电池和电池的制造方法与流程

1.本公开涉及电池和电池的制造方法。


背景技术：

2.以往，作为能量密度和输出密度高且重量轻的电池，已知将多个发电元件封入到层压薄膜内的层压电池(例如，参照专利文献1)。
3.在先技术文献
4.专利文献1：日本特开2018-133175号公报


技术实现要素：

5.发明要解决的课题
6.本公开提供一种具有良好的充放电特性且能量密度高的电池。
7.用于解决课题的手段
8.本公开的一个技术方案涉及的电池，具备发电元件、第1加压构件、第2加压构件和绝缘构件，所述发电元件包含至少一个固体电池单元，所述固体电池单元包含层叠的正极、固体电解质层和负极，所述第1加压构件与所述发电元件的第1主面相接，所述第2加压构件与所述发电元件的所述第1主面相反侧的第2主面相接，所述第1加压构件具有第1空隙，所述第2加压构件具有第2空隙，所述绝缘构件包含侧面部和延伸部，所述侧面部覆盖所述发电元件的侧面，所述延伸部从所述侧面部延伸至所述第1空隙和所述第2空隙各自的内部。
9.本公开的一个技术方案涉及的电池的制造方法，包括以下工序：以与包含至少一个固体电池单元的发电元件的第1主面相接的方式配置具有第1空隙的第1加压构件，并且以与所述发电元件的第2主面相接的方式配置具有第2空隙的第2加压构件的工序，所述固体电池单元包含层叠的正极、固体电解质层和负极；利用所述第1加压构件和所述第2加压构件夹持所述发电元件进行加压的工序；一边进行所述加压，一边将具有流动性的绝缘材料以覆盖所述发电元件的侧面并且包含在所述第1空隙和所述第2空隙各自的内部的方式进行配置的工序；以及一边进行所述加压，一边使所述绝缘材料固化的工序。
10.发明的效果
11.根据本公开，能够提供一种具有良好的充放电特性且能量密度高的电池。
附图说明
12.图1是表示实施方式1涉及的电池的大致结构的俯视图和剖视图。
13.图2是表示实施方式2涉及的电池的大致结构的俯视图和剖视图。
14.图3是表示实施方式3涉及的电池的大致结构的俯视图和剖视图。
15.图4是表示实施方式4涉及的电池的大致结构的剖视图。
16.图5是表示实施方式5涉及的电池的大致结构的剖视图。
17.图6a是表示实施方式涉及的电池的制造方法的一个工序的剖视图。
18.图6b是表示实施方式涉及的电池的制造方法的一个工序的剖视图。
19.图6c是表示实施方式涉及的电池的制造方法的一个工序的剖视图。
20.图6d是表示实施方式涉及的电池的制造方法的一个工序的剖视图。
具体实施方式
21.(成为本公开的基础的见解)
22.首先，对本发明人的着眼点进行下述说明。
23.在全固体电池中，通过约束电池，使活性物质粒子与固体电解质粒子良好接触，以及使固体电解质粒子之间良好接触。由此，晶界电阻降低，从而使电池的充放电特性提高。这样，为了提高电池的性能，约束是不可缺少的。但是，为进行约束而需要夹具，会使有助于发电的元件以外的构成要素在电池整体中所占的体积比例变大。因此，在每单位体积的电池性能方面是不利的。也就是说，难以在实现良好的充放电特性的同时提高电池的能量密度。
24.因此，本公开的一个技术方案涉及的电池，具备发电元件、第1加压构件、第2加压构件和绝缘构件，所述发电元件包含至少一个固体电池单元，所述固体电池单元包含层叠的正极、固体电解质层和负极，所述第1加压构件与所述发电元件的第1主面相接，所述第2加压构件与所述发电元件的所述第1主面相反侧的第2主面相接。所述第1加压构件具有第1空隙。所述第2加压构件具有第2空隙。所述绝缘构件包含侧面部和延伸部，所述侧面部覆盖所述发电元件的侧面，所述延伸部从所述侧面部延伸至所述第1空隙和所述第2空隙各自的内部。
25.由此，绝缘构件的延伸部能够将第1加压构件和第2加压构件分别在相互接近的方向上约束，能够约束被夹在第1加压构件与第2加压构件之间的发电元件并且维持约束。因此，能够提高电池的充放电特性。另外，由于不需要用于从外部对电池施加约束压力的夹具，所以能够提高电池的能量密度。这样，根据本技术方案，能够实现具有良好的充放电特性且能量密度高的电池。
26.另外，例如，所述第1空隙可以在与所述第1主面平行的方向上从所述第1加压构件的一端连续至另一端。
27.由此，位于第1空隙内部的延伸部能够对第1加压构件施加大的约束压力。从而能够进一步提高电池的充放电特性。
28.另外，例如，所述第1空隙可以是在与所述第1主面平行的方向上贯穿所述第1加压构件的通孔。
29.由此，位于第1空隙内部的延伸部能够对第1加压构件施加大的约束压力。从而能够进一步提高电池的充放电特性。
30.另外，例如，所述第1加压构件可以具有多个所述第1空隙。多个所述第1空隙可以在俯视时设置成条纹状。
31.由此，位于第1空隙内部的延伸部能够对第1加压构件在面内均匀地施加大的约束压力。从而能够进一步提高电池的充放电特性。
32.另外，例如，所述第1加压构件可以具有多个所述第1空隙。多个所述第1空隙可以在俯视时设置成格子状。
33.由此，位于第1空隙内部的延伸部能够对第1加压构件在面内均匀地施加大的约束压力。从而能够进一步提高电池的充放电特性。
34.另外，例如，所述绝缘构件可以包含具有绝缘性的树脂材料。
35.由此，能够利用树脂材料一体地形成延伸部和侧面部。由于成为延伸部和侧面部被牢固连结的状态，因此能够较强地维持对发电元件的约束压力。
36.另外，例如，所述第1加压构件和所述第2加压构件可以分别比所述绝缘构件硬。
37.由此，能够通过第1加压构件和第2加压构件较强地约束发电元件。从而能够提高电池的充放电特性。
38.另外，例如，所述发电元件可以包含多个所述固体电池单元。多个所述固体电池单元可以在与所述第1主面正交的方向上层叠。
39.在将包含层叠的多个固体电池单元的全固体电池进行约束的情况下，与包含单一的固体电池单元的情况相比，全固体电池的厚度增加。因此，在固体电池单元组的内部容易产生压力损失。为了避免由压力损失引起的特性下降，与包含单一的固体电池单元的情况相比，需要以更大的约束压力约束电池。根据本技术方案涉及的电池，能够通过绝缘构件的延伸部对发电元件施加大的约束压力。因此，根据本技术方案，能够实现具有良好的充放电特性且能量密度高的电池。
40.另外，例如，多个所述固体电池单元可以串联电连接。所述第1加压构件和所述第2加压构件可以具有导电性。
41.由此，能够将第1加压构件和第2加压构件作为电池的电极端子利用。由于不需要在电池上另外设置端子，所以能够提高能量密度。
42.另外，本公开的一个技术方案涉及的电池的制造方法，包括以下工序：以与包含至少一个固体电池单元的发电元件的第1主面相接的方式配置具有第1空隙的第1加压构件，并且以与所述发电元件的第2主面相接的方式配置具有第2空隙的第2加压构件的工序，所述固体电池单元包含层叠的正极、固体电解质层和负极；利用所述第1加压构件和所述第2加压构件夹持所述发电元件进行加压的工序；一边进行所述加压，一边将具有流动性的绝缘材料以覆盖所述发电元件的侧面并且包含在所述第1空隙和所述第2空隙各自的内部的方式进行配置的工序；以及一边进行所述加压，一边使所述绝缘材料固化的工序。
43.由此，在解除加压后，通过存在于第1空隙和第2空隙内部的固化了的树脂材料，维持对发电元件的约束压力。因此，能够制造具有良好的充放电特性且能量密度高的电池。
44.以下，参照附图对实施方式进行具体说明。
45.再者，以下说明的实施方式都是概括性的或具体的例子。在以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式、制造工序、制造工序的顺序等只是一个例子，并不限定本公开。另外，对于以下的实施方式中的构成要素之中没有记载在独立权利要求中的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。
46.另外，各图是示意图，并不一定严格地进行图示。因此，例如在各图中比例尺等未必一致。另外，在各图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。
47.另外，在本说明书中，表示平行或正交等要素间的关系的用语和表示长方形或圆形等要素的形状的用语以及数值范围，不是仅表示严格意义的表达，而是表示实质上同等
的范围、例如也包含百分之几左右差异的表达。
48.在本说明书和附图中，x轴、y轴和z轴表示三维直角坐标系的三个轴。在各实施方式中，将z轴方向作为电池的厚度方向。“厚度方向”是指与各层层叠的面垂直的方向。另外，在本说明书中，“俯视”是指沿着电池的层叠方向观察电池的情况。
49.另外，在本说明书中，关于“内侧”和“外侧”等中的“内”和“外”，只要没有特别说明，接近电池中心的方向为“内”，远离电池中心的方向为“外”。
50.另外，在本说明书中，电池的结构中的“上”和“下”这样的用语，不是指绝对的空间认识中的上方向(铅垂上方)和下方向(铅垂下方)，而是作为以层叠结构中的层叠顺序为基础通过相对的位置关系来规定的用语使用。此外，“上方”和“下方”这样的用语，不仅适用于两个构成要素彼此空出间隔配置并且在两个构成要素之间存在其它构成要素的情况，而且也适用于两个构成要素彼此紧贴配置而使两个构成要素接触的情况。
51.(实施方式1)
52.[1-1.电池的概要]
[0053]
首先，利用图1对实施方式1涉及的电池的概要进行说明。
[0054]
图1是表示实施方式1涉及的电池1的大致结构的俯视图和剖视图。图1(a)是从z轴的正侧观察电池1的俯视图。图1(b)是图1(a)的ib-ib线所示位置的剖视图。图1(c)是图1(a)的ic-ic线所示位置的剖视图。另外，在图1(a)中，为了容易理解与(b)和(c)的对应关系，对于与(b)和(c)所示的构成要素相同的构成要素标注了相同的阴影。这在后述的图2中也是同样的。
[0055]
如图1所示，电池1具备发电元件10、加压构件20和30、以及绝缘构件40。电池1是全固体电池。
[0056]
在本实施方式中，如图1(b)所示，加压构件20和30分别设有空隙21和31。在空隙21和31中分别设有作为绝缘构件40的一部分的延伸部42和43。延伸部42和43将加压构件20和30在彼此靠近的方向上进行约束，由此约束发电元件10。也就是说，通过绝缘构件40维持对发电元件10的约束压力，因此即使没有约束夹具，也能够实现具有良好的充放电特性的电池1。
[0057]
以下，对构成电池1的构成要素的详细情况进行说明。
[0058]
[1-2.发电元件]
[0059]
首先，对发电元件10的具体结构进行说明。
[0060]
发电元件10包含至少一个固体电池单元。固体电池单元具有负极集电体13、负极活性物质层14、固体电解质层15、正极活性物质层12和正极集电体11依次层叠的结构。在本实施方式中，发电元件10仅包含一个固体电池单元。即、发电元件10是固体电池单元。如图1(b)和(c)所示，发电元件10包含正极集电体11、正极活性物质层12、负极集电体13、负极活性物质层14和固体电解质层15。
[0061]
正极集电体11例如可以使用由铝、不锈钢或钛、或它们的合金等金属材料制成的多孔或无孔的片材或薄膜等。铝及其合金便宜且容易薄膜化。片材或薄膜可以是金属箔或网格等。
[0062]
正极集电体11的厚度例如为1μm以上且30μm以下的范围，但并不限定于此。另外，在正极集电体11的厚度为1μm以上的情况下，机械强度充分，难以产生破裂或破损。在正极
集电体11的厚度为30μm以下的情况下，能够提高电池1的能量密度。
[0063]
正极活性物质层12与正极集电体11的负极集电体13侧的主面接触而设置。在本实施方式中，正极活性物质层12在俯视时比正极集电体11小。正极活性物质层12的侧面被固体电解质层15覆盖。再者，正极活性物质层12也可以在俯视时与正极集电体11为相同大小。正极活性物质层12的侧面和正极集电体11的侧面可以是同一面。
[0064]
正极活性物质层12是含有正极活性物质的层。正极活性物质层12也可以是含有正极活性物质和固体电解质的正极合剂层。
[0065]
作为正极活性物质层12中所含的正极活性物质，例如可举出含锂的过渡金属氧化物、过渡金属氟化物、聚阴离子或氟化聚阴离子材料、过渡金属硫化物、过渡金属氧氟化物、过渡金属氧硫化物或过渡金属氧氮化物等。特别是在使用含锂的过渡金属氧化物作为正极活性物质粒子的情况下，能够降低制造成本，能够提高平均放电电压。
[0066]
正极活性物质层12的厚度例如为10μm以上且500μm以下的范围，但并不限定于此。另外，如果正极活性物质层12的厚度为10μm以上，则能够进一步提高电池1的能量密度。如果正极活性物质层12的厚度为500μm以下，则能够以更高的输出进行工作。
[0067]
负极集电体13例如可以使用由不锈钢、镍或铜、或它们的合金等金属材料制成的多孔或无孔的片材或薄膜等。铜及其合金便宜且容易薄膜化。片材或薄膜可以是金属箔或网格等。
[0068]
负极集电体13的厚度例如为1μm以上且30μm以下的范围，但并不限定于此。另外，在负极集电体13的厚度为1μm以上的情况下，机械强度充分，难以产生裂纹或破裂。在负极集电体13的厚度为30μm以下的情况下，能够提高电池的能量密度。
[0069]
负极活性物质层14与负极集电体13的正极集电体11侧的主面接触而设置。在本实施方式中，负极活性物质层14在俯视时比负极集电体13小。负极活性物质层14的侧面被固体电解质层15覆盖。另外，负极活性物质层14在俯视时比正极活性物质层12大。另外，负极活性物质层14也可以在俯视时与负极集电体13为相同大小。负极活性物质层14的侧面和负极集电体13的侧面可以是同一面。
[0070]
负极活性物质层14是包含负极活性物质的层。负极活性物质层14也可以是包含负极活性物质和固体电解质的负极合剂层。
[0071]
负极活性物质层14中所含的负极活性物质例如是吸藏和释放金属离子的材料。负极活性物质例如可以是吸藏和释放锂离子的材料。作为负极活性物质，例如可以使用锂金属、与锂进行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，例如可以使用石墨或硬碳或焦炭之类的非石墨系碳。作为过渡金属氧化物，例如可以使用cuo或nio等。作为过渡金属硫化物，例如可以使用由cus表示的硫化铜等。作为与锂进行合金化反应的金属或合金，例如可以使用硅化合物、锡化合物、铝化合物和锂的合金等。在使用碳的情况下，能够降低制造成本，并且能够提高平均放电电压。
[0072]
负极活性物质层14的厚度例如为10μm以上且500μm以下的范围，但并不限定于此。另外，如果负极活性物质层14的厚度为10μm以上，则能够进一步提高电池1的能量密度。另外，如果负极活性物质层14的厚度为500μm以下，则能够以更高的输出进行工作。
[0073]
固体电解质层15位于正极活性物质层12与负极活性物质层14之间，并且分别与它们相接。在本实施方式中，固体电解质层15覆盖正极活性物质层12的侧面，并且与正极集电
体11接触。固体电解质层15覆盖负极活性物质层14的侧面，并且与负极集电体13接触。固体电解质层15在俯视时比正极集电体11和负极集电体13小。另外，固体电解质层15也可以在俯视时与正极集电体11和负极集电体13大小相同。即、固体电解质层15的侧面与正极集电体11和负极集电体13各自的侧面可以是同一面。
[0074]
固体电解质层15包含固体电解质。
[0075]
固体电解质层15的厚度例如为1μm以上且200μm以下的范围，但并不限定于此。另外，如果固体电解质层15的厚度为1μm以上，则能够抑制正极活性物质层12和负极活性物质层14的短路。另外，如果固体电解质层15的厚度为200μm以下，则能够以更高的输出进行工作。
[0076]
作为正极活性物质层12、负极活性物质层14或固体电解质层15中所含的固体电解质，例如可以使用硫化物固体电解质、氧化物固体电解质、卤化物固体电解质、高分子固体电解质或络合氢化物固体电解质等。
[0077]
作为硫化物固体电解质，例如可以使用li2s-p2s5、li2s-sis2、li2s-b2s3、li2s-ges2、li
3.25
ge
0.25
p
0.75
s4或li
10
gep2s
12
等。另外，可以在它们的至少一种中添加lix(x：f、cl、br、i)、li2o、或mo
p
或liqmor(m是p、si、ge、b、al、ga、in、fe、zn中的任一种，p、q、r为自然数)等。
[0078]
作为氧化物固体电解质，例如可以使用以liti2(po4)3或其元素置换体为代表的nasicon型固体电解质、(lali)tio3系的钙钛矿型固体电解质、以li
14
znge4o
16
、li4sio4、ligeo4或其元素置换体为代表的lisicon型固体电解质、以li7la3zr2o
12
或其元素置换体为代表的石榴石型固体电解质、li3n或其h置换体、li3po4或其n置换体、或者以libo2或li3bo3等li-b-o化合物为基质而添加了li2so4或li2co3等的玻璃或玻璃陶瓷等。
[0079]
作为卤化物固体电解质，例如可以使用由组成式li
αmβ
x
γ
表示的材料。其中，α和β和γ是大于0的值。m包含除li以外的金属元素和半金属元素中的至少一种。x是选自cl、br、i、f中的1种或2种以上的元素。在此，半金属元素是b、si、ge、as、sb、te。金属元素是指除了氢以外的周期表1族～12族中所含的所有元素、以及除了上述的半金属元素和c、n、p、o、s、se以外的所有13族～16族中所含的元素。即、金属元素是指在与卤素化合物形成无机化合物时能够成为阳离子的元素群。作为卤化物固体电解质，例如可以使用li3yx6、li2mgx4、li2fex4、li(al,ga,in)x4或li3(al,ga,in)x6等。
[0080]
作为络合氢化物固体电解质，例如可使用libh
4-lii或libh
4-p2s5等。
[0081]
作为高分子固体电解质，例如可以使用高分子化合物和锂盐的化合物。高分子化合物可以具有环氧乙烷结构。通过高分子化合物具有环氧乙烷结构，能够含有较多的锂盐，能够进一步提高离子导电率。作为锂盐，可以使用lipf6、libf4、lisbf6、liasf6、liso3cf3、lin(so2cf3)2、lin(so2c2f5)2、lin(so2cf3)(so2c4f9)、或lic(so2cf3)3等。作为锂盐，可以单独使用选自这些中的1种锂盐。或者，作为锂盐，可以使用选自这些中的2种以上的锂盐的混合物。
[0082]
正极活性物质层12、固体电解质层15和负极活性物质层14中的至少一者，可以出于提高粒子彼此的密合性的目的而包含粘结剂。粘结剂用于提高构成电极的材料的粘结性。作为粘结剂，可以举出聚偏氟乙烯、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、六氟聚丙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素等。另外，作为粘结剂，可以使用选自四氟乙烯、六氟乙烯、六氟丙烯、全氟烷基乙烯基醚、偏氟乙烯、氯三氟乙烯、乙烯、丙烯、五氟丙烯、氟甲基乙烯基醚或丙烯酸、己二烯中的2种以上材料的共聚物。另外，也可以将选自它们中的2种以上混合，作为粘结剂使用。
[0083]
正极活性物质层12和负极活性物质层14中的至少一者，可以出于提高导电性的目的而包含导电助剂。作为导电助剂，例如可以使用天然石墨或人造石墨的石墨类、乙炔黑或科琴黑等的炭黑类、碳纤维或金属纤维等的导电性纤维类、氟化碳、铝等的金属粉末类、氧化锌或钛酸钾等的导电性晶须类、氧化钛等的导电性金属氧化物、或聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩等的导电性高分子化合物等。在使用碳导电助剂的情况下，能够谋求低成本化。
[0084]
发电元件10具有主面10a和10b。主面10a是第1主面的一个例子，是与构成发电元件10的各层的层叠方向正交的面。主面10a例如是正极集电体11的与接触正极活性物质层12的面相反侧的面。主面10b是与第1主面相反侧的第2主面的一个例子。主面10b例如是负极集电体13的与接触负极活性物质层14的面相反侧的面。
[0085]
主面10a和10b的俯视形状例如为矩形，具有相同的大小。另外，主面10a和10b的俯视形状可以是正方形等其他多边形，也可以是圆形。
[0086]
例如，作为智能手机或数码相机等便携式电子设备用的电池，发电元件10的主面10a和10b各自的面积为1cm2以上且100cm2以下的范围。或者，作为电动汽车等大型移动设备的电源用的电池，发电元件10的主面的面积也可以为100cm2以上且1000cm2以下的范围。
[0087]
[1-3.加压构件]
[0088]
接着，对加压构件20和30进行说明。
[0089]
加压构件20是与发电元件10的主面10a相接的第1加压构件的一个例子。加压构件20具有空隙21。空隙21是第1空隙的一个例子，在内部包含作为绝缘构件40的一部分的延伸部42。
[0090]
空隙21设置在加压构件20的主面，即不与发电元件10接触的主面20a上。具体而言，空隙21是从主面20a向主面20b凹陷的凹部。主面20b是主面20a的相反侧的面，是与发电元件10的主面10a接触的面。空隙21在厚度方向上不贯穿加压构件20，而是有底的凹部。延伸部42以覆盖空隙21的底部的方式设置。
[0091]
在本实施方式中，空隙21是沿一个方向延伸的槽。空隙21的与延伸方向正交的截面例如为矩形，但并不限定于此。空隙21也可以是v字槽或u字槽。空隙21的宽度在延伸方向上的任一部位都是均匀的，但也可以不均匀。
[0092]
空隙21在与主面10a平行的方向上从加压构件20的一端连续至另一端。具体而言，如图1(a)所示，空隙21从俯视时的加压构件20的两个长边中的一方连续至另一方。空隙21与加压构件20的短边平行，在y轴方向上延伸。由此，能够缩短空隙21的长度(y轴方向)，从而容易以均匀的厚度形成使用树脂材料形成的延伸部42。
[0093]
另外，空隙21的延伸方向也可以相对于y轴方向倾斜。或者，空隙21也可以从加压构件20的2个短边中的一方连续至另一方。例如，空隙21也可以与加压构件20的长边平行，在x轴方向上延伸。空隙21的延伸方向也可以弯曲。
[0094]
在本实施方式中，加压构件20具有多个空隙21。如图1(a)所示，多个空隙21在俯视
时设置成条纹状。也就是说，多个空隙21相互平行地延伸。相邻的2个空隙21的间隔是一定的，但也可以不同。多个空隙21彼此为相同的大小和相同的形状，但也可以不同。多个空隙21在俯视时相对于加压构件20的中心呈点对称地设置。
[0095]
加压构件30是与发电元件10的主面10b相接的第2加压构件的一个例子。加压构件30具有空隙31。空隙31是第2空隙的一个例子，在内部包含作为绝缘构件40的一部分的延伸部43。
[0096]
空隙31设置在加压构件30的主面，即不与发电元件10接触的主面30a上。具体而言，空隙31是从主面30a向主面30b凹陷的凹部。主面30b是主面30a的相反侧的面，是与发电元件10的主面10b接触的面。空隙31在厚度方向上不贯穿加压构件30，而是有底的凹部。延伸部43以覆盖空隙31的底部的方式设置。
[0097]
在本实施方式中，加压构件30具有多个空隙31。多个空隙31在俯视时设置成条纹状。也就是说，多个空隙31相互平行地延伸。相邻的2个空隙31的间隔是一定的，但也可以不同。多个空隙31彼此为相同的大小和相同的形状，但也可以不同。
[0098]
空隙31的具体结构与空隙21相同。另外，可适用于空隙21的变形例也可适用于空隙31。
[0099]
以下，对加压构件20和30共通的材料、性质以及形状等进行说明。以下，将加压构件20和30统称为“加压构件”进行说明。
[0100]
加压构件比绝缘构件40硬。加压构件可以具有导电性，也可以具有电绝缘性。另外，加压构件可以包含树脂或金属。
[0101]
加压构件中所含的树脂可以是导电性高分子。通过对加压构件赋予导电性，能够作为集电体使用。通过加压构件兼具集电体的功能，发电元件10可以不具备正极集电体11和负极集电体13中的至少一者，能够使发电元件10的厚度变薄。通过使发电元件10的厚度变薄，能够提高发电元件10的能量密度。另外，在发电元件10不具备正极集电体11的情况下，正极活性物质层12的主面是发电元件10的第1主面，与加压构件接触。也就是说，正极活性物质层12直接形成在加压构件的主面上。对于发电元件10不具备负极集电体13的情况也是同样的。
[0102]
加压构件可以包含金属。在包含金属的情况下，更难以产生由急剧的压力变化引起的发电元件10的裂纹等不良情况。另外，通过对加压构件赋予导电性，能够将加压构件用作集电体。
[0103]
作为加压构件中所含的树脂，例如可以使用聚偏氟乙烯、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、六氟聚丙烯、羧甲基纤维素或环氧树脂之类的有机高分子等。
[0104]
作为加压构件中所含的导电性高分子，例如可以使用聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩等。
[0105]
作为加压构件中所含的金属，例如可以使用铝、不锈钢、钛、镍、铜或镁、或者它们的合金等。
[0106]
加压构件可以包含无机材料。作为加压构件所含的无机材料，可以使用sio2、mgo、
al2o3或zro2等单纯氧化物、含有2种以上单纯氧化物的复合氧化物、aln或si3n4等金属氮化物、或sic等金属碳化物等。
[0107]
加压构件的厚度为3mm以上且10mm以下的范围，但并不限定于此。在加压构件的厚度为3mm以上的情况下，能够确保机械强度，不易产生裂纹和变形。另外，加压构件的约束压力提高。另一方面，在加压构件的厚度为10mm以下的情况下，能够提高电池1的能量密度。
[0108]
[1-4.绝缘构件]
[0109]
接着，对绝缘构件40进行说明。
[0110]
如图1所示，绝缘构件40具有侧面部41以及延伸部42和43。
[0111]
侧面部41是覆盖发电元件10的侧面10c的部分。侧面部41与发电元件10的侧面10c接触。侧面部41在俯视时遍及发电元件10的周围全部而设置成环状，覆盖侧面10c的整体。另外，侧面部41也可以仅覆盖发电元件10的侧面10c的一部分。例如，侧面部41也可以仅覆盖发电元件10的俯视时的两个长边侧的侧面，而不覆盖短边侧的侧面。
[0112]
延伸部42和43是分别从侧面部41延伸至空隙21和31各自的内部的部分。延伸部42覆盖作为槽的空隙21的底面。延伸部42的俯视形状与空隙21的俯视形状一致。延伸部42的厚度是均匀的，但也可以是不均匀的。另外，延伸部42也可以以填埋整个空隙21的方式进行填充。
[0113]
延伸部43几乎完全填充在作为槽的空隙31中。延伸部43的俯视形状与空隙31的俯视形状一致。延伸部43也可以像延伸部42那样，仅包含在空隙31内部的一部分中。
[0114]
侧面部41与延伸部42和43一体化。也就是说，侧面部41与延伸部42和43使用相同的绝缘性材料一体地形成。绝缘性材料例如是树脂材料，但也可以是无机材料。
[0115]
作为绝缘构件40中所含的树脂，可以使用聚偏氟乙烯、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、六氟聚丙烯、羧甲基纤维素或环氧树脂之类的有机高分子等。
[0116]
作为绝缘构件所含的无机材料，可以使用sio2、mgo、al2o3或zro2等单纯氧化物、含有2种以上单纯氧化物的复合氧化物、aln或si3n4等金属氮化物、或sic等金属碳化物等。
[0117]
(实施方式2)
[0118]
接着，对实施方式2进行说明。
[0119]
在实施方式2涉及的电池中，主要是设置于加压构件的空隙的形状与实施方式1不同。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
[0120]
图2是表示实施方式2涉及的电池101的大致结构的俯视图和剖视图。图2(a)是从z轴的正侧观察电池101的俯视图。图2(b)是图2(a)的iib-iib线所示位置的剖视图。图2(c)是图2(a)的iic-iic线所示位置的剖视图。
[0121]
如图2所示，电池101具备发电单元10、加压构件120和130、以及绝缘构件140。
[0122]
加压构件120具有多个空隙121。如图2(a)所示，多个空隙121在俯视时设置成格子状。也就是说，多个空隙121包括在一个方向上延伸的空隙和在与该一个方向交叉的方向上延伸的空隙。在本实施方式中，多个空隙121沿着x轴方向和y轴方向中的任一方向延伸。也就是说，多个空隙121沿着加压构件120的俯视时的短边和长边中的任一个而延伸。另外，多
个空隙121在俯视时也可以是倾斜交叉的格子状。
[0123]
加压构件130具有多个空隙131。多个空隙131与空隙121同样，在俯视时设置成格子状。空隙131的具体结构与空隙121相同。另外，可适用于空隙121的变形例也可适用于空隙131。
[0124]
多个空隙131和多个空隙121可以在俯视时轮廓一致。或者，空隙131的延伸方向与空隙121的延伸方向可以不同。例如，空隙131的延伸方向与空隙121的延伸方向可以以45
°
的交叉角交叉。对于交叉角的大小没有特别限定。
[0125]
绝缘构件140具有侧面部41以及延伸部142和143。延伸部142和143分别位于空隙121和131的内部。因此，延伸部142和143各自的俯视形状为格子状。也就是说，延伸部142和143构成网状体，容易对加压构件120和130施加面内均匀的压力。因此，能够使经由加压构件120和130对发电元件10施加的约束压力在面内接近均等。
[0126]
另外，本实施方式涉及的电池101可以具备加压构件20来代替加压构件120。或者，电池101可以具备加压构件30来代替加压构件130。
[0127]
(实施方式3)
[0128]
接着，对实施方式3进行说明。
[0129]
在实施方式3涉及的电池中，主要是设置于加压构件的空隙是通孔这一点与实施方式1和2不同。以下，以与实施方式1和2的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
[0130]
图3是表示实施方式3涉及的电池201的大致结构的剖视图。图3(a)是图3(b)的iiia-iiia线所示位置的剖视图。图3(b)是图3(a)的iiib-iiib线所示位置的剖视图。图3(c)是图3(a)的iiic-iiic线所示位置的剖视图。
[0131]
如图3所示，电池201具备发电单元10、加压构件220和230、以及绝缘构件240。
[0132]
加压构件220具有多个空隙221。如图3(b)和(c)所示，多个空隙221分别是在与发电元件10的主面10a平行的方向上贯穿加压构件220的通孔。空隙221从俯视时的加压构件220的一端贯穿至另一端。
[0133]
如图3(a)所示，多个空隙221在俯视时设置成格子状。也就是说，多个空隙221包括在一个方向上贯穿加压构件220的通孔、和在与该一个方向交叉的方向上贯穿加压构件220的通孔。在本实施方式中，多个空隙221沿着x轴方向和y轴方向中的任一方向贯穿加压构件220。也就是说，多个空隙221沿着加压构件220的俯视时的短边和长边中的任一个贯穿。另外，多个空隙221在俯视时也可以是倾斜地交叉的格子状。
[0134]
空隙221的与延伸方向正交的截面形状为圆形，但不限于此。空隙221的截面形状可以是正方形或长方形等多边形，也可以是椭圆形等。另外，空隙221的截面面积在延伸方向的任一部位都是均匀的，但也可以不均匀。
[0135]
加压构件230具有多个空隙231。多个空隙231分别与空隙221同样，是在与发电元件10的主面10b平行的方向上贯穿加压构件230的通孔。空隙231的具体结构与空隙221相同。另外，可适用于空隙221的变形例也可适用于空隙231。
[0136]
绝缘构件240具有侧面部41以及延伸部242和243。延伸部242和243分别位于空隙221和231的内部。延伸部242和243分别完全填充空隙221和231各自的内部。另外，在空隙221和231的至少一者中，可以包含不存在延伸部242或243的部分。
[0137]
另外，空隙221和231也可以与实施方式1涉及的空隙21和31同样，在俯视时设置成条纹状。
[0138]
另外，本实施方式涉及的电池201可以具备加压构件20或120来代替加压构件220。或者，电池201可以具备加压构件30或130来代替加压构件230。
[0139]
(实施方式4)
[0140]
接着，对实施方式4进行说明。
[0141]
在实施方式4涉及的电池中，主要是发电元件包含并联连接的多个固体电池单元这一点与实施方式1～3不同。以下，以与实施方式1～3的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
[0142]
图4是表示实施方式4涉及的电池301的大致结构的剖视图。电池301具备包含至少2个以上固体电池单元的发电元件310。在图4所示的例子中，发电元件310包含四个固体电池单元10a、10b、10c和10d。4个固体电池单元10a、10b、10c和10d分别具有与实施方式1涉及的发电元件10相同的结构。
[0143]
固体电池单元10a和10d分别是在发电元件310内位于层叠方向(z轴方向)的两端的固体电池单元。发电元件310具有主面310a和310b。
[0144]
主面310a是第1主面的一个例子，是与构成发电元件310的各层的层叠方向正交的面。在本实施方式中，主面310a例如是固体电池单元10a的正极集电体11的与接触正极活性物质层12的面相反侧的面。
[0145]
主面310b是与第1主面相反侧的第2主面的一个例子。主面310b例如是固体电池单元10d的正极集电体11的与接触正极活性物质层12的面相反侧的面。
[0146]
4个固体电池单元10a、10b、10c和10d相互并联连接。在此，并联连接是指相邻的两个固体电池单元的正极集电体彼此或负极集电体彼此直接接触，固体电池单元组(即发电元件310)中所包含的正极集电体彼此通过正极集电体端子(未图示)连接，发电元件组中所包含的负极集电体彼此通过负极集电体端子(未图示)连接的状态。通过将多个固体电池单元并联连接，能够提高电池301的容量。
[0147]
对于并联连接的固体电池单元的数量没有特别限制。例如，发电元件310中的并联连接数可以是2个或3个，也可以是5个以上。并联连接数越增加，越能够提高电池301的容量。可以考虑制造全固体电池时的处理的容易程度或者使用全固体电池的设备的装载空间等而设为任意的并联连接数。例如，在电池301中，可以将10个以上且500个以下固体电池单元并联连接。
[0148]
如上所述，在将包含多个固体电池单元的发电元件310进行约束的情况下，与包含单一的固体电池单元的情况相比，发电元件310的厚度增加。因此，在固体电池单元组的内部容易产生压力损失。为了抑制由压力损失引起的充放电特性的降低，与包含单一的固体电池单元的情况相比，发电元件310需要被更强的约束力约束。
[0149]
本实施方式涉及的电池301，具备加压构件20和30以及绝缘构件340。加压构件20与发电单元310的主面310a相接。加压构件30与发电单元310的主面310b相接。
[0150]
绝缘构件340具有侧面部341以及延伸部42和43。侧面部341覆盖发电元件310的侧面310c。侧面310c横跨多个固体电池单元10a、10b、10c和10d。也就是说，侧面部341一并覆盖多个固体电池单元10a、10b、10c和10d各自的侧面。
[0151]
如上所述，即使在电池301包含发电元件310，且该发电元件310包含层叠的多个固体电池单元的情况下，也能够通过绝缘构件340对配置在发电元件310的上下的加压构件20和30施加约束压力。由此，能够在层叠方向上集中约束多个固体电池单元，能够提高充放电特性。
[0152]
另外，在发电元件310包含多个固体电池单元的情况下，相邻的固体电池单元可以是共有正极集电体或负极集电体的结构。例如，在图4所示的电池301的情况下，固体电池单元10a的负极集电体13和固体电池单元10b的负极集电体13可以由一片集电体实现。
[0153]
(实施方式5)
[0154]
接着，对实施方式5进行说明。
[0155]
在实施方式5涉及的电池中，主要是发电元件包含串联连接的多个固体电池单元这一点与实施方式1～4不同。以下，以与实施方式1～4的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。
[0156]
图5是表示实施方式5涉及的电池401的大致结构的剖视图。电池401具备包含至少2个以上固体电池单元的发电元件410。图5所示的例子中，发电元件410包含4个固体电池单元10a、10b、10c和10d。发电元件410与实施方式4涉及的发电元件310相比，固体电池单元的电连接不同。
[0157]
发电元件410具有主面410a和410b。
[0158]
主面410a是第1主面的一个例子，是与构成发电元件410的各层的层叠方向正交的面。在本实施方式中，主面410a例如是固体电池单元10a的正极集电体11的与接触正极活性物质层12的面相反侧的面。
[0159]
主面410b是与第1主面相反侧的第2主面的一个例子。主面410b例如是固体电池单元10d的负极集电体13的与接触负极活性物质层14的面相反侧的面。
[0160]
具体而言，4个固体电池单元10a、10b、10c和10d相互串联连接。在此，串联连接是指相邻的2个固体电池单元的正极集电体与负极集电体直接接触的状态。通过将多个固体电池单元串联连接，能够提高电池401的电压。
[0161]
对于串联连接的固体电池单元的数量没有特别限制。例如，发电元件410中的串联连接数可以是2个或3个，也可以是5个以上。串联连接数越增加，越能够提高电池401的电压。可以考虑制造全固体电池时的处理的容易程度、使用全固体电池的设备的装载空间、或者使用的设备的控制电压等，设为任意的串联连接数。例如，在电池401中，可以串联连接2个以上且500个以下固体电池单元。
[0162]
本实施方式涉及的电池401具备加压构件20和30以及绝缘构件340。加压构件20与发电元件310的主面410a相接。加压构件30与发电单元310的主面410b相接。绝缘构件340与实施方式3同样，具有将发电元件410的侧面410c覆盖的侧面部341。侧面410c横跨多个固体电池单元10a、10b、10c和10d。也就是说，侧面部341一并覆盖多个固体电池单元10a、10b、10c和10d各自的侧面。
[0163]
如上所述，即使在电池401包含发电元件410，且该发电元件410包含层叠的多个固体电池单元的情况下，也能够通过绝缘构件340对配置在发电元件410的上下的加压构件20和30施加约束压力。由此，能够在层叠方向上集中约束多个固体电池单元，能够提高充放电特性。
[0164]
另外，在发电元件410包含多个固体电池单元的情况下，相邻的固体电池单元可以是共有正极集电体或负极集电体的结构。例如，在图5所示的电池401的情况下，固体电池单元10a的负极集电体13和固体电池单元10b的正极集电体11可以由一片双极集电体来实现。
[0165]
双极集电体是兼具正极集电体和负极集电体两种功能的电极。通过使用双极集电体，可以用一片双极集电体实现由正极集电体和负极集电体两片构成的结构。通过减少集电体的片数，能够使发电元件410的厚度变薄，提高电池401的能量密度。
[0166]
作为双极集电体，例如可以使用由不锈钢、镍、铜以及它们的合金等金属材料制成的多孔或无孔的片材或薄膜等。片材或薄膜可以是金属箔或网格等。
[0167]
双极集电体的厚度为1μm以上且30μm以下的范围，但并不限定于此。另外，如果双极集电体的厚度为1μm以上，则机械强度充分，难以产生破裂或破损。如果双极集电体的厚度为30μm以下，则能够提高电池401的能量密度。
[0168]
(电池的制造方法)
[0169]
以下，使用图6a～图6d对上述各实施方式涉及的电池的制造方法进行说明。图6a～图6d是表示本实施方式涉及的电池的制造方法的各工序的剖视图。以下，以实施方式3涉及的电池201的制造方法为例进行说明，但其他电池的情况也是同样的。
[0170]
[配置工序]
[0171]
首先，如图6a所示，将加压构件220配置成与发电元件10的主面10a相接，并且将加压构件230配置成与发电元件10的主面10b相接。在加压构件220和230上分别形成有空隙221和231。例如，在支持容器500的底部依次配置加压构件230、发电元件10、加压构件220。
[0172]
另外，具有空隙221的加压构件220例如通过使用构成加压构件220的材料进行一体成型而形成。或者，也可以将构成加压构件220的材料加工成平板状后，通过切削等形成空隙221。对于加压构件230也是同样的。
[0173]
[加压工序]
[0174]
接着，如图6b所示，用加压构件220和加压构件230夹住发电元件10进行加压。具体而言，利用按压夹具510在层叠方向上对发电元件10进行加压。按压夹具510例如与加压构件220的上表面以面进行接触，并且覆盖整个上表面。
[0175]
通过此时的加压，在发电元件10的整个面上施加均匀的压力。加压的方法例如可以是利用按压夹具510进行的机械加压或者气体加压等适当的方法。机械加压例如是将马达的驱动经由滚珠丝杠或油压而转换为发电元件10的层叠方向的压力，利用该压力进行加压的方法等。气体加压例如是通过填充在储气瓶中的加压气体在发电元件10的层叠方向上进行加压的方法等。
[0176]
在加压工序中施加的压力例如为1mpa以上，但不限于此。压力也可以为5mpa以上、10mpa以上或15mpa以上。另外，在加压工序中施加的压力例如为95mpa以下，但不限于此。例如，压力也可以为90mpa以下、85mpa以下或80mpa以下。
[0177]
[注入工序]
[0178]
接着，如图6c所示，一边进行加压，一边将具有流动性的绝缘材料240a配置成覆盖发电元件10的侧面10c并且包含在空隙221和231的内部。具体而言，一边维持在上述加压工序中施加的加压，一边利用喷嘴520注入绝缘材料240a以覆盖发电元件10的周围。此时，支持容器500作为用于保持绝缘材料240a的框材发挥作用。绝缘材料240a被注入到设置于加
压构件220和230的空隙221和231的内部。
[0179]
另外，框材也可以与支持容器500分体。框材由以铝或不锈钢为代表的通用金属、或含有碳等的特殊钢等形成。在绝缘材料240a固化之后，将框材移除。
[0180]
另外，关于发电元件10的端子(未图示)的取出，只要能够防止正极和负极的物理接触并且保持绝缘即可，并不特别限定手段。
[0181]
作为绝缘材料240a，为了容易注入并且确保到达要保护的发电元件10的面方向端部，可以选择使用注入时的粘度不会过高的材料。绝缘材料240a的粘度例如在25℃为200mpa
·
s以下，但不限定于此。绝缘材料240a的粘度例如在25℃可以为150mpa
·
s以下、100mpa
·
s以下、50mpa
·
s以下、30mpa
·
s以下或20mpa
·
s以下。另外，在选定热固性树脂的情况下，绝缘材料240a的粘度例如在60℃为200mpa
·
s以下，但不限定于此。绝缘材料240a的粘度例如在60℃可以为150mpa
·
s以下、100mpa
·
s以下、50mpa
·
s以下、30mpa
·
s以下或20mpa
·
s以下。
[0182]
绝缘材料240a在注入时在25℃或60℃例如为200cps以下的低粘度，可以是固化性树脂。
[0183]
[固化工序]
[0184]
接着，如图6d所示，一边进行加压，一边使绝缘材料240a固化。固化根据所使用的固化性树脂的种类适当地进行。固化工序例如可以通过加热或室温静置等来进行。
[0185]
经过以上的工序，电池201即使在解除加压的情况下，也能通过加压构件220和230以及绝缘构件240保持加压状态。因此，即使没有约束夹具，也能够维持良好的电池特性。
[0186]
另外，在实施方式1和2涉及的电池1和101的制造方法中，在上述配置工序中，可以使用加压构件20和30或加压构件120和220来代替加压构件220和230。另外，在实施方式4和5涉及的电池301和401的制造方法中，在上述配置工序中，可以代替发电元件10，层叠配置发电元件310或410即多个固体电池单元。
[0187]
(其他实施方式)
[0188]
以上，基于实施方式对一个或多个技术方案涉及的电池和电池的制造方法进行了说明，但本公开并不限定于这些实施方式。只要不脱离本公开的主旨，对本实施方式实施了本领域技术人员想到的各种变形而得到的技术方案、以及将不同的实施方式中的构成要素组合构建而得到的技术方案，也包含在本发明的范围内。
[0189]
例如，加压构件可以仅具有1个空隙。例如，1个空隙也可以在俯视时以穿过加压构件的中心的方式从一端连续至另一端。由此，在俯视时，绝缘构件的延伸部穿过加压构件的中心，因此能够以将两个加压构件的中心彼此约束的方式来施加约束压力。
[0190]
另外，例如，空隙可以不分别从加压构件的一端连续至另一端。例如，实施方式1涉及的空隙21可以在俯视时从加压构件20的一端延伸至内部的预定位置，而不延伸至另一端。也就是说，空隙21的长度比加压构件20的短边的长度短。例如，空隙21的长度也可以比加压构件20的短边长度的一半短。空隙31以及实施方式2涉及的空隙121和131也是同样的。
[0191]
另外，实施方式3涉及的空隙221和231可以不分别贯穿加压构件220和230。也就是说，空隙221和231可以是从加压构件220和230的侧面凹陷的凹部。
[0192]
另外，例如，加压构件可以是多孔体(多孔质体)。
[0193]
另外，例如，各实施方式涉及的电池可以被收纳在外装体中。外装体被配置成将包
含加压构件和绝缘构件的电池整体覆盖。作为外装体，可以使用在金属箔的一面或两面上具有树脂薄膜的树脂层压金属箔。树脂层压金属箔例如可以例示具有如下结构的树脂层压金属箔：在金属箔的一侧的表面层叠有用于赋予机械强度的树脂薄膜，并且在相反侧的表面层叠有具备热封性的树脂薄膜。
[0194]
树脂层压金属箔中的金属箔例如是由铝或铝合金等构成的箔。用于维持机械强度的树脂薄膜例如是由聚酯或尼龙等构成的薄膜。具有热封性的树脂薄膜例如是由聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃等构成的薄膜。
[0195]
构成外装体的层压薄膜也可以是一面或两面被实施了压花加工的层压薄膜。
[0196]
另外，上述各实施方式可以在权利要求的范围或与其均等的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
[0197]
产业可利用性
[0198]
本公开涉及的电池，例如可以作为全固体锂离子二次电池等，利用于车载用电池或各种电子设备等。
[0199]
附图标记说明
[0200]
1、101、201、301、401 电池
[0201]
10、310、410 发电元件
[0202]
10a、10b、10c、10d 固体电池单元
[0203]
10a、10b、20a、20b、30a、30b、310a、310b、410a、410b 主面
[0204]
10c、310c、410c 侧面
[0205]
11 正极集电体
[0206]
12 正极活性物质层
[0207]
13 负极集电体
[0208]
14 负极活性物质层
[0209]
15 固体电解质层
[0210]
20、30、120、130、220、230 加压构件
[0211]
21、31、121、131、221、231 空隙
[0212]
40、140、240、340 绝缘构件
[0213]
41、341 侧面部
[0214]
42、43、142、143、242、243 延伸部
[0215]
240a 绝缘材料
[0216]
500 支持容器
[0217]
510 按压夹具
[0218]
520 喷嘴