DE102022100789A1 - Elektrodenkörperstapel, harzfixierter elektrodenkörperstapel, und festkörperbatterie - Google Patents

Elektrodenkörperstapel, harzfixierter elektrodenkörperstapel, und festkörperbatterie Download PDF

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Abstract

Vorgesehen ist ein Elektrodenkörperstapel dergestalt, dass ein Harz in einfacher Weise auf eine Seitenfläche desselben aufgebracht werden kann. Der Elektrodenkörperstapel für eine Festkörperbatterie umfasst eine Vielzahl von gestapelten Elektrodenkörpern, die jeweils eine erste Elektrode, eine Festelektrolytschicht, eine zweite Elektrode und einen zweiten Stromkollektor aufweisen, die in der genannten Reihenfolge auf jeder der beiden Oberflächen eines ersten Stromkollektors angeordnet sind, wobei jeder Elektrodenkörper einen Phasendifferenzabschnitt aufweist, der die erste Elektrode umfasst und der sich weiter über eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels hinaus erstreckt als die zweite Elektrode, und wobei je Paar von benachbarten Elektrodenkörpern ein Abschnitt eines sich in der Erstreckungsrichtung über die zweite Elektrode hinaus erstreckenden Phasendifferenzabschnitts, der, eine andere Länge hat als ein anderer Phasendifferenzabschnitt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Anwendung betrifft einen Elektrodenkörperstapel, einen harzfixierten Elektrodenkörperstapel und eine Festkörperbatterie.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren wurde eine Festkörperbatterie entwickelt, die sicherer ist als eine Flüssigbatterie. Die Herstellung der Festkörperbatterie erfolgt durch Schichtung eines Kathodenstromkollektors, einer Kathode, einer Festelektrolytschicht, einer Anode und eines Anodenstromkollektors. Bekannt ist auch die folgende Technik: Bei der Herstellung der Festkörperbatterie werden diese Schichten mit Harz fixiert, um die mechanische Festigkeit der Batterie und ihre Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu verbessern.
  • Zum Beispiel offenbart eine Patentschrift 1 ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie, das einen ersten Schritt der Schichtung einer Vielzahl von Stromkollektorschichten, Kathodenmischungsschichten, Festelektrolytschichten und Anodenmischungsschichten und folglich des Erhalts einer Stapelbatterie, die zwei Endflächen in Stapelrichtung und eine Seitenfläche hat; einen zweiten Schritt der Zufuhr eines flüssigen Harzes nur zur Seitenfläche der Stapelbatterie; und einen dritten Schritt der Härtung des flüssigen Harzes umfasst, wobei im ersten Schritt wenigstens eine der Stromkollektorschichten, der Kathodenmischungsschichten, der Festelektrolytschichten und der Anodenmischungsschichten vergrößert wird, um vorspringende Schichten zu bilden, wodurch im Ergebnis auf der Seitenfläche der Stapelbatterie eine Vielzahl von vorspringenden Schichten erhalten werden; und im zweiten Schritt die Zufuhr des flüssigen Harzes nur zur Seitenfläche der Stapelbatterie ermöglicht, dass das flüssige Harz in Räume zwischen einer und anderen erweiterten Schichten einzudringen. Außerdem offenbart die Patentschrift 1 als eine Technik, die das flüssige Harz in die Räume eindringen lässt, eine Technik, bei der zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt einen Druckverringerungsschritt vorgesehen ist, und eine Technik, bei der zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt ein Druckbeaufschlagungsschritt vorgesehen ist.
  • LITERATURLISTE
  • Patentliteratur
    • Patentschrift 1: JP 2017-220447 A
    • Patentschrift 2: JP 2014-523102 A
    • Patentschrift 3: JP 2000-124057 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Technisches Problem
  • Die Techniken gemäß der Patentschrift 1 dienen der Fixierung der Seitenfläche der Stapelbatterie, die eine Vielzahl von vergrößerten Schichten (Phasendifferenzabschnitten) aufweist, mit Harz, umfassend den Druckbeaufschlagungsschritt oder Druckverringerungsschritt, um Harz ausreichend in die Räume zwischen den vergrößerten Schichten eindringen zu lassen. Die Räume zwischen den Phasendifferenzabschnitten werden vorzugsweise mit Harz gefüllt, um die Stapelbatterie, welche die Phasendifferenzabschnitte umfasst, zuverlässig zu fixieren. Bei zu geringem Druck ist es jedoch schwierig, die Räume ausreichend tief mit Harz zu füllen, während bei zu hohem Druck das Harz zu einer Elektrodenreaktionsfläche hin entweichen kann. Daher erschwert der Druckbeaufschlagungsschritt oder der Druckverringerungsschritt, der während der Aufbringung des Harzes auf die Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels mit den Phasendifferenzabschnitten durchgeführt wird, eine Kontrolle der Formgebung des Harzes, was problematisch ist.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Umstände ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin zu sehen, einen Elektrodenkörperstapel in der Weise bereitzustellen, dass ein Harz auf einfache Weise auf eine Seitenfläche desselben aufgebracht werden kann.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die vorliegende Offenbarung sieht als ein Mittel zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe einen Elektrodenkörperstapel für eine Festkörperbatterie vor, der eine Vielzahl von Elektrodenkörpern, die gestapelt sind, umfasst, wobei jeder Elektrodenkörper eine erste Elektrode, eine Festelektrolytschicht, eine zweite Elektrode und einen zweiten Stromkollektor aufweist, die in der genannten Reihenfolge auf jeder der beiden Oberflächen eines ersten Stromkollektors angeordnet sind, wobei jeder Elektrodenkörper einen Phasendifferenzabschnitt aufweist, der die erste Elektrode enthält und der sich mehr als die zweite Elektrode über eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels hinaus erstreckt, und wobei je Paar von benachbarten Elektrodenkörpern ein Teil oder Abschnitt eines der sich in einer Erstreckungsrichtung über die zweite Elektrode hinaus erstreckenden Phasendifferenzabschnitte eine andere Länge hat als der andere Phasendifferenzabschnitt.
  • Im Elektrodenkörperstapel können die Längen der Abschnitte der sich über die zweiten Elektroden hinaus erstreckenden Phasendifferenzabschnitte in Stapelrichtung von einer zur anderen Seite stufenweise zunehmen oder abnehmen, oder sie können in Stapelrichtung von der Mitte zu den Außenseiten des Elektrodenkörperstapels hin stufenweise zunehmen oder abnehmen.
  • Die vorliegende Offenbarung sieht einen harzfixierten Elektrodenkörperstapel vor, der aus einem Elektrodenstapel gebildet ist, dessen Seitenfläche durch ein Harz fixiert ist. Die vorliegende Offenbarung sieht des Weiteren eine Festkörperbatterie vor, die den harzfixierten Elektrodenkörperstapel umfasst.
  • Vorteilhafte Effekte
  • In dem Elektrodenkörperstapel der vorliegenden Offenbarung hat der Teil oder Abschnitt eines der Phasendifferenzabschnitte, der sich in der Erstreckungsrichtung über die zweite Elektrode hinaus erstreckt (Erstreckungsabschnitt), eine andere Länge als ein anderer Phasendifferenzabschnitt. Das heißt, dass benachbarte Phasendifferenzabschnitte Stufen bilden. Daher lässt sich ein Harz leicht auf eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels auftragen. Zum Beispiel hat die Seitenfläche eine Form, die es ermöglicht, dass das Harz aufgetragen wird, ohne einen Druck schräg auszuüben. Im Gegensatz zur Patentschrift 1 ist es darüber hinaus nicht notwendig, das Harz auf den Elektrodenkörperstapel der vorliegenden Offenbarung unter Druck oder unter verringertem Druck aufzutragen, wodurch einem Entweichen von Harz auf eine Elektrodenreaktionsfläche entgegengewirkt wird und zudem ein Versatz, Lageabweichungen oder Lagefehlern der Elektroden verringert werden, wenn das Harz auf die Seitenfläche aufgetragen wird. Außerdem verringert das Harz, das sich auf die Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels leicht aufbringen lässt, die Gefahr von Kurzschlüssen aufgrund eines von einer Seitenfläche der Elektroden abfallenden Pulvers, wenn das Harz fest ist.
  • Es erscheint schwierig, den Elektrodenkörperstapel der vorliegenden Offenbarung zu positionieren, da die Längen der Erstreckungsabschnitte benachbarter Phasendifferenzabschnitte unterschiedlich sind. Die äußere Form des Elektrodenkörperstapels kann jedoch durch den Auftrag von Harz kontrolliert werden. Zum Beispiel wird das Harz so aufgetragen, dass die äußere Form viereckig oder vierseitig wird, wodurch die Positionierung des Elektrodenkörperstapels erleichtert wird.
  • Die Patentschriften 2 und 3 beschreiben einen Elektrodenkörperstapel mit Stufen aus unterschiedlich großen Elektrodenkörpern. Ein derartiger Elektrodenkörperstapel weist jedoch nicht die Phasendifferenzabschnitte der Stapelbatterie gemäß der Patentschrift 1 auf. Es wird daher davon ausgegangen, dass das vorstehend beschriebene Problem bei den Elektrodenkörpern gemäß den Patentschriften 2 und 3 nicht auftritt.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Elektrodenkörperstapels 100;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht des Elektrodenkörperstapels 100;
    • 3 ist eine Querschnittsansicht eines Elektrodenkörperstapels 100';
    • 4 zeigt Querschnittsansichten von harzfixierten Elektrodenkörperstapeln 200 und 200',
    • 5 ist eine schematische Ansicht der Elektrodenkörper nach Abschluss eines Schneideschritts; und
    • 6A bis 6D veranschaulichen Szenen eines Harzfixierungsschritts.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Elektrodenkörperstapel]
  • Ein Elektrodenkörperstapel gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf einen Elektrodenkörperstapel 100, der eine Ausführungsform darstellt, beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Elektrodenkörperstapels 100. 2 ist eine Querschnittsansicht des Elektrodenkörperstapels 100.
  • Wie in 2 gezeigt, handelt es sich bei dem Elektrodenkörperstapel 100 um einen Elektrodenkörperstapel für Festkörperbatterien, der eine Vielzahl von Elektrodenkörpern 10 umfasst, die gestapelt sind und jeweils eine erste Elektrode 2, eine Festelektrolytschicht 3, eine zweite Elektrode 4 und einen zweiten Stromkollektor 5 aufweisen, die in dieser Reihenfolge auf jeder der beiden Oberflächen eines ersten Stromkollektors 1 angeordnet sind. 1 und 2 zeigen den Elektrodenkörperstapel 100, der drei gestapelte Elektrodenkörper 10 enthält. Die Anzahl der Elektrodenkörper 10 ist in keiner Weise beschränkt.
  • Jeder der Elektrodenkörper 10 weist einen Phasendifferenzabschnitt 6 auf, der die ersten Elektroden 2 enthält. Schichten, die Teile oder Abschnitte haben, die sich über die Seitenflächen der zweiten Elektroden 4 hinaus erstrecken, werden zusammenfassend als Phasendifferenzabschnitt bezeichnet. In 2 werden die Schichten des ersten Stromkollektors 1, der beiden ersten Elektroden 2 und der beiden Festelektrolytschichten 3 (Schichten, die in Stapelrichtung von der Festelektrolytschicht 3 auf der einen Seite und der Festelektrolytschicht 3 auf der anderen Seite eingefasst sind) zusammenfassend als Phasendifferenzabschnitt 6 bezeichnet.
  • Der Elektrodenkörperstapel 100 (Elektrodenkörper 10) weist zwei Stirn- oder Endflächen in Stapelrichtung und Seitenflächen auf. Die „Seitenflächen“ sind Flächen, die durch die Außenkanten des Elektrodenkörperstapels 100 (Elektrodenkörper 10) gebildet sind. Der Phasendifferenzabschnitt 6 kann auf jeder der Seitenflächen vorgesehen sein. Wenn ein Stromkollektor zum Verbinden mit einem Elektrodenanschluss von einer Seitenfläche hervorragt, ist der Phasendifferenzabschnitt 6 vorzugsweise auf einer Seitenfläche vorgesehen, die sich von derjenigen unterscheidet, von der der Stromkollektor hervorragt, da, wie später beschrieben, eine Seitenfläche, auf der Phasendifferenzabschnitt 6 vorgesehen ist, mit Harz fixiert wird.
  • Der vorstehend beschriebene Phasendifferenzabschnitt 6 ist am Elektrodenkörper 10 vorgesehen, um einen Kurzschluss aufgrund einer Li-Präzipitation zu verhindern. Um die Effizienz zu erhöhen, ragen die ersten Elektroden 2 von den Seitenflächen weiter hervor als die zweiten Elektroden 4. Genauer gesagt ist die Fläche der ersten Elektroden 2 größer als die Fläche der zweiten Elektroden, so dass die zweiten Elektroden 4 innerhalb der Außenkanten der ersten Elektroden 2 angeordnet sind. In 2 sind der erste Stromkollektor 1 und die Festelektrolytschichten 3 in dem Phasendifferenzabschnitt enthalten, da sie an die Formen der ersten Elektroden 2 angepasst sind.
  • Teile oder Abschnitte des Phasendifferenzabschnitts 6, die sich über die zweiten Elektroden 4 hinaus erstrecken, werden als Erstreckungsabschnitte bezeichnet. Die Längen X der Erstreckungsabschnitte in Erstreckungsrichtung (siehe 2) liegen jeweils im Bereich von zum Beispiel 0,1 mm bis 10 mm. Bei den gestapelten Elektrodenkörpern 10 liegt die Länge des längsten Erstreckungsabschnitts in Erstreckungsrichtung vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 10 mm und bevorzugt im Bereich von 2 mm bis 5 mm; und die Länge des kürzesten Erstreckungsabschnitts in Erstreckungsrichtung liegt vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 2 mm und bevorzugt im Bereich von 0,5 mm bis 1 mm.
  • Als Nächstes werden die Elektrodenkörper 10 verglichen. Bei benachbarten Elektrodenkörpern 10 gibt es einen Raum zwischen dem einen und dem anderen Phasendifferenzabschnitt 6, wobei die Längen der Abschnitte, die sich in Erstreckungsrichtung über die zweiten Elektroden hinaus erstrecken (Erstreckungsabschnitte), des einen und anderen Phasendifferenzabschnitts 6 verschieden sind. Vorzugsweise sind in jedem der Elektrodenkörper 10 die zweiten Elektroden 4 gleich groß.
  • Die Elektrodenkörper 10 weisen Phasendifferenzabschnitte 6 auf, so dass zwischen diesen Phasendifferenzabschnitten 6 Räume vorhanden sind. Im Elektrodenkörperstapel 100 sind die Längen der Erstreckungsabschnitte der Phasendifferenzabschnitte 6 benachbarter Elektrodenkörper 10 in Erstreckungsrichtung verschieden. Mit anderen Worten, benachbarte Phasendifferenzabschnitte 6 bilden Stufen.
  • Benachbarte Phasendifferenzabschnitte 6, die wie vorstehend beschrieben, Stufen bilden, machen es einfach, Harz auf eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels 100 aufzubringen. Die Seitenfläche hat beispielsweise eine Form, die den Auftrag von Harz ermöglicht, ohne einen Druck schräg auszuüben. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, auf den Elektrodenkörperstapel 100 Harz unter Druck oder verringertem Druck aufzutragen, wodurch einem Entweichen von Harz zu einer Elektrodenreaktionsfläche hin entgegengewirkt wird und zusätzlich ein Versatz, Lageabweichungen oder Lagefehlern der Elektroden verhindert werden, wenn das Harz auf die Seitenfläche aufgetragen wird. Des Weiteren verhindert das Harz, das auf eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels problemlos aufgebracht werden kann, das Risiko von Kurzschlüssen aufgrund eines von einer Seitenfläche der Elektroden abfallenden Pulvers, wenn das Harz fixiert ist.
  • Die Differenz zwischen den Längen X der Erstreckungsabschnitte in Erstreckungsrichtung benachbarter Phasendifferenzabschnitte 6 liegt zum Beispiel im Bereich von 0,01 mm bis 1 mm und vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm. Die Größe des Raums zwischen den Phasendifferenzabschnitten 6 wird durch den Aufbau der Elektrodenkörper 10 bestimmt.
  • Als Nächstes wird die Form des gesamten Elektrodenkörperstapels 100 beschrieben. 2 zeigt ein Beispiel eines Elektrodenkörperstapels 100, bei dem die Längen der Erstreckungsabschnitte der Phasendifferenzabschnitte 6 in Erstreckungsrichtung in Stapelrichtung von der einen Seite zur anderen Seite hin stufenweise zu- oder abnehmen. 3 zeigt ein Beispiel eines Elektrodenkörperstapels 100', bei dem die Längen der Erstreckungsabschnitte der Phasendifferenzabschnitte 6 in Erstreckungsrichtung in Stapelrichtung von der Mitte zu den Außenseiten hin stufenweise zu- oder abnehmen. Die Form des Elektrodenkörperstapels 100 ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt, solange die Längen der Erstreckungsabschnitte benachbarter Phasendifferenzabschnitte 6 in Erstreckungsrichtung unterschiedlich sind.
  • Es erscheint schwierig, den Elektrodenkörperstapel 100 zu positionieren, wenn die Batterie in einem vorgegebenen Gehäuse untergebracht werden soll, da die Längen der Erstreckungsabschnitte benachbarter Phasendifferenzabschnitten 6 unterschiedlich sind. Die äußere Form des Elektrodenkörperstapels kann jedoch durch den Auftrag von Harz, wie es später beschrieben wird, kontrolliert werden. Folglich kann der Elektrodenkörperstapel 100 einfacher positioniert werden. Zum Beispiel wird das Harz so aufgetragen, dass die äußere Form viereckig oder vierseitig wird, wodurch der Elektrodenkörperstapel 100 leichter positioniert werden kann (siehe 4).
  • Nachfolgend werden die Bestandteile des Elektrodenkörpers 10 beschrieben.
  • <Erster Stromkollektor 1 und zweiter Stromkollektor 5>
  • Einer aus dem ersten Stromkollektor 1 und dem zweiten Stromkollektors 5 ist ein Kathodenstromkollektor, während der andere ein Anodenstromkollektor ist. Im Elektrodenkörper 10 kann eine Schicht jedes Stromkollektors aus genau einem Bogen, einem Blatt oder einer Lage oder aus einer Vielzahl von übereinanderliegenden Bögen, Blättern oder Lagen gebildet sein. Ein Elektrodenkörper 10 und ein anderer Elektrodenkörper 10 können sich eine Schicht eines beliebigen Stromkollektors teilen.
  • Als Kathodenstromkollektor kann eine Metallfolie, beispielsweise aus Edelstahl (SUS), Ni, Cr, Al, Pt, Fe, Ti oder Zn, verwendet werden. Auf der Oberfläche des Kathodenstromkollektors kann eine Kohlenstoffbeschichtung angeordnet sein. Die Dicke der Kohlenstoffbeschichtung liegt zum Beispiel im Bereich von 1 µm bis 20 µm. Das Material der Kohlenstoffbeschichtung umfasst Kohlenstoff und ein Bindemittel.
  • Als Anodenstromkollektor kann eine Metallfolie, beispielsweise aus Edelstahl (SUS), Cu, Ni, Fe, Ti, Co oder Zn, verwendet werden.
  • <Erste Elektrode 2 und zweite Elektrode 4>
  • Eine aus der ersten Elektrode 2 und zweiten Elektrode 4 ist eine Kathode, während die andere eine Anode ist. Wenn der erste Stromkollektor 1 ein Anodenstromkollektor ist, ist die erste Elektrode 2 eine Anode, während dann, wenn der erste Stromkollektor 1 ein Kathodenstromkollektor ist, die erste Elektrode 2 eine Kathode ist. Ähnlich dazu ist die zweite Elektrode 4 eine Anode, wenn der zweite Stromkollektor 5 ein Anodenstromkollektor ist, und ist die zweite Elektrode 4 eine Kathode, wenn der zweite Stromkollektor 5 ein Kathodenstromkollektor ist. Hinsichtlich der Vermeidung von Kurzschlüssen aufgrund einer Li-Präzipitation ist die erste Elektrode 2 vorzugsweise eine Anode und die zweite Elektrode 4 eine Kathode.
  • Die Kathode enthält wenigstens ein Kathodenaktivmaterial. Als Kathodenaktivmaterial kann ein bekanntes Kathodenaktivmaterial angegeben werden, das für Lithiumionen-Festkörperbatterien verwendet werden kann; Beispiele hierfür umfassen Lithiumkobaltat.
  • Die Kathode kann einen Festelektrolyten enthalten. Als Festelektrolyt kann ein bekannter Festelektrolyt verwendet werden; Beispiele hierfür umfassen Oxid-Festelektrolyte und Sulfid-Festelektrolyte. Sulfid-Festelektrolyte sind bevorzugt. Als Sulfid-Festelektrolyte können Li2S-P2S5 und dergleichen verwendet werden. Das Verhältnis von Li2S zu P2S5 in Li2S-P2S5 liegt zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von Li2S:P2Ss = 50:50 bis 100:0, vorzugsweise 50:50 bis 90:10. Die Kathode kann ein Bindemittel enthalten. Als Bindemittel kann ein bekanntes Bindemittel verwendet werden; Beispiele hierfür umfassen fluorhaltige Harze wie Polyvinylidenfluorid (PVdF). Die Kathode kann ein leitfähiges Material enthalten. Als leitfähiges Material kann ein bekanntes leitfähiges Material verwendet werden; Beispiele hierfür umfassen Acetylenruß und dampfphasengewachsene Kohlenstofffasern (VGCF = Vapor Grown Carbon Fiber).
  • Die Dicke der Kathode ist in keiner Weise beschränkt, liegt aber zum Beispiel im Bereich von 0,1 µm bis 1000 µm. Der Gehalt jedes Bestandteils der Kathode kann derselbe sein wie bei herkömmlichen Kathoden.
  • Die Anode enthält wenigsten ein Anodenaktivmaterial. Als Anodenaktivmaterial kann ein bekanntes Anodenaktivmaterial verwendet werden, das für Lithium-Ionen-Festkörperbatterien verwendet werden kann; Beispiele hierfür umfassen bekannte Kohlenstoffmaterialien wie Graphit.
  • Die Anode kann einen Festelektrolyten enthalten. Als Festelektrolyt kann ein bekannter Festelektrolyt verwendet werden; Beispiele hierfür umfassen die vorstehend beschriebenen Festelektrolyte, die für die Kathode verwendet werden können. Die Anode kann ein Bindemittel enthalten. Als Bindemittel kann ein bekanntes Bindemittel verwendet werden; Beispiele hierfür umfassen die vorstehend beschriebenen Bindemittel, die für die Kathode verwendet werden können. Die Anode kann ein leitfähiges Material enthalten. Als leitfähiges Material kann ein bekanntes leitfähiges Material verwendet werden; Beispiele hierfür umfassen die vorstehend beschriebenen leitfähigen Materialien, die für die Kathode verwendet werden können.
  • Die Dicke der Anode ist in keiner Weise beschränkt, liegt aber zum Beispiel im Bereich von 0,1 µm bis 1000 µm. Der Gehalt jedes Bestandteils der Anode kann derselbe sein wie bei herkömmlichen Anoden.
  • <Festelektrolytschicht 3>
  • Die Festelektrolytschicht 3 enthält einen Festelektrolyten. Als Festelektrolyt kann ein bekannter Festelektrolyt verwendet werden, der für Lithium-Ionen-Festkörperbatterien verwendet werden kann; Beispiele hierfür umfassen die vorstehend beschriebenen Festelektrolyten, die für die Kathode verwendet werden können.
  • Die Festelektrolytschicht 3 kann ein Bindemittel enthalten. Als Bindemittel kann ein bekanntes Bindemittel verwendet werden; Beispiele hierfür umfassen die oben beschriebenen Bindemittel, die für die Kathode verwendet werden können, und Butadienkautschuk.
  • Die Dicke der Festelektrolytschicht 3 ist in keiner Weise beschränkt, liegt aber zum Beispiel im Bereich von 0,1 µm bis 1000 µm und vorzugsweise im Bereich von 0,1 µm bis 300 µm. Der Gehalt jedes Bestandteils der Festelektrolytschicht 3 kann derselbe sein wie bei herkömmlichen Festelektrolytschichten.
  • [Harzfixierter Elektrodenkörperstapel]
  • Ein harzfixierter Elektrodenkörperstapel gemäß der vorliegenden Offenbarung wird durch eine Fixierung einer Seitenfläche des oben beschriebenen Elektrodenkörperstapels mit Harz gebildet. 4 zeigt harzfixierte Elektrodenkörperstapel 200 und 200', die harzfixierte Elektrodenkörperstapel sind. In 4 ist das Harz mit 110 bezeichnet. Eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels ist, wie vorstehend beschrieben, mit Harz fixiert, um Lagefehler beim Stapeln und Kurzschlüsse aufgrund von Fremdkörpern gebildet aus einem von den Endflächen der Elektroden abfallenden Pulvers zu vermeiden.
  • Jede beliebige Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels kann mit bzw. durch Harz fixiert sein. Die Seitenfläche(n) enthält(enthalten) vorzugsweise wenigstens eine Seitenfläche mit einem Phasendifferenzabschnitt. Alternativ dazu können alle Seitenflächen mit bzw. durch Harz fixiert sein. Es ist nicht immer notwendig, die Räume zwischen den Phasendifferenzabschnitten mit Harz zu füllen, da es ausreicht, nur eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels durch Harz zu fixieren.
  • Als Harz, das für den harzfixierten Elektrodenkörperstapel verwendet wird, kann entweder ein wärmehärtendes Harz oder ein lichthärtendes Harz verwendet werden. Vorzugsweise wird ein lichthärtendes Harz verwendet.
  • [Festkörperbatterie]
  • Eine Festkörperbatterie gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst den vorstehend beschriebenen Elektrodenkörperstapel oder harzfixierten Elektrodenkörperstapel, vorzugsweise den harzfixierten Elektrodenkörperstapel. Die Festkörperbatterie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Gehäuse zum Unterbringen des Elektrodenkörperstapels oder harzfixierten Elektrodenkörperstapels, anderer notwendiger Anschlüsse usw. aufweisen.
  • [Verfahren zur Herstellung des Elektrodenkörperstapels, des harzfixierten Elektrodenkörperstapels und der Festkörperbatterie]
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenkörperstapels, des harzfixierten Elektrodenkörperstapels und der Festkörperbatterie gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Festkörperbatterie als ein umfassendes Herstellungsverfahren beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung der Festkörperbatterie umfasst einen Vorbereitungsschritt, einen Schichtungsschritt, einen Schneideschritt, einen Elektrodenkörper-Stapelschritt, einen Harzfixierungsschritt und einen Unterbringungsschritt.
  • <Vorbereitungsschritt>
  • Im Vorbereitungsschritt werden eine Kathode, eine Festelektrolytschicht und eine Anode vorbereitet. Diese Komponenten können ohne besonderen Einschränkungen nach bekannten Verfahren vorbereitet werden. Zum Beispiel wird zur Vorbereitung der Kathode ein Material, das die Kathode bilden soll, mit einem Lösungsmittel gemischt, um eine Aufschlämmung zu bilden. Anschließend wird die Aufschlämmung auf ein Substrat oder einen Kathodenstromkollektor aufgebracht und getrocknet. Damit kann die Kathode erhalten werden. Die Festelektrolytschicht und Anode können nach demselben Verfahren vorbereitet werden.
  • <Schichtungsschritt>
  • Der Schichtungsschritt ist ein Schritt, bei dem der Kathodenstromkollektor, die Kathode, die Festelektrolytschicht, die Anode und der Anodenstromkollektor geschichtet werden. In dem Schichtungsschritt werden zum Beispiel die Anode, die Festelektrolytschicht, die Kathodenschicht und der Kathodenstromkollektor in dieser Reihenfolge auf jeder der beiden Oberflächen des Anodenstromkollektors schichtweise angeordnet. Dies ist die Schichtreihenfolge, wenn im vorstehend beschriebenen Elektrodenkörper der erste Stromkollektor der Anodenstromkollektor ist, die erste Elektrode die Anode ist, der zweite Stromkollektor der Kathodenstromkollektor ist und die zweite Elektrode die Kathode ist. Die Schichtungsreihenfolge ist hierauf aber nicht beschränkt. Die Kathode, die Festelektrolytschicht, die Anode und der Anodenstromkollektor können in dieser Reihenfolge auf jeder der beiden Oberflächen des Kathodenstromkollektors schichtweise angeordnet werden. Dies ist die Schichtreihenfolge, wenn im vorstehend beschriebenen Elektrodenkörper der erste Stromkollektor der Kathodenstromkollektor, die erste Elektrode die Kathode, der zweite Stromkollektor der Anodenstromkollektor und die zweite Elektrode die Anode ist. Jede Komponente kann nach einem bekannten Verfahren geschichtet werden.
  • Nach dem Schichten der Elektrodenkomponenten kann in dem Schichtungsschritt der Schichtkörper beispielsweise noch gepresst werden, um die Haftung der einzelnen Schichten zu verbessern. Der Pressdruck beträgt zum Beispiel etwa 600 MPa.
  • <Schneideschritt>
  • Der Schneideschritt ist ein Schritt, bei dem die Phasendifferenzabschnitte der im Schichtungsschritt vorbereiteten Schichtkörper zugeschnitten werden, um unterschiedliche Längen der Erstreckungsabschnitte der Phasendifferenzabschnitte benachbarter Elektrodenkörper in Erstreckungsrichtung zu erhalten. Zum Beispiel werden die Phasendifferenzabschnitte der Schichtkörper gemäß 4 so zugeschnitten, dass sie in Stapelrichtung von der einen Seite zur anderen Seite hin Stufen bilden. Der Phasendifferenzabschnitt, der den längsten Erstreckungsabschnitt im Elektrodenkörperstapel aufweisen soll, muss bei dem Schneideschritt nicht notwendigerweise zugeschnitten werden. Jeder Elektrodenkörper, der den Elektrodenkörperstapel mit ausbilden soll, wird im Schneideschritt hergestellt. Im Schneideschritt wird zum Beispiel vorzugsweise ein bekannter Laserschneider verwendet, da das Laserschneiden es ermöglicht, einen Bruch der Elektroden zu vermeiden und einen guten Schnitt durchzuführen.
  • Die Phasendifferenzabschnitte werden im Schneideschritt zugeschnitten, da ein Zuschneiden der anderen Abschnitte zu einer geringeren Energiedichte führen kann. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Phasendifferenzabschnitte im Schneideschritt zugeschnitten werden, um unterschiedliche Längen der Erstreckungsabschnitte benachbarter Phasendifferenzabschnitte in Erstreckungsrichtung zu erhalten, was einer Verringerung der Energiedichte entgegenwirken kann.
  • <Elektrodenkörper-Stapelschritt>
  • Der Elektrodenkörper-Stapelschritt ist ein Schritt, in dem die vorbereiteten Elektrodenkörper aufeinander gestapelt werden. Der Elektrodenkörperstapel wird gemäß dem Elektrodenkörper-Stapelschritt hergestellt. Das Verfahren zum Stapeln der Elektrodenkörper ist in keiner Weise beschränkt, wird aber zum Beispiel wie folgt durchgeführt. Zunächst wird ein Klebstoff auf die in Stapelrichtung an den Außenseiten der Elektrodenkörper angeordneten Stromkollektoren (zweiten Stromkollektoren) aufgetragen, dann werden die Elektrodenkörper aufeinander gestapelt. Anschließend wird der Elektrodenkörperstapel zum Beispiel gepresst, um die Haftung zu erhöhen. Dabei kann der Elektrodenkörperstapel erhitzt und gepresst werden. Der Pressdruck und die Temperatur betragen zum Beispiel 1 MPa bzw. in etwa 140°C.
  • Hier wird jeder Elektrodenkörper, wenn er gestapelt wird, auf einen Lagefehler hin geprüft. Das Prüfverfahren sieht so aus, dass die Mitte der von der oberen Oberfläche aus in Stapelrichtung gesehenen Kathode berechnet wird und jeder Elektrodenkörper auf Basis dieser Mitte auf einen Lagefehler hin geprüft wird. Das Prüfverfahren kann zum Beispiel nach einem bekannten bildgebenden Prüfverfahren durchgeführt werden.
  • <Harzfixierungsschritt>
  • Der Harzfixierungsschritt ist ein Schritt, in dem eine Seitenfläche des hergestellten Elektrodenkörperstapels durch bzw. mit Harz fixiert wird. Der harzfixierte Elektrodenkörperstapel wird gemäß dem Harzfixierungsschritt hergestellt. 6A bis 6D veranschaulichen Szenen des Harzfixierungsschritts.
  • Zunächst wird, wie es in 6A veranschaulicht ist, eine Form so an dem Elektrodenkörperstapel befestigt, dass die Form einer Dickenänderung des Elektrodenkörperstapels folgt. Dabei wird die Form soweit druckbeaufschlagt, dass die Räume zwischen den Elektroden minimiert, die Elektroden aber nicht beschädigt werden. Wenn die Festigkeit der Form kleiner ist als die der Elektroden, ist der Druck, der noch zu keiner Verformung der Form führt, die Obergrenze. Das Material der Form kann ein gut ablösbares Material sein; ein Beispiel hierfür umfasst Fluorharz. Als Nächstes wird, wie es in 6B veranschaulicht ist, der von der Form und dem Elektrodenkörperstapel an der Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels umgebene Raum mit Harz gefüllt. Als Nächstes wird, wie es in 6C veranschaulicht ist, ein überschüssiger Teil des Harzes, der über die Form hinausläuft, zum Beispiel mit einem Schaber abgeschabt und das Harz gehärtet. Wenn ein wärmehärtendes Harz verwendet wird, wird das Harz erhitzt. Wenn ein lichthärtendes Harz verwendet wird, wird das Harz mit UV-Licht bestrahlt. Schließlich wird, wie es in 6D veranschaulicht ist, die Form entfernt.
  • <Unterbringungsschritt>
  • Der Unterbringungsschritt ist ein Schritt, bei dem der vorbereitete Elektrodenkörperstapel oder der harzfixierte Elektrodenkörperstapel in einem vorgegebenen Gehäuse untergebracht wird. Die Festkörperbatterie kann durch den Unterbringungsschritt hergestellt werden. Im Unterbringungsschritt können die für den Elektrodenkörperstapel oder den harzfixierten Elektrodenkörperstapel erforderlichen Anschlüsse usw. verbunden werden.
  • Vorstehend wurden der Elektrodenkörperstapel, der harzfixierte Elektrodenkörperstapel und die Festkörperbatterie gemäß der vorliegenden Offenbarung sowie die jeweiligen Herstellungsverfahren beschrieben. Die vorliegende Offenbarung sieht einen Elektrodenkörperstapel vor, bei dem auf einer seiner Seitenflächen ein Harz leicht aufgebracht werden kann, sowie einen harzfixierten Elektrodenkörperstapel und eine Festkörperbatterie, die diesen Elektrodenkörperstapel verwenden.
  • [Liste der Bezugszeichen]
    • 1
    Erster Stromkollektor
    2
    Erste Elektrode
    3
    Festelektrolytschicht
    4
    Zweite Elektrode
    5
    Zweiter Stromkollektor
    6
    Phasendifferenzabschnitt
    10
    Elektrodenkörper
    100, 100'
    Elektrodenkörperstapel
    110
    Harz
    200, 200'
    Harzfixierter Elektrodenkörperstapel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2017220447 A [0003]
    • JP 2014523102 A [0003]
    • JP 2000124057 A [0003]

Claims (5)

  1. Elektrodenkörperstapel für eine Festkörperbatterie, der eine Vielzahl von gestapelten Elektrodenkörpern enthält, die jeweils eine erste Elektrode, eine Festelektrolytschicht, eine zweite Elektrode und einen zweiten Stromkollektor aufweisen, die in der genannten Reihenfolge auf jeder der beiden Oberflächen eines ersten Stromkollektors angeordnet sind, wobei jeder der Elektrodenkörper einen Phasendifferenzabschnitt aufweist, der die erste Elektrode enthält, wobei sich der Phasendifferenzabschnitt weiter als die zweite Elektrode über eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels hinaus erstreckt, und je Paar von benachbarten Elektrodenkörpern ein Abschnitt eines der Phasendifferenzabschnitte, der sich in einer Erstreckungsrichtung über die zweite Elektrode hinaus erstreckt, eine andere Länge hat als ein anderer der Phasendifferenzabschnitte.
  2. Elektrodenkörperstapel nach Anspruch 1, wobei die Längen der Abschnitte der sich über die zweiten Elektroden hinaus erstreckenden Phasendifferenzabschnitte in der Stapelrichtung von der einen Seite zur anderen Seite stufenweise zunehmen oder abnehmen.
  3. Elektrodenkörperstapel nach Anspruch 1, wobei die Längen der Abschnitte der sich über die zweiten Elektroden hinaus erstreckenden Phasendifferenzabschnitte in der Stapelrichtung von der Mitte zu den Außenseiten des Elektrodenkörperstapels hin stufenweise zunehmen oder abnehmen.
  4. Harzfixierter Elektrodenkörperstapel mit einem Elektrodenkörperstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Seitenfläche des Elektrodenkörperstapels durch ein Harz fixiert ist.
  5. Festkörperbatterie mit einem harzfixierten Elektrodenkörperstapel nach Anspruch 4.
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