特開 2023-183243 全固体電池

(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】P2023183243

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】全固体電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20231220BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20231220BHJP

   H01M 4/38 20060101ALI20231220BHJP

   H01M 4/58 20100101ALI20231220BHJP

   H01M 4/60 20060101ALI20231220BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20231220BHJP

   H01M 50/591 20210101ALI20231220BHJP

   H01M 50/534 20210101ALI20231220BHJP

   H01M 50/586 20210101ALI20231220BHJP

   H01M 10/052 20100101ALN20231220BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0585

H01M10/0562

H01M4/38 Z

H01M4/58

H01M4/60

H01M4/13

H01M50/591 101

H01M50/534

H01M50/586

H01M10/052

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096762

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】荻原 航

【テーマコード（参考）】

5H029

5H043

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H029AJ03

5H029AJ12

5H029AK05

5H029AK15

5H029AL02

5H029AL03

5H029AL06

5H029AL07

5H029AL08

5H029AL11

5H029AL12

5H029AM12

5H029BJ04

5H029BJ12

5H029DJ05

5H029DJ07

5H029HJ00

5H029HJ04

5H029HJ07

5H029HJ12

5H029HJ18

5H043AA04

5H043BA20

5H043CA08

5H043CA13

5H043EA06

5H043EA12

5H043GA22

5H043JA21E

5H043KA31E

5H043KA45E

5H043LA00E

5H043LA02E

5H043LA11E

5H043LA21E

5H043LA31E

5H050AA08

5H050AA15

5H050BA16

5H050BA17

5H050CA11

5H050CA19

5H050CA26

5H050CB02

5H050CB03

5H050CB07

5H050CB08

5H050CB09

5H050CB11

5H050CB12

5H050DA02

5H050DA04

5H050DA20

5H050FA02

5H050HA00

5H050HA04

5H050HA07

5H050HA12

5H050HA18

(57)【要約】

【課題】セルエネルギー密度の低下の抑制を図りつつ、放熱することができる全固体電池を提供する。
【解決手段】全固体電池１Ａは、積層体１０と、積層体１０を収容する外装体６０と、を備えている。積層体１０は、正極層１１ａ～１１ｆと、負極層１２ａ～１２ｆと、固体電解質層１３ａ～１３ｅと、正極集電体２０と、負極集電体３０と、を含んでいる。全固体電池１Ａは、積層体１０の積層方向における上端面１０ａに配置され、正極集電体２０と接合されていると共に、外装体６０の外部に延出する正極タブ４０と、下端面１０ｂに配置され、負極集電体３０と接合されていると共に、外装体６０の外部に延出する負極タブ５０と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層体と、前記積層体を収容する外装体と、を備える全固体電池であって、
前記積層体は、
正極層と、
負極層と、
前記正極層と前記負極層との間に介在する固体電解質層と、
前記正極層に接触している正極集電体と、
前記負極層に接触している負極集電体と、を含んでおり、
前記全固体電池は、
前記積層体の積層方向における第１又は第２の端面側に配置され、前記正極集電体と接合されていると共に、前記外装体の外部に延出する正極タブと、
前記第１又は第２の端面側に配置され、前記負極集電体と接合されていると共に、前記外装体の外部に延出する負極タブと、を備えている全固体電池。

【請求項2】

請求項１に記載の全固体電池であって、
前記固体電解質層は、硫化物固体電解質である全固体電池。

【請求項3】

請求項１に記載の全固体電池であって、
前記正極層は、正極活物質を含んでおり、
前記正極活物質は硫黄を含む全固体電池。

【請求項4】

請求項１に記載の全固体電池であって、
前記正極層は、前記正極集電体の両面に形成されており、
前記負極層は、前記負極集電体の両面に形成されている全固体電池。

【請求項5】

請求項４に記載の全固体電池であって、
前記積層体に含まれる前記正極層及び前記負極層のうち、前記正極層は前記積層方向における前記第１の端面側の最も外側に位置しており、前記負極層は前記積層方向における前記第２の端面側の最も外側に位置している全固体電池。

【請求項6】

請求項５に記載の全固体電池であって、
前記正極タブは、前記第１の端面に配置されており、
前記負極タブは、前記第２の端面に配置されている全固体電池。

【請求項7】

請求項５に記載の全固体電池であって、
前記正極タブ及び前記負極タブは、前記第１及び第２の端面側のいずれか一方側に配置されており、
前記全固体電池は、前記正極タブと前記負極タブとの間に介在し、前記正極タブと前記負極タブとを電気的に絶縁する絶縁層をさらに備え、
前記絶縁層の耐電圧は、５００Ｖ以上である全固体電池。

【請求項8】

請求項１に記載の全固体電池であって、
前記正極タブは、前記正極集電体と接合している第１の接合部を有し、
前記負極タブは、前記負極集電体と接合している第２の接合部を有し、
前記第１の接合部の厚みばらつきは、前記正極タブの厚みの１０％以下であり、
前記第２の接合部の厚みばらつきは、前記負極タブの厚みの１０％以下である全固体電池。

【請求項9】

請求項１に記載の全固体電池であって、
前記正極タブは、前記正極集電体と接合している第１の接合部を有し、
前記負極タブは、前記負極集電体と接合している第２の接合部を有し、
前記第１の接合部は、前記積層方向から視た場合において前記正極層と重複しておらず、
前記第２の接合部は、前記積層方向から視た場合において前記負極層と重複していない全固体電池。

【請求項10】

請求項１に記載の全固体電池であって、
前記正極タブは、前記積層体の前記第１又は第２の端面に対向する第１の対向面を有し、
前記負極タブは、前記積層体の前記第１又は第２の端面に対向する第２の対向面を有し、
前記第１及び第２の対向面は、前記正極層及び前記負極層の主面の面積以上の面積を有している全固体電池。

【請求項11】

請求項１に記載の全固体電池であって、
前記正極集電体又は前記負極集電体は、前記積層体の前記積層方向における最外端に配置されており、
前記正極集電体又は前記負極集電体の主面は、前記正極タブ又は前記負極タブの主面と接合されている全固体電池。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の全固体電池であって、
前記正極タブ及び前記負極タブは、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料から構成されている全固体電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全固体電池に関するものである。

【背景技術】

【0002】

全固体電池セルは、外装材と、外装材に封入された電極積層体と、電極積層体から延出する集電タブと、を有している（例えば、特許文献１参照）。また、この全固体電池セルでは、電極積層体と外装材とに接するように、外装材の内部に第１伝熱材及び第２伝熱材が配置されており、この第１及び第２伝熱材から外装材を通過するよう熱伝導させて放熱している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１１３４９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の全固体電池では、第１伝熱材及び第２伝熱材を配置しているため、セルエネルギー密度が低下してしまう、という問題がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、セルエネルギー密度の低下の抑制を図りつつ、放熱することができる全固体電池を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、積層体の積層方向における端面側に正負極タブを配置することによって上記課題を解決する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、セルエネルギー密度の低下の抑制を図りつつ、放熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態における全固体電池の一例を示す断面図である。

【図2】図２は、本発明の第２実施形態における全固体電池の一例を示す断面図である。

【図3】図３は、本発明の第３実施形態における全固体電池の一例を示す断面図である。

【図4】図４は、本発明の第４実施形態における全固体電池の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0010】

<<第１実施形態>>
図１は、第１実施形態における全固体電池１Ａの一例を示す断面図である。全固体電池１Ａはユニポーラ型の電池セルである。この全固体電池１Ａは、積層体１０と、正極タブ４０と、負極タブ５０と、外装体６０と、を備えている。

【0011】

積層体１０は、複数（本例では６個）の正極層１１ａ～１１ｆと、複数（本例では６個）の負極層１２ａ～１２ｆと、複数（本例では５個）の固体電解質層１３ａ～１３ｅと、正極集電体２０と、負極集電体３０と、を備えている。この積層体は、正極層１１ａ～１１ｆと、負極層１２ａ～１２ｆと、固体電解質層１３ａ～１３ｅと、正極集電体２０の第１の介在部２１ａ～２１ｃと、負極集電体３０の第２の介在部３１ａ～３１ｃと、が図中のＺ方向に沿って積層されることで形成されている。

【0012】

この積層体１０に含まれる正極層１１ａ～１１ｆと負極層１２ａ～１２ｆのうち、負極層１２ａは、積層体１０の積層方向における上端面１０ａ側の最も外側（最上端）に位置しており、正極層１１ｆは、積層体１０の積層方向における下端面１０ｂ側の最も外側（最下端）に位置している。つまり、この積層体１０では、最上端に位置している電極と、最下端に位置している電極の極性が異なっている。これにより、積層体１０の上端面１０ａと下端面１０ｂとのそれぞれに後述の負極タブ５０と正極タブ４０とを配置することができるため、冷却効率の向上を図ることができる。

【0013】

積層体１０の一対の正極層１１ａ，１１ｂは、正極集電体２０の第１の介在部２１ａの両面に形成されている。この正極層１１ａ，１１ｂは、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、又は、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属を放出及び吸蔵可能な正極活物質を少なくとも含有しており、特に限定されないが、硫黄を含む正極活物質を含有することが好ましい。硫黄を含む正極活物質は、硫黄の酸化還元反応を利用して、充電時にリチウムイオン等のアルカリ金属イオンを放出し、放電時に当該アルカリ金属イオンを吸蔵することができる物質であればよい。硫黄を含む正極活物質の種類としては、特に制限されないが、硫黄単体（Ｓ）、有機硫黄化合物、又は、無機硫黄化合物の粒子或いは薄膜を使用することができる。

【0014】

有機硫黄化合物としては、特に限定されないが、ジスルフィド化合物、硫黄変性ポリアクリロニトリル、硫黄変性ポリイソプレン、ルベアン酸（ジチオオキサミド）、ポリ硫化カーボン等を用いることができる。無機硫黄化合物としては、特に限定されないが、Ｓ－カーボンコンポジット、ＴｉＳ_２、ＴｉＳ_３、ＴｉＳ_４、ＮｉＳ、ＮｉＳ_２、ＣｕＳ、ＦｅＳ_２、Ｌｉ_２Ｓ、ＭｏＳ_２、ＭｏＳ_３等が挙げられる。なお、正極活物質として、硫黄を含まないものを使用してもよい。

【0015】

また、一対の正極層１１ｃ，１１ｄは、第１の介在部２１ｂの両面に形成されており、一対の正極層１１ｅ，１１ｆは、第１の介在部２１ｃの両面に形成されている。これらの正極層１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆも上述の正極層１１ａ，１１ｂと同様の材料を含んでいる。

【0016】

一対の負極層１２ａ，１２ｂは、負極集電体３０の第２の介在部３１ａの両面に形成されている。この負極層１２ａ，１２ｂは、特に限定されないが、負極活物質を含有する層で形成されている。負極活物質の種類としては、特に制限されないが、炭素材料、金属酸化物および金属活物質が挙げられる。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。また、金属酸化物としては、例えば、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、ＳｉＯ等が挙げられる。さらに、金属活物質としては、例えば、Ｉｎ、Ａｌ、ＳｉおよびＳｎ等の金属単体や、ＴｉＳｉ、Ｌａ_３Ｎｉ_２Ｓｎ_７等の合金が挙げられる。

【0017】

また、負極活物質は、Ｌｉを含有する金属でもよく、このような負極活物質は、Ｌｉを含有する活物質であれば特に限定されず、Ｌｉ金属のほか、Ｌｉを含有するリチウム合金でもよい。リチウム合金としては、たとえば、リチウムと、金（Ａｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、及びビスマス（Ｂｉ）から選択される少なくとも１種の金属との合金が挙げられる。また、リチウム合金としては、リチウムと、上述した金属のうち２種以上の金属との合金であってもよい。リチウム合金の具体例としては、例えば、リチウム－金合金（Ｌｉ－Ａｕ）、リチウム－マグネシウム合金（Ｌｉ－Ｍｇ）、リチウム－アルミニウム合金（Ｌｉ－Ａｌ）、リチウム－カルシウム合金（Ｌｉ－Ｃａ）、リチウム－亜鉛合金（Ｌｉ－Ｚｎ）、リチウム－スズ合金（Ｌｉ－Ｓｎ）、リチウム－ビスマス合金（Ｌｉ－Ｂｉ）などが挙げられる。

【0018】

なお、負極活物質層としては、リチウム合金を含有するものであればよく、その構成は、特に限定されないが、たとえば、リチウム合金を構成するリチウム以外の金属を「Ｍｅ」とした場合に、次の（１）～（３）のいずれかの態様とすることができる。（１）リチウム合金のみからなる単一の層からなるもの（すなわち、Ｌｉ－Ｍｅ層）。（２）リチウム金属からなる層と、リチウム合金からなる層とを備えるもの（すなわち、Ｌｉ層／Ｌｉ－Ｍｅ層）。（３）リチウム金属からなる層と、リチウム合金からなる層と、リチウム以外の金属からなる層とを備えるもの（すなわち、Ｌｉ層／Ｌｉ－Ｍｅ層／Ｍｅ層）。

【0019】

或いは、負極層１２ａ，１２ｂは、負極中間層を含んでいてもよい。また、負極層１２ｂは、当該負極中間層又は第２の介在部３１ａに析出するアルカリ金属層も含んでいてもよい。なお、本実施形態における負極層１２ａ側には、固体電解質層や正極層が存在しないため、基本的にアルカリ金属層は析出しない。

【0020】

負極中間層は、アルカリ金属の平滑な析出を補助するため、及び／又は、アルカリ金属層が固体電解質層に直接接しないようにするための層である。負極中間層は、アルカリ金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料または電子絶縁性およびリチウムイオン伝導性を有する材料を含有している。アルカリ金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料は、グラファイト等の炭素材料や銀等の金属材料からなる群から選択される１種または２種以上の材料を含有している。

【0021】

また、電子絶縁性およびリチウムイオン伝導性を有する材料は、固体電解質層に含まれる固体電解質よりもリチウム金属と接触することによる還元分解に対して安定な材料であり、例えば、ハロゲン化リチウム（フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ））、リチウムイオン伝導性ポリマー、Ｌｉ－Ｍ－Ｏ（Ｍは、Ｍｇ、Ａｕ、Ａｌ、ＳｎおよびＺｎからなる群より選ばれる１種または２種以上の金属元素である）で表される複合金属酸化物、ならびにＬｉ－Ｂａ－ＴｉＯ_３複合酸化物からなる群から選択される１種または２種以上の材料を含有している。これらの材料はいずれも、リチウム金属との接触による還元分解について特に安定である。また、負極中間層は、例えば、樹脂バインダーを含んでも良い。

【0022】

アルカリ金属層は、以下のように形成される。すなわち、全固体電池１Ａの充電に伴って、正極層１１ａから放出されたアルカリ金属イオンが、固体電解質層１３ａを介して第２の介在部３１ａ又は負極中間層の主面に到達する。これにより、第２の介在部３１ａ又は負極中間層の主面にアルカリ金属層が析出する。このアルカリ金属層の体積は、全固体電池１Ａの充電に伴ってアルカリ金属が析出して増加していく一方で、放電に伴ってアルカリ金属が消失（正極層１１ａ側へ移動）して減少していく。アルカリ金属層の主成分としては、例えば、リチウム金属、ナトリウム金属、及び、カリウム金属等を挙げることができる。

【0023】

また、一対の負極層１２ｃ，１２ｄは、第２の介在部３１ｂの両面に形成されており、一対の負極層１２ｅ，１２ｆは、第２の介在部３１ｃの両面に形成されている。これらの負極層１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆも上述の負極層１２ａ，１２ｂと同様の構成を有していると共に、同様の材料を含んでいる。

【0024】

固体電解質層１３ａは、正極層１１ａと負極層１２ｂとの間に介在しており、正極層１１ａと負極層１２ｂとに接触している。固体電解質層１３ｂは、正極層１１ｂと負極層１２ｃとの間に介在しており、正極層１１ｂと負極層１２ｃとに接触している。固体電解質層１３ｃは、正極層１１ｃと負極層１２ｄとの間に介在しており、正極層１１ｃと負極層１２ｄとに接触している。固体電解質層１３ｄは、正極層１１ｄと負極層１２ｅとの間に介在しており、正極層１１ｄと負極層１２ｅとに接触している。固体電解質層１３ｅは、正極層１１ｅと負極層１２ｆとの間に介在しており、正極層１１ｅと負極層１２ｆとに接触している。

【0025】

固体電解質１３ａ～１３ｅとしては、例えば、硫化物固体電解質又は酸化物固体電解質等を用いることができるが、硫化物固体電解質を用いることが好ましい。硫化物固体電解質としては、例えば、ＬｉＩ－Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２、ＬｉＩ－Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｏ_５、ＬｉＩ－Ｌｉ_３ＰＯ_４－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５、ＬｉＩ－Ｌｉ_３ＰＳ_４、ＬｉＩ－ＬｉＢｒ－Ｌｉ_３ＰＳ_４、Ｌｉ_３ＰＳ_４、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－Ｌｉ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－Ｌｉ_２Ｏ－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－ＬｉＢｒ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－ＬｉＣｌ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－Ｂ_２Ｓ_３－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－Ｐ_２Ｓ_５－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－Ｂ_２Ｓ_３、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－Ｚ_ｍＳ_ｎ（ただし、ｍ、ｎは正の数であり、Ｚは、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｇａのいずれかである）、Ｌｉ_２Ｓ－ＧｅＳ_２、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－Ｌｉ_３ＰＯ_４、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－ＬｉｘＭＯｙ（ただし、ｘ、ｙは正の数であり、Ｍは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、又はＩｎのいずれかである）等が挙げられる。なお、「Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５」という記載は、Ｌｉ_２ＳおよびＰ_２Ｓ_５を含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質を意味しており、上記の他の記載についても同様である。或いは、硫化物固体電解質として硫化物ガラス等を用いてもよい。

【0026】

酸化物固体電解質としては、例えば、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する化合物等を用いることができる。ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する化合物としては、例えば、一般式Ｌｉ_１＋ｘＡｌ_ｘＧｅ_２－ｘ（ＰＯ_４）_３（０≦ｘ≦２）で表される化合物（ＬＡＧＰ）、一般式Ｌｉ_１＋ｘＡｌ_ｘＴｉ_２－ｘ（ＰＯ_４）_３（０≦ｘ≦２）で表される化合物（ＬＡＴＰ）等を用いることができる。また、他の酸化物固体電解質としては、ＬｉＬａＴｉＯ（例えば、Ｌｉ_０．３４Ｌａ_０．５１ＴｉＯ_３）、ＬｉＰＯＮ（例えば、Ｌｉ_２．９ＰＯ_３．３Ｎ_０．４６）、ＬｉＬａＺｒＯ（例えば、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２）等を用いることができる。

【0027】

正極集電体２０は、導電性を有する板状（又は箔状）の部材であり、特に限定されないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂から構成されている。金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、又は、銅等を用いることができる。或いは、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、又は、銅とアルミニウムとのクラッド材等が用いられてもよい。また、導電性を有する樹脂としては、非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂等が挙げられる。

【0028】

正極集電体２０は、複数（本例では３個）の第１の介在部２１ａ～２１ｃと、第１の連結部２２と、を有している。第１の介在部２１ａは正極層１１ａと正極層１１ｂとの間に介在しており、第１の介在部２１ｂは正極層１１ｃと正極層１１ｄとの間に介在しており、第１の介在部２１ｃは正極層１１ｅと正極層１１ｆとの間に介在している。第１の介在部２１ａ～２１ｃは、正極層間に介在している介在部分の他に、当該介在部分から延出し正極層から露出している延出部分も有している。

【0029】

第１の連結部２２は、第１の介在部２１ａ～２１ｃを相互に連結していると共に、正極タブ４０と接合している。具体的には、第１の介在部２１ａ～２１ｃの延出部分同士を接続している。この第１の連結部２２は、図中のＺ方向（積層方向）に沿って延在しており、正極タブ４０と接合している。

【0030】

負極集電体３０は、複数（本例では３個）の第２の介在部３１ａ～３１ｃと、第２の連結部３２と、を有している。第２の介在部３１ａは負極層１２ａと負極層１２ｂとの間に介在しており、第２の介在部３１ｂは負極層１２ｃと負極層１２ｄとの間に介在しており、第２の介在部３１ｃは負極層１２ｅと負極層１２ｆとの間に介在している。第２の介在部３１ａ～３１ｃは、負極層間に介在している介在部分の他に、当該介在部分から延出し正極層から露出している延出部分も有している。

【0031】

第２の連結部３２は、第２の介在部３１ａ～３１ｃを相互に連結していると共に、負極タブ５０と接合している。具体的には、第２の介在部３１ａ～３１ｃの延出部分同士を接続している。この第２の連結部３２は、図中のＺ方向（積層方向）に沿って延在しており、負極タブ５０と接合している。

【0032】

正極タブ４０は、導電性を有する板状の部材である。本実施形態における正極タブ４０は、積層体１０の下端面１０ｂ側に配置されており、当該下端面１０ｂと接触している。本実施形態における積層体１０の下端面１０ｂは、正極層１１ｆの下面である。よって、正極タブ４０は、正極層１１ｆと外装体６０との間に介在していると共に、正極層１１ｆと外装体６０と接触している。

【0033】

正極タブ４０は、例えば、金属や、導電性を有する樹脂から構成されている。特に限定されないが、正極タブ４０は、正極集電体２０と同じ材料から構成されていてもよい。また、正極タブ４０は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料から構成されていてもよい。これにより、正極タブ４０による全固体電池１Ａの冷却効率の向上を図ることができる。

【0034】

本実施形態における正極タブ４０は、第１の接触部４１と、第１の接合部４２と、第１の露出部４３と、を含んでいる。第１の接触部４１は、積層体１０の下端面１０ｂと接触している部分である。この第１の接触部４１は、積層体１０の下端面１０ｂと対向し接触する第１の接触面４１１を含んでいる。なお、本実施形態における第１の接触面４１１は、本発明における「第１の対向面」の一例に相当する。

【0035】

第１の接触面４１１は、正極層１１ｆの下面（下側主面）の面積以上の面積を有しており、正極層１１ｆの下面の全面と接触している。このように第１の接触面４１１が、正極層１１ｆの下面の面積以上の面積を有することで、積層体１０に積層方向に沿って圧力を印加する場合に、積層体１０へ印加される圧力を一定とすることができる。これにより、全固体電池１Ａの急速な劣化を抑制することができる。

【0036】

第１の接合部４２は、正極集電体２０の第１の連結部２２と接合している部分である。正極タブ４０と正極集電体２０は、特に限定されないが、この第１の接合部４２の表面において溶接などによって接合されている。この第１の接合部４２は、積層方向（図中のＺ方向）から視た場合において正極層１１ａ～１１ｆと重複していない。このため、積層体１０に積層方向に沿って圧力を印加する場合に、積層体１０へ印加される圧力を一定とすることができる。

【0037】

第１の露出部４３は、外装体６０の内部から延出しており、外装体６０に収容されることなく外装体６０から露出している部分である。この第１の露出部４３は、例えば、バスバを介して他の全固体電池と接続されたり、或いは、外部装置の端子と接続される部分である。

【0038】

負極タブ５０は、導電性を有する板状の部材である。本実施形態における負極タブ５０は、積層体１０の上端面１０ａ側に配置されており、当該上端面１０ａと接触している。本実施形態における積層体１０の上端面１０ａは、負極層１２ａの上面である。よって、負極タブ５０は、負極層１２ａと外装体６０との間に介在していると共に、負極層１２ａと外装体６０と接触している。

【0039】

負極タブ５０は、例えば、正極タブ４０と同様に、金属や、導電性を有する樹脂から構成されている。また、負極タブ５０は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料から構成されていてもよい。これにより、負極タブ５０による全固体電池１Ａの冷却効率の向上を図ることができる。

【0040】

本実施形態における負極タブ５０は、第２の接触部５１と、第２の接合部５２と、第２の露出部５３と、を含んでいる。第２の接触部５１は、積層体１０の上端面１０ａと接触している部分である。この第２の接触部５１は、積層体１０の上端面１０ａと対向し接触する第２の接触面５１１を含んでいる。なお、本実施形態における第２の接触面５１１は、本発明における「第２の対向面」の一例に相当する。

【0041】

第２の接触面５１１は、負極層１２ａの上面（上側主面）の面積以上の面積を有しており、負極層１２ａの上面の全面と接触している。このように第２の接触面５１１が、負極層１２ａの上面の面積以上の面積を有することで、積層体１０に積層方向に沿って圧力を印加する場合に、積層体１０へ印加される圧力を一定とすることができる。これにより、全固体電池１Ａの急速な劣化を抑制することができる。

【0042】

第２の接合部５２は、負極集電体３０の第２の連結部３２と接合している部分である。負極タブ５０と負極集電体３０は、特に限定されないが、この第２の接合部５２の表面において超音波溶着などによって接合されている。この第２の接合部５２も、積層方向（図中のＺ方向）から視た場合において負極層１２ａ～１２ｆと重複していない。このため、積層体１０に積層方向に沿って圧力を印加する場合に、積層体１０へ印加される圧力を一定とすることができる。

【0043】

第２の露出部５３は、外装体６０の内部から延出しており、外装体６０に収容されることなく外装体６０から露出している部分である。この第２の露出部５３は、例えば、バスバを介して他の全固体電池と接続されたり、或いは、外部装置の端子と接続される部分である。

【0044】

外装体６０は、積層体１０を内部に収容している。この外装体としては、ラミネートフィルム等を用いることができる。外装体６０の内部は、特に限定されないが、真空引きされており、外装体６０の内部には気体がほとんど存在していない。

【0045】

以上のような全固体電池１Ａでは、積層体１０の上端面１０ａに負極タブ５０が配置されていると共に、下端面１０ｂに正極タブ４０が配置されている。外装体６０の内部に気体がほぼ存在しない全固体電池１Ａでは、積層体１０から生じた熱が、その積層方向に伝達していく。このため、正負極タブ４０，５０が積層体１０の上下端面１０ａ，１０ｂに配置されていることで、正負極タブ４０，５０に熱が伝達し易くなっている。そして、正負極タブ４０，５０は、外装体６０の外部に露出する第１及び第２の露出部４３，５３を備えているため、効率よく全固体電池１Ａの外部に放熱することができる。

【0046】

本実施形態における全固体電池１Ａの構成は、特に、全固体電解質１３ａ～１３ｅに硫化物固体電解質を使用している場合に効果的である。液体電解質二次電池の電解液に比較して、硫化物固体電解質は熱容量が小さいため、全固体電池１Ａは発熱し易くなる。このため、本実施形態における全固体電池１Ａのような構成により、効率よく全固体電池１Ａの外部に放熱することが重要である。

【0047】

また、本実施形態における全固体電池１Ａの構成は、特に、正極層１１ａ～１１ｆに含まれる正極活物質として、硫黄を含む正極活物質を使用している場合にも効果的である。硫黄系の正極活物質は、ＮＭＣ系の正極活物質と比較して熱容量が小さく、熱伝導性も低いので全固体電池１Ａは発熱し易くなる。このため、本実施形態における全固体電池１Ａのような構成により、効率よく全固体電池１Ａの外部に放熱することが重要である。

【0048】

さらに、本実施形態のような全固体電池１Ａであれば、積層体１０や正負極タブ４０，５０の他に伝熱材などを配置する必要が無いので、セルエネルギー密度の低下の抑制を図ることができる。

【0049】

<<第２実施形態>>
次に、第２実施形態における全固体電池１Ｂを図２を参照しながら説明する。第２実施形態における全固体電池１Ｂでは、負極タブ５０が積層体１０の下端面１０ｂ側に配置されている点が第１実施形態における全固体電池１Ａと異なる。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

【0050】

この全固体電池１Ｂでは、負極タブ５０は、正極タブ４０の下方に設けられている。また、全固体電池１Ｂは、負極タブ５０と正極タブ４０との間に絶縁層７０を有している。負極タブ５０の第２の接触面は、絶縁層７０と接触しており、第１実施形態のように負極層とは直接接触していない。

【0051】

絶縁層７０は、絶縁性を有する材料から構成された層であり、正極タブ４０と負極タブ５０とを絶縁している。この絶縁層７０の耐電圧は、特に限定されないが、５００Ｖ以上とすることができる。これにより、正負極タブ４０，５０の短絡を抑制できる。

【0052】

絶縁層７０を構成する材料としては、例えば、樹脂を用いることができる。特に限定されないが、樹脂の種類や、厚みを適切な値とすることで、耐電圧を５００Ｖ以上に設定できる。

【0053】

第２実施形態における全固体電池１Ｂのように積層体１０の一方の端面側に正負極タブ４０，５０の両方を配置しても、第１実施形態の全固体電池１Ａと同様に、セルエネルギー密度の低下の抑制を図りつつ放熱することができる。

【0054】

<<第３実施形態>>
次に、第３実施形態における全固体電池１Ｃを図３を参照しながら説明する。第３実施形態における全固体電池１Ｃでは、積層体１０の上端面１０ａ側に正極タブ４０を配置し、下端面１０ｂ側に負極タブ５０を配置している点が第１実施形態における全固体電池１Ａと異なる。つまり、積層体１０の最外層に位置する電極と異なる極性を有する電極タブを配置している。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

【0055】

この第３実施形態の全固体電池１Ｃでは、負極層１２ａの上方に正極タブ４０が配置されている。このため、負極層１２ａと正極層４０ａとの短絡を抑制するために、負極層１２ａと正極タブ４０との間に絶縁層７０ａが配置されている。

【0056】

同様に、正極層１１ｆの下方に負極タブ５０が配置されているため、正極層１１ｆと負極タブ５０との間に絶縁層７０ｂが配置されている。

【0057】

第３実施形態における全固体電池１Ｃのように、異なる極性を有する電極と電極タブを絶縁層７０ａ，７０ｂを介して対向させる場合であっても、第１実施形態の全固体電池１Ａと同様に、セルエネルギー密度の低下の抑制を図りつつ放熱することができる。

【0058】

<<第４実施形態>>
次に、第４実施形態における全固体電池１Ｄを図４を参照しながら説明する。第４実施形態における全固体電池１Ｄでは、積層体１０Ｄの上端面１０ａが負極集電体３０Ｄの第４の介在部３３の上面であり、下端面１０ｂが正極集電体２０Ｄの第３の介在部２３の下面である点が第１実施形態における全固体電池１Ａと異なる。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

【0059】

この積層体１０Ｄでは、積層方向における最外端（最上層）に負極集電体３０Ｄの第４の介在部３３が配置されている。この第４の介在部３３は、負極層１２ａと負極タブ５０との間に介在しており、負極層１２ａと負極タブ５０とに接触している。

【0060】

第４実施形態における負極タブ５０の下面（下側主面）は、第２の接触部５１において第４の介在部３３の上面と接合されている。つまり、第２の接触部５１が第２の接合部５２も兼ねている。この第２の接触部５１の厚みのばらつきは、負極タブ５０の厚みの１０％以下であることが好ましい。負極タブ５０は、積層体１０の直上に配置されているため、第２の接触部５１（第２の接合部５２）の厚みばらつきを小さくすることによって、全固体電池１Ｄの外部からの印可圧力を均一とすることができる。これにより、全固体電池１Ｄの急激な劣化を抑制することができる。

【0061】

なお、負極タブ５０の厚みとしては、例えば、負極タブ５０の面内の複数の点で厚みを測定した平均厚みを使用することができる。そして、第２の接触部５１において測定される厚みが、この平均厚みの±１０％以内であればよい。

【0062】

また、積層体１０Ｄでは、積層方向における最外端（最下層）に正極集電体２０Ｄの第３の介在部２３が配置されている。この第３の介在部２３は、正極層１１ｆと正極タブ４０との間に介在しており、正極層１１ｆと正極タブ４０とに接触している。

【0063】

第４実施形態における正極タブ４０の上面（上側主面）は、第１の接触部４１において第３の介在部２３の下面と接合されている。つまり、第１の接触部４１が第１の接合部４２も兼ねている。この第１の接触部４１の厚みのばらつきは、正極タブ４０の厚みの１０％以下であることが好ましい。正極タブ４０は、積層体１０の直下に配置されているため、第１の接触部４１（第１の接合部４２）の厚みばらつきを小さくすることによって、全固体電池１Ｄの外部からの印可圧力を均一とすることができる。これにより、全固体電池１Ｄの急激な劣化を抑制することができる。

【0064】

また、第３及び第４の介在部２３，３３を介して正負極タブ４０，５０が正負極集電体２０，３０と接合することにより、接触面積を向上させて接触抵抗を抑制することができる。

【0065】

第４実施形態における全固体電池１Ｄにおいても、第１実施形態の全固体電池１Ａと同様に、セルエネルギー密度の低下の抑制を図りつつ放熱することができる。

【0066】

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

【符号の説明】

【0067】

１Ａ～１Ｄ…全固体電池
１０，１０Ｄ…積層体
１０ａ…上端面
１０ｂ…下端面
１１ａ～１１ｆ…正極層
１２ａ～１２ｆ…負極層
１３ａ～１３ｅ…固体電解質層
２０，２０Ｄ…正極集電体
２１ａ～２１ｃ…第１の介在部
２２…第１の連結部
２３…第３の介在部
３０，３０Ｄ…負極集電体
３１ａ～３１ｃ…第２の介在部
３２…第２の連結部
３３…第４の介在部
４０…正極タブ
４１…第１の接触部
４１１…第１の接触面
４２…第１の接合部
４３…第１の露出部
５０…負極タブ
５１…第２の接触部
５１１…第２の接触面
５２…第２の接合部
５３…第２の露出部
６０…外装体
７０，７０ａ，７０ｂ…絶縁層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】