(57)【要約】【課題】電池の異常な発熱を抑制することができ、電池の発火又は発煙を抑制することができる電池を提供する。【解決手段】電池１００は、第１集電体３と、第１集電体３の主面内の第１領域上に配置された積層体と、第１集電体３の主面内の第２領域上に配置された熱膨張層と、積層体及び熱膨張層を挟んで第１集電体３と対向し、積層体及び熱膨張層上に配置された第２集電体１と、を備える。積層体は、第１領域上に配置された第１活物質層４と、第１活物質層４上に配置された電解質層５と、電解質層５上に配置された第２活物質層２とを含む。熱膨張層の熱膨張率は、積層体の熱膨張率よりも大きい。【選択図】図１
2019083188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する第１集電体と、
前記第１集電体の前記主面内の第１領域上に配置された積層体と、
前記第１集電体の前記主面内の第２領域上に配置された熱膨張層と、
前記積層体及び前記熱膨張層を挟んで前記第１集電体と対向し、前記積層体及び前記熱膨張層上に配置された第２集電体と、を備え、
前記積層体は、
前記第１領域上に配置された第１活物質層と、
前記第１活物質層上に配置された電解質層と、
前記電解質層上に配置された第２活物質層とを含み、
前記熱膨張層の熱膨張率は、前記積層体の熱膨張率よりも大きい、
電池。
【請求項２】
前記第１集電体は前記第１活物質層に接触し、
前記第２集電体は前記第２活物質層に接触し、
前記電解質層は前記第２活物質層に接触し、
前記電解質層と前記第２活物質層との接合強度は、前記第１集電体と前記第１活物質層との接合強度、及び、前記第２集電体と前記第２活物質層との接合強度のいずれよりも弱い、
請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記熱膨張層は、所定の温度を超える条件下で、熱膨張によって前記第１集電体と前記第２集電体との距離を大きくさせ、前記電解質層と前記第２活物質層とを引きはがす、
請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
前記熱膨張層は、ある転移点において相転移する材料を含み、
前記熱膨張層の前記転移点を超える温度における熱膨張率は、前記熱膨張層の前記転移点未満の温度における熱膨張率よりも大きい、
請求項１から３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
前記転移点は、沸点又は昇華点である、
請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記熱膨張層は、前記材料が充填された複数のマイクロカプセルを含む、
請求項４又は５に記載の電池。
【請求項７】
前記複数のマイクロカプセルのそれぞれは、熱可塑性樹脂の外殻を含む、
請求項６に記載の電池。
【請求項８】
前記材料の前記転移点と前記熱可塑性樹脂の軟化点との少なくとも一方は、１００℃以上、３００℃以下の範囲内にある、
請求項７に記載の電池。
【請求項９】
前記第１集電体及び前記第２集電体は、前記熱膨張層に接触し、
前記電解質層は前記第２活物質層に接触し、
前記電解質層と前記第２活物質層との接合強度は、前記第１集電体と前記熱膨張層との接合強度、及び、前記第２集電体と前記熱膨張層との接合強度のいずれよりも弱い、
請求項１から８のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１０】
前記第２領域は、前記第１領域を囲むリング形状を有する、
請求項１から９のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１１】
前記熱膨張層は、前記積層体に接触する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池である第１電池セルと、
第２電池セルと、
前記第１電池セルと前記第２電池セルとの間に配置された中間層と、を備え、
前記中間層は、
前記第１集電体の第２主面内の第３領域上に配置され、前記第１電池セルと前記第２電池セルとの間を電気的に接続する導電性中間層と、
前記第１集電体の前記第２主面内の第４領域上に配置された熱膨張性中間層と、を含み、
前記熱膨張性中間層の熱膨張率は、前記導電性中間層の熱膨張率よりも大きい、
電池スタック。
【請求項１３】
前記熱膨張性中間層は、所定の温度を超える条件下で、熱膨張によって前記第１電池セルと前記第２電池セルとの距離を大きくさせ、前記第１電池セルと前記第２電池セルとを絶縁させる、
請求項１２に記載の電池スタック。
【請求項１４】
前記第４領域は、前記第３領域を囲むリング形状を有する、
請求項１２又は１３に記載の電池スタック。
【請求項１５】
前記導電性中間層は、前記第１電池セル上に配置された第１導電層と、前記第２電池セル上に配置された第２導電層とを含み、
前記第１導電層は前記第２導電層と接触し、
前記第１電池セルは前記第１導電層と接触し、
前記第２電池セルは前記第２導電層と接触し、
前記第１導電層と前記第２導電層との接合強度は、前記第１電池セルと前記第１導電層の接合強度、及び、前記第２電池セルと前記第２導電層との接合強度のいずれよりも弱い、
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池及び電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、短絡などによって急激に発熱する場合がある。このような電池温度の上昇を抑制する技術として、例えば、特許文献１には、正極集電体の非接触凹表面に熱膨張樹脂を含むコート層を有する全固体電池が開示されている。また、特許文献２には、膨張部材を備える電池が開示されている。また、特許文献３には、集電体上に導電性の熱硬化性樹脂層が形成された電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１２６９０１号公報
【特許文献２】特開２００８−２６２７８５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／１７２２５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術においては、電池の異常な発熱による発火又は発煙を防止することが求められている。
【０００５】
そこで、本開示は、電池の異常な発熱を抑制することができ、電池の発火又は発煙を抑制することができる電池及び電池スタックを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る電池は、主面を有する第１集電体と、前記第１集電体の前記主面内の第１領域上に配置された積層体と、前記第１集電体の前記主面内の第２領域上に配置された熱膨張層と、前記積層体及び前記熱膨張層を挟んで前記第１集電体と対向し、前記積層体及び前記熱膨張層上に配置された第２集電体と、を備える。前記積層体は、前記第１領域上に配置された第１活物質層と、前記第１活物質層上に配置された電解質層と、前記電解質層上に配置された第２活物質層とを含む。前記熱膨張層の熱膨張率は、前記積層体の熱膨張率よりも大きい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、電池の異常な発熱を抑制することができ、電池の発火又は発煙を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態に係る電池の構成を説明する図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る電池が発熱した場合に生じる変化を説明する図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る積層電池の構成を説明する図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る積層電池が発熱した場合に生じる変化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（用語の定義）
本開示において、語句「Ａの上に配置されたＢ」は、ＡとＢとの相対的な位置関係を示すものであり、その位置関係は、製造時、販売時、又は使用時における電池の向きに依存して限定されるものではない。
【００１０】
本開示において、語句「Ｃに接触するＤ」とは、ＣとＤが直接接触する、あるいは、ＣとＤが接着剤（例えば導電性接着剤）を介して接触することを意味する。
【００１１】
本開示において、語句「ＥとＦとの接合強度」とは、ＥとＦが直接接合されている形態に限定されず、ＥとＦが接着剤（例えば導電性接着剤）を介して接合されている形態をも包含する。
【００１２】
本開示において、「第１」及び「第２」は、類似の構成を区別するための便宜上の表示であり、製造時の順番等の特定の順序を限定するものではない。「第１」と「第２」は互いに交換可能に解釈されうる。
【００１３】
（実施の形態の概要）
本開示の一態様の概要は、以下のとおりである。
【００１４】
本開示の一態様に係る電池は、第１電極層と、前記第１電極層の対極となる第２電極層と、電解質層と、第１熱膨張層と、を備え、前記第１電極層は、第１集電体及び前記第１集電体上に配置された第１活物質層を備え、前記第２電極層は、第２集電体及び前記第２集電体上に配置された第２活物質層を備え、前記電解質層は、前記第１活物質層と前記第２活物質層とに接して、前記第１活物質層と前記第２活物質層との間に配置され、前記第１熱膨張層は、前記第１集電体と前記第２集電体とに接して、前記第１集電体と前記第２集電体との間に配置され、前記第１熱膨張層は、熱膨張した場合に、前記第１集電体と前記第２集電体との距離を大きくし、前記電解質層と前記第２活物質層とを離間させる。
【００１５】
この構成により、電池に異常な発熱があった場合、第１熱膨張層が熱膨張し、電流を遮断することができる。そのため、電池の異常な発熱を抑制することができ、電池が発火又は発煙することを抑制することができる。
【００１６】
また、本開示の一態様に係る積層電池は、上記の電池である第１電池と、第２電池と、前記第１電池と前記第２電池との間に配置される第２熱膨張層と、を備え、前記第２熱膨張層は、熱膨張した場合に、前記第１電池と前記第２電池との距離を大きくし、前記第１電池と前記第２電池とを離間させる。
【００１７】
例えば、本開示の一態様に係る積層電池では、前記第１電池と前記第２電池とは、前記第１電池の電極端子と前記第２電池の電極端子とが接触されて配置され、前記第２熱膨張層は、熱膨張した場合に、前記第１電池の電極端子と前記第２電池の電極端子との距離を大きくし、前記第１電池の電極端子と前記第２電池の電極端子とを離間させてもよい。
【００１８】
この構成により、積層電池を構成する電池に異常な発熱があった場合、第２熱膨張層が熱膨張し、電流を遮断することができる。そのため、電池の異常な発熱を抑制することができ、異常な発熱を起こした電池に隣接する電池が類焼することを抑制することができる。したがって、積層電池が発火又は発煙することを抑制することができる。
【００１９】
以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２０】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２１】
また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００２２】
（実施の形態）
［電池の概要］
まず、本実施の形態に係る電池について説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る電池１００の構成を説明する図である。図１の（ａ）は、本実施の形態に係る電池１００の概略断面図である。図１の（ｂ）は、本実施の形態に係る電池１００の上面図である。なお、図１の（ｂ）に示す１Ａ−１Ａ線は、断面線である。
【００２４】
また、図２は、本実施の形態に係る電池１００が発熱した場合に生じる変化を説明する図である。図２の（ａ）は、本実施の形態に係る電池１００が発熱した場合の、電池１００の概略断面図である。図２の（ｂ）は、本実施の形態に係る電池１００の上面図である。なお、図２の（ｂ）に示す２Ａ−２Ａ線は、断面線である。
【００２５】
図１の（ａ）に示すように、本実施の形態に係る電池１００は、第１電極層１２と、第１電極層１２の対極となる第２電極層１１と、電解質層５と、第１熱膨張層６と、を備える。
【００２６】
第１電極層１２は、第１集電体３と、第１集電体３の上に配置された第１活物質層４と、を備える。また、第２電極層１１は、第２集電体１と、第２集電体１上に配置された第２活物質層２と、を備える。電解質層５は、第１活物質層４と第２活物質層２とに接して、第１活物質層４と第２活物質層２との間に配置される。
【００２７】
第１熱膨張層６は、第１集電体３と第２集電体１とに接して、第１集電体３と第２集電体１との間に配置される。
【００２８】
第１集電体３の主面のうち、第１活物質層４が配置されている領域は、本開示における「第１領域」の一例である。第１集電体３の主面のうち、第１熱膨張層６が配置されている領域は、本開示における「第２領域」の一例である。
【００２９】
図２の（ａ）に示すように、第１熱膨張層６は、熱膨張した場合に、第１集電体３と第２集電体１との距離を大きくし、電解質層５と第２活物質層２とを離間させる。これにより、電解質層５と第２活物質層２との間に空隙７が生じて、第１電極層１２及び第２電極層１１間のイオン導通及び熱伝達を遮断することができる。
【００３０】
本実施の形態では、電解質層５と第２活物質層２とが離間される以外に、電池１００内の他の構成同士が離間されてもよい。例えば、電解質層５と第１活物質層４とが離間されてもよい。つまり、異常な発熱が起こった層から他の層への熱伝導を遮断することができればよい。このように、離間される部分が多いほど、異常な発熱が起こった層を速やかに冷却することができ、かつ、隣接する層への熱伝達を抑制することができるため、電池内における発熱の進行を抑制することができる。
【００３１】
また、図１の（ｂ）に示すように、第１熱膨張層６は、第１活物質層４、電解質層５、及び第２活物質層２から構成される積層体の側面に接して囲むように配置されている。これにより、積層体内で異常な発熱が生じた場合、発熱部分から第１熱膨張層６へ直接熱が伝達されやすくなり、第１熱膨張層６は、異常な発熱に対して速やかに応答することができる。
【００３２】
以上の構成によれば、例えば、過充電又は短絡などによる電池の異常な発熱を抑制することができ、電池が発火又は発煙することを抑制することができる。
【００３３】
すなわち、以上の構成によれば、電池１００に異常な発熱があった場合、第１熱膨張層６は、電池１００の温度が第１熱膨張層６の膨張開始温度に達すると、例えば、図２の（ａ）に示すように、第１熱膨張層６が電池１００の積層方向に膨張し、電解質層５と第２活物質層２との間に空隙７が形成される。このとき、例えば、第２活物質層２において異常な発熱が生じたとすると、第１熱膨張層６が第２活物質層２に接する部分に熱が伝達され、第１熱膨張層６のうち第２活物質層２に対応する部分の熱膨張が始まり、第２活物質層２と電解質層５とが離間される。これにより、第１電極層１２と第２電極層１１とが空間的にも電気的にも分離される。つまり、第１電極層１２及び第２電極層１１が離間されることにより、導通が遮断される。そのため、電池１００の異常な発熱の進行は停止され、電池１００の発火又は発煙を抑制できる。
【００３４】
例えば、電解質層５と第２活物質層２との接合強度は、第１集電体３と第１活物質層４との接合強度よりも弱くてもよく、第２集電体１と第２活物質層２との接合強度よりも弱くてもよく、第１集電体３と第１熱膨張層６との接合強度よりも弱くてもよく、第２集電体１と第１熱膨張層６との接合強度よりも弱くてもよい。例えば、電解質層５と第２活物質層２との接合強度は、電解質層５と第１活物質層４との接合強度よりも弱くてもよく、あるいは、同じであってもよい。各界面の接合強度は、例えば、材料選択、加熱条件、及び／又は加圧条件によって調整されうる。
【００３５】
なお、本実施の形態に係る電池１００は、電池の前駆体である積層グリーンシートを所定の条件で加圧焼成することにより、積層体の各構成間の接合強度を調整してもよい。例えば、第２活物質層２と電解質層５との間の接合強度を第１活物質層４と電解質層５との間の接合強度よりも小さくなるように設計してもよい。これにより、電池が異常な発熱を起こした場合に、第２活物質層２と電解質層５とを離間させることができる。
【００３６】
［電池の構成］
以下、電池１００の各構成についてより具体的に説明する。本実施の形態では、第１電極層１２は正極であり、第２電極層１１は負極である例を説明する。
【００３７】
図１に示すように、本実施の形態に係る電池１００は、第１活物質層４、第２活物質層２及び第１活物質層４と第２活物質層２との間に配置された電解質層５から構成される積層体と、積層体の周囲に配置された第１熱膨張層６と、を備え、これらの積層体及び第１熱膨張層６は、第１集電体３と第２集電体１との間に挟持されている。
【００３８】
まず、積層体の各構成について説明する。
【００３９】
第１活物質層４は、正極活物質層であってもよい。正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含む。正極活物質は、負極よりも高い電位で結晶構造内にリチウム（Ｌｉ）又はマグネシウム（Ｍｇ）などの金属イオンが挿入又は離脱され、それに伴って酸化又は還元が行われる物質をいう。正極活物質の種類は、電池の種類に応じて適宜選択することができ、公知の正極活物質が用いられうる。正極活物質は、リチウムと遷移金属元素とを含む化合物が挙げられ、例えば、リチウムと遷移金属元素を含む酸化物、及び、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素を含む酸化物としては、例えば、ＬｉＮｉｘＭ１−ｘＯ２（ここで、Ｍは、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、のうち少なくとも１つの元素であり、ｘは、０＜ｘ≦１）などのリチウムニッケル複合酸化物、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）等の層状酸化物、スピネル構造を持つマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ２ＭｎＯ３、ＬｉＭｎＯ２）などが用いられる。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、オリビン構造を持つリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）などが用いられる。また、正極活物質には、硫黄（Ｓ）、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）などの硫化物を用いることもでき、その場合、正極活物質粒子に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などをコーティング又は、添加したものを正極活物質として用いることができる。なお、正極活物質は、１種又は２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００４０】
上述のとおり、第１活物質層４は、少なくとも正極活物質を含んでいればよく、他の添加材料との合剤から構成される合剤層であってもよい。添加材料としては、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質、アセチレンブラックなどの導電助材、ポリエチレンオキシド又はポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどが用いられうる。正極活物質層である第１活物質層４は、正極活物質と固体電解質などの他の添加材料とを所定の割合で混合することにより、正極活物質層内でのリチウムイオン導電性を向上させることができるとともに、電子伝導性をも向上させることができる。
【００４１】
なお、第１活物質層４の厚みは、例えば、５μｍ〜３００μｍであってもよい。
【００４２】
次に、第２活物質層２は、負極活物質層であってもよい。負極活物質層は、主に、負極活物質などの負極材料から構成される層であってもよい。負極活物質は、正極よりも低い電位で結晶構造内にリチウム（Ｌｉ）又はマグネシウム（Ｍｇ）などの金属イオンが挿入又は離脱され、それに伴って酸化又は還元が行われる物質をいう。負極活物質の種類は、電池の種類に応じて適宜選択することができ、公知の負極活物質が用いられうる。負極活物質は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維又は樹脂焼成炭素などの炭素材料、固体電解質と合材化される合金系材料などが用いられうる。合金系材料としては、例えば、ＬｉＡｌ、ＬｉＺｎ、Ｌｉ３Ｂｉ、Ｌｉ３Ｃｄ、Ｌｉ３Ｓｂ、Ｌｉ４Ｓｉ、Ｌｉ４．４Ｐｂ、Ｌｉ４．４Ｓｎ、Ｌｉ０．１７Ｃ、ＬｉＣ６などのリチウム合金、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）などのリチウムと遷移金属元素との酸化物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの金属酸化物などが用いられうる。なお、負極活物質は、１種又は２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００４３】
上述のとおり、第２活物質層２は、少なくとも負極活物質を含んでいればよく、他の添加材料との合剤から構成される合剤層であってもよい。添加材料としては、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質、アセチレンブラックなどの導電助材、ポリエチレンオキシド又はポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどが用いられうる。負極活物質層である第２活物質層２は、負極活物質と固体電解質などの他の添加材料とを所定の割合で混合することにより、負極活物質層内でのリチウムイオン導電性を向上させることができるとともに、電子伝導性をも向上させることできる。
【００４４】
なお、第２活物質層２の厚みは、例えば、５μｍ〜３００μｍであってもよい。
【００４５】
なお、第１活物質層４は、負極活物質層であってもよい。このとき、第２活物質層２は、正極活物質層である。
【００４６】
次に、電解質層５は、固体電解質層であり、少なくとも固体電解質を含む。固体電解質は、イオン導電性を有する公知の電池用の電解質であればよく、例えば、Ｌｉイオン、Ｍｇイオンなどの金属イオンを伝導する固体電解質が用いられうる。固体電解質は、伝導イオン種に応じて適宜選択すればよく、例えば、硫化物系固体電解質又は酸化物系固体電解質などの無機系固体電解質が用いられうる。硫化物系固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２系、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３系、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２系、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉＩ系、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４系、Ｌｉ２Ｓ−Ｇｅ２Ｓ２系、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２−Ｐ２Ｓ５系、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２−ＺｎＳ系などのリチウム含有硫化物が用いられうる。酸化物系固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５などのリチウム含有金属酸化物、ＬｉｘＰｙＯ１−ｚＮｚなどのリチウム含有金属窒化物、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）、リチウムチタン酸化物などのリチウム含有遷移金属酸化物などが用いられうる。固体電解質としては、これらの材料の１種のみが用いられてもよいし、これらの材料のうちの２種以上が組み合わされて用いられてもよい。
【００４７】
なお、電解質層５は、上記固体電解質材料に加えて、ポリエチレンオキシド又はポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどを含有しうる。
【００４８】
なお、電解質層５の厚みは、例えば、５μｍ〜１５０μｍであってもよい。
【００４９】
なお、固体電解質材料は、粒子として構成されてもよい。
【００５０】
続いて、第１熱膨張層６について説明する。第１熱膨張層６とは、温度上昇によって膨張し、かつ、電池内で電気化学的に安定して存在しうる部材であり、過充電時又は外部短絡が発生した場合に、電池内の温度が所定の温度を超えると、膨張して積層体内の導通を遮断する。
【００５１】
図１に示すように、第１熱膨張層６は、例えば、第１活物質層４、電解質層５及び第２活物質層２から構成される積層体の周囲に配置されており、第１集電体３と第２集電体１との間に挟持されている。第１熱膨張層６は、温度上昇により膨張する熱膨張性樹脂又は熱膨張性粒子の少なくとも一方を含む。
【００５２】
熱膨張性樹脂としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド、ポリアミドイミド、全芳香族ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリマーを使用してもよい。これらのポリマーは、１種類を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、後述する熱膨張性粒子と混合して用いてもよい。
【００５３】
第１熱膨張層６は、複数の熱膨張性樹脂の積層構成になっていてもよい。
【００５４】
熱膨張性粒子としては、例えば、熱可塑性樹脂で作製された微小なカプセル内に低沸点材料が充填された熱膨張性マイクロカプセルを用いてもよい。マイクロカプセル、すなわち、殻の材料は、電気化学的に安定で、かつ、膨張後も形を維持できる程度の強度を示すものであれば特に限定されず、上述した熱膨張性樹脂であってもよい。また、マイクロカプセル内に充填される熱膨張材は、マイクロカプセルから漏れ出たとしても電池の性質に影響を与えないものであれば特に限定されず、例えば、低沸点炭化水素であってもよい。
【００５５】
マイクロカプセルのメディアン径は、室温（例えば２５℃）において、１μｍ以上、１００μｍ以下であってもよく、例えば、１０μｍである。マイクロカプセル内の低沸点材料は、室温（例えば２５℃）において液体であり、この液体が沸騰すると気体となり、これによりマイクロカプセルを膨張させる。
【００５６】
低沸点材料の例としては、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、及びアルキルシランが挙げられる。炭化水素の例としては、炭素数１〜７の直鎖状アルカン、炭素数４〜７の分枝状アルカン、炭素数３〜７のシクロアルカン、炭素数３〜７の直鎖状アルケン、及び、炭素数３〜７の分枝状アルケンが挙げられる。低沸点材料は、これらの炭化水素のうちの２種以上の混合物であってもよく、例えば、石油エーテルであってもよい。炭化水素は、例えば、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、及びヘプタンからなる群より選ばれる少なくとも１種であってもよい。ハロゲン化炭化水素の例としては、塩化メチル、塩化メチレン、トリクロロフルオロメタン、及び、ジクロロジフルオロメタンが挙げられる。アルキルシランの例としては、メチルシラン、テトラメチルシラン、トリメチルエチルシランが挙げられる。
【００５７】
熱膨張材は、所望の温度で昇華する材料であってもよい。昇華材料の例としては、六塩化エタン、ヨウ素ヘキサクロロエタン、及び樟脳が挙げられる。
【００５８】
熱可塑性樹脂は、例えば、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、アクリル酸エステル、及びメタクリル酸エステルからなる群より選ばれる１種が重合した重合体又は２種以上が共重合した共重合体であってもよい。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタラート、シリコン樹脂、及びポリテトラフルオロエチレンからなる群より選ばれる少なくとも１種であってもよい。
【００５９】
マイクロカプセルの外殻を構成する熱可塑性樹脂は、上記の材料のうち、所望の温度に軟化点を有する材料が選択される。マイクロカプセルに充填される熱膨張性材料は、上記の材料のうち、所望の温度に沸点を有する材料が選択されうる。熱可塑性樹脂の軟化点と熱膨張性材料の沸点とに応じて、マイクロカプセルの熱膨張開始温度が決定されうる。熱可塑性樹脂の軟化点及び熱膨張性材料の沸点の少なくとも一方が、１００℃以上、３００℃以下の範囲内に設定されてもよい。例えば、熱可塑性樹脂の軟化点が１００℃以上、３００℃以下の範囲内に設定され、熱膨張性材料の沸点が、熱可塑性樹脂の軟化点よりも低く設定されていてもよい。加えて、マイクロカプセルの径、外殻の厚さ、及び／又は、外殻の熱伝導率によって、熱膨張開始温度が調整されてもよい。
【００６０】
熱膨張性粒子は、マイクロカプセルの熱膨張開始温度が例えば１００℃〜３００℃であってもよく、１５０℃〜２５０℃であってもよく、２００℃以下であってもよく、１８０℃以下であってもよい。熱膨張率は、第１熱膨張層６の厚みが積層体の厚みよりも大きくなり、積層体内の導通を遮断できればよく、設計に応じて種々のものを使用できる。なお、積層体内の導通を遮断するとは、例えば、第１活物質層４と電解質層５とを離間させて、電池機能を停止させることである。熱膨張性粒子の熱膨張率は、例えば、３０倍〜８０倍であってもよい。また、熱膨張性粒子は、熱膨張率が異なる粒子を混合して使用してもよい。
【００６１】
第１熱膨張層６は、多数の熱膨張性粒子が凝集した集合体であってもよい。あるいは、第１熱膨張層６は、多数の熱膨張性粒子が可撓性を有するマトリクス樹脂中に分散されたコンポジット材料であってもよい。集合体は複数種類の熱膨張性粒子を含んでもよく、コンポジット材料は複数種類の熱膨張性粒子を含んでもよい。なお、熱膨張性粒子は、中空のマイクロカプセルに限らず、熱可塑性樹脂の中実粒子であってもよい。
【００６２】
なお、異常な発熱を抑制する温度、つまり、発熱の進行を停止する温度は、第１熱膨張層６を構成する熱膨張性粒子及び熱膨張性樹脂などの第１熱膨張層材料を適宜選択して組み合わせることにより調整されてもよい。第１熱膨張層６の熱膨張温度を所望の温度に調整することができれば、電池が異常な発熱により発火又は発煙する前に第１熱膨張層６が膨張し、電流を遮断できるからである。なお、第１熱膨張層６には、上述の第１熱膨張層材料のうち１種のみを用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００６３】
第１熱膨張層６は、所望の転移点において相転移する材料を含んでもよい。この場合、転移点を超えた温度における第１熱膨張層６の熱膨張率が、転移点未満の温度における第１熱膨張層６の熱膨張率よりも大きくなるような材料が選択される。この転移点は、例えば、沸点又は昇華点であってもよい。これにより、転移点を超えた際に、急激な体積膨張が実現されうる。この相転移材料は、例えば、上述のマイクロカプセルの中に充填されていてもよい。転移点は、電池の耐熱保証温度に応じて設定されてもよく、例えば、１００℃以上、３００℃以下の範囲内に設定されうる。
【００６４】
また、熱膨張性粒子に加えて、例えば、ポリエチレンオキシド又はポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどを含有しうる。
【００６５】
なお、第１熱膨張層６内の熱伝導を早く、かつ、均一に促すことにより、第１活物質層４と第２活物質層２とを電気的に分離するために、第１熱膨張層６は、電池特性を悪化させない範囲で高熱伝導率材料を含有してもよい。高熱伝導率材料としては、例えば、絶縁性の高い、酸化アルミナ、窒化アルミなどの粉体を用いてもよい。なお、高熱伝導材料として例えば、エポキシ系樹脂などの熱膨張性樹脂を用いてもよい。
【００６６】
なお、本開示に記載の構成と、特許文献１〜特許文献３に記載の構成と、を比較すると、下記の差異がある。
【００６７】
特許文献１においては、非接触凹部の底面には、熱膨張樹脂を含む樹脂コート層が形成されている。樹脂コート層は、正極集電体に接し、正極集電体と負極集電体との間に配置されている。しかし、負極集電体には接していない。また、樹脂コート層により、セパレータと負極活物質層とが離間される記載はない。
【００６８】
また、特許文献２及び特許文献３においては、熱膨張材料を含む膨張部材は、正極と負極の各々にある。
【００６９】
また、特許文献１〜特許文献３に記載の構成では、熱膨張部材の形状及び配置位置が本開示の構成と異なるため、下記の問題が生じ得る。
【００７０】
特許文献１の構成では、集電体の非接触凹部は正極活物質層と集電体との接触面積を減少させてしまうため、活物質粒子の一部が導電パスとして寄与しなくなってしまう。このため、特許文献１の構成では、電池容量の低下及び損失が大きくなるという問題がある。
【００７１】
特許文献２では、集電体と活物質層との間に膨張部材が配置される。膨張部材として、膨張特性と高い導電性とを有する材料が好ましい。しかし、特許文献２では、膨張部材として膨張黒鉛を用いている。膨張黒鉛は、集電体の金属箔と比較して、４桁〜５桁も低い導電性しか得られない。黒鉛が膨張すると、導電パスが長くなるため、抵抗が高くなる。このため、特許文献２の構成では、電池の抵抗が高くなり、損失が大きくなるという問題がある。
【００７２】
また、特許文献３では、集電体は、導電性基材と、導電性基材の少なくとも片面に導電性を有する樹脂層と、を有する。当該樹脂層は、導電材を含む熱硬化性樹脂母材中に、熱可塑性樹脂粒子が分散されている。特許文献３も特許文献２と同様に、熱膨張樹脂層の導電性は低いものになる。このため、特許文献３の構成では、電池の抵抗が高くなり、損失が大きくなるという問題がある。
【００７３】
しかしながら、本開示における「前記第１熱膨張層は、前記第１集電体と前記第２集電体とに接して、前記第１集電体と前記第２集電体との間に、配置される」構成によれば、上述のような問題が生じることはない。また、特許文献１〜特許文献３には、本開示に記載のこのような構成が開示も示唆もされていない。
【００７４】
第１集電体及び第２集電体（以下、単に、「集電体」と称する場合がある。）は、導電性を有する材料で形成されていればよく、特に限定されない。集電体は、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、銅、パラジウム、金及び白金、又は、これらの２種以上の合金などからなる箔状体、板状体、網目状体などが用いられてもよい。集電体の材料は、後述する焼成条件で溶融及び分解しないこと、並びに、集電体にかかる電池動作電位及び導電性を考慮して選択するとよい。
【００７５】
集電体の材料は、要求される引張強度と耐熱性に応じて選択されうる。集電体の引張強度は、例えば、第１熱膨張層が熱膨張時に集電体に及ぼす応力に耐えられるように設計される。集電体の引張強度は、例えば、３００ＭＰａ以上に設定される。集電体の例としては、銅、アルミ、及びそれらを主とする合金が挙げられる。集電体は、例えば、高強度電解銅箔、又は、異種金属箔を積層したクラッド材であってもよい。これらの材料は、第１熱膨張層が熱膨張する温度域においても、強度が低下しにくい。集電体の厚さは、例えば、１０μｍ以上、１００μｍ以下の範囲内である。
【００７６】
［積層電池の概要］
次に、本実施の形態に係る積層電池について説明する。
【００７７】
図３は、実施の形態に係る積層電池の構成を説明する図である。また、図４は、実施の形態に係る積層電池が発熱した場合に生じる変化を説明する図である。上述の電池と重複する説明は、適宜、省略される。
【００７８】
図３の（ａ）に示すように、本実施の形態に係る積層電池２００は、上述の電池である第１電池１００と、第２電池１００ａと、第１電池１００と第２電池１００ａとの間に配置される第２熱膨張層１６と、を備える。
【００７９】
なお、本実施の形態では、第１電池１００と第２電池１００ａとは、第１電池１００の電極端子８と第２電池１００ａの電極端子１８とが接触されて配置されている。
【００８０】
積層電池２００は、本開示における「電池スタック」の一例である。第１電池１００及び第２電池１００ａは、それぞれ、本開示における「第１電池セル」及び「第２電池セル」の一例である。電極端子８及び電極端子１８は、それぞれ、本開示における「第１導電層」及び「第２導電層」の一例である。電極端子８及び電極端子１８の積層体は、本開示における「導電性中間層」の一例である。第２熱膨張層１６は、本開示における「熱膨張性中間層」の一例である。第１電池１００の第１集電体３の下面のうち、電極端子８が配置されている領域は、本開示における「第３領域」の一例である。第１電池１００の第１集電体３の下面のうち、第２熱膨張層１６が配置されている領域は、本開示における「第４領域」の一例である。
【００８１】
図４の（ａ）に示すように、第２熱膨張層１６は、熱膨張した場合に、第１電池１００と第２電池１００ａとの距離を大きくし、第１電池１００と第２電池１００ａとを離間させる。つまり、このとき、第１電池１００の電極端子８と第２電池１００ａの電極端子１８との距離を大きくし、第１電池１００の電極端子８と第２電池１００ａの電極端子１８とを離間させる。
【００８２】
以上の構成によれば、例えば、過充電又は短絡などによる電池の異常な発熱をより抑制することができ、異常な発熱を起こした電池に隣接する電池が類焼することを抑制することができる。したがって、積層電池が発火又は発煙することを抑制することができる。
【００８３】
図３の（ａ）に示すように、第１電池１００及び第２電池１００ａは、導電性の電極端子８及び１８を介して互いに接して電気的に直列接続されている。また、電極端子８及び１８を除く領域で、第１集電体３及び第２集電体１と第２熱膨張層１６とが接し、第１電池１００と第２電池１００ａとは一体化されて積層電池２００が構成される。
【００８４】
図３の（ｂ）に示すように、積層電池２００では、第１電池１００又は第２電池１００ａの少なくとも一方に異常な発熱の発生があった場合、第２熱膨張層１６が熱膨張し、電極端子８及び電極端子１８の間に空隙１７が形成される。このように、第２熱膨張層１６が熱膨張することにより、第１電池１００と第２電池１００ａとの距離が大きくなり、第１電池１００と第２電池１００ａとが離間される。
【００８５】
これにより、第１電池１００と第２電池１００ａとが電気的に分離される。つまり、複数の電池を直列接続した積層電池の動作時に、いずれかの電池に異常な発熱が起こり高温となってしまった場合、互いに隣接する電池である第１電池１００と第２電池１００ａとが離間されることにより電流が遮断される。これにより、電池の発熱が進行するのを抑制することができるため、電池の発火又は発煙などを抑制できるとともに、発熱した電池と隣接する電池への類焼を抑制できる。
【００８６】
電極端子８及び１８は、銀又は銅の金属粒子を含む導電性ペーストをメタルマスクで印刷し、乾燥することで形成される。また、電極端子８及び１８が金属端子である場合、導電性接着剤又は導電性テープで集電体と電極端子８及び１８とを接着してもよい。また、電極端子８及び１８は、マスキングした集電体上にアルミメタリコンを溶射して形成されてもよい。
【００８７】
なお、上述の電池及び積層電池のそれぞれに記載の構成は、適宜、互いに、組み合わされてもよい。
【００８８】
［電池の製造方法］
本実施の形態に係る電池の製造方法の一例を説明する。本実施の形態に係る電池の製造方法は、グリーンシート作製工程と、焼成工程とを含む。
【００８９】
グリーンシート作製工程では、本実施の形態に係る電池の各構成を積層させたグリーンシート（以下、積層グリーンシート）を作製する。積層グリーンシートは、第１集電体上に第１活物質層グリーンシート、電解質層グリーンシート、第２活物質層グリーンシート、及び第２集電体の順に形成される。なお、形成の順序はこれに限られない。なお、本実施の形態では、第１電極層１２は正極であり、第２電極層１１は負極である例を説明する。
【００９０】
まず、グリーンシート作製工程について説明する。グリーンシート作製工程では、電池の各構成の前駆体であるグリーンシートを作製し、積層する工程である。
【００９１】
第１電極層グリーンシートは、第１集電体と第１集電体上に形成された第１活物質層グリーンシートとを含む。第１活物質層グリーンシートは、正極活物質、固体電解質及び導電助剤を含有するバインダーを溶媒と共に混合して第１活物質層スラリーとし、第１活物質層スラリーを第１集電体上に塗布もしくは印刷した後、乾燥して形成される。
【００９２】
具体的には、第１集電体として、約３０μｍの厚みの銅箔を用いる。正極活物質として、平均粒子径が約５μｍであり、層状構造のＬｉ・Ｎｉ・Ｃｏ・Ａｌ複合酸化物（ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２）の粉末を用いる。固体電解質材料として、平均粒子径が約１０μｍであり、三斜晶系結晶を主成分とするＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系硫化物のガラス粉末を用いる。固体電解質材料は、例えば、２×１０−３Ｓ／ｃｍ〜３×１０−３Ｓ／ｃｍの高いイオン導電性を有するものが使用されうる。
【００９３】
第１活物質層スラリーは、例えば、スクリーン印刷法により、第１集電体である銅箔の片方の表面上に、所定形状で、約５０μｍ〜１００μｍの厚みで印刷される。そして、８０℃〜１３０℃で乾燥される。これにより、得られる第１活物質層グリーンシートは、３０μｍ〜６０μｍの厚みになる。
【００９４】
第２電極層グリーンシートは、第２集電体と第２集電体上に形成された第２活物質層グリーンシートとを含む。第２活物質層グリーンシートは、負極活物質、固体電解質及び導電助剤を含有するバインダーを溶媒と共に混合して第２活物質層スラリーとし、第２活物質層スラリーを第２集電体上に塗布もしくは印刷した後、乾燥して形成される。
【００９５】
具体的には、第２集電体として、約３０μｍの厚みの銅箔を用いる。負極活物質として、平均粒子径が約１０μｍである天然黒鉛の粉末を用いる。なお、固体電解質材料は、上述の第１電極層グリーンシートに用いられる固体電解質材料と同様である。
【００９６】
第２活物質層スラリーは、例えば、スクリーン印刷法により、第２集電体である銅箔の片方の表面上に、所定形状で、約５０μｍ〜１００μｍの厚みで印刷される。そして、８０℃〜１３０℃で乾燥される。これにより、得られる第２活物質層グリーンシートは、３０μｍ〜６０μｍの厚みになる。
【００９７】
電解質層グリーンシートは、第１活物質層グリーンシートと第２活物質層グリーンシートとの間に配置される。電解質層スラリーは、上述の固体電解質材料及び導電助剤を含有するバインダーを溶剤と共に混合して調製され、第１活物質層グリーンシートの第１集電体と反対側の面に、メタルマスクを用いて約１００μｍの厚みに印刷され、８０℃〜１３０℃で乾燥される。同様に、電解質層スラリーは、第２活物質層グリーンシートの第２集電体と反対側の面に、メタルマスクを用いて約１００μｍの厚みに印刷され、８０℃〜１３０℃で乾燥される。これにより、第１電極層グリーンシート及び第２電極層グリーンシートのそれぞれに電解質層グリーンシートが形成される。
【００９８】
なお、電解質層グリーンシートの作製方法はこれに限らず、電解質層スラリーを基材上に塗布もしくは印刷した後、乾燥して形成されてもよい。基材は、電解質層グリーンシートをその上に形成できるものであれば特に限定されず、例えば、テフロン（登録商標）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどのフィルム状又は箔状の基材などを用いてもよい。電解質層スラリーを乾燥した後、基材を剥がすと、電解質層グリーンシートが得られる。
【００９９】
また、第１電極層スラリー、第２電極層スラリー、及び電解質層スラリーに用いる溶媒は、上記バインダーを溶解可能であれば、特に限定されない。溶媒としては、例えば、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノールなどのアルコール類、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチレングリコールエチルエーテル、イソホロン、乳酸ブチル、ジオクチルフタレート、ジオクチルアジイペート、ベンジルアルコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの有機溶剤、及び水を用いてもよい。なお、これらの溶媒は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【０１００】
第１熱膨張層６は、平均粒子径が約１０μｍである熱膨張性粒子を含む。具体的には、熱可塑性樹脂で作製された微小なカプセル内に炭化水素などの低沸点材料が充填された熱膨張性マイクロスフェアーを使用する。熱膨張性マイクロスフェアーは、熱膨張開始温度が２００℃で、熱膨張率が５０倍のものを使用する。
【０１０１】
第１熱膨張層用ペーストは、熱膨張性粒子及びバインダーを溶媒と共に混合して調製される。第１熱膨張層用ペーストは、第１電極層グリーンシート及び第２電極層グリーンシートに形成された電解質層グリーンシートを除く領域に、第１熱膨張層６が所定形状で形成されるようにメタルマスクを用いて印刷される。第１熱膨張層用ペーストは、第１電極層グリーンシート及び第２電極層グリーンシートのそれぞれに約１００μｍ〜約１５０μｍの厚みで印刷された後、８０℃〜１３０℃で乾燥される。これにより、焼成前の第１熱膨張層、つまり、第１熱膨張層の前駆体は、８０μｍ〜１２０μｍの厚みになり、第１電極層グリーンシート及び第２電極層グリーンシートのそれぞれにおいて、第１熱膨張層の前駆体は、電解質層グリーンシートと同等の厚みに形成される。
【０１０２】
なお、電池の構成で上述したように、第１熱膨張層６は、温度上昇により膨張する熱膨張性樹脂又は熱膨張性粒子の少なくとも一方を含む。そのため、第１熱膨張層６は、粒子状の熱膨張性粒子以外に、例えば、エポキシ系樹脂などの熱膨張性樹脂を含んでもよい。また、第１熱膨張層６は、第１熱膨張層材料として熱膨張性粒子を含まず、熱膨張性樹脂のみを含んでもよい。膨張開始温度が異なる複数の材料を組み合わせて第１熱膨張層６を形成することにより、第１熱膨張層６は、電池の異常な発熱に伴う温度上昇に合わせて、適宜、第１熱膨張層の熱膨張開始温度を設定することができる。これにより、電池の異常な発熱を効果的に抑制することができ、電池の発火又は発煙を抑制することができる。
【０１０３】
最後に、第１電極層グリーンシートの電解質層グリーンシートが形成された側の面と第２電極層グリーンシートの電解質層グリーンシートが形成された側の面とを重ね合わせ、積層グリーンシートを作製する。
【０１０４】
続いて、焼成工程について説明する。焼成工程では、グリーンシート作製工程で得られた積層グリーンシートを所定の条件で焼成することにより、グリーンシート内のバインダーを脱脂し、各構成に含まれる材料粒子同士の結着性を高める。
【０１０５】
グリーンシート作製工程にて得られた積層グリーンシートを矩形形状のダイス型に収める。次いで、加圧金型パンチと積層グリーンシートとの間に、弾性率５×１０６Ｐａ程度の弾性体シート（７０μｍ厚み）を挿入する。そして、これを５０℃に加温しながら、３００ＭＰａにて９０秒間加圧することで、本実施の形態に係る電池１００が得られる。
【０１０６】
なお、本実施の形態では、第１活物質層スラリー、第２活物質層スラリー及び電解質層スラリーをスクリーン印刷により印刷する例を示したが、これに限られない。印刷方法としては、例えば、ドクターブレード法、カレンダー法、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、オフセット法、ダイコート法、スプレー法などを用いてもよい。
【０１０７】
また、第１活物質層スラリー、第２活物質層スラリー及び電解質層スラリーは、上述した正極活物質又は負極活物質、固体電解質、導電助剤、バインダー、及び溶媒の他、必要に応じて焼成助剤などを混合することで作製できる。また、スラリーの混合方法は特に限定されず、必要に応じて、増粘剤、可塑剤、消泡剤、レベリング剤、密着性付与剤のような添加剤を添加してもよい。
【０１０８】
［積層電池の製造方法］
本実施の形態に係る積層電池の製造方法の一例を説明する。本実施の形態に係る積層電池の製造方法は、上述した製造方法で得られた電池を複数個、例えば、２個準備し、それらの電池を接続する電極端子を形成する電極端子形成工程と、それらの電池の間に第２熱膨張層１６を形成する第２熱膨張層形成工程と、焼成工程とを含む。
【０１０９】
本実施の形態では、図３及び図４に示すように、上述の電池の製造方法にて得られた電池を第１電池１００及び第２電池１００ａとし、これらを直列接続した積層電池について説明する。なお、第１電池１００及び第２電池１００ａの製造方法については、上述のとおりであるため、ここでの説明を省略する。
【０１１０】
電極端子形成工程では、第１電池１００及び第２電池１００ａが互いに直列接続される側の集電体の表面に、電極端子８及び１８の前駆体を形成する。図３に示すように、電極端子８は、第１電池１００の第１集電体３の第２電池１００ａと対向する表面に、所定の形状になるようにメタルマスクを用いて導電性ペーストを印刷した後、乾燥して形成される。同様に、電極端子１８は、第２電池１００ａの第２集電体１の第１電池１００と対向する表面に形成される。
【０１１１】
具体的には、導電性ペーストは、集電体の表面に約１００μｍ〜１５０μｍの厚みで印刷された後、８０℃〜１３０℃で乾燥される。これにより、焼成前の電極端子、つまり、電極端子の前駆体は、８０μｍ〜１２０μｍの厚みになる。
【０１１２】
第２熱膨張層形成工程では、第１電池１００及び第２電池１００ａの間に第２熱膨張層１６の前駆体を形成する。第２熱膨張層用ペーストは、上述の第１熱膨張層用ペーストと同じ組成であってもよく、異なる組成であってもよい。第２熱膨張層用ペーストを第１電池１００の第１集電体３上に形成された電極端子８の前駆体及び第２電池１００ａの第２集電体１上に形成された電極端子１８の前駆体を除く領域に、第２熱膨張層１６が所定形状で形成されるようにメタルマスクを用いて印刷される。第２熱膨張層用ペーストは、第１電池１００の第１集電体３及び第２電池１００ａの第２集電体１上にそれぞれ約１００μｍ〜約１５０μｍの厚みで印刷された後、８０℃〜１３０℃で乾燥される。これにより、焼成前の第２熱膨張層、つまり、第２熱膨張層の前駆体は、８０μｍ〜１２０μｍの厚みになり、第１電池１００及び第２電池１００ａのそれぞれにおいて、第２熱膨張層１６の前駆体は、電極端子８及び１８の前駆体と同等の厚みに形成される。
【０１１３】
次いで、焼成工程では、電極端子８の前駆体及び電極端子１８の前駆体が互いに接するように第１電池１００及び第２電池１００ａを重ね合わせた後、５０℃に加温しながら２００ＭＰａにて９０秒間加圧する。これにより、第１電池１００と第２電池１００ａとが一体化されて、本実施の形態に係る積層電池２００が得られる。
【０１１４】
以上、本開示に係る電池及び積層電池について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本開示に係る電池及び電池スタックは、例えば、各種の電子機器又は自動車などに用いられる全固体電池などの二次電池として利用されうる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  第２集電体
２  第２活物質層
３  第１集電体
４  第１活物質層
５  電解質層
６  第１熱膨張層
７、１７  空隙
８、１８  電極端子
１１  第２電極層
１２  第１電極層
１６  第２熱膨張層
１００  電池、第１電池
１００ａ  第２電池
２００  積層電池
【図１】
2019083188.tif 000003
【図２】
2019083188.tif 000004
【図３】
2019083188.tif 000005
【図４】
2019083188.tif 000006