JP5796594B2

JP5796594B2 - 電極体

Info

Publication number: JP5796594B2
Application number: JP2013079576A
Authority: JP
Inventors: 三宅　秀明; 秀明三宅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2033-04-05
Also published as: US9379386B2; JP2014203701A; US20140302390A1

Description

本発明は、電極体に関し、特に、正極層と、負極層と、正極層及び負極層の間に形成された固体電解質層とを備える電極体に関する。

近年、正極合材層と、負極合材層と、正極合材層及び負極合材層の間に形成された固体電解質層とを備えた電極体が提案されている。この種の電極体を備える電池としては全固体電池が挙げられる。全固体電池は、固体電解質が不燃性であるため、可燃性の電解液を用いた電池に比べて安全性が高い。

特許文献１には、固体電解質層と、集電体と、固定電解質層及び集電体の間に挟まれた活物質層とを備えた電極体に関する構造が開示されている。特許文献１に記載された電極体では、活物質層の端面の一部及び活物質層における固体電解質層と対向する面の周縁部に絶縁性材料が一体的に覆っている。この状態で活物質層と固体電解質層が積層されている。このように絶縁性材料で被覆した状態で活物質層と固体電解質層が積層されているため、活物質の端部の変形や脱落が防止されており、活物質の変形や脱落に伴う短絡の発生を防止する工夫がなされている。

特開２０１２−３８４２５号公報

ところで、上述したような電極体では、電池としての性能を十分に発揮するため層の位置決めを行う必要がある。しかしながら、上述したような構造を備えた電極体では、対向する面の周縁部に絶縁性材料が被覆された状態で活物質層と固体電解質層が積層されている。よって、上記周縁部は絶縁性材料が活物質層と固体電解質層との間に挟まれており、上記周縁部以外の部分は絶縁性材料が挟まれていないので、積層数が増加するほど上記周縁部が他の部分に比べて厚くなってしまう。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、厚さの増加を抑えつつ位置決めを行うことができる電極体を提供することを目的とする。

本発明に係る電極体は、正極層、負極層、正極集電体層、負極集電体層、及び固体電解質層を含む積層体を備えた電極体であって、正極集電体層又は負極集電体層は、正極層又は負極層よりも外側に延びる集電体外延部を備え、固体電解質層は、正極層又は負極層の端面と集電体外延部の基端部とを一体的に覆う電解質外延部を備え、集電体外延部における電解質外延部から露出する先端部の少なくとも表裏面を覆う絶縁性の固定部材を備えている。

この電極体は、固体電解質層が正極層又は負極層の端面と集電体外延部の基端部とを覆う電解質外延部を備え、正極集電体層又は負極集電体層が正極層又は負極層よりも外側に延びる集電体外延部を備え、更に、集電体外延部の電解質外延部から露出する先端部のうち少なくとも表裏面を覆う固定部材を備えている。このように電解質外延部が固定部材で覆われて積層構造が形成されており、層の外部（正極層と負極層とで挟まれない部分）で電解質外延部が固定されているので、厚さの増加を抑えつつ位置決めを行うことができる。

また、固定部材は、集電体外延部の先端部を全体的に覆っていてもよい。この場合、集電体外延部の電解質外延部から露出する先端部の全てが絶縁性の固定部材によって覆われているので、固定部材における高い固定力を実現させることができる。

本発明によれば、厚さの増加を抑えつつ位置決めを行うことができる。

本実施形態に係る電極体を示す側面図である。図１の電極体のII−II断面図である。図２の断面図における固定部材近傍を拡大した図である。変形例に係る電極体の図２に対応する断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明に係る電極体について全固体電池を例示して説明する。また、同一又は同等な構成部分には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１及び図２に示されるように、電極体１は、アルミのラミネートフィルム等で構成される外装部材２の内部に電極の積層体１ａが封入された全固体電池である。積層体１ａは、正極集電体層３と、負極集電体層４と、負極活物質層（負極層）５と、固体電解質層６と、正極活物質層（正極層）７とを備えている。電極体１の積層体１ａの積層順序は、負極集電体層４、負極活物質層５、固体電解質層６、正極活物質層７、正極集電体層３、正極活物質層７、固体電解質層６、負極活物質層５となっており、この順序で各層が外装部材２内で繰り返し積層されている。

図１に示されるように、正極集電体層３及び負極集電体層４は、外装部材２の外部に突出しており、それぞれ正極端子及び負極端子として機能する。正極集電体層３としては、例えばアルミを用いることができる。また、負極集電体層４としては、例えば銅を用いることができる。

図２に示されるように、負極集電体層４の両側には負極活物質層５が配置されており、正極集電体層３の両側には正極活物質層７が配置されている。負極活物質層５及び正極活物質層７では、それぞれ電子を送り出し受け取る酸化／還元反応が行われる。負極活物質層５と正極活物質層７の間には固体電解質層６が配置されている。固体電解質層６は、正極活物質層７と負極活物質層５との間でリチウムイオン等の金属イオンを流す機能を有している。また、正極集電体層３、負極集電体層４、負極活物質層５、固体電解質層６及び正極活物質層７は、電極体１の各層の積層方向（以下、単に積層方向という）に直交する面の全域に亘って広がっている。

また、各層を積層方向から見たときに、正極集電体層３、負極活物質層５及び正極活物質層７の形成領域は略同一となっている。正極集電体層３、負極活物質層５及び正極活物質層７の端部は揃えられている。負極集電体層４の形成領域は、正極集電体層３、負極活物質層５及び正極活物質層７の形成領域よりも広く、そのため、負極集電体層４の端部は、正極集電体層３、負極活物質層５及び正極活物質層７の端部よりも外側に延びており、この外側に延びた部分が図３に示されるように集電体外延部４ｂとなっている。

また、固体電解質層６は、両面に負極活物質層５が形成された負極集電体層４を全体的に覆っている。固体電解質層６は、負極活物質層５の表面を覆う積層部６ａと、負極活物質層５の端面を覆う第１の電解質外延部６ｂと、集電体外延部４ｂの基端部４ｃを覆う第２の電解質外延部６ｃとを備えている。また、負極集電体層４の第２の電解質外延部６ｃから露出する部分を以下では集電体外延部４ｂの先端部４ｄと称する。

負極集電体層４の先端部４ｄ及び固体電解質層６の第２の電解質外延部６ｃは、固定部材１０によって固定されている。固定部材１０は、負極集電体層４の先端部４ｄ及び固体電解質層６の第２の電解質外延部６ｃを挟み込む段付き形状となっており、ＰＥＴ等の絶縁性材料で構成されている。固定部材１０は、第２の電解質外延部６ｃの表裏面を覆う電解質被覆部１０ａと、電解質被覆部１０ａの外側に位置しており集電体外延部４ｂの先端部４ｄの表裏面を覆う集電体被覆部１０ｂと、集電体被覆部１０ｂより更に外側に延在し先端部４ｄの端面４ｅを覆う先端被覆部１０ｄとを有している。

また、固定部材１０の電解質被覆部１０ａは固体電解質層６の第２の電解質外延部６ｃを覆うと共に、固定部材１０の集電体被覆部１０ｂは負極集電体層４の先端部４ｄの全てを一体的に覆っている。また、集電体被覆部１０ｂの内側面と先端部４ｄの外側面との間に固定部１０ｃが設けられており、この固定部１０ｃで集電体被覆部１０ｂと先端部４ｄとが例えば接着等で固定されている。このように、固定部１０ｃで固定部材１０と負極集電体層４とが固定されており、かつ固体電解質層６の第２の電解質外延部６ｃが固定部材１０の電解質被覆部１０ａで被覆されている。よって、外装部材２内のエア抜き時等に固体電解質層６の第２の電解質外延部６ｃが固定部材１０の電解質被覆部１０ａによって押し込まれるので、固体電解質層６は固定部材１０に強固に固定されることとなる。よって、固定部材１０は、固体電解質層６の位置ずれ防止に寄与する。

以上で説明したように、電極体１は、固体電解質層６が負極活物質層５の端面と集電体外延部４ｂの基端部４ｃとを一体的に覆う電解質外延部６ｂ，６ｃを備え、負極集電体層４が負極活物質層５よりも外側に延びる集電体外延部４ｂを備え、更に、集電体外延部４ｂの第２の電解質外延部６ｃから露出する先端部４ｄの表裏面を覆う固定部材１０を備えている。このように第２の電解質外延部６ｃが固定部材１０で覆われて積層構造が形成されており、層の外部（正極集電体層３、負極集電体層４、負極活物質層５、固体電解質層６又は正極活物質層７で挟まれない部分）で第２の電解質外延部６ｃが固定されているので、厚さの増加を抑えつつ位置決めを適切に行うことができる。

また、固定部材１０は、集電体外延部４ｂの先端部４ｄを全体的に覆っているので、固定部材１０における高い固定力を実現させることができる。

また、図３に示すように、固定部材１０は、積層方向（図の上下方向）において、固体電解質層６の表面から電解質被覆部１０ａまでの距離が距離Ａ１となっており、固体電解質層６の表面から先端被覆部１０ｄの積層方向の中心位置までの距離が距離Ａ２となっており、距離Ａ１は距離Ａ２よりも短くなっている。このように、固定部材１０は外側に向かうに従って先細りする形状となっているので、積層体１ａ内で各層を積み上げたときに固定部材１０が邪魔になる事態を確実に回避することができる。

更に、負極集電体層４及び負極活物質層５は、固体電解質層６及び固定部材１０で覆われているので、負極集電体層４及び負極活物質層５が正極集電体層３及び正極活物質層７に接触することはない。また、正極集電体層３、負極集電体層４、負極活物質層５及び正極活物質層７のいずれかにバリがあったとしても、上記のように負極集電体層４及び負極活物質層５が保護されているので、短絡が生じる事態を確実に回避することができる。

以上、本発明に係る電極体の実施形態を説明したが、本発明に係る電極体は上記実施形態に記載されたものに限定されない。本発明に係る電極体は、各請求項に記載した要旨を変更しないように上記実施形態に係る電極体を変形したものであってもよい。

例えば、上記実施形態では、負極集電体層４及び負極活物質層５が固体電解質層６及び固定部材１０に被覆される例について説明したが、正極集電体層３及び正極活物質層７が上記のように固体電解質層６及び固定部材１０に被覆されていてもよい。また、電極体１内の積層構造において、積層順序は上記に限定されず、例えば正極と負極を全て入れ替えるようにしてもよい。

また、図４に示されるように、正極活物質層７の外側の端面の一部と正極集電体層３の集電体外延部を固定する固定部材２０を更に備えていてもよい。このように、正極集電体層３及び負極集電体層４の集電体外延部を固定部材１０，２０で固定することで、より強固な積層構造を実現させると共に、位置決めをより確実に行うことができる。

また、上記実施形態では、固定部材１０は、集電体外延部４ｂの先端部４ｄの全てを覆っていたが、先端部４ｄの表裏面のみを覆うようにしてもよい。また、固定部材１０は、電解質被覆部１０ａと、集電体被覆部１０ｂと、先端被覆部１０ｄとを有する段付き形状である例について説明した。しかし、固定部材１０の形状や構造は、上記の例に限られることなく適宜変更することが可能である。

１…電極体、１ａ…積層体、３…正極集電体層、４…負極集電体層、４ｂ…集電体外延部、４ｃ…基端部、４ｄ…先端部、５…負極活物質層（負極層）、６…固体電解質層、６ｂ，６ｃ…電解質外延部、７…正極活物質層（正極層）、１０…固定部材。

Claims

正極層、負極層、正極集電体層、負極集電体層、及び固体電解質層を含む積層体を備えた電極体であって、
前記正極集電体層又は前記負極集電体層は、前記正極層又は前記負極層よりも外側に延びる集電体外延部を備え、
前記固体電解質層は、前記正極層又は前記負極層の端面と前記集電体外延部の基端部とを一体的に覆う電解質外延部を備え、
前記集電体外延部における前記電解質外延部から露出する先端部のうちの少なくとも表裏面を覆う絶縁性の固定部材を備えており、
前記固定部材の内側面と前記先端部の外側面とを固定する固定部が設けられ、
前記固体電解質層は、前記電解質外延部のみが前記固定部材で覆われている、
電極体。
前記固定部材は、前記集電体外延部の前記先端部を全体的に覆っている、
請求項１に記載の電極体。