ПОЛНОСТЬЮ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ АККУМУЛЯТОР
FULLY SOLID-STATE ACCUMULATOR

Область техники
[0001]  Настоящее изобретение относится к полностью твердотельному аккумулятору.
Уровень техники
[0002]  Полностью твердотельный аккумулятор — это аккумулятор, содержащий слой твердого электролита между слоем катодного активного материала и слоем анодного активного материала, и одним из его преимуществ является то, что упрощение защитного устройства может быть легче достигнуто по сравнению с жидкостным аккумулятором, содержащим жидкий электролит, в состав которого входит легковоспламеняющийся органический растворитель.
[0003]  Между тем известен аккумулятор (аккумулятор биполярного типа), содержащий биполярный электрод, в котором слой катодного активного материала расположен на одной поверхности токосборника, а слой анодного активного материала расположен на другой стороне токосборника. Например, в Патентном документе 1 раскрыт аккумулятор биполярного типа, в котором часть окружающей части электрода не подвергается изоляционной обработке, а часть токосборника остается незащищенной.
[0004]  В Патентном документе 2 раскрыт аккумулятор биполярного типа, в котором первый слой твердого электролита расположен между биполярным электродом и катодом в направлении наслоения аккумулятора биполярного типа, второй слой твердого электролита расположен между биполярным электродом и анодом в направлении наслоения аккумулятора биполярного типа, а первый слой твердого электролита и второй слой электролита имеют больший размер, чем катод и анод, в направлении, лежащем в плоскости аккумулятора биполярного типа.
[0005]  В Патентном документе 3 раскрыт аккумулятор биполярного типа, в котором токосборник представляет собой металлическую фольгу, у которой по меньшей мере анодная сторона покрыта не проводящим ионы, но проводящим электроны слоем.
Список процитированных материалов
Патентные документы
[0006]  Патентный документ 1: Патентная заявка Японии (JP-A) № 2004-253155, опубликованная для ознакомления
Патентный документ 2: JP-A № 2017-195076
Патентный документ 3: JP-A № 2011-181520
Сущность изобретения
Техническая задача
[0007]  Когда используется биполярный электрод, в котором слой катодного активного материала расположен на одной поверхности токосборника, а слой анодного активного материала расположен на другой стороне токосборника, в зависимости от условий сжимания для уплотнения каждого слоя во время производства, разница в эластичности между слоем анодного активного материала и слоем катодного активного материала может вызвать деформацию токосборника, что может привести к трещине в слое анодного активного материала или слое катодного активного материала. В частности, образование трещины отмечается в твердотельном аккумуляторе, в котором используется неорганический твердый электролит, так как во время его производства его приходится сжимать под очень высоким давлением.
[0008]  Напротив, полностью твердотельный аккумулятор, в котором множество элементов соединено последовательно, может быть получен путем подготовки множества элементов, соответственно, включая анодный токосборник, слой анодного активного материала, слой твердого электролита, слой катодного активного материала и катодный токосъемный слой, расположенные в данном перечисленном порядке, и расположением множества элементов в направлении толщины. В этом случае используется элемент, в котором слой активного материала расположен только на одной стороне поверхности токосборника, и, следовательно, трещина в слое активного материала из-за сжимания не образуется легко по сравнению со случаем биполярного электрода.
[0009] Между тем в полностью твердотельном аккумуляторе, в котором множество элементов расположено вдоль направления толщины, каждый элемент может перемещаться в направлении, лежащем в плоскости (направлении, ортогональном к направлению толщины), во время сжимания (во время сжимания множества элементов после размещения элементов вдоль направления толщины), и наблюдается тенденция к смещению положения элементов. Смещение положения элементов может стать причиной короткого замыкания. Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеуказанных обстоятельств, и его основная цель состоит в том, чтобы предложить полностью твердотельный аккумулятор, в котором можно предотвратить смещение положения множества элементов, расположенных вдоль направления толщины.
Решение задачи
[0010]  Для достижения цели в настоящем изобретении предложен полностью твердотельный аккумулятор, содержащий множество элементов, расположенных вдоль направления толщины и соединенных последовательно; полностью твердотельный аккумулятор содержит элемент A и элемент B в качестве элементов; элемент A содержит первый токосборник A, первый слой A активного материала, слой A твердого электролита, второй слой A активного материала и второй токосборник A, расположенные в данном перечисленном  выше порядке; элемент B содержит первый токосборник B, первый слой B активного материала, слой B твердого электролита, второй слой B активного материала и второй токосборник B, расположенные в данном порядке; при этом первый токосборник A, содержащийся в элементе A, и второй токосборник B, содержащийся в элементе B, расположены так, что обращены друг к другу; первый токосборник A содержит контакт A, расположенный в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия с первым слоем A активного материала в плане; второй токосборник B содержит контакт B, расположенный в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия со вторым слоем B активного материала в плане; контакт A и контакт B зафиксированы фиксирующей частью.
[0011] Согласно настоящему изобретению контакт A и контакт B, имеющиеся соответственно в элементе A и элементе B, зафиксированы фиксирующей частью, и, следовательно, смещение положения множества блоков элементов, расположенных вдоль направления толщины, может быть предотвращено в полностью твердотельном аккумуляторе.
[0012]  В настоящем изобретении первая изолирующая часть может быть расположена на поверхности контакта B, обращенной от контакта A, а внешний край первой изолирующей части может быть расположен на внешней стороне по отношению к внешнему краю контакта А в плане.
[0013]  В настоящем изобретении внешний край контакта B может быть расположен снаружи по отношению к внешнему краю контакта A в плане.
[0014]  В настоящем изобретении контакт A и контакт B могут быть изогнуты таким образом, что первая изолирующая часть находится на внешней стороне, а фиксирующая часть может быть расположена на внутренней стороне по отношению к центру изгиба.
[0015]  В настоящем изобретении изолирующая приклеенная часть может быть расположена, по меньшей мере, на одной поверхности фиксирующей части.
[0016]  В настоящем изобретении фиксирующая часть может быть сварным участком.
[0017]  В настоящем изобретении также предложен полностью твердотельный аккумулятор, содержащий множество блоков элементов, расположенных вдоль направления толщины и соединенных последовательно; при этом полностью твердотельный аккумулятор содержит блок A элементов и блок B элементов в качестве блоков элементов; блок A элементов содержит: первый токосборник A; первый слой AX активного материала, слой AX твердого электролита, второй слой AX активного материала и второй токосборник AX, расположенные в данном порядке в направлении от первой поверхности первого токосборника A; и первый слой AY активного материала, слой AY твердого электролита, второй слой AY активного материала и второй токосборник AY, расположенные в данном порядке в направлении от второй поверхности первого токосборника A, противоположной его первой поверхности; блок B элементов содержит: первый токосборник B; первый слой BX активного материала, слой BX твердого электролита, второй слой BX активного материала и второй токосборник BX, расположенные в данном порядке в направлении от первой поверхности первого токосборника B; первый слой BY активного материала, слой BY твердого электролита, второй слой BY активного материала и второй токосборник BY, расположенные в данном порядке от второй поверхности первого токосборника B, противоположной стороне его первой поверхности; при этом второй токосборник AY, содержащийся в блоке A элементов, и второй токосборник BX, содержащийся в блоке B элементов, обращены друг к другу, и между ними расположена вторая изолирующая часть; второй токосборник AX содержит контакт AX, расположенный в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия со вторым слоем AX активного материала в плане; второй токосборник AY содержит контакт AY, расположенный в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия со вторым слоем AY активного материала в плане; первый токосборник B содержит контакт B, расположенный в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия с первым слоем BX активного материала и первым слоем BY активного материала в плане; при этом контакт AX, контакт AY и контакт B зафиксированы фиксирующей частью.
Согласно настоящему изобретению контакт AX, контакт AY и контакт B соответственно в блоке A элементов и блоке B элементов зафиксированы фиксирующей частью, и, следовательно, в полностью твердотельном аккумуляторе смещение положения множества элементов, расположенных вдоль направления толщины, может быть предотвращено.
[0018]  В настоящем изобретении первая изолирующая часть может быть расположена на поверхности контакта AX, обращенной от контакта AY, а внешний край первой изолирующей части может быть расположен снаружи по отношению к внешнему краю контакта B в плане.
[0019]  В настоящем изобретении внешний край контакта AX может быть расположен снаружи по отношению к внешнему краю контакта B в плане.
[0020]  В настоящем изобретении контакт AX, контакт AY и контакт B могут быть изогнуты таким образом, что первая изолирующая часть находится на внешней стороне, а фиксирующая часть может быть расположена на внутренней стороне по отношению к центру изгиба.
[0021]  В настоящем изобретении может быть изолирующая приклеенная часть, расположенная, по меньшей мере, на одной поверхности фиксирующей части.
[0022]  В настоящем изобретении фиксирующая часть может быть сварным участком.
Технические результаты изобретения
[0023]  В полностью твердотельном аккумуляторе согласно настоящему изобретению можно предотвратить смещение положения множества элементов, расположенных вдоль направления толщины.
Краткое описание чертежей
[0024]  На Фиг. 1 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий элемент согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 2 представлен схематический вид в плане, иллюстрирующий контакт согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 3 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий полностью твердотельный аккумулятор согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 4A-4D представлены схематические изображения, иллюстрирующие часть структуры, содержащую контакт, согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 5 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий полностью твердотельный аккумулятор согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 6A-6D представлены схематические изображения, иллюстрирующие части структуры, содержащие контакты, согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 7A и 7B представлены схематические виды в разрезе, иллюстрирующие части структуры, содержащие контакты, согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 8A и 8B представлены схематические виды в разрезе, иллюстрирующие части структуры, содержащие контакты, согласно первому варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 9 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий блок элементов согласно второму варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 10 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий полностью твердотельный аккумулятор согласно второму варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 11A-11E представлены схематические изображения, иллюстрирующие части структуры, содержащие контакты, согласно второму варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 12A-12B представлены схематические виды в разрезе, иллюстрирующие части структуры, содержащие контакты, согласно второму варианту осуществления изобретения.
На Фиг. 13A-13B представлены схематические виды в разрезе, иллюстрирующие части структуры, содержащие контакты, согласно второму варианту осуществления изобретения.
Описание вариантов осуществления изобретения
[0025]  В настоящем описании далее представлено подробное раскрытие полностью твердотельного аккумулятора. В описании настоящей заявки выражения «другой элемент расположен на «стороне поверхности» одного элемента» могут быть употреблены в случаях, когда другой элемент расположен непосредственно на поверхности одного элемента, когда другой элемент расположен на поверхности одного элемента и между ними расположен дополнительный элемент, и когда другой элемент расположен над поверхностью одного элемента с наличием заданного пространства между ними, если отсутствует техническое противоречие. Кроме того, на каждом чертеже, указанном ниже, размер и форма каждой части соответствующим образом увеличены для облегчения понимания. Помимо этого, на каждом чертеже надлежащим образом опущены штриховки или ссылочные позиции.
[0026]  Полностью твердотельный аккумулятор в настоящем изобретении можно грубо разделить на вариант осуществления изобретения, в котором используются элементы (первый вариант осуществления изобретения), и вариант осуществления изобретения, в котором используются блоки элементов (второй вариант осуществления изобретения).
[0027]  A. Первый вариант осуществления изобретения
На Фиг. 1 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий элемент согласно первому варианту осуществления изобретения. Элемент 10, показанный на Фиг. 1, содержит первый токосборник 1, первый слой 2 активного материала, слой 3 твердого электролита, второй слой 4 активного материала и второй токосборник 5, расположенные в данном перечисленном выше порядке. Первый токосборник 1 содержит контакт 1T, расположенный в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия с первым слоем 2 активного материала в плане, а второй токосборник 5 содержит контакт 5T, расположенный в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия со вторым слоем 4 активного материала в плане. Кроме того, первая изолирующая часть 6 расположена на одной стороне поверхности контакта 5T. На Фиг. 2 представлен схематический вид в плане с примером контакта согласно первому варианту осуществления изобретения, а второй токосборник 5, показанный на Фиг. 2, включает в себя контакт 5T, который имеет прямоугольную форму.
[0028]  На Фиг. 3 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий полностью твердотельный аккумулятор согласно первому варианту осуществления изобретения. Полностью твердотельный аккумулятор 100, показанный на Фиг. 3, состоит из элемента A, элемента B и элемента C. Первый токосборник 1 (первый токосборник A) в элементе A и второй токосборник 5 (второй токосборник B) в элементе B обращены друг к другу и соединены электронно. Аналогичным образом первый токосборник 1 (первый токосборник B) в элементе B и второй токосборник 5 (второй токосборник C) в элементе C обращены друг к другу и соединены электронно. В этих случаях элементы A - C расположены вдоль направления толщины и соединены электронно.
[0029]  На Фиг. 3 показано, что положения контакта 1T (контакт A) в элементе A и контакта 5T (контакт B) в элементе B зафиксированы фиксирующей частью 7. Аналогичным образом положения контакта 1T (контакт B) в элементе B и контакта 5T (контакт C) в элементе C зафиксированы фиксирующей частью 7.
[0030]  Согласно первому варианту осуществления изобретения контакт A и контакт B, содержащиеся соответственно в элементе A и элементе B, зафиксированы фиксирующей частью, и, следовательно, смещение положения множества элементов, расположенных вдоль направления толщины, может быть предотвращено в полностью твердотельном аккумуляторе.
[0031]  Как раскрыто выше, когда используется биполярный электрод, в котором слой катодного активного материала расположен на одной поверхности токосборника, а слой анодного активного материала расположен на другой стороне токосборника, в зависимости от условий сжимания, разница в эластичности между слоем анодного активного материала и слоем катодного активного материала может вызвать деформацию токосборника, что может привести к трещине в слое анодного активного материала или слое катодного активного материала. Напротив, в элементе согласно первому варианту осуществления изобретения слой активного материала расположен только на одной стороне поверхности токосборника, и, следовательно, трещина в слое активного материала из-за сжимания не образуется легко по сравнению с биполярным электродом.
[0032]  В полностью твердотельном аккумуляторе, в котором множество элементов расположено вдоль направления толщины, каждый элемент может перемещаться в направлении в плоскости (ортогональном направлении к направлению толщины) во время сжимания (во время сжимания множества элементов после размещения элементов вдоль направления толщины) и наблюдается тенденция к смещению положения элементов. Смещение положения элементов может стать причиной короткого замыкания. В частности, в полностью твердотельном аккумуляторе, в котором используется неорганический твердый электролит, сжимание происходит под сверхвысоким давлением, чтобы сформировать путь хорошей ионной проводимости, и, следовательно, предполагается, что существует тенденция к возникновению короткого замыкания из-за смещения положений. Необходимость сжимания под сверхвысоким давлением и тенденция к возникновению короткого замыкания из-за смещения положений совместно с указанным сжиманием можно назвать специфическими проблемами для полностью твердотельного аккумулятора.
[0033]  Что касается этих проблем, в первом варианте осуществления изобретения контакт A и контакт B зафиксированы фиксирующей частью. Таким образом, можно предотвратить смещение положений даже во время сжимания под сверхвысоким давлением. В результате можно предотвратить возникновение короткого замыкания. К тому же в обычном биполярном электроде токосборник работает как катодный токосборник, так и анодный токосборник, и, следовательно, размещение токосъемного контакта в токосборнике не требуется. По этой причине идея фиксации элементов с помощью токосъемного контакта не возникла бы для биполярного электрода.
[0034]  1. Состав полностью твердотельного аккумулятора
Полностью твердотельный аккумулятор в первом варианте осуществления изобретения содержит множество элементов, расположенных вдоль направления толщины и соединенных последовательно. Кроме того, полностью твердотельный аккумулятор содержит, по меньшей мере, элемент A и элемент B в качестве элементов.
[0035]  Контакт A в элементе A и контакт B в элементе B, по меньшей мере, частично перекрываются в плане и зафиксированы фиксирующей частью. Фиксирующая часть особо не ограничена при условии, что она может фиксировать относительные положения контакта A и контакта B, но предпочтительно является сварным участком. Сварной участок может быть образован известным способом. Кроме того, фиксирующая часть может быть склеенным участком. Склеенный участок может быть проводящим, а может и не быть. Склеенный участок может быть образован с использованием известного клеящего вещества. Фиксирующая часть может быть образована на участке зоны или на всей зоне, где контакт A и контакт B перекрываются в плане.
[0036]  Кроме того, предпочтительно, чтобы первая изолирующая часть была расположена, по меньшей мере, на одной из следующих поверхностей: поверхность контакта B, обращенная от контакта A, или поверхность контакта A, обращенная от контакта B. Причина этого заключается в предотвращении возникновения короткого замыкания.
[0037]  Здесь два контакта, зафиксированные фиксирующей частью, рассматриваются как часть структуры, содержащая контакт. Например, на Фиг. 3 часть P структуры, содержащая контакт, в которой контакт A (контакт 1T в элементе A) и контакт B (контакт 5T в элементе B) зафиксированы фиксирующей частью 7, и часть Q структуры, содержащая контакт, в которой контакт B (контакт 1T в элементе B) и контакт C (контакт 5T в элементе C) зафиксированы фиксирующей частью 7. Когда часть P структуры, содержащая контакт, и часть Q структуры, содержащая контакт, электронно соприкасаются, происходит короткое замыкание. На Фиг. 3 первая изолирующая часть 6 расположена на поверхности контакта B (контакт 5T в элементе B), обращенной от контакта A (контакт 1T в элементе A) в части P структуры, содержащей контакт, и, следовательно, часть P структуры, содержащая контакт, и часть Q структуры, содержащая контакт, могут быть изолированы, даже когда они обе контактируют друг с другом. Таким образом, можно предотвратить возникновение короткого замыкания. К тому же, как показано на Фиг. 3, когда фиксирующая часть 7 является проводящей и образована также на участке первой изолирующей части 6, как раскрыто ниже, предпочтительно образовать изогнутую структуру для сохранения фиксирующей части 7 внутри или для покрытия открытой поверхности фиксирующей части 7 изолирующей приклеенной частью.
1
1
1
[0038]  Кроме того, на Фиг. 3 положения конца t1 контакта A (контакт 1T), конца t5 контакта B (контакт 5T) и конца t6 первой изолирующей части 6 совпадают. Поскольку конец части структуры, содержащей контакт, легко становится причиной короткого замыкания, предпочтительно, чтобы конец t6 первой изолирующей части 6 выходил дальше от конца t1 контакта A (контакт 1T), как показано на Фиг. 4A. На Фиг. 4В представлен схематический вид в плане, если смотреть на Фиг. 4А в направлении стрелки, в котором внешний край первой изолирующей части 6 расположен снаружи по отношению к внешнему краю контакта А (контакт 1Т) в плане. Как показано на Фиг. 4B, когда расстояние между концом t6 первой изолирующей части 6 и концом t1 контакта A (контакт 1T) рассматривается как L, L составляет, например, 0,1 мм или более, и может составлять 5 мм и более. С другой стороны, L, составляет, например, 2 см или менее.
[0039]  Кроме того, на Фиг. 4A положения конца t5 контакта B (контакт 5T) и конца t6 первой изолирующей части 6 совпадают. Между тем, как показано на Фиг. 4C, конец t6 первой изолирующей части 6 может выходить дальше от конца t5 контакта B (контакт 5T). Другими словами, внешний край первой изолирующей части 6 может быть расположен снаружи по отношению к внешнему краю контакта B (контакт 5T) в плане. С другой стороны, как показано на Фиг. 4D, когда конец t1 контакта A (контакта 1T) выходит дальше от конца t6 первой изолирующей части 6, конец t1 части P структуры, содержащей контакт, и конец t1 части Q структуры, содержащей контакт, могут соприкасаться друг с другом в зависимости от своей формы, вызывая тем самым короткое замыкание.
[0040]  На Фиг. 3 и Фиг. 4A-4D показаны случаи, когда первая изолирующая часть расположена на поверхности контакта B, обращенной от контакта A, однако первая изолирующая часть может быть расположена на поверхности контакта A, обращенной от контакта B, как показано на Фиг. 5 и Фиг. 6А-6D.
[0041]  На Фиг. 5 первая изолирующая часть 6 расположена на поверхности контакта A (контакт 1T в элементе A), обращенной от контакта B (контакт 5T в элементе B) части P структуры, содержащей контакт, и, следовательно, часть P структуры, содержащей контакт, и второй токосборник A (второй токосборник 5) в элементе A могут быть изолированы, даже когда они оба соприкасаются друг с другом. Таким образом, можно предотвратить возникновение короткого замыкания. К тому же, как показано на Фиг. 5, когда фиксирующая часть 7 является проводящей и образована также на участке первой изолирующей части 6, как раскрыто ниже, предпочтительно образовать изогнутую структуру для сохранения фиксирующей части 7 внутри или для покрытия открытой поверхности фиксирующей части 7 изолирующей приклеенной частью.
2
2
1
[0042]  Кроме того, на Фиг. 5 положения конца t6 первой изолирующей части 6, конца t1 контакта A (контакт 1T) и конца t5 контакта B (контакт 5T) совпадают. Поскольку конец части структуры, содержащей контакт, легко становится причиной короткого замыкания, предпочтительно, чтобы конец t6 первой изолирующей части 6 выходил дальше от конца t5 контакта B (контакт 5T), как показано на Фиг. 6А. На Фиг. 6B представлен схематический вид в плане, если смотреть на Фиг. 6A в направлении стрелки (описание второго токосборника 5 в элементе A опущено для удобства), на котором внешний край первой изолирующей части 6 расположен снаружи по отношению к внешнему краю контакта B (контакт 5T) в плане. Как показано на Фиг. 6B, когда расстояние между концом t6 первой изолирующей части 6 и концом t5 контакта B (контакт 5T) рассматривается как L, предпочтительный диапазон для Lтакой же, как и раскрытый выше диапазон для L.
[0043]  Кроме того, на Фиг. 6A положения конца t1 контакта A (контакт 1T) и конца t6 первой изолирующей части 6 совпадают. Между тем, как показано на Фиг. 6C, конец t6 первой изолирующей части 6 может выходить дальше конца t1 контакта A (контакт 1T). Другими словами, внешний край первой изолирующей части 6 может быть расположен снаружи по отношению к внешнему краю контакта A (контакт 1T) в плане. С другой стороны, как показано на Фиг. 6D, когда конец t5 контакта B (контакт 5T) выходит дальше конца t6 первой изолирующей части 6, конец t5 контакта B (контакт 5T ) и второй токосборник A (второй токосборник 5) в элементе A могут образовать контакт друг с другом в зависимости от своей формы, вызвав тем самым короткое замыкание.
1
2
2
1
[0044]  В качестве примера материала для первой изолирующей части можно привести полимер. В качестве примеров полимера можно привести полиолефин, такой как полиэтилен и полипропилен; полиэфир, такой как полиэтилентерефталат (ПЭТ); полиуретан и полиимид. В качестве дополнительного примера материала для первой изолирующей части можно привести оксид металла. Например, покрытие из оксида металла может быть образовано путем окисления поверхности токосборника, и покрытие можно использовать в качестве первой изолирующей части. Когда область контакта рассматривается как S, а область первой изолирующей части, перекрывающаяся с контактом в плане, рассматривается как S, доля S в S составляет, например, 70% или более, может быть 90% или более, а также может составлять 100%.
[0045]  Кроме того, на Фиг. 7A показана часть P структуры, содержащая контакта и часть Q структуры, содержащая контакт, таким же образом, как на Фиг. 3. Как показано на Фиг. 7B, контакта A (контакт 1T) и контакт B (контакт 5T) в части P структуры, содержащей контакт, могут быть изогнуты таким образом, чтобы первая изолирующая часть 6 находилась с внешней стороны. Кроме того, фиксирующая часть 7 может быть расположена на внутренней стороне по отношению к центру изгиба C. Благодаря образованию такой изогнутой структуры возникновение короткого замыкания из-за фиксирующей части 7 может быть эффективно предотвращено. «Внутренняя сторона» означает направление, в котором элемент, вырабатывающий энергию (первый слой активного материала, слой твердого электролита, второй слой активного материала) присутствует в направлении в плане; на Фиг. 7B направление соответствует пространству справа. К тому же, «внутренняя сторона» может также называться «стороной элемента, вырабатывающего энергию». Кроме того, как показано на Фиг. 7B, контакт A (контакт 1T) и контакт B (контакт 5T) в части P структуры, содержащей контакт, предпочтительно изогнуты таким образом, чтобы контакт A был обращен к самому себе. В случае образования изогнутой структуры с точки зрения гибкости предпочтительно, чтобы материал первой изолирующей части представлял собой полиолефин или полиуретан. В частности, первая изолирующая часть может иметь однослойную структуру или может иметь многослойную структуру. В качестве конкретных примеров первой изолирующей части, имеющей однослойную структуру, можно привести первую изолирующую часть, содержащую полиолефин, такой как полиэтилен и полипропилен. В качестве конкретных примеров первой изолирующей части, имеющей многослойную структуру, можно привести первую изолирующую часть, которая включает в себя слой, содержащий полиолефин, такой как полиэтилен и полипропилен, и слой, содержащий полиэфир, такой как ПЭТ. С другой стороны, с точки зрения термического сопротивления предпочтительно, чтобы материал для первой изолирующей части представлял собой полиимид или полиэфир.
[0046]  Кроме того, как показано на Фиг. 8A, изолирующая приклеенная часть 8 может быть расположена, по меньшей мере, на одной стороне поверхности фиксирующей части 7. Благодаря покрытию фиксирующей части 7 возникновение короткого замыкания из-за фиксирующей части 7 может быть эффективно предотвращено. Более того, как показано на Фиг. 8B, контакт A (контакт 1T) и контакт B (контакт 5T) могут быть изогнуты таким образом, чтобы первая изолирующая часть 6 находилась с внешней стороны. Более того, фиксирующая часть 7 может быть расположена на внутренней стороне по отношению к центру изгиба C, а изолирующая приклеенная часть 8 может быть расположена на открытой поверхности фиксирующей части 7. Благодаря расположению изолирующей приклеенной части 8 деформация изогнутой структуры, например, из-за вибрации, может быть предотвращена. В этом случае фиксирующая часть расположена на внутренней стороне по отношению к центру изгиба С, и, следовательно, качество изоляции изолирующей приклеенной части 8 не должно быть высоким. Вместо изолирующей приклеенной части 8 можно использовать произвольную приклеенную часть. Кроме того, хотя это конкретно не показано, множество частей структуры, содержащих контакты, находящихся в изогнутом состоянии таким образом, чтобы первая изолирующая часть была на внешней стороне, могут быть зафиксированы посредством термической сварки или могут быть зафиксированы посредством заливки полимером, таким как полимер, отверждение которого происходит под УФ-излучением.
[0047]  Полностью твердотельный аккумулятор в первом варианте осуществления изобретения содержит множество элементов, расположенных вдоль направления толщины и соединенных последовательно. Количество элементов составляет, по меньшей мере, два или более, может быть 3 или более, может быть 10 или более и может быть 20 или более. С другой стороны, количество элементов составляет, например, 1 000 или менее, а может быть 500 или меньше. Когда количество элементов равно 3 или более, предпочтительно, чтобы два элемента, обращенные друг к другу, имели такое же отношение, как отношение между элементом A и элементом B, раскрытыми выше. Кроме того, полностью твердотельный аккумулятор обычно содержит внешний корпус для сохранения множества элементов. Внешний корпус может быть гибким, а может и не быть. В качестве примера первого случая можно привести пленку из многослойного алюминия. В качестве примера последнего случая можно привести корпус с ячеистой конструкцией.
Более того, полностью твердотельный аккумулятор может быть первичным аккумулятором и может быть вторичным аккумулятором, при этом последний вариант является предпочтительным. Суть этого в том, что он будет многократно заряжаться / разряжаться и использоваться, например, в качестве автомобильного аккумулятора.
[0048] 2. Состав блока элементов
Полностью твердотельный аккумулятор в первом варианте осуществления изобретения содержит множество элементов, расположенных вдоль направления толщины и соединенных последовательно.
[0049]  Элементы соответственно содержат первый токосборник, первый слой активного материала, слой твердого электролита, второй слой активного материала и второй токосборник, расположенные в данном порядке. Тип элементов особо не ограничивается, но предпочтительным типом является литий-ионный аккумулятор.
[0050]  Первый токосборник может быть анодным токосборником и может быть катодным токосборником. В первом случае второй токосборник будет катодным токосборником, а во втором случае второй токосборник будет анодным токосборником. В качестве примеров материала для катодного токосборника можно привести нержавеющую сталь, алюминий, никель, железо, титан и углерод. В качестве примеров материалов для анодного токосборника можно привести нержавеющую сталь, медь, никель и углерод. В качестве примеров формы токосборника можно привести форму фольги.
[0051]  Первый токосборник имеет контакт, находящийся в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия с первым слоем активного материала. Здесь, когда участок первого токосборника, перекрывающийся с первым слоем активного материала в плане, рассматривается как перекрывающаяся часть, предпочтительно, чтобы материалом контакта был тот же материал, что и материал перекрывающейся части. Кроме того, предпочтительно, чтобы первый токосборник был образован непрерывно от перекрывающейся части до контакта. В отношении этих моментов то же самое применимо ко второму токосборнику.
[0052]  Первый слой активного материала может быть слоем анодного активного материала и может быть слоем катодного активного материала. В первом случае второй слой активного материала будет слоем катодного активного материала, а во втором случае второй токосборник будет слоем анодного активного материала. Более того, предпочтительно, чтобы площадь электрода слоя анодного активного материала была больше площади электрода слоя катодного активного материала. Причина этого заключается в том, что необходимо получить полностью твердотельный аккумулятор с повышенной степенью безопасности. Слой активного материала содержит, по меньшей мере, активный материал и может содержать, по меньшей мере, одно вещество из следующих: твердый электролит, проводящий материал или связующее вещество.
2
2
2
2
1/3
1/3
1/3
2
2
4
0.5
1.5
4
4
5
12
4
4
4
4
[0053]  В качестве примера катодного активного материала можно привести оксидный активный материал. В качестве примеров активного оксидного материала можно привести активный материал типа хлорида натрия, такой как LiCoO, LiMnO, LiNiO, LiVO и LiNiCoMnO; активный материал шпинельного типа, такой как LiMnO, Li(NiMn)O, и LiTiO; и активный материал типа оливина, такой как LiFePO, LiMnPO, LiNiPO, и LiCoPO. Катодный активный материал может иметь, например, форму гранул.
4
5
12
2
5
[0054]  В качестве примеров анодного активного материала можно привести металлический активный материал, углеродный активный материал и оксидный активный материал. В качестве примеров металлического активного материала можно привести Li, In, Al, Si, Sn и сплав, включающий в себя, по меньшей мере, один из них. В качестве примеров углеродного активного материала можно привести графит, твердый углерод и мягкий углерод. В качестве примеров оксидного активного материала можно привести LiTiO, SiO и NbO. В качестве примера формы катодного активного материала можно привести гранулярную форму.
[0055]  В качестве примеров твердого электролита можно привести неорганический твердый электролит, в частности, сульфидный твердый электролит, оксидный твердый электролит, нитридный твердый электролит и галоидный твердый электролит. Предпочтительно, чтобы сульфидный твердый электролит содержал, например, элемент литий (Li), элемент X (где X является по меньшей мере одним из химических элементов: P, As, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga и In) и элемент серу (S). Кроме того, сульфидный твердый электролит может дополнительно содержать, по меньшей мере, элемент O и/или галоген. В качестве примеров формы твердого электролита можно привести гранулярную форму. Кроме того, в качестве примеров проводящего материала можно привести углеродные материалы. Более того, в качестве примеров связующего вещества можно привести связующее вещество на основе каучука и связующее вещество на основе фтора.
[0056]  Слой твердого электролита содержит по меньшей мере твердый электролит и может содержать связующее вещество при необходимости. Твердый электролит и связующее вещество раскрыты выше.
[0057]  B. Второй вариант осуществления изобретения
На Фиг. 9 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий блок элементов согласно второму варианту осуществления изобретения. Блок 20 элементов, показанный на Фиг. 9, содержит первый токосборник 11 и первый слой 12X активного материала, слой 13X твердого электролита, второй слой 14X активного материала и второй токосборник 15X, расположенные в данном порядке в направлении от первой поверхности 11X первого токосборника11, а также первый слой 12Y активного материала, слой 13Y твердого электролита, второй слой 14Y активного материала и второй токосборник 15Y, расположенные в данном порядке в направлении от второй поверхности 11Y первого токосборника 11, противоположной стороне первой поверхности 11X. Второй токосборник 15X содержит контакт 15TX, находящийся в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия со вторым слоем 14X активного материала в плане. Второй токосборник 15Y содержит контакт 15TY, находящийся в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия со вторым слоем 14Y активного материала в плане. Первый токосборник 11 содержит контакт 11T, находящийся в положении, обеспечивающем отсутствие перекрытия с первым слоем 12X активного материала и с первым слоем 12Y активного материала в плане. Кроме того, первая изолирующая часть 16a расположен на одной стороне поверхности контакта 15TX.
[0058]  На Фиг. 10 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий полностью твердотельный аккумулятор согласно второму варианту осуществления изобретения. Полностью твердотельный аккумулятор 100, показанный на Фиг. 10, содержит блок Z элементов и блоки элементов от A до C. Второй токосборник 15Y (второй токосборник AY) в блоке A элементов и второй токосборник 15X (второй токосборник BX) в блоке B элементов обращены друг к другу и между ними находится вторая изолирующая часть 16b. Аналогичным образом вторая изолирующая часть 16b соответственно расположена между блоком Z элементов и блоком A элементов, а также между блоком B элементов и блоком C элементов.
[0059]  На Фиг. 10 положения контакта 15TX (контакт AX) в блоке A элементов, контакта 15TY (контакт AY) в блоке A элементов и контакта 11T (контакт B) в блоке B элементов зафиксированы фиксирующей частью 17. Аналогичным образом положения контакта 15TX (контакт ZX) в блоке Z элементов, контакта 15TY (контакт ZY) в блоке Z элементов и контакта 11T (контакт A) в блоке A элементов зафиксированы фиксирующей частью 17. Аналогичным образом положения контакта 15TX (контакт BX) в блоке B элементов, контакта 15TY (контакт BY) в блоке B элементов и контакта 11T (контакт C) в блоке C элементов зафиксированы фиксирующей частью 17. В этих случаях блок Z элементов и блоки A-C элементов расположены вдоль направления толщины и соединены последовательно.
[0060]  Согласно второму варианту осуществления изобретения контакт AX, контакт AY и контакт B соответственно в блоке A элементов и блоке B элементов зафиксированы фиксирующей частью, и, следовательно, смещение положения множества элементов, расположенных вдоль направления толщины, может быть предотвращено в полностью твердотельном аккумуляторе.
[0061]  Как раскрыто выше, когда используется биполярный электрод, в котором слой катодного активного материала расположен на одной поверхности токосборника, а слой анодного активного материала расположен на другой стороне токосборника, в зависимости от условий сжимания, разница в эластичности между слоем анодного активного материала и слоем катодного активного материала может вызвать деформацию токосборника, что может привести к трещине в слое анодного активного материала или слое катодного активного материала. Напротив, в блоке элементов во втором варианте осуществления изобретения первый слой X активного материала и первый слой Y активного материала, которые являются одним и тем же полюсом, расположены на обеих поверхностях первого токосборника, и, следовательно, деформация из-за различия в эластичности между слоями активного материала может быть предотвращена. Более того, в блоке элементов во втором варианте осуществления изобретения два элемента образованы на обеих поверхностях первого токосборника (что означает, что первый токосборник работает как токосборник для обоих из двух элементов), и, следовательно, плотность энергии можно улучшить, например, по сравнению со случаем использования двух элементов в первом варианте осуществления изобретения.
[0062] 1. Состав полностью твердотельного аккумулятора
Полностью твердотельный аккумулятор во втором варианте осуществления изобретения содержит множество блоков элементов, расположенных вдоль направления толщины и соединенных последовательно. Кроме того, полностью твердотельный аккумулятор содержит, по меньшей мере, блок A элементов и блок B элементов в качестве блоков элементов.
[0063]  Каждый из контактов AX в блоке A элементов, контакт AY в блоке A элементов и контакт B в блоке B элементов, по меньшей мере, частично перекрываются в плане и зафиксированы фиксирующей частью. Фиксирующая часть особо не ограничена, при условии, что она может фиксировать относительные положения контакта AX, контакта AY и контакта B, но предпочтительно является раскрытым выше сварным участком или склееным участком. Фиксирующая часть может быть образована в части зоны, где контакт AX, контакт AY и контакт B перекрываются в плане, или может быть образована во всей зоне.
[0064]  Предпочтительно, чтобы первая изолирующая часть была расположена на поверхности контакта AX, обращенного от контакта AY. Причина этого в необходимости предотвратить возникновение короткого замыкания.
[0065]  Здесь три контакта, зафиксированные фиксирующей частью, рассматриваются как часть структуры, содержащая контакт. Например, на Фиг. 10 есть часть R структуры, содержащая контакт, в которой контакт AX (контакт 15TX в блоке A элементов), контакт AY (контакт 15TY в блоке A элементов) и контакт B (контакт 11T в блоке B элементов) зафиксированы фиксирующей частью 17. На Фиг. 10 первая изолирующая часть 16a расположена на поверхности контакта AX, обращенной от контакта AY, в части R структуры, содержащей контакт, и, следовательно, часть R структуры, содержащая контакт, и первый токосборник Z (первый токосборник 11) в блоке Z элементов могут быть изолированы, даже когда они оба контактируют друг с другом. Таким образом, можно предотвратить возникновение короткого замыкания. К тому же, как показано на Фиг. 10, когда фиксирующая часть 17 является проводящей и образована также на участке первой изолирующей части 16a, как раскрыто ниже, предпочтительно образовать изогнутую структуру для сохранения фиксирующей части 17 внутри или для покрытия открытой поверхности фиксирующей части 17 изолирующей приклеенной частью.
[0066]  Кроме того, как показано на Фиг. 10, предпочтительно, чтобы первая изолирующая часть 16a и вторая изолирующая часть 16b были образованы непрерывно на поверхности второго токосборника 15X, обращенной от второго слоя 14X активного материала. На Фиг. 10 изолирующий слой 16 расположен на поверхности второго токосборника 15X, обращенной от второго слоя 14X активного материала, и участок изолирующего слоя 16 используется в качестве первой изолирующей части 16a или второй изолирующей части 16b. Например, блок элементов, в котором первая изолирующая часть 16a и вторая изолирующая часть 16b образованы непрерывно, может быть образован путем изготовления блока элементов в многослойном корпусе, в котором изолирующий слой расположен на одной стороне поверхности токосборника. Предпочтительно, чтобы в многослойном корпусе изолирующий слой в плане покрывал всю поверхность токосборника.
3
3
1
[0067]  Кроме того, на Фиг. 10, положения конца t16a первой изолирующей части 16a, конца t15x контакта AX (контакт 15TX), конца t15y контакта AY (контакт 15TY) и конца t11 контакта B (контакт 11T) совпадают. Поскольку конец части структуры, содержащей контакт, легко становится причиной короткого замыкания, предпочтительно, чтобы конец t16a первой изолирующей части 16a выходил дальше от конца t11 контакта B (контакт 11T), как показано на Фиг. 11A. На Фиг. 11В представлен схематический вид в плане, если смотреть на Фиг. 11А в направлении стрелки (описание первого токосборника 11 в блоке Z элементов опущено для удобства), на котором внешний край первой изолирующей части 16а расположен на внешней стороне по отношению к внешнему краю контакта B (контакт 11T) в плане. Как показано на Фиг. 11B, когда расстояние между концом t16a первой изолирующей части 16a и концом t11 контакта B (контакт 11T) рассматривается как L, предпочтительный диапазон L такой же, как и раскрытый выше L.
[0068]  Более того, на Фиг. 11A положения конца t15x контакта AX (контакт 15TX), конца t15y контакта AY (контакт 15TY) и конца t16a первой изолирующей части 16a совпадают. Между тем, как показано на Фиг. 11C, конец t16a первой изолирующей части 16a может выходить дальше от конца t15y контакта AY (контакт 15TY). Другими словами, внешний край первой изолирующей части 16a может быть расположен на внешней стороне по отношению к внешнему краю контакта AY (контакт 15TY) в плане. Аналогичным образом, как показано на Фиг. 11D, конец t16a первой изолирующей части 16a может выходить дальше от конца t15x контакта AX (контакт 15TX). Другими словами, внешний край первой изолирующей части 16а может быть расположен на внешней стороне по отношению к внешнему краю контакта AX (контакт 15TX) в плане. С другой стороны, как показано на Фиг. 11E, когда конец t11 контакта B (контакт 11T) выходит дальше от конца t16a первой изолирующей части 16a, конец t11 контакта B (контакт 11T) ) и первый токосборник Z (первый токосборник 11) в блоке Z элементов могут соприкасаться друг с другом в зависимости от своей формы, тем самым вызывая короткое замыкание.
[0069]  Более того, на Фиг. 12A показана часть R структуры, содержащей контакт, такая же, как на Фиг. 10, и часть S структуры, содержащей контакт,  примыкающая к части R структуры, содержащей контакт. Как показано на Фиг. 12B, контакт AX (контакт 15TX), контакт AY (контакт 15TY) и контакт B (контакт 11T) в части R структуры, содержащей контакт, могут быть изогнуты таким образом, чтобы первая изолирующая часть 16a находилась на внешней стороне. Кроме того, фиксирующая часть 17 может быть расположена на внутренней стороне по отношению к центру изгиба C. Путем образования такой изогнутой структуры возникновение короткого замыкания из-за фиксирующей части 17 может быть эффективно предотвращено. Более того, как показано на Фиг. 12B, контакт AX (контакт 15TX), контакт AY (контакт 15TY) и контакт B (контакт 11T) в части R структуры, содержащей контакт, предпочтительно изогнуты таким образом, чтобы контакт B (контакт 11T) был обращен к самому себе.
[0070]  Кроме того, как показано на Фиг. 13A, изолирующая приклеенная часть 18 может быть расположена, по меньшей мере, на одной стороне поверхности фиксирующей части 17. Путем покрытия фиксирующей части 17, возникновение короткого замыкания из-за фиксирующей части 17 может быть эффективно предотвращено. Более того, как показано на Фиг. 13B, контакт AX (контакт 15TX), контакт AY (контакт 15TY) и контакт B (контакт 11T) могут быть изогнуты таким образом, чтобы первая изолирующая часть 16a находилась с внешней стороны. Более того, фиксирующая часть 17 может быть расположена на внутренней стороне по отношению к центру изгиба C, а изолирующая приклеенная часть 18 может быть расположена на открытой поверхности фиксирующей части 17. Благодаря расположению изолирующей приклеенной части 18 деформация изогнутой структуры, например, из-за вибрации, может быть предотвращена.
[0071] В настоящем описании изобретения предпочтительно, чтобы третья изолирующая часть была расположена, по меньшей мере, на одной из следующих поверхностей: концевая поверхность, которая является боковой поверхностью контакта AX, первого слоя AX активного материала, или концевая поверхность, которая является боковой поверхностью контакта AY, первого слоя AY активного материала. Причина этого в необходимости предотвратить возникновение короткого замыкания. Кроме того, в настоящем изобретении предпочтительно, чтобы четвертая изолирующая часть была расположена, по меньшей мере, на одной из следующих поверхностей: концевая поверхность, которая является боковой поверхностью контакта A, второго слоя AX активного материала, или концевая поверхность, которая является боковой поверхностью контакта A, второго слоя AY активного материала. Причина этого в необходимости предотвратить возникновение короткого замыкания. Кроме того, четвертая изолирующая часть может покрывать соответственно концевую поверхность второго токосборника 5X в блоке A элементов и концевую поверхность второго токосборника 5Y в блоке A элементов. Кроме того, в настоящем изобретения пятая изолирующая часть может быть расположена в положении, обеспечивающем наличие перекрытия части структуры, содержащей контакт, в плане.
[0072]  Другие предпочтительные составы в полностью твердотельном аккумуляторе согласно второму варианту осуществления изобретения имеют такое же содержание, что и составы, раскрытые в разделе «А. Первый вариант осуществления изобретения» выше; следовательно, описание здесь будет опущено. В связи с этим термин «элемент», раскрытый в «А. Первый вариант осуществления изобретения» можно вместо этого читать как «блок элементов». Например, вместо «количество элементов» в первом варианте осуществления изобретения можно читать «количество блоков элементов».
[0073]  2. Состав блока элементов
Полностью твердотельный аккумулятор во втором варианте осуществления изобретения содержит множество блоков элементов, расположенных вдоль направления толщины и соединенных последовательно.
[0074]  Блок элементов содержит следующее: первый токосборник; первый слой X активного материала, слой X твердого электролита, второй слой X активного материала и второй токосборник X, расположенные вдоль направления толщины в данном порядке в направлении от первой поверхности первого токосборника; а также первый слой Y активного материала, слой Y твердого электролита, второй слой Y активного материала и второй токосборник Y, расположенные вдоль направления толщины в данном порядке в направлении от второй поверхности первого токосборника, противоположной стороне первой поверхности. Каждый слой, созданный в блоке элементов, имеет то же содержание, что и каждый слой, раскрытый в «A. Первый вариант осуществления изобретения» выше; следовательно, описание здесь опущено.
[0075]  Настоящее изобретение не ограничено представленными вариантами осуществления. Варианты осуществления являются иллюстративными, и любые другие варианты подразумеваются включенными в технический объем настоящего изобретения, если они по существу соответствуют технической идее, раскрытой в формуле настоящего изобретения, и предлагают аналогичное действие и эффект.
Перечень ссылочных позиций
[0076]
1 первый токосборник
2 первый слой активного материала
3 слой твердого электролита
4 второй слой активного материала
5 второй токосборник
6 первая изолирующая часть
7 фиксирующая часть
8 изолирующая приклеенная часть
10 элемент
11 первый токосборник
12 первый слой активного материала
13 слой твердого электролита
14 второй слой активного материала
15 второй токосборник
16 изолирующий слой
16a первая изолирующая часть
16b вторая изолирующая часть
17 фиксирующая часть
18 изолирующая приклеенная часть
20 блок элементов
100 полностью твердотельный аккумулятор