(57)【要約】  電池１００は、固体電解質を含む発電要素１１０と、発電要素１１０の主面１１０ｃに接する第１部材１２０と、を備える。主面１１０ｃは、中央部分１１０ａと、中央部分１１０ａを囲む環状である端部１１０ｂと、を有する。第１部材１２０は、平面視において、主面１１０ｃにおける中央部分１１０ａに重なる中央領域１２０ａと、平面視において、主面１１０ｃにおける端部１１０ｂに重なる端部領域１２０ｂとを有する。中央領域１２０ａおよび端部領域１２０ｂの少なくとも一方は、主面１１０ｃに接する。端部領域１２０ｂのヤング率は、中央領域１２０ａのヤング率よりも小さい。
2020137005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質を含む発電要素と、
前記発電要素の第１主面に接する第１部材と、
を備え、
前記第１主面は、
中央部分と、
平面視において、前記中央部分を囲む環状である端部と、
を有し、
前記第１部材は、
平面視において、前記第１主面における前記中央部分に重なる第１中央領域と、
平面視において、前記第１主面における前記端部に重なる第１端部領域とを有し、
前記第１中央領域および前記第１端部領域の少なくとも一方は、前記第１主面に接し、
前記第１端部領域のヤング率は、前記第１中央領域のヤング率よりも小さい、
電池。
【請求項２】
前記第１中央領域は、前記第１主面における前記中央部分に接し、
前記第１端部領域は、前記第１主面における前記端部に接する、
請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第１中央領域および前記第１端部領域の一方のみが前記第１主面に接する、
請求項１に記載の電池。
【請求項４】
前記第１部材は、第１部分と第２部分とを含み、
前記第１部分のヤング率は、前記第２部分のヤング率よりも小さく、
前記第１部分の少なくとも一部は、前記第１端部領域内に位置し、
前記第２部分の少なくとも一部は、前記第１中央領域内に位置する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
前記第１部分は、前記第２部分の周囲を覆っており、
前記第１部分の他の一部は、前記第１中央領域内に位置する、
請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記第１部分は、樹脂を含み、
前記第２部分は、金属を含む、
請求項４または５に記載の電池。
【請求項７】
前記樹脂は、導電性高分子を含む、
請求項６に記載の電池。
【請求項８】
前記第１部分および前記第２部分は、金属を含む、
請求項４または５に記載の電池。
【請求項９】
前記発電要素は、電極層を含み、
平面視において、前記第２部分の面積は、前記電極層の面積よりも小さい、
請求項４から８のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１０】
前記発電要素は、電極層を含み、
平面視において、前記第２部分の面積は、前記電極層の面積よりも大きい、
請求項４から８のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１１】
前記第１部材は、前記電極層の表面に接する、
請求項９または１０に記載の電池。
【請求項１２】
前記第１部材は、集電体である、
請求項１１に記載の電池。
【請求項１３】
前記発電要素は、集電体を含み、
前記第１部材は、前記集電体の表面に接する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１４】
前記第１部材は、前記発電要素の外装体である、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１５】
前記発電要素を覆う外装体をさらに備え、
前記第１部材は、前記発電要素と前記外装体との間に位置し、前記外装体の内面に接する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１６】
前記発電要素は、さらに、外装体を含み、
前記第１部材は、前記外装体の外側に位置し、前記外装体の表面に接する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１７】
前記発電要素の、前記第１主面とは反対側の第２主面に接する第２部材をさらに備え、
前記第２主面は、
中央部分と、
平面視において、前記中央部分を囲む環状である端部と、
を有し、
前記第２部材は、
平面視において、前記第２主面における前記中央部分に重なる第２中央領域と、
平面視において、前記第２主面における前記端部に重なる第２端部領域とを有し、
前記第２中央領域および前記第２端部領域の少なくとも一方は、前記第２主面に接し、
前記第２端部領域のヤング率は、前記第２中央領域のヤング率よりも小さい、
請求項１から１６のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１８】
前記第１端部領域の厚みは、前記第１中央領域の厚みと等しい、
請求項１から１７のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１９】
前記第１端部領域の厚みは、前記第１中央領域の厚みより厚い、
請求項１から１７のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２０】
前記第１端部領域の厚みは、前記第１中央領域の厚みより薄い、
請求項１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】
特許文献１には、全固体電池に拘束圧を加える加圧部、および、拘束圧を制御する圧力制御部を備え、充放電に伴い、拘束圧を任意に制御するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−９５２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、短絡が生じにくい電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る電池は、固体電解質を含む発電要素と、前記発電要素の第１主面に接する第１部材と、を備える。前記第２主面は、中央部分と、平面視において、前記中央部分を囲む環状である端部と、を有する。前記第１部材は、平面視において、前記第１主面における前記中央部分に重なる第１中央領域と、平面視において、前記第１主面における前記端部に重なる第１端部領域とを有する。前記第１中央領域および前記第１端部領域の少なくとも一方は、前記第１主面に接する。前記第１端部領域のヤング率は、前記第１中央領域のヤング率よりも小さい。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、短絡が生じにくい電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態１に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、実施の形態２に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【図３】図３は、実施の形態３に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の形態４に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態５に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態６に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態７に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態８に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の形態９に係る電池の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（本開示の概要）
まず、本発明者の着眼点が、下記に説明される。
【０００９】
全固体電池においては、全固体電池を拘束することで、活物質粒子と固体電解質粒子と、および、固体電解質粒子同士が良好に接触し、粒界抵抗が低減することで充放電特性が向上する。全固体電池が拘束されない場合には、粒子同士の良好な接触が得られず、有効反応面積が減少するので、全固体電池の内部抵抗が増大する。このような観点から、全固体電池の性能向上には拘束が有効である。
【００１０】
一方、全固体電池の端部においては、過度な電流集中または集電体同士の接触により、短絡不良が発生しやすい。全固体電池が拘束された場合には、電池端部での正極と負極との電流集中、充放電時の膨張収縮に伴う正極と負極との物理的な接触、または、集電体同士の接触がより生じやすくなる。このため、短絡不良が発生する恐れが高まる。例えば、特許文献１では、全固体電池の主面全体を均一な圧力で拘束しているため、端部における電池短絡のリスクを回避することが難しい。
【００１１】
本開示は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、端部での短絡リスクを低減しながら、全固体電池を拘束することで充放電特性を向上することができる。
【００１２】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る電池は、固体電解質を含む発電要素と、前記発電要素の第１主面に接する第１部材と、を備える。前記第１主面は、中央部分と、平面視において、前記中央部分を囲む環状である端部と、を有する。前記第１部材は、平面視において、前記第１主面における前記中央部分に重なる第１中央領域と、平面視において、前記第１主面における前記端部に重なる第１端部領域とを有する。前記第１中央領域および前記第１端部領域の少なくとも一方は、前記第１主面に接する。前記第１端部領域のヤング率は、前記第１中央領域のヤング率よりも小さい。
【００１３】
これにより、電池が拘束された場合に、発電要素の端部にかかる圧力が緩和される。端部にかかる圧力が緩和されることで、端部における電流集中、および、発電要素の電極間の物理的接触を抑制することができる。したがって、拘束された場合に発電要素の端部において短絡が生じにくい電池を実現することができる。
【００１４】
また、例えば、前記第１中央領域は、前記第１主面における前記中央部分に接し、前記第１端部領域は、前記第１主面における前記端部に接してもよい。
【００１５】
これにより、第１部材が第１端部領域を有しない場合に比べて、発電要素の中央部分と端部との境界で急激な圧力変化が生じにくくなるので、境界でのクラックの発生を抑制することができる。さらに、発電要素の中央部分には強い圧力を与えることができるので、粒子同士の接触を良好にすることができ、粒界抵抗が低減され、充放電特性が向上する。このように、本態様に係る電池の信頼性および充放電特性を高めることができる。
【００１６】
また、例えば、前記第１中央領域および前記第１端部領域の一方のみが前記第１主面に接してもよい。
【００１７】
これにより、発電要素の中央部分および端部の一方にかかる圧力を十分に弱めることができる。
【００１８】
また、例えば、前記第１部材は、第１部分と第２部分とを含んでもよい。前記第１部分のヤング率は、前記第２部分のヤング率よりも小さくてもよい。前記第１部分の少なくとも一部は、前記第１端部領域内に位置し、前記第２部分の少なくとも一部は、前記第１中央領域内に位置してもよい。
【００１９】
これにより、異なる材料を用いることで、第１端部領域と第１中央領域とでヤング率が異なる第１部材を容易に形成することができる。
【００２０】
また、例えば、前記第１部分は、前記第２部分の周囲を覆ってもよい。前記第１部分の他の一部は、前記第１中央領域内に位置してもよい。
【００２１】
これにより、第１端部領域と第１中央領域とでヤング率が異なる第１部材を容易に形成することができる。
【００２２】
また、例えば、前記第１部分は、樹脂を含み、前記第２部分は、金属を含んでもよい。
【００２３】
これにより、一般的に金属と樹脂とはヤング率の差が大きいので、発電要素の端部に印加される圧力をより緩和することができる。
【００２４】
また、例えば、前記樹脂は、導電性高分子を含んでもよい。
【００２５】
これにより、第１部材に導電性を付与することができるので、第１部材を集電体として機能させることができる。この場合、発電要素が集電体を備えなくてよいので、発電要素の厚みを薄くすることができる。発電要素の厚みが薄くなることで、発電要素のエネルギー密度を高めることができる。
【００２６】
また、例えば、前記第１部分および前記第２部分は、金属を含んでもよい。
【００２７】
これにより、第１部材に導電性を付与することができるので、第１部材を集電体として機能させることができる。この場合、発電要素が集電体を備えなくてよいので、発電要素の厚みを薄くすることができる。発電要素の厚みが薄くなることで、発電要素のエネルギー密度を高めることができる。また、第１部分と第２部分とのいずれにも金属が含まれる場合、両者のヤング率の差を小さくすることが容易であり、第１端部領域と第１中央領域との境界における圧力変化がより緩和される。このため、急激な圧力変化を起因とする発電要素のクラックなどの不良がより生じにくくなる。
【００２８】
また、例えば、前記発電要素は、電極層を含み、平面視において、前記第２部分の面積は、前記電極層の面積よりも小さくてもよい。
【００２９】
これにより、電極層の端部にかかる圧力をより緩和することができるので、発電要素の端部において短絡をより生じにくくすることができる。
【００３０】
また、例えば、前記発電要素は、電極層を含み、平面視において、前記第２部分の面積は、前記電極層の面積よりも大きくてもよい。
【００３１】
これにより、電極層の中央にかかる圧力によって粒子同士の接触性が良くなるので、粒界抵抗が低減され、充放電特性を向上させることができる。
【００３２】
また、例えば、前記第１部材は、前記電極層の表面に接してもよい。
【００３３】
これにより、電池が拘束された場合に圧力損失を減少し、より効率的に電極層に圧力を印加することができる。
【００３４】
また、例えば、前記第１部材は、集電体であってもよい。
【００３５】
これにより、発電要素が集電体を備えなくてよいので、発電要素の厚みを薄くすることができる。発電要素の厚みが薄くなることで、発電要素のエネルギー密度を高めることができる。
【００３６】
また、例えば、前記発電要素は、集電体を含み、前記第１部材は、前記集電体の表面に接してもよい。
【００３７】
これにより、発電要素と第１部材との位置関係が固定され、第１部材のずれを抑制することができる。仮に第１部材がずれた場合には、端部にも強い圧力がかかる恐れがある。本態様に係る電池によれば、第１部材のずれが抑制されるので、発電要素の端部において短絡を生じにくくすることができる。
【００３８】
また、例えば、前記第１部材は、前記発電要素の外装体であってもよい。
【００３９】
これにより、専用の外装体を備えなくてよくなるので、電池の厚みを薄くすることができる。
【００４０】
また、例えば、電池は、前記発電要素を覆う外装体をさらに備えてもよい。前記第１部材は、前記発電要素と前記外装体との間に位置し、前記外装体の内面に接してもよい。
【００４１】
これにより、外装体と第１部材とを予め接着しておくことができるので、外装体の内部での第１部材の移動が抑制される。そのため、第１部材と発電要素との位置関係を容易に固定することができるので、電池が拘束された場合に発電要素の中央部に対して強い圧力を印加することができる。
【００４２】
また、例えば、前記発電要素は、さらに、外装体を含み、前記第１部材は、前記外装体の外側に位置し、前記外装体の表面に接してもよい。
【００４３】
これにより、第１部材と発電要素との位置関係を容易に固定することができるので、電池が拘束された場合に発電要素の中央部に対して強い圧力を印加することができる。
【００４４】
また、例えば、電池は、前記発電要素の、前記第１主面とは反対側の第２主面に接する第２部材をさらに備えてもよい。前記第２主面は、中央部分と、平面視において、前記中央部分を囲む環状である端部と、を有してもよい。前記第２部材は、平面視において、前記第２主面における前記中央部分に重なる第２中央領域と、平面視において、前記第２主面における前記端部に重なる第２端部領域とを有してもよい。前記第２中央領域および前記第２端部領域の少なくとも一方は、前記第２主面に接してもよい。前記第２端部領域のヤング率は、前記第２中央領域のヤング率よりも小さくてもよい。
【００４５】
これにより、電池が拘束された場合に、積層方向における両側から発電要素の端部にかかる圧力が緩和される。端部にかかる圧力が緩和されることで、端部における電流集中、および、発電要素の電極間の物理的接触を抑制することができる。したがって、拘束された場合に発電要素の端部において短絡が生じにくい電池を実現することができる。
【００４６】
また、例えば、前記第１端部領域の厚みは、前記第１中央領域の厚みと等しくてもよい。
【００４７】
これにより、第１部材が第１端部領域を有しない場合に比べて、発電要素の中央部分と端部との境界で急激な圧力変化が生じにくくなるので、境界でのクラックの発生を抑制することができる。さらに、発電要素の中央部分には強い圧力を与えることができるので、粒子同士の接触を良好にすることができるので、粒界抵抗が低減され、充放電特性が向上する。このように、本態様に係る電池の信頼性および充放電特性を高めることができる。
【００４８】
また、例えば、前記第１端部領域の厚みは、前記第１中央領域の厚みより厚くてもよい。
【００４９】
これにより、発電要素の中央部分にかかる圧力を十分に弱めることができる。
【００５０】
また、例えば、前記第１端部領域の厚みは、前記第１中央領域の厚みより薄くてもよい。
【００５１】
これにより、発電要素の端部にかかる圧力を十分に弱めることができる。
【００５２】
以下では、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。
【００５３】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の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および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、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、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。
【００５４】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、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ており、重複する説明は省略または簡略化する。
【００５５】
また、本明細書において、平行などの要素間の関係性を示す用語、および、矩形などの要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【００５６】
また、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）および下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」および「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。
【００５７】
また、本明細書において、「厚み方向」とは、電極層が形成された電極集電体の面、または、対極層が形成された対極集電体の面に垂直な方向のことである。また、本明細書において、「平面視」とは、電池の厚み方向に沿って電池を見た場合を意味する。
【００５８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池１００の概略構成を示す断面図である。図１に示されるように、電池１００は、固体電解質を含む発電要素１１０と、発電要素１１０の主面１１０ｃに接する第１部材１２０とを備える。
【００５９】
［発電要素］
まず、本実施の形態に係る発電要素１１０の構成について説明する。
【００６０】
発電要素１１０は、例えば、充電および放電の機能を有する発電部である。発電要素１１０は、例えば二次電池である。例えば、発電要素１１０は、単電池（セル）であってもよい。
【００６１】
図１に示されるように、発電要素１１０は、正極１１１と、負極１１２と、固体電解質層１１３と、正極集電体１１４と、負極集電体１１５とを備える。
【００６２】
正極１１１は、電極層の一例であり、正極活物質を含む層である。正極１１１は、正極活物質と固体電解質とを含む正極合剤層であってもよい。
【００６３】
正極１１１に含まれる正極活物質として、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物、遷移金属フッ化物、ポリアニオンもしくはフッ素化ポリアニオン材料、遷移金属硫化物、遷移金属オキシフッ化物、遷移金属オキシ硫化物、または、遷移金属オキシ窒化物などが用いられる。例えば、正極活物質粒子として、リチウム含有遷移金属酸化物を用いた場合には、製造コストを安くでき、平均放電電圧を高めることができる。
【００６４】
正極１１１の厚みは、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下である。正極１１１の厚みが１０μｍ以上である場合には、電池のエネルギー密度を十分に確保することができる。正極１１１の厚みが５００μｍ以下である場合には、高出力での動作が可能となる。
【００６５】
負極１１２は、電極層の一例であり、負極活物質を含む層である。負極１１２は、負極活物質と固体電解質とを含む負極合剤層であってもよい。
【００６６】
負極１１２に含まれる負極活物質として、例えば、金属イオンを吸蔵および放出する材料が用いられる。負極活物質は、例えば、リチウムイオンを吸蔵および放出する材料である。負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウムに対して合金化反応を示す金属もしくは合金、炭素、遷移金属酸化物、または、遷移金属硫化物などが用いられうる。炭素としては、例えば、黒鉛、ハードカーボンまたはコークスなどの非黒鉛系炭素が用いられうる。遷移金属酸化物としては、例えば、ＣｕＯ、ＮｉＯなどが用いられうる。遷移金属硫化物としては、例えば、ＣｕＳで表される硫化銅などが用いられうる。リチウムに対して合金化反応を示す金属もしくは合金としては、例えば、ケイ素化合物、錫化合物、アルミニウム化合物とリチウムとの合金などが用いられうる。例えば、炭素を用いた場合は、製造コストを安くでき、かつ、平均放電電圧を高めることができる。
【００６７】
負極１１２の厚みは、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下である。負極１１２の厚みが１０μｍ以上である場合には、電池のエネルギー密度を十分に確保することができる。負極１１２の厚みが５００μｍ以下である場合には、高出力での動作が可能となる。
【００６８】
固体電解質層１１３は、固体電解質を含む。本実施の形態では、固体電解質層１１３は、正極１１１および負極１１２の各々の全体を覆っている。具体的には、固体電解質層１１３は、正極１１１の全体を覆い、平面視した場合に正極１１１の外周に沿った部分で環状に正極集電体１１４に接触している。また、固体電解質層１１３は、負極１１２の全体を覆い、平面視した場合に負極１１２の外周に沿った部分で環状に負極集電体１１５に接触している。
【００６９】
なお、固体電解質層１１３は、正極１１１および負極１１２の少なくとも一方を完全に覆っていなくてもよい。例えば、固体電解質層１１３は、正極１１１の端面の少なくとも一部を覆っていなくてもよい。また、固体電解質層１１３は、負極１１２の端面の少なくとも一部を覆っていなくてもよい。固体電解質層１１３は、正極集電体１１４および負極集電体１１５のいずれにも接触していなくてもよく、正極１１１と負極１１２との間にのみ位置していてもよい。
【００７０】
固体電解質層１１３の厚みは、例えば１μｍ以上２００μｍ以下である。固体電解質層１１３の厚みが１μｍ以上である場合には、正極１１１と負極１１２とが短絡する可能性を低減することができる。固体電解質層１１３の厚みが２００μｍ以下である場合には、高出力での動作が可能となる。
【００７１】
正極１１１、負極１１２および固体電解質層１１３の各々に含まれる固体電解質として、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質、高分子固体電解質、または、錯体水素化物固体電解質などが用いられうる。
【００７２】
硫化物固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２、Ｌｉ３．２５Ｇｅ０．２５Ｐ０．７５Ｓ４、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、などが用いられうる。また、これらに、ＬｉＸ、Ｌｉ２Ｏ、ＭＯｐ、ＬｉｑＭＯｒなどが添加されていてもよい。なお、ＬｉＸのＸは、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩのいずれかである。また、ＬｉｑＭＯｒのＭは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＦｅおよびＺｎのいずれかである。また、ＭＯｐ、ＬｉｑＭＯｒのｐ、ｑ、ｒは、それぞれ独立して、自然数である。
【００７３】
酸化物固体電解質としては、例えば、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３およびその元素置換体を代表とするＮＡＳＩＣＯＮ型固体電解質、（ＬａＬｉ）ＴｉＯ３系のペロブスカイト型固体電解質、Ｌｉ１４ＺｎＧｅ４Ｏ１６、Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬｉＧｅＯ４およびその元素置換体を代表とするＬＩＳＩＣＯＮ型固体電解質、または、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２およびその元素置換体を代表とするガーネット型固体電解質などが用いられうる。あるいは、酸化物固体電解質としては、Ｌｉ３ＮおよびそのＨ置換体、Ｌｉ３ＰＯ４およびそのＮ置換体、または、ＬｉＢＯ２もしくはＬｉ３ＢＯ３などのＬｉ−Ｂ−Ｏ化合物をベースとして、Ｌｉ２ＳＯ４もしくはＬｉ２ＣＯ３などが添加されたガラスまたはガラスセラミックスなどが用いられうる。
【００７４】
ハロゲン化物固体電解質としては、例えば、組成式ＬｉαＭβＸγにより表される材料が用いられうる。ここで、αとβとγとは、それぞれ独立して、０より大きい値である。また、Ｍは、Ｌｉ以外の金属元素と半金属元素とのうちの少なくとも１つである。Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素である。ここで、半金属元素は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、ＳｂまたはＴｅである。金属元素とは、周期表において、水素を除く１族から１２族中に含まれる全ての元素、および、上記半金属元素とＣ、Ｎ、Ｐ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅとを除く全ての１３族から１６族中に含まれる元素である。すなわち、ハロゲン化固体電解質は、ハロゲン化合物との無機化合物を形成した際に、カチオンとなりうる元素群である。ハロゲン化物固体電解質として、例えば、Ｌｉ３ＹＸ６、Ｌｉ２ＭｇＸ４、Ｌｉ２ＦｅＸ４、Ｌｉ（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｘ４、Ｌｉ３（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｘ６などが用いられうる。あるいは、ハロゲン化物固体電解質としては、例えば、Ｌｉ３ＩｎＢｒ６、Ｌｉ３ＩｎＣｌ６、Ｌｉ２ＦｅＣｌ４、Ｌｉ２ＣｒＣｌ４またはＬｉ３ＯＣｌなどが用いられうる。
【００７５】
錯体水素化物固体電解質としては、例えば、ＬｉＢＨ４−ＬｉＩまたはＬｉＢＨ４−Ｐ２Ｓ５などが用いられうる。
【００７６】
高分子固体電解質としては、例えば、高分子化合物とリチウム塩との化合物が用いられうる。高分子化合物は、エチレンオキシド構造を有していてもよい。高分子化合物がエチレンオキシド構造を有することで、リチウム塩を多く含有することができ、イオン導電率をより高めることができる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）（ＳＯ２Ｃ４Ｆ９）、または、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３などが使用されうる。リチウム塩として、これらから選択される１種のリチウム塩が、単独で使用されうる。あるいは、リチウム塩として、これらから選択される２種以上のリチウム塩の混合物が使用されてもよい。
【００７７】
正極集電体１１４は、正極１１１に接して設けられている。本実施の形態では、正極集電体１１４は、発電要素１１０に含まれている。正極集電体１１４は、導電性を有する薄膜である。
【００７８】
正極集電体１１４として、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、または、それらの合金などの金属材料で作られた、多孔質または無孔のシートまたはフィルムなどが用いられうる。アルミニウムまたはその合金は、安価で薄膜化し易い。シートまたはフィルムは、例えば、金属箔、または、メッシュなどである。
【００７９】
正極集電体１１４の厚みは、例えば１μｍ以上３０μｍ以下である。正極集電体１１４の厚みが１μｍ以上である場合には、機械的な強度が十分であり、割れまたは破れが生じにくくなる。正極集電体１１４の厚みが３０μｍ以下である場合には、電池のエネルギー密度の低下を抑制することができる。
【００８０】
負極集電体１１５は、負極１１２に接して設けられている。本実施の形態では、負極集電体１１５は、発電要素１１０に含まれている。負極集電体１１５は、導電性を有する薄膜である。
【００８１】
負極集電体１１５としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、または、それらの合金などの金属材料で作られた、多孔質または無孔のシートまたはフィルムなどが用いられうる。銅またはその合金は、安価で薄膜化し易い。シートまたはフィルムは、例えば、金属箔、または、メッシュなどである。
【００８２】
負極集電体１１５の厚みは、例えば１μｍ以上３０μｍ以下である。負極集電体１１５の厚みが１μｍ以上である場合には、機械的な強度が十分であり、割れまたは破れが生じにくくなる。負極集電体１１５の厚みが３０μｍ以下である場合には、電池のエネルギー密度の低下を抑制することができる。
【００８３】
なお、正極１１１と固体電解質層１１３と負極１１２との少なくとも１つは、粒子同士の密着性を向上する目的で、結着剤を含んでもよい。結着剤は、電極または固体電解質層を構成する材料の結着性を向上するために用いられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、または、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。また、結着剤としては、例えば、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、および、ヘキサジエンより選択された２種以上の材料の共重合体が用いられうる。また、これらのうちから選択された２種以上が混合されて、結着剤として用いられてもよい。
【００８４】
また、正極１１１と負極１１２との少なくとも一方は、電子導電性を高める目的で、導電助剤を含んでもよい。導電助剤としては、例えば、天然黒鉛もしくは人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維もしくは金属繊維などの導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウムなどの金属粉末類、酸化亜鉛もしくはチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、または、ポリアニリン、ポリピロールもしくはポリチオフェンなどの導電性高分子化合物などが用いられうる。炭素導電助剤を用いた場合、低コスト化を図ることができる。
【００８５】
本実施の形態では、発電要素１１０の主面１１０ｃは、発電要素１１０の第１主面の一例である。具体的には、主面１１０ｃは、正極集電体１１４の、正極１１１が設けられていない側の主面である。
【００８６】
発電要素１１０の主面１１０ｃの中央部分１１０ａは、平面視において、正極１１１、固体電解質層１１３および負極１１２の全てが重なる部分に対応している。具体的には、中央部分１１０ａの平面視形状は、正極１１１、固体電解質層１１３および負極１１２のうち平面視形状が最も小さいものに一致している。図１に示される例では、中央部分１１０ａの平面視形状は、正極１１１の平面視形状に一致する。
【００８７】
端部１１０ｂは、中央部分１１０ａの周囲を囲む部分である。端部１１０ｂの平面視形状は、中央部分１１０ａを囲む環状である。例えば、端部１１０ｂは、平面視において、主面１１０ｃのうち、中央部分１１０ａ以外の全ての部分に対応している。
【００８８】
［第１部材］
次に、第１部材１２０について説明する。
【００８９】
第１部材１２０は、発電要素１１０の主面１１０ｃに接する部材である。本実施の形態では、第１部材１２０は、平板状の部材である。図１に示されるように、平面視において、第１部材１２０は、中央領域１２０ａと、端部領域１２０ｂとを有する。中央領域１２０ａと、端部領域１２０ｂとは、平面視において互いに異なる領域である。
【００９０】
中央領域１２０ａは、第１中央領域の一例であり、平面視において、発電要素１１０の主面１１０ｃにおける中央部分１１０ａに重なる部分である。本実施の形態では、中央領域１２０ａは、中央部分１１０ａに接している。中央領域１２０ａの平面視形状は、例えば矩形であるが、円形であってもよく、特に限定されない。
【００９１】
端部領域１２０ｂは、第１端部領域の一例であり、平面視において、発電要素１１０の主面１１０ｃにおける端部１１０ｂに重なる部分である。本実施の形態では、端部領域１２０ｂは、端部１１０ｂに接している。端部領域１２０ｂの平面視形状は、中央領域１２０ａを囲む環状であり、例えば、幅が均一な矩形の環状である。
【００９２】
図１に示されるように、端部領域１２０ｂの厚みは、中央領域１２０ａの厚みと等しい。これにより、発電要素１１０と第１部材１２０との密着性が高まるので、電池１００が拘束された場合の圧力損失が減少し、より効率的に圧力を印加することができる。
【００９３】
本実施の形態では、端部領域１２０ｂのヤング率は、中央領域１２０ａのヤング率よりも小さい。具体的には、第１部材１２０は、ヤング率が互いに異なる第１部分１２１と第２部分１２２とを含んでいる。第１部分１２１のヤング率は、第２部分１２２のヤング率よりも小さい。なお、中央領域１２０ａのヤング率は、中央領域１２０ａに含まれる第１部分１２１および第２部分１２２の各々のヤング率を用い、その体積比に基づいて複合則に従い算出した値である。
【００９４】
第１部分１２１は、端部領域１２０ｂに位置している。本実施の形態では、第１部分１２１は、第２部分１２２の周囲を覆って端部領域１２０ｂと中央領域１２０ａとに位置している。第１部分１２１は、第２部分１２２の全面を覆っている。
【００９５】
第２部分１２２は、中央領域１２０ａに位置している。なお、本実施の形態では、中央領域１２０ａは、平面視において第２部分１２２に一致する領域である。つまり、第１部材１２０を平面視した場合に、第２部分１２２が設けられた領域が中央領域１２０ａである。第２部分１２２は、第１部分１２１によって全面が覆われているので、外部に露出していない。
【００９６】
第２部分１２２が第１部分１２１に覆われた構成を有する第１部材１２０は、製造が容易である。例えば、第２部分１２２の上下から２枚の第１部分１２１を貼り付ける、または、第２部分１２２を第１部分１２１でコーティングする、などの工法で第１部材１２０を簡単に製造することができる。
【００９７】
第１部分１２１および第２部分１２２の各々のヤング率、厚みおよび面積などを調整することで、発電要素１１０の端部１１０ｂおよび中央部分１１０ａに印加される圧力を任意に調整することができる。例えば、第１部分１２１と第２部分１２２との各々に用いる材料のヤング率を調整することで、発電要素１１０の端部１１０ｂと中央部分１１０ａとに印加される圧力分布を調整することができる。
【００９８】
本実施の形態では、第１部分１２１は、電子絶縁性を有する。第１部分１２１は、例えば樹脂を含み、第２部分１２２は、例えば金属を含む。一般的に、金属と樹脂とはヤング率の差が大きい。このため、発電要素１１０の端部１１０ｂに印加される圧力をより緩和することができる。また、金属を含む第２部分１２２の上下から、樹脂を含むシート状の第１部分１２１を貼り付ける、あるいは、金属を含む第２部分１２２を、樹脂を含む第１部分１２１でコーティングする、などの工法で第１部材１２０を容易に製造することができる。
【００９９】
例えば、第１部分１２１に含まれる樹脂として、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、または、カルボキシメチルセルロースといった有機高分子などが用いられうる。あるいは、第１部分１２１に含まれる樹脂としては、例えば、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、または、ブタジエンゴムといった各種ゴムが用いられてもよい。
【０１００】
第２部分１２２に含まれる金属として、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、銅、もしくは、マグネシウム、または、これらの合金などが用いられうる。
【０１０１】
なお、第１部分１２１および第２部分１２２の少なくとも一方は、無機材料を含んでもよい。第１部分１２１または第２部分１２２に含まれる無機材料として、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２などの単純酸化物、２種以上の単純酸化物を含有する複合酸化物、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４などの金属窒化物、または、ＳｉＣなどの金属炭化物などが用いられうる。
【０１０２】
第１部材１２０の厚みは、例えば、５μｍ以上５０００μｍ以下である。第１部材１２０の厚みが５μｍ以上である場合には、機械的な強度が十分となり、割れおよび破れが生じにくくなる。また、端部領域１２０ｂと中央領域１２０ａとの境界における圧力を十分に緩和することができる。第１部材１２０の厚みが５０００μｍ以下である場合には、電池１００のエネルギー密度を高くすることができる。
【０１０３】
本実施の形態では、平面視において、第２部分１２２の面積は、電極層の面積よりも小さい。具体的には、平面視において、第２部分１２２の面積は、正極１１１の面積よりも小さい。また、平面視において、第２部分１２２の面積は、負極１１２の面積よりも小さい。なお、平面視において、第２部分１２２の面積は、正極１１１および負極１１２の一方の面積より小さく、他方の面積より大きくてもよい。
【０１０４】
これにより、正極１１１および負極１１２の各々において、中央領域１２０ａに平面視で重なる部分と比較し、端部領域１２０ｂに重なる部分では、電池拘束時の圧力が緩和される。そのため、正極１１１および負極１１２の各々の端部での過度な電流集中、ならびに、充放電時の膨張収縮に伴う物理的接触を抑制することができる。
【０１０５】
［効果など］
本実施の形態では、第１部材１２０は、電池１００を拘束した場合に、発電要素１１０の厚み方向に受ける圧力、すなわち、上下からの圧力を発電要素１１０が直接受けることを抑制するために設けられている。すなわち、第１部材１２０が設けられていることで、発電要素１１０を構成する部材に、クラックなどの不良が生じにくくなる。
【０１０６】
なお、第１部材１２０が単一の材料で構成され、端部領域１２０ｂと中央領域１２０ａとでヤング率が同じである場合、電池１００が拘束されたとき、第１部材１２０を介して発電要素１１０に拘束圧力が均一に印加される。その場合、発電要素１１０の端部１１０ｂにも均一に圧力が印加される。このため、電流集中、および、正極１１１または正極集電体１１４と負極１１２または負極集電体１１５との物理的接触がより生じやすくなるので、短絡不良がより発生しやすくなる。
【０１０７】
また、第１部材１２０が中央領域１２０ａのみを有し、端部領域１２０ｂを有しない場合、電池１００が拘束されたとき、発電要素１１０の中央部分１１０ａのみに圧力が印加され、端部１１０ｂに圧力が印加されない。このため、発電要素１１０の中央部分１１０ａと端部１１０ｂとの境界では、急激な圧力変化が生じる。そのため、境界直下の正極集電体１１４、正極１１１、負極１１２、固体電解質層１１３および負極集電体１１５といった発電要素１１０を構成する部材に、クラックなどの不良が発生する恐れがある。
【０１０８】
これに対して、本実施の形態では、第１部材１２０の端部領域１２０ｂのヤング率は、中央領域１２０ａのヤング率よりも小さい。このため、電池１００の拘束により第１部材１２０の上下から圧力が印加されると、ヤング率の低い端部領域１２０ｂでは圧力が緩和される。そのため、発電要素１１０の中央部分１１０ａと比較し、端部１１０ｂには弱い圧力が印加される。結果、発電要素１１０の端部１１０ｂでは、電流集中、および、正極１１１または正極集電体１１４と負極１１２または負極集電体１１５との物理的接触が生じにくくなる。
【０１０９】
また、第１部材１２０が端部領域１２０ｂを有しない場合と比較し、端部領域１２０ｂと中央領域１２０ａとの境界における圧力変化が緩和されるため、急激な圧力変化を起因とする発電要素１１０のクラックなどの不良が生じにくくなる。一方、中央領域１２０ａは、端部領域１２０ｂよりヤング率が大きいため、電池１００の拘束時に高い圧力が印加される。それにより、活物質粒子と固体電解質粒子と、および、固体電解質粒子同士が良好に接触する。したがって、電池１００の内部抵抗が低減され、電池１００の充放電特性が向上する。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態によれば、電池１００が拘束された場合に、端部での短絡リスクを低減することができ、かつ、充放電特性を向上することができる。
【０１１１】
なお、電池１００の主面の面積は、例えば、スマートフォンまたはデジタルカメラなどの携帯電子機器用の電池としては、１ｃｍ２以上１００ｃｍ２以下の範囲であってもよい。あるいは、電池１００の主面の面積は、電気自動車などの大型移動機器の電源用の電池としては、１００ｃｍ２以上１０００ｃｍ２以下の範囲であってもよい。
【０１１２】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１１３】
図２は、本実施の形態に係る電池２００の概略構成を示す断面図である。図２に示されるように、本実施の形態に係る電池２００は、実施の形態１に係る電池１００と比較して、第１部材１２０の代わりに第１部材２２０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
【０１１４】
図２に示されるように、第１部材２２０は、実施の形態１に係る第１部材１２０と比較して、第１部分１２１の代わりに第１部分２２１を備える。第１部分２２１は、端部領域１２０ｂにおいて発電要素１１０に接していない。
【０１１５】
つまり、第１部材２２０では、中央領域１２０ａが発電要素１１０の中央部分１１０ａに接しているのに対して、端部領域１２０ｂが発電要素１１０の端部１１０ｂに接していない。具体的には、第１部材２２０の端部領域１２０ｂの厚みは、中央領域１２０ａの厚みより薄い。より具体的には、第１部材２２０の第１部分２２１は、端部領域１２０ｂにおいて、中央領域１２０ａの第２部分１２２の厚みと第１部分２２１の厚みとの合計よりも薄く形成されている。例えば、第１部分２２１の厚みは、第２部分１２２の厚みと同じであるが、これに限らない。
【０１１６】
これにより、中央領域１２０ａに対して、選択的により強い圧力を印加することができる。
【０１１７】
また、第１部分２２１と第２部分１２２とに用いる材料のヤング率、および、中央領域１２０ａと端部領域１２０ｂとの厚みを調整することで、端部領域１２０ｂと中央領域１２０ａとに印加する圧力分布を調整することができる。この場合、中央領域１２０ａの圧縮後の厚みが、端部領域１２０ｂの圧縮前の厚みより薄くなるように調整する必要がある。中央領域１２０ａの圧縮後の厚みが、端部領域１２０ｂの圧縮前の厚みより厚い場合、発電要素１１０と端部領域１２０ｂとが物理的に接触しないため、端部１１０ｂに圧力を印加することができない。なお、図２は、圧縮前の第１部材２２０を示している。圧力が印加された場合、中央領域１２０ａが圧縮され、中央領域１２０ａの厚みは端部領域１２０ｂと同程度の厚みになる。
【０１１８】
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３について説明する。
【０１１９】
図３は、本実施の形態に係る電池３００の概略構成を示す断面図である。図３に示されるように、本実施の形態に係る電池３００は、実施の形態１に係る電池１００と比較して、第１部材１２０の代わりに第１部材３２０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
【０１２０】
図３に示されるように、第１部材３２０は、実施の形態１に係る第１部材１２０と比較して、第１部分１２１の代わりに第１部分３２１を備える。第１部分３２１は、中央領域１２０ａにおいて発電要素１１０に接していない。
【０１２１】
つまり、第１部材３２０では、端部領域１２０ｂが発電要素１１０の端部１１０ｂに接しているのに対して、中央領域１２０ａが発電要素１１０の中央部分１１０ａに接していない。具体的には、第１部材３２０の端部領域１２０ｂの厚みは、中央領域１２０ａの厚みより厚い。より具体的には、第１部材３２０の第１部分３２１は、端部領域１２０ｂにおいて、中央領域１２０ａの第２部分１２２の厚みと第１部分３２１の厚みとの合計よりも厚く形成されている。
【０１２２】
これにより、端部領域１２０ｂに対して、選択的により強い圧力を印加することができる。
【０１２３】
また、第１部分３２１と第２部分１２２とに用いる材料のヤング率、および、中央領域１２０ａと端部領域１２０ｂとの厚みを調整することで、端部領域１２０ｂと中央領域１２０ａとに印加する圧力分布を調整することができる。この場合、端部領域１２０ｂの圧縮後の厚みが、中央領域１２０ａの圧縮前の厚みより薄くなるように調整する必要がある。端部領域１２０ｂの圧縮後の厚みが、中央領域１２０ａの圧縮前の厚みより厚い場合、発電要素１１０と中央領域１２０ａとが物理的に接触しないため、端部１１０ｂに圧力を印加することができない。なお、図３は、圧縮前の第１部材３２０を示している。圧力が印加された場合、端部領域１２０ｂが圧縮され、端部領域１２０ｂの厚みは中央領域１２０ａのあつみと同程度の厚みになる。
【０１２４】
（実施の形態４）
続いて、実施の形態４について説明する。
【０１２５】
図４は、本実施の形態に係る電池４００の概略構成を示す断面図である。図４に示されるように、本実施の形態に係る電池４００は、実施の形態１に係る電池１００と比較して、第１部材１２０の代わりに第１部材４２０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
【０１２６】
図４に示されるように、第１部材４２０は、実施の形態１に係る第１部材１２０と比較して、第２部分１２２の代わりに第２部分４２２を備える。本実施の形態では、平面視において、第２部分４２２の面積は、電極層の面積よりも大きい。具体的には、平面視において、第２部分４２２の面積は、正極１１１の面積よりも大きい。また、平面視において、第２部分４２２の面積は、負極１１２の面積よりも大きい。なお、平面視において、第２部分４２２の面積は、正極１１１および負極１１２の一方の面積より大きく、他方の面積より小さくてもよい。
【０１２７】
これにより、電池４００が拘束された場合に、中央領域１２０ａに重なる正極１１１および負極１１２には均一に圧力が印加されるので、粒子同士の接触性が良くなり、電池特性が向上する。一方で、発電要素１１０の端部では、電池拘束時の圧力が緩和される。そのため、正極集電体１１４と負極集電体１１５との物理的接触などを原因とする短絡を抑制することができる。
【０１２８】
（実施の形態５）
続いて、実施の形態５について説明する。
【０１２９】
図５は、本実施の形態に係る電池５００の概略構成を示す断面図である。図５に示されるように、本実施の形態に係る電池５００は、実施の形態１に係る電池１００と比較して、発電要素１１０の代わりに発電要素５１０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
【０１３０】
図５に示されるように、発電要素５１０は、実施の形態１に係る発電要素１１０と比較して、正極集電体１１４および負極集電体１１５を備えない。つまり、発電要素５１０は、正極１１１と、負極１１２と、固体電解質層１１３とのみを備える。
【０１３１】
発電要素５１０が正極集電体１１４を備えないので、発電要素５１０の主面５１０ｃは、正極１１１の主面と、当該主面に面一になっている、固体電解質層の一部とに相当している。具体的には、主面５１０ｃの中央部分５１０ａは、正極１１１の主面であって、負極１１２が位置する側とは反対側の主面である。中央部分５１０ａは、第１部材１２０の中央領域１２０ａに接している。
【０１３２】
主面５１０ｃの端部５１０ｂは、固体電解質層の一部であり、第１部材１２０に接する部分である。端部５１０ｂは、第１部材１２０の端部領域１２０ｂに接している。
【０１３３】
本実施の形態では、第１部材１２０は、集電体である。つまり、第１部材１２０は、導電性を有する。
【０１３４】
例えば、第１部分１２１に含まれる樹脂は、導電性高分子を含んでいる。第１部分１２１に電子導電性が付与されることで、第１部材１２０を集電体として用いることができる。第１部分１２１に含まれる導電性高分子として、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、または、ポリチオフェンなどが用いられうる。
【０１３５】
なお、第１部分１２１および第２部分１２２の各々が、金属を含んでいてもよい。第１部分１２１に含まれる金属は、例えば、第２部分１２２に含まれる金属として用いることができる金属の選択群から選択された金属である。第１部分１２１に含まれる金属と第２部分１２２に含まれる金属とは、同じ金属であってもよく、異なる金属であってもよい。
【０１３６】
第１部分１２１と第２部分１２２とのいずれにも金属が含まれる場合、両者のヤング率の差を小さくすることが容易であり、端部領域１２０ｂと中央領域１２０ａとの境界における圧力変化がより緩和される。このため、急激な圧力変化を起因とする発電要素５１０のクラックなどの不良がより生じにくくなる。また、第１部分１２１に電子伝導性が付与されることで、第１部材１２０を集電体として用いることができる。
【０１３７】
このように、本実施の形態に係る電池５００では、第１部材１２０が集電体の機能を兼ね備えることで、発電要素５１０が集電体を備えなくてよいので、発電要素５１０の厚みを薄くすることができる。発電要素５１０の厚みが薄くなることで、発電要素５１０のエネルギー密度を高めることができる。
【０１３８】
なお、本実施の形態では、第１部材１２０は、正極１１１の表面に接している。これにより、電池拘束時に圧力損失を減少し、より効率的に正極１１１に圧力を印加することができる。
【０１３９】
（実施の形態６）
続いて、実施の形態６について説明する。
【０１４０】
図６は、本実施の形態に係る電池６００の概略構成を示す断面図である。図６に示されるように、本実施の形態に係る電池６００は、実施の形態１に係る電池１００と比較して、第１部材１２０の代わりに第１部材６２０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
【０１４１】
図６に示されるように、第１部材６２０は、発電要素１１０の外装体である。第１部材６２０は、第１部分６２１と、第２部分１２２とを有する。第２部分１２２は、実施の形態１に係る第２部分１２２と同じである。
【０１４２】
第１部分６２１は、図６に示されるように、発電要素１１０の全体を囲むように設けられている。第１部分６２１のヤング率および材料は、実施の形態１に係る第１部分１２１と同じである。第１部分６２１は、例えば絶縁性の樹脂材料を用いて形成されている。
【０１４３】
このように、本実施の形態に係る電池６００では、第１部材６２０が外装体の機能を兼ね備える。これにより、専用の外装体を備えなくてよくなるので、電池６００の厚みを薄くすることができる。
【０１４４】
（実施の形態７）
続いて、実施の形態７について説明する。
【０１４５】
図７は、本実施の形態に係る電池７００の概略構成を示す断面図である。図７に示されるように、本実施の形態に係る電池７００は、実施の形態１に係る電池１００と比較して、新たに外装体７３０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
【０１４６】
図７に示されるように、発電要素１１０は、外装体７３０によって覆われている。具体的には、外装体７３０は、発電要素１１０の全体を囲んでいる。外装体７３０は、例えば絶縁性の樹脂材料を用いて形成されている。外装体７３０を形成する樹脂材料としては、例えば、第１部材１２０の第１部分１２１に含まれる樹脂材料と同じ材料を用いることができる。
【０１４７】
本実施の形態では、第１部材１２０は、発電要素１１０と外装体７３０との間に位置し、外装体７３０の内面に接している。例えば、第１部材１２０は、外装体７３０の内面に接着されている。第１部材１２０が、発電要素１１０と直接接することで、電池７００が拘束された場合における圧力損失を減少し、より効率的に発電要素１１０に圧力を印加することができる。
【０１４８】
また、外装体７３０の内面に第１部材１２０が接着されることで、第１部材１２０を発電要素１１０と外装体７３０との間に配置することが、電池７００の製造上容易となる。例えば、予め第１部材１２０を外装体７３０の表面に接着し、接着面を内側とした外装体７３０で発電要素１１０を封止することで、電池７００が製造される。外装体７３０の表面に第１部材１２０が接着されているので、外装体７３０の内部で第１部材１２０が移動するのが抑制され、発電要素１１０と第１部材１２０との位置関係を固定することが容易になる。
【０１４９】
（実施の形態８）
続いて、実施の形態８について説明する。
【０１５０】
図８は、本実施の形態に係る電池８００の概略構成を示す断面図である。図８に示されるように、本実施の形態に係る電池８００は、実施の形態１に係る電池１００と比較して、発電要素１１０の代わりに発電要素８１０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
【０１５１】
図８に示されるように、発電要素８１０は、実施の形態１に係る発電要素１１０と比較して、新たに外装体８１６を備える。外装体８１６は、発電要素８１０の本体部分を囲んでいる。具体的には、外装体８１６は、正極集電体１１４、正極１１１、固体電解質層１１３、負極１１２および負極集電体１１５からなる積層構造の全体を囲んでいる。外装体８１６は、例えば、絶縁性の樹脂材料を用いて形成されている。外装体８１６を形成する樹脂材料としては、例えば、第１部材１２０の第１部分１２１に含まれる樹脂材料と同じ材料を用いることができる。
【０１５２】
発電要素８１０が外装体８１６を備えるので、発電要素８１０の主面８１０ｃは、外装体８１６の表面に相当している。具体的には、主面８１０ｃの中央部分８１０ａは、外装体８１６の表面のうち、平面視において正極１１１に重なる部分である。中央部分８１０ａは、第１部材１２０の中央領域１２０ａに接している。
【０１５３】
主面８１０ｃの端部８１０ｂは、外装体８１６の表面の一部であり、第１部材１２０に接する部分である。端部８１０ｂは、第１部材１２０の端部領域１２０ｂに接している。
【０１５４】
このように、第１部材１２０は、外装体８１６の外側に位置し、外装体８１６の表面に接している。具体的には、第１部材１２０は、外装体８１６の表面に接着されている。外装体８１６の表面に第１部材１２０が接着されることで、第１部材１２０を外装体８１６の外側に配置することが、電池の製造上容易となる。例えば、発電要素８１０の積層構造を外装体８１６で封止した後、外装体８１６の表面に第１部材１２０を接着することで、電池８００が製造される。あるいは、外装体８１６の表面に第１部材１２０を接着した後、接着面を外側とした外装体８１６で発電要素８１０の積層構造を封止することで、電池８００が製造されてもよい。外装体８１６の表面に第１部材１２０が接着されていることで、外装体８１６の外部で第１部材１２０が移動するのが抑制され、発電要素８１０と第１部材１２０との位置関係を固定することが容易になる。
【０１５５】
（実施の形態９）
続いて、実施の形態９について説明する。
【０１５６】
図９は、本実施の形態に係る電池９００の概略構成を示す断面図である。図９に示されるように、本実施の形態に係る電池９００は、実施の形態１に係る電池１００と比較して、新たに第２部材９４０を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
【０１５７】
図９に示されるように、発電要素１１０は、第１部材１２０と第２部材９４０とによって挟まれている。つまり、第２部材９４０は、発電要素１１０の主面１１０ｃとは反対側の主面９１０ｃに接している。主面９１０ｃは、発電要素１１０の第２主面の一例である。主面９１０ｃは、負極集電体１１５の、負極１１２が設けられていない側の主面である。
【０１５８】
発電要素１１０の主面９１０ｃの中央部分９１０ａおよび端部９１０ｂはそれぞれ、例えば、平面視において、主面１１０ｃの中央部分１１０ａおよび端部１１０ｂに一致している。例えば、中央部分９１０ａの平面視形状は、正極１１１の平面視形状に一致する。また、例えば、端部９１０ｂは、平面視において、主面９１０ｃのうち、中央部分９１０ａ以外の全ての部分に対応している。
【０１５９】
第２部材９４０は、発電要素１１０の主面９１０ｃに接する部材である。本実施の形態では、第２部材９４０は、平板状の部材である。図９に示されるように、平面視において、第２部材９４０は、中央領域９４０ａと、端部領域９４０ｂとを有する。中央領域９４０ａと、端部領域９４０ｂとは、平面視において互いに異なる領域である。
【０１６０】
中央領域９４０ａは、第２中央領域の一例であり、平面視において、発電要素１１０の主面９１０ｃにおける中央部分９１０ａに重なる部分である。本実施の形態では、中央領域９４０ａは、中央部分９１０ａに接している。中央領域９４０ａの平面視形状は、例えば矩形であるが、円形であってもよく、特に限定されない。
【０１６１】
端部領域９４０ｂは、第２端部領域の一例であり、平面視において、発電要素１１０の主面９１０ｃにおける端部９１０ｂに重なる部分である。本実施の形態では、端部領域９４０ｂは、端部９１０ｂに接している。端部領域９４０ｂの平面視形状は、中央領域９４０ａを囲む環状であり、例えば、幅が均一な矩形の環状である。
【０１６２】
本実施の形態では、第２部材９４０は、第１部材１２０と同じ構成を有する。すなわち、第２部材９４０の端部領域９４０ｂのヤング率は、第２部材９４０の中央領域９４０ａのヤング率よりも小さい。具体的には、図９に示されるように、第２部材９４０は、第１部分９４１と、第２部分９４２とを有する。第１部分９４１のヤング率は、第２部分９４２のヤング率よりも小さい。
【０１６３】
第１部分９４１は、例えば、第１部分１２１を形成するのに用いることができる材料の選択群から選択された材料を用いて形成される。第１部分９４１と第１部分１２１とは、同じ材料を用いて形成されていてもよく、異なる材料を用いて形成されていてもよい。同様に、第２部分９４２は、例えば、第２部分１２２を形成するのに用いることができる材料の選択群から選択された材料を用いて形成される。第２部分９４２と第２部分１２２とは、同じ材料を用いて形成されていてもよく、異なる材料を用いて形成されていてもよい。
【０１６４】
以上のように、本実施の形態では、第１部材１２０と第２部材９４０とがそれぞれ、発電要素１１０の上面および下面に配置されている。これにより、電池９００が拘束された場合に、第１部材１２０および第２部材９４０の上下から圧力が印加されたとしても、端部領域１２０ｂと中央領域１２０ａとの境界、および、端部領域９４０ｂと中央領域９４０ａとの境界の各々における圧力変化がより緩和される。このため、急激な圧力変化を起因とする発電要素１１０のクラックなどの不良がより生じにくくなる。
【０１６５】
（他の実施の形態）
以上、１つまたは複数の態様に係る電池について、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本実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０１６６】
例えば、上記の各実施の形態では、実施の形態９と同様に、第２部材９４０が設けられていてもよい。このとき、第２部材９４０は、実施の形態１〜４に係る第１部材１２０、２２０、３２０および４２０のいずれかと同じ構成を有してもよい。発電要素１１０の上側に配置される第１部材と、下側に配置される第２部材とでは、構成が異なっていてもよい。
【０１６７】
また、例えば、実施の形態５で示したように、発電要素１１０が集電体を有しておらず、第２部材９４０が集電体であってもよい。また、実施の形態７および８と同様に、第２部材９４０は、外装体７３０の内側、または、外装体８１６の外側に設けられていてもよい。
【０１６８】
また、例えば、実施の形態６において、第１部材６２０は、実施の形態９に示される第２部分９４２を有してもよい。つまり、外装体として機能する第１部材６２０は、正極集電体１１４側、および、負極集電体１１５側の両方において、中央領域より端部領域のヤング率が小さくなっていてもよい。
【０１６９】
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本開示の電池は、例えば、全固体リチウム二次電池などとして、利用されうる。
【符号の説明】
【０１７１】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００  電池
１１０、５１０、８１０  発電要素
１１１  正極
１１２  負極
１１３  固体電解質層
１１４  正極集電体
１１５  負極集電体
１１０ａ、５１０ａ、８１０ａ、９１０ａ  中央部分
１１０ｂ、５１０ｂ、８１０ｂ、９１０ｂ  端部
１１０ｃ、５１０ｃ、８１０ｃ、９１０ｃ  主面
１２０、２２０、３２０、４２０、６２０  第１部材
１２０ａ、９４０ａ  中央領域
１２０ｂ、９４０ｂ  端部領域
１２１、２２１、３２１、６２１、９４１  第１部分
１２２、４２２、９４２  第２部分
７３０、８１６  外装体
９４０  第２部材
【図１】
2020137005.tif 000003
【図２】
2020137005.tif 000004
【図３】
2020137005.tif 000005
【図４】
2020137005.tif 000006
【図５】
2020137005.tif 000007
【図６】
2020137005.tif 000008
【図７】
2020137005.tif 000009
【図８】
2020137005.tif 000010
【図９】
2020137005.tif 000011
【国際調査報告】
2020137005.tif 000012
2020137005.tif 000013