JP7472980B2 - 固体電池 - Google Patents
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Description
固体電池は、正極層、負極層、およびそれらの間に介在する固体電解質層から成る電池構成単位を積層方向に沿って少なくとも1つ備える積層体(固体電池積層体ともいう)を有して成る。
正極層に含まれる正極活物質としては、例えば、リチウム含有化合物またはナトリウム含有化合物である。リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質としては、例えば、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物、リチウム含有層状酸化物、および、スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物等から成る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、Li3V2(PO4)3等が挙げられる。オリビン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物の一例としては、LiFePO4および/またはLiMnPO4等が挙げられる。リチウム含有層状酸化物の一例としては、LiCoO2および/またはLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2等が挙げられる。スピネル型構造を有するリチウム含有酸化物の一例としては、LiMn2O4および/またはLiNi0.5Mn1.5O4等が挙げられる。リチウム化合物の種類は、特に限定されないが、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物およびリチウム遷移金属リン酸化合物である。リチウム遷移金属複合酸化物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含む酸化物の総称であると共に、リチウム遷移金属リン酸化合物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物の総称である。遷移金属元素の種類は、特に限定されないが、例えば、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)などである。
負極層に含まれる負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属系材料、リチウム合金およびリチウム含有化合物またはナトリウム合金およびナトリウム含有化合物などである。
固体電解質は、ナトリウムイオンまたはリチウムイオンが伝導可能な材質である。特に固体電池で電池構成単位を成す固体電解質は、正極層と負極層との間においてナトリウムイオンまたはリチウムイオンが伝導可能な層を成している。なお、固体電解質は、正極層と負極層との間に少なくとも設けられていればよい。つまり、固体電解質は、正極層と負極層との間からはみ出すように当該正極層および/または負極層の周囲においても存在していてもよい。具体的な固体電解質としては、例えば、結晶性固体電解質およびガラスセラミックス系固体電解質などのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。
正極集電体層を構成する正極集電材および負極集電体層を構成する負極集電材としては、導電率が大きい材料を用いるのが好ましく、例えば、炭素材料、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅およびニッケルから成る群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。正極集電体層および負極集電体層はそれぞれ、外部と電気的に接続するための電気的接続部を有し、端子と電気的に接続可能に構成されていてもよい。正極集電体層および負極集電体層はそれぞれ箔の形態を有していてもよいが、一体焼結による電子伝導性向上および製造コスト低減の観点から、一体焼結の形態を有することが好ましい。なお、正極集電体層および負極集電体層が焼結体の形態を有する場合、例えば、電子伝導性材料、結着剤および/または導電性材料を含む焼結体より構成されてもよい。正極集電体層および負極集電体層に含まれる電子伝導性材料は、例えば、正極層および/または負極層に含まれ得る電子伝導性材料と同様の材料から選択されてもよい。正極集電体層および負極集電体層に含まれる結着剤および/または導電性材料は、例えば、正極層および/または負極層に含まれ得る結着剤および/または導電性材料と同様の材料から選択されてもよい。
保護層は、一般に固体電池の最外側に形成され得るもので、電気的、物理的および/または化学的に保護するためのものである。保護層を構成する材料としては絶縁性、耐久性および/または耐湿性に優れ、環境的に安全であることが好ましい。例えば、ガラス、セラミックス、熱硬化性樹脂および/または光硬化性樹脂等を用いることが好ましい。
固体電池には、一般に外部電極が設けられている。特に、固体電池の側面に正負極の外部電極が対を成すように設けられている。より具体的には、正極層と接続された正極側の外部電極(以下、正極端子ともいう)と、負極層と接続された負極側の外部電極(以下、負極端子ともいう)とが対を成すように設けられている。そのような外部電極は、導電率が大きい材料を用いることが好ましい。外部電極の材質としては、特に制限するわけではないが、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズおよびニッケルから成る群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。
本発明の固体電池は、スクリーン印刷法等の印刷法、グリーンシートを用いるグリーンシート法、またはそれらの複合法により製造することができる。以下、本発明の理解のために印刷法およびグリーンシート法を採用する場合について詳述するが、本発明は当該方法に限定されない。
本工程では、正極層用ペースト、負極層用ペースト、固体電解質層用ペースト、集電体層用ペースト、電極分離部用ペーストおよび保護層用ペースト等の数種類のペーストをインクとして用いる。つまり、ペーストを印刷法で塗布することを通じて支持基体上に所定構造のペーストを形成する。
焼成工程では、固体電池積層前駆体を焼成に付す。あくまでも例示にすぎないが、焼成は、酸素ガスを含む窒素ガス雰囲気中または大気中で、例えば500℃にて有機材料を除去した後、窒素ガス雰囲気中または大気中で例えば550℃以上5000℃以下で加熱することで実施する。焼成は、積層方向(場合によっては積層方向および当該積層方向に対する垂直方向)で固体電池積層前駆体を加圧しながら行ってよい。
最初に、固体電解質と、溶媒と、必要に応じて電解質結着剤などとを混合することにより、固体電解質層用ペーストを調製する。続いて、基体の一面に固体電解質層用ペーストを塗布することにより、固体電解質層を形成する。
上記のように、基体の一面に固体電解質層用ペーストを塗布することにより、固体電解質層を形成する。
最初に、保護固体電解質と、溶媒と、必要に応じて保護結着剤などとを混合することにより、保護ペーストを調製する。または、保護固体電解質と、溶媒と、絶縁材と、必要に応じて保護結着剤などとを混合することにより、保護ペーストを調製する。続いて、基体の一面に保護ペーストを塗布することにより、保護層を形成する。
例えば、導電性接着剤を用いて固体電池積層体に正極端子を接着させると共に、例えば、導電性接着剤を用いて固体電池積層体に負極端子を接着させる。これにより、正極端子および負極端子のそれぞれが固体電池積層体に取り付けられるため、固体電池が完成する。
2 積層体
2a 第1端面
2b 第2端面
3 第1外部電極
4 第2外部電極
21 正極層
21a 正極活物質層
21b 正極集電体層
22 負極層
22a 負極活物質層
22b 負極集電体層
211b,212b,213b,214b,215b,211b2,212b2,213b2,214b2,215b2,311b,315b,311b2,611b.612b,613b,614b 正極引出部
221b,222b,223b,224b,225b,621b,622b,623b,624b 負極引出部
Claims (14)
- 正極層、負極層、および前記正極層と前記負極層との間に介在する固体電解質層からなる電池構成単位を積層方向に沿って複数備え、前記積層方向に直交する方向において相対する第1端面と第2端面とを有する積層体と、前記第1端面に設けられた第1外部電極と、前記第2端面に設けられた第2外部電極と、を有してなる固体電池であって、
前記正極層は、平面視で前記正極層より幅狭で、前記第1端面で前記第1外部電極と接触する複数の正極引出部を有し、
前記正極引出部は、前記積層方向の上下面が前記固体電解質層と接しており、
前記第1端面において、前記複数の正極引出部のうち少なくとも2つの前記正極引出部は、前記積層方向における中心線が互いに重ならないように配置されている、固体電池。 - 正極層、負極層、および前記正極層と前記負極層との間に介在する固体電解質層からなる電池構成単位を積層方向に沿って複数備え、前記積層方向に直交する方向において相対する第1端面と第2端面とを有する積層体と、前記第1端面に設けられた第1外部電極と、前記第2端面に設けられた第2外部電極と、を有してなる固体電池であって、
前記負極層は、平面視で前記負極層より幅狭で、前記第2端面で前記第2外部電極と接触する複数の負極引出部を有し、
前記負極引出部は、前記積層方向の上下面が前記固体電解質層と接しており、
前記第2端面において、前記複数の負極引出部のうち少なくとも2つの前記負極引出部は、前記積層方向における中心線が互いに重ならないように配置されている、固体電池。 - 正極層、負極層、および前記正極層と前記負極層との間に介在する固体電解質層からなる電池構成単位を積層方向に沿って複数備え、前記積層方向に直交する方向において相対する第1端面と第2端面とを有する積層体と、前記第1端面に設けられた第1外部電極と、前記第2端面に設けられた第2外部電極と、を有してなる固体電池であって、
前記正極層と前記負極層は、それぞれ、平面視で前記正極層より幅狭で、前記第1端面で前記第1外部電極と接触する複数の正極引出部と、平面視で前記負極層より幅狭で、前記第2端面で前記第2外部電極と接触する複数の負極引出部を有し、
前記正極引出部および前記負極引出部は、前記積層方向の上下面が前記固体電解質層と接しており、
前記第1端面において、前記複数の正極引出部のうち少なくとも2つの前記正極引出部は、前記積層方向における中心線が互いに重ならないように配置され、
前記第2端面において、前記複数の負極引出部のうち少なくとも2つの前記負極引出部は、前記積層方向における中心線が互いに重ならないように配置されている、固体電池。 - 前記第1端面において、複数の前記正極引出部は、前記積層方向、前記積層方向に直交する幅方向または前記積層方向と交差する交差方向の少なくとも一方向に列を形成するように配置されている、請求項1または3に記載の固体電池。
- 前記第2端面において、複数の前記負極引出部は、前記積層方向、前記積層方向に直交する幅方向または前記積層方向と交差する交差方向の少なくとも一方向に列を形成するように配置されている、請求項2または3に記載の固体電池。
- 前記第1端面において、少なくとも2つの前記正極引出部は、前記積層方向に直交する幅方向において隣り合うように配置されている、請求項1、3及び4のいずれか1項に記載の固体電池。
- 前記第2端面において、少なくとも2つの前記負極引出部は、前記積層方向に直交する幅方向において隣り合うように配置されている、請求項2、3及び5のいずれか1項に記載の固体電池。
- 前記第1端面において、前記正極引出部が千鳥状に露出されている、請求項1,3,4及び6のいずれか1項に記載の固体電池。
- 前記第2端面において、前記負極引出部が千鳥状に露出されている、請求項2,3,5及び7のいずれか1項に記載の固体電池。
- 前記電池構成単位における一つの正極層の前記第1端面側には、複数の前記正極引出部が設けられている、請求項1,3,4,6及び8のいずれか1項に記載の固体電池。
- 前記電池構成単位における一つの負極層の前記第2端面側には、複数の前記負極引出部が設けられている、請求項2,3,5,7及び9のいずれか1項に記載の固体電池。
- 前記複数の正極引出部と前記複数の負極引出部は、概ね等間隔で配置されている、請求項3に記載の固体電池。
- 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の固体電池を備えた、電子機器。
- 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の固体電池を備えた、電動車両。
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