WO2022114140A1 - 固体電池および固体電池の製造方法 - Google Patents
固体電池および固体電池の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本発明の一実施形態では、固体電池が提供される。当該固体電池は、正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備えた電池要素と、前記電池要素の端面に設けられた端面電極と、前記電池要素および前記端面電極を有して成る端面電極付電池要素を収容するように設けられた外装体とを備え、前記外装体の外表面が前記端面電極付電池要素の全輪郭領域よりも前記電池要素から見て外側に位置づけられていることを特徴とする。
Description
本発明は、固体電池および固体電池の製造方法に関する。
従前より充放電が繰り返し可能な二次電池が様々な用途に用いられている。例えば、二次電池は、スマートフォン、ノートパソコン等の電子機器の電源として用いられている。
当該二次電池においてはイオンを移動させるための媒体として有機溶媒等の液体の電解質(電解液)が従来より使用されている。しかしながら、電解液を用いた二次電池においては、電解液の漏液等の問題がある。そのため、液体の電解質に代えて固体電解質を有して成る固体電池の開発が進められている。
固体電池として、正極層、負極層、および正極層と負極層との間に介在する固体電解質層を備えた電池要素と、電池要素の端面に設けられた端面電極と、端面電極が外部に露出可能に電池要素を覆う外装体とを有して成るものが挙げられる。
ここで、本願発明者らは、上記の固体電池において更に改善すべき事項があることに気付いた。具体的には、端面電極が外部に露出する形態が採られる場合、端面電極が他の固体電池、電子媒体等に接触し、それによって端面電極に欠損が生じる虞がある。
本発明はかかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の主たる目的は、端面電極の欠損を好適に回避可能な固体電池およびその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態では、
正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備えた電池要素と、
前記電池要素の端面に設けられた端面電極と、
前記電池要素および前記端面電極を有して成る端面電極付電池要素を収容するように設けられた外装体と
を備え、
前記外装体の外表面が、前記端面電極付電池要素の全輪郭領域よりも前記電池要素から見て外側に位置づけられている、固体電池が供される。
正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備えた電池要素と、
前記電池要素の端面に設けられた端面電極と、
前記電池要素および前記端面電極を有して成る端面電極付電池要素を収容するように設けられた外装体と
を備え、
前記外装体の外表面が、前記端面電極付電池要素の全輪郭領域よりも前記電池要素から見て外側に位置づけられている、固体電池が供される。
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態では、
(i)正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備えた電池要素を形成する工程と、
(ii)前記電池要素の表面に端面電極を設ける工程と、
(iii)前記電池要素および該電池要素に設けた前記端面電極を有して成る端面電極付電池要素を覆うように外装体を形成する工程と
を順に含み、
前記(iii)の工程にて、前記外装体の外表面が前記端面電極付電池要素の全輪郭領域よりも前記電池要素から見て外側に位置づけられるように前記外装体の形成を実施する、固体電池の製造方法が供される。
(i)正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備えた電池要素を形成する工程と、
(ii)前記電池要素の表面に端面電極を設ける工程と、
(iii)前記電池要素および該電池要素に設けた前記端面電極を有して成る端面電極付電池要素を覆うように外装体を形成する工程と
を順に含み、
前記(iii)の工程にて、前記外装体の外表面が前記端面電極付電池要素の全輪郭領域よりも前記電池要素から見て外側に位置づけられるように前記外装体の形成を実施する、固体電池の製造方法が供される。
本発明の一実施形態によれば、端面電極の欠損を好適に回避可能である。
本発明の一実施形態に係る固体電池について説明する前に、固体電池の基本的構成について説明しておく。本明細書でいう「固体電池」とは、広義にはその構成要素が固体から構成されている電池を指し、狭義にはその構成要素(特に全ての構成要素)が固体から構成されている全固体電池を指す。ある好適な態様では、本発明の固体電池は、電池構成単位を成す各層が互いに積層するように構成された積層型固体電池であり、好ましくはそのような各層が焼結体から成っている。本明細書でいう「固体電池」は、充電および放電の繰り返しが可能な二次電池のみならず、放電のみが可能な一次電池をも包含し得る。本発明のある好適な態様では、固体電池は二次電池である。「二次電池」は、その名称に過度に拘泥されるものではなく、例えば、蓄電デバイスなども包含し得る。
本明細書でいう「断面視」とは、固体電池を構成する材層の積層方向に基づく厚み方向に対して略垂直な方向から固体電池をみたときの状態のことである。本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”および“左右方向”は、それぞれ図中における上下方向および左右方向に相当する。特記しない限り、同じ符号または記号は、同じ部材・部位または同じ意味内容を示すものとする。ある好適な態様では、鉛直方向下向き(すなわち、重力が働く方向)が「下方向」に相当し、その逆向きが「上方向」に相当すると捉えることができる。
本明細書で言及する各種の数値範囲は、特段の説明が付されない限り、下限および上限の数値そのものを含むことを意図している。つまり、例えば1~10といった数値範囲を例にとれば、特段の説明の付記がない限り、下限値の“1”を含むと共に、上限値の“10”をも含むものとして解釈され得る。
[固体電池の構成]
固体電池は、正極・負極の電極層と固体電解質とを少なくとも有して成る。具体的には固体電池は、電池要素と、端面電極と、外装体とを有して成る。電池要素は、正極層、負極層、およびそれらの間に介在する固体電解質から成る電池構成単位を含んだものである。端面電極は、電池要素の端面と対向するように設けられた電極である。外装体は、電極層と端面電極とが接合可能に電池要素の表面を覆う層である。
固体電池は、正極・負極の電極層と固体電解質とを少なくとも有して成る。具体的には固体電池は、電池要素と、端面電極と、外装体とを有して成る。電池要素は、正極層、負極層、およびそれらの間に介在する固体電解質から成る電池構成単位を含んだものである。端面電極は、電池要素の端面と対向するように設けられた電極である。外装体は、電極層と端面電極とが接合可能に電池要素の表面を覆う層である。
固体電池は、それを構成する各層が焼成によって形成されるところ、正極層、負極層および固体電解質などが焼結層を成している。好ましくは、正極層、負極層および固体電解質は、それぞれが互いに一体焼成されており、それゆえ電池要素が一体焼結体を成している。
(電極層)
正極層は、少なくとも正極活物質を含んで成る電極層である。正極層は、更に固体電解質を含んで成っていてよい。例えば、正極層は、正極活物質粒子と固体電解質粒子とを少なくとも含む焼結体から構成されている。好ましい1つの態様では、正極層が、正極活物質粒子および固体電解質粒子のみを実質的に含む焼結体から構成されている。一方、負極層は、少なくとも負極活物質を含んで成る電極層である。負極層は、更に固体電解質を含んで成っていてよい。例えば、負極層は、負極活物質粒子と固体電解質粒子とを少なくとも含む焼結体から構成されている。好ましい1つの態様では、負極層が、負極活物質粒子および固体電解質粒子のみを実質的に含む焼結体から構成されている。
正極層は、少なくとも正極活物質を含んで成る電極層である。正極層は、更に固体電解質を含んで成っていてよい。例えば、正極層は、正極活物質粒子と固体電解質粒子とを少なくとも含む焼結体から構成されている。好ましい1つの態様では、正極層が、正極活物質粒子および固体電解質粒子のみを実質的に含む焼結体から構成されている。一方、負極層は、少なくとも負極活物質を含んで成る電極層である。負極層は、更に固体電解質を含んで成っていてよい。例えば、負極層は、負極活物質粒子と固体電解質粒子とを少なくとも含む焼結体から構成されている。好ましい1つの態様では、負極層が、負極活物質粒子および固体電解質粒子のみを実質的に含む焼結体から構成されている。
正極活物質および負極活物質は、固体電池において電子の受け渡しに関与する物質である。固体電解質を介してイオンは正極層と負極層との間で移動(伝導)して電子の受け渡しが行われることで充放電がなされる。正極層および負極層は特にリチウムイオンまたはナトリウムイオンを吸蔵放出可能な層であることが好ましい。つまり、固体電池は、固体電解質を介してリチウムイオンが正極層と負極層との間で移動して電池の充放電が行われる全固体型二次電池であることが好ましい。
(正極活物質)
正極層に含まれる正極活物質としては、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、リチウム含有層状酸化物、および、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li3V2(PO4)3等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、LiFePO4、LiMnPO4等が挙げられる。リチウム含有層状酸化物の一例としては、LiCoO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4等が挙げられる。リチウム化合物の種類は、特に限定されないが、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物およびリチウム遷移金属リン酸化合物としてよい。リチウム遷移金属複合酸化物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含む酸化物の総称であると共に、リチウム遷移金属リン酸化合物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物の総称である。遷移金属元素の種類は、特に限定されないが、例えば、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)などである。
正極層に含まれる正極活物質としては、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、リチウム含有層状酸化物、および、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li3V2(PO4)3等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、LiFePO4、LiMnPO4等が挙げられる。リチウム含有層状酸化物の一例としては、LiCoO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4等が挙げられる。リチウム化合物の種類は、特に限定されないが、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物およびリチウム遷移金属リン酸化合物としてよい。リチウム遷移金属複合酸化物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含む酸化物の総称であると共に、リチウム遷移金属リン酸化合物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物の総称である。遷移金属元素の種類は、特に限定されないが、例えば、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)などである。
また、ナトリウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質としては、ナシコン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、ナトリウム含有層状酸化物およびスピネル型構造を有するナトリウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも1種が挙げられる。例えば、ナトリウム含有リン酸化合物の場合、Na3V2(PO4)3、NaCoFe2(PO4)3、Na2Ni2Fe(PO4)3、Na3Fe2(PO4)3、Na2FeP2O7、Na4Fe3(PO4)2(P2O7)、およびナトリウム含有層状酸化物としてNaFeO2から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。
この他、正極活物質は、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物または導電性高分子等でもよい。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムまたは二酸化マンガン等でもよい。二硫化物は、例えば、二硫化チタンまたは硫化モリブデン等である。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブ等でもよい。導電性高分子は、例えば、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラスチレン、ポリアセチレンまたはポリアセン等でもよい。
(負極活物質)
負極層に含まれる負極活物質としては、例えば、Ti、Si、Sn、Cr、Fe、NbおよびMoから成る群より選ばれる少なくとも一種の元素を含む酸化物、黒鉛-リチウム化合物、リチウム合金、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ならびに、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。リチウム合金の一例としては、Li-Al等が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li3V2(PO4)3、LiTi2(PO4)3等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、LiCuPO4等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、Li4Ti5O12等が挙げられる。
負極層に含まれる負極活物質としては、例えば、Ti、Si、Sn、Cr、Fe、NbおよびMoから成る群より選ばれる少なくとも一種の元素を含む酸化物、黒鉛-リチウム化合物、リチウム合金、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ならびに、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。リチウム合金の一例としては、Li-Al等が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li3V2(PO4)3、LiTi2(PO4)3等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、LiCuPO4等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、Li4Ti5O12等が挙げられる。
また、ナトリウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質としては、ナシコン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、およびスピネル型構造を有するナトリウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
なお、ある好適な態様の本発明の固体電池では、正極層と負極層とが同一材料から成っている。
正極層および/または負極層は、導電助剤を含んでいてもよい。正極層および負極層に含まれる導電助剤として、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅およびニッケル等の金属材料、ならびに炭素などから成る少なくとも1種を挙げることができる。特に限定されるわけではないが、炭素は、正極活物質、負極活物質および固体電解質材などと反応し難く、固体電池の内部抵抗の低減に効果を奏するのでその点で好ましい。
さらに、正極層および/または負極層は、焼結助剤を含んでいてもよい。焼結助剤としては、リチウム酸化物、ナトリウム酸化物、カリウム酸化物、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化ビスマスおよび酸化リンから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。
(固体電解質)
固体電解質は、リチウムイオンが伝導可能な材質である。特に固体電池で電池構成単位を成す固体電解質は、正極層と負極層との間においてリチウムイオンまたはナトリウムイオンが伝導可能な層を成している。なお、固体電解質は、正極層と負極層との間に少なくとも設けられていればよい。つまり、固体電解質は、正極層と負極層との間からはみ出すように当該正極層および/または負極層の周囲において存在していてもよい。具体的な固体電解質としては、例えば、ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物、ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物、酸化物ガラスセラミックス系リチウムイオン伝導体等が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物としては、LixMy(PO4)3(1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrから成る群より選ばれる少なくとも一種)が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、例えば、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3等が挙げられる。ペロブスカイト構造を有する酸化物の一例としては、La0.55Li0.35TiO3等が挙げられる。ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物の一例としては、Li7La3Zr2O12等が挙げられる。酸化物ガラスセラミックス系リチウムイオン伝導体としては、例えば、リチウム、アルミニウムおよびチタンを構成元素に含むリン酸化合物(LATP)、リチウム、アルミニウムおよびゲルマニウムを構成元素に含むリン酸化合物(LAGP)を用いることができる。
固体電解質は、リチウムイオンが伝導可能な材質である。特に固体電池で電池構成単位を成す固体電解質は、正極層と負極層との間においてリチウムイオンまたはナトリウムイオンが伝導可能な層を成している。なお、固体電解質は、正極層と負極層との間に少なくとも設けられていればよい。つまり、固体電解質は、正極層と負極層との間からはみ出すように当該正極層および/または負極層の周囲において存在していてもよい。具体的な固体電解質としては、例えば、ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物、ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物、酸化物ガラスセラミックス系リチウムイオン伝導体等が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物としては、LixMy(PO4)3(1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrから成る群より選ばれる少なくとも一種)が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、例えば、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3等が挙げられる。ペロブスカイト構造を有する酸化物の一例としては、La0.55Li0.35TiO3等が挙げられる。ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物の一例としては、Li7La3Zr2O12等が挙げられる。酸化物ガラスセラミックス系リチウムイオン伝導体としては、例えば、リチウム、アルミニウムおよびチタンを構成元素に含むリン酸化合物(LATP)、リチウム、アルミニウムおよびゲルマニウムを構成元素に含むリン酸化合物(LAGP)を用いることができる。
なお、ナトリウムイオンが伝導可能な固体電解質としては、例えば、ナシコン構造を有するナトリウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物、ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物等が挙げられる。ナシコン構造を有するナトリウム含有リン酸化合物としては、NaxMy(PO4)3(1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrから成る群より選ばれた少なくとも一種)が挙げられる。
固体電解質は、焼結助剤を含んでいてもよい。固体電解質に含まれる焼結助剤は、例えば、正極層・負極層に含まれ得る焼結助剤と同様の材料から選択されてよい。
(端面電極)
固体電池には、一般に端面電極が設けられている。具体的には、電池要素の端面と対向するように端面電極が設けられている。具体的には、正極層と接続された正極側の端面電極と、負極層と接続された負極側の端面電極とが、相互に対向する電池要素の端面領域にそれぞれ設けられている。より具体的には、正極層側の端面電極は、正極層の端部、具体的には正極層端部に形成された引出し部と接合可能に構成されている。又、負極層側の端面電極は、負極層の端部、具体的には負極層端部に形成された引出し部と接合可能に構成されている。
固体電池には、一般に端面電極が設けられている。具体的には、電池要素の端面と対向するように端面電極が設けられている。具体的には、正極層と接続された正極側の端面電極と、負極層と接続された負極側の端面電極とが、相互に対向する電池要素の端面領域にそれぞれ設けられている。より具体的には、正極層側の端面電極は、正極層の端部、具体的には正極層端部に形成された引出し部と接合可能に構成されている。又、負極層側の端面電極は、負極層の端部、具体的には負極層端部に形成された引出し部と接合可能に構成されている。
好ましい1つの態様では、端面電極は、電極層の引出し部と接合させる観点から、ガラスまたはガラスセラミックスを含んでなることが好ましい。又、端面電極は、導電率が大きい材料を含んで成ることが好ましい。端面電極の具体的な材質としては、特に制限されるわけではないが、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズおよびニッケルから成る群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。端面電極材に金属材を用いることで、端面電極からの水分の進入を抑制することができる。端面電極の厚みは、特に限定されず、例えば0.01μm以上1mm以下、特に1μm以上100μm以下であってよい。
(外装体)
外装体は、一般に固体電池の最外側に形成され得るもので、電気的、物理的および/または化学的に保護するためのものである。外装体を構成する材料としては絶縁性、耐久性および/または耐湿性に優れ、環境的に安全であることが好ましい。
外装体は、一般に固体電池の最外側に形成され得るもので、電気的、物理的および/または化学的に保護するためのものである。外装体を構成する材料としては絶縁性、耐久性および/または耐湿性に優れ、環境的に安全であることが好ましい。
外装体は、各電極層の引出し部と各端面電極とがそれぞれ接合可能に電池要素の表面を覆う層である。外装体は、正極層の引出し部と正極側の端面電極とが接合可能に電池要素の表面を覆うと共に、負極層の引出し部と負極側の端面電極とが接合可能に電池要素の表面を覆う。
外装体は樹脂非含有絶縁性材から構成され得る。本明細書でいう「樹脂非含有絶縁性材」とは、樹脂を含まない絶縁性材であって、イオン伝導性および電子伝導性を有さない絶縁性無機材を指す。
イオン伝導性を有さない無機材とは、イオン伝導性が1×10-7S/cm以下であるものを指す。より長期的に電池の劣化を抑制する観点から、イオン伝導性は1×10-12S/cm以下であることが好ましい。イオン伝導性を有さない無機材のイオン導電性は通常1×10-18S/cm以上である。
電子伝導性を有さない無機材とは、電子伝導性が1×10-7S/cm以下であるものを指す。より長期的に電池の劣化を抑制する観点から、電子伝導性は1×10-12S/cm以下であることが好ましい。電子伝導性を有さない無機材の電子導電性は通常1×10-18S/cm以上である。
外装体がこのような樹脂非含有絶縁性材から構成されるため、外装体はより一層、優れた耐湿性、耐環境性および耐久性を有する。詳しくは、外装体は、樹脂(例えば高分子化合物)を含む外装体と比較して、水分およびガス(二酸化炭素)を吸着、吸収および透過し難く、かつ電池要素との接合強度が高い外装体とすることができる。その結果として、外装体では、高分子化合物を含む外装体と比較して、水分およびガス(二酸化炭素)の吸着および吸収による膨張に基づく割れおよび脱落が起こり難く、かつ振動および衝撃などによる脱落が起こり難い。つまり、外装体は、固体電池内部の電池要素の電極を損傷させないための「水蒸気透過防止層」として好適に機能することができる。
外装体を構成する絶縁性材として、例えば、ガラスおよびセラミックスを含んで成るものが挙げられる。ガラスとしては、石英ガラス(SiO2)や、SiO2とB2O3、PbO、MgO、ZnO、Bi2O3、Na2O、およびAl2O3から構成される群から選択される少なくとも1つとを組み合わせた複合酸化物系ガラスが挙げられる。セラミックスとしては、Al2O3(アルミナ)、ZnAl2O4(ガーナイト)、およびMg2SiO4(フォルステライト)から成る群から選択される少なくとも1つ等が挙げられる。
外装体は上記した樹脂以外の絶縁性物質粒子を含む焼結体により構成されている。外装体を構成する焼結体は、絶縁性物質粒子間に気孔を有するものの、その厚み方向(例えば、積層方向)において、水分およびガス(二酸化炭素)の吸着、吸収および透過を抑制し得る程度の緻密性を有する。
外装体の気孔率は例えば、0.1体積%以上20体積%以下、特に1体積%以上10%体積以下であってよい。気孔率は重量気孔率法、CTスキャンを用いた計算トモグラフィー法、液浸法などによって測定された値を用いている。外装体の厚み方向の酸素透過性は例えば、10-1cc/m2/day/気圧以下、特に10-3cc/m2/day/気圧 以下であり得る。外装体の厚み方向のH2O透過性は例えば、10-2g/m2/day 以下、特に10-4g/m2/day以下であり得る。H2O透過性はキャリアガス法、着圧法、Ca腐食法により25℃で測定された値を用いている。
[本発明の特徴部分]
以下、本発明の特徴部分について説明する。
以下、本発明の特徴部分について説明する。
本願発明者は、電池要素に端面電極が設けられている場合にて、当該端面電極の欠損を回避可能とするための解決策について鋭意検討した。その結果、本願発明者は、下記の特徴を有する本発明の一実施形態に係る固体電池1000を案出するに至った(図1~図4参照)。
図1~図4に示すように、本発明の一実施形態に係る固体電池1000は、電池要素100、端面電極200、および外装体300を備える。電池要素100は、正極層10I、負極層10II、および正極層10Iと負極層10IIとの間に介在する固体電解質層20を備えたものである。端面電極200は、電池要素100の端面100αに設けられたものである。外装体300は、電池要素100および端面電極200を有して成る端面電極付電池要素400を収容するように設けられたものである。
この前提下で、本発明の一実施形態に係る固体電池1000は、外装体300の外表面300αが端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αよりも電池要素100から見て外側に位置づけられていることを特徴とする。
なお、本明細書でいう「外装体の外表面」とは外装体の外側に方向づけられた表面を指す。本明細書でいう「端面電極付電池要素」とは端面電極と電池要素とを有してなる構成体の総称を指す。本明細書でいう「端面電極付電池要素の全輪郭領域」とは、端面電極付電池要素の輪郭の全体を指す。本明細書でいう「端面電極付電池要素の全輪郭領域」とは、端面電極付電池要素の輪郭形成面の全体を指す。本明細書でいう「端面電極の電池要素非接触面」とは、端面電極のうちの電池要素と接触しない面を指す。本明細書でいう「端面電極の電池要素非接触面の全輪郭領域」とは、端面電極のうちの電池要素と接触しない輪郭形成面の全体を指す。
かかる特徴を前提として、一例として、図1~図4に示すように、相互に対向する2枚の外装体300が端面電極付電池要素400を挟み込むように設けられる態様を採ることができる。かかる特徴によれば、外装体300の外表面300αが端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αよりも電池要素100から見て外側に位置づけられる。換言すれば、端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αが、外装体300の外表面300αよりも外装体300から見て内側に位置づけられることとなる。
従前の固体電池1000’のように端面電極200’が外部に露出する形態が採られる場合(図14参照)、相互に対向する1対の端面電極200’(正極側端面電極および負極側端面電極)との間に挟み込まれるように外装体300’が位置づけられ得る。この場合、従前の固体電池1000’では、端面電極200’と外装体300’とが相互に面一形態をなすこととなる。
これに対して、本発明の一実施形態では、端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αが外装体300の外表面300αよりも内側に位置づけられるため、これに起因して、外装体300は端面電極200と端面電極200に連続する電池要素100とに跨るように設けられ得る。更に、端面電極付電池要素400の構成に着目した場合、端面電極200と電池要素100(外装体ではなく)とが相互に面一形態をなすこととなる。
外装体300と端面電極200との間の配置関係に着目すると、外装体300の外表面300αが、端面電極200の電池要素非接触面200αの全輪郭領域201αよりも電池要素100から見て外側に位置づけられ得る。換言すれば、端面電極付電池要素400の構成要素である端面電極200の電池要素非接触面200αの全輪郭領域201αが外装体300の外表面300αよりも外装体300から見て内側に位置づけられる。
本発明の特徴を別の観点からみると、以下の事を述べることができる。具体的には、平面領域サイズの大きさの比較を行うと、平面視における外装体300の主面300βのサイズが端面電極付電池要素400の輪郭形成面400βのサイズよりも大きくなり得る。一例として、平面視にて外装体300および端面電極付電池要素400が略矩形形態を有することができる。この場合、外装体300が端面電極付電池要素400を収容するように配置されていることを前提として、外装体300の主面300βの縦横サイズが端面電極付電池要素400の輪郭形成面400βの縦横サイズよりも大きくなり得る。
本発明の特徴を更に別の観点からみると、以下の事を述べることもできる。具体的には、端面電極200は電池要素と接する第1の主面200β(電池要素接触面に相当)と第1の主面200βに相互に対向する第2の主面200γとを有して成るところ、外装体300が端面電極200の第2の主面200γよりも電池要素100から見て外側に突き出るように配置されている。
以上の事からも、本発明の一実施形態によれば、他の固体電池又は電子媒体が固体電池1000に接触しても、他の固体電池又は電子媒体は、その構成要素である外装体300の外表面300αに接触し得るものの、端面電極200には直接接触し得ない。これにより、端面電極200の欠損発生を好適に回避することが可能となる。それ故、端面電極200と電子媒体との間の電気接続不良、端面電極200の気密性低下を抑制でき、固体電池1000により所望の電池特性を得ることができる。
本発明は、下記態様を採ることが好ましい。
一態様では、外装体300Aが、少なくとも端面電極付電池要素400Aの端面電極200Aを部分的に取り囲むように設けられていることが好ましい(図5~図7参照)。
本態様は、上記図1~図4に示す態様と比べて好ましい態様に相当する。本態様では、上記図1~図4に示す態様における特徴に加え、外装体300Aが少なくとも端面電極200Aを部分的に取り囲むように設けられ得る。この場合、端面電極200Aを部分的に取り囲む外装体300Aが断面視および平面視で屈曲形態を有し得ることとなる。
かかる屈曲形態により、図1~4に示す態様(相互に対向する2枚の外装体300が端面電極付電池要素400を挟み込むように設けられる態様)と比べて、外装体300Aは端面電極200Aの第2の主面200Aγと対向可能となる。これにより、端面電極200Aのコーナー部分202Aの囲い込みが可能となり、端面電極付電池要素400Cの押さえ込みが可能となる。その結果として、電池要素100Aからの端面電極200Aの剥離を抑制することができる。
これに加え、外装体300A自体が屈曲形態を有することで、一方向に延在する形態と比べて端面電極付電池要素400Aが位置する内側方向へとまわりこむ力が作用し得るため、外装体300A自体の剥離も抑制することができる。
更に、固体電池1000Aが電子媒体と電気接続するためには、少なくとも端面電極200Aが電子媒体と接続可能に外部に露出している必要があり得る。この点につき、本態様のように、外装体300Aが屈曲形態を有する場合、外部への端面電極200Aの露出領域を減じることができる。
特に、当該露出領域のサイズを固体電池1000Aに接続する電子媒体のサイズよりも小さくなるように予め調整すれば、端面電極200Aに対する電子媒体の接触をより好適に回避できる。その結果として、端面電極200Aの欠損発生をより好適に回避することが可能となる。
一態様では、少なくとも前記端面電極200Bを部分的に取り囲む外装体300Bが、端面電極200Bの第2の主面200Bγと離隔しかつ対向可能となっていることがより好ましい(図8~図10参照)。
本態様は、上記図1~図4に示す態様に加え図5~図7に示す態様と比べてより好ましい態様に相当する。
まず、端面電極200’が外部に露出する形態が採られる場合、端面電極200’が他の固体電池1000’等に接触し、それによって端面電極200’に欠損が生じる虞があり得る(図14参照)。これに対して、上述のように、本発明の一実施形態によれば、外装体300Bの外表面300Bαが端面電極付電池要素400Bの全輪郭領域400Bαよりも電池要素100Bから見て外側に位置づけられている。これにより、上述のように、他の固体電池1000B又は電子媒体2000が固体電池1000Bに接触しても、他の固体電池又は電子媒体2000と端面電極200Bとの直接接触を回避することができる(図11~図13参照)。
これに加え、本態様では、外装体300Bが、端面電極200Bの第2の主面200Bγと離隔しかつ対向可能となっている。この場合、端面電極200Bを取り囲む外装体300Bと端面電極200Bの第2の主面200Bγとの間に間隙Wを形成することができる。固体電池1000Bは充放電時に電極層10Bの膨張収縮し、これに伴い端面電極付電池要素400Bも膨張収縮し得る。
この点につき、外装体300Bと端面電極200Bの第2の主面200Bγとの間に間隙Wが形成されているため、特に膨張した端面電極付電池要素400Bを受容可能なスペースを形成することができる。これにより、膨張した端面電極付電池要素400Bと外装体300Bとの接触を回避することができる。
又、図13に示すように、電子媒体又は他の固体電池等が屈曲形態を有する外装体300Bに接触し、この接触に伴い、当該外装体300Bの端部301Bが端面電極付電池要素400Bの配置方向へと向かって所定位置から内側により入り込むように方向づけられる場合があり得る。この場合においても、外装体300Bと端面電極200Bの第2の主面200Bγとの間に間隙Wが形成されているため、外装体300Bの端部301Bが端面電極200Bに接触することを回避することができる。以上の事からも、本態様によれば、端面電極200Bの欠損を更により好適に回避することができる。
一態様では、外装体1000Cが、端面電極付電池要素400Cの端面電極200Cに加え電池要素100Cも部分的に取り囲むように設けられていることがより好ましい(図15~図17参照)。
本態様は、上記図5~図7に示す態様と比べてより好ましい態様に相当する。具体的には、外装体1000Cが端面電極200Cに加え電池要素100Cも部分的に取り囲むように設けられている。この場合、第1に、外装体300Cが端面電極200Cを部分的に取り囲むことで、断面視および平面視で外装体300Cが屈曲形態を有し得る。これにより、既述のように、電池要素100Cからの端面電極200Cの剥離抑制、外装体300C自体の剥離抑制、および外部への端面電極200Cの露出領域の低減を図ることができる。
これに加え、第2に、外装体300Cが電池要素100Cも部分的に取り囲むことで、図5~図7に示す態様と比べて、屈曲形態の外装体300Cにより、外部への電池要素100Cの露出領域を減じることができる。その結果として、電池要素100Cの表面の欠損を好適に回避することが可能となる。
一態様では、端面電極200Dおよび電池要素100Dを共に部分的に取り囲む外装体300Dが、端面電極200Dの第2の主面200Dγと離隔対向し、かつ電池要素の表面100Dαと離隔対向可能していることがより好ましい(図18~図20参照)。
本態様は、上記図15~図17に示す態様と比べてより好ましい態様に相当する。具体的には、本態様では、外装体300Dが端面電極200Dおよび電池要素100Dを共に部分的に取り囲むという前提下で、当該外装体300Dが端面電極200Dの第2の主面200Dγと離隔対向することに加え、電池要素の表面100Dαとも離隔対向し得る。
この場合、外装体300Dと端面電極200Dの第2の主面200Dγとの間のみならず外装体300Dと電池要素の表面100Dαとの間にも間隙Wを形成することができる。これにより、外装体300Dが端面電極200Dのみならず電池要素100Dを共に部分的に取り囲む場合においても、全体として膨張し得る端面電極付電池要素400Dと外装体300Dとの接触を回避することができる。
更に、外装体300Dの端部301Dが端面電極200Dのみならず電池要素100Dにも接触することを回避することができる。以上の事からも、本態様によれば、端面電極200Dのみならず電池要素100Dの欠損もより好適に回避することができる。
一態様では、端面電極付電池要素400E、400F、400Gの端面電極200E、200F、200Gのみが外部に露出していることがより好ましい(図21~23参照)。
一態様では、端面電極付電池要素400E、400F、400Gの端面電極200E、200F、200Gの一部のみが外部に露出していることがより好ましい(図21~23参照)。
上述のように、本発明の一実施形態は、外装体の外表面が端面電極付電池要素の全輪郭領域よりも電池要素から見て外側に位置づけられていることを特徴とする。この場合、端面電極付電池要素の全輪郭領域は外装体の外表面よりも外装体から見て内側に位置づけられる一方、電池要素は露出する場合もあり得る。
この点につき、図21~図23に示すように、端面電極付電池要素400E、400F、400Gの端面電極200E、200F、200Gの一部のみが外部に露出していると、固体電池1000E~Fが電子媒体と電気接続するために必要な領域のみが露出することとなる。この事は、端面電極200E、200F、200Gの一部以外の領域(電池要素、端面電極の残りの領域)は外部に露出しないことを意味する。これにより、本態様によれば、端面電極のみならず電池要素の欠損も更により好適に回避することができる。
端面電極の一部露出領域の形状は特に限定されるものではなく、図21に示すように横方向に延在する露出領域、図22および図23に示すように縦方向に延在する露出領域の形態を採ることができる。
なお、本発明の一実施形態では、端面電極の形状、大きさは特に限定されるものではなく種々の形状を採ることができる(図24~図29参照)。
例えば、図24に示すように、相互に対向する電池要素100aの端面にそれぞれ、電池要素100aの各端面と同じ平面形状および大きさを有する端面電極200aを設けることができる。図25に示すように、相互に対向する電池要素100bの端面にそれぞれ、電池要素100bの各端面と同じ平面形状である一方端面の平面サイズよりも大きい端面電極200bを設けることができる。図26に示すように、相互に対向する電池要素100cの端面にそれぞれ、電池要素100cの各端面と同じ平面形状である一方端面の平面サイズよりも小さい端面電極200cを設けることができる。
図27に示すように、相互に異なる方向に延在する電池要素100dの端面にそれぞれ、電池要素100dの各端面と同じ平面形状である一方端面の平面サイズとは異なる端面電極200d1、200d2を設けることができる。この場合、端面電極200d1、200d2と電子媒体との接続ポイントの方向に関するバリエーションを増やすことができる。
図28に示すように、電池要素100eの同一端面にそれぞれ、所定の間隔をおいて端面電極200e1、200e2を設けることができる。この場合、相互に対向する電池要素の端面にそれぞれ端面電極場合と比べて、端面電極付電池要素400eのサイズを相対的に小さくできるため、全体として固体電池のサイズの低減化を図ることができる。又、電子媒体を端面電極と接続するように固体電池と横並びに配置でき、電子媒体と固体電池との一体化物の高さを減じることができる。
図29に示すように、電池要素100fの一方向に延在する所定端面および所定端面とは異なる方向に延在する端面とに跨るように、所定の間隔をおいて端面電極200f1、200f2を設けることができる。この場合、全体として固体電池のサイズの低減化および電子媒体と固体電池との一体化物の高さの低減化を図ることができると共に、端面電極200f1、200f2と電子媒体との接続ポイントの方向に関するバリエーションを増やすことができる。
[固体電池の製造方法]
以下、本発明の一実施形態に係る固体電池1000の製造方法について説明する(図30~図33参照)。
以下、本発明の一実施形態に係る固体電池1000の製造方法について説明する(図30~図33参照)。
本発明の一実施形態に係る固体電池は、グリーンシートを用いるグリーンシート法を用いて製造することができる。一態様では、グリーンシート法により所定の積層体を形成した上で、最終的に本発明の一実施形態に係る固体電池を製造することができる。なお、以下では、当該態様を前提として説明するが、これに限定されることなく、スクリーン印刷法等により所定の積層体を形成してもよい。
(未焼成積層体の形成工程)
まず、各基材(例えばPETフィルム)上に固体電解質層用ペースト、正極材層用ペースト、正極集電体層用ペースト、負極材層用ペースト、負極集電体層用ペースト、絶縁部用ペースト、および保護層用ペーストを塗工する。
まず、各基材(例えばPETフィルム)上に固体電解質層用ペースト、正極材層用ペースト、正極集電体層用ペースト、負極材層用ペースト、負極集電体層用ペースト、絶縁部用ペースト、および保護層用ペーストを塗工する。
各ペーストは、正極活物質、負極活物質、導電性材料、固体電解質材料、絶縁性物質、および焼結助剤から成る群から適宜選択される各層の所定の構成材料と、有機材料を溶剤に溶解した有機ビヒクルとを湿式混合することによって作製することができる。正極材層用ペーストは、例えば、正極活物質、導電材料、固体電解質材料、有機材料および溶剤を含む。負極材層用ペーストは、例えば、負極活物質、導電材料、固体電解質材料、有機材料および溶剤を含む。正極集電体層用ペースト/負極集電体層用ペーストとしては、例えば、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、およびニッケルから成る群から少なくとも一種選択されてよい。固体電解質層用ペーストは、例えば、固体電解質材料、焼結助剤、有機材料および溶剤を含む。保護層用ペーストは、例えば、絶縁性物質材料、有機材料および溶剤を含む。絶縁部用ペーストは、例えば絶縁性物質材料、有機材料および溶剤を含む。
湿式混合ではメディアを用いることができ、具体的には、ボールミル法またはビスコミル法等を用いることができる。一方、メディアを用いない湿式混合方法を用いてもよく、サンドミル法、高圧ホモジナイザー法またはニーダー分散法等を用いることができる。
所定の固体電解質材料と焼結助剤と、有機材料を溶剤に溶解した有機ビヒクルとを湿式混合することによって、所定の固体電解質層用ペーストを作製することができる。なお、既述のとおり、固体電解質材としては、例えば、ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物、ペロブスカイト構造を有する酸化物、ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物等が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物としては、LixMy(PO4)3(1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrからなる群より選ばれた少なくとも一種)が挙げられる。ナシコン構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、例えば、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3等が挙げられる。ペロブスカイト構造を有する酸化物の一例としては、La0.55Li0.35TiO3等が挙げられる。ガーネット型またはガーネット型類似構造を有する酸化物の一例としては、Li7La3Zr2O12等が挙げられる。
正極材層用ペーストに含まれる正極活物質材としては、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、リチウム含有層状酸化物、およびスピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から少なくとも一種を選択する。
絶縁部用ペーストに含まれる絶縁性物質材料としては、例えば、ガラス材、セラミック材等から構成され得る。保護層用ペーストに含まれる絶縁性物質材料としては、例えば、ガラス材、セラミックス材、熱硬化性樹脂材、光硬化性樹脂材等から成る群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。
ペーストに含まれる有機材料は特に限定されないが、ポリビニルアセタール樹脂、セルロース樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂およびポリビニルアルコール樹脂などから成る群から選択される少なくとも1種の高分子材料を用いることができる。溶剤は上記有機材料を溶解可能な限り特に限定されず、例えば、トルエンおよび/またはエタノールなどを用いることができる。
負極材層用ペーストに含まれる負極活物質材としては、例えば、Ti、Si、Sn、Cr、Fe、Nb、および、Moからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含む酸化物、黒鉛-リチウム化合物、リチウム合金、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、およびスピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から少なくとも一種から選択する。
焼結助剤としては、リチウム酸化物、ナトリウム酸化物、カリウム酸化物、酸化ホウ素、および酸化ケイ素からなる群から選択される少なくとも1種であり得る。
塗工したペーストを、30~50℃に加熱したホットプレート上で乾燥させることで、基材(例えばPETフィルム)上に所定厚みを有する固体電解質層シート、正極層シート、および負極層シートをそれぞれ形成する。
次に、各シートを基材から剥離する。剥離後、積層方向に沿って電池構成単位の各構成要素のシートを順に積層する。
当該積層の段階において、電極シートの側部領域にスクリーン印刷により固体電解質部シート又は絶縁部シートを設ける。具体的には、電極シートの側部のうち後刻に外部電極が接続される部分を除く外部電極非接続部分を取り囲むように固体電解質部シート又は絶縁部シートを設ける。
次いで、所定圧力(例えば約50~約100MPa)による熱圧着と、これに続く所定圧力(例えば約150~約300MPa)での等方圧プレスを実施することが好ましい。以上により、所定の積層体を形成することができる。
(焼成工程)
電極層となる部分の端部が露出した所定の積層体を焼成に付す。当該焼成は、窒素ガス雰囲気中で例えば600℃~1000℃で加熱することで実施する。積層体については、必要に応じて個片化工程を更に付してもよい。以上により、電池要素100に相当する焼結積層体を得ることができる(図30参照)。
電極層となる部分の端部が露出した所定の積層体を焼成に付す。当該焼成は、窒素ガス雰囲気中で例えば600℃~1000℃で加熱することで実施する。積層体については、必要に応じて個片化工程を更に付してもよい。以上により、電池要素100に相当する焼結積層体を得ることができる(図30参照)。
(端面電極の設置工程)
次いで、端部が露出した電極層を備える積層体(電池要素100に相当、図30参照)の側面に端面電極200をつける(図31参照)。具体的には、露出した電極層の端部を覆うように積層体(電池要素100に相当)の側面に端面電極200をつける。端面電極200は正極層と負極層にそれぞれ電気的に接続可能に設ける。例えば、スパッタ、DIP法等により端面電極200を形成することが好ましい。特に限定されるものではないが、端面電極としては、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズ、およびニッケルから選択される少なくとも一種から構成されることが好ましい。
次いで、端部が露出した電極層を備える積層体(電池要素100に相当、図30参照)の側面に端面電極200をつける(図31参照)。具体的には、露出した電極層の端部を覆うように積層体(電池要素100に相当)の側面に端面電極200をつける。端面電極200は正極層と負極層にそれぞれ電気的に接続可能に設ける。例えば、スパッタ、DIP法等により端面電極200を形成することが好ましい。特に限定されるものではないが、端面電極としては、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズ、およびニッケルから選択される少なくとも一種から構成されることが好ましい。
(外装体の形成工程)
次に、電池要素100および電池要素100に設けた端面電極200を有して成る端面電極付電池要素400を覆うように外装体300を形成する。外装体300の形成については、スパッタ、DIP法等を用いることができる。この際、本発明の一実施形態では、外装体300の外表面300αが端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αよりも電池要素100から見て外側に位置づけられるように、外装体300の形成を実施する。なお、外装体300の外表面300αが端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αよりも電池要素100から見て外側に位置づけられるならば、外装体300の形成態様は特に限定されない。一例として、図32および図33に示すように、端面電極付電池要素400の上下主面および左右主面の少なくとも一方をそれぞれ挟み込みように外装体300(300X、300Y)を形成することができる。
次に、電池要素100および電池要素100に設けた端面電極200を有して成る端面電極付電池要素400を覆うように外装体300を形成する。外装体300の形成については、スパッタ、DIP法等を用いることができる。この際、本発明の一実施形態では、外装体300の外表面300αが端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αよりも電池要素100から見て外側に位置づけられるように、外装体300の形成を実施する。なお、外装体300の外表面300αが端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αよりも電池要素100から見て外側に位置づけられるならば、外装体300の形成態様は特に限定されない。一例として、図32および図33に示すように、端面電極付電池要素400の上下主面および左右主面の少なくとも一方をそれぞれ挟み込みように外装体300(300X、300Y)を形成することができる。
以上により、本発明の一実施形態に係る固体電池1000を好適に製造することができる(図33参照)。
得られた固体電池1000は、上述のように外装体300の外表面300αが端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αよりも電池要素100から見て外側に位置づけられるという特徴を有する。換言すれば、端面電極付電池要素400の全輪郭領域400αが、外装体300の外表面300αよりも外装体300から見て内側に位置づけられることとなる。
以上の事から、他の固体電池又は電子媒体が固体電池1000に接触しても、他の固体電池又は電子媒体は端面電極200には直接接触し得ない。これにより、本発明の一実施形態では、端面電極200の欠損発生を好適に回避することが可能となる。
以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。
本発明の一実施形態に係る固体電池は、蓄電が想定される様々な分野に利用することができる。あくまでも例示にすぎないが、本発明の一実施形態に係る固体電池は、モバイル機器などが使用される電気・情報・通信分野(例えば、携帯電話、スマートフォン、スマートウォッチ、ノートパソコンおよびデジタルカメラ、活動量計、アームコンピューター、電子ペーパーなどのモバイル機器分野)、家庭・小型産業用途(例えば、電動工具、ゴルフカート、家庭用・介護用・産業用ロボットの分野)、大型産業用途(例えば、フォークリフト、エレベーター、湾港クレーンの分野)、交通システム分野(例えば、ハイブリッド車、電気自動車、バス、電車、電動アシスト自転車、電動二輪車などの分野)、電力系統用途(例えば、各種発電、ロードコンディショナー、スマートグリッド、一般家庭設置型蓄電システムなどの分野)、医療用途(イヤホン補聴器などの医療用機器分野)、医薬用途(服用管理システムなどの分野)、ならびに、IoT分野、宇宙・深海用途(例えば、宇宙探査機、潜水調査船などの分野)などに利用することができる。
1000、1000A、1000B、1000C、1000D、1000E、1000F、1000G 固体電池
400、400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G 端面電極付電池要素
400α 端面電極付電池要素の全輪郭領域
400β 端面電極付電池要素400の輪郭形成面
300、300A、300B、300C、300D、300E、300F、300G 外装体
301B 屈曲形態を有する外装体の端部
300α 外装体の外表面
300β 外装体の主面
200、200A、200B、200C、200D、200E、200F、200G 端面電極
200α 端面電極の電池要素非接触面
201α 端面電極の電池要素非接触面の全輪郭領域
200β 端面電極の第1の主面(電池要素接触面に相当)
200γ 端面電極の第2の主面
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G 電池要素
100α 電池要素の端面
20、20A、20B、20C、20D 固体電解質層
10、10A、10B、10C、10D 電極層
10I 正極層
10II 負極層
400、400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G 端面電極付電池要素
400α 端面電極付電池要素の全輪郭領域
400β 端面電極付電池要素400の輪郭形成面
300、300A、300B、300C、300D、300E、300F、300G 外装体
301B 屈曲形態を有する外装体の端部
300α 外装体の外表面
300β 外装体の主面
200、200A、200B、200C、200D、200E、200F、200G 端面電極
200α 端面電極の電池要素非接触面
201α 端面電極の電池要素非接触面の全輪郭領域
200β 端面電極の第1の主面(電池要素接触面に相当)
200γ 端面電極の第2の主面
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G 電池要素
100α 電池要素の端面
20、20A、20B、20C、20D 固体電解質層
10、10A、10B、10C、10D 電極層
10I 正極層
10II 負極層
Claims (17)
- 正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備えた電池要素と、
前記電池要素の端面に設けられた端面電極と、
前記電池要素および前記端面電極を有して成る端面電極付電池要素を収容するように設けられた外装体と
を備え、
前記外装体の外表面が、前記端面電極付電池要素の全輪郭領域よりも前記電池要素から見て外側に位置づけられている、固体電池。 - 前記端面電極付電池要素の前記全輪郭領域が、前記外装体の前記外表面よりも前記外装体から見て内側に位置づけられている、請求項1に記載の固体電池。
- 前記外装体の前記外表面が、前記端面電極の電池要素非接触面の全輪郭領域よりも前記電池要素から見て外側に位置づけられている、請求項1又は2に記載の固体電池。
- 平面視における前記外装体の主面のサイズが前記端面電極付電池要素の輪郭形成面のサイズよりも大きい、請求項1~3のいずれかに記載の固体電池。
- 平面視にて前記外装体および前記端面電極付電池要素が略矩形形態をなし、
前記外装体の主面の縦横サイズが前記端面電極付電池要素の前記輪郭形成面の縦横サイズよりも大きい、請求項4に記載の固体電池。 - 前記端面電極が前記電池要素と接する第1の主面と該第1の主面に相互に対向する第2の主面とを有して成り、
前記外装体の端部が端面電極の前記第2の主面よりも前記電池要素から見て外側に突き出るように配置されている、請求項1~5のいずれかに記載の固体電池。 - 相互に対向する2枚の外装体が端面電極付電池要素を挟み込むように設けられる、請求項1~6のいずれかに記載の固体電池。
- 前記外装体が、少なくとも前記端面電極付電池要素の前記端面電極を部分的に取り囲むように設けられている、請求項1~7のいずれかに記載の固体電池。
- 前記外装体が、前記端面電極付電池要素の前記端面電極に加え前記電池要素も部分的に取り囲むように設けられている、請求項8に記載の固体電池。
- 少なくとも前記端面電極を部分的に取り囲む前記外装体が、前記端面電極の前記第2の主面と対向可能となっている、請求項6に従属する請求項8に記載の固体電池。
- 前記外装体が前記端面電極の前記第2の主面と離隔しかつ対向可能となっている、請求項10に記載の固体電池。
- 前記外装体が、前記端面電極と該端面電極に連続する前記電池要素とに跨るように設けられている、請求項1~11のいずれかに記載の固体電池。
- 前記端面電極付電池要素の前記端面電極と前記電池要素とが相互に面一形態をなしている、請求項1~12のいずれかに記載の固体電池。
- 少なくとも前記端面電極付電池要素の前記端面電極が外部に露出している、請求項1~13のいずれかに記載の固体電池。
- 前記端面電極付電池要素の前記端面電極の一部のみが外部に露出している、請求項1~13のいずれかに記載の固体電池。
- 前記正極層および前記負極層がリチウムイオンを吸蔵放出可能な層となっている、請求項1~15のいずれかに記載の固体電池。
- (i)正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備えた電池要素を形成する工程と、
(ii)前記電池要素の表面に端面電極を設ける工程と、
(iii)前記電池要素および該電池要素に設けた前記端面電極を有して成る端面電極付電池要素を覆うように外装体を形成する工程と
を順に含み、
前記(iii)の工程にて、前記外装体の外表面が前記端面電極付電池要素の全輪郭領域よりも前記電池要素から見て外側に位置づけられるように前記外装体の形成を実施する、固体電池の製造方法。
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JP2020-197487 | 2020-11-27 | ||
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-
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