CN116636030A - 电池、层叠电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
电池具备电极层、与所述电极层相对地配置的对电极层及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层,所述电极层具有电极集电体、位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层及在所述电极层的端部处位于所述电极集电体与所述电极活性物质层之间的电极侧绝缘层,所述对电极层具有对电极集电体、位于所述对电极集电体与所述固体电解质层之间的对电极活性物质层及在所述对电极层的端部处位于所述对电极集电体与所述对电极活性物质层之间的对电极侧绝缘层,在平面观察时,从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述电极侧绝缘层的长度比从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述对电极侧绝缘层的长度大。
Description
技术领域
本公开涉及电池、层叠电池及其制造方法。
背景技术
在专利文献1及专利文献2中公开了具备绝缘构件的电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2012/164642号
专利文献2:日本特开2016-207286号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在现有技术中,追求着电池的可靠性的提高。因此,本公开的目的在于提供可靠性高的电池等。
用于解决课题的手段
本公开的一方案涉及的电池具备电极层、与所述电极层相对地配置的对电极层及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层,所述电极层具有电极集电体、位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层及在所述电极层的端部处位于所述电极集电体与所述电极活性物质层之间的电极侧绝缘层,所述对电极层具有对电极集电体、位于所述对电极集电体与所述固体电解质层之间的对电极活性物质层及在所述对电极层的端部处位于所述对电极集电体与所述对电极活性物质层之间的对电极侧绝缘层,在平面观察时,从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述电极侧绝缘层的长度比从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述对电极侧绝缘层的长度大。
本公开的一方案涉及的层叠电池具备多个上述电池,所述多个电池层叠。
本公开的一方案涉及的电池的制造方法包括:绝缘层层叠工序,在第1集电体的至少一个面的一部分层叠第1绝缘层;发电要素层叠工序,将电极活性物质层、固体电解质层及对电极活性物质层按该顺序依次层叠而成的发电要素部和形成有所述第1绝缘层的所述第1集电体以使所述电极活性物质层被覆所述第1绝缘层的方式层叠;集电体层叠工序,在所述发电要素部的与所述第1集电体侧相反一侧层叠第2绝缘层及第2集电体,其中,以利用所述发电要素部的所述对电极活性物质层和所述第2集电体来夹着所述第2绝缘层且在平面观察时所述第1绝缘层和所述第2绝缘层位于重叠的位置的方式在所述发电要素部层叠所述第2绝缘层及所述第2集电体;及切断工序,将层叠有所述第1绝缘层、所述发电要素部、所述第2绝缘层及所述第2集电体的所述第1集电体一并在分割所述第1绝缘层及所述第2绝缘层的位置处切断。
发明效果
根据本公开,能够提供可靠性高的电池等。
附图说明
图1是示出实施方式1涉及的电池的例子的概略俯视图。
图2是图1的II-II线所示的位置处的剖视图。
图3是示出比较例涉及的电池的例子的概略剖视图。
图4是示出比较例涉及的电池的其他例的概略剖视图。
图5是用于说明实施方式1涉及的电池的制造方法的流程图。
图6A是示出实施方式1涉及的层叠有绝缘层的集电体的例子的概略图。
图6B是示出实施方式1涉及的层叠有绝缘层的集电体的其他例的概略图。
图6C是示出实施方式1涉及的层叠有绝缘层的集电体的其他例的概略图。
图7A是示出实施方式1涉及的层叠极板的例子的概略剖视图。
图7B是示出实施方式1涉及的层叠极板的其他例的概略剖视图。
图7C是示出实施方式1涉及的层叠极板的其他例的概略剖视图。
图8是用于说明实施方式1涉及的电池的制造方法中的集电体层叠工序及切断工序的图。
图9是示出实施方式1的变形例1涉及的电池的例子的概略剖视图。
图10是用于说明实施方式1的变形例1涉及的电池的制造方法中的切断工序的图。
图11是示出实施方式1的变形例2涉及的电池的例子的概略俯视图。
图12是示出实施方式1的变形例2涉及的电池的例子的概略侧视图。
图13是示出实施方式1的变形例3涉及的电池的例子的概略剖视图。
图14是示出实施方式2涉及的层叠电池的例子的概略剖视图。
图15是示出实施方式2涉及的层叠电池的其他例的概略剖视图。
图16是用于说明实施方式2涉及的层叠电池的制造方法的流程图。
图17是示出实施方式2涉及的层叠极板的例子的概略剖视图。
图18是用于说明实施方式2涉及的层叠电池的制造方法中的第1层叠体层叠工序以后的工序的图。
图19是示出实施方式2的变形例1涉及的层叠极板的例子的概略剖视图。
图20是示出实施方式2的变形例1涉及的层叠极板的其他例的概略剖视图。
图21是示出实施方式2的变形例1涉及的多层极板的例子的概略剖视图。
图22是示出实施方式2的变形例1涉及的层叠电池的例子的概略剖视图。
图23是示出实施方式3涉及的层叠电池的例子的概略剖视图。
图24是示出实施方式3涉及的层叠电池的其他例的概略剖视图。
图25是示出实施方式3涉及的层叠电池的又一例的概略剖视图。
具体实施方式
(成为了本公开的基础的见解)
在具备包含固体电解质的固体电解质层的全固体电池等电池中,为了取出电流,有时在电池的端部形成端子。尤其是,在将电池层叠而使用的情况下,通过在电池的侧面形成端子,可以不在对电池的容量的影响大的厚度方向上形成没有对电池的容量做出贡献的端子,因此能够提高电池的能量密度。另一方面,在电池的侧面形成用于与集电体电连接的端子的情况下,在集电体的表面能量等的影响下,有时难以形成端子。另外,由于集电体的厚度小,所以难以得知端子的形成位置,会产生端子的形成位置偏移的情况。这样,电池的可靠性有可能因端子的形成不良而下降。
另外,在电池中,集电体的端部容易剥离,若集电体剥离,则活性物质层露出,活性物质容易脱落等,电池的可靠性下降。
因此,在本公开中,提供可靠性高的电池。尤其是,在本公开中,提供一边能够提高能量密度一边可靠性高的电池。
本公开的一方案的概要如下。
本公开的一方案涉及的电池具备电极层、与所述电极层相对地配置的对电极层及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层,所述电极层具有电极集电体、位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间的电极活性物质层及在所述电极层的端部处位于所述电极集电体与所述电极活性物质层之间的电极侧绝缘层,所述对电极层具有对电极集电体、位于所述对电极集电体与所述固体电解质层之间的对电极活性物质层及在所述对电极层的端部处位于所述对电极集电体与所述对电极活性物质层之间的对电极侧绝缘层,在平面观察时,从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述电极侧绝缘层的长度比从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述对电极侧绝缘层的长度大。
由此,在电极层的端部存在电极集电体、电极侧绝缘层及电极活性物质层按该顺序依次层叠的区域,另外,在对电极层的端部存在对电极集电体、对电极侧绝缘层及对电极活性物质层按该顺序依次层叠的区域。因而,在容易产生剥离的电极集电体及对电极集电体的端部处,即使电极集电体及对电极集电体剥离,电极活性物质层及对电极活性物质层的露出也被抑制,不容易产生由电极活性物质层及对电极活性物质层与其他构件的接触引起的破损或短路等。另外,即使在电极集电体比对电极集电体容易剥离的情况下,由于电极侧绝缘层的长度大,所以也容易保护电极活性物质层。另外,即使在电极集电体及对电极集电体的侧面形成用于取出电流的端子的情况下,电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层也成为记号而端子的形成位置容易识别。另外,即使在利用导电性树脂等材料来形成端子的情况下,材料的润湿性也通过电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层而改善,能够容易地形成端子。因而,可抑制因端子的形成不良而产生短路及连接不良等。由此,能够提高电池的可靠性。
另外,例如可以是,所述电极侧绝缘层的侧面和所述电极集电体的侧面共面,所述对电极侧绝缘层的侧面和所述对电极集电体的侧面共面。
由此,由于电极侧绝缘层的侧面和电极集电体的侧面共面,对电极侧绝缘层的侧面和对电极集电体的侧面共面,所以通过将电极侧绝缘层和电极集电体一并切断且将对电极侧绝缘层和对电极集电体一并切断等,能够容易地调整电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的面积而制造电池。因而,由于存在电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层,电极活性物质层与电极集电体的电子的授受及对电极活性物质层与对电极集电体的电子的授受被抑制,会形成电极活性物质层及对电极活性物质层难以作为电极发挥功能的区域,但通过调整电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的面积,能够将该区域抑制为最小限度。由此,能够提高电池的体积能量密度。而且,由于是共面的侧面,所以能够容易地形成用于向外部取出电流的端子。另外,与将电极集电体及对电极集电体延展而作为端子来利用的情况相比,不作为电池发挥功能的区域不容易增加,能够提高电池的体积能量密度。
另外,例如可以是,所述电极侧绝缘层的厚度为所述电极集电体的厚度的一半以上,所述对电极侧绝缘层的厚度为所述对电极集电体的厚度的一半以上。
由此,即使在如上述那样形成端子的情况下,端子的形成位置也更容易识别。另外,通过使得电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层厚,即使在利用导电性树脂等材料来形成端子的情况下,材料的润湿性也通过电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层而进一步改善。
另外,例如可以是,所述电极层是正极层,所述对电极层是负极层。
由此,在平面观察时电极活性物质层和电极侧绝缘层重叠且难以作为正极发挥功能的区域比在平面观察时对电极活性物质层和对电极侧绝缘层重叠且难以作为负极发挥功能的区域大。由此,负极活性物质层的容量容易比正极活性物质层的容量大,因此来源于没有取入到负极活性物质层的金属离子的金属的析出被抑制,能够进一步提高电池的可靠性。
另外,例如可以是,在平面观察时,从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述电极侧绝缘层的长度与从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述对电极侧绝缘层的长度相同。
由此,由于电极侧绝缘层和对电极侧绝缘层的长度相同,所以能够容易地制造电池。
另外,例如可以是,所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层的至少一方包含树脂。
由此,通过电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的至少一方中包含的树脂向集电体及活性物质层陷入的锚固效应,能够提高电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的至少一方与集电体及活性物质层的接合性,抑制电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的至少一方与集电体及活性物质层的剥离。
另外,例如可以是,所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层的至少一方包含金属氧化物。
由此,电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的至少一方变硬,因此,即使在电池的制造时将至少一方的绝缘层形成得薄的情况下,在与其他层层叠时至少一方的绝缘层也不容易变形,能够形成均一的厚度的薄层的至少一方的绝缘层。
另外,例如可以是,所述电极侧绝缘层和所述对电极侧绝缘层由相同的材料构成。
由此,无需在电极侧绝缘层和对电极侧绝缘层中区分使用材料,能够容易地制造电池。
另外,例如可以是,在平面观察时,所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层各自的从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的长度为1mm以下。
由此,能够使因存在电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层而电极活性物质层及对电极活性物质层难以作为电极发挥功能的区域成为一定以下的长度以下的范围,因此能够提高电池的体积能量密度。
另外,例如可以是,所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层的至少一方的厚度为5μm以上。
由此,电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的至少一方变厚,因此,即使在电极集电体及对电极集电体的侧面形成用于取出电流的端子的情况下,也能够提高端子的形成位置容易识别的效果及能够容易地形成端子的效果。
另外,例如可以是,所述固体电解质层、所述电极集电体、所述电极活性物质层、所述电极侧绝缘层、所述对电极集电体、所述对电极活性物质层及所述对电极侧绝缘层各自的侧面露出。
由此,对电池的充放电性能做出贡献的各层存在至电池的端部。因而,能够提高电池的体积能量密度。
另外,例如可以是,所述电极层的侧面、所述对电极层的侧面及所述固体电解质层的侧面共面。
由此,在电池的各层的侧面没有台阶,不存在凹凸。因而,不存在因存在凹凸而形成的不对电池的充放电性能做出贡献的空间,能够抑制实质性的电池的能量密度的下降。由此,能够提高电池的体积能量密度。
另外,例如可以是,在平面观察时,所述电极活性物质层和所述对电极活性物质层是相同的形状及位置。
由此,能够减小对电极活性物质层与电极活性物质层的容量差,因此能够将对电极活性物质层或电极活性物质层的容量最大化。
另外,例如可以是,所述电池的侧面相对于层叠方向而向平面观察时的所述对电极层的面积比所述电极层的面积大的方向倾斜。
由此,在电池的侧面中,固体电解质层的侧面也相对于层叠方向倾斜,因此与侧面没有倾斜的情况相比,固体电解质层的侧面变大。其结果,电池的侧面中的、由固体电解质层隔开的电极层与对电极层之间的距离变长。由此,电极层和对电极层不容易接触,短路被抑制。
另外,例如可以是,所述电池的侧面是切断面。
由此,成为电池的端部的侧面通过切断而形成,因此,通过利用切断位置来调整电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的面积,能够减小因存在电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层而电极活性物质层及对电极活性物质层难以作为电极发挥功能的区域的面积,能够提高电池的体积能量密度。另外,通过电池的侧面是切断面,能够容易地使电极层的侧面、对电极层的侧面及固体电解质层的侧面共面。
另外,例如可以是,所述切断面的形状是矩形或梯形。
由此,切断面的端部是成为直线的形状。因而,不存在因端部不是直线而形成的不对电池的充放电性能做出贡献的空间,能够抑制实质性的电池的能量密度的下降。由此,能够提高电池的能量密度。
另外,例如可以是,所述电极侧绝缘层在平面观察时设置于所述电极层的外周部且为框状,所述对电极侧绝缘层在平面观察时设置于所述对电极层的外周部且为框状。
由此,得到不管在电极层及对电极层各自的外周部的哪个位置处都设置有电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的效果。
另外,例如可以是,所述电池的平面观察形状是矩形,所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层分别在平面观察时沿着该矩形的相对的2边而配置。
由此,电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层以在1个方向上延伸的方式形成为带状,因此在将电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层通过涂布等来形成的情况下,仅在1个方向上移动涂布用的喷嘴或电极集电体及对电极集电体等即可,能够高效地制造电池。
另外,例如可以是,所述固体电解质层包含具有锂离子传导性的固体电解质。
由此,在包含固体电解质的锂离子电池中,能够提高电池的可靠性。
另外,本公开的一方案涉及的层叠电池具备多个上述电池,所述多个电池层叠。
由此,由于上述电池层叠,所以能够实现可靠性高的层叠电池。
另外,例如可以是,所述多个电池以使所述多个电池中的相邻的电池的所述电极层彼此邻接或所述对电极层彼此邻接的方式层叠,所述层叠电池具备与所述电极层中的所述电极集电体及所述电极侧绝缘层各自的侧面相接的电极端子和与所述对电极层中的所述对电极集电体及所述对电极侧绝缘层各自的侧面相接的对电极端子。
由此,在以能够并联连接的方式层叠而成的层叠电池中,取出电极层的电流的电极端子和取出对电极层的电流的对电极端子分别以与电极集电体及对电极集电体各自的侧面相接的方式设置。因而,无需形成用于与引线等连接端子连接的电极集电体及对电极集电体的所谓余白,因此能够进一步提高层叠电池的体积能量密度。
另外,电极集电体及对电极集电体由金属箔等构成,因此表面能量大,容易排斥电极端子及对电极端子的材料。电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层例如包含树脂等,因此电极端子及对电极端子的材料的润湿性比电极集电体及对电极集电体好。另外,与由活性物质的合剂形成的电极活性物质层及对电极活性物质层相比,电极端子及对电极端子的材料不容易向电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层渗入。因而,在包括电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层的侧面的区域容易形成电极端子及对电极端子。另外,若为了提高层叠电池的体积能量密度而减小电极集电体及对电极集电体的厚度,则电极集电体及对电极集电体的侧面的位置难以识别。但是,由于存在分别层叠于电极集电体及对电极集电体的电极侧绝缘层及对电极侧绝缘层,所以容易识别电极集电体及对电极集电体的侧面的位置。由此,能够抑制电极端子及对电极端子的形成位置偏移而产生短路等。这样,在层叠电池形成电极端子及对电极端子的情况下,能够抑制电极端子及对电极端子的形成不良的产生,能够形成可靠性高的层叠电池。
另外,本公开的一方案涉及的电池的制造方法包括:绝缘层层叠工序,在第1集电体的至少一个面的一部分层叠第1绝缘层;发电要素层叠工序,将电极活性物质层、固体电解质层及对电极活性物质层按该顺序依次层叠而成的发电要素部和形成有所述第1绝缘层的所述第1集电体以使所述电极活性物质层被覆所述第1绝缘层的方式层叠;集电体层叠工序,在所述发电要素部的与所述第1集电体侧相反一侧层叠第2绝缘层及第2集电体,其中,以利用所述发电要素部的所述对电极活性物质层和所述第2集电体来夹着所述第2绝缘层且在平面观察时所述第1绝缘层和所述第2绝缘层位于重叠的位置的方式在所述发电要素部层叠所述第2绝缘层及所述第2集电体;及切断工序,将层叠有所述第1绝缘层、所述发电要素部、所述第2绝缘层及所述第2集电体的所述第1集电体一并在分割所述第1绝缘层及所述第2绝缘层的位置处切断。
由此,在制造的电池的第1集电体的端部处,第1集电体、第1绝缘层及电极活性物质层按该顺序依次层叠。另外,在第2集电体的端部处,第2集电体、第2绝缘层及对电极活性物质层按该顺序依次层叠。因而,在容易产生剥离的第1集电体及第2集电体的端部处,即使第1集电体及第2集电体剥离,也是第1绝缘层及第2绝缘层露出,因此电极活性物质层及对电极活性物质层的露出被抑制。其结果,不容易产生由电极活性物质层及对电极活性物质层与其他构件的接触引起的破损或短路等。由此,能够制造可靠性高的电池。
以下,一边参照附图一边对实施方式进行具体说明。
需要说明的是,以下说明的实施方式均示出包括性的或具体的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式等是一例,并非旨在限定本公开。
另外,在本说明书中,平行、共面等表示要素间的关系性的用语及平坦、矩形等表示要素的形状的用语以及数值范围不是仅表示严格的含义的表述,而是意味着也包括实质上同等的范围、例如数%左右的差异的表述。
另外,各图未必严格地图示。在各图中,关于实质上相同的构成标注相同的附图标记,省略或简化重复的说明。
另外,在本说明书及附图中,x轴、y轴及z轴表示三维正交坐标系的三轴。在各实施方式中,将z轴方向设为电池的层叠方向。另外,将z轴的正的方向设为z轴方向上侧,将z轴的负的方向设为z轴方向下侧。另外,在本说明书中,“平面观察”意味着沿着z轴观察电池的情况。另外,本说明书中的“厚度”是各层的层叠方向的长度。也就是说,各积层被层叠的方向是各层的厚度方向。
另外,在本说明书中,电池的构成中的“上方”及“下方”这样的用语不是指绝对的空间识别中的上方向(铅垂上方)及下方向(铅垂下方),而是作为基于层叠构成中的层叠顺序而由相对的位置关系规定的用语来使用。另外,“上方”及“下方”这样的用语不仅适用于2个构成要素互相隔开间隔地配置且在2个构成要素之间存在其他构成要素的情况,也适用于2个构成要素互相紧贴地配置且2个构成要素相接的情况。
(实施方式1)
以下,对实施方式1涉及的电池进行说明。实施方式1涉及的电池是包含1个电极活性物质层及1个对电极活性物质层的单电池。
[构成]
首先,一边参照附图一边对实施方式1涉及的电池的构成进行说明。图1是示出本实施方式涉及的电池的例子的概略俯视图。在图1中,电池的各构成要素的平面观察形状由实线及虚线示出。图2是图1的II-II线所示的位置处的剖视图。
如图1及图2所示,本实施方式涉及的电池50具备电极层10、与电极层10相对地配置的对电极层20及位于电极层10与对电极层20之间的固体电解质层30。也就是说,电池50具有电极层10、固体电解质层30及对电极层20按该顺序依次层叠而成的构造。
电极层10具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12及在平面观察时的电极层10的端部处位于集电体11与电极活性物质层12之间的绝缘层13。集电体11和电极活性物质层12在平面观察时是相同的形状及位置。集电体11是电极集电体的一例,绝缘层13是电极侧绝缘层的一例。
对电极层20具有集电体21、位于集电体21与固体电解质层30之间的对电极活性物质层22及在平面观察时的对电极层20的端部处位于集电体21与对电极活性物质层22之间的绝缘层23。集电体21和对电极活性物质层22在平面观察时是相同的形状及位置。集电体21是对电极集电体的一例,绝缘层23是对电极侧绝缘层的一例。
电池50例如是全固体电池。电池50的侧面与层叠方向平行。另外,电池50的侧面是平坦的平面。换言之,电极层10的侧面、对电极层20的侧面及固体电解质层30的侧面是没有台阶的状态,位于同一平坦的平面。也就是说,电极层10的侧面、对电极层20的侧面及固体电解质层30的侧面共面。需要说明的是,侧面是在电池50的各构成要素中将与层叠方向垂直的平面设为主面的情况下从主面的端部向与主面交叉的方向延伸的面。电池50的平面观察形状是矩形。因而,电极层10、对电极层20及固体电解质层30的平面观察形状是矩形。
另外,在电极层10的与层叠方向垂直的方向的端部处,绝缘层13的侧面、电极活性物质层12的侧面及集电体11的侧面共面。另外,在对电极层20的与层叠方向垂直的方向的端部处,绝缘层23、对电极活性物质层22的侧面及集电体21的侧面共面。也就是说,在电池50的与层叠方向垂直的方向的端部处,集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21各自的侧面共面,形成了同一平坦的平面。由此,在电池50的各层的侧面没有台阶,不存在凹凸,因此不因凹凸而形成不作为电池发挥功能的空间,实质性的电池50的体积能量密度提高。另外,由于能够通过将各层一并切断等来使各层的侧面共面,所以能够容易地调整绝缘层13及绝缘层23的面积而制造电池50。
电池50的侧面例如是切断面。具体而言,电池50的侧面是通过由切割器等刀具切断而形成的面,例如是具有微细的槽等切断痕迹的面。通过这样在电池50形成有切断的切断面,能够调整形成绝缘层13及绝缘层23的位置,因此能够减小不对电池50的充放电性能做出贡献的部分(形成有绝缘层13及绝缘层23的部分,详情后述)的面积,能够使体积能量密度提高。另外,通过是切断面,能够容易地使电极层10的侧面、对电极层20的侧面及固体电解质层30的侧面共面。需要说明的是,切断痕迹也可以通过研磨等而平滑化。切断面的形状没有限制,但在电池50的情况下是矩形。
另外,在电池50中,集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21各自的侧面露出。换言之,集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21分别以互相不被覆外周侧的侧面的位置关系配置。由此,对电池50的充放电性能做出贡献的各层存在至电池50的端部,因此电池50的体积能量密度提高。需要说明的是,露出的侧面也可以由端子或密封构件等被覆。也就是说,上述的“露出”意味着在电池50中层叠的各层没有被覆其他层的端部侧的侧面。
另外,在电池50中,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及集电体21在平面观察时是相同的形状及位置。另外,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及集电体21的平面观察形状是矩形,但不特别限制,也可以是圆形、椭圆形或多边形等。
集电体11与电极活性物质层12及绝缘层13的下表面相接,覆盖电极活性物质层12及绝缘层13的下表面。在平面观察时的集电体11的端部层叠有绝缘层13。集电体11的厚度例如为5μm以上且100μm以下。
作为集电体11的材料,能够使用公知的材料。对于集电体11,例如使用由铜、铝、镍、铁、不锈钢、铂或金或者它们的2种以上的合金等构成的箔状体、板状体或网眼状体等。
电极活性物质层12在集电体11的上方以覆盖集电体11上的绝缘层13的方式层叠。电极活性物质层12的下表面也与集电体11相接。电极活性物质层12的上表面与固体电解质层30相接。电极活性物质层12和对电极活性物质层22夹着固体电解质层30而相对。电极活性物质层12具有在平面观察时不与绝缘层13重叠的区域。另外,在平面观察时,电极活性物质层12和对电极活性物质层22是相同的形状及位置。电极活性物质层12的厚度例如为5μm以上且300μm以下。关于电极活性物质层12所使用的材料后述。
如上所述,绝缘层13位于集电体11与电极活性物质层12之间。绝缘层13的上表面及平面观察时的内侧的侧面与电极活性物质层12相接。绝缘层13在平面观察时在电极层10的端部处与电极活性物质层12相接。绝缘层13的侧面和集电体11的侧面共面。另外,绝缘层13的侧面和电极活性物质层12的侧面共面。绝缘层13的下表面与集电体11相接。另外,绝缘层13在平面观察时与对电极活性物质层22重叠。
在图示的例子中,绝缘层13在平面观察时位于电极层10的外周部且为框状。也就是说,绝缘层13在电极层10的与层叠方向垂直的方向的全部的端部处位于集电体11与电极活性物质层12之间。
绝缘层13例如包含树脂及金属氧化物的至少一方。作为树脂,例如可举出硅树脂、环氧树脂、丙烯酸系树脂或聚酰亚胺树脂等。树脂也可以是热固性树脂或紫外线固化性树脂。通过绝缘层13包含树脂,能够通过树脂向集电体11及电极活性物质层12陷入的锚固效应等来提高绝缘层13与集电体11及电极活性物质层12的接合性。作为金属氧化物,例如可举出氧化硅、氧化钛或氧化铝等。通过绝缘层13包含金属氧化物,绝缘层13变硬,因此,即使在电池50的制造时将绝缘层13形成得薄的情况下,在与其他层层叠时绝缘层13也不容易变形,能够形成均一的厚度的薄层的绝缘层13。
绝缘层13的厚度例如比电极活性物质层12的厚度薄。另外,绝缘层13的厚度为集电体11的厚度的一半以上。由此,即使在集电体11的侧面形成端子的情况下,端子的形成位置也容易识别。另外,即使在利用导电性树脂等来形成端子的情况下,导电性树脂的润湿性也通过绝缘层13而改善,能够容易地形成端子。从提高这些效果的观点出发,绝缘层13的厚度也可以为集电体11的厚度的80%以上,还可以为集电体11的厚度以上。另外,绝缘层13的厚度例如为5μm以上,也可以为10μm以上。绝缘层13例如完全为绝缘性,但根据追求的电池特性,也可以通过绝缘层13的构成材料及厚度而稍微具有导电性。
另外,从对发电做出贡献的有效面积的观点即体积能量密度的观点出发,绝缘层13例如位于平面观察时的从电极活性物质层12的外周起的长度为1mm以下的区域。也就是说,从电池50的外周起朝向中心的方向上的绝缘层13的长度例如为1mm以下。另外,从体积能量密度的观点出发,绝缘层13以框状或线状等形成的情况下的绝缘层13的宽度例如为1mm以下,也可以为0.5mm以下,还可以为0.1mm以下。绝缘层13的宽度例如根据追求的电池特性而变更。
另外,在平面观察时,从电池50的外周起朝向中心的方向上的绝缘层13的长度比从电池50的外周起朝向中心的方向上的绝缘层23的长度大。在平面观察时,绝缘层13也存在于比形成有绝缘层23的区域靠电池50的内侧的区域。
集电体21与对电极活性物质层22的上表面及绝缘层23的上表面相接,覆盖对电极活性物质层22的上表面及绝缘层23的上表面。集电体21的厚度例如为5μm以上且100μm以下。作为集电体21的材料,能够使用上述的集电体11的材料。
对电极活性物质层22层叠于固体电解质层30上,与电极活性物质层12相对地配置。对电极活性物质层22的上表面与集电体21相接。另外,对电极活性物质层22与绝缘层23的下表面相接,覆盖绝缘层23的下表面。对电极活性物质层22具有在平面观察时不与绝缘层23重叠的区域。对电极活性物质层22的厚度例如为5μm以上且300μm以下。关于对电极活性物质层22所使用的材料后述。
如上所述,绝缘层23位于集电体21与对电极活性物质层22之间。绝缘层23的上表面及平面观察时的内侧的侧面与对电极活性物质层22相接。绝缘层23在平面观察时在对电极层20的端部处与对电极活性物质层22相接。绝缘层23的侧面和集电体21的侧面共面。绝缘层23的侧面和对电极活性物质层22的侧面共面。绝缘层23的下表面与集电体21相接。另外,绝缘层23在平面观察时与绝缘层13重叠。
在图示的例子中,绝缘层23在平面观察时位于对电极层20的外周部且为框状。也就是说,绝缘层23在对电极层20的与层叠方向垂直的方向的全部的端部处位于集电体21与对电极活性物质层22之间。
作为绝缘层23的材料,能够使用在上述的绝缘层13的说明中举出的材料。绝缘层13和绝缘层23例如由相同的材料构成。由此,无需在绝缘层13和绝缘层23中区分使用材料,能够容易地制造电池50。需要说明的是,绝缘层13和绝缘层23也可以由不同的材料构成。
绝缘层23的厚度例如比对电极活性物质层22的厚度薄。另外,绝缘层23的厚度为集电体21的厚度的一半以上。由此,即使在集电体21的侧面形成端子的情况下,端子的形成位置也容易识别。另外,即使在利用导电性树脂等来形成端子的情况下,导电性树脂的润湿性也通过绝缘层23而改善,能够容易地形成端子。从提高这些效果的观点出发,绝缘层23的厚度也可以为集电体21的厚度的80%以上,还可以为集电体21的厚度以上。另外,绝缘层23的厚度例如为5μm以上,也可以为10μm以上。绝缘层23例如完全为绝缘性,但根据追求的电池特性,也可以通过绝缘层23的构成材料及厚度而稍微具有导电性。
另外,从对发电做出贡献的有效面积的观点即体积能量密度的观点出发,绝缘层23例如位于平面观察时的从对电极活性物质层22的外周起的长度为1mm以下的区域。也就是说,从电池50的外周起朝向中心的方向上的绝缘层23的长度例如为1mm以下。另外,从体积能量密度的观点出发,绝缘层23以框状或线状等形成的情况下的绝缘层23的宽度例如为1mm以下,也可以为0.5mm以下,还可以为0.1mm以下。绝缘层23的宽度例如根据追求的电池特性而变更。
固体电解质层30位于电极活性物质层12与对电极活性物质层22之间。固体电解质层30的厚度例如为5μm以上且150μm以下。
固体电解质层30至少包含固体电解质,根据需要,也可以包含粘合剂材料。固体电解质层30也可以包含具有锂离子传导性的固体电解质。
作为固体电解质,能够使用锂离子传导体、钠离子传导体或镁离子传导体等公知的材料。对于固体电解质,例如使用硫化物固体电解质、卤素系固体电解质或氧化物固体电解质等固体电解质材料。作为硫化物固体电解质,在能够传导锂离子的材料的情况下,例如使用由硫化锂(Li2S)及五硫化二磷(P2S5)构成的合成物。另外,作为硫化物固体电解质,也可以使用Li2S-SiS2、Li2S-B2S3或Li2S-GeS2等硫化物,还可以使用对上述硫化物作为添加剂而添加了Li3N、LiCl、LiBr、Li3PO4及Li4SiO4中的至少1种的硫化物。
作为氧化物固体电解质,在能够传导锂离子的材料的情况下,例如使用Li7La3Zr2O12(LLZ)、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)或(La,Li)TiO3(LLTO)等。
作为粘合剂材料,例如使用弹性体类,也可以使用聚1,1-二氟乙烯、丙烯酸系树脂或纤维素树脂等有机化合物。
在本实施方式中,具备电极活性物质层12的电极层10及具备对电极活性物质层22的对电极层20中的一方是具备正极活性物质层的正极层,另一方是具备负极活性物质层的负极层。
正极活性物质层至少包含正极活性物质,根据需要,也可以包含固体电解质、导电助剂及粘合剂材料中的至少1个。
作为正极活性物质,能够使用能够吸藏及放出(插入及脱离、或者溶解及析出)锂离子、钠离子或镁离子的公知的材料。作为正极活性物质,在是能够脱离及插入锂离子的材料的情况下,例如使用钴酸锂复合氧化物(LCO)、镍酸锂复合氧化物(LNO)、锰酸锂复合氧化物(LMO)、锂-锰-镍复合氧化物(LMNO)、锂-锰-钴复合氧化物(LMCO)、锂-镍-钴复合氧化物(LNCO)或锂-镍-锰-钴复合氧化物(LNMCO)等。
作为固体电解质,能够使用上述的固体电解质材料。另外,作为导电助剂,例如使用乙炔黑、碳黑、石墨或碳纤维等导电材料。另外,作为粘合剂材料,能够使用上述的粘合剂材料。
负极活性物质层至少包含负极活性物质,根据需要,也可以包含与正极活性物质层同样的固体电解质、导电助剂及粘合剂材料中的至少1个。
作为负极活性物质,能够使用能够吸藏及放出(插入及脱离、或者溶解及析出)锂离子、钠离子或镁离子的公知的材料。作为负极活性物质,在是能够脱离及插入锂离子的材料的情况下,例如使用天然石墨、人造石墨、石墨碳纤维或树脂烧成碳等碳材料、金属锂、锂合金或锂与过渡金属元素的氧化物等。
这样,电池50具备电极层10、与电极层10相对地配置的对电极层20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具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12及在平面观察时的电极层10的端部处位于集电体11与电极活性物质层12之间的绝缘层13。对电极层20具有集电体21、位于集电体21与固体电解质层30之间的对电极活性物质层22及在平面观察时的对电极层20的端部处位于集电体21与对电极活性物质层22之间的绝缘层23。
由此,在容易产生剥离的集电体11及集电体21的端部处,存在集电体11与电极活性物质层12之间的绝缘层13及集电体21与对电极活性物质层22之间的绝缘层23,因此,即使集电体11及集电体21剥离,电极活性物质层12及对电极活性物质层22的露出也被抑制,不容易产生由电极活性物质层12及对电极活性物质层22与其他构件的接触引起的破损或短路等。由此,电池50的可靠性提高。而且,即使在集电体11及集电体21的侧面形成用于取出电流的端子的情况下,绝缘层13及绝缘层23也成为记号而端子的形成位置容易识别。另外,即使在利用导电性树脂等材料来形成端子的情况下,材料的润湿性也通过绝缘层13及绝缘层23而改善,能够容易地形成端子。由此,可抑制因端子的形成不良而产生短路及连接不良等,因此电池50的可靠性提高。
另外,在电极层10的端部处,集电体11的侧面和绝缘层13的侧面共面,在对电极层20的端部处,集电体21的侧面和绝缘层23的侧面共面。因而,形成端子的区域成为平坦的面,因此能够容易地形成端子。
另外,由于集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21各自的侧面共面,所以通过将各层一并切断等,能够容易地调整绝缘层13及绝缘层23的面积而制造电池50。因而,由于存在绝缘层13及绝缘层23,电极活性物质层12与集电体11的电子的授受及对电极活性物质层22与集电体21的电子的授受被抑制,会形成电极活性物质层12及对电极活性物质层22难以作为电极发挥功能的区域,但通过调整绝缘层13及绝缘层23的面积,能够将该区域抑制为最小限度。由此,能够提高电池50的体积能量密度。
另外,从电池50的外周起朝向中心的方向上的绝缘层13的长度例如比从电池50的外周起朝向中心的方向上的绝缘层23的长度大。由此,即使在集电体11比集电体21容易剥离的情况下,由于绝缘层13的长度大,所以也容易保护电极活性物质层12。另外,在使电极层10为正极层且使对电极层20为负极层的情况下,可得到抑制对电极层20中的枝晶的产生的效果。关于这一点,也参照在平面观察时负极活性物质层的面积比正极活性物质层的面积大的比较例涉及的电池950及950a详细说明。在制造电池的情况下,一般使负极活性物质层的面积比正极活性物质层的面积大。其目的在于,使负极活性物质层的容量比正极活性物质层的容量大,抑制来源于没有取入到负极活性物质层的金属离子的金属(所谓的枝晶)的析出等,使电池的可靠性提高。而且,通过将负极活性物质层的端部配置于比正极活性物质层的端部靠外侧处,能够抑制向负极活性物质层的端部的电场集中而抑制枝晶生长(金属的析出)。图3及图4是示出比较例涉及的电池的例子的概略剖视图。
如图3所示,电池950具备正极层910、负极层920及位于正极层910与负极层920之间的固体电解质层930。正极层910具有集电体911和位于集电体911与固体电解质层930之间的正极活性物质层912。负极层920具有集电体921和位于集电体921与固体电解质层930之间的负极活性物质层922。固体电解质层930覆盖正极活性物质层912及负极活性物质层922的侧面,与集电体911及集电体921相接。在电池950中,在平面观察时,负极活性物质层922的面积比正极活性物质层912的面积大,负极活性物质层922的端部位于比正极活性物质层912的端部靠外侧处。这样,在电池950中,通过使负极活性物质层922的面积比正极活性物质层912的面积大来抑制金属的析出。另外,由于在电池950的端部存在固体电解质层930,所以即使在集电体911及集电体921从端部剥离了的情况下,也可抑制正极活性物质层912及负极活性物质层922露出。
存在正极活性物质层912及负极活性物质层922的区域2C作为电池发挥功能。另一方面,正极活性物质层912及负极活性物质层922均不存在的区域2A不作为电池发挥功能。另外,存在负极活性物质层922但不存在正极活性物质层912的区域2B也不作为电池发挥功能。区域2B是相当于正极活性物质层912与负极活性物质层922的面积差的区域。在平面观察时区域2B及区域2A越大,则电池950中的不对发电做出贡献的区域的比例越增加,电池950的体积能量密度越下降。另一方面,在平面观察时区域2B越小,则在层叠各层的工序等制造工序中需要的对齐精度越高,要求精度越高,担心与此相伴的检查等工序数的增加及设备费用的增加。
另外,在区域2A、2B及2C中,在厚度方向上存在的集电体911及921以外的层的种类和数量分别不同。即,在区域2A中存在仅固体电解质层930这1层,在区域2B中存在负极活性物质层922及固体电解质层930这2层,在区域2C中存在正极活性物质层912、负极活性物质层922及固体电解质层930这3层。在由粉体材料构成的全固体电池中,为了形成粉体材料彼此的良好的界面(例如,粉体材料彼此的接合性好、晶界电阻小的界面),也就是说,为了使电池的可靠性提高,另外,为了高充填化而提高体积能量密度,有时在制造工序中包括高压压制处理。此时,在区域2A、2B及2C中,构成的层的种类和数量不同,另外,各层的易压缩性也不同。因而,存在在压制了电池950整体时在各区域中压缩度不同(也就是说,不被均一地压缩)的担心。例如,在区域2A及2B中,与区域2C相比压缩不足,存在各层的剥离等可靠性的下降的担心。
也就是说,在电池950中,存在难以容易地制造电池950且可靠性的提高不充分的问题。另外,厚度方向的层仅为固体电解质层930的区域2A是对电池的基本的充放电性能没有特别做出贡献的部分,因此从使体积能量密度提高的观点出发,区域2A优选少。
另外,图4所示的电池950a具备具有集电体911及正极活性物质层912的正极层910、具有集电体921a及负极活性物质层922a的负极层920a、及固体电解质层930a。电池950a与电池950相比,在固体电解质层930a没有被覆负极活性物质层922a的侧面这一点上不同。电池950a不具有区域2A那样的正极活性物质层912及负极活性物质层922均不存在的区域,但具有不存在正极活性物质层912的区域3A。因而,区域3A不对发电做出贡献,在电池950a的区域3A中也产生与区域2B同样的问题。
另一方面,电池50具备具有绝缘层13的电极层10和具有绝缘层23的对电极层20。在电池50中,例如,具备电极活性物质层12的电极层10是具备正极活性物质层的正极层,具备对电极活性物质层22的对电极层20是具备负极活性物质层的负极层。在该情况下,电子不会从集电体11直接到达与绝缘层13相接的正极活性物质层(电极活性物质层12),因此图2所示的区域1A的正极活性物质层难以作为电极发挥功能。另一方面,区域1B的正极活性物质层作为电极发挥功能。另外,电子不会从集电体21直接到达与绝缘层23相接的负极活性物质层(对电极活性物质层22),因此图2所示的区域1AA的负极活性物质层难以作为电极发挥功能。另一方面,区域1BB的负极活性物质层作为电极发挥功能。在电池50中,平面观察时的正极活性物质层及负极活性物质层的面积相同,但区域1A比区域1AA大,区域1B比区域1BB小,因此正极活性物质层的容易作为电极发挥功能的区域的面积相对变小,可得到实质上削减了正极活性物质层的平面观察时的面积的效果。也就是说,在电池50中,即使平面观察时的正极活性物质层及负极活性物质层的面积相同,金属的析出也被抑制。
另外,由于平面观察时的正极活性物质层及负极活性物质层的形状及位置相同,绝缘层13位于正极层(电极层10)的端部,绝缘层23位于负极层(对电极层20)的端部,所以负极活性物质层中的作为电极发挥功能的区域也位于比正极活性物质层中的作为电极发挥功能的区域靠外侧处。其结果,向负极活性物质层的作为电极发挥功能的区域的端部的电场集中被抑制,端部处的枝晶生长被抑制。由此,电池50的可靠性提高。
而且,在电池50的制造中,能够将实质性的正极活性物质层及负极活性物质层各自的面积通过绝缘层13及绝缘层23来调整,因此无需高精度地形成正极活性物质层及负极活性物质层的位置及面积。由此,能够容易地制造电池50。例如,通过将正极层(电极层10)、固体电解质层30及负极层(对电极层20)层叠而成的层叠体在包括绝缘层13及绝缘层23的区域切断,从而电池50被容易地制造。
另外,由于绝缘层13位于集电体11与电极活性物质层12之间,所以在绝缘层13上也存在电极活性物质层12。另外,由于绝缘层23位于集电体21与对电极活性物质层22之间,所以在绝缘层23上也存在对电极活性物质层22。因而,即使在进行高压压制处理的情况下,例如与如上述的比较例涉及的电池那样在电极活性物质层12及对电极活性物质层22的侧面存在固体电解质层的情况相比,全部的区域也容易被均一地压缩。由此,不容易产生电池50的各层的剥离等,能够通过高压压制处理来使电池50的可靠性及体积能量密度提高。
[制造方法]
接着,对本实施方式涉及的电池的制造方法进行说明。需要说明的是,以下说明的电池50的制造方法是一例,电池50的制造方法不限于以下的例子。
电池50的制造方法包括绝缘层层叠工序、发电要素层叠工序、集电体层叠工序及切断工序。以下,对各工序进行详细说明。
(1)绝缘层层叠工序
首先,对绝缘层层叠工序进行说明。图5是用于说明本实施方式涉及的电池的制造方法的流程图。
在绝缘层层叠工序中,在集电体11的至少一个面层叠绝缘层13。具体而言,首先,准备集电体11(图5的步骤S11)。然后,在准备的集电体11的至少一个面作为电极侧绝缘层而形成绝缘层13(图5的步骤S12)。例如,通过在集电体11的上表面层叠绝缘层13而在集电体11形成绝缘层13。在本制造方法的说明中,集电体11是第1集电体的一例,绝缘层13是第1绝缘层的一例。
图6A、图6B及图6C是示出层叠有绝缘层13的集电体11的例子的概略图。图6A的(a)是示出层叠有绝缘层13的集电体11的例子的俯视图,图6A的(b)是示出图6A的(a)的VIa-VIa线所示的位置处的剖视图。例如,如图6A所示,绝缘层13形成为格子状。另外,图6B是示出层叠有绝缘层13的集电体11的其他例的俯视图。在图6B中没有图示剖视图,但图6B所示的层叠有绝缘层13的集电体11是与图6A的(b)同样的截面构造。绝缘层13也可以如图6B所示那样形成为条纹状。通过将绝缘层13层叠成这样的格子或条纹等具有长尺寸部分的比较单纯的平面观察形状,能够容易地在集电体11形成绝缘层13。另外,通过在后述的切断工序中沿着绝缘层13的长尺寸方向分割绝缘层13,能够容易地形成沿着电池50的端部而形成有绝缘层13的电池50。在图6A及6B中,由虚线记载的矩形的区域1E及1F相当于一个电池50的大小。这样,对于集电体11,可以以在之后的制造工序中能够分割成多个电池的方式层叠有绝缘层13。
另外,图6C的(a)是示出层叠有绝缘层13的集电体11的又一例的俯视图,图6C的(b)是图6C的(a)的VIc-VIc线所示的位置处的剖视图。如图6C所示,也可以在集电体11上形成多种图案(例如,格子间隔)的格子状的绝缘层13。
这样,通过绝缘层13层叠成格子状或条纹状且在后述的切断工序中沿着绝缘层13的格子或条纹的长尺寸方向而分割绝缘层13,能够同时制造分别为相同的形状或不同的形状的多个电池50。由此,电池50的制造效率提高。
关于绝缘层13的形成方法,可考虑各种各样的工艺,但从量产性的观点出发,例如使用涂布工艺。例如,在卷对卷方式等连续工艺中,通过凹版辊法或喷墨法等高精度的涂布方法,作为绝缘层13的材料而将使绝缘性物质(例如,金属氧化物)分散于溶剂而得到的涂料向集电体11上涂布,进行干燥而使溶剂蒸发,由此,能够得到绝缘层13。由此,能够将绝缘层13层叠得薄,因此能够形成厚度均一的薄层的绝缘层13。因而,在后述的发电要素层叠工序中层叠其他层时进行高压压制处理的情况下,不容易受到绝缘层13的影响,其他层容易均一地被压缩。另外,通过使用这样的高精度的涂布方法,实质上作为电极而有效的电极活性物质层12的面积的精度提高。
在作为绝缘层13的材料而使用树脂的情况下,可以将使树脂溶解或分散而得的溶液向集电体11上涂布,也可以将紫外线固化性树脂或热固性树脂向集电体11上涂布并进行固化处理。需要说明的是,绝缘层13的形成不限于卷对卷方式等连续工艺,也可以是针对每1张集电体11形成绝缘层13的分批式工艺。
对于在绝缘层13的形成中使用的溶剂,能够使用使金属氧化物或树脂分散或溶解的一般的有机溶剂或水系溶剂等。
(2)发电要素层叠工序
接着,对发电要素层叠工序进行说明。在发电要素层叠工序中,将电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22按该顺序依次层叠而成的发电要素部40和在绝缘层层叠工序中层叠了绝缘层13的集电体11以使电极活性物质层12被覆绝缘层13的方式层叠。这样,在发电要素层叠工序中,形成电极活性物质层12被覆绝缘层13的被覆构造。
在发电要素层叠工序中,发电要素部40例如通过将电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22向集电体11依次层叠而形成。具体而言,将电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22的各层按该顺序依次层叠于层叠有绝缘层13的集电体11(图5的步骤S13、S14及S15)。例如,在层叠有绝缘层13的集电体11上以被覆绝缘层13的方式层叠电极活性物质层12,进一步依次层叠固体电解质层30及对电极活性物质层22。而且,根据需要,对在步骤S13、S14及S15中层叠后的电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22进行高压压制处理(图5的步骤S16)。另外,根据需要,对在步骤S13、S14及S15中层叠后的电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22进行热处理。由此,得到在层叠有绝缘层13的集电体11上层叠有发电要素部40的层叠极板。需要说明的是,在发电要素层叠工序中,也可以将预先层叠电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22而形成的发电要素部40向集电体11层叠。
图7A、图7B及图7C是示出本实施方式涉及的层叠极板的例子的概略剖视图。如图7A所示,在层叠极板41中,电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22按该顺序依次层叠而成的发电要素部40层叠于层叠有绝缘层13的集电体11上。层叠极板41以使电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22各自的平面观察时的面积及位置相同的方式形成。另外,对电极活性物质层22的上表面露出。
层叠极板41的构造不限定于该例子。例如,如图7B所示,层叠极板41a形成为:固体电解质层30被覆电极活性物质层12的侧面及上表面,对电极活性物质层22被覆固体电解质层30的侧面及上表面。由此,电极活性物质层12由固体电解质层30被覆,因此,在发电要素层叠工序中,由电极活性物质层12与对电极活性物质层22的接触引起的短路的产生被抑制。
另外,例如,如图7C所示,层叠极板41b形成为:电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22按该顺序在平面观察时面积依次变小。另外,在平面观察时,对电极活性物质层22位于固体电解质层30的内侧,固体电解质层30位于电极活性物质层12的内侧。由于是对电极活性物质层22位于固体电解质层30的内侧的设计,所以即使在层叠对电极活性物质层22时平面观察时的层叠的位置偏移,也能由固体电解质层30抑制由电极活性物质层12与对电极活性物质层22的接触引起的短路的产生。
本实施方式中的层叠极板可以是层叠极板41、41a及41b的任一构造,只要是在层叠有绝缘层13的集电体11上层叠有发电要素部40的构造即可,也可以是层叠极板41、41a及41b以外的构造。
构成发电要素部40的电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22分别例如使用湿涂法而依次形成。通过使用湿涂法,能够容易地将发电要素部40向集电体11层叠。作为湿涂法,使用模涂法、刮刀法、辊涂法、丝网印刷法或喷墨法等涂布方法,但不限定于这些方法。
在使用湿涂法的情况下,进行将分别形成电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22的材料(上述的正极活性物质层、固体电解质层30及负极活性物质层各自的材料)和溶剂适当混合来得到浆料的涂料化工序。
对于在涂料化工序中使用的溶剂,能够使用在制作公知的全固体电池(例如,锂离子全固体电池)时使用的公知的溶剂。
将在涂料化工序中得到的各层的浆料向形成有绝缘层13的集电体11以电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22的顺序实施层叠涂布。此时,可以在先层叠涂布的层的层叠涂布结束后层叠涂布下一层,也可以在先层叠涂布的层的层叠涂布途中开始下一层的层叠涂布。也就是说,也可以存在步骤S13、S14及S15同时并列进行的情况。依次涂布各层的浆料,在全部的层的涂布后,例如,实施除去溶剂及粘合剂材料的热处理及促进各层的材料的填充的高压压制处理。需要说明的是,也可以针对各层的涂布实施热处理及高压压制处理。也就是说,也可以在步骤S13、S14及S15各自之间也进行步骤S16。热处理及高压压制处理可以在电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22的涂布层叠中针对每1层的涂布层叠而实施,也可以分为任2层的涂布层叠后和1层的涂布层叠后而实施,还可以在3层全部的涂布层叠后一并实施。另外,在高压压制处理中,例如使用辊式压制或平板压制等。需要说明的是,也可以不进行热处理及高压压制处理的至少一方。
通过这样进行层叠涂布法,能够实现集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22的各层的界面的接合性的提高及界面电阻的降低。另外,能够实现电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22所使用的粉体材料的接合性的提高及晶界电阻的降低。即,在发电要素部40的各层之间及各层内部的粉体材料之间形成良好的界面。
需要说明的是,绝缘层层叠工序和发电要素层叠工序也可以通过卷对卷方式等一系列的连续工艺来进行。
(3)集电体层叠工序及切断工序
接着,对集电体层叠工序及切断工序进行说明。图8是用于说明本实施方式涉及的电池的制造方法中的集电体层叠工序及切断工序的图。在集电体层叠工序中,将形成有对电极侧绝缘层的追加集电体向层叠极板层叠(图5的步骤S17)。例如,如图8所示,在层叠极板41中的发电要素部40的与集电体11侧相反一侧的面(发电要素部40的与层叠方向垂直的面中的没有层叠集电体11的面)层叠形成有绝缘层23的集电体21。也就是说,在层叠于集电体11的发电要素部40层叠绝缘层23及集电体21。此时,例如,在层叠极板41的露出的对电极活性物质层22的上表面,通过压制处理等而接合形成有绝缘层23的集电体21。压制处理例如以比步骤S16中的高压压制处理低的压力进行。另外,以利用层叠极板41的对电极活性物质层22、和集电体21来夹着绝缘层23的方式在层叠极板41层叠形成有绝缘层23的集电体21。在本制造方法的说明中,绝缘层23是第2绝缘层的一例,集电体21是第2集电体的一例。
形成有绝缘层23的集电体21例如以与上述的形成有绝缘层13的集电体11同样的方法,通过在集电体21的上表面层叠绝缘层23而形成。此时的绝缘层23的形状例如是与图6A、6B及图6C所示的绝缘层13同样的图案,且是宽度比绝缘层13的宽度窄的形状。也就是说,以在平面观察时绝缘层23的面积比绝缘层13的面积小的方式层叠绝缘层23。这样,与形成于集电体11的绝缘层13的图案相配合而在集电体21上形成绝缘层23。并且,在平面观察时,以使绝缘层13和绝缘层23位于重叠的位置的方式在层叠极板41层叠形成有绝缘层23的集电体21。例如,以使最终形成电池50的区域的绝缘层23的整体与绝缘层13重叠的方式,在层叠极板41层叠形成有绝缘层23的集电体21。
接着,在切断工序中,将在集电体层叠工序中层叠了形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41、41a或41b一并在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处在层叠方向上切断(图5的步骤S18)。层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41、41a或41b换言之是层叠有绝缘层13、发电要素部40、绝缘层23及集电体21的集电体11。如图8所示,将层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41例如在配置有绝缘层13及绝缘层23的虚线C1、C2、C3及C4的位置处利用刀具或激光等而切断。在虚线C1、C2、C3及C4的位置处,集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21按该顺序依次层叠,将它们一并切断。由此,无需将发电要素部40的各层以切断后的形状层叠,因此能够容易地制造电池50。例如,在绝缘层13在平面观察时层叠成如图6A、图6B及图6C所示那样的具有长尺寸部分的格子状或条纹状的情况下,将层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板一并沿着绝缘层13的格子或条纹的长尺寸方向而切断。由此,得到绝缘层13及绝缘层23位于所制造的电池50的切断面侧的端部整个区域的电池50。
需要说明的是,在集电体层叠工序中,也可以在层叠极板41中的对电极活性物质层22的上表面、在平面观察时与绝缘层13重叠的位置层叠绝缘层23,在其上进一步层叠集电体21。在该情况下,在层叠有绝缘层23的层叠极板41上层叠集电体21后,进行切断工序。
这样,电池50的制造方法包括对层叠有集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21的位置切断的切断工序。由此,在与层叠方向垂直的方向上的端部处,集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21各自的侧面露出。需要说明的是,在切断后,为了保护露出的侧面,也可以配置被覆侧面的密封构件等。即,在利用密封构件等其他构件来被覆侧面的情况下,露出的侧面也有时由其他构件覆盖。
这样,通过包括对层叠有集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21的位置切断的切断工序,从而集电体11、绝缘层13、电极活性物质层12、固体电解质层30、对电极活性物质层22、绝缘层23及集电体21各自的与层叠方向垂直的方向的端部露出。
(4)效果等
如以上这样,本实施方式涉及的电池50的制造方法包括绝缘层层叠工序、发电要素层叠工序、集电体层叠工序及切断工序。在绝缘层层叠工序中,在集电体11的至少一个面的一部分层叠绝缘层13。在发电要素层叠工序中,将电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22按该顺序依次层叠而成的发电要素部40和形成有绝缘层13的集电体11以使电极活性物质层12被覆绝缘层13的方式层叠。在集电体层叠工序中,在通过将发电要素部40向集电体11层叠而形成的层叠极板41,层叠形成有绝缘层23的集电体21。在切断工序中,将层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处在层叠方向上切断。
由此,层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处在层叠方向上一并被切断。因而,无需将发电要素部40的各层以切断后的形状层叠,因此能够容易地制造电池50。
另外,由于层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处在层叠方向上被切断,所以制造出在平面观察时在集电体11的端部层叠有绝缘层13且在集电体21的端部层叠有绝缘层23的电池50。而且,由于以被覆层叠于集电体11的绝缘层13的方式层叠电极活性物质层12且以被覆层叠于集电体21的绝缘层23的方式层叠对电极活性物质层22,所以在制造的电池50的集电体11的端部处,集电体11、绝缘层13及电极活性物质层12按该顺序依次层叠,在集电体21的端部处,集电体21、绝缘层23及对电极活性物质层22按该顺序依次层叠。因而,在容易产生剥离的集电体11及集电体21的端部处,即使集电体11及集电体21剥离,也是绝缘层13及绝缘层23露出,因此电极活性物质层12及对电极活性物质层22的露出被抑制。其结果,不容易产生由电极活性物质层12及对电极活性物质层22与其他构件的接触引起的破损或短路等。由此,能够制造可靠性高的电池50。
另外,仅调整切断位置就能够决定绝缘层13及绝缘层23的尺寸。因而,虽然会因存在绝缘层13及绝缘层23而形成电极活性物质层12及对电极活性物质层22难以作为电极发挥功能的区域,但通过调整绝缘层13及绝缘层23的尺寸,能够将该区域限制为最小限度。由此,能够容易地制造体积能量密度高的电池50。
另外,在电极活性物质层12是正极活性物质层且对电极活性物质层22是负极活性物质层的情况下,通过使绝缘层13的宽度比绝缘层23的宽度大,如上所述,正极活性物质层与负极活性物质层相比实质性的面积(作为电极发挥功能的面积)小,且作为电极发挥功能的区域在平面观察时位于负极活性物质层的内侧。其结果,如上所述,可抑制金属向负极活性物质层析出。由此,制造的电池50的可靠性进一步提高。
另外,通过在层叠方向上切断,从而层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41一并被切断,得到在集电体11及集电体21的端部分别层叠有绝缘层13及绝缘层23的电池50。因而,无需将赋予了实质性的面积差的形状的正极活性物质层及负极活性物质层针对每个单电池独立地层叠,因此能够容易且高生产效率地制造电池50。
在没有绝缘层13及绝缘层23的情况下,即使将集电体11、发电要素部40及集电体21层叠而成的层叠体一并切断,也会在集电体11的端部层叠电极活性物质层12且在集电体21的端部层叠对电极活性物质层22,因此,在集电体11及集电体21的端部剥离了时,无法抑制电极活性物质层12及对电极活性物质层22的露出。而且,制造出不存在电极活性物质层12与对电极活性物质层22的实质性的面积差的电池。因而,即使能够容易地制造了电池,电池的可靠性也下降,因此难以作为制造方法而采用。另一方面,在本实施方式涉及的制造方法中,如上所述,在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处,将层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41一并切断。因而,除了能够通过将层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41一并切断而容易地制造电池之外,还能够实现电极活性物质层12及对电极活性物质层22的露出的抑制、电极活性物质层12的作为电极发挥功能的面积的相对值的调整及绝缘层13及绝缘层23的面积的调整。这样,通过将在层叠极板41层叠形成有绝缘层23的集电体21的集电体层叠工序和将层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处切断的切断工序进行组合,能够容易地制造可靠性高且体积能量密度高的电池。
(5)其他制造方法
本实施方式涉及的电池的制造方法不限定于上述的例子,例如也可以是以下所示的制造方法。
首先,准备图1及图2所示的形状的集电体11。然后,使用涂布工艺等,以图1及图2所示的形状在集电体11上层叠绝缘层13。在层叠有绝缘层13的集电体11上的整面,将电极活性物质层12及固体电解质层30的各层按该顺序通过层叠涂布而依次层叠,得到电极板。
接着,准备图1及图2所示的形状的集电体21。然后,使用涂布工艺等,以图1及图2所示的形状在集电体21上层叠绝缘层23。在层叠有绝缘层23的集电体21上的整面,将对电极活性物质层22及固体电解质层30的各层按该顺序通过层叠涂布而依次层叠,得到对电极板。
接着,将得到的电极板和对电极板以使各自的固体电解质层30相接的方式层叠。通过将层叠而成的层叠体使用平板压制从层叠方向的两侧进行压制,得到电池50。
另外,也可以通过在另外于集电体的基体上层叠绝缘层13、绝缘层23及发电要素部40来形成层叠体,根据需要,在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处将层叠体在层叠方向上切断后,将得到的层叠体利用集电体11及集电体21夹着,从而形成电池50。
[变形例1]
以下,对实施方式1的变形例1进行说明。需要说明的是,在以下的实施方式1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9是示出本变形例涉及的电池的例子的概略剖视图。如图9所示,电池51与实施方式1的电池50相比,在电池51的侧面相对于层叠方向倾斜这一点上不同。
电池51具备电极层10a、与电极层10a相对地配置的对电极层20a及位于电极层10a与对电极层20a之间的固体电解质层30a。
电极层10a具有集电体11a、位于集电体11a与固体电解质层30a之间的电极活性物质层12a及在电极层10a的端部处位于集电体11a与电极活性物质层12a之间的绝缘层13a。对电极层20a具有集电体21a、位于集电体21a与固体电解质层30a之间的对电极活性物质层22a及在对电极层20a的端部处位于集电体21a与对电极活性物质层22a之间的绝缘层23a。
将电池51的与层叠方向垂直的面即2个主面相连的侧面51s相对于层叠方向而向平面观察时的对电极层20a的面积比电极层10a的面积大的方向倾斜。换言之,侧面51s相对于层叠方向而向在将电池51在层叠方向上切断的情况下的截面中对电极层20a的宽度比电极层10a的宽度大的方向倾斜。也就是说,在电池51中,对电极活性物质层22a的电极活性物质层12a侧的主面22s的面积比电极活性物质层12a的对电极活性物质层22a侧的主面12s的面积大。另外,在从层叠方向观察的情况下,主面12s位于主面22s的内侧。在电池51中,例如,具备电极活性物质层12a的电极层10a是具备正极活性物质层的正极层,具备对电极活性物质层22a的对电极层20a是具备负极活性物质层的负极层。在该情况下,平面观察时的负极活性物质层的面积比正极活性物质层的面积大,因此,在电池51中,金属的析出被抑制。
另外,在侧面51s中,固体电解质层30a的侧面也相对于层叠方向倾斜,因此固体电解质层30a的露出的面变大,侧面51s中的电极活性物质层12a与对电极活性物质层22a的距离变长。因而,电极活性物质层12a和对电极活性物质层22a不容易接触,短路被抑制。
另外,在电池51的侧面51s中,也包括没有图示的侧面51s在内而全部的侧面51s相对于层叠方向倾斜,主面22s的面积比主面12s的面积大。需要说明的是,在电池51的侧面51s中,也可以不是全部的侧面51s相对于层叠方向倾斜,至少1个侧面51s相对于层叠方向倾斜即可。
电池51例如通过将实施方式1涉及的电池50在相对于层叠方向倾斜的方向上切断来制造。另外,电池51也可以通过在电池50的制造方法中的切断工序中在相对于层叠方向倾斜的方向上切断来制造。也就是说,侧面51s可以是切断面。电池51的切断面的形状是梯形。
图10是用于说明本变形例涉及的电池的制造方法中的切断工序的图。如图10所示,电池51通过在上述的切断工序中在从层叠方向倾斜了角度θ的方向上切断来制造。角度θ根据形成的绝缘层的宽度及作为目的的电池特性等来决定即可。角度θ例如比45度小。角度θ也可以为30度以下。另外,在角度θ是零度的情况下,制造电池50。例如,在使电池的厚度为0.1mm且使从电池的侧面起的绝缘层13的宽度为0.1mm的情况下,若切断面的角度比45度大,则绝缘层13会通过切断而被去除,因此得不到绝缘层13的效果。
[变形例2]
以下,对实施方式1的变形例2进行说明。需要说明的是,在以下的实施方式1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11是示出本变形例涉及的电池的例子的概略俯视图。在图11中,电池的各构成要素的平面观察形状由实线及虚线表示。图12是示出本变形例涉及的电池的例子的概略侧视图。图12是将电池52中的沿着长边方向的侧面从正面观察的情况下的平面图。如图11及图12所示,电池52与实施方式1的电池50相比,在绝缘层形成为条纹状这一点上不同。
电池52是取代电池50中的绝缘层13及绝缘层23而具备平面观察形状与绝缘层13及绝缘层23的平面观察形状不同的绝缘层13b及绝缘层23b的构成。电池52具备电极层10b、与电极层10b相对地配置的对电极层20b及位于电极层10b与对电极层20b之间的固体电解质层30。电极层10b具有集电体11、位于集电体11与固体电解质层30之间的电极活性物质层12及在电极层10b的端部处位于集电体11与电极活性物质层12之间的绝缘层13b。对电极层20b具有集电体21、位于集电体21与固体电解质层30之间的对电极活性物质层22及在对电极层20b的端部处位于集电体21与对电极活性物质层22之间的绝缘层23b。
如图11及图12所示,绝缘层13b及绝缘层23b分别沿着电池52的平面观察形状即矩形的相对的2边而配置。也就是说,绝缘层13b及绝缘层23b分别为在1个方向(在图11的例子中是平面观察时的电池52的长边方向即y方向)上延伸的2个带的条纹状。绝缘层13b及绝缘层23b分别没有沿着矩形的与该相对的2边正交的其他的相对的2边而形成。
这样,绝缘层13b及绝缘层23b以在1个方向上延伸的方式形成为带状,因此,在通过涂布等来形成绝缘层13b及绝缘层23b的情况下,仅在1个方向上移动涂布用的喷嘴或集电体11及集电体21等即可,能够高效地制造电池52。
需要说明的是,绝缘层13b及绝缘层23b分别也可以不是沿着平面观察时的电池52的矩形的在长边方向上延伸的相对的2边而是沿着矩形的在短边方向上延伸的相对的2边而配置。
[变形例3]
以下,对实施方式1的变形例3进行说明。需要说明的是,在以下的实施方式1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13是示出本变形例涉及的电池的例子的概略剖视图。如图13所示,电池53与实施方式1的电池50相比,在电极侧绝缘层的宽度和对电极侧绝缘层的宽度相同这一点上不同。
电池53是取代电池50中的绝缘层23而具备宽度与绝缘层23的宽度不同的绝缘层23c的构成。电池53具备电极层10、与电极层10相对地配置的对电极层20c及位于电极层10与对电极层20c之间的固体电解质层30。对电极层20c具有集电体21、位于集电体21与固体电解质层30之间的对电极活性物质层22及在对电极层20c的端部处位于集电体21与对电极活性物质层22之间的绝缘层23c。
在电池53中,在平面观察时,从电池53的外周起朝向中心的方向上的绝缘层13的长度与从电池53的外周起朝向中心的方向上的绝缘层23c相同。在平面观察时,形成有绝缘层13的区域和形成有绝缘层23c的区域相同。这样,在电池53中,能够将绝缘层13和绝缘层23c分别在集电体11上及集电体21上以同一形状形成,因此能够容易地制造。
(实施方式2)
接着,对实施方式2进行说明。在实施方式2中,对实施方式1涉及的电池等单电池层叠而成的层叠型的层叠电池进行说明。需要说明的是,在以下的说明中,以与上述的实施方式1的不同点为中心进行说明,适当省略或简化共同点的说明。
[构成]
首先,参照附图说明实施方式2涉及的层叠电池的构成。图14是示出本实施方式涉及的层叠电池的例子的概略剖视图。如图14所示,层叠电池100具有与实施方式1涉及的电池50同样的构造的单电池层叠而成的构造。也就是说,层叠电池100是多个单电池层叠而成的层叠型的电池。
层叠电池100具备多个电池50a。最上侧的电池50a是与电池50同样的构成。另外,在上数第2个以后的电池50a中,对电极层20的集电体与该电池50a的1个上侧的电池50a的集电体11共用化。例如,最上侧的电池50a的集电体11是最上侧的电池50a的电极层10中的集电体,也是上数第2个电池50a的对电极层中的集电体。在本实施方式中,集电体11也是对电极集电体的一例。在上数第2个以后的电池50a中,绝缘层23位于对电极活性物质层22与集电体11之间,绝缘层23的侧面和集电体11的侧面共面。
在层叠电池100中,多个电池50a以使相邻的电池50a中的一方的电极层10和另一方的对电极层20面对面、换言之、邻接的方式层叠。由此,成为集电体11的功能由相邻的电池50a共有的构造。另外,通过这样层叠,层叠电池100成为串联层叠型的层叠电池。由此,能够实现显现与实施方式1涉及的电池50同样的效果的、串联层叠型的高电压的层叠电池100。
在图14所示的例子中,层叠的电池50a的数量为5个,但也可以为2个以上且4个以下,还可以为6个以上。
层叠电池100的侧面例如是切断面。另外,层叠电池100的侧面是平坦的平面。换言之,多个电池50a的侧面共面。在层叠电池100的侧面中,各层可以露出,也可以在露出的侧面设置有密封构件等。图15是示出本实施方式涉及的层叠电池的其他例的概略剖视图。如图15所示,层叠电池100a具有层叠电池100的侧面、例如全部的侧面由密封构件60覆盖的构造。也就是说,层叠电池100a具备层叠电池100和密封构件60,构成层叠电池100的各层的侧面由密封构件60被覆。由此,在层叠电池100a中,各层的侧面不直接向外部露出,因此层叠电池100a的强度增加,层叠电池100a的可靠性提高。另外,通过层叠电池100a由密封构件60保护,在层叠电池100a中,不仅是向金属制的外壳或铝层压膜封入的使用方法,例如也能够是向基板安装的电子部件那样的使用方法。
密封构件60例如与层叠电池100的侧面相接。层叠电池100a的密封构件60例如能够通过以使层叠电池100的侧面朝向上方的方式放置层叠电池100并从上方利用分配器等将密封构件向侧面涂布来形成。作为密封构件60的材料,能够使用热固性树脂等公知的电池(例如锂离子全固体电池)用的密封构件的材料。这样的密封构件的材料例如能够赋予耐水性及耐冲击性等功能。另外,密封构件60也可以由多个密封构件的层构成。在该情况下,多个层的材料可以相同,也可以不同。
[制造方法]
接着,对本实施方式涉及的层叠电池的制造方法进行说明。需要说明的是,以下说明的层叠电池100的制造方法是一例,层叠电池100的制造方法不限于以下的例子。
层叠电池100的制造方法与电池50的制造方法同样,包括绝缘层层叠工序、发电要素层叠工序、集电体层叠工序及切断工序。层叠电池100是具备多个发电要素部40的电池,因此层叠电池100的制造方法也能够说成是具备多个发电要素部40的电池的制造方法。以下,对各工序进行详细说明。
(1)绝缘层层叠工序
首先,对绝缘层层叠工序进行说明。图16是用于说明本实施方式涉及的层叠电池的制造方法的流程图。
在绝缘层层叠工序中,首先,准备多个集电体11(图16的步骤S21)。然后,在准备的多个集电体11各自的一个面形成绝缘层13,在另一个面形成绝缘层23(图16的步骤S22)。在绝缘层13及绝缘层23的形成中,使用与上述的S12同样的方法而在集电体11层叠绝缘层13及绝缘层23。在绝缘层13及绝缘层23的形成中,例如将绝缘层13和绝缘层23在平面观察时重叠的位置以相同的图案形成。另外,以在平面观察时绝缘层13的宽度比绝缘层23的宽度大的方式形成。也就是说,以在平面观察时绝缘层13的面积比绝缘层23的面积大的方式形成绝缘层13及绝缘层23。另外,例如,以在平面观察时最终形成层叠电池100的区域的绝缘层23的整体与绝缘层13重叠的方式形成绝缘层13及绝缘层23。
(2)发电要素层叠工序
接着,对发电要素层叠工序进行说明。在本实施方式涉及的制造方法中,发电要素层叠工序包括第1层叠体形成工序和第1层叠体层叠工序。在第1层叠体形成工序中,形成以使电极活性物质层12被覆绝缘层13的方式在层叠有绝缘层13及绝缘层23的多个集电体11分别层叠发电要素部40而成的多个层叠极板。图17是示出本实施方式涉及的层叠极板的例子的概略剖视图。如图17所示,在层叠有绝缘层13及绝缘层23的多个集电体11的每个集电体11上,将电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22的各层按该顺序依次层叠(图16的步骤S23、S24及S25)。此时,电极活性物质层12向集电体11的形成有绝缘层13的面层叠。由此,形成层叠极板42。而且,根据需要,对在步骤S23、S24及S25中层叠后的电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22分别进行高压压制处理(图16的步骤S26)。另外,根据需要,对在步骤S23、S24及S25中层叠后的电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22分别进行热处理。在步骤S23、S24、S25及S26中,能够使用与上述的步骤S13、S14、S15及S16同样的方法。
接着,在第1层叠体层叠工序中,以使得在平面观察时在第1层叠体形成工序中形成的多个层叠极板42各自的绝缘层13的位置重叠的方式层叠多个层叠极板42而形成多层极板(图16的步骤S27)。图18是用于说明本实施方式涉及的层叠电池的制造方法中的第1层叠体层叠工序以后的工序的图。如图18所示,在第1层叠体层叠工序中,形成多个层叠极板42层叠而成的多层极板45。如图18所示,在第1层叠体层叠工序中,以使相邻的层叠极板42中的一方的对电极活性物质层22与另一方的集电体11面对面的方式层叠多个层叠极板42。也就是说,以利用相邻的层叠极板42中的一方的对电极活性物质层22和另一方的集电体11将层叠于另一方的集电体11的绝缘层23夹入的方式层叠多个层叠极板42。然后,例如,通过进行从层叠后的多个层叠极板42的层叠方向两侧压制的压制处理来将多个层叠极板42彼此接合,形成多层极板45。在多层极板45中,相邻的层叠极板42中的上侧的层叠极板42的集电体11和下侧的层叠极板42的对电极活性物质层22相接。另外,相邻的层叠极板42中的上侧的层叠极板42的绝缘层23位于上侧的层叠极板42的集电体11与下侧的层叠极板42的对电极活性物质层22之间。
在形成层叠极板42时电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22被进行了高压压制处理的情况下,在形成多层极板45时,在压制处理中,不需要高压的压制。例如,在步骤S27中,用于使层叠极板42彼此接合的压制处理的压力比步骤S26中的高压压制处理的压力低。由此,能够不破坏在第1层叠体形成工序中形成的界面地形成多层极板45。
(3)集电体层叠工序及切断工序
接着,对集电体层叠工序及切断工序进行说明。在集电体层叠工序中,将形成有对电极侧绝缘层的追加集电体向多层极板层叠(图16的步骤S28)。例如,如图18所示,在多层极板45中,在多个层叠极板42中的最上侧的层叠极板42(在上表面没有层叠其他的层叠极板42的层叠极板42)的发电要素部40的与集电体11侧相反一侧的面层叠形成有绝缘层23的集电体21。此时,例如,在最上侧的层叠极板42的露出的对电极活性物质层22的上表面,通过压制处理等而接合形成有绝缘层23的集电体21。压制处理例如以比步骤S26中的高压压制处理低的压力进行。另外,以利用最上侧的层叠极板42的对电极活性物质层22和集电体21来夹着绝缘层23的方式在层叠极板41层叠形成有绝缘层23的集电体21。
形成有绝缘层23的集电体21例如通过在上述的步骤S17中说明的方法来形成。例如,以使平面观察时的形状及位置与形成于集电体11的绝缘层23相同的方式在集电体21上形成绝缘层23。并且,以在平面观察时绝缘层13和绝缘层23位于重叠的位置的方式在多层极板45层叠形成有绝缘层23的集电体21。例如,以在平面观察时最终形成层叠电池100的区域的绝缘层23的整体与绝缘层13重叠的方式在多层极板45层叠形成有绝缘层23的集电体21。
接着,在切断工序中,将在集电体层叠工序中层叠了形成有绝缘层23的集电体21的多层极板45一并在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处在层叠方向上切断(图16的步骤S29)。如图18所示,例如,在配置有绝缘层13及绝缘层23的虚线C5、C6、C7及C8的位置处,利用刀具或激光等将层叠有形成有绝缘层23的集电体21的多层极板45切断。由此,得到图14所示的层叠电池100。在图18所示的多层极板45的最下侧的集电体11的下表面形成有绝缘层23,但可以通过除去该绝缘层23而成为层叠电池100,也可以在该绝缘层23残留的状态下使用层叠电池100。
在虚线C5、C6、C7及C8的位置处,层叠有多个层叠极板42,将它们一并切断。通过这样将多个层叠极板42一并切断,无需在制造切断后的形状的单电池后进行层叠,因此在发电要素层叠工序中层叠发电要素部40的次数大幅削减。由此,能够高效地制造层叠型的层叠电池100。
需要说明的是,也可以在集电体层叠工序之前,在多层极板45的最上侧的层叠极板42中的对电极活性物质层22的上表面、在平面观察时与绝缘层13重叠的位置形成绝缘层23。在该情况下,在形成有该绝缘层23的多层极板45上层叠集电体21后,进行切断工序。
这样,通过使用本实施方式涉及的层叠电池的制造方法,能够制造串联层叠型的高电压的层叠电池100。
[变形例1]
以下,对实施方式2的变形例1进行说明。需要说明的是,在以下的实施方式2的变形例1的说明中,以与实施方式1及实施方式2的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
对本变形例涉及的层叠电池的制造方法进行说明。本变形例涉及的层叠电池的制造方法与实施方式2涉及的层叠电池的制造方法相比,在使用在两面层叠有绝缘层13的集电体11及在两面层叠有绝缘层23的集电体21来制造并联层叠型的层叠电池这一点上不同。
首先,在绝缘层层叠工序中,在集电体11的两面层叠绝缘层13。层叠于两面的绝缘层13各自的位置在平面观察时相同。在集电体11层叠绝缘层13的方法能够使用与上述的步骤S11及S12同样的方法。例如,在图6A、图6B或图6C所示的层叠有绝缘层13的集电体11的、没有层叠绝缘层13的面也层叠绝缘层13。
在集电体21的两面层叠绝缘层23。例如,利用与在集电体11的两面层叠绝缘层13的情况同样的方法,配合绝缘层23的形状而在集电体21的两面形成绝缘层23。此时的绝缘层23的形状例如是与上述的绝缘层13同样的图案,且是宽度比绝缘层13窄的形状。也就是说,以在平面观察时绝缘层23的面积比绝缘层13的面积小的方式层叠绝缘层23。
接着,进行发电要素层叠工序。图19及图20是示出本变形例涉及的层叠极板的例子的概略剖视图。图21是示出本变形例涉及的多层极板的例子的概略剖视图。在本变形例涉及的发电要素层叠工序中,例如,形成图19所示的具有绝缘层13的层叠极板43a和图20所示的具有绝缘层23的层叠极板43b。
首先,如图19所示,通过在两面层叠有绝缘层13的集电体11的一个面上将电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22按该顺序依次层叠涂布从而形成层叠极板43a。也就是说,以使发电要素部40的电极活性物质层12被覆绝缘层13的方式,在两面层叠有绝缘层13的集电体11的一个面上层叠发电要素部40。在层叠极板43a中,形成有电极活性物质层12被覆绝缘层13的被覆构造。
另外,如图20所示,通过在两面层叠有绝缘层23的集电体21的一个面上将对电极活性物质层22、固体电解质层30及电极活性物质层12按该顺序依次层叠涂布从而形成层叠极板43b。也就是说,以使发电要素部40的对电极活性物质层22被覆绝缘层23的方式,在两面层叠有绝缘层23的集电体21的一个面上层叠发电要素部40。在层叠极板43b中,形成有对电极活性物质层22被覆绝缘层23的被覆构造。
在层叠极板43a及层叠极板43b的发电要素部40的层叠中,能够使用与上述的步骤S13、S14及S15同样的方法。而且,根据需要,对层叠后的电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22分别进行高压压制处理。另外,根据需要,对层叠后的电极活性物质层12、固体电解质层30及对电极活性物质层22分别进行热处理。
接着,如图21所示,通过以层叠极板43b的发电要素部40的电极活性物质层12被覆层叠极板43a的绝缘层13的方式将层叠极板43a和层叠极板43b交替地层叠来形成多层极板47。另外,由此,最下侧的层叠极板43b以外的层叠极板43b的绝缘层23由层叠极板43a的发电要素部40的对电极活性物质层22被覆。在多层极板47的形成中,以在平面观察时多个层叠极板43a各自的绝缘层13的位置和多个层叠极板43b各自的绝缘层23的位置全部重叠的方式将层叠极板43a和层叠极板43b交替地层叠。另外,例如,以在平面观察时最终形成层叠电池102的区域的绝缘层23的整体与绝缘层13重叠的方式将层叠极板43a和层叠极板43b交替地层叠。通过对层叠后的层叠极板43a和层叠极板43b从层叠方向的两侧进行压制处理,从而层叠极板43a与层叠极板43b接合,形成多层极板47。
多层极板47具有将在两面层叠有绝缘层13的集电体11、2个发电要素部40、及在两面层叠有绝缘层23的集电体21层叠的构造。另外,多层极板47具有以使电极活性物质层12被覆层叠于集电体11的两面的绝缘层13的方式利用2个发电要素部40来夹着集电体11且以利用在两面层叠有绝缘层13的集电体11和在两面层叠有绝缘层23的集电体21来夹着2个发电要素部40中的一方的方式层叠的构造。虽然详情后述,但在位于最上部的发电要素部40的与集电体11侧相反一侧,层叠着在单面层叠有绝缘层23的集电体21。
需要说明的是,在本变形例中,在多层极板47中,交替地层叠的层叠极板43a和层叠极板43b为3组,但也可以为1组以上且2组以下,还可以为4组以上。
接着,进行集电体层叠工序。在集电体层叠工序中,在多层极板47中的发电要素部40的没有层叠集电体11的面,作为追加集电体而层叠形成有绝缘层23的集电体21。具体而言,如图21所示,在多层极板47中,在多个层叠极板43a中的最上侧的层叠极板43a中的发电要素部40的与集电体11侧相反一侧的面,通过压制处理等而接合形成有绝缘层23的集电体21。
接着,进行切断工序。在切断工序中,将在集电体层叠工序中层叠了形成有绝缘层23的集电体21的多层极板47一并在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处在层叠方向上切断。如图21所示,例如,在配置有绝缘层13及绝缘层23的虚线C9、C10、C11及C12的位置处,将层叠有形成有绝缘层23的集电体21的多层极板47利用刀具或激光等来切断。在虚线C9、C10、C11及C12的位置处,层叠有多个层叠极板43a及多个层叠极板43b,将它们一并切断。图22是示出本变形例涉及的层叠电池的例子的概略剖视图。经过这样的切断工序,得到图22所示的层叠电池102。在图21所示的多层极板47的最下侧的集电体21的下表面形成有绝缘层23,但可以通过除去该绝缘层23而成为层叠电池102,也可以在该绝缘层23残留的状态下使用层叠电池102。
如图22所示,层叠电池102具备多个电池50c。在多个电池50c中,除了集电体11及集电体21中的至少一方由邻接的电池50c共用化以外,是与实施方式1涉及的电池50相同的构成。
在层叠电池102中,多个电池50c中的相邻的电池50c的电极层10彼此或对电极层20彼此将集电体11或集电体21共用化。也就是说,对于由相邻的电池50c共用化的集电体11,在两面层叠有电极活性物质层12,对于由相邻的电池50c共用化的集电体21,在两面层叠有对电极活性物质层22。因而,多个电池50c以使多个电池50c中的相邻的电池50c的电极层10彼此邻接或对电极层20彼此邻接的方式层叠。由此,层叠电池102成为并联层叠型的层叠电池。为了取出电流,集电体21彼此被电连接,集电体11彼此被电连接,由此,作为并联层叠电池发挥功能。
层叠电池102的侧面是通过上述的制造方法而形成的切断面。另外,多个电池50c各自的侧面共面。也就是说,在层叠电池102的侧面形成有平坦的1个平面。在层叠电池102的侧面中,各层可以露出,也可以设置有密封构件等。
这样,通过使用本变形例涉及的层叠电池的制造方法,能够制造显现与实施方式1涉及的电池50同样的效果的并联层叠型的高容量的层叠电池102。
(实施方式3)
以下,对实施方式3涉及的层叠电池进行说明。需要说明的是,在以下的实施方式3的说明中,以与实施方式1及实施方式2的不同点为中心进行说明,省略或简化共同点的说明。
图23是示出本实施方式涉及的层叠电池的例子的概略构成的剖视图。如图23所示,层叠电池104具备多个实施方式1涉及的电池50,具有多个电池50层叠而成的构造。多个电池50以使电池50的上下的朝向相同的方式层叠。多个电池50以使多个电池50中的在层叠方向上相邻的电池50的一方的电极层10和另一方的对电极层20面对面且电连接的方式层叠。也就是说,层叠电池104是串联层叠型的层叠电池。由此,能够使用实施方式1涉及的电池50来实现高电压的层叠电池104。
层叠电池104的侧面是平坦的平面,换言之,多个电池50各自的侧面共面。需要说明的是,多个电池50也可以为了连接引线等而在与层叠方向垂直的方向上错开地层叠。
层叠的多个电池50的数量在图示的例子中为3个,但也可以为2个,还可以为4个以上。
层叠电池104例如通过以使在层叠方向上相邻的电池50的一方的电极层10和另一方的对电极层20面对面的方式层叠多个电池50来制造。另外,也可以通过将图8所示的切断前的层叠有形成有绝缘层23的集电体21的层叠极板41层叠多个后在分割绝缘层13及绝缘层23的位置处在层叠方向上切断来制造层叠电池104。
层叠电池104是串联层叠型的层叠电池,但也可以是具有以使相邻的单电池的电极层彼此面对面或对电极层彼此面对面的方式层叠的构造的并联层叠型的层叠电池。在并联层叠型的层叠电池中,能够实现高容量的层叠电池。图24是示出本实施方式涉及的层叠电池的其他例的概略构成的剖视图。如图24所示,层叠电池105具备多个实施方式1涉及的电池50,多个电池50层叠。多个电池50以使电池50的上下的朝向以层叠顺序交替地反转的方式层叠。多个电池50具有以使多个电池50中的在层叠方向上相邻的电池50的电极层10彼此或对电极层20彼此不在中间夹着固体电解质层30地邻接的方式层叠的构造。层叠电池105是并联层叠型的层叠电池。由此,通过将电极层10彼此及对电极层20彼此电连接,能够使用实施方式1涉及的电池50来实现高容量的层叠电池105。
层叠电池105的侧面是平坦的平面,换言之,多个电池50各自的侧面共面。需要说明的是,多个电池50也可以为了连接引线等而在与层叠方向垂直的方向上错开地层叠。
层叠的多个电池50的数量在图示的例子中为6个,但也可以为2个以上且5个以下,还可以为7个以上。
层叠电池105例如能够通过使用与上述的层叠电池104同样的方法调整层叠时的电池50的朝向来制造。
另外,在本实施方式涉及的层叠电池也可以设置有密封构件及端子等。图25是示出本实施方式涉及的层叠电池的又一例的概略剖视图。
如图25所示,层叠电池105a具有层叠电池105的侧面由密封构件61、电极端子70a及对电极端子70b覆盖的构造。也就是说,层叠电池105a具备层叠电池105、密封构件61、电极端子70a及对电极端子70b。通过在层叠电池105的侧面设置用于取出电流的电极端子70a及对电极端子70b,无需形成用于与引线等连接端子连接的集电体11及集电体21的所谓余白,因此能够进一步提高层叠电池105a的体积能量密度。
电极端子70a与多个电池50各自的电极层10中的集电体11及绝缘层13各自的侧面相接。电极端子70a在多个电池50各自中连续地覆盖电极层10中的集电体11及绝缘层13各自的侧面。在图25所示的例子中,电极端子70a与多个电池50中的、以使电极层10邻接的方式相邻的电池50的2个电极层10各自的集电体11及绝缘层13各自的侧面相接。电极端子70a连续地覆盖多个电池50中的、以使电极层10邻接的方式相邻的电池50的2个电极层10各自的集电体11及绝缘层13各自的侧面。电极端子70a根据层叠电池105中的多个电池50的层叠数而设置1个以上。另外,电极端子70a没有与多个电池50各自的对电极层20相接。
对电极端子70b与多个电池50各自的对电极层20中的集电体21及绝缘层23各自的侧面相接。对电极端子70b在多个电池50各自中连续地覆盖对电极层20中的集电体21及绝缘层23各自的侧面。在图25所示的例子中,对电极端子70b与多个电池50中的、以使对电极层20邻接的方式相邻的电池50的2个对电极层20各自的集电体21及绝缘层23各自的侧面相接。对电极端子70b连续地覆盖多个电池50中的、以使对电极层20邻接的方式相邻的电池50的2个对电极层20各自的集电体21及绝缘层23各自的侧面。对电极端子70b根据层叠电池105中的多个电池50的层叠数而设置1个以上。另外,对电极端子70b没有与多个电池50各自的电极层10相接。
作为电极端子70a及对电极端子70b的材料,例如使用金属粒子分散于树脂中的导电性树脂。电极端子70a及对电极端子70b例如通过将导电性树脂向层叠电池105的侧面涂布来形成。构成层叠电池105的多个电池50包括绝缘层13及绝缘层23。集电体11及集电体21由金属箔等构成,因此表面能量大,容易排斥电极端子70a及对电极端子70b的材料。绝缘层13及绝缘层23例如包含树脂等,因此电极端子70a及对电极端子70b的材料的润湿性比集电体11及集电体21好。另外,与由活性物质的合剂形成的电极活性物质层12及对电极活性物质层22相比,电极端子70a及对电极端子70b的材料不容易向绝缘层13及绝缘层23渗入。因而,在仅由集电体11、集电体21、电极活性物质层12及对电极活性物质层22构成的层叠电池的侧面难以形成电极端子70a及对电极端子70b,但在包括绝缘层13及绝缘层23的侧面的区域容易形成电极端子70a及对电极端子70b。另外,若为了提高层叠电池105a的体积能量密度而减小集电体11及集电体21的厚度,则集电体11及集电体21的侧面的位置难以识别。但是,由于存在分别层叠于集电体11及集电体21的绝缘层13及绝缘层23,所以容易识别集电体11及集电体21的侧面的位置。由此,能够抑制电极端子70a、对电极端子70b及密封构件61的形成位置偏移而产生短路等。根据以上内容,在层叠电池105形成电极端子70a及对电极端子70b的情况下,能够抑制电极端子70a及对电极端子70b的形成不良的产生,能够形成可靠性高的层叠电池105a。
需要说明的是,电极端子70a及对电极端子70b也可以由焊锡、铜、铝等金属等导电性树脂以外的导电材料构成。
密封构件61被覆层叠电池105的侧面中的没有由电极端子70a及对电极端子70b被覆的侧面。密封构件61例如与层叠电池105的侧面相接。电极端子70a及对电极端子70b的与层叠电池105侧相反一侧的面不被密封构件61被覆而露出。例如,层叠电池105的侧面全部由密封构件61、电极端子70a及对电极端子70b的任一者被覆。由此,在层叠电池105a中,各层的侧面不直接向外部露出,因此层叠电池105a的强度增加,层叠电池105a的可靠性提高。另外,在层叠电池105a中,不仅是向金属制的外壳或铝层压膜封入的使用方法,例如也能够是向基板安装的电子部件那样的使用方法。
密封构件61的材料例如能够使用与上述的密封构件60同样的材料。密封构件61也可以与密封构件60同样地由多个层构成。
需要说明的是,密封构件61也可以未将没有由电极端子70a及对电极端子70b被覆的侧面全部被覆。密封构件61例如也可以被覆没有由电极端子70a及对电极端子70b被覆的电极层10及对电极层20的侧面,固体电解质层30的侧面露出。由此,电极层10及对电极层20的侧面由密封构件61覆盖,短路被抑制。即使在这样在电极层10及对电极层20的侧面选择性地形成密封构件61的情况下,也能够以与电极端子70a及对电极端子70b同样的理由来抑制密封构件61的形成不良的产生,因此能够形成可靠性高的层叠电池105a。另外,层叠电池105a也可以不具备密封构件61。
另外,在层叠电池105a中,也可以在电极端子70a及对电极端子70b连接引线等,进一步利用密封构件61来被覆引线、电极端子70a及对电极端子70b。
另外,关于实施方式2涉及的层叠电池102,通过在侧面设置这样的密封构件61、电极端子70a及对电极端子70b,也可得到与层叠电池105a同样的效果。
通过这样层叠作为单电池的电池50,能够实现能够显现与电池50同样的效果的高容量或高电压的层叠电池。
需要说明的是,在层叠电池104及层叠电池105中,层叠有多个电池50,但本实施方式涉及的层叠电池不限于这样的构成。本实施方式涉及的层叠电池也可以是层叠有电池50以外的电池51、电池52或电池53等多个电池而成的串联层叠型或并联层叠型的层叠电池。
(其他实施方式)
以上,基于实施方式而对本公开涉及的电池、层叠电池及其制造方法进行了说明,但本公开不限定于这些实施方式。只要不脱离本公开的主旨,则将本领域技术人员想到的各种变形对实施方式实施而得到的方式、将实施方式中的一部分的构成要素组合而构筑的别的方式也包含于本公开的范围。
在上述实施方式中,电池由集电体、绝缘层、电极活性物质层、固体电解质层及对电极活性物质层构成,但不限于此。例如,也可以在电池特性容许的范围内在电池的各层之间设置有用于电阻的降低及接合强度的提高等的接合层等。
另外,例如,在上述实施方式中,在将电池利用壳体或基板等包围且壳体或基板的一部分作为集电体发挥功能的情况下,也可以不具备电池的对电极活性物质层侧的集电体。换言之,对电极层也可以由对电极活性物质层构成。
另外,在上述实施方式中,集电体、电极活性物质层、固体电解质层及对电极活性物质层在平面观察时是相同的形状及位置,但不限于此。也可以是,集电体、电极活性物质层、固体电解质层及对电极活性物质层的至少1个在平面观察时是不同的形状或位置。
另外,在上述实施方式中,在发电要素层叠工序中,发电要素部通过将电极活性物质层、固体电解质层及对电极活性物质层向集电体依次层叠而形成,但不限于此。例如,在发电要素层叠工序中,也可以通过将电极活性物质层、固体电解质层及对电极活性物质层向片状的基体上依次层叠来形成发电要素部,将形成的发电要素部从基体拆卸并向集电体层叠。
另外,上述的实施方式能够在权利要求书或其均等的范围中进行各种的变更、置换、附加、省略等。
产业上的可利用性
本公开涉及的电池例如能够作为在各种电子设备或汽车等中使用的全固体电池等二次电池来利用。
附图标记说明
10、10a、10b电极层
11、11a、21、21a集电体
12、12a电极活性物质层
12s、22s主面
13、13a、13b、23、23a、23b、23c绝缘层
20、20a、20b、20c对电极层
22、22a对电极活性物质层
30、30a固体电解质层
40发电要素部
41、41a、41b、42、43a、43b层叠极板
45、47多层极板
50、50a、50c、51、52、53电池
100、100a、102、104、105、105a层叠电池
51s侧面
60、61密封构件
70a电极端子
70b对电极端子
Claims (21)
1.一种电池,具备:
电极层;
对电极层,与所述电极层相对地配置;及
固体电解质层,位于所述电极层与所述对电极层之间,
所述电极层具有:
电极集电体;
电极活性物质层,位于所述电极集电体与所述固体电解质层之间;及
电极侧绝缘层,在所述电极层的端部处位于所述电极集电体与所述电极活性物质层之间,
所述对电极层具有:
对电极集电体;
对电极活性物质层,位于所述对电极集电体与所述固体电解质层之间;及
对电极侧绝缘层,在所述对电极层的端部处位于所述对电极集电体与所述对电极活性物质层之间,
在平面观察时,从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述电极侧绝缘层的长度比从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的所述对电极侧绝缘层的长度大。
2.根据权利要求1所述的电池,
所述电极侧绝缘层的侧面和所述电极集电体的侧面共面,
所述对电极侧绝缘层的侧面和所述对电极集电体的侧面共面。
3.根据权利要求1或2所述的电池,
所述电极侧绝缘层的厚度为所述电极集电体的厚度的一半以上,
所述对电极侧绝缘层的厚度为所述对电极集电体的厚度的一半以上。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的电池,
所述电极层是正极层,
所述对电极层是负极层。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的电池,
所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层的至少一方包含树脂。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的电池,
所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层的至少一方包含金属氧化物。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的电池,
所述电极侧绝缘层和所述对电极侧绝缘层由相同的材料构成。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的电池,
在平面观察时,所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层各自的从所述电池的外周起的朝向中心部的方向上的长度为1mm以下。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的电池,
所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层的至少一方的厚度为5μm以上。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的电池,
所述固体电解质层、所述电极集电体、所述电极活性物质层、所述电极侧绝缘层、所述对电极集电体、所述对电极活性物质层及所述对电极侧绝缘层各自的侧面露出。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的电池,
所述电极层的侧面、所述对电极层的侧面及所述固体电解质层的侧面共面。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的电池,
在平面观察时,所述电极活性物质层和所述对电极活性物质层是相同的形状及位置。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的电池,
所述电池的侧面相对于层叠方向而向平面观察时的所述对电极层的面积比所述电极层的面积大的方向倾斜。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的电池,
所述电池的侧面是切断面。
15.根据权利要求14所述的电池,
所述切断面的形状是矩形或梯形。
16.根据权利要求1~15中任一项所述的电池,
所述电极侧绝缘层在平面观察时设置于所述电极层的外周部且为框状,
所述对电极侧绝缘层在平面观察时设置于所述对电极层的外周部且为框状。
17.根据权利要求1~15中任一项所述的电池,
所述电池的平面观察形状是矩形,
所述电极侧绝缘层及所述对电极侧绝缘层分别在平面观察时沿着该矩形的相对的2边而配置。
18.根据权利要求1~17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。
19.一种层叠电池,
具备多个权利要求1~18中任一项所述的电池,
多个所述电池层叠。
20.根据权利要求19所述的层叠电池,
多个所述电池以使该多个电池中的相邻的电池的所述电极层彼此邻接或所述对电极层彼此邻接的方式层叠,
所述层叠电池具备:
电极端子,与所述电极层中的所述电极集电体及所述电极侧绝缘层各自的侧面相接;及
对电极端子,与所述对电极层中的所述对电极集电体及所述对电极侧绝缘层各自的侧面相接。
21.一种电池的制造方法,包括:
绝缘层层叠工序,在第1集电体的至少一个面的一部分层叠第1绝缘层;
发电要素层叠工序,将电极活性物质层、固体电解质层及对电极活性物质层按该顺序依次层叠而成的发电要素部和层叠有所述第1绝缘层的所述第1集电体以使所述电极活性物质层被覆所述第1绝缘层的方式层叠;
集电体层叠工序,在所述发电要素部的与所述第1集电体侧相反一侧层叠第2绝缘层及第2集电体,其中,以利用所述发电要素部的所述对电极活性物质层和所述第2集电体来夹着所述第2绝缘层且在平面观察时所述第1绝缘层和所述第2绝缘层位于重叠的位置的方式在所述发电要素部层叠所述第2绝缘层及所述第2集电体;及
切断工序,将层叠有所述第1绝缘层、所述发电要素部、所述第2绝缘层及所述第2集电体的所述第1集电体一并在分割所述第1绝缘层及所述第2绝缘层的位置处切断。
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