JP2019140079A - 積層電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】短絡電流分散体を備える積層電池において、釘刺し等による短絡電流分散体の短絡時、短絡電流分散体の短絡抵抗を安定化させる。【解決手段】少なくとも一つの短絡電流分散体と少なくとも一つの発電要素とが積層された積層電池であって、前記短絡電流分散体において、第１の集電体層と第２の集電体層と前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層の間に設けられた絶縁層とが積層されており、前記発電要素において、正極集電体層と正極材層と電解質層と負極材層と負極集電体層とが積層されており、前記第１の集電体層が前記正極集電体層と電気的に接続されており、前記第２の集電体層が前記負極集電体層と電気的に接続されており、前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層が、銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる、積層電池とする。【選択図】図１
Description
本願は積層電池を開示する。
電池が外部から破壊された場合の安全性を評価する試験として釘刺し試験が知られている。釘刺し試験は、導電性の釘を刺して電池を貫通させ、発電要素内で内部短絡が生じたときの温度上昇等を観察する試験である。特許文献１には、２つの絶縁層と当該２つの絶縁層の間に配置された導電層とからなる保護要素を発電要素の外部に設けた電池が開示されている。特許文献１においては、釘刺し試験時、保護要素が先行短絡層として機能する。すなわち、釘刺し試験時、発電要素よりも先に保護要素を短絡させ、発電要素が短絡する前に、発電要素の放電を進行させることで、発電要素の内部における温度上昇を抑制するものである。
特許文献１に開示された技術からすると、電池において、導電層と絶縁層とを有する短絡電流分散体を発電要素とは別に設け、釘刺し時に当該短絡電流分散体を先行して短絡させることで、発電要素からの電流（回り込み電流）を短絡電流分散体へと流すことができ、発電要素の放電を進行させて、発電要素における内部発熱を抑制することができるものと考えられる（図５（Ａ））。この場合、短絡電流分散体は、釘刺し時に短絡状態を維持する（短絡抵抗が低く安定している）必要がある。
発電要素を複数積層しつつ電気的に並列に接続した積層電池においては、釘刺しによって発電要素を短絡させると、一部の発電要素から他の発電要素へと電子が流れ込み、一部の発電要素の温度が局所的に上昇してしまうという課題が特に生じ易い。これに対し、発電要素とは別に短絡電流分散体を設け、釘刺し試験において一部の発電要素とともに短絡電流分散体も短絡させ、短絡抵抗が大きい発電要素からの回り込み電流を、短絡抵抗が小さい発電要素だけでなく、短絡抵抗が小さい短絡電流分散体へと分散させることで、一部の発電要素の温度のみが局所的に上昇することを防止できるものと考えられる（図５（Ｂ））。この場合においても、短絡電流分散体は、釘刺し時に短絡状態を維持する必要がある。
短絡電流分散体は、例えば、第１の集電体層と第２の集電体層とこれらの間に設けられた絶縁層とによって構成することができる。絶縁層は、特許文献１に開示されているように、各種樹脂を用いて構成することが有り得る。或いは、セラミック材料や電池用セパレータを用いて絶縁層を構成することも有り得る。一方、第１の集電体層と第２の集電体層は、特許文献１に開示されているような金属箔によって構成することが有り得る。これにより、通常使用時は絶縁層によって第１の集電体層と第２の集電体層とを絶縁でき、釘刺し時は、第１の集電体層と第２の集電体層とを接触させて短絡電流分散体を短絡させることができるものと考えられる。
しかしながら、本発明者らは、特許文献１に開示された技術等を参考にして短絡電流分散体を構成した場合、釘刺し時、短絡電流分散体の短絡抵抗が安定しない場合があるという新たな課題に突き当たった。短絡電流分散体の短絡抵抗が不安定であると、発電要素からの電流を短絡電流分散体へと効率的に流すことができず、発電要素のジュール発熱を抑制することができない虞がある。
本願は、上記課題を解決するための手段の一つとして、少なくとも一つの短絡電流分散体と少なくとも一つの発電要素とが積層された積層電池であって、前記短絡電流分散体において、第１の集電体層と第２の集電体層と前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層の間に設けられた絶縁層とが積層されており、前記発電要素において、正極集電体層と正極材層と電解質層と負極材層と負極集電体層とが積層されており、前記第１の集電体層が前記正極集電体層と電気的に接続されており、前記第２の集電体層が前記負極集電体層と電気的に接続されており、前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層が、銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる、積層電池を開示する。
本開示の積層電池において、前記発電要素を複数備え、複数の前記発電要素同士が電気的に並列に接続されていることが好ましい。
本開示の積層電池において、前記短絡電流分散体と前記発電要素とを収容する外装ケースを備え、少なくとも一つの前記短絡電流分散体が前記発電要素と前記外装ケースとの間に設けられていることが好ましい。
本開示の積層電池において、前記発電要素における前記正極集電体層と前記正極材層と前記電解質層と前記負極材層と前記負極集電体層との積層方向、前記短絡電流分散体における前記第１の集電体層と前記絶縁層と前記第２の集電体層との積層方向、及び、前記短絡電流分散体と前記発電要素との積層方向、が同じ方向であることが好ましい。
本開示の積層電池において、前記電解質層が固体電解質層であることが好ましい。
本開示の積層電池において、前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層が銅からなることが好ましい。
本開示の積層電池において、前記正極集電体層がアルミニウムからなり、前記負極集電体層が銅からなることが好ましい。
本開示の積層電池において、前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層のうちの少なくとも一方が、複数の金属箔から構成されることが好ましい。この場合、特に、前記金属箔は銅箔であることが好ましい。
本発明者らの知見では、特許文献１に開示された技術を参考にして短絡電流分散体を構成した場合、当該短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触が安定的に保持されず、これにより短絡抵抗が不安定となる。短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触が安定的に保持されないのは、短絡電流分散体に電流が流れ込むことでジュール発熱が生じ、この熱によって短絡電流分散体の集電体層が溶断してしまうためと考えられる。したがって、短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触を安定的に保持するためには、釘刺し時に第１の集電体層及び第２の集電体層のジュール発熱による溶断を防止することが有効と考えられる。
本開示の積層電池においては、短絡電流分散体を構成する第１の集電体層及び第２の集電体層がいずれも所定の高融点金属によって構成されている。これにより、第１の集電体層及び第２の集電体層のジュール発熱による溶断を防止することができ、第１の集電体と第２の集電体との接触性等が向上する。すなわち、本開示の積層電池によれば、短絡電流分散体への釘刺し時、短絡電流分散体の短絡抵抗を安定させることができる。
１．積層電池１００
図１に、積層電池１００の層構成を概略的に示す。図１においては、説明の便宜上、集電体層同士（集電タブ同士）の接続部分や、電池ケース等を省略して示している。図２に、積層電池１００を構成する短絡電流分散体１０の層構成を概略的に示す。図２（Ａ）が外観斜視図、図２（Ｂ）がＩＩＢ−ＩＩＢ断面図である。図３に、積層電池１００を構成する発電要素２０の層構成を概略的に示す。図３（Ａ）が外観斜視図、図３（Ｂ）がＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。
図１に、積層電池１００の層構成を概略的に示す。図１においては、説明の便宜上、集電体層同士（集電タブ同士）の接続部分や、電池ケース等を省略して示している。図２に、積層電池１００を構成する短絡電流分散体１０の層構成を概略的に示す。図２（Ａ）が外観斜視図、図２（Ｂ）がＩＩＢ−ＩＩＢ断面図である。図３に、積層電池１００を構成する発電要素２０の層構成を概略的に示す。図３（Ａ）が外観斜視図、図３（Ｂ）がＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。
図１〜３に示すように、積層電池１００は、少なくとも１つの短絡電流分散体１０と少なくとも１つの発電要素２０（発電要素２０ａ及び２０ｂ）とが積層されてなる。短絡電流分散体１０において、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２と第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２の間に設けられた絶縁層１３とが積層されている。発電要素２０ａ及び２０ｂにおいて、正極集電体層２１と正極材層２２と固体電解質層２３と負極材層２４と負極集電体層２５とが積層されている。積層電池１００においては、第１の集電体層１１が正極集電体層２１と電気的に接続されており、第２の集電体層１２が負極集電体層２５と電気的に接続されている。ここで、積層電池１００においては、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２が、銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる点に特徴を有する。
１．１．短絡電流分散体１０
短絡電流分散体１０は、第１の集電体層１１と、第２の集電体層１２と、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２の間に設けられる絶縁層１３と、を備える。このような構成を備えた短絡電流分散体１０は、電池の通常使用時において第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とが絶縁層１３によって適切に絶縁される一方で、釘刺し時には第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とが接触して電気抵抗が小さくなる。
短絡電流分散体１０は、第１の集電体層１１と、第２の集電体層１２と、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２の間に設けられる絶縁層１３と、を備える。このような構成を備えた短絡電流分散体１０は、電池の通常使用時において第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とが絶縁層１３によって適切に絶縁される一方で、釘刺し時には第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とが接触して電気抵抗が小さくなる。
１．１．１．第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２
第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。ここで、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２は、銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなることが重要である。特に第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２は銅からなることが好ましい。これら金属はいずれも融点が１０００℃以上と高く、且つ、十分な電子伝導性を有する。このような高融点金属によって第１の集電体層１１及び第２の集電体１２を構成することで、釘刺し試験時等の短絡時にジュール発熱による溶断を防止することができる。第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかの層を有していてもよい。尚、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とは、互いに同じ金属からなっていてもよいし、異なる金属からなっていてもよい。
第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。ここで、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２は、銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなることが重要である。特に第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２は銅からなることが好ましい。これら金属はいずれも融点が１０００℃以上と高く、且つ、十分な電子伝導性を有する。このような高融点金属によって第１の集電体層１１及び第２の集電体１２を構成することで、釘刺し試験時等の短絡時にジュール発熱による溶断を防止することができる。第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかの層を有していてもよい。尚、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とは、互いに同じ金属からなっていてもよいし、異なる金属からなっていてもよい。
第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２のそれぞれの厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。集電体層１１、１２の厚みをこのような範囲とした場合、釘刺し時、集電体層１１、１２を互いにより適切に接触させることができ、短絡電流分散体１０をより適切に短絡させることができる。
短絡電流分散体１０においては、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２のうちの少なくとも一方が、複数の金属箔から構成されることが好ましく、特に、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２の双方が、複数の金属箔から構成されることが好ましい。例えば、複数の金属箔を重ねて積層体とし、これを第１の集電体層１１及び／又は第２の集電体層１２とする。ここで、複数の金属箔の積層方向と、短絡電流分散体１０における第１の集電体層１１と絶縁層１３と第２の集電体層１２との積層方向とを一致させることが好ましい。第１の集電体層１１及び／又は第２の集電体層１２を複数の金属箔で構成することにより、釘刺し試験において、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２との接触性を向上させることができ、短絡電流分散体１０をより安定して短絡させることができる。当該金属箔を構成する金属は、上記したように銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属であればよいが、中でも、当該金属箔は銅箔であることが特に好ましい。
図２に示すように、第１の集電体層１１は集電タブ１１ａを備えており、当該集電タブ１１ａを介して発電要素２０の正極集電体層２１に電気的に接続されていることが好ましい。一方、第２の集電体層１２は集電タブ１２ａを備えており、当該集電タブ１２ａを介して発電要素２０の負極集電体層２５に電気的に接続されていることが好ましい。集電タブ１１ａは第１の集電体層１１と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。集電タブ１２ａは第２の集電体層１２と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。
１．１．２．絶縁層１３
積層電池１００において、絶縁層１３は、電池の通常使用時において、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とを絶縁するものであればよい。絶縁層１３は、有機材料からなる絶縁層であっても、無機材料からなる絶縁層であっても、有機材料と無機材料とが混在する絶縁層であってもよい。特に、有機材料からなる絶縁層が好ましい。無機材料からなる絶縁層と比較して、有機材料からなる絶縁層は、通常使用時に割れによる短絡発生確率が低いという観点から有利だからである。
積層電池１００において、絶縁層１３は、電池の通常使用時において、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とを絶縁するものであればよい。絶縁層１３は、有機材料からなる絶縁層であっても、無機材料からなる絶縁層であっても、有機材料と無機材料とが混在する絶縁層であってもよい。特に、有機材料からなる絶縁層が好ましい。無機材料からなる絶縁層と比較して、有機材料からなる絶縁層は、通常使用時に割れによる短絡発生確率が低いという観点から有利だからである。
絶縁層１３を構成し得る有機材料としては各種樹脂が挙げられる。例えば、各種熱可塑性樹脂や各種熱硬化性樹脂である。特にポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド等のスーパーエンジニアリングプラスチックが好ましい。通常、熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂よりも熱安定性が高く、且つ、硬質で脆い。すなわち、熱硬化性樹脂により絶縁層１３を構成した場合において、短絡電流分散体１０の釘刺しを行った場合、絶縁層１３が容易に破断し、第１の集電体層１１や第２の集電体層１２の変形に対して絶縁層１３が追従することを抑制でき、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とをより容易に接触させることができる。また、絶縁層１３の温度が上昇したとしても熱分解を抑制できる。この観点からは、絶縁層１３は熱硬化性樹脂シートによって構成されることが好ましく、熱硬化性ポリイミド樹脂シートによって構成されることがより好ましい。
絶縁層１３を構成し得る無機材料としては各種セラミックが挙げられる。例えば、無機酸化物である。尚、表面に酸化物被膜を有する金属箔によって絶縁層１３を構成してもよい。例えば、アルマイト処理によって、アルミニウム箔の表面に陽極酸化被膜を形成することで、表面に絶縁層として酸化アルミニウム被膜を有するアルミニウム箔が得られる。この場合、酸化アルミニウム被膜の厚みは０．０１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。下限がより好ましくは０．１μｍ以上であり、上限がより好ましくは１μｍ以下である。
絶縁層１３の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。絶縁層１３の厚みをこのような範囲とした場合、電池の通常使用時、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とをより適切に絶縁することができるとともに、釘刺し等の外部応力による変形によって第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とをより適切に導通させて、短絡電流分散体１０を短絡させることができる。
１．２．発電要素２０（２０ａ、２０ｂ）
積層電池１００において、発電要素２０ａ及び２０ｂは、それぞれ、正極集電体層２１と正極材層２２と固体電解質層２３と負極材層２４と負極集電体層２５とが積層されてなる。すなわち、発電要素２０ａ及び２０ｂはそれぞれ単電池として機能し得る。
積層電池１００において、発電要素２０ａ及び２０ｂは、それぞれ、正極集電体層２１と正極材層２２と固体電解質層２３と負極材層２４と負極集電体層２５とが積層されてなる。すなわち、発電要素２０ａ及び２０ｂはそれぞれ単電池として機能し得る。
１．２．１．正極集電体層２１
正極集電体層２１は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。正極集電体層２１を構成する金属としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、ステンレス鋼等が挙げられる。正極集電体層２１は出力性能の観点から電気伝導性の高いＡｌからなることが特に好ましい。正極集電体層２１は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかのコート層を有していてもよい。例えば、導電材と樹脂とを含むコート層等である。正極集電体層２１の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
正極集電体層２１は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。正極集電体層２１を構成する金属としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、ステンレス鋼等が挙げられる。正極集電体層２１は出力性能の観点から電気伝導性の高いＡｌからなることが特に好ましい。正極集電体層２１は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかのコート層を有していてもよい。例えば、導電材と樹脂とを含むコート層等である。正極集電体層２１の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
図３に示すように、正極集電体層２１は外縁の一部に正極集電タブ２１ａを備えることが好ましい。タブ２１ａにより、第１の集電体層１１と正極集電体層２１とを容易に電気的に接続することができるとともに、正極集電体層２１同士を容易に電気的に並列に接続することができる。
１．２．２．正極材層２２
正極材層２２は、少なくとも活物質を含む層である。積層電池１００を全固体電池とする場合は、活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含ませることができる。また、積層電池１００を電解液系の電池とする場合は、活物質に加えて、さらに任意にバインダー及び導電助剤等を含ませることができる。活物質は公知の活物質を用いればよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位（充放電電位）の異なる２つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を正極活物質とし、卑な電位を示す物質を後述の負極活物質として、それぞれ用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。積層電池１００を全固体電池とする場合は、正極活物質は表面がニオブ酸リチウム層やチタン酸リチウム層やリン酸リチウム層等の酸化物層で被覆されていてもよい。また、積層電池１００を全固体電池とする場合、固体電解質は無機固体電解質が好ましい。有機ポリマー電解質と比較してイオン伝導度が高いためである。また、有機ポリマー電解質と比較して、耐熱性に優れるためである。さらに、有機ポリマー電解質と比較して、釘刺し時に発電要素２０に加わる圧力が高圧となり、本開示の積層電池１００による効果が顕著となるためである。好ましい無機固体電解質としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ１＋ＸＡｌＸＧｅ２−Ｘ（ＰＯ４）３、Ｌｉ−ＳｉＯ系ガラス、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓ−Ｏ系ガラス等の酸化物固体電解質；Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｓｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−ＬｉＢｒ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＧｅＳ２等の硫化物固体電解質を例示することができる。特に、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む硫化物固体電解質がより好ましく、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を５０モル％以上含む硫化物固体電解質がさらに好ましい。正極材層２２に含まれ得るバインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリレートブタジエンゴム（ＡＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等が挙げられる。正極材層２２に含まれ得る導電助剤としてはアセチレンブラックやケッチェンブラック等の炭素材料やニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。正極材層２２における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。正極材層２２の形状も従来と同様とすればよい。特に、積層電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の正極材層２２が好ましい。この場合、正極材層２２の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１５０μｍ以下であることがより好ましい。
正極材層２２は、少なくとも活物質を含む層である。積層電池１００を全固体電池とする場合は、活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含ませることができる。また、積層電池１００を電解液系の電池とする場合は、活物質に加えて、さらに任意にバインダー及び導電助剤等を含ませることができる。活物質は公知の活物質を用いればよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位（充放電電位）の異なる２つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を正極活物質とし、卑な電位を示す物質を後述の負極活物質として、それぞれ用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。積層電池１００を全固体電池とする場合は、正極活物質は表面がニオブ酸リチウム層やチタン酸リチウム層やリン酸リチウム層等の酸化物層で被覆されていてもよい。また、積層電池１００を全固体電池とする場合、固体電解質は無機固体電解質が好ましい。有機ポリマー電解質と比較してイオン伝導度が高いためである。また、有機ポリマー電解質と比較して、耐熱性に優れるためである。さらに、有機ポリマー電解質と比較して、釘刺し時に発電要素２０に加わる圧力が高圧となり、本開示の積層電池１００による効果が顕著となるためである。好ましい無機固体電解質としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ１＋ＸＡｌＸＧｅ２−Ｘ（ＰＯ４）３、Ｌｉ−ＳｉＯ系ガラス、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓ−Ｏ系ガラス等の酸化物固体電解質；Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｓｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−ＬｉＢｒ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＧｅＳ２等の硫化物固体電解質を例示することができる。特に、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む硫化物固体電解質がより好ましく、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を５０モル％以上含む硫化物固体電解質がさらに好ましい。正極材層２２に含まれ得るバインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリレートブタジエンゴム（ＡＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等が挙げられる。正極材層２２に含まれ得る導電助剤としてはアセチレンブラックやケッチェンブラック等の炭素材料やニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。正極材層２２における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。正極材層２２の形状も従来と同様とすればよい。特に、積層電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の正極材層２２が好ましい。この場合、正極材層２２の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１５０μｍ以下であることがより好ましい。
１．２．３．電解質層２３
電解質層２３は、少なくとも電解質を含む層である。積層電池１００を全固体電池とする場合、電解質層２３は、固体電解質と任意にバインダーとを含む固体電解質層とすることができる。固体電解質は上述した無機固体電解質が好ましい。バインダーは正極材層２２に用いられるバインダーと同様のものを適宜選択して用いることができる。固体電解質層２３における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。固体電解質層２３の形状も従来と同様とすればよい。特に、積層電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の固体電解質層２３が好ましい。この場合、固体電解質層２３の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。一方で、積層電池１００を電解液系電池とする場合、電解質層２３は電解液とセパレータとを含む。これら電解液やセパレータについては当業者にとって自明であることから、ここでは詳細な説明を省略する。
電解質層２３は、少なくとも電解質を含む層である。積層電池１００を全固体電池とする場合、電解質層２３は、固体電解質と任意にバインダーとを含む固体電解質層とすることができる。固体電解質は上述した無機固体電解質が好ましい。バインダーは正極材層２２に用いられるバインダーと同様のものを適宜選択して用いることができる。固体電解質層２３における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。固体電解質層２３の形状も従来と同様とすればよい。特に、積層電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の固体電解質層２３が好ましい。この場合、固体電解質層２３の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。一方で、積層電池１００を電解液系電池とする場合、電解質層２３は電解液とセパレータとを含む。これら電解液やセパレータについては当業者にとって自明であることから、ここでは詳細な説明を省略する。
１．２．４．負極材層２４
負極材層２４は、少なくとも活物質を含む層である。積層電池１００を全固体電池とする場合は、活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含ませることができる。また、積層電池１００を電解液系の電池とする場合は、活物質に加えて、さらに任意にバインダー及び導電助剤等を含ませることができる。活物質は公知の活物質を用いればよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位（充放電電位）の異なる２つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を上述の正極活物質とし、卑な電位を示す物質を負極活物質として、それぞれ用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、負極活物質としてＳｉやＳｉ合金；グラファイトやハードカーボン等の炭素材料；チタン酸リチウム等の各種酸化物；金属リチウムやリチウム合金等を用いることができる。固体電解質、バインダー及び導電助剤は正極材層２２に用いられるものとして例示したものの中から適宜選択して用いることができる。負極材層２４における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。負極材層２４の形状も従来と同様とすればよい。特に、積層電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の負極材層２４が好ましい。この場合、負極材層２４の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。ただし、負極の容量が正極の容量よりも大きくなるように、負極材層２４の厚みを決定することが好ましい。
負極材層２４は、少なくとも活物質を含む層である。積層電池１００を全固体電池とする場合は、活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含ませることができる。また、積層電池１００を電解液系の電池とする場合は、活物質に加えて、さらに任意にバインダー及び導電助剤等を含ませることができる。活物質は公知の活物質を用いればよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位（充放電電位）の異なる２つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を上述の正極活物質とし、卑な電位を示す物質を負極活物質として、それぞれ用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、負極活物質としてＳｉやＳｉ合金；グラファイトやハードカーボン等の炭素材料；チタン酸リチウム等の各種酸化物；金属リチウムやリチウム合金等を用いることができる。固体電解質、バインダー及び導電助剤は正極材層２２に用いられるものとして例示したものの中から適宜選択して用いることができる。負極材層２４における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。負極材層２４の形状も従来と同様とすればよい。特に、積層電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の負極材層２４が好ましい。この場合、負極材層２４の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。ただし、負極の容量が正極の容量よりも大きくなるように、負極材層２４の厚みを決定することが好ましい。
１．２．５．負極集電体層２５
負極集電体層２５は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。負極集電体層２５を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、ステンレス鋼等が挙げられる。負極集電体層２５は特にＣｕからなることが好ましい。負極集電体層２５は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかのコート層を有していてもよい。例えば、導電材と樹脂とを含むコート層等である。負極集電体層２５の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
負極集電体層２５は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。負極集電体層２５を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、ステンレス鋼等が挙げられる。負極集電体層２５は特にＣｕからなることが好ましい。負極集電体層２５は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかのコート層を有していてもよい。例えば、導電材と樹脂とを含むコート層等である。負極集電体層２５の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
図３に示すように、負極集電体層２５は外縁の一部に負極集電タブ２５ａを備えることが好ましい。タブ２５ａにより、第２の集電体層１２と負極集電体層２５とを容易に電気的に接続することができるとともに、負極集電体層２５同士を容易に電気的に並列に接続することができる。
１．３．短絡電流分散体及び発電要素の配置や接続形態
１．３．１．発電要素の配置
積層電池１００において、発電要素２０ａ及び２０ｂの積層数は特に限定されるものではなく、目的とする電池の出力に応じて、適宜決定すればよい。この場合、複数の発電要素２０が互いに直接接触するように積層されていてもよいし、複数の発電要素２０が何らかの層（例えば絶縁層）や間隔（空気層）を介して積層されていてもよい。電池の出力密度を向上させる観点からは、図１に示すように、複数の発電要素２０が互いに直接接触するように積層されていることが好ましい。また、図１、３に示すように、２つの発電要素２０ａ、２０ｂが、負極集電体２５を共用していることが好ましい。このようにすることで、電池の出力密度が一層向上する。さらに、図１に示すように、積層電池１００において発電要素を複数設ける場合、複数の発電要素２０の積層方向と、発電要素２０における各層２１〜２５の積層方向とを一致させることが好ましい。このようにすることで、積層電池１００の拘束等が容易となり、電池の出力密度が一層向上する。
１．３．１．発電要素の配置
積層電池１００において、発電要素２０ａ及び２０ｂの積層数は特に限定されるものではなく、目的とする電池の出力に応じて、適宜決定すればよい。この場合、複数の発電要素２０が互いに直接接触するように積層されていてもよいし、複数の発電要素２０が何らかの層（例えば絶縁層）や間隔（空気層）を介して積層されていてもよい。電池の出力密度を向上させる観点からは、図１に示すように、複数の発電要素２０が互いに直接接触するように積層されていることが好ましい。また、図１、３に示すように、２つの発電要素２０ａ、２０ｂが、負極集電体２５を共用していることが好ましい。このようにすることで、電池の出力密度が一層向上する。さらに、図１に示すように、積層電池１００において発電要素を複数設ける場合、複数の発電要素２０の積層方向と、発電要素２０における各層２１〜２５の積層方向とを一致させることが好ましい。このようにすることで、積層電池１００の拘束等が容易となり、電池の出力密度が一層向上する。
１．３．２．発電要素同士の電気的接続
積層電池１００は、図１に示すように、発電要素を複数備え、複数の発電要素同士が電気的に並列に接続されることが好ましい。このように並列に接続された発電要素においては、一の発電要素が短絡した場合に、他の発電要素から当該一の発電要素へと集中して電子が流れ込む。すなわち、電池短絡時にジュール発熱が大きくなり易い。言い換えれば、このように並列接続された複数の発電要素２０を備える積層電池１００において、短絡電流分散体１０を設けることによる効果がより顕著となる一方で、上記した課題（ジュール発熱による集電体層１１、１２の溶断）が生じ易くなる。発電要素同士を電気的に接続するための部材としては、従来公知の部材を用いればよい。例えば、上述したように、正極集電体層２１に正極集電タブ２１ａを設け、負極集電体層２５に負極集電タブ２５ａを設け、当該タブ２１ａ、２５ａを介して発電要素２０同士を電気的に並列に接続することができる。
積層電池１００は、図１に示すように、発電要素を複数備え、複数の発電要素同士が電気的に並列に接続されることが好ましい。このように並列に接続された発電要素においては、一の発電要素が短絡した場合に、他の発電要素から当該一の発電要素へと集中して電子が流れ込む。すなわち、電池短絡時にジュール発熱が大きくなり易い。言い換えれば、このように並列接続された複数の発電要素２０を備える積層電池１００において、短絡電流分散体１０を設けることによる効果がより顕著となる一方で、上記した課題（ジュール発熱による集電体層１１、１２の溶断）が生じ易くなる。発電要素同士を電気的に接続するための部材としては、従来公知の部材を用いればよい。例えば、上述したように、正極集電体層２１に正極集電タブ２１ａを設け、負極集電体層２５に負極集電タブ２５ａを設け、当該タブ２１ａ、２５ａを介して発電要素２０同士を電気的に並列に接続することができる。
１．３．３．短絡電流分散体と発電要素との電気的接続
積層電池１００において、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１が発電要素２０の正極集電体層２１と電気的に接続されており、短絡電流分散体１０の第２の集電体層１２が発電要素２０の負極集電体層２５と電気的に接続されている。このように、短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続することで、短絡電流分散体１０の短絡時に、発電要素からの回り込み電流を、短絡電流分散体１０へと流し込むことができる。短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続するための部材としては、従来公知の部材を用いればよい。例えば、上述したように、第１の集電体層１１に第１の集電タブ１１ａを設け、第２の集電体層１２に第２の集電タブ１２ａを設け、当該タブ１１ａ、１２ａを介して短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続することができる。
積層電池１００において、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１が発電要素２０の正極集電体層２１と電気的に接続されており、短絡電流分散体１０の第２の集電体層１２が発電要素２０の負極集電体層２５と電気的に接続されている。このように、短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続することで、短絡電流分散体１０の短絡時に、発電要素からの回り込み電流を、短絡電流分散体１０へと流し込むことができる。短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続するための部材としては、従来公知の部材を用いればよい。例えば、上述したように、第１の集電体層１１に第１の集電タブ１１ａを設け、第２の集電体層１２に第２の集電タブ１２ａを設け、当該タブ１１ａ、１２ａを介して短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続することができる。
１．３．４．短絡電流分散体と発電要素との位置関係
短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とは互いに積層されていればよい。この場合、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とを直接積層してもよいし、上記の課題を解決できる範囲において他の層（絶縁層や断熱層等）を介して間接的に積層してもよい。また、短絡電流分散体１０は、上述したように、複数の発電要素２０よりも外側に積層されていてもよいし、複数の発電要素２０の間に積層されていてもよいし、複数の発電要素２０の外側と複数の発電要素２０の間との双方に積層されていてもよい。特に、図１に示すように、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とを積層した場合において、短絡電流分散体１０が複数の発電要素２０よりも外側に設けられていることが好ましく、短絡電流分散体１０が複数の発電要素２０よりも積層方向（複数の発電要素２０における各層の積層方向）外側に少なくとも設けられていることがより好ましい。言い換えれば、積層電池１００において、短絡電流分散体１０と発電要素２０とを収容する外装ケース（不図示）を備える場合、少なくとも一つの短絡電流分散体１０が発電要素２０と外装ケースとの間に設けられていることが好ましい。これにより、釘刺し時、短絡電流分散体１０が発電要素２０ａ等よりも先に短絡し、発電要素２０ａ等から短絡電流分散体１０へと回り込み電流を発生させることができ、さらには、発電要素２０ａ等の内部における発熱を抑制できる。
短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とは互いに積層されていればよい。この場合、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とを直接積層してもよいし、上記の課題を解決できる範囲において他の層（絶縁層や断熱層等）を介して間接的に積層してもよい。また、短絡電流分散体１０は、上述したように、複数の発電要素２０よりも外側に積層されていてもよいし、複数の発電要素２０の間に積層されていてもよいし、複数の発電要素２０の外側と複数の発電要素２０の間との双方に積層されていてもよい。特に、図１に示すように、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とを積層した場合において、短絡電流分散体１０が複数の発電要素２０よりも外側に設けられていることが好ましく、短絡電流分散体１０が複数の発電要素２０よりも積層方向（複数の発電要素２０における各層の積層方向）外側に少なくとも設けられていることがより好ましい。言い換えれば、積層電池１００において、短絡電流分散体１０と発電要素２０とを収容する外装ケース（不図示）を備える場合、少なくとも一つの短絡電流分散体１０が発電要素２０と外装ケースとの間に設けられていることが好ましい。これにより、釘刺し時、短絡電流分散体１０が発電要素２０ａ等よりも先に短絡し、発電要素２０ａ等から短絡電流分散体１０へと回り込み電流を発生させることができ、さらには、発電要素２０ａ等の内部における発熱を抑制できる。
釘刺しによる電池の短絡が発生し易いのは、釘が発電要素２０ａの正極集電体層２１から負極集電体層２５に向かって（或いは、負極集電体層２５から正極集電体層２１に向かって）刺された場合である。この点、積層電池１００においては、釘刺し方向と、各層の積層方向とが一致することが好ましい。より具体的には、図１に示すように、発電要素２０ａ、２０ｂにおける正極集電体層２１と正極材層２２と固体電解質層２３と負極材層２４と負極集電体層２５との積層方向、短絡電流分散体１０における第１の集電体層１１と絶縁層１３と第２の集電体層１２との積層方向、及び、短絡電流分散体１０と発電要素２０との積層方向、が同じ方向であることが好ましい。
１．３．５．短絡電流分散体と発電要素との大きさの関係
積層電池１００においては、短絡電流分散体１０が、発電要素２０のできるだけ多くの部分を覆っていることで、釘刺し時に、発電要素２０よりも先に短絡電流分散体１０を短絡させ易くなる。この観点からは、例えば、積層電池１００においては、短絡電流分散体１０と発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が発電要素２０の外縁よりも外側に存在していることが好ましい。或いは、短絡電流分散体１０及び発電要素２０の積層方向と発電要素２０における各層２１〜２５の積層方向とが同じである場合において、短絡電流分散体１０と発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が正極材層２２、電解質層２３及び負極材層２４の外縁よりも外側に存在することが好ましい。ただし、この場合、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１と発電要素２０の負極集電体層２５とが短絡しないようにすることが好ましい。すなわち、短絡電流分散体１０と発電要素２０との間に絶縁体等を設け、短絡電流分散体１０を大きくしても、短絡電流分散体１０と発電要素２０との短絡を防止可能とすることが好ましい。
積層電池１００においては、短絡電流分散体１０が、発電要素２０のできるだけ多くの部分を覆っていることで、釘刺し時に、発電要素２０よりも先に短絡電流分散体１０を短絡させ易くなる。この観点からは、例えば、積層電池１００においては、短絡電流分散体１０と発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が発電要素２０の外縁よりも外側に存在していることが好ましい。或いは、短絡電流分散体１０及び発電要素２０の積層方向と発電要素２０における各層２１〜２５の積層方向とが同じである場合において、短絡電流分散体１０と発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が正極材層２２、電解質層２３及び負極材層２４の外縁よりも外側に存在することが好ましい。ただし、この場合、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１と発電要素２０の負極集電体層２５とが短絡しないようにすることが好ましい。すなわち、短絡電流分散体１０と発電要素２０との間に絶縁体等を設け、短絡電流分散体１０を大きくしても、短絡電流分散体１０と発電要素２０との短絡を防止可能とすることが好ましい。
一方で、電池のエネルギー密度をより高める観点及び上記した短絡電流分散体１０と発電要素２０との短絡を容易に防止できる観点からは、短絡電流分散体１０をできるだけ小さくしてもよい。すなわち、この観点からは、積層電池１００においては、短絡電流分散体１０と発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が発電要素２０の外縁よりも内側に存在することが好ましい。或いは、短絡電流分散体１０及び発電要素２０の積層方向と発電要素２０における各層２１〜２５の積層方向とが同じである場合において、短絡電流分散体１０と発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が正極材層２２、固体電解質層２３及び負極材層２４の外縁よりも内側に存在することが好ましい。
以上の通り、積層電池１００においては、釘刺しによる短絡電流分散体１０の短絡時に、発電要素２０から短絡電流分散体１０へと回り込み電流を流し込むことができる。ここで、積層電池１００においては、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２が所定の高融点金属からなり、短絡電流分散体１０がジュール発熱によって高温となった場合でも、集電体層１１、１２の溶断を防止することができる。これにより、釘刺し試験時に短絡電流分散体１０の短絡抵抗が安定させることができる。
２．積層電池の製造方法
短絡電流分散体１０は、第１の集電体層１１（例えば、所定の金属箔）と第２の集電体層１２（例えば、所定の金属箔）との間に絶縁層１３（例えば、熱硬化性樹脂シート）を配置することで、容易に作製できる。例えば、図２に示すように、第２の集電体層１２の少なくとも片面に絶縁層１３を配置し、さらに絶縁層１３の第２の集電体層１２とは反対側の面に第１の集電体層１１を配置してもよい。ここで、短絡電流分散体１０は、その形状を保持するために、接着剤や樹脂などを用いて各層を互いに貼り合わせてもよい。この場合、接着剤等は、各層の全面に塗布する必要はなく、各層の表面の一部に塗布すればよい。
短絡電流分散体１０は、第１の集電体層１１（例えば、所定の金属箔）と第２の集電体層１２（例えば、所定の金属箔）との間に絶縁層１３（例えば、熱硬化性樹脂シート）を配置することで、容易に作製できる。例えば、図２に示すように、第２の集電体層１２の少なくとも片面に絶縁層１３を配置し、さらに絶縁層１３の第２の集電体層１２とは反対側の面に第１の集電体層１１を配置してもよい。ここで、短絡電流分散体１０は、その形状を保持するために、接着剤や樹脂などを用いて各層を互いに貼り合わせてもよい。この場合、接着剤等は、各層の全面に塗布する必要はなく、各層の表面の一部に塗布すればよい。
発電要素２０については、公知の方法により作製できる。例えば、全固体電池を製造する場合は、正極集電体層２１の表面に正極材を湿式にて塗工して乾燥させることで正極材層２２を形成し、負極集電体層２５の表面に負極材を湿式にて塗工して乾燥させることで負極材層２４を形成し、正極材層２１と負極材層２４との間に固体電解質等を含む電解質層２３を転写し、プレス成形して一体化することで発電要素２０を作製できる。この時のプレス圧は特に限定されるものではないが、例えば２ｔｏｎ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。尚、これらの作製手順はあくまでも一例であり、これ以外の手順によっても発電要素２０を作製可能である。例えば、湿式法に替えて乾式法によって正極材層等を形成することも可能である。
このようにして作製した短絡電流分散体１０を発電要素２０に対して積層するとともに、第１の集電体層１１に設けられたタブ１１ａを正極集電体層２１と接続し、第２の集電体層１２に設けられたタブ１２ａを負極集電体層２５と接続することで、短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続することができる。また、発電要素２０を複数設ける場合は、当該複数の発電要素２０の正極集電体層２１のタブ２１ａ同士を接続し、負極集電体層２５のタブ２５ａ同士を接続することで、複数の発電要素２０同士を電気的に並列に接続することができる。このようにして電気的に接続された短絡電流分散体１０と発電要素２０との積層体をラミネートフィルムやステンレス鋼缶等の外装ケース（電池ケース）内に真空封入することによって積層電池として全固体電池を作製できる。尚、これらの作製手順はあくまでも一例であり、これ以外の手順によっても全固体電池を作製可能である。
或いは、上記の固体電解質層に替えてセパレータを配置し、上記と同様にして電気的に接続された積層体を作製したうえで、当該積層体を電解液が充填された外装ケース（電池ケース）内に封入すること等によって、積層電池として電解液系電池を製造することもできる。電解液系電池の製造の際は、各層のプレス成形は省略してもよい。
以上の通り、従来の電池の製造方法を応用することで、本開示の積層電池１００を容易に製造することができる。
３．補足事項
上記説明においては、１つの第１の集電体層と１つの絶縁層と１つの第２の集電体層とによって短絡電流分散体が構成される形態について示したが、本開示の積層電池はこの形態に限定されるものではない。短絡電流分散体は、第１の集電体層と第２の集電体層との間に絶縁層を有するものであればよく、各層の数は特に限定されない。
上記説明においては、１つの第１の集電体層と１つの絶縁層と１つの第２の集電体層とによって短絡電流分散体が構成される形態について示したが、本開示の積層電池はこの形態に限定されるものではない。短絡電流分散体は、第１の集電体層と第２の集電体層との間に絶縁層を有するものであればよく、各層の数は特に限定されない。
上記説明においては、積層電池において短絡電流分散体が複数の発電要素の積層方向の外側に１つだけ備えられる形態について示したが、短絡電流分散体の数はこれに限定されるものではない。積層電池において外側に複数の短絡電流分散体が備えられていてもよい。また、短絡電流分散体の位置は発電要素の外側に限られない。短絡電流分散体が複数の発電要素の間に設けられていてもよい。
上記説明においては、２つの発電要素が、１つの負極集電体層を共用する形態について示したが、本開示の全固体電池はこの形態に限定されるものではない。発電要素は単電池として機能するものであればよく、正極集電体層と正極材層と固体電解質層と負極材層と負極集電体層とが積層されていればよい。例えば、２つの発電要素が１つの正極集電体層を共用する形態であってもよいし、複数の発電要素が集電体層を共用せずに各々独立して存在する形態であってもよい。
上記説明においては、複数の発電要素が積層された形態について示したが、積層電池において発電要素が複数積層されていない形態（一つの単電池のみからなる形態）においても、一定の効果が奏されるものと考えられる。ただし、釘刺し時等の短絡によるジュール発熱は、一つの発電要素からなる形態よりも、複数の発電要素が積層された形態において大きくなりやすい。すなわち、複数の発電要素が積層された形態において、短絡電流分散体を設けることによる効果がより顕著となるものといえる。よって、本開示の積層電池は、複数の発電要素を備えることが好ましい。
上記説明においては、短絡電流分散体や発電要素から集電タブが突出するものとして説明した。しかしながら、本開示の積層電池において集電タブはなくてもよい。例えば、面積の大きな集電体層を用い、短絡電流分散体と発電要素との積層体において、複数の集電体層の外縁を突出させるものとし、当該突出させた集電層の間に導電材を挟みこむことで、タブを設けずとも、集電体層同士の電気的な接続が可能である。或いは、タブではなく、導線等によって集電体層同士を電気的に接続してもよい。
上記説明においては、電解液系電池及び全固体電池のいずれをも含む積層電池について示した。ただし、本開示の技術は、電解質層２３が固体電解質層である全固体電池に適用した場合において顕著な効果を発揮するものと考えられる。全固体電池は電解液系電池に比べて発電要素内の隙間が少なく、釘刺し時に釘が発電要素を貫通する際、発電要素にかかる圧力が高い。よって、短絡電流分散体の短絡抵抗（及び、発電要素の短絡抵抗）が小さくなり、短絡電流分散体（及び一部の発電要素）へと多くの電流が流れ込むこととなると考えられる。さらに、全固体電池においては、発電要素内の内部抵抗を低減すべく、発電要素に対して拘束圧力を付与する場合がある。この場合、発電要素の積層方向（正極集電体層が負極集電体層に向かう方向）に拘束圧力が付与されることとなり、釘刺し時、釘による圧力と拘束圧力とが加算されて発電要素に印加されることから、各集電体層が接触して短絡し易く、発電要素の短絡抵抗が小さくなり易いものと考えられる。そのため、短絡電流分散体を設けて回りこみ電流を分散させることによる効果が顕著となるものと考えられる。さらに、全固体電池においては、釘刺し時に釘が短絡電流分散体を貫通する際、短絡電流分散体にかかる圧力も高くなる。すなわち、釘刺し時に高い圧力がかかった状態において第１の集電体層と第２の集電体層とを如何に適切に接触させて、短絡電流分散体の短絡抵抗を小さくするかが課題となる。一方、電解液系電池は、通常、電池ケース内が電解液で満たされ、各層が電解液に浸漬されて、各層の隙間に電解液が供給されるものであり、釘刺し時に釘によって印加される圧力が、全固体電池の場合と比較して小さくなる。そのため、短絡電流分散体を設ける効果が、全固体電池の場合と比べて、相対的に小さくなるものと考えられる。尚、電解液系電池の場合、電池の構造によっては、短絡電流分散体と電解液とが接触する場合がある。この場合、電極の充放電電位において、短絡電流分散体を構成する金属が電解液中にイオンとして溶出する虞がある。すなわち、電解液系電池においては短絡電流分散体が電解液と接触することで短絡電流分散体の機能が低下する場合がある。この点においても、本開示の技術は全固体電池に適用されることが好ましい。
尚、バイポーラ電極等を用いて発電要素同士を電気的に直列に接続した場合は、一部の発電要素に釘を刺すと、他の発電要素から当該一部の発電要素へと釘を介して電流が流れるものと考えられる。すなわち、接触抵抗の高い釘を介して回り込むこととなり、その電流量は小さい。また、バイポーラ電極等を用いて発電要素同士を電気的に直列に接続した場合、発電要素のすべてに釘が刺さった場合に電流が最も大きくなると考えられるが、このような場合、発電要素の放電が既に十分に進行しているものとも考えられ、一部の発電要素の温度が局所的に上昇するといったことは生じ難い。この点、発電要素を電気的に並列に接続した場合と比較して、短絡電流分散体による効果が小さくなるものと考えられる。よって、より顕著な効果を発揮させる観点から、本開示の積層電池においては、発電要素同士を電気的に並列に接続することが好ましい。
１．短絡電流分散体の作製
第１の集電体層及び第２の集電体層として、下記表１で示される金属からなる金属箔（厚み１５μｍ）を用い、当該第１の集電体層と第２の集電体層との間に絶縁層として熱硬化性ポリイミド樹脂フィルム（厚み２５μｍ、東レデュポン社製カプトン）を２枚挟み込んで、接着材で固定し、短絡電流分散体を得た。尚、後述の評価の便宜上、得られた短絡電流分散体の表裏を絶縁層で挟み込むものとした。
第１の集電体層及び第２の集電体層として、下記表１で示される金属からなる金属箔（厚み１５μｍ）を用い、当該第１の集電体層と第２の集電体層との間に絶縁層として熱硬化性ポリイミド樹脂フィルム（厚み２５μｍ、東レデュポン社製カプトン）を２枚挟み込んで、接着材で固定し、短絡電流分散体を得た。尚、後述の評価の便宜上、得られた短絡電流分散体の表裏を絶縁層で挟み込むものとした。
２．短絡抵抗の安定性評価
作製した短絡電流分散体について、図４に示すような釘刺し試験装置を用いて、釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を評価した。具体的には、絶縁層で挟み込んだ短絡電流分散体をアルミニウム板上に設置し、短絡電流分散体のタブに直流電源を接続する一方、短絡電流分散体の両面を拘束治具によって拘束した。拘束後、直流電源の電圧を４．３Ｖ、電流を８０Ａに設定し、釘（φ８ｍｍ、先端角度６０度）を２５ｍｍ／ｓｅｃの速度で刺し込み、釘刺し開始から終了（開始から５秒後）までにおける短絡電流分散体へ流れる電流の変化を確認した。
作製した短絡電流分散体について、図４に示すような釘刺し試験装置を用いて、釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を評価した。具体的には、絶縁層で挟み込んだ短絡電流分散体をアルミニウム板上に設置し、短絡電流分散体のタブに直流電源を接続する一方、短絡電流分散体の両面を拘束治具によって拘束した。拘束後、直流電源の電圧を４．３Ｖ、電流を８０Ａに設定し、釘（φ８ｍｍ、先端角度６０度）を２５ｍｍ／ｓｅｃの速度で刺し込み、釘刺し開始から終了（開始から５秒後）までにおける短絡電流分散体へ流れる電流の変化を確認した。
第１の集電体層及び第２の集電体層としてアルミニウムを用いた比較例１に係る短絡電流分散体は、釘刺し試験時に短絡電流分散体へ流れる電流が不安定であり、最終的に電流がほとんど流れなくなった。釘刺し試験後、短絡電流分散体の状態を目視で観察したところ、集電体層が溶断していた。すなわち、比較例１に係る短絡電流分散体は、釘刺し試験時、ジュール発熱による溶断によって第１の集電体層と第２の集電体層との接触が解除され易く、これにより短絡抵抗が不安定となったものと考えられる。
一方、第１の集電体層及び第２の集電体層として所定の高融点金属を用いた実施例１〜６に係る短絡電流分散体は、釘刺し試験時に安定して短絡電流分散体へ電流を流すことができた。釘刺し試験後、短絡電流分散体の状態を目視で観察しても溶断は確認されなかった。
３．追加実験
３．１．短絡電流分散体の作製
＜実施例７〜１１、比較例２〜５＞
第１の集電体層として下記表２に示される銅箔（福田箔粉工業社製、１Ｎ３０）又はアルミニウム箔（１Ｎ３０）を用い、第２の集電体層として下記表２に示される銅箔（福田箔粉工業社製、１Ｎ３０）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして短絡電流分散体を得た。ここで、実施例８においては、第１の集電体層及び第２の集電体層において銅箔を複数枚重ねるものとした。また、実施例９〜１１においては、第１の集電体層において銅箔を複数枚重ねるものとした。さらに、比較例３〜５においては、第１の集電体層においてアルミニウム箔を複数枚重ねるものとした。
３．１．短絡電流分散体の作製
＜実施例７〜１１、比較例２〜５＞
第１の集電体層として下記表２に示される銅箔（福田箔粉工業社製、１Ｎ３０）又はアルミニウム箔（１Ｎ３０）を用い、第２の集電体層として下記表２に示される銅箔（福田箔粉工業社製、１Ｎ３０）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして短絡電流分散体を得た。ここで、実施例８においては、第１の集電体層及び第２の集電体層において銅箔を複数枚重ねるものとした。また、実施例９〜１１においては、第１の集電体層において銅箔を複数枚重ねるものとした。さらに、比較例３〜５においては、第１の集電体層においてアルミニウム箔を複数枚重ねるものとした。
３．２．短絡抵抗の安定性評価
実施例７、８、比較例２〜５に係る短絡電流分散体それぞれについて、図４に示すような釘刺し試験装置を用いて、上述した方法（ただし、直流電源の設定は４．３Ｖ、２４５Ａとした）にて、釘刺し試験を行った。尚、釘刺し方向については、第１の集電体層から絶縁層を経て第２の集電体層へと向かう方向とした（すなわち、第１の集電体層を釘刺し方向の刺し入れ側に配置した）。釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を評価するとともに、釘刺し時に短絡電流分散体に流れる電流の平均値（平均電流）を求めた。平均電流が大きいほど好ましいといえる。結果を下記表３に示す。
実施例７、８、比較例２〜５に係る短絡電流分散体それぞれについて、図４に示すような釘刺し試験装置を用いて、上述した方法（ただし、直流電源の設定は４．３Ｖ、２４５Ａとした）にて、釘刺し試験を行った。尚、釘刺し方向については、第１の集電体層から絶縁層を経て第２の集電体層へと向かう方向とした（すなわち、第１の集電体層を釘刺し方向の刺し入れ側に配置した）。釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を評価するとともに、釘刺し時に短絡電流分散体に流れる電流の平均値（平均電流）を求めた。平均電流が大きいほど好ましいといえる。結果を下記表３に示す。
表３に示す結果から明らかなように、第１の集電体層としてアルミニウム箔を用いた比較例２〜５よりも、第１の集電体層として銅箔を用いた実施例７〜１１のほうが、釘刺し時に短絡電流分散体に流れる電流の平均値が大きくなり、且つ、釘刺し時に短絡電流分散体が安定して短絡した。実施例７〜１１においては、第１の集電体層を構成する金属として高融点金属である銅を採用することで、釘刺し試験時、第１の集電体層の溶断を防止できた結果、短絡電流分散体において第１の集電体層と第２の集電体層との接触安定性が向上したものと考えられる。この効果は銅以外の高融点金属を用いた場合においても発揮されるが、本発明者の知見では、特に、実施例７〜１１のように、第１の集電体層を構成する金属及び第２の集電体層を構成する金属を銅とした場合に、釘刺し試験時に短絡電流分散体を特に安定して短絡させることができ、短絡抵抗を特に小さくすることができる。
実施例７〜１１及び比較例２〜５の結果からすると、短絡電流分散体の釘刺し時に第１の集電体層と第２の集電体層との接触性を向上させて、短絡電流分散体の短絡抵抗をより小さくするためには、第１の集電体層及び第２の集電体層のうちの少なくとも一方（特に、釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に存在する集電体層）を、複数の金属箔によって構成することが好ましいことが分かる。特に、実施例８のように、第１の集電体層及び第２の集電体層の双方を複数の金属箔によって構成すると尚好ましい。
尚、上記の実施例１〜１１では、第１の集電体層と第２の集電体層とが同じ金属によって構成された例について説明したが、第１の集電体層と第２の集電体層とを異なる金属によって構成した場合でも、上記の溶断を防止できる限りにおいて、所望の効果を発揮できる。すなわち、第１の集電体層及び第２の集電体層が銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる場合に、所望の効果を発揮できるといえる。
以上のように、積層電池において発電要素とともに短絡電流分散体を設ける場合、当該短絡電流分散体を構成する集電体層に所定の高融点金属を用いることで、釘刺し試験時、集電体層の溶断を防止でき、短絡電流分散体の短絡抵抗を小さく維持でき、発電要素から短絡電流分散体へと回り込み電流を適切に分散させることができることが明らかとなった。
本発明に係る積層電池は、携帯機器用等の小型電源から車搭載用等の大型電源まで、広く好適に利用できる。
１０ 短絡電流分散体
１１ 第１の集電体層（複数の金属箔）
１１ａ 第１の集電タブ
１２ 第２の集電体層
１２ａ 第２の集電タブ
１３ 絶縁層
２０ａ、２０ｂ 発電要素
２１ 正極集電体層
２１ａ 正極集電タブ
２２ 正極材層
２３ 電解質層
２４ 負極材層
２５ 負極集電体層
２５ａ 負極集電タブ
１００ 積層電池
１１ 第１の集電体層（複数の金属箔）
１１ａ 第１の集電タブ
１２ 第２の集電体層
１２ａ 第２の集電タブ
１３ 絶縁層
２０ａ、２０ｂ 発電要素
２１ 正極集電体層
２１ａ 正極集電タブ
２２ 正極材層
２３ 電解質層
２４ 負極材層
２５ 負極集電体層
２５ａ 負極集電タブ
１００ 積層電池
Claims (9)
- 少なくとも一つの短絡電流分散体と少なくとも一つの発電要素とが積層された積層電池で
あって、
前記短絡電流分散体において、第１の集電体層と第２の集電体層と前記第１の集電体層及
び前記第２の集電体層の間に設けられた絶縁層とが積層されており、
前記発電要素において、正極集電体層と正極材層と電解質層と負極材層と負極集電体層と
が積層されており、
前記第１の集電体層が前記正極集電体層と電気的に接続されており、
前記第２の集電体層が前記負極集電体層と電気的に接続されており、
前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層が、銅、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、クロ
ム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる、
積層電池。 - 前記短絡電流分散体と前記発電要素とを収容する外装ケースを備え、
少なくとも一つの前記短絡電流分散体が前記発電要素と前記外装ケースとの間に設けられ
ている、
請求項１に記載の積層電池。 - 前記発電要素を複数備え、
複数の前記発電要素同士が電気的に並列に接続されている、
請求項１又は２に記載の積層電池。 - 前記発電要素における前記正極集電体層と前記正極材層と前記電解質層と前記負極材層と
前記負極集電体層との積層方向、
前記短絡電流分散体における前記第１の集電体層と前記絶縁層と前記第２の集電体層との
積層方向、及び、
前記短絡電流分散体と前記発電要素との積層方向、
が同じ方向である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層電池。 - 前記電解質層が固体電解質層である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層電池。 - 前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層が銅からなる、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層電池。 - 前記正極集電体層がアルミニウムからなり、
前記負極集電体層が銅からなる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層電池。 - 前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層のうちの少なくとも一方が、複数の金属箔から構成される、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層電池。 - 前記金属箔が銅箔である、
請求項８に記載の積層電池。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP7432410B2 (ja) | 2020-03-17 | 2024-02-16 | パナソニックホールディングス株式会社 | 非水電解質二次電池及び二次電池モジュール |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1197066A (ja) * | 1997-09-18 | 1999-04-09 | Denso Corp | 電 池 |
| JP2001068156A (ja) * | 1999-08-24 | 2001-03-16 | Hitachi Maxell Ltd | 積層形ポリマー電解質電池 |
| JP2009087600A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | リチウム二次電池 |
| US20130323546A1 (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-05 | Sb Limotive Co., Ltd. | Rechargeable secondary battery |
| JP2014082122A (ja) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Toyota Industries Corp | リチウムイオン二次電池 |
| JP2014093149A (ja) * | 2012-11-01 | 2014-05-19 | Toyota Industries Corp | 蓄電装置 |
| JP2017098207A (ja) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | トヨタ自動車株式会社 | 電極体を有する二次電池 |
| JP2017103123A (ja) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | トヨタ自動車株式会社 | 積層型全固体電池 |
-
2018
- 2018-04-25 JP JP2018084425A patent/JP2019140079A/ja active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1197066A (ja) * | 1997-09-18 | 1999-04-09 | Denso Corp | 電 池 |
| JP2001068156A (ja) * | 1999-08-24 | 2001-03-16 | Hitachi Maxell Ltd | 積層形ポリマー電解質電池 |
| JP2009087600A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | リチウム二次電池 |
| US20130323546A1 (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-05 | Sb Limotive Co., Ltd. | Rechargeable secondary battery |
| JP2014082122A (ja) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Toyota Industries Corp | リチウムイオン二次電池 |
| JP2014093149A (ja) * | 2012-11-01 | 2014-05-19 | Toyota Industries Corp | 蓄電装置 |
| JP2017098207A (ja) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | トヨタ自動車株式会社 | 電極体を有する二次電池 |
| JP2017103123A (ja) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | トヨタ自動車株式会社 | 積層型全固体電池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7432410B2 (ja) | 2020-03-17 | 2024-02-16 | パナソニックホールディングス株式会社 | 非水電解質二次電池及び二次電池モジュール |
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