JP2018129153A - 全固体電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】外装体に外力が加わっても接続部が変形又は破損するおそれのないラミネート型の全固体電池を提供すること。【解決手段】全固体電池素子10を2個以上有する全固体電池積層体15と、第1の板状部20a、第1の板状部20aに対向する第2の板状部20b、及び第1の板状部20aと第2の板状部20bとを連結する第3の板状部20cを有し、これら板状部の厚み方向の断面がコの字型を形成する集電部材20と、がラミネートフィルムから成る外装体30に収容され、全固体電池積層体15における複数の集電体層1は集電タブ1aを介して集電部材20の第1の板状部20a及び第2の板状部20bのうちの少なくとも一方に電気的に接続されており、且つ集電部材20における第1の板状部20a及び第2の板状部20bは、集電体層1のうちの全固体電池積層体15の積層方向における最外側の集電体層1よりも外側に配置されている、全固体電池100。【選択図】図1
Description
本発明は、全固体電池に関する。
全固体電池積層体をラミネートフィルムから成る外装体中に収容したラミネート型の全固体電池が知られている。
例えば特許文献1には、全固体電池積層体が、ラミネートフィルム外装体に収容された電池であって、前記積層体における複数の正極集電タブを積層した正極集電タブ積層体が複数に分かれていて、それぞれが別の正極外部端子に接続され、各正極集電外部端子同士がラミネートフィルム外装体の内部又は外部で互いに電気的に接続されており、且つ前記積層体における複数の負極集電タブを積層した負極集電タブ積層体が複数に分かれていて、それぞれが別の負極外部端子に接続され、各負極外部端子同士がラミネートフィルム外装体の内部又は外部で互いに電気的に接続されているラミネート電池が開示されている。
全固体電池積層体を外装体中に封入した全固体電池の集電構造としては、外装体として金属缶を用いる場合の例として、例えば、特許文献2が知られている。この特許文献2に開示された集電構造は、電池積層体の側面から突出した同一極性の集電タブ群が複数の束に分割され、これらがそれぞれ別の接続点、例えば金属缶の蓋体に設けられた複数の外部端子に接続された構造である。
特許文献1に記載されたラミネート電池において、負極集電タブ積層体と負極外部端子との間の接続部、及び正極集電タブ積層体と正極外部端子との間の接続部は、典型的にはそれぞれ、全固体電池積層体の面方向外側に形成される。このような構造のラミネート電池において、ラミネート外装体に外力が加わった場合には、上記の集電タブ積層体が変形又は破損するおそれがある。
外装体として金属缶を用いる特許文献2の全固体電池の場合には、ラミネート電池における接続部の変形又は破損の問題は生じないが、電池の総質量が重くなるから、質量エネルギー密度の点で不利である。
本発明は、上記の事情を考慮してなされた。従って本発明の目的は、製造又は使用中に外装体に外力が加わった場合でも、集電タブの変形又は破損を抑制することができる、ラミネート型の全固体電池を提供することである。
本発明は、以下の構成を有する全固体電池に関する。
負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層がこの順に積層された全固体電池素子を2個以上有する全固体電池積層体と、
第1の板状部、前記第1の板状部に対向する第2の板状部、及び前記第1の板状部と前記第2の板状部とを連結する第3の板状部を有し、これら第1、第2、及び第3の板状部の厚み方向の断面がコの字型を形成する、集電部材と、
がラミネートフィルムから成る外装体に収容されており、
前記集電部材は、前記第3の板状部が前記全固体電池積層体の積層方向と略平行であって前記コの字の開口が前記全固体電池積層体側に向くように配置されており、
前記全固体電池積層体における複数の負極集電体層、及び複数の正極集電体層のうちの一方は、前記複数の集電体層それぞれの集電タブを介して、前記集電部材の前記第1の板状部及び前記第2の板状部のうちの少なくとも一方に電気的に接続されており、且つ
前記集電部材における前記第1の板状部及び前記第2の板状部は、前記集電部材に電気的に接続された前記複数の集電体層のうちの、前記全固体電池積層体の積層方向における最外側の集電体層よりも更に外側に配置されている、
全固体電池。
第1の板状部、前記第1の板状部に対向する第2の板状部、及び前記第1の板状部と前記第2の板状部とを連結する第3の板状部を有し、これら第1、第2、及び第3の板状部の厚み方向の断面がコの字型を形成する、集電部材と、
がラミネートフィルムから成る外装体に収容されており、
前記集電部材は、前記第3の板状部が前記全固体電池積層体の積層方向と略平行であって前記コの字の開口が前記全固体電池積層体側に向くように配置されており、
前記全固体電池積層体における複数の負極集電体層、及び複数の正極集電体層のうちの一方は、前記複数の集電体層それぞれの集電タブを介して、前記集電部材の前記第1の板状部及び前記第2の板状部のうちの少なくとも一方に電気的に接続されており、且つ
前記集電部材における前記第1の板状部及び前記第2の板状部は、前記集電部材に電気的に接続された前記複数の集電体層のうちの、前記全固体電池積層体の積層方向における最外側の集電体層よりも更に外側に配置されている、
全固体電池。
本発明の全固体電池は、全固体電池積層体をラミネートフィルムから成る外装体中に収容したラミネート型の全固体電池でありながら、外装体に外力が加わったときの、集電タブの変形又は破損が高度に抑制されている。本発明の全固体電池は更に、集電タブと集電部材との間の接続部に発生する熱を効率的に発散することができる。
<全固体電池>
本発明の全固体電池は、以下の構成を有する固体電池である。
本発明の全固体電池は、以下の構成を有する固体電池である。
負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層がこの順に積層された全固体電池素子を2個以上有する全固体電池積層体と、
第1の板状部、前記第1の板状部に対向する第2の板状部、及び前記第1の板状部と前記第2の板状部とを連結する第3の板状部を有し、これら第1、第2、及び第3の板状部の厚み方向の断面がコの字型を形成する、集電部材と、
がラミネートフィルムから成る外装体に収容されており、
前記集電部材は、前記第3の板状部が前記全固体電池積層体の積層方向と略平行であって前記コの字の開口が前記全固体電池積層体側に向くように配置されており、
前記全固体電池積層体における複数の負極集電体層、及び複数の正極集電体層のうちの一方は、前記複数の集電体層それぞれの集電タブを介して、前記集電部材の前記第1の板状部及び前記第2の板状部のうちの少なくとも一方に電気的に接続されており、且つ
前記集電部材における前記第1の板状部及び前記第2の板状部は、前記集電部材に電気的に接続された前記複数の集電体層のうちの、前記全固体電池積層体の積層方向における最外側の集電体層よりも更に外側に配置されている、
全固体電池。
第1の板状部、前記第1の板状部に対向する第2の板状部、及び前記第1の板状部と前記第2の板状部とを連結する第3の板状部を有し、これら第1、第2、及び第3の板状部の厚み方向の断面がコの字型を形成する、集電部材と、
がラミネートフィルムから成る外装体に収容されており、
前記集電部材は、前記第3の板状部が前記全固体電池積層体の積層方向と略平行であって前記コの字の開口が前記全固体電池積層体側に向くように配置されており、
前記全固体電池積層体における複数の負極集電体層、及び複数の正極集電体層のうちの一方は、前記複数の集電体層それぞれの集電タブを介して、前記集電部材の前記第1の板状部及び前記第2の板状部のうちの少なくとも一方に電気的に接続されており、且つ
前記集電部材における前記第1の板状部及び前記第2の板状部は、前記集電部材に電気的に接続された前記複数の集電体層のうちの、前記全固体電池積層体の積層方向における最外側の集電体層よりも更に外側に配置されている、
全固体電池。
上記の構造を有する本発明の全固体電池は、集電タブがコの字型の集電部材によって保護されている。従って、外装体に外力が加わった場合であっても、集電タブが変形又は破損するおそれが極めて少ない利点を有する。
本発明の全固体電池は、集電タブが、集電部材における第1の板状部及び第2の板状部のうちの少なくとも一方に接続されている。そのため、集電タブと集電部材との接続部は、全固体電池の最も外側に近い領域に存在することとなるから、該接続部に発生する熱を効率的に外部に発散して逃がすことができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の全固体電池の好ましい実施形態(以下、「本実施形態」ともいう。))について説明する。
図1に、本実施形態の全固体電池の構造を説明するための、概略断面図を示した。図1(A)は、本実施形態の全固体電池を、全固体電池積層体の積層方向に平行な面で切った断面図である。図1(B)は、全固体電池積層体の積層構造の一部を示す拡大断面図である。
図1の全固体電池100は、複数の負極集電体層1が、それぞれの負極集電タブを介して集電部材20と電気的に接続される構成を有する。図1には、正極集電体層5が、それぞれの正極集電タブを介して集電部材20と電気的に接続される構成は図示されていない。
図1(A)の全固体電池100は、全固体電池積層体15と集電部材20とが外装体30に収容されている。
[全固体電池積層体]
本実施形態の全固体電池100における全固体電池積層体15は、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電体層5をこの順に積層された全固体電池素子10を複数有する。負極集電体層1は、面方向に突出した負極集電タブ1aを有する。正極集電体層5は、面方向に突出した正極集電タブ(図示せず)を有していてもよい。
本実施形態の全固体電池100における全固体電池積層体15は、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電体層5をこの順に積層された全固体電池素子10を複数有する。負極集電体層1は、面方向に突出した負極集電タブ1aを有する。正極集電体層5は、面方向に突出した正極集電タブ(図示せず)を有していてもよい。
図1(B)を参照すると、全固体電池積層体15は、複数の全固体電池素子10がそれぞれ隣接する他の全固体電池素子10と負極集電体層1及び正極集電体層5を共有し、各全固体電池素子10における各層の積層順を交互に反転する構成で、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、正極集電体層5、正極活物質層4、固体電解質層3、及び負極活物質層2を、この順に有する。
しかしながら全固体電池積層体15の構成は、上記の場合に限られない。例えば、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電体層5をこの順に有する全固体電池素子10の複数が、各全固体電池素子10における各層の積層順を同じくして順次に積層された場合であってもよい。
全固体電池積層体15において、固体電解質層3、負極活物質層2、負極集電体層1、負極活物質層2、及び固体電解質層3から成る5層の組は、正極活物質層4、正極集電体層5、及び正極活物質層4から成る3層の組よりも、面方向のサイズが大きい。しかし本発明は、このような大小関係を有する構成に限定されるものではない。
負極集電体層1は、負極活物質層2が積層されていない領域を有していてよい。この領域は、負極集電体層1と集電部材20との間を電気的に接続する際の導通部となる負極集電タブ1aとして機能することができる。正極集電体層5も、同様の機能を発揮し得る正極集電タブを有していてよいが、該正極集電タブは図1に図示していない。
[集電部材]
本実施形態の全固体電池100における集電部材20は、第1の板状部20a、第1の板状部20aに対向する第2の板状部20b、及び第1の板状部20aと第2の板状部20bとを連結する第3の板状部20cを有する。これら第1の板状部20a、第2の板状部20b、及び第3の板状部20cは、それぞれの厚み方向の断面が一体となってコの字型を形成している。
本実施形態の全固体電池100における集電部材20は、第1の板状部20a、第1の板状部20aに対向する第2の板状部20b、及び第1の板状部20aと第2の板状部20bとを連結する第3の板状部20cを有する。これら第1の板状部20a、第2の板状部20b、及び第3の板状部20cは、それぞれの厚み方向の断面が一体となってコの字型を形成している。
集電部材20は、全固体電池積層体15の近傍に、第3の板状部20cが全固体電池積層体15の積層方向と略平行であって、コの字の開口が全固体電池積層体15側に向くように配置されている。
本発明の全固体電池においては、全固体電池積層体における複数の負極集電体層、及び複数の正極集電体層のうちの一方は、該複数の集電体層のそれぞれにおける集電タブを介して、集電部材の第1の板状部及び第2の板状部のうちの少なくとも一方に電気的に接続されている。図1の全固体電池100における集電部材20は、複数の負極集電体層1と電気的に接続される負極用集電部材として機能する。
図1の全固体電池100では、全固体電池積層体15における複数の負極集電体層1それぞれの負極集電タブ1aが、略上半分と略下半分に2分されてそれぞれまとめられ、集電部材20の第1の板状部20a及び第2の板状部20bのそれぞれに、接続部40において電気的に接続されている。
集電体層と集電部材との電気的接続の態様は上記の場合に限られない。例えば、複数の負極集電体層1それぞれの負極集電タブ1aを1つにまとめて、第1の板状部20a及び第2の板状部20bのいずれかに接続してもよいし;複数の負極集電体層1それぞれの負極集電タブ1aを略上半分と略下半分に2分してそれぞれまとめ、第1の板状部20a及び第3の板状部20cのそれぞれに接続してもよいし;複数の負極集電体層1それぞれの負極集電タブ1aを3分してそれぞれまとめ、第1の板状部20a、第2の板状部20b、及び第3の板状部20cのそれぞれに接続してもよい。
集電部材20における第1の板状部20a及び第2の板状部20bは、集電部材20に電気的に接続された複数の集電体層、即ち図1の全固体電池100の場合は、負極集電体層1のうちの、全固体電池積層体15の積層方向における最外側の集電体層よりも更に外側に配置されている。
図1の全固体電池100では、負極集電体層に電気的に接続されている集電部材20の第1の板状部20a及び第2の板状部20bは、全固体電池積層体15の積層方向最外側の正極集電体層5よりは内側に配置されている。しかしこのことは、本発明の効果を減殺するものではない。勿論、図1の全固体電池100において、集電部材20の第1の板状部20a及び第2の板状部20bを、それぞれ、全固体電池積層体15の積層方向最外側の正極集電体層5よりも更に外側に配置してもよい。
図1(A)に示した全固体電池100における集電部材20は、第3の板状部20cの略中央に、外部端子22を有している。この外部端子22は、外装体30を貫通して外部に露出することにより、外部機器(図示せず)との間の電気的接続を可能とする。
図1の全固体電池100は、正極集電体層5と電気的に接続される正極用集電部材を更に有していてよい。この正極用集電部材は、負極集電タブを介して負極集電体層1と電気的に接続される集電部材20と同様の構成を有していてよい。この正極用集電部材と複数の正極集電体層5と間の電気的接続の態様については、上記に説明した負極用の集電部材20と複数の負極集電体層1との電気的接続の場合と同様に理解されてよい。
全固体電池100が負極用集電部材20及び正極用集電部材21の双方を有する場合について、全固定電池積層体15をその積層方向から観察したときの上面図を図2(A)に示した。図2(A)には、更に負極用集電部材20及び正極用集電部材21の位置を破線で示した。図2(B)は、図2(A)に示した全固定電池積層体15の斜視図である。
図2において、負極集電体層1は矩形であり、該矩形の図2における左辺下方から面方向に小矩形の負極集電タブ1aが突出している。負極集電体層1の略全面に、負極活物質層2が形成されている。負極用集電部材20は、負極集電タブ1aを覆う位置にあり、上記のような構造によって、集電タブ1aを介して複数の負極集電体層1と電気的に接続されている。
図2において、正極集電体層5は、負極集電体層1よりも少し小さい矩形であり、該矩形の図2における左辺上方から面方向に小矩形の正極集電タブ5aが突出している。負極集電タブ1aと正極集電タブ5aとは、図2の上面図において重複しない位置関係にある。正極集電体層5の略全面に、正極活物質層4が形成されている。正極用集電部材21は、正極集電タブ5aを覆う位置にあり、負極用集電部材20の場合と同様の構造によって、集電タブ5aを介して複数の正極集電体層5と電気的に接続されている。
[外装体]
図1(A)の全固体電池100において、全固体電池積層体15と負極用集電部材20、及び存在する場合には正極用集電部材21、とは、ラミネートフィルムから成る外装体30に収容されている。
図1(A)の全固体電池100において、全固体電池積層体15と負極用集電部材20、及び存在する場合には正極用集電部材21、とは、ラミネートフィルムから成る外装体30に収容されている。
外装体30は、全固体電池積層体15並びに集電部材20及び21を密閉して収容していてよい。集電部材20及び21が外部端子22を有する場合、外部端子22は外装体30を貫通していてよい。
外装体30と、全固体電池積層体15並びに集電部材20及び21との間隙には、空気が存在していてもよいし、他の気体、例えば窒素、アルゴン等、に置換されていてもよいし、真空引きされていてもよいし、又は樹脂が充填されていてもよい。
<全固体電池の製造方法>
本発明の全固体電池は、例えば、
全固体電池素子を2個以上有する所望の全固体電池積層体の積層数が略1/2ずつとなるように2分した2つの部分積層体を準備すること(部分積層体準備工程)、
所望の集電部材を構成する第1の板状部を含む第1部品と、第2の板状部を含む第2部品と、第1部品及び第2部品を電気的に連結する第3部品と、を準備する工程(集電部材部品の準備工程)
部分積層体のそれぞれについて、複数の負極集電体層及び複数の正極集電体層のうちの一方の集電タブをまとめて、集電部材の第1部品及び第2部品のうちの少なくとも一方に電気的に接合すること(接合工程)、
集電部材の第1部品及び第2部品が接合された2つの部分積層体を積層して、全固体電池積層体を得ること(全固体電池積層体形成工程)、
上記全固体電池積層体に接合された第1部品及び第2部品を、第3部品によって電気的に連結して、集電部材を形成すること(集電部材形成工程)、並びに、
全固体電池積層体及び集電部材をラミネートフィルムから成る外装体に収容すること(外装体収容工程)
を含む方法により、製造することができる。
本発明の全固体電池は、例えば、
全固体電池素子を2個以上有する所望の全固体電池積層体の積層数が略1/2ずつとなるように2分した2つの部分積層体を準備すること(部分積層体準備工程)、
所望の集電部材を構成する第1の板状部を含む第1部品と、第2の板状部を含む第2部品と、第1部品及び第2部品を電気的に連結する第3部品と、を準備する工程(集電部材部品の準備工程)
部分積層体のそれぞれについて、複数の負極集電体層及び複数の正極集電体層のうちの一方の集電タブをまとめて、集電部材の第1部品及び第2部品のうちの少なくとも一方に電気的に接合すること(接合工程)、
集電部材の第1部品及び第2部品が接合された2つの部分積層体を積層して、全固体電池積層体を得ること(全固体電池積層体形成工程)、
上記全固体電池積層体に接合された第1部品及び第2部品を、第3部品によって電気的に連結して、集電部材を形成すること(集電部材形成工程)、並びに、
全固体電池積層体及び集電部材をラミネートフィルムから成る外装体に収容すること(外装体収容工程)
を含む方法により、製造することができる。
以下、図1に示した構造を有する全固体電池積層体を例として、その製造方法について説明する。
図3及び図4に、本実施形態の全固体電池の製造方法の一例を説明するための概略図を示した。
(部分積層体準備工程)
部分積層体準備工程では、全固体電池素子10を2個以上有する所望の全固体電池積層体15の積層数が略1/2ずつとなるように2分した2つの部分積層体15a及び15bを準備する(図3(A))。全固体電池素子10は、負極集電タブ1aを有する負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電タブ5aを有する正極集電体層5がこの順に積層されている。
部分積層体準備工程では、全固体電池素子10を2個以上有する所望の全固体電池積層体15の積層数が略1/2ずつとなるように2分した2つの部分積層体15a及び15bを準備する(図3(A))。全固体電池素子10は、負極集電タブ1aを有する負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電タブ5aを有する正極集電体層5がこの順に積層されている。
2個の部分積層体15a及び15bは、それぞれ、両者を積層したときに所望の全固体電池積層体15となるように構成されてよい。
各部分積層体15a及び15bの形成に当たっては、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電体層5を1層ずつ積層してもよいし、これらのうちの幾層かを積層したものを更に積層してもよい。例えば、固体電解質層3、負極活物質層2、負極集電体層1、負極活物質層2、及び固体電解質層3の5層の積層体と、正極活物質層4、正極集電体層5、及び正極活物質層4の3層の積層体と、を予め形成し、これらを更に積層して8層の部分積層体を形成してよい。
図3(A)において、複数の負極集電体層1は、負極集電タブ1aが負極集電体層1から同じ方向に突出するように積層される。
積層は、公知の方法、例えばプレス法、によって行ってよい。
(集電部材部品の準備工程)
集電部材部品の準備工程では、所望の集電部材20を構成する第1の板状部20aを含む第1部品20dと、第2の板状部20bを含む第2部品20eと、第1部品20d及び第2部品20eを電気的に連結する第3部品20fと、を準備する。第1部品20d、第2部品20e、及び第3部品20fは、それぞれ、所望の集電部材20における第1の板状部20a、第2の板状部20b、及び第3の板状部20cと一致していもよいし、一致していなくてもよい。例えば、集電部材20の第1部品20dは、所望の集電部材20における第1の板状部20aのすべてと第3の板状部20cの一部を含む、L字型の部品であってよい。
集電部材部品の準備工程では、所望の集電部材20を構成する第1の板状部20aを含む第1部品20dと、第2の板状部20bを含む第2部品20eと、第1部品20d及び第2部品20eを電気的に連結する第3部品20fと、を準備する。第1部品20d、第2部品20e、及び第3部品20fは、それぞれ、所望の集電部材20における第1の板状部20a、第2の板状部20b、及び第3の板状部20cと一致していもよいし、一致していなくてもよい。例えば、集電部材20の第1部品20dは、所望の集電部材20における第1の板状部20aのすべてと第3の板状部20cの一部を含む、L字型の部品であってよい。
部分積層体準備工程と集電部材部品の準備工程とは、順不同で行われてよい。
(接合工程)
接合工程では、部分積層体15a及び15bのそれぞれについて、複数の負極集電体層1及び複数の正極集電体層5のうちの一方をまとめて、集電部材20の第1部品20d及び第2部品20eのうちの少なくとも一方に電気的に接合する。図3(B)に、負極集電体層1の負極集電タブ1aを、接続部40においてL字型の第1部品20dに接合した状態を示した。
接合工程では、部分積層体15a及び15bのそれぞれについて、複数の負極集電体層1及び複数の正極集電体層5のうちの一方をまとめて、集電部材20の第1部品20d及び第2部品20eのうちの少なくとも一方に電気的に接合する。図3(B)に、負極集電体層1の負極集電タブ1aを、接続部40においてL字型の第1部品20dに接合した状態を示した。
集電タブと第1部品及び第2部品との接合は、例えば、溶接によって行ってよい。具体的には例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザー溶接等の適宜の方法を採用してよい。
(全固体電池積層体形成工程)
全固体電池積層体形成工程では、集電部材の第1部品20d及び第2部品20eとそれぞれ接合された2つの部分積層体15a及び15bを積層して、第1部品20d及び第2部品20eが接合された全固体電池積層体15を得る(図3(C))。
全固体電池積層体形成工程では、集電部材の第1部品20d及び第2部品20eとそれぞれ接合された2つの部分積層体15a及び15bを積層して、第1部品20d及び第2部品20eが接合された全固体電池積層体15を得る(図3(C))。
本工程における積層は、公知の方法、例えばプレス法、によって行ってよい。
(集電部材形成工程)
次いで、集電部材形成工程において、全固体電池積層体15に接合された第1部品20d及び第2部品20eを、第3部品20fによって電気的に連結して、集電部材20を形成する(図4(D))。
次いで、集電部材形成工程において、全固体電池積層体15に接合された第1部品20d及び第2部品20eを、第3部品20fによって電気的に連結して、集電部材20を形成する(図4(D))。
第3部品20fは、外部機器との間の電気的接続を可能とするための外部端子22を有していてよい。
第1部品20d及び第2部品20eと第3部品20fとの連結は、例えば、溶接、ボルト連結等によって行ってよい。溶接としては、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザー溶接等の適宜の方法を採用してよい。
(外装体収容工程)
最後に、外装体収容工程において、全固体電池積層体15及び集電部材20をラミネートフィルムから成る外装体30に収容することにより、本実施形態の全固体電池100を得ることができる(図4(E))。
最後に、外装体収容工程において、全固体電池積層体15及び集電部材20をラミネートフィルムから成る外装体30に収容することにより、本実施形態の全固体電池100を得ることができる(図4(E))。
全固体電池積層体15及び集電部材20の外装体30への収容は、例えば、全固体電池積層体15及び集電部材20を外装体30の内部に配置して、外装体30を減圧封止することにより行ってよい。
集電部材20が外部端子22を有する場合、外部端子20は外装体30を貫通して突出してよい。
<全固体電池における各要素の構成材料>
本実施形態の全固体電池における全固体電池積層体、集電部材、及び外装体は、それぞれ、公知の材料から構成されていてよい。以下に、全固体電池における各要素の構成材料についての非限定的な例を挙げる。
本実施形態の全固体電池における全固体電池積層体、集電部材、及び外装体は、それぞれ、公知の材料から構成されていてよい。以下に、全固体電池における各要素の構成材料についての非限定的な例を挙げる。
[全固体電池積層体]
(負極集電体層)
全固体電池積層体における負極集電体層は、例えば、ステンレス(SUS)、Cu、Ni、Fe、Ti、Co、Zn等から成る箔であってよい。
(負極集電体層)
全固体電池積層体における負極集電体層は、例えば、ステンレス(SUS)、Cu、Ni、Fe、Ti、Co、Zn等から成る箔であってよい。
(負極活物質層)
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、固体電解質、バインダー、導電材等を更に含有してよい。
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、固体電解質、バインダー、導電材等を更に含有してよい。
負極活物質層における負極活物質は、例えば、グラファイト等の公知の負極活物質を適宜用いることができる。しかしながらこの場合に限定されない。
負極活物質層における固体電解質としては、硫化物系固体電解質を好適に使用することができ、具体的には例えば、Li2SとP2S5との混合物(混合質量比Li2S:P2S5=50:50〜100:0、特に好ましくはLi2S:P2S5=70:30)を挙げることができる。
負極活物質層におけるバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)に代表されるフッ素原子含有樹脂等を使用することができる。
負極活物質層における導電材としては、カーボンナノファイバー(例えば昭和電工(株)製のVGCF等)、アセチレンブラック等の公知の導電材を挙げることができる。
負極活物質層の厚みは、例えば、0.1μm以上1,000μm以下であってよい。
(固体電解質層)
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含み、好ましくは更にバインダーを含有する。
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含み、好ましくは更にバインダーを含有する。
固体電解質層における固体電解質としては、負極活物質層に使用できるものとして上述した材料を用いることができる。
固体電解質層におけるバインダーとしてはブタジエンゴム(BR)が好適である。
固体電解質層の厚みは、例えば、0.1μm以上であってよく、例えば、1,000μm以下又は300μm以下であってよい。
(正極活物質層)
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、更に、固体電解質、バインダー、導電材等を含有していてよい。
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、更に、固体電解質、バインダー、導電材等を含有していてよい。
正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウムなど公知の正極活物質を適宜用いることができる。
正極活物質層における固体電解質、バインダー及び導電材としては、それぞれ、負極活物質層に使用できるものとして上述した材料を適宜用いることができる。
正極活物質層の厚みは、例えば、0.1μm以上1,000μm以下であってよい。
(正極集電体層)
正極集電体層を構成する材料としては、例えば、SUS、Ni、Cr、Au、Pt、Al、Fe、Ti、Zn等から成る箔を使用することができる。
正極集電体層を構成する材料としては、例えば、SUS、Ni、Cr、Au、Pt、Al、Fe、Ti、Zn等から成る箔を使用することができる。
[集電部材]
集電部材は、導電性と、外装体に外力が加わった場合に集電体層と集電部との接続部を保護するに足りる剛性及び断面積と、を併せ持つ材料から成ることが好ましい。
集電部材は、導電性と、外装体に外力が加わった場合に集電体層と集電部との接続部を保護するに足りる剛性及び断面積と、を併せ持つ材料から成ることが好ましい。
集電部材の導電性は、本実施形態の全固体電池が発する電流値において、所定の温度を超えて発熱しない抵抗値を有してよい。
集電部材は、典型的には金属製である。
集電部材は、1つの部品から成っていてもよいし、別個の部品が接合されて成るものであってもよい。集電部材が複数の部品の接合体である場合、該複数の部品は、それぞれ異なる材料から成っていてもよいし、同じ材料から成っていてもよい。集電部材が複数の部品の接合体である場合、該接合体の全体として集電体層と集電部との接続部を保護するに足りる剛性を示すことが好ましい。
[外装体]
外装体を構成する材料は、例えば、金属箔の片面又は両面に樹脂フィルムを有する樹脂ラミネート金属箔等であってよい。該樹脂ラミネート金属箔は、例えば、外層樹脂層、金属箔、及びヒートシール性樹脂層を有する3層構成のラミネートフィルムであってよい。外層樹脂層は、例えば、ナイロン、ポリエステル等を挙げることができる。金属箔は、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔等であってよい。ヒートシール性樹脂層としては、例えば、ポリオレフィンフィルム等を使用してよい。
外装体を構成する材料は、例えば、金属箔の片面又は両面に樹脂フィルムを有する樹脂ラミネート金属箔等であってよい。該樹脂ラミネート金属箔は、例えば、外層樹脂層、金属箔、及びヒートシール性樹脂層を有する3層構成のラミネートフィルムであってよい。外層樹脂層は、例えば、ナイロン、ポリエステル等を挙げることができる。金属箔は、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔等であってよい。ヒートシール性樹脂層としては、例えば、ポリオレフィンフィルム等を使用してよい。
外装体は、その片面又は両面にエンボスを有していてもよい。
1 負極集電体層
1a 負極集電タブ
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 正極活物質層
5 正極集電体層
5a 正極集電タブ
10 全固体電池素子
15 全固体電池積層体
20 負極用集電部材
20a 集電部材の第1の板状部
20b 集電部材の第2の板状部
20c 集電部材の第3の板状部
20d 集電部材の第1部品
20e 集電部材の第2部品
20f 集電部材の第3部品
21 正極用集電部材
22 外部端子
30 外装体
40 接続部
100 全固体電池
1a 負極集電タブ
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 正極活物質層
5 正極集電体層
5a 正極集電タブ
10 全固体電池素子
15 全固体電池積層体
20 負極用集電部材
20a 集電部材の第1の板状部
20b 集電部材の第2の板状部
20c 集電部材の第3の板状部
20d 集電部材の第1部品
20e 集電部材の第2部品
20f 集電部材の第3部品
21 正極用集電部材
22 外部端子
30 外装体
40 接続部
100 全固体電池
Claims (1)
- 負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層がこの順に積層された全固体電池素子を2個以上有する全固体電池積層体と、
第1の板状部、前記第1の板状部に対向する第2の板状部、及び前記第1の板状部と前記第2の板状部とを連結する第3の板状部を有し、これら第1、第2、及び第3の板状部の厚み方向の断面がコの字型を形成する、集電部材と、
がラミネートフィルムから成る外装体に収容されており、
前記集電部材は、前記第3の板状部が前記全固体電池積層体の積層方向と略平行であって前記コの字の開口が前記全固体電池積層体側に向くように配置されており、
前記全固体電池積層体における複数の負極集電体層、及び複数の正極集電体層のうちの一方は、前記複数の集電体層それぞれの集電タブを介して、前記集電部材の前記第1の板状部及び前記第2の板状部のうちの少なくとも一方に電気的に接続されており、且つ
前記集電部材における前記第1の板状部及び前記第2の板状部は、前記集電部材に電気的に接続された前記複数の集電体層のうちの、前記全固体電池積層体の積層方向における最外側の集電体層よりも更に外側に配置されている、
全固体電池。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2017
- 2017-02-07 JP JP2017020586A patent/JP2018129153A/ja active Pending
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