述上表面与所述下表面的至少一面上。
2.根据权利要求1所述的双极固体电池的集电板配置结构，其中：所述集电板在所述电池单元层叠体与构成所述双极固体电池的侧面的侧壁之间，在所述固体电池单元的层叠方向上延长，且配置在所述上表面与所述下表面的至少一面上。
3.根据权利要求1所述的双极固体电池的集电板配置结构，其中：所有所述固体电池单元的所述集电板配置在所述上表面或所述下表面的任一面上。
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