CN117837016A - 电化学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够维持良好的电连接、密封性优异的电化学元件。电化学元件(1)具备：壳体(10)，其具有具备底部(111)和侧壁部(112)的凹状容器(11)和覆盖凹状容器(11)的开口的盖材(12)；发电元件(20)，其具有将电极层(21)、电极层(22)和固体电解质层(23)层叠而成的层叠体且以底部(111)与电极层(21)对置的方式容纳于壳体(11)的内部空间；以及导电板(30)，其在凹状容器(11)的开口侧配置于电极层(22)与盖材(12)之间。凹状容器(11)在侧壁部(112)的内周面具有多个支承部(115)。导电板(30)在其边缘端具有与各个支承部(115)的位置对应的多个被支承部(31)。在各个被支承部(31)被支承部(115)支承的状态下，发电元件(20)被导电板(30)的弹簧片(33)向凹状容器(11)的底部(111)侧按压。

Description

电化学元件
技术领域
本公开涉及在壳体内密封有发电元件的电化学元件。
背景技术
以往，公开了各种在由凹状容器及覆盖凹状容器的开口的盖材形成的内部空间容纳有发电元件的电池。
日本特开2012-69508号公报(专利文献1)公开了一种电化学特性稳定的电化学电池。电化学电池具有密封容器。密封容器由基座部件和盖部件构成。在两部件之间形成有收纳电化学元件(电极体)的收纳空间。在盖部件与电化学元件之间配设有按压电化学元件的弹性部件。专利文献1公开了如下实施方式：作为弹性部件，使用了在截面视图中弯曲成V字形的板簧、利用由扭转引起的弹性恢复力的扭杆单元或者形成为随着从中央部朝向外周缘部而翘曲的凹曲面状的隔膜状弹簧等。
另外，日本特开2010-56067号公报(专利文献2)公开了一种硬币型锂二次电池，其将具有第一电极、固体电解质和第二电极的电池元件封入具有金属制壳体、金属制封口板和介于它们之间的垫片的容器内，在上述电池元件与金属制壳体或金属制封口板之间配置导电性的弹性体。导电性的弹性体能够以0.1MPa以上的压力按压上述层叠体，能够提高第一电极及第二电极与固体电解质的接触面压。其结果是，能够抑制电流密度的降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-69508号公报
专利文献2：日本特开2010-56067号公报
发明内容
但是，在专利文献1的电化学电池中，在弹性部件被盖部件限制位置的状态下按压电极体的实施方式中，在密封电化学电池时，需要在盖部件按压弹性部件的状态下接合盖部件和基座部件。因此，盖部件受到来自弹性部件的反作用力而容易倾斜，盖部件与基座部件的接合有可能变得不均匀。另外，在弹性部件未固定于盖部件、电极体的情况下，在密封时弹性部件有可能位置偏移。另一方面，在使弹性部件(隔膜状弹簧)卡止于密封环、基座部件，使弹性部件与盖部件分离的实施方式中，在高度方向上从中央部到外周缘部的宽度(弹簧整体的厚度)变大，另外，弹簧的卡止位置成为作为高度方向的上端的外周缘部，因此也包括弹性部件与盖部件的间隙在内，在盖部件与电化学元件之间产生大的空隙，成为妨碍电化学电池的高容量化的主要原因。
另外，在专利文献2的硬币型锂二次电池中，需要以使垫片产生适当的按压力并且利用导电性的弹性体以一定以上的按压力按压电池元件的方式将金属制壳体敛缝。特别是，在仅金属制封口板的中央部按压弹性体的方式中，难以使垫片整体均匀地产生按压力，密封性容易降低。
因此，本公开的课题在于，提供能够维持良好的电连接且密封性优异的电化学元件。
为了解决上述课题，本公开如下构成。即，本公开的电化学元件具备壳体、发电元件和导电板；该壳体具有凹状容器和覆盖凹状容器的开口的盖材，上述凹状容器具有底部和侧壁部；该发电元件被密封于壳体内，具有配置于底部侧的第一电极层、配置于盖材侧的第二电极层和配置于第一电极层与第二电极层之间的隔离层；该导电板配置于发电元件与盖材之间。第一电极层与从壳体的内部通向外部的第一导通路径电连接。第二电极层经由导电板与从上述壳体的内部通向外部的第二导通路径电连接。导电板包含与发电元件对置的平面部和从平面部立起并将发电元件向凹状容器的底部方向按压的弹簧部，且在俯视时在发电元件靠径向的外侧卡止于凹状容器的侧壁部，导电板与盖材之间形成有间隙。
根据本公开的电化学元件，能够维持良好的电连接，并且能够得到优异的密封性。
附图说明
图1是表示第一实施方式的电化学元件的截面图。
图2是表示图1的电化学元件的凹状容器的外观立体图。
图3是表示电化学元件的另一凹状容器的外观立体图。
图4是表示图1的电化学元件(除盖材和导电板以外)的俯视图。
图5是表示变形例1的导电板的截面图。
图6是表示图5的导电板的立体图。
图7是表示变形例2的导电板的俯视图。
图8是表示变形例3的导电板的俯视图。
图9是表示变形例4的导电板的截面图。
图10是表示变形例5的导电板的俯视图。
图11是表示变形例6的导电板的俯视图。
图12是表示变形例7的导电板的俯视图。
图13是表示变形例8的导电板的俯视图。
图14是表示变形例9的导电板的俯视图。
图15是表示变形例10的导电板的截面图。
图16是表示图15的导电板的俯视图。
图17是表示第二实施方式所涉及的电化学元件的截面图。
图18是表示第三实施方式的电化学元件的截面图。
图19是表示第四实施方式的电化学元件的截面图。
具体实施方式
(构成1)
本公开的实施方式涉及的电化学元件具备壳体、发电元件和导电板；该壳体具有凹状容器和覆盖凹状容器的开口的盖材，该凹状容器具有底部和侧壁部；该发电元件被密封在壳体内，具有配置于底部侧的第一电极层、配置于盖材侧的第二电极层和配置于第一电极层与第二电极层之间的隔离层；该导电板配置于发电元件与盖材之间。第一电极层与从壳体的内部通向外部的第一导通路径电连接。第二电极层经由导电板与从所述壳体的内部通向外部的第二导通路径电连接。导电板包含与发电元件对置的平面部和从平面部立起并将发电元件向凹状容器的底部方向按压的弹簧部，该导电板在俯视时在比发电元件靠径向的外侧卡止于凹状容器的侧壁部。在导电板与盖材之间形成有间隙。
这样，导电板在俯视时在比发电元件靠径向的外侧卡止并固定于凹状容器的侧壁部，导电板的弹簧部将发电元件向凹状容器的底部侧按压，由此不会因振动等而在导电板上产生位置偏移，导电板能够使发电元件与第一导通路径及第二导通路径更稳定地导通。由此，电化学元件能够维持良好的电连接。另外，由于盖材不与导电板抵接，因此在密封时盖材不会受到来自导电板的按压等的影响，能够提高壳体的密封性。
(构成2)
在构成1的电化学元件中，弹簧部可以具有悬臂支承于平面部且将发电元件向凹状容器的底部方向按压的弹簧片。由此，只要在导电板的平面部的一部分形成弹簧片即可，因此能够容易地进行导电板的制造，即电化学元件的制造。
(构成3)
在构成1的电化学元件中，导电板可以具有从平面部立起并将发电元件向凹状容器的底部方向按压的多个弹簧部。由此，导电板与发电元件的导通部位增加，因此能够降低电阻，并且能够更可靠地进行电连接。另外，能够使发电元件的按压部位分散，并且能够提高整体的按压力。
(构成4)
在构成3的电化学元件中，多个弹簧部可以分别具有悬臂支承于平面部并且将发电元件向凹状容器的底部方向按压的弹簧片。由此，只要在导电板的平面部的多个部位形成弹簧片即可，因此能够容易地进行导电板的制造，即电化学元件的制造。
(构成5)
在构成4的电化学元件中，多个弹簧片可以分别以在俯视时呈线对称或点对称的方式配置。即，多个弹簧片可以分别以在俯视时呈线对称和点对称中的至少任一者的方式配置。由此，弹簧片的前端部与发电元件的接触部位对称地配置，因此能够使弹簧片对发电元件的按压力均等地分散。
(构成6)
在构成4的电化学元件中，多个弹簧部中的弹簧片可以分别在俯视时配置为放射状。由此，弹簧片的前端部与发电元件的接触部位对称地配置，因此能够使弹簧片对发电元件的按压力均等地分散。
(构成7)
在构成2的电化学元件中，弹簧片可以形成为悬臂支承于平面部的宽度比前端部的宽度宽。由此，能够缓和向悬臂支承的部位的应力集中，抑制弹簧片的破损。另外，通过使弹簧片中与第二电极层导通的前端部的宽度比悬臂支承于平面部的宽度窄，从而弹簧片的前端部容易挠曲，能够容易地吸收发电元件的厚度的偏差、凹状容器的侧壁部的高度的偏差等。
(构成8)
在构成2的电化学元件中，弹簧片可以形成为前端部的宽度比悬臂支承于平面部的宽度宽。由此，弹簧片与发电元件的导通部位扩大，因此能够降低电阻。
(构成9)
在构成2的电化学元件中，弹簧片可以为碟形弹簧。由此，即使减小弹簧片的厚度，也能够提高弹簧片对发电元件的按压力。
(构成10)
在构成2、4～9中任一项的电化学元件中，弹簧片的前端部可以向与发电元件相反的方向弯折。由此，能够防止弹簧片的前端部的锐利的部位与发电元件接触而损伤。
(构成11)
在构成1～10中任一项的电化学元件中，发电元件可以在第二电极层的表面进一步具有多孔质金属层。由此，从导电板按压的多孔质金属层被压缩一定量，能够充分吸收发电元件的厚度或壳体的高度等的偏差，其结果是，能够抑制内部电阻的值的偏差。或者，在多孔质金属层预先与第二电极层一体化的情况下，能够降低弹簧部与发电元件的导通部位的电阻。
(构成12)
本发明的另一实施方式的电化学元件具备壳体、扁平形元件和导电板。该壳体具有凹状容器和覆盖凹状容器的开口的盖材，该凹状容器具有底部和侧壁部；该扁平形元件被密封于壳体内，具有外包装材料和发电元件，该外包装材料包含配置于底部侧的第一电极端子和配置于盖材侧的第二电极端子，该发电元件被封入外包装材料的内部，包含第一电极层、第二电极层和配置于第一电极层与第二电极层之间的隔离层；该导电板配置于扁平形元件与盖材之间。第一电极端子与从壳体的内部通向外部的第一导通路径电连接。第二电极端子经由导电板与从壳体的内部通向外部的第二导通路径电连接。导电板包含与扁平形元件对置的平面部以及从平面部立起并将扁平形元件向凹状容器的底部方向按压的弹簧部，该导电板在俯视时在比扁平形元件更靠径向外侧卡止于凹状容器的侧壁部。在导电板与上述盖材之间形成有间隙。由此，电化学元件不会因振动等而在导电板产生位置偏移，能够维持良好的电连接。另外，由于盖材不与导电板抵接，因此在密封时盖材不会受到来自导电板的按压等的影响，能够提高壳体的密封性。
(构成13)
在构成13的电化学元件中，弹簧部可以具有悬臂支承于平面部并且将扁平形元件向凹状容器的底部方向按压的弹簧片。由此，只要在导电板的平面部的一部分形成弹簧片即可，因此能够容易地进行导电板的制造，即电化学元件的制造。
(第一实施方式)
以下，对于本公开的第一实施方式，以电化学元件为全固体电池的情况为例，使用图1～图16具体地进行说明。首先，如图1所示，电化学元件1由壳体10、容纳于壳体10的发电元件20和导电板30以及配置于壳体10的外表面的外部端子13和外部端子14构成。
壳体10具有凹状容器11和盖材12。凹状容器11为陶瓷制。凹状容器11包含四边形状的底部111以及四方筒形状的侧壁部112，该侧壁部112从底部111的外周连续地形成，在内部具有用于容纳发电元件20的圆筒形状的空间。侧壁部112设置为在纵截面视图中与底部111大致垂直地延伸。在底部111的内部形成有导体部113。导体部113以与发电元件20导电连接的方式在发电元件20与底部111之间延伸设置，形成与电极层21对应的导通路径。在侧壁部112的内部形成有导体部114。如图1所示，导体部114的一部分在侧壁部112的内周面露出于后述的支承部115的下表面和侧面而形成，形成与电极层22对应的导通路径。关于凹状容器11的制造方法在后面叙述。需要说明的是，凹状容器11的材质没有特别限定，能够例示树脂、玻璃(硼硅酸玻璃、玻璃陶瓷等)、金属以及陶瓷等各种材质。也可以是在树脂中分散有陶瓷、玻璃的粉末的复合材料。在由金属材料构成凹状容器11的情况下，为了确保凹状容器11与发电元件20的绝缘或者凹状容器11与后述的扁平形元件50(参照图19)的绝缘，优选用树脂材料或玻璃等绝缘材料被覆凹状容器11的底部111的内表面及侧壁部112的内周面。另外，凹状容器11在俯视时不限于四边形状，也可以是圆形状、椭圆形状以及多边形状等。用于容纳发电元件20的内部的空间不限于圆筒形状，也可以根据发电元件20的形状而形成为四方筒形状等多边筒形状。另外，导体部114也可以不形成于侧壁部112的内部，而形成于侧壁部112的内表面，进而贯通底部111的内部而与外部端子14导通。在该情况下，优选在发电元件20的外周面与导体部114之间，例如导体部114的内表面形成绝缘层，以使发电元件20的外周面与导体部114不接触。
侧壁部112具有支承后述的导电板30的多个支承部115。在本实施方式中，支承部115形成于侧壁部112的内周面的上端部，是沿着内周面的周向伸出的伸出部。更具体而言，如图2所示，支承部115是在侧壁部112的内周面上朝向径向外侧形成的多个凹陷的顶壁。由此，支承部115形成为向内周面的周向伸出。各个支承部115的下表面，即各个顶壁的下表面能够在俯视时在比发电元件20靠径向的外侧，将后述的导电板30的被支承部31卡止并支承。另外，在本实施方式中设置有4个支承部115，但其数量没有限定，例如，在将导电板30的被支承部31设为两个的情况下，在与被支承部31对应的位置设置两个支承部115即可。
盖材12是覆盖凹状容器11的开口的四边形状的金属制薄板。如图1及图3所示，盖材12通过配置于其外周端部的下表面与凹状容器11的上端之间的四边框状的密封环15而接合(缝焊)于凹状容器11。由此，壳体10的内部空间被完全密闭。考虑到对发电元件20的影响，壳体10的内部空间优选为真空气氛或氮气等非活性气体气氛。需要说明的是，盖材12只要能够覆盖凹状容器11的开口即可，不限于金属制薄板。盖材12不限于四边形状，能够根据凹状容器11的俯视时的形状而变更为圆形状、椭圆形状以及多边形状等各种形状。另外，盖材12也可以是平板以外的形状。需要说明的是，盖材12也可以通过粘接剂与凹状容器11粘接，只要能够密闭壳体10的内部空间，则盖材12与凹状容器11的接合方法没有特别限定。
外部端子13配置于凹状容器11的底部111的外表面。外部端子13经由导体部113与后述的电极层21电连接。电极层21如后述那样作为正极层发挥功能。因此，导体部113成为使外部端子13与正极层导通的导通路径，外部端子13作为正极的端子发挥功能。
外部端子14与外部端子13分离地配置于凹状容器11的底部111的外表面。外部端子14经由导体部114与后述的导电板30的被支承部31电连接。如后所述，导电板30与作为负极层发挥功能的电极层22电连接。因此，导体部114成为使外部端子14与负极层导通的导通路径，导电板30成为使该导通路径与电极层22导通的连接端子，因此外部端子14作为负极端子发挥功能。需要说明的是，外部端子13以及外部端子14的配置并不限定于上述，也可以配置于凹状容器11的侧壁部112的外表面，也可以使盖材12作为导体部114发挥功能，将外部端子14形成于盖材12的外表面。但是，通过将这两个端子在凹状容器11的底部111的外表面设置一定的间隔而配置，从而向电路基板的表面的安装变得容易。
在此，对凹状容器11的制造方法进行说明。首先，在陶瓷的生片上印刷涂布金属糊剂，形成成为导体部113以及导体部114的印刷图案。接着，层叠多个形成有这些印刷图案的生片并进行烧成。通过层叠形状不同的多个生片，从而形成上述的支承部115。由此，能够制作在内部具有导体部113及导体部114并且在侧壁部112的内周面具有上述支承部115的凹状容器11。需要说明的是，只要能够在侧壁部112的内周面形成支承部115，则并不限定于这样的制法。需要说明的是，外部端子13以及外部端子14也能够通过该金属糊剂的印刷图案形成。
发电元件20包含将电极层(正极层)21、电极层(负极层)22和固体电解质层23层叠而成的层叠体。固体电解质层23作为隔离层配置在电极层21与电极层22之间。即，在本实施方式中，隔离层为固体电解质层23。发电元件20形成为圆柱形状。发电元件20从凹状容器11的底部111侧(图示的下方)依次层叠有电极层21、固体电解质层23、电极层22。即，发电元件20以作为其一侧端部的电极层21成为凹状容器11的底部111侧的方式配置，且以作为其另一侧端部的电极层22成为盖材12侧的方式配置，并容纳于壳体10的内部空间。需要说明的是，发电元件20不限于圆柱形状，能够进行长方体形状、多棱柱形状等各种变更。另外，发电元件20也可以具有多个层叠体。多个层叠体也可以以串联连接的方式层叠。
电极层21是将以质量比计为65:30:5的比例含有作为正极活性物质的钴酸锂、硫化物系固体电解质和作为导电助剂的石墨烯的正极合剂成形为圆柱形状而成的正极颗粒。需要说明的是，电极层21的正极活性物质只要能够作为发电元件20的正极层发挥功能即可，没有特别限定，例如可以是镍酸锂、锰酸锂、锂镍钴锰复合氧化物、橄榄石型复合氧化物等，也可以是将它们适当混合而成的物质。对于其他构成材料、比例，也没有特别限定。另外，电极层21的尺寸、形状不限定于圆柱形状，可以根据电化学元件1的尺寸、形状进行各种变更。
电极层22是以重量比计为50:40:10的比例含有作为在锂离子二次电池中使用的负极活性物质的LTO(Li4Ti5O12，钛酸锂)、硫化物系固体电解质和石墨烯的负极合剂成型为圆柱形状而成的负极颗粒。需要说明的是，电极层22的负极活性物质只要能够作为发电元件20的负极层发挥功能即可，没有特别限定，例如，除了金属锂、锂合金以外，也可以是石墨、低结晶碳等碳材料、SiO等氧化物等，也可以是将它们适当混合而成的物质。对于其他构成材料、比例，也没有特别限定。另外，电极层22的尺寸、形状不限定于圆柱形状，可以根据电化学元件1的尺寸、形状进行各种变更。
固体电解质层(隔离层)23包含硫化物系固体电解质。固体电解质层23成形为圆柱形状。需要说明的是，电极层21、电极层22和固体电解质层23中所含的固体电解质没有特别限定，从离子传导性的方面出发，优选使用硫化物系固体电解质，特别是硫银锗矿型的硫化物系固体电解质。在使用硫化物系固体电解质的情况下，为了防止与正极活性物质的反应，优选用铌氧化物等锂离子传导性材料被覆正极活性物质的表面。另外，固体电解质层23、电极层21和电极层22中所含的固体电解质可以为氢化物系固体电解质、氧化物系固体电解质等。另外，固体电解质层23的尺寸、形状不限定于圆柱形状，可以根据电化学元件1的尺寸、形状进行各种变更。
如图1以及图4所示，导电板30是设置于壳体10的凹状容器11的开口部的在俯视时为四边形状的金属制的板材。导电板30在俯视时在比发电元件20靠径向的外侧具有与上述的各个支承部115的位置对应的多个被支承部31。在本实施方式中，被支承部31是卡止于上述支承部115即顶壁的下表面的钩状的卡止片。更具体而言，被支承部31从导电板30的边缘端朝向上述支承部115(向图1的下方)延伸。被支承部31具有朝向支承部115即顶壁的下表面折回的前端。被支承部31的前端与在上述顶壁的下表面和侧面露出的导体部114接触。由此，导电板30作为集电体发挥功能，并且作为将电极层22和与外部端子14相连的导通路径电连接的连接端子发挥功能。导电板30支承于在凹状容器11的内周面形成的支承部115，覆盖凹状容器11的开口的一部分。导电板30的俯视时的面积比凹状容器11的开口面积小。需要说明的是，即使钩状的卡止片未与顶壁的下表面卡止，只要能够在钩状的卡止片压入到在侧壁部112的内周面形成的凹陷的状态下固定导电板30，则导电板30也视为与凹状容器11的侧壁部112卡止。
如图1所示，导电板30具有弹簧部33，该弹簧部33以与作为发电元件20的另一侧端部的电极层22的上表面接触的方式从导电板30的平面部32朝向发电元件20的电极层22立起。弹簧部33的形状只要能够将发电元件20向凹状容器11的底部111的方向按压即可，没有特别限定。在本实施方式中，弹簧部33是从平面部32朝向发电元件20的电极层22倾斜的弹簧片(以下，有时将弹簧部33称为弹簧片33)。如图4所示，弹簧片33通过将平面部32的一部分切成“コ”字型而形成，悬臂支承于平面部32。即，在本实施方式中，弹簧片33是板簧。这样，只要在平面部32的一部分形成弹簧片33即可，因此能够容易地进行导电板的制造，即电化学元件的制造。另外，通过将平面部32切开而形成弹簧片33，能够更容易地进行导电板的制造，即电化学元件的制造。弹簧片33具有与平面部32的边界331和通过与发电元件20的电极层22接触而与电极层22导通的前端部332。弹簧片33在边界331弯折，从边界331朝向前端部332向发电元件20侧倾斜。组装电化学元件1之前的从平面部32的底面至前端部332的高度(弹簧部33的高度)大于组装电化学元件1之后的从平面部32的底面至发电元件20的高度。由此，能够通过弹簧片33的前端部332按压发电元件20，能够维持导电板30与发电元件20的良好的电连接。另外，通过由弹簧片构成弹簧部33，能够使除了被支承部31以外的导电板30的厚度变薄。例如，在组装电化学元件1之前，除了被支承部31以外的导电板30的厚度可以设为构成平面部32的板材的厚度与弹簧片33的高度之和。具体而言，能够将板材的厚度0.2mm与弹簧片33的高度0.5mm合计，将除了被支承部31以外的导电板30的厚度设为0.7mm。另外，能够将弹簧片33的宽度设为1.5mm，将长度设为3mm等。需要说明的是，在设置多个弹簧片33的情况下，出于防止共振等理由，弹簧片33的包括宽度、长度等在内的形状也可以各不相同。除了被支承部31以外的导电板30的厚度优选为1.2mm以下，更优选为1mm以下，特别优选为0.8mm以下。另一方面，为了在弹簧部33产生必要的按压力，除了被支承部31之外的导电板30的厚度优选为0.3mm以上，更优选为0.4mm以上，特别优选为0.5mm以上。
进而，导电板30的边缘端即被支承部31的位置能够在高度方向(导电板30的厚度方向)上自由地设定，因此即使在盖材12与导电板30之间形成有间隙的情况下，盖材12与弹簧片33的前端部332的距离也不会变大。其结果是，能够抑制盖材12与发电元件20之间的空隙变大，因此能够实现电化学元件1的高容量化。在此，包括被支承部31在内的导电板30的整体的厚度能够根据凹状容器11的侧壁部112的距底部111的高度而适当调整。被支承部31只要具有卡止到支承部115所需的高度即可。因此，包括被支承部31在内的导电板30的整体的厚度例如能够设为3mm以下，优选为2.7mm以下，更优选为2.5mm以下。需要说明的是，厚度方向是指图1的上下方向(电化学元件1的高度方向)，在图示中也可以说是与平面部32的底面正交的方向。另外，弹簧片33可以如上述那样将平面部32切开而形成，后述的变形例也同样，也可以通过在平面状的平面部32的底面另外熔接弹簧片33等来安装。另外，也可以与平面部32分开地预先设置用于安装弹簧片33的基部，在基部安装弹簧片33而将整体作为弹簧部。即，弹簧片33可以从平面部32直接立起，也可以隔着基部那样的其他要素从平面部32立起。另外，弹簧片33也可以以成为朝向发电元件20凸出的形状的方式将弹簧片33的两端支承于平面部32。
构成导电板30的金属可例示有镍、铁、铜、铬、钴、钛、铝以及它们的合金等，为了容易发挥作为板簧的功能，优选使用SUS301-CSP、SUS304-CSP、SUS316-CSP、SUS420J2-CSP、SUS631-CSP和SUS632J1-CSP等弹簧用不锈钢。
另外，为了使对发电元件20的按压力为一定以上，导电板30的板材的厚度优选为0.05mm以上，更优选为0.07mm以上，特别优选为0.1mm以上。另一方面，为了防止导电板30的厚度变得过厚而壳体10内的容纳容积变大，另外，为了使导电板30容易变形而能够容易地卡止于侧壁部112，导电板30的厚度优选设为0.5mm以下，更优选设为0.4mm以下，特别优选设为0.3mm以下。
在凹状容器11的内部容纳有发电元件20之后，导电板30载置于发电元件20的上表面。在导电板30载置于发电元件20的上表面的状态下，被支承部31的前端在发电元件20的轴向(图1的上下方向)上定位于发电元件20的上表面与支承部115即顶壁的下表面之间。然后，一边将导电板30的被支承部31向凹状容器11的底部111的方向压入，一边使被支承部31支承于支承部115。更具体而言，使被支承部31的前端卡止于支承部115即顶壁的下表面。由于被支承部31向下方压入，因此导电板30的弹簧片33在与发电元件20接触的状态下向与电极层22相反的方向按压。弹簧片33通过其弹性力将发电元件20向凹状容器11的底部111的方向按压。由此，导电板30与发电元件20更稳定地接触，不会因振动等而产生位置偏移，能够维持良好的电连接。弹簧片33只要通过其弹性力将发电元件20向凹状容器11的底部111侧按压即可，没有特别限定。另外，凹状容器11具有两个支承部115，但支承部115的数量也可以是两个以上。被支承部31根据支承部115的数量而形成即可。需要说明的是，作为将导电板30的边缘端(被支承部31)固定于凹状容器11的侧壁部112的内周面的方法，还例示有将导电板30的边缘端粘接于凹状容器11的侧壁部112的内周面的方法等。
在导电板30与盖材12之间形成有间隙。即，导电板30与盖材12不接触。由此，即使在因发电元件20的体积变化而将导电板30向盖材12侧按压的情况下，也能够抑制盖材12的变形。另外，如上所述，盖材12与凹状容器11隔着密封环15焊接。通过在导电板30与盖材12之间设置间隙，能够抑制焊接热对发电元件20的影响。进而，由于导电板30与盖材12不接触，因此在凹状容器11的侧壁部112的上端面接合盖材12时，不会受到来自导电板30的按压的影响，能够进一步提高壳体10的密封性。
在此，对导电板30的变形例1～10进行说明。需要说明的是，在此，对与上述导电板30相同的结构省略说明，基本上仅对与上述导电板30不同的结构进行说明。
(变形例1)
如图5及图6所示，变形例1的导电板30具有两个弹簧片33。如图6所示，两个弹簧片33以在俯视时呈线对称的方式配置。更具体而言，两个弹簧片33形成为相对于平面部32上的规定的假想轴线A呈线对称。即，如图中的倾斜方向D所示，两个弹簧片33分别朝向假想轴线A从平面部32向发电元件20的电极层22倾斜。因此，两个弹簧片33各自的前端部332隔着假想轴线A对置。换言之，两个弹簧片33形成为能够对开。这样的两个弹簧片33也可以在沿着假想轴线A的方向上排列多个。例如，在将变形例1的两个弹簧片33在沿着假想轴线A的方向上配置五列的情况下，形成10个弹簧片33。通过这样以相对于规定的假想轴线A呈线对称的方式设置多个弹簧片33，从而弹簧片33的前端部332与电极层22的接触部位增加，因此能够降低电阻。另外，由于弹簧片33的前端部332与电极层22的接触部位对称地配置，因此能够使弹簧片33向电极层22的按压力均等地分散，并且能够提高整体的按压力。需要说明的是，假想轴线A的位置只要能够形成多个弹簧片33，并且能够适当地按压发电元件20，则能够任意地决定。
(变形例2)
如图7所示，变形例2的导电板30具有两个弹簧片33。两个弹簧片33以在俯视时呈点对称的方式配置。更具体而言，两个弹簧片33形成为相对于平面部32上的假想点C呈点对称。如图中的倾斜方向D所示，两个弹簧片33分别具有平行的倾斜方向，并且，一个弹簧片33以具有与另一个弹簧片33相反方向的倾斜方向D的方式排列。变形例2的导电板30也可以具有两个或三个以上的多个弹簧片33。在该情况下，以弹簧片33的倾斜方向D平行且相邻的弹簧片33彼此的倾斜方向交替的方式并列设置多个弹簧片33。多个弹簧片33各自的倾斜方向D的长度相同。由此，弹簧片33的前端部332与电极层22的接触部位增加，另外，以相邻的弹簧片33彼此的倾斜方向交替的方式排列多个弹簧片33，因此能够降低电阻。另外，由于弹簧片33的前端部332与电极层22的接触部位对称地配置，因此能够使弹簧片33向电极层22的按压力均等地分散，并且能够提高整体的按压力。需要说明的是，假想点C的位置只要能够将多个弹簧片33形成于平面部32，并且能够适当地按压发电元件20即可，能够任意地决定。但是，假想点C优选决定在平面部32中相当于发电元件20的几何中心的位置。
(变形例3)
如图8所示，变形例3的导电板30具有4个弹簧片33。4个弹簧片33通过将平面部32切成十字状而形成。各个弹簧片33配置在从中心点P延伸的假想放射线上。4个弹簧片33的倾斜方向D分别朝向中心点P。即，连结4个弹簧片33中的对置的两个弹簧片33的倾斜方向D的线交叉。4个弹簧片33各自的弹簧片33以相对于中心点P成为等角的方式配置在假想放射线上。在本变形例3中，相邻的弹簧片33相对于中心点P的角度θ为90℃。各个弹簧片33的边界331可以是以中心点P为中心的圆的切线。另外，各个弹簧片33的倾斜方向D的长度可以相同。变形例3的导电板30不限于具有4个弹簧片33，也可以具有2个、3个或5个以上的多个弹簧片33。由此，能够降低电阻，进而，能够使弹簧片33向电极层22的按压力均等地分散，并且能够提高整体的按压力。
(变形例4)
如图9所示，变形例4的导电板30具有前端部332向与电极层22相反的方向弯折的弹簧片33。即，前端部332朝向电极层22形成为凸状。前端部332优选具有朝向电极层22呈凸状的曲面。另外，也可以通过弯折多个前端部332，使前端部332与电极层22以面接触。例如，如果将前端部322弯折两次，则能够在前端部332形成与电极层22的接触面。由此，能够防止前端部332的锐利的部位与电极层22接触而损伤。需要说明的是，也可以将其他变形例的弹簧片33的前端部332同样地弯折。
(变形例5)
如图10所示，变形例5的导电板30具有梯形的弹簧片33。边界331的宽度L1比前端部332的宽度L2宽。边界331的宽度L1也可以改称为相对于平面部32弯折的弹簧片33的弯折部位的宽度或者悬臂支承于平面部32的宽度。前端部332的宽度L1也可以改称为发电元件20的与电极层22接触的部位(即，与电极层22导通的部位)的宽度。另外，也可以改称为梯形状的弹簧片33的对边中的比较长的边为边界331，比较短的边为前端部332。由此，在弹簧片33与电极层22接触时，宽度比较窄的前端部332容易向与电极层22相反的方向挠曲，能够容易地吸收发电元件20的厚度的偏差或凹状容器11的侧壁部112的高度的偏差等。另外，通过将作为弯折部位的边界331形成得比较长，能够缓和向边界331的应力集中，能够抑制弹簧片33从平面部32脱离等导电板30的破损。
(变形例6)
如图11所示，变形例6的导电板30具有倒梯形的弹簧片33。前端部332的宽度L2比边界331的宽度L1宽。由此，弹簧片33的前端部332与电极层22的接触部位增加，因此能够降低电阻，并且能够提高弹簧片33向电极层22的按压力。需要说明的是，在上述的变形例5及变形例6的弹簧片33中，在如变形例4的弹簧片33那样将前端部332弯折的情况下，或者在前端部332因与电极层22的接触而挠曲的情况下，弹簧片33在比前端更靠边界331侧与电极层22接触。在该情况下，将弹簧片33与电极层22接触的部位，即弹簧片33与电极层22导通的部位的宽度视为前端部332的宽度L2。
(变形例7)
如图12所示，变形例7的导电板30在边界331的附近被切成俯视时为曲线状。即，边界331的宽度L1比前端部332的宽度L2宽。由此，能够起到与变形例5的弹簧片33相同的效果。
(变形例8)
如图13所示，变形例8的导电板30具有三角形状的弹簧片33。边界331是三角形状的弹簧片33中的规定的一边，前端部332是三角形状的弹簧片33的顶点。即，三角形状的弹簧片33从边界331朝向前端部332逐渐变细。在此，前端部332为顶点，但实际上具有与电极层22接触的规定的宽度L2(未图示)。因此，在变形例8的弹簧片33中，也可以说边界331的宽度L1比前端部332的宽度L2宽。由此，能够起到与变形例5的弹簧片33相同的效果。
(变形例9)
如图14所示，变形例9的导电板30具有半椭圆形状的弹簧片33。半椭圆形状的弹簧片33通过将平面部32切成U字型而形成。半椭圆形状的弹簧片33从边界331朝向前端部332逐渐变细。在此，虽然前端部332在俯视时为曲线状，但实际上具有与电极层22接触的规定的宽度L2(未图示)。因此，在变形例9的弹簧片33中，也可以说边界331的宽度L1比前端部332的宽度L2宽。由此，能够起到与变形例5的弹簧片33相同的效果。
(变形例10)
如图15及图16所示，变形例10的弹簧片33是碟形弹簧，是从平面部32朝向发电元件20而直径逐渐变小的圆锥台的周壁。即，边界331的直径比前端部332的直径更大，边界331的长度比前端部332的长度更长。由此，能够起到与变形例5的弹簧片33相同的效果。
第一实施方式的弹簧片33及其变形例1～10的弹簧片33也可以相对于导电板30进行各种组合而设置。
(第二实施方式)
接着，使用图17对第二实施方式的电化学元件1进行具体说明。在本实施方式的电化学元件1中，对于与第一实施方式的电化学元件1相同的结构基本上省略说明，仅对与第一实施方式的电化学元件1不同的结构进行说明。
在本实施方式的电化学元件1中，发电元件20具有多孔质金属层24。多孔质金属层24配置在电极层22的表面，通过与弹簧片33的前端部332接触，从而使电极层22与导电板30导通。
多孔质金属层24是如发泡状金属多孔质体那样空隙率高且具有从一个面贯通到另一个面的空孔的多孔质的金属基体，能够因挤压而压缩，作为集电体发挥功能。多孔质金属层24被覆电极层22的表面。为了降低电阻，多孔质金属层24优选不仅与电极层22接触，而且其一部分埋设在电极层22的负极合剂中而与电极层22一体化。需要说明的是，如图17所示，在电极层22的下表面即底部111侧，可以在电极层21的表面配置多孔质金属层24，也可以以其一部分埋设于电极层21的正极合剂而与电极层21一体化的方式设置多孔质金属层24。
为了容易调整由压缩引起的发电元件20的厚度的偏差等，多孔质金属层24的空隙率优选为80％以上，更优选为90％以上。另一方面，为了确保良好的导电性，多孔质金属层24的空隙率优选为99％以下。组装电化学元件1前的多孔质金属层24的厚度优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，特别优选为0.5m以上，另一方面，优选为3mm以下，更优选为2mm以下，特别优选为1.5mm以下。
通过这样设置多孔质金属层24，能够充分吸收发电元件20的厚度或壳体10的高度等的偏差，其结果，能够抑制内部电阻的值的偏差。或者，在多孔质金属层24预先与第二电极层一体化的情况下，能够降低弹簧部33与发电元件20的导通部位的电阻。
(第三实施方式)
接着，使用图18对第二实施方式的电化学元件1进行具体说明。在本实施方式的电化学元件1中，对于与第一实施方式的电化学元件1相同的结构基本上省略说明，仅对与第一实施方式的电化学元件1不同的结构进行说明。
本实施方式的电化学元件1在电极层22与导电板30之间具有导电片40。在本实施方式中，导电片40是由膨胀石墨构成的导电性的碳片，即石墨片。石墨片如下制造。首先，加热对天然石墨实施了酸处理的酸处理石墨的粒子。这样，酸处理石墨通过位于其层间的酸发生气化而发泡从而膨胀。该膨胀化的石墨(膨胀石墨)成型为毡状，进而使用辊轧机进行轧制，由此形成片体。导电片40通过将该膨胀石墨的片体挖成圆形状而制造。如上所述，膨胀石墨通过酸发生气化而酸处理石墨发泡来形成。因此，石墨片形成为多孔质形状。因此，石墨片不仅具有石墨自身所具有的导电性，还具有以往的石墨产品所没有的柔软性。需要说明的是，石墨片的制造方法不限于此，可以由膨胀石墨以外的材料构成，也可以利用任意方法制造石墨片。
石墨片的表观密度优选为0.3g/cm3以上，更优选为0.7g/cm3以上，优选为1.5g/cm3以下，更优选为1.3g/cm3以下。这是因为，如果石墨片的表观密度过低，则石墨片容易破损，如果表观密度过高，则柔软性降低。需要说明的是，表观密度不限于石墨片，也能够应用于由导电性带等其他原材料形成的导电片40。
石墨片的厚度优选为0.05mm以上，更优选为0.07mm以上，优选为0.5mm以下，更优选为0.2mm以下。这是因为，若石墨片的厚度过小，则石墨片容易破损，若厚度过大，则石墨片缩小容纳发电元件20的壳体10的内部空间，能够容纳的发电元件20的容积(厚度)减少。
这样，通过设置柔软性比导电板高即容易变形的导电片40，从而上述的导电板30的弹簧片33的按压力更均匀地传递到发电元件20，能够抑制发电元件20的破损，并且能够实现电连接的稳定化。需要说明的是，如图6所示，导电片40也可以配置在电极层21与凹状容器11的底部111之间。由此，能够进一步实现发电元件20的破损的抑制及电连接的稳定化。
(第四实施方式)
接着，使用图19对第三实施方式的电化学元件1进行具体说明。在本实施方式的电化学元件1中，对于与第一实施方式和第二实施方式的电化学元件1相同的结构基本上省略说明，仅对与第一实施方式和第二实施方式的电化学元件1不同的结构进行说明。
本实施方式的电化学元件1在壳体10的内部空间容纳有扁平形元件50。如图7所示，扁平形元件50具有外装罐(电极端子)51、封口罐(电极端子)52、上述发电元件20以及垫片53。
外装罐51具备圆形状的平面部511和从平面部511的外周连续形成的圆筒状的筒状侧壁部512。筒状侧壁部512设置为在纵截面图中与平面部511大致垂直地延伸。外装罐51由不锈钢等金属材料形成。外装罐51配置在凹状容器11的底部111侧。
封口罐52具备圆形状的平面部521和从平面部521的外周连续形成的圆筒状的周壁部522。封口罐52的开口与外装罐51的开口对置。封口罐52由不锈钢等金属材料形成。封口罐52配置在盖材12侧。在外装罐51与封口罐52之间容纳有发电元件20。因此，外装罐51作为与导体部113连接的电极端子发挥功能，封口罐52作为与导电板30连接的另一个电极端子发挥功能。
外装罐51和封口罐52在将发电元件20容纳于内部空间后，在外装罐51的筒状侧壁部512与封口罐52的周壁部522之间隔着垫片53进行敛缝。更具体而言，对于外装罐51和封口罐52，使外装罐51和封口罐52彼此的开口对置，在外装罐51的筒状侧壁部512的内侧插入封口罐52的周壁部522后，在筒状侧壁部512与周壁部522之间隔着垫片53进行敛缝。由此，由外装罐51和封口罐52形成的内部空间成为密闭状态。即，外装罐51及封口罐52是在其内部空间封入发电元件20的外包装材料。需要说明的是，外装罐51和封口罐52各自在俯视时不限于圆形状，能够进行椭圆形状或多边形状等各种变更。
垫片53由聚酰胺系树脂、聚丙烯树脂或聚苯硫醚树脂等树脂材料构成。需要说明的是，将由外装罐51和封口罐52形成的内部空间设为密闭状态的方法不限于隔着垫片53进行敛缝，也可以通过其他方法进行。例如，也可以在外装罐51的筒状侧壁部512与封口罐52的周壁部522之间夹设热熔融性树脂、粘接剂等而进行接合、密封。
在凹状容器11的内部容纳有扁平形元件50后，导电板30载置于扁平形元件50的上表面，使被支承部31卡止并支承于支承部115。此时，导电板30的弹簧片33在与封口罐52的平面部521接触的状态下向与扁平形元件50相反的方向挠曲。弹簧片33通过其弹力向凹状容器11的底部111的方向按压扁平形元件50。由此，导电板30不会因振动等而发生位置偏移，与扁平形元件50更稳定地接触，与上述第一实施方式的电化学元件1同样，不会因振动等而发生位置偏移，能够维持良好的电连接。
在本实施方式的电化学元件1中，虽未特别图示，但也可以在扁平形元件50与导电板30之间配置上述多孔质金属层24或导电片40。另外，也可以在扁平形元件50与凹状容器11的底部111之间配置多孔质金属层24或导电片40。
扁平形元件50不限于具有固体电解质层的全固体电池，也可以是锂离子二次电池等非水电解质电池、其他具有扁平形状的电池或者锂离子电容器等电容器。
在上述第一～第四实施方式中，使电极层21作为正极层发挥功能，使电极层22作为负极层发挥功能，但也可以使电极层21作为负极层发挥功能，使电极层22作为负极层发挥功能。在该情况下，外部端子13作为负极端子发挥功能，外部端子14作为正极端子发挥功能。
在上述第四实施方式中，扁平形元件50以外装罐51配置在凹状容器11的底部111侧的方式容纳在壳体10的内部空间，但也可以以封口罐52配置在凹状容器11的底部111侧的方式容纳。即，扁平形元件50也可以在使图6所示的扁平形元件50的上下翻转的状态下容纳在壳体10的内部空间中。
在上述第一～第四实施方式中，由将电极层21、电极层22和固体电解质层23层叠而成的层叠体构成发电元件20，但作为隔离层，代替固体电解质层23而设置隔膜(未图示)，在壳体10的内部空间与发电元件20一起容纳电解液，由此能够将电化学元件设为锂离子二次电池、锂离子电容器、双电层电容器等。这种情况下，隔膜和电解液为在锂离子二次电池、锂离子电容器或双电层电容器等中通常使用的隔膜和电解液。另外，电极层21和电极层22置换为在各种电化学元件1中通常使用的正极和负极的合剂层即可。
需要说明的是，根据本发明，能够有助于联合国提倡的可持续发展目标(SDGs：Sustainable Development Goals)的目标7“人人负担得起的清洁能源”以及目标12“负责任的生产和消费”。
实施例
[耐振动性的评价]
使用厚度0.2mm的由SUS304-CSP构成的导电板，制作图9所示的电化学元件(全固体电池)。对于该实施例的电化学元件，如下进行振动试验，评价耐振动性。
对实施例的电化学元件的纵、横和高度这3个方向依次进行施加正弦波的振动的试验。正弦波的扫描设为一边使频率变化一边在7Hz～200Hz的范围内以15分钟往复的对数扫描，对3个方向分别重复12次该扫描。需要说明的是，在7Hz～18Hz之间，以峰值加速度维持在1G的方式进行扫描，从18Hz开始，一边将全振幅维持在0.8mm一边进行扫描直至峰值加速度达到8G的频率(约50Hz)为止，进而，在到200Hz为止的期间，以峰值加速度维持在1G的方式进行扫描。
对于进行了振动试验的实施例的电化学元件，在施加电压10mV测定1kHz时的交流阻抗，与振动试验前测定的交流阻抗的值进行比较，但未确认到变化，确认了通过卡止于凹状容器的侧壁部的导电板良好地维持电连接。
[密封性的评价]
与耐振试验另外地，通过JIS-Z 2331中记载的“氦泄漏试验方法”(轰击法)，确认实施例的电化学元件的壳体的密封性。在罐内放入电化学元件，用氦气加压2小时后，在真空室内对电化学元件的周围进行1分钟真空排气，求出氦气的泄漏量，结果确认到在10分钟后泄漏量为1×10-10Pa·m3/s以下，具有优异的密封性。
以上，对实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨就能够进行各种变更。
附图标记说明
1：电化学元件，10：壳体，11：凹状容器，12：盖材，13：外部端子，14：外部端子，15：密封环，111：底部，112：侧壁部，113：导体部，114：导体部，115：支承部，20：发电元件，30：导电板，31：被支承部，32：平面部，33：弹簧片，331：边界，332：前端部，40：导电片，50：扁平形元件，51：外装罐，511：平面部，52：封口罐，521：平面部，53：垫片，A：假想轴线，C：假想点，P：中心点。

Claims (13)

1.一种电化学元件，其具备：
壳体，其具有凹状容器和覆盖所述凹状容器的开口的盖材，所述凹状容器具有底部和侧壁部，
发电元件，其密封于所述壳体内，具有配置于所述底部侧的第一电极层、配置于所述盖材侧的第二电极层和配置于所述第一电极层与所述第二电极层之间的隔离层，以及
导电板，其配置于所述发电元件与所述盖材之间；
所述第一电极层与从所述壳体的内部通向外部的第一导通路径电连接，
所述第二电极层经由所述导电板与从所述壳体的内部通向外部的第二导通路径电连接，
所述导电板包含与所述发电元件对置的平面部和从所述平面部立起并将所述发电元件向所述凹状容器的底部方向按压的弹簧部，所述导电板在俯视时在比所述发电元件靠径向外侧卡止于所述凹状容器的侧壁部，
在所述导电板与所述盖材之间形成有间隙。
2.根据权利要求1所述的电化学元件，其中，所述弹簧部具有弹簧片，所述弹簧片悬臂支承于所述平面部，并且将所述发电元件向所述凹状容器的底部方向按压。
3.根据权利要求1所述的电化学元件，其中，所述导电板具有从所述平面部立起并将所述发电元件向所述凹状容器的底部方向按压的多个弹簧部。
4.根据权利要求3所述的电化学元件，其中，所述多个弹簧部分别具有弹簧片，所述弹簧片悬臂支承于所述平面部，并且将所述发电元件向所述凹状容器的底部方向按压。
5.根据权利要求4所述的电化学元件，其中，所述多个弹簧部中的弹簧片分别以俯视时呈线对称或点对称的方式配置。
6.根据权利要求4所述的电化学元件，其中，所述多个弹簧部中的弹簧片分别在俯视时配置成放射状。
7.根据权利要求2所述的电化学元件，其中，所述弹簧片形成为悬臂支承于所述平面部的宽度比所述前端部的宽度宽。
8.根据权利要求2所述的电化学元件，其中，所述弹簧片形成为所述前端部的宽度比悬臂支承于所述平面部的宽度宽。
9.根据权利要求2所述的电化学元件，其中，所述弹簧片为碟形弹簧。
10.根据权利要求2所述的电化学元件，其中，所述弹簧片的前端部向与所述发电元件相反的方向弯折。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的电化学元件，其中，所述发电元件在所述第二电极层的表面还具有多孔质金属层。
12.一种电化学元件，其具备：
壳体，其具有凹状容器和覆盖所述凹状容器的开口的盖材，所述凹状容器具有底部和侧壁部，
扁平形元件，其具有外包装材料和封入所述外包装材料内部的发电元件，所述外包装材料被密封于所述壳体内且包含配置于所述底部侧的第一电极端子和配置于所述盖材侧的第二电极端子，所述发电元件包含第一电极层、第二电极层以及配置在所述第一电极层与所述第二电极层之间的隔离层，以及
导电板，其配置在所述扁平形元件与所述盖材之间；
所述第一电极端子与从所述壳体的内部通向外部的第一导通路径电连接，
所述第二电极端子经由所述导电板与从所述壳体的内部通向外部的第二导通路径电连接，
所述导电板包含与所述扁平形元件对置的平面部以及从所述平面部立起并将所述扁平形元件向所述凹状容器的底部方向按压的弹簧部，，所述导电板在俯视时在比所述扁平形元件靠径向的外侧卡止于所述凹状容器的侧壁部，
在所述导电板与所述盖材之间形成有间隙。
13.根据权利要求12所述的电化学元件，其中，所述弹簧部具有弹簧片，该弹簧片悬臂支承于所述平面部并且将所述扁平形元件向所述凹状容器的底部方向按压。
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