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CN103053061A - 层叠型固体电池 - Google Patents

层叠型固体电池 Download PDF

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CN103053061A
CN103053061A CN2011800388346A CN201180038834A CN103053061A CN 103053061 A CN103053061 A CN 103053061A CN 2011800388346 A CN2011800388346 A CN 2011800388346A CN 201180038834 A CN201180038834 A CN 201180038834A CN 103053061 A CN103053061 A CN 103053061A
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种层叠型固体电池，能够以简单的结构对构成层叠型固体电池的多个单电池进行串联连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层和负极层进行离子传导绝缘。层叠型固体电池（10）包括（单电池1）和（单电池2）、以及以夹在（单电池1）和（单电池2）之间的方式进行配置的内部集电层（4）。（单电池1）和（单电池2）分别由依次层叠的正极层（1）、固体电解质层（3）及负极层（2）构成。内部集电层（4）具有与（单电池2）的正极层（1）接触的一个侧面，和与（单电池2）的负极层（2）接触的另一个侧面。此外，内部集电层（4）包含电子传导材料，并进一步包含具有离子传导绝缘性的特定传导材料。

Description

层叠型固体电池
技术领域
本发明主要涉及层叠型固体电池，尤其涉及对单电池进行串联连接所构成的层叠型固体电池。
背景技术
近年来，使用电池、特别是二次电池来作为移动电话、便携式个人计算机等便携式电子设备的电源。作为二次电池的一个例子，已知锂离子二次电池相对而言具有较大的能量密度。以往，在上述二次电池中，使用有机溶剂等液体的电解质（电解液）来作为用于使离子移动的介质。但是，在使用电解液的二次电池中，存在电解液泄漏等问题。为此，正在开发一种使用固体电解质、并用固体来构成所有构成要素的层叠型固体电池。
作为这种层叠型固体电池的结构，例如，日本专利特开2004-158222号公报（下文称为专利文献1）中揭示了将薄膜固体锂离子二次电池作为一个单元，并将该电池单元重叠多层而得到的多层层叠电池的结构。
在专利文献1所揭示的一个结构中，对正极层、固体电解质层、负极层、和集电层进行层叠来得到发电要素，在层叠有多个该发电要素的层叠型固体电池中，无需在各个发电要素之间使用新的绝缘层，而利用集电层（金属膜）对于离子传导相当于绝缘膜的功能，在一个基板上依次对各层进行层叠来构成。
在专利文献1所揭示的另一个结构中，对正极层、固体电解质层、负极层、和集电层进行层叠来得到发电要素，并经由具有电子传导和离子传导绝缘性的绝缘层对多个该发电要素进行层叠而得到的层叠型固体电池中，将设置在集电层的外周缘部的引出调整片在与层叠体方向垂直的方向上配置并引出至层叠体的外侧，在这些引出调整片上设置贯穿绝缘层的连接用过孔，过孔中埋入有金属电极从而可进行连接，根据这些连接的组合，能选择串联型、并联型、和串并联型的连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-158222号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所揭示的一种层叠型固体电池的结构中，通过在集电层的一个面上配置正极层，在相反的面上配置负极层，从而经由集电层对单电池进行串联电连接。然而，在该层叠型固体电池中，当正极层和负极层经由集电层进行离子传导时，只有离子导通的正极层和负极层进行放电，因此会显著降低层叠型固体电池的电池特性。此外，为了在实质上对集电层的离子传导进行绝缘，需要设法将集电层制成没有空隙的连续膜，或者确保足够的集电层的厚度等。在前者的情况下，很难应用通常作为集电层的形成方法所使用的溅射法、导电材料的丝网印刷法等工艺。在后者的情况下，会有构成集电层的电子传导性材料（金属糊料等）的使用量增多的问题。
另一方面，在专利文献1所揭示的另一个层叠型固体电池中，通过绝缘层来对各单电池进行电子传导和离子传导的绝缘，并通过配置于单电池外侧的引出调整片来对各单电池进行串联电连接及／或并联电连接。由于使用了绝缘层来对各单电池进行电子传导和离子传导的绝缘，因此，即使在集电层实质上具有离子传导性的情况下，正极层和负极层也不会经由集电层进行离子传导的导通。由此，能够防止层叠型固体电池的电池特性下降。
然而，由于在单电池外侧使用配置于每个单电池的引出调整片来对单电池进行电连接，因此，需要与单电池基本相同数量的引出调整片。此外，需要在层叠型固体电池中具备用于配置引出调整片的容积。
因此，本发明的目的在于提供一种层叠型固体电池，能够以简单的结构对构成层叠型固体电池的多个单电池进行串联连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层和负极层进行离子传导绝缘。
为解决问题所采用的技术方案
本发明的层叠型固体电池包括第一和第二单电池、以及以夹在第一和第二单电池之间的方式进行配置的内部集电层。第一和第二单电池分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成。内部集电层具有与第一单电池的正极层接触的一个侧面、和与第二单电池的负极层接触的另一个侧面。此外，内部集电层包含具有离子传导绝缘性的特定传导材料。
首先，在本发明中，内部集电层的两侧配置有不同的极，因此能够得到多个单电池进行串联连接且之间夹有内部集电层的双极型的层叠型固体电池。由此，能够得到高输出型的层叠型固体电池。
此外，在本发明的层叠型固体电池中，夹在第一和第二单电池之间的内部集电层包含具有离子传导绝缘性的特定传导材料，因此能够对相邻的两个单电池进行串联的电连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层和负极层进行高效的离子传导绝缘。由此，能够得到较高的特性。
另外，能够在省去引出调整片等外部集电构件的情况下，对构成层叠型固体电池的单电池进行串联的电连接，且高效地使正极层和负极层进行离子传导绝缘。由此，能够得到空间利用率和成本较佳的层叠型固体电池。
在本发明的层叠型固体电池中，内部集电层进一步包含电子传导材料。
通过采用上述结构，能够提高内部集电层的电子传导性。
优选地，上述电子传导材料包含从导电性氧化物、金属及碳素材料中选出的至少一种材料。
优选地，在本发明的层叠型固体电池中，特定传导材料具有与从正极层及负极层中选出的至少一层中包含的固体电解质材料相类似的结构。
通过采用上述结构，能够使正极层或负极层、固体电解质层和内部集电层的收缩率相近。由此，能够在通过一体烧结来制作层叠型固体电池时抑制裂纹等的产生。
此外，优选地，在本发明的层叠型固体电池中，上述固体电解质材料和特定传导材料包含含有锂的化合物。
另外，优选地，在本发明的层叠型固体电池中，固体电解质材料和特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
通过采用上述结构，能够通过一体烧结来致密地制作层叠型固体电池。
优选地，在本发明的层叠型固体电池中，固体电解质材料和特定传导材料包含具有NASICON(钠超离子导体)型结构的含有锂的磷酸化合物。
对于这种情况，通过以作为具有离子传导性的固体电解质材料且具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物的组成为基础，并降低锂的摩尔比率，从而能够制作具有离子传导绝缘性的特定传导材料。
优选地，包含在上述特定传导材料中的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物由化学式Li1+xMxM'2-x(PO4)3（化学式中，x满足0≤x≤1，M是Al或Ga，M'是从包括Ti、Ge及Zr的组中选出的一种以上的元素）来表示。对于这种情况，上述化学式中，P的一部分可以由B、Si等来替换。
优选地，在本发明的层叠型固体电池中，从正极层及负极层中选出的至少一层中包含的活性物质材料、从正极层及负极层中选出的至少一层中包含的固体电解质材料、固体电解质层中包含的固体电解质材料、以及内部集电层中包含的特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
通过采用上述结构，正极层或负极层、固体电解质层和内部集电层共享磷酸骨架，由此能够通过一体烧结来更致密地制作低阻力的层叠型固体电池。
此外，优选地，本发明的层叠型固体电池是通过在n个分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成的单电池之间配置n-1个所述内部集电层，并对n个单电池进行层叠而形成的层叠型固体电池，位于第1级及第n级的单电池的不与内部集电层邻接的面上配置有具有电子传导性的外部电极。
由于无需对位于层叠型固体电池的最上一级和最下一级的单电池的各个端面进行离子传导的绝缘，因此，并一定需要配置具有离子传导绝缘性的层。因此，通过如上所述配置具有电子传导性的外部电极，从而能够降低层叠型固体电池的电阻。
另外，本发明的层叠型固体电池是如下述那样形成的层叠型固体电池：通过在n个分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成的单电池之间配置n-1个所述内部集电层，对n个单电池进行层叠来形成发电要素，并由此形成m个发电要素，且在该m个发电要素之间配置m-1个外部电极并进行层叠，从而形成所述层叠型固体电池，并具有以下特征。与一个外部电极邻接的两个发电要素进行层叠并且电连接，使得外部电极的两个面与单电池的正极层侧或负极层侧邻接。位于第一级及第m级的发电要素的不与外部电极邻接的面上也配置有外部电极。并且，利用外部集电构件来对相同极的外部电极之间进行电连接。由此，本发明的层叠型固体电池包含使至少两个发电要素进行并联电连接的结构。
由此，能够构成如下层叠型固体电池：将n个单电池进行串联连接所构成的各个发电要素在m个发电要素之间经由外部电极来进行层叠，并利用外部集电构件对相同极的外部电极之间进行电连接，从而来对m个由n个单电池进行串联连接所构成的发电要素进行并联连接。因此，与通过对n个单电池进行串联连接所构成的层叠型固体电池相比，能容易地构成表现出m倍容量的层叠型固体电池。
优选地，在本发明的层叠型固体电池中，形成外部电极的导电材料包含从导电性氧化物及金属中选出的至少一种材料。
发明效果
如上所述，根据本发明，内部集电层的两侧配置有不同的极，因此能够得到多个单电池进行串联连接且之间夹有内部集电层的双极型的层叠型固体电池。此外，能够以简单的结构对构成层叠型固体电池的多个单电池进行串联连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层和负极层进行离子传导绝缘，因此能够得到特性较高的层叠型固体电池。
附图说明
图1是示意性表示作为本发明实施方式1的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图2是示意性表示作为本发明实施方式2的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图3是示意性表示作为本发明实施方式3的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图4是示意性表示作为本发明实施方式3的层叠型固体电池中第一发电要素的截面结构的剖视图。
图5是示意性表示作为本发明实施方式3的层叠型固体电池中第二发电要素的截面结构的剖视图。
图6是示意性表示作为本发明实施方式4的发电要素为偶数个时的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图7是示意性表示作为本发明实施方式4的发电要素为奇数个时的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图8是示意性表示作为本发明的实施例中制作出的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
图9是示意性表示作为本发明的实施例中制作出的带有外部端子的层叠型固体电池的截面结构的剖视图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
（实施方式1）
首先，对作为本发明的实施方式1的层叠型固体电池的基本结构、即层叠体进行说明。另外，在后文阐述的本发明的各实施方式中，对层叠体的平面形状没有限定，例如，假设其通常为矩形来进行说明。
如图1所示，在层叠型固体电池10中，（单电池1）和（单电池2）经由内部集电层4进行层叠。（单电池1）和（单电池2）分别由依次层叠的正极层1、固体电解质层3及负极层2构成。
（单电池1）、（单电池2）和内部集电层4进行层叠，使得内部集电层4的一个侧面（图1中为上表面）与（单电池2）的正极层1邻接，内部集电层4的另一个侧面（图1中为下表面）与（单电池1）的负极层2邻接。内部集电层4至少包含具有离子传导绝缘性的特定传导材料。
在如上所述构成的本发明的层叠型固体电池10中，内部集电层4的两侧配置有不同的极，因此能够得到多个单电池进行串联连接且之间夹有内部集电层4的双极型的层叠型固体电池10。由此，能够得到高输出型的层叠型固体电池10。
此外，在本发明的层叠型固体电池10中，夹在（单电池1）和（单电池2）之间的内部集电层4包含具有离子传导绝缘性的特定传导材料，因此能够对相邻的两个单电池进行串联的电连接，并且能够在相邻的两个单电池中对正极层1和负极层2进行高效的离子传导绝缘。由此，能够得到较高的特性。
另外，能够在省去引出调整片等外部集电构件的情况下，对构成层叠型固体电池10的单电池进行串联的电连接，且高效地对正极层1和负极层2进行离子传导绝缘。由此，能够得到空间利用率和成本较佳的层叠型固体电池10。
在如上所述构成的层叠型固体电池10中，内部集电层4进一步包含电子传导材料。具体而言，优选地，内部集电层4包含：从包括导电性氧化物、金属及碳素材料的组中选出的至少一种电子传导材料；和具有离子传导绝缘性的特定传导材料。另外，用作上述电子传导材料的金属特别优选为电阻较低的镍、铜、银等。
通过采用上述结构，能够提高内部集电层4的电子传导性。
如上所述，通过使用具有离子传导绝缘性的材料来作为包含在内部集电层4中的特定传导材料，从而能够对经由内部集电层4进行层叠的正极层1和负极层2进行离子传导绝缘，并且通过使内部集电层4包含电子传导性材料，从而能够使经由内部集电层4进行层叠的正极层1和负极层2电接触。由此，能够得到与内部集电层4邻接的两个单电池进行串联的电连接而不会产生由于离子导通的正极层1和负极层2的放电所导致的电池特性劣化的层叠型固体电池10。
此外，优选地，特定传导材料具有与正极层1或负极层2的至少任意一层中包含的固体电解质材料相类似的结构。
通过采用上述结构，能够使正极层1或负极层2、固体电解质层3和内部集电层4的收缩率相近。由此，能够在通过一体烧结来制作层叠型固体电池10时抑制裂纹等的产生。
另外，上述固体电解质材料和特定传导材料优选包含含有锂的化合物。并且，上述固体电解质材料和特定传导材料优选包含含有锂的磷酸化合物。
通过采用上述结构，能够通过一体烧结来致密地制作层叠型固体电池10。特别是能够得到正极层1、负极层2、固体电解质层3及内部集电层4的密接性提高且不会产生剥离或裂纹的致密的层叠体。
在本发明的层叠型固体电池10中，固体电解质材料和特定传导材料优选包含具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物。
对于这种情况，通过以作为具有离子传导性的固体电解质材料且具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物的组成为基础，并降低锂的摩尔比率，从而能够制作具有离子传导绝缘性的特定传导材料。
上述特定传导材料中包含的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物优选由化学式LixMy(PO4)3（化学式中，x满足1≤x≤2，y满足1≤y≤2，M是从包括Ti、Ge、Al、Ga及Zr的组中选出的一种以上的元素）来表示。对于这种情况，上述化学式中，P的一部分可以由B、Si等来替换。
作为上述固体电解质材料和特定传导材料中使用的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物，可以使用例如，对具有Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3和Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3等不同组成的两个以上的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物进行混合后得到的混合物。
此外，作为上述固体电解质材料和特定传导材料中使用的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物，也可以使用包含具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物的结晶相的化合物，或者也可以使用通过热处理使具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物的结晶相析出的玻璃。
另外，作为上述固体电解质材料中使用的材料，除具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物以外，也可以使用具有离子传导性、且电子传导性小到可以忽略的材料。作为上述材料，可以举出例如，卤化锂、氮化锂、锂的含氧酸盐、及它们的衍生物。此外，也能举出磷酸锂（Li3PO4）等Li-P-Q类化合物；磷酸锂中混入了氮的LIPON(LiPO4-xNx)、Li4SiO4等Li-Si-O类化合物；，Li-P-Si-O类化合物；Li-V-Si-O类化合物；La0.51Li0.35TiO2.94、La0.55Li0.35TiO3、Li3xLa2/3-xTiO3等具有钙钛矿型结构的化合物；含有Li、La、Zr且具有石榴石型结构的化合物等。
作为上述具有离子传导绝缘性的特定传导材料中所使用的材料，除了通过以具有离子传导性的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物的组成为基础，并降低锂的摩尔比率所得到的具有离子传导绝缘性的材料以外，还可以举出(La1/2Li1/2)TiO3等化学计量组成的具有钙钛矿型结构的化合物等。
优选地，在本发明的层叠型固体电池10中，正极层1或负极层2的至少任意一层中包含的活性物质材料、正极层1或负极层2的至少任意一层中包含的固体电解质材料、固体电解质层3中包含的固体电解质材料、以及内部集电层4中包含的特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
通过采用上述结构，正极层1或负极层2、固体电解质层3和内部集电层4共享磷酸骨架，由此能够通过一体烧结来更致密地制作低阻力的层叠型固体电池10。
另外，上述活性物质材料的种类没有限定，作为正极活性物质材料，可以使用Li3V2(PO4)3、LiFePO4、LiMnPO4等具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物；或者具有橄榄石型结构的含有锂的磷酸化合物。此外，也可以使用LiCoO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2等层状化合物；LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、Li4Ti5O12等具有尖晶石型结构的含有锂的化合物；LiFePO4、LiMnPO4等磷酸化合物来作为正极活性物质材料。作为负极活性物质材料，可以使用石墨-锂化合物，Li-Al等锂合金，Li3V2(PO4)3、Li3Fe2(PO4)3、Li4Ti5O12等氧化物等。
形成内部集电层4的方法没有特别限定，例如，可以通过将材料调制成浆料状并进行生片的层叠，或者，也可以将材料调制成糊料状并进行丝网印刷等来进行。生片的成形方法没有特别限定，可以使用模涂机、逗号刮涂布机、丝网印刷法等来进行。生片的层叠方法没有特别限定，可以使用热等静压（HIP）、冷等静压（CIP）、静液压（WIP）等来进行。
（实施方式2）
接着，对作为本发明的实施方式2并以图1所示的层叠型固体电池10为基本结构的层叠型固体电池进行说明。
如图2所示，在层叠型固体电池100中，与图1同样地，n个（单电池1～n）经由内部集电层4进行层叠。经由n－1个内部集电层4来对n个（单电池1～n）进行层叠，使得各（单电池1～n）的正极层1（负极层2）在层叠方向上配置在同一侧。在通过将n个单电池层叠而形成的层叠体的外侧面上，配置有外部电极5a和5b。具体而言，在位于层叠体的一侧端部即最下一级的（单电池1）中，在正极层1的不与固体电解质层3邻接的面上，配置有具有电子传导性的外部电极5a。在位于层叠体的另一侧端部即最上一级的（单电池n）中，在负极层2的不与固体电解质层3邻接的面上，配置有具有电子传导性的外部电极5b。通过将外部电极5a与正极端子连接，将外部电极5b与负极端子连接来进行充电和放电。
在如上所述构成的层叠型固体电池100中，通过使用具有离子传导绝缘性的材料来作为包含在内部集电层4中的特定传导材料，从而能够对经由内部集电层4进行层叠的正极层1和负极层2进行离子传导绝缘，并且通过使内部集电层4包含电子传导性材料，从而能够使经由内部集电层4进行层叠的正极层1和负极层2电接触。由此，能够在不使用引出调整片等外部集电构件的情况下，对构成层叠型固体电池100的n个单电池进行串联的电连接，且高效地对正极层1和负极层2进行离子传导绝缘。由此，能够得到空间利用率和成本较佳的层叠型固体电池100。另外，构成本实施方式的层叠型固体电池100的方法没有特别限定，例如可以采用以下方法等：首先，构成（单电池1～n）和内部集电层4，依次对它们进行层叠并使它们夹在一组外部电极5a和5b之间来构成层叠型固体电池100；或者，依次在外部电极5a上层叠正极层1、固体电解质层3、负极层2、内部集电层4，最后层叠外部电极5b来构成层叠型固体电池100。
（实施方式3）
接着，对作为本发明的实施方式3并应用了图2所示的层叠型固体电池100的层叠型固体电池的结构进行说明。
如图3所示，经由外部电极5a对由n个单电池进行串联连接而构成的两个发电要素10A和10B进行层叠，并进行并联电连接，由此构成层叠型固体电池。如图4和图5所示，分别通过经由n－1个内部集电层4对n个（单电池1～n）进行层叠来构成两个发电要素10A和10B。即，发电要素10A和10B分别与图2所示的层叠型固体电池100相同，其各自的n个单电池进行串联电连接。
如图3～图5所示，通过对n个单电池进行层叠来形成发电要素10A作为第一层叠体，并通过对n个单电池进行层叠来形成发电要素10B作为第二层叠体。在位于发电要素10A的一个侧面上的正极层1和位于发电要素10B的一个侧面上的正极层1之间配置有外部电极5a来作为第一外部电极。即，夹在两个发电要素10A和10B之间的外部电极5a的两个面分别与正极层1邻接。位于发电要素10A的另一个侧面上的负极层2上配置有外部电极5b来作为第二外部电极。位于发电要素10B的另一个侧面上的负极层2上配置有外部电极5b来作为第三外部电极。由此，图3所示的位于层叠体的端部即最上一级和最下一级的面上也配置有外部电极5b。而且，两个外部电极5b和5b经由外部集电构件11进行电连接。因此，两个发电要素10A和10B经由外部电极5a和5b进行并联电连接。通过将外部电极5a与正极端子连接，将外部电极5b与负极端子连接来进行充电和放电。
在如上所述构成的层叠型固体电池中，通过对n个（单电池1～n）串联电连接后得到的两个发电要素10A和10B进行并联电连接，从而能够以和图2所示的层叠型固体电池100相同的电压表现出两倍的容量。
另外，在本实施方式中，对夹在两个发电要素10A和10B之间的外部电极5a的两个面分别与正极层1邻接这种结构的层叠型固体电池进行了说明，但也可以将两个发电要素10A和10B配置成，使得外部电极5a的两个面分别与负极层2邻接。
图3所示的层叠型固体电池也能获得与图2所示的层叠型固体电池100同样的作用效果。
（实施方式4）
最后，对作为本发明的实施方式4并应用了图2所示的层叠型固体电池100的层叠型固体电池的结构、即实施方式3的变形例进行说明。
如图6～图7所示，对多个由n个单电池串联连接构成的发电要素10A和10B，在相邻两个发电要素10A和10B之间经由外部电极5a或外部电极5b来进行层叠，并进行并联电连接，由此构成层叠型固体电池。图6中表示了发电要素为偶数个的情况下的层叠型固体电池的截面结构。图7中表示了发电要素为奇数个的情况下的层叠型固体电池的截面结构。分别通过经由n－1个内部集电层4对n个（单电池1～n）进行层叠来构成两个发电要素10A和10B。即，发电要素10A和10B分别与图2所示的层叠型固体电池100相同，其各自的n个单电池进行串联电连接。
在位于发电要素10A的一个侧面上的正极层1和位于发电要素10B的一个侧面上的正极层1之间配置有外部电极5a来作为第一外部电极。此外，位于发电要素10A的一个侧面上的负极层2和位于发电要素10B的一个侧面上的负极层2之间配置有外部电极5b来作为第一外部电极。即，夹在两个发电要素10A和10B之间的外部电极5a的两个面分别与正极层1邻接。夹在两个发电要素10A和10B之间的外部电极5b的两个面分别与负极层1邻接。
此外，图6和图7所示的位于层叠体的端部即最上一级和最下一级的面上也配置有外部电极5a或外部电极5b。而且，多个外部电极5a和5a电连接，多个外部电极5b和5b电连接。因此，多个发电要素10A和10B经由外部电极5a和5b进行并联电连接。通过将外部电极5a与正极端子连接，将外部电极5b与负极端子连接来进行充电和放电。
在如上所述构成的层叠型固体电池中，通过对m个、即偶数个或奇数个由n个（单电池1～n）串联电连接后得到的发电要素10A和10B进行并联电连接，从而能够以和图2所示的层叠型固体电池100相同的电压表现出m倍、即偶数倍或奇数倍的容量。
图6和图7所示的层叠型固体电池也能获得与图2所示的层叠型固体电池100同样的作用效果。
另外，在实施方式1～4的各层叠型固体电池中，可使用以下所示的材料来实现各构成要素。
固体电解质层3包含上述的固体电解质材料来作为主要材料。
正极层1包含上述的正极活性物质材料和固体电解质材料的混合物来作为主要材料。此外，正极层1可以含有少量的碳等来作为导电剂。
负极层2包含上述的负极活性物质材料和固体电解质材料的混合物来作为主要材料。此外，负极层2可以含有少量的碳等来作为导电剂。
实施例
下面对本发明的实施例进行说明。
将对实际制作本发明实施方式2的层叠型固体电池的实施例进行说明。
<活性物质粉末的合成>
采用以下步骤来合成包含作为活性物质材料的含有锂的钒磷酸化合物（Li3V2(PO4)3）（下文称为LVP）粉末和作为导电剂的碳粉末在内的活性物质粉末。
（1）在研钵中对作为原料的Li2CO3、V2O5及(NH4)2H(PO4)3的各粉末进行混合以使其达到LVP的化学计量比。
（2）在空气气氛下以600°C的温度对得到的混合粉末烧成10小时。
（3）在得到的烧成粉末中加入作为导电材料的碳粉末并在研钵中进行混合。
（4）在氩气气氛下以950℃的温度对得到的混合粉末烧成10小时。
<正负极层用片材、固体电解质层用片材、内部集电层用片材的制作>
将作为固体电解质材料的NASICON型铝取代的磷酸锗锂（Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3）（下面称为LAGP）的结晶粉末、和作为粘合剂的聚乙烯醇在甲苯中溶解后得到的粘合剂溶液进行混合来得到固体电解质层用浆料。混合比以质量比率定为LAGP:聚乙烯醇=70:30。
使用在研钵中对50质量份的作为固体电解质材料的LAGP的结晶粉末、45质量份的上述得到的活性物质粉末和5质量份的作为导电剂的碳粉末进行混合后所得到的混合粉末来作为主要材料，并将该主要材料和、把作为粘合剂的聚乙烯醇在甲苯中溶解后得到的粘合剂溶液进行混合来制作由相同材料构成的正极层用浆料和负极层用浆料。混合比以质量比率定为主要材料:聚乙烯醇=70:30。
作为包含在内部集电层中的特定传导材料，采用通过以具有离子传导性且具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物为基础，并降低锂的摩尔比率所得到的化合物。具体而言，使用在研钵中对50质量份的作为特定传导材料的、由LiGe2(PO4)3的组成式表示的含有锂锗的NASICON化合物的结晶粉末和50质量份的作为电子传导材料的碳粉末进行混合后得到的混合粉末来作为主要材料，并将该主要材料和、把作为粘合剂的聚乙烯醇在甲苯中溶解后得到的粘合剂溶液进行混合来制作内部集电层用浆料。混合比以质量比率定为主要材料:聚乙烯醇=70:30。
使用刮刀将如上所述制作出的正极层用浆料、负极层用浆料、固体电解质层用浆料及内部集电层用浆料成形为50μm的厚度，由此制作出正极层用片材、负极层用片材、固体电解质层用片材及内部集电层用片材。
<层叠型固体电池的制作>
以图1所示的层叠体的结构对已冲压成直径为12mm的圆板形状的正极层1用片材、负极层2用片材、固体电解质层3用片材及内部集电层4用片材进行层叠，并在60°C的温度下以1吨的压力进行热压接，得到层叠型固体电池10用层叠体。这里，正极层1由一片正极层用片材构成，负极层2由两片负极层用片材构成。
使用和内部集电层4用片材相同的片材来作为图8所示的外部电极5a、5b用片材，并在（单电池1）和（单电池2）的各自不与内部集电层4邻接的面上层叠外部电极5a、5b用片材。
使用两片氧化铝制的陶瓷板来对如上所述得到的固体电池用层叠体进行夹持，并在氧气气氛下以500°C的温度烧成2小时来去除聚乙烯醇，之后，在氮气气氛下以700°C的温度烧成2小时，从而进行正极层1、负极层2、固体电解质3、内部集电层4、外部电极5a、5b的烧结接合，得到图8所示的层叠型固体电池。
另外，通过溅射在图8所示层叠型固体电池的外部电极5a、5b的外侧形成铂层以进行高效的集电。
之后，以100°C的温度对层叠型固体电池进行干燥后，用2032型币形单元进行密封。
<固体电池的评价>
通过如图9所示，将外部电极5a与正极端子连接，将外部电极5b与负极端子连接来进行充电和放电。以0～3V的电压范围、200μA/cm2的电流密度对图9所示的层叠型固体电池进行恒电流恒电压充放电测定，作为其结果，确认能够进行充放电。
另外，在本实施例中，使用了LAGP的结晶粉末来作为固体电解质材料，但使用LAGP的非结晶粉末也能获得同样的效果。
此外，本实施例中仅对将LVP用作负极活性物质的例子进行了说明，但使用石墨-锂化合物、Li-Al等锂合金、Li3V2(PO4)3、Li3Fe2(PO4)3、Li4Ti5O12等氧化物来作为负极活性物质也能获得同样的效果。
应当认为本次披露的实施方式和实施例的所有方面仅是举例表示，并非是限制性的。本发明的范围由权利要求书来表示，而并非由上述实施方式来表示，本发明的范围还包括与权利要求书等同的含义及范围内的所有的修正和变形。
工业上的实用性
根据本发明的层叠型固体电池，能够得到多个单电池进行串联连接且之间夹有内部集电层的双极型的层叠型固体电池。此外，能够对构成层叠型固体电池的多个单电池进行串联连接，并且能够在相邻的两个单电池中使正极层和负极层进行离子传导绝缘，因此能够得到特性较高的层叠型固体电池。
标号说明
1：正极层，2：负极层，3：固体电解质层，4：内部集电层，10、100：层叠型固体电池。

Claims (11)

1.一种层叠型固体电池，其特征在于，包括：至少第一和第二单电池，该第一和第二单电池分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成；以及
内部集电层，该内部集电层具有与所述第一单电池的正极层接触的一个侧面和与所述第二单电池的负极层接触的另一个侧面，并以夹在所述第一和第二单电池之间的方式进行配置，
所述内部集电层包含电子传导材料，并进一步包含具有离子传导绝缘性的特定传导材料。
2.如权利要求1所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述电子传导材料包含从包括导电性氧化物、金属及碳素材料的组中选出的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述特定传导材料具有与从所述正极层及所述负极层中选出的至少一层中包含的固体电解质材料相类似的结构。
4.如权利要求3所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述固体电解质材料和所述特定传导材料包含含有锂的化合物。
5.如权利要求3所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述固体电解质材料和所述特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
6.如权利要求3所述的层叠型固体电池，其特征在于，所述固体电解质材料和所述特定传导材料包含具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物。
7.如权利要求6所述的层叠型固体电池，其特征在于，包含在所述特定传导材料中的具有NASICON型结构的含有锂的磷酸化合物由化学式Li1+xMxM'2-x(PO4)3（化学式中，x满足0≤x≤1，M是Al或Ga，M'是从包括Ti、Ge及Zr的组中选出的一种以上的元素）来表示。
8.如权利要求1所述的层叠型固体电池，其特征在于，从所述正极层及所述负极层中选出的至少一层中包含的活性物质材料、从所述正极层及所述负极层中选出的至少一层中包含的固体电解质材料、包含在所述固体电解质层中的固体电解质材料、以及包含在所述内部集电层中的所述特定传导材料包含含有锂的磷酸化合物。
9.如权利要求1至8中任一项所述的层叠型固体电池，其特征在于，该层叠型固体电池是通过在n个分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成的单电池之间配置n-1个所述内部集电层，并对所述n个所述单电池进行层叠而形成的，
位于第1级及第n级的所述单电池的不与所述内部集电层邻接的面上配置有具有电子传导性的外部电极。
10.如权利要求1至8中任一项所述的层叠型固体电池，其特征在于，该层叠型固体电池是如下述那样形成的层叠型固体二次电池：通过在n个分别由依次进行层叠的正极层、固体电解质层及负极层构成的单电池之间配置n-1个所述内部集电层，对所述n个所述单电池进行层叠来形成发电要素，并由此形成m个发电要素，且在该m个发电要素之间配置m-1个外部电极并进行层叠，从而形成所述层叠型固体电池，
与一个所述外部电极邻接的两个所述发电要素进行层叠并且电连接，使得所述外部电极的两个面与所述单电池的所述正极层侧或所述负极层侧邻接，
位于第一级及第m级的所述发电要素的不与所述外部电极邻接的面上也配置有外部电极，
进一步包括通过利用外部集电构件对相同极的所述外部电极之间进行电连接从而对至少两个所述发电要素进行并联电连接的结构。
11.如权利要求9或10所述的层叠型固体电池，其特征在于，形成所述外部电极的导电材料包含从导电性氧化物及金属中选出的至少一种材料。
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