JP7378093B2 - 電池および積層電池 - Google Patents

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Description

本開示は、電池および積層電池に関する。
特許文献１には、貫通開口や貫通電極を有するシート状電池が開示されている。
特開２００５－５６７６１号公報
従来技術においては、電池の信頼性および実装性の更なる向上が望まれる。
そこで、本開示は、信頼性および実装性がさらに向上した電池等を提供する。
本開示の一態様における電池は、正極集電体、正極活物質層、固体電解質を含む固体電解質層、負極活物質層、および負極集電体を備え、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記固体電解質層、前記負極活物質層、および前記負極集電体の順に積層された構造を有する。前記電池は、前記構造の積層方向に前記正極集電体、前記正極活物質層、前記固体電解質層、前記負極活物質層、および前記負極集電体を貫通する開口穴を有し、封止部材をさらに備える。前記封止部材は、積層方向に垂直な断面視において、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と、前記開口穴との間に位置する。
また、本開示の一態様における積層電池は、前記電池を複数備える。前記複数の電池は、互いに電気的に直列または並列に接続され、かつ、前記複数の電池の各々の前記開口穴が互いに連通するように積層されている。
本開示によれば、電池等の信頼性および実装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、実施の形態１の変形例７における電池概略構成の例を示す図である。 図９は、実施の形態１の変形例８における電池概略構成の例を示す図である。 図１０は、実施の形態１の変形例９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１における電池形成工程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例を示す図である。 図１３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１４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１５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１６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１７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、正極活物質層、固体電解質を含む固体電解質層、負極活物質層、および負極集電体を備え、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記固体電解質層、前記負極活物質層、および前記負極集電体の順に積層された構造を有する。前記電池は、前記構造の積層方向に前記正極集電体、前記正極活物質層、前記固体電解質層、前記負極活物質層、および前記負極集電体を貫通する開口穴を有し、封止部材をさらに備える。前記封止部材は、積層方向に垂直な断面視において、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と、前記開口穴との間に位置する。前記負極活物質層および前記固体電解質層は、それぞれ、積層方向に交差する積層面を有してもよい。前記封止部材は、前記正極集電体および前記負極集電体と接し、かつ、前記負極活物質層の前記積層面の一部または前記固体電解質層の前記積層面の一部と接してもよい。
これにより、正極活物質層、固体電解質層、および負極活物質層と、前記開口穴との間に、封止部材が形成された電池となる。そのため、ケーブル等を通す必要がある、視認用の空間が必要である、冷却用の空間が必要であるなど、電池の実装時に空間が必要な場合においても、電池に開口穴があることから、電池間および電池と収納ケースとの間など、電池の厚み方向に空間を設ける必要がなく、電池の実装に必要な体積の増加を抑制できる。また、正極活物質層、固体電解質層、および負極活物質層を含む発電要素と、前記開口穴との間に、封止部材が形成されることで、例えば、電池に衝撃が加わった場合に、発電要素が崩壊することを抑制することができる。よって、電池の信頼性および実装性を向上させることができる。
また、例えば、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は、前記開口穴に露出していなくてもよい。
これにより、開口穴に他の電子部品、光学部品、ケーブルなどを挿入する場合に、正極活物質層、固体電解質層、および負極活物質層を含む発電要素が、開口穴に露出しないため、物理的衝撃による発電要素の崩壊を防止することができる。よって、電池の信頼性を向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、前記正極集電体と前記負極集電体との間に挟まれていてもよい。
これにより、負極集電体と正極集電体との間に封止部材が配置される。よって、発電要素の正負極が接触しにくくなり、短絡を抑制することができる。さらに、発電要素の厚みの範囲外に発電に寄与しない封止部材が飛び出すことを抑制することができるので、電池の実装において無駄な空間を減らすことができる。よって、電池の信頼性および実装性を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、開口穴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、前記開口穴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側の開口部および正極集電体側の開口部の少なくとも一方より内側に突出する。よって、開口穴から他の部材または部品が挿入された場合などにおいても、負極集電体または正極集電体に直接外力が作用することを抑制することができ、また、発電要素に外力の影響が及ぶことを緩和することができる。そのため、負極集電体および正極集電体の剥離ならびに発電要素の崩壊が発生することを抑制し、電池の機械的強度を向上させ、電池の信頼性を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、開口穴に外力が加わった場合に、封止部材が変形しても、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することができる。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することができ、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、電池の信頼性を向上させることができる。
また、例えば、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方の前記開口穴側の側面は、前記固体電解質層に覆われており、前記封止部材と接していなくてもよい。
これにより、開口穴側の負極活物質層の側面および正極活物質層の側面が、固体電解質層で覆われる。よって、開口穴側の負極活物質層の側面および正極活物質層の側面が崩落することを抑制して、電池容量を維持することができ、電池の信頼性を向上させることができる。
また、例えば、平面視において、前記負極活物質層の前記積層面の前記一部は、前記固体電解質層よりも、前記開口穴側に位置し、前記封止部材は、前記負極活物質層の前記積層面の前記一部と接していてもよい。
これにより、固体電解質層の開口穴側の側面が、負極活物質層における正極集電体と対向する面上に形成されるため、固体電解質層に被覆されない負極活物質層における正極集電体と対向する面上は、封止部材が形成されるために直接強固に保持される。よって、発電要素の崩壊を抑制し、電池の信頼性を向上させることができる。
また、例えば、前記固体電解質層は、前記積層面を有する第１固体電解質層と、前記第１固体電解質層よりも前記正極活物質層側に位置する第２固体電解質層と、を備え、平面視において、前記第１固体電解質層の前記積層面の前記一部は、前記第２固体電解質層よりも、前記開口穴側に位置し、前記封止部材は、前記第１固体電解質層の前記積層面の前記一部と接していてもよい。
これにより、第２固体電解質層の開口穴側の側面が、第１固体電解質層の面上に形成されるため、封止部材が第１固体電解質層における正極集電体と対向する面上に形成され、第１固体電解質層の側面を確実に封止部材で覆うとともに、第１固体電解質層のうち、第２固体電解質層に対向していない部分も封止部材で保持することができるため、第１固体電解質層の脱落を抑制できる。よって、電池の信頼性を向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、第１材料を含む第１封止部材と、前記第１封止部材よりも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、を備えてもよい。
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、電池の信頼性を向上させることができる。
また、例えば、前記封止部材は、熱硬化性、または、光硬化性を有する、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。
また、例えば、前記電池は、前記開口穴を複数有し、前記開口穴は前記複数の開口穴の一つであってもよい。
これにより、より複雑な形状に実装される場合においても対応できる電池となる。
また、本開示の一態様における積層電池は、複数の電池を備え、前記複数の電池の各々は、前記電池である。前記複数の電池は、互いに電気的に直列または並列に接続され、かつ、前記複数の電池の各々の前記開口穴が互いに連通するように積層されている。
これにより、信頼性が向上した各々の電池における開口穴の積層位置を揃えて連通するように積層電池を構成される。よって、積層電池においても単数の電池と同様に開口穴を活用することができる。よって、積層電池の信頼性および実装性を向上させることができる。
また、前記積層電池は、前記複数の電池の各々の前記開口穴が互いに連通することで形成される連通開口穴の内側表面を被覆する被覆部材をさらに備えてもよい。
これにより、被覆部材が各々の電池の開口穴周囲の正極集電体と負極集電体との間に配置されるため、開口穴での正極集電体と負極集電体との接合強度の強化と、短絡を抑制する構造の効果とにより、積層電池における複数の電池の積層状態を、より強固に維持することができる。
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）
［構成］
図１は、実施の形態１における電池１０００の概略構成を示す図である。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、正極集電体２２０、正極活物質層１２０、固体電解質を含む固体電解質層１３０、負極活物質層１１０、および負極集電体２１０の順に積層された構造を有する。電池１０００は、積層方向に固体電解質を含む固体電解質層１３０、負極活物質層１１０、および負極集電体２１０を貫通する開口穴４４０を有し、封止部材３１０をさらに備える。封止部材３１０は、積層方向に垂直な断面視において、正極活物質層１２０、固体電解質層１３０、および負極活物質層１１０と、開口穴４４０との間に位置する。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。
また、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。実施の形態１における電池１０００は、発電要素１００の内側に電池開口４００を有し、電池開口４００に接する発電要素１００の側面が封止部材３１０に覆われている。電池開口４００は、封止部材３１０および封止部材３１０に囲まれた開口穴４４０を含む。
発電要素１００は、例えば、充電および放電の機能を有する発電部である。発電要素１００は、例えば二次電池である。例えば、発電要素１００は、単電池（セル）であってもよい。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の（ａ）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が、この限りではない。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が、この限りではない。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が、この限りではない。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。
図１の（ｂ）には、発電領域１４０が示されている。発電領域１４０は、発電要素１００のうち発電および蓄電に主に寄与する部分に相当する。また、負極集電体２１０には、負極開口部４１０が形成され、正極集電体２２０には、正極開口部４２０が形成されている。電池１０００の開口穴４４０は、発電領域１４０の内側に位置しており、開口穴４４０は、平面視において、負極開口部４１０および正極開口部４２０と重複する領域である。つまり、開口穴４４０は、負極開口部４１０から正極開口部４２０までが貫通された穴である。開口穴４４０は、平面視での電池１０００の内部を貫通している。
発電領域１４０は、負極活物質層１１０と正極活物質層１２０とが対向する領域である。すなわち、発電領域１４０は、平面視において負極活物質層１１０と正極活物質層１２０とが重複する領域である。平面視において、負極活物質層１１０は負極集電体２１０の負極開口部４１０より退行して外側に形成されており、正極活物質層１２０は正極集電体２２０の正極開口部４２０より退行して外側に形成されているので、発電領域１４０は、発電要素１００の内側を貫通する開口穴４４０を取り囲むように位置している。
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。
平面視において、負極集電体２１０は、負極活物質層１１０よりも大きく設けられている。図１の（ｂ）には、負極集電体２１０の負極開口部４１０外周の少なくとも一部に沿って、負極活物質層１１０が配置されていない領域である第１領域２３０が示されている。実施の形態１では、平面視において、負極活物質層１１０が負極集電体２１０の負極開口部４１０を取り囲むように位置しているので、第１領域２３０は、負極集電体２１０の負極開口部４１０の外側全周に亘って設けられている。具体的には、第１領域２３０の平面視形状は、例えば所定の線幅の矩形環状であり、円形環状であってもよい。
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。
平面視において、正極集電体２２０は、正極活物質層１２０よりも大きく設けられている。図１の（ｂ）には、正極集電体２２０の正極開口部４２０外周の少なくとも一部に沿って、正極活物質層１２０が配置されていない領域である第２領域２４０が示されている。実施の形態１では、平面視において、正極活物質層１２０が正極集電体２２０の正極開口部４２０を取り囲むように位置しているので、第２領域２４０は、正極集電体２２０の開口窓の外側全周に亘って設けられている。具体的には、第２領域２４０の平面視形状は、例えば所定の線幅の矩形環状であり、円形環状などの他の形状であってもよい。
実施の形態１では、負極集電体２１０と正極集電体２２０とが平行平板状に配置されている。具体的には、負極集電体２１０および正極集電体２２０の各々は、厚みが均一の平板であり、互いに平行に配置されている。実施の形態１では、負極集電体２１０と正極集電体２２０との積層方向の間隔は、面方向においてほぼ一定に維持されている。具体的には、封止部材３１０が設けられた平面視での領域である封止領域３２０における負極集電体２１０と正極集電体２２０との積層方向の間隔は、発電領域１４０における負極集電体２１０と正極集電体２２０との積層方向の間隔とほぼ同じである。
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。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。封止部材３１０は、負極開口部４１０および正極開口部４２０の平面視における外周において、負極集電体２１０および正極集電体２２０との間に配置される、発電要素１００を封止するための部材である。封止部材３１０は、発電要素１００の少なくとも一部が外気に触れないように、封止する。
実施の形態１では、図１の（ａ）に示されるように、封止部材３１０は、負極集電体２１０と正極集電体２２０との間に挟まれ、負極集電体２１０と正極集電体２２０とに接する。具体的には、封止部材３１０は、負極活物質層１１０が配置された負極集電体２１０の面のうち、負極活物質層１１０が配置されていない領域である第１領域２３０内で、負極集電体２１０に接している。封止部材３１０は、正極活物質層１２０が配置された正極集電体２２０の面のうち、正極活物質層１２０が配置されていない領域である第２領域２４０内で、正極集電体２２０に接している。つまり、平面視において、封止部材３１０は、第１領域２３０と第２領域２４０とが互いに対向する位置に配置される。なお、封止部材３１０は、負極集電体２１０および正極集電体２２０のいずれか１つと接していなくてもよい。
実施の形態１では、図１の（ａ）に示されるように、封止部材３１０は、発電要素１００に接する。発電要素１００に含まれる正極活物質層１２０、固体電解質層１３０、および負極活物質層１１０は、開口穴４４０に露出していない。なお、封止部材３１０は、負極活物質層１１０と正極活物質層１２０と固体電解質層１３０との少なくとも１つの側面に接してもよい。
例えば、平面視において、図１の（ｂ）に示されるように、封止部材３１０が設けられた領域である封止領域３２０は、発電領域１４０に隣接している。封止領域３２０の平面視形状は、封止部材３１０の平面視形状に一致してもよい。図１の（ｂ）に示されるように、発電要素１００の開口穴４４０の平面視形状が矩形である場合、封止領域３２０は、発電要素１００の開口穴４４０の平面視形状である矩形の一辺に接して位置してもよい。
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。また、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。
開口穴４４０を有する電池１０００の負極集電体２１０と正極集電体２２０との間に封止部材３１０を配置することで、他の電子部品や光学部品を開口穴４４０に挿入する際に、開口穴４４０近傍に衝撃が加わった時の影響が、発電領域１４０に及ぶことを軽減することができる。また、負極活物質層１１０、正極活物質層１２０および固体電解質層１３０の少なくとも１つの側面に接するように封止部材３１０を配置することで、発電要素１００に含まれる負極活物質層１１０、正極活物質層１２０および固体電解質層１３０が崩壊することを抑制することができる。また、負極活物質層１１０および正極活物質層１２０の少なくとも１つの側面に接するように、負極集電体２１０と正極集電体２２０との間に封止部材３１０が配置されることで、発電要素１００の正負極が接触し、短絡することを抑制することができる。これらの効果によって、電池の信頼性を高めることができる。
また、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ので、電池１０００の厚みが増加することを防ぐことができるので、電池の実装において無駄な空間を必要とせず、電池の実装性に関する制約を抑制できる。
［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、実施の形態１における電池１０００と比較して、次の構成が異なる。すなわち、電池１１００では、固体電解質層１３０における開口穴４４０側の側面が負極活物質層１１０における正極集電体２２０と対向する主面上にあり、封止部材３１０が負極活物質層１１０における正極集電体２２０と対向する主面上にも設けられている。平面視において、負極活物質層１１０は、固体電解質層１３０よりも、開口穴４４０側に形成された面を有する。平面視において、負極活物質層１１０の積層面の一部は、固体電解質層１３０よりも、開口穴４４０側に形成されている。封止部材３１０は、負極活物質層１１０の積層面の一部と接している。また、平面視においては、固体電解質層１３０における開口穴４４０側の側面は、負極活物質層１１０における開口穴４４０側の側面よりも外側であり、負極活物質層１１０の内部に位置している。
固体電解質層１３０の側面が負極活物質層１１０における正極集電体２２０と対向する主面上にあることで、固体電解質層１３０および負極活物質層１１０における開口穴４４０側の側面同士が平面視で重なる場合に比べて、固体電解質層１３０における開口穴４４０側の側面が確実に負極活物質層１１０上で保持される。よって、固体電解質層１３０が崩壊することをさらに抑制できる。同時に、固体電解質層１３０に被覆されない負極活物質層１１０における正極集電体２２０と対向する面および負極活物質層１１０における開口穴４４０側の側面は、封止部材３１０で直接強固に保持されるので、発電要素１００が崩壊することをさらに抑制できる。
以上の構成によれば、固体電解質層１３０における開口穴４４０側の側面を負極活物質層１１０における正極集電体２２０側と対向する主面上に形成するとともに、固体電解質層１３０に被覆されない負極活物質層１１０における正極集電体２２０側と対向する面上は、封止部材３１０で直接強固に保持することができる。したがって発電要素１００の崩壊を防ぎ、電池の信頼性を向上させることができる。
＜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、実施の形態１における電池１０００と比較して、次の構成が異なる。すなわち、電池１２００では、固体電解質層として負極活物質層１１０側の第１固体電解質層１３１と正極活物質層１２０側の第２固体電解質層１３２とを備え、封止部材３１０が第１固体電解質層１３１における正極集電体２２０と対向する主面上にも設けられている。平面視において、第１固体電解質層１３１は、第２固体電解質層１３２よりも、開口穴４４０側に形成された面を有する。平面視において、第１固体電解質層１３１の積層面の一部は、第２固体電解質層１３２よりも、開口穴４４０側に形成されている。封止部材３１０は、第１固体電解質層１３１の積層面の一部と接している。また、平面視においては、第１固体電解質層１３１における開口穴４４０側の側面は、負極活物質層１１０における開口穴４４０側の側面と重なる位置にあり、第２固体電解質層１３２における開口穴４４０側の側面は、第１固体電解質層１３１における開口穴４４０側の側面より外側であり、第１固体電解質層１３１の内部に位置している。
封止部材３１０が、第１固体電解質層１３１における正極集電体２２０と対向する主面上にあることで、第１固体電解質層１３１の側面を確実に封止部材３１０で覆うとともに、第１固体電解質層１３１のうち、第２固体電解質層１３２に対向していない部分を強固に保持することができる。よって、第１固体電解質層１３１の脱落を抑制できる。
以上の構成によれば、第１固体電解質層１３１および第２固体電解質層１３２の側面周辺を封止部材３１０で直接強固に保持することができる。したがって発電要素１００の崩壊を防ぎ、電池の信頼性を向上させることができる。
＜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、実施の形態１における電池１０００と比較して、次の構成が異なる。すなわち、電池１３００では、固体電解質層として負極活物質層１１０側の第１固体電解質層１３１と正極活物質層１２０側の第２固体電解質層１３２とを備え、封止部材３１０が第１固体電解質層１３１および第２固体電解質層１３２の間に突出している。つまり、封止部材３１０は、固体電解質層の内側に向けて突出した形状を有する。第１固体電解質層１３１および第２固体電解質層１３２が封止部材３１０の突出部分によって支持されるので、開口穴４４０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１００の破損リスクを小さくすることができ、電池の信頼性を向上させることができる。
なお、第１固体電解質層１３１および第２固体電解質層１３２には、同じ固体電解質材料を用いてもよく、異なる固体電解質材料を用いてもよい。
＜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、実施の形態１における電池１０００と比較して、次の構成が異なる。すなわち、電池１４００では、封止部材３１０が負極開口部４１０および正極開口部４２０の内側に突出している。つまり、封止部材３１０は、開口穴４４０側に突出した形状を有する。封止部材３１０が負極開口部４１０および正極開口部４２０の内側に突出していることにより、負極開口部４１０または正極開口部４２０から他の部材や部品が挿入された際などにおいても、負極集電体２１０または正極集電体２２０に直接外力が作用することを抑制することができる。また、発電要素１００に外力の影響が及ぶことを緩和することができる。これらによって、負極集電体２１０および正極集電体２２０の剥離および発電要素の崩壊が発生することを抑制し、電池の機械的強度を向上させることができる。
＜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、実施の形態１における電池１０００と比較して、次の構成が異なる。すなわち、電池１５００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からなる発電要素１００と、封止部材３１０との間に空間３５０を有している。空間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、空間３５０は、大気圧より減圧されていてもよい。
これにより、電池の信頼性を向上させることができる。具体的には、開口穴４４０に外力が加わった際に、封止部材３１０が変形しても、発電要素１００と封止部材３１０との間に空間３５０を有することによって、発電要素１００が機械的衝撃を受けることを抑制することができる。これによって外力などの機械的衝撃により発電要素１００の崩壊が発生することを抑制することができ、電池の機械的強度を向上させることができる。
さらには、発電要素１００と空間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、ガスの圧力を空間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、実施の形態１における電池１０００と比較して、次の構成が異なる。すなわち、電池１６００では、封止部材３１０が、封止部材３１０の厚みおよび幅より小さい空孔３５２を有している。つまり電池１６００は、封止部材３１０の内部に、空孔３５２を有する。空孔３５２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、空孔３５２は、大気圧より減圧されていてもよい。なお、空孔３５２は、空間の一例である。
これにより、電池の信頼性を向上させることができる。具体的には、開口穴４４０に外力が加わった際に、封止部材３１０の変形の一部を、封止部材３１０に設けた空孔３５２で吸収することができる。これによって外力による機械的衝撃が発電要素１００に伝搬することを軽減することができるので、発電要素１００の崩壊が発生することを抑制し、電池の機械的強度を向上させることができる。
さらには、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孔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７＞
実施の形態１の変形例７について、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態１の変形例７における電池１７００の概略構成を示す図である。具体的には、図８の（ａ）は、電池１７００の概略構成を示す断面図であり、図８の（ｂ）の８Ａ－８Ａ線で示される位置での断面を表している。図８の（ｂ）は、電池１７００の概略構成を示す上面透視図である。図８の（ｂ）では、電池１７００を上方から見た場合における電池１７００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８に示されるように、電池１７００は、実施の形態１における電池１０００と比較して、次の構成が異なる。すなわち、電池１７００では、発電要素１００と封止部材３１０との間に位置する空孔３５４を有する。発電要素１００と、封止部材３１０とが接合し、かつ接合面に空孔３５４を有している。つまり、空孔３５４は、正極活物質層１２０、固体電解質層１３０および負極活物質層１１０の少なくとも１つ、ならびに、封止部材３１０に接している。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、電池の信頼性を向上させることができる。具体的には、発電要素１００を封止部材３１０で支持することにより、発電要素１００の崩壊を抑制しつつ、開口穴４４０に外力が加わった際には、封止部材３１０の変形の一部を、封止部材３１０に設けた空孔３５４で吸収することができる。これによって発電要素１００を支持するとともに、外力による機械的衝撃が発電要素に伝搬することを軽減することができるので、発電要素の崩壊が発生することを抑制し、電池の機械的強度を向上させることができる。
さらには、発電要素１００と空孔３５４が接していることから、充放電などによって発電要素１００からのガスが発生した場合にもガスの圧力を空孔３５４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８＞
実施の形態１の変形例８について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態１の変形例７における電池１８００の概略構成を示す図である。具体的には、図９の（ａ）は、電池１７００の概略構成を示す断面図であり、図９の（ｂ）の９Ａ－９Ａ線で示される位置での断面を表している。図９の（ｂ）は、電池１８００の概略構成を示す上面透視図である。図９の（ｂ）では、電池１８００を上方から見た場合における電池１８００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９に示されるように、電池１８００は、実施の形態１における電池１０００と比較して、次の構成が異なる。すなわち、電池１８００では、固体電解質層１３０が、負極開口部４１０側の負極活物質層１１０の側面、あるいは正極開口部４２０側の正極活物質層１２０の側面を覆うように、平面視において負極活物質層１１０および正極活物質層１２０よりも広範囲に形成されている。
これにより、電池の信頼性を向上させることができる。具体的には、開口穴４４０側の負極活物質層１１０の側面および正極活物質層１２０の側面を確実に固体電解質層１３０で覆うことにより、開口穴４４０側の負極活物質層１１０の側面および正極活物質層１２０の側面が崩落して発電領域１４０の面積が変動することを抑制して電池容量を維持することができる。また、封止部材３１０により固体電解質層１３０を保持することができるので、開口穴４４０に外力が加わった際にも、発電要素１００の崩壊が発生することを抑制し、電池の機械的強度を向上させることができる。
なお、固体電解質層１３０が負極開口部４１０側における負極活物質層１１０の側面、および正極開口部４２０側における正極活物質層の側面を覆う構造はこれまでに述べた電池の形態、例えば電池１３００，１４００，１５００，１６００，１７００の各電池にも適用可能である。
＜変形例９＞
次に、実施の形態１の変形例９について、図１０を用いて説明する。図１０は、実施の形態１の変形例９における電池１９００の概略構成を示す断面図である。具体的には、図１０の（ａ）は、電池１９００の概略構成を示す断面図であり、図１０の（ｂ）の１０Ａ－１０Ａ線で示される位置での断面を表している。図１０の（ｂ）は、電池１９００の概略構成を示す上面透視図である。図１０の（ｂ）では、電池１９００を上方から見た場合における電池１９００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１０に示されるように、電池１９００は、実施の形態１における電池１０００と比較して、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１９００の信頼性をさらに向上させることができる。
［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１１を用いて、上述した変形例８における電池１８００の製造方法を説明する。他の電池１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００および１９００についても同様である。
図１１は、電池１８００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、正極開口部４２０を有する正極集電体２２０上に正極開口部４２０から外側に後退した位置に塗工する。すなわち、正極活物質層１２０を形成する。さらに、正極集電体２２０上に正極開口部４２０から外側に後退して、塗工された正極活物質層１２０の上面および正極開口部４２０側の側面を覆うように、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１３４を形成する。これにより、図１１の（ａ）に示されるような、正極開口部４２０を有する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１１の（ｂ）に示されるように、正極開口部４２０の周辺部、つまり、正極集電体２２０上に正極活物質層１２０および正極側固体電解質層１３４が形成された領域と正極開口部４２０との間の正極集電体２２０上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の厚みは、正極活物質層１２０と正極側固体電解質層１３４と負極活物質層１１０と負極側固体電解質層１３３とが積層された位置での厚みの合計とほぼ同じか、若干厚く塗布することで、電池形成時に封止剤の広がり程度を調整することができる。
また、封止材料を正極集電体２２０上と正極側固体電解質層１３４上とに跨って塗布する場合には、例えば、正極側固体電解質層１３４上に塗布される封止材料の厚みを、正極集電体２２０上に塗布される封止材料の厚みより、正極活物質層１２０と正極側固体電解質層１３４とが積層された位置での厚みの和だけ薄くして、封止材料の塗布表面（すなわち、上面）をほぼ平坦にすることができる。あるいは、正極側固体電解質層１３４上に塗布される封止材料の厚みと、正極集電体２２０上に塗布される封止材料の厚みとを適宜調整することにより、封止材料の塗布表面に段差を設けることもできる。なお、封止材料の塗布表面に段差を設けるための一方法として、封止材料を複数回に分けて塗布してもよい。これらの方法により、電池構成として封止部材３１０の一部が、固体電解質層１３０あるいは開口穴４４０に向かって突出する突出部分になるようにすることができる。固体電解質層１３０あるいは開口穴４４０へ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。
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、負極開口部４１０を有する負極集電体２１０上に負極開口部４１０から外側に後退した位置に塗工する。すなわち、負極活物質層１１０を形成する。さらに、負極集電体２１０上に負極開口部４１０から外側に後退して、塗工された負極活物質層１１０の上面および負極開口部４１０側の側面を覆うように、固体電解質材料を負極集電体２１０上に塗工し、乾燥する。すなわち、負極側固体電解質層１３３を形成する。これにより、負極開口部４１０を有する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１１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、正極開口部４２０と負極開口部４１０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、封止部材３１０を形成した正極板の正極開口部４２０に対向するように、負極板の負極開口部４１０を配置し、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１１の（ｄ）に示されるように、開口穴４４０を有する電池１８００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上に塗布する代わりに、封止材料を負極集電体２１０上に塗布してもよい。
また、負極集電体２１０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２１０と正極集電体２２０との短絡を防止しつつ、開口穴４４０の周辺において負極集電体２１０と正極集電体２２０とを、封止部材３１０によって、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、開口穴４４０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１１に示される電池１８００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の負極開口部４１０あるいは正極集電体２２０の正極開口部４２０の少なくとも一方の外側に、封止部材３１０が形成される。これにより、開口穴４４０の外側の正極集電体２２０と負極集電体２１０との間に封止部材３１０を配置することが可能となり、電池の厚みを増加することなく、開口穴４４０の周囲において負極集電体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。また同時に開口穴４４０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。
なお、封止部材３１０を形成する位置、負極活物質層１１０、正極活物質層１２０および固体電解質層１３０の各々の形成範囲、負極集電体２１０および正極集電体２２０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。
形成した開口穴４４０は、視認窓として用いる他、例えば、電線、光学ケーブルなどを通したり、回路部品やディスプレイの嵌め込みや設置空間、通気経路などに利用したりすることができる。
（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１２から図１７は、電池が複数接続された積層電池の概略構成の各種例を示す断面図である。
図１２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または各変形例における電池を複数積層し、各々の開口穴４４０が連通するように積層し、かつ、電気的に接続してなる積層電池である。
図１２に示される例では、積層電池２０００は、単電池の開口穴４４０の積層位置を揃えて連通するように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。電池２００２、２００４および２００６はそれぞれ、実施の形態１で示した電池の構成を有する。例えば、電池２００２、２００４および２００６はそれぞれ、実施の形態１の変形例５における電池１５００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９における電池１１００から電池１９００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１２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の向きが同じであり、電池２００２の負極集電体２１０と電池２００４の正極集電体２２０とが接合され、電池２００４の負極集電体２１０と電池２００６の正極集電体２２０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は、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。
単電池の開口穴４４０の積層位置を揃えて連通するように積層電池２０００を構成することで、積層電池２０００においても単電池と同様に開口穴４４０を活用することができる。
複数積層された電池において、開口穴は、視認窓としての使用の他、例えば、図１３の模式断面に示される積層電池２１００のように、電線、光学ケーブルなどの貫通部品５０１の通路として活用できる。
さらには、複数積層された電池において、開口穴は、例えば、図１４の模式断面に示される積層電池２２００のように、回路部品およびディスプレイの設置などに用いる配置部品５０２用の空間として活用できる。
さらには、複数積層された電池において、開口穴は、例えば、図１５の模式断面に示される積層電池２３００のように、平面視において所定間隔で点状に開口通路５０３を配置することで、電池冷却媒体の通路としても有効に用いることができる。その場合、積層電池２３００は、例えば、冷却装置５０４により、電池冷却媒体を開口通路５０３内部に送られる。電池冷却媒体は、例えば、気体であってもよいし、液体であってもよい。
図１６に示されるように、積層電池２４００は、さらに、電気絶縁部材３３０を備えてもよい。電気絶縁部材３３０は、電池２００２、２００４および２００６の各々の開口穴４４０が連通することで形成される連通開口穴の内側表面を覆っている。つまり、積層電池２４００は、各々の開口穴４４０が連通することで形成される連通開口穴の内側表面を被覆する電気絶縁部材３３０をさらに備える。これにより、封止部材３１０が各々の電池の開口穴４４０周囲の正極集電体と負極集電体との間に配置されるため、開口穴４４０での正極集電体と負極集電体との接合強度の強化と、短絡を抑制する構造の効果とが相まって、積層電池２４００における複数の電池の積層状態を、より強固に維持することができる。なお、電気絶縁部材３３０は、被覆部材の一例である。
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。実施の形態２においては、単電池の厚さを増加させることなく開口での絶縁性確保と接合性強化ができるので、積層電池においては、各々の電池の厚みが増加しないメリットを一層顕著に発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、積層電池を構成する際に、必要な特性に応じて、例えば図１７に示される積層電池２５００のように、複数の電池を並列接続してもよい。積層電池２５００は、単電池の開口穴４４０の積層位置を揃えて連通するように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。図１７では図１６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の負極集電体２１０と電池２００４の負極集電体２１０とが接合されている。また電池２００４の正極集電体２２０と電池２００６の正極集電体２２０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２５０により接続されている。
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。
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。
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、上記実施の形態においては、電池に形成された開口穴は１つであったが、これに限られず、電池は開口穴を複数有してもよい。
また、例えば、上記実施の形態においては、平面視において、正極集電体は、負極集電体より小さい形状であったが、これに限られず、正極集電体と負極集電体とは同じ面積であり、平面視で重なるように形成されてもよい。
また、例えば、上記実施の形態においては、開口穴の外周は、どの方向においても封止部材で覆われていたが、これに限られず、封止部材で覆われていない方向があってもよい。
本開示の電池は、電子機器、電気器具装置、電気車両などに用いられる電池として、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 第１固体電解質層
１３２ 第２固体電解質層
１３３ 負極側固体電解質層
１３４ 正極側固体電解質層
１４０ 発電領域
２１０ 負極集電体
２２０ 正極集電体
２３０ 第１領域
２４０ 第２領域
２５０ 並列集電体
３１０ 封止部材
３１１ 第１封止部材
３１２ 第２封止部材
３３０ 電気絶縁部材
３４０ 外側封止材
３５０ 空間
３５２、３５４ 空孔
４００ 電池開口
４１０ 負極開口部
４２０ 正極開口部
４４０ 開口穴
５００ 加圧冶具
５０１ 貫通部品
５０２ 配置部品
５０３ 開口通路
５０４ 冷却装置
５１０ 上冶具
５２０ 下冶具
５１０ 上冶具
５２０ 下冶具
１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００ 電池
２０００、２１００、２２００、２３００、２４００、２５００ 積層電池

Claims (17)

  1. 正極集電体、正極活物質層、固体電解質を含む固体電解質層、負極活物質層、および負極集電体を備え、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記固体電解質層、前記負極活物質層、および前記負極集電体の順に積層された構造を有する電池であって、
    前記電池は、
    前記構造の積層方向に、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記固体電解質層、前記負極活物質層、および前記負極集電体を貫通する開口穴を有し、
    封止部材をさらに備え、
    前記負極活物質層および前記固体電解質層は、それぞれ、積層方向に交差する積層面を有し、
    前記封止部材は、積層方向に垂直な断面視において、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と、前記開口穴との間に位置し、
    前記封止部材は、前記正極集電体および前記負極集電体と接し、かつ、前記負極活物質層の前記積層面の一部または前記固体電解質層の前記積層面の一部と接し、
    前記封止部材は、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それぞれと接合し、前記接合した面に空孔を有している、電池。
  2. 前記固体電解質層は、
    前記積層面を有する第１固体電解質層と、
    前記第１固体電解質層よりも前記正極活物質層側に位置する第２固体電解質層と、を備え、
    平面視において、前記第１固体電解質層の前記積層面の前記一部は、前記第２固体電解質層よりも、前記開口穴側に位置し、
    前記封止部材は、前記第１固体電解質層の前記積層面の前記一部と接している、請求項１に記載の電池。
  3. 正極集電体、正極活物質層、固体電解質を含む固体電解質層、負極活物質層、および負極集電体を備え、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記固体電解質層、前記負極活物質層、および前記負極集電体の順に積層された構造を有する電池であって、
    前記電池は、
    前記構造の積層方向に、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記固体電解質層、前記負極活物質層、および前記負極集電体を貫通する開口穴を有し、
    封止部材をさらに備え、
    前記負極活物質層および前記固体電解質層は、それぞれ、積層方向に交差する積層面を有し、
    前記封止部材は、積層方向に垂直な断面視において、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と、前記開口穴との間に位置し、
    前記封止部材は、前記正極集電体および前記負極集電体と接し、かつ、前記負極活物質層の前記積層面の一部または前記固体電解質層の前記積層面の一部と接し、
    前記固体電解質層は、
    前記積層面を有する第１固体電解質層と、
    前記第１固体電解質層よりも前記正極活物質層側に位置する第２固体電解質層と、を備え、
    平面視において、前記第１固体電解質層の前記積層面の前記一部は、前記第２固体電解質層よりも、前記開口穴側に位置し、
    前記封止部材は、前記第１固体電解質層の前記積層面の前記一部と接している、電池。
  4. 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３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は、前記開口穴に露出していない、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、前記正極集電体と前記負極集電体との間に挟まれている、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池。
  7. 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６のいずれか一項に記載の電池。
  8. 前記封止部材は、前記開口穴側に突出した形状を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池。
  9. 平面視において、前記負極活物質層の前記積層面の前記一部は、前記固体電解質層よりも、前記開口穴側に位置し、
    前記封止部材は、前記負極活物質層の前記積層面の前記一部と接している、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、
    第１材料を含む第１封止部材と、
    前記第１封止部材よりも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、を備える、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、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１０のいずれか一項に記載の電池。
  12. 前記封止部材は、樹脂または封止剤を含む、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、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１２のいずれか一項に記載の電池。
  14. 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１３のいずれか一項に記載の電池。
  15. 複数の開口穴を有し、
    前記開口穴は前記複数の開口穴の一つである、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電池。
  16. 複数の電池を備え、
    前記複数の電池の各々は、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電池であり、
    前記複数の電池は、互いに電気的に直列または並列に接続され、かつ、前記複数の電池の各々の前記開口穴が互いに連通するように積層されている、積層電池。
  17. 前記複数の電池の各々の前記開口穴が互いに連通することで形成される連通開口穴の内側表面を被覆する被覆部材をさらに備える、請求項１６に記載の積層電池。
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