JP2022180935A - 固体電池及び固体電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】固体電解質の積層占積率を低減でき、かつ抵抗率を低減できる、バイポーラ電極板を備える固体電池を提供すること。【解決手段】正極板と、１つ又は複数のバイポーラ電極板と、負極板とを積層させてなる積層体を含む固体電池であり、バイポーラ電極板の積層面には、固体電解質層が形成される、固体電池。バイポーラ電極板の端面の少なくとも一部には、固体電解質層が形成され、バイポーラ電極板は複数のバイポーラ電極板であり、バイポーラ電極板の端面には、固体電解質層が形成される凹部と、固体電解質層が形成されない凸部と、が形成され、隣接するバイポーラ電極板間において、凹部と凸部とは互い違いに配置されることが好ましい。【選択図】図１
Description
本発明は、固体電池及び固体電池の製造方法に関する。
従来、高エネルギー密度を有する二次電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。リチウムイオン二次電池は、正極と負極との間にセパレータを存在させ、液体の電解質を充填した構造を有する。
リチウムイオン二次電池の電解液は、通常、可燃性の有機溶媒であるため、特に、熱に対する安全性が問題となる場合があった。そこで、有機系の液体の電解質に代えて、無機系の固体電解質を用いた固体電池が提案されている。例えば、正極層、負極層、並びに、正極層及び負極層の間に配置される固体電解質層を有する積層体を備える固体電池に関する技術が提案されている（特許文献１参照）。
バイポーラ電極板を用いた固体電池においても、バイポーラ電極板間に固体電解質層が積層された構成がとられる。
特許文献１に記載された固体電池は、各電極層の間に加圧成型されたシート状の固体電解質層が配置される。シート状の固体電解質層は強度を要するため、数十μｍ程度の厚みが必要となる。このため、固体電解質の積層占積率が高くなる点、及び電極間の距離増大により抵抗率が増大する点から改善の余地があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、固体電解質の積層占積率を低減でき、かつ抵抗率を低減できる、バイポーラ電極板を備える固体電池を提供することを目的とする。
（１） 本発明は、正極板と、１つ又は複数のバイポーラ電極板と、負極板とを積層させてなる積層体を含む固体電池であり、前記バイポーラ電極板の積層面には、固体電解質層が形成される、固体電池に関する。
（１）の発明によれば、固体電解質の積層占積率を低減でき、かつ抵抗率を低減できる、バイポーラ電極板を備える固体電池を提供できる。
（２） 前記バイポーラ電極板の端面の少なくとも一部には、固体電解質層が形成される、（１）に記載の固体電池。
（２）の発明によれば、バイポーラ電極板の端面同士の絶縁を確保できる。
（３） 前記バイポーラ電極板は複数のバイポーラ電極板であり、前記バイポーラ電極板の端面には、固体電解質層が形成される凹部と、固体電解質層が形成されない凸部と、が形成され、隣接する前記バイポーラ電極板間において、前記凹部と前記凸部とは互い違いに配置される、（１）又は（２）に記載の固体電池。
（３）の発明によれば、シート状の固体電解質層に代えて、電極板上に薄い固体電解質層を形成した場合においても、電極板間の絶縁を確保できる。
（４） 前記正極板又は前記負極板に隣接して配置される前記バイポーラ電極板において、前記凹部は、前記正極板又は前記負極板から延出する電極タブに対応する位置に配置され、かつ前記電極タブの幅よりも広い、（３）に記載の固体電池。
（４）の発明によれば、バイポーラ電極板の端面と、正極板又は前記負極板から延出する電極タブとの間の絶縁を確保できると共に、正極板及び負極板上に固体電解質層を形成せずに積層体を構成できるため、固体電池の製造工程を簡略化できる。
（５） 前記正極板及び前記負極板の積層面には、固体電解質層が形成される、（１）～（４）のいずれかに記載の固体電池。
（５）の発明によれば、正極板及び負極板と、バイポーラ電極板の端面との間の絶縁を確保できる積層体を構成できる。
（６） 前記バイポーラ電極板は複数のバイポーラ電極板であり、隣接して配置される前記バイポーラ電極板の形状は、互いに鏡像関係にある、（１）～（５）のいずれかに記載の固体電池。
（６）の発明によれば、バイポーラ電極板の形状を、バイポーラ電極板の端面同士の絶縁の確保に適した形状とすることができる。
（７） また、本発明は、バイポーラ電極板の製造工程を含む固体電池の製造方法であって、前記バイポーラ電極板の製造工程は、集電板の一方の面に正極材を塗工し、他方の面に負極材を塗工する極材塗工工程と、電極材が塗工された前記集電板の一部に孔部を形成する穴あけ工程と、電極材が塗工された前記集電板に固体電解質を塗工する固体電解質塗工工程と、電極材が塗工された前記集電板を、前記孔部を含む切断線で切断することで、前記集電板の端縁に凹部が形成されるように前記集電板を切断する切断工程と、をこの順に備える、固体電池の製造方法に関する。
（７）の発明によれば、端面の少なくとも一部に固体電解質層が形成されるバイポーラ電極板を効率よく製造でき、固体電池の製造コストを低減できる。
（８） 前記バイポーラ電極板の製造工程において、前記穴あけ工程は、隣接する一列の前記孔部同士が互い違いになるように、前記孔部を形成する工程であり、互いに鏡像関係にある２種類の形状の前記バイポーラ電極板が製造される、（７）に記載の固体電池の製造方法。
（８）の発明によれば、互いに鏡像関係にある２種類の形状の前記バイポーラ電極板を１枚のシート状集電板から製造できるため、固体電池の製造コストを低減できる。
《第１実施形態》
＜固体電池＞
本実施形態に係る固体電池は、正極板と、バイポーラ電極板と、負極板とを積層させてなる積層体を含む。積層体は外装体に収容され、正極板及び負極板は、それぞれ正極及び負極に対して電気的に接続される。
＜固体電池＞
本実施形態に係る固体電池は、正極板と、バイポーラ電極板と、負極板とを積層させてなる積層体を含む。積層体は外装体に収容され、正極板及び負極板は、それぞれ正極及び負極に対して電気的に接続される。
［積層体］
本実施形態に係る積層体１は、図１及び図２Ａ～図２Ｄに示すように、積層両端部に正極板２０と、負極板３０とが配置され、正極板２０と負極板３０との間に、２種類のバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂが交互に積層された構成を有する。
本実施形態に係る積層体１は、図１及び図２Ａ～図２Ｄに示すように、積層両端部に正極板２０と、負極板３０とが配置され、正極板２０と負極板３０との間に、２種類のバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂが交互に積層された構成を有する。
（正極板）
正極板２０は、図２Ａ～図２Ｄに示すように、正極集電板２１と、正極集電板２１上に形成された正極活物質を含む正極活物質層２２と、正極活物質層２２上に形成された固体電解質を含む固体電解質層４０と、正極集電板２１が延出して形成される正極タブ２１１と、を有する。
正極板２０は、図２Ａ～図２Ｄに示すように、正極集電板２１と、正極集電板２１上に形成された正極活物質を含む正極活物質層２２と、正極活物質層２２上に形成された固体電解質を含む固体電解質層４０と、正極集電板２１が延出して形成される正極タブ２１１と、を有する。
正極集電板２１は、特に限定されるものではなく、固体電池の正極に用いうる公知の集電物質により構成される。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、チタン等により構成される。
正極活物質層２２を構成する正極活物質としては、特に限定されず、リチウムイオン等の電荷移動媒体を吸蔵及び放出することができる公知の材料を適宜選択して用いることができる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、異種元素置換Ｌｉ－Ｍｎスピネル、リン酸金属リチウム、硫化リチウム、硫黄等が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ５／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ３／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ６／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ２／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ８／１０Ｃｏ１／１０Ｍｎ１／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ１／６Ｃｏ４／６Ｍｎ１／６）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３）Ｏ２、ＬｉＣｏＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４等が挙げられる。正極活物質層２２には、正極活物質以外に、任意に、導電助剤や結着剤等が含まれていてもよい。
（負極板）
負極板３０は、図２Ａ～図２Ｄに示すように、負極集電板３１と、負極集電板上に形成された負極活物質を含む負極活物質層３２と、負極活物質層３２上に形成された固体電解質を含む固体電解質層４０と、負極集電板３１が延出して形成される負極タブ３１１と、を有する。
負極板３０は、図２Ａ～図２Ｄに示すように、負極集電板３１と、負極集電板上に形成された負極活物質を含む負極活物質層３２と、負極活物質層３２上に形成された固体電解質を含む固体電解質層４０と、負極集電板３１が延出して形成される負極タブ３１１と、を有する。
負極活物質層３２を構成する負極活物質としては、特に限定されず、リチウムイオン等の電荷移動媒体を吸蔵及び放出することができる公知の材料を適宜選択して用いることができる。例えば、チタン酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ３及びＷＯ３等の遷移金属酸化物、Ｓｉ、ＳｉＯ、金属硫化物、金属窒化物、並びに人工黒鉛、天然黒鉛、グラファイト、ソフトカーボン及びハードカーボン等の炭素材料、並びに金属リチウム、金属インジウム及びリチウム合金等が挙げられる。負極活物質層３２には、負極活物質以外に、任意に、導電助剤や結着剤等が含まれていてもよい。
（バイポーラ電極板）
バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂは、図２Ａ～図２Ｄに示すように、集電板５１の一方の面に分極性電極の正極となる正極活物質層２２が形成され、他方の面に分極性電極の負極となる負極活物質層３２が形成されてなる電極板である。正極活物質層２２及び負極活物質層３２の構成は上記と同様の構成を採用できる。正極活物質層２２上及び負極活物質層３２上には固体電解質を含む固体電解質層４０が形成される。集電板５１としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼箔等が挙げられる。
バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂは、図２Ａ～図２Ｄに示すように、集電板５１の一方の面に分極性電極の正極となる正極活物質層２２が形成され、他方の面に分極性電極の負極となる負極活物質層３２が形成されてなる電極板である。正極活物質層２２及び負極活物質層３２の構成は上記と同様の構成を採用できる。正極活物質層２２上及び負極活物質層３２上には固体電解質を含む固体電解質層４０が形成される。集電板５１としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼箔等が挙げられる。
固体電解質層４０は、正極板２０、負極板３０、並びにバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂの正極活物質層２２及び負極活物質層３２上に形成される数μｍ程度の厚みを有する層であり、固体又はゲル状の電解質である固体電解質材料を少なくとも含む層である。上記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電荷移動を行うことができる。固体電解質層４０に含まれる固体電解質材料としては、特に限定されないが、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、窒化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質材料等を用いることができる。
正極活物質層２２及び負極活物質層３２上に固体電解質層４０が形成されることで、固体電解質層４０の厚みを数μｍ程度とすることができるため、固体電解質の積層占積率を低減でき、かつ抵抗率を低減できる。また、以下に説明するバイポーラ電極の構成により、本実施形態に係る固体電池は薄層の固体電解質層を有しながら、電極間の絶縁を確保でき、更に製造工程や構造を簡略化できる利点を有する。
バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂの構成を、それぞれ図３、図４に示す。図３、図４は、正極活物質層２２が形成された積層面側から、それぞれバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂを視た図である。バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂの形状は、端面に凸部５１ａ及び凹部５２ａが交互に形成された、互いに鏡像関係にある形状である。凸部５１ａ端面には、固体電解質層４０は形成されず、凹部５２ａ端面には、固体電解質層４０が形成される。積層体１においてバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂは、図２Ａ～図２Ｄに示すように交互に積層される。バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂの積層数は、特に限定されず、バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂが交互に積層されていればよい。バイポーラ電極板を単に積層する場合、端面同士の絶縁の確保が問題となるが、上記構成を有するバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂが交互に積層されることにより、バイポーラ電極板５０ａと５０ｂとの間の絶縁を確保できる。
バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂの凸部５１ａ及び凹部５２ａは、図１に示すように、積層方向から視て互い違いになるように配置されている。また、凹部５２ａの幅は、凸部５１ａよりも広い。これにより、図１、図２Ａ、及び図２Ｄに示すように、バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂの凸部５１ａ同士の間に、積層方向から視て絶縁距離Ｌ１ａを確保でき、積層断面から視て絶縁距離Ｌ１ｂを確保できる。凹部５２ａの幅は、特に限定されないが、例えば正極タブ２１１、負極タブ３１１の幅Ｔ１よりも広くすることができ、凸部５１ａの幅は、例えば幅Ｔ１よりも狭くすることができる。
バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂの端面には、凸部５１ａ又は凹部５２ａが形成される。これにより、凹部５２ａと、正極板２０及び負極板３０の端面との間は絶縁が確保される。また、図２Ａ、図２Ｃ、及び図２Ｄに示すように、正極板２０及び負極板３０における正極タブ２１１及び負極タブ３１１が配置されない端面と、凸部５１ａとの間には、積層断面から視て絶縁距離Ｌ２ａ及びＬ２ｂを確保できる。絶縁距離Ｌ２ａは、凸部５１ａを、正極板２０及び負極板３０の端面よりも外周側に配置することにより確保される。
本実施形態において、正極板２０及び負極板３０に隣接してバイポーラ電極板５０ａが設けられる。正極タブ２１１及び負極タブ３１１には、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、積層面に、タブ延出方向に一定の長さを有する固体電解質層４０が形成される。これにより、図１に示すように、正極タブ２１１及び負極タブ３１１と、バイポーラ電極板５０ａの凸部５１ａとの間に、積層方向から視て絶縁距離Ｌ３ａを確保できる。更に、図２Ａに示すように、正極タブ２１１と、バイポーラ電極板５０ｂの凸部５１ａとの間に、積層断面から視て絶縁距離Ｌ３ｂを確保できる。同様に、図２Ｃに示すように、負極タブ３１１と、バイポーラ電極板５０ａの凸部５１ａとの間に、積層断面から視て絶縁距離Ｌ３ｃを確保できる。
＜固体電池の製造方法＞
本実施形態に係る固体電池の製造方法は、図１２に示すように、正極板製造工程Ｓ１と、バイポーラ電極板製造工程Ｓ２と、負極板製造工程Ｓ３と、積層工程Ｓ４と、加圧工程Ｓ５と、を有する。
本実施形態に係る固体電池の製造方法は、図１２に示すように、正極板製造工程Ｓ１と、バイポーラ電極板製造工程Ｓ２と、負極板製造工程Ｓ３と、積層工程Ｓ４と、加圧工程Ｓ５と、を有する。
正極板製造工程Ｓ１は、図１２に示すように、極材塗工工程Ｓ１１と、乾燥工程Ｓ１２と、固体電解質塗工工程Ｓ１３と、乾燥工程Ｓ１４と、切断工程１５と、をこの順に有する。
極材塗工工程Ｓ１１は、図１０に示すように、シート状の正極集電板２１の両面に正極活物質層２２を形成する工程である。正極活物質層２２を形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、正極活物質を含む正極合材を調製し、正極合材を正極集電体上に塗布する方法が挙げられる。塗布する方法についても特に限定されるものではなく、例えば、ドクターブレード法、スプレー塗布、スクリーン印刷等が挙げられる。乾燥工程Ｓ１２は塗布された正極合材を乾燥させる工程であり、乾燥方法としては特に限定されない。
固体電解質塗工工程Ｓ１３は、図１０に示すように、両面に正極活物質層２２が形成されたシート状の正極集電板２１の両面に固体電解質層４０を形成する工程である。固体電解質層４０を形成する方法は特に限定されず、極材塗工工程Ｓ１１と同様、ドクターブレード法、スプレー塗布、スクリーン印刷等により固体電解質を塗工する方法が挙げられる。乾燥工程Ｓ１４は塗布された固体電解質層４０を乾燥させる工程であり、乾燥方法としては特に限定されない。
切断工程Ｓ１５は、シート状の正極集電板２１を所定の大きさに切断することで、正極タブ２１１を形成する工程である。
バイポーラ電極板製造工程Ｓ２は、図１２に示すように、極材塗工工程Ｓ２１と、乾燥工程Ｓ２２と、穴あけ工程Ｓ２３と、固体電解質塗工工程Ｓ２４と、乾燥工程Ｓ２５と、切断工程２６と、をこの順に有する。
極材塗工工程Ｓ２１は、図９に示すように、シート状の集電板５１の一方の面に正極活物質層２２を形成し、他方の面に負極活物質層３２を形成する工程である。具体的な方法としては、極材塗工工程Ｓ１１及び極材塗工工程Ｓ３１と同様の工程を採用できる。乾燥工程Ｓ２２は塗布された正極合材及び負極合材を乾燥させる工程であり、乾燥方法としては特に限定されない。
穴あけ工程Ｓ２３は、両面にそれぞれ正極活物質層２２及び負極活物質層３２が形成されたシート状の集電板５１に孔部を形成する工程である。孔部を形成する方法としては特に限定されず、パンチング金型により穴あけ加工を行う方法、レーザー処理による方法等、従来公知の方法を用いることができる。穴あけ工程Ｓ２３は、図９に示すように、隣接する一列の孔部同士が互い違いになるように、孔部を形成する工程であることが好ましい。これにより、１枚のシート状の集電板５１から、鏡像関係にある２種類の形状を有するバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂを製造することができる。
固体電解質塗工工程Ｓ２４は、図９に示すように、両面にそれぞれ正極活物質層２２及び負極活物質層３２が形成され、孔部が形成されたシート状の集電板５１の両面に固体電解質層４０を形成する工程である。固体電解質層４０を形成する方法は特に限定されず、極材塗工工程Ｓ１１等と同様、ドクターブレード法、スプレー塗布、スクリーン印刷等により固体電解質を塗工する方法が挙げられる。孔部が形成された集電板５１に対し、固体電解質を塗工することで、孔部の端面に固体電解質が回り込み、孔部の端面に対しても固体電解質層４０を形成できる。乾燥工程Ｓ２５は塗布された固体電解質層４０を乾燥させる工程であり、乾燥方法としては特に限定されない。
切断工程Ｓ２６は、シート状の集電板５１を、穴あけ工程Ｓ２３により形成された孔部を含む切断線で切断することで、端面に凸部５１ａ及び凹部５２ａが形成されたバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂを形成する工程である。
上記工程を有するバイポーラ電極板製造工程Ｓ２によれば、端面に凸部５１ａ及び凹部５２ａが形成され、凹部５２ａの端面に固体電解質層４０が形成されたバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂを製造することができる。即ち、シート状の集電板５１を切断する前に、孔部の端面に固体電解質を塗工して端面の少なくとも一部に固体電解質層４０が形成されたバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂを製造することができるため、バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂの生産効率の観点から好ましい。
負極板製造工程Ｓ３は、図１２に示すように、極材塗工工程Ｓ３１と、乾燥工程Ｓ３２と、固体電解質塗工工程Ｓ３３と、乾燥工程Ｓ３４と、切断工程３５と、をこの順に有する。負極板製造工程Ｓ３は、極材塗工工程Ｓ３１においてシート状の負極集電板３１の両面に負極活物質層３２を形成する工程であること以外は、正極板製造工程Ｓ１と同様の工程である。
積層工程Ｓ４は、正極板製造工程Ｓ１により製造された正極板２０と、バイポーラ電極板製造工程Ｓ２により製造されたバイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂと、負極板製造工程Ｓ３により製造された負極板３０とを積層する工程である。積層工程Ｓ４において、バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂは交互に積層され、積層両端部に正極板２０及び負極板３０が配置される。
加圧工程Ｓ５は、積層された正極板２０、バイポーラ電極板５０ａ及び５０ｂ、並びに負極板３０をプレス機等で挟んで加圧することで一体化させる工程である。
以下、本発明の他の実施形態について説明する。上記で説明した構成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》
［積層体］
図５は、第２実施形態に係る固体電池の積層体１ａの概要を示す図である。積層体１ａは、図５及び図６Ａ～図６Ｄに示すように、積層両端部に正極板２０ａと、負極板３０ａとが配置され、正極板２０ａと負極板３０ａとの間に、２種類のバイポーラ電極板５０ｃ及び５０ｄが交互に積層された構成を有する。
［積層体］
図５は、第２実施形態に係る固体電池の積層体１ａの概要を示す図である。積層体１ａは、図５及び図６Ａ～図６Ｄに示すように、積層両端部に正極板２０ａと、負極板３０ａとが配置され、正極板２０ａと負極板３０ａとの間に、２種類のバイポーラ電極板５０ｃ及び５０ｄが交互に積層された構成を有する。
本実施形態において、図６Ａ～図６Ｄに示すように、正極板２０ａ及び負極板３０ａの積層面には固体電解質層４０が形成されない。従って、正極タブ２１１及び負極タブ３１１の表面にも固体電解質層は形成されていない。このため、積層体１ａの製造工程を簡略化できる。一方で、積層体１ａにおいては、正極タブ２１１及び負極タブ３１１と、隣接するバイポーラ電極板との間の絶縁を確保する必要がある。
バイポーラ電極板５０ｃ及び５０ｄの構成を、それぞれ図７、図８に示す。図７、図８は、正極活物質層２２が形成された積層面側から、それぞれバイポーラ電極板５０ｃ及び５０ｄを視た図である。バイポーラ電極板５０ｃ及び５０ｄの形状は、端面に凸部５１ｂ及び凹部５２ｂが交互に形成された、互いに鏡像関係にある形状である。凸部５１ｂには、固体電解質層４０は形成されず、凹部５２ｂには、固体電解質層４０が形成される。積層体１ａにおいてバイポーラ電極板５０ｃ及び５０ｄは、図６Ａ～図６Ｄに示すように交互に積層される。
本実施形態において、正極板２０ａに隣接して配置されるバイポーラ電極板は、バイポーラ電極板５０ｃであり、負極板３０ａに隣接して配置されるバイポーラ電極板は、バイポーラ電極板５０ｄである。このため、本実施形態におけるバイポーラ電極板の積層数は偶数である。
バイポーラ電極板５０ｃの端面に形成される凹部５２ｂは、図５及び図７に示すように、幅Ｔ１を有する正極タブ２１１に対応する位置に配置される。同様に、バイポーラ電極板５０ｄの端面に形成される凹部５２ｂは、図５及び図７に示すように、幅Ｔ１を有する負極タブ３１１に対応する位置に配置される。凹部５２ｂは、正極タブ２１１及び負極タブ３１１の幅よりも広い凹部であり、端面に固体電解質層４０が形成される。これにより、正極タブ２１１と隣接するバイポーラ電極板５０ｃとの間の絶縁、及び負極タブ３１１と隣接するバイポーラ電極板５０ｄとの間の絶縁を確保できる。
図５、図６Ａ、及び図６Ｄに示すように、バイポーラ電極板５０ｃ及び５０ｄの凸部５１ａ同士の間に、積層方向から視て絶縁距離Ｌ１ｃを確保でき、積層断面から視て絶縁距離Ｌ１ｂを確保できる。
図５Ａ、及び図５Ｄに示すように、正極板２０及び負極板３０における正極タブ２１１及び負極タブ３１１が配置されない端面と、凸部５１ａとの間には、積層断面から視て絶縁距離Ｌ２ａ及びＬ２ｂを確保できる。
図５に示すように、正極タブ２１１と、バイポーラ電極板５０ｃの凸部５１ａとの間に、積層方向から視て絶縁距離Ｌ３ｄを確保できる。負極タブ３１１と、バイポーラ電極板５０ｄの凸部５１ａと、についても同様である。更に、図６Ａに示すように、正極タブ２１１と、バイポーラ電極板５０ｄの凸部５１ａとの間に、積層断面から視て絶縁距離Ｌ３ｂを確保できる。同様に、図６Ｃに示すように、負極タブ３１１と、バイポーラ電極板５０ｃの凸部５１ａとの間に、積層断面から視て絶縁距離Ｌ３ｃを確保できる。即ち、正極板２０ａ及び負極板３０ａと隣接するバイポーラ電極板の正極タブ２１１及び負極タブ３１１に対応する位置には、端面に固体電解質層４０が形成された凹部５２ｂが設けられている。これにより、正極板２０ａ及び負極板３０ａが固体電解質層４０を有していなくても、各バイポーラ電極板の凸部５１ａとの間に絶縁距離Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、及びＬ３ｄを確保できる。
＜固体電池の製造方法＞
本実施形態に係る固体電池の製造方法は、図１３に示すように、正極板製造工程Ｓ１ａと、バイポーラ電極板製造工程Ｓ２ａと、負極板製造工程Ｓ３ａと、積層工程Ｓ４と、加圧工程Ｓ５と、を有する。
本実施形態に係る固体電池の製造方法は、図１３に示すように、正極板製造工程Ｓ１ａと、バイポーラ電極板製造工程Ｓ２ａと、負極板製造工程Ｓ３ａと、積層工程Ｓ４と、加圧工程Ｓ５と、を有する。
正極板製造工程Ｓ１ａ及び負極板製造工程Ｓ３ａは、固体電解質塗工工程Ｓ１３及びＳ３３と、乾燥工程Ｓ１４及びＳ３４と、を有していないこと以外は、正極板製造工程Ｓ１及び負極板製造工程Ｓ３と同様の工程である。
バイポーラ電極板製造工程Ｓ２ａは、図１３に示すように、極材塗工工程Ｓ２１と、乾燥工程Ｓ２２と、穴あけ工程Ｓ２３ａと、固体電解質塗工工程Ｓ２４と、乾燥工程Ｓ２５と、切断工程２６と、をこの順に有する。バイポーラ電極板製造工程Ｓ２ａの各工程は、穴あけ工程Ｓ２３ａが異なる点以外はバイポーラ電極板製造工程Ｓ２と同様の工程である。
穴あけ工程Ｓ２３ａは、図１１に示すように、両面にそれぞれ正極活物質層２２及び負極活物質層３２が形成されたシート状の集電板５１に孔部を形成する工程である。孔部を形成する方法としては、第１実施形態と同様の方法を採用できる。穴あけ工程Ｓ２３ａは、穴あけ工程Ｓ２３と同様に、図１１に示すように、隣接する一列の孔部同士が互い違いになるように、孔部を形成する工程であることが好ましい。これにより、１枚のシート状の集電板５１から、鏡像関係にある２種類の形状を有するバイポーラ電極板５０ｃ及び５０ｄを製造することができる。
穴あけ工程Ｓ２３ａは、１枚のシート状の集電板５１から、シートの流れ方向に沿って２列のバイポーラ電極板を製造できるように、集電板５１に孔部を形成する。２列のバイポーラ電極板は、隣り合うバイポーラ電極板同士が互いに鏡像関係にある形状となるように製造される。
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、適宜変更を加えたものも本発明の範囲に含まれる。第１実施形態の固体電池の製造方法に係る、バイポーラ電極板製造工程Ｓ２の穴あけ工程Ｓ２３を、図９を用いて説明し、第２実施形態の固体電池の製造方法に係る、バイポーラ電極板製造工程Ｓ２ａの穴あけ工程Ｓ２３ａを、図１１を用いて説明した。上記に限定されない。図９に示す穴あけ工程、及び図１１に示す穴あけ工程は、それぞれ穴あけ工程Ｓ２３、穴あけ工程Ｓ２３ａのいずれにも適用できる。
１、１ａ、１ｂ 積層体
２０、２０ａ、２０ｂ 正極板
２１１ 正極タブ（電極タブ）
３０、３０ａ、３０ｂ 負極板
３１１ 負極タブ（電極タブ）
４０ 固体電解質層
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ バイポーラ電極板
５１ａ、５１ｂ 凸部
５２ａ、５２ｂ 凹部
２０、２０ａ、２０ｂ 正極板
２１１ 正極タブ（電極タブ）
３０、３０ａ、３０ｂ 負極板
３１１ 負極タブ（電極タブ）
４０ 固体電解質層
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ バイポーラ電極板
５１ａ、５１ｂ 凸部
５２ａ、５２ｂ 凹部
Claims (8)
- 正極板と、１つ又は複数のバイポーラ電極板と、負極板とを積層させてなる積層体を含む固体電池であり、
前記バイポーラ電極板の積層面には、固体電解質層が形成される、固体電池。 - 前記バイポーラ電極板の端面の少なくとも一部には、固体電解質層が形成される、請求項１に記載の固体電池。
- 前記バイポーラ電極板は複数のバイポーラ電極板であり、
前記バイポーラ電極板の端面には、固体電解質層が形成される凹部と、固体電解質層が形成されない凸部と、が形成され、
隣接する前記バイポーラ電極板間において、前記凹部と前記凸部とは互い違いに配置される、請求項１又は２に記載の固体電池。 - 前記正極板又は前記負極板に隣接して配置される前記バイポーラ電極板において、前記凹部は、前記正極板又は前記負極板から延出する電極タブに対応する位置に配置され、かつ前記電極タブの幅よりも広い、請求項３に記載の固体電池。
- 前記正極板及び前記負極板の積層面には、固体電解質層が形成される、請求項１～４のいずれかに記載の固体電池。
- 前記バイポーラ電極板は複数のバイポーラ電極板であり、隣接して配置される前記バイポーラ電極板の形状は、互いに鏡像関係にある、請求項１～５のいずれかに記載の固体電池。
- バイポーラ電極板の製造工程を含む固体電池の製造方法であって、
前記バイポーラ電極板の製造工程は、
集電板の一方の面に正極材を塗工し、他方の面に負極材を塗工する極材塗工工程と、
電極材が塗工された前記集電板の一部に孔部を形成する穴あけ工程と、
電極材が塗工された前記集電板に固体電解質を塗工する固体電解質塗工工程と、
電極材が塗工された前記集電板を、前記孔部を含む切断線で切断することで、前記集電板の端縁に凹部が形成されるように前記集電板を切断する切断工程と、をこの順に備える、固体電池の製造方法。 - 前記バイポーラ電極板の製造工程において、前記穴あけ工程は、隣接する一列の前記孔部同士が互い違いになるように、前記孔部を形成する工程であり、互いに鏡像関係にある２種類の形状の前記バイポーラ電極板が製造される、請求項７に記載の固体電池の製造方法。
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