CN116114100A - 电池和层叠电池 - Google Patents

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Abstract

一种电池,具备发电元件、电极绝缘膜、对电极绝缘膜、电极端子、以及对电极端子,所述发电元件具有包含电极层、对电极层、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层的至少一个电池单元,所述电极端子与所述电极层电连接,所述对电极端子与所述对电极层电连接,所述发电元件具有由所述电极层的表面构成的主面即电极主面、与所述电极主面相对的由所述对电极层的表面构成的主面即对电极主面、以及侧面,所述电极绝缘膜具有覆盖所述侧面的一部分的第1侧面被覆部和覆盖所述电极主面的电极主面被覆部,所述对电极绝缘膜具有覆盖所述侧面的另一部分的第2侧面被覆部和覆盖所述对电极主面的对电极主面被覆部,所述电极端子具有覆盖所述第2侧面被覆部的对电极绝缘膜被覆部和与所述电极主面相接的电极接触部,所述对电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的电极绝缘膜被覆部和与所述对电极主面相接的对电极接触部。

Description

电池和层叠电池
技术领域
本公开涉及电池和层叠电池。
背景技术
使用导线从电池的发电元件部取出电流,通过串联和/或并联能够增加电压、输出和电池容量。作为与这样的电池结构和电池的连接相关的技术,例如在专利文献1中公开了一种在发电元件的侧壁上使用绝缘材料,利用极耳引线(tab lead)取出电流的结构的全固体电池。专利文献2中公开了一种利用极耳引线将多个电池连接而成的电池组。
在先技术文献
专利文献1:日本特开2007-335294号公报
专利文献2:日本特开2005-216631号公报
发明内容
发明要解决的课题
现有技术中,要求提高电池的可靠性。
本公开提供一种具有高的可靠性的电池等。
用于解决课题的手段
本公开的一个技术方案涉及的电池,具备发电元件、电极绝缘膜、对电极绝缘膜、电极端子、以及对电极端子,所述发电元件具有包含电极层、对电极层、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层的至少一个电池单元,所述电极端子与所述电极层电连接,所述对电极端子与所述对电极层电连接,所述发电元件具有电极主面、对电极主面、以及侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对的由所述对电极层的表面构成的主面,所述电极绝缘膜具有覆盖所述侧面的一部分的第1侧面被覆部和覆盖所述电极主面的电极主面被覆部,所述对电极绝缘膜具有覆盖所述侧面的另一部分的第2侧面被覆部和覆盖所述对电极主面的对电极主面被覆部,所述电极端子具有覆盖所述第2侧面被覆部的对电极绝缘膜被覆部和与所述电极主面相接的电极接触部,所述对电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的电极绝缘膜被覆部和与所述对电极主面相接的对电极接触部。
本公开的一个技术方案涉及的层叠电池,具备多个上述电池,所述多个电池并联连接并层叠。
发明的效果
根据本公开,能够实现一种具有高的可靠性的电池等。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图2是表示实施方式1的变形例1涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图3是表示实施方式1的变形例1涉及的另一个电池的大致结构的剖视图。
图4A是表示实施方式的变形例2涉及的电池的大致结构的俯视图。
图4B是表示实施方式的变形例2涉及的电池的大致结构的仰视图。
图5是表示实施方式1的变形例2涉及的另一个电池的大致结构的俯视图。
图6A是表示实施方式的变形例3涉及的电池的大致结构的俯视图。
图6B是表示实施方式的变形例3涉及的电池的大致结构的仰视图。
图7是表示实施方式1的变形例3涉及的另一个电池的大致结构的俯视图。
图8是表示实施方式2涉及的层叠电池的大致结构的剖视图和俯视图。
图9是表示实施方式2的变形例1涉及的电池的大致结构的剖视图。
具体实施方式
(本公开的概要)
本公开的一个技术方案涉及的电池,具备发电元件、电极绝缘膜、对电极绝缘膜、电极端子、以及对电极端子,所述发电元件具有包含电极层、对电极层、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层的至少一个电池单元,所述电极端子与所述电极层电连接,所述对电极端子与所述对电极层电连接,所述发电元件具有电极主面、对电极主面、以及侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对的由所述对电极层的表面构成的主面,所述电极绝缘膜具有覆盖所述侧面的一部分的第1侧面被覆部和覆盖所述电极主面的电极主面被覆部,所述对电极绝缘膜具有覆盖所述侧面的另一部分的第2侧面被覆部和覆盖所述对电极主面的对电极主面被覆部,所述电极端子具有覆盖所述第2侧面被覆部的对电极绝缘膜被覆部和与所述电极主面相接的电极接触部,所述对电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的电极绝缘膜被覆部和与所述对电极主面相接的对电极接触部。
根据该技术构成,能够实现高的可靠性的电池。以往的电池是通过引线等将端子引出的结构,利用引线与其他电池或负载连接来使用。但是,引线容易与发电元件接触而短路,且引线为突出的结构,因此难以小型化。另外,在引线的回绕部,容易导致由引线引起的短路和引线的破损,因此在可靠性上存在问题。这样的问题随着电池的小型化和多层化而更加明显。
根据本技术方案涉及的将发电元件的侧面和主面的一部分覆盖的电极绝缘膜和对电极绝缘膜的结构,通过在电池的电极层和对电极层的端面的至少一部分被覆绝缘膜,使各层的端面结合(绑定),抑制发电元件的各层的剥离。进而,通过绝缘膜的介入,能够提高两个电极之间的隔离性。另外,电极端子和对电极端子是覆盖电极绝缘膜和对电极绝缘膜,与电极主面和对电极主面连接而取出电流的结构,因此与发电元件和绝缘膜和端子一体化而引出引线的情况相比,不易发生由端子引起的短路和端子的破损。通过这样的作用效果,能够实现抑制了电极与对电极的短路以及端子的破损的具有高的可靠性的电池。
另外,例如可以设为:所述电极主面在俯视时与所述对电极主面被覆部重叠的位置具有未被所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜覆盖的电极露出区域,所述对电极主面在俯视时与所述电极主面被覆部重叠的位置具有未被所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜覆盖的对电极露出区域,所述电极接触部与所述电极露出区域相接,所述对电极接触部与所述对电极露出区域相接。
根据该技术构成,在位于电极主面和对电极主面的端子侧、电极主面和对电极主面的端部附近的电极露出区域和对电极露出区域,接有电极接触部和对电极接触部。因此,电极端子和对电极端子不会较大程度地绕入到电极主面和对电极主面的内侧,能够与电极层和对电极层电连接。
另外,例如可以设为:所述对电极绝缘膜被覆部覆盖所述对电极主面被覆部,所述电极绝缘膜被覆部覆盖所述电极主面被覆部。
根据该技术构成,成为电极端子和对电极端子分别从层叠方向的两侧夹持发电元件的端部的结构,因此能够进一步抑制发电元件的各层的剥离。另外,在将电池层叠使用的情况下,仅通过层叠就能使端子接触而电连接,因此能够容易地构成层叠电池。
另外,例如可以设为:所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜中的至少一者包含树脂。
根据该技术构成,通过绝缘膜中所含的树脂的缓冲性,电池的耐冲击性能、以及对于由冷热循环等引起的热冲击和应力的耐久性能提高。另外,通过树脂的缓冲性,即使在冷热循环后也能够抑制覆盖绝缘膜的端子的剥离。
另外,例如可以设为:所述侧面包含第1侧面以及与所述第1侧面相对的第2侧面,所述第1侧面被覆部覆盖所述第1侧面,所述第2侧面被覆部覆盖所述第2侧面。
根据该技术构成,通过电极绝缘膜和对电极绝缘膜从俯视时的两端夹持发电元件内的各层进行结合的效果,能够有效地抑制各层的剥离,能够实现具有高的可靠性的电池。
另外,例如可以设为:所述电极端子和所述对电极端子中的至少一者由包含树脂的导电材料构成。
根据该技术构成,通过端子中所含的树脂的缓冲性,能够吸收来自外部的冲击、以及由冷热循环等引起的热冲击和应力,能够实现具有高的可靠性的电池。
另外,例如可以设为:所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜分别包含第1热固性树脂,所述电极端子和所述对电极端子分别包含第2热固性树脂,所述第1热固性树脂的固化温度为所述第2热固性树脂的固化温度以上。
根据该技术构成,能够使形成电极端子和对电极端子时的固化温度成为第1热固性树脂的固化温度以下,因此能够确保电极绝缘膜和对电极绝缘膜的绝缘性以及固定性等,形成电极端子和对电极端子。
另外,例如可以设为:所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜中的至少一者具有多个绝缘层的层叠结构。
根据该技术构成,不易产生绝缘膜的空孔和由于厚度不均而较薄的部位等缺陷,能够提高绝缘膜的绝缘性和致密性。因此,在形成端子时,端子的导电材料不易侵入绝缘膜,能够抑制短路。另外,即使在形成了厚的绝缘膜的情况下,也不易发生由绝缘膜形成时的固化的应力等引起的剥离,能够提高绝缘膜的绝缘性和冲击吸收性能。
另外,例如可以设为:所述电极绝缘膜与所述对电极绝缘膜在所述电极端子与所述对电极端子之间相接。
根据该技术构成,能够提高两个端子之间的绝缘性。
另外,例如可以设为:所述至少一个电池单元为多个电池单元,所述多个电池单元串联电连接并层叠。
根据该技术构成,能够形成高的电压,因此能够实现高可靠性的高能量电池。
另外,例如可以设为:所述固体电解质层包含具有锂离子传导性的固体电解质。
根据该技术构成,能够在包含固体电解质的锂离子电池中,实现可靠性高的电池。
另外,本公开的一个技术方案涉及的层叠电池,分别具备多个上述电池,所述多个电池并联电连接并层叠。
根据该技术构成,形成具备多个上述电池的层叠电池,因此能够实现高可靠性的大容量层叠电池。
另外,例如可以设为:所述多个电池以所述多个电池之中相邻的电池的所述电极主面彼此或所述对电极主面彼此邻接的方式层叠。
根据该技术构成,通过将相同的电池上下层叠,能够实现量产性良好、高可靠性的大容量层叠电池。
以下,参照附图对实施方式进行具体说明。
另外,以下说明的实施方式都是概括性的或具体的例子。在以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式等只是一个例子,并不限定本公开。另外,在以下的实施方式中的构成要素之中,对于没有记载在表示最上位概念的独立权利要求中的构成要素,作为任意的构成要素进行说明。
另外,在本说明书中,平行等表示要素间的关系的用语、长方体等表示要素的形状的用语、以及数值范围,并不是仅表示严格意义的表达,而是表示实质上同等的范围、例如也包含百分之几左右的差异的表达。
另外,各图未必是严密地进行了图示。在各图中,对实质上相同的结构标注相同的附图标记,省略或简化重复的说明。
另外,在本说明书和附图中,x轴、y轴和z轴表示三维直角坐标系的三轴。在各实施方式中,将z轴方向作为电池的厚度方向。另外,在本说明书中,“厚度方向”是指与各层层叠的面垂直的方向。
另外,本说明书中的“俯视”是指沿着电池单元的层叠方向观察电池的情况,本说明书中的“厚度”是指电池和各层的层叠方向的长度。
另外,在本说明书中,“内侧”和“外侧”等中的“内”和“外”是指沿着电池的层叠方向观察电池时的内、外。
另外,在本说明书中,电池的结构中的“上”和“下”这样的用语不是指绝对的空间认知中的上方向(铅垂上方)和下方向(铅垂下方),而是作为以层叠结构中的层叠顺序为基础通过相对的位置关系进行规定的用语来使用。此外,“上方”和“下方”这样的用语不仅适用于两个构成要素彼此空出间隔配置并在两个构成要素之间存在另一个构成要素的情况,也适用于两个构成要素彼此紧贴配置而使两个构成要素相接的情况。
(实施方式1)
首先,对本实施方式涉及的电池进行说明。
图1是表示实施方式1涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图1的(a)是本实施方式涉及的电池100的剖视图,图1的(b)是从z轴方向上侧观察电池100的俯视图。图1的(a)表示图1的(b)的Ia-Ia线所示位置的截面。
如图1所示,电池100具有厚度较薄的长方体结构。电池100具备发电元件1、电极绝缘膜60、对电极绝缘膜70、电极端子80、以及对电极端子90,发电元件1具有包含电极层10、对电极层20和固体电解质层30的至少一个电池单元50。电池100例如是全固体电池。以下,有时将电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70统一简称为“绝缘膜”。另外,有时将电极端子80和对电极端子90统一简称为“端子”。
在本实施方式中,发电元件1由一个电池单元50构成。发电元件1的形状例如为长方体。再者,发电元件1的形状不限于长方体,也可以是圆柱或多棱柱等其他形状。发电元件1具有由电极层10的表面构成的主面即电极主面2、与电极主面2相对并且由对电极层20的表面构成的主面即对电极主面3、以及侧面。在本实施方式中,发电元件1的侧面由两组相对的两个面即四个面构成,包括俯视时的发电元件1的短边侧的面即第1侧面6和第2侧面7。
电极主面2和对电极主面3是与发电元件1的层叠方向垂直的面。电极主面2由电极层10的与固体电解质层30侧相反侧的主面构成。电极主面2在俯视时与后述的对电极主面被覆部72重叠的位置具有未被电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70覆盖的电极露出区域4。对电极主面3由对电极层20的与固体电解质层30侧相反侧的主面构成。对电极主面3在俯视时与后述的电极主面被覆部62重叠的位置具有未被电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70覆盖的对电极露出区域5。
第1侧面6和第2侧面7是从电极主面2和对电极主面3的端部向与电极主面2和对电极主面3交叉的方向延伸,将电极主面2与对电极主面3连接的面。在本实施方式中,第1侧面6和第2侧面7是与发电元件1的层叠方向平行的面。第1侧面6和第2侧面7是相对的位置关系。另外,第1侧面6与第2侧面7平行。
从提高与电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70的密合性的观点出发,发电元件1的主面和侧面的至少一部分可以被加工成具有凹凸的粗糙面。例如,发电元件1的主面和侧面的至少一部分可以在通过用#800~#1000的研磨纸进行研磨而加工成具有凹凸的粗糙面后,涂布形成电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70。该情况下的表面粗糙度,例如最大高度Rz为10μm以上且20μm以下。由此,能够分散发电元件1的表面能量,从而能够降低表面张力的影响,能够在绝缘膜涂布时提高润湿性,提高形状精度。因此,绝缘膜与在绝缘膜上形成的端子的位置关系精度提高,从而可得到抑制短路的效果。另外,由于表面粗糙度变大的影响,发电元件1的表面积增加,通过该作用效果,能够提高发电元件1的表面与绝缘膜的固定性。
电池单元50包含电极层10、对电极层20、以及位于电极层10与对电极层20之间的固体电解质层30。电极层10包含电极集电体11、以及位于电极集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12。对电极层20包含对电极集电体21、以及位于对电极集电体21与固体电解质层30之间的对电极活性物质层22。换言之,电池单元50包含电极集电体11、与电极集电体11相接配置的电极活性物质层12、对电极集电体21、与对电极集电体21相接配置的对电极活性物质层22、以及配置于电极活性物质层12与对电极活性物质层22之间并且含有固体电解质的固体电解质层30。电极活性物质层12和对电极活性物质层22配置于电极集电体11与对电极集电体21之间。电池单元50具有电极层10、固体电解质层30和对电极层20依次层叠的结构。更详细而言,电池单元50具有电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和对电极集电体21依次层叠的结构。
电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和对电极集电体21分别在俯视时为矩形。对于电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22和对电极集电体21的俯视时的形状没有特别限制,也可以是圆形、椭圆形和多边形等矩形以外的形状。
电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、电极活性物质层12和对电极活性物质层22在俯视时的形状、位置和大小相同。电极集电体11、电极活性物质层12、固体电解质层30、电极活性物质层12和对电极活性物质层22各自在俯视时的形状、位置和大小也可以不同。例如在俯视时,对电极活性物质层22可以比电极活性物质层12大。另外,固体电解质层30可以比电极活性物质层12和对电极活性物质层22大,覆盖电极活性物质层12和对电极活性物质层22各自的侧面,与电极集电体11和电极活性物质层12相接。
在本实施方式中,电极集电体11的与电极活性物质层12侧相反侧的主面构成电极主面2。
电极活性物质层12与电极集电体11的一侧的主面相接而层叠。另外,可以在电极集电体11与电极活性物质层12之间设置由导电材料构成的接合层等其他层。另外,电极层10也可以不包含电极集电体11,例如其他电极层10或对电极层20的集电体、取出用的端子、或支撑电池100的基板等,可以作为电极活性物质层12的集电体发挥作用。也就是说,电极层10可以仅包含电极集电体11和电极活性物质层12之中的电极活性物质层12。
在本实施方式中,对电极集电体21的与对电极活性物质层22侧相反侧的主面构成对电极主面3。
另外,对电极活性物质层22与对电极集电体21的一侧的主面相接而层叠。另外,可以在对电极集电体21与对电极活性物质层22之间设置有导电材料构成的接合层等其他层。另外,对电极层20也可以不包含对电极集电体21,例如其他电极层10或对电极层20的集电体、取出用的端子、或支撑电池100的基板等,可以作为对电极活性物质层22的集电体发挥作用。也就是说,对电极层20可以仅包含对电极集电体21和对电极活性物质层22之中的对电极活性物质层22。
在本公开中,电极层10和对电极层20之中,例如一方是具有正极活性物质层和正极集电体作为电极活性物质层12和电极集电体11的正极层,另一方是具有负极活性物质层和负极集电体作为对电极活性物质层22和对电极集电体21的负极层。以下,有时将正极活性物质层和负极活性物质层统一简称为“活性物质层”。另外,有时将正极集电体和负极集电体统一简称为“集电体”。
集电体只要由具有导电性的材料形成即可,对于集电体的材料没有特别限定。集电体例如可以使用由不锈钢、镍、铝、钛、铜、钯、金和铂、或它们的两种以上的合金等构成的箔状体、板状体或网状体等。集电体的材料可以考虑在制造工艺、使用温度和使用压力下不会熔融和分解、以及集电体上的电池工作电位和导电性而适当选择。另外,集电体的材料也可以根据所要求的拉伸强度和耐热性来选择。集电体例如可以是高强度电解铜箔、或是将不同种金属箔层叠而成的复合材料。
集电体的厚度例如在10μm以上且100μm以下的范围,但即使小于10μm,也可以在满足制造工艺中的处理、电流量等特性以及其可靠性的范围内进行设定。
正极活性物质层至少含有正极活性物质。正极活性物质层是主要由正极活性物质等正极材料构成的层。正极活性物质是在比负极高的电位下在结晶构造内插入或脱离锂(Li)离子或镁(Mg)离子等金属离子,随之进行氧化或还原的物质。正极活性物质的种类可以根据电池的种类适当选择,可以使用公知的正极活性物质。
正极活性物质可以举出含有锂和过渡金属元素的化合物,更具体而言,可以举出含有锂和过渡金属元素的氧化物、以及含有锂和过渡金属元素的磷酸化合物等。作为含有锂和过渡金属元素的氧化物,例如可以使用LiNixM1-xO2(其中,M为Co、Al、Mn、V、Cr、Mg、Ca、Ti、Zr、Nb、Mo和W中的至少一种元素,x为0<x≤1)等锂镍复合氧化物、钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)等层状氧化物以及具有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4、Li2MnO3、LiMnO2)等。作为含有锂和过渡金属元素的磷酸化合物,例如可以使用具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)等。另外,正极活性物质也可以使用硫(S)、硫化锂(Li2S)等硫化物,此时,可以使用对正极活性物质粒子涂布或添加了铌酸锂(LiNbO3)等而得到的物质作为正极活性物质。另外,正极活性物质可以仅使用这些材料中的1种,也可以组合使用这些材料中的2种以上。
如上所述,正极活性物质层只要至少含有正极活性物质即可。正极活性物质层可以是由正极活性物质和其他添加材料的合剂构成的合剂层。作为其他添加材料,例如可以使用无机系固体电解质或硫化物系固体电解质等固体电解质、乙炔黑等导电助剂、以及聚环氧乙烷或聚偏氟乙烯等粘结用粘合剂等。正极活性物质层通过以预定的比例混合正极活性物质和固体电解质等其他添加材料,能够提高正极活性物质层内的锂离子导电性,并且能够提高电子传导性。作为固体电解质,例如可以使用作为后述的固体电解质层30的固体电解质而例示的固体电解质。
另外,正极活性物质层的厚度例如为5μm以上且300μm以下。
负极活性物质层至少包含负极活性物质。负极活性物质层是主要由负极活性物质等负极材料构成的层。负极活性物质是指在比正极低的电位下,在结晶构造内插入或脱离锂(Li)离子或镁(Mg)离子等金属离子,随之进行氧化或还原的物质。负极活性物质的种类可以根据电池的种类适当选择,可以使用公知的负极活性物质。
负极活性物质例如可以使用天然石墨、人造石墨、石墨碳纤维或树脂烧成碳等碳材料、或与固体电解质合剂化的合金材料等。作为合金材料,例如可以使用LiAl、LiZn、Li3Bi、Li3Cd、Li3Sb、Li4Si、Li4.4Pb、Li4.4Sn、Li0.17C、LiC6等锂合金、钛酸锂(Li4Ti5O12)等锂和过渡金属元素的氧化物、氧化锌(ZnO)和氧化硅(SiOx)等金属氧化物等。另外,负极活性物质可以仅使用这些材料中的1种,也可以组合使用这些材料中的2种以上。
如上所述,负极活性物质层只要至少含有负极活性物质即可。负极活性物质层可以是由负极活性物质和其他添加材料的合剂构成的合剂层。作为其他的添加材料,例如可以使用无机系固体电解质或硫化物系固体电解质等固体电解质、乙炔黑等导电助剂、以及聚环氧乙烷或聚偏氟乙烯等粘结用粘合剂等。负极活性物质层通过以预定的比例混合负极活性物质和固体电解质等其他添加材料,能够提高负极活性物质层内的锂离子导电性,并且能够提高电子传导性。作为固体电解质,例如可以使用作为后述的固体电解质层30的固体电解质而例示的固体电解质。
另外,负极活性物质层的厚度例如为5μm以上且300μm以下。
固体电解质层30配置在电极活性物质层12与对电极活性物质层22之间,与电极活性物质层12和对电极活性物质层22相接。
固体电解质层30至少包含固体电解质。固体电解质层30例如含有固体电解质作为主要成分。固体电解质只要是不具有电子传导性而具有离子传导性的公知的电池用固体电解质即可。固体电解质例如可以使用传导锂离子或镁离子等金属离子的固体电解质。固体电解质的种类可以根据传导离子种类适当选择。固体电解质例如可以使用硫化物系固体电解质或氧化物系固体电解质等无机系固体电解质。作为硫化物系固体电解质,例如可以使用Li2S-P2S5系、Li2S-SiS2系、Li2S-B2S3系、Li2S-GeS2系、Li2S-SiS2-LiI系、Li2S-SiS2-Li3PO4系、Li2S-Ge2S2系、Li2S-GeS2-P2S5系、Li2S-GeS2-ZnS系等含锂的硫化物。作为氧化物系固体电解质,例如可以使用Li2O-SiO2、Li2O-SiO2-P2O5等含锂的金属氧化物、LixPyO1-zNz等含锂的金属氮化物、磷酸锂(Li3PO4)、以及锂钛氧化物等含锂的过渡金属氧化物等。作为固体电解质,可以仅使用这些材料中的1种,也可以组合使用这些材料中的2种以上。
另外,固体电解质层30除了上述固体电解质以外,还可以含有聚环氧乙烷或聚偏氟乙烯等粘结用粘合剂等。
固体电解质层30的厚度例如为5μm以上且150μm以下。
另外,固体电解质的材料也可以由粒子的聚集体构成。另外,固体电解质的材料也可以由烧结组织构成。
如上所述,电池100具备电极绝缘膜60、对电极绝缘膜70、电极端子80和对电极端子90。电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70分别覆盖发电元件1的俯视时的短边侧的两侧面即第1侧面6和第2侧面7。电极端子80和对电极端子90分别与电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70相接。电极端子80和对电极端子90相对配置。这样,通过用绝缘膜覆盖俯视时的发电元件1的两端即第1侧面6和第2侧面7,能够从俯视时的两端绑定结合发电元件1内的各层,能够有效地抑制各层的剥离。另外,电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70也可以覆盖发电元件1的侧面中相邻的面,而不是相对的面。
电极绝缘膜60具有覆盖发电元件1的一部分侧面的第1侧面被覆部61和覆盖电极主面2的电极主面被覆部62。在本实施方式中,电极绝缘膜60不覆盖对电极主面3。由此,能够扩大对电极露出区域5。另外,电极绝缘膜60也可以覆盖对电极主面3的一部分。
第1侧面被覆部61例如与第1侧面6相接而覆盖第1侧面6,并与第1侧面6接合。第1侧面被覆部61例如连续地覆盖第1侧面6的从电极主面2侧一端到对电极主面3侧一端。在图1所示的例子中,第1侧面被覆部61覆盖第1侧面6的整个面。另外,第1侧面被覆部61也覆盖与第1侧面6相邻的面、即发电元件1的俯视时的长边侧的侧面(也就是发电元件1的XZ平面)的一部分。另外,第1侧面被覆部61也可以覆盖发电元件1的俯视时的长边侧的侧面的整个面。另外,第1侧面被覆部61也可以覆盖对电极主面3的一部分。
电极主面被覆部62例如与电极主面2相接,并与电极主面2接合。电极主面被覆部62覆盖电极主面2的端部。电极主面被覆部62例如覆盖电极集电体11的表面。
第1侧面被覆部61与电极主面被覆部62是连续的并且彼此连接。即、电极绝缘膜60从第1侧面6绕到由电极集电体11的主面构成的电极主面2上,连续地覆盖第1侧面6和电极主面2之间的棱线。
对电极绝缘膜70具有覆盖发电元件1的侧面的另一部分的第2侧面被覆部71、以及覆盖对电极主面3的对电极主面被覆部72。在本实施方式中,对电极绝缘膜70不覆盖电极主面2。由此,能够扩大电极露出区域4。另外,对电极绝缘膜70也可以覆盖电极主面2的一部分。
第2侧面被覆部71例如与第2侧面7相接而覆盖第2侧面7,并与第2侧面7接合。第2侧面被覆部71例如连续地覆盖第2侧面7的从电极主面2侧一端到对电极主面3侧一端。在图1所示的例子中,第2侧面被覆部71覆盖第2侧面7的整个面。另外,第2侧面被覆部71也覆盖与第2侧面7相邻的面、即发电元件1的俯视时的长边侧的侧面(也就是发电元件1的XZ平面)的一部分。另外,第2侧面被覆部71也可以覆盖发电元件1的俯视时的长边侧的侧面的整个面。另外,第2侧面被覆部71也可以覆盖电极主面2的一部分。
对电极主面被覆部72例如与对电极主面3相接,并与对电极主面3接合。对电极主面被覆部72覆盖对电极主面3的端部。对电极主面被覆部72例如覆盖对电极集电体21的表面。
第2侧面被覆部71与对电极主面被覆部72是连续的并且彼此连接。即、对电极绝缘膜70从第2侧面7绕到由对电极集电体21的主面构成的对电极主面3上,连续地覆盖第2侧面7与对电极主面3之间的棱线。
这样,在本实施方式中,绝缘膜从位于发电元件1的第1侧面6和第2侧面7各自的端部的角和棱线起连续地覆盖发电元件1的俯视时的长边侧的侧面端部的一部分。通过这样的覆盖角部和棱线部的绝缘膜结构,能够更牢固地保护发电元件1,并且能够得到将容易剥离的发电元件1的角部进行固定的作用效果,使电池100的可靠性进一步提高。
绝缘膜只要是电绝缘体即可。绝缘膜例如包含树脂。绝缘膜例如包含绝缘性的树脂作为主要成分。作为树脂,例如可以举出环氧系树脂、丙烯酸系树脂、聚酰亚胺系树脂和倍半硅氧烷等。具体而言,绝缘膜例如包含液体系或粉末系的热固性环氧树脂等可涂布的热固性树脂。通过将这样的可涂布的热固性树脂以液状或粉体状涂布于发电元件1的侧面和主面并进行热固化,能够用绝缘膜覆盖发电元件1的侧面和主面,进行接合和固定。另外,绝缘膜可以具有由相同材料或不同材料构成的多个绝缘层的层叠结构。
绝缘膜可以是比发电元件1的构成部件(例如集电体、活性物质和固体电解质)柔软的材料。绝缘膜的杨氏模量例如为10GPa以上且40GPa以下。具体而言,绝缘膜可以使用这样的杨氏模量范围的环氧树脂。由此,能够吸收对于由绝缘膜覆盖的部位的冲击,保护电池100。另外,即使在冷热循环环境下,相对柔软的绝缘膜也会吸收由绝缘膜与发电元件1相互的热膨胀率差引起的、作用于绝缘膜与发电元件1的侧面等的界面上的应力。因此,能够抑制裂纹或剥离的发生等对电池100的各构成要素的结构的不良影响。
另外,关于发电元件1的构成材料和绝缘膜的柔软度(例如杨氏模量等弹性模量),可以与维氏硬度的测定同样地接触刚体的压头,根据其痕迹的大小关系的比较,比较发电元件1的构成材料和绝缘膜的柔软度的相对关系。例如,在将压头以相同的力按压在发电元件1的截面的各部位时,绝缘膜与发电元件1的构成材料相比成为凹陷最大的状态的情况下,能够判定绝缘膜比发电元件1的构成材料柔软。
另外,从缓和因温度变化引起的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力、缓和热应力、以及与侧壁的接合的可靠性等方面考虑,绝缘膜可以使用比集电体柔软的包含各种树脂材料的材料。
例如,绝缘膜的杨氏模量比构成电极集电体11和对电极集电体21的金属的杨氏模量低。由此,由于集电体的温度变化而产生的对发电元件1的应力通过绝缘膜的变形而被缓和。
另外,从缓和因温度变化引起的固体电解质层30的膨胀或收缩以及反复的充放电而产生的对发电元件1的应力,提高电池100的可靠性的观点出发,绝缘膜的杨氏模量可以低于固体电解质层30的杨氏模量。
另外,从缓和因温度变化引起的电极活性物质层12和对电极活性物质层22的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力,提高电池100的可靠性的观点出发,绝缘膜的杨氏模量可以低于电极活性物质层12和对电极活性物质层22的杨氏模量。这些杨氏模量的相对关系例如可以根据与压入探针时的压力相对应的位移特性或凹陷的大小关系等进行比较。
电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70可以由相同的材料构成,也可以由相互不同的材料构成。在电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70由相互不同的材料构成的情况下,上述绝缘膜的材料和物性等可以满足电极绝缘膜60和对电极绝缘膜70中的至少一方。
绝缘膜的厚度可以均匀,也可以不均匀。从电绝缘性的观点出发,绝缘膜薄的部分的厚度可以为10μm以上。另外,从冲击吸收的观点出发,绝缘膜最薄部分的厚度可以为100μm以上。另外,从隔绝大气和水分的观点出发,绝缘膜最薄部分的厚度可以为1mm以上。对于绝缘膜的厚度的上限没有特别限定。绝缘膜的厚度只要设定为能够兼顾电池的重量能量密度和体积能量密度以及绝缘膜的保护等效果的适当厚度即可。从减小对体积能量密度的影响较大的电池100的厚度、并且保护容易因冲击等而破损的发电元件1的侧面的观点出发,电极主面被覆部62的厚度可以小于第1侧面被覆部61的厚度。同样,对电极主面被覆部72的厚度可以小于第2侧面被覆部71的厚度。
电极端子80是从外侧覆盖对电极绝缘膜70并与电极层10电连接的膜状部件。详细而言,电极端子80从对电极绝缘膜70的外侧的表面绕到由电极集电体11的主面构成的电极主面2,连续地覆盖对电极绝缘膜70和电极主面2的至少一部分。电极端子80从层叠方向的两侧和发电元件1的外侧覆盖发电元件1的端部。电极端子80不与发电元件1的侧面和对电极主面3相接。电极端子80只要不与对电极层20相接,也可以与发电元件1的侧面相接。
电极端子80具有覆盖对电极绝缘膜70的第2侧面被覆部71的对电极绝缘膜被覆部81、和与电极主面2相接的电极接触部82。对电极绝缘膜被覆部81与电极接触部82是连续的并且彼此连接。
对电极绝缘膜被覆部81覆盖对电极绝缘膜70的外侧,换言之为覆盖对电极绝缘膜70的与发电元件1侧相反侧的表面。对电极绝缘膜被覆部81例如与对电极绝缘膜70的外侧的表面相接,并与对电极绝缘膜70接合。对电极绝缘膜被覆部81至少覆盖第2侧面被覆部71。在本实施方式中,对电极绝缘膜被覆部81从外侧覆盖对电极绝缘膜70的第2侧面被覆部71和对电极主面被覆部72,并与第2侧面被覆部71和对电极主面被覆部72相接。即、对电极绝缘膜被覆部81从对电极绝缘膜70的第2侧面被覆部71的外侧表面绕到对电极主面被覆部72的外侧表面,覆盖对电极绝缘膜70。对电极绝缘膜被覆部81覆盖对电极主面被覆部72的一部分。在俯视时,对电极绝缘膜被覆部81的内侧的端部位于比对电极主面被覆部72的内侧的端部靠外侧的位置。这样,通过对电极绝缘膜被覆部81覆盖对电极主面被覆部72,成为电极端子80从层叠方向夹持发电元件1的端部的结构,因此能够抑制发电元件1的各层的剥离。另外,对电极绝缘膜被覆部81也可以不覆盖对电极主面被覆部72。
电极接触部82覆盖电极主面2的至少一部分,并与电极主面2接合。电极接触部82例如与电极集电体11电连接。电极接触部82与电极主面2中的电极露出区域4相接。由此,电极接触部82与位于电极主面2的电极端子80侧的端部附近的电极露出区域4相接,因此电极端子80不需要向电极主面2的内侧较大地绕入,能够容易地将电极端子80与电极层10电连接。在俯视时,对电极绝缘膜被覆部81覆盖对电极主面被覆部72的部分的内侧的端部,与电极接触部82覆盖电极主面2的部分的内侧的端部,例如是相同的位置。
对电极端子90是从外侧覆盖电极绝缘膜60并与对电极层20电连接的膜状部件。详细而言,对电极端子90从电极绝缘膜60的外侧的表面绕到由对电极集电体21的主面构成的对电极主面3,连续地覆盖电极绝缘膜60和对电极主面3的至少一部分。对电极端子90从层叠方向的两侧和发电元件1的外侧覆盖发电元件1的端部。对电极端子90不与发电元件1的侧面和电极主面2相接。对电极端子90只要不与电极层10接触,也可以与发电元件1的侧面相接。
对电极端子90具有覆盖电极绝缘膜60的第1侧面被覆部61的电极绝缘膜被覆部91、以及与对电极主面3接触的对电极接触部92。电极绝缘膜被覆部91与对电极接触部分92是连续的并且彼此连接。
电极绝缘膜被覆部91覆盖电极绝缘膜60的外侧,换言之为覆盖电极绝缘膜60的与发电元件1侧相反侧的表面。电极绝缘膜被覆部91例如与电极绝缘膜60的外侧的表面相接,并与电极绝缘膜60接合。电极绝缘膜被覆部91至少覆盖第1侧面被覆部61。在本实施方式中,电极绝缘膜被覆部91从外侧覆盖电极绝缘膜60的第1侧面被覆部61和电极主面被覆部62,并与第1侧面被覆部61和电极主面被覆部62相接。即、电极绝缘膜被覆部91从电极绝缘膜60的第1侧面被覆部61的外侧表面绕到电极主面被覆部62的外侧表面,覆盖电极绝缘膜60。电极绝缘膜被覆部91覆盖电极主面被覆部62的一部分。在俯视时,电极绝缘膜被覆部91的内侧的端部位于比电极主面被覆部62的内侧的端部靠外侧的位置。这样,通过电极绝缘膜被覆部91覆盖电极主面被覆部62,成为对电极端子90从层叠方向夹持发电元件1的端部的结构,因此能够抑制发电元件1的各层的剥离。另外,电极绝缘膜被覆部91也可以不覆盖电极主面被覆部62。
对电极接触部92覆盖对电极主面3的至少一部分,并与对电极主面3接合。对电极接触部92例如与对电极集电体21电连接。对电极接触部92与对电极主面3中的对电极露出区域5相接。由此,对电极接触部92与位于对电极主面3的对电极端子90侧的端部附近的对电极露出区域5相接,因此对电极端子90不需要向对电极主面3的内侧较大地绕入,能够容易地将对电极端子90与对电极层20电连接。在俯视时,电极绝缘膜被覆部91覆盖电极主面被覆部62的部分的内侧的端部,与对电极接触部92覆盖对电极主面3的部分的内侧的端部,例如是相同的位置。
端子由具有电子导电性的导电材料构成。从缓和因温度变化引起的发电元件1的各层的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力的观点出发,端子例如由包含树脂的导电材料构成。例如,端子的杨氏模量比构成电极集电体11和对电极集电体21的金属的杨氏模量低。由此,因温度变化而产生的端子的应力通过端子自身的变形和端子的基底的绝缘膜的变形而被缓和。由于端子能够与绝缘膜一起变形,所以能够追随因热冲击和充放电循环而产生的发电元件1的变形,能够抑制发电元件1的剥离和损伤。另外,从缓和对发电元件1的应力、提高电池100的可靠性的观点出发,端子的杨氏模量可以低于固体电解质层30的杨氏模量。另外,从缓和因温度变化引起的电极活性物质层12和对电极活性物质层22的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力,提高电池100的可靠性的观点出发,端子的杨氏模量可以低于电极活性物质层12和对电极活性物质层22的杨氏模量。这些杨氏模量的相对关系例如可以根据与压入探针时的压力相对应的位移特性或凹陷的大小关系等进行比较。
另外,构成端子的导电材料例如包含银、铜、镍、锌、铝、钯、金、铂以及将这些金属组合而成的合金中的至少一种。另外,端子也可以由在固体电解质中含有导电性粒子或半导体材料的粒子的材料构成。由此,如上所述,能够缓和因温度变化引起的集电体的膨胀或收缩而产生的应力,并且减少电阻成分,从而能够实现损失小的高容量电池。
另外,从能够调整热膨胀率和柔软度(杨氏模量)的观点出发,端子也可以由在导电性的树脂糊中含有固体电解质等的材料构成。
构成端子的导电材料中所含的树脂可以是热塑性树脂,也可以是热固性树脂。其中,从容易形成端子的观点出发,端子可以含有热固性树脂。
在端子和绝缘膜都包含树脂的情况下,端子中所含的树脂的加工温度比绝缘膜中所含的树脂的加工温度低。在热固性树脂的情况下,加工温度例如是用于促进树脂的热固化的固化温度。在热塑性树脂的情况下,加工温度例如是用于树脂流动的相变温度(例如玻璃化转变温度或熔点)。在绝缘膜包含第1热固性树脂、端子包含第2热固性树脂的情况下,例如第1热固性树脂的固化温度为第2热固性树脂的固化温度以上。由此,能够使端子形成时的固化温度为绝缘膜中所含的第1热固性树脂的固化温度以下。因此,能够抑制绝缘膜的特性降低,另外,能够抑制绝缘膜的剥离和破裂的发生,从而形成端子。
作为热塑性树脂,例如可以举出聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、丙烯酸系树脂、聚苯乙烯系树脂、氯乙烯系树脂、有机硅系树脂、聚酰胺系树脂、聚酰亚胺系树脂、氟化烃系树脂、聚醚系树脂、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、乙烯-丙烯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶和丙烯腈-丁二烯橡胶等。
作为热固性树脂,例如可以举出:(i)尿素系树脂、三聚氰胺系树脂、胍胺系树脂等氨系树脂,(ii)双酚A型、双酚F型、苯酚酚醛清漆型、脂环式等环氧系树脂,(iii)氧杂环丁烷系树脂,(iv)甲阶型、酚醛清漆型等酚醛系树脂,以及(v)有机硅环氧树脂、有机硅聚酯等有机硅改性有机树脂等。
另外,端子也可以使用具有包含空气等的气孔或气泡等的材料。通过这样的组织结构,能够在大范围内控制柔软性(例如杨氏模量),因此能够进一步缓和因温度变化引起的发电元件1的各层的膨胀或收缩而产生的对发电元件1的应力。
另外,端子也可以包含金属、陶瓷或固体电解质等不燃性的材料。在端子中含有不燃性材料的情况下,在电池异常发热时,也具有作为抑制延烧的层壁的作用效果。
另外,端子也可以具有分别由导电材料构成的多个导电层的层叠结构。多个导电层的导电材料可以相同,也可以不同。
电极端子80和对电极端子90可以由相同的材料构成,也可以由相互不同的材料构成。在电极端子80和对电极端子90由相互不同的材料构成的情况下,上述端子的材料和物性等可以满足电极端子80和对电极端子90中的至少一方。
另外,对于端子的厚度没有特别限定。从电池100的体积能量密度的观点出发,端子的厚度、特别是电极接触部82和对电极接触部92中的至少一方的厚度可以比集电体的厚度薄。端子的厚度、特别是电极接触部82和对电极接触部92的厚度,分别例如为1μm以上且50μm以下,也可以为2μm以上且40μm以下。通过使端子的厚度在上述范围内,能够抑制体积能量密度的降低,并且容易缓和因温度变化引起的集电体的膨胀或收缩而产生的应力,稳定地引出电池100的特性。
根据以上技术构成,能够实现具有高的可靠性的电池100。
将本实施方式涉及的电池100的结构与专利文献1和专利文献2记载的电池的结构进行比较,存在下述差异。
专利文献1中公开了一种具有在发电元件的侧壁上使用绝缘材料,利用极耳引线引出特性的结构的全固体电池。但是,集电体端面是在绝缘材料之间露出的结构,集电体端面一般在切断处理后的加工表面的情况下,成为氧化被膜等较少的、活性度高的表面。因此,在用极耳引线那样的引线端子等将端子引出的情况下,如果引线端子接触,则容易导致短路。另外,极耳引线在暴露于微量的气体以及充放电的反复过程中,容易成为反应物生成的起点。另外,在极耳引线的加工时脱落的毛刺(灰尘)有时会附着在集电体上而引起短路。另外,是容易从露出的集电体端部产生剥离的结构。另外,极耳引线不是与发电元件侧面接合的一体结构,因此在施加冲击和局部应力的情况下容易破损。这样,在以往的技术构成中,电池的可靠性存在问题。这样的问题随着电池的小型化和多层化而更加显著。
另外,专利文献2中公开了一种用极耳引线将多个电池连接而成的电池组。但是,多个电池通过极耳引线那样的引线端子连接。另外,在电池的侧壁上成为发电元件的各层露出的结构。因此,专利文献2的电池与专利文献1同样地容易破损,各层容易从露出的侧壁端部剥离,容易导致短路。而且,这些问题在小型化和增加所连接的电池的数量时容易变得明显。
与此相对,根据本实施方式涉及的具备绝缘膜的电池100的结构,发电元件1的电极层10和对电极层20的侧面的至少一部分被绝缘膜覆盖。通过该结构,例如电极层10和对电极层20的集电体的露出减少。另外,绝缘膜通过从发电元件1的端部结合绑定发电元件1的各层,抑制发电元件1的各层的剥离以及加工时的毛刺的脱落。而且,通过绝缘膜能够提高两个电极之间的电隔离。通过这样的作用效果,能够实现即使小型化也能抑制电极层10与对电极层20的短路的、具有高可靠性的电池100。
另外,本实施方式涉及的电池100,具有端子从外侧将覆盖发电元件1的侧面的绝缘膜覆盖的一体结构。因此,在对端子施加冲击和局部应力的情况下,端子不易破损,难以产生上述问题。因此,能够实现具有高可靠性的电池100。另外,在专利文献1和专利文献2中,既没有公开也没有启示本实施方式中记载的具有绝缘膜和端子的结构的电池、以及将电池层叠而成的层叠电池。
[变形例1]
以下,对实施方式1的变形例1进行说明。另外,在以下的变形例1的说明中,以与实施方式1的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图2是表示实施方式1的变形例1涉及的电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图2的(a)是本变形例涉及的电池200的剖视图,图2的(b)是从z轴方向上侧观察电池200的俯视图。图2的(a)表示图2的(b)的IIa-IIa线所示位置的截面。
如图2所示,实施方式1的变形例1涉及的电池200与实施方式1的电池100相比,主要不同之处在于,发电元件1a不是由一个电池单元50构成的单电池,而是由多个电池单元50串联连接而成的电池。电池200具备发电元件1a、电极绝缘膜60a、对电极绝缘膜70a、电极端子80a和对电极端子90a,来代替电池100的发电元件1、电极绝缘膜60、对电极绝缘膜70、电极端子80和对电极端子90。
发电元件1a具有多个电池单元50,具体而言具有2个电池单元50。发电元件1a所包含的电池单元50的数量不限于2个,也可以是3个以上。另外,发电元件1a在多个电池单元50中的相邻的电池单元50之间具备具有导电性的连接层40。
发电元件1a具有由最上部的电池单元50的电极层10的表面构成的主面即电极主面2a、由最下部的电池单元50的对电极层20的表面构成的主面即对电极主面3a、以及侧面。电极主面2a在俯视时与后述的对电极主面被覆部72重叠的位置具有未被电极绝缘膜60a和对电极绝缘膜70a覆盖的电极露出区域4a。对电极主面3a在俯视时与后述的电极主面被覆部62a重叠的位置具有未被电极绝缘膜60a和对电极绝缘膜70a覆盖的对电极露出区域5a。侧面包括俯视时的发电元件1a的短边侧的两侧面即第1侧面6a和第2侧面7a。
多个电池单元50以串联电连接的方式层叠。多个电池单元50以如下方式层叠:多个电池单元50中相邻的电池单元50的一方的电极层10和另一方的对电极层20之间不夹有固体电解质层30,而是经由连接层40邻接。换言之,多个电池单元50以各个电池单元50的电极层10与对电极层20的上下关系相同的方式层叠。在本变形例中,相邻电池单元50的一方的电极层10(具体而言是电极集电体11)与另一方的对电极层20(具体而言是对电极集电体21)通过连接层40电连接,由此,多个电池单元50以串联电连接的方式层叠。即、发电元件1a具有电极层10与对电极层20不经由固体电解质层30而连接的双极电极。
另外,发电元件1a也可以不具备连接层40,以多个电池单元50中相邻的电池单元50的一方的电极层10与另一方的对电极层20不经由连接层40而邻接的方式层叠。例如,也可以通过相邻的电池单元50中的一方的电极层10与另一方的对电极层20直接接触而电连接,使多个电池单元50电串联连接并层叠。
连接层40例如由具有电子导电性的导电材料构成。对于构成连接层40的导电材料没有特别限定,作为导电材料,可以使用作为构成上述端子的导电材料而例示的导电材料。
电极绝缘膜60a和对电极绝缘膜70a分别覆盖发电元件1a的俯视时的短边侧的两侧面即第1侧面6a和第2侧面7a。电极端子80a和对电极端子90a分别与电极绝缘膜60a和对电极绝缘膜70a相接。电极端子80a和对电极端子90a相对配置。
电极绝缘膜60a具有覆盖发电元件1a的一部分侧面的第1侧面被覆部61a和覆盖电极主面2a的电极主面被覆部62a。在本实施方式中,电极绝缘膜60a不覆盖对电极主面3a。电极绝缘膜60a也可以覆盖对电极主面3a的一部分。
第1侧面被覆部61a例如连续地覆盖第1侧面6a的从电极主面2a侧一端到对电极主面3a侧一端。即、第1侧面被覆部61a连续地覆盖发电元件1a中的多个电池单元50和连接层40的侧面。
对电极绝缘膜70a具有覆盖发电元件1a的另一部分侧面的第2侧面被覆部71a和覆盖对电极主面3a的对电极主面被覆部72a。在本实施方式中,对电极绝缘膜70a不覆盖电极主面2a。对电极绝缘膜70a也可以覆盖电极主面2a的一部分。
第2侧面被覆部71a例如连续地覆盖第2侧面7a的从电极主面2a侧一端到对电极主面3a侧一端。即、第2侧面被覆部71a连续地覆盖发电元件1a中的多个电池单元50和连接层40的侧面。
电极端子80a是从外侧覆盖对电极绝缘膜70a、与发电元件1a中位于最上部的电极层10电连接的膜状部件。详细而言,电极端子80a从对电极绝缘膜70a的外侧的表面绕到由在发电元件1a中位于最上部的电极集电体11的主面构成的电极主面2a,连续地覆盖对电极绝缘膜70a和电极主面2a的至少一部分。电极端子80a具有覆盖对电极绝缘膜70a的对电极绝缘膜被覆部81a和与电极主面2a相接的电极接触部82a。
对电极端子90a是从外侧覆盖电极绝缘膜60a、与发电元件1a中位于最下部的对电极层20电连接的膜状部件。详细而言,对电极端子90a从电极绝缘膜60a的外侧的表面绕到由发电元件1a中位于最下部的对电极集电体21的主面构成的对电极主面3a,连续地覆盖电极绝缘膜60a和对电极主面3a的至少一部分。对电极端子90a具有覆盖电极绝缘膜60a的电极绝缘膜被覆部91a和与对电极主面3a接触的对电极接触部92a。
通过将这样的绝缘膜、端子、以及由多个电池单元50串联电连接而成的发电元件1a一体化的结构,能够形成高电压,并且能够抑制短路以及发电元件1a的各层的剥离。因此,能够实现高能量且高可靠性的电池200。
另外,在电池200中,绝缘膜可以具有多个绝缘层的层叠结构。图3是表示实施方式1的变形例1涉及的另一个电池的大致结构的剖视图。如图3所示,电池200a具备具有多个绝缘层的层叠结构的电极绝缘膜60b和对电极绝缘膜70b,来代替电池200的电极绝缘膜60a和对电极绝缘膜70a。
电极绝缘膜60b具有覆盖发电元件1a的一部分侧面的第1侧面被覆部61b和覆盖电极主面2a的电极主面被覆部62b。另外,电极绝缘膜60b具有多个绝缘层65b和66b的层叠结构。在图3中,在电极绝缘膜60b的整个区域设有多个绝缘层65b和66b的层叠结构,但也可以在电极绝缘膜60b的一部分设置多个绝缘层65b和66b的层叠结构。例如,也可以是第1侧面被覆部61b和电极主面被覆部62b中仅一方具有多个绝缘层65b和66b的层叠结构。
对电极绝缘膜70b具有覆盖第2侧面7a的第2侧面被覆部71b和覆盖对电极主面3a的对电极主面被覆部72b。另外,对电极绝缘膜70b具有多个绝缘层75b和76b的层叠结构。在图3中,在对电极绝缘膜70b的整个区域设有多个绝缘层75b和76b的层叠结构,但也可以在对电极绝缘膜70b的一部分设置多个绝缘层75b和76b的层叠结构。例如,也可以是第2侧面被覆部71b和对电极主面被覆部72b中仅一方具有多个绝缘层75b和76b的层叠结构。
以下,有时将多个绝缘层65b和66b以及多个绝缘层75b和76b统一简称为“绝缘层”。
电极绝缘膜60b和对电极绝缘膜70b所具有的绝缘层的数量,在图3所示的例子中分别为2个,但也可以分别为3个以上。另外,电极绝缘膜60b和对电极绝缘膜70b的一方也可以不具有多个绝缘层的层叠结构。
多个绝缘层各自的厚度例如为30μm以下。从形成更致密的电极绝缘膜60b和对电极绝缘膜70b的观点出发,多个绝缘层各自的厚度可以为10μm以下。
电极绝缘膜60b和对电极绝缘膜70b通过将环氧系树脂等绝缘性树脂多次涂布并固化而形成。例如,通过在固化过一次的环氧系树脂上进一步涂布环氧树脂并使其固化,能够形成不易产生空孔和因厚度不均而较薄的部位等缺陷的、致密且牢固的绝缘膜。如果在这样的缺陷减少了的绝缘膜上形成端子,则能够抑制导电材料侵入绝缘膜内而导致短路的问题。另外,如果一次性地涂布绝缘性的树脂并使其固化而形成厚的绝缘膜,则有可能因固化时的应力而发生剥离。特别是,在存在第1侧面被覆部61b与电极主面被覆部62b之间的弯曲部、以及第2侧面被覆部71b与对电极主面被覆部72b之间的弯曲部的情况下,树脂固化时的收缩应力作用于与弯曲部相反侧的端部,容易导致从端部翘起的形态的剥离。因此,如果将薄的绝缘膜多次反复涂布、固化来进行层叠,则例如即使将绝缘膜较厚地形成为100μm,也难以作用较强的固化应力,从而能够抑制剥离。由此,能够抑制破裂和剥离地形成多个绝缘层的层叠结构的绝缘膜。当然,也可以形成1mm厚的绝缘膜。这样的多个绝缘层的层叠结构,通过研磨后的截面的光学显微镜或SEM(Scanning Electron Microscope:扫描电子显微镜)等一般的观察,能够观察到通过反复多次涂布和固化而呈现出的层叠结构。
构成多个绝缘层的各个绝缘层可以由相同的材料构成,也可以由不同的材料构成。即、在多次形成绝缘层时,可以对每层使用不同的绝缘材料。例如,通过以绝缘性树脂的固化温度、熔点或玻璃化转变温度从高到低的方式反复进行涂布和固化并层叠,能够形成致密且厚的绝缘膜,不会因固化时的热而使先前形成的绝缘层的性质劣化。该情况下,越是位于外侧的绝缘层,所包含的树脂的固化温度、熔点或玻璃化转变温度越高。另外,关于热固化条件,可以在不对电池特性产生不良影响的范围内设定温度和时间。
[变形例2]
接着,对实施方式1的变形例2进行说明。另外,在以下的变形例2的说明中,以与实施方式1的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图4A是表示实施方式1的变形例2涉及的电池的大致结构的俯视图。图4B是表示实施方式1的变形例2涉及的电池的大致结构的仰视图。图4A是从z轴方向上侧观察本变形例涉及的电池300时的平面图,图4B是从z轴方向下侧观察电池300时的平面图。
如图4A和图4B所示,实施方式1的变形例2涉及的电池300与实施方式1的电池100相比,主要不同之处在于,绝缘膜和端子覆盖了发电元件1的侧面中的俯视时的长边侧的一个面。电池300具备电极绝缘膜60c、对电极绝缘膜70c、电极端子80c和对电极端子90c,来代替电池100的电极绝缘膜60、对电极绝缘膜70、电极端子80和对电极端子90c。
电极绝缘膜60c具有覆盖发电元件1的一部分侧面的第1侧面被覆部61c和覆盖电极主面2的电极主面被覆部62c。对电极绝缘膜70c具有覆盖发电元件1的另一部分侧面的第2侧面被覆部71c和覆盖对电极主面3的对电极主面被覆部72c。
第1侧面被覆部61c和第2侧面被覆部71c都覆盖发电元件1的侧面中的俯视时的长边侧的面即第3侧面8。第1侧面被覆部61c和第2侧面被覆部71c例如与第3侧面8相接,并与第3侧面8接合。另外,电极绝缘膜60c与对电极绝缘膜70c分离。
第1侧面被覆部61c也绕到对电极主面3上,覆盖对电极主面3的一部分。另外,第2侧面被覆部71c也绕到电极主面2上,覆盖电极主面2的一部分。这样,通过使第1侧面被覆部61c和第2侧面被覆部71c绕到发电元件1的主面,能够利用绝缘膜从两侧的主面夹持发电元件1,因此能够进一步抑制发电元件1的各层的剥离以及加工时的毛刺的脱落。
电极端子80c具有覆盖对电极绝缘膜70c的对电极绝缘膜被覆部81c和与电极主面2相接的电极接触部82c。对电极端子90c具有覆盖电极绝缘膜60c的电极绝缘膜被覆部91c和与对电极主面3相接的对电极接触部92c。电极端子80c和对电极端子90c都隔着绝缘膜覆盖第3侧面8。
电极端子80c的电极接触部82c在俯视时,在比绕入电极主面2的第2侧面被覆部71c的内侧的端部靠内侧的位置与电极主面2相接,另外,对电极端子90c的对电极接触部92c在俯视时,在比绕入电极主面2的第1侧面被覆部61c的内侧的端部靠内侧的位置与对电极主面3相接。
如上所述,通过形成为被端子覆盖的电极绝缘膜60c和对电极绝缘膜70c覆盖同一第3侧面8的结构,能够实现与仅从俯视时的发电元件1的长边侧一方引出电流的小型设置方式相对应的电池300。
另外,在电池300中,电极绝缘膜60c和对电极绝缘膜70c分离,但不限于此。电极绝缘膜60c和对电极绝缘膜70c也可以相接。图5是表示实施方式1的变形例2涉及的另一个电池的大致结构的俯视图。如图5所示,在电池300a中,俯视时在电极端子80c与对电极端子90c之间,电极绝缘膜60c与对电极绝缘膜70c相接。由此,能够提高电极端子80c与对电极端子90c之间的绝缘性,抑制两个端子之间以及端子与发电元件1的短路。
[变形例3]
接着,对实施方式1的变形例3进行说明。另外,在以下的变形例3的说明中,以与实施方式1的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图6A是表示实施方式1的变形例3涉及的电池的大致结构的俯视图。图6B是表示实施方式1的变形例3涉及的电池的大致结构的仰视图。图6A是从z轴方向上侧观察本变形例涉及的电池400时的平面图,图6B是从z轴方向下侧观察电池400时的平面图。
如图6A和图6B所示,实施方式1的变形例3涉及的电池400与实施方式1的电池100相比,主要不同之处在于,绝缘膜和端子覆盖了发电元件1的侧面中的俯视时的短边侧的一个面。电池400具备电极绝缘膜60d、对电极绝缘膜70d、电极端子80d和对电极端子90d,来代替电池100的电极绝缘膜60、对电极绝缘膜70、电极端子80和对电极端子90。
电极绝缘膜60d具有覆盖发电元件1的一部分侧面的第1侧面被覆部61d和覆盖电极主面2的电极主面被覆部62d。对电极绝缘膜70d具有覆盖发电元件1的另一部分侧面的第2侧面被覆部71d和覆盖对电极主面3的对电极主面被覆部72d。
第1侧面被覆部61d和第2侧面被覆部71d都覆盖发电元件1的侧面中的俯视时的短边侧的面即第2侧面7。第1侧面被覆部61d和第2侧面被覆部71d例如与第2侧面7相接,并与第2侧面7接合。另外,电极绝缘膜60d与对电极绝缘膜70d分离。
电极端子80d具有覆盖对电极绝缘膜70d的对电极绝缘膜被覆部81d和与电极主面2相接的电极接触部82d。对电极端子90d具有覆盖电极绝缘膜60d的电极绝缘膜被覆部91d和与对电极主面3相接的对电极接触部92d。电极端子80d和对电极端子90d都隔着绝缘膜覆盖第2侧面7。
如上所述,通过形成为被端子覆盖的电极绝缘膜60d和对电极绝缘膜70d覆盖同一第2侧面7的结构,能够实现与仅从俯视时的发电元件1的短边侧一方引出电流的小型设置方式相对应的电池400。
另外,在电池400中,电极绝缘膜60d与对电极绝缘膜70d分离,但不限于此。电极绝缘膜60d与对电极绝缘膜70d也可以相接。图7是表示实施方式1的变形例3涉及的另一个电池的大致结构的俯视图。如图7所示,在电池400a中,俯视时在电极端子80d与对电极端子90d之间,电极绝缘膜60d与对电极绝缘膜70d相接。由此,能够提高电极端子80d与对电极端子90d之间的绝缘性,能够抑制两个端子之间以及端子与发电元件1的短路。
[电池的制造方法]
接着,对本实施方式涉及的电池的制造方法的一个例子进行说明。以下,对上述实施方式1的变形例1中说明的电池200a的制造方法进行说明。另外,在以下的制造方法的说明中,对于电极层10是具有正极活性物质层和正极集电体作为电极活性物质层12和电极集电体11的正极层,对电极层20是具有负极活性物质层和负极集电体作为对电极活性物质层22和对电极集电体21的负极层的情况进行说明。
首先,制作在正极活性物质层和负极活性物质层的印刷形成中使用的各糊剂。作为正极活性物质层和负极活性物质层各自的合剂中使用的固体电解质原料,例如准备平均粒径约为10μm、以三斜晶系结晶为主要成分的Li2S-P2S5系硫化物的玻璃粉末。作为该玻璃粉末,例如可以使用具有2~3×10-3S/cm左右的高离子导电性的玻璃粉末。作为正极活性物质,例如可以使用平均粒径约为5μm、层状结构的Li·Ni·Co·Al复合氧化物(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)的粉末。制作将含有上述正极活性物质和上述玻璃粉末的合剂分散在有机溶剂等中而成的正极活性物质层用糊剂。另外,作为负极活性物质,例如可以使用平均粒径约为10μm的天然石墨粉末。同样地制作将含有上述负极活性物质和上述玻璃粉末的合剂分散在有机溶剂等中而成的负极活性物质层用糊剂。
接着,作为用作正极集电体和负极集电体的材质,例如准备约30μm厚的铜箔。通过丝网印刷法,将正极活性物质层用糊剂和负极活性物质层用糊剂分别以预定形状和50μm以上且100μm以下的厚度印刷在各个铜箔的一侧的表面上。正极活性物质层用糊剂和负极活性物质层用糊剂例如在80℃以上且130℃以下干燥,成为30μm以上且60μm以下的厚度。由此,得到分别形成有正极活性物质层和负极活性物质层的集电体(铜箔),也就是正极层和负极层(即电极层10和对电极层20)。
接着,制作将含有上述玻璃粉末的合剂分散在有机溶剂等中而成的固体电解质层用糊剂。在正极层和负极层各自的活性物质层的面上,使用金属掩模,以例如约100μm的厚度印刷上述固体电解质层用糊剂。然后,将印刷有固体电解质层用糊剂的正极层和负极层在80℃以上且130℃以下进行干燥。
接着,以印刷在正极层的正极活性物质层上的固体电解质与印刷在负极层的负极活性物质层上的固体电解质相互接触并对置的方式进行层叠。
接着,用加压模具对层叠后的层叠体进行加压。具体而言,在层叠体与加压模具板之间,也就是在集电体上表面,例如插入厚度为70μm、弹性模量为5×106Pa左右的弹性体片。根据该结构,经由弹性体片对层叠体施加压力。然后,例如将加压模具在压力300MPa下加热至50℃,并且加压90秒。由此得到电池单元50。将这样制作的电池单元50以发电元件1a所包含的数量进行准备。
接着,在电池单元50的正极层和负极层中的一方的集电体上,例如将包含平均粒径约为0.5μm的银粒子的热固性导电糊剂作为连接层40,以约5μm的厚度通过丝网印刷进行涂布。然后,经由所涂布的导电性糊剂,将电池单元50与另一个电池单元50以串联连接的方式层叠。即、以将成为涂布有导电性糊剂的集电体的对电极的集电体配置在所涂布的导电性糊剂上的方式层叠电池单元50和其他电池单元50,并压接电池单元50和其他电池单元50。在增加串联连接数时,以想要多层化的电池单元的数量反复进行即可。然后,电池单元50和其他电池单元50例如在施加约1kg/cm2的压力的状态下保持不动,并在100℃以上且130℃以下实施40分钟以上且100分钟以下的热固化处理,冷却至室温。由此,得到发电元件1a。
接着,在如上制作的发电元件1a的俯视时的短边侧的两侧面即第1侧面6a和第2侧面7a上,作为第1侧面被覆部61b和第2侧面被覆部71b的材料,将热固性的环氧树脂以约20μm以上且40μm以下的厚度通过丝网印刷进行涂布。此时,也同时在绕到发电元件1a的长边侧的侧面的一部分的部分上涂布热固性的环氧树脂。然后,使涂布的热固性环氧树脂在120℃以上且150℃以下固化1小时以上且3小时以下。接着,在电极主面2a和对电极主面3a的一部分上,作为电极主面被覆部62b和对电极主面被覆部72b的材料,将热固性的环氧树脂以10μm以上且40μm以下的厚度通过丝网印刷进行涂布。然后,使涂布的热固性环氧树脂在120℃以上且150℃以下固化1小时以上且3小时以下。将这些涂布和固化重复进行绝缘层数的次数,例如层叠形成20μm以上且120μm以下的绝缘膜。
接着,在电极主面2和对电极主面3的一部分上,例如将包含平均粒径为0.5μm的银粒子的热固性导电糊剂以大约30μm的厚度进行丝网印刷而形成图案。接着,在绝缘膜的表面印刷涂布含有银粒子的热固性导电糊剂。然后,在绝缘膜形成时的固化温度以下的温度下,例如在100℃以上且130℃以下,对涂布有导电性糊剂的发电元件1a进行0.5小时以上且3小时以下固化,形成端子。为了使端子成为所希望的厚度,根据需要,端子也可以与绝缘膜同样地层叠形成。
这样,得到电池200a。另外,连接层40和端子可以使用相同的导电糊剂,也可以使用固化温度或导电性粒子等不同的其他导电性糊剂。例如,在想要形成薄层的涂布膜的情况下,可以将银粒子等导电性粒子制成更微细的粒子使用,或者将鳞片状的粒子作为导电性粒子使用。另外,在连接层40或端子中,为了通过固化时的热而使连接层40或端子与集电体形成合金,可以使用含有低熔点金属的材料。
另外,关于电池的制造方法以及所说明的各工序的顺序,不限于上述的例子。例如,也可以在多个电池单元50的每一个上形成绝缘膜和端子后,将形成有绝缘膜和端子的多个电池单元层叠,由此制造电池200a。
另外,在上述的制造方法中,示出了将正极活性物质层用糊剂、负极活性物质层用糊剂、固体电解质层用糊剂和导电性糊剂通过印刷而进行涂布的例子,但不限于此。作为印刷方法,例如可以采用刮刀法、压延法、旋涂法、浸涂法、喷墨法、胶印法、模涂法、喷雾法等。
另外,第1侧面被覆部61b和电极主面被覆部62b、以及第2侧面被覆部71b和对电极主面被覆部72b,各自可以通过一并涂布热固性的环氧系树脂等而形成。
另外,绝缘膜也可以通过将发电元件1a的侧面浸渍在液状的热固性树脂中,用液状的热固性树脂覆盖发电元件1a的侧面并使其热固化而形成。
在上述的制造方法中,作为导电性糊剂,示出了含有银的金属粒子的热固性导电糊剂的例子,但并不限定于此。作为导电性糊剂,可以使用含有高熔点(例如400℃以上)的高导电性金属粒子、低熔点(优选为导电性糊剂的固化温度以下,例如300℃以下)的金属粒子和树脂的热固性导电糊剂。作为高熔点的高导电性金属粒子的材料,例如可以举出银、铜、镍、锌、铝、钯、金、铂或将这些金属组合而成的合金。作为熔点为300℃以下的低熔点的金属粒子的材料,例如可以举出锡、锡-锌合金、锡-银合金、锡-铜合金、锡-铝合金、锡-铅合金、铟、铟-银合金、铟-锌合金、铟-锡合金、铋、铋-银合金、铋-镍合金、铋-锡合金、铋-锌合金或铋-铅合金等。通过使用含有这样的低熔点的金属粒子的导电性糊剂,即使是在比高熔点的高导电性金属粒子的熔点低的固化温度下,在导电性糊剂中的金属粒子与构成集电体的金属的接触部位也会进行固相和液相反应。由此,在导电性糊剂与集电体的表面的界面,通过固相和液相反应而合金化了的扩散区域形成在上述接触部位周边。作为形成的合金的例子,在导电性金属粒子使用银或银合金、集电体使用铜的情况下,可以举出高导电性合金的银-铜合金。另外,通过导电性金属粒子与集电体的组合,也可以形成银-镍合金或银-钯合金等。根据该技术构成,导电性糊剂与集电体更牢固地接合,例如能够得到抑制因冷热循环或冲击而导致导电性糊剂与集电体的接合部剥离的作用效果。
另外,高熔点的高导电性金属粒子和低熔点的金属粒子的形状可以是球状、鳞片状、针状等任意形状。另外,对于高熔点的高导电性金属粒子和低熔点的金属粒子的粒子尺寸没有特别限定。例如,由于粒子尺寸越小,越在低温度下进行合金反应或扩散,因此考虑热过程对工艺设计和电池特性的影响,适当选择粒子尺寸和形状。
另外,热固性的导电性糊剂中使用的树脂只要是能作为粘结用粘合剂发挥作用的树脂即可,进而根据印刷性和涂布性等所采用的制造工艺来选择适当的树脂。热固性导电糊剂中所使用的树脂例如包含热固性树脂。作为热固性树脂,例如可以举出上述作为端子的材料而例示的热固性树脂。热固性树脂可以仅使用这些材料中的1种,也可以组合使用这些材料中的2种以上。
另外,关于电池100、200、300、300a、400和400a,也可以根据各电池的形状和构成要素的数量,通过应用与上述相同的方法来形成。
(实施方式2)
接着,对实施方式2进行说明。在实施方式2中,对于将本公开涉及的电池层叠而成的层叠电池进行说明。另外,在以下的实施方式2的说明中,以与实施方式1和实施方式1的各变形例的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图8是表示实施方式2涉及的层叠电池的大致结构的剖视图和俯视图。具体而言,图8的(a)是本实施方式涉及的层叠电池1000的剖视图,图8的(b)是从z轴方向上侧观察层叠电池1000的俯视图。图8的(a)表示图8的(b)的VIIIa-VIIIa线所示位置的截面。
如图8所示,实施方式2涉及的层叠电池1000具备多个与实施方式1的电池100同样的包含发电元件1的电池500。层叠电池1000所具备的电池500的数量在图8所示的例子中为2个,但也可以为3个以上。另外,层叠电池1000在多个电池500中相邻的电池500之间具备连接层41。另外,层叠电池1000也可以不具备连接层41。该情况下,例如可以在相邻的电池500之间形成空隙。
多个电池500分别具备发电元件1、电极绝缘膜60、对电极绝缘膜70e、电极端子80e和对电极端子90e。多个电池500并联电连接而层叠。具体而言,多个电池500各自的电极端子80e彼此、以及对电极端子90e彼此相接而电连接,由此多个电池500并联电连接。
另外,多个电池500以多个电池500中相邻的电池500的对电极主面3彼此之间不夹持发电元件1,而是隔着连接层41相邻接的方式层叠。换言之,相邻的电池500以各电池500的电极主面2和对电极主面3的上下关系相反的方式层叠。多个电池500也可以以多个电池500中相邻的电池500的对电极主面3彼此隔着连接层41相邻接的方式层叠。
连接层41例如由具有电子导电性的导电材料构成。由此,由于同极的集电体电连接,所以容易从发电元件1取出电流。对于构成连接层41的导电材料没有特别限定,作为导电材料,可以使用上述在端子的说明中例示的导电材料。另外,连接层41也可以是电绝缘体。连接层41例如也可以由上述在绝缘膜的说明中例示的树脂等构成。
对电极绝缘膜70e具有覆盖第2侧面7的第2侧面被覆部71e和覆盖对电极主面3的对电极主面被覆部72e。对电极主面被覆部72e位于相邻的电池500之间。相邻的电池500分别具备的两个对电极绝缘膜70e是连续的并且彼此连接。由此,由于相邻的电池500被连接的绝缘膜覆盖,所以能够使层叠电池1000的层叠结构稳定化。另外,在以相邻的电池500的电极主面2彼此相邻的方式层叠的情况下,相邻的电池500各自所具备的两个电极绝缘膜60也可以连接。
电极端子80e具有覆盖对电极绝缘膜70e的对电极绝缘膜被覆部81e和与电极主面2相接的电极接触部82e。相邻的电池500分别具备的两个电极端子80e是连续的并且彼此连接。
对电极端子90e具有覆盖电极绝缘膜60的电极绝缘膜被覆部91e和与对电极主面3相接的对电极接触部92e。相邻的电池500分别具备的两个对电极端子90e是连续的并且彼此连接。对电极接触部92e位于相邻的电池500之间。
通过这样的电极端子80e和对电极端子90e,相邻的电池500被连接的端子覆盖而电连接,因此能够使层叠电池1000的层叠结构以及电流的取出稳定化。
层叠电池1000例如可以通过下述方式制造:采用与上述电池200a的制造方法同样的方法,制作多个由电池单元50构成的发电元件1,将多个发电元件1以能够并联连接的方式层叠,在多个发电元件1上分别一并形成绝缘膜和端子。另外,也可以通过在多个发电元件1的每一个上分别形成绝缘膜和端子,形成多个电池500后再将多个电池500层叠来制造层叠电池1000。
由于能够构成这样的多个相同的电池500并联连接而成的层叠电池1000,因此生产管理和量产性优异。通过利用这样的绝缘膜和端子使电池500的连接一体化的结构,能够实现高可靠性且大容量的层叠电池1000。
[变形例1]
以下,对实施方式2的变形例1进行说明。另外,在以下的变形例1的说明中,以与实施方式1、实施方式1的各变形例和实施方式2的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图9是表示实施方式2的变形例1涉及的层叠电池的大致结构的剖视图。如图9所示,实施方式2的变形例1涉及的层叠电池2000具备多个实施方式1的变形例1涉及的电池200。另外,层叠电池2000所具备的电池200,为了在层叠时使层叠电池2000的厚度均匀,在图2所示的电池200的基础上调整了电极绝缘膜60a、对电极绝缘膜70a、电极端子80a和对电极端子90a的一部分的厚度。另外,该厚度也可以不进行调整。
层叠电池2000所具备的电池200的数量在图9所示的例子中为3个,但也可以是2个,也可以是4个以上。另外,层叠电池2000在多个电池200中的相邻的电池200之间具备连接层42。另外,层叠电池2000也可以不具备连接层42。该情况下,例如可以在相邻的电池200之间形成空隙。
多个电池200并联电连接而层叠。具体而言,多个电池200中的相邻的电池200的电极端子80a彼此以及对电极端子90a彼此接触而电连接,由此使多个电池200并联电连接。在电池200中,电极端子80a的对电极绝缘膜被覆部81a覆盖对电极主面被覆部72a,对电极端子90a的电极绝缘膜被覆部91a覆盖电极主面被覆部62a,由此,发电元件1a的端部的上下也被端子覆盖。因此,仅通过层叠多个电池200,相邻的电池200的电极端子80a彼此以及对电极端子90a彼此接触,从而能够容易地将多个电池200并联电连接。
另外,多个电池200以多个电池200中相邻的电池200的电极主面2a彼此或对电极主面3彼此之间不夹持发电元件1a,而是隔着连接层42相邻接的方式层叠。换言之,相邻的电池200以各电池200的电极主面2a和对电极主面3a的上下关系相反的方式层叠。通过这样层叠多个电池200,即使相邻的电池200的电极主面2a彼此或对电极主面3彼此接触,也不会产生短路,因此能够提高可靠性。
另外,如果以相邻的电池200的电极端子80a彼此以及对电极端子90a彼此相接的方式层叠多个电池200,则也可以以相邻的电池200的一方的电极主面2a与另一方的对电极主面3相邻接的方式层叠。即、如果以相邻的电池200的电极端子80a彼此以及对电极端子90a彼此相接的方式进行配置,则即使不考虑电极主面2a和对电极主面3a的上下关系而层叠多个电池200,也能够将多个电池200并联电连接。
连接层42例如是电绝缘体。连接层42例如由上述在绝缘膜的说明中例示的树脂等构成。另外,连接层42也可以由具有电子导电性的导电材料构成。该情况下,为了防止短路,以不同极的端子彼此不电连接的方式配置绝缘部件或设置空隙而使不同极的端子彼此绝缘。
层叠电池2000例如可以根据需要将连接层42的材料涂布在电池200上,然后以相邻的电池200的电极主面2a彼此或对电极主面3彼此相邻接的方式层叠而形成。
另外,通过将形成在电极主面2a和对电极主面3a上的电极主面被覆部62a和对电极主面被覆部72a的图案形成为也兼用于将电池200层叠时的位置基准的对准,则不需要特意设置对准标记。
如上所述,层叠电池2000具有将多个电池200并联电连接而层叠的结构,因此能够实现高可靠性且大容量的层叠电池2000。另外,通过将多个相同的电池200层叠,能够实现量产性良好、高可靠性且大容量的层叠电池2000。
另外,多个电池200也可以串联电连接,实现高可靠性且高能量的层叠电池。
(其他实施方式)
以上,基于实施方式和变形例对本公开涉及的电池和层叠电池进行了说明,但本公开并不限定于这些实施方式和变形例。只要不脱离本公开的主旨,将本领域技术人员能够想到的各种变形施加于实施方式而得到的技术方案、或者将实施方式中的一部分构成要素组合构建出的其他技术方案,都包含在本公开的范围内。
例如,在上述实施方式和变形例中,电极主面和对电极主面分别具有电极露出区域和对电极露出区域,但不限于此。也可以设为:电极绝缘膜和对电极绝缘膜中的至少一方覆盖电极主面和对电极主面,电极主面和对电极主面各自的被绝缘膜覆盖的区域在俯视时为相同的位置和大小。该情况下,例如仅通过将发电元件的侧面浸渍在绝缘膜的材料的涂布液中直至想要用绝缘膜覆盖的深度,就能够形成这种结构的绝缘膜,因此能够容易地制造电池。
另外,例如在上述实施方式和变形例中,电池具备电极端子和对电极端子,但不限于此。电池也可以不具备电极端子和对电极端子,可以在将电池安装在电子设备或汽车等时设置电极端子和对电极端子。
另外,上述实施方式和变形例可以在权利要求的范围或与其均等的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
产业可利用性
本公开涉及的电池和层叠电池,例如可用作各种电子设备或汽车等所使用的全固体电池等二次电池。
附图标记说明
1、1a 发电元件
2、2a 电极主面
3、3a 对电极主面
4、4a 电极露出区域
5、5a 对电极露出区域
6、6a 第1侧面
7、7a 第2侧面
8 第3侧面
10 电极层
11 电极集电体
12 电极活性物质层
20 对电极层
21 对电极集电体
22 对电极活性物质层
30 固体电解质层
40、41、42 连接层
50 电池单元
60、60a、60b、60c、60d 电极绝缘膜
61、61a、61b、61c、61d 第1侧面被覆部
62、62a、62b、62c、62d 电极主面被覆部
65b、66b、75b、76b 绝缘层
70、70a、70b、70c、70d、70e 对电极绝缘膜
71、71a、71b、71c、71d、71e 第2侧面被覆部
72、72a、72b、72c、72d、72e 对电极主面被覆部
80、80a、80c、80d、80e 电极端子
81、81a、81c、81d、81e 对电极绝缘膜被覆部
82、82a、82c、82d、82e 电极接触部
90、90a、90c、90d、90e 对电极端子
91、91a、91c、91d、91e 电极绝缘膜被覆部
92、92a、92c、92d、92e 对电极接触部
100、200、200a、300、300a、400、400a、500 电池
1000、2000 层叠电池

Claims (13)

1.一种电池,具备发电元件、电极绝缘膜、对电极绝缘膜、电极端子、以及对电极端子,
所述发电元件具有包含电极层、对电极层、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层的至少一个电池单元,
所述电极端子与所述电极层电连接,
所述对电极端子与所述对电极层电连接,
所述发电元件具有电极主面、对电极主面、以及侧面,所述电极主面是由所述电极层的表面构成的主面,所述对电极主面是与所述电极主面相对的由所述对电极层的表面构成的主面,
所述电极绝缘膜具有覆盖所述侧面的一部分的第1侧面被覆部和覆盖所述电极主面的电极主面被覆部,
所述对电极绝缘膜具有覆盖所述侧面的另一部分的第2侧面被覆部和覆盖所述对电极主面的对电极主面被覆部,
所述电极端子具有覆盖所述第2侧面被覆部的对电极绝缘膜被覆部和与所述电极主面相接的电极接触部,
所述对电极端子具有覆盖所述第1侧面被覆部的电极绝缘膜被覆部和与所述对电极主面相接的对电极接触部。
2.根据权利要求1所述的电池,
所述电极主面在俯视时与所述对电极主面被覆部重叠的位置具有未被所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜覆盖的电极露出区域,
所述对电极主面在俯视时与所述电极主面被覆部重叠的位置具有未被所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜覆盖的对电极露出区域,
所述电极接触部与所述电极露出区域相接,
所述对电极接触部与所述对电极露出区域相接。
3.根据权利要求1或2所述的电池,
所述对电极绝缘膜被覆部覆盖所述对电极主面被覆部,
所述电极绝缘膜被覆部覆盖所述电极主面被覆部。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的电池,
所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜中的至少一者包含树脂。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的电池,
所述侧面包含第1侧面以及与所述第1侧面相对的第2侧面,
所述第1侧面被覆部覆盖所述第1侧面,
所述第2侧面被覆部覆盖所述第2侧面。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的电池,
所述电极端子和所述对电极端子中的至少一者由包含树脂的导电材料构成。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的电池,
所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜分别包含第1热固性树脂,
所述电极端子和所述对电极端子分别包含第2热固性树脂,
所述第1热固性树脂的固化温度为所述第2热固性树脂的固化温度以上。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的电池,
所述电极绝缘膜和所述对电极绝缘膜中的至少一者具有多个绝缘层的层叠结构。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的电池,
所述电极绝缘膜与所述对电极绝缘膜在所述电极端子与所述对电极端子之间相接。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的电池,
所述至少一个电池单元为多个电池单元,
所述多个电池单元串联电连接并层叠。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的电池,
所述固体电解质层包含具有锂离子传导性的固体电解质。
12.一种层叠电池,具备多个权利要求1~11中任一项所述的电池,
所述多个电池并联电连接并层叠。
13.根据权利要求12所述的层叠电池,
所述多个电池以所述多个电池之中相邻的电池的所述电极主面彼此或所述对电极主面彼此邻接的方式层叠。
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