固体电池
文献发布时间:2023-06-19 11:32:36
技术领域
本发明涉及一种固体电池。
背景技术
近年来,电池作为便携式电话机、便携式个人电脑等便携式电子设备的电源,其需要扩大。在用于这些用途的电池中,一直以来使用有机溶剂等电解质(电解液)作为用于使离子移动的介质。但是,在上述构成的电池中,存在电解液泄漏的危险性。另外,用于电解液的有机溶剂等是可燃性物质。故而,要求提高电池的安全性。
因而,为了提高电池的安全性,正在对使用固体电解质来代替电解液作为电解质的固体电池进行研究。
作为固体电池,例如,专利文献1中公开了具有一个以上的正极层及一个以上的负极层借由固体电解质层交替层叠而成的层叠结构的固体电池,在层叠结构的端面上具有端面电极。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-216235号公报。
发明内容
发明要解决的课题
然而,本发明的发明人等发现,在从提高固体电池的能量密度的观点出发,省略了集电层及集电体(例如箔)而使电极层承担作为电极的功能和作为集电层或集电体的功能的情况下,电池特性会降低。
详细而言,作为省略了集电层及集电体(例如箔)的固体电池,已知有例如如图10所示那样具有一个以上的正极层101及一个以上的负极层102借由固体电解质层103交替层叠而成的层叠结构的固体电池,其中,在层叠结构的端面上具有端面电极104(104a、104b)。在这样的固体电池中,如图10的A'部及B'部所示,正极层101及负极层102分别在端面电极104a、104b的侧的端部处以剖视时相对于水平面垂直的平面与端面电极104a、104b电连接。故而可知,容易产生电极层101、102与端面电极104的连接不良,结果导致电池特性降低。
因而,如图11所示,尝试了在端面电极104(104a、104b)上设置伸出部140(140a、140b),以抑制电极层101、102与端面电极104的连接不良。然而,如图11的A'部及B'部所示,正极层101及负极层102分别在端面电极104a、104b的侧的端部以剖视时相对于水平面垂直的平面与端面电极104a、104b的伸出部140a、140b电连接,故而仍然容易产生电极层101、102与端面电极104的连接不良。
本发明的目的在于提供一种能够更充分地抑制电极层(即,正极层及/或负极层)与端面电极的连接不良的固体电池。
用于解决课题的方案
本发明涉及一种固体电池,
具有一个以上的正极层及一个以上的负极层借由固体电解质层交替层叠而成的层叠结构,
所述固体电池在所述层叠结构的端面上具有正极及负极的端面电极,所述正极层或所述负极层中的至少一个电极层在和该电极层同极的所述端面电极的侧的端部具有剖视时向和该电极层同极的所述端面电极的侧突出的突出形状,同时与和该电极层同极的所述端面电连接。
发明的效果
本发明的固体电池即使具有无集电部件结构,也能够更充分地抑制电极层(即,正极层及/或负极层)与端面电极的连接不良。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的固体电池的示意性剖视图。
图2是根据本发明的第二实施方式的固体电池的示意性剖视图。
图3是根据本发明的第三实施方式的固体电池的示意性剖视图。
图4是根据本发明的第四实施方式的固体电池的示意性剖视图。
图5是根据本发明的第五实施方式的固体电池的示意性剖视图。
图6是根据本发明的第六实施方式的固体电池的示意性剖视图。
图7A是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7B是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7C是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7D是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7E是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7F是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7G是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7H是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7I是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7J是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7K是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7L是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7M是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7N是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7O是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)4附近的放大示意性剖视图。
图7P是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7Q是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7R是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7S是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图7T是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8A是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8B是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8C是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8D是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8E是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8F是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8G是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8H是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8I是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8J是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8K是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8L是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8M是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8N是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8O是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图8P是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9A是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9B是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9C是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9D是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9E是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9F是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9G是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)7附近的放大示意性剖视图。
图9H是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9I是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9J是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9K是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9L是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9M是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9N是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9O是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图9P是用于对本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。
图10示出现有的固体电池的一例的示意性剖视图。
图11示出现有的固体电池的一例的示意性剖视图。
具体实施方式
[固体电池]
本发明提供固体电池。本说明书中所述的“固体电池”广义上是指其组件(特别是电解质层)由固体构成的电池,狭义上是指其组件(特别是全部组件)由固体构成的“全固体电池”。本说明书中所述的“固体电池”包括可以反复进行充电及放电的所谓的“二次电池”、及仅可以进行放电的“一次电池”。“固体电池”较优选为“二次电池”。“二次电池”并不过分拘泥于其名称,也可以包括例如“蓄电器件”等电化学器件。
本说明书中所述的“俯视”是指从上侧或下侧沿着构成固体电池的后述的层的层叠方向D(或固体电池的厚度方向)观察目标物时的状态(俯视图或仰视图)。另外,本说明书中所述的“剖面视”是指从相对于构成固体电池的各层的层叠方向D(或固体电池的厚度方向)大致垂直的方向观察时的剖面状态(剖视图)。特别是,对正极层及负极层的端面电极的侧的端部进行说明时,剖面视是指用与层叠方向D平行且通过两个端面电极的面(特别是与划定两个端面电极之间的距离的直线平行的面)切割固体电池时的剖面状态(剖视图)。本说明书中直接或间接使用的“上下方向”及“左右方向”分别相当于图中的上下方向及左右方向。只要没有特别说明,则相同的符号或标记表示相同的部件及部位或相同含义的内容。在某一较优选方案中,铅直方向向下(即,重力作用的方向)可以理解为相当于“下方向”,其的相反朝向能够理解为相当于“上方向”。
本发明的固体电池100具有例如图1~图6中分别由符号“100A”、“100B”、“100C”、“100D”、“100E”及“100F”(以下,有时简称为“100”)所示那样的层状结构(特别是层叠结构或层叠结构体)。即,本发明的固体电池100中,一个以上的正极层1及一个以上的负极层2借由固体电解质层3交替层叠,并在层叠结构的端面上具有端面电极4(4a、4b)。层叠结构的端面是指包括所层叠的各层的端面且与层叠方向平行的面(所谓的侧面)。端面电极4a、4b通常形成于层叠结构中相对的两个端面。正极层1及负极层2的层叠数目任意,不受特别限制。本发明的固体电池可以具有并联结构,或者也可以具有串联结构。图1~图6分别为根据本发明的第一实施方式~第六实施方式的固体电池的示意性剖视图。
首先,对构成本发明的固体电池的各层(部件)进行说明。
(电极层)
电极层包括正极层1及负极层2。在本发明的固体电池中,电极层是兼具电池反应功能和集电功能的层,即包含活性物质及电子传导性材料。
正极层1包含所谓的正极活性物质及电子导电性材料,还可以进一步包含后述的固体电解质材料及/或接合性材料。正极层1通常由包含正极活性物质粒子及电子导电性材料的烧结体构成,也可以由包含正极活性物质粒子、电子传导性材料粒子、以及根据需要所含的固体电解质粒子及/或接合性材料的烧结体构成。
负极层2包含所谓的负极活性物质及电子导电性材料,还可以进一步包含后述的固体电解质材料及/或接合性材料。负极层2通常由包含负极活性物质粒子及电子导电性材料的烧结体构成,也可以由包含负极活性物质粒子、电子传导性材料粒子、以及根据需要所含的固体电解质粒子及/或接合性材料的烧结体构成。
正极层中所含的正极活性物质及负极层中所含的负极活性物质是在固体电池中参与电子授受的物质,通过构成固体电解质层的固体电解质材料中所含的离子在正极与负极之间移动(传导)以进行电子的授受,进而充放电。正极层及负极层特别优选为可以吸收及释放锂离子或钠离子的层。即,本发明的固体电池较优选为锂离子或钠离子借由固体电解质层在正极和负极之间移动以进行电池的充放电的固体二次电池。
作为正极层中所含的正极活性物质,其不受特别限制,可列举例如选自由下述构成的组中的至少一种:具有钠超离子导体型结构的含锂磷酸化合物、具有橄榄石型结构的含锂磷酸化合物、含锂层状氧化物、及具有尖晶石型结构的含锂氧化物等。作为具有钠超离子导体型结构的含锂磷酸化合物的一例,可列举Li
另外,作为可以吸收及释放钠离子的正极活性物质,可列举例如选自由下述构成的组中的至少一种:具有钠超离子导体型结构的含钠磷酸化合物、具有橄榄石型结构的含钠磷酸化合物、含钠层状氧化物及具有尖晶石型结构的含钠氧化物等。
作为负极层中所含的负极活性物质,其不受特别限制,可列举例如选自由下述构成的组中的至少一种:包含选自由Ti、Si、Sn、Cr、Fe、Nb、及、Mo构成的组中的至少一种元素的氧化物、石墨-锂化合物、锂合金、具有钠超离子导体型结构的含锂磷酸化合物、具有橄榄石型结构的含锂磷酸化合物、及具有尖晶石型结构的含锂氧化物等。作为锂合金的一例,可列举Li-Al等。作为具有钠超离子导体型结构的含锂磷酸化合物的一例,可列举:Li
另外,作为可以吸收及释放钠离子的负极活性物质,可列举选自由具有钠超离子导体型结构的含钠磷酸化合物、具有橄榄石型结构的含钠磷酸化合物、及具有尖晶石型结构的含钠氧化物等构成的组中的至少一种。
作为正极层及负极层中所含的电子传导性材料,其不受特别限制,可列举:银、钯、金、铂、铝、铜、镍等金属材料;及碳材料。特别是碳不易与正极活性物质、负极活性物质及固体电解质材进行反应,具有降低固体电池的内阻的效果,故较优选。
可以包含于正极层及负极层的固体电解质材料可以选自例如与后述的固体电解质层中可包含的固体电解质材料相同的材料。
可以包含于正极层及负极层的接合性材料可以选自例如与后述的接合部位中可包含的接合性材料相同的材料。
正极层及负极层可以进一步分别独立地包含烧结助剂。烧结助剂不受特别限制,可以为选自例如由锂氧化物、钠氧化物、钾氧化物、氧化硼、氧化硅、氧化铋及五氧化二磷构成的组中的至少一种。
电极层(正极层及负极层)的厚度不受特别限制,例如分别独立地为2μm以上且50μm以下,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选为5μm以上且30μm以下,更优选为5μm以上且20μm以下。
正极层1及负极层2的总层叠数目不受特别限制,可以为例如2个以上且2000个以下,特别是2个以上且200个以下。
(集电层)
本发明中,一部分电极层(即正极层1及/或负极层2的一部分)可以具有集电层5。例如,在图4所示的第四实施方式的固体电池100D中,正极层1具有集电层5,但从进一步提高固体电池的能量密度的观点出发,较优选全部的电极层不具有集电层5。
集电层可以是具有箔的形式,但从降低通过一体烧成来制造固体电池的成本及固体电池的内阻的观点出发,较优选具有烧结体的形式。
在集电层具有烧结体的形式的情况下,例如可以由包含电子传导性材料粒子及烧结助剂的烧结体构成。集电层中所含的电子传导性材料可以选自例如与电极层中可包含的电子传导性材料相同的材料。集电层中所含的烧结助剂可以选自例如与电极层中可包含的烧结助剂相同的材料。
集电层的厚度不受特别限制,可以为例如1μm以上且5μm以下,特别是1μm以上且3μm以下。
(固体电解质层)
固体电解质层3通过包含固体电解质粒子的烧结体而构成。作为固体电解质粒子的材料(即固体电解质材料),只要其能够提供可以在正极层与负极层之间移动(传导)的离子(例如锂离子或钠离子),则不受特别限制。作为固体电解质材料,可列举例如:具有钠超离子导体结构的含锂磷酸化合物、具有钙钛矿结构的氧化物、具有石榴石型或类石榴石型结构的氧化物等。作为具有钠超离子导体结构的含锂磷酸化合物,可列举:Li
另外,作为可以传导钠离子的固体电解质,可列举例如:具有钠超离子导体结构的含钠磷酸化合物、具有钙钛矿结构的氧化物、具有石榴石型或类石榴石型结构的氧化物等。作为具有钠超离子导体结构的含钠磷酸化合物,可列举Na
固体电解质层可以包含烧结助剂。固体电解质层中所含的烧结助剂可以选自例如与电极层中可包含的烧结助剂相同的材料。
固体电解质层的厚度不受特别限制,可以为例如1μm以上且15μm以下,特别是1μm以上且5μm以下。
(端面电极)
端面电极4是形成于层叠结构的端面的电极,通常是指形成于层叠结构体中相对的两个端面的正极及负极的端面电极(分别为4a、4b)。端面电极4a、4b分别可以形成于层叠结构的端面的整个面上,或者也可以形成于一部分。从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,端面电极4a、4b较优选形成于层叠结构的端面的整个面上。层叠结构的端面是指包含所层叠的各层的端面的与层叠方向平行的面(所谓的侧面)。
端面电极4通常由包含电子传导性材料粒子及烧结助剂的烧结体构成。端面电极4中所含的电子传导性材料可以选自例如与电极层中可包含的电子传导性材料相同的材料。端面电极4中所含的烧结助剂可以选自例如与电极层中可包含的烧结助剂相同的材料。
端面电极的厚度不受特别限制,可以为例如1μm以上且20μm以下,特别是1μm以上且10μm以下。
(接合部位)
如下所述,本发明的固体电池100可以包含接合部位6。接合部位是负责将电极层与和该电极层同极的端面电极接合的部位。
接合部位6通常由包含接合性材料的烧结体构成。接合性材料(例如粒子)是例如与电极层的构成材料(例如粒子)及端面电极的构成材料(例如粒子)接触烧结时,容易在这些粒子的界面上实现键合的无机系粒子。接合性材料可以具有或不具有电子传导性及/或离子导电性。作为接合性材料,可列举例如:石英玻璃(SiO
接合部位6除接合性材料之外还可以进一步包含电子传导性材料、固体电解质材料、及/或烧结助剂。接合部位6中所含的电子传导性材料可以选自例如与电极层中可包含的电子传导性材料相同的材料。接合部位6中所含的固体电解质材料可以选自例如与固体电解质层中可包含的固体电解质材料相同的材料。接合部位6中所含的烧结助剂可以选自例如与电极层中可包含的烧结助剂相同的材料。
接合部位6的厚度不受特别限制,通常可以为与和端面电极接合的电极层相同的厚度。
(本发明的固体电池的更重要的特征性结构)
本发明的固体电池具有无集电部件结构。无集电部件结构是指正极层或负极层中的至少一个电极层不具有集电层及集电体(例如箔)等集电部件的结构。“集电层及集电体(例如箔)等集电部件”是不直接有助于电池反应(例如产电子反应),而是专门发挥集电功能的部件,因此,与兼备作为电极的功能和作为集电体的功能的电极层不同。
具有无集电部件结构的电极层兼备作为电极的功能和作为集电体的功能。电极层兼备作为电极的功能和作为集电体的功能表示该电极层不仅进行电池反应(充放电反应),还将通过该反应产生的电子移动或诱导至端面电极。兼备这些功能的正极层及负极层等电极层通常包含活性物质及电子传导性材料,能够无需箔等集电体及集电层等其它部件而将电子移动至端面电极。
在本发明的固体电池中,如图1~图3及图5~图6所示,正极层1及负极层2这两个电极层可以均具有无集电部件结构,或者如图4所示,可以一个电极层具有无集电部件结构。在图4所示的本发明的第四实施方式的固体电池中,负极层2具有无集电部件结构,且正极层1具有集电部件(例如集电层)5,但也可以是负极层2具有集电部件(例如集电层),且正极层1具有无集电部件结构。在本发明的固体电池中,从进一步提高固体电池的能量密度的观点出发,较优选正极层1及负极层2这两个电极层均具有无集电部件结构。在本发明的固体电池中,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良、及进一步提高固体电池的能量密度的观点出发,较优选正极层1及负极层2这两个电极层均具有无集电部件结构,且具有后述的端部突状结构。
在本发明的固体电池中,如图1~图6所示,正极层1或负极层2中的至少一个电极层(特别是具有无集电部件结构的电极层)具有端部突状结构。端部突状结构是指电极层(特别是具有无集电部件结构的电极层)如图1~图6所示那样在和该电极层同极的端面电极4(4a、4b)的侧的端部(A1~A6及B1~B6)上具有剖视时向和该电极层同极的端面电极侧突出的突出形状,同时与和该电极层同极的端面电极4a、4b电连接着的结构。例如,如图1~图6所示,正极层1(特别是具有无集电部件结构的正极层1)在正极的端面电极4a的侧的端部(A1~A6)上具有剖视时向正极的端面电极侧突出的突出形状,同时与正极的端面电极4a电连接。另外,例如,如图1~图6所示,负极层2(特别是具有无集电部件结构的负极层2)在负极的端面电极4b的侧的端部(B1~B6)上具有剖视时向负极的端面电极侧突出的突出形状,同时与负极的端面电极4b电连接。
详细而言,电极层1、2在和该电极层同极的端面电极4(4a、4b)的侧的端部(A1~A6及B1~B6)上具有突出形状,该突出形状剖视时向与该电极层同极的端面电极4(4a、4b)侧突出。例如,正极层1在正极的端面电极4a的侧的端部(A1~A6)上具有突出形状,该突出形状剖视时向正极的端面电极4a的侧突出。另外,例如,负极层2在负极的端面电极4b的侧的端部(B1~B6)上具有突出形状,该突出形状剖视时向负极的端面电极4b的侧突出。
电极层1、2的端面电极4(4a、4b)的侧的端部(A1~A6及B1~B6)具有剖视时向和该电极层同极的端面电极侧突出的突出形状是指,剖视时该电极层的该端部的端面不是铅直线所示的面。详细而言,在各电极层1、2中,如图1~图6所示,和该电极层同极的端面电极4(4a、4b)的侧的端部(A1~A6及B1~B6)以剖视时通过划定该端部的端面的线段上的点中距离端面电极4最远的点J的铅直线X、Y为标准,向和该电极层同极的端面电极4(4a、4b)的侧Za、Zb突出。例如,在正极层1中,如图1~图6所示,正极的端面电极4a的侧的端部(A1~A6)以剖视时通过划定该端部的端面的线段上的点中距离端面电极4a最远的点J的铅直线X为标准,向正极的端面电极4a的侧(Za方向)突出。另外,例如,在负极层2中,如图1~图6所示,负极的端面电极4b的侧的端部(B1~B6)以剖视时通过划定该端部的端面的线段上的点中距离端面电极4b最远的点J的铅直线Y以标准,向负极的端面电极4b的侧(Zb方向)突出。铅直线表示相对于水平面垂直的直线。
电极层1、2各自的端面电极4(4a、4b)的侧的端部(A1~A6及B1~B6)可以与和该电极层同极的端面电极4(4a、4b)直接连接,或者也可以间接连接。端部与端面电极直接连接表示,该端部如图1的端部A1及B1、图2的端部A2及B2、图3的端部A3、图4的端部B4、及图5的端部B5那样与端面电极4直接电连接。端部与端面电极间接连接表示,该端部如图5的端部A5以及图6的端部A6及B6那样借由后述的接合部位6与端面电极4间接电连接。通过电极层的端部借由接合部位6与端面电极4间接电连接,能够增加该电极层相对于端面电极的接合强度,能够更充分地抑制由接合不良导致的电池特性的降低。另外,在正极层1的接合部位6a的颜色与负极层2的接合部位6b的颜色不同的情况下,容易区别正极层和负极层。
通过使本发明的固体电池在正极层1及/或负极层2等电极层的端面电极侧的端部具有端部突状结构,该电极层能够与端面电极或接合部位“交错”着接合。其结果,与不具有端部突状结构的情况相比,能够增加电极层和端面电极或接合部位的接合面积,从而能够更充分地抑制由接合不良导致的电池特性的降低。
电极层的端部突状结构的突出形状的突出长度L通常为5μm以上且500μm以下,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选为10μm以上且100μm以下。突出形状的突出长度L是指剖视时划定该端部的端面的线段上的点中距离端面电极最远的点J至最近的点K之间的水平方向上的长度(即距离)(例如,参见图1~图6、图7A、图8A及图9A)。
作为电极层可以具有的端部突状结构(例如,电极层1、2的端面电极侧的端部与端面电极4的连接面结构、及电极层1、2的端面电极侧的端部与接合部位6的连接面结构),只要该端部具有突出形状,则不受特别限制。例如,电极层1、2可以具有的端部突状结构(例如,电极层1、2的端面电极侧的端部与端面电极4的连接面结构、及电极层1、2的端面电极侧的端部与接合部位6的连接面结构)可以为如图1~图6(特别是这些图中的端部A1~A6及B1~B6)及图7A~图7T所示那样包含一个以上具有分阶段突出的突出形状的部分的台阶结构,也可以为如图8A~图8P所示那样包含一个以上具有直线状突出的突出形状的部分的倾斜结构,还可以为如图9A~图9P所示那样包含一个以上具有曲线状突出的突出形状的部分的弯曲结构,还可以为这些的复合结构。图7A~图7T、图8A~图8P及图9A~图9P均为在本发明的固体电池中负极层(或正极层)可以在端面电极侧的端部具有的端部突状结构的一例进行说明的负极层(或正极层)附近的放大示意性剖视图。图7A~图7T、图8A~图8P及图9A~图9P中示出了负极层2在左侧与负极侧的端面电极4b(特别是其的互补形状部40b)接合时的结构例,也一并示出了正极层1在左侧与正极侧的端面电极4a(特别是其的互补形状部40a)接合时的结构例。
在台阶结构(例如,图1~图6及图7A~图7T)中具有多个台阶部的情况下,作为各台阶部的突出长度(端面电极方向Z(Za、Zb)的长度)L1、L2、L3,只要全部台阶部的累积突出长度或最大突出长度在上述突出长度L的范围内即可。
在台阶结构(例如,图1~图6及图7A~图7T)中,作为各台阶部的高度H、H1、H2、H3、H4,只要全部台阶部的总高度为后述的电极层的厚度以下即可。各台阶部的高度H、H1、H2、H3、H4通常分别独立地为1μm以上且30μm以下,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选为1μm以上且20μm以下,更优选为1μm以上且10μm以下,进一步优选为1μm以上且5μm以下。
在倾斜结构(例如,图8A~图8P)上具有多个倾斜部的情况下,作为各倾斜部的突出长度(端面电极方向Z(Za、Zb)的长度)L1、L2、L3,只要全部倾斜部的累积突出长度或最大突出长度在上述突出长度L的范围内即可。
在倾斜结构(例如,图8A~图8P)中,作为各倾斜部的高度H、H1、H2、H3、H4,只要全部倾斜部的总高度为后述的电极层的厚度以下即可。各倾斜部的高度H、H1、H2、H3、H4通常分别独立地为1μm以上且30μm以下,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选为1μm以上且20μm以下,更优选为1μm以上且10μm以下,进一步优选为1μm以上且5μm以下。
在弯曲结构(例如,图9A~图9P)上具有多个弯曲部的情况下,作为各弯曲部的突出长度(端面电极方向Z(Za、Zb)的长度)L1、L2、L3,只要全部弯曲部的累积突出长度或最大突出长度在上述突出长度L的范围内即可。
在弯曲结构(例如,图9A~图9P)中,作为各弯曲部的高度H、H1、H2、H3、H4,只要全部弯曲部的总高度为后述的电极层的厚度以下即可。各弯曲部的高度H、H1、H2、H3、H4通常分别独立地为1μm以上且30μm以下,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选为1μm以上且20μm以下,更优选为1μm以上且10μm以下,进一步优选为1μm以上且5μm以下。
在本发明的固体电池中,如图1~图2及图5~图6所示,正极层1及负极层2这两个电极层(特别是具有无集电部件结构的两个电极层)可以均具有端部突状结构,或如图3~图4所示,一个电极层(特别是具有无集电部件结构的一个电极层)可以具有端部突状结构。在图3所示的本发明的第三实施方式的固体电池中,正极层1具有端部突状结构,但也可以如图4所示的本发明的第四实施方式的固体电池那样,负极层2具有端部突状结构。在本发明的固体电池中,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良、及进一步提高固体电池的能量密度的观点出发,较优选正极层1及负极层2这两个电极层具有端部突状结构,更优选具有端部突状结构及无集电部件结构。
在正极层1具有端部突状结构的情况下,不一定全部正极层1必须具有端部突状结构,如图1所示,也可以一部分正极层1(特别是最外的正极层1)不具有端部突状结构。最外的正极层1是指最上方的正极层及/或最下方的正极层。在本发明的固体电池中,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良、及进一步提高固体电池的能量密度的观点出发,较优选全部正极层1具有端部突状结构,更优选具有端部突状结构及无集电部件结构。
在负极层2具有端部突状结构的情况下,与关于正极层1相同地,不一定全部负极层2必须具有端部突状结构,也可以一部分负极层2不具有端部突状结构。在本发明的固体电池中,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良、及进一步提高固体电池的能量密度的观点出发,较优选全部负极层2具有端部突状结构,更优选具有端部突状结构及无集电部件结构。
在电极层1、2的端面电极的侧的端部与端面电极4(4a、4b)直接电连接的情况下,端面电极4(4a、4b)具有剖视时例如如图1及图2所示那样相对于该电极层的端面电极侧的端部形成互补形状的互补形状部40(40a、40b)。互补形状部40(40a、40b)是构成端面电极4(4a、4b)的一部分、并且具有与电极层的端部突状结构(特别是突出形状)相对应的互补形状的部件,通常由与端面电极4相同的材料构成。端面电极4(4a、4b)的互补形状部40(40a、40b)向和该端面电极4同极性的电极层1、2侧突出。即,正极侧的端面电极4a所具有的互补形状部40a朝向正极层1突出,负极侧的端面电极4b所具有的互补形状部40b朝向负极层2突出。该情况下互补形状部所具有的互补形状是指可以相对于电极层1、2的端面电极侧的端部(特别是其的突出形状)以例如无限接近0mm(特别是0mm)的间隙抵接或配合的形状。通过这种互补形状部40(40a、40b)实现了电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)与端面电极4(4a、4b)(特别是其的互补形状部40(40a、40b))的连接及配合。从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)与端面电极4(4a、4b)(特别是其的互补形状部40(40a、40b))形成了烧结体彼此的一体烧结。形成了烧结体彼此的一体烧结表示相邻或接触的两个或更多的部件通过烧结接合。在此,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)及端面电极4(4a、4b)(特别是其的互补形状部40(40a、40b))均为烧结体,同时一体烧结。
在电极层1、2的端面电极侧的端部与端面电极4(4a、4b)直接电连接的情况下,电极层1、2的端面电极侧的端部如图1、图2、图7A、图7F、图7G、图7L、图7Q~图7T、图8A、图8B、图8D、图8F、图8G、图8I~图8L、图8N~图8P、图9A~图9F、图9I及图9K~图9P所示那样以其整个端面与端面电极4(4a、4b)(特别是其的互补形状部40(40a、40b))直接电连接。
电极层1、2的端面电极侧的端部可以借由接合部位6(6a、6b)与端面电极4(4a、4b)间接电连接。由此,电极层与端面电极的接合强度(特别是电极层借由接合部位与端面电极的接合强度)进一步增加,进而能够更充分地抑制伴随电极层与端面电极的接合不良所产生的电池性能的降低。
在电极层1、2的端面电极侧的端部借由接合部位6(6a、6b)与端面电极4(4a、4b)间接电连接的情况下,接合部位6(6a、6b)(特别是其的电极层侧的端部)较优选具有剖视时例如如图6所述那样相对于该电极层1、2的端部形成互补形状的互补形状部60(60a、60b)。互补形状部60(60a、60b)是构成接合部位6(6a、6b)的一部,并且具有与电极层的端部突状结构(特别是突出形状)相对应的互补形状的部件,通常由与接合部位6(6a、6b)相同的材料构成。在各电极层中,接合部位6(6a、6b)的互补形状部60(60a、60b)向该电极层1、2侧突出。即,正极层1的接合部位6a朝向该正极层1突出,负极层2的接合部位6b朝向该负极层2突出。互补形状部60(60a、60b)所具有的互补形状是指可以相对于电极层1、2的端面电极侧的端部(特别是其的突出形状)以例如无限接近0mm(特别是0mm)的间隙抵接或配合的形状。通过这种互补形状部60(60a、60b)实现了电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)与接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))的连接及配合。电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)较优选与接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))形成了烧结体彼此的一体烧结。形成了烧结体彼此的一体烧结表示相邻或接触的两个或更多的部件通过烧结而接合。在此,电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)及接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))较优选均为烧结体,并且一体烧结。接合部位6通常由与电极层(正极层1及/或负极层2)及端面电极4的构成材料不同的材料构成。例如,接合部位6由构成材料的种类及/或配合比率与正极层1的构成材料、负极层2的构成材料及端面电极4(以及固体电解质层3)的构成材料不同的材料构成。
如图6所示,接合部位6(6a、6b)在其端面电极侧的端部(即,针对剖面视时的水平方向,接合部位的与其互补形状部60(60a、60b)为相反方向的端部)上具有端部突状结构。接合部位的端部突状结构与电极层的端部突状结构相同,是指接合部位6如图6所示那样在端面电极4(4a、4b)的侧的端部(C6及D6)具有剖视时向端面电极侧突出的突出形状,同时与端面电极4a、4b电连接着的结构。详细而言,如图6所示,各电极层的接合部位6(6a、6b)在和该电极层同极的端面电极4(4a、4b)的侧的端部(C6及D6)具有突出形状,该突出形状剖视时向和该电极层同极的端面电极侧突出。例如,如图6所示,正极层1的接合部位6a在正极的端面电极4a的侧的端部(C6)上具有突出形状,该突出形状剖视时向正极的端面电极4a的侧突出。另外,例如,如图6所示,负极层2的接合部位6b在负极的端面电极4b的侧的端部(D6)上具有突出形状,该突出形状剖视时向负极的端面电极4b的侧突出。
在各电极层的接合部位6中,和该电极层同极的端面电极侧的端部的端面剖视时不是由铅直线表示的面。详细而言,例如,如图6所示,在正极层1的接合部位6a中,正极的端面电极4a的侧的端部C6以剖视时通过划定该端部的端面的线段上的点中距离端面电极4a最远的点J'的铅直线X'为标准,向正极的端面电极4a的侧(Za方向)突出。另外,例如,如图6所示,在负极层2的接合部位6b中,负极的端面电极4b的侧的端部D6以剖视时通过划定该端部的端面的线分上的点中距离端面电极4b最远的点J'的铅直线Y'为标准,向负极的端面电极4b的侧(Zb方向)突出。
接合部位6(6a、6b)各自的端面电极4(4a、4b)的侧的端部(C6及D6)与端面电极4(4a、4b)直接连接。端部与端面电极直接连接表示该端部如图6的端部C6及D6那样与端面电极4直接电连接。
通过使接合部位6(6a、6b)在端面电极侧的端部上具有端部突状结构,接合部位6(6a、6b)能够与端面电极“交错”着接合。其结果,与不具有端部突状结构的情况相比,能够进一步增加端面电极与接合部位的接合面积。故而,电极层借由接合部位与端面电极牢固地连接,从而能够更充分地抑制由接合不良导致的电池特性的降低。
接合部位6(6a、6b)的端部突状结构的突出形状的突出长度L'与上述的电极层的端部突状结构的突出形状的突出长度L相独立,可以为与该突出长度L相同的范围内的值。突出长度L'通常为5μm以上且500μm以下,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选为10μm以上且100μm以下。突出形状的突出长度L'是指剖视时划定该端部的端面的线段上的点中距离端面电极最远的点J'至最近的点K'之间的水平方向上的长度(即距离)(例如,参见图6)。
作为接合部位6(6a、6b)可以具有的端部突状结构(例如,接合部位6(6a、6b)的端面电极侧的端部与端面电极4的连接面结构),只要该端部具有突出形状,则不受特别限制。例如,接合部位6(6a、6b)可以具有的端部突状结构(例如,接合部位6(6a、6b)的端面电极侧的端部与端面电极4的连接面结构)与上述的电极层的端部突状结构相同,可以为如图6(特别是该图中的端部C6及D6)所示那样包含一个以上具有分阶段突出的突出形状的部分的台阶结构,也可以为包含一个以上直线状突出的突出形状的部分的倾斜结构,还可以为包含一个以上具有曲线状突出的突出形状的部分的弯曲结构,还可以为这些的复合结构。
在接合部位6(6a、6b)的端部突状结构上,台阶结构的各台阶部的突出长度及高度、倾斜结构的各倾斜部的突出长度及高度、以及弯曲结构的各弯曲部的突出长度及高度分别与电极层1、2的端部突状结构中相同。
在电极层1、2的端面电极侧的端部借由接合部位6(6a、6b)与端面电极4(4a、4b)间接电连接,且接合部位6在端面电极侧的端部具有端部突状结构的情况下,端面电极4(4a、4b)具有剖视时例如如图6所示那样相对于该接合部位6(6a、6b)的端面电极侧的端部形成互补形状的互补形状部40(40a、40b)。互补形状部40(40a、40b)是构成端面电极4(4a、4b)的一部分,并且具有与接合部位6的端部突状结构(特别是突出形状)相对应的互补形状的部件,通常由与端面电极4相同的材料构成。端面电极4(4a、4b)的互补形状部40(40a、40b)向和该端面电极4同极性的电极层1、2侧(即接合部位6侧)突出。即,正极侧的端面电极4a所具有的互补形状部40a朝向正极层1突出,负极侧的端面电极4b所具有的互补形状部40b朝向负极层2突出。在该情况下,互补形状部所具有的互补形状是指可以相对于接合部位6的端面电极侧的端部(特别是其的突出形状)以例如无限接近0mm(特别是0mm)的间隙配合的形状。通过这样的互补形状部40(40a、40b)实现了接合部位6(特别是其的端面电极侧的端部)与端面电极4(4a、4b)(特别是其的互补形状部40(40a、40b))的连接及配合。从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)较优选与接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))形成了烧结体彼此的一体烧结。形成了烧结体彼此的一体烧结表示相邻或接触的两个或更多的部件通过烧结接合。在此,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,较优选电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)及接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))均为烧结体,并且一体烧结。从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)更优选与接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))及端面电极4(4a、4b)(特别是其的互补形状部40(40a、40b))形成了烧结体彼此的一体烧结。在此,从更充分地抑制电极层与端面电极的连接不良的观点出发,更优选电极层1、2(特别是其的端面电极侧的端部)、接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))及端面电极4(4a、4b)(特别是其的互补形状部40(40a、40b))均为烧结体,并且一体烧结。
在电极层1、2的端面电极侧的端部借由接合部位6(6a、6b)与端面电极4(4a、4b)间接电连接的情况下,如图6所示,电极层1、2的端面电极侧的端部也可以以其整个端面与接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))直接电连接。此时,接合部位包含接合性材料以及电子传导性材料。接合部位还可以进一步包含电极层的构成材料及/或端面电极的构成材料。通过使电极层1、2的端面电极侧的端部以其整个端面与接合部位6直接电连接,电极层与端面电极的接合强度(特别是电极层借由接合部位与端面电极的接合强度)进一步提升,从而能够更充分地抑制伴随电极层与端面电极的接合不良所产生的电池性能的降低。
在电极层1、2的端面电极侧的端部借由接合部位6(6a、6b)与端面电极4(4a、4b)间接电连接的情况下,如图7B~图7E、图7H~图7K、图7M~图7P、图8C、图8E、图8H、图8M、图9G、图9H及图9J所示,电极层1、2的端面电极侧的端部也可以以其端面的一部分与接合部位6(6a、6b)(特别是其的互补形状部60(60a、60b))直接电连接,并且以其端面的剩余部分与端面电极4(4a、4b)(特别是其的互补形状部40(40a、40b))直接电连接。此时,接合部位包含接合性材料,并且可以进一步包含或不包含电子传导性材料。接合部位可以进一步包含电极层的构成材料及/或端面电极的构成材料。通过使电极层1、2的端面电极侧的端部以其端面的一部与接合部位6直接电连接,并且以其端面的剩余部分与端面电极4直接电连接,电极层与端面电极的接合强度(特别是电极层借由接合部位与端面电极的接合强度)的提高效果与更顺利地促进电子移动的效果的均衡性优异。详细而言,不仅电极层与端面电极的接合强度(特别是电极层借由接合部位与端面电极的接合强度)进一步提升,还能够更顺利地使电子移动。其结果,能够更充分地抑制伴随电极层与端面电极的接合不良所产生的电池性能的降低,并且,能够更充分地提高电极层的集电功能。
在电极层1、2的端面电极侧的端部借由接合部位6(6a、6b)与端面电极4(4a、4b)间接电连接的情况下,可以如图6、图7B~图7E、图7H~图7K、图7M~图7P、图8C、图8H、图8M、图9G及图9J所示那样在各电极层上仅使用一个接合部位6b(或6a),或也可以如图8E及图9H所示那样在各电极层上使用两个以上的接合部位6b1及6b2。通过在各电极层上使用两个以上的接合部位6b1及6b2,能够进一步提高电极层与端面电极的接合强度(特别是电极层借由接合部位与端面电极的接合强度)。
在各电极层上使用两个以上的接合部位的情况下,在电极层的端面电极侧的端部与端面电极之间,如图8E及图9H所示,该两个以上的接合部位可以沿电子的移动方向(例如,图中的水平方向)并联配置,或者也可以串联配置。在两个以上的接合部位的并联配置中,该两个以上的接合部位包含主要电子传导性优异的接合部位(例如,6b1或6b2中的一者)、及主要电极层与端面电极的接合性优异的接合部位(例如,6b1或6b2中的另一个),由此,电极层与端面电极的接合强度(特别是电极层借由接合部位与端面电极的接合强度)的提高效果及更顺利地促进电子移动的效果的均衡性更加优异。此时,主要电子传导性优异的接合部位(例如,6b1或6b2中的一者)包含接合性材料及电子传导性材料,还可以进一步包含电极层的构成材料及/或端面电极的构成材料。主要电极层与端面电极的接合性优异的接合部位(例如,6b1或6b2中的另一个)包含接合性材料,且不包含电子传导性材料。主要电极层与端面电极的接合性优异的接合部位还可以进一步包含电极层的构成材料及/或端面电极的构成材料。
一般而言,在极性不同的相对的两个电极层之间的最短距离内高效地产生电池反应。故而,在层叠方向上较优选该两个电极层的相对面积较大。从通过更充分地确保正极层与负极层相对的区域来进一步提高电池特性的观点出发,各电极层在端面电极侧具有突出形状的端部较优选如下配置:各电极层在端面电极侧具有突出形状的端部较优选例如如图1所示那样配置在具有与该电极层不同的极性的正上方及正下方的电极层之间的区域之外。例如,各负极层在端面电极侧具有突出形状的端部较优选配置在其正上方及正下方的正极层之间的区域之外。另外,例如,各正极层在端面电极侧具有突出形状的端部较优选配置在其正上方及正下方的负极层之间的区域之外。
换而言之,俯视时(例如通过俯视透视),各电极层在端面电极侧具有突出形状的端部较优选例如如图1所示那样配置于和具有与该电极层不同的极性的正上方及正下方的电极层不重叠的区域。例如,俯视时(例如通过俯视透视),各负极层在端面电极侧具有突出形状的端部较优选例如如图1所示那样配置于与其正上方及正下方的正极层不重叠的区域。另外,例如,俯视时(例如通过俯视透视),各正极层在端面电极侧具有突出形状的端部较优选例如如图1所示配置在与其正上方及正下方的负极层不重叠的区域。
从通过更充分地确保正极层与负极层相对的区域而进一步提高电池特性的观点出发,各电极层的接合部位6较优选如下配置:
各电极层的接合部位较优选例如如图6那样配置在具有与该电极层不同的极性的正上方及正下方的电极层之间的区域之外。例如,各负极层的接合部位较优选配置在其正上方及正下方的正极层之间的区域之外。另外,例如,各正极层的接合部位较优选配置在其正上方及正下方的负极层之间的区域之外。
换而言之,俯视时(例如通过俯视透视),各电极层的接合部位较优选例如如图6所示那样配置于和具有与该电极层不同的极性的正上方及正下方的电极层不重叠的区域。例如,俯视时(例如通过俯视透视),各负极层的接合部位较优选例如如图6所示那样配置在与其正上方及正下方的正极层不重叠的区域。另外,例如,俯视时(例如通过俯视透视),各正极层的接合部位较优选例如如图6所示那样配置于与其正上方及正下方的负极层不重叠的区域。
在本发明的固体电池100中,从降低通过一体烧成制造固体电池的成本的观点出发,电极层(正极层1及负极层2)、固体电解质层3及端面电极4(以及接合部位6)更优选形成了一体烧结。即,较优选电极层(正极层1及负极层2)、固体电解质层3及端面电极4(以及接合部位6)均为烧结体,并且一体烧结。
较优选端面电极的颜色在正极侧(4a)与负极侧(4b)不同。封装本发明的固体电池时,容易辨别正极侧端面电极和负极侧端面电极,从而能够有效地降低封装错误。为了使端面电极的颜色在正极侧(4a)与负极侧(4b)不同,作为各端面电极的构成材料,可以混合颜色不同的接合性材料,或者也可以将颜色不同的玻璃或陶瓷添加于接合性材料以进行着色。
本发明的固体电池俯视时可以具有任意的形状,通常具有矩形形状。矩形形状包括正方形及长方形。
[固体电池的制造方法]
本发明的固体电池100能够通过丝网印刷法等印刷法、使用生片的生片法、或这些的复合方法来制造。以下,对采用印刷法的情况进行详细说明,但显然并不限制于该方法。
本发明的固体电池的制造方法包括下述工序:
通过印刷法形成未烧成层叠体;及
对未烧成层叠体进行烧成。
(未烧成层叠体的形成工序)
在本工序中,使用正极层用浆料、负极层用浆料、固体电解质层用浆料、端面电极用浆料等多种浆料作为油墨,通过印刷法在基材上形成预定结构的未烧成层叠体。还可以进一步使用接合部位用浆料。需要说明的是,也可以通过印刷法形成除端面电极以外的层及部件层叠而成的层叠体,并通过浸渍法等涂布法在得到的层叠体(即层叠结构)的端面上形成端面电极。端面电极可以部分或全部由溅射法及/或蒸镀法等气相法来形成。
各浆料能够通过将各层(部件)的预定的构成材料与有机载体湿法混合来制造,其中,各层(部件)的规定的构成材料选自由上述的正极活性物质、负极活性物质、电子传导性材料、固体电解质材料、接合性材料及烧结助剂构成的组;有机载体是将有机材料溶解在溶剂中而形成的。
浆料中所含的有机材料不受特别限制,能够使用:聚乙烯醇缩醛树脂、纤维素树脂、聚丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇树脂等高分子化合物。
溶剂只要可以溶解上述有机材料,则不受特别限制,能够使用例如甲苯、乙醇等。
湿法混合中能够使用介质,具体而言,能够使用球磨法、粘性磨(VISCOMILL)法等。另一方面,也可以使用不利用介质的湿法混合方法,能够使用砂磨法、高压均质法、捏合分散法等。
基材只要可以形成未烧成层叠体,则不受特别限制,能够使用例如聚对苯二甲酸乙二酯等高分子材。需要说明的是,在将未烧成层叠体保持在基材上提供给烧成工序的情况下,基材使用对于烧成温度具有耐热性的材料。
印刷时,按照预定的厚度及图案形状依次层叠印刷层,从而在基材上形成与预定的固体电池的结构相对应的未烧成层叠体。详细而言,在制造图1的固体电池100A的情况下,例如,从最下位至最上位分割为预定的厚度,并依次按照预定的图案形状层叠多个印刷层。形成各印刷层时,进行干燥处理(即,溶剂的蒸发处理)。
形成未烧成层叠体之后,可以从基材上剥离未烧成层叠体,并将其提供给烧成工序,或者也可以将未烧成层叠体保持在基材上提供给烧成工序。
(烧成工序)
对未烧成层叠体施加烧成。在包含氧气的氮气氛中,以例如500℃除去有机材料之后,在氮气氛中以例如550℃~1000℃进行加热,由此实施烧成。通常,可以在层叠方向D(有时为层叠方向D及相对该层叠方向D的垂直方向M)上一边对未烧成层叠体加压一边烧成。加压压力不受特别限制,可以为例如1kg/cm
本发明的一种实施方式的固体电池能够用于预测需要蓄电的各种领域。本发明的一种实施方式的固体电池能够用于下述用途,但仅为示例:使用移动设备等的电气、信息及通信领域(例如,便携式电话机、智能手机、智能手表、笔记本电脑、数码相机、活动量计、腕式电脑、电子纸等移动设备领域)、家用及小型工业用途(例如,电动工具、高尔夫车、家用、护理用及工业用机器人的领域)、大型工业用途(例如,叉车、电梯、海湾港口起重机的领域)、交通系统领域(例如,混合动力汽车、电动汽车、公交车、电车、电动助力自行车、电动摩托车等领域)、电力系统用途(例如,各种发电、负载调节器、智能电网、一般家庭安装型蓄电系统等领域)、医疗用途(耳机型助听器等医疗设备领域)、医药用途(服用管理系统等领域)、以及IoT领域、太空及深海用途(例如,太空探测器、潜水调查船等领域)等。
符号说明
1、正极层;2、负极层;3、固体电解质层;4、端面电极;4a、正极侧的端面电极;4b、负极侧的端面电极;6、接合部位;6a、正极层的接合部位;6b、负极层的接合部位;40、端面电极的互补形状部;40a、正极侧的端面电极的互补形状部;40b、负极侧的端面电极的互补形状部;60、接合部位的互补形状部;60a、正极层的接合部位的互补形状部;60b、负极层的接合部位的互补形状部;100(100A、100B、100C、100D、100E、10034F)、固体电池。
- 全固体二次电池用粘结剂组合物、全固体二次电池电极复合材料层用浆料组合物、全固体二次电池固体电解质层用浆料组合物、全固体二次电池用电极、全固体二次电池用固体电解质层以及全固体二次电池
- 固体氧化物型燃料电池用电解质片、具备该电解质片的固体氧化物型燃料电池用单电池和固体氧化物型燃料电池、以及固体氧化物型燃料电池用电解质片的检査方法和固体氧化物型燃料电池用电解质片的制造方法