JP5353435B2 - All solid battery - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解質体を有する発電要素と、この発電要素を収容する電池ケースと、発電要素と電気的に接続し、電池ケースの内部から外部に延出する電極端子部材とを備える全固体電池に関し、特に、電池ケースが複数層からなる外装材により構成された全固体電池に関する。 The present invention provides an all-solid-state device including a power generation element having a solid electrolyte body, a battery case that accommodates the power generation element, and an electrode terminal member that is electrically connected to the power generation element and extends from the inside of the battery case to the outside. In particular, the present invention relates to an all solid state battery in which a battery case is formed of an exterior material composed of a plurality of layers.
従来より、固体電解質体を有する発電要素と、複数層からなる外装材により形成された電池ケースと、発電要素と電気的に接続し、電池ケースの内部から外部に延出する電極端子部材とを備える全固体電池が知られている。全固体電池は、液系電池に比して、安全性が高く、小型化し易いという利点がある。また、液系電池では、実現が困難な60℃以上での高温作動が可能なため、ハイブリッドカーや電気自動車等の自動車に搭載する際に、高温環境になりやすいエンジンルーム内に搭載することも可能となる。 Conventionally, a power generation element having a solid electrolyte body, a battery case formed of a multi-layer exterior material, and an electrode terminal member electrically connected to the power generation element and extending from the inside of the battery case to the outside An all-solid battery is known. All-solid batteries have the advantages of higher safety and easier miniaturization than liquid batteries. In addition, liquid batteries can be operated at high temperatures above 60 ° C, which is difficult to achieve, so they can be installed in an engine room that tends to be in a high temperature environment when installed in a hybrid car or an electric vehicle. It becomes possible.
これに関連する従来技術としては、特許文献1,2に開示された電池が挙げられる。
特許文献1に開示された電池(具体的には液系電池)では、電池ケースを形成する外装材が、最内層に位置する内側樹脂層と、この内側樹脂層の外側に位置する金属層と、この金属層の外側に位置する複数の外側樹脂層とから構成されている(特許文献1の図4やその説明箇所等を参照)。外装材を構成する各層は、いずれも外装材の周縁にまで配置されている。即ち、外装材の周縁においても、内側樹脂層と金属層と複数の外側樹脂層とが互いに積層されている。そして、最内層である内側樹脂層の周縁部同士が熱融着により接合されることで、外装材の周縁部同士が接合されて、電池ケースが封止されている。また、電極端子部材とこれを挟む外装材の周縁部同士の間には、絶縁フィルムが介在されている(特許文献1の図5やその説明箇所等を参照)。
Related arts related to this include the batteries disclosed in Patent Documents 1 and 2.
In the battery disclosed in Patent Document 1 (specifically, a liquid battery), an exterior material forming a battery case includes an inner resin layer located in the innermost layer, and a metal layer located outside the inner resin layer. And a plurality of outer resin layers positioned outside the metal layer (refer to FIG. 4 of Patent Document 1 and the description thereof). Each layer constituting the exterior material is arranged up to the periphery of the exterior material. That is, the inner resin layer, the metal layer, and the plurality of outer resin layers are laminated on the periphery of the exterior material. And the peripheral part of the inner side resin layer which is the innermost layer is joined by heat sealing | fusion, the peripheral parts of an exterior material are joined, and the battery case is sealed. Further, an insulating film is interposed between the peripheral portions of the electrode terminal member and the exterior material that sandwiches the electrode terminal member (see FIG. 5 of Patent Document 1 and its description).
また、特許文献2の図5(A)等に開示された電池(具体的には全固体電池)では、電池ケースを形成する外装材が、内層に位置する紙層と、この紙層の外側に位置する金属層とからなる。
また、特許文献2の図5(B)等に開示された電池(具体的には全固体電池)では、電池ケースを形成する外装材が、最内層に位置する内側紙層と、この内側紙層の外側に位置する金属層と、この金属層の外側に位置する外側紙層とからなる。
更に、特許文献2の図6等に開示された電池(具体的には全固体電池)では、電池ケースを形成する外装材が、最内層に位置する内側樹脂層と、この内側樹脂層の外側に位置する内側紙層と、この内側紙層の外側に位置する金属層と、この金属層の外側に位置する外側紙層と、この外側紙層の外側に位置する外側樹脂層とからなる。
Further, in the battery (specifically, all solid state battery) disclosed in FIG. 5A of Patent Document 2, the exterior material forming the battery case includes a paper layer positioned in the inner layer, and an outer side of the paper layer. And a metal layer located on the surface.
Further, in the battery (specifically, an all solid battery) disclosed in FIG. 5B of Patent Document 2, the outer packaging material that forms the battery case includes an inner paper layer positioned at the innermost layer, and the inner paper. It consists of a metal layer located outside the layer and an outer paper layer located outside the metal layer.
Furthermore, in the battery (specifically, all-solid battery) disclosed in FIG. 6 and the like of Patent Document 2, an exterior material that forms a battery case includes an inner resin layer located in the innermost layer and an outer side of the inner resin layer. An inner paper layer positioned outside the inner paper layer, an outer paper layer positioned outside the metal layer, and an outer resin layer positioned outside the outer paper layer.
但し、これら特許文献2の電池でも、特許文献1の電池と同様に、外装材を構成する各層が、いずれも外装材の周縁にまで配置されている。このため、特許文献2の図5(A)や図5(B)に示された外装材を用いた電池では、内層(最内層)の紙層同士が接合されることにより、外装材の周縁部同士が接合されて、電池ケースが封止されている。一方、特許文献2の図6に示された外装材を用いた電池では、特許文献1の電池と同様に、最内層の内側樹脂層同士が熱融着により接合されることにより、外装材の周縁部同士が接合されて、電池ケースが封止されている。
なお、特許文献2に記載された各電池では、電極端子部材は、特許文献1のように絶縁フィルムを介することなく、外装材の周縁部同士の間に直接挟まれている。
However, even in these batteries of Patent Document 2, as in the battery of Patent Document 1, all the layers constituting the exterior material are arranged up to the periphery of the exterior material. For this reason, in the battery using the exterior material shown in FIG. 5A or 5B of Patent Document 2, the inner layer (innermost layer) paper layers are joined to each other, so that the periphery of the exterior material The parts are joined to each other, and the battery case is sealed. On the other hand, in the battery using the exterior material shown in FIG. 6 of Patent Document 2, as in the battery of Patent Document 1, the inner resin layers of the innermost layers are joined together by thermal fusion, The peripheral parts are joined together to seal the battery case.
In each battery described in Patent Document 2, the electrode terminal member is directly sandwiched between the peripheral portions of the exterior material without using an insulating film as in Patent Document 1.
しかしながら、特許文献1に記載された電池や特許文献2の図6等に記載された電池では、電池ケースを構成する外装材が樹脂層を有するため、電池を加圧して拘束する場合に、クリープによる荷重抜けが生じ易くなる。すると、電池性能が劣化する。一方、特許文献2の図5(A)や図5(B)に記載された電池は、外装材のうちの紙層同士が接合されることにより、外装材の周縁部同士が接合されているため、シール性を十分に確保することが難しい。即ち、従来の電池では、電池ケースのシール性(外装材の周縁部同士のシール性)を十分に向上させると共に、電池を加圧して拘束する場合に拘束荷重抜けによる電池性能の低下を防止することが困難であった。 However, in the battery described in Patent Document 1 and the battery described in FIG. 6 of Patent Document 2, and the like, the exterior material constituting the battery case has a resin layer. The load loss due to is likely to occur. Then, battery performance deteriorates. On the other hand, in the battery described in FIG. 5A and FIG. 5B of Patent Document 2, the peripheral portions of the exterior material are joined to each other by joining the paper layers of the exterior material. For this reason, it is difficult to ensure sufficient sealing performance. That is, in the conventional battery, the sealing performance of the battery case (sealing performance between the peripheral portions of the exterior material) is sufficiently improved, and the deterioration of the battery performance due to the loss of the restraining load is prevented when the battery is pressed and restrained. It was difficult.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、複数層からなる外装材により構成された電池ケースを有する全固体電池において、電池ケースのシール性を十分に向上させることができると共に、電池を加圧して拘束する場合に拘束荷重抜けによる電池性能の低下を防止できる全固体電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the current situation, and in an all-solid battery having a battery case made of a multi-layer exterior material, the sealing performance of the battery case can be sufficiently improved, An object of the present invention is to provide an all-solid-state battery capable of preventing deterioration of battery performance due to loss of restraint load when the battery is pressurized and restrained.
その解決手段は、固体電解質体を有する発電要素と、前記発電要素を収容し、複数層を有する外装材からなり、その周縁部同士を互いに重ねて接合して封止した電池ケースと、前記発電要素と電気的に接続し、前記外装材の前記周縁部同士の間を通じて、前記電池ケースの内部から外部に延出する電極端子部材と、を備える全固体電池であって、前記電池ケースを構成する前記外装材は、その最内層に位置し、紙からなる紙層と、この紙層よりも外層に位置し、金属からなる金属層と、を有し、前記金属層のうち、前記外装材の前記周縁部に位置する金属周縁部は、前記紙層のうち、前記外装材の前記周縁部に位置する紙周縁部よりも外側に位置する外側金属周縁部を含み、少なくとも、前記金属周縁部のうちの前記外側金属周縁部同士を、前記紙周縁部を介することなく互いに重ねて接合して封止することにより、前記外装材の前記周縁部同士を接合してなり、前記電極端子部材を、絶縁性シール材を介して前記外側金属周縁部と絶縁した状態で、前記外装材の前記周縁部同士の間に挟んでなる全固体電池である。 The solution includes a power generation element having a solid electrolyte body, a battery case containing the power generation element and made of an exterior material having a plurality of layers, the peripheral portions of which are overlapped and joined to each other, and the power generation An all-solid-state battery comprising an electrode terminal member electrically connected to an element and extending from the inside of the battery case to the outside through the peripheral portions of the exterior material, and constituting the battery case The exterior material is located in the innermost layer, and includes a paper layer made of paper, and a metal layer located in an outer layer than the paper layer and made of metal. Of the metal layers, the exterior material The metal peripheral edge located at the peripheral edge includes an outer metal peripheral edge located outside the paper peripheral edge located at the peripheral edge of the exterior material in the paper layer, and at least the metal peripheral edge. The outer metal peripheral edges of each other, By sealing by bonding on top of one another without passing through the serial paper periphery, it joined the peripheral edge portions of the outer member, the electrode terminal member, said outer metal via an insulating sealing material It is an all-solid-state battery formed by being sandwiched between the peripheral portions of the exterior material while being insulated from the peripheral portion.
本発明に係る電池は、固体電解質体を有する全固体電池であるため、前述のように、液系電池に比して、安全性が高く、小型化し易い他、高温での使用が可能である。そして、本発明では、電池ケースを構成する外装材に金属層が含まれているため、電池外部から電池内部に水分等が透過するのを確実に防止できる。
また、この外装材は紙層を有するため、樹脂層を有する外装材に比して、全固体電池を加圧して拘束する場合に、クリープによる荷重抜けが生じ難い。従って、拘束荷重抜けによる電池性能の低下を防止できる。また、紙層は、樹脂層に比して、低コストで、リサイクルし易い利点もある。
なお、液系電池では、外装材の最内層を紙層とすると、紙層が電解液を吸収して膨張して、電池性能の劣化につながるおそれがある。しかし、本発明の全固体電池は、前述のように固体電解質体を用いるため、外装材の最内層を紙層としても、電池性能を劣化させることがない。
Since the battery according to the present invention is an all-solid battery having a solid electrolyte body, as described above, it is safer and easier to miniaturize than a liquid battery, and can be used at high temperatures. . And in this invention, since the metal layer is contained in the exterior material which comprises a battery case, it can prevent reliably a water | moisture content etc. permeate | transmitting into the inside of a battery from the battery outside.
In addition, since the exterior material has a paper layer, load loss due to creep is less likely to occur when an all-solid battery is pressed and restrained as compared with an exterior material having a resin layer. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in battery performance due to the loss of the restraining load. In addition, the paper layer has the advantage of being easy to recycle at a lower cost than the resin layer.
In the liquid battery, if the innermost layer of the exterior material is a paper layer, the paper layer may absorb the electrolyte and expand, leading to deterioration of battery performance. However, since the all-solid-state battery of the present invention uses the solid electrolyte as described above, the battery performance is not deteriorated even if the innermost layer of the exterior material is a paper layer.
更に本発明では、外装材の最内層を紙層としながらも、これよりも外層である金属層の周縁に位置する金属周縁部に、紙層の周縁に位置する紙周縁部よりも更に径方向外側に位置する外側金属周縁部を設けている。そして、少なくとも、この外側金属周縁部同士を、紙周縁部を介することなく互いに重ねて接合することにより、外装材の周縁部同士を接合している。このため、電池ケースのシール性(外装材の周縁部同士のシール性)を十分に向上させることができる。
しかも、電極端子部材を、絶縁性シール材を介して外側金属周縁部と電気的に絶縁した状態で、外装材の周縁部同士の間に挟んでいるので、電極端子部材と外装材の周縁部(外側金属周縁部)との絶縁を確実なものとすることができる。
Furthermore, in the present invention, while the innermost layer of the exterior material is a paper layer, the metal peripheral edge located on the peripheral edge of the metal layer, which is the outer layer, is further in the radial direction than the paper peripheral edge located on the peripheral edge of the paper layer. An outer metal peripheral edge located on the outer side is provided. Then, at least the outer metal peripheral edges are joined to each other without interposing the paper peripheral edge, thereby joining the peripheral edges of the exterior material. For this reason, the sealing performance of the battery case (the sealing performance between the peripheral portions of the exterior material) can be sufficiently improved.
In addition, since the electrode terminal member is sandwiched between the peripheral portions of the exterior material in a state of being electrically insulated from the peripheral portion of the outer metal through the insulating sealing material, the peripheral portion of the electrode terminal member and the external material It is possible to ensure insulation from the (outer metal peripheral edge).
なお、「紙」とは、植物繊維その他の繊維を膠着させて製造したものであり、植物繊維を水に分散させてから、簀の子や網の上に広げ、脱水・乾燥して製造したものの他、原料として金属や合成繊維を用いたものや、水を使用しない乾式で製造したものなども含まれる。外装材の紙層を形成する「紙」としては、高耐熱性かつ電気絶縁性を考慮すると、アラミド紙やセラミック繊維紙、ガラス繊維紙などを用いるのが望ましい。 "Paper" is produced by agglomerating plant fibers and other fibers. Other than those produced by dispersing plant fibers in water, spreading them on a cocoon or net, dehydrating and drying them. Also included are those using metals and synthetic fibers as raw materials, and those produced by dry methods that do not use water. As the “paper” forming the paper layer of the exterior material, it is desirable to use aramid paper, ceramic fiber paper, glass fiber paper, etc. in consideration of high heat resistance and electrical insulation.
また、「外側金属周縁部」同士の接合形態は、適宜変更できるが、例えば、外側金属周縁部同士の間に接着シートを配置して、ヒートシールにより外側金属周縁部同士を接合したものや、外側金属周縁部に接着剤を塗布して、外側金属周縁部同士を接合したものなど挙げられる。接着シートや接着剤の材質には、例えばフッ素系樹脂などの高耐熱性樹脂を用いることができる。
また、「絶縁性シール材」としては、例えば接着シートや接着剤などが挙げられる。また、「絶縁性シール材」の材質には、例えばフッ素系樹脂などの高耐熱性樹脂を用いることができる。
Moreover, although the joining form between "outer metal peripheral parts" can be changed as appropriate, for example, an adhesive sheet is disposed between the outer metal peripheral parts, and the outer metal peripheral parts are joined by heat sealing, For example, an adhesive may be applied to the outer metal peripheral edge and the outer metal peripheral edges may be joined to each other. For the material of the adhesive sheet or adhesive, for example, a high heat resistant resin such as a fluorine-based resin can be used.
Examples of the “insulating sealing material” include an adhesive sheet and an adhesive. Further, as the material of the “insulating sealing material”, for example, a high heat resistant resin such as a fluorine-based resin can be used.
また、本発明の全固体電池を硫化物系の固体電池とする場合には、硫化水素ガスが発生するおそれを考慮して、外装材の紙層と金属層との間に、ガス吸着用の活性炭シートなどを介在させておくことが望ましい。或いは、紙層の外側(金属層側)に活性炭コートを施すこともできる。 In addition, when the all-solid battery of the present invention is a sulfide-based solid battery, in consideration of the possibility that hydrogen sulfide gas is generated, a gas adsorbing gas is interposed between the paper layer and the metal layer of the exterior material. It is desirable to interpose an activated carbon sheet or the like. Alternatively, activated carbon coating can be applied to the outside (metal layer side) of the paper layer.
更に、上記の全固体電池であって、前記紙層は、200℃以上の耐熱性を有する紙からなる全固体電池とすると良い。 Furthermore, in the above all solid state battery, the paper layer may be an all solid state battery made of paper having heat resistance of 200 ° C. or higher.
本発明の全固体電池では、紙層が上記のように高い耐熱性を有する紙からなるため、例えば100℃以上といった高温雰囲気下においてこの全固体電池を使用する場合にも、電池ケースの耐熱性や耐久性、耐候性を十分に確保できる。特に、外装材のうちの最内層は、発電要素に接するために高温になりがちであるが、本発明では、外装材の最内層を紙層としているので、電池ケースの耐熱性や耐久性、耐候性を十分に向上させることができる。 In the all solid state battery of the present invention, since the paper layer is made of paper having high heat resistance as described above, even when this all solid state battery is used in a high temperature atmosphere of, for example, 100 ° C. or more, the heat resistance of the battery case. And sufficient durability and weather resistance. In particular, the innermost layer of the exterior material tends to be high temperature in contact with the power generation element, but in the present invention, since the innermost layer of the exterior material is a paper layer, the heat resistance and durability of the battery case, The weather resistance can be sufficiently improved.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態1に係る全固体電池100を示す。この全固体電池100は、ハイブリッドカー、電気自動車等の車両や、ハンマードリル等の電池使用機器に搭載される電池である。全固体電池100は、電池ケース110、この電池ケース110内に収容された発電要素120、この発電要素120に接続される一方、電池ケース110の外部に延出する一対の電極端子部材130,130から構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an all-
このうち、電池ケース110は、複数層(本実施形態では2層)を有する外装材111から形成されている。即ち、この電池ケース110は、外装材111で発電要素120を包囲しつつ、外装材111の周縁部111f同士を互いに重ねて接合することによって構成されている。この外装材111は、その内層に位置し、紙からなる紙材(紙層)113と、この紙材113の外層に位置し、金属からなる金属材(金属層)117とからなる。
Among these, the
紙材113は、200℃以上の耐熱性を有する紙(本実施形態ではアラミド紙)からなる。この紙材113は、平面視矩形状の第1凹部114hを自身の中央に有する平面視矩形状の第1紙材114と、これと同形状をなし、平面視矩形状の第2凹部115hを自身の中央に有する平面視矩形状の第2紙材115とから構成されている。第1紙材114のうち、外装材111の周縁部111fに位置する紙周縁部、即ち、第1凹部114hの周囲をなす口字状の第1紙周縁部114fは、全周に亘りその長さ(幅)Aが5mmとされている。同様に、第2紙材115のうち、外装材111の周縁部111fに位置する紙周縁部、即ち、第2凹部115hの周囲をなす口字状の第2紙周縁部115fも、全周に亘りその長さ(幅)Bが5mmとされている。
The
第1紙材114と第2紙材115は、電池ケース110を封止した状態において、第1凹部114hと第2凹部115hとによって直方体状の空間を形成し、この空間内に後述する発電要素120を収容している。
また、この状態において、第1紙周縁部114fと第2紙周縁部115fとが互いに直接重なって、その径方向外側の一部が後述する絶縁性接着剤(絶縁性シール材)140(図5〜図7参照)により互いに接合されている。
また、後述する一対の電極端子部材130,130は、これら第1紙周縁部114fと第2紙周縁部115fとの間に挟まれ、これらの間を通じて、紙材113の内部から外部にそれぞれ延出している。
The
Further, in this state, the first paper
In addition, a pair of
金属材117は、本実施形態ではアルミニウムからなる。この金属材117は、平面視矩形状の第3凹部118hを自身の中央に有する平面視矩形状の第1金属材118と、これと同形状をなし、平面視矩形状の第4凹部119hを自身の中央に有する平面視矩形状の第2金属材119とから構成されている。
第1,第2金属材118,119の第3,第4凹部118h,119hは、第1,第2紙材114,115の第1,第2凹部114h,115hよりも、僅かに大きく形成されている。これにより、第1紙材114と第1金属材118とを重ねた状態で、第1凹部114hが第3凹部118h内に収まっている。また、第2紙材115と第2金属材119とを重ねた状態で、第2凹部115hが第4凹部119h内に収まっている。
The
The third and
第1金属材118のうち、外装材111の周縁部111fに位置する金属周縁部、即ち、第3凹部118hの周囲をなす口字状の第1金属周縁部118fは、全周に亘りその長さ(幅)Cが15mmとされ、第1紙材114の第1紙周縁部114fの長さ(幅)Aよりも大きくされている。同様に、第2金属材119のうち、外装材111の周縁部111fに位置する金属周縁部、即ち、第4凹部119hの周囲をなす口字状の第2金属周縁部119fも、全周に亘りその長さ(幅)Dが15mmとされ、第2紙材115の第2紙周縁部115fの長さ(幅)Bよりも大きくされている。
Of the
即ち、第1金属材118の第1金属周縁部118fは、電池ケース110を封止した状態(第1紙材114と第1金属材118とを互いに重ねた状態)で、第1紙材114の第1紙周縁部114fよりも更に径方向外側に位置する第1外側金属周縁部118fbを有する。また、第2金属材119の第2金属周縁部119fは、電池ケース110を封止した状態(第2紙材115と第2金属材119とを互いに重ねた状態)で、第2紙材115の第2紙周縁部115fよりも更に径方向外側に位置する第2外側金属周縁部119fbを有する。
That is, the first metal
第1金属材118と第2金属材119は、電池ケース110を封止した状態において、第3凹部118hと第4凹部119hとによって直方体状の空間を形成し、この空間内に、後述する発電要素120と、これを包囲する第1,第2紙材114,115の第1,第2凹部114h,115hとを収容している。
The
また、この状態において、第1金属周縁部118fと第2金属周縁部119fとが互いに重なって、その一部が後述する絶縁性接着剤140(図5〜図7参照)により互いに接合されている。詳細には、第1金属周縁部118fのうち、前述の第1外側金属周縁部118fbの径方向内側に位置する第1内側金属周縁部118faと、第2金属周縁部119fのうち、前述の第2外側金属周縁部119fbの径方向内側に位置する第2内側金属周縁部119faとは、第1,第2紙周縁部114f,115fを介して間接に重なっている。一方、第1金属周縁部118fのうちの第1外側金属周縁部118fbと、第2金属周縁部119fのうちの第2外側金属周縁部119fbとは、第1,第2紙周縁部114f,115fを介さずに直接重なって、絶縁性接着剤140により互いに接合されている。
このように、外装材111の周縁部111f同士を互いに接合し封止して、外装材111により電池ケース110を構成している。
Further, in this state, the first metal
Thus, the
また、後述する一対の電極端子部材130,130は、第1金属周縁部118fと第2金属周縁部119fとの間に挟まれて、これらの間を通じて、金属材117の内部から外部にそれぞれ延出している。
詳細には、第1,第2金属周縁部118f,119fのうち、第1,第2紙周縁部114f,115fを介して間接に重なった第1,第2内側金属周縁部118fa,119faでは、電極端子部材130,130は、前述のように、第1紙周縁部114fと第2紙周縁部115fとの間にそれぞれ挟まれている。
In addition, a pair of
Specifically, in the first and second metal
一方、第1,第2金属周縁部118f,119fのうち、第1,第2紙周縁部114f,115fを介さずに直接重なった第1,第2外側金属周縁部118fb,119fbでは、電極端子部材130,130は、絶縁性接着剤140(図5及び図7参照)を介して、第1,第2外側金属周縁部118fb,119fbと電気的に絶縁された状態で、第1,第2外側金属周縁部118fb,119fb同士の間に挟まれている。
On the other hand, of the first and second metal
次に、発電要素120について説明する。この発電要素120は、直方体形状をなす。発電要素120は、平面視矩形状の正極層121と、平面視矩形状の負極層123とが、平面視矩形状の固体電解質体125を介して互いに積層され、更に、これらが複数積層されることにより構成されている。正極層121,121,…同士は、その周縁部の一部において互いに電気的に接続されており、また、負極層123,123,…同士も、その周縁部の一部において互いに電気的に接続されている。発電要素120は、前述のように、電池ケース110内に収容されている。なお、図1においては、発電要素120の詳細な構造を省略して図示してある。
Next, the
電極端子部材130,130は、金属からなり、細長い帯状を有している。2つの電極端子部材130,130のうち、一方は、発電要素120の正極層121と電気的に接続されており、他方は、発電要素120の負極層123と電気的に接続されている。これらの電極端子部材130,130は、図1に示すように、発電要素120から互いに反対方向に向かって突出している。そして、これらの電極端子部材130,130は、前述のように、電池ケース110を構成する外装材111の周縁部111f同士の間を通じて、この周縁部111fと電気的に絶縁した状態で、電池ケース110の内部から外部にそれぞれ延出している。
The
以上で説明したように、本実施形態の電池100は、固体電解質体125を有する全固体電池であるため、液系電池に比して、安全性が高く、小型化し易い他、高温での使用が可能である。そして、本実施形態では、電池ケース110を構成する外装材111に金属材117が含まれているため、電池外部から電池内部に水分等が透過するのを確実に防止できる。
As described above, since the
また、この外装材111は紙材113を有するため、樹脂層を有する外装材に比して、全固体電池100を拘束部材KB1,KB2(図1参照)を用いて加圧して拘束する場合に、クリープによる荷重抜けが生じ難い。従って、拘束荷重抜けによる電池性能の低下を防止できる。また、紙材113は、これの代わりに樹脂材を用いる場合に比して、低コストで、リサイクルし易い利点もある。
なお、液系電池では、外装材111の内層を紙材113とすると、紙材113が電解液を吸収して膨張し、電池性能の劣化につながるおそれがある。しかし、本実施形態の全固体電池100は、固体電解質体125を用いているため、外装材111の内層を紙材113としているにも拘わらず、電池性能を劣化させない。
In addition, since the
In the liquid battery, when the inner layer of the
更に本実施形態では、外装材111の内層を紙材113としながらも、この外層をなす金属材117(第1,第2金属材118,119)の周縁に位置する金属周縁部(第1,第2金属周縁部118f,119f)に、紙材113(第1,第2紙材114,115)の周縁に位置する紙周縁部(第1,第2紙周縁部114f,115f)よりも、更に径方向外側に位置する外側金属周縁部を設けている。そして、この外側金属周縁部(第1,第2外側金属周縁部118fb,119fb)同士を、紙周縁部(第1,第2紙周縁部114f,115f)を介することなく互いに重ねて接合することにより、外装材111の周縁部111f同士を接合している。このため、電池ケース110のシール性(外装材111の周縁部111f同士のシール性)を十分に向上させることができる。
Further, in the present embodiment, while the inner layer of the
しかも、電極端子部材130,130を、絶縁性接着剤(絶縁性シール材)140を介して、外側金属周縁部(第1,第2外側金属周縁部118fb,119fb)と電気的に絶縁した状態で、外装材111の周縁部111f同士の間に挟んでいる。このため、電極端子部材130,130と外装材111の周縁部111f(第1,第2外側金属周縁部118fb,119fb)との絶縁を確実なものとすることができる。
Moreover, the
更に本実施形態では、紙材113が前述のように高い耐熱性を有する紙からなるため、例えば100℃以上といった高温雰囲気下においてこの全固体電池100を使用する場合にも、電池ケース110の耐熱性や耐久性、耐候性を十分に確保できる。特に、外装材111のうちの内層は、発電要素120に接するために高温になりがちであるが、本実施形態では、外装材111の内層を紙材113としているので、電池ケース110の耐熱性や耐久性、耐候性を十分に向上させることができる。
Further, in the present embodiment, since the
次いで、上記全固体電池100の製造方法について説明する(図2〜図7参照)。
まず、矩形状の紙(アラミド紙)を用意し、これを成形して、図2に示すように、平面視矩形状の第1凹部114hを有する第1紙材114を形成する。同様に、矩形状の紙を成形して、平面視矩形状の第2凹部115hを有する第2紙材115を形成する。
Next, a method for manufacturing the all
First, rectangular paper (aramid paper) is prepared and molded to form a
また、矩形状の金属箔(アルミ箔)を用意し、これを成形して、図3に示すように、平面視矩形状の第3凹部118hを有する第1金属材118を形成する。同様に、矩形状の金属箔を成形して、平面視矩形状の第4凹部119hを有する第2金属材119を形成する。その際、第1,第2金属材118,119の第1,第2金属周縁部118f,119fの長さ(幅)C,Dは、第1,第2紙材114,115の第1,第2紙周縁部114f,115fの長さ(幅)A,Bよりも大きくする。
Also, a rectangular metal foil (aluminum foil) is prepared and molded to form a
次に、図4に示すように、第1紙材114と第1金属材118とを互いに重ねて、第1紙材114の第1凹部114hを第1金属材118の第3凹部118h内に収容すると共に、第1紙材114の第1紙周縁部114fを第1金属材118の第1金属周縁部118fの第1内側金属周縁部118faに重ね合わせる。同様に、第2紙材115と第2金属材119とを互いに重ねて、第2紙材115の第2凹部115hを第2金属材119の第4凹部119h内に収容すると共に、第2紙材115の第2紙周縁部115fを第2金属材119の第2金属周縁部119fの第2内側金属周縁部119faに重ね合わせる。この状態で、第1,第2紙材114,115の第1,第2紙周縁部114f,115fは、第1,第2金属材118,119の第1,第2金属周縁部118f,119fよりも径方向内側に引き下がっているため、第1,第2金属周縁部118f,119fの第1,第2外側金属周縁部118fb,119fbは、それぞれ露出している。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、重ね合わせた第2紙材115及び第2金属材119については、図5に示すように、第2金属材119の第2金属周縁部119fの第2外側金属周縁部119fbのうち、後に電極端子部材130,130が接触する部分と、その周辺部分に、絶縁性接着剤(絶縁性シール材)140を塗布する。
また、重ね合わせた第1紙材114及び第1金属材118については、図6に示すように、第1金属材118の第1金属周縁部118fの第1外側金属周縁部118fbのほぼ全体と、第1紙材114の第1紙周縁部114fの外周縁近傍とに、上記と同じ絶縁性接着剤140を塗布する。
Next, as shown in FIG. 5, the
Further, as shown in FIG. 6, the
次に、図7に示すように、電極端子部材130,130を接続した発電要素120を用意する。そして、絶縁性接着剤140を塗布した第2紙材115及び第2金属材119の所定位置に載置する。更に、絶縁性接着剤140を塗布した第1紙材114及び第1金属材118を裏返して、第2紙材115及び第2金属材119に重ね合わせる。その際、第1紙材114及び第1金属材118には、前述のように絶縁性接着剤140が塗布されているため、第1紙材114が第1金属材118から落ちることはない。
その後、絶縁性接着剤140を熱硬化させれば、全固体電池100が完成する。
Next, as shown in FIG. 7, the
Thereafter, if the insulating
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態では、外装材111が紙材113と金属材117とからなるものと例示したが、外装材は、その最内層に紙層を有し、これよりも外層に金属層を有するものであればよく、その層構造は適宜変更できる。例えば、全固体電池100を硫化物系の固体電池とする場合には、硫化水素ガスが発生するおそれを考慮して、外装材111の紙材113と金属材117との間に、ガス吸着用の活性炭シートなどを介在させるのが好ましい。なお、全固体電池100を硫化物系の固体電池とする場合には、紙材113の外側に活性炭コートを施すこともできる。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
For example, in the above-described embodiment, the
100 全固体電池
110 電池ケース
111 外装材
111f 周縁部
113 紙材(紙層)
114 第1紙材
114f 第1紙周縁部
115 第2紙材
115f 第2紙周縁部
117 金属材(金属層)
118 第1金属材
118f 第1金属周縁部
119 第2金属材
119f 第2金属周縁部
120 発電要素
125 固体電解質体
130 電極端子部材
140 絶縁性接着剤(絶縁性シール材)
KB1,KB2 拘束部材
100 all
114
118
KB1, KB2 Restraint member
Claims (2)
前記発電要素を収容し、複数層を有する外装材からなり、その周縁部同士を互いに重ねて接合して封止した電池ケースと、
前記発電要素と電気的に接続し、前記外装材の前記周縁部同士の間を通じて、前記電池ケースの内部から外部に延出する電極端子部材と、を備える
全固体電池であって、
前記電池ケースを構成する前記外装材は、
その最内層に位置し、紙からなる紙層と、
この紙層よりも外層に位置し、金属からなる金属層と、を有し、
前記金属層のうち、前記外装材の前記周縁部に位置する金属周縁部は、前記紙層のうち、前記外装材の前記周縁部に位置する紙周縁部よりも外側に位置する外側金属周縁部を含み、
少なくとも、前記金属周縁部のうちの前記外側金属周縁部同士を、前記紙周縁部を介することなく互いに重ねて接合して封止することにより、前記外装材の前記周縁部同士を接合してなり、
前記電極端子部材を、絶縁性シール材を介して前記外側金属周縁部と絶縁した状態で、前記外装材の前記周縁部同士の間に挟んでなる
全固体電池。 A power generation element having a solid electrolyte body;
A battery case that houses the power generation element, is made of an exterior material having a plurality of layers, and has its peripheral portions overlapped and bonded to each other and sealed,
An all-solid-state battery that is electrically connected to the power generation element and includes an electrode terminal member that extends from the inside of the battery case to the outside through the peripheral portions of the exterior material,
The exterior material constituting the battery case is
Located in the innermost layer, a paper layer made of paper,
It is located outside the paper layer, and has a metal layer made of metal,
Among the metal layers, the metal peripheral edge located at the peripheral edge of the exterior material is the outer metal peripheral edge located outside the paper peripheral edge located at the peripheral edge of the exterior material in the paper layer. Including
At least the outer metal peripheral edge portions of the metal peripheral edge portions are joined to each other without being interposed through the paper peripheral edge portion, and are sealed together to join the peripheral edge portions of the exterior material. ,
An all solid state battery in which the electrode terminal member is sandwiched between the peripheral portions of the exterior member in a state where the electrode terminal member is insulated from the peripheral portion of the outer metal through an insulating sealing material.
前記紙層は、200℃以上の耐熱性を有する紙からなる
全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1,
The paper layer is an all-solid battery made of paper having heat resistance of 200 ° C. or higher.
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