JP7336751B2 - 電池 - Google Patents

電池 Download PDF

Info

Publication number
JP7336751B2
JP7336751B2 JP2020562332A JP2020562332A JP7336751B2 JP 7336751 B2 JP7336751 B2 JP 7336751B2 JP 2020562332 A JP2020562332 A JP 2020562332A JP 2020562332 A JP2020562332 A JP 2020562332A JP 7336751 B2 JP7336751 B2 JP 7336751B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
active material
sealing member
current collector
solid electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020562332A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2020136971A1 (ja
Inventor
和義 本田
明生 金山
一裕 森岡
覚 河瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of JPWO2020136971A1 publication Critical patent/JPWO2020136971A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7336751B2 publication Critical patent/JP7336751B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/184—Sealing members characterised by their shape or structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/191—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/193—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/195—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/198—Sealing members characterised by the material characterised by physical properties, e.g. adhesiveness or hardness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Description

本開示は、電池に関する。
特許文献１には、電池要素の周囲に絶縁樹脂を有する電池が開示されている。
特開２００７－２７３３５０号公報
従来技術においては、電池の信頼性の更なる向上が望まれる。
そこで、本開示では、信頼性がさらに向上した電池を提供する。
本開示の一態様における電池は、正極集電体と、前記正極集電体上に接して配置される正極活物質層と、前記正極活物質層を覆うように配置される固体電解質層と、前記固体電解質層上に接して配置される負極活物質層と、前記負極活物質層上に接して配置される負極集電体と、封止部材と、を備える。平面視において前記負極活物質層の面積は、前記固体電解質層の面積よりも大きい。平面視において前記正極集電体および前記負極集電体のそれぞれの面積は、前記負極活物質層の面積よりも大きい。前記封止部材は、平面視において前記固体電解質層の外側に位置し、積層方向に垂直な断面視において、前記正極集電体の一部と前記負極活物質層の一部とに前記積層方向に挟まれる領域、および、前記正極集電体の他の一部と前記負極集電体の一部とに前記積層方向に挟まれる領域に配置される。
本開示によれば、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
図１は、実施の形態１における電池概略構成の例を示す図である。 図２は、実施の形態１の変形例１における電池概略構成の例を示す図である。 図３は、実施の形態１の変形例２における電池概略構成の例を示す図である。 図４は、実施の形態１の変形例３における電池概略構成の例を示す図である。 図５は、実施の形態１の変形例４における電池概略構成の例を示す図である。 図６は、実施の形態１の変形例５における電池概略構成の例を示す図である。 図７は、実施の形態１の変形例６における電池概略構成の例を示す図である。 図８は、比較例の電池概略構成を示す図である。 図９は、実施の形態１における電池形成工程の例を示す図である。 図１０は、実施の形態２における電池概略構成の例を示す図である。 図１１は、実施の形態２における電池概略構成の別の例を示す図である。 図１２は、実施の形態２における電池概略構成の別の例を示す図である。
（本開示の概要）
本開示の一態様における電池は、正極集電体と、前記正極集電体上に接して配置される正極活物質層と、前記正極活物質層を覆うように配置される固体電解質層と、前記固体電解質層上に接して配置される負極活物質層と、前記負極活物質層上に接して配置される負極集電体と、封止部材と、を備える。平面視において前記負極活物質層の面積は、前記固体電解質層の面積よりも大きい。平面視において前記正極集電体および前記負極集電体のそれぞれの面積は、前記負極活物質層の面積よりも大きい。前記封止部材は、平面視において前記固体電解質層の外側に位置し、積層方向に垂直な断面視において、前記正極集電体の一部と前記負極活物質層の一部とに前記積層方向に挟まれる領域、および、前記正極集電体の他の一部と前記負極集電体の一部とに前記積層方向に挟まれる領域に配置される。
これにより、負極活物質層の側面に、固体電解質層が形成されない領域が存在する。負極活物質層の側面の上に固体電解質層が形成された部分は、負極活物質層の側面より内側の積層面の上に固体電解質層が形成された部分に比べて、膜厚や膜密度の不均一に起因した、機械的強度の課題を生じ易い。よって、本開示によれば、負極活物質層の側面の上に固体電解質層が形成されないため、電池が衝撃を受けた場合に正極活物質層の側面の上に固体電解質層が形成された部分と近接することなどによる微小短絡の発生が抑制される。よって、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、前記正極集電体、前記負極活物質層、および前記負極集電体に接して配置されてもよい。
これにより、負極集電体と正極集電体とを封止部材で強固に接合することができる。負極集電体および正極集電体の外周部周辺を封止部材で接合することで、電池の発電要素に含まれる正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層を封止し、発電要素を衝撃や外気から守ることができる。よって、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、前記負極活物質層の積層面の一部に接していてもよい。
これにより、固体電解質層より外側の領域の負極活物質層の積層面上に接して封止部材が配置され、負極活物質層が封止部材により強固に保持さる。そのため、電池に衝撃が加わった場合、および、充放電時に負極活物質層が膨張収縮した場合の、負極活物質層と固体電解質層との剥離を抑制できる。よって、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、平面視において、前記正極集電体および前記負極集電体の少なくとも１つよりも外側に突出した形状を有してもよい。
これにより、封止部材が負極集電体および正極集電体の少なくとも１つの側面より外側に突出する。そのため、外力衝撃が加わった時に負極集電体および正極集電体に直接力が加わるのを回避しやすくなり、衝撃力の一部を封止材料の弾力性で吸収することができるので、電池の破損を抑制することができる。よって、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、例えば、前記電池は、前記正極活物質層、前記固体電解質層、および前記負極活物質層の少なくとも１つと、前記封止部材との間、または、前記封止部材の内部に、空間を有してもよい。
これにより、封止部材は空間を有することから、電池に外力が加わった場合に、封止部材が変形しても、正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層が含まれる発電要素と封止部材との間または封止部材の内部に空間を有することによって、空間が衝撃を緩和し、発電要素が機械的衝撃を受けることを抑制できる。これによって外力などの機械的衝撃により発電要素の崩壊が発生することを抑制でき、電池の機械的強度を向上させることができる。さらに、発電要素と空間が接している場合には、充放電などによって発電要素からガスが発生した場合であっても、ガスの圧力を空間で緩和し、発生したガスによって発電要素の層間剥離が進行することを抑制することができる。よって、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、前記固体電解質層の内側に向けて突出した形状を有してもよい。
これにより、固体電解質層が封止部材の突出部分によって支持されるので、電池に外力が加わった場合においても、固体電解質層の崩落を抑制することができる。このため、発電要素の破損リスクを小さくすることができ、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、前記固体電解質層は、前記負極活物質層側に位置する第１固体電解質層と、前記正極活物質層側に位置する第２固体電解質層と、を有し、前記封止部材は、前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層との間に突出した形状を有してもよい。
これにより、固体電解質層が封止部材の突出部分によって支持されるので、電池に外力が加わった場合においても、固体電解質層の崩落を抑制することができる。このため、発電要素の破損リスクを小さくすることができ、電池の信頼性をさらに向上させることができる。さらに、固体電解質層が２層以上に分かれていることから、封止部材が固体電解質層の間に突出した形状を形成しやすくなり、電池の製造が容易になる。
また、例えば、前記封止部材は、前記負極集電体側に位置し、第１材料を含む第１封止部材と、前記正極集電体側に位置し、前記第１材料とは異なる第２材料を含む第２封止部材と、を有してもよい。
これにより、反応性または機械特性などの観点から、正極側および負極側の封止部材でそれぞれに最も適した封止材料を選ぶことができる。よって、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、絶縁性を有し、かつ、イオン伝導性を有さない材料を含んでもよい。
これにより、封止部材の材料が絶縁性であるため、負極集電体と正極集電体との間の導通を抑制することができる。また、封止部材の材料がイオン伝導性を有さないことで、例えば、封止材料と他の電池部材などとの接触による電池特性の低下を抑制することができる。よって、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、樹脂または封止剤を含んでもよい。
これにより、封止部材が樹脂または封止剤を含むため、電池に外力が加わった場合、または、湿潤雰囲気もしくはガス成分に電池が晒された場合において、封止部材の可とう性、柔軟性またはガスバリア性によって、発電要素に悪影響がおよぶことを抑制することができる。よって、電池の信頼性をさらに向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、およびシルセスキオキサンからなる群より選択される少なくとも１種を含んでもよい。
これにより、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、およびシルセスキオキサンは、初期状態では流動性を有し、その後、例えば、紫外線照射、熱処理などにより流動性を喪失させて、硬化させることができる材料であるため、硬化が容易な材料を用いて封止部材を形成することができる。また、必要に応じて、熱処理または紫外線照射による仮硬化、もしくは、熱処理または紫外線照射による本硬化を行うことにより、製造の各段階においても封止部材の変形を抑制できる。
また、例えば、前記封止部材は、粒子状の金属酸化物材料を含んでもよい。
これにより、例えば、電池形状の維持力、絶縁性、熱伝導性、防湿性などの封止部材の特性を、より向上させることができる。
以下、本開示の実施の形態が、図面を参照しながら説明される。
なお、以下で説明される実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
また、本明細書において、平行などの要素間の関係性を示す用語、および、矩形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
また、本明細書および図面において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、ｚ軸方向を電池の厚み方向としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、各層が積層された面に垂直な方向のことである。
また、本明細書において「平面視」とは、電池における積層方向に沿って電池を見た場合を意味し、本明細書における「厚み」とは、電池および各層の積層方向の長さである。また、本明細書における「積層面」とは、電池における積層方向に沿って電池を見た場合の面である。すなわち、「積層面」とは、積層方向に交差する面である。例えば、積層面は、積層方向に実質的に垂直な面である。また、本明細書における「側面」とは、電池における積層方向と垂直な方向から電池を見た場合の面である。すなわち、「側面」とは、積層方向に垂直な方向と交差する面である。例えば、側面は、積層方向に実質的に平行な面である。
また、本明細書において「内側」および「外側」などにおける「内」および「外」とは、電池における積層方向に沿って電池を見た場合における内、外のことである。
また、本明細書において、電池の構成における「上」および「下」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）および下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」および「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における電池１０００の概略構成を示す断面図である。具体的には、図１の（ａ）は、電池１０００の概略構成を示す断面図であり、図１の（ｂ）の１Ａ－１Ａ線で示される位置での断面を表している。図１の（ｂ）は、電池１０００の概略構成を示す上面透視図である。図１の（ｂ）では、電池１０００を上方から見た場合における電池１０００の各構成要素の平面視形状を実線または破線で表している。
図１に示されるように、実施の形態１における電池１０００は、発電要素１００と、負極集電体２１０と、正極集電体２２０と、封止部材３１０と、を備える。詳しくは、電池１０００は、正極集電体２２０と、正極集電体２２０上に接して配置される正極活物質層１２０と、正極活物質層１２０を覆うように配置される固体電解質層１３０と、固体電解質層１３０上に接して配置される負極活物質層１１０と、負極活物質層１１０上に接して配置される負極集電体２１０と、封止部材３１０と、を備えている。
平面視において負極活物質層１１０の面積は、固体電解質層１３０の面積よりも大きい。平面視において正極集電体２２０および負極集電体２１０のそれぞれの面積は、負極活物質層１１０の面積よりも大きい。封止部材３１０は、平面視で固体電解質層１３０の外側に位置し、積層方向に垂直な断面視において、正極集電体２２０の一部と負極活物質層１１０の一部とに積層方向に挟まれる領域、および、正極集電体２２０の他の一部と負極集電体２１０の他の一部とに積層方向に挟まれる領域に配置されている。なお、本開示において、「積層方向に垂直な断面視」とは、図１の（ａ）のように、積層方向に平行な断面を積層方向に垂直な方向から見たものである。
さらに、封止部材３１０は、正極集電体２２０、負極活物質層１１０、および負極集電体２１０に接して配置されている。さらに、封止部材３１０は、負極活物質層１１０の積層面に接している。なお、平面視において封止部材３１０の一部が固体電解質層１３０の内側に配置されてもよい。
発電要素１００は、負極集電体２１０と正極集電体２２０との間に配置されている。発電要素１００は、図１に示されるように、負極活物質層１１０と、正極活物質層１２０とを含む。発電要素１００は、さらに固体電解質層１３０を含む。負極活物質層１１０と、固体電解質層１３０と、正極活物質層１２０とは、電池１０００の厚み方向（ｚ軸方向）に沿って、負極集電体２１０側からこの順で積層されている。
負極活物質層１１０は、例えば、電極材料として負極活物質を含む。負極活物質層１１０は、正極活物質層１２０に対向して配置されている。
負極活物質層１１０に含有される負極活物質としては、例えば、グラファイト、金属リチウムなどの負極活物質が用いられうる。負極活物質の材料としては、リチウム（Ｌｉ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのイオンを離脱および挿入することができる各種材料が用いられうる。
また、負極活物質層１１０の含有材料としては、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質が用いられてもよい。無機系固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質などが用いられうる。硫化物固体電解質としては、例えば、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）および五硫化二リン（Ｐ２Ｓ５）の混合物が用いられうる。また、負極活物質層１１０の含有材料としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンファイバーなどの導電材、または、例えばポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどが用いられてもよい。他のバインダーの例としては、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン－ブタジエン－スチレン共重合体（ＳＢＳ）、スチレン－エチレン－ブタジエン－スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）、エチレン－プロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル－ブタジエンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムおよびウレタンゴムなどの合成ゴム、ポリビニリデンフロライド－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコールならびに塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）などが挙げられる。
負極活物質層１１０は、例えば、負極活物質層１１０の含有材料を溶媒と共に練り込んだペースト状の塗料を、負極集電体２１０の面上に塗工乾燥することにより、作製されうる。負極活物質層１１０の密度を高めるために、乾燥後に、負極活物質層１１０および負極集電体２１０を含む負極板をプレスしておいてもよい。負極活物質層１１０の厚みは、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下であるが、これに限らない。
正極活物質層１２０は、例えば活物質などの正極材料を含む層である。正極材料は、負極材料の対極を構成する材料である。正極活物質層１２０は、例えば、正極活物質を含む。
正極活物質層１２０に含有される正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム複合酸化物（ＬＣＯ）、ニッケル酸リチウム複合酸化物（ＬＮＯ）、マンガン酸リチウム複合酸化物（ＬＭＯ）、リチウム‐マンガン‐ニッケル複合酸化物（ＬＭＮＯ）、リチウム‐マンガン‐コバルト複合酸化物（ＬＭＣＯ）、リチウム‐ニッケル‐コバルト複合酸化物（ＬＮＣＯ）、リチウム‐ニッケル‐マンガン‐コバルト複合酸化物（ＬＮＭＣＯ）などの正極活物質が用いられうる。
正極活物質の材料としては、リチウムまたはマグネシウムなどのイオンを離脱および挿入することができる各種材料が用いられうる。
また、正極活物質層１２０の含有材料としては、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質が用いられてもよい。無機系固体電解質としては、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質などが用いられうる。硫化物固体電解質としては、例えば、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）および五硫化二リン（Ｐ２Ｓ５）の混合物が用いられうる。正極活物質の表面は、固体電解質でコートされていてもよい。また、正極活物質層１２０の含有材料としては、例えばアセチレンブラックなどの導電材料、または、例えばポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどが用いられてもよい。導電材料およびバインダーとしては、上述の負極活物質層１１０に用いられる材料として挙げられた材料が用いられてもよい。
正極活物質層１２０は、例えば、正極活物質層１２０の含有材料を溶媒と共に練り込んだペースト状の塗料を、正極集電体２２０の面上に塗工乾燥することにより、作製されうる。正極活物質層１２０の密度を高めるために、乾燥後に、正極活物質層１２０および正極集電体２２０を含む正極板をプレスしておいてもよい。正極活物質層１２０の厚みは、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下であるが、これに限らない。
固体電解質層１３０は、負極活物質層１１０と正極活物質層１２０との間に配置される。固体電解質層１３０は、負極活物質層１１０および正極活物質層１２０の各々に接する。固体電解質層１３０は、電解質材料を含む層である。電解質材料としては、一般に公知の電池用の電解質が用いられうる。固体電解質層１３０の厚みは、５μｍ以上３００μｍ以下であってもよく、または、５μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
固体電解質層１３０は固体電解質を含んでいてもよい。発電要素１００を備える電池１０００は、例えば、全固体電池であってもよい。
固体電解質層１３０は主として負極活物質層１１０を覆う負極側固体電解質層１３１と、主として正極活物質層１２０を覆う正極側固体電解質層１３２からなる。負極側固体電解質層１３１と正極側固体電解質層１３２が一体化して形成されたものを固体電解質層１３０とし用いてもよい。負極側固体電解質層１３１と正極側固体電解質層１３２を一体形成する場合には、本実施の形態における負極側固体電解質層１３１と正極側固体電解質層１３２とが、固体電解質層１３０に平行な、任意の内部平面にて接合されているものとする。
固体電解質としては、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質が用いられうる。無機系固体電解質としては、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質またはハロゲン化物固体電解質などが用いられうる。硫化物固体電解質としては、例えば、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）および五硫化二リン（Ｐ２Ｓ５）の混合物が用いられうる。なお、固体電解質層１３０は、電解質材料に加えて、例えばポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどを含有してもよい。バインダーとしては、上述の負極活物質層１１０に用いられる材料として挙げられた材料が用いられてもよい。
実施の形態１では、負極活物質層１１０、正極活物質層１２０および固体電解質層１３０は平行平板状に維持されている。これにより、湾曲による割れまたは崩落の発生を抑制することができる。なお、負極活物質層１１０、正極活物質層１２０および固体電解質層１３０を合わせて滑らかに湾曲させてもよい。
負極集電体２１０と正極集電体２２０とはそれぞれ、導電性を有する部材である。負極集電体２１０と正極集電体２２０とはそれぞれ、例えば、導電性を有する薄膜であってもよい。負極集電体２１０と正極集電体２２０とを構成する材料としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属が用いられうる。
負極集電体２１０は、負極活物質層１１０に接して配置される。負極集電体としては、例えば、ＳＵＳ箔、Ｃｕ箔などの金属箔が用いられうる。負極集電体２１０の厚みは、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下であるが、これに限らない。なお、負極集電体２１０は、負極活物質層１１０に接する部分に、例えば、導電性材料を含む層である集電体層を備えてもよい。
正極集電体２２０は、正極活物質層１２０に接して配置される。正極集電体２２０としては、例えば、ＳＵＳ箔、Ａｌ箔などの金属箔が用いられうる。正極集電体２２０の厚みは、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下であるが、これに限らない。なお、正極集電体２２０は、正極活物質層１２０に接する部分に、例えば、導電性材料を含む層である集電体層を備えてもよい。
封止部材３１０は、負極集電体２１０と正極集電体２２０との間に配置される。また、封止部材３１０は、発電要素１００の側面に接して配置される。つまり、封止部材３１０は、発電要素１００を完全に覆うように配置される。封止部材３１０は、例えば、電気絶縁材料を用いて形成されている。封止部材３１０は、負極集電体２１０と正極集電体２２０との間隔を維持するスペーサとして機能する。
例えば、封止部材３１０は、第１材料を含む部材である。封止部材３１０は、例えば、第１材料を主成分として含む部材であってもよい。封止部材３１０は、例えば、第１材料のみからなる部材であってもよい。
第１材料としては、例えば封止剤などの一般に公知の電池の封止部材の材料が用いられうる。封止剤としては、セラミック系封止剤、樹脂系封止剤などが挙げられる。なお、第１材料は、絶縁性であり、かつ、イオン伝導性を有さない材料を含んでもよい。第１材料としては、例えば、樹脂材料を含んでもよい。また、例えば、第１材料は、熱硬化性樹脂、紫外線などの光硬化性樹脂およびホットメルト樹脂（熱可塑性樹脂）のいずれかを含んでもよい。例えば、第１材料は、熱硬化性、または、光硬化性を有する、エポキシ樹脂とアクリル樹脂とポリイミド樹脂とシルセスキオキサンとのうちの少なくとも１種を含んでもよい。
封止部材３１０は、粒子状の金属酸化物材料を含んでもよい。金属酸化物材料としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化鉄、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、ゼオライト、ガラスなどが用いられうる。例えば、封止部材３１０は、金属酸化物材料からなる複数の粒子が分散された樹脂材料を用いて形成されていてもよい。
金属酸化物材料の粒子サイズは、負極集電体２１０と正極集電体２２０との間隔以下であればよい。金属酸化物材料の粒子形状は、正円状（球状）、楕円球状、棒状などであってもよい。
平面視において、負極活物質層１１０の形成領域は、負極集電体２１０および正極集電体２２０のそれぞれの形成領域よりも、小さく形成され、負極集電体２１０および正極集電体２２０の形成領域の内部に位置する。平面視において、固体電解質層１３０の形成領域は、負極集電体２１０、正極集電体２２０および負極活物質層１１０の形成領域いずれよりも、小さく形成され、負極集電体２１０、正極集電体２２０および負極活物質層１１０の形成領域の内部に位置する。
更に、平面視において、正極活物質層１２０の形成領域は、固体電解質層１３０の形成領域よりも、小さく形成され、固体電解質層１３０の形成領域の内部に位置する。平面視において、負極集電体２１０と正極集電体２２０とは、同じ位置に形成される。よって、負極活物質層１１０の外周部周辺における、固体電解質層１３０が接合されない領域に対向した位置に正極集電体２２０の一部が配置される。また、負極集電体２１０の外周部周辺における、負極活物質層１１０が接合されない領域と対向した位置に正極集電体２２０の他の一部が配置される。
以上の構成により、平面視において、負極活物質層１１０の形成領域を負極集電体２１０の形成領域よりも小さく形成することで、負極活物質層１１０より外側の領域の負極集電体２１０面上に封止部材３１０を接して配置することができる。これにより、負極活物質層１１０を衝撃や外気から守ることができる。さらに、平面視において、負極活物質層１１０の形成領域を負極集電体２１０よりも小さく形成することで、封止部材３１０を負極活物質層１１０の側面にも接して配置することもできる。これにより負極活物質層１１０を封止部材３１０で支持することができるので、負極活物質層１１０の側面が崩壊することを抑制することができる。
また、平面視において、固体電解質層１３０の形成領域を負極活物質層１１０の形成領域より小さく形成することで、固体電解質層１３０より外側の領域の負極活物質層１１０の主面上（すなわち積層面）の一部に接して封止部材３１０を配置することができる。これにより、負極活物質層１１０の端部付近を側面および主面（すなわち積層面）の両方から支持することができるので、負極活物質層１１０の端面が崩壊することを一層抑制することができる。
また、平面視において、正極活物質層１２０の形成領域を固体電解質層１３０の形成領域より小さく形成することで、正極集電体２２０と接する面以外の正極活物質層１２０における側面および積層面の全面を固体電解質層１３０で覆い、負極活物質層１１０に対向して、固体電解質層１３０を介して接合することができる。これにより電池の容量を正極活物質層１２０の面積で正確に設計して、電池の容量精度を高めることができる。また、正極活物質層１２０全体を均一に電気化学反応させることができるので、電池の長期信頼性を高めることができる。
負極活物質層１１０の外周部周辺における、固体電解質層１３０が接合されない領域に対向して正極集電体２２０の一部を配置することで、負極活物質層１１０の主面（すなわち積層面）の一部および正極集電体２２０の主面（すなわち積層面）の一部の両方に接して封止部材３１０を配置することができる。また、負極集電体２１０の外周部周辺における、負極活物質層１１０が接合されない領域に対向して正極集電体２２０の他の一部を配置することで、互いに対向する負極集電体２１０の主面の一部と、正極集電体２２０の主面の他の一部との両方に封止部材３１０を接して配置することができる。これによって、負極集電体２１０と正極集電体２２０とを封止部材３１０で強固に接合することができる。負極集電体２１０および正極集電体２２０の外周部周辺を全域にわたって封止部材３１０で強固に接合することで、電池の発電要素１００を封止し、発電要素１００を衝撃や外気から守ることができる。
図８は、比較例の電池概略構成を示す図であり、比較例として示される図８の電池１７００ように、正極集電体２２０と対向する負極活物質層１１０の主面（すなわち積層面）がすべて固体電解質層１３０に覆われている場合には、平面視において正極集電体２２０と負極集電体２１０との間に、封止部材３１０のみが存在する部分、および固体電解質層１３０のみが存在する部分が生じ得る。その場合、電池１７００に衝撃が加わった場合および、充放電時に負極活物質層１１０が膨張収縮する場合、負極集電体２１０と固体電解質層１３０との間に力が加わり、負極集電体２１０と固体電解質層１３０との接合が不十分になりやすく、封止構造の劣化につながる。
上記に対して図１の実施の形態１における電池１０００のように、平面視における固体電解質層１３０の形成領域を負極活物質層１１０より小さく形成すれば、固体電解質層１３０より外側の領域の負極活物質層１１０の積層面上に接して封止部材３１０を配置することができる。これにより、負極活物質層１１０が封止部材３１０により強固に保持され、電池に衝撃が加わった場合、および、充放電時に負極活物質層１１０が膨張収縮した場合の固体電解質層１３０の剥離を抑制できるので、電池の信頼性を高めることができる。
また、比較例の図８の電池１７００のように、正極集電体２２０と対向する負極活物質層１１０の主面がすべて固体電解質層１３０に覆われている場合には、負極活物質層１１０の側面の上に固体電解質層１３０が形成された部分と正極活物質層１２０の側面の上に固体電解質層１３０が形成された部分とが近接して対向し得る。負極活物質層１１０の側面の上に固体電解質層１３０が形成された部分、および、正極活物質層１２０の側面の上に固体電解質層１３０が形成された部分は、負極活物質層１１０の側面より内側の主面（すなわち積層面）の上に固体電解質層１３０が形成された部分、および、正極活物質層１２０の側面より内側の主面（すなわち積層面）の上に固体電解質層１３０が形成された部分に比べて、膜厚や膜密度の不均一に起因した、機械的強度の課題を生じ易い。そのため、正極側および負極側の両方に、こうした部分が近接して存在すると、電池１７００が衝撃を受けた場合に微小短絡を発生しやすくなる。
図１の実施の形態１における電池１０００のように、平面視における固体電解質層１３０の形成領域を負極活物質層１１０の形成領域より小さく形成することで、負極活物質層１１０の側面の上に固体電解質層１３０が形成されないため、電池の信頼性を高めることができる。
［変形例］
以下では、実施の形態１の複数の変形例について説明する。なお、以下の複数の変形例の説明において、実施の形態１との相違点または変形例間での相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
＜変形例１＞
まず、実施の形態１の変形例１について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１の変形例１における電池１１００の概略構成を示す図である。具体的には、図２の（ａ）は、電池１１００の概略構成を示す断面図であり、図２の（ｂ）の２Ａ－２Ａ線で示される位置での断面を表している。図２の（ｂ）は、電池１１００の概略構成を示す上面透視図である。図２の（ｂ）では、電池１１００を上方から見た場合における電池１１００の各構成要素の平面視形状を実線または破線で表している。
図２に示されるように、電池１１００は、負極活物質層１１０側の負極側固体電解質層１３１と正極活物質層１２０側の正極側固体電解質層１３２の間に封止部材３１０が突出している。これによって、固体電解質層１３０を更に強固に保持することができるので電池の信頼性を更に向上することができる。
＜変形例２＞
実施の形態１の変形例２について、図３を用いて説明する。図３は、実施の形態１の変形例２における電池１２００の概略構成を示す図である。具体的には、図３の（ａ）は、電池１２００の概略構成を示す断面図であり、図３の（ｂ）の３Ａ－３Ａ線で示される位置での断面を表している。図３の（ｂ）は、電池１２００の概略構成を示す上面透視図である。図３の（ｂ）では、電池１２００を上方から見た場合における電池１２００の各構成要素の平面視形状を実線または破線で表している。
図３に示されるように電池１２００は、封止部材３１０と固体電解質層１３０との間に空隙３５０が存在している。空隙３５０の一部は、負極活物質層１１０の一部とも接している。空隙３５０は、気体で満たされている。満たされている気体としては、例えば空気であるが、アルゴンなどの希ガスまたは窒素などであってもよい。また、空隙３５０は、大気圧より減圧されていてもよい。なお、空隙３５０は、空間の一例である。
空隙３５０によって、電池１２００側面方向から外力衝撃が加わった時、および、充放電時に負極活物質層１１０ならびに正極活物質層１２０が膨張収縮した時の変形に起因した応力の一部を逃がすことができるので、電池の信頼性を更に向上することができる。
さらに、発電要素１００と空隙３５０とが接していることから、充放電などによって発電要素１００からガスが発生した場合にも、ガスの圧力を空隙３５０で緩和し、発生したガスによって発電要素１００の層間剥離が進行することを抑制することができる。
＜変形例３＞
実施の形態１の変形例３について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１の変形例３における電池１３００の概略構成を示す図である。具体的には、図４の（ａ）は、電池１３００の概略構成を示す断面図であり、図４の（ｂ）の４Ａ－４Ａ線で示される位置での断面を表している。図４の（ｂ）は、電池１３００の概略構成を示す上面透視図である。図４の（ｂ）では、電池１３００を上方から見た場合における電池１３００の各構成要素の平面視形状を実線または破線で表している。
図４に示されるように、電池１３００は、封止部材３１０の一部が固体電解質層１３０に接合し、封止部材３１０と固体電解質層１３０および負極活物質層１１０との間に位置する空隙３５２を有する。空隙３５２は、封止部材３１０と固体電解質層１３０または封止部材と負極活物質層１１０とに囲まれた空間である。空隙３５２は、気体で満たされている。満たされている気体としては、例えば空気であるが、アルゴンなどの希ガスまたは窒素などであってもよい。また、空隙３５２は、大気圧より減圧されていてもよい。
これによって、封止部材３１０が固体電解質層１３０の崩落を防ぎつつ、電池１４００が衝撃を受けた時の発電要素１００に対するダメージを空隙３５２によって軽減することができるので、衝撃に対する電池の信頼性を高めることができる。
さらに、充放電などによって発電要素１００からのガスが発生した場合にもガスの圧力を空隙３５２で緩和し、発生したガスによって発電要素１００の層間剥離が進行することを抑制することができる。
＜変形例４＞
実施の形態１の変形例４について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態１の変形例４における電池１４００の概略構成を示す図である。具体的には、図５の（ａ）は、電池１４００の概略構成を示す断面図であり、図５の（ｂ）の５Ａ－５Ａ線で示される位置での断面を表している。図５の（ｂ）は、電池１４００の概略構成を示す上面透視図である。図５の（ｂ）では、電池１４００を上方から見た場合における電池１４００の各構成要素の平面視形状を実線または破線で表している。
図５に示されるように、電池１４００は、封止部材３１０が発電要素の厚みおよび幅より小さな径の、微小な空孔３５４を有していている。つまり電池１４００は、封止部材３１０の内部に、空孔３５４を有する。空孔３５４は、封止部材３１０の内部に独立した空孔であり、封止部材３１０に完全に囲まれている。空孔３５４は、気体で満たされている。満たされている気体としては、例えば空気であるが、アルゴンなどの希ガスまたは窒素などであってもよい。また、空孔３５４は、大気圧より減圧されていてもよい。なお、空孔３５４は、空間の一例である。
これにより、封止部材３１０中の空孔３５４の変形によって、電池１４００が衝撃を受けた時の発電要素１００に対するダメージを軽減することができるので、衝撃に対する電池の信頼性を高めることができる。
＜変形例５＞
実施の形態１の変形例５について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態１の変形例５における電池１５００の概略構成を示す図である。具体的には、図６の（ａ）は、電池１５００の概略構成を示す断面図であり、図６の（ｂ）の６Ａ－６Ａ線で示される位置での断面を表している。図６の（ｂ）は、電池１５００の概略構成を示す上面透視図である。図６の（ｂ）では、電池１５００を上方から見た場合における電池１５００の各構成要素の平面視形状を実線または破線で表している。
図６に示されるように、電池１５００は、封止部材３１０が負極集電体２１０および正極集電体２２０の側面より外側に突出していている。これによって、外力衝撃が加わった時に負極集電体２１０および正極集電体２２０に直接力が加わるのを回避しやすくなり、衝撃力の一部を封止部材３１０の弾力性で吸収することができるので、電池の破損を抑制することができる。
＜変形例６＞
実施の形態１の変形例６について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態１の変形例６における電池１６００の概略構成を示す図である。具体的には、図７の（ａ）は、電池１６００の概略構成を示す断面図であり、図７の（ｂ）の７Ａ－７Ａ線で示される位置での断面を表している。図７の（ｂ）は、電池１６００の概略構成を示す上面透視図である。図７の（ｂ）では、電池１６００を上方から見た場合における電池１６００の各構成要素の平面視形状を実線または破線で表している。
図７に示されるように、電池１６００は、封止部材３１０の代わりに、第１封止部材３１１と、第２封止部材３１２とを有する。第１封止部材３１１は、負極集電体２１０に近い側に位置し、第１材料を含む。第２封止部材３１２は、第１封止部材３１１よりも正極集電体２２０に近い側に位置し、第２材料を含む。第２材料は、第１材料とは異なる材料である。第２材料は、例えば、絶縁性であり、かつ、イオン伝導性を有さない材料である。第２材料は、樹脂または封止剤を含んでもよい。第２材料は、例えば、第１材料として利用可能な複数の材料から選択された、第１封止部材３１１に含まれる材料とは異なる材料であってもよい。例えば、第２材料は、熱硬化性、または、光硬化性を有するエポキシ樹脂とアクリル樹脂とポリイミド樹脂とシルセスキオキサンとのうち、第１封止部材３１１に含まれない材料であってもよい。第２材料は、粒子状の金属酸化物材料を含んでもよい。
第１封止部材３１１と、第２封止部材３１２とを有する構成によれば、反応性または機械特性などの観点から、正極側および負極側それぞれの封止部材に最も適した材料を選ぶことができる。これにより、電池１６００の信頼性をさらに向上することができる。
［電池の製造方法］
続いて、実施の形態１および各変形例における電池の製造方法の一例を説明する。以下では、図９を用いて、上述した変形例３における電池１３００の製造方法を説明する。他の電池１０００、１１００、１２００、１４００、１５００および１６００についても同様である。
図９は、電池１３００の製造方法の一例を示す断面図である。
まず、正極材料を溶媒と共に練り込んだペースト状の塗料を準備する。この塗料を、正極集電体２２０上に塗工する。すなわち、正極活物質層１２０を形成する。さらに、塗工された正極活物質層１２０全体を覆うように、固体電解質材料を溶媒と共に練りこんだペースト状の塗料を正極集電体２２０上に塗工し、乾燥する。すなわち、正極側固体電解質層１３２を形成する。これにより、図９の（ａ）に示されるような、正極板が作製される。なお、正極材料と固体電解質材料とは、溶剤を含まない材料で準備されてもよい。
次に、図９の（ｂ）に示されるように、正極側固体電解質層１３２の周辺部に封止材料を塗布する。すなわち、封止部材３１０を形成する。封止部材３１０の厚みを、正極活物質層１２０と正極側固体電解質層１３２と負極活物質層１１０と負極側固体電解質層１３１との厚みを鑑みて適宜調節することで、電池形成時に封止材料の広がり程度を調整することができる。形成する封止部材３１０の厚みを調整することにより、電池構成時に封止部材３１０の一部が、固体電解質層１３０の内部あるいは電池の外側に向かって突出する突出部分になるようにすることもできる。固体電解質層１３０あるいは固体電解質層１３０の突出部分を形成するための方法は、これらの限りではない。
また、封止部材３１０の形成位置と正極側固体電解質層１３２との間に微小な空間を設けることで、接合後の封止部材３１０と発電要素１００との間に微小な空隙３５２を形成することができる。
さらに、封止材料を塗布した後に、熱処理または紫外線照射などを行うことができる。これにより、封止材料に熱硬化性材料または光硬化性材料が含まれる場合には、塗料の流動性を残したまま増粘させて、塗料の硬化を進めることができる。このような増粘および硬化を用いることで、封止部材３１０の変形を制御できる。
次に、負極材料を溶媒と共に練り込んだペースト状の塗料を準備する。この塗料を負極集電体２１０上に、正極側固体電解質層１３２よりも広範囲に塗工する。すなわち、負極活物質層１１０を形成する。さらに、塗工された負極活物質層１１０よりも狭い範囲、例えば正極側固体電解質層１３２と同面積となるように、固体電解質材料を負極活物質層１１０上に塗工し、乾燥する。すなわち、負極側固体電解質層１３１を形成する。これにより、負極板が作製される。なお、負極材料についても、溶剤を含まない材料で準備されてもよい。
次に、図９の（ｃ）に示されるように、上冶具５１０と下冶具５２０とを備える加圧冶具５００を用いて、正極側固体電解質層１３２と負極側固体電解質層１３１との位置を合わせて負極板と正極板とを圧着する。具体的には、上冶具５１０と下冶具５２０とで負極板と正極板とを挟み込んで圧着する。
この際、例えば加圧冶具を加温しておき、封止部材中に熱により気体が発生する発泡源を混ぜておくことで、接合後の封止部材３１０中に微小な空孔３５４を多数得ることができる。
これにより、図９の（ｄ）に示されるように、電池１３００が製造される。
なお、例えば、封止材料に熱硬化性材料または光硬化性材料が含まれる場合には、熱処理または紫外線照射などにより、封止部材３１０を本硬化させてもよい。これにより、封止状態をより強固にすることができる。
また、封止材料を正極集電体２２０の上に塗布する代わりに、封止材料を負極集電体２１０上と負極活物質層１１０上とに塗布してもよい。
また、負極集電体２１０および負極活物質層１１０と、正極集電体２２０との両方に封止材料をそれぞれ塗布してもよい。つまり負極板と正極板との各々に封止部材３１０の一部を形成してから、負極板と正極板とを貼り合わせてもよい。これにより、一度に形成する封止部材３１０の量が減るので、封止部材３１０をより高速に形成することができる。また、負極板と封止部材３１０との接合および正極板と封止部材３１０との接合を確実にすることで、封止部材３１０を介した負極板と正極板との接合をより強固にすることができる。また、封止部材３１０の突起が低くなるので、工程途中の負極板または正極板を容易に巻き取ることができる。また、負極板および正極板にそれぞれ第１材料および第２材料を用いることで、負極板と正極板とにそれぞれ最適な異なる封止材料を選択することもできる。
以上のような工程を経て、負極板と正極板とを圧着することにより、負極集電体と正極集電体を封止部材３１０によって、負極集電体と正極集電体の短絡を防止しつつ強固に接着することができる。また、封止部材３１０に含まれる第１材料として、固体電解質材料に比べて耐衝撃性、絶縁性などの特性に優れた材料を用いることにより、電池に衝撃が加わった時の耐衝撃性を向上することができる。
以上のように、図９に示される電池１３００の製造方法では、正極板と負極板とが貼り合わされる前に、封止部材３１０を事前に形成する工程を包含する。これにより、負極集電体２１０と正極集電体２２０との間に封止部材３１０を配置することが可能となり、電池１３００の厚みを増加することなく、負極集電体２１０と正極集電体２２０とが直接接触することに起因する短絡のリスクを、大幅に小さくすることができる。また同時に、発電要素１００外周部周辺での正極板と負極板の接合強度を強化することができる。さらに、負極活物質層１１０上にも封止部材３１０が形成されるため、負極活物質層１１０が封止部材３１０により強固に保持され、充放電時に負極活物質層１１０が膨張収縮したときの固体電解質層１３０の剥離を抑制できる。
なお、封止部材３１０を形成する位置、負極活物質層１１０と正極活物質層１２０と固体電解質層１３０との各々の形状、負極集電体２１０と正極集電体２２０との大きさなどが調整されてもよい。これにより、実施の形態１および各変形例において示された電池のそれぞれが、作製されうる。また、複数の電池の積層を行うことで、後述する実施の形態２において示す積層電池のそれぞれが、作製されうる。
（実施の形態２）
以下では、実施の形態２について説明する。なお、以下の説明において、上述の実施の形態１および各変形例との相違点を中心に説明し、共通点の説明を適宜、省略または簡略化する。
図１０は、実施の形態２における積層電池２０００の概略構成を示す断面図である。実施の形態２における積層電池２０００は、上述の実施の形態１における電池１０００を複数積層し、かつ、電気的に接続してなる積層電池である。
図１０に示される例では、積層電池２０００は、３つの電池２００２、２００４および２００６をこの順で積層した構成を有する。例えば、電池２００２、２００４および２００６はそれぞれ、実施の形態１における電池１０００と同じ構成を有する。例えば、電池２００２、２００４および２００６の少なくとも１つは、実施の形態１における電池１０００であってもよく、実施の形態１の変形例１から変形例６における電池１１００から電池１６００の少なくとも１つであってもよい。
積層電池２０００においては、所定の電池（例えば、単電池）の負極集電体２１０と、別の電池（例えば、単電池）の正極集電体２２０とを接合することで、複数の電池を直列積層することができる。具体的には、図１０に示されるように、電池２００２、２００４および２００６は、それぞれ正負極の上下が同じであり、電池２００２の正極集電体２２０と電池２００４の負極集電体２１０とが接合され、電池２００４の正極集電体２２０と電池２００６の負極集電体２１０とが接合されて、電池２００２、２００４および２００６は直列に接続されている。負極集電体２１０と正極集電体２２０との接合は、直接接合されてもよく、導電性接着剤または溶接法などにより接合されてもよい。予め一体となった負極集電体２１０と正極集電体２２０を用いることもできる。積層電池２０００の外周に外側封止材３４０が形成されることで、積層電池２０００全体の封止を行い、電池の信頼性を更に高めることができる。
なお、積層電池が備える電池の数は、３以上であってもよく、２つのみであってもよい。積層される電池の数を調整することで、所望の電池特性を得ることができる。
また、図１１に示されるように、積層電池２１００は、拘束加圧上冶具５５２、拘束加圧下冶具５５１を用いて積層電池２１００を両側から拘束加圧しつつ、負極集電プレート５７１および正極集電プレート５７２から充放電を行うことができる。
また、積層電池を構成する際に、必要な特性に応じて、例えば図１２に示される積層電池２２００のように、複数の電池を並列接続してもよい。図１２では図１０と比べて電池２００４の積層される方向が逆になっており、電池２００２の正極集電体２２０と電池２００４の正極集電体２２０とが接合されている。また電池２００４の負極集電体２１０と電池２００６の負極集電体２１０とが接合されている。複数の同極集電体はそれぞれ並列集電体２３０により接続されている。
また、積層電池に含まれる電池は、並列接続された２以上の電池と直列接続された２以上の電池とが混在してもよい。これにより、限られた体積で高電池容量の積層電池を実現できる。直列、並列、またはそれらの混在については公知の技術による複数の単電池セル間における集電体の接続方法の変更によって容易に実現することができる。
以上の構成によれば、複数の単電池を直列に積層することにより、高電圧を得ることができる。したがって、直列型であり、かつ、短絡リスクの小さい積層電池を実現できる。すなわち、集電体同士の接触による短絡リスクが小さく、かつ、直列積層のバイポーラ構造の積層電池を形成することができる。また、複数の単電池を並列に積層することにより、高電池容量の積層電池を得ることができる。したがって、並列型であり、かつ、短絡リスクの小さい積層電池を実現できる。すなわち、集電体同士の接触による短絡リスクが小さく、かつ、並列積層の構造の積層電池を形成することができる。
なお、積層電池は、封止ケースに内包されてもよい。封止ケースとしては、例えば、ラミネート袋、金属缶、樹脂ケースなどの封止ケースが用いられうる。封止ケースを用いることで、発電要素が水分によって劣化することを抑制することができる。
（他の実施の形態）
以上、１つまたは複数の態様における電池について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
例えば、上記実施の形態では、正極側固体電解質層と負極側固体電解質層とは、平面視で同じ面積であり、重なる位置に形成されていたが、これに限られず、正極側固体電解質層および負極側固体電解質層のいずれかの平面視での面積が大きく、固体電解質層同士が接していない面に封止部材が形成されていてもよい。
また、上記実施の形態では、正極集電体は、積層面および側面の全面を固体電解質層で覆われていたが、これに限られず、積層面側のみを覆われる形状であり、側面は封止部材と接していてもよい。
本開示の電池は、電子機器、電気器具装置、電気車両などの電池として、利用されうる。
１００ 発電要素
１１０ 負極活物質層
１２０ 正極活物質層
１３０ 固体電解質層
１３１ 負極側固体電解質層
１３２ 正極側固体電解質層
２１０ 負極集電体
２２０ 正極集電体
３１０ 封止部材
３１１ 第１封止部材
３１２ 第２封止部材
３４０ 外側封止材
３５０、３５２ 空隙
３５４ 空孔
５００ 加圧冶具
５１０ 上冶具
５２０ 下冶具
５５１ 拘束加圧下冶具
５５２ 拘束加圧上冶具
５７１ 負極集電プレート
５７２ 正極集電プレート
１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００ 電池
２０００、２１００、２２００ 積層電池

Claims (13)

  1. 正極集電体と、
    前記正極集電体上に接して配置される正極活物質層と、
    前記正極活物質層の側面および積層面を覆うように配置される固体電解質層と、
    前記固体電解質層上に接して配置される負極活物質層と、
    前記負極活物質層上に接して配置される負極集電体と、
    封止部材と、を備え、
    平面視において前記負極活物質層の面積は、前記固体電解質層の面積よりも大きく、
    平面視において前記正極集電体および前記負極集電体のそれぞれの面積は、前記負極活物質層の面積よりも大きく、
    前記封止部材は、平面視において前記固体電解質層の外側に位置し、積層方向に垂直な断面視において、前記正極集電体の一部と前記負極活物質層の一部とに前記積層方向に挟まれる領域、および、前記正極集電体の他の一部と前記負極集電体の一部とに前記積層方向に挟まれる領域に配置され、
    前記負極活物質層の側面は、当該側面上に前記固体電解質層が形成されない領域を有する、電池。
  2. 前記封止部材は、前記正極集電体、前記負極活物質層、および前記負極集電体に接して配置される、請求項１に記載の電池。
  3. 前記封止部材は、前記負極活物質層の積層面の一部に接している、請求項１または２に記載の電池。
  4. 前記封止部材は、平面視において、前記正極集電体および前記負極集電体の少なくとも１つよりも外側に突出した形状を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池。
  5. 前記正極活物質層、前記固体電解質層、および前記負極活物質層の少なくとも１つと、前記封止部材との間、または、前記封止部材の内部に、空間を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池。
  6. 前記封止部材は、前記固体電解質層の内側に向けて突出した形状を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池。
  7. 前記固体電解質層は、
    前記負極活物質層側に位置する第１固体電解質層と、
    前記正極活物質層側に位置する第２固体電解質層と、を有し、
    前記封止部材は、前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層との間に突出した形状を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池。
  8. 前記封止部材は、
    前記負極集電体側に位置し、第１材料を含む第１封止部材と、
    前記正極集電体側に位置し、前記第１材料とは異なる第２材料を含む第２封止部材と、を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池。
  9. 前記封止部材は、絶縁性を有し、かつ、イオン伝導性を有さない材料を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池。
  10. 前記封止部材は、樹脂または封止剤を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の電池。
  11. 前記封止部材は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、およびシルセスキオキサンからなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池。
  12. 前記封止部材は、粒子状の金属酸化物材料を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池。
  13. 前記封止部材は、前記固体電解質層の側面に接合しており、
    前記電池は、前記封止部材と前記固体電解質層の側面とに囲まれた空間を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池。
JP2020562332A 2018-12-27 2019-08-05 電池 Active JP7336751B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018246099 2018-12-27
JP2018246099 2018-12-27
PCT/JP2019/030686 WO2020136971A1 (ja) 2018-12-27 2019-08-05 電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020136971A1 JPWO2020136971A1 (ja) 2021-11-11
JP7336751B2 true JP7336751B2 (ja) 2023-09-01

Family

ID=71127892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020562332A Active JP7336751B2 (ja) 2018-12-27 2019-08-05 電池

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210288348A1 (ja)
JP (1) JP7336751B2 (ja)
WO (1) WO2020136971A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7468233B2 (ja) * 2020-07-31 2024-04-16 株式会社豊田自動織機 蓄電モジュール
CN116888803A (zh) * 2021-02-19 2023-10-13 松下知识产权经营株式会社 电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002260739A (ja) 2001-03-05 2002-09-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池およびその製造法
JP2003092092A (ja) 2001-09-18 2003-03-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池とその製法
JP2007273349A (ja) 2006-03-31 2007-10-18 Toyota Motor Corp 積層型電池およびその製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0652866A (ja) * 1992-07-28 1994-02-25 Yuasa Corp 薄形電池及びその製造方法
CN107305965B (zh) * 2016-04-25 2022-03-29 松下知识产权经营株式会社 电池和电池制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002260739A (ja) 2001-03-05 2002-09-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池およびその製造法
JP2003092092A (ja) 2001-09-18 2003-03-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池とその製法
JP2007273349A (ja) 2006-03-31 2007-10-18 Toyota Motor Corp 積層型電池およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020136971A1 (ja) 2020-07-02
JPWO2020136971A1 (ja) 2021-11-11
US20210288348A1 (en) 2021-09-16
CN112840495A (zh) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7199033B2 (ja) 電池
JP7489649B2 (ja) 電池
JPWO2011089965A1 (ja) シート状二次電池及びその製造方法
JP7262018B2 (ja) 電池および積層電池
JP7066719B2 (ja) 電極シート製造方法、全固体電池および全固体電池製造方法
JP2015079719A (ja) 全固体電池
JP2017117672A (ja) 全固体蓄電デバイスおよびその製造方法
JP7336751B2 (ja) 電池
WO2021009959A1 (ja) 電池
JP7378093B2 (ja) 電池および積層電池
JP7357275B2 (ja) 電池および積層電池
CN112514106A (zh) 固体电池用正极、固体电池用正极的制造方法、及固体电池
JP2020095852A (ja) 全固体電池
JP5343663B2 (ja) 双極型二次電池の製造方法および製造装置
CN114982032A (zh) 电池
JP4055640B2 (ja) バイポーラ電池、バイポーラ電池の製造方法、組電池および車両
CN112840495B (zh) 电池
US12125971B2 (en) Battery and laminated battery
JP2010238425A (ja) 電池の製造方法および製造装置
WO2024202138A1 (ja) 電池および電池の製造方法
WO2022172613A1 (ja) 電池、電池システムおよび電池の製造方法
JP2020098696A (ja) 全固体電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220627

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230405

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230808

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7336751

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151