双极型全固体钠离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种能够无损于安全性地提高电压的双极型全固体钠离子二次电池。特征在于，包括：依次层叠有能够吸留/释放钠的正极层(3)、包含钠离子传导性氧化物的固体电解质层(4)、能够吸留/释放钠的负极层(5)的多个全固体钠离子二次电池(1)；和集电体层(2)，其设置在全固体钠离子二次电池(1)的正极层(3)与其它全固体钠离子二次电池(1)的负极层(5)之间，由正极层(3)和负极层(5)共用。

Bipolar all solid sodium ion secondary battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双极型全固体钠离子二次电池
本专利技术涉及一种双极型全固体钠离子二次电池。
技术介绍
锂离子二次电池已经确立了在移动设备和电动汽车等中不可或缺的、作为高容量而轻量的电源的地位。但是，现有的锂离子二次电池中，作为电解质主要使用有机系电解液，因而在单电池中得到的电压是较低的3.7V左右。因此，为了得到高的电压，需要将多个单电池串联连接。但是，在通过连接部连接多个单电池时，由于连接部的电阻，存在电压大幅下降的问题。此外，具有连接部的电池包含大量对提高电压无效的部分，因而存在体积能量密度和重量能量密度(以下，将两者统称为“能量密度”)下降的问题。作为解决该问题的方法，提出了双极电池。在下述专利文献1中，作为双极电池的一例，公开了具有含电解液的聚合物电解质层的锂二次电池。该双极电池具有依次层叠有正极合材层、聚合物电解质层和负极合材层的发电元件。多个发电元件通过集电体层串联连接。另一方面，在下述专利文献2中，公开了使用硫化物系的固体电解质的二次电池。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-075544号公报专利文献2：日本特开2017-147173号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题在双极电池中，在单电池中重复层叠正极和负极。因此，在专利文献1中记载的双极电池中，存在由于电解液从聚合物电解质层泄露而引起正极与负极的短路的风险。进而，作为其结果，存在电解液暴露于分解电位4.5V以上的高电压下的风险。因此，还存在由于电解液分解而在电池内产生气体，从而电池有可能破裂、着火这样的安全性的问题。这样，在二次电池中，存在伴随着电压的提高而损失安全性的问题。另一方面，如专利文献2中记载的二次电池那样使用固体电解质时，不会因电解液的分解而发生着火。但是，硫化物系的固体电解质存在与大气气氛接触时产生硫化氢等的安全性的问题。另外，硫化物系的固体电解质与大气气氛的反应性高，在二次电池中难以将大气气氛阻隔至不产生硫化氢等的程度。本专利技术的目的在于，提供一种能够无损于安全性地提高电压的双极型全固体钠离子二次电池。用于解决技术问题的技术方案本专利技术的双极型全固体钠离子二次电池的特征在于，包括：依次层叠有能够吸留/释放钠的正极层、包含钠离子传导性氧化物的固体电解质层和能够吸留/释放钠的负极层的多个全固体钠离子二次电池；和集电体层，其设置在全固体钠离子二次电池的正极层与其它全固体钠离子二次电池的负极层之间，由正极层和负极层共用。优选设置有突出部，其在俯视时与集电体层的外周边缘相连，并且相比正极层和/或负极层的外周边缘向外侧突出。在这种情况下，突出部可以由与集电体层相同的材料形成。或者，突出部也可以由与集电体层不同的材料形成。更优选在俯视时突出部的面积为突出部和集电体层的合计面积的1％以上、50％以下。优选固体电解质层具有在俯视时相比正极层和/或负极层的外周边缘向外侧突出的部分。在这种情况下，更优选在俯视时，固体电解质层的相比正极层和/或负极层的外周边缘向外侧突出的部分的面积为固体电解质层的面积的1％以上、50％以下。集电体层可以由选自铝、钛、银、铜、不锈钢和含有这些金属的合金以及石墨中的至少1种构成。优选固体电解质层含有β-氧化铝、β”-氧化铝和钠超离子导体(NASICON)型结晶中的至少1种。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供一种能够无损于安全性地提高电压的双极型全固体钠离子二次电池。附图说明图1是表示本专利技术的第一实施方式的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。图2是表示本专利技术的第一实施方式的双极型全固体钠离子二次电池的隔着集电体层连接2个全固体钠离子二次电池的部分的、从正极层侧观察时的示意俯视图。图3是表示本专利技术的第一实施方式的全固体钠离子二次电池的、从正极层侧观察时的示意俯视图。图4是用于说明本专利技术的第一实施方式中从负极层析出了Na枝晶的情况的状态的示意截面图。图5是表示本专利技术的第一实施方式的第一变形例的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。图6是表示本专利技术的第一实施方式的第二变形例的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。图7是表示本专利技术的第一实施方式的第三变形例的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。图8是表示本专利技术的第一实施方式的第四变形例的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。图9是表示本专利技术的第一实施方式的第五变形例的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。图10是表示本专利技术的第一实施方式的第六变形例的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。图11是表示实施例1的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。图12是表示比较例1的评估用电池的充放电曲线的图。图13是表示实施例1的评估用电池的充放电曲线的图。图14是表示实施例2、实施例3和比较例2的评估用电池的充放电曲线的图。具体实施方式以下，对优选的实施方式进行说明。但是，以下的实施方式仅为例示，本专利技术不限定于以下的实施方式。此外，在各图中，具有实质上相同的功能的部件有时标注相同的附图标记进行参照。(第一实施方式)图1是表示本专利技术的第一实施方式的双极型全固体钠离子二次电池的示意截面图。如图1所示，本实施方式的双极型全固体钠离子二次电池10包括多个全固体钠离子二次电池1，还包括设置在多个全固体钠离子二次电池1之间的集电体层2。多个全固体钠离子二次电池1隔着集电体层2串联连接。双极型全固体钠离子二次电池10的全固体钠离子二次电池1的个数不限于2个，也可以为3个以上。在全固体钠离子二次电池1中，依次层叠有能够吸留/释放钠的正极层3、包含钠离子传导性氧化物的固体电解质层4、和能够吸留/释放钠的负极层5。集电体层2由隔着集电体层2相邻的多个全固体钠离子二次电池1中的一个全固体钠离子二次电池1的正极层3与另一个全固体钠离子二次电池1的负极层5共用。集电体层2具有位于正极层3侧的第一主面2a和位于负极层5侧的第二主面2b。固体电解质层4具有位于正极层3侧的第三主面4a和位于负极层5侧的第四主面4b。集电体层2没有特别限定，例如，包括选自铝、钛、银、铜、不锈钢和含有这些金属的合金以及石墨中的至少1种。在本实施方式中，集电体层2包括铝。集电体层2的厚度没有特别特限定，在本实施方式中为3μm。在双极型全固体钠离子二次电池10的全固体钠离子二次电池1的层叠方向位于最外侧的正极层3上，设置有集电用的第一金属膜7。在上述层叠方向位于最外侧的负极层5上，设置有集电用的第二金属膜8。第一金属膜7和第二金属膜8能够使用与集电体层2同样的材料。其中，第一金属膜7和第二金属膜8并不一定要设置。但是，通过具有第一金属膜7和第二金属膜8，能够高效地进行集电。图2是表示本专利技术的第一实施方式的双极型全固体钠离子二次电池的隔着集电体层2连接2个全固体钠离子二次电池的部分的、从正极层3侧观察时的示意俯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极型全固体钠离子二次电池，其特征在于，包括：/n依次层叠有能够吸留/释放钠的正极层、包含钠离子传导性氧化物的固体电解质层和能够吸留/释放钠的负极层的多个全固体钠离子二次电池；和/n集电体层，其设置在所述全固体钠离子二次电池的所述正极层与其它所述全固体钠离子二次电池的所述负极层之间，由所述正极层和所述负极层共用。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171017 JP 2017-2009151.一种双极型全固体钠离子二次电池，其特征在于，包括：
依次层叠有能够吸留/释放钠的正极层、包含钠离子传导性氧化物的固体电解质层和能够吸留/释放钠的负极层的多个全固体钠离子二次电池；和
集电体层，其设置在所述全固体钠离子二次电池的所述正极层与其它所述全固体钠离子二次电池的所述负极层之间，由所述正极层和所述负极层共用。


2.如权利要求1所述的双极型全固体钠离子二次电池，其特征在于：设置有突出部，其在俯视时与所述集电体层的外周边缘相连，并且相比所述正极层和/或所述负极层的外周边缘向外侧突出。


3.如权利要求2所述的双极型全固体钠离子二次电池，其特征在于：所述突出部由与所述集电体层相同的材料形成。


4.如权利要求2所述的双极型全固体钠离子二次电池，其特征在于：所述突出部由与所述集电体层不同的材料形成。


5.如权利要求2～4中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：山内英郎，角田启，
申请(专利权)人：日本电气硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP