JP6763471B2 - 全固体蓄電エレメント積層体及び電池 - Google Patents
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Description
本発明は、全固体蓄電エレメント積層体及びそれを備えた電池に関する。
従来、蓄電デバイスとして、二次電池などの電池が多用されている。電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池等の電解液を用いた電池と、固体の電解質を用いた全固体電池（例えば、特許文献１を参照。）とが知られている。
全固体電池は、例えば、衝撃や振動が加わった際に、クラックが生じたりして破損する虞がある。従って、全固体電池の信頼性を向上することが求められている。
本発明の主な目的は、全固体電池（全固体蓄電エレメント）を用いた電池の信頼性を向上することにある。
本発明に係る全固体蓄電エレメント積層体は、複数のエレメント層を備えている。エレメント層は、マトリクス状に配された複数の全固体蓄電エレメントを有する。複数のエレメント層は、厚み方向に積層されている。厚み方向に隣り合うエレメント層の一方のエレメント層を構成している複数の第１全固体蓄電エレメントと、他方のエレメント層を構成している複数の第２全固体蓄電エレメントとが電気的に接続されている。このため、積層方向に隣接する全固体蓄電エレメントが複数の導電パスを経由して電気的に接続されている。よって、例えば、全固体蓄電エレメント積層体に衝撃や振動が加わることにより、全固体蓄電エレメントにクラック等が入り、積層方向に隣接する全固体蓄電エレメント間の導電パスの一つが切断された場合であっても、積層方向に隣接する全固体蓄電エレメント間の他の導電パスが接続されている限り、全固体蓄電エレメント間が完全に絶縁されない。従って、本発明に係る全固体蓄電エレメント積層体は、優れた信頼性を有する。
本発明に係る全固体蓄電エレメント積層体では、全固体蓄電エレメントの稜線部及び角部の少なくとも一方が面取り状又は丸められた形状を有する直方体状であることが好ましい。
本発明に係る全固体蓄電エレメント積層体では、全固体蓄電エレメントが、最長辺の長さが１ｍｍ以下である直方体状であることが好ましい。
本発明に係る全固体蓄電エレメント積層体では、全固体蓄電エレメントが直方体状であってもよい。その場合、複数の前記第１全固体蓄電エレメントの長手方向が一の方向を向くように配されている一方、複数の前記第２全固体蓄電エレメントの長手方向が前記一の方向に対して他の方向を向くように配されていてもよい。また、平面視した際に、複数の前記第１全固体蓄電エレメントのそれぞれが、他方のエレメント層のうち角部が隣接している４つの全固体蓄電エレメントのそれぞれと重なるように前記複数の全固体蓄電エレメントが配されていてもよい。
本発明に係る全固体蓄電エレメント積層体では、全固体蓄電エレメントの平面視形状が多角形状であってもよい。
本発明に係る電池は、本発明に係る全固体蓄電エレメント積層体と、外装体とを備えている。全固体蓄電エレメント積層体は、外装体内に収容されている。上述のように、本発明に係る全固体蓄電エレメント積層体は、信頼性に優れている。従って、本発明に係る電池も信頼性に優れている。
本発明に係る電池では、外装体内に樹脂が充填されていることが好ましい。
本発明によれば、全固体電池（全固体蓄電エレメント）を用いた電池の信頼性を向上することができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体の模式的斜視図である。図２は、図１の矢印ＩＩから視た際の全固体蓄電エレメント積層体の模式的平面図である。なお、図２において、負極３の描画は省略している。
図１は、第１の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体の模式的斜視図である。図２は、図１の矢印ＩＩから視た際の全固体蓄電エレメント積層体の模式的平面図である。なお、図２において、負極３の描画は省略している。
図１に示すように、全固体蓄電エレメント積層体１は、直方体状のエレメント層積層体２と、エレメント層積層体２のｚ軸方向における一方側に位置している一の端面の上に設けられた負極３と、ｚ軸方向における他方側に位置している他の端面の上に設けられた正極４とを有している。負極３及び正極４は、それぞれ、例えば、金属等により構成することができる。もっとも、本発明において、負極３及び正極４を設ける必要は必ずしもない。
エレメント層積層体２は、複数のエレメント層５を備えている。複数のエレメント層５は、ｚ軸方向（積層方向）に積層されている。
複数のエレメント層５は、それぞれ、複数の全固体蓄電エレメント１０を備えている。図１及び図２に示すように、複数の全固体蓄電エレメント１０は、各エレメント層５において、マトリクス状に配されている。具体的には、複数の全固体蓄電エレメント１０は、各エレメント層５において、ｘ軸方向と、ｘ軸方向に対して垂直なｙ軸方向とに沿ってマトリクス状に配されている。もっとも、複数の全固体蓄電エレメント１０が、各エレメント層５において、ｘ軸方向とｙ軸方向とに沿ってマトリクス状に配されている必要は必ずしもない。複数の全固体蓄電エレメントは、各エレメント層において、例えば、一の方向と、その一の方向に対して傾斜した他の方向に沿ってマトリクス状に配されていてもよい。
なお、本実施形態では、全固体蓄電エレメント積層体１を構成している複数の全固体蓄電エレメント１０が全て同様の形状を有している例について説明する。但し、本発明において、全固体蓄電エレメント積層体には、複数種類の全固体蓄電エレメントが含まれていてもよい。また、後述する第１及び第２のエレメント層の少なくとも一方に複数種類の全固体蓄電エレメントが含まれていてもよい。
図３は、第１の実施形態における全固体蓄電エレメントの模式的斜視図である。図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶにおける模式的断面図である。
図３及び図４に示すように、全固体蓄電エレメント１０は、直方体状である。具体的には、本実施形態では、全固体蓄電エレメント１０は、長さ方向Ｌにおける寸法が、幅方向Ｗにおける寸法よりも長い直方体状である。全固体蓄電エレメント１０の長さ方向Ｌにおける寸法は、幅方向Ｗにおける寸法の１．１倍以上５倍以下であることが好ましく、１．５倍以上３倍以下であることがより好ましい。具体的には、本実施形態では、全固体蓄電エレメント１０の長さ方向Ｌにおける寸法が、幅方向Ｗにおける寸法の２倍である。
なお、本発明において、「直方体状」には、稜線部及び角部の少なくとも一方が面取り状又は丸められた形状である直方体状、稜線部及び角部の少なくとも一方が面取り状又は丸められた形状である直方体状が含まれるものとする。
本実施形態では、具体的には、全固体蓄電エレメント１０の稜線部及び角部が丸められた形状を有している。このように、全固体蓄電エレメント１０の稜線部及び角部の少なくとも一方が面取り状又は丸められた形状を有している場合、全固体蓄電エレメント１０に衝撃や振動が加わり、隣接する全固体蓄電エレメント１０同士が衝突したときにも全固体蓄電エレメント１０が破損しにくい。従って、稜線部及び角部の少なくとも一方が面取り状又は丸められた形状を有している全固体蓄電エレメント１０を用いることによって、全固体蓄電エレメント積層体１の信頼性を向上することができる。
全固体蓄電エレメント１０の寸法は、特に限定されないが、最長辺の長さが３０ｍｍ以下であることが好ましく、３．２ｍｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ以下であることがさらに好ましい。この場合、全固体蓄電エレメント１０が破損することを抑制することができる。
全固体蓄電エレメントは、全ての構成要素が固体である蓄電エレメントであれば特に限定されない。
図４に示すように、本実施形態では、全固体蓄電エレメント１０は、固体電解質層１１と、第１の電極１２と、第２の電極１３とを有している。第１の電極１２が固体電解質層１１の一方の主面の上に配されている一方、第２の電極１３が固体電解質層１１の他方の主面の上に配されている。換言すれば、固体電解質層１１は、互いに対向している第１の電極１２と第２の電極１３とにより挟持されている。
なお、第１及び第２の電極１２，１３のうちの一方が正極を構成しており、他方が負極を構成している。以下、本実施形態では、第１の電極１２が負極を構成しており、第２の電極１３が正極を構成している例について説明する。
第１の電極１２は、負極集電体と、負極活物質層とを有する。負極集電体は、電子伝導性があるものであれば、特に限定されることはない。負極集電体は、例えば、炭素や電子伝導性の高い酸化物や複合酸化物等により構成することができる。負極集電体は、具体的には、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、ステンレス、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等により構成することができる。
負極活物質層は、負極集電体の上に設けられている。本実施形態では、負極活物質層は、負極活物質粒子と固体電解質粒子と、導電性粒子とを含む焼結体により構成されている。好ましく用いられる負極活物質の具体例としては、例えば、ＭＯＸ（Ｍは、Ｔｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｂ，Ｖ及びＭｏからなる群より選ばれた少なくとも一種である。０．９≦Ｘ≦３．０）で表される化合物、黒鉛−リチウム化合物、リチウム合金、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等が挙げられる。ＭＯＸで表される化合物は、酸素の一部がＰやＳｉで置換されていてもよいし、Ｌｉを含んでもよい。すなわち、ＬｉＹＭＯＸ（Ｍは、Ｔｉ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｂ，Ｖ及びＭｏからなる群より選ばれた少なくとも一種である。０．９≦Ｘ≦３．０、２．０≦Ｙ≦４．０）で表される化合物も負極活物質として好適に用いることができる。好ましく用いられるリチウム合金の具体例としては、Ｌｉ−Ａｌ等が挙げられる。好ましく用いられるナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３等が挙げられる。好ましく用いられるオリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、Ｌｉ３ＦｅＰＯ４等が挙げられる。好ましく用いられるスピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の具体例としては、Ｌｉ４Ｃｕ５Ｏ１２等が挙げられる。これらの負極活物質のうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。
好ましく用いられる固体電解質の具体例としては、例えば、ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物固体電解質、ガーネット型若しくはガーネット型類似構造を有する酸化物固体電解質等が挙げられる。好ましく用いられるナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物としては、ＬｉｘＭｙ（ＰＯ４）３（０．９≦ｘ≦１．９、１．９≦ｙ≦２．１、Ｍは、Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌ，Ｇａ及びＺｒからなる群より選ばれた少なくとも一種）が挙げられる。好ましく用いられるナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、例えば、Ｌｉ１．４Ａｌ０．４Ｇｅ１．６（ＰＯ４）３、Ｌｉ１．２Ａｌ０．２Ｔｉ１．８（ＰＯ４）３等が挙げられる。好ましく用いられるペロブスカイト構造を有する酸化物固体電解質の具体例としては、Ｌａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３等が挙げられる。好ましく用いられるガーネット型若しくはガーネット型類似構造を有する酸化物固体電解質の具体例としては、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２等が挙げられる。これらの固体電解質のうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。
負極活物質層に含まれる導電性粒子として好ましく用いられるものとしては、例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄなどの金属、炭素、電子伝導性を有する化合物、またはそれらを組み合わせた混合物等により構成することができる。またこれらの導電性を有した物質が正極活物質粒子などの表面に被覆された状態で含まれてもよい。
なお、第１の電極において負極集電体を設ける必要は必ずしもない。例えば、負極活物質層により第１の電極を構成してもよい。
第２の電極１３は、固体電解質層１１を介して、第１の電極１２と対向している。第２の電極１３は、正極集電体と、正極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極集電体の上に設けられている。第２の電極１３は、正極活物質層が、負極活物質層と対向するように配されている。正極集電体は、電子伝導性を有するものであれば、特に限定されることはない。正極集電体は、例えば、炭素や電子伝導性の高い酸化物や複合酸化物等により構成することができる。正極集電体は、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、ステンレス、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等により構成することができる。
正極活物質層は、正極活物質粒子と、固体電解質粒子と、導電性粒子とを含む焼結体により構成されている。好ましく用いられる正極活物質の具体例としては、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、リチウム含有層状酸化物、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等が挙げられる。好ましく用いられるナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３等が挙げられる。好ましく用いられるオリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、Ｌｉ３ＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４等が挙げられる。好ましく用いられるリチウム含有層状酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ２，ＬｉＣｏ１／３Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２等が挙げられる。好ましく用いられるスピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の具体例としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４，ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４等が挙げられる。これらの正極活物質のうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。
正極活物質層に含まれる固体電解質として好ましく用いられるものとしては、上述の負極活物質層に含まれる固体電解質として好ましく用いられるものと同様のものを例示することができる。
正極活物質層に含まれる導電性粒子の具体例としては、上述の負極活物質層に含まれる導電性粒子として好ましく用いられるものと同様のものを例示することができる。
なお、第２の電極において正極集電体を設ける必要は必ずしもない。例えば、正極活物質層により第２の電極を構成してもよい。
第１の電極１２と第２の電極１３との間には、固体電解質層１１が配されている。本実施形態では、第１及び第２の電極１２，１３のそれぞれは、固体電解質層１１と直接接合されている。詳細には、第１の電極１２、固体電解質層１１及び第２の電極１３は、一体焼結されたものである。換言すれば、全固体蓄電エレメント１０は、第１の電極１２と、全固体電解質層１１と、第２の電極１３との一体焼結体である。
固体電解質層１１は、固体電解質粒子の焼結体により構成されている。好ましく用いられる固体電解質の具体例としては、例えば、ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物固体電解質、ガーネット型若しくはガーネット型類似構造を有する酸化物固体電解質等が挙げられる。好ましく用いられるナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物としては、ＬｉｘＭｙ（ＰＯ４）３（０．９≦ｘ≦１．９、１．９≦ｙ≦２．１、Ｍは、Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌ，Ｇａ及びＺｒからなる群より選ばれた少なくとも一種）が挙げられる。好ましく用いられるナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物の具体例としては、例えば、Ｌｉ１．４Ａｌ０．４Ｇｅ１．６（ＰＯ４）３、Ｌｉ１．２Ａｌ０．２Ｔｉ１．８（ＰＯ４）３等が挙げられる。好ましく用いられるペロブスカイト構造を有する酸化物固体電解質の具体例としては、Ｌａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３等が挙げられる。好ましく用いられるガーネット型若しくはガーネット型類似構造を有する酸化物固体電解質の具体例としては、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２等が挙げられる。これらの固体電解質のうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。
図１及び図２に示すように、複数のエレメント層５には、第１のエレメント層５ａと、第２のエレメント層５ｂの２種類のエレメント層が含まれている。エレメント層積層体２においては、第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとが、ｚ軸方向において交互に積層されている。このため、ｚ軸方向において隣接している一方の全固体蓄電エレメント１０の第１の電極１２と、他方の全固体蓄電エレメント１０の第２の電極１３とが電気的に接続されている。エレメント層積層体２において、最もｚ軸方向の一方側に位置している第１の電極１２は、負極３に接続されている。エレメント層積層体２において、最もｚ軸方向の他方側に位置している第２の電極１３は、正極４に接続されている。
第１のエレメント層５ａと、第２のエレメント層５ｂとでは、全固体蓄電エレメント１０の長さ方向Ｌの方向が相互に異なっている。具体的には、第１のエレメント層５ａにおいては、全固体蓄電エレメント１０の長さ方向Ｌがｙ軸方向と平行になるように複数の全固体蓄電エレメント１０がマトリクス状に配されている。一方、第２のエレメント層５ｂにおいては、全固体蓄電エレメント１０の長さ方向Ｌがｙ軸方向に対して垂直なｘ軸方向と平行になるように複数の全固体蓄電エレメント１０がマトリクス状に配されている。このため、積層方向であるｚ軸方向（全固体蓄電エレメント１０の厚み方向Ｔ）に隣り合うエレメント層５ａ、５ｂの一方のエレメント層である第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０と、他方のエレメント層である第２のエレメント層５ｂを構成している複数の全固体蓄電エレメント１０とが電気的に接続されている。具体的には、本実施形態においては、第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０は、その第１のエレメント層５ａとｚ軸方向に隣接する第２のエレメント層５ｂを構成している２つの全固体蓄電エレメント１０に接続されている。第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０は、その第２のエレメント層５ｂとｚ軸方向に隣接する第１のエレメント層５ａを構成している２つの全固体蓄電エレメント１０に接続されている。このため、積層方向であるｚ軸方向に隣接する全固体蓄電エレメント１０が複数の導電パスを経由して電気的に接続されている。よって、例えば、全固体蓄電エレメント積層体１に対して衝撃や振動が加わることにより、全固体蓄電エレメント１０にクラック等が生じ、ｚ軸方向に隣接する全固体蓄電エレメント１０間の導電パスの一つが切断された場合であっても、ｚ軸方向に隣接する全固体蓄電エレメント１０間の他の導電パスが接続されている限り、全固体蓄電エレメント１０間が完全に絶縁されない。このため、容量が低下しにくく、優れた信頼性を有する全固体蓄電エレメント積層体１を実現することができる。
また、全固体蓄電エレメント積層体１では、エレメント層５を構成する全固体蓄電エレメント１０の個数やエレメント層５の積層数を変化させたり、全固体蓄電エレメント１０の電圧や容量を変化させたりすることにより、全固体蓄電エレメント積層体１の定格電圧や定格容量を自由に変更することができる。
なお、本実施形態では、２種類のエレメント層５ａ、５ｂが交互に積層されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、３種類以上のエレメント層が順番に積層されていてもよい。その場合であっても、積層方向（全固体蓄電エレメントの厚み方向）に隣り合うエレメント層の一方のエレメント層を構成している全固体蓄電エレメントと、他方の全固体蓄電エレメント層を構成している複数の全固体蓄電エレメントとが電気的に接続されている限り、上述した効果が奏される。
図５は、第１の実施形態における電池の模式的斜視図である。図６は、第１の実施形態における電池の模式的分解斜視図である。
次に、本実施形態において説明した全固体蓄電エレメント積層体１を用いた電池６について、図５及び図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、電池６は、全固体蓄電エレメント積層体１と、全固体蓄電エレメント積層体１を収容した外装体７とを備えている。外装体７は、負極３（図１を参照）に電気的に接続された負極端子７ａと、正極４（図１を参照）に電気的に接続された正極端子７ｂとを有する。
外装体７内には、樹脂が充填されている。この樹脂によって外装体７と全固体蓄電エレメント積層体１とが固定されている。このため、例えば、電池６に衝撃や振動が加わったとしても外装体７と全固体蓄電エレメント積層体１とが衝突等することにより全固体蓄電エレメント積層体１が破損することが抑制されている。
上述のように、全固体蓄電エレメント積層体１は、優れた信頼性を有している。このため、電池６も、衝撃や振動が加わった際にも容量が低下しにくく、優れた信頼性を有している。
なお、本実施形態では、外装体７の両端が閉口された円筒状である例について説明した。但し、本発明において、外装体７は、この形状に限定されない。例えば、外装体７は、直方体状であってもよい。すなわち、本発明に係る電池は、円柱状の電池、ボタン型の電池、直方体状の電池等であってもよい。
本発明に係る電池は、一次電池であってもよいし、二次電池であってもよい。
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体１ａの要部の模式的分解斜視図である。図８は、第２の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体１ａの模式的平面図である。なお、図８において、負極３及び正極４の描画は省略している。
図７は、第２の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体１ａの要部の模式的分解斜視図である。図８は、第２の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体１ａの模式的平面図である。なお、図８において、負極３及び正極４の描画は省略している。
第１の実施形態では、第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとが、同様の直方体状の全固体蓄電エレメント１０により構成されており、第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０の長さ方向Ｌと第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０の長さ方向Ｌとが垂直である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明においては、全固体蓄電エレメントの厚み方向に隣り合うエレメント層を構成している全固体蓄電エレメントの長さ方向Ｌが互いに平行であってもよい。
例えば、図７及び図８に示すように、第２の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体１ａでは、第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとの両方において、全固体蓄電エレメント１０の長さ方向Ｌの方向が平行である。平面視において、第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０の位置と、第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０の位置とが相互に異なっている。平面視した際に、積層方向であるｚ軸方向（全固体蓄電エレメント１０の厚み方向）に隣り合う第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０が、第２のエレメント層５ｂを構成しており、角部が隣接している４つの全固体蓄電エレメント１０のそれぞれと重なり、第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０が、第１のエレメント層５ａを構成しており、角部が隣接している４つの全固体蓄電エレメントのそれぞれとかさなるように複数の全固体蓄電エレメント１０が配されている。換言すれば、平面視において、第１のエレメント層５ａを構成しており、角部が隣接している４つの全固体蓄電エレメントの角部が第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０内に位置し、第２のエレメント層５ｂを構成しており、角部が隣接している４つの全固体蓄電エレメントの角部が第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０内に位置するように、第１及び第２のエレメント層５ａ、５ｂが設けられている。このため、第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０は、第２のエレメント層５ｂを構成している４つの全固体蓄電エレメント１０に接続されている。第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０は、第１のエレメント層５ａを構成している４つの全固体蓄電エレメント１０に接続されている。このため、第１の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体１よりも、第２の実施形態に係る全固体蓄電エレメント積層体１ａの方が、より多くの導通パスを有する。従って、全固体蓄電エレメント積層体１ａは、より優れた信頼性を有する。
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態における全固体蓄電エレメント積層体１ｂの第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとを説明するための模式的平面図である。
図９は、第３の実施形態における全固体蓄電エレメント積層体１ｂの第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとを説明するための模式的平面図である。
図９に示すように、第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０ａの形状と、第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０ｂの形状とが異なる。これにより、第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０ａと、第２のエレメント層５ｂを構成している複数の全固体蓄電エレメント１０ｂとが電気的に接続されていてもよい。具体的には、第３の実施形態では、全固体蓄電エレメント１０ａの平面視形状正方形状である。全固体蓄電エレメント１０ｂの平面視形状が矩形状である。
（第４、第５及び第６の実施形態）
図１０は、第４の実施形態における全固体蓄電エレメント積層体１ｃの第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとを説明するための模式的平面図である。図１１は、第５の実施形態における全固体蓄電エレメント積層体１ｄの第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとを説明するための模式的平面図である。図１２は、第６の実施形態における全固体蓄電エレメント積層体１ｅの第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとを説明するための模式的平面図である。
図１０は、第４の実施形態における全固体蓄電エレメント積層体１ｃの第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとを説明するための模式的平面図である。図１１は、第５の実施形態における全固体蓄電エレメント積層体１ｄの第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとを説明するための模式的平面図である。図１２は、第６の実施形態における全固体蓄電エレメント積層体１ｅの第１のエレメント層５ａと第２のエレメント層５ｂとを説明するための模式的平面図である。
第１〜第３の実施形態では、全固体蓄電エレメント積層体が角柱状（直方体状）である例について説明した。但し、本発明において、全固体蓄電エレメント積層体の形状は、特に限定されない。例えば、図１０〜図１２に示すように、全固体蓄電エレメント積層体１ｃ、１ｄ、１ｅは、角柱状でなくてもよい。全固体蓄電エレメント積層体の形状は、例えば、全固体蓄電エレメント積層体を収容する外装体７の形状等に応じて適宜決定することができる。
また、第１〜第４の実施形態では、全固体蓄電エレメントが直方体状である例について説明した。但し、本発明において、全固体蓄電エレメントの形状は、特に限定されない。例えば、図１１に示すように、一部の全固体蓄電エレメントが直方体状で、残りの全固体蓄電エレメントが直方体状でなくてもよい。また、例えば、図１２に示すように、全固体蓄電エレメントが、平面視多角形状であってもよい。
第１〜第３の実施形態では、第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０の全てが、第２のエレメント層５ｂを構成している複数の全固体蓄電エレメント１０に接続されており、第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０の全てが、第１のエレメント層５ａを構成している複数の全固体蓄電エレメント１０に接続されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
本発明においては、全固体蓄電エレメントの厚み方向において隣り合うエレメント層の一方のエレメント層に、他方のエレメント層を構成しているひとつの全固体蓄電エレメントにのみ接続される全固体蓄電エレメントが含まれていてもよい。例えば、図１０に示す全固体蓄電エレメント積層体１では、第１のエレメント層５ａを構成している全固体蓄電エレメント１０ａのうち、中央の４つの全固体蓄電エレメントは、それぞれ、第２のエレメント層５ｂを構成している全固体蓄電エレメント１０ｂのうち、中央の４つの全固体蓄電エレメントのいずれかひとつのみと接続されている。この場合であっても、全固体蓄電エレメント積層体の信頼性を向上するという効果が奏される。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ ：全固体蓄電エレメント積層体
２ ：エレメント層積層体
３ ：負極
４ ：正極
５、５ａ、５ｂ ：エレメント層
６ ：電池
７ ：外装体
７ａ ：負極端子
７ｂ ：正極端子
１０、１０ａ、１０ｂ ：全固体蓄電エレメント
１１ ：固体電解質層
１２ ：第１の電極
１３ ：第２の電極
２ ：エレメント層積層体
３ ：負極
４ ：正極
５、５ａ、５ｂ ：エレメント層
６ ：電池
７ ：外装体
７ａ ：負極端子
７ｂ ：正極端子
１０、１０ａ、１０ｂ ：全固体蓄電エレメント
１１ ：固体電解質層
１２ ：第１の電極
１３ ：第２の電極
Claims (6)
- マトリクス状に配された複数の全固体蓄電エレメントを有し、厚み方向に積層された複数のエレメント層を備え、
厚み方向に隣り合う前記エレメント層の一方のエレメント層を構成している複数の第１全固体蓄電エレメントと、他方のエレメント層を構成している複数の第２全固体蓄電エレメントとが電気的に接続され、
前記全固体蓄電エレメントが直方体状であり、
複数の前記第１全固体蓄電エレメントの長手方向が一の方向を向くように配されている一方、複数の前記第２全固体蓄電エレメントの長手方向が前記一の方向に対して他の方向を向くように配されている、全固体蓄電エレメント積層体。 - マトリクス状に配された複数の全固体蓄電エレメントを有し、厚み方向に積層された複数のエレメント層を備え、
厚み方向に隣り合う前記エレメント層の一方のエレメント層を構成している複数の第１全固体蓄電エレメントと、他方のエレメント層を構成している複数の第２全固体蓄電エレメントとが電気的に接続され、
前記全固体蓄電エレメントが直方体状であり、
平面視した際に、複数の前記第１全固体蓄電エレメントのそれぞれが、他方のエレメント層のうち角部が隣接している４つの全固体蓄電エレメントのそれぞれと重なるように前記複数の全固体蓄電エレメントが配されている、全固体蓄電エレメント積層体。 - 前記全固体蓄電エレメントの稜線部及び角部の少なくとも一方が面取り状又は丸められた形状を有する直方体状である、請求項１又は２に記載の全固体蓄電エレメント積層体。
- 前記全固体蓄電エレメントが、最長辺の長さが１ｍｍ以下である直方体状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の全固体蓄電エレメント積層体。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の全固体蓄電エレメント積層体と、
前記全固体蓄電エレメントを収容している外装体と、
を備えた、電池。 - 前記外装体内に樹脂が充填されている、請求項５に記載の電池。
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