WO2023248006A1 - 全固体電池セル - Google Patents

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WO2023248006A1
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達朗 佐々木
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日産自動車株式会社
ルノー エス. ア. エス.
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Definitions

  • the present invention relates to an all-solid-state battery cell.
  • Patent Document 1 JP2017-117696A.
  • Patent Document 1 describes a method for manufacturing an all-solid-state battery that can improve the volumetric energy density while suppressing the occurrence of wrinkles in the exterior body at the portion that contacts the surface of the stack in the stacking direction.
  • This document describes a step of arranging the laminate in the outer case, a step of sealing the peripheral edge of the laminate placed in the outer case in a reduced pressure atmosphere, and a step of applying pressure while maintaining the reduced pressure atmosphere after the sealing step.
  • the laminate placed inside the exterior body is sealed in a reduced pressure atmosphere, so the exterior body is in close contact with the laminate. That is, no space is substantially formed between the exterior body and the laminate.
  • an all-solid-state battery a battery that uses metallic lithium as a negative electrode active material is known.
  • the temperature may reach such a level that metallic lithium melts.
  • molten lithium may flow out.
  • Patent Document 1 if there is no space between the exterior body and the laminate, there is a possibility that molten lithium leaks to the outside.
  • an object of the present invention is to provide an all-solid-state battery cell in which lithium does not leak to the outside even when lithium melts.
  • the all-solid-state battery cell according to the present invention includes an electrode laminate, an exterior body, and a pair of shape-retaining materials.
  • the electrode stack includes a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode, and is configured to use metallic lithium as a negative electrode active material.
  • the exterior body has flexibility and accommodates the electrode stack.
  • the pair of shape-retaining members are provided in the exterior body so as to be located at both ends of the electrode stack in the stacking direction. The pair of shape-retaining members maintain the shape of the exterior body so that a space is secured between the exterior body and the electrode stack even when the internal region of the exterior body is depressurized.
  • Each of the pair of shape-retaining members has a flat plate portion and a side portion coupled to an end portion of the flat plate portion.
  • the flat plate portion is arranged at the end of the electrode stack in the stacking direction.
  • the outer shape of the flat plate portion is larger than the outer shape of the electrode stack.
  • the end surface of the side surface of one shape-retaining material and the end surface of the other shape-retaining material are opposed to each other.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an all-solid-state battery module according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view and a top view schematically showing the configuration of a battery cell.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a battery cell when metallic lithium is melted.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a battery cell according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a battery cell according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view and a top view schematically showing a battery cell according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an all-solid-state battery module 9 using an all-solid-state battery cell 1 (hereinafter sometimes simply referred to as battery cell 1) according to the present embodiment.
  • the all-solid-state battery module 9 includes a plurality of battery cells 1 and a pair of end plates 8.
  • the plurality of battery cells 1 are stacked.
  • a pair of end plates 8 are arranged to sandwich the plurality of stacked battery cells 1 in the stacking direction.
  • the pair of end plates 8 are compressed by a pressure mechanism (not shown). As a result, a compressive load is applied to the plurality of battery cells 1.
  • each battery cell 1 is devised.
  • the configuration of the battery cell 1 will be explained below.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (a) and a top view (b) schematically showing the configuration of the battery cell 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the battery cell 1 when lithium is melted.
  • the battery cell 1 includes an electrode laminate 2, an exterior body 3, a pair of shape retainers (4a and 4b), and current collector tabs (6-1 and 6-2).
  • the electrode laminate 2 is arranged within the exterior body 3.
  • the electrode stack 2 is configured to use metallic lithium as a negative electrode active material.
  • a pair of shape retaining members (4a and 4b) are also arranged within the exterior body 3.
  • the pair of shape retaining members (4a and 4b) maintain the shape of the exterior body 3 so that the exterior body 3 does not come into close contact with the electrode stack 2 even if the internal region of the exterior body 3 is depressurized. That is, a space is ensured between the exterior body 3 and the electrode stack 2. Specifically, a space is secured on both sides of the electrode stack 2 in the direction connecting the current collecting tabs 6-1 and 6-2.
  • the electrode stack 2 has a structure in which a plurality of units are stacked. Each unit has a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode. The solid electrolyte layer is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode. Further, as described above, the electrode stack 2 is configured to use metallic lithium as the negative electrode active material. In such an electrode stack 2, when the temperature reaches an extremely high temperature, lithium may melt and leak from the electrode stack 2, as described above.
  • a current collector (5-1 or 5-2) is sandwiched between adjacent units.
  • One of the current collectors 5-1 and 5-2 is a positive electrode current collector, and the other is a negative electrode current collector.
  • a plurality of current collectors (5-1 and 5-2) are provided.
  • the current collectors (5-1 and 5-2) each protrude from the side surface of the electrode stack 2, are brought together at their ends, and are connected to the current collector tabs (6-1 and 6-2). It is connected.
  • the current collecting tab 6-1 and the current collecting tab 6-2 are provided to electrically connect the electrode stack 2 to the outside.
  • One end of each current collector tab (6-1 and 6-2) is arranged inside the exterior body 3, and the other end is arranged outside the exterior body 3.
  • the material of the exterior body 3 is not particularly limited, but for example, aluminum film or the like can be used.
  • the total length (a1+a2) of the side surfaces (4a-2 and 4b-2) is set to be the same as the thickness of the electrode stack 2 when the SOC is 0%.
  • the term "identical” as used herein is a concept that includes substantially the same.
  • the size of the surplus space formed inside the exterior body 3 is larger than the volume when the metallic lithium present in the fully charged state is melted.
  • the volume V Li (cm 3 ) of the molten metal lithium can be calculated using the following formula.
  • the battery cell 1 includes an electrode laminate 2, an exterior body 3, and a pair of insulating shape-retaining materials (4a and 4b).
  • the electrode stack includes a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode, and is configured to use metallic lithium as a negative electrode active material.
  • the exterior body 3 has flexibility and accommodates the electrode stack 2.
  • a pair of shape-retaining members (4a and 4b) are provided within the exterior body 3 so as to be located at both outermost ends of the electrode stack 2 in the stacking direction. Further, the pair of shape-retaining members (4a and 4b) are arranged in the exterior body so that a space is secured between the exterior body 3 and the electrode stack 2 even when the internal area of the exterior body 3 is depressurized. Hold the shape of 3.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a battery cell 1 according to the second embodiment.
  • the exterior body 3 and each flat plate part (4a-1 and 4b-1) are bonded together.
  • the bonded portions are shown as bonded portions (10a-1 and 10b-1). According to such a configuration, even when the battery cell 1 is pressurized, the exterior body 3 and the flat plate portions (4a-1 and 4b-1) do not slip. Therefore, the exterior body 3 is less likely to be wrinkled.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a battery cell 1 according to the third embodiment.
  • a gap is provided between the side surface portion 4a-2 and the side surface portion 4b-2 (the gap may be closed during complete discharge). That is, the total length of the side surface portions (4a-2 and 4b-2) along the stacking direction is equal to or less than the thickness of the electrode stack 2 when the SOC is 0%.
  • each shape retaining material (4a and 4b) does not interfere with the electrode stack 2.
  • the upper and lower surfaces of the electrode stack 2 come into direct contact with the exterior body 3.
  • the positions of the outer surfaces of each shape-retaining material (4a and 4b) in the thickness direction are aligned with the positions of the upper and lower surfaces of the electrode stack 2. Therefore, despite the provision of the pair of shape retaining members (4a and 4b), the thickness of the battery cell 1 in the stacking direction does not increase. Therefore, the volumetric energy density is not impaired.

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Abstract

本発明の目的は、リチウムが溶融した場合であっても、外部までリチウムが漏れ出さない全固体電池セルを提供することにある。 そして、本発明に係る全固体電池セルは、電極積層体と、電極積層体を収容する、外装体と、外装体の内部領域が減圧された状態であっても外装体と電極積層体との間に空間が確保されるように外装体の形状を保持する、絶縁性の一対の形状保持材とを備えるとともに、前記一対の形状保持材は、それぞれ、平板上の平板部と、前記平板部の端部に結合した側面部とを有し、前記平板部は、積層方向における前記電極積層体の最外部に位置し、積層方向に沿って見た場合に、前記平板部の外形は、前記電極積層体の外形よりも大きく、一方の前記形状保持材の側面部の先端面と、他方の前記形状保持材の側面部の先端面とは対向している。

Description

全固体電池セル
 本発明は、全固体電池セルに関する。
 電極積層体が外装体内に収容された構成を有する全固体電池が知られている。そのような全固体電池の製造方法に関する発明が、特許文献1(JP2017−117696A)に記載されている。特許文献1には、積層体の積層方向表面と接触する部分における外装体の皺の発生を抑制しつつ、体積エネルギー密度を向上させることが可能な全固体電池の製造方法が記載されている。この文献には、積層体を外装体内に配置する工程、外装体内に配置された積層体の周縁部を減圧雰囲気で封止する工程、封止工程の後で、減圧雰囲気を維持しながら、加圧部材を用いて外装体を積層体の積層方向表面に押し付けるように加圧する工程、及び、加圧部材による加圧を維持しながら、雰囲気を減圧雰囲気から大気圧雰囲気にする、解放工程、を有する製造方法が記載されている。
 特許文献1に記載された全固体電池においては、外装体内に配置された積層体が、減圧雰囲気で封止されるから、外装体は積層体に密着する。すなわち、外装体と積層体との間に、空間は実質的に形成されない。
 ところで、全固体電池として、負極活物質として金属リチウムが使用された電池が知られている。そのような全固体電池において、例えば故障時(短絡時等)に、金属リチウムが溶融する程度にまで高温になる場合がある。その結果、溶融したリチウムが流れ出る可能性がある。特許文献1に記載されるように、外装体と積層体との間に空間が存在しない場合には、溶融したリチウムが外部にまで漏れ出す可能性がある。
 万が一、リチウムが溶融した場合であっても、溶融したリチウムが外部にまでは漏れないことが望ましい。従って、本発明の目的は、リチウムが溶融した場合であっても、外部までリチウムが漏れ出さない全固体電池セルを提供することにある。
 本発明に係る全固体電池セルは、電極積層体と、外装体と、一対の形状保持材とを備える。電極積層体は、正極、固体電解質層、及び負極を含み、負極活物質として金属リチウムが使用されるように構成されている。外装体は、可撓性を有しており、電極積層体を収容する。一対の形状保持材は、外装体内において、積層方向における電極積層体の両端に位置するように設けられている。一対の形状保持材は、外装体の内部領域が減圧された場合であっても外装体と電極積層体との間に空間が確保されるように、外装体の形状を保持する。一対の形状保持材は、それぞれ、平板状の平板部と、平板部の端部に結合した側面部とを有している。平板部は、積層方向における電極積層体の端部に配置されている。積層方向に沿って見た場合に、平板部の外形は、電極積層体の外形よりも大きい。一方の形状保持材の側面部の先端面と、他方の形状保持材の先端面とは、対向している。
図1は、第1の実施形態に係る全固体電池モジュールを示す概略断面図である。 図2は、電池セルの構成を概略的に示す断面図及び上面図である。 図3は、金属リチウムが溶融した場合の電池セルの構成を示す概略断面図である。 図4は、第2の実施形態に係る電池セルを示す概略断面図である。 図5は、第3の実施形態に係る電池セルを示す概略断面図である。 図6は、第4の実施形態に係る電池セルを概略的に示す断面図及び上面図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
 図1は、本実施形態に係る全固体電池セル1(以下、単に電池セル1という場合がある)を使用した全固体電池モジュール9を示す概略断面図である。図1に示されるように、全固体電池モジュール9は、複数の電池セル1と、一対のエンドプレート8とを有している。複数の電池セル1は積層されている。一対のエンドプレート8は、積層された複数の電池セル1を積層方向において挟むように配置されている。一対のエンドプレート8は、図示しない加圧機構により、圧縮するように加圧されている。これにより、複数の電池セル1には、圧縮するような荷重が加わっている。
 ここで、本実施形態においては、各電池セル1の構成が工夫されている。以下に、電池セル1の構成について説明する。
 図2は、電池セル1の構成を概略的に示す断面図(a)及び上面図(b)である。また、図3は、リチウムが溶融した場合の電池セル1の構成を示す概略断面図である。
 図2に示されるように、電池セル1は、電極積層体2、外装体3、一対の形状保持材(4a及び4b)、及び集電タブ(6−1及び6−2)を有している。電極積層体2は、外装体3内に配置されている。電極積層体2は、負極活物質として金属リチウムが使用されるように構成されている。一対の形状保持材(4a及び4b)も、外装体3内に配置されている。一対の形状保持材(4a及び4b)は、外装体3の内部領域が減圧されたとしても外装体3が電極積層体2に密着しないように、外装体3の形状を保持している。すなわち、外装体3と電極積層体2との間には、空間が確保されている。具体的には、集電タブ6−1と集電タブ6−2とを結ぶ方向における電極積層体2の両側に、空間が確保されている。
 上述のような構成により、万が一、電極積層体2に含まれる金属リチウムが溶融したとしても、溶融したリチウムは、外装体3と電極積層体2との間の空間に収容される(図3参照)。よって、溶融したリチウムが外装体3の外側にまで漏れ出すことが防止される。
 以下に、電池セル1の各部について詳細に説明する。
 電極積層体2は、複数のユニットが積層された構造を有している。各ユニットは、正極、固体電解質層、及び負極を有している。固体電解質層は、正極及び負極に挟まれている。また、既述のように、電極積層体2は、負極活物質として金属リチウムが使用されるように構成されている。このような電極積層体2においては、既述のように、極めて高温になった場合に、リチウムが溶融し、電極積層体2から漏れ出す可能性がある。
 なお、本発明における「電極積層体」には、放電時には負極が存在せず、充電時に負極が生成するように構成されたものも包含される。すなわち、電極積層体2は、放電状態では負極側にリチウムが存在せず、充電した際に正極側から負極側にリチウムが移動して析出することにより負極が形成されるように構成されたものであってもよい。
 電極積層体2において、隣接するユニットの間には、集電体(5−1又は5−2)が挟まれている。集電体5−1及び集電体5−2の一方は正極集電体であり、他方は負極集電体である。集電体(5−1及び5−2)は、それぞれ、複数設けられている。集電体(5−1及び5−2)は、それぞれ、電極積層体2の側面から突き出ており、その端部で1つにまとめられ、集電タブ(6−1及び6−2)に接続されている。
 集電タブ6−1及び集電タブ6−2は、電極積層体2を外部に電気的に接続するために設けられている。各集電タブ(6−1及び6−2)の一端は外装体3の内部に配置されており、他端は外装体3の外部に配置されている。
 外装体3は、電極積層体2を保護する目的で設けられている。外装体3は、可撓性を有しており、電極積層体2を収容している。具体的には、外装体3は、一対のシートにより構成されている。一対のシートは、電極積層体2の上側及び下側に配置されており、電極積層体2の側方におけるシール部7において接着されている。なお、外装体3は、一部分で、集電タブ6−1及び集電タブ6−2を挟んでいる。集電タブ6−1及び集電タブ6−2が設けられた部分では、外装体3は、集電タブ6−1及び集電タブ6−2にシールされている。
 外装体3の材質は特に限定されないが、例えば、アルミフィルムなどを用いることができる。
 一対の形状保持材(4a及び4b)は、既述の通り、外装体3の内部領域が減圧された場合であっても、外装体3と電極積層体2との間に空間を確保するために設けられている。一対の形状保持材(4a及び4b)は、積層方向における電極積層体2の両最外部(最上部及び最下部)に位置するように設けられている。
 具体的には、一対の形状保持材(4a及び4b)は、それぞれ、平板部(4a−1,4b−1)と、側面部(4a−2,4b−2)とを有している。
 各平板部(4a−1,4b−1)は、平板状である。平板部(4a−1及び4b−1)は、電極積層体2の上面上と、下面上とに配置されている。積層方向に沿って見た場合に、各平板部(4a−1,4b−1)の外形は、電極積層体2の外形よりも大きい。なお、ここでいう電極積層体2の外形とは、正極、固体電解質層、及び負極が重なった部分(アクティブエリア)の外形を意味する。
 具体的には、各平板部(4a−1,4b−1)は、概ね長方形状である。そして、その長手方向(集電タブ6−1と集電タブ6−2とを結ぶ方向である)において、電極積層体2よりも大きい。なお、短手方向においては、各平板部(4a−1,4b−1)の外形は、電極積層体2よりも大きくてもよいし、同じであってもよい。
 各側面部(4a−2,4b−2)は、各平板部(4a−1,4b−1)の端部に結合しており、各平板部(4a−1,4b−1)から立ち上がるように伸びている。側面部4a−2及び側面部4b−2は、その先端面同士が互いに対向するように設けられている。言い換えれば、側面部4a−2の先端面と、側面部4b−2の先端面とは、積層方向において重なっている。
 なお、各形状保持材(4a及び4b)は、絶縁性材料により形成される。また、各形状保持材(4a及び4b)は、外装体3の内部領域が減圧された場合であっても変形しないような強度を有する材料により形成される。更に、各形状保持材(4a及び4b)は、金属リチウムが溶融する程度に高温になっても損傷しないような耐熱性を有する材料により形成される。このような材料としては、例えば、耐熱性樹脂等を用いることができる。
 以上説明したように、本実施形態においては、一対の形状保持材(4a及び4b)により、電極積層体2の側方に、空間が確保されている。これにより、万が一、金属リチウムが溶融したとしても、溶融したリチウムは当該空間に収容される。よって、溶融したリチウムが外装体3の外側まで漏洩し難くなる。
 続いて、本実施形態に係る電池セル1の製造方法の一例について説明する。上述の電池セル1を製造する際には、まず、電極積層体2を作製し、集電体(5−1及び5−2)を集電タブ(6−1及び6−2)に接続する。次いで、電極積層体2の上下に、一対の形状保持体(4a及び4b)を配置する。更に、一対の形状保持体(4a及び4b)を覆うように、外装体3形成用の一対のシートを配置する。次に、一対のシートの内側の領域を減圧しつつ、一対のシートを加圧し、シール部7において一対のシートを封止する。これにより、電池セル1が得られる。ここで、減圧時には、外装体3形成用のシートが内側に吸い寄せられる。そのため、余分なスペースをなくすことができ、電池セル1のサイズを小さくすることができる。一方で、一対の形状保持材(4a及び4b)が設けられているから、電極積層体2の側方には、空間が確保される。
 なお、本実施形態においては、電極積層体2の側方に空間が形成される。好ましくは、電極積層体2の側方のうち、集電タブ6−1及び集電タブ6−2が設けられた側に、空間が形成されている。ここで、この空間の分だけ、電池セル1の体積エネルギー密度は減少する。しかし、図1に示したように、全固体電池は、通常、複数の電池セル1が積層された全固体電池モジュール9として提供される。全固体電池モジュール9において、各電池セル1の側方の領域には、通常、集電タブ等が配置されており、デッドスペースとなっている。従って、電池セル1の側方(特に、集電タブ側)に空間が形成されたとしても、全固体電池モジュール9としての体積エネルギー密度は実質的には変わらない。すなわち、余剰空間が形成されることによるデメリットはない。
 ところで、全固体電池において電池反応を効率よく進行させるためには、電極積層体2に荷重が加えられている必要がある。そこで、好ましくは、電極積層体2に圧力(荷重)が加わるように、側面部(4a−2及び4b−2)の長さが工夫される。具体的には、積層方向に沿う側面部(4a−2及び4b−2)の長さ(図2中、a1及びa2)の合計が、SOC(State Of Chargec)が0%であるときの電極積層体2の厚み以下に設定される。「SOC」とは、電極積層体2の充電状態を表すパラメータである。SOCが0%の状態とは、完全放電状態を意味する。負極活物質として金属リチウムを使用した電極積層体2は、充電時には膨張し、放電時には収縮する。すなわち、電極積層体2の厚みは、完全放電状態で最も小さくなる。側面部(4a−2及び4b−2)の合計の長さ(a1+a2)が、SOCが0%であるときの電極積層体2の厚み以下に設定されていることにより、完全放電時を除いて、一方の側面部4a−2と他方の側面部4b−2との間に隙間が形成される(図2参照)。従って、一方の形状保持材4aと、他方の形状保持材4bとが、干渉しない。電池セル1に加わる圧力が、各形状保持材(4a及び4b)を介して、電極積層体2に加わることになる。各形状保持材(4a及び4b)により圧力の印加が妨げられないから、電池反応も妨げられない。
 より好ましくは、側面部(4a−2及び4b−2)の長さの合計(a1+a2)は、SOCが0%であるときの電極積層体2の厚みと同一になるように設定されている。なお、ここでいう同一とは、略同一も含む概念である。このような構成を採用することにより、溶融したリチウムが外装体3の外部に漏れ出すことを、より確実に防止できる。すなわち、リチウムが溶融して電極積層体2から漏洩すると、電極積層体2の厚みが小さくなる。側面部(4a−2及び4b−2)の長さの合計(a1+a2)が、SOCが0%であるときの電極積層体2の厚みに等しければ、リチウムの溶融により電極積層体2の厚みが小さくなった場合に、側面部(4a−2)と側面部(4b−2)との間の隙間が閉じられる(図3参照)。その結果、溶融したリチウムが、漏洩しやすいシール部7に到達し難くなり、リチウムの漏洩がより確実に防止できる。
 好ましくは、外装体3の内側に形成される余剰空間の大きさは、満充電状態において存在する金属リチウムが溶融した場合の体積よりも大きい。このような構成を採用することにより、金属リチウムが全て溶融したとしても、外装体3の内側の空間に溶融したリチウムが全て収容される。なお、溶融する金属リチウムの体積VLi(cm)は、下記式により、計算することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 上式中、Qはセル容量(Ah)である。rはA/C比である。Fは、ファラデー定数であり、9.65×10[C/mol]である。Mは、リチウムのモル質量であり、6.94[g/mol]である。d1は、溶融したリチウムの密度であり、0.512[g/cm]である
 以上、第1の実施形態について説明した。以下に、本実施形態に係る構成と作用効果について、代表的なものについて要約する。
 本実施形態に係る電池セル1は、電極積層体2、外装体3、及び絶縁性の一対の形状保持材(4a及び4b)を有している。電極積層体は、正極、固体電解質層、及び負極を含み、負極活物質として金属リチウムが使用されるように構成されている。外装体3は、可撓性を有し、電極積層体2を収容している。一対の形状保持材(4a及び4b)は、外装体3内において、積層方向における電極積層体2の両最外部に位置するように設けられている。また、一対の形状保持材(4a及び4b)は、外装体3の内部領域が減圧された場合であっても外装体3と電極積層体2との間に空間が確保されるように外装体3の形状を保持する。一対の形状保持材(4a及び4b)は、それぞれ、平板状の平板部(4a−1、4b−1)と、平板部(4a−1、4b−1)の端部に結合した側面部(4a−2,4b−2)とを有している。平板部(4a−1、4b−1)は、積層方向における電極積層体2の最外部に位置している。そして、積層方向に沿って見た場合に、平板部(4a−1、4b−1)の外形は、電極積層体2の外形よりも大きい。一方の形状保持材4aの側面部(4a−2)の先端面と、他方の形状保持材4bの先端面とは、対向している。このような構成によれば、外装体3と電極積層体2との間に空間が形成されているため、万が一、金属リチウムが溶融したとしても、当該空間にリチウムが収容され、外装体3の外部に漏洩しない。
 好ましい一態様において、一対の形状保持材(4a及び4b)における側面部(4a−2,4b−2)の積層方向に沿う長さの合計は、SOCが0%であるときの電極積層体2の厚み以下である。このような構成を採用することにより、一対の形状保持材(4a及び4b)同士が干渉しない。電池セル1を加圧するための圧力が、一対の形状保持材(4a及び4b)により妨げられず、電極積層体2にも加えられる。よって、電池反応の進行が妨げられない。
 好ましい一態様において、一対の形状保持材(4a及び4b)における側面部(4a−2,4b−2)の積層方向に沿う長さの合計は、SOCが0%であるときの電極積層体2の厚みに等しい。このような構成を採用することにより、溶融した金属リチウムが電極積層体2から漏れ出した場合に、側面部(4a−2及び4b−2)間の隙間が閉じられる。よって、溶融した金属リチウムが外装体3の外部により漏洩しにくくなる。
 好ましい一態様において、外装体3の内側には、満充電状態において存在する金属リチウムが溶融した場合の体積よりも大きな余剰空間が形成されている。このような構成を採用することにより、電極積層体2に含まれる金属リチウムが全て溶融したとしても、溶融したリチウムを全て余剰空間に収容することができる。よって、溶融した金属リチウムが外装体3の外部に漏洩することを、より確実に防止できる。
(第2の実施形態)
 続いて、第2の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第1の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。
 図4は、第2の実施形態に係る電池セル1を示す概略断面図である。本実施形態においては、外装体3と、各平板部(4a−1及び4b−1)とが、接着されている。図4においては、接着部分が、接着部(10a−1及び10b−1)として示されている。このような構成によれば、電池セル1を加圧した場合であっても、外装体3と平板部(4a−1及び4b−1)とが滑らない。よって、外装体3にシワが生じにくくなる。
 なお、各平板部(4a−1及び4b−1)は、全面で外装体3に接着されていてもよいし、一部においてのみ外装体3に接着されていてもよい。
 好ましい一態様において、外装体3は、各平板部(4a−1及び4b−1)に接着されている一方で、各側面部(4a−2及び4b−2)には接着されていない。このような構成によれば、電極積層体2が収縮した場合に、電極積層体2の側方において外装体3が外側にたわむことができるようになる。よって、電極積層体2の膨張収縮に対して、外装体3を追従させやすくすることができる。
(第3の実施形態)
 続いて、第3の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。
 図5は、第3の実施形態に係る電池セル1を示す概略断面図である。本実施形態においては、側面部4a−2と側面部4b−2との間に、隙間が設けられている(完全放電時には、隙間が閉じられてもよい)。すなわち、積層方向に沿う側面部(4a−2及び4b−2)の長さの合計が、SOCが0%であるときの電極積層体2の厚み以下になっている。
 そして、外装体3は、側面部(4a−2及び4b−2)の先端面に接着している。図5においては、この接着部分が、接着部12として示されている。
 外装体3が各側面部(4a−2、4b−2)の先端面に接着している結果、外装体3は、各側面部(4a−2、4b−2)とシール部7との間において、内側に凹むような形状になっている。言い換えれば、外装体3は、各側面部(4a−2、4b−2)を巻き込むように、一対の形状保持材(4a及び4b)に接着されている。
 本実施形態によれば、外装体3は、側面部4a−2と側面部4b−2との間において、たわむことが可能である。従って、電極積層体2の膨張収縮に対して、外装体3が追従しやすくなっている。ここで、電極積層体2の収縮時には、外装体3は、外側にたわむのではなく、内側にたわむ。よって、収縮時に、積層方向に沿って見た場合における電池セル1の面積は増加しない。従って、省スペース化の点から好ましい。
 なお、本実施形態において、外装体3は、各平板部(4a−1及び4b−1)に接着していてもよいし、接着していなくてもよい。好ましい態様では、接着している。
 また、外装体3は、各側面部(4a−2及び4b−2)の外面に接着していてもよいし、接着していなくてもよい。好ましい態様では、接着していない。
(第4の実施形態)
 続いて、第4の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。
 図6は、第4の実施形態に係る電池セル1の断面図(a)と、平板部4a−1の形状を示す上面図(b)である。本実施形態においては、各平板部(4a−1及び4b−1)に、開口部11が設けられている。
 本実施形態によれば、開口部11が設けられていることによって、各形状保持材(4a及び4b)を軽量化することができる。これにより、電池セル1の重量エネルギー密度を向上させることができる。
 開口部11の位置は、特に限定されない。ただし、好ましくは、開口部11は、積層方向に沿って見た場合に、電極積層体2の外形よりも大きな外形を有している。言い換えれば、積層方向に沿って見た場合、開口部11の外形は、電極積層体2の外形よりも外側に位置している。
 上述のように、開口部11の外形が電極積層体2よりも大きいことにより、各形状保持材(4a及び4b)は、電極積層体2と干渉しない。電極積層体2の上面及び下面は、外装体3と直接、接することになる。厚み方向における各形状保持材(4a及び4b)の外面の位置は、電極積層体2の上面及び下面の位置に揃う。そのため、一対の形状保持材(4a及び4b)を設けているにもかかわらず、積層方向における電池セル1の厚みは増加しない。よって、体積エネルギー密度が損なわれない。
 なお、開口部11の外形が電極積層体2よりも大きい場合、電極積層体2によっては一対の形状保持材(4a及び4b)を支持することができない。しかし、平板部(4a−1及び4b−1)を外装体3に接着させることにより、外装体3によって一対の形状保持材(4a及び4b)を支持することができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
 本願は2022年6月22日に日本国特許庁に出願された特願2022−100726に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (9)

  1.  正極、固体電解質層、及び負極を含み、負極活物質として金属リチウムが使用される、電極積層体と、
     可撓性を有し、前記電極積層体を収容する、外装体と、
     前記外装体内において、積層方向における前記電極積層体の両最外部に位置するように設けられ、前記外装体の内部領域が減圧された場合であっても前記外装体と前記電極積層体との間に空間が確保されるように前記外装体の形状を保持する、絶縁性の一対の形状保持材とを備え、
     前記一対の形状保持材は、それぞれ、
     平板状の平板部と、
     前記平板部の端部に結合した側面部とを有し、
     前記平板部は、積層方向における前記電極積層体の最外部に位置し、
     積層方向に沿って見た場合に、前記平板部の外形は、前記電極積層体の外形よりも大きく、
     一方の前記形状保持材の側面部の先端面と、他方の前記形状保持材の先端面とは、対向している、
    全固体電池セル。
  2.  請求項1に記載の全固体電池セルであって、
     前記平板部には、開口部が設けられている、
    全固体電池セル。
  3.  請求項2に記載された全固体電池セルであって、
     前記積層方向に沿って見た場合に、前記開口部の外形は、前記電極積層体の外形よりも外側に位置している、
    全固体電池セル。
  4.  請求項1又は2に記載された全固体電池セルであって、
     前記外装体は、前記平板部に接着されている、
    全固体電池セル。
  5.  請求項4に記載された全固体電池セルであって、
     前記外装体は、前記側面部には接着されていない、
    全固体電池セル。
  6.  請求項1又は2に記載された全固体電池セルであって、
     前記外装体は、前記側面部の先端面に接着されている、
    全固体電池セル。
  7.  請求項1又は2に記載された全固体電池セルであって、
     前記一対の形状保持材における前記側面部の積層方向に沿う長さの合計が、SOCが0%であるときの前記電極積層体の厚み以下である、
    全固体電池セル。
  8.  請求項1又は2に記載された全固体電池セルであって、
     前記一対の形状保持材における前記側面部の積層方向に沿う長さの合計が、SOCが0%であるときの前記電極積層体の厚みと同一である、
    全固体電池セル。
  9.  請求項1又は2に記載された全固体電池セルであって、
     前記外装体の内側に、満充電状態において存在する金属リチウムが溶融した場合の体積よりも大きな余剰空間が形成されている、
    全固体電池セル。
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