JP2021099949A - 全固体電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モノポーラ型ユニットA10およびモノポーラ型ユニットB11を有する積層構造体を備える全固体電池200であって、上記モノポーラ型ユニットAにおける第2集電体5(A1)と、上記モノポーラ型ユニットBにおける第1集電体1(B1)とは、絶縁層12を介して対向するように配置され、第1集電体1(A)および第2集電体5(B)、第2集電体5(A1)および上記第2集電体5(A2)、ならびに、上記第1集電体1(B1)および第1集電体1(B2)は、それぞれ電気的に接続され、上記全固体電池は、複数の上記積層構造体100X、100Yを備え、隣り合う上記積層構造体において、一方の上記積層構造体における上記第1集電体1(B2)と、他方の上記積層構造体における上記第2集電体5(A1)とが、絶縁層を介さずに対向し、電気的に接続されている、全固体電池を提供する。
【選択図】図2
Description
本開示における全固体電池は、複数の積層構造体を備え、隣り合う積層構造体において、一方の積層構造体における第1集電体B2と、他方の積層構造体における第2集電体A1とが、絶縁層を介さずに対向し、電気的に接続されている。積層構造体、第1集電体B2、および第2集電体A1については後述する。
(1)積層構造体の構成
本開示における積層構造体は、モノポーラ型ユニットAおよびモノポーラ型ユニットBを有する。モノポーラ型ユニットAおよびモノポーラ型ユニットBの種類は特に限定されないが、リチウムイオン電池であることが好ましい。なお、本開示において「第1」と付された部材同士、「第2」と付された部材同士は、それぞれ同じ極性を有する。例えば、第1活物質層A1、第1活物質層A2、第1活物質層B1、および第1活物質層B2は、共に正極活物質層であるか、共に負極活物質層である。
モノポーラ型ユニットAは、第1集電体Aと、第1集電体Aの第1面側から順に形成された、第1活物質層A1、固体電解質層A1、第2活物質層A1、および第2集電体A1をこの順に有し、第1集電体Aの第1面に対向する第2面側から順に形成された、第1活物質層A2、固体電解質層A2、第2活物質層A2、および第2集電体A2をこの順に有している。
モノポーラ型ユニットBは、第2集電体Bと、第2集電体Bの第1面側から順に形成された、第2活物質層B1、固体電解質層B1、第1活物質層B1、および第1集電体B1をこの順に有し、第2集電体Bの第1面に対向する第2面側から順に形成された、第2活物質層B2、固体電解質層B2、第1活物質層B2、および第1集電体B2をこの順に有している。
本開示における絶縁層は、上述したモノポーラ型ユニットAにおける第2集電体A2とモノポーラ型ユニットBにおける第1集電体B1との間に配置される層である。絶縁層は、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタラート(PET)等の樹脂を含有することが好ましい。
積層構造体では、上記モノポーラ型ユニットAにおける第2集電体A2と、モノポーラ型ユニットBにおける第1集電体B1とは、上記絶縁層を介して対向するように配置されている。
積層構造体の集電体に用いられる材量は特に限定されず、全固体電池の正極集電体または負極集電体に用いられる従来公知の材料とすることができる。例えば、SUS、Al、Cu、Ni、Fe、Ti、およびCが挙げられる。正極集電体として用いる場合、Al、Ni、およびCが望ましく、負極集電体として用いる場合、CuおよびNiが望ましい。
正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、負極集電体、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、および正極集電体をこの順に積層し、正極集電体同士を超音波溶接により電気的に接続することで、モノポーラ型ユニットAを作製した。次いで、負極集電体、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、および負極集電体をこの順に積層し、負極集電体同士を音波溶接により電気的に接続することで、モノポーラ型ユニットBを作製した。そして、これらモノポーラ型ユニットAおよびモノポーラ型ユニットBを、絶縁性ポリマーフィルムを介して積層し、モノポーラ型電気ユニットAの負極集電体とモノポーラ型電気ユニットBの正極集電体とを超音波溶接により電気的に接続した。これにより、図1に示すような積層構造体を作製した。このようにして得られた積層構造体2つを積層し、集電タブを接続し、外装体に封入することで、図2に示すような全固体電池を作製した。
正極集電体の片面2ヵ所に正極活物質層を積層し、これら2ヶ所の正極活物質層それぞれの上に、固体電解質層を積層し、図3(a)に示すような部材Pを作製した。次いで、負極集電体の片面2ヵ所に負極活物質層を積層し、これら2ヶ所の負極活物質層それぞれの上に、固体電解質層を積層し、図3(b)に示すような部材Qを作製した。さらに、正極集電体および負極集電体の両方の機能を有する集電体の一方の面2ヶ所に、正極活物質層および負極活物質層を積層した。その後、集電体を介して対向する箇所に、正極活物質層および負極活物質層をそれぞれ積層し、図3(c)に示すような部材Rを作製した。図3(d)に示すように、これらの部材を屈曲させ、絶縁性ポリマーフィルムを介して積層することで、積層構造体を得た。この積層構造体を2つ積層し、最外層の集電体に集電タブを積層し、アルミラミネートフィルムで封止した。これにより、溶接処理を行うことなく、図4に示すような全固体電池を作製した。
正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、負極集電体、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、および正極集電体をこの順に積層し、正極集電体同士を超音波溶接により電気的に接続することで、実施例1と同様なモノポーラ型ユニットAを4つ作製した。これらモノポーラ型ユニットAを、間に絶縁性ポリマーフィルムを挟んで互いに積層した。積層した各モノポーラ型電池ユニットAの正極集電体および負極集電体を接続して、図5に示すような全固体電池を作製した。
実施例1と同様にしてモノポーラ型ユニットAおよびモノポーラ型ユニットBを2つずつ作製した。モノポーラ型ユニットAおよびモノポーラ型ユニットBを、絶縁層を介して交互に積層し、その後、集電体を図6のように接続した。このようにして、図6のような、全固体電池を作製した。
2 …第1活物質層
3 …固体電解質層
4 …第2活物質層
5 …第2集電体
10 …モノポーラ型ユニットA
11 …モノポーラ型ユニットB
12 …絶縁層
100 …積層構造体
200 …全固体電池
Claims (1)
- モノポーラ型ユニットAおよびモノポーラ型ユニットBを有する積層構造体を備える全固体電池であって、
前記モノポーラ型ユニットAは、
第1集電体Aと、
前記第1集電体Aの第1面側から順に形成された、第1活物質層A1、固体電解質層A1、第2活物質層A1、および第2集電体A1をこの順に有し、
前記第1集電体Aの前記第1面に対向する第2面側から順に形成された、第1活物質層A2、固体電解質層A2、第2活物質層A2、および第2集電体A2をこの順に有し、
前記モノポーラ型ユニットBは、
第2集電体Bと、
前記第2集電体Bの第1面側から順に形成された、第2活物質層B1、固体電解質層B1、第1活物質層B1、および第1集電体B1をこの順に有し、
前記第2集電体Bの前記第1面に対向する第2面側から順に形成された、第2活物質層B2、固体電解質層B2、第1活物質層B2、および第1集電体B2をこの順に有し、
前記モノポーラ型ユニットAにおける前記第2集電体A2と、前記モノポーラ型ユニットBにおける前記第1集電体B1とは、絶縁層を介して対向するように配置され、
前記第1集電体Aおよび前記第2集電体B、前記第2集電体A1および前記第2集電体A2、ならびに、前記第1集電体B1および前記第1集電体B2は、それぞれ電気的に接続され、
前記全固体電池は、複数の前記積層構造体を備え、
隣り合う前記積層構造体において、一方の前記積層構造体における前記第1集電体B2と、他方の前記積層構造体における前記第2集電体A1とが、絶縁層を介さずに対向し、電気的に接続されている、全固体電池。
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