電池
【課題】体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供する。
【解決手段】積層された複数の電極体を備える積層体を具備し、電極体は集電体を有し、複数の集電体を固着する固着部が、電極体の積層方向の外側に配置され、固着部が、電極体の積層方向と交差する電極体の面と交差する方向に設けられている、電池とする。
【解決手段】積層された複数の電極体を備える積層体を具備し、電極体は集電体を有し、複数の集電体を固着する固着部が、電極体の積層方向の外側に配置され、固着部が、電極体の積層方向と交差する電極体の面と交差する方向に設けられている、電池とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の集電体を有する電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、他の二次電池よりもエネルギー密度が高く、高電圧での動作が可能という特徴を有している。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として携帯電話等の情報機器に使用されており、近年、電気自動車用やハイブリッド自動車用等、大型の動力用としての需要も高まっている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池には、正極層及び負極層と、これらの間に配置される電解質層とが備えられ、電解質層に用いられる電解質としては、例えば非水系の液体状や固体状の物質が知られている。液体状の電解質（以下において、「電解液」という。）が用いられる場合には、電解液が正極層や負極層の内部へと浸透しやすい。そのため、正極層や負極層に含有されている活物質と電解液との界面が形成されやすく、性能を向上させやすい。ところが、広く用いられている電解液は可燃性であるため、安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。一方、不燃性である固体状の電解質（以下において、「固体電解質」という。）を用いると、上記システムを簡素化できる。それゆえ、固体電解質を含有する層（以下において、「固体電解質層」という。）が備えられる形態のリチウムイオン二次電池（以下において、「固体電池」という。）の開発が進められている。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池に関する技術として、例えば特許文献１には、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群及び非水電解液を有する扁平形非水二次電池において、電極群の外側で纏めた正極の集電タブ部を電極群の積層方向一端側に配置し、電極群の外側で纏めた負極の集電タブ部を電極群の積層方向他端側に配置する技術が開示されている。また、特許文献２には、複数の発電単位それぞれに設けられている集電体に曲げ加工を施し、これらを束ねて形成した被接合部に金属端子を接合した積層型電池が開示されている。そして、特許文献２の図１や図５には、電極と平行になるように形成された被接合部が示されている。また、特許文献３には、複数の単電池を収納した電池パックにおいて、単電池の電圧を監視して過充電及び／又は過放電を防ぐための保護回路が設けられ、該保護回路に、保護回路駆動用の電源を投入・遮断する電源スイッチが設けられ、単電池の電力出力回路に、保護回路の電源スイッチと連動して投入・遮断される出力制御スイッチを設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４１９９６号公報
【特許文献２】特開２００５−１１５５６号公報
【特許文献３】特開２００７−２１３９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている技術によれば、電極体の上下を除く周囲の省スペース化を図ることが可能になる。しかしながら、この技術では、電極体の上下に集電タブ部を収納しているため、電極体の上下に集電タブ部用の空間を確保する必要がある。それゆえ、体積エネルギー密度を高める上で改善の余地があり、特許文献１乃至特許文献３に開示されている技術を組み合わせても、体積エネルギー密度を十分に高めることは困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、積層された複数の電極体を備える積層体を具備し、上記電極体は集電体を有し、複数の集電体を固着する固着部が、電極体の積層方向の外側に配置され、固着部が、電極体の積層方向と交差する電極体の面と交差する方向に設けられている、電池である。
【０００９】
電極体の積層方向の外側に固着部を配置し、且つ、固着部を電極体の面と交差する方向に設けることにより、固着部を積層体の横に薄く沿うように配置可能であるため、積層体の外周に確保される固着部の空間を小さくすることが可能になり、積層体の積層方向上側及び下側には固着部用の空間を確保する必要がない。それゆえ、かかる形態とすることにより、体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供することができる。
【００１０】
また、上記本発明において、集電体が、撓んだ状態で接続されていることが好ましい。かかる形態とすることにより、クッション性が生まれ、集電体が変形しても集電体の破損を抑制することができるので、上記効果に加えて、電池の性能を長期間に亘って維持しやすくなる。
【００１１】
また、上記本発明において、複数の集電体が重なる部位の１箇所で溶接されることによって上記固着部が形成されていることが好ましい。かかる形態とすることにより、溶接面積を小さくすることが可能になるので、上記効果に加えて、溶接による電気抵抗の増大を抑制して電池の性能を高めやすくなる。
【００１２】
また、上記本発明において、積層体の積層方向の少なくとも一端は、集電体が露出していることが好ましい。かかる形態とすることにより、複数の積層体を電気的に接続しやすくなるので、上記効果に加えて、電池の高電圧化を図りやすくなる。
【００１３】
また、積層体の積層方向の少なくとも一端で集電体が露出している上記本発明において、露出した集電体を用いて積層体の電圧が検出されることが好ましい。かかる形態とすることにより、上記効果に加えて、各電極体の電圧を監視しやすくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の電池に備えられる積層体１０を説明する図である。
【図２】集電箔に形成された電極層を説明する図である。図２（ａ）は、集電箔１に形成された正極層３、３を説明する図であり、図２（ｂ）は、集電箔２に形成された負極層４、４を説明する図である。
【図３】積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する図である。図３（ａ）は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する正面図であり、図３（ｂ）は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する斜視図である。
【図４】積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する図である。図４（ａ）は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する正面図であり、図４（ｂ）は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する斜視図である。
【図５】積層された積層体１０、１０を説明する図である。
【図６】固着部の形態を説明する図である。
【図７】比較例の集電箔及び電極層を説明する図である。図７（ａ）は集電箔に形成された正極層を説明する図であり、図７（ｂ）は、集電箔に形成された負極層を説明する図である。
【図８】比較例の積層体を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
例えば特開２０１１−７６７８７号公報等に開示されている、扁平直方体状の容器に発電要素群を収容した電池では、電池の集電箔をまとめて溶接により固着させ、外部端子に接続している。この電池では、発電要素群の左右に、外部端子接続用の大きな空間を必要としているため、電池の体積エネルギー密度が低下しやすい。この電池において、外部端子接続用の空間を小さくするために集電箔の長さを単に短くすると、溶接時に積層方向端部の集電箔が引っ張られて切断され、所望の性能が得られなくなるという課題があった。
【００１７】
本発明者は、鋭意検討の結果、可撓性を有する導電性部材に間隔を開けて同一の電極層（２つの正極層又は２つの負極層）を形成した後、電極層を形成していない部位を折り曲げ、正極層、セパレータ、負極層、セパレータの順となるように積層して積層体を形成した。この際、２つの正極層の間に位置していた導電性部材の部位（以下において、「正極集電部」ということがある。）を積層体の一方の側に、２つの負極層の間に位置していた導電性部材の部位（以下において、「負極集電部」ということがある。）を積層体の他方の側にそれぞれ配置し、複数の正極集電部同士、及び、複数の負極集電部同士をそれぞれ接続した。かかる形態とすることにより、導電性部材の破損を防止しながら外部端子接続用の空間を小さくすることが可能であった。さらに、本発明者は、鋭意検討の結果、積層体の積層方向両端の最外面には電極層を形成せず、積層方向両端に配置された導電性部材を用いて積層体の電圧を検出可能とした。加えて、積層方向両端の最外面に電極体を形成していない積層体と絶縁体とを交互に積層し、積層された隣接する積層体の導電性部材同士を接続することにより、直列接続された積層体を有する電池を小型化することが可能になることを知見した。本発明は、これらの知見に基づいて完成させた。
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。図面では、繰り返される符号の記載を一部省略することがある。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
【００１９】
図１は、本発明の電池に備えられる積層体１０を説明する図である。発明の理解を容易にするため、図１では、電極体６、６、…の積層方向（図１の紙面上下方向）を拡大して示している。図２は、集電箔に形成された電極層を説明する図である。図２（ａ）は、集電箔１に形成された正極層３、３を説明する図であり、図２（ｂ）は、集電箔２に形成された負極層４、４を説明する図である。また、図３は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する図である。図３（ａ）は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する正面図であり、図３（ｂ）は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する斜視図である。また、図４は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する図である。図４（ａ）は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する正面図であり、図４（ｂ）は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する斜視図である。
【００２０】
図１に示したように、積層体１０は、積層された複数の電極体６、６、…を具備し、電極体６は、集電箔１に形成された正極層３と、集電箔２に形成された負極層４と、正極層３及び負極層４の間に配置された固体電解質層５と、を有している。図２（ａ）、図３（ａ）、及び、図３（ｂ）に示したように、集電箔１には、積層体１０の最外面（積層体１０の積層方向一端側の外面）に配置されるべき部位を除いて、その両面にそれぞれ間隔を開けて、正極層３、３が形成されており、積層体１０の最外面に配置されるべき集電箔１の部位には、正極層３が形成されていない。また、図２（ｂ）、図４（ａ）、及び、図４（ｂ）に示したように、集電箔２には、積層体１０の最外面（積層体１０の積層方向他端側の外面）に配置されるべき部位を除いて、その両面にそれぞれ間隔を開けて、負極層４、４が形成されており、積層体１０の最外面に配置されるべき集電箔２の部位には、負極層４が形成されていない。積層体１０を作製する際には、図３（ｂ）に示したように、正極層３、３、…が形成され且つ固着部７で溶接された複数の集電箔１、１、…を折り曲げ、さらに、図４（ｂ）に示したように、負極層４、４、…が形成され且つ固着部８で溶接された複数の集電箔２、２、…を折り曲げた後、それぞれの正極層３、３、…と負極層４、４、…との間に固体電解質層５、５、…が配置されるように積層する過程を経て、積層体１０を作製する。こうして積層体１０を作製したら、電極体６、６、…の積層方向と交差する電極体６、６、…の面（正極層３、負極層４、及び、固体電解質層５の積層面。以下において同じ。）と交差する方向に設けられた固着部７に外部端子９を接続し、電極体６、６、…の積層方向と交差する電極体６、６、…の面と交差する方向に設けられた固着部８に外部端子９を接続した後、外部端子９、９が接続された積層体１０を容器に収容する過程を経て、本発明の電池を製造することができる。
【００２１】
図１に示したように、積層体１０は、電極体６、６、…の積層方向と交差する電極体６、６、…の面と交差する方向に設けられた固着部７、８が、電極体６、６、…の積層方向の外側に配置されている。かかる形態とすることにより、固着部７、８を積層体１０の横に薄く沿うように配置可能であるため、積層体１０の横に確保される固着部７、８用の空間を小さくすることが可能になり、電極体６、６、…の積層方向上側及び下側には固着部７、８用の空間を確保する必要がなくなる。それゆえ、このような積層体１０が備えられる形態とすることにより、体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供することができる。
【００２２】
また、図１に示したように、積層体１０は、撓んでいる集電箔１、１、…が固着部７で固着されており、撓んでいる集電箔２、２、…が固着部８で固着されている。かかる形態とすることにより、集電箔１、１、…や集電箔２、２、…が変形しても、その変形を吸収することが可能になる結果、集電箔１、１、…や集電箔２、２、…の破損を抑制できる。集電箔１、１、…や集電箔２、２、…の破損を抑制することにより、積層体１０を備えた電池の性能を長期間に亘って維持することが可能になるので、電池の長寿命化を図りやすくなる。
【００２３】
また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したように、複数の集電箔１、１、…は、１箇所で溶接されることによって固着されており、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したように、複数の集電箔２、２、…は、１箇所で溶接されることによって固着されている。かかる形態とすることにより、固着部７、８を形成する際の溶接面積を小さくすることが可能になるので、溶接による電気抵抗の増大を抑制することが可能になり、その結果、積層体１０を備える電池の性能を高めやすくなる。
【００２４】
本発明において、集電箔１、２は、リチウムイオン二次電池の集電体として使用可能な公知の金属を用いることができる。そのような金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。
【００２５】
また、本発明において、正極層３に含有させる正極活物質としては、リチウムイオン二次電池の正極層に含有させることが可能な公知の活物質を適宜用いることができる。そのような正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）等の層状活物質のほか、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等のオリビン型活物質や、スピネル型マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）等のスピネル型活物質等を例示することができる。また、正極層３には、リチウムイオン二次電池の正極層に含有させることが可能な公知の固体電解質を適宜含有させることができる。そのような固体電解質としては、Ｌｉ３ＰＳ４や、Ｌｉ２Ｓ及びＰ２Ｓ５を混合して作製したＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５等の硫化物固体電解質のほか、Ｌｉ３ＰＯ４等の酸化物固体電解質や、窒化物固体電解質、及び、ハロゲン化物固体電解質等を例示することができる。また、正極層３に含有させる固体電解質の形態は特に限定されず、結晶質の固体電解質のほか、非晶質の固体電解質やガラスセラミックスであってもよい。このほか、正極層３には、正極活物質や固体電解質を結着させるバインダーや導電性を向上させる導電材が含有されていてもよい。正極層３に含有させることが可能なバインダーとしては、ブチレンゴムやスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を例示することができ、正極層３に含有させることが可能な導電材としては、気相法炭素繊維やカーボンブラック等の炭素材料のほか、固体電池の使用時の環境に耐えることが可能な金属材料を例示することができる。また、液体に上記正極活物質等を分散して調整したスラリー状の組成物を用いて正極層３を作製する場合、正極活物質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。
【００２６】
また、本発明において、負極層４に含有させる負極活物質としては、リチウムイオン二次電池の負極層に含有させることが可能な公知の活物質を適宜用いることができる。そのような活物質としては、グラファイト等を例示することができる。また、負極層４には、正極層３に含有させることが可能な上記固体電解質等を含有させることができる。このほか、負極層４には、負極活物質や固体電解質を結着させるバインダーや導電性を向上させる導電材が含有されていてもよい。負極層４に含有させることが可能なバインダーや導電材としては、正極層３に含有させることが可能な上記バインダーや導電材等を例示することができる。また、液体に上記負極活物質等を分散して調整したスラリー状の組成物を用いて負極層４を作製する場合、負極活物質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。
【００２７】
また、本発明において、固体電解質層５に含有させる固体電解質としては、固体電池に使用可能な公知の固体電解質を適宜用いることができる。そのような固体電解質としては、正極層３に含有させることが可能な上記固体電解質等を例示することができる。このほか、固体電解質層５には、可塑性を発現させる等の観点から、固体電解質同士を結着させるバインダーを含有させることができる。そのようなバインダーとしては、ブチレンゴムやスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を例示することができる。ただし、高出力化を図りやすくするために、固体電解質の過度の凝集を防止し且つ均一に分散された固体電解質を有する固体電解質層５を形成可能にする等の観点から、固体電解質層５に含有させるバインダーは５質量％以下とすることが好ましい。また、液体に上記固体電解質等を分散して調整したスラリー状の組成物を用いて固体電解質層５を作製する場合、固体電解質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。
【００２８】
また、本発明において、固着部７、８を形成する際の方法は、複数の集電体を固着し得る方法であれば特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。本発明で使用可能な方法としては、超音波溶接や抵抗溶接、レーザ溶接等を例示することができる。
【００２９】
また、本発明において、外部端子９は、リチウムイオン二次電池の端子に使用可能な公知の導電性材料を用いることができる。そのような導電性材料としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料のほか、炭素材料等を例示することができる。
【００３０】
図５は、複数の積層体１０、１０、…を備える積層体２０を説明する図である。図５では、積層体２０に備えられる２つの積層体１０、１０を抽出して示している。図５に示したように、積層体２０では、図５の紙面上側に集電箔１が配置され紙面下側に集電箔２が配置された積層体１０、１０、…が、絶縁材１１を挟んで図５の紙面上下方向に積層されている。そして、図５の紙面上下方向に隣接する積層体１０、１０は、電極体６、６、…が直列に接続されるように、集電箔１、１、…に接続された外部端子１２と、集電箔２、２、…に接続された外部端子１３とが、積層体２０の積層方向外側で接続されている。このように構成される積層体２０は、上記方法と同様の方法で作製した積層体１０、１０、…の集電箔１、１、…に外部端子１２、１２、…を、集電箔２、２、…に外部端子１３、１３、…をそれぞれ接続した後、隣接する一方の積層体１０の集電箔１と他方の積層体１０の集電箔２との間に絶縁材１１を配置しながら複数の積層体１０、１０、…を積層し、必要に応じて加熱しながら積層方向にプレスした後、電極体６、６、…が直列に接続されるように、外部端子１２、１２、…と外部端子１３、１３、…とを接続する過程を経て作製することができる。積層体２０によれば、積層体１０よりも多くの電極体６、６、…を積層することができるので、高電圧化を図りやすくなる。また、露出した集電箔１に接続された外部端子１２や露出した集電箔２に接続された外部端子１３を、電流のリード線としての機能を兼ねる電圧検出端子として機能させることにより、各電極体６、６、…の電圧を監視しやすくなる。加えて、例えば、絶縁材１１、１１、…に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いたり、絶縁材１１、１１、…として絶縁性の接着剤を用いたりすることにより、複数の積層体１０、１０、…を一体化することができるので、高電圧化した積層体２０の体積エネルギー密度を高めやすくなる。
【００３１】
本発明において、絶縁材１１としては、リチウムイオン二次電池の動作環境に耐え得る公知の絶縁性材料を適宜用いることができる。そのような絶縁性材料としては、公知の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等を例示することができる。また、積層体２０を作製する際の加熱温度は、積層体１０、１０、…を密着させ得る温度且つ積層体１０、１０、…を構成している物質が劣化しない温度であれば特に限定されず、例えば、１５０℃程度とすることができる。さらに、積層体２０を作製する際のプレス圧力は、積層体１０、１０、…を破損させない圧力であれば特に限定されず、例えば、１００ＭＰａ程度とすることができる。
【００３２】
また、本発明において、外部端子１２、１３は、外部端子９と同様の材料によって構成することができる。さらに、外部端子１２、１３を接続する方法は特に限定されず、例えば、超音波溶接や抵抗溶接、レーザ溶接等を例示することができる。
【００３３】
本発明に関する上記説明では、図６（ａ）に示した形態で配置された複数の集電体を固着させて形成した固着部７、８が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の電池は、図６（ｂ）に示した形態で配置された複数の集電体を固着させて形成した固着部が備えられる形態とすることも可能である。
【００３４】
また、本発明に関する上記説明では、本発明の電池がリチウムイオン二次電池である形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の電池は、正極層と負極層との間を、リチウムイオン以外のイオンが移動する形態とすることも可能である。そのようなイオンとしては、ナトリウムイオンやカリウムイオン等を例示することができる。リチウムイオン以外のイオンが移動する形態とする場合、正極活物質、固体電解質、及び、負極活物質は、移動するイオンに応じて適宜選択すればよい。また、本発明に関する上記説明では、本発明の電池が固体電池である形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の電池は、電解液が用いられる電池やゲル状の電解質が用いられる電池にも適用可能である。
【実施例】
【００３５】
積層体の最外面に相当する部位を除き、アルミニウム箔（集電箔１に相当）の上面及び下面のそれぞれに、間隔を開けて、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を、固体電解質としてＬｉ３ＰＳ４をそれぞれ用いた正極層３、３を形成することにより、図２（ａ）に示した正極電極を３０枚作製した。また、積層体の最外面に相当する部位を除き、銅箔（集電箔２に相当）の上面及び下面のそれぞれに、間隔を開けて、負極活物質としてグラファイトを、固体電解質としてＬｉ３ＰＳ４をそれぞれ用いた負極層４、４を形成することにより、図２（ｂ）に示した負極電極を３０枚作製した。作製した負極電極の、図２（ｂ）の紙面左右方向の長さは、図２（ｂ）の紙面上下方向の長さの２．２倍であった。次いで、積層方向の最下面に、正極層が形成されていない集電箔１の部位が配置されるように、３０枚の正極電極を積層し、正極層３、３、…の間に確保されている露出した集電箔１、１、…の部位を超音波溶接することにより、図３（ａ）に示した積層正極電極を作製し、正極層３、３、…の間に確保されている露出した集電箔１、１、…の部位を折り曲げることにより、図３（ｂ）に示した構造体を得た。同様に、積層方向の最下面に、負極層が形成されていない集電箔２の部位が配置されるように、３０枚の負極電極を積層し、負極層４、４、…の間に確保されている露出した集電箔２、２、…の部位を超音波溶接することにより、図４（ａ）に示した積層負極電極を作製し、負極層４、４、…の間に確保されている露出した集電箔２、２、…の部位を折り曲げることにより、図４（ｂ）に示した構造体を得た。その後、Ｌｉ３ＰＳ４を主成分とし、可塑性を出すためにバインダー（ブチレンゴム）が１〜３質量％添加されている固体電解質層５が、正極層３及び負極層４で挟まれるように重ね合わせることにより、電極体６、６、…の数を除いて図１と同様に構成される積層体（本発明の電池に備えられる積層体）を作製した。作製した積層体に備えられている固体電解質層５の端面から外部端子９までの距離（図１のＸ）は、５ｍｍ程度であった。
【００３６】
一方、積層体の最外面に相当する部位を除き、アルミニウム箔の上面及び下面のそれぞれに、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を、固体電解質としてＬｉ３ＰＳ４をそれぞれ用いた正極層を１つずつ形成することにより、図７（ａ）に示した正極電極を６０枚作製した。また、積層体の最外面に相当する部位を除き、銅箔の上面及び下面のそれぞれに、負極活物質としてグラファイトを、固体電解質としてＬｉ３ＰＳ４をそれぞれ用いた負極層を１つずつ形成することにより、図７（ｂ）に示した負極電極を６０枚作製した。作製した負極電極の、図７（ｂ）の紙面左右方向の長さは、図７（ｂ）の紙面上下方向の長さの１．１７倍であり、図７（ｂ）の紙面上下方向の長さは図２（ｂ）の紙面上下方向の長さと同一にした。その後、Ｌｉ３ＰＳ４を主成分とし、可塑性を出すためにバインダー（ブチレンゴム）が１〜３質量％添加されている固体電解質層が正極層及び負極層で挟まれるように重ね合わせ、外部端子と接続するために、集電箔を重ね合わせて溶接することにより、図８に一部を抽出して示す積層体を作製した。作製した積層体に備えられている固体電解質層の端面から外部端子までの距離（図８のＹ）は、１２ｍｍ程度であった。
【００３７】
以上より、本発明によれば、従来よりも、積層体の周囲に確保される集電に必要なスペースを、積層体の片側で７ｍｍ、積層体の両側合計で１４ｍｍ、小さくすることができた。したがって、本発明によれば、体積エネルギー密度を高めることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１、２…集電箔（集電体）
３…正極層
４…負極層
５…セパレータ（固体電解質層）
６…電極体
７、８…固着部
９、１２、１３…外部端子
１０、２０…積層体
１１…絶縁材
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の集電体を有する電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、他の二次電池よりもエネルギー密度が高く、高電圧での動作が可能という特徴を有している。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として携帯電話等の情報機器に使用されており、近年、電気自動車用やハイブリッド自動車用等、大型の動力用としての需要も高まっている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池には、正極層及び負極層と、これらの間に配置される電解質層とが備えられ、電解質層に用いられる電解質としては、例えば非水系の液体状や固体状の物質が知られている。液体状の電解質（以下において、「電解液」という。）が用いられる場合には、電解液が正極層や負極層の内部へと浸透しやすい。そのため、正極層や負極層に含有されている活物質と電解液との界面が形成されやすく、性能を向上させやすい。ところが、広く用いられている電解液は可燃性であるため、安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。一方、不燃性である固体状の電解質（以下において、「固体電解質」という。）を用いると、上記システムを簡素化できる。それゆえ、固体電解質を含有する層（以下において、「固体電解質層」という。）が備えられる形態のリチウムイオン二次電池（以下において、「固体電池」という。）の開発が進められている。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池に関する技術として、例えば特許文献１には、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群及び非水電解液を有する扁平形非水二次電池において、電極群の外側で纏めた正極の集電タブ部を電極群の積層方向一端側に配置し、電極群の外側で纏めた負極の集電タブ部を電極群の積層方向他端側に配置する技術が開示されている。また、特許文献２には、複数の発電単位それぞれに設けられている集電体に曲げ加工を施し、これらを束ねて形成した被接合部に金属端子を接合した積層型電池が開示されている。そして、特許文献２の図１や図５には、電極と平行になるように形成された被接合部が示されている。また、特許文献３には、複数の単電池を収納した電池パックにおいて、単電池の電圧を監視して過充電及び／又は過放電を防ぐための保護回路が設けられ、該保護回路に、保護回路駆動用の電源を投入・遮断する電源スイッチが設けられ、単電池の電力出力回路に、保護回路の電源スイッチと連動して投入・遮断される出力制御スイッチを設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４１９９６号公報
【特許文献２】特開２００５−１１５５６号公報
【特許文献３】特開２００７−２１３９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている技術によれば、電極体の上下を除く周囲の省スペース化を図ることが可能になる。しかしながら、この技術では、電極体の上下に集電タブ部を収納しているため、電極体の上下に集電タブ部用の空間を確保する必要がある。それゆえ、体積エネルギー密度を高める上で改善の余地があり、特許文献１乃至特許文献３に開示されている技術を組み合わせても、体積エネルギー密度を十分に高めることは困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、積層された複数の電極体を備える積層体を具備し、上記電極体は集電体を有し、複数の集電体を固着する固着部が、電極体の積層方向の外側に配置され、固着部が、電極体の積層方向と交差する電極体の面と交差する方向に設けられている、電池である。
【０００９】
電極体の積層方向の外側に固着部を配置し、且つ、固着部を電極体の面と交差する方向に設けることにより、固着部を積層体の横に薄く沿うように配置可能であるため、積層体の外周に確保される固着部の空間を小さくすることが可能になり、積層体の積層方向上側及び下側には固着部用の空間を確保する必要がない。それゆえ、かかる形態とすることにより、体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供することができる。
【００１０】
また、上記本発明において、集電体が、撓んだ状態で接続されていることが好ましい。かかる形態とすることにより、クッション性が生まれ、集電体が変形しても集電体の破損を抑制することができるので、上記効果に加えて、電池の性能を長期間に亘って維持しやすくなる。
【００１１】
また、上記本発明において、複数の集電体が重なる部位の１箇所で溶接されることによって上記固着部が形成されていることが好ましい。かかる形態とすることにより、溶接面積を小さくすることが可能になるので、上記効果に加えて、溶接による電気抵抗の増大を抑制して電池の性能を高めやすくなる。
【００１２】
また、上記本発明において、積層体の積層方向の少なくとも一端は、集電体が露出していることが好ましい。かかる形態とすることにより、複数の積層体を電気的に接続しやすくなるので、上記効果に加えて、電池の高電圧化を図りやすくなる。
【００１３】
また、積層体の積層方向の少なくとも一端で集電体が露出している上記本発明において、露出した集電体を用いて積層体の電圧が検出されることが好ましい。かかる形態とすることにより、上記効果に加えて、各電極体の電圧を監視しやすくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の電池に備えられる積層体１０を説明する図である。
【図２】集電箔に形成された電極層を説明する図である。図２（ａ）は、集電箔１に形成された正極層３、３を説明する図であり、図２（ｂ）は、集電箔２に形成された負極層４、４を説明する図である。
【図３】積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する図である。図３（ａ）は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する正面図であり、図３（ｂ）は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する斜視図である。
【図４】積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する図である。図４（ａ）は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する正面図であり、図４（ｂ）は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する斜視図である。
【図５】積層された積層体１０、１０を説明する図である。
【図６】固着部の形態を説明する図である。
【図７】比較例の集電箔及び電極層を説明する図である。図７（ａ）は集電箔に形成された正極層を説明する図であり、図７（ｂ）は、集電箔に形成された負極層を説明する図である。
【図８】比較例の積層体を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
例えば特開２０１１−７６７８７号公報等に開示されている、扁平直方体状の容器に発電要素群を収容した電池では、電池の集電箔をまとめて溶接により固着させ、外部端子に接続している。この電池では、発電要素群の左右に、外部端子接続用の大きな空間を必要としているため、電池の体積エネルギー密度が低下しやすい。この電池において、外部端子接続用の空間を小さくするために集電箔の長さを単に短くすると、溶接時に積層方向端部の集電箔が引っ張られて切断され、所望の性能が得られなくなるという課題があった。
【００１７】
本発明者は、鋭意検討の結果、可撓性を有する導電性部材に間隔を開けて同一の電極層（２つの正極層又は２つの負極層）を形成した後、電極層を形成していない部位を折り曲げ、正極層、セパレータ、負極層、セパレータの順となるように積層して積層体を形成した。この際、２つの正極層の間に位置していた導電性部材の部位（以下において、「正極集電部」ということがある。）を積層体の一方の側に、２つの負極層の間に位置していた導電性部材の部位（以下において、「負極集電部」ということがある。）を積層体の他方の側にそれぞれ配置し、複数の正極集電部同士、及び、複数の負極集電部同士をそれぞれ接続した。かかる形態とすることにより、導電性部材の破損を防止しながら外部端子接続用の空間を小さくすることが可能であった。さらに、本発明者は、鋭意検討の結果、積層体の積層方向両端の最外面には電極層を形成せず、積層方向両端に配置された導電性部材を用いて積層体の電圧を検出可能とした。加えて、積層方向両端の最外面に電極体を形成していない積層体と絶縁体とを交互に積層し、積層された隣接する積層体の導電性部材同士を接続することにより、直列接続された積層体を有する電池を小型化することが可能になることを知見した。本発明は、これらの知見に基づいて完成させた。
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。図面では、繰り返される符号の記載を一部省略することがある。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
【００１９】
図１は、本発明の電池に備えられる積層体１０を説明する図である。発明の理解を容易にするため、図１では、電極体６、６、…の積層方向（図１の紙面上下方向）を拡大して示している。図２は、集電箔に形成された電極層を説明する図である。図２（ａ）は、集電箔１に形成された正極層３、３を説明する図であり、図２（ｂ）は、集電箔２に形成された負極層４、４を説明する図である。また、図３は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する図である。図３（ａ）は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する正面図であり、図３（ｂ）は、積層された複数の正極層３、３、…及び集電箔１、１、…を説明する斜視図である。また、図４は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する図である。図４（ａ）は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する正面図であり、図４（ｂ）は、積層された複数の負極層４、４、…及び集電箔２、２、…を説明する斜視図である。
【００２０】
図１に示したように、積層体１０は、積層された複数の電極体６、６、…を具備し、電極体６は、集電箔１に形成された正極層３と、集電箔２に形成された負極層４と、正極層３及び負極層４の間に配置された固体電解質層５と、を有している。図２（ａ）、図３（ａ）、及び、図３（ｂ）に示したように、集電箔１には、積層体１０の最外面（積層体１０の積層方向一端側の外面）に配置されるべき部位を除いて、その両面にそれぞれ間隔を開けて、正極層３、３が形成されており、積層体１０の最外面に配置されるべき集電箔１の部位には、正極層３が形成されていない。また、図２（ｂ）、図４（ａ）、及び、図４（ｂ）に示したように、集電箔２には、積層体１０の最外面（積層体１０の積層方向他端側の外面）に配置されるべき部位を除いて、その両面にそれぞれ間隔を開けて、負極層４、４が形成されており、積層体１０の最外面に配置されるべき集電箔２の部位には、負極層４が形成されていない。積層体１０を作製する際には、図３（ｂ）に示したように、正極層３、３、…が形成され且つ固着部７で溶接された複数の集電箔１、１、…を折り曲げ、さらに、図４（ｂ）に示したように、負極層４、４、…が形成され且つ固着部８で溶接された複数の集電箔２、２、…を折り曲げた後、それぞれの正極層３、３、…と負極層４、４、…との間に固体電解質層５、５、…が配置されるように積層する過程を経て、積層体１０を作製する。こうして積層体１０を作製したら、電極体６、６、…の積層方向と交差する電極体６、６、…の面（正極層３、負極層４、及び、固体電解質層５の積層面。以下において同じ。）と交差する方向に設けられた固着部７に外部端子９を接続し、電極体６、６、…の積層方向と交差する電極体６、６、…の面と交差する方向に設けられた固着部８に外部端子９を接続した後、外部端子９、９が接続された積層体１０を容器に収容する過程を経て、本発明の電池を製造することができる。
【００２１】
図１に示したように、積層体１０は、電極体６、６、…の積層方向と交差する電極体６、６、…の面と交差する方向に設けられた固着部７、８が、電極体６、６、…の積層方向の外側に配置されている。かかる形態とすることにより、固着部７、８を積層体１０の横に薄く沿うように配置可能であるため、積層体１０の横に確保される固着部７、８用の空間を小さくすることが可能になり、電極体６、６、…の積層方向上側及び下側には固着部７、８用の空間を確保する必要がなくなる。それゆえ、このような積層体１０が備えられる形態とすることにより、体積エネルギー密度を高めることが可能な電池を提供することができる。
【００２２】
また、図１に示したように、積層体１０は、撓んでいる集電箔１、１、…が固着部７で固着されており、撓んでいる集電箔２、２、…が固着部８で固着されている。かかる形態とすることにより、集電箔１、１、…や集電箔２、２、…が変形しても、その変形を吸収することが可能になる結果、集電箔１、１、…や集電箔２、２、…の破損を抑制できる。集電箔１、１、…や集電箔２、２、…の破損を抑制することにより、積層体１０を備えた電池の性能を長期間に亘って維持することが可能になるので、電池の長寿命化を図りやすくなる。
【００２３】
また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したように、複数の集電箔１、１、…は、１箇所で溶接されることによって固着されており、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したように、複数の集電箔２、２、…は、１箇所で溶接されることによって固着されている。かかる形態とすることにより、固着部７、８を形成する際の溶接面積を小さくすることが可能になるので、溶接による電気抵抗の増大を抑制することが可能になり、その結果、積層体１０を備える電池の性能を高めやすくなる。
【００２４】
本発明において、集電箔１、２は、リチウムイオン二次電池の集電体として使用可能な公知の金属を用いることができる。そのような金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。
【００２５】
また、本発明において、正極層３に含有させる正極活物質としては、リチウムイオン二次電池の正極層に含有させることが可能な公知の活物質を適宜用いることができる。そのような正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）等の層状活物質のほか、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等のオリビン型活物質や、スピネル型マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）等のスピネル型活物質等を例示することができる。また、正極層３には、リチウムイオン二次電池の正極層に含有させることが可能な公知の固体電解質を適宜含有させることができる。そのような固体電解質としては、Ｌｉ３ＰＳ４や、Ｌｉ２Ｓ及びＰ２Ｓ５を混合して作製したＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５等の硫化物固体電解質のほか、Ｌｉ３ＰＯ４等の酸化物固体電解質や、窒化物固体電解質、及び、ハロゲン化物固体電解質等を例示することができる。また、正極層３に含有させる固体電解質の形態は特に限定されず、結晶質の固体電解質のほか、非晶質の固体電解質やガラスセラミックスであってもよい。このほか、正極層３には、正極活物質や固体電解質を結着させるバインダーや導電性を向上させる導電材が含有されていてもよい。正極層３に含有させることが可能なバインダーとしては、ブチレンゴムやスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を例示することができ、正極層３に含有させることが可能な導電材としては、気相法炭素繊維やカーボンブラック等の炭素材料のほか、固体電池の使用時の環境に耐えることが可能な金属材料を例示することができる。また、液体に上記正極活物質等を分散して調整したスラリー状の組成物を用いて正極層３を作製する場合、正極活物質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。
【００２６】
また、本発明において、負極層４に含有させる負極活物質としては、リチウムイオン二次電池の負極層に含有させることが可能な公知の活物質を適宜用いることができる。そのような活物質としては、グラファイト等を例示することができる。また、負極層４には、正極層３に含有させることが可能な上記固体電解質等を含有させることができる。このほか、負極層４には、負極活物質や固体電解質を結着させるバインダーや導電性を向上させる導電材が含有されていてもよい。負極層４に含有させることが可能なバインダーや導電材としては、正極層３に含有させることが可能な上記バインダーや導電材等を例示することができる。また、液体に上記負極活物質等を分散して調整したスラリー状の組成物を用いて負極層４を作製する場合、負極活物質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。
【００２７】
また、本発明において、固体電解質層５に含有させる固体電解質としては、固体電池に使用可能な公知の固体電解質を適宜用いることができる。そのような固体電解質としては、正極層３に含有させることが可能な上記固体電解質等を例示することができる。このほか、固体電解質層５には、可塑性を発現させる等の観点から、固体電解質同士を結着させるバインダーを含有させることができる。そのようなバインダーとしては、ブチレンゴムやスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を例示することができる。ただし、高出力化を図りやすくするために、固体電解質の過度の凝集を防止し且つ均一に分散された固体電解質を有する固体電解質層５を形成可能にする等の観点から、固体電解質層５に含有させるバインダーは５質量％以下とすることが好ましい。また、液体に上記固体電解質等を分散して調整したスラリー状の組成物を用いて固体電解質層５を作製する場合、固体電解質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。
【００２８】
また、本発明において、固着部７、８を形成する際の方法は、複数の集電体を固着し得る方法であれば特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。本発明で使用可能な方法としては、超音波溶接や抵抗溶接、レーザ溶接等を例示することができる。
【００２９】
また、本発明において、外部端子９は、リチウムイオン二次電池の端子に使用可能な公知の導電性材料を用いることができる。そのような導電性材料としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料のほか、炭素材料等を例示することができる。
【００３０】
図５は、複数の積層体１０、１０、…を備える積層体２０を説明する図である。図５では、積層体２０に備えられる２つの積層体１０、１０を抽出して示している。図５に示したように、積層体２０では、図５の紙面上側に集電箔１が配置され紙面下側に集電箔２が配置された積層体１０、１０、…が、絶縁材１１を挟んで図５の紙面上下方向に積層されている。そして、図５の紙面上下方向に隣接する積層体１０、１０は、電極体６、６、…が直列に接続されるように、集電箔１、１、…に接続された外部端子１２と、集電箔２、２、…に接続された外部端子１３とが、積層体２０の積層方向外側で接続されている。このように構成される積層体２０は、上記方法と同様の方法で作製した積層体１０、１０、…の集電箔１、１、…に外部端子１２、１２、…を、集電箔２、２、…に外部端子１３、１３、…をそれぞれ接続した後、隣接する一方の積層体１０の集電箔１と他方の積層体１０の集電箔２との間に絶縁材１１を配置しながら複数の積層体１０、１０、…を積層し、必要に応じて加熱しながら積層方向にプレスした後、電極体６、６、…が直列に接続されるように、外部端子１２、１２、…と外部端子１３、１３、…とを接続する過程を経て作製することができる。積層体２０によれば、積層体１０よりも多くの電極体６、６、…を積層することができるので、高電圧化を図りやすくなる。また、露出した集電箔１に接続された外部端子１２や露出した集電箔２に接続された外部端子１３を、電流のリード線としての機能を兼ねる電圧検出端子として機能させることにより、各電極体６、６、…の電圧を監視しやすくなる。加えて、例えば、絶縁材１１、１１、…に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いたり、絶縁材１１、１１、…として絶縁性の接着剤を用いたりすることにより、複数の積層体１０、１０、…を一体化することができるので、高電圧化した積層体２０の体積エネルギー密度を高めやすくなる。
【００３１】
本発明において、絶縁材１１としては、リチウムイオン二次電池の動作環境に耐え得る公知の絶縁性材料を適宜用いることができる。そのような絶縁性材料としては、公知の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等を例示することができる。また、積層体２０を作製する際の加熱温度は、積層体１０、１０、…を密着させ得る温度且つ積層体１０、１０、…を構成している物質が劣化しない温度であれば特に限定されず、例えば、１５０℃程度とすることができる。さらに、積層体２０を作製する際のプレス圧力は、積層体１０、１０、…を破損させない圧力であれば特に限定されず、例えば、１００ＭＰａ程度とすることができる。
【００３２】
また、本発明において、外部端子１２、１３は、外部端子９と同様の材料によって構成することができる。さらに、外部端子１２、１３を接続する方法は特に限定されず、例えば、超音波溶接や抵抗溶接、レーザ溶接等を例示することができる。
【００３３】
本発明に関する上記説明では、図６（ａ）に示した形態で配置された複数の集電体を固着させて形成した固着部７、８が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の電池は、図６（ｂ）に示した形態で配置された複数の集電体を固着させて形成した固着部が備えられる形態とすることも可能である。
【００３４】
また、本発明に関する上記説明では、本発明の電池がリチウムイオン二次電池である形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の電池は、正極層と負極層との間を、リチウムイオン以外のイオンが移動する形態とすることも可能である。そのようなイオンとしては、ナトリウムイオンやカリウムイオン等を例示することができる。リチウムイオン以外のイオンが移動する形態とする場合、正極活物質、固体電解質、及び、負極活物質は、移動するイオンに応じて適宜選択すればよい。また、本発明に関する上記説明では、本発明の電池が固体電池である形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の電池は、電解液が用いられる電池やゲル状の電解質が用いられる電池にも適用可能である。
【実施例】
【００３５】
積層体の最外面に相当する部位を除き、アルミニウム箔（集電箔１に相当）の上面及び下面のそれぞれに、間隔を開けて、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を、固体電解質としてＬｉ３ＰＳ４をそれぞれ用いた正極層３、３を形成することにより、図２（ａ）に示した正極電極を３０枚作製した。また、積層体の最外面に相当する部位を除き、銅箔（集電箔２に相当）の上面及び下面のそれぞれに、間隔を開けて、負極活物質としてグラファイトを、固体電解質としてＬｉ３ＰＳ４をそれぞれ用いた負極層４、４を形成することにより、図２（ｂ）に示した負極電極を３０枚作製した。作製した負極電極の、図２（ｂ）の紙面左右方向の長さは、図２（ｂ）の紙面上下方向の長さの２．２倍であった。次いで、積層方向の最下面に、正極層が形成されていない集電箔１の部位が配置されるように、３０枚の正極電極を積層し、正極層３、３、…の間に確保されている露出した集電箔１、１、…の部位を超音波溶接することにより、図３（ａ）に示した積層正極電極を作製し、正極層３、３、…の間に確保されている露出した集電箔１、１、…の部位を折り曲げることにより、図３（ｂ）に示した構造体を得た。同様に、積層方向の最下面に、負極層が形成されていない集電箔２の部位が配置されるように、３０枚の負極電極を積層し、負極層４、４、…の間に確保されている露出した集電箔２、２、…の部位を超音波溶接することにより、図４（ａ）に示した積層負極電極を作製し、負極層４、４、…の間に確保されている露出した集電箔２、２、…の部位を折り曲げることにより、図４（ｂ）に示した構造体を得た。その後、Ｌｉ３ＰＳ４を主成分とし、可塑性を出すためにバインダー（ブチレンゴム）が１〜３質量％添加されている固体電解質層５が、正極層３及び負極層４で挟まれるように重ね合わせることにより、電極体６、６、…の数を除いて図１と同様に構成される積層体（本発明の電池に備えられる積層体）を作製した。作製した積層体に備えられている固体電解質層５の端面から外部端子９までの距離（図１のＸ）は、５ｍｍ程度であった。
【００３６】
一方、積層体の最外面に相当する部位を除き、アルミニウム箔の上面及び下面のそれぞれに、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を、固体電解質としてＬｉ３ＰＳ４をそれぞれ用いた正極層を１つずつ形成することにより、図７（ａ）に示した正極電極を６０枚作製した。また、積層体の最外面に相当する部位を除き、銅箔の上面及び下面のそれぞれに、負極活物質としてグラファイトを、固体電解質としてＬｉ３ＰＳ４をそれぞれ用いた負極層を１つずつ形成することにより、図７（ｂ）に示した負極電極を６０枚作製した。作製した負極電極の、図７（ｂ）の紙面左右方向の長さは、図７（ｂ）の紙面上下方向の長さの１．１７倍であり、図７（ｂ）の紙面上下方向の長さは図２（ｂ）の紙面上下方向の長さと同一にした。その後、Ｌｉ３ＰＳ４を主成分とし、可塑性を出すためにバインダー（ブチレンゴム）が１〜３質量％添加されている固体電解質層が正極層及び負極層で挟まれるように重ね合わせ、外部端子と接続するために、集電箔を重ね合わせて溶接することにより、図８に一部を抽出して示す積層体を作製した。作製した積層体に備えられている固体電解質層の端面から外部端子までの距離（図８のＹ）は、１２ｍｍ程度であった。
【００３７】
以上より、本発明によれば、従来よりも、積層体の周囲に確保される集電に必要なスペースを、積層体の片側で７ｍｍ、積層体の両側合計で１４ｍｍ、小さくすることができた。したがって、本発明によれば、体積エネルギー密度を高めることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１、２…集電箔（集電体）
３…正極層
４…負極層
５…セパレータ（固体電解質層）
６…電極体
７、８…固着部
９、１２、１３…外部端子
１０、２０…積層体
１１…絶縁材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の電極体を備える積層体を具備し、
前記電極体は、集電体を有し、
複数の前記集電体を固着する固着部が、前記電極体の積層方向の外側に配置され、
前記固着部が、前記電極体の積層方向と交差する前記電極体の面と交差する方向に設けられている、電池。
【請求項２】
前記集電体が、撓んだ状態で接続されている、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
複数の前記集電体が重なる部位の１箇所で溶接されることによって前記固着部が形成されている、請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
前記積層体の積層方向の少なくとも一端は、前記集電体が露出している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項５】
露出した前記集電体を用いて前記積層体の電圧が検出される、請求項４に記載の電池。
【請求項１】
積層された複数の電極体を備える積層体を具備し、
前記電極体は、集電体を有し、
複数の前記集電体を固着する固着部が、前記電極体の積層方向の外側に配置され、
前記固着部が、前記電極体の積層方向と交差する前記電極体の面と交差する方向に設けられている、電池。
【請求項２】
前記集電体が、撓んだ状態で接続されている、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
複数の前記集電体が重なる部位の１箇所で溶接されることによって前記固着部が形成されている、請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
前記積層体の積層方向の少なくとも一端は、前記集電体が露出している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項５】
露出した前記集電体を用いて前記積層体の電圧が検出される、請求項４に記載の電池。
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８４４９５（Ｐ２０１３−８４４９５Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４６１６（Ｐ２０１１−２２４６１６）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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