WO2023062948A1 - 電池および電池の製造方法 - Google Patents

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WO2023062948A1
WO2023062948A1 PCT/JP2022/031818 JP2022031818W WO2023062948A1 WO 2023062948 A1 WO2023062948 A1 WO 2023062948A1 JP 2022031818 W JP2022031818 W JP 2022031818W WO 2023062948 A1 WO2023062948 A1 WO 2023062948A1
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power generation
generation element
housing
layer
electron
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PCT/JP2022/031818
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将平 楠本
将慶 植松
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
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    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
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    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present disclosure relates to batteries and methods of manufacturing batteries.
  • a battery in which a solid electrolyte layer, an electrode layer, and a collector member are laminated inside an electrically insulating insulating frame (see Patent Document 1, for example).
  • a battery includes a housing, a first power generation element, a second power generation element, and an electron conductive layer positioned between the first power generation element and the second power generation element,
  • Each of the first power generation element and the second power generation element is a laminate including an electrode layer, a counter electrode layer, and a solid electrolyte layer positioned between the electrode layer and the counter electrode layer;
  • the power generation element, the second power generation element, and the electron conductive layer are laminated within the housing, and at least one side surface of the first power generation element and the second power generation element is in contact with the inner surface of the housing. ing.
  • each of the first power generators is a laminate including an electrode layer, a counter electrode layer, and a solid electrolyte layer positioned between the electrode layer and the counter electrode layer.
  • a method of manufacturing a battery comprising an element and a second power generating element, comprising a material for forming the first power generating element, a material for forming an electron-conducting layer, and a material for forming the second power generating element. , into a housing in this order, and pressing each material loaded into the housing.
  • a battery with high energy density can be realized.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a battery according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the method for manufacturing the battery according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the method of manufacturing the battery according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the method for manufacturing the battery according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the method of manufacturing the battery according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the battery manufacturing method according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a scanning electron microscope image of a cut surface of an electron conductive layer using metal foil.
  • FIG. 8 is a scanning electron microscope image of a cut surface of an electron conductive layer using powder.
  • ⁇ 1> housing a first power generation element; a second power generation element; an electron conducting layer located between the first power generating element and the second power generating element; with Each of the first power generation element and the second power generation element is a laminate including an electrode layer, a counter electrode layer, and a solid electrolyte layer positioned between the electrode layer and the counter electrode layer, The first power generation element, the second power generation element, and the electron conductive layer are laminated within the housing, At least one side surface of the first power generation element and the second power generation element is in contact with the inner surface of the housing, battery.
  • the inside of the housing can be filled with the power generation elements, and the space inside the housing can be effectively used. can be utilized.
  • the space inside the housing can be utilized to the maximum. Therefore, a battery with high energy density can be realized.
  • a high voltage battery can be realized when the power generation elements are connected in series, and a high voltage battery can be realized when the power generation elements are connected in parallel. A battery with a large capacity can be realized.
  • the electron-conducting layer contains an electron-conducting material,
  • the electron-conducting material is powder,
  • the electron conductive material powder spreads between the first power generation element and the second power generation element in the housing, and the electron conductive layer can adhere to the inner surface of the housing. Therefore, contact between the first power generation element and the second power generation element is suppressed, and a battery with higher energy density can be realized.
  • the electron-conducting layer is made of only the electron-conducting material, The battery according to ⁇ 2>.
  • the electron-conducting layer does not contain materials that inhibit electron conduction, and stable battery characteristics can be obtained. Therefore, a battery with higher energy density can be realized.
  • the electron-conducting layer is formed with grain boundaries remaining, so that the electron-conducting material spreads more easily between the first power generating element and the second power-generating element in the housing, and the electron conductive layer It can adhere to the inner surface of the body. Therefore, a battery with higher energy density can be realized.
  • the first power generation element and the second power generation element are electrically connected in series, The battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>.
  • the contact between the first power generation element and the second power generation element connected in series is suppressed by the electron conduction layer, and the first power generation element and the second power generation element are short-circuited (specifically, ion conductive short circuit) is suppressed, and higher voltage batteries can be realized.
  • At least one of the electrode layer, the counter electrode layer and the solid electrolyte layer in at least one of the first power generation element and the second power generation element does not contain a binder.
  • ⁇ 7> at least one of the first power generation element and the second power generation element does not contain a binder;
  • the binder is a material that does not contribute to the charge-discharge reaction, it is possible to increase the ratio of the material that contributes to the charge-discharge reaction in the battery by not including the binder. Therefore, a battery with higher energy density can be realized.
  • the electron conductive layer has a thickness of 15 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the thickness of the electron conductive layer is 15 ⁇ m or more, contact between the first power generation element and the second power generation element is suppressed, and a battery with a higher energy density can be realized. Moreover, since the thickness of the electron-conducting layer is 300 ⁇ m or less, the volume occupied by the electron-conducting layer in the housing can be reduced, and a battery with higher energy density can be realized.
  • ⁇ 9> voids are formed in the electron-conducting layer;
  • the stress corresponding to the electron-conducting layer can be alleviated by the voids, so damage to the electron-conducting layer can be suppressed. Therefore, contact between the first power generation element and the second power generation element due to breakage of the electron conductive layer is suppressed, and a battery with a higher energy density can be realized.
  • the housing has an insulating portion in contact with the side surface and a conductive portion electrically connected to the first power generation element.
  • the battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>.
  • the housing for current extraction while ensuring the insulation state on the side surfaces of the first power generation element and the second power generation element. Therefore, since the size can be reduced without providing a lead or the like for taking out current, a battery with a higher energy density can be realized.
  • ⁇ 11> further comprising a current collector disposed on the side opposite to the electron conductive layer side of the second power generation element in the housing,
  • the conductive portion is a bottom plate portion of the housing facing the electron conductive layer with the first power generation element interposed therebetween,
  • the housing is formed with an opening that exposes the current collector,
  • each of the first power generation element, the second power generation element, and the electron conductive layer is in contact with the inner surface;
  • a battery comprising a first power generation element and a second power generation element, each of which is a laminate including an electrode layer, a counter electrode layer, and a solid electrolyte layer positioned between the electrode layer and the counter electrode layer
  • a manufacturing method comprising: putting a material for forming the first power generation element, a material for forming an electron conductive layer, and a material for forming the second power generation element into the housing in this order; A step of pressing each material put into the housing, Battery manufacturing method.
  • the inside of the housing can be filled with the first power generating element, the second power generating element and the electron conductive layer, and the space within the housing can be effectively utilized.
  • the space inside the housing can be utilized to the maximum. Therefore, a battery with high energy density can be manufactured.
  • a high voltage battery can be manufactured when the power generation elements are connected in series, and when the power generation elements are connected in parallel, High capacity batteries can be manufactured.
  • the powdery electron conductive material is put into the housing and pressed, so that the electron conductive material is spread out in the housing, and the electron conduction that separates the first power generation element and the second power generation element is performed. It can form layers. Therefore, contact between the first power generation element and the second power generation element is suppressed, and a battery with higher energy density can be manufactured.
  • a material for forming the first power generation element in powder form and a material for forming the second power generation element in powder form are put into the housing;
  • the powdery material is pressed and the inside of the housing can be filled with the first power generation element and the second power generation element, and the space inside the housing can be effectively utilized. Therefore, batteries with higher energy densities can be manufactured.
  • a material for forming the pellet-shaped first power generation element and a material for forming the pellet-shaped second power generation element are put into the housing;
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, scales and the like do not necessarily match in each drawing. Moreover, in each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted or simplified.
  • the "stacking direction” corresponds to the direction normal to the main surface of each layer.
  • the term “plan view” means when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the power generation element, unless otherwise specified, such as when the power generation element is used alone.
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward direction (vertically upward) and the downward direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the stacking order in the stacking structure. It is used as a term defined by a relative positional relationship. Also, the terms “above” and “below” are used only when two components are spaced apart from each other and there is another component between them, as well as when two components are spaced apart from each other. It also applies when two components are in contact with each other and are placed in close contact with each other.
  • ordinal numbers such as “first” and “second” do not mean the number or order of constituent elements unless otherwise specified. It is used for the purpose of distinguishing elements.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of battery 1 according to the embodiment.
  • the battery 1 includes a power generation unit 10 including a power generation element 100a, a power generation element 100b, and an electron conductive layer 110, a housing 200 housing the power generation unit 10, and a current collector 300.
  • the battery 1 is, for example, an all-solid battery. Also, the battery 1 is, for example, a lithium ion secondary battery.
  • the power generation unit 10 is a laminate in which each layer of the power generation element 100a and the power generation element 100b and the electron conductive layer 110 are laminated.
  • the shape of the power generation unit 10 is, for example, a flat columnar body, such as a square prism such as a rectangular parallelepiped, a polygonal prism other than a square prism, a circular cylinder, or an elliptical cylinder. Therefore, the plan view shape of the power generation unit 10 is, for example, a quadrangle such as a rectangle or a square, a polygon other than a quadrangle such as a hexagon or an octagon, a circle or an ellipse.
  • the thickness of each layer is exaggerated in order to facilitate understanding of the layer structure of the power generation section 10 .
  • the relationship between the thicknesses of each layer and the housing 200 is not limited to the example shown in FIG.
  • the power generation unit 10 includes a side surface 11 and main surfaces 15 and 16 .
  • the side surface 11 is a surface that connects the outer circumference of the main surface 15 and the outer circumference of the main surface 16 .
  • the side surface 11 is, for example, a surface parallel to the stacking direction of the power generation unit 10 .
  • the main surface 15 and the main surface 16 are surfaces perpendicular to the thickness direction of each layer. Main surface 15 and main surface 16 are opposite to each other and parallel to each other.
  • the main surface 15 is the uppermost surface of the power generation section 10 .
  • the main surface 16 is the bottom surface of the power generation section 10 .
  • the power generation unit 10 is formed, for example, by pressing powder of the material of the power generation unit 10 within the housing 200 and held within the housing 200 . All the side surfaces 11 and the main surface 16 of the power generation unit 10 are, for example, entirely covered with the housing 200 and are in contact with the inner surface of the housing 200 .
  • the power generation unit 10 includes a plurality of power generation elements, two power generation elements 100a and 100b in the example shown in FIG.
  • the power generation element 100a and the power generation element 100b are, for example, batteries with a minimum configuration, and are also called unit cells.
  • the power generation element 100a and the power generation element 100b are electrically connected in series via the electron conducting layer 110 and laminated.
  • the power generation element 100 a is the power generation element positioned at the bottom of the power generation section 10
  • the power generation element 100 b is the power generation element positioned at the top of the power generation section 10 .
  • FIG. 1 the power generation element 100 a is the power generation element positioned at the bottom of the power generation section 10
  • the power generation element 100 b is the power generation element positioned at the top of the power generation section 10 .
  • the number of power generation elements included in the power generation unit 10 is two, but the number of power generation elements is not limited to this.
  • the number of power generation elements included in the power generation unit 10 may be three or more.
  • each adjacent power generation element is laminated with the electron conducting layer 110 interposed therebetween.
  • Each of the power generation element 100a and the power generation element 100b includes an electrode layer 101, a counter electrode layer 103 arranged to face the electrode layer 101, and a solid electrolyte layer 102 positioned between the electrode layer 101 and the counter electrode layer 103. It is a laminate containing. Electrode layer 101 and counter electrode layer 103 each contain an active material and are also referred to as an electrode active material layer and a counter electrode active material layer. In each of power generation element 100a and power generation element 100b, electrode layer 101, solid electrolyte layer 102, and counter electrode layer 103 are laminated in this order along the direction normal to the main surface of each layer. In the power generation section 10, the power generation elements 100a and 100b are stacked with the electron conductive layer 110 interposed therebetween so that the layers constituting the power generation elements 100a and 100b are arranged in the same order.
  • the electrode layer 101 is one of the positive electrode layer and the negative electrode layer of the power generation element.
  • the counter electrode layer 103 is the other of the positive electrode layer and the negative electrode layer of the power generating element.
  • An example will be described below in which the electrode layer 101 is a negative electrode layer and the counter electrode layer 103 is a positive electrode layer.
  • the electrode layer 101 is made of, for example, an electrode material.
  • the electrode material includes a negative electrode active material.
  • the electrode material is, for example, powder. Being powder can also be said to be composed of an aggregate of a plurality of particles.
  • the electrode material is, for example, a green compact formed by compacting powder.
  • the shape of the particles constituting the electrode material is, for example, needle-like, spherical, oval-spherical, or scale-like, but is not particularly limited. Further, the shape of particles is the same for powders of other materials described later.
  • lithium (Li) or magnesium (Mg) may be used as the negative electrode active material included in the electrode material of the electrode layer 101 .
  • the negative electrode active material for example, graphite, metallic lithium, lithium compounds, and the like can be used.
  • lithium compounds include lithium such as LiAl, LiZn, Li3Bi , Li3Cd , Li3Sb , Li4Si , Li4.4Pb , Li4.4Sn , Li0.17C , and LiC6 . Alloys, oxides of lithium and transition metal elements such as lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), and metal oxides such as zinc oxide (ZnO) and silicon oxide (SiO x ) may be used.
  • the electrode material of the electrode layer 101 may contain a solid electrolyte such as an inorganic solid electrolyte, for example.
  • a solid electrolyte such as an inorganic solid electrolyte, for example.
  • the inorganic solid electrolyte for example, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte can be used.
  • a sulfide solid electrolyte for example, a mixture of lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) can be used.
  • the electrode material of the electrode layer 101 may contain a conductive agent such as acetylene black, for example.
  • the thickness of the electrode layer 101 is, for example, 5 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less.
  • the counter electrode layer 103 is made of, for example, a counter electrode material.
  • the counter electrode material is a material that constitutes the counter electrode of the electrode material.
  • the counter electrode material includes a positive electrode active material.
  • the counter electrode material is, for example, powder.
  • the counter electrode material is, for example, a green compact formed by compacting powder.
  • the material of the positive electrode active material contained in the counter electrode material of the counter electrode layer 103 various materials capable of withdrawing and inserting ions such as Li or Mg can be used.
  • positive electrode active materials include lithium cobaltate composite oxide (LCO), lithium nickelate composite oxide (LNO), lithium manganate composite oxide (LMO), lithium-manganese-nickel composite oxide (LMNO), Positive electrode active materials such as lithium-manganese-cobalt composite oxide (LMCO), lithium-nickel-cobalt composite oxide (LNCO), and lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (LNMCO) may be used.
  • the surface of the positive electrode active material may be coated with a solid electrolyte.
  • the counter electrode material of the counter electrode layer 103 may contain, for example, at least one of a solid electrolyte such as an inorganic solid electrolyte and a conductive agent such as acetylene black, like the electrode material described above.
  • a solid electrolyte such as an inorganic solid electrolyte
  • a conductive agent such as acetylene black
  • the thickness of the counter electrode layer 103 is, for example, 5 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less.
  • the solid electrolyte layer 102 is in contact with each of the electrode layer 101 and the counter electrode layer 103 .
  • the solid electrolyte layer 102 is made of, for example, an electrolyte material.
  • Electrolyte materials include solid electrolytes.
  • the solid electrolyte has, for example, lithium ion conductivity.
  • the electrolyte material is, for example, powder.
  • the electrolyte material is, for example, a green compact formed by compacting powder.
  • a solid electrolyte such as an inorganic solid electrolyte can be used.
  • an inorganic solid electrolyte a sulfide solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, or the like can be used.
  • a sulfide solid electrolyte for example, a mixture of Li2S and P2S5 can be used.
  • the thickness of the solid electrolyte layer 102 is, for example, 5 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, and may be 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the power generation element 100a and the power generation element 100b do not contain, for example, a binder.
  • electrode layer 101, counter electrode layer 103 and solid electrolyte layer 102 of power generating element 100a and power generating element 100b do not contain a binder.
  • the power generation elements 100a and 100b do not contain a binder that does not contribute to the charge/discharge reaction, the proportions of the active material and the solid electrolyte in the power generation elements 100a and 100b are increased, and the energy density of the battery 1 is increased. can be enhanced.
  • the binder is an adhesive material that serves to bond the materials of each layer and the layers that are adjacent to each other. Resin, elastomer, rubber, or the like, for example, is used as the binder.
  • the electrode layer 101, the counter electrode layer 103 and the solid electrolyte layer 102 of each of the power generating elements 100a and 100b there may be a layer containing a binder.
  • the term "not containing a binder” means substantially not containing a binder. means that it is contained in
  • the power generation element 100a and the power generation element 100b do not contain solvents such as organic solvents, for example.
  • electrode layer 101, counter electrode layer 103 and solid electrolyte layer 102 of power generating element 100a and power generating element 100b do not contain a solvent. This suppresses the deterioration of the material of each layer due to the solvent, so that the battery performance can be improved.
  • the electrode layer 101, the counter electrode layer 103 and the solid electrolyte layer 102 of each of the power generating elements 100a and 100b there may be a layer containing a solvent.
  • solvent-free means substantially free of solvent, specifically, when it does not contain at all, and when it is unavoidably contained as impurities at 50 ppm or less means
  • the electrode layer 101, the counter electrode layer 103, and the solid electrolyte layer 102 are maintained, for example, in the form of parallel plates.
  • the side surface of the electrode layer 101, the side surface of the solid electrolyte layer 102, and the side surface of the counter electrode layer 103 are aligned when viewed along the stacking direction. More specifically, in power generating element 100a and power generating element 100b, electrode layer 101, solid electrolyte layer 102, and counter electrode layer 103 have the same shape and size when viewed along the stacking direction. Contours match.
  • the power generation element 100 a , the power generation element 100 b , and the electron conductive layer 110 are stacked inside the housing 200 .
  • the side surfaces of the power generation elements 100a and 100b and the side surface of the electron conductive layer 110 are aligned when viewed in the stacking direction, and constitute side surfaces 11 of the power generation section 10.
  • the electron conductive layer 110 is located between the power generation elements 100a and 100b and is in contact with each of the power generation elements 100a and 100b. Specifically, one main surface of the electron conductive layer 110 is in contact with the electrode layer 101 of the power generating element 100a and is electrically connected to the electrode layer 101 . Also, the other main surface of the electron conducting layer 110 is in contact with the counter electrode layer 103 of the power generating element 100b and is electrically connected to the 103 . Thereby, the power generation element 100 a and the power generation element 100 b are electrically connected in series via the electron conducting layer 110 .
  • a conductive connection layer may be arranged between the electron conducting layer 110 and at least one of the power generating element 100a and the power generating element 100b.
  • the electron-conducting layer 110 has, for example, electronic conductivity and no ionic conductivity. Electron-conducting layer 110 includes an electron-conducting material having electron conductivity. The electron-conducting layer 110 is made of, for example, only an electron-conducting material. As a result, the electron-conducting layer 110 does not contain a material that inhibits electron conduction, and stable battery characteristics can be obtained.
  • the electron-conducting material contained in the electron-conducting layer 110 is, for example, powder.
  • the electron-conducting material contained in the electron-conducting layer 110 is, for example, a green compact formed by compacting powder.
  • Each of the plurality of particles forming the powder of the electronically conductive material has electronic conductivity.
  • the electron-conducting material include metals such as stainless steel, aluminum, copper, and nickel, or conductive carbon.
  • the electron-conducting material may contain a plurality of types of conductive substances.
  • the thickness of the electron conductive layer 110 is, for example, 15 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the thickness of the electron-conducting layer 110 is 15 ⁇ m or more, contact between the power generation elements 100a and 100b is suppressed, the occurrence of spontaneous discharge is suppressed, and the battery 1 with higher energy density can be realized.
  • the thickness of the electron conductive layer 110 is 300 ⁇ m or less, the volume occupied by the electron conductive layer 110 in the housing 200 can be reduced, and the battery 1 with higher energy density can be realized.
  • At least one of grain boundaries and voids may be formed in the electron conductive layer 110 .
  • the housing 200 is a box-shaped container that accommodates the power generation unit 10 and the current collector 300 and protects the power generation unit 10 . Further, in the present embodiment, housing 200 also functions as a current extraction section of power generation section 10 .
  • the housing 200 has, for example, a bottom plate portion 210, a side wall portion 220, and a bending portion 230.
  • the bottom plate portion 210, the side wall portion 220, and the bent portion 230 are names given to respective portions formed by processing one member, for example.
  • the housing 200 may be formed by connecting a bottom plate portion 210, a side wall portion 220, and a bent portion 230 which are made of different members.
  • An opening 205 is formed in the center of the upper portion of the housing 200 .
  • the opening 205 exposes the current collector 300 . Specifically, the opening 205 exposes the surface of the current collector 300 opposite to the power generating element 100b side.
  • the bottom plate portion 210 is plate-shaped and constitutes the bottom portion of the box-shaped housing 200 .
  • the bottom plate portion 210 covers the main surface 16 of the power generation unit 10 and is in contact with the main surface 16 .
  • the bottom plate part 210 has electronic conductivity, for example.
  • bottom plate portion 210 is an example of a conductive portion.
  • the bottom plate portion 210 is electrically connected to the power generation element 100a.
  • the bottom plate portion 210 faces the electron conductive layer 110 with the power generation element 100a interposed therebetween.
  • the bottom plate portion 210 is in contact with the counter electrode layer 103 of the power generating element 100 a and is electrically connected to the counter electrode layer 103 . Therefore, in the present embodiment, bottom plate portion 210 can be used for extracting current from the positive electrode of power generation portion 10 .
  • the side wall portion 220 is erected upward along the stacking direction from the outer peripheral portion of the bottom plate portion 210 and constitutes the side wall of the box-shaped housing 200 .
  • the surface of the side wall portion 220 on the power generation unit 10 side is the inner side surface 201 of the housing 200 .
  • the side wall portion 220 surrounds the power generation portion 10 from the sides when viewed along the stacking direction.
  • the side wall portion 220 includes a conductive portion 221 and an insulating portion 222 .
  • the conductive portion 221 is arranged to face the side surface 11 with the insulating portion 222 interposed therebetween.
  • the conductive portion 221 is, for example, plate-shaped. Conductive portion 221 is not in contact with power generation portion 10 and current collector 300 .
  • the insulating portion 222 is an insulating layer that covers the surface of the conductive portion 221 on the power generation portion 10 side.
  • the insulating portion 222 is in contact with the side surface 11 of the power generation portion 10 . More specifically, the surface of the insulating portion 222 on the power generation unit 10 side constitutes an inner surface 201 that is a part of the inner surface of the housing 200 .
  • the power generation element 100 a , the power generation element 100 b , the electron conducting layer 110 and the current collector 300 are each in contact with the inner surface 201 . All of the side surfaces of the power generation element 100a, the power generation element 100b, the electron conductive layer 110, and the current collector 300 are in contact with the inner side surface 201, for example.
  • the bent portion 230 extends inward from the upper end portion of the side wall portion 220 (that is, the end portion opposite to the bottom plate portion 210 side) so that the upper portion of the side wall portion 220 is bent. Bent portion 230 partially covers main surface 15 of power generation portion 10 . Specifically, the bent portion 230 covers the main surface 15 with the current collector 300 interposed therebetween. Also, the bent portion 230 surrounds the opening 205 .
  • the bent portion 230 includes a conductive portion 231 and an insulating portion 232 .
  • the conductive portion 231 is arranged to face the main surface 15 with the insulating portion 232 interposed therebetween. Conductive portion 231 is not in contact with power generation portion 10 and current collector 300 .
  • the insulating portion 232 is an insulating layer that covers the surface of the conductive portion 231 on the power generation portion 10 side. The insulating portion 232 faces the main surface 15 with the current collector 300 interposed therebetween and is in contact with the current collector 300 .
  • the housing 200 is, for example, a composite member made up of an electronically conductive material and an electrically insulating material.
  • the bottom plate portion 210, the conductive portion 221, and the conductive portion 231 are integrally formed, for example, as a box-shaped member made of an electron conductive material.
  • the insulating part 222 and the insulating part 232 are integrally formed as a thin film made of an electrical insulating material such as resin, for example.
  • the insulating portion 222 and the insulating portion 232 are formed, for example, by applying a resin to the inner surface of the conductive portion 221 and the conductive portion 231 in the box-shaped member formed by the bottom plate portion 210, the conductive portion 221, and the conductive portion 231. It is formed.
  • the electrically insulating material may be an inorganic material such as a ceramic.
  • the current collector 300 is arranged on the opposite side of the power generation element 100 b from the electron conductive layer 110 side in the housing 200 and is in contact with the main surface 15 of the power generation section 10 . Specifically, the current collector 300 is in contact with the electrode layer 101 of the power generation element 100b and is electrically connected to the electrode layer 101 . Therefore, in the present embodiment, the current collector 300 can be used for extracting current from the negative electrode of the power generation unit 10 .
  • a conductive connection layer may be arranged between the current collector 300 and the power generation element 100b.
  • the current collector 300 is, for example, a foil-shaped, plate-shaped, or mesh-shaped member having electrical conductivity and electronic conductivity. Metals such as stainless steel, aluminum, copper, and nickel can be used as materials for the current collector 300 . The metal used for the current collector 300 may be the same as or different from the metal used for the bottom plate portion 210 .
  • FIGS 2 to 5 are diagrams for explaining the manufacturing method of the battery 1 according to this embodiment.
  • the housing 200a is set in a press die 50 provided in a press device.
  • the press die 50 is provided with, for example, a recess having the same size as the housing 200a, and the housing 200a is set in the recess.
  • the housing 200a is a housing before the bent portion 230 is formed in the housing 200 described above.
  • the housing 200a is, for example, a box-shaped container having a bottom plate portion 210 and a side wall portion 220a standing upward from the outer peripheral portion of the bottom plate portion 210, and the top of the housing 200a is open.
  • materials for forming the power generation element 100a are put into the housing 200a. That is, the counter electrode material, the electrolyte material, and the electrode material for forming each layer of the power generation element 100a are put into the housing 200a in this order.
  • a counter electrode material 103a for forming the counter electrode layer 103 of the power generating element 100a constituting the bottom layer of the power generating section 10 is put into the housing 200a.
  • the counter electrode material 103a is a powdery (powdered) material.
  • the counter electrode layer 103 is formed by temporarily pressing the counter electrode material 103a put into the housing 200a using the columnar press pins 51 provided in the press device.
  • the counter electrode layer 103 in which the counter electrode material 103a is compacted into a layer can be formed.
  • the pressure of the temporary press is not particularly limited and is set according to the material to be pressed, but is, for example, 20 MPa or more and 100 MPa or less.
  • a powdery electrolyte material for forming the solid electrolyte layer 102 of the power generation element 100a is put into the housing 200a in which the counter electrode layer 103 is formed, and the introduced electrolyte material is temporarily Solid electrolyte layer 102 is formed by pressing.
  • a powdery electrode material for forming the electrode layer 101 of the power generating element 100a is put into the housing 200a in which the counter electrode layer 103 and the solid electrolyte layer 102 are formed, and the put electrode material is temporarily pressed. to form the electrode layer 101 .
  • the power generation element 100a in which the counter electrode layer 103, the solid electrolyte layer 102 and the electrode layer 101 are laminated in this order from the bottom on the bottom plate portion 210 of the housing 200a is formed in the housing 200a. formed in
  • an electron-conducting material 110a for forming the electron-conducting layer 110 is put into the housing 200a in which the power generating element 100a is formed.
  • the electron-conducting material 110a is a powdery material.
  • the electron conductive layer 110 is formed by temporarily pressing the electron conductive material 110a put into the housing 200a. In this way, when the powdery electron conductive material 110a including voids is put into the housing 200a, the electron conductive material 110a is spread within the housing 200a, and the power generation elements 100a and 100b are separated from each other. An electron-conducting layer 110 can be formed.
  • a material for forming the power generation element 100b is put into the housing 200a in which the power generation element 100a and the electron conductive layer 110 are formed. That is, the counter electrode material, the electrolyte material, and the electrode material for forming each layer of the power generation element 100b are put into the housing 200a in this order. For example, in the same manner as for the power generating element 100a, the charging of the material and the temporary pressing are repeated to form the power generating element 100b on the electron conductive layer 110 within the housing 200. FIG. Thus, the step of putting the material for forming the power generation element 100a, the material for forming the electron conductive layer 110, and the material for forming the power generation element 100b in this order into the housing 200a is performed.
  • the material charged in this process is a powdery material that does not contain a solvent.
  • the power generation element 100a, the electron conductive layer 110, and the power generation element 100b, which are formed from the respective materials put into the housing 200a, are collectively subjected to main pressing.
  • the pressure of this pressing is not particularly limited and is set according to the material to be pressed, but is, for example, 200 MPa or more and 1000 MPa or less.
  • the main pressing may be performed each time the material for each layer is charged, instead of the temporary pressing described above. That is, this pressing may be performed in the middle of the process of charging the material into the housing 200a.
  • the current collector 300 is placed on the power generating element 100b, and the side walls 220a protruding above the current collector 300 are crimped to form the bent portion 230. Thereby, the battery 1 shown in FIG. 1 is obtained.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the method for manufacturing battery 1 according to the present embodiment.
  • the materials for forming the power generation elements 100a and 100b that are put into the housing 200a may be in the form of pellets.
  • the battery 1 is manufactured by the manufacturing method described above, except that the materials for forming the power generation elements 100a and 100b are changed from powder materials to pellet materials.
  • a pellet-shaped counter electrode material 103b for forming the counter electrode layer 103 of the power generation element 100a is put into the housing 200a.
  • the temporary pressing as described above may not be performed.
  • the pellet-shaped counter electrode material 103b is formed, for example, by putting a powdery counter-electrode material into a mold or the like different from the housing 200a and pressing and compacting. That is, the pellet-shaped counter electrode material 103b is, for example, a compact.
  • the pressure of the press at this time is, for example, the pressure of the temporary press or the final press described above.
  • a powdery counter electrode material is pressed by a flat plate pressing device or the like to form a flat counter electrode material, and the flat counter electrode material is punched out according to the shape of the internal space of the housing 200a to form a pellet counter electrode.
  • Material 103b may be formed.
  • the counter electrode material 103b becomes a pellet-like material having a fairly flat film shape.
  • a pellet-like material means a material that is integrated so as not to separate easily, such as a powder compact.
  • a pellet-shaped material is put into the housing 200a as a counter electrode material, an electrolyte material, or an electrode material for forming each layer. , forming the power generation element 100a and the power generation element 100b in the housing 200a.
  • the pellet-shaped material can be formed by the same method as the counter electrode material 103b.
  • a pellet-shaped material in which a counter electrode material, an electrolyte material, and an electrode material are laminated may be put into the housing 200a.
  • a laminate of the power generation element 100a, the electron conductive layer 110, and the power generation element 100b as shown in FIG. 5 is formed in the housing 200a. Then, the current collector 300 is placed and the bent portion 230 is formed in the same manner as described above, thereby obtaining the battery 1 shown in FIG.
  • the battery 1 can be manufactured by a simpler manufacturing process by putting the pellet-shaped material into the casing 200a as the material for forming the power generation elements 100a and 100b.
  • the materials of the layers of the power generation element 100a and the power generation element 100b are less likely to mix, and the battery characteristics of the battery 1 can be improved.
  • the side surfaces of the stacked power generation elements 100 a and 100 b are in contact with the inner side surface 201 that is the inner surface of the housing 200 .
  • the inside of the housing 200 is filled with the power generation elements 100a and 100b, so that the internal space of the housing 200 can be effectively utilized.
  • the internal space of the housing 200 can be utilized to the maximum. Therefore, a battery 1 with high energy density can be realized.
  • the side surfaces of the power generating element 100a and the power generating element 100b are in close contact with the side wall portion 220 of the housing 200, they are strongly restrained in the vertical direction of the side wall portion 220.
  • the power generation elements 100a and 100b are electrically connected in series, so that the battery 1 with high voltage and high energy density can be realized.
  • the electron-conducting material constituting the electron-conducting layer 110 is powder.
  • the electron conductive material powder spreads between the power generating elements 100 a and 100 b in the housing 200 , and the electron conductive layer 110 can adhere to the inner surface 201 of the housing 200 . Therefore, it exists in the electron conductive layer 110 at any position between the power generating elements 100a and 100b, and can suppress short circuits (specifically, ion conductive short circuits) between the power generating elements 100a and 100b. In particular, it is possible to suppress short circuits at the ends of the power generation elements 100a and 100b where short circuits are likely to occur. In addition, when the power generating elements 100a and 100b come into contact with each other, natural discharge is likely to occur.
  • the battery 1 manufactured by the manufacturing method described above was charged and discharged. Specifically, the manufactured battery 1 was charged under conditions of a final voltage of 5.5V and a current rate of 0.05C. Then, the charged battery 1 was discharged under conditions of a final voltage of 2.0V and a current rate of 0.05C. As a result, the average discharge voltage during discharge was 4.2V. The average discharge voltage is the time average of the voltage during discharge. Next, when the battery 1 using the metal foil for the electron-conducting layer 110 was charged and discharged, the average discharge voltage was 3.4 V, and the discharge capacity was the same as that of the electron-conducting layer 110 using the above powder. lower than the case.
  • the battery 1 manufactured using powder for the electron conductive layer 110 had the power generation element 100a and the power generation element 100b are electrically connected in series without a short circuit.
  • FIG. 7 is a scanning electron microscope image of a cut surface of the electron conductive layer 110 using metal foil.
  • FIG. 8 is a scanning electron microscope image of a cut surface of the electron conductive layer 110 using powder.
  • the electron-conducting layer 110 using metal foil has a continuous composition and no voids and grain boundaries are observed.
  • the electron conductive layer 110 using powder has grain boundaries 111 (white parts in the scanning electron microscope image) and voids 112 (black parts in the scanning electron microscope image). ) is formed.
  • the grain boundaries 111 and the voids 112 are formed in the electron-conducting layer 110, so that the electron-conducting material of the electron-conducting layer 110 is easily moved, and the power-generating elements 100a and 100b in the housing 200 are separated from each other.
  • the electron-conducting material spreads more easily between them. Therefore, the electron-conducting layer 110 can adhere to the inner surface 201 of the housing 200, and can suppress contact between the power generating elements 100a and 100b.
  • the voids 112 are formed in the electron conductive layer 110, the stress on the electron conductive layer 110 can be relieved by the voids 112, so that damage to the electron conductive layer 110 can be suppressed.
  • the power generation elements 100a and 100b were electrically connected in series, but this is not the only option.
  • the power generation element 100a and the power generation element 100b may be electrically connected in parallel. Thereby, the capacity of the battery 1 can be increased.
  • the housing 200 for example, a housing configured to have a conductive portion electrically connected to the electron conductive layer 110 between the power generating elements 100a and 100b is used.
  • a metal foil may be used for the electron conducting layer 110 .
  • the power generation elements 100a and 100b are configured so that they do not contact each other. , the short circuit between the power generating element 100a and the power generating element 100b can be suppressed.
  • a porous metal or a porous conductive resin may be used as the electron conductive material for forming the electron conductive layer 110 .
  • the side surfaces of the power generation element 100a and the power generation element 100b are in contact with the inner side surface 201 of the housing 200, but the present invention is not limited to this. Only one side surface of the power generation element 100 a and the power generation element 100 b may be in contact with the inner side surface 201 of the housing 200 .
  • the side wall portion 220 and the bending portion 230 of the housing 200 are each composed of the conductive portion and the insulating portion, but the present invention is not limited to this. At least one of the side wall portion 220 and the bent portion 230 may be composed only of the insulating portion. Further, when the bottom plate portion 210 and the bent portion 230 are insulated from each other in the housing 200 , the bent portion 230 may be composed of only the conductive portion 231 . In this case, the current collector 300 may not be provided in the battery 1, and the conductive portion 231 is in contact with the main surface 15 and functions as a current collector. Also, in this case, the conductive portion 231 of the bent portion 230 may cover the entire main surface 15 .
  • the bottom plate portion 210 is made of an electron-conducting material, but the present invention is not limited to this.
  • a portion of the bottom plate portion 210 may be made of an electrical insulating material. That is, the bottom plate portion 210 may include a conductive portion and an insulating portion.
  • the housing 200 is a composite member made up of an electron-conducting material and an electrical insulating material, but the present invention is not limited to this.
  • the housing 200 may be made entirely of an electrically insulating material. In this case, for example, an opening for extracting current from the power generation unit 10 is formed in the housing 200 .
  • the ions that conduct in the battery 1 were lithium ions, but the present invention is not limited to this.
  • the ions that conduct in battery 1 may be ions other than lithium ions, such as sodium ions, magnesium ions, potassium ions, calcium ions, or copper ions.
  • a battery according to the present disclosure can be used, for example, as a secondary battery such as an all-solid-state battery used in various electronic devices or automobiles.

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Abstract

電池（１）は、筐体（２００）と、発電要素（１００ａ）と、発電要素（１００ｂ）と、発電要素（１００ａ）と発電要素（１００ｂ）の間に位置する電子伝導層（１１０）と、を備える。発電要素（１００ａ）および発電要素（１００ｂ）は、それぞれ、電極層（１０１）と、対極層（１０３）と、電極層（１０１）と対極層（１０３）との間に位置する固体電解質層（１０２）とを含む積層体である。発電要素（１００ａ）と発電要素（１００ｂ）と電子伝導層（１１０）とは、筐体（２００）内で積層されている。発電要素（１００ａ）および発電要素（１００ｂ）の少なくとも一方の側面は、筐体（２００）の内側面（２０１）に接している。

Description

電池および電池の製造方法
　本開示は電池および電池の製造方法に関する。
　従来、電気絶縁性の絶縁枠の内部で固体電解質層と、電極層と、集電部材とが積層された電池が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１１－１５９６３５号公報
　従来技術においては、高いエネルギー密度の電池の実現が望まれる。
　本開示の一態様に係る電池は、筐体と、第１発電要素と、第２発電要素と、前記第１発電要素と前記第２発電要素の間に位置する電子伝導層と、を備え、前記第１発電要素および前記第２発電要素は、それぞれ、電極層と、対極層と、前記電極層と前記対極層との間に位置する固体電解質層とを含む積層体であり、前記第１発電要素と前記第２発電要素と前記電子伝導層とは、前記筐体内で積層されており、前記第１発電要素および前記第２発電要素の少なくとも一方の側面は、前記筐体の内面に接している。
　本開示の一態様に係る電池の製造方法は、それぞれが、電極層と、対極層と、前記電極層と前記対極層との間に位置する固体電解質層とを含む積層体である第１発電要素および第２発電要素を備える電池の製造方法であって、前記第１発電要素を形成するための材料と、電子伝導層を形成するための材料と、前記第２発電要素を形成するための材料と、をこの順で筐体に投入する工程と、前記筐体に投入された各材料をプレスする工程と、を含む。
　本開示によれば、高いエネルギー密度の電池を実現できる。
図１は、実施の形態に係る電池の断面図である。 図２は、実施の形態に係る電池の製造方法を説明するための図である。 図３は、実施の形態に係る電池の製造方法を説明するための図である。 図４は、実施の形態に係る電池の製造方法を説明するための図である。 図５は、実施の形態に係る電池の製造方法を説明するための図である。 図６は、実施の形態に係る電池の製造方法の変形例を説明するための図である。 図７は、金属箔を用いた電子伝導層の切断面の走査型電子顕微鏡像である。 図８は、粉体を用いた電子伝導層の切断面の走査型電子顕微鏡像である。
　（本開示の概要）
　以下に、本開示に係る電池の複数の例について示す。
　＜１＞筐体と、
　第１発電要素と、
　第２発電要素と、
　前記第１発電要素と前記第２発電要素の間に位置する電子伝導層と、
を備え、
　前記第１発電要素および前記第２発電要素は、それぞれ、電極層と、対極層と、前記電極層と前記対極層との間に位置する固体電解質層とを含む積層体であり、
　前記第１発電要素と前記第２発電要素と前記電子伝導層とは、前記筐体内で積層されており、
　前記第１発電要素および前記第２発電要素の少なくとも一方の側面は、前記筐体の内面に接している、
　電池。
　このように、第１発電要素および第２発電要素の少なくとも一方の側面が、筐体の内面に接していることにより、筐体内を発電要素で満たすことができ、筐体内の空間を効果的に活用できる。例えば、筐体内の空間を最大限まで活用できる。よって、高いエネルギー密度の電池を実現できる。また、第１発電要素および第２発電要素の２つの発電要素を備えることにより、発電要素が直列接続される場合には高い電圧の電池を実現でき、発電要素が並列接続される場合には高い容量の電池を実現できる。
　＜２＞前記電子伝導層は、電子伝導材料を含み、
　前記電子伝導材料は、粉体である、
　＜１＞に記載の電池。
　これにより、筐体内の第１発電要素と第２発電要素との間で電子伝導材料の粉体が広がり、電子伝導層が筐体の内面に密着することができる。そのため、第１発電要素と第２発電要素とが接触することが抑制され、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
　＜３＞前記電子伝導層は、前記電子伝導材料のみからなる、
　＜２＞に記載の電池。
　これにより、電子伝導層に電子伝導を阻害する材料が含まれず、安定した電池特性が得られる。よって、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
　＜４＞前記電子伝導層には、前記電子伝導材料の粉体の粒界が形成されている、
　＜２＞または＜３＞に記載の電池。
　これにより、粒界が残った状態で電子伝導層が形成されているため、筐体内の第１発電要素と第２発電要素との間で電子伝導材料がより広がりやすくなり、電子伝導層が筐体の内面に密着することができる。よって、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
　＜５＞前記第１発電要素と前記第２発電要素とは、電気的に直列に接続されている、
　＜１＞から＜５＞のいずれか１つに記載の電池。
　これにより、直列に接続された第１発電要素と第２発電要素とが接触することが電子伝導層によって抑制されて、第１発電要素と第２発電要素との短絡（具体的には、イオン伝導的な短絡）が抑制され、より高い電圧の電池を実現できる。
　＜６＞前記第１発電要素および前記第２発電要素の少なくとも一方における前記電極層、前記対極層および前記固体電解質層の少なくとも１つは、結着剤を含まない、
　＜１＞から＜５＞のいずれか１つに記載の電池。
　＜７＞前記第１発電要素および前記第２発電要素の少なくとも一方は、結着剤を含まない、
　＜６＞に記載の電池。
　結着剤は、充放電反応に寄与しない材料であるため、結着剤が含まれないことにより、電池内の充放電反応に寄与する材料の割合を増加させることができる。よって、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
　＜８＞前記電子伝導層の厚みは、１５μｍ以上３００μｍ以下である、
　＜１＞から＜７＞のいずれか１つに記載の電池。
　電子伝導層の厚みが１５μｍ以上であることにより、第１発電要素と第２発電要素とが接触することが抑制され、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。また、電子伝導層の厚みが３００μｍ以下であることにより、筐体内の電子伝導層の占める体積を減らすことができ、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
　＜９＞前記電子伝導層には、空隙が形成されている、
　＜１＞から＜８＞のいずれか１つに記載の電池。
　これにより、空隙によって電子伝導層に対応する応力を緩和できるため、電子伝導層の破損を抑制できる。よって、電子伝導層の破損によって、第１発電要素と第２発電要素とが接触することが抑制され、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
　＜１０＞前記筐体は、前記側面に接する絶縁部と、前記第１発電要素に電気的に接続される導電部と、を有する、
　＜１＞から＜９＞のいずれか１つに記載の電池。
　これにより、第１発電要素および第２発電要素の側面における絶縁状態を確保しつつ、筐体を電流の取り出しに用いることができる。そのため、電流を取り出すためのリード等を設けずに小型化できるため、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
　＜１１＞前記筐体内で、前記第２発電要素の前記電子伝導層側とは反対側に配置された集電体をさらに備え、
　前記導電部は、前記第１発電要素を挟んで前記電子伝導層と対向する前記筐体の底板部であり、
　前記筐体には、前記集電体を露出させる開口部が形成されている、
　＜１０＞に記載の電池。
　これにより、第１発電要素と電子伝導層と第２発電要素との積層体の積層方向の両側から容易に電流を取り出すことができる構成の電池を実現できる。
　＜１２＞前記第１発電要素、前記第２発電要素および前記電子伝導層のそれぞれは、前記内面に接している、
　＜１＞から＜１１＞のいずれか１つに記載の電池。
　これにより、筐体内の空間を最大限まで活用でき、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
　また、以下に、本開示に係る電池の製造方法の複数の例について示す。
　＜１３＞それぞれが、電極層と、対極層と、前記電極層と前記対極層との間に位置する固体電解質層とを含む積層体である第１発電要素および第２発電要素を備える電池の製造方法であって、
　前記第１発電要素を形成するための材料と、電子伝導層を形成するための材料と、前記第２発電要素を形成するための材料と、をこの順で筐体に投入する工程と、
　前記筐体に投入された各材料をプレスする工程と、を含む、
　電池の製造方法。
　このように、筐体に投入された各材料をプレスすることで、筐体内を第１発電要素、第２発電要素および電子伝導層で満たすことができ、筐体内の空間を効果的に活用できる。例えば、筐体内の空間を最大限まで活用できる。よって、高いエネルギー密度の電池を製造できる。また、第１発電要素および第２発電要素の２つの発電要素を形成することにより、発電要素が直列接続される場合には高い電圧の電池を製造でき、発電要素が並列接続される場合には高い容量の電池を製造できる。
　＜１４＞粉体状の前記電子伝導層を形成するための材料を前記筐体に投入する、
　＜１３＞に記載の電池の製造方法。
　このように、粉体状の電子伝導材料が筐体に投入されてプレスされることで、筐体内において電子伝導材料が押し広げられ、第１発電要素と第２発電要素とを離間する電子伝導層を形成できる。そのため、第１発電要素と第２発電要素とが接触することが抑制され、より高いエネルギー密度の電池を製造できる。
　＜１５＞粉体状の前記第１発電要素を形成するための材料、および、粉体状の前記第２発電要素を形成するための材料を前記筐体に投入する、
　＜１３＞または＜１４＞に記載の電池の製造方法。
　これにより、粉体状の材料がプレスされて、筐体内を第１発電要素および第２発電要素で満たすことができ、筐体内の空間を効果的に活用できる。よって、より高いエネルギー密度の電池を製造できる。
　＜１６＞ペレット状の前記第１発電要素を形成するための材料、および、ペレット状の前記第２発電要素を形成するための材料を前記筐体に投入する、
　＜１３＞または＜１４＞に記載の電池の製造方法。
　これにより、より簡便な製造工程により電池を製造できる。
　以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、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、工程、工程の順序などは、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、平行または直交などの要素間の関係性を示す用語、および、矩形または直方体などの要素の形状を示す用語、ならびに、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、本明細書において、「積層方向」は、各層の主面法線方向に一致する。また、本明細書において、「平面視」とは、単独で使用される場合など、特に断りのない限り、発電要素の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
　また、本明細書において、「上方」および「下方」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。
　また、本明細書において、「第１」、「第２」などの序数詞は、特に断りのない限り、構成要素の数または順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、構成要素を区別する目的で用いられている。
　（実施の形態）
　以下では、実施の形態に係る電池について説明する。
　［構成］
　まず、本実施の形態に係る電池１の構成について説明する。
　図１は、実施の形態に係る電池１の断面図である。図１に示されるように、電池１は、発電要素１００ａ、発電要素１００ｂおよび電子伝導層１１０を備える発電部１０と、発電部１０を収容する筐体２００と、集電体３００と、を備える。電池１は、例えば、全固体電池である。また、電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池である。
　発電部１０は、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂの各層ならびに電子伝導層１１０が積層された積層体である。発電部１０の形状は、例えば、扁平な柱状体であり、直方体などの四角柱、四角柱以外の多角柱、円柱、又は楕円柱などである。そのため、発電部１０の平面視形状は、例えば、矩形もしくは正方形などの四角形、六角形もしくは八角形などの四角形以外の多角形、円形または楕円形などである。図１などの断面図では、発電部１０の層構造を分かりやすくするため、各層の厚みを誇張して図示している。また、各層および筐体２００の厚みの関係も図１に示される例には限らない。
　発電部１０は、側面１１と、主面１５および主面１６と、を含む。側面１１は、主面１５の外周と主面１６の外周とを繋ぐ面である。側面１１は、例えば、発電部１０の積層方向に平行な面である。主面１５および主面１６は、それぞれ、各層の厚み方向に垂直な面である。主面１５および主面１６は、互いに背向しており、かつ、互いに平行である。主面１５は、発電部１０の最上面である。主面１６は、発電部１０の最下面である。
　発電部１０は、例えば、筐体２００内で発電部１０の材料の粉体をプレスすることで形成され、筐体２００内に保持されている。発電部１０の全ての側面１１および主面１６は、例えば、全てが筐体２００に覆われ、筐体２００の内面に接している。
　発電部１０は、複数の発電要素、図１に示される例では、２つの発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂを備える。発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂは、例えば、最小構成の電池であり、単位セルとも称される。発電要素１００ａと発電要素１００ｂとは、電子伝導層１１０を介して、電気的に直列に接続されて積層されている。図１に示される例では、発電要素１００ａは、発電部１０の最下部に位置する発電要素であり、発電要素１００ｂは、発電部１０の最上部に位置する発電要素である。なお、図１に示される例では、発電部１０が有する発電要素の個数が２個であるが、これに限らない。例えば、発電部１０が有する発電要素は、３個以上であってもよい。この場合、各隣り合う発電要素は、電子伝導層１１０を介して積層される。
　発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂは、それぞれ、電極層１０１と、電極層１０１に対向して配置される対極層１０３と、電極層１０１と対極層１０３との間に位置する固体電解質層１０２とを含む積層体である。電極層１０１および対極層１０３はそれぞれ、活物質を含み、電極活物質層および対極活物質層とも称される。発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂのそれぞれでは、電極層１０１、固体電解質層１０２および対極層１０３がこの順で各層の主面法線方向に沿って積層されている。また、発電部１０では、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂを構成する各層の並び順が同じになるように、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂは、電子伝導層１１０を介して積層されている。
　なお、電極層１０１は、発電要素の正極層および負極層の一方である。対極層１０３は、発電要素の正極層および負極層の他方である。以下では、電極層１０１が負極層であり、対極層１０３が正極層である場合を一例として説明する。
　電極層１０１は、例えば、電極材料で構成される。電極材料は、負極活物質を含む。電極材料は、例えば、粉体である。粉体であるとは、複数の粒子の集合体で構成されているとも言える。具体的には、電極材料は、例えば、粉体が押し固められることにより形成された圧粉体である。
　電極材料を構成する粒子の形状は、例えば、針状、球状、楕円球状または鱗片状などであるが、特に制限されない。また、粒子の形状は、後述する他の材料の粉体についても同様である。
　電極層１０１の電極材料に含まれる負極活物質としては、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。負極活物質としては、例えば、グラファイト、金属リチウム、リチウム化合物などが用いられうる。リチウム化合物としては、例えば、ＬｉＡｌ、ＬｉＺｎ、Ｌｉ３Ｂｉ、Ｌｉ３Ｃｄ、Ｌｉ３Ｓｂ、Ｌｉ４Ｓｉ、Ｌｉ４．４Ｐｂ、Ｌｉ４．４Ｓｎ、Ｌｉ０．１７Ｃ、ＬｉＣ６などのリチウム合金、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）などのリチウムと遷移金属元素との酸化物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの金属酸化物などが用いられうる。
　また、電極層１０１の電極材料は、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質を含んでいてもよい。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。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、電極層１０１の電極材料は、例えば、アセチレンブラックなどの導電剤を含んでいてもよい。
　電極層１０１の厚みは、例えば５μｍ以上２０００μｍ以下である。
　対極層１０３は、例えば、対極材料で構成される。対極材料は、電極材料の対極を構成する材料である。対極材料は、正極活物質を含む。対極材料は、例えば、粉体である。具体的には、対極材料は、例えば、粉体が押し固められることにより形成された圧粉体である。
　対極層１０３の対極材料に含まれる正極活物質の材料としては、Ｌｉまたは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。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。正極活物質の表面は、固体電解質でコートされていてもよい。
　また、対極層１０３の対極材料は、例えば、上述した電極材料と同様に、無機系固体電解質などの固体電解質およびアセチレンブラックなどの導電剤の少なくとも一方を含んでいてもよい。
　対極層１０３の厚みは、例えば、５μｍ以上２０００μｍ以下である。
　固体電解質層１０２は、電極層１０１と対極層１０３との各々に接する。固体電解質層１０２は、例えば、電解質材料で構成される。電解質材料は、固体電解質を含む。固体電解質は、例えば、リチウムイオン伝導性を有する。電解質材料は、例えば、粉体である。具体的には、電解質材料は、例えば、粉体が押し固められることにより形成された圧粉体である。
　固体電解質層１０２の電解質材料に含まれる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などが用いられうる。硫化物固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２ＳおよびＰ２Ｓ５の混合物が用いられうる。
　固体電解質層１０２の厚みは、例えば、５μｍ以上５００μｍ以下であり、５μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
　発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂはそれぞれ、例えば、結着剤を含まない。具体的には、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂそれぞれの電極層１０１、対極層１０３および固体電解質層１０２はそれぞれ、結着剤を含まない。これにより、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂが充放電反応に寄与しない結着剤を含まないため、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂにおける活物質および固体電解質の割合が増加し、電池１のエネルギー密度を高めることができる。
　結着剤は、各層の材料同士および隣り合う層同士を接着させる役割を担う接着材料である。結着剤には、例えば、樹脂、エラストマーまたはゴムなどが用いられる。なお、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂそれぞれの電極層１０１、対極層１０３および固体電解質層１０２のうち、結着剤を含む層があってもよい。また、本明細書において、結着剤を含まないとは、結着剤を実質的に含まないことを意味し、具体的には、全く含まない場合、および、不純物などとして不可避的に１００ｐｐｍ以下で含まれる場合を意味する。
　また、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂはそれぞれ、例えば、有機溶剤などの溶剤を含まない。具体的には、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂそれぞれの電極層１０１、対極層１０３および固体電解質層１０２はそれぞれ、溶剤を含まない。これにより、溶剤による各層の材料の劣化が抑制されるため、電池性能を向上できる。なお、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂそれぞれの電極層１０１、対極層１０３および固体電解質層１０２のうち、溶剤を含む層があってもよい。また、本明細書において、溶剤を含まないとは、溶剤を実質的に含まないことを意味し、具体的には、全く含まない場合、および、不純物などとして不可避的に５０ｐｐｍ以下で含まれる場合を意味する。
　電極層１０１、対極層１０３、固体電解質層１０２は、例えば、平行平板状に維持されている。
　また、本実施の形態では、電極層１０１の側面と、固体電解質層１０２の側面と、対極層１０３の側面とは、積層方向に沿って見た場合に一致している。より具体的には、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂでは、積層方向に沿って見た場合に電極層１０１、固体電解質層１０２および対極層１０３の各々の形状および大きさが同じであり、各々の輪郭が一致している。
　発電要素１００ａと発電要素１００ｂと電子伝導層１１０とは、筐体２００内で積層されている。また、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂそれぞれの側面と、電子伝導層１１０の側面とは、積層方向に沿って見た場合に一致しており、発電部１０の側面１１を構成している。
　電子伝導層１１０は、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの間に位置し、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの各々に接している。具体的には、電子伝導層１１０の一方の主面は、発電要素１００ａの電極層１０１に接しており、当該電極層１０１に電気的に接続されている。また、電子伝導層１１０の他方の主面は、発電要素１００ｂの対極層１０３に接しており、当該１０３に電気的に接続されている。これにより、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとは、電子伝導層１１０を介して電気的に直列に接続される。なお、電子伝導層１１０と発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂの少なくとも一方との間には、導電性の接続層が配置されていてもよい。
　電子伝導層１１０は、例えば、電子伝導性を有し、イオン伝導性を有さない。電子伝導層１１０は、電子伝導性を有する電子伝導材料を含む。電子伝導層１１０は、例えば、電子伝導材料のみからなる。これにより、電子伝導層１１０に電子伝導を阻害する材料が含まれず、安定した電池特性が得られる。
　電子伝導層１１０に含まれる電子伝導材料は、例えば、粉体である。具体的には、電子伝導層１１０に含まれる電子伝導材料は、例えば、粉体が押し固められることにより形成された圧粉体である。電子伝導材料の粉体を構成する複数の粒子のそれぞれは、電子伝導性を有する。電子伝導材料には、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属または導電性カーボンなどが用いられうる。また、電子伝導材料は、複数の種類の導電性物質を含んでいてもよい。
　電子伝導層１１０の厚みは、例えば、１５μｍ以上３００μｍ以下である。電子伝導層１１０の厚みが１５μｍ以上であることにより、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとが接触することが抑制されて、自然放電の発生が抑制され、より高いエネルギー密度の電池１を実現できる。また、電子伝導層１１０の厚みが３００μｍ以下であることにより、筐体２００内の電子伝導層１１０の占める体積を減らすことができ、より高いエネルギー密度の電池１を実現できる。
　なお、詳細は後述するが、電子伝導層１１０には、粒界および空隙のうちの少なくとも一方が形成されていてもよい。
　筐体２００は、発電部１０および集電体３００を収容し、発電部１０の保護などを担う箱状の容器である。また、本実施の形態では、筐体２００は、発電部１０の電流取出部としても機能する。
　筐体２００は、例えば、底板部２１０と、側壁部２２０と、屈曲部２３０とを有する。底板部２１０と、側壁部２２０と、屈曲部２３０とは、例えば、１つの部材を加工して形成された、各々の部位に対して付された呼称である。筐体２００は、別の部材で構成された底板部２１０と、側壁部２２０と、屈曲部２３０とを接続することで形成されていてもよい。また、筐体２００の上部の中央には、開口部２０５が形成されている。開口部２０５は、集電体３００を露出させている。具体的には、開口部２０５は、集電体３００の発電要素１００ｂ側とは反対側の面を露出させている、なお、筐体２００は、屈曲部２３０を有していなくてもよい。
　底板部２１０は、板状であり、箱状の筐体２００の底部を構成する。底板部２１０は、発電部１０の主面１６を覆い、主面１６に接している。底板部２１０は、例えば、電子伝導性を有する。本実施の形態においては、底板部２１０は導電部の一例である。底板部２１０は、発電要素１００ａに電気的に接続される。具体的には、底板部２１０は、発電要素１００ａを挟んで電子伝導層１１０と対向する。底板部２１０は、発電要素１００ａの対極層１０３に接しており、対極層１０３に電気的に接続されている。そのため、本実施の形態では、底板部２１０は、発電部１０の正極の電流取り出しに用いることができる。
　側壁部２２０は、底板部２１０の外周部から上方に向かって積層方向に沿って立設し、箱状の筐体２００の側壁を構成する。本実施の形態においては、側壁部２２０の発電部１０側の表面が、筐体２００の内側面２０１である。側壁部２２０は、積層方向に沿って見た場合に、発電部１０を側方から囲んでいる。
　側壁部２２０は、導電部２２１と、絶縁部２２２と、を含む。導電部２２１は、絶縁部２２２を介して側面１１に対向して配置される。導電部２２１は、例えば、板状である。導電部２２１は、発電部１０および集電体３００とは接していない。絶縁部２２２は、導電部２２１の発電部１０側の表面を覆う絶縁層である。絶縁部２２２は、発電部１０の側面１１に接している。より具体的には、絶縁部２２２の発電部１０側の面は、筐体２００の内面の一部である内側面２０１を構成している。発電要素１００ａ、発電要素１００ｂ、電子伝導層１１０および集電体３００それぞれは、内側面２０１に接している。発電要素１００ａ、発電要素１００ｂ、電子伝導層１１０および集電体３００それぞれの側面の全てが、例えば、内側面２０１に接している。
　屈曲部２３０は、側壁部２２０の上部が折り曲げられるようにして、側壁部２２０の上端部（つまり、底板部２１０側とは反対側の端部）から内側に延びている。屈曲部２３０は、発電部１０の主面１５の一部を覆う。具体的には、屈曲部２３０は、集電体３００を介して主面１５を覆っている。また、屈曲部２３０は、開口部２０５を囲んでいる。
　屈曲部２３０は、導電部２３１と、絶縁部２３２と、を含む。導電部２３１は、絶縁部２３２を介して主面１５に対向して配置される。導電部２３１は、発電部１０および集電体３００とは接していない。絶縁部２３２は、導電部２３１の発電部１０側の表面を覆う絶縁層である。絶縁部２３２は、集電体３００を介して主面１５に対向し、集電体３００に接している。
　筐体２００は、例えば、電子伝導材料と電気絶縁材料とで構成される複合部材である。
　底板部２１０と導電部２２１と導電部２３１とは、例えば、電子伝導材料で構成される箱状の部材として一体で形成されている。底板部２１０と導電部２２１と導電部２３１とを構成する電子伝導材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属が用いられる。
　絶縁部２２２と絶縁部２３２とは、例えば、樹脂などの電気絶縁材料で構成される薄膜として一体で形成されている。絶縁部２２２と絶縁部２３２とは、例えば、底板部２１０と導電部２２１と導電部２３１とが構成する箱状の部材における導電部２２１および導電部２３１の内側の表面に樹脂を塗布することにより形成される。また、電気絶縁材料は、セラミックなどの無機材料であってもよい。
　集電体３００は、筐体２００内で、発電要素１００ｂの電子伝導層１１０側とは反対側に配置され、発電部１０の主面１５に接する。具体的には、集電体３００は、発電要素１００ｂの電極層１０１に接しており、当該電極層１０１に電気的に接続されている。そのため、本実施の形態では、集電体３００は、発電部１０の負極の電流の取り出しに用いることができる。なお、集電体３００と発電要素１００ｂとの間には、導電性の接続層が配置されていてもよい。
　集電体３００は、例えば、導電性を有する電子伝導性を有する箔状、板状または網目状の部材である。集電体３００を構成する材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属が用いられうる。集電体３００に用いられる金属は、底板部２１０に用いられる金属と同じであってもよく、異なっていてもよい。
　［製造方法］
　次に、本実施の形態に係る電池１の製造方法について説明する。なお、以下で説明する電池１の製造方法は一例であり、電池１の製造方法は以下の製造方法に限らない。
　図２から図５は、本実施の形態に係る電池１の製造方法を説明するための図である。
　電池１の製造方法では、まず、図２に示されるように、プレス装置に設けられたプレス金型５０に筐体２００ａをセットする。プレス金型５０には、例えば、筐体２００ａと同じ大きさの凹部が設けられており、当該凹部に筐体２００ａをセットする。筐体２００ａは、上述の筐体２００において屈曲部２３０が形成される前の筐体である。筐体２００ａは、例えば、底板部２１０と、底板部２１０の外周部から上方に向かって立設する側壁部２２０ａとを有し、筐体２００ａの上部が開放された箱状の容器である。
　次に、発電要素１００ａを形成するための材料を筐体２００ａに投入する。つまり、発電要素１００ａの各層を形成するための、対極材料、電解質材料および電極材料をこの順で筐体２００ａに投入する。具体的には、図２に示されるように、まず、発電部１０の最下層を構成する発電要素１００ａの対極層１０３を形成するための対極材料１０３ａを筐体２００ａに投入する。対極材料１０３ａは粉体状（粉末状）の材料である。そして、図３に示されるように、プレス装置に設けられた柱状のプレスピン５１を用いて、筐体２００ａに投入された対極材料１０３ａに仮プレスを行うことで、対極層１０３を形成する。このように粉体状の対極材料１０３ａが筐体２００ａに投入されてプレスされることで、対極材料１０３ａが層状に押し固められた対極層１０３を形成できる。また、仮プレスが行われることで、次に投入される材料と対極材料１０３ａとが混ざることを抑制できる。仮プレスの圧力は、特に制限されず、プレスされる材料に応じて設定されるが、例えば、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である。
　対極層１０３と同様に、発電要素１００ａの固体電解質層１０２を形成するための粉体状の電解質材料を、対極層１０３が形成された筐体２００ａに投入して、投入された電解質材料に仮プレスを行うことで固体電解質層１０２を形成する。次いで、発電要素１００ａの電極層１０１を形成するための粉体状の電極材料を、対極層１０３および固体電解質層１０２が形成された筐体２００ａに投入して、投入された電極材料に仮プレスを行うことで電極層１０１を形成する。これにより、図４に示されるように、筐体２００ａの底板部２１０上に、対極層１０３、固体電解質層１０２および電極層１０１が下からこの順で積層された発電要素１００ａが筐体２００ａ内に形成される。
　次に、図４に示されるように、電子伝導層１１０を形成するための電子伝導材料１１０ａを、発電要素１００ａが形成された筐体２００ａに投入する。電子伝導材料１１０ａは粉体状の材料である。そして、筐体２００ａに投入された電子伝導材料１１０ａに仮プレスを行うことで電子伝導層１１０を形成する。このように、空隙を含む粉体状の電子伝導材料１１０ａが筐体２００ａに投入されることで、筐体２００ａ内において電子伝導材料１１０ａが押し広げられ、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとを離間する電子伝導層１１０を形成できる。
　次に、発電要素１００ｂを形成するための材料を、発電要素１００ａおよび電子伝導層１１０が形成された筐体２００ａに投入する。つまり、発電要素１００ｂの各層を形成するための、対極材料、電解質材料および電極材料をこの順で筐体２００ａに投入する。例えば、発電要素１００ａと同様の方法で、材料の投入と、仮プレスとを繰り返し、筐体２００内において、電子伝導層１１０上に発電要素１００ｂを形成する。このように、発電要素１００ａを形成するための材料と、電子伝導層１１０を形成するための材料と、発電要素１００ｂを形成するための材料と、をこの順で筐体２００ａに投入する工程を経て、発電要素１００ａと、電子伝導層１１０と、発電要素１００ｂとが下からこの順で積層された積層体が形成される。また、この工程で投入される材料は、溶剤を含まない、粉体状の材料である。
　そして、図５に示されるように、筐体２００ａに投入された各材料によって形成された、発電要素１００ａと、電子伝導層１１０と、発電要素１００ｂとに一括で本プレスを行う。これにより、発電部１０が形成される。本プレスの圧力は、特に制限されず、プレスされる材料に応じて設定されるが、例えば、２００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である。このように、筐体２００ａに投入された各材料をプレスする工程を経ることで、筐体２００ａの側壁部２２０ａの内側面に密着して、筐体２００ａに保持された発電要素１００ａ、発電要素１００ｂおよび電子伝導層１１０が形成される。なお、本プレスは、上述の仮プレスの代わりに、各層の材料の投入毎に行われてもよい。つまり、本プレスは、筐体２００ａに材料を投入する工程の途中で行われてもよい。
　最後に、筐体２００ａ内で、発電要素１００ｂ上に集電体３００を配置し、集電体３００よりも上部に突き出た側壁部２２０ａをかしめるなどによって折り曲げることにより屈曲部２３０を形成する。これにより、図１に示される電池１が得られる。
　なお、上述の製造方法では、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂを形成するための材料として粉体状の材料を筐体２００ａに投入したが、これに限らない。図６は、本実施の形態に係る電池１の製造方法の変形例を説明するための図である。
　筐体２００ａに投入される発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂを形成するための材料は、ペレット状であってもよい。例えば、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂを形成するための材料を、粉体状の材料からペレット状の材料に変える以外は、上述の製造方法で電池１を製造する。具体的には、図６に示されるように、まず、発電要素１００ａの対極層１０３を形成するためのペレット状の対極材料１０３ｂを筐体２００ａに投入する。ペレット状の対極材料１０３ｂを投入する場合、例えば、上述のような仮プレスを行わなくてもよい。
　ペレット状の対極材料１０３ｂは、例えば、粉体状の対極材料を筐体２００ａとは別の金型等に入れてプレスして押し固めることによって形成される。つまり、ペレット状の対極材料１０３ｂは、例えば、圧粉体である。この際のプレスの圧力は、例えば、上述の仮プレスまたは本プレスの圧力である。また、粉体状の対極材料を平板プレス装置等によってプレスして平板状の対極材料を形成し、平板状の対極材料を筐体２００ａの内部空間の形状に合わせて打ち抜くことでペレット状の対極材料１０３ｂを形成してもよい。なお、対極材料１０３ｂの厚みによっては、対極材料１０３ｂは、かなり扁平な膜形状のようなペレット状の材料となるが、本明細書においては、膜形状のような材料もペレット状の材料に含まれる。本明細書において、ペレット状の材料であるとは、圧粉体のように材料が容易に分離しないように一体化された材料であることを意味する。
　発電要素１００ａの対極層１０３以外の、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂの各層についても、各層を形成するための対極材料、電解質材料または電極材料として、ペレット状の材料を筐体２００ａに投入して、筐体２００ａ内に発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂを形成する。ペレット状の材料の形成方法については、対極材料１０３ｂと同様の方法で形成できる。また、対極材料、電解質材料および電極材料が積層されたペレット状の材料を筐体２００ａに投入してもよい。
　このような工程を経て、図５に示されるような発電要素１００ａと、電子伝導層１１０と、発電要素１００ｂとの積層体が筐体２００ａ内に形成される。そして、上述の方法と同様に、集電体３００を配置し、屈曲部２３０を形成することで、図１に示される電池１が得られる。
　このように、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂを形成するための材料としてペレット状の材料を筐体２００ａに投入することで、より簡便な製造工程により電池１を製造できる。また、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂの各層の材料が混ざり合いにくく、電池１の電池特性を向上できる。
　［効果等］
　以上のように、電池１では、積層された発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂのそれぞれの側面が、筐体２００の内面である内側面２０１に接している。これにより、筐体２００内が発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂで満たされるため、筐体２００の内部空間を効果的に活用できる。例えば、筐体２００の内部空間を最大限まで活用できる。よって、高いエネルギー密度の電池１を実現できる。また、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂの側面は、筐体２００の側壁部２２０に密着しているため、側壁部２２０の垂直方向に強く拘束される。これにより、充放電過程で活物質が膨張収縮を繰り返すことによって生じる電圧および容量の劣化が抑制される。また、電池１では、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとは電気的に直列に接続されており、高い電圧かつ高いエネルギー密度の電池１を実現できる。
　また、電池１では、電子伝導層１１０を構成する電子伝導材料は粉体である。これにより、筐体２００内の発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの間で電子伝導材料の粉体が広がり、電子伝導層１１０が筐体２００の内側面２０１に密着することができる。そのため、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの間のどの位置においても電子伝導層１１０に存在し、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの短絡（具体的にはイオン伝導的な短絡）を抑制できる。特に、短絡が生じやすい発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂの端部における短絡を抑制できる。また、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとが接触すると自然放電が生じやすくなるため、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの接触が抑制されることで、電池１の容量を高めることができる。
　ここで、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの短絡が抑制される点について、電池を製造して充放電を行った結果を用いて説明する。
　まず、電子伝導層１１０に粉体を用いて、上述の製造方法で製造した電池１の充放電を行った。具体的には、製造した電池１を終止電圧５．５Ｖ、電流レート０．０５Ｃの条件で充電した。そして、充電した電池１を、終止電圧２．０Ｖ、電流レート０．０５Ｃの条件で放電した。その結果、放電時の平均放電電圧は４．２Ｖであった。平均放電電圧は、放電時の電圧の時間平均である。次に、電子伝導層１１０に金属箔を用いた電池１の充放電を行った場合には、平均放電電圧は３．４Ｖであり、放電容量も上述の粉体を用いた電子伝導層１１０の場合よりも低かった。また、１つの発電要素を備える電池で放電を行う場合の平均放電電圧が２．１Ｖであったことから、電子伝導層１１０に粉体を用いて製造した電池１は、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとが短絡せずに電気的に直列に接続されていることがわかる。
　図７は、金属箔を用いた電子伝導層１１０の切断面の走査型電子顕微鏡像である。図８は、粉体を用いた電子伝導層１１０の切断面の走査型電子顕微鏡像である。図７に示されるように、金属箔を用いた電子伝導層１１０は、連続的な組成であり、空隙および粒界が観察されない。一方、図８に示されるように、粉体を用いた電子伝導層１１０には、粉体の粒界１１１（走査型電子顕微鏡像の白い部分）および空隙１１２（走査型電子顕微鏡像の黒い部分）が形成されている。このように、電子伝導層１１０に粒界１１１および空隙１１２が形成されていることにより、電子伝導層１１０の電子伝導材料が移動しやすく、筐体２００内の発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの間で電子伝導材料がより広がりやすくなる。よって、電子伝導層１１０は、筐体２００の内側面２０１に密着することができ、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの接触を抑制できる。また、電子伝導層１１０に空隙１１２が形成されていることにより、電子伝導層１１０に対する応力を空隙１１２によって緩和できるため、電子伝導層１１０の破損を抑制できる。
　（他の実施の形態）
　以上、本開示に係る電池および電池の製造方法について、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実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
　例えば、上記実施の形態では、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとは、電気的に直列に接続されていたが、これに限らない。発電要素１００ａと発電要素１００ｂとは、電気的に並列に接続されてもよい。これにより、電池１の容量を高めることができる。また、この場合、筐体２００には、例えば、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの間の電子伝導層１１０に電気的に接続される導電部を有する構成の筐体が用いられる。
　また、例えば、上記実施の形態では、電子伝導層１１０には粉体の電子伝導材料が用いられる例を中心に説明したが、これに限らない。電子伝導層１１０には金属箔が用いられてもよい。例えば、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂの主面よりも面積の大きい金属箔を用いる、仮プレスおよび本プレスにおける圧力を調整する等によって、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとが接触しない構成にすることで、発電要素１００ａと発電要素１００ｂとの短絡を抑制できる。また、電子伝導層１１０を形成するための電子伝導材料には、多孔質の金属または多孔質の導電性樹脂が用いられてもよい。
　また、例えば、上記実施の形態では、発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂそれぞれの側面が、筐体２００の内側面２０１に接していたが、これに限らない。発電要素１００ａおよび発電要素１００ｂの一方の側面のみが筐体２００の内側面２０１に接していてもよい。
　また、上記実施の形態では、筐体２００の側壁部２２０および屈曲部２３０がそれぞれ導電部と絶縁部とで構成されていたが、これに限らない。側壁部２２０および屈曲部２３０の少なくとも一方は、絶縁部のみで構成されていてもよい。また、筐体２００において、底板部２１０と屈曲部２３０とが絶縁されている場合には、屈曲部２３０は、導電部２３１のみで構成されていてもよい。この場合には、電池１に集電体３００が備えられていなくてもよく、導電部２３１が主面１５に接して、集電体として機能する。また、この場合、屈曲部２３０の導電部２３１は、主面１５の全てを覆っていてもよい。
　また、上記実施の形態では、底板部２１０は電子伝導材料で構成されていたが、これに限らない。底板部２１０の一部は電気絶縁材料で構成されていてもよい。つまり、底板部２１０は、導電部と、絶縁部と、を含んでいてもよい。
　また、例えば、上記実施の形態では、筐体２００は、電子伝導材料と電気絶縁材料とで構成される複合部材であったがこれに限らない。筐体２００は、全てが電気絶縁材料で構成されていてもよい。この場合、例えば、発電部１０からの電流の取り出しのための開口部が筐体２００に形成される。
　また、例えば、上記実施の形態では、電池１において伝導するイオンがリチウムイオンである例を説明したが、これに限らない。電池１において伝導するイオンは、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオンまたは銅イオン等のリチウムイオン以外のイオンであってもよい。
　また、上記の実施の形態は、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。
　本開示に係る電池は、例えば、各種の電子機器または自動車などに用いられる全固体電池などの二次電池として利用されうる。
　１　電池
　１０　発電部
　１１　側面
　１５、１６　主面
　５０　プレス金型
　５１　プレスピン
　１００ａ、１００ｂ　発電要素
　１０１　電極層
　１０２　固体電解質層
　１０３　対極層
　１０３ａ、１０３ｂ　対極材料
　１１０　電子伝導層
　１１０ａ　電子伝導材料
　１１１　粒界
　１１２　空隙
　２００、２００ａ　筐体
　２０１　内側面
　２０５　開口部
　２１０　底板部
　２２０、２２０ａ　側壁部
　２２１、２３１　導電部
　２２２、２３２　絶縁部
　２３０　屈曲部
　３００　集電体

Claims (16)

  1. 　筐体と、
    　第１発電要素と、
    　第２発電要素と、
    　前記第１発電要素と前記第２発電要素の間に位置する電子伝導層と、
    を備え、
    　前記第１発電要素および前記第２発電要素は、それぞれ、電極層と、対極層と、前記電極層と前記対極層との間に位置する固体電解質層とを含む積層体であり、
    　前記第１発電要素と前記第２発電要素と前記電子伝導層とは、前記筐体内で積層されており、
    　前記第１発電要素および前記第２発電要素の少なくとも一方の側面は、前記筐体の内面に接している、
    　電池。
  2. 　前記電子伝導層は、電子伝導材料を含み、
    　前記電子伝導材料は、粉体である、
    　請求項１に記載の電池。
  3. 　前記電子伝導層は、前記電子伝導材料のみからなる、
    　請求項２に記載の電池。
  4. 　前記電子伝導層には、前記電子伝導材料の粉体の粒界が形成されている、
    　請求項２に記載の電池。
  5. 　前記第１発電要素と前記第２発電要素とは、電気的に直列に接続されている、
    　請求項２に記載の電池。
  6. 　前記第１発電要素および前記第２発電要素の少なくとも一方における前記電極層、前記対極層および前記固体電解質層の少なくとも１つは、結着剤を含まない、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電池。
  7. 　前記第１発電要素および前記第２発電要素の少なくとも一方は、結着剤を含まない、
    　請求項６に記載の電池。
  8. 　前記電子伝導層の厚みは、１５μｍ以上３００μｍ以下である、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電池。
  9. 　前記電子伝導層には、空隙が形成されている、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電池。
  10. 　前記筐体は、前記側面に接する絶縁部と、前記第１発電要素に電気的に接続される導電部と、を有する、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電池。
  11. 　前記筐体内で、前記第２発電要素の前記電子伝導層側とは反対側に配置された集電体をさらに備え、
    　前記導電部は、前記第１発電要素を挟んで前記電子伝導層と対向する前記筐体の底板部であり、
    　前記筐体には、前記集電体を露出させる開口部が形成されている、
    　請求項１０に記載の電池。
  12. 　前記第１発電要素、前記第２発電要素および前記電子伝導層のそれぞれは、前記内面に接している、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電池。
  13. 　それぞれが、電極層と、対極層と、前記電極層と前記対極層との間に位置する固体電解質層とを含む積層体である第１発電要素および第２発電要素を備える電池の製造方法であって、
    　前記第１発電要素を形成するための材料と、電子伝導層を形成するための材料と、前記第２発電要素を形成するための材料と、をこの順で筐体に投入する工程と、
    　前記筐体に投入された各材料をプレスする工程と、を含む、
    　電池の製造方法。
  14. 　粉体状の前記電子伝導層を形成するための材料を前記筐体に投入する、
    　請求項１３に記載の電池の製造方法。
  15. 　粉体状の前記第１発電要素を形成するための材料、および、粉体状の前記第２発電要素を形成するための材料を前記筐体に投入する、
    　請求項１３または１４に記載の電池の製造方法。
  16. 　ペレット状の前記第１発電要素を形成するための材料、および、ペレット状の前記第２発電要素を形成するための材料を前記筐体に投入する、
    　請求項１３または１４に記載の電池の製造方法。
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