JP7070052B2 - 全固体電池 - Google Patents

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Description

本開示は、全固体電池に関する。特に、本開示は、全固体電池積層体及び全固体電池積層体を被覆している樹脂層を有する全固体電池に関する。
近年、安全性を高めるために、電解液を固体電解質に置換した全固体電池は、特に注目されている。その中、全固体電池積層体に関する開発が種々開示されている。例えば、特許文献１では、電極層形成部分とシール部材貼付部分との表面粗度が異なっている集電体を有するバイポーラ電池が開示されている。また、特許文献２では、同一極性の、表面が粗化された電極集電体同士が向き合うように重ねられた構造を有する全固体電池が開示されている。
また、全固体電池のエネルギー密度を向上させるために、外装体の代わりに、樹脂層を用いて全固体電池積層体の側面のみを被覆している全固体電池も報告されている（例えば、特許文献３）。特許文献３の全固体電池積層体では、集電体層、正極合剤層（正極活物質層）、固体電解質層、及び負極合剤層（負極活物質層）のうちの少なくとも１層が他の層よりも外方に延出されて延出層とされ、積層電池の側面において該延出層が複数延出している。
特開２００７－１８８７４６号公報 特開２０１７－１５７２７１号公報 特開２０１７－２２０４４７号公報
全固体電池積層体の側面が樹脂層で被覆されている全固体電池では、充放電の際に全固体電池積層体の体積変化が生じると、全固体電池積層体と樹脂層との接着部が剥離し、それによって、全固体電池の構造が不安定になる可能性があった。
したがって、本開示は、上記事情を鑑みてなされたものであり、全固体電池積層体の側面が樹脂層で被覆されている全固体電池であって、全固体電池積層体と樹脂層との間の接着性が向上されており、それによって、構造上安定な全固体電池を提供することを目的とする。
本開示の本発明者は、以下の手段により、上記課題を解決できることを見出した。
〈態様１〉
正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を、この順で積層してなる単位全固体電池を１以上有する全固体電池積層体；並びに
前記全固体電池積層体の側面を被覆している樹脂層
を有し、
前記正極集電体層及び前記負極集電体層のうちの少なくとも一層の少なくとも一方の面が、積層部及び延出部を有し、
前記積層部が、隣接する他の層との重なる部分であり、前記延出部が、前記隣接する他の層よりも延び出た部分であり、かつ
前記延出部の表面粗さが、前記積層部の表面粗さよりも大きい、
全固体電池。
〈態様２〉
全ての前記正極集電体層及び全ての前記負極集電体層の少なくとも一方の面が、前記積層部及び前記延出部を有する、態様１に記載の全固体電池。
〈態様３〉
前記正極集電体層及び前記負極集電体層のうちの少なくとも一層の両方の面が、前記積層部及び前記延出部を有する、態様１又は２に記載の全固体電池。
〈態様４〉
前記正極活物質層と前記負極活物質層とは、面積が異なる、態様１～３のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様５〉
前記負極活物質層の面積が、前記正極活物質層の面積よりも大きい、態様１～４のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様６〉
前記樹脂層の材料が、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である、態様１～５のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様７〉
前記全固体電池積層体が、積層方向に拘束されている、態様１～６のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様８〉
前記全固体電池が、全固体リチウムイオン二次電池である、態様１～７のいずれか一項に記載の全固体電池。
本開示によれば、全固体電池積層体の側面が樹脂層で被覆されている全固体電池おいて、集電体層の表面粗さが相対的に大きい延出部によって、全固体電池積層体と樹脂層との接着性を向上させ、それによって、全固体電池を構造的に安定化することができる。
更に、本開示によれば、全固体電池が構造的に安定化されていることによって、電池内部で発生した熱を、樹脂層を通して電池外部へ放出することを促進できる。
図１は、本開示の全固体電池の一例を示す概略断面図である。 図２は、本開示の全固体電池の一部分を示す概略図である。 図３は、本開示の全固体電池の一例を示す概略断面図である。
以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において、同一又は相当する部分には同一の参照符号を付し、重複説明は省略する。実施の形態の各構成要素は、全てが必須のものであるとは限らず、一部の構成要素を省略可能な場合もある。最も、以下の図に示される形態は本開示の例示であり、本開示を限定するものではない。
≪全固体電池≫
本開示の全固体電池は、
正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を、この順で積層してなる単位全固体電池を１以上有する全固体電池積層体；並びに
全固体電池積層体の側面を被覆している樹脂層
を有し、
正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の少なくとも一方の面が、積層部及び延出部を有し、
積層部が、隣接する他の層との重なる部分であり、延出部が、当該隣接する他の層よりも延び出た部分であり、かつ
延出部の表面粗さが、積層部の表面粗さよりも大きい。
本開示において、「表面粗さ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４年）に基づいて算出した算術平均粗さ（Ｒａ）をいう。具体的には、算術平均粗さ（Ｒａ）は、粗さ曲線からその中心線の方向に基準長さＬの部分を抜き取り、その抜き取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸とし、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表した時、下記の式によって表されるものである：
Figure 0007070052000001
 なお、基準長さＬは、ＪＩＳ Ｂ０６３３（２００１）に基づいて決定できる。
図１は、本開示の全固体電池の一例を示す概略断面図である。本開示の全固体電池１００は、全固体電池積層体１０、及び全固体電池積層体１０の側面を被覆している樹脂層１１を有する。全固体電池積層体１０は、正極集電体層１、正極活物質層２、固体電解質層３、負極活物質層４、負極集電体層５を、この順で積層してなる単位全固体電池を一つ有する。
この場合、例えば、正極集電体層１の、正極活物質層２と隣接する側の面が、積層部及び延出部を有し、この積層部が、正極活物質層２との重なる部分であり、この延出部が、正極活物質層２よりも延び出た部分である。この延出部の表面粗さが、この積層部の表面粗さよりも大きい。
また、例えば、負極集電体層５の、負極活物質層４と隣接する側の面が、積層部及び延出部を有し、この積層部が、負極活物質層４と重なる部分であり、この延出部が、負極活物質層４よりも延び出た部分である。上述した正極集電体層１の場合と同様に、延出部の表面粗さが、積層部の表面粗さよりも大きい。
なお、図１に示されている全固体電池積層体１０では、正極集電体層１及び負極集電体層５の両方にそれぞれ積層部及び延出部を有しているが、実際には、正極集電体層１及び負極集電体層５のいずれか一方の層のみが積層部及び延出部を有しているものも本開示の範囲内である。
上述したように、充放電の際に、全固体電池積層体の体積変化が生じるため、全固体電池積層体の側面が樹脂層で被覆されている従来の全固体電池において、全固体電池積層体と樹脂層との間の接着部が剥離し、それによって、全固体電池の構造が不安定になる可能性がある。更に、全固体電池の構造が不安定になると、例えば、電池内部で発生した熱は、樹脂層を通して電池外部へ放出されにくくなる課題も生じうる。
これに対して、本開示の全固体電池では、正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の少なくとも一方の面が、積層部及び延出部を有し、かつ延出部の表面粗さが、積層部の表面粗さよりも大きい。このように、集電体層に表面粗さが大きい延出部を設けることによって、集電体層と樹脂層との接着性を向上させることができる。
また、全固体電池積層体では、電池内部で発生した熱は、特に集電体層（正極集電体層又は負極集電体層）に集まりやすいので、本開示の全固体電池では、集電体層と樹脂層との接着性を向上させることによって、電池内部で発生した熱は、樹脂層を通して電池外部へ放出されやすくなる。
〈積層部及び延出部〉
以下では、本開示の全固体電池にかかる積層部及び延出部について、より詳細に説明する。
本開示において、正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の少なくとも一方の面が、積層部及び延出部を有する。また、本開示の効果をより発揮させる観点から、全ての正極集電体層及び全ての負極集電体層の少なくとも一方の面が、積層部及び延出部を有することが好ましい。
積層部は、隣接する他の層との重なる部分であり、また延出部は、この隣接する他の層よりも延び出た部分である。すなわち、正極集電体層の一方の面に積層部及び延出部を有する場合、積層部は、正極集電体層の当該一方の面に隣接する他の層、例えば正極活物質層と重なる部分である。延出部は、正極集電体層の当該一方の面に隣接する他の層、例えば正極活物質層よりも延び出た部分である。なお、負極集電体層の一方の面に積層部及び延出部を有する場合も同様である。
例えば、本開示の全固体電池の一部分として、正極活物質層７、正極集電体層８、及び正極活物質層９をこの順で積層してなる積層体の概略図が図２に示されている。このとき、正極集電体層８の、正極活物質層７と隣接する側の面が、積層部ｙ及び延出部ｘを有する。この積層部ｙは、正極集電体層８とそれに隣接する正極活物質層７との重なる部分であり、この延出部ｘは、正極集電体層８がそれに隣接する正極活物質層７よりも延び出た部分である。本開示では、延出部ｘの表面粗さが、積層部ｙの表面粗さよりも大きい。なお、説明の都合上、図２では、全固体電池積層体の側面を被覆している樹脂層、及び他の部分が省略されている。
また、本開示の効果をより発揮させる観点から、正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の両方の面が、積層部及び延出部を有することが好ましい。
例えば、図２に示されている正極活物質層７、正極集電体層８、及び正極活物質層９をこの順で積層してなる積層体の場合、正極集電体層８は、正極活物質層７と隣接する側の面が積層部ｙ及び延出部ｘを有することに加えて、正極活物質層９と隣接する側の面も積層部ｎ及び延出部ｍを有することが好ましい。この積層部ｎは、正極集電体層８とそれに隣接する正極活物質層９との重なる部分であり、この延出部ｍは、正極集電体層８がそれに隣接する正極活物質層９よりも延び出た部分であり、延出部ｍの表面粗さが、積層部ｎの表面粗さよりも大きい。
なお、正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の両方の面が、積層部及び延出部を有する場合、同じ面における積層部及び延出部の表面粗さの関係が、「延出部の表面粗さが、積層部の表面粗さよりも大きい」との関係を満たせばよい。例えば、図２に示されている正極集電体８では、延出部ｘの表面粗さが積層部ｙの表面粗さよりも大きいこと、又は延出部ｍの表面粗さが積層部ｎの表面粗さよりも大きいことのいずれかを満たせばよい。
ここで、正極集電体層及び／又は負極集電体層の同じ面における積層部及び延出部の表面粗さが、上記の関係を満たせば、それぞれの表面粗さは、特に限定されない。
例えば、延出部の表面粗さは、それと同じ面における積層部の表面粗さの１．０１倍以上、１．０２倍以上、１．０３倍以上、１．０４倍以上、１．０５倍以上、１．０６倍以上、１．０７倍以上、１．０８倍以上、１．０９倍以上、１．１０倍以上、１．５０倍以上、１．８０倍以上、２．００倍以上、又は２．５０倍以上であってもよい。また、延出部の表面粗さの上限は、特に限定されず、製造・加工過程において、付与可能な表面粗さの上限値であればよい。
積層部の表面粗さの範囲は、特に限定されず、公知の製造方法によって得られる正極集電体層及び負極集電体層の通常の表面粗さの範囲であってもよく、正極集電体層及び／又は負極集電体層とそれぞれに隣接する各活物質層との密着性及び接触抵抗のバランスに基づき、適宜に施した表面粗さの範囲であってもよい。
また、正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の各面における積層部は、互いに表面粗さが同じであってもよく、異なっていてもよいが、製造の便宜上の観点から、同じであることが好ましい。同様に、正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の各面における延出部は、互いに表面粗さが同じであってもよく、異なっていてもよいが、製造の便宜上の観点から、同じであることが好ましい。例えば、図２に示されている正極集電体８では、積層部ｙと積層部ｎとは、互いに表面粗さが同じであってもよく、異なっていてもよく、製造の便宜上の観点から、同じであることが好ましい。また、延出部ｘと延出部ｍとは、互いに表面粗さが同じであってもよく、異なっていてもよく、製造の便宜上の観点から、同じであることが好ましい。
本開示において、正極集電体層及び負極集電体層の少なくとも一方の面に、表面粗さの異なる積層部及び延出部を得るための手段は、特に限定されない。例えば、正極集電体層及び負極集電体層を製造する際に、又は正極集電体層及び負極集電体層を製造した後に、ロールプレス等の際のエンボス加工によって、所望の表面粗さを有する積層部及び延出部をそれぞれ得ることができる。又は正極集電体層及び負極集電体層を製造する際に、若しくは正極集電体層及び負極集電体層を製造した後に、メッキ処理を施すことによって、所望の表面粗さを有する積層部及び延出部をそれぞれ得ることもできる。
正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の各面におけるそれぞれ積層部の面積は、各面に隣接する他の層の面積によって決まるものであるため、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。同様な理由から、正極集電体層及び負極集電体層のうちの少なくとも一層の各面における延出部のそれぞれの面積は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、図２に示されている正極集電体８では、積層部ｙの面積と積層部ｎの面積とは同じであってもよく、異なっていてもよい。また、延出部ｘの面積と延出部ｍの面積とは同じであってもよく、異なっていてもよい。
更に、本開示の効果をより発揮させる観点から、最表層に位置する正極集電体層及び／又は負極集電体層の最表面以外の面、並びに他の全ての正極集電体層及び他の全ての負極集電体層の両方の面が、積層部及び延出部を有することがより好ましい。
例えば、図３は、本開示の全固体電池の一例を示す概略断面図である。図３に示されている全固体電池２００では、全固体電池積層体２０、及び全固体電池積層体２０の側面を被覆している樹脂層２１を有する。この場合、全固体電池積層体２０は、単位全固体電池６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄを有しており、それぞれの単位全固体電池６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄにおいて、正極集電体層及び負極集電体層の全てが、積層部及び延出部を有し、延出部の表面粗さが積層部の表面粗さよりも大きい。これによって、全固体電池積層体２０と樹脂層２１との接着性が向上されて、全固体電池２００を構造的に安定化することができる。
〈全固体電池積層体〉
本開示において、全固体電池積層体は、１以上の単位全固体電池を有することができる。また、単位全固体電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を、この順で積層してなる。
例えば、図３に示されている全固体電池積層体２０は、４つの単位全固体電池６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄを有している。また、単位全固体電池６ａは、正極集電体層１ａ、正極活物質層２ａ、固体電解質層３ａ、負極活物質層４ａ、及び負極集電体層５ａ（５ｂ）をこの順で積層してなる。単位全固体電池６ｂは、負極集電体層５ａ（５ｂ）、負極活物質層４ｂ、固体電解質層３ｂ、正極活物質層２ｂ、及び正極集電体層１ｂ（１ｃ）をこの順で積層してなる。単位全固体電池６ｃは、正極集電体層１ｂ（１ｃ）、正極活物質層２ｃ、固体電解質層３ｃ、負極活物質層４ｃ、及び負極集電体層５ｃ（５ｄ）をこの順で積層してなる。単位全固体電池６は、負極集電体層５ｃ（５ｄ）、負極活物質層４ｄ、固体電解質層３ｄ、正極活物質層２ｄ、正極集電体層１ｄをこの順で積層されてなる。
また、全固体電池積層体は、２以上の単位全固体電池を有する場合、モノポーラ型の全固体電池積層体であってもよく、バイポーラ型の全固体電池積層体であってもよい。
モノポーラ型の全固体電池積層体である場合、積層方向に隣接する２つの単位全固体電池は、正極集電体層又は負極集電体層を共有するモノポーラ型の構成であってよい。例えば、図３に示されているように、隣接する単位全固体電池６ａ及び６ｂは、負極集電体層５ａ（５ｂ）を共有しており、隣接する単位全固体電池６ｂ及び６ｃは、正極集電体層１ｂ（１ｃ）を共有しており、また隣接する単位全固体電池６ｃ及び６ｄは、負極集電体層５ｃ（５ｄ）を共有しており、これらの単位全固体電池６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄを合わせてモノポーラ型の全固体電池積層体２０を構成している。
バイポーラ型の全固体電池積層体である場合、積層方向に隣接する２つの単位全固体電池は、正極及び負極集電体層の両方として用いられる正極／負極集電体層を共有するバイポーラ型の構成であってよい。したがって、例えば全固体電池積層体は、正極及び負極集電体層の両方として用いられる正極／負極集電体層を共有する３つの単位全固体電池の積層体であってよく、具体的には、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、正極／負極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、正極／負極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を、この順で有することができる（図示せず）。また、この場合において、「正極／負極集電体層」は、正極及び負極集電体層の両方として用いられるため、本開示でいう「正極集電体層」又は「負極集電体層」のいずれにも当てはまる。すなわち、「正極／負極集電体層」のうちの少なくとも一層の少なくとも一方の面が、上述した積層部及び延出部を有することができる。
本開示において、正極活物質層と負極活物質層とは、面積が異なることが好ましい。特に、負極活物質層の面積が、正極活物質層の面積よりも大きいことが好ましい。これによって、充電の際に、リチウムイオンが正極活物質層から確実に負極活物質層に移動することができる。
また、本開示の全固体電池は、正極集電体層に電気的に接続されている正極集電タブを有し、負極集電体層に電気的に接続されている負極集電タブを有していてもよい。この場合、これらの集電タブが樹脂層から突出していてよい。この構成によれば、集電タブを介して、全固体電池積層体で発生した電力を外部に取り出すことができる。
正極集電体層は、面方向に突出する正極集電体突出部を有していてよく、この正極集電体突出部には、正極集電タブが電気的に接続されていてよい。同様に、負極集電体層は、負極集電体突出部を有していてよく、この負極集電体突出部には、負極集電タブが電気的に接続されていてよい。
また、本開示の全固体電池では、全固体電池積層体が、積層方向に拘束されていることが好ましい。これによって、充放電の際に、全固体電池積層体の各層の内部及び各層の間における、イオン及び電子の伝導性を改良して、電池反応をより促進することができる。
以下では、全固体電池積層体にかかる各部材について詳細に説明する。なお、本開示を容易に理解するために、全固体リチウムイオン二次電池の全固体電池積層体にかかる各部材を例として説明するが、本開示の全固体電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、幅広く適用できる。
（正極集電体層）
正極集電体層に用いられる導電性材料は、特に限定されず、全固体電池に使用できるものを適宜採用されうる。例えば、正極集電体層に用いられる導電性材料は、ＳＵＳ、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等であってよいが、これらに限定されない。
正極集電体層の形状として、特に限定されず、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。これらの中で、箔状が好ましい。
（正極活物質層）
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、好ましくは後述する固体電解質をさらに含む。そのほか、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダー等の全固体電池の正極活物質層に用いられる添加剤を含むことができる。
正極活物質の材料として、特に限定されない。例えば、正極活物質は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、ＬｉＣｏ１／３Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２－ｘ－ｙＭｙＯ４（Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＺｎから選ばれる１種以上の金属元素）で表される組成の異種元素置換Ｌｉ－Ｍｎスピネル等であってよいが、これらに限定されない。
導電助剤としては、特に限定されない。例えば、導電助剤は、ＶＧＣＦ（気相成長法炭素繊維、Ｖａｐｏｒ Ｇｒｏｗｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ）及びカーボンナノ繊維等の炭素材並びに金属材等であってよいが、これらに限定されない。
バインダーとしては、特に限定されない。例えば、バインダーは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）若しくはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の材料、又はこれらの組合せであってよいが、これらに限定されない。
（固体電解質層）
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含む。固体電解質として、特に限定されず、全固体電池の固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。例えば、固体電解質は、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、又はポリマー電解質等であってよいが、これらに限定されない。
硫化物固体電解質の例として、硫化物系非晶質固体電解質、硫化物系結晶質固体電解質、又はアルジロダイト型固体電解質等が挙げられるが、これらに限定されない。具体的な硫化物固体電解質の例として、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５系（Ｌｉ７Ｐ３Ｓ１１、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ８Ｐ２Ｓ９等）、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、ＬｉＩ－Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、ＬｉＩ－Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ－ＬｉＢｒ－Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５－ＧｅＳ２（Ｌｉ１３ＧｅＰ３Ｓ１６、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２等）、ＬｉＩ－Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ－Ｌｉ３ＰＯ４－Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ７－ｘＰＳ６－ｘＣｌｘ等；又はこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。
酸化物固体電解質の例として、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ７－ｘＬａ３Ｚｒ１－ｘＮｂｘＯ１２、Ｌｉ７－３ｘＬａ３Ｚｒ２ＡｌｘＯ１２、Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＴｉ２－ｘ（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２－ｘ（ＰＯ４）３、Ｌｉ３ＰＯ４、又はＬｉ３＋ｘＰＯ４－ｘＮｘ（ＬｉＰＯＮ）等が挙げられるが、これらに限定されない。
（ポリマー電解質）
ポリマー電解質としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、及びこれらの共重合体等が挙げられるが、これらに限定されない。
固体電解質は、ガラスであっても、結晶化ガラス(ガラスセラミック)であってもよい。また、固体電解質層は、上述した固体電解質以外に、必要に応じてバインダー等を含んでもよい。具体例として、上述の「正極活物質層」で列挙された「バインダー」と同様であり、ここでは説明を省略する。
（負極活物質層）
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、好ましくは上述した固体電解質をさらに含む。そのほか、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダー等の全固体電池の負極活物質層に用いられる添加剤を含むことができる。
負極活物質の材料として、特に限定されず、リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能であることが好ましい。例えば、負極活物質は、合金系負極活物質又は炭素材料等であってよいが、これらに限定されない。
合金系負極活物質として、特に限定されず、例えば、Ｓｉ合金系負極活物質、又はＳｎ合金系負極活物質等が挙げられる。Ｓｉ合金系負極活物質には、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Ｓｉ合金系負極活物質には、ケイ素以外の元素、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｉ等を含むことができる。Ｓｎ合金系負極活物質には、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Ｓｎ合金系負極活物質には、スズ以外の元素、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｉ等を含むことができる。これらの中で、Ｓｉ合金系負極活物質が好ましい。
炭素材料として、特に限定されず、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、又はグラファイト等が挙げられる。
負極活物質層に用いられる固体電解質、導電助剤、バインダー等その他の添加剤については、上述した「正極活物質層」及び「固体電解質層」の項目で説明したものを適宜採用することができる。
（負極集電体層）
負極集電体層に用いられる導電性材料は、特に限定されず、全固体電池に使用できるものを適宜採用されうる。例えば、負極集電体層に用いられる導電性材料は、ＳＵＳ、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等であってよいが、これらに限定されない。
負極集電体層の形状として、特に限定されず、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。これらの中で、箔状が好ましい。
〈樹脂層〉
本開示において、樹脂層の材料は、特に限定されず、一般的な全固体電池に用いられる絶縁性の樹脂材料と同様であってもよい。
例えば、樹脂層の材料は、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂をであってよい。また、硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂（例えば、ＵＶ硬化性樹脂）、又は電子線硬化性樹脂であってよい。より具体的には、例えば、樹脂層の材料は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、又はポリカーボネート樹脂であってよいが、これらに限定されない。
本開示において、樹脂層は、全固体電池積層体の側面を被覆している。これによって、本開示の全固体電池の外側に、ラミネートフィルムや金属缶等の外装体を有さなくてもよい。したがって、本開示の全固体電池は、外装体を必要とする従来の全固体電池よりもコンパクトであり、これは、電池のエネルギー密度向上にも繋がる。ただし、本開示の一は、これらの外装体をさらに有していてもよい。
例えば、図３に示されている全固体電池２００のように、積層方向の上側の端面及び下側の端面は、正極集電体層１ａ及び１ｄであり、全固体電池積層体２０の側面のみが、複層構造である樹脂層２１によって被覆されていてもよい。なお、全固体電池積層体の積層順によって、積層方向の上側の端面及び下側の端面が、正極集電体層に限定せず、負極集電体層であってもよい。
また、本開示の全固体電池は、全固体電池積層体の積層方向の上側の端面及び下側の端面が、フィルム等によって被覆されており、かつ少なくとも全固体電池積層体の側面が樹脂層によって被覆されている全固体電池であってもよい。また、本開示の全固体電池は、全固体電池積層体の積層方向の上側の端面及び／又は下側の端面も樹脂層によって被覆されている全固体電池であってもよい。
≪全固体電池の種類≫
本開示において、全固体電池の種類としては、全固体リチウムイオン電池、全固体ナトリウムイオン電池、全固体マグネシウムイオン電池及び全固体カルシウムイオン電池等を挙げることができる。中でも、全固体リチウムイオン電池及び全固体ナトリウムイオン電池が好ましく、特に、全固体リチウムイオン電池が好ましい。
また、本開示の全固体電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、中でも、二次電池であることが好ましい。二次電池は、繰り返し充放電でき、例えば、車載用電池として有用だからである。よって、本開示の全固体電池が、全固体リチウムイオン二次電池であることが好ましい。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 正極集電体層
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 正極活物質層
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 固体電解質層
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 負極活物質層
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 負極集電体層
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 単位全固体電池
７、９ 正極活物質層
８ 正極集電体層
１０、２０ 全固体電池積層体
１１、２１ 樹脂層
１００、２００ 全固体電池

Claims (8)

  1. 正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を、この順で積層してなる単位全固体電池を１以上有する全固体電池積層体；並びに
    前記全固体電池積層体の側面を被覆している樹脂層
    を有し、
    前記正極集電体層及び前記負極集電体層のうちの少なくとも一層の少なくとも一方の面が、積層部及び延出部を有し、
    前記積層部が、隣接する他の層との重なる部分であり、前記延出部が、前記隣接する他の層よりも延び出た部分であり、
    前記延出部の表面粗さが、前記積層部の表面粗さよりも大きく、かつ
    前記延出部の表面粗さが、エンボス加工によって得られたものである、
    全固体電池。
  2. 全ての前記正極集電体層及び全ての前記負極集電体層の少なくとも一方の面が、前記積層部及び前記延出部を有する、請求項１に記載の全固体電池。
  3. 前記正極集電体層及び前記負極集電体層のうちの少なくとも一層の両方の面が、前記積層部及び前記延出部を有する、請求項１又は２に記載の全固体電池。
  4. 前記正極活物質層と前記負極活物質層とは、面積が異なる、請求項１～３のいずれか一項に記載の全固体電池。
  5. 前記負極活物質層の面積が、前記正極活物質層の面積よりも大きい、請求項１～４のいずれか一項に記載の全固体電池。
  6. 前記樹脂層の材料が、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である、請求項１～５のいずれか一項に記載の全固体電池。
  7. 前記全固体電池積層体が、積層方向に拘束されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の全固体電池。
  8. 前記全固体電池が、全固体リチウムイオン二次電池である、請求項１～７のいずれか一項に記載の全固体電池。
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