CN112753121B - 全固体电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全固体电池，其能够在不产生铆接不良的情况下将外装罐与封口罐充分地铆接，能够防止水分从外部侵入。全固体电池(1)具备外装罐(2)、与外装罐(2)对置的封口罐(3)以及收纳在外装罐(2)与封口罐(3)之间的发电元件(4)。封口罐(3)的平面部(31)和周壁部(32)经由曲面部(33)连续地形成。在发电元件(4)的外周面的上端与平面部(31)的内表面以及曲面部(33)的内表面的边界(10)之间，在径向的宽度最大的位置形成有2.0mm以下的间隙(g1)。由此，容易地定位发电元件(4)而适当地配置于封口罐(3)的内部，抑制发电元件(4)的位置偏移。

Description

全固体电池
技术领域
本发明涉及全固体电池。
背景技术
全固体电池、特别是使用硫化物系固体电解质作为固体电解质的全固体电池若水分侵入电池内部则电池特性劣化。因此，全固体电池需要为耐来自外部的水分的侵入强的构造。
以往，日本特开2019-21428号公报公开了具有固体电解质层的硬币型电池(专利文献1)。以往的硬币型电池中，金属制封口板(封口罐)的侧壁部从平板部铅直地折弯，其侧壁部的边缘端部被向外侧折叠。另外，在封口罐的侧壁部与金属制壳体(外装罐)的侧壁部之间配置有密封垫。外装罐的边缘端部以朝向内部侧的方式弯曲并铆接于被折叠的封口罐的侧壁部的前端的方向。
以往的硬币型电池通过对外装罐与封口罐进行铆接，成为来自外部的水分难以侵入的构造。但是，以往的硬币型电池由于封口罐的被折叠的边缘端部的前端面窄，所以即使从前端面的上方铆接外装罐的边缘端部也无法施加适当的铆接压力。因此，以往的硬币型电池的外装罐与封口罐的铆接不足，水分有可能从外部侵入。
另一方面，日本特开2017-162771号公报公开了虽然不是全固体电池但在封口罐的侧壁部设置有阶梯部的电池(专利文献2)。以往的电池的外装罐的边缘端部向设置于封口罐的侧壁部的台阶部的方向弯曲，将外装罐与封口罐铆接。因此，该电池能够施加充分的铆接压力而将外装罐与封口罐铆接，能够防止水分从外部侵入。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-21428号公报
专利文献2：日本特开2017-162771号公报
然而，通常，全固体电池是在电池内部配置硬质的发电元件的构造，因此根据封口罐的形状，无法容易地进行发电元件的定位，能够产生发电元件的位置偏移。这样的发电元件的位置偏移成为外装罐与封口罐的铆接不良的原因。专利文献1的硬币型电池在封口罐的平板部与层叠体(发电元件)之间构成加压构件。在该硬币型电池中，在将发电元件配置于封口罐的内部时，若发电元件的一部分超出加压构件的周端部的径向外侧，则在将外装罐与封口罐铆接时发电元件能够倾斜。因此，现有的硬币型电池存在如下问题：发电元件相对于加压构件的定位失败，若产生位置偏移，则可能产生外装罐与封口罐的铆接不良。即，以往的硬币型电池并未考虑发电元件的定位及位置偏移。
另外，专利文献2的电池通过在封口罐的周壁部设置台阶部，能够以充分的铆接压力对外装罐与封口罐进行铆接。但是，专利文献2的电池不是全固体电池，没有考虑发电元件的定位和位置偏移。
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种全固体电池，其容易地定位并适当地配置发电元件，抑制发电元件的位置偏移，由此能够在不产生铆接不良的情况下将外装罐与封口罐充分地铆接，能够防止水分从外部侵入。
为了解决上述课题，本发明以如下方式构成。即，本发明的全固体电池可以具备具有底部和筒状侧壁部的外装罐。全固体电池可以具备具有平面部和周壁部并与外装罐对置的封口罐。全固体电池可以具备发电元件，该发电元件收纳于外装罐与封口罐之间，包含正极材料层、负极材料层、以及配置于正极材料层与负极材料层之间的固体电解质层。平面部和周壁部可以经由曲面部连续地形成。可以在发电元件的外周面的上端与平面部的内表面以及曲面部的内表面的第一边界之间形成第一间隙。第一间隙可以在第一间隙成为最大的位置在径向上具有2.0mm以下的宽度。
根据本发明的全固体电池，容易地定位并适当地配置发电元件，抑制发电元件的位置偏移，由此能够在不产生铆接不良的情况下将外装罐与封口罐充分地铆接，能够防止水分从外部侵入。
附图说明
图1是表示第一实施方式的全固体电池的结构的剖视图。
图2是表示第一实施方式的全固体电池的结构的剖视图。
图3是表示第二实施方式的全固体电池的结构的剖视图。
图4是表示第二实施方式的全固体电池的结构的剖视图。
图5是表示第三实施方式的全固体电池的结构的剖视图。
图6是表示第三实施方式的全固体电池的结构的剖视图。
图7是表示第四实施方式的全固体电池的结构的放大剖视图。
具体实施方式
全固体电池可以具备具有底部和筒状侧壁部的外装罐。全固体电池可以具备具有平面部和周壁部且与外装罐对置的封口罐。全固体电池可以具备发电元件，该发电元件收纳于外装罐与封口罐之间，包含正极材料层、负极材料层以及配置于正极材料层与负极材料层之间的固体电解质层。平面部和周壁部可以经由曲面部连续地形成。可以在发电元件的外周面的上端与平面部的内表面以及曲面部的内表面的第一边界之间形成第一间隙。第一间隙可以在第一间隙成为最大的位置在径向上具有2.0mm以下的宽度。
通过形成第一间隙，能够容易地定位发电元件而配置于封口罐的内部，能够抑制位置偏移。由此，全固体电池能够不产生铆接不良地将外装罐与封口罐充分地铆接，其结果是，能够防止水分从外部侵入。
平面部的内表面的直径与发电元件的直径之差可以为2.0mm以下。由此，能够更可靠地将发电元件定位，能够抑制发电元件的位置偏移。
第一间隙可以在径向上具有0.01mm以上的宽度。由此，发电元件不与曲面部的内表面接触，能够抑制发电元件的损伤。
周壁部可以具有曲面部侧的基端部、形成为比基端部的外径大的开口端侧的扩径部以及基端部与扩径部之间的台阶部。由此，能够在相对于筒状侧壁部的径向大致垂直的方向、即纵向上对台阶部施加充分的铆接压力。
全固体电池还可以具备配置在筒状侧壁部与周壁部之间的密封垫。密封垫可以配置在底部与周壁部的开口端之间，具有从周壁部向径向内侧突出的密封垫底部。可以在发电元件的外周面与密封垫底部的内周面之间形成第二间隙。第二间隙可以在第二间隙成为最大的位置在径向上具有2.0mm以下的宽度。通过形成第二间隙，即使在发电元件的外装罐侧，也能够容易地对发电元件进行定位而配置在封口罐的内部，能够更可靠地抑制位置偏移，能够更可靠地防止水分从外部侵入。
密封垫底部的内周面的内径与发电元件的直径之差也可以为2.0mm以下。由此，能够更可靠且容易地将发电元件定位，能够抑制发电元件的位置偏移。
第二间隙可以在径向上具有0.01mm以上的宽度。由此，发电元件不与密封垫的内周面接触，能够抑制发电元件的损伤。
全固体电池可以在底部与平面部之间串联层叠多个发电元件而容纳。第一间隙可以形成在配置于平面部的最近处的发电元件的外周面的上端与平面部的内表面以及曲面部的第一边界之间。第二间隙可以形成在配置于底部的最近处的发电元件的外周面与密封垫底部的内周面之间。由此，即使是将多个发电元件串联层叠而成的全固体电池，也能够不产生铆接不良地将外装罐与封口罐充分地铆接，能够防止水分从外部侵入。
全固体电池可以在所述底部与所述平面部之间串联层叠多个所述发电元件而容纳。基端部的内表面可以在从曲面部的内表面连续地形成的周侧面和从周侧面到台阶部的内表面连续地形成的曲率面之间具有第二边界。在发电元件中的配置于最接近平面部的是正极材料层的情况下，从平面部的内表面到第二边界的高度可以小于从平面部的内表面到最接近所述平面部的负极材料层的外周面的上端的高度。在发电元件中的配置在平面部的最近处的是负极材料层的情况下，从平面部的内表面到所述第二边界的高度可以比从平面部的内表面到最接近平面部的正极材料层的外周面的上端的高度小。由此，能够防止短路。
全固体电池可以在轴向上随着从所述平面部离开而向径向外侧扩展。由此，能够更可靠地防止短路。
(第一实施方式)
以下，使用图1对本发明的第一实施方式的全固体电池1进行具体说明。首先，如图1所示，全固体电池1基本上由外装罐2、封口罐3、发电元件4、密封垫5构成。另外，在本第一实施方式中，全固体电池1是扁平形电池。
外装罐2具备圆形状的底部21和从底部21的外周连续地形成的圆筒状的筒状侧壁部22。筒状侧壁部22以在纵剖视观察时相对于底部21大致垂直地延伸的方式设置。外装罐2由不锈钢等金属材料形成。另外，外装罐2的形状不限于具备圆形状的底部21的圆筒形状。例如，外装罐2的形状可以将底部21形成为四边形等多边形，将筒状侧壁部22形成为与底部21的形状一致的四角筒状等多边筒状，能够根据全固体电池1的尺寸、形状进行各种变更。因此，筒状侧壁部22的形状不仅包括圆筒状，还包括四角筒状等多边筒状。
封口罐3具备圆形状的平面部31和从平面部31的外周经由曲面部33连续地形成的圆筒状的周壁部32。封口罐3的开口与外装罐2的开口对置。封口罐3由不锈钢等金属材料形成。另外，封口罐3的形状不限于具备圆形状的平面部31的圆筒形状。例如，封口罐3的形状也可以将平面部31形成为四边形等的多边形，将周壁部32形成为与平面部31的形状一致的四角筒状等的多边筒状，能够根据全固体电池1的尺寸、形状而进行各种变更。因此，周壁部32的形状不仅包括圆筒状，还包括四角筒状等多边筒状。
封口罐3的周壁部32具有曲面部33侧的基端部32a、形成为比基端部32a的外径大的开口端侧的扩径部32b、以及基端部32a与扩径部32b之间的台阶部32c。因此，周壁部32形成为扩径部32b比基端部32a向外侧变宽的台阶状。
外装罐2和封口罐3在将发电元件4收容于内部空间之后，经由密封垫5被铆接在外装罐2的筒状侧壁部22与封口罐3的周壁部32之间。具体而言，外装罐2与封口罐3使外装罐2与封口罐3的相互的开口对置，在将封口罐3的周壁部32插入到外装罐2的筒状侧壁部22的内侧之后，经由密封垫5而被铆接于筒状侧壁部22与周壁部32之间。筒状侧壁部22的边缘端部以朝向周壁部32的台阶部32c的方向朝向内侧的方式被铆接。因此，筒状侧壁部22的边缘端部向与筒状侧壁部22的径向大致垂直的方向、即纵向充分地铆接。另外，全固体电池1的制造工序的详细情况后述。另外，也可以在发电元件4与封口罐3的平面部31之间设置集电体。也可以在发电元件4与外装罐2的底部21之间设置集电体。
封口罐3的平面部31和周壁部32经由曲面部33连续地形成。平面部31和周壁部32通过对金属制的平板材料进行冲压成型而形成。此时，在平面部31与周壁部32之间通常形成曲面部33。曲面部33是指从平面部31与曲面部33的边界到曲面部33与周壁部32的边界为止的范围。曲面部33的内表面是指从平面部31的内表面与曲面部33的内表面的边界10到曲面部33的内表面与基端部32a的内表面的边界为止的范围。即，平面部31的内表面与曲面部33的内表面的边界10沿着平面部31的内表面的外周端形成。
发电元件4收纳在外装罐2与封口罐3之间，包含正极材料层41、负极材料层42和固体电解质层43。固体电解质层43配置在正极材料层41与负极材料层42之间。发电元件4从外装罐2的底部21侧(图示的下方)按照正极材料层41、固体电解质层43、负极材料层42的顺序层叠。发电元件4形成为圆柱形状。发电元件4配置在外装罐2的底部21的内表面。因此，外装罐2作为正极罐发挥功能。另外，发电元件4与封口罐3的平面部31的内表面相接。因此，封口罐3作为负极罐发挥功能。另外，发电元件4不限于圆柱形状，能够为长方体形状、多棱柱形状等根据全固体电池1的尺寸、形状进行各种变更。另外，也可以以在外装罐2侧定位负极材料层42，将正极材料层41定位于封口罐3侧的方式配置发电要素4。在该情况下，外装罐2作为负极发挥功能，封口罐3作为正极发挥功能。
正极材料层41是将以质量比计为55:40:5的比例含有平均粒径3μm的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、硫化物固体电解质(Li6PS5Cl)和作为导电助剂的碳纳米管的180mg的正极合剂放入直径10mm的模具而成形为圆柱形状的正极粒料，作为锂离子二次电池中使用的正极活性物质。另外，正极材料层41只要能够作为发电元件4的正极材料层发挥功能即可，没有特别限定，例如可以是钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、锂镍钴锰复合氧化物、橄榄石型复合氧化物等，也可以将它们适当混合。另外，正极材料层41的尺寸、形状并不限定于圆柱形状，能够根据全固体电池1的尺寸、形状进行各种变更。
负极材料层42是将以重量比计为50:45:5的比例含有LTO(Li4Ti5O12、钛酸锂)、硫化物固体电解质(Li6PS5Cl)和碳纳米管的300mg的负极合剂成型为圆柱形状而得到的负极颗粒，作为锂离子二次电池中使用的负极活性物质。另外，负极材料层42只要能够作为发电元件4的负极材料层发挥功能即可，没有特别限定，例如可以是金属锂、锂合金、石墨、低结晶碳等碳材料、SiO、LTO(Li4Ti5O12、钛酸锂)等，也可以将它们适当混合。另外，负极材料层42的尺寸、形状并不限定于圆柱形状，能够根据全固体电池1的尺寸、形状而进行各种变更。
固体电解质层43将60mg的硫化物固体电解质(Li6PS5Cl)成形为圆柱形状。另外，固体电解质层43没有特别限定，从离子传导性的观点出发，也可以是其他的硫银锗矿型等硫系固体电解质。在使用硫系固体电解质的情况下，为了防止与正极活性物质的反应，优选用铌氧化物覆盖正极活性物质的表面。另外，固体电解质层43也可以是氢化物系固体电解质、氧化物系固体电解质等。另外，固体电解质层43的尺寸、形状并不限定于圆柱形状，能够根据全固体电池1的尺寸、形状而进行各种变更。
在本第一实施方式中，在外装罐2的底部21与封口罐3的平面部31之间收纳有1个发电元件4。
在该发电元件4的外周面的上端与上述的边界10之间，形成有俯视时呈环状的间隙g1。间隙g1在径向上具有1.0mm以下的宽度。如图1所示，间隙g1在图中左右形成。因此，间隙g1的合计最大为2.0mm以下。这样，通过在发电元件4的外周面的上端与边界10之间形成有间隙g1，发电元件4在配置于封口罐3的内部时被容易地定位。即，发电元件4形成为直径比边界10的直径、即平面部31的内表面的直径小2.0mm以下的小直径的圆柱状。换言之，发电元件4的直径比平面部31的内表面的直径小，平面部31的内表面的直径与发电元件4的直径之差为2.0mm以下。因此，发电元件4以嵌入封口罐3的基端部32a的内部的方式容易地定位配置于封口罐3的内部。
另外，间隙g1以1.0mm以下的微小的宽度形成。因此，发电元件4配置于封口罐3的内部时、或者将外装罐2与封口罐3铆接时的位置偏移得到抑制。
间隙g1的宽度可以为1.0mm以下，优选为0.5mm以下，更优选为0.1mm以下。即，若间隙g1的宽度过宽，则发电元件4的定位变得困难，另外，有可能产生位置偏移。此外，如果间隙g1的宽度过宽，则发电元件4在整个电池中所占的比例变小，电池容量变小。另一方面，若使发电元件4的外周面的上端与边界10一致，即消除间隙g1，则在封口罐3的内部配置发电元件4时，另外，在铆接外装罐2与封口罐3时，发电元件4的外周面的上端容易与曲面部33的内表面接触。因此，与曲面部33的内表面接触的发电元件4有可能损伤。因此，间隙g1的宽度可以为0.01mm以上，优选为0.05mm以上，更优选为0.09mm以上。
这样，通过在发电元件4的外周面的上端与边界10之间形成有间隙g1，全固体电池1能够在抑制发电元件4的损伤的同时容易地对发电元件4进行定位而配置于封口罐3的内部，能够抑制位置偏移。由此，全固体电池1能够不产生铆接不良地将外装罐2和封口罐3充分地铆接，其结果是，能够防止水分从外部侵入。因此，考虑到发电元件4的定位的容易度、位置偏移的抑制以及发电元件4的损伤的抑制，间隙g1的宽度可以是确保了所谓的游隙的上述的宽度。
这样的间隙g1的宽度引起的游隙允许发电元件4的微小的位置偏移，抑制较大的位置偏移。因此，在该间隙g1的宽度中发电元件4稍微发生位置偏移的情况下，如图2所示，间隙g1的宽度在其宽度最大的位置为2.0mm以下。这是因为平面部31的内表面的直径与发电元件4的直径之差为2.0mm以下。这样，在考虑发电元件4的微小的位置偏移的情况下，间隙g1的宽度在其宽度最大的位置也设为2.0mm以下，由此能够抑制发电元件4的较大的位置偏移，并且能够利用该微小的间隙g1的宽度容易地对发电元件4进行定位。该宽度最大的位置处的间隙g1的宽度为2.0mm以下，优选为1.0mm以下，更优选为0.2mm以下。另外，如图2所示，在发电元件4的位置偏移为2.0mm的情况下，在发电元件4的外周面的上端与边界10之间的一部分不形成间隙g1。因此，从在铆接外装罐2和封口罐3时抑制发电元件4的损伤的观点出发，如上所述，可以设置具有0.01mm以上、优选0.05mm以上、更优选0.09mm以上的宽度的间隙g1。
接着，参照图1对第一实施方式的全固体电池1的制造工序具体地进行说明。
首先，通过压制成型来准备外装罐2和封口罐3。此时，在封口罐3的平面部31与周壁部32之间形成曲面部33。
接着，通过注塑成型在封口罐3的周壁部32上形成密封垫5。另外，密封垫5由聚酰胺类树脂、聚丙烯树脂或聚苯硫醚树脂等树脂材料构成。
接着，将封口罐3的开口侧朝向上方，在封口罐3的内部配置发电元件4。此时，在发电元件4的外周面的上端与边界10之间形成具有上述宽度的间隙g1。由此，能够在抑制发电元件4的损伤的同时，将发电元件4容易地定位配置于封口罐3的内部，抑制位置偏移。
接着，使封口罐3的开口侧与外装罐2的开口侧对置，使外装罐2的筒状侧壁部22位于比封口罐3的周壁部32靠外侧，利用外装罐2覆盖封口罐3的开口侧。
此时，在外装罐2的筒状侧壁部22与封口罐3的周壁部32之间配置有密封垫5。然后，使外装罐2的筒状侧壁部22的边缘端部朝向封口罐3的台阶部32c的方向，对外装罐2和封口罐3进行铆接。如上所述，发电元件4被定位而配置在封口罐3的内部，能够抑制位置偏移，因此通过该方法得到的全固体电池1不会产生铆接不良，能够以充分的铆接压力铆接外装罐2和封口罐3。其结果，全固体电池1能够防止水分从外部侵入。
(第二实施方式)
接着，使用图3对本发明的第二实施方式的全固体电池1进行具体说明。另外，对于与第一实施方式的全固体电池1共同的结构省略说明，仅对不同的结构进行具体说明。
第二实施方式的密封垫5具有密封垫底部51。密封垫底部51从配置于筒状侧壁部22与周壁部32之间的密封垫5连续地形成。密封垫底部51配置在外装罐2的底部21与封口罐3的周壁部32的扩径部32b之间，从扩径部32b向径向内侧突出。密封垫底部51具有与发电元件4的外周面对置的内周面51a。
在密封垫底部51的内周面51a与发电元件4的外周面之间形成有间隙g2。为了抑制发电元件4的位置偏移，间隙g2的宽度优选为1.0mm以下，优选为0.5mm以下，更优选为0.1mm以下。间隙g2在图中左右形成。因此，间隙g2的合计最大为2.0mm以下。发电元件4形成为直径比密封垫51的内周面51a的内径小2.0mm以下的圆柱状。换言之，发电元件4的直径小于密封垫51的内周面51a的内径，密封垫51的内周面51a的内径与发电元件4的直径之差为2.0mm以下。另外，若使密封垫底部51的内周面51a与发电元件4的外周面接触，即，消除间隙g2，则发电元件4的外周面在将外装罐2与封口罐3铆接时，如后所述，有可能与不平坦的密封垫底部51的内周面51a接触而损伤。而且，若间隙g2过窄，则在将发电元件4插入全固体电池1的内部空间时，发电元件4卡挂于密封垫底部51，发电元件4或密封垫5有可能损伤，因此生产效率恶化。因此，间隙g2的宽度可以为0.01mm以上，优选为0.05mm以上，更优选为0.09mm以上。
这样，通过在发电元件4的外周面与密封垫底部51的内周面51a之间形成间隙g2，在发电元件4的下端侧，也能够一边抑制发电元件4的损伤，一边容易地对发电元件4进行定位而配置在封口罐3的内部，能够更可靠地抑制位置偏移。这样，第二实施方式的全固体电池1在发电元件4的下端侧也能够抑制位置偏移，能够不产生铆接不良地将外装罐2和封口罐3充分地铆接，能够更可靠地防止水分从外部侵入。
另外，密封垫底部51的内周面51a通常如图示那样在垂直方向上未形成为均匀的面，例如，有时图示的下端侧比上端侧更向径向内侧突出，相反，上端侧向径向内侧突出而不是平坦的情况。因此，在本说明书中，间隙g2的宽度是指密封垫底部51的内周面51a中的向径向内侧突出的部分与发电元件4的外周面的宽度。
另外，如图3所示，固体电解质层43的周端部有时构成为从正极材料层41的外周面和负极材料层42的外周面在径向上突出。此时，能够在形成于台阶部32c的下表面与密封垫底部51的上表面之间的空间内收容固体电解质层43的周端部。这样，根据第二实施方式的全固体电池1，也能够有效地利用形成于台阶部32c的下表面与密封垫底部51的上表面之间的空间。另外，第二实施方式的固体电解质层43也可以与第一实施方式同样地形成为与正极材料层41和负极材料层42相同的直径。相反，第一实施方式的固体电解质层43的周端部也可以与第二实施方式同样地，从正极材料层41的外周面和负极材料层42的外周面在径向上突出而构成。
如图4所示，第二实施方式的间隙g2与第一实施方式的间隙g1同样地具有游隙。这样的间隙g2的宽度引起的游隙允许发电元件4的微小的位置偏移，抑制较大的位置偏移。因此，在该间隙g2的宽度中发电元件4稍微发生位置偏移的情况下，如图4所示，间隙g2的宽度在其宽度最大的位置为2.0mm以下。这是因为密封垫底部51的内周面51a的内径与发电元件4的直径之差为2.0mm以下。这样，在考虑发电元件4的微小的位置偏移的情况下，间隙g2的宽度在其宽度最大的位置也设为2.0mm以下，由此能够抑制发电元件4的较大的位置偏移，并且能够利用该微小的间隙g2的宽度容易地对发电元件4进行定位。该宽度最大的位置处的间隙g2的宽度为2.0mm以下，优选为1.0mm以下，更优选为0.2mm以下。另外，如图4所示，在发电元件4的位置偏移为2.0mm的情况下，在发电元件4的外周面与密封垫5的内周面51a之间的一部分不形成间隙g2。因此，从在铆接外装罐2和封口罐3时抑制发电元件4的损伤的观点出发，如上所述，可以设置具有0.01mm以上、优选0.05mm以上、更优选0.09mm以上的宽度的间隙g2。另外，向上述的径向突出的固体电解质层43的径向的长度根据其宽度成为最大的位置处的间隙g2的宽度而适当决定。
(第三实施方式)
接着，使用图5对本发明的第三实施方式的全固体电池1进行具体说明。对于与第一实施方式和第二实施方式的全固体电池1共用的结构省略说明，仅对与第一实施方式和第二实施方式的全固体电池1不同的结构进行具体说明。
第三实施方式的全固体电池1在外装罐2与封口罐3之间串联地层叠收纳有2个发电元件4。如图所示，上侧的发电元件4与封口罐3的平面部31邻接。另外，下侧的发电元件4与外装罐2的底部21邻接。在2个发电元件4之间配置有集电片材6。该全固体电池1是所谓的双极型的全固体电池1。通常，发电元件4分别以预定的压力固定正极材料层41、负极材料层42及固体电解质层43。因此，正极材料层41、负极材料层42和固体电解质层43通常不会分别单独地错位。但是，双极型的全固体电池1只不过是2个发电元件4隔着集电片6上下载置。因此，2个发电元件4有可能分别单独地发生位置偏移。另外，也可以在上侧的发电元件4与封口罐3的平面部31之间设置集电体。也可以在下侧的发电元件4与外装罐2的底部21之间设置集电体。
如图所示，在上侧的发电元件4的外周面的上端与边界10之间形成有间隙g1。为了使发电元件4的定位变得容易，抑制位置偏移，间隙g1的宽度优选为1.0mm以下，优选为0.5mm以下，更优选为0.1mm以下。另外，为了抑制发电元件4的损伤，间隙g1的宽度优选为0.01mm以上，优选为0.05mm以上，更优选为0.09mm以上。另外，在下侧的发电元件4的外周面与密封垫底部51的内周面51a之间形成有间隙g2。间隙g2的宽度也可以为1.0mm以下，优选为0.5mm以下，更优选为0.1mm以下，优选为0.01mm以上，优选为0.05mm以上，更优选为0.09mm以上。
这样，通过在配置于上侧的发电元件4的外周面的上端与边界10之间形成间隙g1，上侧的发电元件4在配置于封口罐3的内部时，能够一边抑制其损伤一边容易地定位，并且抑制位置偏移。另外，通过在配置于下侧的发电元件4的外周面与密封垫底部51的内周面51a之间形成间隙g2，从而生产效率不会恶化，下侧的发电元件4在对外装罐2和封口罐3进行铆接时，能够抑制其损伤并抑制下侧的发电元件4的位置偏移。由此，即使是双极型的全固体电池1，也能够不产生铆接不良地将外装罐2和封口罐3充分地铆接，能够防止水分从外部侵入。
另外，双极型的全固体电池1有时上侧的发电元件4和下侧的发电元件4的直径不同。在该情况下，下侧的发电元件4的直径比上侧的发电元件4的直径大。由此，能够增大全固体电池1的电池容量。即使在这样上下的发电元件4的直径不同的情况下，通过形成间隙g1，也能够抑制上侧的发电元件4的损伤，并且容易地定位上侧的发电元件4而配置于封口罐3的内部，能够抑制位置偏移。另外，通过设置间隙g2，能够抑制下侧的发电元件4的损伤并抑制位置偏移。
如图6所示，第三实施方式的间隙g1及间隙g2与第一实施方式的间隙g1及第二实施方式的间隙g2同样地具有游隙。因此，在发电元件4稍微发生位置偏移的情况下，如图6所示，间隙g1和间隙g2的宽度分别在其宽度最大的位置为2.0mm以下。第三实施方式的间隙g1及间隙g2与第一实施方式的间隙g1及第二实施方式的间隙g2相同，因此省略详细的说明。另外，即使在上侧的发电元件4和下侧的发电元件4的直径不同的情况下，间隙g1和间隙g2的宽度也分别在其宽度最大的位置为2.0mm以下。
另外，第三实施方式的全固体电池1也可以层叠3个以上的发电元件4。
(第四实施方式)
接着，使用图7对本发明的第四实施方式的全固体电池1进行具体说明。第四实施方式的全固体电池1基本上与第三实施方式的全固体电池1相同。因此，对于与第三实施方式的全固体电池1共用的结构省略说明，仅对与第三实施方式的全固体电池1不同的结构进行具体说明。
基端部32a的内表面具有：从曲面部33的内表面连续地形成的周侧面34；以及从周侧面34到台阶部32c的内表面连续地形成的曲率面35。如图7所示，在剖视观察时，周侧面34为直线，曲率面35为从周侧面34的台阶部32c侧的端部向径向外侧弯曲的曲线。基端部32a在周侧面34与曲率面35之间具有边界11。图7所示的高度h1是从平面部31的内表面到边界11的高度。即，高度h1是从平面部31的内表面到边界11的轴向的长度。
如图7所示，高度h1小于高度h2。高度h2是从平面部31的内表面到最接近平面部31的正极材料层41的外周面的上端的轴向的长度。换言之，高度h2是从平面部的内表面到最接近平面部的固体电解质层43与正极材料层41的边界为止的轴向的长度。另外，也可以在封口罐3的平面部31与最接近平面部31的负极材料层42之间设置集电体。由此，双极型的全固体电池1的封口罐3的周壁部32难以与正极材料层41接触，能够防止短路。双极型的全固体电池1串联地层叠有多个发电元件4。因此，在有限的全固体电池1的内部空间中，各个发电元件4的负极材料层42、固体电解质层43的厚度变小。从防止短路的观点出发，通过根据从平面部31的内表面到距平面部31最近的负极材料层42的外周面的上端的高度h2来规定高度h1，即使是双极型的全固体电池也能够防止短路。
周侧面34随着在轴向上远离平面部31而向径向外侧扩展。例如，周侧面24是向径向外侧倾斜的锥面。由此，在轴向上，周侧面34的台阶部32c侧的端部从发电元件4向径向外侧离开，因此能够更可靠地防止短路。
在第四实施方式中，将发电元件4中的负极材料层42配置在平面部31的最近处，但也可以将正极材料层41配置在平面部31的最近处而层叠发电元件4。在该情况下，通过使高度h1小于从平面部31的内表面到最接近平面部31的负极材料层42的外周面的上端的高度h2，能够防止短路。另外，通过以随着在轴向上远离平面部31而使周侧面34向径向外侧扩展的方式形成，能够更可靠地防止短路。
以上，对实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨，就能够进行各种变更。
符号说明
1—全固体电池，2—外装罐，21—底部，22—筒状侧壁部，3—封口罐，31—平面部，32—周壁部，32a—基端部，32b—扩径部，32c—台阶部，33—曲面部，34—周侧面，35—曲率面，4—发电元件，41—正极材料层，42—负极材料层，43—固体电解质层，5—密封垫，51—密封垫底部，51a—内周面，6—集电板，10—边界，11—边界，g1、g2—间隙。

Claims (6)

1.一种全固体电池，其特征在于，
具备：
具有底部和筒状侧壁部的外装罐；
封口罐，其具有平面部和周壁部，且与所述外装罐对置；以及
发电元件，其收纳在所述外装罐与所述封口罐之间，包括正极材料层、负极材料层以及配置在所述正极材料层与所述负极材料层之间的固体电解质层，
所述平面部和所述周壁部经由曲面部连续地形成，
在所述发电元件的外周面的上端与所述平面部的内表面及所述曲面部的内表面的第一边界之间形成有第一间隙，
所述第一间隙在该第一间隙成为最大的位置在径向上具有2.0 mm以下的宽度，
具备配置在所述筒状侧壁部与所述周壁部之间的密封垫，
所述密封垫配置在所述底部与所述周壁部的开口端之间，具有从所述周壁部向径向内侧突出的密封垫底部，
在所述发电元件的外周面与所述密封垫底部的内周面之间形成有第二间隙，
所述第二间隙在该第二间隙成为最大的位置在径向上具有2.0 mm以下的宽度，
在所述底部与所述平面部之间，串联层叠并收纳有多个所述发电元件，
所述第一间隙形成在配置于所述平面部的最近处的发电元件的外周面的上端与所述平面部的内表面及所述曲面部的内表面的第一边界之间，
所述第二间隙形成在配置于所述底部的最近处的发电元件的外周面与所述密封垫底部的内周面之间，
所述第一间隙在径向上具有0.01mm以上的宽度，
所述第二间隙在径向上具有0.01 mm以上的宽度。
2.根据权利要求1所述的全固体电池，其特征在于，
所述平面部的内表面的直径与所述发电元件的直径之差为2.0 mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的全固体电池，其特征在于，
所述周壁部具有曲面部侧的基端部、形成为比所述基端部的外径大的开口端侧的扩径部以及所述基端部与所述扩径部之间的台阶部。
4.根据权利要求1所述的全固体电池，其特征在于，
所述密封垫底部的内周面的内径与所述发电元件的直径之差为2.0 mm以下。
5.根据权利要求3所述的全固体电池，其特征在于，
所述基端部的内表面在从所述曲面部的内表面连续地形成的周侧面和从该周侧面到所述台阶部的内表面连续地形成的曲率面之间具有第二边界，
在所述发电元件中的配置于所述平面部的最近处的是正极材料层的情况下，从所述平面部的内表面到所述第二边界的高度小于从所述平面部的内表面到最接近所述平面部的负极材料层的外周面的上端的高度，
在所述发电元件中的配置于所述平面部的最近处的是负极材料层的情况下，从所述平面部的内表面到所述第二边界的高度小于从所述平面部的内表面到最接近所述平面部的正极材料层的外周面的上端的高度。
6.根据权利要求5所述的全固体电池，其特征在于，
所述周侧面在轴向上随着从所述平面部离开而向径向外侧扩展。
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