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文献发布时间:2023-06-19 11:03:41


电池

技术领域

本公开涉及电池。

背景技术

专利文献1公开了一种在电池元件的周围具有绝缘树脂的电池。

在先技术文献

专利文献1:日本特开2007-273350号公报

发明内容

发明要解决的课题

现有技术中,期望电池的可靠性进一步提高。

因此,本公开提供一种可靠性进一步提高了的电池。

用于解决课题的手段

本公开的一技术方案涉及的电池,具备:正极集电体;在所述正极集电体上接触配置的正极活性物质层;以覆盖所述正极活性物质层的方式配置的固体电解质层;在所述固体电解质层上接触配置的负极活性物质层;在所述负极活性物质层上接触配置的负极集电体;和密封部件。俯视时所述负极活性物质层的面积大于所述固体电解质层的面积。俯视时所述正极集电体和所述负极集电体各自的面积大于所述负极活性物质层的面积。所述密封部件在俯视时位于所述固体电解质层的外侧,并且在与层叠方向垂直的截面中,配置于在所述层叠方向上被所述正极集电体的一部分和所述负极活性物质层的一部分夹着的区域、以及在所述层叠方向上被所述正极集电体的另一部分和所述负极集电体的一部分夹着的区域。

发明的效果

根据本公开,能够使电池的可靠性进一步提高。

附图说明

图1是表示实施方式1中的电池大致结构的例子的图。

图2是表示实施方式1的变形例1中的电池大致结构的例子的图。

图3是表示实施方式1的变形例2中的电池大致结构的例子的图。

图4是表示实施方式1的变形例3中的电池大致结构的例子的图。

图5是表示实施方式1的变形例4中的电池大致结构的例子的图。

图6是表示实施方式1的变形例5中的电池大致结构的例子的图。

图7是表示实施方式1的变形例6中的电池大致结构的例子的图。

图8是表示比较例的电池大致结构的图。

图9是表示实施方式1中的电池形成工序的例子的图。

图10是表示实施方式2中的电池大致结构的例子的图。

图11是表示实施方式2中的电池大致结构的另一例的图。

图12是表示实施方式2中的电池大致结构的另一例的图。

具体实施方式

(本公开的概要)

本公开的一技术方案中的一种电池,具备:正极集电体;在所述正极集电体上接触配置的正极活性物质层;以覆盖所述正极活性物质层的方式配置的固体电解质层;在所述固体电解质层上接触配置的负极活性物质层;在所述负极活性物质层上接触配置的负极集电体;和密封部件。俯视时所述负极活性物质层的面积大于所述固体电解质层的面积。俯视时所述正极集电体和所述负极集电体各自的面积大于所述负极活性物质层的面积。所述密封部件在俯视时位于所述固体电解质层的外侧,并且在与层叠方向垂直的截面中,配置于在所述层叠方向上被所述正极集电体的一部分和所述负极活性物质层的一部分夹着的区域、以及在所述层叠方向上被所述正极集电体的另一部分和所述负极集电体的一部分夹着的区域。

由此,在负极活性物质层的侧面存在没有形成固体电解质层的区域。在负极活性物质层的侧面上形成了固体电解质层的部分,与在负极活性物质层的比侧面靠内侧的层叠面上形成了固体电解质层的部分相比,容易产生由膜厚、膜密度不均引起的机械强度的课题。由此,根据本公开,由于在负极活性物质层的侧面上没有形成固体电解质层,因此在电池受到冲击的情况下由于与在正极活性物质层的侧面上形成了固体电解质层的部分接近等而导致的微小短路的发生得到抑制。由此,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,例如所述密封部件可以与所述正极集电体、所述负极活性物质层和所述负极集电体接触配置。

由此,能够利用密封部件使负极集电体与正极集电体牢固地接合。通过利用密封部件将负极集电体和正极集电体的外周部周边接合,能够将电池的发电元件中所含的正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层密封,保护发电元件免受冲击或外部气体的影响。由此,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,例如所述密封部件可以与所述负极活性物质层的层叠面的一部分接触。

由此,密封部件在比固体电解质层靠外侧的区域的负极活性物质层的层叠面上接触配置,通过密封部件牢固地保持负极活性物质层。因此,在对电池施加了冲击的情况以及充放电时负极活性物质层发生了膨胀收缩的情况下,能够抑制负极活性物质层与固体电解质层的剥离。由此,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,例如所述密封部件可以具有俯视时比所述正极集电体和所述负极集电体中的至少一者更向外侧突出的形状。

由此,密封部件比负极集电体和正极集电体中的至少一者的侧面更向外侧突出。因此,在受到外力冲击时容易避免负极集电体和正极集电体直接受力,能够利用密封材料的弹力性能吸收一部分冲击力,因此能够抑制电池的破损。由此,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,例如所述电池可以在所述正极活性物质层、所述固体电解质层和所述负极活性物质层中的至少一者与所述密封部件之间具有空间,或者在所述密封部件的内部具有空间。

由此,密封部件具有空间,从而在对电池施加了外力的情况下,即使密封部件变形,通过在包含正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层的发电元件与密封部件之间、或者密封部件的内部具有空间,能够在空间上缓和冲击,抑制发电元件受到机械冲击。由此,能够抑制由于外力等机械冲击导致发电元件发生崩坏,能够使电池的机械强度提高。另外,在发电元件与空间接触的情况下,即使在由于充放电等而从发电元件产生了气体的情况下,也能够利用空间来缓和气体的压力,抑制由于产生的气体导致发电元件的层间剥离。由此,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,例如所述密封部件可以具有向所述固体电解质层的内侧突出的形状。

由此,固体电解质层被密封部件的突出部分支承,因此即使在对电池施加了外力的情况下,也能够抑制固体电解质层的崩落。所以能够减小发电元件的破损风险,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,可以设为:所述固体电解质层具有位于所述负极活性物质层侧的第1固体电解质层、和位于所述正极活性物质层侧的第2固体电解质层,所述密封部件具有向所述第1固体电解质层与所述第2固体电解质层之间突出的形状。

由此,固体电解质层被密封部件的突出部分支承,因此即使在对电池施加了外力的情况下,也能够抑制固体电解质层的崩落。所以能够减小发电元件的破损风险,能够使电池的可靠性进一步提高。另外,由于固体电解质层被分为2层以上,因此密封部件容易形成向固体电解质层之间突出的形状,电池的制造变得容易。

另外,例如所述密封部件可以具有位于所述负极集电体侧且包含第1材料的第1密封部件、和位于所述正极集电体侧且包含与所述第1材料不同的第2材料的第2密封部件。

由此,能够从反应性或机械特性等观点出发,在正极侧和负极侧的密封部件上分别选择最合适的密封材料。由此,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,例如所述密封部件可以包含具有绝缘性并且不具有离子传导性的材料。

由此,密封部件的材料为绝缘性,因此能够抑制负极集电体与正极集电体之间的导通。另外,通过密封部件的材料不具有离子传导性,例如能够抑制由密封材料与其他电池部件等的接触导致的电池特性降低。由此,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,例如所述密封部件可以包含树脂或密封剂。

由此,密封部件包含树脂或密封剂,因此在对电池施加了外力的情况或者电池暴露于湿润气氛或气体成分中的情况下,通过密封部件的可挠性、柔软性或气体阻隔性,能够抑制对发电元件造成不良影响。由此,能够使电池的可靠性进一步提高。

另外,例如所述密封部件可以包含选自环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂和倍半硅氧烷中的至少一种。

由此,环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂和倍半硅氧烷是在初期状态下具有流动性,然后能够通过例如紫外线照射、热处理等丧失流动性而发生固化的材料,因此能够使用容易固化的材料形成密封部件。另外,根据需要通过热处理或紫外线照射进行临时固化、或者通过热处理或紫外线照射进行正式固化,由此在制造的各个阶段中也能够抑制密封部件的变形。

另外,例如所述密封部件可以包含粒子状的金属氧化物材料。

由此,例如能够使电池形状的维持力、绝缘性、导热性、防湿性等的密封部件的特性进一步提高。

以下,参照附图对本公开的实施方式进行说明。

再者,以下说明的实施方式都表示概括的或具体的例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式、步骤、步骤的顺序等只是一例,其主旨并不限定本公开。另外,关于以下的实施方式中的构成要素之中未记载于独立权利要求的构成要素,作为任意的构成要素进行说明。

另外,各图是示意图,并不一定严格地进行图示。因此,例如各图中的比例尺等并不一定一致。另外,各图中对实质相同的构成附带相同标记,省略或简化重复的说明。

另外,本说明书中,平行等表示要素之间关系的用语和矩形等表示要素形状的用语以及数值范围,并不仅仅表示严格的含义,而是指实质相同的范围,例如包括百分之几左右的差异。

另外,本说明书和附图中,x轴、y轴和z轴表示三维直角坐标系的三个轴。各实施方式中,将z轴方向作为电池的厚度方向。另外,本说明书中,“厚度方向”是指与各层层叠的面垂直的方向。

另外,本说明书中“俯视”是指沿着电池的层叠方向观察电池的情况,本说明书中“厚度”是指电池和各层的层叠方向的长度。另外,本说明书中“层叠面”是指沿着电池的层叠方向观察电池时的面。即、“层叠面”是与层叠方向交叉的面。例如,层叠面是与层叠方向实质垂直的面。另外,本说明书中“侧面”是指从与电池的层叠方向垂直的方向观察电池时的面。即、“侧面”是指与垂直于层叠方向的方向交叉的面。例如,侧面是与层叠方向实质平行的面。

另外,本说明书中“内侧”和“外侧”等的“内”和“外”是指沿着电池的层叠方向观察电池时的内、外。

另外,本说明书中,电池的结构中的“上”和“下”这样的用语,并不是指绝对空间认知上的上方向(铅垂上方)和下方向(铅垂下方),而是作为以层叠结构的层叠顺序为基础通过相对位置关系进行规定的用语。另外,“上方”和“下方”这样的用语,不仅适用于两个构成要素彼此空出间隔地配置而在两个构成要素之间存在其他构成要素的情况,也适用于两个构成要素彼此贴合配置而使两个构成要素接触的情况。

(实施方式1)

图1是表示实施方式1中的电池1000的大致结构的剖视图。具体而言,图1的(a)是表示电池1000的大致结构的剖视图,表示图1的(b)中由1A-1A线所示的位置处的截面。图1的(b)是表示电池1000的大致结构的顶部透视图。图1的(b)中,将从上方观察电池1000时的电池1000的各构成要素的俯视形状用实线或虚线表示。

如图1所示,实施方式1中的电池1000具备发电元件100、负极集电体210、正极集电体220和密封部件310。详细而言,电池1000具备:正极集电体220;在正极集电体220上接触配置的正极活性物质层120;以覆盖正极活性物质层120的方式配置的固体电解质层130;在固体电解质层130上接触配置的负极活性物质层110;在负极活性物质层110上接触配置的负极集电体210;和密封部件310。

俯视时负极活性物质层110的面积大于固体电解质层130的面积。俯视时正极集电体220和负极集电体210各自的面积大于负极活性物质层110的面积。密封部件310在俯视时位于固体电解质层130的外侧,在与层叠方向垂直的截面中,配置于在层叠方向上被正极集电体220的一部分和负极活性物质层110的一部分夹着的区域、以及在层叠方向上被正极集电体220的另一部分和负极集电体210的另一部分夹着的区域。再者,本公开中,“与层叠方向垂直的截面”是指如图1的(a)那样从与层叠方向垂直的方向观察平行于层叠方向的截面。

另外,密封部件310与正极集电体220、负极活性物质层110和负极集电体210接触配置。另外,密封部件310与负极活性物质层110的层叠面接触。再者,俯视时密封部件310的一部分可以配置在固体电解质层130的内侧。

发电元件100配置于负极集电体210与正极集电体220之间。如图1所示,发电元件100包含负极活性物质层110和正极活性物质层120。发电元件100还包含固体电解质层130。负极活性物质层110、固体电解质层130、和正极活性物质层120,沿着电池1000的厚度方向(z轴方向),从负极集电体210侧起依次层叠。

负极活性物质层110例如包含负极活性物质作为电极材料。负极活性物质层110与正极活性物质层120相对配置。

作为负极活性物质层110中所含有的负极活性物质,例如可使用石墨、金属锂等的负极活性物质。作为负极活性物质的材料,可使用能够使锂(Li)或镁(Mg)等的离子脱离和插入的各种材料。

另外,作为负极活性物质层110中含有的材料,例如可以使用无机系固体电解质等的固体电解质。作为无机系固体电解质,例如可使用硫化物固体电解质或氧化物固体电解质等。作为硫化物固体电解质,例如可使用硫化锂(Li

负极活性物质层110例如可以通过将负极活性物质层110中含有的材料与溶剂一起混炼,将所得到的糊状的涂料涂布在负极集电体210的表面上并进行干燥来制作。为了提高负极活性物质层110的密度,可以在干燥后对包含负极活性物质层110和负极集电体210的负极板进行压制。负极活性物质层110的厚度例如为5μm以上且300μm以下,但不限于此。

正极活性物质层120是包含例如活性物质等的正极材料的层。正极材料是构成负极材料的对电极的材料。正极活性物质层120例如包含正极活性物质。

作为正极活性物质层120中所含有的正极活性物质,例如可使用钴酸锂复合氧化物(LCO)、镍酸锂复合氧化物(LNO)、锰酸锂复合氧化物(LMO)、锂-锰-镍复合氧化物(LMNO)、锂-锰-钴复合氧化物(LMCO)、锂-镍-钴复合氧化物(LNCO)、锂-镍-锰-钴复合氧化物(LNMCO)等的正极活性物质。

作为正极活性物质的材料,可使用能够使锂或镁等的离子脱离和插入的各种材料。

另外,作为正极活性物质层120中含有的材料,例如可使用无机系固体电解质等的固体电解质。作为无机系固体电解质,例如可使用硫化物固体电解质或氧化物固体电解质等。作为硫化物固体电解质,例如可使用硫化锂(Li

正极活性物质层120例如可以通过将正极活性物质层120中含有的材料与溶剂一起混炼,将所得到的糊状的涂料涂布在正极集电体220的表面上并进行干燥来制作。为了提高正极活性物质层120的密度,可以在干燥后对包含正极活性物质层120和正极集电体220的正极板进行压制。正极活性物质层120的厚度例如为5μm以上且300μm以下,但不限于此。

固体电解质层130配置于负极活性物质层110与正极活性物质层120之间。固体电解质层130与负极活性物质层110和正极活性物质层120分别接触。固体电解质层130是包含电解质材料的层。作为电解质材料,可使用通常公知的电池用的电解质。固体电解质层130的厚度可以为5μm以上且300μm以下,或者也可以为5μm以上且100μm以下。

固体电解质层130可以包含固体电解质。具备发电元件100的电池1000例如可以是全固体电池。

固体电解质层130由主要覆盖负极活性物质层110的负极侧固体电解质层131和主要覆盖正极活性物质层120的正极侧固体电解质层132构成。可以将负极侧固体电解质层131和正极侧固体电解质层132一体化形成而作为固体电解质层130使用。在将负极侧固体电解质层131和正极侧固体电解质层132一体形成的情况下,本实施方式中的负极侧固体电解质层131和正极侧固体电解质层132在与固体电解质层130平行的任意的内部平面接合。

作为固体电解质,例如可使用无机系固体电解质等的固体电解质。作为无机系固体电解质,例如可使用硫化物固体电解质或氧化物固体电解质或卤化物固体电解质等。作为硫化物固体电解质,例如可使用硫化锂(Li

实施方式1中,负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130维持平行平板状。由此,能够抑制由弯曲导致的开裂或崩落的发生。再者,可以使负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130一起平滑地弯曲。

负极集电体210和正极集电体220分别是具有导电性的部件。负极集电体210和正极集电体220例如可以分别是具有导电性的薄膜。作为构成负极集电体210和正极集电体220的材料,例如可使用不锈钢(SUS)、铝(Al)、铜(Cu)等金属。

负极集电体210与负极活性物质层110接触配置。作为负极集电体,例如可使用SUS箔、Cu箔等金属箔。负极集电体210的厚度例如为5μm以上且100μm以下,但不限于此。再者,负极集电体210在与负极活性物质层110接触的部分,例如可以具备包含导电性材料的层即集电体层。

正极集电体220与正极活性物质层120接触配置。作为正极集电体220,例如可使用SUS箔、Al箔等金属箔。正极集电体220的厚度例如为5μm以上且100μm以下,但不限于此。再者,正极集电体220在与正极活性物质层120接触的部分,例如可以具备包含导电性材料的层即集电体层。

密封部件310配置于负极集电体210与正极集电体220之间。另外,密封部件310与发电元件100的侧面接触配置。也就是说,密封部件310以完全覆盖发电元件100的方式配置。密封部件310例如使用电绝缘材料形成。密封部件310作为维持负极集电体210与正极集电体220的间隔的间隔件发挥作用。

例如,密封部件310是包含第1材料的部件。密封部件310例如可以是包含第1材料作为主成分的部件。密封部件310例如也可以是仅由第1材料构成的部件。

作为第1材料,例如可使用密封剂等通常公知的电池密封部件材料。作为密封剂,可举出陶瓷系密封剂、树脂系密封剂等。再者,第1材料可以包含具有绝缘性并且不具有离子传导性的材料。作为第1材料,例如可以包含树脂材料。另外,例如第1材料可以包含热固化性树脂、紫外线等光固化性树脂和热熔树脂(热塑性树脂)中的任一者。例如,第1材料可以包含具有热固化性或光固化性的环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂和倍半硅氧烷中的至少一种。

密封部件310可以包含粒子状的金属氧化物材料。作为金属氧化物材料,可使用氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化铈、氧化铁、氧化钨、氧化锆、氧化钙、沸石、玻璃等。例如,密封部件310可以使用分散有由金属氧化物材料构成的多个粒子的树脂材料形成。

金属氧化物材料的粒子尺寸为负极集电体210与正极集电体220的间隔以下即可。金属氧化物材料的粒子形状可以是正圆状(球状)、椭圆球状、棒状等。

在俯视时,负极活性物质层110的形成区域形成得比负极集电体210和正极集电体220各自的形成区域小,位于负极集电体210和正极集电体220的形成区域的内部。在俯视时,固体电解质层130的形成区域形成得比负极集电体210、正极集电体220和负极活性物质层110的形成区域都小,位于负极集电体210、正极集电体220和负极活性物质层110的形成区域的内部。

另外,在俯视时,正极活性物质层120的形成区域形成得比固体电解质层130的形成区域小,位于固体电解质层130的形成区域的内部。在俯视时,负极集电体210和正极集电体220形成在相同的位置。由此,正极集电体220的一部分配置在负极活性物质层110的外周部周边的与未接合固体电解质层130的区域相对的位置。另外,正极集电体220的另一部分配置在负极集电体210的外周部周边的与未接合负极活性物质层110的区域相对的位置。

根据以上技术构成,在俯视时,通过将负极活性物质层110的形成区域形成得比负极集电体210的形成区域小,能够将密封部件310在比负极活性物质层110靠外侧的区域的负极集电体210面上接触配置。由此,能够保护负极活性物质层110免受冲击或外部气体的影响。另外,在俯视时,通过将负极活性物质层110的形成区域形成得比负极集电体210小,能够将密封部件310与负极活性物质层110的侧面接触配置。由此,能够利用密封部件310支承负极活性物质层110,因此能够抑制负极活性物质层110的侧面崩坏。

另外,在俯视时,通过将固体电解质层130的形成区域形成得比负极活性物质层110的形成区域小,能够与比固体电解质层130靠外侧的区域的负极活性物质层110的主面上(即层叠面)的一部分接触地配置密封部件310。由此,能够从侧面和主面(即层叠面)这两方支承负极活性物质层110的端部附近,从而能够进一步抑制负极活性物质层110的端面崩坏。

另外,在俯视时,通过将正极活性物质层120的形成区域形成得比固体电解质层130的形成区域小,能够利用固体电解质130覆盖除了与正极集电体220接触的面以外的正极活性物质层120的侧面和层叠面的整个面,与负极活性物质层110相对地,隔着固体电解质层130接合。由此,能够以正极活性物质层120的面积正确地设计电池的容量,提高电池的容量精度。另外,能够使正极活性物质层120整体均匀地发生电化学反应,因此能够提高电池的长期可靠性。

通过将正极集电体220的一部分与负极活性物质层110的外周部周边的未接合固体电解质层130的区域相对地配置,能够与负极活性物质层110的主面(即层叠面)的一部分和正极集电体220的主面(即层叠面)的一部分这两方接触地配置密封部件310。另外,通过将正极集电体220的另一部分与负极集电体210的外周部周边的未接合负极活性物质层110的区域相对地配置,能够与彼此相对的负极集电体210的主面的一部分和正极集电体220的主面的另一部分这两方接触地配置密封部件310。由此,能够利用密封部件310将负极集电体210和正极集电体220牢固地接合。通过利用密封部件310将负极集电体210和正极集电体220的外周部周边在整个区域上牢固地接合,能够将电池的发电元件100密封,保护发电元件100免受冲击或外部气体的影响。

图8是表示比较例的电池大致结构的图,如作为比较例示出的图8的电池1700那样,在与正极集电体220相对的负极活性物质层110的主面(即层叠面)全部被固体电解质层130覆盖的情况下,在俯视时正极集电体220与负极集电体210之间,会产生仅存在密封部件310的部分和仅存在固体电解质层130的部分。此时,在对电池1700施加了冲击的情况以及充放电时负极活性物质层110发生膨胀收缩的情况下,会对负极集电体210与固体电解质层130之间施力,负极集电体210与固体电解质层130的接合容易变得不充分,导致密封结构的劣化。

与上述相对地,如图1的实施方式1中的电池1000那样,如果将俯视时的固体电解质层130的形成区域形成得比负极活性物质层110小,则能够在比固体电解质层130靠外侧的区域的负极活性物质层110的层叠面上接触配置密封部件310。由此,负极活性物质层110被密封部件310牢固地保持,能够抑制对电池施加了冲击的情况和在充放电时负极活性物质层110发生了膨胀收缩的情况下的固体电解质层130的剥离,因此能够提高电池的可靠性。

另外,如比较例的图8的电池1700那样,在与正极集电体220相对的负极活性物质层110的主面全被固体电解质层130覆盖的情况下,在负极活性物质层110的侧面上形成有固体电解质层130的部分和在正极活性物质层120的侧面上形成有固体电解质层130的部分可以接近地相对。与在负极活性物质层110的比侧面靠内侧的主面(即层叠面)上形成有固体电解质层130的部分和在正极活性物质层120的比侧面靠内侧的主面(即层叠面)上形成有固体电解质层130的部分相比,在负极活性物质层110的侧面上形成有固体电解质层130的部分和在正极活性物质层120的侧面上形成有固体电解质层130的部分更容易产生由膜厚、膜密度的不均匀引起的机械强度的问题。因此,当这样的部分接近地存在于正极侧和负极侧这两侧时,在电池1700受到冲击的情况下容易发生微短路。

如图1的实施方式1中的电池1000那样,通过将俯视时的固体电解质层130的形成区域形成得比负极活性物质层110的形成区域小,由于在负极活性物质层110的侧面上不形成固体电解质层130,因此能够提高电池的可靠性。

[变形例]

以下,对实施方式1的多个变形例进行说明。另外,在以下的多个变形例的说明中,以与实施方式1的不同点或者变形例之间的不同点为中心进行说明,省略或者简化共同点的说明。

<变形例1>

首先,利用图2对实施方式1的变形例1进行说明。图2是表示实施方式1的变形例1中的电池1100的大致结构的图。具体而言,图2的(a)是表示电池1100的大致结构的剖视图,表示在图2的(b)中由2A-2A线所示的位置处的截面。图2的(b)是表示电池1100的大致结构的顶部透视图。在图2的(b)中,将从上方观察电池1100时的电池1100的各构成要素的俯视形状用实线或虚线表示。

如图2所示,电池1100中,密封部件310在负极活性物质层110侧的负极侧固体电解质层131与正极活性物质层120侧的正极侧固体电解质层132之间突出。由此,能够更牢固地保持固体电解质层130,因此能够进一步提高电池的可靠性。

<变形例2>

利用图3对实施方式1的变形例2进行说明。图3是表示实施方式1的变形例2中的电池1200的大致结构的图。具体而言,图3的(a)是表示电池1200的大致结构的剖视图,表示在图3的(b)中由3A-3A线所示的位置处的截面。图3的(b)是表示电池1200的大致结构的顶部透视图。在图3的(b)中,将从上方观察电池1200时的电池1200的各构成要素的俯视形状用实线或虚线表示。

如图3所示,电池1200在密封部件310与固体电解质层130之间存在空隙350。空隙350的一部分与负极活性物质层110的一部分接触。空隙350被气体充满。作为所充满的气体,例如为空气,但也可以是氩气等稀有气体或氮气等。另外,空隙350可以被减压至低于大气压。再者,空隙350是空间的一个例子。

通过空隙350,能够释放由于从电池1200的侧面方向施加外力冲击时以及充放电时负极活性物质层110和正极活性物质层120发生了膨胀收缩时的变形引起的应力的一部分,因此能够进一步提高电池的可靠性。

另外,由于发电元件100与空隙350接触,因此即使在由于充放电等而从发电元件100产生了气体的情况下,也能够通过空隙350缓和气体的压力,抑制由于所产生的气体导致发电元件100的层间剥离。

<变形例3>

利用图4对实施方式1的变形例3进行说明。图4是表示实施方式1的变形例3中的电池1300的大致结构的图。具体而言,图4的(a)是表示电池1300的大致结构的剖视图,表示在图4的(b)中由4A-4A线所示的位置处的截面。图4的(b)是表示电池1300的大致结构的顶部透视图。在图4的(b)中,将从上方观察电池1300时的电池1300的各构成要素的俯视形状用实线或虚线表示。

如图4所示,电池1300的密封部件310的一部分与固体电解质层130接合,并且在密封部件310与固体电解质层130之间以及密封部件310与负极活性物质层110之间具有空隙352。空隙352是由密封部件310和固体电解质层130或密封部件和负极活性物质层110包围的空间。空隙352被气体充满。作为所充满的气体,例如为空气,但也可以是氩气等稀有气体或氮气等。另外,空隙352可以被减压至低于大气压。

由此,密封部件310能够防止固体电解质层130的崩落,并且能够通过空隙352减轻电池1400受到冲击时对发电元件100的损伤,因此能够提高电池相对于冲击的可靠性。

另外,在由于充放电等而产生来自发电元件100的气体的情况下,也能够通过空隙352缓和气体的压力,抑制由于所产生的气体导致发电元件100的层间剥离。

<变形例4>

利用图5对实施方式1的变形例4进行说明。图5是表示实施方式1的变形例4中的电池1400的大致结构的图。具体而言,图5的(a)是表示电池1400的大致结构的剖视图,表示在图5的(b)中由5A-5A线所示的位置处的截面。图5的(b)是表示电池1400的大致结构的顶部透视图。在图5的(b)中,将从上方观察电池1400时的电池1400的各构成要素的俯视形状用实线或者虚线表示。

如图5所示,电池1400的密封部件310具有直径比发电元件的厚度和宽度小的微小的空孔354。即、电池1400在密封部件310的内部具有空孔354。空孔354是在密封部件310的内部独立的空孔,被密封部件310完全包围。空孔354被气体充满。作为所充满的气体,例如为空气,但也可以是氩气等稀有气体或氮气等。另外,空孔354可以被减压至低于大气压。再者,空孔354是空间的一个例子。

由此,能够通过密封部件310中的空孔354的变形来减轻电池1400受到冲击时对发电元件100的损伤,因此能够提高电池1400相对于冲击的可靠性。

<变形例5>

利用图6对实施方式1的变形例5进行说明。图6是表示实施方式1的变形例5中的电池1500的大致结构的图。具体而言,图6的(a)是表示电池1500的大致结构的剖视图,表示在图6的(b)中由6A-6A线所示的位置处的截面。图6的(b)是表示电池1500的大致结构的顶部透视图。在图6的(b)中,将从上方观察电池1500时的电池1500的各构成要素的俯视形状用实线或虚线表示。

如图6所示,电池1500的密封部件310比负极集电体210和正极集电体220的侧面更向外侧突出。由此,在施加外力冲击时,容易避免对负极集电体210和正极集电体220直接施加力,能够利用密封部件310的弹性吸收一部分冲击力,因此能够抑制电池的破损。

<变形例6>

利用图7对实施方式1的变形例6进行说明。图7是表示实施方式1的变形例6中的电池1600的大致结构的图。具体而言,图7的(a)是表示电池1600的大致结构的剖视图,表示在图7的(b)中由7A-7A线所示的位置处的截面。图7的(b)是表示电池1600的大致结构的顶部透视图。在图7的(b)中,将从上方观察电池1600时的电池1600的各构成要素的俯视形状用实线或虚线表示。

如图7所示,电池1600具有第1密封部件311和第2密封部件312来代替密封部件310。第1密封部件311位于靠近负极集电体210的一侧,包含第1材料。第2密封部件312位于比第1密封部件311更靠近正极集电体220的一侧,并包含第2材料。第2材料是与第1材料不同的材料。第2材料例如是具有绝缘性并且不具有离子传导性的材料。第2材料可以包含树脂或密封剂。第2材料例如可以是从可用作第1材料的多种材料中选择的、与第1密封部件311所包含的材料不同的材料。例如,第2材料可以是具有热固化性或光固化性的环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂和倍半硅氧烷之中未包含在第1密封部件311中的材料。第2材料可以包含粒子状的金属氧化物材料。

根据具有第1密封部件311和第2密封部件312的结构,能够从反应性或机械特性等观点出发,选择最适合于正极侧和负极侧各自的密封部件的材料。由此,能够进一步提高电池1600的可靠性。

[电池的制造方法]

接着,对实施方式1和各变形例中的电池的制造方法的一例进行说明。以下,利用图9对上述变形例3中的电池1300的制造方法进行说明。对于其他电池1000、1100、1200、1400、1500和1600也是同样的。

图9是表示电池1300的制造方法的一例的剖视图。

首先,准备将正极材料与溶剂一起混炼而成的糊状的涂料。将该涂料涂布在正极集电体220上。即、形成正极活性物质层120。进而,以覆盖被涂布的正极活性物质层120整体的方式,将固体电解质材料与溶剂一起混炼而成的糊状的涂料涂布在正极集电体220上,并进行干燥。即、形成正极侧固体电解质层132。由此,制作出如图9(a)所示的正极板。再者,正极材料和固体电解质材料也可以利用不含溶剂的材料进行准备。

接着,如图9的(b)所示,在正极侧固体电解质层132的周边部涂布密封材料。即、形成密封部件310。根据正极活性物质层120、正极侧固体电解质层132、负极活性物质层110和负极侧固体电解质层131的厚度来适当调节密封部件310的厚度,由此能够在电池形成时调整密封材料的扩展程度。通过对形成的密封部件310的厚度进行调整,在电池构成时密封部件310的一部分也可以成为向固体电解质层130的内部或电池的外侧突出的突出部分。用于形成固体电解质层130或固体电解质层130的突出部分的方法不限于此。

另外,通过在密封部件310的形成位置与正极侧固体电解质层132之间设置微小的空间,能够在接合后的密封部件310与发电元件100之间形成微小的空隙352。

另外,在涂布密封材料之后,可以进行热处理或紫外线照射等。由此,在密封材料包含热固化性材料或光固化性材料的情况下,能够在保持涂料的流动性的同时增加粘度,从而促进涂料的固化。通过利用这样的增粘和固化,能够控制密封部件310的变形。

接着,准备将负极材料与溶剂一起混炼而成的糊状的涂料。将该涂料在比正极侧固体电解质层132更大的范围涂布于负极集电体210上。即、形成负极活性物质层110。进而,以比涂布的负极活性物质层110小的范围、例如与正极侧固体电解质层132相同面积的方式,将固体电解质材料涂布于负极活性物质层110上,并进行干燥。即、形成负极侧固体电解质层131。由此,制作负极板。再者,负极材料也可以利用不含溶剂的材料进行准备。

接着,如图9的(c)所示,使用具备上夹具510和下夹具520的加压夹具500,将正极侧固体电解质层132和负极侧固体电解质层131的位置对齐,将负极板和正极板压接。具体而言,将负极板和正极板夹入上夹具510与下夹具520之间进行压接。

此时,例如通过预先对加压夹具进行加温,并在密封部件中混入会因热而产生气体的发泡源,能够在接合后的密封部件310中获得多个微小的空孔354。

由此,如图9的(d)所示,制造电池1300。

再者,例如在密封材料包含热固化性材料或光固化性材料的情况下,也可以通过热处理或紫外线照射等使密封部件310完全固化。由此,能够使密封状态更牢固。

另外,可以将密封材料涂布在负极集电体210上和负极活性物质层110上,来代替将密封材料涂布在正极集电体220上。

另外,也可以在负极集电体210和负极活性物质层110、与正极集电体220这两方分别涂布密封材料。也就是说,可以在负极板和正极板上分别形成密封部件310的一部分之后,再将负极板和正极板贴合。由此,一次形成的密封部件310的量减少,因此能够更快速地形成密封部件310。另外,通过使负极板与密封部件310的接合以及正极板与密封部件310的接合切实可靠,能够使隔着密封部件310的负极板与正极板的接合更牢固。另外,由于密封部件310的突起变低,因此能够将工序中途的负极板或正极板容易地卷取。另外,通过在负极板和正极板分别使用第1材料和第2材料,能够在负极板和正极板分别选择最佳的不同的密封材料。

经过以上的工序,通过将负极板和正极板压接,能够利用密封部件310来防止负极集电体和正极集电体的短路,并且将负极集电体和正极集电体牢固地接合。另外,作为密封部件310所包含的第1材料,通过使用与固体电解质材料相比耐冲击性、绝缘性等特性更优异的材料,能够提高对电池施加冲击时的耐冲击性。

如上所述,在图9所示的电池1300的制造方法中,包括在将正极板和负极板贴合之前,事先形成密封部件310的工序。由此,能够在负极集电体210与正极集电体220之间配置密封部件310,能够在不增加电池1300的厚度的情况下,大幅减小由于负极集电体210与正极集电体220直接接触而引起短路的风险。同时,能够强化发电元件100的外周部周边的正极板与负极板的接合强度。另外,由于密封部件310也形成在负极活性物质层110上,因此负极活性物质层110被密封部件310牢固地保持,能够抑制在充放电时负极活性物质层110发生了膨胀收缩时的固体电解质层130的剥离。

再者,也可以调整形成密封部件310的位置、负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130各自的形状、负极集电体210和正极集电体220的大小等。由此,能够分别制作实施方式1和各变形例中所示的电池。另外,通过进行多个电池的层叠,能够分别制作后述的实施方式2中所示的层叠电池。

(实施方式2)

以下,对实施方式2进行说明。另外,在以下的说明中,以与上述的实施方式1以及各变形例的不同点为中心进行说明,适当省略或者简化共同点的说明。

图10是表示实施方式2中的层叠电池2000的大致结构的剖视图。实施方式2中的层叠电池2000是将多个上述实施方式1中的电池1000层叠并且电连接而成的层叠电池。

在图10所示的例子中,层叠电池2000具有将三个电池2002、2004和2006按该顺序层叠而成的结构。例如,电池2002、2004和2006分别具有与实施方式1中的电池1000相同的结构。例如,电池2002、2004和2006中的至少一者可以是实施方式1的电池1000,也可以是实施方式1的变形例1~变形例6的电池1100~电池1600中的至少一者。

在叠层电池2000中,通过将预定的电池(例如单电池)的负极集电体210与其他电池(例如单电池)的正极集电体220接合,能够将多个电池串联叠层。具体而言,如图10所示,电池2002、2004和2006各自的正负极的上下相同,电池2002的正极集电体220与电池2004的负极集电体210接合,电池2004的正极集电体220与电池2006的负极集电体210接合,电池2002、2004和2006串联连接。负极集电体210与正极集电体220的接合可以直接接合,也可以通过导电性接合剂或焊接法等接合。也可以使用预先成为一体的负极集电体210和正极集电体220。通过在层叠电池2000的外周形成外侧密封件340,能够进行层叠电池2000整体的密封,进一步提高电池的可靠性。

再者,层叠电池所具备的电池的数量可以是3个以上,也可以仅是2个。通过调整层叠的电池的数量,能够得到期望的电池特性。

另外,如图11所示,在使用约束加压上夹具552和约束加压下夹具551从两侧对层叠电池2100进行约束加压的同时,层叠电池2100能够从负极集电板571和正极集电板572进行充放电。

另外,在构成层叠电池时,根据所需特性,例如可以像图12所示的层叠电池2200那样,将多个电池并联连接。在图12中,与图10相比,电池2004的层叠方向相反,电池2002的正极集电体220与电池2004的正极集电体220接合。另外,电池2004的负极集电体210与电池2006的负极集电体210接合。多个同极集电体分别通过并联集电体230连接。

另外,层叠电池所包含的电池也可以是并联连接的2个以上的电池和串联连接的2个以上的电池混合存在。由此,能够以有限的体积实现高电池容量的层叠电池。关于串联、并联或它们的混合,能够通过公知技术中多个单电池单元间的集电体的连接方法的变更而容易地实现。

根据以上的技术构成,通过将多个单电池串联层叠,能够得到高电压。因此,能够实现串联型且短路风险小的层叠电池。即、能够形成由集电体彼此接触导致的短路风险小、且具有串联层叠的双极结构的层叠电池。另外,通过将多个单电池并联层叠,能够得到高电池容量的层叠电池。因此,能够实现并联型且短路风险小的层叠电池。即、能够形成由集电体彼此接触导致的短路风险小、且具有并联层叠的结构的层叠电池。

再者,层叠电池也可以内包于密封壳体。作为密封壳体,例如可使用层压袋、金属罐、树脂壳体等密封壳体。通过使用密封壳体,能够抑制发电元件因水分而劣化。

(其他实施方式)

以上,基于实施方式对一个或多个方案的电池进行了说明,但本公开并不限定于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨,对各实施方式实施本领域技术人员能够想到的各种变形而得到的方案、以及将不同的实施方式中的构成要素组合而构建的方案,也包含在本发明的范围内。

另外,上述各实施方式可以在权利要求的范围或与其均等的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。

例如,在上述实施方式中,正极侧固体电解质层和负极侧固体电解质层在俯视下为相同面积,形成于重叠的位置,但不限于此,也可以使正极侧固体电解质层和负极侧固体电解质层的任一者在俯视下的面积更大,在固体电解质层彼此不接触的面上形成密封部件。

另外,在上述实施方式中,正极集电体的层叠面和侧面的整个面被固体电解质层覆盖,但不限于此,也可以是仅覆盖层叠面侧的形状,侧面与密封部件接触。

产业可利用性

本公开的电池能够用作电子设备、电器装置、电动车辆等的电池。

附图标记说明

100发电元件

110负极活性物质层

120正极活性物质层

130固体电解质层

131负极侧固体电解质层

132正极侧固体电解质层

210负极集电体

220正极集电体

310密封部件

311第1密封部件

312第2密封部件

340外侧密封件

350、352空隙

354空孔

500加压夹具

510上夹具

520下夹具

551约束加压下夹具

552约束加压上夹具

571负极集电板

572正极集电板

1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700电池

2000、2100、2200层叠电池

相关技术
  • 用于连接电池组的多个电池组电池的方法和包括具有多个电池组电池和多个分别被分配给电池组电池的电池组电池监视模块的电池组的电池组系统
  • 电池组电池的电池载体和电池连接器及电池组模块、电池组、电池组系统、车辆和制造电池组模块的方法
技术分类

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