特開 2024-60767 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】P2024060767

(43)【公開日】2024-05-07

(54)【発明の名称】全固体電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20240425BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20240425BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20240425BHJP

   H01M 4/134 20100101ALI20240425BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0585

H01M10/0562

H01M4/66 A

H01M4/134

H01M10/052

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022168258

(22)【出願日】2022-10-20

(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】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田口 海志

【テーマコード（参考）】

5H017

5H029

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H017AA04

5H017AS02

5H017CC01

5H017DD05

5H017HH03

5H017HH05

5H029AJ14

5H029AK01

5H029AK03

5H029AL02

5H029AL06

5H029AL07

5H029AL08

5H029AL11

5H029AL12

5H029AM12

5H029DJ07

5H029HJ04

5H029HJ12

5H050AA19

5H050BA16

5H050CA01

5H050CA07

5H050CA08

5H050CA09

5H050CB02

5H050CB07

5H050CB08

5H050CB09

5H050CB11

5H050CB12

5H050DA03

5H050DA04

5H050FA02

5H050HA04

5H050HA12

(57)【要約】

【課題】本発明の目的は、発電要素に十分な圧力を加えることができる全固体電池を提供すること。
【解決手段】全固体電池１は、発電要素２と、発電要素２を挟むように配置された第１集電箔６及び第２集電箔７とを備える。第１集電箔６における発電要素２の反対側には、拘束治具１１が配置される。第１集電箔６は、発電要素２側を向く第１面１３－１と、その反対側を向く第２面１３－２とを有する。第１面１３－１は、第１電極接触領域１５と、第１絶縁層形成領域１４とを有する。第１絶縁層形成領域１４と第１電極接触領域１５とは離れている。第２面１３－２は、第１電極重複領域１７と、第２絶縁層形成領域１６とを有する。第２絶縁層形成領域１６と第１電極重複領域１７とは離れている。第１絶縁層１２－１の厚みと第２絶縁層１２－２の厚みとの和は、第１電極層４の厚みよりも小さい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極層、固体電解質層、及び第２電極層が順に積層された発電要素と、
前記発電要素を挟むように配置された第１集電箔及び第２集電箔であって、前記第１集電箔が前記第１電極層に接続され、前記第２集電箔が前記第２電極層に接続された、前記第１集電箔及び第２集電箔と、
を備え、
前記第１集電箔における前記発電要素の反対側には、前記第１集電箔を介して前記発電要素を加圧する拘束治具が配置され、
積層方向に沿って見た場合に、前記固体電解質層の外周端及び前記第１集電箔の外周端は、いずれも、前記第１電極層の外周端よりも外側に位置しており、
前記第１集電箔は、
前記発電要素側を向く第１面と、
前記発電要素の反対側を向く第２面とを有し、
前記第１面は、
前記第１電極層に接触する領域である第１電極接触領域と、
積層方向に沿って見た場合に前記第１電極接触領域よりも外側に設けられ、第１絶縁層が設けられた領域である、第１絶縁層形成領域とを有し、
前記第１絶縁層形成領域と前記第１電極接触領域とは離れており、
前記第２面は、
積層方向に沿って見た場合に前記第１電極層に重なる領域である第１電極重複領域と、
積層方向に沿って見た場合に前記第１電極重複領域よりも外側に設けられ、第２絶縁層が設けられた領域である、第２絶縁層形成領域とを有し、
前記第２絶縁層形成領域と前記第１電極重複領域とは離れており、
前記第１絶縁層の厚みと前記第２絶縁層の厚みとの和は、前記第１電極層の厚みよりも小さい、
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、
前記第１電極層は、負極層であり、
前記第２電極層は、正極層であり、
前記発電要素は、充電時に、前記負極層にアルカリ金属が析出するように構成されており、
前記負極層は、前記析出するアルカリ金属が前記固体電解質層に直接接することを防止する負極中間層を有しており、
前記第１絶縁層の厚みと前記第２絶縁層の厚みとの和は、前記負極中間層の厚みよりも小さい、
全固体電池。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第１絶縁層の端部は、前記第１電極層から離れている、
全固体電池。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第１絶縁層の厚みと前記第２絶縁層の厚みが等しい、
全固体電池。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第１絶縁層は、前記第１集電箔の端部にまで設けられている、
全固体電池。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第１面における前記第１電極接触領域と前記第１絶縁層形成領域との間の距離は、積層方向に沿って見た場合における前記第１電極層の端部と前記固体電解質層の端部との間の距離よりも小さい、
全固体電池。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第１面における前記第１電極接触領域の端部から前記第１集電箔の外側端部までの距離は、積層方向に沿って見た場合における前記第１電極層の端部と前記固体電解質層の端部との間の距離よりも小さい、
全固体電池。

【請求項8】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
積層方向に沿って見た場合に、前記第２集電箔の外周端は、前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の外周端よりも外側に位置しており、
前記第２集電箔上には、前記第２電極層の外側に、第２電極端部絶縁層が設けられており、
積層方向に沿って見た場合に、前記第２電極端部絶縁層の内側端部は、前記固体電解質層の端部よりも内側に位置しており、
前記第１面における前記第１電極接触領域と前記第１絶縁層形成領域との間の距離は、積層方向に沿って見た場合における前記第１電極層の端部から前記第２電極端部絶縁層の外側端部までの間の距離よりも小さい、
全固体電池。

【請求項9】

請求項８に記載の全固体電池であって、
前記第１面における前記第１電極接触領域の端部から前記第１集電箔の外側端部までの距離が、積層方向に沿って見た場合における前記第１電極層の端部から前記第２電極端部絶縁層の外側端部までの間の距離よりも小さい、
全固体電池。

【請求項10】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第１絶縁層において、内側側面と上面とによって形成される角部は、丸められている、
全固体電池。

【請求項11】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第２絶縁層において、内側側面と上面とによって形成される角部は、丸められている、
全固体電池。

【請求項12】

請求項１又は２に記載の全固体電池であって、
前記第１電極層及び前記第２電極層の一方は、負極層を含み、
前記負極層は、アルカリ金属を含む、
全固体電池。

【請求項13】

請求項１２に記載の全固体電池であって、
前記アルカリ金属が、リチウム金属を含む、
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。

【背景技術】

【0002】

全固体電池は、固体材料により構成される二次電池である。全固体電池は、通常、発電要素として、固体電解質層、正極層、及び負極層を有する。これらは、正極層及び負極層が固体電解質層を挟むように積層される。また、発電要素を外部の装置と電気的に接続するため、発電要素を挟むように、正極集電箔及び負極集電箔が設けられる。

【0003】

全固体電池において所望の電池特性（電池容量）を得るためには、正極層及び負極層が強固に固体電解質層に接合されている必要がある。そのため、通常、拘束治具によって、発電要素が加圧される（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１１０３４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、各集電箔には、絶縁防止等を目的として、絶縁層が設けられることがある。絶縁層は、通常、積層方向に沿って見た場合に各電極層を取り囲むような位置に配置される。このような構成を有する全固体電池において、拘束治具を配置して発電要素を積層方向に沿って加圧しようとすると、電極層の周囲に位置する絶縁層が拘束治具と干渉してしまい、発電要素に十分な圧力が加わらない場合がある。

【0006】

そこで、本発明の目的は、発電要素に十分な圧力を加えることができる全固体電池を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様において、本発明に係る全固体電池は、第１電極層、固体電解質層、及び第２電極層が順に積層された発電要素と、発電要素を挟むように配置された第１集電箔及び第２集電箔であって、第１集電箔が第１電極層に接続され、第２集電箔が前記第２電極層に接続された、第１集電箔及び第２集電箔と、を備える。第１集電箔における発電要素の反対側には、第１集電箔を介して発電要素を加圧する拘束治具が配置される。積層方向に沿って見た場合に、固体電解質層の外周端及び第１集電箔の外周端は、いずれも、第１電極層の外周端よりも外側に位置している。第１集電箔は、発電要素側を向く第１面と、発電要素の反対側を向く第２面とを有する。第１面は、第１電極層に接触する領域である第１電極接触領域と、積層方向に沿って見た場合に第１電極接触領域よりも外側に設けられ、第１絶縁層が設けられた領域である、第１絶縁層形成領域とを有する。第１絶縁層形成領域と第１電極接触領域とは離れている。第２面は、積層方向に沿って見た場合に第１電極層に重なる領域である第１電極重複領域と、積層方向に沿って見た場合に第１電極重複領域よりも外側に設けられ、第２絶縁層が設けられた領域である、第２絶縁層形成領域とを有する。第２絶縁層形成領域と第１電極重複領域とは離れている。第１絶縁層の厚みと第２絶縁層の厚みとの和は、第１電極層の厚みよりも小さい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、発電要素に十分な圧力を加えることができる全固体電池が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る全固体電池の全体的な構成を示す概略断面図である。

【図2】図２は、図１の領域Ａの拡大図である。

【図3】図３は、参考例に係る全固体電池の最外部の構成を模式的に示す断面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る全固体電池において、拘束治具により発電要素が加圧された状態を示す図である。

【図5】図５は、第２の実施形態に係る全固体電池の最外部における構成を示す図である。

【図6】図６は、第４の実施形態に係る全固体電池の一例を示す模式図である。

【図7】図７は、第４の実施形態に係る全固体電池の他の一例を示す模式図である。

【図8】図８は、第４の実施形態に係る全固体電池の更なる他の一例を示す模式図である。

【図9】図９は、第５の実施形態に係る全固体電池の最外部における構成を示す図である。

【図10】図１０は、第６の実施形態に係る全固体電池の最外部における構成を示す図である。

【図11】図１１は、第７の実施形態に係る全固体電池の最外部における構成を示す図である。

【図12】図１２は、第８の実施形態に係る全固体電池の最外部における構成を示す図である。

【図13】図１３は、第９の実施形態に係る全固体電池の最外部における構成を示す図である。

【図14】図１４は、第１０の実施形態に係る全固体電池の最外部における構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

【0011】

１：第１の実施形態
図１は、第１の実施形態に係る全固体電池１の全体的な構成を示す概略断面図である。図１に示されるように、全固体電池１は、複数の発電要素２、複数の負極集電箔２０、複数の正極集電箔２１、外装材８、一対の拘束治具１１、負極タブ９、及び正極タブ１０を有している。

【0012】

複数の発電要素２、複数の負極集電箔２０及び複数の正極集電箔２１は、外装材８内に収容されている。外装材８は、例えばアルミニウムフィルムなどにより構成されている。

【0013】

複数の発電要素２は、複数の負極集電箔２０及び複数の正極集電箔２１を介して積層されている。具体的には、複数の負極集電箔２０と複数の正極集電箔２１とは、積層方向において交互になるように配置されている。各発電要素２は、積層方向において隣り合う負極集電箔２０と正極集電箔２１との間に配置されている。

【0014】

複数の負極集電箔２０は、複数の発電要素２が積層された領域から側方に向かって延びており、その先端で１つにまとめられて負極タブ９に接続されている。複数の正極集電箔２１も、同様に、複数の発電要素２が積層された領域から側方に向かって延びており、その先端で１つにまとめられて正極タブ１０に接続されている。

【0015】

負極タブ９及び正極タブ１０は、複数の発電要素２を外部に電気的に接続するために設けられている。各タブ（９、１０）の一端は外装材８の内部に位置しており、他端は外装材８の外部に位置している。

【0016】

一対の拘束治具１１は、外装材８の外側に設けられている。一対の拘束治具１１は、積層方向において外装材８を介して複数の発電要素２を挟むように配置されている。一対の拘束治具１１は、例えばゴムバンド等によって結束されており、複数の発電要素２を拘束（加圧）している。

【0017】

ここで、各負極集電箔２０及び各正極集電箔２１のうちの一方には、短絡防止のため、絶縁層１２が設けられている。また、複数の負極集電箔２０及び複数の正極集電箔２１のうち、積層方向に沿う両最外部の少なくとも一方は、絶縁層１２が設けられた集電箔となっている。なお、図１に示す例では、一例として、各負極集電箔２０に絶縁層１２が設けられており、積層方向における両最外部に位置する集電箔が、いずれも負極集電箔２０である場合の例が示されている。ただし、最外部に位置する集電箔が正極集電箔２１であってもよい。また、両最外部に位置する集電箔のうち、一方の集電箔のみが絶縁層１２が設けられた集電箔であってもよい。

【0018】

絶縁層１２は、発電要素２を取り囲むような位置に設けられている。絶縁層１２は、集電箔の両面に設けられている。

【0019】

以上が、全固体電池１の概略的な構成である。ここで、本実施形態においては、最外部に位置する集電箔であって、絶縁層１２が設けられた集電箔の構成が工夫されている。そこで、以下において、全固体電池１における最外部の構成に着目して、詳細な構成を説明する。

【0020】

図２は、図１に記載の全固体電池１における領域Ａの拡大図であり、最外部に位置する発電要素２と、その端部近傍の断面を示す概略図である。なお、説明の便宜上、図２においては、拘束治具１１により拘束されていない状態の構成が示されている。また、図１においては、最外部に位置する集電箔が負極集電箔２０である場合の例を示したが、既述のように、最外部の集電箔は正極集電箔２１であってもよい。そこで、以下の説明においては、両者を区別せず、第１集電箔及び第２集電箔との用語を用いる。具体的には、最外部に位置する集電箔であって、絶縁層１２が設けられた集電箔を、第１集電箔６と定義する。そして、発電要素２を介して第１集電箔と対向する他方の集電箔を、第２集電箔７と定義する。

【0021】

すなわち、図２に示されるように、発電要素２は、積層方向において、第１集電箔６及び第２集電箔７によって挟まれている。発電要素２は、固体電解質層３、第１電極層４、及び第２電極層５を有している。これらは、第１電極層４及び第２電極層５によって固体電解質層３が挟まれるように、積層されている。第１電極層４及び第２電極層５のうちの一方は正極層であり、他方は負極層である。第１電極層４は第１集電箔６に接続されており、第２電極層５は第２集電箔７に接続されている。

【0022】

既述のように、第１集電箔６は、積層方向における最外部に位置する。すなわち、図２には示されていないが、第１集電箔６における発電要素２の反対側には、外装材８を介して拘束治具１１が配置される。

【0023】

積層方向に沿って見た場合に、固体電解質層３の外周端及び第１集電箔６の外周端は、いずれも、第１電極層４の外周端よりも外側に位置している。また、第２電極層５の外周端は、積層方向に沿って見た場合に、固体電解質層３の外周端及び第１集電箔６の外周端よりも内側に位置している。第２電極層５の側部には、第２電極層５の端部保護のため、第２電極端部絶縁層１８が設けられている。

【0024】

第１集電箔６上には、既述のように、絶縁層１２が設けられている。具体的には、絶縁層１２として、第１絶縁層１２－１と、第２絶縁層１２－２とが設けられている。詳細には、第１集電箔６のうち、発電要素２側を向く面が第１面１３－１として定義される。また、第１集電箔６のうち、発電要素２の反対側を向く面（すなわち拘束治具１１側を向く面）が第２面１３－２として定義される。そして、第１絶縁層１２－１は第１面１３－１上に設けられており、第２絶縁層１２－２は第２面１３－２上に設けられている。

【0025】

第１面１３－１上において、第１絶縁層１２－１は、第１電極層４から離れている。具体的には、第１面１３－１における領域であって、第１電極層４に接触する領域が第１電極接触領域１５として定義される。また、第１面１３－１における領域であって、第１絶縁層１２－１が設けられた領域が、第１絶縁層形成領域１４として定義される。そして、第１絶縁層形成領域１４と第１電極接触領域１５とは、離れている。

【0026】

また、積層方向に沿って見た場合に、第２絶縁層１２－２も、第１電極層４から離れている。具体的には、第２面１３－２における領域であって、第２絶縁層１２－２が設けられた領域が、第２絶縁層形成領域１６として定義される。第２面１３－２における領域であって、積層方向に沿って見た場合に第１電極層４に重なる領域が、第１電極重複領域１７として定義される。第２絶縁層形成領域１６と第１電極重複領域１７とは、離れている。

【0027】

積層方向に沿って見た場合に、第１絶縁層形成領域１４の内周端及び第２絶縁層形成領域１６の内周端は、いずれも、固体電解質層３の外周端よりも内側に位置している。言い換えれば、第１絶縁層１２－１及び第２絶縁層１２－２は、少なくとも一部で、固体電解質層３に重なっている。また、第１絶縁層形成領域１４と、第２絶縁層形成領域１６とは、概ね重なっている。

【0028】

ここで、第１絶縁層１２－１の厚み（図中ｔ１）と、第２絶縁層１２－２の厚み（図中ｔ２）との和は、第１電極層４の厚み（図中ｔ３）よりも小さい。

【0029】

上述のような構成を採用することにより、拘束治具１１による加圧が絶縁層１２によって妨げられず、発電要素２に十分な圧力を加えることができる。この点について、参考例と対比させつつ、以下に説明する。

【0030】

図３は、参考例に係る全固体電池の最外部の構成を模式的に示す断面図である。この参考例においては、第１絶縁層１２－１と第２絶縁層１２－２の厚みの和が、第１電極層４の厚みよりも大きい。このような全固体電池において、拘束治具１１の加圧面が一部で第２絶縁層１２－２と重なっていると、第２絶縁層１２－２が外装材８を介して拘束治具１１と干渉してしまい、発電要素２に対して十分な圧力が伝わらない。

【0031】

一方、図４は、本実施形態に係る全固体電池１の最外部の構成を示す図であり、拘束治具１１により発電要素２が加圧された状態を示す図である。図４に示されるように、本実施形態においては、第１絶縁層形成領域１４と第１電極接触領域１５とが離れているから、第１集電箔６は、第１電極層４の外周端部において発電要素２側に折れ曲がる。そして、第１絶縁層１２－１の厚みと第２絶縁層１２－２の厚みとの和が第１電極層４の厚みよりも小さいから、第２絶縁層１２－２の表面の高さは、第１電極層４上における第１集電箔６の表面の高さと同じになる。従って、拘束治具１１の加圧面が一部で第２絶縁層１２－２と重なっていたとしても、第２絶縁層１２－２によって拘束治具１１の加圧が妨げられることはない。その結果、発電要素２に対して十分な圧力を加えることができる。

【0032】

なお、拘束治具１１と絶縁層１２との干渉を防ぐために、第１集電箔６については、発電要素２側の面（すなわち第１面１３－１）にのみ絶縁層１２を配置することも考えられる。しかしながら、このような構成を採用すると、複数の集電箔のうち、最外部に配置される第１集電箔６だけを特別に用意する必要がある。すなわち、最外部に配置される第１集電箔６については片面のみに絶縁層１２を形成し、その他の集電箔については両面に絶縁層１２を形成する必要がある。その結果、製造時における集電箔の管理等が複雑になり、不利となる。これに対して、本実施形態によれば、最外部の第１集電箔６を他の集電箔と区別する必要がない。製造管理を複雑化させることなく、所望の圧力を発電要素２に加えることができる全固体電池１が提供される。

【0033】

なお、全固体電池としては、充放電に伴って電極層の厚みが変化するものも知られている。本実施形態における第１電極層４は、このように充放電に伴い厚みが変化するように構成されたものであってもよい。この場合、第１絶縁層１２－１の厚みと第２絶縁層１２－２の厚みとの和は、最も薄い場合の第１電極層４の厚みよりも小さいことが好ましい。このような構成を採用すれば、充放電に伴い第１電極層４の厚みが変化した場合であっても、常に発電要素２に対して十分に圧力を加えることができる。

【0034】

好ましい一態様において、第１電極層４は負極層であり、第２電極層５は正極層である。そして、発電要素２は、充電時に、負極層（第１電極層４）にアルカリ金属（好ましくは金属リチウム）が析出するように構成されている。更に、負極層（第１電極層４）は、負極中間層を有している。負極中間層は、充電時に析出するアルカリ金属が固体電解質層３に直接接することを防止するために設けられた構造である。そして、第１絶縁層１２－１の厚みと第２絶縁層１２－２の厚みとの和は、負極中間層の厚みよりも小さい。このような構成を有する全固体電池１においては、充電時に、アルカリ金属の析出によって負極層（第１電極層４）の厚みが大きくなる。一方、放電時には、析出したアルカリ金属が正極層（第２電極層５）に吸蔵されるから、負極層（第１電極層４）の厚みが減る。完全放電時には、負極層（第１電極層４）からアルカリ金属が完全に消失し得る。すなわち、負極層の厚みは、負極中間層の厚みにまで減る場合がある。ここで、第１絶縁層１２－１の厚みと第２絶縁層１２－２の厚みとの和が、負極中間層の厚みよりも小さければ、負極層（第１電極層４）の厚みが最小になった場合（負極中間層の厚みにまで減った場合）であっても、拘束治具１１と第２絶縁層１２－２とが干渉せず、発電要素２に対して十分な圧力を加えることができる。すなわち、充放電状態にかかわらず、常に発電要素２に十分な圧力を加えることができる。

【0035】

なお、本実施形態においては、全固体電池１が複数の発電要素２を有する場合について説明した。しかし、全固体電池１は必ずしも複数の発電要素２を有している必要はない。すなわち、全固体電池１は、単一の発電要素２が、一対の集電箔（第１集電箔６及び第２集電箔７）により挟まれた構成を有していてもよい。

【0036】

続いて、全固体電池１を構成する各部材の材質などについて詳細に説明する。

【0037】

（正極層）
既述の通り、第１電極層４及び第２電極層５のうちの一方は正極層であり、他方は負極層である。正極層は、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵することができる材料により形成されていればよい。正極層は、例えば、樹脂バインダと、樹脂バインダ中に分散した正極活物質とを含む材料により形成される。正極活物質としては、例えば、リチウム金属複合酸化物などを用いることができる。リチウム金属複合酸化物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＶＯ_２、及びＬｉ（Ｎｉ－Ｍｎ－Ｃｏ）Ｏ_２等の層状岩塩型化合物、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、及びＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４等のスピネル型化合物、ＬｉＦｅＰＯ_４、及びＬｉＭｎＰＯ_４等のオリビン型化合物、あるいは、Ｌｉ_２ＦｅＳｉＯ_４、及びＬｉ_２ＭｎＳｉＯ_４等のＳｉ含有化合物等が挙げられる。また、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２なども用いることができる。

【0038】

正極層の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば１０～５００μｍ、好ましくは５０～２００μｍである。

【0039】

（負極層）
負極層は、充電時にアルカリ金属（好ましくはリチウム）を析出させる層、あるいは、充電時にアルカリ金属を吸蔵する層であればよい。

【0040】

例えば、負極層は、樹脂バインダと、樹脂バインダに分散させた負極活物質とを含む材料により、形成することができる。負極活物質としては、例えば、リチウム金属、ケイ素材料（シリコン）、スズ材料、ケイ素やスズを含む化合物（酸化物、窒化物、他の金属との合金）、および炭素材料（グラファイト等）等を用いることができる。

【0041】

また、負極層は、既述の通り、負極中間層を有していてもよい。負極中間層は、充電時に負極側に生じるアルカリ金属から固体電解質層３を保護する機能を有していればよい。すなわち、負極層は、充電時に負極中間層と集電箔との間にアルカリ金属が析出し、放電時にこのアルカリ金属が消失するように構成されていてもよい。このような負極中間層は、例えば、リチウム反応性材料を含有する層により実現できる。リチウム反応性材料としては、充電時にリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料や、充電時にリチウムと合金化可能な金属が挙げられる。

【0042】

リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料としては、特に制限されないが、炭素材料が好ましい。炭素材料の具体例としては、カーボンブラック（具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラファイト、ハードカーボン等が挙げられる。中でも、カーボンブラックが好ましく、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、ファーネスブラック、チャンネルブラックおよびサーマルランプブラックからなる群から選択させる少なくとも１種であることがより好ましい。

【0043】

リチウムと合金化可能な金属としては、例えば、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｎなどが挙げられる。中でも、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｇが好ましく、Ａｇがより好ましい。

【0044】

負極中間層は、リチウム反応性材料のみで自立膜を作製可能であれば、リチウム反応性材料のみからなるものであってもよいが、必要に応じてバインダを含んでもよい。バインダの種類は、特に制限されず、本技術分野で公知のものを適宜採用することができる。一例としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（水素原子が他のハロゲン元素にて置換された化合物を含む）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロースが挙げられる。

【0045】

好ましい一態様において、負極中間層は、カーボン粒子（カーボンブラック等）と、金属粒子（銀粒子等）と、バインダ（樹脂バインダ）とを含む。

【0046】

負極中間層の厚さは、特に制限されないが、１～５０μｍであることが好ましく、５～４０μｍであることがより好ましく、１０～３０μｍであることがさらに好ましい。負極中間層の厚さが１μｍ以上であると、負極中間層が有する機能を充分に発揮できる。負極中間層の厚さが５０μｍ以下であると、エネルギー密度の低下を抑制できる。

【0047】

（固体電解質層）
固体電解質層３は、固体であり、二次電池における電解質層として機能するものであればよく、その材質は特に限定されない。例えば、固体電解質層３は、硫化物や酸化物により形成することができる。好ましくは、固体電解質層３は、硫化物固体電解質を含む。硫化物固体電解質としては、例えばＬＰＳ系（例えばアルジロダイト（Ｌｉ_６ＰＳ_５Ｃｌ））、およびＬＧＰＳ系（例えばＬｉ_１０ＧｅＰ_２Ｓ_１２）の材料が挙げられる。固体電解質層３の厚みは、特に限定されないが、例えば５～１００μｍ、好ましくは２０～６０μｍである。

【0048】

（負極集電箔及び正極集電箔）
既述のように、第１集電箔６及び第２集電箔７の一方は負極集電箔であり、他方は正極集電箔である。負極集電箔としては、例えば、銅、銅合金、ニッケル、及びニッケル合金等の薄膜が用いられる。正極集電箔としては、例えば、アルミニウム箔などを用いることができる。

【0049】

（絶縁層）
絶縁層１２は、絶縁性を有する材料により形成されていればよい。例えば、絶縁層１２は、アルミナ、シリカ、ゼオライト、ＬＰＳ、ＬＧＰＳ及びエポキシ樹脂等により構成することができる。絶縁層１２の作製方法も特には限定されない。例えば、絶縁層の構成材料を、溶媒、及び、必要に応じてバインダー（ＳＢＲ，ＰＶＤＦ等）と混合する。そして、混合物を集電箔上に塗工し、ロールプレス等を行う。これにより、絶縁層１２を形成することができる。なお、溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、ｏ－、ｍ－、ｐ－キシレン、メシチレン、ヘミテリメン、シュードクメン、及びＮ－メチルピロリドンなどを用いることができる。塗工は、例えばアプリケータ、ダイコータ、及びディスペンサ等を用いて行うことができる。

【0050】

以上、第１の実施形態について説明した。以下に、本実施形態に係る全固体電池の構成と作用効果の関係について、代表的なものを要約する。

【0051】

本実施形態に係る全固体電池１は、第１電極層４、固体電解質層３、及び第２電極層５が順に積層された発電要素２と、発電要素２を挟むように配置された第１集電箔６及び第２集電箔７であって、第１集電箔６が第１電極層４に接続され、第２集電箔７が第２電極層５に接続された、第１集電箔６及び第２集電箔７とを有する。第１集電箔６における発電要素２の反対側には、第１集電箔６を介して発電要素２を加圧する拘束治具１１が配置される。積層方向に沿って見た場合に、固体電解質層３の外周端及び第１集電箔６の外周端は、いずれも、第１電極層４の外周端よりも外側に位置している。第１集電箔６は、発電要素２側を向く第１面１３－１と、発電要素２の反対側を向く第２面１３－２とを有する。第１面１３－１は、第１電極層４に接触する領域である第１電極接触領域１５と、積層方向に沿って見た場合に第１電極接触領域１５よりも外側に設けられ、第１絶縁層１２－１が設けられた領域である、第１絶縁層形成領域１４とを有する。第１絶縁層形成領域１４と第１電極接触領域１５とは離れている。第２面１３－２は、積層方向に沿って見た場合に第１電極層４に重なる領域である第１電極重複領域１７と、積層方向に沿って見た場合に第１電極重複領域１７よりも外側に設けられ、第２絶縁層１２－２が設けられた領域である、第２絶縁層形成領域１６とを有する。第２絶縁層形成領域１６と第１電極重複領域１７とは離れている。第１絶縁層１２－１の厚みと第２絶縁層１２－２の厚みとの和は、第１電極層４の厚みよりも小さい。

【0052】

上述のような構成によれば、第２絶縁層１２－２と拘束治具１１とが干渉しないから、発電要素２に十分な圧力を加えることができる。

【0053】

好ましい一態様において、第１電極層４は、負極層であり、第２電極層５は、正極層である。発電要素２は、充電時に、負極層にアルカリ金属が析出するように構成されている。負極層は、析出するアルカリ金属が前記固体電解質層に直接接することを防止する負極中間層を有している。第１絶縁層１２－１の厚みと第２絶縁層１２－２の厚みとの和は、負極中間層の厚みよりも小さい。このような構成によれば、第１電極層４の厚みが放電時に減少したとしても、第１絶縁層１２－１の厚みと第２絶縁層１２－２の厚みは、常に、第１電極層４の厚みよりも小さくなる。従って、拘束治具１１と第２絶縁層１２－２との干渉を常に防ぐことができ、常に発電要素２に対して十分な圧力を加えることができる。

【0054】

２：第２の実施形態
続いて、第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0055】

図５は、第２の実施形態に係る全固体電池１の最外部における構成を示す図であり、拘束治具１１により加圧された状態を示す図である。図５に示されるように、本実施形態においては、第１絶縁層１２－１の端部（内周端）が、第１電極層４の端部（外周端）から離れている。

【0056】

第１の実施形態では、第１絶縁層１２－１と第１電極層４とが、第１面１３－１上において離れている場合について説明した。しかしながら、第１集電箔６は、第１電極層４の外周端部において折れ曲がる。従って、第１面１３－１上において第１絶縁層１２－１と第１電極層４とが離れていたとしても、第１絶縁層１２－１の端部が第１電極層４の端部に接触する可能性がある。第１絶縁層１２－１の端部が第１電極層４の端部に接触すると、第１電極層４が損傷する可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、第１絶縁層１２－１の端部（内周端）が、第１電極層４の端部（外周端）から離れているため、第１電極層４の損傷が防止される。

【0057】

具体的には、以下に説明するような構成を採用すれば、第１絶縁層１２－１の端部（内周端）が、第１電極層４の端部（外周端）から離れた構造を得ることができる。すなわち、第１面１３－１における第１電極接触領域１５と第１絶縁層形成領域１４との間の距離を、距離ａと定義する。第１絶縁層１２－１の厚みを、厚みｂと定義する。第２面１３－２における第１電極重複領域１７と第２絶縁層形成領域１６との間の距離を、距離ｃと定義する。第２絶縁層１２－２の厚みを厚みｄと定義する。この場合に、距離ａを厚みｂよりも大きく設定する。また、距離ｃを、厚みｄの１．０１倍よりも大きく設定する。このような構成を採用することにより、第１絶縁層１２－１の端部を、第１電極層４の端部から離すことができる。

【0058】

あるいは、第１電極層４の端面と、第１集電箔６の第１面１３－１とがなす角度（図中、φ）を調節することにより、第１絶縁層１２－１の端部を第１電極層４の端部から離すこともできる。好ましい一態様において、角度φは、４５°超である。

【0059】

３：第３の実施形態
続いて、第３の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0060】

本実施形態においては、第１絶縁層１２－１の厚みと、第２絶縁層１２－２の厚みが等しい。このような構成を採用すれば第１集電箔６における両面の区別をなくすことができる。従って、製造時における第１集電箔６の管理がより容易になり、製造工程を簡素化することができる。

【0061】

４：第４の実施形態
続いて、第４の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0062】

図６は、本実施形態に係る全固体電池の最外部の構成を示す模式図である。本実施形態においては、第１絶縁層１２－１が、第１集電箔６の端部にまで設けられている。このような構成を採用することにより、第１集電箔６と第２集電箔７とが接触し難くなり、短絡が抑制される。特に、製造初期における短絡が防止され、歩留まりを向上させることができる。

【0063】

なお、「第１絶縁層１２－１が第１集電箔６の端部にまで設けられている」とは、第１絶縁層１２－１が、その内周端から、第１集電箔６の外周端部のうちの少なくとも一部に至るまで設けられていることをいう。なお、図１に示したように、各集電箔は、一端でタブ（９又は１０）に接続されている。従って、当然ではあるが、第１集電箔６とタブとの接続部分にまで第１絶縁層１２－１が設けられている必要はない。

【0064】

なお、図６に示す例においては、第１絶縁層１２－１の端部が、第１集電箔６の端部に揃っている。また、第１絶縁層１２－１だけでなく、第２絶縁層１２－２も第１集電箔６の端部にまで設けられている。ただし、第１集電箔６の端部における構成は、例えば以下のように変形可能である。

【0065】

図７は、本実施形態に係る全固体電池１の他の一例を示す模式図である。この例では、第１絶縁層１２－１の外周端が、第１集電箔６の端部よりも外側に位置している。同様に、第２絶縁層１２－２も、その外周端が第１集電箔６の端部よりも外側に位置するように設けられている。

【0066】

図８は、本実施形態に係る全固体電池１の更なる他の一例を示す模式図である。この例では、第１集電箔６の端面を覆うように、第１絶縁層１２－１及び第２絶縁層１２－２が設けられている。

【0067】

５：第５の実施形態
続いて、第５の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0068】

図９は、第５の実施形態に係る全固体電池１の最外部における構成を示す図であり、拘束治具１１により加圧された状態を示す図である。

【0069】

本実施形態においては、第１絶縁層１２－１の配置が工夫されている。具体的には、第１面１３－１における第１電極接触領域１５と第１絶縁層形成領域１４との間の距離が、距離ａとして定義される。また、積層方向に沿って見た場合における第１電極層４の端部と固体電解質層３の端部との間の距離が、距離ｅとして定義される。この場合において、距離ａは、距離ｅよりも小さい。

【0070】

本実施形態によれば、距離ａが距離ｅよりも小さいから、第２集電箔７が第１集電箔６と短絡し難い。従って、集電箔同士の接触による短絡が防ぎやすくなる。

【0071】

なお、本実施形態における距離ａと距離ｅとの関係は、少なくとも一部において成立していればよい。すなわち、図１に示したように、各集電箔は、発電要素２が積層された部分から側方に伸び、タブ（９又は１０）に接続されている。従って、第１集電箔６がタブ（９又は１０）に向かって延びている部分については、距離ａを距離ｅよりも小さくすることができない。しかし、その他の部分において距離ａが距離ｅよりも小さければ、集電箔同士の短絡が起こり難くなるから、一定の効果を奏する。

【0072】

６：第６の実施形態
続いて、第６の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0073】

図１０は、第６の実施形態に係る全固体電池１の最外部における構成を示す図であり、拘束治具１１により加圧された状態を示す図である。

【0074】

本実施形態においては、第１集電箔６の端部の位置が工夫されている。具体的には、第１面１３－１における第１電極接触領域１５の端部から第１集電箔６の外側端部までの距離が、距離ｆとして定義される。また、第５の実施形態と同様に、積層方向に沿って見た場合における第１電極層４の端部と固体電解質層３の端部との間の距離が、距離ｅとして定義される。この場合に、距離ｆは、距離ｅよりも小さい。

【0075】

本実施形態によれば、第１集電箔６の端部が第２集電箔７と接触し難くなる。従って、短絡が発生し難くなる。

【0076】

なお、本実施形態における距離ｆと距離ｅとの関係も、第５の実施形態における距離aと距離eとの関係と同様に、少なくとも一部において成立していればよい。

【0077】

７：第７の実施形態
続いて、第７の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0078】

図１１は、第７の実施形態に係る全固体電池１の最外部における構成を示す図であり、拘束治具１１により加圧された状態を示す図である。

【0079】

図１１に示されるように、積層方向に沿って見た場合に、第２集電箔７の外周端は、固体電解質層３、第１電極層４、及び第２電極層５の外周端よりも外側に位置している。第２集電箔７上には、第２電極層５の外側に、第２電極端部絶縁層１８が設けられている。積層方向に沿って見た場合に、第２電極端部絶縁層１８の内側端部は、固体電解質層３の端部よりも内側に位置している。

【0080】

ここで、第１面１３－１における第１電極接触領域１５と第１絶縁層形成領域１４との間の距離が、距離ａとして定義される。また、積層方向に沿って見た場合における第１電極層４の端部から第２電極端部絶縁層１８の外側端部までの距離が、距離ｇとして定義される。この場合に、距離ａは、距離ｇよりも小さい。

【0081】

本実施形態によれば、第２集電箔７が第１集電箔６側に回り込み難くなる。その結果、集電箔同士の接触による短絡が抑制される。

【0082】

なお、本実施形態における距離ａと距離ｇとの関係も、第５の実施形態における距離aと距離eとの関係と同様に、少なくとも一部において成立していればよい。

【0083】

８：第８の実施形態
続いて、第８の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0084】

図１２は、第８の実施形態に係る全固体電池１の最外部における構成を示す図であり、拘束治具１１により加圧された状態を示す図である。本実施形態においては、第７の実施形態と同様に、積層方向に沿って見た場合に、第２集電箔７の外周端が、固体電解質層３、第１電極層４、及び第２電極層５の外周端よりも外側に位置している。第２集電箔７上には、第２電極層５の外側に、第２電極端部絶縁層１８が設けられている。積層方向に沿って見た場合に、第２電極端部絶縁層１８の内側端部は、固体電解質層３の端部よりも内側に位置している。

【0085】

第１面１３－１における第１電極接触領域１５の端部から第１集電箔６の外側端部までの距離が、距離ｆとして定義される。また、積層方向に沿って見た場合における第１電極層４の端部から第２電極端部絶縁層１８の外側端部までの間の距離が、距離ｇとして定義される。そして、距離ｆは、距離ｇよりも小さい、

【0086】

本実施形態によれば、第１集電箔６の端部が第２集電箔７と接触し難くなる。従って、短絡が発生し難くなる。

【0087】

なお、本実施形態における距離ｆと距離ｇとの関係も、第５の実施形態における距離aと距離eとの関係と同様に、少なくとも一部において成立していればよい。

【0088】

９：第９の実施形態
続いて、第９の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0089】

図１３は、第９の実施形態に係る全固体電池１の最外部における構成を示す図であり、拘束治具１１により加圧された状態を示す図である。

【0090】

本実施形態においては、第１絶縁層１２－１の端部の構成が工夫されている。具体的には、第１絶縁層１２－１において、内側側面と上面とによって形成される角部（図中Ｒ１）が、丸められている。このような構成を採用すれば、第１絶縁層１２－１の端部が第１電極層４に接触したとしても、第１電極層４の破損が防止される。

【0091】

なお、丸められた角部は、例えば、製造時に、液状の第１絶縁層形成用の材料を塗布することにより、自ずと形成することができる。

【0092】

１０：第１０の実施形態
続いて、第１０の実施形態について説明する。なお、既述の実施形態と同様の構成を採用することができる点については、詳細な説明を省略する。

【0093】

図１４は、第１０の実施形態に係る全固体電池１の最外部における構成を示す図であり、拘束治具１１により加圧された状態を示す図である。

【0094】

本実施形態においては、第２絶縁層１２－２の端部の構成が工夫されている。具体的には、第２絶縁層１２－２において、内側側面と上面とによって形成される角部（図中Ｒ２）が、丸められている。このような構成を採用すれば、第２絶縁層１２－２の端部と外装材８との接触による外装材８の損傷が防止される。

【0095】

なお、本実施形態において、丸められた角部は、第９の実施形態と同様に、液状の第２絶縁層形成用の材料を塗布することにより、自ずと形成することができる。

【0096】

また、本実施形態においても、第９の実施形態と同様に、第１絶縁層１２－１における内側側面と上面とによって形成される角部（図中Ｒ１）が、丸められていてもよい。

【0097】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0098】

１：全固体電池、２：発電要素、３：固体電解質層、４：第１電極層、５：第２電極層、６：第１集電箔、７：第２集電箔、８：外装材、９：負極タブ、１０：正極タブ、１１：拘束治具、１２：絶縁層、１２－１：第１絶縁層、１２－２：第２絶縁層、１３－１：第１面、１３－２：第２面、１４：第１絶縁層形成領域、１５：第１電極接触領域、１６：第２絶縁層形成領域、１７：第１電極重複領域、１８：第２電極端部絶縁層、２０：負極集電箔、２１：正極集電箔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】