JP2023149634A - 全固体電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】ラミネートパウチセル内部において電極面積の拡大と電極占積率の増大を達成できる全固体電池の提供。
【解決手段】電極積層体１０と電極積層体１０を収容する外装フィルム２０とを備え、電極積層体１０は積層両端最表面が負極集電体層７１となるように積層した第１電極積層体３０と、積層両端最表面が正極集電体層６１となるように積層した第２電極積層体４０とを少なくとも有し、第１電極積層体３０の負極集電体層７１の第１負極収束体１００と、第２電極積層体４０の正極集電体層６１の第１正極収束体１３０とが直列接続され、外装フィルム２０は内側樹脂層２１と、金属層２２と、外側樹脂層２３とを有し、第１負極収束体１００と第１正極収束体１３０とが直列接続される電極積層体１０の幅方向の一方の端部において、第１負極収束体１００及び第１正極収束体１３０と金属層２２とを電気的に接続する第１内部接続部２１０が設けられる全固体電池１。
【選択図】図１
【解決手段】電極積層体１０と電極積層体１０を収容する外装フィルム２０とを備え、電極積層体１０は積層両端最表面が負極集電体層７１となるように積層した第１電極積層体３０と、積層両端最表面が正極集電体層６１となるように積層した第２電極積層体４０とを少なくとも有し、第１電極積層体３０の負極集電体層７１の第１負極収束体１００と、第２電極積層体４０の正極集電体層６１の第１正極収束体１３０とが直列接続され、外装フィルム２０は内側樹脂層２１と、金属層２２と、外側樹脂層２３とを有し、第１負極収束体１００と第１正極収束体１３０とが直列接続される電極積層体１０の幅方向の一方の端部において、第１負極収束体１００及び第１正極収束体１３０と金属層２２とを電気的に接続する第１内部接続部２１０が設けられる全固体電池１。
【選択図】図１
Description
本発明は、全固体電池に関する。
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する全固体電池に関する研究開発が行われている。
電気自動車用等大容量のラミネートパウチセルは、一般に長手方向の両端に電極タブを設けている。そのため、積層して直列接続または並列接続する場合、電池セルの長手方向の両端側に電池セルの端子間を接続するバスバー等を設ける空間が必要となる。前記空間は、電池セル内の電極の長手方向を延長することができない。
全電池セルの電圧を監視するためには、ＣＶＳ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ）用配線を全セルの正極端および負極端子から取り出す必要がある。そのため、ＣＶＳ用配線はその一部が必ずモジュールを縦断する必要があり、その空間を確保する必要がある。そのため、積層セルの占有できる体積が小さくなる。つまり、電池容量が小さくなる。
積層セルの占有できる体積を大きくする技術としては、例えば、ラミネートフィルムを構成する内側樹脂層をくり抜いて、発電要素と接続することにより、タブリードの突出する長さを短くすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、全固体電池に関する技術においては、ラミネートパウチセル内部において、電極面積を広くすることができないという課題がある。また、ラミネートパウチセル内部において、電極占積率を大きくすることができないという課題がある。
本願は上記課題の解決のため、ラミネートパウチセル内部において、電極面積の拡大と電極占積率の増大の達成を目的としたものである。そして、延いてはエネルギーの効率化に寄与するものである。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］電極積層体と、前記電極積層体を収容する外装フィルムと、を備え、
前記電極積層体は、積層両端最表面が負極集電体層となるように積層した第１電極積層体と、積層両端最表面が正極集電体層となるように積層した第２電極積層体とを、少なくとも有し、
前記第１電極積層体の負極集電体層の負極収束体と、前記第２電極積層体の正極集電体層の正極収束体とが直列接続され、
前記外装フィルムは、内側樹脂層と、金属層と、外側樹脂層と、を有し、
前記負極収束体と前記正極収束体とが直列接続される、前記電極積層体の幅方向の一方の端部において、前記負極収束体および前記正極収束体と前記金属層とを電気的に接続する内部接続部が設けられる、全固体電池。
［１］電極積層体と、前記電極積層体を収容する外装フィルムと、を備え、
前記電極積層体は、積層両端最表面が負極集電体層となるように積層した第１電極積層体と、積層両端最表面が正極集電体層となるように積層した第２電極積層体とを、少なくとも有し、
前記第１電極積層体の負極集電体層の負極収束体と、前記第２電極積層体の正極集電体層の正極収束体とが直列接続され、
前記外装フィルムは、内側樹脂層と、金属層と、外側樹脂層と、を有し、
前記負極収束体と前記正極収束体とが直列接続される、前記電極積層体の幅方向の一方の端部において、前記負極収束体および前記正極収束体と前記金属層とを電気的に接続する内部接続部が設けられる、全固体電池。
第１電極積層体の負極集電体層の負極収束体と、第２電極積層体の正極集電体層の正極収束体とが直列接続され、負極収束体と正極収束体とが直列接続される、電極積層体の幅方向の一方の端部において、負極収束体および正極収束体と外装フィルムの金属層とを電気的に接続する内部接続部が設けられることにより、外装フィルム内部において、電極積層体の電極面積を拡大することができるともに、電極積層体の電極占積率を増大することができる。
［２］前記電極積層体の幅方向の他方の端部において、前記第１電極積層体の正極集電体層の正極収束体と、前記第２電極積層体の負極集電体層の負極収束体とがそれぞれタブリードに接合されるとともに、
前記電極積層体の幅方向の他方の端部において、前記外装フィルムは前記金属層が露出し、全固体電池の外部の電気機器と電気的に接続される露出部を有する、［１］に記載の全固体電池。
前記電極積層体の幅方向の他方の端部において、前記外装フィルムは前記金属層が露出し、全固体電池の外部の電気機器と電気的に接続される露出部を有する、［１］に記載の全固体電池。
電極積層体の幅方向の他方の端部において、第１電極積層体の正極集電体層の正極収束体と、第２電極積層体の負極集電体層の負極収束体とがそれぞれタブリードに接合されるとともに、電極積層体の幅方向の他方の端部において、外装フィルムは金属層が露出し、全固体電池の外部の電気機器と電気的に接続される露出部を有することにより、全固体電池内の電位を取り出すことができる。
本発明によれば、ラミネートパウチセル内部において、電極積層体における電極面積を拡大することができるともに、電極積層体における電極占積率を増大することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［全固体電池の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る全固体電池の一例を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る全固体電池を構成する第１電極積層体の構造の一例を示す平面図である。図３は、本発明の実施形態に係る全固体電池を構成する第２電極積層体の構造の一例を示す平面図である。図４は、本発明の実施形態に係る全固体電池を構成する電極積層体の構造の一例を示す平面図である。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は図示するものに限られないものとする。
図１は、本発明の実施形態に係る全固体電池の一例を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る全固体電池を構成する第１電極積層体の構造の一例を示す平面図である。図３は、本発明の実施形態に係る全固体電池を構成する第２電極積層体の構造の一例を示す平面図である。図４は、本発明の実施形態に係る全固体電池を構成する電極積層体の構造の一例を示す平面図である。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は図示するものに限られないものとする。
全固体電池１は、電極積層体１０と、電極積層体１０を収容する外装フィルム２０とを備える。電極積層体１０は、第１電極積層体３０と、第２電極積層体４０とを有する。
第１電極積層体３０および第２電極積層体４０は、複数の単層シート電極５０を有する。図１では、第１電極積層体３０および第２電極積層体４０は、６個の単層シート電極５０（第１単層シート電極５０Ａ、第２単層シート電極５０Ｂ、第３単層シート電極５０Ｃ、第４単層シート電極５０Ｄ、第５単層シート電極５０Ｅおよび第６単層シート電極５０Ｆ）を有する。
単層シート電極５０は、正極６０と、負極７０と、正極６０及び負極７０の間に配置され、固体電解質を含む固体電解質層８０とを有する。
正極６０は、正極集電体層６１と、少なくとも固体電解質を含む正極活物質層６２とが積層されてなる。
負極７０は、負極集電体層７１と、少なくとも固体電解質を含む負極活物質層７２とが積層されてなる。
単層シート電極５０は、正極６０と、負極７０と、正極６０及び負極７０の間に配置され、固体電解質を含む固体電解質層８０とを有する。
正極６０は、正極集電体層６１と、少なくとも固体電解質を含む正極活物質層６２とが積層されてなる。
負極７０は、負極集電体層７１と、少なくとも固体電解質を含む負極活物質層７２とが積層されてなる。
第１電極積層体３０は、積層両端最表面が負極集電体層７１となるように、複数の単層シート電極５０が積層されている。詳細には、第１電極積層体３０では、第１単層シート電極５０Ａの負極集電体層７１が、積層方向の一方の最表面（図１では第１電極積層体の上面側）をなしている。そして、第６単層シート電極５Ｆの負極集電体層７１が、積層方向の他方の最表面（図１では第１電極積層体の下面側）をなしている。
第２電極積層体４０は、積層両端最表面が正極集電体層６１となるように、複数の単層シート電極５０が積層されている。詳細には、第２電極積層体４０では、第１単層シート電極５０Ａの正極集電体層６１が、積層方向の一方の最表面（図１では第２電極積層体の上面側）をなしている。そして、第６単層シート電極５Ｆの正極集電体層６１が、積層方向の他方の最表面（図１では第２電極積層体の下面側）をなしている。
電極積層体１０の幅方向の一方の端部において、第１電極積層体３０の負極集電体層７１に第１タブリード９０が接合されている。第１タブリード９０が収束されて第１負極収束体１００を形成している。第１負極収束体１００には、第１クラッド材１１０が接合されている。
電極積層体１０の幅方向の一方の端部において、第２電極積層体４０の正極集電体層６１に第２タブリード１２０が接合されている。第２タブリード１２０が収束されて第１正極収束体１３０を形成している。第１正極収束体１３０には、第２クラッド材１４０が接合されている。
第１クラッド材１１０と第２クラッド材１４０が接合されることにより、第１負極収束体１００と第１正極収束体１３０とが直列接続されている。
電極積層体１０の幅方向の一方の端部において、第２電極積層体４０の正極集電体層６１に第２タブリード１２０が接合されている。第２タブリード１２０が収束されて第１正極収束体１３０を形成している。第１正極収束体１３０には、第２クラッド材１４０が接合されている。
第１クラッド材１１０と第２クラッド材１４０が接合されることにより、第１負極収束体１００と第１正極収束体１３０とが直列接続されている。
電極積層体１０の幅方向の他方の端部において、第１電極積層体３０の正極集電体層６１に第３タブリード１５０が接合されている。第３タブリード１５０が収束されて第２正極極収束体１６０を形成している。第２正極極収束体１６０には、第４タブリード１７０が接合されている。
電極積層体１０の幅方向の他方の端部において、第２電極積層体４０の負極集電体層７１に第５タブリード１８０が接合されている。第５タブリード１８０が収束されて第２負極収束体１９０を形成している。第２負極収束体１９０には、第６タブリード２００が接合されている。
第４タブリード１７０は第１電極積層体３０と第２電極積層体４０が直列に接続された正極端子に、第６タブリード２００は第１電極積層体３０と第２電極積層体４０が直列に接続された正極端子になる。
電極積層体１０の幅方向の他方の端部において、第２電極積層体４０の負極集電体層７１に第５タブリード１８０が接合されている。第５タブリード１８０が収束されて第２負極収束体１９０を形成している。第２負極収束体１９０には、第６タブリード２００が接合されている。
第４タブリード１７０は第１電極積層体３０と第２電極積層体４０が直列に接続された正極端子に、第６タブリード２００は第１電極積層体３０と第２電極積層体４０が直列に接続された正極端子になる。
外装フィルム２０は、内側樹脂層２１と、金属層２２と、外側樹脂層２３とを有する。
第１負極収束体１００と第１正極収束体１３０とが直列接続される、第１電極積層体３０および第２電極積層体４０の幅方向の一方の端部において、第１負極収束体１００および第１正極収束体１３０と外装フィルム２０の金属層２２を電気的に接続する第１内部接続部２１０が設けられている。
第１負極収束体１００と第１正極収束体１３０とが直列接続される、第１電極積層体３０および第２電極積層体４０の幅方向の他方の端部において、外装フィルム２０の金属層２２と接続するＣＶＳ配線用端子部２３０が設けられている。
第４タブリード１７０は、配線３１０を介してＣＶＳ４００と接続されている。第６タブリード２００は、配線３２０を介してＣＶＳ４００と接続されている。ＣＶＳ配線用端子部２３０は、配線３３０を介してＣＶＳ４００と接続されている。電極積層体１０の幅方向の他方の端部において、外装フィルム２０は、金属層２２が露出し、全固体電池１の外部の電気機器（ＣＶＳ４００等）と電気的に接続される露出部を有する。その露出部にて、外装フィルム２０の金属層２２とＣＶＳ配線用端子部２３０が接続している。
（正極）
正極６０は、正極集電体層６１と、少なくとも固体電解質を含む正極活物質層６２とが積層されてなる。本実施形態では、正極６０は、正極集電体層６１と、正極集電体層６１の一方の主面に形成され、正極活物質及び固体電解質を含む正極活物質層６２とを有する。
正極６０は、正極集電体層６１と、少なくとも固体電解質を含む正極活物質層６２とが積層されてなる。本実施形態では、正極６０は、正極集電体層６１と、正極集電体層６１の一方の主面に形成され、正極活物質及び固体電解質を含む正極活物質層６２とを有する。
正極集電体層６１は、導電率が高い少なくとも１つの物質で構成されるのが好ましい。
導電性が高い物質としては、例えば、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、及びニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれか１つの金属元素を含む金属又は合金、あるいはカーボン（Ｃ）の非金属が挙げられる。導電性の高さに加えて、製造コストも考慮すると、アルミニウム、ニッケル又はステンレスが好ましい。更に、アルミニウムは、正極活物質、負極活物質及び固体電解質と反応し難い。そのため、正極集電体層６１にアルミニウムを用いると、全固体電池の内部抵抗を低減することができる。
導電性が高い物質としては、例えば、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、及びニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれか１つの金属元素を含む金属又は合金、あるいはカーボン（Ｃ）の非金属が挙げられる。導電性の高さに加えて、製造コストも考慮すると、アルミニウム、ニッケル又はステンレスが好ましい。更に、アルミニウムは、正極活物質、負極活物質及び固体電解質と反応し難い。そのため、正極集電体層６１にアルミニウムを用いると、全固体電池の内部抵抗を低減することができる。
正極集電体層６１の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、不織布状、発泡状等を挙げることができる。また、正極活物質層６２との密着性を高めるために、正極集電体層６１の表面にカーボンなどが配置されていてもよいし、表面が粗化されていてもよい。
正極活物質層６２は、リチウムイオンと電子を授受する正極活物質を含む。正極活物質としては、リチウムイオンを可逆に放出・吸蔵でき、電子輸送が行える材料であれば特に限定されず、全固体型リチウムイオン電池の正極に適用可能な公知の正極活物質を用いることができる。例えば、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、固溶体酸化物（Ｌｉ２ＭｎＯ３－ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉなど））、リチウム－マンガン－ニッケル－コバルト酸化物（ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、オリビン型リチウムリン酸化物（ＬｉＦｅＰＯ４）等の複合酸化物；ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子；Ｌｉ２Ｓ、ＣｕＳ、Ｌｉ－Ｃｕ－Ｓ化合物、ＴｉＳ２、ＦｅＳ、ＭｏＳ２、Ｌｉ－Ｍｏ－Ｓ化合物等の硫化物；硫黄とカーボンの混合物；等が挙げられる。正極活物質は、上記材料の１種単独で構成されてもよいし、２種以上で構成されてもよい。
正極活物質層６２は、正極活物質とリチウムイオンの授受をする固体電解質を含む。固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有するものであれば特に制限は無く、一般的に全固体型リチウムイオン電池に用いられる材料を用いることができる。例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質、リチウム含有塩などの無機固体電解質や、ポリエチレンオキシドなどのポリマー系の固体電解質、リチウム含有塩やリチウムイオン伝導性のイオン液体を含むゲル系の固体電解質等を挙げることができる。これらのうち、リチウムイオンの高い導電特性とプレスによる構造成形性や界面接合性が良好である観点からは、硫化物固体電解質材料であるのが好ましい。
固体電解質は、上記材料の１種単独で構成されてもよいし、２種以上で構成されてもよい。正極活物質層６２に含まれる固体電解質は、負極活物質層７２や、固体電解質層８０に含まれる固体電解質と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
固体電解質は、上記材料の１種単独で構成されてもよいし、２種以上で構成されてもよい。正極活物質層６２に含まれる固体電解質は、負極活物質層７２や、固体電解質層８０に含まれる固体電解質と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
正極活物質層６２は、正極６０の導電性を向上させる観点から、導電助剤を含んでもよい。導電助剤としては一般的に全固体型リチウムイオン電池に使用可能な導電助剤を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、ケチェンブラック等のカーボンブラック；カーボンファイバー；気相法炭素繊維；黒鉛粉末；カーボンナノチューブ等の炭素材料、を挙げることができる。導電助剤は、上記材料の１種単独で構成されてもよいし、２種以上で構成されてもよい。
また、正極活物質層６２は、正極活物質同士及び正極活物質と正極集電体層６１とを結着させる役割をもつバインダーを含んでもよい。
本実施形態では、正極活物質層６２は、正極集電体層６１の一方の主面に形成されているが、これに限らず、正極活物質層６２が、正極集電体層６１の両主面に形成されていてもよい。また、正極活物質層６２が、メッシュ状、不織布状、発泡状等の３次元的な多孔質構造である場合、正極活物質層６２は、正極集電体層６１と一体的に設けられてもよい。
第１電極積層体３０では、正極集電体層６１は、全固体電池１の幅方向の一方の端部において集合されている。第２電極積層体４０では、正極集電体層６１は、全固体電池１の幅方向の他方の端部において集合されている。
（負極）
負極７０は、負極集電体層７１と、少なくとも固体電解質を含む負極活物質層７２とが積層されてなる。本実施形態では、負極７０は、負極集電体層７１と、負極集電体層７１の一方の主面に形成され、負極活物質及び固体電解質を含む負極活物質層７２とを有する。
負極７０は、負極集電体層７１と、少なくとも固体電解質を含む負極活物質層７２とが積層されてなる。本実施形態では、負極７０は、負極集電体層７１と、負極集電体層７１の一方の主面に形成され、負極活物質及び固体電解質を含む負極活物質層７２とを有する。
負極集電体層７１は、正極集電体層６１と同様、導電率が高い少なくとも１つの物質で構成されるのが好ましい。導電性が高い物質としては、例えば、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）及びニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれか１つの金属元素を含む金属又は合金、あるいはカーボン（Ｃ）の非金属が挙げられる。導電性の高さに加えて、製造コストも考慮すると、銅、ニッケル又はステンレスが好ましい。さらに、ステンレスは、正極活物質、負極活物質及び固体電解質と反応し難い。そのため、負極集電体層７１にステンレスを用いると、全固体電池の内部抵抗を低減することができる。
負極集電体層７１の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、不織布状、発泡状等を挙げることができる。また、負極活物質層７２との密着性を高めるために、負極集電体層７１の表面にカーボンなどが配置されていてもよいし、表面が粗化されていてもよい。
負極活物質層７２は、リチウムイオンと電子を授受する負極活物質を含む。負極活物質としては、リチウムイオンを可逆に放出・吸蔵でき、電子輸送が行える材料であれば特に限定されず、全固体型リチウムイオン電池の負極に適用可能な公知の負極活物質を用いることができる。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、樹脂炭、炭素繊維、活性炭、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素質材料；スズ、スズ合金、シリコン、シリコン合金、ガリウム、ガリウム合金、インジウム、インジウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を主体とした合金系材料；ポリアセン、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性ポリマー；金属リチウム；リチウムチタン複合酸化物（例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等が挙げられる。これらの負極活物質は、上記材料の１種単独で構成されてもよいし、２種以上で構成されてもよい。
負極活物質層７２は、負極活物質とリチウムイオンの授受をする固体電解質を含む。固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有するものであれば特に制限は無く、一般的に全固体型リチウムイオン電池に用いられる材料を用いることができる。例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質、リチウム含有塩などの無機固体電解質や、ポリエチレンオキシドなどのポリマー系の固体電解質、リチウム含有塩やリチウムイオン伝導性のイオン液体を含むゲル系の固体電解質等を挙げることができる。固体電解質は、上記材料の１種単独で構成されてもよいし、２種以上で構成されてもよい。
負極活物質層７２に含まれる固体電解質は、正極活物質層６２や、固体電解質層８０に含まれる固体電解質と同様のものでもよいし、異なってもよい。
負極活物質層７２に含まれる固体電解質は、正極活物質層６２や、固体電解質層８０に含まれる固体電解質と同様のものでもよいし、異なってもよい。
負極活物質層７２は、導電助剤及びバインダー等を含んでいてもよい。これらの材料としては、特に制限は無いが、例えば、上述した正極活物質層６２に用いられる材料と同様のものを用いることができる。
本実施形態では、負極活物質層７２は、負極集電体層７１の一方の主面に形成されているが、これに限らず、負極活物質層７２が、負極集電体層７１の両主面に形成されていてもよい。また、負極活物質層７２が、メッシュ状、不織布状、発泡状等の３次元的な多孔質構造である場合、負極活物質層７２は、負極集電体層７１と一体的に設けられてもよい。
第１電極積層体３０では、負極集電体層７１は、全固体電池１の幅方向の他方の端部において集合されている。第２電極積層体４０では、負極集電体層７１は、全固体電池１の幅方向の一方の端部において集合されている。
（固体電解質層）
固体電解質層８０は、正極活物質層６２と負極活物質層７２の間に配置されている。
固体電解質層８０は、正極活物質層６２と負極活物質層７２の間に配置されている。
上記固体電解質としては、リチウムイオン伝導性及び絶縁性を有するものであれば特に制限は無く、一般的に全固体型リチウムイオン電池に用いられる材料を用いることができる。例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質、リチウム含有塩などの無機固体電解質や、ポリエチレンオキシドなどのポリマー系の固体電解質、リチウム含有塩やリチウムイオン伝導性のイオン液体を含むゲル系の固体電解質等を挙げることができる。これらのうち、リチウムイオンの高い導電特性とプレスによる構造成形性や界面接合性が良好である観点からは、硫化物固体電解質材料であるのが好ましい。
固体電解質材料の形態としては、特に制限は無いが、例えば、粒子状を挙げることができる。
固体電解質材料の形態としては、特に制限は無いが、例えば、粒子状を挙げることができる。
固体電解質層８０は、機械的強度や柔軟性を付与するための粘着剤を含んでいてもよい。
固体電解質層８０は、多孔性基材と、該多孔性基材に保持された固体電解質とを有するシート状であってもよい。上記多孔性基材の形態としては、特に制限は無いが、例えば、織布、不織布、メッシュクロス、多孔性膜、エキスパンドシート、パンチングシート等が挙げられる。これらの形態のうち、固体電解質の充填量をより高められる取扱性の観点から、不織布が好ましい。
上記多孔性基材は、絶縁性材料により構成されていることが好ましい。これにより、固体電解質層８０の絶縁性を向上させることができる。絶縁性材料としては、例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ビニロン、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイト、ポリエーテルエーテルケトン、セルロース、アクリル樹脂等の樹脂材料；麻、木材パルプ、コットンリンター等の天然繊維、ガラス等が挙げられる。
（外装フィルム）
外装フィルム２０は、内側樹脂層２１と、金属層２２と、外側樹脂層２３とを有する積層フィルムである。内側樹脂層２１および外側樹脂層２３を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂が挙げられる。金属層２２は、例えば、アルミニウム箔等から構成される。
外装フィルム２０は、内側樹脂層２１と、金属層２２と、外側樹脂層２３とを有する積層フィルムである。内側樹脂層２１および外側樹脂層２３を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂が挙げられる。金属層２２は、例えば、アルミニウム箔等から構成される。
上述したように、本実施形態によれば、第１電極積層体３０の負極集電体層７１の第１負極収束体１００と、第２電極積層体４０の正極集電体層６１の第１正極収束体１３０とが直列接続され、第１負極収束体１００と第１正極収束体１３０とが直列接続される、電極積層体１０の幅方向の一方の端部において、第１負極収束体１００および第１正極収束体１３０と外装フィルム２０の金属層２２とを電気的に接続する第１内部接続部２１０が設けられることにより、外装フィルム２０の内部空間を拡げることができる。そのため、外装フィルム２０の内部において、電極積層体１０の電極面積を拡大することができるともに、電極積層体１０の電極占積率を増大することができる。従って、全固体電池１のエネルギー密度を高くすることができ、搭載電力量を増やすことができる。
また、本実施形態によれば、電極積層体１０の幅方向の他方の端部において、第１電極積層体３０の正極集電体層６１の第２正極極収束体１６０が第３タブリード１５０に接合され、第２電極積層体４０の負極集電体層７１の第２負極収束体１９０に第６タブリード２００が接合されるとともに、電極積層体１０の幅方向の他方の端部において、外装フィルム２０は金属層２２が露出し、全固体電池１の外部の電気機器と電気的に接続される露出部を有する。そのため、全固体電池１内の電位を取り出すことができる。
また、本実施形態によれば、外装フィルム２０の内部において、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０が直列接続されているため、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の間に絶縁シート等が不要となるため、外装フィルム２０の内部において、電極積層体１０の電極占積率が低下することを抑制できる。従って、製造コストを削減することができ、全固体電池１のエネルギー密度を向上することができる。
また、本実施形態によれば、外装フィルム２０の内部において、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０が直列接続され、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点（第１内部接続部２１０）の電位を取り出しているので、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の電圧を監視することができる。
また、本実施形態によれば、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点（第１内部接続部２１０）の電位と、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の積層両端の電位とが等しくなる。そのため、仮に外装フィルム２０の内側樹脂層２１が破損して、電極積層体１０と金属層２２が接触しても短絡等の問題が発生することを抑制できる。なぜならば、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点の電位と、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の積層両端の電位とが等しければ、第２電極積層体４０の外装フィルム２０の最表面と外装フィルム２０の電位が等しいため、短絡が生じないからである。
ここで、図５および図６を用いて、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点の電位と、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の積層両端の電位とが等しいことについて説明する。
全固体電池１全体の電位が７．４Ｖである場合、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点の電位は３．７Ｖである。また、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の積層両端の電位も３．７Ｖである。従って、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点の電位と、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の積層両端の電位とが等しい。
全固体電池１全体の電位が７．４Ｖである場合、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点の電位は３．７Ｖである。また、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の積層両端の電位も３．７Ｖである。従って、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点の電位と、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の積層両端の電位とが等しい。
また、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の接続中点の電位と、第１電極積層体３０と第２電極積層体４０の積層両端の電位とが等しくなっていれば、例えば、基準（０Ｖ）から接続中点（３．７Ｖ）までの間の電圧と、接続中点（３．７Ｖ）から最高点（７．４Ｖ）までの間の電圧とを監視することにより、全固体電池１全体の電位を監視することができる。
また、本実施形態によれば、外装フィルム２０の金属層２２を配線の一部として利用するため、全固体電池１内を縦断する配線が不要となる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１ 全固体電池
１０ 電極積層体
２０ 外装フィルム
２１ 内側樹脂層
２２ 金属層
２３ 外側樹脂層
３０ 第１電極積層体
４０ 第２電極積層体
５０ 単層シート電極
６０ 正極
６１ 正極集電体層
６２ 正極活物質層
７０ 負極
７１ 負極集電体層
７２ 負極活物質層
８０ 固体電解質層
９０ 第１タブリード
１００ 第１負極収束体
１１０ 第１クラッド材
１２０ 第２タブリード
１３０ 第１正極収束体
１４０ 第２クラッド材
１５０ 第３タブリード
１６０ 第２正極極収束体
１７０ 第４タブリード
１８０ 第５タブリード
１９０ 第２負極収束体
２００ 第６タブリード
２１０ 第１内部接続部
２２０ 第２内部接続部
２３０ ＣＶＳ配線用端子部
４００ ＣＶＳ
１０ 電極積層体
２０ 外装フィルム
２１ 内側樹脂層
２２ 金属層
２３ 外側樹脂層
３０ 第１電極積層体
４０ 第２電極積層体
５０ 単層シート電極
６０ 正極
６１ 正極集電体層
６２ 正極活物質層
７０ 負極
７１ 負極集電体層
７２ 負極活物質層
８０ 固体電解質層
９０ 第１タブリード
１００ 第１負極収束体
１１０ 第１クラッド材
１２０ 第２タブリード
１３０ 第１正極収束体
１４０ 第２クラッド材
１５０ 第３タブリード
１６０ 第２正極極収束体
１７０ 第４タブリード
１８０ 第５タブリード
１９０ 第２負極収束体
２００ 第６タブリード
２１０ 第１内部接続部
２２０ 第２内部接続部
２３０ ＣＶＳ配線用端子部
４００ ＣＶＳ
Claims (2)
- 電極積層体と、前記電極積層体を収容する外装フィルムと、を備え、
前記電極積層体は、積層両端最表面が負極集電体層となるように積層した第１電極積層体と、積層両端最表面が正極集電体層となるように積層した第２電極積層体とを、少なくとも有し、
前記第１電極積層体の負極集電体層の負極収束体と、前記第２電極積層体の正極集電体層の正極収束体とが直列接続され、
前記外装フィルムは、内側樹脂層と、金属層と、外側樹脂層と、を有し、
前記負極収束体と前記正極収束体とが直列接続される、前記電極積層体の幅方向の一方の端部において、前記負極収束体および前記正極収束体と前記金属層とを電気的に接続する内部接続部が設けられる、全固体電池。 - 前記電極積層体の幅方向の他方の端部において、前記第１電極積層体の正極集電体層の正極収束体と、前記第２電極積層体の負極集電体層の負極収束体とがそれぞれタブリードに接合されるとともに、
前記電極積層体の幅方向の他方の端部において、前記外装フィルムは前記金属層が露出し、全固体電池の外部の電気機器と電気的に接続される露出部を有する、請求項１に記載の全固体電池。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022058294A JP2023149634A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 全固体電池 |
| US18/125,851 US20230318153A1 (en) | 2022-03-31 | 2023-03-24 | Solid-state battery |
| CN202310310900.5A CN116895848A (zh) | 2022-03-31 | 2023-03-27 | 全固态电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022058294A JP2023149634A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 全固体電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023149634A true JP2023149634A (ja) | 2023-10-13 |
Family
ID=88193834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022058294A Pending JP2023149634A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 全固体電池 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230318153A1 (ja) |
| JP (1) | JP2023149634A (ja) |
| CN (1) | CN116895848A (ja) |
-
2022
- 2022-03-31 JP JP2022058294A patent/JP2023149634A/ja active Pending
-
2023
- 2023-03-24 US US18/125,851 patent/US20230318153A1/en active Pending
- 2023-03-27 CN CN202310310900.5A patent/CN116895848A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230318153A1 (en) | 2023-10-05 |
| CN116895848A (zh) | 2023-10-17 |
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