JP6224405B2 - 電気素子および電気素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電気素子および電気素子の製造方法に関する。
リチウムイオン電池は、一般的に、携帯電話やノートパソコンなどの小型携帯機器の電源として使用されている。また、最近では、小型携帯機器以外に、電気自動車などの電源としても、リチウムイオン電池は使用され始めている。
現在市販されているリチウムイオン電池には、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されている。一方、電解液の代わりに固体電解質を有し、全固体化されたリチウムイオン電池(以下、全固体型リチウムイオン電池)は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、生産性に優れると考えられている。
全固体型リチウムイオン電池は、正極層と、固体電解質層と、負極層と、をこの順に積層することにより構成された電池素子を有している。特許文献1等に記載されているように、電池素子は、正極層、固体電解質層および負極層を積層してプレス成形を行うことにより作製することができる。
特開2010−238484号公報
本発明者は、正極層、固体電解質層および負極層を積層してプレス成形を行うと、正極層と負極層との短絡が生じてしまい、全固体型リチウムイオン電池等の電気素子の特性が損なわれる場合があることを見出した。
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、正極層と負極層との短絡が抑制された構造すなわち製造安定性に優れた構造の電気素子を提供する。
また、本発明は、正極層と負極層との短絡を抑制しつつ、電気素子を製造することが可能な、電気素子の製造方法を提供する。
本発明は、
第1固体電極層と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層と、第2固体電極層と、がこの順に積層されることにより構成された素子部を含み、発電または蓄電を行う素子本体を備え、
前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まっており、
前記素子本体を封止している封止樹脂部を更に備え、
前記封止樹脂部は、
樹脂製の枠体であって、その表裏を貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記素子本体を収容している枠体と、
前記素子本体の一方の面に接合されているとともに、前記貫通孔の一端を封止している第1封止導電性樹脂層と、
前記素子本体の他方の面に接合されているとともに、前記貫通孔の他端を封止している第2封止導電性樹脂層と、
を有し、
前記第1封止導電性樹脂層は、前記素子本体の一方の面と、前記枠体の一方の面と、に接合されて、前記貫通孔の一端を封止しており、
前記第2封止導電性樹脂層は、前記素子本体の他方の面と、前記枠体の他方の面と、に接合されて、前記貫通孔の他端を封止しており、
前記枠体には、複数の前記貫通孔が形成され、
前記複数の貫通孔の各々に、それぞれ前記素子本体が収容され、
前記第1封止導電性樹脂層は、各素子本体の一方の面に接合されて、各素子本体の前記第1固体電極層を相互に電気的に接続しているとともに、前記複数の貫通孔の各々の一端を一括して封止しており、
前記第2封止導電性樹脂層は、各素子本体の他方の面に接合されて、各素子本体の前記第2固体電極層を相互に電気的に接続しているとともに、前記複数の貫通孔の各々の他端を一括して封止している電気素子を提供する。
この電気素子によれば、素子部を平面視したときに、第1固体電極層と第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、固体電解質層の外形線の内側に収まっている。この構造によれば、第1固体電極層と、固体電解質層と、第2固体電極層と、をこの順に積層してプレス成形を行うことによって素子本体を作製する場合であっても、第1固体電極層と第2固体電極層との短絡を抑制することができる。
つまり、この電気素子は、第1固体電極層と第2固体電極層との短絡が抑制された構造すなわち製造安定性に優れた構造のものである。
また、本発明は、
第1固体電極層と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層と、第2固体電極層と、がこの順に積層されることにより構成される素子部を含み、発電または蓄電を行う素子本体を作製する工程を備え、
前記素子本体を作製する工程は、平面視において、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まるように、前記第1固体電極層と、前記固体電解質層と、前記第2固体電極層と、をこの順に積層して、プレス成形を行う工程を含み、
前記素子本体を封止する工程を更に備え、
前記素子本体を封止する工程は、
表裏を貫通する貫通孔が形成された樹脂製の枠体の前記貫通孔内に前記素子本体を挿入する工程と、
第1封止導電性樹脂層によって前記貫通孔の一端を封止する工程と、
前記素子本体の一方の面に前記第1封止導電性樹脂層を接合する工程と、
第2封止導電性樹脂層によって前記貫通孔の他端を封止する工程と、
前記素子本体の他方の面に前記第2封止導電性樹脂層を接合する工程と、
を備え、
前記第1封止導電性樹脂層は、第1封止導電性粘着フィルムであり、
前記第2封止導電性樹脂層は、第2封止導電性粘着フィルムであり、
前記貫通孔の一端を封止する工程では、前記第1封止導電性粘着フィルムを前記枠体の一方の面に貼り付け、
前記素子本体の一方の面に前記第1封止導電性樹脂層を接合する工程では、前記第1封止導電性粘着フィルムを前記素子本体の一方の面に貼り付け、
前記貫通孔の他端を封止する工程では、前記第2封止導電性粘着フィルムを前記枠体の他方の面に貼り付け、
前記素子本体の他方の面に前記第2封止導電性樹脂層を接合する工程では、前記第2封止導電性粘着フィルムを前記素子本体の他方の面に貼り付ける電気素子の製造方法を提供する。
本発明によれば、第1固体電極層と第2固体電極層との短絡が抑制された構造すなわち製造安定性に優れた構造の電気素子を提供することができる。
第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の断面図である。 第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池を構成する部品の平面図であり、このうち図2(a)は枠体を、図2(b)は電池本体を、図2(c)は集電体層を、それぞれ示す。 図3(a)〜(d)は第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法における一連の工程を示す断面図である。 図4(a)〜(c)は第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法における一連の工程を示す断面図である。 第2の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の断面図である。 図6(a)〜(e)は第2の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法における一連の工程を示す断面図である。 図7(a)〜(c)は第2の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法における一連の工程を示す断面図である。 図8(a)は第3の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の断面図であり、図8(b)は第3の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の枠体の平面図である。 第4の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の断面図である。 図10(a)および(b)は第4の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法における一連の工程を示す断面図である。 図11(a)〜(d)の各々は、第5の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
以下に説明する各実施形態では、電気素子が全固体型リチウムイオン電池100であり、電気素子の製造方法が全固体型リチウムイオン電池の製造方法である例を説明する。
〔第1の実施形態〕
図1は第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池(電気素子)100の断面図である。図2は第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100を構成する部品の平面図であり、このうち図2(a)は枠体30を、図2(b)は電池本体(素子本体)1を、図2(c)は集電体層51、52を、それぞれ示す。
本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100は、発電を行う電池本体1を備える。電池本体1は、第1固体電極層(例えば正極層11)と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層12と、第2固体電極層(例えば負極層13)と、がこの順に積層されることにより構成された電池素子(素子部)10を含んで構成されている。電池素子10を平面視したときに、第1固体電極層と第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層(例えば正極層11)の外形線が、固体電解質層12の外形線の内側に収まっている(図2(b)参照)。このような構造を実現するため、第1固体電極層と第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層(例えば正極層11)の面積は、固体電解質層12の面積よりも小さくなっている。
ここで、第1固体電極層と第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、固体電解質層12の外形線の内側に収まっているとは、第1固体電極層と第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線の全体が、固体電解質層12の外形線の内側に収まっていることに限定されない。例えば、第1固体電極層と第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、部分的に、固体電解質層12の外形線と重なっていても良い。
電池素子10を平面視したときに、少なくとも何れか一方の電極層(例えば正極層11)の外形線が、固体電解質層12の外形線よりも少なくとも500μm以上内側の領域に収まっていることが好ましい。また電池素子10を平面視したときに、少なくとも何れか一方の電極層の面積が、固体電解質層12の面積に対して98%以下であることが好ましい。また、その少なくとも何れか一方の電極層の厚さは、固体電解質層12の厚さに対して300%以下(3倍以下)であることが好ましい。
電池素子10を平面視したときに、正極層11と負極層13とのうちの何れか一方(例えば正極層11)の外形線が、固体電解質層12の外形線の内側に収まっており、何れか他方(例えば負極層13)の外形線が固体電解質層12の外形線と重なっていることが好ましい。
本実施形態の場合、電池本体1は、電池素子10を1つのみ有している。本実施形態の場合、電池本体1は、例えば、電池素子10のみによって構成されている。このため、電池本体1の一方の面1aは、正極層11における固体電解質層12側とは反対側の面(外表面11a)であり、電池本体1の他方の面1bは、負極層13における固体電解質層12側とは反対側の面(外表面13a)である。
正極層11、固体電解質層12および負極層13は、それぞれ粉末材料をプレス成形することなどによって、薄板状に形成されている。電池素子10は、正極層11、固体電解質層12および負極層13をこの順に積層し、これらをプレス成形などによって互いに一体化することにより、薄板状に形成されている。
電池素子10の平面形状は、任意の形状とすることができる。例えば、図2(b)に示すように円形であっても良いし、その他の形状(例えば矩形状など)であっても良い。電池素子10を平面視したときに、正極層11、固体電解質層12および負極層13の各々の外形線が互いに相似形であることが好ましい。
全固体型リチウムイオン電池100は、電池本体1を封止している封止樹脂部20を備えている。封止樹脂部20は、樹脂製の枠体30と、第1封止導電性樹脂層(例えば第1封止導電性粘着フィルム41)と、第2封止導電性樹脂層(例えば第2封止導電性粘着フィルム42)と、を有する。枠体30には、その表裏を貫通する貫通孔33が形成され、貫通孔33内に電池本体1が収容されている。第1封止導電性樹脂層は、電池本体1の一方の面1aに接合されているとともに、貫通孔33の一端を封止(閉塞)している。第2封止導電性樹脂層は、電池本体1の他方の面1bに接合されているとともに、貫通孔33の他端を封止(閉塞)している。
ここで、貫通孔33の一端を封止(閉塞)するとは、貫通孔33の一端側の開口を封止(閉塞)することを意味する。同様に、貫通孔33の他端を封止(閉塞)するとは、貫通孔33の他端側の開口を封止(閉塞)することを意味する。
より具体的には、例えば、第1封止導電性樹脂層は、電池本体1の一方の面1aと、枠体30の一方の面31と、に接合されて、貫通孔33の一端を封止しており、第2封止導電性樹脂層は、電池本体1の他方の面32と、枠体30の他方の面32と、に接合されて、貫通孔33の他端を封止している。
枠体30は、例えば、絶縁性樹脂製の薄板からなる。枠体30の平面形状(外形形状)は、任意の形状とすることができる。図2(a)には、枠体30の外形形状が角丸の矩形状である例を示している。
枠体30には、その表裏を貫通する貫通孔33が形成されている。貫通孔33の平面形状は、電池本体1の平面形状と同等である。貫通孔33は、電池本体1をほぼ隙間無く収容する寸法に設定されていることが好ましい。枠体30の厚さは、電池本体1の厚さと同等である。
電池本体1は、少なくとも電池素子10が貫通孔33の内周壁面33aに対して非接合な状態で、貫通孔33内に収容されていることが好ましい。ここで、非接合な状態とは、接着されている状態でもなく、粘着している状態でもない。
ただし、貫通孔33に電池本体1が収容された状態で、電池本体1の側面(周面)が貫通孔33の内周壁面33aに当接していることが好ましい。
第1封止導電性樹脂層および第2封止導電性樹脂層は、例えば、それぞれ導電性粘着フィルムである。すなわち、第1封止導電性樹脂層は、第1封止導電性粘着フィルム41であり、第2封止導電性樹脂層は、第2封止導電性粘着フィルム42である。
第1封止導電性粘着フィルム41は、電池本体1の一方の面1aと、枠体30の一方の面31と、に貼り付けられて、貫通孔33の一端を封止(閉塞)している。同様に、第2封止導電性粘着フィルム42は、電池本体1の他方の面1bと、枠体30の他方の面32と、に貼り付けられて、貫通孔33の他端を封止(閉塞)している。
第1封止導電性粘着フィルム41は、貫通孔33の一端を完全に閉塞することが可能な形状及び寸法であることが好ましいが、その平面形状は、任意の形状とすることができる。
同様に、第2封止導電性粘着フィルム42は、貫通孔33の他端を完全に閉塞することが可能な形状及び寸法であることが好ましいが、その平面形状は、任意の形状とすることができる。
第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42の平面形状は、例えば、枠体30の外形形状と同等の形状とすることができる。
全固体型リチウムイオン電池100は、更に、第1集電体層51と第2集電体層52とを有する。第1集電体層51は、第1封止導電性粘着フィルム41を介して電池本体1の一方の面1aに対して電気的に接続されている。第2集電体層52は、第2封止導電性粘着フィルム42を介して電池本体1の他方の面1bに対して電気的に接続されている。第1集電体層51および第2集電体層52は、それぞれ薄板状に形成されている。
第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42は、それぞれ両面が粘着性を有している。そして、第1集電体層51は、第1封止導電性粘着フィルム41における電池本体1側とは反対側の面に貼り付けられている。同様に、第2集電体層52は、第2封止導電性粘着フィルム42における電池本体1側とは反対側の面に貼り付けられている。
第1集電体層51および第2集電体層52の平面形状は、任意の形状とすることができる。第1集電体層51および第2集電体層52の平面形状は、例えば、第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42と同等の形状とすることができる。これにより、第1集電体層51は、第1封止導電性粘着フィルム41とともに貫通孔33の一端を閉塞することができ、第2集電体層52は、第2封止導電性粘着フィルム42とともに貫通孔33の他端を閉塞することができる。
次に、全固体型リチウムイオン電池100の各構成要素の材料の例を説明する。
正極層11は、正極活物質を含んで構成されており、必要に応じて、導電助剤、固体電解質などを含んでいる。正極活物質は、特に限定されず、一般的に公知のものを用いることができる。正極層11は、一例として、アモルファスLiMoSの粉末と、アセチレンブラック(AB)の粉末と、Li1112の粉末と、の混合物により構成することができる。
負極層13は、負極活物質を含んで構成されており、必要に応じて、導電助剤、固体電解質などを含んでいる。負極活物質は、特に限定されず、一般的に公知のものを用いることができる。負極層13は、一例として、アモルファスLi−Si−P硫化物の粉末により構成することができる。この粉末としては、例えば、Li22Siの粉末と、グラファイトの粉末と、Li1112の粉末と、の混合物が挙げられる。
固体電解質層12を構成する固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有するものであれば特に限定されず、一般的に公知のものを用いることができる。固体電解質層12は、一例として、Li1112ガラスの粉末により構成することができる。
枠体30を構成する樹脂材料は、貫通孔33の内部に電池本体1を収容保持するのに十分な強度を確保できる材料であれば特に限定されない。一例として、枠体30は、PET、塩化ビニル等のフィルムにより構成することができる。
第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42は、例えば、粘着性樹脂中に、導電性微粒子を分散させることにより構成されている。導電性微粒子としては、Ni等の金属粒子、非導電性粒子に金属をコーティングしてなる粒子、カーボン粒子などが挙げられる。粘着性樹脂は、導電性微粒子を分散することができ、且つ、粘着性を示す樹脂(粘着剤)である。このような粘着性樹脂としては、(メタ)アクリル系熱可塑性樹脂(アクリル系粘着剤)などが挙げられる。なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは、アクリルおよびメタクリルの総称であるものとする。
第1集電体層51および第2集電体層52は、例えば、SUS、アルミニウム等の金属材料により構成された金属箔である。ただし、第1集電体層51および第2集電体層52は、金属またはカーボンを、合成樹脂製のフィルム、不織布、織布、または紙にコーティングすることにより構成されていても良い。
次に、本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法を説明する。
図3(a)〜(d)および図4(a)〜(c)は第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法における一連の工程を示す断面図である。
この製造方法は、第1固体電極層(例えば正極層11)と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層12と、第2固体電極層(例えば負極層13)と、がこの順に積層されることにより構成される素子部(電池素子10)を含み、発電または蓄電を行う素子本体(電池本体1)を作製する工程を備える。
素子本体を作製する工程は、平面視において、第1固体電極層と第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層(例えば正極層11)の外形線が、固体電解質層12の外形線の内側に収まるように、第1固体電極層と、固体電解質層12と、第2固体電極層と、をこの順に積層して、プレス成形を行う工程を含む。
以下、具体的な工程の一例を説明する。なお、以下に説明する工程は、最終的に全固体型リチウムイオン電池100を作製することが可能な順序であれば、以下に例示する以外の順序で行っても良い。
先ず、図3(a)に示すように、固体電解質層12の粉末材料をプレス成形することによって、固体電解質層12を作製する。
次に、図3(b)に示すように、負極層13の粉末材料を、先に作製した固体電解質層12に対して積層し、該粉末材料をプレス成形する。これにより、負極層13を固体電解質層12と一体的に作製する。ここで、平面視において、負極層13の外形線が固体電解質層12の外形線と重なるように、負極層13を形成する。すなわち、負極層13の平面形状および平面寸法は、固体電解質層12の平面形状および平面寸法と同等となるようにする。
また、図3(c)に示すように、正極層11の粉末材料をプレス成形することによって、正極層11を作製する。ここで、正極層11の平面寸法は、固体電解質層12の平面寸法よりも小さくする。このためには、正極層11をプレス成形により作製するための型としては、固体電解質層12をプレス成形により作製するための型、および、負極層13を固体電解質層12と一体的にプレス成形により作製するための型よりも、小径のものを用いる。
次に、負極層13と一体化させた固体電解質層12に対して正極層11を重ねて、負極層13、固体電解質層12および正極層11をプレスする。これにより、正極層11を固体電解質層12に対して一体化させる。こうして、正極層11と、固体電解質層12と、負極層13と、がこの順に積層されてなる電池素子10を含む電池本体1が得られる(図3(d))。
ここで、平面視において、正極層11の外形線が固体電解質層12の外形線の内側に収まるように、固体電解質層12に対して正極層11を重ねた状態で、これら正極層11、固体電解質層12および負極層13からなる積層体をプレス成形用の型(図示略)の内部に挿入し、これら正極層11、固体電解質層12および負極層13をプレス成形することにより一体化させる。
ここでのプレス成形の際には、平面視において、正極層11の外形線が固体電解質層12の外形線の内側に収まっている。このため、プレス成形の際にプレス成形用の型と積層体(正極層11、固体電解質層12および負極層13)との隙間において、正極層11または負極層13を構成する粉末材料がこぼれてしまうことによって正極層11と負極層13とが短絡してしまうことが、抑制される。
プレス成形の際に、下から順に、負極層13、固体電解質層12および正極層11を配置した場合は、正極層11の粉末材料が正極層11の側面からこぼれたとしても、正極層11の粉末材料が固体電解質層12の上面にて捕捉される。よって、正極層11の粉末材料が負極層13の側面に付着してしまうことが抑制される結果、短絡が抑制される。
一方、プレス成形の際に、下から順に、正極層11、固体電解質層12および負極層13を配置した場合は、負極層13の粉末材料が負極層13の側面からこぼれて、その粉末材料が更に固体電解質層12よりも下方に落下したとしても、その粉末材料が下層の正極層11の側面に付着してしまうことが抑制される。よって、やはり、短絡が抑制される。
このプレス成形を行うことにより、図3(d)に示すように、平面視において、正極層11の外形線が固体電解質層12の外形線の内側に収まった構造の電池素子10を含む電池本体1が得られる。
次に、枠体30を準備する。枠体30は、樹脂製の薄板に、パンチング等によって貫通孔33を形成することなどにより得られたものである。
また、第1集電体層51および第2集電体層52を準備する。第1集電体層51の一方の面には、第1集電体層51と同一の形状及び寸法の第1封止導電性粘着フィルム41を貼り付け、第2集電体層52の他方の面には、第2集電体層52と同一の形状及び寸法の第2封止導電性粘着フィルム42を貼り付ける。
次に、電池本体1を封止樹脂部20内に封止する工程を行う。
先ず、図4(a)に示すように、枠体30の他方の面32に第2導電性粘着フィルム42を貼り付けることにより、貫通孔33の他端を封止する。
次に、図4(b)に示すように、枠体30の貫通孔33内に電池本体1を挿入する。すなわち、電池本体1を、枠体30の貫通孔33内に、少なくとも電池素子10が貫通孔33の内周壁面33aに対して非接合な状態で収容する。このとき、電池本体1の他方の面1bに対して、第2封止導電性粘着フィルム42を貼り付ける。
次に、図4(c)に示すように、電池本体1の一方の面1aと、枠体30の一方の面31と、に第1封止導電性粘着フィルム41を貼り付けることにより、貫通孔33の一端を封止する。こうして、全固体型リチウムイオン電池100が得られる。
以上のような第1の実施形態によれば、全固体型リチウムイオン電池100は、正極層11と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層12と、負極層13と、がこの順に積層されることにより構成された電池素子10を含み、発電を行う電池本体1を備える。そして、電池素子10を平面視したときに、正極層11と負極層13とのうちの少なくとも何れか一方の電極層(例えば正極層11)の外形線が、固体電解質層12の外形線の内側に収まっている。
この構造によれば、正極層11と、固体電解質層12と、負極層13と、をこの順に積層してプレス成形を行うことによって電池本体1を作製する場合であっても、正極層11と負極層13との短絡を抑制することができる。
つまり、全固体型リチウムイオン電池100を、正極層11と負極層13との短絡が抑制された構造のものとすることができる。
また、電池素子10を平面視したときに、正極層11と負極層13とのうちの何れか一方(例えば正極層11)の外形線が、固体電解質層12の外形線の内側に収まっており、何れか他方(例えば負極層13)の外形線が固体電解質層12の外形線と重なっている。すなわち、例えば負極層13については、固体電解質層12と同等の面積とするので、電池素子10の発電能力の低下を抑制することができる。
また、全固体型リチウムイオン電池100は、電池本体1を封止している封止樹脂部20を備え、封止樹脂部20は、表裏を貫通する貫通孔33が形成され貫通孔33内に電池本体1を収容している樹脂製の枠体30と、電池本体1の一方の面1aに接合されているとともに貫通孔33の一端を封止している第1封止導電性樹脂層(例えば第1封止導電性粘着フィルム41)と、電池本体1の他方の面1bに接合されているとともに貫通孔33の他端を封止している第2封止導電性樹脂層(例えば第2封止導電性粘着フィルム42)と、を有する。
このように、電池本体1が封止樹脂部20によって封止されているので、全固体型リチウムイオン電池100を安定的な構造のものとすることができる。
電池本体1の一方の面1aには第1導電性樹脂層(例えば第1封止導電性粘着フィルム41)が接合されているので、第1導電性樹脂層を介して電池本体1を外部へ電気的に接続することができる。同様に、電池本体1の他方の面1bには第2導電性樹脂層(例えば第2封止導電性粘着フィルム42)が接合されているので、第2導電性樹脂層を介して電池本体1を外部へ電気的に接続することができる。
なお、全固体型リチウムイオン電池100は、有機電解液を有していないため、有機電解液の漏れの心配が無いとともに、有機電解液によって第1導電性樹脂層および第2導電性樹脂層が溶解してしまう心配もない。よって、第1導電性樹脂層および第2導電性樹脂層を用いた封止が可能である。
また、第1封止導電性樹脂層は、電池本体1の一方の面1aと、枠体30の一方の面31と、に接合されて、貫通孔33の一端を封止している。同様に、第2封止導電性樹脂層は、電池本体1の他方の面1bと、枠体30の他方の面32と、に接合されて、貫通孔33の他端を封止している。よって、第1封止導電性樹脂層および第2封止導電性樹脂層によって貫通孔33の両端が容易且つ確実に封止された構造を実現することができる。
また、第1封止導電性樹脂層は、電池本体1の一方の面1aと、枠体30の一方の面31と、に貼り付けられた、第1封止導電性粘着フィルム41である。同様に、第2封止導電性樹脂層は、電池本体1の他方の面1bと、枠体30の他方の面32と、に貼り付けられた、第2封止導電性粘着フィルム42である。よって、導電性粘着フィルムを所望の形状に切断することによって第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42を作製し、第1封止導電性粘着フィルム41を電池本体1の一方の面1aおよび枠体30の一方の面31に貼り付けるとともに、第2封止導電性粘着フィルム42を電池本体1の他方の面1bおよび枠体30の他方の面32に貼り付けることによって、容易に、封止樹脂部20を構成することができる。
また、第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42は、それぞれ両面が粘着性を有しており、全固体型リチウムイオン電池100は、第1封止導電性粘着フィルム41における電池本体1側とは反対側の面に貼り付けられた第1集電体層51と、第2封止導電性粘着フィルム42における電池本体1側とは反対側の面に貼り付けられた第2集電体層52と、を更に備える。つまり、第1封止導電性粘着フィルム41により、容易に第1集電体層51と電池本体1とが電気的に接続され、第2封止導電性粘着フィルム42により、容易に第2集電体層52と電池本体1とが電気的に接続されている。よって、全固体型リチウムイオン電池100を、より製造が容易な構造のものとすることができる。
また、電池本体1は、少なくとも電池素子10が貫通孔33の内周壁面33aに対して非接合な状態で、貫通孔33内に収容されている。これにより、少なくとも電池素子10は、貫通孔33の内周壁面33aによって強固には拘束されておらず、貫通孔33内においてある程度自由に移動することができる。このため、電池本体1に不要な応力が加わってしまうことを抑制できるので、全固体型リチウムイオン電池100の品質を容易に安定させることができる。
つまり、全固体型リチウムイオン電池100を、生産性に優れ、且つ、品質を容易に安定させることが可能な構造のものとすることができる。
また、本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法は、電池素子10を含む電池本体1を作製する工程を備える。この工程では、平面視において、正極層11と負極層13とのうちの少なくとも何れか一方の電極層(例えば正極層11)の外形線が、固体電解質層12の外形線の内側に収まるように、正極層11と固体電解質層12と負極層13とをこの順に積層して、プレス成形を行う工程を含む。よって、正極層11と負極層13との短絡を抑制しつつ、プレス成形により電池本体1を作製することができる。
また、この製造方法は、電池本体1を封止する工程を更に備えている。電池本体1を封止する工程は、表裏を貫通する貫通孔が形成された樹脂製の枠体30の貫通孔33内に電池本体1を挿入する工程と、第1封止導電性樹脂層(例えば第1封止導電性粘着フィルム41)によって貫通孔33の一端を封止する工程と、電池本体1の一方の面1aに第1封止導電性樹脂層を接合する工程と、第2封止導電性樹脂層(例えば第2封止導電性粘着フィルム42)によって貫通孔33の他端を封止する工程と、電池本体1の他方の面1bに第2封止導電性樹脂層を接合する工程と、を備える。よって、電池本体1が封止樹脂部20によって封止された、安定的な構造の全固体型リチウムイオン電池100を製造することができる。
また、第1封止導電性樹脂層は第1封止導電性粘着フィルム41であり、第2封止導電性樹脂層は第2封止導電性粘着フィルム42である。そして、貫通孔33の一端を封止する工程では、第1封止導電性粘着フィルム41を枠体30の一方の面31に貼り付け、電池本体1の一方の面1aに第1封止導電性樹脂層を接合する工程では、第1封止導電性粘着フィルム41を電池本体1の一方の面1aに貼り付け、貫通孔33の他端を封止する工程では、第2封止導電性粘着フィルム42を枠体30の他方の面32に貼り付け、電池本体1の他方の面1bに第2封止導電性樹脂層を接合する工程では、第2封止導電性粘着フィルム42を電池本体1の他方の面1bに貼り付ける。よって、導電性粘着フィルムを所望の形状に切断することによって作製した第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42を用いることにより、容易に、封止樹脂部20を形成することができる。
〔第2の実施形態〕
図5は第2の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100の断面図である。本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100は、以下に説明する点で、上記の第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100と相違し、その他の点では、上記の第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100と同様に構成されている。
本実施形態の場合、電池本体1は、少なくとも何れか一方の電極層(例えば正極層11)の、固体電解質層12側とは反対側の面(外表面11a)に接合された、導電性樹脂層(例えば導電性粘着フィルム61)を更に備える。すなわち、導電性粘着フィルム61は、正極層11の外表面11aに貼り付けられている。
より具体的には、電池本体1は、負極層13の、固体電解質層12側とは反対側の面(外表面13a)に接合された、導電性樹脂層(例えば導電性粘着フィルム62)も備えている。すなわち、導電性粘着フィルム62は、負極層13の外表面13aに貼り付けられている。
そして、導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62を含む電池本体1が、貫通孔33内に収容されている。
導電性粘着フィルム61が正極層11の外表面11aに貼り付けられていることにより、導電性粘着フィルム61は、正極層11の崩壊を抑制する支持体として機能する。同様に、導電性粘着フィルム62が負極層13の外表面13aに貼り付けられていることにより、導電性粘着フィルム62は、負極層13の崩壊を抑制する支持体として機能する。よって、正極層11および負極層13の崩壊が抑制されている。
本実施形態の場合、導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62の外周面は、枠体30の内周壁面33aに対して粘着している場合もあるが、少なくとも電池素子10(正極層11、固体電解質層12および負極層13)は、枠体30の内周壁面33aに対して非接合状態となっている。このため、本実施形態においても、少なくとも電池素子10に不要な応力が作用してしまうことが抑制されている。
本実施形態の場合、第1封止導電性粘着フィルム41の一方の面(図5における下面)は、第3導電性粘着フィルム61における電池素子10側とは反対側の面すなわち電池本体1の一方の面1aと、枠体30の一方の面31と、に貼り付けられている。また、第2封止導電性粘着フィルム42の一方の面(図5における上面)は、第4導電性粘着フィルム62における電池素子10側とは反対側の面すなわち電池本体1の他方の面1bと、枠体30の他方の面32と、に貼り付けられている。
導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62は、例えば、粘着性樹脂中に導電性微粒子を分散させることにより構成された粘着性樹脂層と、金属箔と、を積層することにより構成されている。粘着性樹脂層の導電性微粒子としては、Ni等の金属粒子、非導電性粒子に金属をコーティングしてなる粒子、カーボン粒子などが挙げられる。粘着性樹脂は、導電性微粒子を分散することができ、且つ、粘着性を示す樹脂(粘着剤)である。このような粘着性樹脂としては、(メタ)アクリル系熱可塑性樹脂(アクリル系粘着剤)などが挙げられる。金属箔は、アルミニウム箔等である。導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62は、片面(金属箔側とは反対側の面)のみが粘着性を有する。第3導電性粘着フィルム61および第4導電性粘着フィルム62における粘着性を有する面(つまり粘着性樹脂層)が、正極層11および負極層13に対してそれぞれ貼り付けられている。
次に、本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法を説明する。
図6(a)〜(e)および図7(a)〜(c)は本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法における一連の工程を示す断面図である。
先ず、図6(a)に示すように、固体電解質層12の粉末材料をプレス成形することによって、固体電解質層12を作製する。
次に、図6(b)に示すように、負極層13の粉末材料を、先に作製した固体電解質層12に対して積層し、該粉末材料をプレス成形する。これにより、負極層13を固体電解質層12と一体的に作製する。
次に、図6(c)に示すように、正極層11の粉末材料を導電性粘着フィルム61に対してプレスすることによって、正極層11を導電性粘着フィルム61と一体的に成形する。この際、導電性粘着フィルム61は、正極層11の崩壊を抑制する支持体として機能する。
このように、電池本体1を作製する工程は、正極層11を導電性粘着フィルム61の一方の面により保持させる工程を含む。
より具体的には、例えば、導電性樹脂層は、導電性粘着フィルム61であり、正極層11を導電性樹脂層の一方の面により保持させる工程では、正極層11を構成する粉末材料を導電性粘着フィルム61に対してプレスすることによって、正極層11を成形するとともに正極層11を導電性粘着フィルム61の一方の面により保持させる。
次に、図6(d)に示すように、負極層13と一体化させた固体電解質層12に対して、正極層11および導電性粘着フィルム61を重ね、且つ、負極層13の外表面13a側には、導電性粘着フィルム62を配置して、導電性粘着フィルム61、正極層11、固体電解質層12、負極層13および導電性粘着フィルム62をプレスする。これにより、導電性粘着フィルム62に対して負極層13を一体化させるとともに、正極層11を固体電解質層12に対して一体化させる。こうして、導電性粘着フィルム61と、正極層11と、固体電解質層12と、負極層13と、導電性粘着フィルム62と、がこの順に積層されてなる電池本体1が得られる。
このように、プレス成形を行う工程では、正極層11を導電性粘着フィルム61により保持した状態で、プレス成形を行う。
次に、枠体30を準備する。
また、第1集電体層51および第2集電体層52を準備し、第1集電体層51の一方の面には、第1集電体層51と同一の形状及び寸法の第1導電性粘着フィルム41を貼り付け、第2集電体層52の他方の面には、第2集電体層52と同一の形状及び寸法の第2導電性粘着フィルム42を貼り付ける。
次に、図7(a)に示すように、枠体30の他方の面32に第2封止導電性粘着フィルム42を貼り付けることにより、貫通孔33の他端を封止する。
次に、図7(b)に示すように、枠体30の貫通孔33内に電池本体1を挿入する。このとき、導電性粘着フィルム62における電池素子10側とは反対側の面すなわち電池本体1の他方の面1bに対して、第2封止導電性粘着フィルム42を貼り付ける。
次に、図7(c)に示すように、導電性粘着フィルム61における電池素子10側とは反対側の面すなわち電池本体1の一方の面1aと、枠体30の一方の面31と、に第1封止導電性粘着フィルム41を貼り付けることにより、貫通孔33の一端を閉塞する。こうして、全固体型リチウムイオン電池100が得られる。
以上のような第2の実施形態によれば、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる他に、以下の効果が得られる。
また、本実施形態の場合、電池本体1は、正極層11の、固体電解質層12側とは反対側の面(外表面11a)に接合された、導電性樹脂層(例えば導電性粘着フィルム61)を更に備える。よって、導電性粘着フィルム61が正極層11の崩壊を抑制する支持体として機能するので、正極層11の崩壊が抑制されている。このため、電池本体1が大寸法(大面積)であっても、電池本体1を安定的な構造のものとすることができる。
より具体的には、電池本体1は、負極層13の、固体電解質層12側とは反対側の面(外表面13a)に接合された、導電性樹脂層(例えば導電性粘着フィルム62)を更に備える。よって、導電性粘着フィルム62が負極層13の崩壊を抑制する支持体として機能するので、負極層13の崩壊が抑制されている。このため、電池本体1が大寸法(大面積)であっても、電池本体1を安定的な構造のものとすることができる。
また、導電性樹脂層は、導電性粘着フィルム61、62であり、正極層11、負極層13の固体電解質層12側とは反対側の面に貼り付けられている。よって、導電性樹脂層の成形が不要であるため、電池本体1を容易に作製することができる。
また、電池本体1を作製する工程は、正極層11を導電性樹脂層の一方の面により保持させる工程を含み、プレス成形を行う工程では、正極層11を導電性樹脂層により保持した状態で、プレス成形を行う。よって、プレス成形の際における正極層11の崩壊を抑制することができるし、プレス成形後においても導電性樹脂層は引き続き正極層11の支持体として機能するので、正極層11の崩壊が抑制される。
また、正極層11、固体電解質層12および負極層13をプレスにより一体化する際に、負極層13における固体電解質層12側とは反対側に導電性粘着フィルム62を配置した状態でプレスを行う。よって、このプレスの際に負極層13が崩壊してしまうことを導電性粘着フィルム62によって抑制することができる。
また、導電性樹脂層は、導電性粘着フィルム61であり、正極層11を導電性樹脂層の一方の面により保持させる工程では、粉末材料を導電性粘着フィルム61に対してプレスすることによって、正極層11を成形するとともに正極層11を導電性粘着フィルム61の一方の面により保持させる。よって、導電性樹脂層の成形が不要であるため、電池本体1を容易に作製することができる。
〔第3の実施形態〕
図8(a)は第3の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100の断面図であり、図8(b)は第3の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100の枠体の平面図である。図8(a)は図8(b)に示すA−A線と対応する位置での断面を示す。本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100は、以下に説明する点で、上記の第2の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100と相違し、その他の点では、上記の第2の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100と同様に構成されている。
本実施形態の場合、図8(a)および(b)に示すように、枠体30には、複数の貫通孔33が形成されている。そして、図8(a)に示すように、複数の貫通孔33の各々に、それぞれ電池本体1が収容されている。第1封止導電性樹脂層(例えば第1封止導電性粘着フィルム41)は、各電池本体1の一方の面1aに接合されて、各電池本体1の正極層11を相互に電気的に接続しているとともに、複数の貫通孔33の各々の一端を一括して封止している。また、第2封止導電性樹脂層(例えば第2封止導電性粘着フィルム42)は、各電池本体1の他方の面1bに接合されて、各電池本体1の負極層13を相互に電気的に接続しているとともに、複数の貫通孔33の各々の他端を一括して封止している。
つまり、本実施形態の場合、第1封止導電性樹脂層と第2封止導電性樹脂層とによって、複数の電池本体1が相互に並列に接続されている。
より具体的には、例えば、第1封止導電性樹脂層は第1封止導電性粘着フィルム41であり、第1封止導電性粘着フィルム41は、各電池本体1の一方の面1aに貼り付けられて、各電池本体1の正極層11を相互に電気的に接続している。また、第2封止導電性樹脂層は第2封止導電性粘着フィルム42であり、第2封止導電性粘着フィルム42は、各電池本体1の他方の面1bに貼り付けられて、各電池本体1の負極層13を相互に電気的に接続している。
以上のような第3の実施形態によっても、上記の第2の実施形態と同様の効果が得られる。
また、複数の電池本体1が、第1封止導電性樹脂層と第2封止導電性樹脂層とによって相互に並列に接続されているので、全固体型リチウムイオン電池100全体の容量が上記の第2の実施形態よりも増大する。
なお、上記の第3の実施形態では、上記の第2の実施形態と同様に、電池本体1が導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62を有する例を説明したが、上記の第1の実施形態と同様に、電池本体1は、導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62を有していなくても良い。
〔第4の実施形態〕
図9は第4の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100の断面図である。本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100は、以下に説明する点で、上記の第3の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100と相違し、その他の点では、上記の第3の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100と同様に構成されている。
上記の各実施形態では、電池本体1が単数(1つ)の電池素子10を有する例を説明したが、本実施形態の場合、電池本体1は、相互に直列に接続された複数(例えば2つ)の電池素子10を有している。
そして、電池本体1を構成する複数の電池素子10は、直列接続用導電性樹脂層80を介して相互に電気的に接続されている。すなわち、電池本体1を構成する複数の電池素子10のうち、互いに隣り合う電池素子10の正極層11と負極層13とが、直列接続用導電性樹脂層80を介して相互に電気的に接続されている。
なお、本実施形態の場合、上記の第2および第3の実施形態と同様に、各電池素子10の表裏の面には、それぞれ導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62が貼り付けられている。
そして、直列接続用導電性樹脂層80は、例えば、1つの電池本体1を構成する2つの電池素子10のうち、一方の電池素子10に貼り付けられた導電性粘着フィルム61と、他方の電池素子10に貼り付けられた導電性粘着フィルム62と、の間に介装されて、これら導電性粘着フィルム61と導電性粘着フィルム62とを相互に電気的に接続している。
直列接続用導電性樹脂層80は、例えば、両面が粘着性を有する導電性粘着フィルムである。直列接続用導電性樹脂層80は、第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42と同様の構造のものである。すなわち、直列接続用導電性樹脂層80は、例えば、粘着性樹脂中に、導電性微粒子を分散させることにより構成されており、その両面が粘着性を有する。直列接続用導電性樹脂層80は、1つの電池本体1を構成する2つの電池素子10のうち、一方の電池素子10に貼り付けられた導電性粘着フィルム61と、他方の電池素子10に貼り付けられた導電性粘着フィルム62と、に貼り付けられて、これら導電性粘着フィルム61と導電性粘着フィルム62とを相互に電気的に接続している。つまり、直列接続用導電性樹脂層80は、1つの電池本体1を構成する2つの電池素子10のうち、一方の電池素子10の正極層11と、他方の電池素子10の負極層13と、に対して、それぞれ間接的に貼り付けられて、これら正極層11と負極層13を相互に(間接的に)接合している。
図10(a)および(b)は第4の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池の製造方法における一連の工程のうち、電池本体1を作製する工程を示す断面図である。
図10(a)に示すように、表裏の面にそれぞれ導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62が貼り付けられた電池素子10を2つ準備する。そして、これら電池素子10のうち一方の導電性粘着フィルム61と、他方の導電性粘着フィルム62とを、導電性粘着フィルムからなる直列接続用導電性樹脂層80を介して相互に接続する。これにより、図10(b)に示すように、電池本体1が得られる。
以上のような第4の実施形態によっても、上記の第3の実施形態と同様の効果が得られる。
また、各電池本体1は、相互に直列に接続された複数の電池素子10を有するので、全固体型リチウムイオン電池100が出力する電圧が上記の第3の実施形態よりも増大する。
より具体的には、電池本体1は、互いに積層された複数の電池素子10と、互いに隣り合う層の電池素子10の正極層11と負極層13との間に配置され、これら正極層11および負極層13を相互に接合している直列接続用導電性樹脂層80と、を備える。よって、直列接続用導電性樹脂層80によって複数の電池素子10を直接的に直列に接続したシンプルな構造を実現することができる。
より具体的には、直列接続用導電性樹脂層80は、導電性粘着フィルム(直列接続用導電性粘着フィルム)であり、互いに隣り合う層の電池素子10の正極層11と負極層13とにそれぞれ貼り付けられることにより、これら正極層11および負極層13を相互に接合している。よって、電池本体1を、より容易に作製することが可能な構造のものとすることができる。
なお、上記の第4の実施形態では、上記の第3の実施形態と同様に、複数の電池本体1が互いに並列に接続されている例を説明したが、上記の第1および第2の実施形態と同様に、全固体型リチウムイオン電池100は1つのみの電池本体1を有していても良い。
また、上記の第4の実施形態では、電池本体1が導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62を有する例を説明したが、上記の第1の実施形態と同様に、電池本体1は、導電性粘着フィルム61および導電性粘着フィルム62を有していなくても良い。
〔第5の実施形態〕
図11(a)〜(d)の各々は、第5の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100の断面図である。
本実施形態の場合、全固体型リチウムイオン電池100の封止樹脂部20は、樹脂製の周縁封止部70を更に有している。周縁封止部70は、第1封止導電性粘着フィルム41の外周端面41aと、枠体30の外周面34と、第2封止導電性粘着フィルム42の外周端面42aと、を一括して封止している。
図11(a)は、上記の第1の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100に周縁封止部70を追加した例を示す。図11(b)は、上記の第2の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100に周縁封止部70を追加した例を示す。図11(c)は、上記の第3の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100に周縁封止部70を追加した例を示す。図11(d)は、上記の第4の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100に周縁封止部70を追加した例を示す。
より具体的には、周縁封止部70は、第1集電体層51の外周端面51aと、第1封止導電性粘着フィルム41の外周端面41aと、枠体30の外周面34と、第2封止導電性粘着フィルム42の外周端面42aと、第2集電体層52の外周端面52aと、を一括して封止している。
周縁封止部70は、例えば、エポキシ樹脂を塗布および硬化させることによって構成されている。ただし、周縁封止部70は、光硬化型アクリル樹脂であっても良いし、粘着フィルムであっても良い。
本実施形態によれば、上記の各実施形態と同様の効果が得られる他、以下の効果が得られる。
本実施形態の場合、全固体型リチウムイオン電池100は、周縁封止部70を有しているので、大気中の水分が第1封止導電性樹脂層(第1封止導電性粘着フィルム41)および第2封止導電性樹脂層(第2封止導電性粘着フィルム42)を通して貫通孔33の内部に浸入してしまうことを抑制することができる。よって、全固体型リチウムイオン電池100をより安定的な構造のものとすることができる。
上記の各実施形態では、第1封止導電性樹脂層および第2封止導電性樹脂層がそれぞれ封止導電性粘着フィルムである例を説明したが、第1封止導電性樹脂層および第2封止導電性樹脂層は、それぞれ導電性樹脂を電池本体1に対して(或いは電池本体1および枠体30に対して)塗布して硬化させることにより構成されていても良い。或いは、第1封止導電性樹脂層および第2封止導電性樹脂層は、予め成型された導電性樹脂を導電性接着剤によって電池本体1に対して(或いは電池本体1および枠体30に対して)貼り付けたものであっても良い。
上記の各実施形態では、電気素子が全固体型リチウムイオン電池100である例を説明したが、電気素子は、キャパシタであっても良い。キャパシタを構成する第1固体電極層および第2固体電極層は、それぞれ活物質(正極活物質および負極活物質)の何れも含んでいない点で、上記の正極層11および負極層13と相違する。電気素子がキャパシタの場合、素子本体は、蓄電を行う。
なお、固体電解質層12、負極層13および正極層11のプレス成形の際の圧力は、可能な限り高くする方が、粒子間の密着性が良好となり性能向上に寄与する。固体電解質層12、負極層13および正極層11を積層してプレスする際の圧力についても同様である。さらに、粒子の密着性を向上するという観点からは、プレス成形の際の温度も、常温よりは高温に設定することが好ましい。例えば、第3導電性粘着フィルム61および第4導電性粘着フィルム62を用いる例(第2の実施形態等)では、第3導電性粘着フィルム61および第4導電性粘着フィルム62を構成する樹脂材料(アクリル粘着剤等)の耐熱温度以下(例えば200℃以下程度)でプレス成形を行うと良い。
実施例では、以下の条件で、上記の第4の実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池100を作製した。
<導電性粘着フィルム>
導電性粘着フィルム61、62は、片面が粘着性を有する導電性粘着フィルムからなる。この導電性粘着フィルムは、厚さ0.05mmのAl箔の一方の面に0.035mmの厚さの粘着性樹脂層が形成されたものであり、その総厚が0.085mmである。粘着性樹脂層は、粘着性樹脂中に導電性微粒子としてNi粒子を分散させることにより構成されており、導電性を有する。導電性粘着フィルム61、62は、そのような構造の導電性粘着フィルムを直径13mmの円形に切り取ったものである。
<正極層>
正極層11の材料としては、アモルファスLiMoSの粉末と、アセチレンブラックの粉末と、Li1112の粉末と、を重量比1:1:1で混合してなる粉末材料を34mg用いた。
正極層11の粉末材料を導電性粘着フィルム61における粘着剤層側の面に対してプレスすることによって、正極層11を導電性粘着フィルム61と一体的に成形した。このプレス成形は室温で行い、プレス圧力は250MPaとした。正極層11は、導電性粘着フィルム61と同じ直径(13mm)の円板形とした。
正極層11と導電性粘着フィルム61との合計の厚さは150μmとした。
<固体電解質層>
Li1112ガラスの粉末400mgをプレス成形することにより固体電解質層12を作製した。固体電解質層12は、直径14mmの円板形とした。このプレス成形は、室温で行い、プレス圧力は377MPaとした。固体電解質層12の厚さは200μmとした。
<負極層>
負極層13の材料としては、Li22Siの粉末と、グラファイトの粉末と、Li1112の粉末と、を重量比27:53:20で混合してなる粉末材料を14mg用いた。負極層13の粉末材料を、成形後の固体電解質層12に対して積層プレスすることにより、負極層13を固体電解質層12と一体的にプレス成形した。
このプレス成形は室温で行い、プレス圧力は377MPaとした。負極層13は、固体電解質層12と同じ直径(14mm)の円板形とした。負極層13と導電性粘着フィルム62との合計の厚さは150μmとした。
<電池素子>
導電性粘着フィルム61、正極層11、固体電解質層12、負極層13および導電性粘着フィルム62をこの順に積層する。なお、導電性粘着フィルム62は、粘着剤層側の面を負極層13側に配置する。そして、導電性粘着フィルム61、正極層11、固体電解質層12、負極層13および導電性粘着フィルム62の積層体をプレスすることによって、電池素子10を一体形成する。電池素子10は合計8つ作製した。電池素子10の厚さは、500μmとした。
<直列接続用導電性樹脂層>
直列接続用導電性樹脂層80は、両面が粘着性を有する導電性粘着フィルムからなる。この導電性粘着フィルムは、0.035mmの厚さの粘着性樹脂層からなる。この粘着性樹脂層は、粘着性樹脂中に導電性微粒子としてNi粒子を分散させることにより構成されており、導電性を有する。直列接続用導電性樹脂層80は、このような構造の導電性粘着フィルムを直径13mmの円形に切り取ったものである。
<電池本体>
直列接続用導電性樹脂層80を間に挟んで2つの電池素子10を積層することによって、直列接続用導電性樹脂層80により2つの電池素子10を直列に接続し、電池本体1を作製した。すなわち、直列接続用導電性樹脂層80を、2つの電池素子10のうちの一方の電池素子10の導電性粘着フィルム61と、他方の電池素子10の導電性粘着フィルム62とに貼り付けることにより、電池本体1を作製した。電池本体1は合計4つ作製した。電池本体1の厚さは1mmとした。
<枠体>
枠体30としては、一辺40mmの正方形状(角が丸められている)で厚さ1mmのPETフィルムに、直径15mmの貫通孔33を4つ、前後左右対称に形成したものを用いた。
<集電体層>
第1集電体層51および第2集電体層52として、それぞれ厚さ8μmのSUS304箔を用いた。第1集電体層51および第2集電体層52の平面形状は、平面視における枠体30の外形形状と等しくした。
<封止導電性粘着フィルム>
第1封止導電性粘着フィルム41および第2封止導電性粘着フィルム42は、直列接続用導電性樹脂層80と同じ構造の導電性粘着フィルムを、第1集電体層51および第2集電体層52と同じ平面形状に切り取ったものである。第1封止導電性粘着フィルム41は第1集電体層51の一方の面に貼り付け、第2封止導電性粘着フィルム42は第2集電体層52の一方の面に貼り付けた。
<全固体型リチウムイオン電池>
枠体30の他方の面32には、第2封止導電性粘着フィルム42を介して第2集電体層52を貼り付けた。
そして、枠体30の4つの貫通孔33の各々に、電池本体1を挿入した。ここで、各電池本体1の他方の面1bには、第2封止導電性粘着フィルム42を介して、第2集電体層52を貼り付けた。
そして、枠体30の一方の面31には、第1封止導電性粘着フィルム41を介して第1集電体層51を貼り付けた。ここで、第1集電体層51は、第1封止導電性粘着フィルム41を介して、各電池本体1の一方の面1aにも貼り付けた。
こうして、図9に模式的構造を示す全固体型リチウムイオン電池100を得た。全固体型リチウムイオン電池100は、厚さ1mmで、一辺が40mmの角丸の正方形状であり、重量は2.7gである。
このように作製した全固体型リチウムイオン電池100は、以下の特性を示した。
電圧:4V
容量:2.6mAh
エネルギー密度:3.3Wh/kg
5.6Wh/L
以下、参考態様の例を付記する。
1. 第1固体電極層と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層と、第2固体電極層と、がこの順に積層されることにより構成された素子部を含み、発電または蓄電を行う素子本体を備え、
前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まっている電気素子。
2. 前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの何れか一方の外形線が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まっており、何れか他方の外形線が前記固体電解質層の外形線と重なっている1.に記載の電気素子。
3. 前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの何れか一方の外形線の全体が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まっている2.に記載の電気素子。
4. 前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層、前記固体電解質層および前記第2固体電極層の各々の外形線が互いに相似形である1.乃至3.の何れか一つに記載の電気素子。
5. 前記素子本体は、前記少なくとも何れか一方の電極層の、前記固体電解質層側とは反対側の面に接合された、導電性樹脂層を更に備える1.乃至4.の何れか一つに記載の電気素子。
6. 前記導電性樹脂層は、導電性粘着フィルムであり、前記少なくとも何れか一方の電極層の前記固体電解質層側とは反対側の面に貼り付けられている5.に記載の電気素子。
7. 前記素子本体を封止している封止樹脂部を更に備え、
前記封止樹脂部は、
樹脂製の枠体であって、その表裏を貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記素子本体を収容している枠体と、
前記素子本体の一方の面に接合されているとともに、前記貫通孔の一端を封止している第1封止導電性樹脂層と、
前記素子本体の他方の面に接合されているとともに、前記貫通孔の他端を封止している第2封止導電性樹脂層と、
を有する1.乃至6.の何れか一つに記載の電気素子。
8. 前記第1封止導電性樹脂層は、前記素子本体の一方の面と、前記枠体の一方の面と、に接合されて、前記貫通孔の一端を封止しており、
前記第2封止導電性樹脂層は、前記素子本体の他方の面と、前記枠体の他方の面と、に接合されて、前記貫通孔の他端を封止している7.に記載の電気素子。
9. 前記枠体には、複数の前記貫通孔が形成され、
前記複数の貫通孔の各々に、それぞれ前記素子本体が収容され、
前記第1封止導電性樹脂層は、各素子本体の一方の面に接合されて、各素子本体の前記第1固体電極層を相互に電気的に接続しているとともに、前記複数の貫通孔の各々の一端を一括して封止しており、
前記第2封止導電性樹脂層は、各素子本体の他方の面に接合されて、各素子本体の前記第2固体電極層を相互に電気的に接続しているとともに、前記複数の貫通孔の各々の他端を一括して封止している8.に記載の電気素子。
10. 前記第1封止導電性樹脂層は、前記素子本体の一方の面と、前記枠体の一方の面と、に貼り付けられた、第1封止導電性粘着フィルムであり、
前記第2封止導電性樹脂層は、前記素子本体の他方の面と、前記枠体の他方の面と、に貼り付けられた、第2封止導電性粘着フィルムである8.または9.に記載の電気素子。
11. 前記第1封止導電性粘着フィルムおよび前記第2封止導電性粘着フィルムは、それぞれ両面が粘着性を有しており、
当該電気素子は、前記第1封止導電性粘着フィルムにおける前記素子本体側とは反対側の面に貼り付けられた第1集電体層と、前記第2封止導電性粘着フィルムにおける前記素子本体側とは反対側の面に貼り付けられた第2集電体層と、を更に備える10.に記載の電気素子。
12. 前記素子本体は、
互いに積層された複数の前記素子部と、
互いに隣り合う層の前記素子部の前記第1固体電極層と前記第2固体電極層との間に配置され、これら第1固体電極層および第2固体電極層を相互に接合している直列接続用導電性樹脂層と、
を備える1.乃至11.の何れか一つに記載の電気素子。
13. 前記直列接続用導電性樹脂層は、直列接続用導電性粘着フィルムであり、互いに隣り合う層の前記素子部の前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とにそれぞれ貼り付けられることにより、これら第1固体電極層および第2固体電極層を相互に接合している12.に記載の電気素子。
14. 前記素子本体は、少なくとも前記素子部が前記貫通孔の内周壁面に対して非接合な状態で、前記貫通孔内に収容されている1.乃至13.の何れか一つに記載の電気素子。
15. 当該電気素子は全固体型リチウムイオン電池である1.乃至14.の何れか一つに記載の電気素子。
16. 第1固体電極層と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層と、第2固体電極層と、がこの順に積層されることにより構成される素子部を含み、発電または蓄電を行う素子本体を作製する工程を備え、
前記素子本体を作製する工程は、平面視において、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まるように、前記第1固体電極層と、前記固体電解質層と、前記第2固体電極層と、をこの順に積層して、プレス成形を行う工程を含む電気素子の製造方法。
17. 前記素子本体を作製する工程は、
前記少なくとも何れか一方の電極層を導電性樹脂層の一方の面により保持させる工程を含み、
前記プレス成形を行う工程では、前記少なくとも何れか一方の電極層を前記導電性樹脂層により保持した状態で、前記プレス成形を行う16.に記載の電気素子の製造方法。
18. 前記導電性樹脂層は、導電性粘着フィルムであり、
前記少なくとも何れか一方の電極層を導電性樹脂層の一方の面により保持させる工程では、粉末材料を前記導電性粘着フィルムに対してプレスすることによって、前記少なくとも何れか一方の電極層を成形するとともに前記少なくとも何れか一方の電極層を前記導電性粘着フィルムの一方の面により保持させる17.に記載の電気素子の製造方法。
19. 前記素子本体を封止する工程を更に備え、
前記素子本体を封止する工程は、
表裏を貫通する貫通孔が形成された樹脂製の枠体の前記貫通孔内に前記素子本体を挿入する工程と、
第1封止導電性樹脂層によって前記貫通孔の一端を封止する工程と、
前記素子本体の一方の面に前記第1封止導電性樹脂層を接合する工程と、
第2封止導電性樹脂層によって前記貫通孔の他端を封止する工程と、
前記素子本体の他方の面に前記第2封止導電性樹脂層を接合する工程と、
を備える16.または17.に記載の電気素子の製造方法。
20. 前記第1封止導電性樹脂層は、第1封止導電性粘着フィルムであり、
前記第2封止導電性樹脂層は、第2封止導電性粘着フィルムであり、
前記貫通孔の一端を封止する工程では、前記第1封止導電性粘着フィルムを前記枠体の一方の面に貼り付け、
前記素子本体の一方の面に前記第1封止導電性樹脂層を接合する工程では、前記第1封止導電性粘着フィルムを前記素子本体の一方の面に貼り付け、
前記貫通孔の他端を封止する工程では、前記第2封止導電性粘着フィルムを前記枠体の他方の面に貼り付け、
前記素子本体の他方の面に前記第2封止導電性樹脂層を接合する工程では、前記第2封止導電性粘着フィルムを前記素子本体の他方の面に貼り付ける19.に記載の電気素子の製造方法。
1 電池本体(素子本体)
1a 一方の面
1b 一方の面
10 電池素子(素子部)
11 正極層(第1固体電極層)
11a 外表面
12 固体電解質層
13 負極層(第2固体電極層)
13a 外表面
20 封止樹脂部
30 枠体
31 一方の面
32 他方の面
33 貫通孔
33a 内周壁面
34 外周面
41 第1封止導電性粘着フィルム(第1封止導電性樹脂層)
41a 外周端面
42 第2封止導電性粘着フィルム(第2封止導電性樹脂層)
42a 外周端面
51 第1集電体層
51a 外周端面
52 第2集電体層
52a 外周端面
61 導電性粘着フィルム
62 導電性粘着フィルム
70 周縁封止部
80 直列接続用導電性樹脂層
100 全固体型リチウムイオン電池(電気素子)

Claims (15)

  1. 第1固体電極層と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層と、第2固体電極層と、がこの順に積層されることにより構成された素子部を含み、発電または蓄電を行う素子本体を備え、
    前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まっており、
    前記素子本体を封止している封止樹脂部を更に備え、
    前記封止樹脂部は、
    樹脂製の枠体であって、その表裏を貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記素子本体を収容している枠体と、
    前記素子本体の一方の面に接合されているとともに、前記貫通孔の一端を封止している第1封止導電性樹脂層と、
    前記素子本体の他方の面に接合されているとともに、前記貫通孔の他端を封止している第2封止導電性樹脂層と、
    を有し、
    前記第1封止導電性樹脂層は、前記素子本体の一方の面と、前記枠体の一方の面と、に接合されて、前記貫通孔の一端を封止しており、
    前記第2封止導電性樹脂層は、前記素子本体の他方の面と、前記枠体の他方の面と、に接合されて、前記貫通孔の他端を封止しており、
    前記枠体には、複数の前記貫通孔が形成され、
    前記複数の貫通孔の各々に、それぞれ前記素子本体が収容され、
    前記第1封止導電性樹脂層は、各素子本体の一方の面に接合されて、各素子本体の前記第1固体電極層を相互に電気的に接続しているとともに、前記複数の貫通孔の各々の一端を一括して封止しており、
    前記第2封止導電性樹脂層は、各素子本体の他方の面に接合されて、各素子本体の前記第2固体電極層を相互に電気的に接続しているとともに、前記複数の貫通孔の各々の他端を一括して封止している電気素子。
  2. 前記第1封止導電性樹脂層は、前記素子本体の一方の面と、前記枠体の一方の面と、に貼り付けられた、第1封止導電性粘着フィルムであり、
    前記第2封止導電性樹脂層は、前記素子本体の他方の面と、前記枠体の他方の面と、に貼り付けられた、第2封止導電性粘着フィルムである請求項に記載の電気素子。
  3. 前記第1封止導電性粘着フィルムおよび前記第2封止導電性粘着フィルムは、それぞれ両面が粘着性を有しており、
    当該電気素子は、前記第1封止導電性粘着フィルムにおける前記素子本体側とは反対側の面に貼り付けられた第1集電体層と、前記第2封止導電性粘着フィルムにおける前記素子本体側とは反対側の面に貼り付けられた第2集電体層と、を更に備える請求項に記載の電気素子。
  4. 前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの何れか一方の外形線が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まっており、何れか他方の外形線が前記固体電解質層の外形線と重なっている請求項1乃至3の何れか一項に記載の電気素子。
  5. 前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの何れか一方の外形線の全体が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まっている請求項に記載の電気素子。
  6. 前記素子部を平面視したときに、前記第1固体電極層、前記固体電解質層および前記第2固体電極層の各々の外形線が互いに相似形である請求項1乃至の何れか一項に記載の電気素子。
  7. 前記素子本体は、前記少なくとも何れか一方の電極層の、前記固体電解質層側とは反対側の面に接合された、導電性樹脂層を更に備える請求項1乃至の何れか一項に記載の電気素子。
  8. 前記導電性樹脂層は、導電性粘着フィルムであり、前記少なくとも何れか一方の電極層の前記固体電解質層側とは反対側の面に貼り付けられている請求項に記載の電気素子。
  9. 前記素子本体は、
    互いに積層された複数の前記素子部と、
    互いに隣り合う層の前記素子部の前記第1固体電極層と前記第2固体電極層との間に配置され、これら第1固体電極層および第2固体電極層を相互に接合している直列接続用導電性樹脂層と、
    を備える請求項1乃至の何れか一項に記載の電気素子。
  10. 前記直列接続用導電性樹脂層は、直列接続用導電性粘着フィルムであり、互いに隣り合う層の前記素子部の前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とにそれぞれ貼り付けられることにより、これら第1固体電極層および第2固体電極層を相互に接合している請求項に記載の電気素子。
  11. 前記素子本体は、少なくとも前記素子部が前記貫通孔の内周壁面に対して非接合な状態で、前記貫通孔内に収容されている請求項1乃至1の何れか一項に記載の電気素子。
  12. 当該電気素子は全固体型リチウムイオン電池である請求項1乃至1の何れか一項に記載の電気素子。
  13. 第1固体電極層と、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層と、第2固体電極層と、がこの順に積層されることにより構成される素子部を含み、発電または蓄電を行う素子本体を作製する工程を備え、
    前記素子本体を作製する工程は、平面視において、前記第1固体電極層と前記第2固体電極層とのうちの少なくとも何れか一方の電極層の外形線が、前記固体電解質層の外形線の内側に収まるように、前記第1固体電極層と、前記固体電解質層と、前記第2固体電極層と、をこの順に積層して、プレス成形を行う工程を含み、
    前記素子本体を封止する工程を更に備え、
    前記素子本体を封止する工程は、
    表裏を貫通する貫通孔が形成された樹脂製の枠体の前記貫通孔内に前記素子本体を挿入する工程と、
    第1封止導電性樹脂層によって前記貫通孔の一端を封止する工程と、
    前記素子本体の一方の面に前記第1封止導電性樹脂層を接合する工程と、
    第2封止導電性樹脂層によって前記貫通孔の他端を封止する工程と、
    前記素子本体の他方の面に前記第2封止導電性樹脂層を接合する工程と、
    を備え、
    前記第1封止導電性樹脂層は、第1封止導電性粘着フィルムであり、
    前記第2封止導電性樹脂層は、第2封止導電性粘着フィルムであり、
    前記貫通孔の一端を封止する工程では、前記第1封止導電性粘着フィルムを前記枠体の一方の面に貼り付け、
    前記素子本体の一方の面に前記第1封止導電性樹脂層を接合する工程では、前記第1封止導電性粘着フィルムを前記素子本体の一方の面に貼り付け、
    前記貫通孔の他端を封止する工程では、前記第2封止導電性粘着フィルムを前記枠体の他方の面に貼り付け、
    前記素子本体の他方の面に前記第2封止導電性樹脂層を接合する工程では、前記第2封止導電性粘着フィルムを前記素子本体の他方の面に貼り付ける電気素子の製造方法。
  14. 前記素子本体を作製する工程は、
    前記少なくとも何れか一方の電極層を導電性樹脂層の一方の面により保持させる工程を含み、
    前記プレス成形を行う工程では、前記少なくとも何れか一方の電極層を前記導電性樹脂層により保持した状態で、前記プレス成形を行う請求項1に記載の電気素子の製造方法。
  15. 前記導電性樹脂層は、導電性粘着フィルムであり、
    前記少なくとも何れか一方の電極層を導電性樹脂層の一方の面により保持させる工程では、粉末材料を前記導電性粘着フィルムに対してプレスすることによって、前記少なくとも何れか一方の電極層を成形するとともに前記少なくとも何れか一方の電極層を前記導電性粘着フィルムの一方の面により保持させる請求項1に記載の電気素子の製造方法。
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