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JP7822187B2 - Battery cell - Google Patents
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JP7822187B2 - Battery cell - Google Patents

Battery cell

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Description

本発明は、電池セルに関する。 The present invention relates to a battery cell.

特許文献1には、正極層と負極層との間に固体電解質層が配置されるとともにこれら電極層の外面にそれぞれ集電体が配置された全固体二次電池が開示されている。特許文献1に記載された全固体二次電池では、正極層の外側面が層厚方向に対して傾斜しており、この傾斜した外側面を固体電解質層が覆っている。 Patent Document 1 discloses an all-solid-state secondary battery in which a solid electrolyte layer is disposed between a positive electrode layer and a negative electrode layer, and current collectors are disposed on the outer surfaces of these electrode layers. In the all-solid-state secondary battery described in Patent Document 1, the outer surface of the positive electrode layer is inclined relative to the layer thickness direction, and this inclined outer surface is covered with a solid electrolyte layer.

特開2013-182842号公報JP 2013-182842 A

特許文献1に記載されたような全固体二次電池では、充放電に伴って正極層が膨張収縮する。正極層が膨張収縮すると、それに伴って固体電解質層が変形する。このようにして、固体電解質層が変形すると、正極層のエッジに対向する固体電解質層の角部に応力が集中して、固体電解質層にクラックが発生するおそれがある。このようなクラックの発生は、二次電池の信頼性を損なうおそれがある。 In all-solid-state secondary batteries such as those described in Patent Document 1, the positive electrode layer expands and contracts during charging and discharging. This expansion and contraction of the positive electrode layer causes the solid electrolyte layer to deform. When the solid electrolyte layer deforms in this way, stress concentrates at the corners of the solid electrolyte layer that face the edges of the positive electrode layer, potentially causing cracks to form in the solid electrolyte layer. Such cracks could impair the reliability of the secondary battery.

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、充放電時に固体電解質層における応力集中を抑制して、クラックの発生を防止することを目的とする。 The present invention was developed in consideration of these technical challenges, and aims to suppress stress concentration in the solid electrolyte layer during charge and discharge, thereby preventing the occurrence of cracks.

本発明のある態様では、電池セルは、正極集電体と、固体電解質層と、負極集電体と、が積層されて構成される。また、電池セルは、正極集電体と平板状の固体電解質層との間に設けられ、固体電解質層と対向する面の外縁において外方に向かうにつれ正極集電体に向かって傾斜する傾斜面を有する正極層と、正極層の外周を囲むとともに、傾斜面と接触するようにして正極集電体と固体電解質層との間に設けられ、固体電解質層よりもヤング率の低いイオン伝導体層と、を備える。 In one embodiment of the present invention, a battery cell is formed by stacking a positive electrode current collector, a solid electrolyte layer, and a negative electrode current collector. The battery cell also includes: a positive electrode layer disposed between the positive electrode current collector and the flat solid electrolyte layer, the positive electrode layer having an inclined surface that slopes outward toward the positive electrode current collector at the outer edge of the flat surface facing the solid electrolyte layer; and an ion conductor layer disposed between the positive electrode current collector and the solid electrolyte layer so as to surround the outer periphery of the positive electrode layer and be in contact with the inclined surface, the ion conductor layer having a Young's modulus lower than that of the solid electrolyte layer.

この態様によれば、充放電時に固体電解質層における応力集中を抑制して、クラックの発生を防止することができる。 This aspect reduces stress concentration in the solid electrolyte layer during charge and discharge, preventing cracks from occurring.

図1は、本発明の実施形態に係る電池セルの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a battery cell according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施形態に係る電池セルの膨張時の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery cell according to an embodiment of the present invention when expanded. 図3は、比較例に係る電池セルの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a battery cell according to a comparative example. 図4は、比較例に係る電池セルの膨張時の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a battery cell according to a comparative example when it is expanded. 図5は、変形例に係る電池セルの構造断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the structure of a battery cell according to a modified example. 図6は、変形例に係る電池セルの構造断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the structure of a battery cell according to a modified example.

図1及び図2を参照して、本発明の実施形態に係る全固体電池に用いられる電池セル1について説明する。図1及び図2は、電池セル1の断面図である。 A battery cell 1 used in an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 and 2. Figures 1 and 2 are cross-sectional views of the battery cell 1.

全固体電池は、複数回充放電が可能な二次電池である。全固体電池は、電池セル1が複数積層されて構成される(図示せず)。 An all-solid-state battery is a secondary battery that can be charged and discharged multiple times. An all-solid-state battery is composed of multiple stacked battery cells 1 (not shown).

電池セル1は、例えば、平面視で略矩形形状に形成される。図1及び図2に示すように、電池セル1は、正極集電体2と、正極層3と、固体電解質層4と、負極集電体5と、が積層されて構成される。 The battery cell 1 is formed, for example, into a substantially rectangular shape in plan view. As shown in Figures 1 and 2, the battery cell 1 is composed of a positive electrode current collector 2, a positive electrode layer 3, a solid electrolyte layer 4, and a negative electrode current collector 5 stacked together.

正極集電体2及び負極集電体5は、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、または銅などの金属材料によって、矩形の薄板状に形成される。正極集電体2及び負極集電体5は、それぞれ、外縁を形成する一辺から延出する引き出し電極(図示せず)を有している。 The positive electrode current collector 2 and the negative electrode current collector 5 are formed in the shape of a rectangular thin plate from a metal material such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, or copper. The positive electrode current collector 2 and the negative electrode current collector 5 each have an extraction electrode (not shown) extending from one side that forms the outer edge.

正極層3は、正極集電体2の両主面(図1及び図2では、片面のみを示している。)に接するようにして、正極集電体2と固体電解質層4との間に設けられる。正極層3は、正極活物質として、酸化還元反応を利用して充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵することができる物質を含んで構成される。正極活物質の材質としては、例えば、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni-Mn-Co)O2及びこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム-遷移金属複合酸化物、リチウム-遷移金属リン酸化合物、リチウム-遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。 The positive electrode layer 3 is provided between the positive electrode collector 2 and the solid electrolyte layer 4, contacting both main surfaces of the positive electrode collector 2 (only one surface is shown in Figures 1 and 2). The positive electrode layer 3 contains, as a positive electrode active material, a substance that utilizes an oxidation-reduction reaction to release lithium ions during charging and absorb lithium ions during discharging. Examples of materials for the positive electrode active material include lithium-transition metal composite oxides such as LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, and Li(Ni-Mn-Co)O2, as well as those in which part of the transition metal is replaced with another element, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds.

図1及び図2に示すように、正極層3の固体電解質層4と対向する平面3aの外縁には、外方に向かうにつれ正極集電体2に向かって傾斜する傾斜面3bが設けられる。傾斜面3bは、正極層3の全周にわたって設けられる。傾斜面3bは、傾斜面3bと正極層3の正極集電体2と接触する主面とがなす角度θ(図1参照)が10°以上90°未満の範囲になるように形成される。角度θが10度未満であると、傾斜面3bの領域が大きくなり、電池の性能が低下する。一方、角度θが90°である場合には、電池セル1の製造時に、正極層3と後述するイオン伝導体層6の間に隙間が生じてしまうおそれがある。このため、角度θ(図1参照)を10°以上90°未満の範囲としている。なお、以下では、正極層3における平面3aを構成する部位を平面部3A、正極層3における傾斜面3bを構成する部位を傾斜部3Bという。 As shown in Figures 1 and 2, the outer edge of the flat surface 3a of the positive electrode layer 3 facing the solid electrolyte layer 4 is provided with an inclined surface 3b that slopes outward toward the positive electrode current collector 2. The inclined surface 3b is provided around the entire circumference of the positive electrode layer 3. The inclined surface 3b is formed so that the angle θ (see Figure 1) between the inclined surface 3b and the main surface of the positive electrode layer 3 that contacts the positive electrode current collector 2 is in the range of 10° to 90°. If the angle θ is less than 10°, the area of the inclined surface 3b becomes large, resulting in reduced battery performance. On the other hand, if the angle θ is 90°, a gap may form between the positive electrode layer 3 and the ion conductor layer 6 (described later) during battery cell 1 manufacturing. For this reason, the angle θ (see Figure 1) is set to be in the range of 10° to 90°. Hereinafter, the portion of the positive electrode layer 3 that constitutes the flat surface 3a is referred to as the flat portion 3A, and the portion of the positive electrode layer 3 that constitutes the inclined surface 3b is referred to as the inclined portion 3B.

固体電解質層4は、固体電解質を主成分として含有し、正極層3と負極集電体5との間に介在する層である。固体電解質の材料としては、例えば、硫化物固体電解質や酸化物固体電解質が挙げられるが、硫化物固体電解質であることが好ましい。硫化物固体電解質としては、例えば、LPS系(例えばアルジロダイト(LiPSCl))、LGPS系(例えばLi10GeP12)の材料が採用される。 The solid electrolyte layer 4 contains a solid electrolyte as a main component and is a layer interposed between the positive electrode layer 3 and the negative electrode current collector 5. Examples of the solid electrolyte material include sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes, with sulfide solid electrolytes being preferred. Examples of sulfide solid electrolytes that can be used include LPS-based materials (e.g., argyrodite (Li 6 PS 5 Cl)) and LGPS-based materials (e.g., Li 10 GeP 2 S 12 ).

電池セル1は、傾斜面3bを覆うように形成されたイオン伝導体層6をさらに備える。イオン伝導体層6は、正極層3の外周を囲むとともに、傾斜面3bと接触するようにして、正極集電体2と固体電解質層4との間に設けられる。イオン伝導体層6は、製造時(完全放電時)には、固体電解質層4と対向する面が正極層3の平面3aと面一(図1に示す状態)になるように形成される。これにより、固体電解質層4を平板状に形成することができる。 The battery cell 1 further includes an ion conductor layer 6 formed to cover the inclined surface 3b. The ion conductor layer 6 is provided between the positive electrode current collector 2 and the solid electrolyte layer 4, surrounding the outer periphery of the positive electrode layer 3 and contacting the inclined surface 3b. The ion conductor layer 6 is formed so that, during manufacturing (fully discharged), the surface facing the solid electrolyte layer 4 is flush with the flat surface 3a of the positive electrode layer 3 (as shown in Figure 1). This allows the solid electrolyte layer 4 to be formed in a flat plate shape.

イオン伝導体層6は、例えば、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)やPET(ポリエチレンテレフタレート)などの絶縁性ポリマーと固体電解質層4に用いられる固体電解質との混合物によって形成される。これにより、イオン伝導体層6は、リチウムイオンの移動を許容する。 The ion conductor layer 6 is formed from a mixture of an insulating polymer, such as PVDF (polyvinylidene fluoride) or PET (polyethylene terephthalate), and the solid electrolyte used in the solid electrolyte layer 4. This allows the ion conductor layer 6 to allow the movement of lithium ions.

また、イオン伝導体層6は、固体電解質層4よりヤング率が小さくなるように形成される。イオン伝導体層6のイオン伝導率は、好ましくは、固体電解質層4のイオン伝導率の1/30以下になるように形成される。 The ion conductor layer 6 is also formed so that its Young's modulus is smaller than that of the solid electrolyte layer 4. The ion conductivity of the ion conductor layer 6 is preferably formed so that it is 1/30 or less of the ion conductivity of the solid electrolyte layer 4.

このように構成された電池セル1の効果について説明する。まず、図3及び図4を参照して比較例について説明する。図3は、比較例に係る電池セル10の断面図(完全放電時)である。図4は、比較例に係る電池セル10の膨張時の断面図である。 The effects of the battery cell 1 configured in this manner will be described. First, a comparative example will be described with reference to Figures 3 and 4. Figure 3 is a cross-sectional view of a battery cell 10 according to the comparative example (when fully discharged). Figure 4 is a cross-sectional view of a battery cell 10 according to the comparative example when expanded.

図3及び図4に示すように、比較例における電池セル10は、本実施形態の電池セル1における固体電解質層4とイオン伝導体層6が設けられる領域に固体電解質層14が設けられている点で、電池セル1と相違している。 As shown in Figures 3 and 4, the battery cell 10 in the comparative example differs from the battery cell 1 in that a solid electrolyte layer 14 is provided in the region where the solid electrolyte layer 4 and ion conductor layer 6 in the battery cell 1 of this embodiment are provided.

電池セル10では、充放電に伴って、正極層3が厚さ方向(図面の上下方向)に膨張収縮する。このとき、正極層3の平面部3A及び傾斜部3Bの膨張収縮に伴う厚さ方向の変化量は、その厚さに応じて異なる。具体的には、図4に示すように、正極層3における傾斜部3Bは、先端側に向かうほど厚さが薄くなるので、先端側に向かうほど変形量は小さくなる。このため、正極層3の膨張収縮によって生じる固体電解質層4に作用する応力は、正極層3における傾斜部3Bの先端側に向かうにつれて小さくなる。 In the battery cell 10, the positive electrode layer 3 expands and contracts in the thickness direction (the vertical direction in the drawing) as the battery cell 10 is charged and discharged. The amount of change in the thickness direction associated with the expansion and contraction of the flat portion 3A and the inclined portion 3B of the positive electrode layer 3 varies depending on their thickness. Specifically, as shown in FIG. 4, the thickness of the inclined portion 3B of the positive electrode layer 3 becomes thinner toward the tip, and therefore the amount of deformation decreases toward the tip. Therefore, the stress acting on the solid electrolyte layer 4 due to the expansion and contraction of the positive electrode layer 3 decreases toward the tip of the inclined portion 3B of the positive electrode layer 3.

また、電池セル10では、固体電解質層14は、正極層3の平面3aから傾斜面3bを連続的に覆うように形成されているため、固体電解質層14における正極層3の平面3aと傾斜面3bとが交わる部分(以下では、「角部3c」という。)と対向する位置には、角部14aが存在する。 In addition, in the battery cell 10, the solid electrolyte layer 14 is formed so as to continuously cover the flat surface 3a and the inclined surface 3b of the positive electrode layer 3, so that a corner 14a exists at a position in the solid electrolyte layer 14 opposite the portion where the flat surface 3a and the inclined surface 3b of the positive electrode layer 3 intersect (hereinafter referred to as the "corner 3c").

正極層3の膨張収縮に伴ってした固体電解質層14が変形した際には、角部14aに応力が集中するため、固体電解質層14の線で囲んだ領域Aにクラックが発生することがある。固体電解質層14にクラックが発生すると、例えば、クラックが発生した部分にリチウムイオンのデンドライトが形成されてしまうことがある。そして、充放電を繰り返すうちに、クラックが拡大すると、それとともにこのデンドライトが成長して、正極層3と負極集電体5とが短絡してしまうおそれがある。 When the solid electrolyte layer 14 deforms due to the expansion and contraction of the positive electrode layer 3, stress concentrates at the corners 14a, which can cause cracks to form in the area A enclosed by the line in the solid electrolyte layer 14. If a crack occurs in the solid electrolyte layer 14, for example, lithium ion dendrites may form in the cracked area. As the charge and discharge cycles are repeated, the cracks expand, and the dendrites grow, potentially causing a short circuit between the positive electrode layer 3 and the negative electrode current collector 5.

そこで、本実施形態の電池セル1では、固体電解質層4におけるクラックの発生を抑制するために、正極層3の傾斜面3bを固体電解質層4で覆うことに換えて、イオン伝導体層6によって覆っている。このような構成とすることにより、図1に示すように、固体電解質層4を平板状に形成する、言い換えると、固体電解質層4に応力が集中しやすい角部を無くすことができる。これにより、図2に示すように、電池セル1の充放電に伴って正極層3が膨張収縮しても、固体電解質層4における応力集中を抑制することができるので、固体電解質層4にクラックが発生することを抑制できる。この結果、電池セル1の信頼性を向上させることができる。 Therefore, in the battery cell 1 of this embodiment, in order to suppress the occurrence of cracks in the solid electrolyte layer 4, the inclined surface 3b of the positive electrode layer 3 is covered with an ion conductor layer 6 instead of being covered with the solid electrolyte layer 4. With this configuration, the solid electrolyte layer 4 is formed into a flat plate, as shown in FIG. 1; in other words, corners at which stress is likely to concentrate in the solid electrolyte layer 4 are eliminated. As a result, even if the positive electrode layer 3 expands and contracts as the battery cell 1 is charged and discharged, as shown in FIG. 2, stress concentration in the solid electrolyte layer 4 can be suppressed, thereby suppressing the occurrence of cracks in the solid electrolyte layer 4. As a result, the reliability of the battery cell 1 can be improved.

さらに、上述のように、イオン伝導体層6のヤング率を固体電解質層4よりもヤング率の低くすることで、正極層3が膨張収縮した際、傾斜部3Bから固体電解質層4に作用する応力を吸収させることができる。 Furthermore, as described above, by making the Young's modulus of the ion conductor layer 6 lower than that of the solid electrolyte layer 4, it is possible to absorb the stress acting on the solid electrolyte layer 4 from the inclined portion 3B when the positive electrode layer 3 expands and contracts.

また、本実施形態の電池セル1では、上述のように、イオン伝導体層6のイオン伝導率は、固体電解質層4のイオン伝導率より小さくなっている。正極層3の傾斜部3Bは、平面部3Aに比べ厚さが薄いので、リチウムイオンの吸蔵、放出量が少なくなる。このため、イオン伝導体層6のイオン伝導率を固体電解質層4のイオン伝導率より小さくすることにより、厚さの薄い傾斜部3Bにおけるリチウムイオンの移動をイオン伝導体層6によって抑制する。より具体的には、正極層3の厚さが薄くなるほどイオン伝導体層6を厚くすることで、正極層3の厚さが薄くなるほどリチウムイオンの移動量を小さくする。これにより、正極層3の傾斜部3Bにおけるリチウムイオンの授受量を均一化することができる。この結果、充放電によって正極層3が劣化することを抑制できる。 Furthermore, in the battery cell 1 of this embodiment, as described above, the ionic conductivity of the ion conductor layer 6 is lower than that of the solid electrolyte layer 4. The inclined portion 3B of the positive electrode layer 3 is thinner than the flat portion 3A, resulting in a smaller amount of lithium ions being absorbed and released. Therefore, by making the ionic conductivity of the ion conductor layer 6 lower than that of the solid electrolyte layer 4, the movement of lithium ions in the thinner inclined portion 3B is suppressed by the ion conductor layer 6. More specifically, by making the ion conductor layer 6 thicker as the thickness of the positive electrode layer 3 becomes thinner, the amount of lithium ion movement decreases as the thickness of the positive electrode layer 3 becomes thinner. This makes it possible to uniformize the amount of lithium ions exchanged in the inclined portion 3B of the positive electrode layer 3. As a result, deterioration of the positive electrode layer 3 due to charging and discharging can be suppressed.

ここで、図5及び図6を参照して、本実施形態の電池セル1の変形例について説明する。まず、図5に示す変形例について説明する。 Now, with reference to Figures 5 and 6, we will explain modified examples of the battery cell 1 of this embodiment. First, we will explain the modified example shown in Figure 5.

図5に示す変形例では、電池セル1は、正極層3の傾斜面3bの外側に設けられ、正極層3の外周を覆う枠体7をさらに備える。枠体7は、四角形の枠体であり、例えば、イオン伝導率の低いPVDF(ポリビニリデンフルオライド)やPET(ポリエチレンテレフタレート)などの絶縁性ポリマーや、このポリマーと絶縁性の粒子の混合物などによって構成される。 In the modified example shown in Figure 5, the battery cell 1 further includes a frame 7 that is provided on the outside of the inclined surface 3b of the positive electrode layer 3 and covers the outer periphery of the positive electrode layer 3. The frame 7 is a rectangular frame and is made, for example, of an insulating polymer with low ionic conductivity, such as PVDF (polyvinylidene fluoride) or PET (polyethylene terephthalate), or a mixture of such a polymer with insulating particles.

この変形例によれば、正極層3が存在しない領域にイオン伝導率の低い材質によって形成された枠体7を備えているので、リチウムイオンが電気の流れとは関係のない領域で移動することを防止できる。これにより、電池の性能の低下を抑制できる。 In this modified example, a frame 7 made of a material with low ionic conductivity is provided in the area where the positive electrode layer 3 is not present, preventing lithium ions from moving in areas unrelated to the flow of electricity. This helps prevent a decrease in battery performance.

次に、図6に示す変形例について説明する。 Next, we will explain the modified example shown in Figure 6.

図6に示す変形例では、枠体7が、固体電解質層4の外周をさらに覆うように構成されている。図6に示すように、この変形例では、枠体7は、正極集電体2と負極集電体5とに接触するように構成される。 In the modified example shown in Figure 6, the frame 7 is configured to further cover the outer periphery of the solid electrolyte layer 4. As shown in Figure 6, in this modified example, the frame 7 is configured to contact the positive electrode current collector 2 and the negative electrode current collector 5.

この変形例では、図1や図5などに示す電池セル1に比べて、正極層3より外側に位置している固体電解質層4の体積を小さくできる。これにより、固体電解質層4の体積が減った分、電池セル1に係るコストを低減することができる。 In this modified example, the volume of the solid electrolyte layer 4 located outside the positive electrode layer 3 can be reduced compared to the battery cell 1 shown in Figures 1 and 5. This allows for a reduction in the cost of the battery cell 1 by the amount of the reduced volume of the solid electrolyte layer 4.

なお、上記実施形態及び変形例では、電池セル1が負極層を備えていない場合を例に説明したが、本発明は、負極層を備えた電池セルにも適用することができる。この場合には、負極層は、負極集電体5の両主面に配置される。負極層は、例えば、負極活物質として少なくともリチウム金属又はリチウムと合金を形成する物質を含んで構成される。 In the above embodiment and modified example, the battery cell 1 does not include a negative electrode layer. However, the present invention can also be applied to a battery cell that includes a negative electrode layer. In this case, the negative electrode layer is disposed on both main surfaces of the negative electrode current collector 5. The negative electrode layer is configured to include, for example, at least lithium metal or a substance that forms an alloy with lithium as the negative electrode active material.

このような負極層を備えた電池セルにおいても、電池セル1と同様の効果を奏することができる。 A battery cell equipped with such a negative electrode layer can achieve the same effects as battery cell 1.

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。 The configuration, operation, and effects of the embodiment of the present invention configured as described above will now be explained.

電池セル1は、正極集電体2と、固体電解質層4と、負極集電体5と、が積層されて構成される。さらに、電池セル1は、正極集電体2と固体電解質層4との間に設けられ、固体電解質層4と対向する面の外縁が外方に向かうにつれ正極集電体2に向かって傾斜する傾斜面3bを有する正極層3と、正極層3の傾斜面3bを覆い、固体電解質層4よりもヤング率の低いイオン伝導体層6と、を備える。 The battery cell 1 is constructed by stacking a positive electrode current collector 2, a solid electrolyte layer 4, and a negative electrode current collector 5. The battery cell 1 further includes a positive electrode layer 3 disposed between the positive electrode current collector 2 and the solid electrolyte layer 4, the positive electrode layer 3 having an inclined surface 3b whose outer edge facing the solid electrolyte layer 4 slopes outward toward the positive electrode current collector 2, and an ion conductor layer 6 covering the inclined surface 3b of the positive electrode layer 3 and having a lower Young's modulus than the solid electrolyte layer 4.

この構成では、正極層3の傾斜面3bをイオン伝導体層6で覆うようにしているので、固体電解質層4に応力が集中しやすい角部を無くすことができる。さらに、イオン伝導体層6のヤング率を固体電解質層4のヤング率よりも低くしているので、正極層3が膨張収縮した際、傾斜面3bから固体電解質層4に作用する応力を吸収させることができる。これにより、電池セル1の充放電に伴って正極層3が膨張収縮しても、固体電解質層4における応力集中を抑制することができるので、固体電解質層4にクラックが発生することを抑制できる。この結果、電池セル1の信頼性を向上させることができる。 In this configuration, the inclined surface 3b of the positive electrode layer 3 is covered with the ion conductor layer 6, eliminating corners where stress is likely to concentrate in the solid electrolyte layer 4. Furthermore, because the Young's modulus of the ion conductor layer 6 is lower than that of the solid electrolyte layer 4, the stress acting on the solid electrolyte layer 4 from the inclined surface 3b when the positive electrode layer 3 expands and contracts can be absorbed. This prevents stress concentration in the solid electrolyte layer 4, even when the positive electrode layer 3 expands and contracts as the battery cell 1 is charged and discharged, thereby preventing cracks from occurring in the solid electrolyte layer 4. As a result, the reliability of the battery cell 1 can be improved.

電池セル1では、イオン伝導体層6のイオン伝導率は、固体電解質層4のイオン伝導率よりも低い。さらに、電池セル1では、イオン伝導体層6のイオン伝導率は、好ましくは、固体電解質層4のイオン伝導率の1/30以下である。 In the battery cell 1, the ionic conductivity of the ion conductor layer 6 is lower than that of the solid electrolyte layer 4. Furthermore, in the battery cell 1, the ionic conductivity of the ion conductor layer 6 is preferably 1/30 or less of the ionic conductivity of the solid electrolyte layer 4.

この構成では、イオン伝導体層6のイオン伝導率が、固体電解質層4のイオン伝導率より小さくなっているので、イオン伝導体層6におけるリチウムイオンの移動が抑制される。そして、電池セル1では、傾斜部3Bの先端側に向かうにつれ、イオン伝導体層6が厚くなるため、リチウムイオンの移動量が小さくなる。つまり、正極層3が薄くなるにつれ、リチウムイオンの移動量が小さくなる。したがって、この構成によれば、正極層3の傾斜部3Bにおけるリチウムイオンの授受量を均一化することができる。これにより、充放電によって正極層3が劣化することを抑制できる。 In this configuration, the ionic conductivity of the ion conductor layer 6 is lower than that of the solid electrolyte layer 4, thereby suppressing the movement of lithium ions in the ion conductor layer 6. In the battery cell 1, the ion conductor layer 6 becomes thicker toward the tip of the inclined portion 3B, reducing the amount of lithium ion movement. In other words, the thinner the positive electrode layer 3, the smaller the amount of lithium ion movement. Therefore, with this configuration, the amount of lithium ion exchange in the inclined portion 3B of the positive electrode layer 3 can be made uniform. This prevents the positive electrode layer 3 from deteriorating due to charging and discharging.

電池セル1では、イオン伝導体層6は、少なくとも固体電解質層4と同じ成分を含む樹脂材料によって構成される。 In the battery cell 1, the ion conductor layer 6 is made of a resin material containing at least the same components as the solid electrolyte layer 4.

電池セル1は、正極層3の傾斜面3bの外側に設けられ、正極層3の外周を覆う枠体7をさらに備える。 The battery cell 1 further includes a frame 7 that is provided outside the inclined surface 3b of the positive electrode layer 3 and covers the outer periphery of the positive electrode layer 3.

この構成では、正極層3が存在しない領域において、リチウムイオンが移動することを防止できる。 This configuration prevents lithium ions from migrating in areas where the positive electrode layer 3 is not present.

電池セル1では、枠体7は、固体電解質層4の外周をさらに覆う。 In the battery cell 1, the frame 7 further covers the outer periphery of the solid electrolyte layer 4.

この構成では、枠体7を設けた分、固体電解質層4の体積を小さくできる。これにより、電池セル1に係るコストを低減することができる。 In this configuration, the volume of the solid electrolyte layer 4 can be reduced by the amount of the frame 7 provided. This reduces the cost associated with the battery cell 1.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。 The above describes embodiments of the present invention, but these embodiments merely illustrate some of the application examples of the present invention, and are not intended to limit the technical scope of the present invention to the specific configurations of the above embodiments. Furthermore, the above embodiments can be combined as appropriate.

1・・・電池セル、2・・・正極集電体、3・・・正極層、3a・・・平面、3A・・・・平面部、3b・・・傾斜面、3B・・・傾斜部、4・・・固体電解質層、6・・・イオン伝導体層、7・・・枠体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Battery cell, 2... Positive electrode current collector, 3... Positive electrode layer, 3a... Plane, 3A... Flat part, 3b... Inclined surface, 3B... Inclined part, 4... Solid electrolyte layer, 6... Ion conductor layer, 7... Frame.

Claims (6)

正極集電体と、固体電解質層と、負極集電体と、が積層された電池セルであって、
前記正極集電体と平板状の前記固体電解質層との間に設けられ、前記固体電解質層と対向する面の外縁において外方に向かうにつれ前記正極集電体に向かって傾斜する傾斜面を有する正極層と、
前記正極層の外周を囲むとともに、前記傾斜面と接触するようにして前記正極集電体と前記固体電解質層との間に設けられ、前記固体電解質層よりもヤング率の低いイオン伝導体層と、を備えた電池セル。
A battery cell in which a positive electrode current collector, a solid electrolyte layer, and a negative electrode current collector are stacked,
a positive electrode layer provided between the positive electrode current collector and the flat solid electrolyte layer, the positive electrode layer having an inclined surface that inclines toward the positive electrode current collector as it extends outward at an outer edge of a plane facing the solid electrolyte layer;
an ion conductor layer that surrounds the outer periphery of the positive electrode layer and is provided between the positive electrode current collector and the solid electrolyte layer so as to be in contact with the inclined surface, the ion conductor layer having a lower Young's modulus than the solid electrolyte layer.
請求項1に記載された電池セルであって、
前記イオン伝導体層のイオン伝導率は、前記固体電解質層のイオン伝導率よりも低い電池セル。
2. The battery cell according to claim 1,
A battery cell in which the ion conductivity of the ion conductor layer is lower than the ion conductivity of the solid electrolyte layer.
請求項2に記載された電池セルであって、
前記イオン伝導体層のイオン伝導率は、前記固体電解質層のイオン伝導率の1/30以下である電池セル。
3. The battery cell according to claim 2,
A battery cell, wherein the ionic conductivity of the ion conductor layer is 1/30 or less of the ionic conductivity of the solid electrolyte layer.
請求項1から3のいずれか1つに記載された電池セルであって、
前記イオン伝導体層は、少なくとも前記固体電解質層と同じ成分を含む樹脂材料によって構成される電池セル。
4. The battery cell according to claim 1,
The ion conductor layer is made of a resin material containing at least the same components as the solid electrolyte layer.
請求項1から4のいずれか1つに記載された電池セルであって、
前記正極層の前記傾斜面の外側に設けられ、前記正極層の外周を覆う枠体をさらに備えた電池セル。
5. The battery cell according to claim 1,
The battery cell further includes a frame provided outside the inclined surface of the positive electrode layer and covering the outer periphery of the positive electrode layer.
請求項5に記載された電池セルであって、
前記枠体は、前記固体電解質層の外周をさらに覆う電池セル。
6. The battery cell according to claim 5,
The frame further covers the outer periphery of the solid electrolyte layer of the battery cell.
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