(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部と筒状側壁部とを有する外装缶と、
平面部と周壁部とを有し、前記外装缶に対向する封口缶と、
前記外装缶と前記封口缶との間に収容され、正極材層と負極材層と前記正極材層と前記負極材層との間に配置される固体電解質層とを含む発電要素とを備え、
前記平面部と前記周壁部とは、曲面部を介して連続して形成され、
前記発電要素の外周面の上端と前記平面部の内面及び前記曲面部の内面の第１の境界との間に、第１の隙間が形成され、
前記第１の隙間は、該第１の隙間が最大となる位置において径方向に２．０ｍｍ以下の幅を有する、全固体電池。
【請求項２】
請求項１に記載の全固体電池であって、
前記平面部の内面の直径と前記発電要素の直径との差は、２．０ｍｍ以下である、全固体電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第１の隙間は、径方向に０．０１ｍｍ以上の幅を有する、全固体電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の全固体電池であって、さらに、
前記周壁部は、曲面部側の基端部と、前記基端部の外径よりも大きく形成された開口端側の拡径部と、前記基端部と前記拡径部との間の段部とを有する、全固体電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の全固体電池であって、さらに、
前記筒状側壁部と前記周壁部との間に配置されるガスケットを備え、
前記ガスケットは、前記底部と前記周壁部の開口端との間に配置され、前記周壁部から径方向内側に突出するガスケット底部を有し、
前記発電要素の外周面と前記ガスケット底部の内周面との間に、第２の隙間が形成され、
前記第２の隙間は、該第２の隙間が最大となる位置において径方向に２．０ｍｍ以下の幅を有する、全固体電池。
【請求項６】
請求項５に記載の全固体電池であって、
前記ガスケット底部の内周面の内径と前記発電要素の直径との差は、２．０ｍｍ以下である、全固体電池。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の全固体電池であって、
前記第２の隙間は、径方向に０．０１ｍｍ以上の幅を有する、全固体電池。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の全固体電池であって、
前記底部と前記平面部との間には、前記発電要素が複数直列に積層されて収容され、
前記第１の隙間は、前記平面部の最も近くに配置される発電要素の外周面の上端と前記平面部の内面及び前記曲面部の内面の第１の境界との間に形成され、
前記第２の隙間は、前記底部の最も近くに配置される発電要素の外周面と前記ガスケット底部の内周面との間に形成される、全固体電池。
【請求項９】
請求項４に記載の全固体電池であって、
前記底部と前記平面部との間には、前記発電要素が複数直列に積層されて収容され、
前記基端部の内面は、前記曲面部の内面から連続して形成される周側面と該周側面から前記段部の内面まで連続して形成される曲率面との間に第２の境界を有し、
前記発電要素のうち前記平面部の最も近くに配置されるのが正極材層である場合、前記平面部の内面から前記第２の境界までの高さは、前記平面部の内面から前記平面部に最も近い負極材層の外周面の上端までの高さよりも小さく、
前記発電要素のうち前記平面部の最も近くに配置されるのが負極材層である場合、前記平面部の内面から前記第２の境界までの高さは、前記平面部の内面から前記平面部に最も近い正極材層の外周面の上端までの高さよりも小さい、全固体電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の全固体電池であって、
前記周側面は、軸方向において前記平面部から離れるにしたがって径方向外方に広がる、全固体電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全固体電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
全固体電池、特に固体電解質として硫化物系固体電解質を用いた全固体電池は、電池内部に水分が侵入すると電池特性が劣化する。そのため、全固体電池は、外部からの水分の侵入に強い構造である必要がある。【０００３】
従来、特開２０１９−２１４２８号公報は、固体電解質層を有するコイン型電池を開示している（特許文献１）。従来のコイン型電池は、金属製封口板（封口缶）の側壁部が平板部から鉛直に折れ曲がり、その側壁部の縁端部が外側に折り合わされている。また、封口缶の側壁部と金属製ケース（外装缶）の側壁部との間にはガスケットが配置されている。外装缶の縁端部は、折り合わされた封口缶の側壁部の先端の方向へ内部側に向くように湾曲し、カシメられている。【０００４】
従来のコイン型電池は、外装缶と封口缶とをカシメることにより、外部からの水分が侵入しにくい構造になっている。しかしながら、従来のコイン型電池は、封口缶の折り合わされた縁端部の先端面が狭いため、先端面の上方から外装缶の縁端部をカシメても適切なカシメ圧力を掛けることができない。そのため、従来のコイン型電池は、外装缶と封口缶とのカシメが不足し、外部から水分が侵入するおそれがあった。【０００５】
一方で、特開２０１７−１６２７７１号公報は、全固体電池ではないものの、封口缶の側壁部に段部を設けた電池を開示している（特許文献２）。従来の電池は、外装缶の縁端部が封口缶の側壁部に設けた段部の方向へ湾曲し、外装缶と封口缶とをカシメている。そのため、この電池は、充分なカシメ圧力を掛けて外装缶と封口缶とをカシメることができ、外部からの水分の侵入を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１９−２１４２８号公報
【特許文献２】特開２０１７−１６２７７１号公報
【発明の概要】
【０００７】
しかしながら、通常、全固体電池は、電池内部に硬質の発電要素を配置する構造であるため、封口缶の形状によっては容易に発電要素の位置決めができず、発電要素の位置ズレが生じ得る。このような発電要素の位置ズレは、外装缶と封口缶とのカシメ不良の原因となる。特許文献１のコイン型電池は、封口缶の平板部と積層体（発電要素）との間に加圧部材が構成されている。このコイン型電池は、封口缶の内部に発電要素を配置する際、加圧部材の周端部よりも径方向外側に発電要素の一部がはみ出すと、外装缶と封口缶とをカシメる際に発電要素が傾斜し得る。そのため、従来のコイン型電池は、加圧部材に対する発電要素の位置決めに失敗し、位置ズレが生じると、外装缶と封口缶とのカシメ不良が生じ得るという問題があった。すなわち、従来のコイン型電池は、発電要素の位置決め及び位置ズレについては考慮されていなかった。
【０００８】
また、特許文献２の電池は、封口缶の周壁部に段部を設けることにより充分なカシメ圧力で外装缶と封口缶とをカシメることができる。しかしながら、特許文献２の電池は、全固体電池ではなく、発電要素の位置決め及び位置ズレについては考慮されていなかった。
【０００９】
そこで、本開示は、発電要素を容易に位置決めして適切に配置し、発電要素の位置ズレを抑制することにより、カシメ不良を生じさせることなく外装缶と封口缶とを充分にカシメることができ、外部からの水分の侵入を防止することができる全固体電池を提供することを課題とする。
【００１０】
上記課題を解決するために、本開示は次のように構成した。すなわち、本開示に係る全固体電池は、底部と筒状側壁部とを有する外装缶を備えてよい。全固体電池は、平面部と周壁部とを有し、外装缶に対向する封口缶を備えてよい。全固体電池は、外装缶と封口缶との間に収容され、正極材層と、負極材層と、正極材層と負極材層との間に配置される固体電解質層とを含む発電要素を備えてよい。平面部と周壁部とは、曲面部を介して連続して形成されてよい。発電要素の外周面の上端と平面部の内面及び曲面部の内面の第１の境界との間に、第１の隙間が形成されてよい。第１の隙間は、第１の隙間が最大となる位置において径方向に２．０ｍｍ以下の幅を有してよい。
【００１１】
本開示に係る全固体電池によれば、発電要素を容易に位置決めして適切に配置し、発電要素の位置ズレを抑制することにより、カシメ不良を生じさせることなく外装缶と封口缶とを充分にカシメることができ、外部からの水分の侵入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態に係る全固体電池の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る全固体電池の構造を示す断面図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る全固体電池の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係る全固体電池の構造を示す断面図である。
【図５】図５は、第３実施形態に係る全固体電池の構造を示す断面図である。
【図６】図６は、第３実施形態に係る全固体電池の構造を示す断面図である。
【図７】図７は、第４実施形態に係る全固体電池の構造を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
全固体電池は、底部と筒状側壁部とを有する外装缶を備えてよい。全固体電池は、平面部と周壁部とを有し、外装缶に対向する封口缶を備えてよい。全固体電池は、外装缶と封口缶との間に収容され、正極材層と、負極材層と、正極材層と負極材層との間に配置される固体電解質層とを含む発電要素を備えてよい。平面部と周壁部とは、曲面部を介して連続して形成されてよい。発電要素の外周面の上端と平面部の内面及び曲面部の内面の第１の境界との間に、第１の隙間が形成されてよい。第１の隙間は、第１の隙間が最大となる位置において径方向に２．０ｍｍ以下の幅を有してよい。
【００１４】
第１の隙間を形成したことにより、発電要素を容易に位置決めして封口缶の内部に配置でき、位置ズレを抑制することができる。これにより、全固体電池は、カシメ不良を生じさせることなく、外装缶と封口缶とを充分にカシメることができ、その結果、外部からの水分の侵入を防止することができる。
【００１５】
平面部の内面の直径と発電要素の直径との差は、２．０ｍｍ以下であってよい。これにより、より確実に発電要素を容易に位置決めでき、発電要素の位置ズレを抑制することができる。
【００１６】
第１の隙間は、径方向に０．０１ｍｍ以上の幅を有してよい。これにより、発電要素が曲面部の内面に接触せず、発電要素の損傷を抑制することができる。
【００１７】
周壁部は、曲面部側の基端部と、基端部の外径よりも大きく形成された開口端側の拡径部と、基端部と拡径部との間の段部とを有してよい。これにより、筒状側壁部の径方向に対して略垂直の方向、すなわち縦方向に、段部に対して十分なカシメ圧力を掛けることができる。
【００１８】
全固体電池は、さらに、筒状側壁部と周壁部との間に配置されるガスケットを備えてよい。ガスケットは、底部と周壁部の開口端との間に配置され、周壁部から径方向内側に突出するガスケット底部を有してよい。発電要素の外周面とガスケット底部の内周面との間に、第２の隙間が形成されてよい。第２の隙間は、第２の隙間が最大となる位置において径方向に２．０ｍｍ以下の幅を有してよい。第２の隙間を形成したことにより、発電要素の外装缶側においても、発電要素を容易に位置決めして封口缶の内部に配置でき、位置ズレをより確実に抑制することができ、より確実に外部からの水分の侵入を防止することができる。
【００１９】
ガスケット底部の内周面の内径と発電要素の直径との差は、２．０ｍｍ以下であってもよい。これにより、より確実に発電要素を容易に位置決めでき、発電要素の位置ズレを抑制することができる。
【００２０】
第２の隙間は、径方向に０．０１ｍｍ以上の幅を有してよい。これにより、発電要素がガスケットの内周面に接触せず、発電要素の損傷を抑制することができる。
【００２１】
全固体電池は、底部と平面部との間に、発電要素が複数直列に積層されて収容されてよい。第１の隙間は、平面部の最も近くに配置される発電要素の外周面の上端と平面部の内面及び曲面部の第１の境界との間に形成されてよい。第２の隙間は、底部の最も近くに配置される発電要素の外周面とガスケット底部の内周面との間に形成されてよい。これにより、発電要素を複数直列に積層した全固体電池であっても、カシメ不良を生じさせることなく、外装缶と封口缶とを充分にカシメることができ、外部からの水分の侵入を防止することができる。
【００２２】
全固体電池は、前記底部と前記平面部との間に前記発電要素が複数直列に積層されて収容されてよい。基端部の内面は、曲面部の内面から連続して形成される周側面と周側面から段部の内面まで連続して形成される曲率面との間に第２の境界を有してよい。発電要素のうち平面部の最も近くに配置されるのが正極材層である場合、平面部の内面から第２の境界までの高さは、平面部の内面から前記平面部に最も近い負極材層の外周面の上端までの高さよりも小さくてよい。発電要素のうち平面部の最も近くに配置されるのが負極材層である場合、平面部の内面から前記第２の境界までの高さは、平面部の内面から平面部に最も近い正極材層の外周面の上端までの高さよりも小さくてよい。これにより、短絡を防止することができる。
【００２３】
全固体電池は、軸方向において前記平面部から離れるにしたがって径方向外方に広がってよい。これにより、より確実に短絡を防止することができる。
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本開示の第１実施形態の全固体電池１について、図１を用いて具体的に説明する。まず、図１に示すように、全固体電池１は、基本的には、外装缶２と、封口缶３と、発電要素４と、ガスケット５とから構成されている。なお、本第１実施形態では、全固体電池１は、扁平形電池である。
【００２５】
外装缶２は、円形状の底部２１と、底部２１の外周から連続して形成される円筒状の筒状側壁部２２とを備える。筒状側壁部２２は、縦断面視で、底部２１に対して略垂直に延びるように設けられている。外装缶２は、ステンレスなどの金属材料によって形成されている。なお、外装缶２の形状は、円形状の底部２１を備えた円筒形状に限られない。例えば、外装缶２の形状は、底部２１を四角形状などの多角状に形成し、筒状側壁部２２を底部２１の形状に合わせた四角筒状などの多角筒状に形成してもよく、全固体電池１のサイズや形状に応じて、種々変更することができる。そのため、筒状側壁部２２の形状は、円筒状だけでなく、四角筒状などの多角筒状も含むものである。
【００２６】
封口缶３は、円形状の平面部３１と、平面部３１の外周から曲面部３３を介して連続して形成される円筒状の周壁部３２とを備える。封口缶３の開口は、外装缶２の開口と対向している。封口缶３は、ステンレスなどの金属材料によって形成されている。なお、封口缶３の形状は、円形状の平面部３１を備えた円筒形状に限られない。例えば、封口缶３の形状は、平面部３１を四角形状などの多角状に形成し、周壁部３２を平面部３１の形状に合わせた四角筒状などの多角筒状に形成してもよく、全固体電池１のサイズや形状に応じて、種々変更することができる。そのため、周壁部３２の形状は、円筒状だけでなく、四角筒状などの多角筒状も含むものである。
【００２７】
封口缶３の周壁部３２は、曲面部３３側の基端部３２ａと、基端部３２ａの外径よりも大きく形成された開口端側の拡径部３２ｂと、基端部３２ａと拡径部３２ｂとの間の段部３２ｃとを有している。そのため、周壁部３２は、基端部３２ａよりも拡径部３２ｂが外側に広くなる段状に形成されている。
【００２８】
外装缶２と封口缶３とは、発電要素４を内部空間に収容したのち、外装缶２の筒状側壁部２２と封口缶３の周壁部３２との間にガスケット５を介してカシメられる。具体的には、外装缶２と封口缶３とは、外装缶２と封口缶３の互いの開口を対向させ、外装缶２の筒状側壁部２２の内側に封口缶３の周壁部３２を挿入したのち、筒状側壁部２２と周壁部３２との間にガスケット５を介してカシメられる。筒状側壁部２２の縁端部は、周壁部３２の段部３２ｃの方向へ内側に向くようにカシメられる。そのため、筒状側壁部２２の縁端部は、筒状側壁部２２の径方向に対して略垂直の方向、すなわち、縦方向へと充分にカシメられる。なお、全固体電池１の製造工程の詳細は、後述する。なお、なお、発電要素４と封口缶３の平面部３１との間には、集電体を設けてもよい。発電要素４と外装缶２の底部２１との間には、集電体を設けてもよい。
【００２９】
封口缶３の平面部３１と周壁部３２とは、曲面部３３を介して連続して形成されている。平面部３１と周壁部３２とは、金属製の平板材をプレス成形することによって形成される。その際、平面部３１と周壁部３２との間には、通常、曲面部３３が形成される。曲面部３３は、平面部３１と曲面部３３の境界から曲面部３３と周壁部３２との境界までの範囲をいう。曲面部３３の内面は、平面部３１の内面と曲面部３３の内面の境界１０から曲面部３３の内面と基端部３２ａの内面との境界までの範囲をいう。すなわち、平面部３１の内面と曲面部３３の内面との境界１０は、平面部３１の内面の外周端に沿って形成されている。
【００３０】
発電要素４は、外装缶２と封口缶３との間に収容され、正極材層４１と負極材層４２と固体電解質層４３とを含んでいる。固体電解質層４３は、正極材層４１と負極材層４２との間に配置されている。発電要素４は、外装缶２の底部２１側（図示の下方）から正極材層４１、固体電解質層４３、負極材層４２の順で積層されている。発電要素４は、円柱形状に形成されている。発電要素４は、外装缶２の底部２１の内面に配置されている。よって、外装缶２は、正極缶として機能する。また、発電要素４は、封口缶３の平面部３１の内面に接している。よって、封口缶３は、負極缶として機能する。なお、発電要素４は、円柱形状に限られず、直方体形状や多角柱形状等、全固体電池１のサイズや形状に応じて、種々変更することができる。また、外装缶２側に負極材層４２を位置付け、封口缶３側に正極材層４１を位置付けるように発電要素４を配置してもよい。その場合、外装缶２が負極として機能し、封口缶３が正極として機能する。
【００３１】
正極材層４１は、リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質として、平均粒径３μｍのＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２と、硫化物固体電解質（Ｌｉ６ＰＳ５Ｃｌ）と、導電助剤であるカーボンナノチューブとを質量比で５５：４０：５の割合で含有した１８０ｍｇの正極合剤を直径１０ｍｍの金型に入れて円柱形状に成形した正極ペレットである。なお、正極材層４１は、発電要素４の正極材層として機能することができれば、特に限定されるものではなく、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、オリビン型複合酸化物等であってもよく、これらを適宜混合したものであってもよい。また、正極材層４１のサイズや形状は、円柱形状に限定されるものではなく、全固体電池１のサイズや形状に応じて種々変更可能である。
【００３２】
負極材層４２は、リチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質として、ＬＴＯ（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、チタン酸リチウム）と、硫化物固体電解質（Ｌｉ６ＰＳ５Ｃｌ）と、カーボンナノチューブとを重量比で５０：４５：５の割合で含有した３００ｍｇの負極合剤を円柱形状に成形した負極ペレットである。なお、負極材層４２は、発電要素４の負極材層として機能することができれば、特に限定されるものではなく、例えば、金属リチウム、リチウム合金、黒鉛、低結晶カーボンなどの炭素材料や、ＳｉＯ、ＬＴＯ（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、チタン酸リチウム）等であってもよく、これらを適宜混合したものであってもよい。また、負極材層４２のサイズや形状は、円柱形状に限定されるものではなく、全固体電池１のサイズや形状に応じて種々変更可能である。
【００３３】
固体電解質層４３は、６０ｍｇの硫化物固体電解質（Ｌｉ６ＰＳ５Ｃｌ）を円柱形状に成形したものである。なお、固体電解質層４３は、特に限定はされないが、イオン伝導性の点から他のアルジロダイト型などの硫黄系固体電解質であってもよい。硫黄系固体電解質を用いる場合には、正極活物質との反応を防ぐために、正極活物質の表面をニオブ酸化物で被覆することが好ましい。また、固体電解質層４３は、水素化物系固体電解質や酸化物系固体電解質等であってもよい。また、固体電解質層４３のサイズや形状は、円柱形状に限定されるものではなく、全固体電池１のサイズや形状に応じて種々変更可能である。
【００３４】
本第１実施形態では、外装缶２の底部２１と封口缶３の平面部３１との間に、１つの発電要素４が収容されている。
【００３５】
この発電要素４の外周面の上端と上述の境界１０との間には、平面視において環状の隙間ｇ１が形成されている。隙間ｇ１は、径方向に１．０ｍｍ以下の幅を有する。図１に示すように、隙間ｇ１は、図中において左右に形成されている。そのため、隙間ｇ１の合計は最大でも２．０ｍｍ以下となる。このように発電要素４の外周面の上端と境界１０との間に隙間ｇ１が形成されたことにより、発電要素４は、封口缶３の内部に配置する際に、容易に位置決めされる。すなわち、発電要素４は、境界１０の直径、すなわち平面部３１の内面の直径よりも２．０ｍｍ以下の小さい直径の円柱状に形成されている。言い換えると、発電要素４の直径は、平面部３１の内面の直径よりも小さく、平面部３１の内面の直径と発電要素４の直径との差は、２．０ｍｍ以下である。そのため、発電要素４は、封口缶３の基端部３２ａの内部に嵌め込まれるようにして、封口缶３の内部に容易に位置決めして配置される。
【００３６】
また、隙間ｇ１は、１．０ｍｍ以下という僅かな幅で形成されている。そのため、発電要素４は、封口缶３の内部に配置される際、または、外装缶２と封口缶３とをカシメる際の位置ズレが抑制される。
【００３７】
隙間ｇ１の幅は、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下とするのがよい。すなわち、隙間ｇ１の幅が広すぎると、発電要素４の位置決めが困難になり、また、位置ズレが生じるおそれがあるためである。さらに、隙間ｇ１の幅が広すぎると、電池全体に占める発電要素４の割合が小さくなり、電池容量が小さくなるためである。一方、発電要素４の外周面の上端と境界１０とを一致させる、すなわち、隙間ｇ１をなくすと、封口缶３の内部に発電要素４を配置する際に、また、外装缶２と封口缶３とをカシメる際に、発電要素４の外周面の上端は、曲面部３３の内面に接触しやすくなる。そのため、曲面部３３の内面に接触した発電要素４は、損傷するおそれがある。そのため、隙間ｇ１の幅は、０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０９ｍｍ以上とするのがよい。
【００３８】
このように、発電要素４の外周面の上端と境界１０との間に隙間ｇ１が形成されたことにより、全固体電池１は、発電要素４の損傷を抑制しながら、発電要素４を容易に位置決めして封口缶３の内部に配置でき、位置ズレを抑制することができる。これにより、全固体電池１は、カシメ不良を生じさせることなく、外装缶２と封口缶３とを充分にカシメることができ、その結果、外部からの水分の侵入を防止することができる。したがって、隙間ｇ１の幅は、発電要素４の位置決めの容易さ、位置ズレの抑制及び発電要素４の損傷の抑制を考慮し、いわゆる遊びを確保した上記の幅とするのがよい。
【００３９】
このような隙間ｇ１の幅による遊びは、発電要素４の僅かな位置ズレを許容し、大きな位置ズレを抑制する。したがって、この隙間ｇ１の幅において発電要素４が僅かに位置ズレした場合、図２に示すように、隙間ｇ１の幅は、その幅が最大となる位置において２．０ｍｍ以下となる。平面部３１の内面の直径と発電要素４の直径との差が２．０ｍｍ以下であるためである。このように、隙間ｇ１の幅は、発電要素４の僅かな位置ズレを考慮した場合、その幅が最大となる位置でも２．０ｍｍ以下としたことにより、発電要素４の大きな位置ズレを抑制できるとともに、この僅かな隙間ｇ１の幅によって発電要素４を容易に位置決めすることができる。この幅が最大となる位置における隙間ｇ１の幅は、２．０ｍｍ以下、好ましくは、１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以下とするのがよい。なお、図２に示すように、発電要素４の位置ズレが２．０ｍｍである場合には、発電要素４の外周面の上端と境界１０との間の一部には隙間ｇ１が形成されない。そのため、外装缶２と封口缶３とをカシメる際に発電要素４の損傷を抑制するという観点からすれば、上述の通り、０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０９ｍｍ以上の幅を有する隙間ｇ１を設けるのがよい。
【００４０】
次に、第１実施形態の全固体電池１の製造工程について、図１を参照しながら具体的に説明する。
【００４１】
まず、プレス成形によって外装缶２と封口缶３とを準備する。この際、封口缶３の平面部３１と周壁部３２との間には、曲面部３３が形成される。
【００４２】
次に、封口缶３の周壁部３２にガスケット５を射出成形によって形成する。なお、ガスケット５は、ポリアミド系樹脂、ポリプロピレン樹脂又はポリフェニレンサルファイド樹脂等の樹脂材料によって構成されている。
【００４３】
次に、封口缶３の開口側を上方に向け、封口缶３の内部に発電要素４を配置する。この際、発電要素４の外周面の上端と境界１０との間には、上述の幅を有する隙間ｇ１が形成される。これにより、発電要素４の損傷を抑制しながら、封口缶３の内部に発電要素４容易に位置決めして配置し、位置ズレを抑制できる。
【００４４】
次に、封口缶３の開口側と外装缶２の開口側とを対向させ、外装缶２の筒状側壁部２２が封口缶３の周壁部３２よりも外側になるようにして、封口缶３の開口側を外装缶２によって被覆する。
【００４５】
この際、外装缶２の筒状側壁部２２と封口缶３の周壁部３２との間には、ガスケット５が配置されている。そして、外装缶２の筒状側壁部２２の縁端部を封口缶３の段部３２ｃの方向に向けるようにして、外装缶２と封口缶３とをカシメる。上述の通り、発電要素４が位置決めされて封口缶３の内部に配置され、位置ズレを抑制することができるため、この方法によって得られた全固体電池１は、カシメ不良を生じさせずに、充分なカシメ圧力で外装缶２と封口缶３とをカシメることができる。その結果、全固体電池１は、外部からの水分の侵入を防止することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態の全固体電池１について、図３を用いて具体的に説明する。なお、第１実施形態に係る全固体電池１と共通する構成については説明を省略し、異なる構成についてのみ具体的に説明する。
【００４７】
第２実施形態に係るガスケット５は、ガスケット底部５１を有する。ガスケット底部５１は、筒状側壁部２２と周壁部３２との間に配置されたガスケット５から連続して形成されている。ガスケット底部５１は、外装缶２の底部２１と封口缶３の周壁部３２の拡径部３２ｂとの間に配置され、拡径部３２ｂから径方向内側に突出している。ガスケット底部５１は、発電要素４の外周面に対向する内周面５１ａを有している。
【００４８】
ガスケット底部５１の内周面５１ａと発電要素４の外周面との間には、隙間ｇ２が形成されている。隙間ｇ２の幅は、発電要素４の位置ズレを抑制するため、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下とするのがよい。隙間ｇ２は、図中において左右に形成されている。そのため、隙間ｇ２の合計は最大でも２．０ｍｍ以下となる。発電要素４は、ガスケット５１の内周面５１ａの内径よりも２．０ｍｍ以下の小さい直径の円柱状に形成されている。言い換えると、発電要素４の直径は、ガスケット５１の内周面５１ａの内径よりも小さく、ガスケット５１の内周面５１ａの内径と発電要素４の直径との差は、２．０ｍｍ以下である。また、ガスケット底部５１の内周面５１ａと発電要素４の外周面とを接触させる、すなわち、隙間ｇ２をなくすと、発電要素４の外周面は、外装缶２と封口缶３とをカシメる際、後述するように平坦ではないガスケット底部５１の内周面５１ａに接触して損傷するおそれがある。さらに、隙間ｇ２が狭すぎると、発電要素４を全固体電池１の内部空間に挿入する際、発電要素４がガスケット底部５１に引っ掛かり、発電要素４又はガスケット５が損傷するおそれがあるため、生産効率が悪化する。したがって、隙間ｇ２の幅は、０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０９ｍｍ以上とするのがよい。
【００４９】
このように、発電要素４の外周面とガスケット底部５１の内周面５１ａとの間に隙間ｇ２を形成したことにより、発電要素４の下端側においても、発電要素４の損傷を抑制しながら、発電要素４を容易に位置決めして封口缶３の内部に配置でき、位置ズレをより確実に抑制することができる。このように、第２実施形態の全固体電池１は、発電要素４の下端側においても位置ズレを抑制でき、カシメ不良を生じさせることなく、外装缶２と封口缶３とを充分にカシメることができ、より確実に外部からの水分の侵入を防止することができる。
【００５０】
また、ガスケット底部５１の内周面５１ａは、通常、図示のように垂直方向に均一な面に形成されておらず、例えば、図示の下端側の方が上端側よりも径方向内側に突出していたり、逆に、上端側の方が径方向内側に突出していたりして平坦ではない場合がある。そのため、本明細書において、隙間ｇ２の幅は、ガスケット底部５１の内周面５１ａのうち最も径方向内側に突出した部分と発電要素４の外周面との幅をいうものとする。
【００５１】
また、固体電解質層４３の周端部は、図３に示すように、正極材層４１の外周面と負極材層４２の外周面とから径方向に突出して構成される場合がある。その際、段部３２ｃの下面とガスケット底部５１の上面との間に形成されたスペースに固体電解質層４３の周端部を収容することができる。このように、第２実施形態の全固体電池１によれば、段部３２ｃの下面とガスケット底部５１の上面との間に形成されたスペースを有効に利用することもできる。なお、第２実施形態の固体電解質層４３は、第１実施形態と同様に、正極材層４１及び負極材層４２と同径に形成されてもよい。逆に、第１実施形態の固体電解質層４３の周端部は、第２実施形態と同様に、正極材層４１の外周面と負極材層４２の外周面とから径方向に突出して構成されてもよい。
【００５２】
図４に示すように、第２実施形態の隙間ｇ２は、第１実施形態の隙間ｇ１と同様に遊びを有する。このような隙間ｇ２の幅による遊びは、発電要素４の僅かな位置ズレを許容し、大きな位置ズレを抑制する。したがって、この隙間ｇ２の幅において発電要素４が僅かに位置ズレした場合、図４に示すように、隙間ｇ２の幅は、その幅が最大となる位置において２．０ｍｍ以下となる。ガスケット底部５１の内周面５１ａの内径と発電要素４の直径との差が２．０ｍｍ以下であるためである。このように、隙間ｇ２の幅は、発電要素４の僅かな位置ズレを考慮した場合、その幅が最大となる位置でも２．０ｍｍ以下としたことにより、発電要素４の大きな位置ズレを抑制できるとともに、この僅かな隙間ｇ２の幅によって発電要素４を容易に位置決めすることができる。この幅が最大となる位置における隙間ｇ２の幅は、２．０ｍｍ以下、好ましくは、１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以下とするのがよい。 なお、図４に示すように、発電要素４の位置ズレが２．０ｍｍである場合には、発電要素４の外周面とガスケット５の内周面５１ａとの間の一部には隙間ｇ２が形成されない。そのため、外装缶２と封口缶３とをカシメる際に発電要素４の損傷を抑制するという観点からすれば、上述の通り、０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０９ｍｍ以上の幅を有する隙間ｇ２を設けるのがよい。また、上述した径方向への突出する固体電解質層４３の径方向の長さは、その幅が最大となる位置における隙間ｇ２の幅に応じて適宜決定される。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本開示の第３実施形態の全固体電池１について、図５を用いて具体的に説明する。第１実施形態と第２実施形態の全固体電池１と共通する構成については説明を省略し、第１実施形態と第２実施形態の全固体電池１とは異なる構成についてのみ具体的に説明する。
【００５４】
第３実施形態の全固体電池１は、外装缶２と封口缶３との間に２つの発電要素４が直列に積層されて収容されている。図示のように、上側の発電要素４は、封口缶３の平面部３１に隣接している。また、下側の発電要素４は、外装缶２の底部２１に隣接している。２つの発電要素４の間には、集電シート６が配置されている。この全固体電池１は、いわゆるバイポーラ型の全固体電池１である。一般的に、発電要素４はそれぞれ、正極材層４１、負極材層４２及び固体電解質層４３が所定の圧力で固められている。そのため、正極材層４１、負極材層４２及び固体電解質層４３は、通常、それぞれ別個に位置ズレすることはない。しかし、バイポーラ型の全固体電池１は、２つの発電要素４が集電シート６を介して上下に載置されているにすぎない。そのため、２つの発電要素４は、それぞれ別個に位置ズレするおそれがある。なお、上側の発電要素４と封口缶３の平面部３１との間には、集電体を設けてもよい。下側の発電要素４と外装缶２の底部２１との間には、集電体を設けてもよい。
【００５５】
図示のように、上側の発電要素４の外周面の上端と境界１０との間には、隙間ｇ１が形成されている。隙間ｇ１の幅は、発電要素４の位置決めを容易にし、位置ズレを抑制するため、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下とするのがよい。また、隙間ｇ１の幅は、発電要素４の損傷を抑制するため、０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０９ｍｍ以上とするのがよい。また、下側の発電要素４の外周面とガスケット底部５１の内周面５１ａとの間には、隙間ｇ２が形成されている。隙間ｇ２の幅も、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下とするのがよく、０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０９ｍｍ以上とするのがよい。
【００５６】
このように、上側に配置された発電要素４の外周面の上端と境界１０との間に隙間ｇ１を形成したことにより、上側の発電要素４は、封口缶３の内部に配置する際に、その損傷を抑制しながら容易に位置決めされるとともに、位置ズレが抑制される。また、下側に配置された発電要素４の外周面とガスケット底部５１の内周面５１ａとの間に隙間ｇ２を形成したことにより、生産効率が悪化することなく、下側の発電要素４は、外装缶２と封口缶３とをカシメる際、その損傷を抑制しながら下側の発電要素４の位置ズレが抑制される。これにより、バイポーラ型の全固体電池１であっても、カシメ不良を生じさせることなく、外装缶２と封口缶３とを充分にカシメることができ、外部からの水分の侵入を防止することができる。
【００５７】
また、バイポーラ型の全固体電池１は、上側の発電要素４と下側の発電要素４の直径が異なる場合がある。その場合、下側の発電要素４の直径が上側の発電要素４の直径より大きい。これにより、全固体電池１の電池容量を大きくすることができる。このように上下の発電要素４の直径が異なる場合であっても、隙間ｇ１を形成したことにより、上側の発電要素４の損傷を抑制しながら、上側の発電要素４を容易に位置決めして封口缶３の内部に配置することができ、位置ズレを抑制することができる。また、隙間ｇ２を設けたことにより、下側の発電要素４の損傷を抑制しながら位置ズレを抑制することができる。
【００５８】
図６に示すように、第３実施形態の隙間ｇ１及び隙間ｇ２は、第１実施形態の隙間ｇ１及び第２実施形態の隙間ｇ２と同様に遊びを有する。そのため、発電要素４が僅かに位置ズレした場合、図６に示すように、隙間ｇ１及び隙間ｇ２の幅は各々、その幅が最大となる位置において２．０ｍｍ以下となる。第３実施形態の隙間ｇ１及び隙間ｇ２は、第１実施形態の隙間ｇ１及び第２実施形態の隙間ｇ２と同様であるため、詳しい説明は省略する。なお、上側の発電要素４と下側の発電要素４の直径が異なる場合であっても、隙間ｇ１及び隙間ｇ２の幅は各々、その幅が最大となる位置において２．０ｍｍ以下となる。
【００５９】
なお、第３実施形態の全固体電池１は、３つ以上の発電要素４を積層してもよい。
【００６０】
（第４実施形態）
次に、本開示の第４実施形態の全固体電池１について、図７を用いて具体的に説明する。第４実施形態の全固体電池１は、基本的には第３実施形態の全固体電池１と共通する。そのため、第３実施形態の全固体電池１と共通する構成については説明を省略し、第３実施形態の全固体電池１とは異なる構成についてのみ具体的に説明する。
【００６１】
基端部３２ａの内面は、曲面部３３の内面から連続して形成される周側面３４と、周側面３４から段部３２ｃの内面まで連続して形成される曲率面３５とを有している。図７に示すように、断面視において、周側面３４は直線であり、曲率面３５は周側面３４の段部３２ｃ側の端部から径方向外方に曲がる曲線である。基端部３２ａは、周側面３４と曲率面３５との間に境界１１を有している。図７に示す高さｈ１は、平面部３１の内面から境界１１までの高さである。すなわち、高さｈ１は、平面部３１の内面から境界１１までの軸方向の長さである。
【００６２】
図７に示すように、高さｈ１は、高さｈ２よりも小さい。高さｈ２は、平面部３１の内面から平面部３１に最も近い正極材層４１の外周面の上端までの軸方向の長さである。換言すれば、高さｈ２は、平面部の内面から平面部に最も近い固体電解質層４３と正極材層４１との境界までの軸方向の長さである。なお、封口缶３の平面部３１と平面部３１に最も近い負極材層４２との間には集電体を設けてもよい。これにより、バイポーラ型の全固体電池１は、封口缶３の周壁部３２が正極材層４１に接触しにくくなり、短絡を防止することができる。バイポーラ型の全固体電池１は、複数の発電要素４が直列に積層されている。そのため、限られた全固体電池１の内部空間において、各々の発電要素４の負極材層４２、固体電解質層４３の厚みは小さくなる。短絡防止という観点から、平面部３１の内面から平面部３１に最も近い負極材層４２の外周面の上端までの高さｈ２に応じて高さｈ１を規定することにより、バイポーラ型の全固体電池であっても短絡を防止することができる。
【００６３】
周側面３４は、軸方向において平面部３１から離れるにしたがって、径方向外方に広がっている。例えば、周側面２４は、径方向外方に傾斜するテーパ面である。これにより、軸方向において、周側面３４の段部３２ｃ側の端部が発電要素４から径方向外方に離れていくため、より確実に短絡を防止することができる。
【００６４】
第４実施形態では、発電要素４のうち負極材層４２を平面部３１の最も近くに配置させたが、正極材層４１を平面部３１の最も近くに配置させて発電要素４を積層することもできる。その場合、平面部３１の内面から平面部３１に最も近い負極材層４２の外周面の上端までの高さｈ２よりも高さｈ１を小さくすることにより、短絡を防止することできる。また、軸方向において平面部３１から離れるにしたがって周側面３４を径方向外方に広がるように形成することにより、より確実に短絡を防止することができる。
【００６５】
以上、実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  全固体電池
２  外装缶、２１  底部、２２  筒状側壁部
３  封口缶、３１  平面部、３２  周壁部、３２ａ  基端部、３２ｂ  拡径部、３２ｃ  段部、３３  曲面部、３４  周側面、３５  曲率面
４  発電要素、４１  正極材層、４２  負極材層、４３  固体電解質層
５  ガスケット、５１  ガスケット底部、５１ａ  内周面
６  集電シート
１０  境界、１１  境界
ｇ１、ｇ２  隙間
【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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