(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、前記正極層と前記負極層の間に積層された固体電解質層とを含む単電池を少なくとも１つ含む積層体と、
前記積層体を収容する外装体、
を含む固体電池であって、前記固体電池は、さらに、前記外装体の周縁部の少なくとも一部に設けられた受圧部を含み、
前記受圧部が、前記単電池の積層方向に前記積層体を前記固体電池の使用時における許容最大圧力で加圧したときの前記積層体と前記外装体が互いに接している部分での前記積層体と前記外装体の合計厚みに等しい厚みを有し、
前記外装体は、樹脂層と金属箔と熱融着性樹脂層とが積層されたものであるヒートシール可能なラミネートフィルムから構成され、前記積層体は前記ヒートシール可能なラミネートフィルムに挟まれており、
前記外装体の周縁部において、前記ヒートシール可能なラミネートフィルムは封止されており、
前記受圧部は、前記外装体の周縁部の前記少なくとも一部を挟持していることを特徴とする固体電池。
【請求項２】
前記受圧部が導電性を有する、請求項１に記載の固体電池。
【請求項３】
請求項１に記載の固体電池の製造方法であって、
（ａ）正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、前記正極層と前記負極層の間に積層された固体電解質層とを含む単電池を少なくとも１つ含む積層体を形成する工程；
（ｂ）前記積層体を前記外装体に収容する工程；及び
（ｃ）前記外装体の周縁部の少なくとも一部に、前記単電池の積層方向に前記積層体を前記固体電池の使用時における許容最大圧力で加圧したときの前記積層体と前記外装体が互いに接している部分での前記積層体と前記外装体の合計厚みに等しい厚みを有する受圧部を形成する工程；
を含む方法。
【請求項４】
工程（ａ）と工程（ｂ）の間に、さらに、前記固体電池の所定の最低充電状態に前記固体電池を充電する工程を含み、工程（ｂ）が、前記固体電池を所定の最低充電状態に保った状態で実施される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の固体電池を複数含み、前記固体電池が前記積層体の積層方向と同一方向に積層されている組電池。
【請求項６】
複数の固体電池を含む組電池の製造方法であって、
（ｉ）正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、前記正極層と負極層の間に積層された固体電解質層とを含む単電池を少なくとも１つ含む積層体と、
前記積層体を収容する外装体、
を含む固体電池であって、前記固体電池は、さらに、前記外装体の周縁部の少なくとも一部に設けられた受圧部を含み、前記受圧部が、前記単電池の積層方向に前記積層体を前記固体電池の使用時における許容最大圧力で加圧したときの前記積層体と前記外装体が互いに接している部分での前記積層体と前記外装体の合計厚みに等しい厚みを有する固体電池を複数用意する工程；
（ｉｉ）前記複数の固体電池を、当該複数の固体電池の受圧部が積層方向に沿って互いに間隔を開けて並んで配置されるように積層する工程、ここで、前記複数の固体電池の各々を構成する正極層と固体電解質層と負極層の積層方向と前記複数の固体電池の積層方向は同一である；及び
（ｉｉｉ）前記複数の固体電池を積層方向に加圧する工程；
を含み、
前記外装体は、樹脂層と金属箔と熱融着性樹脂層とが積層されたものであるヒートシール可能なラミネートフィルムから構成され、前記積層体は前記ヒートシール可能なラミネートフィルムに挟まれており、
前記外装体の周縁部において、前記ヒートシール可能なラミネートフィルムは封止されており、
前記受圧部は、前記外装体の周縁部の前記少なくとも一部を挟持している、方法。
【請求項７】
前記複数の固体電池の受圧部がそれぞれ導電性を有し、工程（ｉｉｉ）において、さらに、積層方向に加圧されることにより前記複数の固体電池が積層方向に圧縮されることによって前記複数の固体電池の複数の受圧部が互いに接触したことを積層方向における前記複数の受圧部の通電により検知することを含み、前記複数の受圧部の通電を検知した場合に、前記複数の固体電池を加圧することを停止するか又は通電が検知されないレベルまで加圧力を減少させることをさらに含む、請求項６に記載の組電池の製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の組電池と、
組電池を構成する複数の固体電池の積層方向に組電池を加圧するための加圧装置と、
組電池を構成する複数の固体電池が積層方向に加圧されることにより圧縮されたことに応じて複数の固体電池の複数の受圧部が互いに接触したことを積層方向における複数の受圧部の通電により検知するための通電検知装置と、
を含み、前記複数の固体電池の受圧部がそれぞれ導電性を有する、蓄電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の蓄電装置を有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電池及びその製造方法並びに複数の固体電池を含む組電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質が固体電解質から成る固体電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないため、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。特に、近年、ハイブリッド自動車、電気自動車等の需要が高まるにつれて、固体電池について、安全性に加えて容量及び出力の向上を図ることが求められている。固体電池の製造方法として、特許文献１には、集電体と正極層又は負極層との間の剥離を防止するために、正極集電体、正極層、電解質層、負極層、及び負極集電体をこの順序で積層することにより積層体を作製した後、この積層体を積層方向に加圧したまま拘束することを含む方法が提案されている。また、特許文献２には、正極と負極と正極及び負極の間に介在する電解質を有する発電要素（単電池）に対する加圧力を、発電要素を収容する密閉容器内に充填された流体により調整することが提案されている。さらに、特許文献３には、車両の走行状態に応じて、蓄電池に加える圧力を圧力調整装置により調整することにより、蓄電池の放電電流を最大値に調整する走行制御手段を備えた車両駆動装置が提案されている。
【０００３】
上記のように、電池の製造時又は使用時（車両の走行時）に、正極層、電解質層及び負極層の積層体を加圧することが提案されているが、かかる積層体を含む固体電池を複数積層した組電池の製造の際又はそれらの固体電池もしくは組電池の使用の際に、製造装置又は圧力調整装置の制御システムなどの障害によりかかる積層体又は固体電池が過剰に加圧された場合に、電池の破壊、過剰出力などの不具合が発生するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４２２２８号公報
【特許文献２】特開２０１３−４５５５６号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２２９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電池の製造時又は使用時に、正極層、電解質層及び負極層の積層体が過剰に加圧されることを防止することによって、電池の破壊、過剰出力などの不具合が発生することを防止し、高い容量及び出力密度を有することに加えて、信頼性、耐久性などの性能特性に優れた固体電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、複数の固体電池を含む組電池及びその製造方法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】
【０００６】
すなわち、本発明は、一実施形態において、正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、正極層と負極層の間に積層された固体電解質層とを含む単電池を少なくとも１つ含む積層体と、当該積層体を収容する外装体を含む固体電池であって、当該固体電池は、さらに、外装体の周縁部の少なくとも一部に設けられた受圧部を含み、当該受圧部が、単電池の積層方向において積層体と外装体の合計厚み未満の厚みを有することを特徴とする固体電池を提供する。
【０００７】
本発明は、別の実施形態において、上記固体電池の製造方法であって、
（ａ）正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、正極層と負極層の間に積層された固体電解質層とを含む単電池を少なくとも１つ含む積層体を形成する工程；
（ｂ）上記積層体を外装体に収容する工程；及び
（ｃ）上記外装体の周縁部の少なくとも一部に、上記単電池の積層方向において上記積層体と外装体の合計厚み未満の厚みを有する受圧部を形成する工程；
を含む方法を提供する。
【０００８】
本発明は、別の実施形態において、上記固体電池を複数含み、固体電池が上記積層体の積層方向と同一方向に積層されている組電池を提供する。
【０００９】
本発明は、別の実施形態において、複数の固体電池を含む組電池の製造方法であって、
（ｉ）正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、正極層と負極層の間に積層された固体電解質層とを含む単電池を少なくとも１つ含む積層体と、
上記積層体を収容する外装体、
を含む固体電池であって、当該固体電池は、さらに、上記外装体の周縁部の少なくとも一部に設けられた受圧部を含み、当該受圧部が、上記単電池の積層方向において上記積層体と外装体の合計厚み未満の厚みを有する固体電池を複数用意する工程；
（ｉｉ）上記複数の固体電池を、当該複数の固体電池の受圧部が積層方向に沿って互いに間隔を開けて直列に並んで配置されるように積層する工程、ここで、複数の固体電池の各々を構成する正極層と固体電解質層と負極層の積層方向と複数の固体電池の積層方向は同一である；及び
（ｉｉｉ）上記複数の固体電池を積層方向に加圧する工程；
を含む方法を提供する。
【００１０】
本発明は、さらに別の実施形態において、
上記の組電池と、
組電池を構成する複数の固体電池の積層方向に組電池を加圧するための加圧装置と、
組電池を構成する複数の固体電池が積層方向に加圧されることにより圧縮されたことに応じて複数の固体電池の複数の受圧部が互いに接触したことを積層方向における複数の受圧部の通電により検知するための通電検知装置と、
を含む蓄電装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の固体電池の一実施形態の概略正面図及び概略断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の固体電池の別の実施形態の概略正面図及び概略断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の固体電池を構成する単電池の例の概略断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の固体電池の製造方法の一実施形態を示す概略図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の固体電池の製造方法の別の実施形態を示す概略図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、複数の固体電池から組電池を製造する方法において複数の固体電池を加圧する工程、及び得られた組電池を稼働する際に組電池を構成する複数の固体電池を加圧する工程を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明に係る組電池の製造のフローを示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明に係る組電池を電源として搭載するとともに、当該組電池を加圧するための加圧装置を搭載した車両の走行制御のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一又は対応する要素には同じ参照番号が付されている。
［固体電池］
本発明の固体電池は、上記のとおり、正極層と、負極層と、正極層と負極層の間に積層された固体電解質層とを含む単電池を少なくとも１つ含む積層体を含む固体電池であって、さらに、単電池の積層方向に積層体に対して過剰な圧力が加わるのを防止するための受圧部を有することを特徴とするものである。
【００１３】
図１（ａ）は、本発明の固体電池の一実施形態の概略正面図である。図１（ａ）に示す実施形態では、固体電池１００は、少なくとも１つの単電池を含む積層体１３０を収容した外装体１１０と、一対の受圧部１２０を含み、一対の受圧部１２０は、それぞれ、外装体の周縁部１１２の少なくとも一部に設けられている。図１（ａ）では、網掛けされた領域１１２は外装体１１０の周縁部の封止領域を指し、外装体１１０内の積層体１３０の位置が破線により示されている。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図１（ｂ）では、外装体１１０の周縁部の封止領域１１２の一部が受圧部１２０に挟持された状態で概略的に示されている。さらに、図１（ｂ）では、積層体１３０を構成する複数の単電池１４０が、積層した状態で概略的に示されている。複数の単電池１４０は、図３（ｂ）及び（ｃ）に関して説明するように、集電体（図示せず）を介して積層される。
【００１４】
図２（ａ）は、本発明の固体電池の別の実施形態の概略正面図である。図２（ａ）に示す実施形態では、図１（ａ）に示した実施形態と同様に、固体電池１００は、少なくとも１つの単電池を含む積層体１３０を収容した外装体１１０と、一対の受圧部１２０を含み、一対の受圧部１２０は、それぞれ、外装体の周縁部１１２の少なくとも一部に設けられている。図２（ａ）では、網掛けされた領域１１２は外装体１１０の周縁部の封止領域を指し、外装体１１０内の積層体１３０の位置が破線により示されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図２（ｂ）では、外装体１１０の周縁部の封止領域１１２の一部が受圧部１２０に挟持された状態で概略的に示されている。図１（ｂ）に示した実施形態と同様に、図２（ｂ）には、積層体１３０を構成する複数の単電池１４０が、積層した状態で概略的に示されている。複数の単電池１４０は、図３（ｂ）及び（ｃ）に関して説明するように、集電体（図示せず）を介して積層される。図２（ａ）及び（ｂ）に概略的に示す実施形態では、図１（ａ）及び（ｂ）に示した実施形態と比べて、受圧部１２０は、それぞれ、封止領域１１２と積層体１３０の間の外装体１１０の外面の位置まで延在している。
【００１５】
上記のように、外装体１１０の周縁部１１２の少なくとも一部が受圧部（１２０、１２１）に挟持されることによって、受圧部を外装体１１０の周縁部１１２に強固に固定することができる。受圧部は、後述するように、例えば外装体の周縁部の少なくとも一部とともに熱可塑性材料又は熱硬化性材料を成形型内に充填することを含む成形方法により外装体の周縁部と一体的に形成することができる。あるいは、例えば、予め形成した受圧部を外装体１１０の周縁部１１２の少なくとも一部の片面又は両面に接着剤（例えば、感圧接着剤、熱硬化性接着剤、ホットメルト接着剤など）により接着してもよい。
【００１６】
図１（ａ）及び（ｂ）並びに図２（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態では、外装体１１０の周縁部１１２の互いに反対側の２つの領域にそれぞれ受圧部が設けられているが、受圧部が、少なくとも１つの単電池１４０を含む積層体１３０に対して積層方向にかかる過剰な圧力を受けることができる限り、受圧部の個数及び寸法並びに受圧部が設けられる位置は限定されない。例えば、積層体１３０を取り囲むように外装体１１０の周縁部１１２に受圧部が設けられていてもよい。また、例えば外装体１１０の各隅部に受圧部が設けられていてもよい。受圧部が複数設けられる場合、設けられた複数の受圧部のそれぞれに圧力ができるだけ均等にかかるように、受圧部の個数及び位置を適宜調整することができる。
【００１７】
図３（ａ）は、本発明の固体電池における単電池の例を模式的に示す断面図である。図３（ａ）に示す単電池１４０は、正極層１４１、負極層１４２、及び正極層１４１と負極層１４２の間に積層された固体電解質層１４３を含む。外装体に収容される積層体は、１つの単電池の正極層１４１の上面及び負極層１４２の下面にそれぞれ正極集電体及び負極集電体が設けられたものであることができる。あるいは、図３（ｂ）に参照番号１３０Ａで示すように、外装体に収容される積層体は、複数の単電池を集電体１４４を介して積層し、最上部の単電池の上面及び最下部の単電池の下面に、それぞれ、さらに集電体１４４が設けられたものであることができる。
【００１８】
図３（ｃ）は、本発明の固体電池における積層体の別の例を模式的に示す断面図である。図３（ｃ）に示す積層体１３０Ｂは、正極集電体１４４ａの両面に正極層１４１を有し、負極集電体１４４ｂの両面に負極層１４２を有し、固体電解質層１４３が正極集電体１４４ａの片面に形成された正極層１４１と負極集電体１４４ｂの片面に形成された負極層１４２の間に存在する。隣接する正極層、固体電解質層及び負極層が単電池を構成している。最も外側に位置する負極集電体１４４ｃは、片面のみに負極層１４２が設けられており、最も外側に位置する正極集電体１４４ｄには、片面のみに正極層１４１が設けられている。なお、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、正極集電タブ及び負極集電タブは、図面の簡略化と明瞭化のために省略されている。本発明の固体電池における積層体を構成する単電池及び集電体の個数は図３（ｂ）及び（ｃ）に示した実施形態に限定されない。
【００１９】
正極層及び負極層は、それぞれ、少なくとも電極活物質を含む。正極層及び負極層において、電極活物質としては、例えば、リチウムイオン電池において使用可能な電極活物質が挙げられる。リチウムイオン電池に使用可能な電極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）；ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）；Ｌｉ１＋ｘＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２（０≦ｘ≦１）；マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）；Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘ−ｙＭｙＯ４（ＭがＡｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ及びＺｎから選ばれる１種以上であり、０≦ｘ≦０．０６、０．０３≦ｙ≦０．１５）で表される組成の異種元素置換Ｌｉ−Ｍｎスピネル；チタン酸リチウム（ＬｉｘＴｉＯｙ、０．３６≦ｘ≦２、１．８≦ｙ≦３）；リン酸金属リチウム（ＬｉＭＰＯ４、ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる１種以上）；酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）等の遷移金属酸化物；硫化チタン（ＴｉＳ２）；グラファイト、ハードカーボン等の炭素材料（Ｃ）；リチウムコバルト窒化物（ＬｉＣｏＮ）；リチウムシリコン酸化物（ＬｉｘＳｉｙＯｚ、ｘ＋４ｙ−２ｚ＝０）；リチウム金属（Ｌｉ）；リチウム合金（ＬｉＭ；ＭはＳｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ，Ｓｂ、Ｐ等から選ばれる１種以上）；リチウム貯蔵性金属間化合物（ＭｇｘＭ；ＭはＳｎ、Ｇｅ及びＳｂから選ばれる１種以上、又は、ＮｙＳｂ；ＮはＩｎ、Ｃｕ及びＭｎから選ばれる１種以上）；これらの誘導体等が挙げられるが、これらに限定されない。ここで、正極活物質及び負極活物質それぞれには、明確な区別はなく、２種類の化合物の充放電電位を比較し、貴な電位を示すものを正極活物質として、また、卑な電位を示すものを負極活物質として、組み合わせることで、任意の電圧の電池を構成することができる。
【００２０】
正極層及び負極層は、電極活物質の他、正極層及び負極層へのイオン伝導性付与、導電性付与、可撓性付与等を目的として、それぞれ、固体電解質、導電材、バインダー等を含有していてもよい。正極層及び負極層に含まれるバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素含有樹脂が挙げられる。
【００２１】
正極層及び負極層に含まれる固体電解質としては、正極層及び負極層にイオン伝導性を付与できるものであればよく、特に限定されない。正極層及び負極層において使用できる固体電解質としては、固体電解質層を構成する固体電解質として下記に例示するものが挙げられる。例えば、正極層に含まれる固体電解質としては、Ｌｉ２ＳとＰ２Ｓ５を、Ｌｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝５０：５０〜１００：０（例えばＬｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝７０：３０）の質量比で混合することにより調製された硫化物系固体電解質が挙げられる。負極層に含まれる固体電解質としては、正極層に含まれる固体電解質と同様の物質を使用できる。
【００２２】
正極層及び負極層に含まれる導電材としては、正極層及び負極層に電子伝導性を付与できれば、特に限定されず、例えば、リチウムイオン電池において使用可能なものが挙げられる。導電材の例としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ＶＧＣＦ（気相成長炭素繊維）、カーボンナノチューブ等の導電性炭素材料等が挙げられる。
正極層及び負極層を構成する各成分の比率は特に限定されない。正極層及び負極層の厚みは特に限定されないが、通常、０．１〜１０００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２３】
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含む。固体電解質層に用いられる固体電解質としては、電池に使用可能な公知の固体電解質であれば特に限定されず、正極層や負極層に用いることが可能な上記固体電解質と同様の物質を用いることができる。固体電解質は無機固体電解質、有機固体電解質、及びそれらの２種以上の組み合わせであることができる。固体電解質の例としては、リチウムイオン電池に使用可能なものが挙げられる。リチウムイオン電池の固体電解質の例としては、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ等の酸化物系非晶質固体電解質、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−Ｓｉ２Ｓ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５等の硫化物系非晶質固体電解質、ＬｉＩ、ＬｉＩ−Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ０．７（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ｘ＋ｙＡｌｘＴｉ２−ｘＳｉｙＰ３−ｙＯ１２（ＡはＡｌ及びＧａから選ばれる少なくとも１種、０≦ｘ≦０．４、０＜ｙ≦０．６）、［（Ｂ１／２Ｌｉ１／２）１−ｚＣｚ］ＴｉＯ３（ＢはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ及びＳｍから選ばれる少なくとも１種、ＣはＳｒ及びＢａから選ばれる少なくとも１種、０≦ｚ≦０．５）、Ｌｉ５Ｌａ３Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ６ＢａＬａ２Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ３ＰＯ（４−３／２ｗ）Ｎｗ（ｗ＜１）、Ｌｉ３．６Ｓｉ０．６Ｐ０．４Ｏ４等の結晶質酸化物及び酸窒化物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２４】
固体電解質層には、固体電解質層の可撓性等の観点から、バインダーが含まれることが好ましい。バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム性状樹脂等が挙げられるが、これらに限定されない。固体電解質層において、固体電解質層を構成する各成分の比率は特に限定されない。固体電解質層の厚みは特に限定されず、電解質の種類や電池の構成等に依存して様々な値をとりうる。固体電解質層は、例えば、０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内の厚みを有し、好ましくは０．１μｍ〜３００μｍの範囲内の厚みを有する。
【００２５】
集電体を構成する材料は、集電体として機能できるものとして一般的に知られているものであれば特に限定されないが、集電体を構成する材料の例としては、例えば、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄、銅などの材料が挙げられる。集電体の厚みは、それら集電体の構成材料や、意図する用途などに応じて変えることができ、特に限定されない。正極集電体及び負極集電体は、それぞれ、集電用リードなどを介して正極端子及び負極端子に接続することができる。
【００２６】
本発明の固体電池において、受圧部は、単電池を少なくとも１つ含む積層体を、単電池の積層方向に過剰に加圧するのを防止するためのものである。なお、本発明において、「加圧」とは、加圧前の単電池又は少なくとも１つの単電池の積層体の厚みと比べて単電池の積層方向に積層体が圧縮されるように単電池又は積層体に圧力を加えることを意味する。受圧部は、上記積層体を所定の圧力で加圧する際に、加圧装置の不具合などにより意図せずして発生した過剰な圧力を受け、その過剰な圧力に耐えて、上記積層体に過剰な圧力が加わるのを防止することができるものであれば、その材料、寸法及び形状は特に限定されない。受圧部を構成する材料の例としては、熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂など、及び熱可塑性樹脂、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。後述するように、受圧部が導電性である実施形態では、受圧部は、導電性の樹脂を含むものであっても、カーボン、金属フィラーなどの導電性付与材料を含むものであってもよい。受圧部は、カーボン、金属フィラーなどの導電性付与材料を含むことが好ましい。
【００２７】
外装体は、外部から加圧された場合に、その圧力を上記積層体に伝達することができるように任意の可撓性材料から構成することができる。かかる外装体は、従来の電池に使用されている公知の外装体から適宜選択できる。外装体の例としては、金属箔の片面に外装体に耐衝撃性や補強性を付与する樹脂層（例えばポリエチレンテレフタレート、ナイロンなど）が積層され、金属箔のもう一方の表面に熱融着性樹脂層が積層されたヒートシール可能なラミネートフィルムが挙げられる。熱融着性樹脂層は、例えば、ポリエチレン、エチレンビニルアセテート共重合体、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリプロピレン等の樹脂から成るものであることができるが、これらに限定されない。金属箔の例としては、ステンレス、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｆｅ等が挙げられるが、これらに限定されない。外装体の寸法及び形状は、上記積層体や、固体電池の意図する用途などに応じて適宜選択することができる。
【００２８】
上記の積層体及び後述する複数の固体電池の積層体の加圧方法としては、例えば、機械的に生成させた圧力を利用して加圧を行う機械加圧法、及びガス圧を利用して加圧を行うガス加圧法が挙げられるが、これらに限定されない。機械加圧法としては、例えば、モーターを駆動し、ボールネジを介して積層体の積層方向に加圧する方法や、モーターを駆動して油圧を介して積層体の積層方向に加圧する方法が挙げられる。所定の圧力まで加圧した後、メカニカルストッパーで稼働部を固定することによりモーターの駆動に伴うエネルギー消費を必要最低限に抑制することができる。ガス加圧法としては、例えば、ガスボンベから加圧ガスを介して積層体を加圧する方法が挙げられる。なお、所定の圧力まで加圧する際に、意図せずに、所定の圧力を超えるレベルであって、電池が破損しない許容範囲内にあるレベルまで圧力が増加した場合には、圧力を所定の圧力まで低下させる。以下、積層体と外装体の組み合わせにおいて、積層体と外装体が互いに接しており、積層方向に加圧される部分を積層部と呼ぶ。
【００２９】
本発明の固体電池及び組電池は、非使用状態で、積層部に加えられる圧力が１気圧〜１ＭＰａであることが好ましい。本発明の固体電池及び組電池は、電源として使用される際に、その積層部に加えられる圧力が１ＭＰａ〜４５ＭＰａであることが好ましい。
【００３０】
［固体電池の製造方法］
次に、図面を参照して固体電池の製造方法の具体例を説明する。
本発明の固体電池の製造方法は、（ａ）正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、正極層と負極層の間に積層された固体電解質層とを含む単電池を少なくとも１つ含む積層体を形成する工程；及び（ｂ）受圧部を形成する工程を含む。
固体電池を構成する単電池及び積層体は、一般的な方法を用いて製造することができる。例えば、負極層は、溶媒中に負極活物質と必要に応じてさらに固体電解質、導電材、バインダーその他の添加剤を含む負極材ペーストを集電体又は剥離可能な支持体の片面に塗布し、乾燥させることにより形成することができる。正極層は、溶媒中に正極活物質と必要に応じてさらに固体電解質、導電材、バインダーその他の添加剤を含む正極材ペーストを集電体又は剥離可能な支持体の片面に塗布し、乾燥させることにより形成することができる。固体電解質層は、上記のように形成された負極層又は正極層の表面に固体電解質ペーストを塗布し、乾燥させることにより形成することができ、この場合、負極層又は正極層の表面上に形成された固体電解質層上に正極層又は負極層を積層し、積層方向に加圧して負極層と固体電解質層と正極層とを一体化することによって、単電池を含む積層体を得ることができる。固体電解質層は、固体電解質ペーストを剥離可能な支持体の表面に塗布し、乾燥させることにより形成することもでき、この場合、剥離可能な支持体から固体電解質層を剥離した後、負極層と正極層の間に配置し、負極層と固体電解質層と正極層の積層体を積層方向に加圧して負極層と固体電解質層と正極層とを一体化することによって、単電池を含む積層体を得ることができる。当業者は、単電池を少なくとも１つ含む積層体の所望の構造に応じて、負極層、正極層、集電体及び固体電解質層の積層方法を選択することができる。図３（ｃ）に示したような構造の積層体は、例えば、負極集電体の両面に負極材ペーストを塗布し乾燥させることにより負極集電体の両面に負極層を形成し、正極集電体の両面に正極材ペーストを塗布し乾燥させることにより正極集電体の両面に正極層を形成し、得られた負極層と正極層の間に固体電解質層を配置し、積層方向に加圧して負極層と固体電解質層と正極層とを一体化することができる。単電池を少なくとも１つ含む積層体を形成する際の一体化工程で使用される加圧力は、負極層及び正極層における電極活物質の充填率を高めるとともに、固体電解質層における固体電解質の充填率を高めることを目的とする。。負極材ペースト、正極材ペースト及び固体電解質ペーストの溶媒は特に限定されず、飽和炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒などの炭化水素系溶媒を使用できる。負極材ペースト、正極材ペースト及び固体電解質ペーストの塗布方法は特に限定されず、例えばドクターブレード法、ダイコート法、グラビアコート法などの当該技術分野で知られている任意の方法を採用できる。なお、正極層及び負極層並びに固体電解質層は、それぞれ、上記のようにペーストから形成する方法の他に、正極材粉末及び負極材粉末並びに固体電解質粉末を粉末成形法により加圧成形することによっても形成できる。
【００３１】
外装体１１０に受圧部１２０を設けた後に外装体１１０に積層体１３０を収容しても、外装体１１０に積層体１３０を収容した後に外装体１１０に受圧部１２０を設けてもよい。外装体１１０が、その少なくとも一部に一体的に形成された受圧部１２０を有する場合には、かかる外装体１１０に積層体１３０を収容してもよい。外装体１１０を２枚のヒートシール可能なラミネートフィルムにより形成する場合、２枚のヒートシール可能なラミネートフィルムの間に積層体１３０を配置した後、これらのラミネートフィルムの周縁部をヒートシールなどの方法により接合し、周縁部の互いに反対側の２つの領域に受圧部を設けることによって、図１（ａ）及び（ｂ）並びに図２（ａ）及び（ｂ）に示した形態の固体電池を得ることができる。外装体としてヒートシール可能なチューブ状又は袋状のラミネートフィルムに積層体１３０を収容した後に、チューブ状のラミネートフィルムの両開口部又は袋状のラミネートフィルムの開口部をヒートシールし、次いで外装体の周縁部の少なくとも一部に受圧部を設けてもよい。受圧部を形成後、積層体を積層方向に所定の圧力で加圧したまま固体電池を拘束することができる。あるいは、受圧部が形成された複数の固体電池を積層し、積層方向に所定の圧力で加圧したまま複数の固体電池を拘束して組電池を得ることができる。
【００３２】
本発明の固体電池の製造方法の一実施形態を図４（ａ）及び（ｂ）により例示する。図４（ａ）及び（ｂ）は、積層体１３０を外装体１１０に収容した後に、外装体１１０の外部から積層体１３０の積層方向に積層体１３０及び外装体１１０を一対の加圧プレート３１１及び３１２により所定の圧力で加圧している間に外装体１１０の周縁部の少なくとも一部に受圧部を形成する工程を例示する概略図である。
【００３３】
受圧部を形成する際に積層部に加えられる所定の圧力は、（１）積層部の厚みを実質的に減少させずに積層部を単に保持するのに必要な圧力であってもよく、あるいは、（２）積層部を圧縮して、各単電池内の正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、正極層と負極層の間に積層された固体電解質層との間の密着性を高めるのに十分な圧力であってもよい。積層部に加えられる所定の圧力が、（１）積層部の厚みを実質的に減少させずに積層部を単に保持するのに必要な圧力である場合には、形成されるべき受圧部の厚みは、加圧前の積層部の厚みに応じて予め設定された所定値をとることができる。例えば、受圧部の形成後であって、固体電池の製造中及び／又は稼働中に積層部に圧力が加えられることが想定される場合に、積層部に加えられる想定圧力が積層部を破壊するレベル以上の圧力にならないように、受圧部の厚みの所定値を決定することができる。形成されるべき受圧部の厚みの所定値は、所定の厚み及び構成を有する積層部を形成した後、積層部を加圧して予備実験やシミュレーションを行うことにより決定することができる。また、固体電池を大量生産する場合に、積層部の厚みの統計的なばらつきを考慮して、所定値を決定することができる。積層部に加えられる所定の圧力が、（２）積層部を圧縮して、各単電池内の正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、正極層と負極層の間に積層された固体電解質層との間の密着性を高めるのに十分な圧力である場合には、形成されるべき受圧部の厚みは、積層部に加える圧力を増加させて圧力が所定の圧力に達したときの積層部の厚みに応じた値（例えば所定の圧力下での積層部の厚みに等しい値）をとることができる。受圧部を形成する際に積層部に加えられる所定の圧力は、固体電池が使用時に拘束された状態で拘束圧力により破損するおそれがあるレベル未満の値を許容最大値とする。
【００３４】
図４（ａ）及び（ｂ）では、積層部は、参照番号１５０で示されている。図４（ｂ）は、積層部１５０を所定の圧力で加圧している間に、加圧されている積層部１５０の厚み（すなわち、積層体１３０の厚みと外装体１１０の厚みの合計値）に等しい厚みを有するように受圧部を形成する工程を例示する概略図である。複数の単電池の積層体１３０を積層方向に加圧することによって、単電池間の密着性を向上することができる。さらに、固体電池の体積あたりの最大出力が増加することから、高い出力密度の固体電池を得ることができる。図４（ａ）及び（ｂ）において、積層部１５０を加圧するための加圧装置（図示せず）の一対の加圧プレート（すなわち第１の加圧プレート及び第２の加圧プレート）が参照番号３１１及び３１２で示されており、受圧部を成形するための第１の成形装置及び第２の成形装置が参照番号３２０及び３３０で示されている。図４（ａ）及び（ｂ）では、第１の成形装置及び第２の成形装置として、射出成形装置を例にとり本発明を説明する。積層部１５０の加圧後の厚みに応じた厚みの受圧部を形成できる限り、射出成形法の他に、注型、圧縮成形、トランスファー成形などの方法を使用して受圧部を形成することができる。本発明において、受圧部を形成するための装置は、図示されている装置に限定されない。図４（ａ）において、第１の加圧プレート３１１及び第２の加圧プレート３１２により加圧される前の積層部１５０の厚み（すなわち、積層体１３０及び外装体１１０の合計厚み）がｂ０で示されており、図４（ｂ）において、加圧後の積層体１３０及び外装体の合計厚みがｂ１で示されている。積層部１５０の厚みｂ０と積層部１５０が第１の加圧プレートと第２の加圧プレートにより加圧される際の圧力及び厚みの変化は、例えば、第１の加圧プレートと第２の加圧プレートに加わる圧力を求めることができる圧力センサー（図示せず）と、第１の加圧プレートと第２の加圧プレートの間隔を求めることができる距離センサー（図示せず）を使用して求めることができる。かかる圧力センサー及び距離センサーの形態や位置は特に限定されない。
【００３５】
第１の成形装置３２０は、上型枠３２１、下型枠３２２、上側加圧プレート３２３及び下側加圧プレート３２４を有し、さらに、上型枠３２１と下型枠３２２と上側加圧プレート３２３と下側加圧プレート３２４とにより規定されるキャビティ３２５を有する。第１の供給装置３２６から液状の成形材料をキャビティ３２５に注入するための注入路３２７が下側加圧プレート３２４内を通っている。第２の成形装置３３０は、上型枠３３１、下型枠３３２、上側加圧プレート３３３及び下側加圧プレート３３４を有し、さらに、上型枠３３１と下型枠３３２と上側加圧プレート３３３と下側加圧プレート３３４とにより規定されるキャビティ３３５を有する。図４（ａ）及び（ｂ）において、各成形装置は、上型枠と下型枠が型締めされた状態で図示されている。第２の供給装置３３６から液状の成形材料をキャビティ３３５に注入するための注入路３３７が下側加圧プレート３３４内を通っている。第１の成形装置及び第２の成形装置は、必要に応じてキャビティ内の空気を外部に排出するための空気抜き孔（図示せず）を有していてもよい。かかる空気抜き孔は、例えば上側加圧プレートに設けることができる。第１の成形装置３２０及び第２の成形装置３３０において、上側加圧プレートと下側加圧プレートの間の間隔は、例えば距離センサー（図示せず）により求めることができる。かかる距離センサーの形態や位置は特に限定されない。
【００３６】
図４（ａ）に示す第１の成形装置３２０において、上型枠３２１と下型枠３２２とは、接合部３２８で接しており、上型枠３２１と下型枠３２２は、図示したように互いに接合した状態で、外装体の周縁部の少なくとも一部をキャビティ３２５内に導入するための導入口３２９を形成する。受圧部を成形した後、型開き、すなわち上型枠と下型枠とを分離することによって、形成された受圧部を取り出すことができる。同様に、第２の成形装置３３０において、上型枠３３１と下型枠３３２とは、接合部３３８で接しており、上型枠３３１と下型枠３３２は、図示したように互いに接合した状態で、外装体の周縁部の少なくとも一部をキャビティ３３５内に導入するための導入口３３９を形成する。受圧部を成形した後、第１及び第２の成形装置の上型枠と下型枠とを分離することにより受圧部を第１及び第２の成形装置から取り出すことができ、加圧プレート３１１及び３１２を開放することにより積層部を加圧機から取り出すことができる。図４（ａ）及び（ｂ）に示した実施形態では、成形材料をキャビティに注入するための注入路が下側加圧プレートに設けられているが、本発明は図４（ａ）及び（ｂ）に示した実施形態に限定されず、成形材料をキャビティに注入するための注入路は、例えば、上側加圧プレート、上型枠及び／又は下型枠に設けることができる。
【００３７】
図４（ａ）に示す第１及び第２の成形装置のそれぞれにおいて、上側加圧プレートと下側加圧プレートはそれぞれ上下に移動可能であり、上側加圧プレートと下側加圧プレートの間の間隔が成形しようとする受圧部の厚みに等しくなるように上側加圧プレートと下側加圧プレートの間の間隔を調整することができる。受圧部の成形材料が熱硬化性であり、熱硬化により体積が収縮する材料である場合、又は受圧部の成形材料が熱可塑性であり、冷却されて固化する際に体積が収縮する材料である場合には、熱硬化又は冷却後の受圧部の厚みが収縮率を考慮して上側加圧プレートと下側加圧プレートの間の間隔を設定することができる。以下の本発明の説明では、簡略化及び明瞭化のために、熱硬化又は冷却による成形材料の体積収縮は考慮しない。
【００３８】
図４（ａ）には、第１の成形装置と第２の成形装置の２つの成形装置が示されているが、成形装置の数や構造は、図示されているものに限定されず、所望の受圧部の個数、寸法及び形状などに応じて適宜変更することができる。例えば、積層体１３０を取り囲むように外装体の周縁部に受圧部を形成する場合には、成形材料が導入されるキャビティが環状である１つの成形装置を使用して実施することができる。例えば、受圧部の成形材料として熱硬化性材料が使用される場合には、キャビティに熱硬化性材料を導入した後に、熱硬化性材料の熱硬化反応を引き起こすために、成形装置は、成形材料を加熱するための温度調節装置を備えることができる。熱硬化性材料が固体状（例えば粉末状、ペレット状など）である場合には、熱硬化性材料を熱硬化温度未満の温度であって、熱硬化性材料が流動性になる温度に熱硬化性材料を加熱し、キャビティに熱硬化性材料を導入する。熱硬化性材料が液状である場合には、熱硬化性材料を加熱せずにキャビティに導入することができる。例えば、受圧部の成形材料として熱可塑性材料が使用される場合には、キャビティに熱可塑化された熱可塑性材料を導入した後に、熱可塑性材料を冷却して硬化させるための温度調節装置を型枠と上型と下型の少なくとも１つに備えることができる。受圧部の成形材料として熱硬化性材料を使用する場合に、温度調節装置は、キャビティ内に導入された成形材料を加熱する機能だけでなく、必要に応じて保温及び／又は冷却する機能を有していてもよい。受圧部の成形材料として熱可塑性材料を使用する場合に、温度調節装置は、キャビティ内に導入された成形材料を冷却する機能だけでなく、必要に応じて保温及び／又は加熱する機能を有していてもよい。
【００３９】
図４（ｂ）及び以下で説明する図６において、図面の簡略化と明瞭化のために、積層体及び外装体の片側と加圧装置の一対の加圧プレートが図示されている。図４（ｂ）では、さらに、一組の供給装置及び成形装置が示されている。図４（ｂ）において、一対の加圧プレート３１１及び３１２により積層部１５０を加圧し、圧力が所定の圧力Ｐ１に達したときの積層部の厚みがｂ１で示されている。所定の圧力Ｐ１は、本発明の固体電池を使用する際又は本発明の固体電池を複数積層して組電池を製造する際に、圧力調整装置又は製造装置の制御システムなどの障害によりかかる積層体又は電池が過剰に加圧された場合に、電池の破壊、過剰出力などの不具合が発生するおそれがある圧力未満の圧力であることができる。次に、成形装置の上側加圧プレート３３３と下側加圧プレート３３４の間の間隔ａが厚みｂ１に等しくなるように上側加圧プレート３３３と下側加圧プレート３３４の位置を調節した後、供給装置３３６から注入路３３７を介してキャビティ３３５に成形材料を導入し、成形材料を硬化させて厚みｂ１の受圧部を形成することができる。厚みｂ１の受圧部の形成によって、厚みｂ０から厚みｂ１に厚みが減少するまで積層部を加圧することができるため、電池を除圧後に積層部の厚みがｂ２（ｂ１＜ｂ２≦ｂ０）に増大したとしても、厚みｂ１の受圧部を有する除圧後の電池（厚みｂ２）は積層部の積層方向にｂ２−ｂ１の潰れ代を有する。
【００４０】
本発明の固体電池の製造方法の別の実施形態を図５（ａ）及び（ｂ）により例示する。図５（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態の製造方法によれば、図２（ａ）及び（ｂ）に示した実施形態の固体電池を製造することができる。図５（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態では、積層体１３０を外装体１１０に収容した後に、外装体１１０に収容した積層体１３０を、第１の上型４１０、第２の上型４２０及び下型４３０より構成されるキャビティ内で第１の上型４１０及び下型４３０により所定の圧力で加圧している間に外装体１１０の周縁部の少なくとも一部に受圧部を形成することができる。第１の上型４１０は、凹部４１２と、液状の成形材料を型締め後に形成されるキャビティ２４０に注入するための開閉可能な注入路４１４とを有し、下型４３０は凹部４３２を有する。第１の上型４１０の凹部４１２と下型４３０の凹部４３２は、互いに対向する位置に設けられているため、第１の上型４１０の凹部４１２と下型４３０の凹部４３２の間に外装体１１０に収容した積層体１３０を嵌め込んだ状態で積層体を加圧することが可能である。第１の上型４１０と第２の上型４２０と下型４３０は型締め装置（図示せず）により相対的に移動可能であり、型締め及び型開き可能に構成されている。注入路４１４は、外装体１１０の周縁部の封止領域１１２の周囲に成形材料を供給可能な位置に設けられている。図５（ａ）では、外装体１１０に収容された積層体１３０が、下型４３０の凹部４３２に嵌め込むことができるため、積層体が位置ずれするのを防止することができる。型締め装置による型締め圧力により型締め後にキャビティ４４０に成形材料を注入する。キャビティ４４０に注入された成形材料を硬化させることにより受圧部を形成した後、型開きし、受圧部を有する固体電池を取り出す。
【００４１】
上記のように積層部１５０に加える圧力が所定の圧力に達したときの積層部１５０の厚みに等しくなるように受圧部を形成することができるため、加圧前の積層部が予め設定した厚みよりも薄い場合又は厚い場合でも、積層部を過剰に加圧することなく、積層部に対して積層方向に加える圧力を許容最大圧力まで増加させて、積層部に許容最大圧力が加わった状態での積層部の厚みに等しい厚みの受圧部を形成することができる。従って、積層部の厚みが設計値からばらついた場合でも、積層部を過剰に加圧せずに、許容最大圧力まで加圧可能な固体電池を得ることができる。また、各積層部の加圧時の厚みに応じて受圧部を形成できるため、各積層部に対する受圧部の寸法精度を向上することができる。
【００４２】
本発明の固体電池の製造方法は、工程（ａ）と工程（ｂ）の間に、さらに、固体電池の所定の最低充電状態に固体電池を充電する工程を含むことができ、工程（ｂ）を、固体電池を所定の最低充電状態に保った状態で実施することができる。所定の最低充電状態は、固体電池の製造の際に使用される充電状態（ＳＯＣ０％）又は固体電池が電源（例えば車両走行中の電源）として使用される際の最低充電状態（例えばＳＯＣ２０％）であることができる。ここで、「充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）」は、電池の充電状態を示す指標であり、可逆的に充放電可能な稼働電圧の範囲において電池の容量に対する充電量を百分率（％）で表したものである。０％のＳＯＣは、空充電状態を意味し、１００％のＳＯＣは満充電状態を意味する。固体電池が電源として使用される際の最低充電状態、例えばＳＯＣ２０％まで固体電池を充電した後の積層部の厚みは、一般的に、ＳＯＣ０まで充電した後の積層部の厚みよりも厚いために、ＳＯＣ０％に充電した後の積層部の厚みに等しい厚みを有する受圧部を形成した固体電池は、ＳＯＣ２０％まで充電した状態で積層部に過剰な圧力が加わった場合に、許容最大圧力を超える圧力まで加圧されるおそれがある。従って、工程（ｂ）は、固体電池が電源として使用される際の最低充電状態、例えばＳＯＣ２０％に固体電池を保った状態で実施されることが好ましい。使用時の最低充電状態を模した充電状態に固体電池を充電した後に積層部に対して積層方向に許容最大圧力まで加圧し、積層部に許容最大圧力が加わった状態での積層部の厚みに等しい厚みの受圧部を形成することができる。
【００４３】
[組電池の製造方法及び使用方法]
上記のとおりの受圧部を含む固体電池を組電池の構成要素として使用することによって、組電池の製造時又は使用時に、組電池を構成する積層した複数の固体電池が積層方向に過剰に加圧されることを防止することができる。さらに、組電池を構成する固体電池間の密着性を向上することができ、高い出力密度の組電池を得ることができる。図６（ａ）及び（ｂ）を参照して、上記固体電池を複数積層した組電池を説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、（１）複数の固体電池から組電池を製造する方法において複数の固体電池を加圧する工程、及び（２）得られた組電池を稼働する際に組電池を構成する複数の固体電池を加圧する工程を示す概略図である。図６（ａ）には、厚みｂ３の積層部と厚みｂ１の受圧部１２０を有する複数の固体電池１００が、積層部において積層した状態で示されている。受圧部が形成された複数の固体電池を積層し、積層方向に所定の圧力で加圧したまま複数の固体電池を拘束して組電池を得ることができる。複数の固体電池を拘束する際の圧力は、固体電池の数などに応じて選択される。
【００４４】
図６（ａ）に示す実施形態では、複数の固体電池１００の受圧部１２０は、積層方向に沿って互いに間隔を開けて直列に並んで配置されている。複数の固体電池１００は、受圧部を形成する際に、図４（ｂ）について説明したように積層部１５０が厚みｂ１まで加圧され、加圧後に厚みがｂ２（ｂ１＜ｂ２≦ｂ０）に増加したものであっても、あるいは、積層部１５０の作製後から複数の固体電池を互いに積層するまでに、積層部が加圧されていないものであってもよい。従って、図６（ａ）に示す加圧前の各固体電池の厚みｂ３は、ｂ０又はｂ２（ｂ１＜ｂ２≦ｂ０）に等しい厚みであることができる。複数の固体電池１００は、それぞれ、加圧後に得られる組電池が電源として使用される際の最低充電状態に充電されたものであってもよい。
【００４５】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した複数の固体電池１００の積層体を積層方向に所定の圧力Ｐ２まで加圧することにより各固体電池の厚みがｂ４（ｂ１＜ｂ４＜ｂ３）まで減少した状態を示す。図６（ｂ）は、圧力をＰ３までさらに増加させることによって、各固体電池における積層部の厚みがｂ１まで減少すると、積層方向に沿って互いに間隔を開けて直列に並んで配置されていた厚みｂ１の受圧部１２０が、図６（ｃ）に示すように、加圧プレート３１１及び３１２の間で互いに接触した状態になることを示す。従って、複数の固体電池１００の受圧部１２０が加圧プレート３１１及び３１２の間で互いに接触したことを検知することができれば、複数の固体電池の積層体を過剰に加圧することによる受圧部の破損、及び受圧部の破損により過剰な圧力が積層部に加わる結果として起こるおそれのある積層部の破損を防止することができる。複数の固体電池１００の受圧部１２０が加圧プレート３１１及び３１２の間で互いに接触した状態にあるか否かを判断することは、例えば、受圧部が導電性材料により形成されたものであり、最上部の受圧部から最下部の受圧部までの複数の受圧部１２０を介して加圧プレート３１１と加圧プレート３１２の間が通電したか否かを監視し、通電を検知した場合に、受圧部１２０が互いに接触していると判断し、通電を検知しなかった場合に、受圧部１２０が互いに接触していないと判断することにより行うことができる。複数の固体電池１００の受圧部１２０が加圧プレート３１１及び３１２の間で互いに接触した状態（又は通電した状態）を異常状態とし、互いに接触していない状態（又は通電していない状態）と設定することができる。複数の受圧部１２０を介して加圧プレート３１１と加圧プレート３１２の間が通電したか否かを監視する通電検知手段として通電検知センサー（図示せず）を加圧プレート３１１及び３１２に設けることにより通電を監視することができる。誤判断をできるだけ少なくすることが望ましいため、通電を所定時間検知した場合に、受圧部１２０が加圧プレート３１１及び３１２の間で互いに接触したと判断することが好ましい。この所定時間は、受圧部や積層部が過剰な加圧により損傷しない範囲で、予め決定することができる。通電を検知しなかった場合（すなわち組電池の製造工程が正常であると判断した場合）には、加圧後に得られた複数の固体電池の積層体を、例えば、適切な拘束装置により拘束することができる。通電を所定時間検知した場合には、所定の工程、例えば、複数の固体電池の積層体を加圧することを停止する工程、及び通電が検知されないレベルまで加圧力を減少させる工程から選択された工程を実施することができる。
【００４６】
上記の組電池の製造方法の一実施形態に含まれる工程を示すフローチャートを図７に示す。まず、図６（ａ）に示したように、複数の固体電池１００の受圧部１２０が固体電池の積層方向に沿って互いに間隔を開けて直列に並んで配置されるように、複数の固体電池１００を積層する（ステップＳ１０１）。次に、ステップＳ１０１により得られた固体電池の積層体を積層方向に所定の圧力まで加圧装置により加圧するとともに、所定の圧力に達するまで、複数の固体電池の受圧部を介して加圧プレート間が通電したか否かを監視する（ステップＳ１０２）。所定の圧力に達するまでに加圧プレート間が通電したことを所定の時間検知した場合には異常と判断し、通電を検知しなかった場合には加圧が正常に行われたと判断する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において通電を検知しなかった場合、加圧された複数の固体電池の積層体を、例えば、適切な拘束装置により加圧したまま拘束して組電池を提供することができる（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０３において通電を検知した場合、加圧装置を非常停止するか、又は通電が検知されないレベルまで加圧力を強制的に減少させる（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、複数の固体電池の積層体を加圧することを停止するか、又は通電が検知されないレベルまで加圧力を減少させた後、加圧プレート間から複数の固体電池の積層体を取り出し、加圧プレート間に新たに複数の固体電池を積層することで、組電池の製造を再開することができる。ステップＳ１０３において通電を検知した場合に、加圧プレート間から取り出された複数の固体電池は、各固体電池について個別に破損しているか否かを検査することにより再使用できるか否か判定することができる。
【００４７】
本発明の上記の実施形態の組電池と組電池を構成する複数の固体電池の積層方向に組電池を加圧するための加圧装置と、組電池を構成する複数の固体電池が積層方向に加圧されることにより圧縮されたことに応じて複数の固体電池の複数の受圧部が互いに接触したことを積層方向における複数の受圧部の通電により検知するための通電検知装置とを含む蓄電装置を搭載した車両の走行制御のフローチャートを図８に示す。なお、本発明の組電池を加圧する方向は、当該組電池を構成する複数の固体電池の積層方向である。本発明の組電池とそれを加圧するための加圧装置を搭載した車両では、車両の走行状態及び組電池の充電状態に応じて、組電池の放電電流を、組電池に加える圧力を調整することにより制御できる。組電池に加える圧力の上限値は、組電池が破損するおそれのない値に設定することができる。この上限値を所定の圧力として、この上限値以下の圧力で組電池を加圧することができる。さらに、かかる車両では、図７の実施形態に関して説明したように、複数の固体電池の受圧部を介して加圧プレート間が通電したか否かを監視することによって、上記の組電池に加わる圧力が、例えば制御システムの故障により組電池が破損するおそれがあるレベルを超える過剰に高い圧力まで増加することを防止することができる。図８において、ステップＳ２０１は、車両の走行を開始するステップである。ステップＳ２０２は、例えば制御システムの故障により組電池が破損するおそれがあるレベルを超える過剰に高いレベルまで圧力が増加した結果、複数の固体電池の受圧部を介して加圧プレート間が通電したか否かを監視するステップである。所定の圧力に達するまでに加圧プレート間が通電したことを所定の時間検知した場合には異常と判断し、通電を検知しなかった場合には加圧が正常に行われたと判断する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３において通電を所定の時間検知しなかった場合、車両の運転を継続する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０３において通電を検知した場合、通電が検知されないレベルまで組電池への加圧力を強制的に減少させて車両を停止する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０３において通電を検知した場合に、制御システムを修復し、また、組電池についても破損しているか否かを検査することにより再使用できるか否か判定することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して説明したが、これらの実施形態は例示のためのものであり、本発明は図面に示した実施形態に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の固体電池及び組電池は、高い容量及び出力密度を有することに加えて、信頼性、耐久性などの性能特性に優れ、ハイブリッド自動車、電気自動車などの車両に搭載されるモーター用の電源として有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１００    固体電池
１１０    外装体
１１２    外装体の周縁部の封止領域
１２０    受圧部
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ    積層体
１４０    単電池
１４１    正極層
１４２    負極層
１４３    固体電解質層
１４４、１４４ａ〜ｄ    集電体
１５０    積層部
４１０    第１の上型
４２０    第２の上型
４３０    下型
３１１、３１２    加圧プレート
３２０、３３０    成形装置
３２１、３３１    上型枠
３２２、３３２    下型枠
３２３、３３３    上側加圧プレート
３２４、３３４    下側加圧プレート
３２５、３３５    キャビティ
３２６、３３６    供給装置
３２７、３３７    注入路
３２８、３３８    接合部
３２９、３３９    導入口
【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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