JP7245044B2 - 固体電池のセル構造、および固体電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、固体電池のセル構造、および固体電池の製造方法に関する。さらに詳しくは、電池ケース内で固体電池セルを均一に保持することのできる、固体電池のセル構造、および固体電池の製造方法に関する。
従来、高エネルギー密度を有する二次電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。リチウムイオン二次電池は、正極と負極との間にセパレータを存在させ、液体の電解質（電解液）が充填された構造を有する。
リチウムイオン二次電池の電解液は、通常、可燃性の有機溶媒であるため、特に、熱に対する安全性が問題となる場合があった。そこで、有機系の液体の電解質に代えて、無機系の固体の電解質を用いた固体電池が提案されている（特許文献１参照）。
固体二次電池は、正極および負極の間に、電解質層として固体の電解質層を備え、正極、固体電解質、負極の構成を、複数積層して１つの電池セルを構成する。固体電解質による固体電池は、電解液を用いる電池と比較して、熱の問題を解消するとともに、積層により高容量化および／または高電圧化することができ、さらに、コンパクト化の要請にも対応することができる。
ここで、従来の液体の電解質（電解液）が充填された液系リチウムイオン二次電池は、気密性を担保するため、電極体と缶蓋とを先に接続しておき、電池ケースに電極体を挿入し、蓋部分をケースに溶接して電池ケースを密封した後に、注液口から電解液を注液し、その後にエイジングを行う手法で製造される。そして、電解液が電極体の空間内に含浸され、さらに、エイジングによって電極体自体が膨張するため、電極と電池ケースとの間に存在していたクリアランスが埋められて、電池ケース内で電極が保持されるしくみとなっている。
一方で、固体電池の場合には、固体電解質と電極とを積層一体化させて、固体電池セルとなった電極積層体を構築するため、電解液を用いない。このため、電池ケースを密封した後のエイジングによっても、固体電池セルはほとんど膨張せず、固体電池セルと電池ケースとの間に存在する挿入クリアランスは、そのまま残った状態となる。その結果、電池ケース内で固体電池セルが保持されない構造となり、振動時に割れる等、耐久性に問題が生じていた。また、電池に必要な荷重をかけることができないため、出力低下の原因となっていた。
これに対して、電池ケースを組み立てた後、電解液用の注入口から、固体電池セルと電池ケースとの間のクリアランスに、緩衝材を注入する技術が考えられる。しかしながらこの方法では、緩衝材は電池ケース内に不均一に配置され、ケース内での固体電池セルの均一な保持が困難となることが予想される。また、緩衝材として硬化樹脂等を用いた場合には、硬化の際の応力が固体電池セルにかかり、割れが生じることが懸念される。
本発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池ケース内で固体電池セルを均一に保持することのできる固体電池のセル構造、および固体電池の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を行った。そして、固体電池の缶セルを製造する過程において、電池ケースに固体電池セルを挿入した後、缶蓋を溶接する前に緩衝材を電池ケース内に配置し、その後に蓋をしてケースを密封すれば、電池ケース内に緩衝材を均一に配置することができ、その結果、固体電池セルが電池ケース内で均一に保持された固体電池を形成できることに着目した。
しかしながら、緩衝材を挿入した後に蓋をして缶セルを仕上げる場合には、得られる缶セルの気密性に問題が生じる。そこで、本発明者らは、電池ケースを密封した後に、固体電池セルと端子とを、気密性の高い状態で接続できる方法について鋭意検討した。そして、固体電池セルと端子とを、係合部材で締結することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、正極端子および負極端子を備える固体電池のセル構造であって、
固体電池セルと、前記固体電池セルを収納する電池ケースとを備え、前記電池ケースは、蓋体と収納体とを備え、前記固体電池セルは、正極集電体タブに接続された正極端子係合部材の下端部を備える正極集電部品と、負極集電体タブに接続された負極端子係合部材の下端部を備える負極集電部品とを備え、前記蓋体は、前記正極端子係合部材の下端部と接続される、正極端子係合部材の上端部と、前記負極端子係合部材の下端部と接続される、負極端子係合部材の上端部とを備え、前記固体電池セルを収納した前記収納体と、前記蓋体とを接合することにより、前記正極端子係合部材の下端部と前記正極端子係合部材の上端部とが接合されて、正極端子係合部材が形成されるとともに、前記負極端子係合部材の下端部と前記負極端子係合部材の上端部とが接合されて、負極端子係合部材が形成され、前記正極端子係合部材に前記正極端子が係合され、前記負極端子係合部材に前記負極端子が係合される、固体電池のセル構造である。
固体電池セルと、前記固体電池セルを収納する電池ケースとを備え、前記電池ケースは、蓋体と収納体とを備え、前記固体電池セルは、正極集電体タブに接続された正極端子係合部材の下端部を備える正極集電部品と、負極集電体タブに接続された負極端子係合部材の下端部を備える負極集電部品とを備え、前記蓋体は、前記正極端子係合部材の下端部と接続される、正極端子係合部材の上端部と、前記負極端子係合部材の下端部と接続される、負極端子係合部材の上端部とを備え、前記固体電池セルを収納した前記収納体と、前記蓋体とを接合することにより、前記正極端子係合部材の下端部と前記正極端子係合部材の上端部とが接合されて、正極端子係合部材が形成されるとともに、前記負極端子係合部材の下端部と前記負極端子係合部材の上端部とが接合されて、負極端子係合部材が形成され、前記正極端子係合部材に前記正極端子が係合され、前記負極端子係合部材に前記負極端子が係合される、固体電池のセル構造である。
前記正極端子係合部材の下端部の前記正極端子係合部材の上端部との接合面、および前記負極端子係合部材の下端部の前記負極端子係合部材の上端部との接合面には、表面処理が施されていてもよい。
前記正極端子係合部材の上端部の前記正極端子係合部材の下端部との接合面、および前記負極端子係合部材の上端部の前記負極端子係合部材の下端部との接合面には、表面処理が施されていてもよい。
前記表面処理は、めっき、クロメート処理、およびブラスト加工からなる群より選ばれる少なくとも１種であってもよい。
前記蓋体における、前記正極端子係合部材の上端部および／または前記負極端子係合部材の上端部は、ガスケットにより封止されていてもよい。
前記ガスケットは、樹脂製またはガラス製であってもよい。
前記正極端子係合部材はナットであり、前記正極端子はボルトであっておよい。
前記負極端子係合部材はナットであり、前記負極端子はボルトであってもよい。
前記固体電池セルは、前記正極集電部品と前記負極集電部品とを固定するための集電部品固定部品を備えていてもよい。
また別の本発明は、正極端子および負極端子を備える固体電池のセル構造であって、固体電池セルと、前記固体電池セルを収納する電池ケースとを備え、前記電池ケースは、蓋体と収納体とを備え、前記固体電池セルは、正極集電体タブに接続された前記正極端子を備える正極集電部品と、負極集電体タブに接続された前記負極端子を備える負極集電部品とを備え、前記蓋体は、前記正極端子を貫通させる正極端子貫通孔と、前記負極端子を貫通させる負極端子貫通孔とを備え、前記固体電池セルを収納した前記収納体と、前記蓋体とが、前記正極端子が前記正極端子貫通孔を貫通し、前記負極端子が前記負極端子貫通孔を貫通するように接合され、前記正極端子貫通孔および前記負極端子貫通孔は、ガスケットによりそれぞれ封止されている、固体電池のセル構造である。
前記ガスケットは、樹脂製であってもよい。
前記正極端子はボルトであり、前記ガスケットを挟んで、前記蓋体の外側からナットが係合されていてもよい。
前記負極端子はボルトであり、前記ガスケットを挟んで、前記蓋体の外側からナットが係合されていてもよい。
前記正極端子および／または負極端子は、リベットであってもよい。
また別の本発明は、正極端子および負極端子を備える固体電池の製造方法であって、前記固体電池は、固体電池セルと、前記固体電池セルを収納する電池ケースとを備え、前記電池ケースは、蓋体と収納体とを備え、前記固体電池セルを前記電池ケースの前記収納体に収納する、固体電池セル収納工程と、前記固体電池セルと前記電池ケースの前記収納体との間の空隙に、緩衝材を配置する、緩衝材配置工程と、前記収納体と前記蓋体とを接合する、電池ケース接合工程と、を備える、固体電池の製造方法である。
前記固体電池の製造方法においては、前記固体電池セルは、正極集電体タブに接続された正極端子係合部材の下端部を備える正極集電部品と、負極集電体タブに接続された負極端子係合部材の下端部を備える負極集電部品とを備え、前記蓋体は、前記正極端子係合部材の下端部と接続される、正極端子係合部材の上端部と、前記負極端子係合部材の下端部と接続される、負極端子係合部材の上端部とを備え、前記電池ケース接合工程では、前記正極端子係合部材の下端部と前記正極端子係合部材の上端部とを接合して、正極端子係合部材を形成するとともに、前記負極端子係合部材の下端部と前記負極端子係合部材の上端部とを接合して、負極端子係合部材を形成し、前記正極端子係合部材に前記正極端子を係合するとともに、前記負極端子係合部材に前記負極端子を係合して、前記正極端子および前記負極端子を、前記固体電池セルに締結する、端子締結工程をさらに備えていてもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記正極端子係合部材の下端部の前記正極端子係合部材の上端部との接合面、および前記負極端子係合部材の下端部の前記負極端子係合部材の上端部との接合面には、表面処理が施されていてもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記正極端子係合部材の上端部の前記正極端子係合部材の下端部との接合面、および前記負極端子係合部材の上端部の前記負極端子係合部材の下端部との接合面には、表面処理が施されていてもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記表面処理は、めっき、クロメート処理、およびブラスト加工からなる群より選ばれる少なくとも１種であってもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記蓋体における、前記正極端子係合部材の上端部および／または前記負極端子係合部材の上端部は、ガスケットにより封止されていてもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記ガスケットは、樹脂製またはガラス製であってもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記正極端子係合部材はナットであり、前記正極端子はボルトであってもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記負極端子係合部材はナットであり、前記負極端子はボルトであってもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記固体電池セルは、前記正極集電部品と前記負極集電部品とを固定するための集電部品固定部品を備えていてもよい。
前記固体電池の製造方法においては、前記固体電池セルは、正極集電体タブに接続された前記正極端子を備える正極集電部品と、負極集電体タブに接続された前記負極端子を備える負極集電部品とを備え、
前記蓋体は、前記正極端子を貫通させる正極端子貫通孔と、前記負極端子を貫通させる負極端子貫通孔とを備え、
前記電池ケース接合工程では、前記正極端子を前記正極端子貫通孔から貫通させ、前記負極端子を前記負極端子貫通孔から貫通させるように、前記収納体と前記蓋体とを接合し、
前記正極端子貫通孔および前記負極端子貫通孔のそれぞれを、ガスケットにより封止する、貫通孔封止工程をさらに備えていてもよい。
前記蓋体は、前記正極端子を貫通させる正極端子貫通孔と、前記負極端子を貫通させる負極端子貫通孔とを備え、
前記電池ケース接合工程では、前記正極端子を前記正極端子貫通孔から貫通させ、前記負極端子を前記負極端子貫通孔から貫通させるように、前記収納体と前記蓋体とを接合し、
前記正極端子貫通孔および前記負極端子貫通孔のそれぞれを、ガスケットにより封止する、貫通孔封止工程をさらに備えていてもよい。
前記貫通孔封止工程をさらに備える前記固体電池の製造方法においては、前記ガスケットは、樹脂製であってもよい。
前記貫通孔封止工程をさらに備える前記固体電池の製造方法においては、前記正極端子および前記負極端子は、ボルトであり、前記ガスケットを挟んで、前記蓋体の外側からナットを係合し、前記正極端子および前記負極端子を、前記固体電池セルに締結する、端子締結工程をさらに備えていてもよい。
前記貫通孔封止工程をさらに備える前記固体電池の製造方法においては、前記正極端子および／または負極端子は、リベットであってもよい。
本発明の固体電池のセル構造および固体電池の製造方法によれば、電池ケース内で固体電池セルを均一に保持することのできるため、耐久性を有するとともに、出力低下が抑制された固体電池を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。たたし、以下に示す実施例は、本発明を例示するものであって、本発明は下記に限定されるものではない。
＜固体電池セルの製造方法＞
本発明の固体電池セルの製造方法は、正極端子および負極端子を備える固体電池の製造方法であって、前記固体電池は、固体電池セルと、前記固体電池セルを収納する電池ケースとを備え、前記電池ケースは、蓋体と収納体とを備え、前記固体電池セルを前記電池ケースの前記収納体に収納する、固体電池セル収納工程と、前記固体電池セルと前記電池ケースの前記収納体との間の空隙に、緩衝材を配置する、緩衝材配置工程と、前記収納体と前記蓋体とを接合する、電池ケース接合工程と、を備える。
本発明の固体電池セルの製造方法は、正極端子および負極端子を備える固体電池の製造方法であって、前記固体電池は、固体電池セルと、前記固体電池セルを収納する電池ケースとを備え、前記電池ケースは、蓋体と収納体とを備え、前記固体電池セルを前記電池ケースの前記収納体に収納する、固体電池セル収納工程と、前記固体電池セルと前記電池ケースの前記収納体との間の空隙に、緩衝材を配置する、緩衝材配置工程と、前記収納体と前記蓋体とを接合する、電池ケース接合工程と、を備える。
なお、本発明の固体電池の製造方法は、固体電池セル収納工程、緩衝材配置工程、および電池ケース接合工程を備えていればよく、製造する固体電池の態様に応じて、その他の工程を含んでいてもよい。
本発明の固体電池の製造方法を、図１を用いて説明する。図１は、固体電池の正極側の側面から見た工程を示す図である。
［固体電池セル収納工程］
本発明の固体電池セルの製造方法における固体電池セル収納工程は、固体電池セルを電池ケースの収納体に収納する工程である。収納の方法は特に限定されるものではなく、固体電池の製造における公知の方法を適用することができる。
本発明の固体電池セルの製造方法における固体電池セル収納工程は、固体電池セルを電池ケースの収納体に収納する工程である。収納の方法は特に限定されるものではなく、固体電池の製造における公知の方法を適用することができる。
図１（ａ）は、固体電池セル収納工程を示す図である。固体電池セル収納工程においては、事前に形成された固体電池セル１を、電池ケースの収納体２に収納する。図１に示される電池ケースの収納体２は、内壁に、絶縁シート１０を有する。また、図１に示される固体電池セル１からは、正極タブ４ａが延出し、正極タブ４ａには、正極集電部品６ａが接続されている。さらに、正極集電部品６ａは、正極端子係合部材の下端部１１ａを備えている。
［緩衝材配置工程］
本発明の固体電池セルの製造方法における緩衝材配置工程は、固体電池セルと電池ケースの収納体との間の空隙（挿入クリアランス空間）に、緩衝材を配置する工程である。配置する工程は、特に限定されるものではない。例えば、収納体内に硬化樹脂等を均等に流入させて、その後に硬化させる方法が挙げられる。
本発明の固体電池セルの製造方法における緩衝材配置工程は、固体電池セルと電池ケースの収納体との間の空隙（挿入クリアランス空間）に、緩衝材を配置する工程である。配置する工程は、特に限定されるものではない。例えば、収納体内に硬化樹脂等を均等に流入させて、その後に硬化させる方法が挙げられる。
図１（ｂ）は、緩衝材配置工程を示す図である。緩衝材配置工程においては、固体電池セル１と電池ケースの収納体２との間の空隙に、緩衝材３を配置する。緩衝材３により、固体電池セル１と電池ケースの収納体２との間に存在している挿入クリアランスが埋められる。
本発明に用いることのできる緩衝材としては、例えば、発砲ウレタン等、重合等の化学反応により体積膨張する素材や、熱硬化性樹脂等、熱により硬化する素材、あるいは、シリコーンゲル等のゲル状素材等を挙げることができる。本発明においては、電極積層体の保持性をより向上させるため、電極積層体に拘束荷重をしっかりかける必要があることから、これらの中では、熱硬化性樹脂が好ましい。
［電池ケース接合工程］
本発明の固体電池セルの製造方法における電池ケース接合工程は、固体電池セルと緩衝材が配置された収納体と、蓋体とを接合する工程である。接合の方法は特に限定されるこのではなく、固体電池の製造における公知の方法を適用することができる。
本発明の固体電池セルの製造方法における電池ケース接合工程は、固体電池セルと緩衝材が配置された収納体と、蓋体とを接合する工程である。接合の方法は特に限定されるこのではなく、固体電池の製造における公知の方法を適用することができる。
図１（ｃ）は、電池ケース接合工程を示す図である。電池ケース接合工程においては、緩衝材３が配置された後の収納体２と蓋体５とを接合して、固体電池セル１を密封する。図１に示される電池ケースの蓋体５は、正極端子係合部材の上端部１２ａを備えている。
図１（ｃ）に示される電池ケース接合工程おいては、収納体２に蓋体５を載置することにより、固体電池セル１に備えられる正極端子係合部材の下端部１１ａと、蓋体５に備えられる正極端子係合部材の上端部１２ａとを接合して、正極端子係合部材を形成する。
［その他の工程］
本発明の固体電池の製造方法において必須の工程となる、上記した、固体電池セル収納工程、緩衝材配置工程、および電池ケース接合工程以外の任意の工程としては、例えば、端子締結工程が挙げられる。
本発明の固体電池の製造方法において必須の工程となる、上記した、固体電池セル収納工程、緩衝材配置工程、および電池ケース接合工程以外の任意の工程としては、例えば、端子締結工程が挙げられる。
｛端子締結工程｝
図１（ｄ）は、端子締結工程を示す図である。端子締結工程においては、形成された正極端子係合部材に、正極端子８ａを締結し、これにより、固体電池セル１を電池ケース内に密封して、最終的な固体電池２０を得る。
図１（ｄ）は、端子締結工程を示す図である。端子締結工程においては、形成された正極端子係合部材に、正極端子８ａを締結し、これにより、固体電池セル１を電池ケース内に密封して、最終的な固体電池２０を得る。
なお、本発明の固体電池の製造方法においては、得られる固体電池に十分な気密性を付与するために、端子が接続する端子係合部材の構造を、ネジ切りされたナット等の構造とし、端子を、ボルト等の構造として、端子締結工程にて、これらを係合して締結することが好ましい。好ましい実施態様の固体電池のセル構造については、後述する。
本発明の固体電池の製造方法においては、固体電池の缶セルを製造する過程において、緩衝材配置工程にて、電池ケースに固体電池セルを挿入した後、電池ケースの蓋を溶接する前に緩衝材を電池ケース内に配置することを特徴とする。電池ケースの蓋をする前に緩衝材を挿入するため、電池ケース内に均一に緩衝材を配置することができ、その結果、得られる固体電池において、固体電池セルを電池ケース内で均一に保持することができる。
＜固体電池のセル構造＞
本発明の固体電池の製造方法によって得られる固体電池に、十分な気密性を付与できる、好ましい態様となる本発明の固体電池のセル構造について、以下に説明する。本発明の固体電池のセル構造は、正極端子および負極端子、固体電池セル、ならびに固体電池セルを収納する電池ケースを備えており、電池ケースは、蓋体と収納体とを備える。
本発明の固体電池の製造方法によって得られる固体電池に、十分な気密性を付与できる、好ましい態様となる本発明の固体電池のセル構造について、以下に説明する。本発明の固体電池のセル構造は、正極端子および負極端子、固体電池セル、ならびに固体電池セルを収納する電池ケースを備えており、電池ケースは、蓋体と収納体とを備える。
［第１実施形態］
第１実施形態に係る本発明の固体電池のセル構造を、図２に示す。図２に示される固体電池２０のセル構造においては、固体電池セル１が、絶縁シート１０が内装された電池ケースの収納体２に収納され、固体電池セル１と電池ケースの収納体２との間のクリアランスには、緩衝材３が配置されている。
第１実施形態に係る本発明の固体電池のセル構造を、図２に示す。図２に示される固体電池２０のセル構造においては、固体電池セル１が、絶縁シート１０が内装された電池ケースの収納体２に収納され、固体電池セル１と電池ケースの収納体２との間のクリアランスには、緩衝材３が配置されている。
また、固体電池セル１から延出している正極タブ４ａおよび負極タブ４ｂにはそれぞれ、正極集電部品６ａおよび負極集電部品６ｂが接続されており、正極集電部品６ａおよび負極集電部品６ｂは、正極端子係合部材の下端部１１ａおよび負極端子係合部材の下端部１１ｂを備えている。さらに、固体電池セル１の正極集電部品６ａおよび負極集電部品６ｂの上には、集電部品固定部品９が載置されている。
集電部品固定部品９の上には、電池ケースの蓋体５が載置され、固体電池セル１は密封されている。電池ケースの蓋体５には、正極端子係合部材の上端部１２ａおよび負極端子係合部材の上端部１２ｂが備えられており、正極端子係合部材の上端部１２ａおよび負極端子係合部材の上端部１２ｂは、正極ガスケット７ａおよび負極ガスケット７ｂによってそれぞれシールされている。
さらに、第１実施形態の固体電池のセル構造においては、正極端子係合部材の下端部１１ａと正極端子係合部材の上端部１２ａとが接合されて、正極端子係合部材が形成され、負極端子係合部材の下端部１１ｂと負極端子係合部材の上端部１２ｂとが接合されて、負極端子係合部材が形成され、形成された正極端子係合部材に、正極端子８ａが係合され、負極端子係合部材には負極の端子８ｂが係合されている。
（第１実施形態の固体電池の製造方法）
第１実施形態の固体電池のセル構造においては、固体電池セルに、端子係合部材の一部を形成するとともに、電池ケースの蓋体に端子係合部材の一部を形成し、電池ケースの蓋を閉じることで、一対の端子係合部材を形成する。そして、電池ケースの蓋体にて電池ケースを閉じた後に、一対の端子係合部材に正極および負極の端子を係合させることで、最終的な固体電池を得る。
第１実施形態の固体電池のセル構造においては、固体電池セルに、端子係合部材の一部を形成するとともに、電池ケースの蓋体に端子係合部材の一部を形成し、電池ケースの蓋を閉じることで、一対の端子係合部材を形成する。そして、電池ケースの蓋体にて電池ケースを閉じた後に、一対の端子係合部材に正極および負極の端子を係合させることで、最終的な固体電池を得る。
｛電池ケース接合工程｝
すなわち、第１実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法における電池ケース接合工程では、収納体と蓋体とを接合する際に、正極端子係合部材の下端部と正極端子係合部材の上端部とを接合して、正極端子係合部材を形成するとともに、負極端子係合部材の下端部と負極端子係合部材の上端部とを接合して、負極端子係合部材を形成する。
すなわち、第１実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法における電池ケース接合工程では、収納体と蓋体とを接合する際に、正極端子係合部材の下端部と正極端子係合部材の上端部とを接合して、正極端子係合部材を形成するとともに、負極端子係合部材の下端部と負極端子係合部材の上端部とを接合して、負極端子係合部材を形成する。
｛端子締結工程｝
また、第１実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法においては、電池ケース接合工程の後に、端子締結工程をさらに備えることが好ましい。端子締結工程では、正極端子係合部材に正極端子を係合するとともに、負極端子係合部材に負極端子を係合し、正極端子および負極端子を、固体電池セルに締結する。
また、第１実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法においては、電池ケース接合工程の後に、端子締結工程をさらに備えることが好ましい。端子締結工程では、正極端子係合部材に正極端子を係合するとともに、負極端子係合部材に負極端子を係合し、正極端子および負極端子を、固体電池セルに締結する。
また、端子締結工程では、正極端子係合部材と正極端子との接合部および／または負極端子係合部材と負極端子との接合部に、溶接を施すことがさらに好ましい。界面に溶接を実施することにより、端子を確実に固定化するとともに、気密性をより高めることができる。
（表面処理）
第１実施形態に係る固体電池のセル構造においては、正極集電部品において、正極端子係合部材の下端部の正極端子係合部材の上端部との接合面、および負極集電部品において、負極端子係合部材の下端部の負極端子係合部材の上端部との接合面には、表面処理が施されていることが好ましい。
第１実施形態に係る固体電池のセル構造においては、正極集電部品において、正極端子係合部材の下端部の正極端子係合部材の上端部との接合面、および負極集電部品において、負極端子係合部材の下端部の負極端子係合部材の上端部との接合面には、表面処理が施されていることが好ましい。
また、電池ケースの蓋体において、正極端子係合部材の上端部の正極端子係合部材の下端部との接合面、および負極端子係合部材の上端部の負極端子係合部材の下端部との接合面には、表面処理が施されていることが好ましい。
第１実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法においては、電池ケース接合工程において、集電部品における端子係合部材の下端部と、電池の蓋体における端子係合部材の上端部とを接合して、端子係合部材を形成する。このため、これらの接合面に表面処理を施すことにより、接触抵抗を低減させ、電池出力を向上させることができる。
表面処理の方法としては、特に限定されるものではないが、金めっき等のめっき処理、クロメート処理、およびブラスト加工による低粗度化からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。これらの中では、接触抵抗を下げ、耐腐食性が高いことから、金めっきが特に好ましい。
（ガスケット）
第１実施形態に係る固体電池のセル構造においては、電池ケースの蓋体に備えられる、正極端子係合部材の上端部および／または負極端子係合部材の上端部は、ガスケットにより封止されていることが好ましい。ガスケットによって端子係合部材をシールすることで、端子係合部材１２と蓋体５の絶縁性が保たれ、かつ、得られる固体電池の封止性能を向上させて、気密性の高い固体電池を実現することができる。
第１実施形態に係る固体電池のセル構造においては、電池ケースの蓋体に備えられる、正極端子係合部材の上端部および／または負極端子係合部材の上端部は、ガスケットにより封止されていることが好ましい。ガスケットによって端子係合部材をシールすることで、端子係合部材１２と蓋体５の絶縁性が保たれ、かつ、得られる固体電池の封止性能を向上させて、気密性の高い固体電池を実現することができる。
電池ケースの蓋体に備えられる、端子係合部材の上端部をシールするガスケットは、特に限定されるものではないが、樹脂製またはガラス製であることが好ましい。中では、ガラスハーメチックシールによるガラスガスケットであれば、気密性のみならず、耐熱性を付与することができるため、特に好ましい。
（端子係合部材の構成）
第１実施形態に係る固体電池のセル構造においては、集電部品における端子係合部材の下端部と、電池の蓋体における端子係合部材の上端部とが接合されて形成される端子係合部材は、ネジ切りされたナットであり、端子係合部材に係合される端子は、ボルトであることが好ましい。
第１実施形態に係る固体電池のセル構造においては、集電部品における端子係合部材の下端部と、電池の蓋体における端子係合部材の上端部とが接合されて形成される端子係合部材は、ネジ切りされたナットであり、端子係合部材に係合される端子は、ボルトであることが好ましい。
なお、第１実施形態において、端子係合部材をナットとし、端子をボルトとする場合には、正極および負極の両者ともに当該構成とすることが好ましいが、正極、負極のいずれか一方を当該構成としてもよい。
第１実施形態に係る固体電池のセル構造において、端子と固体電池セルとを係合する構成がネジであれば、端子と固体電池セルとを気密性高く、かつ容易に、締結することができる。
（集電部品固定部品）
第１実施形態に係る固体電池のセル構造においては、固体電池セルは、正極集電部品と負極集電部品とを固定するための集電部品固定部品を備えることが好ましい。集電部品固定部品により、集電部品の位置を安定させることが可能となり、例えば上記のように、端子と固体電池セルとを係合する構成がネジである場合には、ネジ締結時に集電部品が回転することを抑制することができる。
第１実施形態に係る固体電池のセル構造においては、固体電池セルは、正極集電部品と負極集電部品とを固定するための集電部品固定部品を備えることが好ましい。集電部品固定部品により、集電部品の位置を安定させることが可能となり、例えば上記のように、端子と固体電池セルとを係合する構成がネジである場合には、ネジ締結時に集電部品が回転することを抑制することができる。
図２に示される第１実施形態の固体電池２０においては、固体電池セル１の正極および負極の集電部品６の上に、集電部品固定部品９が載置され、集電部品固定部品９の上に、電池ケースの蓋体５が載置される。図２に示される態様においては、集電部品６には凸部が形成され、集電部品固定部品９には凹部が形成されており、これらの凸部と凹部とを嵌合することで、集電部品６をより強固に固定することができる。
したがって、第１実施形態に係る固体電池のセル構造が集電部品固定部品を備える場合には、集電部品固定部品と集電部品との略同一の位置に、嵌合できる構造を備えさせることがさらに好ましく、嵌合形状を備えさせることで、集電部品の位置をより安定させることが可能となる。その結果、電池の耐久性や出力低下の抑制に貢献することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態に係る本発明の固体電池のセル構造を、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、固体電池セル１が、絶縁シート１０が内装された電池ケースの収納体２に収納される、固体電池セル収納工程を示す図である。図３（ｂ）は、第２実施形態に係る固体電池３０のセル構造を示す図である。
第２実施形態に係る本発明の固体電池のセル構造を、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、固体電池セル１が、絶縁シート１０が内装された電池ケースの収納体２に収納される、固体電池セル収納工程を示す図である。図３（ｂ）は、第２実施形態に係る固体電池３０のセル構造を示す図である。
図３（ｂ）に示される固体電池３０のセル構造においては、固体電池セル１が、絶縁シート１０が内装された電池ケースの収納体２に収納され、固体電池セル１と電池ケースの収納体２との間のクリアランスには、緩衝材３が配置されている。
また、固体電池セル１から延出している正極および負極のタブ１５にはそれぞれ、正極および負極の集電部品６が接続されており、集電部品６は、正極および負極それぞれの端子８を備えている。電池ケースの収納体２と蓋体５とは接合されて、固体電池セル１は電池ケースの中に密封されている。
第２実施形態に係る本発明の固体電池のセル構造においては、電池ケースの蓋体５は、正極端子を貫通させる正極端子貫通孔と、負極端子を貫通させる負極端子貫通孔とを備える。そして、集電部品６にそれぞれ設けられた正極および負極の端子８は、電池ケースの蓋体５に形成されている正極および負極の端子貫通孔をそれぞれ貫通した状態で、収納体２と蓋体５とが接合されている。
さらに、第２実施形態の固体電池のセル構造においては、正極および負極の端子８が貫通した貫通孔は、固体電池の外側からガスケット１４によりそれぞれ封止され、ガスケット１４を挟んで、ナット１３によって端子８が締結される。
（第２実施形態の固体電池の製造方法）
第２実施形態の固体電池のセル構造においては、固体電池セルに、正極および負極端子を形成するとともに、電池ケースの蓋体に正極および負極端子を貫通させるための貫通孔を形成し、電池ケースの蓋を閉じることで、当該貫通孔から端子を貫通させる。そして、電池ケースの蓋体にて電池ケースを閉じた後に、端子が貫通した貫通孔を、ケースの外側からガスケットによりそれぞれ封止する。
第２実施形態の固体電池のセル構造においては、固体電池セルに、正極および負極端子を形成するとともに、電池ケースの蓋体に正極および負極端子を貫通させるための貫通孔を形成し、電池ケースの蓋を閉じることで、当該貫通孔から端子を貫通させる。そして、電池ケースの蓋体にて電池ケースを閉じた後に、端子が貫通した貫通孔を、ケースの外側からガスケットによりそれぞれ封止する。
｛電池ケース接合工程｝
すなわち、第２実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法における電池ケース接合工程では、正極端子を正極端子貫通孔から貫通させ、負極端子を負極端子貫通孔から貫通させるように、収納体と蓋体とを接合する。
すなわち、第２実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法における電池ケース接合工程では、正極端子を正極端子貫通孔から貫通させ、負極端子を負極端子貫通孔から貫通させるように、収納体と蓋体とを接合する。
｛貫通孔封止工程｝
また、第２実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法においては、電池ケース接合工程の後に、貫通孔封止工程をさらに備えることが好ましい。貫通孔封止工程では、正極端子が貫通した正極端子貫通孔、および負極端子が貫通した負極端子貫通孔のそれぞれを、ガスケットにより封止する。ガスケットにより封止することにより、端子を確実に固定化するとともに、気密性をより高めることができる。
また、第２実施形態に係る本発明の固体電池の製造方法においては、電池ケース接合工程の後に、貫通孔封止工程をさらに備えることが好ましい。貫通孔封止工程では、正極端子が貫通した正極端子貫通孔、および負極端子が貫通した負極端子貫通孔のそれぞれを、ガスケットにより封止する。ガスケットにより封止することにより、端子を確実に固定化するとともに、気密性をより高めることができる。
（ガスケット）
第２実施形態に係る固体電池のセル構造において、貫通孔を封止するために用いられるガスケットとしては、特に限定されるものではないが、樹脂製であることが好ましい。樹脂製のガスケットとすることにより、端子と蓋体の絶縁性が保たれ、気密性が向上する。
第２実施形態に係る固体電池のセル構造において、貫通孔を封止するために用いられるガスケットとしては、特に限定されるものではないが、樹脂製であることが好ましい。樹脂製のガスケットとすることにより、端子と蓋体の絶縁性が保たれ、気密性が向上する。
第２実施形態において用いうるガスケットの材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素系ゴム等のゴムや、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）等の樹脂を挙げることができる。中では、耐熱温度が高く、耐薬品性があり、高密閉性であることから、フッ素系ゴムが好ましい。
（端子の構成）
｛ボルト｝
第２実施形態に係る固体電池のセル構造においては、固体電池セルの集電部品に形成される端子は、ネジ切りされたボルトであることが好ましい。端子をボルトとすることにより、ガスケットを挟んで、蓋体の外側からナットを係合させて、端子を締結させることが可能となる。
｛ボルト｝
第２実施形態に係る固体電池のセル構造においては、固体電池セルの集電部品に形成される端子は、ネジ切りされたボルトであることが好ましい。端子をボルトとすることにより、ガスケットを挟んで、蓋体の外側からナットを係合させて、端子を締結させることが可能となる。
なお、第１実施形態において、端子をボルトとする場合には、正極および負極の両者ともに当該構成とすることが好ましいが、正極、負極のいずれか一方を当該構成としてもよい。
第２実施形態に係る固体電池のセル構造において、端子をボルトとし、ネジにより、ガスケットを挟んでナットと係合することにより、端子を確実に固定化するとともに、気密性をより高めることができる。
｛リベット｝
第２実施形態に係る固体電池のセル構造においては、固体電池セルの集電部品に形成される端子は、リベットとすることもできる。リベットとすることにより、部品点数を削減することができる。
第２実施形態に係る固体電池のセル構造においては、固体電池セルの集電部品に形成される端子は、リベットとすることもできる。リベットとすることにより、部品点数を削減することができる。
＜その他の構成＞
本発明の固体電池のセル構造、および固体電池の製造方法において、上記した以外の構成については、特に限定されるものではない。固体電池の分野において、公知となっている材料、方法等を適用することができる。
本発明の固体電池のセル構造、および固体電池の製造方法において、上記した以外の構成については、特に限定されるものではない。固体電池の分野において、公知となっている材料、方法等を適用することができる。
１ 固体電池セル
２ 収納体
３ 緩衝材
４ａ 正極タブ
４ｂ 負極タブ
５ 蓋体
６ａ 正極集電部品
６ｂ 負極集電部品
７ａ 正極ガスケット
７ｂ 負極ガスケット
８ａ 正極端子
８ｂ 負極端子
９ 集電部品固定部品
１０ 絶縁シート
１１ａ 正極端子係合部材の下端部
１１ｂ 負極端子係合部材の下端部
１２ａ 正極端子係合部材の上端部
１２ｂ 正極端子係合部材の上端部
１３ ナット
１４ ガスケット
１５ タブ
２０、３０ 固体電池
２ 収納体
３ 緩衝材
４ａ 正極タブ
４ｂ 負極タブ
５ 蓋体
６ａ 正極集電部品
６ｂ 負極集電部品
７ａ 正極ガスケット
７ｂ 負極ガスケット
８ａ 正極端子
８ｂ 負極端子
９ 集電部品固定部品
１０ 絶縁シート
１１ａ 正極端子係合部材の下端部
１１ｂ 負極端子係合部材の下端部
１２ａ 正極端子係合部材の上端部
１２ｂ 正極端子係合部材の上端部
１３ ナット
１４ ガスケット
１５ タブ
２０、３０ 固体電池
Claims (22)
- 正極端子および負極端子を備える固体電池のセル構造であって、
固体電池セルと、前記固体電池セルを収納する電池ケースと、緩衝材とを備え、
前記電池ケースは、蓋体と収納体とを備え、
前記緩衝材は、前記固体電池セルと前記電池ケースの前記収納体との間の空隙に均一に配置され、
前記固体電池セルは、正極集電体タブに接続された正極端子係合部材の下端部を備える正極集電部品と、負極集電体タブに接続された負極端子係合部材の下端部を備える負極集電部品とを備え、
前記蓋体は、前記正極端子係合部材の下端部と接続される、正極端子係合部材の上端部と、前記負極端子係合部材の下端部と接続される、負極端子係合部材の上端部とを備え、
前記固体電池セルを収納した前記収納体と、前記蓋体とを接合することにより、前記正極端子係合部材の下端部と前記正極端子係合部材の上端部とが接合されて、正極端子係合部材が形成されるとともに、前記負極端子係合部材の下端部と前記負極端子係合部材の上端部とが接合されて、負極端子係合部材が形成され、
前記正極端子係合部材に前記正極端子が係合され、前記負極端子係合部材に前記負極端子が係合される、固体電池のセル構造。 - 前記正極端子係合部材の下端部の前記正極端子係合部材の上端部との接合面、および前記負極端子係合部材の下端部の前記負極端子係合部材の上端部との接合面には、表面処理が施されている、請求項１に記載の固体電池のセル構造。
- 前記正極端子係合部材の上端部の前記正極端子係合部材の下端部との接合面、および前記負極端子係合部材の上端部の前記負極端子係合部材の下端部との接合面には、表面処理が施されている、請求項１または２に記載の固体電池のセル構造。
- 前記表面処理は、めっき、クロメート処理、およびブラスト加工からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項２または３に記載の固体電池のセル構造。
- 前記蓋体における、前記正極端子係合部材の上端部および／または前記負極端子係合部材の上端部は、ガスケットにより封止されている、請求項１～４いずれかに記載の固体電池のセル構造。
- 前記ガスケットは、樹脂製またはガラス製である、請求項５に記載の固体電池のセル構造。
- 前記正極端子係合部材はナットであり、前記正極端子はボルトである、請求項１～６いずれかに記載の固体電池のセル構造。
- 前記負極端子係合部材はナットであり、前記負極端子はボルトである、請求項１～７いずれかに記載の固体電池のセル構造。
- 前記固体電池セルは、前記正極集電部品と前記負極集電部品とを固定するための集電部品固定部品を備える、請求項１～８いずれかに記載の固体電池のセル構造。
- 正極端子および負極端子を備える固体電池の製造方法であって、
前記固体電池は、固体電池セルと、前記固体電池セルを収納する電池ケースとを備え、
前記電池ケースは、蓋体と収納体とを備え、
前記固体電池セルを前記電池ケースの前記収納体に収納する、固体電池セル収納工程と、
前記固体電池セルと前記電池ケースの前記収納体との間の空隙に、均一に緩衝材を配置する、緩衝材配置工程と、
前記緩衝材が配置された後の前記収納体と前記蓋体とを接合する、電池ケース接合工程と、を備え、
前記固体電池セルは、正極集電体タブに接続された正極端子係合部材の下端部を備える正極集電部品と、負極集電体タブに接続された負極端子係合部材の下端部を備える負極集電部品とを備え、
前記蓋体は、前記正極端子係合部材の下端部と接続される、正極端子係合部材の上端部と、前記負極端子係合部材の下端部と接続される、負極端子係合部材の上端部とを備え、
前記電池ケース接合工程では、前記正極端子係合部材の下端部と前記正極端子係合部材の上端部とを接合して、正極端子係合部材を形成するとともに、前記負極端子係合部材の下端部と前記負極端子係合部材の上端部とを接合して、負極端子係合部材を形成し、
前記正極端子係合部材に前記正極端子を係合するとともに、前記負極端子係合部材に前記負極端子を係合して、前記正極端子および前記負極端子を、前記固体電池セルに締結する、端子締結工程をさらに備える、固体電池の製造方法。 - 前記正極端子係合部材の下端部の前記正極端子係合部材の上端部との接合面、および前記負極端子係合部材の下端部の前記負極端子係合部材の上端部との接合面には、表面処理が施されている、請求項１０に記載の固体電池の製造方法。
- 前記正極端子係合部材の上端部の前記正極端子係合部材の下端部との接合面、および前記負極端子係合部材の上端部の前記負極端子係合部材の下端部との接合面には、表面処理が施されている、請求項１０または１１に記載の固体電池の製造方法。
- 前記表面処理は、めっき、クロメート処理、およびブラスト加工からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１１または１２に記載の固体電池の製造方法。
- 前記蓋体における、前記正極端子係合部材の上端部および／または前記負極端子係合部材の上端部は、ガスケットにより封止されている、請求項１１～１３いずれかに記載の固体電池の製造方法。
- 前記ガスケットは、樹脂製またはガラス製である、請求項１４に記載の固体電池の製造方法。
- 前記正極端子係合部材はナットであり、前記正極端子はボルトである、請求項１０～１５いずれかに記載の固体電池の製造方法。
- 前記負極端子係合部材はナットであり、前記負極端子はボルトである、請求項１０～１６いずれかに記載の固体電池の製造方法。
- 前記固体電池セルは、前記正極集電部品と前記負極集電部品とを固定するための集電部品固定部品を備える、請求項１０～１７いずれかに記載の固体電池の製造方法。
- 前記固体電池セルは、正極集電体タブに接続された前記正極端子を備える正極集電部品と、負極集電体タブに接続された前記負極端子を備える負極集電部品とを備え、
前記蓋体は、前記正極端子を貫通させる正極端子貫通孔と、前記負極端子を貫通させる負極端子貫通孔とを備え、
前記電池ケース接合工程では、前記正極端子を前記正極端子貫通孔から貫通させ、前記負極端子を前記負極端子貫通孔から貫通させるように、前記収納体と前記蓋体とを接合し、
前記正極端子貫通孔および前記負極端子貫通孔のそれぞれを、ガスケットにより封止する、貫通孔封止工程をさらに備える、請求項１０に記載の固体電池の製造方法。 - 前記ガスケットは、樹脂製である、請求項１９に記載の固体電池の製造方法。
- 前記正極端子および前記負極端子は、ボルトであり、前記ガスケットを挟んで、前記蓋体の外側からナットを係合し、前記正極端子および前記負極端子を、前記固体電池セルに締結する、端子締結工程をさらに備える、請求項１９または２０に記載の固体電池の製造方法。
- 前記正極端子および／または前記負極端子は、リベットである、請求項１９または２０に記載の固体電池の製造方法。
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|---|---|
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