(57)【要約】【課題】冷却むらの発生が抑制され、均一に圧力をかけることのできる冷却機構を備えた全固体電池を提供する。【解決手段】全固体電池は、正極層と、固体電解質層と、負極層とがこの順で積層された電池本体部材がラミネートフィルムで包装されてなる電池ユニットと、ベイパーチャンバーとが交互に積層された複数の層からなる積層体を備える。複数のベイパーチャンバーは、電池ユニットとの積層方向に沿って伸びるように設けられた連結柱で互いに連結して固定されており、積層体の積層方向の一方の面に上板が、他方の面に抑え板が設けられており、抑え板の前記積層体と反対側の面に複数のバネ部材を介して底板が取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極層と、固体電解質層と、負極層とがこの順で積層された電池本体部材がラミネートフィルムで包装されてなる電池ユニットと、
ベイパーチャンバーと、
が交互に積層された複数の層からなる積層体を備え、
前記複数のベイパーチャンバーは、前記電池ユニットとの積層方向に沿って伸びるように設けられた連結柱で互いに連結して固定されており、
前記積層体の積層方向の一方の面に上板が、他方の面に抑え板が設けられており、
前記抑え板の前記積層体と反対側の面に複数のバネ部材を介して底板が取り付けられている、全固体電池。
【請求項２】
前記上板の前記積層体と反対側の面にヒートシンクが設けられている請求項１に記載の全固体電池。
【請求項３】
前記ヒートシンクにファンが取り付けられている請求項２に記載の全固体電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全固体電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウム電池において、安全性の面から、有機電解液の代わりに固体電解質を用いた全固体電池の開発が進められている。また、全固体電池の軽量化を目的として、正極層と負極層とによって固体電解質層が挟み込まれた構造の電池本体をラミネートフィルムによって包装したラミネート型の全固体電池が知られている。更に、最高電圧を高める、または、総充電量を高めることを目的として、複数の電池ユニットを積層した構造の全固体電池も知られている。このような全固体電池では、固体電解質が熱劣化（結晶化等）してしまうことを抑制するために、放熱対策が重要な課題の一つとなっている。
【０００３】
複数の電池ユニットを積層する構造を採用する場合において、各電池ユニットの間に、それぞれ板状部材を設けて、これらの板状部材を電池ユニットの外側に突出させ放熱フィンを設けることで、放熱効果を発揮させる技術が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、各電池ユニットの間に、ヒートパイプとヒートシンクを接合し弾性部材で覆うことで応力を緩和しつつ、放熱効果の向上を図った全固体電池の構造も知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０３１２８１号公報
【特許文献２】特開２０１５−２３２９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の全固体電池の冷却機構では電池ユニットが大きくなった際に冷却むらが発生するという問題があった。また、電池にかかる圧力を均一にすることが困難であるため、電池の破損や性能低下の恐れがあった。
【０００７】
このような問題に鑑み、本発明の実施形態では、冷却むらの発生が抑制され、均一に圧力をかけることのできる冷却機構を備えた全固体電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、種々の検討を行った結果、電池本体部材をラミネートフィルムで包装した電池ユニットと、ベイパーチャンバーとを交互に積層し、複数のベイパーチャンバーを互いに連結柱で連結して固定し、積層体の両面にそれぞれ上板と抑え板を設け、下面側の抑え板にはバネ部材を介して底板を取り付けた構造とすることで、上述の課題が解決されることを見出した。
【０００９】
上記知見を基礎にして完成した本発明は実施形態において、正極層と、固体電解質層と、負極層とがこの順で積層された電池本体部材がラミネートフィルムで包装されてなる電池ユニットと、ベイパーチャンバーとが交互に積層された複数の層からなる積層体を備え、前記複数のベイパーチャンバーは、前記電池ユニットとの積層方向に沿って伸びるように設けられた連結柱で互いに連結して固定されており、前記積層体の積層方向の一方の面に上板が、他方の面に抑え板が設けられており、前記抑え板の前記積層体と反対側の面に複数のバネ部材を介して底板が取り付けられている、全固体電池である。
【００１０】
本発明の全固体電池は別の実施形態において、前記上板の前記積層体と反対側の面にヒートシンクが設けられている。
【００１１】
本発明の全固体電池は更に別の実施形態において、前記ヒートシンクにファンが取り付けられている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、冷却むらの発生が抑制され、均一に圧力をかけることのできる冷却機構を備えた全固体電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例に係る全固体電池１００の断面模式図である。
【図２】本実施例に係る電池ユニット１０の断面模式図である。
【図３】本実施例に係るファン９０を備えた全固体電池１００の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（全固体電池）
本発明の実施形態に係る全固体電池は、電池ユニットとベイパーチャンバーとを備え、電池ユニットとベイパーチャンバーとが交互に積層された複数の層からなる積層体を備える。電池ユニットは、正極層と、固体電解質層と、負極層とがこの順で積層された電池本体部材がラミネートフィルムで包装されてなる。
【００１５】
ベイパーチャンバーは容器内の作動液が蒸発と凝縮を繰り返すことで、熱を水平及び垂直方向に拡散させる平板上の熱拡散デバイスであり、公知のものを用いてもよい。ベイパーチャンバーは、薄型のものを採用するのが好ましい。例えば、厚さが２ｍｍ以下のベイパーチャンバーが好適である。ベイパーチャンバーの材質は熱伝導率の高いＣｕまたはＡｌ等が好ましく、作動液は水を採用するのが好適である。
【００１６】
複数のベイパーチャンバーは、電池ユニットとの積層方向に沿って伸びるように設けられた連結柱で互いに連結して固定されている。本発明の実施形態に係る全固体電池においては、電池ユニットよりベイパーチャンバーの面積を大きくしておき、ベイパーチャンバーを電池ユニットに積層させたときにベイパーチャンバーの端部領域がはみ出るように設計してもよい。ベイパーチャンバーの当該端部領域において、連結柱が積層方向に伸びて複数のベイパーチャンバーを連結して固定してもよい。また、連結柱の先端は後述の上板に固定されていてもよく、当該構成によればより積層体の固定が良好となる。連結柱は、熱伝導性が良好な部材で構成するのが好ましく、例えば、ＣｕまたはＡｌ等で形成することができる。
【００１７】
本発明の実施形態に係る全固体電池は、電池ユニットとベイパーチャンバーとが交互に積層された複数の層からなる積層体の積層方向の一方の面に上板が、他方の面に抑え板が設けられている。このように積層体の積層方向の上下の面に、それぞれ上板、抑え板が設けられていることで、積層体を良好に固定している。上板及び抑え板は、それぞれベイパーチャンバーと同じかそれ以上の面積で形成することができる。上板及び抑え板は積層体を支持する役割と、全固体電池のケースとなる役割も有している。上板及び抑え板は、熱伝導性が良好な部材で構成するのが好ましく、例えば、ＣｕまたはＡｌ等で形成することができる。
【００１８】
抑え板の積層体と反対側の面には、複数のバネ部材を介して底板が取り付けられている。底板は全固体電池の土台となる役割を有している。バネ部材は、加圧バネの機能を有し、全固体電池にかかる圧力を均一に分散することで、全固体電池に圧力が均一にかかる。
【００１９】
本発明の実施形態に係る全固体電池は充電時及び放電時に発熱する。電池ユニットで発生した熱は、電池ユニットに積層されたベイパーチャンバーへと伝わる。ベイパーチャンバーに伝わった熱はベイパーチャンバー内の作動液の蒸発により、ベイパーチャンバーの端部で空冷される。その結果、全固体電池の電極に生じる温度むらは小さくなり、バネ部材（加圧バネ）によって均一に圧力を加えられるようになる。電解質に液体を用いた電池と異なり、全固体電池は電極の温度上昇により電極粒子間に空隙が生まれ性能が低下する恐れがある。上記のような構成で均一に圧力を加えることにより、電極温度が上昇した際の電池性能を向上させることができる。このように、本発明の実施形態によれば、冷却むらの発生が抑制され、均一に圧力をかけることのできる冷却機構を備えた全固体電池を提供することができる。
【００２０】
本発明の実施形態に係る全固体電池は、上板の積層体と反対側の面にヒートシンクが設けられていてもよい。ヒートシンクは発熱体からの熱を放熱または吸熱する部材であり、一例を挙げれば、表面積が広くなるように、フィンと呼ばれる板や棒の生えた剣山状や蛇腹状に成型されている。本発明の実施形態に係る全固体電池のヒートシンクは公知のものを用いることができる。上板の積層体と反対側の面にヒートシンクが設けられていることで、冷却効率がより良好となる。
【００２１】
本発明の実施形態に係る全固体電池におけるヒートシンクには、ファンが取り付けられていてもよい。ヒートシンクにファンが取り付けられていることで、冷却効率がより良好となる。ファンの位置は特に限定されないが、例えばヒートシンクの上部（先端）に取り付けることができる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を提供するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００２３】
（実施例１）
図１は本実施例に係る全固体電池１００の断面模式図である。図２は電池ユニット１０の断面模式図である。
【００２４】
全固体電池１００は、電池ユニット１０とベイパーチャンバー２０とを備え、電池ユニット１０とベイパーチャンバー２０とが交互に密着して積層されている。電池ユニット１０は、正極層１１と、固体電解質層１３と、負極層１２とがこの順で積層された電池本体部材の両面がラミネートフィルム１４で密着するように包装されてなる。正極層１１と負極層１２とは電極１５に電気的に接続されている。電池ユニット１０の厚さは１０ｍｍに形成されている。
【００２５】
ベイパーチャンバー２０は銅製であり、厚さ２ｍｍで形成されており、内部の作動液に水を有している。複数のベイパーチャンバー２０は、電池ユニット１０との積層方向に沿って伸びるように設けられた連結柱７０で互いに連結して固定されている。電池ユニット１０よりベイパーチャンバー２０の面積が大きく、ベイパーチャンバー２０の端部領域がはみ出るように設計されている。ベイパーチャンバーの当該端部領域において、連結柱７０が積層方向に伸びて複数のベイパーチャンバー２０を連結して固定している。ベイパーチャンバー２０は当該端部領域において、四隅にそれぞれ１本ずつと、その間に２本ずつの合計１２本設けられている。連結柱７０の各先端は上板５０に固定されていている。
【００２６】
電池ユニット１０とベイパーチャンバー２０とが交互に積層された複数の層からなる積層体の積層方向の一方の面に銅製の上板５０が、他方の面に銅製の抑え板６０が設けられている。
【００２７】
抑え板６０の積層体と反対側の面には、複数のバネ部材３０を介して底板４０が取り付けられている。バネ部材３０は抑え板６０の下面における四隅にそれぞれ１本ずつと、その間に２本ずつの合計１２本設けられている。
【００２８】
全固体電池１００は充電時及び放電時に発熱する。電池ユニット１０で発生した熱は、電池ユニット１０に積層されたベイパーチャンバー２０へと伝わる。ベイパーチャンバー２０に伝わった熱はベイパーチャンバー２０内の作動液である水の蒸発により、ベイパーチャンバー２０の端部で空冷される。その結果、全固体電池の電極に生じる温度むらは小さくなり、バネ部材（加圧バネ）によって均一に圧力を加えられるようになる。このように、本実施例によれば、冷却むらの発生が抑制され、均一に圧力をかけることのできる冷却機構を備えた全固体電池を提供することができる。
【００２９】
本実施例の全固体電池１００は、上板５０の積層体と反対側の面に複数のフィンを備えたヒートシンク８０が設けられており、上板５０まで伝わった熱を積極的に冷却してより効果的に熱を逃がすことができる。また、図３に示すように、全固体電池１００のヒートシンク８０の上部（先端）にファン９０を取り付けることができる。このようにヒートシンク８０にファン９０を取り付けることで冷却効率がより良好となる。
【符号の説明】
【００３０】
１０    電池ユニット
１１    正極層
１２    負極層
１３    固体電解質層
１４    ラミネートフィルム
１５    電極
２０    ベイパーチャンバー
３０    バネ部材
４０    底板
５０    上板
６０    抑え板
７０    連結柱
８０    ヒートシンク
９０    ファン
１００    全固体電池
【図１】
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【図２】
2020053284.tif 000004
【図３】
2020053284.tif 000005