(57)【要約】本発明は、劣化を抑制することが可能な固体電池を提供することを主目的とする。本発明は、一対の電極層と、該一対の電極層の間に配置された固体電解質層とを有する電極体と、該電極体を収容する外装体とを有し、外装体内に吸水剤が備えられ、該吸水剤と電極体との間に、断熱材が配置されている固体電池とする。
2013021431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極層と、該一対の電極層の間に配置された固体電解質層とを有する電極体と、該電極体を収容する外装体と、を有し、
前記外装体内に、吸水剤が備えられ、
前記吸水剤と前記電極体との間に、断熱材が配置されていることを特徴とする、固体電池。
【請求項２】
前記吸水剤及び前記電極体が、前記電極体を構成する各層の積層方向に対して並列するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の固体電池。
【請求項３】
前記外装体に、流体流通路が接続され、
前記外装体及び前記流体流通路の内部を流体が流通し、
前記流体流通路内に、吸水剤が配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体電池。
【請求項４】
一対の電極層と、該一対の電極層の間に配置された固体電解質層とを有する電極体と、該電極体を収容する外装体と、を有し、
前記外装体に、流体流通路が接続され、
前記外装体及び前記流体流通路の内部を流体が流通し、
前記流体流通路内に、吸水剤が配置されていることを特徴とする、固体電池。
【請求項５】
前記固体電解質層に、硫化物系固体電解質が含有されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体状の電解質を用いた固体電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池（以下において、「リチウム二次電池」ということがある。）は、他の二次電池よりもエネルギー密度が高く、高電圧での動作が可能という特徴を有している。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として携帯電話等の情報機器に使用されており、近年、電気自動車用やハイブリッド自動車用等、大型の動力用としての需要も高まっている。【０００３】
リチウムイオン二次電池には、正極層及び負極層と、これらの間に配置される電解質層とが備えられ、電解質層に備えられる電解質としては、例えば非水系の液体状や固体状の物質が用いられる。液体状の電解質（以下において、「電解液」という。）が用いられる場合には、電解液が正極層や負極層の内部へと浸透しやすい。そのため、正極層や負極層に含有されている活物質と電解液との界面が形成されやすく、性能を向上させやすい。ところが、広く用いられている電解液は可燃性であるため、安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。一方、不燃性である固体状の電解質（以下において、「固体電解質」という。）を用いると、上記システムを簡素化できる。それゆえ、固体電解質を含有する層（以下において、「固体電解質層」という。）が備えられる形態のリチウムイオン二次電池（以下において、「固体電池」又は「全固体リチウム二次電池」という。）が提案されている。【０００４】
このような固体電池に関する技術として、例えば特許文献１には、外装体内に、少なくとも正極層と固体電解質層と負極層とをこの順番で積層した積層体を有する電極体が密封されたリチウム二次電池であって、外装体内に、冷却素子と、該冷却素子がトラップした水分を吸着する水分除去剤とを有する全固体リチウム二次電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８７９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている技術では、外装体内に冷却素子及び水分除去剤を有しているので、水分除去剤の水分除去性能が十分に発揮される状況下においては、電極体内への水分の浸入を防止することが可能になると考えられる。しかしながら、冷却素子を用いて冷却されている電極体の温度が高くなると、水分除去剤の水分除去性能が低下する。水分除去剤の水分除去性能が低下すると、電極体内へ水分が浸入し、浸入した水と固体電解質とが反応して電池が劣化する虞がある。それゆえ、特許文献１に開示されている技術には、電池の劣化を防止する効果が不十分になる虞があった。【０００７】
そこで本発明は、劣化を抑制することが可能な固体電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明の第１の態様は、一対の電極層と、該一対の電極層の間に配置された固体電解質層とを有する電極体と、該電極体を収容する外装体とを有し、外装体内に、吸水剤が備えられ、吸水剤と電極体との間に、断熱材が配置されていることを特徴とする、固体電池である。【０００９】
ここに、本発明の第１の態様及び以下に示す本発明の他の態様（以下において、これらをまとめて「本発明」という。）において、「一対の電極層」とは、正極活物質を含有する正極層、及び、負極活物質を含有する負極層をいう。また、本発明の第１の態様において、「断熱材」とは、通気性を有する断熱材をいう。【００１０】
本発明の第１の態様では、吸水剤と電極体との間に断熱材が配置されている。そのため、電極体の温度が上昇しても、吸水剤の温度上昇を抑制することが可能になる。吸水剤の温度上昇を抑制することにより、吸水剤の吸水性能の低下を抑制することが可能になるので、電極体に含まれている固体電解質と水とが反応する事態を抑制することができる。固体電解質と水とが反応する事態を抑制することにより、電池の劣化を抑制することが可能になるので、本発明の第１の態様によれば、劣化を抑制することが可能な固体電池を提供することができる。【００１１】
また、上記本発明の第１の態様において、吸水剤及び電極体が、電極体を構成する各層の積層方向に対して並列するように配置されていることが好ましい。【００１２】
電極体は、電極体を構成する各層の積層方向に発熱しやすい。そのため、吸水剤及び電極体を、電極体を構成する各層の積層方向に対して並列するように配置することにより、吸水剤の温度上昇を抑制しやすくなる。その結果、固体電池の劣化を抑制しやすくなる。【００１３】
また、上記本発明の第１の態様において、外装体に流体流通路が接続され、外装体及び流体流通路の内部を流体が流通し、流体流通路内に吸水剤が配置されていても良い。【００１４】
電極体の温度が上昇しても、電極体を収容している外装体に接続された流体流通路内は、外装体内よりも温度が上昇し難い。そのため、流体流通路内に配置された吸水剤は、吸水性能が低下し難い。吸水剤の吸水性能を維持することにより、電池の劣化を抑制しやすくなるので、流体流通炉内に吸水剤を配置することにより、固体電池の劣化を抑制しやすくなる。また、吸水剤を流体流通路内にも配置することにより、抵抗を低下させるために固体電池を温めて使用する場合であっても、流体流通路内に配置された吸水剤の温度上昇を抑制して当該吸水剤の吸水性能を維持することが可能になる。したがって、吸水剤を流体流通路内にも配置することにより、固体電池を温めて使用する場合であっても、劣化を抑制することが可能になる。【００１５】
本発明の第２の態様は、一対の電極層と、該一対の電極層の間に配置された固体電解質層とを有する電極体と、該電極体を収容する外装体とを有し、外装体に、流体流通路が接続され、外装体及び流体流通路の内部を流体が流通し、流体流通路内に、吸水剤が配置されていることを特徴とする、固体電池である。【００１６】
本発明の第２の態様では、電極体を収容している外装体に接続された流体流通路内に、吸水剤が配置されている。流体が流通する流体流通路内に吸水剤を配置することにより、効率的に吸水することが可能になる。ここで、流体流通路内は、電極材を収容している外装材内よりも温度が上昇し難いので、流体流通路内に配置された吸水剤は、吸水性能が低下し難い。吸水剤の吸水性能を維持することにより、電池の劣化を抑制しやすくなるので、本発明の第２の態様によれば、劣化を抑制することが可能な固体電池を提供することができる。また、本発明の第２の態様によれば、抵抗を低下させるために固体電池を温めて使用する場合であっても、吸水剤を流体流通路内に配置することにより、吸水剤の温度上昇を抑制して吸水剤の吸水性能を維持することが可能になる。したがって、本発明の第２の態様によれば、温めて使用する場合であっても、劣化を抑制することが可能な固体電池を提供することができる。【００１７】
また、上記本発明の第１の態様又は上記本発明の第２の態様において、固体電解質層に硫化物系固体電解質が含有されていることが好ましい。かかる形態であっても、劣化を抑制することが可能な固体電池を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、劣化を抑制することが可能な固体電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】露点と温度との関係を示す図である。
【図２】固体電池１０を説明する図である。
【図３】固体電池２０を説明する図である。
【図４】固体電池３０を説明する図である。
【図５】吸水剤による露点の違いを説明する図である。
【図６】露点による電池性能の違いを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明者らは、吸水剤（以下において、「吸湿剤」ともいう。）の温度と露点との関係について調査した。具体的には、吸湿剤として、２８０℃で８時間に亘って真空乾燥した２５ｇのゼオライト（モレキュラーシーブ３Ａ、ナカライテスク株式会社製）を、露点計が予め取り付けられている２００ｍｌのガラス容器内へ投入し、密封した。次いで、ガラス容器内の露点を測定しながら、温度環境を２５℃から６０℃まで上昇させた。さらに、ガラス容器内の露点測定を開始してから３時間が経過した後に、温度環境を６０℃から２５℃まで低下させた。露点と温度との関係を、図１に示す。図１の左側の縦軸は露点［℃］、同右側の縦軸は温度［℃］、横軸は測定時間［ｍｉｎ］である。図１の「●」は露点の測定結果を示しており、「○」は温度の測定結果を示している。
【００２１】
図１に示したように、温度を２５℃から６０℃へと上昇させると露点が上昇し、温度を６０℃から２５℃へと低下させると露点が低下した。すなわち、吸湿剤の温度と吸水能力との間には相関があり、環境温度が高いほど吸湿剤の吸水能力が低下した。この結果から、本発明者らは、吸湿剤の温度上昇を抑制することにより、吸湿剤の吸水能力低下を抑制することが可能になり、その結果、固体電池の劣化を抑制することが可能になることを知見して、本発明を完成させた。
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
【００２３】
図２は、第１実施形態にかかる本発明の固体電池１０を説明する断面図である。図２の紙面上下方向が、電極体４を構成する各層の積層方向である。図２では、吸水剤７及び断熱材８を簡略化して示している。図２に示したように、固体電池１０は、正極層１及び負極層３と、これらの間に配置された固体電解質層２とを有する電極体４と、電極体４を密封する封止材５と、封止材５によって密封された電極体４を収容する外装体６と、を有している。正極層１は不図示の正極集電体に接続されており、負極層３は不図示の負極集電体に接続されている。封止材５の周囲且つ外装体６の内部には、電極体４を構成する各層の積層方向に電極体４と吸水剤７とが並列するように吸水剤７が配置されており、吸水剤７と電極体４との間に断熱材８が配置されている。
【００２４】
固体電池１０では、電極体４と吸水剤７との間に断熱材８が配置されているので、電極体４の温度が上昇しても、吸水剤７の温度上昇を抑制することが可能になる。また、電極体４は、電極体４を構成する各層の積層方向に発熱しやすい。そのため、電極体を構成する各層の積層方向に電極体４と吸水剤７とが並列するように吸水剤７を配置することにより、吸水剤７の温度上昇を抑制することが容易になる。
【００２５】
上述のように、温度が低下すると吸水剤の吸水能力が向上する。そのため、温度上昇を抑制することにより、吸水剤の吸水能力低下を抑制することが可能になる。固体電池１０によれば、吸水剤７の温度上昇を抑制することが可能なので、吸水剤７の吸水能力低下を抑制することが可能である。吸水剤７の吸水能力低下が抑制されることにより、外装体６の内側に存在する水を吸水剤７に吸着させやすくなる。吸水剤７に水を吸着させることにより、電極体４を構成する固体電解質と水とが反応し難くなるので、固体電池１０の劣化を抑制することが可能になる。したがって、本発明によれば、劣化を抑制することが可能な固体電池１０を提供することができる。
【００２６】
本発明において、正極層１に含有させる正極活物質としては、リチウムイオン二次電池の正極層に含有させることが可能な公知の活物質を適宜用いることができる。そのような正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）等の層状活物質のほか、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等のオリビン型活物質や、スピネル型マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）等のスピネル型活物質等を例示することができる。また、正極層１に含有させる固体電解質としては、リチウムイオン二次電池の正極層に含有させることが可能な公知の固体電解質を適宜用いることができる。そのような固体電解質としては、Ｌｉ３ＰＳ４や、Ｌｉ２Ｓ及びＰ２Ｓ５を混合して作製したＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５等の硫化物系固体電解質のほか、Ｌｉ３ＰＯ４等の酸化物固体電解質や、窒化物固体電解質、及び、ハロゲン化物固体電解質等を例示することができる。また、正極層１に含有させる固体電解質の形態は特に限定されず、結晶質の固体電解質のほか、非晶質の固体電解質やガラスセラミックスであっても良い。このほか、正極層１には、正極活物質や固体電解質を結着させるバインダーや導電性を向上させる導電材が含有されていてもよい。正極層１に含有させることが可能なバインダーとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を例示することができ、正極層１に含有させることが可能な導電材としては、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ。「ＶＧＣＦ」は昭和電工株式会社の登録商標。以下において同じ。）やカーボンブラック等の炭素材料のほか、固体電池の使用時の環境に耐えることが可能な金属材料を例示することができる。また、正極層１の厚さは特に限定されず、公知の固体電池における正極層と同様の厚さとすることができる。
【００２７】
また、本発明において、固体電解質層２に含有させる固体電解質としては、固体電池に使用可能な公知の固体電解質を適宜用いることができる。そのような固体電解質としては、正極層１に含有させることが可能な上記固体電解質等を例示することができる。また、固体電解質層２の厚さは特に限定されず、公知の固体電池における固体電解質層と同様の厚さとすることができる。
【００２８】
また、本発明において、負極層３に含有させる負極活物質としては、リチウムイオン二次電池の負極層に含有させることが可能な公知の活物質を適宜用いることができる。そのような活物質としては、グラファイト等を例示することができる。また、負極層３に含有させる固体電解質としては、リチウムイオン二次電池の負極層に含有させることが可能な公知の固体電解質を適宜用いることができる。そのような固体電解質としては、正極層１に含有させることが可能な上記固体電解質等を例示することができる。このほか、負極層３には、負極活物質や固体電解質を結着させるバインダーや導電性を向上させる導電材が含有されていてもよい。負極層３に含有させることが可能なバインダーや導電材としては、正極層１に含有させることが可能な上記バインダーや導電材等を例示することができる。また、負極層３の厚さは特に限定されず、公知の固体電池における負極層と同様の厚さとすることができる。
【００２９】
また、本発明において、封止材５としては、リチウムイオン二次電池の電極体を減圧密封する際に用いられるラミネートフィルム等を適宜用いることができる。そのようなラミネートフィルムの構成材料としては、ポリエチレン、ポリフッ化ビニルやポリ塩化ビニリデン等の樹脂フィルムのほか、これらの表面にアルミニウム等の金属を蒸着させた金属蒸着フィルム等を例示することができる。
【００３０】
また、本発明において、外装体６は、固体電池１０の作動時の環境に耐え得る材料によって構成されていれば、その構成材料は特に限定されない。外装体６は、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等の金属製とすることができる。
【００３１】
また、本発明において、吸水剤７は、固体電池１０の使用時や固体電池１０の保管時に、外装体６内に存在する水分を吸着可能であり、且つ、温度上昇を抑制することによって吸水能力の低下を抑制し得る公知の吸水剤を適宜用いることができる。そのような吸水剤としては、モレキュラーシーブ（ゼオライト）、シリカゲル、五酸化リン、酸化バリウム、酸化カルシウム、活性炭等を例示することができる。これらの中でも、固体電池１０では、硫化水素も吸着可能なゼオライトを用いることが好ましい。
【００３２】
また、本発明において、断熱材８は、固体電池１０の使用時に電極材４から吸水剤７へと伝わる熱を低減し得る公知の断熱材を適宜用いることができる。そのような断熱材としては、公知のグラスウールやロックウール、ウレタンフォーム等を例示することができる。本発明では、耐熱性等の観点から、無機系のグラスウールやロックウールを用いることが好ましい。
【００３３】
また、本発明において、正極層１に接続されている正極集電体、及び、負極層３に接続されている負極集電体は、リチウムイオン二次電池の負極集電体や正極集電体として使用可能な公知の導電性材料によって構成することができる。そのような導電性材料としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。また、正極集電体及び負極集電体は、例えば、金属箔や金属メッシュ等の形状にすることができる。
【００３４】
図３は、第２実施形態にかかる本発明の固体電池２０（以下において、「組電池２０」ということがある。）を説明する図である。図３の紙面上下方向が、電極体を構成する各層の積層方向である。図３では、吸水剤７及び固体電池１０を簡略化して示しており、繰り返される一部符号の記載を省略している。
【００３５】
図３に示したように、組電池２０は、複数の固体電池１０、１０、…と、該固体電池１０、１０、…を収容する外装体２１と、外装体２１に接続された流体流通路２２と、を有している。固体電池１０、１０、…は、その端面から集電体２３、２３、…がそれぞれ伸びており、複数の集電体２３、２３、…が、外装体２１の外側にその一端が配された端子２４に接続されている。端子２４は、集電体２３、２３、…を介して、正極層１、１、…又は負極層３、３、…に接続されている。組電池２０は、端子２４の他に、不図示の集電体を介して負極層３、３、…又は正極層１、１、…に接続された不図示の端子を有している。
【００３６】
図３に示したように、外装体２１には流体流通路２２が接続されており、この流体流通路２２内に吸水剤７が配置されている。流体流通路２２は、外装体２１内の流体（例えば電池性能を劣化させない不活性ガス（例えば、ＡｒガスやＮ２ガス、又はこれらの混合ガス等。）が好ましい。以下において同じ。）が流体流通路２２へと流入し、且つ、流体流通路２２内を流通した流体が外装体２１内へと流入可能な形態で、外装体２１に接続されている。外装体２１に接続されている流体流通路２２は、固体電池１０、１０、…を収容している外装体２１の外側に位置している。そのため、電極体４、４、…の温度が上昇しても、流体流通路２２内は、相対的に温度が上昇し難い。それゆえ、組電池２０によれば、流体流通路２２内に配置されている吸水剤７の温度上昇を抑制することができる。組電池２０には、温度上昇が抑制されて吸水能力の低下が抑制された吸水剤７が備えられているので、水と固体電解質との反応を抑制することが可能になる。したがって、本発明の第２実施形態によれば、劣化を抑制することが可能な組電池２０を提供することができる。
【００３７】
また、組電池２０では、外装体２１の外側（流体流通路２２内）にも、吸水剤７が配されている。そのため、抵抗を低減して出力を向上させるために外装体２１内の温度を故意に上昇させても、相対的に、流体流通路２２内に配された吸水剤７は温度が上昇し難い。それゆえ、本発明の第２実施形態によれば、故意に温めて使用する場合であっても、劣化を抑制することが可能な、組電池２０を提供することができる。
【００３８】
組電池２０において、外装体２１及び流体流通路２２には、外装体６と同様の材料を用いることができる。
【００３９】
また、集電体２３は、リチウムイオン二次電池の集電体として使用可能な公知の導電性材料によって構成することができる。そのような導電性材料としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。集電体２３は、例えば、金属箔や金属メッシュ等の形状にすることができる。
【００４０】
また、端子２４は、集電体２３と同様の材料によって構成することができる。
【００４１】
上述のように、組電池２０は、外装体２１内よりも流体流通路２２内の方が、温度が上昇し難い。それゆえ、流体を循環させる機器を用いなくても、外装体２１内及び流体流通路２２内で流体を流通させることは可能と考えられる。図３では流体を循環させる機器を図示していないが、本発明の第２実施形態は流体を循環させる機器を用いない形態に限定されない。流体を循環させやすい形態にして流体流通路２２内に配置された吸水剤７による吸水効率を高めることによって、固体電解質と水とが反応し難い形態にする等の観点からは、外装体２１や流体流通路２２に、流体を循環させる機器（例えば、公知のポンプ等）を配置することも可能である。
【００４２】
組電池２０に関する上記説明では、外装体６の内部に断熱材８を配置した形態を例示したが、流体流通路２２内に吸水剤７を配置する本発明の第２実施形態は、当該形態に限定されない。断熱材８は、外装体６の外側（例えば、流体流通路２２）にのみ配置しても良く、外装体６の内側及び外側に配置しても良い。
【００４３】
また、組電池２０に関する上記説明では、外装体６の内部及び流体流通路２２に吸水剤７を配置する形態を例示したが、吸水剤７は、外装体６の外側且つ外装体２１の内側や、流体流通路２２にのみ配置することも可能である。
【００４４】
図４は、第３実施形態にかかる本発明の固体電池３０（以下において、「組電池３０」ということがある。）を説明する図である。図４の紙面上下方向が、電極体を構成する各層の積層方向である。図４では、吸水剤７及び固体電池３１を簡略化して示しており、繰り返される一部符号の記載を省略している。図４において、固体電池１０や組電池２０と同様の構成には図２や図３で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４５】
図４に示したように、組電池３０は、複数の固体電池３１、３１、…と、該固体電池３１、３１、…を収容する外装体２１と、外装体２１に接続された流体流通路２２と、を有している。固体電池３１は、外装体６内に断熱材及び吸水剤が配されていないほかは、固体電池１０と同様に構成されている。固体電池３１、３１、…は、その端面から集電体２３、２３、…がそれぞれ伸びており、複数の集電体２３、２３、…が、外装体２１の外側にその一端が配された端子２４に接続されている。端子２４は、集電体２３、２３、…を介して、正極層１、１、…又は負極層３、３、…に接続されている。組電池３０は、端子２４の他に、不図示の集電体を介して負極層３、３、…又は正極層１、１、…に接続された不図示の端子を有している。
【００４６】
図４に示したように、外装体２１には流体流通路２２が接続されており、この流体流通路２２内に吸水剤７が配置されている。流体流通路２２は、外装体２１内の流体が流体流通路２２へと流入し、且つ、流体流通路２２内を流通した流体が外装体２１内へと流入可能な形態で、外装体２１に接続されている。外装体２１に接続されている流体流通路２２は、固体電池３１、３１、…を収容している外装体２１の外側に位置している。そのため、電極体４、４、…の温度が上昇しても、流体流通路２２内は、相対的に温度が上昇し難い。それゆえ、組電池３０によれば、流体流通路２２内に配置されている吸水剤７の温度上昇を抑制することができる。組電池３０には、温度上昇が抑制されて吸水能力の低下が抑制された吸水剤７が備えられているので、水と固体電解質との反応を抑制することが可能になる。したがって、本発明の第３実施形態によれば、劣化を抑制することが可能な組電池３０を提供することができる。
【００４７】
また、組電池２０と同様に、組電池３０では、外装体２１の外側（流体流通路２２内）に、吸水剤７が配されている。そのため、抵抗を低減して出力を向上させるために外装体２１内の温度を故意に上昇させても、相対的に、流体流通路２２内に配された吸水剤７は温度が上昇し難い。それゆえ、本発明の第３実施形態によれば、故意に温めて使用する場合であっても、劣化を抑制することが可能な、組電池３０を提供することができる。
【００４８】
本発明に関する上記説明では、吸水剤７及び電極体４が、電極体４を構成する各層の積層方向に対して並列するように配置されている形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。ただし、吸水剤７の温度上昇を抑制しやすくすることによって、電池の劣化を抑制しやすい形態にする等の観点からは、吸水剤７及び電極体４が、電極体４を構成する各層の積層方向に対して並列するように配置されている形態とすることが好ましい。
【００４９】
また、本発明に関する上記説明では、外装体６に１つの電極体４が収容される形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。ラミネートフィルム等によって構成される外装体には、電気的に直列や並列に接続された複数の電極体が収容されていても良い。
【００５０】
また、本発明に関する上記説明では、固体電池がリチウムイオン二次電池である形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の固体電池は、正極層と負極層との間を、リチウムイオン以外のイオンが移動する形態とすることも可能である。そのようなイオンとしては、ナトリウムイオンやカリウムイオン等を例示することができる。リチウムイオン以外のイオンが移動する形態とする場合、正極活物質、固体電解質、及び、負極活物質は、移動するイオンに応じて適宜選択すればよい。
【００５１】
本発明の固体電池を作製し、その性能を評価した。固体電池の作製方法及び性能評価結果を以下に示す。
【００５２】
＜固体電解質の合成＞
Ｌｉ２Ｓ（日本化学工業株式会社製）及びＰ２Ｓ５（アルドリッチ社製）を出発原料として、０．７６５６ｇのＬｉ２Ｓ、及び、１．２３４４ｇのＰ２Ｓ５を秤量した。次に、これらをメノウ乳鉢に入れて５分間に亘って混合した後、４ｇのヘプタンを入れ、遊星型ボールミルを用いて４０時間に亘ってメカニカルミリングすることにより、硫化物系固体電解質としてのＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を作製した。
【００５３】
＜電極材の作製＞
・正極合剤（電極材）
１２．０３ｍｇの正極活物質（ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、日亜化学工業株式会社製）、０．５１ｍｇのＶＧＣＦ（昭和電工株式会社製）、及び、上記工程で作製した固体電解質（Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５）を５．０３ｍｇ秤量し、これらを混合することによって、正極合剤を得た。
【００５４】
・負極合剤（電極材）
９．０６ｍｇの負極活物質（グラファイト、三菱化学株式会社製）、及び、上記工程で作製した固体電解質（Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５）を８．２４ｍｇ秤量し、これらを混合することによって、負極合剤を得た。
【００５５】
＜電極体の作製＞
材料を充填可能な開口部の面積が１ｃｍ２である金型に、上記工程で作製した固体電解質（Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５）を１８ｍｇ秤量して充填し、１００ＭＰａでプレスすることにより固体電解質層を作製した。その後、固体電解質層の一方の側に上記正極合剤１７．５７ｍｇを入れ、１００ＭＰａでプレスすることにより正極層を作製した。その後、固体電解質層の他方の側（正極合剤を入れない側）に上記負極合剤１７．３ｍｇを入れ、４００ＭＰａでプレスすることにより負極層を作製し、一対の正極層及び負極層と該一対の正極層及び負極層の間に配置された固体電解質層を有する積層体を作製した。その後、積層体を一対の集電体（ＳＵＳ３０４）で挟持することにより、電極体を作製した。
【００５６】
＜固体電池の作製＞
・参考例１
２８０℃で８時間に亘って真空乾燥した２５ｇの吸水剤（モレキュラーシーブ３Ａ、ナカライテスク株式会社製）、及び、上記のようにして作製した電極体が、電極体を構成する各層の積層方向に対して並列して配置されるように、予め露点計が取り付けられているガラス製の２００ｍｌ容器に入れ、当該容器を密封することにより、参考例１にかかる固体電池を作製した。
【００５７】
・参考例２
６０℃で８時間に亘って大気乾燥した２５ｇの吸水剤（モレキュラーシーブ３Ａ、ナカライテスク株式会社製）を用いたほかは参考例１にかかる固体電池と同様の方法により、参考例２にかかる固体電池を作製した。
【００５８】
＜露点の測定＞
参考例１にかかる固体電池、及び、参考例２にかかる固体電池について、６０℃環境下で２４時間後の、容器内の露点を測定した。結果を図５に示す。図５の縦軸は露点［℃］である。
【００５９】
図５に示したように、参考例１にかかる固体電池の容器内の露点は−５５℃であり、参考例２にかかる固体電池の容器内の露点は−２８℃であった。
【００６０】
＜サイクル特性の評価＞
参考例１にかかる固体電池、及び、参考例２にかかる固体電池を、６０℃環境下において、それぞれ３．４４ｍＡで４．２Ｖまで定電流充電した後、２．５Ｖまで放電する充放電を１サイクルとし、これを１００サイクル繰り返すことにより、サイクル特性を評価した。結果を図６に示す。図６の縦軸は放電容量維持率［％］であり、横軸はサイクル数である。
【００６１】
図６に示したように、容器内の露点が低い参考例１にかかる固体電池の方が、容器内の露点が高い参考例２にかかる固体電池よりも放電容量維持率が高く、良好なサイクル特性を示した。この結果から、吸水剤の吸水能力低下を抑制することにより、固体電池の劣化を抑制可能であることが確認された。
【００６２】
以上、現時点において実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う固体電池も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００６３】
１…正極層
２…固体電解質層
３…負極層
４…電極体
５…封止材
６、２１…外装体
７…吸水剤
８…断熱材
１０、３１…固体電池
２０、３０…組電池（固体電池）
２２…流体流通路
２３…集電体
２４…端子
【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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【国際調査報告】
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