(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層型固体二次電池において、各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池の間に配置される電池間分離構造体であって、
前記複数の単電池を相互に電気伝導的かつイオン伝導的に絶縁する絶縁部と、
前記絶縁部内に形成され、かつ、前記複数の単電池を相互に電気的に接続する導電部とを備え、
前記導電部は、前記絶縁部に形成された少なくとも一つの貫通孔に充填された導電材料を含み、前記絶縁部は無機絶縁材料によって形成されている、電池間分離構造体。
【請求項２】
前記絶縁部と前記電気導電部とが共焼結によって形成されている、請求項１に記載の電池間分離構造体。
【請求項３】
前記導電材料は、導電性酸化物および金属からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項１または請求項２に記載の電池間分離構造体。
【請求項４】
前記絶縁部に第１と第２の貫通孔が形成され、前記第１と第２の貫通孔のそれぞれに導電材料が充填されることにより形成された第１と第２の導電部が相互に電気的に接続されている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電池間分離構造体。
【請求項５】
各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池と、
前記複数の単電池の間に配置される、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電池間分離構造体とを備える、積層型固体二次電池。
【請求項６】
前記単電池は、前記電池間分離構造体側に配置される前記正極層または前記負極層の少なくとも一方に配置された導電性を有する集電層をさらに含む、請求項５に記載の積層型固体二次電池。
【請求項７】
前記集電層を形成する導電材料は、導電性酸化物および金属からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項６に記載の積層型固体二次電池。
【請求項８】
前記複数の単電池を積み重ねることにより形成された積層体の外側面上に配置された外部電極をさらに備える、請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の積層型固体二次電池。
【請求項９】
各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池を、該複数の単電池の間に前記電池間分離構造体を配置して、積み重ねることにより形成された第１の積層体と、
各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池を、該複数の単電池の間に前記電池間分離構造体を配置して、積み重ねることにより形成された第２の積層体と、
前記第１の積層体の一方側面に位置付けられる、正極層または負極層のいずれかの一方極層と、前記第２の積層体の一方側面に位置付けられる前記一方極層との間に配置された第１の外部電極と、
前記第１の積層体の他方側面に位置付けられる、前記一方極層と逆の他方極層の上に配置された第２の外部電極と、
前記第２の積層体の他方側面に位置付けられる前記他方極層の上に配置された第３の外部電極とを備え、
前記第２の外部電極と前記第３の外部電極とが電気的に接続されている、請求項８に記載の積層型固体二次電池。
【請求項１０】
前記外部電極を形成する導電材料は、導電性酸化物および金属からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項８または請求項９に記載の積層型固体二次電池。
【請求項１１】
各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池を、該複数の単電池の間に前記電池間分離構造体を配置して、積み重ねることにより形成された積層体をｍ個用意し、該ｍ個の積層体の間にｍ−１個の外部電極を配置して積層することにより形成された積層型固体二次電池であって、
１つの外部電極に隣接する２つの積層体を、外部電極の両面に正極層側または負極層側が隣接するように積層するとともに電気的に接続し、
１段目およびｍ段目に位置する積層体の外部電極に隣接しない面にも外部電極を配置し、
さらに同じ極となる外部電極間を外部集電部材で電気的に接続することにより、少なくとも２つの積層体を電気的に並列に接続した構造を含む、請求項８に記載の積層型固体二次電池。
【請求項１２】
前記外部電極を形成する導電材料は、導電性酸化物および金属からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項１１に記載の積層型固体二次電池。
【請求項１３】
前記外部電極を形成する導電材料は、金属からなる、請求項１１に記載の積層型固体二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には電池間分離構造体とそれを備えた積層型固体二次電池に関し、特定的には積層型二次電池において単電池を直列に接続するための電池間分離構造体とそれを備えた積層型固体二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器の電源として電池、特に二次電池が用いられている。二次電池の一例としてリチウムイオン二次電池は、相対的に大きなエネルギー密度を有することが知られている。このような二次電池においてはイオンを移動させるための媒体として有機溶媒等の液体の電解質（電解液）が従来から使用されている。しかし、電解液を用いた二次電池においては、電解液の漏液等の問題がある。そこで、固体電解質を用いてすべての構成要素を固体で構成した積層型固体二次電池の開発が進められている。【０００３】
このような積層型固体二次電池の構造として、たとえば、特開２００４−１５８２２２号公報（以下、特許文献１という）には、薄膜固体リチウムイオン二次電池を一つのセルとして、その電池セルを複数段重ねた多層積層電池の構造が開示されている。【０００４】
特許文献１で開示された一つの構造では、正極層、固体電解質層、負極層、集電層を積層した発電要素を、複数個積層した積層型固体二次電池において、集電層（金属膜）のイオン伝導的に絶縁膜となる機能を利用して、個々の発電要素間に新たな絶縁層を用いることなく、一つの基板上に各層を順次積層して構成している。【０００５】
特許文献１で開示されたもう一つの構造では、正極層、固体電解質層、負極層、集電層を積層した発電要素を、電気伝導的かつイオン伝導的に絶縁性の絶縁層を介して複数個積層した積層型固体二次電池において、集電層の外周縁部に設けた引出タブを積層体方向に対して垂直方向でかつ積層体の外側に引出して配設し、それらの引出タブには絶縁層を貫通した接続用ビアホールを設け、ビアホールは金属電極を埋め込み接続可能とし、それらの接続の組合せにより直列型、並列型、直並列型の接続を選択できるようにされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５８２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１で開示された一つの積層型固体二次電池の構造では、集電層の片面に正極層を、逆の面に負極層を配することによって、集電層を介して単電池を電気的に直列に接続している。しかしながら、この積層型固体二次電池においては、集電層を介して正極層と負極層がイオン伝導した場合、イオン導通した正極層と負極層のみが放電するため、積層型固体二次電池の電池特性を著しく低下させることになる。また、集電層のイオン伝導性を実質的に絶縁するためには、集電層をポアのない連続膜とするか、あるいは集電層の厚みを十分に確保する等の工夫が必要となる。前者の場合には、集電層の形成方法として一般的に用いられるスパッタリング法や導電材料のスクリーン印刷等の工法を適用することが困難になる。後者の場合には、集電層を構成する電気伝導性材料（金属ペースト等）の使用量が多くなるという問題がある。【０００８】
一方、特許文献１に開示されたもう一つの積層型固体二次電池では、絶縁層により各単電池を電気伝導的かつイオン伝導的に絶縁し、単電池の外側に配した引出タブにより各単電池を電気的に直列および／または並列に接続している。各単電池を電気伝導的かつイオン伝導的に絶縁するために、絶縁層を用いているため、集電層が実質的にイオン伝導性を有する場合であっても、集電層を介して正極層と負極層がイオン伝導的に導通することがない。これにより、積層型固体二次電池の電池特性が低下するのを防止することが可能になる。【０００９】
しかしながら、単電池毎に配した引出タブを用いて、単電池の外側で単電池を電気的に接続するため、単電池と概ね同数の引出タブが必要である。また、引出タブを配するための容積を積層型固体二次電池に備える必要がある。【００１０】
そこで、この発明の目的は、積層型固体二次電池を構成する複数の単電池を相互に電気的に接続することができるとともに、隣り合う二つの単電池において正極層と負極層をイオン伝導的に絶縁することが可能な電池間分離構造体とそれを備えた積層型固体二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に従った電池間分離構造体は、積層型固体二次電池において、各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池の間に配置される電池間分離構造体である。この電池間分離構造体は、複数の単電池を相互に電気伝導的かつイオン伝導的に絶縁する絶縁部と、この絶縁部内に形成され、かつ、複数の単電池を相互に電気的に接続する導電部とを備える。【００１２】
この発明の電池間分離構造体を、積層型固体二次電池を構成する複数の単電池の間に配置すると、電気伝導性を有する導電部を内部に形成した絶縁層を介して、複数の単電池が積層される。これにより、集電層の有無に関わらず、導電部に使用する少量の導電材料のみで、隣り合う二つの単電池において正極層と負極層を効率的にイオン伝導的に絶縁することができる。また、絶縁層に隣接する二つの単電池を電気的に接続することが可能になる。したがって、引き出しタブなどの外部集電部材を極力少なくして、積層型固体二次電池を構成する単電池を電気的に接続し、かつ、集電層の有無に関わらず、効率的に正極層と負極層をイオン伝導的に絶縁することができるので、空間利用率とコスト性に優れた電池間分離構造体を積層型固体二次電池に与えることができる。【００１３】
また、この発明の電池間分離構造体において、導電部は、絶縁部に形成された少なくとも一つの貫通孔に充填された導電材料を含み、絶縁部は無機絶縁材料によって形成されている。
【００１４】
このように構成することにより、導電部に使用する電気伝導材料の使用量を少なくし、かつ、導電部の電気抵抗を最小限度にすることができる。
【００１５】
この発明の電池間分離構造体において、絶縁部と電気導電部とが共焼結によって形成されていることが好ましい。
【００１６】
さらに、この発明の電池間分離構造体において、導電材料は、導電性酸化物および金属からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。【００１７】
この発明の電池間分離構造体において絶縁部に貫通孔が形成される場合、絶縁部に第１と第２の貫通孔が形成され、第１と第２の貫通孔のそれぞれに導電材料が充填されることにより形成された第１と第２の導電部が相互に電気的に接続されていることが好ましい。【００１８】
このように同一の絶縁部内に複数の導電部を配することによって、一つの導電部を流れる電流値を減少させ、絶縁層の積層方向の電気抵抗を低減させることが可能になる。さらに、貫通孔に導電材料が充填されることにより形成された複数の導通部を同一の絶縁部内で電気的に接続することにより、各導電部を流れる電流値を平均化することができる。その結果、絶縁層の積層方向の電気抵抗をさらに低減させることが可能になる。【００１９】
この発明に従った積層型固体二次電池は、各々が順に積み重ねられ正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池と、この複数の単電池の間に配置され、上述のいずれかの特徴を有する電池間分離構造体とを備える。【００２０】
このように構成された積層型固体二次電池では、電池間分離構造体が複数の単電池の間に配置されるので、電気伝導性を有する導電部を内部に形成した絶縁層を介して複数の単電池が積層される。これにより、集電層の有無に関わらず、導電部に使用する少量の導電材料のみで、隣り合う二つの単電池において正極層と負極層を効率的にイオン伝導的に絶縁することができる。また、絶縁層に隣接する二つの単電池を電気的に接続することが可能になる。したがって、引き出しタブなどの外部集電部材を極力少なくして、積層型固体二次電池を構成する単電池を電気的に接続し、かつ、集電層の有無に関わらず、効率的に正極層と負極層をイオン伝導的に絶縁することができるので、空間利用率とコスト性に優れた積層型固体二次電池を得ることができる。【００２１】
この発明の積層型固体二次電池において、単電池は、電池間分離構造体側に配置される正極層または負極層の少なくとも一方に配置された導電性を有する集電層をさらに含むのが好ましい。【００２２】
このようにして、絶縁層に隣接する正極層（または負極層）に、電気伝導性を有する集電層を配することにより、集電層内を通過する電流を面方向（積層方向と垂直方向）に平均化し、単電池内での局所的な電流集中を抑制することができる。その結果、積層型固体二次電池の電気抵抗を低減することが可能になる。したがって、集電層が面方向（積層方向と垂直方向）に電気伝導することが可能であれば、集電層の厚みに関わらず、上述した効果を得ることができるため、集電層の厚みは、面方向（積層方向と垂直方向）に電気伝導することができる範囲で極めて薄くすることが可能になる。さらに、集電層は、イオン伝導的に絶縁性である必要がないため、集電層中にポアを有する場合であっても、面方向（積層方向と垂直方向）に電気伝導することができれば、上述した効果を得ることができる。【００２３】
この発明の積層型固体二次電池において、集電層を形成する導電材料は、導電性酸化物および金属からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。【００２４】
この発明の積層型固体二次電池は、複数の単電池を積み重ねることにより形成された積層体の外側面上に配置された外部電極をさらに備えることが好ましい。【００２５】
積層型固体二次電池の最上段と最下段に位置する単電池のそれぞれの端面は、イオン伝導的に絶縁される必要がないため、必ずしも絶縁層を配する必要はない。したがって、上記のように、積層型固体二次電池の最上段と最下段に位置する単電池のそれぞれの端面に電気伝導性を有する外部電極を配することにより、積層型固体二次電池の電気抵抗を低減することができる。【００２６】
また、この発明の積層型固体二次電池は、第１の積層体と、第２の積層体と、第１の外部電極と、第２の外部電極と、第３の外部電極とを備えるのが好ましい。第１の積層体は、各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池を、この複数の単電池の間に上記の電池間分離構造体を配置して、積み重ねることにより形成されている。第２の積層体は、各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池を、この複数の単電池の間に上記の電池間分離構造体を配置して、積み重ねることにより形成されている。第１の外部電極は、第１の積層体の一方側面に位置付けられる、正極層または負極層のいずれかの一方極層と、前記第２の積層体の一方側面に位置付けられる上記の一方極層との間に配置されている。第２の外部電極は、第１の積層体の他方側面に位置付けられる、上記の一方極層と逆の他方極層の上に配置されている。第３の外部電極は、第２の積層体の他方側面に位置付けられる上記の他方極層の上に配置されている。第２の外部電極と第３の外部電極とが電気的に接続されている。【００２７】
このように構成することにより、たとえば、単電池をｎ個直列に接続することにより構成された各発電要素を、ｍ個の発電要素の間で同じ極となる一方極層間に第１の外部電極を介在させて積層し、他方極層間を第２と第３の外部電極で電気的に接続するこにより、ｎ個の単電池を直列に接続することにより構成された発電要素をｍ個、並列に接続した積層型固体二次電池を構成することができる。したがって、単電池をｎ個直列に接続することにより構成された積層型固体二次電池に比べて、ｍ倍の容量を発現する積層型固体二次電池を容易に構成することが可能になる。【００２８】
この発明の積層型固体二次電池において、外部電極を形成する導電材料は、導電性酸化物および金属からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。【００２９】
さらに、この発明の積層型固体二次電池は、各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される複数の単電池を、この複数の単電池の間に上記の電池間分離構造体を配置して、積み重ねることにより形成された積層体をｍ個用意し、このｍ個の積層体の間にｍ−１個の外部電極を配置して積層することにより形成された積層型固体二次電池であって、以下の特徴を有する。１つの外部電極に隣接する２つの積層体を、外部電極の両面に正極層側または負極層側が隣接するように積層するとともに電気的に接続する。１段目およびｍ段目に位置する積層体の外部電極に隣接しない面にも外部電極を配置する。さらに同じ極となる外部電極間を外部集電部材で電気的に接続する。このようにすることにより、この発明の積層型固体二次電池は、少なくとも２つの積層体を電気的に並列に接続した構造を含む。【００３０】
この発明の積層型固体二次電池において、外部電極を形成する導電材料は、導電性酸化物および金属からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。外部電極を形成する導電材料は、金属からなることがより好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上のようにこの発明によれば、引き出しタブなどの外部集電部材を極力少なくして、積層型固体二次電池を構成する単電池を電気的に接続し、かつ、集電層の有無に関わらず、効率的に正極層と負極層をイオン伝導的に絶縁することができるので、空間利用率とコスト性に優れた電池間分離構造体を積層型固体二次電池に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の第１実施形態として積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図２】この発明の第２実施形態として積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に示す積層型固体二次電池における絶縁部の平面的な構成を示す平面図（Ａ）と断面的な構成を示す断面図（Ｂ）である。
【図４】この発明の第３実施形態として積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図５】この発明の第４実施形態として積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図６】この発明の第５実施形態として積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図７】この発明の第６実施形態として積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図８】この発明の第７実施形態として積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図９】この発明の第７実施形態としての積層型固体二次電池において第１の発電要素の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図１０】この発明の第７実施形態として積層型固体二次電池において第２の発電要素の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図１１】この発明の第８実施形態として発電要素が偶数個の場合の積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図１２】この発明の第８実施形態として発電要素が奇数個の場合の積層型固体二次電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
（第１実施形態）
まず、この発明の第１実施形態として積層型固体二次電池の第１の基本構造となる積層体について説明する。なお、後述する本発明の各実施形態において、積層体の平面形状は、限定されないが、たとえば、一般的に矩形状であるとして説明する。
【００３５】
図１に示すように、積層型固体二次電池１０では、２つの単電池１と２が電池間分離構造体を介して積み重ねられている。単電池１と２の各々は、順に積み重ねられた正極層１、固体電解質層３および負極層２から構成される。
【００３６】
電池間分離構造体は、絶縁部としての絶縁層４と、絶縁層４内に形成された複数の導電部５とから構成される。絶縁層４は、２つの単電池１と２を相互に電気伝導的かつイオン伝導的に絶縁する。導電部５は、２つの単電池１と２を相互に電気的に接続する。絶縁層４の一方側面（上面）に単電池２の正極層１が隣接し、絶縁層４の他方側面（下面）に単電池１の負極層２が隣接するように、単電池１、２と絶縁層４とを積層されている。
【００３７】
導電部５は、絶縁層４に形成された複数の貫通孔に充填された導電材料を含む。貫通孔は、積層方向に絶縁層４を貫通するように形成されている。
【００３８】
以上のように構成された積層型固体二次電池１０では、絶縁層４に配した導電部５が絶縁層４に隣接する単電池２の正極層１と単電池１の負極層２に接触することにより、絶縁層４に隣接する２つの単電池１と２が、引き出しタブなどの外部集電部材を用いることなく、電気的に直列に接続される。また、絶縁層４を介して２つの単電池１と２を積層することにより、単電池２の正極層１と単電池１の負極層２がイオン伝導的に絶縁される。
【００３９】
これにより、引き出しタブなどの外部集電部材や集電層を用いることなく、効率的に単電池２の正極層１と単電池１の負極層２をイオン伝導的に絶縁するとともに、絶縁層４に隣接する２つの単電池１と２を電気的に接続することが可能になる。
【００４０】
なお、導電材料の種類は、特に限定されないが、導電性酸化物、金属、導電性酸化物と金属の混合物などから選ぶことが出来る。導電部５を形成する方法も、特に限定されず、例えば、ペースト状の導電材料をペースト状に調製して貫通孔に充填する、または金属線を貫通孔に配して導電部５を構成する、などの方法でもよい。絶縁層４と導電部５とが共焼結によって形成される材料から構成されてもよい。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態として積層型固体二次電池の第２の基本構造となる積層体について説明する。
【００４２】
図２に示すように、図１と同様にして、積層型固体二次電池２０では、２つの単電池１と２が電池間分離構造体を介して積み重ねられている。図３に示すように、絶縁層４に第１の貫通孔７と第２の貫通孔８が形成されている。隣り合う複数の第１の貫通孔７が相互に連通するように第２の貫通孔８が形成されている。第１の貫通孔７は積層方向に絶縁層４を貫通し、第２の貫通孔８は積層方向とほぼ直交する方向、すなわち平面方向に延びて絶縁層４を貫通するように形成されている。第２の貫通孔８は、絶縁層４内に中空構造を形成する。第１と第２の貫通孔７と８のそれぞれに導電材料が充填されることにより第１と第２の導電部からなる導電部５が形成されている。このようにして、導電部５は、第１と第２の貫通孔７と８のそれぞれに導電材料が充填されることにより形成された第１と第２の導電部が相互に電気的に接続されている。
【００４３】
なお、積層型固体二次電池２０の他の構成は、図１に示す積層型固体二次電池１０と同様である。
【００４４】
以上のように構成された積層型固体二次電池２０では、２つの単電池１と２を電気的に接続するために第１の貫通孔７を絶縁層４の積層方向に延びるように形成し、かつ、第２の貫通孔８を絶縁層４の積層方向とほぼ直交する方向、すなわち平面方向に延びるように形成し、第１の第２の貫通孔７と８に導電材料を充填することにより、絶縁層４内で積層方向と平面方向に延在する導電部５を形成する。これにより、絶縁層４内で導電部５を積層方向と平面方向に電気的に接続することにより、導電部５を流れる電流値を絶縁層４の面方向に平均化することができる。その結果、絶縁層４の積層方向の電気抵抗を低減させることが可能になる。
【００４５】
なお、積層型固体二次電池２０では、ほぼ円柱状の第１の貫通孔７を絶縁層４内に等間隔に配し、中空構造で絶縁層４内に形成された第２の貫通孔８で、すべての第１の貫通孔７を接続するように設けた例として説明している。しかし、第１の貫通孔７と第２の貫通孔８の形状、配置、数は、特に限定されず、一部の第１の貫通孔７が第２の貫通孔８により接続されていても、同様の効果を得ることが可能である。
【００４６】
また、積層型固体二次電池２０においても、図１に示す積層型固体二次電池１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態として積層型固体二次電池の第３の基本構造となる積層体について説明する。
【００４８】
図４に示すように、図１と同様にして、積層型固体二次電池３０では、２つの単電池１と２が電池間分離構造体を介して積み重ねられている。単電池１では、電池間分離構造体の側に、すなわち、絶縁層４の側に配置される負極層２の表面上に導電性を有する集電層９が形成されている。単電池２では、電池間分離構造体の側に、すなわち、絶縁層４の側に配置される正極層１の表面上に導電性を有する集電層９が形成されている。いいかえれば、正極層１および負極層２の各々の固体電解質層３と隣接しない面上に、導電性を有する集電層９が配置されることにより、単電池１と２が構成されている。なお、集電層９は、絶縁層４の側に配置される正極層１または負極層２の一方に配置されていてもよい。    
【００４９】
なお、積層型固体二次電池３０の他の構成は、図１に示す積層型固体二次電池１０と同様である。
【００５０】
以上のように構成された積層型固体二次電池３０では、正極層１（負極層２）と絶縁層４の間に、導電性を有する集電層９を配することにより、集電層９内を通過する電流を積層方向と垂直方向に平均化し、単電池１または単電池２内での局所的な電流集中を抑制することができる。その結果、積層型固体二次電池３０の電気抵抗を低減することが可能になる。
【００５１】
なお、積層型固体二次電池３０では、絶縁層４に接触する正極層１と負極層２に集電層９を配した例を説明している。しかし、正極層１のみ、または負極層２のみに集電層９を配した場合でも、上記の作用効果を得ることが可能である。
【００５２】
また、集電層９が積層方向とほぼ垂直方向、すなわち平面方向に電気伝導することが可能であれば、集電層９の厚みに関わらず、上述した作用効果を得ることができる。このため、集電層９の厚みは、平面方向に電気伝導することができる範囲で極めて薄くすることが可能である。
【００５３】
さらに、集電層９は、イオン伝導的に絶縁性を有する必要がないため、集電層９中にポアが存在する場合であっても、平面方向に電気伝導することができれば、上述した効果を得ることができる。したがって、集電層９の形成方法も特に限定されず、たとえば、導電性を有する材料をペーストに調製し、そのペーストをスクリーン印刷することによって、集電層９を構成してもよい。
【００５４】
集電層９を形成する導電材料は、電気伝導性を有す材料であれば、その種類は特に限定されないが、導電性酸化物、金属、導電性酸化物と金属の混合物などである。
【００５５】
積層型固体二次電池３０においても、図１に示す積層型固体二次電池１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００５６】
（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態として、図１に示す積層型固体二次電池１０を基本構造とする積層型固体二次電池について説明する。
【００５７】
図５に示すように、図１と同様にして、積層型固体二次電池１００では、ｎ個の単電池１〜ｎが電池間分離構造体を介して積み重ねられている。積層方向に対して各単電池１〜ｎの正極層１（負極層２）が同じ側に配されるよう、ｎ個の単電池１〜ｎをｎ−１個の絶縁層４を介して積層する。ｎ個の単電池を積み重ねることにより形成された積層体の外側面上には、外部電極６ａと６ｂが配置されている。具体的には、積層体の一方端部である最下段に位置する単電池１において、正極層１の固体電解質層３に隣接しない面上には、電気伝導性を有する外部電極６ａが配置されている。積層体の他方端部である最上段に位置する単電池ｎにおいて、負極層２の固体電解質層３に隣接しない面上には、電気伝導性を有する外部電極６ｂが配置されている。外部電極６ａを正極端子に接続し、外部電極６ｂを負極端子に接続することによって、充電と放電が行われる。
【００５８】
以上のように構成された積層型固体二次電池１００では、絶縁層４に配した導電部５が絶縁層４に隣接する正極層１と負極層２に接触することにより、絶縁層４に隣接する２つの単電池が、引き出しタブなどの外部集電部材を用いることなく、電気的に直列に接続される。また、絶縁層４を介して隣り合う２つの単電池を積層することにより、隣り合う単電池の正極層１と単電池の負極層２がイオン伝導的に絶縁される。
【００５９】
これにより、引き出しタブなどの外部集電部材や集電層を用いることなく、ｎ個の単電池が電気的に直列に接続された積層型固体二次電池１００が構成される。
【００６０】
なお、本実施形態の積層型固体二次電池１００を構成する方法は、特に限定されず、たとえば、まず、単電池１〜ｎと絶縁層４を構成し、これらを１組の外部電極６ａと６ｂで挟み込むように順次積層して積層型固体二次電池１００とする方法、または、外部電極６ａの上に正極層１、固体電解質層３、負極層２を順次積層し、最後に外部電極６ｂを積層して積層型固体二次電池１００とする方法などでもよい。
【００６１】
また、導電材料の種類は、特に限定されないが、導電性酸化物、金属、導電性酸化物と金属の混合物などから選ぶことができる。導電部５を形成する方法も、特に限定されず、たとえば、ペースト状の導電材料をペースト状に調製して貫通孔に充填する、または、金属線を貫通孔に配して導電部５を構成する方法などでもよい。
【００６２】
さらに、外部電極６ａと６ｂを構成する材料は、導電性を有する材料であれば、その種類は特に限定されないが、導電性酸化物、金属、導電性酸化物と金属の混合物などから選ぶことができる。外部電極６ａと６ｂの形成方法も、特に限定されず、例えば、導電性を有する材料をペーストに調製し、このペーストをスクリーン印刷することによって、外部電極６ａと６ｂを構成してもよい。
【００６３】
また、外部電極６ａと６ｂの代わりに絶縁層を配し、絶縁層内に配した導電部を、正極端子および負極端子と接続してもよい。
【００６４】
（第５実施形態）
次に、この発明の第５実施形態として、図２に示す積層型固体二次電池２０を基本構造とする積層型固体二次電池について説明する。
【００６５】
図６に示すように、図２と同様にして、積層型固体二次電池２００では、ｎ個の単電池１〜ｎが電池間分離構造体を介して積み重ねられている。絶縁層４に第１の貫通孔７と第２の貫通孔８が形成されている。隣り合う複数の第１の貫通孔７が相互に連通するように第２の貫通孔８が形成されている。第１の貫通孔７は積層方向に絶縁層４を貫通し、第２の貫通孔８は積層方向とほぼ直交する方向、すなわち平面方向に延びて絶縁層４を貫通するように形成されている。第２の貫通孔８は、絶縁層４内に中空構造を形成する。第１と第２の貫通孔７と８のそれぞれに導電材料が充填されることにより第１と第２の導電部からなる導電部５が形成されている。このようにして、導電部５は、第１と第２の貫通孔７と８のそれぞれに導電材料が充填されることにより形成された第１と第２の導電部が相互に電気的に接続されている。
【００６６】
なお、積層型固体二次電池２００の他の構成は、図５に示す積層型固体二次電池１００と同様である。
【００６７】
以上のように構成された積層型固体二次電池２００では、隣り合う２つの単電池を電気的に接続するために第１の貫通孔７を絶縁層４の積層方向に延びるように形成し、かつ、第２の貫通孔８を絶縁層４の積層方向とほぼ直交する方向、すなわち平面方向に延びるように形成し、第１の第２の貫通孔７と８に導電材料を充填することにより、絶縁層４内で積層方向と平面方向に延在する導電部５を形成する。これにより、絶縁層４内で導電部５を積層方向と平面方向に電気的に接続することにより、導電部５を流れる電流値を絶縁層４の面方向に平均化することができる。その結果、絶縁層４の積層方向の電気抵抗を低減させることが可能になる。
【００６８】
したがって、引き出しタブなどの外部集電部材や集電層を用いることなく、積層型固体二次電池１００に比べて電気抵抗を低減させた積層型固体二次電池２００が構成される。
【００６９】
なお、積層型固体二次電池２００では、ほぼ円柱状の第１の貫通孔７を絶縁層４内に等間隔に配し、中空構造で絶縁層４内に形成された第２の貫通孔８で、すべての第１の貫通孔７を接続するように設けた例として説明している。しかし、第１の貫通孔７と第２の貫通孔８の形状、配置、数は、特に限定されず、一部の第１の貫通孔７が第２の貫通孔８により接続されていても、同様の効果を得ることが可能である。
【００７０】
また、積層型固体二次電池２００においても、図５に示す積層型固体二次電池１００と同様の作用効果を得ることができる。
【００７１】
（第６実施形態）
次に、この発明の第６実施形態として、図４に示す積層型固体二次電池３０を基本構造とする積層型固体二次電池について説明する。
【００７２】
図７に示すように、図４と同様にして、積層型固体二次電池３００では、ｎ個の単電池１〜ｎが電池間分離構造体を介して積み重ねられている。各単電池では、たとえば、単電池２では、電池間分離構造体の側に、すなわち、絶縁層４の側に配置される負極層２の表面上に導電性を有する集電層９が形成されている。また、各単電池では、たとえば、単電池２では、電池間分離構造体の側に、すなわち、絶縁層４の側に配置される正極層１の表面上にも導電性を有する集電層９が形成されている。いいかえれば、正極層１および負極層２の各々の固体電解質層３と隣接しない面上に、導電性を有する集電層９が配置されることにより、各単電池が構成されている。なお、集電層９は、絶縁層４の側に配置される正極層１または負極層２の一方に配置されていてもよい。
【００７３】
なお、積層型固体二次電池３００の他の構成は、図５に示す積層型固体二次電池１００と同様である。
【００７４】
以上のように構成された積層型固体二次電池３００では、正極層１（負極層２）と絶縁層４の間に、導電性を有する集電層９を配することにより、集電層９内を通過する電流を積層方向と垂直方向に平均化し、各単電池内での局所的な電流集中を抑制することができる。その結果、積層型固体二次電池３００の電気抵抗を低減することが可能になる。
【００７５】
したがって、引き出しタブなどの外部集電部材や集電層を用いることなく、積層型固体二次電池１００に比べて電気抵抗を低減させた積層型固体二次電池３００が構成される。
【００７６】
なお、積層型固体二次電池３００では、外部電極に隣接しないすべての正極層１と負極層２に集電層９を配した例を説明している。しかし、正極層１のみ、または負極層２のみに集電層９を配した場合でも、上記の作用効果を得ることが可能である。
【００７７】
また、集電層９が積層方向とほぼ垂直方向、すなわち平面方向に電気伝導することが可能であれば、集電層９の厚みに関わらず、上述した作用効果を得ることができる。このため、集電層９の厚みは、平面方向に電気伝導することができる範囲で極めて薄くすることが可能である。
【００７８】
さらに、集電層９は、イオン伝導的に絶縁性を有する必要がないため、集電層９中にポアが存在する場合であっても、平面方向に電気伝導することができれば、上述した効果を得ることができる。したがって、集電層９の形成方法も特に限定されず、たとえば、導電性を有する材料をペーストに調製し、そのペーストをスクリーン印刷することによって、集電層９を構成してもよい。
【００７９】
集電層９を形成する導電材料は、電気伝導性を有す材料であれば、その種類は特に限定されないが、導電性酸化物、金属、導電性酸化物と金属の混合物などである。
【００８０】
積層型固体二次電池３００においても、図５に示す積層型固体二次電池１００と同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
（第７実施形態）
次に、この発明の第７実施形態として、図５に示す積層型固体二次電池１００を応用した積層型固体二次電池の構造について説明する。
【００８２】
図８に示すように、単電池をｎ個、直列に接続して構成した２つの発電要素１０Ａと１０Ｂを、外部電極６ａを介して積層し、電気的に並列に接続することにより、積層型固体二次電池が構成されている。図９と図１０に示すように、２つの発電要素１０Ａと１０Ｂは、それぞれ、ｎ個の単電池１〜ｎをｎ−１個の絶縁層４を介して積層することにより構成されている。すなわち、発電要素１０Ａと１０Ｂの各々では、図５に示す積層型固体二次電池１００と同様にして、ｎ個の単電池が電気的に直列に接続されている。
【００８３】
図８〜図１０に示すように、ｎ個の単電池を積み重ねることにより、第１の積層体として発電要素１０Ａが形成され、ｎ個の単電池を積み重ねることにより、第２の積層体として発電要素１０Ｂが形成されている。発電要素１０Ａの一方側面に位置付けられる正極層１と、発電要素１０Ｂの一方側面に位置付けられる正極層１との間に、第１の外部電極として外部電極６ａが配置されている。すなわち、２つの発電要素１０Ａと１０Ｂの間に介在する外部電極６ａの両面には、それぞれ、正極層１が隣接している。発電要素１０Ａの他方側面に位置付けられる負極層２の上には、第２の外部電極として外部電極６ｂが配置されている。発電要素１０Ｂの他方側面に位置付けられる負極層２の上には、第３の外部電極として外部電極６ｂが配置されている。このように、図８に示される積層体の端部である最上段と最下段に位置する面上にも外部電極６ｂが配置されている。そして、二つの外部電極６ｂと６ｂが外部集電部材１１を介して電気的に接続されている。したがって、２つの発電要素１０Ａと１０Ｂは、外部電極６ａと６ｂを介して電気的に並列に接続されている。外部電極６ａを正極端子に接続し、外部電極６ｂを負極端子に接続することによって、充電と放電が行われる。
【００８４】
以上のように構成された積層型固体二次電池では、ｎ個の単電池１〜ｎを電気的に直列に接続した発電要素１０Ａと１０Ｂを電気的に２並列に接続することによって、図５に示す積層型固体二次電池１００と同じ電圧で２倍の容量を発現することが可能になる。
【００８５】
なお、本実施形態では、２つの発電要素１０Ａと１０Ｂの間に介在する外部電極６ａの両面には、それぞれ、正極層１が隣接するように構成した積層型固体二次電池について説明したが、負極層２が隣接するように２つの発電要素１０Ａと１０Ｂを配置してもよい。
【００８６】
図８に示す積層型固体二次電池においても、図５に示す積層型固体二次電池１００と同様の作用効果を得ることができる。
【００８７】
（第８実施形態）
最後に、この発明の第８実施形態として、図５に示す積層型固体二次電池１００を応用した積層型固体二次電池の構造で、第７実施形態の変形例について説明する。
【００８８】
図９〜図１２に示すように、単電池をｎ個、直列に接続して構成した複数の発電要素１０Ａと１０Ｂを、隣り合う二つの発電要素１０Ａと１０Ｂの間に外部電極６ａまたは外部電極６ｂを介して積層し、電気的に並列に接続することにより、積層型固体二次電池が構成されている。図１１では、発電要素が偶数個の場合の積層型固体二次電池の断面構造が示されている。図１２では、発電要素が奇数個の場合の積層型固体二次電池の断面構造が示されている。２つの発電要素１０Ａと１０Ｂは、それぞれ、ｎ個の単電池１〜ｎをｎ−１個の絶縁層４を介して積層することにより構成されている。すなわち、発電要素１０Ａと１０Ｂの各々では、図５に示す積層型固体二次電池１００と同様にして、ｎ個の単電池が電気的に直列に接続されている。
【００８９】
発電要素１０Ａの一方側面に位置付けられる正極層１と、発電要素１０Ｂの一方側面に位置付けられる正極層１との間に、第１の外部電極として外部電極６ａが配置されている。また、発電要素１０Ａの一方側面に位置付けられる負極層２と、発電要素１０Ｂの一方側面に位置付けられる負極層２との間に、第１の外部電極として外部電極６ｂが配置されている。すなわち、２つの発電要素１０Ａと１０Ｂの間に介在する外部電極６ａの両面には、それぞれ、正極層１が隣接している。２つの発電要素１０Ａと１０Ｂの間に介在する外部電極６ｂの両面には、それぞれ、負極層１が隣接している。
【００９０】
また、図１１と図１２に示される積層体の端部である最上段と最下段に位置する面上にも外部電極６ａまたは外部電極６ｂが配置されている。そして、複数の外部電極６ａと６ａ、複数の外部電極６ｂと６ｂが電気的に接続されている。したがって、複数の発電要素１０Ａと１０Ｂは、外部電極６ａと６ｂを介して電気的に並列に接続されている。外部電極６ａを正極端子に接続し、外部電極６ｂを負極端子に接続することによって、充電と放電が行われる。
【００９１】
以上のように構成された積層型固体二次電池では、ｎ個の単電池１〜ｎを電気的に直列に接続した発電要素１０Ａと１０Ｂを電気的に偶数個、または、奇数個、並列に接続することによって、図５に示す積層型固体二次電池１００と同じ電圧で、偶数個倍または奇数個倍の容量を発現することが可能になる。
【００９２】
図１１と図１２に示す積層型固体二次電池においても、図５に示す積層型固体二次電池１００と同様の作用効果を得ることができる。
【００９３】
なお、第１〜第８実施形態の各積層型固体二次電池において、各構成要素は以下に示される材料を用いて実現され得る。
【００９４】
固体電解質層３は、固体電解質を主材として含み、固体電解質としてはＬｉ1.5Ａｌ0.5Ｇｅ1.5（ＰＯ4）3、Ｌｉ1.2Ａｌ0.3Ｔｉ1.7（ＰＯ4）3などのＮＡＳＩＣＯＮ型固体電解質を用いることができるが、特に限定されない。
【００９５】
正極層１は、正極活物質と固体電解質の混合物（たとえば、質量比１：１）を主材として含み、正極活物質としては、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3などのＮＡＳＩＣＯＮ型活物質、ＬｉＦｅＰＯ4などのオリビン型活物質などを使用することができるが、特に限定されない。また、正極層１は、電子伝導材として少量の炭素などを含有してもよい。
【００９６】
負極層２は、負極活物質と固体電解質の混合物（たとえば、質量比１：１）を主材として含み、負極活物質としては、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3などのＮＡＳＩＣＯＮ型活物質、ＬｉＣｕＰＯ4などのオリビン型活物質、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12などを使用することができるが、特に限定されない。また、負極層２は、電子伝導材として少量の炭素などを含有してもよい。
【００９７】
絶縁層４は、Ａｌ2Ｏ3粉末とほうけい酸塩系ガラスを主材として含み、または、Ａｌ2Ｏ3粉末などの絶縁性セラミックスを、ほうけい酸塩系などのガラスフリットで融着して構成してもよい。絶縁性セラミックスとガラスフリットの材質は特に限定されない。絶縁性セラミックスを、ガラスフリットを用いずに焼結して構成してもよい。
【００９８】
導電部５、集電層８、または、外部電極６ａ、６ｂを構成する導電材料は、導電性酸化物としてはランタンクロマイトなどを用いることができ、金属としてはＮｉ，Ｃｕ，Ａｇなどを用いることができる。金属は、ペースト状のものを用いてもよく、バルク体の金属を用いてもよい。
【００９９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の電池間分離構造体によれば、引き出しタブなどの外部集電部材を極力少なくして、積層型固体二次電池を構成する単電池を電気的に接続し、かつ、集電層の有無に関わらず、効率的に正極層と負極層をイオン伝導的に絶縁することができるので、空間利用率とコスト性に優れた積層型二次電池を得ることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１：正極層、２：負極層、３：固体電解質層、４：絶縁層、５：導電部、１０，２０，３０，１００，２００，３００：積層型固体二次電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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