CN110249472B - 蓄电板及电池 - Google Patents

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Abstract

提供一种每单位体积的容量较大的蓄电板。蓄电板(1)具备多个全固态蓄电元件(10)、及导电部件(21)。多个全固态蓄电元件(10)配置于同一平面。全固态蓄电元件(10)具备设置于一侧面的第一外部电极(14)以及设置于另一侧面的第二外部电极(15)。导电部件(21)配置在相邻的全固态蓄电元件(10)之间。导电部件(21)将相邻全固态蓄电元件(10)的侧面固定且电连接。

Description

蓄电板及电池
技术领域
本发明涉及一种蓄电板以及具备该蓄电板的电池。
背景技术
例如，专利文献1中记载了一种片状的蓄电装置，其具备有挠性的基板、设置于基板的正极引线和负极引线、以及安装于基板的多个蓄电元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－207577号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
需要增大蓄电板中每单位体积的容量。
本发明的主要目的在于提供一种每单位体积的容量较大的蓄电板。
用于解决技术问题的手段
涉及本发明的蓄电板具备多个全固态蓄电元件、及导电部件。多个全固态蓄电元件配置于同一平面。全固态蓄电元件具备设置于一侧面的第一外部电极、以及设置于另一侧面的第二外部电极。导电部件配置在相邻的全固态蓄电元件之间。导电部件将相邻的全固态蓄电元件的侧面固定且电连接。
在涉及本发明的蓄电板中，第一和第二外部电极设置于全固态蓄电元件的侧面，相邻的全固态蓄电元件的侧面通过导电部件彼此电连接。因此，与专利文献1中所述的蓄电装置不同，不一定需要将用于电连接全固态蓄电元件彼此的板或布线相对于全固态蓄电元件配置在厚度方向上。由此，可以减薄蓄电板。因此，可以增大蓄电板的每单位体积的容量。
在涉及本发明的蓄电板中，可以包括多个全固态蓄电元件相并联多个全固态蓄电元件。
在涉及本发明的蓄电板中，可以包括多个全固态蓄电元件相串联多个全固态蓄电元件。
在涉及本发明的蓄电板中，优选的是，全固态蓄电元件的最长边的长度在1mm以下。
在涉及本发明的蓄电板中，多个全固态蓄电元件可以包括容量互不相同的多种全固态蓄电元件。
在涉及本发明的蓄电板中，多个全固态蓄电元件可以包括在俯视下面积互不相同的多种全固态蓄电元件。
涉及本发明的蓄电板可以包括多个全固态蓄电元件层，该全固态蓄电元件层包括沿着一方向、以及不同于一方向的另一方向以矩阵状配置的多个全固态蓄电元件。该情况下，可以层叠多个全固态蓄电元件层。
涉及本发明的蓄电板还可以具备固定部件，该固定部件将未被导电部件固定的相邻全固态蓄电元件彼此固定。
涉及本发明的电池具备：涉及本发明的蓄电板、以及收容蓄电板的外包装体。
发明效果
根据本发明，可以提供一种每单位体积的容量较大的蓄电板。
附图说明
图1是涉及第一实施方式的电池的示意性俯视图。
图2是第一实施方式中的全固态蓄电元件的示意性剖视图。
图3是涉及第二实施方式的电池的示意性俯视图。
图4是涉及第三实施方式的电池的示意性俯视图。
图5是涉及第四实施方式的电池的示意性俯视图。
图6是涉及第五实施方式的电池的示意性俯视图。
图7是涉及第六实施方式的电池的示意性俯视图。
具体实施方式
下面，对实施本发明的优选方式的一例进行说明。然而，下述实施方式仅是示例。本发明不受下述实施方式的任何限制。
另外，在实施方式等中参照的各附图中，实质上具有相同功能的部件用相同的附图标记表示。另外，示意性地描述了实施方式等中参照的附图。在附图中绘制的物体的尺寸比例等可能与实际物体的尺寸比例等不同。即使在各附图之间，物体的尺寸比例等也可能会不同。具体物体的尺寸比例等应参照以下的说明进行判断。
此外，在图1、图3～图6中，虽然对导电部件21附加了阴影线，但是阴影线并不表示导电部件21的截面。
(第一实施方式)
图1是涉及第一实施方式的电池的示意性俯视图。图1所示的电池2可以是一次电池，也可以是二次电池。
电池2具备蓄电板1及外包装体3。
蓄电板1具备多个全固态蓄电元件10。全固态蓄电元件10是所有结构要素均由固体构成的蓄电元件。
多个全固态蓄电元件10配置于同一平面。具体地，在本实施方式中，多个全固态蓄电元件10沿x轴方向和y轴方向配置成矩阵状。此外，在本实施方式中，对x轴方向与y轴方向垂直的示例进行了说明。然而，在本发明中，多个全固态蓄电元件也可以沿第一方向以及与第一方向倾斜的第二方向配置成矩阵状。
全固态蓄电元件10的形状只要是具有至少两个侧面的形状，则不受特别限制。具体地，在本实施方式中，全固态蓄电元件10是长方体状。
此外，在本发明中，“长方体状”包括角部和棱线部具有倒角状或圆形状的长方体状。
图2是第一实施方式中的全固态蓄电元件的示意性剖视图。全固态蓄电元件10具备全固态蓄电元件主体11。全固态蓄电元件主体11具有：沿着长度方向L及宽度方向W延伸的第一主面11a和第二主面11b；沿着长度方向L及厚度方向T延伸的第一侧面11c和第二侧面11d(参照图1。)；以及沿着宽度方向W及厚度方向T延伸的第三侧面11e及第四侧面11f。
在全固态蓄电元件主体11的内部设有多个第一内部电极12及多个第二内部电极13。
多个第一内部电极12分别与第一主面11a和第二主面11b平行地设置。多个第一内部电极12分别被引出到第三侧面11e，而未被引出到第四侧面11f。多个第一内部电极12分别连接到设置于第三侧面11e的第一外部电极14。
多个第二内部电极13分别与第一主面11a和第二主面11b平行地设置。多个第二内部电极13分别被引出到第四侧面11f，而未被引出到第三侧面11e。多个第二内部电极13分别连接到设置于第四侧面11f上的第二外部电极15。该第二外部电极15与上述第一外部电极14中的一个构成正极，另一个构成负极。以下，在本实施方式中，说明了第一外部电极14构成正极、第二外部电极15构成负极的示例。
多个第一内部电极12与多个第二内部电极13在厚度方向T上，彼此隔着间隔交错地配置。全固态蓄电元件主体11中、位于在厚度方向T上相邻的第一内部电极12与第二内部电极13之间的部分构成固体电解质层11A。
连接到构成正极的第一外部电极14的第一内部电极12由包含正极活性物质粒子、固体电解质粒子及导电性粒子的烧结体构成。作为优选使用的正极活性物质的具体示例，例如列举：具有钠超离子导体(NASICON)型结构的含锂磷氧化物、具有橄榄石型结构的含锂磷氧化物、含锂层状氧化物、具有尖晶石型结构的含锂氧化物等。作为优选使用的具有钠超离子导体型结构的含锂磷氧化物的具体示例，列举Li3V2(PO4)3。作为优选使用的具有橄榄石型结构的含锂磷氧化物的具体示例，列举LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4等。作为优选使用的含锂层状氧化物的具体示例，列举LiCoO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2等。作为优选使用的具有尖晶石型结构的含锂氧化物的具体示例，列举LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4等。可以仅使用这些正极活性物质中的一种，也可以混合使用多种。
作为优选使用的包含在正极活性物质层中的固体电解质，例如列举：具有钠超离子导体结构的含锂磷氧化物、具有钙钛矿结构的氧化物固体电解质、具有石榴石型或石榴石型相似结构的氧化物固体电解质等。作为优选使用的具有钠超离子导体结构的含锂磷氧化物，列举LixMy(PO4)3(0.9x≤1.9、1.9≤y≤2.1，M是从由Ti、Ge、Al、Ga及Zr构成的群中选择的至少一种)。作为优选使用的具有钠超离子导体结构的含锂磷氧化物的具体示例，例如列举Li1.4Al0.4Ge1.6(PO4)3、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3。作为优选使用的具有钙钛矿结构的氧化物固体电解质的具体示例，列举La0.55Li0.35TiO3等。作为优选使用的具有石榴石型或石榴石型相似结构的氧化物固体电解质的具体示例，列举Li7La3Zr2O12等。可以仅使用这些固体电解质中的一种，也可以混合使用多种。
作为包含在正极活性物质层中的导电性粒子，优选使用例如Ag、Au、Pt、Pd等金属、碳、具有导电性的化合物、或者可以通过组合它们而得到的混合物等来构成。另外，这些具有导电性的物质可以以包覆在正极活性物质粒子等表面上的状态而被包含。
连接到构成负极的第二外部电极15的第二内部电极13由包含负极活性物质粒子、固体电解质粒子及导电性粒子的烧结体构成。作为优选使用的负极活性物质的具体示例，例如列举：由MOX(M是选自由Ti、Si、Sn、Cr、Fe、Nb、V及Mo构成的群中的至少一种。0.9≤X≤3.0)表示的化合物、石墨－锂化合物、锂合金、具有钠超离子导体型结构的含锂磷氧化物、具有橄榄石型结构的含锂磷氧化物、具有尖晶石型结构的含锂氧化物等。此外，由MOX表示的化合物的部分氧可以被P或Si取代。另外，也可以优选使用由LiYMOX(M是选自由Ti、Si、Sn、Cr、Fe、Nb、V及Mo构成的群中的至少一种。0.9≤X≤3.0，2.0≤Y≤4.0)表示的化合物。作为优选使用的锂合金的具体示例，列举Li－Al等。作为优选使用的具有钠超离子导体型结构的含锂磷氧化物的具体示例，列举Li3V2(PO4)3等。作为优选使用的具有橄榄石型结构的含锂磷氧化物的具体示例，列举LiCu(PO4)等。作为优选使用的具有尖晶石型结构的含锂氧化物的具体示例，列举Li4Ti5O12等。可以仅使用这些负极活性物质种的一种，也可以混合使用多种。
作为优选使用的固体电解质的具体示例，可以列举与包含在上述第一内部电极12中的固体电解质相同的物质。
作为优选使用的导电性粒子的具体示例，可以列举与包含在上述第一内部电极12中的导电性粒子相同的物质。
构成固体电解质层11A的全固态蓄电元件主体11通过固体电解质粒子的烧结体构成。作为优选的固体电解质的具体示例，例如列举：具有钠超离子导体结构的含锂磷氧化物、具有钙钛矿结构的氧化物固体电解质、具有石榴石型或石榴石型相似结构的氧化物固体电解质等。作为优选使用的具有钠超离子导体结构的含锂磷氧化物，列举LixMy(PO4)3(1≤x≤2、1≤y≤2，M是选自由Ti、Ge、Al、Ga及Zr构成的群中的至少一种)。作为优选使用的具有钠超离子导体结构的含锂磷氧化物的具体示例，例如列举Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3。作为优选使用的具有钙钛矿结构的氧化物固体电解质的具体示例，列举La0.55Li0.35TiO3等。作为优选使用的具有石榴石型或石榴石型相似结构的氧化物固体电解质的具体示例，列举Li7La3Zr2O12等。可以仅使用这些固体电解质中的一种，也可以混合使用多种。
第一和第二外部电极14、15分别可以由例如Ni、Al、Sn、Cu、Ag、Au、Pt、Pd等金属、以及碳、具有导电性的化合物、或者可以通过组合它们而得到的混合物等来构成。
在全固态蓄电元件10中，至少第一和第二内部电极12、13以及全固态蓄电元件主体11一体烧结。换言之，全固态蓄电元件10是至少第一内部电极12和第二内部电极13以及全固态蓄电元件主体11的一体烧结体。第一外部电极14和第二外部电极15可以与第一内部电极12和第二内部电极13以及全固态蓄电元件主体11一体地烧结，也可以单独设置。
如图1所示，蓄电板1具有配置于相邻全固态蓄电元件10之间的导电部件21。导电部件21将相邻全固态蓄电元件10固定且电连接。即，导电部件21将设置于相邻全固态蓄电元件10中的一侧面上的第一外部电极14与设置于另一侧面上的第二外部电极15电连接。
具体地，在本实施方式中，在x轴方向上彼此相邻的全固态蓄电元件10由导电部件21固定且电连接。因此，排列在x轴方向上的多个全固态蓄电元件10串联。在蓄电板1中，该串联的多个全固态蓄电元件行31沿着y轴方向设有多个。
此外，只要导电部件21能够将相邻全固态蓄电元件10彼此固定且电连接，则不受特别限制。导电部件21例如可以由金属、具有导电性的粘合材料、具有导电性的粘结剂的固化物等构成。具体地，例如，导电部件21也可以由金属箔、设置于金属箔的两面上的导电性粘合材料或导电性粘结剂的固化物构成。
在蓄电板1中，在y轴方向上相邻的全固态蓄电元件10彼此未被导电部件21固定。在y轴方向上相邻的全固态蓄电元件10彼此被不具有导电性的固定部件22固定。通过该固定部件22与导电部件21将所有的全固态蓄电元件10固定，从而构成蓄电板1。通过设置固定部件22，可以提高蓄电板1的机械耐久性和耐冲击性等。
固定部件22只要能够固定相邻的全固态蓄电元件10，则不受特别限制。固定部件22例如可以由不具有导电性的粘合材料或者不具有导电性的粘结剂的固化物等构成。具体地，固定部件22例如可以由诸如树脂、弹性体、纸等的有机物、诸如玻璃等的无机物等构成。
此外，蓄电板1可以是具有挠性的可挠体，也可以是不具有挠性的刚体。
蓄电板1收容于外包装体3。外包装体3具有第一端子(正极端子)3a、及第二端子(负极端子)3b。在本实施方式中，构成蓄电板1的多个全固态蓄电元件行31各自的正极侧连接到第一端子3a，负极侧连接到第二端子3b。
如上所述，在蓄电板1中，第一外部电极14和第二外部电极15设置于全固态蓄电元件10的侧面，相邻的全固态蓄电元件10的侧面彼此通过导电部件21而电连接。因此，与专利文献1所述的蓄电装置不同，并不必须需要将用于电连接全固态蓄电元件10彼此的板或布线相对于全固态蓄电元件10配置于厚度方向T。由此，可以减薄蓄电板1。因此，可以增大蓄电板1的每单位体积的容量。
例如，作为增大使用了全固态蓄电元件的蓄电板的每单位体积的容量的方法，可以考虑增大在俯视图中的面积，或者增大第一内部电极与第二内部电极的相对面积的方法。然而，由于具有大面积电极的全固态蓄电元件难以烧固，所以难以制造。对此，在蓄电板1中，由于通过电连接多个全固态蓄电元件10以增大容量，从而并不必须需要在俯视图中面积较大的全固态蓄电元件。因此，蓄电板1容易制造。
从使蓄电板1更易于制造的观点来看，全固态蓄电元件10的最长边的长度优选为在1mm以下，更优选在0.6mm以下。但是，如果全固态蓄电元件10太小，则全固态蓄电元件10占蓄电板1的体积比例变低。因此，全固态蓄电元件10的最长边的长度优选在0.1mm以上，更优选在0.4mm以上。
另外，在蓄电板1中，可以通过改变全固态蓄电元件10的个数、基于导电部件21连接全固态蓄电元件10的连接方式等，来改变额定容量、额定电压、额定电流等。由此，蓄电板1具有很高的设计自由度。
此外，在本实施方式中，说明了所有全固态蓄电元件10连接到第一端子3a与第二端子3b之间的示例。然而，本发明不限于该结构。例如，也可以设置未连接到第一端子与第二端子之间的全固态蓄电元件。另外，还可以在蓄电板内设置全固态蓄电元件以外的电子元件或空间等。
在本实施方式中，说明了全固态蓄电元件10是长方体状的示例。但是，本发明不限于该结构。在本发明中，全固态蓄电元件例如也可以是在俯视图中的多边形、圆形、椭圆形、长圆形等。同样地，在本发明中，蓄电板的形状也不受特别限制。蓄电板例如可以是多边形、圆形、椭圆形、长圆形等。
另外，当全固态蓄电元件为长方体状时，不需要将第二外部电极设置在与设有第一外部电极的侧面相对的侧面。例如，设有第一外部电极的侧面可以与设有第二外部电极的侧面相邻。
以下，对本发明的优选实施方式的其他示例进行说明。在以下的说明中，具有与上述第一实施方式基本相同的功能的部件用相同的附图标记表示，并且省略说明。
(第二～第四实施方式)
在本发明中，多个全固态蓄电元件10的连接方式不受特别限制。在本发明中，例如，可以串联多个全固态蓄电元件的至少一部分，也可以并联多个全固态蓄电元件的至少一部分，还可以是并联的多个全固态蓄电元件被串联。在以下所示的第二～第四实施方式中，例举了多个全固态蓄电元件10的连接方式。
图3是涉及第二实施方式的电池2a的示意性俯视图。如图3所示，在电池2a的蓄电板1a中，沿y轴方向排列的多个全固态蓄电元件10通过导电部件21并联，构成多个全固态蓄电元件列32。在x轴方向上排列的多个全固态蓄电元件列32通过导电部件21串联。
图4是涉及第三实施方式的电池2b的示意性俯视图。在电池2b的蓄电板1b中，沿x轴方向排列的多个全固态蓄电元件10由导电部件21串联而构成多个全固态蓄电元件行31a，多个全固态蓄电元件行31a并联而成的两个全固态蓄电元件单元33a、33b被串联。
图5是涉及第四实施方式的电池2c的示意性俯视图。在电池2的蓄电板1c中，全部的全固态蓄电元件10串联。因此，蓄电板1c具有较大额定电压。
另外，在电池2c中，在外包装体3的一侧面设有第一端子3a与第二端子3b这二者。因此，容易确保电池2c与其他电子设备之间的电连接。
(第五实施方式)
图6是涉及第五实施方式的电池2d的示意性俯视图。如电池2d的蓄电板1d那样，也可以设置在俯视图中面积互不相同、并且容量互不相同的多种全固态蓄电元件10。另外，也可以设置在俯视图中面积互不相同而容量却相同的多种全固态蓄电元件。还可以设置容量互不相同而在俯视图中面积却相同的多种全固态蓄电元件。
蓄电板1d具有至少一个全固态蓄电元件10，并且具有彼此电绝缘的多个蓄电部。该多个蓄电部包括工作电压互不相同的多个蓄电部。因此，蓄电板1d例如可以作为工作电压不同的多个电子器件的电源使用。
(第六实施方式)
图7是涉及第六实施方式的电池2e的示意性俯视图。如电池2e的蓄电板1e那样，也可以层叠包含沿着一方向(x轴方向)以及不同于一方向的另一方向(y轴方向)以矩阵状配置的多个全固态蓄电元件10的多个全固态蓄电元件层41、42。即使在这种情况下，也可以增大每单位体积的容量。
如蓄电板1e那样，层叠多个全固态蓄电元件层的情况下，在层叠方向上相邻的全固态蓄电元件彼此可以电连接，也可以不电连接。
附图标记说明
1、1a、1b、1c、1d、1e…蓄电板；2、2a、2b、2c、2d、2e…电池；3…外包装体；3a…第一端子；3b…第二端子；10…全固态蓄电元件；11…全固态蓄电元件主体；11A…固体电解质层；11a…第一主面；11b…第二主面；11c…第一侧面；11d…第二侧面；11e…第三侧面；11f…第四侧面；12…第一内部电极；13…第二内部电极；14…第一外部电极；15…第二外部电极；21…导电部件；22…固定部件；31、31a…全固态蓄电元件行；32…全固态蓄电元件列；33a、33b…全固态蓄电元件单元；41、42…全固态蓄电元件层。

Claims (6)

1.一种蓄电板，其特征在于，具备：
相串联的多个全固态蓄电元件，配置于同一平面，所述全固态蓄电元件具有设置于与所述平面正交的一侧面的第一外部电极以及设置于与所述平面正交的另一侧面的第二外部电极；
导电部件，仅配置在相邻的所述全固态蓄电元件之间，并且将相邻的所述全固态蓄电元件的侧面固定且电连接；以及
固定部件，不具有导电性，将未被所述导电部件固定的相邻的所述全固态蓄电元件彼此固定，
所述全固态蓄电元件具备多个第一内部电极和多个第二内部电极，所述多个第一内部电极和所述多个第二内部电极在厚度方向上彼此隔着间隔交错地配置，所述多个第一内部电极与所述第一外部电极连接，所述多个第二内部电极与所述第二外部电极连接。
2.根据权利要求1所述的蓄电板，其特征在于，
所述全固态蓄电元件的最长边的长度在1mm以下。
3.根据权利要求1所述的蓄电板，其特征在于，
所述多个全固态蓄电元件包括容量互不相同的多种全固态蓄电元件。
4.根据权利要求1所述的蓄电板，其特征在于，
所述多个全固态蓄电元件包括在俯视图中面积互不相同的多种全固态蓄电元件。
5.根据权利要求1所述的蓄电板，其特征在于，
所述蓄电板具备多个全固态蓄电元件层，所述全固态蓄电元件层包括沿着一方向、以及不同于所述一方向的另一方向以矩阵状配置的多个所述全固态蓄电元件，
所述多个全固态蓄电元件层被层叠。
6.一种电池，其特征在于，具备：
权利要求1至5中任一项所述的蓄电板；以及
***述蓄电板的外包装体。
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