TW202515005A - 固態電池單元、固態電池堆、固態電池組、固態電池單元的製造方法及固態電池堆的製造方法 - Google Patents

Abstract

固態電池單元(1)具備：含電解質層(101)、正極層(102)及負極層(103)的電極片(10)；與電極片(10)的正極層(102)接觸的正極集電板(11)；與電極片(10)的負極層(103)接觸的負極集電板(12)；及使電極片(10)絕緣的絕緣構件(13)。複數個電極片(10)以互不重疊的方式配置在同一平面上，正極集電板(11)配置於複數個電極片(10)的一面，負極集電板(12)配置於複數個電極片(10)的另一面，絕緣構件(13)配置於在同一平面上彼此相鄰的複數個電極片(10)之間。

Description

固態電池單元、固態電池堆、固態電池組、固態電池單元的製造方法及固態電池堆的製造方法

本發明涉及固態電池單元、固態電池堆、固態電池組、固態電池單元的製造方法及固態電池堆的製造方法。

近年來，已知有使用鋰離子傳導性的固體電解質的固態電池。該固態電池具備：在正極層與負極層之間配置有固體電解質層的單位電池部；相對於正極層配置於固體電解質層的相反側的正極集電體；及相對於負極層配置於固體電解質層的相反側的負極集電體。

為了提高這樣的固態電池的電池容量，提出了夾持上述的單位電池部而反復層疊正極集電體與負極集電體的方案(例如，參照專利文獻1)。

另一方面，由於固態電池會被封入層壓膜等中，因此要求其薄型化。然而，專利文獻1的固態電池為了確保充分的電容，需要增加層疊數，存在無法薄型化這樣的缺點。

對此，提出了將複數個正極集電體及負極集電體連接成螺旋階梯狀，在該正極集電體及負極集電體之間配置單位電池部的方案(例如，參照專利文獻2)。專利文獻2的固態電池由於可並排配置複數個單位電池部，因此能夠在提高電容的同時實現薄型化。

現有技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開2005-251417號公報 專利文獻2：日本特開2010-3654號公報

（一）要解決的技術問題 然而，由於專利文獻2的固態電池具有分別連接成螺旋階梯狀的正極集電體及負極集電體，因此正極集電體及負極集電體的長度變長。由此，集電電阻増加，進而存在導致電池劣化這樣的缺點。

本發明能夠實現電池容量的提高及薄型化，進一步提供能夠降低集電電阻的固態電池單元、固態電池堆、固態電池組、固態電池單元的製造方法及固態電池堆的製造方法。

（二）技術方案 本發明[1]包含一種固態電池單元，其具備：電極片，所述電極片具備電解質層、配置於所述電解質層的一面的正極層及配置於所述電解質層的另一面的負極層；與所述電極片的正極層接觸的正極集電板；與所述電極片的負極層接觸的負極集電板；及使所述電極片絕緣的絕緣構件，其中複數個所述電極片以互不重疊的方式配置在同一平面上，所述正極集電板配置於所述複數個電極片的一面，所述負極集電板配置於所述複數個電極片的另一面，所述絕緣構件配置於在同一平面上彼此相鄰的所述複數個電極片之間。

根據該固態電池單元，複數個電極片以互不重疊的方式配置在同一平面上。因此，能夠提高電池容量並實現薄型化。此外，正極集電板配置於複數個電極片的一面，負極集電板配置於複數個電極片的另一面。因此，正極集電板及負極集電板的長度較短，能夠降低集電電阻。

本發明[2]包含[1]所述之固態電池單元，其中，所述正極集電板具備與所述正極層重疊的正極集電板主體和從所述正極集電板主體的邊緣突出的正極集電極耳，所述負極集電板具備與所述負極層重疊的負極集電板主體和從所述負極集電板主體的邊緣突出的負極集電極耳，所述正極集電極耳的突出方向與所述負極集電極耳的突出方向不同。

根據該固態電池單元，正極集電板具備正極集電極耳，負極集電板具備負極集電極耳。因此，能夠減少相對於電極片的各集電極耳的數量，從而能夠降低熔接集電極耳時的能量。此外，正極集電極耳的突出方向與負極集電極耳的突出方向不同。因此，能夠抑制正極集電極耳與負極集電極耳接觸，從而能夠抑制短路。

本發明[3]包含一種固態電池堆，其為層疊有複數個[1]或[2]所述之固態電池單元的固態電池堆，其中，所述複數個固態電池單元以在層疊方向上彼此相鄰的固態電池單元中的所述正極集電板與所述負極集電板隔著所述電極片相向的方式配置，複數個所夾設的所述電極片以互不重疊的方式配置在同一平面上，所夾設的所述複數個電極片的正極層與所述正極集電板接觸，所夾設的所述複數個電極片的負極層與所述負極集電板接觸，所述絕緣構件配置於在同一平面上彼此相鄰的所述複數個電極片之間。

根據該固態電池堆，可層疊複數個上述的固態電池單元。因此，能夠提高電池容量並實現薄型化。此外，在層疊方向上彼此相鄰的固態電池單元中的正極集電板與負極集電板以隔著電極片相向的方式配置。因此，正極集電板及負極集電板的長度較短，能夠降低集電電阻。

本發明[4]包含一種固態電池組，其在包殼體中封有[3]所述之固態電池堆。

根據該固態電池組，上述的固態電池堆被封入包殼體。由於固態電池堆的厚度較薄，因此能夠容易地封入外裝體。因此，能夠抑制包殼體的損傷，從而能夠提高固態電池組的可靠性。

本發明[5]包含一種固態電池單元的製造方法，其為[1]或[2]所述之固態電池單元的製造方法，其包含：準備所述正極集電板及所述負極集電板中的任意一個集電板的工序；將所述絕緣構件配置於所述一個集電板的一面的工序；以在同一平面上互不重疊的方式，將複數個所述電極片配置於所述一個集電板的一面的工序，其中，以使所述電極片的正極層及負極層中的任意一個電極層與所述一個集電板為同極的方式，使所述複數個電極片與所述一個集電板接觸的工序；及將另一個集電板配置在所述複數個電極片上的工序，其中，以使所述電極片的另一個電極層與所述另一個集電板為同極的方式，使所述另一個集電板與所述複數個電極片接觸的工序。

根據該固態電池單元的製造方法，在一個集電板的一面配置絕緣構件，接著，以在同一平面上互不重疊的方式，將複數個電極片配置於一個集電板的一面。由於沿著絕緣構件來配置電極片，因此能夠容易地配置電極片，進一步能夠抑制電極片彼此接觸所造成的短路。

本發明[6]包含[5]所述之固態電池單元的製造方法，其進一步包含：將所述電解質層、配置於所述電解質層的一面的正極層及配置於所述電解質層的另一面的負極層加壓成型，從而得到所述電極片的工序。

根據該固態電池單元的製造方法，進一步包含：將電解質層、配置於電解質層的一面的正極層及配置於電解質層的另一面的負極層加壓成型，從而得到電極片的工序。因此，能夠提高電極片的操作性，且能夠容易地製造固態電池單元。

本發明[7]包含一種固態電池堆的製造方法，其為[3]所述之固態電池堆的製造方法，其包含：準備一個所述固態電池單元的工序；將所述絕緣構件配置於一個所述固態電池單元的一面的工序；以在同一平面上互不重疊的方式，將所述複數個電極片配置於一個所述固態電池單元的一面的工序，其中，以使所述電極片的正極層及負極層中的任意一個電極層與形成一個所述固態電池單元的一面的所述正極集電板及所述負極集電板中的任意一個集電板為同極的方式，使所述複數個電極片與一個所述固態電池單元接觸的工序；及將另一個所述固態電池單元進一步配置在所述複數個電極片上的工序，其中，以使形成另一個所述固態電池單元的另一面的所述正極集電板及所述負極集電板中的任意一個集電板與所述電極片的另一個電極層為同極的方式，使另一個所述固態電池單元與所述複數個電極片接觸的工序。

根據該固態電池堆的製造方法，能夠用絕緣構件與電極片夾持上述的固態電池單元來配置複數個上述的固態電池單元。因此，能夠容易地製造固態電池堆。

本發明[8]包含[7]所述之固態電池堆的製造方法，其進一步包含：將所述電解質層、配置於所述電解質層的一面的正極層及配置於所述電解質層的另一面的負極層加壓成型，從而得到所述電極片的工序。

根據該固態電池堆的製造方法，進一步包含：將電解質層、配置於電解質層的一面的正極層及配置於電解質層的另一面的負極層加壓成型，從而得到電極片的工序。因此，能夠提高電極片的操作性，能夠容易地製造固態電池堆。

（三）有益效果 本發明的固態電池單元可實現電池容量的提高及薄型化，進一步還能夠降低集電電阻。

本發明的固態電池堆可實現電池容量的提高及薄型化，進一步還能夠降低集電電阻。

本發明的固態電池組能夠謀求提高可靠性。

根據本發明的固態電池單元的製造方法，能夠容易地製造上述固態電池單元。

根據本發明的固態電池堆的製造方法，能夠容易地製造上述的固態電池堆。

1. 固態電池單元

參照圖1，對本發明的固態電池單元的一個實施方案進行說明。

固態電池單元1具備電極片10、正極集電板11、負極集電板12及絕緣構件13。具體而言，如圖1所示，固態電池單元1在層疊方向上依次具備負極集電板12、電極片10和絕緣構件13、正極集電板11。

＜電極片＞

電極片10具有例如片狀(包含膜狀)。

電極片10例如在俯視時大致呈矩形。

電極片10的面方向X方向(X方向為在電極片10中沿著彼此平行的兩邊的方向)上的一邊的長度沒有特別限定，例如為後述的正極集電板主體110及負極集電板主體120的面方向X方向上的一邊的長度以下。具體而言，電極片10的面方向X方向上的一邊的長度約為後述的正極集電板主體110及負極集電板主體120的面方向X方向上的一邊的長度的一半。

電極片10的面方向Y方向(Y方向為與X方向正交的方向)上的一邊的長度沒有特別限定，例如為後述的正極集電板主體110及負極集電板主體120的面方向Y方向上的一邊的長度以下。具體而言，電極片10的面方向Y方向上的一邊的長度約為後述的正極集電板主體110及負極集電板主體120的面方向Y方向上的一邊的長度的一半。

電極片10的平面面積沒有特別限定，例如，比後述的正極集電板主體110及負極集電板主體120的平面面積更小。具體而言，電極片10的平面面積約為後述的正極集電板主體110及負極集電板主體120的平面面積的1/4。

電極片10的厚度例如為100μm以上，優選為200μm以上，此外，例如為1000μm以下，優選為800μm以下。

電極片10具備電解質層101、配置於電解質層101的一面的正極層102及配置於電解質層101的另一面的負極層103。

[電解質層]

電解質層101例如由包含固體電解質的材料形成。此外，電解質層101也可以根據需要包含電池領域中通常使用的黏結劑等材料。

作為固體電解質，只要顯示出鋰離子傳導性，則沒有特別限定，例如可列舉出有機固體電解質及無機固體電解質，可優選列舉出無機固體電解質。

固體電解質能夠單獨使用或同時使用兩種以上。

作為無機固體電解質，例如可列舉出硫化物、氧化物、氮化物及氫化物，可優選列舉出硫化物。

作為硫化物，例如可列舉出包含Li ₂S與其他硫化物的物質，所述其他硫化物包含選自由週期表IIIA族元素、IVA族元素及VA族元素組成的組中的至少一種元素。

作為週期表IIIA族元素、IVA族元素及VA族元素，沒有特別限定，例如可列舉出P、Si、Ge、As、Sb及Al，可優選列舉出P、Si及Ge，可更優選地列舉出P。

具體而言，作為硫化物，例如可列舉出Li ₂S-SiS ₂、Li ₂S-P ₂S ₅、Li ₂S-GeS ₂、Li ₂S-B ₂S ₃、Li ₂S-Ga ₂S ₃、Li ₂S-Al ₂S ₃、Li ₂S-GeS ₂-P ₂S ₅、Li ₂S-Al ₂S ₃-P ₂S ₅、Li ₂S-P ₂S ₃、Li ₂S-P ₂S ₃-P ₂S ₅、LiX-Li ₂S-P ₂S ₅、LiX-Li ₂S-SiS ₂及LiX-Li ₂S-B ₂S ₃(X：I、Br或Cl)。 作為電解質層101的厚度，例如為10μm以上，優選為30μm以上，此外，例如為300μm以下，優選為100μm以下。

[正極層]

正極層102例如可以由僅由正極活性物質構成的材料形成，也可以由包含正極活性物質及固體電解質的材料形成。作為正極層102，優選由包含正極活性物質及固體電解質的材料形成。此外，正極層102也可以根據需要包含電池領域中通常使用的黏結劑等材料。

作為正極活性物質，只要為能夠進行鋰離子的嵌入及脫嵌的物質，則沒有特別限定，例如可列舉出鋰鎳複合氧化物(LiNi _XM _1-XO ₂)、鈷酸鋰(LiCoO ₂)、鎳酸鋰(LiNiO ₂)、鋰鎳鈷鋁複合氧化物(LiNi _0.8Co _0.15Al _0.05O ₂、NCA類層狀氧化物)、錳酸鋰(尖晶石型錳酸鋰(LiMn ₂O ₄))、Li過量的複合氧化物(Li ₂MnO ₃-LiMO ₂)等氧化物，此外，例如可列舉出橄欖石類化合物(LiMPO ₄)及含硫化合物(Li ₂S)。另外，在上述式中，M表示過渡金屬。作為正極活性物質，從容易獲得高容量的角度出發，可優選列舉出包含選自由Co、Ni及Mn組成的組中的至少一種的含鋰氧化物。

正極活性物質能夠單獨使用或同時使用兩種以上。

此外，從改善速率特性的角度出發，正極活性物質的表面可以用塗層材料包覆。

作為塗層材料，例如可列舉出Li ₄Ti ₅O ₁₂、LiTaO ₃、Li ₄NbO ₃、LiAlO ₂、Li ₂ZrO ₃、Li ₂WO ₄、Li ₂TiO ₃、Li ₂B ₄O ₇、Li ₃PO ₄、Li ₂MoO ₄、LiBO ₂、氧化鋁(Al ₂O ₃)及碳(C)。

作為正極層102所含的固體電解質，例如可列舉出與上述電解質層101所含的固體電解質相同的物質。具體而言，作為固體電解質，例如可列舉出有機固體電解質及無機固體電解質。

正極層102中的正極活性物質與固體電解質的比率沒有特別限定。

作為正極層102的厚度，例如為50μm以上，優選為100μm以上，此外，例如為500μm以下，優選為300μm以下。

[負極層]

負極層103配置於電解質層101的另一面。

負極層103例如可以由僅由負極活性物質構成的材料形成，也可以由包含負極活性物質及固體電解質的材料形成。作為負極層103，優選由包含負極活性物質及固體電解質的材料形成。此外，負極層103也可以根據需要包含電池領域中通常使用的黏結劑等材料。

作為負極活性物質，只要為能夠進行鋰離子的嵌入及脫嵌的物質，則沒有特別限定，例如可列舉出碳材料、金屬及准金屬的單質、金屬的合金及金屬或准金屬的化合物。

作為碳材料，例如可列舉出石墨(天然石墨、人造石墨)、硬碳及無定形碳。作為金屬及准金屬的單質、金屬的合金，可列舉出鋰金屬及其合金、Si單質。作為金屬或准金屬的化合物，例如可列舉出金屬或准金屬的氧化物、硫化物、氮化物、氫化物及矽化物(矽化鋰)，作為金屬或准金屬的氧化物，例如可列舉出鈦氧化物、矽氧化物。

負極活性物質能夠單獨使用或同時使用兩種以上。作為負極活性物質，例如能夠同時使用矽氧化物與碳材料。

作為負極層103所含的固體電解質，例如可列舉出與上述電解質層101所含的固體電解質相同的物質。具體而言，作為固體電解質，例如只要為顯示出鋰離子傳導性的物質，則沒有特別限制，可列舉出有機固體電解質及無機固體電解質。

在負極層103中，負極活性物質與固體電解質的比率沒有特別限定。

作為負極層103的厚度，例如為50μm以上，優選為100μm以上，此外，例如為500μm以下，優選為300μm以下。

＜電極片的製造方法＞

參照圖2，對電極片10的製造方法的一個實施方案進行說明。

作為電極片10的製造方法，例如包含：將正極層102、電解質層101及負極層103成膜的成膜工序；與將成膜後的正極層102、電解質層101及負極層103加壓成型的加壓成型工序。

(成膜工序)

在成膜工序中，將正極層102、電解質層101及負極層103成膜。具體而言，配置金屬箔(未圖示)，將正極層102成膜於金屬箔的一面，將電解質層101成膜於正極層102的與金屬箔相反的一側，將負極層103成膜於電解質層101的與正極層102相反的一側，進一步將金屬箔(未圖示)配置於負極層103的與電解質層101相反的一側。

在上述成膜工序中，雖然依次將正極層102、電解質層101及負極層103成膜，但也可以依次將負極層103、電解質層101及正極層102成膜。

層疊正極層102的金屬箔可以與後述的正極集電板11相同，此外，層疊於負極層103的金屬箔可以與後述的負極集電板12相同。

正極層102、電解質層101及負極層103例如可通過幹式工藝進行成膜。即，正極層102、電解質層101及負極層103例如可使用不含液狀成分的上述材料。

作為幹式工藝的成膜方法，例如可列舉出靜電噴霧法、刮板成膜法及靜電塗布法。

(加壓成型工序)

將層疊後的各層及金屬箔加壓成型(主壓)。即，將電解質層101、配置於電解質層101的一面的正極層102及配置於電解質層101的另一面的負極層103加壓成型從而得到電極片10。

加壓成型的圧力根據各層的材料及厚度等適當變更即可，例如為50MPa以上，優選為300MPa以上，此外，例如為5000MPa以下，優選為3000MPa以下。

此外，電極片10的製造方法也可以根據需要包含預壓工序、金屬箔去除工序及切取工序。

預壓工序例如為：在將正極層102成膜後、將電解質層101成膜後、將負極層103成膜後、加壓成型(主壓)前的任一階段，進行預備壓制的工序。另外，預壓工序也可以在上述複數個階段中實施。

通常，預備壓制的壓力為比加壓成型(主壓)的壓力更小的壓力，例如為1MPa以上，此外，例如為10MPa以下。

金屬箔去除工序例如為：在加壓成型(主壓)前或加壓成型(主壓)後的任一階段去除金屬箔的工序。

切取工序例如為：在加壓成型(主壓)後，切取電極片10的剩餘部分的工序。通過切取工序，能夠調整電極片10的面方向X方向及面方向Y方向上的一邊的長度。

以此方式得到的電極片10的操作性優異，能夠容易地製造後述的固態電池單元1及固態電池堆2。

＜電極片的配置＞

複數個電極片10以互不重疊的方式配置在同一平面上。具體而言，複數個電極片10在面方向X方向及面方向Y方向上整齊配置，更詳細而言，合計四片電極片10以互不重疊的方式配置在同一平面上，其中，面方向X方向上配置有兩片、面方向Y方向(Y方向與X方向正交)配置有兩片。另外，彼此相鄰的電極片10之間配置有後述的絕緣構件13，優選電極片10與絕緣構件13接觸。

如上所述，由於在同一平面上配置有複數個電極片10，因此能夠實現固態電池單元的薄型化，進一步能夠提高電池容量。

＜正極集電板＞

正極集電板11配置於配置在同一平面上的複數個電極片10的一面，且與各電極片10的正極層102接觸。優選正極集電板11與各電極片10的正極層102的整個面接觸。此外，相對於複數個電極片10配置一個正極集電板11。

此外，正極集電板11具備正極集電板主體110與正極集電極耳111。

[正極集電板主體]

正極集電板主體110具有例如片狀(包含膜狀、薄板狀、箔狀)。

正極集電板主體110例如在俯視時大致呈矩形。

正極集電板主體110例如與電極片10的正極層102重疊。具體而言，正極集電板主體110與配置在同一平面上的四片電極片10的正極層102全部重疊。

正極集電板主體110的面方向X方向上的一邊的長度沒有特別限定，例如為配置在同一平面上的複數個電極片10的面方向X方向上的總長度以上。具體而言，正極集電板主體110的面方向X方向上的一邊的長度例如約為一片電極片10的面方向X方向上的長度的兩倍。

正極集電板主體110的面方向Y方向上的一邊的長度沒有特別限定，例如為配置在同一平面上的複數個電極片10的面方向Y方向上的總長度以上。具體而言，正極集電板主體110的面方向Y方向上的一邊的長度例如約為一片電極片10的面方向Y方向上的長度的兩倍。

正極集電板主體110在平面中的一邊的長度能夠通過配置在同一平面上的電極片10的片數進行調整，從而能夠抑制其過度變長，進而能夠降低集電電阻。

正極集電板主體110的平面面積沒有特別限定，例如比配置在同一平面上的複數個電極片10的平面總面積更大，更優選為配置在同一平面上的複數個電極片10的平面總面積與後述的配置在相鄰的複數個電極片10之間的絕緣構件13的平面面積的合計面積以上。具體而言，正極集電板主體110的平面面積例如約為一片電極片10的平面面積的四倍。

正極集電板主體110的厚度例如為1μm以上，優選為5μm以上，此外，例如為100μm以下，優選為50μm以下。

作為正極集電板主體110的材料，例如可列舉出銅(Cu)、鎂(Mg)、不銹鋼、鈦(Ti)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鍺(Ge)、銦(In)、鋰(Li)、錫(Sn)及它們的合金。

從提高與電極片10的密合性的角度出發，優選對正極集電板主體110的表面實施粗糙化處理。粗糙化處理是指，通過蝕刻等使得表面粗糙度增大的處理。

[正極集電極耳]

正極集電極耳111例如從正極集電板主體110的邊緣突出。具體而言，正極集電極耳111在正極集電板主體110的一邊，從一邊的中央與端部之間向與一邊正交的方向突出。

如此，一個正極集電極耳111從一個正極集電板主體110的邊緣突出。因此，能夠減少相對於電極片10的集電極耳的數量，從而能夠降低熔接集電極耳時的能量。

關於正極集電極耳111，可以使正極集電板主體110的邊緣的一部分突出而呈極耳狀，也可以在正極集電板主體110的邊緣另外接合正極集電極耳111。優選正極集電極耳111是使正極集電板主體110的邊緣的一部分突出而呈極耳狀。即，優選正極集電極耳111與正極集電板主體110連續。

正極集電極耳111例如在俯視時大致呈矩形。

正極集電極耳111的厚度與正極集電板主體110的厚度相同，正極集電極耳111的材料與正極集電板主體110的材料相同。

＜負極集電板＞

負極集電板12配置於配置在同一平面上的複數個電極片10的另一面，且與各電極片10的負極層103接觸。優選負極集電板12與各電極片10的負極層103的整個面接觸。此外，相對於複數個電極片10配置一個負極集電板12。

此外，負極集電板12具備負極集電板主體120與負極集電極耳121。

[負極集電板主體]

負極集電板主體120具有例如片狀(包含膜狀、薄板狀、箔狀)。

負極集電板主體120例如在俯視時大致呈矩形。

負極集電板主體120例如與電極片10的負極層103重疊。具體而言，與配置在同一平面上的四片電極片10的負極層103全部重疊。

負極集電板主體120的面方向X方向上的一邊的長度、面方向Y方向上的一邊的長度、平面面積、厚度及材料例如與上述正極集電板主體110相同。

[負極集電極耳]

負極集電極耳121例如從負極集電板主體120的邊緣突出。具體而言，負極集電極耳121在負極集電板主體120的一邊，從一邊的中央與端部之間向與一邊正交的方向突出。

如此，一個負極集電極耳121從一個負極集電板主體120的邊緣突出。因此，能夠減少相對於電極片10的集電極耳的數量，從而能夠降低熔接集電極耳時的能量。

關於負極集電極耳121，可以使負極集電板主體120的邊緣的一部分突出而呈極耳狀，也可以在負極集電板主體120的邊緣另外接合負極集電極耳121。優選負極集電極耳121是使負極集電板主體120的邊緣的一部分突出而呈極耳狀。即，優選負極集電極耳121與負極集電板主體120連續。

負極集電極耳121例如在俯視時大致呈矩形。

負極集電極耳121的厚度與負極集電板主體120的厚度相同，負極集電極耳121的材料與負極集電板主體120的材料相同。

＜正極集電極耳及負極集電極耳的突出方向＞

正極集電極耳111的突出方向例如與負極集電極耳121的突出方向不同。正極集電板主體110中的突出正極集電極耳111的邊可以以在Y方向上與負極集電板主體120中的突出負極集電極耳121的邊相反的方式配置，正極集電板主體110中的突出正極集電極耳111的邊也可以以在俯視時與負極集電板主體120中的突出負極集電極耳121的邊正交的方式配置。

具體而言，如圖1所示，突出正極集電極耳111及負極集電極耳121的各邊沿X方向延伸，正極集電極耳111從邊出發向Y方向的一側突出，而負極集電極耳121從邊出發向Y方向的另一側突出。此外，雖未圖示，但也可以是：突出正極集電極耳111或負極集電極耳121中的任意一個的邊沿X方向延伸，突出另一個的邊沿Y方向延伸，從沿X方向延伸的邊突出的極耳可以從邊出發向Y方向的一側或另一側突出，另一方面，從沿Y方向延伸的邊突出的極耳也可以從邊出發向X方向的一側或另一側突出。

若正極集電極耳111的突出方向與負極集電極耳121的突出方向不同，則能夠抑制正極集電極耳111與負極集電極耳121接觸，從而抑制短路。

＜絕緣構件＞

絕緣構件13配置於在同一平面上彼此相鄰的複數個電極片10之間，且使電極片10絕緣。具體而言，優選絕緣構件13配置於在同一平面上彼此相鄰的四片電極片10之間，且與電極片10接觸。

若如上所述地配置絕緣構件13，則能夠抑制電極片10彼此接觸，從而抑制短路。

關於絕緣構件13的俯視形狀，只要配置於在同一平面上彼此相鄰的複數個電極片10之間，則沒有特別限定，絕緣構件13的俯視形狀因電極片10的配置而異。具體而言，絕緣構件13的俯視形狀例如在俯視時大致呈+形狀。

只要能夠使電極片10絕緣，則絕緣構件13的厚度沒有特別限定，優選與電極片10的厚度相同。絕緣構件13的厚度、電極片10的厚度例如為100μm以上，優選為200μm以上，此外，例如為1000μm以下，優選為800μm以下。

絕緣構件13的材料例如可列舉出高分子材料。

作為高分子材料，例如可列舉出聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。

3. 固態電池單元的製造方法

參照圖3，對本發明的固態電池單元的製造方法的一個實施方案進行說明。

作為固態電池單元1的製造方法，例如包含：準備正極集電板11及負極集電板12中的任意一個集電板的工序(第一集電板準備工序)；將絕緣構件13配置於一個集電板的一面的工序(絕緣構件配置工序)；以在同一平面上互不重疊的方式，將複數個電極片10配置於一個集電板的一面的工序(電極片配置工序)；及將另一個集電板配置在複數個電極片10上的工序(第二集電板配置工序)。

(第一集電板準備工序)

如圖3A所示，在第一集電板準備工序中，準備正極集電板11及負極集電板12中的任意一個集電板。具體而言，在第一集電板準備工序中，準備負極集電板12。

(絕緣構件配置工序)

如圖3B所示，在絕緣構件配置工序中，將絕緣構件13配置於第一集電板準備工序中準備的集電板(一個集電板)的一面。具體而言，在絕緣構件配置工序中，將俯視時大致呈+形狀的絕緣構件13配置於第一集電板準備工序中準備的負極集電板12的一面。詳細而言，在俯視時，將大致呈+形狀的絕緣構件13配置於負極集電板12的一面的中央。由此，負極集電板12的一面被絕緣構件13分割成四個區域。

另外，也能夠通過使用預先貼附有絕緣構件13的正極集電板11或負極集電板12，省略絕緣構件配置工序。

(電極片配置工序)

如圖3C所示，在電極片配置工序中，以在同一平面上互不重疊的方式，將複數個電極片10配置於一個集電板的一面。此外，以使電極片10的正極層及負極層中的任意一個電極層與一個集電板為同極的方式，使複數個電極片10與一個集電板接觸。另外，優選電極片10也與絕緣構件13接觸。

具體而言，在電極片配置工序中，以在同一平面上互不重疊的方式，將四片電極片10配置於負極集電板12的一面。此時，四片電極片10的負極層103與負極集電板12接觸。優選電極片10的一部分側面也與絕緣構件13接觸。

此外，在負極集電板12的一面，四片電極片10在被絕緣構件配置工序中配置的俯視時大致呈+形狀的絕緣構件13劃分的四個空間中各配置一片。換而言之，絕緣構件13配置於在同一平面上彼此相鄰的四片電極片10之間。

(第二集電板配置工序)

如圖3D所示，在第二集電板配置工序中，將另一個集電板配置在電極片配置工序中配置的複數個電極片上。此外，以使電極片的另一個電極層與另一個集電板為同極的方式，使另一個集電板與複數個電極片接觸。

具體而言，在第二集電板配置工序中，將正極集電板11配置在電極片配置工序中配置的四片電極片10上。此時，正極集電板11與四片電極片10的正極層102接觸。

此外，正極集電板11也可以與絕緣構件配置工序中配置的俯視時大致呈+形狀的絕緣構件13接觸。

另外，以使正極集電極耳111的突出方向與負極集電板12的負極集電極耳121的突出方向相反的方式，配置正極集電板11。

如此，可製造固態電池單元1。

若為上述的固態電池單元1的製造方法，則由於能夠沿著絕緣構件13配置電極片10，因此能夠容易地配置電極片10，進一步，能夠抑制電極片10彼此接觸造成的短路。

4. 固態電池堆

參照圖4，對本發明的固態電池堆的一個實施方案進行說明。

固態電池堆2通過層疊複數個上述的固態電池單元1而形成。具體而言，固態電池堆2在層疊方向上依次具備一個固態電池單元1、電極片10和絕緣構件13、另一個固態電池單元1。

若為這樣的固態電池堆，則由於層疊有複數個上述的固態電池單元，因此能夠提高電池容量並實現薄型化。

複數個固態電池單元1以在層疊方向上彼此相鄰的固態電池單元1的正極集電板11與負極集電板12隔著電極片10相向的方式配置。具體而言，一個固態電池單元1的正極集電板11與在層疊方向上彼此相鄰的另一個固態電池單元1的負極集電板12以隔著電極片10相向的方式配置。

在固態電池堆2中，在層疊方向上彼此相鄰的固態電池單元1的正極集電板11與負極集電板12以隔著電極片10相向的方式配置，因此正極集電板11及負極集電板12的長度較短，能夠降低集電電阻。

電極片10及絕緣構件13以夾設於上述的在層疊方向上彼此相鄰的固態電池單元1之間的方式配置。

複數個所夾設的電極片10以互不重疊的方式配置在同一平面上。具體而言，所夾設的複數個電極片10在面方向X方向及面方向Y方向上整齊配置，更詳細而言，夾設於上述的在層疊方向上彼此相鄰的固態電池單元1的正極集電板11與負極集電板12之間的四片電極片10以互不重疊的方式配置在同一平面上。另外，在彼此相鄰的電極片10之間配置有絕緣構件13，優選所夾設的電極片10與絕緣構件13接觸。

所夾設的複數個電極片10的正極層102與固態電池單元1的正極集電板11接觸。此外，所夾設的複數個電極片10的負極層103與固態電池單元1的負極集電板12接觸。具體而言，夾設於正極集電板11與負極集電板12之間的四片電極片10的正極層102與一個固態電池單元1的正極集電板11接觸，負極層103與另一個固態電池單元1的負極集電板12接觸。

絕緣構件13配置於在同一平面上彼此相鄰的複數個電極片10之間。即，絕緣構件13也夾設於上述的在層疊方向上彼此相鄰的固態電池單元1的正極集電板11與負極集電板12之間。

具體而言，絕緣構件13具有在俯視時大致呈+的形狀，配置於在同一平面上彼此相鄰的四片電極片10之間。

另外，固態電池堆2中的固態電池單元1的層疊數量能夠根據所需的電池容量適當選擇。

5. 固態電池堆的製造方法

參照圖5，對本發明的固態電池堆的製造方法的一個實施方案進行說明。

固態電池堆2的製造方法包含：準備上述的一個固態電池單元1a的工序(第一固態電池單元準備工序)；將絕緣構件13配置於一個固態電池單元1a的一面的工序(夾設絕緣構件配置工序)；以在同一平面上互不重疊的方式，將複數個電極片10配置於一個固態電池單元1a的一面的工序(夾設電極片配置工序)；及將另一個固態電池單元1b進一步配置在複數個電極片10上的工序(第二固態電池單元配置工序)。

(第一固態電池單元準備工序)

如圖5A所示，在第一固態電池單元準備工序中，準備上述的一個固態電池單元1a。

(夾設絕緣構件配置工序)

如圖5B所示，在夾設絕緣構件配置工序中，將絕緣構件13配置於一個固態電池單元1a的一面。具體而言，在夾設絕緣構件配置工序中，將俯視時大致呈+形狀的絕緣構件13配置於形成一個固態電池單元1a的一面的正極集電板11。詳細而言，在俯視時，將大致呈+形狀的絕緣構件13配置於形成一個固態電池單元1a的一面的正極集電板11的一面的中央。由此，形成一個固態電池單元1a的一面的正極集電板11的一面被絕緣構件13分割成四個區域。

此外，在配置另一個固態電池單元1b時，絕緣構件13夾設於一個固態電池單元1a與另一個固態電池單元1b之間。

另外，也能夠通過在一個固態電池單元1a中預先將絕緣構件13貼附於正極集電板11或負極集電板12，省略夾設絕緣構件配置工序。

(夾設電極片配置工序)

如圖5C所示，在夾設電極片配置工序中，以在同一平面上互不重疊的方式，將複數個電極片10配置於一個固態電池單元1a的一面。此外，以使電極片10的正極層及負極層中的任意一個電極層與形成一個固態電池單元1a的一面的正極集電板11及負極集電板12中的任意一個集電板為同極的方式，使複數個電極片10與一個固態電池單元1a接觸。

具體而言，在夾設電極片配置工序中，以在同一平面上互不重疊的方式，將四片電極片10配置於形成一個固態電池單元1a的一面的正極集電板11。此時，四片電極片10以使正極層102與形成一個固態電池單元1a的一面的正極集電板11接觸的方式配置。

此外，在形成一個固態電池單元1a的一面的正極集電板11上，四片電極片10在被夾設絕緣構件配置工序中配置的俯視時大致呈+形狀的絕緣構件13劃分的四個空間中各配置一片。換而言之，絕緣構件13配置於在同一平面上彼此相鄰的四片電極片10之間，優選電極片10與絕緣構件13接觸。

另外，在配置另一個固態電池單元1b時，電極片10夾設於一個固態電池單元1a與另一個固態電池單元1b之間。

(第二固態電池單元配置工序)

如圖5D所示，在第二固態電池單元配置工序中，將另一個固態電池單元1b進一步配置在夾設電極片配置工序中配置的複數個電極片10上。此外，以使形成另一個固態電池單元1b的另一面的正極集電板11及負極集電板12中的任意一個集電板與電極片10的另一個電極為同極的方式，使另一個固態電池單元1b與複數個電極片10接觸。

具體而言，在第二固態電池單元配置工序中，將另一個固態電池單元1b進一步配置在夾設電極片配置工序中配置的四片電極片10上。此時，形成另一個固態電池單元1b的另一面的負極集電板12與四片電極片10的負極層103接觸。

此外，形成另一個固態電池單元1b的另一面的負極集電板12也可以與夾設絕緣構件配置工序中配置的絕緣構件13接觸。

另外，在固態電池堆2所具備的複數個固態電池單元1(例如，一個固態電池單元1a及另一個固態電池單元1b)的正極集電板11中，正極集電極耳111的突出方向相同。此外，在固態電池堆2所具備的複數個固態電池單元1(例如，固態電池單元1a及固態電池單元1b)的負極集電板12中，負極集電極耳121的突出方向也相同。

如此，可製造固態電池堆2。

另外，固態電池堆的製造方法也可以包含上述固態電池單元的製造方法。即，在上述固態電池堆的製造方法中，使用了通過上述固態電池單元的製造方法分別製造的上述的一個固態電池單元1a及另一個固態電池單元1b，但並不限定於此。具體而言，也可以在上述的第一固態電池單元準備工序中，通過上述的固態電池堆的製造方法製造一個固態電池單元1a，在上述的第二固態電池單元配置工序中，通過上述的固態電池堆的製造方法製造另一個固態電池單元1b。

若為這樣的固態電池堆的製造方法，則由於能夠使複數個上述固態電池單元夾設並配置於絕緣構件與電極片之間，因此能夠容易地製造固態電池堆。

6. 固態電池組

參照圖6，對本發明的固態電池組3的一個實施方案進行說明。

固態電池組3具備固態電池堆2與包殼體14。具體而言，將上述的固態電池堆2封入包殼體14從而形成固態電池組3。

＜包殼體＞

作為包殼體14，例如可列舉出層壓型包殼體及框(case)型包殼體。

作為層壓型包殼體的材料，只要對電解質穩定，則沒有特別限定，例如可列舉出金屬及樹脂。作為金屬，例如可列舉出鋁。此外，作為樹脂，例如可列舉出聚丙烯、聚乙烯及丙烯酸。

層壓型包殼體可以按照固態電池堆2的形狀實施拉深加工。

層壓型包殼體的拉深深度沒有特別限定，能夠按照固態電池堆2的厚度適當調整。

作為框型包殼體的材料，只要對電解質穩定，則沒有特別限定，例如可列舉出與上述層壓型包殼體的材料相同的材料。

框型包殼體的深度沒有特別限定，按照固態電池堆2的厚度適當調整。

只要能夠封入固態電池堆2，則包殼體14的面方向X方向上的一邊的長度、包殼體14的面方向Y方向上的一邊的長度及包殼體14的平面面積沒有特別限定。

若為這樣的固態電池組3，則由於如上所述地可在包殼體14中封入厚度較薄的固態電池堆2，因此能夠容易地封入包殼體14中。因此，能夠抑制包殼體14的損傷，能夠提高固態電池組3的可靠性。

另外，在固態電池組3中，被封入包殼體14的固態電池堆2經由正極集電極耳111及負極集電極耳121與外部電連接。

(變形例1)

圖1中，在固態電池單元1中，在面方向X方向上配置有兩片電極片10，在面方向Y方向上配置有兩片電極片10，合計配置有四片電極片10，但並不限定於此。

圖7A中，在固態電池單元1中，在面方向X方向上配置有一片電極片10、在面方向Y方向上配置有兩片電極片10，合計配置有兩片電極片10。此外，圖7B中，在固態電池單元1中，在面方向X方向上配置有一片電極片10、在面方向Y方向上配置有三片電極片10，合計配置有三片電極片10。

如上所述，在固態電池單元1中，電極片10的片數及配置能夠根據所需的電容及固態電池單元1的形狀適當選擇。

進一步，圖1中，在固態電池單元1中，絕緣構件13配置於電極片10之間，其形狀在俯視時大致呈+形狀，但並不限定於此，所述電極片10在面方向X方向上配置有兩片，在面方向Y方向上配置有兩片，合計配置有四片。此外，絕緣構件13以俯視時大致呈+形狀的方式全部連接，但也可以分離，例如也可以在四片電極片10彼此之間配置有四個在俯視時大致呈矩形的絕緣構件13。

圖7A中，在固態電池單元1中，絕緣構件13配置於電極片10之間，其形狀在俯視時大致呈直線狀，所述電極片10在面方向X方向上配置有一片，在面方向Y方向上配置有兩片，合計配置有兩片。

圖7B中，在固態電池單元1中，絕緣構件13配置於電極片10之間，其形狀在俯視時大致呈直線狀，所述電極片10在面方向X方向上配置有一片，在面方向Y方向上配置有三片，合計配置有三片。此外，在三片電極片10彼此之間配置有兩個俯視時大致呈直線狀的絕緣構件13。

另外，絕緣構件13使電極片10彼此絕緣，進一步，也可以使電極片10與外部絕緣。具體而言，雖然未進行圖示，但絕緣構件13也可以沿著各電極片10的邊緣配置。相對於一片電極片10，沿著各電極片10的邊緣配置的絕緣構件13在俯視時大致呈中空矩形。

(變形例2)

在固態電池單元1中，正極集電極耳111的突出方向只要與負極集電極耳121的突出方向不同即可，但並不限定於此。

雖然未進行圖示，但在固態電池單元1中，正極集電極耳111的突出方向與負極集電極耳121的突出方向也可以相同。即，在俯視時，正極集電板主體110中的突出正極集電極耳111的邊與負極集電板主體120中的突出負極集電極耳121的邊也可以為同一側的邊。具體而言，通過使正極集電極耳111從相較於邊的中央更靠近X方向的一側或更靠近Y方向的一側突出，另一方面使負極集電極耳121從相較於邊的中央更靠近X方向的另一側或更靠近Y方向的另一側突出，能夠抑制正極集電極耳111與負極集電極耳121接觸。

如上所述，在固態電池單元1中，正極集電極耳111及負極集電極耳121的突出方向能夠根據使用目的適當選擇。

(用途)

上述的固態電池單元1、固態電池堆2及固態電池組3能夠實現薄型化及電池容量的提高。因此，不僅能夠適宜地用作移動電話、智能手機、筆記本電腦等小型便攜式設備的電源，還能夠適宜地用作電動汽車等大型設備的電源。

另外，雖提供上述發明來作為本發明的例示的實施方案，但其僅為例示，不應作出限定性的解釋。對該技術領域的本領域技術人員而言顯而易見的本發明的變形例也包含在後述的發明申請專利範圍中。

產業利用性

本發明的固態電池單元1、固態電池堆2及固態電池組3不僅能夠適宜地用作移動電話、智能手機、筆記本電腦等小型便攜式設備的電源，還能夠適宜地用作電動汽車等大型設備的電源。

1,1a,1b:固態電池單元 2:固態電池堆 3:固態電池組 10:電極片 11:正極集電板 12:負極集電板 13:絕緣構件 14:包殼體 101:電解質層 102:正極層 103:負極層 110:正極集電板主體 111:正極集電極耳 120:負極集電板主體 121:負極集電極耳

圖1為本發明的固態電池單元的一個實施方案的立體圖。 圖2中，圖2A~圖2C為電極片的製造方法的一個實施方案。圖2A示出將正極層成膜的工序。圖2B示出將固體電解質層成膜於正極層的一面的工序。圖2C示出將負極層成膜於固體電解質層的一面的工序。 圖3中，圖3A~圖3D為本發明的固態電池單元的製造方法的一個實施方案。圖3A示出準備負極集電板的工序。圖3B示出將絕緣構件配置於負極集電板的一面的工序。圖3C示出以在同一平面上互不重疊的方式將四片電極片配置於負極集電板的一面的工序。圖3D示出將正極集電板配置於四片電極片的一面的工序。 圖4為本發明的固態電池堆的一個實施方案的立體圖。 圖5中，圖5A~圖5D為本發明的固態電池堆的製造方法的一個實施方案。圖5A示出準備一個固態電池單元的工序。圖5B示出將絕緣構件配置於一個固態電池單元的一面的工序。圖5C示出以在同一平面上互不重疊的方式將四片電極片配置於一個固態電池單元的一面的工序。圖5D示出進一步將另一個固態電池單元配置在四片電極片上的工序。 圖6為本發明的固態電池組的一個實施方案的剖面圖。 圖7中，圖7A及圖7B為示出本發明的固態電池單元中的電極片的配置的立體圖。圖7A為配置有兩片電極片的立體圖，圖7B為配置有三片電極片的立體圖。

1:固態電池單元

10:電極片

11:正極集電板

12:負極集電板

13:絕緣構件

101:電解質層

102:正極層

103:負極層

110:正極集電板主體

111:正極集電極耳

120:負極集電板主體

121:負極集電極耳

Claims (8)

1. 一種固態電池單元，其具備： 電極片，該電極片具備電解質層、配置於該電解質層的一面的正極層及配置於該電解質層的另一面的負極層； 與該電極片的正極層接觸的正極集電板； 與該電極片的負極層接觸的負極集電板；及 使該電極片絕緣的絕緣構件，其中 複數個該電極片以互不重疊的方式配置在同一平面上， 該正極集電板配置於該複數個電極片的一面， 該負極集電板配置於該複數個電極片的另一面， 該絕緣構件配置於在同一平面上彼此相鄰的該複數個電極片之間。
2. 如請求項1所述之固態電池單元，其中， 該正極集電板具備與該正極層重疊的正極集電板主體和從該正極集電板主體的邊緣突出的正極集電極耳， 該負極集電板具備與該負極層重疊的負極集電板主體和從該負極集電板主體的邊緣突出的負極集電極耳， 該正極集電極耳的突出方向與該負極集電極耳的突出方向不同。
3. 一種固態電池堆，其為層疊有複數個請求項1或2所述之固態電池單元的固態電池堆，其中， 該複數個固態電池單元以在層疊方向上彼此相鄰的固態電池單元中的該正極集電板與該負極集電板隔著該電極片相向的方式配置， 複數個所夾設的該電極片以互不重疊的方式配置在同一平面上， 所夾設的該複數個電極片的正極層與該正極集電板接觸， 所夾設的該複數個電極片的負極層與該負極集電板接觸， 該絕緣構件配置於在同一平面上彼此相鄰的該複數個電極片之間。
4. 一種固態電池組，其在包殼體內封有請求項3所述之固態電池堆。
5. 一種固態電池單元的製造方法，其為請求項1或2所述之固態電池單元的製造方法，其包含： 準備該正極集電板及該負極集電板中的任意一個集電板的工序； 將該絕緣構件配置於該一個集電板的一面的工序； 以在同一平面上互不重疊的方式，將複數個該電極片配置於該一個集電板的一面的工序，其中，以使該電極片的正極層及負極層中的任意一個電極層與該一個集電板為同極的方式，使該複數個電極片與該一個集電板接觸的工序；及 將另一個集電板配置在該複數個電極片上的工序，其中，以使該電極片的另一個電極層與該另一個集電板為同極的方式，使該另一個集電板與該複數個電極片接觸的工序。
6. 如請求項5所述之固態電池單元的製造方法，其進一步包含： 將該電解質層、配置於該電解質層的一面的正極層及配置於該電解質層的另一面的負極層加壓成型，從而得到該電極片的工序。
7. 一種固態電池堆的製造方法，其為請求項3所述之固態電池堆的製造方法，其包含： 準備一個該固態電池單元的工序； 將該絕緣構件配置於一個該固態電池單元的一面的工序； 以在同一平面上互不重疊的方式，將該複數個電極片配置於一個該固態電池單元的一面的工序，其中，以使該電極片的正極層及負極層中的任意一個電極層與形成一個該固態電池單元的一面的該正極集電板及該負極集電板中的任意一個集電板為同極的方式，使該複數個電極片與一個該固態電池單元接觸的工序；及 將另一個該固態電池單元進一步配置在該複數個電極片上的工序，其中，以使形成另一個該固態電池單元的另一面的該正極集電板及該負極集電板中的任意一個集電板與該電極片的另一個電極層為同極的方式，使另一個該固態電池單元與該複數個電極片接觸的工序。
8. 如請求項7所述之固態電池堆的製造方法，其進一步包含： 將該電解質層、配置於該電解質層的一面的正極層及配置於該電解質層的另一面的負極層加壓成型，從而得到該電極片的工序。