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公開番号2021068713
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2021015848
出願日20210203
発明の名称電池
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/0587 20100101AFI20210402BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】従来技術においては、高いエネルギー密度の電池が望まれる。
【解決手段】第1部分と、第2部分と、を備え、前記第1部分は、第1の正極層と、第1の負極層と、前記第1の正極層と前記第1の負極層との間に位置する第1の固体電解質層と、を含み、前記第2部分は、第2の正極層と、第2の負極層と、前記第2の正極層と前記第2の負極層との間に位置する第2の固体電解質層と、を含み、前記第1部分と前記第2部分とは、互いに、接しており、前記第2部分は、前記第1部分よりも鋭く曲げられた状態で、配置されており、Cp1<Cp2、かつ、Ce1<Ce2、かつ、Cn1<Cn2、を満たす、電池。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1部分と、第2部分と、を含む第1層と、
第4部分と、第5部分と、を含む第2層と、
集電体層と、
を備え、
前記第1部分は、第1の正極層と、第1の負極層と、前記第1の正極層と前記第1の負極層との間に位置する第1の固体電解質層と、を含み、
前記第2部分は、第2の正極層と、第2の負極層と、前記第2の正極層と前記第2の負極層との間に位置する第2の固体電解質層と、を含み、
前記第1部分と前記第2部分とは、互いに、接しており、
前記第2部分は、前記第1部分よりも鋭く曲げられた状態で、配置されており、
前記第1の正極層における結着剤の濃度をC
p1
とし、前記第2の正極層における結着剤の濃度をC
p2
とし、前記第1の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e1
とし、前記第2の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e2
とし、前記第1の負極層における結着剤の濃度をC
n1
とし、前記第2の負極層における結着剤の濃度をC
n2
とすると、

p1
<C
p2
、C
e1
<C
e2
、C
n1
<C
n2
、のうちの少なくとも1つを満たし、
前記第4部分は、第4の正極層と、第4の負極層と、前記第4の正極層と前記第4の負極層との間に位置する第4の固体電解質層と、を含み、
前記第5部分は、第5の正極層と、第5の負極層と、前記第5の正極層と前記第5の負極層との間に位置する第5の固体電解質層と、を含み、
前記第4部分と前記第5部分とは、互いに、接しており、
前記第5部分は、前記第4部分よりも鋭く曲げられた状態で、配置されており、
前記第4の正極層における結着剤の濃度をC
p4
とし、前記第5の正極層における結着剤の濃度をC
p5
とし、前記第4の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e4
とし、前記第5の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e5
とし、前記第4の負極層における結着剤の濃度をC
n4
とし、前記第5の負極層における結着剤の濃度をC
n5
とすると、

p4
<C
p5
、C
e4
<C
e5
、C
n4
<C
n5
、のうちの少なくとも1つを満たし、
前記第1層と前記第2層と前記集電体層とは、積層され、
前記集電体層の一方の側は、前記第1の負極層と前記第2の負極層とに、接しており、
前記集電体層のもう一方の側は、前記第4の正極層と前記第5の正極層とに、接しており、
前記第2部分と前記集電体層と前記第5部分とは、互いに同じ方向に曲げられた状態で、配置されている、
電池。
続きを表示(約 3,300 文字)【請求項2】

p1
<C
p2
、かつ、C
e1
<C
e2
、かつ、C
n1
<C
n2
、を満たす、
請求項1に記載の電池。
【請求項3】

p4
<C
p5
、かつ、C
e4
<C
e5
、かつ、C
n4
<C
n5
、を満たす、
請求項2に記載の電池。
【請求項4】
前記第2部分と前記集電体層と前記第5部分とは、前記第4部分が位置する側に曲げられた状態で、配置されており、
前記積層の長手方向における前記第5部分の幅は、前記第2部分の幅よりも、小さい、
請求項1から3のいずれか1項に記載の電池。
【請求項5】
前記第2部分と前記集電体層と前記第5部分とは、前記第1部分が位置する側に曲げられた状態で、配置されており、
前記積層の長手方向における前記第2部分の幅は、前記第5部分の幅よりも、小さい、
請求項1から3のいずれか1項に記載の電池。
【請求項6】
前記第1層は、第3部分を含み、
前記第3部分は、第3の正極層と、第3の負極層と、前記第3の正極層と前記第3の負極層との間に位置する第3の固体電解質層と、を含み、
前記第1部分と前記第3部分とは、互いに、接しており、
前記第3部分は、前記第1部分よりも鋭く曲げられた状態で、配置されており、
前記第3の正極層における結着剤の濃度をC
p3
とし、前記第3の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e3
とし、前記第3の負極層における結着剤の濃度をC
n3
とすると、

p1
<C
p3
、C
e1
<C
e3
、C
n1
<C
n3
、のうちの少なくとも1つを満たし、
前記第2層は、第6部分を含み、
前記第6部分は、第6の正極層と、第6の負極層と、前記第6の正極層と前記第6の負極層との間に位置する第6の固体電解質層と、を含み、
前記第4部分と前記第6部分とは、互いに、接しており、
前記第6部分は、前記第4部分よりも鋭く曲げられた状態で、配置されており、
前記第6の正極層における結着剤の濃度をC
p6
とし、前記第6の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e6
とし、前記第6の負極層における結着剤の濃度をC
n6
とすると、

p4
<C
p6
、C
e4
<C
e6
、C
n4
<C
n6
、のうちの少なくとも1つを満たし、
前記集電体層の一方の側は、前記第1の負極層と前記第2の負極層と前記第3の負極層とに、接しており、
前記集電体層のもう一方の側は、前記第4の正極層と前記第5の正極層と前記第6の正極層とに、接しており、
前記第3部分と前記集電体層と前記第6部分とは、互いに同じ方向に曲げられた状態で、配置されている、
請求項1から5のいずれか1項に記載の電池。
【請求項7】
前記第3部分と前記集電体層と前記第6部分とは、前記第1部分が位置する側に曲げられた状態で、配置されており、
前記積層の長手方向における前記第3部分の幅は、前記第6部分の幅よりも、小さい、
請求項6に記載の電池。
【請求項8】
前記第3部分と前記集電体層と前記第6部分とは、前記第4部分が位置する側に曲げられた状態で、配置されており、
前記積層の長手方向における前記第6部分の幅は、前記第3部分の幅よりも、小さい、
請求項6に記載の電池。
【請求項9】

p2
>C
n2
、を満たす、
請求項1から8のいずれか1項に記載の電池。
【請求項10】
前記第1の正極層の厚みをD
p1
とし、
前記第2の正極層の厚みをD
p2
とすると、

p1
>D
p2
、を満たす、
請求項1から9のいずれか1項に記載の電池。
【請求項11】
前記第1の負極層の厚みをD
n1
とし、
前記第2の負極層の厚みをD
n2
とすると、

n1
>D
n2
、を満たす、
請求項1から10のいずれか1項に記載の電池。
【請求項12】
前記第2の正極層の厚みをD
p2
とし、
前記第2の負極層の厚みをD
n2
とすると、

p2
<D
n2
、を満たす、
請求項1から11のいずれか1項に記載の電池。
【請求項13】
第3部分を備え、
前記第3部分は、第3の正極層と、第3の負極層と、前記第3の正極層と前記第3の負極層との間に位置する第3の固体電解質層と、を含み、
前記第1部分と前記第3部分とは、互いに、接しており、
前記第3部分は、前記第1部分よりも鋭く曲げられた状態で、配置されており、
前記第3の正極層における結着剤の濃度をC
p3
とし、前記第3の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e3
とし、前記第3の負極層における結着剤の濃度をC
n3
とすると、

p1
<C
p3
、C
e1
<C
e3
、C
n1
<C
n3
、のうちの少なくとも1つを満たす、
請求項1から5のいずれか1項に記載の電池。
【請求項14】

p1
<C
p3
、かつ、C
e1
<C
e3
、かつ、C
n1
<C
n3
、を満たす、
請求項13に記載の電池。
【請求項15】

p3
>C
n3
、を満たす、
請求項13または14に記載の電池。
【請求項16】
前記第1の正極層の厚みをD
p1
とし、
前記第3の正極層の厚みをD
p3
とすると、

p1
>D
p3
、を満たす、
請求項13から15のいずれか1項に記載の電池。
【請求項17】
前記第1の負極層の厚みをD
n1
とし、
前記第3の負極層の厚みをD
n3
とすると、

n1
>D
n3
、を満たす、
請求項13から16のいずれか1項に記載の電池。
【請求項18】
前記第3の正極層の厚みをD
p3
とし、
前記第3の負極層の厚みをD
n3
とすると、

p3
<D
n3
、を満たす、
請求項13から17のいずれか1項に記載の電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、電池に関する。
続きを表示(約 4,400 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、正極とセパレーターと負極とからなる積層体の曲折部分について、正極板および負極板に未塗工部を設け、かつ、未塗工部を絶縁テープで覆う構成のリチウム二次電池が、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2002−093404号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来技術においては、高いエネルギー密度の電池が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一様態における電池は、第1部分と、第2部分と、を備え、前記第1部分は、第1の正極層と、第1の負極層と、前記第1の正極層と前記第1の負極層との間に位置する第1の固体電解質層と、を含み、前記第2部分は、第2の正極層と、第2の負極層と、前記第2の正極層と前記第2の負極層との間に位置する第2の固体電解質層と、を含み、前記第1部分と前記第2部分とは、互いに、接しており、前記第2部分は、前記第1部分よりも鋭く曲げられた状態で、配置されており、前記第1の正極層における結着剤の濃度をC
p1
とし、前記第2の正極層における結着剤の濃度をC
p2
とし、前記第1の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e1
とし、前記第2の固体電解質層における結着剤の濃度をC
e2
とし、前記第1の負極層における結着剤の濃度をC
n1
とし、前記第2の負極層における結着剤の濃度をC
n2
とすると、C
p1
<C
p2
、かつ、C
e1
<C
e2
、かつ、C
n1
<C
n2
、を満たす。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、高いエネルギー密度の電池を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1は、実施の形態1における電池1000の概略構成を示す断面図である。
図2は、実施の形態1における変形例の電池1100の概略構成を示す断面図である。
図3は、実施の形態1における変形例の電池1200の概略構成を示す断面図である。
図4は、実施の形態1における変形例の電池1300の概略構成を示す断面図である。
図5は、実施の形態1における変形例の電池1400の概略構成を示す断面図である。
図6は、実施の形態2における電池2000の概略構成を示す断面図である。
図7は、実施の形態2における変形例の電池2100の概略構成を示す断面図である。
図8は、実施の形態2における変形例の電池2200の概略構成を示す断面図である。
図9は、実施の形態2における変形例の電池2300の概略構成を示す断面図である。
図10は、実施の形態2における変形例の電池2400の概略構成を示す断面図である。
図11は、実施の形態2における変形例の電池2500の概略構成を示す断面図である。
図12は、実施の形態2における変形例の電池2600の概略構成を示す断面図である。
図13は、負極NEの製造方法を説明するための図である。
図14は、正極PEの製造方法を説明するための図である。
図15は、電池の製造方法を説明するための図である。
図16は、電池の概略構成を示す断面図である。
図17は、実施の形態3における電池3000の概略構成を示す断面図である。
図18は、実施の形態3における変形例の電池3100の概略構成を示す断面図である。
図19は、実施の形態4における電池4000の概略構成を示す断面図である。
図20は、実施の形態4における変形例の電池4100の概略構成を示す断面図である。
図21は、実施の形態4における変形例の電池4200の概略構成を示す断面図である。
図22は、実施の形態5における電池5000の概略構成を示す断面図である。
図23は、実施の形態5における変形例の電池5100の概略構成を示す断面図である。
図24は、実施の形態5における変形例の電池5200の概略構成を示す断面図である。
図25は、実施の形態5における変形例の電池5300の概略構成を示す断面図である。
図26は、実施の形態5における変形例の電池5400の概略構成を示す断面図である。
図27は、実施の形態5における変形例の電池5500の概略構成を示す断面図である。
図28は、バイポーラ電極の正極側部分Ppの製造方法を説明するための図である。
図29は、バイポーラ電極BU1の製造方法を説明するための図である。
図30は、電池の製造方法を説明するための図である。
図31は、工程B8により作製された電池の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、実施の形態が、図面を参照しながら、説明される。
【0009】
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における電池1000の概略構成を示す断面図である。
【0010】
実施の形態1における電池1000は、第1部分101と、第2部分102と、を備え
る。
【0011】
第1部分101は、第1の正極層PA11と、第1の負極層NA11と、第1の固体電解質層SE11と、を含む。
【0012】
第1の固体電解質層SE11は、第1の正極層PA11と第1の負極層NA11との間に位置する。
【0013】
第2部分102は、第2の正極層PA12と、第2の負極層NA12と、第2の固体電解質層SE12と、を含む。
【0014】
第2の固体電解質層SE12は、第2の正極層PA12と第2の負極層NA12との間に位置する。
【0015】
第1部分101と第2部分102とは、互いに、接している。
【0016】
第2部分102は、第1部分101よりも鋭く曲げられた状態で、配置されている。
【0017】
ここで、第1の正極層PA11における結着剤の濃度(wt%)をC
p1
とする。また、第2の正極層PA12における結着剤の濃度(wt%)をC
p2
とする。また、第1の固体電解質層SE11における結着剤の濃度(wt%)をC
e1
とする。また、第2の固体電解質層SE12における結着剤の濃度(wt%)をC
e2
とする。第1の負極層NA11における結着剤の濃度(wt%)をC
n1
とする。第2の負極層NA12における結着剤の濃度(wt%)をC
n2
とする。
【0018】
このとき、実施の形態1における電池1000においては、C
p1
<C
p2
、C
e1
<C
e2
、C
n1
<C
n2
、のうちの少なくとも1つを満たす。
【0019】
以上の構成によれば、高いエネルギー密度の電池を実現できる。
【0020】
例えば、無機固体電解質を用いた電池では、粒子同士の結着性または粒子と集電体との結着性を高める目的で、結着剤が用いられる。
【0021】
例えば、正極合剤層(正極層)は、正極活物質と、無機固体電解質と、結着剤とを含みうる。また、無機固体電解質層は、無機固体電解質と、結着剤とを含みうる。また、負極合剤層(負極層)は、負極活物質と、無機固体電解質と、結着剤とを含みうる。
【0022】
このように、結着剤を含むことで、電池の捲回または折り曲げに伴う屈曲部の形成により生じる歪みまたは内部応力などを原因とする、粒子同士の接触点の分断または粒子と集電体との接触点の分断を抑制できる。この結果、電池のエネルギー密度を高めることができる。
【0023】
一方で、結着剤は、リチウムイオン、および電子を伝導しない絶縁性の物質である。このため、正極合剤層、無機固体電解質層、負極合剤層に含まれる結着剤の濃度が大きくなるほど、電池の充放電特性が低下し、エネルギー密度が低下する。
【0024】
また、液体電解質を用いた電池では、例えば、正極合剤層に含まれる正極活物質と、結着剤との間に生じる小さな空隙に、液体電解質が容易に含浸する。これにより、良好な活物質/電解質界面が形成される。
【0025】
一方で、例えば、無機固体電解質を用いた電池では、そのような小さな空隙に無機固体電解質が含浸することが困難である。このため、良好な活物質/電解質界面を形成できず、充放電特性が低下する。
【0026】
これに対して、実施の形態1の構成であれば、歪または内部応力が加わる電池の第2部分(例えば、屈曲部)においては結着剤の濃度が、大きい。一方で、第1部分(例えば、直線部)においては、結着剤の濃度が、小さい。
【0027】
このため、実施の形態1の構成であれば、第2部分(例えば、屈曲部)においては歪みまたは内部応力に起因するエネルギー密度低下を抑制しながら、第1部分(例えば、直線部)においては結着剤に起因するエネルギー密度低下を抑制できる。
【0028】
この結果、直線部と屈曲部の両方の結着剤濃度が一様に大きい構成と比較して、より高いエネルギー密度の電池を実現できる。
【0029】
また、特許文献1に開示されるような、屈曲部に合剤層を設けない構成では、歪みまたは応力が発生することは無い。一方で、未塗工部(つまり、合剤層が無い屈曲部)では、発電がなされない。このため、電池のエネルギー密度が、低下する。
【0030】
これに対して、実施の形態1の構成であれば、第2部分(例えば、屈曲部)にも、正極層、負極層、固体電解質層が、設けられる。
(【0031】以降は省略されています)

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