固态电池的制作方法

1.本发明涉及一种固态电池。


背景技术：

2.以往，作为具有高能量密度的二次电池，锂离子二次电池广泛普及。锂离子二次电池具有以下结构，即在正极与负极之间存在隔膜，并填充有液体的电解质。
3.此处，锂离子二次电池的电解液由于通常是可燃性的有机溶剂，因此，尤其是对热的安全性有时会成为问题。因此，提出一种固态电池，其使用无机系的固体电解质来代替有机系的液体的电解质(参照专利文献1)。
4.[先前技术文献]
[0005]
(专利文献)
[0006]
专利文献1：日本特开2000-106154号公报


技术实现要素：

[0007]
[发明所要解决的问题]
[0008]
以往的具有液体的电解质的锂离子二次电池等二次电池，将成为涂布有活性物质的正极/负极的一对电极重叠卷绕，并向所获得的圆筒状的卷绕体的内部填充电解液，由此，能够制作具有圆筒形状的大容量的电池单体。
[0009]
收容在具有圆筒形状的外装体中的固态电池，与收容在具有例如方筒形状的外装体中的固态电池相比，应力不会集中在角部，因此具有可以均匀地施加约束压力的优点。在固态电池的情况下，由于电极硬且脆，难以制作卷绕体，因此，考虑由层叠了多个电极的层叠体来构成电池单体。但是，当在具有圆筒形状的外装体中收容有上述层叠体时，由于不能采用露出用于对各电极并联连接的极耳的结构，因此，不得不采用串联连接的结构。因此，由于会成为高电压且小容量的单体，所以需要伴随高电压化的绝缘零件。另外，在将多个单体并联连接来实现高容量化时，需要设置并联数份的接触器等。因而，存在问题，即零件件数增加，结果导致单位模组的能量密度也下降。
[0010]
本发明是鉴于上述内容而成，目的在于提供一种能够实现高容量化的固态电池。
[0011]
[解决问题的技术手段]
[0012]
(1)本发明涉及一种固态电池，其具有正极及负极，前述正极及前述负极具有：集电器，是具有螺旋形状的金属多孔体；及电极合剂，填充在前述集电器中，前述正极及前述负极以在前述螺旋形状的轴向上相对向的面交替抵接的方式组合配置。
[0013]
根据(1)的发明，可以提供一种能够实现高容量化的固态电池。
[0014]
(2)根据(1)所述的固态电池，其中，前述正极及前述负极被收容在具有圆筒形状的外装体中。
[0015]
根据(2)的发明，可以对正极及负极赋予均匀的约束压力，可以提高电池性能，并可以提高模组化时的能量密度。
[0016]
(3)根据(1)或(2)所述的固态电池，其中，在前述正极及前述负极中的至少任一者的表面上形成有固体电解质层。
[0017]
根据(3)的发明，可以防止由电极彼此的接触或电极与外装体的接触引起的短路。
[0018]
(4)根据(2)或(3)所述的固态电池，其具有密封部件，所述密封部件密封前述具有圆筒形状的外装体的轴向两端部，前述正极及前述负极经由前述密封部件在轴向上被按压，而被密封在前述具有圆筒形状的外装体的内部。
[0019]
根据(4)的发明，可以对正极及负极赋予均匀的约束压力，可以提高电池性能。
附图说明
[0020]
图1是绘示本发明的一实施方式的固态电池的立体图。
[0021]
图2是绘示本发明的一实施方式的固态电池用电极的制造方法的图。
具体实施方式
[0022]
以下，针对本发明的实施方式，参照图式来进行说明。但是，以下所示的实施方式是对本发明进行例示，本发明并不限定于以下的实施方式。
[0023]
＜固态电池＞
[0024]
如图1所示，本实施方式的固态电池1具有：具有螺旋形状的一对正极2及负极3、及具有圆筒形状的外装体5。
[0025]
(正极及负极)
[0026]
如图1所示，本实施方式的固态电池用电极、即具有螺旋形状的一对正极2及负极3以在螺旋形状的轴向上相对向的面交替抵接的方式组合配置。根据上述构造，可以将固态电池的一对电极收容在具有圆筒形状的外装体内部，并可以确保一对电极层的表面积较大，因此，可以实现固态电池1的高容量化。
[0027]
作为正极2及负极3的螺旋形状，只要是能够以在螺旋形状的轴向上相对向的面交替抵接的方式组合配置的螺旋形状，且是与外装体5的形状相应的螺旋形状，则没有特别限定。例如，可以使正极2及负极3为具有同一形状的螺旋形状。在螺旋形状的轴向上相对向的面也可以任意倾斜。另外，螺旋形状的轴心部也可以如图1所示具有空隙，但只要可以将螺旋形状交替重合，则也可以没有空隙。
[0028]
[集电器]
[0029]
构成正极2及负极3的集电器由金属多孔体构成。金属多孔体具有相互连续的孔部，可以在孔部的内部填充包含电极活性物质的电极合材。作为上述金属多孔体，只要具有相互连续的孔部，则没有特别限制，可以列举例如具有因发泡而形成的孔部的发泡金属、金属网、膨胀金属、冲孔金属、金属无纺布等形态。作为用于金属多孔体的金属，只要具有导电性，则没有特别限定，可以列举例如镍、铝、不锈钢、钛、铜、银等。这些中，作为构成正极的集电器，优选发泡铝、发泡镍及发泡不锈钢；作为构成负极的集电器，可以优选使用发泡铜及发泡不锈钢。
[0030]
金属多孔体的集电器在内部具有相互连续的孔部，表面积比以往的金属箔的集电器大。使用上述金属多孔体作为集电器，由此，可以在上述孔部的内部填充包含电极活性物质的电极合材。由此，可以增加电极层的每单位面积的活性物质量，结果，可以提高固态电
池的体积能量密度。另外，由于电极合材的固定化变得容易，因此，与使用以往的金属箔作为集电器的电极不同，在将电极合材层厚膜化时，不需要将形成电极合材层的涂敷用浆料增稠。因此，可以减少增稠所需的有机高分子化合物等粘结剂。因而，可以增加电极的每单位面积的容量，可以实现固态电池的高容量化。
[0031]
[电极合材]
[0032]
填充在构成正极2及负极3的集电器中的电极合材，至少包含电极活性物质。可以应用于本实施方式的电极合剂只要包含电极活性物质作为必需成分，则也可以任意包含其他成分。作为其他成分，并没有特别限定，只要是制作固态电池时可以使用的成分即可。可以列举例如固体电解质、导电助剂、粘结剂等。
[0033]
在构成正极2的正极合材中，至少含有正极活性物质，作为其他成分，也可以含有例如固体电解质、导电助剂、粘结剂等。作为正极活性物质，只要可以吸留、释放锂离子，则没有特别限定，可以列举例如licoo2、li(ni
5/10
co
2/10
mn
3/10
)o2、li(ni
6/10
co
2/10
mn
2/10
)o2、li(ni
8/10
co
1/10
mn
1/10
)o2、li(ni
0.8
co
0.15
al
0.05
)o2、li(ni
1/6
co
4/6
mn
1/6
)o2、li(ni
1/3
co
1/3
mn
1/3
)o2、licoo4、limn2o4、linio2、lifepo4、硫化锂、硫等。
[0034]
在构成负极3的正极合材中，至少含有负极活性物质，作为其他成分，也可以含有例如固体电解质、导电助剂、粘结剂等。作为负极活性物质，只要可以吸留、释放锂离子，则没有特别限定，可以列举例如金属锂、锂合金、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、si、sio及人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳等碳材料等。
[0035]
[固体电解质]
[0036]
在正极2及负极3中的至少任一者的表面上，形成有固体电解质层。固体电解质层是至少含有固体电解质材料的层。经由上述固体电解质材料，可以进行正极活性物质与负极活性物质之间的电荷转移。借由在电极表面形成固体电解质层，可以防止由外装体5与电极的导电部接触引起的短路。另外，构成正极2及负极3的金属多孔体在内部具有多个孔部，因此在切断为特定的形状时，会在表面形成凹凸形状。由此，在从外部对正极2及负极3施加有应力时，有可能会因应力集中在凸部，该凸部与其他电极的导电部接触，而发生短路。但是，在电极表面形成固体电解质层，由此，可以防止上述短路。从上述观点来看，固体电解质层优选不仅形成在正极2与负极3相互抵接的面、即在螺旋形状的轴向上相对向的面上，还遍布形成在整个电极表面上。另外，优选在正极2及负极3任一者上均形成固体电解质层。
[0037]
作为固体电解质，没有特别限定，可以使用固态电池中可使用的公知的固体电解质。可以列举例如硫化物固体电解质材料、氧化物固体电解质材料、氮化物固体电解质材料、卤化物固体电解质材料等。
[0038]
[外装体]
[0039]
外装体5是收容正极2及负极3的具有圆筒形状的外装体。外装体5具有密封轴向两端部的密封部件即盖体20及盖体30。作为外装体5的材质，没有特别限定，可以使用例如金属材料。借由使用金属材料作为外装体5的材质，可以对正极2及负极3施加较强的约束压力。作为上述金属材料，只要可以用作电池的外装体，则没有特别限定，可以列举例如铝或不锈钢等。作为外装体5的材质，除了上述金属材料以外，也可以使用合成树脂等树脂。
[0040]
盖体20及盖体30只要能够密封外装体5的轴向两端部，则没有特别限制。盖体20及盖体30例如具有圆盘状的形状，优选分别与正极2及负极3的端部电连接，也作为固态电池1
的集电板发挥功能。在使盖体20及盖体30也作为集电板发挥功能的情况下，盖体20及盖体30优选由能够通电的部件构成。
[0041]
盖体20及盖体30具有以下构造，即能够如图1中箭头所示，从具有圆筒形状的外装体5的轴s方向外侧朝向固态电池1的中心部移动。借由使盖体20及盖体30沿图1中的箭头方向移动，正极2及负极3经由盖体20及盖体30被按压，从而可以对正极2及负极3施加约束压力。外装体5具有圆筒形状，借由施加来自上述轴向的约束压力，可以在正极2及负极3的与盖体20及盖体30抵接的两端部施加均匀的约束压力。因而，即使在将固态电池1进行了模组化的情况下，也不需要高约束零件，可以提高单位模组中的能量密度。进一步，在正极2及负极3的与外装体5的内周面抵接的侧面部，也可以施加均匀的约束压力。借由施加上述均匀的约束压力，可以使固态电池1的内部电阻均匀化，结果，在固态电池1的内部发生的电池反应的反应速度被均匀化，由此可以获得优选的电池性能。进一步，借由约束正极2及负极3的侧面部，在使用固态电池1作为车载用的电池的情况下，可以防止车载时的振动和碰撞时的层叠偏移，且可以抑制层叠体的破损等，因此，可以获得固态电池1的高耐久性及高安全性。
[0042]
＜固态电池的制造方法＞
[0043]
本实施方式的固态电池1的制造方法包括以下工序：填充工序，向金属多孔体填充电极合材；切削工序，将金属多孔体切削加工成螺旋形状；固体电解质层形成工序，在电极表面形成固体电解质层；及，收容工序，将正极2及负极3的螺旋形状交错重合并收容在外装体5的内部。
[0044]
以下，使用图式，以正极2为例来说明本实施方式的固态电池的制造方法，也可以将同样的制造方法应用于负极3。
[0045]
(填充工序)
[0046]
如图2(a)所示，填充工序是使包含电极活性物质的电极合材含浸于具有圆柱形状的金属多孔体21的孔部的工序。向金属多孔体21填充电极合材的方法没有特别限定，可以列举以下方法，例如使用柱塞式模涂机，施加压力，向金属多孔体21的孔部的内部填充包含电极合材的浆料。除了上述以外，也可以利用浸渍方式使离子传导体层含浸于金属多孔体的内部。
[0047]
(切削工序)
[0048]
如图2(b)所示，切削工序是将已在填充工序中将电极合材填充到内部的具有圆柱形状的金属多孔体21，切削加工成具有螺旋形状22的工序。作为上述切削工序，没有特别限定，也可以在预先挖出图2(a)所示的具有圆柱形状的金属多孔体21的轴心s后，将金属多孔体21切削加工成具有螺旋形状22。除了上述以外，也可以在不挖出具有圆柱形状的金属多孔体21的轴心s的情况下，切削加工成具有螺旋形状。
[0049]
(固体电解质层形成工序)
[0050]
如图2(c)所示，固体电解质层形成工序是在切削加工成具有螺旋形状22的金属多孔体的表面形成固体电解质层4的工序。作为形成固体电解质层4的方法，没有特别限定，可以使用例如使具有螺旋形状22的金属多孔体浸渍于含有固体电解质的浆料中的浸渍方式。
[0051]
(收容工序)
[0052]
如图1所示，收容工序是将正极2及负极3以彼此的在螺旋形状的轴向上相对向的面交替抵接的方式组合，并收容在具有圆筒形状的外装体5中的工序。在将正极2及负极3收
容在外装体5中之后，将盖体20及盖体30安装在外装体5上，从外装体5的轴向上下施加适当的约束压力，由此可以制造固态电池1。
[0053]
上述说明的本实施方式的固态电池1的制造方法只是作为一例来例示，也可以利用上述以外的方法来制造固态电池1。例如，也可以在上述切削工序之后设置上述填充工序。
[0054]
以上，针对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明的内容并不限定于上述实施方式，能够适当变更。
[0055]
附图标记
[0056]
1：固态电池
[0057]
2：正极
[0058]
3：负极
[0059]
4：固体电解质层
[0060]
5：外装体
[0061]
20、30：盖体(密封部件)