(57)【要約】【課題】本発明は、短絡し難く形状維持性に優れた捲回型全固体電池を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明においては、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、および、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層を積層した電池素子と、上記電池素子の正極層の外側もしくは負極層の外側の少なくとも一方に積層されたセパレータとを有する電池素子積層体が、溝を有する芯材に捲回されてなる捲回型全固体電池であって、上記電池素子積層体の捲回中心側の端部が、上記芯材の溝内に固定されていることを特徴とする捲回型全固体電池を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、および、前記正極層と前記負極層との間に形成された固体電解質層を積層した電池素子と、
前記電池素子の正極層の外側もしくは負極層の外側の少なくとも一方に積層されたセパレータとを有する電池素子積層体が、溝を有する芯材に捲回されてなる捲回型全固体電池であって、
前記電池素子積層体の捲回中心側の端部が、前記芯材の溝内に固定されていることを特徴とする捲回型全固体電池。
【請求項２】
前記芯材の溝の幅が、前記電池素子積層体の膜厚と同一の幅であることを特徴とする請求項１に記載の捲回型全固体電池。
【請求項３】
溝を有する芯材と、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、前記正極層と前記負極層との間に形成された固体電解質層、および、セパレータを有する電池素子積層体とを準備し、
前記電池素子積層体の端部を前記芯材の溝内に固定するために嵌め込む嵌め込み工程と、
前記電池素子積層体を前記芯材に捲回する捲回工程とを有することを特徴とする捲回型全固体電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡し難く形状維持性に優れた捲回型全固体電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな電池の中でも、軽量で高出力・高エネルギー密度という利点を持つリチウム電池は、小型携帯電子機器や携帯情報端末等の電源として多用され、現在の情報化社会を支えている。また、電気自動車やハイブリッド車の電源としても、リチウム電池が注目されており、更なる高エネルギー密度化、安全性の向上および大型化が求められている。
【０００３】
現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶剤を溶媒とする有機電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対し、液体電解質を固体電解質に変えて、電池を全固体化した全固体リチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、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。
【０００４】
このような全固体リチウム電池においては、上述したように、高エネルギー密度化のため、捲回型電池および積層型電池が研究されてきた。しかしながら、全固体リチウム電池の安全対策は未だ十分ではなく、例えば、電極および固体電解質等を積層した電池素子積層体が捲回されてなる捲回型の全固体リチウム電池においては、折り曲げ部分等の応力がかかりやすい領域で短絡が起こる可能性があり、その防止対策が検討されている。例えば、特許文献１においては、電極層等が基板上に特定の順序で積層された電池素子積層体を、基板側が内側になるように平板状に捲回することで、折り曲げ部分における短絡の発生確率の低減を可能にする捲回型全固体電池が開示されている。しかしながら、電池素子積層体の捲き始め部分となる捲回中心側の端部が、どこにも固定されていないため、電池素子積層体の捲回中心側の端部で短絡が生じるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、短絡し難く形状維持性に優れた捲回型全固体電池を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明においては、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、および、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層を積層した電池素子と、上記電池素子の正極層の外側もしくは負極層の外側に積層されたセパレータとを有する電池素子積層体が、溝を有する芯材に捲回されてなる捲回型全固体電池であって、上記電池素子積層体の捲回中心側の端部が、上記芯材の溝内に固定されていることを特徴とする捲回型全固体電池を提供する。
【０００８】
本発明によれば、上記電池素子積層体の捲回中心側の端部が、上記芯材の溝内に固定されていることで、上記電池素子積層体の捲き始め部分を芯材にしっかり固定することができる。これにより、上記電池素子積層体の捲回中心側の端部に対して、電池内部での応力の影響を受け難くし、短絡を発生しにくくすることができる。また、捲回型全固体電池の形状維持および捲回型全固体電池の作製を容易にすることができる。
【０００９】
上記発明においては、上記芯材の溝の幅が、上記電池素子積層体の膜厚と同一の幅であることが好ましい。上記電池素子積層体の捲回中心側の端部が、上記芯材の溝内によりしっかり固定され、より短絡を発生しにくくすることができるからである。
【００１０】
また、本発明においては、溝を有する芯材と、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層、および、セパレータを有する電池素子積層体とを準備し、上記電池素子積層体の端部を上記芯材の溝内に固定するために嵌め込む嵌め込み工程と、上記電池素子積層体を上記芯材に捲回する捲回工程とを有することを特徴とする捲回型全固体電池の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明によれば、上記電池素子積層体の端部を上記芯材の溝内に嵌め込み、さらに上記電池素子積層体を上記芯材に捲回することで、短絡し難く形状維持性に優れた捲回型全固体電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、短絡し難く形状維持性に優れた捲回型全固体電池を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明における捲回型全固体電池の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明における芯材の溝の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明における電池素子積層体の端部の一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明における捲回型全固体電池の製造方法の一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の捲回型全固体電池および捲回型全固体電池の製造方法について、詳細に説明する。
【００１５】
Ａ．捲回型全固体電池
まず、本発明の捲回型全固体電池について説明する。本発明の捲回型全固体電池は、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、および、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層を積層した電池素子と、上記電池素子の正極層の外側もしくは負極層の外側に積層されたセパレータとを有する電池素子積層体が、溝を有する芯材に捲回されてなる捲回型全固体電池であって、上記電池素子積層体の捲回中心側の端部が、上記芯材の溝内に固定されていることを特徴とするものである。
【００１６】
図１は、本発明の捲回型全固体電池の一例を示す概略断面図である。図１（ａ）に示される捲回型全固体電池２０は、芯材１３および捲回体１４が、電池ケース１５に収納されてなるものである。さらに、捲回体１４は、図１（ａ）における部分Ａの拡大図である図１（ｂ）に示すような、正極活物質を含有する正極層１、負極活物質を含有する負極層２、および、正極層１と負極層２との間に形成された固体電解質層３を積層した電池素子１０と、負極層２の外側に積層されたセパレータ１１とを有する電池素子積層体１２が、芯材１３に捲回されてなるものである。本発明においては、図１（ｂ）に示すように、電池素子積層体１２の捲回中心側の端部が、芯材１３の溝１６内に固定されていることを大きな特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、このように、上記電池素子積層体の捲回中心側の端部が、上記芯材の溝内に固定されていることで、上記電池素子積層体の捲き始め部分を芯材にしっかり固定することができる。これにより、上記電池素子積層体の捲回中心側の端部に対して、電池内部での応力の影響を受け難くし、短絡を発生しにくくすることができる。また、捲回型全固体電池の形状維持および捲回型全固体電池の作製を容易にすることができる。
【００１８】
本発明の捲回型全固体電池は、芯材と、電池素子積層体とを少なくとも有するものである。以下、本発明の捲回型全固体電池について、構成ごとに説明する。
【００１９】
１．芯材
まず、本発明における芯材について説明する。本発明における芯材は、溝を有するものである。芯材が溝を有することで、電池素子およびセパレータを有する電池素子積層体を芯材の溝内に嵌め込み、芯材に固定することができる。
【００２０】
本発明における芯材の溝は、芯材の外周の軸方向に形成されるものである。上記芯材の溝は、芯材の全面に形成されていても良く、部分的に形成されていても良い。
また、図２（ａ）に示すように、上記芯材の溝は、溝の中心から芯材の外周の中心を結ぶ線に対して、平行に形成されていても良く、図２（ｂ）に示すように、上記芯材の溝は、溝の中心から芯材の外周の中心を結ぶ線に対して、所定の角度を持たせて形成されていても良い。図２（ｂ）のように、上記芯材の溝が斜めに形成されることで、電池素子積層体の捲回中心側の端部の曲率半径が大きくなり、短絡を防止することができるとともに、電池素子積層体を芯材に捲回しやすくなる。
【００２１】
本発明における芯材の溝の深さは、電池素子積層体を嵌め込むことができるものであれば特に限定されるものではなく、目的とする捲回型全固体電池の種類によって異なるものであるが、通常、０．０５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内、中でも０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明における芯材の溝の幅は、電池素子積層体を嵌め込むことができるものであれば特に限定されるものではないが、用いられる捲回型全固体電池の電池素子積層体の膜厚と同一の幅であることが好ましい。なお、ここで「同一の幅」とは、電池素子積層体の膜厚を１とした場合に、１〜１．３の範囲内、好ましくは１．０５〜１．１５の範囲内であることとする。
このように同一の幅とすることで、電池素子積層体の捲回中心側の端部が、芯材の溝内にしっかり固定され、より短絡を発生しにくくすることができる。
【００２３】
上記溝の幅が、電池素子積層体の膜厚より狭いと、正極層および負極層間での短絡が発生しやすくなり、一方、電池素子積層体の膜厚より広いと、電池素子積層体が上記芯材の溝内でずれてしまい、固定することができない。
【００２４】
本発明における芯材に、上述したような溝を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば芯材を切削する方法、および、芯材に溝を形成できる形状の金型を用いて、射出成形により形成する方法等を挙げることができる。
【００２５】
本発明における芯材の溝内に、電池素子積層体の捲回中心側の端部を固定する方法としては、電池素子積層体の捲回中心側の端部が、芯材の溝から外れることなく芯材の溝内に固定される方法であれば特に限定されるものではない。例えば、電池素子積層体の捲回中心側の端部を、上記電池素子積層体の厚さよりもやや狭い幅を有する芯材の溝に直接挟み込む方法、電池素子およびセパレータの捲回中心側の端部と芯材の溝とを、接着剤を用いて固定する方法等を挙げることができる。
【００２６】
本発明における芯材としては、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の高分子樹脂を挙げることができる。
【００２７】
また、本発明における芯材の形状としては、例えば平板状および円筒状等を挙げることができる。上記芯材の形状および大きさ等については、捲回型全固体電池の用途等に応じて、適宜選択することが好ましい。
【００２８】
２．電池素子積層体
次に、本発明における電池素子積層体について説明する。本発明における電池素子積層体は、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、および、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層を積層した電池素子と、上記電池素子の正極層の外側もしくは負極層の外側の少なくとも一方に積層されたセパレータとを有するものである。
【００２９】
このような電池素子積層体の捲回中心側の端部は、上述した芯材の溝に固定され、そしてその他の部分が上記芯材の周囲に捲回されることにより、本発明の捲回型全固体電池を構成する。
ここで、上記捲回中心側の端部は、上記芯材の溝内に、全幅にわたって嵌め込まれていても良く、また部分的に嵌め込まれていても良い。部分的に嵌め込まれる場合は、上記捲回中心側の端部に、嵌め込むための凸部を形成し、これを嵌め込む方法等であっても良い。
【００３０】
また、上記電池素子積層体の捲回中心側の端部に、上記芯材の溝内に固定するための嵌め込み部材設けても良い。具体的には、図３に示すように、正極活物質を含有する正極層１、負極活物質を含有する負極層２、および、正極層１と負極層２との間に形成された固体電解質層３を積層した電池素子１０と、負極層２の外側に積層されたセパレータ１１とを有する電池素子積層体１２の端部を嵌め込み部材１７で覆い、嵌め込み部材１７を芯材１３の溝１６内に嵌め込むことで、電池素子積層体１２を芯材１３に固定する例を挙げることができる。
【００３１】
以下、このような電池素子積層体の各部材について説明する。
【００３２】
（１）電池素子
本発明における電池素子は、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、および、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層を積層したものである。
【００３３】
（ａ）正極層
本発明における正極層は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。中でも、本発明においては、正極層が、固体電解質材料として硫化物系固体電解質材料を含有することが好ましい。出力特性に優れた捲回型全固体電池とすることができるからである。
【００３４】
ｉ）正極活物質
本発明に用いられる正極活物質としては、捲回型全固体電池の正極活物質として一般的に用いられるものであれば特に限定されるものではないが、例えば酸化物正極活物質を挙げることができる。酸化物正極活物質を用いることにより、エネルギー密度の高い捲回型全固体電池とすることができる。
本発明に用いられる酸化物正極活物質としては、例えば、一般式ＬｉｘＭｙＯｚ（Ｍは遷移金属元素であり、ｘ＝０．０２〜２．２、ｙ＝１〜２、ｚ＝１．４〜４）で表される正極活物質を挙げることができる。上記一般式において、Ｍは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｖ、ＦｅおよびＳｉからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましく、Ｃｏ、ＮｉおよびＭｎからなる群から選択される少なくとも一種であることがより好ましい。
このような酸化物正極活物質としては、具体的には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＶＯ２、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（Ｎｉ０．５Ｍｎ１．５）Ｏ４、Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４およびＬｉ２ＭｎＳｉＯ４等を挙げることができる。
また、上記一般式ＬｉｘＭｙＯｚ以外の酸化物正極活物質としては、ＬｉＦｅＰＯ４およびＬｉＭｎＰＯ４等のオリビン型正極活物質を挙げることができる。
酸化物正極活物質以外の正極活物質としては、例えばＣｕ２Ｍｏ６Ｓ８、ＦｅＳ、ＣｏＳおよびＮｉＳ等のカルコゲン化物を挙げることができる。
中でも、本発明に用いられる正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２が好ましく、特にＬｉＣｏＯ２が好ましい。正極用の活物質として良好な特性を持ち、汎用されているからである。
【００３５】
本発明に用いられる正極活物質の形状としては、例えば粒子状を挙げることができ、中でも真球状または楕円球状であることが好ましい。また、正極活物質が粒子状である場合、その平均粒径は、例えば０．１μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。なお、平均粒径は、レーザー回折式の粒度分布計により算出された値、またはＳＥＭ等の電子顕微鏡を用いた画像解析に基づいて測定された値を用いることができる。
また、正極層における正極活物質の含有量は、例えば１０質量％〜９９質量％の範囲内、中でも質量２０％〜９０質量％の範囲内であることが好ましい。
【００３６】
ii）固体電解質材料
本発明における正極層は、上述した正極活物質に加えて、固体電解質材料を含有することが好ましい。正極層におけるイオン伝導性が向上するからである。本発明に用いられる固体電解質材料としては、イオン伝導性を有し、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではないが、特に、硫化物系固体電解質材料であることが好ましい。出力特性に優れた捲回型全固体電池とすることができるからである。
【００３７】
本発明に用いられる硫化物系固体電解質材料しては、硫黄（Ｓ）を含有し、かつ、イオン伝導性を有し、かつ、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではない。ここで、本発明の捲回型全固体電池が、捲回型全固体リチウム電池である場合、用いられる硫化物系固体電解質材料として、例えばＬｉ２Ｓと、第１３族〜第１５族の元素の硫化物とを含有する原料組成物を用いてなるものを挙げることができる。このような原料組成物を用いて硫化物系固体電解質材料を合成する方法としては、例えば非晶質化法を挙げることができる。非晶質化法としては、例えば、メカニカルミリング法および溶融急冷法を挙げることができ、中でもメカニカルミリング法が好ましい。常温での処理が可能になり、製造工程の簡略化を図ることができるからである。
【００３８】
また、本発明に用いられる硫化物系固体電解質材料の形状としては、例えば粒子形状を挙げることができ、中でも真球状または楕円球状であることが好ましい。
硫化物系固体電解質材料が粒子状である場合、その平均粒径は、例えば１ｎｍ〜１００μｍの範囲内、中でも０．１μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。なお、平均粒径は、レーザー回折式の粒度分布計により算出された値、またはＳＥＭ等の電子顕微鏡を用いた画像解析に基づいて測定された値を用いることができる。
また、正極層における硫化物系固体電解質材料の含有量は、例えば１質量％〜９０質量％の範囲内、中でも１０質量％〜８０質量％の範囲内であることが好ましい。
【００３９】
iii）正極層
本発明における正極層は、さらに導電化材を含有していても良い。導電化材の添加により、正極層の導電性を向上させることができる。本発明に用いられる導電化材としては、所望の導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば炭素材料からなる導電化材を挙げることができる。具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラックおよびカーボンファイバー等を挙げることができる。
また、本発明における正極層は、さらに結着材を含有していても良い。結着材の添加により、正極層に柔軟性および可撓性を付与することができる。本発明に用いられる結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびポリテトラフルオロエチエン（ＰＴＦＥ）等のフッ素含有樹脂等を挙げることができる。
また、本発明における正極層の厚さは、目的とする捲回型全固体電池の種類によって異なるものであり、目的に応じて、適宜決定されるものである。
【００４０】
（ｂ）負極層
本発明における負極層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。中でも、本発明においては、負極層が、固体電解質材料として硫化物系固体電解質材料を含有することが好ましい。出力特性に優れた捲回型全固体電池とすることができるからである。
【００４１】
本発明に用いられる負極活物質としては、例えば金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。上記金属活物質としては、例えばＩｎ、Ａｌ、ＳｉおよびＳｎ等を挙げることができる。一方、上記カーボン活物質としては、例えばメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）、ハードカーボンおよびソフトカーボン等を挙げることができる。また、本発明に用いられる負極活物質の他の例としては、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のリチウム遷移金属酸化物およびＬａ３Ｎｉ２Ｓｎ７等の金属合金を挙げることができる。
【００４２】
本発明に用いられる負極活物質の形状は、箔状であっても良く、粒子状であっても良い。負極活物質の形状が粒子状である場合、その平均粒径は、例えば０．１μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。なお、平均粒径は、レーザー回折式の粒度分布計により算出された値、またはＳＥＭ等の電子顕微鏡を用いた画像解析に基づいて測定された値を用いることができる。
また、負極層における負極活物質の含有量は、例えば１０質量％〜９９質量％の範囲内であることが好ましく、２０質量％〜９０質量％の範囲内であることがより好ましい。
【００４３】
なお、本発明における負極層に用いられる固体電解質材料、導電化材および結着材については、上記「（ａ）正極層」に記載された内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
また、負極層の厚さは、目的とする捲回型全固体電池の種類によって異なるものであり、目的に応じて、適宜決定されるものである。
【００４４】
（ｃ）固体電解質層
本発明における固体電解質層は、上記正極層および上記負極層の間に形成される層である。固体電解質層に用いられる固体電解質材料は、イオン伝導性を有し、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではないが、中でも、硫化物系固体電解質材料であることが好ましい。出力特性に優れた捲回型全固体電池とすることができるからである。さらに、固体電解質層における硫化物系固体電解質材料の含有量は多いことが好ましく、特に固体電解質層が硫化物系固体電解質材料のみから構成されていることが好ましい。より出力特性に優れた捲回型全固体電池とすることができるからである。固体電解質層に用いられる固体電解質材料については、上記「（ａ）正極層」に記載された内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
また、本発明における固体電解質層の厚さは、例えば０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内、中でも０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４５】
（ｄ）その他の構成
本発明における電池素子は、上述した正極層、負極層および固体電解質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極層の集電を行う正極集電体および負極層の集電を行う負極集電体を有する。上記正極集電体の材料としては、例えばＳＵＳ、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができ、中でも、ＳＵＳおよびアルミニウムが好ましい。一方、上記負極集電体の材料としては、例えばＳＵＳ、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができ、中でも、ＳＵＳおよび銅が好ましい。
また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、捲回型全固体電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。
【００４６】
（ｅ）電池素子
本発明における電池素子の形成方法は、所望の電池素子が得られる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な電池素子の形成方法と同様の方法を用いることができる。電池素子の形成方法の一例としては、正極活物質層を構成する材料、固体電解質層を構成する材料、および負極活物質層を構成する材料を順次プレスする方法等を挙げることができる。
【００４７】
（２）セパレータ
次に、本発明におけるセパレータについて説明する。本発明におけるセパレータは、上記電池素子の正極層の外側もしくは負極層の外側の少なくとも一方に積層されるものである。本発明においては、電池素子積層体がセパレータを有することで、上記電池素子の正極層および負極層間の短絡を防止し、安全性の高い捲回型全固体電池とすることができる。
【００４８】
本発明におけるセパレータとしては、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜；および樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を挙げることができる。
上記セパレータの厚さは、例えば材料に応じて、絶縁性の程度が考慮されて決定される。
【００４９】
（３）電池素子積層体
本発明における電池素子積層体を形成する方法は、所望の電池素子積層体が得られる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば上記「（１）電池素子」で記載した方法により電池素子を形成し、この電池素子の正極層の外側にセパレータを積層する方法等を挙げることができる。
【００５０】
３．捲回型全固体電池
本発明の捲回型全固体電池は、上記芯材と、上記電池素子積層体とを少なくとも有するものである。さらに通常は、上記芯材と、上記電池素子積層体とが収納される電池ケースを有する。本発明に用いられる電池ケースとしては、一般的な捲回型全固体電池の電池ケースを用いることができる。具体的には、例えばＳＵＳ製電池ケース等を挙げることができる。
【００５１】
本発明の捲回型全固体電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも、二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、効率的だからである。また、上記捲回型全固体電池の用途としては、例えば車載用電池として用いることができる。
【００５２】
本発明の捲回型全固体電池の製造方法は、上述した捲回型全固体電池を得ることができる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば後述する捲回型全固体電池の製造方法を挙げることができる。
【００５３】
Ｂ．捲回型全固体電池の製造方法
次に、本発明の捲回型全固体電池の製造方法について説明する。本発明の捲回型全固体電池の製造方法は、溝を有する芯材と、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層、および、セパレータを有する電池素子積層体とを準備し、上記電池素子積層体の端部を上記芯材の溝内に固定するために嵌め込む嵌め込み工程と、上記電池素子積層体を上記芯材に捲回する捲回工程とを有することを特徴とするものである。
【００５４】
図４は、本発明の捲回型全固体電池の製造方法の一例を示す概略斜視図である。まず、図４（ａ）に示すように、電池素子積層体１２および芯材１３を準備し、電池素子積層体１２の端部を芯材１３の溝１６に嵌め込む（嵌め込み工程）。次に、図４（ｂ）に示すように、端部が芯材１３の溝１６内に固定された電池素子積層体１２を芯材１３に捲回し（捲回工程）、本発明の捲回型全固体電池を得る。
【００５５】
このように、本発明によれば、上記電池素子積層体の端部を上記芯材の溝内に嵌め込んで固定し、さらに上記電池素子積層体を上記芯材に捲回することで、短絡し難く形状維持性に優れた捲回型全固体電池を得ることができる。
以下、本発明の捲回型全固体電池の製造方法について、工程ごとに説明する。
【００５６】
１．嵌め込み工程
まず、本発明の嵌め込み工程について説明する。本発明における嵌め込み工程は、上記電池素子積層体の端部を上記芯材の溝内に固定するために嵌め込む工程である。
【００５７】
本工程においては、溝を有する芯材と、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層、および、セパレータを有する電池素子積層体とを準備する。
【００５８】
（１）芯材
本発明における芯材は、溝を有するものである。上記芯材の詳細については、上記「Ａ．捲回型全固体電池」に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００５９】
（２）電池素子積層体
本発明における電池素子積層体は、正極活物質を含有する正極層、負極活物質を含有する負極層、上記正極層と上記負極層との間に形成された固体電解質層、および、セパレータを有するものである。上記電池素子積層体の詳細については、上記「Ａ．捲回型全固体電池」に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６０】
（３）固定方法
本発明においては、電池素子積層体の端部を芯材の溝内に嵌め込んで固定する。本発明における、電池素子積層体の端部を芯材の溝内に固定する方法については、上記「Ａ．捲回型全固体電池」に記載された内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６１】
２．捲回工程
次に、本発明の捲回工程について説明する。本発明における捲回工程は、上記電池素子積層体を上記芯材に捲回する工程である。
【００６２】
本工程における電池素子積層体の捲回方法としては、電池素子積層体の端部が芯材の溝内に固定されたまま、所望の捲回体が得られる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば一般的な公知の捲回機を用いて、電池素子積層体を芯材に捲回する方法等を挙げることができる。
【００６３】
本発明においては、上記電池素子積層体の上記芯材への捲回数は、捲回型全固体電池の用途等に応じて、適宜選択することが好ましい。
【００６４】
３．その他の工程
本発明においては、本発明に必須の工程である上記嵌め込み工程および捲回工程の他に、通常、上記電池素子積層体を上記芯材に捲回した捲回体を電池ケース等に挿入して電池とする電池組立工程等を有する。
これらの工程については、一般的な捲回型全固体電池における工程と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６５】
４．捲回型全固体電池
本発明により得られる捲回型全固体電池の用途については、上記「Ａ．捲回型全固体電池」に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００６７】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【００６８】
［実施例１］
まず、Ｌｉ２ＳおよびＰ２Ｓ５を、Ｌｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝７０：３０（モル比）となるように混合して硫化物系固体電解質材料（Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５材料）を作製し、この硫化物系固体電解質材料を用いて１．０ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレスを行うことで、固体電解質層を形成した。
次に、ＬｉＣｏＯ２およびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５材料を、ＬｉＣｏＯ２：Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５材料＝７：３（質量比）となるように混合して正極合材を作製し、この正極合材を用いて１．０ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレスを行うことで、正極層を形成した。
また、カーボングラファイトおよびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５材料を、カーボングラファイト：Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５材料＝１：１（質量比）となるように混合して負極合材を作製し、この負極合材を用いて４．０ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレスを行うことで、負極層を形成した。
さらに、ポリエチレン製セパレータ、負極層、固体電解質層および正極層を、この順で積層し、得られた電池素子積層体の端部を芯材の溝内に固定した。
この電池素子積層体および芯材を用いて、捲回機により捲回することで、捲回体を形成した。最後に、この捲回体をプレス機で圧縮し、ＳＵＳ製電池ケースに収納することで、捲回型全固体電池を得た。
【００６９】
［比較例１］
電池素子積層体の端部を芯材の溝内に固定しなかったこと以外は、実施例１と同様にして電極積層体を得た。
【００７０】
［評価］
実施例１および比較例１で得られた捲回型全固体電池を用いて、短絡発生試験を行ったところ、実施例１で得られた捲回型全固体電池の方が短絡を生じにくいことが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
１  …  正極層
２  …  負極層
３  …  固体電解質層
１０  …  電池素子
１１  …  セパレータ
１２  …  電池素子積層体
１３  …  芯材
１４  …  捲回体
１５  …  電池ケース
１６  …  溝
１７  …  嵌め込み部材
２０  …  捲回型全固体電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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