JP2018006330A - 電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来技術においては、高出力特性と高信頼性とを両立した電池の実現が望まれる。
【解決手段】電池は、第１電極活物質を含む複数の第１電極活物質粒子が互いに連結することで形成される、空孔を有する多孔質体である第１電極体と、前記第１電極体の表面を被覆する、固体電解質を含む第１被覆層と、前記第１被覆層の表面を被覆する、第２電極活物質を含む第２被覆層と、前記第１被覆層と前記第２被覆層とで被覆された前記第１電極体の前記空孔の位置に存在する空隙と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、電池に関する。
特許文献１には、繊維状カソードと電解質ポリマーとアノード粒子を含むバッテリーデバイスが開示されている。
特許文献２には、多孔質構造体の空隙部に充填された活物質を有する固体電解質電池が開示されている。
特許文献３には、正極活物質および負極活物質が分散した状態で存在する混合電極層を有する全固体電池が開示されている。
特開２００８−１８１８７９号公報 特開２００１−２４３９８４号公報 特開２０１４−２９８１０号公報
従来技術においては、高出力特性と高信頼性とを両立した電池の実現が望まれる。
本開示の一様態における電池は、第１電極活物質を含む複数の第１電極活物質粒子が互いに連結することで形成される、空孔を有する多孔質体である第１電極体と、前記第１電極体の表面を被覆する、固体電解質を含む第１被覆層と、前記第１被覆層の表面を被覆する、第２電極活物質を含む第２被覆層と、前記第１被覆層と前記第２被覆層とで被覆された前記第１電極体の前記空孔の位置に存在する空隙と、を備える。
本開示によれば、高出力特性と高信頼性とを両立した電池を実現できる。
図１は、実施の形態１における電池１０００の概略構成を示す図である。 図２は、第１電極体１００と空孔１２０の一例の概略構成を示す断面図である。 図３は、被覆された第１電極体１００と空隙４００の一例の概略構成を示す断面図である。 図４は、被覆された第１電極体１００と空隙４００の一例の概略構成を示す断面図である。 図５は、実施の形態２における電池２０００の概略構成を示す断面図である。 図６は、実施の形態３における電池３０００の概略構成を示す断面図である。 図７は、実施の形態４における電池４０００の概略構成を示す断面図である。 図８は、実施の形態４における電池４０００の製造方法を説明するための図である。 図９は、実施の形態３における電池３１００の概略構成を示す断面図である。
以下、本開示の実施の形態が、図面を参照しながら、説明される。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における電池１０００の概略構成を示す図である。
図１（ａ）は、実施の形態１における電池１０００の概略構成を示すｘ−ｚ図（１Ａ断面図）である。
図１（ｂ）は、実施の形態１における電池１０００の概略構成を示すｘ−ｙ図（１Ｂ断面図）である。
実施の形態１における電池１０００は、第１電極体１００と、第１被覆層２００と、第２被覆層３００と、空隙４００と、を備える。
第１電極体１００は、複数の第１電極活物質粒子１１０が互いに連結することで形成される多孔質体である。第１電極体１００は、空孔１２０を有する。
第１電極活物質粒子１１０は、第１電極活物質を含む粒子である。
第１被覆層２００は、固体電解質を含む層である。第１被覆層２００は、第１電極体１００の表面を被覆する。
第２被覆層３００は、第２電極活物質を含む層である。第２被覆層３００は、第１被覆層２００の表面（第１被覆層２００の主面のうち、第１電極体１００と第１被覆層２００との界面とは逆側の主面）を被覆する。
第１被覆層２００と第２被覆層３００とで被覆された第１電極体１００の空孔１２０の位置に、空隙４００が存在する。
以上の構成によれば、高出力特性と高信頼性とを両立した電池を実現できる。
すなわち、以上の実施の形態１の構成によれば、多孔質体である第１電極体１００の表面に被覆層として固体電解質と第２電極活物質とが配置されることで、イオン（例えば、リチウムイオン）の伝導経路を、短く、かつ、広く、設定することができる。これにより、内部抵抗を低減できる。したがって、例えば、高レートでの充放電におけるエネルギー損失を低減できる。このため、電池を高出力化できる。
これに対して、正極活物質膜と、負極活物質膜と、その２膜の間に固体電解質膜とが、単に積層されてなる一般に公知の層状構造の電池では、イオンが移動する経路が狭く、かつ、長くなる。このため、内部抵抗が大きくなり、高出力化が難しい。例えば、高レートでの充放電におけるエネルギー損失が大きい。したがって、電池の出力が不足する。
また、以上の実施の形態１の構成によれば、第１電極体１００が複数の粒子が連結してなる多孔質体であることで、機械的な強度を高めることができる。したがって、例えば、電池の充放電に伴う活物質の膨張および収縮が生じても、構造を安定に保つことができる。すなわち、電池の信頼性（サイクル特性）を高めることができる。
これに対して、特許文献１のような、繊維状のカソードを用いる電池では、機械的な強度が弱い。例えば、複数の粒子が互いに連結する場合と比べて、繊維状の構造では繊維が互いに支持し合う連結部分（強度が高い部分）が少ない。言い換えれば、互いに支持し合わない繊維部分（強度が低い部分）が多く存在する。このため、繊維状の構造では、外乱または活物質の膨張収縮により、構造が崩れる可能性が高まる。このため、電池の信頼性が低下する。
また、以上の実施の形態１の構成によれば、第１被覆層２００と第２被覆層３００とで被覆された第１電極体１００の空孔１２０の位置に空隙４００が存在することで、例えば、電池の充放電に伴う活物質の膨張を、空隙４００で、吸収することができる。これにより、活物質の膨張および収縮などが繰り返されても、電極内部の構造的な変形を生じ難くできる。この結果、電池の信頼性（サイクル特性）を高めることができる。
これに対して、特許文献２および３のような、空孔部分が活物質で充填される（すなわち、空隙を有しない）構造の電池では、活物質の膨張収縮によって、電池内部に変形が生じる。このため、サイクル特性が悪化（電池の信頼性が低下）する。
図２は、第１電極体１００と空孔１２０の一例の概略構成を示す断面図である。
図２に示されるように、空孔１２０は、複数の第１電極活物質粒子１１０が周囲に位置することで形成される空間部分である。例えば、空孔１２０は、複数の第１電極活物質粒子１１０に囲まれて形成される空間部分であってもよい。
第１電極体１００は、これらの空孔１２０を複数有することで、多孔質体として構成される。
すなわち、第１電極体１００は、多孔質状であり、かつ、複数の第１電極活物質粒子１１０同士が三次元的に連続的に接続して成る構造である。
複数の第１電極活物質粒子１１０同士は、ネッキングにより、互いに接続してもよい。もしくは、複数の第１電極活物質粒子１１０同士は、導電助剤および結着材の少なくとも一方を介して、互いに接続してもよい。
なお、実施の形態１における電池１０００においては、図１に示されるように、第１電極体１００は、粒子同士が網目状に連結して形成された骨格と、粒子間に存在する空間（空孔）と、を有する構造でもよい。
すなわち、実施の形態１における電池１０００においては、第１電極体１００は、複数の第１電極活物質粒子が互いに網目状に連結することで形成される骨格を有してもよい。
以上の構成によれば、第１電極体１００の機械的な強度を、より高めることができる。したがって、例えば、電池の充放電に伴う活物質の膨張および収縮が生じても、構造をより安定に保つことができる。すなわち、電池の信頼性（サイクル特性）を、より高めることができる。
また、以上の構成によれば、より多くの空孔（言い換えれば、空隙）を形成できる。より多くの空隙を有することで、例えば、電池の充放電に伴う活物質の膨張を、より吸収することができる。これにより、活物質の膨張および収縮などが繰り返されても、電極内部の構造的な変形を、より生じ難くできる。この結果、電池の信頼性（サイクル特性）を、より高めることができる。
なお、実施の形態１における電池１０００においては、第１電極体１００は、ウッドパイル型のような、規則性のある構造でもよい。
図３は、被覆された第１電極体１００と空隙４００の一例の概略構成を示す断面図である。
図３に示されるように、空孔１２０の周囲に位置する複数の第１電極活物質粒子１１０の表面は、第１被覆層２００と第２被覆層３００とで被覆される。このとき、空孔１２０の空間部分の広さは、第１被覆層２００と第２被覆層３００の厚みに応じて、小さくなる。
しかし、実施の形態１においては、図３に示されるように、第１電極活物質粒子１１０が第１被覆層２００と第２被覆層３００とで被覆されても、空孔１２０の空間部分の一部は、空隙４００として、残される。言い換えれば、空孔１２０は、第１被覆層２００と第２被覆層３００とにより、充填されない。
このように、第２被覆層３００の表面側に空隙４００があることで、充放電に伴う活物質の体積変化を吸収できる。
図４は、被覆された第１電極体１００と空隙４００の一例の概略構成を示す断面図である。
実施の形態１における電池１０００においては、図４に示されるように、空隙４００の幅（Ｗ）は、空隙４００の周囲に位置する第２被覆層３００の厚み（ｄ1またはｄ2）よりも、大きくてもよい。
以上の構成によれば、より広い幅を有する空隙４００を形成できる。より広い幅の空隙４００を有することで、例えば、電池の充放電に伴う活物質の膨張を、より吸収することができる。これにより、活物質の膨張および収縮などが繰り返されても、電極内部の構造的な変形を、より生じ難くできる。この結果、電池の信頼性（サイクル特性）を、より高めることができる。
ここで、図４においては、空隙４００の幅（Ｗ）は、中心点Ｏ1と中心点Ｏ2とを結ぶ直線上における、空隙４００の幅である。なお、中心点Ｏ1は、空隙４００の周囲に位置する所定の第１電極活物質粒子の中心点である。また、中心点Ｏ2は、空隙４００の周囲に位置する別の第１電極活物質粒子の中心点である。言い換えれば、空隙４００の幅（Ｗ）は、中心点Ｏ1と中心点Ｏ2とを結ぶ直線上における、所定の第１電極活物質粒子の最外周となる第２被覆層３００の表面から、別の第１電極活物質粒子の最外周となる第２被覆層３００の表面までの、距離である。
また、図４においては、第２被覆層３００の厚みは、中心点Ｏ1と中心点Ｏ2とを結ぶ直線上における、第２被覆層３００の厚みである。すなわち、第２被覆層３００の厚み（ｄ1）は、中心点Ｏ1と中心点Ｏ2とを結ぶ直線上における、所定の第１電極活物質粒子に被覆された第２被覆層３００の厚みである。また、第２被覆層３００の厚み（ｄ2）は、中心点Ｏ1と中心点Ｏ2とを結ぶ直線上における、別の第１電極活物質粒子に被覆された第２被覆層３００の厚みである。
なお、空隙４００の幅および第２被覆層３００の厚みは、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）または走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などにより撮影された断面画像を基に、計測されうる。
また、図４に示されるように、実施の形態１における電池１０００においては、空隙４００の幅（Ｗ）は、厚み（ｄ1）と厚み（ｄ2）との両方よりも、大きくてもよい。もしくは、空隙４００の幅（Ｗ）は、厚み（ｄ1）と厚み（ｄ2）とのうちの一方のみよりも、大きくてもよい。
実施の形態１においては、図１から図４に示されるように、第１電極活物質粒子１１０は、第１電極活物質を含む真球状粒子であってもよい。もしくは、第１電極活物質粒子１１０の形状は、楕円球状、または、矩形部分を含む形状、など、であってもよい。
第１電極体１００を構成する複数の第１電極活物質粒子１１０のそれぞれの大きさ（例えば、粒径）および形状は、互いに、略同じであってもよいし、異なっていてもよい。
第１電極活物質粒子１１０の大きさ（任意の断面における粒子幅）は、１μｍ以上かつ１００μｍ以下であってもよい。これにより、イオンの輸送距離を短くしながら、高い構造強度を実現できる。
また、第１電極活物質粒子１１０の大きさ（任意の断面における粒子幅）は、５μｍ以上かつ３０μｍ以下であってもよい。これにより、イオンの輸送距離をより短くしながら、より高い構造強度を実現できる。なお、第１電極体１００を構成する複数の第１電極活物質粒子１１０のメジアン径（Ｄ５０）は、１５μｍ程度であってもよい。
第１電極活物質粒子１１０は、第１電極活物質を含む粒子である。例えば、第１電極活物質粒子１１０は、第１電極活物質のみからなる粒子であってもよい。
もしくは、第１電極活物質粒子１１０は、第１電極活物質とともに、導電助剤および結着材の少なくとも一方あるいは両方を、含んでもよい。
第１電極活物質は、正極活物質であってもよい。正極活物質の材料としては、一般に公知の正極活物質の材料（例えば、金属イオンを吸蔵および放出する特性を有する材料）が用いられうる。例えば、正極活物質の材料としては、ＬｉＣｏ1-a-bＮｉaＡｌbＯ2（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、かつ、ａ＋ｂ≦１）、ＬｉＮｉ1-a-bＭｎaＣｏbＯ2（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、かつ、ａ＋ｂ≦１）、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＦｅＰＯ4、など、が用いられうる。なお、第１電極活物質としては、これらの材料が、単独で、または、２種類以上が組合されて、用いられうる。
もしくは、第１電極活物質は、負極活物質であってもよい。負極活物質の材料としては、一般に公知の負極活物質の材料（例えば、金属イオンを吸蔵および放出する特性を有する材料）が用いられうる。例えば、負極活物質の材料としては、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、グラファイト、Ｓｉ、ＳｉＯ2、など、が用いられうる。なお、第１電極活物質としては、これらの材料が、単独で、または、２種類以上が組合されて、用いられうる。
導電助剤としては、カーボン、アセチレンブラック、導電性酸化物（例えば、ルテニウム酸ストロンチウム）、など、が用いられうる。第１電極活物質粒子１１０に含まれる導電助剤の含有量（重量濃度）は、第１電極活物質粒子１１０の全体に対して、０．１重量％以上かつ５重量％以下であってもよい。導電助剤を用いることで、電子抵抗を低減できる。
また、結着材としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ホウ酸リチウム、など、が用いられうる。第１電極活物質粒子１１０に含まれる結着材の含有量（重量濃度）は、第１電極活物質粒子１１０の全体に対して、０．１重量％以上かつ２０重量％以下であってもよい。結着材を用いることで、接続強度を向上できる。
なお、第１電極活物質粒子１１０は、第１電極活物質とは異なる被覆材料により、被覆されてもよい。この場合、第１電極活物質粒子１１０を構成する第１電極活物質と、第１電極活物質粒子１１０の表面を被覆する第１被覆層２００との間に、当該被覆材料が位置する。これにより、第１電極活物質粒子１１０と第１被覆層２００との間のリチウムイオンの導電性を、より高めることができる。なお、当該被覆材料としては、一般に公知の活物質の被覆材料（例えば、ＬｉＮｂＯ3、など）が、用いられうる。なお、当該被覆材料は、第１電極活物質粒子１１０の表面を部分的に被覆してもよい。もしくは、当該被覆材料は、第１電極活物質粒子１１０の全表面を被覆してもよい。
実施の形態１においては、図１および図３に示されるように、第１被覆層２００は、第１電極活物質粒子１１０の表面を完全に被覆する。これにより、第１電極活物質粒子１１０と第２被覆層３００との短絡を防止できる。
第１被覆層２００の厚みは、第１電極体１００の全体に渡って、略同じ厚みであってもよいし、部分的に異なる厚みであってもよい。
第１被覆層２００の厚みは、０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であってもよい。これにより、良好な電子絶縁性とイオン伝導性とを実現できる。
また、第１被覆層２００の厚みは、１μｍ以上かつ３μｍ以下であってもよい。これにより、より良好な電子絶縁性とイオン伝導性とを実現できる。
第１被覆層２００は、固体電解質を含む層である。例えば、第１被覆層２００は、固体電解質のみからなる層であってもよい。
もしくは、第１被覆層２００は、固体電解質とともに、上述の結着材を含んでもよい。結着材を用いることで、接続強度を向上できる。
固体電解質としては、一般に公知の固体電解質が用いられうる。
なお、実施の形態１における電池１０００においては、固体電解質は、無機系固体電解質であってもよい。
以上の構成によれば、電子リークをより低減できる。このため、第１電極活物質粒子１１０と第２電極活物質（すなわち、第２被覆層３００）との短絡の発生を、より低減できる。例えば、電池製造時において、第１電極活物質粒子１１０に第２被覆層３００を被覆する際のショートを防止できる。また、電池の貯蔵時における電圧降下を抑制できる。
これに対して、特許文献１のような、ポリマー電解質を用いる電池では、無機系固体電解質に比べて電子リークを形成しやすい。このため、製造時などで電池がショートする可能性が高まる。また、電池の貯蔵時における電圧降下が生じる可能性が高まる。
無機系固体電解質としては、例えば、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ3ＢＯ3、ペロブスカイト型酸化物（Ｌａ2/3-xＬｉ3xＴｉＯ3、など）、ガーネット型酸化物（Ｌｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12、など）、ＮＡＳＩＣＯＮ型酸化物（Ｌｉ1+xＡｌxＴｉ2-x（ＰＯ4）3、Ｌｉ1+x+yＡｌx（Ｔｉ，Ｇｅ）2-xＳｉyＰ3-yＯ12）、硫化物系固体電解質（Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5、Ｌｉ10ＧｅＰ2Ｓ12）、など、が用いられうる。
なお、第１被覆層２００は、上述の材料が単独でまたは２種類以上が組合されて含まれる層からなる単層構造であってもよい。
もしくは、第１被覆層２００は、それぞれ異なる固体電解質材料からなる２層以上の層が積層された積層構造であってもよい。これにより、電子絶縁性を、より向上させることができる。
実施の形態１においては、図１および図３に示されるように、第２被覆層３００は、第１被覆層２００の表面を完全に被覆してもよい。すなわち、第２被覆層３００は、第１被覆層２００の表面（第１被覆層２００の主面のうち、第１電極体１００と第１被覆層２００との界面とは逆側の主面）に、膜状に形成されてもよい。
もしくは、第２被覆層３００は、第１被覆層２００の表面を部分的に被覆してもよい。すなわち、第２被覆層３００は、第１被覆層２００の表面（第１被覆層２００の主面のうち、第１電極体１００と第１被覆層２００との界面とは逆側の主面）に、島状に形成されてもよい。このとき、島状に形成された第２被覆層３００は、互いに、電気的に接続されていてもよい。例えば、島状に形成された第２被覆層３００のそれぞれの一部が、互いに、直接、接触していてもよい。
第２被覆層３００の厚みは、第１電極体１００の全体に渡って、略同じ厚みであってもよいし、部分的に異なる厚みであってもよい。
第２被覆層３００の厚みは、第１電極活物質粒子１１０の大きさと材料と、第１被覆層２００の厚みと、第２電極活物質の材料と、に応じて、決定されうる。すなわち、第２被覆層３００の厚みとしては、満充電状態もしくは完全放電状態において、第１電極活物質粒子１１０から放出されるイオンを全て吸蔵できる十分な厚みが設定されうる。
例えば、第１電極活物質粒子１１０の厚みが１５μｍであり、第１電極活物質粒子１１０の構成材料がＬｉＣｏＯ2であり、第１被覆層２００の厚みが２μｍであり、第２電極活物質の材料が金属Ｌｉである場合には、第２被覆層３００の厚みは５００ｎｍ程度が適当となる。
第２被覆層３００は、第２電極活物質を含む層である。例えば、第２被覆層３００は、第２電極活物質のみからなる層であってもよい。第２電極活物質は、第１電極活物質の対極となる材料である。
もしくは、第２被覆層３００は、第２電極活物質とともに、上述の導電助剤および上述の結着材の少なくとも一方あるいは両方を、含んでもよい。導電助剤を用いることで、電子抵抗を低減できる。また、結着材を用いることで、接続強度を向上できる。
第１電極活物質が負極活物質である場合には、第２電極活物質は、正極活物質である。正極活物質の材料としては、一般に公知の正極活物質の材料（例えば、金属イオンを吸蔵および放出する特性を有する材料）が用いられうる。例えば、正極活物質の材料としては、ＬｉＣｏ1-a-bＮｉaＡｌbＯ2（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、かつ、ａ＋ｂ≦１）、ＬｉＮｉ1-a-bＭｎaＣｏbＯ2（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、かつ、ａ＋ｂ≦１）、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＦｅＰＯ4、など、が用いられうる。なお、第２電極活物質としては、これらの材料が、単独で、または、２種類以上が組合されて、用いられうる。
もしくは、第１電極活物質が正極活物質である場合には、第２電極活物質は、負極活物質である。負極活物質の材料としては、一般に公知の負極活物質の材料（例えば、金属イオンを吸蔵および放出する特性を有する材料）が用いられうる。例えば、負極活物質の材料としては、Ｌｉ金属、Ｉｎ金属、Ｌｉを含む合金、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、グラファイト、Ｓｉ、ＳｉＯ2、など、が用いられうる。なお、第２電極活物質としては、これらの材料が、単独で、または、２種類以上が組合されて、用いられうる。
なお、図１に示されるように、実施の形態１における電池１０００は、第１集電体５１０と、第２集電体５２０とを、さらに備えてもよい。
第１集電体５１０は、第１電極体１００（すなわち、第１電極活物質粒子１１０）と電気的に接続される集電体である。例えば、第１集電体５１０は、第１電極体１００（すなわち、第１電極活物質粒子１１０）と、直接、接触していてもよい。
第１集電体５１０は、固体電解質などを介することで、第２電極活物質とは電子的に絶縁である。
第２集電体５２０は、第２被覆層３００と電気的に接続される集電体である。例えば、第２集電体５２０は、第２被覆層３００と、直接、接触していてもよい。
第２集電体５２０は、固体電解質などを介することで、第１電極活物質とは電子的に絶縁である。
第１集電体５１０および第２集電体５２０は、断面視において層状であってもよい。
第１集電体５１０および第２集電体５２０は、電池１０００の所定の動作電圧の範囲内において活物質に含有されるイオン伝導体と化学変化を起こさない電子伝導体で、形成されうる。例えば、第１集電体５１０および第２集電体５２０の材料としては、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、銅、など、が用いられうる。
なお、第１電極活物質が正極活物質である場合には、第１集電体５１０は正極集電体であり、第２電極活物質は負極活物質であり、第２集電体５２０は負極集電体である。
また、第１電極活物質が負極活物質である場合には、第１集電体５１０は負極集電体であり、第２電極活物質は正極活物質であり、第２集電体５２０は正極集電体である。
正極集電体の材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金であってもよい。これにより、適切な酸化還元電位を有するとともに、高い導電性と、イオン伝導体に対する耐性と、を備えることができる。
負極集電体の材料としては、銅または銅合金であってもよい。これにより、適切な酸化還元電位を有するとともに、高い導電性と、イオン伝導体に対する耐性と、を備えることができる。
なお、図１に示されるように、実施の形態１における電池１０００は、固体電解質層６００を、さらに備えてもよい。
実施の形態１における電池１０００においては、固体電解質層６００は、第１集電体５１０の表面に配置される。
より具体的には、第１電極活物質粒子１１０が接触していない第１集電体５１０の表面は、固体電解質層６００で、被覆される。このとき、図１に示されるように、固体電解質層６００に接する（埋没する）第１電極活物質粒子１１０の表面には、第２被覆層３００は形成されない。
以上の構成によれば、第１集電体５１０と第２電極活物質（すなわち、第２被覆層３００）との接触を防止できる。これにより、第１集電体５１０と第２電極活物質との短絡の発生を低減できる。
なお、固体電解質層６００は、固体電解質のみからなる層であってもよい。
もしくは、固体電解質層６００は、固体電解質とともに、上述の結着材を含んでもよい。結着材を用いることで、接続強度を向上できる。
また、固体電解質層６００に含まれる材料および材料混合比と、第１被覆層２００に含まれる材料および材料混合比とは、互いに、異なってもよい。
もしくは、固体電解質層６００に含まれる材料および材料混合比と、第１被覆層２００に含まれる材料および材料混合比とは、互いに、同じであってもよい。
また、固体電解質層６００は、第１集電体５１０の表面に、膜状に形成されてもよい。
もしくは、固体電解質層６００は、第１集電体５１０の表面に、島状に形成されてもよい。このとき、島状に形成された固体電解質層６００は、互いに、電気的に接続されていてもよい。例えば、島状に形成された固体電解質層６００のそれぞれの一部が、互いに、直接、接触していてもよい。
また、固体電解質層６００の厚みは、第１集電体５１０の表面の全体に渡って、略同じ厚みであってもよいし、部分的に異なる厚みであってもよい。
固体電解質層６００の厚みは、０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であってもよい。これにより、良好な電子絶縁性とイオン伝導性とを実現できる。
（実施の形態２）
以下、実施の形態２が説明される。なお、上述の実施の形態１と重複する説明は、適宜、省略される。
図５は、実施の形態２における電池２０００の概略構成を示す断面図である。
実施の形態２における電池２０００は、上述の実施の形態１における電池の構成に加えて、下記の構成をさらに備える。
すなわち、実施の形態２における電池２０００は、第１集電体５１０と、第１電極活物質層７１０と、をさらに備える。
第１集電体５１０は、第１電極体１００と電気的に接続される。
第１集電体５１０の表面には、第１電極活物質層７１０が配置される。
第１電極活物質層７１０は、第１電極活物質を含む層である。
第１電極体１００を構成する複数の第１電極活物質粒子１１０のうちの少なくとも１つは、第１電極活物質層７１０と接触する。
以上の構成によれば、第１電極体１００と第１集電体５１０との電気的な接続を、より良好とすることができる。これにより、内部抵抗をより低減できる。したがって、例えば、高レートでの充放電におけるエネルギー損失を、より低減できる。このため、電池をより高出力化できる。
なお、第１電極活物質層７１０は、第１電極活物質のみからなる層であってもよい。
もしくは、第１電極活物質層７１０は、第１電極活物質とともに、導電助剤および結着材の少なくとも一方あるいは両方を、含んでもよい。導電助剤を用いることで、電子抵抗を低減できる。また、結着材を用いることで、接続強度を向上できる。
第１電極活物質層７１０に含まれる第１電極活物質と導電助剤と結着材としては、上述の実施の形態１で示された各材料が、用いられうる。
また、第１電極活物質層７１０に含まれる材料および材料混合比と、第１電極活物質粒子１１０に含まれる材料および材料混合比とは、互いに、異なってもよい。
もしくは、第１電極活物質層７１０に含まれる材料および材料混合比と、第１電極活物質粒子１１０に含まれる材料および材料混合比とは、互いに、同じであってもよい。これにより、第１電極活物質層７１０と第１電極活物質粒子１１０との電気的な接続を、より良好とすることができる。
また、第１電極活物質層７１０は、第１集電体５１０の表面に、膜状に形成されてもよい。
もしくは、第１電極活物質層７１０は、第１集電体５１０の表面に、島状に形成されてもよい。このとき、島状に形成された第１電極活物質層７１０は、互いに、電気的に接続されていてもよい。例えば、島状に形成された第１電極活物質層７１０のそれぞれの一部が、互いに、直接、接触していてもよい。
また、第１電極活物質層７１０の厚みは、第１集電体５１０の表面の全体に渡って、略同じ厚みであってもよいし、部分的に異なる厚みであってもよい。
第１電極活物質層７１０の厚みは、０．１μｍ以上かつ１μｍ以下であってもよい。
また、実施の形態２における電池２０００においては、図５に示されるように、第１電極体１００を構成する複数の第１電極活物質粒子１１０のうちの少なくとも１つの少なくとも一部は、第１電極活物質層７１０に埋没されてもよい。このとき、図５に示されるように、第１電極活物質層７１０に接する（埋没する）第１電極活物質粒子１１０の表面には、第１被覆層２００と第２被覆層３００とは形成されない。
以上の構成によれば、第１電極体１００と第１集電体５１０との密着性を高めることができる。したがって、例えば、電池の充放電に伴う活物質の膨張および収縮が生じても、構造をより安定に保つことができる。例えば、第１電極体１００と第１集電体５１０との乖離を防止できる。このため、電池の信頼性（サイクル特性）を、より高めることができる。
さらに、以上の構成によれば、第１電極活物質粒子１１０と第１電極活物質層７１０との接触面積を、より大きくできる。このため、第１電極体１００と第１集電体５１０との電気的な接続を、より良好とすることができる。これにより、内部抵抗をより低減できる。したがって、例えば、高レートでの充放電におけるエネルギー損失を、より低減できる。このため、電池をより高出力化できる。
また、実施の形態２における電池２０００においては、図５に示されるように、第１電極活物質粒子１１０が接触していない第１電極活物質層７１０の表面は、固体電解質を含む固体電解質層６００で、被覆されてもよい。
以上の構成によれば、第１電極活物質層７１０と第２電極活物質（すなわち、第２被覆層３００）との接触を防止できる。これにより、第１電極活物質層７１０と第２電極活物質との短絡の発生を低減できる。
なお、実施の形態２における固体電解質層６００の構成および材料としては、実施の形態１において示された固体電解質層６００の構成および材料が、適宜、用いられうる。
また、固体電解質層６００は、第１電極活物質層７１０の表面に、膜状に形成されてもよい。
もしくは、固体電解質層６００は、第１電極活物質層７１０の表面に、島状に形成されてもよい。このとき、島状に形成された固体電解質層６００は、互いに、電気的に接続されていてもよい。例えば、島状に形成された固体電解質層６００のそれぞれの一部が、互いに、直接、接触していてもよい。
（実施の形態３）
以下、実施の形態３が説明される。なお、上述の実施の形態１または実施の形態２と重複する説明は、適宜、省略される。
図６は、実施の形態３における電池３０００の概略構成を示す断面図である。
実施の形態３における電池３０００は、上述の実施の形態１における電池の構成に加えて、下記の構成をさらに備える。
すなわち、実施の形態３における電池３０００は、第２集電体５２０と、第２電極活物質層７２０と、をさらに備える。
第２集電体５２０は、第２被覆層３００と電気的に接続される。
第２集電体５２０の表面には、第２電極活物質層７２０が配置される。
第２電極活物質層７２０は、第２電極活物質を含む層である。
第２被覆層３００の少なくとも一部は、第２電極活物質層７２０と接触する。
以上の構成によれば、第２電極活物質（すなわち、第２被覆層３００）と第２集電体５２０との電気的な接続を、より良好とすることができる。これにより、内部抵抗をより低減できる。したがって、例えば、高レートでの充放電におけるエネルギー損失を、より低減できる。このため、電池をより高出力化できる。
なお、第２電極活物質層７２０は、第２電極活物質のみからなる層であってもよい。
もしくは、第２電極活物質層７２０は、第２電極活物質とともに、導電助剤および結着材の少なくとも一方あるいは両方を、含んでもよい。導電助剤を用いることで、電子抵抗を低減できる。また、結着材を用いることで、接続強度を向上できる。
第２電極活物質層７２０に含まれる第２電極活物質と導電助剤と結着材としては、上述の実施の形態１で示された各材料が、用いられうる。
また、第２電極活物質層７２０に含まれる材料および材料混合比と、第２被覆層３００に含まれる材料および材料混合比とは、互いに、異なってもよい。
もしくは、第２電極活物質層７２０に含まれる材料および材料混合比と、第２被覆層３００に含まれる材料および材料混合比とは、互いに、同じであってもよい。これにより、第２電極活物質層７２０と第２被覆層３００との電気的な接続を、より良好とすることができる。
また、第２電極活物質層７２０は、第２集電体５２０の表面に、膜状に形成されてもよい。
もしくは、第２電極活物質層７２０は、第２集電体５２０の表面に、島状に形成されてもよい。このとき、島状に形成された第２電極活物質層７２０は、互いに、電気的に接続されていてもよい。例えば、島状に形成された第２電極活物質層７２０のそれぞれの一部が、互いに、直接、接触していてもよい。
また、第２電極活物質層７２０の厚みは、第２集電体５２０の表面の全体に渡って、略同じ厚みであってもよいし、部分的に異なる厚みであってもよい。
第２電極活物質層７２０の厚みは、０．１μｍ以上かつ１μｍ以下であってもよい。
また、実施の形態３における電池３０００においては、図６に示されるように、第２被覆層３００の少なくとも一部は、第２電極活物質層７２０に埋没されてもよい。
以上の構成によれば、第２電極活物質（すなわち、第２被覆層３００）と第２集電体５２０との密着性を高めることができる。したがって、例えば、電池の充放電に伴う活物質の膨張および収縮が生じても、構造をより安定に保つことができる。例えば、第２電極活物質（すなわち、第２被覆層３００）と第２集電体５２０との乖離を防止できる。このため、電池の信頼性（サイクル特性）を、より高めることができる。
さらに、以上の構成によれば、第２被覆層３００と第２電極活物質層７２０との接触面積を、より大きくできる。このため、第２電極活物質（すなわち、第２被覆層３００）と第２集電体５２０との電気的な接続を、より良好とすることができる。これにより、内部抵抗をより低減できる。したがって、例えば、高レートでの充放電におけるエネルギー損失を、より低減できる。このため、電池をより高出力化できる。
図９は、実施の形態３における電池３１００の概略構成を示す断面図である。
実施の形態３における電池３１００は、上述の実施の形態１における電池の構成に加えて、下記の構成をさらに備える。
すなわち、実施の形態３における電池３１００は、第２集電体５２０と、第３電極活物質層７３０と、をさらに備える。
第２集電体５２０は、第２被覆層３００と電気的に接続される。
第２集電体５２０の表面には、第３電極活物質層７３０が配置される。
第３電極活物質層７３０は、第３電極活物質を含む層である。さらに、第３電極活物質層７３０は、第１電極活物質と第２電極活物質を含まない層である。
第２被覆層３００の少なくとも一部は、第３電極活物質層７３０と接触する。
以上の構成によれば、第２被覆層３００に含まれる第２電極活物質として第１被覆層２００との電気的な接続が良好な（例えば、界面抵抗が少ない、または、副生成物を生じない、などの）材料を用いながら、第３電極活物質として、第２集電体５２０との電気的な接続が良好な（例えば、界面抵抗が少ない、または、副生成物を生じない、などの）材料を用いることができる。これにより、第２電極活物質（すなわち、第２被覆層３００）と第２集電体５２０との電気的な接続を、第３電極活物質（すなわち、第３電極活物質層７３０）により、より良好とすることができる。これにより、内部抵抗をより低減できる。したがって、例えば、高レートでの充放電におけるエネルギー損失を、より低減できる。このため、電池をより高出力化できる。
第３電極活物質は、第１電極活物質と対極となり、かつ、第２電極活物質と同極となる材料である。
すなわち、第１電極活物質が正極活物質である場合には、第２電極活物質と第３電極活物質とは、負極活物質である。このとき、第３電極活物質は、第２電極活物質とは異なる負極活物質が用いられる。
一方で、第１電極活物質が負極活物質である場合には、第２電極活物質と第３電極活物質とは、正極活物質である。このとき、第３電極活物質は、第２電極活物質とは異なる正極活物質が用いられる。
また、第３電極活物質層７３０は、第２集電体５２０の表面に、膜状に形成されてもよい。
もしくは、第３電極活物質層７３０は、第２集電体５２０の表面に、島状に形成されてもよい。このとき、島状に形成された第３電極活物質層７３０は、互いに、電気的に接続されていてもよい。例えば、島状に形成された第３電極活物質層７３０のそれぞれの一部が、互いに、直接、接触していてもよい。
また、第３電極活物質層７３０の厚みは、第２集電体５２０の表面の全体に渡って、略同じ厚みであってもよいし、部分的に異なる厚みであってもよい。
第３電極活物質層７３０の厚みは、０．１μｍ以上かつ１μｍ以下であってもよい。
また、実施の形態３における電池３１００においては、図９に示されるように、第２被覆層３００の少なくとも一部は、第３電極活物質層７３０に埋没されてもよい。
以上の構成によれば、第３電極活物質層７３０により、第２被覆層３００と第２集電体５２０との密着性を高めることができる。したがって、例えば、電池の充放電に伴う活物質の膨張および収縮が生じても、構造をより安定に保つことができる。例えば、第２被覆層３００と第２集電体５２０との乖離を防止できる。このため、電池の信頼性（サイクル特性）を、より高めることができる。
さらに、以上の構成によれば、第２被覆層３００と第３電極活物質層７３０との接触面積を、より大きくできる。このため、第２被覆層３００と第３電極活物質層７３０との電気的な接続を、より良好とすることができる。これにより、内部抵抗をより低減できる。したがって、例えば、高レートでの充放電におけるエネルギー損失を、より低減できる。このため、電池をより高出力化できる。
（実施の形態４）
以下、実施の形態４が説明される。なお、上述の実施の形態１または実施の形態２または実施の形態３と重複する説明は、適宜、省略される。
図７は、実施の形態４における電池４０００の概略構成を示す断面図である。
実施の形態４における電池４０００は、上述の実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせた構成である。
すなわち、実施の形態４における電池４０００においては、第１電極体１００を構成する複数の第１電極活物質粒子１１０のうちの少なくとも１つは、第１電極活物質層７１０に接触する（埋没する）。
さらに、第２被覆層３００は、第２電極活物質層７２０に接触する（埋没する）。
さらに、第１電極活物質粒子１１０が接触していない第１電極活物質層７１０の表面は、固体電解質を含む固体電解質層６００で、被覆される。
以上の構成によれば、電池をより高出力化できる。さらに、電池の信頼性（サイクル特性）を、より高めることができる。
［電池の製造方法］
以下、実施の形態１から４における電池の製造方法の一例が、説明される。
図８は、実施の形態４における電池４０００の製造方法を説明するための図である。
図８に示される製造方法は、工程Ａと工程Ｂと工程Ｃと工程Ｄと工程Ｅと工程Ｆとを包含する。
工程Ａは、図８（ａ）に示されるように、第１集電体５１０の表面に、第１電極活物質層７１０を形成する工程である。第１電極活物質層７１０は、例えば、真空蒸着法または化学気相成長法（ＣＶＤ）または物理気相成長法（ＰＶＤ）またはゾルゲル法により、第１電極活物質などの材料が第１集電体５１０の表面に膜状に配置されることで、形成されてもよい。
工程Ｂは、工程Ａの後に実施される工程である。工程Ｂは、図８（ｂ）に示されるように、第１電極活物質層７１０の上に、複数の第１電極活物質粒子１１０を堆積させる工程である。これにより、複数の第１電極活物質粒子１１０が三次元的に連続的に接続してなる、多孔質状の第１電極体１００が形成される。複数の第１電極活物質粒子１１０の堆積を制御することで、複数の第１電極活物質粒子１１０の連結構造および空孔の大きさなどを、適宜、調整できる。
なお、第１電極活物質粒子１１０が、結着材としてホウ酸リチウムを含む場合などには、真空中または不活性ガス雰囲気で、５００℃で熱処理を行ってもよい。
工程Ｃは、工程Ｂの後に実施される工程である。工程Ｃは、図８（ｃ）に示されるように、複数の第１電極活物質粒子１１０の表面に、第１被覆層２００を形成する工程である。第１被覆層２００は、例えば、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法により、固体電解質などの材料が複数の第１電極活物質粒子１１０の表面に膜状に配置されることで、形成されてもよい。
なお、図８に示す一例では、工程Ｃにより、第１電極活物質層７１０の表面に、固体電解質層６００が形成される。しかし、固体電解質層６００の形成は、別の工程により、実施されてもよい。
工程Ｄは、工程Ｃの後に実施される工程である。工程Ｄは、図８（ｄ）に示されるように、第１被覆層２００の表面に、第２被覆層３００を形成する工程である。第２被覆層３００は、例えば、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法により、第２電極活物質などの材料が第１被覆層２００の表面に膜状に配置されることで、形成されてもよい。
工程Ｅは、工程Ｄの後に実施される工程である。工程Ｅは、図８（ｅ）に示されるように、第２電極活物質層７２０を形成する工程である。第２電極活物質層７２０は、例えば、第２電極活物質などの材料が塗布または堆積されることで、形成されてもよい。
工程Ｆは、工程Ｅの後に実施される工程である。工程Ｆは、図８（ｆ）に示されるように、第２電極活物質層７２０の表面に、第２集電体５２０を形成する工程である。例えば、別途作製された第２集電体５２０が、第２電極活物質層７２０の上に、配置されてもよい。
なお、第２電極活物質層７２０と第２集電体５２０との密着性を高めるために、加熱してもよい。
以上の製造方法により、実施の形態４における電池４０００が、作製されうる。
なお、上述の工程Ａを実施しないことで、実施の形態３における電池３０００が、作製されうる。
また、上述の工程Ｅを実施しないことで、実施の形態２における電池２０００が、作製されうる。
また、上述の工程Ａと工程Ｅとを実施しないことで、実施の形態１における電池１０００が、作製されうる。
なお、上述の実施の形態１から４における電池は、例えば、全固体リチウム二次電池（蓄電池）として、構成されてもよい。すなわち、活物質および固体電解質にリチウムを含む材料を用いてもよい。これにより、正極活物質および負極活物質上での酸化還元反応に伴って、固体電解質層を介して正極活物質および負極活物質の間をリチウムイオンが移動する。この移動により、全固体リチウムイオン二次電池は、充電および放電される。
また、上述の実施の形態１から４における電池は、コイン型、円筒型、角型、シート型、ボタン型、扁平型、積層型、など、種々の形状の電池として、構成されうる。
本開示の電池は、例えば、二次電池などとして、利用されうる。
１００ 第１電極体
１１０ 第１電極活物質粒子
１２０ 空孔
２００ 第１被覆層
３００ 第２被覆層
４００ 空隙
５１０ 第１集電体
５２０ 第２集電体
６００ 固体電解質層
７１０ 第１電極活物質層
７２０ 第２電極活物質層
７３０ 第３電極活物質層
１０００ 電池
２０００ 電池
３０００ 電池
３１００ 電池
４０００ 電池

Claims (11)

  1. 第１電極活物質を含む複数の第１電極活物質粒子が互いに連結することで形成される、空孔を有する多孔質体である第１電極体と、
    前記第１電極体の表面を被覆する、固体電解質を含む第１被覆層と、
    前記第１被覆層の表面を被覆する、第２電極活物質を含む第２被覆層と、
    前記第１被覆層と前記第２被覆層とで被覆された前記第１電極体の前記空孔の位置に存在する空隙と、
    を備える、
    電池。
  2. 前記第１電極体は、複数の前記第１電極活物質粒子が互いに網目状に連結することで形成される骨格を有する、
    請求項１に記載の電池。
  3. 前記空隙の幅は、前記空隙の周囲に位置する前記第２被覆層の厚みよりも、大きい、
    請求項１または２に記載の電池。
  4. 前記第１電極体と電気的に接続される第１集電体と、
    前記第１集電体の表面に配置され、前記第１電極活物質を含む第１電極活物質層と、
    をさらに備え、
    複数の前記第１電極活物質粒子のうちの少なくとも１つは、前記第１電極活物質層と接触する、
    請求項１から３のいずれかに記載の電池。
  5. 複数の前記第１電極活物質粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部は、前記第１電極活物質層に埋没される、
    請求項４に記載の電池。
  6. 前記固体電解質を含む固体電解質層をさらに備え、
    前記第１電極活物質粒子が接触していない前記第１電極活物質層の表面は、前記固体電解質層で、被覆される、
    請求項４または５に記載の電池。
  7. 前記第２被覆層と電気的に接続される第２集電体と、
    前記第２集電体の表面に配置され、前記第２電極活物質を含む第２電極活物質層と、
    をさらに備え、
    前記第２被覆層の少なくとも一部は、前記第２電極活物質層と接触する、
    請求項１から６のいずれかに記載の電池。
  8. 前記第２被覆層の少なくとも一部は、前記第２電極活物質層に埋没される、
    請求項７に記載の電池。
  9. 前記第２被覆層と電気的に接続される第２集電体と、
    前記第２集電体の表面に配置され、第３電極活物質を含む第３電極活物質層と、
    をさらに備え、
    前記第３電極活物質は、第２電極活物質と同極となる材料であり、かつ、第２電極活物質とは異なる材料であり、
    前記第２被覆層の少なくとも一部は、前記第３電極活物質層と接触する、
    請求項１から６のいずれかに記載の電池。
  10. 前記第２被覆層の少なくとも一部は、前記第３電極活物質層に埋没される、
    請求項９に記載の電池。
  11. 前記固体電解質は、無機系固体電解質である、
    請求項１から１０のいずれかに記載の電池。
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