JP7343419B2 - 固体電池セル及び固体電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、固体電池セル及び固体電池モジュールに関する。
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。
また、大電流や大電圧を必要とする機器、例えば、ハイブリッド電気自動車等のモータ駆動用に使用する場合には、二次電池モジュールを構成する。二次電池モジュールは、直列に連結された複数の二次電池からなり、複数の二次電池、電極接続部を内蔵する空間部が形成された電池ケース、および、電池ケースに結合されるモジュール構成部材を含む（特許文献２参照）。
また、従来の二次電池モジュールでは、電池セル毎に電池ケースに収容され、液体の電解質の場合に発生するガスを貯留する目的等で、電池セルと電池ケースとの間に空間部が形成されている。電池ケースの外側には、電極接続部に重畳する状態で、バスバー、バスバーを繋ぐ端子等のモジュール構成部材が配置されている。
特開２０００－１０６１５４号公報 特開２００６－２７８３２７号公報
複数の固体電池セルを接続してモジュール化する場合、従来の二次電池モジュールの構成では、各固体電池セルを直列又は並列接続するためにバスバーやバスバーを繋ぐための端子等が固体電池セル毎に必要になる。また、各固体電池は電池ケース等の外装材に収容され区画される。このため、固体電池モジュール全体の重量やサイズが大きくなり、モジュールのエネルギー密度を低減させていた。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、固体電池セルのモジュール化において、エネルギー密度を向上させることができる固体電池セル及びこれを備える固体電池モジュールを提供することを目的とする。
（１）本発明は、正極層と、負極層と、前記正極層及び前記負極層の間に存在する固体電解質層と、を備える積層体と、前記正極層に接続される正極タブと、前記負極層に接続される負極タブと、前記積層体の積層方向の両側から前記積層体を挟持する導電性の一対の挟持板と、を備え、一対の前記挟持板は、一方が前記正極タブに電気的に接続され、他方が前記負極タブに電気的に接続される固体電池セルに関する。
（２） （１）において、一対の前記挟持板のそれぞれは、前記積層体の前記積層方向に直交する面を支持する導電性の支持板と、前記積層体及び前記支持板を前記積層方向に拘束する導電性の拘束部材と、を備え、前記正極タブ及び前記負極タブは前記支持板及び前記拘束部材に電気的に接続される。
（３） （１）又は（２）において、前記正極タブ及び前記負極タブは、前記積層体の前記積層方向に直交する方向における同一の端面に配置される。
（４） （３）において、前記正極タブは平面視で前記積層体の前記積層方向に直交する方向における一方側に配置され、前記負極タブは平面視で前記積層体の前記積層方向に直交する方向における他方側に配置される。
（５） （１）又は（２）において、前記正極タブは前記積層体の前記積層方向に直交する方向における一方側の端面に配置され、前記負極タブは前記一方側の端面とは反対側の端面に配置される。
（６） （５）において、前記正極タブ及び前記負極タブは、それぞれ平面視で前記積層体の前記積層方向に直交する方向の全体に亘って配置される。
（７） また、本発明は、（１）又は（２）に記載の複数の固体電池セルを含む固体電池モジュールであって、複数の前記固体電池セルは、前記積層方向に互いに略平行になるように配置され、前記正極タブ及び前記負極タブは、隣接する前記固体電池セルの前記正極タブ又は前記負極タブに前記挟持板を介して接続される固体電池モジュールに関する。
（８） また、本発明は、（３）又は（４）に記載の複数の固体電池セルを含む固体電池モジュールであって、複数の前記固体電池セルは、前記積層方向に互いに略平行となるように配置され、前記正極タブ及び前記負極タブは、隣接する前記固体電池セルの前記正極タブ又は前記負極タブに前記挟持板を介して接続される固体電池モジュールに関する。
（９） また、本発明は、（５）又は（６）に記載の複数の固体電池セルを含む固体電池モジュールであって、複数の前記固体電池セルは、前記積層方向に互いに略平行となるように配置され、前記正極タブ及び前記負極タブは、隣接する前記固体電池セルの前記正極タブ又は前記負極タブに前記挟持板を介して接続される固体電池モジュールに関する。
（１０） また、本発明は、（７）から（９）のいずれかにおいて、前記積層方向における前記固体電池セルの位置を調整可能な導電性のスペーサを更に含み、前記挟持板は隣接する前記挟持板に前記スペーサを介して接続される。
本発明によれば、固体電池セルのモジュール化において、エネルギー密度を向上させることができる固体電池セル及びこれを備える固体電池モジュールを提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る固体電池セルを示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る固体電池セルを示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る固体電池セルを備える固体電池モジュールを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る固体電池セルを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る固体電池セルを示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る固体電池セルを備える固体電池モジュールを示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る固体電池セルを備える固体電池モジュールの変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
＜第１実施形態の固体電池セル＞
第１実施形態に係る固体電池セル１０について説明する。図１は固体電池セル１０を示す断面図である。図２は固体電池セル１０を示す平面図である。
固体電池セル１０は、積層体１１と、正極タブ１２と、負極タブ１３と、一対の挟持板５１，５２と、を備える。
（積層体）
積層体１１は、正極層（図示省略）と、負極層（図示省略）と、正極層及び負極層の間に存在する固体電解質層（図示省略）とが積層されて構成される。
積層体１１を構成する正極層及び負極層は、特に限定されるものではなく、固体電池の正極又は負極として用いることができるものであればよい。正極層及び負極層は、活物質や固体電解質等を含み、任意に、導電助剤や結着剤等を含んでもよい。
積層体１１を構成する固体電解質層は、必要に応じて結着剤等を含む。本発明では、固体電解質層に含まれる物質は、固体電池の電解質として用いることができるものであれば、特に限定されない。例えば、酸化物系の固体電解質や硫化物系の固体電解質が挙げられる。
また、固体電解質層は、正極層と負極層との間に適切に存在し、正極層と負極層との間のイオン伝導が可能な状態であれば、厚みや形状等は特に限定されるものではない。また、製造方法も特に限定されるものではない。
（正極タブ及び負極タブ）
正極タブ１２及び負極タブ１３は、固体電池の集電の役割を担う部材である。正極タブ１２は、積層体１１の正極層の集電箔に接続される。負極タブ１３は、積層体１１の負極層の集電箔に接続される。
本発明の固体電池を構成する正極タブおよび負極タブは、固体電池に用いられる集電体であれば、その材質や構造等は特に限定されるものではない。本発明においては、例えば、厚さ５～５００μｍ程度の金属箔等を挙げることができる。
図１に示すように、正極タブ１２及び負極タブ１３は、積層体１１の積層方向（以下、積層方向）に対する同一の端面１１１に配置される。積層方向は、図１～図７において両側矢印で示す方向である。
また、図２に示すように、正極タブ１２は平面視で積層体１１の積層方向に直交する方向における一方側（図２では左側）に配置され、負極タブ１３は平面視で積層体１１の積層方向に直交する方向における他方側（図２では右側）に配置される。
図１に示すように、正極タブ１２及び負極タブ１３は、端面１１１から突出するように配置される。具体的には、正極タブ１２は、端面１１１と略直交する方向に延出してから負極タブ１３側に向かって積層方向に延出する。負極タブ１３は、端面１１１と略直交する方向に延出してから正極タブ１２側に向かって積層方向に延出する。
正極タブ１２及び負極タブ１３が積層体１１の同一の端面１１１に配置されるので、端面１１１以外の端面に正極タブ１２及び負極タブ１３を配置するためのスペースが不要になる。これにより、例えば、積層体１１を端面１１２側に延ばすことができ、積層体１１の大きな占有体積を確保できる。よって、固体電池セル１０における積層体１１の占有体積をより大きくでき、固体電池セル１０自体のエネルギー密度を向上させることができる。
（挟持板）
一対の挟持板５１，５２は、積層体１１の積層方向の両側から積層体１１を挟持する導電性の部材である。具体的には、図１に示すように、挟持板５１は積層体１１の正極層側に配置され、正極タブ１２に電気的に接続される。挟持板５２は積層体１１の負極層側に配置され、負極タブ１３に電気的に接続される。
図１に示すように、挟持板５１は支持板１４及び拘束部材１６を備え、挟持板５２は支持板１５及び拘束部材１７を備える。
支持板１４，１５について説明する。支持板１４，１５は、積層体１１の積層方向に直交する面を支持する導電性の板状部材である。支持板１４は、積層体１１の正極層側の面を支持するとともに、正極タブ１２に電気的に接続される。具体的には、支持板１４は積層体１１の正極層側の面の全体に亘って面接触し、正極タブ１２に溶接される。
支持板１５は、積層体１１の負極層側の面を支持するとともに、負極タブ１３に電気的に接続される。具体的には、支持板１５は積層体１１の負極層側の面の全体に亘って面接触し負極タブ１３に溶接される。支持板１４，１５と正極タブ１２、負極タブ１３との接続方法は、互いに導通すれば特に限定されず、例えば、締結することで電気的に接続してもよい。
次に拘束部材１６，１７について説明する。拘束部材１６，１７は、導電性の板状部材であり、ばねの力によって積層体１１に面圧をかける作用を有する。また、拘束部材１６，１７は、積層体１１と支持板１４又は支持板１５と電気的に接続され、端子としても機能する。
拘束部材１６は、積層方向において支持板１４を挟んで積層体１１の反対側に配置される。拘束部材１６は、押圧部１６１と、端子部１６２，１６３とからなる。
押圧部１６１は、支持板１４の積層体１１と接触する面と反対側の面（以下、外側面）に面接触する。押圧部１６１は、支持板１４の外側面に沿って形成され、支持板１４に対して積層方向に面圧をかける。
図１に示すように、端子部１６２は、断面視において端面１１１側の押圧部１６１の端面から正極層と略平行な方向に対して傾斜する方向に延出してから、正極層と略平行であり、かつ、支持板１４から離れる方向（図１では上側）に延出する。端子部１６３は、断面視において端面１１２側の押圧部１６１の端面から正極層と略平行な方向に対して傾斜する方向に延出してから、正極層と略平行であり、かつ、支持板１４から離れる方向（図１では下側）に延出する。
拘束部材１７は、積層方向において支持板１５を挟んで積層体１１の反対側に配置される。拘束部材１７は、押圧部１７１と、端子部１７２，１７３とからなる。
押圧部１７１は、支持板１５の積層体１１と接触する面と反対側の面（以下、外側面）に面接触する。押圧部１７１は、支持板１５の外側面に沿って形成され、支持板１５に対して積層方向に面圧をかける。
図１に示すように、端子部１７２は、断面視において端面１１１側の押圧部１７１の端面から負極層と略平行な方向に対して傾斜する方向に延出してから、負極層と略平行であり、かつ、支持板１５から離れる方向（図１では上側）に延出する。端子部１７３は、断面視において端面１１２側の押圧部１７１の端面から負極層と略平行な方向に対して傾斜する方向に延出してから、負極層と略平行であり、かつ、支持板１５から離れる方向（図１では下側）に延出する。
第１実施形態の固体電池セル１０は、積層方向の両側から積層体１１を挟持し、正極タブ１２又は負極タブ１３に電気的に接続される一対の挟持板５１，５２を備える。これにより、積層体１１の両側に配置される挟持板５１，５２が、それぞれ正極タブ１２又は負極タブ１３と導通して一体化するので、バスバーや端子を用いずに挟持板５１，５２を介して隣接する固体電池セル１０と電気的に接続できる。また、挟持板５１，５２により積層体１１の積層構造が保持されるため、単一の固体電池セル１０を収容する電池ケース等の外装材も不要となる。よって、固体電池モジュール１の軽量化、小型化が可能となり、エネルギー密度の向上を実現できる。
また、挟持板５１，５２の拘束部材１６，１７は、正極層、負極層、固体電解質層、一対の支持板１４，１５を積層方向で挟むように面圧をかけるので、単一の固体電池セル１０に対して初期荷重をかけることができ、接触抵抗を下げ、入出力特性及び耐振動性を向上できる。
さらに、挟持板５１，５２は、積層体１１の積層方向に対して直交する面の全体を支持する支持板１４，１５を介して拘束部材１６，１７による面圧を積層体１１にかけるので、積層体１１に圧力を均等にかけることができる。
＜第１実施形態の固体電池モジュール＞
次に、第１実施形態に係る固体電池セル１０を備える固体電池モジュール１について説明する。図３は、固体電池モジュール１を示す断面図である。
固体電池モジュール１は、複数の固体電池セル１０と、セル収容体２０と、モジュール構成部材３０と、を備える。
セル収容体２０は、複数の固体電池セル１０を収容する容器である。セル収容体２０は、ロワープレート２１と、トップカバー２２と、エンドプレート２３，２４とを有する。
ロワープレート２１は、セル収容体２０の下面を形成する。トップカバー２２は、セル収容体２０の上面を形成し、ロワープレート２１に対して略平行に配置される。また、ロワープレート２１及びトップカバー２２は、固体電池セル１０の端子部１６２，１６３，１７２，１７３等が収容される凹部２１１，２２１を有する。エンドプレート２３，２４は、それぞれロワープレート２１及びトップカバー２２に取り付けられ、固体電池モジュール１の両側面を形成する。ロワープレート２１、トップカバー２２、及びエンドプレート２３，２４により、固体電池セル１０が収容される収容空間２５が形成される。
固体電池モジュール１のセル収容体２０には、複数の固体電池セル１０が収容される。本実施形態では、４つの固体電池セル１０が収容空間２５に収容される。図３に示すように、複数の固体電池セル１０は、積層方向に互いに略平行に配置される。また、複数の固体電池セル１０は、それぞれの積層体１１の端面１１１がトップカバー２２側に位置し、端面１１２がロワープレート２１側に位置するように配置される。
図３に示すように、固体電池セル１０の端子部１６２，１７２の先端は、トップカバー２２の凹部２２１内に配置され、絶縁コート、絶縁フィルム、又はガスケット等によりトップカバー２２に固定される。端子部１６２，１７２の先端は、後述する外部端子３１，３２等のモジュール構成部材３０と接続される。端子部１６３，１７３の先端は、ロワープレート２１の凹部２１１内に配置され、絶縁コート、絶縁フィルム、又はガスケット等によりロワープレート２１に固定される。
固体電池セル１０の拘束部材１６は、隣接する他の固体電池セル１０の拘束部材１７に直接接続される。具体的には、図３に示すように、凹部２２１内で端子部１６２が隣接する固体電池セル１０の端子部１７２に直接溶接されるとともに、凹部２１１内で端子部１６３が隣接する他の固体電池セル１０の端子部１７３に直接溶接される。これにより、固体電池セル１０の正極タブ１２は、挟持板５１，５２を介して隣接する固体電池セル１０の負極タブ１３に電気的に接続される。
固体電池セル１０の拘束部材１７も同様に、隣接する他の固体電池セル１０の拘束部材１６に直接接続される。具体的には、図３に示すように、凹部２２１内で端子部１７２が隣接する固体電池セル１０の端子部１６２に直接溶接されるとともに、凹部２１１内で端子部１６３が隣接する他の固体電池セル１０の端子部１７３に直接溶接される。これにより、固体電池セル１０の負極タブ１３は、挟持板５１，５２を介して隣接する固体電池セル１０の正極タブ１２に電気的に接続される。この構成により、固体電池モジュール１は、各固体電池セル１０が直列に接続される。
（モジュール構成部材）
モジュール構成部材３０は、外部端子３１，３２、電圧検出端子３３，３４，３５を有する。外部端子３１，３２、電圧検出端子３３，３４，３５は、それぞれトップカバー２２の上面から凹部２２１にかけて設けられる。具体的には、外部端子３１，３２、電圧検出端子３３，３４，３５は、その一端部がトップカバー２２の上面に露出し、他端部が凹部２２１内に位置するように設けられる。
外部端子３１，３２は、互いに絶縁された状態でトップカバー２２に配置される。外部端子３１は、凹部２２１内でエンドプレート２３側の端子部１６２と溶接により電気的に接続される。外部端子３２は、凹部２２１内でエンドプレート２４側の端子部１７２と溶接により電気的に接続される。この構成により、外部端子３１を正極側端子とし、外部端子３２を負極側端子とした固体電池モジュール１が形成される。
また、図３に示すように、外部端子３１，３２のそれぞれには、バスバー６０が接続される。バスバー６０によって隣接する固体電池モジュール１間の電気的な接続が可能となる。具体的には、固体電池モジュール１の外部端子３１は、バスバー６０を介して隣接する固体電池モジュール１の外部端子３２に接続できる。また、固体電池モジュール１の外部端子３２は、バスバー６０を介して隣接する固体電池モジュール１の外部端子３１に接続できる。
電圧検出端子３３，３４，３５は、それぞれトップカバー２２の中央部側の凹部２２１内で端子部１６２及び端子部１７２と溶接により電気的に接続される。電圧検出端子３３，３４，３５は、電圧監視用又は均等化回路用の端子として利用できる。
（空隙部）
図３に示すように、隣接した固体電池セル１０の間には、拘束部材１６，１７によって空隙部４０が形成される。
空隙部４０には、セル温度を抑制するための空気や水等の流体、伝熱材、およびヒーター等や、モジュールを機能させるための電気絶縁材もしくは電気伝導材、緩衝材等からなる群から選ばれる少なくとも１種が存在することが好ましい。形成される空隙部４０により、絶縁性とともに放熱性を付与することができる。
｛ヒートシンク｝
また、拘束部材１６，１７には、その空隙部４０側の面にヒートシンクが配置されることが好ましい。ヒートシンクにより、冷却面積を増大させて冷却効率を高めることができ、冷却水等の他の冷却手段を省略することも可能となる。ヒートシンクの構成は特に限定されるものではなく、そのサイズについても、空隙部４０に配置できるものであればよい。
拘束部材１６，１７にヒートシンクを配置する場合には、フィンであることが好ましい。フィンは、電池ケースの表面積を大きくできるため、冷却効率の点で特に好ましい。なお、フィンの材料としては、熱伝導性がよいものであれば、特に限定されるものではない。また、その形状についても、特に限定されるものではない。
ヒートシンクを凹凸形状とする場合には、その形状は特に限定されるものではないが、例えば、波形形状とすることが好ましい。波形形状とする場合には、拘束部材１６，１７にて、均一性の高いばね圧を発生させることが可能となる。波形形状としては、例えば、三角波形状、のこぎり波形状、矩形波形状、正弦波形状等が挙げられる。
本実施形態に係る固体電池モジュール１では、セル収容体２０に収容される複数の固体電池セル１０が積層方向に沿って略平行に配置されることにより、セル収容体２０と各固体電池セル１０との間に形成される隙間が小さく形成される。これにより、収容空間２５における固体電池セル１０の占有面積を大きくできる。また、各固体電池セル１０は、電池ケース等の外装材に収容されておらず、収容空間２５に露出された状態であり、固体電池セル１０自体のエネルギー密度が向上する。さらに、各固体電池セル１０は、バスバーや端子を用いずに正極タブ１２、負極タブ１３、及び挟持板５１，５２を介して隣接する固体電池セル１０と電気的に接続されるので、固体電池モジュール１の体積を小さくできる。よって、固体電池モジュール１の軽量化、小型化が可能となり、エネルギー密度の向上を実現できる。
また、固体電池モジュール１では、集電体となる拘束部材１６，１７の端子部１６２，１７２が上側に延出するように各固体電池セル１０が配置されるので、外部端子３１，３２等との接続が容易になる。
また、固体電池モジュール１では、正極タブ１２及び負極タブ１３が積層体１１の同一の端面１１１に配置されるので、端面１１１以外の端面に正極タブ１２及び負極タブ１３を配置するためのスペースが不要である。これにより、例えば、積層体１１を端面１１２側に延ばすことができ、積層体１１のより大きな占有体積を確保できる。よって、固体電池セル１０における積層体１１の占有体積が大きくすることで、各固体電池セル１０のエネルギー密度を向上させることができる。
また、固体電池モジュール１では、隣接する拘束部材１６，１７の両端部が直接接続するので、電気的な接触面積が増え、高電流を流しても発熱し難くなる。また、拘束部材１６，１７から積層体１１に対して均等に面圧をかけることができる。これにより、固体電池モジュール１の耐久性の向上を実現できる。
＜第２実施形態の固体電池セル＞
次に、第２実施形態に係る固体電池セル１０Ａについて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。図４は固体電池セル１０Ａを示す断面図である。図５は固体電池セル１０Ａを示す平面図である。
固体電池セル１０Ａは、積層体１１と、正極タブ１２Ａと、負極タブ１３Ａと、挟持板５１Ａ，５２Ａと、を備える。第２実施形態の固体電池セル１０Ａは、主として、積層体１１における負極タブ１３Ａの位置において第１実施形態と異なる。
（正極タブ及び負極タブ）
図４に示すように、正極タブ１２Ａは積層体１１の端面１１１に配置され、負極タブ１３Ａは端面１１１とは反対側の端面１１２に配置される。また、図５に示すように、正極タブ１２Ａは、端面１１１における平面視で積層方向に直交する方向の全体に亘って配置される。負極タブ１３Ａも同様に、端面１１２における平面視で積層体１１の積層方向に直交する方向の全体に亘って配置される。
図４に示すように、正極タブ１２Ａは、端面１１１と略直交する方向に延出してから拘束部材１７側に向かって積層方向に延出する。負極タブ１３Ａは、端面１１２と略直交する方向に延出してから拘束部材１６側に向かって積層方向に延出する。
（挟持板）
図４に示すように、挟持板５１Ａは支持板１４Ａ及び拘束部材１６を備え、挟持板５２Ａは、支持板１５Ａ及び拘束部材１７を備える。なお、本実施形態における拘束部材１６，１７は、第１実施形態と同様の構成であるので、その説明を省略する。
支持板１４Ａ，１５Ａは、積層体１１の積層方向に直交する面を支持する導電性の板状部材である。第１実施形態に係る支持板１４，１５と同様に、支持板１４Ａ，１５Ａは、他の固体電池セル１０Ａ等に接続するための端子としても機能する。
支持板１４Ａは、積層体１１の正極層側の面を支持するとともに、正極タブ１２Ａに電気的に接続される。具体的には、支持板１４Ａは積層体１１の正極層側の面の全体に亘って面接触し、正極タブ１２Ａに溶接される。
支持板１５Ａは、積層体１１の負極層側の面を支持するとともに、負極タブ１３Ａに電気的に接続される。具体的には、支持板１５Ａは積層体１１の負極層側の面の全体に亘って面接触し、負極タブ１３Ａに溶接される。支持板１４Ａ，１５Ａと正極タブ１２Ａ、負極タブ１３Ａとの接続方法は、互いに導通すれば特に限定されず、例えば、締結することで電気的に接続してもよい。
本実施形態では、正極タブ１２Ａと負極タブ１３Ａを異なる端面１１１，１１２に別々に設けるので、正極タブ１２Ａ及び負極タブ１３Ａを端面１１１，１１２における積層方向に直交する方向の全体に亘って配置できる。これにより、正極タブ１２Ａ及び負極タブ１３Ａの面積が大きくなるので、固体電池セル１０Ａから電流が取り出しやすくなる。
＜第２実施形態の固体電池モジュール＞
次に、第２実施形態に係る固体電池セル１０Ａを備える固体電池モジュール１Ａについて説明する。図６は、固体電池モジュール１Ａを示す断面図である。
固体電池モジュール１Ａは、複数の固体電池セル１０Ａと、セル収容体２０と、モジュール構成部材３０と、を備える。固体電池モジュール１Ａは、固体電池セル１０ではなく固体電池セル１０Ａを備える点が固体電池モジュール１と主に異なる。
固体電池モジュール１Ａのセル収容体２０には、複数の固体電池セル１０Ａが収容される。本実施形態では、４つの固体電池セル１０Ａが収容空間２５に収容される。図６に示すように、複数の固体電池セル１０Ａは、積層方向に互いに略平行に配置される。また、複数の固体電池セル１０Ａは、それぞれの積層体１１の端面１１１がトップカバー２２側に位置し、端面１１２がロワープレート２１側に位置するように配置される。
固体電池セル１０Ａの拘束部材１６は、隣接する他の固体電池セル１０Ａの拘束部材１７に直接接続される。具体的には、図６に示すように、凹部２２１内で端子部１６２が隣接する固体電池セル１０Ａの端子部１７２に直接溶接されるとともに、凹部２１１内で端子部１６３が隣接する他の固体電池セル１０Ａの端子部１７３に直接溶接される。これにより、固体電池セル１０Ａの正極タブ１２Ａは、隣接する固体電池セル１０Ａの負極タブ１３Ａに挟持板５１Ａ，５２Ａを介して電気的に接続される。
固体電池セル１０Ａの拘束部材１７も同様に、隣接する他の固体電池セル１０Ａの拘束部材１６に直接接続される。具体的には、図６に示すように、凹部２２１内で端子部１７２が隣接する固体電池セル１０Ａの端子部１６２に直接溶接されるとともに、凹部２１１内で端子部１７３が隣接する他の固体電池セル１０Ａの端子部１６３に直接溶接される。これにより、固体電池セル１０Ａの負極タブ１３Ａは、隣接する固体電池セル１０Ａの正極タブ１２Ａに挟持板５１Ａ，５２Ａを介して電気的に接続される。この構成により、固体電池モジュール１Ａは、各固体電池セル１０Ａが直列に接続される。
固体電池モジュール１Ａでは、セル収容体２０に収容される複数の固体電池セル１０Ａが積層方向に沿って略平行に配置されることにより、収容空間２５における固体電池セル１０Ａの占有面積を大きくできる。また、各固体電池セル１０Ａを収容する電池ケース等の外装材、バスバーや端子等がないため、エネルギー密度を向上させることができる。さらに、各固体電池セル１０Ａには、正極タブ１２Ａ及び負極タブ１３Ａがそれぞれ端面１１１、１１２に別々に配置されるので、正極タブ１２Ａ及び負極タブ１３Ａの面積を大きくでき、固体電池セル１０Ａから電流が取り出しやすくなる。
次に、第１実施形態に係る固体電池セル１０を備える固体電池モジュール１Ｂの変形例について説明する。図７は第１実施形態の変形例に係る固体電池モジュール１Ｂを示す断面図である。
固体電池モジュール１Ｂは、複数の固体電池セル１０と、セル収容体２０と、モジュール構成部材３０と、積層方向における固体電池セル１０の位置を調整可能な導電性のスペーサ７０と、を備える。固体電池モジュール１Ｂは、隣接する挟持板５１と挟持板５２の接続部分の構成が固体電池モジュール１と異なる。
図７に示すように、固体電池モジュール１Ｂでは、隣接する端子部１６２と端子部１７２は、直接接続されず、スペーサ７０を介して接続される。また、隣接する端子部１６３と端子部１７３も、直接接続されず、スペーサ７０を介して電気的に接続される。
固体電池モジュール１Ｂでは、スペーサ７０を介して隣接する挟持板５１，５２を接続するので、スペーサ７０のサイズを調整することでセル収容体２０に収容された各固体電池セル１０の積層方向の位置を調整できる。これにより、セル収容体２０に収容された固体電池セル１０の積層方向の寸法にバラツキがある場合であっても、セル収容体２０の寸法を変更せずに各積層体１１にかかる応力のバラツキを抑制できる。
なお、本変形例では第１実施形態に係る固体電池セル１０を備える構成であったが、固体電池セル１０の代わりに第２実施形態に係る固体電池セル１０Ａを備える構成であってもよい。
上記実施形態の固体電池モジュール１，１Ａは、各種の装置に用いることができる。固体電池モジュール１，１Ａは、その体積が小さく、エネルギー密度が大きいこと、また、振動により端子ずれ等も発生しにくいことから、携帯機器はもちろんのこと、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の電源として、好適に用いることができる。
以上、本発明に関する実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態及び変形例に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
上記実施形態及び変形例では、複数の固体電池セル１０，１０Ａが支持板１４，１５，１４Ａ，１５Ａ及び拘束部材１６，１７を備えるが、支持板１４，１５，１４Ａ，１５Ａ又は拘束部材１６，１７を備えない構成としてもよい。また、固体電池モジュール１，１Ａでは、支持板１４，１５，１４Ａ，１５Ａ又は拘束部材１６，１７を備えない複数の固体電池セルを用いて、隣接する固体電池セルの正極タブ及び負極タブを電気的に接続することにより、モジュール化してもよい。
上記実施形態及び変形例では、固体電池モジュール１，１Ａでは、各固体電池セル１０，１０Ａが直列に接続されているが、各固体電池セル１０，１０Ａを並列に接続してもよい。
１、１Ａ 固体電池モジュール
１０、１０Ａ 固体電池セル
１１ 積層体
１２、１２Ａ 正極タブ
１３、１３Ａ 負極タブ
５１、５１Ａ、５２、５２Ａ 挟持板

Claims (10)

  1. 正極層と、負極層と、前記正極層及び前記負極層の間に存在する固体電解質層と、を備える積層体と、
    前記正極層に接続される正極タブと、
    前記負極層に接続される負極タブと、
    前記積層体の積層方向の両側から前記積層体を挟持する導電性の一対の挟持板と、を備え、
    一対の前記挟持板は、一方が前記正極タブに電気的に接続され、他方が前記負極タブに電気的に接続される固体電池セル。
  2. 一対の前記挟持板のそれぞれは、前記積層体の前記積層方向に直交する面を支持する導電性の支持板と、
    前記積層体及び前記支持板を前記積層方向に拘束する導電性の拘束部材と、を備え、
    前記正極タブ及び前記負極タブは前記支持板及び前記拘束部材に電気的に接続される請求項１に記載の固体電池セル。
  3. 前記正極タブ及び前記負極タブは、前記積層体の前記積層方向に直交する方向における同一の端面に配置される請求項１又は２に記載の固体電池セル。
  4. 前記正極タブは平面視で前記積層体の前記積層方向に直交する方向における一方側に配置され、
    前記負極タブは平面視で前記積層体の前記積層方向に直交する方向における他方側に配置される請求項３に記載の固体電池セル。
  5. 前記正極タブは前記積層体の前記積層方向に直交する方向における一方側の端面に配置され、
    前記負極タブは前記一方側の端面とは反対側の端面に配置される請求項１又は２に記載の固体電池セル。
  6. 前記正極タブ及び前記負極タブは、それぞれ平面視で前記積層体の前記積層方向に直交する方向の全体に亘って配置される請求項５に記載の固体電池セル。
  7. 請求項１又は２に記載の複数の固体電池セルを含む固体電池モジュールであって、
    複数の前記固体電池セルは、前記積層方向に互いに略平行になるように配置され、
    前記正極タブ及び前記負極タブは、隣接する前記固体電池セルの前記正極タブ又は前記負極タブに前記挟持板を介して接続される固体電池モジュール。
  8. 請求項３又は４に記載の複数の固体電池セルを含む固体電池モジュールであって、
    複数の前記固体電池セルは、前記積層方向に互いに略平行となるように配置され、
    前記正極タブ及び前記負極タブは、隣接する前記固体電池セルの前記正極タブ又は前記負極タブに前記挟持板を介して接続される固体電池モジュール。
  9. 請求項５又は６に記載の複数の固体電池セルを含む固体電池モジュールであって、
    複数の前記固体電池セルは、前記積層方向に互いに略平行となるように配置され、
    前記正極タブ及び前記負極タブは、隣接する前記固体電池セルの前記正極タブ又は前記負極タブに前記挟持板を介して接続される固体電池モジュール。
  10. 前記積層方向における前記固体電池セルの位置を調整可能な導電性のスペーサを更に含み、
    前記挟持板は、隣接する前記挟持板に前記スペーサを介して接続される請求項７から９のいずれかに記載の固体電池モジュール。
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