电池的制作方法

文档序号:16779605发布日期:2019-02-01 19:00阅读:169来源:国知局
电池的制作方法

本公开涉及电池。



背景技术:

专利文献1公开了一种蓄电装置,其中,包含活性物质的电极层中的固体电解质的密度,会根据电极层中的位置而有所不同。

专利文献2公开了一种具备固体电解质层的全固体二次电池。

在先技术文献

专利文献1:日本特许第4274256号公报

专利文献2:日本特开2016-192265号公报



技术实现要素:

现有技术中,期望散热性优异的电池。

本公开的一技术方案涉及的电池,具备电极层、作为所述电极层的对电极的对电极层、以及位于所述电极层与所述对电极层之间的固体电解质层,所述固体电解质层具有包含第1固体电解质材料的第1区域和包含第2固体电解质材料的第2区域,所述第1区域位于所述电极层与所述对电极层相对的区域内,所述第2区域比所述第1区域靠所述电极层与所述对电极层相对的区域的外周侧,并与所述第1区域相接,在将所述第1区域中的所述第1固体电解质材料的密度设为第1密度,将所述第2区域中的所述第2固体电解质材料的密度设为第2密度时,所述第2密度大于所述第1密度。

根据本公开,能够实现散热性优异的电池。

附图说明

图1是表示实施方式1中的电池1000的大致结构的图。

图2是表示实施方式1中的电池1100的大致结构的图。

图3是表示实施方式1中的电池1200的大致结构的图。

图4是表示实施方式2中的电池2000的大致结构的图。

图5是表示实施方式2中的电池2100的大致结构的图。

图6是表示实施方式2中的电池2200的大致结构的图。

图7是表示实施方式3中的电池3000的大致结构的图。

图8是表示实施方式3中的电池3100的大致结构的图。

图9是表示实施方式3中的电池3200的大致结构的图。

图10是表示实施方式3中的电池3300的大致结构的图。

图11是表示实施方式3中的电池3400的大致结构的图。

图12是表示实施方式3中的电池3500的大致结构的图。

图13是表示实施方式4中的电池4000的大致结构的图。

图14是表示实施方式4中的电池4100的大致结构的图。

图15是表示实施方式4中的电池4200的大致结构的图。

图16是表示实施方式4中的电池4300的大致结构的图。

图17是表示实施方式5中的电池5000的大致结构的图。

图18是表示实施方式5中的电池5100的大致结构的图。

图19是表示实施方式5中的电池5200的大致结构的图。

图20是表示实施方式5中的电池5300的大致结构的图。

图21是表示实施方式6中的电池6000的大致结构的图。

图22是表示实施方式6中的电池6100的大致结构的图。

图23是表示实施方式6中的电池6200的大致结构的图。

图24是表示实施方式6中的电池6300的大致结构的图。

图25是表示实施方式6中的电池6400的大致结构的图。

图26是表示实施方式6中的电池6500的大致结构的图。

图27是表示实施方式6中的电池6600的大致结构的图。

图28是表示实施方式6中的电池6700的大致结构的图。

图29是表示实施方式7中的电池7000的大致结构的图。

图30是表示实施方式7中的电池7100的大致结构的图。

附图标记说明

100电极层

200对电极层

300固体电解质层

310第1区域

311第1伸出部分

320第2区域

321第2伸出部分

330第3区域

400电极集电体

500对电极集电体

1000,1100,1200,2000,2100,2200,3000,3100,3200,3300,3400,3500,4000,4100,4200,4300,5000,5100,5200,5300,6000,6100,6200,6300,6400,6500,6600,6700,7000,7100电池

具体实施方式

以下,参照附图对实施方式进行说明。

以下说明的实施方式,都只是表示一个具体例。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置和连接形态等只是一例,并不限定本发明。另外,关于以下的实施方式中的构成要素之中,表示最上位概念的独立权利要求未记载的构成要素,作为任意的构成要素进行说明。

(实施方式1)

图1是表示实施方式1中的电池1000的大致结构的图。

图1(a)是表示实施方式1中的电池1000的大致结构的x-z图(1a剖视图)。

图1(b)是表示实施方式1中的电池1000的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

实施方式1中的电池1000具备电极层100、对电极层200和固体电解质层300。

对电极层200是成为电极层100的对电极的层。

固体电解质层300位于电极层100与对电极层200之间。

固体电解质层300具有第1区域310和第2区域320。

第1区域310是包含第1固体电解质材料的区域。

第1区域310位于电极层100与对电极层200相对的区域内。

第2区域320是包含第2固体电解质材料的区域。

第2区域320比第1区域310靠电极层100与对电极层200相对的区域的外周侧。并且,第2区域320与第1区域310相接。

第2密度大于第1密度。

在此,第1密度是第1区域310中的第1固体电解质材料的密度。

另外,第2密度是第2区域320中的第2固体电解质材料的密度。

根据以上的技术构成,能够实现散热性、强度和耐环境性优异的电池。

即,根据以上的技术构成,能够提高固体电解质层300的外缘部分中的固体电解质材料的密度。由此,能够使固体电解质层300的外缘部分(即第2区域320)的热传导率高于固体电解质层300的中央部分(即第1区域310)的热传导率。因此,来自在电池的工作时容易成为高温的部分即固体电解质层300的中央部分的热,变得容易向固体电解质层300的外缘部分传递(扩散)。另外,通过使第1区域310和第2区域320都成为包含固体电解质材料(即金属离子传导性的材料)的区域,能够使第1区域310与第2区域320的接触部分的界面的整合性和密合性良好。即,通过第1区域310与第2区域320的接合界面,能够伴随由固体电解质材料进行的金属离子的传导,桥接并经由放热成分,实现从第1区域310向第2区域320的热输送。由此,能够更容易将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)经由固体电解质材料密度更高的(即热传导率更高的)固体电解质层300的外缘部分(即第2区域320),向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。从而,能够降低包含不具备流动性的固体电解质材料(例如无机固体电解质)的固体电解质层300的温度的不均匀性(温度的参差变动)。因此,即使在电池大面积化的情况下,也能够确保电池内部的温度的均质性。由此,能够抑制由温度的参差不均引起的、电池内部的特性因场所不同而发生变动。其结果,能够抑制电池性能的劣化。因此,例如能够使电池长寿命化。

另外,根据以上的技术构成,通过使位于电极层100与对电极层200之间的固体电解质层300具有上述散热功能,能够由作为一个电池部件的固体电解质层300,将从电极层100和对电极层200这两者产生的热向电池的外缘部分传递。另外,由于固体电解质层300是位于电池内部的中央部分(即电极层100与对电极层200之间)的部件,因此与仅在电极层100侧(或仅在对电极层200侧)具备散热部件的结构相比,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热向电池的外缘部分传递。

另外,根据以上的技术构成,通过提高第2区域320的固体电解质材料密度,能够提高第2区域320的强度。由此,能够由强度更高的第2区域320包覆第1区域310的外缘的至少一部分。因此,能够通过第2区域320来抑制强度较弱的第1区域310的破损(例如第1固体电解质材料的崩落等)。从而,能够使电池的强度提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第2区域320介于第1区域310与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第2区域320来切断外部气体(例如大气、湿气等)向第1区域310流通。因此,能够使电池的耐环境性提高。

再者,电极层100可以包含电极活性物质。

另外,对电极层200可以包含对电极活性物质。

此时,第1区域310中的电极活性物质的密度(例如如果电极活性物质为粒子状,则是指电极活性物质的粒子的填充密度)和对电极活性物质的密度(例如如果对电极活性物质为粒子状,则是指对电极活性物质的粒子的填充密度)可以都小于第1密度。

另外,第2区域320中的电极活性物质的密度和对电极活性物质的密度可以都小于第2密度。

根据以上的技术构成,能够在电极活性物质和对电极活性物质的密度低的部分(即远离电极层100和对电极层200这两者的、固体电解质层300的靠近中央的部分)配置第1区域310和第2区域320。即,能够将具有高的散热性的第1区域310和第2区域320配置在电池内部的靠近中央的部分。由此,与仅在靠近电极层100侧的位置(或仅在靠近对电极层200侧的位置)具备散热部件的结构相比,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热向电池的外缘部分传递。

再者,第1区域310和第2区域320可以是不包含电极活性物质和对电极活性物质的区域。

根据以上的技术构成,能够在不包含电极活性物质和对电极活性物质的部分(即远离电极层100和对电极层200这两者的、固体电解质层300的靠近中央的部分)配置第1区域310和第2区域320。即,能够将具有高的散热性的第1区域310和第2区域320配置在电池内部的靠近中央的部分。由此,与仅在靠近电极层100侧的位置(或仅在靠近对电极层200侧的位置)具备散热部件的结构相比,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热向电池的外缘部分传递。

再者,电极层100的形成范围和对电极层200的形成范围可以大小相同,也可以大小不同。即,电极层100和对电极层200的形状可以是相同的形状,也可以是不同的形状。

再者,电极层100可以是正极层。此时,电极活性物质是正极活性物质。对电极层200是负极层。对电极活性物质是负极活性物质。

或者,电极层100可以是负极层。此时,电极活性物质是负极活性物质。对电极层200是正极层。对电极活性物质是正极活性物质。

正极层可以是主要由正极材料(例如正极活性物质)构成的层。作为正极层中含有的正极活性物质,可使用能够使金属离子(例如li离子、mg离子等)脱离和插入的各种材料。作为正极活性物质的材料,可使用公知的正极活性物质。作为正极活性物质,例如可使用锂镍复合氧化物(linixm1-xo2(其中,m是选自co、al、mn、v、cr、mg、ca、ti、zr、nb、mo、w之中的至少一种元素,x是任意的自然数))、钴酸锂(licoo2)、镍酸锂(linio2)、锰酸锂(limn2o4)等层状氧化物、具有橄榄石结构的磷酸铁锂(lifepo4)、具有尖晶石结构的锰酸锂(limn2o4、li2mno3、limo2)等含有锂离子的过渡金属氧化物。另外,也可以使用硫(s)、硫化锂(li2s)等硫化物。另外,也可以向正极活性物质粒子涂布(或添加)铌酸锂(linbo3)等而用作正极活性物质。

再者,正极层可以是由正极活性物质与其它添加材料的合剂构成的合剂层。作为正极层的添加材料,可使用固体电解质(例如无机系固体电解质等)、导电助剂(例如乙炔黑等)、粘结用粘合剂(例如聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯等)等。通过将固体电解质等以预定比例在正极层中混合,能够使正极层的离子导电性提高。

再者,正极层的厚度例如可以为5~300μm。

负极层可以是主要由负极材料(例如负极活性物质)构成的层。作为负极层中含有的负极活性物质,可使用能够使金属离子(例如li离子、mg离子等)脱离和插入的各种材料。作为负极活性物质的材料,可使用公知的负极活性物质。作为负极活性物质,例如可使用碳材料(例如天然石墨、人造石墨、石墨碳纤维、树脂烧成碳等)、与固体电解质合剂化的合金系材料等。作为合金系材料,例如可使用锂合金(lial、lizn、li3bi、li3cd、li3sb、li4si、li4.4pb、li4.4sn、li0.17c、lic6等)、钛酸锂(li4ti5o12)、金属(zn等)的氧化物等。

再者,负极层可以是由负极活性物质与其它添加材料的合剂构成的合剂层。作为负极层的添加材料,可使用固体电解质(例如无机系固体电解质等)、导电助剂(例如乙炔黑等)、粘结用粘合剂(例如聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯等)等。通过将固体电解质等以预定比例在负极层中混合,能够使负极层的离子导电性提高。

再者,负极层的厚度例如为5~300μm。

再者,作为第1固体电解质材料和第2固体电解质材料,可使用一般公知的电池用的固体电解质(传导金属离子(例如li离子、mg离子等)的固体电解质)。作为固体电解质,可使用一般公知的固体电解质(例如无机系固体电解质等)。作为无机系固体电解质,可使用硫化物固体电解质、氧化物固体电解质等。作为固体电解质,例如可使用含锂的硫化物(例如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、li2s-ges2-zns系、等)。或者,作为固体电解质,例如可使用含锂的金属氧化物(例如li2-sio2、li2-sio2-p2o5等)、含锂的金属氮化物(例如lixpyo1-zn2(其中,x、y和z为任意的自然数)等)、磷酸锂(li3po4)、含锂的过渡金属氧化物(例如锂钛氧化物等)等。作为固体电解质,可以仅使用这些材料中的一种,也可以将这些材料中的两种以上组合使用。

再者,固体电解质层300(例如第1区域310、第2区域320和第3区域330之中的至少一个区域(例如全部区域)),除了固体电解质材料以外,可以含有粘结用粘合剂(例如聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯等)等。

再者,固体电解质层300的厚度例如可以为5~150μm。

再者,第1固体电解质材料和第2固体电解质材料可以是彼此不同的材料。由此,例如可以使用散热性高的固体电解质材料作为第2固体电解质材料,并且使用金属离子的传导性高的固体电解质材料作为第1固体电解质材料。

或者,第1固体电解质材料和第2固体电解质材料也可以是彼此相同的材料。

根据以上的技术构成,能够使第1区域310和第2区域320包含相同的固体电解质材料。由此,能够使第1区域310和第2区域320的物性值(例如热膨胀系数等)彼此接近。因此,能够使第1区域310与第2区域320的接触部分的界面的整合性和密合性更加良好。即,能够进一步抑制阻碍第1区域310与第2区域320之间的热输送的结构缺陷产生。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)经由第2区域320向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。另外,例如在第1区域310和第2区域320的材料构成相同的情况下,能够使电池的制造工序(例如合剂的混合、合剂的涂布等)更加简化。

再者,第1固体电解质材料可以作为粒子构成。此时,第1区域310是包含第1固体电解质材料的粒子的区域。此时,第1密度是第1区域310中的第1固体电解质材料的粒子的密度(即填充密度)。

再者,第2固体电解质材料可以作为粒子构成。此时,第2区域320是包含第2固体电解质材料的粒子的区域。此时,第2密度是第2区域320中的第2固体电解质材料的粒子的密度(即填充密度)。

再者,第1区域310可以是与电极层100和对电极层200之中的至少一者相接的区域。例如图1所示,第1区域310可以是与电极层100和对电极层200这两者相接的区域。

再者,如图1所示,第2区域320可以仅位于电极层100与对电极层200相对的区域内。

图2是表示实施方式1中的电池1100的大致结构的图。

图2(a)是表示实施方式1中的电池1100的大致结构的x-z图(2a剖视图)。

图2(b)是表示实施方式1中的电池1100的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图2所示,第2区域320可以位于电极层100与对电极层200相对的区域内和电极层100与对电极层200相对的区域外。由此,第2区域320能够更加远离电池中央部而配置。因此,能够进一步提高由第2区域320实现的散热性。

再者,第2区域320可以是与电极层100和对电极层200之中的至少一者相接的区域。例如图1或图2所示,第2区域320可以是与电极层100和对电极层200这两者相接的区域。

图3是表示实施方式1中的电池1200的大致结构的图。

图3(a)是表示实施方式1中的电池1200的大致结构的x-z图(3a剖视图)。

图3(b)是表示实施方式1中的电池1200的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图3所示,第2区域320可以仅位于电极层100与对电极层200相对的区域外。由此,能够将第2区域320更远离电池中央部而配置。因此,能够进一步提高由第2区域320实现的散热性。另外,能够使位于电极层100与对电极层200相对的区域内的第1区域310的面积更大。即,能够将承担电极层100与对电极层200之间的金属离子的传递的第1区域310以更大面积配置。

如上所述,在本公开中,“第2区域320比第1区域310靠电极层100与对电极层200相对的区域的外周侧”包括上述的图1~3所示的结构(即第2区域320的配置结构)。

再者,在本公开中,“电极层100与对电极层200相对的区域”包括例如“从电极层100和对电极层200的层叠方向(即图中的z方向)观察时,电极层100的主面的一部分(或主面的整个区域)与对电极层200的主面的一部分(或主面的整个区域)重叠的区域(即重复区域)”的含义。

再者,在本公开中,“电极层100与对电极层200相对的结构”包括例如“在彼此相对的电极层100的主面与对电极层200的主面之间配置有其它部件(例如固体电解质层300等)的结构”的含义。

再者,如图1~3所示,第2区域320可以仅配置于固体电解质层300的1个端部。例如,如果固体电解质层300是如图1~3所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以仅在其形状的一边配置第2区域320。

或者,第2区域320可以配置于固体电解质层300的端部之中的2个以上端部。例如,如果固体电解质层300是如图1~3所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以在其形状的两边以上配置第2区域320。由此,能够在两个以上端部提高散热性(和强度、耐环境性等)。

(实施方式2)

以下,对实施方式2进行说明。适当省略与上述实施方式1重复的说明。

图4是表示实施方式2中的电池2000的大致结构的图。

图4(a)是表示实施方式2中的电池2000的大致结构的x-z图(4a剖视图)。

图4(b)是表示实施方式2中的电池2000的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

实施方式2中的电池2000,除了上述实施方式1中的电池1000的结构以外,还具备下述结构。

即,在实施方式2的电池2000中,第2区域320围绕第1区域310的周围。

根据以上的技术构成,能够提高固体电解质层300的四边的外缘部分(例如整个外缘部分)中的固体电解质材料的密度。由此,来自固体电解质层300的中央部分的热变得容易向靠近各个发热部分的固体电解质层300的外缘部分传递(扩散)。从而,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第2区域320包覆第1区域310的四边的外缘(例如整个外缘)。因此,能够通过第2区域320进一步抑制强度较弱的第1区域310的四边的外缘的破损(例如第1固体电解质材料的崩落等)。从而,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第2区域320介于第1区域310的四边的外缘与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第2区域320切断外部气体(例如大气、湿气等)向第1区域310的四边的外缘流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,如图4所示,第2区域320可以仅位于电极层100与对电极层200相对的区域内。

图5是表示实施方式2中的电池2100的大致结构的图。

图5(a)是表示实施方式2中的电池2100的大致结构的x-z图(5a剖视图)。

图5(b)是表示实施方式2中的电池2100的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图5所示,第2区域320可以位于电极层100与对电极层200相对的区域内和电极层100与对电极层200相对的区域外。由此,能够将第2区域320配置在电池的四边并且更加远离电池中央部。因此,能够进一步提高由第2区域320实现的散热性。

再者,第2区域320可以是与电极层100和对电极层200之中的至少一者相接的区域。例如图4或图5所示,第2区域320可以是与电极层100和对电极层200这两者相接的区域。

图6是表示实施方式2中的电池2200的大致结构的图。

图6(a)是表示实施方式2中的电池2200的大致结构的x-z图(6a剖视图)。

图6(b)是表示实施方式2中的电池2200的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图6所示,第2区域320可以仅位于电极层100与对电极层200相对的区域外。由此,能够将第2区域320更远离电池中央部而配置。因此,能够进一步提高由第2区域320实现的散热性。另外,能够使位于电极层100与对电极层200相对的区域内的第1区域310的面积更大。即,能够将承担电极层100与对电极层200之间的金属离子的传递的第1区域310以更大面积配置。

如上所述,在本公开中,“第2区域320围绕第1区域310的周围”包括上述的图4~6所示的结构(即第2区域320的配置结构)。即,“第2区域320围绕第1区域310的周围”包括例如“第2区域320与第1区域310的整个端部相接”的含义。即,例如如果第1区域310是如图4~6所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的所有边相接地配置第2区域320。例如,第1区域310的外周侧面可以与第2区域320的内周侧面接合。

(实施方式3)

以下,对实施方式3进行说明。适当省略与上述实施方式1或2重复的说明。

图7是表示实施方式3中的电池3000的大致结构的图。

图7(a)是表示实施方式3中的电池3000的大致结构的x-z图(7a剖视图)。

图7(b)是表示实施方式3中的电池3000的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

实施方式3中的电池3000,除了上述实施方式1中的电池1000的结构以外,还具备下述结构。

即,在实施方式3中的电池3000中,第2区域320与电极层100的端部(例如侧面)相接。

根据以上的技术构成,能够与电极层100的外缘部分(例如至少一个端部)相接地配置固体电解质材料的密度高的第2区域320。由此,来自电极层100的热变得容易向第2区域320传递(扩散)。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(即在电极层100产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第2区域320包覆电极层100的外缘部分(例如至少一个端部)。因此,能够通过第2区域320进一步抑制强度较弱的电极层100的外缘部分的破损(例如电极材料的崩落等)。从而,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第2区域320介于电极层100的外缘部分与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第2区域320切断外部气体(例如大气、湿气等)向电极层100的外缘部分流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,如图7所示,第2区域320可以仅与电极层100的一个端部相接。例如,如果电极层100是如图7所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以仅与其形状的一边相接地配置第2区域320。

或者,第2区域320可以与电极层100的端部之中的两个以上端部相接而配置。例如,如果电极层100是如图7所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的两边以上相接而配置第2区域320。由此,能够在两个以上端部提高散热性(和强度、耐环境性等)。

图8是表示实施方式3中的电池3100的大致结构的图。

图8(a)是表示实施方式3中的电池3100的大致结构的x-z图(8a剖视图)。

图8(b)是表示实施方式3中的电池3100的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图8所示,第2区域320可以围绕电极层100的周围。

根据以上的技术构成,能够与电极层100的四边的外缘部分(例如整个外缘部分)相接地配置固体电解质材料的密度高的第2区域320。由此,来自电极层100的热变得容易向接近各个发热部分的第2区域320传递(扩散)。从而,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(即在电极层100产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第2区域320包覆电极层100的四边的外缘部分(例如整个外缘)。因此,能够通过第2区域320进一步抑制强度较弱的电极层100的四边的外缘部分的破损(例如电极材料的崩落等)。因此,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第2区域320介于电极层100的四边的外缘部分与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第2区域320切断外部气体(例如大气、湿气等)向电极层100的四边的外缘部分流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

图9是表示实施方式3中的电池3200的大致结构的图。

图9(a)是表示实施方式3中的电池3200的大致结构的x-z图(9a剖视图)。

图9(b)是表示实施方式3中的电池3200的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

实施方式3中的电池3200,除了上述实施方式3中的电池3000的结构以外,还具备下述结构。

即,在实施方式3的电池3200中,第2区域320与对电极层200的端部(例如侧面)相接。

根据以上的技术构成,能够与对电极层200的外缘部分(例如至少一个端部)相接地配置固体电解质材料的密度高的第2区域320。由此,来自对电极层200的热变得容易向第2区域320传递(扩散)。从而,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(即在对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第2区域320包覆对电极层200的外缘部分(例如至少一个端部)。因此,能够通过第2区域320进一步抑制强度较弱的对电极层200的外缘部分的破损(例如对电极材料的崩落等)。因此,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第2区域320介于对电极层200的外缘部分与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第2区域320切断外部气体(例如大气、湿气等)向对电极层200的外缘部分流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,如图9所示,第2区域320可以仅与对电极层200的一个端部相接而配置。例如,如果对电极层200是如图9所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以仅与其形状的一边相接而配置第2区域320。

或者,第2区域320可以与对电极层200的端部之中的两个以上端部相接而配置。例如,如果对电极层200是如图9所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的两边以上相接而配置第2区域320。由此,能够在两个以上端部提高散热性(和强度、耐环境性等)。

图10是表示实施方式3中的电池3300的大致结构的图。

图10(a)是表示实施方式3中的电池3300的大致结构的x-z图(10a剖视图)。

图10(b)是表示实施方式3中的电池3300的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图10所示,第2区域320可以围绕对电极层200的周围。

根据以上的技术构成,能够与对电极层200的四边的外缘部分(例如整个外缘部分)相接地配置固体电解质材料的密度高的第2区域320。由此,来自对电极层200的热变得容易向接近各个发热部分的第2区域320传递(扩散)。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(即在对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第2区域320包覆对电极层200的四边的外缘部分(例如整个外缘)。因此,能够通过第2区域320进一步抑制强度较弱的对电极层200的四边的外缘部分的破损(例如对电极材料的崩落等)。因此,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第2区域320介于对电极层200的四边的外缘部分与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第2区域320切断外部气体(例如大气、湿气等)向对电极层200的四边的外缘部分流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,在本公开中,“第2区域320围绕电极层100(或对电极层200)的周围”包括例如“第2区域320与电极层100(或对电极层200)的整个端部相接而配置”的含义。即,例如,如果电极层100(或对电极层200)为矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的所有边相接地配置第2区域320。

再者,如图7~10所示,第2区域320也可以位于电极层100与对电极层200相对的区域内。或者,第2区域320可以仅位于电极层100与对电极层200相对的区域外。

图11是表示实施方式3中的电池3400的大致结构的图。

图11(a)是表示实施方式3中的电池3400的大致结构的x-z图(11a剖视图)。

图11(b)是表示实施方式3中的电池3400的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图11所示,第1区域310可以具有第1伸出部分311。

第1伸出部分311是向电极层100与对电极层200相对的区域外延伸出的部分。

此时,第2区域320可以包覆第1伸出部分311。

根据以上的技术构成,能够使第1区域310与第2区域320的接触面积更大。由此,来自固体电解质层300的中央部分的热变得容易向固体电解质层300的外缘部分传递(扩散)。从而,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

再者,如图11所示,第2区域320可以与电极层100的端部(例如侧面)和对电极层200的端部(例如侧面)相接。

图12是表示实施方式3中的电池3500的大致结构的图。

图12(a)是表示实施方式3中的电池3500的大致结构的x-z图(12a剖视图)。

图12(b)是表示实施方式3中的电池3500的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图12所示,第1伸出部分311可以位于电极层100与对电极层200相对的区域的周围。

此时,第2区域320可以将在电极层100与对电极层200相对的区域的周围露出的第1伸出部分311包覆。

根据以上的技术构成,能够使第1区域310与第2区域320的接触面积更大。由此,来自固体电解质层300的中央部分的热变得容易向接近各个发热部分的固体电解质层300的外缘部分传递(扩散)。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

再者,如图12所示,第2区域320可以围绕电极层100和对电极层200的周围。

(实施方式4)

以下,对实施方式4进行说明。适当省略与上述实施方式1~3的任一项重复的说明。

图13是表示实施方式4中的电池4000的大致结构的图。

图13(a)是表示实施方式4中的电池4000的大致结构的x-z图(13a剖视图)。

图13(b)是表示实施方式4中的电池4000的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

实施方式4中的电池4000,除了上述实施方式1中的电池1000的结构以外,还具备下述结构。

即,实施方式4中的电池4000还具备电极集电体400和对电极集电体500。

电极集电体400是与电极层100电连接的集电体。

对电极集电体500是与对电极层200电连接的集电体。

第2区域320位于电极集电体400与对电极集电体500之间,并与电极集电体400和对电极集电体500相接。

根据以上的技术构成,能够抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。即,能够将固体电解质材料密度高的(即强度高的)第2区域320作为固体电解质层300的外缘部分(换言之为电极集电体400和对电极集电体500的外缘部分)的高强度的骨架结构发挥作用。由此,能够通过第2区域320抑制电极集电体400和对电极集电体500的外缘部分分别变形或发生结构缺陷。因此,例如即使是大面积化且薄层化的电池(例如设计为高输出且高容量的电池)或不具备隔板的全固体电池,也能够通过第2区域320抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。从而,能够进一步提高电池的耐变形性和耐冲击性。

再者,如图13所示,电极集电体400可以通过与电极层100直接接触而与电极层100电连接。或者,可以使具备导电性的其它部件介于电极集电体400与电极层100之间。

再者,如图13所示,电极集电体400可以是比电极层100大的部件。例如,电极集电体400的主面的面积可以大于电极层100的主面的面积。即,电极层100可以形成在比电极集电体400小的范围。

再者,如图13所示,对电极集电体500可以通过与对电极层200直接接触而与对电极层200电连接。或者,可以使具备导电性的其它部件介于对电极集电体500与对电极层200之间。

再者,如图13所示,对电极集电体500可以是比对电极层200大的部件。例如,对电极集电体500的主面的面积可以大于对电极层200的主面的面积。即,对电极层200可以形成在比对电极集电体500小的范围。

再者,如图13所示,第2区域320可以配置在电极集电体400与对电极集电体500相对的区域之中、电极集电体400与对电极集电体500不隔着电极层100和对电极层200而相对的区域。

再者,在本公开中,“电极集电体400与对电极集电体500相对的区域”包括例如“从电极集电体400和对电极集电体500的层叠方向(即图中的z方向)观察时,电极集电体400的主面的一部分(或主面的整个区域)与对电极集电体500的主面的一部分(或主面的整个区域)重叠的区域(即重复区域)”的含义。

再者,在本公开中,“电极集电体400与对电极集电体500相对的结构”包括例如“在彼此相对的电极集电体400的主面与对电极集电体500的主面之间,配置有其它部件(例如电极层100、对电极层200、固体电解质层300等)的结构”的含义。

再者,电极层100可以是正极层。此时,电极活性物质是正极活性物质。电极集电体400是正极集电体。对电极层200是负极层。对电极活性物质是负极活性物质。对电极集电体500是负极集电体。

或者,电极层100可以是负极层。此时,电极活性物质是负极活性物质。电极集电体400是负极集电体。对电极层200是正极层。对电极活性物质是正极活性物质。对电极集电体500是正极集电体。

作为正极集电体,可使用金属材料(例如铝、铜、不锈钢等)制成的金属膜(例如金属箔)等。另外,作为正极集电体,可使用包含这些金属材料的合金制成的金属膜。另外,作为正极集电体,可使用将这些金属材料与由其它不同材料制成的膜进行制膜处理得到的材料(或进行粘合得到的材料)。

正极集电体的厚度例如可以为5~100μm。

作为负极集电体,可使用金属材料(例如镍、铜、不锈钢等)制成的金属膜(例如金属箔)等。另外,作为负极集电体,可使用包含这些金属材料的合金制成的金属膜。另外,作为负极集电体,可使用将这些金属材料与由其它不同材料制成的膜进行制膜处理得到的材料(或进行粘合得到的材料)。

负极集电体的厚度例如可以为5~100μm。

再者,如图13所示,第2区域320可以仅配置在电极集电体400(和对电极集电体500)的一个端部。例如,如果电极集电体400(和对电极集电体500)是如图13所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以仅在其形状的一边配置第2区域320。

或者,第2区域320可以配置在电极集电体400(和对电极集电体500)的端部之中的两个以上端部。例如,如果电极集电体400(和对电极集电体500)是如图13所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以在其形状的两边以上配置第2区域320。由此,能够在两个以上端部抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。

图14是表示实施方式4中的电池4100的大致结构的图。

图14(a)是表示实施方式4中的电池4100的大致结构的x-z图(14a剖视图)。

图14(b)是表示实施方式4中的电池4100的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图14所示,第2区域320可以围绕第1区域310、电极层100和对电极层200的周围。此时,围绕第1区域310、电极层100和对电极层200的周围的第2区域320,可以与电极集电体400和对电极集电体500相接。由此,能够在第1区域310和电极层100和对电极层200的层叠体的周围(例如四边)的位置,抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。

图15是表示实施方式4中的电池4200的大致结构的图。

图15(a)是表示实施方式4中的电池4200的大致结构的x-z图(15a剖视图)。

图15(b)是表示实施方式4中的电池4200的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图15所示,第1区域310可以配置在电极层100与对电极层200相对的区域。

另外,如图15所示,第2区域320可以配置在电极集电体400与对电极集电体500相对的区域之中、电极集电体400与对电极集电体500不隔着电极层100和对电极层200而相对的整个区域。由此,能够在第1区域310和电极层100和对电极层200的层叠体的周围(例如四边)的位置,抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。

图16是表示实施方式4中的电池4300的大致结构的图。

图16(a)是表示实施方式4中的电池4300的大致结构的x-z图(16a剖视图)。

图16(b)是表示实施方式4中的电池4300的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图16所示,第2距离d2可以小于第1距离d1。

在此,第1距离d1是第1区域310的配置位置中的电极集电体400与对电极集电体500之间的距离。

另外,第2距离d2是第2区域320的配置位置中的电极集电体400与对电极集电体500之间的距离。

根据以上的技术构成,能够构成固体电解质层300的外缘部分(换言之为电极集电体400和对电极集电体500的外缘部分)变窄的电池(即外周的侧面变窄的电池)。由此,能够减少固体电解质层300的外缘部分的露出面积。因此,例如能够通过第2区域320更切实地切断外部气体(例如大气、湿气等)向第1区域310流通。另外,能够进一步提高电池的外周侧面的耐久性(例如耐冲击性)等。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

(实施方式5)

以下,对实施方式5进行说明。适当省略与上述实施方式1~4的任一项重复的说明。

图17是表示实施方式5中的电池5000的大致结构的图。

图17(a)是表示实施方式5中的电池5000的大致结构的x-z图(17a剖视图)。

图17(b)是表示实施方式5中的电池5000的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

实施方式5中的电池5000,除了上述实施方式1中的电池1000的结构以外,还具备下述结构。

即,在实施方式5的电池5000中,对电极层200的形成范围大于电极层100的形成范围。

此时,电极层100位于对电极层200的形成范围内。

根据以上的技术构成,通过对电极层200以大于电极层100的面积而形成,能够抑制对电极层200中的金属(例如锂)的析出。因此,能够防止由金属的析出引起的电极层100与对电极层200之间的短路。

再者,对电极层200可以是比电极层100大的部件。例如,对电极层200的主面的面积可以大于电极层100的主面的面积。即,电极层100可以形成在比对电极层200小的范围。例如图17所示,对电极层200的一个端部可以大于电极层100。此时,该端部可以不与电极层100相对地配置。

图18是表示实施方式5中的电池5100的大致结构的图。

图18(a)是表示实施方式5中的电池5100的大致结构的x-z图(18a剖视图)。

图18(b)是表示实施方式5中的电池5100的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图18所示,对电极层200的四边的端部(例如整个端部)可以不与电极层100相对地配置。由此,能够进一步抑制对电极层200中的金属(例如锂)的析出。因此,能够更切实地防止由金属的析出引起的电极层100与对电极层200之间的短路。

再者,如图17和图18所示,可以在与对电极层200相对的区域之中不具有电极层100的区域(例如对电极层200与电极集电体400不隔着电极层100而相对的区域)配置第2区域320。

图19是表示实施方式5中的电池5200的大致结构的图。

图19(a)是表示实施方式5中的电池5200的大致结构的x-z图(19a剖视图)。

图19(b)是表示实施方式5中的电池5200的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图19所示,可以在与对电极层200相对的区域之中不具有电极层100的区域(例如对电极层200与电极集电体400不隔着电极层100而相对的区域)配置第1区域310。由此,能够进一步增大位于电极层100与对电极层200相对的区域内的第1区域310的面积。即,能够将承担电极层100与对电极层200之间的金属离子的传递的第1区域310以更大面积配置。由此,能够进一步抑制对电极层200中的金属(例如锂)的析出。

图20是表示实施方式5中的电池5300的大致结构的图。

图20(a)是表示实施方式5中的电池5300的大致结构的x-z图(20a剖视图)。

图20(b)是表示实施方式5中的电池5300的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图20所示,第2区域320可以仅配置于与对电极层200相对的区域之中不具有电极层100的区域(例如对电极层200与电极集电体400不隔着电极层100而相对的区域)。即,可以不在电极集电体400与对电极集电体500相对的区域之中、电极集电体400与对电极集电体500不隔着电极层100和对电极层200而相对的区域设置第2区域320。

(实施方式6)

以下,对实施方式6进行说明。适当省略与上述实施方式1~5的任一项重复的说明。

图21是表示实施方式6中的电池6000的大致结构的图。

图21(a)是表示实施方式6中的电池6000的大致结构的x-z图(21a剖视图)。

图21(b)是表示实施方式6中的电池6000的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

实施方式6中的电池6000,除了上述实施方式1中的电池1000的结构以外,还具备下述结构。

即,在实施方式6的电池6000中,固体电解质层300具有第3区域330。

第3区域330是包含第3固体电解质材料的区域。

第3区域330与第2区域320相接。

第2区域320位于第1区域310与第3区域330之间。

第3密度大于第2密度。

在此,第3密度是第3区域330中的第3固体电解质材料的密度。

根据以上的技术构成,能够使第1区域310、第2区域320和第3区域330的固体电解质材料的密度阶段性地变化。即,能够从固体电解质层300的中央部分向外缘部分,阶段性地提高固体电解质材料的密度。即,通过使第2区域320介于第1区域310与第3区域330之间,与第1区域310与第3区域330直接接触的情况相比,能够减小彼此接触的各区域间的固体电解质材料密度之差。由此,能够使彼此接触的各区域间的物性值(例如热膨胀系数等)相互接近。因此,能够使第1区域310、第2区域320和第3区域330的各自的接触部分的界面的整合性和密合性更加良好。即,能够进一步抑制阻碍第1区域310、第2区域320和第3区域330之间的热输送的结构缺陷发生。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)经由第2区域320向第3区域330和固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,通过使第2区域320介于第1区域310与第3区域330之间,能够将第1区域310与第3区域330之间的固体电解质材料密度之差设定为更大。即,能够充分增大第3区域330中的第3固体电解质材料的密度。由此,能够在固体电解质层300的外缘部分配置固体电解质材料密度更高的第3区域330。因此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热经由第3区域330向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

再者,电极层100可以包含电极活性物质。

另外,对电极层200可以包含对电极活性物质。

此时,第1区域310中的电极活性物质的密度和对电极活性物质的密度可以都小于第1密度。

另外,第2区域320中的电极活性物质的密度和对电极活性物质的密度可以都小于第2密度。

另外,第3区域330中的电极活性物质的密度和对电极活性物质的密度可以都小于第3密度。

根据以上的技术构成,能够在电极活性物质和对电极活性物质的密度低的部分(即远离电极层100和对电极层200这两者的、固体电解质层300的更靠中央的部分)配置第1区域310、第2区域320和第3区域330。即,能够将具有高的散热性的第1区域310、第2区域320和第3区域330配置在电池内部的更靠中央的部分。由此,与仅在靠近电极层100侧的位置(或仅在靠近对电极层200侧的位置)具备散热部件的结构相比,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热向电池的外缘部分传递。

再者,第1区域310、第2区域320和第3区域330可以是不包含电极活性物质和对电极活性物质的区域。

根据以上的技术构成,能够在不包含电极活性物质和对电极活性物质的部分(即远离电极层100和对电极层200这两者的、固体电解质层300的更靠中央的部分)配置第1区域310、第2区域320和第3区域330。即,能够将具有高的散热性的第1区域310、第2区域320和第3区域330配置在电池内部的更靠中央的部分。由此,与仅在靠近电极层100侧的位置(或仅在靠近对电极层200侧的位置)具备散热部件的结构相比,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热向电池的外缘部分传递。

再者,作为第3固体电解质材料,可使用能够用作第1固体电解质材料的上述固体电解质。

再者,第1固体电解质材料、第2固体电解质材料和第3固体电解质材料可以是彼此不同的材料。由此,例如能够使用散热性高的固体电解质材料作为第2固体电解质材料和第3固体电解质材料,并且使用金属离子的传导性高的固体电解质材料作为第1固体电解质材料。

或者,第1固体电解质材料、第2固体电解质材料和第3固体电解质材料可以是彼此相同的材料。

根据以上的技术构成,能够使第1区域310、第2区域320和第3区域330包含相同的固体电解质材料。由此,能够使第1区域310、第2区域320和第3区域330的物性值(例如热膨胀系数等)彼此接近。因此,能够使第1区域310、第2区域320和第3区域330的各自的接触部分的界面的整合性和密合性更加良好。即,能够进一步抑制阻碍第1区域310、第2区域320和第3区域330之间的热输送的结构缺陷发生。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)经由第2区域320和第3区域330向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。另外,例如在第1区域310、第2区域320和第3区域330的材料构成相同的情况下,能够使电池的制造工序(例如合剂的混合、合剂的涂布等)更加简化。

再者,第3固体电解质材料可以作为粒子构成。此时,第3区域330是包含第3固体电解质材料的粒子的区域。此时,第3密度是第3区域330中的第3固体电解质材料的粒子的密度。

再者,如图21所示,第3区域330可以仅位于电极层100与对电极层200相对的区域外。或者,第3区域330可以位于电极层100与对电极层200相对的区域内和电极层100与对电极层200相对的区域外。由此,能够将第3区域330更加远离电池中央部而配置。因此,能够进一步提高由第3区域330实现的散热性。

或者,第3区域330可以仅位于电极层100与对电极层200相对的区域内。

再者,如图21所示,第3区域330可以仅与第2区域320的一个端部相接而配置。例如,如果第2区域320是如图21所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以仅与其形状的一边相接而配置第3区域330。

或者,第3区域330可以与第2区域320的端部之中的两个以上端部相接而配置。例如,如果第2区域320是如图21所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的两边以上相接而配置第3区域330。由此,能够在两个以上端部提高散热性(和强度、耐环境性等)。

图22是表示实施方式6中的电池6100的大致结构的图。

图22(a)是表示实施方式6中的电池6100的大致结构的x-z图(22a剖视图)。

图22(b)是表示实施方式6中的电池6100的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图22所示,第3区域330可以围绕第2区域320的周围。

根据以上的技术构成,能够从固体电解质层300的中央部分向四边的外缘部分(例如整个外缘部分),阶段性地提高固体电解质材料的密度。即,能够在固体电解质层300的四边的外缘部分(例如整个外缘部分),使第1区域310、第2区域320和第3区域330的接触部分的界面的整合性和密合性更加良好。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)经由第2区域320向第3区域330和固体电解质层300的四边的外缘部分的表面(和电池外部)散热。

再者,在本公开中,“第3区域330围绕第2区域320的周围”包括例如“第3区域330与第2区域320的整个端部相接而配置”的含义。即,例如,如果第2区域320的轮廓形状是如图22所示的矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的所有边相接地配置第3区域330。例如,第2区域320的外周侧面可以与第3区域330的内周侧面接合。

图23是表示实施方式6中的电池6200的大致结构的图。

图23(a)是表示实施方式6中的电池6200的大致结构的x-z图(23a剖视图)。

图23(b)是表示实施方式6中的电池6200的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图23所示,第2区域320可以具有第2伸出部分321。

第2伸出部分321是向电极层100与对电极层200相对的区域外延伸出的部分。

此时,第3区域330可以包覆第2伸出部分321。

根据以上的技术构成,能够进一步增大第2区域320与第3区域330的接触面积。由此,来自固体电解质层300的中央部分的热变得容易向固体电解质层300的外缘部分传递(扩散)。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

图24是表示实施方式6中的电池6300的大致结构的图。

图24(a)是表示实施方式6中的电池6300的大致结构的x-z图(24a剖视图)。

图24(b)是表示实施方式6中的电池6300的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图24所示,第2伸出部分321可以位于电极层100与对电极层200相对的区域的周围。

此时,第3区域330可以将在电极层100与对电极层200相对的区域的周围露出的第2伸出部分321包覆。

根据以上的技术构成,能够进一步增大第2区域320与第3区域330的接触面积。由此,来自固体电解质层300的中央部分的热变得容易向靠近各个发热部分的固体电解质层300的外缘部分传递(扩散)。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

图25是表示实施方式6中的电池6400的大致结构的图。

图25(a)是表示实施方式6中的电池6400的大致结构的x-z图(25a剖视图)。

图25(b)是表示实施方式6中的电池6400的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图25所示,第1区域310可以具有第1伸出部分311。

第1伸出部分311是向电极层100与对电极层200相对的区域外延伸出的部分。

此时,第2区域320可以包覆第1伸出部分311。

另外,包覆第1伸出部分311的第2区域320可以具有第2伸出部分321。

第2伸出部分321是向电极层100与对电极层200相对的区域外延伸出的部分。

此时,第3区域330可以包覆第2伸出部分321。

根据以上的技术构成,能够进一步增大第1区域310与第2区域320的接触面积和第2区域320与第3区域330的接触面积。由此,来自固体电解质层300的中央部分的热变得容易向固体电解质层300的外缘部分传递(扩散)。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(例如在第1区域310、电极层100或对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

再者,第3区域330可以与电极层100的端部(例如侧面)相接。

根据以上的技术构成,能够与电极层100的外缘部分(例如至少一个端部)相接地配置固体电解质材料的密度高的第3区域330。由此,来自电极层100的热变得容易向第3区域330传递(扩散)。从而,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(即在电极层100产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第3区域330包覆电极层100的外缘部分(例如至少一个端部)。因此,能够通过第3区域330进一步抑制强度较弱的电极层100的外缘部分的破损(例如电极材料的崩落等)。从而,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第3区域330介于电极层100的外缘部分与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第3区域330切断外部气体(例如大气、湿气等)向电极层100的外缘部分流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,第3区域330可以仅与电极层100的一个端部相接而配置。例如,如果电极层100是矩形形状(例如四边形形状),则可以仅与其形状的一边相接而配置第3区域330。

或者,第3区域330可以与电极层100的端部之中的两个以上端部相接而配置。例如,如果电极层100是矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的两边以上相接而配置第3区域330。由此,能够在两个以上端部提高散热性(和强度、耐环境性等)。

或者,第3区域330可以围绕电极层100的周围。

根据以上的技术构成,能够与电极层100的四边的外缘部分(例如整个外缘部分)相接地配置固体电解质材料的密度高的第3区域330。由此,来自电极层100的热变得容易向靠近各个发热部分的第3区域330传递(扩散)。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(即在电极层100产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第3区域330包覆电极层100的四边的外缘部分(例如整个外缘)。因此,能够通过第3区域330进一步抑制强度较弱的电极层100的四边的外缘部分的破损(例如电极材料的崩落等)。从而,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第3区域330介于电极层100的四边的外缘部分与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第3区域330切断外部气体(例如大气、湿气等)向电极层100的四边的外缘部分流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,第3区域330可以与对电极层200的端部(例如侧面)相接。

根据以上的技术构成,能够与对电极层200的外缘部分(例如至少一个端部)相接地配置固体电解质材料的密度高的第3区域330。由此,来自对电极层200的热变得容易向第3区域330传递(扩散)。从而,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(即在对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第3区域330包覆对电极层200的外缘部分(例如至少一个端部)。因此,能够通过第3区域330进一步抑制强度较弱的对电极层200的外缘部分的破损(例如对电极材料的崩落等)。从而,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第3区域330介于对电极层200的外缘部分与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第3区域330切断外部气体(例如大气、湿气等)向对电极层200的外缘部分流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,第3区域330可以仅与对电极层200的一个端部相接而配置。例如,如果对电极层200是矩形形状(例如四边形形状),则可以仅与其形状的一边相接而配置第3区域330。

或者,第3区域330可以与对电极层200的端部之中的两个以上端部相接而配置。例如,如果对电极层200是矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的两边以上相接而配置第3区域330。由此,能够在两个以上端部提高散热性(和强度、耐环境性等)。

或者,第3区域330可以围绕对电极层200的周围。

根据以上的技术构成,能够与对电极层200的四边的外缘部分(例如整个外缘部分)相接地配置固体电解质材料的密度高的第3区域330。由此,来自对电极层200的热变得容易向靠近各个发热部分的第3区域330传递(扩散)。由此,能够更容易地将在电池的中央部分产生的热(即在对电极层200产生的热)向固体电解质层300的表面(和电池外部)散热。

另外,根据以上的技术构成,能够由强度更高的第3区域330包覆对电极层200的四边的外缘部分(例如整个外缘)。因此,能够通过第3区域330进一步抑制强度较弱的对电极层200的四边的外缘部分的破损(例如对电极材料的崩落等)。因此,能够使电池的强度进一步提高。

另外,根据以上的技术构成,能够使固体电解质材料密度更高的第3区域330介于对电极层200的四边的外缘部分与电池外部(例如外部气体)之间。由此,例如能够通过第3区域330切断外部气体(例如大气、湿气等)向对电极层200的四边的外缘部分流通。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,在本公开中,“第3区域330围绕电极层100(或对电极层200)的周围”包括例如“第3区域330与电极层100(或对电极层200)的整个端部相接而配置”的含义。即,例如,如果电极层100(或对电极层200)是矩形形状(例如四边形形状),则可以与其形状的所有边相接而配置第3区域330。

图26是表示实施方式6中的电池6500的大致结构的图。

图26(a)是表示实施方式6中的电池6500的大致结构的x-z图(26a剖视图)。

图26(b)是表示实施方式6中的电池6500的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图26所示,对电极层200的形成范围可以大于电极层100的形成范围。

此时,电极层100可以位于对电极层200的形成范围内。

另外,第2区域320可以与电极层100的端部相接。

另外,第3区域330可以与对电极层200的端部相接。

根据以上的技术构成,通过对电极层200以大于电极层100的面积而形成,能够抑制对电极层200中的金属(例如锂)的析出。因此,能够防止由金属的析出引起的电极层100与对电极层200之间的短路。

另外,根据以上的技术构成,能够将对电极层200以大于电极层100的面积形成(即降低由金属析出导致的短路风险),并且与对电极层200的外缘部分(例如至少一个端部)相接地配置固体电解质材料的密度高的第3区域330。

另外,根据以上的技术构成,能够将对电极层200以大于电极层100的面积形成(即降低由金属析出导致的短路风险),并且与电极层100的外缘部分(例如至少一个端部)相接地配置固体电解质材料的密度高的第2区域320。

图27是表示实施方式6中的电池6600的大致结构的图。

图27(a)是表示实施方式6中的电池6600的大致结构的x-z图(27a剖视图)。

图27(b)是表示实施方式6中的电池6600的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图27所示,第2区域320可以围绕电极层100的周围。

此时,第3区域330可以围绕对电极层200的周围。

根据以上的技术构成,能够将对电极层200以大于电极层100的面积形成(即降低由金属析出导致的短路风险),并且与对电极层200的四边的外缘部分(例如整个外缘部分)相接地配置固体电解质材料的密度高的第3区域330。

另外,根据以上的技术构成,能够将对电极层200以大于电极层100的面积形成(即降低由金属析出导致的短路风险),并且与电极层100的四边的外缘部分(例如整个外缘部分)相接地配置固体电解质材料的密度高的第2区域320。

图28是表示实施方式6中的电池6700的大致结构的图。

图28是表示实施方式6中的电池6700的大致结构的x-z图(28a剖视图)。

图28是表示实施方式6中的电池6700的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图28所示,第1区域310可以围绕电极层100的周围。即,第2区域320可以不与电极层100接触。由此,能够进一步增大位于电极层100与对电极层200相对的区域内的第1区域310的面积。即,能够将承担电极层100与对电极层200之间的金属离子的传递的第1区域310以更大面积配置。由此,能够进一步抑制对电极层200中的金属(例如锂)的析出。

(实施方式7)

以下,对实施方式7进行说明。适当省略与上述实施方式1~6的任一项重复的说明。

图29是表示实施方式7中的电池7000的大致结构的图。

图29是表示实施方式7中的电池7000的大致结构的x-z图(29a剖视图)。

图29是表示实施方式7中的电池7000的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

实施方式7中的电池7000,除了上述实施方式6中的电池6000的结构以外,还具备下述结构。

即,实施方式7中的电池7000还具备电极集电体400和对电极集电体500。

电极集电体400是与电极层100电连接的集电体。

对电极集电体500是与对电极层200电连接的集电体。

第3区域330位于电极集电体400与对电极集电体500之间,并与电极集电体400和对电极集电体500相接。

根据以上的技术构成,能够抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。即,能够将固体电解质材料密度高的(即强度高的)第3区域330作为固体电解质层300的外缘部分(换言之为电极集电体400和对电极集电体500的外缘部分)的高强度的骨架结构发挥作用。由此,能够通过第3区域330抑制电极集电体400和对电极集电体500的外缘部分分别发生变形或结构缺陷。因此,例如即使是大面积化且薄层化的电池(例如设计为高输出且高容量的电池)或不具备隔板的全固体电池,也能够通过第3区域330抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。从而,能够进一步提高电池的耐变形性和耐冲击性。

再者,第3区域330可以配置在电极集电体400与对电极集电体500相对的区域之中、电极集电体400与对电极集电体500不隔着电极层100和对电极层200而相对的区域。

再者,第3区域330可以仅配置于电极集电体400(和对电极集电体500)的一个端部。例如,如果电极集电体400(和对电极集电体500)是矩形形状(例如四边形形状),则可以仅在其形状的一边配置第3区域330。

或者,第3区域330可以配置在电极集电体400(和对电极集电体500)的端部之中的两个以上端部。例如,如果电极集电体400(和对电极集电体500)是矩形形状(例如四边形形状),则可以在其形状的两边以上配置第3区域330。由此,能够在两个以上端部抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。

或者,第3区域330可以围绕第2区域320、电极层100和对电极层200的周围。此时,围绕第2区域320、电极层100和对电极层200的周围的第3区域330,可以与电极集电体400和对电极集电体500相接。由此,能够在第2区域320和电极层100和对电极层200的层叠体的周围(例如四边)的位置,抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。

再者,第3区域330可以配置在电极集电体400与对电极集电体500相对的区域之中、电极集电体400与对电极集电体500不隔着电极层100和对电极层200而相对的整个区域。由此,能够在第2区域320和电极层100和对电极层200的层叠体的周围(例如四边)的位置,进一步抑制电极集电体400与对电极集电体500接触而发生短路。

图30是表示实施方式7中的电池7100的大致结构的图。

图30是表示实施方式7中的电池7100的大致结构的x-z图(30a剖视图)。

图30是表示实施方式7中的电池7100的大致结构的x-y图(俯视立体图)。

如图30所示,第2距离d2可以小于第1距离d1。

此时,第3距离d3可以小于第2距离d2。

在此,第1距离d1是第1区域310的配置位置中的电极集电体400与对电极集电体500之间的距离。

另外,第2距离d2是第2区域320的配置位置中的电极集电体400与对电极集电体500之间的距离。

另外,第3距离d3是第3区域330的配置位置中的电极集电体400与对电极集电体500之间的距离。

根据以上的技术构成,能够构成固体电解质层300的外缘部分(换言之为电极集电体400和对电极集电体500的外缘部分)变窄的电池(即外周的侧面变窄的电池)。由此,能够减少固体电解质层300的外缘部分的露出面积。因此,例如能够通过第2区域320和第3区域330更切实地切断外部气体(例如大气、湿气等)向第1区域310流通。另外,能够进一步提高电池的外周侧面的耐久性(例如耐冲击性)等。因此,能够使电池的耐环境性进一步提高。

再者,在实施方式1~7中,电池的侧面的一部分(或全部)可以由绝缘材料(例如密封材料)被覆。由此,能够将电池更牢固地密封。此时,密封材料例如可以是防湿性的层压板。由此,能够通过密封材料防止电池因水分而劣化。另外,电池可以内置于密封壳体中。作为密封壳体,可使用一般公知的电池用壳体(例如层压袋、金属罐、树脂壳体等)。

再者,实施方式1~7中的电池可以还具备一对外部电极。一对外部电极在电池的整体被密封材料密封的情况下,可以向电池的上下面(或侧面)的外侧突出。外部电极中的一个例如可以与位于电池的一端的集电体(例如电极集电体400)连接。此时,外部电极中的另一个例如可以与位于电池的另一端的集电体(例如对电极集电体500)连接。由此,能够进行向与一对外部电极连接的负载的放电,以及通过与一对外部电极连接的充电装置进行电池的充电。

再者,上述实施方式1~7分别记载的结构可以适当相互组合。

[电池的制造方法]

以下,对实施方式1~7中的电池的制造方法的一例进行说明。

首先,制作用于第1区域310、第2区域320、正极层和负极层的印刷形成的各糊。再者,第1区域310和第2区域320的糊可以由相同的固体电解质材料制作,也可以由不同的固体电解质材料制作。作为用于第1区域310、第2区域320、正极层和负极层的合剂成分的固体电解质原料,准备平均粒径约为10μm、以三斜晶系晶体为主成分的li2s-p2s5系硫化物的玻璃粉末。作为其压粉体,可使用具有高的离子导电性(例如2~3×10-3s/cm)的材料。作为用于形成第1区域310和第2区域320的糊,向上述玻璃粉末添加有机粘合剂和溶剂进行混合分散,制作了固体电解质糊。作为正极活性物质,使用平均粒径约为5μm、层状结构的li·ni·co·al复合氧化物(lini0.8co0.15al0.05o2)的粉末。同样地制作由含有该活性物质和上述玻璃粉末的合剂制成的正极层糊。另外,作为负极活性物质,使用平均粒径约为10μm的天然石墨的粉末。同样地制作由含有该活性物质和上述玻璃粉末的合剂制成的负极层糊。

然后,准备作为正极集电体和负极集电体使用的厚度约为30μm的铜箔。采用丝网印刷法,将正极层用糊和负极层用糊在各自的铜箔的一侧的表面上分别以预定形状、以厚度约为50~100μm进行印刷。通过以80~130℃进行干燥,成为30~60μm的厚度。由此,得到分别形成有作为正极层的印刷体和作为负极层的印刷体的集电体(铜箔)。

接着,在分别形成有作为正极层的印刷体和作为负极层的印刷体的集电体的表面,使用金属掩模将上述固体电解质糊以大约100μm的厚度进行印刷。之后以80~130℃进行干燥。

然后,以正极层侧的固体电解质层与负极层侧的固体电解质层彼此相对的方式进行层叠,并收纳于矩形外形的模具中。接着,在与加压模具冲床之间插入弹性模量为5×106pa左右的弹性片(厚度为70μm)。然后,加热至50℃并且以300mpa的压力加压90秒,由此得到层叠体。

再者,作为固体电解质材料、正极活性物质和负极活性物质,可使用杨氏模量(纵向弹性模量)的相互关系满足“固体电解质材料(20gpa)<正极活性物质和负极活性物质(150gpa)”这一关系的材料。在此,一般的硫化物系的固体电解质的杨氏模量为10~30gpa。另外,金属和氧化物的杨氏模量为100~300gpa。

另外,固体电解质层用、正极层用和负极层用的各糊的干燥膜,可使用层叠时的加压前后的压缩率满足“固体电解质(约为30%)>正极活性物质和负极活性物质(约为10%)”这一关系的材料。糊印刷体的压缩特性可以通过制造工艺(例如粘合剂或溶剂的设计、干燥方法等)来控制。在此,如果是硫化物系的固体电解质的杨氏模量,由于也施加加压变形,因此可以通过使用硫化物系的固体电解质,从而容易地增大压缩率。

使用满足如上所述的弹性特性或压缩特性的关系的原料,并采用上述方法进行一体加压,由此能够得到满足“第2密度(相对密度为90%)>第1密度(相对密度为82%)”的关系的层叠体。在此,相对密度意味着相对于理论密度的比率。上述硫化物系的玻璃粉末的情况下,由晶体结构的单位晶格算出的密度(理论值)为2.0g/cm3。与此相对,第1区域310的密度为1.64g/cm3时,导电率为2.2×10-3s/cm。另外,第2区域320的密度为1.8g/cm3时,导电率为2.5×10-3s/cm。再者,电池内的密度例如可通过使用sem等的截面观察来确认。另外,导电率可通过微型探测器等微型特性评估机来评价。

再者,可以制作相同的相对密度的测试材料,评价导电率。在此,第1区域310是电池工作部分。即,第1区域310是在电池的充放电时授受离子而流通电流的工作区域。因此,期望第1区域310的导电率越高越好。另一方面,第2区域320(和第3区域330)是参与离子授受较少的区域。因此,可以满足“第1区域310的导电率<第2区域320的导电率”这一关系。此时,有效热传导率会由于有效面积增加以及也作为热传导载体的导电载体的增加,而与密度或导电率相对应地同样地发生变化。因此,热传导率反映出密度和导电率的关系。所以,通过满足“第1区域310的导电率<第2区域320的导电率”这一关系,关于热传导率也满足同样的相对关系。再者,有效的导电率和热导电率与高密度化相对应地提高(并且,通常强度也提高)。特别是硫化物系的固体电解质,与一般的无机物相比,具有高的弹性模量和加压烧结性。因此,即使由压粉制成,通过加压、加温而提高其填充率(即密度),也能够使密度、导电性和强度大范围提高。

再者,由压粉体形成第1区域310的情况下,对于相对密度,可以将相对密度控制为导电率急剧上升的渗滤阈值以上。即,第1密度可以是渗滤阈值以上的密度。由此,能够与粉体相应地得到适当的导电率。在渗滤阈值以上,相对于密度增加的导电率逐步提高。因此,渗滤阈值以上的相对密度适合于同时满足电池的工作和固体电解质层300中的密度关系。再者,上述的硫化物系的玻璃粉末的情况下,由密度和导电率的压力依赖性求出的渗滤阈值,在大约70%的相对密度。另一方面,第1区域310和第2区域320分别以82%和90%的相对密度形成。

再者,在正极层、负极层和固体电解质层中的压粉体被加压时,固体电解质层的压缩率可以大于正极层的压缩率和负极层的压缩率。由上述杨氏模量和压缩特性可知,正极层和负极层是坚硬的难以压缩的层。与此相对,第2区域320柔软,容易压缩。因此,在插入模具与层叠体之间的弹性体因加压而变形并进行压缩时,第2区域320与正极层或负极层相比,会选择性地进行压缩。与此相对,第1区域310由于在压力施加轴的上下存在正极层和负极层,因此压力被吸收从而损失。所以,衰减的压力向第2区域320传递。因此,第2区域320与第1区域310相比,必然成为低密度值。这样,满足“第2密度>第1密度”的密度关系。

再者,在上述制造方法中,通过将构成材料的杨氏模量或压缩率的关系的差异设定为较大、或使弹性片的硬度柔软(或增厚)等手段,能够增大第1密度与第2密度的密度差。此时,可实现如图16所示的第2区域320的厚度比第1区域310的厚度薄的结构。

再者,通过错开正极层和负极层的形成范围,在压力轴方向上可形成压缩特性彼此不同的三个区域。由此,能够采用上述制造方法制作具有第3区域330的电池。

再者,固体电解质层中的各区域的密度关系,不仅可以通过上述制造方法的一例实现,也可以通过下述制造方法实现。

即,作为用于形成第2区域320(或第3区域330)的糊,可以准备固体电解质材料的密度比第1区域310高的糊(例如固体成分比率高的糊)。此时,通过调整糊中含有的固体电解质材料及其它所含材料(例如粘合剂等)的量,能够调整各糊的密度。可以将这些密度不同的糊在集电体的表面分别印刷形成。然后,可以通过一般的平行平板刚体进行加压,制作层叠体(电池)。

或者,可以采用将各糊印刷并干燥之后,比第1区域310更强力地对第2区域320(或第3区域330)进行选择性加压的方法。例如,可以采用使用凹凸模具的层叠加压法。

或者,可以采用在涂布第2区域320(或第3区域330)用的高密度印刷板之后,通过冲孔处理,冲压作为第1区域310的部分,然后向由此形成的凹部填充(或印刷)用于形成第1区域310的糊的方法。

再者,以上的制造方法中,通过调整第1区域310、第2区域320和第3区域330的形成位置,可制作上述实施方式1~7中所示的各电池。

产业可利用性

本公开的电池,例如可作为各种电子设备或汽车等所使用的电池(例如全固体二次电池等)利用。

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