JP7481138B2 - 固体電池セル - Google Patents
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Description
本発明は、固体電池セルに関する。
近年、高容量、高出力の二次電池の需要の急速な拡大に対し、例えば、リチウムイオン二次電池のような電解質電池が提供されている。リチウムイオン二次電池は、例えば、携帯電話や電動車両の電源として用いられている。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、液体の電解質が充填された構造を有する。
二次電池から高電圧を得るためには、複数の単電池を直列に接続する必要がある。しかし、リチウムイオン二次電池は液体の電解質を有するため、電解液が接触して短絡することを防止する必要がある。従って、単電池をそれぞれ異なるセルに収容するか、単電池同士の絶縁性を確保する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
リチウムイオン二次電池等の液体の電解質を有する電池の直列化には、絶縁部材等が必要となるため、部品数が増加し製造コストが増加すると共に、セルも大型化する問題がある。一方、固体の電解質を有する固体電池は、電解質同士の接触による短絡の恐れがなく、単一セルに複数の電池を収容し、直列化することが可能である。しかし、複数の固体電池の直列化に関する構造は、検討されていないのが現状であった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高出力が得られると共に、自在にセル端子を配置できる固体電池セルを提供することを目的とする。
（１） 本発明は、負極板と、正極板と、固体電解質層と、を有する複数の単位固体電池と、セル端子と電気的に接続される負極集電極板及び正極集電極板と、を有し、前記負極板及び前記正極板は、それぞれ複数の電極を有し、前記負極集電極板及び前記正極集電極板は、前記複数の電極とそれぞれ電気的に接続され、前記複数の単位固体電池は、前記複数の電極で電気的に直列に接続され、単一のセルに収容される、固体電池セルに関する。
（１）の発明によれば、負極板及び正極板の複数の電極により、単位固体電池同士が直列に接続されるので、内部抵抗が減少して高出力が得られる。また、負極板及び正極板をセル端子と電気的に接続される集電極板に接続するため、集電極板の形状次第で自在にセル端子を配置できる。
（２） 前記負極集電極板及び前記正極集電極板は、前記複数の単位固体電池の積層方向の両端部にそれぞれ配置される、（１）に記載の固体電池セル。
（２）の発明によれば、セル端子を単位固体電池の積層方向の両端部に配置しやすい。
（３） 前記負極集電極板及び前記正極集電極板は、前記複数の単位固体電池の積層方向の両端面から外部に向けて突出する前記セル端子を有する、（２）に記載の固体電池セル。
（３）の発明によれば、固体電池セル同士を容易に電気的に直列に接続できる。
（４） 前記負極集電極板及び前記正極集電極板は、前記複数の単位固体電池の間に配置される、（１）に記載の固体電池セル。
（４）の発明によれば、セル端子を単位固体電池の積層方向の中央部付近に配置しやすい。
（５） 前記単位固体電池は、複数の前記負極板、前記正極板、及び前記固体電解質層が電気的に並列に接続されてなる積層電極組である、（１）～（４）のいずれかに記載の固体電池セル。
（５）の発明によれば、固体電池セルの容量を増加できる。
（６） 前記積層電極組は、いずれも偶数の前記固体電解質層を有し、最外層に前記負極板が配置され前記負極集電極板と隣接して配置される前記積層電極組と、最外層に前記正極板が配置され前記正極集電極板と隣接して配置される前記積層電極組と、が組み合わされてなる、（５）に記載の固体電池セル。
（６）の発明によれば、集電極板と電極との間の絶縁部材の配置を省略することができる。また、固体電池セルに用いられる正極板及び負極板の数をほぼ同数とすることができる。
（７） 前記積層電極組は、いずれも奇数の前記固体電解質層を有し、前記固体電池セルの積層方向の両端部に配置される電極板の電位差、及び、複数の前記積層電極組の隣接する電極板の電位差のうち、少なくともいずれかが等しい、（５）に記載の固体電池セル。
（７）の発明によれば、積層電極組と外装体との間に配置される絶縁部材、及び、隣接する積層電極組の間に配置される絶縁部材のうち、少なくともいずれかの配置を省略できる。また、固体電池セルに用いられる正極板及び負極板の数を同数とすることができる。
＜固体電池セルの構成＞
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体電池セルを示す模式図である。本実施形態に係る固体電池セル１００は、図１に示すように、２個の単位固体電池１０及び２０と、外装体１０４と、クラッド材１０５ａ及び１０５ｂと、負極集電極板１０６と、正極集電極板１０７と、負極セル端子１０６ａ及び正極セル端子１０７ａと、絶縁部材１０８と、を有する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体電池セルを示す模式図である。本実施形態に係る固体電池セル１００は、図１に示すように、２個の単位固体電池１０及び２０と、外装体１０４と、クラッド材１０５ａ及び１０５ｂと、負極集電極板１０６と、正極集電極板１０７と、負極セル端子１０６ａ及び正極セル端子１０７ａと、絶縁部材１０８と、を有する。
単位固体電池１０は、負極板１０１と、正極板１０２と、上記正極板及び負極板の間に存在する固体電解質層１０３と、を有する。負極板１０１は、２つの負極１０１ａと、１０１ｂと、を有する。正極板１０２は、２つの正極１０２ａと、１０２ｂと、を有する。単位固体電池１０は、複数の負極板１０１、正極板１０２、及び固体電解質層１０３が積層され、複数の電極が並列に接続されてなる積層電極組である。
負極板１０１及び正極板１０２は、特に限定されず、固体電池の正極又は負極として用いられる通常の構成を使用できる。上記負極板１０１及び正極板１０２は、集電体、活物質、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いてもよい。
上記集電体により、複数の電極（負極１０１ａ、１０１ｂ及び正極１０２ａ、１０２ｂ）が形成される。上記集電体の材料としては、特に制限されないが、例えば正極集電体としては例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、ニッケル、鉄、チタン等が挙げられる。負極集電体としては、例えばニッケル、銅、ステンレス等が挙げられる。上記集電体の形状としては、例えば、箔状、板状等が挙げられる。
上記正極に含まれる正極活物質としては、特に制限されず、電荷移動媒体を放出及び吸蔵することができる公知の材料を適宜選択して用いることができる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、異種元素置換Ｌｉ－Ｍｎスピネル、リン酸金属リチウム等が挙げられる。
上記負極に含まれる負極活物質としても同様に、特に制限されず、電荷移動媒体を吸蔵及び放出することができる公知の材料を適宜選択して用いることができる。例えば、チタン酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ３及びＷＯ３等の遷移金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、並びにグラファイト、ソフトカーボン及びハードカーボン等の炭素材料、並びに金属リチウム、金属インジウム及びリチウム合金等が挙げられる。
単位固体電池２０についても、単位固体電池１０と同様の構成を有し、負極板２０１と、正極板２０２と、その間に配置される固体電解質層（図示せず）とを有する。
固体電解質層１０３は、上記正極に含まれる正極活物質及び上記負極に含まれる負極活物質の間の電荷移動媒体を伝導させる。このような固体電解質層１０３としては、特に制限されず、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、窒化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質材料等を用いることができる。固体電解質層１０３は、負極板１０１及び正極板１０２と同様に例えばシート状に成型されて用いられる。
外装体１０４は、固体電池セル１００の外装体であり、内部に単位固体電池１０及び２０を収容する。外装体１０４は、特に制限されないが、例えばラミネートセルである。ラミネートセルは、例えば、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）等からなる金属層に対し、外側にポリオレフィン等の熱融着性樹脂層が積層された多層構造を有する。ラミネートセルは、上記以外に、ナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル等からなる層、任意のラミネート接着剤等からなる接着層等を有していてもよい。外装体１０４としては、ラミネートセルに制限されず、例えば金属缶であってもよい。
クラッド材１０５ａは、図１（Ｂ）及び、図１（Ａ）に破線で模式的に示すように、複数の負極２０１ａと、複数の正極１０２ａとを電気的に接続する。同様に、クラッド材１０５ｂは、複数の負極２０１ｂと、複数の正極１０２ｂとを電気的に接続する。即ち、クラッド材１０５ａ及び１０５ｂにより、単位固体電池１０と２０とが、２箇所で電気的に直列に接続される。これにより、図１（Ｂ）の負極板１０１及び負極板２０１上に矢印で模式的に示すように、負極板上を流れる電流が１箇所に集中せず、分散される。図８は、第１参考例に係る固体電池セル２００の構成を示す図である。固体電池セル２００は、３つの単位固体電池１０、２０及び３０を有する。上記３つの単位固体電池は、隣接する単位固体電池同士が１箇所で直列に接続される。このため、図８（Ｂ）の負極板１０１、２０１、及び３０１上に矢印で模式的に示すように、電流は電極が設けられた側に集中するため、内部抵抗が増加する。これに対し、本実施形態に係る固体電池セル１００は、電極板上を流れる電流を分散させることができるため、内部抵抗が減少し、固体電池セル１００の出力を向上できる。
クラッド材１０５ａ及びクラッド材１０５ｂは、例えば銅又は銅合金と、アルミニウム又はアルミニウム合金等、異種金属を重ね合わせたクラッド構造を有する。負極２０１ａ及び２０１ｂは、例えば銅又は銅合金からなる。正極１０２ａ及び１０２ｂは、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。上記クラッド材１０５ａ及びクラッド材１０５ｂを用いることで、異種金属が用いられる負極及び正極を電気的に接続できる。接続する方法としては特に制限されないが、超音波溶着や振動溶着等の方法を用いることができる。
負極集電極板１０６は、例えば負極１０１ａ及び１０１ｂと同一材質の金属板からなり、例えば銅又は銅合金からなる。負極集電極板１０６は、図１（Ｂ）に示すように、単位固体電池１０と２０との間に配置される。負極集電極板１０６は、負極セル端子１０６ａと電気的に接続される。負極セル端子１０６ａは、負極集電極板１０６とは別に設けられ、負極集電極板１０６と負極セル端子１０６ａとが電気的に接続されてもよいし、負極集電極板１０６の一部を負極セル端子１０６ａとしてもよい。図１において、負極セル端子１０６ａは手前側に延出する構成となっているが、負極セル端子１０６ａの配置は、負極集電極板１０６の構成を変更することで、任意の位置とすることができる。例えば、図１における背面側や、積層方向の両端部付近に負極セル端子１０６ａを設けることもできる。
負極集電極板１０６は、集電部１０６ｂ及び１０６ｃを有する。図１（Ｂ）の負極集電極板１０６上に矢印で模式的に示すように、負極セル端子１０６ａから、集電部１０６ｂ及び１０６ｃに向けて電流が流れる。集電部１０６ｂ及び１０６ｃの位置は、平面視で上下方向にずれた位置に配置される。このため、負極集電極板１０６上に均等に電流が流れるため、電流密度が低下し、抵抗を減少させることができる。図１（Ａ）の破線で模式的に示すように、集電部１０６ｂは、複数の負極１０１ｂを束ねて電気的に接続する。集電部１０６ｃは、複数の負極１０１ａを束ねて電気的に接続する。上記接続する方法としては特に制限されないが、超音波溶着や振動溶着等の方法を用いることができる。負極集電極板１０６の材質を負極１０１ａ及び１０１ｂと同一材質とすることで、クラッド材等を要さずに溶着することができる。
正極集電極板１０７は、例えば正極１０２ａ及び１０２ｂと同一材料の金属板からなり、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。正極集電極板１０７は、負極集電極板１０６と同様の構成を有し、正極セル端子１０７ａと、集電部１０７ｂ及び１０７ｃと、を有する。正極集電極板１０７は、図１（Ｂ）に示すように、単位固体電池１０と２０との間に配置される。図１（Ｂ）の正極集電極板１０７上に矢印で模式的に示すように、集電部１０７ｂ及び１０７ｃから、正極セル端子１０７ａに向けて電流が流れる。正極セル端子１０７ａは、任意の位置に配置できる。集電部１０７ｂ及び１０７ｃは、それぞれ複数の正極２０２ｂ及び２０２ａを束ねて電気的に接続する。
絶縁部材１０８は、電位差が生じる単位固体電池１０と２０との間や、負極集電極板１０６及び正極集電極板１０７の間を絶縁して短絡を防止するシート状の部材である。絶縁部材１０８は、絶縁性を有する部材であれば特に制限されず、例えば樹脂材料からなる。本実施形態において、絶縁部材１０８は、負極集電極板１０６と正極集電極板１０７との間と、正極集電極板１０７と単位固体電池２０との間と、単位固体電池２０と外装体１０４（図示せず）との間に配置される。
以下、本発明の他の実施形態について説明する。上記第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する場合がある。
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る固体電池セル１００ａを示す模式図である。固体電池セル１００ａは、３個の単位固体電池１０、２０及び３０を有する。上記３個の単位固体電池は、固体電池セル１００ａの内部で電気的に直列に接続される。
図２は、本発明の第２実施形態に係る固体電池セル１００ａを示す模式図である。固体電池セル１００ａは、３個の単位固体電池１０、２０及び３０を有する。上記３個の単位固体電池は、固体電池セル１００ａの内部で電気的に直列に接続される。
本実施形態に係る単位固体電池セル１０及び２０と、単位固体電池セル２０及び３０は、第１実施形態と同様に、それぞれ２箇所で電気的に直列に接続される。図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、単位固体電池セル１０の正極１０２ａ及び１０２ｂと、単位固体電池セル２０の負極２０１ａ及び２０１ｂとは、クラッド材１０５ａ及び１０５ｂによりそれぞれ接続される。単位固体電池セル２０の正極２０２ａ及び２０２ｂと、単位固体電池セル３０の負極３０１ａ及び３０１ｂとは、クラッド材１０５ｃ及び１０５ｄによりそれぞれ接続される。従って、３つの単位固体電池セルが外装体１０４の内部で直列に接続される固体電池セル１００ａの構成においても、第１実施形態と同様に、２箇所の接続箇所を設けることで、出力を向上させることができる。
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る固体電池セル１００ｂを示す模式図である。固体電池セル１００ｂは、３個の単位固体電池１０、２０及び３０を有する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る固体電池セル１００ｂを示す模式図である。固体電池セル１００ｂは、３個の単位固体電池１０、２０及び３０を有する。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る負極板１０１は、負極集電極板１０６の集電部１０６ａ及び集電部１０６ｂとそれぞれ接続される負極１０１ａ及び１０１ｂを有する。上記集電部及び負極の延出方向は、平面視で第１、第２実施形態の集電部及び負極の延出方向とは異なる方向である。正極集電極板１０７の集電部１０７ａ及び１０７ｂと、正極３０２ａ及び３０２ｂについても同様である。即ち、電極及び集電部の延出方向は特に制限されず、電極の延出方向が異なる単位固体電池を組み合わせることもできる。
集電部１０６ａ及び集電部１０７ａは、複数の負極１０１ａ及び正極３０２ａを束ねて電気的に接続する機能と、負極セル端子及び正極セル端子としての機能を兼ね備えている。これにより、負極集電極板１０６及び正極集電極板１０７の構成を同一の機能を有し、かつ単純化することができる。
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係る固体電池セル１００ｃを示す模式図である。固体電池セル１００ｂは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
図４は、本発明の第４実施形態に係る固体電池セル１００ｃを示す模式図である。固体電池セル１００ｂは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
図４（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る負極集電極板１０６及び正極集電極板１０７は、単位固体電池１０及び２０の積層方向の両端部に設けられる。本実施形態においては、負極セル端子１０６ａ及び正極セル端子１０７ａを、単位固体電池１０及び２０の積層方向の両端部付近に設けることができる。或いは、負極セル端子１０６ａ及び正極セル端子１０７ａを延伸させ、積層方向の中央部付近に負極セル端子１０６ａ及び正極セル端子１０７ａの端部が配置されるように構成してもよい。
（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態に係る固体電池セル１００ｄを示す模式図である。固体電池セル１００ｄは、３個の単位固体電池１０、２０及び３０を有する。
図５は、本発明の第５実施形態に係る固体電池セル１００ｄを示す模式図である。固体電池セル１００ｄは、３個の単位固体電池１０、２０及び３０を有する。
図５（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る負極集電極板１０６及び正極集電極板１０７は、第４実施形態と同様、単位固体電池１０、２０及び３０の積層方向の両端部に設けられる。第４実施形態における直列数を増加させた場合であっても、本実施形態におけるように、固体電池セル１００ｄを構成できる。
（第６実施形態）
図６は、本発明の第６実施形態に係る固体電池セル１００ｅを示す模式図である。固体電池セル１００ｅは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
図６は、本発明の第６実施形態に係る固体電池セル１００ｅを示す模式図である。固体電池セル１００ｅは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
図６（Ｂ）に示すように、単位固体電池１０の負極板１０１は、４つの負極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、及び１０１ｄを有する。同様に、正極板１０２は、４つの正極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、及び１０２ｄを有する。単位固体電池２０においても同様である。
図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数の正極１０２ａ及び複数の負極２０１ａは、クラッド材１０５ａにより電気的に接続される。同様に、複数の正極１０２ｂ及び負極２０１ｂ、複数の正極１０２ｃ及び負極２０１ｃ、並びに複数の正極１０２ｄ及び負極２０１ｄは、それぞれクラッド材１０５ｂ、１０５ｃ及び１０５ｄにより電気的に接続される。上記により、単位固体電池１０及び２０は、４箇所で電気的に直列に接続される。これにより、本実施形態に係る固体電池セル１００ｅは、電極板上を流れる電流をより分散させることができるため、内部抵抗が減少し、固体電池セル１００の出力をより向上できる。
図６（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る負極集電極板１０６及び正極集電極板１０７は、単位固体電池１０及び２０の積層方向の両端部に設けられる。また、負極集電極板１０６は、負極セル端子１０６ａと、４つの集電部１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ及び１０６ｅと、を有する。正極集電極板１０７についても同様に、４つの集電部１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ及び１０７ｄを有する。集電部１０７ａは、正極セル端子としての機能を兼ね備える。
（第７実施形態）
図７は、本発明の第７実施形態に係る固体電池セル１００ｆを示す模式図である。固体電池セル１００ｆは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。単位固体電池１０及び２０は、第６実施形態と同様、固体電池セル１００ｆの内部の４箇所で電気的に直列に接続される。
図７は、本発明の第７実施形態に係る固体電池セル１００ｆを示す模式図である。固体電池セル１００ｆは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。単位固体電池１０及び２０は、第６実施形態と同様、固体電池セル１００ｆの内部の４箇所で電気的に直列に接続される。
図７（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る負極集電極板１０６及び正極集電極板１０７は、単位固体電池１０及び２０の積層方向の両端部に設けられる。負極集電極板１０６は、単位固体電池１０及び２０の積層方向の端面から外部に向けて突出する負極セル端子１０６ｆを有する。外装体１０４には、例えば負極セル端子１０６ｆが連通可能な孔部（図示せず）が設けられており、負極セル端子１０６ｆは固体電池セル１００ｆの外部に露出する。
負極セル端子１０６ｆは、固体電池セル１００ｆの外部に突出する構成であれば特に制限されないが、例えば円柱状の形状を有する。負極セル端子１０６ｆは、例えば負極集電極板１０６の中央部を変形させて形成してもよい。或いは、負極集電極板１０６と同一材質の別部材を溶接等により接合して形成してもよい。負極セル端子１０６ｆの周囲には、絶縁材１０９が配置される。絶縁材１０９は、負極セル端子１０６ｆの側面を被覆すると共に、外装体１０４に当接して固定される。
正極集電極板１０７についても、負極セル端子１０６ｆと同様の構成を有する正極セル端子１０７ｆが設けられる。正極集電極板１０７と、外装体１０４との間に配置される絶縁部材１０８ａには、正極セル端子１０７ｆが連通可能な孔部Ｈが設けられており、正極セル端子１０７ｆは固体電池セル１００ｆの外部に露出する。
負極セル端子１０６ｆ及び、正極セル端子１０７ｆの構成は上記に制限されない。図７（Ｃ）は、本実施形態に係る固体電池セル１００ｆの変形例である。図７（Ｃ）に示すように、負極セル端子及び正極セル端子は、複数の負極セル端子１０６ｆ及び１０６ｆ’及び複数の正極セル端子１０７ｆ及び１０７ｆ’からなるものであってもよい。
上記構成を有する固体電池セル１００ｆによれば、複数の固体電池セル１００ｆを重ねて、負極セル端子及び正極セル端子を接続することで、容易に複数の固体電池セル１００ｆを電気的に直列に接続することができる。
＜固体電池セルの積層構造＞
以下、本発明の固体電池セルの積層構造について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、上記第１～第７実施形態の構成と組み合わせてもよい。
以下、本発明の固体電池セルの積層構造について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、上記第１～第７実施形態の構成と組み合わせてもよい。
（第８実施形態）
図９は、本発明の第８実施形態に係る固体電池セル１００ｇを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｇは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。図９における破線部は、電極の電位を模式的に示したものである。
図９は、本発明の第８実施形態に係る固体電池セル１００ｇを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｇは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。図９における破線部は、電極の電位を模式的に示したものである。
単位固体電池１０は、複数の負極板１０１、正極板１０２、及び固体電解質層１０３が並列に接続されてなる、積層電極組である。単位固体電池１０は、偶数の固体電解質層１０３を有している。このため、単位固体電池１０の積層方向の最外層には、同種の電極板である、負極板１０１が配置される。そして、単位固体電池１０と隣接して負極集電極板１０６が配置される。これにより、単位固体電池１０と負極集電極板１０６との電位差が等しくなるため、単位固体電池１０と負極集電極板１０６との間に絶縁部材を配置する必要が無い。
単位固体電池２０は、複数の負極板２０１、正極板２０２、及び固体電解質層２０３が並列に接続されてなる、積層電極組である。単位固体電池２０は、偶数の固体電解質層２０３を有している。このため、単位固体電池２０の積層方向の最外層には、同種の電極板である、正極板２０２が配置される。そして、単位固体電池２０と隣接して正極集電極板１０７が配置される。これにより、単位固体電池２０と正極集電極板１０７との電位差が等しくなるため、単位固体電池２０と正極集電極板１０７との間に絶縁部材を配置する必要が無い。
図１４は、第２参考例に係る固体電池セル２００ａの概略断面図である。固体電池セル２００ａは、最外層に同種の極板、例えば負極板が配置される単位固体電池が組み合わされてなる。このような構成では、直列数を増加させるにつれ、負極板の枚数が正極板の枚数よりも多くなる。本実施形態に係る固体電池セル１００ｇによれば、上記構成を有する単位固体電池１０及び単位固体電池２０を組み合わせることで、負極板と正極板の枚数を同数にすることができる。なお、単位固体電池セルの直列数が奇数である場合、負極板と正極板の枚数は１枚違いとなる。これにより、固体電池セル１００ｇの生産効率を向上できる。
固体電池セル１００ｇは、図９に示すように、絶縁部材を、単位固体電池１０と単位固体電池２０との間に配置される絶縁部材１０８ａと、単位固体電池２０と外装体１０４との間に配置される絶縁部材１０８ｂのみとすることができる。従って、例えば第１実施形態に係る固体電池セル１００と比較して、絶縁部材１０８の数を減らすことができる。これにより、固体電池セル１００ｇの製造コストを低減できる。
（第９実施形態）
図１０は、本発明の第９実施形態に係る固体電池セル１００ｋを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｋは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
図１０は、本発明の第９実施形態に係る固体電池セル１００ｋを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｋは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
単位固体電池１０は、奇数の固体電解質層１０３を有し、最外層には異種の電極板である負極板１０１及び正極板１０２が配置される。単位固体電池２０も同様に、奇数の固体電解質層２０３を有し、最外層には異種の電極板である負極板２０１及び正極板２０２が配置される。
単位固体電池１０における単位固体電池２０に隣接する側の最内層には、負極板１０１が配置される。そして、上記負極板１０１と隣接して負極集電極板１０６が配置される。これにより、上記負極板１０１と負極集電極板１０６との電位差が等しくなるため、単位固体電池１０と負極集電極板１０６との間に絶縁部材を配置する必要が無い。
また、単位固体電池２０における単位固体電池１０に隣接する側の最内層には、正極板２０２が配置される。そして、上記正極板２０２と隣接して正極集電極板１０７が配置される。これにより、上記正極板２０２と正極集電極板１０７との電位差が等しくなるため、単位固体電池２０と正極集電極板１０７との間に絶縁部材を配置する必要が無い。
複数の正極板１０２及び、複数の負極板２０１は、クラッド材１０５により電気的に接続される。従って、積層された単位固体電池１０及び単位固体電池２０の最外層の正極板１０２及び負極板２０１の電位差は等しくなる。即ち、外装体１０４と隣接する最外層の電極板のうち、電位の高い電極板と外装体１０４との間に、通常は絶縁部材が配置される。しかし、本実施形態に係る固体電池セル１００ｋによれば、外装体１０４に隣接する最外層の電極板の電位が等しくなるので、上記電位の高い電極板と外装体１０４との間の絶縁部材の配置を省略できる。
（第１０実施形態）
図１１は、本発明の第１０実施形態に係る固体電池セル１００ｈを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｈは、３個の単位固体電池１０、２０及び３０を有する。
図１１は、本発明の第１０実施形態に係る固体電池セル１００ｈを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｈは、３個の単位固体電池１０、２０及び３０を有する。
単位固体電池１０は、複数の負極板１０１、正極板１０２、及び固体電解質層１０３が並列に接続されてなる、積層電極組である。単位固体電池１０は、奇数の固体電解質層１０３を有している。このため、単位固体電池１０の積層方向の最外層には、異種の電極板である、負極板１０１と、正極板１０２が配置される。
単位固体電池２０及び３０についても、単位固体電池１０と同様に奇数の固体電解質層２０３及び３０３を有している。このため、固体電池セル１００ｈに使用される正極板及び負極板の枚数を同数にすることができる。
単位固体電池１０の、外装体１０４側の最外層には正極板１０２が配置される。また、単位固体電池３０の、外装体１０４側の最外層には、負極板３０１が配置される。そして、複数の正極板１０２及び、複数の負極板３０１は、クラッド材１０５ａにより電気的に接続される。従って、外装体１０４に隣接する正極板１０２及び負極板３０１の電位差は等しくなる。通常は外装体１０４と隣接する両端の電極板のうち、電位の高い一方の電極板と外装体１０４の間に絶縁部材が配置される。しかし、本実施形態に係る固体電池セル１００ｈによれば、外装体１０４と負極板又は正極板との間の絶縁部材の配置を省略できる。
（第１１実施形態）
図１２は、本発明の第１１実施形態に係る固体電池セル１００ｉを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｉは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
図１２は、本発明の第１１実施形態に係る固体電池セル１００ｉを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｉは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
単位固体電池１０は、偶数の固体電解質層１０３を有し、最外層には負極板１０１が配置される。単位固体電池２０は、偶数の固体電解質層１０３を有し、最外層には正極板１０２が配置される。
負極集電極板１０６は、単位固体電池１０と隣接して配置され、正極集電極板１０７は、単位固体電池２０と隣接して配置される。上記により、集電極板と単位固体電池との間の電位差が等しくなるため、集電極板と単位固体電池との間の絶縁部材の配置を省略できる。また、負極集電極板１０６及び正極集電極板１０７は、図１２に示すように、単位固体電池１０及び２０の積層方向の両端部に配置できる。このため、負極セル端子１０６ａ及び正極セル端子１０７ａを、上記積層方向の両端部に容易に配置できる。
（第１２実施形態）
図１３は、本発明の第１２実施形態に係る固体電池セル１００ｊを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｊは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
図１３は、本発明の第１２実施形態に係る固体電池セル１００ｊを示す概略断面図である。固体電池セル１００ｊは、２個の単位固体電池１０及び２０を有する。
単位固体電池１０は、奇数の固体電解質層１０３を有し、最外層には異種の電極板である負極板１０１及び正極板１０２が配置される。単位固体電池２０も同様に、奇数の固体電解質層２０３を有し、最外層には異種の電極板である負極板２０１及び正極板２０２が配置される。
単位固体電池１０の最外層には負極板１０１が配置される。また、単位固体電池２０の最外層には、正極板２０２が配置される。そして、複数の正極板１０２及び、複数の負極板２０１は、クラッド材１０５により電気的に接続される。従って、図１３に示すように、単位固体電池１０及び単位固体電池２０の間で隣接する正極板１０２及び負極板２０１の電位差は等しくなる。単位固体電池１０と単位固体電池２０との間には、短絡を防止するため、通常は絶縁部材が配置される。しかし、本実施形態に係る固体電池セル１００ｊによれば、単位固体電池１０と単位固体電池２０との間の絶縁部材の配置を省略できる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、適宜変更を加えたものも本発明の範囲に含まれる。
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ、１００ｇ、１００ｈ、１００ｉ、１００ｊ、１００ｋ 固体電池セル
１０、２０、３０ 単位固体電池
１０１、２０１、３０１ 負極板
１０２、２０２、３０２ 正極板
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 負極
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ 正極
１０３ 固体電解質層
１０６ 負極集電極板
１０６ａ 負極セル端子（セル端子）
１０７ 正極集電極板
１０７ａ 正極セル端子（セル端子）
１０、２０、３０ 単位固体電池
１０１、２０１、３０１ 負極板
１０２、２０２、３０２ 正極板
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 負極
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ 正極
１０３ 固体電解質層
１０６ 負極集電極板
１０６ａ 負極セル端子（セル端子）
１０７ 正極集電極板
１０７ａ 正極セル端子（セル端子）
Claims (6)
- 負極板と、正極板と、固体電解質層と、を有する複数の単位固体電池と、
セル端子と電気的に接続される負極集電極板及び正極集電極板と、を有し、
前記負極板及び前記正極板は、それぞれ複数の電極を有し、
前記負極集電極板及び前記正極集電極板は、前記複数の電極とそれぞれ電気的に接続され、前記複数の単位固体電池の積層方向の両端部にそれぞれ配置されており、
前記複数の単位固体電池は、前記複数の電極で電気的に直列に接続され、単一のセルに収容される、固体電池セル。 - 負極板と、正極板と、固体電解質層と、を有する複数の単位固体電池と、
セル端子と電気的に接続される負極集電極板及び正極集電極板と、を有し、
前記負極板及び前記正極板は、それぞれ複数の電極を有し、
前記負極集電極板及び前記正極集電極板は、前記複数の電極とそれぞれ電気的に接続され、前記複数の単位固体電池の間に配置されており、
前記複数の単位固体電池は、前記複数の電極で電気的に直列に接続され、単一のセルに収容される、固体電池セル。 - 前記負極集電極板及び前記正極集電極板は、前記複数の単位固体電池の積層方向の両端面から外部に向けて突出する前記セル端子を有する、請求項１に記載の固体電池セル。
- 前記単位固体電池は、複数の前記負極板、前記正極板、及び前記固体電解質層が積層され、前記複数の電極が電気的に並列に接続されてなる積層電極組であり、
前記単位固体電池の数は複数であり、偶数または奇数の同一の数で構成される、請求項１～３のいずれかに記載の固体電池セル。 - 前記積層電極組は、いずれも偶数の前記固体電解質層を有し、
最外層に前記負極板が配置され前記負極集電極板と隣接して配置される前記積層電極組と、最外層に前記正極板が配置され前記正極集電極板と隣接して配置される前記積層電極組と、が組み合わされてなる、請求項４に記載の固体電池セル。 - 前記積層電極組は、いずれも奇数の前記固体電解質層を有し、
前記固体電池セルの積層方向の両端部に配置される電極板の電位差、及び、複数の前記積層電極組の隣接する電極板の電位差のうち、少なくともいずれかが等しい、請求項４に記載の固体電池セル。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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