专利名称:全固体电池及其制造方法
全固体电池及其制造方法技术领域：
[0001]本发明涉及全固体电池及其制造方法。
背景技术：
[0002]锂离子二次电池与其它二次电池相比，具有能量密度高、能在高电压下工作的特征。因此，作为容易实现小型轻量化的二次电池，用于移动电话等信息设备中，近年来，作为混合动力汽车用等大型动力用的需求也在不断增加。[0003]锂离子二次电池具备正极层、负极层和在它们之间配置的电解质。电解质由非水性液体或固体构成。在使用非水性液体(以下，称为“电解液”)作为电解质的情况下，电解液向正极层的内部渗透。因此，构成正极层的正极活性物质与电解质之间容易形成界面，从而容易提高性能。但是，由于常用的电解液具有可燃性，因此需要搭载用于确保安全性的系统。另一方面，固体电解质具有不燃性，因而能够简化上述系统。因此，提出了具有不燃性固体电解质(以下，有时称为“固体电解质层”)的形式的锂离子二次电池。[0004]在正极层与负极层之间配置有固体电解质层的锂离子二次电池(以下，有时称为 “压粉全固体电池”)中，由于正极活性物质和电解质均为固体，因此电解质难以向正极活性物质的内部渗透，正极活性物质与电解质的界面容易减小。因此，在压粉全固体电池中，通过使用含有将正极活性物质的粉末和固体电解质的粉末混合而得到的混合粉末的正极合剂层作为正极层，来增大界面的面积。[0005]作为有关二次电池的技术，例如，专利文献I中公开了一种具有电极组的电池，所述电极组中，在弯曲为褶状的电池用隔膜的一面的凹部配置一侧的电极，在另一面的凹部配置另一侧的电极。另外，专利文献2中公开了一种薄片型电池，其中，在片状正极集电体上涂布正极活性物质而形成的多个正极片、和在片状负极集电体上涂布负极活性物质而形成的多个负极片，夹着隔膜或固体电解质层而交替层叠，隔膜或固体电解质层 以穿过正极片与负极片之间的方式呈锯齿形弯曲。另外，专利文献3中公开了一种方型电池，其中，多个呈片状的正极板和负极板夹着隔膜交替地相向重叠，在至少正极板或负极板由带状隔膜连接的状态下装入袋中，并在各电极板间的隔膜熔接部折叠。[0006]专利文献1:日本特开2002-157990号公报[0007]专利文献2 日本特开2002-329530号公报[0008]专利文献3 :日本特开平7-57716号公报
发明内容
[0009]专利文献I公开的技术中，在弯曲成褶状的电池用隔膜的一面的凹部配置一侧的电极，在另一面的凹部配置另一侧的电极。但是，这样的构造存在难以增大输出密度的问题。另一方面，如果为增大输出密度而增大电极面积，则又存在夹紧负荷增大的问题。即使将专利文献I公开的技术与专利文献2 专利文献3公开的的技术组合，也难以解决上述问题。[0010]因此，本发明的课题是提供能够在增大输出密度的同时抑制夹紧负荷增加的全固体电池及其制造方法。[0011]为了解决上述课题，本发明采用下述手段。即，[0012]本发明的第一方案是一种全固体电池，其特征在于，具备多个层叠体，所述层叠体具有正极层、负极层和在正极层与负极层之间设置的固体电解质层；设选自多个层叠体的任意的相邻两个层叠体为第一层叠体和第二层叠体时，以第一层叠体的正极层与第二层叠体的正极层接触的方式或者以第一层叠体的负极层与第二层叠体的负极层接触的方式层叠多个层叠体；第一层叠体的固体电解质层和第二层叠体的固体电解质层通过绝缘层连接；层叠的多个层叠体的一对侧面上分别设置有与正极层连接且与负极层不连接的第一集电体及与负极层连接且与正极层不连接的第二集电体；正极层与第二集电体之间及负极层与第一集电体之间分别设置有与固体电解质层连接的绝缘层。[0013]本发明的第二方案是一种全固体电池的制造方法，其特征在于，包括绝缘层形成工序，在基材上隔开多个间隔形成多个绝缘层；电解质层形成工序，在该绝缘层形成工序之后，在至少多个绝缘层之间分别形成固体电解质层；电极层形成工序，在该电解质层形成工序之后，在包含形成于多个绝缘层之间的固体电解质层的表面的基材的一面侧，隔开间隔形成多个正极层，并在包含形成于多个绝缘层之间的固体电解质层的表面的基材的另一面侧，隔开间隔形成多个负极层；折叠工序，以绝缘层为折缝折叠基材；和集电体配置工序， 以与正极层接触且与负极层不接触的方式配置第一集电体，并以与负极层接触且与正极层不接触的方式配置第二集电体。[0014]在此，“基材”只要由能在全固体电池的制造过程中维持固体状态、能耐受全固体电池使用时的环境、并且具有可使离子透过的性质的材料构成即可，其形态没有特别限制。 作为基材的形态的例子，可以列举具有狭缝状或格子状孔的织物状或纤维状 片等。[0015]本发明的全固体电池中，以相邻层叠体的负极层之间或相邻层叠体的正极层之间相互接触的方式层叠多个层叠体。因此，即使增大层叠体的数量来增大电极面积，也能够使施加夹紧负荷的面积保持恒定。因此，根据本发明，通过使施加夹紧负荷的面积保持恒定， 能够抑制夹紧负荷的增加。此外，根据本发明，通过增加层叠体的数量，能够增大电极面积从而增大输出密度。因此，根据本发明，可以提供能够在增大输出密度的同时抑制夹紧负荷增加的全固体电池。[0016]本发明的全固体电池的制造方法中，经过将隔开间隔形成有多个层叠体的基材进行折叠的过程，能够制造本发明的全固体电池。如上所述，利用本发明的全固体电池，能够在增大输出密度的同时抑制夹紧负荷的增加。因此，根据本发明，能够提供可以制造能够在增大输出密度的同时抑制夹紧负荷增加的全固体电池的、全固体电池的制造方法。
[0017]图1是表示全固体电池10的实施例的剖面图；[0018]图2是表示全固体电池的制造方法中包含的工序的流程的流程图；[0019]图3是简略表示全固体电池的制造方法的图。[0020]标记说明[0021]SI 绝缘层形成工序[0022]S2电解质层形成工序[0023]S3电极层形成工序[0024]S4折叠工序[0025]S5集电体配置工序[0026]I正极层[0027]2负极层[0028]3固体电解质层[0029]4层叠体[0030]5绝缘层[0031]6第一集电体[0032]7第二集电体8末端部[0034]8a层[0035]9集电部[0036]10全固体电池[0037]11网状薄片基材[0038]12间隔具体实施方式
[0039]以下，参照附图对本发明进行说明。另外，以下所示的实施方式只是本发明的例示，本发明不限于以下所示的实施方式。[0040]1.全固体电池[0041]图1是表示本发明的全固体电池10的实施例的剖面图。图1中，仅提取、放大显示全固体电池10的一部分。另外，图1中，省略了一部分标记的记载。[0042]如图1所示，全固体电池10具有层叠体4、4、…。全固体电池10中，层叠体4具备锂离子出入的具有正极活性物质的正极层1、锂离子出入的具有负极活性物质的负极层2、以及在正极层I与负极层2之间配置的固体电解质层3，相邻的两个层叠体4、4的固体电解质层3、3通过绝缘层5连接。并且，相邻的两个层叠体4、4，以构成各层叠体4、4的负极层2、2之间或者构成各层叠体4、4的正极层1、I之间相互接触的方式层叠。全固体电池10中，在层叠的层叠体4、4、…的一对侧面(图1的纸面上侧和下侧的侧面)，分别设置有第一集电体6和第二集电体7。第一集电体6与正极层1、1、…接触而与负极层2、2、… 不接触，第一集电体6与负极层2、2、…通过绝缘层5、5、…隔开。另外，第二集电体7与负极层2、2、…接触而与正极层1、1、…不接触，第二集电体7与正极层1、1、…通过绝缘层5、5、…隔开。全固体电池10中，在图1的纸面左右端分别设置有末端部8、8，在图1的纸面上下端分别设置有集电部9、9，通过末端部8、8施加夹紧负荷。S卩，在全固体电池10 中，锂离子沿纸面左右方向移动，电子沿纸面上下方向移动，使用在纸面上下端配置的集电部9、9进行集电。以下，分别说明全固体电池10的各构成。[0043]<正极层1>[0044]正极层I含有正极活性物质、固体电解质和导电材料，这些物质通过粘合材料而均匀混合。设正极层I的厚度为tl时，除图1的左右端部以外，在全固体电池10中，以相邻的层叠体4、4的正极层1、I之间或负极层2、2之间相互接触的方式层叠，因此，由一对固体电解质层3、3夹着的正极层1、I的整体的表观厚度为2Xtl。但是，全固体电池10中，在两个正极层1、1的两侧配置有固体电解质层3、3。因此，存在于各正极层1、1中的锂离子，能够在各正极层1、I与同各正极层1、I 一起构成层叠体4、4的固体电解质层3、3之间往来。 即，位于两个正极层1、1的接触界面右侧的正极层I内的锂离子能够在该正极层I与存在于该接触界面右侧的固体电解质层3之间往来，位于该接触界面左侧的正极层I内的锂离子能够在该正极层I与存在于该接触界面左侧的固体电解质层3之间往来。因此，在全固体电池10中，能够使在各正极层1、1的内部移动的锂离子的移动距离的最大值停留在tl。[0045]<负极层2>[0046]负极层2含有负极活性物质、固体电解质和导电材料，这些物质通过粘合材料而均匀混合。设负极层2的厚度为t2时，除图1的左右端部以外，在全固体电池10中，以相邻的层叠体4、4的正极层1、I之间或负极层2、2之间相互接触的方式层叠，因此，由一对固体电解质层3、3夹着的负极层2、2的整体的表观厚度为2X t2。但是，全固体电池10中，在两个负极层2、2的两侧配置有固体电解质层3、3。因此，存在于各负极层2、2内的锂离子，能够在各负极层2、2与同各负极层2、2 —起构成层叠体4、4的固体电解质层3、3之间往来。 即，位于两个负极层2、2的接触界面右侧的负极层2内的锂离子能够在该负极层2与存在于该接触界面右侧的固体电解质层3之间往来，位于该接触界面左侧的负极层2内的锂离子能够在该负极层2与存在于该接触界面左侧的固体电解质层3之间往来。因此，在全固体电池10中，能够使在各负极层2、2的内部移动的锂离子的移动距离的最大值停留在t2。[0047]<固体电解质层3>固体电解质层3含有具有锂离子传导性并且不具有导电性的固体电解质。除全固体电池10的左右端部以外，固体电解质层3与第一集电体6和第二集电体7不接触。另外， 由于固体电解质层3不具有导电性，因此即使在全固体电池10的左右端部与第一集电体6 和/或第二集电体7接触也没有问题。[0049]<层叠体4>[0050]层叠体4具有正极层1、负极层2、以及在正极层I与负极层2之间配置的固体电解质层3。全固体电池10具有多个层叠体4、4、…，通过以下述的绝缘层5、5、…为折缝进行折叠，以相邻的层叠体4、4的正极层1、I之间或负极层2、2之间相互接触的方式层叠。[0051]〈绝缘层5>[0052]绝缘层5与固体电解质层3连接。全固体电池10中的绝缘层5，由具有挠性且致密的绝缘材料构成。由于具有挠性，因此能够以绝缘层5、5、…为折缝进行折叠。另外，由于由致密的材料构成，因此，绝缘层5、5、…能够防止下述的第一集电体6与负极层2、2、… 的接触、及第二集电体7与正极层1、1、…的接触。[0053]〈第一集电体6>[0054]第一集电体6含有导电性粉体。通过含有导电性粉末，即使正极层1、1、…的端面弯曲，也能够确保与正极层1、1、…的接触。全固体电池10中，第一集电体6与正极层1、1、…接触，而与负极层2、2、…不接触。在负极层2、2、…与第一集电体6之间配置有绝缘层5、5、…。[0055]〈第二集电体7>[0056]第二集电体7含有导电性粉体。通过含有导电性粉末，即使负极层2、2、…的端面弯曲，也能够确保与负极层2、2、…的接触。全固体电池10中，第二集电体7与负极层2、2、…接触，而与正极层1、1、…不接触。在正极层1、1、…与第二集电体7之间配置有绝缘层5、5、…。[0057]<末端部8>[0058]末端部8由固体电解质层3和不具有锂离子传导性及导电性的层8a、8a构成。为了提高全固体电池10的性能，需要减小正极活性物质与固体电解质的接触界面的界面电阻、以及负极活性物质与固体电解质的接触界面的界面电阻。为了减小界面电阻，下述方法是有效的在接触界面上施加规定压力以上的压力，使正极活性物质与固体电解质贴紧，并使负极活性物质与固体电解质贴紧，因此，全固体电池10中，在左右端分别配置末端部8、 8，通过该末端部8、8施加夹紧负荷。在此，接触界面上施加的压力(界面压)与夹紧负荷的大小及施加夹紧负荷的面的面积相关。即，在确保规定以上的界面压的情况下，施加夹紧负荷的面的面积越大，需要施加的夹紧负荷就越大。全固体电池10中，虽然具有多个正极层1、1、…及负极层2、2、…，但是这些电极层以绝缘层5、5、…为折缝进行了折叠，因此即使增加正极层1、1、…和负极层2、2、…的数量，施加夹紧负荷的面的面积也保持恒定。因此，根据全固体电池10，即使在为增大输出密度而增加层叠体4、4、…的数量(正极层1、1、…和负极层2、2、…的数量)的情况下，也不需要增大夹紧负荷。因此，根据全固体电池10，通过不受层叠体4、4、…的数量的影响而施加恒定的夹紧负荷，能够确保恒定的界面压。[0059]在此，如果设全固体电池10的图1纸面前后方向的高度为H、设正极层1、1···、和负极层2、2、…的图1纸面上下方向的长度为W、设全固体电池10中含有的正极层1、1···、 和负极层2、2、…的数量为N、并设夹紧所需的界面压为δ，则全固体电池10中含有的正极层或负极层的总电极面积S为S = HXWXN。在未折叠的薄片状组合物的表面和背面分别形成该面积的正极层和负极层的情况下，在该薄片状组合物上应施加的夹紧负荷F’为 F’= δ XHXWXN。与此相对，全固体电池10上应施加的夹紧负荷F为F = δ XHXW。因此，根据本发明的全固体电池10，与形成有相同面积的正极层和负极层的、具有未折叠的薄片状组合物的全固·体电池相比，能够将夹紧负荷减小至1/Ν。[0060]〈集电部9>[0061]集电部9与第一集电体6或第二集电体7接触。在全固体电池10中，与第一集电体6接触的集电部9作为正极发挥作用，与第二集电体7接触的集电部9作为负极发挥作用。即，在全固体电池10中，集电部9、9作为外部输出端子发挥作用。另外，本发明中，在沿图1的纸面上下方向层叠由一对集电部9、9夹持而成的构造体的情况下，只要在层叠的多个构造体的上下端分别配置集电部9、9即可，层叠的构造体与构造体之间可以不配置集电部9。[0062]全固体电池10中，作为正极层I中含有的正极活性物质，可以使用能够用于具有固体电解质层的锂离子二次电池的公知的正极活性物质。作为正极层I中含有的正极活性物质的具体例，可以列举含有50质量％以上LiCoO2的活性物质等。[0063]另外，全固体电池10中，作为正极层I和负极层2中含有的固体电解质，可以使用能够用于具有固体电解质层的锂离子二次电池的公知的固体电解质。作为正极层I和负极层2中含有的固体电解质的具体例，可以列举LiPF6和Li7P3S11等。[0064]另外，全固体电池10中，作为正极层I和负极层2中含有的导电材料，可以使用能够用于具有固体电解质层的锂离子二次电池的正极层的公知的导电材料。作为正极层I和负极层2中含有的导电材料的具体例，可以列举以碳纳米管等为代表的纤维状碳材料和炭黑的压粉体等。另外，在上述说明中，例示了含有导电材料的正极层I和负极层2。但是，本发明并不限定于该形式，还可以使用不含有导电材料的形式的正极层和负极层。但是，从采用确保沿图1的纸面上下方向移动的电子的传导通路且容易减小电子传导电阻的方式等的观点考虑，优选使用含有导电材料的正极层和负极层。[0065]全固体电池10中，设正极层I中含有的固体电解质的锂离子传导率为oLi[S/ cm]、设正极层I中含有的正极活性物质的体积分数为CLi [% ]、设正极层I中含有的导电材料的电子传导率为σ e_[S/cm]、设正极层I中含有的导电材料的体积分数为Ce_[% ]、 设正极层I的厚度为tl、并设正极层I的宽度为(图1的纸面上下方向的长度；下同)为 Wl[mm]。此时，通过使这些数值之间满足下式I的关系，能够使电子传导电阻停留在不大于锂离子传导电阻的范围内。下式I的关系以电子传导率与锂离子传导率相比足够大为前提。可以说，下式I的关系，是即使使比电子难传导的锂离子沿纸面的左右方向传导并使比锂离子容易传导的电子沿纸面的上下方向传导也不存在内阻的增大、能够高速地进行充放电、并且能够实现高容量化的全固体电池10应满足的关系。[0066](Wl/tl)2 彡(Ce-X σ e_)/(CLiX σ Li)(式 I)[0067]同样地，如果设负极层2的厚度为t2、负极层2的宽度为W2，则能够导出下式2。(W2/t2) 2 ( (Ce-X σ e_) / (CLi X σ Li)(式 2)[0069]例如，如果设σ = 50 [S/cm]、Ce- = 10 [% ] > σ Li = 0. 01 [S/cm]、CLi = 30 [% ] > tl = t2 = 0.1 [mm],则Wl ( 4. 08mm, W2 ( 4. 08mm。另外，如果在层叠的一对正极层1、I的接触界面和/或层叠的一对负极层2、2的接触界面插入集电箔等，则能够减小电子传导电阻。因此，在该情况下，即使正极层I和负极层2的宽度大于上述关系式的上限值，也能够提供不存在内阻的增大、能够快速进行充放电的全固体电池。但是，如果在接触界面插入集电箔，则由于全固体电池整体的体积和质量增大而容易降低输出密度的增大效果。因此，从采用不仅能够发挥夹紧负荷的增加抑制效果而且能够发挥输出密度的增大效果的方式等的观点考虑，优选采用不在层叠的一对正极层1、1的接触界面和层叠的一对负极层2、2的接触界面插入集电箔等的方式。[0070]另外，全固体电池IO中，作为负极层2中含有的负极活性物质，可以使用能够用于具有固体电解质层的锂离子二次电池的公知的负极活性物质。作为负极层2中含有的负极活性物质的具体例，可以列举易石墨化的焦炭、难石墨化的碳材料等。[0071]另外，全固体电池10中，作为固体电解质层3中含有的固体电解质，可以使用能够用于具有固体电解质层的锂离子二次电池的公知的固体电解质。作为固体电解质层3中含有的固体电解质的具体例，可以列举Li2S-P2S5等。[0072]另外，全固体电池10中，绝缘层5中含有的绝缘材料只要是具有挠性的致密的绝缘材料、并且具有能够承受全固体电池10使用时的环境的性质，则没有特别限制。作为绝缘层5中含有的绝缘材料的具体例，可以列举聚烯烃类材料(聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE))、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)类材料等。[0073]另外，全固体电池10中，作为构成第一集电体6和第二集电体7的导电性粉体的具体例，可以列举炭粉末等。[0074]另外，全固体电池10中，构成末端部8的层8a，可以由能够承受全固体电池10使用时的环境、且不具有锂离子传导性和导电性的材料构成。作为该材料的具体例，可以列举聚烯烃类材料(聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE))、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)类材料等。[0075]另外，全固体电池10中，集电部9可以由能够在具有固体电解质层的锂离子二次电池中构成外部输出端子的公知的材料构成。另外，集电部9的形式没有特别限制，可以采用集电箔或集电板的形式。[0076]2.全固体电池的制造方法[0077]图2是表示本发明的全固体电池的制造方法中包含的工序的流程的流程图。图3 是简略表示本发明的全固体电池的制造方法的图。图3中，省略了一部分标记的记载。另外，图3中，对采用与全固体电池10相同构成的部分标注与图1中使用的标记相同的标记， 并适当省略其说明。以下，参照图1 图3对本发明的全固体电池的制造方法进行说明。[0078]如图2和图3所示，本发明的全固体电池的制造方法包括绝缘层形成工序(工序 S I)、电解质层形成工序(工序S2)、电极层形成工序(工序S3)、折叠工序(工序S4)和集电体配置工序(工序S5)，经过工序SI 工序S5，制造本发明的全固体电池10。以下，分别说明各工序。[0079]< 工序 SI〉工序SI是在具有许多孔的网状薄片基材11上、隔开多个间隔12、12、…形成多个绝缘层5、5、…的工序。工序SI例如可以采用如下工序在网状薄片基材11上按照规则的图案涂布使构成绝缘层5、5、…的绝缘材料溶解而得到的溶液，并使溶剂挥发，由此隔开多个间隔12、12、…，形成多个绝缘层5、5、…。[0081]〈工序S2>[0082]工序S2是在上述工序SI之后、在至少多个绝缘层5、5、…之间形成固体电解质层 3、3、…的工序。工序S2例如可以采用如下工序在网状薄片基材11的未形成绝缘层5、 5、…的部位涂布使构成固体电解质层3、3、…的固体电解质分散而得到的溶液，并使溶剂挥发，由此在网状薄片基材11的长度方向两端(位于图3的纸面左右侧的两端部；下同) 及绝缘层5、5、…之间形成多个固体电解质层3、3、…。如果如此形成固体电解质层3、 3、…，则能够制作绝缘层5、5、…与固体电解质层3、3、…交替且无间隙地形成的构件。[0083]< 工序 S3〉[0084]工序S3是在上述工序S2之后、在包含形成于多个绝缘层5、5、…之间的固体电解质层3、3、…的表面的网状薄片基材11的一面侧、隔开间隔形成多个正极层1、1、…、并在包含形成于多个绝缘层5、5、…之间的固体电解质层3、3、…的表面的网状薄片基材11的另一面侧、隔开间隔形成多个负极层2、2、…的工序。工序S3例如可以采用如下工序在上述工序S2中形成的固体电解质层3、3、…中，仅在除形成于网状薄片基材11的长度方向两端的固体电解质层3、3以外的所有固体电解质层3、3、…的一面侧(图3的纸面上侧) 形成正极层1、1、…，并且仅在形成有正极层1、1、…的固体电解质层3、3、…的另一面侧 (图3的纸面下侧)形成负极层2、2、…，由此形成多个层叠体4、4、…。上述工序S2中，如果仅在未形成绝缘层5、5、…的部位形成固体电解质层3、3···，则能够隔开间隔形成固体电解质层3、3、…。因此,通过在该固体电解质层3、3、…的一面侧形成正极层1、1、…，并在另一面侧形成负极层2、2、…，能够隔开间隔形成多个正极层1、1、…和多个负极层2、 2、…。工序S3中，多个正极层1、1、…例如可以通过在固体电解质层3、3、…的一面侧涂布分散有构成正极层1、1、…的正极活性物质、固体电解质、导电材料和粘合材料的溶液， 并使溶剂挥发来形成。另外，工序S3中，多个负极层2、2、…例如可以通过在固体电解质层3、3、…的另一面侧涂布分散有构成负极层2、2、…的负极活性物质、固体电解质、导电材料和粘合材料的溶液，并使溶剂挥发来形成。[0085]< 工序 S4>[0086]工序S4是以上述工序SI中形成的绝缘层5、5、…为折缝折叠网状薄片基材11的工序。工序S4例如可以采用如下工序在上述工序S3之后，以绝缘层5、5、…为折缝折叠网状薄片基材11，由此以相邻的层叠体4、4的正极层1、I之间或负极层2、2之间相互接触的方式层叠多个层叠体4、4、…。[0087]< 工序 S5>[0088]工序S5是以与上述工序S3中形成的正极层1、1、…接触且与上述工序S3中形成的负极层2、2、…不接触的方式配置第一集电体6、并以与上述工序S3中形成的负极层2、 2、…接触且与上述工序S3中形成的正极层1、1、…不接触的方式配置第二集电体7的工序。工序S5例如可以采用如下工序在底部配置有集电部9的壳体(未图示；下同)中配直弟~■集电体7后，将上述工序S4中制作的构造体插入该壳体，接着，在插入壳体的构造体的上面配置第一集电体6，然后在第一集电体6的上面配置集电部9。[0089]根据包括上述工序SI 工序S5的本发明的全固体电池的制造方法，例如，通过在上述工序S3与上述工序S4之间插入在网状薄片基材11的长度方向两端所形成的固体电解质层3、3的上面和下面形成层8a的工序，能够制造全固体电池10。如上所述，根据全固体电 池10，能够在增大输出密度的同时抑制夹紧负荷的增加，因此，根据本发明，能够提供可以制造能够在增大输出密度的同时抑制夹紧负荷增加的全固体电池10的、全固体电池的制造方法。[0090]本发明的全固体电池的制造方法中使用的网状薄片基材11发挥如下功能对在工序S4中折叠成折皱状时被施加张力的固体电解质3、3、…的拉伸强度进行补充。另外，为了使锂离子通过在网状薄片基材11上形成的固体电解质层3、3···，网状薄片基材11具有锂离子能通过的孔。作为网状薄片基材11的构成材料的具体例，可以列举例如聚丙烯(PP)、 聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。另外，在有关本发明的全固体电池的制造方法的上述说明中，例示了使用网状薄片基材11的方式，但本发明并不限定于该方式。用于形成绝缘层5、5、…、固体电解质层3、3、…、正极层1、1、…、和负极层2、2、…的基材,只要由具有锂离子能通过的孔、并且能够在全固体电池10的制造过程中维持固体状态、并能够承受全固体电池10使用时的环境的构件构成即可。作为本发明的全固体电池的制造方法中使用的基材的其它形式的例子，可以列举具有多个狭缝状孔的、薄片状基材或超长卷状基材等。[0091 ] 在有关本发明的全固体电池的制造方法的上述说明中，例示了包括仅在未形成绝缘层5、5、…的部位形成固体电解质层3、3…的工序S2的方式，但本发明的全固体电池的制造方法并不限定于该方式。本发明的全固体电池的制造方法中，也可以采用在包含绝缘层5、5、…表面的整个面上形成固体电解质层3的方式。[0092]另外，在有关本发明的全固体电池的制造方法的上述说明中，例示了包括使构成相邻的两个层叠体4、4的正极层1、1全部隔开间隔而形成的工序S3的方式，但本发明的全固体电池的制造方法并不限定于该方式。本发明的全固体电池的制造方法中的工序S3，还可以采用在工序S4中折叠时应该与一对正极层1、I接触的绝缘层5的表面(图3中X所示的部位)上也形成正极层1、1、…的方式。但是，从提供容易使正极层和负极层的容量一致的方式的全固体电池等的观点考虑，优选包括仅在绝缘层5、5、…之间形成的固体电解质层3、3…的一面侧形成正极层1、1、…的方式的工序S3。[0093]另外，在有关本发明的全固体电池的制造方法的上述说明中，例示了包括使构成相邻的两个层叠体4、4的负极层2、2全部隔开间隔而形成的工序S3的方式，但本发明的全固体电池的制造方法并不限定于该方式。本发明的全固体电池的制造方法中的工序S3，还可以采用在工序S4中折叠时应该与一对负极层2、2接触的绝缘层5的表面(图3中Y所示的部位)上也形成负极层2、2、…的方式。但是，从提供容易使正极层和负极层的容量一致的方式的全固体电池等的观点考虑，优选包括仅在绝缘层5、5、…之间形成的固体电解质层3、3…的另一面侧形成负极层2、2、…的方式的工序S3。[0094]在有关本发明的全固体电池10及全固体电池的制造方法的上述说明中，例示了包括具有活性物质和固体电解质的正极层1、1、…和负极层2、2、…的方式的例子，但本发明并不限定于该方式。本发明的全固体电池及其制造方法中，例如，还可以包括具有由In 箔构成的负极层的方式。[0095]以上，对具有固体电解质层的本发明的全固体电池及其制造方法进行了说明。有关本发明的全固体电池的构造及本发明的全固体电池的制造方法的技术思想，通过进行必要的变更，也能够应用于具有非水性电解液的二次电池。例如，全固体电池10中，在将由一对集电部9、9夹持而成的构造体进行层叠的情况下，未必一定要在相邻的构造体之间插入集电部9，但是，在将本发明的全固体电池的技术思想应用于具有非水性电解液的二次电池的情况下，需要在相邻的构造体之间插入作为离子的隔膜而发挥作用的构件。另外，在将有关本发明的全固体电池的制造方法的技术思想应 用于具有非水性电解液的二次电池的制造方法的情况下，例如，为了防止电解液耗尽，需要使正极层、负极层、第一集电体和第二集电体预先浸溃电解液。另外，在将有关本发明的全固体电池的制造方法的技术思想应用于具有非水性电解液的二次电池的制造方法的情况下，例如，在未形成绝缘层的网状薄片基材的部位，需要留出应容纳电解液的空间而形成正极层和负极层。[0096]产业上的利用可能性[0097]本发明的全固体电池，能够作为电动汽车或通讯设备等的动力源使用。
权利要求
1.一种全固体电池，其特征在于， 具备多个层叠体，所述层叠体具有正极层、负极层和在所述正极层与所述负极层之间设置的固体电解质层； 设选自多个所述层叠体的任意的相邻两个所述层叠体为第一层叠体和第二层叠体时，以所述第一层叠体的所述正极层与所述第二层叠体的所述正极层接触的方式或者以所述第一层叠体的所述负极层与所述第二层叠体的所述负极层接触的方式层叠多个所述层叠体； 所述第一层叠体的所述固体电解质层和所述第二层叠体的所述固体电解质层通过绝缘层连接； 层叠的多个所述层叠体的一对侧面上分别设置有与所述正极层连接且与所述负极层不连接的第一集电体及与所述负极层连接且与所述正极层不连接的第二集电体； 所述正极层与所述第二集电体之间及所述负极层与所述第一集电体之间分别设置有与所述固体电解质层连接的绝缘层。
2.一种全固体电池的制造方法，所述全固体电池具备多个层叠体，所述层叠体具有正极层、负极层和在所述正极层与负极层之间设置的固体电解质层，所述制造方法的特征在于，包括 绝缘层形成工序，在基材上隔开多个间隔形成多个绝缘层； 电解质层形成工序，在所述绝缘层形成工序之后，在至少多个所述绝缘层之间分别形成固体电解质层； 电极层形成工序，在所述电解质层形成工序之后，在包含形成于多个所述绝缘层之间的所述固体电解质层的表面的所述基材的一面侧，隔开间隔形成多个正极层，并在包含形成于多个所述绝缘层之间的所述固体电解质层的表面的所述基材的另一面侧，隔开间隔形成多个负极层； 折叠工序，以所述绝缘层为折缝折叠所述基材，以使相邻的所述电极层的正极层之间或负极层之间相互接触；和 集电体配置工序，以与所述正极层接触且与所述负极层不接触的方式配置第一集电体，并以与所述负极层接触且与所述正极层不接触的方式配置第二集电体，从而使所述第一集电体和第二集电体分别形成于所述层叠体的一对侧面上。
专利摘要
本发明提供能够在增大输出密度的同时抑制夹紧负荷增加的全固体电池及其制造方法。一种全固体电池，其中，具备多个具有由正极层和负极层夹着的固体电解质层的层叠体，设任意的相邻两个层叠体为第一层叠体和第二层叠体时，以第一层叠体的正极层与第二层叠体的正极层接触的方式或者以第一层叠体的负极层与第二层叠体的负极层接触的方式层叠多个层叠体，第一层叠体的固体电解质层和第二层叠体的固体电解质层通过绝缘层连接，层叠的多个层叠体的一对侧面上分别设置有与正极层连接且与负极层不连接的第一集电体及与负极层连接且与正极层不连接的第二集电体，正极层与第二集电体之间及负极层与第一集电体之间分别设置有与固体电解质层连接的绝缘层。
文档编号GKCN101861675 B发布类型授权 专利申请号CN 200980100243
公开日2013年3月27日 申请日期2009年2月4日
发明者土井孝吉 申请人:丰田自动车株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3), 非专利引用 (1),