特許 7752158 全固体電池

(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】2025-10-01

(45)【発行日】2025-10-09

(54)【発明の名称】全固体電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20251002BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20251002BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20251002BHJP

   H01M 50/586 20210101ALI20251002BHJP

   H01M 50/591 20210101ALI20251002BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20251002BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0585

H01M10/0562

H01M10/052

H01M50/586

H01M50/591 101

H01M4/13

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023180575

(22)【出願日】2023-10-19

(65)【公開番号】P2025070337

(43)【公開日】2025-05-02

【審査請求日】2024-06-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 祥央

(72)【発明者】

【氏名】笠野 健太

(72)【発明者】

【氏名】橋本 達也

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０３８４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０７７２２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０５８５

Ｈ０１Ｍ １０／０５６２

Ｈ０１Ｍ １０／０５２

Ｈ０１Ｍ ５０／５８６

Ｈ０１Ｍ ５０／５９１

Ｈ０１Ｍ ４／１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電体がこの順で積層された電極体を含む全固体電池であって、
前記正極集電体は、前記正極層側の面に、前記正極層の端部に隣接する第１の絶縁材を備え、
前記固体電解質層は、前記正極層及び前記第１の絶縁材に当接して配置され、
前記負極集電体と前記固体電解質層との間であって、前記固体電解質層の端部及び前記第１の絶縁材の端部と対向する部分に、第２の絶縁材が備えられ、
前記第２の絶縁材は、前記負極集電体の前記負極層側の表面から前記正極集電体の前記正極層側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるように、前記固体電解質層に当接して配置され、
前記第１の絶縁材は、前記電極体の延在方向において、前記正極層に隣接する端部からの距離が大きくなるにつれて、前記電極体の積層方向の厚みが減少する、
全固体電池。

【請求項2】

正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電体がこの順で積層された電極体を含む全固体電池であって、
前記正極集電体は、前記正極層側の面に、前記正極層の端部に隣接する第１の絶縁材を備え、
前記固体電解質層は、前記正極層及び前記第１の絶縁材に当接して配置され、
前記負極集電体と前記固体電解質層との間であって、前記固体電解質層の端部及び前記第１の絶縁材の端部と対向する部分に、第２の絶縁材が備えられ、
前記第２の絶縁材は、前記負極集電体の前記負極層側の表面から前記正極集電体の前記正極層側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるように、前記固体電解質層に当接して配置され、
前記電極体は、前記固体電解質層と前記負極層との間に中間層を備え、
前記電極体の延在方向において、前記中間層の端部は、前記負極層の端部又は前記第２の絶縁材の端部と略同一位置に配置される、又は前記負極層の端部又は前記第２の絶縁材の端部よりも内側に配置される、全固体電池。

【請求項3】

前記第２の絶縁材は、前記電極体の延在方向において、前記負極層の端部とオーバーラップするように配置される、請求項１又は２に記載の全固体電池。

【請求項4】

前記第２の絶縁材は、少なくとも一部が前記負極集電体に当接して配置される、請求項３に記載の全固体電池。

【請求項5】

前記電極体は、前記固体電解質層と前記負極層との間に中間層を備え、
前記電極体の延在方向において、前記中間層の端部は、前記負極層の端部又は前記第２の絶縁材の端部と略同一位置に配置される、又は前記負極層の端部又は前記第２の絶縁材の端部よりも内側に配置される、請求項１に記載の全固体電池。

【請求項6】

前記第２の絶縁材は、少なくとも一部が前記中間層に当接して配置される、請求項２に記載の全固体電池。

【請求項7】

前記固体電解質層の端部は、前記電極体の延在方向において、前記第１の絶縁材の端部と略同一の位置にある、請求項１又は２に記載の全固体電池。

【請求項8】

前記第２の絶縁材は、接着層と絶縁層とを含む積層体であり、
前記接着層は、負極集電体側に配置され、
前記絶縁層は、前記固体電解質層側に配置される、請求項１又は２に記載の全固体電池。

【請求項9】

前記接着層は、アクリル系粘着層であり、
前記絶縁層は、ポリエチレンを含む、請求項８に記載の全固体電池。

【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】

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する二次電池に関する研究開発が行われている。二次電池としては、エネルギー密度が高いリチウム金属電池が注目されている。

【0003】

リチウム金属電池は、負極としてリチウム金属を用いる二次電池であり、高容量の電池となりうる。中でも、電解液を固体電解質層に変えて全固体化した、いわゆる全固体リチウム金属電池は、安全性に優れる点で注目されている。全固体リチウム金属電池は、例えば、リチウム金属からなる負極と、正極と、固体電解質層と、を備えるセル構造を有する。

【0004】

図５は、従来の全固体電池の構成を示す断面図である。図５に示される全固体電池１は、負極集電体２ａとリチウム金属層（負極層）３ａ、又は負極集電体２ｂとリチウム金属層（負極層）３ｂとで形成される負極と、正極集電体４と正極活物質層（正極層）５ａ又は５ｂとで形成される正極と、正極活物質層（正極層）５ａ又は５ｂに隣接する固体電解質層６ａと６ｂとを備える。図５に示される全固体電池１は、リチウム金属層（負極層）３ａと固体電解質層６ａとの間に中間層７ａを備え、リチウム金属層（負極層）３ｂと固体電解質層６ｂとの間に中間層７ｂを備える。また、正極活物質層（正極層）５ａの両端部には、第１の絶縁材８ａと８ｃとがそれぞれ配置されており、正極活物質層５ｂの両端部には、第１の絶縁材８ｂと８ｄとがそれぞれ配置されている。なお、図中のＬは、全固体電池１を構成する層の積層方向を示している。

【0005】

全固体電池は、このようなセル構造を複数積層した電極体を備え、それぞれのセル構造の負極集電体から延出したタブ線を集合させて電池として作用させる。そして、タブ線を集合させる際には、電極体から延出したタブ線は屈曲し、特に、集合部から遠距離にあるタブ線の屈曲は大きくなる。その結果、タブ線と正極集電体との間の空間距離が短くなり、絶縁距離を確保できなくなることが懸念されていた。

【0006】

特許文献１には、正極集電箔、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電箔がこの順で積層された電極体において、正極層は固体電解質層及び負極層よりも内部に配置されて積層されており、正極集電箔の正極層側の面であって、少なくとも固体電解質層及び負極層の端部と対向する部分に絶縁層が配置された全固体電池が開示されている。

【0007】

特許文献１に記載された全固体電池に適用される絶縁層は、粘着層を介して正極集電箔にセラミックス層が粘着している態様であり、硬度の高いセラミックス層によって金属異物による絶縁層の破損を抑制して短絡を抑制するとともに、仮に短絡が生じた場合であっても、セラミックス層の高抵抗によって短絡部の発熱を抑制する効果が期待されている。

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載された絶縁層は、セラミックス層を有することから、絶縁層そのものを屈曲させて用いることは想定されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０２２－１０４１１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、それぞれのセル構造の負極集電体から延出したタブ線を集合させて電池として作用させるにあたり、タブ線の屈曲により、タブ線と正極集電体との間の空間距離が短くなる場合であっても、絶縁性を担保できる全固体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】

【0011】

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた。そして、正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電体がこの順で積層された電極体を含む全固体電池において、正極層の端部に第１の絶縁材を備えさせるとともに、負極集電体と固体電解質層との間であって、固体電解質層の端部及び第１の絶縁材の端部と対向する部分に、第２の絶縁材を備えさせて、負極集電体の負極層側の表面から正極集電体の正極層側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるようにすれば、沿面距離によって絶縁性を担保できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【0012】

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
［１］
正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電体がこの順で積層された電極体を含む全固体電池であって、
前記正極集電体は、前記正極層側の面に、前記正極層の端部に隣接する第１の絶縁材を備え、
前記固体電解質層は、前記正極層及び前記第１の絶縁材に当接して配置され、
前記負極集電体と前記固体電解質層との間であって、前記固体電解質層の端部及び前記第１の絶縁材の端部と対向する部分に、第２の絶縁材が備えられ、
前記第２の絶縁材は、前記負極集電体の前記負極層側の表面から前記正極集電体の前記正極層側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるように、前記固体電解質層に当接して配置される、
全固体電池。
［２］
前記第１の絶縁材は、前記電極体の延在方向において、前記正極層に隣接する端部からの距離が大きくなるにつれて、前記電極体の積層方向の厚みが減少する、態様［１］に記載の全固体電池。
［３］
前記第２の絶縁材は、前記電極体の延在方向において、前記負極層の端部とオーバーラップするように配置される、態様［１］又は［２］に記載の全固体電池。
［４］
前記第２の絶縁材は、少なくとも一部が前記負極集電体に当接して配置される、態様［３］に記載の全固体電池。
［５］
前記電極体は、前記固体電解質層と前記負極層との間に中間層を備え、
前記電極体の延在方向において、前記中間層の端部は、前記負極層の端部又は前記第２の絶縁材の端部と略同一位置に配置される、又は前記負極層の端部又は前記第２の絶縁材の端部よりも内側に配置される、態様［１］又は［２］に記載の全固体電池。
［６］
前記第２の絶縁材は、少なくとも一部が前記中間層に当接して配置される、態様［５］に記載の全固体電池。
［７］
前記固体電解質層の端部は、前記電極体の延在方向において、前記第１の絶縁材の端部と略同一の位置にある、態様［１］又は［２］に記載の全固体電池。
［８］
前記第２の絶縁材は、接着層と絶縁層とを含む積層体であり、
前記接着層は、負極集電体側に配置され、
前記絶縁層は、前記固体電解質層側に配置される、態様［１］又は［２］に記載の全固体電池。
［９］
前記接着層は、アクリル系粘着層であり、
前記絶縁層は、ポリエチレンを含む、態様［８］に記載の全固体電池。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、絶縁性を担保できる全固体電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る全固体電池の構成を示す断面図の一部である。

【図2】第２実施形態に係る全固体電池の構成を示す断面図の一部である。

【図3】第３実施形態に係る全固体電池の構成を示す断面図の一部である。

【図4】第４実施形態に係る全固体電池の構成を示す断面図の一部である。

【図5】従来の全固体電池の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
本開示の全固体電池について、一実施形態である全固体電池１１を参照しつつ説明する。

【0016】

本開示の全固体電池は、正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電体がこの順で積層された電極体を含む。正極集電体は、正極層側の面に、正極層の端部に隣接する第１の絶縁材を備え、固体電解質層は、正極層及び第１の絶縁材に当接して配置される。

【0017】

本開示の全固体電池は、更に、負極集電体と固体電解質層との間であって、固体電解質層の端部及び第１の絶縁材の端部と対向する部分に、第２の絶縁材が備えられる。第２の絶縁材は、負極集電体の負極層側の表面から正極集電体の正極層側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるように、固体電解質層に当接して配置される。

【0018】

本開示の全固体電池は、正極層の端部に第１の絶縁材を備えるとともに、負極集電体と固体電解質層との間であって、固体電解質層の端部及び第１の絶縁材の端部と対向する部分に、負極集電体の負極層側の表面から正極集電体の正極層側の表面までの沿面距離が同直線距離よりも大きくなるように第２の絶縁材を備えているため、沿面距離によって絶縁性を担保することができる。

【0019】

更に具体的には、それぞれのセル構造の負極集電体から延出したタブ線を集合させて電池として作用させるにあたり、タブ線の屈曲により、タブ線と正極集電体との間の空間距離が短くなる場合であっても、沿面距離が確保できていることから、絶縁性を担保することできる。

【0020】

図１は、第１実施形態に係る全固体電池１１の構成を示す断面図の一部である。図１は、全固体電池１１のセル構造の端部を示している。図１に示される全固体電池１１は、正極集電体１４０と正極活物質層（正極層）１５ａ又は１５ｂとで形成される正極と、当該正極活物質層（正極層）１５ａ又は１５ｂに隣接する固体電解質層１６ａと１６ｂと、リチウム金属層（負極層）１３ａと負極集電体１２ａ、又はリチウム金属層（負極層）１３ｂと負極集電体１２ｂ、で形成される負極と、を備える。

【0021】

図１に示される全固体電池１１は、リチウム金属層（負極層）１３ａと固体電解質層１６ａとの間に中間層１７ａを備え、リチウム金属層（負極層）１３ｂと固体電解質層１６ｂとの間に中間層１７ｂを備える。また、正極活物質層（正極層）１５ａの端部には、第１の絶縁材１８ｃが配置されており、正極活物質層（正極層）１５ｂの端部には、第１の絶縁材１８ｄが配置されている。

【0022】

図１に示される第１実施形態に係る全固体電池１１において、中間層１７ａ及び１７ｂは、電極体の延在方向において、端部が、リチウム金属層（負極層）１３ａ及び１３ｂのそれぞれの端部よりも内側に配置されている。

【0023】

図１に示される全固体電池１１は、正極層１５ａ及び１５ｂの端部に第１の絶縁材１８ｃと１８ｄとをそれぞれ備えるとともに、負極集電体１２ａと固体電解質層１６ａとの間であって、固体電解質層１６ａの端部及び第１の絶縁材１８ｃの端部と対向する部分に、負極集電体１２ａの負極層１３ａ側の表面から正極集電体１４０の正極層１５ａ側の表面までの沿面距離が、同直線距離（図中、ｂで示される矢印）よりも大きくなるように第２の絶縁材１９ａを備えている。

【0024】

更に詳細には、第１実施形態に係る全固体電池１１の第２の絶縁材１９ａは、全固体電池１１の電極体の延在方向において、表面の一部が負極層１３ａの端部とオーバーラップするよう配置されて、当該オーバーラップ部分にて負極層１３ａを被覆するとともに、中間層１７ａの端部とは接触しない状態で、負極集電体１２ａに当接して配置されている。第２の絶縁材１９ａのもう一方の表面は、図１における矢印ａの部分を除いて、固体電解質層１６ａと当接している。

【0025】

すなわち、図１に示される全固体電池１１において第２の絶縁材１９ａは、電極体の延在方向において、一つの表面は、一部が負極層１３ａと当接し、残りは負極集電体１２ａと当接しており、負極層１３ａと負極集電体１２ａと当接している当該面とは逆の表面は、図１における矢印ａ部分が固体電解質層１６ａの端部からはみ出した状態で、固体電解質層１６ａと一部が当接するよう配置されている。

【0026】

これにより、全固体電池１１は、例えば、負極集電体１２ａから延出したタブ線を集合させて電池として作用させる際に、タブ線の屈曲により、タブ線と正極集電体１４０との間の空間距離が短くなる場合であっても、固体電解質層１６ａの端部からはみ出した矢印ａ部分の第２の絶縁材１９ａが存在していることで、負極集電体１２ａの負極層１３ａ側の表面から正極集電体１４０の正極層１５ａ側の表面まで間の沿面距離は、第２の絶縁材１９ａの表面に沿うため大きくなる。これにより、全固体電池１１は、沿面距離が確保されて絶縁性を担保することができる。

【0027】

また、第２の絶縁材１９ａが、固体電解質層１６ａの端部からはみ出した矢印ａ部分を有することで、負極集電体１２ａから延出したタブ線を集合させて電池として作用させる際に、タブ線が屈曲して屈曲部に応力が集中する場合でも、第２の絶縁材１９ａの存在によって機械強度が向上していることから、タブ線の破損等を抑制することができる。

【0028】

なお、本開示の全固体電池において、第２の絶縁材が当接する固体電解質からはみ出す距離（図１における矢印ａ）は、特に限定されるものではない。電極体の延在方向において、固体電解質の端部よりも第２の絶縁材の端部が外側に位置していれば、本発明の上記の効果を享受することができる。

【0029】

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る全固体電池１２の構成を示す断面図の一部を、図２に示す。図２は、全固体電池１２のセル構造の端部を示している。図２に示される全固体電池１２は、正極集電体２４と正極活物質層（正極層）２５ａ又は２５ｂとで形成される正極と、当該正極活物質層（正極層）２５ａ又は２５ｂに隣接する固体電解質層２６ａと２６ｂと、リチウム金属層（負極層）２３ａと負極集電体２２ａ、又はリチウム金属層（負極層）２３ｂと負極集電体２２ｂ、で形成される負極と、を備える。

【0030】

図２に示される全固体電池１２は、リチウム金属層（負極層）２３ａと固体電解質層２６ａとの間に中間層２７ａを備え、リチウム金属層（負極層）２３ｂと固体電解質層２６ｂとの間に中間層２７ｂを備える。また、正極活物質層（正極層）２５ａの端部には、第１の絶縁材２８ｃが配置されており、正極活物質層（正極層）２５ｂの端部には、第１の絶縁材２８ｄが配置されている。

【0031】

図２に示される第２実施形態に係る全固体電池１２において、中間層２７ａ及び２７ｂは、電極体の延在方向において、端部が、リチウム金属層（負極層）２３ａ及び２３ｂのそれぞれの端部と略同一位置に配置されている。

【0032】

図２に示される全固体電池１２は、正極層２５ａ及び２５ｂの端部に第１の絶縁材２８ｃと２８ｄとをそれぞれ備えるとともに、負極集電体２２ａと固体電解質層２６ａとの間であって、固体電解質層２６ａの端部及び第１の絶縁材２８ｃの端部と対向する部分に、負極集電体２２ａの負極層２３ａ側の表面から正極集電体２４の正極層２５ａ側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるように第２の絶縁材２９ａを備えている。

【0033】

更に詳細には、第２実施形態に係る全固体電池１２の第２の絶縁材２９ａは、全固体電池１２の電極体の延在方向において、負極層２３ａ及び中間層２７ａとはオーバーラップする部分がない状態で、負極集電体２２ａに当接して配置されている。第２の絶縁材２９ａのもう一方の表面は、固体電解質層２６ａと当接している。

【0034】

すなわち、図２に示される全固体電池１２において第２の絶縁材２９ａは、電極体の延在方向において、一つの表面は、全部が負極集電体２２ａと当接しており、負極集電体２２ａと当接している当該面とは逆の表面は、固体電解質層２６ａの端部からはみ出した状態で、固体電解質層２６ａと一部が当接するよう配置されている。

【0035】

これにより、全固体電池１２は、上記した実施形態と同様に、例えば、負極集電体２２ａから延出したタブ線を集合させて電池として作用させる際に、タブ線が屈曲する場合においても、沿面距離が確保されて絶縁性を担保することができるとともに、機械強度の向上によりタブ線の破損等を抑制することができる。

【0036】

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る全固体電池１３の構成を示す断面図の一部を、図３に示す。図３は、全固体電池１３のセル構造の端部を示している。図３に示される全固体電池１３は、正極集電体３４と正極活物質層（正極層）３５ａ又は３５ｂとで形成される正極と、当該正極活物質層（正極層）３５ａ又は３５ｂに隣接する固体電解質層３６ａと３６ｂと、リチウム金属層（負極層）３３ａと負極集電体３２ａ、又はリチウム金属層（負極層）３３ｂと負極集電体３２ｂ、で形成される負極と、を備える。

【0037】

図３に示される全固体電池１３は、リチウム金属層（負極層）３３ａと固体電解質層３６ａとの間に中間層３７ａを備え、リチウム金属層（負極層）３３ｂと固体電解質層３６ｂとの間に中間層３７ｂを備える。また、正極活物質層（正極層）３５ａの端部には、第１の絶縁材３８ｃが配置されており、正極活物質層（正極層）３５ｂの端部には、第１の絶縁材３８ｄが配置されている。

【0038】

図３に示される第３実施形態に係る全固体電池１３において、中間層３７ａ及び３７ｂは、電極体の延在方向において、端部が、リチウム金属層（負極層）３３ａ及び３３ｂのそれぞれの端部と略同一位置に配置されている。

【0039】

図３に示される全固体電池１３は、正極層３５ａ及び３５ｂの端部に第１の絶縁材３８ｃと３８ｄとをそれぞれ備えるとともに、負極集電体３２ａと固体電解質層３６ａとの間であって、固体電解質層３６ａの端部及び第１の絶縁材３８ｃの端部と対向する部分に、負極集電体３２ａの負極層３３ａ側の表面から正極集電体３４の正極層３５ａ側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるように第２の絶縁材３９ａを備えている。

【0040】

更に詳細には、第３実施形態に係る全固体電池１３の第２の絶縁材３９ａは、全固体電池１３の電極体の延在方向において、負極層３３ａ及び中間層３７ａとはオーバーラップする部分がない状態で、負極集電体３２ａに当接して配置されている。第２の絶縁材３９ａのもう一方の表面は、固体電解質層３６ａと当接している。

【0041】

すなわち、図３に示される全固体電池１３において第２の絶縁材３９ａは、電極体の延在方向において、一つの表面は、全部が中間層３７ａと当接しており、中間層３７ａと当接している当該面とは逆の表面は、固体電解質層３６ａの端部からはみ出した状態で、固体電解質層３６ａと一部が当接するよう配置されている。

【0042】

これにより、全固体電池１３は、上記した実施形態と同様に、例えば、負極集電体３２ａから延出したタブ線を集合させて電池として作用させる際に、タブ線が屈曲する場合においても、沿面距離が確保されて絶縁性を担保することができるとともに、機械強度の向上によりタブ線の破損等を抑制することができる。

【0043】

＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る全固体電池１４の構成を示す断面図の一部を、図４に示す。図４は、全固体電池１４のセル構造の端部を示している。図４に示される全固体電池１４は、正極集電体４４と正極活物質層（正極層）４５ａ又は４５ｂとで形成される正極と、当該正極活物質層（正極層）４５ａ又は４５ｂに隣接する固体電解質層４６ａと４６ｂと、リチウム金属層（負極層）４３ａと負極集電体４２ａ、又はリチウム金属層（負極層）４３ｂと負極集電体４２ｂ、で形成される負極と、を備える。

【0044】

図４に示される全固体電池１４は、リチウム金属層（負極層）４３ａと固体電解質層４６ａとの間に中間層４７ａを備え、リチウム金属層（負極層）４３ｂと固体電解質層４６ｂとの間に中間層４７ｂを備える。また、正極活物質層（正極層）４５ａの端部には、第１の絶縁材４８ｃが配置されている。

【0045】

図４に示される第１実施形態に係る全固体電池１４において、中間層４７ａは、電極体の延在方向において、端部が、リチウム金属層（負極層）４３ａの端部よりも内側に配置されている。

【0046】

第４実施形態に係る全固体電池１４において、第１の絶縁材４８ｃは、電極体の延在方向において、正極活物質層（正極層）４５ａに隣接する端部からの距離（図４中の矢印ｃ）が大きくなるにつれて、電極体の積層方向（図４中の矢印Ｌ）の厚みが減少している。すなわち、第１の絶縁材４８ｃは、電極体の積層方向（図４中の矢印Ｌ）に傾斜を有する形状となっており、当該傾斜部分が空隙となっている。

【0047】

図４に示される全固体電池１４は、正極層４５ａの端部に第１の絶縁材４８ｃを備えるとともに、負極集電体４２ａと固体電解質層４６ａとの間であって、固体電解質層４６ａの端部及び第１の絶縁材４８ｃの端部と対向する部分に、負極集電体４２ａの負極層４３ａ側の表面から正極集電体４４の正極層４５ａ側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるように第２の絶縁材４９ａを備えている。

【0048】

更に詳細には、第４実施形態に係る全固体電池１４の第２の絶縁材４９ａは、上記第１実施形態と同様に、全固体電池１４の電極体の延在方向において、一つの表面は、一部が負極層４３ａと当接し、残りは負極集電体４２ａと当接しており、負極層４３ａと負極集電体４２ａと当接している当該面とは逆の表面は、固体電解質層４６ａの端部からはみ出した状態で、固体電解質層１６ａと一部が当接するよう配置されている。

【0049】

すなわち、図４に示される全固体電池１４において第２の絶縁材４９ａは、電極体の延在方向において、一つの表面は、一部が負極層４３ａと当接し、残りは負極集電体４２ａと当接しており、負極層４３ａと負極集電体４２ａと当接している当該面とは逆の表面は、固体電解質層４６ａの端部からはみ出した状態で、固体電解質層４６ａと一部が当接するよう配置されている。

【0050】

また、図４に示される全固体電池１４において、第２の絶縁材４９ａは、接着層４９１と絶縁層４９２とを含む積層体となっている。そして、接着層４９１が、負極集電体４２ａに当接するよう配置され、絶縁層４９２が、固体電解質層４６ａに当接するよう配置されている。

【0051】

これにより、全固体電池１４は、上記した実施形態と同様に、例えば、負極集電体４２ａから延出したタブ線を集合させて電池として作用させる際に、タブ線が屈曲する場合においても、沿面距離が確保されて絶縁性を担保することができるとともに、機械強度の向上によりタブ線の破損等を抑制することができる。

【0052】

とりわけ、第４実施形態に係る全固体電池１４においては、第１の絶縁材４８ｃが、電極体の積層方向（図４中の矢印Ｌ）に傾斜を有する形状となっており、当該傾斜部分に空隙が形成されている。そして、当該空隙領域に、第２の絶縁材４９ａが配置されるため、電極体をプレスしたりラミネート等する際に、第２の絶縁材４９ａの存在による圧力の発生を抑制することができる。

【0053】

以下、本開示の全固体電池の各構成について説明する。

【0054】

［正極］
本開示の全固体電池の正極は、正極集電体と正極層とを含む。本開示の全固体電池において、正極層は、正極集電体と当接している。
（正極集電体）
本開示の全固体電池に用いられる正極集電体は、正極層に当接して配置されるものであり、正極層の集電を行う機能を有する。正極集電体の材料としては、正極層の集電を行うことができるものであれば、特に限定されるものではない。正極集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、ニッケル、鉄、及びチタン等が挙げられ、中では、アルミニウム、アルミニウム合金、及びステンレスからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

【0055】

正極集電体の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、箔状、板状等が挙げられる。また、正極集電体の厚みは、特に限定されるものではなく、一般的な全固体電池の正極に用いられるものと同様であってよい。正極集電体の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であってよい。

【0056】

（正極層）
正極層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。正極層に含有される正極活物質としては、一般的な全固体電池の正極層に用いられるものであれば、特に限定されない。正極活物質としては、例えば、リチウムイオン電池であれば、リチウムを含有する層状活物質、スピネル型活物質、オリビン型活物質等を挙げることができる。正極活物質の具体例としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、ＬｉＮｉ_ｐＭｎ_ｑＣｏ_ｒＯ_２（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）、ＬｉＮｉ_ｐＡｌ_ｑＣｏ_ｒＯ_２（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２－ｘ－ｙＭｙＯ_４（ｘ＋ｙ＝２、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＺｎから選ばれる少なくとも１種）で表される異種元素置換Ｌｉ－Ｍｎスピネル、チタン酸リチウム（Ｌｉ及びＴｉを含む酸化物）、リン酸金属リチウム（ＬｉＭＰＯ_４、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉから選ばれる少なくとも１種）等が挙げられる。

【0057】

正極層における正極活物質の含有量は、例えば、５０質量％～９９質量％の範囲であってよい。正極活物質は、表面がニオブ酸リチウム層やチタン酸リチウム層、リン酸リチウム層等の酸化物層で被覆されていてもよい。

【0058】

正極層は、リチウムイオン伝導性を向上させる目的で、任意に、後記する固体電解質を含んでいてもよい。また正極層は、任意に、バインダーや導電助剤等を含んでいてもよい。これらの物質としては、一般に全固体電池に使用されるものを用いることができる。

【0059】

正極層の厚みは、特に限定されるものではなく、求める電池の性能に応じて適宜設定することができる。正極層の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であってよい。

【0060】

本開示の全固体電池が後述する中間層を備える場合には、正極層は、積層面において中間層と同等の面積を有することが好ましい。これにより、全固体電池のエネルギー密度を向上させることができる。本開示の全固体電池における正極層の面積は、例えば、中間層の面積に対して最大で１００％であってもよく、９０％～１００％であってもよく、８０％～９０％であってもよい。

【0061】

正極層の製造方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法により製造することができる。正極層は、例えば、正極層を構成する材料を溶媒とともに混合してスラリーとし、上記した正極集電体に当該スラリーを塗布し、乾燥させることにより製造することができる。

【0062】

［固体電解質層］
固体電解質層は、固体電解質を含む層である。固体電解質層は、正極層及び第１の絶縁材に当接して配置される。

【0063】

固体電解質の材料としては、リチウムイオン伝導性及び絶縁性を有するものであれば、特に限定されるものではない。固体電解質の材料としては、一般的に全固体型リチウムイオン電池に用いられる材料を用いることができ、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質、リチウム含有塩等の無機固体電解質、ポリエチレンオキシド等のポリマー系の固体電解質、リチウム含有塩やリチウムイオン伝導性のイオン液体を含むゲル系の固体電解質等を挙げることができる。これらのうち、リチウムイオンの高い導電特性とプレスによる構造成形性や界面接合性が良好である観点から、硫化物固体電解質材料であることが好ましい。

【0064】

固体電解質材料の形態としては、特に限定されるものではなく、例えば、粒子状であってよい。また、本開示の全固体電池の固体電解質層において、固体電解質の含有量は、特に限定されるものではない。固体電解質の含有量は、例えば５０質量％～９９質量％の範囲であってよい。

【0065】

固体電解質層は、任意に、バインダーを含んでいてもよい。また、機械的強度や柔軟性を付与する目的で、任意に、粘着剤を含んでいてもよい。これらの物質としては、一般に全固体電池に使用されるものを用いることができる。

【0066】

固体電解質層は、本開示の全固体電池の電極体の延在方向において、端部が、第１の絶縁材の端部と略同一の位置にあるように配置されていてもよい。

【0067】

このような形状の電極体は、固体電解質層が電極体の端面から突出する形態となっていないため、例えば、電極体の製造過程においてロールプレス等の圧力を付与した場合に、固体電解質層へのクラックの発生を抑制することができる。

【0068】

固体電解質層の製造方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法により製造することができる。固体電解質層は、例えば、固体電解質層を構成する材料を溶媒とともに混合してスラリーとし、基材に当該スラリーを塗布し、乾燥させることにより製造することができる。

【0069】

［負極］
本開示の全固体電池の負極は、負極集電体と負極層とを含む。本開示の全固体電池において、負極層は、負極集電体と当接している。

【0070】

（負極集電体）
本開示の全固体電池に用いられる負極集電体は、負極層に当接して配置されるものであり、負極層の集電を行う機能を有する。負極集電体の材料としては、負極層の集電を行うことができるものであれば、特に限定されるものではないが、導電率が高い物質で構成されていることが好ましい。導電率が高い物質としては、例えば、銀、パラジウム、金（、プラチナ、アルミニウム、銅、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素を含む金属、又はステンレス鋼材等の合金、あるいはカーボン（Ｃ）等の非金属が挙げられる。

【0071】

これらの導電性が高い物質のうち、導電性の高さに加えて、製造コストも考慮すると、銅、ＳＵＳ、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。特に、ステンレス鋼材は、負極活物質、正極活物質、及び固体電解質と反応し難いため、負極集電体の材料としてステンレス鋼材を用いると、全固体電池の内部抵抗を低減することができる。

【0072】

負極集電体の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、箔状、板状、メッシュ状、不織布状、発泡状等が挙げられる。また、負極集電体には、負極層との密着性を高める目的で、表面にカーボン層等が配置されていてもよいし、表面が粗化されていてもよい。

【0073】

負極集電体の厚みは、特に限定されるものではなく、一般的な全固体電池の負極に用いられるものと同様であってよい。負極集電体の厚みは、例えば０．１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であってよい。

【0074】

（負極層）
負極層は、リチウムイオンと電子を授受する負極活物質を含有する層である。負極層に含有される負極活物質は、一般的な全固体電池の負極層に用いられるものであれば、特に限定されないが、リチウムイオンを可逆的に放出・吸蔵でき、電子輸送が容易に行えるように、電子伝導度が高い材料を用いることが好ましい。このような負極活物質としては、例えば、シリコン、シリコン合金等のシリコン系活物質や、グラファイト、ハードカーボン等の炭素系活物質、チタン酸リチウム等の各種酸化物系活物質、金属リチウム、リチウム合金のリチウム系活物質等が挙げられる。負極活物質は、上記の材料を１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

【0075】

本開示の全固体電池においては、負極層は、金属リチウム又はリチウム金属合金を単独又は混合したものであってもよい。リチウム金属又はリチウム金属合金を単独又は混合したものからなる負極層は、単位重量当たりの電気容量が大きいため、高容量の全固体電池を実現することができる。

【0076】

負極層における負極活物質の含有量は、例えば、３０質量％～１００質量％の範囲であってよい。

【0077】

負極層は、リチウムイオン伝導性を向上させる目的で、任意に、上記の固体電解質を含んでいてもよい。また負極層は、任意に、バインダーや導電助剤等を含んでいてもよい。これらの物質としては、一般に全固体電池に使用されるものを用いることができる。

【0078】

負極層の厚みは、特に限定されるものではなく、求める電池の性能に応じて適宜設定することができる。負極層の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であってよい。

【0079】

負極層の製造方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法により製造することができる。負極層は、例えば、負極層を構成する材料を溶媒とともに混合してスラリーとし、上記した負極集電体に当該スラリーを塗布し、乾燥させることにより製造することができる。

【0080】

［中間層］
本開示の全固体電池が中間層を備える場合には、中間層は、固体電解質と負極層との間に備えられる。本開示の全固体電池の負極層が、金属リチウム又はリチウム金属合金を単独又は混合した層である場合には、固体電解質層と負極層との間に中間層を設けることで、固体電解質層と負極層との界面へのデンドライトの不均一な析出を抑制することができ、かつ界面密着性を向上させることができる。

【0081】

中間層は、電子伝導性を有し、かつイオン伝導性を有する層である。中間層は、イオン伝導性を有するため、例えば、リチウムイオンを通過させることができる。このため、全固体電池の充放電を繰り返し行うにつれ、固体電解質層から負極層に向けて移動するリチウムイオン（Ｌｉ^＋）は、中間層を通過する。中間層が存在することで、中間層と負極層との間で、均一にリチウム金属を析出させることができる。また、中間層が、充放電に伴う各層の体積変化に追従できる柔軟性を有している場合には、全固体電池の充放電を繰り返し行った場合であっても、界面密着性を維持することができ、全固体電池の耐久性を向上させることができる。

【0082】

中間層は、本開示の全固体電池の電極体の延在方向において、端部が、負極層の端部又は第２の絶縁材の端部と略同一位置に配置されていてもよいし、又は負極層の端部又は第２の絶縁材の端部よりも内側に配置されていてもよい。これにより、上記した中間層を配置する効果を十分に発現させることができる。

【0083】

中間層を構成する材料としては、特に限定されるものではない。中間層は、例えば、無定形炭素、金属ナノ粒子、及び結着材としてのバインダーを含んでいてもよい。

【0084】

無定形炭素は、例えば、グラファイト等と異なりリチウム金属と反応して合金化することがない。このため、デンドライトの形成を抑制でき、全固体電池のサイクル特性を向上させることができる。

【0085】

無定形炭素としては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック類、コークス、活性炭等が挙げられる。無定形炭素は、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）であってもよく、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）、フラーレン、グラフェンであってもよい。

【0086】

金属ナノ粒子は、中間層に含まれることで、中間層の電子伝導性を高めることができ、その結果、より均一にリチウム金属を析出させることができる。金属ナノ粒子としては、特に限定されるものではないが、例えば、スズ、シリコン、亜鉛、マグネシウム、金、白金、パラジウム、銀、アルミニウム、ビスマス、アンチモン等の金属ナノ粒子が挙げられる。

【0087】

中間層に含まれるバインダーは、中間層の構造を保持し、中間層を構成する粒子同士、及び中間層と固体電解質層との密着性を向上させる。バインダーとしては、特に限定されるものではなく、一般に全固体電池に使用されるものを用いることができる。

【0088】

［第１の絶縁材］
第１の絶縁材は、正極集電体の正極層側の面に、正極層の端部に隣接して備えられる。第１の絶縁材が正極層の端部に絶縁材が配置されることにより、それぞれのセル構造の負極集電体から延出したタブ線を集合させて電池として作用させるにあたり、タブ線の屈曲により、タブ線と正極端部との接触を回避して短絡を抑制できるとともに、繰り返し充放電に伴う体積変化に起因するクラックの発生を抑制でき、クラックに起因する短絡についても抑制することが可能となる。

【0089】

第１の絶縁材は、正極層の端部に設けられていれば、その形状は限定されるものではない。第１の絶縁材の大きさは、特に限定されるものではなく、電極体の積層方向において、正極層の厚み以下の厚みを有するものであって、電極体の延在方向において、正極層の端面の一部又は全部に当接して、正極層の端部に配置されているものであればよい。

【0090】

第１の絶縁材の材料としては、絶縁性を発現するものであれば特に限定されるものではなく、半導体、導電体以外のいわゆる絶縁体であればよい。第１の絶縁材の材料は、絶縁性に付加したい特性に応じて適宜選択することができる。

【0091】

第１の絶縁材の材料としては、例えば、ポリプロピレン、アルミナ、陽極酸化アルミニウム、ベーマイト、ジルコニア、窒化アルミ、窒化珪素等が挙げられる。

【0092】

第１の絶縁材は、本開示の全固体電池の電極体の延在方向において、正極層に隣接する端部からの距離が大きくなるにつれて、電極体の積層方向の厚みが減少していてもよい。このような形状の第１の絶縁材は、例えば、図４に示されるような傾斜を有する形状となり、当該傾斜部分に空隙が形成されている。そして、当該空隙領域に、本開示の第２の絶縁材を配置できるため、電極体をプレスしたりラミネート等する際に、圧力の発生を抑制することができる。

【0093】

第１の絶縁材の製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、正極層が形成された正極集電体の上に、第１の絶縁体の材料を含むスラリーを塗布し、乾燥させることにより製造することができる。

【0094】

［第２の絶縁材］
第２の絶縁材は、負極集電体と固体電解質層との間であって、固体電解質層の端部及び第１の絶縁材の端部と対向する部分に備えられる。また、第２の絶縁材は、負極集電体の負極層側の表面から正極集電体の正極層側の表面までの沿面距離が、同直線距離よりも大きくなるように、固体電解質層に当接して配置される。

【0095】

本開示の全固体電池は、上記の構成であることにより、それぞれのセル構造の負極集電体から延出したタブ線を集合させて電池として作用させるにあたり、タブ線の屈曲により、タブ線と正極集電体との間の空間距離が短くなる場合であっても、負極集電体の負極層側の表面から正極集電体の正極層側の表面までの沿面距離が大きくなっていることで、絶縁性を担保することができる。

【0096】

第２の絶縁材は、接着層と絶縁層とを含む積層体であってもよい。そして、接着層は、負極集電体側に配置され、絶縁層は、固体電解質層側に配置されてもよい。第２の絶縁材がこのような態様となっていることで、接着層によって、電極体の所望の位置に貼付することが可能となる。このような第２の絶縁材は、例えば、接着層側に剥離紙を備えるテープ状の形態であってもよい。

【0097】

第２の絶縁材が、接着層と絶縁層とを含む積層体である場合には、接着層の材料は、特に限定されるものではなく、公知の材料から形成されるものであってよい。中では、充放電での電気化学的な反応を起こしにくい材料であることから、アクリル系粘着層であることが好ましい。また、絶縁層の材料は、特に限定されるものではなく、公知の材料から形成されるものであってよい。中では、
充放電での電気化学的な反応を起こしにくい材料であることから、ポリエチレンを含む材料であることが好ましい。

【0098】

第２の絶縁材の製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、剥離紙付きの基材の上に接着層の材料を含むスラリーを塗布して乾燥させることで接着層を形成し、形成した接着層の上に、絶縁層の材料を含むスラリーを塗布して乾燥させることにより、製造することができる。

【0099】

＜全固体電池の製造方法＞
本開示の全固体電池の製造方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法によることができる。例えば、負極層と、中間層と、固体電解質層と、正極層と、をこの順序で積層させ、正極層の両端部に、第１の絶縁材を形成する。その後、第２の絶縁材を、所望の大きさで所望の位置に貼付することで、セル構造を作製することができる。なお、セル構造を作製した後は、複数を積層し、その後に任意にプレスして一体化してもよい。

【0100】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形又は改良は、本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0101】

１、１１、１２、１３、１４ 全固体電池
２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ、４２ａ 負極集電体
３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、４３ａ リチウム金属層（負極層）
４０、１４０、２４０、３４０、４４０ 正極集電体
５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、３５ａ、３５ｂ、４５ａ 正極活物質層（正極層）
６ａ、６ｂ、１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ、４６ａ 固体電解質層
７ａ、７ｂ、１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ、３７ａ、３７ｂ、４７ａ 中間層
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、１８ｃ、１８ｄ、２８ｃ、２８ｄ、３８ｃ、３８ｄ、４８ｃ 第１の絶縁材
１９ａ、１９ｂ、２９ａ、２９ｂ、３９ａ、３９ｂ、４９ａ 第２の絶縁材
４９１ 接着層
４９２ 絶縁層
Ｌ 電極体の積層方向
ａ 第２の絶縁材の固体電極質層からはみ出した領域（負極集電体の負極層側の表面から正極集電体の正極層側の表面までの沿面距離に寄与する領域）
ｂ 負極集電体の負極層側の表面から正極集電体の正極層側の表面までの直線距離
ｃ 電極体の延在方向において、正極活物質層（正極層）に隣接する第１の絶縁材の端部からの距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】