JP2021190282A - 固体電池モジュール及び固体電池セル - Google Patents
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Abstract
【課題】固体電池セルの位置決めを容易に行え、積層体の位置ずれを抑制できる固体電池モジュール及び固体電池セルを提供すること。【解決手段】固体電池１１と、固体電池１１を収容する外装体１２と、を有する複数の固体電池セル１０と、絶縁部材１４と、複数の固体電池セル１０を載置する載置プレート４と、を有し、固体電池１１は、負極層と、固体電解質層と、正極層と、を有する積層体１１０と、集電体タブ１３と、を有し、絶縁部材１４は、積層体１１０の集電体タブ１３が配置される側面以外の側面に配置される、固体電池モジュール１。【選択図】図２
Description
本発明は、固体電池モジュール及び固体電池セルに関する。
近年、自動車、パソコン、携帯電話等の大小さまざまな電気・電子機器の普及により、高容量、高出力の電池の需要が急速に拡大している。このような電池としては、正極と負極との間に有機電解液を電解質として用いる液系電池セルや、有機電解液の電解質に代えて、難燃性の固体の固体電解質を用いた固体電池セルなどが挙げられる。
このような電池としては、直方体状のセルをラミネートフィルムで包み込んで板形状に密閉したラミネートセルタイプのものが知られており、ＥＶやＨＥＶ等の用途では、このようなラミネートセルタイプの電池セルを複数個並べてケース内に収納した組電池（以下、電池モジュール又は固体電池モジュールと記載する場合がある。）が使用されている。外装体で包み込むことにより、電池への大気の侵入を防ぐことができる（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示されているように、電池をフィルムで包み込んで密閉する際は、２枚のフィルムで電池を包み込み、互いに対向するフィルムの４つの辺を接合して接合部を設け、密閉することが一般的である。電池セルが上記接合部を有する場合、複数の電池セルを積層して電池モジュールを形成するには、接合部の形状を考慮して電池セル同士を固定する必要があった。
液系電池セルを積層して電池モジュールを形成する場合、電池モジュールは電池セルを固定する機能を有していればよい。しかし、固体電池セルを積層して固体電池モジュールを形成する場合、固体電池セルの拘束圧を高める必要があり、接合部の形状が一定しないことで固体電池セルの積層にずれが生じる問題があった。また、従来の固体電池セルは内包する積層体を基準に位置決めを行う必要があるが、積層体は外部から視認できないため、モジュールを形成する際の位置決めが困難であった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、固体電池セルの位置決めを容易に行え、積層体の位置ずれを抑制できる固体電池モジュール及び固体電池セルを提供することを目的とする。
（１）本発明は、固体電池と、前記固体電池を収容する外装体と、を有する複数の固体電池セルと、絶縁部材と、複数の前記固体電池セルを載置する載置プレートと、を有し、前記固体電池は、負極層と、固体電解質層と、正極層と、を有する積層体と、集電体タブと、を有し、前記絶縁部材は、前記積層体の前記集電体タブが配置される側面以外の側面に配置される、固体電池モジュールに関する。
（１）の発明によれば、固体電池セルの位置決めを容易に行え、積層体の位置ずれを抑制できる固体電池モジュールを提供できる。
（２）前記絶縁部材は、前記固体電池における前記積層体と、前記載置プレートとの間に配置される、（１）に記載の固体電池モジュール。
（２）の発明によれば、固体電池セルを、載置プレートを基準にして容易に位置決めすることができる。
（３） 前記絶縁部材は、前記積層体の積層方向に沿って配置される、（１）又は（２）に記載の固体電池モジュール。
（３）の発明によれば、積層体を絶縁部材上に位置決めして固定し、固体電池モジュールを構成できる。
（４） 固体電池と、絶縁部材と、前記固体電池及び前記絶縁部材を収容する外装体と、を有し、前記固体電池は、負極層と、固体電解質層と、正極層と、を有する積層体を有し、前記絶縁部材は、前記積層体の積層方向に沿って配置される、（１）から（３）のいずれかに記載の固体電池モジュールに用いられる固体電池セル。
（４）の発明によれば、積層体の位置ずれを抑制できる固体電池モジュールを構成する固体電池セルを提供できる。固体電池セルが予め絶縁部材を収容しているため、位置決めを容易に行うことができる。
（５） 前記外装体は、前記固体電池を収容するように１枚のフィルムが折り返されて形成された折り返し部と、互いに対向する前記フィルムの端部同士が接合された接合部と、を備える、（４）に記載の固体電池セル。
（５）の発明によれば、接合部を絶縁部材や載置プレートとの間に配置せずに固体電池モジュールを構成できるため、積層体の位置ずれを防止できる。また、固体電池モジュールの体積エネルギー密度を向上させることができる。
（６） 前記絶縁部材は、前記接合部に所定の厚みを持たせることで構成される、（５）に記載の固体電池セル。
（６）の発明によれば、接合部を利用して絶縁部材として構成できるため、組み立てに要する手間やコストを削減できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す実施形態は本発明を例示するものであって、本発明は以下の実施形態に限定されない。
《第１実施形態》
＜固体電池モジュール＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体電池モジュール１の概要を示す斜視図である。図１に示すように、固体電池モジュール１は、複数の固体電池セル１０と、支持体２と、冷却プレート３と、載置プレート４と、防振材５と、固定フィルム６と、を有する。なお、図１では図示を省略しているが、固体電池モジュール１の上面は、図２に示すようにトップカバー７で被覆される。
＜固体電池モジュール＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体電池モジュール１の概要を示す斜視図である。図１に示すように、固体電池モジュール１は、複数の固体電池セル１０と、支持体２と、冷却プレート３と、載置プレート４と、防振材５と、固定フィルム６と、を有する。なお、図１では図示を省略しているが、固体電池モジュール１の上面は、図２に示すようにトップカバー７で被覆される。
固体電池モジュール１は、複数の固体電池セル１０が複数積層されて電気的に接続されることで構成される。複数の固体電池セル１０は、載置プレート４上に載置される。複数の固体電池セル１０の一端面より、固体電池セル１０の電極を構成する集電体タブ１３が延出する。隣接する固体電池セル１０の集電体タブ１３は、バスバー通電部２０により電気的に接続される。固体電池セル１０の詳細な構成については後述する。
［支持体］
支持体２は、固体電池セル１０を支持し、固体電池セル１０の破損を防止する板状部材である。支持体２は、バスバー通電部２０と、集電タブ支持部２２と、載置プレート固定部２３と、を備える。支持体２は、上記以外に、支持体２の上端部等にくし形、鋸型又は貫通孔の放熱部を備えていてもよい。上記放熱部により、構造体２の表面積を増加させることで、固体電池セル１０から発生した熱を効果的に放熱できる。
支持体２は、固体電池セル１０を支持し、固体電池セル１０の破損を防止する板状部材である。支持体２は、バスバー通電部２０と、集電タブ支持部２２と、載置プレート固定部２３と、を備える。支持体２は、上記以外に、支持体２の上端部等にくし形、鋸型又は貫通孔の放熱部を備えていてもよい。上記放熱部により、構造体２の表面積を増加させることで、固体電池セル１０から発生した熱を効果的に放熱できる。
バスバー通電部２０は、集電体タブ１３又は集電体タブ１３と電気的に接続される集電タブリードを面支持すると共に、隣接する固体電池セル１０の集電体タブ１３又は上記集電タブリードを電気的に接続する。集電タブ支持部２２は、外装体１２を介して上記集電体タブ１３又は上記集電タブリードを面支持して構成される。これにより、固体電池セル１０の破損をより効果的に防止すると共に接続された複数の固体電池セル１０から発生した電気を介してバスバー通電部にまとめることが可能となる。載置プレート固定部２３は、支持体２の下部の両側に配置されており、支持体２を載置プレート４に固定する。載置プレート固定部２３により、固体電池セル１０を効果的に固定することが可能となり、固体電池セル１０の破損をより効果的に防止することができる。
支持体２は、隣接する固体電池セル１０の間に挟持される。支持体２は、固体電池セル１０の外装体１２と接触して固体電池セル１０を面支持することで、固体電池セル１０の破損を防止する。支持体２の材質は特に制限されず、金属や樹脂等を用いることができる。支持体２としては、熱伝導率の高い金属を用いることが好ましい。これにより、固体電池セル１０から発生した熱を効率的に放熱できる。
［冷却プレート］
冷却プレート３は、固体電池セル１０と接触することにより、固体電池セル１０から発生した熱を放熱する。冷却プレート３は例えば、固体電池セル１０の載置面に配置される電池セル載置部３１と、電池セル載置部３１から上方向に延在し、固体電池セル１０の間に挟持される電池セル挟持部３２と、を含む。本実施形態において、冷却プレート３は、積層された固体電池セル１０の端部にそれぞれ配置される。冷却プレート３は、上記に加えて、固体電池セル１０の載置面に配置されていてもよい。冷却プレート３の材質は特に制限されず、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。
冷却プレート３は、固体電池セル１０と接触することにより、固体電池セル１０から発生した熱を放熱する。冷却プレート３は例えば、固体電池セル１０の載置面に配置される電池セル載置部３１と、電池セル載置部３１から上方向に延在し、固体電池セル１０の間に挟持される電池セル挟持部３２と、を含む。本実施形態において、冷却プレート３は、積層された固体電池セル１０の端部にそれぞれ配置される。冷却プレート３は、上記に加えて、固体電池セル１０の載置面に配置されていてもよい。冷却プレート３の材質は特に制限されず、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。
［載置プレート］
載置プレート４は、複数の固体電池セル１０を載置する。載置プレート４の材質は特に制限はされず、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。これにより、固体電池セル１０の破損を効果的に防止することができると共に、固体電池セル１０から発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
載置プレート４は、複数の固体電池セル１０を載置する。載置プレート４の材質は特に制限はされず、金属のような熱伝導性の高い材質であることが好ましい。これにより、固体電池セル１０の破損を効果的に防止することができると共に、固体電池セル１０から発生した熱を効果的に放熱することが可能となる。
［防振材］
防振材５は、複数の固体電池セル１０を載置する部材である。本実施形態において、防振材５は、複数の固体電池セル１０毎に、冷却プレート３の上面に配置される。複数の固体電池セル１０は、防振材５を介して載置プレート４の上面に載置されてもよい。複数の固体電池セル１０が防振材５を介して載置されることで、固体電池セル１０の揺れを効果的に抑制することができる。防振材５の材質は、ウレタンゴムやシリコーンゴム等、防振材として従来公知の材質が用いられる。
防振材５は、複数の固体電池セル１０を載置する部材である。本実施形態において、防振材５は、複数の固体電池セル１０毎に、冷却プレート３の上面に配置される。複数の固体電池セル１０は、防振材５を介して載置プレート４の上面に載置されてもよい。複数の固体電池セル１０が防振材５を介して載置されることで、固体電池セル１０の揺れを効果的に抑制することができる。防振材５の材質は、ウレタンゴムやシリコーンゴム等、防振材として従来公知の材質が用いられる。
［固定フィルム］
固定フィルム６は、複数の固体電池セル１０を固定する。固定フィルム６により、固体電池セル１０の破損を効果的に防止できる。固定フィルム６の材質は特に限定されず、紙、布、フィルム（セロハン、ＯＰＰ、アセテート、ポリイミド、ＰＶＣ等）、金属箔等で構成される粘着テープ等を挙げることができる。
固定フィルム６は、複数の固体電池セル１０を固定する。固定フィルム６により、固体電池セル１０の破損を効果的に防止できる。固定フィルム６の材質は特に限定されず、紙、布、フィルム（セロハン、ＯＰＰ、アセテート、ポリイミド、ＰＶＣ等）、金属箔等で構成される粘着テープ等を挙げることができる。
［トップカバー］
トップカバー７は、固体電池モジュール１の上面を覆い、電池モジュール１の蓋に相当する。トップカバー７により、電池モジュール１の電気絶縁性が保たれる。トップカバー７の上方から、複数の固体電池セル１０に対して所定の圧力を加えることで、積層体１１０を絶縁部材１４上に位置決めすることができる。
トップカバー７は、固体電池モジュール１の上面を覆い、電池モジュール１の蓋に相当する。トップカバー７により、電池モジュール１の電気絶縁性が保たれる。トップカバー７の上方から、複数の固体電池セル１０に対して所定の圧力を加えることで、積層体１１０を絶縁部材１４上に位置決めすることができる。
図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図２に示すように、固体電池セル１０は固体電池１１を収容する外装体１２を有する。固体電池１１は、図４に示すように、積層体１１０を有する。積層体１１０と、載置プレート４との間には、図４中矢印で示す、積層体１１０の積層方向に沿って、絶縁部材１４が配置される。外装体１２の載置プレート４側と接する面は、接合部等の段差を有しない平滑な面である。これにより、上方であるトップカバー７側から固体電池セル１０に所定の圧力を加えることで、外装体１２に収容され、外部から視認不能な積層体１１０と、絶縁部材１４及び載置プレート４とを直接的又は間接的に当接させて位置決めすることができる。
図４は、図２における要部拡大図である。図４に示すように、固体電池モジュール１において、複数の固体電池セル１０における積層体１１０は同一の方向に積層され、端部が揃えられて固定される。これにより、固体電池モジュール１の入出力電圧を担保できると共に、電極の割れを抑制できる。また、集電体タブ１３の位置を均一に揃えることができ、固体電池モジュール１を製造する際の歩留まりを向上できる。
［固体電池セル］
固体電池セル１０は、図５に示すように、固体電池１１と、外装体１２と、集電体タブ１３と、絶縁部材１４と、を備える。本実施形態において、絶縁部材１４は、外装体１２に収容され、固体電池１１のいずれか一方側に配置される。絶縁部材１４を固体電池セル１０の外側に配置し、固体電池セル１０とは別体として構成してもよい。なお、本明細書中において、「電池」とは、外装体を含まず、以下に説明する積層体に上記集電タブリードを接続した構成を示す。「電池セル」とは、「電池」と外装体とを含む構成を示す。
固体電池セル１０は、図５に示すように、固体電池１１と、外装体１２と、集電体タブ１３と、絶縁部材１４と、を備える。本実施形態において、絶縁部材１４は、外装体１２に収容され、固体電池１１のいずれか一方側に配置される。絶縁部材１４を固体電池セル１０の外側に配置し、固体電池セル１０とは別体として構成してもよい。なお、本明細書中において、「電池」とは、外装体を含まず、以下に説明する積層体に上記集電タブリードを接続した構成を示す。「電池セル」とは、「電池」と外装体とを含む構成を示す。
固体電池１１は、図４に示すように、負極層１１４と、固体電解質層１１７と、正極層１１１とがこの順に複数積層された積層体１１０を有する。なお、セル構成によっては、正極層１１１が外装体１２側に配置されていてもよい。
負極層１１４は、それぞれ負極集電体１１５の両面に、負極活物質層１１６が積層されている。正極層１１１は、それぞれ正極集電体１１３の両面に、正極活物質層１１２が積層されている。これらは別層でもよく、集電体と活物質層とが一体となっていてもよい。
（負極活物質層）
負極活物質層１１６を構成する負極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の負極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、リチウム金属、Ｌｉ−Ａｌ合金やＬｉ−Ｉｎ合金等のリチウム合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のチタン酸リチウム、炭素繊維や黒鉛等の炭素材料等が挙げられる。
負極活物質層１１６を構成する負極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の負極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、リチウム金属、Ｌｉ−Ａｌ合金やＬｉ−Ｉｎ合金等のリチウム合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のチタン酸リチウム、炭素繊維や黒鉛等の炭素材料等が挙げられる。
（負極集電体）
負極集電体１１５は、特に限定されるものではなく、固体電池の負極に用いうる公知の集電体を適用することができる。負極集電体１１５の材料としては、例えばニッケル、銅、及びステンレス等を挙げることができる。また、負極集電体１１５の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、発泡状等を挙げることができ、中でも箔状が好ましい。
負極集電体１１５は、特に限定されるものではなく、固体電池の負極に用いうる公知の集電体を適用することができる。負極集電体１１５の材料としては、例えばニッケル、銅、及びステンレス等を挙げることができる。また、負極集電体１１５の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、発泡状等を挙げることができ、中でも箔状が好ましい。
（正極活物質層）
正極活物質層１１２を構成する正極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の正極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。正極活物質としては、イオン（例えば、リチウムイオン）を放出及び吸蔵可能な材料を適宜選択して用いることができる。正極活物質の具体例としては、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、ＬｉＮｉｐＭｎｑＣｏｒＯ２（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）、ＬｉＮｉｐＡｌｑＣｏｒＯ２（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘ−ｙＭｙＯ４（ｘ＋ｙ＝２、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＺｎから選ばれる少なくとも１種）で表される異種元素置換Ｌｉ−Ｍｎスピネル、リン酸金属リチウム（ＬｉＭＰＯ４、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉから選ばれる少なくとも１種）等が挙げられる。
正極活物質層１１２を構成する正極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の正極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。正極活物質としては、イオン（例えば、リチウムイオン）を放出及び吸蔵可能な材料を適宜選択して用いることができる。正極活物質の具体例としては、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、ＬｉＮｉｐＭｎｑＣｏｒＯ２（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）、ＬｉＮｉｐＡｌｑＣｏｒＯ２（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘ−ｙＭｙＯ４（ｘ＋ｙ＝２、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＺｎから選ばれる少なくとも１種）で表される異種元素置換Ｌｉ−Ｍｎスピネル、リン酸金属リチウム（ＬｉＭＰＯ４、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉから選ばれる少なくとも１種）等が挙げられる。
（正極集電体）
正極集電体１１３は、正極層の集電を行う機能を有するものであれば、特に限定されない。正極集電体１１３の材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、ニッケル、鉄及びチタン等を挙げることができる。中でもアルミニウム、アルミニウム合金及びステンレスが好ましい。正極集電体１１３の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、発泡状等を挙げることができる。中でも箔状が好ましい。
正極集電体１１３は、正極層の集電を行う機能を有するものであれば、特に限定されない。正極集電体１１３の材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、ニッケル、鉄及びチタン等を挙げることができる。中でもアルミニウム、アルミニウム合金及びステンレスが好ましい。正極集電体１１３の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、発泡状等を挙げることができる。中でも箔状が好ましい。
（固体電解質層）
固体電解質層１１７は、負極層１１４及び正極層１１１の間に積層され、少なくとも固体電解質材料を含有する。固体電解質は、例えば層状に形成される固体電解質層である。固体電解質層に含まれる固体電解質材料を介して、正極活物質及び負極活物質の間のイオン伝導（例えばリチウムイオン伝導）を行うことができる。
固体電解質層１１７は、負極層１１４及び正極層１１１の間に積層され、少なくとも固体電解質材料を含有する。固体電解質は、例えば層状に形成される固体電解質層である。固体電解質層に含まれる固体電解質材料を介して、正極活物質及び負極活物質の間のイオン伝導（例えばリチウムイオン伝導）を行うことができる。
（外装体）
外装体１２は、固体電池１１と密着して固定され、固体電池１１を収容する外装体である。固体電池１１を外装体１２によって密閉して収容することにより、固体電池１１への大気の侵入を防ぐことができる。
外装体１２は、固体電池１１と密着して固定され、固体電池１１を収容する外装体である。固体電池１１を外装体１２によって密閉して収容することにより、固体電池１１への大気の侵入を防ぐことができる。
外装体１２は、フィルムにより形成される。上記フィルムは、固体電池１１を収容する外装体１２を形成することのできるフィルムであれば特に制限はされない。外装体１２を形成するフィルムは、外装体１２に気密性を付与することができるようなフィルムであることが好ましい。外装体１２を形成する１枚のフィルムは、単層のフィルムであってもよいし、複数の層からなる積層体であってもよい。
外装体１２を形成するフィルムは、例えば、アルミニウム箔等の無機物薄膜、酸化ケイ素や酸化アルミニウム等の無機酸化物薄膜等からなるバリア層を備えることが好ましい。外装体１２がバリア層を備えることにより、外装体１２に気密性を付与することができる。
外装体１２を形成するフィルムは、ポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂からなるシール層を備えることが好ましい。フィルムに積層されたシール層同士を対向させて溶着させることにより、フィルム同士を接合することができる。そのため、接着剤を塗布する工程が不要となる。なお、外装体１２を形成するフィルムは、シール層を備えていなくてもよい。フィルム同士を接着剤によって接合することにより外装体１２を形成することもできる。
外装体１２を形成するフィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリプロピレン等からなる基材層と、上記のバリア層と、上記のシール層と、が積層された積層体を例示することができる。これらの層は、従来公知の接着剤を介して積層されていてもよく、押し出しコート法等によって積層されていてもよい。
外装体１２を形成するフィルムの好ましい厚さは、フィルムに用いられる材質によっても異なるが、５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。外装体１２を形成するフィルムの好ましい厚さは、７００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましい。
外装体１２は、図５に示すように、略直方体形状の固体電池１１を収容するように、１枚のフィルムが固体電池１１の一つの端面で折り返されて形成された折り返し部１２４を備える。また、外装体１２は、図６に示すように、互いに対向する端部同士が接合する接合部１２１ａ及び１２１ｂと、接合部１２２ａ及び１２２ｂと、接合部１２３ａ及び１２３ｂと、を備える。また、外装体１２は、折り返し部１２４と、互いに対向する側面１２５及び側面１２６と、を有する。
外装体１２は、固体電池１１を包み込んで密閉する際は、２枚のフィルムで固体電池１１を包み込み、互いに対向するフィルムの４つの辺を接合して密閉することが一般的だった。図７は、従来の外装体１２ａを有する固体電池セル１０ａにより構成される固体電池モジュール１ｂの概要を示す断面図である。図７に示すように、互いに対向するフィルムの４つの辺を接合して固体電池１１を密閉する従来の外装体１２ａは、載置プレート４ａ及びトップカバー５ａとの間に、接合部１２１ｃが配置されることとなる。フィルムで形成された接合部１２１ｃの形状は一定ではないため、載置プレート４ａ及びトップカバー５ａは接合部１２１ｃの形状を考慮した形状にする必要がある。しかし、図７に示すように、接合部１２１ｃの形状が一定しないことで、積層体の位置ずれが起こる恐れがある。固体電池セル１０ａは高い拘束圧力を加えて固定されるため、固体電池セル１０ａに収容される積層体の位置ずれが起こることで、固体電池モジュールの入出力電圧が担保できなくなることに加え、極板割れが発生する恐れがある。
本実施形態に係る外装体１２は、１枚のフィルムが固体電池１１の一つの端面で折り返されて形成される上記構成を有するため、載置プレート４との間に接合部を配置せずに構成できる。これにより、積層体１１０の積層ずれを抑制して固体電池モジュール１を構成できる。
（集電体タブ）
集電体タブ１３は、固体電池１１における負極集電体及び正極集電体が固体電池１１の一端面及び他端面から引き出されて構成される。本実施形態においては、集電体タブ１３はそれぞれの集電体から引き出されていればよい。即ち、集電体タブ１３は、それぞれの集電体が延出したものであってもよいし、集電体とは異なる部材であってもよい。集電体タブ１３に用いることのできる材質は、特に限定されず、従来固体電池に用いられているものと同様の材質を用いることができる。
集電体タブ１３は、固体電池１１における負極集電体及び正極集電体が固体電池１１の一端面及び他端面から引き出されて構成される。本実施形態においては、集電体タブ１３はそれぞれの集電体から引き出されていればよい。即ち、集電体タブ１３は、それぞれの集電体が延出したものであってもよいし、集電体とは異なる部材であってもよい。集電体タブ１３に用いることのできる材質は、特に限定されず、従来固体電池に用いられているものと同様の材質を用いることができる。
（絶縁部材）
絶縁部材１４は、積層体１１０の集電体タブ１３が配置される側面以外の側面に配置される。絶縁部材１４は、図４に示すように、積層体１１０の積層方向に沿って配置されることが好ましい。絶縁部材１４が配置されることで、図４に示すように、複数の固体電池１１における積層体１１０の積層方向を同一の方向とし、積層体１１０の各層の端部の位置を揃えて固体電池モジュール１を構成できる。
絶縁部材１４は、積層体１１０の集電体タブ１３が配置される側面以外の側面に配置される。絶縁部材１４は、図４に示すように、積層体１１０の積層方向に沿って配置されることが好ましい。絶縁部材１４が配置されることで、図４に示すように、複数の固体電池１１における積層体１１０の積層方向を同一の方向とし、積層体１１０の各層の端部の位置を揃えて固体電池モジュール１を構成できる。
絶縁部材１４の材質としては、積層体１１０との絶縁性が確保され、剛性を有する部材であれば特に限定されない。絶縁部材１４は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等の樹脂材料、パルプ等により製造される繊維材料、表面に絶縁性を有する樹脂等の部材が配置された金属材料等を用いることができる。また、外装体１２の一部、例えば接合部１２１ａ及び１２１ｂに所定の厚みを持たせることで、絶縁部材１４として用いることもできる。
［固体電池セル１０の製造方法］
固体電池セル１０の製造方法は、例えば、図６に示すように、（ａ）外装体１２を製造する工程と、（ｂ）固体電池１１及び絶縁部材１４を外装体１２上に載置する工程と、（ｃ）外装体１２を筒状に折り返して接合する工程と、（ｄ）他の接合部を溶着してシールする工程と、を有する。
固体電池セル１０の製造方法は、例えば、図６に示すように、（ａ）外装体１２を製造する工程と、（ｂ）固体電池１１及び絶縁部材１４を外装体１２上に載置する工程と、（ｃ）外装体１２を筒状に折り返して接合する工程と、（ｄ）他の接合部を溶着してシールする工程と、を有する。
（ａ）外装体１２を製造する工程では、一枚の外装体１２を予め折り畳み線等を形成することにより作成する。この折り畳み線等は、外装体１２に収容される固体電池１１の形状や大きさに沿って作成される。
（ｂ）固体電池１１及び絶縁部材１４を外装体１２上に載置する工程では、上記外装体１２上に形成された折り畳み線に沿って固体電池１１を外装体１２上に載置する。そして、固体電池１１の積層体１１０の積層方向に沿って、絶縁部材１４を固体電池１１に当接するように配置する。なお、図６では絶縁部材１４を折り返し部１２４側に配置しているが、これに限定されず、絶縁部材１４を接合部１２１ａ及び１２１ｂ側に配置してもよい。
（ｃ）外装体１２を筒状に折り返して接合する工程では、固体電池１１及び絶縁部材１４を内部に収容するように外装体１２を筒状に折り返し、内面にシール層が設けられる接合部１２１ａと１２１ｂとを外部から熱を加えることにより溶着して接合する。
（ｄ）他の接合部を溶着してシールする工程では、接合部１２２ａ及び１２２ｂ、並びに１２３ａ及び１２３ｂを、集電体タブ１３を挟持して接合する。これにより、フィルム同士が接合された外装体１２の接合部を減らしてデッドスペースの形成を抑制し、固体電池セル１０の体積エネルギー密度を効果的に向上させることができる。
固体電池１１が固体電池である場合、上記（ｄ）の工程の前に外装体１２の内部を真空引きすることが好ましい。これにより、折り返し部１２４が形成されている電池セルの端部面にも均一に大気圧が加わることとなり、より強固に固体電池を固定することが可能となる。また、振動による固体電池の積層ずれや電極割れを抑制して耐久性を向上させることができる。
なお、上記（ｃ）における外装体１２を筒状に折り返して接合した後に、筒状に形成された外装体１２内に固体電池１１及び絶縁部材１４を挿入してもよい。しかし、上記手順により、折り畳み線が形成されたフィルム上に固体電池１１及び絶縁部材１４を載置して、シール部同士をシールすることにより、より隙間のない状態で電池を収容することができる。従って、上記手順によれば、固体電池セル１０の体積エネルギー密度を効果的に向上させることができる。
以下、本発明の他の実施形態について説明する。上記第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する場合がある。
《第２実施形態》
図３は、第２実施形態に係る固体電池モジュール１ａを示す図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図に相当する。本実施形態に係る固体電池モジュール１ａは、載置プレート４と固体電池１１との間に絶縁部材１４が配置されるだけでなく、トップカバー７と固体電池１１との間にも絶縁部材１４ａが配置される。これにより、トップカバー７の上方から所定の圧力で複数の固体電池セル１０を押圧することで、積層体１１０をより確実に位置決めすることが可能となる。
図３は、第２実施形態に係る固体電池モジュール１ａを示す図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図に相当する。本実施形態に係る固体電池モジュール１ａは、載置プレート４と固体電池１１との間に絶縁部材１４が配置されるだけでなく、トップカバー７と固体電池１１との間にも絶縁部材１４ａが配置される。これにより、トップカバー７の上方から所定の圧力で複数の固体電池セル１０を押圧することで、積層体１１０をより確実に位置決めすることが可能となる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の効果を阻害しない範囲内において適宜変更を加えたものも本発明の範囲に含まれる。
上記実施形態では、図２及び図３において、絶縁部材１４及び１４ａは外装体１２の内部に配置されているが、上記に限定されない。絶縁部材１４及び１４ａは積層体１１０と載置プレート４の間、又は積層体１１０とトップカバー７との間のいずれかに配置されていればよい。従って、絶縁部材１４は外装体１２の外部に配置されていてもよい。
上記実施形態では、図２において、絶縁部材１４は積層体１１０と載置プレート４の間に配置されている。また、図３において、上記に加え、絶縁部材１４ａは積層体１１０とトップカバー７との間に配置されているが、上記に限定されない。積層体１１０とトップカバー７との間に配置される上記絶縁部材１４ａのみを有する構成も、本発明の範囲に含まれる。なお、図３におけるように、上記絶縁部材１４及び１４ａを共に有することが最も好ましい。
絶縁部材１４は、積層体１１０及び載置プレート４と直接当接していなくてもよい。絶縁部材１４は、図２に示すように、防振材５や保護材等の他の部材を介して、間接的に積層体１１０及び、載置プレート４又はトップカバー７と当接していてもよい。
上記第１実施形態では、絶縁部材１４は積層体１１０と載置プレート４との間にのみ配置される構成として説明したが、上記に限定されない。絶縁部材１４は、例えば、積層体１１０と固定フィルム６との間にも配置されていてもよい。これにより、積層体１１０の位置ずれをより好ましく抑制できる。
１、１ａ 固体電池モジュール
１０ 固体電池セル
１１ 固体電池
１１０ 積層体
１１１ 正極層
１１４ 負極層
１１７ 固体電解質層
１２ 外装体
１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂ 接合部
１２４ 折り返し部
１３ 集電体タブ
１４、１４ａ 絶縁部材
４ 載置プレート
１０ 固体電池セル
１１ 固体電池
１１０ 積層体
１１１ 正極層
１１４ 負極層
１１７ 固体電解質層
１２ 外装体
１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂ 接合部
１２４ 折り返し部
１３ 集電体タブ
１４、１４ａ 絶縁部材
４ 載置プレート
Claims (6)
- 固体電池と、前記固体電池を収容する外装体と、を有する複数の固体電池セルと、
絶縁部材と、
複数の前記固体電池セルを載置する載置プレートと、を有し、
前記固体電池は、負極層と、固体電解質層と、正極層と、を有する積層体と、集電体タブと、を有し、
前記絶縁部材は、前記積層体の前記集電体タブが配置される側面以外の側面に配置される、固体電池モジュール。 - 前記絶縁部材は、前記固体電池における前記積層体と、前記載置プレートとの間に配置される、請求項１に記載の固体電池モジュール。
- 前記絶縁部材は、前記積層体の積層方向に沿って配置される、請求項１又は２に記載の固体電池モジュール。
- 固体電池と、絶縁部材と、前記固体電池及び前記絶縁部材を収容する外装体と、を有し、
前記固体電池は、負極層と、固体電解質層と、正極層と、を有する積層体を有し、
前記絶縁部材は、前記積層体の積層方向に沿って配置される、請求項１から３のいずれかに記載の固体電池モジュールに用いられる固体電池セル。 - 前記外装体は、前記固体電池を収容するように１枚のフィルムが折り返されて形成された折り返し部と、互いに対向する前記フィルムの端部同士が接合された接合部と、を備える、請求項４に記載の固体電池セル。
- 前記絶縁部材は、前記接合部に所定の厚みを持たせることで構成される、請求項５に記載の固体電池セル。
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