DE102017111509A1

DE102017111509A1 - Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie, Herstellungsvorrichtung für eine Vollfestkörperbatterie, und Vollfestkörperbatterie

Info

Publication number: DE102017111509A1
Application number: DE102017111509.9A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Iwano; Akira Tsujiko; Fuhito KAMATA; Tomonori Kawamura; Mikio Kawakami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2037-05-27
Also published as: US10153520B2; DE102017111509B4; CN107452985A; CN107452985B; US20170352923A1

Abstract

Ein Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie umfasst: Herstellen (S1) einer laminierten Batterie (6) mit beiden Endflächen in einer Laminierungsrichtung und einer Seitenfläche durch Laminieren einer Mehrzahl von Kollektorschichten (1), Positivelektroden-Mischschichten (2), Festelektrolytschichten (5), und Negativelektroden-Mischschichten (3); Zuführen (S2) eines Flüssigharzes (7') nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie; und Härten (S3) des Flüssigharzes. Herstellen der laminierten Batterie durch Hervorstehenlassen zumindest einer Schicht der Kollektorschicht (1), der Positivelektroden-Mischschicht (2), der Festelektrolytschicht (5), und der Negativelektroden-Mischschicht (3) bezogen auf die übrigen Schichten, um eine hervorstehende Schicht zu bilden. Hervorstehenlassen einer Mehrzahl von hervorstehenden Schichten von der Seitenfläche der Batterie (6). Das Zuführen des Harzes umfasst das Zuführen des Flüssigharzes nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie auf solche Weise, dass das Flüssigharz in einen Zwischenraum zwischen einer vorstehenden Schicht und einer anderen vorstehenden Schicht eintritt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie, eine Herstellungsvorrichtung für eine Vollfestkörperbatterie, und eine Vollfestkörperbatterie.
2. Stand der Technik
Bekannt ist eine Technik des vollständigen Beschichtens einer laminierten Batterie, die durch Laminieren einer Mehrzahl von Positivelektrodenschichten, Festelektrolytschichten, und Negativelektrodenschichten gebildet wird, mit einem Harz (siehe japanische Patentanmeldung mit der Nr. JP 2000-251858 A ). Die so beschichtete Batterie weist beispielweise eine verbesserte Beständigkeit gegen Feuchtigkeitsdurchtritt und verbesserte mechanische Festigkeit auf.
Ein denkbares Verfahren des Beschichtens der gesamten laminierten Batterie mit einem Harz ist das Beschichten der laminierten Batterie mit einem ungehärteten Harz und das anschließende Härten dieses ungehärteten Harzes. Hierbei sind, wie in der JP 2000-251858 A offenbart ist, ein Tauchverfahren, bei dem eine laminierte Batterie in ein ungehärtetes Harz getaucht wird und anschließend herausgezogen wird, und ein Gießverfahren, bei dem eine laminierte Batterie in einer Form einer vorgegebenen Größe angeordnet wird und ein ungehärtetes Harz in diese Form gegossen wird, herkömmliche Verfahren zum Beschichten einer laminierten Batterie mit einem ungehärteten Harz.
Alternativ ist auch eine Technik bekannt, bei der eine Harzüberzugsschicht durch Einsatzformen an einem Vollfestkörperbatterieelement gebildet wird, das durch Laminieren einer Positivelektrodenschicht, einer Festelektrolytschicht, und einer Negativelektrodenschicht (siehe japanische Patentanmeldung mit der Nr. JP 2015-018769 A ) gebildet wird.
Auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung, das ein völlig anderes technisches Gebiet ist als das von Vollfestkörperbatterien, ist eine Technik bekannt, bei der ein Unterfüllharz in einen Zwischenraum zwischen einem Substrat und einem Chip gefüllt wird (siehe japanische Patentanmeldung mit der Nr. JP 2008-113045 A und japanische Patentanmeldung mit der Nr. JP 2011-061093 A ).
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer typischen laminierten Batterie steht eine Schicht oder zwei Schichten der Positivelektrodenschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektrodenschicht bezogen auf die anderen Schichten hervor, um hervorstehende Schichten zu bilden, so dass eine Mehrzahl hervorstehender Schichten von der Seitenfläche der laminierten Batterie hervorstehen. In diesem Fall ist ein Zwischenraum zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht bei der Seitenfläche der laminierten Batterie schmal. Um die laminierte Batterie, wie in JP 2000-251858 A offenbart ist, durch das Tauchverfahren oder ein Gießverfahren zu beschichten, wird es angesichts der Tatsache, dass das Harz nicht leicht in diesen Zwischenraum in der Seitenfläche der laminierten Batterie eintritt, daher nötig, die Harzmenge so weit wie möglich zu erhöhen. Folglich erhöht sich das Volumen der laminierten Batterie in Laminierungsrichtung, so dass die Energiedichte der Batterie abnimmt.
Die vorliegende Anmeldung schafft ein Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie und eine Herstellungsvorrichtung für eine Vollfestkörperbatterie, durch die die Energiedichte einer Vollfestkörperbatterie verbessert werden kann, und schafft ferner eine Vollfestkörperbatterie mit verbesserter Energiedichte.
Ein Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie umfasst nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung: Herstellen einer laminierten Batterie mit beiden Endfläche in einer Laminierungsrichtung und einer Seitenfläche durch Laminieren einer Mehrzahl von Kollektorschichten, Positivelektroden-Mischschichten, Festelektrolytschichten, und Negativelektroden-Mischschichten; Zuführen eines Flüssigharzes nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie; und Härten des Flüssigharzes. Das Herstellen der laminierten Batterie umfasst das Hervorstehenlassen zumindest einer Schicht von der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht bezogen auf die übrigen der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht, um eine vorstehende Schicht zu bilden, und Hervorstehenlassen einer Mehrzahl von hervorstehenden Schichten von der Seitenfläche der laminierten Batterie. Das Zuführen des Flüssigharzes umfasst das Zuführen des Flüssigharzes nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie auf solche Weise, dass das Flüssigharz in einen Zwischenraum zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht eintritt.
Die „Kollektorschicht” ist eine Schicht, die als ein Positivelektroden-Kollektor oder Negativelektroden-Kollektor fungiert. Eine Kollektorschicht kann sowohl als Positivelektroden-Kollektor als auch als Negativelektroden-Kollektor fungieren. Das „Laminieren einer Mehrzahl von Kollektorschichten, Positivelektroden-Mischschichten, Festelektrolytschichten, und Negativelektroden-Mischschichten” meint beispielsweise das Laminieren der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht wiederholt in dieser Reihenfolge, um einen Zustand zu erreichen, in dem eine Mehrzahl von Batterieelementen laminiert sind. Somit besteht die „laminierte Batterie” aus einer Mehrzahl von Batterieelementen. Die Kollektorschicht und die Positivelektroden-Mischschicht, sowie die Kollektorschicht und die Negativelektroden-Mischschicht können beispielsweise durch Aufbringen einer Gemischaufschlämmung auf eine Fläche des Kollektors übereinander zusammengefügt werden, und dieser Schritt kann durchgeführt werden bevor die laminierte Batterie hergestellt wird. „Beide Endflächen in Laminierungsrichtung” bezieht sich auf Flächen, die die äußersten Seiten in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie darstellen. Die „Seitenfläche” ist eine Fläche, die durch die Außenkanten der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht gebildet. Das „Flüssigharz” bezieht sich auf ein ungehärtetes Harz, das ein beliebiges Harz sein, das später durch irgendeine Behandlung gehärtet werden kann. „Flüssig-„ meint nicht unbedingt, dass das Harz bei Raumtemperatur in einem flüssigen Zustand ist, und das Flüssigharz kann ein Harz sein, das durch Erwärmen geschmolzen wird. Dementsprechend umfasst das „Flüssigharz” in der vorliegenden Anmeldung nicht nur härtende Harze wie wärmehärtende Harze und photohärtende Harze, sondern auch thermoplastische Harze. Das „Zuführen eines Flüssigharzes nur zu der Seitenfläche” meint das Zuführen eines Flüssigharzes zu der Seitenfläche der laminierten Batterie während ein Großteil beider Endflächen in Laminierungsrichtung der Batterie freiliegend belassen werden, ohne mit einem Flüssigharz beschichtet zu werden. Das „Hervorstehenlassen zumindest einer Schicht der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht bezogen auf die anderen Schichten, um eine hervorstehende Schicht zu bilden” bedeutet, dass Außenkanten von zumindest einer Schicht der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht bezogen auf die Außenkanten der anderen Schichten nach außen hervorstehen.
Das Herstellungsverfahren des ersten Aspekts kann nach dem Beenden des Zuführens des Flüssigharzes und vor dem Starten des Härtens des Flüssigharzes ferner das Erhöhen eines Atmosphärendrucks über einen Atmosphärendruck umfassen, bei dem das Flüssigharz zugeführt wird.
Der „Atmosphärendruck” bezieht sich auf einen Druck, der auf die laminierte Batterie ausgeübt wird.
Das Herstellungsverfahren des vorstehenden Aspekts kann nach dem Beenden des Herstellens der laminierten Batterie und vor dem Starten des Zuführens des Flüssigharzes ferner das Verringern des Atmosphärendrucks unter einen Atmosphärendruck umfassen, bei dem die laminierte Batterie hergestellt wird. Es ist nicht nötig, dass das Herstellen der laminierten Batterie und das Zuführen des Flüssigharzes durch die gleiche Vorrichtung erfolgt.
Das Herstellungsverfahren des vorstehenden Aspekts kann nach dem Beenden des Herstellens der laminierten Batterie und vor dem Starten des Zuführens des Flüssigharzes ferner das Bedecken beider Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie mit einem Abdeckelement umfassen, wobei das Zuführen des Flüssigharzes das Schützen beider Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie vor dem Flüssigharz durch das Abdeckelement umfassen kann.
Bei dem Herstellungsverfahren des vorstehenden Aspekts kann das Harz zugeführt werden während die laminierte Batterie durch eine Haltevorrichtung gehalten wird. Die Haltevorrichtung kann eine untere Bodenfläche aufweisen, die eine Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie bedeckt, ein oberes Abdeckelement, das die andere Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie bedeckt, und eine Seitenfläche, die von dem oberen Abdeckelement in Richtung der unteren Bodenfläche abgeschrägt ist.
Bei dem Herstellungsverfahren des vorstehenden Aspekts kann das Herstellen der laminierten Batterie das Ausbilden einer bipolaren Elektrodenschicht durch die Kollektorschicht, die Positivelektroden-Mischschicht, und die Negativelektroden-Mischschicht umfassen. Eine Mehrzahl von bipolaren Elektrodenschichten kann mit den dazwischen angeordneten Festelektrolytschichten laminiert werden, um die laminierte Batterie zu bilden. Zumindest eine Schicht von der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht kann bezogen auf die übrigen der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht hervorstehen, und eine Mehrzahl von hervorstehenden Schichten können von der Seitenfläche der laminierten Batterie hervorstehen.
Eine Herstellungsvorrichtung für eine Vollfestkörperbatterie gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die eine Vollfestkörperbatterie durch Zuführen eines Flüssigharzes nur zu einer Seitenfläche einer laminierten Batterie und anschließendes Härten des Flüssigharzes auf der laminierten Batterie herstellt. Die laminierte Batterie weist beide Endfläche in einer Laminierungsrichtung und eine Seitenfläche auf und eine Mehrzahl von hervorstehenden Schichten stehen von der Seitenfläche hervor, wobei ein Zwischenraum zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht belassen wird. Die Herstellungsvorrichtung umfasst eine Kammer, in die die laminierte Batterie aufgenommen ist, und eine Harzzuführeinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Flüssigharz nur der Seitenfläche der in der Kammer aufgenommenen laminierten Batterie zuführt.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist die „laminierte Batterie” eine Batterie, die durch Laminieren einer Mehrzahl von Kollektorschichten, Positivelektroden-Mischschichten, Festelektrolytschichten, und Negativelektroden-Mischschichten gebildet wird. Die „Harzzuführeinheit” kann ein beliebiges Mittel sein, um ein Flüssigharz beispielsweise durch Abgabe des Flüssigharzes nur der Seitenfläche der laminierten Batterie zuzuführen. Es können verschiedene Formen der Harzzuführeinheit, einschließlich eines Rohrs und einer Düse mit einer Abgabeöffnung angenommen werden.
Die Herstellungsvorrichtung des zweiten Aspekts kann ferner eine Drucksteuereinheit umfassen, die derart konfiguriert ist, dass sie einen Druck in der Kammer steuert. Die Drucksteuereinheit kann derart konfiguriert sein, dass sie den Druck in der Kammer relativ erhöht, nachdem die Harzzuführeinheit das Flüssigharz nur der Seitenfläche der laminierten Batterie zugeführt hat und bevor das Flüssigharz gehärtet wird.
Die Aussage „Die Drucksteuereinheit erhöht den Druck in der Kammer relativ, nachdem die Harzzuführeinheit das Flüssigharz nur der Seitenfläche der laminierten Batterie zugeführt hat und bevor das Flüssigharz gehärtet wird” kann ein Konzept sein, dass eine Form umfasst, bei der der Druck in der Kammer auf einen barometrischen Druck (d. h., die Kammer wird geöffnet, um den barometrischen Druck zu erreichen) zurückgebracht wird, wenn das Kammerinnere druckentlastet worden ist „bevor die Harzzuführeinheit das Flüssigharz nur der Seitenfläche der laminierten Batterie zuführt”. Daher kann jedes Mittel, das den Druck in der Kammer unabhängig von dem Druck außerhalb der Kammer relativ erhöht als Drucksteuereinheit der Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung dienen.
Die Herstellungsvorrichtung des zweiten Aspekts kann ferner eine Drucksteuereinheit umfassen, die einen Druck in der Kammer steuert. Die Drucksteuereinheit kann derart konfiguriert sein, dass sie den Druck in der Kammer relativ verringert, nachdem die laminierte Batterie in die Kammer aufgenommen worden ist und bevor die Harzzuführeinheit das Flüssigharz nur einer Seitenfläche der laminierten Batterie zuführt.
Die Herstellungsvorrichtung des zweiten Aspekts kann ferner eine Haltevorrichtung umfassen, die derart konfiguriert ist, dass sie die laminierte Batterie hält, während sie die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie schützt. Die Harzzuführeinheit kann das Flüssigharz in einem Zustand, in dem die Haltevorrichtung die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie schützt, nur der Seitenfläche der laminierten Batterie zuführen.
Die Herstellungsvorrichtung des vorstehenden Aspekts kann ferner eine Haltevorrichtung umfassen, die derart konfiguriert ist, dass sie die laminierte Batterie hält, während sie die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie schützt. Die Haltevorrichtung kann eine untere Bodenfläche aufweisen, die eine Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie bedeckt, ein oberes Abdeckelement, das die andere Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie bedeckt, und eine Seitenfläche, die von dem oberen Abdeckelement in Richtung der unteren Bodenfläche abgeschrägt ist.
Die Herstellungsvorrichtung des vorstehenden Aspekts kann ferner eine Heizeinheit umfassen, die zumindest die Seitenfläche der laminierten Batterie erwärmt.
Die Herstellungsvorrichtung des vorstehenden Aspekts kann ferner eine Kühleinheit umfassen, die zumindest die Seitenfläche der laminierten Batterie umfasst.
Eine Vollfestkörperbatterie umfasst gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung: eine laminierte Batterie, die durch Laminieren einer Mehrzahl von Kollektorschichten, Positivelektroden-Mischschichten, Festelektrolytschichten, und Negativelektroden-Mischschichten gebildet wird; äußerte Kollektorschichten, die beide Endfläche in einer Laminierungsrichtung der laminierten Batterie darstellen; und ein Harz, mit dem nur eine Seitenfläche der laminierten Batterie beschichtet ist. Zumindest eine Schicht von der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht steht bezogen auf die übrigen der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht nach außen hervor, um eine hervorstehende Schicht zu bilden, und eine Mehrzahl hervorstehender Schichten steht von der Seitenfläche der laminierten Batterie hervor. Das Harz ist in einen Zwischenraum zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht eingedrungen. Ein Batteriegehäuse, das die laminierte Batterie mit Ausnahme der äußersten Kollektorschichten abdichtet, wird durch die äußersten Kollektorschichten und das Harz gebildet, und die äußersten Kollektorschichten dienen als Batterieklemmen.
Die Beschreibung „Ein Batteriegehäuse, das die laminierte Batterie mit Ausnahme der äußersten Kollektorschichten abdichtet, wird durch die äußersten Kollektorschichten und das Harz gebildet” meint anders ausgedrückt, dass ein Teil der laminierten Batterie mit Ausnahme der äußersten Kollektorschichten in einem durch die äußersten Kollektorschichten und das Harz definierten Raum aufgenommen ist, und durch die äußersten Kollektorschichten und das Harz so gehalten wird, dass keine Feuchtigkeit etc. in die laminierte Batterie eindringt. Bei der Vollfestkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung, bei der „die äußersten Kollektorschichten als Batterieklemmen dienen”, sind beide Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie freiliegend, ohne mit einem Harz beschichtet zu sein.
Bei einer Vollfestkörperbatterie des dritten Aspekts können die Kollektorschicht, die Positivelektroden-Mischschicht, und die Negativelektroden-Mischschicht eine bipolare Elektrodenschicht darstellen. Die laminierte Batterie kann durch Laminieren einer Mehrzahl von bipolaren Elektrodenschichten mit den dazwischen angeordneten Festelektrolytschichten gebildet werden. Zumindest eine Schicht von der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht kann bezogen auf die übrigen der Kollektorschicht, der Positivelektroden-Mischschicht, der Festelektrolytschicht, und der Negativelektroden-Mischschicht nach außen hervorstehen, und eine Mehrzahl hervorstehender Schichten kann von der Seitenfläche der laminierten Batterie hervorstehen.
Gemäß dem Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie, der Herstellungsvorrichtung für eine Vollfestkörperbatterie, und der Vollfestkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung wird ein Harz nur der Seitenfläche der laminierten Batterie zugeführt, um ein effektives Eintreten des Harzes in die Zwischenräume in der Seitenfläche der laminierten Batterie zu ermöglichen. Bei dem Herstellungsverfahren etc. der vorliegenden Offenbarung wird kein Harz in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie zugeführt, so dass die Energiedichte der Vollfestkörperbatterie verbessert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung werden nachstehend mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in der gilt:
1 ist eine Ansicht, die den Ablauf eines Herstellungsverfahrens für eine Vollfestkörperbatterie darstellt;
2A ist eine schematische Schnittansicht, die einen ersten Schritt (S1) darstellt;
2B ist eine schematische Schnittansicht, die den ersten Schritt (S1) darstellt;
3A ist eine schematische Schnittansicht, die die Form einer Seitenfläche einer laminierten Batterie 6 darstellt;
3B ist eine schematische Schnittansicht, die die Form der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 darstellt;
4A ist eine schematische Schnittansicht, die einen zweiten Schritt (S2) darstellt;
4B ist eine schematische Schnittansicht, die den zweiten Schritt (S2) darstellt;
4C ist eine schematische Schnittansicht, die den zweiten Schritt (S2) darstellt;
5A ist eine schematische Ansicht, die einen dritten Schritt (S3) darstellt;
5B ist eine schematische Ansicht, die den dritten Schritt (S3) darstellt;
6 ist eine Ansicht, die einen Druckbeaufschlagungsschritt und einen Druckentlastungsschritt darstellt, der von den Schritten S1 bis S3 in 1 abweicht;
7 ist eine Ansicht, die einen Abdeckungsschritt zeigt, der von den Schritten S1 bis S3 in 1 abweicht;
8 ist eine schematische Ansicht, die eine Herstellungsvorrichtung für eine Vollfestkörperbatterie darstellt;
9A ist eine schematische Schnittansicht, die eine Vollfestkörperbatterie darstellt;
9B ist eine schematische Schnittansicht, die die Vollfestkörperbatterie darstellt;
9C ist eine schematische Schnittansicht, die die Vollfestkörperbatterie darstellt;
10 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Haltevorrichtung darstellt;
11 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Fall darstellt, in dem Schritt S2 unter Verwendung der Haltevorrichtung durchgeführt wird;
12 sind Fotografien, die Ergebnisse eines Beispiels darstellen; und
13 ist eine Fotografie, die Ergebnisse eines Referenzbeispiels darstellt.
DEATILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1. Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie
Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie 10 mit Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Herstellungsverfahren für die Vollfestkörperbatterie 10: einen ersten Schritt (S1) des Herstellens einer laminierten Batterie 6 mit beiden Endflächen in einer Laminierungsrichtung und einer Seitenfläche durch Laminieren einer Mehrzahl von Kollektorschichten 1, Positivelektroden-Mischschichten 2, Festelektrolytschichten 5, und Negativelektroden-Mischschichten 3; einen zweiten Schritt (S2) des Zuführens eines Flüssigharzes 7' nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie 6; und einen dritten Schritt S3) des Härtens des Flüssigharzes 7'. In diesem Fall werden, wie in den 2A, 2B, 3A und 3B gezeigt ist, bei dem ersten Schritt (S1) zumindest eine Schicht der Kollektorschicht 1, der Positivelektroden-Mischschicht 2, der Festelektrolytschicht 5, und der Negativelektroden-Mischschicht 3 bezogen auf die anderen Schichten hervorstehen gelassen, um eine hervorstehende Schicht zu bilden, und eine Mehrzahl hervorstehender Schichten wird von der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 hervorstehen gelassen. Wie in den 4A, 4B, und 4C gezeigt ist, wird das Flüssigharz 7' bei dem zweiten Schritt (S2) nur der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zugeführt, so dass das Flüssigharz 7' in einen Zwischenraum X zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht eintritt.
1.1 Erster Schritt
Der erste Schritt S1 ist ein Schritt des Herstellens der laminierten Batterie 6 mit beiden Endflächen in Laminierungsrichtung und der Seitenfläche durch Laminieren der Mehrzahl von Kollektorschichten 1, Positivelektroden-Mischschichten 2, Festelektrolytschichten 5, und Negativelektroden-Mischschichten 3. Wie in den 2A, 2B, 3A und 3B gezeigt ist, wird bei Schritt S1 zumindest eine Schicht von der Kollektorschicht 1, der Positivelektroden-Mischschicht 2, der Festelektrolytschicht 5, und der Negativelektroden-Mischschicht 3 bezogen auf die anderen Schichten hervorstehen gelassen, um eine hervorstehende Schicht zu bilden, und eine Mehrzahl hervorstehender Schichten wird von der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 hervorstehen gelassen.
1.1.1 Kollektorschicht
Ein beliebiger allgemein bekannter Kollektor für eine Vollfestkörperbatterie kann als Kollektorschicht 1 angenommen werden. Die Kollektorschicht 1 kann beispielsweise durch eine Metallfolie, ein Metallnetz etc. gebildet werden. Besonders bevorzugt ist eine Metallfolie. Der Bereich und die Dicke einer Laminierungsfläche der Kollektorschicht 1 sind nicht speziell beschränkt. Beispiele für ein Metall zum Bilden der Kollektorschicht 1 umfassen Cu, Ni, Al, Fe, und Ti.
Wie in 2A gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass die Positivelektroden-Mischschicht 2, die Kollektorschicht 1, und die Negativelektroden-Mischschicht 3 eine bipolare Elektrodenschicht 4 darstellen. Wenn die bipolare Elektrodenschicht 4 angenommen wird, kann das Volumen der laminierten Batterie 6 in Laminierungsrichtung verringert werden, wodurch die Vollfestkörperbatterie 10 mit höherer Energiedichte hergestellt werden kann. In dem Fall, in dem die bipolare Elektrodenschicht 4 gebildet wird, werden die Batterieelemente in der laminierten Batterie 6 in Reihe verbunden, und Strom kann über die Kollektorschichten (äußersten Kollektorschichten), die die beiden Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 darstellen, entnommen werden. In dem Fall, in dem die Kollektorschicht 1, die Positivelektroden-Mischschicht 2, und die Negativelektroden-Mischschicht 3 keine bipolare Elektrodenschicht darstellen, sind die Zellen in der laminierten Batterie 6 in Parallelschaltung verbunden. Anders ausgedrückt ist es nötig, eine Mehrzahl von Positivelektroden-Kollektorschichten der laminierten Batterie 6 mit einem Zuleitungsdraht etc. miteinander zu verbinden und eine Mehrzahl von Negativelektroden-Kollektorschichten der laminierten Batterie 6 miteinander zu verbinden. In diesem Fall können Enden des Zuleitungsdrahts durch die äußersten Kollektorschichten gebildet werden, so dass Strom über die äußersten Kollektorschichten entnommen werden kann. In diesem Fall kann der Zuleitungsdraht in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 freigelegt werden, bevor das Harz zugeführt wird (vor dem später beschriebenen Schritt S2). In diesem Fall ist es möglich, die Seitenfläche der laminierten Batterie 6 einschließlich dieses Zuleitungsdrahtes durch Zuführen des Harzes nur zu der Seitenfläche bei dem später beschriebenen Schritt S2 abzudichten.
Dabei ist es, wie später beschrieben wird, in dem Fall, in dem die äußersten Kollektorschichten als Batterieklemmen dienen, bevorzugt, dass die äußersten Kollektorschichten durch Schichten mit einer höheren Dicke und höheren mechanischen Festigkeit gebildet werden als die Kollektorschichten in der laminierten Batterie 6. Die bevorzugte Dicke der äußersten Kollektorschichten liegt insbesondere bei nicht weniger als 15 μm und nicht mehr als 200 μm.
1.1.2 Positivelektroden-Mischschicht
Als Positivelektroden-Mischschicht 2 kann eine beliebige allgemein bekannte Positivelektroden-Mischschicht einer Vollfestkörperbatterie angenommen werden. In den 2A und 2B ist die Positivelektroden-Mischschicht auf eine Seite der Kollektorschicht 1 auflaminiert.
Die Positivelektroden-Mischschicht 2 umfasst zumindest ein Positivelektroden-Aktivmaterial, und umfasst wahlweise ferner einen Festelektrolyt, ein Bindemittel, und Leitfähigkeitshilfsmittel. Als Positivelektroden-Aktivmaterial kann ein allgemein bekanntes Aktivmaterial verwendet werden. Es ist möglich, aus allgemein bekannten Aktivmaterialien zwei auszuwählen, die unterschiedliche elektrische Potentiale zum Absorbieren und Freigeben eines vorgegebenen Ions (elektrische Lade- und Entladepotentiale) aufweisen, und ein Material mit einem elektropositiven Potential als Positivelektroden-Aktivmaterial zu verwenden, und das andere Material mit einem elektronegativen Potential als ein Negativelektroden-Aktivmaterial zu verwenden, die später beschrieben werden. Um eine Vollfestkörper-Lithium-Ionen-Batterie zu bilden, kann beispielsweise eine Lithiumverbindung wie LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ als Positivelektroden-Aktivmaterial verwendet werden. Eine Fläche des Positivelektroden-Aktivmaterials kann mit einer Oxidschicht wie einer Lithium-Niobat-Schicht beschichtet werden. Der Festelektrolyt ist bevorzugt ein anorganischer Festelektrolyt. Dies liegt daran, dass ein anorganischer Festelektrolyt eine höhere Ionenleitfähigkeit aufweist als ein organischer Polymerelektrolyt. Ferner weist ein anorganischer Festelektrolyt eine bessere Hitzebeständigkeit auf als ein organischer Polymerelektrolyt. Beispiele eines anorganischen Festelektrolyten umfassen einen Oxid-Festelektrolyt wie Li₃PO₄ und einen Sulfid-Festelektrolyt wie Li₂S-P₂S₅. Bevorzugt ist insbesondere ein Sulfat-Festelektrolyt, der Li₂S-P₂S₅ enthält, und noch bevorzugter ist ein Sulfid-Festelektrolyt, der 50 mol% oder mehr Li₂S-P₂S₅ enthält. Als Leitfähigkeitshilfsmittel können Kohlenstoffmaterialien wie Acetylenruß und Ketjenblack, sowie Metallmaterialien wie Nickel, Aluminium und Edelstahl verwendet werden. Als Bindemittel können verschiedene Bindemittel wie Butadienkautschuk (BR), Acrylat-Butadienkautschuk (ABR), und Polyvinylidendifluorid (PVdF) verwendet werden. Der Gehalt jeder Komponente in der Positivelektroden-Mischschicht 2 kann gleich sein wie bei einer herkömmlichen. Die Positivelektroden-Mischschicht 2 kann eine beliebige Plattenform aufweisen. Die Dicke der Positivelektroden-Mischschicht 2 liegt beispielsweise bevorzugt bei nicht weniger als 0,1 μm und nicht mehr als 1 mm, und am bevorzugsten bei nicht weniger als 1 μm und nicht mehr als 100 μm.
1.1.3 Festelektrolytschicht
Die Festelektrolytschicht 5 umfasst einen Festelektrolyt und wahlweise ein Bindemittel. Der Festelektrolyt ist, wie vorstehend erwähnt, bevorzugt ein anorganischer Festelektrolyt. Als Bindemittel kann ein Bindemittel, ähnlich wie jenes, das für die Positivelektroden-Mischschicht 2 verwendet wird, in geeigneter Weise ausgewählt und verwendet werden. Der Gehalt jeder Komponente in der Festelektrolytschicht 5 kann gleich sein wie bei einer herkömmlichen sein. Die Festelektrolytschicht 5 kann eine beliebige Plattenform aufweisen. Die Dicke der Festelektrolytschicht 5 liegt bevorzugt bei nicht weniger als 0,1 μm und nicht mehr als 1 mm, und noch bevorzugter bei nicht weniger als 1 μm und nicht mehr als 100 μm.
1.1.4 Negativelektroden-Mischschicht
Als Negativelektroden-Mischschicht 3 kann eine beliebige allgemein bekannte Negativelektroden-Mischschicht einer Vollfestkörperbatterie angenommen werden. In den 2A und 2B wird die Negativelektroden-Mischschicht 3 auf die andere Seite der Kollektorschicht 1 auflaminiert.
Die Negativelektroden-Mischschicht 3 umfasst zumindest ein Negativelektroden-Aktivmaterial, und wahlweise ferner einen Festelektrolyt, ein Bindemittel, und ein Leitfähigkeitshilfsmittel. Als Negativelektroden-Aktivmaterial kann ein allgemein bekanntes Negativelektroden-Aktivmaterial verwendet werden. Es ist möglich, aus allgemein bekannten Aktivmaterialien zwei auszuwählen, die unterschiedliche elektrische Potentiale zum Absorbieren und Freigeben eines vorgegebenen Ions (elektrische Lade- und Entladepotentiale) aufweisen, und ein Material mit einem elektropositiven Potential als das vorstehend beschriebene Positivelektroden-Aktivmaterial zu verwenden, und das andere Material mit einem elektronegativen Potential als ein Negativelektroden-Aktivmaterial zu verwenden. Um eine Vollfestkörper-Lithium-Ionen-Batterie zu bilden, kann beispielsweise ein Kohlenstoffmaterial wie Graphit, verschiedene Oxide, ein metallisches Lithium, oder eine Lithiumlegierung als Negativelektroden-Aktivmaterial verwendet werden. Ein Festelektrolyt, ein Bindemittel, und ein Leitfähigkeitshilfsmittel ähnlich jenen, die für die Positivelektroden-Mischschicht 2 verwendet werden, können in geeigneter Weise ausgewählt und für die Negativelektroden-Mischschicht 3 verwendet werden. Der Gehalt jeder Komponente in der Negativelektroden-Mischschicht 3 kann gleich sein wie bei einer herkömmlichen. Die Negativelektroden-Mischschicht 3 kann eine beliebige Plattenform aufweisen. Die Dicke der Negativelektroden-Mischschicht 3 liegt beispielsweise bei nicht weniger als 0,1 μm und nicht mehr als 1 mm, und noch bevorzugter bei nicht weniger als 1 μm und nicht mehr als 100 μm. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Dicke der Negativelektroden-Mischschicht 3 so bestimmt wird, dass die Kapazität der Negativelektrode höher wird als die Kapazität der Positivelektrode.
1.1.5 Laminierte Batterie
Wie in 2B gezeigt ist, wird die laminierte Batterie 6 durch Laminierten der Mehrzahl von Kollektorschichten 1, Positivelektroden-Mischschichten 2, Festelektrolytschichten 5, und Negativelektroden-Mischschichten 3 gebildet. Insbesondere werden die Kollektorschicht 1, die Positivelektroden-Mischschicht 2, die Festelektrolytschicht 5, und die Negativelektroden-Mischschicht 3 wiederholt in dieser Reihenfolge laminiert, um einen Zustand zu erreichen, in dem eine Mehrzahl von Batterieelementen laminiert sind. In diesem Fall wird bei der laminierten Batterie 6 zumindest eine Schicht von der Kollektorschicht 1, der Positivelektroden-Mischschicht 2, der Festelektrolytschicht 5, und der Negativelektroden-Mischschicht 3 bezogen auf die anderen Schichten hervorstehen gelassen, um eine hervorstehende Schicht zu bilden, und eine Mehrzahl hervorstehender Schichten stehen, wie in den 2A, 2B, 3A und 3B gezeigt ist, von der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 hervor.
Die Schicht, die in der laminierten Batterie 6 als hervorstehende Schicht gebildet wird, ist nicht speziell beschränkt. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Kollektorschicht 1 bezogen auf die anderen Schichten als hervorstehende Schicht nach außen hervorstehen gelassen wird. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Festelektrolytschicht 5 bezogen auf die anderen Schichten als hervorstehende Schicht hervorstehen gelassen wird. Dem gegenüber ist es bevorzugt, dass die Positivelektroden-Mischschicht 2 bezogen auf die anderen Schichten nach innen zurückgesetzt wird.
Wie in 3A gezeigt ist, stellen jene Kollektorschichten 1, die sich an den äußersten Seiten befinden, beide Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 dar. Die Seitenfläche der laminierten Batterie 6 wird gebildet, indem Außenkanten der Schichten aufeinandergelegt werden. Wie vorstehend beschrieben worden ist, steht die Mehrzahl der hervorstehenden Schichten von der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 hervor, und eine Mehrzahl von Zwischenräumen X wird gebildet. Die Form des Zwischenraums X wird durch die Vorsprungslänge der hervorstehenden Schicht und die Dicke jeder Schicht bestimmt. Die spezifische Breite des Zwischenraums (Intervall zwischen den hervorstehenden Schichten) oder Tiefe des Zwischenraums (Vorsprungslänge der hervorstehenden Schicht) der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 kann wie folgt sein. Die untere Grenze der Breite des minimalen Zwischenraums zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht (Länge X1 in 3B) liegt bevorzugt bei nicht weniger als 0,1 μm und besonders bevorzugt bei nicht weniger als 1 μm, und die obere Grenze liegt bevorzugt bei nicht mehr als 1 mm und besonders bevorzugt bei nicht mehr als 100 μm. Die untere Grenze der maximalen Vorsprungslänge der hervorstehenden Schicht (Länge Y1 in 3B) liegt bei der laminierten Batterie 6 bevorzugt bei nicht weniger als 0,5 mm und besonders bevorzugt nicht weniger als 1 mm, und die obere Grenze liegt bevorzugt bei nicht mehr als 5 mm und besonders bevorzugt bei nicht mehr als 3 mm. Wie in 3B gezeigt ist, kann der in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 ausgebildete Zwischenraum eine mehrstufige Struktur aufweist.
1.2 Zweiter Schritt
Der zweite Schritt S2 ist ein Schritt des Zuführens des Flüssigharzes 7' nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie 6. Wie in den 4A, 4B und 4C gezeigt ist, wird das Flüssigharz 7' bei Schritt S2 nur der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 (4A und 4B) zugeführt, so dass das Flüssigharz 7' in den Zwischenraum X zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht (4C) eintritt.
1.2.1 Flüssigharz
Die Art des Flüssigharzes 7' ist nicht speziell beschränkt. Es können verschiedene Harze wie wärmehärtende Harze, durch UV-Strahlung härtende Harze, und thermoplastische Harze angenommen werden. Besonders bevorzugt ist ein wärmehärtendes Harz. Es ist bevorzugt, dass die Viskosität des Flüssigharzes 7' wenn das Flüssigharz 7' der laminierten Batterie 6 zugeführt wird, bei nicht weniger als 3000 mPa s und nicht mehr als 3500 mPa s bei 25°C liegt. Wenn das Flüssigharz 7' eine solche Viskosität aufweist, kann das Flüssigharz 7' durch Kapillarwirkung leicht in die Zwischenräume in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 eintreten. Als spezifisches Beispiel des Flüssigharzes 7' wird bevorzugt ein Harz ähnlich einem auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung verwendeten Unterfüllharz verwendet werden. Das heißt, ein Epoxidharz etc. kann verwendet werden. Alternativ kann ebenso ein Aminharz verwendet werden.
Die Zuführrate und die Zuführmenge des Flüssigharzes 7' im zweiten Schritt S2 können in geeigneter Weise entsprechend der Form des Zwischenraums in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 angepasst werden, und es sollte eine solche Harzmenge zugeführt werden, dass die Seitenfläche der laminierten Batterie 6 ausreichend abgedichtet werden kann. Bei Schritt S2 wird das Flüssigharz 7' der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zugeführt, während ein Großteil beider Endflächen in Laminierungsrichtung (Fläche der Kollektorschichten 1) der laminierten Batterie 6 freiliegend bleibt, ohne mit dem Flüssigharz 7' beschichtet zu werden. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass das Harz auf effektive Weise in die Zwischenräume in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 eintrifft, und gleichzeitig kann eine Volumenvergrößerung der Batterie in Laminierungsrichtung unterdrückt werden.
1.3 Dritter Schritt
Der dritte Schritt S3 ist ein Schritt des Härtens des Flüssigharzes 7'. Wie in den 5A und 5B gezeigt ist, wird mit dem allmählichen Aushärten des Flüssigharzes 7' auf der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 (5A) eine gehärtete Harzschicht 7 auf der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 geschaffen, wodurch die Vollfestkörperbatterie 10 hergestellt wird (5B).
Das Verfahren des Härtens des Flüssigharzes 7' unterscheiden sich je nach Art der Harze. Wenn beispielsweise ein wärmehärtendes Harz als Flüssigharz 7' verwendet wird, kann das Flüssigharz 7' durch Erwärmen zumindest der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 nach Schritt S2 gehärtet werden. Wenn ein durch UV-Strahlung härtendes Harz verwendet wird, kann das Flüssigharz 7' durch Bestrahlen zumindest der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 mit UV-Strahlung nach Schritt S2 gehärtet werden. Wenn ein thermoplastisches Harz verwendet wird, kann das Flüssigharz 7' durch Kühlen (einschließlich natürliche Kühlung) zumindest der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 nach Schritt S2 gehärtet werden.
Es ist bevorzugt, dass der zweite Schritt S2 und der dritte Schritt S3 in einer Atmosphäre mit niedrigem Taupunkt durchgeführt werden. Der zweite Schritt S2 und der dritte Schritt S3 werden insbesondere in einer Atmosphäre mit niedrigem Taupunkt durchgeführt, bevorzugt mit dem Taupunkt von nicht höher als –30°C, und noch bevorzugter mit dem Taupunkt von nicht höher als –50°C. Wie später beschrieben wird, können die Schritte S2 und S3 in einer Atmosphäre mit niedrigem Taupunktdurchgeführt werden, indem ein Atmosphärendruck gesteuert wird oder eine Trockenluftatmosphäre geschaffen wird.
1.4 Weitere Schritte
Wie vorstehend beschrieben worden ist, umfasst das Herstellungsverfahren der vorliegenden Offenlegung im Wesentlichen den ersten Schritt S1, den zweiten Schritt S2, und den dritten Schritt S3. Hier können der erste Schritt S1 bis dritte Schritt S3 in einer Atmosphäre unter barometrischem Druck durchgeführt werden. Jedoch kann das Steuern des Atmosphärendrucks ermöglichen, dass das Flüssigharz 7' auf effektivere Weise in die Zwischenräume in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 eintritt.
1.4.1 Druckbeaufschlagungsschritt
Wie in 6 gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass das Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie nach Beenden des zweiten Schritts S2 und vor dem Starten des dritten Schritts S3 einen Druckbeaufschlagungsschritt umfasst, bei dem der Atmosphärendruck über einen Atmosphärendruck erhöht wird, bei dem der zweite Schritt S2 durchgeführt wird. Somit kann der Eintreten des Flüssigharzes 7' in die Zwischenräume in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 gefördert werden. Wie später beschrieben wird, kann der Atmosphärendruck in dem Fall, in dem nach Beenden des ersten Schritts S1 und vor dem Starten des zweiten Schritts S2 ein Druckbeaufschlagungsschritt durchgeführt wird, über den Atmosphärendruck erhöht werden, bei dem der zweite Schritt S2 durchgeführt wird, indem der Atmosphärendruck entlastet wird, um nach Beenden des zweiten Schritts S2 und vor dem Starten des dritten Schritts S3 den barometrischen Druck zu erreichen. Somit ist es bei dem „Druckbeaufschlagungsschritt” des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt nötig, den Atmosphärendruck über den barometrischen Druck zu erhöhen.
1.4.2 Druckentlastungsschritt
Wie in 6 gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass das Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie nach dem Beenden des ersten Schritts S1 und vor dem Starten des zweiten Schritts S2 einen Druckentlastungsschritt umfasst, bei dem der Atmosphärendruck unter einen Atmosphärendruck gesenkt wird, bei dem der erste Schritt S1 durchgeführt wird. Somit kann Luft etc., die in den Zwischenräumen in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 vorhanden ist, und Feuchtigkeit etc. die in der laminierten Batterie 6 vorhanden ist, entfernt werden, bevor das Flüssigharz 7' zugeführt wird, so dass dieses Harz leicht in die Zwischenräume eintreten kann, wenn das Flüssigharz 7' der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zugeführt wird, und das Erzeugen von Hohlräumen verhindert werden kann. Der Betrag der Druckentlastung in dem Druckentlastungsschritt ist nicht spezielle beschränkt. Der Atmosphärendruck wird bevorzugt auf 1000 Pa ober weniger gesenkt, noch bevorzugter auf 500 Pa oder weniger, und nochmals bevorzugter auf 130 Pa oder weniger.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann bei dem Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie durch Steuern des Atmosphärendrucks ermöglicht werden, dass das Flüssigharz 7' auf effektivere Weite in die Zwischenräumen in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 eintritt. Das Mittel zum Steuern des Atmosphärendrucks ist nicht speziell beschränkt. Der Atmosphärendruck kann nach dem Installieren der laminierten Batterie 6 in der Kammer beispielsweise durch Evakuieren des Kammerinneren oder Öffnen der Kammer zum Erreichen des barometrischen Drucks auf einen gewünschten Druck gesteuert werden.
1.4.3 Abdeckungsschritt
Wie in 7 gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass das Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie nach dem Beenden des ersten Schritts S1 und vor dem Starten des zweiten Schritts S2 einen Schritt des Bedeckens beider Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 mit einem Abdeckelement umfasst. Das Abdeckmittel ist nicht speziell beschränkt. Es können beispielsweise beide Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 mit Haltevorrichtungen bedeckt werden, die die laminierte Batterie 6 von beiden Enden in Laminierungsrichtung halten. Alternativ kann ein Abdeckband an beiden Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 angebracht werden. Jedoch ist das Verwenden der Haltevorrichtungen unter dem Gesichtspunkt, dass eine hohe Produktionseffizienz geboten wird und diese wiederholt verwendbar sind, bevorzugt.
Wenn das Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie nach dem Beenden des ersten Schritts S1 und vor dem Starten des zweiten Schritts S2 diesen Abdeckungsschritt umfasst, können beide Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 durch das Abdeckelement in dem zweiten Schritt S2 vor dem Flüssigharz 7' geschützt werden. Somit kann verhindert werden, dass das Flüssigharz 7' an beiden Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 anhaftet, und eine Volumenvergrößerung der laminierten Batterie 6 in Laminierungsrichtung kann leicht unterdrückt werden.
Der Abdeckschritt wird bevorzugt in einer Trockenluftumgebung durchgeführt. Somit kann verhindert werden, dass die laminierte Batterie 6 sich durch Aufnahme von Feuchtigkeit verschlechtert.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, können weitere Schritte als der erste Schritt S1, der zweite Schritt S2, und der dritte Schritt S3 in geeigneter Weise in das Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie aufgenommen werden. Bei diesem Herstellungsverfahren werden ggfs. nur ein Schritt oder zwei oder mehrere Schritte des vorstehend beschriebenen Druckbeaufschlagungsschritts, Druckentlastungsschritts, und Abdeckungsschritts angenommen.
2. Herstellungsvorrichtung für eine Vollfestkörperbatterie
8 stellt eine Herstellungsvorrichtung 100 einer Vollfestkörperbatterie, die das Herstellungsverfahren implementieren kann, schematisch dar. Die Herstellungsvorrichtung 100 ist eine Vorrichtung, die eine Vollfestkörperbatterie durch Zuführen eines Flüssigharzes nur zu und anschließendes Härten des Flüssigharzes auf nur der Seitenfläche des laminierten Batterie 6, die beide Endflächen in Laminierungsrichtung und die Seitenfläche aufweist und bei der die Mehrzahl hervorstehender Schichten mit dem zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht belassenen Zwischenraum von der Seitenfläche hervorsteht. Wie in 8 gezeigt ist, umfasst die Herstellungsvorrichtung 100 eine Kammer 101, die die laminierte Batterie 6 aufnimmt, sowie eine Harzzuführeinheit 102, die das Flüssigharz 7' nur der Seitenfläche der in der Kammer 101 aufgenommenen laminierten Batterie 6 zuführt.
2.1 Kammer
Die Kammer 101 kann eine beliebige Kammer sein, die die laminierte Batterie 6 aufnehmen kann, ist jedoch bevorzugt eine hermetisch verschließbare Kammer, so dass der Innendruck gesteuert werden kann. Da als Kammer eine allgemein bekannte Kammer angenommen werden kann, wird von deren Beschreibung abgesehen.
2.2 Harzzuführeinheit
Die Harzzuführeinheit 102 ist derart konfiguriert, dass sie das Flüssigharz 7' nur der Seitenfläche der in der Kammer 101 aufgenommenen laminierten Batterie 6 zuführt. Wie in 8 gezeigt ist, kann in einem Zustand, in dem die laminierte Batterie 6 in der Kammer 101 installiert ist, eine in der Nähe der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 installierte Abgabedüse 102 las Harzzuführeinheit dienen. Die Abgabedüse 102 ist insbesondere mit einer außerhalb der Kammer 101 vorgesehenen Harzzuführquelle 103 verbunden, und das der Abgabedüse 102 von der Harzzuführquelle 103 über ein Leitung zugeführte Flüssigharz 7' wird über eine Spitze der Abgabedüse 102 abgegeben, wodurch das Flüssigharz 7' nur der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zugeführt werden kann.
In der Kammer 101 kann nur eine oder eine Mehrzahl von Harzzuführeinheiten 102 vorgesehen sein. Es ist bevorzugt, dass die Harzzuführeinheit 102 um die Seitenfläche der laminierten Batterie 6 bewegbar ist. Es ist, anders ausgedrückt, bevorzugt, dass die Installationsposition der Harzzuführeinheit 102 in der Kammer 101 bei der Herstellungsvorrichtung 100 veränderbar ist. Alternativ ist es bei der Herstellungsvorrichtung 100 bevorzugt, dass die laminierte Batterie 6 drehbar ist (die Haltevorrichtungen 105, die die laminierte Batterie 6 fixieren, drehbar sind), wobei die Harzzuführeinheit 102 in der Nähe der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 in der Kammer 101 fixiert ist, so dass die Harzzuführeinheit 102 um die Seitenfläche der laminierten Batterie 6 relativ drehbar ist.
2.3 Weitere Bestandteile
Wie vorstehend beschrieben worden ist, umfasst die Herstellungsvorrichtung 100 im Wesentlichen die Kammer 101 und die Harzzuführeinheit 102. Es ist bevorzugt, dass die Herstellungsvorrichtung 100 zusätzlich zu der Kammer 101 und der Harzzuführeinheit 102 ferner die folgende Drucksteuereinheit umfasst. Das heißt, während eine Vollfestkörperbatterie in einer Atmosphäre unter barometrischem Druck hergestellt werden kann, kann durch Steuern der Druck in der Kammer 101 ermöglicht werden, dass das Flüssigharz 7' auf effektivere Weise in den Zwischenraum in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 eintritt.
2.3.1 Drucksteuereinheit
Es ist bevorzugt, dass die Herstellungsvorrichtung 100 ferner eine Drucksteuereinheit 104 umfasst, die den Druck in der Kammer 101 steuert. Der Druck in der Kammer 101 wird beispielsweise durch die Drucksteuereinheit 104 in folgender Weise (a) und/oder (b) gesteuert. Da der vorteilhafte Effekt des Steuerns des Drucks in der Kammer 101 (Atmosphärendruck) in dem Druckbeaufschlagungsschritt und dem Druckentlastungsschritt beschrieben worden ist, wird hier von dessen Beschreibung abgesehen. (a) Der Druck in der Kammer 101 wird erhöht (das Innere der Kammer 101 wird mit Druck beaufschlagt), nachdem die Harzzuführeinheit 102 das Flüssigharz 7' nur der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zugeführt hat und bevor das Flüssigharz 7' gehärtet wird. (b) Der Druck in der Kammer 101 wird gesenkt (das Innere der Kammer 101 wird druckentlastet), nachdem die laminierte Batterie 6 in der Kammer 101 aufgenommen worden ist und bevor die Harzzuführeinheit 102 das Flüssigharz 7' nur der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zuführt.
2.3.2 Haltevorrichtung
Es ist bevorzugt, dass die Herstellungsvorrichtung 100 ferner die Haltevorrichtungen 105 umfasst, die die laminierte Batterie 6 halten, während die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 geschützt werden. Diese Haltevorrichtung 105 können in der Kammer 101 fixiert sein, oder können lösbar in der Kammer 101 angebracht sein. Wenn die Herstellungsvorrichtung 100 die Haltevorrichtungen 105 umfasst, ist es möglich, dass die Harzzuführeinheit 102 das Flüssigharz 7' nur einer Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zuführt, während die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 durch die Haltevorrichtungen 105 geschützt werden, und dadurch leicht eine Volumenvergrößerung der Batterie in Laminierungsrichtung zu verhindern.
Es ist bevorzugt, dass die Herstellungsvorrichtung 100 ferner ein Übertragungsmittel (nicht gezeigt) zum Übertragen der Haltevorrichtungen 105 umfasst. Das Übertragungsmittel ist ein Mittel zum Übertragen der laminierten Batterie 6 zusammen mit den Haltevorrichtungen 105 von außerhalb der Kammer 101 in die Kammer 101, nachdem die Haltevorrichtungen 105 die laminierte Batterie 6 außerhalb der Kammer 101 gehalten haben.
2.3.3 Harzhärtungseinheit
Es ist bevorzugt, dass die Herstellungsvorrichtung 100 eine Harzhärtungseinheit 106 umfasst, die das Fortschreiten des Härtens des der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zugeführten Flüssigharzes 7' fördert. Wenn das Flüssigharz 7' beispielsweise ein wärmehärtendes Harz ist, umfasst die Herstellungsvorrichtung 100 als Harzhärtungseinheit 106 bevorzugt ferner eine Heizeinheit, die zumindest die Seitenfläche der laminierten Batterie 6 erwärmt. Wenn das Flüssigharz 7' ein thermoplastisches Harz ist, umfasst die Herstellungsvorrichtung 100 als Harzhärtungseinheit 106 bevorzugt ferner eine Kühleinheit, die zumindest die Seitenfläche der laminierten Batterie 6 kühlt. Wenn das Flüssigharz 7' ein durch UV-Strahlung härtendes Harz ist, umfasst die Herstellungsvorrichtung 100 als Harzhärtungseinheit 106 bevorzugt ferner eine UV-Bestrahlungs-Einheit.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist es bevorzugt, dass die Herstellungsvorrichtung 100 zusätzlich zu der Kammer 101 und der Harzzuführeinheit 102 die anderen Bestandteile umfasst. Die Herstellungsvorrichtung 100 kann zusätzlich mit nur einem, oder zwei oder mehreren von der Drucksteuereinheit 104, den Haltevorrichtungen 105, und der Harzhärtungseinheit 106 versehen sein.
Beispielsweise kann durch das Betreiben der Herstellungsvorrichtung 100 wie folgt eine Vollfestkörperbatterie mit verbesserter Energiedichte hergestellt werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Form beschrieben, in der nur eine Kammer verwendet wird, wobei eine Mehrzahl von Kammern verwendet werden kann, um die Schritte in separaten Kammern durchzuführen. Die Anzahl der Kammern liegt jedoch unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung der Konfiguration bevorzugt bei einer. (1) In einer Trockenluftumgebung werden die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 zwischen den Haltevorrichtungen 105 gehalten. (2) Die Haltevorrichtungen 105 sind an dem Übertragungsmittel installiert, und das Übertragungsmittel wird betätigt, um die laminierte Batterie 6 zusammen mit den Haltevorrichtungen 105 in der Kammer 101 unterzubringen. (3) Das Innere der Kammer 101 wird durch die Drucksteuereinheit druckentlastet. Somit werden Luft und Feuchtigkeit aus der laminierten Batterie 6 entfernt. (4) In der druckentlasteten Atmosphäre wird das Flüssigharz 7' von der Harzzuführeinheit 102 zu der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 abgegeben und es wird durch Kapillarwirkung ermöglicht, dass das Flüssigharz 7' in die Zwischenräume in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 eintritt. In diesem Fall sind die Endflächen in Laminierungsrichtung der Batterie 6 durch die Haltevorrichtungen 105 geschützt, so dass das Flüssigharz 7' nicht an diesen Endflächen anhaftet. (5) Die Kammer 101 wird geöffnet und Trockenluft wird in die Kammer 101 eingeführt. Gleichzeitig wird das Flüssigharz 7' durch den Differenzdruck weiter in die Zwischenräume in der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 gepresst. (6) Die Haltevorrichtungen 105 werden aus der Kammer 101 entnommen. Anschließend wird die laminierte Batterie 6 zusammen mit den Haltevorrichtungen 105 in der Harzhärtungseinheit 106 in der Vorrichtung installiert, und die Harzhärtungseinheit 106 wird betätigt, um das Flüssigharz 7' zu härten und die gehärtete Harzschicht 7 zu bilden.
3. Vollfestkörperbatterie
Vorstehend ist das Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie beschrieben worden. Im Anschluss wird eine Vollfestkörperbatterie selbst mit Bezugnahme auf die 9A, 9B und 9C beschrieben. In den 9A, 9B und 9C sind die gleichen Elemente wie die bereits beschriebenen durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und von deren Beschreibung wird abgesehen. Wie in den 9A, 9B und 9C gezeigt ist, umfasst die Vollfestkörperbatterie 10: die durch Laminieren der Mehrzahl von Kollektorschichten 1, Positivelektroden-Mischschichten 2, Festelektrolytschichten 5, und Negativelektroden-Mischschichten 3 gebildete laminierte Batterie 6; äußerste Kollektorschichten 1a, 1b, die beide Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 darstellen; und das Harz 7, mit dem nur die Seitenfläche der laminierten Batterie 6 beschichtet ist. Zumindest eine Schicht von der Kollektorschicht 1, der Positivelektroden-Mischschicht 2, der Festelektrolytschicht 5, und der Negativelektroden-Mischschicht 3 wird bezogen auf die anderen Schichten nach außen hervorstehen gelassen, um eine hervorstehende Schicht zu bilden, und eine Mehrzahl hervorstehender Schichten steht von der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 hervor. Das Harz 7 ist in einen Zwischenraum zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht eingetreten. Ein Batteriegehäuse 8, das die laminierte Batterie 6 mit Ausnahme der äußersten Kollektorschichten 1a, 1b abdichtet, wird durch die äußersten Kollektorschichten 1a, 1b und das Harz 7 gebildet, und die äußersten Kollektorschichten 1a, 1b dienen als Batterieklemmen.
Somit sind die äußersten Kollektorschichten 1a, 1b bei der Vollfestkörperbatterie 10 an beiden Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 freiliegend, und eine Volumenvergrößerung der Batterie in Laminierungsrichtung durch die Harzabdichtung wird unterdrückt. Da das Batteriegehäuse 8 durch die äußersten Kollektorschichten 1a, 1b und das Harz 7 (9C) gebildet wird, ist es nicht nötig, die Vollfestköperbatterie 10 separat in einem Laminatpaket abzudichten. Ferner ist es nicht nötig, separat Klemmen vorzusehen, da die äußersten Kollektorschichten 1a, 1b auch als Batterieklemmen dienen. Auch in dieser Hinsicht kann eine weitere Platzeinsparung erreicht werden. Dadurch, dass eine Volumenvergrößerung in mehrfacher Hinsicht unterdrückt wird, weist die Vollfestkörperbatterie 10 signifikant verbesserte Energiedichte auf.
Wie bereits beschrieben worden ist, ist es, in dem Fall, in dem die Kollektorschicht 1, die Positivelektroden-Mischschicht 2, und die Negativelektroden-Mischschicht 3 keine bipolare Elektrodenschicht darstellen, nötig, eine Mehrzahl von Positivelektroden-Kollektorschichten der laminierten Batterie 6 mit einem Zuleitungsdraht miteinander zu verbinden, und eine Mehrzahl von Positivelektroden-Kollektorschichten der laminierten Batterie 6 miteinander zu verbinden. In diesem Fall, können Enden des Zuleitungsdrahts durch die äußersten Kollektorschichten gebildet sein, so dass Strom über die äußersten Kollektorschichten entnommen werden kann. Unter dem Gesichtspunkt der weiteren Verbesserung der Energiedichte ist es jedoch bevorzugt, dass die Kollektorschicht 1, die Positivelektroden-Mischschicht 2, und die Negativelektroden-Mischschicht 3, wie in 9B bezeigt ist, die bipolare Elektrodenschicht 4 in der Vollfestkörperbatterie 10 stellen.
4. Bevorzugte Form der für das Herstellungsverfahren und die Herstellungsvorrichtung verwendeten Haltevorrichtung
Gemäß neuer Erkenntnisse der vorliegenden Erfinder ist es beim Zuführen des Flüssigharzes 7' nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 bei Schritt S2 möglich, das Flüssigharz 7' nur der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 durch eine Haltevorrichtung mit einer vorgegebenen abgeschrägten Seitenfläche auf effektive Weise zuzuführen.
10 stellt einen Querschnitt einer Haltevorrichtung 50 mit einer vorgegebenen abgeschrägten Seitenfläche schematisch dar. Wie in 10 gezeigt ist, weist die Haltevorrichtung 50 eine untere Bodenfläche 50a auf, die eine Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 bedeckt, ein Abdeckelement 50b, das die andere Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 bedeckt, und eine Seitenfläche 50c, die von dem oberen Abdeckelement 50b in Richtung der unteren Bodenfläche 50a abgeschrägt ist. Die Haltevorrichtung 50 sollte insgesamt starr und hitzebeständig sein. Die Haltevorrichtung 50 besteht beispielsweise bevorzugt auf einem Metallmaterial wie Edelstahl.
Wie in 10 gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass die untere Bodenfläche 50a und die Seitenfläche 50c der Haltevorrichtung 50 einstückig ausgebildet sind. Anders ausgedrückt ist es, wie in 10 gezeigt ist, bevorzugt, dass eine Bodenfläche einer Aussparung eines versenkten Abschnitts 50d die untere Bodenfläche 50a bildet, und dass eine Seitenwand dieser Aussparung die Seitenfläche 50c bildet. Dem gegenüber ist es bevorzugt, dass der Abschnitt 50d und das obere Abdeckelement 50b einzeln ausgebildet sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Abschnitt 50d und das obere Abdeckelement 50b durch Fixierelemente 50e miteinander gekoppelt werden kann. Somit sind, nachdem die laminierte Batterie 6 in der Aussparung installiert worden ist, beide Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 durch das obere Abdeckelement 50b und die untere Bodenfläche 50a pressbar, so dass die Zwischenräume zwischen den Schichten der laminierten Batterie 6 stabil werden und ein Verziehen an Enden der laminierten Batterie 6 etc. unterdrückt werden kann. Ferner kann durch das Pressen beider Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 durch das obere Abdeckelement 50b und die untere Bodenfläche 50a leicht verhindert werden, dass Harz 7' zu beiden Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 herumfließt.
Wie in 10 gezeigt ist, ist die Haltevorrichtung 50 in dem oberen Abdeckelement 50b mit Zuführöffnungen 50f versehen, und über die Zuführöffnungen 50f kann einem Raum in der Haltevorrichtung Harz 7' zugeführt werden. Die Zuführöffnungen 50f sind in einer Abdeckfläche des oberen Abdeckelements 50b an einem Teil vorgesehen, das nicht mit den Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 in Kontakt kommt (siehe 11). Somit kann das Harz 7' auf leichte Weise nur der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zugeführt werden.
Wie in 10 gezeigt ist, ist die Seitenfläche 50c von dem oberen Abdeckelement 50b in Richtung der unteren Bodenfläche 50a abgeschrägt, und ist mit anderen Worten in einem Abschrägungswinkel α geneigt. In diesem Fall kann der Abschrägungswinkel α jeder Winkel sein, der größer als 0° ist. Der Abschrägungswinkel ist bevorzugt nicht kleiner als 10°. Die obere Grenze kann jeder Winkel sein, der kleiner ist als 90°. Die obere Grenze ist bevorzugt nicht mehr als 50°. Der Abschrägungswinkel α liegt noch bevorzugter bei nicht kleiner als 20° und nicht mehr als 40°, und besonders bevorzugt bei 30°. Wenn die Seitenfläche 50c nicht abgeschrägt ist, kann sich das Harz 7' von einem unteren Abschnitt zu einem mittleren Abschnitt der laminierten Batterie konzentrieren, so dass das Harz gegebenenfalls nicht auf effektive Weise zu der Schicht in dem obersten Abschnitt geführt werden kann. Das Abschrägen der Seitenfläche 50c kann diese Situation verhindern. Das Abschrägen der Seitenfläche 50c weist einen weiteren Effekt auf, durch den es leicht ist, die Vollfestkörperbatterie 10 aus der Haltevorrichtung 50 zu entnehmen ohne die Batterie zu beschädigen.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass Flächen der Haltevorrichtung 50, die mit der laminierten Batterie 6 oder dem Flüssigharz 7' in Kontakt kommen, mit Fluorharz beschichtet werden. Somit kann verhindert werden, dass das Harz 7 an der Haltevorrichtung 50 kleben bleibt und die Vollfestkörperbatterie 10 ablöst, wenn die Vollfestkörperbatterie 10 aus der Haltevorrichtung 50 entnommen wird. Da Fluorharz ein Isolator ist, kann ein Kurzschluss der Batterie verhindert werden, selbst wenn die Klemme etc. der laminierten Batterie 6 mit der Fluorharzbeschichtung in Kontakt kommt.
Bei dem vorstehenden Herstellungsverfahren ist es bevorzugt, dass der zweite Schritt S2 durchgeführt wird, während die laminierte Batterie 6 in einem Raum einer solchen Haltevorrichtung 50 installiert ist. Bei dem Herstellungsverfahren ist es insbesondere bevorzugt, dass der zweite Schritt S2 durchgeführt wird, während die laminierte Batterie 6 durch die Haltevorrichtung gehalten wird, und dass die verwendete Haltevorrichtung die Haltevorrichtung 50 ist, die die untere Bodenfläche 50a aufweist, die eine Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 bedeckt, das obere Abdeckelement 50b, das die andere Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie 6 bedeckt, und die Seitenfläche 50c, die von dem oberen Abdeckelement 50b in Richtung der unteren Bodenfläche 50a abgeschrägt ist.
Wie in 11A gezeigt ist, ist die laminierte Batterie 6 insbesondere auf der unteren Bodenfläche 50a der Haltevorrichtung 50 platziert, und die laminierte Batterie 6 wird gehalten, während beide Endflächen in Laminierungsrichtung durch das obere Abdeckelement 50b und die untere Bodenflächen 50a gepresst werden. Anschließend wird das Flüssigharz 7', wie in 11B gezeigt ist, über die Zuführöffnungen 50f des oberen Abdeckelements 50b dem Raum in der Haltevorrichtung 50 zugeführt. Somit kann das Harz 7', wie in 11C gezeigt ist, auf effektive Weise nur der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 zugeführt werden. Da die Seitenfläche 50c der Haltevorrichtung 50 einen vorgegebenen Abschrägungswinkel α aufweist, fließt das Harz 7' in diesem Fall in die Nähe der Seitenflächen der laminierten Batterie 6. Somit kann der Seitenfläche der laminierten Batterie 6 eine große Menge Harz 7' zugeführt werden, während ein Abfließen des der Seitenfläche des laminierten Batterie 6 zugeführten Harzes 7' unterdrückt werden kann. Folglich kann das Flüssigharz 7' auf effektive Weise in den Zwischenraum X zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht der laminierten Batterie 6 eintreten.
Bei dem Herstellungsverfahren kann der dritte Schritt S3 des Härtens des Flüssigharzes durchgeführt werden, während die laminierte Batterie 6 in der Haltevorrichtung 50 gehalten wird. Wenn beispielsweise ein wärmehärtendes Harz als das Flüssigharz verwendet wird, kann das wärmehärtende Harz durch Erwärmen der laminierten Batterie 6 zusammen mit der Haltevorrichtung 50 in einer Heizvorrichtung erwärmt werden.
<Herstellung der Vollfestkörperbatterie (Beispiel)>
Als ein Beispiel wird ein Harz durch Anwenden eines Kapillar-Unterfüllverfahren in Zwischenräume einer laminierten Batterie eingeführt, und die laminierte Batterie wurde auf diese Weise mit dem Harz abgedichtet. Es wurde insbesondere eine bipolare laminierte Batterie (mit eine Größe von 73 mm × 73 mm, einer Laminierungshöhe von 2,88 mm, einer Vorsprungslänge der hervorstehenden Schicht von der Seitenfläche von 2 mm, und einer Breite des Zwischenraums zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht von 0,2 mm) vorbereitet, und die Endflächen in Laminierungsrichtung dieser laminierten Batterie wurden zwischen Haltevorrichtungen (Edelstahl-(SUS)-Haltevorrichtungen mit einer Größe von 150 mm × 150 mm, mit einer Fluorplatte, die in einem Teil eingebaut ist, das mit einer Vollfestköperbatterie in Kontakt kommt) gehalten. Diese Haltevorrichtungen wurden in eine Kammer einer Vorrichtung gesetzt, die der in 8 gezeigten ähnelt. Das Kammerinnere wurde auf 130 Pa druckentlastet. In der druckentlasteten Kammer, wurde ein Flüssigharz (SUF1575-9 der Namics Corporation) nur der Seitenfläche der laminierten Batterie über eine Abgabedüse mit einer Zuführrate von 7000 PPS zugeführt, bis die aufgetragene Menge 1115 mg erreichte. Sechzig Sekunden nach Beenden des Auftragens des Harzes wurde eine Tür der Kammer geöffnet und Trockenluft wurde in die Kammer eingeführt. Danach wurden die Haltevorrichtungen aus der Kammer entnommen, und die laminierte Batterie wurde in bei 80°C in einem Ofen für 150 Minuten erwärmt, um das Flüssigharz zu härten.
(Referenzbeispiel)
Als Referenzbeispiel wurde ein Harz durch Anwenden eines Spritzgießverfahrens in Zwischenräume einer laminierten Batterie eingeführt, und die laminierte Batterie wurde auf diese Weise mit Harz abgedichtet. Das Harz wurde insbesondere zu der Seitenfläche einer bipolaren laminierten Batterie, ähnlich der des vorstehenden Beispiels, eingespritzt, um die Batterie mit dem Harz abzudichten.
<Evaluierung der Vollfestkörperbatterie>
Wie in 12 gezeigt ist, wurde das Harz bei der Vollfestkörperbatterie gemäß dem Beispiel erfolgreich tief in die Zwischenräume in der Seitenfläche der laminierten Batterie eingeführt. Zudem wurde das Erzeugen von Hohlräumen unterdrückt, und es trat kein Kurzschluss der Batterie auf, so dass die laminierte Batterie entsprechend über die äußersten Kollektorschichten geladen und entladen werden konnte. Ferner wurde die laminierte Batterie entsprechend durch die äußersten Kollektorschichten und das Harz abgedichtet, und eine ausreichende Festigkeit wurde sichergestellt. Da die äußersten Kollektorschichten als Batterieklemmen dienten, konnte die Batterie verwendet werden, ohne dass die Notwendigkeit bestand, die Batterie in einem Batteriegehäuse wie einem Laminatpaket unterzubringen.
Bei Beobachtung der Seitenfläche der wie bei dem Referenzbeispiel hergestellten Vollfestkörperbatterie wurde festgestellt, dass das Harz ungleichmäßig in die Zwischenräume eingebracht war, dass die Laminatstruktur signifikant kollabiert war, und dass sich zahlreiche Hohlräume im Harz befanden. Ferner war das Harz über die Seitenfläche der laminierten Batterie hinaus zu beiden Endflächen in Laminierungsrichtung abgeflossen. Somit stellte es sich als schwierig heraus, ein Harz mit dem Spritzgießverfahren zuzuführen und gleichzeitig die schmalen Zwischenräume zu erhalten.
<Untersuchung der Haltevorrichtung>
Es wurde durch Zuführen eines Harzes nur zu der Seitenfläche einer laminierten Batterie mit dem gleichen Verfahren wie in dem vorstehenden Beispiel eine Vollfestkörperbatterie hergestellt, wobei die laminierte Batterie durch eine Haltevorrichtung, deren Seitenfläche einen wie in den 10 und 11 gezeigten Abschrägungswinkel α aufwies, gehalten wurde. Der Abschrägungswinkel α wurde variiert, und der Abdichtungszustand der Batterie sowie die äußere Erscheinung der Batterie in jedem Abschrägungswinkel α wurden visuell beobachtet. Die untenstehende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

In der untenstehenden Tabelle 1 werden der Abdichtungszustand und die äußere Erscheinung der Vollfestkörperbatterie mit sehr gut, gut, oder gleich im Vergleich mit jenen im Fall eines Abschrägungswinkels von 0° bewertet. Tabelle 1

Abschrägungswinkel α	Abdichtungszustand	Äußere Erscheinung	Anmerkungen
0°	Gleich	Gleich	Ein Teil des aufgetragenen Harzes floss zu einem unteren Teil der Batterie ab.
10°	Gut	Gut	Verglichen mit dem Fall von 0° wurde eine größere Harzmenge in die Batterie eingebracht.
30°	Sehr gut	Sehr gut	Verglichen mit dem Fall von 0° wurde eine signifikant größere Harzmenge in die Batterie eingebracht.
50°	Sehr gut	-	Verglichen mit dem Fall von 0° wurde eine größere Harzmenge in die Batterie eingebracht. Jedoch stieg das Harz bis zu einem oberen Abschnitt der Batterie hoch, was die Enderscheinung beeinträchtigte.

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, führte das Abschrägen der Seitenfläche der Haltevorrichtung in einem bestimmten Abschrägungswinkel α zu einem besseren Abschrägungszustand der Vollfestkörperbatterie. Wenn die äußere Enderscheinung ebenfalls berücksichtigt wird, ist ein bevorzugter Abschrägungswinkel α nicht kleiner als 10° und nicht größer als 50°, und der bevorzugteste Abschrägungswinkel α ist nicht kleiner als 20° und nicht größer als 40°.
Gemäß Erkenntnissen der vorliegenden Erfinder wird das Harz, wenn eine Vollfestkörperbatterie wie in dem Referenzbeispiel mit einem Spritzgießverfahren hergestellt wird, in die Haltevorrichtung auf horizontal platzierte laminierte Batterie eingespritzt, so dass das Harz, selbst wenn die Seitenfläche der Haltevorrichtung abgeschrägt ist, nicht gleichmäßig in die Zwischenräume zwischen den Schichten in der Seitenfläche der laminierten Batterie eingeführt werden kann. Bei dem Spritzgießverfahren wird das Harz insbesondere in die Haltevorrichtung eingespritzt, indem es auf einmal durch einen Zylinder etc. gegossen wird. Somit wird ein hoher Druck auf die Zwischenräume zwischen den Schichten der laminierten Batterie ausgeübt, so dass das Harz unabhängig davon, ob die Seitenfläche der Haltevorrichtung abgeschrägt ist oder nicht, nicht gleichmäßig in die Zwischenräume zwischen den Schichten der laminierten Batterie eingeführt werden kann.
Wenn eine Vollfestkörperbatterie hingegen mit einem Formverfahren hergestellt wird, ist ein Vorgang des Eindrückens des Harzes mit einer Quetschwalze erforderlich. Somit wird eine große Harzmenge in die laminierte Batterie eingeführt, so dass das Harz nicht gleichmäßig in die Zwischenräume zwischen den Schichten in der Seitenfläche der laminierten Batterie eingeführt werden kann, selbst wenn die Seitenfläche der Haltevorrichtung abgeschrägt ist. Bei dem Formverfahren wird insbesondere eine Maske über eine laminierte Batterie gesetzt, und das Harz wird von einem oberen Teil der laminierten Batterie gegossen, während es durch eine Quetschwalze eingedrückt wird. Somit wird eine bezogen auf die in die laminierte Batterie eingebrachte Harzmenge übermäßige Harzmenge zugeführt, so dass das Harz, unabhängig davon, ob die Seitenfläche der Haltevorrichtung abgeschrägt ist oder nicht, nicht gleichmäßig in die Zwischenräume zwischen den Schichten der laminierten Batterie eingeführt werden kann.
Die mit dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellte Vollfestkörperbatterie weist eine hohe Energiedichte auf, und kann beispielsweise als großformatige Leistungsquelle verwendet werden, die in einem Fahrzeug angebracht werden soll.
Bisher haben Fachmänner auf dem technischen Gebiet von Vollfestkörperbatterien die Möglichkeit des Zuführens eines Harzes nur zu der Seitenfläche einer laminierten Batterie zum Abdichten der laminierten Batterie mit Harz nicht in Erwägung gezogen. Dies ist in der Auffassung begründet, dass allen Flächen einer laminierten Batterie eine große Harzmenge zugeführt werden muss, um die laminierte Batterie mit herkömmlichen Verfahren (dem Tauchverfahren, dem Gießverfahren, dem Spritzgießverfahren, etc.), wie in der JP 2000-251858 A , der JP 2015-018769 A , und dem vorstehenden Referenzbeispiel gezeigt, ausreichend abdichten zu können. Bisher haben Fachmänner auch nicht die Möglichkeit in Betracht gezogen, eine Vollfestkörperbatterie zu verwenden, ohne die Batterie in einem Laminatpaket unterzubringen. Die vorliegende Anmeldung offenbart hingegen das Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie, das ein Kapillar-Unterfüllverfahren anwendet. Diese Möglichkeit ist von Fachmännern bisher nie in Betracht gezogen worden. Wie vorstehend beschrieben worden ist, offenbart die vorliegende Anmeldung wie eine laminierte Batterie durch das einfache Zuführen einer geringen Harzmenge nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie, ausreichend mit Harz abgedichtet werden kann, und offenbart ebenfalls eine neue Form der Vollfestkörperbatterie, bei welcher das Batteriegehäuse durch das Harz und die Kollektorschichten gebildet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000-251858 A [0002, 0003, 0006, 0110]
JP 2015-018769 A [0004, 0110]
JP 2008-113045 A [0005]
JP 2011-061093 A [0005]

Claims

Herstellungsverfahren für eine Vollfestkörperbatterie, wobei das Herstellungsverfahren aufweist. Herstellen (S1) einer laminierten Batterie (6) mit beiden Endflächen in einer Laminierungsrichtung und einer Seitenfläche durch Laminieren einer Mehrzahl von Kollektorschichten (1), Positivelektroden-Mischschichten (2), Festelektrolytschichten (5), und Negativelektroden-Mischschichten (3), Herstellen der laminierten Batterie (6) durch Hervorstehenlassen zumindest einer Schicht der Kollektorschicht (1), der Positivelektroden-Mischschicht (2), der Festelektrolytschicht (5), und der Negativelektroden-Mischschicht (3) bezogen auf die übrigen der Kollektorschicht (1), der Positivelektroden-Mischschicht (2), der Festelektrolytschicht (5), und der Negativelektroden-Mischschicht (3), um eine hervorstehende Schicht zu bilden, und Hervorstehenlassen einer Mehrzahl von hervorstehenden Schichten von der Seitenfläche der Batterie (6); Zuführen (S2) eines Flüssigharzes (7') nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie (6), wobei das Zuführen des Flüssigharzes (7') das Zuführen des Flüssigharzes (7') nur zu der Seitenfläche der laminierten Batterie (6) auf solche Weise umfasst, dass das Flüssigharz (7') in einen Zwischenraum zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht eintritt; und Härten (S3) des Flüssigharzes.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, das nach dem Beenden des Zuführens (S2) des Flüssigharzes (7') und vor dem Starten des Härtens (S3) des Flüssigharzes (7') ferner das Erhöhen eines Atmosphärendrucks über einen Atmosphärendruck aufweist, bei dem das Flüssigharz (7') zugeführt wird (S2).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, das nach dem Beenden des Herstellens (S1) der laminierten Batterie und vor dem Starten des Zuführens (S2) des Flüssigharzes (7') ferner das Verringern des Atmosphärendrucks unter einen Atmosphärendruck aufweist, bei dem die laminierte Batterie hergestellt wird (S1).
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das nach dem Beenden des Herstellens (S1) der laminierten Batterie und vor dem Starten des Zuführens (S2) des Flüssigharzes (7') ferner das Bedecken beider Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie mit einem Abdeckelement aufweist, wobei das Zuführen (S2) des Flüssigharzes (7') das Schützen beider Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie vor dem Flüssigharz durch das Abdeckelement umfasst.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Harz zugeführt wird (S2) während die laminierte Batterie (6) durch eine Haltevorrichtung (50) gehalten wird, wobei die Haltevorrichtung eine untere Bodenfläche (50a) aufweist, die eine Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie (6) bedeckt, ein oberes Abdeckelement (50b), das die andere Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie (6) bedeckt, und eine Seitenfläche (50c) die von dem oberen Abdeckelement (50b) in Richtung der unteren Bodenfläche (50a) abgeschrägt ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Herstellen (S1) der laminierten Batterie das Ausbilden einer bipolaren Elektrodenschicht durch die Kollektorschicht (1), die Positivelektroden-Mischschicht (2), und die Negativelektroden-Mischschicht (3) umfasst.
Vorrichtung, die eine Vollfestkörperbatterie durch Zuführen eines Flüssigharzes nur zu einer Seitenfläche einer laminierten Batterie (6) und anschließendes Härten des Flüssigharzes auf der laminierten Batterie (6) herstellt, wobei die laminierte Batterie (6) beide Endflächen in einer Laminierungsrichtung und die Seitenfläche aufweist, und bei der eine Mehrzahl von hervorstehenden Schichten von der Seitenfläche mit einem zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht belassenen Zwischenraum hervorstehen, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Kammer (101), die derart konfiguriert ist, dass sie die laminierte Batterie (6) aufnimmt; und eine Harzzuführeinheit (102), die derart konfiguriert ist, dass sie ein Flüssigharz (7') nur einer Seitenfläche der in der Kammer aufgenommenen laminierten Batterie (6) zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die ferner eine Drucksteuereinheit (104) aufweist, die derart konfiguriert ist, dass sie einen Druck in der Kammer (101) steuert, wobei die Drucksteuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie den Druck in der Kammer (101) relativ erhöht, nachdem die Harzzuführeinheit das Flüssigharz nur der Seitenfläche der laminierten Batterie (6) zugeführt hat und bevor das Flüssigharz gehärtet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Drucksteuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie den Druck in der Kammer (101) relativ verringert, nachdem die laminierte Batterie (6) in die Kammer (101) aufgenommen worden ist und bevor die Harzzuführeinheit (102) das Flüssigharz (7') nur einer Seitenfläche der laminierten Batterie (6) zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die ferner eine Drucksteuereinheit (104) aufweist, die derart konfiguriert ist, dass sie einen Druck in der Kammer (101) steuert, wobei die Drucksteuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie den Druck in der Kammer (101) relativ verringert, nachdem die laminierte Batterie (6) in der Kammer (101) aufgenommen worden ist und bevor die Harzzuführeinheit (102) das Flüssigharz (7') nur der Seitenfläche der laminierten Batterie (6) zuführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, die ferner eine Haltevorrichtung (50) aufweist, die derart konfiguriert ist, dass sie die laminierte Batterie (6) hält, während sie die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie (6) schützt, wobei die Harzzuführeinheit (102) das Flüssigharz (7') in einem Zustand, in dem die Haltevorrichtung (50) die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie schützt, nur der Seitenfläche der laminierten Batterie (6) zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Haltevorrichtung (50) eine untere Bodenfläche (50a) aufweist, die eine Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie (6) bedeckt, ein oberes Abdeckelement (50b), das die andere Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie bedeckt, und eine Seitenfläche (50c), die von dem oberen Abdeckelement (50b) in Richtung der unteren Bodenfläche (50a) abgeschrägt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, die ferner eine Haltevorrichtung (50) aufweist, die derart konfiguriert ist, dass sie die laminierte Batterie (6) hält, während sie die Endflächen in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie schützt, wobei die Haltevorrichtung (50) eine untere Bodenfläche (50a) aufweist, die eine Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie (6) bedeckt, ein oberes Abdeckelement (50b), das die andere Endfläche in Laminierungsrichtung der laminierten Batterie (6) bedeckt, und eine Seitenfläche (50c), die von dem oberen Abdeckelement (50b) in Richtung der unteren Bodenfläche (50a) abgeschrägt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, die ferner eine Heizeinheit aufweist, die zumindest die Seitenfläche der laminierten Batterie (6) erwärmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, die ferner eine Kühleinheit aufweist, die zumindest die Seitenfläche der laminierten Batterie (6) kühlt.
Vollfestkörperbatterie, aufweisend: eine laminierte Batterie (6), die durch Laminieren einer Mehrzahl von Kollektorschichten (1), Positivelektroden-Mischschichten (2), Festelektrolytschichten (5), und Negativelektroden-Mischschichten (3) gebildet wird; äußerte Kollektorschichten (1a, 1b), die beide Endflächen in einer Laminierungsrichtung der laminierten Batterie (6) darstellen; und ein Harz (7), mit dem nur eine Seitenfläche der laminierten Batterie beschichtet ist, wobei zumindest eine Schicht der Kollektorschicht (1), der Positivelektroden-Mischschicht (2), der Festelektrolytschicht (5), und der Negativelektroden-Mischschicht (3) bezogen auf die übrigen der Kollektorschicht (1), der Positivelektroden-Mischschicht (2), der Festelektrolytschicht (5), und der Negativelektroden-Mischschicht (3) nach außen hervorsteht, um eine hervorstehende Schicht zu bilden, und eine Mehrzahl von hervorstehenden Schichten von der Seitenfläche der laminierten Batterie (6) hervorsteht, das Harz in einen Zwischenraum zwischen einer hervorstehenden Schicht und einer anderen hervorstehenden Schicht eingetreten ist, und ein Batteriegehäuse (8), das die laminierte Batterie (6) mit Ausnahme der äußerten Kollektorschichten (1a, 1b) abdichtet, durch die äußerten Kollektorschichten (1a, 1b) und das Harz (7) gebildet wird, und die äußersten Kollektorschichten als Batterieklemmen dienen.
Vollfestkörperbatterie nach Anspruch 16, wobei die Kollektorschicht (1), die Positivelektroden-Mischschicht (2), und die Negativelektroden-Mischschicht (3) eine bipolare Elektrodenschicht (4) darstellen.