JP2015076272A

JP2015076272A - 全固体電池

Info

Publication number: JP2015076272A
Application number: JP2013211794A
Authority: JP
Inventors: 寛広瀬; Hiroshi Hirose
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-04-20

Abstract

【課題】電極体の構成を実質的に変更することなく電極体の短絡を防止乃至は抑制し得る全固体電池を提供する。【解決手段】電極体と、電極体を覆うラミネートフィルムとを有する全固体電池において、ラミネートフィルムの内面に粘着テープを設けてなる全固体電池。【選択図】なし

Description

本発明は、全固体電池に関し、さらに詳しくは電極体を覆うラミネートに特定の部材を設けることにより電池の短絡を防止乃至は抑制し得る全固体電池に関する。

近年、高電圧および高エネルギー密度を有する電池としてリチウム電池が実用化されている。リチウム電池の用途が広い分野に拡大していることおよび高性能の要求から、リチウム電池の更なる性能向上のために様々な研究が行われている。
その中で、従来用いられてきた非水電解液系のリチウム電池に比べて電解液を用いないため、非水電解液を用いる場合の安全性向上のために必要なシステムを簡略化し得て構造の自由度が増し補器の数を減らすことができる等の多くの利点を有し得ることから、電解質層として固体電解質層を備えた全固体電池の実用化が期待されている。

しかし、全固体電池の実用化が実現するためには様々な改良が必要である。
その１つとして、全固体電池の使用時に、全固体電池における正極層、固体電解質層および負極層を有する電極体から活物質が滑落する、場合により電極体そのものが滑落して生じる電池の短絡を防止乃至は抑制する技術が挙げられる。
一方、電池の使用時における短絡を防止乃至は抑制する技術に適用し得ると推測される技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、正極層、電解質層および負極層が積層されてなる単電池層のそれぞれの周囲に単電池層と外気との接触を遮断するシール部を含む電池モジュールが記載されている。

また、特許文献２には、集電体と、前記集電体の表面に形成される活物質層とを有し、活物質層の厚さ方向に貫通したアンカー部材が配置された、活物質粒子の脱落を防止し得る電池用電極が記載されており、具体例として前記アンカー部材の少なくとも一部の表面にバインダーを付着した例が示されている。

また、特許文献３には、固体電解質層、集電体及び前記両層に挟まれた活物質層を備える電極体であって、前記活物質層の端面および端面の周縁部を被覆する絶縁材料を備える電極体が記載されており、前記電極体により活物質層の端部が変形又は脱落することに起因する短絡の発生を防止できることが示されている。

さらに、特許文献４には、プラスチック系基材の少なくとも一方の面にアクリル系粘着剤層から成る粘着剤層を有する電気化学デバイス用粘着テープが記載されており、例として極板、電極端子、極板端部、セパレータにおける極板端部が接触する部分、活物質の塗布部と未塗布部の境界部分、巻回型電池の巻端部に前記粘着テープを貼付けた例が示されている。

しかし、前記特許文献に記載の技術を適用した全固体電池によれば、シール部を用いて集電箔間を両面シールして上下を密着させると充放電時に膨張収縮の影響を受けて電極体の一部に割れなどが起こり得る、電極体の構成を変更するため電池自体の性能低下が避けられない、あるいは電池を使用する際、例えば充電時に電池の膨張により活物質層の端部の変形又は脱落を防止乃至は抑制し得ない。
このように、公知の技術によっては、電極体の構成を変更することなく電極体の短絡を防止乃至は抑制し得る全固体電池を得ることは困難であった。

特開２００７−２１３９９０号公報特開２００８−２１４５３号公報特開２０１２−３８４２５号公報特開２０１２−２２６９９１号公報

従って、本発明の目的は、電極体の構成を実質的に変更することなく電極体の短絡を防止乃至は抑制し得る全固体電池を提供することである。

本発明は、電極体と、電極体を覆うラミネートフィルムとを有する全固体電池において、ラミネートフィルムの内面に粘着テープを設けてなる全固体電池に関する。

本発明によれば、電極体の構成を実質的に変更することなく電極体の短絡を防止乃至は抑制し得る全固体電池を得ることができる。

図１は、本発明の実施態様の全固体電池の模式図である。図２は、図１の全固体電池において電極体から活性物質が滑落した状態を示す集電タブ部を除いた部分拡大模式図である。図３は、従来の全固体電池の模式図である。図４は、図３の全固体電池において電極体から活性物質が滑落した状態を示す集電タブ部を除いた部分拡大模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。
本発明の実施態様の全固体電池１は、図１および２に示すように、正極層２、固体電解質層３および負極層４を有する電極体５と、電極体５を覆うラミネートフィルム６を有する全固体電池において、ラミネートフィルム６の内面に粘着テープ７ａを設けてなり、落ちてきた活物質９などを粘着テープ７ａに固定することで電池の短絡を防ぎ得る。さらに、前記の本発明の実施態様の全固体電池１は、最も水分が透過しやすい集電タブ部８の近傍のラミネートフィルムの内面にも粘着テープ７ｂが設けられており、電極体に含まれている固体電解質を集電タブ近傍に固定し電池外部からの透過水分を固体電解質に吸着させて電極体の水分による劣化を抑制し得る。

これに対して、従来の全固体電池１０は、図３および４に示すように、正極層２、固体電解質層３および負極層４を有する電極体５と、電極体５を覆うラミネートフィルム６を有するものであり、電池の使用時に電極体５から活物質９や電極体そのものが滑落すると、電解質層３を跨いで端部で接触し得て、電池の短絡が生じてしまう。また、外部からの水分透過が起こり、経時的に電池特性が劣化してしまう。

従来の全固体電池における電池の短絡および外部からの水分透過による電池特性の劣化は、１）全固体電池が活物質と固体電解質という異種の物質を混合し、圧縮して形成されているため、活物質などの滑落が起こりやすい、２）ラミネートセルでは集電タブを出す場所の密着性が弱いため、その部位からの水分透過が多いために生じると考えられる。
そして、本発明の実施態様の前記固体電池によれば、前記の電池の短絡および外部からの水分透過による電池特性の劣化が防止乃至は抑制され得る。

前記の全固体電池の電極体は、それ自体公知の方法、例えば固体電解質、例えば硫化物固体電解質材料を金型に収容したセルに入れ、プレスして固体電解質層を形成し、その片側に正極合剤を入れ、プレスして正極体を形成し、次いでその逆側に負極合剤を入れ、プレスして負極体を形成し、正極体および負極体に各々集電体を取付けて正極層および負極層とすることによって得ることができる。
前記の正極用の集電体として金属箔、例えばＳＵＳ箔、Ａｌ箔を、前記の負極用の集電体として金属箔、例えばＳＵＳ箔、Ｃｕ箔を用い得る。

本発明の実施態様の全固体電池は、前記の電極体を、内面および最も水分が透過しやすい集電タブの近傍のラミネートフィルムの内面に粘着テープを設けたラミネートフィルムで覆うことによって得ることができる。
前記の粘着テープを設置する位置は、電極体の側面および電極体における集電タブの近傍の位置を予め予測し、その予測位置に設けることが好ましい。

前記のラミネートフィルムとしては、金属箔、例えば４０μｍ程度の厚さのアルミ箔を基板とし、その片面にポリオレフィン膜、例えば８０μｍ程度の厚さのポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）等の接着層を、もう片面に耐熱性ポリマー保護層、例えば２５μｍ程度の厚さのポリアミド等の表面保護層をそれぞれコーティングしたものが挙げられる。

前記の粘着テープとしては、基材、例えばカーボン（紙）、樹脂フィルムなどのシート状に成形し得る任意の材料からなるシートの両面に接着剤、例えばアクリル系樹脂、例えば（メタ）アクリル酸アルキルエステルの（コ）ポリマーなどの公知の粘着テープに用いられる任意の接着剤を設けたものが挙げられる。

前記の正極層に含有される正極活物質としては、Ｌｉを挿入することができる材料、例えばコバルト酸リチウムやＬｉＮＯなどの公知の正極活物質を適宜用い得る。また、正極層に含有される固体電解質としては任意の硫化物固体電解質、例えばＬｉ_２Ｓ：Ｐ_２Ｓ_５＝５０：５０〜１００：０（質量比）となるようにＬｉ_２ＳおよびＰ_２Ｓ_５を混合して得られる硫化物固体電解質、あるいは酸化物電解質など任意の固体電解質を用い得る。
また、正極層は結着用バインダー、例えばポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有樹脂や導電材、例えばアセチレンブラックなどを含有し得る。
前記正極層の厚みは、特に制限されないが、例えば０．１〜１０００μｍの範囲であり得る。

前記の負極層に含有される負極活物質としては、Ｌｉを挿入することができる材料、例えばグラファイトなどの公知のカーボン系負極合材を用い得る。また、負極層に含有される固体電解質としては正極層に適用され得る硫化物固体電解質あるいは酸化物電解質などを用い得る。
また、負極層は結着用バインダー、例えばポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有樹脂や導電材、例えばアセチレンブラックなどを含有し得る。
前記負極層の厚みは、特に制限されないが例えば０．１〜１０００μｍの範囲であり得る。

前記の電解質層に用いられる固体電解質としては、特に限定されず前記の正極層および負極層に適用され得る前記硫化物固体電解質を用い得る。
前記固体電解質層の厚みは、電解質の種類や電池の構成などによって異なるが、例えば０．３〜１０００μｍ、中でも０．３〜３００μｍ程度であり得る。

前記の正極集電体および負極集電体は、外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電タブ部を用いて接続し得る。
前記の集電タブ部は電極体に付随する集電体を延長してラミネートセルの外側に出ている。前記のタブ部は金属箔からなっている。

本発明の実施態様の全固体電池は、アルミニウムやステンレスなどの金属を基材とするラミネートパックや、ＳＵＳなどの缶のような外装、さらには既知のＬｉイオン電池、Ｌｉ電池で用いられる一般的な外装体で保護してもよい。

本発明の実施態様の全固体電池によれば、電極体の構成を実質的に変更することなく電極体の短絡を防止乃至は抑制し得る全固体電池を得ることができるが、電池自体の性能低下が防止できる範囲であれば電極体の構成を変更することを排除するものではない。

本発明によって、電極体の構成を実質的に変更することなく電極体の短絡を防止乃至は抑制し得る全固体電池を得ることができる。

１本発明の実施態様の全固体電池
２正極層
３固体電解質層
４負極層
５電極体
６ラミネートフィルム
７ａ粘着テープ
７ｂ粘着テープ
８集電タブ部
９脱落した活物質
１０従来の全固体電池

Claims

電極体と、電極体を覆うラミネートとを有する全固体電池において、ラミネートの内面に粘着テープを設けてなる全固体電池。