(57)【要約】  固体電池製造時の積層工程で発生する積層位置ずれ、および積層プレスの際に発生するクラックを抑制するとともに、タブ接触による短絡を抑制できる固体電池用正極、固体電池用正極の製造方法、および固体電池を提供する。  電極層を構成する集電体において、活物質を含む活物質層の外側のみならず、集電体の端面にも同時に被覆層を設ける。具体的には、正極集電体の正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺を、正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部とし、正極集電体の正極活物質層未形成部、および正極集電体の正極活物質層未形成部を有する辺の端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を配置する。
2020017467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極であって、
前記正極集電体は、前記正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、前記正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部を有し、
前記正極活物質層未形成部、および前記正極活物質層未形成部に連結する端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を有する、固体電池用正極。
【請求項２】
前記正極集電体上に形成される前記正極集電体被覆層の厚さは、前記正極活物質層の厚さと略同一である、請求項１に記載の固体電池用正極。
【請求項３】
前記固体電池用正極は、前記正極集電体に連結する正極タブを有し、
前記正極タブは、少なくとも１部に、絶縁性材料からなる正極タブ被覆層を有する、請求項１または２に記載の固体電池用正極。
【請求項４】
正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極の製造方法であって、
前記正極集電体に、正極活物質を含む正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程と、
前記正極集電体の前記正極活物質層を有しない領域に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を形成する正極集電体被覆層形成工程と、を含む、固体電池用正極の製造方法。
【請求項５】
正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極と、
負極集電体と、前記負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層と、を含む固体電池用負極と、
前記固体電池用正極と前記固体電池用負極との間に配置された固体電解質層と、を備える固体電池であり、
前記固体電池用正極は、請求項１〜４いずれかに記載の固体電池用正極である、固体電池。
【請求項６】
前記正極活物質層の面積は、前記負極活物質層の面積以下である、請求項５に記載の固体電池。
【請求項７】
前記固体電池用正極の面積と、前記固体電池用負極の面積と、前記固体電解質層の面積とは、略同一である、請求項５または６に記載の固体電池。
【請求項８】
前記負極集電体は、前記負極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、前記負極活物質層が形成されない負極活物質層未形成部を有し、
前記負極活物質層未形成部、および前記負極活物質層未形成部に連結する端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる負極集電体被覆層を有する、請求項５〜７いずれかに記載の固体電池。
【請求項９】
前記負極集電体被覆層の厚さは、前記負極活物質層の厚さと略同一である、請求項８に記載の固体電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電池用正極、固体電池用正極の製造方法、および固体電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高エネルギー密度を有する二次電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。リチウムイオン二次電池は、正極と負極との間にセパレータを存在させ、液体の電解質（電解液）が充填された構造を有する。【０００３】
リチウムイオン二次電池の電解液は、通常、可燃性の有機溶媒であるため、特に、熱に対する安全性が問題となる場合があった。そこで、有機系の液体の電解質に代えて、無機系の固体の電解質を用いた固体電池が提案されている（特許文献１参照）。固体電解質による固体電池は、電解液を用いる電池と比較して、熱の問題を解消するとともに、積層により高容量化や高電圧化の要請に対応することができる。また、コンパクト化にも寄与することができる。【０００４】
しかしながら、固体電池をさらに活用促進するためには、未だ、様々な改良が必要である。改良が必要な要素としては、例えば、製造時の積層工程で発生する積層位置ずれ、積層プレスの際に発生するクラック、タブ接触による短絡等が挙げられる。【０００５】
これらの要請に対して、正極層、負極層、電解質層の面積を特定の関係とし、かつ、正極層と負極層のいずれかに絶縁部材を配置して、これらの外径を一致させる方法が提案されている（特許文献２参照）。【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の方法では、タブ接触による短絡リスクについては未だ解消しておらず、さらなる改善が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１０６１５４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体電池製造時の積層工程で発生する積層位置ずれ、および積層プレスの際に発生するクラックを抑制するとともに、タブ接触による短絡を抑制できる固体電池用正極、固体電池用正極の製造方法、および固体電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題のすべてを同時に解決するにあたり、固体電池の積層体において絶縁層を配置する場所について鋭意検討した。その結果、電極層を構成する集電体において、活物質を含む活物質層の外側のみならず、集電体の端面にも同時に被覆層を設けることで、製造時の積層工程で発生する積層位置ずれ、および積層プレスの際に発生するクラックを抑制するとともに、タブ接触による短絡を抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。【００１０】
すなわち本発明は、正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極であって、前記正極集電体は、前記正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、前記正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部を有し、前記正極活物質層未形成部、および前記正極活物質層未形成部に連結する端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を有する、固体電池用正極である。【００１１】
前記正極集電体上に形成される前記正極集電体被覆層の厚さは、前記正極活物質層の厚さと略同一であってもよい。【００１２】
前記固体電池用正極は、前記正極集電体に連結する正極タブを有し、前記正極タブは、少なくとも１部に、絶縁性材料からなる正極タブ被覆層を有していてもよい。【００１３】
また別の本発明は、正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極の製造方法であって、前記正極集電体に、正極活物質を含む正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程と、前記正極集電体の前記正極活物質層を有しない領域に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を形成する正極集電体被覆層形成工程と、を含む、固体電池用正極の製造方法である。【００１４】
また別の本発明は、正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極と、負極集電体と、前記負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層と、を含む固体電池用負極と、前記固体電池用正極と前記固体電池用負極との間に配置された固体電解質層と、を備える固体電池であり、前記固体電池用正極は、上記の固体電池用正極である、固体電池である。【００１５】
前記正極活物質層の面積は、前記負極活物質層の面積以下であることが望ましい。【００１６】
前記固体電池用正極の面積と、前記固体電池用負極の面積と、前記固体電解質層の面積とは、略同一であってもよい。【００１７】
前記負極集電体は、前記負極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、前記負極活物質層が形成されない負極活物質層未形成部を有し、前記負極活物質層未形成部、および前記負極活物質層未形成部に連結する端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる負極集電体被覆層を有していてもよい。【００１８】
前記負極集電体被覆層の厚さは、前記負極活物質層の厚さと略同一であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のによれば、固体電池製造時の積層工程で発生する積層位置ずれ、および積層プレスの際に発生するクラックを抑制するとともに、タブ接触による短絡を抑制できる固体電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体電池用正極を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る固体電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。たたし、以下に示す実施形態は、本発明を例示するものであって、本発明は下記に限定されるものではない。
【００２２】
＜固体電池用正極＞
本発明の固体電池用正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、正極集電体被覆層と、を含む。正極集電体は、正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部を有しており、この正極活物質層未形成部、および正極活物質層未形成部を有する辺の端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を有する。
【００２３】
図１に、本発明の一実施形態に係る固体電池用正極を示す。図１（ａ）は、固体電池用正極２０の上面図、図１（ｂ）は斜視図である。図１に示される一実施形態に係る固体電池用正極２０は、正極集電体２５上に、正極活物質層２１が形成されている。正極集電体２５には、正極活物質層２１の外周の全ての辺（４辺全て）に、正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部２６が存在しており、正極集電体２５は、その全ての正極活物質層未形成部２６および当該正極活物質層未形成部２６に連結する全ての端面に、正極集電体被覆層２４を有する。また、固体電池用正極２０は、正極集電体２５に連結する正極タブ２２を備える。
【００２４】
［正極活物質層］
本発明の固体電池用正極は、正極集電体上に、正極活物質を含む正極活物質層を有する。本発明に適用できる正極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の正極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。
【００２５】
本発明の正極活物質層に含まれる正極活物質としては、例えば、二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン化ニオブ、等の遷移金属カルコゲナイド、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等の遷移金属酸化物等が挙げられる。
【００２６】
［正極集電体］
本発明の固体電池用正極に適用できる集電体は、特に限定されるものではなく、固体電池の正極に用いうる公知の集電体を適用することができる。例えば、ＳＵＳ箔、Ａｌ箔等の金属箔が挙げられる。また、発泡金属や導電性カーボンシート（例えば、グラファイトシートやＣＮＴシート）等も挙げられる。
【００２７】
（正極活物質層未形成部）
本発明の固体電池用正極における正極集電体は、上記の正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部を有する。すなわち、正極活物質層未形成部には正極活物質層は存在せず、正極集電体がそのままの状態で存在する部分となる。
【００２８】
固体電池において、正極活物質層未形成部は、正極活物質層が存在せず正極集電体がそのまま露出していることから、固体電池製造過程において、固体電解質および固体電池用負極と積層した際に、正極活物質層の厚みに相当する高さで空隙が生じる領域となる。したがって、積層体とした後にプレスする際に、クラックの発生を誘引する領域となっていた。
【００２９】
［正極集電体被覆層］
本発明の固体電池用正極は、上記の正極活物質層未形成部、および正極活物質層未形成部に連結する正極集電体の端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を有する。
【００３０】
本発明において正極集電体の端面とは、図１（ｂ）に示すように、固体電池用正極２０において、厚みとなる面であり、すなわち、固体電池を形成する際の積層方向における側面である。
【００３１】
図１に示される固体電池用正極２０においては、正極活物質層２１は矩形を有しており、正極活物質層未形成部２６は、正極集電体２５上の正極活物質層２１を有する面の外周部の四辺全てに存在しており、四辺全ての正極活物質層未形成部２６、および正極活物質層未形成部に連結する端面に、正極集電体被覆層２４を有する。
【００３２】
本発明の固体電池用正極は、正極集電体の正極活物質層未形成部に正極集電体被覆層を有することで、固体電池製造過程において、固体電池用正極を固体電解質および固体電池用負極と積層した後のプレス工程において、正極集電体被覆層が空隙の支えとなる。このため、クラックの発生を抑制することができる。
【００３３】
また、本発明の固体電池用正極は、正極活物質層未形成部のみならず、正極活物質層未形成部に連結する端面にも同時に、正極集電体被覆層を有することを特徴とする。本発明においては、正極活物質層未形成部に連結する端面にも同時に正極集電体被覆層を有することにより、固体電池製造時および固体電池使用時等において、固体電池用負極に連結する負極タブが、固体電池用正極に接触した場合であっても、短絡を防止することが可能となる。
【００３４】
また、正極活物質層未形成部のみならず、正極活物質層未形成部に連結する端面にも同時に、正極集電体被覆層を有することで、その外形が明確となり、製造時に発生する積層位置ずれを抑制することができる。
【００３５】
（材料）
正極集電体被覆層は、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる。絶縁層および固体電解質層の両者で構成する場合には、絶縁層を形成した後に、その外側に固体電解質層を形成することが好ましい。
【００３６】
正極集電体被覆層となる絶縁層を構成する絶縁性材料は、特に限定されるものではない。例えば、絶縁性を有する樹脂を挙げることができ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性絶縁樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、アルキド樹脂等の熱硬化性絶縁樹脂等が例示できる。
【００３７】
正極集電体被覆層となる固体電解質層を構成する固体電解質は、特に限定されるものではなく、固体電池を形成する電解質を適用することができる。例えば、硫化物系無機固体電解質、ＮＡＳＩＣＯＮ型酸化物系無機固体電解質、ペロブスカイト型酸化物無機固体電改質解質等を挙げることができる。本発明においては、固体電池を構成する際の固体電解質層に用いられる固体電解質と同一の物質とすることが好ましく、特に、硫化物系無機固体電解質であることが好ましい。
【００３８】
（厚み）
正極集電体上に形成される正極集電体被覆層の厚さは、正極活物質層の厚さと略同一であることが好ましい。正極集電体被覆層の厚さが、正極活物質層の厚さと略同一であれば、正極活物質層の厚みに相当する高さで存在する正極活物質層未形成部の空隙の高さと略同一となる。このため、得られる固体電池用正極の平面度公差および平行度公差を最小にすることが可能となり、その結果、多層化した際の体積が小さくなり、また、より高積層化が可能となることから、高エネルギー化に貢献することができる。また、積層体とした際の幾何公差が小さいことから、製造時の積層プレスにおいて圧力を均一にかけることが可能となる上、クラックの発生を抑制することができる。
【００３９】
［正極タブ］
本発明の固体電池用正極は、正極集電体に連結する正極タブを有することが好ましい。正極タブは、正極集電体の端部から突出し、正極集電体と正極端子とを接続する役割を果たす。その材料は、特に限定されるものではないが、例えば、正極集電体と同一材料とすることで、溶接が容易なり、接触抵抗を低減することができる。正極タブ材としては、アルミニウムやステンレス等が挙げられ、必要に応じてニッケルメッキ等の表面処理を施してもよい。
【００４０】
（正極タブ被覆層）
正極タブは、少なくとも１部に、絶縁性材料からなる正極タブ被覆層を有することが好ましい。
【００４１】
図２は、後記する、本発明の一実施形態に係る固体電池の断面図である。図２に示される固体電池１００においては、本発明の固体電池用正極の一実施形態である固体電池用正極２０（図１に示す）は、固体電池１００となる積層体の一部を構成している。図２に示されるように、固体電池用正極２０の正極タブ２２は、正極集電体２５に連結し、その連結部付近、すなわち、正極集電体の端部付近に、正極タブ２２の外周を被覆するように、正極タブ被覆層２３が配置されている。
【００４２】
正極タブが、絶縁性材料からなる正極タブ被覆層を有することにより、固体電池製造時および固体電池使用時等において、正極タブと負極タブもしくは負極集電体端部が接触した場合であっても、短絡を防止することが可能となる。
【００４３】
＜固体電池用正極の製造方法＞
本発明の固体電池用正極の製造方法は、正極集電体に、正極活物質を含む正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程と、正極集電体の正極活物質層を有しない領域に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を形成する正極集電体被覆層形成工程と、を含む。
【００４４】
［正極活物質層形成工程］
正極活物質層形成工程は、正極集電体に、正極活物質を含む正極活物質層を形成する工程である。正極活物質層を形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、正極活物質を含む正極合材を調製し、正極合材を正極集電体上に塗布し、乾燥させる方法が挙げられる。塗布する方法についても特に限定されるものではなく、例えば、ドクターブレード法、スプレー塗布、スクリーン印刷等が挙げられる。
【００４５】
正極活物質層形成工程においては、正極集電体上に、正極合材を塗工する塗工部分と塗工しない未塗工部分とを交互に設ける、間欠塗工を実施することが好ましい。間欠塗工によって、隣り合った正極活物質層同士の間に、正極活物質層未形成部を形成することができる。
【００４６】
また、本発明の正極活物質層形成工程は、正極活物質層となる正極合材層を塗布、乾燥の後に、圧延を実施してもよい。圧延により、正極活物質の充填率を向上させることができ、容量の大きい固体電池用正極を得ることができる。
【００４７】
［正極集電体被覆層形成工程］
正極集電体被覆層形成工程は、正極集電体の正極活物質層を有しない領域に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を形成する工程である。
【００４８】
絶縁層および／または固体電解質層を形成する方法は特に限定されず、用いる絶縁性材料や固体電解質の種類等に応じて、適宜選択することができる。
【００４９】
例えば、正極活物質層を間欠塗工によって形成した場合には、形成される正極活物質層未形成部に、絶縁層および／または固体電解質層を形成する材料を塗工して、正極集電体被覆層を形成する方法が挙げられる。
【００５０】
あるいは、正極集電体被覆層を形成しない部分をマスキングした状態で、絶縁層および／または固体電解質層を形成する材料を、乾式法または湿式法で、正極集電体表面にコーティングする方法が挙げられる。絶縁層および／または固体電解質層を、スプレー等によって塗布することも可能である。
【００５１】
［その他の工程］
本発明の固体電池用正極の製造方法は、正極集電体上に形成された正極活物質層および正極集電体被覆層を有する積層体を、個別に打ち抜いて電極とする、打ち抜き工程を有していてもよい。
【００５２】
また、本発明の固体電池用正極の製造方法においては、打ち抜き工程により形成される正極集電体の端面に、上記の正極集電体被覆層形成工程を実施してもよい。
【００５３】
＜固体電池＞
本発明の固体電池は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極と、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層と、を含む固体電池用負極と、固体電池用正極と固体電池用負極との間に配置された固体電解質層と、を備えており、固体電池用正極は、上記した本発明の固体電池用正極であることを特徴とする。
【００５４】
本発明の一実施形態である固体電池の断面図を、図２に示す。図２に示される固体電池１００においては、固体電池用負極１０と、固体電池用正極２０と、その間に配置される固体電解質層３０と、が繰り返し積層された構造を有する。積層体の外側層として配置される固体電池用負極１０の外側には、絶縁フィルム４２を介して、サポートプレート４１が配置されている。
【００５５】
一実施形態である固体電池１００を構成する固体電池用負極１０は、負極集電体の両面に、負極活物質層１１が積層される。負極タブは、負極集電体に連結し（図２中では、併せて１２とする）、その連結部付近、すなわち、負極集電体の端部付近に、負極タブの外周を被覆するように、負極タブ被覆層１３が配置されている。
【００５６】
また、固体電池１００を構成する固体電池用正極２０は、正極集電体２５の両面に、正極活物質層２１が積層される。正極タブ２２は、正極集電体２５に連結し、その連結部付近、すなわち、正極集電体２５の端部付近に、正極タブ２２の外周を被覆するように、正極タブ被覆層２３が配置されている。
【００５７】
［正極活物質層の面積］
本発明の固体電池においては、正極活物質層の面積は、負極活物質層の面積以下であることが好ましい。正極活物質層の面積よりも負極活物質層の面積のほうが小さい場合には、端部にＬｉ電析が発生するリスクが高くなるため好ましくない。また、正極活物質層の面積を負極活物質層の面積よりも小さくすることで、得られる固体電池の耐久性を向上させることができる。
【００５８】
また、本発明の固体電池用正極には、正極活物質層の外周部に正極集電体被覆層を有するものであり、正極活物質層の面積が負極活物質層の面積よりも小さい場合に、本発明の効果をより大きく発揮することができる。
【００５９】
［固体電池用正極の面積］
本発明の固体電池においては、固体電池用正極の面積と、固体電池用負極の面積と、固体電解質層の面積とは、略同一であることが好ましい。固体電池の積層体を構成する全ての層の面積を略同一とすることにより、固体電池を形成する際の積層工程において、位置ずれの発生を抑制することができる。また、積層体を一体化するための積層プレス工程においても、クラックの発生を抑制することができる。
【００６０】
本発明においては、少なくとも固体電池用正極は、正極集電体の外周および端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を有する。当該被覆層の厚みを制御することによって、固体電池用負極等の面積と略同一とすることができる。
【００６１】
［固体電池用負極］
本発明の固体電池を構成する固体電池用負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層と、を含む。
【００６２】
（負極活物質層）
本発明の固体電池を構成する固体電池用負極に適用できる負極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の負極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。
【００６３】
本発明の負極活物質層に含まれる負極活物質としては、例えば、リチウム金属、Ｌｉ−Ａｌ合金やＬｉ−Ｉｎ合金等のリチウム合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のチタン酸リチウム、炭素繊維や黒鉛等の炭素材料等が挙げられる。
【００６４】
（負極集電体）
発明の固体電池を構成する固体電池用負極に適用できる集電体は、特に限定されるものではなく、固体電池の負極に用いうる公知の集電体を適用することができる。例えば、ＳＵＳ箔、Ｃｕ箔等の金属箔が挙げられる。
【００６５】
（負極活物質層未形成部および負極集電体被覆層）
本発明の固体電池を構成する固体電池用負極における負極集電体は、負極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、負極活物質層が形成されない負極活物質層未形成部を有し、負極活物質層未形成部、および負極活物質層未形成部に連結する端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる負極集電体被覆層を有することが好ましい。
【００６６】
固体電池用正極のみならず、固体電池用負極にも負極集電体被覆層を配置することで、固体電池製造過程において、固体電解質および固体電池用正極と積層した際に、負極活物質層の厚みに相当する高さで存在する負極活物質層未形成部の空隙の外周に、負極集電体被覆層を存在させることができる。したがって、固体電池製造時のプレス工程において、負極集電体被覆層によって負極側の空隙が支えられるようになり、クラックの発生をより抑制することができる。
【００６７】
また、固体電池用負極が、負極活物質層未形成部のみならず、負極活物質層未形成部に連結する端面にも同時に、負極集電体被覆層を有することにより、固体電池製造時および固体電池使用時等において、固体電池用正極に連結する正極タブが、固体電池用負極に接触した場合であっても、短絡を防止することが可能となる。
【００６８】
また、固体電池用正極のみならず、固体電池用負極が負極集電体被覆層を有することで、固体電池用負極の外形が明確となり、製造時に発生する積層位置ずれをより抑制することができる。
【００６９】
なお、負極活物質層未形成部および負極集電体被覆層は、上記した正極活物質層未形成部および正極集電体被覆層と同様の構成でよい。
【００７０】
（負極集電体被覆層の厚さ）
負極集電体被覆層の厚さは、負極活物質層の厚さと略同一とすることが好ましい。負極集電体被覆層の厚さが、負極活物質層の厚さと略同一であれば、負極活物質層の厚みに相当する高さで存在する負極活物質層未形成部の空隙の高さと略同一となる。したがって、得られる固体電池用正極の平面度公差および平行度公差を最小にすることが可能となり、その結果、多層化した際の体積が小さくなり、高エネルギー化に貢献することができる。また、積層体とした際の幾何公差が小さいことから、製造時の積層プレスにおいて圧力を均一にかけることが可能となる上、クラックの発生を抑制することができる。
【００７１】
［固体電解質層］
本発明の固体電池を構成する固体電解質層は、固体電池用正極と固体電池用負極との間のイオン伝導が可能な状態であれば、厚みや形状等は特に限定されるものではない。また、製造方法も特に限定されるものではない。
【００７２】
固体電解質層を構成する固体電解質の種類についても、特に限定されるものではない。例えば、硫化物系無機固体電解質、ＮＡＳＩＣＯＮ型酸化物系無機固体電解質、ペロブスカイト型酸化物無機固体電改質解質等を挙げることができる。
【００７３】
また、本発明の固体電池を構成する固体電解質は、必要に応じて結着剤等を含む。固体電解質に含まれる各物質の組成比については、電池が適切に作動可能であれば、特に限定されるものではない。
【００７４】
［固体電池の用途］
本発明の固体電池は、例えばモジュール化して、各種の装置に用いることができる。本発明の固体電池は、携帯機器はもちろんのこと、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の電源として、好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１００  固体電池
１０    固体電池用負極
１１    負極活物質層
１２    負極集電体および負極タブ
１３    負極タブ被覆層
２０    固体電池用正極
２１    正極活物質層
２２    正極タブ
２３    正極タブ被覆層
２４    正極集電体被覆層
２５    正極集電体
２６    正極活物質層未形成部
３０    固体電解質層
４１    サポートプレート
４２    絶縁フィルム
【図１】
2020017467.tif 000003
【図２】
2020017467.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和2年12月15日(2020.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極であって、
前記正極集電体は、前記正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、前記正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部を有し、
前記正極活物質層未形成部、および前記正極活物質層未形成部に連結する前記正極集電体の端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層または固体電解質で形成された固体電解質層のいずれか一方で構成される正極集電体被覆層を有する、固体電池用正極。
【請求項２】
前記正極集電体上に形成される前記正極集電体被覆層の厚さは、前記正極活物質層の厚さと略同一である、請求項１に記載の固体電池用正極。
【請求項３】
前記固体電池用正極は、前記正極集電体に連結する正極タブを有し、
前記正極タブは、少なくとも１部に、絶縁性材料からなる正極タブ被覆層を有する、請求項１または２に記載の固体電池用正極。
【請求項４】
正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極の製造方法であって、
前記正極集電体に、正極活物質を含む正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程と、
前記正極集電体の端面を含む前記正極活物質層を有しない領域に、絶縁性材料で形成された絶縁層または固体電解質で形成された固体電解質層のいずれか一方で構成される正極集電体被覆層を形成する正極集電体被覆層形成工程と、を含む、固体電池用正極の製造方法。
【請求項５】
正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極と、
負極集電体と、前記負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層と、を含む固体電池用負極と、
前記固体電池用正極と前記固体電池用負極との間に配置された固体電解質層と、を備える固体電池であり、
前記固体電池用正極は、請求項１〜３いずれかに記載の固体電池用正極である、固体電池。
【請求項６】
前記正極活物質層の面積は、前記負極活物質層の面積以下である、請求項５に記載の固体電池。
【請求項７】
前記固体電池用正極の面積と、前記固体電池用負極の面積と、前記固体電解質層の面積とは、略同一である、請求項５または６に記載の固体電池。
【請求項８】
前記負極集電体は、前記負極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、前記負極活物質層が形成されない負極活物質層未形成部を有し、
前記負極活物質層未形成部、および前記負極活物質層未形成部に連結する端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および／または固体電解質で形成された固体電解質層からなる負極集電体被覆層を有する、請求項５〜７いずれかに記載の固体電池。
【請求項９】
前記負極集電体被覆層の厚さは、前記負極活物質層の厚さと略同一である、請求項８に記載の固体電池。
【国際調査報告】
2020017467.tif 000005
2020017467.tif 000006
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