DE112022001408T5

DE112022001408T5 - Festkörperbatterie

Info

Publication number: DE112022001408T5
Application number: DE112022001408.3T
Authority: DE
Inventors: Shinya Watanabe; Wen Ma
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2024-01-11
Also published as: JPWO2022191235A1; WO2022191235A1; US20240128619A1; CN116806385A

Abstract

Eine Festkörperbatterie (100) der vorliegenden Erfindung umfasst eine Positiv-Elektrodenschicht (11) mit einer Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht (11B) und einem Positiv-Elektroden-Stromkollektor (11A); eine Negativ-Elektrodenschicht (13) mit einer Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht (13B) und einem Negativ-Elektroden-Stromkollektor (13A); eine Festelektrolytschicht (15); und einen Isolierfilm (50), wobei der Isolierfilm (50) darin ein Durchgangsloch (H) aufweist, in welchem ein Laminat (30) untergebracht ist, in dem die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht (11B), die Festelektrolytschicht (15) und die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht (13B) aufeinander gestapelt sind, das Laminat (30) und der Isolierfilm (50) zwischen dem positiven Elektrodenstromkollektor (11A) und dem negativen Elektrodenstromkollektor (13A) angeordnet sind, und eine äußere Form des Isolierfilms (50) größer ist als äußere Formen des positiven Elektrodenstromkollektors (11A) und des negativen Elektrodenstromkollektors (13A), wenn man sie in einer Draufsicht in einer Laminierungsrichtung des Laminats (30) betrachtet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Festkörperbatterie.
Es wir die Priorität wird der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-038380 beansprucht, die am 10. März 2021 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren hat die Elektronik eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen, und tragbare elektronische Geräte sind kleiner, leichter, dünner und multifunktionaler geworden. Dementsprechend besteht eine hohe Nachfrage nach die kleineren, leichteren, dünneren und zuverlässigeren Batterien als Stromquellen für elektronische Geräte. In diesem Kontext haben Festkörperbatterien mit Festelektrolyten als Elektrolyten, wie sie in den Patentdokumenten 1 bis 3 offenbart sind, Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
In der Festkörperbatterie, die in Patentdokument 1 offenbart ist, wird ein bandförmiger Isolator auf einem Randteil einer stromsammelnden Folie verwendet, um einen Kurzschluss zu unterdrücken. Dies liegt daran, dass in der Festkörperbatterie, die in Patentdokument 1 offenbart ist, die äußere Form der Stromsammelfolie größer ist als die äußere Form einer Festelektrolytschicht, und Kurzschlüsse auftreten können, wenn Stromsammelfolien miteinander in Kontakt kommen.
Die Festkörperbatterie, die in Patentdokument 2 offenbart ist, weist eine Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht, eine Festelektrolytschicht, eine Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht und Stromkollektorplatten auf, die die Schichten in Laminierrichtung sandwichartig anordnen, und es wird ein zylindrischer Isolierrahmen, der dicht an den Seitenflächen der Stromkollektorplatten angeordnet ist, in Patentdokument 2 beschrieben. Ein zylindrischer Isolierrahmen wird bei der Herstellung einer Festkörperbatterie verwendet, wobei die als Positiv-Elektrodenschicht, Negativ-Elektrodenschicht und Festelektrolytschicht verwendeten Materialien im Inneren des zylindrischen Isolierrahmens untergebracht sind und zur Herstellung einer Festkörperbatterie in Laminierrichtung gepresst werden. In Patentdokument 2 wird offenbart, dass zu diesem Zeitpunkt die Materialien der Positiv-Elektrodenschicht und der Negativ-Elektrodenschicht zwischen die Stromkollektorplatten und den Isolierrahmen gelangen, die sich an den Endabschnitten in Laminatrichtung befinden, und dass die Luftdichtigkeit zwischen den Stromkollektorplatten und dem Isolierrahmen gewährleistet ist.
Bei der in Patentdokument 3 offenbarten Festkörperbatterie sind die Seitenflächen einer Positiv-Elektrodenschicht, einer Negativ-Elektrodenschicht und einer Festelektrolytschicht mit einer Harzschicht überzogen.
[Referenzliste]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2004-134116 (A)
[Patentdokument 2] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2011-159635 (A)
[Patentdokument 3] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2019-192610 (A)

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Bei der Verwendung des bandförmigen Isolators auf dem Randteil der stromsammelnden Folie, wie sie im Patentdokument 1 offenbart ist, kann jedoch das Laminat, das die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht, die Festelektrolytschicht und die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht enthält, in der Richtung der Ebene verschoben sein, oder es können Kurzschlüsse in einem Bereich auftreten, der näher am Laminat als am Isolator liegt.
Darüber hinaus können sich in den Festkörperbatterien, wie sie in den Patentdokumenten 2 und 3 offenbart sind, Risse im Laminat bilden. Darüber hinaus erfordern die Festkörperbatterien, wie sie in den Patentdokumenten 2 und 3 offenbart sind, einen Schritt der Beschichtung des Umfangs einer Festkörperbatterie mit einem Isolierfilm, was zu einer geringen Produktionseffizienz führt. Darüber hinaus sind selbst bei geringfügigen Ausfällen Vorgänge wie das Entfernen der Beschichtung schwierig, und die Festkörperbatterien, wie sie in den Patentdokumenten 2 und 3 offenbart sind, weisen eine geringe Vielseitigkeit auf.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Probleme gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Festkörperbatterie bereitzustellen, die Abweichungen und Risse in einem Laminat und das Auftreten von Kurzschlüssen unterdrückt.
Lösung des Problems
Die gegenwärtigen Erfinder haben umfangreiche Studien durchgeführt. Entsprechend werden folgende Mittel bereitgestellt, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen.

(1) Eine Festkörperbatterie gemäß einem ersten Aspekt, die Folgendes umfasst: eine Positiv-Elektrodenschicht mit einer Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht und einem Positiv-Elektroden-Stromkollektor; eine Negativ-Elektrodenschicht mit einer Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht und einem Negativ-Elektroden-Stromkollektor; eine Festelektrolytschicht; und einen Isolierfilm, wobei der Isolierfilm in sich ein Durchgangsloch aufweist, in dem ein Laminat untergebracht ist, in dem die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht, die Festelektrolytschicht und die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht aufeinanderfolgend gestapelt sind, wobei das Laminat und der Isolierfilm zwischen dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor angeordnet sind, und eine äußere Form des Isolierfilms größer ist als äußere Formen des Positiv-Elektroden-Stromkollektors und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors, wenn in Draufsicht in Stapelrichtung des Laminats betrachtet.
(2) In der Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann das Laminat dicker sein als der Isolierfilm.
(3) In der Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann das Laminat einem Abstand von 0,1 mm bis 1 mm zur dem Isolierfilm aufweisen, wenn in Draufsicht in Laminierrichtung betrachtet.
(4) In der Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann der Isolierfilm aus einem Harz bestehen.
(5) Die Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann ferner aufweisen: eine Vielzahl von Laminaten, wobei der Isolierfilm eine der Anzahl der Laminate entsprechende Anzahl von Durchgangslöchern aufweisen kann und die Vielzahl von Laminaten jeweils in den Durchgangslöchern untergebracht werden kann.
(6) Die Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, die ferner Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Einheiten, die jeweils die Positiv-Elektrodenschicht, die Negativ-Elektrodenschicht, die Festelektrolytschicht und den Isolierfilm aufweisen, wobei die Einheiten elektrisch in Reihe geschaltet sein können.
(7) Die Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, die ferner Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Einheiten, die jeweils die Positiv-Elektrodenschicht, die Negativ- Elektrodenschicht, die Festelektrolytschicht und den Isolierfilm aufweisen, wobei die Mehrzahl von Einheiten elektrisch parallel geschaltet sein kann.
(8) Die Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, die ferner Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Einheiten, die jeweils die Positiv-Elektrodenschicht, die Negativ- Elektrodenschicht, die Festelektrolytschicht und den Isolierfilm aufweisen, wobei die Mehrzahl von Einheiten elektrisch in Reihe und parallel geschaltet sein kann.

[Auswirkungen der Erfindung]
Die Festkörperbatterie nach dem oben beschriebenen Aspekt unterdrückt Verschiebungen und Risse in einem Laminat und das Auftreten von Kurzschlüssen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Festkörperbatterie gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
2 ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbatterie gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
3 ist eine Draufsicht auf die Festkörperbatterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
4 ist eine Draufsicht auf eine Festkörperbatterie gemäß einem Modifikationsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
5 ist eine Draufsicht auf eine Festkörperbatterie gemäß einem Modifikationsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Festkörperbatterie gemäß einem Modifikationsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
7 ist eine Querschnittsansicht einer Festkörperbatterie gemäß einem Modifikationsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
8 ist eine Querschnittsansicht einer Festkörperbatterie gemäß einem Modifikationsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
9 ist eine Draufsicht auf eine Festkörperbatterie gemäß einem Modifikationsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
10 ist eine Querschnittsansicht einer Festkörperbatterie gemäß einem Modifikationsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
11 ist eine Draufsicht auf eine Festkörperbatterie gemäß einem Modifikationsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Nachfolgend wird das vorliegende Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung im Detail beschrieben. In den Zeichnungen, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden, können ein Teil, Merkmale der vorliegenden Erfindung der Einfachheit halber vergrößert dargestellt sein, um die Merkmale der Erfindung besser verständlich zu machen, und die Maßverhältnisse der einzelnen Bestandteile und dergleichen können von den Tatsächlichen abweichen. Die Materialien, Abmessungen, Zahlen, numerischen Werte, Ausrichtungen und dergleichen, die in der folgenden Beschreibung beispielhaft dargestellt sind, sind lediglich Beispiele, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann umgesetzt werden, indem sie in geeigneter Weise innerhalb eines Bereichs modifiziert wird, in welchem sie in ihrem Wesenskern unverändert bleibt.
Zunächst werden die Richtungen definiert. Die Richtung, in der die Schichten eines Laminats 30 (siehe 2) gestapelt werden, wird als z-Richtung festgelegt, und die zur z-Richtung orthogonalen Richtungen werden als x-Richtung und y-Richtung festgelegt. Die y-Richtung ist z. B. eine Richtung, in der sich die Leitungen 12 und 14 in einer Draufsicht entlang z-Richtung erstrecken. Die y-Richtung ist z. B. die seitliche Richtung eines Energiespeicherelements 10. Die x-Richtung ist z. B. die Längsrichtung des Energiespeicherelements 10. Die x-Richtung ist eine Richtung orthogonal zur y-Richtung und zur z-Richtung. Nachfolgend kann die +z-Richtung als „aufwärts“ und die - z-Richtung als „abwärts“ bezeichnet werden. Oben und unten müssen nicht unbedingt mit der Richtung übereinstimmen, in der die Schwerkraft wirkt.
<Festkörperbatterie>
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Festkörperbatterie 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 2 ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbatterie 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 3 ist eine Draufsicht auf die Festkörperbatterie 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Es ist zu beachten, dass in 3 der Außenkörper 20, der weiter unten beschrieben wird, aus Gründen der Übersichtlichkeit vereinfacht dargestellt ist.
Die Festkörperbatterie 100 besteht aus dem Energiespeicherelement 10 und dem Außenkörper 20. Das Energiespeicherelement 10 ist in einem Aufnahmeraum K im Außenkörper 20 untergebracht. 1 zeigt zum besseren Verständnis einen Zustand unmittelbar vor der Aufnahme des Energiespeicherelements 10 in den Außenkörper 20.
„Außenkörper“
Der Außenkörper 20 besteht z. B. aus einer Metallfolie und Harzschichten 24, die auf beiden Oberflächen der Metallfolie 22 aufgeschichtet sind (vgl. 2). Der Außenkörper 20 ist ein metallischer Laminatfilm, der durch Beschichtung beider Seiten einer Metallfolie mit Polymerschichten (Harzschichten) hergestellt wird. Bei der Metallfolie 22 handelt es sich zum Beispiel um eine Aluminiumfolie. Bei den Harzschichten 24 handelt es sich zum Beispiel um Polymerschichten wie Polypropylen. Die inneren und äußeren Harzschichten 24 können unterschiedlich sein. Beispielsweise können Polyethylenterephthalat (PET) und Polyamid (PA) mit einem hohen Schmelzpunkt für die äußere Harzschicht und Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und dergleichen mit hoher Hitzebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Reduktionsbeständigkeit für die innere Harzschicht verwendet werden.
„Energiespeicherelement“
Das Energiespeicherelement 10 umfasst eine Positiv-Elektrodenschicht 11, eine Negativ-Elektrodenschicht 13, eine Festelektrolytschicht 15, einen Isolierfilm 50 sowie elektrisch Leitungen 12 und 14 zur externen Anbindung. Die Positiv-Elektrodenschicht 11, die Negativ-Elektrodenschicht 13 und die Festelektrolytschicht 15 erstrecken sich jeweils in der xy-Ebene. Die Positiv-Elektrodenschicht 11 umfasst z. B. einen Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und eine Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B. Die Negativ-Elektrodenschicht 13 umfasst z. B. einen Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A und eine Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B. Die Festelektrolytschicht 15 befindet sich z. B. zwischen der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B und der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B.
Die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B, die Festelektrolytschicht 15 und die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B werden in dieser Reihenfolge in z-Richtung gestapelt, um ein Laminat 30 zu bilden. Das Laminat 30 ist zwischen dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A angeordnet. Die Form des Laminats 30 ist in der Draufsicht entlang der z-Richtung gesehen beispielsweise kreisförmig. Der Durchmesser des Laminats 30 in einer Draufsicht entlang der z-Richtung wird als Durchmesser D1 bezeichnet. Die Dicke des Laminats 30 entlang der z-Richtung wird als Dicke T1 bezeichnet. Das Laminat 30 ist in einer Durchgangsöffnung H untergebracht, die im Folgenden in einer Draufsicht entlang der z-Richtung beschrieben wird.
Die Festkörperbatterie 100 wird durch Abgabe und Aufnahme von Elektronen über die Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und die Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A und durch Abgabe und Aufnahme von Lithiumionen über die Festelektrolytschicht 15 geladen oder entladen. Die Festkörperbatterie 100 kann ein Laminat sein, in dem die Positiv-Elektrodenschicht 11, die Negativ-Elektrodenschicht 13 und die Festelektrolytschicht 15 gestapelt sind, oder ein gewickelter Körper davon. Die Festkörperbatterie 100 wird z. B. als Laminatbatterie, quadratische Batterie, zylindrische Batterie, Münzbatterie und Knopfbatterie verwendet.
„Positiv-Elektrodenschicht“
Die Positiv-Elektrodenschicht 11 umfasst z. B. einen Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und eine Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B, die ein aktives Material für die positive Elektrode enthält.
(Positiv-Elektroden-Stromkollektor)
Der Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A hat vorzugsweise eine hohe Leitfähigkeit. Der Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A besteht beispielsweise aus Metallen wie Silber, Palladium, Gold, Platin, Aluminium, Kupfer, Nickel, Titan, rostfreiem Stahl und deren Legierungen oder leitfähigen Harzen. Die Länge des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A in y-Richtung wird als Länge L3 bezeichnet.
(Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht)
Die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B wird auf einer einzigen Oberfläche oder auf beiden Oberflächen des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A gebildet. Die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B enthält ein Positiv-Elektroden-Aktivmaterial und kann bei Bedarf ein Leitfähigkeitshilfsmittel, ein Bindemittel und einen Festelektrolyten enthalten, die im Folgenden beschrieben werden.
(Positiv-Elektroden-Aktivmaterial)
Ein Positiv-Elektroden-Aktivmaterial ist zum Beispiel ein lithiumhaltiges Übergangsmetalloxid, ein Übergangsmetallfluorid, ein Polyanion, ein Übergangsmetallsulfid, ein Übergangsmetalloxyfluorid, ein Übergangsmetalloxysulfid oder ein Übergangsmetalloxynitrid.
Das Positiv-Elektroden-Aktivmaterial ist nicht besonders begrenzt, solange es die Freisetzung und Absorption von Lithium-Ionen sowie die Desorption und Aufnahme von Lithium-Ionen reversibel steuern kann. So können beispielsweise Positiv-Elektroden-Aktivmaterial verwendet werden, die in bekannten Lithium-Ionen-Akkumulatoren zum Einsatz kommen.
Spezifische Beispiele für Positiv-Elektroden-Aktivmaterialien sind Lithiumkobaltat (LiCoO₂), Lithiumnickelat (LiNiO₂), Lithiummanganspinell (LiMn₂O₄), Kompositmetalloxide, die durch die allgemeine Formel dargestellt werden: LiNi_xCo_yMn_zM_aO₂ (x+y+z+a=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤a≤1 und M ist eines oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn und Cr), Lithium-VanadiumVerbindungen (LiV₂O₅, Li₃V₂(PO₄)₃, und LiVOPO₄), LiMPO₄ vom Olivin-Typ (wobei M eine oder mehrere Arten von Elementen ausgewählt aus Co, Ni, Mn, Fe, Mg, V, Nb, Ti, Al und Zr ist), Lithiumtitanat (Li₄Ti₅O₁₂) und Kompositmetalloxide wie LiNi_xCo_yAl_zO₂ (0,9<x+y+z<1,1)
Wenn ein mit metallischem Lithium oder Lithiumionen dotiertes Negativ-Elektroden-Aktivmaterial, im Voraus in die negative Elektrode eingebracht wird, kann die Batterie durch Entladung gestartet werden, was die Verwendung eines Positiv-Elektroden-Aktivmaterials, das kein Lithium enthält, ermöglicht. Beispiele für Positiv-Elektroden-Aktivmaterialien sind lithiumfreie Metalloxide (wie MnO₂ und V₂O₅), lithiumfreie Metallsulfide (wie MoS₂) und lithiumfreie Fluoride (wie FeF₃ und VF₃).
„Negativ-Elektrodenschicht“
Die Negativ-Elektrodenschicht 13 umfasst den Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A und die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B, die ein Negativ-Elektroden-Aktivmaterial enthält.
(Negativ-Elektroden-Stromkollektor)
Der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A hat vorzugsweise eine hohe Leitfähigkeit. Als Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A werden z. B. Metalle wie Silber, Palladium, Gold, Platin, Aluminium, Kupfer, Nickel, Edelstahl, Eisen und deren Legierungen oder leitfähige Harze bevorzugt verwendet. Der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A kann in Pulver-, Folien-, Stanz- oder Streckform vorliegen. Die Länge des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A in y-Richtung ist beispielsweise eine Länge L3. Die Längen des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A in y-Richtung können gleich oder verschieden voneinander sein.
(Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht)
Die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B wird auf einer einzigen Oberfläche oder auf beiden Oberflächen des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A gebildet. Die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B enthält z. B. ein Negativ-Elektroden-Aktivmaterial. Die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B kann je nach Bedarf ein Leitfähigkeitshilfsmittel, ein Bindemittel und einen Festelektrolyten enthalten, die weiter unten beschrieben werden.
(Negativ-Elektroden-Aktivmaterial)
Das in der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B enthaltene Negativ-Elektroden-Aktivmaterial kann eine Verbindung sein, die in der Lage ist, mobile Ionen zu absorbieren und freizusetzen, und es können Negativ-Elektroden-Aktivmaterialien verwendet werden, die in bekannten Lithium-Ionen-Akkumulatoren verwendet werden. Beispiele für Negativ-Elektroden-Aktivmaterialien sind Alkalimetalle allein, Alkalimetalllegierungen, Graphit (natürlicher Graphit und künstlicher Graphit), Kohlenstoffmaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren, kaum graphitierter Kohlenstoff, leicht graphitierter Kohlenstoff und bei niedriger Temperatur kalzinierter Kohlenstoff, Metalle, die sich mit Metallen wie Alkalimetalle verbinden können, wie z.B. Aluminium, Silizium, Zinn, Germanium und deren Legierungen, SiO_x (0<x<2), Oxide wie Eisenoxid, Titanoxid und Zinndioxid sowie Lithiummetalloxide wie Lithiumtitanat (Li₄Ti₅O₁₂).
(Leitfähigkeitshilfsmittel)
Ein Leitfähigkeitshilfsmittel ist nicht besonders begrenzt, solange es die Elektronenleitfähigkeit der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B und der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B verbessert, und es können bekannte Leitfähigkeitshilfsmittel verwendet werden. Beispiele für Leitfähigkeitshilfsmittel sind Materialien auf Kohlenstoffbasis wie Graphit, Ruß, Graphen und KohlenstoffNanoröhren, Metalle wie Gold, Platin, Silber, Palladium, Aluminium, Kupfer, Nickel, Edelstahl und Eisen, leitfähige Oxide wie ITO oder Mischungen davon. Das Leitfähigkeitshilfsmittel kann in Form von Pulver oder Fasern vorliegen.
(Bindematerial)
Ein Bindematerial verbindet den Positiv-Elektroden-Stromkollektor (11A) mit der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht (11B), den Negativ-Elektroden-Stromkollektor (13A) mit der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht (13B), die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht (11B) und die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht (13B) mit der Festelektrolytschicht (15), verschiedene Materialien, die die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht (11B) bilden, und die verschiedenen Materialien, die die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht (13B) bilden.
Das Bindematerial wird z. B. in einem Bereich verwendet, der die Funktionen der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B und der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B nicht beeinträchtigt. Das Bindematerial kann alles sein, was die oben beschriebene Bindung ermöglicht, und Beispiele dafür sind Fluorharze wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polytetrafluorethylen (PTFE). Darüber hinaus können auch Zellulose, Styrol-Butadien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, ein Polyimidharz und ein Polyamidimidharz als Bindematerialien verwendet werden. Darüber hinaus können ein leitfähiges Polymer mit Elektronenleitfähigkeit und ein ionenleitfähiges Polymer mit Ionenleitfähigkeit als Bindematerial verwendet werden. Beispiele für leitfähige Polymere mit Elektronenleitfähigkeit sind Polyacetylen. Da das Bindematerial in diesem Fall auch die Funktion von Leitfähigkeitshilfspartikeln hat, muss kein Leitfähigkeitshilfsmittel eingearbeitet werden. Als ionenleitende Polymere mit Ionenleitfähigkeit können z. B. solche verwendet werden, die Lithiumionen und dergleichen leiten, und Beispiele dafür sind solche, in denen Polymerverbindungsmonomere (Polyetherpolymerverbindungen wie Polyethylenoxid und Polypropylenoxid und Polyphosphazen) mit Lithiumsalzen wie LiClO₄, LiBF₄, LiPF₆, LiTFSI und LiFSI oder hauptsächlich aus Lithium gebildeten Alkalimetallsalzen kombiniert werden. Zu den für die Kombination verwendeten Polymerisationsinitiatoren gehören thermische Polymerisationsinitiatoren oder Photopolymerisationsinitiatoren, die mit den oben beschriebenen Monomeren kompatibel sind. Zu den erforderlichen Eigenschaften der Bindematerialien gehören z. B. Oxidations-Reduktionsbeständigkeit und günstiges Haftungsvermögen. Wenn die Bindematerialien nicht erforderlich sind, können sie nicht weggelassen werden.
Der Gehalt an Bindemittel in der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B ist nicht besonders begrenzt, beträgt aber vorzugsweise 0,5 bis 30 Vol.-% der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht unter dem Gesichtspunkt der Verringerung des Widerstands der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B. Darüber hinaus beträgt der Gehalt eines Bindemittels in der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Energiedichte vorzugsweise 0 Vol.-%.
Der Gehalt eines Bindemittels in der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B ist nicht besonders begrenzt, beträgt aber unter dem Gesichtspunkt der Verringerung des Widerstands der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B vorzugsweise 0,5 bis 30 Vol.-% der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht. Darüber hinaus beträgt der Gehalt eines Bindemittels in der Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Energiedichte vorzugsweise 0 Vol.-%.
„Festelektrolytschicht“
Die Festelektrolytschicht 15 befindet sich zwischen der Positiv-Elektrodenschicht 11 und der Negativ-Elektrodenschicht 13. Die Festelektrolytschicht 15 enthält einen Festelektrolyten. Ein Festelektrolyt ist ein Stoff (z. B. Partikel), in dem Ionen durch ein von außen angelegtes elektrisches Feld bewegt werden können. Darüber hinaus ist die Festelektrolytschicht ein Isolator, der die Bewegung von Elektronen hemmt.
Der Festelektrolyt enthält z. B. Lithium. Der Festelektrolyt kann z. B. ein Material auf Oxidbasis, ein Material auf Halogenidbasis oder ein Material auf Sulfidbasis sein. Der Festelektrolyt kann zum Beispiel eine Verbindung vom Perowskit-Typ, eine Verbindung vom LISICON-Typ, eine Verbindung vom Granat-Typ, eine Verbindung vom NASICON-Typ, eine Verbindung vom Thio-LISICON-Typ, eine Glasverbindung oder eine Phosphorsäureverbindung sein. La_0.5Li_0.5TiO₃ ist ein Beispiel für eine Verbindung vom Perowskittyp. Li₁₄Zn(GeO₄)₄ ist ein Beispiel für eine Verbindung vom LISICON-Typ. Li₇La₃Zr₂O₁₂ ist ein Beispiel für eine Verbindung vom Granattyp. LiZr₂(PO₄)₃, Li_1,3Al_0,3Ti_1,7(O₄)₃, Li_1,5Al_0,5Ge_1,5(PO₄)₃, Li_1,55Al_0,2Z_F1,7Si_0,25P_9,75O₁₂, Li_1,4Na_0,1Zr_1,5Al_0,5(PO₄)₃, Li_1,4Ca_0,25Er_0,3Zr_1,7(PO₄)_3,2, und Li_1,4Ca_0,25Yb_0,3Zr_1,7(PO₄)_3,2 sind Beispiele für eine Verbindung vom NASICON-Typ. Li_3,25Ge_0,25P_0,75S₄ und Li₃PS₄ sind Beispiele für eine Verbindung vom Thio-LISICON-Typ. Li₂S-P₂S₅ und Li₂O-V₂O₅-SiO₂ sind Beispiele für Glasverbindungen. Li₃PO₄, Li_3,5Si_0,5P_0,5O₄, and Li_2,9PO_3,3N_0,46 sind Beispiele für Phosphorsäureverbindungen Der Festelektrolyt kann eine oder mehrere Arten dieser Verbindungen enthalten.
Die Festelektrolytschicht 15 kann eine andere Substanz , welche nicht das Festelektrolytmaterial ist, enthalten. So kann die Festelektrolytschicht 15 beispielsweise ein Oxid oder Halogenid eines Alkalimetallelements oder ein Oxid oder Halogenid eines Übergangsmetallelements enthalten. Darüber hinaus kann die Festelektrolytschicht 15 ein Bindematerial enthalten. Das Bindematerial ist das gleiche wie oben beschrieben.
"Isolierfilm"
Der Isolierfilm 50 ist zwischen dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A angeordnet. Der Isolierfilm 50 erstreckt sich in der xy-Ebene. Bei dem Isolierfilm 50 handelt es sich um mindestens ein Isolierfilm. Der Isolierfilm 50 kann durch Laminieren einer Mehrzahl von Isolierfilmen und deren Zusammenfügen gebildet sein. Wird eine Mehrzahl von Isolierfilmen gestapelt und integriert, so können diese im gestapelten Zustand beispielsweise mit Klebeband an dem positiven Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A befestigt sein. Nachfolgend wird zwar der Fall einer einzelnen Schicht als Isolierfilm 50 beispielhaft beschrieben, doch kann dasselbe auch für den Fall gelten, dass eine Mehrzahl von Isolierfilmen als Isolierfilm 50 gestapelt und integriert ist. In dem Fall, in dem eine Mehrzahl von Isolierfilmen als Isolierfilm 50 gestapelt und integriert sind, ist beispielsweise die Dicke T2 des Isolierfilms 50, die im Folgenden beschrieben wird, ein Gesamtwert der Dicken der gestapelten mehreren Isolierfilmen.
Der Isolierfilm 50 ist z. B. ein isolierendes Harz. Als Isolierfilm 50 können bekannte Isoliermaterialien verwendet werden. Bei dem Isolierfilm 50 handelt es sich vorzugsweise um einen Isolierfilm, der leicht zu verarbeitend ist. Der Isolierfilm 50 ist vorzugsweise z. B. Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyimid und PTFE Der Isolierfilm 50 ist z. B. Lumirror H10 (hergestellt von Toray Industries Inc.).
In dem Isolierfilm 50 befindet sich ein in z-Richtung Durchgangsloch H. Die Anzahl der Durchgangslöcher H des Isolierfilms 50 ist beliebig und beträgt mindestens eins. Das Laminat 30 ist in einem Durchgangsloch H untergebracht.
Die Form des Durchgangslochs H in der Draufsicht entlang der z-Richtung ist eine beliebige Form, die es ermöglicht, dass das Laminat 30 in dem Isolierfilm 50 untergebracht werden kann. Die Form des Durchgangslochs H in der Draufsicht entlang der z-Richtung ist z. B. ähnlich wie das Laminat 30. Im Folgenden wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem die Formen des Durchgangslochs H und des Laminats 30 kreisförmig sind.
Die Durchgangsbohrung H ist in der Draufsicht entlang der z-Richtung gesehen größer als das Laminat 30. Das heißt, ein Durchmesser D2 des Durchgangslochs H ist in der Draufsicht entlang der z-Richtung größer als der Durchmesser D1 des Laminats 30. Aus diesem Grund sind der Isolierfilm 50 und das Laminat 30 um einen Abstand d_a voneinander beabstandet, d. h. zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Laminat 30 befindet sich ein Zwischenraum R. Obwohl 3 einen Fall zeigt, in dem der Abstand zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Laminat 30 an jeder Position konstant ist, kann der Abstand zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Laminat 30 je nach Anordnung variieren. In diesem Fall wird der kürzeste Abstand auf den Abstand d_a festgelegt.
Die Differenz (D2-D1) zwischen dem Durchmesser D2 des Durchgangslochs H und dem Durchmesser D1 des Laminats 30, d. h. ein Abstand 2d_a, der sich aus der Verdoppelung des Abstands zwischen dem Laminat 30 und dem Isolierfilm 50 in einer Draufsicht in Laminierrichtung ergibt, beträgt beispielsweise 0,1 mm bis 1 mm und kann 0,5 mm bis 1 mm betragen. Das Durchmesserverhältnis D1/D2 zwischen dem Laminat 30 und dem Durchgangsloch H beträgt z. B. 0,9 oder mehr und weniger als 1 und kann 0,9 bis 0,97 betragen.
Da es so konstruiert ist, dass ein Spalt zwischen dem Laminat 30 und dem Isolierfilm 50 entsteht, kann das Risiko, dass das Laminat 30 reißt, wenn das Laminat 30 in das Durchgangsloch des Isolierfilms 50 im Herstellungsprozess eingesetzt wird, unterdrückt werden. Darüber hinaus kann das Innere des Außenkörpers 20 während des Herstellungsprozesses evakuiert werden. Wenn der Isolierfilm 50 und das Laminat 30 voneinander getrennt sind, gibt es einen Randbereich R, in dem das Laminat 30 innerhalb des Durchgangslochs H in Richtung der Ebene geringfügig abgelenkt bzw. verschoben werden kann. Daher kann eine Verspannung, selbst wenn sie in innerhalb der Ebene auf das Laminat 30 einwirkt, davon abgehalten werden, direkt auf das Laminat 30 einzuwirken. Darüber hinaus wird bei der Herstellung einer Festkörperbatterie, bei dem Isolierfilm 50 und das Laminat 30 in engem Kontakt zueinander stehen, Verspannung von dem Isolierfilm 50 auf das Laminat 30 übertragen, wenn das Innere des Außenkörpers 20 während des Herstellungsprozesses evakuiert wird, wodurch sich Risse im Laminat 30 bilden können. Andererseits kann in dem Fall, in dem sich ein Zwischenraum R zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Laminat 30 befindet, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, verhindert werden, dass während des Herstellungsprozesses Spannungen von dem Isolierfilm 50 auf das Laminat 30 übertragen werden.
Indem man den Isolierfilm 50 und das Laminat 30 nahe beieinander anordnet, kann man außerdem verhindern, dass das Laminat 30 stark verformt wird. Außerdem kann durch die Anordnung des Isolierfilms 50 und des Laminats 30 nahe beieinander verhindert werden, dass der Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A oder der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A während der Evakuierung in den Raum R zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Laminat 30 eindringt. Wenn der Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A oder der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A in den Raum R gelangt, besteht die Gefahr, dass das Laminat 30 und der Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A oder der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A kurzgeschlossen werden.
Die äußere Form des Isolierfilms 50 ist, in einer Draufsicht entlang der z-Richtung gesehen, größer als die äußeren Formen des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A. Das heißt, die Fläche des Isolierfilms 50 mit einem Teil des Durchgangslochs H ist in einer Draufsicht entlang der z-Richtung gesehen größer als die Fläche des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A. Zum Beispiel ist die Länge L2 des Isolierfilms 50 in y-Richtung größer als die Länge L3 des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A in y-Richtung. Die Länge L2 kann beispielsweise um 0,5 mm bis 2 mm oder 1 mm bis 2 mm länger als die Länge L3 sein. Darüber hinaus beträgt das Verhältnis L3/L2 zwischen der Länge L3 und der Länge L2 beispielsweise 0,91 bis 0,98 und kann 0,91 bis 0,95 betragen. Darüber hinaus ist beispielsweise die Länge des Isolierfilms 50 in x-Richtung größer als die Länge des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A in x-Richtung. Dabei ist die äußere Form des Isolierfilms 50 in der Draufsicht entlang der z-Richtung vorzugsweise größer als die äußeren Formen des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A in allen in der Ebene liegenden Richtungen, kann aber teilweise kleiner sein als der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 11A und der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A. Der Isolierfilm 50 kann in Bezug auf den Schwerpunkt des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors 13A in der xy-Ebene symmetrisch angeordnet sein.
Der Längenunterschied und das Längenverhältnis zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A in der x-Richtung können so eingestellt werden, dass sie gleich dem Längenunterschied und dem Längenverhältnis zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A in der y-Richtung sind.
Die Dicke T2 des Isolierfilms 50 ist z. B. gleich der Dicke T1 des Laminats 30 oder geringer als die Dicke T1 des Laminats 30. Das Dickenverhältnis (T2/T1) zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Laminat 30 beträgt z. B. 0,9 oder weniger und kann 0,65 oder weniger betragen. Das Dickenverhältnis (T2/T1) zwischen dem Isolierfilm 50 und dem Laminat 30 beträgt z. B. 0,2 oder mehr und kann 0,5 oder mehr betragen. Wenn der Isolierfilm 50 dünner ist als das Laminat 30, berührt der Isolierfilm 50 außerhalb den Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und den Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A außerhalb des Laminats 30 in z-Richtung nicht. Aus diesem Grund wird der Isolierfilm 50 in einem Fall, in dem das Energiespeicherelement 10 bei der Herstellung der Festkörperbatterie 100 mit einer flachen Platte gepresst wird, nicht zu einem Hindernis für den Kontakt zwischen dem Laminat 30 und Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und den Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A. Dementsprechend wird in dem Fall, in dem der Isolierfilm 50 dünner als das Laminat 30 ist, die Haftfähigkeit zwischen dem Laminat 30 und dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und zwischen dem Laminat 30 und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A verbessert, und die Abweichung des Laminats 30 wird weiter unterdrückt. Wenn die Dicke des Isolierfilms 50 dicker als ein vorbestimmter Wert ist, ist es besonders wahrscheinlich, dass Kurzschlüsse und Abweichungen eines Laminats unterdrückt werden.
Der Isolierfilm 50 kann mit Klebeband an den benachbarten Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A befestigt werden. Das Klebeband kann so angeordnet werden, dass der Isolierfilm 50 zwischen ihnen liegt, und es kann doppelseitiges Klebeband oder ähnliches verwendet werden. Darüber hinaus kann der Isolierfilm 50 eine Konfiguration aufweisen, bei der eine Mehrzahl von Isolierfilmen gestapelt und wie oben beschrieben integriert sind.
Darüber hinaus kann der Außenkörper 20 über eine Backplatte zwischen Metallplatten eingeklemmt werden, und vier Ecken der Metallplatten können mit Schrauben und Muttern befestigt und gehalten werden.
In der Festkörperbatterie 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Abweichung des Laminats 30 in Richtung der Ebene, die Rissbildung im Laminat 30 und das Auftreten von Kurzschlüssen zu unterdrücken.
„Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie“
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung von Festkörperbatterien gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Festkörperbatterie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann durch ein Pulverformverfahren oder durch ein Sinterverfahren hergestellt werden. Nachfolgend wird als Beispiel der Fall beschrieben, dass ein Pulverformverfahren verwendet wird.
(Verfahren zur Herstellung eines Laminats)
Bei der Herstellung eines Laminats durch ein Pulverformverfahren werden zunächst ein Harzhalter mit einem Durchgangsloch in der Mitte, ein unterer Stempel und ein oberer Stempel hergestellt. Zur Verbesserung der Formbarkeit kann anstelle des Kunststoffhalters auch ein Metallhalter aus Matrizenstahl verwendet werden. Der Durchmesser des Durchgangslochs des Harzhalters kann auf eine gewünschte Größe wie der Durchmesser D1 des Laminats 30 eingestellt werden. Der Durchmesser des Durchgangslochs des Harzhalters wird z. B. auf 10 mm eingestellt, und die Durchmesser des unteren Stempels und des oberen Stempels werden z. B. auf 9,99 mm eingestellt. Der untere Stempel wird von unten in das Durchgangsloch des Harzhalters eingeführt, und ein pulverförmiger Festelektrolyt wird von der Öffnungsseite des Harzhalters her aufgetragen. Anschließend wird der obere Stempel von oben in den angeordneten pulverförmigen Festelektrolyten eingeführt, auf eine Presse gelegt und gepresst. Der Druck der Presse wird z. B. auf 5 kN (1,7 MPa) eingestellt. Der pulverförmige Festelektrolyt wird durch den oberen Stempel und den unteren Stempel in den Harzhalter gepresst, um die Festelektrolytschicht 15 zu bilden.
Danach wird der obere Stempel vorrübergehend entfernt und das Material für eine Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht auf der Seite des oberen Stempels auf der Festelektrolytschicht 15 angeordnet. Danach wird der obere Stempel wieder eingeführt und angepresst. Der Druck der Presse wird z. B. auf 5 kN (1,7 MPa) eingestellt. Das Material für die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht wird durch das Pressen zur Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B.
Anschließend wird der untere Stempel entfernt und das Material für eine Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht auf der Seite des unteren Stempels der Festelektrolytschicht 15 angeordnet. Beispielsweise wird das Material für die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht auf der Festelektrolytschicht 15 so angeordnet, dass die Probe auf den Kopf gestellt wird und der Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B gegenüberliegt. Danach wird der untere Stempel wieder in die Probe eingeführt und gepresst. Der Druck der Presse wird z. B. auf 5 kN (1,7 MPa) eingestellt. Danach wird ein Druck von 20 kN (7 MPa) für als Hauptpressschritt angewendet. Das Material für die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht wird zur Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B, indem nach der vorübergehenden Formung erneut starker Druck ausgeübt wird.
Anschließend wird das Laminat 30, in dem die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht 11B, die Festelektrolytschicht 15 und die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht 13B aufeinander gestapelt sind, aus dem Harzhalter entfernt. Um das Laminat 30 aus dem Harzhalter zu entfernen, wird z. B. der obere Stempel eingesetzt und in einem Zustand gepresst, in dem der untere Stempel entfernt ist. Außerdem wird der untere Stempel eingesetzt und in einem Zustand gepresst, in dem der obere Stempel entfernt ist. Das Laminat 30 wird auf diese Weise erhalten.
(Verfahren zur Herstellung von Isolierfilmen)
Ein Isolierfilm wird z. B. durch die Bildung eines Durchgangslochs in einem Isolierfilm mit einer vorgegebenen äußeren Form hergestellt. Das heißt, zunächst wird ein Isolierfilm mit einer vorgegebenen äußeren Form hergestellt.
Anschließend wird der Isolierfilm mit einem Formwerkzeug gepresst und geschnitten. Das Formwerkzeug hat die Form eines gewünschten Durchgangslochs H. Das Formwerkzeug wird an einer gewünschten Stelle angebracht, um ein Durchgangsloch in dem Isolierfilm zu bilden. Ein Stanzmesser wird zum Schneiden des Isolierfilms verwendet. Als Stanzmesser kann ein Pinnacle-Messer (eingetragenes Warenzeichen) oder Ähnliches verwendet werden.
(Herstellung des Positiv-Elektroden-Stromkollektors und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors)
Der Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und der Negativ-Elektroden-Stromkollektor werden durch Stanzen eines Stromkollektormaterials auf die gewünschte Form erhalten, z. B. mit einem Stanzmesser. Als Stanzmesser kann z. B. ein Pinnacle-Messer (eingetragenes Warenzeichen) oder Ähnliches verwendet werden.
(Zusammenbau der Festkörperbatterie)
Ein Isolierfilm 50 wird an einem der beiden vorbereiteten Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A angebracht. Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem der Isolierfilm 50 am positiven Elektrodenstromkollektor 11A angebracht ist, der Isolierfilm 50 kann jedoch auch am negativen Elektrodenstromkollektor 13A angebracht sein. Der Isolierfilm 50 wird z. B. mit Klebeband am Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A befestigt. In einem konkreten Beispiel werden eine Hauptfläche und eine Seitenfläche dess Isolierfilms 50 und eine Seitenfläche und eine Hauptfläche des Positiv-Elektroden-Stromkollektors 11A in Kontakt mit Klebeband befestigt. Die Befestigung des Isolierfilms 50 am Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A mit Klebeband kann beispielsweise auf drei von vier Seiten des Isolierfilms 50 in der xy-Ebene erfolgen.
Anschließend werden die Leitungen 12 und 14 jeweils mit dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A verbunden. Die Leitungen 12 und 14 können z. B. durch Ultraschallschweißen mit dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A bzw. dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A verbunden werden.
Anschließend wird das Laminat 30 mit einer Pinzette o. ä. in das Durchgangsloch H des Isolierfilms 50 eingesetzt.
Anschließend werden der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A und der Negativ-Elektroden-Stromkollektor 11A auf das Laminat 30 bzw. der Isolierfilm 50 gestapelt und mit Klebeband befestigt, um sie miteinander zu verbinden.
Anschließend werden die Öffnungsabschnitte des Außenkörpers 20 mit Ausnahme eines Öffnungsabschnitts heiß versiegelt. Danach kann der verbleibende Öffnungsabschnitt heiß versiegelt werden, während das Innere des Außenkörpers 20 evakuiert wird. Durch das Heißsiegeln während des Evakuierens kann der Außenkörper 20 in einem Zustand versiegelt werden, in dem die im Gehäuseraum K vorhandene Gas- und Feuchtigkeitsmenge gering ist.
Anschließend wird der Außenkörper 20 über eine Backplatte zwischen Metallplatten eingeklemmt, und vier Ecken der Metallplatten werden mit Schrauben und Muttern befestigt und verspannt. Als Metallplatten können hier solche verwendet werden, die in x- oder y-Richtung größer als der Außenkörper 20 sind.
Die Festkörperbatterie 100 dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch die oben beschriebenen Schritte erhalten. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Isolierfilm 50 mit einem Durchgangsloch H einfach durch Pressen einer isolierenden Schicht mit einem Formwerkzeug erhalten. Aus diesem Grund können bei dem Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Form und die Anzahl der Durchgangslöcher H einfach durch Änderung der Anzahl und der Form der Formwerkzeuge angepasst werden. Dementsprechend ist es bei dem Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Festkörperbatterie 100 einfach herzustellen. Darüber hinaus ist es bei dem Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einfach, der Isolierfilm 50 zu einer gewünschten Struktur zu formen, so dass eine Kapazitätserhöhung von Batterien, wie Mehrschicht- und Großraumbatterien, leicht zu bewältigen ist.
Ein spezifisches Beispiel der Festkörperbatterie 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wurde oben im Detail beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Änderungen können im Rahmen des in den Ansprüchen offengelegten Kerns der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
(Modifikationsbeispiel 1)
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Festkörperbatterie 101 gemäß dem Modifikationsbeispiel 1. Die Festkörperbatterie 101 gemäß dem Modifikationsbeispiel 1 unterscheidet sich von der Festkörperbatterie 100 durch die Form eines Laminats 30A und eines Durchgangslochs H1. In der Festkörperbatterie 101 werden die gleichen Konfigurationen wie in der Festkörperbatterie 100 mit den gleichen Referenznummern bezeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Die Form des Laminats 30A und des Durchgangslochs H1 ist in der Draufsicht entlang der z-Richtung betrachtet eine beliebige Form, wie z. B. eine polygonale Form oder eine elliptische Form. Auf diese Weise können die Formen des Laminats 30A und des Durchgangslochs H1 in der Draufsicht entlang der z-Richtung gesehen nicht kreisförmig ausgestaltet sein.
Auch mit der Festkörperbatterie 101 gemäß Modifikationsbeispiel 1 werden die gleichen Effekte erzielt wie mit der Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Darüber hinaus kann, wenn die Formen des Laminats 30A und des Durchgangslochs H1 polygonal oder elliptisch sind, selbst wenn der Isolierfilm 50 und das Laminat 30 miteinander in Kontakt kommen, die Kontaktfläche vergrößert werden, und es kann verhindert werden, dass sich Spannungen lokal konzentrieren. In Modifikationsbeispiel 1 kann die maximale Länge der Draufsicht des Laminats 30A in z-Richtung als Durchmesser D1 des Laminats behandelt werden. Darüber hinaus kann in Modifikationsbeispiel 1 die maximale Länge der Draufsichtsform des Durchgangslochs H1 des Isolierfilms 50 in z-Richtung als Durchmesser D2 des Durchgangslochs H1 behandelt werden.
(Modifikationsbeispiel 2)
5 ist eine schematische Draufsicht auf eine Festkörperbatterie 102 gemäß Modifikationsbeispiel 2. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht der Festkörperbatterie 102 gemäß Modifikationsbeispiel 2 und ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A. Die Festkörperbatterie 102 gemäß Modifikationsbeispiel 2 unterscheidet sich von der Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Isolierfilm 50 eine Mehrzahl von Durchgangslöchern H aufweist. In der Festkörperbatterie 102 werden dieselben Konfigurationen wie in der Festkörperbatterie 100 mit denselben Bezugsziffern versehen, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Die Festkörperbatterie 102weist ein Isolierfilm 50 mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern H sowie eine Mehrzahl von Laminaten 30 auf. Die Anzahl der Laminate 30 entspricht beispielsweise der Anzahl der Durchgangslöcher H. In den und wird ein Fall beschrieben, in dem vier Laminate 30a bis 30d als Beispiel verwendet werden. Die er Durchgangslöcher H und die Laminate 30 sind beispielsweise in derselben Ebene angeordnet. Das heißt, Laminate 30 und Durchgangslöcher H sind zwischen demselben Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A angeordnet. Die Laminate 30 und die Durchgangslöcher H sind zum Beispiel symmetrisch zum Schwerpunkt des Positiv-Elektroden-Stromkollektors angeordnet. Auf diese Weise sind in der Festkörperbatterie 102 die Laminate 30a bis 30d elektrisch parallel zwischen dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A angeordnet.
Auch mit der Festkörperbatterie 102 gemäß Modifikationsbeispiel 2 werden die gleichen Effekte erzielt wie mit der Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Da die Festkörperbatterie 102 zudem viermal so viele Laminate 30 wie die Festkörperbatterie 100 aufweist, wurde experimentell bestätigt, dass die Batteriekapazität etwa viermal so hoch ist wie die der Festkörperbatterie 100. Darüber hinaus wurde experimentell bestätigt, dass die Batteriekapazität mit der Anzahl der in der Festkörperbatterie 102 enthaltenen Laminate zunimmt.
(Modifikationsbeispiel 3)
Das Modifikationsbeispiel 3 unterscheidet sich von der Festkörperbatterie 100 dadurch, dass eine Mehrzahl von Energiespeicherelementen 10 in Laminatrichtung vorgesehen ist. Andere Punkte sind die gleichen wie bei der Festkörperbatterie 100, und die gleichen Konfigurationen wie dort sind mit den gleichen Referenznummern versehen, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Konfiguration, die jeweils eine der Positiv-Elektrodenschicht 11, der Negativ-Elektrodenschicht 13, der Festelektrolytschicht 15 und den Isolierfilm 50 enthält, als Einheit bezeichnet werden.
7 und 8 sind schematische Draufsichten auf Festkörperbatterien 103 und 104 gemäß Modifikationsbeispiel 3. Die Anordnung der Festkörperbatterien 103 und 104 gemäß Modifikationsbeispiel 3 ist in der Draufsicht in Laminatrichtung die gleiche wie die Anordnung der Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Festkörperbatterien 103 und 104 sind jeweils ein Beispiel für eine elektrisch in Reihe bzw. parallel geschaltete Anordnung.
In der Festkörperbatterie 103 wird eine zweite Einheit U2 auf eine erste Einheit U1 in z-Richtung gestapelt. Die Konfiguration der ersten Einheit U1 und der zweiten Einheit U2 ist die gleiche wie die der einzelnen Einheit der Festkörperbatterie 100. Die erste Einheit U1 und die zweite Einheit U2 sind beispielsweise über einen leitenden Draht L elektrisch in Reihe geschaltet. In der Festkörperbatterie 103 ist eine Leitung 12 mit einem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A der zweiten Einheit U2 verbunden. Eine Leitung 14 ist mit einem Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A der ersten Einheit U1 verbunden.
In der Festkörperbatterie 104 wird eine zweite Einheit U2' in z-Richtung auf eine erste Einheit U1 gestapelt. In der Festkörperbatterie 104 sind die Stromsammler an beiden Enden in z-Richtung mit der gleichen Polarität angeordnet. Die zweite Einheit U2' hat beispielsweise eine Struktur, bei der die zweite Einheit U2 invertiert ist. Die Polarität des inneren Stromkollektors in der z-Richtung unterscheidet sich von den Polaritäten der Stromkollektoren an beiden Enden in der z-Richtung. Der innere Stromkollektorin der z-Richtung kann von der ersten Einheit U1 und der zweiten Einheit U2' gemeinsam genutzt werden, oder er kann unabhängig für jede der ersten Einheit U1 und der zweiten Einheit U2' bereitgestellt und über einen leitenden Draht elektrisch miteinander verbunden werden. Bei der in 8 dargestellten Festkörperbatterie 104 ist eine Leitung 12 mit einem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A verbunden, der sich auf der Innenseite in z-Richtung befindet. Eine Mehrzahl von Leitungen 14 ist vorbereitet und mit entsprechenden Stromabnehmern verbunden, die sich an beiden Enden in z-Richtung befinden. Das heißt, in 8 ist die Leitung 12 mit dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A verbunden, und zwei Leitungen 14 sind jeweils mit den Negativ-Elektroden-Stromkollektoren 13A verbunden.
Auch mit der Festkörperbatterie 103 gemäß Modifikationsbeispiel 3 werden die gleichen Effekte wie mit der Festkörperbatterie 100 erzielt. Da die Festkörperbatterie 103 zudem doppelt so viele elektrisch in Reihe geschaltete Einheiten aufweist wie die Festkörperbatterie 100, wurde experimentell bestätigt, dass die Ausgangsspannung ungefähr verdoppelt werden kann. Da in der Festkörperbatterie 104 doppelt so viele Einheiten elektrisch parallel geschaltet sind wie in der Festkörperbatterie 100, wurde außerdem experimentell bestätigt, dass die Batteriekapazität ungefähr verdoppelt und der Widerstand ungefähr halbiert werden kann. Die invertierte Einheit kann gegenüber dem in 8 gezeigten Beispiel umgekehrt sein.
(Modifikationsbeispiel 4)
9 ist eine schematische Draufsicht auf eine Festkörperbatterie 105 gemäß Modifikationsbeispiel 4. 10 ist eine schematische Draufsicht auf eine Festkörperbatterie 105 gemäß Modifikationsbeispiel 4. Die Festkörperbatterie 105 gemäß Modifikationsbeispiel 4 weist eine Mehrzahl von Einheiten auf. In der Festkörperbatterie 105 sind diese Einheiten beispielsweise in der gleichen Ebene angeordnet. Das heißt, die Einheiten sind nebeneinander in der gleichen Höhe in z-Richtung angeordnet. 9 und 10 zeigen ein Beispiel mit einer ersten Einheit U3 und einer zweiten Einheit U4. In der Festkörperbatterie 105 weist jede Einheit beispielsweise eine Mehrzahl von Laminaten 30e bis 30h und Durchgangslöcher H auf. Die restliche Konfiguration ist die gleiche wie die der Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und die entsprechenden Komponenten werden wie dort mit den gleichen Bezugsziffern versehen, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
In der Festkörperbatterie 105 sind die erste Einheit U3 und die zweite Einheit U4 miteinander verbunden, beispielsweise über einen leitenden Draht L. Die Festkörperbatterie 105 ist ein Beispiel für einen Fall, in dem die Einheiten elektrisch in Reihe geschaltet ist. In der Festkörperbatterie 105 ist die Leitung 12 mit einem Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A der ersten Einheit U3 verbunden, und die Leitungen 14 sind mit Negativ-Elektroden-Stromkollektoren 13A der zweiten Einheit U4 verbunden.
Auch mit der Festkörperbatterie 105 gemäß Modifikationsbeispiel 4 werden die gleichen Effekte erzielt wie mit der Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Darüber hinaus wird bei der in den 9 und 10 dargestellten Festkörperbatterie 105 die Ausgangsspannung ungefähr verdoppelt, da zwei Einheiten elektrisch in Reihe geschaltet sind. Da in der Festkörperbatterie 105 zwei Laminate in einer Einheit angeordnet sind, verdoppelt sich außerdem die Batteriekapazität.
(Modifikationsbeispiel 5)
11 ist eine schematische Draufsicht auf eine Festkörperbatterie 106 gemäß Modifikationsbeispiel 5. Die Festkörperbatterie 106 gemäß Modifikationsbeispiel 5 hat eine Mehrzahl von Energiespeicherelementen 10a und 10b in derselben Ebene, und die Energiespeicherelemente 10a und 10b sind elektrisch in Reihe geschaltet. In der Festkörperbatterie 106 gemäß Modifikationsbeispiel 5 werden dieselben Komponenten wie in der Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugsziffern versehen, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Bei der Festkörperbatterie 106 gemäß Modifikationsbeispiel 5 sind die Energiespeicherelemente 10a und 10b beispielsweise in demselben Außenkörper 20 untergebracht. In der Festkörperbatterie 106 gemäß Modifikationsbeispiel 5 sind das Energiespeicherelement 10a und das Energiespeicherelement 10b beispielsweise über einen leitenden Draht L miteinander verbunden. In der Festkörperbatterie 106 kann zwischen den benachbarten Energiespeicherelementen 10 eine isolierende Dichtung 60 vorgesehen sein. Das Energiespeicherelement 10a hat eine erste Einheit U5 und das Energiespeicherelement 10b hat eine zweite Einheit U6.
Auch bei der Festkörperbatterie 106 gemäß Modifikationsbeispiel 5 werden die gleichen Effekte wie bei der Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt. Darüber hinaus erhöht sich bei der Festkörperbatterie 106 aufgrund der elektrischen Reihenschaltung der Energiespeicherelemente die Spannungsleistung im Vergleich zur Festkörperbatterie 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Erhöhung der Ausgangsspannung ist abhängig von der Anzahl der Energiespeicherelemente 10. In der Konfiguration mit zwei Energiespeicherelementen, wie in 11 dargestellt, verdoppelt sich die Ausgangsspannung. Die Zeichnung zeigt ein Beispiel, bei dem die isolierende Dichtung 60 vorgesehen ist und die Leitung 12 mit der Leitung 14 außerhalb des Außenkörpers 20 verbunden ist. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt und weist eine Reihenschaltung auf, bei der ein Positiv-Elektroden-Stromkollektor 11A und ein Negativ-Elektroden-Stromkollektor 13A benachbarter Energiespeicherelemente 10 innerhalb des Außenkörpers 20 ohne die isolierende Dichtung 60 miteinander verbunden sind.
Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Allerdings ist jede Konfiguration und Kombination jedes Ausführungsbeispiels nur ein Beispiel, und Hinzufügen, Weglassen, Ersatz und andere Änderungen der Konfiguration kann innerhalb des Geltungsbereiches der Erfindung vorgenommen werde, solang der Kerngedanke dieser nicht verlassen wird.
BEISPIELE
Nachfolgend soll die Wirkung der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele nicht eingeschränkt und kann mit geeigneten Modifikationen innerhalb des Anwendungsbereichs umgesetzt werden, die den Kern der vorliegenden Erfindung nicht verlässt.
(Beispiel 1)
Eine Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde experimentell hergestellt, und der elektrische Wechselstromwiderstand (Innenwiderstand) zwischen einem Positiv-Elektroden-Stromkollektor und einem Negativ-Elektroden-Stromkollektor wurde gemessen. Die Dicke T2 einer isolierenden Schicht wurde auf 250 µm und die Dicke T1 einer Elektrode auf 300 µm eingestellt. Konstituierende Materialien für die isolierende Schicht und jede Schicht der Elektrode waren wie folgt.
Positiv-Elektroden-Stromkollektor: eine 20 µm dicke Aluminiumfolie
Positiv-Elektroden-Aktivmaterial: LCO (LiCoO₂)
Negativ-Elektroden-Stromkollektor-: eine 20 µm dicke Aluminiumfolie
Negativ-Elektroden-Aktivmaterial: LTO (Li₄Ti₅O₁₂)
Festelektrolyt: LZSOC (Li₂ZrSO₄Cl₄)
Leitfähigkeitshilfsmittel: Ruß auf Seiten der Positiv-Elektrode, Graphit auf Seiten der Negativ-Elektrode
Bindematerial: Keines
Isolierfilm: PET-Folie
(Beispiele 2 und 3)
Es wurde die gleiche Konfiguration wie in Beispiel 1 verwendet, mit der Ausnahme, dass die Dicke T2 jeder isolierenden Schicht auf 200 µm bzw. 100 µm eingestellt wurde, und der elektrische Wechselstromwiderstand wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen.
(Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
Es wurde die gleiche Konfiguration wie in Beispiel 1 verwendet, mit der Ausnahme, dass die Dicke T2 jeder isolierenden Schicht auf 400 µm, 300 µm bzw. 50 µm eingestellt wurde, und der elektrische Wechselstromwiderstand wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen.

Die Messergebnisse der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 sind in Tabelle 1 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der elektrische Wechselstromwiderstand niedrig gehalten wird, wenn die Dicke T1 größer ist als die Dicke T2. Es ist zu erkennen, dass bei einem Dickenverhältnis T2/T1 von 0,17 oder weniger der elektrische Widerstand gering ist, aber eine Elektrodenabweichung auftritt.
[Tabelle 1]

Probe	Dicke [µm]		T2/T 1	Wechselstromwiderstand [Ω]	Anteil des Auftretens von Elektrodenabweichungen [%]
Probe	Dicke T2 der Isolierschicht	Dicke T1 der Elektrode	T2/T 1	(1kHz)	Anteil des Auftretens von Elektrodenabweichungen [%]
Vergleichsbeispiel 1	400	300	1,33	3000	0
Vergleichsbeispiel 2	300	300	1	2500	0
Vergleichsbeispiel 3	50	300	0,17	230	20
Beispiel 1	250	300	0,83	230	0
Beispiel 2	200	300	0,67	230	0
Beispiel 3	100	300	0,33	230	0

(Beispiel 4)
Eine Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde experimentell hergestellt, und die Häufigkeit (Anzahl des Auftretens/Anzahl der Versuchsprodukte) von Elektrodenabweichungen und Elektrodenrissen wurde gemessen, wenn eine Elektrode aus einem Durchgangsloch eingeführt wurde. Der Abstand 2da, der dem Unterschied im Durchmesser des Durchgangslochs und der Elektrode entspricht, wurde auf 0,1 mm festgelegt. Die konstituierenden Materialien für eine isolierende Schicht und jede Schicht der Elektrode wurden wie in Beispiel 1 festgelegt.
(Beispiele 5 bis 7)
Es wurde die gleiche Konfiguration wie in Beispiel 4 verwendet, mit der Ausnahme, dass jeder Abstand 2da auf 0,1 mm, 0,3 mm, 0,5 mm und 1 mm eingestellt wurde, und die Anzahl der Elektrodenabweichungen und Elektrodenrisse wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 gemessen.
(Vergleichsbeispiele 4 und 5)
Es wurde die gleiche Konfiguration wie in Beispiel 4 verwendet, mit der Ausnahme, dass jeder Abstand 2da auf 0 mm und 1,5 mm eingestellt wurde, und die Anzahl der Elektrodenabweichungen und Elektrodenrisse wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 gemessen.

Die Messergebnisse der Beispiele 4 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 4 und 5 sind in Tabelle 2 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass bei einem Abstand 2da von 0,1 mm bis 1 mm das Auftreten von Elektrodenrissen und Elektrodenabweichungen unterdrückt wird.
[Tabelle 2]

Probe	Abstand 2da [mm]	Anteil des Auftretens von Elektrodenrissen [%]	Anteil des Auftretens von Elektrodenabweichungen [%]
Vergleichsbeispiel 4	0	30	40
Vergleichsbeispiel 5	1,5	0	20
Beispiel 4	0,1	0	0
Beispiel 5	0,3	0	0
Beispiel 6	0,5	0	0
Beispiel 7	1	0	0

(Beispiel 8)
Eine Festkörperbatterie gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde experimentell hergestellt, und Kurzschlussströme zwischen einer Elektrode und einem Positiv-Elektroden-Stromkollektor, zwischen der Elektrode und einem Negativ-Elektroden-Stromkollektor und zwischen dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor wurden gemessen. In einer Draufsicht in Laminierrichtung der Elektrode wurden der Abstand zwischen dem äußeren Umfang des Positiv-Elektroden-Stromkollektors und dem äußeren Umfang der Elektrode und der Abstand zwischen dem äußeren Umfang des Negativ-Elektroden-Stromkollektors und dem äußeren Umfang der Elektrode auf 0,5 mm festgelegt. Diese Abstände werden im Folgenden als Spielräume bezeichnet. Die konstituierenden Materialien für eine isolierende Schicht und jede Schicht der Elektrode wurden wie in Beispiel 1 festgelegt.
(Beispiele 9 und 10)
Es wurde die gleiche Konfiguration wie in Beispiel 8 verwendet, mit der Ausnahme, dass der Spielraum jeweils auf 1 mm bzw. 2 mm eingestellt wurde, und die Kurzschlussströme wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 gemessen.
(Vergleichsbeispiele 6 und 7)
Es wurde die gleiche Konfiguration wie in Beispiel 8 verwendet, mit der Ausnahme, dass der Spielraum jeweils auf 0 mm und 0,4 mm eingestellt wurde, und die Kurzschlussströme wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 gemessen.

Die Messergebnisse der Beispiele 8 bis 10 und der Vergleichsbeispiele 6 und 7 sind in Tabelle 3 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Auftreten von Kurzschlussströmen unterdrückt wird, wenn der Abstand 0,5 mm oder mehr beträgt.
[Tabelle 3]

Probe	Spielraum [mm]	Anzahl der Kurzschlussereignisse
Vergleichsbeispiel 6	0	20
Vergleichsbeispiel 7	0,4	10
Beispiel 8	0,5	0
Beispiel 9	1	0
Beispiel 10	2	0
[Industrielle Anwendbarkeit]

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Festkörperbatterie bereitzustellen, die in der Lage ist, Abweichungen und Risse in einem Laminat sowie das Auftreten von Kurzschlüssen zu unterdrücken.
REFERENZZEICHENLISTE

10: Energiespeicherelement
11: Positiv-Elektrodenschicht
11A: Positiv-Elektroden-Stromkollektor
11B: Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht
13: Negativ-Elektrodenschicht
13A: Negativ-Elektroden-Stromkollektor
13B: Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht
15: Festelektrolytschicht
20: Außenkörper
30: Laminat
50: Isolierfilm
100: Festkörperbatterie
H: Durchgangsloch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2021038380 [0001]
JP 2004134116 A [0005]
JP 2011159635 A [0005]
JP 2019192610 A [0005]

Claims

Festkörperbatterie, die aufweist: eine Positiv-Elektrodenschicht mit einer Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht und einem Positiv-Elektroden-Stromkollektor; eine Negativ-Elektrodenschicht mit einer Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht und einem Negativ-Elektroden-Stromkollektor; eine Festelektrolytschicht; und einen Isolierfilm, wobei der Isolierfilm ein Durchgangsloch aufweist, in dem ein Laminat untergebracht ist, in dem die Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht, die Festelektrolytschicht und die Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht nacheinander gestapelt sind, wobei das Laminat und der Isolierfilm zwischen dem Positiv-Elektroden-Stromkollektor und dem Negativ-Elektroden-Stromkollektor angeordnet sind, und wobei eine äußere Form des Isolierfilms größer ist als äußere Formen des Positiv-Elektroden-Stromkollektors und des Negativ-Elektroden-Stromkollektors, wenn man sie in einer Draufsicht entlang einer Laminierrichtung des Laminats betrachtet.
Festkörperbatterie nach Anspruch 1, wobei das Laminat dicker ist als der Isolierfilm.
Festkörperbatterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Laminat in der Draufsicht entlang der Laminierrichtung 0,1 mm bis 1 mm von dem Isolierfilm entfernt angeordnet ist.
Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Isolierfilm aus einem Harz besteht.
Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: eine Mehrzahl der Laminate, wobei der Isolierfilm eine der Anzahl der Laminate entsprechende Anzahl von Durchgangslöchern aufweist, und wobei die Laminate jeweils in den Durchgangslöchern untergebracht sind.
Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: eine Mehrzahl von Einheiten, die jeweils die Positiv-Elektrodenschicht, die Negativ-Elektrodenschicht, die Festelektrolytschicht und den Isolierfilm aufweisen, wobei die Einheiten elektrisch in Reihe geschaltet ist.
Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: eine Mehrzahl von Einheiten, die jeweils die Positiv-Elektrodenschicht, die Negativ-Elektrodenschicht, die Festelektrolytschicht und den Isolierfilm aufweisen, wobei die Einheiten elektrisch parallel geschaltet sind.