JP2009259563A - 全固体リチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外部からの衝撃を受けた際の安全性を向上させた全固体リチウム二次電池を提供することを主目的とするものである。
【解決手段】本発明は、構造物下部に固定される上部集電体と、安全機構により上方向に押圧する押圧力により支持される下部集電体と、上記上部集電体と上記下部集電体との間に挟持される発電要素とを含む全固体リチウム二次電池素子と上記安全機構とを有する全固体リチウム二次電池であって、上記安全機構は、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動し、上記上部集電体と上記発電要素との間、上記発電要素内、または、上記下部集電体と上記発電要素との間のいずれかの位置で分離される構造を有することを特徴とする全固体リチウム二次電池を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は外部からの衝撃を受けた際の安全性を向上させた全固体リチウム二次電池に関する。

近年におけるパソコン、ビデオカメラ及び携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として優れた二次電池、例えば、リチウム二次電池の開発が重要視されている。また、上記情報関連機器や通信関連機器以外の分野としては、例えば自動車産業界においても、低公害車としての電気自動車やハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量のリチウム二次電池の開発が進められている。

しかし、現在市販されているリチウム二次電池は、可燃性の有機溶剤を溶媒とする有機電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。

これに対し、液体電解質を固体電解質に変えて、電池を全固体化した、全固体リチウム二次電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。

しかしながら、全固体リチウム二次電池の安全対策は、未だ不十分であり、例えば、外部からの衝撃により、電池の制御が困難となる等して、不慮のショート、放電が起こる可能性があり、これらを防止するために、更なる改良が必要とされている。

一方、上述した液体電解質を用いたリチウム二次電池においては、過充電時や短絡時の安全対策等が検討されている。例えば特許文献１においては、過充電時や短絡時に、確実に電流遮断が行えるように、極端子と集電タブとを固着することなく重ねて接触状態で接続した薄膜電池が開示されている。これは、過電圧等で内圧上昇した際に、接続部の接触が遮断され、内圧上昇を抑えることができるものである。
しかしながら、液体電解質を用いているため、確実に電流遮断を行えるようにするためには電池内に接触遮断部を設けておく必要があり、製造が複雑になるという問題があった。また、外部から衝撃を受け、その外力により電池の制御が困難となったり、電池が破損したりする等した場合に、電流を遮断することが困難であり、不慮のショート、放電等を防止することが困難であるという問題があった。

特開２００１−６８０９０号公報 特開平８−８３５９６号公報 特開昭６１−１３５０４８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外部からの衝撃を受けた際の安全性を向上させた全固体リチウム二次電池を提供することを主目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明においては、構造物下部に固定される上部集電体と、安全機構により上方向に押圧する押圧力により支持される下部集電体と、上記上部集電体と上記下部集電体との間に挟持される発電要素とを含む全固体リチウム二次電池素子と上記安全機構とを有する全固体リチウム二次電池であって、上記安全機構は、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動し、上記上部集電体と上記発電要素との間、上記発電要素内、または、上記下部集電体と上記発電要素との間のいずれかの位置で分離される構造を有することを特徴とする全固体リチウム二次電池を提供する。

本発明によれば、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構の上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動することにより、上記上部集電体と上記発電要素との間、上記発電要素内、または、上記下部集電体と上記発電要素との間のいずれかの位置（以下、分離可能位置と称する場合がある。）で分離することができるため、充放電が停止する。これにより、安全性を向上させることができる。

上記発明においては、上記安全機構が柔軟性のある減圧密封パッケージであり、上記減圧密封パッケージ内部に、上記全固体リチウム二次電池素子を設置して、上記減圧密封パッケージ内部を減圧して密封することにより、上記押圧力を生じさせ、上記下部集電体を上方向に押圧して支持することが好ましい。上記安全機構の構造が単純であり、簡便に上記押圧力を生じさせることができるからである。また、外部からの衝撃を受けた際に、容易に上記押圧力による支持を解除して、上記分離可能位置で分離することができるからである。

上記発明においては、上記全固体リチウム二次電池素子と、上記減圧密封パッケージとを、加圧密封パッケージ内部に設置して、上記減圧密封パッケージと上記加圧密封パッケージとの空間を加圧して密封することが好ましい。より効果的に、上記押圧力を生じさせ、上記下部集電体を上方向に押圧して支持することができるからである。

また、本発明においては、構造物と全固体リチウム二次電池とを有する全固体リチウム二次電池装着構造物であって、上記全固体リチウム二次電池が、上記構造物下部に固定される上部集電体と、安全機構により上方向に押圧する押圧力により支持される下部集電体と、上記上部集電体と上記下部集電体との間に挟持される発電要素とを含む全固体リチウム二次電池素子と上記安全機構とを有し、上記安全機構は、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動し、上記分離可能位置で分離される構造を有することを特徴とする全固体リチウム二次電池装着構造物を提供する。

本発明によれば、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構の上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動することにより、上記分離可能位置で分離することができるため、充放電が停止する。これにより、安全性を向上させることができる。

本発明においては、外部からの衝撃を受けた際の安全性を向上させた全固体リチウム二次電池を得ることができるという効果を奏する。

本発明の全固体リチウム二次電池および全固体リチウム二次電池装着構造物について、以下詳細に説明する。

Ａ．全固体リチウム二次電池
まず、本発明の全固体リチウム二次電池について、以下詳細に説明する。
本発明の全固体リチウム二次電池は、構造物下部に固定される上部集電体と、安全機構により上方向に押圧する押圧力により支持される下部集電体と、上記上部集電体と上記下部集電体との間に挟持される発電要素とを含む全固体リチウム二次電池素子と上記安全機構とを有する全固体リチウム二次電池であって、上記安全機構は、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動し、上記分離可能位置で分離される構造を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構の上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動することにより、上記分離可能位置で分離することができるため、充放電が停止する。これにより、安全性を向上させることができる。
すなわち、本発明の全固体リチウム二次電池においては、上述したように分離される上記分離可能位置は、固体と固体とを固着することなく重ねて接触状態としただけである。このため、上記安全機構の上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動することにより、容易に分離して充放電を停止させることができるのである。
さらに、上述したように容易に分離可能なことから、液体電解質を用いた場合のように粘着性の液体による接触を防ぐために必要な、電池内に形成される接触遮断部等を設ける必要性がない。従って、より簡略化された電池構造により、安全性を向上させることができるのである。

以下、本発明の全固体リチウム二次電池について、図を用いて説明する。
図１は、本発明の全固体リチウム二次電池の一例を模式的に示す概略断面図である。図１に示される全固体リチウム二次電池は、構造物１０下部に固定される上部集電体１と、安全機構５ａにより上方向に押圧する押圧力により支持される下部集電体２と、上部集電体１と下部集電体２との間に挟持される発電要素３とを含む全固体リチウム二次電池素子４と上記安全機構５ａとを有するものである。また、電気の取り出しは、上部集電体１および下部集電体２に接続されたリード線６により行う。ここで、発電要素３は、通常、図１に示されているように、固体電解質層７が正極層８と、負極層９との間に保持されているものである。
このような本発明の全固体リチウム二次電池においては、少なくとも、上記全固体リチウム二次電池素子、および上記安全機構を有するものであれば特に限定されるものではない。
以下、本発明の全固体リチウム二次電池について、構成ごとに詳細に説明する。

１．安全機構
まず、本発明に用いられる安全機構について説明する。本発明における安全機構は、上記下部集電体を上方向に押圧する押圧力を生じさせ、この押圧力により、上記下部集電体を支持しており、外部からの衝撃を受けた際には、上記安全機構の上記押圧力を解除することができるものである。
本発明においては、このような安全機構を有することにより、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力が解除されて、上記下部集電体が重力により下方向に移動することができ、上記分離可能位置で分離される。このため、充放電等を止めることが可能となり、安全性を向上させることができるのである。

本発明において、上記安全機構が上方向に押圧する押圧力により支持している状態とは、図１に例示されているように、上記押圧力により、上記上部集電体と上記発電要素との間、上記発電要素内、または、上記下部集電体と上記発電要素との間のいずれの位置においても分離しておらず、通常、充放電可能な状態である。また、上記安全機構による押圧力が解除された後の状態とは、上記下部集電体が重力により下方向に移動し、上記分離可能位置が分離しており、通常、充放電不可能な状態である。例えば図２に示されているような状態である。

上記安全機構としては、上記上部集電体を上記下部集電体が上方向に押圧する押圧力を生じさせ、この押圧力により上記下部集電体を支持し、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力を解除することができるものであれば、特に限定されるものではない。
具体的には、機械的な応力により上記の押圧力を生じさせ、これにより上記下部集電体を支持し、外部からの衝撃を受けた際に、その衝撃の大きさが所定の規定値を超えた場合に上記押圧力を解除する装置が作動し、上記押圧力が解除されて位置が重力により下方向に移動する等して、押圧力を解除することのできる安全機構等を挙げることができる。例えば、上述した図１に示したような、下部集電体２の下部全面を支持するような平板形状のもの（安全機構５ａ）等を挙げることができる。また、平板形状のもの以外にも、下部集電体の下部を部分的に複数箇所支持するような安全機構等であっても良い。

また、本発明においては、外部からの衝撃を受けた際に、その衝撃により、機械的な応力により押圧力を発生させる上記平板等が外れる等して、直接、上記安全機構が破損した場合であっても、上記押圧力が解除されて、上記下部集電体を重力により下方向に移動させることができる。

本発明において、機械的な応力により上記押圧力を発生させる上記安全機構に用いられる材料としては、上記押圧力を生じさせ、上記押圧力により支持された全固体リチウム二次電池が所望の電池特性を有して充放電することが可能であり、また、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力による支持が解除されて、充放電を停止することができるものであれば良く、特に限定されるものではない。

また、大気圧により上方向に押圧する押圧力を生じさせて、これにより上記下部集電体を支持し、外部からの衝撃を受けた際に、その衝撃が所定の規定値を超えた場合に上記押圧力を解除する装置が作動し、減圧密封パッケージに穴を開けたり、減圧密封パッケージを破ったりする等して、大気圧による押圧力を解除することのできる安全機構等を挙げることができる。例えば、図３の全固体リチウム二次電池の概略断面図に示すように、全固体リチウム二次電池素子４を内包し、その内部を減圧し、大気圧により上記下部集電体を支持しすることのできる柔軟性のある減圧密封パッケージ（安全機構５ｂ）等を挙げることができる。

また、本発明においては、外部からの衝撃を受けた際に、その衝撃により、大気圧等により押圧力を発生させる上記減圧密封パッケージ等が破れる等して、直接、上記安全機構が破損した場合であっても、上記押圧力が解除されて、上記下部集電体を重力により下方向に移動させることができる。

上記安全機構として用いられる、柔軟性のある上記減圧密封パッケージとしては、柔軟性を有し、上述したようにその内部を減圧することにより、上記押圧力を生じさせ、上記押圧力により支持された全固体リチウム二次電池が所望の電池特性を有して充放電することが可能であり、また、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力による支持が解除されて、充放電を停止することができるものであれば良く、特に限定されるものではない。具体的には、気密性を有するプラスチックフィルムで形成された袋状のもの等を挙げることができる。

本発明においては、中でも、大気圧による押圧力を用いた安全機構であることが好ましい。上記支持体の構造を単純なものとすることが可能となり、簡便に上記押圧力を生じさせることができるからである。また、外部からの衝撃を受けた際に、減圧密封パッケージに穴を開けるなどの容易な方法を用いて、上記押圧力による支持を解除することができるからである。

また、本発明においては、上記安全機構が柔軟性のある減圧密封パッケージである場合に、さらに、他の安全機構として加圧密封パッケージを用意し、例えば、図４の全固体リチウム二次電池の概略断面図に示すように、図３に例示された上記全固体リチウム二次電池素子４と、上記減圧密封パッケージ（安全機構５ｂ）とを、上記加圧密封パッケージ（安全機構５ｃ）内部に設置して、上記減圧密封パッケージと上記加圧密封パッケージとの空間を加圧して密封することが好ましい。例えば、より重たい全固体リチウム二次電池素子を用いた場合にも充分な押圧力を生じさせて支持することができるなど、より効果的に、上記押圧力を生じさせることができるからである。
このような場合には、外部からの衝撃を受けた際に、その衝撃が所定の規定値を超えた場合に上記押圧力を解除する装置が作動し、加圧密封パッケージ、さらに必要に応じて減圧密封パッケージに穴を開ける等することにより、上記押圧力が解除されて、上記下部集電体が重力により下方向に移動する。これにより、上記分離可能位置で分離することができる。

上記安全機構として用いられる、上記加圧密封パッケージとしては、上述したようにその内部を加圧することにより、上記押圧力を生じさせ、上記押圧力により支持された全固体リチウム二次電池が所望の電池特性を有して充放電することが可能であり、また、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力による支持が解除されて、充放電を停止することができるものであれば良く、特に限定されるものではないが、気密性を有するプラスチックフィルムで形成された袋状のもの等を挙げることができる。穴を開けたり、破ったりすることが容易で、押圧力を解除しやすいからである。

２．全固体リチウム二次電池素子
次に、本発明における全固体リチウム二次電池素子について説明する。本発明における全固体リチウム二次電池素子は、上述したように、通常時には、上記下部集電体が上方向に押圧する上記安全機構による押圧力により支持されており、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構による上記押圧力が解除されることにより、上記下部集電体を重力により下方向に移動することができ、上記分離可能位置で分離されるものである。
本発明においては、このような全固体リチウム二次電池素子を有することにより、外部からの衝撃を受けた際に、充放電を止めることを可能とし、安全性を向上させることができるのである。

このような本発明における全固体リチウム二次電池素子においては、少なくとも、上記上部集電体、上記下部集電体、および上記発電要素を有するものであれば特に限定されるものではない。以下、本発明における全固体リチウム二次電池素子について、構成ごとに詳細に説明する。

（１）上部集電体
本発明に用いられる上記上部集電体は、構造物下部に固定されており、後述する正極層もしくは負極層の集電を行うものである。
本発明においては、上記上部集電体は構造物下部に固定されている。このため、後述する下部集電体により、上方向に押圧されることが可能であり、また、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構による上記押圧力が解除され、後述する下部集電体が重力により下方向に移動することにより、上記分離可能位置で分離することが可能となるのである。

上記上部集電体に用いられる集電体材料としては、具体的には、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば銅、ステンレス、ニッケルアルミニウム、ＳＵＳ、ニッケル、鉄およびチタン等を挙げることができる。さらに、上記上部集電体は、緻密質集電体であっても良く、多孔質集電体であっても良い。

本発明においては、上述したように、外部からの衝撃を受けた際に、上記分離可能位置で分離されるものである。すなわち、上記上部集電体と後述する発電要素との間は、上記全固体リチウム二次電池素子内に、分離することができる位置が他にないような場合は、分離可能なものとする必要があり、上記全固体リチウム二次電池素子内に、分離することができる位置が他にも存在する場合には、分離可能なものとしても良く、分離できないものとしても良い。

（２）下部集電体
本発明における下部集電体は、安全機構により生じる上方向の押圧力により支持され、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構の上記押圧力が解除され、重力により下方向に移動することが可能であり、後述する正極層もしくは負極層の集電を行うものである。
このため、上記上部集電体および上記発電要素を、安全機構により生じる押圧力により上方向に押圧することが可能であり、外部からの衝撃を受けた際には、上記安全機構による上記押圧力が解除され、重力により下方向に移動し、上記分離可能位置で分離することできるのである。

上記下部集電体については、上述した「Ａ．全固体リチウム二次電池 ２．全固体リチウム二次電池素子 （１）上部集電体」に記載したものと同様のものであるので、ここでの説明は省略する。

本発明においては、上述したように、外部からの衝撃を受けた際に、上記分離可能位置で分離されるものである。すなわち、上記下部集電体と後述する発電要素との間は、上記全固体リチウム二次電池素子内に、分離することができる位置が他にないような場合は、分離可能なものとする必要があり、上記全固体リチウム二次電池素子内に、分離することができる位置が他にも存在する場合には、分離可能なものとしても良く、分離できないものとしても良い。

また、本発明においては、上記下部集電体が重力により下方向に移動することが可能であり、これにより、上記分離可能位置で分離することできるのであるが、分離されないおそれがあるような場合には、分離しやすくするために、下部集電体が錘等を有していても良い。

（３）発電要素
本発明における発電要素は、上記上部集電体および上記下部集電体により挟持されて保持されており、正極層と、負極層と、上記正極層および上記負極層の間に挟持された固体電解質層とを有するものである。
本発明においては、上記発電要素は、上記上部集電体および上記下部集電体により挟持されて保持されており、外部からの衝撃を受け、上記安全機構の上記押圧力が解除された場合、必要に応じて、上記発電要素の全て、もしくは、上記発電要素の一部を、重力により下方向に移動可能なものとすることができる。また、上記発電要素が全て上記上部集電体に強く圧着されて固着されている場合には、上記発電要素と上記下部集電体とを分離可能なものとすることができる。このため、外部からの衝撃を受けた際には、上記安全機構による上記押圧力が解除され、上記下部集電体を重力により下方向に移動することが可能となるため、上記分離可能位置で分離することできるのである。

本発明においては、上述したように、外部からの衝撃を受けた際に、上記分離可能位置で分離されるものである。すなわち、上記発電要素内の後述する正極層、負極層、および固体電解質層の各層間以外に、上記全固体リチウム二次電池素子内に、分離することができる位置がないような場合は、少なくとも上記発電要素内の各層間のうち一つを分離可能なものとする必要があり、上記発電要素内の各層間以外に、上記全固体リチウム二次電池素子内に、分離することができる位置が存在する場合には、上記発電要素内に分離可能な部分を有していても良く、有していなくても良い。

このような本発明における発電要素においては、少なくとも、上記正極層、上記負極層、および上記固体電解質層を有するものであれば特に限定されるものではない。以下、本発明における発電要素について、構成ごとに詳細に説明する。

（ａ）正極層
本発明に用いられる上記正極層は、正極層としての機能を有し、所望の上記全固体リチウム二次電池を形成することができるものであれば特に限定されるものではなく、正極材料のみからなるものであっても良く、正極材料と固体電解質材料とを混合した正極用合剤等からなるものであっても良く、一般的な全固体リチウム二次電池に用いられるものと同様のものを用いることができる。また、導電性を向上させるために、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等の導電助剤を含有していても良い。

上記正極層の膜厚としては、特に限定されるものではなく、通常の全固体リチウム二次電池に用いられる正極層の厚さと同様の厚さのものを用いることができる。

（ｂ）負極層
本発明に用いられる上記負極層は、負極層としての機能を有し、所望の上記全固体リチウム二次電池を形成することができるものであれば特に限定されるものではない。上記負極層に用いられる負極材料としては、一般的な全固体リチウム二次電池に用いられる材料と同様のものを使用することができる。例えば、負極としての機能を有する金属箔等の負極材料のみからなるもの、負極活物質と固体電解質材料とを混合して負極用合剤としたもの等を挙げることができる。また、必要に応じて、導電性を向上させるために、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等の導電助剤を含有していても良い。

上記負極層の膜厚としては、特に限定されるものではなく、通常の全固体リチウム二次電池に用いられる負極層の厚さと同様の厚さのものを用いることができる。

（ｃ）固体電解質層
本発明に用いられる上記固体電解質層は、固体電解質層としての機能を有し、所望の上記全固体リチウム二次電池を形成することができるものであれば特に限定されるものではない。上記固体電解質層に用いられる上記固体電解質材料としては、固体電解質材料としての機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、一般的な全固体リチウム二次電池に用いられるものと同様のものを用いることができる。例えば硫化物系固体電解質材料、チオリシコン、酸化物系固体電解質材料等を挙げることができ、中でも硫化物系固体電解質材料が好ましい。硫化物系固体電解質材料は高いイオン伝導性を示すため、高出力化することができるからである。

上記固体電解質層の膜厚としては、特に限定されるものではなく、通常の全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質層の厚さと同様の厚さのものを用いることができる。

（ｄ）その他
本発明においては、図１に例示したように、上記発電要素を、上記正極層が上記上部集電体に接し、上記負極層が上記下部集電体に接するように、上記上部集電体および上記下部集電体により挟持して保持しても良く、上記負極層が上記上部集電体に接し、上記正極層が上記下部集電体に接するように、上記上部集電体および上記下部集電体により挟持して保持しても良い。
（４）その他
本発明における上記全固体リチウム二次電池素子おいては、上記発電要素と上記発電要素間に設置される中間集電体とを交互に、所定の回数、積層する等して、多層構造としても良い。

３．構造物
次に、本発明における構造物について説明する。本発明における構造物は、上述したように、上記上部集電体が固定されるものである。
本発明においては、このような構造物に固定されることにより、上記上部集電体が固定され、上述したような上記安全機構による上方向への押圧が可能となる。また、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構による上記押圧力が解除され、後述する下部集電体が重力により下方向に移動することにより、上記分離可能位置で分離することが可能となる。

上記構造物としては、上記上部集電体を上記構造物下部に固定することが出来るものであれば良く、特に限定されるものではない。例えば、自動車、鉄道車両、建築物等を挙げることができる。特に、自動車であることが好ましい。

４．その他
（１）全固体リチウム二次電池の製造方法
上記全固体リチウム二次電池の製造方法としては、通常時には、上記下部集電体が、上方向に押圧する上記安全機構による押圧力により支持され、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構による上記押圧力が解除されることにより、上記下部集電体を重力により下方向に移動することができ、上記分離可能位置で分離される上記全固体リチウム二次電池を得ることができる製造方法であれば良く、特に限定されるものではない。

例えば、粉末原料をプレス成形して、正極層ペレット、負極層ペレット、および固体電解質層ペレットを形成した後、上記構造物下部に固定された上部集電体の下に、順番に、上記正極層ペレット、上記固体電解質層ペレット、上記負極層ペレット、および下部集電体を設置した後、安全機構により下部集電体を上方向に押圧する押圧力を生じさせて支持する方法等を挙げることができる。
また、例えば、粉末原料をプレス成形して、正極層ペレット、負極層ペレット、および固体電解質層ペレットを形成した後、上記固体電解質層ペレットを、上記正極層ペレットと上記負極層ペレットとで挟持させた後、更にプレス成形して、発電要素ペレットを形成する。さらに、上記発電要素ペレットを焼結させて発電要素焼結体とした後、上記構造物下部に固定された上部集電体の下に、順番に、上記発電要素焼結体、および下部集電体を設置した後、安全機構により下部集電体を上方向に押圧する押圧力を生じさせて支持する方法等を挙げることができる。
また、例えば、スパッタ法等により、下部集電体上に、順番に、負極層、固体電解質層、および正極層を形成する。次に、これらを、上記構造物下部に固定された上部集電体の下に、上記正極層が上記上部集電体と接するように設置した後、安全機構により下部集電体を上方向に押圧する押圧力を生じさせて支持する方法等を挙げることができる。
また、例えば、上記発電要素を、上部集電体および下部集電体により保持されるように設置した後、これを安全機構としての減圧密封パッケージ等の内部に設置し、減圧して、安全機構により下部集電体を上方向に押圧する押圧力を生じさせて支持する。この後、上部集電体を上記構造物下部に固定する方法等を挙げることができる。
なお、上部集電体を上記構造物下部に固定する方法としては、上記上部集電体を上記構造物下部に固定することができる方法であれば、特に限定されるものではないが、例えば、ボルト等を用いて、固定する方法等を挙げることができる。

（２）形状
本発明の全固体リチウム二次電池の形状としては、上記安全機構により生じる押圧力により支持された全固体リチウム二次電池が所望の電池特性を有して充放電することが可能であり、また、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力による支持が解除されて、上記下部集電体を重力により下方向に移動することにより、上記分離可能位置で分離することができる形状であれば、特に限定されるものではない。
具体的には、上述した図１に例示したような、平板形状の上部集電体、発電要素、下部集電体等が積層した平板形状、図３に例示したような、ラミネート形状等を挙げることができる。また、上記安全機構により生じる押圧力による支持された全固体リチウム二次電池が所望の電池特性を有して充放電することが可能であり、外部からの衝撃を受けた際に上記分離が可能で、充放電を止めることができるものであれば、軽く湾曲された平板形状を持つ上部集電体、発電要素、下部集電体等が積層した形状等であっても良い。

（３）用途
本発明の全固体リチウム二次電池の用途としては、特に限定されるものではないが、例えば、自動車用、鉄道車両用、建築物用等の全固体リチウム二次電池として、用いることができる。特に、自動車用の全固体リチウム二次電池として、用いることが好ましい。

Ｂ．全固体リチウム二次電池装着構造物
まず、本発明の全固体リチウム二次電池装着構造物について、以下詳細に説明する。
本発明の全固体リチウム二次電池装着構造物は、構造物と全固体リチウム二次電池とを有する全固体リチウム二次電池装着構造物であって、上記全固体リチウム二次電池が、上記構造物下部に固定される上部集電体と、安全機構により上方向に押圧する押圧力により支持される下部集電体と、上記上部集電体と上記下部集電体との間に挟持される発電要素とを含む全固体リチウム二次電池素子と上記安全機構とを有し、上記安全機構は、外部からの衝撃を受けた際に、上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動し、上記分離可能位置で分離される構造を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、外部からの衝撃を受けた際に、上記安全機構の上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動することにより、上記分離可能位置で分離することができるため、充放電が停止する。これにより、安全性を向上させることができる。
すなわち、本発明の全固体リチウム二次電池装着構造物においては、上述したように分離される上記分離可能位置は、固体と固体とを固着することなく重ねて接触状態としただけである。このため、上記安全機構の上記押圧力が解除され、上記下部集電体が重力により下方向に移動することにより、容易に分離して充放電を停止させることができるのである。
さらに、上述したように容易に分離可能なことから、液系電解質を用いた場合のように粘着性の液体による接触を防ぐために必要な、電池内に形成される接触遮断部等を設ける必要性がない。従って、より簡略化された電池構造により、安全性を向上させることができるのである。

このような本発明の全固体リチウム二次電池装着構造物においては、少なくとも、上記全固体リチウム二次電池、および上記構造物を有するものであれば特に限定されるものではない。
本発明に用いられる全固体リチウム二次電池、構造物等については、上述した「Ａ．全固体リチウム二次電池」に記載したものと同様のものであるので、ここでの説明は省略する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明の全固体リチウム二次電池の一例を模式的に示す概略断面図である。 本発明の全固体リチウム二次電池において、安全機構による押圧力が解除された後の状態の一例を模式的に示す概略断面図である。 本発明の全固体リチウム二次電池の一例を模式的に示す概略断面図である。 本発明の全固体リチウム二次電池の一例を模式的に示す概略断面図である。

符号の説明

１ … 上部集電体
２ … 下部集電体
３ … 発電要素
４ … 全固体リチウム二次電池素子
５ … 安全機構
６ … リード線
７ … 固体電解質層
８ … 正極層
９ … 負極層
１０ … 構造物

Claims (4)

1. 構造物下部に固定される上部集電体と、安全機構により上方向に押圧する押圧力により支持される下部集電体と、前記上部集電体と前記下部集電体との間に挟持される発電要素とを含む全固体リチウム二次電池素子と前記安全機構とを有する全固体リチウム二次電池であって、
   前記安全機構は、外部からの衝撃を受けた際に、前記押圧力が解除され、前記下部集電体が重力により下方向に移動し、前記上部集電体と前記発電要素との間、前記発電要素内、または、前記下部集電体と前記発電要素との間のいずれかの位置で分離される構造を有することを特徴とする全固体リチウム二次電池。
2. 前記安全機構が柔軟性のある減圧密封パッケージであり、前記減圧密封パッケージ内部に、前記全固体リチウム二次電池素子を設置して、前記減圧密封パッケージ内部を減圧して密封することにより、前記押圧力を生じさせ、前記下部集電体を上方向に押圧して支持することを特徴とする請求項１に記載の全固体リチウム二次電池。
3. 前記全固体リチウム二次電池素子と、前記減圧密封パッケージとを、加圧密封パッケージ内部に設置して、前記減圧密封パッケージと前記加圧密封パッケージとの空間を加圧して密封することを特徴とする請求項２に記載の全固体リチウム二次電池。
4. 構造物と全固体リチウム二次電池とを有する全固体リチウム二次電池装着構造物であって、前記全固体リチウム二次電池が、前記構造物下部に固定される上部集電体と、安全機構により上方向に押圧する押圧力により支持される下部集電体と、前記上部集電体と前記下部集電体との間に挟持される発電要素とを含む全固体リチウム二次電池素子と前記安全機構とを有し、前記安全機構は、外部からの衝撃を受けた際に、前記押圧力が解除され、前記下部集電体が重力により下方向に移動し、前記上部集電体と前記発電要素との間、前記発電要素内、または、前記下部集電体と前記発電要素との間のいずれかの位置で分離される構造を有することを特徴とする全固体リチウム二次電池装着構造物。

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