CN116848695A - 电池、电池系统以及电池的制造方法 - Google Patents

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CN116848695A CN202180093333.1A CN202180093333A CN116848695A CN 116848695 A CN116848695 A CN 116848695A CN 202180093333 A CN202180093333 A CN 202180093333A CN 116848695 A CN116848695 A CN 116848695A
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本田和义
古贺英一
平野浩一
河濑觉
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

电池(1000)具备：发电元件(100)，具有负极活性物质层(110)、正极活性物质层(120)、以及位于负极活性物质层(110)与正极活性物质层(120)之间的固体电解质层(130)；密封材料(700)，将作为发电元件(100)的侧面的第一面(100a)密封；以及负极集电体(210)，位于发电元件(100)中的负极活性物质层(110)侧。在电池(1000)中存在由密封材料(700)、第一面(100a)和负极集电体(210)包围的空隙(230)，空隙(230)的内压小于1atm。负极集电体(210)具有以朝向空隙(230)凹陷的方式弯曲的凹部(211)。

Description

电池、电池系统以及电池的制造方法
技术领域
本公开涉及电池、电池系统和电池的制造方法。
背景技术
在专利文献1中公开了一种空气电池，其利用包括空隙保持构件和氧阻隔膜的层叠膜取入空气，将孔密封，在连续放电时电池容器成为负压，其中，该空隙保持构件具备从由多孔性膜、无纺布以及织布构成的组中选择的至少一种。
在专利文献2中公开了一种使用了液体电池的蓄电模块的制造工序，其中，分成奇数号的内部空间和偶数号的内部空间，分别使各自的内压暂时变化来进行检查。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-319464号公报
专利文献2：日本特开2020-35664号公报
发明内容
发明要解决的问题
在现有技术中，期望电池特性和可靠性的进一步提高。
另外，在含有固体电解质的电池中，也要求高容量的表达及优异的充放电循环特性等高电池特性、以及各种使用环境下的高可靠性。
关于包含固体电解质的电池的特性表达重要的是，提高离子和电子的传导性，为了维持该传导性，从电池主面的法线方向施加外部约束力。
另一方面，应用用于施加外部约束力的结构，不利于取得电池的每单位体积的容量密度或每单位重量的容量密度。
因此，本公开提供兼顾高电池特性和高可靠性的电池等。
解决问题的手段
本公开的一个方式的电池，其中，具备：发电元件，具有电极层、对电极层和位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层；密封材料，将作为所述发电元件的侧面的第一面密封；以及电极集电体，位于所述发电元件的电极层侧，存在被所述密封材料、所述第一面和所述电极集电体包围的空隙，所述空隙的内压小于1atm，所述电极集电体具有以朝向所述空隙凹陷的方式弯曲的第一凹部。
另外，本公开的一个方式的电池系统具备：容器，具有成为减压环境的内部空间；以及配置于所述内部空间的上述电池。
此外，本公开的一个方式的电池的制造方法是具备发电元件的电池的制造方法，所述发电元件具有电极层、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，所述电池的制造方法包括：减压步骤，将包含所述发电元件的层叠体中的作为所述发电元件的侧面的第一面暴露于减压气氛；以及密封步骤，在所述减压气氛下，通过密封材料将所述第一面密封。
发明的效果
根据本公开，能够兼顾电池等的高电池特性和高可靠性。
附图说明
图1是表示实施方式1的电池的概略结构的剖视图。
图2是表示实施方式1的变形例1的电池的概略结构的剖视图。
图3是表示实施方式1的变形例2的电池的概略结构的剖视图。
图4是表示比较例1的电池的概略结构的剖视图。
图5是表示比较例2的电池的概略结构的剖视图。
图6是实施方式1的电池的制造方法的流程图。
图7是用于说明实施方式1的第一面的密封方法的第一例的示意图。
图8是用于说明实施方式1的第一面的密封方法的第二例的示意图。
图9是用于说明实施方式1的第一面的密封方法的第三例的示意图。
图10是表示实施方式2的电池系统的概略结构的示意图。
图11是表示实施方式2的其他电池系统的概略结构的示意图。
具体实施方式
(本公开的概述)
本公开的一个方式的电池，其中，具备：发电元件，具有电极层、对电极层和位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层；密封材料，将作为所述发电元件的侧面的第一面密封；以及电极集电体，位于所述发电元件的电极层侧，存在被所述密封材料、所述第一面和所述电极集电体包围的空隙，所述空隙的内压小于1atm，所述电极集电体具有以朝向所述空隙凹陷的方式弯曲的第一凹部。
由此，本方式的电池能够兼顾高电池特性和高可靠性。第一面被密封材料密封，因此能够增强发电元件。第一面是发电元件100之中机械强度可能最弱的部位之一。另一方面，若有被第一面、密封材料和电极集电体包围的空隙，则在电池变得高温的情况下，空隙内的气体要热膨胀，空隙的内压变得比大气压高，产生对于发电元件的各层之间和各层内的剥离力。空隙内的气体膨胀不仅在加温的情况下发生，在电池放置于高的高度或宇宙空间等减压环境中的情况下也发生。在本方式的电池中，由于空隙处于小于1atm的负压，因此即使在高温环境下或减压环境下也不易产生空隙的膨胀所引起的对发电元件的剥离力。此外，负压的空隙也被电极集电体包围，因此，力以将电极集电体向发电元件侧吸引的方式起作用，在电极集电体上形成第一凹部，约束发电元件的各层的方向的力作用于发电元件。其结果是，能够降低发电元件的各层间及各层内的电阻，并且即使由于充放电循环的反复而使电极层及对电极层膨胀收缩，也不易产生层间剥离等。即，使电极集电体凹陷的负压空隙的存在，与没有这样的空隙的情况相比也由于约束发电元件的功能而能够提高电池特性并抑制破损。因此，本方式的电池能够兼顾高电池特性和高可靠性。
另外，例如，也可以是，所述空隙的内压为0.9atm以下。
由此，通过空隙约束发电元件的各层的方向的力变大。
此外，例如，也可以是，具备位于所述发电元件的所述对电极层侧的对电极集电体，所述空隙被所述密封材料、所述第一面、所述电极集电体和所述对电极集电体包围，所述对电极集电体具有以朝向所述空隙凹陷的方式弯曲的第二凹部。
由此，约束发电元件的力从发电元件的电极层侧和对电极层侧的两侧起作用，更不易产生发电元件的层间剥离等。
另外，例如，也可以是，所述密封材料与所述电极集电体的侧面相接，在从所述发电元件的主面的法线方向观察的情况下，与所述密封材料相接的所述电极集电体的侧面与所述第一面的位置重叠。
由此，在作为电极集电体的端部的侧面与第一面重叠的位置被密封材料密封，因此保护了由于成为电池的角部而容易破损的电极集电体的端部。
此外，例如，也可以是，所述第一面由所述电极层的侧面、所述对电极层的侧面以及所述固体电解质层的侧面构成，在从所述发电元件的主面的法线方向观察的情况下，构成所述第一面的所述电极层的侧面、所述对电极层的侧面以及所述固体电解质层的侧面的位置重叠。
由此，到发电元件的侧面侧的端部为止存在电极层和对电极层，因此电池容量提高。
另外，本公开的一个方式的电池系统具备：容器，具有成为减压环境的内部空间；以及配置于所述内部空间的上述电池。
由此，电池系统具备上述电池，因此即使容器的内部空间成为减压环境，也不易产生空隙的膨胀所引起的对发电元件的剥离力。
另外，例如，也可以是，所述减压环境的压力为0.95atm以下。
由此，即使将电池配置在0.95atm以下的减压环境中，也不易产生空隙的膨胀所引起的对发电元件的剥离力。
另外，例如，也可以是，所述多个空隙的内压为所述减压环境的压力以下。
由此，不易产生空隙的膨胀所引起的剥离力。另外，通过空隙，约束发电元件的各层的方向的力作用于发电元件。
此外，本公开的一个方式的电池的制造方法是具备发电元件的电池的制造方法，所述发电元件具有电极层、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，所述电池的制造方法包括：减压步骤，将包含所述发电元件的层叠体中的作为所述发电元件的侧面的第一面暴露于减压气氛；以及密封步骤，在所述减压气氛下，通过密封材料将所述第一面密封。
由此，即使在密封步骤中在第一面与密封材料之间形成空隙的情况下，也能够使空隙的内压成为小于1atm的负压。具体而言，在第一面被密封材料密封时，第一面被放置于小于1atm的减压气氛中，因此即使在密封第一面时形成有空隙，空隙的内压也会成为小于1atm的负压。由此，在电池中形成有空隙的情况下，即使放置在高温环境下或减压环境下制造的电池，也不易产生空隙的膨胀所引起的对发电元件的剥离力。
此外，例如，也可以是，所述电池的制造方法还包括形成所述层叠体的层叠步骤，所述层叠体包含将所述电极层和所述对电极层以隔着所述固体电解质层而相对的方式层叠的所述发电元件。
由此，能够准备任意形状的层叠体。
另外，例如，也可以是，所述减压气氛的压力为0.9atm以下。
由此，即使在密封步骤中形成有空隙的情况下，也能够使所形成的空隙的内压为0.9atm以下。
另外，例如，也可以是，所述减压气氛的压力为0.1atm以下。
由此，即使在密封步骤中形成有空隙的情况下，也能够使所形成的空隙的内压为0.1atm以下。
另外，例如，也可以是，在所述密封步骤中，通过使所述层叠体的一部分浸渍于所述密封材料，来密封所述第一面。
由此，能够容易地在减压环境下第一面被密封材料密封。
另外，例如，也可以是，在所述密封步骤中，通过在所述第一面涂布所述密封材料来密封所述第一面。
由此，能够容易地在减压环境下第一面被密封材料密封。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。
另外，以下说明的实施方式均表示总括性或具体的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、结构元件、结构元件的配置位置以及连接方式、步骤、步骤的顺序等是一例，主旨不是限定本公开。另外，关于以下的实施方式中的结构元件中的、独立技术方案中未记载的结构元件，作为任意的结构元件进行说明。
另外，各图是示意图，并不一定是严密地图示的图。因此，例如，各图中的比例尺等未必一致。另外，在各图中，对于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。
此外，在本说明书中，表示要素间的关系性的术语、表示矩形等要素的形状的术语、以及数值范围不是仅表示严格的意思的表现，而是表示也包含实质上同等的范围、例如百分之几左右的差异的意思的表现。
另外，在本说明书中，“平面图”是指从发电元件的主面的法线方向观察的情况。
(实施方式1)
[结构]
首先，对本实施方式的电池的结构进行说明。
图1是表示实施方式1的电池1000的概略结构的剖视图。
如图1所示，实施方式1的电池1000具备负极集电体210、正极集电体220、发电元件100以及密封材料700。电池1000例如是全固体电池。
在电池1000中，存在空隙230。空隙230的详细情况将后述。
发电元件100位于负极集电体210与正极集电体220之间。发电元件100具有正极活性物质层120、负极活性物质层110、以及位于正极活性物质层120与负极活性物质层110之间的固体电解质层130。负极活性物质层110和正极集电体220隔着固体电解质层130而相对。负极活性物质层110是电极层的一例，正极活性物质层120是对电极层的一例。此外，负极集电体210是电极集电体的一例，正极集电体220是对电极集电体的一例。另外，也可以是，正极活性物质层120及正极集电体220分别是电极层和电极集电体，并且负极活性物质层110及负极集电体210分别是对电极层和对电极集电体。
另外，在本说明书中，有时将负极集电体210和正极集电体220仅统称为“集电体”，有时将负极活性物质层110和正极活性物质层120仅统称为“活性物质层”。
负极活性物质层110例如包含负极活性物质作为电极材料。负极活性物质层110与正极活性物质层120相对配置。
作为负极活性物质层110中含有的负极活性物质，例如，可使用石墨、金属锂等负极活性物质。作为负极活性物质的材料，可使用能够脱离和插入锂(Li)或镁(Mg)等离子的各种材料。
此外，作为负极活性物质层110的含有材料，例如还可以使用无机类固体电解质等固体电解质。作为无机类固体电解质，例如可使用硫化物固体电解质或氧化物固体电解质等。作为硫化物固体电解质，例如可使用硫化锂(Li2S)和五硫化二磷(P2S5)的混合物。另外，作为负极活性物质层110的含有材料，例如，可以进一步使用乙炔黑等导电材料和聚偏二氟乙烯等粘合用粘结剂中的至少一方。
负极活性物质层110可以通过将糊状涂料涂敷在负极集电体210的表面上并干燥来制作，其中，涂料是将负极活性物质层110的含有材料与溶剂一起揉合而成的。为了提高负极活性物质层110的密度，可以在干燥后对包括负极活性物质层110和负极集电体210的负极板进行冲压。负极活性物质层110的厚度例如为5μm以上且300μm以下，但不限于此。
正极活性物质层120例如包含正极活性物质作为电极材料。正极活性物质是构成负极活性物质的对电极的材料。作为正极活性物质层120中含有的正极活性物质，例如可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)、锂-镍-锰-钴复合氧化物(LNMCO)等正极活性物质。作为正极活性物质的材料，可使用能够脱离和插入Li或Mg等离子的各种材料。
另外，作为正极活性物质层120的含有材料，例如还可以使用无机类固体电解质等固体电解质。作为无机类固体电解质，可使用作为上述的负极活性物质中使用的无机类固体电解质而例示的材料。正极活性物质的表面也可以被固体电解质涂敷。另外，作为正极活性物质层120的含有材料，例如，可以进一步使用乙炔黑等导电材料和聚偏二氟乙烯等粘合用粘结剂中的至少一方。
正极活性物质层120可以通过将糊状涂料涂敷在正极集电体220的表面上并干燥来制作，其中，涂料是将正极活性物质层120的含有材料与溶剂一起揉合而成的。为了提高正极活性物质层120的密度，可以在干燥后对包括正极活性物质层120和正极集电体220的正极板进行加压。正极活性物质层120的厚度例如为5μm以上且300μm以下，但不限于此。
固体电解质层130配置在负极活性物质层110与正极活性物质层120之间。固体电解质层130分别与负极活性物质层110和正极活性物质层120相接。固体电解质层130的大小和平面图形状分别与负极活性物质层110和正极活性物质层120各自的大小和平面图形状相同。因此，在从发电元件100的主面的法线方向观察的情况下，固体电解质层130的侧面的位置与负极活性物质层110的侧面及正极活性物质层120的侧面各自的位置重叠。在本说明书中，侧面是将各结构元件的两个主面相连的面。
固体电解质层130是包含电解质材料的层。作为电解质材料，可使用一般公知的电池用的电解质。固体电解质层130的厚度可以是5μm以上且300μm以下，或者也可以是5μm以上且100μm以下。此外，在图1所示的例子中，固体电解质层130是单层，但是发电元件100可以具有层叠了多个固体电解质层130的结构。
固体电解质层130也可以包含固体电解质。作为固体电解质，例如可使用无机类固体电解质等固体电解质。作为无机类固体电解质，可使用作为上述的负极活性物质中使用的无机类固体电解质而例示的材料。固体电解质层130除了电解质材料之外，也可以包含例如聚偏二氟乙烯等的粘合用粘结剂等。
在电池1000中，负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130维持为平行平板状。由此，能够抑制由弯曲所导致的破裂或崩落的发生。另外，也可以使负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130一起平滑地弯曲。
负极集电体210和正极集电体220以夹着发电元件100的方式分别与发电元件100相对配置。在平面图中，负极集电体210和正极集电体220分别大于发电元件100，并且整个发电元件100位于负极集电体210和正极集电体220的外周的内侧。即，在平面图中，负极集电体210和正极集电体220分别从发电元件100的外周突出。
负极集电体210和正极集电体220分别是具有导电性的构件。负极集电体210和正极集电体220例如分别可以是具有导电性的薄膜。作为构成负极集电体210和正极集电体220的材料，例如可使用不锈钢(SUS)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)等金属。
负极集电体210位于发电元件100的负极活性物质层110侧。负极集电体210例如与负极活性物质层110相接地配置。负极集电体210具有以朝向后述的空隙230凹陷的方式弯曲的凹部211。凹部211是第一凹部的一例。
作为负极集电体，例如可使用SUS箔、Al箔、Cu箔、Ni箔等金属箔。负极集电体210的厚度例如为5μm以上且100μm以下，但不限于此。另外，负极集电体210可以在与负极活性物质层110相接的部分具备例如作为包含导电材料的层的集电体层。
正极集电体220位于发电元件100的正极活性物质层120侧。正极集电体220例如与正极活性物质层120相接地配置。正极集电体220具有以朝向后述的空隙230凹陷的方式弯曲的凹部221。凹部221是第二凹部的一例。
作为正极集电体220，例如可使用SUS箔、Al箔、Cu箔、Ni箔等金属箔。正极集电体220的厚度例如为5μm以上且100μm以下，但不限于此。另外，正极集电体220也可以在与正极活性物质层120相接的部分具备例如作为包含导电材料的层的集电体层。
密封材料700密封作为发电元件100的侧面的第一面100a。即，密封材料700以第一面100a不露出于电池1000的外界的方式覆盖第一面100a。在本说明书中，密封第一面100a是指以第一面100a不露出于电池的外界的方式进行覆盖。因此，在密封材料700与第一面100a的至少一部分相接而直接覆盖(即直接密封)的情况、和如电池1000那样密封材料700不与第一面100a相接而隔着与外界独立的空隙230间接地覆盖(即间接地密封)的情况中的任一情况下，都表现为密封第一面100a。
第一面100a例如是从负极活性物质层110、固体电解质层130以及正极活性物质层120层叠排列的方向、即各层的主面的法线方向观察的情况下的外侧的端面。第一面100a由负极活性物质层110的侧面、固体电解质层130的侧面和正极活性物质层120的侧面构成。在本实施方式中，构成第一面100a的负极活性物质层110的侧面、固体电解质层130的侧面以及正极活性物质层120的侧面重叠。由此，到发电元件100的侧面侧的端部为止存在负极活性物质层110和正极活性物质层120，因此电池容量提高。
密封材料700位于正极集电体220与负极集电体210之间，与正极集电体220和负极集电体210相接。密封材料700可以与正极集电体220和负极集电体210中的至少一方的侧面相接。另外，密封材料700也可以覆盖从正极集电体220和负极集电体210中的至少一方的侧面到发电元件100侧的相反侧的面的端部的部分。密封材料700不与发电元件100的第一面100a相接。这样，在电池1000中，第一面100a被密封材料700间接地密封。密封材料700例如密封发电元件100的所有侧面。发电元件100例如是扁平的长方体状，在该情况下，密封材料700例如将发电元件100的4个侧面(4个第一面100a)全部密封。另外，密封材料700也可以仅对发电元件100的4个侧面中的1个以上且3个以下的侧面进行密封。
密封材料700例如可使用一般公知的电池的密封材料用的材料。密封材料700例如由绝缘性的树脂材料构成。树脂材料是以树脂为主要成分的材料。树脂材料例如包含环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂以及倍半硅氧烷中的至少一种。树脂材料的主要成分的树脂例如使用热固性树脂或紫外线固化树脂，但也可以使用热塑性树脂。另外，树脂材料也可以包含颗粒状的金属氧化物材料。作为金属氧化物材料，可使用氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化铈、氧化铁、氧化钨、氧化锆、氧化钙、沸石、玻璃等。
在电池1000中，存在由密封材料700、第一面100a、正极集电体220以及负极集电体210包围的空隙230。空隙230位于第一面100a与密封材料700之间。密封材料700、第一面100a、正极集电体220以及负极集电体210各自的一部分露出于空隙230。空隙230是由密封材料700的第一面100a侧的表面700a、第一面100a、负极集电体210的发电元件100侧的表面210a、以及正极集电体220的发电元件100侧的表面220a构成的内面所形成的独立的气泡(中空部)。
空隙230处于比大气压低的负压。即，空隙230的内压小于1atm。这样，由于空隙230处于负压，所以负极集电体210和正极集电体220的与空隙230相邻的部位以朝向空隙230凹陷的方式弯曲，在负极集电体210中形成凹部211，并且在正极集电体220中形成凹部221。这样，负极集电体210和正极集电体220分别具有凹部211和凹部221，从而如后详述，约束发电元件100的力从发电元件100的负极活性物质层110侧和正极活性物质层120侧这两侧起作用，更不易产生发电元件100的层间剥离等。
从提高电池1000的可靠性的观点出发，空隙230的内压可以为0.9atm以下，可以为0.5atm以下，也可以为0.1atm以下。另外，空隙230的内压例如大于0atm。另外，在本说明书中，空隙230的内压等压力是常温下的压力。常温例如为23℃。另外，在本说明书中，空隙230的内压等压力的数值是绝对压力的数值。
[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，并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的电池1100的概略结构的剖视图。
如图2所示，在电池1100中，与实施方式1的电池1000相比主要不同点在于，代替空隙230而存在空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240。
在电池1100中，密封材料700与第一面100a的一部分相接。这样，在电池1100中，第一面100a被密封材料700直接密封。
在电池1100中，存在被密封材料700、第一面100a和负极集电体210包围的空隙231。空隙231位于第一面100a与密封材料700之间。密封材料700、第一面100a以及负极集电体210的一部分露出于空隙231。空隙231是由密封材料700的第一面100a侧的表面700a、第一面100a和负极集电体210的发电元件100侧的表面210a构成的内面所形成的独立的气泡。空隙231形成在第一面100a落入发电元件100的内侧的部位。
负极集电体210具有以朝向空隙231凹陷的方式弯曲的凹部211。
另外，在电池1100中，存在被密封材料700、第一面100a和正极集电体220包围的空隙232和空隙233。空隙232和空隙233分别位于第一面100a与密封材料700之间。密封材料700、第一面100a和正极集电体220各自的一部分露出于空隙232和空隙233。空隙232和空隙233分别是由密封材料700的第一面100a侧的表面700a、第一面100a、正极集电体220的发电元件100侧的表面220a构成的内面所形成的独立的气泡。空隙232形成在第一面100a落入发电元件100的内侧的部位。另外，空隙233以从第一面100a向密封材料700突出的方式形成。
正极集电体220具有以朝向空隙232或空隙233凹陷的方式弯曲的凹部221。
另外，在电池1100中，存在被密封材料700和第一面100a包围的空隙240。空隙240位于第一面100a与密封材料700之间。密封材料700和第一面100a的一部分露出于空隙240。空隙240是由密封材料700的第一面100a侧的表面700a和第一面100a构成的内面所形成的独立的气泡。空隙240形成在第一面100a和表面700a中的至少一方凹陷的部位。
空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240分别处于比大气压低的负压。即，空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240各自的内压都小于1atm。从提高电池1100的可靠性的观点来看，空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240各自的内压可以为0.9atm以下，可以为0.5atm以下，也可以为0.1atm以下。另外，空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240各自的内压例如大于0atm。
另外，在电池1100中，也可以在空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240之中有不存在的空隙，例如，可以是存在空隙231、空隙232和空隙233中的至少一个。
[变形例2]
以下，对实施方式1的变形例2进行说明。此外，在以下的变形例2的说明中，以与实施方式1及实施方式1的变形例1的不同点为中心进行说明，并省略或者简化共同点的说明。
图3是表示实施方式1的变形例2的电池1200的概略结构的剖视图。
如图3所示，在电池1200中，与实施方式1的电池1000相比主要不同点在于，代替空隙230而存在空隙231、空隙232以及空隙240。另外，在电池1200中，与实施方式1的电池1000相比，在从发电元件100的主面的法线方向观察的情况下，第一面100a与负极集电体210的侧面210b以及正极集电体220的侧面220b重叠这一点上也不同。
在电池1200中，密封材料700与第一面100a的一部分相接。这样，在电池1200中，第一面100a被密封材料700直接密封。
在电池1200中，在从发电元件100的主面的法线方向观察的情况下，负极集电体210的侧面210b以及正极集电体220的侧面220b分别与第一面100a重叠。在平面图中，负极集电体210和正极集电体220各自的外周例如与发电元件100的外周一致。另外，密封材料700与侧面210b和侧面220b相接。即，密封材料700密封第一面100a、侧面210b以及侧面220b。这样，由于作为集电体的端部的侧面210b和侧面220b在与第一面100a重叠的位置被密封材料700密封，所以作为电池1200的角部的集电体的端部被保护。
另外，在电池1200中，存在与实施方式1的变形例1同样的空隙231、空隙232以及空隙240。
另外，在电池1200中，也可以在空隙231、空隙232以及空隙240中有不存在的空隙，例如，也可以是存在空隙231及空隙232中的至少一方。
[效果等]
接着，对上述电池1000、电池1100以及电池1200的效果进行说明。在电池1000、电池1100以及电池1200中，通过被密封材料700密封第一面100a，能够增强发电元件100。由于第一面100a由发电元件100的各层的侧面构成，因此第一面100a是发电元件100之中机械强度可能最弱的部位之一。
在此，也使用比较例的电池的说明来说明本实施方式的电池中存在的空隙处于负压的效果。在比较例的电池中存在内压为1atm以上的空隙。
图4是表示比较例1的电池1000X的概略结构的剖视图。图5是表示比较例2的电池1100X的概略结构的剖视图。图4及图5分别是表示在制作电池1000X及电池1100X后、使用了一段时间后的状态的图。在电池1000X中，代替实施方式1的电池1000的空隙230，在相同的地方存在内压为1atm以上的空隙230X。另外，在电池1100X中，代替实施方式1的变形例1的电池1100的空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240，在相同的地方分别存在内压为1atm以上的空隙231X、空隙232X、空隙233X以及空隙240X。在电池1000X和电池1100X中，负极集电体210X和正极集电体220X不具有凹部211和凹部221。
在电池1000X和电池1100X中，在刚制作后没有形成多个剥离部位250。但是，由于空隙230X等的空隙的内压为1atm以上，所以在由于使用环境、气温以及发热等而成为高温的情况下，空隙内的气体要热膨胀，空隙的内压与大气压相比大幅度地升高，产生对于发电元件100的各层间以及各层内的剥离力。空隙230X等空隙内的气体的膨胀不仅在高温的情况下发生，而且在将电池1000X放置在高的高度或宇宙空间等减压环境中的情况下也发生。因此，如图4及图5示意性所示，因为空隙230X等空隙的内压上升，产生层间剥离和层内剥离，形成多个剥离部位250。层内剥离例如是在各层内构成各层的材料间的界面处的剥离。
与此相对，在上述的实施方式1和各变形例的电池1000、电池1100以及电池1200中，与第一面100a相接的空隙230等空隙处于负压。因此，与上述比较例的电池的空隙不同，即使在高温环境下或减压环境下，也不易产生由空隙引起的对发电元件100的剥离力。因此，在电池1000、电池1100以及电池1200中，不易产生空隙的膨胀所引起的发电元件100中的层间剥离及层内剥离。
此外，由于空隙230等负压空隙与负极集电体210和/或正极集电体220相接，所以力以将负极集电体210和/或正极集电体220吸引到发电元件100侧的方式起作用，并形成凹部211和/或凹部221。其结果是，通过空隙230等负压空隙以及凹部211和/或凹部221，约束发电元件100的各层的方向的力发挥作用，能够降低发电元件100的各层间及各层内的电阻，并且即使因反复进行充放电循环而使正极活性物质层120及负极活性物质层110膨胀收缩，也不容易产生层间剥离等。即，存在使负极集电体210和/或正极集电体220凹陷的空隙230等负压空隙的情况，与不存在这样的空隙的情况相比，通过约束发电元件100的功能，能够提高电池特性并抑制破损。另外，即使不具备约束件等也会对发电元件100施加外部约束力，也可避免因具备约束件等而引起的每单位体积及每单位重量的电池容量的降低。
如上所述，电池1000、电池1100以及电池1200能够兼具高电池特性和高可靠性。
[制造方法]
接着，对本实施方式的电池的制造方法进行说明。
图6是本实施方式的电池的制造方法的流程图。本实施方式的电池的制造方法例如包括层叠步骤、减压步骤以及密封步骤。
如图6所示，首先，在层叠步骤中形成层叠体(步骤S11)，所述层叠体包含将正极活性物质层120和负极活性物质层110以隔着固体电解质层130而相对的方式层叠而成的发电元件100。例如，如后述的层叠体300和层叠体310那样，层叠体包含发电元件100、位于发电元件100的正极活性材料层120侧的正极集电体220、以及位于发电元件100的负极活性材料层110侧的负极集电体210。此外，层叠体可以包括正极集电体220和负极集电体210中的至少一个。
在层叠步骤中，例如，通过依次层叠负极集电体210、负极活性物质层110、固体电解质层130、正极活性物质层120以及正极集电体220，形成包含发电元件100的层叠体。层叠体例如通过将负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130各自的材料与溶剂一起揉合而成的糊状的涂料涂敷在集电体或各层的表面上并干燥而形成。此外，可以通过准备负极板和正极板并通过将负极板和正极板隔着固体电解质层130接合在一起来形成包含发电元件100的层叠体，其中负极板是在负极集电体210上将负极活性物质层110和固体电解质层130依次层叠而成的，正极板是在正极集电体220上将正极活性物质层120和固体电解质层130层叠而成的。在层叠步骤中，在各层的形成以及负极板与正极板的接合中，为了高密度化以及压缩接合，也可以进行冲压。
接下来，在减压步骤中，将层叠体中的作为发电元件100的侧面的第一面100a暴露于减压气氛(步骤S12)。将第一面100a暴露于减压气氛是指，使第一面100a露出于通过空间的气体被排出等而成为小于1atm的减压状态的空间。为了将第一面100a暴露于减压气氛，例如，将整个层叠体放置在减压气氛的空间中。此外，可以将层叠体中包括第一面100a的一部分放入到内部处于减压气氛的容器等中，从而使第一面100a暴露于减压气氛。
接着，在密封步骤中，在减压气氛下，将第一面100a通过密封材料700密封(步骤S13)。此外，在密封步骤中，例如，以第一面100a的至少一部分与密封材料700分离的方式将第一面100a通过密封材料700密封。由此，形成空隙230等空隙。在减压气氛下第一面100a被密封，从而使在密封步骤中形成的空隙的内压成为负压，即小于1atm。
减压气氛的压力可以为0.9atm以下，可以为0.5atm以下，也可以为0.1atm以下。由此，能够进一步降低在密封步骤中形成的空隙230等空隙的内压。另外，减压气氛的压力例如大于0atm。
在密封步骤中，例如，通过使层叠体的一部分浸渍于密封材料700而将第一面100a密封。另外，在密封步骤中，通过在第一面100a上涂布密封材料700而将第一面100a密封。作为涂布密封材料700的方法，例如可以举出刮刀法、压延法、旋涂法、浸涂法、喷墨法、胶版印刷法、模涂法及喷雾法等。
通过经过这样的层叠步骤、减压步骤和密封步骤，可以得到上述的电池1000、电池1100或电池1200等。
在此，使用图7至图9对使用了密封材料700的第一面100a的密封方法进行详细说明。
首先，说明第一面100a的密封方法的第一例。图7是用于说明第一面100a的密封方法的第一例的示意图。图7是用于说明制造上述电池1000和电池1100的情况下的密封方法的图。为了制造电池1000和电池1100，通过上述方法形成层叠体300。在层叠体300中，与电池1000和电池1100同样地，负极集电体210和正极集电体220从发电元件100突出。
如图7所示，在与真空泵910连接的真空槽900的内部空间905中设置有浸没装置500。在真空槽900中，例如设置有用于取出和放入层叠体300的门等(省略图示)。
为了密封第一面100a，首先，将准备好的层叠体300设置于浸没装置500。例如，在浸没装置500中设置有省略图示的驱动臂等，在驱动臂等上设置层叠体300。另外，在浸没装置500中，液状的密封材料700被放入容器中。液状的密封材料700例如是包含固化前的热固化性树脂或紫外线固化树脂的树脂材料。液状的密封材料700也可以是包含通过加热而熔融的热塑性树脂的树脂材料。
接着，通过真空泵910排出内部空间905的气体，由此使内部空间905成为减压气氛(例如真空气氛)。在使内部空间905成为减压气氛之后，使用浸没装置500使层叠体300的一部分浸渍于密封材料700。例如，在维持第一面100a与密封材料700的液面平行的同时，使层叠体300的一部分浸渍于密封材料700。然后，取出形成有密封材料700的层叠体300，根据需要进行密封材料700的固化处理以及附着在不需要的部位的密封材料700的除去等，由此得到电池1000或电池1100。
在制造电池1000的情况下，使层叠体300中的负极集电体210和正极集电体220中的比发电元件100的第一面100a向外侧突出的部位的一部分浸渍于密封材料700。由此，在负极集电体210与正极集电体220之间配置密封材料700，第一面100a被密封。另外，通过调整层叠体300浸渍于密封材料700的深度，具体而言，以第一面100a不浸渍于密封材料700的方式使层叠体300浸渍于密封材料700。由此，形成空隙230，得到电池1000。这样，仅通过在减压气氛下将层叠体300的一部分浸渍于密封材料700，就能够密封第一面100a及形成空隙230，因此能够容易地制造电池1000。
另外，在制造电池1100的情况下，例如，准备在第一面100a上形成有微小的凹陷的层叠体300，以第一面100a浸渍于密封材料700的方式使层叠体300浸渍于密封材料700。由此，形成空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240，得到电池1100。另外，也可以通过调整第一面100a与密封材料700的润湿性，使第一面100a没有被密封材料700完全润湿，从而形成空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240。另外，在将层叠体300浸渍于密封材料700时，也可以通过卷入周围的气氛来形成空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240。另外，也可以在第一面100a的不与空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240相接的位置预先对密封材料700进行图案形成，并通过将包含图案形成后的密封材料700的层叠体310浸渍于液状的密封材料700，来形成空隙231、空隙232、空隙233以及空隙240。此时，以图案形成后的密封材料700浸渍于液状的密封材料700中、且第一面100a不浸渍于液状的密封材料700中的方式，将层叠体310浸渍于液状的密封材料700中。
接下来，说明第一面100a的密封方法的第二例。图8是用于说明第一面100a的密封方法的第二例的示意图。图8是用于说明制造上述电池1200的情况下的密封方法的图。在第一面100a的密封方法的第二例中，与上述的第一例同样地，使用设置于真空槽900的内部空间905的浸没装置500。为了制造电池1200，通过上述方法形成层叠体310。在层叠体310中，与电池1200同样地，在从发电元件100的主面的法线方向观察的情况下，负极集电体210和正极集电体220的侧面的位置与作为发电元件100的侧面的第一面100a重叠。
如图8所示，为了密封第一面100a，首先，在浸没装置500中设置准备好的层叠体310。接着，通过真空泵910排出内部空间905的气体，由此使内部空间905成为减压气氛。在使内部空间905成为减压气氛后，在将第一面100a与密封材料700的液面维持为平行的同时，以第一面100a浸渍于密封材料700的方式使层叠体310的一部分浸渍于密封材料700。由此，第一面100a被密封材料700密封。然后，取出形成有密封材料700的层叠体310，根据需要进行密封材料700的固化处理以及附着在不需要的部位的密封材料700的除去等，由此得到电池1200。在电池1200的制造中，与上述电池1100的制造同样地准备在第一面100a上形成有微小的凹陷的层叠体310，调整第一面100a与密封材料700的润湿性，或者预先在第一面100a上对密封材料700进行图案形成等，由此形成空隙231、空隙232以及空隙240。
接下来，说明第一面100a的密封方法的第三例。图9是用于说明第一面100a的密封方法的第三例的示意图。图9是用于说明制造上述电池1200的情况下的密封方法的图。在第一面100a的密封方法的第三例中，与上述的第一例及第二例同样地使用真空槽900。另外，在第一面100a的密封方法的第三例中，与第二例同样地准备层叠体310。
如图9所示，在真空槽900的内部空间905中设置有涂布装置510。涂布装置510是用于涂布液状的密封材料700的装置。首先，为了密封第一面100a，将层叠体310配置在真空槽900的内部空间905中。接着，通过真空泵910排出内部空间905的气体，由此使内部空间905成为减压气氛。在使内部空间905成为减压气氛后，使用涂布装置510在第一面100a上涂布密封材料700。由此，第一面100a被密封材料700密封。在涂布装置510中，例如，用于涂布密封材料700的喷嘴在图9中箭头所示的沿着第一面100a的方向上进行驱动。然后，取出形成有密封材料700的层叠体310，根据需要进行密封材料700的固化处理等，由此得到电池1200。在电池1200的制造中，与上述电池1100的制造同样地，通过准备在第一面100a上形成有微小的凹陷的层叠体310或者调整第一面100a与密封材料700的润湿性等，来形成空隙231、空隙232以及空隙240。另外，也可以使用涂布装置510对密封材料700进行图案形成，由此形成空隙231、空隙232以及空隙240。这样，通过在减压气氛下仅在第一面100a涂布密封材料700，就能够密封第一面100a，并且能够形成空隙231、空隙232以及空隙240，因此能够容易地制造电池1200。
另外，在第三例中，也能够通过使用层叠体300代替层叠体310，来制造电池1100。
另外，本实施方式的电池的制造方法不限定于上述的例子。例如，在第一面100a的密封方法中，在使内部空间905处于减压气氛之前，可以用氩或氮等惰性气体来置换内部空间905。另外，也可以通过在减压气氛下将事先在表面上形成了细微的凹陷的密封材料700与第一面100a接合，来形成空隙。
另外，也可以不像上述那样将层叠体300或层叠体310整体配置于真空槽900，例如，准备具有供层叠体300或层叠体310的一部分进入的开口的容器，在将层叠体300或层叠体310的一部分进入了开口的状态下将开口密封。然后，也可以通过对容器的内部空间进行排气，将层叠体300或层叠体310浸渍于放入容器内的密封材料700，由此密封第一面100a。
另外，在上述的说明中，对发电元件100为一个的单一单体的电池1000、电池1100以及电池1200进行了说明，但在具有将多个发电元件100隔着集电体层叠为串联结构或并联结构的结构的层叠电池中，本实施方式的电池的结构和制造方法也是有效的。在电池具备多个发电元件100的情况下，可以在将多个发电元件100各自的第一面100a单独地用密封材料700密封之后层叠多个发电元件100，也可以在层叠多个发电元件100之后，将多个发电元件100各自的第一面100a一并用密封材料700密封。
另外，通过使用本实施方式的制造方法，即使在因工序条件等而无意地形成并非如上所述那样形成的空隙230等空隙的情况下，也能够使该空隙的内压小于1atm，因此能够抑制空隙的膨胀所引起的对发电元件的剥离力的产生。
(实施方式2)
接着，对实施方式2进行说明。在实施方式2中，对使用了实施方式1的电池的电池系统进行说明。在上述的实施方式1的电池1000等中，由于存在空隙230等负压的空隙，因此耐环境性也优异，在实际运用上提供各种优点。
图10表示实施方式2的电池系统3000的概略结构的示意图。如图10所示，电池系统3000具备电池2000和容器600。
电池2000例如是具有多个实施方式1的电池1000、具有层叠了多个电池1000的层叠结构的层叠电池。电池2000也可以具有多个电池1100或电池1200以代替电池1000。另外，在图10中，省略了层叠电池1000的结构的记载，作为一个矩形表示电池2000。通过使电池2000为层叠电池，能够实现高电压或高容量。电池2000配置在容器600的内部空间605中。电池系统3000具备的电池也可以是作为单一单体的电池1000、电池1100或电池1200。
容器600是用于收容电池2000的密闭容器。容器600具有成为减压环境的内部空间605。减压环境是电池2000所处的环境的压力为1atm以下的环境。即，内部空间605的压力小于1atm。容器600例如可以通过在减压环境下将电池2000收容于容器600而使内部空间605成为减压环境，也可以通过未图示的真空泵、或者与减压环境的容器600的外部相连的通气门或通气口等使内部空间605成为减压环境。容器600例如是用于保护发电元件100等的电池壳体，但不限于电池壳体这样的电池专用的容器，也可以是飞机、宇宙飞船或真空槽等。容器600例如也可以通过未图示的飞行装置等飞行。
另外，图11是表示实施方式2的另一电池系统3100的概略结构的示意图。如图11所示，电池系统3100具备电池2000和容器610。
容器610具有成为减压环境的内部空间615。此外，容器610设置有将内部空间615与容器610的外部相连的孔612。容器610例如配置在减压环境中或移动到减压环境中，从而通过孔612使内部空间615成为减压环境。容器610例如是用于保护搭载在飞机或宇宙飞船等在高海拔环境或宇宙空间中移动的移动体上的发电元件100的电池壳体。容器610不限于电池壳体这样的电池专用的容器，也可以是在高海拔环境或宇宙空间中使用的设备的装置的框体、或者设置在飞机或宇宙飞船上的装置的框体等。
这样，在电池系统3000以及电池系统3100中，例如将电池2000配置在减压环境中，进行电池2000的充电或者放电。
在本实施方式中，减压环境的压力可以是0.95atm以下，也可以是0.8atm以下。另外，减压环境的压力例如大于0atm。例如，在海拔高且在飞行条件下，容器610的外部一般是减压环境，电池系统3100有时处于例如0.95atm以下甚至0.8atm以下的环境中。即使在这样的减压环境下，电池2000例如也具有负压的空隙230，因此，不易产生因空隙欲膨胀所引起的对发电元件的剥离力。
另外，电池2000中的空隙230的内压例如为减压环境的压力以下。由此，不易产生因空隙230的膨胀所引起的剥离力。另外，通过空隙230，约束发电元件100的各层的方向的力作用于发电元件100。
这样，本实施方式的电池系统由于包括实施方式1的电池1000等，所以即使是电池被放置在减压环境中的电池系统，也能够确保电池的高可靠性。
(其他实施方式)
以上，基于实施方式对本公开的电池以及电池系统进行了说明，但本公开并不限定于这些实施方式。只要不脱离本公开的主旨，对实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的方式、组合实施方式中的一部分结构元件而构建的其他方式也包含在本公开的范围内。
例如，在上述实施方式中，电池的制造方法包括层叠步骤，但不限于此。电池的制造方法也可以不包括层叠步骤，例如，也可以准备预先形成的层叠体，使用准备的层叠体进行减压步骤和密封步骤。
另外，上述实施方式能够在请求保护的范围或其等同的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
产业上的可利用性
本公开的电池能够作为电子设备、电气器具装置以及电动车辆等的电池等来利用。
附图标记说明
100发电元件
100a第一面
110负极活性物质层
120正极活性物质层
130固体电解质层
210负极集电体
210a、220a、700a表面
210b、220b侧面
211、221凹部
220正极集电体
230、231、232、233、240空隙
300、310层叠体
500浸没装置
510涂布装置
600、610容器
605、615、905内部空间
612孔
700密封件
900真空槽
910真空泵
1000、1100、1200、2000电池
3000、3100电池系统

Claims (14)

1.一种电池，其中，具备：
发电元件，具有电极层、对电极层和位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层；
密封材料，将作为所述发电元件的侧面的第一面密封；以及
电极集电体，位于所述发电元件的电极层侧，
存在被所述密封材料、所述第一面和所述电极集电体包围的空隙，
所述空隙的内压小于1atm，
所述电极集电体具有以朝向所述空隙凹陷的方式弯曲的第一凹部。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，
所述空隙的内压为0.9atm以下。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其中，
具备位于所述发电元件的所述对电极层侧的对电极集电体，
所述空隙被所述密封材料、所述第一面、所述电极集电体和所述对电极集电体包围，
所述对电极集电体具有以朝向所述空隙凹陷的方式弯曲的第二凹部。
4.根据权利要求1或2所述的电池，其中，
所述密封材料与所述电极集电体的侧面相接，
在从所述发电元件的主面的法线方向观察的情况下，与所述密封材料相接的所述电极集电体的侧面与所述第一面的位置重叠。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池，其中，
所述第一面由所述电极层的侧面、所述对电极层的侧面以及所述固体电解质层的侧面构成，
在从所述发电元件的主面的法线方向观察的情况下，构成所述第一面的所述电极层的侧面、所述对电极层的侧面以及所述固体电解质层的侧面的位置重叠。
6.一种电池系统，其中，具备：
容器，具有成为减压环境的内部空间；以及
配置在所述内部空间的权利要求1至5中任一项所述的电池。
7.根据权利要求6所述的电池系统，其中，
所述减压环境的压力为0.95atm以下。
8.根据权利要求6或7所述的电池系统，其中，
所述空隙的内压为所述减压环境的压力以下。
9.一种电池的制造方法，所述电池具备发电元件，所述发电元件具有电极层、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，所述电池的制造方法包括：
减压步骤，将包含所述发电元件的层叠体中的作为所述发电元件的侧面的第一面暴露于减压气氛；以及
密封步骤，在所述减压气氛下，通过密封材料将所述第一面密封。
10.根据权利要求9所述的电池的制造方法，其中，
还包括形成所述层叠体的层叠步骤，所述层叠体包含将所述电极层和所述对电极层以隔着所述固体电解质层而相对的方式层叠而成的所述发电元件。
11.根据权利要求9或10所述的电池的制造方法，其中，
所述减压气氛的压力为0.9atm以下。
12.根据权利要求11所述的电池的制造方法，其中，
所述减压气氛的压力为0.1atm以下。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的电池的制造方法，其中，
在所述密封步骤中，通过使所述层叠体的一部分浸渍于所述密封材料，来密封所述第一面。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的电池的制造方法，其中，
在所述密封步骤中，通过在所述第一面涂布所述密封材料来密封所述第一面。
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