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JP7437786B2 - 電池 - Google Patents

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JP7437786B2 JP2021532669A JP2021532669A JP7437786B2 JP 7437786 B2 JP7437786 B2 JP 7437786B2 JP 2021532669 A JP2021532669 A JP 2021532669A JP 2021532669 A JP2021532669 A JP 2021532669A JP 7437786 B2 JP7437786 B2 JP 7437786B2
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Description

本開示は、電池に関する。
従来、固体電池セルを並列接続することによって電池容量を大きくした並列接続型の電池が知られている。このような並列接続に関連する技術として、例えば、特許文献１には、積層された固体電池セル同士の集電体の間からリード電極が引き出されている構造の電池が開示されている。また、特許文献２には、絶縁層を挟んで積層された固体電池セルが並列接続されている構造の電池が開示されている。
特開２０１５－１８７９４４号公報 特開２００４－１５８２２２号公報
従来技術においては、高出力化に対応すると共に、信頼性の高い並列接続型の電池が望まれている。
そこで、本開示では、高出力と高信頼性とを両立した並列接続型の電池を提供する。
本開示の一態様における電池は、複数の固体電池セルと、前記複数の固体電池セルの間に位置する接続層と、を備え、前記複数の固体電池セルは、それぞれ、正極集電体と、正極活物質層と、固体電解質を含む固体電解質層と、負極活物質層と、負極集電体とが、この順で積層された構造を有し、前記複数の固体電池セルは、電気的に並列に接続されており、前記複数の固体電池セルのうち隣り合う２つの固体電池セルの前記正極集電体同士又は前記負極集電体同士は、前記接続層を介して積層されている。
本開示によれば、高出力と高信頼性とを両立できる。
図１は、実施の形態に係る複数の固体電池セルが電気的に並列に接続されずに積層された状態を説明するための図である。 図２は、実施の形態に係る電池の概略構成を示す図である。 図３は、実施の形態の変形例１に係る電池の概略構成を示す図である。 図４は、実施の形態の変形例１の別の例に係る電池の概略構成を示す図である。 図５は、実施の形態の変形例２に係る電池の概略構成を示す図である。 図６は、実施の形態の変形例３に係る電池の概略構成を示す図である。 図７は、実施の形態の変形例４に係る電池の概略構成を示す図である。 図８は、実施の形態の変形例５に係る電池の概略構成を示す図である。 図９は、実施の形態の変形例６に係る電池の概略構成を示す図である。 図１０は、実施の形態の変形例７に係る電池の概略構成を示す図である。
（本開示の一態様を得るに至った経緯）
本発明者らは、並列接続型の電池を高出力化する場合に、以下の問題が発生することを見出した。
電池を構成する固体電池セルの集電体を厚くすることにより、集電体の電流容量が増大し、電池の出力が高められる。しかしながら、集電体を厚くする場合、電池の使用時の温度変化によって生じる集電体の膨張量又は収縮量が大きくなる。そのため、集電体の膨張又は収縮によって生じる固体電池セル内部への応力が増大する。温度変化によって生じる応力の増大によって、固体電池セルが破損しやすくなるため、電池の信頼性が低下する。つまり、集電体を厚くすることによる電池の高出力化では、温度変化による電池の信頼性低下が発生しやすく、電池の高出力化と高信頼性との両立が困難である。
そこで、本開示では、高出力と高信頼性とを両立した並列接続型の電池を提供する。
（本開示の概要）
本開示の一形態の概要は、以下の通りである。
本開示の一態様に係る電池は、複数の固体電池セルと、前記複数の固体電池セルの間に位置する接続層と、を備え、前記複数の固体電池セルは、それぞれ、正極集電体と、正極活物質層と、固体電解質を含む固体電解質層と、負極活物質層と、負極集電体とが、この順で積層された構造を有し、前記複数の固体電池セルは、電気的に並列に接続されており、前記複数の固体電池セルのうち隣り合う２つの固体電池セルの前記正極集電体同士又は前記負極集電体同士は、前記接続層を介して積層されている。
これにより、複数の固体電池セルそれぞれの負極集電体同士又は正極集電体同士が、接続層を介して隣り合うことにより、隣り合って積層する２つの固体電池セルからの電流は、隣り合う２つの負極集電体又は２つの正極集電体を流れる。このため、隣り合う２つの固体電池セルで集電体が共通化され、電流が１つの集電体を流れる場合と比べ、集電体の厚みを増すこと無く、電流経路の断面積が２倍になるために集電体の抵抗値は半減される。また、電流経路の断面積が２倍になっても、集電体１つあたりの熱膨張量に変化は無く、集電体の温度変化によって生じる複数の固体電池セルへの応力は変わらない。その結果、接続層で分離された２つの集電体の温度変化によって生じる複数の固体電池セルへの応力は、分散される。そのため、集電体の厚みを増加させた場合と比較して、複数の固体電池セルが破損されにくくなる。これにより、集電体の電流容量を増大させると同時に、温度変化による複数の固体電池セルの破損が抑制される。よって、高出力と高信頼性とを両立した並列接続型の電池を実現できる。
また、例えば、前記接続層のヤング率は、前記正極集電体及び前記負極集電体のヤング率よりも低くてもよい。
これにより、接続層が集電体よりも柔らかいため、集電体の温度変化によって生じる複数の固体電池セルへの応力が、接続層の変形によって緩和される。さらに、接続層が、電池の製造における積層プロセスの加圧で変形し、接続層と集電体との接合性が向上する。よって、より電池の信頼性を高めることができる。
また、例えば、前記接続層は、固体電解質を含んでもよい。
固体電解質は、加圧によって変形しやすい。そのため、温度変化による集電体の膨張又は収縮によって生じる複数の固体電池セルへの応力をより緩和しやすくなる。よって、より電池の信頼性を高めることができる。
また、例えば、前記接続層は、樹脂を含んでもよい。
これにより、集電体よりも柔らかく、ヤング率の低い接続層を形成しやすくなる。また、樹脂は、比重が比較的小さいため、接続層に樹脂が含まれることにより、電池の重量エネルギー密度を高めることができる。
また、例えば、前記接続層は、導電性材料を含んでもよい。
これにより、集電体に加えて、接続層も導電体となって、固体電池セルから取り出される電流容量が増加するため、電池の出力を高めることができる。
また、例えば、前記接続層は、固体電解質及び導電性材料から構成されてもよい。
これにより、温度変化による集電体の膨張又は収縮によって生じる複数の固体電池セルへの応力を緩和しつつ、電流容量を増加させることができる。
また、例えば、前記接続層の端部の少なくとも一部は、屈曲していてもよい。
これにより、接続層が複数の固体電池セルに食い込むため、接続層が複数の固体電池セルと剥離しにくくなり、側面部からの接続層のデラミネーションの発生を抑制できる。よって、より電池の信頼性を高めることができる。
また、例えば、前記複数の固体電池セルの側面に接し、前記複数の固体電池セルそれぞれの前記負極集電体又は前記正極集電体と接続される端子電極をさらに備え、前記接続層の端部の少なくとも一部は、屈曲した状態で前記端子電極と接していてもよい。
これにより、接続層の端部が屈曲しない状態で端子電極と接している場合よりも、接続層と端子電極との接触面積を大きくできる。そのため、接続層を介して集電体の熱を端子電極へと放熱しやすくなり、電池の温度上昇が抑制される。よって、より電池の信頼性を高めることができる。
また、例えば、前記複数の固体電池セルの側面に接し、前記複数の固体電池セルそれぞれの前記負極集電体又は前記正極集電体と接続される端子電極をさらに備え、前記接続層の端部の少なくとも一部は、屈曲した状態で前記端子電極に埋没していてもよい。
これにより、接続層の端部が屈曲しない状態で端子電極と接している場合よりも、接続層と端子電極との接触面積を大きくできる。そのため、接続層を介して集電体の熱を端子電極へと放熱しやすくなり、電池の温度上昇が抑制される。さらに、端子電極が接続層の端部を覆うように被覆するため、端子電極と接続層との固着強度も高まる。よって、より電池の信頼性を高めることができる。
また、例えば、前記複数の固体電池セルそれぞれの前記固体電解質層は、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記負極集電体及び前記負極活物質層の側面の少なくとも一部に接して配置されていてもよい。
これにより、電子導電性を有さない固体電解質層が、正極活物質層、負極活物質層、正極集電体及び負極集電体の側面の少なくとも一部に接して配置される。よって、正極活物質層、負極活物質層、正極集電体及び負極集電体が異なる極性の構成要素と接触して短絡することが抑制される。よって、より電池の信頼性を高めることができる。
また、例えば、前記複数の固体電池セルは、前記複数の固体電池セルのうち隣り合う２つの固体電池セルの前記固体電解質層同士が接するように積層されていてもよい。
これにより、接するように積層された固体電池セルそれぞれの固体電解質層に含まれる固体電解質同士が接着しやすいため、複数の固体電池セルの積層構造をより強固にすることができる。よって、より電池の信頼性を高めることができる。
また、例えば、前記複数の固体電池セルは、それぞれ、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置される封止部材を有し、前記封止部材は、平面視で前記正極活物質層及び前記負極活物質層の外側に位置してもよい。
これにより、正極活物質層及び負極活物質層の外側に封止部材が配置されるため、外部からの衝撃等による正極活物質層及び負極活物質層の破損を抑制できる。よって、より電池の信頼性を高めることができる。
以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
また、本明細書及び図面において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、ｚ軸方向を電池の厚み方向としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、各層が積層された面に垂直な方向のことである。
また、本明細書において「平面視」とは、電池における積層方向に沿って電池を見た場合を意味し、本明細書における「厚み」とは、電池及び各層の積層方向の長さである。
また、本明細書において「内側」及び「外側」などにおける「内」及び「外」とは、電池における積層方向に沿って電池を見た場合における内、外のことである。
また、本明細書において、電池の構成における「上」及び「下」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。
（実施の形態）
［電池の構成］
まず、本実施の形態に係る電池の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る複数の固体電池セルが電気的に並列に接続されずに積層された状態を説明するための図である。図１には、２つの固体電池セル１ａ及び１ｂが積層された電池１００の概略構成が示されている。図１の（ａ）は、電池１００の上面図である。図１の（ａ）では、電池１００を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のＩ－Ｉ線で示される位置での電池１００の断面を示す断面図である。図２は、本実施の形態に係る電池１０１の概略構成を示す図である。図２の（ａ）は、電池１０１の上面図である。図２の（ａ）では、電池１０１を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図２の（ｂ）は、図２の（ａ）のＩＩ－ＩＩ線で示される位置での電池１０１の断面を示す断面図である。
図１及び図２に示されるように、電池１００及び電池１０１は、２つの固体電池セル１ａ及び１ｂが積層された構造を有する。電池１００及び電池１０１は、固体電池セル１ａ及び１ｂと、固体電池セル１ａ及び１ｂの間に位置する接続層１６とを備える。
固体電池セル１ａ及び１ｂは、それぞれ、正極集電体１１と、正極集電体１１に接して配置される正極活物質層１２と、負極集電体１３と、負極集電体１３に接して配置される負極活物質層１４と、正極活物質層１２と負極活物質層１４との間に配置され、固体電解質を含む固体電解質層１５と、を有する。正極活物質層１２及び負極活物質層１４は、正極集電体１１と負極集電体１３との間に配置されている。言い換えると、固体電池セル１ａ及び１ｂは、それぞれ、正極集電体１１と、正極活物質層１２と、固体電解質層１５と、負極活物質層１４と、負極集電体１３とが、この順で積層された構造を有する。
正極集電体１１、正極活物質層１２、固体電解質層１５、負極活物質層１４及び負極集電体１３は、それぞれ、平面視で矩形である。正極集電体１１、正極活物質層１２、固体電解質層１５、負極活物質層１４及び負極集電体１３の平面視での形状は、特に制限されず、円形、楕円形又は多角形等の矩形以外の形状であってもよい。
隣り合う２つの固体電池セル１ａ及び１ｂの負極集電体１３同士は、接続層１６を介して積層されている。つまり、固体電池セル１ａと固体電池セル１ｂとは、上下の向きが反対になるように、接続層１６を介して、積層されている。固体電池セル１ａ及び１ｂと、接続層１６とは、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル１ａと固体電池セル１ｂとは、接続層１６を挟んで離間している。
固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの正極集電体１１、負極集電体１３及び固体電解質層１５は、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの負極集電体１３は、接続層１６と接している。なお、本明細書において、正極集電体１１及び負極集電体１３を総称して、単に「集電体」と称する場合がある。
集電体は、導電性を有する材料で形成されていればよく、特に限定されない。集電体は、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、銅、パラジウム、金及び白金、又は、これらの２種以上の合金などからなる箔状体、板状体若しくは網目状体などが用いられてもよい。集電体の材料は、製造プロセス、使用温度、及び、使用圧力で溶融及び分解しないこと、並びに、集電体にかかる電池動作電位及に導電性を考慮して適宜選択されてよい。また、集電体の材料は、要求される引張強度及び耐熱性に応じても選択されうる。集電体は、高強度電解銅箔、又は、異種金属箔を積層したクラッド材であってもよい。
集電体の厚さは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
なお、集電体の接続層１６と接する面は、接続層１６との密着性が向上し、固体電池セル１ａ及び１ｂの積層構造を強固にする観点から、凹凸のある粗面に加工されてもよい。また、集電体の接続層１６と接する面には、有機バインダ等の接着成分が塗布されていてもよい。これにより、集電体と接続層１６との固着性を向上させることができる。
正極活物質層１２は、正極集電体１１の一方の面に接して積層されている。正極活物質層１２は、少なくとも正極活物質を含む。正極活物質層１２は、主に、正極活物質などの正極材料から構成される層である。正極活物質は、負極よりも高い電位で結晶構造内にリチウム（Ｌｉ）イオン又はマグネシウム（Ｍｇ）イオンなどの金属イオンが挿入又は離脱され、それに伴って酸化又は還元が行われる物質である。正極活物質の種類は、電池の種類に応じて適宜選択することができ、公知の正極活物質が用いられうる。
正極活物質には、リチウムと遷移金属元素とを含む化合物が挙げられ、例えば、リチウムと遷移金属元素を含む酸化物、及び、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素を含む酸化物としては、例えば、ＬｉＮｉｘＭ１－ｘＯ２（ここで、Ｍは、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷ、のうち少なくとも１つの元素であり、ｘは、０＜ｘ≦１である）などのリチウムニッケル複合酸化物、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）等の層状酸化物及びスピネル構造を持つマンガン酸リチウム（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ２ＭｎＯ３、ＬｉＭＯ２）などが用いられる。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、オリビン構造を持つリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）などが用いられる。また、正極活物質には、硫黄（Ｓ）、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）などの硫化物を用いることもでき、その場合、正極活物質粒子に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などをコーティング、又は、添加したものを正極活物質として用いることができる。なお、正極活物質には、これらの材料の１種のみが用いられてもよいし、これらの材料のうちの２種以上が組み合わされて用いられてもよい。
上述のとおり、正極活物質層１２は、少なくとも正極活物質を含んでいればよい。正極活物質層１２は、正極活物質と他の添加材料との合剤から構成される合剤層であってもよい。他の添加材料としては、例えば、無機系固体電解質又は硫化物系固体電解質などの固体電解質、アセチレンブラックなどの導電助材、及び、ポリエチレンオキシド又はポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダなどが用いられうる。正極活物質層１２は、正極活物質と固体電解質などの他の添加材料とを所定の割合で混合することにより、正極活物質層１２内でのイオン導電性を向上させることができるとともに、電子伝導性をも向上させることができる。
正極活物質層１２の厚みは、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。
負極活物質層１４は、負極集電体１３の一方の面に接して積層されている。負極活物質層１４は、少なくとも負極活物質を含む。負極活物質層１４は、主に、負極活物質などの負極材料から構成される層である。負極活物質は、正極よりも低い電位で結晶構造内にリチウム（Ｌｉ）イオン又はマグネシウム（Ｍｇ）イオンなどの金属イオンが挿入又は離脱され、それに伴って酸化又は還元が行われる物質をいう。負極活物質の種類は、電池の種類に応じて適宜選択することができ、公知の負極活物質が用いられうる。
負極活物質には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維又は樹脂焼成炭素などの炭素材料、及び、固体電解質と合剤化される合金系材料などが用いられうる。合金系材料としては、例えば、ＬｉＡｌ、ＬｉＺｎ、Ｌｉ３Ｂｉ、Ｌｉ３Ｃｄ、Ｌｉ３Ｓｂ、Ｌｉ４Ｓｉ、Ｌｉ４．４Ｐｂ、Ｌｉ４．４Ｓｎ、Ｌｉ０．１７Ｃ又はＬｉＣ６などのリチウム合金、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）などのリチウムと遷移金属元素との酸化物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの金属酸化物などが用いられうる。なお、負極活物質には、これらの材料の１種のみが用いられてもよいし、これらの材料のうちの２種以上が組み合わされて用いられてもよい。
上述のとおり、負極活物質層１４は、少なくとも負極活物質を含んでいればよい。負極活物質層１４は、負極活物質と他の添加材料との合剤から構成される合剤層であってもよい。他の添加材料としては、例えば、無機系固体電解質又は硫化物系固体電解質などの固体電解質、アセチレンブラックなどの導電助材、及び、ポリエチレンオキシド又はポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダなどが用いられうる。負極活物質層１４は、負極活物質と固体電解質などの他の添加材料とを所定の割合で混合することにより、負極活物質層１４内でのイオン導電性を向上させることができるとともに、電子伝導性をも向上させることできる。
負極活物質層１４の厚みは、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。
固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの正極活物質層１２及び負極活物質層１４は、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。また、正極活物質層１２及び負極活物質層１４は、平面視での大きさが、正極集電体１１及び負極集電体１３よりも小さく、平面視で正極集電体１１及び負極集電体１３の内側に位置している。
固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの固体電解質層１５は、正極活物質層１２と負極活物質層１４との間に配置され、正極活物質層１２及び負極活物質層１４に接している。固体電解質層１５は、平面視で、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の外側にも配置されている。固体電解質層１５は、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の側面を覆っており、正極活物質層１２及び負極活物質層１４よりも外側の領域で、正極集電体１１及び負極集電体１３に接している。
固体電解質層１５は、少なくとも固体電解質を含む。固体電解質層１５は、例えば、主成分として固体電解質を含む。固体電解質は、電子伝導性を有さず、イオン導電性を有する公知の電池用の固体電解質であればよい。固体電解質には、例えば、リチウムイオン又はマグネシウムイオンなどの金属イオンを伝導する固体電解質が用いられうる。固体電解質の種類は、伝導イオン種に応じて適宜選択すればよい。固体電解質には、例えば、硫化物系固体電解質又は酸化物系固体電解質などの無機系固体電解質が用いられうる。硫化物系固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５系、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２系、Ｌｉ２Ｓ－Ｂ２Ｓ３系、Ｌｉ２Ｓ－ＧｅＳ２系、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２－ＬｉＩ系、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２－Ｌｉ３ＰＯ４系、Ｌｉ２Ｓ－Ｇｅ２Ｓ２系、Ｌｉ２Ｓ－ＧｅＳ２－Ｐ２Ｓ５系又はＬｉ２Ｓ－ＧｅＳ２－ＺｎＳ系などのリチウム含有硫化物が用いられうる。酸化物系固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｏ－ＳｉＯ２又はＬｉ２Ｏ－ＳｉＯ２－Ｐ２Ｏ５などのリチウム含有金属酸化物、ＬｉｘＰｙＯ１－ｚＮｚなどのリチウム含有金属窒化物、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）、及び、リチウムチタン酸化物などのリチウム含有遷移金属酸化物などが用いられうる。固体電解質としては、これらの材料の１種のみが用いられてもよいし、これらの材料のうちの２種以上が組み合わされて用いられてもよい。
固体電解質層１５は、上記固体電解質に加えて、ポリエチレンオキシド又はポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダなどを含んでいてもよい。
なお、固体電解質層１５の厚みは、例えば、５μｍ以上１５０μｍ以下である。
なお、固体電解質の材料は、粒子の凝集体で構成されてもよい。また、固体電解質の材料は、焼結組織で構成されていてもよい。
図１及び図２に示されるように、固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの負極集電体１３と、接続層１６とは、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの負極集電体１３は、接続層１６側の面が、全て接続層１６と接している。
接続層１６は、集電体との積層圧着時の接合性、及び、温度変化による集電体の膨張又は収縮によって生じる、固体電池セル１ａ及び１ｂへの応力を緩和する観点から、例えば、集電体よりも柔らかい材料が使用される。例えば、接続層１６のヤング率は、正極集電体１１及び負極集電体１３のヤング率よりも低い。これにより、集電体の温度変化によって生じる、固体電池セル１ａ及び１ｂへの応力が接続層１６の変形によって緩和される。さらに、接続層１６が、積層プロセスの加圧で変形し、接続層１６と集電体との接合性が向上する。
また、温度変化による固体電解質層１５の膨張又は収縮によって生じる、固体電池セル１ａ及び１ｂへの応力を緩和し、電池の信頼性を向上させる観点から、接続層１６のヤング率は、固体電解質層１５のヤング率よりも低くてもよい。また、温度変化による正極活物質層１２及び負極活物質層１４の膨張又は収縮によって生じる、固体電池セル１ａ及び１ｂへの応力を緩和し、電池の信頼性向上の観点から、接続層１６のヤング率は、正極活物質層１２及び負極活物質層１４のヤング率よりも低くてもよい。
接続層１６には、例えば、固体電解質材料、絶縁性を有する絶縁性材料、電子伝導性を有する導電性材料及び半導体材料など、並びに、これらの材料を混合した材料が用いられる。接続層１６の材料は、製造プロセス上のつくりやすさ、及び、応力の緩和性能を鑑みて、材料の種類及び配合を調整して使用されてもよい。
接続層１６は、固体電解質を含んでいてもよい。接続層１６は、主に、固体電解質で構成される層であってもよい。接続層１６に用いられる固体電解質としては、上述の固体電解質層１５に用いられる固体電解質が挙げられる。接続層１６に用いられる固体電解質と、固体電解質層１５に用いられる固体電解質とは、同じ種類であってもよく、異なる種類であってもよい。特に、硫化物系固体電解質などの柔らかい固体電解質は、加圧によって変形し、固体電解質の粒子間に接合界面を形成しやすいことが知られている。このような特性を有する固体電解質が接続層１６に含まれることにより、温度変化による集電体の膨張又は収縮によって生じる、固体電池セル１ａ及び１ｂへの応力をより緩和しやすくなる。
接続層１６は、固体電解質層１５と同じ材料で構成されてもよい。これにより、使用する材料の種類を減らすことができるため、電池を生産性よく簡易に製造することができる。
接続層１６は、導電性材料又は半導体材料を含んでいてもよい。接続層１６に導電性材料又は半導体材料が含まれることにより、集電体に加えて、接続層１６も導電体となって、固体電池セル１ａ及び１ｂから取り出される電流容量が増加するため、電池の出力を高めることができる。導電性材料としては、例えば、銀、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、パラジウム、金、プラチナ又はこれらの金属を組み合わせた合金が挙げられる。
接続層１６は、固体電解質に導電性材料の粒子又は半導体材料の粒子を含有させた材料から構成されていてもよい。また、接続層１６は、固体電解質及び導電性材料を主成分として含んでいてもよい。例えば、接続層１６は、固体電解質及び導電性材料から構成される。これにより、上述のように、温度変化による集電体の膨張又は収縮によって生じる応力を緩和しつつ、電流容量を増加させることができる。
接続層１６は、接続層１６の熱膨張率及びヤング率を調整できる観点から、導電性樹脂ペーストに、固体電解質等を含有させた材料から構成されていてもよい。
なお、接続層１６が導電性を有する場合、正極集電体１１と負極集電体１３とが電気的に分離される構造で用いられる。例えば、接続層１６と接する集電体とは反対の極の集電体、集電リード及び端子と、接続層１６との間に電子導電性を有さない層が配置されればよい。
また、接続層１６は、樹脂を含んでいてもよい。これにより、集電体よりも柔らかく、ヤング率の低い接続層１６を形成しやすくなる。また、樹脂は、比重が比較的小さいため、接続層１６に樹脂が含まれることにより、電池の重量エネルギー密度を高めることができる。
接続層１６に用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素化炭化水素系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン－ブタジエン－スチレン共重合体（ＳＢＳ）、スチレン－エチレン－ブタジエン－スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）、エチレン－プロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム及びアクリロニトリル－ブタジエンゴム等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、（ｉ）尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂等のアミノ樹脂、（ｉｉ）ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、フェノールノボラック型、脂環式等のエポキシ樹脂、（ｉｉｉ）オキセタン樹脂、（ｉｖ）レゾール型、ノボラック型等のフェノール樹脂、及び、（ｖ）シリコーンエポキシ、シリコーンポリエステル等のシリコーン変性有機樹脂等が挙げられる。
接続層１６には、気孔又は気泡等を有する材料が用いられてもよい。これにより、温度変化による集電体の膨張又は収縮によって生じる、固体電池セル１ａ及び１ｂへの応力をより緩和することができる。
また、接続層１６は、金属、セラミックス又は固体電解質等の不燃性の材料を含んでいてもよい。接続層１６に不燃性の材料が含まれる場合、電池が異常発熱したときに、類焼抑制する層壁としての作用効果も有する。
接続層１６は、接する集電体の面の全面に形成されていなくてもよく、接する集電体の面にパターン形成される等によって、部分的に形成されていてもよい。
なお、接続層１６は、複数の異なる材料の層で構成されていてもよい。
接続層１６の厚みは、特に限定されないが、電池の体積エネルギー密度の観点から薄い方が好ましい。接続層１６の厚みは、体積エネルギー密度の観点から、集電体の厚みよりも薄くてもよい。接続層１６の厚みは、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下であり、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下である。接続層１６の厚みが、上述の範囲であることにより、体積エネルギー密度の低下を抑制しつつ、温度変化による集電体の膨張又は収縮によって生じる応力を緩和しやすい。
接続層１６の比重は、特に限定されないが、重量エネルギー密度の観点から、小さい方が好ましい。接続層１６の比重は、集電体の比重よりも小さくてもよい。これにより、重量エネルギー密度への影響を低減できるため、高エネルギー密度の電池が得られる。
電池１０１は、電池１００の固体電池セル１ａ及び１ｂが電気的に並列に接続された電池の一例である。つまり、電池１０１では、固体電池セル１ａ及び１ｂが電気的に並列に接続されている。具体的には、電池１０１では、固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの、正極集電体１１が正極集電リード１７に接続されており、負極集電体１３が負極集電リード１８に接続されている。なお、本明細書において、正極集電リード１７及び負極集電リード１８を総称して、単に「集電リード」と称する場合がある。
集電リードは、同極の集電体同士を接続し、充放電等に用いられる導線である。集電リードの材料としては、例えば、ニッケル、ステンレス、アルミニウム又は銅などの金属が用いられる。
集電リードと集電体との接続方法は特に限定されるものではなく、例えば、接着又は溶接などの工法を用いることができる。集電リードは、導電性を有する接着剤又は接着テープを介して集電体に接続されてもよい。短絡抑制のため、集電リードのうち集電体に接続されない部分の表面は、絶縁処理されていてもよい。
電池１００の固体電池セル１ａ及び１ｂを電気的に並列に接続する方法は、特に制限されず、固体電池セル１ａ及び１ｂの正極集電体１１同士及び負極集電体１３同士が電気的に接続されれば、固体電池セル１ａ及び１ｂは集電リード以外によって電気的に接続されてもよい。例えば、正極集電体１１及び負極集電体１３からタブを引き延ばして集合させることで、固体電池セル１ａ及び１ｂが並列に接続されてもよい。
以上の構成によれば、固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの負極集電体１３同士が、接続層１６を介して隣り合うことにより、固体電池セル１ａ及び１ｂの負極活物質層１４からの電流は、２つの負極集電体１３を流れる。これによって、隣り合う２つの固体電池セルで集電体が共通化され、電流が１つの集電体を流れる場合と比べ、集電体の厚みを増すこと無く、電流経路の断面積が２倍になるために集電体の抵抗値は半減される。また、電流経路の断面積が２倍になっても、集電体１つあたりの熱膨張量に変化は無く、集電体の温度変化によって生じる固体電池セル２ａ及び２ｂへの応力は変わらない。このような構成により、接続層１６で分離された２つの集電体の温度変化によって生じる固体電池セル２ａ及び２ｂへの応力は、分散されることとなる。そのため、集電体の厚みを増加させた場合と比較して、固体電池セル２ａ及び２ｂが破損されにくくなる。これにより、集電体の電流容量を増大させると同時に、温度変化による固体電池セル２ａ及び２ｂの破損が抑制される。よって、高出力と高信頼性とを両立した並列接続型の電池１０１を実現できる。
なお、本実施の形態における構成と、特許文献１及び特許文献２に記載の構成と、を比較すると、下記の差異がある。
特許文献１には、固体電池セルが並列接続された電池が開示されている。特許文献１に記載の電池は、隣接する固体電池セルの集電体の間に、電流取り出し用のリード電極を挟んだ構造で電気的に接触させて接続した電池であり、固体電池セル間には接続層を有していない。
また、特許文献２には、固体電池セル間を絶縁層で分離して積層し、固体電池セルが並列接続された構造の電池が開示されている。しかしながら、特許文献２に記載の電池において、絶縁層を挟んだ上下の集電体は、それぞれ正極集電体及び負極集電体であり、本実施の形態の構成とは異なる。
また、特許文献１及び特許文献２に記載の構成では、接続層を介した積層構成、及び、接続層と隣接する集電体構成が本実施の形態における構成と異なるため、下記の問題が生じ得る。
特許文献１に記載の構成では、電流容量の増大を目的として集電体の厚みを増加させた場合、上述したように、温度変化による固体電池セルの破損の問題が顕在化しやすい。また、電流取り出し用のリード電極を集電体で挟むため、集電体間の接続抵抗は、不安定である。そのため、充放電の速度が速い場合には、充放電過程で電流が局所的に集中し、発熱及び焼損を招く可能性がある。また、衝撃及び振動によって接続抵抗が変動し、接続抵抗の変動が充放電特性へ影響を与える可能性もある。このため、特許文献１の構成では、集電体の電流容量を増やしにくく、耐衝撃性などの信頼性に問題が生じやすい。
特許文献２に記載の構成では、電池の体積エネルギー密度を増加させるために、上下に隣接した固体電池セル間の絶縁層を薄層化した場合に、絶縁層の上下の集電体は正極集電体及び負極集電体であるため、ボイド又はピンホール等の存在によって短絡してしまう可能性があり、高出力化と信頼性との両立に問題が生じやすい。
これらに対して、本実施の形態における構成によれば、上述の特許文献１及び２のような問題が生じることはない。また、特許文献１及び２には、本実施の形態に記載の、高出力と高信頼性との両立に関する構成が開示も示唆もされていない。
なお、上述の電池１００及び電池１０１のそれぞれに記載の構成は、適宜、互いに、組み合わされてもよい。また、電池１００及び電池１０１において、隣り合う２つの固体電池セル１ａ及び１ｂの負極集電体１３同士は、接続層１６を介して積層されていたが、隣り合う２つの固体電池セル１ａ及び１ｂの正極集電体１１同士が、接続層１６を介して積層されていてもよい。
［変形例］
以下では、実施の形態の複数の変形例について説明する。なお、以下の複数の変形例の説明において、実施の形態との相違点又は変形例間での相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
（１）変形例１
まず、実施の形態の変形例１について、図３を用いて説明する。図３は、実施の形態の変形例１に係る電池２００の概略構成を示す図である。図３の（ａ）は、電池２００の上面図である。図３の（ａ）では、電池２００を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ線で示される位置での電池２００の断面を示す断面図である。
図３に示されるように、実施の形態の変形例１に係る電池２００は、実施の形態における電池１０１と比較して、固体電池セル１ａ及び１ｂ、接続層１６、正極集電リード１７並びに負極集電リード１８それぞれの代わりに、固体電池セル２ａ及び２ｂ、接続層２６、正極端子２７並びに負極端子２８を備える。
電池２００は、２つの固体電池セル２ａ及び２ｂが積層された構造を有する。電池２００は、固体電池セル２ａ及び２ｂと、固体電池セル２ａ及び２ｂの間に位置する接続層２６とを備える。固体電池セル２ａ及び２ｂは、それぞれ、正極集電体２１と、正極活物質層１２と、固体電解質層２５と、負極活物質層１４と、負極集電体２３とが、この順で積層された構造を有する。
隣り合う２つの固体電池セル２ａ及び２ｂの負極集電体２３同士は、接続層２６を介して積層されている。つまり、固体電池セル２ａと固体電池セル２ｂとは、上下の向きが反対になるように、接続層２６を介して、積層されている。固体電池セル２ａ及び２ｂの平面視での大きさは、接続層２６よりも大きい。平面視において固体電池セル２ａ及び２ｂは、接続層２６と接していない領域を有する。また、固体電池セル２ａ及び２ｂは、隣り合う２つの固体電池セル２ａ及び２ｂの固体電解質層２５同士が接するように積層されている。
固体電池セル２ａ及び２ｂは、正極端子２７及び負極端子２８により、電気的に並列に接続されている。正極端子２７及び負極端子２８は、端子電極の一例である。
固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの正極集電体２１は、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの正極集電体２１のｘ軸方向マイナス側の側面は、正極端子２７と接続している。
固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの負極集電体２３は、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの負極集電体２３は、接続層２６と接している。固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの負極集電体２３のｘ軸方向プラス側の側面は、負極端子２８と接続している。
固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの正極活物質層１２及び負極活物質層１４は、平面視での大きさが、正極集電体２１及び負極集電体２３よりも小さく、平面視で正極集電体２１及び負極集電体２３の内側に位置している。
固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの固体電解質層２５は、正極活物質層１２と負極活物質層１４との間に配置され、正極活物質層１２及び負極活物質層１４に接している。固体電解質層２５は、平面視で、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の外側にも配置されている。固体電解質層２５は、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の側面を覆っており、正極活物質層１２及び負極活物質層１４よりも外側の領域で、正極集電体２１及び負極集電体２３に接している。固体電解質層２５は、正極集電体２１と負極端子２８との間にも配置されており、正極集電体２１の側面と接している。固体電解質層２５は、負極集電体２３と正極端子２７との間にも配置されており、負極集電体２３の側面と接している。また、固体電解質層２５は、負極集電体２３の側面のうち、負極集電体２３と負極端子２８とが接する側面以外の側面を覆うようにも配置されている。
このように、電池２００には、電子導電性を有さない固体電解質層２５が、正極活物質層１２、負極活物質層１４、正極集電体２１及び負極集電体２３の側面の少なくとも一部に接して配置される。よって、正極活物質層１２、負極活物質層１４、正極集電体２１及び負極集電体２３が異なる極の構成要素と接触して短絡することが抑制される。
また、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの固体電解質層２５同士は、負極集電体２３及び接続層２６と正極端子２７との間で接している。これにより、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの固体電解質層２５に含まれる固体電解質同士が接着しやすいため、固体電池セル２ａ及び２ｂの積層構造を強固にすることができる。また、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの固体電解質層２５の接触部が接合され、一体化されている場合には、固体電池セル２ａ及び２ｂの積層構造をより強固にすることができる。
また、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの負極集電体２３と、接続層２６とは、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの負極集電体２３は、接続層２６側の面が、全て接続層２６と接している。
接続層２６には、上述の接続層１６と同じ材料が用いられうる。接続層２６に固体電解質が用いられる場合には、接続層２６に用いられる固体電解質の粒子と固体電解質層２５に含まれる固体電解質の粒子との間に接合界面が形成され、一体化されていてもよい。これにより、接続層２６と固体電池セル２ａ及び２ｂとの積層構造をより強固にすることができる。
電池２００では、正極端子２７と負極端子２８とは、互いに対向している。正極端子２７と負極端子２８とは、ｘ軸方向に並んで配置されている。平面視で、正極端子２７と負極端子２８との間に、積層された固体電池セル２ａ及び２ｂ並びに接続層２６が位置している。なお、本明細書では、正極端子２７及び負極端子２８を総称して「端子」と称する場合がある。
正極端子２７は、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの正極集電体２１と電気的に接続されている。負極端子２８は、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの負極集電体２３と電気的に接続されている。これにより、電池２００では、固体電池セル２ａ及び２ｂが電気的に並列に接続されている。
正極端子２７は、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの、正極集電体２１及び固体電解質層２５のｘ軸方向マイナス側の側面と接している。正極端子２７は、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの負極集電体２３のｘ軸方向マイナス側の側面とは、固体電解質層２５を挟んで離間している。
負極端子２８は、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの、正極集電体２１及び固体電解質層２５並びに接続層２６のｘ軸方向プラス側の側面と接している。負極端子２８は、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの正極集電体２１のｘ軸方向プラス側の側面とは、固体電解質層２５を挟んで離間している。
正極端子２７と負極集電体２３と、及び、負極端子２８と正極集電体２１とが固体電解質層２５を挟んで離間することにより、異なる極性の端子と集電体が接触しにくくなり、短絡が抑制される。
端子の形状は、固体電池セル２ａ及び２ｂを電気的に並列に接続できる形状であれば、特に制限されない。端子の形状は、例えば、板状又は半円柱状等である。
端子の材料としては、例えば、導電性樹脂ペーストの硬化物が用いられる。また、端子の材料には、ニッケル、ステンレス、アルミニウム又は銅などの金属が用いられてもよい。端子に金属を用いる場合には、端子は、所望の形状に加工された金属を接着や溶接などにより集電体に接続されてもよく、導電性を有する接着剤又は接着テープを介して集電体に接続されてもよい。
次に、本変形例の別の例に係る電池について説明する。図４は、実施の形態の変形例１の別の例に係る電池２０１の概略構成を示す図である。図４の（ａ）は、電池２０１の上面図である。図４の（ａ）では、電池２０１を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）のＩＶ－ＩＶ線で示される位置での電池２０１の断面を示す断面図である。図４に示される電池２０１は、３つの固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃを並列接続した電池の例である。つまり、電池２０１は、図３に示される電池２００の下方に、さらに、接続層２６ａ及び固体電池セル２ｃが積層された電池である。
図４に示されるように、電池２０１は、３つの固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃが積層された構造を有する。電池２００は、固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃと、固体電池セル２ａ及び２ｂの間、並びに、固体電池セル２ｂ及び２ｃの間、それぞれに位置する２つの接続層２６及び２６ａとを備える。固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃは、正極端子２７ａ及び負極端子２８ａにより、電気的に並列に接続されている。
隣り合う２つの固体電池セル２ｂ及び２ｃそれぞれの正極集電体２１同士は、接続層２６ａを介して積層されている。つまり、固体電池セル２ｂと固体電池セル２ｃとは、上下の向きが反対になるように、接続層２６ａを介して、積層されている。固体電池セル２ｂ及び２ｃそれぞれの正極集電体２１と、接続層２６ａとは、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル２ｂ及び２ｃそれぞれの正極集電体２１は、接続層２６ａ側の面が、全て接続層２６ａと接している。
正極端子２７ａは、固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃそれぞれの正極集電体２１と電気的に接続されている。負極端子２８ａは、固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃそれぞれの負極集電体２３と電気的に接続されている。これにより、電池２０１では、固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃが電気的に並列に接続されている。
正極端子２７ａは、固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃそれぞれの、正極集電体２１及び固体電解質層２５のｘ軸方向マイナス側の側面と接して接続されている。正極端子２７は、固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃそれぞれの負極集電体２３のｘ軸方向マイナス側の側面とは、固体電解質層２５を挟んで離間している。
負極端子２８ａは、固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃそれぞれの、正極集電体２１及び固体電解質層２５並びに接続層２６のｘ軸方向プラス側の側面と接している。負極端子２８は、固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃそれぞれの正極集電体２１のｘ軸方向プラス側の側面とは、固体電解質層２５を挟んで離間している。
このように、電池２０１のように、３つの固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃが積層された構造であっても、３つの固体電池セル２ａ、２ｂ及び２ｃのうち隣り合う２つの固体電池セルの正極集電体２１同士又は負極集電体２３同士は、接続層２６又は２６ａを介して積層される。これにより、集電体の厚みを厚くすることなく、集電体の電流容量を増やすことができるため、電池２０１の高出力化と高信頼性とを両立できる。
このように、電池に積層される固体電池セルの数は、電池２００のように２つであってもよく、電池２０１のように３つであってもよく、４つ以上であってもよい。
（２）変形例２
次に、実施の形態の変形例２について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態の変形例２に係る電池３００の概略構成を示す図である。図５の（ａ）は、電池３００の上面図である。図５の（ａ）では、電池３００を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図５の（ｂ）は、図５の（ａ）のＶ－Ｖ線で示される位置での電池３００の断面を示す断面図である。
図５に示されるように、実施の形態の変形例２に係る電池３００は、実施の形態の変形例１における電池２００と比較して、固体電池セル２ａ及び２ｂ並びに接続層２６それぞれの代わりに、固体電池セル３ａ及び３ｂ並びに接続層３６を備える。
電池３００は、２つの固体電池セル３ａ及び３ｂが積層された構造を有する。電池３００は、固体電池セル３ａ及び３ｂと、固体電池セル３ａ及び３ｂの間に位置する接続層３６とを備える。固体電池セル３ａ及び３ｂは、正極端子２７及び負極端子２８により、電気的に並列に接続されている。平面視で、正極端子２７と負極端子２８との間に、積層された固体電池セル３ａ及び３ｂ並びに接続層３６が位置している。
固体電池セル３ａ及び３ｂは、それぞれ、正極集電体２１と、正極活物質層１２と、固体電解質層３５と、負極活物質層１４と、負極集電体２３とが、この順で積層された構造を有する。
隣り合う２つの固体電池セル３ａ及び３ｂの負極集電体２３同士は、接続層３６を介して積層されている。固体電池セル３ａ及び３ｂと、接続層３６とは、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル３ａと固体電池セル３ｂとは、接続層３６を挟んで離間している。
固体電池セル３ａ及び３ｂそれぞれの負極集電体２３は、平面視で、接続層３６の内側に配置されている。固体電池セル３ａ及び３ｂそれぞれの負極集電体２３は、接続層２６側の面が、全て接続層３６と接している。
接続層３６は、対向する２つの側面がそれぞれ正極端子２７及び負極端子２８と接している。接続層３６の平面視での大きさは、固体電池セル３ａ及び３ｂそれぞれの負極集電体２３よりも大きい。
接続層３６が平面視で集電体よりも大きいことにより、集電体の温度変化によって生じる固体電池セル３ａ及び３ｂへの応力を広く分散させることができるため、より信頼性の高い電池３００を実現できる。
接続層３６は、正極端子２７と負極端子２８とが短絡することを防止するため、例えば、電子導電性を有さない材料で形成される。また、接続層３６が電子導電性を有する場合には、接続層３６と正極端子２７又は負極端子２８との間に絶縁性の材料を配置する等によって、接続層３６と正極端子２７又は負極端子２８とが絶縁されていればよい。
（３）変形例３
次に、実施の形態の変形例３について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態の変形例３に係る電池４００の概略構成を示す図である。図６の（ａ）は、電池４００の上面図である。図６の（ａ）では、電池４００を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図６の（ｂ）は、図６の（ａ）のＶＩ－ＶＩ線で示される位置での電池４００の断面を示す断面図である。
図６に示されるように、実施の形態の変形例３に係る電池４００は、実施の形態の変形例１における電池２００と比較して、固体電池セル２ａ及び２ｂ並びに接続層２６それぞれの代わりに、固体電池セル４ａ及び４ｂ並びに接続層４６を備える。
電池４００は、２つの固体電池セル４ａ及び４ｂが積層された構造を有する。電池４００は、固体電池セル４ａ及び４ｂと、固体電池セル４ａ及び４ｂの間に位置する接続層４６とを備える。固体電池セル４ａ及び４ｂは、正極端子２７及び負極端子２８により、電気的に並列に接続されている。平面視で、正極端子２７と負極端子２８との間に、積層された固体電池セル４ａ及び４ｂ並びに接続層４６が位置している。
固体電池セル４ａ及び４ｂは、それぞれ、正極集電体２１と、正極活物質層１２と、固体電解質層４５と、負極活物質層１４と、負極集電体２３とが、この順で積層された構造を有する。
隣り合う２つの固体電池セル４ａ及び４ｂそれぞれの負極集電体２３同士は、接続層４６を介して積層されている。固体電池セル４ａ及び４ｂと、接続層４６とは、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル４ａと固体電池セル４ｂとは、接続層４６を挟んで離間している。
接続層４６は、２つの端部がそれぞれ正極端子２７及び負極端子２８と接している。また、固体電池セル４ａと固体電池セル４ｂの間において、接続層４６の正極端子２７側の端部が、下方に向かって屈曲している。また、接続層４６の正極端子２７側の端部は、屈曲した状態で正極端子２７と接している。
端部が屈曲した接続層４６を形成する場合、接続層４６の端部が屈曲するように各層の材料を配置してもよいし、接続層４６の材料を多めに配置し、積層プレス時の圧力で各層の間からはみ出させることで接続層４６の端部を屈曲させてもよい。
接続層４６は、正極端子２７と負極端子２８とが短絡することを防止するため、例えば、電子導電性を有さない材料で形成される。また、接続層４６が電子導電性を有する場合には、接続層４６と正極端子２７又は負極端子２８との間に絶縁性の材料を配置する等によって、接続層４６と正極端子２７又は負極端子２８とが絶縁されていればよい。
接続層４６の端部が屈曲していることにより、接続層４６が固体電池セル４ｂに食い込むため、側面部からの接続層４６のデラミネーションの発生を抑制できる。また、接続層４６は、屈曲した状態で正極端子２７と接している。これにより、接続層４６の端部が屈曲しない状態で正極端子２７と接している場合よりも、接続層４６と正極端子２７との接触面積を大きくできる。そのため、接続層４６を介して集電体の熱を正極端子２７へと放熱しやすくなり、電池４００の温度上昇が抑制される。よって、より信頼性の高い電池４００を実現できる。
なお、接続層４６の端部は、下方に向かって直角に屈曲しているが、斜め方向に屈曲していてもよく、円弧を描くように屈曲していてもよい。
（４）変形例４
次に、実施の形態の変形例４について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態の変形例４に係る電池５００の概略構成を示す図である。図７の（ａ）は、電池５００の上面図である。図７の（ａ）では、電池５００を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図７の（ｂ）は、図７の（ａ）のＶＩＩ－ＶＩＩ線で示される位置での電池５００の断面を示す断面図である。
図７に示されるように、実施の形態の変形例４に係る電池５００は、実施の形態の変形例１における電池２００と比較して、固体電池セル２ａ及び２ｂ並びに接続層２６それぞれの代わりに、固体電池セル５ａ及び５ｂ並びに接続層５６を備える。
電池５００は、２つの固体電池セル５ａ及び５ｂが積層された構造を有する。電池５００は、固体電池セル５ａ及び５ｂと、固体電池セル５ａ及び５ｂの間に位置する接続層５６とを備える。固体電池セル５ａ及び５ｂは、正極端子２７及び負極端子２８により、電気的に並列に接続されている。平面視で、正極端子２７と負極端子２８との間に、積層された固体電池セル５ａ及び５ｂ並びに接続層５６が位置している。
固体電池セル５ａ及び５ｂは、それぞれ、正極集電体２１と、正極活物質層１２と、固体電解質層５５と、負極活物質層１４と、負極集電体２３とが、この順で積層された構造を有する。
隣り合う２つの固体電池セル５ａ及び５ｂの負極集電体２３同士は、接続層５６を介して積層されている。固体電池セル５ａ及び５ｂと、接続層５６とは、平面視での形状、位置及び大きさが同じである。固体電池セル５ａと固体電池セル５ｂとは、接続層５６を挟んで離間している。
接続層５６は、２つの端部がそれぞれ正極端子２７及び負極端子２８と接している。固体電池セル５ａと固体電池セル５ｂの間において、接続層５６の正極端子２７側の端部が、２つに分岐し、分岐した端部がそれぞれ上方及び下方に向かって屈曲している。また、接続層５６の正極端子２７側の端部は、屈曲した状態で正極端子２７と接している。
接続層５６は、正極端子２７と負極端子２８とが短絡することを防止するため、例えば、電子導電性を有さない材料で形成される。また、接続層５６が電子導電性を有する場合には、接続層５６と正極端子２７又は負極端子２８との間に絶縁性の材料を配置する等によって、接続層５６と正極端子２７又は負極端子２８とが絶縁されていればよい。
接続層５６の端部が屈曲していることにより、接続層５６が固体電池セル５ａ及び５ｂに食い込むため、側面部からの接続層５６のデラミネーションの発生を抑制できる。また、接続層５６の端部が分岐し、屈曲した状態で正極端子２７と接している。これにより、接続層５６の端部が屈曲しない状態で正極端子２７と接している場合、及び、接続層５６が分岐せずに屈曲している場合よりも、接続層５６と正極端子２７との接触面積を大きくできる。そのため、接続層５６を介して、集電体の熱を正極端子２７へとさらに放熱しやすくなり、電池５００の温度上昇がより抑制される。よって、より信頼性の高い電池５００を実現できる。
（５）変形例５
次に、実施の形態の変形例５について、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態の変形例５に係る電池６００の概略構成を示す図である。図８の（ａ）は、電池６００の上面図である。図８の（ａ）では、電池６００を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図８の（ｂ）は、図８の（ａ）のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線で示される位置での電池６００の断面を示す断面図である。
図８に示されるように、実施の形態の変形例５に係る電池６００は、実施の形態の変形例１における電池２００と比較して、固体電池セル２ａ及び２ｂ、接続層２６並びに正極端子２７それぞれの代わりに、固体電池セル６ａ及び６ｂ、接続層６６並びに正極端子６７を備える。
電池６００は、２つの固体電池セル６ａ及び６ｂが積層された構造を有する。電池６００は、固体電池セル６ａ及び６ｂと、固体電池セル６ａ及び６ｂの間に位置する接続層６６とを備える。固体電池セル６ａ及び６ｂは、正極端子６７及び負極端子２８により、電気的に並列に接続されている。平面視で、正極端子６７と負極端子２８との間に、積層された固体電池セル６ａ及び６ｂ並びに接続層６６が位置している。
固体電池セル６ａ及び６ｂは、それぞれ、正極集電体２１と、正極活物質層１２と、固体電解質層６５と、負極活物質層１４と、負極集電体２３とが、この順で積層された構造を有する。
隣り合う２つの固体電池セル６ａ及び６ｂの負極集電体２３同士は、接続層６６を介して積層されている。固体電池セル６ａと固体電池セル６ｂとは、接続層６６を挟んで離間している。
接続層６６の平面視での大きさは、固体電池セル６ａ及び６ｂよりも大きい。接続層６６の一部は、平面視で、固体電池セル６ａ及び６ｂとは重ならず、正極端子６７と重なっている。接続層６６の負極端子２８側の端部は、負極端子２８と接している。接続層６６の正極端子６７側の端部は、２つに分岐し、分岐した端部がそれぞれ上方及び下方に向かって屈曲している。また、接続層６６の正極端子６７側の端部は、屈曲した状態で正極端子６７内に埋没している。
接続層６６は、正極端子６７と負極端子２８とが短絡することを防止するため、例えば、電子導電性を有さない材料で形成される。また、接続層６６が電子導電性を有する場合には、接続層６６と正極端子６７又は負極端子２８との間に絶縁性の材料を配置する等によって、接続層６６と正極端子６７又は負極端子２８とが絶縁されていればよい。
接続層６６の端部が屈曲していることにより、接続層６６の側面部からのデラミネーションの発生を抑制できる。また、接続層６６の端部が分岐し、屈曲した状態で正極端子６７に埋没している。これにより、接続層６６の端部が屈曲しない状態で正極端子６７と接している場合、及び、接続層６６が分岐せずに屈曲している場合よりも、接続層６６と正極端子６７との接触面積を大きくできる。そのため、接続層６６を介して集電体の熱を正極端子６７へとさらに放熱しやすくなり、電池６００の温度上昇がより抑制される。さらに、正極端子６７が接続層６６の端部を覆うように被覆するため、正極端子６７と接続層６６との固着強度も高まる。よって、より信頼性の高い電池６００を実現できる。
（６）変形例６
次に、実施の形態の変形例６について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態の変形例６に係る電池７００の概略構成を示す図である。図９の（ａ）は、電池７００の上面図である。図９の（ａ）では、電池７００を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図９の（ｂ）は、図９の（ａ）のＩＸ－ＩＸ線で示される位置での電池７００の断面を示す断面図である。
図９に示されるように、実施の形態の変形例６に係る電池７００は、実施の形態における電池１０１と比較して、固体電池セル１ａ及び１ｂそれぞれの代わりに、固体電池セル７ａ及び７ｂを備える。固体電池セル７ａ及び７ｂは、それぞれ、封止部材７９を有する点が、固体電池セル１ａ及び１ｂと相違する。
電池７００は、２つの固体電池セル７ａ及び７ｂが積層された構造を有する。電池７００は、固体電池セル７ａ及び７ｂと、固体電池セル７ａ及び７ｂの間に位置する接続層１６とを備える。固体電池セル７ａ及び７ｂは、正極集電リード１７及び負極集電リード１８により、電気的に並列に接続されている。
固体電池セル７ａ及び７ｂは、それぞれ、正極集電体１１と、正極活物質層１２と、固体電解質層７５と、負極活物質層１４と、負極集電体１３とが、この順で積層された構造を有する。固体電池セル７ａ及び７ｂは、それぞれ、正極集電体１１と負極集電体１３との間に配置される封止部材７９をさらに有する。
固体電池セル７ａ及び７ｂそれぞれの固体電解質層７５は、正極活物質層１２と負極活物質層１４との間に配置され、正極活物質層１２及び負極活物質層１４に接している。固体電解質層７５は、平面視で、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の外側にも配置されている。固体電解質層７５は、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の側面を覆っており、正極集電体１１及び負極集電体１３に接している。固体電解質層７５の側面は、封止部材７９に覆われている。
固体電池セル７ａ及び７ｂそれぞれの封止部材７９は、平面視で、正極活物質層１２、負極活物質層１４及び固体電解質層７５の外側に位置し、正極活物質層１２、負極活物質層１４及び固体電解質層７５の外周を囲む矩形環状である。封止部材７９は、正極活物質層１２、負極活物質層１４及び固体電解質層７５の外側の領域で正極集電体１１及び負極集電体１３と接している。
封止部材７９は、例えば、絶縁性材料を用いて形成されている。封止部材７９は、正極集電体１１と負極集電体１３との間隔を維持するスペーサとして機能する。
例えば、封止部材７９は、第１材料を含む部材である。封止部材７９は、例えば、第１材料を主成分として含む部材であってもよい。封止部材７９は、例えば、第１材料のみからなる部材であってもよい。
第１材料としては、例えば封止剤などの一般に公知の電池の封止部材の材料が用いられうる。封止剤としては、セラミック系封止剤、樹脂系封止剤などが挙げられる。なお、第１材料は、絶縁性であり、かつ、イオン導電性を有さない材料を含んでもよい。第１材料は、例えば、樹脂を含んでもよい。また、例えば、第１材料は、熱硬化性樹脂、紫外線などの光硬化性樹脂及びホットメルト樹脂（熱可塑性樹脂）のいずれかを含んでもよい。例えば、第１材料は、熱硬化性、又は、光硬化性を有する、エポキシ系樹脂とアクリル系樹脂とポリイミド系樹脂とシルセスキオキサンとのうちの少なくとも１種を含んでもよい。
封止部材７９が樹脂を含むことにより、樹脂の弾性により、封止部材７９と接する集電体の温度変化によって生じる固体電池セル７ａ及び７ｂへの応力を緩和することができる。よって、電池７００の信頼性を高めることができる。
封止部材７９は、粒子状の金属酸化物材料を含んでもよい。金属酸化物材料としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化鉄、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、ゼオライト、ガラスなどが用いられうる。例えば、封止部材７９は、金属酸化物材料からなる複数の粒子が分散された樹脂材料を用いて形成されていてもよい。
金属酸化物材料の粒子サイズは、正極集電体２１と負極集電体２３との間隔以下であればよい。金属酸化物材料の粒子形状は、正円状（球状）、楕円球状、棒状などであってもよい。
以上のように、固体電池セル７ａ及び７ｂそれぞれが、正極活物質層１２、負極活物質層１４及び固体電解質層７５の外側に位置する封止部材７９を有することにより、外部からの衝撃等による正極活物質層１２、負極活物質層１４及び固体電解質層７５の破損を抑制できる。よって、より信頼性の高い電池７００を実現できる。
（７）変形例７
次に、実施の形態の変形例７について、図１０を用いて説明する。図１０は、実施の形態の変形例７に係る電池８００の概略構成を示す図である。図１０の（ａ）は、電池８００の上面図である。図１０の（ａ）では、電池８００を上方から見た場合における電池の各構成要素の平面視形状を実線又は破線で表している。図１０の（ｂ）は、図１０の（ａ）のＸ－Ｘ線で示される位置での電池８００の断面を示す断面図である。
図１０に示されるように、実施の形態の変形例７に係る電池８００は、実施の形態の変形例１における電池２００と比較して、固体電池セル２ａ及び２ｂそれぞれの代わりに、固体電池セル８ａ及び８ｂを備える。固体電池セル８ａ及び８ｂは、それぞれ、封止部材８９を有する点が、固体電池セル２ａ及び２ｂと相違する。
電池８００は、２つの固体電池セル８ａ及び８ｂが積層された構造を有する。電池８００は、固体電池セル８ａ及び８ｂと、固体電池セル８ａ及び８ｂの間に位置する接続層２６とを備える。固体電池セル８ａ及び８ｂは、それぞれ、正極集電体２１と、正極活物質層１２と、固体電解質層８５と、負極活物質層１４と、負極集電体２３とが、この順で積層された構造を有する。固体電池セル８ａ及び８ｂは、それぞれ、正極集電体２１と負極集電体２３との間に配置される封止部材８９をさらに有する。
固体電池セル８ａ及び８ｂは、正極端子２７及び負極端子２８により、電気的に並列に接続されている。
固体電池セル８ａ及び８ｂそれぞれの固体電解質層８５は、正極活物質層１２と負極活物質層１４との間に配置され、正極活物質層１２及び負極活物質層１４に接している。固体電解質層８５は、平面視で、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の外側にも配置されている。固体電解質層８５は、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の側面を覆っており、正極集電体２１及び負極集電体２３に接している。固体電解質層８５の側面は、封止部材８９に覆われている。
固体電池セル８ａ及び８ｂそれぞれの封止部材８９は、平面視で、正極活物質層１２、負極活物質層１４及び固体電解質層８５の外側に位置し、正極活物質層１２、負極活物質層１４及び固体電解質層８５の外周を囲む矩形環状である。封止部材８９は、正極活物質層１２、負極活物質層１４及び固体電解質層８５の外側の領域において、正極集電体２１及び負極集電体２３と接している。封止部材８９は、正極集電体２１と負極端子２８との間、及び、負極集電体２３と正極端子２７との間にも配置されている。これにより、正極集電体２１と負極端子２８と、及び、負極集電体２３と正極端子２７とがより接触しにくくなり、短絡が抑制されるため、電池８００の信頼性を高めることができる。
固体電池セル８ａの封止部材８９と固体電池セル８ｂの封止部材８９とは、負極集電体２３及び接続層２６と正極端子２７側の間で接している。言い換えると、複数の固体電池セル８ａ及び８ｂは、隣り合う２つの固体電池セル８ａ及び８ｂの封止部材８９同士が接するように積層されている。このように、封止部材８９が接するように積層されることで、封止部材８９が一体化されやすく、固体電池セル８ａ及び８ｂの積層構造をより強固にすることができる。また、固体電池セル８ａの封止部材８９と固体電池セル８ｂの封止部材８９とがＣ字状になって、固体電池セル８ａ及び８ｂそれぞれの負極集電体２３並びに接続層２６を上下から挟み込んでいる。これにより、２つの負極集電体２３と接続層２６との剥離が抑制される。よって、電池８００の信頼性をより高めることができる。
［電池の製造方法］
続いて、実施の形態及び各変形例に係る電池の製造方法の一例を説明する。以下では、上述した実施の形態の変形例１に係る電池２００の製造方法を説明する。他の電池１０１、２０１、３００、４００、５００、６００、７００及び８００についても同様である。
まず、正極活物質層１２及び負極活物質層１４の印刷形成に用いる各ペーストを作成する。正極活物質層１２及び負極活物質層１４それぞれの合剤に用いる固体電解質原料として、例えば、平均粒子径が約１０μｍであり、三斜晶系結晶を主成分とするＬｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５系硫化物のガラス粉末が、準備される。このガラス粉末としては、例えば、２～３×１０－３Ｓ／ｃｍ程度の高いイオン導電性を有するガラス粉末が、使用されうる。正極活物質として、例えば、平均粒子径が約５μｍであり、層状構造のＬｉ・Ｎｉ・Ｃｏ・Ａｌ複合酸化物（ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２）の粉末が、用いられる。この正極活物質と上述のガラス粉末とを含有させた合剤を有機溶剤等に分散させた正極活物質層用ペーストが、作製される。また、負極活物質として、例えば、平均粒子径が約１０μｍである天然黒鉛の粉末が、用いられる。この負極活物質と上述のガラス粉末とを含有させた合剤を有機溶剤等に分散させた負極活物質層用ペーストが、同様に作製される。
次いで、正極集電体２１及び負極集電体２３に用いられる材料として、例えば、約３０μｍの厚みの銅箔が、準備される。例えば、スクリーン印刷法により、正極活物質層用ペースト及び負極活物質層用ペーストが、それぞれの銅箔の片方の表面上に、それぞれ所定形状、及び、約５０μｍ～１００μｍの厚みで、印刷される。正極活物質層用ペースト及び負極活物質層用ペーストは、８０℃～１３０℃で乾燥されることで、３０μｍ～６０μｍの厚みになる。これにより、正極活物質層１２及び負極活物質層１４がそれぞれ形成された集電体（銅箔）が得られる。
電池７００及び８００のように、固体電池セルが封止部材を有する場合には、正極活物質層１２又は負極活物質層１４の外周に沿って、集電体上に封止部材の材料を塗布する。
次いで、上述のガラス粉末を含有させた合剤を有機溶剤等に分散させた固体電解質層用ペーストが、作製される。それぞれ集電体上に形成された正極活物質層１２及び負極活物質層１４の集電体と接していない面を覆うように、例えば、メタルマスクを用いて、上述の固体電解質層用ペーストが、約１００μｍの厚みで、印刷される。その後、これらは、８０℃～１３０℃で、乾燥される。これにより、正極活物質層１２及び負極活物質層１４それぞれの層上に、固体電解質層２５が形成される。
そして、正極活物質層１２及び負極活物質層１４がそれぞれ形成された集電体のそれぞれの裏面に接続層２６を形成するために、例えば、上述の固体電解質層用ペーストが、約１０μｍの厚みで、印刷され、８０℃～１３０℃で乾燥される。これにより、接続層２６が集電体の裏面に形成される。次いで、正極活物質層１２上の固体電解質層２５と負極活物質層１４上の固体電解質層２５とが、互いに接触するように対向し、且つ、負極集電体２３同士が接続層２６を介して隣り合うように積層され、矩形外形のダイス型に収められる。なお、不要な集電体部分は、積層前に予めレーザー切断等によって除去してもよい。次いで、加圧金型パンチと積層体との間に、厚み７０μｍ、弾性率５×１０６Ｐａ程度の弾性体シートが挿入される。この構成により、積層体は、弾性体シートを介して圧力が印加される。その後、積層体を圧力３００ＭＰａにて５０℃に加温しながら、９０秒間加圧することで、固体電池セル２ａ及び２ｂ並びに接続層２６の積層体が得られる。最後に、固体電池セル２ａ及び２ｂ並びに接続層２６の積層体の側面に導電性樹脂ペーストを塗布し、約１５０℃で熱硬化することにより、各固体電池セル２ａ及び２ｂを接続する端子が形成される。これにより電池２００が得られる。
なお、電池の形成の方法及び順序並びに各層に用いられる材料は、上述の例に限られない。
例えば、上述の方法において、正極活物質層１２及び負極活物質層１４がそれぞれ形成された集電体の裏面に、接続層２６を形成せずに、正極活物質層１２上の固体電解質層２５と負極活物質層１４上の固体電解質層２５とが、互いに対向するように積層することで、固体電池セル２ａ及び２ｂを形成する。このようにして形成された固体電池セル２ａ又は２ｂの負極集電体２３の負極活物質層１４とは反対側の面に接続層２６を形成する。そして、負極集電体２３同士が接続層２６を介して隣り合うように積層することで、固体電池セル２ａ及び２ｂ並びに接続層２６の積層体を得てもよい。
また、例えば、固体電池セル２ａ及び２ｂと接続層２６とをそれぞれ個別に形成し、負極集電体２３同士が接続層２６を介して隣り合うように積層することで、固体電池セル２ａ及び２ｂ並びに接続層２６の積層体を得てもよい。固体電池セル２ａ及び２ｂと接続層２６とは、接着剤又は接着テープによって接合して積層されてもよい。また、接続層２６自体が、接着剤又は接着テープで構成されていてもよい。
なお、上述の製造方法では、正極活物質層用ペースト、負極活物質層用ペースト、固体電解質層用ペースト及び導電性樹脂ペーストを印刷により塗布する例を示したが、これに限られない。印刷方法としては、例えば、ドクターブレード法、カレンダー法、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、オフセット法、ダイコート法、スプレー法などを用いてもよい。
端子等の形成に用いられる導電性樹脂ペーストは、例えば、金属粒子及び樹脂を主成分として含む、熱硬化性導電ペーストである。導電性樹脂ペーストには、高融点の高導電性金属粒子、低融点の金属粒子及び樹脂を含む熱硬化性導電ペーストが用いられてもよい。高融点の高導電性金属粒子の融点は、例えば、４００℃以上である。高融点の高導電性金属粒子の材料としては、例えば、銀、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、パラジウム、金、プラチナ又はこれらの金属を組み合わせた合金が挙げられる。低融点の金属粒子の融点は、導電性樹脂ペーストの硬化温度以下であってもよく、例えば、３００℃以下である。融点が３００℃以下の低融点の金属粒子の材料としては、例えば、スズ、スズ－亜鉛合金、スズ－銀合金、スズ－銅合金、スズ－アルミニウム合金、スズ－鉛合金、インジウム、インジウム－銀合金、インジウム－亜鉛合金、インジウム－スズ合金、ビスマス、ビスマス－銀合金、ビスマス－ニッケル合金、ビスマス－スズ合金、ビスマス－亜鉛合金又はビスマス－鉛合金などが挙げられる。
このような低融点の金属粒子を含有する導電性樹脂ペーストを使用することで、高融点の高導電性金属粒子の融点よりも低い熱硬化温度であっても、導電性樹脂ペースト中の金属粒子と、集電体を構成する金属との接触部位において固相及び液相反応が進行する。それにより、導電性樹脂ペーストと集電体との界面において、固相及び液相反応により合金化した拡散領域が上記接触部位周辺に形成される。そのため、導電性樹脂ペーストからなる端子と集電体との接続信頼性及び熱伝導性が向上する。形成される合金の例としては、高融点の高導電性金属粒子に銀又は銀合金を使用し、集電体に銅を使用した場合には、高導電性合金の銀－銅系合金が挙げられる。さらに、高融点の高導電性金属粒子と集電体との組み合わせにより、銀－ニッケル合金又は、銀－パラジウム合金なども形成されうる。
なお、高導電性金属粒子及び低融点の金属粒子の形状は、球状、りん片状、針状等、どのような形状のものであってもよい。また、高融点の高導電性金属粒子及び低融点の金属粒子の粒子サイズは、特に限定されない。例えば、粒子サイズの小さい方が、低温度で合金反応や拡散が進行するため、プロセス設計及び電池特性への熱履歴の影響を考慮し、粒子サイズ及び形状が適宜選択される。
また、熱硬化性の導電性樹脂ペーストに用いられる樹脂は、結着用バインダとして機能するものであればよく、さらには印刷性及び塗布性など、採用する製造プロセスによって適当な樹脂が選択される。例えば、導電性樹脂ペーストに用いられる樹脂は、熱硬化性樹脂を含む。熱硬化性樹脂としては、例えば、（ｉ）尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂等のアミノ樹脂、（ｉｉ）ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、フェノールノボラック型、脂環式等のエポキシ樹脂、（ｉｉｉ）オキセタン樹脂、（ｉｖ）レゾール型、ノボラック型等のフェノール樹脂、及び、（ｖ）シリコーンエポキシ、シリコーンポリエステル等のシリコーン変性有機樹脂等が挙げられる。樹脂には、これらの材料の１種のみが用いられてもよいし、これらの材料のうちの２種以上が組み合わされて用いられてもよい。
（他の実施の形態）
以上、本開示に係る電池について、実施の形態及び各変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び各変形例に施したものや、実施の形態及び各変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
また、上記の各実施の形態及び各変形例は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
例えば、上記実施の形態及び各変形例では、固体電解質層は、正極活物質層及び負極活物質層の側面に接していたが、これに限らない。固体電解質層は、正極活物質層及び負極活物質層の側面に接しておらず、固体電解質層と、正極活物質層と、負極活物質層とが、平面視で完全に重なるように積層されていてもよい。
また、例えば、上記実施の形態及び各変形例では、集電リード又は端子は、集電体の側面と接続されていたが、これに限らない。集電リード又は端子は、集電体の上面又は下面と接続されていてもよい。
また、例えば、上記実施の形態及び各変形例では、集電リード又は端子のみによって、複数の固体電池セルが電気的に並列に接続されていたが、これに限らない。集電リード及び端子を組み合わせて、複数の固体電池セルが電気的に並列に接続されていてもよい。
また、例えば、上記変形例３から５では、正極端子と接する側の接続層の端部のみが屈曲していたが、これに限らない。接続層は、複数の方向の端部が屈曲していてもよい。また、接続層の屈曲した端部が、端子と接触せず、固体電解質層内に埋没していてもよい。
また、例えば、上記変形例６及び７では、封止部材は、正極活物質層、負極活物質層及び固体電解質層の外周を囲むように配置されていたが、これに限らない。封止部材は、正極活物質層、負極活物質層及び固体電解質層の側面の少なくとも一部の外側に配置されていればよい。封止部材は、例えば、平面視でｘ軸方向又はｙ軸方向に並んで、正極活物質層、負極活物質層及び固体電解質層を挟むように、対向して配置されていてもよい。
本開示に係る電池は、例えば、各種の電子機器又は自動車などに用いられる全固体リチウムイオン電池などの様々な二次電池として利用されうる。
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ 固体電池セル
１１、２１ 正極集電体
１２ 正極活物質層
１３、２３ 負極集電体
１４ 負極活物質層
１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５ 固体電解質層 １６、２６、２６ａ、３６、４６、５６、６６ 接続層
１７ 正極集電リード
１８ 負極集電リード
２７、２７ａ、６７ 正極端子
２８、２８ａ 負極端子
７９、８９ 封止部材
１００、１０１、２００、２０１、３００、４００、５００、６００、７００、８００
電池

Claims (11)

  1. 複数の固体電池セルと、
    前記複数の固体電池セルの間に位置する接続層と、
    を備え、
    前記複数の固体電池セルは、それぞれ、正極集電体と、正極活物質層と、固体電解質を含む固体電解質層と、負極活物質層と、負極集電体とが、この順で積層された構造を有し、
    前記複数の固体電池セルは、電気的に並列に接続されており、
    前記複数の固体電池セルのうち隣り合う２つの固体電池セルの前記正極集電体同士又は前記負極集電体同士は、前記接続層を介して積層され、
    前記接続層は、固体電解質を含む、
    電池。
  2. 前記接続層のヤング率は、前記正極集電体及び前記負極集電体のヤング率よりも低い、
    請求項１に記載の電池。
  3. 前記接続層は、樹脂を含む、
    請求項１又は２に記載の電池。
  4. 前記接続層は、導電性材料を含む、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の電池。
  5. 前記接続層は、固体電解質及び導電性材料から構成される、
    請求項１又は２に記載の電池。
  6. 前記接続層の端部の少なくとも一部は、屈曲している、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の電池。
  7. 前記複数の固体電池セルの側面に接し、前記複数の固体電池セルそれぞれの前記負極集電体又は前記正極集電体と接続される端子電極をさらに備え、
    前記接続層の端部の少なくとも一部は、屈曲した状態で前記端子電極と接している、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の電池。
  8. 前記複数の固体電池セルの側面に接し、前記複数の固体電池セルそれぞれの前記負極集電体又は前記正極集電体と接続される端子電極をさらに備え、
    前記接続層の端部の少なくとも一部は、屈曲した状態で前記端子電極に埋没している、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の電池。
  9. 前記複数の固体電池セルそれぞれの前記固体電解質層は、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記負極集電体及び前記負極活物質層の側面の少なくとも一部に接して配置されている、
    請求項１から８のいずれか一項に記載の電池。
  10. 前記複数の固体電池セルは、前記複数の固体電池セルのうち隣り合う２つの固体電池セルの前記固体電解質層同士が接するように積層されている、
    請求項９に記載の電池。
  11. 前記複数の固体電池セルは、それぞれ、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置される封止部材を有し、
    前記封止部材は、平面視で前記正極活物質層及び前記負極活物質層の外側に位置する、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112020005908T5 (de) * 2019-12-04 2022-09-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Festkörperbatterie
WO2023058295A1 (ja) * 2021-10-06 2023-04-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池および電池の製造方法
WO2023074060A1 (ja) * 2021-10-26 2023-05-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池
JP7613400B2 (ja) 2022-03-17 2025-01-15 トヨタ自動車株式会社 電池積層体
KR20240151800A (ko) * 2022-05-11 2024-10-18 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 축전 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007135790A1 (ja) 2006-05-23 2007-11-29 Incorporated National University Iwate University 全固体二次電池
JP2010108751A (ja) 2008-10-30 2010-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池
JP2016001602A (ja) 2014-05-19 2016-01-07 Tdk株式会社 固体電池
JP2017069036A (ja) 2015-09-30 2017-04-06 日立化成株式会社 全固体リチウムイオン二次電池用の保護層付き固体電解質
WO2017150354A1 (ja) 2016-02-29 2017-09-08 日立造船株式会社 全固体二次電池およびその製造方法
WO2018025594A1 (ja) 2016-08-02 2018-02-08 日本碍子株式会社 全固体リチウム電池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004158222A (ja) 2002-11-01 2004-06-03 Mamoru Baba 多層積層電池
JP5519356B2 (ja) * 2010-03-23 2014-06-11 ナミックス株式会社 リチウムイオン二次電池及びその製造方法
WO2012020699A1 (ja) * 2010-08-09 2012-02-16 株式会社 村田製作所 積層型固体電池
WO2013153603A1 (ja) * 2012-04-09 2013-10-17 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
US9159964B2 (en) * 2012-09-25 2015-10-13 Front Edge Technology, Inc. Solid state battery having mismatched battery cells
FR3000616B1 (fr) * 2012-12-31 2015-01-02 I Ten Procede de fabrication de batteries tout solide en structure multicouches
JP6277034B2 (ja) 2014-03-26 2018-02-07 株式会社日本マイクロニクス 積層型二次電池
CN106099169B (zh) * 2015-04-27 2020-10-27 松下知识产权经营株式会社 电池
KR102477095B1 (ko) * 2015-11-17 2022-12-13 삼성전자주식회사 전기화학셀
JP6688631B2 (ja) * 2016-02-25 2020-04-28 セイコーインスツル株式会社 全固体型電極体及び電気化学セル
JP6852713B2 (ja) * 2018-05-09 2021-03-31 トヨタ自動車株式会社 積層電池
JP7085127B2 (ja) * 2018-05-30 2022-06-16 トヨタ自動車株式会社 全固体電池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007135790A1 (ja) 2006-05-23 2007-11-29 Incorporated National University Iwate University 全固体二次電池
JP2010108751A (ja) 2008-10-30 2010-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池
JP2016001602A (ja) 2014-05-19 2016-01-07 Tdk株式会社 固体電池
JP2017069036A (ja) 2015-09-30 2017-04-06 日立化成株式会社 全固体リチウムイオン二次電池用の保護層付き固体電解質
WO2017150354A1 (ja) 2016-02-29 2017-09-08 日立造船株式会社 全固体二次電池およびその製造方法
WO2018025594A1 (ja) 2016-08-02 2018-02-08 日本碍子株式会社 全固体リチウム電池

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