(57)【要約】  本開示の電池は、電気的に並列に接続された複数のセルを備え、前記複数のセルのそれぞれは、正極層と、負極層と、前記正極層又は前記負極層に接している集電体と、前記正極層と前記負極層との間に配置された電解質層と、を有し、前記集電体の側面は、前記電解質層から露出している露出部分と、前記電解質層によって遮蔽された遮蔽部分とを含み、前記遮蔽部分の面積は、前記露出部分の面積よりも大きい。
2020137258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に並列に接続された複数のセルを備え、
前記複数のセルのそれぞれは、
正極層と、
負極層と、
前記正極層又は前記負極層に接している集電体と、
前記正極層と前記負極層との間に配置された電解質層と、
を有し、
前記集電体の側面は、前記電解質層から露出している露出部分と、前記電解質層によって遮蔽された遮蔽部分とを含み、
前記遮蔽部分の面積は、前記露出部分の面積よりも大きい、
電池。
【請求項２】
前記集電体に電気的に接続された端子をさらに備え、
前記露出部分は、前記端子に接している、
請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記電解質層は、固体電解質を含む固体電解質層である、
請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
前記遮蔽部分の周囲において、隣り合う前記セルの前記電解質層同士が接合されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
前記集電体は、突起部分を有し、
前記露出部分は前記突起部分に含まれている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項６】
前記集電体は、前記突起部分以外の残余部分を有し、
前記突起部分の幅は、前記残余部分の幅よりも狭い、
請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記集電体は、前記突起部分以外の残余部分を有し、
前記突起部分の厚さは、前記残余部分の厚さよりも小さい、
請求項５又は６に記載の電池。
【請求項８】
前記集電体は、貫通孔を有する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の電池。
【請求項９】
前記貫通孔の内部には、前記電解質層が存在する、
請求項８に記載の電池。
【請求項１０】
接合層をさらに備え、
前記接合層は、前記集電体と前記電解質層との界面に位置しており、前記集電体に含まれる元素のうち少なくとも一種の元素と、前記電解質層に含まれる元素のうち少なくとも一種の元素とを含む、
請求項１から９のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１１】
前記接合層は、前記遮蔽部分と前記電解質層との界面に存在する、
請求項１０に記載の電池。
【請求項１２】
前記集電体の前記遮蔽部分の周囲に存在するダミー集電体をさらに備えた、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１３】
前記ダミー集電体は、前記集電体と同一の材料を含む、
請求項１２に記載の電池。
【請求項１４】
前記ダミー集電体は、絶縁性材料を含む、
請求項１２に記載の電池。
【請求項１５】
前記ダミー集電体は、前記集電体から電気的に分離されている、
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１６】
前記ダミー集電体は、前記集電体から離れている、
請求項１５に記載の電池。
【請求項１７】
前記ダミー集電体は、前記電解質層から露出している、
請求項１２から１６のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１８】
前記複数のセルのそれぞれが平板の形状を有し、
前記電池は、前記複数のセルが積層されることによって構成されており、
前記ダミー集電体は、前記複数のセルの積層方向において、前記集電体と同じ高さに位置している、
請求項１２から１７のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１９】
前記複数のセルのそれぞれが平板の形状を有し、
前記電池は、前記複数のセルが積層されることによって構成されており、
前記ダミー集電体は、前記複数のセルの積層方向において、前記集電体と異なる高さに位置している、
請求項１２から１７のいずれか一項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池を電気的に並列に接続することによって容量を増加することができる。このような並列接続に関連する技術として、例えば、特許文献１には、集電体本体部の一端に電極取り出し部を有する薄膜固体二次電池が開示されている。特許文献２には、積層体の端面に端子用集電体が取り付けられた全固体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２００７−１０３１２９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２０７１７号公報
【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、高い信頼性を有する電池が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、
電気的に並列に接続された複数のセルを備え、
前記複数のセルのそれぞれは、
正極層と、
負極層と、
前記正極層又は前記負極層に接している集電体と、
前記正極層と前記負極層との間に配置された電解質層と、
を有し、
前記集電体の側面は、前記電解質層から露出している露出部分と、前記電解質層によって遮蔽された遮蔽部分とを含み、
前記遮蔽部分の面積は、前記露出部分の面積よりも大きい、
電池を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、高い信頼性を有する電池を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態１に係る電池の構成を模式的に示す断面図及び上面図である。
【図２】図２は、負極集電体の上面図である。
【図３】図３は、実施形態２に係る電池の構成を模式的に示す断面図及び上面図である。
【図４】図４は、実施形態３に係る電池の構成を模式的に示す断面図及び上面図である。
【図５】図５は、実施形態４に係る電池の構成を模式的に示す断面図及び上面図である。
【図６】図６は、実施形態５に係る電池の構成を模式的に示す断面図及び上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様にかかる電池は、
電気的に並列に接続された複数のセルを備え、
前記複数のセルのそれぞれは、
正極層と、
負極層と、
前記正極層又は前記負極層に接している集電体と、
前記正極層と前記負極層との間に配置された電解質層と、
を有し、
前記集電体の側面は、前記電解質層から露出している露出部分と、前記電解質層によって遮蔽された遮蔽部分とを含み、
前記遮蔽部分の面積は、前記露出部分の面積よりも大きい。
【０００９】
第１態様によれば、高い信頼性を有する電池を実現できる。
【００１０】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる電池は、前記集電体に電気的に接続された端子をさらに備えていてもよく、前記露出部分は、前記端子に接していてもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との接合強度を向上できる。
【００１１】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる電池では、前記電解質層は、固体電解質を含む固体電解質層であってもよい。このような構造によれば、高い信頼性を有する電池を実現できる。
【００１２】
本開示の第４態様において、例えば、第１から第３態様にかかる電池では、前記遮蔽部分の周囲において、隣り合う前記セルの前記電解質層同士が接合されていてもよい。このような構造によれば、電池を大容量化できる。
【００１３】
本開示の第５態様において、例えば、第１から第４態様にかかる電池では、前記集電体は、突起部分を有していてもよく、前記露出部分は前記突起部分に含まれてもよい。このような構造によれば、効率よく電極端子に接続できる。
【００１４】
本開示の第６態様において、例えば、第５態様にかかる電池では、前記集電体は、前記突起部分以外の残余部分を有していてもよく、前記突起部分の幅は、前記残余部分の幅よりも狭くてもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との層間において剥離が生じやすい部分を低減できる。
【００１５】
本開示の第７態様において、例えば、第５又は第６態様にかかる電池では、前記集電体は、前記突起部分以外の残余部分を有していてもよく、前記突起部分の厚さは、前記残余部分の厚さよりも小さくてもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との層間において剥離が生じやすい部分を低減できる。
【００１６】
本開示の第８態様において、例えば、第１から第７態様にかかる電池では、前記集電体は、貫通孔を有していてもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との接合強度を向上できる。
【００１７】
本開示の第９態様において、例えば、第８態様にかかる電池では、前記貫通孔の内部には、前記電解質層が存在してもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との接合強度を向上できる。
【００１８】
本開示の第１０態様において、例えば、第１から第９態様にかかる電池は、接合層をさらに備えていてもよく、前記接合層は、前記集電体と前記電解質層との界面に位置していてもよく、前記集電体に含まれる元素のうち少なくとも一種の元素と、前記電解質層に含まれる元素のうち少なくとも一種の元素とを含んでもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との接合強度を向上できる。
【００１９】
本開示の第１１態様において、例えば、第１０態様にかかる電池では、前記接合層は、前記遮蔽部分と前記電解質層との界面に存在してもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との接合強度を向上できる。
【００２０】
本開示の第１２態様において、例えば、第１から第１１態様にかかる電池は、前記集電体の前記遮蔽部分の周囲に存在するダミー集電体をさらに備えていてもよい。このような構造によれば、加圧接着において、圧力のばらつきがさらに低減できる。
【００２１】
本開示の第１３態様において、例えば、第１２態様にかかる電池では、前記ダミー集電体は、前記集電体と同一の材料を含んでもよい。このような構造によれば、加圧接着において、圧力のばらつきがさらに低減できる。
【００２２】
本開示の第１４態様において、例えば、第１２態様にかかる電池では、前記ダミー集電体は、絶縁性材料を含んでもよい。このような構造によれば、圧力のばらつきがさらに低減できる。
【００２３】
本開示の第１５態様において、例えば、第１２から第１４態様にかかる電池では、前記ダミー集電体は、前記集電体から電気的に分離されていてもよい。このような構造によれば、高い信頼性を有する電池を実現できる。
【００２４】
本開示の第１６態様において、例えば、第１５態様にかかる電池では、前記ダミー集電体は、前記集電体から離間していてもよい。このような構成によれば、高い信頼性を有する電池を実現できる。
【００２５】
本開示の第１７態様において、例えば、第１２から第１６態様にかかる電池では、前記ダミー集電体は、前記電解質層から露出していてもよい。このような構造によれば、加圧接着において、圧力のばらつきがさらに低減できる。
【００２６】
本開示の第１８態様において、例えば、第１２から第１７態様にかかる電池では、前記複数のセルのそれぞれが平板の形状を有していてもよく、前記電池は、前記複数のセルが積層されることによって構成されてていてもよく、前記ダミー集電体は、前記複数のセルの積層方向において、前記集電体と同じ高さに位置していてもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との層間において剥離が生じやすい部分を低減できる。
【００２７】
本開示の第１９態様において、例えば、第１２から第１７態様にかかる電池では、前記複数のセルのそれぞれが平板の形状を有していてもよく、前記電池は、前記複数のセルが積層されることによって構成されてていてもよく、前記ダミー集電体は、前記複数のセルの積層方向において、前記集電体と異なる高さに位置していてもよい。このような構造によれば、集電体と電解質層との層間において剥離が生じやすい部分を低減できる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（実施形態１）
［積層電池の概要］
まず、本実施形態に係る電池について説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態１に係る積層電池１００の構成を説明する概略図である。本実施形態において、電池１００は、積層電池である。そのため、本明細書では、「電池１００」を「積層電池１００」と呼ぶことがある。図１（ａ）は、本実施形態に係る電池１００の断面図である。図１（ｂ）は電池１００の上面図である。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、電池１００は、複数のセル３０、正極端子１６及び負極端子１７を備える。本明細書では、「セル」を「固体電池セル」と呼ぶことがある。複数のセル３０は、電気的に並列に接続されている。図１（ｂ）に示すように、複数のセル３０のそれぞれは、例えば、平面視で矩形の形状を有する。複数のセル３０のそれぞれは、互いに向かい合う１対の端面を２組有する。複数のセル３０のそれぞれは、例えば、平板の形状を有する。電池１００は、複数のセル３０が積層されることによって構成されている。本実施形態において、第１方向ｘは、特定のセル３０の１対の端面の一方から他方に向かう方向である。第２方向ｙは、特定のセル３０の他の１対の端面の一方から他方に向かう方向であり、第１方向ｘに直交する方向である。第３方向ｚは、複数のセル３０の積層方向であり、第１方向ｘ及び第２方向ｙのそれぞれに直交する方向である。
【００３４】
複数のセル３０の数は、特に限定されず、２０以上１００以下であってもよく、２以上１００以下であってもよく、２以上１０以下であってもよい。本実施形態では、電池１００は、複数のセル３０ａ及び３０ｂを備えている。複数のセル３０ａ及び３０ｂがこの順番で積層されている。
【００３５】
正極端子１６及び負極端子１７は、それぞれ、複数のセル３０と電気的に接続されている。正極端子１６及び負極端子１７のそれぞれの形状は、例えば、板状である。正極端子１６及び負極端子１７は、互いに対向している。正極端子１６及び負極端子１７は、第１方向ｘに並んでいる。正極端子１６と負極端子１７との間に、複数のセル３０が位置している。本明細書では、正極端子１６及び負極端子１７を単に「端子」と呼ぶことがある。
【００３６】
複数のセル３０のそれぞれは、正極集電体１１、正極層１２、負極集電体１３、負極層１４及び電解質層１５を有している。正極集電体１１、正極層１２、電解質層１５、負極層１４及び負極集電体１３は、第３方向ｚ又は第３方向ｚの反対方向にこの順番で並んでいる。本明細書では、正極集電体１１及び負極集電体１３を単に「集電体」と呼ぶことがある。
【００３７】
正極集電体１１は、例えば、板状の形状を有している。正極集電体１１は、正極層１２及び正極端子１６のそれぞれに電気的に接続されている。正極集電体１１は、正極層１２及び正極端子１６のそれぞれに直接接していてもよい。例えば、正極集電体１１の主面が正極層１２に直接接していてもよい。「主面」は、正極集電体１１の最も広い面積を有する面を意味する。正極集電体１１の端部（端面）が正極端子１６に直接接していてもよい。正極集電体１１と負極端子１７とは、間隙を介して互いに電気的に分離している。正極集電体１１と負極端子１７との最短距離は、特に限定されず、２０μｍ以上１００μｍ以下であってもよく、１μｍ以上１００μｍ以下であってもよく、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。本明細書では、セル３０の端面の近傍をセル３０の「端部領域」と呼ぶことがある。正極集電体１１と負極端子１７とは、例えば、セル３０の端部領域において、間隙を介して互いに電気的に分離している。
【００３８】
正極層１２は、例えば、平面視で矩形の形状を有する。正極層１２は、正極集電体１１の上に配置されている。正極層１２は、例えば、正極集電体１１の主面を部分的に被覆している。正極層１２は、正極集電体１１の主面の重心を含む領域を被覆していてもよい。正極層１２は、例えば、セル３０の端部領域に形成されていない。
【００３９】
負極集電体１３は、例えば、板状の形状を有している。負極集電体１３は、負極層１４及び負極端子１７のそれぞれに電気的に接続されている。負極集電体１３は、負極層１４及び負極端子１７のそれぞれに直接接していてもよい。例えば、負極集電体１３の主面が負極層１４に直接接していてもよい。負極集電体１３の端部（端面）が負極端子１７と直接接していてもよい。負極集電体１３と正極端子１６とは、間隙を介して互いに電気的に分離している。負極集電体１３と正極端子１６との最短距離は、特に限定されず、２０μｍ以上１００μｍ以下であってもよく、１μｍ以上１００μｍ以下であってもよく、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。負極集電体１３と正極端子１６とは、例えば、セル３０の端部領域において、間隙を介して互いに電気的に分離している。本実施形態では、負極集電体１３の露出部分１３ａが負極端子１７に接している。言い換えれば、負極集電体１３は、負極端子１７との接触面として露出部分１３ａを有する。負極集電体１３の側面は、露出部分１３ａ及び遮蔽部分１３ｂからなっている。「側面」は、負極集電体１３の主面以外の面を意味する。「主面」は、負極集電体１３の最も広い面積を有する面を意味する。負極集電体１３には、露出部分１３ａ以外に外部に露出している部分が存在しない。
【００４０】
負極集電体１３の位置は、例えば、正極集電体１１の位置と第１方向ｘにずれている。平面視において、負極集電体１３と正極端子１６との間隙は、例えば、正極集電体１１と負極端子１７との間隙に重ならない。
【００４１】
負極層１４は、例えば、平面視で矩形の形状を有する。負極層１４は、負極集電体１３の上に配置されている。負極層１４は、例えば、負極集電体１３の主面を部分的に被覆している。負極層１４は、負極集電体１３の主面の重心を含む領域を被覆していてもよい。負極層１４は、例えば、セル３０の端部領域に形成されていない。
【００４２】
電解質層１５は、正極集電体１１と負極集電体１３との間に位置する。言い換えると、電解質層１５は、正極層１２と負極層１４との間に位置する。電解質層１５は、正極端子１６及び負極端子１７のそれぞれに接している。電解質層１５は、正極層１２及び負極層１４のそれぞれに接していてもよい。
【００４３】
図２は、負極集電体１３の上面図である。
【００４４】
図１及び図２に示すように、負極集電体１３の側面は、露出部分１３ａ及び遮蔽部分１３ｂを有する。露出部分１３ａは、電解質層１５から露出している部分である。遮蔽部分１３ｂは、電解質層１５によって外部から遮蔽されている部分である。言い換えれば、遮蔽部分１３ｂは、電解質層１５から露出していない非露出部分である。本実施形態において、遮蔽部分１３ｂの面積は、露出部分１３ａの面積よりも大きい。このような構成によれば、小型であること、耐衝撃性に優れること、高いエネルギー密度を有すること、高い信頼性を有することなどの特徴を持った大容量の積層電池１００を提供できる。
【００４５】
露出部分１３ａの面積Ｓ１に対する遮蔽部分１３ｂの面積Ｓ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）は、電池１００の大きさ、材料などに応じて適切に定められるので、特に限定されない。比率（Ｓ２／Ｓ１）は、例えば、２以上５０以下の範囲にある。
【００４６】
本実施形態において、負極集電体１３は、突起部分１３ｐ及び残余部分１３ｒを有する。突起部分１３ｐは、タブ状の部分である。残余部分１３ｒは、突起部分１３ｐ以外の部分である。突起部分１３ｐの面積（平面視での面積）は、残余部分１３ｒの面積（平面視での面積）よりも小さい。本実施形態では、突起部分１３ｐ及び残余部分１３ｒのいずれも矩形の形状を有している。ただし、突起部分１３ｐ及び残余部分１３ｒの形状は特に限定されない。露出部分１３ａは、突起部分１３ｐの側面に位置する。露出部分１３ａは、電解質層１５に接していない。露出部分１３ａは、負極端子１７に電気的に接続されている。本実施形態では、露出部分１３ａの全部が突起部分１３ｐに含まれている。ただし、露出部分１３ａの一部のみが突起部分１３ｐに含まれていてもよい。遮蔽部分１３ｂは、残余部分１３ｒの側面及び突起部分１３ｐの側面に位置する。ただし、遮蔽部分１３ｂは、突起部分１３ｐの側面のうち、露出部分１３ａを含まない。遮蔽部分１３ｂは、電解質層１５に接している。残余部分１３ｒの主面は、負極層１４及び電解質層１５に直接接していてもよい。突起部分１３ｐの主面は、電解質層１５に直接接していてもよい。このような構成によれば、負極集電体１３の大部分が電解質層１５に埋設されうる。層間の剥離を生じさせる起点となる部分の面積を減らしつつ、負極集電体１３を負極端子１７に接続することができる。
【００４７】
負極集電体１３において、突起部分１３ｐは、残余部分１３ｒから第１方向ｘに延びている部分である。負極集電体１３の突起部分１３ｐにおける第２方向ｙの長さは、残余部分１３ｒにおける第２方向ｙの長さよりも短い。つまり、突起部分１３ｐの幅は、残余部分１３ｒの幅よりも狭い。このような構成によれば、露出部分１３ａの面積を低減できる。さらに露出部分１３ａと電解質層１５との界面が低減する。その結果、負極集電体１３と電解質層１５との層間において剥離が生じやすい部分を低減できるため、高い信頼性を有する電池１００を実現できる。
【００４８】
本実施形態において、電池１００の幅方向は、第２方向ｙに平行な方向であり、第１方向ｘ及び第３方向ｚの両方向に垂直な方向である。複数のセル３０の積層方向が第３方向ｚに平行である。突起部分１３ｐの幅及び残余部分１３ｒの幅は、電池１００を平面視したときの各部分の幅方向に関する寸法である。
【００４９】
負極集電体１３の遮蔽部分１３ｂは、高い接着強度を有する電解質層１５によって強固に挟まれている。遮蔽部分１３ｂの周囲において、隣り合うセル３０の電解質層１５同士が接合されている。本実施形態において、負極集電体１３を共用して複数のセル３０を並列に接続することによって、負極集電体１３と電解質層１５とを強固に接合できる。その結果、負極集電体１３と電解質層１５との層間において剥離が生じやすい部分を低減できる。このような構成によれば、小型であること、耐衝撃性に優れること、高いエネルギー密度を有すること、高い信頼性を有することなどの特徴を持った大容量の積層電池１００を提供できる。
【００５０】
上述のとおり、電池１００は、複数のセル３０ａ及び３０ｂを備えている。セル３０ａは、正極集電体１１ａ、正極層１２ａ、負極集電体１３、負極層１４ａ及び電解質層１５ａを有している。セル３０ｂは、正極集電体１１ｂ、正極層１２ｂ、負極集電体１３、負極層１４ｂ及び電解質層１５ｂを有している。負極集電体１３は、セル３０ａ及び３０ｂに共用されている。複数の正極集電体１１ａ及び１１ｂと、負極集電体１３とは、第３方向ｚに交互に並んでいる。負極集電体１３と正極端子１６との間隙において、電解質層１５ａは、電解質層１５ｂに接していてもよい。
【００５１】
［積層電池の構成］
以下、電池１００の各構成についてより具体的に説明する。
【００５２】
まず、本発明の一実施形態の積層電池１００の各構成について説明する。
【００５３】
正極層１２は、正極活物質を含む正極活物質層として機能する。正極層１２は、正極活物質を主成分として含んでいてもよい。主成分とは、正極層１２に重量比で最も多く含まれた成分を意味する。正極活物質は、負極よりも高い電位において、その結晶構造内にリチウム（Ｌｉ）イオン、マグネシウム（Ｍｇ）イオン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。正極活物質としては、リチウムと遷移金属元素とを含む化合物が挙げられる。この化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物、及び、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物としては、例えば、ＬｉＮｉxＭ1-xＯ2（Ｍは、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘは、０＜ｘ≦１を満たす）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）などの層状酸化物、スピネル構造を有するマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4、Ｌｉ2ＭｎＯ3、ＬｉＭＯ2）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、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。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る。硫化物を含む粒子に、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もできる。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。
【００５４】
上述のとおり、正極層１２は、正極活物質を含んでいれば特に限定されない。正極層１２は、正極活物質と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。他の添加材料としては、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剤、ポリエチレンオキシド、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダーなどが用いられうる。正極層１２において、正極活物質と他の添加材料とを所定の割合で混合することによって、正極層１２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、電子伝導性も向上させることができる。
【００５５】
正極層１２の厚さは、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。
【００５６】
負極層１４は、負極活物質などの負極材料を含む負極活物質層として機能する。負極層１４は、負極材料を主成分として含んでいてもよい。負極活物質は、正極よりも低い電位において、その結晶構造内にリチウム（Ｌｉ）イオン、マグネシウム（Ｍｇ）イオンなどの金属イオンが挿入又は脱離され、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。負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素などの炭素材料、固体電解質と合剤化されるべき合金系材料などが用いられうる。合金系材料としては、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。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。
【００５７】
上述のとおり、負極層１４は、負極活物質を含んでいれば特に限定されない。負極層１４は、負極活物質と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。他の添加材料としては、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剤、ポリエチレンオキシド、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダーなどが用いられうる。負極層１４において、負極活物質と他の添加材料とを所定の割合で混合することによって、負極層１４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、電子伝導性も向上させることができる。
【００５８】
負極層１４の厚さは、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。
【００５９】
電解質層１５は、固体電解質を含む固体電解質層でありうる。固体電解質は、イオン導電性を有していれば特に限定されず、公知の電池用の電解質を用いることができる。固体電解質としては、例えば、Ｌｉイオン、Ｍｇイオンなどの金属イオンを伝導する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できる。固体電解質としては、例えば、硫化物系固体電解質、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、Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2、Ｌｉ2Ｓ−Ｂ2Ｓ3、Ｌｉ2Ｓ−ＧｅＳ2、Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2−ＬｉＩ、Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2−Ｌｉ3ＰＯ4、Ｌｉ2Ｓ−Ｇｅ2Ｓ2、Ｌｉ2Ｓ−ＧｅＳ2−Ｐ2Ｓ5、Ｌｉ2Ｓ−ＧｅＳ2−ＺｎＳ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、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、これらの材料の１種のみが用いられてもよく、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。
【００６０】
電解質層１５は、上記の固体電解質に加えて、ポリエチレンオキシド、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダーなどを含有しうる。
【００６１】
電解質層１５の厚さは、例えば、５μｍ以上１５０μｍ以下である。
【００６２】
固体電解質は、粒子の形状を有していてもよい。固体電解質は、焼結体であってもよい。
【００６３】
次に、正極端子１６及び負極端子１７について説明する。これらの端子１６及び１７は、例えば、低抵抗の導体で構成されている。端子１６及び１７としては、例えば、Ａｇなどの導電性金属粒子を含む導電性樹脂を硬化したものが用いられる。端子１６及び１７は、ＳＵＳ板などの導電性の金属板に導電性接着剤を塗布したものであってもよい。導電性接着剤によれば、２つの金属板によって複数のセル３０の積層体を挟持することができる。導電性接着剤は、積層電池１００の使用温度の範囲及び積層電池１００の製造プロセスにおいて、導電性及び接合性を維持できるものであれば特に限定されない。導電性接着剤の構成、厚さ及び材料は、積層電池１００の使用環境下で要求される最大レートでの電流が導電性接着剤に通電されたときに、導電性接着剤が積層電池１００の寿命特性及び電池特性に影響を与えず、導電性接着剤の耐久性を維持できる限り特に限定されない。端子１６及び１７は、Ｎｉ−Ｓｎなどによってめっき処理されていてもよい。
【００６４】
正極集電体１１及び負極集電体１３は、導電性を有する材料で構成されていれば特に限定されない。集電体１１及び１３の材料としては、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、金及び白金が挙げられる。これらの集電体１１及び１３の材料は、単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせた合金として使用してもよい。集電体１１及び１３は、箔状体、板状体、網目状体などであってもよい。集電体１１及び１３の材料は、電池１００の製造プロセス、電池１００の使用温度、及び、電池１００内の圧力によって、集電体１１及び１３が溶融及び分解しなければ特に限定されず、集電体１１及び１３に印加される電池１００の動作電位と、集電体１１及び１３の導電性を考慮して適宜選択できる。さらに、集電体１１及び１３の材料は、集電体１１及び１３に要求される引張強度及び耐熱性に応じても選択されうる。集電体１１及び１３の材料の例としては、銅、アルミ及びそれらを主成分として含む合金が挙げられる。集電体１１及び１３は、高い強度を有する電解銅箔、又は、異種金属箔を積層したクラッド材であってもよい。集電体１１及び１３の厚さは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００６５】
上述の積層電池１００の構成は、適宜、互いに組み合わされてもよい。
【００６６】
本実施形態の電池１００の構成は、特許文献１及び特許文献２に記載された電池の構成と比べて下記の点で相違している。
【００６７】
特許文献１には、集電体の本体部の一端に電極取り出し部を有する薄膜固体二次電池が開示されている。特許文献１に記載の電池は、負極活物質層の外側まで延出され大気に露出されるように成膜された電極取り出し部を有している。
【００６８】
特許文献２には、並列集電体を含む積層体の端面に、端子用集電体を取り付けた全固体電池が開示されている。しかし、特許文献２の全固体電池において、端子用集電体と並列集電体との間には間隙が存在しない。
【００６９】
特許文献１及び特許文献２に記載の電池の構成では、集電体から電流を取り出すための電極の配置、及び、集電体の構成が本実施形態の電池１００の構成と異なるため、下記の問題が生じることがある。
【００７０】
特許文献１の電池の構成では、集電体層の電極取り出し部が大気に露出されるように成膜されている。そのため、露出した集電体層と固体電解質層との界面において剥離が生じやすい。特許文献１の電池に衝撃が加わった場合、電池の機械的な接続強度に問題があることがある。また、熱衝撃が発生した場合、集電体層と固体電解質層との熱膨張率が異なることに起因する応力が発生する。その結果、集電体層と固体電解質層との界面において剥離が生じやすい。冷熱サイクルに対する電池の耐久性も不足しがちである。さらに、特許文献１では、集電体層の露出部に異物が付着することがある。これにより、短絡が生じることがある。
【００７１】
特許文献１及び２に対して、本実施形態の電池１００では、複数のセル３０が電気的に並列に接続されており、かつ一体化されている。電池１００では、正極集電体１１と負極端子１７とが間隙を介して互いに電気的に分離しており、かつ、負極集電体１３と正極端子１６とが間隙を介して互いに電気的に分離している。さらに、本実施形態の電池１００において、例えば、負極集電体１３は電解質層１５に埋設されており、負極集電体１３の露出部分１３ａが負極端子１７に接続されている。そのため、本実施形態の電池１００では、上述のような問題が生じにくい。特許文献１及び２は、本実施形態の電池１００における上記の構成を開示していない。
【００７２】
［電池の製造方法］
次に、本実施形態に係る電池１００の製造方法の一例を説明する。本実施形態に係る電池１００は、例えば、シート作製法によって作製できる。
【００７３】
本明細書では、セル３０を作製する工程を「シート作製工程」と呼ぶことがある。シート作製工程では、例えば、本実施形態に係る電池１００に含まれるセル３０の各構成の前駆体が積層された積層体を作製する。積層体では、例えば、正極集電体１１の前駆体、正極層１２のシート、電解質層１５のシート、負極層１４のシート及び負極集電体１３の前駆体がこの順番で積層されている。並列接続されるべきセル３０の数に併せて、所定の数の積層体を作製する。積層体に含まれる部材を形成する順番は、特に限定されない。
【００７４】
まず、シート作製工程について説明する。シート作製工程は、セル３０の各構成の前駆体であるシートを作製し、そのシートを積層する工程を含む。
【００７５】
正極層１２のシートは、例えば、次の方法で作製できる。まず、正極活物質、合剤としての固体電解質、導電助剤、バインダー及び溶媒を混合し、正極層１２のシートを作製するためのスラリーを得る。本明細書では、正極層１２のシートを作製するためのスラリーを「正極活物質スラリー」と呼ぶことがある。次に、正極活物質スラリーを正極集電体１１の前駆体上に、印刷法などを利用して塗布する。得られた塗布膜を乾燥させることによって、正極層１２のシートが形成される。
【００７６】
正極集電体１１の前駆体としては、例えば、約３０μｍの厚さを有する銅箔を用いることができる。正極活物質としては、例えば、約５μｍの平均粒子径を有するとともに、層状構造を有するＬｉ・Ｎｉ・Ｃｏ・Ａｌ複合酸化物（ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2）の粉末を用いることができる。合剤としての固体電解質としては、例えば、約１０μｍの平均粒子径を有するとともに、三斜晶系結晶を主成分として含むＬｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5系硫化物のガラス粉末を用いることができる。固体電解質は、例えば、２×１０-3Ｓ／ｃｍ以上３×１０-3Ｓ／ｃｍ以下の高いイオン導電性を有する。
【００７７】
正極活物質スラリーは、例えば、スクリーン印刷法によって、正極集電体１１の前駆体である銅箔の片方の表面上に塗布できる。得られた塗布膜は、例えば、所定形状を有するとともに、約５０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する。次に、塗布膜を乾燥させることによって、正極層１２のシートが得られる。塗布膜の乾燥は、８０℃以上１３０℃以下の温度で行ってもよい。正極層１２のシートの厚さは、例えば、３０μｍ以上６０μｍ以下である。
【００７８】
負極層１４のシートは、例えば、次の方法で作製できる。まず、負極活物質、固体電解質、導電助剤、バインダー及び溶媒を混合し、負極層１４のシートを作製するためのスラリーを得る。本明細書では、負極層１４のシートを作製するためのスラリーを「負極活物質スラリー」と呼ぶことがある。負極活物質スラリーを負極集電体１３の前駆体上に、印刷法などを利用して塗布する。得られた塗布膜を乾燥させることによって、負極層１４のシートが形成される。
【００７９】
負極集電体１３の前駆体としては、例えば、約３０μｍの厚さを有する銅箔を用いることができる。負極活物質としては、例えば、約１０μｍの平均粒子径を有する天然黒鉛の粉末を用いることができる。固体電解質としては、例えば、正極層１２のシートの作製方法で例示したものを用いることができる。
【００８０】
負極活物質スラリーは、例えば、スクリーン印刷法によって、負極集電体１３の前駆体である銅箔の片方の表面上に塗布できる。得られた塗布膜は、例えば、所定形状を有するとともに、約５０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する。次に、塗布膜を乾燥させることによって、負極層１４のシートが得られる。塗布膜の乾燥は、８０℃以上１３０℃以下の温度で行ってもよい。負極層１４のシートの厚さは、例えば、３０μｍ以上６０μｍ以下である。
【００８１】
電解質層１５のシートは、正極層１２のシートと負極層１４のシートとの間に配置される。電解質層１５のシートは、例えば、次の方法で作製できる。まず、固体電解質、導電助剤、バインダー及び溶媒を混合し、電解質層１５のシートを作製するためのスラリーを得る。本明細書では、電解質層１５のシートを作製するためのスラリーを「固体電解質スラリー」と呼ぶことがある。固体電解質スラリーを正極層１２のシートの上に塗布する。同様に、固体電解質スラリーを負極層１４のシートの上に塗布する。固体電解質スラリーの塗布は、例えば、メタルマスクを用いた印刷法によって行う。得られた塗布膜は、例えば、約１００μｍの厚さを有する。次に、塗布膜を乾燥させる。塗布膜の乾燥は、８０℃以上１３０℃以下の温度で行ってもよい。これにより、正極層１２のシートの上、及び、負極層１４のシートの上のそれぞれに電解質層１５のシートが形成される。
【００８２】
電解質層１５のシートの作製方法は、上述の方法に限定されない。電解質層１５のシートは、次の方法によって作製されてもよい。まず、印刷法などを利用して、固体電解質スラリーを基材上に塗布する。基材としては、その上に電解質層１５のシートを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）などを含む。基材の形状は、例えば、フィルム状又は箔状である。次に、基材上に形成された塗布膜を乾燥させることによって電解質層１５のシートが得られる。電解質層１５のシートは、基材から剥がして用いることができる。
【００８３】
正極活物質スラリー、負極活物質スラリー及び固体電解質スラリーに用いられる溶媒は、バインダーを溶解可能であり、かつ電池特性へ悪影響を及ぼさないものであれば、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、ベンジルアルコ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、ジオクチルアジペート、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ることができる。これらの溶媒は、単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００８４】
本実施形態では、正極活物質スラリー、負極活物質スラリー及び固体電解質スラリーを塗布する方法として、スクリーン印刷法を例示したが、塗布方法は、これに限られない。塗布方法として、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。
【００８５】
正極活物質スラリー、負極活物質スラリー及び固体電解質スラリーには、上述した正極活物質、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に、必要に応じて可塑剤などの助剤が混合されていてもよい。スラリーの混合方法は、特に限定されない。スラリーには、必要に応じて、増粘剤、可塑剤、消泡剤、レベリング剤、密着性付与剤などの添加剤が添加されていてもよい。
【００８６】
次に、正極層１２のシートの上に形成された電解質層１５のシートと、負極層１４のシートの上に形成された電解質層１５のシートとを重ね合わせる。これにより、正極集電体１１の前駆体、正極層１２、電解質層１５、負極層１４及び負極集電体１３の前駆体がこの順番で積層された積層体が得られる。
【００８７】
次に、正極集電体１１が得られるように正極集電体１１の前駆体を切断する。詳細には、負極端子１７を配置したときに、正極集電体１１と負極端子１７とが間隙を介して互いに電気的に分離するように、正極集電体１１の前駆体を切断する。正極集電体１１の切断面は、例えば、第２方向ｙにまっすぐ延びている。正極集電体１１の前駆体の切断は、例えば、レーザーによって行うことができる。正極集電体１１の前駆体を切断することによって、正極集電体１１を形成できる。正極集電体１１負極端子１７との最短距離は、例えば、１０μｍである。正極集電体１１と負極電極端子１７との間の間隙によって、正極集電体１１と負極端子１７とが互いに電気的に分離している。すなわち、正極集電体１１と負極端子１７との間の間隙は、電気的に絶縁している。
【００８８】
次に、負極集電体１３が得られるように負極集電体１３の前駆体を切断する。詳細には、正極端子１６を配置したときに、負極集電体１３と正極端子１６とが間隙を介して互いに電気的に分離するように、負極集電体１３の前駆体を切断する。負極集電体１３の切断面は、例えば、第２方向ｙにまっすぐ延びている。負極集電体１３の前駆体の切断は、例えば、レーザーによって行うことができる。負極集電体１３の前駆体を切断することによって、負極集電体１３を形成できる。負極集電体１３と正極端子１６との最短距離は、例えば、１０μｍである。負極集電体１３と正極端子１６との間の間隙によって、負極集電体１３と正極端子１６とが互いに電気的に分離している。すなわち、負極集電体１３と正極端子１６との間の間隙は、電気的に絶縁している。
【００８９】
正極集電体１１の前駆体の切断、及び、負極集電体１３の前駆体の切断の順番は、特に限定されない。正極集電体１１の前駆体を切断したあとに負極集電体１３の前駆体を切断してもよく、負極集電体１３の前駆体を切断したあとに正極集電体１１の前駆体を切断してもよい。正極集電体１１の前駆体の切断、及び、負極集電体１３の前駆体の切断は、正極層１２のシートの上に形成された電解質層１５のシートと、負極層１４のシートの上に形成された電解質層１５のシートとを重ね合わせる前に行ってもよい。正極集電体１１の前駆体の切断、及び、負極集電体１３の前駆体の切断は、ダイシングなどの手段を用いて行ってもよい。正極集電体１１の前駆体を切断するとともに、その前駆体の一部を除去することによって絶縁部を設けてもよい。負極集電体１３の前駆体を切断するとともに、その前駆体の一部を除去することによって絶縁部を設けてもよい。
【００９０】
以上のとおり、正極集電体１１の前駆体を切断し、さらに、負極集電体１３の前駆体を切断することによってセル３０が得られる。
【００９１】
次に、所定の数のセル３０を準備する。セル３０の外部に露出した正極集電体１１の主面、及び、セル３０の外部に露出した負極集電体１３の主面のそれぞれに、例えば導電性接着剤を塗布する。導電性接着剤を塗布する方法としては、例えば、スクリーン印刷法が挙げられる。本明細書では、正極集電体１１及び負極集電体１３において、接着性材料が塗布された主面を「接着面」と呼ぶことがある。次に、セル３０の正極集電体１１の接着面を他のセル３０の正極集電体１１の接着面と接着させる、又は、セル３０の負極集電体１３の接着面を他のセル３０の負極集電体１３の接着面と接着させる。これにより、複数のセル３０を積層できる。接着面同士は、例えば、加圧接着によって互いに接着させることができる。接着面同士を接着させるときの温度は、例えば、５０℃以上１００℃以下である。接着面同士を接着させるときに、セル３０に印加する圧力は、例えば、３００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下である。セル３０に圧力を印加する時間は、例えば、９０秒以上１２０秒以下である。接着には、導電性接着剤に代えて、低抵抗の導電性テープを用いることもできる。導電性接着剤に代えて、ペースト状の銀粉又は銅粉を用いることもできる。ペースト状の銀粉又は銅粉が塗布されたセル３０の接着面を他のセル３０の接着面に加圧接着すれば、金属粒子を介して集電体同士をアンカー効果によって機械的に接合できる。接着性及び導電性が得られる方法である限り、複数のセル３０を積層する方法は、特に限定されない。
【００９２】
次に、複数のセル３０のそれぞれと、正極端子１６及び負極端子１７とを電気的に接続させる。複数のセル３０のそれぞれと端子１６及び１７とは、例えば、次の方法によって電気的に接続させることができる。まず、複数のセル３０の積層体において、端子１６及び１７が配置されるべき面に、導電性樹脂ペーストを塗布する。導電性樹脂ペーストを硬化させることによって、端子１６及び１７が形成される。これにより、本実施形態に係る電池１００が得られる。導電性樹脂ペーストを硬化させるときの温度は、例えば、約１００℃以上３００℃以下である。導電性樹脂ペーストを硬化させる時間は、例えば、６０分である。
【００９３】
導電性樹脂ペーストとしては、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ又はこれらの合金を含む高融点の高導電性金属粒子と、低融点の金属粒子と、樹脂とを含む熱硬化性導電ペーストを用いることができる。高導電性金属粒子の融点は、例えば、４００℃以上である。低融点の金属粒子の融点は、導電性樹脂ペーストの硬化温度以下であってもよく、３００℃以下であってもよい。低融点の金属粒子の材料としては、例えば、Ｓｎ、ＳｎＺｎ、ＳｎＡｇ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｌ、ＳｎＰｂ、Ｉｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＺｎ、ＩｎＳｎ、Ｂｉ、ＢｉＡｇ、ＢｉＮｉ、ＢｉＳｎ、ＢｉＺｎ及びＢｉＰｂが挙げられる。このような低融点の金属粉末を含有する導電性ペーストを使用することによって、低融点の金属粒子の融点よりも低い熱硬化温度で、導電性ペーストと、集電体との接触部位において、固相及び液相反応が進行する。これにより、例えば、導電性ペーストに含まれる金属と、集電体に含まれる金属とを含む合金が形成される。集電体と端子との接続部近傍に、合金を含む拡散層が形成される。導電性粒子としてＡｇ又はＡｇ合金を使用し、集電体にＣｕを使用した場合には、ＡｇＣｕを含む高導電性合金が形成される。さらに、導電性粒子の材料と集電体の材料との組み合わせによって、ＡｇＮｉ、ＡｇＰｄなども形成されうる。このようにして、端子と集電体とは、合金を含む拡散層によって一体的に接合される。このような構成によれば、端子と集電体とは、アンカー効果よりも強固に接続される。そのため、電池１００の各部材での熱サイクルなどによる熱膨張の差、又は、衝撃に起因して、各部材の接続が外れるという問題が生じにくい。
【００９４】
高導電性金属粒子及び低融点の金属粒子の形状は、特に限定されず、球状、鱗片状、針状などであってもよい。これらの金属粒子の粒子サイズは、小さければ小さいほど、低温度で合金化反応及び合金の拡散が進行する。そのため、これらの金属粒子の粒子サイズ及び形状は、プロセス設計及び電池特性への熱履歴の影響を考慮して、適宜調節されうる。
【００９５】
熱硬化性導電ペーストに用いられる樹脂は、バインダーとして機能するものであれば特に限定されず、印刷法に対する適性、塗布性など、採用するべき製造プロセスによって適切なものを選択できる。熱硬化性導電ペーストに用いられる樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂を含む。熱硬化性樹脂としては、例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂などのアミノ樹脂、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、フェノールノボラック型、脂環式などのエポキシ樹脂、オキセタン樹脂、レゾール型、ノボラック型などのフェノール樹脂、シリコーンエポキシ、シリコーンポリエステルなどのシリコーン変性有機樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００９６】
本実施形態において、電池１００は、集電体と電解質層１５との接合強度を向上させるために、接合層をさらに形成してもよい。接合層は、正極集電体１１と電解質層１５との界面に位置する。また、接合層は、負極集電体１３の側面の接触部分と電解質層１５との界面に位置する。接合層の材料としては、集電体を構成する成分が挙げられる。集電体を構成する成分として、銅、アルミ及びそれらを主成分として含む合金が挙げられる。また、他の接合層の材料としては、酸化物、硫化物、ハロゲン化物が挙げられる。接合層は、さらに、集電体を構成する他の成分及び／又は電解質層１５を構成する成分を含んでもよい。これにより、積層電池１００の内部において、集電体は電解質層１５と強固に接合される。このような構成によれば、集電体と電解質層１５との界面において、化学的な接合によって接合強度を向上できるため、より高い接合強度により一体化された積層電池１００を実現できる。
【００９７】
接合層は、上述のとおり複数のセル３０を積層し、加圧接着することによって作製できる。例えば、複数のセル３０の接着面同士を加圧接着させるときに、集電体に含まれる銅と電解質層１５に含まれる硫化物とが、集電体と電解質層１５との界面において拡散し、硫化銅層が形成されることによって得られる。接合層には、硫化銅以外の物質が含まれていてもよい。接合層を形成させるときの温度は、例えば、１００℃である。接合層を形成させるときの時間は、例えば、５分である。このようにして形成された接合層の厚さは、約１μｍである。ただし接合層の厚さは特に限定されず、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。
【００９８】
以上のようにして作製された接合層の存在は、通常の光学顕微鏡、レーザー顕微鏡又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による電池１００の断面の観察によって確認できる。また、接合層の組成は、例えば、接合層電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による組成解析によって評価できる。
【００９９】
本実施形態の製造方法では、圧粉プロセスで電池１００を作製する例を示している。ただし、焼成プロセスを使用して焼結体の積層体を作製し、さらに、積層体に導電性樹脂ペーストを塗布し、焼け付けを行うことによって端子１６及び１７を作製してもよい。
【０１００】
電池１００は、負極集電体１３を共用して複数のセル３０を並列に接続している。正極集電体１１はセルの上面及び下面に位置している。ただし、電池は、正極集電体１１を共用して複数のセル３０を並列に接続してもよい。この場合、負極集電体１３はセルの上面及び下面に位置する。さらに正極集電体１１の大部分が電解質層１５に埋設されており、正極集電体１１は、正極端子１６と接するための露出部分を有していてもよい。
【０１０１】
（実施形態２）
図３は、本実施形態２に係る電池２００の構成を説明する概略図である。図３（ａ）は、本実施形態に係る電池２００の断面図である。図３（ｂ）は、電池２００の上面図である。実施形態１の電池１００と本実施形態の電池２００とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
【０１０２】
図３に示すように、負極集電体１３において、突起部分１３ｐの厚さは、残余部分１３ｒの厚さよりも小さい。これによって、露出部分１３ａの面積をさらに小さくできる。そのため、電池２００の電気特性に影響を与えることなく、露出部分１３ａと電解質層１５との界面を低減できる。その結果、負極集電体１３と電解質層１５との層間において剥離が生じやすい部分を低減できるため、高い信頼性を有する電池２００を実現できる。
【０１０３】
突起部分１３ｐの厚さが、残余部分１３ｒの厚さよりも小さいため、加圧接着における圧力のばらつきが低減される。また、負極端子１７と接している露出部分１３ａの面積が小さいため、引っ張りに起因する応力が負極端子１７に発生した場合においても負極集電体１３に影響を与えにくい。このため、負極集電体１３と電解質層１５との接合強度をさらに向上できる。また、並列に接続された複数のセル３０を強固に小型一体化できるため、大容量かつ高いエネルギー密度で、高い信頼性を有する電池２００を実現できる。
【０１０４】
残余部分１３ｒの厚さＤ１に対する突起部分１３ｐの厚さＤ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）は、電池２００の大きさ、材料などに応じて適切に定められるので、特に限定されない。比率（Ｄ２／Ｄ１）は、例えば、３以上１０以下の範囲にある。
【０１０５】
突起部分１３ｐの厚さ及び残余部分１３ｒの厚さは、任意の複数点（例えば５点）で測定した平均値によって特定されうる。測定には、例えば、マイクロメータが使用される。本実施形態において、厚さは、第３方向ｚに平行な方向における寸法である。
【０１０６】
（実施形態３）
図４は、本実施形態３に係る電池３００の構成を説明する概略図である。図４（ａ）は、本実施形態に係る電池３００の断面図である。図４（ｂ）は、電池３００の上面図である。図４に示すように、積層電池３００において、負極集電体１３は、ロックホール２１をさらに有している。本明細書では、ロックホール２１を「貫通孔」と呼ぶことがある。以上を除き、電池３００の構造は、実施形態１の電池１００の構造と同じである。
【０１０７】
ロックホール２１は、例えば、複数のセル３０の積層方向において、負極集電体１３を貫通する貫通孔である。ロックホール２１は、負極集電体１３と電解質層１５とが接している部分に形成される。ロックホール２１は、負極集電体１３と負極層１４とが接している部分には形成されない。ロックホール２１は、負極集電体１３の残余部分１３ｒに形成されてもよく、突起部分１３ｐに形成されてもよい。ロックホール２１の内部には、電解質層１５が存在する。つまり、ロックホール２１の内部には、電解質層１５を構成する電解質が充填されている。このような構成によれば、アンカー効果により負極集電体１３と電解質層１５との接合強度を向上できる。また、並列に接続された複数のセル３０を強固に小型一体化できるため、大容量かつ高いエネルギー密度で、高い信頼性を有する電池３００を実現できる。
【０１０８】
ロックホール２１の形状、サイズ、及び数は、負極集電体１３と電解質層１５との接合強度が向上できるものであれば特に限定されない。ロックホール２１の形状は、例えば、円柱状である。ロックホール２１のサイズは、特に限定されず、直径２００μｍ以上５００μｍ以下であってもよく、直径３０μｍ以上５００μｍ以下であってもよく、直径３０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。負極集電体１３に形成されるロックホール２１の数は、特に限定されない。
【０１０９】
負極集電体１３にロックホール２１を形成する方法は特に限定されない。例えば、上述のとおり負極集電体１３の前駆体を作製した後に、負極集電体１３の前駆体を切断することによってロックホール２１を形成できる。詳細には、負極集電体１３の一部を、積層方向に対して貫通するように切断することによって、負極集電体１３の前駆体にロックホール２１を形成できる。ロックホール２１は、例えば、複数のセル３０の積層方向にまっすぐ延びている。負極集電体１３の前駆体の切断は、例えば、レーザーによって行うことができる。負極集電体１３の前駆体を切断することによって、負極集電体１３にロックホール２１を形成できる。負極集電体１３にロックホール２１を形成する他の例として、パンチングが挙げられる。この場合、負極集電体１３に打抜き加工によって金属シートに多数の小さい孔を開けることによって、ロックホール２１を形成できる。複数のロックホール２１のそれぞれの間隔は、例えば、５０μｍである。このような構成によれば、負極集電体１３と電解質層１５との接合強度を向上できる。
【０１１０】
（実施形態４）
図５は、本実施形態４に係る電池４００の構成を説明する概略図である。図５（ａ）は、本実施形態に係る電池４００の断面図である。図５（ｂ）は、電池４００の上面図である。図５に示すように、電池４００において、複数のセルのそれぞれは、ダミー集電体３１をさらに備えている。以上を除き、電池４００の構造は、実施形態１の電池１００の構造と同じである。
【０１１１】
本実施形態では、ダミー集電体３１は、電池４００の周囲に位置している。さらに、ダミー集電体３１は、負極集電体１３の遮蔽部分１３ｂの周囲に存在する。このような構成によれば、加圧接着において、圧力のばらつきが低減される。そのため、高い信頼性を有する電池４００が実現できる。これによって、積層体の内部における密度が均一になりやすい。
【０１１２】
ダミー集電体３１は、負極集電体１３から電気的に分離されている。すなわち、負極集電体１３は、ダミー集電体３１から電気的に絶縁されている。ダミー集電体３１は、間隙を介して、負極集電体１３から離れている。このような構成によれば、ダミー集電体３１は補強材として機能できる。そのため、高い信頼性を有する電池４００が実現できる。
【０１１３】
ダミー集電体３１の一部は、電解質層１５に埋設されていてもよい。ダミー集電体３１は、電解質層１５から露出していてもよい。言い換えれば、ダミー集電体３１は電解質層１５から露出している部分を有していてもよい。ダミー集電体３１は、露出している部分において、正極端子１６と接していてもよい。ダミー集電体３１は、例えば、負極端子１７と接していない。ダミー集電体３１は、例えば、平面視でＵ字状である。
【０１１４】
ダミー集電体３１は、複数のセル３０の積層方向において、負極集電体１３と同じ高さに位置している。そのため、加圧接着において、負極集電体１３の周囲に集中して発生する、集電体の曲げに起因する応力を低減できる。これによって、積層体の内部における密度が均一になりやすい。この結果、電池４００における構造の欠陥が低減される。さらに負極集電体１３と電解質層１５との層間において剥離が生じやすい部分を低減できるため、高い信頼性を有する電池４００を実現できる。また、ダミー集電体３１を形成することによって、集電体の曲げに起因する応力を低減できる電池４００を容易に製造できる。
【０１１５】
ダミー集電体３１は、例えば、次の方法で作製できる。まず、上述のとおり負極集電体１３の前駆体を作製する。次にダミー集電体３１が得られるように負極集電体１３の前駆体を切断する。詳細には、負極集電体１３とダミー集電体３１とが間隙を介して互いに電気的に分離するように、負極集電体１３の前駆体を切断する。負極集電体１３の切断面は、例えば、第１方向ｘ及び第２方向ｙにまっすぐ延びている。負極集電体１３の前駆体の切断は、例えば、レーザーによって行うことができる。負極集電体１３の前駆体を切断することによって、負極集電体１３及びダミー集電体３１を形成できる。負極集電体１３とダミー集電体３１との間隙は、例えば、３０μｍである。負極集電体１３の前駆体の切断は、ダイシングなどの手段を用いて行ってもよい。負極集電体１３の前駆体を切断するとともに、その前駆体の一部を除去することによってダミー集電体３１を形成してもよい。
【０１１６】
ダミー集電体３１は、正確には集電体として機能していない。そのため、ダミー集電体３１に用いられる材料は、特に制限されない。例えば、正極集電体１１又は負極集電体１３と同一の材料を含んでもよく、絶縁性の材料を含んでもよい。正極集電体１１又は負極集電体１３と同一の材料によって作製されていてもよく、絶縁性の材料によって作製されていてもよい。なお、ダミー集電体３１は、正極集電体１１又は負極集電体１３と同程度の硬さを有することで、加圧接着において、圧力のばらつきがさらに低減される。そのため、高い信頼性を有する電池４００が実現できる。この観点において、ダミー集電体３１は、集電体１１及び／又は１３と同一の材料によって作製されうる。
【０１１７】
ダミー集電体３１は、ロックホールをさらに有していてもよい。ロックホールは、例えば、複数のセル３０の積層方向において、ダミー集電体３１を貫通する貫通孔である。ロックホールの内部には、電解質層１５が存在する。つまり、ロックホールの内部には、電解質層１５を構成する電解質が充填されている。このような構成によれば、アンカー効果によりダミー集電体３１と電解質層１５との接合強度を向上できる。また、並列に接続された複数のセル３０を強固に小型一体化できるため、大容量かつ高いエネルギー密度で、高い信頼性を有する電池４００を実現できる。
【０１１８】
ロックホールの形状、サイズ、及び数は、ダミー集電体３１と電解質層１５との接合強度が向上できるものであれば特に限定されない。ロックホールの形状は、例えば、円柱状である。ロックホールのサイズは、特に限定されず、直径２００μｍ以上５００μｍ以下であってもよく、直径３０μｍ以上５００μｍ以下であってもよく、直径３０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。ダミー集電体３１に形成されるロックホールの数は、特に限定されない。
【０１１９】
ダミー集電体３１にロックホールを形成する方法は特に限定されない。ロックホール２１の形成方法と同様の方法によって形成できる。複数のロックホールのそれぞれの間隔は、例えば、５０μｍである。このような構成によれば、ダミー集電体３１と電解質層１５との接合強度を向上できる。
【０１２０】
本実施形態において、ダミー集電体３１と電解質層１５との接合強度を向上させるために、接合層をさらに形成してもよい。接合層は、ダミー集電体３１と電解質層１５との界面に位置する。接合層の材料としては、ダミー集電体３１を構成する成分及び／又は電解質層１５を構成する成分を含んでもよい。このような構成によれば、ダミー集電体３１と電解質層１５との界面において、化学的な接合によって接合強度を向上できるため、より高い接合強度により一体化された積層電池４００を実現できる。
【０１２１】
（実施形態５）
図６は、本実施形態５に係る電池５００の構成を説明する概略図である。図６（ａ）は、本実施形態に係る電池５００の断面図である。図６（ｂ）は、電池５００の上面図である。図６に示すように、電池５００において、複数のセルのそれぞれは、ダミー集電体４１をさらに備えている。以上を除き、電池５００の構造は、実施形態１の電池１００の構造と同じである。
【０１２２】
本実施形態では、ダミー集電体４１は、電池５００の周囲に位置している。ただし、ダミー集電体４１は、負極集電体１３と異なる平面に配置されている点で、電池４００と異なる。つまり、ダミー集電体４１は、複数のセル３０の積層方向において、負極集電体１３と異なる高さに位置している。ダミー集電体４１は、正極集電体１１、正極層１２及び負極層１４と電気的に分離している。ダミー集電体４１の一部は、電解質層１５に埋設されていてもよい。ダミー集電体４１は、電解質層１５から露出していてもよい。言い換えれば、ダミー集電体４１は電解質層１５から露出している部分を有していてもよい。ダミー集電体４１は、露出している部分において、正極端子１６と接していてもよい。ダミー集電体４１は、例えば、負極端子１７と接していない。ダミー集電体４１は、例えば、平面視でＵ字状である。このような構成によれば、熱衝撃が発生しても、集電体と電解質層１５との熱膨張率が異なることに起因する応力を低減できる。そのため、負極集電体１３と電解質層１５との層間における剥離が生じにくい。この結果、熱サイクルに対し高い信頼性を有する電池５００が実現できる。
【０１２３】
ダミー集電体４１は、例えば、次の方法で作製できる。まず、電解質層１５のシートの上に、ダミー集電体４１の前駆体を形成させる。次にダミー集電体４１が得られるようにダミー集電体４１の前駆体を切断する。詳細には、ダミー集電体４１がセルの周囲に位置するように、ダミー集電体４１の前駆体を切断する。ダミー集電体４１の前駆体の切断面は、例えば、第１方向ｘ及び第２方向ｙにまっすぐ延びている。ダミー集電体４１の前駆体の切断は、例えば、レーザーによって行うことができる。ダミー集電体４１の前駆体を切断することによって、ダミー集電体４１を形成できる。ダミー集電体４１の前駆体の切断は、ダイシングなどの手段を用いて行ってもよい。
【０１２４】
ダミー集電体４１は、正確には集電体として機能していない。そのため、ダミー集電体４１に用いられる材料は、特に制限されない。例えば、ダミー集電体３１と同一の材料を使用してもよい。なお、ダミー集電体４１は、正極集電体１１又は負極集電体１３と同程度の硬さを有することで、熱衝撃が発生しても、集電体と電解質層１５との熱膨張率が異なることに起因する応力を低減できる。そのため、負極集電体１３と電解質層１５との層間における剥離が生じにくい。この結果、熱サイクルに対し高い信頼性を有する電池５００が実現できる。
【０１２５】
ダミー集電体４１は、ダミー集電体３１と同様に、ロックホールをさらに有していてもよい。ロックホールは、例えば、複数のセル３０の積層方向において、ダミー集電体４１を貫通する貫通孔である。ロックホールの内部には、電解質層１５が存在する。つまり、ロックホールの内部には、電解質層１５を構成する電解質が充填されている。このような構成によれば、アンカー効果によりダミー集電体４１と電解質層１５との接合強度を向上できる。また、並列に接続された複数のセル３０を強固に小型一体化できるため、大容量かつ高いエネルギー密度で、高い信頼性を有する電池５００を実現できる。
【０１２６】
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】
【０１２７】
本開示に係る電池は、各種の電子機器、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】
【０１２８】
１１  正極集電体
１２  正極層
１３  負極集電体
１３ａ  露出部分
１３ｂ  遮蔽部分
１３ｐ  突起部分
１３ｒ  残余部分
１４  負極層
１５  電解質層
１６  正極端子
１７  負極端子
２１  ロックホール
３０  セル
３１，４１  ダミー集電体
１００，２００，３００，４００，５００  電池
【図１】
2020137258.tif 000003
【図２】
2020137258.tif 000004
【図３】
2020137258.tif 000005
【図４】
2020137258.tif 000006
【図５】
2020137258.tif 000007
【図６】
2020137258.tif 000008
【国際調査報告】
2020137258.tif 000009
2020137258.tif 000010
2020137258.tif 000011
2020137258.tif 000012