特許 7468720 全固体電池及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-08

(45)【発行日】2024-04-16

(54)【発明の名称】全固体電池及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20240409BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20240409BHJP

   H01M 50/531 20210101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0585

H01M10/0562

H01M50/531

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023011894

(22)【出願日】2023-01-30

(62)【分割の表示】P 2020503480の分割

【原出願日】2019-02-25

(65)【公開番号】P2023041785

(43)【公開日】2023-03-24

【審査請求日】2023-01-30

(31)【優先権主張番号】P 2018037225

(32)【優先日】2018-03-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100111453

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻井 智

(72)【発明者】

【氏名】馬場 彰

【審査官】川村 裕二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－８２０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２０１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０９２６４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１４３５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－８０８１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／００ －１０／３９

Ｈ０１Ｍ ５０／００ －５０／７７

Ｈ０１Ｇ １１／００ －１１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一のエレメントと、前記一のエレメントと隣接している他のエレメントとを含む複数のエレメントを有する電池本体であって、前記一のエレメントが、前記電池本体の一の面に引き出されている一の正極と、前記一の正極と対向しており、前記電池本体の他の面に引き出されている一の負極と、前記一の正極と前記一の負極との間に配された一の固体電解質層とを有しており、前記他のエレメントが、前記他の面に引き出されている他の正極と、前記他の正極と対向しており、前記一の面に引き出されている他の負極と、前記他の正極と前記他の負極との間に配された前記一の固体電解質層と連続する他の固体電解質層とを有する前記電池本体と、
前記一の面の上に設けられており、前記一の正極に接することで電気的に接続されている第１の外部電極と、
前記他の面の上に設けられており、前記一の負極に接することで電気的に接続されている第２の外部電極と、
前記他の面の上に設けられており、前記他の正極に接することで電気的に接続されている第３の外部電極と、
前記一の面の上に設けられており、前記他の負極に接することで電気的に接続されている第４の外部電極と、
を備え、
前記第１の外部電極と前記第４の外部電極とが一体に設けられているか、または前記第２の外部電極と前記第３の外部電極とが一体に設けられていることにより前記一のエレメントと前記他のエレメントとが直列に接続されている、全固体電池。

【請求項2】

前記複数のエレメントは、３以上のエレメントであり、
前記３以上のエレメントにおいて、隣接するエレメントの一方が前記一のエレメントとなり、かつ、他方が前記他のエレメントとなることにより、前記３以上のエレメントが直列に接続されている、請求項１に記載の全固体電池。

【請求項3】

一のエレメントと、前記一のエレメントと隣接している他のエレメントとを含む複数のエレメントを有する電池本体であって、前記一のエレメントが、前記電池本体の一の面に引き出されている一の正極と、前記一の正極と対向しており、前記電池本体における前記一の面に対向する他の面に引き出されている一の負極と、前記一の正極と前記一の負極との間に配された一の固体電解質層とを有しており、前記他のエレメントが、前記他の面に引き出されている他の正極と、前記他の正極と対向しており、前記一の面に引き出されている他の負極と、前記他の正極と前記他の負極との間に配された前記一の固体電解質層とを有する前記電池本体と、
前記一の面の上に設けられており、前記一の正極に電気的に接続されている第１の外部電極と、
前記他の面の上に設けられており、前記一の負極に電気的に接続されている第２の外部電極と、
前記他の面の上に設けられており、前記他の正極に電気的に接続されている第３の外部電極と、
前記一の面の上に設けられており、前記他の負極に電気的に接続されている第４の外部電極と、
を備え、
前記第１の外部電極と前記第４の外部電極とが一体に設けられているか、または前記第２の外部電極と前記第３の外部電極とが一体に設けられていることにより前記一のエレメントと前記他のエレメントとが直列に接続されている、全固体電池。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の全固体電池の製造方法であって、
前記固体電解質層を構成するための複数の第１のグリーンシート及び複数の第２のグリーンシートを用意する工程と、
前記複数の第１のグリーンシート上のそれぞれにおいて、前記正極を構成するための正極導電性ペースト層を第１のマトリクス状に複数形成することにより、複数の正極グリーンシートを作製する工程と、を備え、
前記第１のマトリクス状とは、前記正極導電性ペースト層が一定の方向そって所定のピッチで配置されており、かつ、前記一定の方向に配置された前記正極導電性ペースト層の群を示す第１の群が、隣りの前記第１の群に対して前記一定の方向にそって前記所定のピッチの半分ずれて配置されていることであり、
さらに、
前記複数の第２のグリーンシート上のそれぞれにおいて、前記負極を構成するための負極導電性ペースト層を第２のマトリクス状に複数形成することにより、複数の負極グリーンシートを作製する工程を備え、
前記第２のマトリクス状とは、前記負極導電性ペースト層が前記一定の方向そって前記所定のピッチで配置されており、かつ、前記一定の方向に配置された前記負極導電性ペースト層の群を示す第２の群が、隣りの前記第２の群に対して前記一定の方向にそって前記所定のピッチの半分ずれて配置されていることであり、
さらに、
対向する前記第１の群と前記第２の群とが、前記一定の方向にそって前記所定のピッチの半分ずれるように、前記正極グリーンシートと前記負極グリーンシートとを交互に積層することにより、前記複数のエレメントを有する積層体を作製する工程と、
前記電池本体となる生チップの単位で前記積層体から複数の前記生チップを切り出す工程と、
前記積層体から切り出された１つの前記生チップを焼成することにより前記電池本体を得る工程と、
を備える、全固体電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全固体電池及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電解液を用いない全固体電池が知られている（例えば、特許文献１等）。全固体電池は、電解液を用いないため、高温雰囲気下での使用が可能であったり、安全性に優れているというメリットを有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－２２０１０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、例えば、電子装置の種類によっては、正極と負極との間の電位差によって決まる電圧よりも高い電圧が必要とされる場合がある。その場合、出力電圧が固定されている全固体電池を用いるのであれば、全固体電池を複数用意して直列に接続する必要がある。複数の全固体電池を用いると、全固体電池の実装が煩雑になるだけではなく、全固体電池の実装スペースとして大きなスペースが必要となるという問題も生じる。

【0005】

本発明の主な目的は、高い電圧を有す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】

【0006】

本発明の一局面に係る全固体電池は、電池本体と、第１の外部電極と、第２の外部電極と、第３の外部電極と、第４の外部電極とを備えている。電池本体は、一のエレメントと、一のエレメントと隣接している他のエレメントとを含む複数のエレメントを有する。一のエレメントは、一の正極と、一の負極と、一の固体電解質層とを有している。一の正極は、電池本体の一の面に引き出されている。一の負極は、一の正極と対向している。一の負極は、電池本体の他の面に引き出されている。一の固体電解質は、一の正極と一の負極との間に配されている。他のエレメントは、他の正極と、他の負極と、前記一の固体電解質層と連続する他の固体電解質層とを有する。他の正極は、他の面に引き出されている。他の負極は、他の正極と対向している。他の負極は、一の面に引き出されている。他の固体電解質層は、他の正極と他の負極との間に配されている。第１の外部電極は、一の面の上に設けられている。第１の外部電極は、一の正極に接することで電気的に接続されている。第２の外部電極は、他の面の上に設けられている。第２の外部電極は、一の負極に接することで電気的に接続されている。第３の外部電極は、他の面の上に設けられている。第３の外部電極は、他の正極に接することで電気的に接続されている。第４の外部電極は、一の面の上に設けられている。第４の外部電極は、他の負極に接することで電気的に接続されている。第１の外部電極と第４の外部電極とが一体に設けられているか、または第２の外部電極と、第３の外部電極とが一体に設けられていることにより一のエレメントと他のエレメントとが直列に接続されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、高い電圧を有する全固体電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る全固体電池の模式的斜視図である。

【図2】図１の線ＩＩ－ＩＩにおける模式的断面図である。

【図3】図１の線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける模式的断面図である。

【図4】図２及び図３における線ＩＶ－ＩＶにおける模式的断面図である。

【図5】図２及び図３における線Ｖ－Ｖにおける模式的断面図である。

【図6】第１の実施形態に係る全固体電池の模式的回路図である。

【図7】第２の実施形態に係る全固体電池の模式的回路図である。

【図8】正極グリーンシートの一部分の模式的平面図である。

【図9】負極グリーンシートの一部分の模式的平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

【0010】

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

【0011】

（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の模式的斜視図である。図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩにおける模式的断面図である。図３は、図１の線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける模式的断面図である。図４は、図２及び図３における線ＩＶ－ＩＶにおける模式的断面図である。図５は、図２及び図３における線Ｖ－Ｖにおける模式的断面図である。図６は、第１の実施形態に係る全固体電池の模式的回路図である。

【0012】

図１に示す全固体電池１は、電解質として固体電解質を用い、液体の電解液を用いない全ての構成要素が固体である電池である。本実施形態では、具体的には、全固体電池１が、全固体リチウムイオン二次電池である例について説明する。もっとも、本発明に係る全固体電池は、リチウムイオン二次電池以外の全固体電池であってもよい。

【0013】

図１～図５に示すように、全固体電池１は、電池本体１０を備えている。電池本体１０の形状は、特に限定されない。本実施形態では、電池本体１０は、具体的には、直方体状である。なお、「直方体状」には、角部や稜線部が面取り状または丸められた形状である直方体状が含まれるものとする。

【0014】

電池本体１０は、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂと、第１～第４の側面１０ｃ～１０ｆとを備えている。第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂは、それぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向に沿って延びている。第１及び第２の側面１０ｃ、１０ｄは、それぞれ、ｙ軸方向及びｚ軸方向に沿って延びている。第３及び第４の側面１０ｅ、１０ｆは、それぞれ、ｘ軸方向及びｚ軸方向に沿って延びている。

【0015】

電池本体１０は、複数のエレメントを有している。ここで、「エレメント」とは、正極と、負極と、正極と負極との間に設けられた固体電解質層とを有しており、充放電可能な蓄電エレメントのことを意味する。

【0016】

本実施形態では、具体的には、主として図６に示すように、電池本体１０は、第１のエレメントＥ１と、第２のエレメントＥ２との２つのエレメントを有している。第２のエレメントＥ２は、ｙ軸方向において、第１のエレメントＥ１と隣接している。

【0017】

図２に示すように、第１のエレメントＥ１は、複数の第１の正極１１ａと、複数の第１の負極１２ａとを有する。第１の正極１１ａと、第１の負極１２ａとは、それぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向に沿って延びている。従って、第１の正極１１ａと、第１の負極１２ａとは、それぞれ、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂと平行である。複数の第１の正極１１ａと複数の第１の負極１２ａとは、ｚ軸方向において、相互に間隔をおいて交互に設けられている。ｚ軸方向（積層方向）において隣接する第１の正極１１ａと第１の負極１２ａとは、第１の固体電解質層１３ａを介して対向している。

【0018】

なお、正極１１ａの大きさと負極１１ｂの大きさとは、同じであっても異なっていてもよいし、異なっていてもよい。

【0019】

複数の第１の正極１１ａは、それぞれ、第１の側面１０ｃに引き出されている一方、第２の側面１０ｄには引き出されていない。複数の第１の正極１１ａは、第１の側面１０ｃの上に設けられた第１の外部電極（第１の正極端子電極）１４ａに電気的に接続されている。

【0020】

複数の第１の負極１２ａは、それぞれ、第２の側面１０ｄに引き出されている一方、第１の側面１０ｃには引き出されていない。複数の第１の負極１２ａは、第２の側面１０ｄの上に設けられた第２の外部電極（第１の負極端子電極）１５ａに電気的に接続されている。

【0021】

図３に示すように、第２のエレメントＥ２は、複数の第２の正極１１ｂと、複数の第２の負極１２ｂとを有する。第２の正極１１ｂと、第２の負極１２ｂとは、それぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向に沿って延びている。従って、第２の正極１１ｂと、第２の負極１２ｂとは、それぞれ、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂと平行である。複数の第２の正極１１ｂと、複数の第２の負極１２ｂとは、ｚ軸方向において、相互に間隔をおいて交互に設けられている。ｚ軸方向（積層方向）において隣接する第２の正極１１ｂと、第２の負極１２ｂとは、第２の固体電解質層１３ｂを介して対向している。

【0022】

複数の第２の正極１１ｂは、それぞれ、第２の側面１０ｄに引き出されている一方、第１の側面１０ｃには引き出されていない。複数の第２の正極１１ｂは、第２の側面１０ｄの上に設けられた第３の外部電極（第２の正極端子電極）１４ｂに電気的に接続されている。

【0023】

複数の第２の負極１２ｂは、それぞれ、第１の側面１０ｃに引き出されている一方、第２の側面１０ｄには引き出されていない。複数の第２の負極１２ｂは、第１の側面１０ｃの上に設けられた第４の外部電極（第２の負極端子電極）１５ｂに電気的に接続されている。

【0024】

図１、図４、図５及び図６に示すように、全固体電池１では、第２の外部電極（第１の負極端子電極）１５ａと、第３の外部電極（第２の正極端子電極）１４ｂとが一体に設けられている。このため、第１のエレメントＥ１と第２のエレメントＥ２とは、直列に接続されている。このため、第１のエレメントＥ１の電圧をＶ１とし、第２のエレメントＥ２の電圧をＶ２とすると、全固体電池１は、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ１＋Ｖ２の３種類の出力電圧を有する。換言すれば、全固体電池１からは、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ１＋Ｖ２の３種類の電圧の電力を出力することができる。具体的には、第１の外部電極１４ａと第２の外部電極１５ａとを接続することにより、出力電圧Ｖ１を得ることができる。第３の外部電極１４ｂと第４の外部電極１５ｂとを接続することにより、出力電圧Ｖ２を得ることができる。第１の外部電極１４ａと第４の外部電極１５ｂを接続することにより、出力電圧Ｖ１＋Ｖ２を得ることができる。よって、全固体電池１は、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２、電圧Ｖ１＋Ｖ２の電源として用いることができる。また、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２及び電圧Ｖ１＋Ｖ２のうちの少なくとも２種の電圧の電力を必要とする電子装置を、ひとつの全固体電池１により駆動させることが可能である。従って、出力電圧が相互に異なる複数の全固体電池を用いる場合よりも全固体電池１を用いた場合の方が、実装面積を小さくすることができる。

【0025】

本実施形態では、第２の外部電極（第１の負極端子電極）１５ａと、第３の外部電極（第２の正極端子電極）１４ｂとが一体に設けられることにより第１のエレメントＥ１と第２のエレメントＥ２とが直列に接続される例について説明した。但し、本発明において、第１のエレメントＥ１と第２のエレメントＥ２とが直列に接続されている限りにおいて、外部電極の形態は特に限定されない。例えば、第１の外部電極（第１の正極端子電極）１４ａと、第４の外部電極（第２の負極端子電極）１５ｂとが一体に設けられており、第２及び第３の外部電極１５ａ、１４ｂが別体に設けられていてもよい。

【0026】

なお、全固体電池１の実装基板への実装態様は特に限定されない。例えば、第１の側面１０ｃを実装基板側に向けて全固体電池１を実装してもよい。第１又は第２の主面１０ａ、１０ｂを実装基板側に向けて全固体電池１を実装してもよい。

【0027】

本実施形態では、第１のエレメントＥ１と第２のエレメントＥ２との２つのエレメントを有する全固体電池１について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
例えば、本発明に係る全固体電池は、外部電極により直列に接続された３つ以上のエレメントを有していてもよい。全固体電池が有するエレメントの数が多いほど出力可能な電圧の種類を多くすることができる。

【0028】

具体的には、例えば、図７に示す第２の実施形態に係る全固体電池１ａでは、第１のエレメントＥ１と、第２のエレメントＥ２と、第３のエレメントＥ３とが、この順番で、外部電極によって直列に接続されている。このため、全固体電池１ａからは、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ１＋Ｖ２、Ｖ２＋Ｖ３、Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３の６種類の電圧の電力を出力することができる。

【0029】

（構成材料）
各エレメントＥ１、Ｅ２を構成している正極、負極、外部電極、固体電解質層の材料は、特に限定されない。

【0030】

正極は、例えば、正極活物質層により構成されていてもよいし、正極集電体層と、正極集電体層の上に設けられた正極活物質層により構成されていてもよい。

【0031】

正極集電体層は、炭素材料や金属材料などの導電性材料を含んでいる。好ましく用いられる炭素材料の具体例としては、例えば、黒鉛やカーボンナノチューブ等が挙げられる。好ましく用いられる金属材料の具体例としては、例えば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄやそれらの金属材料を含む合金等が挙げられる。なお、正極集電体層は、導電性材料に加え、結着剤や固体電解質などをさらに含んでいてもよい。

【0032】

正極活物質層は、正極活物質を含む。好ましく用いられる正極活物質としては、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物やリチウム遷移金属リン酸化合物等が挙げられる。リチウム遷移金属複合酸化物の具体例としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＶＯ_２、ＬｉＣｒＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等が挙げられる。リチウム遷移金属リン酸化合物の具体例としては、例えば、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４等が挙げられる。なお、正極活物質層は、正極活物質に加え、結着剤、導電材、固体電解質などをさらに含んでいてもよい。

【0033】

負極は、例えば、負極活物質層により構成されていてもよいし、負極集電体層と、負極集電体層の上に設けられた負極活物質層により構成されていてもよい。

【0034】

負極集電体層は、炭素材料や金属材料などの導電性材料を含んでいる。負極集電体層に好ましく用いられる炭素材料や金属材料は、上述した正極集電体層に好ましく用いられる炭素材料や金属材料と同様のものが挙げられる。なお負極集電体層は、導電性材料に加え、結着剤や固体電解質などをさらに含んでいてもよい。

【0035】

負極活物質層は、負極活物質を含む。好ましく用いられる負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属系材料、半金属系材料、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム金属等が挙げられる。負極活物質として好ましく用いられる炭素材料の具体例としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、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）などが挙げられる。負極活物質として好ましく用いられる金属系材料、半金属系材料の具体例としては、Ｓｉ、Ｓｎ、ＳｉＢ_４、ＴｉＳｉ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｖ（０＜ｖ≦２）、ＬｉＳｉＯ、ＳｎＯ_ｗ（０＜ｗ≦２）、ＳｎＳｉＯ_３、ＬｉＳｎＯ、Ｍｇ_２Ｓｎ等が挙げられる。負極活物質として好ましく用いられるリチウム遷移金属複合酸化物の具体例としては、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等が挙げられる。なお、負極活物質層は、負極活物質に加え、結着剤、導電材、固体電解質などをさらに含んでいてもよい。

【0036】

固体電解質層は、固体電解質を含んでいる。好ましく用いられる固体電解質の具体例としては、例えば、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－Ｌｉ_３ＰＯ_４、Ｌｉ_７Ｐ_３Ｓ_１１、Ｌｉ_３．２５Ｇｅ_０．２５Ｐ_０．７５Ｓ、Ｌｉ_１０ＧｅＰ_２Ｓ_１２等の硫化物、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２、Ｌｉ_６．７５Ｌａ_３Ｚｒ_１．７５Ｎｂ_０．２５Ｏ_１２、Ｌｉ_６ＢａＬａ_２Ｔａ_２Ｏ_１２、Ｌｉ_１＋ｘＡｌ_ｘＴｉ_２－ｘ（ＰＯ_４）_３、Ｌａ_{２／３－ｘ}Ｌｉ_３ｘＴｉＯ_３等の酸化物、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などの高分子材料等が挙げられる。なお、固体電解質層は、固体電解質に加え、結着剤等をさらに含んでいてもよい。

【0037】

外部電極は、金属材料などの導電性材料を含む。外部電極に好ましく用いられる金属材料としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、それらの金属を含む合金等が挙げられる。なお、外部電極は、導電性材料に加え、結着剤や固体電解質等をさらに含んでいてもよい。

【0038】

（全固体電池１の製造方法）
次に、第１の実施形態に係る全固体電池１の製造方法の一例について説明する。

【0039】

まず、固体電解質層１３ａ、１３ｂを構成するためのグリーンシート３１ａ、３１ｂを用意する（図８及び図９を参照）。グリーンシート３１ａ、３１ｂは、例えば、以下の要領で作製することができる。まず、固体電解質と、有機バインダー、溶剤、添加剤等を混合してスラリーを作製する。次に、スラリーを樹脂シート等の上に塗布し、シート状に形成し、乾燥させることによりグリーンシート３１ａ、３１ｂを作製することができる。

【0040】

次に、図８に示すように、グリーンシート３１ａ上に正極１１ａ、１１ｂを構成するための正極導電性ペースト層３２ａをマトリクス状に複数形成し、正極グリーンシート３０ａを作製する。本実施形態では、正極１１ａを構成するための２つの正極導電性ペースト層３２ａ１をｘ軸方向に連続して設け、正極１１ｂを構成するための２つの導電性ペースト層３２ａ２をｘ軸方向に連続して設ける例について説明する。詳細には、本実施形態では、一体に設けた２つの正極導電性ペースト層３２ａ１と、一体に設けた２つの正極導電性ペースト層３２ａ２とを、ｙ軸方向に半周期ずつずれるように千鳥状に設ける。

【0041】

これは、言い換えれば、以下の通りである。正極導電性ペースト層３２ａ１により、２つの第１の正極１１ａが形成され（第１の正極１１ａ×２）、正極導電性ペースト層３２ａ２により、２つの第２の正極１１ｂが形成される（第２の正極１１ｂ×２）。正極導電性ペースト層３２ａがｘ方向そって所定のピッチＰで配置されている。ｘ方向に配置された正極導電性ペースト層３２ａの群を示す第１の群Ｇ１が、隣りの第１の群Ｇ１に対してｘ方向にそってピッチＰの半分ずれて配置されている。

【0042】

同様に、図９に示すように、グリーンシート３１ｂ上に負極１２ａ、１２ｂを構成するための負極導電性ペースト層３２ｂをマトリクス状に複数形成し、負極グリーンシート３０ｂを作製する。本実施形態では、負極１２ａを構成するための２つの負極導電性ペースト層３２ｂ１をｘ軸方向に連続して設け、負極１２ｂを構成するための負極導電性ペースト層３２ｂ２をｘ軸方向に連続して設ける例について説明する。詳細には、本実施形態では、一体に設けた２つの負極導電性ペースト層３２ｂ１と、一体に設けた２つの負極導電性ペースト層３２ｂ２とを、ｙ軸方向に半周期ずつずれるように千鳥状に設ける。

【0043】

これは、言い換えれば、以下の通りである。負極導電性ペースト層３２ｂ１により、２つの第１の負極１２ａが形成され（第１の負極１２ａ×２）、負極導電性ペースト層３２ｂ２により、２つの第２の負極１２ｂが形成される（第２の負極１２ｂ×２）。負極導電性ペースト層３２ｂがｘ方向そって所定のピッチＰ（このピッチＰは図８に示すピッチＰと同じである）で配置されている。ｘ方向に配置された負極導電性ペースト層３２ｂの群を示す第２の群Ｇ２が、隣りの第２の群Ｇ２に対してｘ方向にそってピッチＰの半分ずれて配置されている。

【0044】

なお、グリーンシート３１ａ、３１ｂの導電性ペースト層が形成されていない部分の上に、必要に応じて、絶縁層を形成してもよい。

【0045】

次に、導電性ペースト層が形成されていないグリーンシートと、正極グリーンシート３０ａと、負極グリーンシート３０ｂとを適宜積層することにより、積層体を形成する。この際に、複数の正極導電性ペースト層３２ａ１、３２ａ２のマトリクスパターンの周期と、複数の負極導電性ペースト層３２ｂ１、２１ｂ２のマトリクスパターンの周期とがｘ軸方向に対して１／２ピッチＰずれるようにグリーンシート３１ａ、３１ｂを積層する。具体的には、一体に設けた２つの正極導電性ペースト層３２ａ１と、一体に設けた２つの負極導電性ペースト層３２ｂ１との周期がｘ軸方向において半周期（１／２ピッチＰ）ずつずれ、一体に設けた２つの正極導電性ペースト層３２ａ２と、一体に設けた２つの負極導電性ペースト層３２ｂ２との周期がｘ軸方向において半周期（１／２ピッチＰ）ずつずれるようにグリーンシート３１ａ、３１ｂを積層する。

【0046】

次に、積層体を複数に分断し、生のチップを作製する。具体的には、本実施形態では、ｙ軸方向に延びるカットラインＬ１及びｘ軸方向に延びるカットラインＬ２に沿って積層体を複数にカットすることにより複数に分断する。

【0047】

次に、生のチップを焼成することにより電池本体１０を得る。

【0048】

次に、電池本体１０の上に、外部電極１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂを形成する。外部電極１４ａ、１４ｂ、１５ａ，１５ｂは、例えば、導電性樹脂を含む熱硬化性樹脂を硬化させることにより形成することができる。また、必要に応じて、外部電極１４ａ、１４ｂ、１５ａ，１５ｂの上にめっき層を形成してもよい。電池本体１０の上に、保護層を設けてもよい。保護層を設けることにより、電池本体１０内への水分等の侵入を抑制することができる。

【0049】

（実施形態の纏め）
本実施形態に係る全固体電池は、電池本体と、第１の外部電極と、第２の外部電極と、第３の外部電極と、第４の外部電極とを備えている。電池本体は、一のエレメントと、一のエレメントと隣接している他のエレメントとを含む複数のエレメントを有する。一のエレメントは、一の正極と、一の負極と、一の固体電解質層とを有している。一の正極は、電池本体の一の面に引き出されている。一の負極は、一の正極と対向している。一の負極は、電池本体の他の面に引き出されている。一の固体電解質は、一の正極と一の負極との間に配されている。他のエレメントは、他の正極と、他の負極と、他の固体電解質層とを有する。他の正極は、他の面に引き出されている。他の負極は、他の正極と対向している。他の負極は、一の面に引き出されている。他の固体電解質層は、他の正極と他の負極との間に配されている。第１の外部電極は、一の面の上に設けられている。第１の外部電極は、一の正極に電気的に接続されている。第２の外部電極は、他の面の上に設けられている。第２の外部電極は、一の負極に電気的に接続されている。第３の外部電極は、他の面の上に設けられている。第３の外部電極は、他の正極に電気的に接続されている。第４の外部電極は、一の面の上に設けられている。第４の外部電極は、他の負極に電気的に接続されている。第１の外部電極と第４の外部電極とが一体に設けられているか、または第２の外部電極と、第３の外部電極とが一体に設けられていることにより一のエレメントと他のエレメントとが直列に接続されている。

【0050】

本実施形態に係る全固体電池は、直列に接続されており、それぞれ、正極に接続された外部電極と負極に接続された外部電極とを有する一及び他のエレメントを有している。このため、本実施形態に係る全固体電池は、１つのエレメントから得られる電圧の２倍以上となる出力電圧を有している。

【0051】

本実施形態に係る全固体電池では、電池本体が、一のエレメントと他のエレメントとに加え、さらなるエレメントを少なくとも一つ有し、複数のエレメントが外部電極により直列に接続されていてもよい。

【0052】

別の表現を用いれば、複数のエレメントは、３以上のエレメントであり、３以上のエレメントにおいて、隣接するエレメントの一方が一のエレメントとなり、かつ、他方が他のエレメントとなることにより、３以上のエレメントが直列に接続されている。

【0053】

本実施形態に係る全固体電池の製造方法は、本実施形態に係る全固体電池を製造する方法に関する。本実施形態に係る全固体電池の製造方法では、固体電解質層を構成するためのグリーンシートを用意する。グリーンシート上に正極を構成するための正極導電性ペースト層をマトリクス状に複数形成し、正極グリーンシートを作製する。グリーンシート上に負極を構成するための負極導電性ペースト層をマトリクス状に複数形成し、負極グリーンシートを作製する。複数の正極導電性ペースト層のマトリクスパターンが一定の方向に対して１／２ピッチずつずれ、複数の負極導電性ペースト層のマトリクスパターンが一定の方向に対して１／２ピッチずつずれるように正極グリーンシートと負極グリーンシートとを積層することにより、一定の方向にそって極性が反転する複数のエレメントを有する積層体を作製する。積層体を、一定の方向に沿って複数エレメントが繋がるように分断し、生のチップを作製する。生のチップを焼成することにより電池本体を得る。

【0054】

別の表現を用いれば、本実施形態に係る全固体電池の製造方法は、以下の通りである。この方法は、前記固体電解質層を構成するための複数の第１のグリーンシート（グリーンシート３１ａ）及び複数の第２のグリーンシート（グリーンシート３１ｂ）を用意する工程と、前記複数の第１のグリーンシート上のそれぞれにおいて、前記正極を構成するための正極導電性ペースト層を第１のマトリクス状に複数形成することにより、複数の正極グリーンシートを作製する工程と、を備える。前記第１のマトリクス状とは、前記正極導電性ペースト層が一定の方向（図８ではｘ方向）そって所定のピッチで配置されており、かつ、前記一定の方向に配置された前記正極導電性ペースト層の群を示す第１の群が、隣りの前記第１の群に対して前記一定の方向（図８ではｘ方向）にそって前記所定のピッチの半分ずれて配置されていることである。さらに、この方法は、前記複数の第２のグリーンシート上のそれぞれにおいて、前記負極を構成するための負極導電性ペースト層を第２のマトリクス状に複数形成することにより、複数の負極グリーンシートを作製する工程を備える。前記第２のマトリクス状とは、前記負極導電性ペースト層が前記一定の方向そって前記所定のピッチで配置されており、かつ、前記一定の方向に配置された前記負極導電性ペースト層の群を示す第２の群が、隣りの前記第２の群に対して前記一定の方向にそって前記所定のピッチの半分ずれて配置されていることである。さらに、この方法は、対向する前記第１の群と前記第２の群とが、前記一定の方向にそって前記所定のピッチの半分ずれるように、前記正極グリーンシートと前記負極グリーンシートとを交互に積層することにより、前記複数のエレメントを有する積層体を作製する工程と、前記電池本体となる生チップの単位で前記積層体から複数の前記生チップを切り出す工程と、前記積層体から切り出された１つの前記生チップを焼成することにより前記電池本体を得る工程と、を備える。

【0055】

実施形態に係る全固体電池は、以下の構成を有する。図２、図３及び図６を参照して、前記一の正極は、前記一の面に引き出されている複数の第１の正極を備え、前記一の負極は、前記他の面に引き出されている複数の第１の負極を備え、前記他の正極は、前記他の面に引き出されている複数の第２の正極を備え、前記他の負極は、前記一の面に引き出されている複数の第２の負極を備え、前記電池本体は、前記第１の正極と前記第１の負極とが交互に間隔を設けて重ねられ、かつ、前記第２の正極と前記第２の負極とが交互に間隔を設けて重ねられた積層構造（積層体）を備える。

【0056】

図２～図５を参照して、前記積層構造において、前記第１の正極と前記第２の正極とは同じ層に位置し、かつ、前記第１の負極と前記第２の負極とは同じ層に位置する。

【0057】

図２、図３及び図６を参照して、前記一の面と前記他の面とは、前記積層構造の積層方向と交差（直交）し、かつ、前記一のエレメントと前記他のエレメントが並ぶ方向と交差（直交）する方向において、対向している。

【0058】

図１を参照して、前記第２の外部電極と前記第３の外部電極とが一体に設けられているとは、前記電池本体が、前記第２の外部電極として機能する部分と前記第３の外部電極として機能する部分とを含む第１の導電部材を備えることである。図１の場合、第２の外部電極１５ａと第３の外部電極１４ｂとで構成される部材が第１の導電部材となる。

【0059】

前記第１の導電部材は、前記他の面に固定されている。前記第１の導電部材は、平板状の形状を有する。前記電池本体が前記第１の導電部材を備えるとき、前記第１の導電部材と前記第４の導電部材とは、前記一の面の上で分離されている。

【0060】

前記第１の外部電極と前記第４の外部電極とが一体に設けられているとは、前記電池本体が、前記第１の外部電極として機能する部分と前記第４の外部電極として機能する部分とを含む第２の導電部材を備えることである。

【0061】

前記第２の導電部材は、平板状の形状を有する。前記第２の導電部材は、前記一の面に固定されている。前記電池本体が前記第２の導電部材を備えるとき、前記第２の導電部材と前記第３の導電部材とは、前記他の面の上で分離されている。

【符号の説明】

【0062】

Ｅ１ 第１のエレメント
Ｅ２ 第２のエレメント
１ 全固体電池
１１ａ 第１の正極
１２ａ 第１の負極
１３ａ 第１の固体電解層
１１ｂ 第２の正極
１２ｂ 第２の負極
１３ｂ 第２の固体電解層
１４ａ 第１の外部電極
１４ｂ 第３の外部電極
１５ａ 第２の外部電極
１５ｂ 第４の外部電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】