(57)【要約】【課題】各電池セルの電圧を把握するための複数の集電板を、専有面積が大きくなることを抑えてバイポーラ固体電池の外部に配置することが可能なバイポーラ固体電池の集電板配置構造を提供すること。【解決手段】正極活物質層と、負極活物質層と、正極活物質層と負極活物質層との間に配置され正極活物質層と負極活物質層とのそれぞれに接触する固体電解質層と、をそれぞれ備える複数の固体電池セルが積層されて構成された電池セル積層体を有するバイポーラ固体電池１の、積層の方向に対する一側面１０１に正極集電体１１と負極集電体１２を備え、積層の方向における一端面としての表面１０２と、積層の方向における他端面としての裏面と、の少なくとも一面に、固体電池セル２０の集電板３１、３２が配置されている、バイポーラ固体電池１の集電板配置構造である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置され前記正極活物質層と前記負極活物質層とのそれぞれに接触する固体電解質層と、をそれぞれ備える複数の固体電池セルが積層されて構成された電池セル積層体を有するバイポーラ固体電池の集電板配置構造であって、
前記積層の方向に対する一側面に正極集電体と負極集電体を備え、
前記積層の方向における一端面としての表面と、前記積層の方向における他端面としての裏面と、の少なくとも一面に、前記固体電池セルの集電板が配置されている、バイポーラ固体電池の集電板配置構造。
【請求項２】
前記集電板は、前記電池セル積層体と、前記バイポーラ固体電池の側面を構成する側壁と、の間を前記固体電池セルの積層方向に延びて、前記表面と前記裏面との少なくとも一面に配置されている、請求項１に記載のバイポーラ固体電池の集電板配置構造。
【請求項３】
全ての前記固体電池セルの前記集電板は、前記表面又は前記裏面のいずれかに配置されている、請求項１に記載のバイポーラ固体電池の集電板配置構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電池セルのエネルギー密度の向上が図られたバイポーラ固体電池の集電板配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高電圧および高エネルギー密度を有する電池としてリチウム電池が実用化されている。リチウム電池の用途が広い分野に拡大していること、及び、高性能のリチウム電池が要求されていることから、リチウム電池の更なる性能向上のために様々な研究が行われている。
【０００３】
リチウム電池のエネルギー密度の向上のためには、電極の厚みの低減が最も効果的であり、正極層、電解質層および負極層が順次積層された単電池を構成する電池セル（例えば、特許文献１参照）が複数積層されたバイポーラ電池が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０４５５９４号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１６０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のバイポーラ電池では、各電池セルの電圧をモニタリングして把握するための正極および負極としての集電板は、電池セルの側面に延びているが、電池セルの側面の面積には制限がある。より多くの集電板を、電池セルの一側面のみならず他の側面にも延ばした場合には、セルの側面における集電板の占有面積が大きくなる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、各電池セルの電圧を把握するための複数の集電板を、専有面積が大きくなることを抑えてバイポーラ固体電池の外部に配置することが可能なバイポーラ固体電池の集電板配置構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、正極活物質層（例えば、後述の正極合材２１）と、負極活物質層（例えば、後述の負極合材２２）と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置され前記正極活物質層と前記負極活物質層とのそれぞれに接触する固体電解質層（例えば、後述の固体電解質層２３）と、をそれぞれ備える複数の固体電池セル（例えば、後述の全固体電池セル２０）が積層されて構成された電池セル積層体（例えば、後述の電池セル積層体１０）を有するバイポーラ固体電池（例えば、後述のバイポーラ全固体電池１）の集電板配置構造であって、前記積層の方向に対する一側面（例えば、後述の側面１０１）に正極集電体（例えば、後述の正極集電体１１）と負極集電体（例えば、後述の負極集電体１２）を備え、前記積層の方向における一端面としての表面（例えば、後述の上面１０２）と、前記積層の方向における他端面としての裏面（例えば、後述の下面１０３）と、の少なくとも一面に、前記固体電池セルの集電板が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、積層の方向における一端面としての表面と、積層の方向における他端面としての裏面と、の少なくとも一面に、固体電池セルの集電板が配置されている。これにより、集電板をバイポーラ固体電池の側面に配置させる場合と比較して、当該側面における集電板の占有面積を少なくすることが可能となり、バイポーラ固体電池の全体における集電板の占有体積を少なくすることが可能となる。この結果、エネルギー密度を向上させることが可能となる。
【０００９】
また、このような配置により、集電板は、バイポーラ固体電池の表面により構造的に補強される。このため、集電板を大きく構成せずに小さい構成とすることが可能となり、エネルギー密度を向上させることが可能である。
【００１０】
前記集電板は、前記電池セル積層体と、前記バイポーラ固体電池の側面を構成する側壁（例えば、後述の側壁封止材１７）と、の間を前記固体電池セルの積層方向に延びて、前記表面と前記裏面との少なくとも一面に配置されていることが好ましい。
【００１１】
この発明では、集電板は、電池セル積層体と、バイポーラ固体電池の側面を構成する側壁と、の間を固体電池セルの積層方向に延びている。
これにより、集電板がバイポーラ固体電池の側面からバイポーラ固体電池の外部に突出せずに、バイポーラ固体電池の上面に配置される。このため、バイポーラ固体電池の全体における集電板の占有体積を少なくすることが可能となる。
【００１２】
全ての前記固体電池セルの前記集電板は、前記表面又は前記裏面のいずれかに配置されていることが好ましい。
【００１３】
この発明では、全ての固体電池セルの集電板は、表面又は裏面のいずれかに配置される。これにより、各固体電池セルの電圧を把握するための正極および負極の集電板に対して、バイポーラ固体電池の表面において、容易に電圧測定機器を電気的に接続可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各電池セルの電圧を把握するための複数の集電板を、専有面積が大きくなることを抑えてバイポーラ固体電池の外部に配置することが可能なバイポーラ固体電池の集電板配置構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイポーラ固体電池の集電板配置構造を示す平面図である。
【図２】上記実施形態に係るバイポーラ固体電池の集電板配置構造を示す側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るバイポーラ固体電池の集電板配置構造を示す平面図である。図２は、バイポーラ固体電池の集電板配置構造を示す側方断面図である。なお、図２においては、説明の便宜上、図１において符号「３１」、「３２」で指し示す電圧監視用端子３１、３２以外の電圧監視用端子については、図示を省略する。
【００１７】
バイポーラ固体電池は、複数の全固体電池セル２０が積層されて構成された電池セル積層体１０を有するバイポーラ構造とされたバイポーラ全固体電池１により構成されており、本実施形態におけるバイポーラ固体電池の集電板配置構造は、バイポーラ全固体電池１における、各全固体電池セル２０の電圧をモニタリングして把握するための集電板としての電圧監視用端子３１、３２の配置に関するものである。
【００１８】
より具体的には、バイポーラ全固体電池１を構成する全固体電池セル２０は、固体の正極活物質により構成され正極として機能する正極層としての正極合材２１と、固体の負極活物質により構成され負極として機能する負極層としての負極合材２２と、正極合材２１と負極合材２２との間に配置された固体電解質層２３とを有している。正極合材２１、固体電解質層２３、及び、負極合材２２は、積層され、正極合材２１と固体電解質層２３とが接触し、負極合材２２と固体電解質層２３とが接触している。
【００１９】
複数の全固体電池セル２０は、集電板としての板状の電圧監視用端子３１、３２を介して、積層されている。具体的には、図２に示すように、最下層の全固体電池セル２０の負極合材２２は、バイポーラ全固体電池１の負極としての負極集電体１２の上に載置されて負極集電体１２に接触している。そして、最下層の全固体電池セル２０においては、負極合材２２、固体電解質層２３、正極合材２１の順に積層され、正極合材２１には、電圧監視用端子３１の一端部３１１が載置されて接触している。
【００２０】
下から２番面の全固体電池セル２０の負極合材２２は、電圧監視用端子３１の一端部３１１の上に載置されて電圧監視用端子３１の一端部３１１に接触している。そして、下から２番面の全固体電池セル２０においては、最下層の全固体電池セル２０と同様に、負極合材２２、固体電解質層２３、正極合材２１の順に積層され、正極合材２１には、電圧監視用端子３２の一端部３２１が載置されて接触している。
【００２１】
最上層の全固体電池セル２０の負極合材２２は、電圧監視用端子３２の一端部３２１の上に載置されて電圧監視用端子３２の一端部３２１に接触している。そして、最上層の全固体電池セル２０においては、最下層の全固体電池セル２０と同様に、負極合材２２、固体電解質層２３、正極合材２１の順に積層され、正極合材２１には、正極集電体１１の一端部１１１が載置されて接触している。
【００２２】
このように積層された複数の全固体電池セル２０は、全固体電池セル２０の積層方向における一端面としての上面１０２を有する上壁外装材１５と、同方向における他端面としての下面１０３を有する下壁外装材１６と、これら上壁外装材１５と下壁外装材１６とに跨がるように設けられ、バイポーラ全固体電池１の側面１０１を有する側壁封止材１７と、により構成される外郭部１００の内部に収容されている。
【００２３】
負極集電体１２の一端部１２１は、下壁外装材１６の上面に載置されており、負極集電体１２の他端部１２２は、側壁封止材１７を貫通しての側面１０１の外部へ延びている。正極集電体１１の一端部１１１は、上壁外装材１５の下面に載置されており、正極集電体１１の他端部１１２は、側壁封止材１７を貫通して外郭部１００の側面１０１の外部へ延びている。
【００２４】
最下層の全固体電池セル２０と下から２番面の全固体電池セル２０との間に配置された電圧監視用端子３１は、側壁封止材１７を貫通して側面１０１の外部へ延びて折れ曲がり、側壁封止材１７の外面（側面１０１）に沿って上方向に延びて上壁外装材１５の上面１０２（外郭部１００の上面１０２）に至る。そして、電圧監視用端子３１の他端部３１２は、折れ曲がり上壁外装材１５の上面１０２に沿って配置されて上面１０２に設けられている。上壁外装材１５の上面１０２に設けられている電圧監視用端子３１の他端部３１２は、図１に示すように、正方形の平板状に形成されている。
【００２５】
最上層の全固体電池セル２０と下から２番面の全固体電池セル２０との間に配置された電圧監視用端子３２は、折れ曲がり、側壁封止材１７の内面に沿って上方向に延び、即ち、電圧監視用端子３２は、積層された複数の全固体電池セル２０により構成される電池セル積層体１０とバイポーラ全固体電池１の側面１０１を構成する側壁封止材１７との間を、全固体電池セル２０の積層方向に延び、上壁外装材１５を貫通して上壁外装材１５の上面１０２に至る。そして、電圧監視用端子３２の他端部３２２は、折れ曲がり、上壁外装材１５の上面１０２に沿って配置されて上面１０２に設けられている。上壁外装材１５の上面１０２に設けられている電圧監視用端子３２の他端部３２２は、図１に示すように、正方形の平板状に形成されている。
【００２６】
従って、電圧監視用端子３２の他端部３２２、電圧監視用端子３１の他端部３１２は、全て上壁外装材１５の上面１０２（表面）に配置されており、下壁外装材１６の下面１０３（裏面）や側壁封止材１７の外面（側面１０１）には配置されていない。
【００２７】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、全固体電池セル２０の積層の方向におけるバイポーラ全固体電池１の一端面としての上面１０２に、全固体電池セル２０の集電板としての電圧監視用端子３２の他端部３２２、電圧監視用端子３１の他端部３１２が配置されている。
【００２８】
これにより、集電板としての電圧監視用端子をバイポーラ全固体電池の側面に配置させる場合と比較して、当該側面における占有面積を少なくすることが可能となり、バイポーラ全固体電池１の全体における電圧監視用端子３１、３２の占有体積を少なくすることが可能となる。この結果、エネルギー密度を向上させることが可能となる。
【００２９】
また、このような配置により、電圧監視用端子３２の他端部３２２、電圧監視用端子３１の他端部３１２は、バイポーラ全固体電池１の上面１０２により構造的に補強される。このため、電圧監視用端子３２、電圧監視用端子３１を大きく構成せずに小さい構成とすることが可能となり、エネルギー密度を向上させることが可能である。
【００３０】
また、集電板としての電圧監視用端子３２は、電池セル積層体１０と、バイポーラ全固体電池１の側面１０１を構成する側壁封止材１７と、の間を全固体電池セル２０の積層方向に延びて、表面１０２に配置されている。
【００３１】
これにより、電圧監視用端子３１、３２がバイポーラ全固体電池１の側面１０１から外郭部１００の外部に突出せずに、バイポーラ全固体電池１の上面１０２に配置されるため、バイポーラ全固体電池１の全体における電圧監視用端子３１、３２の占有体積を少なくすることが可能となる。
【００３２】
また、全ての全固体電池セル２０の集電板としての電圧監視用端子３２の他端部３２２、電圧監視用端子３１の他端部３１２は、バイポーラ固体電池の上面１０２（表面）に配置されている。これにより、各全固体電池セル２０の電圧を把握するための正極および負極の集電板である電圧監視用端子３２、電圧監視用端子３１に対して、上壁外装材１５の上面１０２（表面）において、容易に電圧測定機器を電気的に接続可能である。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、全固体電池セル２０の積層の方向における一端面としての上面１０２（表面）に、電圧監視用端子３２の他端部３２２、電圧監視用端子３１の他端部３１２が配置されていたが、この構成に限定されない。例えば、全固体電池セル２０の積層の方向における他端面としての下面１０３（裏面）に、集電板としての全ての電圧監視用端子３２、電圧監視用端子３１、の他端部３２２、３１２が配置されていてもよい。
また、必要に応じて、例えば、全固体電池セル２０の積層の方向における一端面としての上面１０２（表面）と、同方向における他端面としての下面１０３（裏面）と、の少なくとも一面に、全固体電池セルの集電板としての電圧監視用端子が配置されていてもよい。即ち、例えば、全固体電池セル２０の積層の方向における一端面としての上面１０２（表面）に、電圧監視用端子３２の他端部３２２が配置され、全固体電池セル２０の積層の方向における他端面としての下面１０３（裏面）に、電圧監視用端子３１の他端部３１２が配置されていてもよい。
【００３５】
また、バイポーラ固体電池の集電板配置構造の各部の構成は、本実施形態によるバイポーラ全固体電池１の集電板配置構造の各部の構成に限定されない。例えば、集電板としての電圧監視用端子３２の他端部３２２、電圧監視用端子３１の他端部３１２は、正方形の平板状に形成されていたが、この形状に限定されない。例えば、集電板は、線の形状に形成されていてもよい。
また、例えば、バイポーラ固体電池は、全固体電池セル２０に対して電流を印加するための端子が外郭部１００の外面に配置された全固体電池セル２０を有するバイポーラ全固体電池１により構成されてもよい。
【００３６】
また、本実施形態におけるバイポーラ全固体電池１においては、電圧監視用端子３１が側壁封止材１７を貫通して外郭部１００の外部へ延び、電圧監視用端子３２が上壁外装材１５を貫通して外郭部１００の外部へ延びていたが、この構成に限定されない。例えば、全ての電圧監視用端子が、上壁外装材１５又は下壁外装材１６を貫通して外郭部１００の外部へ延びる構成を有していてもよい。
【００３７】
また、本実施形態においては、バイポーラ固体電池は、バイポーラ全固体電池１により構成されたが、これに限定されない。例えば、バイポーラ固体電池は、液体の電解質を有する液系のリチウムイオン二次電池により構成されてもよい。また、バイポーラ全固体電池１は、リチウム合金を有していなくてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１…バイポーラ全固体電池（バイポーラ固体電池）
１０…電池セル積層体（電池セル積層体）
１１…正極集電体
１２…負極集電体
１７…側壁封止材（側壁）
２０…全固体電池セル（固体電池セル）
２１…正極合材（正極活物質層）
２２…負極合材（負極活物質層）
２３…固体電解質層（固体電解質層）
１０１…側面（一側面、側面）
１０２…上面（表面）
１０３…下面（裏面）
【図１】
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【図２】
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