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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023172253
(43)【公開日】2023-12-06
(54)【発明の名称】電池
(51)【国際特許分類】
H01M 10/0585 20100101AFI20231129BHJP
H01M 10/0562 20100101ALI20231129BHJP
H01M 4/66 20060101ALI20231129BHJP
H01M 50/54 20210101ALI20231129BHJP
H01M 4/70 20060101ALI20231129BHJP
【ＦＩ】
H01M10/0585
H01M10/0562
H01M4/66 A
H01M50/54
H01M4/70 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022083927
(22)【出願日】2022-05-23
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(74)【代理人】
【識別番号】100137235
【弁理士】
【氏名又は名称】寺谷 英作
(74)【代理人】
【識別番号】100131417
【弁理士】
【氏名又は名称】道坂 伸一
(72)【発明者】
【氏名】森岡 一裕
(72)【発明者】
【氏名】平野 浩一
(72)【発明者】
【氏名】本田 和義
(72)【発明者】
【氏名】河瀬 覚
【テーマコード（参考）】
5H017
5H029
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H017CC01
5H017DD06
5H017EE01
5H017EE07
5H017HH03
5H029AJ03
5H029AJ14
5H029AK03
5H029AL02
5H029AL06
5H029AL07
5H029AL12
5H029AM11
5H029AM12
5H029HJ04
5H043AA05
5H043AA19
5H043EA32
(57)【要約】
【課題】生産性および体積エネルギー密度が高い電池を提供する。
【解決手段】電池１は、電極集電体５０と、電極集電体５０上に、電極集電体５０側から電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０の順で積層された構造を有する発電要素７０と、発電要素７０の対極層２０に積層される傾斜構造部１０ａを有する対極集電体１０と、を備える。発電要素７０は、電極集電体５０側に位置する第１主面７０ｂと、第１主面７０ｂに背向し、第１主面７０ｂに対して傾斜している第２主面７０ｃと、を有する。傾斜構造部１０ａの厚みは、第１主面７０ｂに対する第２主面７０ｃの傾斜によって発電要素７０の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる。
【選択図】図３
【解決手段】電池１は、電極集電体５０と、電極集電体５０上に、電極集電体５０側から電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０の順で積層された構造を有する発電要素７０と、発電要素７０の対極層２０に積層される傾斜構造部１０ａを有する対極集電体１０と、を備える。発電要素７０は、電極集電体５０側に位置する第１主面７０ｂと、第１主面７０ｂに背向し、第１主面７０ｂに対して傾斜している第２主面７０ｃと、を有する。傾斜構造部１０ａの厚みは、第１主面７０ｂに対する第２主面７０ｃの傾斜によって発電要素７０の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極集電体と、
前記電極集電体上に、前記電極集電体側から電極層、固体電解質層および対極層の順で積層された構造を有する発電要素と、
前記発電要素の前記対極層に積層される傾斜構造部を有する傾斜集電体と、を備え、
前記発電要素は、前記電極集電体側に位置する第１主面と、前記第１主面に背向し、前記第１主面に対して傾斜している第２主面と、を有し、
前記傾斜構造部の厚みは、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる、
電池。
前記電極集電体上に、前記電極集電体側から電極層、固体電解質層および対極層の順で積層された構造を有する発電要素と、
前記発電要素の前記対極層に積層される傾斜構造部を有する傾斜集電体と、を備え、
前記発電要素は、前記電極集電体側に位置する第１主面と、前記第１主面に背向し、前記第１主面に対して傾斜している第２主面と、を有し、
前記傾斜構造部の厚みは、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる、
電池。
【請求項2】
前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差は１５μｍ以下である、
請求項１に記載の電池。
請求項１に記載の電池。
【請求項3】
前記傾斜構造部の最小厚みに対する最大厚みの比は３．５以下である、
請求項１に記載の電池。
請求項１に記載の電池。
【請求項4】
前記傾斜集電体は、金属箔からなる、
請求項１に記載の電池。
請求項１に記載の電池。
【請求項5】
前記傾斜集電体は、金属箔と、前記金属箔に積層された導電性樹脂層と、を含む、
請求項１に記載の電池。
請求項１に記載の電池。
【請求項6】
前記傾斜集電体は、厚みの分布を有する支持部材と、前記支持部材を覆う金属箔と、を含む、
請求項１に記載の電池。
請求項１に記載の電池。
【請求項7】
前記傾斜集電体は、前記金属箔を覆う導電性樹脂層をさらに含む、
請求項６に記載の電池。
請求項６に記載の電池。
【請求項8】
積層された複数の前記発電要素と、
少なくとも１つが前記傾斜集電体であり、前記対極層に積層される複数の対極集電体と、を備え、
前記電極集電体は、積層方向に沿って並ぶ複数の電極集電部と、前記複数の電極集電部のうち隣り合う電極集電部同士を接続し、第１方向において折り返されている折り返し部と、を有し、
前記複数の電極集電部のそれぞれの両面には、前記発電要素が積層され、
前記複数の対極集電体は、前記複数の電極集電部のそれぞれを、電極集電部の両面に積層された前記発電要素を介して挟むように配置される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の電池。
少なくとも１つが前記傾斜集電体であり、前記対極層に積層される複数の対極集電体と、を備え、
前記電極集電体は、積層方向に沿って並ぶ複数の電極集電部と、前記複数の電極集電部のうち隣り合う電極集電部同士を接続し、第１方向において折り返されている折り返し部と、を有し、
前記複数の電極集電部のそれぞれの両面には、前記発電要素が積層され、
前記複数の対極集電体は、前記複数の電極集電部のそれぞれを、電極集電部の両面に積層された前記発電要素を介して挟むように配置される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の電池。
【請求項9】
複数の前記発電要素のそれぞれにおける、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向は、互いに同じ方向である、
請求項８に記載の電池。
請求項８に記載の電池。
【請求項10】
前記複数の対極集電体のそれぞれは、前記傾斜集電体である、
請求項９に記載の電池。
請求項９に記載の電池。
【請求項11】
前記複数の対極集電体は、前記傾斜集電体として、前記複数の電極集電部のうち隣り合う電極集電部に積層されて対面する前記発電要素の間に位置する第１傾斜集電体と、前記電池において積層方向の端部に配置される第２傾斜集電体と、を含み、
前記第２傾斜集電体の前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差は、前記第１傾斜集電体の前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差よりも小さい、
請求項１０に記載の電池。
前記第２傾斜集電体の前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差は、前記第１傾斜集電体の前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差よりも小さい、
請求項１０に記載の電池。
【請求項12】
複数の前記発電要素のそれぞれの前記第１方向と交差する第２方向における端面を覆い、前記複数の対極集電体のそれぞれの一端と接続される接続部材をさらに備える、
請求項８に記載の電池。
請求項８に記載の電池。
【請求項13】
複数の前記発電要素は、前記第１主面に対して前記第２主面が傾斜することで厚みが小さくなる方向が互いに異なる第１発電要素と第２発電要素とを含む、
請求項８に記載の電池。
請求項８に記載の電池。
【請求項14】
複数の前記発電要素のそれぞれにおいて、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向は、前記第１方向と交差する、
請求項８に記載の電池。
請求項８に記載の電池。
【請求項15】
前記電極層は負極層であり
前記対極層は正極層である、
請求項８に記載の電池。
前記対極層は正極層である、
請求項８に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電池に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１および特許文献２には全固体電池の積層セルに関する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１２－２４３３９５号公報
【特許文献2】国際公開第２０２０／１４５１７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来技術においては、電池の体積エネルギー密度と生産性との両立が求められている。そこで、本開示は、生産性および体積エネルギー密度が高い電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一形態に係る電池は、電極集電体と、前記電極集電体上に、前記電極集電体側から電極層、固体電解質層および対極層の順で積層された構造を有する発電要素と、前記発電要素の前記対極層に積層される傾斜構造部を有する傾斜集電体と、を備え、前記発電要素は、前記電極集電体側に位置する第１主面と、前記第１主面に背向し、前記第１主面に対して傾斜している第２主面と、を有し、前記傾斜構造部の厚みは、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、電池の生産性および体積エネルギー密度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
（本開示の一態様を得るに至った経緯）
電池の製造において、負極層、固体電解質層および正極層が積層された発電要素の形成プロセスには様々な方法を用いることができる。生産性の観点から、各層の材料を溶媒に分散させたスラリーをダイコート法などの塗布法で集電体上に塗布し、溶媒を乾燥させて発電要素を形成するプロセスが知られている。さらに、負極層、固体電解質層および正極層を積層方向に重ねて塗布する積層塗工することで、例えば転写法のように、各層を個別に形成して、転写することで積層するプロセスと比べて生産性を高めることができる。
電池の製造において、負極層、固体電解質層および正極層が積層された発電要素の形成プロセスには様々な方法を用いることができる。生産性の観点から、各層の材料を溶媒に分散させたスラリーをダイコート法などの塗布法で集電体上に塗布し、溶媒を乾燥させて発電要素を形成するプロセスが知られている。さらに、負極層、固体電解質層および正極層を積層方向に重ねて塗布する積層塗工することで、例えば転写法のように、各層を個別に形成して、転写することで積層するプロセスと比べて生産性を高めることができる。
【0009】
ダイコート法でスラリーを塗布する場合、塗布における流れ方向の厚みの均一性が高い。一方で、塗布幅方向（ダイコート用のダイの吐出口の延在方向）においては、厚みが分布する場合がある。厚みの分布は、設計によって異なるが、通常は最大で１０％、より好ましくは最大で５％である。これは、例えば、塗布幅方向の一端の厚みが５０μｍの場合、もう一端の厚みは最小で４５μｍ、より好ましくは最小で４７．５μｍであることを意味する。
【0010】
また、塗布幅方向で負極層の厚みが分布する場合、塗布幅方向で負極層の容量が変わることになる。そのため、電池の信頼性の観点から、塗布幅方向の正負極の容量比が一定となるように、正極層も負極層と同様の厚みの分布を有することが好ましい。そのため、積層塗工すると、塗布幅方向に厚みの分布は累積し、発電要素全体では、負極層が厚い側はより厚くなり、負極層が薄い側はより薄くなる。このように、発電要素が厚みの分布を有すると、電池をパッケージ化する場合等に無駄な空間が発生しやすく、体積エネルギー密度が低下する。
【0011】
一方、発電要素の各層の厚みの分布を無くすために、塗工条件を調整することも考えられる。しかし、塗布幅方向の厚みを均一にすることが難しく、実現するには調整等に多くの時間を要するため、電池の生産性が低下する。
【0012】
また、電池を用いてデバイスを駆動させるには、駆動に必要な電圧および容量を確保する必要がある。一定の電圧および容量をもつ単位電池を直列または並列で組み合わせて使用することができるが、組電池にすることでパック体積の増大に繋がり体積エネルギー密度を低下させてしまう一因となる。このため、予め単位電池の容量を大きくすることは有用である。単位電池の容量は、例えば、電池反応面積を増大することで大きくすることができる。電池の容量を高めるための製造方法としてけんかい式および積層方式等の製造方法が知られている。
【0013】
けんかい方式は、体積エネルギー密度を高くすることが可能である一方で、けんかいする際に電池の発電要素に曲げ方向の応力が印加されるため、活物質等が含まれる層が集電体から剥離して電池性能および信頼性を低下させてしまう場合がある。積層方式は、個片化された複数の発電要素を積層方向に積み重ねる方式であり、大容量化に適した工法である一方、生産性の向上に余地が存在する。
【0014】
例えば、積層方式において、効率的に発電要素を形成して生産性を向上するために、連続プロセスで複数の発電要素を形成することが考えられる。この場合に、同じ流れ方向で積層塗工すると、形成される発電要素の厚みの分布は、同じ側の厚みが小さくなる。このような発電要素を単純に積層する場合、発電要素の厚みの分布が累積し、電池全体の厚みの分布が大きくなる。そのため、電池をパッケージ化する場合等に無駄な空間がさらに発生しやすくなる。
【0015】
本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、生産性および体積エネルギー密度が高い電池の製造方法および電池を提供する。
【0016】
（本開示の概要）
以下に、本開示に係る電池の複数の例について示す。
以下に、本開示に係る電池の複数の例について示す。
【0017】
＜１＞電極集電体と、
前記電極集電体上に、前記電極集電体側から電極層、固体電解質層および対極層の順で積層された構造を有する発電要素と、
前記発電要素の前記対極層に積層される傾斜構造部を有する傾斜集電体と、を備え、
前記発電要素は、前記電極集電体側に位置する第１主面と、前記第１主面に背向し、前記第１主面に対して傾斜している第２主面と、を有し、
前記傾斜構造部の厚みは、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる、
電池。
前記電極集電体上に、前記電極集電体側から電極層、固体電解質層および対極層の順で積層された構造を有する発電要素と、
前記発電要素の前記対極層に積層される傾斜構造部を有する傾斜集電体と、を備え、
前記発電要素は、前記電極集電体側に位置する第１主面と、前記第１主面に背向し、前記第１主面に対して傾斜している第２主面と、を有し、
前記傾斜構造部の厚みは、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる、
電池。
【0018】
これにより、生産性を高めるために、多少の厚みの分布を許容して発電要素を形成する場合であっても、発電要素の厚みが小さくなる方向に進むに従って厚みが大きくなる傾斜構造部が発電要素に積層されて、電池全体としては発電要素の厚みの分布の影響を緩和して、厚みの分布を小さくできる。よって、電池の形状の歪みを低減でき、電池をパッケージ化する場合などに、無駄な空間が形成されにくい。よって、電池の生産性および体積エネルギー密度を高めることができる。
【0019】
＜２＞前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差は１５μｍ以下である、
＜１＞に記載の電池。
＜１＞に記載の電池。
【0020】
これにより、傾斜構造部における厚みの分布が小さくなるため、容易に傾斜集電体を形成することができる。
【0021】
＜３＞前記傾斜構造部の最小厚みに対する最大厚みの比は３．５以下である、
＜１＞または＜２＞に記載の電池。
＜１＞または＜２＞に記載の電池。
【0022】
これにより、傾斜構造部における厚みの分布が小さくなるため、容易に傾斜集電体を形成することができる。
【0023】
＜４＞前記傾斜集電体は、金属箔からなる、
＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の電池。
＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の電池。
【0024】
これにより、傾斜集電体の構成を簡素化できる。
【0025】
＜５＞前記傾斜集電体は、金属箔と、前記金属箔に積層された導電性樹脂層と、を含む、
＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の電池。
＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の電池。
【0026】
これにより、導電性樹脂層を塗布等によって作製可能であるため、厚みの分布の調整が容易であり、傾斜構造部を有する傾斜集電体を形成しやすくなる。
【0027】
＜６＞前記傾斜集電体は、厚みの分布を有する支持部材と、前記支持部材を覆う金属箔と、を含む、
＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の電池。
＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の電池。
【0028】
これにより、支持部材は、発電要素の対極層との電気的な接続とは関係なく材料を選択できるため、支持部材を容易に所望の形状に加工できる材料を選択でき、傾斜構造部を有する傾斜集電体を形成しやすくなる。
【0029】
＜７＞前記傾斜集電体は、前記金属箔を覆う導電性樹脂層をさらに含む、
＜６＞に記載の電池。
＜６＞に記載の電池。
【0030】
これにより、導電性樹脂層の厚みおよび厚みの分布を調整して、傾斜構造部の厚みおよび厚みの分布を容易に調整できる。
【0031】
＜８＞積層された複数の前記発電要素と、
少なくとも１つが前記傾斜集電体であり、前記対極層に積層される複数の対極集電体と、を備え、
前記電極集電体は、積層方向に沿って並ぶ複数の電極集電部と、前記複数の電極集電部のうち隣り合う電極集電部同士を接続し、第１方向において折り返されている折り返し部と、を有し、
前記複数の電極集電部のそれぞれの両面には、前記発電要素が積層され、
前記複数の対極集電体は、前記複数の電極集電部のそれぞれを、電極集電部の両面に積層された前記発電要素を介して挟むように配置される、
＜１＞から＜７＞のいずれか１項に記載の電池。
少なくとも１つが前記傾斜集電体であり、前記対極層に積層される複数の対極集電体と、を備え、
前記電極集電体は、積層方向に沿って並ぶ複数の電極集電部と、前記複数の電極集電部のうち隣り合う電極集電部同士を接続し、第１方向において折り返されている折り返し部と、を有し、
前記複数の電極集電部のそれぞれの両面には、前記発電要素が積層され、
前記複数の対極集電体は、前記複数の電極集電部のそれぞれを、電極集電部の両面に積層された前記発電要素を介して挟むように配置される、
＜１＞から＜７＞のいずれか１項に記載の電池。
【0032】
これにより、発電要素が両面に形成された電極集電体を折り返して発電要素が積層されるため、個片化した電極集電体を用いて発電要素と共に積層するよりも工数を減らして、電池の生産性をさらに高めることができる。
【0033】
＜９＞複数の前記発電要素のそれぞれにおける、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向は、互いに同じ方向である、
＜８＞に記載の電池。
＜８＞に記載の電池。
【0034】
これにより、例えば連続プロセス等によって効率的に発電要素を形成して、複数の発電要素のそれぞれの厚みが小さくなる方向が同じになり、発電要素の厚みの分布が累積する場合であっても、傾斜集電体によって、電池全体としては累積した発電要素の厚みの分布の影響を緩和して、厚みの分布を小さくできる。よって、生産性および体積エネルギー密度を高めることができる。
【0035】
＜１０＞前記複数の対極集電体のそれぞれは、前記傾斜集電体である、
＜９＞に記載の電池。
＜９＞に記載の電池。
【0036】
これにより、複数の対極集電体のそれぞれによって、電池全体としては累積した発電要素の厚みの分布の影響を緩和して、厚みの分布を小さくできる。
【0037】
＜１１＞前記複数の対極集電体は、前記傾斜集電体として、前記複数の電極集電部のうち隣り合う電極集電部に積層されて対面する前記発電要素の間に位置する第１傾斜集電体と、前記電池において積層方向の端部に配置される第２傾斜集電体と、を含み、
前記第２傾斜集電体の前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差は、前記第１傾斜集電体の前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差よりも小さい、
＜１０＞に記載の電池。
前記第２傾斜集電体の前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差は、前記第１傾斜集電体の前記傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差よりも小さい、
＜１０＞に記載の電池。
【0038】
これにより、２つの発電要素に挟まれる第１傾斜集電体の傾斜構造部よりも、端部に配置されるために１つの発電要素が積層されることになる第２傾斜集電体の傾斜構造部の最大厚みと最小厚みとの差が小さくなる。そのため、積層される発電要素の数に応じて傾斜集電体の厚みの分布が調整され、電池の最上面および最下面を平行に近づけることができる。
【0039】
＜１２＞複数の前記発電要素のそれぞれの前記第１方向と交差する第２方向における端面を覆い、前記複数の対極集電体のそれぞれの一端と接続される接続部材をさらに備える、
＜８＞から＜１１＞のいずれか１つに記載の電池。
＜８＞から＜１１＞のいずれか１つに記載の電池。
【0040】
これにより、複数の対極集電体同士が接続されるため、複数の対極集電体を一括して複数の発電要素の間に差し込む等によって、複数の対極集電体が複数の発電要素のそれぞれの対極層に積層されるように配置できる。よって、電池の生産性を高めることができる。
【0041】
＜１３＞複数の前記発電要素は、前記第１主面に対して前記第２主面が傾斜することで厚みが小さくなる方向が互いに異なる第１発電要素と第２発電要素とを含む、
＜８＞に記載の電池。
＜８＞に記載の電池。
【0042】
これにより、複数の発電要素が積層されていても、発電要素の厚みの分布が累積しにくい。よって、電池全体の厚みの分布を小さくできる。
【0043】
＜１４＞複数の前記発電要素のそれぞれにおいて、前記第１主面に対する前記第２主面の傾斜によって前記発電要素の厚みが小さくなる方向は、前記第１方向と交差する、
＜８＞から＜１３＞のいずれか１つに記載の電池。
＜８＞から＜１３＞のいずれか１つに記載の電池。
【0044】
これにより、流れ方向に交差する方向で厚みが分布するダイコート法等の塗布プロセスで発電要素の形成を行う場合に、第１方向を流れ方向として、連続プロセスで電極集電体上に発電要素を形成できる。
【0045】
＜１５＞前記電極層は負極層であり
前記対極層は正極層である、
＜１＞から＜１４＞のいずれか１つに記載の電池。
前記対極層は正極層である、
＜１＞から＜１４＞のいずれか１つに記載の電池。
【0046】
例えば、発電要素の形成において、電極集電体側の電極層を対極層よりも大きく形成することで、各層の位置合わせの精度が低くても発電要素を形成でき、生産性を高めやすい。この場合に、大きく形成する電極層が負極層であり、対極層が正極層であることで、負極層が正極層からのイオンを受容しやすくなり、金属析出を抑制できる。そのため、電極層を対極層よりも大きく形成して生産性を高めた場合でも信頼性を高めることができる。
【0047】
以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0048】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【0049】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
【0050】
また、本明細書において、平行または直交などの要素間の関係性を示す用語、および、矩形または直方体などの要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【0051】
また、本明細書および図面において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。ｘ軸およびｙ軸はそれぞれ、電池の発電要素の平面視形状が矩形である場合に、当該矩形の第１辺、および、当該第１辺に直交する第２辺に平行な方向に一致する。ｚ軸は、例えば、電池に含まれる複数の発電要素の積層方向に一致する。本明細書において、ｘ軸方向は第１方向の一例であり、ｙ軸方向は第２方向の一例である。
【0052】
また、本明細書において、「積層方向」は、複数の発電要素が積層されて並ぶ方向である。また、本明細書において、「平面視」とは、単独で使用される場合など、特に断りのない限り、発電要素の主面（例えば第１主面）に対して垂直な方向から見たときのことをいう。なお、「側面の平面視」などのように、「ある面の平面視」と記載されている場合は、当該「ある面」を正面から見たときのことをいう。
【0053】
また、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）および下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」および「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。以下の説明では、ｚ軸の負側を「下方」または「下側」とし、ｚ軸の正側を「上方」または「上側」とする。
【0054】
また、本明細書において、「Ａを覆う」という表現は、「Ａ」の少なくとも一部を覆うことを意味する。すなわち、「Ａを覆う」とは、「Ａの全てを覆う」場合だけでなく、「Ａの一部のみを覆う」場合も含む表現である。「Ａ」は、例えば、層または端子などの所定の部材の端面、側面および主面などである。
【0055】
また、本明細書において、「第１」、「第２」などの序数詞は、特に断りのない限り、構成要素の数または順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、構成要素を区別する目的で用いられている。
【0056】
また、本明細書において、ある構成要素の「端面」とは、ある構成要素の互いに背向する２つの主面を繋ぐ面である。
【0057】
（実施の形態１）
［全体構成］
まず、実施の形態１に係る電池の構成について説明する。
［全体構成］
まず、実施の形態１に係る電池の構成について説明する。
【0058】
図１は、本実施の形態に係る電池１の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る電池１の断面図である。図３は、本実施の形態に係る電池１の別の断面図である。なお、図１では、実際には見えていない箇所の電極集電体５０および対極集電体１０の形状が破線で示されている。また、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線を通る積層方向に沿った断面を表している。また、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線を通る積層方向に沿った断面を表している。
【0059】
図１から図３に示されるように、電池１は、複数の発電要素７０と、電極集電体５０と、複数の対極集電体１０と、第１絶縁部材６０と、第２絶縁部材６１と、第３絶縁部材６２と、を備える。電池１は、例えば全固体電池である。
【0060】
電池１の概略形状は直方体状である。電池１の概略形状は扁平な直方体状であってもよい。ここで、扁平とは、厚み（例えば、ｚ軸方向の長さ）が主面の各辺（例えば、ｘ軸方向およびｙ軸方向の各々の長さ）または最大幅より短いことを意味する。なお、本明細書に係る図面において、電池１の層構造を分かりやすくするため、各層および集電体等の厚みを誇張して図示している。
【0061】
［発電要素］
複数の発電要素７０は、隣り合う発電要素７０の間に電極集電体５０または対極集電体１０を挟みながら、所定の方向（ｚ軸方向）に沿って積層されている。複数の発電要素７０が積層されて並ぶ方向は、実質的にｚ軸方向に沿った方向であれば、わずかに湾曲または傾斜していてもよい。発電要素７０は、電池の発電部の最小構成であり、単位セルとも称される。複数の発電要素７０は、電気的に並列接続されるように積層されている。図示される例では、電池１が備える発電要素７０の個数が８個であるが、これに限らない。後述するように、発電要素７０は、複数の電極集電部５１の両面に積層されるため、発電要素７０の数は、例えば、４個以上の偶数である。
複数の発電要素７０は、隣り合う発電要素７０の間に電極集電体５０または対極集電体１０を挟みながら、所定の方向（ｚ軸方向）に沿って積層されている。複数の発電要素７０が積層されて並ぶ方向は、実質的にｚ軸方向に沿った方向であれば、わずかに湾曲または傾斜していてもよい。発電要素７０は、電池の発電部の最小構成であり、単位セルとも称される。複数の発電要素７０は、電気的に並列接続されるように積層されている。図示される例では、電池１が備える発電要素７０の個数が８個であるが、これに限らない。後述するように、発電要素７０は、複数の電極集電部５１の両面に積層されるため、発電要素７０の数は、例えば、４個以上の偶数である。
【0062】
発電要素７０の平面視形状は、例えば、矩形状である。本実施の形態においては、平面視において、発電要素７０の形状は、ｘ軸方向に平行な互いに対向する２辺と、ｙ軸方向に平行な互いに対向する２辺とを含む矩形である。
【0063】
複数の発電要素７０の各々は、電極層４０と、対極層２０と、固体電解質層３０と、を含む。電極層４０および対極層２０はそれぞれ、活物質を含み、電極活物質層および対極活物質層とも称される。複数の発電要素の各々では、電極層４０、固体電解質層３０、および対極層２０がこの順で、実質的にｚ軸方向に沿って積層されている。
【0064】
なお、電極層４０は、発電要素７０の正極層および負極層の一方である。対極層２０は、発電要素７０の正極層および負極層の他方である。以下では、電極層４０が負極層であり、対極層２０が正極層である場合を一例として説明する。この場合には、後述するように、電極集電体５０上に発電要素７０を形成する場合において、発電要素７０における電極集電体５０側に負極層である電極層４０を配置することになる。電極層４０を大きく形成することでその後に形成する固体電解質層３０および対極層２０を形成しやすくなり、生産性を高めることができる。また、大きく形成する電極層４０が負極層であることで、正極層からのイオンを受容しやすくなり、金属析出を抑制でき、生産性を高めた場合でも信頼性を高めることができる。
【0065】
複数の発電要素７０の構成および形状は、互いに実質的に同一である。隣り合う２つの発電要素７０では、発電要素７０を構成する各層の並び順が逆になっている。つまり、発電要素７０を構成する各層の並び順が交互に入れ替わりながら、複数の発電要素７０は、ｚ軸方向に沿って並んで積層されている。これにより、複数の発電要素７０は、電気的に並列接続されるように積層される。また、例えば、ｚ軸方向に沿って見た場合に、複数の発電要素７０の外縁の位置は揃っている。
【0066】
複数の発電要素７０のうちの互いに隣り合う２つの発電要素７０は、電極集電体５０または対極集電体１０を介して積層されている。また、隣り合う発電要素７０では、電極層４０同士または対極層２０同士が対面するように積層される。そのため、対面する電極層４０の間には電極集電体５０が配置され、対面する対極層２０の間には対極集電体１０が配置される。また、複数の発電要素７０の各々は、他の発電要素７０を介さずに、電極集電体５０と対極集電体１０とに挟まれている。各発電要素７０において、電極層４０は電極集電体５０に接し、対極層２０は対極集電体１０に接する。
【0067】
ｘ軸方向と交差する方向、具体的にはｘ軸方向と直交するｙ軸方向における発電要素７０の端面７０ａにおいて対極層２０、固体電解質層３０および電極層４０それぞれの端面は面一である。また、ｙ軸方向における、電極集電体５０の電極集電部５１の端面５０ａと当該電極集電部５１の両面に積層された２つの発電要素７０の端面７０ａとは面一である。上記の電極集電部５１の端面５０ａと２つの発電要素７０の端面７０ａとが面一でつながった面は、例えば、一括切断により形成された切断面である。複数の発電要素７０のそれぞれの端面７０ａは、例えば、ｚ軸方向に平行であり、ｚ軸方向に沿って見た場合に同じ位置である。
【0068】
複数の発電要素７０はそれぞれ、電極集電体５０側（具体的には電極集電部５１側）に位置する第１主面７０ｂと、第１主面７０ｂに背向し、第１主面７０ｂに対して傾斜している第２主面７０ｃと、を有する。第１主面７０ｂは、第２主面７０ｃよりも電極集電体５０に近く、発電要素７０の電極層４０が電極集電体５０に電気的に接続される面である。第２主面７０ｃは、第１主面７０ｂよりも対極集電体１０に近く、発電要素７０の対極層２０が対極集電体１０に電気的に接続される面である。第２主面７０ｃは、発電要素７０が厚みの分布を有するために、第１主面７０ｂに対して傾斜している。発電要素７０の厚みは、例えば、所定の方向に進むに従って、線形状に変化する。具体的には、発電要素７０の各層が厚みの分布を有する。また、発電要素７０のうち少なくとも電極層４０と対極層２０とは、厚みが小さくなる方向が同じである。これにより、発電要素７０の各層の厚みに分布がある場合でも、電池１が機能する際のイオン授受のバランスが保たれ、電池１の信頼性を高めることができる。
【0069】
第１主面７０ｂに対する第２主面７０ｃの傾斜によって発電要素７０の厚みが小さくなる方向は、電極集電体５０が折り返されている方向であるｘ軸方向と交差する。具体的には、第１主面７０ｂに対する第２主面７０ｃの傾斜によって発電要素７０の厚みが小さくなる方向は、ｘ軸方向と直交するｙ軸方向に沿っている。
【0070】
本実施の形態においては、複数の発電要素７０のそれぞれにおける、第１主面７０ｂに対する第２主面７０ｃの傾斜によって発電要素７０の厚みが小さくなる方向は、互いに同じである。図示される例では、複数の発電要素７０のそれぞれの厚みは、ｙ軸方向の負側に進むに従って小さくなっている。また、複数の発電要素７０のそれぞれの厚みは、例えば、ｘ軸方向においては分布しておらず、均一である。
【0071】
発電要素７０の平均厚みは、例えば、１５μｍ以上７５０μｍ以下であり、３０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。発電要素７０の平均厚みに対する発電要素７０における最大厚みと最小厚みとの差の割合、つまり発電要素７０の厚みのばらつきは、例えば、１％以上１０％以下であり、１％以上５％以下であってもよい。発電要素７０内での電池反応の均一性を高める観点からは、発電要素７０における最大厚みと最小厚みとの差を小さくするように発電要素７０は形成されるが、発電要素７０における最大厚みと最小厚みとの差を無くすためには非常に精密な塗工等が必要になり、生産性が低下する。発電要素７０における厚みのばらつきが当該範囲にあることで、生産性を低下させることを抑制しつつ、発電要素７０内での電池反応の均一性を高めることができる。
【0072】
次に、発電要素７０の各層について説明する。
【0073】
固体電解質層３０は、電極層４０と対極層２０との間に配置される。固体電解質層３０は、電極層４０と対極層２０との各々に接する。固体電解質層３０の平均厚みは、例えば、５μｍ以上１５０μｍ以下である。
【0074】
固体電解質層３０は、少なくとも固体電解質を含み、必要に応じて、バインダー材料を含んでいてもよい。固体電解質層３０は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質を含んでいてもよい。
【0075】
固体電解質としては、リチウムイオン伝導体、ナトリウムイオン伝導体またはマグネシウムイオン伝導体など公知の材料が用いられうる。固体電解質には、例えば、硫化物固体電解質、ハロゲン系固体電解質または酸化物固体電解質等の固体電解質材料が用いられる。硫化物固体電解質としては、リチウムイオンを伝導できる材料の場合、例えば、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）および五硫化二リン（Ｐ２Ｓ５）からなる合成物が用いられる。また、硫化物固体電解質としては、Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ－Ｂ２Ｓ３またはＬｉ２Ｓ－ＧｅＳ２などの硫化物が用いられてもよく、上記硫化物に添加剤としてＬｉ３Ｎ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、Ｌｉ３ＰＯ４およびＬｉ４ＳｉＯ４のうち少なくとも１種が添加された硫化物が用いられてもよい。
【0076】
酸化物固体電解質としては、リチウムイオンを伝導できる材料の場合、例えば、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２（ＬＬＺ）、Ｌｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ１．７（ＰＯ４）３（ＬＡＴＰ）または（Ｌａ，Ｌｉ）ＴｉＯ３（ＬＬＴＯ）などが用いられる。
【0077】
バインダー材料としては、例えば、エラストマー類が用いられ、ポリフッ化ビニリデン、アクリル樹脂またはセルロース樹脂などの有機化合物が用いられてもよい。
【0078】
電極層４０は、電極集電体５０の主面に接している。電極層４０と電極集電体５０との間には導電材料を含む層である集電体層が設けられていてもよい。電極層４０は、固体電解質層３０を介して対極層２０に対向して配置されている。電極層４０の平均厚みは、例えば５μｍ以上３００μｍ以下であるが、これに限らない。
【0079】
電極層４０は、少なくとも負極活物質を含み、必要に応じて、固体電解質、導電助剤およびバインダー材料のうち少なくとも１つを含んでもよい。負極活物質としては、リチウムイオン、ナトリウムイオンまたはマグネシウムイオンを吸蔵および放出（挿入および脱離、または、溶解および析出）できる公知の材料が用いられうる。負極活物質としては、リチウムイオンを離脱および挿入することができる材料の場合、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維もしくは樹脂焼成炭素などの炭素材料、金属リチウム、リチウム合金またはリチウムと遷移金属元素との酸化物などが用いられる。
【0080】
固体電解質としては、上述の固体電解質材料が用いられうる。また、導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイトまたはカーボンファイバーなどの導電材料が用いられる。また、バインダー材料としては、上述のバインダー材料が用いられうる。
【0081】
例えば、電極層４０の含有材料を溶媒と共に練り込んだペースト状の塗料を、電極集電体５０の主面上に塗工し乾燥させることにより、電極層４０が作製される。電極層４０の密度を高めるために、乾燥後に、電極層４０をプレスしてもよい。
【0082】
対極層２０は、対極集電体１０の主面に接している。対極層２０と対極集電体１０との間には導電材料を含む層である集電体層が設けられていてもよい。対極層２０の平均厚みは、例えば５μｍ以上３００μｍ以下であるが、これに限らない。
【0083】
対極層２０は、少なくとも正極活物質を含み、必要に応じて、固体電解質、導電助剤およびバインダー材料のうち少なくとも１つを含んでもよい。
【0084】
正極活物質としては、リチウムイオン、ナトリウムイオンまたはマグネシウムイオンを吸蔵および放出（挿入および脱離、または、溶解および析出）できる公知の材料が用いられうる。正極活物質としては、リチウムイオンを離脱および挿入することができる材料の場合、例えば、コバルト酸リチウム複合酸化物（ＬＣＯ）、ニッケル酸リチウム複合酸化物（ＬＮＯ）、マンガン酸リチウム複合酸化物（ＬＭＯ）、リチウム‐マンガン‐ニッケル複合酸化物（ＬＭＮＯ）、リチウム‐マンガン‐コバルト複合酸化物（ＬＭＣＯ）、リチウム‐ニッケル‐コバルト複合酸化物（ＬＮＣＯ）またはリチウム‐ニッケル‐マンガン‐コバルト複合酸化物（ＬＮＭＣＯ）などが用いられる。
【0085】
固体電解質としては、上述の固体電解質材料が用いられうる。また、導電助剤としては、上述の導電材料が用いられうる。また、バインダー材料としては、上述のバインダー材料が用いられうる。
【0086】
例えば、対極層２０の含有材料を溶媒と共に練り込んだペースト状の塗料を、固体電解質層３０の主面上に塗工し乾燥させることにより、対極層２０が作製される。対極層２０の密度を高めるために、乾燥後に、対極層２０をプレスしてもよい。
【0087】
［集電体］
次に、電池１が備える集電体について説明する。
次に、電池１が備える集電体について説明する。
【0088】
電極集電体５０は、複数の発電要素７０のそれぞれの電極層４０と電気的に接続される。電極集電体５０は、各発電要素７０を電気的に並列接続する機能を担っている。なお、本明細書において、電気的に接続されるとは、特に断りの無い限り、実質的に同電位になるように電気的に接続されることを意味する。電極集電体５０は、複数の発電要素７０のそれぞれの電極層４０と接している。電極集電体５０は、例えば、つづら折り状にｘ軸方向において折り曲げられた１枚の集電体である。
【0089】
電極集電体５０は、積層方向（ｚ軸方向）に沿って並ぶ複数の電極集電部５１と、複数の電極集電部５１のうち隣り合う電極集電部５１同士を接続し、ｘ軸方向において折り返されている電極折り返し部５２と、電極集電部５１から電池１の外側に向かって延びる電極引出部５３と、を有する。電極集電部５１と電極折り返し部５２と電極引出部５３とは、例えば、同じ材料からなる１つの部材を加工して形成された、各々の部位に対して付された呼称である。
【0090】
複数の電極集電部５１はそれぞれ、発電要素７０が積層される層状の部分である。電極集電部５１は、平面視において、発電要素７０と重なる。複数の電極集電部５１は、所定の間隔を空けてｚ軸方向に沿って並んでいる。ｚ軸方向において隣り合う電極集電部５１同士は、電極折り返し部５２によって接続されている。複数の電極集電部５１のそれぞれの両面には、発電要素７０が、電極層４０が電極集電体５０に電気的に接続されるように積層されている。つまり、発電要素７０における電極集電部５１側には、電極層４０が配置され、電極集電部５１の両面は電極層４０に接している。例えば、複数の電極集電部５１はそれぞれ、互いに平行である。
【0091】
電極折り返し部５２は、隣り合う電極集電部５１の間で電極集電体５０が折り返されることで形成された折り返し部分である。電極集電体５０は、つづら折り状に折り返されているため、ｘ軸方向の正側から負側に向かって折り返される電極折り返し部５２と、ｘ軸方向の負側から正側に向かって折り返される電極折り返し部５２とを有する。電極集電体５０は、例えば、複数の電極折り返し部５２を有し、図示される例では、電極集電体５０は、３回折り返されているため、３つの電極折り返し部５２を有する。電極折り返し部５２は、電極集電体５０が折り返されることで対面する２つの発電要素７０を、ｘ軸方向の正側または負側から覆っている。電極折り返し部５２と発電要素７０の端面との間には、第１絶縁部材６０が配置されている。
【0092】
電極折り返し部５２の発電要素７０側は、第１絶縁部材６０に接している。これにより、電池１を小型化できるため、体積エネルギー密度を向上できる。なお、電極折り返し部５２と第１絶縁部材６０との間に隙間が設けられていてもよい。
【0093】
電極引出部５３は、電極集電体５０が折り返されずに電池１の外側に引き出された電極集電体５０の端部である。電極引出部５３は、平面視において、電池１の電極引出部５３以外の部分よりもｘ軸方向に突出している。電極引出部５３は、露出しており、電池１の電極端子として利用される。本実施の形態では、電極集電体５０は、２つの電極引出部５３を有し、２つの電極引出部５３はどちらもｘ軸方向の負側に引き出されている。２つの電極引出部５３が引き出される方向は、電極集電体５０が折り返される回数によって決まるため、電極集電体５０が折り返される回数によっては、２つの電極引出部５３の一方がｘ軸方向の負側に引き出され、他方がｘ軸方向の正側に引き出される。なお、電池１は、電極引出部５３に代えて別の端子構造が設けられていてもよい。
【0094】
電極集電体５０の材料としては、公知の材料が用いられうる。例えば、電極集電体５０の材料としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、白金もしくは金、または、これらの２種以上の合金などからなる箔状体、板状体または網目状体などが用いられる。電極集電体５０の厚みは、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下であるが、これに限らない。
【0095】
複数の対極集電体１０は、発電要素７０の対極層２０と電気的に接続される。つまり、複数の発電要素７０のそれぞれの対極層２０は、複数の対極集電体１０のいずれかに電気的に接続される。複数の対極集電体１０は、積層方向（ｚ軸方向）に沿って並んでいる。
【0096】
対極集電体１０は、平面視において、発電要素７０と重なる。複数の対極集電体１０は、所定の間隔を空けてｚ軸方向に沿って並んでいる。複数の対極集電体１０のそれぞれは、発電要素７０を挟んで複数の電極集電部５１のいずれかに対向して配置される。発電要素７０における対極集電体１０側には、対極層２０が配置され、対極集電体１０の少なくとも一方の面は対極層２０に接している。複数の対極集電体１０は、両面に発電要素７０が積層された複数の電極集電部５１のそれぞれを、電極集電部５１の両面に積層された発電要素７０を介して挟むように配置される。つまり、複数の対極集電体１０のうちのｚ軸方向に沿って隣り合う２つの対極集電体１０の間には、複数の電極集電部５１のいずれかの両面に積層された２つの発電要素７０が配置される。電池１では、対極集電体１０と、電極集電部５１の両面に積層された２つの発電要素７０と当該電極集電部５１とで構成される積層構造とが、交互にｚ軸方向に沿って並んで積層されている。そのため、電池１において、最上部および最下部の集電体は対極集電体１０になる。また、複数の対極集電体１０のうち最上部および最下部以外の対極集電体１０は、電極集電体５０が折り返されることにより対面する２つの発電要素７０の間に位置する。
【0097】
複数の対極集電体１０はそれぞれ、厚みの分布を有する傾斜構造部１０ａを有する傾斜集電体である。傾斜構造部１０ａは、発電要素７０の対極層２０に積層される。傾斜構造部１０ａは、対極集電体１０において、所定の方向に進むに従って厚みが連続的に変化する部分である。傾斜構造部１０ａの厚みは、例えば、所定の方向に進むに従って線形状に変化する。対極集電体１０において傾斜構造部１０ａは、発電要素７０を挟んで電極集電部５１に対向して配置され、当該発電要素７０の対極層２０に電気的に接続される。本実施の形態においては、複数の対極集電体１０はそれぞれ、全体が傾斜構造部１０ａで構成されている。なお、対極集電体１０は、対極層２０に積層される領域が傾斜構造部１０ａで構成されていればよく、厚みの分布を有さない平板状の部分を含んでいてもよい。
【0098】
傾斜構造部１０ａの厚みは、第１主面７０ｂに対する第２主面７０ｃの傾斜によって発電要素７０の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる。つまり、傾斜構造部１０ａは、傾斜構造部１０ａが発電要素７０に積層されることで、電池１全体としては発電要素７０の厚みの分布の影響が緩和されるように傾斜した構造である。そのため、対極集電体１０が傾斜構造部１０ａを有することにより、電池１全体の厚みの分布を小さくできる。また、傾斜構造部１０ａの厚みは、例えば、ｘ軸方向においては分布しておらず、均一である。傾斜構造部１０ａは、例えば、ｙ軸方向およびｚ軸方向に平行な断面（ｘ軸方向に垂直な断面）において、台形状またはくさび状の断面形状を有する。
【0099】
傾斜構造部１０ａの平均厚みは、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下である。
【0100】
また、傾斜構造部１０ａの最大厚みと最小厚みとの差は、例えば１５μｍ以下である。これにより、傾斜構造部１０ａを容易に形成できる。また、この場合には、一例として、発電要素７０の平均厚みが１５０μｍで、発電要素７０の厚みのばらつきが最大で５％である場合でも、２つ分の発電要素７０の厚みばらつきによる電池１全体の厚みの分布への影響を完全に緩和することができる。また、傾斜構造部１０ａの最大厚みと最小厚みとの差は、例えば３μｍ以上である。なお、本明細書において、傾斜構造部１０ａの最大厚みおよび最小厚みは、対極層２０が積層される領域における傾斜構造部１０ａの最大厚みおよび最小厚みである。
【0101】
また、傾斜構造部１０ａの最小厚みに対する最大厚みの比は、例えば、３．５以下である。これにより、傾斜構造部１０ａを容易に形成できる。傾斜構造部１０ａにおいて、例えば、最小厚みが６μｍであり、最大厚みが２１μｍである場合には、最小厚みに対する最大厚みの比は、３．５であり、最小厚みが２０μｍであり、最大厚みが３５μｍである場合には、１．７５である。また、傾斜構造部１０ａの最小厚みに対する最大厚みの比は、例えば、１．１５以上である。
【0102】
また、図３に示されるように、電池１における積層方向の端部（つまり最下部および最上部）に位置する対極集電体１０の傾斜構造部１０ａの最大厚みと最小厚みとの差は、隣り合う電極集電部５１に積層されて対面する発電要素７０の間に位置する対極集電体１０の傾斜構造部１０ａの最大厚みと最小厚みとの差よりも小さい。２つの発電要素７０に挟まれて積層される対極集電体１０の傾斜構造部１０ａよりも、端部に位置して１つの発電要素７０に積層される対極集電体１０の傾斜構造部１０ａは、積層される発電要素７０の数が少ない。そのため、積層される発電要素７０の数に応じて傾斜構造部１０ａの最大厚みと最小厚みとの差を調整することで、電池１の最上面および最下面を平行に近づけることができる。最上部の対極集電体１０の上面および最下部の対極集電体１０の下面、つまり、電池１の最上面および最下面は、例えば互いに平行である。
【0103】
本実施の形態において、隣り合う電極集電部５１に積層されて対面する発電要素７０の間に位置する対極集電体１０は、第１傾斜集電体の一例である。また、電池１における積層方向の端部に位置する対極集電体１０は、第２傾斜集電体の一例である。
【0104】
隣り合う電極集電部５１に積層されて対面する発電要素７０の間に位置する対極集電体１０の傾斜構造部１０ａの最大厚みと最小厚みとの差は、例えば、発電要素７０の最大厚みと最小厚みとの差の２倍である。また、電池１における積層方向の端部に位置する対極集電体１０の傾斜構造部１０ａの最大厚みと最小厚みとの差は、例えば、発電要素７０の最大厚みと最小厚みとの差と同じである。これにより、電池１の全体の厚みを均一にできる。
【0105】
対極集電体１０の材料としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、白金もしくは金、または、これらの２種以上の合金などからなる箔状体、板状体または網目状体などが用いられる。また、下記で説明するように、対極集電体１０の材料には、金属箔と、導電性樹脂層および支持部材の少なくとも一方とを組み合わせて用いてもよい。
【0106】
［対極集電体の構成］
ここで、対極集電体１０の詳細構成について説明する。
ここで、対極集電体１０の詳細構成について説明する。
【0107】
図４Ａは、本実施の形態に係る対極集電体１０の断面図である。
【0108】
図４Ａに示されるように、対極集電体１０は、厚みの分布を有する金属箔１１からなる。金属箔１１は、主面１１ａと、主面１１ａに背向し、主面１１ａに対して傾斜している主面１１ｂとを有する。主面１１ｂは、ｙ軸方向の負側に進むに従って金属箔１１の厚みが大きくなるように、主面１１ａに対して傾斜している。
【0109】
対極集電体１０は、例えば、金属箔１１の製造時に、圧延工法によって厚みに分布を持たせるように加工されることで形成される。また、対極集電体１０は、厚みが均一な金属箔に電界めっき法などを用いて、厚みに分布を持たせるように金属を析出させることで形成されてもよい。
【0110】
金属箔１１は、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、白金もしくは金、または、これらの２種以上の合金などで構成される。
【0111】
このように、対極集電体１０は金属箔１１からなるため、構成を簡素化できる。
【0112】
【0113】
【0114】
まず、本実施の形態に係る対極集電体の他の例として、対極集電体１０Ａについて説明する。図４Ｂに示されるように、対極集電体１０Ａは、金属箔１１と、厚みの分布を有し、金属箔１１に積層された導電性樹脂層１２とからなる。また、対極集電体１０Ａは、対極集電体１０と同様に、全体が傾斜構造部１０Ａａで構成されている。
【0115】
導電性樹脂層１２は、金属箔１１の主面１１ａおよび主面１１ｂに積層され、主面１１ａおよび主面１１ｂと接している。導電性樹脂層１２は、主面１１ａおよび主面１１ｂの全面を覆っている。なお、導電性樹脂層１２は、対極集電体１０Ａにおいて、対極層２０が積層される領域に形成されていれば、主面１１ａおよび主面１１ｂの全面を覆っていなくてもよい。
【0116】
導電性樹脂層１２は、金属箔１１側に位置する主面１２ａと、主面１２ａに背向し、主面１２ａに対して傾斜している主面１２ｂとを有する。主面１２ｂは、ｙ軸方向の負側に進むに従って導電性樹脂層１２の厚みが大きくなるように、主面１２ａに対して傾斜している。そのため、金属箔１１と導電性樹脂層１２とは、厚みが大きくなる方向が同じである。これにより、金属箔１１単独で対極集電体を構成する場合よりも対極集電体１０Ａの厚みの分布がさらに大きくなる。
【0117】
導電性樹脂層１２は、例えば、金属、炭素またはこれらを主成分とする材料の微粒子と、樹脂とを含む。微粒子形状は、球状、繊維状または鱗片状等であり、特に制限されない。導電性樹脂層１２は、カーボンコートであってもよい。これにより、対極集電体１０Ａと対極層２０とを低抵抗に接続できる。
【0118】
導電性樹脂層１２は、例えば、上記の微粒子と樹脂とを溶媒に分散させたスラリーを作製し、ダイコート等の塗布プロセスを用いてスラリーを塗布し、乾燥することで形成される。このように、導電性樹脂層１２は、塗布等によって作製可能であるため、厚みの分布の調整が容易であり、傾斜構造部１０Ａａを有する対極集電体１０Ａを形成しやすい。
【0119】
次に、本実施の形態に係る対極集電体の他の例として、対極集電体１０Ｂについて説明する。図４Ｃに示されるように、対極集電体１０Ｂは、厚みが均一な金属箔１３と、金属箔１３に積層された導電性樹脂層１４とからなる。
【0120】
金属箔１３は、厚みが均一な平板状である。金属箔１３は、主面１３ａと、主面１３ａに背向し、主面１３ａに平行な主面１３ｂとを有する。また、対極集電体１０Ｂは、対極集電体１０と同様に、全体が傾斜構造部１０Ｂａで構成されている。
【0121】
導電性樹脂層１４は、金属箔１３の主面１３ａおよび主面１３ｂに積層され、主面１３ａおよび主面１３ｂと接している。導電性樹脂層１４は、主面１３ａおよび主面１３ｂの全面を覆っている。なお、導電性樹脂層１４は、対極集電体１０Ｂにおいて、対極層２０が積層される領域に形成されていれば、主面１３ａおよび主面１３ｂの全面を覆っていなくてもよい。
【0122】
導電性樹脂層１４は、金属箔１３側に位置する主面１４ａと、主面１４ａに背向し、主面１４ａに対して傾斜している主面１４ｂとを有する。主面１４ｂは、ｙ軸方向の負側に進むに従って導電性樹脂層１４の厚みが大きくなるように、主面１４ａに対して傾斜している。
【0123】
このように、導電性樹脂層１４は、導電性樹脂層１２と同様に、塗布等によって形成可能であるため、厚みの分布の調整が容易である。よって、対極集電体１０Ｂでは、容易に準備可能な厚みが均一な金属箔１３に導電性樹脂層１４を積層するだけで傾斜構造部１０Ｂａを形成できる。
【0124】
次に、本実施の形態に係る対極集電体の他の例として、対極集電体１０Ｃについて説明する。図４Ｄに示されるように、対極集電体１０Ｃは、厚みの分布を有する支持部材１５と、支持部材１５を覆う金属箔１６とからなる。また、対極集電体１０Ｃは、対極集電体１０と同様に、全体が傾斜構造部１０Ｃａで構成されている。
【0125】
支持部材１５は、全体が厚みの分布を有する傾斜構造部１５ｃで構成される板状の部材である。支持部材１５は、主面１５ａと、主面１５ａに背向し、主面１５ａに対して傾斜している主面１５ｂとを有する。主面１５ｂは、ｙ軸方向の負側に進むに従って傾斜構造部１５ｃの厚みが大きくなるように、主面１５ａに対して傾斜している。
【0126】
図示されている例では、傾斜構造部１５ｃの断面形状はくさび状であるが、台形状であってもよい。
【0127】
支持部材１５の材料としては、傾斜形状を付与するための成形性および重量の観点から、例えば、樹脂が用いられる。支持部材１５の材料としては、金属またはセラミックが用いられてもよい。また、支持部材１５は、導電性であってもよく、絶縁性であってもよい。
【0128】
金属箔１６は、主面１５ａおよび主面１５ｂを覆っている。金属箔１６は、例えば、傾斜構造部１５ｃのｙ軸方向の正側の端部で折れ曲がって、主面１５ａおよび主面１５ｂの全体を一体で覆っている。金属箔１６は、傾斜構造部１５ｃに直接接合されていてもよく、接着剤等によって傾斜構造部１５ｃに接合されていてもよい。金属箔１６の厚みは、例えば、均一である。対極集電体１０Ｃにおいては、金属箔１６上に対極層２０が積層される。
【0129】
このように、対極集電体１０Ｃでは、金属箔１６に覆われ、厚みの分布を有する支持部材１５を用いて傾斜構造部１０Ｃａを形成できる。支持部材１５は、発電要素７０の対極層２０との電気的な接続とは関係なく材料を選択できるため、容易に所望の形状に加工できる。例えば、傾斜構造部１０Ｃａの最大厚みと最小厚みとの差を１５μｍ以上にすることも可能である。そのため、発電要素７０の平均厚みが大きくなり、それに伴って発電要素７０の厚みの分布量も大きくなる場合でも、電池１の厚みの分布量を小さくできる。傾斜構造部１０Ｃａの最大厚みと最小厚みとの差は、３０μｍ以上であってもよく、５０μｍ以上であってもよい。
【0130】
次に、本実施の形態に係る対極集電体の他の例として、対極集電体１０Ｄについて説明する。図４Ｅに示されるように、対極集電体１０Ｄは、厚みの分布を有する支持部材１７と、支持部材１７を覆う金属箔１６とからなる。また、対極集電体１０Ｄは、一部が傾斜構造部１０Ｄａで構成されている。
【0131】
支持部材１７は、厚みの分布を有する傾斜構造部１７ｃと、厚みが均一な平板部１７ｄで構成される板状の部材である。傾斜構造部１７ｃは、対極集電体１０Ｃにおける傾斜構造部１５ｃに対応する部分である。平板部１７ｄは、ｙ軸方向の負側における傾斜構造部１７ｃの端部から、ｙ軸方向の負側に向かって延在している。支持部材１７は、主面１７ａと、主面１７ａに背向する主面１７ｂとを有する。
【0132】
傾斜構造部１７ｃにおいて、主面１７ｂは、ｙ軸方向の負側に進むに従って傾斜構造部１７ｃの厚みが大きくなるように、主面１７ａに対して傾斜している。また、平板部１７ｄにおいては、主面１７ａと主面１７ｂとは平行である。
【0133】
図示されている例では、傾斜構造部１７ｃの断面形状はくさび状であるが、台形状であってもよい。
【0134】
金属箔１６は、傾斜構造部１７ｃにおいて主面１７ａおよび主面１７ｂを覆っている。金属箔１６は、例えば、傾斜構造部１７ｃのｙ軸方向の正側の端部で折れ曲がって、傾斜構造部１７ｃにおける主面１７ａおよび主面１７ｂの全体を一体で覆っている。図示される例では、金属箔１６は、平板部１７ｄにおいては主面１７ａおよび主面１７ｂを覆っていない。金属箔１６は、平板部１７ｄにおいては主面１７ａおよび主面１７ｂを覆っていてもよい。つまり、金属箔１６は、主面１７ａおよび主面１７ｂの全体を覆っていてもよい。対極集電体１０Ｄにおいては、傾斜構造部１０Ｄａは、支持部材１７の傾斜構造部１７ｃと金属箔１６とで構成される。対極集電体１０Ｄにおいては、金属箔１６上に対極層２０が積層される。
【0135】
このように、対極集電体１０Ｄでは、端部に厚みが均一な平板部１７ｄが形成されているため、支持部材１７が導電性を有する場合には、平板部１７ｄを外部との接続が容易な引出端子として利用できる。また、平板部１７ｄが金属箔１６で覆われることで、平板部１７ｄと金属箔１６とで構成される部分が引出端子として利用されてもよい。
【0136】
次に、本実施の形態に係る対極集電体の他の例として、対極集電体１０Ｅについて説明する。図４Ｆに示されるように、対極集電体１０Ｅは、厚みの分布を有する支持部材１７と、支持部材１７を覆う金属箔１６と、金属箔１６を覆う導電性樹脂層１８とからなる。つまり、対極集電体１０Ｅは、対極集電体１０Ｄに導電性樹脂層１８が追加された構成である。また、対極集電体１０Ｅは、一部が傾斜構造部１０Ｅａで構成されている。
【0137】
導電性樹脂層１８は、例えば、金属箔１６の支持部材１７側とは反対側の全面を覆う。導電性樹脂層１８は、厚みが均一であってもよく、厚みに分布を有していてもよい。対極集電体１０Ｅにおいては、傾斜構造部１０Ｅａは、支持部材１７の傾斜構造部１７ｃと、金属箔１６と、導電性樹脂層１８とで構成される。対極集電体１０Ｅにおいては、導電性樹脂層１８上に対極層２０が積層される。
【0138】
このように、対極集電体１０Ｅでは、金属箔１６がさらに導電性樹脂層１８で覆われている。そのため、導電性樹脂層１８の厚みおよび厚みの分布を調整することで、傾斜構造部１０Ｅａの厚みおよび厚みの分布を容易に調整できる。
【0139】
なお、本実施の形態に係る対極集電体は、上記した例に限らず、例えば、さらに別の層等を含んでいてもよい。
【0140】
【0141】
第１絶縁部材６０は、ｘ軸方向における発電要素７０の端面を覆い、当該端面に接している。これにより、発電要素７０と電極折り返し部５２との接触による短絡を抑制できる。電池１では、各発電要素７０に対して、ｘ軸方向における正側および負側の発電要素７０の端面を覆うように複数の第１絶縁部材６０が設けられている。
【0142】
第１絶縁部材６０は、例えば、ｘ軸方向における発電要素７０の端面において、電極層４０の端面および固体電解質層３０の端面を完全に覆い、対極層２０の端面の一部を覆う。第１絶縁部材６０は、電極集電体５０の主面にも接している。そのため、第１絶縁部材６０は、電極集電体５０の発電要素７０が積層された面から、当該発電要素７０の対極層２０の端面の一部までを連続的に覆っている。また、第１絶縁部材６０は、対極層２０の主面を覆っていない。なお、第１絶縁部材６０は、固体電解質層３０および対極層２０の端面を覆っていなくてもよい。また、第１絶縁部材６０は、対極層２０の主面を覆っていてもよい。
【0143】
第２絶縁部材６１は、電極集電部５１の端面５０ａと当該電極集電部５１の両面に積層された２つの発電要素７０の端面７０ａとを覆う。また、第２絶縁部材６１は、端面５０ａおよび端面７０ａに接している。これにより、発電要素７０が保護され、短絡を抑制できる。電池１では、各電極集電部５１の両面に積層された２つの発電要素７０に対して、ｙ軸方向における正側および負側のそれぞれで当該電極集電部５１および当該２つの発電要素７０の端面７０ａを覆うように複数の第２絶縁部材６１が設けられている。第２絶縁部材６１は、例えば、ｙ軸方向における発電要素７０の端面７０ａを完全に覆っている。
【0144】
第３絶縁部材６２は、ｘ軸方向における発電要素７０の端面および対極集電体１０の端面を覆う。これにより、ｘ軸方向における発電要素７０の端面および対極集電体１０の端面が保護される。第３絶縁部材６２は、発電要素７０における電極集電体５０の電極折り返し部５２が配置される側とは反対側の端面を覆う。電池１では、ｘ軸方向における正側および負側の複数の発電要素７０のそれぞれの端面のうち、電極折り返し部５２に覆われていない発電要素７０の端面の全面を覆うように複数の第３絶縁部材６２が設けられている。
【0145】
また、第３絶縁部材６２は、ｘ軸方向における発電要素７０の端面のうち第１絶縁部材６０に覆われていない部分に接している。また、第３絶縁部材６２は、ｘ軸方向における発電要素７０の端面のうち第１絶縁部材６０に覆われている部分を、第１絶縁部材６０の外側から覆っている。
【0146】
第１絶縁部材６０、第２絶縁部材６１および第３絶縁部材６２はそれぞれ、例えば、樹脂および金属酸化物の少なくとも一方を含む。樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびポリイミド樹脂等が挙げられる。樹脂は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂であってもよい。金属酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化チタンおよび酸化アルミ等が挙げられる。
【0147】
なお、電池１は、第１絶縁部材６０、第２絶縁部材６１および第３絶縁部材６２のうち少なくとも１つを備えていなくてもよい。
【0148】
【0149】
図５は、本実施の形態に係る電池１の製造方法の一例を示すフローチャートである。図６は、本実施の形態に係るセル積層集電体２の斜視図である。図７は、本実施の形態に係るセル積層集電体２の断面図である。図８は、本実施の形態に係るセル積層集電体２の別の断面図である。図９は、厚みが均一な発電要素７１を説明するための断面図である。図１０は、本実施の形態に係る発電要素７０を説明するための断面図である。図１１は、本実施の形態に係るセル積層集電体２がつづら折り状に折り返された状態を示す断面図である。なお、図６においては、発電要素７０の層構造等の詳細構成の図示は省略されている。また、図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線を通る積層方向に沿った断面を表している。また、図８は、図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線を通る積層方向に沿った断面を表している。また、図９および図１０では、図８に対応する位置での断面が示されている。
【0150】
図５に示されるように、電池１の製造方法では、まず、電極集電体５０の両面に発電要素７０を形成する（ステップＳ１１）。具体的には、図６および図７に示されるように、ｘ軸方向に延在する長尺状の電極集電体５０を準備する。電極集電体５０は、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の部位である複数の電極集電部５１を有する。複数の電極集電部５１は、後の工程において複数の電極集電部５１の間で折り返すことができるように、互いに離間している。そして、複数の電極集電部５１それぞれの両面に、電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０を電極集電体５０側からこの順で順次積層することで発電要素７０を形成する。１つの電極集電部５１に対して、２つの発電要素７０が形成される。これにより、電極集電体５０の両面に、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の発電要素７０が形成される。また、１つの電極集電部５１の両面に形成された発電要素７０同士は、平面視において同じ位置である。
【0151】
電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０は、それぞれ、例えば、塗布法を用いて順に積層される。塗布法を用いることにより、容易に発電要素７０を電極集電体５０上に積層することができる。塗布法としては、例えば、ダイコート法、ドクターブレード法、ロールコーター法、スクリーン印刷法、グラビアロール法またはインクジェット法等のコーティング方法が用いられる。これらの中でも、長尺状の電極集電体５０上に効率的に電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０を形成できる観点から、塗布法としてダイコート法が用いられてもよい。
【0152】
塗布法を用いる場合、電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０のそれぞれを形成する材料（上述の電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０それぞれの材料）と溶媒とを適宜混合してスラリーを得る塗料化工程を行う。
【0153】
塗料化工程に用いられる溶媒には、公知の全固体電池（たとえば、リチウムイオン全固体電池）を作製する際に用いられる公知の溶媒が用いられうる。
【0154】
塗料化工程で得られた各層のスラリーを、電極集電体５０の複数の電極集電部５１の両面に、電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０の順番で積層塗工を実施する。例えば、ロールｔｏロールプロセスなどを用いて、ｘ軸方向に沿って電極集電体５０を流しながら、ダイコート用のダイからスラリーを吐出して、電極集電体５０上にスラリーを塗工する。これにより、連続プロセスで発電要素７０を形成でき、生産性を高めることができる。このように連続プロセスで発電要素７０を形成する場合、ｘ軸方向は、連続プロセスの流れ方向であるとも言える。ダイコート用のダイは、例えば、ｘ軸方向に直交する方向に延在する吐出口を有するダイを用いる。これにより、吐出口の延在方向の長さの幅の層を容易に形成できる。各層のスラリーを順次塗工し、全ての層の塗工後に、必要に応じて、溶媒等を除去する熱処理を実施する。
【0155】
ダイコート法などの塗布プロセスでは、図９に示されるように、それぞれ厚みが均一な電極層４１、固体電解質層３１および対極層２１が塗布されることで厚みが均一な発電要素７１が形成されることが理想的である。しかし、現実的には、ダイコート用のダイと電極集電体５０との距離の不均一、および、ダイの吐出口の延在方向におけるダイからのスラリーの吐出ムラ等によって、流れ方向と交差するｙ軸方向において厚みを均一にすることは難しく、実現するには調整等に多くの時間を要する。そのため、厚みが均一な発電要素７１を形成するためには生産性が低下する。
【0156】
そのため、本実施の形態では、図１０に示されるように、所定範囲の厚みの分布を許容して、電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０を塗布して、発電要素７０を形成する。また、この際、電極層４０と対極層２０とが対向する位置での電極層４０と対極層２０との容量のバランスをとるため、電極層４０および対極層２０は、厚みが小さくなる方向が互いに同じになるように塗布される。そのため、発電要素７０全体としても、所定の方向に進むに従って厚みが小さくなる。これにより、電池１の信頼性の低下を抑制しながら生産性を高めることができる。また、ダイコート法などの塗布プロセスでは、流れ方向では、厚みの均一性を高めることが容易であり、流れ方向と交差するｙ軸方向において発電要素７０の厚みが分布する。また、本実施の形態においては、連続プロセスで発電要素７０を形成するため、ｘ軸方向に沿って並ぶ全ての発電要素７０において、厚みの小さくなる方向が同じである。図示される例では、ｘ軸方向に沿って並ぶ全ての発電要素７０は、ｙ軸方向の負側に進むに従って厚みが小さくなる。
【0157】
また、電極集電部５１を挟んで対向する位置での発電要素７０の容量を同じにすることで電池１の信頼性を高めることができるため、同じ電極集電部５１の両面に形成される２つの発電要素７０においても、同じ方向（ｙ軸方向の負側）に進むに従って厚みが小さくなるように発電要素７０を形成する。
【0158】
また、発電要素７０の形成では、例えば、平面視において、電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０の順で面積が小さくなるように、電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０を積層する。電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０の位置を完全に合わせて塗布することは困難であり、精密な位置合わせをする場合には生産性の低下を招く。一方、このような面積関係により、固体電解質層３０および対極層２０の形成位置がずれても、下側の層からはみ出て形成されにくくなるため、塗布速度を速めても電池１の信頼性を担保できる。また、上述のように、この場合に電極層４０が負極層であることにより、正極層よりも負極層が大きく形成されて、金属の析出を抑制できる。
【0159】
複数の電極集電部５１のそれぞれの両面に発電要素７０が形成された電極集電体５０は、電池１に含まれる数の発電要素７０を含むｘ軸方向の長さになるように切断される。また、電極集電体５０の端部に、所定の長さの発電要素７０が積層されない領域（電池１における電極引出部５３）を設けて電極集電体５０が切断される。これにより、電池１に含まれる数の発電要素７０が積層された電極集電体５０であるセル積層集電体２が得られる。なお、この切断処理は、後述するステップＳ１６で、電極集電体５０を折り返すことが完了するまでであれば、どのタイミングで行われてもよい。また、あらかじめ必要な長さの電極集電体５０が準備されて、目的とする数の発電要素７０が形成されていれば、この切断処理は行われなくてもよい。
【0160】
次に、電極集電体５０および発電要素７０を、ｘ軸方向に沿って切断することで切断面２ａを形成する（ステップＳ１２）。具体的には、ステップＳ１２では、ｘ軸方向、かつ、発電要素７０の主面に交差（例えば直交）する方向に沿って、電極集電体５０、および、複数の電極集電部５１のそれぞれの両面に積層された発電要素７０を一括で切断する。例えば、対極層２０、固体電解質層３０、電極層４０および電極集電体５０それぞれの端面同士が面一となるように一括切断される。その結果、図８に示されるように、電極集電体５０（電極集電部５１）のｙ軸方向における端面５０ａと、電極集電部５１の両面に積層された２つの発電要素７０のｙ軸方向における端面７０ａとで構成される切断面２ａが形成される。切断面２ａは、例えば、電極集電体５０および発電要素７０のｙ軸方向における両側の端部に形成される。また、端面７０ａは、対極層２０、固体電解質層３０および電極層４０それぞれの端面同士が面一となった面で構成されている。これにより、ステップＳ１１で発電要素７０が形成された時点では発電要素７０の各層の大きさが異なる場合でも、発電要素７０の各層の大きさを近づけることができる。対極層２０と電極層４０との大きさの差となる部分は、電池容量に寄与しないため、発電要素７０の各層の大きさを近づけることで、電池１の体積エネルギー密度を高めることができる。また、ｘ軸方向に沿って切断されるため、ｘ軸方向に沿って見た場合に、ｘ軸方向に沿って並ぶ発電要素７０同士の位置も揃うことになる。
【0161】
切断は、例えば、刃物によって切り下される方法で行われてもよく、回転刃によってスリットを形成するようにして行われてもよい。また、切断は、レーザーまたはジェットなどによって行われてもよい。また、切断後、切断面２ａを研磨してもよい。これにより、切断に伴うバリ等を除去して、短絡等を抑制できる。
【0162】
次に、複数の電極集電部５１のそれぞれの両面に形成された発電要素７０に対して、高圧プレス処理を行う（ステップＳ１３）。これにより、発電要素７０を緻密化して、電池性能を高めることができる。高圧プレス処理は、例えばロールプレス等により、複数の発電要素７０に対して連続プロセスで行われる。この場合にも、ｘ軸方向に電極集電体５０を流しながら、複数の電極集電部５１の両面に形成された発電要素７０に対して順次プレスが行われる。そのため、この場合もｘ軸方向が連続プロセスの流れ方向となる。なお、高圧プレス処理（ステップＳ１３）は、ステップＳ１２の前に行われてもよく、ステップＳ１１と並行して、発電要素７０の各層に対して行われてもよい。
【0163】
次に、ｘ軸方向における発電要素７０の端面を覆う第１絶縁部材６０を形成する（ステップＳ１４）。図６および図７に示されるように、複数の電極集電部５１のそれぞれの両面に形成された発電要素７０のｘ軸方向における正側および負側の端面に第１絶縁部材６０を形成する。なお、図６から図８には、ステップＳ１４まで完了した状態のセル積層集電体２が示されている。
【0164】
第１絶縁部材６０は、例えば、ステップＳ１１で挙げた塗布法を用いて形成されうる。例えば、図７に示されるように、電極集電体５０に接する部分から対極層２０の端面の一部までを覆うように第１絶縁部材６０の材料を塗布する。第１絶縁部材６０の形成には、ステップＳ１１と同じ方法が用いられてもよく、ステップＳ１１と異なる方法が用いられてもよい。
【0165】
第１絶縁部材６０の材料として、例えば、絶縁性物質（例えば、金属酸化物）を溶媒に分散させた塗料を発電要素７０の端面および電極集電体５０上に塗布し、乾燥して溶媒を蒸発することで第１絶縁部材６０を得ることができる。第１絶縁部材６０の材料として、樹脂が用いられる場合には、樹脂を溶解または分散させた溶液が発電要素７０の端面および電極集電体５０上に塗布されてもよいし、紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂が発電要素７０の端面および電極集電体５０上に塗布されて、硬化処理が行われてもよい。第１絶縁部材６０の形成に用いられる溶媒には、金属酸化物または樹脂を分散または溶解させる一般的な有機溶媒または水系溶媒等が用いられうる。
【0166】
このような発電要素７０の端面を覆う第１絶縁部材６０が形成されることにより、電極集電体５０を折り返す際に発電要素７０に応力が加わった場合でも、発電要素７０の端面での発電要素７０の割れまたは欠け等による崩落を抑制できる。
【0167】
次に、切断面２ａを覆う第２絶縁部材６１を形成する（ステップＳ１５）。第２絶縁部材６１は、例えば、切断面２ａにおいて、発電要素７０の端面７０ａおよび電極集電部５１の端面５０ａを全て覆うように形成される。第２絶縁部材６１は、例えば、ステップＳ１１で挙げた塗布法を用いて形成されうる。
【0168】
このような切断面２ａを覆う第２絶縁部材６１が形成されることにより、切断面２ａにおいて発電要素７０が第２絶縁部材６１に保護されると共に、対極集電体１０と発電要素７０および電極集電部５１とが近接する部分での接触による短絡を抑制できる。
【0169】
なお、ステップＳ１２からステップＳ１５の順序は、ステップＳ１６の前であれば特に制限されず、入れ替わってもよい。
【0170】
次に、複数の電極集電部５１のうち隣り合う電極集電部５１に形成された発電要素７０が対面するように電極集電体５０をｘ軸方向において折り返すと共に、各発電要素７０の対極層２０に対極集電体１０を積層する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６においては、数の発電要素７０がｚ軸方向に沿って並んで積層されるように、電極集電体５０をｘ軸方向においてつづら折り状に折り返す。また、対極集電体１０は、電極集電体５０を折り返すことで対面する発電要素７０の間、および、ｚ軸方向の端部に位置する発電要素７０の電極集電部５１側とは反対側に位置するように配置される。電極集電体５０が折り返されることで対面する発電要素７０では、当該発電要素７０の対極層２０同士が向かい合う。対極集電体１０は、この向かい合った対極層２０の間に配置される。また、傾斜構造部１０ａの厚みが、第１主面７０ｂに対する第２主面７０ｃの傾斜によって発電要素７０の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなるように、対極集電体１０を配置する。これにより、複数の発電要素７０が積層された積層体が形成される。ステップＳ１６で形成される積層体は、例えば、図１から図３で示される電池１から第３絶縁部材６２を除いた構成を有する。
【0171】
具体的には、電極集電体５０を折り返す際に、電極集電体５０を折り返すことで対面する発電要素７０で対極集電体１０を挟むように対極集電体１０を配置する。この操作を全ての発電要素７０が積層されるまで繰り返す。これにより、例えば、図１１に示されるように、電極集電体５０は、ｘ軸方向において、つづら折り状になるように折り返されて、全ての発電要素７０が積層され、かつ、折り返し部分である電極折り返し部５２が形成される。図１１では、対極集電体１０を除いて、電極集電体５０（セル積層集電体２）が折り返された状態が図示されている。また、対極集電体１０は、電極集電体５０を折り返すことで対面する発電要素７０の間に配置される。セル積層集電体２では、ｘ軸方向に沿って切断面２ａが形成され、発電要素７０の端面７０ａおよび電極集電体５０の端面の位置が揃っているため、折り返しでの位置規制が容易である。なお、電極集電体５０を折り返す際に対極集電体１０を配置せず、図１１で示される状態に折り返されたセル積層集電体２を固定して、折り返されて固定されたセル積層集電体２に対極集電体１０をｙ軸方向に沿って差し込んでもよい。これによっても、電極集電体５０を折り返すことで対面する発電要素７０の間に対極集電体１０を配置することが可能である。
【0172】
このように、電極集電体５０がつづら折り状になるように折り返されて、複数の発電要素７０が積層された積層体が形成される。これにより、電極集電体５０を、複数の発電要素７０ごとに個片化する必要が無く、個片化した電極集電体を用いて発電要素７０を積層するよりも工数を減らして、電池１の生産性を高めることができる。
【0173】
次に、必要に応じて複数の発電要素７０が積層された積層体に接着プレスを行う（ステップＳ１７）。具体的には、平板プレス等によって、複数の発電要素７０が積層された積層体を積層方向にプレスし、対極集電体１０と発電要素７０とを密着させる。
【0174】
次に、発電要素７０における電極集電体５０の電極折り返し部５２が配置される側とは反対側の端面を覆う第３絶縁部材６２を形成する（ステップＳ１８）。第３絶縁部材６２は、ｘ軸方向の両側のどちらにも電極折り返し部５２が形成されていない発電要素７０におけるｘ軸方向の両側の端面にも形成される。これにより、発電要素７０の端面のうち電極折り返し部５２で覆われずに露出する部分を保護できる。第３絶縁部材６２は、例えば、ステップＳ１１で挙げた塗布法を用いて形成されうる。なお、第３絶縁部材６２の形成（ステップＳ１８）は、接着プレス（ステップＳ１７）の前に行われてもよい。
【0175】
【0176】
［効果］
本実施の形態に係る電池１の効果について、比較例に係る電池１Ｘと比較しながら説明する。図１２は、比較例に係る電池１Ｘの断面図である。電池１Ｘは、本実施の形態に係る電池１と比較して、傾斜構造部１０ａを有する対極集電体１０の代わりに、厚みが均一な対極集電体１０Ｘを備える点で相違する。
本実施の形態に係る電池１の効果について、比較例に係る電池１Ｘと比較しながら説明する。図１２は、比較例に係る電池１Ｘの断面図である。電池１Ｘは、本実施の形態に係る電池１と比較して、傾斜構造部１０ａを有する対極集電体１０の代わりに、厚みが均一な対極集電体１０Ｘを備える点で相違する。
【0177】
上述のように、複数の電極集電部５１のそれぞれの両面に、厚みが小さくなる方向が同じである発電要素７０を形成して、電極集電体５０を折り返して複数の発電要素７０を積層すると、全体として発電要素７０の厚みの分布が累積する。そのため、図１２で示されるように、厚みが均一な対極集電体１０Ｘを用いた場合には、電池１Ｘ全体としての厚みの分布が非常に大きくなる。また、発電要素７０が積層される方向が電池１Ｘの最下面または最上面に垂直な方向から傾斜する。そのため、電池１の形状が歪み、パッケージ化する場合、および、機器等に収容する場合などに、電池１Ｘには無駄な空間が形成されやすく、電池１Ｘの実質的な体積エネルギー密度が低下する。また、この傾向は、積層する発電要素７０の数が増えるほど大きくなる。
【0178】
これに対して、図３等に示されるように、本実施の形態に係る電池１は、発電要素７０の対極層２０に積層され、厚みの分布を有する傾斜構造部１０ａを有する対極集電体１０を備える。傾斜構造部１０ａの厚みは、第１主面７０ｂに対する第２主面７０ｃの傾斜によって発電要素７０の厚みが小さくなる方向に進むに従って大きくなる。
【0179】
このように、生産性を高めるために、多少の厚みの分布を許容して発電要素７０を形成する場合であっても、対極集電体１０の傾斜構造部１０ａが、電池１全体としては発電要素７０の厚みの分布の影響を緩和して、厚みの分布を小さくできる。また、発電要素７０が積層される方向を、電池１の最下面または最上面に垂直な方向に近づけることができる。よって、電池１の形状の歪みを低減でき、電池１をパッケージ化する場合、および、電池１を機器等に収容する場合などに、無駄な空間が形成されにくい。よって、電池１の生産性および体積エネルギー密度を高めることができる。特に、厚みが小さくなる方向が同じである発電要素７０が積層されている場合には、厚みの分布が累積するが、各発電要素７０に対極集電体１０の傾斜構造部１０ａが積層されることで、累積した厚みの分布を緩和した電池１を実現できる。
【0180】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。
続いて、実施の形態２について説明する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。
【0181】
【0182】
図１３に示されるように、本実施の形態に係る電池１０１は、実施の形態１に係る電池１と比較して、複数の対極集電体１０のうち一部の対極集電体１０が対極集電体１１０に置き換えられている点、および、複数の発電要素７０が、発電要素７０の厚みが小さくなる方向が互いに反対方向である発電要素７０を含む点で相違する。
【0183】
複数の発電要素７０において、電極集電体５０を折り返すことで対面する発電要素７０は、第１主面７０ｂに対して第２主面７０ｃが傾斜することで厚みが小さくなる方向が、互いに反対方向である。そのため、複数の発電要素７０が積層されていても、発電要素７０の厚みの分布が累積しにくい。つまり、電池１０１全体の厚みの分布を小さくできる。よって、電池１０１の体積エネルギー密度を高めることができる。電極集電体５０を折り返すことで対面する２つの発電要素７０のうち、一方は第１発電要素の一例であり、他方は第２発電要素の一例である。
【0184】
対極集電体１１０は、電極集電体５０を折り返すことで対面する発電要素７０の間に配置されている。また、電池１０１において、最上部および最下部の対極集電体は、対極集電体１０である。
【0185】
このように、電池１０１においては、一部の対極集電体が傾斜構造部１０ａを有する対極集電体１０である。電池１０１においては、複数の発電要素７０が積層されていても、発電要素７０の厚みの分布が累積しにくいため、一部の対極集電体のみが傾斜構造部１０ａを有する対極集電体１０であっても、体積エネルギー密度への発電要素７０の厚みの分布の影響を十分に低減できる。例えば、電池１０１の最上面と最下面とは平行である。
【0186】
電池１０１は、例えば、上記で説明した電池１の製造方法におけるステップＳ１１において、ｘ軸方向に並ぶ複数の電極集電部５１のうち隣り合う電極集電部５１に形成される発電要素７０の厚みが小さくなる方向が互いに反対方向になるように、発電要素７０を形成する。例えば、発電要素７０を形成する連続プロセスにおいて、ｘ軸方向に並ぶ複数の電極集電部５１を１つとばしで、発電要素７０の厚みが小さくなる方向が同じになるように発電要素７０を形成する。続いて、上記でとばされた電極集電部５１に、すでに形成した発電要素７０とは逆方向で発電要素７０の厚みが小さくなるように発電要素７０を形成する。このようにして発電要素７０が形成された電極集電体５０を用いて、ステップＳ１２からステップＳ１８の工程が行われることで、電池１０１を製造できる。
【0187】
なお、複数の発電要素７０のそれぞれで厚みが小さくなる方向が同じであっても、複数の発電要素７０の厚みの分布が小さい場合には、電池１０１のように、複数の対極集電体のうち、一部（例えば最上部および最下部）の対極集電体のみに傾斜構造部１０ａを有する対極集電体１０が用いられてもよい。
【0188】
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３について説明する。以下では、実施の形態１および２との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。
続いて、実施の形態３について説明する。以下では、実施の形態１および２との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。
【0189】
【0190】
図１４に示されるように、本実施の形態に係る電池２０１は、実施の形態１に係る電池１と比較して、接続部材２１０をさらに備える点で相違する。
【0191】
接続部材２１０は、複数の対極集電体１０のそれぞれの一端と接続される。図示される例では、接続部材２１０は、複数の対極集電体１０のそれぞれのｙ軸方向における負側の端部と接続されている。対極集電体１０において接続部材２１０に接続される箇所は、対極集電体１０における傾斜構造部１０ａの厚みが大きくなる方向の端部である。また、接続部材２１０は、複数の発電要素７０のそれぞれのｙ軸方向の負側における端面７０ａを覆う。
【0192】
接続部材２１０と複数の対極集電体１０とは、例えば、一体で形成されており、くし形状を有する複合集電体２１１を構成している。つまり、接続部材２１０と複数の対極集電体１０とは、例えば、一体化されている。接続部材２１０は、例えば、対極集電体１０と同じ金属を用いて形成される。なお、接続部材２１０と複数の対極集電体１０とは、別の部材として形成して接続されていてもよい。また、図４Ｂから図４Ｆで例示した対極集電体のように、複合集電体２１１は、金属箔、導電性樹脂層および支持部材のうちの２つ以上を組み合わせて形成されていてもよい。例えば、複合集電体２１１と同様の形状の支持部材と、当該支持部材を覆う金属箔とで複合集電体が形成されてもよい。
【0193】
複数の対極集電体１０は、複合集電体２１１のくし形状における複数のくしば部分に相当する。また、接続部材２１０は、複合集電体２１１のくし形状における根元部分に相当する。
【0194】
接続部材２１０は、例えば、複数の対極集電体１０を互いに電気的に接続する。そのため、複合集電体２１１は、各発電要素７０を電気的に並列接続する機能を担っている。
【0195】
接続部材２１０の発電要素７０側は、第２絶縁部材６１に接している。これにより、電池２０１を小型化できるため、体積エネルギー密度を向上できる。なお、接続部材２１０と第２絶縁部材６１との間に隙間が設けられていてもよい。
【0196】
接続部材２１０は、露出しており、例えば、電池２０１の対極端子として利用される。これにより、対極端子を形成する工程が必要なく、電池２０１の生産性を高めることができる。また、端子部分を省スペース化できるため、電池２０１の体積エネルギー密度を向上できる。
【0197】
電池２０１は、例えば、上記で説明した電池１の製造方法におけるステップＳ１６において、電極集電体５０を折り返すことで対面する発電要素７０の間に複数の対極集電体１０の最上部および最下部以外の対極集電体１０を差し込むことで形成される。例えば、図１１で示されるような状態で折り返されたセル積層集電体２を固定する。そして、複数の対極集電体１０のうちのｚ軸方向に沿って隣り合う２つの対極集電体１０の間に、１つの電極集電部５１の両面に積層された２つの発電要素７０が配置されるように、折り返されて固定されたセル積層集電体２に対極集電体１０をｙ軸方向に沿って差し込む。これにより、図１４で示される電池２０１が得られる。
【0198】
このように、電極集電体５０を折り返すことで対面する発電要素７０の間に、複合集電体２１１のくしば部分である対極集電体１０を差し込むことで、一括して複数の対極集電体１０を発電要素７０の対極層に積層できるため、生産性を高めることができる。また、例えば、発電要素７０の平面視形状の長辺と短辺との差が大きい場合、および、基板実装用途などの発電要素７０のサイズが小さい場合などでは、複数の対極集電体１０同士を電気的に接続するための端子構造が、相対的に大きくなりやすい。そのため、あらかじめ複数の対極集電体１０が接続されたくし形状の複合集電体２１１を用いることで、接続部材２１０によって複数の対極集電体１０を電気的に接続し、端子構造を小型化して体積エネルギー密度を高めることができる。
【0199】
（他の実施の形態）
以上、本開示に係る電池について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
以上、本開示に係る電池について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
【0200】
例えば、上記の実施の形態では、全ての複数の電極集電部５１の両面に発電要素７０が積層されていたが、これに限らない。例えば、複数の電極集電部５１のうち、最も電極集電体５０の端部側に位置する電極集電部５１には、片面のみに発電要素７０が積層されてもよい。これにより、最上部および最下部の集電体を電極集電体５０（具体的には電極集電部５１）にすることも可能である。また、この場合には、発電要素７０の数は奇数個でありうる。
【0201】
また、例えば、上記の実施の形態では、複数の発電要素７０が積層されていたが、これに限らない。本開示に係る電池は、例えば、１つの発電要素７０と、１つの対極集電体１０と、１つの電極集電部５１とで構成される電池であってもよい。また、本開示に係る電池は、例えば、１つの電極集電部５１と、１つの電極集電部５１の両面に形成された２つの発電要素７０と、１つの電極集電部５１の両面に形成された２つの発電要素７０を挟むように配置される２つの対極集電体１０とで構成される電池であってもよい。
【0202】
また、例えば、上記の実施の形態では、全体が繋がった１つの電極集電体５０が用いられたが、これに限らない。電極集電体として、個片化された複数の平板状の電極集電体を用いてもよい。つまり、電極集電体は、電極集電部５１に相当する部分だけで構成されていてもよい。
【0203】
また、例えば、上記実施の形態では、電極集電体５０上に電極層４０、固体電解質層３０および対極層２０を積層することで発電要素７０を形成したがこれに限らない。例えば、電極集電体５０上に電極層４０または電極層４０および固体電解質層３０を積層し、対極集電体１０上に対極層２０または対極層２０および固体電解質層３０を積層してもよい。そして、電極集電体５０上の電極層４０または電極層４０および固体電解質層３０と、対極集電体１０上の対極層２０または対極層２０および固体電解質層３０とが対面して積層されるように、電極集電体５０に対極集電体１０を積層することで発電要素７０が形成されてもよい。
【0204】
また、上記の実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【0205】
本開示に係る電池は、例えば、各種の電子機器または自動車などに用いられる全固体電池などの二次電池として利用されうる。
【符号の説明】
【0206】
１、１０１、２０１ 電池
２ セル積層集電体
２ａ 切断面
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１１０ 対極集電体
１０ａ、１０Ａａ、１０Ｂａ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｅａ、１５ｃ、１７ｃ 傾斜構造部
１１、１３、１６ 金属箔
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ 主面
１２、１４、１８ 導電性樹脂層
１５、１７ 支持部材
１７ｄ 平板部
２０ 対極層
３０ 固体電解質層
４０ 電極層
５０ 電極集電体
５０ａ 端面
５１ 電極集電部
５２ 電極折り返し部
５３ 電極引出部
６０ 第１絶縁部材
６１ 第２絶縁部材
６２ 第３絶縁部材
７０ 発電要素
７０ａ 端面
７０ｂ 第１主面
７０ｃ 第２主面
２１０ 接続部材
２１１ 複合集電体
２ セル積層集電体
２ａ 切断面
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１１０ 対極集電体
１０ａ、１０Ａａ、１０Ｂａ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｅａ、１５ｃ、１７ｃ 傾斜構造部
１１、１３、１６ 金属箔
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ 主面
１２、１４、１８ 導電性樹脂層
１５、１７ 支持部材
１７ｄ 平板部
２０ 対極層
３０ 固体電解質層
４０ 電極層
５０ 電極集電体
５０ａ 端面
５１ 電極集電部
５２ 電極折り返し部
５３ 電極引出部
６０ 第１絶縁部材
６１ 第２絶縁部材
６２ 第３絶縁部材
７０ 発電要素
７０ａ 端面
７０ｂ 第１主面
７０ｃ 第２主面
２１０ 接続部材
２１１ 複合集電体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】