JP2013257981A

JP2013257981A - 硫化物固体電池及びその製造方法

Info

Publication number: JP2013257981A
Application number: JP2012132060A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tomura; 誠司戸村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-26
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: JP5724952B2

Abstract

【課題】外部からの水又は水分を含んだガスの浸入を抑制することができる硫化物固体電池を提供する。
【解決手段】硫化物固体電解質、正極及び負極を密封する密封部材と、密封部材を収容する収容部材と、を備え、密封部材の内部に不活性ガスが封入されており、密封部材の内部の圧力は、収容部材と密封部材との間の圧力よりも高い、硫化物固体電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、硫化物固体電池及びその製造方法に関する。

従来、硫化物固体電池及びその製造方法に関するものとして、密閉型電池容器を用いた非水電解液二次電池及びその製造が知られており、特許文献１には密閉型電池容器内に不活性気体を封入することが記載されている。

特開平７−２２６２３２号公報

しかし、上記特許文献１の密閉型電池容器を用いた非水電解液二次電池においては、不活性ガスを封入する圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ^２以下であり、外部から非水電解液二次電池に水が浸入しやすい構造となっている。

ここで、非水電解液二次電池のうち硫化物固体電池は、水分に接するとイオン伝導度が下がってしまう場合がある。また、硫化物固体電池は、水分に接すると硫化水素が発生し、活物質を劣化させてしまう場合がある。これらの問題により、硫化物固体電池の出力が低下するおそれがある。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、外部からの水又は水分を含んだガスの浸入を抑制することができる硫化物固体電池及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、硫化物固体電解質、正極及び負極を密封する密封部材と、密封部材を収容する収容部材と、を備え、密封部材の内部に不活性ガスが封入されており、密封部材の内部の圧力は、収容部材と密封部材との間の圧力よりも高い、硫化物固体電池を提供する。

本願発明の硫化物固体電池は、密封部材が硫化物固体電解質、正極及び負極を密封し、収容部材が密封部材を収容する。ここで、密封部材の内部には不活性ガスが封入されており、密封部材の内部の圧力は、密封部材の外部の圧力である収容部材と密封部材との間の圧力よりも高い。このため、本願発明の硫化物固体電池においては、密封部材内への水又は水分を含んだガスの浸入を抑制することが可能となる。

また、本発明は、硫化物固体電解質、正極及び負極を密封部材で密封する密封工程と、密封部材を収容部材内に収容する収容工程と、を備え、密封部材の内部の圧力が、収容部材と密封部材との間の圧力よりも高くなるように、密封工程において密封部材の内部に不活性ガスを封入する、硫化物固体電池の製造方法を提供する。

本願発明の硫化物固体電池の製造方法は、上記密封工程及び収容工程を備え、密封部材の内部の圧力が、収容部材と密封部材との間の圧力よりも高くなるように、密封工程において密封部材の内部に不活性ガスを封入する。これにより、密封部材内への水又は水分を含んだガスの浸入が抑制される硫化物固体電池を製造することが可能となる。

本発明によれば、外部からの水又は水分を含んだガスの浸入を抑制することができる硫化物固体電池及びその製造方法を提供することができる。

第一実施形態の硫化物固体電池の断面図である。第二実施形態の硫化物固体電池の密封部材の封止部を示す模式的断面図である。第二実施形態の硫化物固体電池の密封部材の封止部を拡大した画像である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

（第一実施形態）
第一実施形態の硫化物固体電池１０は、硫化物固体電解質３、正極１、負極２を密封する密封部材７と、密封部材７を収容する収容部材８と、を備え、密封部材７の内部に不活性ガスが封入されている。そして、密封部材７の内部は、収容部材８と密封部材７との間の領域の圧力よりも高い圧力となっている。

図１は、第一実施形態の硫化物固体電池１０の断面図である。図１に示すとおり、硫化物固体電池１０における電池本体部は、密封部材７内に収容されている。ここで、電池本体部は、正極１、負極２、及び該両極に挟まれた硫化物固体電解質３からなるセルが複数積層されてなり、各セル間には集電部材４が配置されている。さらに、複数の集電部材は配線部材５に接続している。

硫化物固体電解質３は、硫黄を含む硫化物あるいは硫化物が配合された物質であれば特に限定されるものではなく、有機化合物、無機化合物、あるいは有機・無機両化合物からなる材料を用いることができ、一般的な全固体電池に用いられるものを使用することができる。

正極１は、上記固体電解質３の一方の表面に形成されるものである。また、負極２は、上述した正極１が形成されていない固体電解質３の表面に形成されるものである。このような正極１及び負極２を形成するために用いられる電極活物質材料（正極形成用材料及び負極形成用材料）としては、一般的な全固体電池における正極及び負極に用いられるものと同様とすることができ、例えば、少なくとも電極活物質（正極活物質又は負極活物質）を有し、必要に応じてさらにＬｉイオン伝導性向上材及び導電化材を有するものとすることができる。

密封部材７は、内部に電池本体部を密封できる部材であれば特に制限されない。例えば密封部材７としては、外側に気密性を高めることができる金属箔からなる金属箔層を有し、内側に熱可塑性樹脂を含む熱融着層を有する防湿性多層フィルムであることが好ましい。上記金属箔層により電池本体部への水分の透過を抑制することができ、上記熱融着層により強度に優れたものとすることができる。

上記金属箔の材料としては、軽量かつ柔軟性を有し、化学的に安定なものであれば特に限定されるものではないが、物性及び価格の面で有利なアルミニウムを好ましく用いることができる。また、上記熱可塑性樹脂としては、ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、酢酸ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂あるいは、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂を用いることができる。

なお、密封部材７は電池本体部を密封しているが、不活性ガス６が封入される等のため、密封部材７内は空隙などの隙間を有していてもよい。

収容部材８は、内部に電池本体部を密封した密封部材７を収容できる部材であれば特に制限されず、例えば上記密封部材７と同様の部材を用いることができる。

硫化物固体電池１０は、収容部材８の内部に密封部材７を収容する二重構造であり、密封部材７内には不活性ガス６が封入されている。このため、密封部材７の内部の圧力は、密封部材７の外部の圧力、つまり収容部材８と密封部材７との間の圧力よりも高くなっている。これにより、密封部材７内に水又は水分を含んだガスが浸入することを防止できる。

本実施形態において不活性ガス６は、不活性なガスであれば特に制限されず、アルゴンガスや窒素ガスなどを用いることができる。例えば、不活性ガス６としてアルゴンガス（純度９９．９９％）を用いる場合に、不活性ガス６の圧力は９０〜１１０ｋＰａが好ましい。不活性ガス６の圧力が９０ｋＰａより低くなると、不活性ガス６を封入しても密封部材７の内部の圧力を外部の圧力よりも高くしにくくなる。また、不活性ガス６の圧力が１１０ｋＰａより高くなると、密封部材７内の圧力が高くなり密封しにくくなる。

また、不活性ガス６は、水分露点が−７０℃以下（水分含有１ｐｐｍ以下）の不活性ガスであることが好ましい。水分露点が−７０℃以下であると、不活性ガス６に含まれる微量な水分による劣化が抑制される。

上記硫化物固体電池１０は、密封工程と収容工程とを備える硫化物固体電池の製造方法により、得ることができる。

まず、密封工程について説明する。密封工程においては、硫化物固体電解質３、正極１及び負極２を含む電池本体部を密封部材７で密封する。ここで、密封部材７の内部の圧力が、収容部材８と密封部材７との間の領域の圧力よりも高くなるように、密封部材７の内部に不活性ガス６を封入する。

このような手段としては、例えば、電池本体部を密封部材７で密封し、端部である封止部をわずかに開け、不活性ガス６が充填されたボンベのホースを封止部の開口と接続し、不活性ガス６を密封部材７中に封入し、密封してもよい。また、不活性ガス６で満たされたチャンバー内で電池本体部を密封部材７で密封することにより、密封部材７中に不活性ガス６が封入された状態で密封してもよい。

収容工程においては、電池本体部を密封した密封部材７を収容部材８で収容する。収容部材８と密封部材７との間の領域の圧力は、密封部材７の内部の圧力よりも低いことから、収容環境の圧力は特に制限されず、例えば大気圧下（１０１．３ｋＰａ）でよい。

以上、上記第一実施形態の硫化物固体電池１０によれば、密封部材７の内部に不活性ガス６が封入されており、密封部材７の内部の圧力は、収容部材８と密封部材７との間の圧力よりも高いことから、外部からの水又は水分を含んだガスの浸入を抑制することができる。

（第二実施形態）
第二実施形態の硫化物固体電池１０’（図示せず）は、密封部材７の封止部が吸湿材を含有している。

図２は、第二実施形態の硫化物固体電池１０’の密封部材７の封止部を示す模式的断面図である。図２に示すとおり、密封部材７の封止部は、封止外側層７ａと封止内側層７ｂとを含む密封部材７が一体化して形成されており、封止内側層７ｂ内に吸湿材９が分散して含有されている。

封止外側層７ａは、密封部材７の端部領域で封止するものであれば特に制限されず、上述の金属箔層であることが好ましい。また、封止外側層７ａの厚みは特に制限されないが、例えば５０μｍ程度であることが好ましい。

封止内側層７ｂは、密封部材７の端部領域で封止するものであれば特に制限されず、吸湿材９を含有できるものであればよい。封止内側層７ｂは、上述の熱可塑性樹脂を含む熱融着層であることが好ましく、ポリプロピレン等の樹脂が好ましく用いられる。また、封止内側層７ｂの厚みは特に制限されないが、例えば４０μｍ程度であることが好ましい。

吸湿材９は、水分を吸湿できる部材であれば特に制限されず、例えばゼオライト粉末を用いることができる。また、吸湿材９の粒径も特に制限されないが、３〜１０μｍ程度であれば、封止内側層７ｂ内に分散しやすくなる。

このような封止部は、一方の封止内側層７ｂの上に吸湿材９を配し、その上にもう一方の封止内側層７ｂを配置し、熱又は圧力を付与することで、封止内側層７ｂが流動化し、吸湿材９を封止内側層７ｂ中に分散させ、一体化させることができる。

図３は、第二実施形態の硫化物固体電池１０’の密封部材７の封止部を拡大した画像である。封止部は、封止外側層７ａとしてアルミニウム芯材（５０μｍ）、封止内側層７ｂとしてポリプロピレン（４０μｍ）を用い、吸湿材９にはゼオライト粉末（３〜１０μｍ）を用いたものである。ここで、熱圧封止条件として、温度を１６０℃、圧力を５ＭＰａとし、熱及び圧力の付加時間を３０秒とした。

上記条件で得られた密封部材７の封止部は、図３に示すとおり、封止内側層７ｂであるポリプロピレンの内部に、吸湿材９であるゼオライト粉末が分散して含有されていることが確認された。

以上、上記第二実施形態の硫化物固体電池１０’によれば、密封部材７の封止部は、封止外側層７ａと封止内側層７ｂとを含み、封止内側層７ｂ内には吸湿材９が分散して含有されていることから、外部からの水又は水分を含んだガスの浸入を抑制することができる。

なお、上述した実施形態は本発明に係る硫化物固体電池及びその製造方法の実施形態を説明したものであり、本発明に係る硫化物固体電池及びその製造方法は本実施形態に記載したものに限定されるものではない。

例えば、上記説明においては、第一実施形態と第二実施形態の硫化物固体電池を分けて説明したが、両方の技術的特徴を備える電池、すなわち、密封部材７の内部に不活性ガス６が封入されており、密封部材７の内部の圧力は、収容部材８と密封部材７との間の圧力よりも高く、かつ、密封部材７の封止部は、封止外側層７ａと封止内側層７ｂとを含み、封止内側層７ｂ内には吸湿材９が分散して含有されている硫化物固体電池は、より水又は水分を含んだガスの浸入を抑制できることから好ましい形態である。

１…正極、２…負極、３…硫化物固体電解質、４…集電部材、５…配線部材、６…不活性ガス、７…密封部材、７ａ…封止外側層、７ｂ…封止内側層、８…収容部材、９…吸湿材、１０…硫化物固体電池。

Claims

硫化物固体電解質、正極及び負極を密封する密封部材と、
前記密封部材を収容する収容部材と、を備え、
前記密封部材の内部に不活性ガスが封入されており、
前記密封部材の内部の圧力は、前記収容部材と前記密封部材との間の圧力よりも高い、
硫化物固体電池。
硫化物固体電解質、正極及び負極を密封部材で密封する密封工程と、
前記密封部材を収容部材内に収容する収容工程と、を備え、
前記密封部材の内部の圧力が、前記収容部材と前記密封部材との間の圧力よりも高くなるように、前記密封工程において前記密封部材の内部に不活性ガスを封入する、
硫化物固体電池の製造方法。