JP2018125215A - 蓄電体、蓄電装置および蓄電体の使用可否判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電体の劣化の状態を簡便に確認することができる、蓄電体、蓄電装置および蓄電体の使用可否判定方法を提供する。【解決手段】蓄電体２０は、正極集電体１、正極層２、固体電解質層３、負極層４および負極集電体５を含む全固体電池１０と、全固体電池１０を収納する全固体電池収納容器１１と、を備える蓄電体２０であって、全固体電池収納容器１１に設けられる、全固体電池１０の形状変化を表示する形状変化表示部１２を有する。【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は、蓄電体、蓄電装置および蓄電体の使用可否判定方法に関する。

近年、パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の情報通信関連機器、電気自動車、電力貯蔵用の電源等として、リチウムイオン電池等の蓄電池の需要が増大している。しかしながら、このような蓄電池の多くは、電解質として可燃性の有機溶媒を含む電解液を用いているため、液漏れ、短絡、過充電等を想定した厳重な安全対策が必須となっており、特に、高容量かつ高エネルギー密度の電池については高い安全性の確保が求められる。

一方、全固体電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されていないため、安全性が高いことが知られている。全固体電池では、電解質として酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いているため、電解液系の電池等に比べて発熱や熱暴走により発火、火災等に至る危険が少なく、高エネルギー密度化、長寿命化が可能であるという利点がある。また、全固体電池は単一セルに電極を何層も積層することができるため、多様な電圧への対応や小型化が容易であるといった利点も兼ね備える。そのため、全固体電池は将来的に大きな需要が見込まれており、様々な分野で研究開発が進められている。

しかしながら、充放電に伴う活物質の膨張又は収縮により、正極負極間に隙間（空洞）が発生し、サイクル時の容量劣化や抵抗上昇を引き起こすという問題がある。

このような問題を解決する全固体電池として、例えば、特許文献１には、積層方向に隣り合う蓄電体（例えば、二次電池）の間に弾性体を配置する構成を有する蓄電装置が開示されている。該蓄電装置は、このような構造を有することにより、充放電に伴う蓄電体の膨張および収縮に応じて弾性部材を弾性変形させることができ、蓄電体の膨張および収縮に伴う変位を蓄電装置内で吸収することができる。また、導電性を有する弾性部材を用いることにより、積層方向で隣り合う蓄電体を電気的に接続させておくことができる。

特開２００８−３１１１７３号公報

しかしながら、特許文献１の蓄電装置では、上述した構成を有することにより、正極負極間に生じる隙間に起因する蓄電体の劣化を遅らせることができるものの、蓄電体の劣化の状態は測定装置を用いて判断しなければならず、簡便に確認することができないという問題がある。

本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、蓄電体の劣化の状態を簡便に確認することができる、蓄電体、蓄電装置および蓄電体の使用可否判定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る蓄電体は、正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層および負極集電体を含む全固体電池と、全固体電池を収納する全固体電池収納容器と、を備える蓄電体であって、全固体電池収納容器に設けられる、全固体電池の形状変化を表示する形状変化表示部を有する。

また、上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る蓄電装置は、少なくとも１以上の、上記蓄電体と、蓄電体を収納する蓄電体収納容器と、を備える。

また、上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る蓄電体の使用可否判定方法は、上記蓄電体の使用可否を判定する方法であって、蓄電体の前記形状変化表示部で前記形状変化を確認できる場合、蓄電体が使用不可であると判定する。

本開示により、蓄電体の劣化の状態を簡便に確認することができる、蓄電体、蓄電装置および蓄電体の使用可否判定方法が提供される。

図１Ａは、実施の形態に係る蓄電体の斜視図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩｂ−Ｉｂ線における実施の形態に係る蓄電体の概略断面図である。 図２Ａは、図１Ｂに示す実施の形態に係る蓄電体の概略断面図の一部を拡大した図である。 図２Ｂは、図３Ｂに示す実施の形態に係る蓄電体の概略断面図の一部を拡大した図である。 図３Ａは、全固体電池の劣化に伴う形状変化が生じた場合の、実施の形態に係る蓄電体の一例を示す上面図である。 図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における実施の形態に係る蓄電体の概略断面図である。 図４は、実施の形態に係る蓄電体の他の例を示す概略断面図である。 図５は、実施の形態に係る蓄電装置の一例を示す概略図である。 図６は、実施の形態に係る蓄電体の使用可否判定方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
以下、本実施の形態に係る蓄電体、蓄電装置、および蓄電体の使用可否判定方法について、図面を参照して詳細に説明する。

Ａ．蓄電体
本実施の形態に係る蓄電体２０について、図１Ａ〜図３Ｂを用いて説明する。

図１Ａは、実施の形態に係る蓄電体２０の斜視図である。図１Ｂは、図１ＡのＩｂ−Ｉｂ線における実施の形態に係る蓄電体２０の概略断面図である。また、図２Ａは、図１Ｂに示す実施の形態に係る蓄電体２０の概略断面図の一部を拡大した図である。

図３Ａは、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化が生じた場合の、実施の形態に係る蓄電体２０の一例を示す上面図である。図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における実施の形態に係る蓄電体の概略断面図である。また、図２Ｂは、図３Ｂに示す実施の形態に係る蓄電体の概略断面図の一部を拡大した図である。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本実施の形態に係る蓄電体２０は、正極集電体１、正極層２、固体電解質層３、負極層４および負極集電体５を含む全固体電池１０と、全固体電池１０を収納する全固体電池収納容器１１と、を備える蓄電体２０であって、全固体電池収納容器１１に設けられる、全固体電池１０の形状変化を表示する形状変化表示部１２を有する。

ここで、本実施の形態に係る蓄電体２０は、全固体電池収納容器１１に収納される全固体電池１０が単層電池（つまり、全固体電池１０）であるか積層電池（つまり、複数の全固体電池１０の積層体）であるかの違いにより、以下の２つの態様に分類することができる。

Ａ−１．蓄電体の第一態様
本実施の形態に係る蓄電体２０の第一態様は、全固体電池収納容器１１に収納される全固体電池１０が単層電池であり、全固体電池収納容器１１に設けられる、全固体電池１０の形状変化を表示する形状変化表示部を有する。

以下、本実施の形態に係る蓄電体２０の各構成要素について説明する。

Ａ−１−１．全固体電池収納容器
以下、本実施の形態における全固体電池収納容器１１について説明する。本実施の形態における全固体電池収納容器１１は、全固体電池１０を収納する容器であり、図示はしないが、全固体電池１０の正極端子と導通している正極外部端子、および全固体電池の負極端子と導通している負極外部端子を有する。

また、本実施の形態における全固体電池収納容器１１の形状は、特に限定されることはないが、例えば、円筒状、略球形状、角筒状など種々の形状とすることができ、全固体電池の仕様に応じて適宜選択することができる。

さらに、全固体電池収納容器１１は、充放電に伴う全固体電池１０の膨張および収縮による形状変化に耐えうる剛性を有してもよい。全固体電池収納容器１１がこのような剛性を有することにより、全固体電池収納容器１１の形状の全固体電池１０の形状変化に追従する変化が抑制される。そのため、全固体電池１０に僅かな形状変化が生じた場合であっても、全固体電池収納容器１１と全固体電池１０との間に隙間（空洞）が形成されやすい。これにより、全固体電池１０の劣化を後述の形状変化表示部１２にて精度良く表示することができ、全固体電池１０の劣化による形状変化を目視にて簡便に確認することができる。

全固体電池収納容器１１を構成する材料としては、少なくとも全固体電池１０の膨張および収縮に伴い全固体電池収納容器１１の厚み方向に加わる力に対する剛性を付与するものであればよく、例えば、ＳＵＳ、鉄、ニッケル、チタン、銅等の金属、またはこれらの合金を挙げることができる。

全固体電池収納容器１１は、収納部１１ａおよび蓋部１１ｂから構成されており、収納部１１ａは、側部および底部から構成される。ここで、側部とは、全固体電池１０を構成する各層の積層方向に面した板状の部材であり、底部とは、全固体電池１０の各層の積層方向と垂直に面した板状の部材であり、蓋部１１ｂは、貫通穴１１ｃを有する板状の部材である。貫通穴１１ｃは、形状変化表示部１２の形状に対応するように形成される。

全固体電池収納容器１１の側部と底部とは一体的に作製されてもよいし、全固体電池収納容器１１の側部と底部とを別々に作製した後、全固体電池収納容器１１の側部と底部とを接合してもよい。全固体電池収納容器１１の収納部の作製方法は、特に限定されないが、例えば、押し出し成形やインパクト成形、しぼり加工等により作製してもよい。中でも、押し出し成形によれば低コストで全固体電池収納容器１１の収納部を作製することができる。上述のように収納部を作製した後、例えば、蓋部と収納部とを接合することにより、全固体電池収納容器１１を作製してもよい。

なお、全固体電池収納容器１１は、図示はしないが、例えば、絶縁膜により、収納部１１ａの内面と、蓋部１１ｂの貫通穴１１ｃを除く内面と、を被覆している。絶縁膜は、さらに熱伝導性を有してもよい。

Ａ−１−２．形状変化表示部
本実施の形態に係る蓄電体２０は、全固体電池収納容器１１に設けられる、全固体電池１０の形状変化を表示する形状変化表示部１２を有する。以下、本実施の形態における形状変化表示部について説明する。

本実施の形態における形状変化表示部１２は、例えば、全固体電池収納容器１１の蓋部（平面視した場合の上面）に形成される。

全固体電池１０が劣化し、全固体電池１０の形状が変化した場合、形状変化表示部１２と全固体電池１０との間には隙間が生じる。この隙間がある部分とそれ以外の部分とでは、光の屈折率が異なるため、形状変化表示部１２を介した見え方が異なる。形状変化表示部１２にはこのようにして全固体電池１０の形状変化が表示される。したがって、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

形状変化表示部１２は、透明窓であってもよい。これにより、全固体電池収納容器１１内部での全固体電池１０の形状変化が、形状変化表示部１２内で上記のとおり視認可能なように表示される。上記透明窓の材料の例としては、高い剛性を有する透明材料、具体的には、ガラス、半強化ガラス、強化ガラス、ポリカーボネート、またはポリアクリレート等を挙げることができる。

形状変化表示部１２は、例えば、全固体電池収納容器１１の、正極集電体１と対向する面および負極集電体５と対向する面の少なくとも一方の面に形成される。つまり、正極集電体１と対向する面、もしくは負極集電体５と対向する面に形成されていてもよいし、正極集電体１と対向する面および負極集電体５と対向する面の両方の面に形成されていてもよい。全固体電池１０の膨張および収縮に伴う体積変化は、全固体電池１０の厚み方向に大きいため、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化も全固体電池１０の厚み方向に大きい。そのため、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化は、全固体電池１０の厚み方向の端面にある正極集電体１または負極集電体５上に現れやすい。したがって、形状変化表示部１２を全固体電池収納容器１１の、全固体電池１０の正極集電体１と対向する面および負極集電体５と対向する面の少なくとも一方に形成することにより、形状変化表示部１２に表示される全固体電池１０の形状変化を簡便に確認しやすくなる。

図１Ｂおよび図３Ｂに示す例では、本実施の形態における形状変化表示部１２は、全固体電池収納容器１１の、負極集電体５と対向する面に形成されている。一般に、全固体電池の充放電に伴う膨張および収縮は、正極層よりも負極層の方が大きいため、全固体電池の劣化に伴う形状変化は正極層よりも負極層で大きくなりやすい。そのため、形状変化表示部１２を全固体電池収納容器１１の、負極集電体５と対向する面に形成することにより、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を視認しやすくなる。

また、形状変化表示部１２の平面視形状（以下、単に、「形状」と称する。）は、特に限定されることはなく、例えば、矩形状、多角形状、楕円形状、円形状等を挙げることができる。図１Ａおよび図３Ａに示すように、本実施の形態における形状変化表示部１２の形状は、例えば、矩形状である。

形状変化表示部１２の平面視上の面積（以下、単に、「面積」と称する。）は、形状変化表示部１２が設けられる側から見た全固体電池収納容器１１の面積（以下、単に、「全固体電池収納容器１１の面積」と称する。）の全体（１００％）であってもよく、８０％以下であってもよく、５０％以下であってもよく、３０％以下であってもよい。また、形状変化表示部１２の面積は、全固体電池収納容器１１の面積の１０％以上であってもよく、２０％以上であってもよい。形状変化表示部１２の面積は、全固体電池収納容器１１の大きさにより適宜調整可能であるが、形状変化表示部１２の位置の確認しやすさの観点から、全固体電池収納容器１１の面積の２０％以上であることが好ましい。また、形状変化表示部１２の面積は、全固体電池１０の膨張および収縮による形状変化に耐えうる剛性の観点から、全固体電池収納容器１１の面積の３０％以下であることが好ましい。

Ａ−１−３．シール部
本実施の形態に係る蓄電体２０は、形状変化表示部１２およびこれに対向する全固体電池１０の間にシール部３０を有してもよい。以下、本実施の形態におけるシール部３０について説明する。

シール部３０とは、全固体電池１０と形状変化表示部１２との間に配置され、少なくとも１つの粘着層を有しており、少なくとも全固体電池１０と貼り合わせられている。全固体電池１０の形状変化（例えば、反り、または凹み）により外力を受けることでその形状が変化する部材である。具体的には、全固体電池１０の形状変化によりシール部３０の形状が全固体電池１０の形状変化に追従すると、シール部３０と形状変化表示部１２との間に隙間が生じる。隙間がある部分は、「Ａ−１−２．形状変化表示部」の項にて説明したようにそれ以外の部分とは見え方が異なるため、形状変化表示部１２を介して全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

粘着層は、粘着剤からなる層であり、透明であってもよいし、不透明であってよい。さらに、粘着層は、繊維状、薄膜状または粒子状等のフィラー、または、色素等を含んでもよい。

粘着層の材料は、特に限定されることはなく、例えば、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系、ポリエステル系、ゴム系等の粘着剤が挙げられる。長期保管性の観点から、アクリル系、シリコーン系、ポリエステル系の粘着剤を用いてもよく、費用の観点から、アクリル系粘着剤を用いてもよい。

粘着層の粘着強度は、全固体電池１０が使用できない状態までに形状変化が生じた場合に剥がれる強度であればよく、全固体電池１０の仕様に応じて適宜設定してよい。

また、シール部３０は、絶縁性を有してもよい。シール部３０が絶縁性を有することにより、全固体電池収納容器１１と全固体電池１０とが導通することを防止することができるため、全固体電池１０の電池容量を維持することができる。

ここで、シール部３０は、構成の違いにより、以下の３つの態様に分類することができる。

Ａ−１−３−１．シール部の第一態様
本実施の形態におけるシール部３０の第一態様は、両面に粘着層３１および３４を有していてもよい。シール部３０は、両面に粘着層３１および３４を有することにより、全固体電池１０および形状変化表示部１２の両方に貼り付く。そのため、全固体電池１０が反りまたは凹み等の形状変化を起こしても、シール部３０と形状変化表示部１２との間に隙間が容易に生じるのを抑制することができる。つまり、全固体電池１０の形状変化が例えば通常の充放電に伴う膨張及び収縮程度の微小なものである場合には、シール部３０と形状変化表示部１２との間に隙間が生じない。

その一方で、全固体電池１０の劣化に伴うより大きな形状変化が生じた場合には、シール部３０と形状変化表示部１２との間に隙間が生じる。これにより、形状変化表示部１２では、全固体電池１０の劣化による形状変化と通常の充放電に伴う膨張及び収縮とを区別して表示することができる。なお、シール部３０は、全固体電池１０の仕様に応じて、粘着層３１および３４の粘着強度を適宜調整してもよい。その他、粘着層３１および３４の材料等については、上述したとおりである。

Ａ−１−３−２．シール部の第二態様
本実施の形態におけるシール部３０の第二態様は、第一態様の構成に加え、さらに、両面の粘着層３１および３４の形状変化表示部１２側の粘着層３１は、粘着強度が当該粘着層３１における所定の形状３０ａの領域の内と領域の外３０ｂとで異なってもよい。これにより、当該粘着層３１における所定の形状３０ａの領域の内または領域の外３０ｂが全固体電池１０の形状変化により剥がれ、全固体電池１０の形状変化を簡便に確認することができる。

以下、図３Ａおよび図３Ｂを参照して第二態様を説明する。

例えば、粘着層３１は、所定の形状３０ａの領域の内の粘着強度が、所定の形状３０ａの領域の外３０ｂの粘着強度よりも高くてもよい。この場合に、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化により、シール部３０が全固体電池１０側に引っ張られると、粘着層３１は、所定の形状３０ａの内よりも所定の形状３０ａの領域の外３０ｂで形状変化表示部１２側の表面から剥がれやすい。これにより、シール部３０の所定の形状３０ａが形状変化表示部１２に貼り付いたまま残る。図３Ｂの概略断面図では、このときの変形した全固体電池１０と、全固体電池１０に追従したシール部３０の所定の形状３０ａの領域の外３０ｂと、形状変化表示部１２に貼り付いたまま残るシール部３０の所定の形状３０ａとを示す。第二態様では、このように形状変化表示部１２に貼り付いたまま残るシール部３０の所定の形状３０ａによって、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化が形状変化表示部１２に表示されてもよい。該形状変化を簡便に確認することができる。

また例えば、粘着層３１は、所定の形状３０ａの領域の外３０ｂの粘着強度が、所定の形状３０ａの領域の内の粘着強度よりも高くてもよい。この場合には、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化の結果、シール部３０の所定の形状３０ａの領域の外３０ｂが形状変化表示部１２に貼り付いたまま残る。第二態様では、このように形状変化表示部１２に貼り付いたまま残るシール部３０の所定の形状３０ａの領域の外３０ｂによって、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化が形状変化表示部１２に表示されてもよい。上記いずれのように表示されても、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

なお、粘着層３１および粘着層３４の粘着強度は、全固体電池１０の通常の膨張および収縮によって全固体電池１０側に引っ張られても剥がれない強度であればよく、全固体電池１０の仕様に応じて適宜設定してよい。

また、シール部３０の形状変化表示部１２に貼り付いたまま残る部分での粘着層３１および粘着層３４の粘着強度は、全固体電池１０が使用できない状態までに劣化して形状変化が生じても形状変化表示部１２への貼付が維持される強度が必要であり、全固体電池１０の仕様に応じて適宜設定される。

なお、粘着層３１および粘着層３４の材料等については、上述した内容と同様であるため、ここでの説明を省略する。

Ａ−１−３−３．シール部の第三態様
本実施の形態におけるシール部３０の第三態様は、所定の形状３０ａに切り込み３６がなされ、所定の形状３０ａの切り込み３６の内側または外側３０ｂに剥離層３５を有してもよい。これにより、形状変化表示部１２の全固体電池１０側の面から所定の形状３０ａの切り込み３６の内側または外側３０ｂがきれいに剥がれやすくなり、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

以下、図２Ａおよび図２Ｂを参照して第三態様を説明する。

図２Ａに示すように、シール部３０の第三態様は、例えば所定の形状３０ａの切り込み３６に囲まれた領域に、剥離層３５を有する粘着層３４および粘着層３１を有する。なお、印刷層３２および基材層３３は、第三態様に必須の構成要素ではなく、第四態様の説明で後述する。剥離層３５および所定の形状３０ａの切り込み３６を有することにより、劣化によって形状変化した全固体電池１０によって引っ張られたシール部３０では、剥離層３５が形成された領域、つまり、所定の形状３０ａの内で、所定の形状３０ａの領域の外３０ｂよりも剥離層３５が粘着層３４から剥がれやすい。図２Ｂの概略断面図では、このときの変形した全固体電池１０と、全固体電池１０に追従した所定の形状３０ａの領域の外３０ｂと、所定の形状３０ａの内で形状変化表示部１２に貼り付いたまま残るシール部３０の一部を示す。第三態様では、このように形状変化表示部１２に貼り付いたまま残るシール部３０の所定の形状３０ａによって、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化が形状変化表示部１２に表示されてもよい。これにより、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。剥離層３５がシール部３０の所定の形状３０ａの領域の外３０ｂにある場合も同様である。

なお、粘着層３１および粘着層３４の粘着強度は、全固体電池１０の通常の膨張および収縮によって全固体電池１０側に引っ張られても剥がれない強度であればよく、全固体電池１０の仕様に応じて適宜設定してよい。

また、粘着層３１および３４の材料等については、「Ａ−１−３−１．第一実施形態」の項にて「粘着層」について上述した内容と同様であるため、ここでの説明を省略する。

なお、図２Ｂに示すように所定の形状の領域の外３０ｂが形状変化表示部１２から完全に剥がれた状態でなくても、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を視認することができる。具体的には、所定の形状の領域の外３０ｂの一部が形状変化表示部１２から剥がれて所定の形状３０ａに形成された切り込み３６に隙間が生じた状態でも、上述したように、形状変化表示部１２にて、光の屈折率の異なる領域が所定の形状３０ａの切り込み３６に沿って生じるため、全固体電池１０の形状変化を簡便に確認することができる。また、切り込み３６に生じる隙間の程度の差により生じる見え方の違いによって、全固体電池１０の劣化の程度を確認することができる。

Ａ−１−３−４．シール部の第四態様
シール部３０の第四態様は、第三態様の構成に加え、図２Ａに示すように、さらに、粘着層３１および３４の間に印刷層３２を有してもよい。印刷層３２は、印刷可能な材料で形成される基材層３３上に印刷を施すことで形成される。これにより、形状変化表示部１２にて、全固体電池１０が劣化により形状変化したときの形状変化表示部１２に残る所定の形状３０ａの領域の内または領域の外３０ｂをより明確に表示することができるため、全固体電池１０の形状変化を簡便に確認することができる。

Ａ−１−４．全固体電池
本実施の形態における全固体電池１０は、正極集電体１、正極層２、固体電解質層３、負極層４および負極集電体５を含む。

以下、本実施の形態における全固体電池１０について説明する。

図１Ｂに示すように、本実施の形態における全固体電池１０は、例えば、直方体状に形成されている。全固体電池１０としては、直方体状の積層体に限られず、任意の形状のものを採用することができる。全固体電池１０は、例えば、正極層、負極層および電解質層の積層体が帯状に形成され、この帯状の積層体が巻回されたもの（捲回型全固体電池）が全固体電池収納容器１１の内部に配置されていてもよい。

正極層２は、粒子状の正極活物質を有する。正極活物質としては、全固体電池１０に採用可能な任意の物質を採用することができる。正極活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２またはＬｉＮｉＯ_２などのリチウムおよび遷移金属の層状複合酸化物の粉末、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのスピネル型の粉末、またはＬｉＦｅＰＯ_４などのオリビン型の粉末等を用いてもよい。

負極層４は、粒子状の負極活物質を有する。負極活物質としては、全固体電池１０に採用可能な任意の物質を採用することができる。負極活物質としては、例えば、Ｉｎ粉末、Ａｌ粉末などの金属系の活物質や、メソカーボンマイクロビーズ粉末などの炭素系の活物質を用いてもよい。

固体電解質層３は、イオン導電性を有する粒子状の固体電解質を有する。固体電解質としては、全固体電池１０に採用可能な任意の物質を採用することができる。固体電解質としては、たとえば、硫化物系の固体電解質または酸化物系の固体電解質等を用いてもよい。硫化物系の固体電解質としては、Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５粉末、７０Ｌｉ_２Ｓ−３０Ｐ_２Ｓ_５粉末、またはＬｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２粉末等を用いることができる。酸化物系の固体電解質としては、Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｏ_５粉末等を用いてもよい。

正極層２および負極層４の外側には、集電するための正極集電体１および負極集電体５が配置されている。本実施の形態における正極集電体１および負極集電体５は、例えば、金属箔により形成されている。正極集電体１および負極集電体５としては、例えば、アルミニウム、金、白金、亜鉛、ニッケル、スズ、チタン、ステンレス、銅、または、これらの２種以上の合金などからなる箔状体、板状体、網目状体などが用いられてもよい。

本実施の形態における正極層２、固体電解質層３および負極層４は、例えば、材料となる粉末をプレス機により圧縮することにより形成することができる。

本実施の形態における全固体電池１０は、正極層２、固体電解質層３および負極層４の全てが粉体により形成されてもよいが、この形態に限られず、例えば、金属電極層を含んでいてもよい。

また、本実施の形態における全固体電池１０は、この形態に限られず、正極層２、固体電解質層３および負極層４のそれぞれを複数積層して作製してもよい。高容量かつ高出力の全固体電池となる。

Ａ−２．蓄電体の第二態様
本実施の形態に係る蓄電体の第二態様（以下、蓄電体２０ａ）について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態に係る蓄電体２０ａの概略断面図である。

本実施の形態に係る蓄電体２０ａは、複数の全固体電池１０が層状に配置された積層電池１００と、積層電池１００を収納する全固体電池収納容器１１と、を備える蓄電体２０ａであって、全固体電池収納容器１１に設けられる、積層電池１００の形状変化を表示する形状変化表示部１２を有する。積層される全固体電池１０の数が多いほど、高容量かつ高出力の積層電池１００を得ることができる。そのため、高容量かつ高出力の蓄電体２０ａを得ることができる。

さらに、本実施の形態に係る蓄電体２０ａは、複数の全固体電池１０のうち隣り合う２つの全固体電池１０の間に柔軟部材６を有してもよい。これにより、隣り合う２つの全固体電池１０の充放電に伴う膨張および収縮の体積変化を効率よく吸収することができるため、全固体電池１０の体積変化による積層電池１００の破損を防ぎ、積層電池１００の寿命を向上させることができる。

以下、本実施の形態に係る蓄電体２０ａの各構成要素について説明する。

Ａ−２−１．積層電池
本実施の形態おける積層電池１００とは、「Ａ−１−４．全固体電池」の項で上述した全固体電池１０を複数積層したものである。

Ａ−２−２．柔軟部材
本実施の形態における柔軟部材６は、積層電池１００を構成する複数の全固体電池１０のうち隣り合う２つの全固体電池１０の間に形成される。具体的には、柔軟部材６は、隣り合う２つの全固体電池１０の互いに対向する面の少なくとも一部をまたは全部を被覆するように形成してもよい。本実施の形態に係る蓄電体２０では、柔軟部材６は、隣り合う２つの全固体電池１０の互いに対向する面の全部を被覆している。これにより、柔軟部材６は、隣り合う２つの全固体電池１０の充放電に伴う膨張および収縮の体積変化を効率よく吸収することができ、積層電池１００を構成する各全固体電池１０の耐久性を向上させることができる。

柔軟部材６は、全固体電池１０の膨張および収縮を阻害せず、電子絶縁性があり、全固体電池１０を構成する各部材との反応性が低い材料であってもよい。サイクル特性の観点から、柔軟部材６は、全固体電池１０の膨張および収縮を阻害しないことが求められる。また、電極の短絡防止の観点から、柔軟部材６は、電気絶縁性が求められる。柔軟部材６が隣り合う２つの全固体電池１０の正極集電体１および負極集電体５に接触しているためである。

このような性質を有する、柔軟部材６の材料としては、例えば、ゴムまたはエラストマ等の弾性材料を挙げることができる。より具体的には、弾性材料は、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴムを挙げることができる。特に、成形性および密着性の観点から、シリコーンゴムを用いるとよい。

柔軟部材６は、ＪＩＳ Ｋ６２５３で規定されるデュロメータ硬さ（タイプＡ）が１０度以上９０度以下であればよく、好ましくは、３０度以上７０度以下であり、より好ましくは５０度以上７０度以下である。

また、柔軟部材６は、熱伝導性を有してもよく、上述した弾性材料を母材として、母材中に熱伝導性の高いフィラーを充填することにより、柔軟部材６を、弾性および熱伝導性の両方の特性を有するように構成してもよい。熱伝導性の高いフィラーの材料としては、例えば、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ、銀、銅、シリカ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、カーボンナノチューブを挙げることができる。

柔軟部材６は、熱伝導率が０．２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上４Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下であればよく、好ましくは、１Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上４Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下であり、より好ましくは、２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上４Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下である。

柔軟部材６が弾性および熱伝導性の両方の特性を有することにより、積層電池１００を構成する各全固体電池１０（以下、単に、「全固体電池１０」と称する。）の充放電に伴う膨張および収縮の体積変化を吸収するだけでなく、全固体電池１０の充放電に伴い発生する熱を放熱することができる。これにより、全固体電池１０の充放電サイクル特性を長期間に渡り維持することができる。

ここで、本実施の形態における柔軟部材６は、全固体電池収納容器１１が３以上の全固体電池１０を収納する場合、柔軟部材６の柔軟性の違いにより、以下の態様に分類することができる。

Ａ−２−２−１．柔軟部材の第一態様
本実施の形態における柔軟部材６の第一態様では、全固体電池１０の間の隣り合う２つの柔軟部材６は柔軟性が同じである。これにより、柔軟部材６は、隣り合う２つの全固体電池１０の充放電に伴う膨張および収縮の体積変化を効率よく吸収することができ、積層電池１００を構成する各全固体電池１０の耐久性を向上させることができる。

なお、柔軟部材６の材料および特性については、上述した内容と同様であるため、ここでの説明は省略する。

Ａ−２−２−２．柔軟部材の第二態様
本実施の形態における柔軟部材６の第二態様では、全固体電池１０の間の隣り合う２つの柔軟部材６ａ、６ｂは柔軟性が異なる。具体的には、図４に示すように、柔軟性が異なる柔軟部材６ａ、６ｂが３以上の全固体電池１０の積層方向に交互に配置されている。これにより、第一態様で得られる効果に加え、さらに、積層電池１００を構成する全固体電池１０の劣化に伴う形状変化をより大きくすることができる。そのため、形状変化表示部１２において全固体電池の劣化に伴う形状変化をより明確に視認することができ、全固体電池１０の劣化の状態をより正確に把握することができる。

柔軟部材６ａおよび６ｂは、柔軟性が異なればよく、材料は特に限定されない。柔軟部材６ａおよび６ｂの材料は、例えば、同じ材料から形成されてもよいし、それぞれ異なる材料から形成されてもよい。材料については、上述した内容と同様であるため、ここでの説明は省略する。

柔軟部材６ａおよび６ｂの柔軟性については、上述したデュロメータ硬さ（タイプＡ）の範囲内であればよく、柔軟部材６ａおよび６ｂの柔軟性の差は、１度以上３０度以下であればよく、好ましくは、５度以上２５度以下であり、より好ましくは１０度以上２０度以下である。

なお、充放電に伴う膨張および収縮は、負極層４の方が正極層２よりも大きい。したがって、柔軟部材６ａ及び柔軟部材６ｂのうち、柔軟性がより高いほうを、負極層４が形状変化表示部１２に面した全固体電池１０の正極層側に配置するとよい。これにより、積層電池１００を構成する全固体電池１０の劣化に伴う形状変化をさらに大きくすることができる。

Ａ−２−３．全固体電池収納容器
本実施の形態における全固体電池収納容器は、「Ａ−１−１．全固体電池収納容器」の項で上述したものと同様であるため、ここでの説明を省略する。

Ａ−２−４．形状変化表示部
本実施の形態における形状変化表示部は、「Ａ−１−２．形状変化表示部」の項で上述したものと同様であるため、ここでの説明を省略する。

Ａ−２−５．シール部
本実施の形態におけるシール部は、「Ａ−１−３．シール部」の項で上述したものと同様であるため、ここでの説明を省略する。

Ｂ．蓄電装置
本実施の形態に係る蓄電装置２００は、少なくとも１以上の蓄電体２０と、蓄電体２０を収納する蓄電体収納容器２１と、を備える。ここで、蓄電体２０は、蓄電体２０ａであってもよい。このような構成を有することにより、蓄電装置２００は、「Ａ．蓄電体」の項で上述したとおり、蓄電装置２００に収納された蓄電体２０の劣化の状態を簡便に確認できる。

ここで、本実施の形態に係る蓄電装置２００は、蓄電体２０の配置により、以下の２つの態様に分類することができる。

Ｂ−１．蓄電装置の第一態様
本実施の形態に係る蓄電装置２００の第一態様は、複数の蓄電体２０が一つの方向に沿って一列に並ぶように配置される。例えば、図５に示すように、複数の蓄電体２０は蓄電体２０の面積最大面と直交する方向に一列に並ぶように配置されている。

以下、本実施の形態に係る蓄電装置２００の第一態様について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態に係る蓄電装置２００の一例を示す概略図である。

図５に示すように、本実施の形態に係る蓄電装置２００の第一態様は、複数の蓄電体２０と、複数の蓄電体２０を収納する蓄電体収納容器２１と、を備える。複数の蓄電体２０は、配線２０１により互いに接続され、蓄電体収納容器２１の取り出し電極２０２に導出されている。本実施の形態に係る蓄電装置２００では、蓄電体２０ａを備える場合、積層電池１００の方が単層電池（全固体電池１０）よりも高容量かつ高出力であるため、蓄電体２０を備える場合よりも、高容量かつ高出力の蓄電装置２００を得ることができる。

Ｂ−２．蓄電装置の第二態様
本実施の形態に係る蓄電装置２００の第二態様は、図示はしないが、複数の蓄電体２０は、面積最大面が同一平面状に配置される。蓄電体２０の面積最大面が同一平面状に配置されているために、蓄電体２０の面積最大面同士が接触して放熱性が悪化することを回避することができる。具体的には、それぞれの蓄電体２０の面積最大面を蓄電体収納容器２１内の空気（または、封入される気体）に接触させることができ、蓄電体２０の放熱性を向上させることができる。すなわち、効率良く蓄電体２０を冷却することができる。この点において、本実施の形態に係る蓄電装置２００の第一態様よりも優れている。

Ｃ．蓄電体の使用可否判定方法
本実施の形態に係る蓄電体の使用可否判定方法は、上述した蓄電体２０の使用可否を判定する方法であって、蓄電体２０の形状変化表示部１２で形状変化を確認できる場合、蓄電体２０が使用不可であると判定する。このように蓄電体２０の劣化の状態を簡便に確認することができることにより、蓄電装置２００に収納される蓄電体２０の入れ替えの要否の判断を簡便に行うことができる。

以下、本実施の形態に係る蓄電体の使用可否判定方法について図６を用いて説明する。図６は、実施の形態に係る蓄電体の使用可否判定方法の一例を示すフローチャートである。

まず、蓄電装置２００から蓄電体２０を取り出し（Ｓ０１）、形状変化表示部１２に所定の形状３０ａ（例えば、文字または絵柄の形状）が確認できない場合（Ｓ０２でＮＯ）、蓄電体２０はリユース可能と判断され（Ｓ０３）、蓄電体２０を蓄電装置２００にセットする（Ｓ０６）。一方、形状変化表示部に所定の形状３０ａ（例えば、文字または絵柄の形状）が確認できる場合（Ｓ０２でＹＥＳ）、蓄電体２０はリユース不可と判断され（Ｓ０４）、新しい蓄電体２０と交換し（Ｓ０５）、蓄電体２０を蓄電装置２００にセットする（Ｓ０６）。

なお、「Ａ−１−３．シール部」の項で上述したとおり、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化により、全固体電池１０側の表面とシール部３０との間、または、シール部３０内に生じる隙間（すなわち、屈折率の違う領域）を視認することによっても、蓄電体２０の使用可否を判定することができる。

また、蓄電体２０を蓄電装置２００にセットする（Ｓ０６）際に、蓄電体２０の位置を入れ替えてもよい。蓄電体２０の位置を入れ替えることにより、各々の蓄電体２０の劣化を抑制することができる。これにより、蓄電体２０の位置を入れ替えてセットしない場合に比べて、全固体電池の電池性能をより長期間に渡って維持することができる。そのため、蓄電体２０をより長期間に渡って使用することができる。

以上のように、本実施の形態に係る蓄電体２０は、正極集電体１、正極層２、固体電解質層３、負極層４および負極集電体５を含む全固体電池１０と、全固体電池１０を収納する全固体電池収納容器１１と、を備える蓄電体２０であって、全固体電池収納容器１１に設けられる、全固体電池１０の形状変化を表示する形状変化表示部１２を有する。これにより、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を目視で簡便に確認することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電体２０は、形状変化表示部１２は、透明窓であってもよい。これにより、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を目視にて簡便に確認することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電体２０は、形状変化表示部１２は、全固体電池収納容器１１の、正極集電体１と対向する面および負極集電体５と対向する面の少なくとも一方の面に形成されてもよい。全固体電池１０の膨張および収縮に伴い、全固体電池１０の厚み方向に対する体積変化が大きい。そのため、形状変化表示部１２を全固体電池収納容器の、全固体電池１０と対向する少なくとも一方の面に形成することにより、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認しやすくなる。

本実施の形態に係る蓄電体２０は、形状変化表示部１２および全固体電池１０の間にシール部３０を有してもよい。全固体電池１０の形状変化によりシール部３０が全固体電池１０側に引っ張られると、シール部３０と全固体電池１０との間に隙間が生じる。隙間部分（光の屈折率の違う領域）を目視で確認することができるため、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電体２０は、シール部３０は、両面に粘着層３１および３４を有してもよい。これにより、シール部の位置ずれを抑制することができるため、形状変化表示部１２にて全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

さらに、本実施の形態に係る蓄電体２０は、両面の粘着層３１および３４の形状変化表示部１２側の粘着層３１は、粘着強度が当該粘着層３１における所定の形状３０ａの領域の内と領域の外３０ｂとで異なってもよい。これにより、形状変化表示部１２にて所定の形状３０ａを視認することができるため、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

本実施の形態に係る蓄電体２０は、シール部３０は、所定の形状３０ａに切り込み３６がなされ、所定の形状３０ａの切り込み３６の内側または外側３０ｂに剥離層３５を有してもよい。これにより、形状変化表示部１２にて所定の形状３０ａが明確に表示されるため、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

さらに、本実施の形態に係る蓄電体２０は、シール部３０は、両面の粘着層３１および３４の間に印刷層３２を有してもよい。これにより、形状変化表示部１２にて所定の形状３０ａが明確に表示されるため、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができる。

さらに、本実施の形態に係る蓄電体２０は、複数の全固体電池１０が層状に配置され、複数の全固体電池１０のうち隣り合う２つの全固体電池１０の間に柔軟部材６を有してもよい。これにより、隣り合う２つの全固体電池１０の充放電に伴う膨張および収縮の体積変化を効率よく吸収することができ、複数の全固体電池１０それぞれの耐久性を向上させることができる。すなわち、全固体電池１０の体積変化による破損を防ぎ、全固体電池１０の寿命を向上させることができる。

本実施の形態に係る蓄電体２０は、全固体電池収納容器１１は、３以上の全固体電池１０を収納し、３以上の全固体電池１０の間の隣り合う２つの柔軟部材６ａおよび６ｂは柔軟性が異なってもよい。これにより、３以上の全固体電池１０の劣化に伴う形状変化をより大きくすることができる。そのため、形状変化表示部１２において全固体電池の劣化に伴う形状変化をより明確に視認することができ、全固体電池１０の劣化の状態をより正確に把握することができる。

以上のように、本実施の形態に係る蓄電体２０は、全固体電池１０の劣化に伴う形状変化を簡便に確認することができるため、蓄電体２０の劣化の状態を簡便に確認することができる。

本実施の形態に係る蓄電装置２００は、少なくとも１以上の、上記蓄電体２０と、蓄電体２０を収納する蓄電体収納容器２１と、を備える。蓄電装置２００は、蓄電体２０の劣化の状態を簡便に確認することができる。

本実施の形態に係る蓄電体の使用可否判定方法は、蓄電体の使用可否を判定する方法であって、蓄電体の形状変化表示部で形状変化を確認できる場合、蓄電体が使用不可であると判定する。このように蓄電体２０の劣化の状態を簡便に確認することができることにより、蓄電装置２００に収納される蓄電体２０の入れ替えの要否の判断を簡便に行うことができる。

以上、本開示に係る蓄電体、蓄電装置および蓄電体の使用可否判定方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。

本開示の技術は、例えば、パソコン、自動車等の蓄電体として利用することができる。

１ 正極集電体
２ 正極層
３ 固体電解質層
４ 負極層
５ 負極集電体
６、６ａ、６ｂ 柔軟部材
１０ 全固体電池
１１ 全固体電池収納容器
１１ａ 収納部
１１ｂ 蓋部
１１ｃ 貫通穴
１２ 形状変化表示部
２０、２０ａ 蓄電体
２１ 蓄電体収納容器
３０ シール部
３０ａ 所定の形状
３０ｂ 領域の外、外側
３１ 粘着層
３２ 印刷層
３３ 基材層
３４ 粘着層
３５ 剥離層
３６ 切り込み
１００ 積層電池
２００ 蓄電装置
２０１ 配線
２０２ 取り出し電極

Claims (12)

1. 正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層および負極集電体を含む全固体電池と、
   前記全固体電池を収納する全固体電池収納容器と、を備える蓄電体であって、
   前記全固体電池収納容器に設けられる、前記全固体電池の形状変化を表示する形状変化表示部を有する、
   蓄電体。
2. 前記形状変化表示部は、透明窓である、
   請求項１に記載の蓄電体。
3. 前記形状変化表示部は、前記全固体電池収納容器の、前記正極集電体と対向する面および前記負極集電体と対向する面の少なくとも一方の面に形成される、
   請求項１または２に記載の蓄電体。
4. 前記形状変化表示部および前記全固体電池の間にシール部を有する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電体。
5. 前記シール部は、両面に粘着層を有する、
   請求項４に記載の蓄電体。
6. さらに、前記両面の粘着層の前記形状変化表示部側の粘着層は、粘着強度が当該粘着層における所定の形状の領域の内と前記領域の外とで異なる、
   請求項５に記載の蓄電体。
7. 前記シール部は、所定の形状に切り込みがなされ、前記所定の形状の切り込みの内側または外側に剥離層を有する、
   請求項４〜６のいずれか１項に記載の蓄電体。
8. さらに、前記シール部は、前記両面の粘着層の間に印刷層を有する、
   請求項４〜７のいずれか１項に記載の蓄電体。
9. さらに、複数の前記全固体電池が層状に配置され、前記複数の全固体電池のうち隣り合う２つの前記全固体電池の間に柔軟部材を有する、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄電体。
10. 前記全固体電池収納容器は、３以上の前記全固体電池を収納し、
    前記３以上の全固体電池の間の隣り合う２つの前記柔軟部材は柔軟性が異なる、
    請求項９に記載の蓄電体。
11. 少なくとも１以上の、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蓄電体と、
    前記蓄電体を収納する蓄電体収納容器と、を備える、
    蓄電装置。
12. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蓄電体の使用可否を判定する方法であって、
    前記蓄電体の前記形状変化表示部で前記形状変化を確認できる場合、前記蓄電体が使用不可であると判定する、蓄電体の使用可否判定方法。

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