電池的制作方法

電池的制作方法
【專利摘要】現有技術中期望可靠性高的電池。一種電池，具備第1正極集電體、第1負極集電體、第1發電元件、第2發電元件和第1絕緣部，所述第1發電元件和所述第2發電元件都包含：含有正極活性物質的正極活性物質層、含有負極活性物質的負極活性物質層、和含有無機固體電解質的無機固體電解質層，所述第1發電元件和所述第2發電元件的每一個中的所述無機固體電解質層，都與所述正極活性物質層和所述負極活性物質層接觸，所述第1發電元件的所述正極活性物質層和所述第2發電元件的所述正極活性物質層，都與所述第1正極集電體接觸，所述第1發電元件的所述負極活性物質層和所述第2發電元件的所述負極活性物質層，都與所述第1負極集電體接觸，在所述第1發電元件和所述第2發電元件之間設有所述第1絕緣部。
【專利說明】
電池
技術領域
[0001]本公開涉及電池。
【背景技術】
[0002]專利文獻I中，公開了一種多個內部電極體經由集電體連接部電連接而成的片狀電池。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻1:日本特開2002-216846號公報

【發明內容】

[0005]以往技術中可靠性高的電池備受期待。
[0006]本公開的一方式的電池，具備第I正極集電體、第I負極集電體、第I發電元件、第2發電元件和第I絕緣部，所述第I發電元件和所述第2發電元件都包含:含有正極活性物質的正極活性物質層、含有負極活性物質的負極活性物質層、和含有無機固體電解質的無機固體電解質層，所述第I發電元件和所述第2發電元件的每一個中的所述無機固體電解質層，都與所述正極活性物質層和所述負極活性物質層接觸，所述第I發電元件的所述正極活性物質層和所述第2發電元件的所述正極活性物質層，都與所述第I正極集電體接觸，所述第I發電元件的所述負極活性物質層和所述第2發電元件的所述負極活性物質層，都與所述第I負極集電體接觸，在所述第I發電元件和所述第2發電元件之間設有所述第I絕緣部。
[0007]根據本公開，能夠實現可靠性高的電池。
【附圖說明】
[0008]圖1是表示實施方式I的電池1000的概略構造的圖。
[0009]圖2是表示實施方式I的電池1000的上面和側面的概略構造的圖。
[0010]圖3是表示實施方式I的變形例的電池1100的概略構造的圖。
[0011 ] 圖4是表示實施方式I的變形例的電池1200的概略構造的圖。
[0012]圖5是表示實施方式I的變形例的電池1300的概略構造的圖。
[0013]圖6是表示實施方式I的變形例的電池1400的上面和側面的概略構造的圖。
[0014]圖7是用于說明實施方式I的電池的制造方法的圖。
[0015]圖8是表示實施方式2的電池2000的概略構造的圖。
[0016]圖9是表示在實施方式2的電池2000中，發電元件發生了損壞的情況的圖。
[0017]圖10是表示作為比較例的電池2100的概略構造的圖。
[0018]圖11是表示在作為比較例的電池2100中，發電元件發生了損壞的情況的圖。
[0019]圖12是用于說明實施方式2的電池的制造方法的圖。
[0020]圖13是表示實施方式3的電池3000的概略構造的圖。
[0021]圖14是表示實施方式3的變形例的電池3100的概略構造的圖。
[0022]圖15是表示實施方式4的電池4000的概略構造的圖。
[0023]圖16是表示實施方式4的變形例的電池4100的概略構造的圖。
[0024]圖17是表示實施方式5的電池5000的概略構造的圖。
[0025]圖18是表示雙極層疊數為4個的情況下的電池的概略構造的圖。
[0026]附圖標記說明
[0027]Ul第I發電元件
[0028]U2第2發電元件
[0029]U3第3發電元件
[0030]U4第4發電元件
[0031]PC正極集電體
[0032]PCl第I正極集電體
[0033]PC2第2正極集電體
[0034]PC3第3正極集電體
[0035]NC負極集電體
[0036]NCl第I負極集電體
[0037]NC2第2負極集電體
[0038]NC3第3負極集電體
[0039]NC4第4負極集電體
[0040]PA正極活性物質層
[0041]PAl正極活性物質層
[0042]PA2正極活性物質層
[0043]PA3正極活性物質層
[0044]PA4正極活性物質層
[0045]NA負極活性物質層
[0046]NAl負極活性物質層
[0047]NA2負極活性物質層
[0048]NA3負極活性物質層
[0049]NA4負極活性物質層
[0050]SE無機固體電解質層
[0051]SEl無機固體電解質層
[0052]SE2無機固體電解質層
[0053]SE3無機固體電解質層
[0054]SE4無機固體電解質層
[0055]101第I絕緣部
[0056]102第2絕緣部
[0057]Tl第I導通控制層
[0058]T2第2導通控制層
[0059]T3第3導通控制層
[0060]T4第4導通控制層
[0061]Cl第I電壓檢測端子
[0062]C2第2電壓檢測端子
[0063]C3第3電壓檢測端子
[0064]1000 電池
[0065]1100 電池
[0066]1200 電池
[0067]1300 電池
[0068]1400 電池
[0069]2000 電池
[0070]2100 電池
[0071]3000 電池
[0072]3100 電池
[0073]4000 電池
[0074]4100 電池
[0075]5000 電池
【具體實施方式】
[0076]以下，一邊參照附圖一邊對實施方式進行說明。
[0077](實施方式I)
[0078]圖1是表示實施方式I的電池1000的概略構造的圖(截面圖)。
[0079]實施方式I的電池1000具備第I正極集電體PCl、第I負極集電體NCl、第I發電元件U1、第2發電元件U2和第I絕緣部101。
[0080]第I發電元件Ul包含正極活性物質層ΡΑ1、負極活性物質層NAl和無機固體電解質層SE1。
[0081]第I發電元件Ul中的無機固體電解質層SE1，與正極活性物質層PAl和負極活性物質層NAl接觸。
[0082]第2發電元件U2包含正極活性物質層ΡΑ2、負極活性物質層ΝΑ2和無機固體電解質層SE2。
[0083]第2發電元件U2中的無機固體電解質層SE2，與正極活性物質層ΡΑ2和負極活性物質層ΝΑ2接觸。
[0084]第I發電元件Ul的正極活性物質層PAl和第2發電元件U2的正極活性物質層ΡΑ2，都與第I正極集電體PCl接觸。
[0085]第I發電元件Ul的負極活性物質層NAl和第2發電元件U2的負極活性物質層ΝΑ2，都與第I負極集電體NCl接觸。
[0086]在第I發電元件Ul和第2發電元件U2之間設有第I絕緣部101。
[0087]根據以上的構造，能夠抑制某I個發電元件發生的損壞影響傳播到另一發電元件。
[0088]例如，考慮在電池受到沖擊、振動時，一部分的發電元件發生了損壞(例如裂紋或斷裂等)的情況。該情況下，第I絕緣部發揮隔壁作用。即，第I絕緣部抑制損壞向相鄰的發電元件傳播。其結果，能夠抑制損壞部位的擴大。由此，即使是例如發生了損壞的發電元件喪失了發電功能的情況下，未損壞的發電元件也能夠正常地發揮作用。因此能夠維持作為電池的發電功能。
[0089]另外，包含無機固體電解質的構件的脆性高。因此包含無機固體電解質的構件容易發生裂紋或斷裂。所以在實施方式I的構造中，相鄰的發電元件之間通過第I絕緣部而被物理性地隔斷。由此，能夠防止從發生了損壞的發電元件剝落的部位(例如活性物質粉等)，與相鄰的未損壞的發電元件接觸。即，在相鄰的發電元件中，能夠防止由該剝落部位的附著引起的短路。
[0090]在此，作為發生損壞的要因，設想了例如電池的制造、運輸、使用時的掉落，或隨操作而產生的振動、沖擊，隨充放電時活性物質的膨脹、收縮而產生的應力或變形等。在損壞部，例如內部電阻變得極大，離子或電子的流動被切斷。其結果，電池的特性降低。在損壞的程度更加嚴重的情況下，有可能喪失電池的發電功能。
[0091]對此，如果是實施方式I的構造，則即使一部分的發電元件發生損壞，也能夠防止電池的特性降低和發電功能的喪失。由此，能夠實現更長壽命且高可靠性的電池。
[0092]圖2是表示實施方式I的電池1000的上面和側面的概略構造的圖。
[0093]在圖2所示的例子中，第I絕緣部101沿y方向設置。
[0094]再者，第I絕緣部101可以在xy平面上，以也沿x方向延伸的方式在斜向上設置。
[0095]另外，如圖1和圖2所示，第I絕緣部101可以以將第I發電元件Ul和第2發電元件U2之間緊密填埋的形態設置。
[0096]圖3是表示實施方式I的變形例的電池1100的概略構造的圖。
[0097]如圖3所示的電池1100那樣，可以在第I絕緣部101和第I發電元件Ul之間設置第I空隙21。
[0098]另外，如圖3所示的電池1100那樣，可以在第I絕緣部101和第2發電元件U2之間設置第2空隙22。
[0099]或者，在實施方式I中，可以是僅具備第I空隙21和第2空隙22之中任一者的構造。
[0100]圖4是表示實施方式I的變形例的電池1200的概略構造的圖。
[0101]如圖4所示的電池1200那樣，第I絕緣部101可以以覆蓋負極活性物質層NAl和負極活性物質層NA2、并且不覆蓋正極活性物質層PAl和正極活性物質層PA2的形態設置。此時可以設置有空隙23。
[0102]圖5是表示實施方式I的變形例的電池1300的概略構造的圖。
[0103]如圖5所示的電池1300那樣，第I絕緣部101可以以覆蓋正極活性物質層PAl和正極活性物質層PA2、并且不覆蓋負極活性物質層NAl和負極活性物質層NA2的形態設置。此時可以設置有空隙24。
[0104]以上，如圖1?圖5所示，作為第I絕緣部101的配置形態，只要是I個發電元件的正極活性物質層與相鄰的另一發電元件的負極活性物質層通過第I絕緣部101而被物理性地隔斷的形態即可。
[0105]圖6是表示實施方式I的變形例的電池1400的上面和側面的概略構造的圖。
[0106]如圖6所示的電池1400那樣，可以設有發電元件Ua、發電元件Ub、發電元件Uc、發電元件Ud、發電元件Ue和發電元件Uf0
[0107]并且，如圖6所示的電池1400那樣，在各發電元件之間可以設有絕緣部101a、絕緣部1lb和絕緣部1lCo
[0108]再者，在實施方式I中，發電元件的數量為2以上即可。
[0109]再者，在實施方式I中，絕緣部配置的位置、方向，可以相對于發電元件的面，在縱向(y方向)或橫向(X方向)上統一。該情況下，能夠便于制造。
[0110]作為例如智能手機、數碼相機等便攜電子設備用途的全固體鋰二次電池，發電元件的主表面的面積可以為I?100cm2。
[0111]或者，作為電動汽車等大型移動設備的電源用途的全固體鋰二次電池，發電元件的主表面的面積可以為100?1000cm2。
[0112]無機固體電解質層是包含無機固體電解質的層。
[0113]作為無機固體電解質，可使用例如氧化物固體電解質或硫化物固體電解質等。
[0114]作為氧化物固體電解質，可使用例如以LiTi2(PO4)3及其元素置換體為代表的NASIC0N型固體電解質、(LaLi)T13系的鈣鈦礦型固體電解質、以Li 14ZnGe4016、Li4S14,LiGeO4及其元素置換體為代表的LISIC0N型固體電解質、以Li 7La3Zr2012及其元素置換體為代表的石榴石型固體電解質、Li3N及其H置換體、1^孑04及其N置換體等。
[0115]作為硫化物固體電解質，可使用例如Li2S-P2S5、Li2S-SiS2, Li2S-B2S3, Li2S-GeS2,Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li 1(^卩2312等。另外，可以向它們中添加 LiX (X 是 F、Cl、Br、I)、MOy、LixMOy (Μ是P、S1、Ge、B、Al、Ga、In中的任一種)(x、y是自然數)等。Li2S-P2S5的離子導電率高且為低電位，難以被還原。因此，通過使用Li2S-P2S5，使電池化變得容易。
[0116]無機固體電解質的厚度可以為I?100 μπι。再者，無機固體電解質的厚度小于I μ m的情況下，正極活性物質層和負極活性物質層發生短路的可能性提高。再者，無機固體電解質的厚度大于100 μ m的情況下，高輸出下的工作有可能變得困難。
[0117]正極活性物質層是包含正極活性物質的層。正極活性物質層也可以是包含正極活性物質和無機固體電解質的正極合劑層。正極活性物質層，出于降低電極電阻的目的可以包含導電助劑。正極活性物質層，出于提高正極活性物質粒子彼此的粘結性、或正極合劑層與集電體的粘結性的目的，可以包含粘結劑。
[0118]正極合劑層的厚度可以為10?500 μπι。再者，正極合劑層的厚度小于10 μπι的情況下，有可能難以確保充分的電池能量密度。再者，正極合劑層的厚度大于500 μπι的情況下，高輸出下的工作有可能變得困難。
[0119]正極活性物質可以是例如吸藏和放出金屬離子的材料。正極活性物質也可以是例如吸藏和放出鋰離子的材料。作為正極活性物質，可使用例如含有鋰的過渡金屬氧化物、過渡金屬氟化物、聚陰離子和氟化聚陰離子材料、以及過渡金屬硫化物等。使用了含有鋰離子的過渡金屬氧化物的情況下，能夠降低制造成本，并且能夠提高平均放電電壓。
[0120]負極活性物質層是包含負極活性物質的層。負極活性物質層也可以是包含負極活性物質和無機固體電解質的正極合劑層。負極活性物質層，出于降低電極電阻的目的可以包含導電助劑。負極活性物質層，出于提高負極活性物質粒子彼此的粘結性、或負極合劑層與集電體的粘結性的目的，可以包含粘結劑。
[0121]負極合劑層的厚度可以為10?500 μπι。再者，負極合劑層的厚度小于10 μπι的情況下，有可能難以確保充分的電池能量密度。再者，負極合劑層的厚度小于500 μπι的情況下，高輸出下的工作有可能變得困難。
[0122]再者，負極合劑層的厚度可以比正極合劑層的厚度厚。由此，能夠降低施加于負極的載荷，使電池長壽命化。
[0123]負極活性物質可以是例如吸藏和放出金屬離子的材料。負極活性物質也可以是例如吸藏和放出鋰離子的材料。作為負極活性物質，可使用例如鋰金屬、與鋰顯示合金化反應的金屬或合金、碳、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物等。作為碳，可使用例如石墨或硬碳、焦炭之類的非石墨系碳。作為過渡金屬氧化物，可使用例如CuO、N1等。作為過渡金屬硫化物，可使用例如由CuS表示的硫化銅等。作為與鋰顯示合金化反應的金屬或合金，可使用例如硅化合物、錫化合物、鋁化合物和鋰的合金等。使用了碳的情況下，能夠降低制造成本，并且能夠提高平均放電電壓。
[0124]作為導電助劑，可使用例如天然石墨或人造石墨的石墨類、乙炔黑、科琴黑等炭黑類、碳纖維或金屬纖維等導電性纖維類、氟化碳、鋁等金屬粉末類、氧化鋅或鈦酸鉀等導電晶須類、氧化鈦等導電性金屬氧化物、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導電性高分子化合物等。使用了碳導電助劑的情況下，能夠謀求低成本化。
[0125]作為粘結劑，可使用例如聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、六氟聚丙烯、苯乙烯丁二烯橡膠、羧甲基纖維素等。
[0126]作為正極集電體，可使用例如由鋁、不銹鋼、鈦和它們的合金等金屬材料制作的多孔質或無孔的片或薄膜等。鋁及其合金便宜且易于薄膜化。作為片或薄膜，可以是金屬箔或絲網等。
[0127]正極集電體的厚度可以為I?30 μπι。再者，正極集電體的厚度小于I μπι的情況下，機械強度不充分，容易發生集電體的斷裂、破損。再者，正極集電體的厚度大于30 μπι的情況下，電池的能量密度有可能降低。
[0128]作為負極集電體，可使用例如由不銹鋼、鎳、銅和它們的合金等金屬材料制作的多孔質或無孔的片或薄膜等。銅及其合金便宜且易于薄膜化。作為片或薄膜，可以是金屬箔或絲網等。
[0129]負極集電體的厚度可以為I?30 μπι。再者，負極集電體的厚度小于I μπι的情況下，機械強度不充分，容易發生集電體的斷裂、破損。再者，負極集電體的厚度大于30 μπι的情況下，電池的能量密度有可能降低。
[0130]絕緣部可以是例如包含絕緣性材料的構件。
[0131]作為絕緣性材料，可使用例如無機絕緣材料。作為無機絕緣材料，可使用Si02、MgO、A1203、ZrO2等單一氧化物、含有2種以上單一氧化物的復合氧化物、A1N、Si 3N4等金屬氮化物、SiC等金屬碳化物等。
[0132]或者，作為絕緣性材料，可使用例如有機絕緣材料。作為有機絕緣材料，可使用聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、芳綸樹脂、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚、聚醚砜、聚六氟丙烯、羧甲基纖維素之類的有機高分子等。或者，作為有機絕緣材料，可使用硅橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丙烯酸橡膠、聚氨酯橡膠、含氟橡膠、聚硫橡膠、天然橡膠、異戊橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、丁二烯橡膠之類的各種橡膠。
[0133]絕緣部的寬度(X方向的厚度)可以為I?10000 μπι。再者，絕緣部的寬度小于I μπι的情況下，其制造有可能復雜化。再者，絕緣部的寬度大于10000 μπι的情況下，電池的能量密度有可能降低。
[0134]再者，絕緣部的楊氏模量可以為20GPa以下。構成發電元件的正極合劑層、無機固體電解質層和負極合劑層的各自的楊氏模量都大于約20GPa。因此，通過將楊氏模量比它們小的絕緣部配置在發電元件之間，絕緣部作為防止一部分的發電元件上發生的損壞向相鄰的發電元件傳播的隔壁，更好地發揮作用。即，通過楊氏模量小的絕緣部，能夠緩和發電元件產生的應力或變形。
[0135]<制造方法>
[0136]以下，對實施方式I的電池的制造方法的一例進行說明。
[0137]圖7是用于說明實施方式I的電池的制造方法的圖。
[0138]實施方式I的電池的制造方法，包括工序Al、工序A2、工序A3、工序A4和工序A5。
[0139]工序Al是在負極集電體NC上，將添加溶劑而制成糊狀的絕緣性材料(絕緣部101)進行涂布的工序。
[0140]工序A2是在工序Al之后，使用與絕緣性材料的涂布寬度對應的縫模，在負極集電體NC上，將添加溶劑而制成糊狀的負極活性物質以條狀涂布，從而形成負極活性物質層NA的工序。
[0141]工序A3是在工序A2之后，在負極活性物質層NA上，將添加溶劑而制成糊狀的無機固體電解質以條狀涂布，從而形成無機固體電解質層SE的工序。在此，條的寬度與下層的負極活性物質層NA對齊。
[0142]工序A4是在工序A3之后，在無機固體電解質層SE上，將添加溶劑而制成糊狀的正極活性物質以條狀涂布，從而形成正極活性物質層PA的工序。在此，條的寬度與下層的無機固體電解質層SE對齊。
[0143]工序A5是在工序A4之后，在正極活性物質層PA上壓接正極集電體PC的工序。
[0144]如上所述，可以是將絕緣性材料涂布在負極集電體上的制作方法。或者，也可以顛倒層疊的順序。即，可以將絕緣性材料涂布在正極集電體上，然后以正極活性物質層、無機固體電解質層、負極活性物質層、負極集電體的順序層疊。
[0145]另外，可以適當變更、設定工序Al中涂布絕緣性材料的寬度或高度，或是工序A2?A4中使用的縫模的寬度。由此，能夠任意設定絕緣性材料的配置形態。
[0146]另外，可以在正極集電體PC附設正極端子。另外，可以在負極集電體NC附設負極端子。
[0147](實施方式2)
[0148]以下，對實施方式2進行說明。再者，適當省略與上述的實施方式I重復的說明。
[0149]圖8是表示實施方式2的電池2000的概略構造的圖。
[0150]實施方式2的電池2000的構造為，將多個具有上述實施方式I的電池1000的構造的發電元件進行了雙極層疊。
[0151]發電元件的層疊數可根據電池的用途任意設定。圖8中，作為例示示出了 2層層置體。
[0152]實施方式2的電池2000，具備第I正極集電體PC1、第2正極集電體PC2、第I負極集電體NC1、第2負極集電體NC2、第I發電元件U1、第2發電元件U2、第3發電元件U3、第4發電元件U4、第I絕緣部101和第2絕緣部102。
[0153]第I發電元件Ul包含正極活性物質層PA1、負極活性物質層NAl和無機固體電解質層SE1。
[0154]第I發電元件Ul中的無機固體電解質層SE1，與正極活性物質層PAl和負極活性物質層NAl接觸。
[0155]第2發電元件U2包含正極活性物質層PA2、負極活性物質層NA2和無機固體電解質層SE2。
[0156]第2發電元件U2中的無機固體電解質層SE2，與正極活性物質層PA2和負極活性物質層NA2接觸。
[0157]第3發電元件U3包含正極活性物質層PA3、負極活性物質層NA3和無機固體電解質層SE3。
[0158]第3發電元件U3中的無機固體電解質層SE3，與正極活性物質層PA3和負極活性物質層NA3接觸。
[0159]第4發電元件U4包含正極活性物質層PA4、負極活性物質層NA4和無機固體電解質層SE4。
[0160]第4發電元件U4中的無機固體電解質層SE4，與正極活性物質層PA4和負極活性物質層NA4接觸。
[0161]第I發電元件Ul的正極活性物質層PAl和第2發電元件U2的正極活性物質層PA2，都與第I正極集電體PCl接觸。
[0162]第I發電元件Ul的負極活性物質層NAl和第2發電元件U2的負極活性物質層NA2，都與第I負極集電體NCl接觸。
[0163]第3發電元件U3的正極活性物質層PA3和第4發電元件U4的正極活性物質層PA4，都與第2正極集電體PC2接觸。
[0164]第3發電元件U3的負極活性物質層NA3和第4發電元件U4的負極活性物質層NA4，都與第2負極集電體NC2接觸。
[0165]第I負極集電體NCl和第2正極集電體PC2相互接觸。
[0166]在第I發電元件Ul和第2發電元件U2之間設有第I絕緣部101。
[0167]在第3發電元件U3和第4發電元件U4之間設有第2絕緣部102。
[0168]根據以上的構造，即使是某I個發電元件發生了損壞的情況，也能夠維持其它發電元件的發電功能。由此，即使一部分的發電元件發生損壞，也能夠防止電池的特性降低和發電功能的喪失。由此，能夠實現更長壽命且高可靠性的電池。
[0169]以下，利用比較例對該效果的詳細情況進行說明。
[0170]圖9是表示在實施方式2的電池2000中，發電元件發生了損壞的情況的圖。
[0171]在圖9所示的例子中，第I發電元件Ul發生損壞。由此，在第I發電元件Ul中，離子或電流的流動被切斷。
[0172]在此，實施方式2的電池2000中，第3發電元件U3經由第I負極集電體NCl和第2正極集電體PC2而與第2發電元件U2電連接。
[0173]因此，如圖9所示，即使是第I發電元件Ul發生了損壞的情況，與第I發電元件Ul串聯的第3發電元件U3的發電元件也不會失去發電功能。
[0174]再者，同樣地，即使是第2發電元件U2、第3發電元件U3或第4發電元件U4的任一個發生了損壞的情況，也能夠維持其它發電元件的發電功能。
[0175]圖10是表示作為比較例的電池2100的概略構造的圖。
[0176]作為比較例的電池2100，具備第3正極集電體PC3、第3負極集電體NC3和絕緣部201。
[0177]與實施方式2的電池2000不同，在作為比較例的電池2100中，第2發電元件U2的負極活性物質層NA2不與第I負極集電體NCl接觸。
[0178]在作為比較例的電池2100中，第2發電元件U2的負極活性物質層NA2與第3負極集電體NC3接觸。
[0179]與實施方式2的電池2000不同，在作為比較例的電池2100中，第4發電元件U4的正極活性物質層PA4不與第2正極集電體PC2接觸。
[0180]在作為比較例的電池2100中，第4發電元件U4的正極活性物質層PA4與第3正極集電體PC3接觸。
[0181]第3正極集電體PC3和第3負極集電體NC3相互接觸。
[0182]在第3正極集電體PC3和第3負極集電體NC3、與第I負極集電體NCl和第2正極集電體PC2之間，設有絕緣部201。
[0183]因此，第3正極集電體PC3不與第I負極集電體NCl和第2正極集電體PC2接觸。
[0184]同樣地，第3負極集電體NC3不與第I負極集電體NCl和第2正極集電體PC2接觸。
[0185]圖11是表示在作為比較例的電池2100中，發電元件發生了損壞的情況的圖。
[0186]在圖11所示的例子中，第I發電元件Ul發生損壞。由此，在第I發電元件Ul中，離子或電流的流動被切斷。
[0187]在此，在比較例的電池2100中，第3發電元件U3不與第2發電元件U2電連接。
[0188]因此，如圖11所示，在第I發電元件Ul發生了損壞的情況下，與第I發電元件Ul串聯的第3發電元件U3的發電元件失去發電功能。
[0189]如上所述，與比較例不同，根據實施方式2的構造，即使是某I個發電元件發生了損壞的情況，也能夠維持其它發電元件的發電功能。
[0190]再者，由實施方式2的電池2000，可以構成雙極層疊型的全固體鋰二次電池。
[0191]雙極層疊意味著包含雙極電極作為構成要素、并且發電元件串聯至少2層以上的結構。
[0192]雙極電極是在集電體的一面擔載有正極活性物質層、并且在集電體的相反側擔載有負極活性物質層的電極。
[0193]用于雙極電極的集電體，可以在正極和負極為同樣的集電體。或者，用于雙極電極的集電體，可以在正極和負極為不同的集電體。
[0194]雙極層疊型的全固體鋰二次電池，將多個串聯的發電元件包含在單一的外包裝內。由此，與在外包裝內包含單一的發電元件的通常的全固體鋰二次電池相比，能夠提高體積能量密度。
[0195]層疊的各發電元件的構造(例如發電元件的數量和絕緣部的位置或方向等)可以相互不同。
[0196]或者，層疊的各發電元件的構造可以相同。由此，能夠便于制造，能夠降低制造成本。
[0197]作為例如數碼相機等小型電子設備用的全固體鋰二次電池，發電元件的層疊數可以為層疊2層。或者，作為例如汽車的系統控制用的電源用的全固體鋰二次電池，發電元件的層疊數可以為層疊3?4層。或者，作為汽車等大型移動設備的電源用的全固體鋰二次電池，發電元件的層疊數可以層疊4?200層。
[0198]<制造方法>
[0199]以下，對實施方式2的電池的制造方法的一例進行說明。
[0200]圖12是用于說明實施方式2的電池的制造方法的圖。
[0201]實施方式2的電池的制造方法，包括工序B1、工序B2、工序B3和工序B4。
[0202]工序BI是采用實施方式I中說明的制造方法制作多個發電元件的工序。此時，可以使各個發電元件的面積相同。
[0203]工序B2是在工序BI之后，以第I層的發電元件的負極集電體NC與負極端子NE接觸的方式，將第I層的發電元件插入外裝殼體30的工序。
[0204]工序B3是在工序B2之后，以上層的發電元件的負極集電體NC與下層的發電元件的正極集電體PC接觸的方式，在外裝殼體30依次層疊發電元件的工序。
[0205]工序B4是在工序B3之后，使用具備正極端子PE的外裝殼體30的蓋40，以最上層的正極集電體PC與正極端子PE接觸的方式，將外裝殼體30密封的工序。
[0206]如以上那樣，可以是以負極集電體在下的方式進行層疊的制作方法。或者，也可以顛倒層疊的方向。即，在預先設有正極端子PE的外裝殼體中，以正極集電體PC在下的方式，依次層疊發電元件。
[0207](實施方式3)
[0208]以下，對實施方式3進行說明。再者，適當省略與上述的實施方式I或2重復的說明。
[0209]圖13是表示實施方式3的電池3000的概略構造的圖。
[0210]實施方式3的電池，除了在實施方式I中所示的構造以外，還具備下述的構造。
[0211]S卩，在實施方式3的電池中，第I正極集電體PCl和第I負極集電體NCl之中的至少一者具備第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2。
[0212]第I導通控制層Tl的電阻與溫度上升相應地增加。例如，第I導通控制層Tl的電阻與第I發電元件Ul的異常發熱相應地增加。
[0213]第2導通控制層T2的電阻與溫度上升相應地增加。例如，第2導通控制層T2的電阻與第2發電元件U2的異常發熱相應地增加。
[0214]第I導通控制層Tl設置在第I發電元件Ul所處的那側。
[0215]第2導通控制層T2設置在第2發電元件U2所處的那側。
[0216]根據以上的構造，能夠發揮下述的效果。
[0217]例如，實施方式I的電池1000中，考慮在電池受到沖擊、振動時，一部分的發電元件受到損壞，造成正極合劑層和負極合劑層相互混合，發生了內部短路的情況。此時，通過內部短路而使損壞的發電元件的電阻明顯減小，電流集中。由此，電流不在未損壞的發電元件中流動。隨之電壓降低。其結果，有可能使該電池的電壓低于由該電池驅動的設備或系統的工作維持電壓。其結果，設備或系統有可能無法繼續工作。
[0218]另一方面，實施方式3的電池中，通過在一部分的發電元件發生內部短路使電流集中了的情況下產生的焦耳熱，在發電元件和集電體之間具備的導通控制層的電阻明顯增大。其結果，流向損壞了的發電元件的電流被切斷。隨之電流會在未損壞的發電元件中流動。即，在剛發生內部短路后，由于電流向損壞了的發電元件集中，從而電壓暫時性降低。但是，在導通控制層的工作后，恢復到原來的電壓。因此，即使是發電元件損壞了的情況，也能夠繼續進行由電池驅動的設備或系統的工作。
[0219]另外，如果是將電池并聯使用的情況，則能夠防止包含損壞了的發電元件的電池無法發電。因此，能夠防止負載集中于與包含損壞了的發電元件的電池并聯的電池。
[0220]第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2，例如可以是作為PTC元件(PositiveTemperature Coefficient)而構成的層。該情況下，在第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2成為規定溫度以上的情況下，其電阻增大。
[0221]或者，第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2，例如可以是作為溫度保險絲而構成的層。該情況下，在第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2成為規定溫度以上的情況下，其電流的導通被切斷(例如在規定溫度以上，導通控制層的一部分溶解，從而不可逆地被絕緣)。
[0222]第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2，一般可使用公知的構造和材料。例如，第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2，可以使導電性物質(例如金屬、碳等)分散于聚合物(例如聚丙烯、聚乙烯等)中而構成。
[0223]在圖13所示的電池3000中，第I正極集電體PCl具備第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2。
[0224]在圖13所示的電池3000中，第I導通控制層Tl與第I發電元件Ul (例如正極活性物質層PAl)相接觸而設置。另外，第2導通控制層T2與第2發電元件U2(例如正極活性物質層PA2)相接觸而設置。
[0225]圖14是表示實施方式3的變形例的電池3100的概略構造的圖。
[0226]在圖14所示的電池3100中，第I負極集電體NCl具備第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2。
[0227]在圖14所示的電池3100中，第I導通控制層Tl與第I發電元件Ul (例如負極活性物質層NAl)相接觸而設置。另外，第2導通控制層T2與第2發電元件U2(例如負極活性物質層NA2)相接觸而設置。
[0228]另外，在實施方式3中，第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2可以隔著第I絕緣部101相互不接觸地配置。
[0229]S卩，第I絕緣部101可以配置于第I導通控制層Tl和第2導通控制層T2之間。
[0230]根據以上的構造，能夠防止第I導通控制層Tl或第2導通控制層T2的動作出現失誤。即，能夠通過第I絕緣部101抑制由第I發電元件Ul的損壞產生的熱傳播到第2導通控制層T2。因此，能夠防止通過由第I發電元件Ul的損壞產生的熱而使第2導通控制層T2的動作出現失誤。發生故障。同樣地，能夠通過第I絕緣部101抑制由第2發電元件U2的損壞產生的熱傳播到第I導通控制層Tl。因此，能夠防止通過由第2發電元件U2的損壞產生的熱而使第I導通控制層Tl的動作出現失誤。
[0231]<制造方法>
[0232]以下，對實施方式3的電池的制造方法的一例進行說明。
[0233]首先，對圖13所示的構造的制造方法進行說明。此時，實施方式3的電池的制造方法，除了在實施方式I中說明了的工序Al、工序Α2、工序A3、工序Α4和工序Α5以外，還包括工序XI。
[0234]工序Xl是在工序Α4之后，在正極活性物質層PA上形成第I導通控制層Tl和第2導通控制層Τ2的工序。例如，第I導通控制層Tl和第2導通控制層Τ2通過以條狀涂布而形成。在此，條的寬度與下層的正極活性物質層PA對齊。
[0235]該情況下，工序Α5成為在工序Xl之后，將正極集電體PC壓接在第I導通控制層Tl和第2導通控制層Τ2上的工序。
[0236]接著，對圖14所示的構造的制造方法進行說明。此時，實施方式3的電池的制造方法，除了在實施方式I中說明了的工序Al、工序Α2、工序A3、工序Α4和工序Α5以外，還包括工序Χ2。
[0237]工序Χ2是在工序Al之后，在負極集電體NC上形成第I導通控制層Tl和第2導通控制層Τ2的工序。例如，第I導通控制層Tl和第2導通控制層Τ2通過以條狀涂布而形成。
[0238]該情況下，工序Α2成為在工序Χ2之后，在第I導通控制層Tl和第2導通控制層Τ2上形成負極活性物質層NA的工序。
[0239]如以上那樣，可以是將絕緣性材料涂布于負極集電體上的制作方法。或者，可以顛倒層疊的順序。即，可以將絕緣性材料涂布于正極集電體上，然后以導通控制層、正極活性物質層、無機固體電解質層、負極活性物質層、負極集電體的順序進行層疊。或者，可以將絕緣性材料涂布于正極集電體上，然后以正極活性物質層、無機固體電解質層、負極活性物質層、導通控制層、負極集電體的順序進行層疊。
[0240](實施方式4)
[0241]以下，對實施方式4進行說明。再者，適當省略與上述的實施方式I?3的任一個重復的說明。
[0242]圖15是表示實施方式4的電池4000的概略構造的圖。
[0243]實施方式4的電池的構造為，將多個具有上述實施方式3的構造的發電元件進行了雙極層疊。
[0244]發電元件的層疊數可根據電池的用途任意設定。在圖15中，作為例示而示出了 2
層層疊體。
[0245]實施方式4的電池，除了在實施方式3中示出的構造以外，還具備下述的構造。
[0246]S卩，實施方式4的電池還具備第2正極集電體PC2、第2負極集電體NC2、第3發電元件U3、第4發電元件U4和第2絕緣部102。
[0247]作為第2正極集電體PC2、第2負極集電體NC2、第3發電元件U3和第4發電元件U4，可使用在實施方式2中示出的構造。
[0248]在實施方式4的電池中，第2正極集電體PC2和第2負極集電體NC2之中的至少一者具備第3導通控制層T3和第4導通控制層T4。
[0249]第3導通控制層T3的電阻與溫度上升相應地增加。例如，第3導通控制層T3的電阻與第3發電元件U3的異常發熱相應地增加。
[0250]第4導通控制層T4的電阻與溫度上升相應地增加。例如，第4導通控制層T4的電阻與第4發電元件U4的異常發熱相應地增加。
[0251]第3導通控制層T3設置在第3發電元件U3所處的那側。
[0252]第4導通控制層T4設置在第4發電元件U4所處的那側。
[0253]根據以上的構造，能夠發揮下述的效果。
[0254]在實施方式4的電池中，一部分發電元件發生內部短路而使電流集中了的情況下，導通控制層發揮作用，電流變得能夠在未損壞的發電元件中流動。在剛發生內部短路后，由于電流向損壞了的發電元件集中，從而使電壓暫時性降低。但是，在導通控制層工作后，恢復到原來的電壓。因此，即使是發電元件發生了損壞的情況，也能夠繼續進行由電池驅動的設備或系統的工作。
[0255]另外，如果是將電池并聯使用的情況，則能夠防止包含損壞了的發電元件的電池無法發電。因此，能夠防止負載集中于與包含損壞了的發電元件的電池并聯的電池。
[0256]作為第3導通控制層T3和第4導通控制層T4的構造和材料，可使用在實施方式3示出的導通控制層的構造和材料。
[0257]在圖15所示的電池4000中，第2正極集電體PC2具備第3導通控制層T3和第4導通控制層T4。
[0258]在圖15所示的電池4000中，第3導通控制層T3與第3發電元件U3 (例如正極活性物質層PA3)相接觸而設置。另外，第4導通控制層T4與第4發電元件U4(例如正極活性物質層PA4)相接觸而設置。
[0259]圖16是表示實施方式4的變形例的電池4100的概略構造的圖。
[0260]在圖16所示的電池4100中，第2負極集電體NC2具備第3導通控制層T3和第4導通控制層T4。
[0261]在圖16所示的電池4100中，第3導通控制層T3與第3發電元件U3 (例如負極活性物質層NA3)相接觸而設置。另外，第4導通控制層T4與第4發電元件U4(例如負極活性物質層NA4)相接觸而設置。
[0262]另外，在實施方式4中，第3導通控制層T3和第4導通控制層T4可以隔著第2絕緣部102相互不接觸地配置。
[0263]S卩，第2絕緣部102可以配置于第3導通控制層T3和第4導通控制層T4之間。
[0264]根據以上的構造，能夠防止第3導通控制層T3或第4導通控制層T4的動作出現失誤。即，能夠通過第2絕緣部102抑制由第3發電元件U3的損壞產生的熱傳播到第4導通控制層T4。因此，能夠防止通過由第3發電元件U3的損壞產生的熱而使第4導通控制層T4的動作出現失誤。同樣地，能夠通過第2絕緣部102抑制由第4發電元件U4的損壞產生的熱傳播到第3導通控制層T3。因此，能夠防止通過由第4發電元件U4的損壞產生的熱而使第3導通控制層T3的動作出現失誤。
[0265]〈制造方法〉
[0266]以下，對實施方式4的電池的制造方法的一例進行說明。
[0267]首先，對圖15所示的構造的制造方法進行說明。此時，實施方式4的電池的制造方法，除了在實施方式2中說明的工序B2、工序B3和工序B4以外，還包括工序Yl。
[0268]工序Yl是采用包含在實施方式3中說明的工序Xl的制造方法制作多個發電元件的工序。此時，可以使每一個發電元件的面積相同。
[0269]該情況下，工序B2成為在工序Yl之后實施的工序。
[0270]接著，對圖16所示的構造的制造方法進行說明。此時，實施方式4的電池的制造方法，除了在實施方式2中說明的工序B2、工序B3和工序B4以外，還包括工序Y2。
[0271]工序Y2是采用包含在實施方式3中說明的工序X2的制造方法制作多個發電元件的工序。此時，可以使每一個發電元件的面積相同。
[0272]該情況下，工序B2成為在工序Y2之后實施的工序。
[0273]如以上那樣，可以使以負極集電體在下的方式進行層疊的制作方法。或者，可以顛倒層疊的方向。即，可以在預先設有正極端子PE的外裝殼體中，以正極集電體PC在下的方式，依次層疊發電元件。
[0274](實施方式5)
[0275]以下，對實施方式5進行說明。再者，適當省略與上述實施方式I?4的任一個重復的說明。
[0276]圖17是表示實施方式5的電池5000的概略構造的圖。
[0277]實施方式5的電池5000，除了在實施方式4中示出的構造，還具備下述的構造。
[0278]即，實施方式5的電池5000還具備第I電壓檢測端子Cl。
[0279]第I電壓檢測端子Cl與第I負極集電體NCl或第2正極集電體PC2相接觸而設置。
[0280]根據以上的構造，能夠發揮下述的效果。
[0281]在實施方式4所示的電池的構造中，能夠基于作為電池電壓輸出的、第I正極集電體PCl和第2負極集電體NC2之間的電壓，檢測是否發生內部短路。但是，要確定內部短路的發生部位是困難的。
[0282]另一方面，實施方式5的電池的構造中，除了電池電壓以外，利用電壓檢測裝置監測第I正極集電體PCl和第I電壓檢測端子Cl之間、或第2負極集電體NC2和第I電壓檢測端子Cl之間的任一電壓，由此能夠檢測是否發生內部短路以及在哪一層發生了內部短路。
[0283]通過確定內部短路的發生部位，能夠更準確地掌握損壞的程度。
[0284]以下，對電壓檢測裝置的設置方法進行更詳細地說明。
[0285]雙極層疊數為n(n為自然數)的情況下，電壓檢測裝置的數量為n_l個。
[0286]利用電壓檢測裝置，將相鄰的電壓檢測端子彼此、以及第I正極集電體與第I電壓檢測端子、或第η負極集電體與第η-1電壓檢測端子連接。由此，能夠檢測在哪一層發生了內部短路。
[0287]圖18是表示雙極層疊數為4個的情況下的電池的概略構造。
[0288]一邊參照圖18，一邊對電壓檢測裝置的設置方法進行更具體地說明。
[0289]將包含與第I正極集電體PCl接觸的發電元件的層作為第I層。
[0290]將包含與第4負極集電體NC4接觸的發電元件的層作為第4層。
[0291]選擇第I正極集電體PCl和第I電壓檢測端子Cl之間作為檢測對象，設置第I電壓檢測裝置VCl。
[0292]選擇第I電壓檢測端子Cl和第2電壓檢測端子C2之間作為檢測對象，設置第2電壓檢測裝置VC2。
[0293]選擇第2電壓檢測端子C2和第3電壓檢測端子C3之間作為檢測對象，設置第3電壓檢測裝置VC3。
[0294]以下，作為一例，考慮在第I層和第4層發生了內部短路的情況。
[0295]假設I層的電壓為4V。此時，第I層和第4層因內部短路，電壓降低到OV附近。然后，通過導通控制層工作，電壓恢復到4V。
[0296]在剛發生了內部短路后，電池整體的電壓顯示為8V，第I電壓檢測裝置VCl顯示為0V,第2電壓檢測裝置VC2顯示為4V，第3電壓檢測裝置VC3顯示為4V。
[0297]由電池整體的電壓的信息可知，發生了內部短路的層的數量為2個。
[0298]由第I電壓檢測裝置VCl的信息可知，第I層發生了內部短路。
[0299]由電池整體的電壓、第I電壓檢測裝置VC1、第2電壓檢測裝置VC2和第3電壓檢測裝置VC3的信息可知，第4層發生了內部短路。
[0300]像這樣，通過設置η-1個電壓檢測裝置，能夠檢測發生了內部短路的層。
[0301]產業可利用性
[0302]本公開的電池可用作例如全固體鋰二次電池等。
【主權項】
1.一種電池，具備第I正極集電體、第I負極集電體、第I發電元件、第2發電元件和第I絕緣部， 所述第I發電元件和所述第2發電元件都包含:含有正極活性物質的正極活性物質層、含有負極活性物質的負極活性物質層、和含有無機固體電解質的無機固體電解質層， 所述第I發電元件和所述第2發電元件的每一個中的所述無機固體電解質層，都與所述正極活性物質層和所述負極活性物質層接觸， 所述第I發電元件的所述正極活性物質層和所述第2發電元件的所述正極活性物質層，都與所述第I正極集電體接觸， 所述第I發電元件的所述負極活性物質層和所述第2發電元件的所述負極活性物質層，都與所述第I負極集電體接觸， 在所述第I發電元件和所述第2發電元件之間設有所述第I絕緣部。2.根據權利要求1所述的電池，還具備第2正極集電體、第2負極集電體、第3發電元件、第4發電元件和第2絕緣部， 所述第3發電元件和所述第4發電元件都包含:含有正極活性物質的正極活性物質層、含有負極活性物質的負極活性物質層、和含有無機固體電解質的無機固體電解質層， 所述第3發電元件和所述第4發電元件的每一個中的所述無機固體電解質層，都與所述正極活性物質層和所述負極活性物質層接觸， 所述第3發電元件的所述正極活性物質層和所述第4發電元件的所述正極活性物質層，都與所述第2正極集電體接觸， 所述第3發電元件的所述負極活性物質層和所述第4發電元件的所述負極活性物質層，都與所述第2負極集電體接觸， 所述第I負極集電體和所述第2正極集電體相互接觸， 在所述第3發電元件和所述第4發電元件之間設有所述第2絕緣部。3.根據權利要求1所述的電池，所述第I絕緣部的寬度為I?10000μ m。4.根據權利要求1所述的電池，所述第I絕緣部的楊氏模量為20GPa以下。5.根據權利要求1所述的電池，所述第I正極集電體和所述第I負極集電體之中的至少一者具備: 電阻與溫度上升相應地增加的第I導通控制層；和 電阻與溫度上升響應地增加的第2導通控制層， 所述第I導通控制層設置在所述第I發電元件所處的那側， 所述第2導通控制層設置在所述第2發電元件所處的那側。6.根據權利要求5所述的電池，所述第I導通控制層和所述第2導通控制層，隔著所述第I絕緣部相互不接觸地配置。7.根據權利要求5所述的電池，還具備第2正極集電體、第2負極集電體、第3發電元件、第4發電元件和第2絕緣部， 所述第3發電元件和所述第4發電元件都包含:含有正極活性物質的正極活性物質層、含有負極活性物質的負極活性物質層、和含有無機固體電解質的無機固體電解質層， 所述第3發電元件和所述第4發電元件的每一個中的所述無機固體電解質層，都與所述正極活性物質層和所述負極活性物質層接觸， 所述第3發電元件的所述正極活性物質層和所述第4發電元件的所述正極活性物質層，都與所述第2正極集電體接觸， 所述第3發電元件的所述負極活性物質層和所述第4發電元件的所述負極活性物質層，都與所述第2負極集電體接觸， 所述第I負極集電體和所述第2正極集電體相互接觸， 在所述第3發電元件和所述第4發電元件之間設有所述第2絕緣部， 所述第2正極集電體和所述第2負極集電體之中的至少一者具備: 電阻與溫度上升相應地增加的第3導通控制層；和 電阻與溫度上升相應地增加的第4導通控制層， 所述第3導通控制層設置在所述第3發電元件所處的那側， 所述第4導通控制層設置在所述第4發電元件所處的那側。8.根據權利要求7所述的電池，所述第3導通控制層和所述第4導通控制層，隔著所述第2絕緣部相互不接觸地配置。9.根據權利要求7所述的電池，還具備電壓檢測端子， 所述電壓檢測端子與所述第I負極集電體或所述第2正極集電體相接觸而設置。
【文檔編號】H01M10/058GK106099169SQ201510969309
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年12月22日
【發明人】佐佐木出, 日比野純, 日比野純一
【申請人】松下知識產權經營株式會社