(57)【要約】【課題】短絡電流分散体を備える全固体電池において、釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗を安定化させる。【解決手段】少なくとも一つの短絡電流分散体と複数の発電要素とが積層された全固体電池であって、前記短絡電流分散体において、第１の集電体層と第２の集電体層と前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層の間に設けられた絶縁層とが積層されており、前記発電要素において、正極集電体層と正極材層と固体電解質層と負極材層と負極集電体層とが積層されており、前記第１の集電体層が前記正極集電体層と電気的に接続されており、前記第２の集電体層が前記負極集電体層と電気的に接続されており、複数の前記発電要素同士が電気的に並列に接続されており、前記短絡電流分散体の前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層のうち、少なくとも、釘刺し試験において釘刺し方向の刺し入れ側に配置される集電体層が、複数の金属箔によって構成されている、全固体電池とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの短絡電流分散体と複数の発電要素とが積層された全固体電池であって、
前記短絡電流分散体において、第１の集電体層と第２の集電体層と前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層の間に設けられた絶縁層とが積層されており、
前記発電要素において、正極集電体層と正極材層と固体電解質層と負極材層と負極集電体層とが積層されており、
前記第１の集電体層が前記正極集電体層と電気的に接続されており、
前記第２の集電体層が前記負極集電体層と電気的に接続されており、
複数の前記発電要素同士が電気的に並列に接続されており、
前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層のうち、少なくとも、釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層において、複数の金属箔が前記第１の集電体層と前記絶縁層と前記第２の集電体層との積層方向に沿って積層されている、
全固体電池。
【請求項２】
前記短絡電流分散体が前記複数の発電要素よりも外側に積層されており、
前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層のうち、少なくとも、外側に配置される集電体層において、複数の金属箔が前記第１の集電体層と前記絶縁層と前記第２の集電体層との積層方向に沿って積層されている、
請求項１に記載の全固体電池。
【請求項３】
前記発電要素における前記正極集電体層と前記正極材層と前記固体電解質層と前記負極材層と前記負極集電体層との積層方向、
複数の前記発電要素の積層方向、
前記短絡電流分散体における前記第１の集電体層と前記絶縁層と前記第２の集電体層との積層方向、及び、
前記短絡電流分散体と複数の前記発電要素との積層方向、
が同じ方向である、
請求項１又は２に記載の全固体電池。
【請求項４】
前記複数の金属箔の１枚当たりの厚さが、９μｍ以上１５μｍ以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の全固体電池。
【請求項５】
前記複数の金属箔の１枚当たりの厚さが９μｍ以上１５μｍ以下であり、
前記複数の金属箔の枚数が４枚以上７枚以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の全固体電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は全固体電池を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、積層電極群の外側に、絶縁体を介して２枚の金属板を配置してなる短絡形成兼放熱促進ユニットを備えた、積層型ポリマー電解質電池が開示されている。特許文献１に開示された電池によれば、電池の釘刺し試験時等において電極同士が短絡した場合に、短絡形成兼放熱促進ユニットに短絡電流を流すことで発電要素の電圧を低減することができ、且つ、当該ユニット等にて発生した熱を外部へとスムーズに放熱することができるものと考えられる。特許文献２〜４にも、釘刺し等の電池の内部短絡による熱の発生を抑制するための種々の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０６８１５６号公報
【特許文献２】特許第６０２７２６２号公報
【特許文献３】特開２０１５−０７２８３５号公報
【特許文献４】特開２０１５−０１８７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発電要素を複数積層しつつ電気的に並列に接続した全固体電池においては、釘刺し試験によって発電要素を短絡させると、一部の発電要素から他の発電要素へと電子が流れ込み（以下、これを「回り込み電流」という場合がある。）、一部の発電要素の温度が局所的に上昇してしまうという課題が生じる。このような課題に対し、発電要素とは別に短絡電流分散体を設け、釘刺し試験において一部の発電要素とともに短絡電流分散体も短絡させ、短絡抵抗が大きい発電要素からの回り込み電流を、短絡抵抗が小さい発電要素だけでなく、短絡抵抗が小さい短絡電流分散体へと分散させることで、一部の発電要素の温度のみが局所的に上昇することを防止できるものと考えられる（図９）。
【０００５】
短絡電流分散体は、第１の集電体層と第２の集電体層とこれらの間に設けられた絶縁層とによって構成することができる。例えば、特許文献１、２に開示されているように、各種樹脂を用いて絶縁層を構成することが有り得る。或いは、特許文献２に開示されているように、セラミック材料や電池用セパレータを用いて絶縁層を構成することも有り得る。或いは、特許文献３に開示されているように、集電体層の表面を薄い絶縁被膜で覆うことも有り得る。一方、第１の集電体層と第２の集電体層としては、特許文献１〜４に開示されているような金属箔によって構成することが有り得る。これにより、通常使用時は絶縁層によって第１の集電体層と第２の集電体層とを絶縁でき、釘刺し時は、第１の集電体層と第２の集電体層とを接触させて短絡電流分散体を短絡させることができるようにも思われる。
【０００６】
しかしながら、本発明者らは、特許文献１〜４に開示された技術を転用して短絡電流分散体を構成した場合、釘刺し時、短絡電流分散体の短絡抵抗が安定しない場合があるという新たな課題に突き当たった。短絡電流分散体の短絡抵抗が不安定であると、上記の回り込み電流を短絡電流分散体へと効率的に分散させることができず、発電要素のジュール発熱を抑制することができない虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願は、上記課題を解決するための手段の一つとして、少なくとも一つの短絡電流分散体と複数の発電要素とが積層された全固体電池であって、前記短絡電流分散体において、第１の集電体層と第２の集電体層と前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層の間に設けられた絶縁層とが積層されており、前記発電要素において、正極集電体層と正極材層と固体電解質層と負極材層と負極集電体層とが積層されており、前記第１の集電体層が前記正極集電体層と電気的に接続されており、前記第２の集電体層が前記負極集電体層と電気的に接続されており、複数の前記発電要素同士が電気的に並列に接続されており、前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層のうち、少なくとも、釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層において、複数の金属箔が前記第１の集電体層と前記絶縁層と前記第２の集電体層との積層方向に沿って積層されている、全固体電池を開示する。
【０００８】
「釘が刺し込まれる側」とは、釘刺し試験の釘刺し完了後における釘頭側（釘刺し方向上流側）をいう。これに対し「釘が刺し出される側」とは、釘刺し試験の釘刺し完了後における釘先端側（釘刺し方向下流側）をいう。
「…集電体層において、…複数の金属箔が積層されている」とは、例えば、複数枚の金属箔が重ね合わされた形態のほか、一枚の金属箔が折り畳まれることで断面形状において複数の金属箔が積層されたような形態であってもよい。
【０００９】
本開示の全固体電池において、前記短絡電流分散体が前記複数の発電要素よりも外側に積層されており、前記第１の集電体層及び前記第２の集電体層のうち、少なくとも、外側に配置される集電体層において、複数の金属箔が前記第１の集電体層と前記絶縁層と前記第２の集電体層との積層方向に沿って積層されていることが好ましい。
【００１０】
本開示の全固体電池において、前記発電要素における前記正極集電体層と前記正極材層と前記固体電解質層と前記負極材層と前記負極集電体層との積層方向、複数の前記発電要素の積層方向、前記短絡電流分散体における前記第１の集電体層と前記絶縁層と前記第２の集電体層との積層方向、及び、前記短絡電流分散体と複数の前記発電要素との積層方向、が同じ方向であることが好ましい。
【００１１】
本開示の全固体電池において、前記複数の金属箔の１枚当たりの厚さが、９μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
本開示の全固体電池において、前記複数の金属箔の１枚当たりの厚さが９μｍ以上１５μｍ以下であり、前記複数の金属箔の枚数が４枚以上７枚以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明者らの知見では、特許文献１〜４に開示された技術を転用して短絡電流分散体を構成した場合、当該短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触が安定的に保持されず、これにより短絡抵抗が不安定となる。短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触が安定的に保持されないのは、ジュール発熱によって集電体層が溶断したり、釘の進行に伴う集電体層の経時的な変形によって集電体層間の接続が解除されたりすること等に起因するものと考えられる。短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触を安定的に保持するためには、釘刺し時に第１の集電体層と第２の集電体層とが接触する確率を上げることや、第１の集電体層と第２の集電体層との接触面積を増大させることが有効といえる。
【００１４】
本開示の全固体電池においては、短絡電流分散体を構成する第１の集電体層及び第２の集電体層のうち、釘刺し試験において釘が刺し込まれる側の集電体層において複数の金属箔が積層されている。この場合、短絡電流分散体への釘刺し時、一方の集電体層の複数の金属箔が、他方の集電体層に向かって各々突出し、一方の集電体層と他方の集電体層とで接触点及び接触面が複数形成され易い。すなわち、本開示の全固体電池によれば、短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触性が向上し、短絡電流分散体の短絡抵抗を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】全固体電池１００の層構成を説明するための概略図である。
【図２】短絡電流分散体１０の層構成を説明するための概略図である。（Ａ）が外観斜視図であり、（Ｂ）がＩＩＢ−ＩＩＢ断面図である。
【図３】発電要素２０の層構成を説明するための概略図である。（Ａ）が外観斜視図であり、（Ｂ）がＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。
【図４】短絡電流分散体に対する釘刺し試験方法を説明するための概略図である。
【図５】比較例１に関して、釘刺し試験における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を確認した結果である。
【図６】実施例１に係る短絡電流分散体の構成を説明するための概略図である。
【図７】比較例２に係る短絡電流分散体の構成を説明するための概略図である。
【図８】実施例１及び比較例２に関して、釘刺し試験における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を確認した結果である。
【図９】発電要素が並列に接続された全固体電池において、釘刺し時に生じる回り込み電流等について説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．全固体電池１００
図１に、全固体電池１００の層構成を概略的に示す。図１においては、説明の便宜上、集電体層同士（集電タブ同士）の接続部分や、電池ケース等を省略して示している。図２に、全固体電池１００を構成する短絡電流分散体１０の層構成を概略的に示す。図２（Ａ）が外観斜視図、図２（Ｂ）がＩＩＢ−ＩＩＢ断面図である。図３に、全固体電池１００を構成する発電要素２０の層構成を概略的に示す。図３（Ａ）が外観斜視図、図３（Ｂ）がＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。
【００１７】
図１〜３に示すように、全固体電池１００は、少なくとも１つの短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０（発電要素２０ａ及び２０ｂ）とが積層されてなる。短絡電流分散体１０において、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２と第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２の間に設けられた絶縁層１３とが積層されている。発電要素２０ａ及び２０ｂにおいて、正極集電体層２１と正極材層２２と固体電解質層２３と負極材層２４と負極集電体層２５とが積層されている。全固体電池１００においては、第１の集電体層１１が正極集電体層２１と電気的に接続されており、第２の集電体層１２が負極集電体層２５と電気的に接続されており、複数の発電要素同士が電気的に並列に接続されている。ここで、全固体電池１００においては、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２のうち、少なくとも、釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層（図１においては第１の集電体層１１がこれに該当する）において、複数の金属箔が第１の集電体層１１と絶縁層１３と第２の集電体層１２との積層方向に沿って積層されている点に特徴を有する。
【００１８】
１．１．短絡電流分散体１０
短絡電流分散体１０は、第１の集電体層１１と、第２の集電体層１２と、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２の間に設けられる絶縁層１３と、を備える。このような構成を備えた短絡電流分散体１０は、電池の通常使用時において第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とが絶縁層１３によって適切に絶縁される一方で、釘刺し時には第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とが接触して電気抵抗が小さくなる。
【００１９】
１．１．１．釘刺し試験において釘の刺し込み側に配置される集電体層
まず、本願にいう「釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層」について説明する。全固体電池において、短絡電流分散体が複数の発電要素の間に介在して積層されている場合（すなわち、発電要素と発電要素とで短絡電流分散体が挟み込まれている場合）、短絡電流分散体の第１の集電体層及び第２の集電体層のいずれについても「釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層」となり得る。そのため、この場合は、第１の集電体層及び第２の集電体層の双方とも複数の金属箔によって構成することが好ましい。
一方、図１に示すように、短絡電流分散体１０が複数の発電要素２０よりも外側に積層されている場合、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２のうち外側に配置される集電体層が「釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層」となる。よって、この場合は、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２のうち、少なくとも、外側に配置される集電体層（図１においては第１の集電体層１１がこれに該当する）において、複数の金属箔が第１の集電体層１１と絶縁層１３と第２の集電体層１２との積層方向に沿って積層されていることが好ましい。
【００２０】
全固体電池１００においては、釘刺し試験時に釘が刺し込まれる側に配置される第１の集電体層１１が複数の金属箔によって構成される。当該金属箔を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、ステンレス鋼等が挙げられる。金属箔は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかの層を有していてもよい。
【００２１】
第１の集電体層１１において、金属箔１枚あたりの厚みは特に限定されるものではなく、金属箔として一般的な厚みであればよいが、より顕著な効果を発揮させる観点からは、金属箔１枚あたりの厚みを１μｍ以上９０μｍ以下とすることが好ましい。下限がより好ましくは７μｍ以上、さらに好ましくは９μｍ以上であり、上限がより好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以下である。
【００２２】
第１の集電体層１１において、層全体としての厚みは特に限定されるものではない。電池の体積エネルギー密度等を考慮した場合、第１の集電体層１１の厚みをできるだけ薄くすることが好ましい一方、釘刺し時における短絡電流分散体１０の短絡抵抗を一層安定化させる観点からは、第１の集電体層１１の厚みをできるだけ厚くすることが好ましいと考えられる。例えば、第１の集電体層１１の層全体としての厚みを２０μｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましい。下限がより好ましくは３０μｍ以上、さらに好ましくは３６μｍ以上、上限がより好ましくは０．２ｍｍ以下、さらに好ましくは１０５μｍ以下である。
【００２３】
第１の集電体層１１において、金属箔の枚数は特に限定されるものではない。より顕著な効果を発揮させる観点からは、例えば、金属箔の枚数を２枚以上２００枚以下とすることが好ましい。下限がより好ましくは４枚以上、上限がより好ましくは２０枚以下、さらに好ましくは７枚以下である。
【００２４】
図２に示すように、第１の集電体層１１は集電タブ１１ａを備えており、当該集電タブ１１ａを介して発電要素２０の正極集電体層２１に電気的に接続されていることが好ましい。集電タブ１１ａは第１の集電体層１１と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。
【００２５】
１．１．２．釘刺し試験において釘が刺し出される側に配置される集電体層
全固体電池１００において、釘刺し試験において釘が刺し出される側に配置される第２の集電体層１２は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。第２の集電体層１２を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、ステンレス鋼等が挙げられる。第２の集電体層１２は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかの層を有していてもよい。
【００２６】
第２の集電体層１２の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。第２の集電体層１２の厚みをこのような範囲とした場合、釘刺し時、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とを互いにより適切に接触させることができ、短絡電流分散体１０をより適切に短絡させることができる。
【００２７】
図２に示すように、第２の集電体層１２は集電タブ１２ａを備えており、当該集電タブ１２ａを介して発電要素２０の負極集電体層２５に電気的に接続されていることが好ましい。集電タブ１２ａは第２の集電体層１２と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。
【００２８】
尚、本開示の全固体電池においては、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２のうち、少なくとも、釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層が、複数の金属箔によって構成されていればよい。よって、上述したような、第１の集電体層１１のみが複数の金属箔によって構成される形態のほか、第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２の双方が複数の金属箔によって構成される形態とすることも可能である。
【００２９】
１．１．３．絶縁層１３
全固体電池１００において、絶縁層１３は、電池の通常使用時において、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とを絶縁するものであればよい。絶縁層１３は、有機材料からなる絶縁層であっても、無機材料からなる絶縁層であっても、有機材料と無機材料とが混在する絶縁層であってもよい。特に、有機材料からなる絶縁層が好ましい。無機材料からなる絶縁層と比較して、有機材料からなる絶縁層は、通常使用時に割れによる短絡発生確率が低いという観点から有利だからである。
【００３０】
絶縁層１３を構成し得る有機材料としては各種樹脂が挙げられる。例えば、各種熱可塑性樹脂や各種熱硬化性樹脂である。特にポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド等のスーパーエンジニアリングプラスチックが好ましい。通常、熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂よりも熱安定性が高く、且つ、硬質で脆い。すなわち、熱硬化性樹脂により絶縁層１３を構成した場合において、短絡電流分散体１０の釘刺しを行った場合、絶縁層１３が容易に破断し、第１の集電体層１１や第２の集電体層１２の変形に対して絶縁層１３が追従することを抑制でき、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とをより容易に接触させることができる。また、絶縁層１３の温度が上昇したとしても熱分解を抑制できる。この観点からは、絶縁層１３は熱硬化性樹脂シートによって構成されることが好ましく、熱硬化性ポリイミド樹脂シートによって構成されることがより好ましい。
【００３１】
絶縁層１３を構成し得る無機材料としては各種セラミックが挙げられる。例えば、無機酸化物である。尚、表面に酸化物被膜を有する金属箔によって絶縁層１３を構成してもよい。例えば、アルマイト処理によって、アルミニウム箔の表面に陽極酸化被膜を形成することで、表面に絶縁層として酸化アルミニウム被膜を有するアルミニウム箔が得られる。この場合、酸化アルミニウム被膜の厚みは０．０１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。下限がより好ましくは０．１μｍ以上であり、上限がより好ましくは１μｍ以下である。
【００３２】
絶縁層１３の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。絶縁層１３の厚みをこのような範囲とした場合、電池の通常使用時、第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とをより適切に絶縁することができるとともに、釘刺し等の外部応力による変形によって第１の集電体層１１と第２の集電体層１２とをより適切に導通させて、短絡電流分散体１０を短絡させることができる。
【００３３】
１．２．発電要素２０（２０ａ、２０ｂ）
全固体電池１００において、発電要素２０ａ及び２０ｂは、それぞれ、正極集電体層２１と正極材層２２と固体電解質層２３と負極材層２４と負極集電体層２５とが積層されてなる。すなわち、発電要素２０ａ及び２０ｂはそれぞれ単電池として機能し得る。
【００３４】
１．２．１．正極集電体層２１
正極集電体層２１は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。正極集電体層２１を構成する金属としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、ステンレス鋼等が挙げられる。正極集電体層２１は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかのコート層を有していてもよい。例えば、導電材と樹脂とを含むコート層等である。正極集電体層２１の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００３５】
図３に示すように、正極集電体層２１は外縁の一部に正極集電タブ２１ａを備えることが好ましい。タブ２１ａにより、第１の集電体層１１と正極集電体層２１とを容易に電気的に接続することができるとともに、正極集電体層２１同士を容易に電気的に並列に接続することができる。
【００３６】
１．２．２．正極材層２２
正極材層２２は、少なくとも活物質を含む層であり、活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含ませることができる。活物質は公知の活物質を用いればよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位（充放電電位）の異なる２つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を正極活物質とし、卑な電位を示す物質を後述の負極活物質として、それぞれ用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。正極活物質は表面がニオブ酸リチウム層やチタン酸リチウム層やリン酸リチウム層等の酸化物層で被覆されていてもよい。正極材層２２に含まれ得る固体電解質は無機固体電解質であることが好ましい。有機ポリマー電解質と比較してイオン伝導度が高いためである。また、有機ポリマー電解質と比較して、耐熱性に優れるためである。さらに、有機ポリマー電解質と比較して、釘刺し時に発電要素２０に加わる圧力が高圧となり、本開示の全固体電池１００による効果が顕著となるものと考えられるためである。好ましい無機固体電解質としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ１＋ＸＡｌＸＧｅ２−Ｘ（ＰＯ４）３、Ｌｉ−ＳｉＯ系ガラス、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓ−Ｏ系ガラス等の酸化物固体電解質；Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｓｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−ＬｉＢｒ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＧｅＳ２等の硫化物固体電解質を例示することができる。特に、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む硫化物固体電解質がより好ましく、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を５０モル％以上含む硫化物固体電解質がさらに好ましい。正極材層２２に含まれ得るバインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリレートブタジエンゴム（ＡＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等が挙げられる。正極材層２２に含まれ得る導電助剤としてはアセチレンブラックやケッチェンブラック等の炭素材料やニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。正極材層２２における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。正極材層２２の形状も従来と同様とすればよい。特に、全固体電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の正極材層２２が好ましい。この場合、正極材層２２の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１５０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３７】
１．２．３．固体電解質層２３
固体電解質層２３は、少なくとも固体電解質を含む層であり、固体電解質に加えて、さらに任意にバインダーを含ませることができる。固体電解質は上述した無機固体電解質が好ましい。バインダーは正極材層２２に用いられるものとして例示した種々のバインダーの中から適宜選択して用いることができる。固体電解質層２３における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。固体電解質層２３の形状も従来と同様とすればよい。特に、全固体電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の固体電解質層２３が好ましい。この場合、固体電解質層２３の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００３８】
１．２．４．負極材層２４
負極材層２４は、少なくとも活物質を含む層であり、活物質に加えて、さらに任意に固体電解質、バインダー及び導電助剤等を含ませることができる。活物質は公知の活物質を用いればよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位（充放電電位）の異なる２つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を上述の正極活物質とし、卑な電位を示す物質を負極活物質として、それぞれ用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、負極活物質としてＳｉやＳｉ合金；グラファイトやハードカーボン等の炭素材料；チタン酸リチウム等の各種酸化物；金属リチウムやリチウム合金等を用いることができる。固体電解質、バインダー及び導電助剤は正極材層２２に用いられるものとして例示したものの中から適宜選択して用いることができる。負極材層２４における各成分の含有量は従来と同様とすればよい。負極材層２４の形状も従来と同様とすればよい。特に、全固体電池１００を容易に構成できる観点から、シート状の負極材層２４が好ましい。この場合、負極材層２４の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。ただし、負極の容量が正極の容量よりも大きくなるように、負極材層２４の厚みを決定することが好ましい。
【００３９】
１．２．５．負極集電体層２５
負極集電体層２５は、金属箔や金属メッシュ等により構成すればよい。特に金属箔が好ましい。負極集電体層２５を構成する金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、ステンレス鋼等が挙げられる。負極集電体層２５は、その表面に、接触抵抗を調整するための何らかのコート層を有していてもよい。例えば、導電材と樹脂とを含むコート層等である。負極集電体層２５の厚みは特に限定されるものではない。負極集電体２５の厚みは特に限定されるものではない。例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００４０】
図３に示すように、負極集電体層２５は外縁の一部に負極集電タブ２５ａを備えることが好ましい。タブ２５ａにより、第２の集電体層１２と負極集電体層２５とを容易に電気的に接続することができるとともに、負極集電体層２５同士を容易に電気的に並列に接続することができる。
【００４１】
１．３．短絡電流分散体及び発電要素の配置や接続形態
１．３．１．発電要素の配置
全固体電池１００において、発電要素２０ａ及び２０ｂの積層数は特に限定されるものではなく、目的とする電池の出力に応じて、適宜決定すればよい。この場合、複数の発電要素２０が互いに直接接触するように積層されていてもよいし、複数の発電要素２０が何らかの層（例えば絶縁層）や間隔（空気層）を介して積層されていてもよい。電池の出力密度を向上させる観点からは、図１に示すように、複数の発電要素２０が互いに直接接触するように積層されていることが好ましい。また、図１、３に示すように、２つの発電要素２０ａ、２０ｂが、負極集電体２５を共用していることが好ましい。このようにすることで、電池の出力密度が一層向上する。さらに、図１に示すように、全固体電池１００においては、複数の発電要素２０の積層方向と、発電要素２０における各層２１〜２５の積層方向とを一致させることが好ましい。このようにすることで、積層電池１００の拘束が容易となり、電池の出力密度が一層向上する。
【００４２】
１．３．２．発電要素同士の電気的接続
全固体電池１００においては、複数の発電要素同士が電気的に並列に接続される。このように並列に接続された発電要素においては、一の発電要素が短絡した場合に、他の発電要素から当該一の発電要素へと集中して電子が流れ込む。すなわち、電池短絡時にジュール発熱が大きくなり易い。言い換えれば、このように並列接続された複数の発電要素２０を備える全固体電池１００において、短絡電流分散体１０を設けることによる効果がより顕著となる。発電要素同士を電気的に接続するための部材としては、従来公知の部材を用いればよい。例えば、上述したように、正極集電体層２１に正極集電タブ２１ａを設け、負極集電体層２５に負極集電タブ２５ａを設け、当該タブ２１ａ、２５ａを介して発電要素２０同士を電気的に並列に接続することができる。
【００４３】
１．３．３．短絡電流分散体と発電要素との電気的接続
全固体電池１００において、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１が発電要素２０の正極集電体層２１と電気的に接続されており、短絡電流分散体１０の第２の集電体層１２が発電要素２０の負極集電体層２５と電気的に接続されている。このように、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とを電気的に接続することで、例えば、短絡電流分散体１０及び一部の発電要素（例えば、発電要素２０ａ）の短絡時に、他の発電要素（例えば発電要素２０ｂ）からの回り込み電流を短絡電流分散体１０へと分散させることができる。短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続するための部材としては、従来公知の部材を用いればよい。例えば、上述したように、第１の集電体層１１に第１の集電タブ１１ａを設け、第２の集電体層１２に第２の集電タブ１２ａを設け、当該タブ１１ａ、１２ａを介して短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続することができる。
【００４４】
１．３．４．短絡電流分散体と発電要素との位置関係
短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とは互いに積層されていればよい。この場合、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とを直接積層してもよいし、上記の課題を解決できる範囲において他の層（絶縁層や断熱層等）を介して間接的に積層してもよい。また、短絡電流分散体１０は、上述したように、複数の発電要素２０よりも外側に積層されていてもよいし、複数の発電要素２０の間に積層されていてもよいし、複数の発電要素２０の外側と複数の発電要素２０の間との双方に積層されていてもよい。特に、図１に示すように、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０とを積層した場合において、短絡電流分散体１０が複数の発電要素２０よりも外側に設けられていることが好ましく、短絡電流分散体１０が複数の発電要素２０よりも積層方向（複数の発電要素２０における各層の積層方向）外側に少なくとも設けられていることがより好ましい。これにより、釘刺し時、短絡電流分散体１０が発電要素２０ａ等よりも先に短絡し、発電要素２０ａ等から短絡電流分散体１０へと回り込み電流を発生させることができ、さらには、発電要素２０ａ等の内部における発熱を抑制できる。
【００４５】
釘刺しによる電池の短絡が発生し易いのは、釘が発電要素２０ａの正極集電体層２１から負極集電体層２５に向かって（或いは、負極集電体層２５から正極集電体層２１に向かって）刺された場合である。この点、全固体電池１００においては、釘刺し方向と、各層の積層方向とが一致することが好ましい。より具体的には、図１に示すように、発電要素２０ａ、２０ｂにおける正極集電体層２１と正極材層２２と固体電解質層２３と負極材層２４と負極集電体層２５との積層方向、複数の発電要素２０の積層方向、短絡電流分散体１０における第１の集電体層１１と絶縁層１３と第２の集電体層１２との積層方向、及び、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０との積層方向、が同じ方向であることが好ましい。
【００４６】
１．３．５．短絡電流分散体と発電要素との大きさの関係
全固体電池１００においては、短絡電流分散体１０が、発電要素２０のできるだけ多くの部分を覆っていることで、釘刺し時に、複数の発電要素２０よりも先に短絡電流分散体１０を短絡させ易くなる。この観点からは、例えば、全固体電池１００においては、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が複数の発電要素２０の外縁よりも外側に存在していることが好ましい。或いは、複数の発電要素２０の積層方向と各層２１〜２５の積層方向とが同じである場合において、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が正極材層２２、電解質層２３及び負極材層２４の外縁よりも外側に存在することが好ましい。ただし、この場合、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１と発電要素２０の負極集電体層２５とが短絡しないようにする。すなわち、短絡電流分散体１０と発電要素２０との間に絶縁体等を設け、短絡電流分散体１０を大きくしても、短絡電流分散体１０と発電要素２０との短絡を防止可能とする。
【００４７】
一方で、電池のエネルギー密度をより高める観点及び上記した短絡電流分散体１０と発電要素２０との短絡を容易に防止できる観点からは、短絡電流分散体１０をできるだけ小さくしてもよい。すなわち、この観点からは、全固体電池１００においては、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が発電要素２０の外縁よりも内側に存在することが好ましい。或いは、複数の発電要素２０の積層方向と発電要素２０における各層２１〜２５の積層方向とが同じである場合において、短絡電流分散体１０と複数の発電要素２０との積層方向から見た時に、短絡電流分散体１０の外縁が正極材層２２、固体電解質層２３及び負極材層２４の外縁よりも内側に存在することが好ましい。
【００４８】
以上の通り、全固体電池１００においては、釘刺しによる短絡電流分散体１０及び一部の発電要素（例えば、発電要素２０ａ）の短絡時に、他の発電要素（例えば発電要素２０ｂ）からの回り込み電流を短絡電流分散体１０へと分散させることができる。ここで、全固体電池１００においては、短絡電流分散体１０の第１の集電体層１１及び第２の集電体層１２のうち、少なくとも、釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層が、複数の金属箔によって構成されている。これにより、釘刺し試験時に短絡電流分散体１０の短絡抵抗が安定させることができる。
【００４９】
また、全固体電池１００の短絡電流分散体１０において、第１の集電体層１１を複数の金属箔で構成することで、短絡電流分散体１０の熱容量を増大させる効果も期待できる。すなわち、釘刺し時に短絡電流分散体１０に大きな電流が流れ込んだとしても、短絡電流分散体１０の発熱を抑えることができ、発電要素２０に含まれる電池材料の劣化等を抑えることができるものと考えられる。
【００５０】
２．全固体電池の製造方法
短絡電流分散体１０は、第１の集電体層１１（複数の金属箔）と第２の集電体層１２（例えば、金属箔）との間に絶縁層１３（例えば、熱硬化性樹脂シート）を配置することで、容易に作製できる。例えば、図２に示すように、第２の集電体層１２の少なくとも片面に絶縁層１３を配置し、さらに絶縁層１３の第２の集電体層１２とは反対側の面に第１の集電体層１１を配置してもよい。ここで、短絡電流分散体１０は、その形状を保持するために、接着剤や樹脂などを用いて各層を互いに貼り合わせてもよい。この場合、接着剤等は、各層の全面に塗布する必要はなく、各層の表面の一部に塗布すればよい。
【００５１】
発電要素２０については、公知の方法により作製できる。例えば、正極集電体層２１の表面に正極材を湿式にて塗工して乾燥させることで正極材層２２を形成し、負極集電体層２５の表面に負極材を湿式にて塗工して乾燥させることで負極材層２４を形成し、正極材層２１と負極材層２４との間に固体電解質等を含む固体電解質層２３を転写し、プレス成形して一体化することで発電要素２０を作製できる。この時のプレス圧は特に限定されるものではないが、例えば２ｔｏｎ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。尚、これらの作製手順はあくまでも一例であり、これ以外の手順によっても発電要素２０を作製可能である。例えば、湿式法に替えて乾式法によって正極材層等を形成することも可能である。
【００５２】
このようにして作製した短絡電流分散体１０を複数の発電要素２０に対して積層するとともに、第１の集電体層１１に設けられたタブ１１ａを正極集電体層２１と接続し、第２の集電体層１２に設けられたタブ１２ａを負極集電体層２５と接続し、正極集電体層２１のタブ２１ａ同士を接続し、負極集電体層２５のタブ２５ａ同士を接続することで、短絡電流分散体１０と発電要素２０とを電気的に接続するとともに、複数の発電要素２０同士を電気的に並列に接続することができる。このようにして電気的に接続された積層体をラミネートフィルムやステンレス鋼缶等の電池ケース内に真空封入することによって全固体電池を作製できる。尚、これらの作製手順はあくまでも一例であり、これ以外の手順によっても全固体電池を作製可能である。
【００５３】
以上の通り、従来の全固体電池の製造方法を応用することで、本開示の全固体電池１００を容易に製造することができる。
【００５４】
３．補足事項
上記説明においては、短絡電流分散体１０において、発電要素２０の正極集電体層２１に電気的に接続される第１の集電体層１１が、複数の金属箔を備える形態について説明したが、本開示の全固体電池はこの形態に限定されるものではない。負極集電体層２５に電気的に接続される第２の集電体層１２が、釘刺し試験時において釘が刺し込まれる側に配置される形態も有り得る。この場合、少なくとも、第２の集電体層１２において複数の金属箔が第１の集電体層１１と絶縁層１３と第２の集電体層１２との積層方向に沿って積層されていればよい。第２の集電体層１２を複数の金属箔の積層体とする場合の具体的な構成については、上記の第１の集電体層１１における場合と同様であることから、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５５】
上記説明においては、１つの第１の集電体層と１つの絶縁層と１つの第２の集電体層とによって短絡電流分散体が構成される形態について示したが、本開示の全固体電池はこの形態に限定されるものではない。短絡電流分散体は、第１の集電体層と第２の集電体層との間に絶縁層を有するものであればよく、各層の数は特に限定されない。集電体層を複数設けた場合も、上述したように、少なくとも、釘刺し試験時において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層については複数の金属箔で構成するものとする。
【００５６】
上記説明においては、全固体電池において短絡電流分散体が複数の発電要素の積層方向の外側に１つだけ備えられる形態について示したが、短絡電流分散体の数はこれに限定されるものではない。全固体電池において外側に複数の短絡電流分散体が備えられていてもよい。また、複数の発電要素の外側に限らず、短絡電流分散体が複数の発電要素の間に設けられていてもよい。
【００５７】
上記説明においては、２つの発電要素が、１つの負極集電体層を共用する形態について示したが、本開示の全固体電池はこの形態に限定されるものではない。発電要素は単電池として機能するものであればよく、正極集電体層と正極材層と固体電解質層と負極材層と負極集電体層とが積層されていればよい。例えば、２つの発電要素が１つの正極集電体層を共用する形態であってもよいし、複数の発電要素が集電体層を共用せずに各々独立して存在する形態であってもよい。
【００５８】
上記説明においては、複数の発電要素が積層された形態について示したが、全固体電池において発電要素が複数積層されていない形態（一つの単電池のみからなる形態）においても、ある程度の効果が奏されるものと考えられる。しかしながら、釘刺し時等の短絡によるジュール発熱は、一つの発電要素からなる形態よりも、複数の発電要素が積層された形態において大きくなりやすい。すなわち、複数の発電要素が積層された形態において、短絡電流分散体を設けることによる効果がより顕著となるものといえる。
【００５９】
上記説明においては、短絡電流分散体や発電要素から集電タブが突出するものとして説明した。しかしながら、本開示の全固体電池において集電タブはなくてもよい。例えば、面積の大きな集電体層を用い、短絡電流分散体と発電要素との積層体において、複数の集電体層の外縁を突出させるものとし、当該突出させた集電層の間に導電材を挟みこむことで、タブを設けずとも、集電体層同士の電気的な接続が可能である。或いは、タブではなく、導線等によって集電体層同士を電気的に接続してもよい。
【００６０】
上記説明においては、電解液系電池を除いた全固体電池について示した。本開示の技術は、電解液系電池においても適用可能とも考えられるが、全固体電池に適用した場合において顕著な効果を発揮するものと考えられる。全固体電池は電解液系電池に比べて発電要素内の隙間が少なく、釘刺し時に釘が発電要素を貫通する際、発電要素にかかる圧力が高い。よって、発電要素の短絡抵抗が小さくなり、一部の発電要素へと多くの回り込み電流が流れ込むこととなると考えられる。さらに、全固体電池においては、発電要素内の内部抵抗を低減すべく、発電要素に対して拘束圧力を付与する場合がある。この場合、発電要素の積層方向（正極集電体層が負極集電体層に向かう方向）に拘束圧力が付与されることとなり、釘刺し時、釘による圧力と拘束圧力とが加算されて発電要素に印加されることから、正極集電体層と負極集電体層とが接触して短絡し易く、また、発電要素の短絡抵抗が小さくなり易いものと考えられる。そのため、短絡電流分散体を設けて回りこみ電流を分散させることによる効果が顕著となるものと考えられる。さらに、全固体電池においては、釘刺し時に釘が短絡電流分散体を貫通する際、短絡電流分散体にかかる圧力も高くなる。すなわち、釘刺し時に高い圧力がかかった状態において第１の集電体層と第２の集電体層とを如何に適切に接触させて、短絡電流分散体の短絡抵抗を小さくするかが課題となる。上記本開示の技術は当該課題を解決するものである。一方、電解液系電池は、通常、電池ケース内が電解液で満たされ、各層が電解液に浸漬されて、各層の隙間に電解液が供給されるものであり、釘刺し時に釘によって印加される圧力が、全固体電池の場合と比較して小さくなる。そのため、全固体電池とは課題の発生メカニズムが異なるうえ、短絡電流分散体を設ける効果が全固体電池の場合と比べて相対的に小さくなるものと考えられる。
【００６１】
尚、バイポーラ電極を介して発電要素同士を電気的に直列に接続した場合は、一部の発電要素に釘を刺すと、他の発電要素から当該一部の発電要素へと釘を介して回り込み電流が流れるものと考えられる。すなわち、接触抵抗の高い釘を介して回り込むこととなり、その電流量は小さい。また、バイポーラ電極を介して発電要素同士を電気的に直列に接続した場合、発電要素のすべてに釘が刺さった場合に回り込み電流が最も大きくなると考えられるが、このような場合、発電要素の放電が既に十分に進行しているものとも考えられ、一部の発電要素の温度が局所的に上昇するといったことは生じ難い。この点、発電要素を電気的に並列に接続した場合と比較して、短絡電流分散体による効果が小さくなるものと考えられる。よって、本開示の技術は、発電要素同士を電気的に並列に接続した電池において特に顕著な効果を発揮するものといえる。
【実施例】
【００６２】
１．予備実験
特許文献１〜４に開示された技術を参考に、１枚の金属箔を用いて短絡電流分散体の集電体層を構成した場合について、釘刺し試験時の短絡抵抗の安定性を確認した。
【００６３】
１．１．短絡電流分散体の作製
第１の集電体層として厚み１５μｍのアルミニウム箔（ＵＡＣＪ社製、１Ｎ３０）を１枚用い、第２の集電体層として厚み３５μｍの銅箔（古河電工社製）を１枚用い、当該第１の集電体層と第２の集電体層との間に絶縁層として熱硬化性ポリイミド樹脂フィルム（厚み２５μｍ、東レデュポン社製カプトン）を２枚挟み込んで、接着材で固定し、比較例１に係る短絡電流分散体を得た。尚、後述の評価の便宜上、得られた短絡電流分散体の表裏を絶縁層で挟み込むものとした。
【００６４】
１．２．短絡抵抗の安定性評価
比較例１に係る短絡電流分散体について、図４に示すような釘刺し試験装置を用いて、釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を評価した。具体的には、短絡電流分散体をアルミ板上に設置し、短絡電流分散体のタブに直流電源を接続する一方、短絡電流分散体の両面を拘束治具によって拘束した。拘束後、直流電源の設定値を電圧（４．３Ｖ）電流（８０Ａ）と設定し、釘が刺し込まれる側（釘刺し方向上流側）を第１の集電体層、釘が刺し出される側（釘刺し方向下流側）を第２の集電体層として、釘（φ８ｍｍ、先端角度６０度）を２５ｍｍ／ｓｅｃの速度で刺し込み、釘刺し開始から終了までにおける短絡電流分散体へ流れる電流の変化を確認した。結果を図５に示す。
【００６５】
図５に示す結果から明らかなように、従来技術を参考にして短絡電流分散体を構成した場合、釘刺し時、短絡電流分散体に流れる電流が安定しない。短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触が安定的に保持されず、これにより短絡抵抗が不安定となったものと考えられる。短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触が安定的に保持されないのは、ジュール発熱によって集電体層が溶断したり、釘の進行に伴う集電体層の経時的な変形によって集電体層間の接続が解除されたりすること等に起因するものと考えられる。以上の結果から、短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触を安定的に保持するためには、釘刺し時に第１の集電体層と第２の集電体層とが接触する確率を上げること、第１の集電体層と第２の集電体層との接触面積を増大させることが有効と考えられる。
【００６６】
２．短絡電流分散体の改良及び効果の確認
釘刺し時に第１の集電体層と第２の集電体層とが接触する確率を上げ、且つ、第１の集電体層と第２の集電体層との接触面積を増大させることを狙って、短絡電流分散体の集電体層の構成を改良した。具体的には、釘刺し試験時に釘が刺し込まれる側に配置される集電体層の構成を変更した。
【００６７】
２．１．短絡電流分散体の作製
＜実施例１＞
第１の集電体層として厚み１５μｍのアルミニウム箔（ＵＡＣＪ社製、１Ｎ３０）を７枚重ねたものを用いたこと以外は、比較例１と同様にして短絡電流分散体を得た。実施例１に係る短絡電流分散体の構成を図６に示す。
【００６８】
＜比較例２＞
第１の集電体層として厚み１００μｍのアルミニウム箔（１Ｎ３０）を１枚用いたこと以外は、比較例１と同様にして短絡電流分散体を得た。比較例２に係る短絡電流分散体の構成を図７に示す。
【００６９】
２．２．短絡抵抗の安定性評価
実施例１及び比較例２に係る短絡電流分散体それぞれについて、図４に示すような釘刺し試験装置を用いて、釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を評価した。具体的には、短絡電流分散体をアルミ板上に設置し、短絡電流分散体のタブに直流電源を接続する一方、短絡電流分散体の両面を拘束治具によって拘束した。拘束圧は比較例１と同様とした。拘束後、直流電源の設定値を電圧（４．３Ｖ）、電流（２４５Ａ）と設定し、釘が刺し込まれる側（上流側）を第１の集電体層、釘が刺し出される側（下流側）を第２の集電体層として、釘（φ８ｍｍ、先端角度６０度）を２５ｍｍ／ｓｅｃの速度で刺し込み、釘刺し開始から終了までにおける短絡電流分散体に流れる電流の変化を確認した。結果を図８に示す。
【００７０】
図８に示す結果から明らかなように、比較例２に係る短絡電流分散体については、釘刺し直後は約１８０Ａの電流が流れるものの、約０．５秒後には電流がほとんど流れなくなった。比較例１の結果から、第１の集電体層の厚みを厚くしたとしても、釘刺し時に第１の集電体層と第２の集電体層とが接触する確率を上げることは困難であり、第１の集電体層と第２の集電体層との接触性を向上させることは困難であることが分かった。
一方、実施例１に係る短絡電流分散体については、釘刺し直後から安定的に約１８０Ａの電流が流れた。実施例１の結果から、釘刺し試験において釘が刺し込まれる側に配置される集電体層を複数の金属箔で構成することで、釘刺し時に集電体層同士が接触する確率を上げることができ、集電体層間同士の接触面積を増大させることができ、釘刺し時の短絡電流分散体の短絡抵抗（特に集電体層同士の接触抵抗）を小さく維持できることが分かった。
【００７１】
また、実施例１に係る短絡電流分散体は、比較例１に係る短絡電流分散体と比較して集電体層が厚く、大きな熱容量を有する。すなわち、回り込み電流が流れ込んだとしても、短絡電流分散体が発熱し難いという利点がある。
【００７２】
以上のように、全固体電池において発電要素とともに短絡電流分散体を設ける場合、当該短絡電流分散体において釘刺し試験時に釘が刺し込まれる側に配置される集電体層を複数の金属箔で構成することで、釘刺し試験時、短絡電流分散体の短絡抵抗を小さく維持でき、発電要素から短絡電流分散体へと回り込み電流を適切に分散させることができることが明らかとなった。
【００７３】
３．短絡電流分散体における金属箔の厚みや枚数の検討
３．１．短絡電流分散体の作製
＜実施例２〜６、参考例１〜３＞
第１の集電体層として下記表１に示される厚みを有するアルミニウム箔（福田箔粉工業社製、１Ｎ３０）を下記表１に示される枚数重ねたものを用いたこと以外は、比較例１と同様にして短絡電流分散体を得た。
【００７４】
【表１】
2019087525.tif 000003
【００７５】
３．２．短絡抵抗の安定性評価
実施例１〜６、比較例２、参考例１〜３に係る短絡電流分散体それぞれについて、図４に示すような釘刺し試験装置を用いて、上述した方法にて、釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を評価した。また、釘刺し時に短絡電流分散体に流れる電流の平均値（平均電流）を求めた。平均電流が大きいほど好ましいといえる。結果を下記表２に示す。
【００７６】
【表２】
2019087525.tif 000004
【００７７】
表２に示す結果から明らかなように、比較例２に比べて、実施例１〜６及び参考例１〜３のいずれも、釘刺し時に短絡電流分散体に流れる電流の平均値が大きくなった。すなわち、短絡電流分散体において、釘刺し時に釘が刺し込まれる側に配置される集電体層として複数の金属箔の積層体を採用することで、短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触性が向上して短絡抵抗が低下することが分かる。中でも、複数の金属箔の１枚当たりの厚さが９μｍ以上１５μｍ以下の場合（実施例１〜６、参考例２、３）に第１の集電体層と第２の集電体層との接触性を一層向上させ易いといえる。特に、複数の金属箔の１枚当たりの厚さが９μｍ以上１５μｍ以下で、且つ、複数の金属箔の枚数が４枚以上７枚以下である場合（実施例１〜６）に、第１の集電体層と第２の集電体層との接触性を一層向上させつつ、短絡抵抗を一層安定して低下させることができる。
【００７８】
尚、上記実施例では、釘刺し試験時に釘が刺し込まれる側の集電体層において複数のアルミニウム箔を採用した形態について説明したが、金属箔の種類はアルミニウム箔に限定されるものではない。本発明者は、アルミニウム箔以外の金属箔の場合にも同様の効果が認められることを確認している。
【００７９】
４．１．金属箔の種類を変更した場合
例えば、アルミニウム箔に替えて、銅箔を用いた場合にも同様の効果が認められる。以下、実施例を示す。
【００８０】
４．２．短絡電流分散体の作製
＜実施例７〜１０、比較例３＞
第１の集電体層として下記表３に示される厚みを有する銅箔（古河電工製）を下記表１に示される枚数重ねたものを用いたこと以外は、比較例１と同様にして短絡電流分散体を得た。
【００８１】
【表３】
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【００８２】
４．３．短絡抵抗の安定性評価
実施例７〜１０、比較例３に係る短絡電流分散体それぞれについて、図４に示すような釘刺し試験装置を用いて、上述した方法にて、釘刺し時における短絡電流分散体の短絡抵抗の安定性を評価した。また、釘刺し時に短絡電流分散体に流れる電流の平均値（平均電流）を求めた。平均電流が大きいほど好ましいといえる。結果を下記表４に示す。
【００８３】
【表４】
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【００８４】
表４に示す結果から明らかなように、比較例３よりも実施例７のほうが集電体層全体としての厚みが薄いにも関わらず、比較例３よりも実施例７のほうが釘刺し時に短絡電流分散体に流れる電流の平均値が大きくなった。すなわち、短絡電流分散体において、釘刺し時に釘が刺し込まれる側に配置される集電体層として複数の金属箔の積層体を採用することで、短絡電流分散体への釘刺し時、第１の集電体層と第２の集電体層との接触性が向上して短絡抵抗が低下することが分かる。また、実施例８〜１０のように銅箔の枚数が４〜７枚である場合、電流の平均値がさらに大きくなった。すなわち、複数の金属箔の１枚当たりの厚さが９μｍ以上１５μｍ以下で、且つ、複数の金属箔の枚数が４枚以上７枚以下である場合（実施例８〜１０）において、第１の集電体層と第２の集電体層との接触性を一層向上させつつ、短絡抵抗を一層安定して低下させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係る全固体電池は、携帯機器用等の小型電源から車搭載用等の大型電源まで、広く好適に利用できる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  短絡電流分散体
１１  第１の集電体層（複数の金属箔）
１１ａ  第１の集電タブ
１２  第２の集電体層
１２ａ  第２の集電タブ
１３  絶縁層
２０ａ、２０ｂ  発電要素
２１  正極集電体層
２１ａ  正極集電タブ
２２  正極材層
２３  固体電解質層
２４  負極材層
２５  負極集電体層
２５ａ  負極集電タブ
１００  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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【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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