CN113206355A - 全固体电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及全固体电池。【课题】本公开的主要目的在于,提供可防止沿着厚度方向配置的多个电芯的错位的全固体电池。【解决手段】在本公开中,通过提供如下的全固体电池来解决上述课题,该全固体电池具备串联连接的多个电芯,具备电芯A和电芯B,上述电芯A中的第一集电体A与上述电芯B中的第二集电体B对置地配置,上述第一集电体A具有极耳A,上述第二集电体B具有极耳B,上述极耳A和上述极耳B通过固定部固定。

Description

全固体电池
技术领域
本公开涉及全固体电池。
背景技术
全固体电池是在正极活性物质层及负极活性物质层之间具有固体电解质层的电池,与具有包含可燃性有机溶剂的电解液的液系电池相比,具有容易实现安全装置的简化的优点。
另外,已知具有在集电体的一面侧配置正极活性物质层、在另一面侧配置负极活性物质层的双极电极的电池(双极型电池)。例如,专利文献1中公开了一种双极型电池,其在电极周边部的一部分存在未进行绝缘处理而露出集电体的部分。
专利文献2中公开了如下的双极型电池:在双极型电池的层叠方向上,在双极电极和正极之间配置第一固体电解质层,在双极型电池的层叠方向上,在双极电极和负极之间配置第二固体电解质层,在双极型电池的面内方向上,第一固体电解质层和第二固体电解质层大于正极和负极。
专利文献3中公开了将至少在负极侧被覆了非离子传导性且具有电子传导性的层的金属箔用于集电体的双极型电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-253155号公报
专利文献2:日本特开2017-195076号公报
专利文献3:日本特开2011-181520号公报
发明内容
发明所要解决的课题
采用在集电体的一面侧配置正极活性物质层、在另一面侧配置负极活性物质层的双极电极的情况下,根据制造时进行用于将各层致密化的压制时的条件,由于负极活性物质层和正极活性物质层的伸缩性的不同,有时集电体产生形变,在负极活性物质层或正极活性物质层中产生裂纹。特别是在使用无机固体电解质的全固体电池中,因为需要在制造时以非常高的压力进行压制,所以裂纹的产生变得显著。
对此,通过准备多个依次具有负极集电体、负极活性物质层、固体电解质层、正极活性物质层和正极集电体的电芯(cell)并将该多个电芯沿着厚度方向配置,可得到多个电芯串联连接的全固体电池。该情况下,由于使用仅在集电体的一面侧配置有活性物质层的电芯,因此与双极电极相比,不易产生由压制引起的活性物质层的裂纹。
另一方面,在将多个电芯沿着厚度方向配置的全固体电池中,在压制时(在将多个电芯沿着厚度方向配置后的压制时),各个电芯在面内方向(与厚度方向正交的方向)移动,容易产生错位(位置偏离)。电芯的错位可成为短路的原因。本公开鉴于上述实际情况而提出,主要目的在于提供能够防止沿着厚度方向配置的多个电芯的错位的全固体电池。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,在本公开中提供一种全固体电池,其是具备沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯的全固体电池,其中,
上述全固体电池具备电芯A和电芯B作为上述电芯,
上述电芯A依次具有第一集电体A、第一活性物质层A、固体电解质层A、第二活性物质层A和第二集电体A,
上述电芯B依次具有第一集电体B、第一活性物质层B、固体电解质层B、第二活性物质层B和第二集电体B,
上述电芯A中的上述第一集电体A与上述电芯B中的上述第二集电体B对置地配置,
上述第一集电体A在俯视时不与上述第一活性物质层A重叠的位置具有极耳A,
上述第二集电体B在俯视时不与上述第二活性物质层B重叠的位置具有极耳B,
上述极耳A和上述极耳B通过固定部固定。
根据本公开,由于在电芯A和电芯B中极耳A和极耳B通过固定部固定,因此能够制得可防止沿着厚度方向配置的多个电芯的错位的全固体电池。
在上述公开中,可以在上述极耳B的与上述极耳A相反的面侧配置第一绝缘部,上述第一绝缘部的外缘在俯视时与上述极耳A的外缘相比位于外侧。
在上述公开中,上述极耳B的外缘可以在俯视时与上述极耳A的外缘相比位于外侧。
在上述公开中,上述极耳A和上述极耳B可以以上述第一绝缘部成为外侧的方式弯曲,上述固定部可以与弯曲中心相比位于内侧。
在上述公开中,可以在上述固定部的至少一面侧配置有绝缘性粘接部。
在上述公开中,上述固定部可以为焊接部。
另外,在本公开中,提供一种全固体电池,其是具备沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯单元的全固体电池,其中,
上述全固体电池具备电芯单元A和电芯单元B作为上述电芯单元,
上述电芯单元A具有
第一集电体A、
从上述第一集电体A的第一面侧依次配置的第一活性物质层AX、固体电解质层AX、第二活性物质层AX和第二集电体AX、以及
从上述第一集电体A的与上述第一面相反的第二面侧依次配置的第一活性物质层AY、固体电解质层AY、第二活性物质层AY和第二集电体AY,
上述电芯单元B具有
第一集电体B、
从上述第一集电体B的第一面侧依次配置的第一活性物质层BX、固体电解质层BX、第二活性物质层BX和第二集电体BX、以及
从上述第一集电体B的与上述第一面相反的第二面侧依次配置的第一活性物质层BY、固体电解质层BY、第二活性物质层BY和第二集电体BY;
上述电芯单元A中的第二集电体AY与上述电芯单元B中的上述第二集电体BX配置为经由第二绝缘部而对置,
上述第二集电体AX在俯视时不与上述第二活性物质层AX重叠的位置具有极耳AX,
上述第二集电体AY在俯视时不与上述第二活性物质层AY重叠的位置具有极耳AY,
上述第一集电体B在俯视时不与上述第一活性物质层BX和第一活性物质层BY重叠的位置具有极耳B,
上述极耳AX、上述极耳AY和上述极耳B通过固定部固定。
根据本公开,由于在电芯单元A和电芯单元B中极耳AX、极耳AY和极耳B通过固定部固定,因此能够制得可防止沿着厚度方向配置的多个电芯的错位的全固体电池。
在上述公开中,可以在上述极耳AX的与上述极耳AY相反的面侧配置第一绝缘部,上述第一绝缘部的外缘在俯视时与上述极耳B的外缘相比位于外侧。
在上述公开中,上述极耳AX的外缘可以在俯视时与上述极耳B的外缘相比位于外侧。
在上述公开中,上述极耳AX、上述极耳AY和上述极耳B可以以上述第一绝缘部成为外侧的方式弯曲,上述固定部可以与弯曲中心相比位于内侧。
在上述公开中,可以在上述固定部的至少一面侧配置有绝缘性粘接部。
在上述公开中,上述固定部可以为焊接部。
发明效果
本公开的全固体电池获得能够防止沿着厚度方向配置的多个电芯的错位这样的效果。
附图说明
图1为例示第一实施方式中的电芯的概要剖面图。
图2为例示第一实施方式中的极耳的概要俯视图。
图3为例示第一实施方式的全固体电池的概要剖面图。
图4为例示第一实施方式中的极耳结构部的示意图。
图5为例示第一实施方式的全固体电池的概要剖面图。
图6为例示第一实施方式中的极耳结构部的示意图。
图7为例示第一实施方式中的极耳结构部的概要剖面图。
图8为例示第一实施方式中的极耳结构部的概要剖面图。
图9为例示第二实施方式中的电芯单元的概要剖面图。
图10为例示第二实施方式的全固体电池的概要剖面图。
图11为例示第二实施方式中的极耳结构部的示意图。
图12为例示第二实施方式中的极耳结构部的概要剖面图。
图13为例示第二实施方式中的极耳结构部的概要剖面图。
附图标记说明
1…第一集电体
2…第一活性物质层
3…固体电解质层
4…第二活性物质层
5…第二集电体
6…第一绝缘部
7…固定部
8…绝缘性粘接部
10…电芯
11…第一集电体
12…第一活性物质层
13…固体电解质层
14…第二活性物质层
15…第二集电体
16…绝缘层
16a…第一绝缘部
16b…第二绝缘部
17…固定部
18…绝缘性粘接部
20…电芯单元
100…全固体电池
具体实施方式
以下,对本公开的全固体电池进行详细说明。在本申请说明书中,表述为在一部件的“面侧”配置另一部件的情况下,在技术上不存在矛盾的范围内可包括在一部件的表面直接配置另一部件的情况、在一部件的表面经由其它部件配置另一部件的情况、以及从一部件的表面设有规定的空间而配置另一部件的情况中的任一种情况。另外,为了易于理解,以下所示的各图适当地夸大了各部件的大小、形状。进而,在各图中适当地省略了影线或附图标记。
本公开的全固体电池可大致分为使用了电芯的方式(第一实施方式)和使用了电芯单元的方式(第二实施方式)。
A.第一实施方式
图1为例示第一实施方式中的电芯的概要剖面图。图1所示的电芯10依次具有第一集电体1、第一活性物质层2、固体电解质层3、第二活性物质层4和第二集电体5。第一集电体1在俯视时不与第一活性物质层2重叠的位置具有极耳1T,第二集电体5在俯视时不与第二活性物质层4重叠的位置具有极耳5T。另外,在极耳5T的一面侧配置有第一绝缘部6。图2为例示第一实施方式中的极耳的概要俯视图,图2所示的第二集电体5具有矩形的极耳5T。
图3为例示第一实施方式的全固体电池的概要剖面图。图3所示的全固体电池100具备电芯A、电芯B和电芯C。电芯A中的第一集电体1(第一集电体A)与电芯B中的第二集电体5(第二集电体B)对置地配置、且电连接。同样,电芯B中的第一集电体1(第一集电体B)与电芯C中的第二集电体5(第二集电体C)对置地配置、且电连接。这样,将电芯A~C沿着厚度方向配置且串联连接。
在图3中,电芯A中的极耳1T(极耳A)和电芯B中的极耳5T(极耳B)的位置通过固定部7固定。同样,电芯B中的极耳1T(极耳B)和电芯C中的极耳5T(极耳C)的位置通过固定部7固定。
根据第一实施方式,在电芯A和电芯B中极耳A和极耳B通过固定部固定,因此,能够制得可防止沿着厚度方向配置的多个电芯的错位的全固体电池。
如上所述,采用在集电体的一面侧配置正极活性物质层、在另一面侧配置负极活性物质层的双极电极的情况下,根据压制条件,由于负极活性物质层和正极活性物质层的伸缩性的不同,有时集电体产生形变,在负极活性物质层或正极活性物质层中产生裂纹。与此相对,第一实施方式中的电芯由于仅在集电体的一面侧配置有活性物质层,因此与双极电极相比,不易产生由压制引起的活性物质层的裂纹。
另外,在将多个电芯沿着厚度方向配置的全固体电池中,在压制时(在将多个电芯沿着厚度方向配置后的压制时),各个电芯在面内方向(与厚度方向正交的方向)移动,容易产生错位。电芯的错位可成为短路的原因。特别是在使用无机固体电解质的全固体电池中,为了形成良好的离子传导路径而以非常高的压力进行压制,认为容易发生起因于错位的短路。需要以非常高的压力进行压制、以及随之容易发生起因于错位的短路可以说是全固体电池中特有的课题。
对此,在第一实施方式中,极耳A和极耳B通过固定部固定。因此,即使在以非常高的压力进行了压制的情况下,也能够防止错位。其结果,能够抑制短路的发生。予以说明,在以往的双极电极中,集电体兼作正极集电体和负极集电体,集电体不需要设置集电极耳。因此,也不产生在电芯间用集电极耳进行固定这样的构思本身。
1.全固体电池的构成
第一实施方式的全固体电池具备沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯。进而,全固体电池至少具备电芯A和电芯B作为上述电芯。
电芯A中的极耳A和电芯B中的极耳B在俯视时至少一部分重叠,通过固定部固定。固定部只要能够固定极耳A和极耳B的相对位置就没有特别限定,优选为焊接部。焊接部能够通过公知的焊接方法来形成。另外,固定部可以为接合部。接合部可以具有导电性,也可以不具有导电性。接合部可通过使用公知的接合剂来形成。固定部可以形成于俯视时极耳A和极耳B重叠的区域的一部分,也可以形成于整个区域。
另外,优选在极耳B的与极耳A相反的面侧、以及极耳A的与极耳B相反的面侧中的至少一者中配置有第一绝缘部。这是因为能够抑制短路的发生。
在此,将通过固定部固定的2个极耳称作极耳结构部。例如在图3中,存在极耳A(电芯A中的极耳1T)和极耳B(电芯B中的极耳5T)通过固定部7固定的极耳结构部P以及极耳B(电芯B中的极耳1T)和极耳C(电芯C中的极耳5T)通过固定部7固定的极耳结构部Q。若极耳结构部P和极耳结构Q电连接,则发生短路。在图3中,在极耳结构部P中,在极耳B(电芯B中的极耳5T)的与极耳A(电芯A中的极耳1T)相反的面侧配置有第一绝缘部6,因此即使在极耳结构部P与极耳结构部Q接触的情况下,也能够将两者绝缘,能够抑制短路的发生。予以说明,如图3所示,在固定部7还形成于第一绝缘部6的一部分并且具有导电性的情况下,优选如后述那样,形成弯曲结构以将固定部7容纳于内侧,或者用绝缘性接合部将固定部7的露出面覆盖。
另外,在图3中,极耳A(极耳1T)的端部t1、极耳B(极耳5T)的端部t5和第一绝缘部6的端部t6的位置一致。极耳结构部的端部容易成为短路发生的原因,因此优选如图4(a)所示那样,第一绝缘部6的端部t6与极耳A(极耳1T)的端部t1相比突出。图4(b)是从图4(a)中的箭头方向观察的概要俯视图,第一绝缘部6的外缘在俯视时与极耳A(极耳1T)的外缘相比位于外侧。如图4(b)所示,在将第一绝缘部6的端部t6与极耳A(极耳1T)的端部t1的距离设为L1的情况下,L1例如为0.1mm以上,可以5mm以上。另一方面,L1例如为2cm以下。
另外,在图4(a)中,极耳B(极耳5T)的端部t5和第一绝缘部6的端部t6的位置一致。与此相对,如图4(c)所示,第一绝缘部6的端部t6与极耳B(极耳5T)的端部t5相比可以突出。即,第一绝缘部6的外缘可以在俯视时与极耳B(极耳5T)的外缘相比位于外侧。另一方面,在如图4(d)所示那样,极耳A(极耳1T)的端部t1与第一绝缘部6的端部t6相比突出的情况下,根据形状,有可能极耳结构部P中的端部t1与极耳结构部Q中的端部t1接触、发生短路。
在图3和图4中,例示了在极耳B的与极耳A相反的面侧配置有第一绝缘部的情形,但如图5和图6所示,也可以在极耳A的与极耳B相反的面侧配置有第一绝缘部。
在图5中,在极耳结构部P中,在极耳A(电芯A中的极耳1T)的与极耳B(电芯B中的极耳5T)相反的面侧配置有第一绝缘部6,因此,即使在极耳结构部P与电芯A中的第二集电体A(第二集电体5)接触的情况下,也能够将两者绝缘,能够抑制短路的发生。予以说明,如图5所示,在固定部7还形成于第一绝缘部6的一部分并且具有导电性的情况下,优选如后述那样,形成弯曲结构以将固定部7容纳于内侧,或者用绝缘性接合部将固定部7的露出面覆盖。
另外,在图5中,第一绝缘部6的端部t6、极耳A(极耳1T)的端部t1和极耳B(极耳5T)的端部t5的位置一致。极耳结构部的端部容易成为短路发生的原因,因此优选如图6(a)所示那样,第一绝缘部6的端部t6与极耳B(极耳5T)的端部t5相比突出。图6(b)为从图6(a)中的箭头方向观察的概要俯视图(方便起见,省略电芯A中的第二集电体5的记载),第一绝缘部6的外缘在俯视时与极耳B(极耳5T)的外缘相比位于外侧。如图6(b)所示,在将第一绝缘部6的端部t6与极耳B(极耳5T)的端部t5的距离设为L2的情况下,L2的优选范围与上述的L1的优选范围同样。
另外,在图6(a)中,极耳A(极耳1T)的端部t1和第一绝缘部6的端部t6的位置一致。与此相对,如图6(c)所示,第一绝缘部6的端部t6可以与极耳A(极耳1T)的端部t1相比突出。即,第一绝缘部6的外缘可以在俯视时与极耳A(极耳1T)的外缘相比位于外侧。另一方面,在如图6(d)所示那样,极耳B(极耳5T)的端部t5与第一绝缘部6的端部t6相比突出的情况下,根据形状,有可能极耳B(极耳5T)的端部t5与电芯A中的第二集电体A(第二集电体5)接触、发生短路。
作为第一绝缘部的材料的一例,可举出树脂。作为树脂,例如可举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、聚对苯二甲酸乙酯(PET)等聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺。作为第一绝缘部的材料的其它例,可举出金属氧化物。例如,可将集电体的表面氧化,从而形成金属氧化物的被膜,用作第一绝缘部。在将极耳的面积设为S1、在俯视时与极耳重叠的第一绝缘部的面积设为S2的情况下,S2相对于S1的值例如为70%以上,可以为90%以上,也可以为100%。
另外,在图7(a)中,与图3同样,示出极耳结构部P和极耳结构部Q。如图7(b)所示,极耳结构部P中的极耳A(极耳1T)和极耳B(极耳5T)可以以第一绝缘部6成为外侧的方式弯曲。进而,固定部7可以与弯曲中心C相比位于内侧。通过形成这样的弯曲结构,能够有效地抑制由固定部7引起的短路的发生。“内侧”是指在面内方向上电芯的发电要素(第一活性物质层、固体电解质层、第二活性物质层)存在的方向,在图7(b)中,相当于纸面右侧。予以说明,可以将“内侧”称作“发电要素侧”。进而,如图7(b)所示,极耳结构部P中的极耳A(极耳1T)和极耳B(极耳5T)优选以极耳A(极耳1T)彼此相对置的方式弯曲。在形成弯曲结构的情况下,从柔软性的观点出发,第一绝缘部的材料优选为聚烯烃或聚氨酯。特别地,第一绝缘部可具有单层结构,也可具有多层结构。作为单层结构的第一绝缘部的具体例,可举出含有聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃的第一绝缘部。作为多层结构的第一绝缘部的具体例,可举出具有含有聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃的层和含有PET等聚酯的层的第一绝缘部。另一方面,从耐热性的观点出发,第一绝缘部的材料优选为聚酰亚胺或聚酯。
另外,如图8(a)所示,可以在固定部7的至少一面侧配置有绝缘性接合部8。通过将固定部7覆盖,能够有效地抑制由固定部7引起的短路的发生。进而,如图8(b)所示,极耳A(极耳1T)和极耳B(极耳5T)可以以第一绝缘部6成为外侧的方式弯曲。进而,固定部7可以与弯曲中心C相比位于内侧,在固定部7的露出面侧配置有绝缘性接合部8。通过配置绝缘性接合部8,例如能够防止弯曲结构因振动而崩坏。该情况下,由于固定部7与弯曲中心C相比位于内侧,因此绝缘性接合部8的绝缘性不需要高,可以使用任意的接合部代替绝缘性接合部8。另外,虽然没有特意图示,但以第一绝缘部成为外侧的方式弯曲的状态的多个极耳结构部可以相互通过热熔接而固定,也可以通过采用紫外线固化性树脂等树脂的埋没来固定。
第一实施方式的全固体电池具备沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯。电芯数为至少2个以上,可以为3个以上,可以为10个以上,也可以为20个以上。另一方面,电芯数例如为1000个以下,可以为500个以下。在电芯数为3个以上的情况下,相对置的2个电芯优选具有与上述的电芯A和电芯B的关系同样的关系。另外,全固体电池通常具备容纳多个电芯的外包装体。外包装体可具有可挠性,也可不具有可挠性。作为前者的一例,可举出铝层压膜。作为后者的一例,可举出电池盒。进而,全固体电池可以为一次电池,也可以为二次电池,优选后者。这是因为能够反复充放电,例如作为车载用电池是有用的。
2.电芯的构成
第一实施方式的全固体电池具备沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯。
电芯沿着厚度方向依次具有第一集电体、第一活性物质层、固体电解质层、第二活性物质层和第二集电体。电芯的种类没有特别限定,优选为锂离子电池。
第一集电体可以是负极集电体,也可以是正极集电体。在前者的情况下,第二集电体成为正极集电体,在后者的情况下,第二集电体成为负极集电体。作为正极集电体的材料,例如可举出铝、SUS、镍、碳。作为负极集电体的材料,例如可举出铜、SUS、镍、碳。作为集电体的形状,例如可举出箔状。
第一集电体在不与第一活性物质层重叠的位置具有极耳。在此,将第一集电体在俯视时与第一活性物质层重叠的部分设为重叠部的情况下,极耳的材料优选与重叠部的材料相同。另外,优选第一集电体从重叠部连续地形成到极耳。关于这方面,对于第二集电体也同样。
第一活性物质层可以是负极活性物质层,也可以是正极活性物质层。在前者的情况下,第二活性物质层成为正极活性物质层,在后者的情况下,第二活性物质层成为负极活性物质层。另外,负极活性物质层的电极面积优选大于正极活性物质层的电极面积。这是因为可得到安全性更高的全固体电池。活性物质层至少含有活性物质,可含有固体电解质、导电材料和粘合剂中的至少一种。
作为正极活性物质,例如可举出氧化物活性物质。作为氧化物活性物质,例如可举出LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiVO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等岩盐层状型活性物质、LiMn2O4、Li(Ni0.5Mn1.5)O4、Li4Ti5O12等尖晶石型活性物质、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4等橄榄石型活性物质。作为正极活性物质的形状,例如可举出粒子状。
作为负极活性物质,例如可举出金属活性物质、碳活性物质和氧化物活性物质。作为金属活性物质,例如可举出Li、In、Al、Si、Sn和包含它们中的至少一种的合金。作为碳活性物质,例如可举出石墨、硬碳、软碳。作为氧化物活性物质,例如可举出Li4Ti5O12、SiO、Nb2O5。作为负极活性物质的形状,例如可举出粒子状。
作为固体电解质,例如可举出硫化物固体电解质、氧化物固体电解质、氮化物固体电解质、卤化物固体电解质等无机固体电解质。硫化物固体电解质优选含有例如Li元素、X元素(X为P、As、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In中的至少一种)和S元素。另外,硫化物固体电解质可以进一步含有O元素和卤素元素中的至少一者。作为固体电解质的形状,例如可举出粒子状。另外,作为导电材料,例如可举出碳材料。另外,作为粘合剂,例如可举出橡胶系粘合剂、氟化物系粘合剂。
固体电解质层至少含有固体电解质,根据需要可含有粘合剂。关于固体电解质和粘合剂,如上所述。
B.第二实施方式
图9为例示第二实施方式中的电芯单元的概要剖面图。图9所示的电芯单元20具有:第一集电体11;从第一集电体11的第一面11X侧依次配置的第一活性物质层12X、固体电解质层13X、第二活性物质层14X和第二集电体15X;以及从第一集电体11的与第一面11X相反的第二面11Y侧依次配置的第一活性物质层12Y、固体电解质层13Y、第二活性物质层14Y和第二集电体15Y。第二集电体15X在俯视时不与第二活性物质层14X重叠的位置具有极耳15TX。第二集电体15Y在俯视时不与第二活性物质层14Y重叠的位置具有极耳15TY。第一集电体11在俯视时不与第一活性物质层12X和第一活性物质层12Y重叠的位置具有极耳11T。另外,在极耳15TX的一面侧配置有第一绝缘部16a。
图10为例示第二实施方式的全固体电池的概要剖面图。图10所示的全固体电池100具备电芯单元Z和电芯单元A~C。电芯单元A中的第二集电体15Y(第二集电体AY)与电芯单元B中的第二集电体15X(第二集电体BX)配置为经由第二绝缘部16b而对置。同样,在电芯单元Z和电芯单元A之间、电芯单元B和电芯单元C之间,也分别配置有第二绝缘部16b。
在图10中,电芯单元A中的极耳15TX(极耳AX)、电芯单元A中的极耳15TY(极耳AY)和电芯单元B中的极耳11T(极耳B)的位置通过固定部17固定。同样,电芯单元Z中的极耳15TX(极耳ZX)、电芯单元Z中的极耳15TY(极耳ZY)和电芯单元A中的极耳11T(极耳A)的位置通过固定部17固定。同样,电芯单元B中的极耳15TX(极耳BX)、电芯单元B中的极耳15TY(极耳BY)和电芯单元C中的极耳11T(极耳C)的位置通过固定部17固定。这样,将电芯单元Z和电芯单元A~C沿着厚度方向配置且串联连接。
根据第二实施方式,在电芯单元A和电芯单元B中极耳AX、极耳AY和极耳B通过固定部固定,因此能够制得可防止沿着厚度方向配置的多个电芯的错位的全固体电池。
如上述那样,采用在集电体的一面侧配置正极活性物质层、在另一面侧配置负极活性物质层的双极电极的情况下,根据压制条件,由于负极活性物质层和正极活性物质层的伸缩性的不同,有时集电体产生形变,在负极活性物质层或正极活性物质层中产生裂纹。与此相对,在第二实施方式中的电芯单元中,在第一集电体的两面配置同极的第一活性物质层X和第一活性物质层Y,因此能够抑制由于活性物质层的伸缩性的不同而产生的形变的发生。进而,在第二实施方式中的电芯单元中,在第一集电体的两面形成有2个电芯(第一集电体兼作2个电芯的集电体),因此,例如与使用了2个第一实施方式中的电芯的情形相比,能够提高能量密度。
1.全固体电池的构成
第二实施方式的全固体电池具备沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯单元。进而,全固体电池至少具有电芯单元A和电芯单元B作为上述电芯单元。
电芯单元A中的极耳AX、电芯单元A中的极耳AY和电芯单元B中的极耳B在俯视时各自至少一部分重叠,通过固定部固定。固定部只要能够固定极耳AX、极耳AY和极耳B的相对位置就没有特别限定,优选为上述的焊接部或接合部。固定部可以形成于俯视时极耳AX、极耳AY和极耳B重叠的区域的一部分,也可以形成于整个区域。
另外,优选在极耳AX的与极耳AY相反的面侧配置有第一绝缘部。这是因为能够抑制短路的发生。
在此,将通过固定部固定的3个极耳称作极耳结构部。例如,在图10中,存在极耳AX(电芯单元A中的极耳15TX)、极耳AY(电芯单元A中的极耳15TY)和极耳B(电芯单元B中的极耳11T)通过固定部17固定的极耳结构部R。在图10中,在极耳结构部R中,在极耳AX的与极耳AY相反的面侧配置有第一绝缘部16a,因此,即使在极耳结构部R与电芯单元Z中的第一集电体Z(第一集电体11)接触的情况下,也能够将两者绝缘,能够抑制短路的发生。予以说明,如图10所示,在固定部17还形成于第一绝缘部16a的一部分并且具有导电性的情况下,优选如后述那样,形成弯曲结构以将固定部17容纳于内侧,或者用绝缘性接合部将固定部17的露出面覆盖。
另外,如图10所示,第一绝缘部16a和第二绝缘部16b优选在第二集电体15X的与第二活性物质层14X相反的面侧连续地形成。在图10中,在第二集电体15X的与第二活性物质层14X相反的面侧配置有绝缘层16,将其一部分用作第一绝缘部16a或第二绝缘部16b。例如,通过使用在集电体的一面侧配置了绝缘层的层叠体来制作电芯单元,能够得到第一绝缘部16a和第二绝缘部16b连续地形成的电芯单元。在上述层叠体中,绝缘层优选在俯视时被覆集电体的整个面。
另外,在图10中,第一绝缘部16a的端部t16a、极耳AX(极耳15TX)的端部t15x、极耳AY(极耳15TY)的端部t15y和极耳B(极耳11T)的端部t11的位置一致。极耳结构部的端部容易成为短路发生的原因,因此,优选如图11(a)所示那样,第一绝缘部16a的端部t16a与极耳B(极耳11T)的端部t11相比突出。图11(b)是从图11(a)中的箭头方向观察的概要俯视图(方便起见,省略电芯单元Z中的第一集电体11的记载),第一绝缘部16a的外缘在俯视时与极耳B(极耳11T)的外缘相比位于外侧。如图11(b)所示,在将第一绝缘部16a的端部t16a与极耳B(极耳11T)的端部t11的距离设为L3的情况下,L3的优选范围与上述的L1的优选范围同样。
另外,在图11(a)中,极耳AX(极耳15TX)的端部t15x、极耳AY(极耳15TY)的端部t15y和第一绝缘部16a的端部t16a的位置一致。与此相对,可以如图11(c)所示那样,第一绝缘部16a的端部t16a与极耳AY(极耳15TY)的端部t15y相比突出。即,第一绝缘部16a的外缘可以在俯视时与极耳AY(极耳15TY)的外缘相比位于外侧。同样,可以如图11(d)所示那样,第一绝缘部16a的端部t16a与极耳AX(极耳15TX)的端部t15x相比突出。即,第一绝缘部16a的外缘可以在俯视时与极耳AX(极耳15TX)的外缘相比位于外侧。另一方面,在如图11(e)所示那样,极耳B(极耳11T)的端部t11与第一绝缘部16a的端部t16a相比突出的情况下,根据形状,有可能极耳B(极耳11T)的端部t11与电芯单元Z中的第一集电体Z(第一集电体11)接触、发生短路。
另外,在图12(a)中,示出与图10同样的极耳结构部R和与极耳结构部R比邻的极耳结构部S。如图12(b)所示,极耳结构部R中的极耳AX(极耳15TX)、极耳AY(极耳15TY)和极耳B(极耳11T)可以以第一绝缘部16a成为外侧的方式弯曲。进而,固定部17可以与弯曲中心C相比位于内侧。通过形成这样的弯曲结构,能够有效地抑制由固定部17引起的短路的发生。进而,如图12(b)所示,极耳结构部R中的极耳AX(极耳15TX)、极耳AY(极耳15TY)和极耳B(极耳11T)优选以极耳B(极耳11T)彼此相对置的方式弯曲。
另外,如图13(a)所示,可以在固定部17的至少一面侧配置有绝缘性接合部18。通过将固定部17覆盖,能够有效地抑制由固定部17引起的短路的发生。进而,如图13(b)所示,极耳结构部R中的极耳AX(极耳15TX)、极耳AY(极耳15TY)和极耳B(极耳11T)可以以第一绝缘部16a成为外侧的方式弯曲。进而,固定部17可以与弯曲中心C相比位于内侧,在固定部17的露出面侧配置有绝缘性接合部18。通过配置绝缘性接合部18,例如能够防止弯曲结构因振动而崩坏。
在本公开中,优选在第一活性物质层AX的极耳AX侧的端面和第一活性物质层AY的极耳AY侧的端面中的至少一者配置有第三绝缘部。这是因为能够抑制短路的发生。另外,在本公开中,优选在第二活性物质层AX的极耳A侧的端面和第二活性物质层AY的极耳A侧的端面中的至少一者配置有第四绝缘部。这是因为能够抑制短路的发生。另外,第四绝缘部可以分别覆盖电芯单元A中的第二集电体5X的端面和电芯单元A中的第二集电体5Y的端面。另外,在本公开中,可以在俯视时与极耳结构部重叠的位置配置有第五绝缘部。
关于第二实施方式的全固体电池的优选的其它构成,与上述“A.
第一实施方式”中记载的内容同样,因此省略此处的记载。此时,可将“A.第一实施方式”中记载的“电芯”替换成“电芯单元”。例如,可将第一实施方式中的“电芯数”替换成“电芯单元数”。
2.电芯单元的构成
第二实施方式的全固体电池具有沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯单元。
电芯单元具有:第一集电体;从第一集电体的第一面侧依次沿着厚度方向配置的第一活性物质层X、固体电解质层X、第二活性物质层X和第二集电体X;以及从第一集电体的与第一面相反的第二面侧依次沿着厚度方向配置的第一活性物质层Y、固体电解质层Y、第二活性物质层Y和第二集电体Y。关于构成电芯单元的各层,与上述“A.第一实施方式”中记载的内容同样,因此省略此处的记载。
本公开不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示,具有与本公开的权利要求书所记载的技术构思实质上相同的构成、取得同样的作用效果的实施方式均包含在本公开的技术范围内。

Claims (12)

1.全固体电池,其是具备沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯的全固体电池,其中,
上述全固体电池具备电芯A和电芯B作为上述电芯,
上述电芯A依次具有第一集电体A、第一活性物质层A、固体电解质层A、第二活性物质层A和第二集电体A,
上述电芯B依次具有第一集电体B、第一活性物质层B、固体电解质层B、第二活性物质层B和第二集电体B,
上述电芯A中的上述第一集电体A与上述电芯B中的上述第二集电体B对置地配置,
上述第一集电体A在俯视时不与上述第一活性物质层A重叠的位置具有极耳A,
上述第二集电体B在俯视时不与上述第二活性物质层B重叠的位置具有极耳B,
上述极耳A和上述极耳B通过固定部固定。
2.权利要求1所述的全固体电池,其中,在上述极耳B的与上述极耳A相反的面侧配置第一绝缘部,
上述第一绝缘部的外缘在俯视时与上述极耳A的外缘相比位于外侧。
3.权利要求2所述的全固体电池,其中,上述极耳B的外缘在俯视时与上述极耳A的外缘相比位于外侧。
4.权利要求2或3所述的全固体电池,其中,上述极耳A和上述极耳B以上述第一绝缘部成为外侧的方式弯曲,
上述固定部与弯曲中心相比位于内侧。
5.权利要求1至4的任一项所述的全固体电池,其中,在上述固定部的至少一面侧配置有绝缘性粘接部。
6.权利要求1至5的任一项所述的全固体电池,其中,上述固定部为焊接部。
7.全固体电池,其是具备沿着厚度方向配置且串联连接的多个电芯单元的全固体电池,其中,
上述全固体电池具备电芯单元A和电芯单元B作为上述电芯单元,
上述电芯单元A具有
第一集电体A、
从上述第一集电体A的第一面侧依次配置的第一活性物质层AX、固体电解质层AX、第二活性物质层AX和第二集电体AX、以及
从上述第一集电体A的与上述第一面相反的第二面侧依次配置的第一活性物质层AY、固体电解质层AY、第二活性物质层AY和第二集电体AY,
上述电芯单元B具有
第一集电体B、
从上述第一集电体B的第一面侧依次配置的第一活性物质层BX、固体电解质层BX、第二活性物质层BX和第二集电体BX、以及
从上述第一集电体B的与上述第一面相反的第二面侧依次配置的第一活性物质层BY、固体电解质层BY、第二活性物质层BY和第二集电体BY;
上述电芯单元A中的第二集电体AY与上述电芯单元B中的第二集电体BX配置为经由第二绝缘部而对置,
上述第二集电体AX在俯视时不与上述第二活性物质层AX重叠的位置具有极耳AX,
上述第二集电体AY在俯视时不与上述第二活性物质层AY重叠的位置具有极耳AY,
上述第一集电体B在俯视时不与上述第一活性物质层BX和上述第一活性物质层BY重叠的位置具有极耳B,
上述极耳AX、上述极耳AY和上述极耳B通过固定部固定。
8.权利要求7所述的全固体电池,其中,在上述极耳AX的与上述极耳AY相反的面侧配置第一绝缘部,
上述第一绝缘部的外缘在俯视时与上述极耳B的外缘相比位于外侧。
9.权利要求8所述的全固体电池,其中,上述极耳AX的外缘在俯视时与上述极耳B的外缘相比位于外侧。
10.权利要求8或9所述的全固体电池,其中,上述极耳AX、上述极耳AY和上述极耳B以上述第一绝缘部成为外侧的方式弯曲,
上述固定部与弯曲中心相比位于内侧。
11.权利要求7至10的任一项所述的全固体电池,其中,在上述固定部的至少一面侧配置有绝缘性粘接部。
12.权利要求7至11的任一项所述的全固体电池,其中,上述固定部为焊接部。
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