电池的制作方法
【专利摘要】现有技术中期望可靠性高的电池。一种电池，具备第1正极集电体、第1负极集电体、第1发电元件、第2发电元件和第1绝缘部，所述第1发电元件和所述第2发电元件都包含：含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、和含有无机固体电解质的无机固体电解质层，所述第1发电元件和所述第2发电元件的每一个中的所述无机固体电解质层，都与所述正极活性物质层和所述负极活性物质层接触，所述第1发电元件的所述正极活性物质层和所述第2发电元件的所述正极活性物质层，都与所述第1正极集电体接触，所述第1发电元件的所述负极活性物质层和所述第2发电元件的所述负极活性物质层，都与所述第1负极集电体接触，在所述第1发电元件和所述第2发电元件之间设有所述第1绝缘部。
【专利说明】
电池
技术领域
[0001]本公开涉及电池。
【背景技术】
[0002]专利文献I中，公开了一种多个内部电极体经由集电体连接部电连接而成的片状电池。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2002-216846号公报
【发明内容】
[0005]以往技术中可靠性高的电池备受期待。
[0006]本公开的一方式的电池，具备第I正极集电体、第I负极集电体、第I发电元件、第2发电元件和第I绝缘部，所述第I发电元件和所述第2发电元件都包含:含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、和含有无机固体电解质的无机固体电解质层，所述第I发电元件和所述第2发电元件的每一个中的所述无机固体电解质层，都与所述正极活性物质层和所述负极活性物质层接触，所述第I发电元件的所述正极活性物质层和所述第2发电元件的所述正极活性物质层，都与所述第I正极集电体接触，所述第I发电元件的所述负极活性物质层和所述第2发电元件的所述负极活性物质层，都与所述第I负极集电体接触，在所述第I发电元件和所述第2发电元件之间设有所述第I绝缘部。
[0007]根据本公开，能够实现可靠性高的电池。
【附图说明】
[0008]图1是表示实施方式I的电池1000的概略构造的图。
[0009]图2是表示实施方式I的电池1000的上面和侧面的概略构造的图。
[0010]图3是表示实施方式I的变形例的电池1100的概略构造的图。
[0011 ] 图4是表示实施方式I的变形例的电池1200的概略构造的图。
[0012]图5是表示实施方式I的变形例的电池1300的概略构造的图。
[0013]图6是表示实施方式I的变形例的电池1400的上面和侧面的概略构造的图。
[0014]图7是用于说明实施方式I的电池的制造方法的图。
[0015]图8是表示实施方式2的电池2000的概略构造的图。
[0016]图9是表示在实施方式2的电池2000中，发电元件发生了损坏的情况的图。
[0017]图10是表示作为比较例的电池2100的概略构造的图。
[0018]图11是表示在作为比较例的电池2100中，发电元件发生了损坏的情况的图。
[0019]图12是用于说明实施方式2的电池的制造方法的图。
[0020]图13是表示实施方式3的电池3000的概略构造的图。
[0021]图14是表示实施方式3的变形例的电池3100的概略构造的图。
[0022]图15是表示实施方式4的电池4000的概略构造的图。
[0023]图16是表示实施方式4的变形例的电池4100的概略构造的图。
[0024]图17是表示实施方式5的电池5000的概略构造的图。
[0025]图18是表示双极层叠数为4个的情况下的电池的概略构造的图。
[0026]附图标记说明
[0027]Ul第I发电元件
[0028]U2第2发电元件
[0029]U3第3发电元件
[0030]U4第4发电元件
[0031]PC正极集电体
[0032]PCl第I正极集电体
[0033]PC2第2正极集电体
[0034]PC3第3正极集电体
[0035]NC负极集电体
[0036]NCl第I负极集电体
[0037]NC2第2负极集电体
[0038]NC3第3负极集电体
[0039]NC4第4负极集电体
[0040]PA正极活性物质层
[0041]PAl正极活性物质层
[0042]PA2正极活性物质层
[0043]PA3正极活性物质层
[0044]PA4正极活性物质层
[0045]NA负极活性物质层
[0046]NAl负极活性物质层
[0047]NA2负极活性物质层
[0048]NA3负极活性物质层
[0049]NA4负极活性物质层
[0050]SE无机固体电解质层
[0051]SEl无机固体电解质层
[0052]SE2无机固体电解质层
[0053]SE3无机固体电解质层
[0054]SE4无机固体电解质层
[0055]101第I绝缘部
[0056]102第2绝缘部
[0057]Tl第I导通控制层
[0058]T2第2导通控制层
[0059]T3第3导通控制层
[0060]T4第4导通控制层
[0061]Cl第I电压检测端子
[0062]C2第2电压检测端子
[0063]C3第3电压检测端子
[0064]1000 电池
[0065]1100 电池
[0066]1200 电池
[0067]1300 电池
[0068]1400 电池
[0069]2000 电池
[0070]2100 电池
[0071]3000 电池
[0072]3100 电池
[0073]4000 电池
[0074]4100 电池
[0075]5000 电池
【具体实施方式】
[0076]以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。
[0077](实施方式I)
[0078]图1是表示实施方式I的电池1000的概略构造的图(截面图)。
[0079]实施方式I的电池1000具备第I正极集电体PCl、第I负极集电体NCl、第I发电元件U1、第2发电元件U2和第I绝缘部101。
[0080]第I发电元件Ul包含正极活性物质层ΡΑ1、负极活性物质层NAl和无机固体电解质层SE1。
[0081]第I发电元件Ul中的无机固体电解质层SE1，与正极活性物质层PAl和负极活性物质层NAl接触。
[0082]第2发电元件U2包含正极活性物质层ΡΑ2、负极活性物质层ΝΑ2和无机固体电解质层SE2。
[0083]第2发电元件U2中的无机固体电解质层SE2，与正极活性物质层ΡΑ2和负极活性物质层ΝΑ2接触。
[0084]第I发电元件Ul的正极活性物质层PAl和第2发电元件U2的正极活性物质层ΡΑ2，都与第I正极集电体PCl接触。
[0085]第I发电元件Ul的负极活性物质层NAl和第2发电元件U2的负极活性物质层ΝΑ2，都与第I负极集电体NCl接触。
[0086]在第I发电元件Ul和第2发电元件U2之间设有第I绝缘部101。
[0087]根据以上的构造，能够抑制某I个发电元件发生的损坏影响传播到另一发电元件。
[0088]例如，考虑在电池受到冲击、振动时，一部分的发电元件发生了损坏(例如裂纹或断裂等)的情况。该情况下，第I绝缘部发挥隔壁作用。即，第I绝缘部抑制损坏向相邻的发电元件传播。其结果，能够抑制损坏部位的扩大。由此，即使是例如发生了损坏的发电元件丧失了发电功能的情况下，未损坏的发电元件也能够正常地发挥作用。因此能够维持作为电池的发电功能。
[0089]另外，包含无机固体电解质的构件的脆性高。因此包含无机固体电解质的构件容易发生裂纹或断裂。所以在实施方式I的构造中，相邻的发电元件之间通过第I绝缘部而被物理性地隔断。由此，能够防止从发生了损坏的发电元件剥落的部位(例如活性物质粉等)，与相邻的未损坏的发电元件接触。即，在相邻的发电元件中，能够防止由该剥落部位的附着引起的短路。
[0090]在此，作为发生损坏的要因，设想了例如电池的制造、运输、使用时的掉落，或随操作而产生的振动、冲击，随充放电时活性物质的膨胀、收缩而产生的应力或变形等。在损坏部，例如内部电阻变得极大，离子或电子的流动被切断。其结果，电池的特性降低。在损坏的程度更加严重的情况下，有可能丧失电池的发电功能。
[0091]对此，如果是实施方式I的构造，则即使一部分的发电元件发生损坏，也能够防止电池的特性降低和发电功能的丧失。由此，能够实现更长寿命且高可靠性的电池。
[0092]图2是表示实施方式I的电池1000的上面和侧面的概略构造的图。
[0093]在图2所示的例子中，第I绝缘部101沿y方向设置。
[0094]再者，第I绝缘部101可以在xy平面上，以也沿x方向延伸的方式在斜向上设置。
[0095]另外，如图1和图2所示，第I绝缘部101可以以将第I发电元件Ul和第2发电元件U2之间紧密填埋的形态设置。
[0096]图3是表示实施方式I的变形例的电池1100的概略构造的图。
[0097]如图3所示的电池1100那样，可以在第I绝缘部101和第I发电元件Ul之间设置第I空隙21。
[0098]另外，如图3所示的电池1100那样，可以在第I绝缘部101和第2发电元件U2之间设置第2空隙22。
[0099]或者，在实施方式I中，可以是仅具备第I空隙21和第2空隙22之中任一者的构造。
[0100]图4是表示实施方式I的变形例的电池1200的概略构造的图。
[0101]如图4所示的电池1200那样，第I绝缘部101可以以覆盖负极活性物质层NAl和负极活性物质层NA2、并且不覆盖正极活性物质层PAl和正极活性物质层PA2的形态设置。此时可以设置有空隙23。
[0102]图5是表示实施方式I的变形例的电池1300的概略构造的图。
[0103]如图5所示的电池1300那样，第I绝缘部101可以以覆盖正极活性物质层PAl和正极活性物质层PA2、并且不覆盖负极活性物质层NAl和负极活性物质层NA2的形态设置。此时可以设置有空隙24。
[0104]以上，如图1?图5所示，作为第I绝缘部101的配置形态，只要是I个发电元件的正极活性物质层与相邻的另一发电元件的负极活性物质层通过第I绝缘部101而被物理性地隔断的形态即可。
[0105]图6是表示实施方式I的变形例的电池1400的上面和侧面的概略构造的图。
[0106]如图6所示的电池1400那样，可以设有发电元件Ua、发电元件Ub、发电元件Uc、发电元件Ud、发电元件Ue和发电元件Uf0
[0107]并且，如图6所示的电池1400那样，在各发电元件之间可以设有绝缘部101a、绝缘部1lb和绝缘部1lCo
[0108]再者，在实施方式I中，发电元件的数量为2以上即可。
[0109]再者，在实施方式I中，绝缘部配置的位置、方向，可以相对于发电元件的面，在纵向(y方向)或横向(X方向)上统一。该情况下，能够便于制造。
[0110]作为例如智能手机、数码相机等便携电子设备用途的全固体锂二次电池，发电元件的主表面的面积可以为I?100cm2。
[0111]或者，作为电动汽车等大型移动设备的电源用途的全固体锂二次电池，发电元件的主表面的面积可以为100?1000cm2。
[0112]无机固体电解质层是包含无机固体电解质的层。
[0113]作为无机固体电解质，可使用例如氧化物固体电解质或硫化物固体电解质等。
[0114]作为氧化物固体电解质，可使用例如以LiTi2(PO4)3及其元素置换体为代表的NASIC0N型固体电解质、(LaLi)T13系的钙钛矿型固体电解质、以Li 14ZnGe4016、Li4S14,LiGeO4及其元素置换体为代表的LISIC0N型固体电解质、以Li 7La3Zr2012及其元素置换体为代表的石榴石型固体电解质、Li3N及其H置换体、1^孑04及其N置换体等。
[0115]作为硫化物固体电解质，可使用例如Li2S-P2S5、Li2S-SiS2, Li2S-B2S3, Li2S-GeS2,Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li 1(^卩2312等。另外，可以向它们中添加 LiX (X 是 F、Cl、Br、I)、MOy、LixMOy (Μ是P、S1、Ge、B、Al、Ga、In中的任一种)(x、y是自然数)等。Li2S-P2S5的离子导电率高且为低电位，难以被还原。因此，通过使用Li2S-P2S5，使电池化变得容易。
[0116]无机固体电解质的厚度可以为I?100 μπι。再者，无机固体电解质的厚度小于I μ m的情况下，正极活性物质层和负极活性物质层发生短路的可能性提高。再者，无机固体电解质的厚度大于100 μ m的情况下，高输出下的工作有可能变得困难。
[0117]正极活性物质层是包含正极活性物质的层。正极活性物质层也可以是包含正极活性物质和无机固体电解质的正极合剂层。正极活性物质层，出于降低电极电阻的目的可以包含导电助剂。正极活性物质层，出于提高正极活性物质粒子彼此的粘结性、或正极合剂层与集电体的粘结性的目的，可以包含粘结剂。
[0118]正极合剂层的厚度可以为10?500 μπι。再者，正极合剂层的厚度小于10 μπι的情况下，有可能难以确保充分的电池能量密度。再者，正极合剂层的厚度大于500 μπι的情况下，高输出下的工作有可能变得困难。
[0119]正极活性物质可以是例如吸藏和放出金属离子的材料。正极活性物质也可以是例如吸藏和放出锂离子的材料。作为正极活性物质，可使用例如含有锂的过渡金属氧化物、过渡金属氟化物、聚阴离子和氟化聚阴离子材料、以及过渡金属硫化物等。使用了含有锂离子的过渡金属氧化物的情况下，能够降低制造成本，并且能够提高平均放电电压。
[0120]负极活性物质层是包含负极活性物质的层。负极活性物质层也可以是包含负极活性物质和无机固体电解质的正极合剂层。负极活性物质层，出于降低电极电阻的目的可以包含导电助剂。负极活性物质层，出于提高负极活性物质粒子彼此的粘结性、或负极合剂层与集电体的粘结性的目的，可以包含粘结剂。
[0121]负极合剂层的厚度可以为10?500 μπι。再者，负极合剂层的厚度小于10 μπι的情况下，有可能难以确保充分的电池能量密度。再者，负极合剂层的厚度小于500 μπι的情况下，高输出下的工作有可能变得困难。
[0122]再者，负极合剂层的厚度可以比正极合剂层的厚度厚。由此，能够降低施加于负极的载荷，使电池长寿命化。
[0123]负极活性物质可以是例如吸藏和放出金属离子的材料。负极活性物质也可以是例如吸藏和放出锂离子的材料。作为负极活性物质，可使用例如锂金属、与锂显示合金化反应的金属或合金、碳、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物等。作为碳，可使用例如石墨或硬碳、焦炭之类的非石墨系碳。作为过渡金属氧化物，可使用例如CuO、N1等。作为过渡金属硫化物，可使用例如由CuS表示的硫化铜等。作为与锂显示合金化反应的金属或合金，可使用例如硅化合物、锡化合物、铝化合物和锂的合金等。使用了碳的情况下，能够降低制造成本，并且能够提高平均放电电压。
[0124]作为导电助剂，可使用例如天然石墨或人造石墨的石墨类、乙炔黑、科琴黑等炭黑类、碳纤维或金属纤维等导电性纤维类、氟化碳、铝等金属粉末类、氧化锌或钛酸钾等导电晶须类、氧化钛等导电性金属氧化物、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电性高分子化合物等。使用了碳导电助剂的情况下，能够谋求低成本化。
[0125]作为粘结剂，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、苯乙烯丁二烯橡胶、羧甲基纤维素等。
[0126]作为正极集电体，可使用例如由铝、不锈钢、钛和它们的合金等金属材料制作的多孔质或无孔的片或薄膜等。铝及其合金便宜且易于薄膜化。作为片或薄膜，可以是金属箔或丝网等。
[0127]正极集电体的厚度可以为I?30 μπι。再者，正极集电体的厚度小于I μπι的情况下，机械强度不充分，容易发生集电体的断裂、破损。再者，正极集电体的厚度大于30 μπι的情况下，电池的能量密度有可能降低。
[0128]作为负极集电体，可使用例如由不锈钢、镍、铜和它们的合金等金属材料制作的多孔质或无孔的片或薄膜等。铜及其合金便宜且易于薄膜化。作为片或薄膜，可以是金属箔或丝网等。
[0129]负极集电体的厚度可以为I?30 μπι。再者，负极集电体的厚度小于I μπι的情况下，机械强度不充分，容易发生集电体的断裂、破损。再者，负极集电体的厚度大于30 μπι的情况下，电池的能量密度有可能降低。
[0130]绝缘部可以是例如包含绝缘性材料的构件。
[0131]作为绝缘性材料，可使用例如无机绝缘材料。作为无机绝缘材料，可使用Si02、MgO、A1203、ZrO2等单一氧化物、含有2种以上单一氧化物的复合氧化物、A1N、Si 3N4等金属氮化物、SiC等金属碳化物等。
[0132]或者，作为绝缘性材料，可使用例如有机绝缘材料。作为有机绝缘材料，可使用聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、芳纶树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、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、羧甲基纤维素之类的有机高分子等。或者，作为有机绝缘材料，可使用硅橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸橡胶、聚氨酯橡胶、含氟橡胶、聚硫橡胶、天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、丁二烯橡胶之类的各种橡胶。
[0133]绝缘部的宽度(X方向的厚度)可以为I?10000 μπι。再者，绝缘部的宽度小于I μπι的情况下，其制造有可能复杂化。再者，绝缘部的宽度大于10000 μπι的情况下，电池的能量密度有可能降低。
[0134]再者，绝缘部的杨氏模量可以为20GPa以下。构成发电元件的正极合剂层、无机固体电解质层和负极合剂层的各自的杨氏模量都大于约20GPa。因此，通过将杨氏模量比它们小的绝缘部配置在发电元件之间，绝缘部作为防止一部分的发电元件上发生的损坏向相邻的发电元件传播的隔壁，更好地发挥作用。即，通过杨氏模量小的绝缘部，能够缓和发电元件产生的应力或变形。
[0135]<制造方法>
[0136]以下，对实施方式I的电池的制造方法的一例进行说明。
[0137]图7是用于说明实施方式I的电池的制造方法的图。
[0138]实施方式I的电池的制造方法，包括工序Al、工序A2、工序A3、工序A4和工序A5。
[0139]工序Al是在负极集电体NC上，将添加溶剂而制成糊状的绝缘性材料(绝缘部101)进行涂布的工序。
[0140]工序A2是在工序Al之后，使用与绝缘性材料的涂布宽度对应的缝模，在负极集电体NC上，将添加溶剂而制成糊状的负极活性物质以条状涂布，从而形成负极活性物质层NA的工序。
[0141]工序A3是在工序A2之后，在负极活性物质层NA上，将添加溶剂而制成糊状的无机固体电解质以条状涂布，从而形成无机固体电解质层SE的工序。在此，条的宽度与下层的负极活性物质层NA对齐。
[0142]工序A4是在工序A3之后，在无机固体电解质层SE上，将添加溶剂而制成糊状的正极活性物质以条状涂布，从而形成正极活性物质层PA的工序。在此，条的宽度与下层的无机固体电解质层SE对齐。
[0143]工序A5是在工序A4之后，在正极活性物质层PA上压接正极集电体PC的工序。
[0144]如上所述，可以是将绝缘性材料涂布在负极集电体上的制作方法。或者，也可以颠倒层叠的顺序。即，可以将绝缘性材料涂布在正极集电体上，然后以正极活性物质层、无机固体电解质层、负极活性物质层、负极集电体的顺序层叠。
[0145]另外，可以适当变更、设定工序Al中涂布绝缘性材料的宽度或高度，或是工序A2?A4中使用的缝模的宽度。由此，能够任意设定绝缘性材料的配置形态。
[0146]另外，可以在正极集电体PC附设正极端子。另外，可以在负极集电体NC附设负极端子。
[0147](实施方式2)
[0148]以下，对实施方式2进行说明。再者，适当省略与上述的实施方式I重复的说明。
[0149]图8是表示实施方式2的电池2000的概略构造的图。
[0150]实施方式2的电池2000的构造为，将多个具有上述实施方式I的电池1000的构造的发电元件进行了双极层叠。
[0151]发电元件的层叠数可根据电池的用途任意设定。图8中，作为例示示出了 2层层置体。
[0152]实施方式2的电池2000，具备第I正极集电体PC1、第2正极集电体PC2、第I负极集电体NC1、第2负极集电体NC2、第I发电元件U1、第2发电元件U2、第3发电元件U3、第4发电元件U4、第I绝缘部101和第2绝缘部102。
[0153]第I发电元件Ul包含正极活性物质层PA1、负极活性物质层NAl和无机固体电解质层SE1。
[0154]第I发电元件Ul中的无机固体电解质层SE1，与正极活性物质层PAl和负极活性物质层NAl接触。
[0155]第2发电元件U2包含正极活性物质层PA2、负极活性物质层NA2和无机固体电解质层SE2。
[0156]第2发电元件U2中的无机固体电解质层SE2，与正极活性物质层PA2和负极活性物质层NA2接触。
[0157]第3发电元件U3包含正极活性物质层PA3、负极活性物质层NA3和无机固体电解质层SE3。
[0158]第3发电元件U3中的无机固体电解质层SE3，与正极活性物质层PA3和负极活性物质层NA3接触。
[0159]第4发电元件U4包含正极活性物质层PA4、负极活性物质层NA4和无机固体电解质层SE4。
[0160]第4发电元件U4中的无机固体电解质层SE4，与正极活性物质层PA4和负极活性物质层NA4接触。
[0161]第I发电元件Ul的正极活性物质层PAl和第2发电元件U2的正极活性物质层PA2，都与第I正极集电体PCl接触。
[0162]第I发电元件Ul的负极活性物质层NAl和第2发电元件U2的负极活性物质层NA2，都与第I负极集电体NCl接触。
[0163]第3发电元件U3的正极活性物质层PA3和第4发电元件U4的正极活性物质层PA4，都与第2正极集电体PC2接触。
[0164]第3发电元件U3的负极活性物质层NA3和第4发电元件U4的负极活性物质层NA4，都与第2负极集电体NC2接触。
[0165]第I负极集电体NCl和第2正极集电体PC2相互接触。
[0166]在第I发电元件Ul和第2发电元件U2之间设有第I绝缘部101。
[0167]在第3发电元件U3和第4发电元件U4之间设有第2绝缘部102。
[0168]根据以上的构造，即使是某I个发电元件发生了损坏的情况，也能够维持其它发电元件的发电功能。由此，即使一部分的发电元件发生损坏，也能够防止电池的特性降低和发电功能的丧失。由此，能够实现更长寿命且高可靠性的电池。
[0169]以下，利用比较例对该效果的详细情况进行说明。
[0170]图9是表示在实施方式2的电池2000中，发电元件发生了损坏的情况的图。
[0171]在图9所示的例子中，第I发电元件Ul发生损坏。由此，在第I发电元件Ul中，离子或电流的流动被切断。
[0172]在此，实施方式2的电池2000中，第3发电元件U3经由第I负极集电体NCl和第2正极集电体PC2而与第2发电元件U2电连接。
[0173]因此，如图9所示，即使是第I发电元件Ul发生了损坏的情况，与第I发电元件Ul串联的第3发电元件U3的发电元件也不会失去发电功能。
[0174]再者，同样地，即使是第2发电元件U2、第3发电元件U3或第4发电元件U4的任一个发生了损坏的情况，也能够维持其它发电元件的发电功能。
[0175]图10是表示作为比较例的电池2100的概略构造的图。
[0176]作为比较例的电池2100，具备第3正极集电体PC3、第3负极集电体NC3和绝缘部201。
[0177]与实施方式2的电池2000不同，在作为比较例的电池2100中，第2发电元件U2的负极活性物质层NA2不与第I负极集电体NCl接触。
[0178]在作为比较例的电池2100中，第2发电元件U2的负极活性物质层NA2与第3负极集电体NC3接触。
[0179]与实施方式2的电池2000不同，在作为比较例的电池2100中，第4发电元件U4的正极活性物质层PA4不与第2正极集电体PC2接触。
[0180]在作为比较例的电池2100中，第4发电元件U4的正极活性物质层PA4与第3正极集电体PC3接触。
[0181]第3正极集电体PC3和第3负极集电体NC3相互接触。
[0182]在第3正极集电体PC3和第3负极集电体NC3、与第I负极集电体NCl和第2正极集电体PC2之间，设有绝缘部201。
[0183]因此，第3正极集电体PC3不与第I负极集电体NCl和第2正极集电体PC2接触。
[0184]同样地，第3负极集电体NC3不与第I负极集电体NCl和第2正极集电体PC2接触。
[0185]图11是表示在作为比较例的电池2100中，发电元件发生了损坏的情况的图。
[0186]在图11所示的例子中，第I发电元件Ul发生损坏。由此，在第I发电元件Ul中，离子或电流的流动被切断。
[0187]在此，在比较例的电池2100中，第3发电元件U3不与第2发电元件U2电连接。
[0188]因此，如图11所示，在第I发电元件Ul发生了损坏的情况下，与第I发电元件Ul串联的第3发电元件U3的发电元件失去发电功能。
[0189]如上所述，与比较例不同，根据实施方式2的构造，即使是某I个发电元件发生了损坏的情况，也能够维持其它发电元件的发电功能。
[0190]再者，由实施方式2的电池2000，可以构成双极层叠型的全固体锂二次电池。
[0191]双极层叠意味着包含双极电极作为构成要素、并且发电元件串联至少2层以上的结构。
[0192]双极电极是在集电体的一面担载有正极活性物质层、并且在集电体的相反侧担载有负极活性物质层的电极。
[0193]用于双极电极的集电体，可以在正极和负极为同样的集电体。或者，用于双极电极的集电体，可以在正极和负极为不同的集电体。
[0194]双极层叠型的全固体锂二次电池，将多个串联的发电元件包含在单一的外包装内。由此，与在外包装内包含单一的发电元件的通常的全固体锂二次电池相比，能够提高体积能量密度。
[0195]层叠的各发电元件的构造(例如发电元件的数量和绝缘部的位置或方向等)可以相互不同。
[0196]或者，层叠的各发电元件的构造可以相同。由此，能够便于制造，能够降低制造成本。
[0197]作为例如数码相机等小型电子设备用的全固体锂二次电池，发电元件的层叠数可以为层叠2层。或者，作为例如汽车的系统控制用的电源用的全固体锂二次电池，发电元件的层叠数可以为层叠3?4层。或者，作为汽车等大型移动设备的电源用的全固体锂二次电池，发电元件的层叠数可以层叠4?200层。
[0198]<制造方法>
[0199]以下，对实施方式2的电池的制造方法的一例进行说明。
[0200]图12是用于说明实施方式2的电池的制造方法的图。
[0201]实施方式2的电池的制造方法，包括工序B1、工序B2、工序B3和工序B4。
[0202]工序BI是采用实施方式I中说明的制造方法制作多个发电元件的工序。此时，可以使各个发电元件的面积相同。
[0203]工序B2是在工序BI之后，以第I层的发电元件的负极集电体NC与负极端子NE接触的方式，将第I层的发电元件插入外装壳体30的工序。
[0204]工序B3是在工序B2之后，以上层的发电元件的负极集电体NC与下层的发电元件的正极集电体PC接触的方式，在外装壳体30依次层叠发电元件的工序。
[0205]工序B4是在工序B3之后，使用具备正极端子PE的外装壳体30的盖40，以最上层的正极集电体PC与正极端子PE接触的方式，将外装壳体30密封的工序。
[0206]如以上那样，可以是以负极集电体在下的方式进行层叠的制作方法。或者，也可以颠倒层叠的方向。即，在预先设有正极端子PE的外装壳体中，以正极集电体PC在下的方式，依次层叠发电元件。
[0207](实施方式3)
[0208]以下，对实施方式3进行说明。再者，适当省略与上述的实施方式I或2重复的说明。
[0209]图13是表示实施方式3的电池3000的概略构造的图。
[0210]实施方式3的电池，除了在实施方式I中所示的构造以外，还具备下述的构造。
[0211]S卩，在实施方式3的电池中，第I正极集电体PCl和第I负极集电体NCl之中的至少一者具备第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2。
[0212]第I导通控制层Tl的电阻与温度上升相应地增加。例如，第I导通控制层Tl的电阻与第I发电元件Ul的异常发热相应地增加。
[0213]第2导通控制层T2的电阻与温度上升相应地增加。例如，第2导通控制层T2的电阻与第2发电元件U2的异常发热相应地增加。
[0214]第I导通控制层Tl设置在第I发电元件Ul所处的那侧。
[0215]第2导通控制层T2设置在第2发电元件U2所处的那侧。
[0216]根据以上的构造，能够发挥下述的效果。
[0217]例如，实施方式I的电池1000中，考虑在电池受到冲击、振动时，一部分的发电元件受到损坏，造成正极合剂层和负极合剂层相互混合，发生了内部短路的情况。此时，通过内部短路而使损坏的发电元件的电阻明显减小，电流集中。由此，电流不在未损坏的发电元件中流动。随之电压降低。其结果，有可能使该电池的电压低于由该电池驱动的设备或系统的工作维持电压。其结果，设备或系统有可能无法继续工作。
[0218]另一方面，实施方式3的电池中，通过在一部分的发电元件发生内部短路使电流集中了的情况下产生的焦耳热，在发电元件和集电体之间具备的导通控制层的电阻明显增大。其结果，流向损坏了的发电元件的电流被切断。随之电流会在未损坏的发电元件中流动。即，在刚发生内部短路后，由于电流向损坏了的发电元件集中，从而电压暂时性降低。但是，在导通控制层的工作后，恢复到原来的电压。因此，即使是发电元件损坏了的情况，也能够继续进行由电池驱动的设备或系统的工作。
[0219]另外，如果是将电池并联使用的情况，则能够防止包含损坏了的发电元件的电池无法发电。因此，能够防止负载集中于与包含损坏了的发电元件的电池并联的电池。
[0220]第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2，例如可以是作为PTC元件(PositiveTemperature Coefficient)而构成的层。该情况下，在第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2成为规定温度以上的情况下，其电阻增大。
[0221]或者，第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2，例如可以是作为温度保险丝而构成的层。该情况下，在第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2成为规定温度以上的情况下，其电流的导通被切断(例如在规定温度以上，导通控制层的一部分溶解，从而不可逆地被绝缘)。
[0222]第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2，一般可使用公知的构造和材料。例如，第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2，可以使导电性物质(例如金属、碳等)分散于聚合物(例如聚丙烯、聚乙烯等)中而构成。
[0223]在图13所示的电池3000中，第I正极集电体PCl具备第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2。
[0224]在图13所示的电池3000中，第I导通控制层Tl与第I发电元件Ul (例如正极活性物质层PAl)相接触而设置。另外，第2导通控制层T2与第2发电元件U2(例如正极活性物质层PA2)相接触而设置。
[0225]图14是表示实施方式3的变形例的电池3100的概略构造的图。
[0226]在图14所示的电池3100中，第I负极集电体NCl具备第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2。
[0227]在图14所示的电池3100中，第I导通控制层Tl与第I发电元件Ul (例如负极活性物质层NAl)相接触而设置。另外，第2导通控制层T2与第2发电元件U2(例如负极活性物质层NA2)相接触而设置。
[0228]另外，在实施方式3中，第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2可以隔着第I绝缘部101相互不接触地配置。
[0229]S卩，第I绝缘部101可以配置于第I导通控制层Tl和第2导通控制层T2之间。
[0230]根据以上的构造，能够防止第I导通控制层Tl或第2导通控制层T2的动作出现失误。即，能够通过第I绝缘部101抑制由第I发电元件Ul的损坏产生的热传播到第2导通控制层T2。因此，能够防止通过由第I发电元件Ul的损坏产生的热而使第2导通控制层T2的动作出现失误。发生故障。同样地，能够通过第I绝缘部101抑制由第2发电元件U2的损坏产生的热传播到第I导通控制层Tl。因此，能够防止通过由第2发电元件U2的损坏产生的热而使第I导通控制层Tl的动作出现失误。
[0231]<制造方法>
[0232]以下，对实施方式3的电池的制造方法的一例进行说明。
[0233]首先，对图13所示的构造的制造方法进行说明。此时，实施方式3的电池的制造方法，除了在实施方式I中说明了的工序Al、工序Α2、工序A3、工序Α4和工序Α5以外，还包括工序XI。
[0234]工序Xl是在工序Α4之后，在正极活性物质层PA上形成第I导通控制层Tl和第2导通控制层Τ2的工序。例如，第I导通控制层Tl和第2导通控制层Τ2通过以条状涂布而形成。在此，条的宽度与下层的正极活性物质层PA对齐。
[0235]该情况下，工序Α5成为在工序Xl之后，将正极集电体PC压接在第I导通控制层Tl和第2导通控制层Τ2上的工序。
[0236]接着，对图14所示的构造的制造方法进行说明。此时，实施方式3的电池的制造方法，除了在实施方式I中说明了的工序Al、工序Α2、工序A3、工序Α4和工序Α5以外，还包括工序Χ2。
[0237]工序Χ2是在工序Al之后，在负极集电体NC上形成第I导通控制层Tl和第2导通控制层Τ2的工序。例如，第I导通控制层Tl和第2导通控制层Τ2通过以条状涂布而形成。
[0238]该情况下，工序Α2成为在工序Χ2之后，在第I导通控制层Tl和第2导通控制层Τ2上形成负极活性物质层NA的工序。
[0239]如以上那样，可以是将绝缘性材料涂布于负极集电体上的制作方法。或者，可以颠倒层叠的顺序。即，可以将绝缘性材料涂布于正极集电体上，然后以导通控制层、正极活性物质层、无机固体电解质层、负极活性物质层、负极集电体的顺序进行层叠。或者，可以将绝缘性材料涂布于正极集电体上，然后以正极活性物质层、无机固体电解质层、负极活性物质层、导通控制层、负极集电体的顺序进行层叠。
[0240](实施方式4)
[0241]以下，对实施方式4进行说明。再者，适当省略与上述的实施方式I?3的任一个重复的说明。
[0242]图15是表示实施方式4的电池4000的概略构造的图。
[0243]实施方式4的电池的构造为，将多个具有上述实施方式3的构造的发电元件进行了双极层叠。
[0244]发电元件的层叠数可根据电池的用途任意设定。在图15中，作为例示而示出了 2
层层叠体。
[0245]实施方式4的电池，除了在实施方式3中示出的构造以外，还具备下述的构造。
[0246]S卩，实施方式4的电池还具备第2正极集电体PC2、第2负极集电体NC2、第3发电元件U3、第4发电元件U4和第2绝缘部102。
[0247]作为第2正极集电体PC2、第2负极集电体NC2、第3发电元件U3和第4发电元件U4，可使用在实施方式2中示出的构造。
[0248]在实施方式4的电池中，第2正极集电体PC2和第2负极集电体NC2之中的至少一者具备第3导通控制层T3和第4导通控制层T4。
[0249]第3导通控制层T3的电阻与温度上升相应地增加。例如，第3导通控制层T3的电阻与第3发电元件U3的异常发热相应地增加。
[0250]第4导通控制层T4的电阻与温度上升相应地增加。例如，第4导通控制层T4的电阻与第4发电元件U4的异常发热相应地增加。
[0251]第3导通控制层T3设置在第3发电元件U3所处的那侧。
[0252]第4导通控制层T4设置在第4发电元件U4所处的那侧。
[0253]根据以上的构造，能够发挥下述的效果。
[0254]在实施方式4的电池中，一部分发电元件发生内部短路而使电流集中了的情况下，导通控制层发挥作用，电流变得能够在未损坏的发电元件中流动。在刚发生内部短路后，由于电流向损坏了的发电元件集中，从而使电压暂时性降低。但是，在导通控制层工作后，恢复到原来的电压。因此，即使是发电元件发生了损坏的情况，也能够继续进行由电池驱动的设备或系统的工作。
[0255]另外，如果是将电池并联使用的情况，则能够防止包含损坏了的发电元件的电池无法发电。因此，能够防止负载集中于与包含损坏了的发电元件的电池并联的电池。
[0256]作为第3导通控制层T3和第4导通控制层T4的构造和材料，可使用在实施方式3示出的导通控制层的构造和材料。
[0257]在图15所示的电池4000中，第2正极集电体PC2具备第3导通控制层T3和第4导通控制层T4。
[0258]在图15所示的电池4000中，第3导通控制层T3与第3发电元件U3 (例如正极活性物质层PA3)相接触而设置。另外，第4导通控制层T4与第4发电元件U4(例如正极活性物质层PA4)相接触而设置。
[0259]图16是表示实施方式4的变形例的电池4100的概略构造的图。
[0260]在图16所示的电池4100中，第2负极集电体NC2具备第3导通控制层T3和第4导通控制层T4。
[0261]在图16所示的电池4100中，第3导通控制层T3与第3发电元件U3 (例如负极活性物质层NA3)相接触而设置。另外，第4导通控制层T4与第4发电元件U4(例如负极活性物质层NA4)相接触而设置。
[0262]另外，在实施方式4中，第3导通控制层T3和第4导通控制层T4可以隔着第2绝缘部102相互不接触地配置。
[0263]S卩，第2绝缘部102可以配置于第3导通控制层T3和第4导通控制层T4之间。
[0264]根据以上的构造，能够防止第3导通控制层T3或第4导通控制层T4的动作出现失误。即，能够通过第2绝缘部102抑制由第3发电元件U3的损坏产生的热传播到第4导通控制层T4。因此，能够防止通过由第3发电元件U3的损坏产生的热而使第4导通控制层T4的动作出现失误。同样地，能够通过第2绝缘部102抑制由第4发电元件U4的损坏产生的热传播到第3导通控制层T3。因此，能够防止通过由第4发电元件U4的损坏产生的热而使第3导通控制层T3的动作出现失误。
[0265]〈制造方法〉
[0266]以下，对实施方式4的电池的制造方法的一例进行说明。
[0267]首先，对图15所示的构造的制造方法进行说明。此时，实施方式4的电池的制造方法，除了在实施方式2中说明的工序B2、工序B3和工序B4以外，还包括工序Yl。
[0268]工序Yl是采用包含在实施方式3中说明的工序Xl的制造方法制作多个发电元件的工序。此时，可以使每一个发电元件的面积相同。
[0269]该情况下，工序B2成为在工序Yl之后实施的工序。
[0270]接着，对图16所示的构造的制造方法进行说明。此时，实施方式4的电池的制造方法，除了在实施方式2中说明的工序B2、工序B3和工序B4以外，还包括工序Y2。
[0271]工序Y2是采用包含在实施方式3中说明的工序X2的制造方法制作多个发电元件的工序。此时，可以使每一个发电元件的面积相同。
[0272]该情况下，工序B2成为在工序Y2之后实施的工序。
[0273]如以上那样，可以使以负极集电体在下的方式进行层叠的制作方法。或者，可以颠倒层叠的方向。即，可以在预先设有正极端子PE的外装壳体中，以正极集电体PC在下的方式，依次层叠发电元件。
[0274](实施方式5)
[0275]以下，对实施方式5进行说明。再者，适当省略与上述实施方式I?4的任一个重复的说明。
[0276]图17是表示实施方式5的电池5000的概略构造的图。
[0277]实施方式5的电池5000，除了在实施方式4中示出的构造，还具备下述的构造。
[0278]即，实施方式5的电池5000还具备第I电压检测端子Cl。
[0279]第I电压检测端子Cl与第I负极集电体NCl或第2正极集电体PC2相接触而设置。
[0280]根据以上的构造，能够发挥下述的效果。
[0281]在实施方式4所示的电池的构造中，能够基于作为电池电压输出的、第I正极集电体PCl和第2负极集电体NC2之间的电压，检测是否发生内部短路。但是，要确定内部短路的发生部位是困难的。
[0282]另一方面，实施方式5的电池的构造中，除了电池电压以外，利用电压检测装置监测第I正极集电体PCl和第I电压检测端子Cl之间、或第2负极集电体NC2和第I电压检测端子Cl之间的任一电压，由此能够检测是否发生内部短路以及在哪一层发生了内部短路。
[0283]通过确定内部短路的发生部位，能够更准确地掌握损坏的程度。
[0284]以下，对电压检测装置的设置方法进行更详细地说明。
[0285]双极层叠数为n(n为自然数)的情况下，电压检测装置的数量为n_l个。
[0286]利用电压检测装置，将相邻的电压检测端子彼此、以及第I正极集电体与第I电压检测端子、或第η负极集电体与第η-1电压检测端子连接。由此，能够检测在哪一层发生了内部短路。
[0287]图18是表示双极层叠数为4个的情况下的电池的概略构造。
[0288]一边参照图18，一边对电压检测装置的设置方法进行更具体地说明。
[0289]将包含与第I正极集电体PCl接触的发电元件的层作为第I层。
[0290]将包含与第4负极集电体NC4接触的发电元件的层作为第4层。
[0291]选择第I正极集电体PCl和第I电压检测端子Cl之间作为检测对象，设置第I电压检测装置VCl。
[0292]选择第I电压检测端子Cl和第2电压检测端子C2之间作为检测对象，设置第2电压检测装置VC2。
[0293]选择第2电压检测端子C2和第3电压检测端子C3之间作为检测对象，设置第3电压检测装置VC3。
[0294]以下，作为一例，考虑在第I层和第4层发生了内部短路的情况。
[0295]假设I层的电压为4V。此时，第I层和第4层因内部短路，电压降低到OV附近。然后，通过导通控制层工作，电压恢复到4V。
[0296]在刚发生了内部短路后，电池整体的电压显示为8V，第I电压检测装置VCl显示为0V,第2电压检测装置VC2显示为4V，第3电压检测装置VC3显示为4V。
[0297]由电池整体的电压的信息可知，发生了内部短路的层的数量为2个。
[0298]由第I电压检测装置VCl的信息可知，第I层发生了内部短路。
[0299]由电池整体的电压、第I电压检测装置VC1、第2电压检测装置VC2和第3电压检测装置VC3的信息可知，第4层发生了内部短路。
[0300]像这样，通过设置η-1个电压检测装置，能够检测发生了内部短路的层。
[0301]产业可利用性
[0302]本公开的电池可用作例如全固体锂二次电池等。
【主权项】
1.一种电池，具备第I正极集电体、第I负极集电体、第I发电元件、第2发电元件和第I绝缘部， 所述第I发电元件和所述第2发电元件都包含:含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、和含有无机固体电解质的无机固体电解质层， 所述第I发电元件和所述第2发电元件的每一个中的所述无机固体电解质层，都与所述正极活性物质层和所述负极活性物质层接触， 所述第I发电元件的所述正极活性物质层和所述第2发电元件的所述正极活性物质层，都与所述第I正极集电体接触， 所述第I发电元件的所述负极活性物质层和所述第2发电元件的所述负极活性物质层，都与所述第I负极集电体接触， 在所述第I发电元件和所述第2发电元件之间设有所述第I绝缘部。2.根据权利要求1所述的电池，还具备第2正极集电体、第2负极集电体、第3发电元件、第4发电元件和第2绝缘部， 所述第3发电元件和所述第4发电元件都包含:含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、和含有无机固体电解质的无机固体电解质层， 所述第3发电元件和所述第4发电元件的每一个中的所述无机固体电解质层，都与所述正极活性物质层和所述负极活性物质层接触， 所述第3发电元件的所述正极活性物质层和所述第4发电元件的所述正极活性物质层，都与所述第2正极集电体接触， 所述第3发电元件的所述负极活性物质层和所述第4发电元件的所述负极活性物质层，都与所述第2负极集电体接触， 所述第I负极集电体和所述第2正极集电体相互接触， 在所述第3发电元件和所述第4发电元件之间设有所述第2绝缘部。3.根据权利要求1所述的电池，所述第I绝缘部的宽度为I?10000μ m。4.根据权利要求1所述的电池，所述第I绝缘部的杨氏模量为20GPa以下。5.根据权利要求1所述的电池，所述第I正极集电体和所述第I负极集电体之中的至少一者具备: 电阻与温度上升相应地增加的第I导通控制层；和 电阻与温度上升响应地增加的第2导通控制层， 所述第I导通控制层设置在所述第I发电元件所处的那侧， 所述第2导通控制层设置在所述第2发电元件所处的那侧。6.根据权利要求5所述的电池，所述第I导通控制层和所述第2导通控制层，隔着所述第I绝缘部相互不接触地配置。7.根据权利要求5所述的电池，还具备第2正极集电体、第2负极集电体、第3发电元件、第4发电元件和第2绝缘部， 所述第3发电元件和所述第4发电元件都包含:含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、和含有无机固体电解质的无机固体电解质层， 所述第3发电元件和所述第4发电元件的每一个中的所述无机固体电解质层，都与所述正极活性物质层和所述负极活性物质层接触， 所述第3发电元件的所述正极活性物质层和所述第4发电元件的所述正极活性物质层，都与所述第2正极集电体接触， 所述第3发电元件的所述负极活性物质层和所述第4发电元件的所述负极活性物质层，都与所述第2负极集电体接触， 所述第I负极集电体和所述第2正极集电体相互接触， 在所述第3发电元件和所述第4发电元件之间设有所述第2绝缘部， 所述第2正极集电体和所述第2负极集电体之中的至少一者具备: 电阻与温度上升相应地增加的第3导通控制层；和 电阻与温度上升相应地增加的第4导通控制层， 所述第3导通控制层设置在所述第3发电元件所处的那侧， 所述第4导通控制层设置在所述第4发电元件所处的那侧。8.根据权利要求7所述的电池，所述第3导通控制层和所述第4导通控制层，隔着所述第2绝缘部相互不接触地配置。9.根据权利要求7所述的电池，还具备电压检测端子， 所述电压检测端子与所述第I负极集电体或所述第2正极集电体相接触而设置。
【文档编号】H01M10/058GK106099169SQ201510969309
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2015年12月22日
【发明人】佐佐木出, 日比野纯, 日比野纯一
【申请人】松下知识产权经营株式会社