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JP7613400B2 - Battery Stack - Google Patents

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JP7613400B2
JP7613400B2 JP2022042849A JP2022042849A JP7613400B2 JP 7613400 B2 JP7613400 B2 JP 7613400B2 JP 2022042849 A JP2022042849 A JP 2022042849A JP 2022042849 A JP2022042849 A JP 2022042849A JP 7613400 B2 JP7613400 B2 JP 7613400B2
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active material
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真世 川上
哲也 早稲田
拓矢 松山
淳 吉田
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Description

本開示は、電池積層体に関する。 This disclosure relates to a battery stack.

特許文献1は、正極層及び負極層が固体電解質層を介して交互に積層されてなる固体電池本体部;前記正極層及び前記負極層の各々と電気的に接続され、かつ前記固体電池本体部が有する2つの側面の各々に配置された端面電極;及び該端面電極と電気的に接続され、かつ前記固体電池本体部の下面側に配置された下面電極を含む、固体電池を開示している。 Patent Document 1 discloses a solid-state battery including a solid-state battery body in which positive electrode layers and negative electrode layers are alternately stacked with a solid electrolyte layer interposed therebetween; end electrodes electrically connected to the positive electrode layers and the negative electrode layers, respectively, and disposed on each of two side surfaces of the solid-state battery body; and a bottom electrode electrically connected to the end electrodes and disposed on the bottom side of the solid-state battery body.

国際公開第2021/132504号International Publication No. 2021/132504

本発明者は、発電要素が硫黄を含有している成分、例えば硫化物固体電解質及び/又は硫黄系活物質を含有している電池積層体であって、所定の構造を有する電池積層体の内部抵抗の増加を抑制することを検討した。 The inventors have investigated how to suppress an increase in the internal resistance of a battery stack having a specified structure, in which the power generating element contains a component that contains sulfur, such as a sulfide solid electrolyte and/or a sulfur-based active material.

本開示は、内部抵抗の増加を抑制することができる、電池積層体を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a battery stack that can suppress an increase in internal resistance.

本開示者は、以下の手段により上記課題を達成することができることを見出した:
《態様1》
負極層、固体電解質層、及び正極層がこの順に積層されている発電要素が一つ又は複数個積層されており、
前記発電要素の側面に配置され、かつ前記負極層と電気的に接続されている負極端子、及び
前記発電要素の側面に配置され、かつ前記正極層と電気的に接続されている正極端子を有しており、
前記発電要素は硫黄を含有しており、
前記負極端子及び前記正極端子は、260℃~300℃の範囲に融点を有する金属の焼結体又は溶融結合体である、
電池積層体。
《態様2》
前記負極層は、負極集電体層及び負極活物質層が互いに積層された構造を有しており、前記負極端子は、前記負極集電体層と電気的に接続されており、かつ
前記正極層は、正極集電体層及び正極活物質層が互いに積層された構造を有しており、前記正極端子は、前記正極集電体層と電気的に接続されている、
態様1に記載の電池積層体。
《態様3》
前記金属は、Sn合金である、態様1又は2に記載の電池積層体。
《態様4》
前記Sn合金は、SnとAu又はNiとの合金である、態様3に記載の電池積層体。
《態様5》
外装体、前記負極端子、及び前記正極端子によって、発電要素が封止されている、態様1~4のいずれか一つに記載の電池積層体。
《態様6》
前記硫黄は、硫化物固体電解質及び/又は硫黄系活物質に含有されている、態様1~5のいずれか一つに記載の電池積層体。
《態様7》
前記負極端子及び前記正極端子は、電池積層体の積層方向少なくとも一方の端面の一部分まで延在している、態様1~6のいずれか一つに記載の電池積層体。
《態様8》
リチウムイオン二次電池である、態様1~7のいずれか一つに記載の電池積層体。
The present inventors have found that the above object can be achieved by the following means:
Aspect 1
one or more power generating elements each having a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer stacked in this order;
a negative electrode terminal disposed on a side surface of the power generating element and electrically connected to the negative electrode layer, and a positive electrode terminal disposed on a side surface of the power generating element and electrically connected to the positive electrode layer,
The power generating element contains sulfur,
The negative electrode terminal and the positive electrode terminal are sintered bodies or fused bodies of metals having a melting point in the range of 260°C to 300°C.
Battery stack.
Aspect 2
the negative electrode layer has a structure in which a negative electrode current collector layer and a negative electrode active material layer are laminated on each other, and the negative electrode terminal is electrically connected to the negative electrode current collector layer; and the positive electrode layer has a structure in which a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer are laminated on each other, and the positive electrode terminal is electrically connected to the positive electrode current collector layer.
2. The battery stack of claim 1.
Aspect 3
3. The battery stack of claim 1 or 2, wherein the metal is a Sn alloy.
Aspect 4
The battery stack of aspect 3, wherein the Sn alloy is an alloy of Sn and Au or Ni.
Aspect 5
A battery stack according to any one of Aspects 1 to 4, wherein a power generating element is sealed by an exterior body, the negative electrode terminal, and the positive electrode terminal.
Aspect 6
The battery stack according to any one of aspects 1 to 5, wherein the sulfur is contained in a sulfide solid electrolyte and/or a sulfur-based active material.
Aspect 7
The battery stack according to any one of Aspects 1 to 6, wherein the negative electrode terminal and the positive electrode terminal extend to a portion of at least one end face in the stacking direction of the battery stack.
Aspect 8
The battery stack according to any one of aspects 1 to 7, which is a lithium ion secondary battery.

本開示によれば、内部抵抗の増加を抑制することができる、電池積層体を提供することができる。 This disclosure provides a battery stack that can suppress an increase in internal resistance.

図1は、本開示の第1の実施形態に従う電池積層体100の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a battery stack 100 according to a first embodiment of the present disclosure. 図2は、本開示の第2の実施形態に従う電池積層体200の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a battery stack 200 according to a second embodiment of the present disclosure.

以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure. Note that the present disclosure is not limited to the following embodiments, and can be modified in various ways within the scope of the disclosure.

本開示の電池積層体は、負極層、固体電解質層、及び正極層がこの順に積層されている発電要素が一つ又は複数個積層されており、発電要素の側面に配置され、かつ負極層と電気的に接続されている負極端子、及び発電要素の側面に配置され、かつ正極層と電気的に接続されている正極端子を有しており、発電要素は硫黄を含有しており、負極端子及び正極端子は、260℃~300℃の範囲に融点を有する金属の焼結体又は溶融結合体である、電池積層体である。 The battery stack of the present disclosure is a battery stack in which one or more power generating elements, each having a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer stacked in this order, are stacked, and the battery stack has a negative electrode terminal arranged on the side of the power generating element and electrically connected to the negative electrode layer, and a positive electrode terminal arranged on the side of the power generating element and electrically connected to the positive electrode layer, the power generating element contains sulfur, and the negative electrode terminal and the positive electrode terminal are sintered bodies or fused bodies of metals having melting points in the range of 260°C to 300°C.

電池積層体の構成として、負極層、固体電解質層、及び正極層がこの順に積層されている発電要素が一つ又は複数個積層されており、負極層と電気的に接続され、かつ発電要素の側面に配置されている負極端子、及び正極層と電気的に接続され、かつ発電要素の側面に配置されている正極端子を有している、構成が考えられる。 The battery stack may be configured as follows: one or more power generating elements each having a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer stacked in that order; a negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode layer and disposed on a side of the power generating element; and a positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode layer and disposed on a side of the power generating element.

このような構成を有する電池積層体は、基材、例えばプリント基板上に半田等で固定して使用することが想定され得る。 A battery stack having such a configuration can be expected to be used by fixing it to a substrate, such as a printed circuit board, with solder or the like.

ところで、発電要素に使用され得る、硫黄を含有する成分、例えば硫化物固体電解質及び/又は硫黄系活物質等は、水と化学反応する場合がある。したがって、発電要素が硫黄を含有している場合には、電池積層体には十分な密封性が求められる。 However, sulfur-containing components that may be used in the power generating element, such as sulfide solid electrolytes and/or sulfur-based active materials, may chemically react with water. Therefore, when the power generating element contains sulfur, the battery stack is required to have sufficient sealing properties.

電池積層体に十分な密封性を与える観点から、外部端子、即ち負極端子及び正極端子を焼結又は溶融結合によって形成することが考えられる。 In order to provide sufficient sealing to the battery stack, it is possible to form the external terminals, i.e., the negative and positive terminals, by sintering or melt bonding.

しかしながら、硫黄は、高温に加熱されると発電要素の他の成分や、外部端子等と化学反応し得る。 However, when heated to high temperatures, sulfur can chemically react with other components of the power generating element and with external terminals, etc.

そのため、外部端子に用いられる金属の燒結温度又は溶融温度が高い場合には、電池積層体の製造時に外部端子を焼結又は溶融結合によって形成する際に、発電要素が含有している硫黄と外部端子を形成する金属とが、及び/又は発電要素中の硫黄と他の成分とが化学反応することにより、製造される電池積層体の内部抵抗が低下し得る。 Therefore, if the sintering or melting temperature of the metal used in the external terminals is high, when the external terminals are formed by sintering or melt bonding during the manufacture of the battery stack, the sulfur contained in the power generating element may react chemically with the metal forming the external terminals, and/or the sulfur in the power generating element may react with other components, resulting in a decrease in the internal resistance of the manufactured battery stack.

この点に関して、本開示の電池積層体では、外部端子は、260℃~300℃の範囲に融点を有する金属の焼結体又は溶融結合体である。このような金属は、融点が260℃以上であるため、電池積層体のプリント基板等への接合に用いられる半田のリフロー工程における一般的な加熱温度よりも融点が大きい。したがって、電池積層体をプリント基板等に接合する際の外部端子の溶融を抑制することができる。外部端子の溶融は、場合によっては電池積層体の密封性を低下させる等の不具合をもたらし得る。 In this regard, in the battery stack of the present disclosure, the external terminals are sintered or fused metals having a melting point in the range of 260°C to 300°C. Such metals have a melting point of 260°C or higher, which is higher than the general heating temperature in the solder reflow process used to join the battery stack to a printed circuit board or the like. Therefore, melting of the external terminals when joining the battery stack to a printed circuit board or the like can be suppressed. Melting of the external terminals may cause problems such as a decrease in the sealing ability of the battery stack in some cases.

また、このような金属は、融点が300℃以下であるため、発電要素に使用され得る硫黄の反応温度よりも低い温度で溶融させて外部端子を成形できる。これにより、電池積層体の製造時において、発電要素の硫黄の反応による電池積層体の内部抵抗増加を抑制することができる。 In addition, because such metals have a melting point of 300°C or less, they can be melted at a temperature lower than the reaction temperature of the sulfur that can be used in the power generation element to form the external terminals. This makes it possible to suppress an increase in the internal resistance of the battery stack due to the reaction of the sulfur in the power generation element during the manufacture of the battery stack.

本開示の電池積層体は、例えば図1に示すような構成を有していることができる。 The battery stack of the present disclosure can have a configuration, for example, as shown in Figure 1.

図1は、本開示の第1の実施形態に従う電池積層体100の模式図である。より具体的には、図1は、本開示の第1の実施形態に従う電池積層体100の積層方向の断面図である。 Figure 1 is a schematic diagram of a battery stack 100 according to a first embodiment of the present disclosure. More specifically, Figure 1 is a cross-sectional view of the stacking direction of the battery stack 100 according to the first embodiment of the present disclosure.

図1に示すように、本開示の第1の実施形態に従う電池積層体100は、負極層111、固体電解質層112、及び正極層113がこの順に積層されている発電要素110が複数個積層されており、負極層111と電気的に接続され、かつ発電要素110の側面に配置されている負極端子141、及び正極層113と電気的に接続され、かつ発電要素110の側面に配置されている正極端子142を有している。また、外装体130が電池積層体100の積層方向の両面及び外部端子の配置されていない側面(図示せず)に配置されており、それによって、外装体130、負極端子141、及び正極層113によって発電要素110が封止されている。 As shown in FIG. 1, the battery stack 100 according to the first embodiment of the present disclosure includes a plurality of power generating elements 110, each of which has a negative electrode layer 111, a solid electrolyte layer 112, and a positive electrode layer 113 stacked in this order, and includes a negative electrode terminal 141 electrically connected to the negative electrode layer 111 and disposed on a side of the power generating element 110, and a positive electrode terminal 142 electrically connected to the positive electrode layer 113 and disposed on a side of the power generating element 110. In addition, an exterior body 130 is disposed on both sides of the battery stack 100 in the stacking direction and on a side (not shown) on which no external terminal is disposed, thereby sealing the power generating element 110 with the exterior body 130, the negative electrode terminal 141, and the positive electrode layer 113.

また、負極活物質層と外装体130との間や、隣り合う発電要素110の固体電解質層間には、絶縁性の電極端部層120が配置されており、これによって負極層111と外装体130、負極層111と正極端子142との電気的接触及び/又は正極層113と負極端子141との電気的接触が抑制されている。 In addition, an insulating electrode end layer 120 is disposed between the negative electrode active material layer and the exterior body 130 and between the solid electrolyte layers of adjacent power generating elements 110, thereby suppressing electrical contact between the negative electrode layer 111 and the exterior body 130, between the negative electrode layer 111 and the positive electrode terminal 142, and/or between the positive electrode layer 113 and the negative electrode terminal 141.

ここで、発電要素110は、硫黄を含有しており、負極端子141及び正極端子142は、260℃~300℃の範囲に融点を有する金属の焼結体又は溶融結合体である。 Here, the power generating element 110 contains sulfur, and the negative electrode terminal 141 and the positive electrode terminal 142 are sintered or fused bodies of metals having a melting point in the range of 260°C to 300°C.

また、図2に示すように、本開示の第2の実施形態に従う電池積層体200において、負極層211は、負極集電体層211a及び負極活物質層211bが互いに積層された構造を有しており、かつ負極端子241は、負極集電体層211aと電気的に接続されていることができる。同様に、正極層213は、正極集電体層213a及び正極活物質層213bが互いに積層された構造を有しており、かつ正極端子242は、正極集電体層213aと電気的に接続されていることができる。 Also, as shown in FIG. 2, in the battery stack 200 according to the second embodiment of the present disclosure, the negative electrode layer 211 has a structure in which the negative electrode collector layer 211a and the negative electrode active material layer 211b are stacked on each other, and the negative electrode terminal 241 can be electrically connected to the negative electrode collector layer 211a. Similarly, the positive electrode layer 213 has a structure in which the positive electrode collector layer 213a and the positive electrode active material layer 213b are stacked on each other, and the positive electrode terminal 242 can be electrically connected to the positive electrode collector layer 213a.

なお、本開示の電池積層体は、リチウムイオン二次電池であってよい。 The battery stack of the present disclosure may be a lithium-ion secondary battery.

《発電要素》
本開示において、発電要素は、負極層、固体電解質層、及び正極層がこの順に積層されている。
《Power Generation Element》
In the present disclosure, the power generating element is formed by laminating an anode layer, a solid electrolyte layer, and a cathode layer in this order.

電池積層体は、発電要素が一つ又は複数個積層された構造、特に複数個の発電要素がモノポーラ構造で積層された構造を有する。ここで、電池積層体が発電要素を一つのみ有する場合には、電池積層体は、単電池の構成を有する。電池積層体が発電要素が複数個積層された構造を有する場合、電池積層体における各発電要素の積層方向は、発電要素における負極層、固体電解質層、及び正極層の積層方向と等しい。 The battery stack has a structure in which one or more power generating elements are stacked, particularly a structure in which multiple power generating elements are stacked in a monopolar structure. Here, when the battery stack has only one power generating element, the battery stack has the configuration of a single cell. When the battery stack has a structure in which multiple power generating elements are stacked, the stacking direction of each power generating element in the battery stack is the same as the stacking direction of the negative electrode layer, solid electrolyte layer, and positive electrode layer in the power generating element.

発電要素は、硫黄を含有している。ここで、硫黄は、例えば硫化物固体電解質及び/又は硫黄系活物質に含有されていることができる。硫黄は、負極層、固体電解質層、及び正極層のいずれに含まれていてもよい。 The power generating element contains sulfur. Here, the sulfur can be contained, for example, in a sulfide solid electrolyte and/or a sulfur-based active material. The sulfur can be contained in any of the negative electrode layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode layer.

硫化物固体電解質は、例えば硫化物系非晶質固体電解質、硫化物系結晶質固体電解質、又はアルジロダイト型固体電解質等であってよい。より具体的には、硫化物固体電解質としては、Li2S-P25系(Li7311、Li3PS4、Li829等)、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P25、LiI-LiBr-Li2S-P25、Li2S-P25-GeS2(Li13GeP316、Li10GeP212等)、LiI-Li2S-P25、LiI-Li3PO4-P25、Li7-xPS6-xClx等;又はこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。 The sulfide solid electrolyte may be, for example, a sulfide-based amorphous solid electrolyte, a sulfide-based crystalline solid electrolyte, or an argyrodite-type solid electrolyte. More specifically, examples of sulfide solid electrolytes include Li2S - P2S5 - based ( Li7P3S11 , Li3PS4 , Li8P2S9 , etc. ), Li2S -SiS2 , LiI - Li2S - SiS2 , LiI - Li2S - P2S5 , LiI- LiBr - Li2S - P2S5 , Li2S- P2S5 - GeS2 ( Li13GeP3S16 , Li10GeP2S12 , etc. ), LiI - Li2S - P2O5 , LiI - Li3PO4 - P2S5 , Li 7-x PS 6-x Cl x , and the like; or combinations thereof.

硫黄系活物質は、少なくともS元素を含有する活物質である。硫黄系活物質は、Li元素を含有していてもよく、含有していなくてもよい。硫黄系活物質としては、例えば、単体硫黄、硫化リチウム(Li2S)、多硫化リチウム(Li2x、2≦x≦8)が挙げられる。 The sulfur-based active material is an active material containing at least S element. The sulfur-based active material may or may not contain Li element. Examples of the sulfur-based active material include elemental sulfur, lithium sulfide (Li 2 S), and lithium polysulfide (Li 2 S x , 2≦x≦8).

〈負極層〉
負極層は、例えば、負極集電体層及び負極活物質層が互いに積層された構造を有していることができ、この場合において、負極端子は負極集電体層と電気的に接続されていることができる。なお、負極層は負極集電体層を有していなくてもよく、この場合において、負極端子は負極活物質層と直接接することによって電気的に接続されていることができる。
<Negative electrode layer>
The negative electrode layer may have a structure in which, for example, a negative electrode current collector layer and a negative electrode active material layer are laminated on each other, and in this case, the negative electrode terminal may be electrically connected to the negative electrode current collector layer. Note that the negative electrode layer may not have a negative electrode current collector layer, and in this case, the negative electrode terminal may be electrically connected to the negative electrode active material layer by directly contacting the negative electrode current collector layer.

(負極活物質層)
負極活物質層は、負極活物質、並びに随意に固体電解質を含有している。その他、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダ等の、リチウムイオン電池の負極活物質層に用いられる添加剤を含有していてよい。
(Negative Electrode Active Material Layer)
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material and, optionally, a solid electrolyte. In addition, the negative electrode active material layer may contain additives used in the negative electrode active material layer of a lithium ion battery, such as a conductive assistant or a binder, depending on the intended use or purpose.

負極活物質としては、例えばリチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料であってよい。リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料としては、例えば、負極活物質は、合金系負極活物質又は炭素材料等であってよいが、これらに限定されない。 The negative electrode active material may be, for example, a material capable of absorbing and releasing metal ions such as lithium ions. Examples of the material capable of absorbing and releasing metal ions such as lithium ions include, but are not limited to, an alloy-based negative electrode active material or a carbon material.

合金系負極活物質としては、特に限定されず、例えば、Si合金系負極活物質、又はSn合金系負極活物質等が挙げられる。Si合金系負極活物質には、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Si合金系負極活物質には、ケイ素以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等を含むことができる。Sn合金系負極活物質には、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Sn合金系負極活物質には、スズ以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Ti、Si等を含むことができる。これらの中で、Si合金系負極活物質が好ましい。 The alloy-based negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include Si alloy-based negative electrode active materials and Sn alloy-based negative electrode active materials. Examples of the Si alloy-based negative electrode active material include silicon, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, and solid solutions thereof. The Si alloy-based negative electrode active material may also include elements other than silicon, such as Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Sn, Ti, and the like. The Sn alloy-based negative electrode active material may also include tin, tin oxide, tin nitride, and solid solutions thereof. The Sn alloy-based negative electrode active material may also include elements other than tin, such as Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Ti, Si, and the like. Among these, the Si alloy-based negative electrode active material is preferred.

炭素材料としては、特に限定されず、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、又はグラファイト等が挙げられる。 The carbon material is not particularly limited, but examples include hard carbon, soft carbon, graphite, etc.

固体電解質としては、特に限定されず、全固体電池の固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。より具体的には、固体電解質としては、例えば硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、並びにポリマー電解質を挙げることができる。 The solid electrolyte is not particularly limited, and any material that can be used as a solid electrolyte in an all-solid-state battery can be used. More specifically, examples of the solid electrolyte include sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, nitride solid electrolytes, and polymer electrolytes.

硫化物固体電解質の例として、硫化物系非晶質固体電解質、硫化物系結晶質固体電解質、又はアルジロダイト型固体電解質等が挙げられるが、これらに限定されない。具体的な硫化物固体電解質の例として、Li2S-P25系(Li7311、Li3PS4、Li829等)、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P25、LiI-LiBr-Li2S-P25、Li2S-P25-GeS2(Li13GeP316、Li10GeP212等)、LiI-Li2S-P25、LiI-Li3PO4-P25、Li7-xPS6-xClx等;又はこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。 Examples of sulfide solid electrolytes include, but are not limited to, sulfide-based amorphous solid electrolytes, sulfide-based crystalline solid electrolytes, and argyrodite-type solid electrolytes. Specific examples of sulfide solid electrolytes include Li2S - P2S5 system ( Li7P3S11 , Li3PS4 , Li8P2S9 , etc.), Li2S - SiS2 , LiI - Li2S - SiS2 , LiI - Li2S - P2S5 , LiI - LiBr - Li2S - P2S5 , Li2S- P2S5 -GeS2 ( Li13GeP3S16, Li10GeP2S12 , etc. ) , LiI - Li2S - P2O5 , LiI - Li3PO4 - P2S5 , Li 7-x PS 6-x Cl x , and the like; or combinations thereof.

酸化物固体電解質の例として、Li7La3Zr212、Li7-xLa3Zr1-xNbx12、Li7-3xLa3Zr2Alx12、Li3xLa2/3-xTiO3、Li1+xAlxTi2-x(PO43、Li1+xAlxGe2-x(PO43、Li3PO4、又はLi3+xPO4-xx(LiPON)等が挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of oxide solid electrolytes include, but are not limited to , Li7La3Zr2O12 , Li7 -xLa3Zr1 - xNbxO12 , Li7-3xLa3Zr2AlxO12, Li3xLa2/3-xTiO3 , Li1 + xAlxTi2 - x ( PO4 ) 3 , Li1 + xAlxGe2 -x ( PO4 ) 3 , Li3PO4 , or Li3 + xPO4-xNx ( LiPON ) .

硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、及び窒化物固体電解質は、ガラスであっても良く、ガラスセラミックスであっても良く、結晶材料であっても良い。ガラスは、原料組成物(例えばLi2S及びP25の混合物)を非晶質処理することにより得ることができる。非晶質処理としては、例えば、メカニカルミリングが挙げられる。メカニカルミリングは、乾式メカニカルミリングであっても良く、湿式メカニカルミリングであっても良いが、後者が好ましい。容器等の壁面に原料組成物が固着することを防止できるからである。また、ガラスセラミックスは、ガラスを熱処理することにより得ることができる。また、結晶材料は、例えば、原料組成物に対して固相反応処理することにより得ることができる。 The sulfide solid electrolyte, the oxide solid electrolyte, and the nitride solid electrolyte may be glass, glass ceramics, or a crystalline material. Glass can be obtained by amorphous processing of a raw material composition (e.g., a mixture of Li2S and P2S5 ) . Examples of amorphous processing include mechanical milling. Mechanical milling may be dry mechanical milling or wet mechanical milling, with the latter being preferred. This is because the raw material composition can be prevented from adhering to the wall surface of a container or the like. Glass ceramics can be obtained by heat treating glass. Crystalline materials can be obtained, for example, by performing a solid-phase reaction process on the raw material composition.

ポリマー電解質としては、例えばポリエチレンオキシド(PEO)、及びポリプロピレンオキシド(PPO)等を挙げることができるが、これらに限定されない。 Examples of polymer electrolytes include, but are not limited to, polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide (PPO).

バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ブタジエンゴム(BR)若しくはスチレンブタジエンゴム(SBR)等の材料、又はこれらの組合せであってよいが、これらに限定されない。 The binder may be, for example, but is not limited to, a material such as polyvinylidene fluoride (PVdF), carboxymethyl cellulose (CMC), butadiene rubber (BR), or styrene butadiene rubber (SBR), or a combination thereof.

導電助材としては、公知のものを用いることができ、例えば、炭素材料、及び金属粒子等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラックやファーネスブラック等のカーボンブラック、気相法炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ、及び、カーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種を挙げることができ、中でも、電子伝導性の観点から、VGCF、カーボンナノチューブ、及び、カーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。金属粒子としては、ニッケル、銅、鉄、及びステンレス鋼等の粒子が挙げられる。 As the conductive assistant, known materials can be used, for example, carbon materials and metal particles. As the carbon material, for example, at least one selected from the group consisting of carbon black such as acetylene black and furnace black, vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotubes, and carbon nanofibers can be used, and from the viewpoint of electronic conductivity, at least one selected from the group consisting of VGCF, carbon nanotubes, and carbon nanofibers may be used. As the metal particles, for example, particles of nickel, copper, iron, stainless steel, etc. can be used.

(負極集電体層)
負極集電体層に用いられる材料は、ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等であってよいが、これらに限定されない。なかでも、負極集電体層の材料は、銅であることが好ましい。
(Negative electrode current collector layer)
The material used for the negative electrode current collector layer may be, but is not limited to, stainless steel (SUS), aluminum, copper, nickel, iron, titanium, carbon, etc. Among these, the material for the negative electrode current collector layer is preferably copper.

負極集電体層の形状は、特に限定されず、例えば、箔状、板状、又はメッシュ状の電子伝導性のある材料や電子伝導性のある材料粉末とバインダで形成した層形状の材料を挙げることができる。これらの中で、箔状の電子伝導性のある材料が好ましい。 The shape of the negative electrode current collector layer is not particularly limited, and examples include a foil-shaped, plate-shaped, or mesh-shaped electronically conductive material, and a layer-shaped material formed from an electronically conductive material powder and a binder. Of these, a foil-shaped electronically conductive material is preferred.

〈固体電解質層〉
固体電解質層は、固体電解質及び随意にバインダを含有していることができる。
<Solid electrolyte layer>
The solid electrolyte layer can contain a solid electrolyte and optionally a binder.

固体電解質及びバインダは、上記の「(負極活物質層)」に関して記載したものを適宜採用することができる。 The solid electrolyte and binder may be any of those described above in relation to the "negative electrode active material layer."

〈正極層〉
正極層は、例えば、正極集電体層及び正極活物質層が互いに積層された構造を有していることができ、この場合において、正極端子は正極集電体層と電気的に接続されていることができる。なお、正極層は正極集電体層を有していなくてもよく、この場合において、正極端子は正極活物質層と直接接することによって電気的に接続されていることができる。
<Positive electrode layer>
The positive electrode layer may have a structure in which a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer are laminated on each other, and in this case, the positive electrode terminal may be electrically connected to the positive electrode current collector layer. Note that the positive electrode layer may not have a positive electrode current collector layer, and in this case, the positive electrode terminal may be electrically connected to the positive electrode active material layer by directly contacting the positive electrode current collector layer.

(正極活物質層)
正極活物質層は、正極活物質、及び随意に固体電解質を含有している。その他、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダ等の、リチウムイオン電池の正極活物質層に用いられる添加剤を含有していてよい。
(Positive Electrode Active Material Layer)
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material and, optionally, a solid electrolyte. In addition, the positive electrode active material layer may contain additives used in the positive electrode active material layer of a lithium ion battery, such as a conductive assistant or a binder, depending on the intended use or purpose.

正極活物質は、例えばコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/32、Li1+xMn2-x-yy4(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる1種以上の金属元素)で表される組成の異種元素置換Li-Mnスピネル等であってよいが、これらに限定されない。 The positive electrode active material may be, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , or a different element-substituted Li-Mn spinel having a composition represented by Li 1+x Mn 2-xy M y O 4 (M is one or more metal elements selected from Al, Mg, Co, Fe, Ni, and Zn), but is not limited to these.

また、このような正極活物質は、例えば硫黄系活物質であってもよい。ここで、硫黄系活物質は、少なくともS元素を含有する活物質である。硫黄系活物質は、Li元素を含有していてもよく、含有していなくてもよい。硫黄系活物質としては、例えば、単体硫黄、硫化リチウム(Li2S)、多硫化リチウム(Li2x、2≦x≦8)が挙げられる。 In addition, such a positive electrode active material may be, for example, a sulfur-based active material. Here, the sulfur-based active material is an active material containing at least an S element. The sulfur-based active material may or may not contain an Li element. Examples of the sulfur-based active material include elemental sulfur, lithium sulfide (Li 2 S), and lithium polysulfide (Li 2 S x , 2≦x≦8).

固体電解質、導電助剤、及びバインダは、上記の「(負極活物質層)」に関して記載したものを適宜採用することができる。 The solid electrolyte, conductive additive, and binder may be any of those described above in relation to the "negative electrode active material layer."

(正極集電体層)
正極集電体層に用いられる材料は、ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等であってよいが、これらに限定されない。なかでも、正極集電体層の材料は、アルミニウムであることが好ましい。
(Positive electrode current collector layer)
The material used for the positive electrode current collector layer may be, but is not limited to, stainless steel (SUS), aluminum, copper, nickel, iron, titanium, carbon, etc. Among these, the material for the positive electrode current collector layer is preferably aluminum.

正極集電体層の形状は、特に限定されず、例えば、箔状、板状、又はメッシュ状の電子伝導性のある材料や等を挙げることができる。電子伝導性のある材料粉末とバインダで形成した層形状の材料を挙げることができる。これらの中で、箔状の電子伝導性のある材料が好ましい。 The shape of the positive electrode current collector layer is not particularly limited, and examples thereof include a foil-shaped, plate-shaped, or mesh-shaped electronically conductive material. Examples of the material include a layer-shaped material formed from an electronically conductive material powder and a binder. Among these, a foil-shaped electronically conductive material is preferred.

《負極端子及び正極端子》
本開示の電池積層体は、負極層と電気的に接続され、かつ発電要素の側面に配置されている負極端子、及び正極層と電気的に接続され、かつ発電要素の側面に配置されている正極端子を有している。
Negative and positive terminals
The battery stack of the present disclosure has a negative electrode terminal that is electrically connected to the negative electrode layer and is disposed on a side surface of the power generating element, and a positive electrode terminal that is electrically connected to the positive electrode layer and is disposed on a side surface of the power generating element.

負極端子及び正極端子は、260℃~300℃の範囲に融点を有する金属の焼結体又は溶融結合体である。 The negative and positive terminals are sintered or fused metals with a melting point in the range of 260°C to 300°C.

負極端子及び正極端子に用いることができる金属は、260℃~300℃の範囲に融点を有する任意の金属又は金属合金を採用することができる。このような金属は、例えば例えばPb又はSn合金等を挙げることができる。Sn合金としては、例えばSnとAu又はNiとの合金等を挙げることができる。 The metal that can be used for the negative and positive terminals can be any metal or metal alloy that has a melting point in the range of 260°C to 300°C. Examples of such metals include Pb and Sn alloys. Examples of Sn alloys include alloys of Sn with Au or Ni.

負極端子及び正極端子に用いることができる金属の融点は、260℃以上、265℃以上、270℃以上、又は275℃以上であってよく、300℃以下、295℃以下、290℃以下、285℃以下、又は280℃以下であってよい。 The melting point of the metal that can be used for the negative and positive terminals may be 260°C or more, 265°C or more, 270°C or more, or 275°C or more, and may be 300°C or less, 295°C or less, 290°C or less, 285°C or less, or 280°C or less.

負極端子及び正極端子は、電池積層体の積層方向少なくとも一方の端面の一部分まで延在していることができる。電池積層体がこのような構成を有している場合、負極端子及び正極端子が延在している端面とプリント基板とを、例えば半田で固定することによって、プリント基板上の回路と電池積層体とを電気的に接続することができる。 The negative and positive terminals can extend to at least a portion of one end face of the battery stack in the stacking direction. When the battery stack has such a configuration, the end faces to which the negative and positive terminals extend can be fixed to the printed circuit board, for example with solder, to electrically connect the battery stack to the circuit on the printed circuit board.

より具体的には、図1に示すように、負極端子141及び正極端子142は、電池積層体100の積層方向の端面(図1において電池積層体100の上側及び下側)の一部分まで延在していることができる。 More specifically, as shown in FIG. 1, the negative electrode terminal 141 and the positive electrode terminal 142 can extend to a portion of the end face of the battery stack 100 in the stacking direction (the upper and lower sides of the battery stack 100 in FIG. 1).

《外装体》
本開示の電池積層体において、外装体、負極端子、及び正極端子によって、発電要素が封止されていることが好ましい。
Exterior Body
In the battery stack of the present disclosure, the power generating element is preferably sealed by the exterior body, the negative electrode terminal, and the positive electrode terminal.

ここで、外装体は、発電要素を封止することができる任意の材料、例えば樹脂又はセラミクス等であってよい。 Here, the exterior body may be any material capable of sealing the power generating element, such as resin or ceramics.

100及び200 電池積層体
110及び210 発電要素
111及び211 負極層
112及び212 固体電解質層
113及び213 正極層
120及び220 電極端部層
130及び230 外装体
141及び241 負極端子
142及び242 正極端子
211a 負極集電体層
211b 負極活物質層
213a 正極集電体層
213b 正極活物質層
REFERENCE SIGNS LIST 100 and 200 Battery stack 110 and 210 Power generating element 111 and 211 Negative electrode layer 112 and 212 Solid electrolyte layer 113 and 213 Positive electrode layer 120 and 220 Electrode end layer 130 and 230 Exterior body 141 and 241 Negative electrode terminal 142 and 242 Positive electrode terminal 211a Negative electrode current collector layer 211b Negative electrode active material layer 213a Positive electrode current collector layer 213b Positive electrode active material layer

Claims (7)

負極層、固体電解質層、及び正極層がこの順に積層されている発電要素が一つ又は複数個積層されており、
前記発電要素の側面に配置され、かつ前記負極層と電気的に接続されている負極端子、及び
前記発電要素の側面に配置され、かつ前記正極層と電気的に接続されている正極端子を有しており、
前記発電要素は硫黄を含有しており、
前記負極端子及び前記正極端子は、260℃~300℃の範囲に融点を有する金属の焼結体又は溶融結合体であり、
前記負極層は、負極活物質層を有しており、かつ負極集電体層を有しておらず、前記負極端子は前記負極活物質層と直接接することによって前記負極層と電気的に接続されており、
前記正極層は、正極活物質層を有しており、かつ正極集電体層を有しておらず、前記正極端子は前記正極活物質層と直接接することによって前記正極層と電気的に接続されている、
電池積層体。
one or more power generating elements each having a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer stacked in this order;
a negative electrode terminal disposed on a side surface of the power generating element and electrically connected to the negative electrode layer, and a positive electrode terminal disposed on a side surface of the power generating element and electrically connected to the positive electrode layer,
The power generating element contains sulfur,
The negative electrode terminal and the positive electrode terminal are sintered bodies or fused bodies of metals having a melting point in the range of 260°C to 300°C,
the negative electrode layer has a negative electrode active material layer and does not have a negative electrode current collector layer, the negative electrode terminal is in direct contact with the negative electrode active material layer and is thereby electrically connected to the negative electrode layer,
the positive electrode layer has a positive electrode active material layer and does not have a positive electrode current collector layer, and the positive electrode terminal is in direct contact with the positive electrode active material layer and is thereby electrically connected to the positive electrode layer;
Battery stack.
前記金属は、Sn合金である、請求項1に記載の電池積層体。 The battery stack of claim 1 , wherein the metal is a Sn alloy. 前記Sn合金は、SnとAu又はNiとの合金である、請求項に記載の電池積層体。 The battery stack according to claim 2 , wherein the Sn alloy is an alloy of Sn and Au or Ni. 外装体、前記負極端子、及び前記正極端子によって、発電要素が封止されている、請求項1~のいずれか一項に記載の電池積層体。 The battery stack according to any one of claims 1 to 3 , wherein a power generating element is sealed by an exterior body, the negative electrode terminal, and the positive electrode terminal. 前記硫黄は、硫化物固体電解質及び/又は硫黄系活物質に含有されている、請求項1~のいずれか一項に記載の電池積層体。 The battery stack according to any one of claims 1 to 4 , wherein the sulfur is contained in a sulfide solid electrolyte and/or a sulfur-based active material. 前記負極端子及び前記正極端子は、電池積層体の積層方向の少なくとも一方の端面の一部分まで延在している、請求項1~のいずれか一項に記載の電池積層体。 6. The battery stack according to claim 1 , wherein the negative electrode terminal and the positive electrode terminal extend to a portion of at least one end face of the battery stack in the stacking direction. リチウムイオン二次電池である、請求項1~のいずれか一項に記載の電池積層体。 The battery stack according to any one of claims 1 to 6 , which is a lithium ion secondary battery.
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