KR20220023696A - 전고체 전지 - Google Patents

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구니미츠 야마모토
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Abstract

전고체 전지 (100) 는, 정극층 (1), 고체 전해질층 (3) 및 부극층 (2) 을 포함하는 고체 전극체 (6) 와, 고체 전극체 (6) 를 수납하는 라미네이트 필름 (7) 을 구비한다. 라미네이트 필름 (7) 은, 침상의 이물질 (X) 에 대한 취약부를 포함한다. 취약부의 강도는, 라미네이트 필름 (7) 중 취약부 이외의 부분의 강도보다 낮다.

Description

전고체 전지{ALL-SOLID-STATE BATTERY}
본 개시는, 전고체 전지에 관한 것이다.
라미네이트 필름을 케이싱 (외장체) 으로서 포함하는 「라미네이트형 전지」가 이용되고 있다. 라미네이트 필름은, 금속박과, 금속박을 피복하는 수지 필름을 포함한다. 또, 액계 전지의 전지 요소 (전극 활물질 및 전해질) 가 액체를 포함하는 액계 전지에 대해, 최근, 전지 요소가 고체만으로 이루어지는 「전고체 전지」의 개발이 진행되고 있다. 예를 들어 일본 공개특허공보 2018-133175는, 라미네이트형의 전고체 전지를 개시한다.
라미네이트형의 전고체 전지에 대해 외부 자극이 가해지는 (이물질이 압박되는 등) 상황이 생길 수 있다. 그 이물질이 침상의 선단 형상을 갖는 경우, 이물질이 라미네이트 필름을 관통할 수 있다. 이때, 이물질이 라미네이트 필름을 관통할 때까지의 동안, 라미네이트 필름 내에 수용된 고체 전극체 (고체의 전지 요소) 에는 라미네이트 필름을 통해 압력이 인가된다. 고체 전극체 중 라미네이트 필름을 통해 압력 (면압) 이 인가되는 부분의 면적은, 침상의 이물질의 면적보다 넓다. 그 때문에, 고체 전극체가 균열되거나 부서지거나 할 (이하, 포괄적으로 「균열」이라고 칭한다) 가능성이 있다.
본 개시는, 전고체 전지에 이물질이 압박된 경우의 고체 전극체의 균열을 억제하는 것이다.
(1) 본 개시는, 정극층, 고체 전해질층 및 부극층을 포함하는 고체 전극체와, 고체 전극체를 수용하는 라미네이트 필름을 구비하는 전고체 전지에 관한 것이다. 라미네이트 필름은, 침상의 외부 자극에 대한 취약부를 포함한다. 취약부의 강도는, 라미네이트 필름 중 취약부 이외의 부분의 강도보다 낮다.
(2) 라미네이트 필름은, 금속박과, 금속박을 피복하는 수지층을 포함하고 있어도 된다. 취약부는, 금속박이어도 된다. 취약부는, 금속박 중 적어도 1 개의 관통공이 배치된 부분이어도 된다.
(3) 상기 적어도 1 개의 관통공은, 복수의 관통공이어도 된다. 금속박은, 펀칭 메탈, 익스팬드 메탈 및 라스 메탈 중 어느 것이어도 된다.
(4) 수지 필름은, 서로 두께가 상이한 후육부와 박육부를 가지고 있어도 된다. 취약부는, 적어도 1 개의 관통공이 배치된 부분과, 박육부를 포함하고 있어도 된다.
(5) 라미네이트 필름은, 금속층과, 금속층을 피복하는 수지층을 포함하고 있어도 된다. 수지층은, 서로 두께가 상이한 후육부와 박육부를 가지고 있어도 된다. 취약부는, 박육부여도 된다.
상기 (1) ~ (5) 의 구성에 있어서는, 침상의 외부 자극 (이물질) 에 대해 취약한 취약부가 라미네이트 필름으로 형성되어 있다. 취약부에 있어서 이물질이 라미네이트 필름을 관통하기 쉽게 함으로써, 이물질이 관통할 때까지 계속되는 압력의 증가를 방지하여, 전극체에 인가되는 압력의 최대값을 저감할 수 있다 (상세한 것은 후술). 따라서, 상기 (1) ~ (5) 의 구성에 의하면, 고체 전극체의 균열을 억제할 수 있다.
본 개시에 의하면, 전고체 전지에 이물질이 압박된 경우의 고체 전극체의 균열을 억제할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들, 그리고 기술적 및 산업적 중요성은 첨부되는 도면들을 참조하여 이하에서 설명될 것이고, 동일한 도면 부호들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1 은 실시형태 1 에 관련된 전고체 전지의 전체 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 는 전지의 평면도이다.
도 3 은 도 2 의 III-III' 선을 따른 전지의 단면도이다.
도 4 는 실시형태 1 에 있어서의 금속박의 구조의 일례를 나타내는 상면도이다.
도 5 는 실시형태 1 에 있어서의 금속박의 구조의 다른 일례를 나타내는 상면도이다.
도 6 은 이물질의 압박에 의해 고체 전극체에 인가되는 압력의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7 은 실시형태 2 에 있어서의 전지의 단면도이다.
이하, 본 개시의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.
[실시형태 1]
＜전고체 전지의 전체 구성＞
도 1 은, 실시형태 1 에 관련된 전고체 전지의 전체 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1 을 참조하고, 복수의 전고체 전지 (이하, 「전지」로 약칭한다) 1 의 각각은, 평판 형상을 갖는다. 도 1 에 나타내는 예에서는, 복수의 전지 (100) 를 두께 방향 (z 방향) 으로 적층함과 함께 전기적으로 접속함으로써, 조전지 (200) 가 구성되어 있다.
도시되지 않지만, 조전지 (200) 는, 복수의 전지 (100) 에 더하여, 임의의 다른 부재를 추가로 포함해도 된다. 조전지 (200) 는, 예를 들어, 구속 부재 (도시 생략) 를 추가로 포함해도 된다. 구속 부재는, 예를 들어, 1 쌍의 엔드 플레이트와, 연결 밴드를 포함할 수 있다. 또, 조전지 (200) 는, 예를 들어, 냉매 유로가 형성된 냉각판 (도시 생략) 을 추가로 포함해도 된다.
단, 복수의 전지 (100) 로 조전지 (200) 를 구성하는 것은 필수가 아니고, 전지 (100) 를 단전지인 채 사용해도 된다. 이하에서는 단전지 상태의 전지 (100) 를 이용하여 설명한다.
도 2 는, 전지 (100) 의 평면도이다. 도 3 은, 도 2 의 III-III' 선을 따른 전지 (100) 의 단면도이다. 도 1 ~ 도 3 을 참조하고, 전지 (100) 는, 고체 전극체 (6) 와, 라미네이트 필름 (7) 을 포함한다. 전지 (100) 는, 평면에서 볼 때 (도 2 의 평면도) 에 있어서, 중앙부 (101) 와, 중앙부 (101) 를 둘러싸는 외주부 (102) 를 포함한다. 도 3 에는 중앙부 (101) 에 있어서의 전지 (100) 의 단면이 나타나 있다.
＜각 구성 요소의 상세 구성＞
고체 전극체 (6) 는, 정극층 (1) 과, 부극층 (2) 과, 고체 전해질층 (3) 과, 집전체 (4) 와, 절연 필름 (5) 을 포함한다. 고체 전극체 (6) 는, 적층형의 전극체이며, 정극층 (1), 고체 전해질층 (3) 및 부극층 (2) 이 적층됨으로써 형성되어 있다. 고체 전극체 (6) 는, 정극층 (1), 고체 전해질층 (3) 및 부극층 (2) 의 각각을 1 층 이상 포함하는 한, 임의의 적층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 정극층 (1), 고체 전해질층 (3) 및 부극층 (2) 이 이 순서로 적층됨으로써, 고체 전극체 (6) 가 형성되어 있어도 된다.
정극층 (1) 은, 고체 전해질층 (3) 에 밀착되어 있다. 정극층 (1) 은, 적어도 정극 활물질층 (12) 을 포함한다. 정극층 (1) 은, 실질적으로 정극 활물질층 (12) 으로 이루어져 있어도 된다. 정극층 (1) 은, 정극 집전체 (11) 및 정극 활물질층 (12) 을 포함해도 된다.
정극 집전체 (11) 는, 예를 들어, 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 의 두께를 가져도 된다. 정극 집전체 (11) 는, 예를 들어 알루미늄 (Al) 박을 포함해도 된다.
정극 활물질층 (12) 은, 예를 들어, 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 의 두께를 가져도 된다. 정극 활물질층 (12) 은 정극 활물질을 포함한다. 정극 활물질층 (12) 은, 실질적으로 정극 활물질로 이루어져 있어도 된다. 정극 활물질층 (12) 은, 정극 활물질에 추가하여, 고체 전해질, 도전재 및 바인더 등을 포함해도 된다.
정극 활물질은, 예를 들어, 코발트산리튬, 니켈산리튬, 망간산리튬, 니켈코발트망간산리튬 (LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 등), 니켈코발트알루민산리튬, 및, 인산철리튬으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 포함할 수 있다. 고체 전해질은, 예를 들어, 황화물 고체 전해질 등 (LiBr-LiI-(Li2S-P2S5) 등) 을 포함할 수 있다. 도전재는, 예를 들어, 도전성 탄소 재료 등 (기상 성장 탄소 섬유 (VGCF) 등) 을 포함할 수 있다. 바인더는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴 (PVdF) 을 포함할 수 있다.
부극층 (2) 은, 고체 전해질층 (3) 에 밀착되어 있다. 부극층 (2) 은, 적어도 부극 활물질층 (22) 을 포함한다. 부극층 (2) 은, 실질적으로 부극 활물질층 (22) 으로 이루어져 있어도 된다. 부극층 (2) 은, 부극 집전체 (21) 및 부극 활물질층 (22) 을 포함해도 된다. 부극 집전체 (21) 는, 예를 들어, 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 의 두께를 가져도 된다. 부극 집전체 (21) 는, 예를 들어, 구리 (Cu) 박, 니켈 (Ni) 박을 포함해도 된다.
부극 활물질층 (22) 은, 예를 들어, 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 의 두께를 가져도 된다. 부극 활물질층 (22) 은 부극 활물질을 포함한다. 부극 활물질층 (22) 은, 예를 들어, 실질적으로 부극 활물질로 이루어져 있어도 된다. 부극 활물질층 (22) 은, 부극 활물질에 추가하여, 고체 전해질, 도전재 및 바인더 등을 포함해도 된다.
부극 활물질은, 예를 들어, 흑연, 소프트 카본, 하드 카본, 규소, 산화규소, 규소기 합금, 주석, 산화주석, 주석기 합금, 및, 티탄산리튬으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 포함할 수 있다. 고체 전해질은, 예를 들어, 황화물 고체 전해질 등 (LiBr-LiI-(Li2S-P2S5) 등) 을 포함할 수 있다. 도전재는, 예를 들어, 도전성 탄소 재료 등 (VGCF 등) 을 포함할 수 있다. 바인더는, 예를 들어, PVdF 를 포함할 수 있다.
고체 전해질층 (3) 은, 정극층 (1) 과 부극층 (2) 사이에 배치되어 있다. 고체 전해질층 (3) 은, 정극층 (1) 과 부극층 (2) 을 공간적으로 분리하고 있다. 고체 전해질층 (3) 은, 정극층 (1) 과 부극층 (2) 사이의 전자 전도를 차단하는 한편으로, 정극층 (1) 과 부극층 (2) 사이에 이온 전도 경로를 형성하고 있다. 고체 전해질층 (3) 은, 예를 들어, 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 두께를 가져도 된다.
고체 전해질층 (3) 은 고체 전해질을 포함한다. 고체 전해질층 (3) 은, 실질적으로 고체 전해질로 이루어져 있어도 된다. 고체 전해질층 (3) 은, 고체 전해질에 추가하여, 바인더 등을 포함해도 된다. 고체 전해질은, 예를 들어 황화물 고체 전해질을 포함할 수 있다. 황화물 고체 전해질은, 황화인리튬 등을 포함할 수 있다. 고체 전해질은, 예를 들어 산화물 고체 전해질을 포함할 수 있다. 바인더는, 예를 들어 부타디엔 고무를 포함할 수 있다.
집전체 (4) 는, 정극층 (1), 부극층 (2) 및 고체 전해질층 (3) 의 외측 (고체 전극체 (6) 의 최외층) 에 배치되어 있다. 집전체 (4) 는, 핫멜트 등의 접착제를 사용하여 고체 전극체 (6) 의 최외층에 접착되어 있어도 된다. 집전체 (4) 는, 고체 전극체 (6) 와 외부 단자 (도시 생략) 를 전기적으로 접속한다. 집전체 (4) 는, 예를 들어, Al 박, Ni 박, Cu 박을 포함해도 된다. 집전체 (4) 자체가 외부 단자를 겸하고 있어도 된다. 고체 전극체 (6) 의 최외층이 정극층 (1) 인 경우, 집전체 (4) 는 정극성을 갖는다. 고체 전극체 (6) 의 최외층이 부극층 (2) 인 경우, 집전체 (4) 는 부극성을 갖는다.
절연 필름 (5) 은, 집전체 (4) 의 표면에 배치되어 있다. 절연 필름 (5) 은, 집전체 (4) 의 표면 전체를 피복하고 있어도 되고, 집전체 (4) 의 표면의 일부분만을 피복하고 있어도 된다. 절연 필름 (5) 은, 라미네이트 필름 (7) (후술하는 금속박 (71)) 과 집전체 (4) 사이를 절연한다. 절연 필름 (5) 은, 실질적으로 절연 재료로 이루어져 있어도 된다. 절연 필름 (5) 은, 절연 재료에 추가하여, 예를 들어 바인더를 포함해도 된다. 절연 필름 (5) 은, 예를 들어, 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 두께를 가져도 된다.
라미네이트 필름 (7) 은, 고체 전극체 (6) 를 수용하고, 추가로 고체 전극체 (6) 를 밀봉하고 있는 외장체이다. 라미네이트 필름 (7) 은, 금속박 (71) 과, 수지 필름 (72) 을 포함한다. 금속박 (71) 은, 전지 (100) 의 내부에서 발생한 가스가 외부로 누출되는 것을 억제한다. 수지 필름 (72) 은, 금속박 (71) 의 양면을 피복함으로써, 라미네이트 필름 (7) 의 강도를 향상시키고 있다.
라미네이트 필름 (7) 은, 예를 들어 알루미늄 라미네이트 필름제의 파우치이다. 이 경우, 금속박 (71) 은 Al 박이다. 수지 필름 (72) 은, 예를 들어 PET (polyethylene terephthalate) 필름이다. 알루미늄 라미네이트 필름제의 파우치는, 열용착에 의해 밀봉될 수 있다.
＜이물질의 압박＞
이상과 같이 구성된 전지 (100) 에 대해 외부 자극이 가해지는 상황, 보다 구체적으로는, 외부로부터 이물질 (X) (예를 들어 금속 이물질) 이 압박되는 상황이 발생할 수 있다. 도 3 에는, 라미네이트 필름 (7) 의 표면에 대해 각도 θ 의 방향으로부터 이물질 (X) 이 압박되는 상황이 나타나 있다. 이물질 (X) 이 예리한 선단 형상 (침상) 을 갖는 경우, 이물질 (X) 이 라미네이트 필름 (7) 을 관통할 수 있다. 이때, 이물질 (X) 의 선단이 라미네이트 필름 (7) 에 접촉하고 나서 라미네이트 필름 (7) 을 관통할 때까지의 동안, 라미네이트 필름 (7) 내에 수용된 고체 전극체 (6) 에는 라미네이트 필름 (7) 을 통해 압력이 인가된다. 고체 전극체 (6) 중 라미네이트 필름 (7) 을 통해 압력이 인가되는 부분의 면적은, 이물질 (X) 의 선단의 면적보다 넓다. 그 결과, 광범위하게 압력 (면압) 이 인가됨으로써, 고체 전극체 (6) 가 균열되거나 부서지거나 할 가능성이 있다.
그래서, 실시형태 1 에 있어서는, 이물질 (X) 이 관통하기 쉬워지도록 일부러 취약하게 설계된 부분 (취약부) 이 라미네이트 필름 (7) 에 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 라미네이트 필름 (7) 을 구성하는 금속박 (71) 에는 적어도 1 개의 관통공 (TH) 이 배치되어 있다.
도 4 는, 실시형태 1 에 있어서의 금속박 (71) 의 구조의 일례를 나타내는 상면도이다. 도 4 를 참조하고, 금속박 (71) 에 있어서는, 예를 들어, 기재 (710) (Al 박 등) 중 어느 1 지점에 1 개의 관통공 (TH) 이 배치되어 있다. 관통공 (TH) 이 배치된 지점에는 수지 필름 (72) 만이 존재하고 있다. 관통공 (TH) 의 배치 지점은, 예를 들어 이물질 (X) 의 침입을 받기 쉬운 지점을 설계적 또는 실험적으로 구함으로써 정해진다. 관통공 (TH) 의 구멍 직경은, 상정하는 이물질 (X) 의 사이즈 등에 따라, 예를 들어 수 mm ~ 수 cm 의 범위 내에서 적절히 설정될 수 있다.
도 5 는, 실시형태 1 에 있어서의 금속박 (71) 의 구조의 다른 일례를 나타내는 상면도이다. 도 5 를 참조하고, 금속박 (71) 은, 예를 들어, 금속박 (71) 의 기재 (710) (Al 박 등) 에 대해 타발 가공을 실시한 펀칭 메탈이어도 된다. 관통공 (TH) 의 구멍 직경도 적절히 설정되지만, 예를 들어, 서브 mm (수백 ㎛) ~ 수 mm 로 설정할 수 있다. 관통공 (TH) 의 합계 면적이 기재 (710) 의 전체 면적에 대해 차지하는 면적비는, 기재 (710) 의 두께 등에 따라 적절히 설정될 수 있다.
또한, 도 5 에 나타내는 예에 있어서의 금속박 (71) 은, 복수의 관통공 (TH) 이 형성된 평판상의 금속박이면, 펀칭 메탈로 한정되는 것은 아니다. 금속박 (71) 은, 익스팬드 메탈, 라스 메탈 등이어도 된다.
도 6 은, 이물질 (X) 의 압박에 의해 고체 전극체 (6) 에 인가되는 압력의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 6 에 있어서, 가로축은 경과 시간을 나타낸다. 세로축은, 고체 전극체 (6) 에 인가되는 압력 (면압) 을 나타낸다.
도 6 을 참조하고, 금속박에 관통공이 배치되어 있지 않은 경우, 라미네이트 필름 (7) 을 통해 고체 전극체 (6) 에 인가되는 압력은, 이물질 (X) 이 라미네이트 필름 (7) 을 관통할 때까지의 동안, 계속 증가한다 (1 점 쇄선 참조). 따라서, 이물질 (X) 이 라미네이트 필름 (7) 을 관통한 시점에는, 압력이 큰 값이 되어 있을 가능성이 있다. 따라서, 고체 전극체 (6) 의 균열이 발생하기 쉽다.
이것에 대해, 본 실시형태에 있어서는, 금속박 (71) 에 1 또는 복수의 관통공 (TH) 이 배치되어 있음으로써, 금속박에 관통공이 배치되어 있지 않은 구성과 비교해, 예리한 선단 형상을 갖는 이물질 (X) 에 대한 라미네이트 필름 (7) 의 강도가 부분적으로 저하하여 있다. 바꾸어 말하면, 1 또는 복수의 관통공 (TH) 이 배치된 지점에는 수지 필름 (72) 만이 존재하기 때문에, 라미네이트 필름 (7) 이 국소적으로 이물질 (X) 에 의해 관통되기 쉽게 되어 있다. 그러면, 라미네이트 필름 (7) 을 통해 고체 전극체 (6) 에 인가되는 압력이 큰 값까지 증가하기 전에 이물질 (X) 이 라미네이트 필름 (7) 을 관통한다 (실선 참조). 그 결과, 고체 전극체 (6) 의 균열이 발생하기 어려워진다.
이상과 같이, 실시형태 1 에 있어서는, 금속박 (71) 에 적어도 1 개의 관통공 (TH) 이 형성되어 있다. 수지 필름 (72) 만이 존재하는 지점을 형성함으로써, 이물질 (X) 에 대한 금속박 (71) 의 강도를 의도적으로 저하시킨다. 이로써, 이물질 (X) 이 라미네이트 필름 (7) 을 관통하기 쉽게 함으로써, 이물질 (X) 이 관통할 때까지 계속되는 압력의 증가를 방지한다. 그러면, 도 6 에서 설명한 바와 같이, 라미네이트 필름 (7) 을 통해 고체 전극체 (6) 에 인가되는 압력의 최대값이 저감된다. 따라서, 실시형태 1 에 의하면, 고체 전극체 (6) 의 균열을 억제할 수 있다.
[실시형태 2]
실시형태 1 에서는, 금속박 (71) 에 적어도 1 개의 관통공 (TH) 이 형성되어 있는 예에 대해 설명했다. 그러나, 이물질 (X) 이 관통하기 쉽도록 라미네이트 필름이 취약하게 되어 있다면 다른 구성도 채용할 수 있다. 실시형태 2 에 있어서는, 금속박을 피복하는 수지 필름이 이물질 (X) 의 관통에 대해 취약하게 되어 있는 구성에 대해 설명한다.
도 7 은, 실시형태 2 에 있어서의 전지의 단면도이다. 도 7 은 도 3 과 대비된다. 도 7 을 참조하고, 전지 (100A) 는, 라미네이트 필름 (7) 대신에 라미네이트 필름 (7A) 을 구비하는 점에 있어서, 실시형태 1 에 있어서의 전지 (100) 와 상이하다. 고체 전극체 (6) 의 구성은 공통이다.
라미네이트 필름 (7A) 에 있어서는, 수지 필름 (72) 이 후육부 (721) 와 박육부 (722) 를 갖는다. 박육부 (722) 의 두께는, 후육부 (721) 의 두께보다 얇다. 수지 필름 (72) 의 표면 중 이물질 (X) 과 접촉하기 쉬운 지점에 박육부 (722) 를 형성하는 것이 바람직하다. 이물질 (X) 과 접촉하기 쉬운 지점은, 예를 들어 다수의 전지를 회수하여 이물질에 의해 파손된 지점을 해석함으로써 실험적으로 구할 수 있다.
수지 필름 (72) 중 박육부 (722) 가 형성된 지점에 있어서는, 후육부 (721) 가 형성된 지점과 비교해, 라미네이트 필름 (7A) 의 강도가 저하하여 있다. 요컨대, 라미네이트 필름 (7A) 은, 박육부 (722) 에 있어서 이물질 (X) 에 의해 관통되기 쉽게 되어 있다. 그러면, 실시형태 1 에서 도 6 을 이용하여 설명한 바와 같이, 라미네이트 필름 (7A) 을 통해 고체 전극체 (6) 에 인가되는 압력이 큰 값에 이르기 전에 이물질 (X) 이 라미네이트 필름 (7A) 을 관통한다. 그 결과, 고체 전극체 (6) 의 균열이 발생하기 어려워진다.
또한, 도 7 에 나타내는 예에서는, 박육부 (722) 가 1 지점만 형성되어 있지만, 박육부 (722) 가 복수 지점에 형성되어 있어도 된다. 또, 도 7 에 나타내는 예에서는, 금속박 (71) 의 내면 (도면 중, 하측의 면) 및 외면 (상측의 면) 을 피복하는 수지 필름 (72) 중, 금속박 (71) 의 외면을 피복하는 수지 필름 (72) 의 두께를 부분적으로 얇게 함으로써 박육부 (722) 가 실현되어 있다. 그러나, 금속박 (71) 의 내면을 피복하는 수지 필름 (72) 의 두께를 부분적으로 얇게 함으로써 박육부 (722) 를 실현해도 된다. 또, 금속박 (71) 의 외면을 피복하는 수지 필름 (72) 의 두께와, 금속박 (71) 의 내면을 피복하는 수지 필름 (72) 의 두께의 양방을 얇게 해도 된다.
이상과 같이, 실시형태 2 에 있어서는, 수지 필름 (72) 에 박육부 (722) 가 형성되어 있다. 박육부 (722) 를 형성하여 수지 필름 (72) 의 강도를 의도적으로 저하시켜, 이물질 (X) 이 라미네이트 필름 (7A) 을 관통하기 쉽게 함으로써, 이물질 (X) 이 관통할 때까지 계속되는 압력의 증가를 방지한다. 이로써, 라미네이트 필름 (7A) 을 통해 고체 전극체 (6) 에 인가되는 압력의 최대값이 저감된다. 따라서, 실시형태 2 에 의하면 실시형태 1 과 마찬가지로, 고체 전극체 (6) 의 균열을 억제할 수 있다.
또한, 실시형태 1 과 실시형태 2 를 조합해도 된다. 즉, 적어도 1 개의 관통공 (TH) 이 배치된 금속박 (71) 과, 후육부 (721) 및 박육부 (722) 를 갖는 수지 필름 (72) 을 조합하는 것도 가능하다.
[평가 시험]
마지막으로, 본 발명자들이 실시한 평가 시험의 결과에 대해 설명한다. 평가 시험에서는, 이물질 (X) 로서 직경 3 mm 의 못을 사용했다. 이물질 (X) 이 라미네이트 필름 (7) 의 표면에 대해 압박되는 각도 θ (도 3 참조) 를 45°로 했다. 이물질 (X) 의 이동 속도를 초속 2 mm 로 설정했다. 실시형태 1 에 관련된 전지 (100) 및 실시형태 2 에 관련된 전지 (100A) 의 시험 개시 시의 SOC (State Of Charge) 를 100 % 로 설정했다. 각 전지의 전압이 2 mV 저하한 시점에서 이물질 (X) 의 이동을 정지했다. 이물질 (X) 의 압박 위치로부터 1 cm 의 위치의 온도를 측정했다. 평가 시험은 실온 환경하에서 실시했다.
평가 시험의 결과, 실시형태 1 에 관련된 전지 (100) 에 있어서도, 실시형태 2 에 관련된 전지 (100A) 에 있어서도, 이들의 대책 비실시의 비교예와 비교해, 고체 전극체 (6) 의 단락한 층수가 2 층 적어지는 것을 확인할 수 있었다.
금회 개시된 실시형태는, 모든 점에서 예시이고 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 개시의 범위는, 상기한 실시형태의 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 나타나고, 특허 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (5)

  1. 정극층 (1), 고체 전해질층 (3) 및 부극층 (2) 을 포함하는 고체 전극체 (6) 와,
    상기 고체 전극체 (6) 를 수용하는 라미네이트 필름 (7) 을 구비하고,
    상기 라미네이트 필름 (7) 은, 침상의 외부 자극에 대한 취약부를 포함하고,
    상기 취약부의 강도는, 상기 라미네이트 필름 (7) 중 상기 취약부 이외의 부분의 강도보다 낮은, 전고체 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라미네이트 필름 (7) 은,
    금속박 (71) 과,
    상기 금속박 (71) 의 양면을 피복하는 수지 필름 (72) 을 포함하고,
    상기 취약부는, 상기 금속박 (71) 중 적어도 1 개의 관통공 (TH) 이 배치된 부분인, 전고체 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 관통공 (TH) 은, 복수의 관통공이며,
    상기 금속박 (71) 은, 펀칭 메탈, 익스팬드 메탈 및 라스 메탈 중 어느 것인, 전고체 전지.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 수지 필름 (72) 은, 서로 두께가 상이한 후육부 (721) 와 박육부 (722) 를 갖고,
    상기 취약부는, 상기 적어도 1 개의 관통공 (TH) 이 배치된 부분과, 상기 박육부 (722) 를 포함하는, 전고체 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 라미네이트 필름 (7) 은,
    금속박 (71) 과,
    상기 금속박 (71) 의 양면을 피복하는 수지 필름 (72) 을 포함하고,
    상기 수지 필름 (72) 은, 서로 두께가 상이한 후육부 (721) 와 박육부 (722) 를 갖고,
    상기 취약부는, 상기 박육부 (722) 인, 전고체 전지.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07211300A (ja) * 1994-01-17 1995-08-11 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池
JPH10125348A (ja) * 1996-10-21 1998-05-15 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池
JP2014022224A (ja) * 2012-07-19 2014-02-03 Gs Yuasa Corp 蓄電素子
JP2016039094A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 日産自動車株式会社 積層型電池及び電池モジュール
JP2019151120A (ja) * 2014-04-07 2019-09-12 昭和電工パッケージング株式会社 ラミネート外装材およびラミネート外装材用積層体

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4193247B2 (ja) * 1998-10-30 2008-12-10 ソニー株式会社 非水電解質電池及びその製造方法
EP1096589A1 (en) * 1999-05-14 2001-05-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Flat battery and electronic device
US7008721B2 (en) * 2001-01-18 2006-03-07 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Battery and lead-insulating film
JP2004052100A (ja) * 2002-05-27 2004-02-19 Nippon Steel Corp 電池用外装材
JP5380798B2 (ja) 2007-07-06 2014-01-08 日産自動車株式会社 二次電池
JP2010086753A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Fdk Corp 蓄電デバイス
KR101072737B1 (ko) * 2009-09-18 2011-10-11 율촌화학 주식회사 셀 포장재 및 그 제조방법
WO2013115549A1 (ko) * 2012-02-02 2013-08-08 주식회사 엘지화학 지그재그 형상의 실링부를 포함하는 이차전지
JP6479323B2 (ja) * 2014-03-14 2019-03-06 昭和電工パッケージング株式会社 包装材、電池用外装ケース及び電池
US10381171B2 (en) * 2015-03-04 2019-08-13 Taiyo Yuden Co., Ltd. Electric storage cell, covering film and electric storage module
JP6673249B2 (ja) * 2017-02-14 2020-03-25 トヨタ自動車株式会社 ラミネート全固体電池の製造方法
KR102451686B1 (ko) * 2017-06-20 2022-10-05 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 외장재 및 이를 포함하는 이차 전지
US20200377690A1 (en) * 2018-02-20 2020-12-03 Sekisui Chemical Co., Ltd. Fire-resistant resin composition, fire-resistant sheet, fire-resistant laminate, and battery
WO2021166322A1 (ja) * 2020-02-20 2021-08-26 日本碍子株式会社 リチウムイオン２次電池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07211300A (ja) * 1994-01-17 1995-08-11 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池
JPH10125348A (ja) * 1996-10-21 1998-05-15 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池
JP2014022224A (ja) * 2012-07-19 2014-02-03 Gs Yuasa Corp 蓄電素子
JP2019151120A (ja) * 2014-04-07 2019-09-12 昭和電工パッケージング株式会社 ラミネート外装材およびラミネート外装材用積層体
JP2016039094A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 日産自動車株式会社 積層型電池及び電池モジュール

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