(57)【要約】【課題】全固体電池積層体が均一に拘束された、密閉型の全固体電池を提供すること。【解決手段】外装缶２０に全固体電池積層体１５が密閉収納された全固体電池１００であって、全固体電池積層体１５は、負極集電体層１、負極活物質層２、固体電解質層３、正極活物質層４、及び正極集電体層５がこの順に積層された電池素子１０の１つ以上を含み、外装缶２０は、底面部２０ａ、側面部２０ｂ、底面部２０ａと側面部２０ｂとを繋ぐ曲面部２０ｃ、及び底面部２０ａと対向する上面部（図示せず）を有し、全固体電池積層体１５は、その積層方向が外装缶２０の底面部２０ａと垂直となるように外装缶２０に収納されており、且つ外装缶２０の曲面部２０ｃが、全固体電池１００を全固体電池積層体１５の積層方向から観察したときの負極活物質層２と正極活物質層４との重複領域Ａよりも側面部２０ｂ側に位置する、全固体電池１００。【選択図】図１
2018107003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装缶に全固体電池積層体が密閉収納された全固体電池であって、
前記全固体電池積層体は、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層がこの順に積層された電池素子の１つ以上を含み、
前記外装缶は、底面部、側面部、前記底面部と前記側面部とを繋ぐ曲面部、及び前記底面部と対向する上面部を有し、
前記全固体電池積層体は、その積層方向が前記外装缶の底面部と垂直となるように前記外装缶に収納されており、且つ
前記外装缶の前記曲面部が、前記全固体電池を前記全固体電池積層体の積層方向から観察したときの負極活物質層と正極活物質層との重複領域よりも前記側面部側に位置する、前記全固体電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装缶に全固体電池積層体が密閉収納された全固体電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体状の全固体電池積層体を外装缶に密閉収納した全固体電池が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、外装部材に正極、負極、セパレータ、及び非水電解液を有する発電要素を収納した電池が開示されており、更に、外装部材が金属製の外装缶であること、及び、電解液の代わりに全固体型高分子固体電解質でもよいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３９９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
全固体電池積層体を用いる全固体電池において電池反応を進行させるためには、積層体を拘束する必要がある。全固体電池積層体が外装缶に密閉収納された密閉型の全固体電池においても同様である。
【０００６】
しかしながら、密閉型の全固体電池では、使用する外装缶の構造、形状等によっては、積層体の拘束が均一に行われずに、所期する充放電特性が発現されない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題を改善しようとしてなされた。従って本発明の目的は、全固体電池積層体が均一に拘束された、密閉型の全固体電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、
外装缶に全固体電池積層体が密閉収納された全固体電池であって、
前記全固体電池積層体は、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層がこの順に積層された電池素子の１つ以上を含み、
前記外装缶は、底面部、側面部、前記底面部と前記側面部とを繋ぐ曲面部、及び前記底面部と対向する上面部を有し、
前記全固体電池積層体は、その積層方向が前記外装缶の底面部と垂直となるように前記外装缶に収納されており、且つ
前記外装缶の前記曲面部が、前記全固体電池を前記全固体電池積層体の積層方向から観察したときの負極活物質層と正極活物質層との重複領域よりも前記側面部側に位置する、前記全固体電池
によって達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の全固体電池は、外装缶に密閉収納された全固体電池積層体のうち、充放電に寄与する負極活物質層と正極活物質層との重複領域が均一に拘束されている。そのため、本発明の全固体電池は所期する充放電特性を不足なく発現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の全固体電池の構造を説明するための概略断面図である。
【図２】図２は、図１の全固体電池における、外装缶曲面部近傍の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜全固体電池＞
以下、本発明の好ましい実施形態について、図を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１に、本発明の全固体電池の構造を説明するための概略断面図を示した。
【００１３】
図１の全固体電池１００は、全固体電池積層体１５を有する。全固体電池積層体１５は、負極集電体層１、負極活物質層２、固体電解質層３、正極活物質層４、及び正極集電体層５がこの順に積層された全固体電池素子１０が、負極集電体層１及び正極集電体層５を共有し、積層順を逆方向として３個が積層されている。
【００１４】
全固体電池積層体１５は、積層方向から観察したときに、負極活物質層２及び正極活物質層４が重複している重複領域Ａと、負極活物質層２及び正極活物質層４とが重複していない非重複領域Ｂと、を有する。
【００１５】
全固体電池積層体１５は、外装缶２０に密閉収納されている。外装缶２０は、底面部２０ａ、側面部２０ｂ、底面部２０ａと側面部２０ｂとを繋ぐ曲面部２０ｃ、及び底面部２０ａと対向する上面部（図示せず）を有する。
【００１６】
外装缶２０において、底面部２０ａ、側面部２０ｂ、及び上面部は、それぞれ平面状であってよい。底面部２０aと側面部２０ｂとがなす角は、典型的には９０度である。底面部２０ａと上面部（図示せず）とは、典型的には平行である。
【００１７】
全固体電池積層体１５は、その積層方向が外装缶２０の底面部２０ａと垂直となるように外装缶２０に収納されている。そして、外装缶２０の曲面部２０ｃは、全固体電池１００を全固体電池積層体１５の積層方向から観察したときの、全固体電池積層体１５における負極活物質層２と正極活物質層４との重複領域Ａよりも側面部２０ｂ側に位置する。
【００１８】
本実施形態の全固体電池１００は、外装缶２０の曲面部２０ｃを、全固体電池積層体１５のうちの重複領域Ａよりも側面部２０ｂ側に配置することにより、重複領域Ａの全部にわたって均一に拘束することができる。そのため、全固体電池積層体１５における各層間の電池反応が適切に進行するから、所期する充放電特性を発現することができる。
【００１９】
一方で、本実施形態の全固体電池１００における全固体電池積層体１５のうちの非重複領域Ｂにおいては、層間の電池反応が行われず、従って全固体電池１００の充放電に寄与しないから、拘束の均一性を要求すべき前提を欠く。従って、外装缶２０の曲面部２０ｃは、全固体電池積層体１５の非重複領域Ｂよりも側面部２０ｂ側に位置していてもよいし、該領域Ｂと一部が重複していてもよい。
【００２０】
外装缶２０の曲面部２０ｃが重複領域Ａよりも側面部２０ｂ側に位置するとは、外装缶２０を全固体電池積層体１５の積層方向に垂直な方向から観察したとき、曲面部２０ｃの開始点が重複領域Ａよりも側面部２０ｂ側に位置することをいう。上記「曲面部２０ｃの開始点」とは、外装缶２０を全固体電池積層体１５の積層方向に垂直な方向から観察したときに、外装缶２０の形状が、底面部２０ａによって規定される直線から立ち上がる点をいう。
【００２１】
図２に、本実施形態の全固体電池における、外装缶の曲面部近傍の拡大図を示した。
【００２２】
図２の全固体電池１００中、外装缶２０の曲面部２０ｃの開始点としては、外装缶２０の曲面部２０ｃの外側における開始点２０ｃ１と、曲面部２０ｃの内側における開始点２０ｃ２とが考えられる。
【００２３】
本実施形態において、外装缶２０の曲面部２０ｃが重複領域Ａよりも側面部側に位置するとは、曲面部２０ｃの外側開始点２０ｃ１及び内側開始点２０ｃ２の双方が、重複領域Ａよりも側面部２０ｂ側に位置することをいう。
【００２４】
図２の全固体電池１００では、外装缶２０の曲面部２０ｃの開始点のうちの外側開始点２０ｃ１は、重複領域Ａよりも側面部２０ｂ側に位置している。このような配置とすることにより、全固体電池積層体１５を外装缶２０に密閉収納した後に、該積層体１５を拘束する際に、負極活物質層２と正極活物質層４との重複領域Ａの全体に拘束圧を均一に印加することができ、好ましい。
【００２５】
図２の全固体電池１００において、内側開始点２０ｃ２は、外側開始点２０ｃ１よりも側面部２０ｂ側に位置している。このような配置とすることにより、重複領域Ａの側端部と、側面部２０ｂとの間の距離を大きく設定することができる。従って、拘束時、充放電時等に、重複領域Ａが膨張及び伸縮のうちの少なくとも一方の体積変化を生じた際でも、該体積変化を吸収し得る空隙が確保されることとなり、好ましい。
【００２６】
特に、外装缶２０における側面部２０ｂと上面部との接合、及び全固体電池積層体１５と外部端子との接合は、それぞれ例えば溶接によることが多く、強度に劣る。そのため、体積変化を生じ得る重複領域Ａの側面部２０ｂ側端部の位置は、これらの溶接部からできるだけ離すことが好ましい。外装缶２０の内側開始点２０ｃ２が外側開始点２０ｃ１よりも側面部２０ｂ側に位置する図２の実施形態は、このような観点からも、好ましい。
【００２７】
図２の全固体電池１００において、内側開始点２０ｃ２は、重複領域Ａよりも側面部２０ｂ側に位置している。このような配置とすることにより、非重複領域Ｂを変形させなくても、外装缶２０内に全固体電池積層体１５を容易に収納することができ、好ましい。このような位置関係は、更に、外装缶２０内に収納後の全固体電池積層体１５に拘束圧を印加する際に、非重複領域Ｂの潰れを防止することができる観点からも好ましい。
【００２８】
＜全固体電池の構成＞
本実施形態の全固体電池は、上記の態様を具備する他は、公知の材料によって構成された公知の構造を有するものであってよい。
【００２９】
［外装缶］
本実施形態の全固体電池における外装缶は、この外装缶は、底面部、側面部、及び底面部と側面部とを繋ぐ曲面部を有する外装缶本体と、上面部となる外装缶蓋部と、の２つの部品から構成されてよい。
【００３０】
外装缶は、金属製の缶であってよく、例えばアルミニウム製であってよい。
【００３１】
［全固体電池積層体］
全固体電池積層体は、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層がこの順に積層された電池素子の１つ以上を含む積層体である。
【００３２】
全固体電池積層体が２個以上の全固体電池素子を含む場合、隣接する全固体電池素子における各層の積層順は、積層方向に向かって同じ順番であってもよいし、逆の順番であってもよい。また、全固体電池積層体が２個以上の全固体電池素子を含む場合、隣接する全固体電池素子は、正極電極体層又は負極電極体層を共有する構成であってよい。
【００３３】
全固体電池積層体は、
例えば、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体層、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層の積層順で、積層順を同じくする２個以上の全固体電池素子を有していてもよく、
例えば、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層の積層順で、正極集電体層を共有し、積層順が逆方向である２個以上の全固体電池素子を有していてもよい。
【００３４】
全固体電池積層体における全固体電池素子の数は、１個以上であれば足り、必ずしも整数である必要はない。例えば、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層の積層順で、１個の全固体電池素子と、該電池素子以外の４層とが、正極集電体層を共有して積層されたものであってよい。
【００３５】
（負極集電体層）
負極集電体層を構成する材料としては、例えば、ＳＵＳ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ等から成る箔を使用することができる。
【００３６】
（負極活物質層）
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、例えば、グラファイト等の公知の負極活物質を適宜用いることができる。
【００３７】
負極活物質層における固体電解質としては、硫化物系固体電解質を好適に使用することができ、具体的には例えば、Ｌｉ２ＳとＰ２Ｓ５との混合物（混合質量比Ｌｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝５０：５０〜１００：０、特に好ましくはＬｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝７０：３０）を挙げることができる。
【００３８】
負極活物質層におけるバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に代表されるフッ素原子含有樹脂等を使用することができる。
【００３９】
負極活物質層における導電材としては、カーボンナノファイバー（例えば昭和電工（株）製のＶＧＣＦ等）、アセチレンブラック等の公知の導電材を挙げることができる。
【００４０】
（固体電解質層）
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含み、好ましくは更にバインダーを含有する。
【００４１】
固体電解質層における固体電解質としては、負極活物質層に使用できるものとして上述した材料を用いることができる。
【００４２】
固体電解質層におけるバインダーとしてはブタジエンゴム（ＢＲ）が好適である。
【００４３】
（正極活物質層）
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、好ましくは更に、固体電解質、バインダー、及び導電材を含有する。
【００４４】
上記正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウムなど公知の正極活物質を適宜用いることができる。
【００４５】
正極活物質層における固体電解質、バインダー及び導電材としては、それぞれ、負極活物質層に使用できるものとして上述した材料を適宜用いることができる。
【００４６】
（正極集電体層）
正極集電体層を構成する材料としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ等から成る箔を使用することができる。
【００４７】
＜全固体電池の製造方法＞
本実施形態の全固体電池は、任意の方法によって製造されてよい。例えば、
負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層がこの順に積層された電池素子の１つ以上を含む全固体電池積層体を製造すること、
上記の全固体電池積層体を、底面部、側面部、及び底面部と側面部とを繋ぐ曲面部を有する外装缶本体内に、その積層方向が前記外装缶の底面部と垂直となるように収納すること、
上記の全固体電池積層体と、外部端子とを溶接すること、並びに
上記外装缶本体に外装缶蓋部を溶接すること
を含む方法によって製造されてよい。
【００４８】
本実施形態の全固体電池の製造方法における各工程は、公知の方法に準じて、或いはこれに当業者による適宜の変更を加えたうえで、実施されてよい。
【符号の説明】
【００４９】
１    負極集電体層
２    負極活物質層
３    固体電解質層
４    正極活物質層
５    正極集電体層
１０    全固体電池素子
１５    全固体電池積層体
２０    外装缶
２０ａ    底面部
２０ｂ    側面部
２０ｃ    曲面部
２０ｃ１    曲面部の外側開始点
２０ｃ２    曲面部の内側開始点
１００    全固体電池
Ａ    重複領域
Ｂ    非重複領域
【図１】
2018107003.tif 000003
【図２】
2018107003.tif 000004