(57)【要約】【課題】本発明は、側面集電体による短絡を防止したモノポーラ型固体電池を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、正極活物質層、表面正極集電体、負極活物質層、表面負極集電体、および固体電解質層を有するモノポーラ型固体電池であって、上記表面正極集電体および上記表面負極集電体の少なくとも一方が、積層方向に配置された側面集電体と接続され、上記側面集電体が、上記固体電解質層を超えて対極側まで存在し、かつ、上記対極との間に形成されたスペースにより上記対極と絶縁され、上記側面集電体が、凹凸形状を有することを特徴とするモノポーラ型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
2012226862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質層と、前記正極活物質層上に形成された表面正極集電体と、負極活物質層と、前記負極活物質層上に形成された表面負極集電体と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有するモノポーラ型固体電池であって、
前記表面正極集電体および前記表面負極集電体の少なくとも一方が、積層方向に配置された側面集電体と接続され、
前記側面集電体が、前記固体電解質層を超えて対極側まで存在し、かつ、前記対極との間に形成されたスペースにより前記対極と絶縁され、
前記側面集電体が、凹凸形状を有することを特徴とするモノポーラ型固体電池。
【請求項２】
前記側面集電体の凹凸形状が、平板状集電体が折れ曲がることにより形成された形状であることを特徴とする請求項１に記載のモノポーラ型固体電池。
【請求項３】
前記側面集電体の凹凸形状が、平板状集電体の表面に補強材を配置することにより形成された形状であることを特徴とする請求項１に記載のモノポーラ型固体電池。
【請求項４】
前記側面集電体の凹凸形状の凸部が、前記積層方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のモノポーラ型固体電池。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載のモノポーラ型固体電池を２以上積層した積層型固体電池であって、
隣り合う前記モノポーラ型固体電池が、前記表面正極集電体または前記表面負極集電体を共有し、
積層された前記モノポーラ型固体電池が、前記側面集電体を共有していることを特徴とする積層型固体電池。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載のモノポーラ型固体電池、または、請求項５に記載の積層型固体電池を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、側面集電体による短絡を防止したモノポーラ型固体電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。
【０００３】
現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む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、電解液を固体電解質層に変えて、電池を固体化したリチウム固体電池は、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】
固体電池は、一般的には、正極活物質層と、正極活物質層上に形成された正極集電体と、負極活物質層と、負極活物質層上に形成された負極集電体と、正極活物質層および負極活物質層の間に形成された固体電解質層と、を有する。例えば正極集電体は、負極（負極活物質層、負極集電体）と接触すると、短絡が生じるため、短絡を防止する工夫が必要になる。特許文献１の図８では、モノポーラ型固体電池において、単電池層１９の両側面にスペースを設けることにより短絡を防止している。また、特許文献１の図９では、バイポーラ型固体電池において、シール部３１を設けることにより短絡を防止している。
【０００５】
また、特許文献２には、双極型電極の集電体に表面粗化を行い、凹凸形状を形成することが開示されている。また、特許文献３には、活物質を保持するための凹部を有する活物質層基体を備えた活物質層が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２１２０９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５７８９３号公報
【特許文献３】特開２００９−２８３４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高エネルギー密度化の観点から、電池を構成する各部材はできるだけ密に配置することが望まれる。そこで、活物質層上に形成された集電体と、電池の積層方向に配置された側面集電体とを電気的に接続した電池の開発が進んでいる。側面集電体を用いることで、例えばモノポーラ型固体電池を積層配置した場合に、側面での集電が容易になる。さらに、側面集電体を積層方向に配置することで、側面集電体を斜めに配置した場合に比べて、不要なスペースを削減することができる。
【０００８】
このように、側面集電体を有する電池は、高エネルギー密度化を図りやすいという利点があるが、一方で、組付不良や振動等で側面集電体が撓むことで、側面集電体（例えば側面正極集電体）が対極（負極）と接触し短絡が生じる場合がある。本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、側面集電体による短絡を防止したモノポーラ型固体電池を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明においては、正極活物質層と、上記正極活物質層上に形成された表面正極集電体と、負極活物質層と、上記負極活物質層上に形成された表面負極集電体と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有するモノポーラ型固体電池であって、上記表面正極集電体および上記表面負極集電体の少なくとも一方が、積層方向に配置された側面集電体と接続され、上記側面集電体が、上記固体電解質層を超えて対極側まで存在し、かつ、上記対極との間に形成されたスペースにより上記対極と絶縁され、上記側面集電体が、凹凸形状を有することを特徴とするモノポーラ型固体電池を提供する。
【００１０】
本発明によれば、側面集電体が凹凸形状を有することから、凹凸形状を有しない平板状集電体に比べて、積層方向とは直交する方向の力に対する強度を向上させることができる。その結果、組付不良や振動等で側面集電体が撓んだとしても、側面集電体（例えば側面正極集電体）が対極（負極）と接触し短絡が生じることを防止できる。
【００１１】
上記発明においては、上記側面集電体の凹凸形状が、平板状集電体が折れ曲がることにより形成された形状であることが好ましい。このような凹凸形状は、例えば平板状集電体にプレス加工を行うことにより容易に作成でき、積層方向とは直交する方向の力に対する強度を容易に向上させることができるからである。
【００１２】
上記発明においては、上記側面集電体の凹凸形状が、平板状集電体の表面に補強材を配置することにより形成された形状であることが好ましい。このような凹凸形状は、例えば平板状集電体に補強材を貼り付けることにより容易に作成でき、積層方向とは直交する方向の力に対する強度を容易に向上させることができるからである。
【００１３】
上記発明においては、上記側面集電体の凹凸形状の凸部が、上記積層方向に沿って形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、上述したモノポーラ型固体電池を２以上積層した積層型固体電池であって、隣り合う上記モノポーラ型固体電池が、上記表面正極集電体または上記表面負極集電体を共有し、積層された上記モノポーラ型固体電池が、上記側面集電体を共有していることを特徴とする積層型固体電池を提供する。
【００１５】
本発明によれば、上述したモノポーラ型固体電池を用いることにより、組付不良や振動等で側面集電体が撓んだとしても、側面集電体（例えば側面正極集電体）が対極（負極）と接触し短絡が生じることを防止できる。
【００１６】
また、本発明においては、上述したモノポーラ型固体電池、または、上述した積層型固体電池を有することを特徴とする移動体を提供する。
【００１７】
本発明によれば、上述したモノポーラ型固体電池または積層型固体電池を有することから、発進、停止の繰り返しに起因する短絡を防止した移動体とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のモノポーラ型固体電池は、側面集電体による短絡を防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のモノポーラ型固体電池の一例を示す模式図である。
【図２】側面集電体が平板状集電体である場合のモノポーラ型固体電池の一例を示す模式図である。
【図３】本発明における側面集電体の形状を例示する概略平面図である。
【図４】本発明のモノポーラ型固体電池の他の例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明における凹凸形状を例示する概略平面図である。
【図６】本発明における凹凸形状を例示する概略平面図である。
【図７】本発明のモノポーラ型固体電池を例示する概略断面図である。
【図８】本発明の積層型固体電池の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のモノポーラ型固体電池、積層型固体電池、および移動体について、詳細に説明する。
【００２１】
Ａ．モノポーラ型固体電池
まず、本発明のモノポーラ型固体電池について説明する。本発明のモノポーラ型固体電池は、正極活物質層と、上記正極活物質層上に形成された表面正極集電体と、負極活物質層と、上記負極活物質層上に形成された表面負極集電体と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有するモノポーラ型固体電池であって、上記表面正極集電体および上記表面負極集電体の少なくとも一方が、積層方向に配置された側面集電体と接続され、上記側面集電体が、上記固体電解質層を超えて対極側まで存在し、かつ、上記対極との間に形成されたスペースにより上記対極と絶縁され、上記側面集電体が、凹凸形状を有することを特徴とするものである。
【００２２】
図１（ａ）は本発明のモノポーラ型固体電池の一例を示す概略斜視図であり、図１（ｂ）は本発明のモノポーラ型固体電池の一例を示す概略断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示されるモノポーラ型固体電池１０は、正極活物質層１と、正極活物質層１上に形成された表面正極集電体２と、負極活物質層３と、負極活物質層３上に形成された表面負極集電体４と、正極活物質層１および負極活物質層３の間に形成された固体電解質層５とを有する。
【００２３】
表面正極集電体２は、電池の積層方向に配置された側面正極集電体６ａと電気的に接続されている。側面正極集電体６ａは、固体電解質層５を超えて対極（負極）側まで存在し、かつ、負極（負極活物質層３、表面負極集電体４）との間に形成されたスペースＳ１により、負極と絶縁されている。一方、表面負極集電体４は、電池の積層方向に配置された側面負極集電体６ｂと電気的に接続されている。側面負極集電体６ｂは、固体電解質層５を超えて対極（正極）側まで存在し、かつ、正極（正極活物質層１、表面正極集電体２）との間に形成されたスペースＳ２により、正極と絶縁されている。モノポーラ型固体電池１０においては、側面正極集電体６ａおよび側面負極集電体６ｂが、それぞれ凹凸形状を有する。その結果、凹凸形状を有しない平板状集電体に比べて、積層方向とは直交する方向の力１１に対する強度が向上する。
【００２４】
本発明によれば、側面集電体が凹凸形状を有することから、凹凸形状を有しない平板状集電体に比べて、積層方向とは直交する方向の力に対する強度を向上させることができる。その結果、組付不良や振動等で側面集電体が撓んだとしても、側面集電体（例えば側面正極集電体）が対極（負極）と接触し短絡が生じることを防止できる。例えば、図２（ａ）に示すように、側面集電体６が、凹凸形状を有しない平板状集電体である場合、積層方向とは直交する方向の力に対する強度が低い。そのため、図２（ｂ）に示すように、組付不良や振動等で、積層方向とは直交する方向の力１１が加わり、側面集電体６が撓むと、側面集電体６が対極（正極活物質層１、表面正極集電体２）と接触し短絡が生じる。これに対して、本発明においては、側面集電体が凹凸形状を有するため、積層方向とは直交する方向の力に対する強度が向上し、短絡を防止できる。
【００２５】
また、本発明によれば、側面集電体を積層方向に配置することで、電池を構成する各部材を最大限密に配置することができ、電池の高エネルギー密度化を図ることができる。さらに、本発明においては、側面集電体（例えば側面正極集電体）と対極（負極）との間にスペースを設けて両者を絶縁しているが、絶縁部材を用いて絶縁する場合に比べて、部品数を少なくすることができ、コスト低減や歩留まり向上を図ることができる。
【００２６】
以下、本発明のモノポーラ型固体電池について、モノポーラ型固体電池の構成と、モノポーラ型固体電池の部材とに分けて説明する。
【００２７】
１．モノポーラ型固体電池の構成
本発明のモノポーラ型固体電池は、電池の積層方向に配置された側面集電体を有する。電池の積層方向とは、電池の部材が積層されている厳密な方向（垂直方向）のみならず、その方向に対して、±１０°の範囲内で傾いている方向も包含される。
【００２８】
表面正極集電体および表面負極集電体の少なくとも一方は、側面集電体と接続される。すなわち、表面正極集電体が側面正極集電体と接続され、表面負極集電体が側面負極集電体と接続されない態様であっても良く、表面負極集電体が側面負極集電体と接続され、表面正極集電体が側面正極集電体と接続されない態様であっても良く、表面正極集電体および表面負極集電体が、それぞれ側面正極集電体および側面負極集電体と接続される態様であっても良い。表面集電体および側面集電体は、例えば導電性接着材を用いて接続されていることが好ましい。
【００２９】
本発明における側面集電体は、固体電解質層を超えて対極側まで存在し、かつ、対極との間に形成されたスペースにより対極と絶縁される。ここで、側面集電体と対極の端部とのクリアランスをＷ１とする。なお、対極の端部とは、集電体および活物質層のうち、より側面集電体に近い部材の端部をいう。一方、対極の活物質層の幅をＷ２とする。例えば図１（ｂ）に示すように、側面正極集電体６ａと、対極（負極活物質層３、表面負極集電体４）の端部とのクリアランスをＷ１とし、負極活物質層３の幅をＷ２とする。Ｗ１は、Ｗ２に対して、２％〜２０％の範囲内であることが好ましく、５％〜１０％の範囲内であることがより好ましい。また、側面集電体に生じる撓みの程度は、側面集電体の材質や厚さによって異なるものであるが、この撓みを考慮すると、Ｗ１の値は、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、１.０ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００３０】
また、本発明における側面集電体の材料としては、例えば、金、銀、パラジウム、銅、ニッケル、鉄、ＳＵＳ、アルミニウム、チタン、カーボン等を挙げることができ、中でも、金が好ましい。酸化還元反応の影響を受けにくいからである。側面集電体は、例えば平板状集電体を用いてなるものであることが好ましい。また、側面集電体は、凹凸形状を有する。側面集電体の凹凸形状は、凹凸形状を有しない平板状集電体に比べて、積層方向とは直交する方向の力に対する強度を向上させることができる形状であれば特に限定されるものではない。
【００３１】
側面集電体の凹凸形状の一例としては、図１（ａ）に示したように、平板状集電体が折れ曲がることにより形成された形状（以下、第一の凹凸形状と称する場合がある）を挙げることができる。第一の凹凸形状は、例えば平板状集電体にプレス加工を行うことにより容易に作成でき、積層方向とは直交する方向の力に対する強度を容易に向上させることができる。第一の凹凸形状としては、例えば、矩形の凸部および凹部が交互に形成された形状（図３（ａ））、三角形の凸部および凹部が交互に形成された形状（図３（ｂ））、曲線状の凸部および凹部が交互に形成された形状（図３（ｃ））等を挙げることができる。
【００３２】
中でも、第一の凹凸形状は、表面集電体と面接触可能な形状であることが好ましく、具体的には、図３（ａ）のような形状が好ましい。より効率的に集電できるからである。例えば図３（ａ）に示すように、側面集電体６が表面集電体（図示せず）と連続的に面接触する部分の長さをＬとし、側面集電体６の凹凸形状を含めた幅をＷとし、側面集電体６の厚さ（平板状集電体自体の厚さ）をＴとした場合、Ｌの値は、例えば１ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であることがより好ましい。Ｗの値は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であることが好ましく、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内であることがより好ましい。Ｔの値は、例えば１μｍ〜１０００μｍの範囲内であることが好ましく、１０μｍ〜５０μｍの範囲内であることがより好ましい。
【００３３】
側面集電体の凹凸形状の他の例としては、図４に示すように、平板状集電体７の表面に補強材８を配置することにより形成された形状（以下、第二の凹凸形状と称する場合がある）を挙げることができる。第二の凹凸形状は、例えば平板状集電体に補強材を貼り付けることにより容易に作成でき、積層方向とは直交する方向の力に対する強度を容易に向上させることができる。補強材の材料としては、例えば、金属、樹脂、無機材料等を挙げることができる。
【００３４】
また、側面集電体の凹凸形状が形成される方向は、凹凸形状を有しない平板状集電体に比べて、積層方向とは直交する方向の力に対する強度を向上させることができる方向であれば特に限定されるものではない。ここで、図５、図６は、それぞれ、第一の凹凸形状および第二の凹凸形状を例示する概略平面図である。図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、側面集電体６の凹凸形状の凸部は、積層方向に沿って形成されていることが好ましい。積層方向とは直交する方向の力に対する強度をより向上させることができるからである。ここで、「積層方向に沿って形成される」とは、電池の部材が積層されている厳密な方向（垂直方向）に形成されている場合のみならず、その方向に対して、±１０°の範囲内で傾いた方向に形成されている場合も包含される。一方、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、側面集電体６の凹凸形状の凸部は、積層方向に対して所定の角度（±１０°より大きな角度）を有するように形成されていても良い。また、図６（ｃ）に示すように、補強材８は、網目状に形成されていても良い。
【００３５】
また、本発明においては、図７（ａ）に示すように、活物質層（例えば正極活物質層１）は、側面集電体（例えば側面正極集電体６ａ）との間に空間を有していても良く、図７（ｂ）に示すように、活物質層（例えば正極活物質層１）は、側面集電体（例えば側面正極集電体６ａ）と接するように形成されていても良いが、後者がより好ましい。活物質層および側面集電体の間の空間は、より高エネルギー密度化を図ることができるからである。さらに、この場合、側面集電体は、活物質層から直接集電することができるという利点もある。また、図７（ｃ）に示すように、活物質層（例えば正極活物質層１）と側面集電体（例えば側面正極集電体６ａ）との間、および、表面集電体（例えば表面正極集電体２）と側面集電体（例えば側面正極集電体６ａ）との間の少なくとも一方には、接着材層９が形成されていることが好ましい。位置ズレや組付不良を抑制できるからである。接着材層９は、導電性接着材を用いてなるものであることが好ましい。導電性接着材としては、例えば、金属微粒子と、接着性樹脂とを含有するものを挙げることができる。接着性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂およびシリコン樹脂等を挙げることができる。
【００３６】
２．モノポーラ型固体電池の部材
次に、本発明のモノポーラ型固体電池の部材について説明する。本発明のモノポーラ型固体電池は、側面集電体、正極活物質層、表面正極集電体、負極活物質層、表面負極集電体および固体電解質層を少なくとも有するものである。
【００３７】
（１）側面集電体
側面集電体の材料や厚さ等については、上述した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
【００３８】
（２）正極活物質層
本発明における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、正極活物質の他に、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つを含有していても良い。
【００３９】
本発明における正極活物質は、特に限定されるものではなく、一般的な正極活物質を用いることができる。このような正極活物質としては、例えば本発明のモノポーラ型固体電池がリチウム固体電池である場合、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏ１／３Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＶＯ２、ＬｉＣｒＯ２等の層状正極活物質、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５）２Ｏ４、ＬｉＣｏＭｎＯ４、Ｌｉ２ＮｉＭｎ３Ｏ８等のスピネル型正極活物質、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４等のオリビン型正極活物質、Ｌｉ３Ｖ２Ｐ３Ｏ１２等のナシコン型正極活物質等を挙げることができる。
【００４０】
正極活物質の形状は、例えば粒子状であることが好ましい。正極活物質の平均粒径（Ｄ５０）は、例えば１ｎｍ〜１００μｍの範囲内、中でも１０ｎｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。正極活物質層における正極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば６０重量％〜９９重量％の範囲内、中でも７０重量％〜９５重量％の範囲内であることが好ましい。
【００４１】
導電化材の材料としては、所望の電子伝導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、例えば炭素材料を挙げることができる。さらに、炭素材料としては、具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛を挙げることができる。また、結着材の材料としては、化学的、電気的に安定なものであれば特に限定されるものではないが、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系結着材、および、スチレンブタジエンゴム等のゴム系結着材等を挙げることができる。また、固体電解質材料については、後述する「（６）固体電解質層」で説明する。
【００４２】
正極活物質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内、中でも１０μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４３】
（３）表面正極集電体
本発明における表面正極集電体は、固体電解質層とは反対側の正極活物質層の表面に形成されるものである。表面正極集電体の材料としては、電子伝導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る。
【００４４】
（４）負極活物質層
本発明における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。また、負極活物質層は、負極活物質の他に、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つを含有していても良い。
【００４５】
本発明におけ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。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、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）等の黒鉛、ハードカーボンおよびソフトカーボン等の非晶質炭素等を挙げることができる。
【００４６】
負極活物質の形状は、例えば粒子状であることが好ましい。負極活物質の平均粒径（Ｄ５０）は、例えば１ｎｍ〜１００μｍの範囲内、中でも１０ｎｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。負極活物質層における負極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば６０重量％〜９９重量％の範囲内、中でも７０重量％〜９５重量％の範囲内であることが好ましい。なお、導電化材、結着材および固体電解質材料については、上述した正極活物質層に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
【００４７】
負極活物質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内、中でも１０μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４８】
（５）表面負極集電体
本発明における表面負極集電体は、固体電解質層とは反対側の負極活物質層の表面に形成されるものである。表面負極集電体の材料としては、電子伝導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ＳＵＳ、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができる。
【００４９】
（６）固体電解質層
本発明における固体電解質層は、固体電解質材料を含有する層である。固体電解質材料としては、例えば、硫化物固体電解質材料および酸化物固体電解質材料を挙げることができる。硫化物固体電解質材料は、酸化物固体電解質材料に比べて、イオン伝導性が高いものが多い点で好ましく、酸化物固体電解質材料は、硫化物固体電解質材料に比べて、化学的安定性が高い点で好ましい。
【００５０】
リチウム固体電池に用いられる酸化物固体電解質材料としては、例えば、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する化合物等を挙げることができる。ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する化合物の一例としては、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３（０≦ｘ≦２）で表される化合物を挙げることができる。上記一般式において、ｘの範囲は、０以上であれば良く、中でも、０より大きいことが好ましく、０．３以上であることがより好ましい。一方、ｘの範囲は、２以下であれば良く、中でも、１．７以下であることが好ましく、１以下であることがより好ましい。中でも、本発明においては、上記固体電解質材料が、Ｌｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ１．５（ＰＯ４）３であることが好ましい。また、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する化合物の他の例としては、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＴｉ２−ｘ（ＰＯ４）３（０≦ｘ≦２）で表される化合物を挙げることができる。上記一般式において、ｘの範囲は、０以上であれば良く、中でも、０より大きいことが好ましく、０．３以上であることがより好ましい。一方、ｘの範囲は、２以下であれば良く、中でも、１．７以下であることが好ましく、１以下であることがより好ましい。中でも、本発明においては、上記固体電解質材料が、Ｌｉ１．５Ａｌ０．５Ｔｉ１．５（ＰＯ４）３であることが好ましい。また、酸化物固体電解質材料の他の例としては、ＬｉＬａＴｉＯ（例えば、Ｌｉ０．３４Ｌａ０．５１ＴｉＯ３）、ＬｉＰＯＮ（例えば、Ｌｉ２．９ＰＯ３．３Ｎ０．４６）、ＬｉＬａＺｒＯ（例えば、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）等を挙げることができる。
【００５１】
リチウム固体電池に用いられる硫化物固体電解質材料としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｌｉ２Ｏ−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉＢｒ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉＣｌ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｂ２Ｓ３−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｐ２Ｓ５−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＺｍＳｎ（ただし、ｍ、ｎは正の数。Ｚは、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｇａのいずれか。）、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉｘＭＯｙ（ただし、ｘ、ｙは正の数。Ｍは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか。）等を挙げることができる。なお、上記「Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５」の記載は、Ｌｉ２ＳおよびＰ２Ｓ５を含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質材料を意味し、他の記載についても同様である。
【００５２】
固体電解質材料の形状は、例えば粒子状であることが好ましい。固体電解質材料の平均粒径（Ｄ５０）は、例えば１ｎｍ〜１００μｍの範囲内、中でも１０ｎｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。固体電解質層における固体電解質材料の含有量は、例えば６０重量％以上、中でも７０重量％以上、特に８０重量％以上であることが好ましい。固体電解質層は、結着材を含有していても良く、固体電解質材料のみから構成されていても良い。
【００５３】
固体電解質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内、中でも０．１μｍ〜３００μｍの範囲内、特に１０μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００５４】
（７）モノポーラ型固体電池
本発明のモノポーラ型固体電池の種類としては、例えばリチウム固体電池、ナトリウム固体電池、マグネシウム固体電池およびカルシウム固体電池等を挙げることができ、中でもリチウム固体電池が好ましい。さらに、本発明のモノポーラ型固体電池は、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、例えば車両用電池として有用だからである。また、モノポーラ型固体電池の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的な電池における製造方法と同様である。
【００５５】
Ｂ．積層型固体電池
次に、本発明の積層型固体電池について説明する。本発明の積層型固体電池は、上述したモノポーラ型固体電池を２以上積層した積層型固体電池であって、隣り合う上記モノポーラ型固体電池が、上記表面正極集電体または上記表面負極集電体を共有し、積層された上記モノポーラ型固体電池が、上記側面集電体を共有していることを特徴とするものである。
【００５６】
図８は、本発明の積層型固体電池の一例を示す概略断面図である。図８に示される積層型固体電池２０は、モノポーラ型固体電池１０を２以上積層した電池であって、隣り合うモノポーラ型固体電池１０が、表面正極集電体２または表面負極集電体４を共有し、積層されたモノポーラ型固体電池１０が、側面集電体６ａ、６ｂを共有していることを特徴とするものである。
【００５７】
本発明によれば、上述したモノポーラ型固体電池を用いることにより、組付不良や振動等で側面集電体が撓んだとしても、側面集電体（例えば側面正極集電体）が対極（負極）と接触し短絡が生じることを防止できる。また、積層されるモノポーラ型固体電池の数は、特に限定されるものではないが、例えば２個〜１０００個の範囲内であり、１０個〜１０００個の範囲内であることが好ましい。
【００５８】
Ｃ．移動体
次に、本発明の移動体について説明する。本発明の移動体は、上述したモノポーラ型固体電池、または、上述した積層型固体電池を有することを特徴とするものである。
【００５９】
本発明によれば、上述したモノポーラ型固体電池または積層型固体電池を有することから、発進、停止の繰り返しに起因する短絡を防止した移動体とすることができる。また、例えば平板状集電体を用いた場合、凹凸形状の側面集電体と同等の強度を発揮させるためには、平板状集電体の厚さを厚くする必要があり、電池の軽量化が困難であるという問題がある。これに対して、本発明の移動体は、凹凸形状の側面集電体を用いたモノポーラ型固体電池を使用しているため、軽量化を図ることができ、移動体の燃費を向上させることができる。
【００６０】
本発明の移動体は、上述したモノポーラ型固体電池または積層型固体電池を有し、移動可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば車両等を挙げることができる。車両としては、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車等の四輪車、バイク等の二輪車等を挙げることができる。
【００６１】
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、本発明の特許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。
【符号の説明】
【００６２】
１  …  正極活物質層
２  …  表面正極集電体
３  …  負極活物質層
４  …  表面負極集電体
５  …  固体電解質層
６  …  側面集電体
６ａ  …  側面正極集電体
６ｂ  …  側面負極集電体
７  …  平板状集電体
８  …  補強材
９  …  接着材層
１０  …  モノポーラ型固体電池
２０  …  積層型固体電池
【図１】
2012226862.tif 000003
【図２】
2012226862.tif 000004
【図３】
2012226862.tif 000005
【図４】
2012226862.tif 000006
【図５】
2012226862.tif 000007
【図６】
2012226862.tif 000008
【図７】
2012226862.tif 000009
【図８】
2012226862.tif 000010