专利名称：电池间分离结构体和包括该电池间分离结构体的层叠型固体二次电池的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电池间分离结构体和包括该电池间分离结构体的层叠型固体二次电池，尤其涉及在层叠型二次电池中用于将单电池串联连接的电池间分离结构体和包括该电池间分离结构体的层叠型固体二次电池。
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示例，已知有锂离子二次电池，相对来说其具有较大的能量密度。在这样的二次电池中，一直以来使用有机溶剂等液体电解质(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，存在电解液泄漏等的问题。为此，正在开发一种使用固体电解质、将所有的构成要素用固体构成的层叠型固体二次电池。作为这样的层叠型固体二次电池的结构，例如，在日本专利特开2004-158222 号公报(以下称为专利文献1)中揭示了一种将薄膜固体锂离子二次电池作为一个单元 (cell)、将该电池单元重叠多层所构成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，将正极层、固体电解质层、负极层、及集电层进行层叠而构成发电要素，在层叠有多个该发电要素的层叠型固体二次电池中，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)对于离子传导成为绝缘膜的功能，在一个基板上依次层叠各层即可构成层叠型固体二次电池。在专利文献1所揭示的另一个结构中，将正极层、固体电解质层、负极层、及集电层进行层叠而构成发电要素，经由对于导电和离子传导呈绝缘性的绝缘层而层叠多个该发电要素的层叠型固体二次电池中，将设于集电层的外周缘部的引出凸片(tab)配置成沿与层叠体方向垂直的方向引出至层叠体的外侧，在这些引出凸片上设有贯通绝缘层的连接用通孔，通孔中埋入有金属电极可进行连接，根据这些连接的组合，能选择串联型、并联型、及串并联型的连接。现有技术文献专利文献1 日本专利特开2004-158222号公报发明内容
发明内容
发明所要解决的问题在专利文献1所揭示的一个层叠型固体二次电池的结构中，通过在集电层的一面配置正极层、在集电层的另一面配置负极层，能使单电池经由集电层进行串联电连接。然而，在该层叠型固体二次电池中，正极层和负极层经由集电层进行离子传导的情况下，由于仅有离子导通的正极层和负极层进行放电，因此，层叠型固体二次电池的电池特性显著下降。此外，为了使集电层的离子传导性实质上成为绝缘，需要在将集电层做成没有气孔的连续膜、或充分确保集电层的厚度等方面作出努力。在前者的情况下，难以应用作为形成集电层的方法而一般所采用的溅射法或导电材料的丝网印刷等的制作方法。在后者的情况下， 存在构成集电层的导电材料(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二次电池中，利用绝缘层对各单电池进行不可导电且不可离子传导的绝缘，利用配置于单电池外侧的引出凸片将各单电池进行串联电连接及/或并联电连接。由于为了对各单电池进行不可导电且不可离子传导的绝缘而采用了绝缘层，因此，即使在集电层实质上具有离子传导性的情况下，正极层和负极层也无法经由集电层进行离子传导的导通。由此，能防止层叠型固体二次电池的电池特性的下降。然而，由于在单电池外侧使用配置于每个单电池的引出凸片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凸片。此外，需要在层叠型固体二次电池中具备用于配置引出凸片的容积。为此，本发明的目的在于提供一种电池间分离结构体和包括该电池间分离结构体的层叠型固体二次电池，上述电池间分离结构体能使构成层叠型固体二次电池的多个单电池彼此进行电连接，而且在相邻的两个单电池中，能对正极层和负极层进行不可离子传导的绝缘。解决技术问题所采用的技术方案根据本发明的电池间分离结构体是在层叠型固体二次电池中配置于分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层的多个单电池之间的电池间分离结构体。该电池间分离结构体包括绝缘部，该绝缘部对多个单电池进行不可相互导电且不可相互离子传导的绝缘；以及导电部，该导电部形成于绝缘部内，且使多个单电池相互进行电连接。若将本发明的电池间分离结构体配置于构成层叠型固体二次电池的多个单电池之间，则将多个单电池经由在内部形成有具有导电性的导电部的绝缘层进行层叠。由此，无论有无集电层，只需导电部中使用的少量的导电材料即可在相邻的两个单电池中高效地对正极层和负极层进行不可离子传导的绝缘。此外，能使与绝缘层相邻接的两个单电池进行电连接。因此，能在尽可能地减少引出凸片等外部集电构件的情况下，使构成层叠型固体二次电池的单电池进行电连接，且无论有无集电层，均能高效地对正极层和负极层进行不可离子传导的绝缘，因此，能向层叠型固体二次电池提供空间利用率和成本均较佳的电池间分离结构体。优选在本发明的电池间分离结构体中，绝缘部和导电部由共烧结所形成。此外，优选在本发明的电池间分离结构体中，导电部含有填充于形成于绝缘部的至少一个通孔内的导电材料。通过具有上述结构，能减少导电部中使用的导电材料的使用量，且能使导电部的电阻降至最小限度。而且，优选在本发明的电池间分离结构体中，导电材料包含从包括导电性氧化物及金属的组中选出的至少一种材料。优选在本发明的电池间分离结构体中，在绝缘部形成有通孔的情况下，在绝缘部形成第一通孔和第二通孔，通过分别对第一通孔和第二通孔内填充导电材料而形成的第一导电部和第二导电部彼此进行电连接。通过这样对同一个绝缘部内配置多个导电部，能减少流过一个导电部的电流值，降低绝缘层的层叠方向的电阻。而且，通过使将导电材料填充在通孔内而形成的多个导电部在同一绝缘部内进行电连接，从而使流过各导电部的电流值得到平均。其结果是，能进一步降低绝缘层的层叠方向的电阻。本发明的层叠型固体二次电池包括多个单电池，该多个单电池分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层；以及具有上述任一项特征的电池间分离结构体， 该电池间分离结构体配置于该多个单电池之间。在具有上述结构的层叠型固体二次电池中，由于电池间分离结构体配置于多个单电池之间，因此，将多个单电池经由内部形成有具有导电性的导电部的绝缘层进行层叠。由此，无论有无集电层，只需导电部中使用的少量的导电材料即可在相邻的两个单电池中高效地对正极层和负极层进行不可离子传导的绝缘。此外，能使与绝缘层相邻接的两个单电池进行电连接。因此，能在尽可能地减少引出凸片等外部集电构件的情况下，使构成层叠型固体二次电池的单电池进行电连接，且无论有无集电层，均能高效地对正极层和负极层进行不可离子传导的绝缘，因此，能获得空间利用率和成本均较佳的层叠型固体二次电池。优选在本发明的层叠型固体二次电池中，单电池还包含具有导电性的集电层，在单电池中，在配置于电池间分离结构体一侧的正极层或负极层的至少一个极层上配置有所述集电层。由此，通过在与绝缘层相邻接的正极层(或负极层)上配置具有导电性的集电层， 能使流过集电层内的电流在面方向(与层叠方向垂直的方向)上得到平均，从而能抑制在单电池内出现局部电流集中。其结果是，能降低层叠型固体二次电池的电阻。因此，只要集电层在面方向(与层叠方向垂直的方向)上能进行导电，无论集电层的厚度如何，均能获得上述效果，因此，能在面方向(与层叠方向垂直的方向)上能进行导电的范围内将集电层的厚度做得极薄。而且，由于集电层无需具有不可离子传导的绝缘性，因此，即使在集电层中存在气孔的情况下，如果能在面方向(与层叠方向垂直的方向)上进行导电，也能获得上述效果。优选在本发明的层叠型固体二次电池中，形成集电层的导电材料包含从包括导电性氧化物及金属的组中选出的至少一种材料。优选本发明的层叠型固体二次电池还包括外部电极，该外部电极配置在通过将多个单电池重叠而形成的层叠体的外侧面上。由于无需对位于层叠型固体二次电池的最上层和最下层的单电池的各个端面进行不可离子传导的绝缘，因此，可以不配置绝缘层。因此，如上所述，通过在位于层叠型固体二次电池的最上层和最下层的单电池的各个端面上配置具有导电性的外部电极，能降低层叠型固体二次电池的电阻。此外，优选本发明的层叠型固体二次电池包括第一层叠体、第二层叠体、第一外部电极、第二外部电极、以及第三外部电极。第一层叠体通过将分别包括依次重叠的正极层、 固体电解质层、以及负极层的多个单电池按照在该多个单电池之间配置有所述电池间分离结构体的方式进行重叠而形成。第二层叠体通过将分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层的多个单电池按照在该多个单电池之间配置有所述电池间分离结构体的方式进行重叠而形成。第一外部电极配置于位于第一层叠体的一侧面的正极层或负极层的任一极层与位于所述第二层叠体的一侧面的所述一极层之间。第二外部电极配置于位于第一层叠体的另一侧面的、与所述一极层相反的另一极层上。第三外部电极配置于位于第二层叠体的另一侧面的所述另一极层上。第二外部电极与第三外部电极进行电连接。通过具有以上的结构，例如，通过将η个单电池进行串联连接而构成的各发电要素按照将第一外部电极夹置在m个发电要素之间的作为相同极的一极层之间的方式进行层叠，利用第二和第三外部电极在另一极层之间进行电连接，从而能构成使通过将η个单电池串联连接而构成的m个发电要素并联连接的层叠型固体二次电池。因此，与通过将η 个单电池串联连接所构成的层叠型固体二次电池相比，能容易地构成体现出m倍的容量的层叠型固体二次电池。优选在本发明的层叠型固体二次电池中，形成外部电极的导电材料包含从包括导电性氧化物及金属的组中选出的至少一种材料。而且，本发明的层叠型固体二次电池准备m个层叠体，该层叠体通过将分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层的多个单电池按照在该多个单电池之间配置有所述电池间分离结构体的方式进行重叠而形成，且在该m个层叠体之间配置m-1个外部电极并进行层叠而形成层叠型固体二次电池，该层叠型固体二次电池具有以下的特征。 将与一个外部电极相邻接的两个层叠体以正极层一侧或负极层一侧与外部电极的两个面相邻接的方式进行层叠，并使其进行电连接。在位于第一层及第m层的层叠体的不与外部电极相邻接的面上也配置有外部电极。而且，利用外部集电构件使作为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二次电池包含至少使两个层叠体进行并联电连接的结构。优选在本发明的层叠型固体二次电池中，形成外部电极的导电材料包含从包括导电性氧化物及金属的组中选出的至少一种材料。更优选为形成外部电极的导电材料包括金
jM ο发明效果如上所述，根据本发明，能在尽可能地减少引出凸片等外部集电构件的情况下，使构成层叠型固体二次电池的单电池进行电连接，且无论有无集电层，均能高效地对正极层和负极层进行不可离子传导的绝缘，因此，能对层叠型固体二次电池提供空间利用率和成本均较佳的电池间分离结构体。
图1是示意性地示出作为本发明的实施方式1的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。图2是示意性地示出作为本发明的实施方式2的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。图3(A)是表示图2所示的层叠型固体二次电池中的绝缘部的俯视结构的俯视图， 图3(B)是表示该绝缘部的截面结构的剖视图。图4是示意性地示出作为本发明的实施方式3的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。图5是示意性地示出作为本发明的实施方式4的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。
图6是示意性地示出作为本发明的实施方式5的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。图7是示意性地示出作为本发明的实施方式6的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。图8是示意性地示出作为本发明的实施方式7的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。图9是示意性地示出作为本发明的实施方式7的层叠型固体二次电池中的第一发电要素的截面结构的剖视图。图10是示意性地示出作为本发明的实施方式7的层叠型固体二次电池中的第二发电要素的截面结构的剖视图。图11是示意性地示出作为本发明的实施方式8的、发电要素为偶数个的情况下的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。图12是示意性地示出作为本发明的实施方式8的、发电要素为奇数个的情况下的层叠型固体二次电池的截面结构的剖视图。
具体实施例方式以下，基于
本发明的实施方式。实施方式1首先，对作为本发明的实施方式1的层叠型固体二次电池的第一基本结构的层叠体进行说明。另外，在下文叙述的本发明的各实施方式中，对层叠体的俯视形状没有限定， 但例如一般作为矩形来进行说明。如图1所示，在层叠型固体二次电池10中，两个单电池1和2经由电池间分离结构体相重叠。单电池1和2分别包括依次重叠的正极层1、固体电解质层3、及负极层2。电池间分离结构体包括作为绝缘部的绝缘层4、形成于绝缘层4内的多个导电部 5。绝缘层4对两个单电池1和2进行彼此不可导电且不可离子传导的绝缘。导电部5使两个单电池1和2相互进行电连接。将单电池1、2与绝缘层4层叠成单电池2的正极层1 与绝缘层4的一侧面(上表面)相邻接，单电池1的负极层2与绝缘层4的另一侧面(下表面)相邻接。导电部5包含填充于形成于绝缘层4的多个通孔内的导电材料。通孔以在层叠方向上贯通绝缘层4的方式所形成。在具有以上结构的层叠型固体二次电池10中，通过使配置于绝缘层4的导电部5 同与绝缘层4相邻接的单电池2的正极层1和单电池1的负极层2相接触，从而无需引出凸片等外部集电构件就能将与绝缘层4相邻接的两个单电池1和2串联电连接。此外，通过使两个单电池1和2经由绝缘层4进行层叠，能对单电池2的正极层1和单电池1的负极层2进行不可离子传导的绝缘。由此，无需使用引出凸片等外部集电构件或集电层，就能高效地对单电池2的正极层1和单电池1的负极层2进行不可离子传导的绝缘，而且能将与绝缘层4邻接的两个单电池1和2进行电连接。另外，对导电材料的种类没有特别的限定，可以从导电性氧化物、金属、导电性氧化物与金属的混合物等中进行选择。对形成导电部5的方法也没有特别的限定，例如，可以采用以下的方法即，将糊状的导电材料调制成糊状并填充于通孔内以构成导电部5，或将金属线配置于通孔内以构成导电部5等。绝缘层4和导电部5也可由利用共烧结形成的材料所构成。实施方式2接下来，对作为本发明的实施方式2的层叠型固体二次电池的第二基本结构的层叠体进行说明。如图2所示，在层叠型固体二次电池20中，与图1相同，两个单电池1和2经由电池间分离结构体相重叠。如图3所示，在绝缘层4上形成有第一通孔7和第二通孔8。第二通孔8形成为使相邻的多个第一通孔7相互连通。第一通孔7形成为在层叠方向上贯通绝缘层4，第二通孔8形成为沿与层叠方向大致正交的方向、即平面方向延伸而贯通绝缘层4。 第二通孔8在绝缘层4内形成中空结构。通过分别对第一通孔7和第二通孔8填充导电材料，从而形成由第一导电部和第二导电部所构成的导电部5。由此，在导电部5中，通过分别对第一通孔7和第二通孔8填充导电材料而形成的第一导电部和第二导电部彼此进行电连接。另外，层叠型固体二次电池20的其他结构与图1所示的层叠型固体二次电池10 相同。 在具有以上结构的层叠型固体二次电池20中，为了将两个单电池1和2进行电连接，使第一通孔7形成为沿绝缘层4的层叠方向延伸，且使第二通孔8形成为沿与绝缘层4 的层叠方向大致正交的方向、即平面方向延伸，且对第一通孔7和第二通孔8内填充导电材料，从而在绝缘层4内形成沿层叠方向和平面方向延伸的导电部5。由此，通过在绝缘层4 内使导电部5在层叠方向和平面方向上进行电连接，能使流过导电部5的电流值在绝缘层 4的面方向上得到平均。其结果是，能降低绝缘层4的层叠方向的电阻。另外，在层叠型固体二次电池20中，对将大致圆柱状的第一通孔7等间隔地配置在绝缘层4内，用以中空结构在绝缘层4内形成的第二通孔8来连接所有的第一通孔7这样的设置例进行了说明。但是，对第一通孔7和第二通孔8的形状、配置、以及数量没有特别的限定，即使第二通孔8对一部分的第一通孔7进行连接也能获得相同的效果。此外，层叠型固体二次电池20也能获得与图1所示的层叠型固体二次电池10相同的作用效果。实施方式3接下来，对作为本发明的实施方式3的层叠型固体二次电池的第三基本结构的层叠体进行说明。如图4所示，在层叠型固体二次电池30中，与图1相同，两个单电池1和2经由电池间分离结构体相重叠。在单电池1中，在电池间分离结构体的一侧，即，在配置于绝缘层4 一侧的负极层2的表面上，形成有具有导电性的集电层9。在单电池2中，在电池间分离结构体的一侧，即，在配置于绝缘层4 一侧的正极层1的表面上，形成有具有导电性的集电层 9。换言之，通过在正极层1及负极层2各自的不与固体电解质层3邻接的面上配置具有导电性的集电层9，来构成单电池1和2。另外，也可以在配置于绝缘层4 一侧的正极层1或负极层2中的一个上配置集电层9。
另外，层叠型固体二次电池30的其他结构与图1所示的层叠型固体二次电池10 相同。在具有以上结构的层叠型固体二次电池30中，通过在正极层1(负极层2)与绝缘层4之间配置具有导电性的集电层9，能使流过集电层9内的电流在与层叠方向垂直的方向上得到平均，从而能抑制在单电池1或单电池2内出现局部电流集中。其结果是，能降低层叠型固体二次电池30的电阻。另外，在层叠型固体二次电池30中，对在与绝缘层4接触的正极层1和负极层2 上配置集电层9的示例进行了说明。但是，即使在将集电层9仅配置在正极层1上、或仅配置在负极层2上的情况下也能获得上述作用效果。此外，只要集电层9能在与层叠方向大致垂直的方向、即平面方面上进行导电，无论集电层9的厚度如何，都能获得上述作用效果。因此，能在平面方向上能进行导电的范围内将集电层9的厚度做得极薄。而且，由于集电层9无需具有不可离子传导的绝缘性，因此，即使在集电层9中存在气孔的情况下，如果能在平面方向上进行导电，也能获得上述效果。因此，对集电层9的形成方法也没有特别的限定，例如，可以将具有导电性的材料调制成糊料，将该糊料进行丝网印刷，从而构成集电层9。形成集电层9的导电材料只要是具有导电性的材料即可，对其种类没有特别的限定，但可以是导电性氧化物、金属、以及导电性氧化物与金属的混合物等。层叠型固体二次电池30也能获得与图1所示的层叠型固体二次电池10相同的作用效果。实施方式4接下来，对作为本发明的实施方式4的、以图1所示的层叠型固体二次电池10为基本结构的层叠型固体二次电池进行说明。如图5所示，在层叠型固体二次电池100中，与图1相同，η个单电池1 η经由电池间分离结构体相重叠。以将各单电池1 η的正极层1 (负极层2)配置在层叠方向上的相同一侧的方式，将η各单电池1 η经由η-1个绝缘层4进行层叠。在通过将η个单电池重叠而形成的层叠体的外侧面上，配置有外部电极6a、6b。具体而言，在层叠体的一端部即位于最下层的单电池1中，在正极层1的不与固体电解质层3邻接的面上，配置有具有导电性的外部电极6a。在层叠体的另一端部即位于最上层的单电池η中，在负极层2的不与固体电解质层3邻接的面上，配置有具有导电性的外部电极6b。通过将外部电极6a与正极端子相连接，将外部电极6b与负极端子相连接，从而进行充电和放电。在具有以上结构的层叠型固体二次电池100中，通过使配置于绝缘层4的导电部5 同与绝缘层4邻接的正极层1和负极层2相接触，从而无需使用引出凸片等外部集电构件就能将与绝缘层4邻接的两个单电池串联电连接。此外，通过将两个相邻的单电池经由绝缘层4进行层叠，能对相邻的单电池的正极层1和单电池的负极层2进行不可离子传导的绝缘。由此，无需使用引出凸片等外部集电构件或集电层，就可构成将η个单电池串联电连接的层叠型固体二次电池100。另外，对于构成本实施方式的层叠型固体二次电池100的方法没有特别的限定，例如可以采用以下的方法等即，首先，构成单电池1 η和绝缘层4，将它们以夹在一组外部电极6a和6b之间的方式依次进行层叠来构成层叠型固体二次电池100 ；或将正极层1、 固体电解质层3、以及负极层2依次层叠在外部电极6a上，最后，层叠外部电极6b来构成层叠型固体二次电池100。此外，对导电材料的种类没有特别的限定，但可以从导电性氧化物、金属、以及导电性氧化物与金属的混合物等中进行选择。对形成导电部5的方法也没有特别的限定，例如，可以采用以下的方法等即，将糊状的导电材料调制成糊状并填充于通孔内以构成导电部5 ；或将金属线配置于通孔内以构成导电部5等。而且，用于构成外部电极6a和6b材料只要是具有导电性的材料即可，对其种类没有特别的限定，但可以从导电性氧化物、金属、以及导电性氧化物与金属的混合物等中进行选择。对外部电极6a和6b的形成方法也没有特别的限定，例如，可以将具有导电性的材料调制成糊料，将该糊料进行丝网印刷，从而构成外部电极6a和6b。此外，也可配置绝缘层来替代外部电极6a和6b，使配置于绝缘层内的导电部与正极端子及负极端子相连接。实施方式5接下来，对作为本发明的实施方式5的、以图2所示的层叠型固体二次电池20为基本结构的层叠型固体二次电池进行说明。如图6所示，在层叠型固体二次电池200中，与图2相同，η个单电池1 η经由电池间分离结构体相重叠。在绝缘层4上形成有第一通孔7和第二通孔8。第二通孔8形成为使相邻的多个第一通孔7相互连通。第一通孔7形成为在层叠方向上贯通绝缘层4，第二通孔8形成为沿与层叠方向大致正交的方向、即平面方向延伸而贯通绝缘层4。第二通孔8 在绝缘层4内形成中空结构。通过分别对第一通孔7和第二通孔8填充导电材料，从而形成由第一导电部和第二导电部所构成的导电部5。由此，在导电部5中，通过分别对第一通孔7和第二通孔8填充导电材料而形成的第一导电部和第二导电部彼此进行电连接。另外，层叠型固体二次电池200的其他结构与图5所示的层叠型固体二次电池100 相同。在具有以上结构的层叠型固体二次电池200中，为了将两个相邻的单电池进行电连接，使第一通孔7形成为沿绝缘层4的层叠方向延伸，且使第二通孔8形成为沿与绝缘层 4的层叠方向大致正交的方向、即平面方向延伸，且对第一通孔7和第二通孔8内填充导电材料，从而在绝缘层4内形成沿层叠方向和平面方向延伸的导电部5。由此，通过在绝缘层 4内使导电部5在层叠方向和平面方向上进行电连接，能使流过导电部5的电流值在绝缘层 4的面方向上得到平均。其结果是，能降低绝缘层4的层叠方向的电阻。因此，无需使用引出凸片等外部集电构件或集电层，就可构成电阻低于层叠型固体二次电池100的层叠型固体二次电池200。另外，在层叠型固体二次电池200中，对将大致圆柱状的第一通孔7等间隔地配置在绝缘层4内，用以中空结构在绝缘层4内形成的第二通孔8来连接所有的第一通孔7这样的设置例进行了说明。但是，对第一通孔7和第二通孔8的形状、配置、以及数量没有特别的限定，即使第二通孔8对一部分的第一通孔7进行连接也能获得相同的效果。此外，层叠型固体二次电池200也能获得与图5所示的层叠型固体二次电池100相同的作用效果。实施方式6接下来，对作为本发明的实施方式6的、以图4所示的层叠型固体二次电池30为基本结构的层叠型固体二次电池进行说明。如图7所示，在层叠型固体二次电池300中，与图4相同，η个单电池1 η经由电池间分离结构体相重叠。在各单电池中，例如，在单电池2中，在电池间分离结构体的一侧，即，在配置于绝缘层4 一侧的负极层2的表面上，形成有具有导电性的集电层9。此外， 在各单电池中，例如，在单电池2中，在电池间分离结构体的一侧，S卩，在配置于绝缘层4 一侧的正极层1的表面上，形成有具有导电性的集电层9。换言之，通过在正极层1及负极层 2各自的不与固体电解质层3邻接的面上配置具有导电性的集电层9，来构成各单电池。另夕卜，也可以在配置于绝缘层4 一侧的正极层1或负极层2中的一个极层上，配置集电层9。另外，层叠型固体二次电池300的其他结构与图5所示的层叠型固体二次电池100 相同。在具有以上结构的层叠型固体二次电池300中，通过在正极层1 (负极层2)与绝缘层4之间配置具有导电性的集电层9，能使流过集电层9内的电流在与层叠方向垂直的方向上得到平均，从而能抑制在各单电池内出现局部电流集中。其结果是，能降低层叠型固体二次电池300的电阻。因此，无需使用引出凸片等外部集电构件或集电层，就可构成电阻低于层叠型固体二次电池100的层叠型固体二次电池300。另外，在层叠型固体二次电池300中，对在不与外部电极邻接的所有的正极层1和负极层2上配置集电层9的示例进行了说明。但是，即使在将集电层9仅配置在正极层1 上、或仅配置在负极层2上的情况下也能获得上述作用效果。此外，只要集电层9能在与层叠方向大致垂直的方向、即平面方面上进行导电，无论集电层9的厚度如何，都能获得上述作用效果。因此，能在平面方向上能进行导电的范围内将集电层9的厚度做得极薄。而且，由于集电层9无需具有不可离子传导的绝缘性，因此，即使在集电层9中存在气孔的情况下，如果能在平面方向上进行导电，也能获得上述效果。因此，对集电层9的形成方法也没有特别的限定，例如，可以将具有导电性的材料调制成糊料，将该糊料进行丝网印刷，从而构成集电层9。形成集电层9的导电材料只要是具有导电性的材料即可，对其种类没有特别的限定，但可以是导电性氧化物、金属、以及导电性氧化物与金属的混合物等。层叠型固体二次电池300也能获得与图5所示的层叠型固体二次电池100相同的作用效果。实施方式7接下来，对作为本发明的实施方式7的、应用了图5所示的层叠型固体二次电池 100的层叠型固体二次电池的结构进行说明。如图8所示，将η个单电池串联连接，从而构成两个发电要素IOA和10Β，将上述两个发电要素IOA和IOB经由外部电极6a进行层叠，并使其并联电连接，从而构成层叠型固体二次电池。如图9和图10所示，两个发电要素IOA和IOB分别通过将η各单电池1 η经由n-1个绝缘层4进行层叠而构成。即，发电要素IOA和IOB分别与图5所示的层叠型固体二次电池100相同，其各自的η个单电池之间串联电连接。如图8 图10所示，通过重叠η个单电池，来形成作为第一层叠体的发电要素 10Α,通过重叠η个单电池，来形成作为第二层叠体的发电要素10Β。在位于发电要素IOA的一侧面的正极层1与位于发电要素IOB的一侧面的正极层1之间，配置有作为第一外部电极的外部电极6a。即，在夹置于两个发电要素IOA和IOB之间的外部电极6a的两个面上， 分别邻接有正极层1。在位于发电要素IOA的另一侧面的负极层2上，配置有作为第二外部电极的外部电极6b。在位于发电要素IOB的另一侧面的负极层2上，配置有作为第三外部电极的外部电极6b。由此，在图8所示的层叠体的端部即位于最上层和最下层的面上，也配置有外部电极6b。而且，两个外部电极6b和6b经由外部集电构件11进行电连接。因此， 两个发电要素IOA和IOB经由外部电极6a和6b进行并联电连接。通过将外部电极6a与正极端子相连接，将外部电极6b与负极端子相连接，从而进行充电和放电。在具有以上结构的层叠型固体二次电池中，通过使将η个单电池1 η串联电连接而成的发电要素IOA和IOB进行并联电连接，能以与图5所示的层叠型固体二次电池100 相同的电压体现出两倍的容量。另外，本实施方式中，对在夹置于两个发电要素IOA和IOB之间的外部电极6a的两个面上分别邻接有正极层1这样的结构的层叠型固体二次电池进行了说明，但也可以将两个发电要素IOA和IOB配置成在外部电极6a的两个面上分别邻接有负极层2。图8所示的层叠型固体二次电池也能获得与图5所示的层叠型固体二次电池100 相同的作用效果。实施方式8最后，对作为本发明的实施方式8的、应用了图5所示的层叠型固体二次电池100 的层叠型固体二次电池的结构、也就是实施方式7的变形例进行说明。如图9 图12所示，将η个单电池串联连接，从而构成多个发电要素IOA和10Β， 将上述多个发电要素IOA和IOB以在相邻的两个发电要素IOA和IOB之间夹置外部电极6a 或外部电极6b的方式进行层叠，并使上述多个发电要素IOA和IOB之间进行并联电连接， 从而构成层叠型固体二次电池。在图11中示出发电要素为偶数个的情况下的层叠型固体二次电池的截面结构。在图12中示出发电要素为奇数个的情况下的层叠型固体二次电池的截面结构。两个发电要素IOA和IOB分别通过将η各单电池1 η经由η_1个绝缘层4 进行层叠而构成。即，发电要素IOA和IOB分别与图5所示的层叠型固体二次电池100相同，其各自的η个单电池之间串联电连接。在位于发电要素IOA的一侧面的正极层1与位于发电要素IOB的一侧面的正极层 1之间，配置有作为第一外部电极的外部电极6a。此外，在位于发电要素IOA的一侧面的负极层2与位于发电要素IOB的一侧面的负极层2之间配置有作为第一外部电极的外部电极 6b。即，在夹置于两个发电要素IOA和IOB之间的外部电极6a的两个面上，分别邻接有正极层1。在夹置于两个发电要素IOA和IOB之间的外部电极6b的两个面上，分别邻接有负极层1。此外，在图11和图12所示的层叠体的端部即位于最上层和最下层的面上也配置有外部电极6a或外部电极6b。而且，将多个外部电极6a和6a进行电连接，将多个外部电极6b和6b进行电连接。因此，多个发电要素IOA和IOB经由外部电极6a和6b进行并联电连接。通过将外部电极6a与正极端子相连接，将外部电极6b与负极端子相连接，从而进行充电和放电。在具有以上结构的层叠型固体二次电池中，通过使将η个单电池1 η串联电连接而成的发电要素IOA和IOB进行偶数个或奇数个发电要素IOA和IOB的并联电连接，能以与图5所示的层叠型固体二次电池100相同的电压体现出偶数倍或奇数倍的容量。图11和图12所示的层叠型固体二次电池也能获得与图5所示的层叠型固体二次电池100相同的作用效果。另外，在实施方式1 实施方式8的各层叠型固体二次电池中，能使用以下所示的材料实现各构成要素。对于固体电解质层3，作为主要材料含有固体电解质，作为固体电解质可以使用 Li1.5A10.5GeL5 (PO4) 3、Li1.2A10.3TiL7 (PO4) 3 等 NASIC0N 型固体电解质，但没有特别的限定。对于正极层1，作为主要材料含有正极活性物质与固体电解质的混合物(例如，质量比1 1)，作为正极活性物质，可以使用Li3V2 (PO4)3等NASIC0N型活性物质、LiFePO4等橄榄石型活性物质等，但没有特别的限定。此外，正极层1还可以含有少量的碳等作为电子传导材料。对于负极层2，作为主要材料含有负极活性物质与固体电解质的混合物(例如，质量比1 1)，作为负极活性物质，可以使用Li3V2 (PO4)3等NASIC0N型活性物质、LiCuPO4等橄榄石型活性物质、Li4Ti5O12等，但没有特别的限定。此外，负极层2还可以含有少量的碳等作为电子传导材料。绝缘层4可以含有作为主要材料的Al2O3粉末和硼硅酸盐类玻璃，或用硼硅酸盐类等的玻璃料(frit)对Al2O3粉末等绝缘性陶瓷进行熔接来构成。对于绝缘性陶瓷和玻璃料的材质没有特别的限定。也可以在不使用玻璃料的情况下将绝缘性陶瓷进行烧结来构成。对于构成导电部5、集电层8、或外部电极6a、6b的导电材料，作为导电性氧化物可以使用亚铬酸镧(lanthanum chromite)等，作为金属可以使用Ni、Cu、Ag等。对于金属既可以使用糊状的金属，也可以使用块状体的金属。此次公开的实施方式应视作在所有方面均为例示而并非限制。本发明的范围由权利要求的范围来表示，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的范围等同的意思及范围内的所有修正和变形。工业上的实用性根据本发明的电池间分离结构体，能在尽可能地减少引出凸片等外部集电构件的情况下，使构成层叠型固体二次电池的单电池进行电连接，且无论有无集电层，均能高效地对正极层和负极层进行不可离子传导的绝缘，因此，能获得空间利用率和成本均较佳的层叠型二次电池。标号说明1 正极层，2 负极层，3 固体电解质层，4 绝缘层，5 导电部，10、20、30、100、200、
300 层叠型固体二次电池
权利要求
1.一种电池间分离结构体，其在层叠型固体二次电池中配置于分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层的多个单电池之间，所述电池间分离结构体的特征在于， 包括绝缘部，该绝缘部对所述多个单电池进行不可相互导电且不可相互离子传导的绝缘；以及导电部，该导电部形成于所述绝缘部内，且使所述多个单电池相互进行电连接。
2.如权利要求1所述的电池间分离结构体，其特征在于，所述绝缘部和所述导电部由共烧结所形成。
3.如权利要求1或2所述的电池间分离结构体，其特征在于，所述导电部包含填充于形成在所述绝缘部的至少一个通孔内的导电材料。
4.如权利要求3所述的电池间分离结构体，其特征在于，所述导电材料包含从包括导电性氧化物及金属的组中选出的至少一种材料。
5.如权利要求3或4所述的电池间分离结构体，其特征在于，在所述绝缘部形成有第一通孔和第二通孔，使通过分别对所述第一通孔和第二通孔填充导电材料而形成的第一导电部和第二导电部彼此进行电连接。
6.一种层叠型固体二次电池，其特征在于，包括多个单电池，该多个单电池分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层，以及权利要求1至5中任一项所述的电池间分离结构体，该电池间分离结构体配置于所述多个单电池之间。
7.如权利要求6所述的层叠型固体二次电池，其特征在于，所述单电池还包含具有导电性的集电层，在所述单电池中，在配置于所述电池间分离结构体一侧的所述正极层或负极层的至少一个极层上配置有所述集电层。
8.如权利要求7所述的层叠型固体二次电池，其特征在于，形成所述集电层的导电材料包含从包括导电性氧化物及金属的组中选出的至少一种材料。
9.如权利要求6至8中任一项所述的层叠型固体二次电池，其特征在于，还包括外部电极，该外部电极配置于通过将所述多个单电池进行重叠而形成的层叠体的外侧面上。
10.如权利要求9所述的层叠型固体二次电池，其特征在于，包括第一层叠体，该第一层叠体通过将分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层的多个单电池按照在该多个单电池之间配置有所述电池间分离结构体的方式进行重叠而形成；第二层叠体，该第二层叠体通过将分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层的多个单电池按照在该多个单电池之间配置有所述电池间分离结构体的方式进行重叠而形成；第一外部电极，该第一外部电极配置于位于所述第一层叠体的一侧面的、正极层或负极层的任一极层与位于所述第二层叠体的一侧面的所述一极层之间；第二外部电极，该第二外部电极配置于位于所述第一层叠体的另一侧面的、与所述一极层相反的另一极层上；以及第三外部电极，该第三外部电极配置于位于所述第二层叠体的另一侧面的所述另一极层上，所述第二外部电极与所述第三外部电极进行电连接。
11.如权利要求9或10所述的层叠型固体二次电池，其特征在于，形成所述外部电极的导电材料包含从包括导电性氧化物及金属的组中选出的至少一种材料。
12.—种如权利要求9所述的层叠型固体二次电池，其形成方法如下准备m个层叠体，该层叠体通过将分别包括依次重叠的正极层、固体电解质层、以及负极层的多个单电池按照在该多个单电池之间配置有所述电池间分离结构体的方式进行重叠而形成，在该m个层叠体之间配置m-1个外部电极并进行层叠，从而形成层叠型固体二次电池，所述层叠型固体二次电池的特征在于，将与一个外部电极相邻接的两个层叠体以正极层一侧或负极层一侧与外部电极的两个面相邻接的方式进行层叠，并使该两个层叠体电连接，在位于第一层及第m层的层叠体的不与外部电极相邻接的面上也配置有外部电极，还包含利用外部集电构件使作为相同极的外部电极之间进行电连接、从而使至少两个层叠体之间进行并联电连接的结构。
13.如权利要求12所述的层叠型固体二次电池，其特征在于，形成所述外部电极的导电材料包含从包括导电性氧化物及金属的组中选出的至少一种材料。
14.如权利要求12所述的层叠型固体二次电池，其特征在于，形成所述外部电极的导电材料包括金属。
全文摘要
本发明提供一种电池间分离结构体和包括该电池间分离结构体的层叠型固体二次电池，所述电池间分离结构体能使构成层叠型固体二次电池的多个单电池彼此进行电连接，并且在相邻的两个单电池中，能对正极层和负极层进行不可离子传导的绝缘。电池间分离结构体是在层叠型固体二次电池(10)中配置于分别包括依次重叠的正极层(1)、固体电解质层(3)、以及负极层(2)的多个单电池之间的电池间分离结构体。该电池间分离结构体包括绝缘层(4)，该绝缘层(4)对多个单电池进行不可相互导电且不可相互离子传导的绝缘；导电部(5)，该导电部(5)形成于绝缘层(4)内，且使多个单电池相互进行电连接。
文档编号H01M4/66GK102549808SQ20108004201
公开日2012年7月4日 申请日期2010年5月25日 优先权日2009年9月17日
发明者尾内倍太, 渡边浩一, 西田邦雄 申请人:株式会社村田制作所