(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極及び電解質が固体である電池セルと、
該電池セルを収容する筒状部と該筒状部の軸方向の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部とを有する外装と、
該外装における前記筒状部の軸方向の他端を封止し、かつ前記電池セルに接触する蓋体と、
前記電池セルと電気的に接続された一対の集電体と、
を備え、
前記外装の前記筒状部の前記一端には、前記閉塞部によって閉塞されずに開口する開口部が形成され、前記電池セルと前記外装の前記閉塞部との間には、一方の前記集電体がその一部を前記開口部から突出させて配置され、前記蓋体は、他方の前記集電体を構成しており、
前記開口部は、前記蓋体に対向する部分に位置している、
ことを特徴とする全固体電池。
【請求項２】
正極、負極及び電解質が固体である電池セルと、
該電池セルを収容する筒状部と該筒状部の軸方向の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部とを有する外装と、
該外装における前記筒状部の軸方向の他端を封止し、かつ前記電池セルに接触する蓋体と、
前記電池セルと電気的に接続された一対の集電体と、
を備え、
前記外装の前記筒状部の前記一端には、前記閉塞部によって閉塞されずに開口する開口部が形成され、前記電池セルと前記外装の前記閉塞部との間には、一方の前記集電体がその一部を前記開口部から突出させて配置され、前記蓋体は、他方の前記集電体を構成しており、
前記外装の前記閉塞部と前記一方の集電体との間には、弾性体が配置されている、
ことを特徴とする全固体電池。
【請求項３】
前記蓋体の外径は、前記外装の前記筒状部の前記他端の内径よりも大きいこと、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の全固体電池。
【請求項４】
前記蓋体は、前記外装の前記筒状部に接合されていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の全固体電池。
【請求項５】
全固体電池の製造方法であって、
前記全固体電池は、
正極、負極及び電解質が固体である電池セルと、
該電池セルを収容する筒状部と該筒状部の軸方向の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部とを有する外装と、
該外装における前記筒状部の軸方向の他端を封止し、かつ前記電池セルに接触する蓋体と、
前記電池セルと電気的に接続された一対の集電体と、
を備え、
前記外装の前記筒状部の前記一端には、前記閉塞部によって閉塞されずに開口する開口部が形成され、前記電池セルと前記外装の前記閉塞部との間には、一方の前記集電体がその一部を前記開口部から突出させて配置され、前記蓋体は、他方の前記集電体を構成しており、
前記開口部は、前記蓋体に対向する部分に位置しており、
当該全固体電池の製造方法は、
前記一方の集電体の一部を前記開口部から突出させて配置した後、前記外装の前記筒状部内に前記電池セルを収容する収容工程と、
前記蓋体を前記電池セルに対して前記筒状部の軸方向に押圧しながら接触させ、前記蓋体から前記電池セルを介して前記外装の前記閉塞部に圧力を加えた状態で、前記外装の前記筒状部の前記他端を前記蓋体で封止する封止工程と、
を有することを特徴とする全固体電池の製造方法。
【請求項６】
全固体電池の製造方法であって、
前記全固体電池は、
正極、負極及び電解質が固体である電池セルと、
該電池セルを収容する筒状部と該筒状部の軸方向の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部とを有する外装と、
該外装における前記筒状部の軸方向の他端を封止し、かつ前記電池セルに接触する蓋体と、
前記電池セルと電気的に接続された一対の集電体と、
を備え、
前記外装の前記筒状部の前記一端には、前記閉塞部によって閉塞されずに開口する開口部が形成され、前記電池セルと前記外装の前記閉塞部との間には、一方の前記集電体がその一部を前記開口部から突出させて配置され、前記蓋体は、他方の前記集電体を構成しており、
前記外装の前記閉塞部と前記一方の集電体との間には、弾性体が配置されており、
当該全固体電池の製造方法は、
前記閉塞部に対して、前記弾性体、前記一方の集電体を順に配置した後、前記外装の前記筒状部内に前記電池セルを収容する収容工程と、
前記蓋体を前記電池セルに対して前記筒状部の軸方向に押圧しながら接触させ、前記蓋体から前記電池セルを介して前記外装の前記閉塞部に圧力を加えた状態で、前記外装の前記筒状部の前記他端を前記蓋体で封止する封止工程と、
を有することを特徴とする全固体電池の製造方法。
【請求項７】
前記封止工程では、前記蓋体を前記外装の前記筒状部に接合すること、
を特徴とする請求項５または請求項６に記載の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、全固体電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高性能な電池として、例えばリチウム二次電池が知られている。リチウム二次電池では、電解質として可燃性の有機溶媒にリチウム塩を溶解させた有機電解質が用いられる。ところが、液体の有機電解質を用いた電池では、有機電解質の漏れ出し等、安全性の面で十分とはいえない。そこで、近年、より高い安全性を確保するために、液体の電解質に代えて、固体電解質を用いた全固体電池の開発が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電池セル（正極、負極、電解質）に貫通孔が形成され、その貫通孔に挿通した軸部材であるボルトを締結することで電池セルを加圧する全固体電池が開示されている。また、特許文献２には、電池セルとその電池セルを収容する筐体とを備え、筐体内に電池セルを加圧するための気体を充填した全固体電池が開示されている。このような全固体電池は、前述の方法で電池セルを加圧することにより、電池セル内部の電気抵抗を低減し、電池性能の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７７０４８９号公報
【特許文献２】特許第５２５７４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の全固体電池は、電池セルに形成した貫通孔に軸部材（ボルト）を挿通して締結する等、構造が複雑で部品点数が多く、質量が大きくなる。そのため、質量エネルギー密度の低下を招いてしまう。また、電池セルに貫通孔を形成することから、電池セルの体積が低減され、体積エネルギー密度の低下を招いてしまう。
【０００６】
また、前記特許文献２の全固体電池は、筐体内に電池セルを加圧するための気体を充填するケースやそのケースを配置するスペースが必要となる等、構造が複雑で部品点数が多く、質量や体積が大きくなる。そのため、質量エネルギー密度の低下、体積エネルギー密度の低下を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、電池セル内部の電気抵抗を低減し、質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高め、電池性能の向上を図ることができる全固体電池及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様は、正極、負極及び電解質が固体である電池セルと、該電池セルを収容する筒状部と該筒状部の軸方向の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部とを有する外装と、該外装における前記筒状部の軸方向の他端を封止し、かつ前記電池セルに接触する蓋体と、を備えることを特徴とする全固体電池にある。
【０００９】
前記全固体電池において、外装は、正極、負極及び電解質が固体である電池セルを収容する筒状部と、筒状部の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部とを有する。そして、筒状部の他端を封止する蓋体は、電池セルに対して筒状部の軸方向に向かって圧力を掛けるように筒状部の他端を封止して電池セルと接触している。
【００１０】
そのため、蓋体から電池セルを介して直接的又は間接的に外装の閉塞部に圧力が加えられ、その反発力が電池セルに対して直接的又は間接的に作用する状態となる。これにより、筒状部に収容された電池セルは、筒状部の一端にある閉塞部と他端にある蓋体とにより、筒状部の軸方向に加圧された状態となる。よって、電池セル内部の電気抵抗を低減し、電池性能の向上を図ることができる。
【００１１】
また、前記全固体電池は、前述のとおり、電池セルと外装と蓋体という簡易な構成である。そのため、部品点数を少なくし、全固体電池全体の質量低減や体積低減を図ることができる。これにより、全固体電池の質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高め、電池性能の向上を効果的に図ることができる。
【００１２】
本発明の他の態様は、正極、負極及び電解質が固体である電池セルと、該電池セルを収容する筒状部と該筒状部の軸方向の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部とを有する外装と、該外装における前記筒状部の軸方向の他端を封止し、かつ前記電池セルに接触する蓋体と、を備える全固体電池の製造方法において、前記外装の前記筒状部内に前記電池セルを収容する収容工程と、前記蓋体を前記電池セルに対して前記筒状部の軸方向に押圧しながら接触させ、前記蓋体から前記電池セルを介して前記外装の前記閉塞部に圧力を加えた状態で、前記外装の前記筒状部の前記他端を前記蓋体で封止する封止工程と、を有することを特徴とする全固体電池の製造方法にある。
【００１３】
前記全固体電池の製造方法は、収容工程と封止工程とを順に行う。すなわち、収容工程では、外装の筒状部内に電池セルを収容する。そして、封止工程では、外装の筒状部の他端を蓋体で封止する。このとき、蓋体を電池セルに対して筒状部の軸方向に押圧しながら接触させ、蓋体から電池セルを介して外装の閉塞部に圧力を加えた状態とする。そのため、筒状部に収容された電池セルは、筒状部の一端にある閉塞部と他端にある蓋体とにより、筒状部の軸方向に加圧された状態となる。
【００１４】
これにより、前述した全固体電池、すなわち簡易な構成で、電池セル内部の電気抵抗を低減し、質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高め、電池性能の向上を図ることができる全固体電池を容易に製造することができる。また、全固体電池が簡易な構成であり、部品点数が少ないため、全固体電池の製造における作業容易化、工程簡素化等を図ることができる。
【００１５】
このように、本発明によれば、簡易な構成で、電池セル内部の電気抵抗を低減し、質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高め、電池性能の向上を図ることができる全固体電池及びその製造方法を提供することができる。
【００１６】
また、前記全固体電池において、前記電池セルは、固体からなる正極、負極及び電解質を有する。具体的には、電池セルは、例えば、正極材料を含有する正極（正極層）と、負極材料を含有する負極（負極層）と、正極と負極との間に配置された電解質（固体電解質）とにより構成することができる。
【００１７】
また、前記外装は、電池セルを収容する筒状部と、その筒状部の軸方向の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部とを有する。筒状部と閉塞部とは、それぞれ別部材として両者を接合する構成としていてもよいが、一部材で一体的に構成されていることが好ましい。この場合には、接合部分が存在しないため、閉塞部に掛かる圧力による外装の破損等のおそれを低減できる。
【００１８】
また、前記電池セルと電気的に接続された一対の集電体をさらに備え、前記外装の前記筒状部の前記一端には、前記閉塞部によって閉塞されずに開口する開口部が形成され、前記電池セルと前記外装の前記閉塞部との間には、一方の前記集電体がその一部を前記開口部から突出させて配置され、前記蓋体は、他方の前記集電体を構成していてもよい。
【００１９】
この場合には、蓋体から電池セル及び一方の集電体を介して外装の閉塞部に圧力が加えられ、その反発力が電池セルに対して作用する。これにより、電池セルが加圧された状態となり、電池セル内部の電気抵抗を低減できる。一方で、外装の筒状部の一端の開口部から突出した一方の集電体と蓋体を兼ねた他方の集電体とから容易に電気を取り出せる。また、蓋体が他方の集電体を構成することで、全固体電池全体をより簡易な構成とし、部品点数の削減を図ることができる。これにより、質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高めることができる。
【００２０】
また、前記外装の前記閉塞部と前記一方の集電体との間には、弾性体が配置されていてもよい。この場合には、弾性体が一方の集電体から押圧されることにより、弾性体の弾性力が一方の集電体を介して電池セルに対して作用する。これにより、電池セルをより加圧することができ、電池セル内部の電気抵抗をさらに低減できる。
【００２１】
また、前記蓋体の外径は、前記外装の前記筒状部の前記他端の内径よりも大きくてもよい。この場合には、蓋体を外装の筒状部の他端に圧入した状態で、筒状部の他端を蓋体で封止することができる。これにより、電池セルが加圧された状態を十分に維持することができる。
【００２２】
また、前記蓋体は、前記外装の前記筒状部に接合されていてもよい。この場合には、蓋体を電池セルに対して押圧しながら接触させた状態で、すなわち電池セルが加圧された状態で、蓋体が外装の筒状部に接合されることにより、電池セルが加圧された状態を十分に維持することができる。
【００２３】
また、前記電池セルと電気的に接続された一対の集電体をさらに備え、前記外装は、一方の前記集電体を構成し、前記蓋体は、他方の前記集電体を構成していてもよい。この場合には、外装及び蓋体が一対の集電体を構成することで、全固体電池全体をより簡易な構成とし、部品点数の削減を図ることができる。これにより、質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高めることができる。
【００２４】
また、前記全固体電池の製造方法において、前記封止工程では、前記蓋体を前記外装の前記筒状部に接合してもよい。この場合には、蓋体を電池セルに対して押圧しながら接触させ、蓋体から電池セルを介して外装の閉塞部に圧力を加えた状態で、すなわち電池セルが加圧された状態で、蓋体が外装の筒状部に接合される。これにより、電池セルが加圧された状態を維持しながら、外装の筒状部の他端を蓋体で封止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１における、全固体電池の構造を示す断面図である。
【図２】実施形態１における、全固体電池の製造方法の収容工程を示す説明図である。
【図３】実施形態１における、全固体電池の製造方法の収容工程を示す説明図である。
【図４】実施形態１における、全固体電池の製造方法の封止工程を示す説明図である。
【図５】実施形態２における、全固体電池の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態１）
まず、本実施形態の全固体電池について説明する。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の全固体電池１は、正極層（正極）２１、負極層（負極）２２及び固体電解質層（電解質）２３が固体である電池セル２と、電池セル２を収容する筒状部３１１と筒状部３１１の軸方向の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部３１２とを有する外装３１と、外装３１における筒状部３１１の軸方向の他端を封止し、かつ電池セル２に接触する蓋体３２と、を備える。以下、これを詳説する。
【００２８】
同図に示すように、全固体電池１は、電池セル２を備えている。電池セル２は、正極として機能する正極層２１と、負極として機能する負極層２２と、正極層２１と負極層２２との間に配置された固体電解質層２３とを有している。電池セル２は、正極層２１、固体電解質層２３、負極層２２を順に積層して構成されている。すなわち、正極層２１及び負極層２２は、固体電解質層２３の両面を挟むように配置されている。
【００２９】
正極層２１は、電極活物質（正極活物質）としての正極材料、導電性の固体電解質、炭素材料等の電子伝導材等を含有する。負極層２２は、電極活物質（負極活物質）としての負極材料、導電性の固体電解質、炭素材料等の電子伝導材等を含有する。なお、正極層２１及び負極層２２において、電子伝導材は省略可能である。また、正極層２１及び負極層２２は、シリコン化合物等のバインダ成分を含有してもよい。
【００３０】
固体電解質層２３は、リチウムイオン伝導性固体電解質材料からなり、酸化物系固体電解質材料、もしくは硫化物系固体電解質材料により構成されている。また、正極層２１及び負極層２２の少なくとも一方は、硫化物系固体電解質材料を含有する。これにより、全固体電池１における正極層２１、固体電解質層２３、負極層２２を接合するための熱処理を施すことなく、各層を接合することができ、固体電解質層２３が酸化物系固体電解質材料の場合、全固体電池１の硫化物の含有量を低減できる。
【００３１】
固体電解質層２３を構成する酸化物系固体電解質材料としては、酸化物を化合物とする固体電解質材料であればよいが、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質材料を用いることが好ましい。酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質材料としては、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＭ２−ｘ（ＰＯ４）３［式中、Ｍはゲルマニウム、チタン、ハフニウム、ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ＜１である。］で表されるナシコン型構造を有するリン酸化合物又はその一部を他の元素で置換した置換体、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、ガーネット型構造又はガーネット型類似の構造を有するＬｉ-Ｌａ-Ｔｉ-Ｏ系リチウムイオン伝導体、ペロブスカイト構造又はペロブスカイト類似の構造を有するＬｉ-Ｌａ-Ｔｉ-Ｏ系リチウムイオン伝導体等を用いることができる。
【００３２】
固体電解質層２３を構成する硫化物系固体電解質材料としては、硫化物を化合物とする固体電解質材料であればよいが、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質材料を用いることが好ましい。硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質材料としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ-Ｐ２Ｓ５系、ＬｉＩ-Ｌｉ２Ｓ-Ｐ２Ｏ５系、ＬｉＩ-Ｌｉ２Ｓ-Ｂ２Ｓ３系、ＬｉＩ-Ｌｉ２Ｓ-ＳｉＳ２系、チオリシコン等を用いることができる。
【００３３】
正極層２１及び負極層２２の少なくとも一方の固体電解質は、硫化物系固体電解質材料により構成されている。硫化物系固体電解質材料は、硫化物を化合物とする固体電解質材料であればよいが、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質材料を用いることが好ましい。硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質材料としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ-Ｐ２Ｓ５系、ＬｉＩ-Ｌｉ２Ｓ-Ｐ２Ｏ５系、ＬｉＩ-Ｌｉ２Ｓ-Ｂ２Ｓ３系、ＬｉＩ-Ｌｉ２Ｓ-ＳｉＳ２系、チオリシコン等を用いることができる。
【００３４】
なお、正極層２１及び負極層２２のうち、いずれか一方の固体電解質が硫化物系固体電解質材料により構成されていればよく、他方は対極を構成する材料を含有すれば、硫化物系固体電解質材料を含有しなくてもよい。例えば、対極として金属板、金属粉末の焼結体、金属を蒸着して堆積させた堆積物等を用いてもよい。具体的には、例えば、正極層２１の固体電解質が硫化物リチウムイオン伝導性固体電解質材料である場合には、負極層２２として、リチウム金属やその合金、電極活物質を焼結した焼結体、電極活物質を蒸着して堆積させた堆積物等を用いることができる。
【００３５】
正極層２１及び負極層２２の電極活物質は、電子を受け渡しする物質であればよい。例えば、リチウムイオンを吸蔵、放出又は吸蔵と放出の両方を行うことが可能な物質を用いることができる。具体的には、例えば、Ｌｉ含有金属酸化物等の金属酸化物を用いることができる。詳細には、例えば、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リン酸鉄リチウム、チタン酸リチウム、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化リチウムやこれらの化合物の一部が他の元素に置換された化合物等を用いることができる。また、電極活物質としては、例えば、リチウム金属やリチウム合金を用いることができる。リチウム合金としては、例えば、Ｌｉ-Ａｌ、Ｌｉ-Ｓｎ、Ｌｉ-Ｓｉ、Ｌｉ-Ａｇ等を用いることができる。さらに、電極活物質としては、硫黄や金属硫化物等の硫化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化銅、硫化鉄、硫化チタン、硫化ニッケル等を用いることができる。
【００３６】
本実施形態では、固体電解質層２３を構成する酸化物系固体電解質材料としてＬｉ1.５Ａｌ０．５Ｇｅ１．５（ＰＯ４）３（以下、「ＬＡＧＰ」という）を用いた。また、正極層２１を構成する正極材料としてＬｉＣｏＯ２を用いた。また、負極層２２を構成する負極材料としてＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を用いた。また、正極層２１及び負極層２２を構成する固体電解質としての硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質材料として硫化物ガラス、電子伝導材として気相成長カーボンファイバーを用いた。
【００３７】
同図に示すように、全固体電池１は、電池セル２を収容するＳＵＳ（ステンレス鋼）製の筐体３を備えている。筐体３は、外装３１と蓋体３２とを備えている。外装３１は、軸線に沿って一端及び他端を有し、内部に電池セル２を収容する円筒状の筒状部３１１と、筒状部３１１の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部３１２とを有している。閉塞部３１２の中央部には、外装３１内に連通する開口部３１３が形成されている。筒状部３１１の他端には、蓋体３２が配置されている。蓋体３２は、後述する第２集電体５２を構成している。
【００３８】
同図に示すように、全固体電池１は、電池セル２と電気的に接続された一対の集電体（第１集電体５１、第２集電体５２）を備えている。第１集電体５１は、電池セル２と外装３１の閉塞部３１２との間に配置されている。第１集電体５１は、その一部を外装３１の開口部３１３から突出させて配置されている。第１集電体５１は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）基材からなる。第２集電体５２は、筐体３の蓋体３２である。すなわち、蓋体３２は、第２集電体５２を構成している。
【００３９】
第１集電体５１及び第２集電体５２は、電池セル２を間に挟むようにして配置されている。そして、電池セル２の正極層２１側に第１集電体５１が配置され、負極層２２側に第２集電体５２が配置されている。第１集電体５１は、電池セル２の正極層２１と電気的に接続されている。第２集電体５２は、電池セル２の負極層２２と電気的に接続されている。
【００４０】
また、第１集電体５１と外装３１の閉塞部３１２との間には、環状の弾性体４が配置されている。弾性体４としては、ゴム、樹脂等からなる各種弾性体、金属製の板バネ等の各種バネ材等を用いることができる。また、外装３１（筒状部３１１、閉塞部３１２）と電池セル２及び第１集電体５１との間には、絶縁フィルム３３が配置されている。これにより、第１集電体５１と第２集電体５２（蓋体３２）との間の絶縁性を確保している。なお、絶縁フィルム３３は、第１集電体５１と第２集電体５２（蓋体３２）との間の絶縁性が確保できれば適宜変更することが可能である。例えば、耐熱性の絶縁フィルム（カプトンフィルム等）、絶縁コーティング、樹脂製テープ等を用いてもよい。
【００４１】
また、蓋体３２の外径は、外装３１の筒状部３１１の他端の内径よりも大きく設定されている。蓋体３２は、筒状部３１１の他端に圧入されている。ここで、蓋体３２は、電池セル２（負極層２２）に対して筒状部３１１の軸方向に押圧しながら接触した状態で、筒状部３１１の他端に圧入されている。蓋体３２は、筒状部３１１に対してレーザー溶接により接合されている。なお、接合方法は、溶接、ロウ付け等を採用することができる。
【００４２】
本実施形態では、蓋体３２を外装３１の筒状部３１１の他端に圧入することにより、電池セル２に対して約６ｋＮ程度の荷重（圧力）を掛けている。そして、なお、蓋体３２が電池セル２に対して加える圧力は、例えば、１〜１０ｋＮとすることができる。
【００４３】
次に、本実施形態の全固体電池１の製造方法について説明する。
図２〜図４に示すように、本実施形態の全固体電池１の製造方法は、外装３１の筒状部３１１内に電池セル２を収容する収容工程と、蓋体３２を電池セル２に対して筒状部３１１の軸方向に押圧しながら接触させ、蓋体３２から電池セル２を介して外装３１の閉塞部３１２に圧力を加えた状態で、外装３１の筒状部３１１の他端を蓋体３２で封止する封止工程と、を有する。以下、これを詳説する。
【００４４】
まず、図２、図３に示すように、外装３１内に、弾性部材、第１集電体５１、電池セル２（正極層２１、固体電解質層２３、負極層２２）を順に配置する。具体的には、図２に示すように、外装３１の閉塞部３１２（閉塞部３１２の一部に開口部３１３が設けられている）上に、弾性体４、第１集電体５１を順に配置する。このとき、第１集電体５１の一部を外装３１の閉塞部３１２の開口部３１３から突出させる。その後、図３に示すように、第１集電体５１上に、電池セル２を配置する。これにより、外装３１の筒状部３１１内に電池セル２を収容する。
【００４５】
次いで、図４に示すように、蓋体３２を外装３１の筒状部３１１の他端に圧入し、蓋体３２を電池セル２（負極層２２）に対して筒状部３１１の軸方向に押圧しながら接触させる。このとき、外装３１の閉塞部３１２を治具６１上に配置し、蓋体３２上に配置した治具６２によって蓋体３２に圧力を加え、電池セル２に対して約６ｋＮ程度の圧力を掛ける。そして、蓋体３２と筒状部３１１との接触部位Ｐを周方向においてレーザー溶接により接合する。
【００４６】
これにより、蓋体３２を電池セル２に対して筒状部３１１の軸方向に押圧しながら接触させ、蓋体３２から電池セル２を介して外装３１の閉塞部３１２に圧力を加えた状態で、外装３１の筒状部３１１の他端を蓋体３２で封止する。以上により、図１に示す全固体電池１が得られる。
【００４７】
なお、前記収容工程及び前記封止工程を不活性ガス（例えば、アルゴンガス、窒素ガス等）雰囲気下のチャンバー（空間）内で行うことで、全固体電池１の内部に不活性ガスを充填するようにしてもよい。このようにすれば、例えば、硫化物系固体電解質材料の加水分解、酸化や、リチウム金属負極（負極層２２）の水分、窒素、酸素、二酸化炭素等との反応、リチウム合金系負極（負極層２２）の水分との反応、電極材料（ＬｉＣｏＯ２等）の水分等との反応による各材料の劣化を低減できる。
【００４８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の全固体電池１において、外装３１は、固体からなる正極層２１、負極層２２及び固体電解質層２３を有する電池セル２を収容する筒状部３１１と、筒状部３１１の一端のうち少なくとも一部を閉塞する閉塞部３１２とを有する。そして、筒状部３１１の他端を封止する蓋体３２は、電池セル２に対して筒状部３１１の軸方向に向かって圧力を掛けるように筒状部３１１の他端を封止して電池セル２と接触している。
【００４９】
そのため、蓋体３２から電池セル２を介して間接的に外装３１の閉塞部３１２に圧力が加えられ、その反発力が電池セル２に対して間接的に作用する状態となる。これにより、筒状部３１１に収容された電池セル２は、筒状部３１１の一端にある閉塞部３１２と他端にある蓋体３２とにより、筒状部３１１の軸方向に加圧された状態となる。よって、電池セル２内部の電気抵抗を低減し、電池性能の向上を図ることができる。
【００５０】
また、全固体電池１は、前述のとおり、電池セル２と外装３１と蓋体３２という簡易な構成である。そのため、部品点数を少なくし、全固体電池１全体の質量低減や体積低減を図ることができる。これにより、全固体電池１の質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高め、電池性能の向上を効果的に図ることができる。
【００５１】
また、本実施形態において、全固体電池１は、電池セル２と電気的に接続された一対の集電体（第１集電体５１、第２集電体５２）をさらに備えている。また、外装３１の筒状部３１１の一端には、閉塞部３１２によって閉塞されずに開口する開口部３１３が形成されている。また、電池セル２と外装３１の閉塞部３１２との間には、一方の集電体（第１集電体５１）がその一部を開口部３１３から突出させて配置され、蓋体３２は、他方の集電体（第２集電体５２）を構成している。
【００５２】
そのため、蓋体３２から電池セル２及び第１集電体５１を介して外装３１の閉塞部３１２に圧力が加えられ、その反発力が電池セル２に対して作用する。これにより、電池セル２が加圧された状態となり、電池セル２内部の電気抵抗を低減できる。一方で、外装３１の筒状部３１１の一端の開口部３１３から突出した第１集電体５１と蓋体３２を兼ねた第２集電体５２とから容易に電気を取り出せる。また、蓋体３２が第２集電体５２を構成することで、全固体電池１全体をより簡易な構成とし、部品点数の削減を図ることができる。これにより、質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高めることができる。
【００５３】
また、外装３１の閉塞部３１２と一方の集電体（第１集電体５１）との間には、弾性体４が配置されている。そのため、弾性体４が第１集電体５１から押圧されることにより、弾性体４の弾性力が第１集電体５１を介して電池セル２に対して作用する。これにより、電池セル２をより加圧することができ、電池セル２内部の電気抵抗をさらに低減できる。
【００５４】
また、蓋体３２の外径は、外装３１の筒状部３１１の他端の内径よりも大きい。そのため、蓋体３２を外装３１の筒状部３１１の他端に圧入した状態で、筒状部３１１の他端を蓋体３２で封止することができる。これにより、電池セル２が加圧された状態を十分に維持することができる。
【００５５】
また、蓋体３２は、外装３１の筒状部３１１に接合されている。そのため、蓋体３２を電池セル２に対して押圧しながら接触させた状態で、すなわち電池セル２が加圧された状態で、蓋体３２が外装３１の筒状部３１１に接合されることにより、電池セル２が加圧された状態を十分に維持することができる。
【００５６】
また、本実施形態の全固体電池１の製造方法は、収容工程と封止工程とを順に行う。すなわち、収容工程では、外装３１の筒状部３１１内に電池セル２を収容する。そして、封止工程では、外装３１の筒状部３１１の他端を蓋体３２で封止する。このとき、蓋体３２を電池セル２に対して筒状部３１１の軸方向に押圧しながら接触させ、蓋体３２から電池セル２を介して外装３１の閉塞部３１２に圧力を加えた状態とする。そのため、筒状部３１１に収容された電池セル２は、筒状部３１１の一端にある閉塞部３１２と他端にある蓋体３２とにより、筒状部３１１の軸方向に加圧された状態となる。
【００５７】
これにより、前述した全固体電池１を容易に製造することができる。また、全固体電池１が簡易な構成であり、部品点数が少ないため、全固体電池１の製造における作業容易化、工程簡素化等を図ることができる。
【００５８】
また、本実施形態において、封止工程では、蓋体３２を外装３１の筒状部３１１に接合する。そのため、蓋体３２を電池セル２に対して押圧しながら接触させ、蓋体３２から電池セル２を介して外装３１の閉塞部３１２に圧力を加えた状態で、すなわち電池セル２が加圧された状態で、蓋体３２が外装３１の筒状部３１１に接合される。これにより、電池セル２が加圧された状態を維持しながら、外装３１の筒状部３１１の他端を蓋体３２で封止することができる。
【００５９】
このように、本実施形態によれば、簡易な構成で、電池セル２内部の電気抵抗を低減し、質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高め、電池性能の向上を図ることができる全固体電池１及びその製造方法を提供することができる。
【００６０】
（実施形態２）
本実施形態は、図５に示すように、全固体電池１の一対の集電体（第１集電体５１、第２集電体５２）の構成を変更した例である。
【００６１】
同図に示すように、筐体３において、外装３１（筒状部３１１、閉塞部３１２）は、一方の集電体（第１集電体５１）を構成している。蓋体３２は、他方の集電体（第２集電体５２）を構成している。また、外装３１の閉塞部３１２上には、電池セル２（正極層２１）が配置されている。これにより、正極層２１と閉塞部３１２とが電気的に接続し、外装３１（筒状部３１１、閉塞部３１２）が第１集電体５１の役割を果たす。また、蓋体３２は、電池セル２（負極層２２）と接触するように外装３１を封止している。これにより、負極層２２と蓋体３２とが電気的に接続し、蓋体３２が第２集電体５２の役割を果たす。なお、電池セル２と外装３１の閉塞部３１２との間には、前述の実施形態１（図１参照）の弾性体４が配置されていない。その他の基本的な構成は、前述の実施形態１と同様である。
【００６２】
次に、本実施形態の全固体電池１の製造方法について説明する。
まず、同図に示すように、外装３１内に、電池セル２（正極層２１、固体電解質層２３、負極層２２）を配置する。具体的には、外装３１の閉塞部３１２上に、電池セル２を配置する。これにより、外装３１の筒状部３１１内に電池セル２を収容する。
【００６３】
次いで、蓋体３２を外装３１の筒状部３１１の他端に圧入し、蓋体３２を電池セル２（負極層２２）に対して筒状部３１１の軸方向に押圧しながら接触させる。これにより、蓋体３２を電池セル２に対して筒状部３１１の軸方向に圧力を掛けながら接触させ、蓋体３２から電池セル２を介して外装３１の閉塞部３１２に圧力を加えた状態で、外装３１の筒状部３１１の他端を蓋体３２で封止する。以上により、全固体電池１が得られる。
【００６４】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の場合には、外装３１及び蓋体３２が一対の集電体（第１集電体５１、第２集電体５２）を構成することで、全固体電池１全体をより簡易な構成とし、部品点数の削減を図ることができる。これにより、質量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高めることができる。その他の基本的な作用効果は、前述の実施形態１と同様である。
【００６５】
（その他の実施形態）
本発明は、前述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００６６】
（１）前述の実施形態では、図１等に示すように、外装３１の筒状部３１１内に１個の電池セル２を配置しているが、例えば、外装３１の筒状部３１１内に複数個の電池セル２を積層して配置してもよい。
【００６７】
（２）前述の実施形態では、図１等に示すように、外装３１における筒状部３１１と閉塞部３１２とは、一部材で一体的に構成されているが、例えば、筒状部３１１と閉塞部３１２とを別部材とし、両者を接合するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１…全固体電池
２…電池セル
２１…正極層（正極）
２２…負極層（負極）
２３…固体電解質層（電解質）
３１…外装
３１１…筒状部
３１２…閉塞部
３２…蓋体
【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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