JP7435091B2

JP7435091B2 - 固体電池

Info

Publication number: JP7435091B2
Application number: JP2020046721A
Authority: JP
Inventors: 有生池田; 泰正小熊; 和誠野本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: JP2021150073A

Description

本願は固体電池を開示する。

特許文献１には、ラミネートフィルムによって構成された外装体の内部に、バイポーラ型二次電池要素（バイポーラ電極体）を収容してなるバイポーラ型二次電池モジュールが開示されている。特許文献１においては、バイポーラ型二次電池要素と外装体との間に高引張応力部材を配置することで、剛性とともに端部の絶縁を確保している。

特許文献２には、バイポーラ電池の被覆層に、電池内部で発生する熱を外部に放熱可能な放熱材を添加する技術が開示されている。特許文献２においては、被覆層をケーシング（筐体）として機能させている。

特開２００８－１４０６３３号公報特開２００８－１８６５９５号公報

バイポーラ電池は、一般的なモノポーラ電池と比較して、タブと接続している集電体の数が少ない。仮にタブに大電流が流れ、タブが発熱した場合、モノポーラ電池においては、タブと接続している集電体側へとタブの放熱が進むと考えられるが（図３Ａ参照）、バイポーラ電池においては、タブと接続している集電体の数が少ないことから、タブの放熱が進み難く（図３Ｂ参照）、タブに接するシール部が溶けて開放してしまう虞がある。

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
外装体と、
前記外装体に設けられたシール部と、
前記外装体の前記シール部の内側に収容されたバイポーラ電極体と、
前記バイポーラ電極体から前記シール部を通って前記外装体の外に突出するタブと、
前記外装体の内部に設けられた熱伝導部と、
を備え、
前記熱伝導部は、絶縁性を有し、樹脂と該樹脂よりも熱伝導性が高い熱伝導材料とを含むとともに、前記バイポーラ電極体と前記タブとに接する、
固体電池を開示する。

本開示の固体電池においては、タブに大電流が流れてタブが発熱した場合でも、熱伝導部を介してバイポーラ電極体側へとタブの放熱が進むことから、タブに接するシール部が溶けて開放することを抑制できる。

固体電池の構成の一例を説明するための概略図である。（Ａ）はタブを含む固体電池の断面構成の一部を概略的に示している。（Ｂ）はバイポーラ電極体の一部のみを抜き出して、その断面構成を概略的に示している。固体電池の構成の他の例を説明するための概略図である。（Ａ）がタブの突出位置を変更した例、（Ｂ）及び（Ｃ）が集電体に他の部材を取り付けて、集電体及び／又は他の部材によってタブを構成した例である。タブの放熱について説明するための概略図である。（Ａ）がモノポーラ構造の場合、（Ｂ）及び（Ｃ）がバイポーラ構造の場合である。

図１に一実施形態に係る固体電池１００の構成を概略的に示す。図１に示されるように、固体電池１００は、外装体１０と、外装体１０に設けられたシール部２０と、外装体１０のシール部２０の内側に収容されたバイポーラ電極体３０と、バイポーラ電極体３０からシール部２０を通って外装体１０の外に突出するタブ４０と、外装体１０の内部に設けられた熱伝導部５０と、を備える。固体電池１００において、熱伝導部５０は、絶縁性を有し、樹脂と該樹脂よりも熱伝導性が高い熱伝導材料とを含むとともに、バイポーラ電極体３０とタブ４０とに接する。

１．外装体
外装体１０はシール部２０を備えるものであればよい。例えば、外装体１０は、ラミネートフィルムや缶ケース等から構成されてもよい。外装体１０がラミネートフィルムから構成される場合、固体電池の薄型化や軽量化を図ることができる。また、ラミネートフィルムは形状の自由度が高いため、固体電池の拘束圧を高めた場合等に、バイポーラ電極体３０に拘束圧を高効率で伝達することができる。ラミネートフィルムは、箔状の金属と樹脂シートとを備え得る。ラミネートフィルムは、例えば、ヒートシール層として機能し得る無延伸ポリプロピレンフィルムの表面に、アルミニウム箔又はアルミニウム蒸着層といった金属層と、ナイロンからなる保護層と、を貼り合わせた三層構造を有していてもよい。このような三層構造を有するラミネートフィルムは、耐熱性、シール強度、耐衝撃性等に優れる。ラミネートフィルムは、ヒートシール層として、熱融着可能なポリエチレン等のポリオレフィン樹脂や、エチレンビニルアセテート、各種アイオノマー樹脂、その他の樹脂を採用してもよい。また、ラミネートフィルムは、金属層として、ニッケルやステンレス鋼、銅、チタン、鉄等を採用してもよい。さらに、ラミネートフィルムは、保護層として、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンエーテル及びこれらの変性体等を採用してもよい。或いは、ラミネートフィルムは、ヒートシール層と金属層との二層構造であってもよいし、付加的に他の層が備えられていてもよい。一方、缶ケースは、例えば、電池を収容し得る一般的な金属製缶ケースであってもよい。外装体１０はこのようなラミネートフィルム或いは缶ケース等をシール部２０でシールして構成されたものであればよい。外装体１０をラミネートフィルムで構成する場合、１枚のラミネートフィルムを袋型に成形し、当該袋内にバイポーラ電極３０を配置したうえで少なくとも一部にシール部２０を設けたものであってもよいし、２枚のラミネートフィルム間にバイポーラ電極３０を配置して全周を溶着してシール部２０としたものであってもよい。

２．シール部
シール部２０は、例えば、上述したように、ラミネートフィルムをヒートシールすることで形成され得る。或いは、シール部２０は、缶ケースの絶縁シール部であってもよい。シール部２０は外装体１０の少なくとも一部に設けられていればよい。シール部２０のシール幅は特に限定されるものではなく、適切にシール可能な幅であればよい。固体電池１００においては、バイポーラ電極体３０から外装体１０の外へと突出するタブ４０が、シール部２０を通っていればよい。

図１に示される形態においては、シール部２０よりも内側の空間に関し、タブ４０（内部タブ４０ｂ）が存在する空間の断面形状が三角形状である形態を示したが、当該空間の断面形状は三角形状に限定されるものではない。

３．バイポーラ電極体
バイポーラ電極体３０は外装体１０のシール部２０の内側に収容される。バイポーラ電極体３０は、従来のバイポーラ電極体と同様の構成を有していてもよい。以下、バイポーラ電極体の構成の一例について説明する。

図１及び２に示されるように、バイポーラ電極体３０は複数の層が積層されてなる。具体的には、バイポーラ電極体３０は、積層方向一端面を構成する第１集電体３１と、積層方向他端面を構成する第２集電体３２と、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に配置された少なくとも一つのバイポーラ集電体３３と、第１集電体３１及び第２集電体３２の間においてバイポーラ集電体３３を介して電気的に直列に接続された複数の発電要素３４とを備えていてもよい。

３．１第１集電体
第１集電体３１は、バイポーラ電極体３０の積層方向一端面を構成する。第１集電体３１は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。取扱い性等に優れる観点からは、第１集電体３１を金属箔としてもよい。第１集電体３１は複数枚の金属箔からなっていてもよい。第１集電体３１を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、ステンレス鋼等が挙げられる。第１集電体３１は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を有していてもよい。また、第１集電体３１が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。第１集電体３１の厚みは特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上であってもよいし、１μｍ以上であってもよく、１ｍｍ以下であってもよいし、１００μｍ以下であってもよい。

第１集電体３１は、正極集電体であってもよいし負極集電体であってもよい。第１集電体３１が正極集電体である場合、後述の第２集電体３２は負極集電体となり得、第１集電体３１が負極集電体である場合、後述の第２集電体３２は正極集電体となり得る。

第１集電体３１は、後述のタブ４０（外部タブ４０ａ、内部タブ４０ｂ）として機能し得る部分を備えていてもよい。固体電池１００の充電時は当該タブ４０を介して発電要素３４へと電力が供給され、固体電池１００の放電時はタブ４０を介して外部へと電力が取り出される。すなわち、固体電池１００の充電時及び放電時のいずれにおいても、タブ４０に通電によるジュール発熱が生じ得る。第１集電体３１の一部をタブとして機能させる場合、当該タブ部分の材質は、第１集電体３１のタブ以外の部分の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。タブ部分の厚みは、第１集電体３１のタブ以外の部分の厚みと同じであってもよいし、異なっていてもよい。タブ部分は第１集電体３１から突出した形状であればよい。タブ部分の突出形状は、多角形状、半円形状、線状等、種々の形状を採用し得る。第１集電体３１にタブ部分を設ける方法は特に限定されるものではない。例えば、第１集電体３１の一部を切り欠くことでタブ部分を形成してもよいし、第１集電体３１にタブ部分を溶接等によって接合してもよい。

３．２第２集電体
第２集電体３２は、バイポーラ電極体３０の積層方向他端面を構成する。第２集電体３２は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。取扱い性等に優れる観点からは、第２集電体３２を金属箔としてもよい。第２集電体３２は複数枚の金属箔からなっていてもよい。第２集電体３２を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、ステンレス鋼等が挙げられる。第２集電体３２は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を有していてもよい。また、第２集電体３２が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。第２集電体３２の厚みは特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上であってもよいし、１μｍ以上であってもよく、１ｍｍ以下であってもよいし、１００μｍ以下であってもよい。

第２集電体３２は、第１集電体３１と同様にタブ部分を有していてもよい。第２集電体３２におけるタブ部分の構成については、第１集電体３１におけるタブ部分の構成と同様としてもよい。尚、図示した通り、タブ４０はバイポーラ電極体３０の積層方向側面から突出する。ここで、第２集電体３２のタブ部分が突出する電極体側面と、第１集電体３１のタブ部分が突出する電極体側面とは、同じ側面であっても異なる側面であってもよい。

３．３バイポーラ集電体
バイポーラ集電体３３は、第１集電体３１及び第２集電体３２の間に配置される。図１においては、バイポーラ電極体３０においてバイポーラ集電体３３が複数備えられる形態を示したが、バイポーラ電極体３０におけるバイポーラ集電体３３の数は特に限定されず、少なくとも一つあればよい。

バイポーラ集電体３３は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。取扱い性等に優れる観点からは、バイポーラ集電体３３を金属箔としてもよい。バイポーラ集電体３３は複数枚の金属箔からなっていてもよい。バイポーラ集電体３３を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、ステンレス鋼等が挙げられる。第１集電体３１と第２集電体３２とバイポーラ集電体３３とは、構成する金属の種類が同一であっても異なっていてもよい。バイポーラ集電体層３３は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を備えていてもよい。また、バイポーラ集電体３３が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。バイポーラ集電体３３の厚みは特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上であってもよいし、１μｍ以上であってもよく、１ｍｍ以下であってもよいし、１００μｍ以下であってもよい。

３．４発電要素
発電要素３４は、電池反応を生じさせて、固体電池１００の充放電を可能とするものであればよい。例えば、図１に示されるように、発電要素３４は、第１活物質層３４ａと、第２活物質層３４ｂと、第１活物質層３４ａ及び第２活物質層３４ｂの間に配置された固体電解質層３４ｃとを備え得る。複数の発電要素３４は、バイポーラ集電体３３を介して電気的に直列に接続される。

第１活物質層３４ａ及び第２活物質層３４ｂのうち、一方は正極活物質層であり、他方は負極活物質層である。第１活物質層３４ａが正極活物質層である場合、上記第１集電体３１が正極集電体となり得、第１活物質層３４ａが負極活物質層である場合、上記第１集電体３１が負極集電体となり得る。また、第２活物質層３４ｂが正極活物質層である場合、上記第２集電体３２が正極集電体となり得、第２活物質層３４ｂが負極活物質層である場合、上記第２集電体３２が負極集電体となり得る。

正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含む層である。正極活物質層は、正極活物質に加えて、さらに固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含んでいてもよい。正極活物質は公知の活物質を用いればよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位（充放電電位）の異なる２つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を正極活物質とし、卑な電位を示す物質を後述の負極活物質として、それぞれ用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。正極活物質は表面がニオブ酸リチウム層やチタン酸リチウム層やリン酸リチウム層等の酸化物層で被覆されていてもよい。正極活物質層に含まれ得る固体電解質としては、無機固体電解質が挙げられる。無機固体電解質は、有機ポリマー電解質と比較してイオン伝導度が高い。また、有機ポリマー電解質と比較して、耐熱性に優れる。さらに、有機ポリマー電解質と比較して、硬質で剛性に優れ、固体電池１００をより容易に構成できる。好ましい無機固体電解質としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ_１＋ＸＡｌ_ＸＧｅ_２－Ｘ（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ－ＳｉＯ系ガラス、Ｌｉ－Ａｌ－Ｓ－Ｏ系ガラス等の酸化物固体電解質；Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２、ＬｉＩ－Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２、ＬｉＩ－Ｓｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－ＬｉＩ－ＬｉＢｒ、ＬｉＩ－Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５、ＬｉＩ－Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｏ_５、ＬｉＩ－Ｌｉ_３ＰＯ_４－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－ＧｅＳ_２等の硫化物固体電解質を例示することができる。特に、硫化物固体電解質が好ましく、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５を含む硫化物固体電解質がより好ましい。正極活物質層に含まれ得るバインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム（ＢＲ）系バインダー、ブチレンゴム（ＩＩＲ）系バインダー、アクリレートブタジエンゴム（ＡＢＲ）系バインダー、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）系バインダー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系バインダー等が挙げられる。正極活物質層に含まれ得る導電助剤としてはアセチレンブラックやケッチェンブラック等の炭素材料やニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。正極活物質層における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。正極活物質層の形状も従来と同様とすればよい。特に、固体電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の正極活物質層が好ましい。正極活物質層の厚みは、特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上２ｍｍ以下としてもよい。下限は１μｍ以上であってもよく、上限は１ｍｍ以下であってもよい。

負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含む層である。負極活物質層は、負極活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含んでいてもよい。負極活物質は公知の活物質を用いればよい。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、負極活物質としてＳｉやＳｉ合金や酸化ケイ素等のシリコン系活物質；グラファイトやハードカーボン等の炭素系活物質；チタン酸リチウム等の各種酸化物系活物質；金属リチウムやリチウム合金等を用いることができる。固体電解質、バインダー及び導電助剤は正極活物質層に用いられるものとして例示したものの中から適宜選択して用いることができる。負極活物質層における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。負極活物質層の形状も従来と同様とすればよい。特に、固体電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の負極活物質層が好ましい。負極活物質層の厚みは、特に限定されるものではない。例えば、０．１μｍ以上２ｍｍ以下としてもよい。下限は１μｍ以上であってもよく、上限は１ｍｍ以下であってもよい。

固体電解質層３４ｃは、少なくとも固体電解質を含む層である。固体電解質層３４ｃは、固体電解質とバインダーとを含んでいてもよい。固体電解質は上述した無機固体電解質、特に硫化物固体電解質が好ましい。バインダーは正極活物質層に用いられるバインダーと同様のものを適宜選択して用いることができる。固体電解質層３４ｃにおける各成分の含有量は従来と同様とすればよい。固体電解質層３４ｃの形状も従来と同様とすればよい。特に、固体電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の固体電解質層３４ｃが好ましい。この場合、固体電解質層３４ｃの厚みは、例えば、０．１μｍ以上２ｍｍ以下としてもよい。下限は１μｍ以上であってもよく、上限は１ｍｍ以下であってもよい。尚、固体電解質層３４ｃに替えて液系の電解質層を設けることもあり得るが、電解質層が液系電解質層である場合と固体電解質層３４ｃである場合とを比較した場合、電解質層が固体電解質層３４ｃである場合のほうが、バイポーラ型の電池１００を構成することがより容易となる。

発電要素３４やバイポーラ電極体３０は、公知の方法により作製可能である。バイポーラ電極体３０に備えられる複数の発電要素３４の数は特に限定されるものではない。例えば、発電要素３４の数を２個以上１０００個以下としてもよい。下限は１０個以上であってもよく、上限は３００個以下であってもよい。

バイポーラ電極体３０の積層面の形状（第１集電体３１等の面形状）は特に限定されるものではなく、例えば、矩形状とすることができる。

４．タブ
図１に示されるように、タブ４０は、バイポーラ電極体３０から外装体１０の外に突出する。具体的には、タブ４０の一端が集電体３１に接続され、他端が外装体１０の外に配置される。このようなタブ４０は従来のタブと同様とすればよい。外装体１０からのタブ４０の突出量は特に限定されるものではない。タブ４０の形状についても特に限定されるものではなく、多角形状、半円形状、線状等、種々の形状を採用し得る。

図１に示される固体電池１００においては、外装体１０の内部においてタブ４０がバイポーラ電極体３０の積層方向中央部分にまで折れ曲がり、さらに外装体１０の外部へと折れ曲がって突出する形態を示したが、タブ４０の突出位置及び形状はこれに限定されるものではない。例えば、図２（Ａ）に示されるように、タブ４０は、集電体３１から外装体１０の外部へと、集電体３１の面方向に沿って真っ直ぐに突出していてもよい。

図１に示される固体電池１００においては、集電体３１によってタブ４０（外部タブ４０ａ、内部タブ４０ｂ）が構成されているが、タブ４０は集電体３１に接続されていればよく、集電体３１に他の部材を接続することでタブ４０を構成してもよい。例えば、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、タブ４０の内部タブ４０ｂ部分を集電体３１で構成し、タブ４０の外部タブ４０ａ部分を集電体３１とは別の部材によって構成してもよい。また、タブ４０として機能する部材の一端を集電体に接続し、他端を外装体１０の外部に配置してもよい。タブ４０を構成する部材の一例としては、金属フィルムや金属板が挙げられる。当該別の部材と集電体３１との接続形態は特に限定されるものではなく、導電性接着剤等を用いて接続してもよいし、溶接によって接続してもよいし、挟み込みや嵌め込み等によって機械的に接続してもよい。

タブ４０はシャットダウン機構を有していてもよい。「シャットダウン機構」とは、タブ４０が過度に発熱した場合やタブ４０に過度の電流が流れた場合や固体電池１００が過充電状態となった場合等に、電流を遮断する又は電流を流し難くする機構である。シャットダウン機構の具体例としては、例えば、熱溶断機構、ＰＴＣ素子を用いた機構、ガス圧による金属板の反転機構等が挙げられる。「熱溶断機構」とは、タブ４０の付け根部等に切込み（切欠き）を設けておき、温度が高くなった場合や過度の電流が流れた場合に、切込み（切欠き）部分が溶断するというものである。「ＰＴＣ素子を用いた機構」とは、タブ４０の電流経路の一部にＰＴＣ材料（樹脂と導電材との混合物、又は、チタン酸バリウム等）を配置しておき、温度が高くなると当該ＰＴＣ材料の抵抗が上昇して電流が流れ難くなるというものである。「ガス圧での金属板の反転機構」とは、過充電時等に電池の内圧が上昇した場合に、当該内圧によって金属板が反転して電流が遮断されるというものである（例えば、特開２０１８－７７９７７号公報等）。タブ４０がシャットダウン機構を備える場合、シャットダウン機構を備えない場合よりも、通電時の発熱量が大きくなり易いことから、タブ４０の放熱性を高めるために後述する熱伝導部５０を設けることがより有効となる。

５．熱伝導部
図１に示されるように、固体電池１００においては、外装体１０の内部に熱伝導部５０が設けられる。当該熱伝導部５０の存在によりタブ４０の放熱性が向上する。

熱伝導部５０は絶縁性を有する。仮に熱伝導部５０が導電性を有する場合、バイポーラ電極体３０の短絡等が懸念される。熱伝導部５０は、固体電池１００を機能させ得る程度の一般的な絶縁性を有するものであればよい。熱伝導部５０を構成する材料の体積抵抗率は、１０^１０Ω・ｃｍ以上であってもよいし、１０^１２Ω・ｃｍ以上であってもよいし、１０^１４Ω・ｃｍ以上であってもよい。

熱伝導部５０は、樹脂と該樹脂よりも熱伝導性が高い熱伝導材料とを含む。熱伝導部５０を構成する樹脂としては、各種熱可塑性樹脂や各種熱硬化性樹脂を採用可能である。熱伝導部５０を構成する樹脂は、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フェノール系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂及びポリイミド系樹脂から選ばれる少なくとも１種であってもよい。

熱伝導部５０を構成する熱伝導材料は、上記した樹脂よりも熱伝導性が高く、且つ、上記した絶縁性を確保可能な材料であればよい。例えば、熱伝導材料として、公知の熱伝導性フィラーを採用できる。熱伝導材料は、無機酸化物、無機窒化物及び無機炭化物から選ばれる少なくとも１種のセラミックからなるものであってもよい。無機酸化物、無機窒化物及び無機炭化物の具体例としては、アルミナ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＯ、ＢｅＯ等が挙げられる。中でも、アルミナ又はＡｌＮのうちの少なくとも一方を含む場合に、より高い熱導電率を確保可能である。熱伝導材料は粒子状であってもよい。すなわち、樹脂中に熱伝導粒子を分散させることで熱伝導部５０を構成してもよい。熱伝導材料が粒子状である場合、粒子の大きさは特に限定されるものではない。

熱伝導部５０における樹脂と熱伝導材料との含有比は特に限定されるものではなく、熱伝導部５０の成形性、耐久性、放熱性等を考慮して適宜決定され得る。成形性や耐久性が確保される限り、熱伝導部５０における熱伝導材料の含有量をできるだけ高めることで、タブ４０の放熱性を一層高めることができる。熱伝導部５０の熱伝導率は、例えば、１．０Ｗ／ｍ・Ｋ超１０．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってもよい。

熱伝導部５０は、バイポーラ電極体３０とタブ４０とに接する。これにより、タブ４０が発熱した場合でも、タブ４０から熱伝導部５０を介してバイポーラ電極体３０側へと熱を分散させることができる。熱伝導部５０は、少なくとも一部がバイポーラ電極体３０に接し、少なくとも一部がタブ４０に接していればよい。図１及び２に示されるように、熱伝導部５０は、外装体１０とバイポーラ電極体２０の間の空間に充填されていてもよい。ここで、外装体１０とバイポーラ電極体２０の間の空間が熱伝導部５０によって隙間なく満たされていてもよいし、一部に隙間を有していてもよい。また、熱伝導部５０は、バイポーラ電極３０の側面のうち、タブ４０が突出する側面にのみ設けられていてもよいし、タブ４０が突出する側面に加えて、これとは異なる側面に設けられていてもよい。

熱伝導部５０は複数の層によって構成されていてもよい。例えば、タブ４０の先端側に設けられた熱伝導部が、バイポーラ電極体３０側に設けられた熱伝導部よりも、熱伝導率が高くなるように、熱伝導部５０が少なくとも２つの層から構成されていてもよい。

尚、電解液系電池においては、ラミネートフィルムの内部に上記したような熱伝導部５０を充填することは難しい場合がある。これに対し、本開示の技術のような固体電池においては、ラミネートフィルムの内部の適切な位置に、容易に熱伝導部５０を充填することができる。或いは、バイポーラ電極体３０の表面の適切な位置に熱伝導部５０を設けたうえで、これらをラミネートフィルム内に封入してもよい。

６．作用効果
バイポーラ電池は、一般的なモノポーラ電池と比較して、タブと接続している集電体の数が少ない（図３Ａ及びＢ）。仮にタブに大電流が流れ、タブが発熱した場合、モノポーラ電池においては、図３Ａに示されるように、タブと接続している集電体側へとタブの放熱が進むと考えられる。一方、図３Ｂに示されるように、バイポーラ電池においてタブが発熱した場合、タブと接続している集電体の数が少ないことから、タブの放熱が進み難く、タブに接するシール部が溶けて開放してしまう虞がある。

これに対し、本開示の固体電池によれば、図３Ｃに示されるように、タブ４０に大電流が流れてタブ４０が発熱した場合でも、熱伝導部５０を介してバイポーラ電極体４０側へとタブ４０の放熱が進むことから、タブ４０に接するシール部２０が溶けて開放することを抑制できる。

本開示の固体電池は、携帯機器用等の小型電源から車搭載用等の大型電源まで、広く利用できる。特に、車搭載用等の大型電源として好適である。

１０外装体
２０シール部
３０バイポーラ電極体
４０タブ
５０熱伝導部
１００固体電池

Claims

外装体と、
前記外装体に設けられたシール部と、
前記外装体の前記シール部の内側に収容されたバイポーラ電極体と、
前記バイポーラ電極体から前記シール部を通って前記外装体の外に突出するタブと、
前記外装体の内部に設けられた熱伝導部と、
を備え、
前記外装体は、ラミネートフィルムから構成され、
前記シール部は、ヒートシール部であり、
前記タブは、シャットダウン機構を備え、
前記シャットダウン機構は、熱溶断機構又はＰＴＣ素子を用いた機構であり、
前記熱伝導部は、絶縁性を有し、樹脂と該樹脂よりも熱伝導性が高い熱伝導材料とを含むとともに、前記バイポーラ電極体と前記タブとに接し、
前記熱伝導部は、少なくとも２つの層から構成され、前記タブの先端側に設けられた前記熱伝導部の熱伝導率が、前記バイポーラ電極体側に設けられた前記熱伝導部の熱伝導率よりも高い、
固体電池。