特許 7481155 電池

(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】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/202 20210101AFI20240501BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20240501BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20240501BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20240501BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20240501BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20240501BHJP

【ＦＩ】

H01M50/202 501P

H01M50/105

H01M50/291

H01M50/293

H01M10/0562

H01M10/0585

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020074545

(22)【出願日】2020-04-20

(65)【公開番号】P2021174578

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000534

【氏名又は名称】弁理士法人真明センチュリー

(72)【発明者】

【氏名】獅子原 大介

(72)【発明者】

【氏名】松川 秀利

(72)【発明者】

【氏名】村上 健二

(72)【発明者】

【氏名】長屋 善明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 元彦

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／２００３９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１１３８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６５５２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ １０／０５６２

Ｈ０１Ｍ １０／０５６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体電解質層、正極および負極を有する板状の発電要素と、
前記発電要素を収納する密閉空間を有すると共に、前記発電要素を包み込む薄膜のシート部材からなる包装材と、
前記包装材を収容し、前記包装材よりも硬い材料で作られた容器と、を備える電池であって、
さらに前記容器と前記包装材との間隙に配置された充填材を備え、
前記充填材は、前記間隙のうち前記発電要素の板厚方向において前記発電要素と重なる２つの第１間隙の全体に亘って前記容器と前記包装材とに接し、ＡＳＴＭ Ｅ５９５－１５に規定される質量損失比が１．０％以下の材料である電池。

【請求項2】

前記包装材は、前記シート部材が重ね合わされて貼着されてなるシール部を前記密閉空間の周囲の少なくとも一部に有し、
前記充填材は、前記間隙のうち前記板厚方向において前記シール部と重なる２つの第２間隙の少なくとも一部に亘って前記容器と前記包装材とに接する請求項１記載の電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は固体電解質層を備える電池に関するものである。

【背景技術】

【0002】

包装材で密封した発電要素を容器に収容した電池が知られている。特許文献１には、電解質に有機溶媒を使用した電池において、容器と包装材との間隙に、水や空気などの流体を密封した流体内包袋を配置する技術が開示されている。特許文献２には、電解質に有機溶媒を使用した電池において、容器と包装材との間隙に、発泡ゴムやシリコーンゴム等で作られた緩衝材を配置する技術が開示されている。流体内包袋や緩衝材は、包装材の膨れを緩衝し、容器の変形を低減する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－３０３５７９号公報

【文献】特開２０１７－４６５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし上記技術では、低圧力の環境下（例えば地球の大気圏外など）や高温環境下において、包装材に封入された有機溶媒の気化による包装材の膨れが大きくなるため、流体内包袋や緩衝材が包装材の膨れを緩衝できずに容器が変形する。

【0005】

固体電解質層を備える発電要素が包装材で密封された電池においても、包装材の空間に液体やガスが存在する場合に、低圧力の環境下や高温環境下において、空間内の液体が気化したりガスが膨張したりして、包装材が膨らむ。特許文献１に開示の流体内包袋が包装材と容器との間に配置されると、高温や低圧力の環境下において流体内包袋の中の流体が膨張して、破裂したり容器を変形させたりするおそれがある。特許文献２に開示の緩衝材が包装材と容器との間に配置されると、高温や低圧力の環境下において緩衝材が放出するガス（いわゆるアウトガス）が多くなり、包装材の膨れに抗する緩衝材の反力が低下したり隙間が生じたりして、包装材の膨れを緩衝材が緩衝できなくなり、容器が変形するおそれがある。

【0006】

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、高温や低圧力の環境下にあっても容器の変形を低減できる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】

【0007】

この目的を達成するために本発明の電池は、固体電解質層、正極および負極を有する板状の発電要素と、発電要素を収納する密閉空間を有すると共に、発電要素を包み込む薄膜のシート部材からなる包装材と、包装材を収容し、包装材よりも硬い材料で作られた容器と、を備える。さらに容器と包装材との間隙に配置された充填材を備え、充填材は、間隙のうち発電要素の板厚方向において発電要素と重なる２つの第１間隙の全体に亘って容器と包装材とに接し、ＡＳＴＭ Ｅ５９５－１５に規定される質量損失比が１．０％以下の材料である。

【発明の効果】

【0008】

請求項１記載の電池によれば、発電要素を密閉空間に収納する包装材と容器との間隙のうち、発電要素の板厚方向において発電要素と重なる第１間隙の全体に亘って、容器と包装材とに充填材が接する。充填材はＡＳＴＭ Ｅ５９５－１５に規定される質量損失比が１．０％以下の材料なので、充填材に含まれる揮発成分が少なく、高温や低圧力の環境下における充填材の変質を低減できる。よって密閉空間にガスや液体が存在する場合に、高温や低圧力の環境下において密閉空間内のガスが膨張して包装材が膨れても、第１間隙の全体に存在する充填材によって、容器に加わる力が分散される。よって包装材の膨れによる容器の変形を低減できる。

【0009】

請求項２記載の電池によれば、包装材において密閉空間の周囲の少なくとも一部にシート部材が重ね合わされて貼着されてなるシール部が存在する。充填材は、容器と包装材との間隙のうち発電要素の板厚方向においてシール部と重なる２つの第２間隙の少なくとも一部に亘って容器と包装材とに接する。これにより密閉空間にガスや液体が存在する場合に、密閉空間内のガスが膨張して密閉空間の圧力が高くなっても、第２間隙に充填材が有るので、請求項１の効果に加え、シール部の破壊を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施の形態における電池の斜視図である。

【図2】電池の分解立体図である。

【図3】発電要素を含む包装物の分解立体図である。

【図4】図１のＩＶ－ＩＶ線における電池の断面図である。

【図5】充填材が配置される前の電池の断面図である。

【図6】図１のＶＩ－ＶＩ線における電池の断面図である。

【図7】充填材が配置される前の電池の断面図である。

【図8】図１のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における電池の断面図である。

【図9】充填材が配置される前の電池の断面図である。

【図10】発電要素を含む他の包装物の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は一実施の形態における電池１０の斜視図である。図２は電池１０の分解立体図である。図３は発電要素１２を含む包装物１１の分解立体図である。図４は図１のＩＶ－ＩＶ線における電池１０の断面図である。図面では発電要素１２、包装材２２、容器３０等の厚さが誇張して示されている。

【0012】

図１に示すように電池１０は、発電要素１２（図２参照）を含む包装物１１が容器３０に収納されている。容器３０は箱型の容器本体３１と蓋３８とを備え、容器３０の外に端子１５，２０が設けられている。電池１０は、発電要素１２が固体で構成された固体リチウムイオン電池である。発電要素１２が固体で構成されているとは、発電要素１２の骨格が固体で構成されていることを意味し、例えば該骨格中に液体が含浸した形態等を排除するものではない。

【0013】

図２に示すように容器本体３１は、矩形の板である第１板３２と、第１板３２とほぼ同じ形の板であって第１板３２とほぼ平行に配置される第２板３３と、第１板３２の１辺と第２板３３の１辺とをつなぐ矩形の板である第３板３４と、第３板３４とほぼ同じ形の板であって第３板３４とほぼ平行に配置され、第１板３２の別の１辺と第２板３３の別の１辺とをつなぐ第４板３５と、第１板３２、第２板３３、第３板３４及び第４板３５をつなぐ第５板３６と、を備えている。

【0014】

蓋３８は、第５板３６とほぼ同じ形の板である。蓋３８は、容器本体３１において第５板３６の反対側に開いた口３７を覆い、容器本体３１に接合され口３７を塞ぐ。蓋３８には、蓋３８の厚さ方向に貫通する端子挿通孔３９が形成されている。端子１５，２０は端子挿通孔３９を通過して容器３０の外に引き出される。

【0015】

本実施形態では容器本体３１及び蓋３８は、鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタニウム、チタニウム合金などの１種以上からなる金属製である。これに限られるものではなく合成樹脂製の容器本体３１及び蓋３８を採用することは可能である。

【0016】

容器３０の第３板３４と第４板３５との間の距離、及び、第５板３６と蓋３８との間の距離は、第１板３２と第２板３３との間の距離より長い。従って容器３０の６面を構成する各板および蓋３８の各面の中央に、各面に垂直な向きの力が加えられたときに、第１板３２及び第２板３３は、第３板３４、第４板３５、第５板３６及び蓋３８よりも弾性変形し易い。

【0017】

容器３０に収納される包装物１１は、発電要素１２と、発電要素１２を収納する包装材２２と、を備えている。容器３０の第１板３２、第２板３３、第３板３４、第４板３５、第５板３６及び蓋３８は包装材２２よりも硬い。包装材２２は、発電要素１２の厚さ方向に重ねて収納部２４が配置されている。本実施形態ではシール部２３は包装材２２の全周に設けられている。シール部２３と収納部２４との境界２５は、発電要素１２の周囲に位置する。

【0018】

シール部２３は、端子１５，２０と交わる第１部２３ａと、第１部２３ａの反対側に設けられた第２部２３ｂと、第１部２３ａと第２部２３ｂとをつなぐ第３部２３ｃ及び第４部２３ｄと、を備えている。端子１５，２０は第１部２３ａから包装材２２の外に引き出されている。集電層１４，１９と端子１５，２０との間にもそれぞれ接着層（図示せず）が設けられており、この接着層と第１シート部材２６及び第２シート部材２７の接着層とが第１部２３ａ（シール部２３）において溶着されている。包装材２２は密閉空間２８（図４参照）への水分の浸入等を抑制し、発電要素１２の性能低下を抑制する。

【0019】

図３に示すように発電要素１２は、順に、正極１３、固体電解質層１７及び負極１８を含む。本実施形態では発電要素１２の板厚方向（図３上下方向）から見て、正極１３、固体電解質層１７及び負極１８は形状が略矩形である。但し正極１３、固体電解質層１７及び負極１８の形状に制限はない。

【0020】

正極１３は集電層１４と複合層１６とが積層されている。端子１５は集電層１４に接続されている。負極１８は集電層１９と複合層２１とが積層されている。端子２０は集電層１９に接続されている。集電層１４，１９は導電性を有する部材であり、例えばＮｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｕ及びＡｌから選ばれる金属、これらの元素の２種以上を含む合金やステンレス鋼、炭素材料などによって形成されている。

【0021】

複合層１６は活物質およびイオン伝導体を含む。正極１３の活物質およびイオン伝導体は特に制限がない。活物質としては、例えばＣｏ，Ｍｎ，Ｎｉ等の遷移金属元素およびＬｉを含む金属酸化物、ＴｉＳ_２等の硫化物などが挙げられる。イオン伝導体としては、例えばＬｉ_６．９５Ｍｇ_０．１５Ｌａ_２．７５Ｓｒ_０．２５Ｚｒ_２Ｏ_１２等の酸化物系、Ｌｉ_９．５４Ｓｉ_１．７４Ｐ_１．４４Ｓ_１１．７Ｃｌ_０．３等の硫化物系、ＬｉＣＢ_１１Ｈ_１２等の水素化物系が挙げられる。

【0022】

固体電解質層１７はイオン伝導体を含む。固体電解質層１７のイオン伝導体も特に制限がない。固体電解質層１７のイオン伝導体は、正極１３のイオン伝導体と同様に、酸化物系、硫化物系および水素化物系が挙げられる。

【0023】

負極１８の複合層２１は活物質およびイオン伝導体を含む。負極１８の活物質およびイオン伝導体は特に制限がない。負極１８の活物質としては、例えばＬｉ、Ｌｉ－Ａｌ合金、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、黒鉛、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｓｉ－Ｌｉ合金、ＳｉＯ等が挙げられる。負極１８のイオン伝導体は、正極１３のイオン伝導体と同様に、酸化物系、硫化物系および水素化物系が挙げられる。

【0024】

包装材２２は第１シート部材２６及び第２シート部材２７からなる。本実施形態では発電要素１２の板厚方向から見て、第１シート部材２６及び第２シート部材２７は形状が略矩形である。但し第１シート部材２６及び第２シート部材２７の形状に制限はない。第１シート部材２６及び第２シート部材２７は、集電層１４，１９、複合層１６，２１及び固体電解質層１７よりも大きい。

【0025】

第１シート部材２６及び第２シート部材２７は、例えば順に、表層、バリア層および接着層（いずれも図示せず）を含む。第１シート部材２６及び第２シート部材２７は、接着層を向き合わせて配置される。表層は、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリイミドで作られる。バリア層は、例えばアルミニウム等の金属箔や蒸着層で作られる。接着層は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－プロピレンを主成分とする共重合体等のオレフィン系樹脂で作られる。第１シート部材２６及び第２シート部材２７は、必要に応じて、これら以外の層を設けても良いし、バリア層を複数設けても良いし、表層を省略しても良い。

【0026】

第１シート部材２６及び第２シート部材２７の接着層の溶着によりシール部２３（図４参照）が形成され、シール部２３の内側に収納部２４が形成される。発電要素１２は、シール部２３及び収納部２４によって作られた包装材２２の密閉空間２８（図４参照）に収納されている。

【0027】

図４に示すように電池１０は、容器３０と包装材２２との間に充填材４０が配置されている。充填材４０は、容器３０の間隙４１（図５及び図７参照）に詰められた有機材料であり、弾性変形する絶縁体である。充填材４０は、ＡＳＴＭ Ｅ５９５－１５に規定される質量損失比が１．０％以下の材料である。充填材４０の材料としては、例えば主成分がエポキシ樹脂であるＮＢ３０４０，ＮＢ３０４１Ｂ（いずれも製造元は株式会社ダイゾー）が挙げられる。

【0028】

ＡＳＴＭ Ｅ５９５－１５はアウトガスレート測定試験の規定である。質量損失比（ＴＭＬ）は、アウトガスレート測定試験前後の試料の質量減の割合である。質量損失比は、ＴＭＬ（％）＝（Ｗ－Ｗ_１）／Ｗ×１００の式から算出される。但しＷは２３±１℃、５０±５％ＲＨ、常圧の環境下で秤量した試料の質量であり、Ｗ_１は１２５±１℃、真空度７×１０^－３Ｐａ以下の環境下で秤量した試料の質量である。

【0029】

図５は充填材４０が配置される前の電池１０の断面図である。図５は、図４の断面図における電池１０の、充填材４０を取り除いた状態が図示されている。図６は図１のＶＩ－ＶＩ線における電池１０の断面図である。図７は充填材４０が配置される前の電池１０の断面図である。図７は、図６の断面図における電池１０の、充填材４０を取り除いた状態が図示されている。

【0030】

図５及び図７に示すように発電要素１２は、包装材２２の広い面を第１板３２及び第２板３３に向けて容器３０に収容される。包装材２２は、包装材２２のシール部２３のうち第１部２３ａ以外の第２部２３ｂ、第３部２３ｃ及び第４部２３ｄを折り曲げて発電要素１２の板厚方向（図５及び図７上下方向）に重ねた状態で、発電要素１２と共に容器３０に収納されている。容器３０の容積をできるだけ小さくするためである。

【0031】

容器３０と包装材２２との間隙４１は、発電要素１２の板厚方向において発電要素１２と重なる第１間隙４２，４３と、発電要素１２の板厚方向においてシール部２３と重なる第２間隙４４－５１と、を含む。第１間隙４２は発電要素１２と第１板３２との間隙である。第１間隙４３は発電要素１２と第２板３３との間隙である。第１間隙４２，４３は、発電要素１２の板厚方向において、包装材２２によって第１間隙４２と第１間隙４３の２つに仕切られている。

【0032】

図５に示すように、第２間隙４４は第１部２３ａと第１板３２との間隙である。第２間隙４５は第１部２３ａと第２板３３との間隙である。第２間隙４６は第２部２３ｂと第１板３２との間隙である。第２間隙４７は第２部２３ｂと第２板３３との間隙である。第２部２３ｂのうち発電要素１２の板厚方向に重なっている部分と第２板３３との間隙は、第２間隙４７ではなく第１間隙４３である。

【0033】

図７に示すように、第２間隙４８は第３部２３ｃと第１板３２との間隙である。第２間隙４９は第３部２３ｃと第２板３３との間隙である。第３部２３ｃのうち発電要素１２の板厚方向に重なっている部分と第２板３３との間隙は、第２間隙４９ではなく第１間隙４３である。

【0034】

第２間隙５０は第４部２３ｄと第１板３２との間隙である。第２間隙５１は第４部２３ｄと第２板３３との間隙である。第４部２３ｄのうち発電要素１２の板厚方向に重なっている部分と第２板３３との間隙は、第２間隙５１ではなく第１間隙４３である。

【0035】

第２間隙４４，４６，４８，５０は互いにつながっており、第１間隙４２の周りに位置する。第２間隙４５，４７，４９，５１は互いにつながっており、第１間隙４３の周りに位置する。第２間隙４４－５１は、発電要素１２の板厚方向において、包装材２２によって第２間隙４４，４６，４８，５０と第２間隙４５，４７，４９，５１の２つに仕切られている。

【0036】

容器３０と包装材２２との間隙４１は、さらに第２間隙４４，４５（図５参照）と蓋３８との間の第３間隙５２、第２間隙４６，４７と第５板３６との間の第４間隙５３、第２間隙４８，４９（図７参照）と第３板３４との間の第５間隙５４、及び、第２間隙５０，５１と第４板３５との間の第６間隙５５を含む。

【0037】

図８は図１のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における電池１０の断面図である。図９は充填材４０が配置される前の電池１０の断面図である。図９は、図８の断面図における電池１０の、充填材４０を取り除いた状態が図示されている。

【0038】

図９に示すように容器３０と包装材２２との間隙４１は、さらに第１隅５６、第２隅５７、第３隅５８及び第４隅５９を含む。第１隅５６は第３間隙５２と第６間隙５５とをつなぎ、第２隅５７は第３間隙５２と第５間隙５４とをつないでいる。第３隅５８は第４間隙５３と第５間隙５４とをつなぎ、第４隅５９は第４間隙５３と第６間隙５５とをつないでいる。

【0039】

充填材４０は、例えば、硬化する前の液状の充填材４０の材料を口３７から容器本体３１の中へ注入した後、包装物１１を容器本体３１の中へ入れ、充填材４０の材料に包装材２２を浸す方法によって間隙４１に充填される。充填材４０の材料が間隙４１の中で硬化すると、充填材４０が間隙４１に配置されることになる。本実施形態では充填材４０は、第１間隙４２，４３の全体、第２間隙４４，４５の一部、第２間隙４６－５１の全体、第４間隙５３の一部、第５間隙５４の一部、第６間隙５５の一部、第３隅５８の一部および第４隅５９の一部に存在し、第３間隙５２、第１隅５６及び第２隅５７に存在しない。

【0040】

充填材４０は、間隙４１のうち第１間隙４２の全体に亘って包装材２２と第１板３２とに接しており、第１間隙４３の全体に亘って包装材２２と第２板３３とに接している。第１間隙４２，４３に配置された充填材４０に気泡や空隙は存在しても良い。但し包装材２２から第１板３２まで連続してつながる気泡や空隙、包装材２２から第２板３３まで連続してつながる気泡や空隙は、第１間隙４２，４３の充填材４０に存在しない。

【0041】

発電要素１２が収納された包装材２２の密閉空間２８にガスや液体が存在する場合には、高温や低圧力の環境下では密閉空間２８内の液体が気化しガスが膨張して密閉空間２８の圧力が上昇し、包装材２２の収納部２４が膨らむ。収納部２４が膨らむときの、発電要素１２の厚さ方向における収納部２４の変形は、シール部２３の近くで小さく、シール部２３から離れて収納部２４の中央へ向かうにつれて大きくなる。よって収納部２４が膨らむときに充填材４０に加わる力は、シール部２３の近くで小さく、シール部２３から離れて収納部２４の中央へ向かうにつれて大きくなる。

【0042】

電池１０は第１間隙４２，４３の全体に亘って容器３０と包装材２２とに充填材４０が接するので、収納部２４が膨れたときに、充填材４０を介して第１板３２及び第２板３３に加わる力が分散される。これにより収納部２４が膨れたときに第１板３２及び第２板３３の中央に包装材２２が加える力を低減できる。

【0043】

充填材４０はＡＳＴＭ Ｅ５９５－１５に規定される質量損失比が１．０％以下の材料である。従って充填材４０に含まれる揮発成分が少なくアウトガスの発生が少ないので、地球の大気圏外などの低圧力の環境下や高温環境下において充填材４０の変質を低減できる。よって高温や低圧力の環境下において密閉空間２８内のガスが膨張して収納部２４が膨れても、第１間隙４２，４３の全体に存在する充填材４０によって、容器３０の第１板３２及び第２板３３に加わる力が分散される。従って収納部２４が膨れたときの第１板３２及び第２板３３（容器３０）の変形を低減できる。

【0044】

さらに充填材４０は、間隙４１のうち発電要素１２の板厚方向においてシール部２３と重なる第２間隙４４，４６，４８，５０及び第２間隙４５，４７，４９，５１の少なくとも一部に亘って第１板３２及び第２板３３と包装材２２とに接している。これは、第２間隙４４，４６，４８，５０の少なくとも一部において、発電要素１２の板厚方向に亘って第１板３２と包装材２２とに充填材４０が接しており、その部分の発電要素１２の板厚方向に対応する第２間隙４５，４７，４９，５１において、発電要素１２の板厚方向に亘って第２板３３と包装材２２とに充填材４０が接していることを意味する。これは発電要素１２の板厚方向に沿う電池１０の断面を観察して確認できる。

【0045】

充填材４０が、第２間隙４４，４６，４８，５０及び第２間隙４５，４７，４９，５１の少なくとも一部に亘って第１板３２及び第２板３３と包装材２２とに接している部分では、包装材２２の密閉空間２８内のガスが膨張して密閉空間２８の圧力が高くなっても、シール部２３の破壊（剥離や開裂など）を低減できる。よってシール部２３が破壊したところから密閉空間２８に水分が浸入する等の不具合の発生を低減できる。

【0046】

本実施形態では、さらに、（１）第１部２３ａにおける境界２５の全長に亘って包装材２２と第１板３２とに充填材４０が接し、かつ、第１部２３ａにおける境界２５の全長に亘って包装材２２と第２板３３とに充填材４０が接している。よって密閉空間２８の圧力が高くなっても、第１部２３ａの破壊を低減できる。

【0047】

（２）第２間隙４６の全体に亘って包装材２２と第１板３２とに充填材４０が接し、かつ、第２間隙４７の全体に亘って包装材２２と第２板３３とに充填材４０が接している。よって密閉空間２８の圧力が高くなっても、第２部２３ｂの破壊を低減できる。

【0048】

（３）第２間隙４８の全体に亘って包装材２２と第１板３２とに充填材４０が接し、かつ、第２間隙４９の全体に亘って包装材２２と第２板３３とに充填材４０が接している。よって密閉空間２８の圧力が高くなっても、第３部２３ｃの破壊を低減できる。

【0049】

（４）第２間隙５０の全体に亘って包装材２２と第１板３２とに充填材４０が接し、かつ、第２間隙５１の全体に亘って包装材２２と第２板３３とに充填材４０が接している。よって密閉空間２８の圧力が高くなっても、第４部２３ｄの破壊を低減できる。

【0050】

なお、第２間隙４４－５１に配置された充填材４０に気泡や空隙は存在しても良い。そのような気泡や空隙が存在しても、充填材４０はシール部２３の破壊を防ぐ機能を果たすからである。

【0051】

上記（１）－（４）のいずれか１以上を省略することは当然可能である。また（１）において、第１部２３ａにおける境界２５の一部について包装材２２と第１板３２とに充填材４０が接し、かつ、その境界２５の一部について包装材２２と第２板３３とに充填材４０が接していても良い。これにより密閉空間２８の圧力が高くなっても、第１部２３ａの破壊を低減できる。

【0052】

（２）において、第２部２３ｂにおける境界２５の一部について包装材２２と第１板３２とに充填材４０が接し、かつ、その境界２５の一部について包装材２２と第２板３３とに充填材４０が接していても良い。これにより密閉空間２８の圧力が高くなっても、第２部２３ｂの破壊を低減できる。

【0053】

（３）において、第３部２３ｃにおける境界２５の一部について包装材２２と第１板３２とに充填材４０が接し、かつ、その境界２５の一部について包装材２２と第２板３３とに充填材４０が接していても良い。これにより密閉空間２８の圧力が高くなっても、第３部２３ｃの破壊を低減できる。

【0054】

（４）において、第４部２３ｄにおける境界２５の一部について包装材２２と第１板３２とに充填材４０が接し、かつ、その境界２５の一部について包装材２２と第２板３３とに充填材４０が接していても良い。これにより密閉空間２８の圧力が高くなっても、第４部２３ｄの破壊を低減できる。

【0055】

図１０は発電要素１２を含む他の包装物６０の斜視図である。包装物６０は、発電要素１２と、発電要素１２を収納する包装材６１と、を備えている。包装材６１は、接着層（図示せず）が向き合うように２つに折り曲げられたシート部材６２の接着層を溶着してシール部６３が作られている。シール部６３は包装材６１の一部（本実施形態では３辺）に設けられている。シール部６３によって作られた包装材６１の密閉空間に、発電要素１２が収納されている。シート部材６２は、第１シート部材２６や第２シート部材２７と同様に構成されているので説明を省略する。

【0056】

シール部６３は、端子１５，２０と交わる第１部６３ａと、第１部６３ａの反対側に設けられた第２部６３ｂと、第１部６３ａと第２部６３ｂとをつなぐ第３部６３ｃと、を備えている。端子１５，２０は第１部６３ａから包装材６１の外に引き出されている。包装物６０は包装物１１と同様に容器３０に収納され、電池が作られる。包装物６０を使って得られる電池も、容器３０と包装材６１との間隙４１に配置された充填材４０により、電池１０と同様の作用効果を実現できる。

【実施例】

【0057】

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【0058】

試験者は包装物および電池のサンプルを作製して、低圧力や高温の環境下における包装材や容器の変形を調べた。まず、固体電解質および固体電解質層の調製方法、固体電解質層を含む発電要素が包装材に封入された包装物の作製方法を説明する。

【0059】

（固体電解質の調製）
Ｌｉ_６．９５Ｍｇ_０．１５Ｌａ_２．７５Ｓｒ_０．２５Ｚｒ_２Ｏ_１２という組成になるようにＬｉ_２ＣＯ_３，ＭｇＯ，Ｌａ（ＯＨ）_３，ＳｒＣＯ_３及びＺｒＯ_２を秤量した。なお焼成時のＬｉの揮発を考慮して、元素換算で１５ｍｏｌ％程度過剰になるようにＬｉ_２ＣＯ_３をさらに加えた。これらをボールミルで湿式混合し、乾燥後、１１００℃で１０時間の仮焼を行った。仮焼後の粉末にバインダーを加え、ボールミルで湿式混合した。乾燥後の粉末を金型に投入し、１．５ｔｏｎ／ｃｍ^２の静水圧を加え、成形体を得た。この成形体を、成形体と同じ組成の仮焼粉末で覆い、１１００℃で４時間の焼成を行い、焼結体を得た。焼結体のイオン伝導率は１×１０^－３Ｓ／ｃｍであった。この焼結体をＡｒ雰囲気のグローブボックス内で粉砕し、ＬＬＺ粉末を得た。

【0060】

（固体電解質層の調製）
１－エチル－３－メチルイミダゾリウム ビス（フルオロスルホニル）イミドに、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムを０．８Ｍ複合したイオン液体とＬＬＺ粉末を、Ａｒ雰囲気のグローブボックス内で乳鉢と乳棒で混合し、混合粉末（ＬＬＺ粉末９０ｗｔ％）を得た。Ａｒ雰囲気のグローブボックス内で混合粉末とバインダー（ポリフッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン）を１００：３の割合で有機溶媒と共に乳鉢と乳棒で混合した後、アプリケータ（クリアランス５００μｍ）を用いてアルミニウム箔の上に成膜し、７０℃で１時間の減圧乾燥を行い、固体電解質層を得た。

【0061】

（包装物の作製）
固体電解質層を調製した方法と同様にして、活物質としてＬｉＣｏＯ_２を添加した正極を作製した。同様に、アルミニウム箔の代わりに銅箔を使用し、活物質としてグラファイトを添加した負極を作製した。正極、固体電解質層、負極を積層し加圧して発電要素を得た。発電要素を１辺が５０ｍｍの正方形の形状に切り出し、正極および負極に端子を接続したものを、アルミニウム箔がラミネートされたポリエステルフィルム（第１シート部材および第２シート部材）からなる包装材に収納して包装物を得た。包装材の密閉空間には、発電要素と共に、グローブボックス内のアルゴンガス、フィルムや各種部材に付着した有機ガスや溶剤、水分などが封入されている。

【0062】

【表1】

表１はサンプルの種類と各サンプルの変形の一覧表である。

【0063】

Ｎｏ．１のサンプルは、容器に収容されていない包装物であった。Ｎｏ．２のサンプルは、縦５５ｍｍ横６５ｍｍの矩形の底面をもち高さが３ｍｍのステンレス鋼製の中空板状の容器に包装物が収容されていた。

【0064】

Ｎｏ．３のサンプルは、包装材と容器との間隙のうち発電要素の板厚方向において発電要素と重なる２つの第１間隙の全体に亘って容器と包装材とに充填材が接していた。充填材はシリコーンゴム（Ｑ）を主成分とするＲＴＶゴム（ＫＥ４５Ｗ－１００（信越化学工業製））であり、１００℃で３０分以上加熱して硬化させた。

【0065】

Ｎｏ．４のサンプルは、包装材と容器との間隙のうち発電要素の板厚方向において発電要素と重なる２つの第１間隙の全体に亘って容器と包装材とに充填材が接していた。充填材はエポキシ樹脂を主成分とするＮＢ３０４０（ダイゾー製）であり、１００℃で１０分以上加熱して硬化させた。

【0066】

Ｎｏ．５のサンプルは、３．７Ｖ，４０ｍＡｈの市販のリチウムイオンポリマー電池（型番ＤＴＰ３０１１２０（ＰＨＲ），SHENZHEN DATA POWER TECHNOLOGY LTD製）であった。Ｎｏ．６のサンプルはＮｏ．１のサンプルと同じ種類であった。Ｎｏ．７のサンプルはＮｏ．３のサンプルと同じ種類であった。Ｎｏ．８のサンプルはＮｏ．４のサンプルと同じ種類であった。

【0067】

Ｎｏ．９のサンプルは、包装材と容器との間隙のうち発電要素の板厚方向において発電要素と重なる２つの第１間隙の全体に亘って容器と包装材とに充填材が接していた。さらに、包装材と容器との間隙のうち発電要素の板厚方向においてシール部と重なる２つの第２間隙の全体に亘って容器と包装材とに充填材が接していた。充填材はエポキシ樹脂を主成分とするＮＢ３０４０（ダイゾー製）であり、１００℃で１０分以上加熱して硬化させた。

【0068】

（変形の測定）
Ｎｏ．１－４の各サンプルを真空デシケータ内に入れ、発電要素が２５℃（室温）、雰囲気が１．０１×１０^５Ｐａ（常圧）のときの各サンプルの厚さＴ１（ｍｍ）と、発電要素が２５℃、雰囲気が１×１０^３Ｐａ（低圧力）のときの各サンプルの最大の厚さＴ２（ｍｍ）とをノギスで測定し、変形（ｍｍ）＝Ｔ２－Ｔ１を求めた。

【0069】

同様にＮｏ．５－９の各サンプルを真空デシケータ内に入れ、発電要素が２５℃、雰囲気が１．０１×１０^５Ｐａのときの各サンプルの厚さＴ１（ｍｍ）と、発電要素が１００℃（高温）、雰囲気が１×１０^３Ｐａ（低圧力）のときの各サンプルの最大の厚さＴ３（ｍｍ）とをノギスで測定し、変形（ｍｍ）＝Ｔ３－Ｔ１を求めた。Ｎｏ．５，６のサンプルは、変形を測定できる限界を超えた。

【0070】

表１の変形の欄には、Ｎｏ．１のサンプルの変形（ｍｍ）に対するＮｏ．２－９のサンプルの変形（ｍｍ）を、Ｎｏ．１のサンプルの変形を１００として記した。

【0071】

表１に示すように包装物の１００の変形によって（Ｎｏ．１）、容器に４７の変形が生じることが明らかになった（Ｎｏ．２）。第１間隙にＲＴＶゴムが配置されたＮｏ．３は変形が３０なので、第１間隙に充填材を配置することにより、Ｎｏ．２に比べて容器の変形を低減できた。第１間隙にＮＢ３０４０が配置されたＮｏ．４は変形が１５なので、Ｎｏ．３に比べ、さらに変形を小さくできることが明らかになった。

【0072】

Ｎｏ．１とＮｏ．６を比較して明らかなように、１００℃（高温）、１×１０^３Ｐａ（低圧力）の環境下では変形がさらに大きくなった。Ｎｏ．５に示すように、市販の電池も大きく変形した。この環境下では、第１間隙にＲＴＶゴムが配置されたＮｏ．７は変形が２９５であった。これに対し、第１間隙にＮＢ３０４０が配置されたＮｏ．８は変形が２３であった。Ｎｏ．８は、Ｎｏ．７に比べ、変形を著しく小さくできることが明らかになった。

【0073】

Ｎｏ．８の充填材であるＮＢ３０４０は、ＡＳＴＭ Ｅ５９５－１５に規定される質量損失比が１．０％以下の材料である。一方、Ｎｏ．７の充填材であるＲＴＶゴムは、１２５℃で２４時間加熱したところ３．５質量％の減量が生じた。Ｎｏ．７のＲＴＶゴムは高温環境下で変質して、包装材の膨れに抗するゴムの反力が低下したり隙間が生じたりして、包装材の膨れをゴムが緩衝できなくなり、Ｎｏ．８に比べて容器の変形が大きくなったと推察される。

【0074】

これに対しＮＢ３０４０は揮発成分が少なくアウトガスの発生が少ないので、高温かつ低圧力の環境下においても充填材の変質を低減できると推察される。よって包装材が膨れても第１間隙に存在する充填材（ＮＢ３０４０）によって容器に加わる力が分散される。従ってＮｏ．８は包装材が膨れたときの容器の変形を低減できたと推察される。

【0075】

第１間隙および第２間隙にＮＢ３０４０が配置されたＮｏ．９の変形は、第１間隙にＮＢ３０４０が配置されたＮｏ．８の変形とほぼ同じであった。Ｎｏ．９のサンプルは第２間隙に配置された充填材がシール部に接しているので、継続して高温かつ低圧力の環境下にサンプルがおかれても、シール部の破壊を低減できるものと推察される。

【0076】

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。発電要素１２や容器３０の形状は一例であり、適宜設定できる。例えば容器本体３１の第３板３４、第４板３５、第５板３６及び蓋３８の１以上を湾曲した形状にすることは当然可能である。

【0077】

実施形態では、容器３０の内側に包装材２２が配置された電池１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。包装材２２と容器３０との間に中間部材を配置することは当然可能である。中間部材は、合成樹脂や金属などによって板状、格子状、枠状等に形成される。中間部材は容器３０の一部である。中間部材と包装材２２との間に充填材４０が配置される。

【0078】

実施形態では、正極１３の集電層１４の片面に複合層１６を形成し、負極１８の集電層１９の片面に複合層２１を形成し、複合層１６と複合層２１との間に固体電解質層１７を配置した発電要素１２について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば集電層の両面に複合層１６，２１を形成した電極（いわゆるバイポーラ電極）と固体電解質層１７とを交互に積層し、それを単一の電槽に収容した、いわゆるバイポーラ構造の発電要素１２とすることは当然可能である。

【0079】

実施形態では、包装材２２の外に引き出された端子１５，２０が、容器３０の外に引き出されている場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。包装材２２の外に引き出された端子１５，２０の少なくとも一方に別の端子を接続し、その端子を容器３０の外に引き出すようにすることは当然可能である。

【0080】

実施形態では、イオン伝導のキャリアがＬｉ^＋である固体リチウムイオン電池を発電要素１２とする場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他のキャリアを使う固体電池を発電要素１２に採用することは当然可能である。他のキャリアとしては、例えばＡｇ^＋，Ｃｕ^＋，Ｎａ^＋，Ｆ^－，Ｈ^－等が挙げられる。

【0081】

実施形態では、発電要素１２の端子１５，２０が、両方ともシール部２３の第１部２３ａから引き出される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば端子１５，２０の片方をシール部２３の第１部２３ａから引き出し、もう片方をシール部２３の第２部２３ｂから引き出すようにすることは当然可能である。

【0082】

実施形態では、箱型の容器本体３１の中へ液状の充填材４０の材料を注入した後、包装物１１を容器本体３１の中へ入れ、充填材４０の材料に包装材２２を浸し、硬化させることによって間隙４１に充填材４０を配置する方法について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、板状に成形された充填材４０を準備し、その充填材４０を発電要素１２に重ねて容器３０の中に配置することは当然可能である。また、箱型の容器本体３１に代えて、第１板３２、第２板３３、第３板３４、第４板３５及び第５板３６を接合して容器本体３１を組み立てる場合に、第１板３２、第２板３３及び包装物１１のいずれかに充填材４０の材料を塗布した後、包装物１１が収容された容器本体３１を組み立て、容器本体３１の中の充填材４０を硬化させることは当然可能である。

【符号の説明】

【0083】

１０ 電池
１２ 発電要素
１３ 正極
１７ 固体電解質層
１８ 負極
２２，６１ 包装材
２３，６３ シール部
２６ 第１シート部材（シート部材）
２７ 第２シート部材（シート部材）
２８ 密閉空間
３０ 容器
４０ 充填材
４１ 間隙
４２，４３ 第１間隙
４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１ 第２間隙
６２ シート部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】