JP2022105264A - 全固体電池 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022105264000001
【課題】全固体電池を提供する。
【解決手段】第１方向に対向する第１及び第２面、第２方向に対向する第３及び第４面、第３方向に対向する第５及び第６面を有し、固体電解質、及び上記固体電解質を挟んで第３方向に積層された正極及び負極を含む電極組立体と、上記電極組立体の上記第３面上に配置される第１マージン部と、上記電極組立体の上記第４面上に配置される第２マージン部と、を含む電池本体と、上記電極組立体の第１面上に配置される第１連結部と、上記電極組立体の第２面上に配置される第２連結部と、を含み、上記第１連結部は、上記正極と連結される第１集電電極と、上記第１集電電極上に配置される第１保護部と、を含み、上記第２連結部は、上記負極と連結される第２集電電極と、上記第２集電電極上に配置される第２保護部と、を含み、上記第１集電電極及び第２集電電極は、上記第１連結及び第２連結部の第３方向の何れか一面に引き出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、全固体電池に関する。
近年、電気をエネルギー源として用いる装置が増えている。スマートフォン、カムコーダー、ノート型パソコン、及び電気自動車などの電気を用いる適用分野が拡大しており、これに伴い、電気化学素子を用いた電気貯蔵素子に対する関心が高くなっている。種々の電気化学素子の中でも、充・放電が可能であり、且つ作動電圧が高く、エネルギー密度が著しく大きいリチウム二次電池が脚光を浴びている。
リチウム二次電池は、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能な物質を正極及び負極に適用し、上記正極と負極との間に液体電解質を注入させることで製造され、上記負極及び正極におけるリチウムイオンの挿入及び脱離による酸化還元反応により、電気が生成または消費される。かかるリチウム二次電池は、基本的に電池の作動電圧範囲で安定し、十分に速い速度でイオンを伝達できる性能を有する必要がある。
かかるリチウム二次電池に非水系電解液のような液体電解質を用いる場合、放電容量及びエネルギー密度が大きいという利点がある。しかし、リチウム二次電池は高電圧の実現が困難であり、電解液の漏れ、火災及び爆発の危険性が高いという問題がある。
上記の問題を解決すべく、液体電解質の代わりに固体電解質を適用した二次電池が代案として提示されている。固体電解質は、ポリマー系固体電解質とセラミック系固体電解質に区分され、中でも、セラミック系固体電解質は高い安定性を示す利点がある。しかしながら、セラミック系固体電解質には、電解質と電極の界面接触不良及び界面副反応などにより、イオン伝導度が減少したり、充放電効率が低下するという問題がある。
本発明の様々な目的の１つは、耐湿信頼性に優れた全固体電池を提供することにある。
本発明の様々な目的の１つは、生産工程を簡素化することができる全固体電池を提供することにある。
本発明の様々な目的の１つは、小型化が可能な全固体電池を提供することにある。
本発明の一実施形態は、第１方向に対向する第１及び第２面、第２方向に対向する第３及び第４面、第３方向に対向する第５及び第６面を有し、固体電解質層、及び上記固体電解質層を挟んで第３方向に積層された正極及び負極を含む電極組立体と、上記電極組立体の上記第３面上に配置される第１マージン部と、上記電極組立体の上記第４面上に配置される第２マージン部と、を含む電池本体と、上記電極組立体の第１面上に配置される第１連結部と、上記電極組立体の第２面上に配置される第２連結部と、を含む全固体電池であって、上記第１連結部は、上記正極と連結される第１集電電極と、上記第１集電電極上に配置される第１保護部と、を含み、上記第２連結部は、上記負極と連結される第２集電電極と、上記第２集電電極上に配置される第２保護部と、を含み、上記第１集電電極及び第２集電電極は、上記第１連結部及び第２連結部の第３方向の何れか一面に引き出される、全固体電池を提供することができる。
本発明の他の実施形態は、第１方向に対向する第１及び第２面、第２方向に対向する第３及び第４面、第３方向に対向する第５及び第６面を有し、誘電体層、及び上記誘電体層を挟んで第２方向に積層された正極及び負極を含む電極組立体と、上記電極組立体の上記第３面上に配置される第１マージン部と、上記電極組立体の上記第４面上に配置される第２マージン部と、を含む電池本体と、上記電極組立体の第１面上に配置される第１連結部と、上記電極組立体の第２面上に配置される第２連結部と、を含む全固体電池であって、上記第１連結部は、上記正極と連結される第１集電電極と、上記第１集電電極上に配置される第１保護部と、を含み、上記第２連結部は、上記負極と連結される第２集電電極と、上記第２集電電極上に配置される第２保護部と、を含み、上記第１集電電極及び第２集電電極は、上記第１連結部及び第２連結部の第３方向の何れか一面に引き出される、全固体電池を提供することができる。
本発明による様々な効果の１つは、耐湿信頼性に優れた全固体電池を提供することができることである。
本発明による様々な効果の１つは、生産工程を簡素化し、工程効率を高めることができる全固体電池を提供することができることである。
本発明による様々な効果の１つは、製品の小型化が可能な全固体電池を提供することができることである。
但し、本発明の多様で且つ有益な利点と効果は上述の内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解されることができる。
本発明の一実施形態による全固体電池を概略的に示す斜視図である。 図１のＩ－Ｉ'に沿った断面図である。 図２のＡ領域の拡大図である。 図１の電池本体を概略的に示す斜視図である。 図４の電極組立体を概略的に示す斜視図である。 図４をＸ方向からみた正面図である。 図１の第１連結部の内部を示す図である。 本発明の一実施形態による全固体電池の変形例を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態による全固体電池の変形例を示す斜視図である。 図９のＩＩ－ＩＩ'に沿った断面図である。 図９の第１連結部の内部を示す図である。 本発明の他の実施形態による全固体電池を概略的に示す斜視図である。 図１２のＩＩＩ－ＩＩＩ'に沿った断面図である。 図１３のＢ領域の拡大図である。 図１２の電池本体を概略的に示す斜視図である。 図１３の電極組立体を概略的に示す斜視図である。 図１２の第１連結部の内部を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態による全固体電池の断面図である。 図１８の電池本体を概略的に示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による全固体電池の断面図である。 図２０の電池本体を概略的に示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による全固体電池を概略的に示す斜視図である。 図２２の第１連結部の内部を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態による全固体電池を概略的に示す斜視図である。 図２４の第１連結部の内部を示す図である。
以下、具体的な実施形態及び添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。これは、本明細書に記載された技術を特定の実施形態に限定しようとするのではなく、本発明の実施例の多様な変更（ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）、均等物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）、及び／または代替物（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ）を含むと理解されるべきである。図面の説明に係わり、類似の構成要素に対しては、類似の参照符号が用いられる。
なお、本発明を明確に説明すべく、図面において説明と関係ない部分は省略し、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。
本明細書において、「有する」、「有することができる」、「含む」、または「含むことができる」などの表現は、該当特徴（例えば、数値、機能、動作、または部品などの構成要素）の存在を指し、追加的な特徴の存在を排除しない。
本明細書において、「Ａ及び／またはＢ」、「Ａ及びＢのうち少なくとも１つ」、または「Ａ及びＢのうち１つまたはそれ以上」などの表現は、ともに挙げられた項目の全ての可能な組み合わせを含み得る。例えば、「Ａ及び／またはＢ」、「Ａ及びＢのうち少なくとも１つ」、または「Ａ及びＢのうち１つまたはそれ以上」は、（１）少なくとも１つのＡを含む場合、（２）少なくとも１つのＢを含む場合、または（３）少なくとも１つのＡ及び少なくとも１つのＢの両方を含む場合を何れも指すことができる。
図面において、Ｘ方向は第１方向、Ｌ方向または長さ方向、Ｙ方向は第２方向、Ｗ方向または幅方向、Ｚ方向は第３方向、Ｔ方向、または厚さ方向と定義されることができる。
本発明は、全固体電池１００に関する。図１から図７は、本発明の一実施形態による全固体電池１００を概略的に示す図である。図１から図７を参照すると、本発明による全固体電池１００は、第１方向（Ｘ方向）に対向する第１及び第２面Ｓ１、Ｓ２、第２方向（Ｙ方向）に対向する第３及び第４面Ｓ３、Ｓ４、第３方向（Ｚ方向）に対向する第５及び第６面Ｓ５、Ｓ６を有し、固体電解質１１１、及び上記固体電解質１１１を挟んで第３方向（Ｚ方向）に積層された正極１２１及び負極１２２を含む電極組立体１２０と、上記電極組立体１２０の上記第３面Ｓ３上に配置される第１マージン部１３１と、上記電極組立体１２０の上記第４面Ｓ４上に配置される第２マージン部１３２と、を含む電池本体１１０と、上記電極組立体１２０の第１面上に配置される第１連結部１４１と、上記電極組立体１２０の第２面上に配置される第２連結部１４２と、を含むことができる。
この際、上記第１連結部１４１は、上記正極１２１と連結される第１集電電極１４１ａと、上記第１集電電極１４１ａ上に配置される第１保護部１４１ｂと、を含み、上記第２連結部１４２は、上記負極１２２と連結される第２集電電極１４２ａと、上記第２集電電極１４２ａ上に配置される第２保護部１４２ｂと、を含むことができる。また、上記第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａは、上記第１連結部１４１及び第２連結部１４２の第３方向（Ｚ方向）の何れか一面にそれぞれ引き出されることができる。上記第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａが引き出される面は、電極組立体１２０の第５面Ｓ５の方向または第６面Ｓ６の方向であることができる。
すなわち、本実施形態による全固体電池１００の集電電極は、６つの外部面のうち、第３方向（Ｚ方向）の何れか一面のみに電極が引き出される構造であることができる。また、本実施形態による全固体電池１００をみたときに、各集電電極は、５つの面では引き出される電極が見えず、第３方向（Ｚ方向）の１つの面でのみ外部に引き出された電極が見える構造であることができる。
図２を参照すると、第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａは電極組立体１２０の第３方向（Ｚ方向）の一面（第６面、Ｓ６）を介して引き出され、上記第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａは、上記電池本体１１０を挟んで互いに離隔して配置されることができる。従来の焼結型全固体電池は、正極及び負極と連結される外部電極が電池本体のヘッド面を覆うように配置される構造を用いていた。この場合、電池本体と外部電極との間に開きが発生したり、電池本体と外部電極との間に水分が侵透するなどの問題があった。本発明の上記実施形態は、外部に露出する電極を最小化することで、外部の水分浸透などを効果的に防止し、優れた耐湿信頼性を実現することができる。
また、従来技術では、外部電極と電池本体との収縮挙動の差によって内部応力が残留する場合があり、これにより、電池自体の機械的強度が低下するという問題があった。本発明による全固体電池は、別の外部電極を形成せず、かつ後述のように１回の焼結過程を経て電池本体と電極を同時に焼成することで、電池自体の機械的強度を向上させることができる。尚、別の外部電極が配置されないため、部品自体の小型化が可能である。
本発明による全固体電池１００の第１連結部１４１は、第１集電電極１４１ａ及び第１保護部１４１ｂを含むことができる。また、第２連結部１４２は、第２集電電極１４２ａ及び第２保護部１４２ｂを含むことができる。
本発明の一例示において、全固体電池１００の第１保護部１４１ｂは、第１集電電極１４１ａの少なくとも一部を覆うように配置され、第２保護部１４２ｂは、第２集電電極１４２ａの少なくとも一部を覆うように配置されることができる。上記保護部が集電電極の少なくとも一部を覆うように配置されるということは、本発明による全固体電池１００の電極組立体１２０に配置される第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａの第１方向（Ｘ方向）の両面の少なくとも一部上に保護部が配置される状態を意味し、上記第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａと上記保護部の少なくとも一部が接して配置される状態を意味し得る。
他の例示において、全固体電池１００の第１保護部１４１ｂは、第１集電電極１４１ａの第１方向（Ｘ方向）の一面を全て覆うように配置され、第２保護部１４２ｂは、第２集電電極１４２ａの第１方向（Ｘ方向）の一面を全て覆うように配置されることができる。上記保護部が引き出し電極の第１方向の一面を全て覆うように配置されるということは、本発明による全固体電池１００を第１方向（Ｘ方向）からみたときに保護部のみが見え、引き出し電極は保護部により隠れて見えない状態を意味し得る。すなわち、上記第１保護部１４１ｂは、第１集電電極１４１ａを第１方向に露出させないように配置され、第２保護部１４２ｂは、第２集電電極１４２ａを第１方向（Ｘ方向）に露出させないように配置されることができる。このように、第１保護部１４１ｂが第１集電電極１４１ａを覆うように配置され、第２保護部１４２ｂが第２集電電極１４２ａを覆うように配置される場合、引き出し電極が外部に露出する面積を減らすことができるため、外部の水分が浸透する経路を最小化することができる。
また、本発明の一実施形態による全固体電池１００の第１保護部１４１ｂは、電極組立体１２０の第１面Ｓ１を覆うように配置されることができ、第２保護部１４２ｂは、電極組立体１２０の第２面Ｓ２を覆うように配置されることができる。したがって、第１集電電極１４１ａは電極組立体１２０の第１面Ｓ１に接して配置され、上記第１集電電極１４１ａを覆うように第１保護部１４１ｂが配置されることができる。また、上記第２集電電極１４２ａは電極組立体１２０の第２面Ｓ２に接して配置され、上記第２集電電極１４２ａを覆うように第２保護部１４２ｂが配置されることができる。すなわち、第１集電電極１４１ａは、上記電極組立体１２０の第１面Ｓ１上に配置され、正極１２１と連結されるように配置されることができ、第２集電電極１４２ａは、上記電極組立体１２０の第２面Ｓ２上に配置され、負極１２２と連結されるように配置されることができる。
本発明の一実施形態において、全固体電池１００の第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａの第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値は、上記電池本体１１０の第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値より小さくてもよい。図７は、本発明の一実施形態による第１連結部１４１の断面を概略的に示したものである。本明細書において、第１連結部１４１についての説明は第２連結部１４２にも同様に適用されることができる。図１及び図７を参照すると、第１連結部１４１の第１集電電極１４１ａ及び／または第２連結部１４２の第２集電電極１４２ａの第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ２は、上記電池本体１１０の第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ１より小さくてもよい。すなわち、Ｗ２＜Ｗ１の関係を満たすことができる。本明細書において、ある部材の幅の最大値は、上記部材の任意の５箇所で第２方向（Ｙ方向）に平行な方向に測定した値のうち最大値を意味し、常温（２５℃）及び常圧（１気圧）で測定した値であることができる。第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａの第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値が上記電池本体１１０の第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値より小さい場合、本発明による全固体電池１００の第２方向（Ｙ方向）に第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａが露出しないため、耐湿性をさらに向上させることができる。
一例示において、本発明による第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａの第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値は、上記電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値より小さくてもよい。図１及び図７を参照すると、第１連結部１４１の第１集電電極１４１ａ及び／または第２連結部１４２の第２集電電極１４２ａの第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ２は、上記電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ１より小さくてもよい。すなわち、Ｈ２＜Ｈ１の関係を満たすことができる。本明細書において、ある部材の高さの最大値は、上記部材の任意の５箇所で第３方向（Ｚ方向）に平行な方向に測定した値のうち最大値を意味し、常温（２５℃）及び常圧（１気圧）で測定した値であることができる。第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａの第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値が上記電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値より小さい場合、本発明による全固体電池１００の第３方向（Ｚ方向）の一面のみに第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａが露出するようにすることで、水分浸透可能性を減らすことができる。
前述のように、第１保護部１４１ｂが第１集電電極１４１ａの第１方向（Ｘ方向）の一面を全て覆うように配置され、第２保護部１４２ｂが第２集電電極１４２ａの第１方向（Ｘ方向）の一面を全て覆うように配置される場合、上記第１保護部１４１ｂ及び／または第２保護部１４２ｂの第３方向の高さ（Ｚ方向）は、電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ１と等しいことができる。すなわち、上記第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂは、上記電池本体１１０の第１方向の両面上に配置され、少なくとも上記電池本体１１０の厚さ方向を全て覆うように配置されることができる。
また、前述のように、第１保護部１４１ｂが第１集電電極１４１ａの第１方向（Ｘ方向）の一面を全て覆うように配置され、第２保護部１４２ｂが第２集電電極１４２ａの第１方向（Ｘ方向）の一面を全て覆うように配置される場合、上記第１保護部１４１ｂ及び／または第２保護部１４２ｂの第２方向の幅（Ｙ方向）は、電池本体１１０の第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ１と等しいことができる。すなわち、上記第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂは、上記電池本体１１０の第１方向の両面上に配置され、少なくとも上記電池本体１１０の幅方向を全て覆うように配置されることができる。
また、本発明の一例示において、第１保護部１４１ｂが第１集電電極１４１ａの第１方向（Ｘ方向）の一面を全て覆うように配置され、第２保護部１４２ｂが第２集電電極１４２ａの第１方向（Ｘ方向）の一面を全て覆うように配置される場合、上記第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂは上記電池本体１１０の第１方向の両面を全て覆うように配置されることができる
本発明の一実施形態において、本発明による全固体電池１００の電池本体１１０は、電極組立体１２０と、第１マージン部１３１と、第２マージン部１３２と、を含むことができる。上記電極組立体１２０は、固体電解質層１１１と、上記固体電解質層１１１を挟んで第３方向（Ｚ方向）に積層された正極１２１及び負極１２２と、を含むことができる。
上記正極及び負極１２１、１２２は、各端面が電池本体１１０の対向する両端部にそれぞれ露出するように積層されることができる。具体的に、上記電池本体１１０の第１方向（Ｘ方向）の両面に上記正極及び負極１２１、１２２がそれぞれ露出することができ、上記電池本体１１０の第１面Ｓ１の方向に正極１２１が露出し、第２面Ｓ２の方向に負極１２２が露出することができる。
一例示において、本発明による全固体電池１００の正極１２１は、正極集電体１２１ａ及び正極活物質１２１ｂを含むことができる。図３は図２のＡ領域の拡大図である。図３を参照すると、本例示の全固体電池１００の正極１２１は、正極集電体１２１ａの第３方向の両面に正極活物質１２１ｂが配置された構造を有することができる。
本発明の一例示において、正極１２１に含まれる正極活物質１２１ｂは、十分な容量を確保可能なものであれば、特に制限されない。例えば、上記正極活物質１２１ｂは、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウム鉄リン酸化物、及びリチウムマンガン酸化物からなる群から選択される１つ以上を含むことができるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、当該技術分野において利用可能なあらゆる正極活物質が用いられることができる。
上記正極活物質は、例えば、下記化学式で表される化合物であることができる：ＬｉａＡ１－ｂＭｂＤ２（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５）；ＬｉａE１－ｂＭｂＯ２－ｃＤｃ（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５）；ＬｉＥ２－ｂＭｂＯ４－ｃＤｃ（式中、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５）；ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＤα（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α≦２）；ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－αＸα（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α＜２）；ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＣｏｂＭｃＯ２－αＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α＜２）；ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＤα（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α≦２）；ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－αＸα（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α＜２）；ＬｉａＮｉ１－ｂ－ｃＭｎｂＭｃＯ２－αＸ２（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５、０＜α＜２）；ＬｉａＮｉｂＥｃＧｄＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０．００１≦ｄ≦０．１）；ＬｉａＮｉｂＣｏｃＭｎｄＧｅＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５、０．００１≦ｅ≦０．１）；ＬｉａＮｉＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０．００１≦ｂ≦０．１）；ＬｉａＣｏＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０．００１≦ｂ≦０．１）；ＬｉａＭｎＧｂＯ２（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０．００１≦ｂ≦０．１）；ＬｉａＭｎ２ＧｂＯ４（式中、０．９０≦ａ≦１．８、０．００１≦ｂ≦０．１）；ＱＯ２；ＱＳ２；ＬｉＱＳ２；Ｖ２Ｏ５；ＬｉＶ２Ｏ２；ＬｉＲＯ２；ＬｉＮｉＶＯ４；Ｌｉ（３－ｆ）Ｊ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）；Ｌｉ（３－ｆ）Ｆｅ２（ＰＯ４）３（式中、０≦ｆ≦２）；及びＬｉＦｅＰＯ４、上記化学式中、Ａは、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＭｎ；Ｍは、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｖ、または希土類元素（ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈ ｅｌｅｍｅｎｔ）；Ｄは、Ｏ、Ｆ、Ｓ、またはＰ；Ｅは、ＣｏまたはＭｎ；Ｘは、Ｆ、Ｓ、またはＰ；Ｇは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｒ、またはＶ；Ｑは、Ｔｉ、Ｍｏ、またはＭｎ；Ｒは、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｃ、またはＹ；Ｊは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはＣｕである。
上記正極活物質はまた、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎｘＯ２ｘ（式中、ｘは１または２）、ＬｉＮｉ１－ｘＭｎｘＯ２ｘ（式中、０＜ｘ＜１）、ＬｉＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＭｎｙＯ２（式中、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）、ＬｉＦｅＰＯ４、ＴｉＳ２、ＦｅＳ２、ＴｉＳ３、またはＦｅＳ３であることができるが、これに制限されるものではない。
上記正極集電体としては、網状またはメッシュ状などの多孔体を用いることができ、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウムなどの多孔性金属板を用いることができるが、これらに制限されるものではない。また、上記正極集電体は、酸化を防止するために、耐酸化性の金属または合金被膜により被覆されてもよい。
本発明による全固体電池の正極は、導電剤及びバインダーを選択的に含むことができる。上記導電剤としては、本発明の全固体電池に化学的変化を誘発することなく、且つ導電性を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボン系物質；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン；アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが用いられることができる。
上記バインダーは、上記活物質と導電剤などの結合力を向上させるために用いることができる。上記バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－プロピレン－ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、及び様々な共重合体などが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
本発明の二次電池に適用される正極は、正極活物質を含む組成物を、銅などの金属を含む正極集電体上に直接コーティング及び乾燥することで製造されることができる。または、正極活物質組成物を別の支持体上にキャストした後、それを硬化することで正極が製造されることができ、この場合、別の正極集電体を含まなくてもよい。
本発明による全固体電池１００の負極１２２は、負極集電体１２２ａ及び負極活物質１２２ｂを含むことができる。図３は、図２のＡ領域の拡大図である。図３を参照すると、本例示の全固体電池１００の負極１２２は、負極集電体１２２ａの第３方向の両面に負極活物質１２２ｂが配置された構造を有することができる。
本発明による全固体電池に含まれる負極は、通常用いられる負極活物質を含むことができる。上記負極活物質としては、炭素系材料、シリコン、シリコン酸化物、シリコン系合金、シリコン－炭素系材料複合体、スズ、スズ系合金、スズ－炭素複合体、金属酸化物、またはその組み合わせが使用でき、リチウム金属及び／またはリチウム金属合金を含むことができる。
上記リチウム金属合金は、リチウムと、リチウムと合金可能な金属／メタロイドと、を含むことができる。例えば、上記リチウムと合金可能な金属／メタロイドは、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｉ－Ｙ合金（上記Ｙは、アルカリ金属、アルカリ土金属、１３族～１６族元素、遷移金属、希土類元素、またはこれらの組み合わせ元素であり、Ｓｉは含まない）、Ｓｎ－Ｙ合金（上記Ｙは、アルカリ金属、アルカリ土金属、１３族～１６族元素、遷移金属、リチウムチタンオキシド（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）などの遷移金属酸化物、希土類元素、またはこれらの組み合わせ元素であり、Ｓｎは含まない）、及びＭｎＯｘ（０＜ｘ≦２）などであることができる。上記元素Ｙとしては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｄｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｇ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂｈ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
また、上記リチウムと合金可能な金属／メタロイドの酸化物は、リチウムチタン酸化物、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物、ＳｎＯ２、ＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２）などであることができる。例えば、上記負極活物質は、元素周期律表の１３族～１６族元素からなる群から選択される１つ以上の元素を含むことができる。例えば、上記負極活物質は、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｎからなる群から選択される１つ以上の元素を含むことができる。
上記炭素系材料は、結晶質炭素、非晶質炭素、またはこれらの混合物であることができる。上記結晶質炭素は、無定形、板状、鱗片状（ｆｌａｋｅ）、球状、または繊維状の天然黒鉛または人造黒鉛のような黒鉛であることができる。また、上記非晶質炭素は、ソフトカーボン（ｓｏｆｔ ｃａｒｂｏｎ：低温焼成炭素）またはハードカーボン（ｈａｒｄ ｃａｒｂｏｎ）、メソフェーズピッチ（ｍｅｓｏｐｈａｓｅ ｐｉｔｃｈ）炭化物、焼成されたコークス、グラフェン、カーボンブラック、フラーレンスート（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ ｓｏｏｔ）、カーボンナノチューブ、及び炭素繊維などであることができるが、これらに制限されるものではない。
上記シリコンは、Ｓｉ、ＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２、例えば、０．５～１．５）、Ｓｎ、ＳｎＯ２、またはシリコン含有金属合金、及びこれらの混合物からなる群から選択されるものが使用できる。上記シリコン含有金属合金は、例えば、シリコンと、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、及びＴｉのうち１つ以上と、を含むことができる。
本発明による全固体電池の負極集電体は、正極集電体と同一の構成を有することができる。上記負極集電体は、例えば、網状またはメッシュ状などの多孔体を用いることができ、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウムなどの多孔性金属板を用いることができるが、これらに制限されるものではない。また、上記負極集電体は、酸化を防止するために、耐酸化性の金属または合金被膜により被覆されてもよい。
負極は、上述の正極の製造過程において、正極活物質の代わりに負極活物質を用いることを除き、略同様の方法により製造されることができる。
本発明の一実施形態において、本発明による固体電解質層は、ガーネット型（Ｇａｒｎｅｔ－ｔｙｐｅ）、ＮＡＳＩＣＯＮ型（Ｎａｓｉｃｏｎ－ｔｙｐｅ）、ＬＩＳＩＣＯＮ型（ＬＩＳＩＣＯＮ－ｔｙｐｅ）、ペロブスカイト型（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ－ｔｙｐｅ）、及びリポン型（ＬｉＰＯＮ－ｔｙｐｅ）からなる群から選択される１種以上であることができる。
上記ガーネット型固体電解質は、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２などのＬｉａＬａｂＺｒｃＯ１２で表されるリチウム－ランタン－ジルコニウム－酸化物（ｌｉｔｈｉｕｍ ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＬＬＺＯ）を意味し、上記ＮＡＳＩＣＯＮ型固体電解質は、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＭ２－ｘ（ＰＯ４）３（ＬＡＭＰ）（０＜ｘ＜２、Ｍ＝Ｚｒ、Ｔｉ、Ｇｅ）型化合物にＴｉが導入されたＬｉ１＋ｘＡｌｘＴｉ２－ｘ（ＰＯ４）３（０＜ｘ＜１）のリチウム－アルミニウム－チタン－リン酸塩（ＬＡＴＰ）、過量のリチウムが導入されたＬｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ１．７（ＰＯ４）３などのＬｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３（０＜ｘ＜１）で表されるリチウム－アルミニウム－ゲルマニウム－リン酸塩（ＬＡＧＰ）及び／またはＬｉＺｒ２（ＰＯ４）３のリチウム－ジルコニウム－リン酸塩（ＬＺＰ）を意味し得る。
また、上記ＬＩＳＩＣＯＮ型固体電解質は、ｘＬｉ３ＡＯ４－（１－ｘ）Ｌｉ４ＢＯ４（Ａ：Ｐ、Ａｓ、Ｖなど、Ｂ：Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉなど）で表され、Ｌｉ４Ｚｎ（ＧｅＯ４）４、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｏ１２（ＬＧＰＯ）、Ｌｉ３．５Ｓｉ０．５Ｐ０．５Ｏ４、Ｌｉ１０．４２Ｓｉ（Ｇｅ）１．５Ｐ１．５Ｃｌ０．０８Ｏ１１．９２などを含む固溶体酸化物、及びＬｉ４－ｘＭ１－ｙＭ'ｙ'Ｓ４（Ｍ＝Ｓｉ、Ｇｅ、及びＭ'＝Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｇａ）で表されるＬｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２－Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ－ＧｅＳ２などを含む固溶体硫化物を意味し得る。
そして、上記ペロブスカイト型固体電解質は、Ｌｉ１／８Ｌａ５／８ＴｉＯ３などの、Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘ□１／３－２ｘＴｉＯ３（０＜x＜０．１６、□は空孔）で表されるリチウム－ランタン－チタン－酸化物（ｌｉｔｈｉｕｍ ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＬＬＴＯ）を意味し、上記リポン型固体電解質は、Ｌｉ２．８ＰＯ３．３Ｎ０．４６などのリチウム－フォスフォラス－オキシナイトライド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）のような窒化物を意味し得る。
本発明による全固体電池１００の電池本体１１０は、電極組立体１２０の第３面Ｓ３上に配置される第１マージン部１３１と、上記電極組立体１２０の第４面Ｓ４上に配置される第２マージン部１３２と、を含むことができる。上記第１マージン部１３１及び第２マージン部１３２はセラミック材料を含むことができ、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、これらの混合物、こららの材料の酸化物及び／または窒化物、または任意の他の適切なセラミック材料を含むことができるが、これらに制限されるものではない。また、上記第１マージン部１３１及び第２マージン部１３２は前述の固体電解質を含むことができ、１種以上の固体電解質を含むことができるが、これに制限されるものではない。
上記第１マージン部１３１及び第２マージン部１３２は、セラミック材料を含むスラリーを上記電極組立体１２０の第２方向（Ｙ方向）に塗布することで形成してもよく、セラミック材料で形成したシートを第２方向（Ｙ方向）に１つ以上付着することで形成してもよい。上記第１マージン部１３１及び第２マージン部１３２は、基本的に、物理的または化学的ストレスによる電極組立体の損傷を防止する役割を果たすことができる。
本発明の一実施形態による全固体電池１００は、電池本体１１０の第１方向（Ｘ方向）の両面に第１連結部１４１及び第２連結部１４２が配置されることができる。上記第１連結部１４１及び第２連結部１４２は、電池本体１１０の第１方向（Ｘ方向）の両面に対応する寸法及び面積を有することができ、前述のように、上記第１連結部１４１は上記電極組立体１２０の第１面を覆うように配置されることができ、上記第２連結部１４２は上記電極組立体１２０の第２面を覆うように配置されることができる。
上記第１連結部１４１は第１集電電極１４１ａを含み、上記第２連結部１４２は第２集電電極１４２ａを含むことができる。第１集電電極１４１ａは正極１２１と連結され、第２集電電極１４２ａは負極１２２と連結されることができる。上記第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａを形成する材料は特に制限されず、例えば、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、及びこれらの合金のうち１つ以上の導電性金属を含む導電性ペーストを用いて形成されることができる。
上記第１連結部１４１は第１保護部１４１ｂを含み、上記第２連結部１４２は第２保護部１４２ｂを含むことができる。上記第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂはセラミック材料を含むことができ、電池本体１１０の第１マージン部１３１及び第２マージン部１３２と同一のセラミック材料を含むことができる。上記第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂが第１マージン部１３１及び第２マージン部１３２と同一のセラミック材料を含む場合、類似の焼結挙動を示すことができるため、完成された全固体電池の内部応力を減らすことができる。
また、本発明の他の例示において、本発明による全固体電池１００の第１連結部１４１及び／または第２連結部１４２の第１保護部１４１ｂ及び／または第２保護部１４２ｂは、電池本体１１０の第１マージン部１３１及び第２マージン部１３２と異なる組成のセラミック成分を含むことができる。第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂは第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａ上に配置されるため、電池本体１１０と接する面積の相当な部分が、金属成分と接して配置される。金属とセラミック材料の異種成分間の界面は、焼結過程での収縮などにより接合力が弱くなり得る。本例示のように、第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂの成分を調節して焼結挙動を調節する場合、第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂと第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａとの間の接合力を向上させ、電池の信頼性を向上させることができる。
本発明による全固体電池の製造方法は特に制限されないが、例えば、電極組立体１２０の第３面Ｓ３に第１マージン部１３１を形成し、第４面Ｓ４に第２マージン部１３２を形成した後、第１連結部１４１及び第２連結部１４２を形成することで製造することができる。上記第１連結部１４１及び第２連結部１４２を形成する方法としては、電池本体１１０の第１方向（Ｘ方向）の両面に、第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａを形成するための導電性ペーストを塗布及び乾燥し、上記乾燥された導電性ペースト上に、第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂを形成するためのセラミックペーストを塗布及び乾燥してから焼結することで製造してもよく、上記乾燥された導電性ペースト上に、第１保護部１４１ｂ及び第２保護部１４２ｂを形成するためのセラミックシートを転写してからそれを焼結することで製造してもよい。
または、上記第１連結部１４１及び第２連結部１４２を製造するために、セラミックシートなどの予め製造した第１及び第２保護部１４１ｂ、１４２ｂ上に第１及び第２集電電極１４１ａ、１４２ａを印刷した後、それを電池本体１１０の第１方向（Ｘ方向）の両面に付着して焼結することで製造することができる。このように本発明による全固体電池１００は、電池本体１１０に第１連結部１４１及び第２連結部１４２を形成した後、１回の焼結工程を経て製造可能であり、別の外部電極を形成するための焼成過程が不要であるため、工程を簡素化することができる。
本発明の一例示において、本発明による全固体電池１００は、第１集電電極１４１ａと連結される第１端子電極１５１と、第２集電電極１４２ａと連結される第２端子電極１５２と、をさらに含むことができる。この際、上記第１端子電極１５１及び第２端子電極１５２は、上記第１集電電極１４１ａと上記第２集電電極１４２ａが引き出される面上に互いに離隔して配置されることができる。図１及び図２を参照すると、第１集電電極１４１ａと第２集電電極１４２ａが全固体電池１００の第３方向（Ｚ方向）の一面に引き出され、上記第１集電電極１４１ａと連結される第１端子電極１５１、及び第２集電電極１４２ａと連結される第２端子電極１５２が配置されることができる。
上記第１及び第２端子電極１５１、１５２は、例えば、第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａの引き出し部上に、導電性金属を含む端子電極用ペーストを塗布して形成してもよく、焼結が完了した電池本体１１０の第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａ上に端子電極用ペーストまたは粉末を塗布し、誘導加熱などの方式によりそれを焼成することで形成してもよい。また、上記第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａの引き出し部上に、導電性金属をスパッタまたは電解めっき（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）して形成することができるが、これに制限されるものではない。上記導電性金属は、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、鉛（Ｐｂ）、及びこれらの合金のうち１つ以上の導電性金属であることができるが、これらに制限されるものではない。
一例示において、本発明による全固体電池１００は、第１端子電極１５１及び第２端子電極１５２上にそれぞれ配置されるめっき層（不図示）をさらに含むことができる。上記めっき層は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、鉛（Ｐｂ）、及びこれらの合金からなる群から選択される１種以上を含むことができるが、これらに制限されるものではない。上記めっき層は、単層または多層で形成されることができ、スパッタまたは電解めっき（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成されることができるが、これに制限されるものではない。
本発明の一実施形態によると、全固体電池１００の第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａは、互いに電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の反対面に引き出されることができる。図８は、本実施形態による全固体電池１００を示す斜視図である。図８を参照すると、本実施形態による全固体電池１００は、第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａが互いに反対方向に引き出される構造であることができる。例えば、第１集電電極１４１ａは全固体電池の上部面の方向に引き出され、第２集電電極１４２ａは下部面の方向に引き出される構造であることができる。
この際、第１集電電極１４１ａ上に第１端子電極１５１'が配置され、第２集電電極１４２ａ上に第２端子電極１５２'が配置される場合、上記第１端子電極１５１'及び第２端子電極１５２'も、互いに電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の反対面に引き出されることができる。本実施形態のように第１及び第２集電電極が引き出される方向を互いに異ならせる場合、多層構造の基板の間に全固体電池１００を適用することができるため、空間活用度が高くなることができる。
本実施形態において、全固体電池１００の第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａの第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ２は、上記電池本体１１０の第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ３より小さくてもよい。また、全固体電池１００の第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａの第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ２は、上記電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ３より小さくてもよい。
本発明の他の実施形態によると、本発明の全固体電池１００の第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａは、電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の両面に引き出されることができる。図９から図１１は、本実施形態による全固体電池１００を概略的に示した図である。図９から図１１を参照すると、本実施形態による全固体電池１００は、第２方向（Ｙ方向）の両面に第１マージン部１３１及び第２マージン部１３２がそれぞれ配置された電極組立体１２０の第１方向（Ｘ方向）の両面に、第１連結部１４１及び第２連結部１４２が配置される。ここで、第１連結部１４１は第１集電電極１４１ａ及び第１保護部１４１ｂを含み、第２連結部１４２は第２集電電極１４２ａ及び第２保護部１４２ｂを含み、上記第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａは第３方向（Ｚ方向）の両面にそれぞれ引き出される。
この際、第１集電電極１４１ａ上にそれぞれ第１端子電極１５１''及び第３端子電極１５３''が配置され、第２集電電極１４２ａ上に第２端子電極１５２''及び第４端子電極１５４''が配置される場合、上記第１端子電極１５１''及び第３端子電極１５３''は、電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の両面に引き出されることができ、第２端子電極１５２''及び第４端子電極１５４''も電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の両面に引き出されることができる。すなわち、本実施形態による全固体電池１００は、同じ極性の集電電極が２箇所にそれぞれ引き出される構造、総４箇所に集電電極が引き出される構造を有することができる。
本実施形態において、全固体電池１００の第１集電電極１４１ａ及び／または第２集電電極１４２ａの第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ５は、上記電池本体１１０の第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ４より小さくてもよい。
一例示において、本発明による全固体電池１００の第１集電電極１４１ａ及び第２集電電極１４２ａの第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ５は、電池本体１１０の第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ４と等しいことができる。本明細書において、ある長さ、幅、及び／または高さが等しいとは、誤差範囲を含むことを前提とする。ここで、誤差範囲は、±３μｍ以下、±２μｍ以下、または±１μｍ以下を意味し得るが、これに制限されるものではない。
一例示において、本発明による全固体電池１００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より長いことができる。図１から図１１は、本例示の構造を基準として図示された全固体電池１００である。上記例示の構造は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より長い構造であり、第１方向（Ｘ方向）の両先端部に、外部と接続する電極が配置される構造であって、この場合、耐湿信頼性を向上させ、且つ容量を極大化することができる。
本発明の他の例示において、本発明による全固体電池２００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より短いことができる。図１２から図１７は、本例示による全固体電池２００を示す図である。図１２から図１７を参照すると、本例示の全固体電池２００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より短い構造を有することができ、第１連結部２４１は第１集電電極２４１ａと接して配置される第１保護部２４１ｂを含み、第２連結部２４２は第２集電電極２４２ａと接して配置される第２保護部２４２ｂを含むことができる。このような形態は、外部と接続する電極間の距離が相対的に短い構造であって、優れた耐湿信頼性を有し、且つ低いＥＳＬを有するチップを実現することができる。
本例示において、全固体電池２００の第１集電電極２４１ａ及び／または第２集電電極２４２ａの第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ７は、上記電池本体２１０の第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ６より小さくてもよい。また、本発明による第１集電電極２４１ａ及び／または第２集電電極２４２ａの第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ７は、上記電池本体２１０の第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ６より小さくてもよい。
上記の例示において、本発明の全固体電池２００は、第１集電電極２４１ａと連結される第１端子電極２５１を含み、第２集電電極２４２ａと連結される第２端子電極２５２を含むことができる。
一例示において、本発明による全固体電池２００の正極２２１は、正極集電体２２１ａ及び正極活物質２２１ｂを含むことができる。また、負極２２２は、負極集電体２２２ａ及び負極活物質２２２ｂを含むことができる。本例示による全固体電池２００の正極２２１、負極２２２、及び固体電解質層２１１についての説明は前述のとおりであるため省略する。
本発明の一実施形態によると、全固体電池２００の第１集電電極２４１ａ及び第２集電電極２４２ａは、互いに電池本体２１０の第３方向（Ｚ方向）の反対面に引き出されることができる。本実施形態による全固体電池２００は、第１集電電極２４１ａ及び第２集電電極２４２ａが互いに反対方向に引き出される構造であることができる。例えば、第１集電電極２４１ａは全固体電池の上部面の方向に引き出され、第２集電電極２４２ａは下部面の方向に引き出される構造であることができる。
本発明の他の実施形態によると、本発明の全固体電池２００の第１集電電極２４１ａ及び第２集電電極２４２ａは、電池本体２１０の第３方向（Ｚ方向）の両面に引き出されることができる。
本発明のさらに他の実施形態によると、本発明による全固体電池３００は、正極３２１及び負極３２２が第２方向（Ｙ方向）に積層されていることができる。図１８及び図１９は、本実施形態による全固体電池３００を示す図である。図１８及び図１９を参照すると、本例示の全固体電池３００の電極組立体３２０の第３方向（Ｚ方向）の両面に第１及び第２マージン部３３１、３３２がそれぞれ配置されることができ、上記電極組立体３２０は、固体電解質３１１、正極３２１、及び負極３２２が第２方向（Ｙ方向）に順に積層されていることができる。上記電池本体３１０の第１方向（Ｘ方向）の両面に第１連結部３４１及び第２連結部３４２がそれぞれ配置されることができる。上記第１連結部３４１は、第１集電電極３４１ａ及び第１保護部３４１ｂを含むことができ、第２連結部３４２は、第２集電電極３４２ａ及び第２保護部３４２ｂを含むことができる。この際、上記第１集電電極３４１ａ及び第２集電電極３４２ａは、第３方向（Ｚ方向）の何れか一面に引き出されることができる。
上記実施形態による全固体電池３００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より長いことができる。上記例示の構造は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より長い構造であり、第１方向（Ｘ方向）の両先端部に外部と接続する電極が配置される構造であって、この場合、耐湿信頼性を向上させ、且つ容量を極大化することができる。
本発明の他の例示において、本発明による全固体電池４００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より短いことができる。図２０及び図２１は、本例示による全固体電池４００を示す図である。図２０及び図２１を参照すると、本例示の全固体電池４００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より短い構造を有することができ、第１連結部４４１は第１集電電極４４１ａと接して配置される第１保護部４４１ｂを含み、第２連結部４４２は第２集電電極４４２ａと接して配置される第２保護部４４２ｂを含むことができる。このような形態は、外部と接続する電極間の距離が相対的に短い構造であって、優れた耐湿信頼性を有し、且つ低いＥＳＬを有するチップを実現することができる。
図２２及び図２３は、本発明の他の実施形態による全固体電池５００を示す図である。図２２及び図２３を参照すると、本実施形態の全固体電池５００の電極組立体５２０の第３方向（Ｚ方向）の両面に第１及び第２マージン部５３１、５３２がそれぞれ配置されることができ、上記電極組立体５２０は、固体電解質５１１、正極５２１、及び負極５２２が第３方向（Ｚ方向）に順に積層されていることができる。また、上記電池本体５１０の第１方向（Ｘ方向）の両面に第１連結部５４１及び第２連結部５４２がそれぞれ配置されることができる。上記第１連結部５４１は、第１集電電極５４１ａ及び第１保護部５４１ｂを含むことができ、第２連結部５４２は、第２集電電極５４２ａ及び第２保護部５４２ｂを含むことができる。この際、上記第１集電電極５４１ａ及び第２集電電極５４２ａは、第３方向（Ｚ方向）の両面及び第２方向（Ｙ方向）の両面に引き出されることができる。
本実施形態において、全固体電池５００の第１集電電極５４１ａ及び／または第２集電電極５４２ａの第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ８は、上記電池本体５１０の第２方向（Ｙ方向）の幅の最大値Ｗ８と等しいことができる。また、全固体電池５００の第１集電電極５４１ａ及び／または第２集電電極５４２ａの第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ８は、上記電池本体５１０の第３方向（Ｚ方向）の高さの最大値Ｈ８と等しいことができる。
本発明の一例示において、本発明による全固体電池５００は、第１集電電極５４１ａと連結される第１端子電極５５１と、第２集電電極５４２ａと連結される第２端子電極５５２と、をさらに含むことができる。この際、上記第１端子電極５５１及び第２端子電極５５２は、上記第１集電電極５４１ａと上記第２集電電極５４２ａが引き出される面上に互いに離隔して配置されることができる。
本発明の一実施形態によると、全固体電池５００の第１集電電極５４１ａ及び第２集電電極５４２ａは、互いに電池本体５１０の第３方向（Ｚ方向）の反対面に引き出されることができる。
本発明の他の実施形態によると、本発明の全固体電池５００の第１集電電極５４１ａ及び第２集電電極５４２ａは、電池本体５１０の第３方向（Ｚ方向）の両面に引き出されることができる。
上記の実施形態において、本発明による全固体電池５００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より長いことができる。上記実施形態の構造は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より長い構造であり、第１方向（Ｘ方向）の両先端部に外部と接続する電極が配置される構造であって、この場合、耐湿信頼性を向上させ、且つ容量を極大化することができる。
本発明の他の例示において、本発明による全固体電池６００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より短いことができる。図２４及び図２５は、本発明の他の例示による全固体電池６００を示す図である。本例示の全固体電池６００は、第１方向（Ｘ方向）の長さが第２方向（Ｙ方向）の幅より短い構造を有することができ、第１連結部６４１は第１集電電極６４１ａと接して配置される第１保護部６４１ｂを含み、第２連結部６４２は第２集電電極６４２ａと接して配置される第２保護部６４２ｂを含むことができる。このような形態は、外部と接続する電極間の距離が相対的に短い構造であって、優れた耐湿信頼性を有し、且つ低いＥＳＬを有するチップを実現することができる。
一例示において、本発明による全固体電池は、正極の第２連結部方向の端部に配置される正極活物質、及び／または負極の第１連結部方向の端部に配置される負極活物質をさらに含むことができる。すなわち、この場合、正極集電体のヘッド面上に正極活物質が配置され、正極集電体の表面は正極活物質と接するように配置されることができる。また、負極集電体のヘッド面上に負極活物質が配置され、負極集電体の表面は負極活物質と接するように配置されることができる。
他の例示において、本発明による全固体電池は、正極の第２連結部方向の端部及び／または負極の第１連結部方向の端部に配置される絶縁部材をさらに含むことができる。上記正極の第２連結部方向の端部及び／または負極の第１連結部方向の端部は、いわゆる「第１方向のマージン」であり、正極及び負極が短絡しないように離隔した空間を意味し得る。上記空間に絶縁部材を含む場合、ショートなどの不良を防止することができる。上記絶縁部材はセラミック成分を含むことができ、例えば、前述のマージン部のセラミック成分と同一の成分を含むことができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態及び添付図面により限定されず、添付の特許請求の範囲により限定する。よって、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で、当技術分野の通常の知識を有する者による多様な形態の置換、変形、及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属するといえる。
１００ 全固体電池
１１０ 電池本体
１２０ 電極組立体
１１１ 固体電解質
１２１ 正極
１２２ 負極
１３１ 第１マージン部
１３２ 第２マージン部
１４１ 第１連結部
１４２ 第２連結部

Claims (27)

  1. 第１方向に対向する第１及び第２面、第２方向に対向する第３及び第４面、第３方向に対向する第５及び第６面を有し、固体電解質層、及び前記固体電解質層を挟んで第３方向に積層された正極及び負極を含む電極組立体と、前記電極組立体の前記第３面上に配置される第１マージン部と、前記電極組立体の前記第４面上に配置される第２マージン部と、を含む電池本体と、
    前記電極組立体の第１面上に配置される第１連結部と、
    前記電極組立体の第２面上に配置される第２連結部と、を含む全固体電池であって、
    前記第１連結部は、前記正極と連結される第１集電電極と、前記第１集電電極上に配置される第１保護部と、を含み、
    前記第２連結部は、前記負極と連結される第２集電電極と、前記第２集電電極上に配置される第２保護部と、を含み、
    前記第１集電電極及び第２集電電極は、前記第１連結部及び第２連結部の第３方向の何れか一面に引き出される、全固体電池。
  2. 前記第１保護部は、前記第１集電電極の少なくとも一部を覆うように配置され、
    前記第２保護部は、前記第２集電電極の少なくとも一部を覆うように配置される、請求項１に記載の全固体電池。
  3. 前記第１保護部は、前記第１集電電極の第１方向の一面を全て覆うように配置され、
    前記第２保護部は、前記第２集電電極の第１方向の一面を全て覆うように配置される、請求項１に記載の全固体電池。
  4. 前記第１集電電極及び／または第２集電電極の第２方向の幅の最大値が、前記電池本体の第２方向の幅の最大値より小さい、請求項１に記載の全固体電池。
  5. 前記第１集電電極及び／または第２集電電極の第３方向の高さの最大値が、前記電池本体の第３方向の高さの最大値より小さい、請求項１に記載の全固体電池。
  6. 前記正極は、正極集電体及び正極活物質を含み
    前記負極は、負極集電体及び負極活物質を含む、請求項１に記載の全固体電池。
  7. 前記第１集電電極と連結される第１端子電極と、前記第２集電電極と連結される第２端子電極と、をさらに含み、
    前記第１端子電極及び第２端子電極は、前記第１集電電極と前記第２集電電極が引き出される面上に互いに離隔して配置される、請求項１に記載の全固体電池。
  8. 前記第１集電電極及び第２集電電極は、互いに電池本体の第３方向の反対面に引き出される、請求項１に記載の全固体電池。
  9. 前記第１集電電極及び第２集電電極はそれぞれ、前記電池本体の第３方向の両面に引き出される、請求項１に記載の全固体電池。
  10. 前記第１集電電極及び第２集電電極の第３方向の高さの最大値が、前記電池本体の第３方向の高さの最大値と等しい、請求項９に記載の全固体電池。
  11. 前記第１集電電極及び第２集電電極は、前記電池本体の第３方向の両面及び第２方向の両面に引き出される、請求項１に記載の全固体電池。
  12. 前記第１集電電極及び第２集電電極の第２方向の幅の最大値が、電池本体の第２方向の幅の最大値と等しく、
    前記第１集電電極及び第２集電電極の第３方向の高さの最大値が、電池本体の第３方向の高さの最大値と等しい、請求項１１に記載の全固体電池。
  13. 第１方向の長さが第２方向の幅より長い、請求項１から１２の何れか一項に記載の全固体電池。
  14. 第１方向の長さが第２方向の幅より短い、請求項１から１２の何れか一項に記載の全固体電池。
  15. 第１方向に対向する第１及び第２面、第２方向に対向する第３及び第４面、第３方向に対向する第５及び第６面を有し、固体電解質、及び前記固体電解質を挟んで第２方向に積層された正極及び負極を含む電極組立体と、前記電極組立体の前記第３面上に配置される第１マージン部と、前記電極組立体の前記第４面上に配置される第２マージン部と、を含む電池本体と、
    前記電極組立体の第１面上に配置される第１連結部と、
    前記電極組立体の第２面上に配置される第２連結部と、を含む全固体電池であって、
    前記第１連結部は、前記正極と連結される第１集電電極と、前記第１集電電極上に配置される第１保護部と、を含み、
    前記第２連結部は、前記負極と連結される第２集電電極と、前記第２集電電極上に配置される第２保護部と、を含み、
    前記第１集電電極及び第２集電電極は、前記第１連結部及び第２連結部の第３方向の何れか一面に引き出される、全固体電池。
  16. 前記第１集電電極と連結される第１端子電極と、前記第２集電電極と連結される第２端子電極と、をさらに含み、
    前記第１端子電極及び第２端子電極は、前記第１集電電極と前記第２集電電極が引き出される面上に互いに離隔して配置される、請求項１５に記載の全固体電池。
  17. 前記第１集電電極及び第２集電電極は、互いに電池本体の第３方向の反対面に引き出される、請求項１５に記載の全固体電池。
  18. 前記第１集電電極及び第２集電電極は、第１連結部及び第２連結部の第３方向の両面に引き出される、請求項１５に記載の全固体電池。
  19. 第１方向の長さが第２方向の幅より長い、請求項１５から１８の何れか一項に記載の全固体電池。
  20. 第１方向の長さが第２方向の幅より短い、請求項１５から１８の何れか一項に記載の全固体電池。
  21. 前記第１保護部は、前記第１集電電極の第１方向の一面を全て覆うように配置され、
    前記第２保護部は、前記第２集電電極の第１方向の一面を全て覆うように配置される、請求項２に記載の全固体電池。
  22. 前記第１集電電極と連結される第１端子電極と、前記第２集電電極と連結される第２端子電極と、をさらに含み、
    前記第１端子電極及び第２端子電極は、前記第１集電電極と前記第２集電電極が引き出される面上に互いに離隔して配置される、請求項２１に記載の全固体電池。
  23. 前記第１集電電極及び第２集電電極は、前記電池本体の第３方向の両面のうち片面のみに引き出される、請求項１または２２に記載の全固体電池。
  24. 前記第１集電電極及び第２集電電極は、前記電池本体の第３方向の両面のうち外部基板に対する実装面に引き出される、請求項２３に記載の全固体電池。
  25. 前記正極は、正極集電体及び正極活物質を含み
    前記負極は、負極集電体及び負極活物質を含み、
    前記固体電解質層の平均長さが、前記正極活物質、負極活物質、正極集電体、及び／または負極集電体の平均長さより長い、請求項１または２４に記載の全固体電池。
  26. 前記正極の前記第２連結部方向の端部、及び／または前記負極の前記第１連結部方向の端部に配置される固体電解質をさらに含む、請求項１または１５に記載の全固体電池。
  27. 前記正極の前記第２連結部方向の端部及び／または、前記負極の前記第１連結部方向の端部に配置される絶縁部材をさらに含む、請求項１または１５に記載の全固体電池。
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