CN116830343A - 电池、电池系统以及电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

电池(1000)具备发电元件(100)，该发电元件(100)具有：正极活性物质层(120)，包含正极活性物质和第一无机类固体电解质；负极活性物质层(110)，包含负极活性物质和第二无机类固体电解质；以及固体电解质层(130)，位于正极活性物质层(120)与负极活性物质层(110)之间，包含第三无机类固体电解质。在发电元件(100)的内部存在多个空隙(250)，多个空隙(250)的内压小于1atm。

Description

电池、电池系统以及电池的制造方法
技术领域
本公开涉及电池、电池系统和电池的制造方法。
背景技术
在专利文献1中公开了一种双极型二次电池的制造方法，该双极型二次电池的制造方法包括：准备双极型电极的工序；准备电解质的工序；层叠双极型电极和电解质层或其前体而得到包含单电池层的层叠体的工序；以及在单电池层的外周部形成密封部的工序。专利文献1的制造方法中，电解质含有沸点比水低的溶剂或脱水剂，在形成密封部的工序之前或与该工序同时，包括在小于20Torr的压力下对电解质进行减压处理的工序。
在专利文献2中公开了固体电解质层的平均气孔率为9％以下的锂离子电池。
在专利文献3中，公开了为了用锂离子传导性高分子固体电解质填充负极中的空隙和微多孔性隔板中的空隙而进行减压的技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-113939号公报
专利文献2：国际公开第2018/123479号
专利文献3：日本特开2018-198131号公报
发明内容
发明要解决的问题
在现有技术中，期望电池特性和可靠性的进一步提高。
另外，在含有固体电解质的电池中，也要求高容量的表达及优异的充放电循环特性等高电池特性。
例如，无机类固体电解质具有优异的离子传导性，因此能够实现含有固体电解质的高容量的电池。然而，无机类固体电解质通常比例如聚合物固体电解质缺乏柔软性。因此，在使用了无机类固体电解质的电池的特性表达中，为了提高活性物质层、固体电解质层以及活性物质层与固体电解质层的界面中的离子的传导性，并且即使在反复充放电中也维持该传导性，从电池主面的法线方向施加外部约束力是重要的。
另一方面，应用用于施加外部约束力的约束件等的结构，不利于取得电池的每单位体积的容量密度和每单位重量的容量密度，而抑制反复充放电所导致的容量降低是用于确保电池的长期可靠性的重要课题。
因此，本公开提供兼顾高电池特性和高可靠性的电池等。
解决问题的手段
本公开的一个方式的电池具备发电元件，该发电元件具有：正极层，包含正极活性物质和第一无机类固体电解质；负极层，包含负极活性物质和第二无机类固体电解质；以及固体电解质层，位于所述正极层与所述负极层之间，包含第三无机类固体电解质，在所述发电元件的内部存在多个空隙，所述多个空隙的内压小于1atm。
另外，本公开的一个方式中的电池系统具备：容器，具有成为减压环境的内部空间；以及配置于所述内部空间的上述电池。
另外，本公开的一个方式中的电池的制造方法，所述电池具备：正极层，包含正极活性物质和第一无机类固体电解质；负极层，包含负极活性物质和第二无机类固体电解质；以及固体电解质层，位于所述正极层与所述负极层之间，并且含有第三无机类固体电解质，所述电池的制造方法包括压缩工序，所述压缩工序在减压气氛下进行含有所述正极层、所述负极层以及所述固体电解质层中的至少一个层的被压缩体的冲压。
另外，本公开的一个方式中的电池的制造方法，所述电池具备正极层、负极层、以及位于所述正极层与所述负极层之间的固体电解质层，其中，所述电池的制造方法包括压缩工序，所述压缩工序在减压气氛下进行被压缩体的冲压，所述被压缩体是将所述正极层和所述负极层以隔着所述固体电解质层而相对的方式层叠而成的。
发明的效果
根据本公开，能够兼顾电池等的高电池特性和高可靠性。
附图说明
图1是表示实施方式1的电池的概略结构的剖视图。
图2是表示比较例1的电池的概略结构的剖视图。
图3是表示比较例2的电池的概略结构的剖视图。
图4是表示比较例3的电池的概略结构的剖视图。
图5是用于说明比较例3的电池中产生的破损的图。
图6A是表示用实施方式1的电池的制造方法形成的层叠体的概略结构的剖视图。
图6B是表示用实施方式1的电池的制造方法形成的另一层叠体的概略结构的剖视图。
图7A是表示用实施方式1的电池的制造方法形成的又一层叠体的概略结构的剖视图。
图7B是表示用实施方式1的电池的制造方法形成的又一层叠体的概略结构的剖视图。
图8是表示用实施方式1的电池的制造方法形成的又一层叠体的概略结构的剖视图。
图9是用于说明实施方式1的第一压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第一例的示意图。
图10是用于说明实施方式1的第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第一例的示意图。
图11是用于说明实施方式1的第一压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第二例的示意图。
图12是用于说明实施方式1的第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第二例的示意图。
图13是用于说明实施方式1的第一压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第三例的示意图。
图14是用于说明实施方式1的第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第三例的示意图。
图15是用于说明实施方式1的第一压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第四例的示意图。
图16是用于说明实施方式1的第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第四例的示意图。
图17是表示实施方式2的电池系统的概略结构的示意图。
图18是表示实施方式2的其他电池系统的概略结构的示意图。
具体实施方式
(本公开的概述)
本公开的一个方式的电池具备发电元件，该发电元件具有：正极层，包含正极活性物质和第一无机类固体电解质；负极层，包含负极活性物质和第二无机类固体电解质；以及固体电解质层，位于所述正极层与所述负极层之间，包含第三无机类固体电解质，在所述发电元件的内部存在多个空隙，所述多个空隙的内压小于1atm。
由此，本方式中的电池能够兼顾高电池特性和高可靠性。若空隙的内压高于外部环境，则解除与多个空隙相邻的正极活性物质、负极活性物质或无机类固体电解质间的接触的方向的力因空隙的内压而工作，空隙扩大，发电元件的内部的离子传导性和电子传导性降低。例如，充放电时的离子的插入脱离所导致的活性物质层的膨胀收缩成为契机，正压的空隙的扩大发展，使发电元件破损。在包含无机类固体电解质的电池的情况下，特别是关于离子传导性与充满电解液的液体类电池不同，空隙的扩大所导致的发电元件的破损容易引起显著的离子传导性的降低。在本方式的电池中，由于空隙为小于1atm的负压，因此能够抑制空隙的扩大。
另外，负压的多个空隙不仅不会成为发电元件的破损所导致的电池的劣化发展的起点，而且能够将多个空隙周围的材料相互牵拉，形成比没有空隙的情况更牢固的电池。在本方式中，由于使用无机类固体电解质作为电池的材料，因此电池的柔软性小，将多个空隙周围的材料牵拉的力不散失地传递。由此，即使不具备约束件等，也能够对发电元件施加外部约束力，能够不降低电池容量地提高发电元件的离子和电子的传导性。因此，本方式中的电池能够兼顾高电池特性和高可靠性。
另外，例如，也可以是，所述多个空隙位于沿着所述第一无机类固体电解质、所述第二无机类固体电解质和所述第三无机类固体电解质中的至少一个电解质的晶界的位置。
由此，能够提高无机类固体电解质的晶界的稳定性。
另外，例如，也可以是，所述多个空隙中的至少一个存在于所述正极层及所述负极层中的至少一个层的内部。
由此，能够抑制在充放电状态下的活性物质的体积变化所引起的发电元件的破损。
另外，例如，也可以是，所述多个空隙中的至少一个空隙位于所述正极层、所述负极层以及所述固体电解质层中的至少一个层的表面。
由此，能够抑制多个空隙所引起的发电元件在各层的界面处的剥离。
另外，例如，也可以是，所述多个空隙的内压为0.1atm以下。
由此，能够进一步抑制多个空隙所引起的发电元件的破损。
另外，例如，也可以是，所述多个空隙各自的最大宽度的平均值为10μm以下。
由此，能够抑制多个空隙阻碍发电元件中的离子或电子的传导的影响。
另外，例如，也可以是，所述正极层、所述负极层以及所述固体电解质层中的至少一个层的密度为材料理论密度的90％以上。
由此，能够提高电池的电池特性。
另外，本公开的一个方式中的电池系统具备：容器，具有成为减压环境的内部空间；以及配置于所述内部空间的上述电池。
由此，电池系统具备上述电池，因此即使容器的内部空间成为减压环境，多个空隙也不易扩大，能够抑制发电元件的破损。
另外，例如，也可以是，所述减压环境的压力为0.95atm以下。
由此，即使将电池配置在0.95atm以下的减压环境中，多个空隙也不易扩大，能够抑制发电元件的破损。
另外，例如，也可以是，所述多个空隙的内压为所述减压环境的压力以下。
由此，能够抑制以多个空隙为起点的发电元件的破损。另外，能够通过多个空隙使将发电元件的材料向内侧牵拉的力发挥作用。
另外，本公开的一个方式中的电池的制造方法，所述电池具备：正极层，包含正极活性物质和第一无机类固体电解质；负极层，包含负极活性物质和第二无机类固体电解质；以及固体电解质层，位于所述正极层与所述负极层之间，并且含有第三无机类固体电解质，所述电池的制造方法在减压气氛下进行含有所述正极层、所述负极层以及所述固体电解质层中的至少一个层的被压缩体的冲压。
由此，能够通过冲压压缩被压缩体而使被压缩体高密度化，并且能够使因冲压而形成在被压缩体内部的孤立的空隙的内压成为小于1atm的负压。冲压前的被压缩体内部的空隙的一部分通过细微的导通通路与被压缩体外的气氛相连。由于被压缩体的压缩所导致的高密度化发展，导通通路的大半被堵塞，空隙内的残留气体失去出口。之后，随着高密度化的发展，空隙的内压上升。因此，例如，当被压缩体外的气氛为常压时，在压缩工序的完成时，在被压缩体内部形成大量超过1atm的高压空隙，这些空隙在充放电时等成为被压缩体的破损的起点，离子和电子的传导路径可能被破坏。与此相对，在本方式中的电池的制造方法中，由于使被压缩体外的气氛为减压气氛，能够将冲压前的被压缩体的空隙的气体经由导通通路排出。因此，由于被压缩体的压缩所导致的高密度化发展，导通通路的大半部分被堵塞，即使在空隙与被压缩体外的气氛被截断后，也能够减小伴随高密度化的发展而产生的空隙的内压上升。由此，能够将压缩工序完成时残存的空隙的内压保持在负压或比较小的正压，因此能够抑制由空隙引起的被压缩体的破损所导致的传导路径的破坏，能够降低所制造的电池的劣化发展。
另外，本公开的一个方式中的电池的制造方法，所述电池具备正极层、负极层、以及位于所述正极层与所述负极层之间的固体电解质层，其中，所述电池的制造方法在减压气氛下进行被压缩体的冲压，所述被压缩体是将所述正极层和所述负极层以隔着所述固体电解质层而相对的方式层叠而成的。
由此，能够通过冲压将被压缩体的各层压缩接合，并且能够使在被压缩体的各层间的界面形成的空隙的内压成为1atm以下的负压。在压缩工序开始时的被压缩体的各层间的边界存在由各层的表面粗糙度引起的空隙。这些空隙通过细微的导通通路与被压缩体外的气氛相连。由于压缩接合的发展，导通通路的大半部分被堵塞，空隙内的残留气体失去出口。之后，随着压缩接合的发展，空隙的内压上升。因此，例如，当被压缩体外的气氛为常压时，在压缩工序完成时，沿着被压缩体的各层的界面形成大量高压的空隙，这些空隙在充放电时成为被压缩体的破损的起点，被压缩体的各层间的传导路径可能被破坏。与此相对，在本方式的电池的制造方法中，由于使被压缩体的外部的气氛为减压气氛，因此，能够将压缩接合前的被压缩体的各层的边界的空隙的气体通过导通通路排出。因此，由于被压缩体的压缩接合的发展，导通通路的大半部分被堵塞，即使在空隙与被压缩体外的气氛被截断后，也能够减小伴随压缩接合的发展而产生的空隙的内压上升。由此，能够将压缩工序完成时残存的空隙的内压保持在负压或比较小的正压，因此能够抑制由空隙引起的被压缩体的破损所导致的传导路径的破坏，能够降低所制造的电池的劣化发展。
另外，例如，也可以是，所述减压气氛的压力为0.1atm以下。
由此，能够进一步降低由于压缩工序形成的空隙的内压。
另外，例如，也可以是，所述冲压的压力为10MPa以上。
由此，能够进一步提高所制造的电池的电池特性。
另外，例如，也可以是，在所述压缩工序中，在气密容器内配置所述被压缩体，并使所述气密容器内成为所述减压气氛后，从所述气密容器的外部进行所述被压缩体的所述冲压，所述气密容器具备由于所述冲压而变形的由弹性材料构成的变形部，通过所述冲压而所述变形部变形，从而将来自所述气密容器的外部的所述冲压的压力施加于所述被压缩体。
由此，由于能够从气密容器的外部对被压缩体进行冲压，因此不需要将用于冲压的装置自身设置在减压气氛中，能够使用于冲压的装置小型化。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。
另外，以下说明的实施方式均表示总括性或具体的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、结构元件、结构元件的配置位置以及连接方式、工序、工序的顺序等是一例，主旨不是限定本公开。另外，关于以下的实施方式中的结构元件中的、独立技术方案中未记载的结构元件，作为任意的结构元件进行说明。
另外，各图是示意图，并不一定是严密地图示的图。因此，例如，各图中的比例尺等未必一致。另外，在各图中，对于实质上相同的结构标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。
此外，在本说明书中，平行等表示元件间的关系性的术语、矩形等表示元件的形状的术语、以及数值范围不是仅表示严格的意思的表现，而是表示也包含实质上同等的范围、例如百分之几左右的差异的意思的表现。
另外，在本说明书中，“俯视观察”是指从发电元件的主面的法线方向观察的情况。
(实施方式1)
[结构]
首先，对本实施方式的电池的结构进行说明。
图1是表示实施方式1的电池1000的概略结构的剖视图。
如图1所示，实施方式1的电池1000具备负极集电体210、正极集电体220以及发电元件100。电池1000例如是全固体电池。
发电元件100位于负极集电体210与正极集电体220之间。发电元件100具有：正极活性物质层120，包含正极活性物质和第一无机类固体电解质；负极活性物质层110，包含负极活性物质和第二无机类固体电解质；以及固体电解质层130，位于正极活性物质层120与负极活性物质层110之间，包含第三无机类固体电解质。负极活性物质层110和正极集电体220隔着固体电解质层130而相对。正极活性物质层120是正极层的一例，负极活性物质层110是负极层的一例。另外，在本说明书中，有时将第一无机类固体电解质、第二无机类固体电解质和第三无机类固体电解质仅统称为“无机类固体电解质”。第一无机类固体电解质、第二无机类固体电解质和第三无机类固体电解质例如为相同的材料，但也可以为不同的材料。
另外，在本说明书中，有时将负极集电体210和正极集电体220仅统称为“集电体”，有时将负极活性物质层110和正极活性物质层120仅统称为“活性物质层”。
在发电元件100的内部存在多个空隙250。多个空隙250的详细情况将后述。
负极活性物质层110包含负极活性物质作为电极材料。作为负极活性物质层110中含有的负极活性物质，例如，可使用石墨、金属锂等负极活性物质。作为负极活性物质的材料，可使用能够脱离和插入锂(Li)或镁(Mg)等离子的各种材料。负极活性物质例如为颗粒状的材料。
此外，负极活性物质层110还包含例如无机类固体电解质。作为无机类固体电解质，例如可使用硫化物固体电解质或氧化物固体电解质等。作为硫化物固体电解质，例如可使用硫化锂(Li2S)和五硫化二磷(P2S5)的混合物。无机类固体电解质例如为颗粒状的材料。此外，作为负极活性物质层110的含有材料，例如，可以进一步使用乙炔黑等导电材料和聚偏二氟乙烯等粘合用粘结剂中的至少一方。
负极活性物质层110可以通过将糊状涂料涂敷在负极集电体210的表面上并干燥来制作，其中，涂料是将负极活性物质层110的含有材料与溶剂一起揉合而成的。负极活性物质层110的厚度例如为5μm以上且300μm以下，但不限于此。
正极活性物质层120包含正极活性物质作为电极材料。正极活性物质是构成负极活性物质的异性电极(日语：対極)的材料。作为正极活性物质层120中含有的正极活性物质，例如可使用钴酸锂复合氧化物(LCO)、镍酸锂复合氧化物(LNO)、锰酸锂复合氧化物(LMO)、锂-锰-镍复合氧化物(LMNO)、锂-锰-钴复合氧化物(LMCO)、锂-镍-钴复合氧化物(LNCO)、锂-镍-锰-钴复合氧化物(LNMCO)等正极活性物质。作为正极活性物质的材料，可使用能够脱离和插入Li或Mg等离子的各种材料。正极活性物质例如为颗粒状的材料。
另外，正极活性物质层120例如还包含无机类固体电解质。作为无机类固体电解质，可使用作为上述的负极活性物质中使用的无机类固体电解质而例示的材料。另外，正极活性物质的表面也可以被固体电解质涂敷。另外，作为正极活性物质层120的含有材料，例如，可以进一步使用乙炔黑等导电材料和聚偏二氟乙烯等粘合用粘结剂中的至少一方。
正极活性物质层120可以通过将糊状涂料涂敷在正极集电体220的表面上并干燥来制作，其中，涂料是将正极活性物质层120的含有材料与溶剂一起揉合而成的。正极活性物质层120的厚度例如为5μm以上且300μm以下，但不限于此。
固体电解质层130配置在负极活性物质层110与正极活性物质层120之间。固体电解质层130分别与负极活性物质层110和正极活性物质层120相接。固体电解质层130的大小和俯视形状可以分别与负极活性物质层110和正极活性物质层120各自的大小和俯视形状相同。即，固体电解质层130的侧面可以与负极活性物质层110的侧面和正极活性物质层120的侧面分别共面。
固体电解质层130是包含电解质材料的层。作为电解质材料，可使用一般公知的电池用的电解质。固体电解质层130的厚度可以是5μm以上且300μm以下，或者也可以是5μm以上且100μm以下。此外，在图1所示的例子中，固体电解质层130是单层，但是发电元件100可以具有层叠了多个固体电解质层130的结构。
固体电解质层130包含无机类固体电解质作为电解质材料。作为无机类固体电解质，可使用作为上述的负极活性物质中使用的无机类固体电解质而例示的材料。固体电解质层130除了电解质材料之外，也可以包含例如聚偏二氟乙烯等的粘合用粘结剂等。
在电池1000中，负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130维持为平行平板状。由此，能够抑制由弯曲导致的破裂或崩落的发生。另外，也可以使负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130一起平滑地弯曲。
负极集电体210和正极集电体220以夹着发电元件100的方式分别与发电元件100相对配置。在俯视下，负极集电体210、正极集电体220和发电元件100的外周例如一致。负极集电体210和正极集电体220分别是具有导电性的部件。负极集电体210和正极集电体220例如分别可以是具有导电性的薄膜。作为构成负极集电体210和正极集电体220的材料，例如可使用不锈钢(SUS)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)等金属。
负极集电体210配置在发电元件100的负极活性物质层110侧。负极集电体210例如与负极活性物质层110相接地配置。作为负极集电体210，例如可使用SUS箔、Al箔、Cu箔、Ni箔等金属箔。负极集电体210的厚度例如为5μm以上且100μm以下，但不限于此。另外，负极集电体210可以在与负极活性物质层110相接的部分具备例如作为包含导电材料的层的集电体层。
正极集电体220配置在发电元件100的正极活性物质层120侧。正极集电体220例如与正极活性物质层120相接地配置。作为正极集电体220，例如可使用SUS箔、Al箔、Cu箔、Ni箔等金属箔。正极集电体220的厚度例如为5μm以上且100μm以下，但不限于此。另外，正极集电体220也可以在与正极活性物质层120相接的部分具备例如作为包含导电材料的层的集电体层。
负极活性物质层110、固体电解质层130和正极活性物质层120中的至少一个例如经过第一压缩工序来形成，该第一压缩工序为了使各层高密度化而在减压气氛下进行冲压。由此，能够确保发电元件100的各层的内部的离子传导性和电子传导性，能够提高电池特性。在本实施方式中，例如，负极活性物质层110、固体电解质层130和正极活性物质层120均经由第一压缩工序形成。另外，在本说明书中，“冲压”是指对被压缩体施加机械应力。
另外，发电元件100例如经过第二压缩工序而形成，该第二压缩工序为了将发电元件100的各层压缩接合而在减压气氛下进行冲压。由此，能够确保发电元件100的各层的界面处的离子传导性和电子传导性，能够提高电池特性。
关于第一压缩工序和第二压缩工序的详细情况将后述。
在电池1000中，在发电元件100的内部存在多个空隙250。多个空隙250不与发电元件100的外部相连，而是作为孤立的空隙存在于发电元件100的内部。也就是说，多个空隙250是位于发电元件100的内部的独立的气泡(中空部)。
多个空隙250例如包括通过如下方式形成的空隙250，该方式为：通过将发电元件100的各层中包含的无机类固体电解质等材料颗粒间的间隙通过第一压缩工序堵塞其与外部的导通路径来形成空隙250。因此，与凝胶等电解质不同，在无机类固体电解质中形成晶界，多个空隙250包括沿着各层中包含的无机类固体电解质的晶界而存在的空隙250。另外，多个空隙250包括位于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的至少一个层的内部的空隙250。在图1所示的例子中，多个空隙250包括位于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的任一层的内部的空隙250。
另外，多个空隙250例如包括通过如下方式而形成的空隙250，该方式为：通过将发电元件100的各层之间的空隙通过第二压缩工序堵塞其与外部的导通路径来形成空隙250。因此，多个空隙250包括位于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的至少一个层的表面的空隙250。也就是说，多个空隙250包括形成为与负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的至少一个层的表面相接的空隙250。在图1所示的例子中，多个空隙250包括位于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的任一层的表面的空隙250。
在图1所示的例子中，所有多个空隙250中的至少一个空隙250位于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的至少一个层的内部，并且所有多个空隙250中的至少另一个空隙250位于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的至少一个层的表面。此外，位于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的至少一个层的内部的空隙250和位于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的至少一个层的表面的空隙250可以都存在，也可以存在其中的某一方。
在此，对比较例的电池进行说明。
首先，对不经过如第一压缩工序和第二压缩工序那样的进行冲压的工序而形成的电池1001X进行说明。图2是表示比较例1的电池1001X的概略结构的剖视图。如图2示意性地所示，在电池1001X的发电元件100中，存在多个空隙251、和将多个空隙251与电池1001X的外部相连的导通通路251a。多个空隙251通过导通通路251a与电池1001X的外部连通。因此，多个空隙251的内压与外部等压，即大气压＝1atm。电池1001X由于没有经过进行冲压的工序而形成，因此没有进行高密度化及颗粒间的接触面积增加，为高电阻且低容量。
接着，对经过在低压力下进行冲压的工序而形成的电池1002X进行说明。电池1002X例如经过在1MPa以下的低压力下进行发电元件100的各层的冲压的工序而形成。图3是表示比较例2的电池1002X的概略结构的剖视图。如图3示意性地所示，在电池1002X的发电元件100中，存在多个空隙252和与多个空隙252相连的导通通路252a。多个空隙252中的一部分空隙252通过导通通路252a连通到电池1002X的外部，但多个空隙252中的另外一部分空隙252，因与空隙252相连的导通通路252a不与电池1002X的外部相连，而成为孤立的空隙252。与电池1002X的外部连通的空隙252的内部与外部等压，但孤立的空隙252在通过进行冲压的工序而与电池1002X的外部孤立后也被压缩，多个空隙252的体积减少，从而成为比外部高的压力。电池1002X由于没有经过以充分的压力进行冲压的工序而形成，因此高密度化和颗粒间的接触面积增加不充分，为高电阻且低容量。
接着，对经过以比电池1002X高的压力进行冲压的工序而形成的电池1003X进行说明。电池1003X例如经过在10MPa以上的较高压力下进行发电元件100的各层的冲压的工序而形成。图4是表示比较例3的电池1003X的概略结构的剖视图。如图4示意性地所示，在电池1003X的发电元件100中存在多个不与电池1003X的外部连通的孤立的空隙253。多个空隙253在通过进行冲压的工序而在与电池1003X的外部孤立后也被压缩，多个空隙253的体积减少，从而成为比外部高的压力。因此，在发电元件100的内部分散存在大量的高压源。
由于电池1003X是经过在较高压力下进行冲压的工序形成的，因此实现了高密度化以及颗粒间的接触面积的增加，并且在制造电池1003X之后的初期电池1003X为低电阻且高容量。然而，这样形成的电池1003X，不仅在从进行冲压的工序的压缩力中释放时，在由于充放电即离子的插入脱离所导致的活性物质的体积变化、使用电池1003X的环境的温度变化和压力变化、以及由施加到电池1003X的外力等而引起发电元件100的内部应力变化时，发电元件100以多个空隙253为起点产生破损。图5是用于说明电池1003X中产生的破损的图。如图5示意性地所示，在正极活性物质层120、负极活性物质层110和固体电解质层130的内部以及发电元件100的各层的层间，高压的多个空隙253扩展而成为多个空隙254，促进了以晶界剥离和层间剥离为代表的微小的破损。其结果，电池1003X的电池特性产生劣化。因此，仅进行在较高压力下进行冲压的工序而形成电池，难以长期维持电池特性，电池1003X的可靠性低。
与此相对，在电池1000中，为了抑制由存在于发电元件100的内部的多个空隙250所引起的电池特性的劣化，多个空隙250是比大气压低的负压。即，多个空隙250的内压小于1atm。由于存在这样的内压小于1atm的多个空隙250，因此在从第一压缩工序和第二压缩工序的压缩力中释放、活性物质的体积变化、电池1000的使用环境变化、以及对电池1000施加外力等时，多个空隙内部的负压在抑制晶界剥离和层间剥离的方向上起作用，因此能够抑制电池1000的电池特性的劣化。特别地，通过在负极活性物质层110和正极活性物质层120中存在负压的多个空隙250，能够抑制在充放电状态下的活性物质的体积变化所引起的发电元件100的破损。
另外，不仅与多个空隙250的内压比大气压高的情况相比，而且与没有多个空隙250的情况相比，内部为负压的多个空隙250的存在会产生吸引发电元件100的各层的材料的力，因此能够抑制电池1000的电池特性的劣化。另外，内部为负压的多个空隙250的存在会产生吸引发电元件100的各层的材料的力，因此能够降低各层的材料的晶界以及各层之间的电阻，电池特性提高。另外，即使不具备约束件等，也会对发电元件100施加外部约束力，由此避免因具备约束件等所导致的每单位体积及每单位重量的电池容量的降低。
多个空隙250存在于正极活性物质层120和负极活性物质层110中的至少一个层的内部。由此，能够抑制在充放电状态下的活性物质的体积变化所引起的发电元件100的破损。此外，多个空隙250牵引周围的活性物质层的材料，能够降低活性物质层内的电阻。
从提高电池1000的可靠性的观点出发，多个空隙250的内压可以为0.8atm以下，可以为0.5atm以下，也可以为0.1atm以下。另外，多个空隙250的内压例如比0atm大。此外，在本说明书中，多个空隙250的内压等压力是常温下的压力。常温例如为23℃。此外，在本说明书中，多个空隙250的内压等的压力的数值是绝对压力中的数值。
这样的内压小于1atm的多个空隙250例如是在减压气氛中进行冲压的第一压缩工序和/或第二压缩工序中形成的。经过第一压缩工序和/或第二压缩工序形成的正极活性物质层120、负极活性物质层110和固体电解质层130中的至少一个层的密度(具体而言，重量除以表观体积而得到的表观密度)例如为材料理论密度的90％以上，也可以为95％以上。由此，能够提高电池1000的电池特性。正极活性物质层120、负极活性物质层110和固体电解质层130的密度可以均为各自层的材料理论密度的90％以上。
多个空隙250各自的最大宽度的平均例如为10μm以下，也可以为1μm以下。由此，多个空隙250能够抑制阻碍发电元件100中的离子或电子传导的影响。多个空隙250各自的最大宽度，例如通过电子显微镜等观察电池1000的剖面，从所观察到的多个空隙250测量。
如上所述，电池1000能够兼顾高电池特性和高可靠性。
[制造方法]
接着，对本实施方式的电池1000的制造方法进行说明。电池1000的制造方法例如包括第一压缩工序和第二压缩工序。
在第一压缩工序中，在小于1atm的减压气氛下进行对包含正极活性物质层120、负极活性物质层110和固体电解质层130中的至少一个层的被压缩体的冲压。由此，能够使正极活性物质层120、负极活性物质层110和固体电解质层130中的至少一个层高密度化。在减压气氛下进行冲压是指，在通过空间的气体被排气等而成为小于1atm的减压状态的空间中进行冲压。
另外，在第一压缩工序中的冲压前的被压缩体的内部，例如，如图2所示的与导通通路251a相连的空隙251那样，存在通过细微的导通通路与被压缩体外的气氛相连的空隙。这些空隙起因于被压缩体的材料颗粒间的间隙。随着被压缩体的压缩的发展，导通通路的大半被堵塞，空隙内的残留气体失去出口。之后，随着压缩所导致的高密度化的发展，空隙的内压上升。例如，当导通通路堵塞之后空隙的体积变为一半以下时，空隙的内压变为2atm以上。因此，例如，若被压缩体外的气氛为常压，压缩工序完成时在被压缩体内部形成大量高压的空隙，这些空隙在充放电时等成为被压缩体破损的起点，离子和电子的传导路径可能被破坏。与此相对，在第一压缩工序中，由于使被压缩体外的气氛为减压气氛，因此能够经由导通路径将冲压前的被压缩体的空隙的气体排出。因此，即使由于被压缩体的压缩的发展，导通路径的大半被堵塞，空隙与被压缩体外的气氛被截断后，也能够减小伴随压缩的发展的空隙的内压上升。由此，例如，能够使第一压缩工序完成时残存的多个空隙250的内压为小于1atm的负压。
在第二压缩工序中，在小于1atm的减压气氛下进行被压缩体的冲压，该被压缩体是将正极活性物质层120和负极活性物质层110以隔着固体电解质层130相对的方式层叠而成的。由此，能够隔着固体电解质层130将正极活性物质层120和负极活性物质层110压缩接合。
另外，在第二压缩工序中的冲压前的被压缩体的各层的边界，例如，如图2所示的与导通通路251a相连的空隙251那样，存在通过细微的导通通路与被压缩体外的气氛相连的空隙。这些空隙起因于被压缩体的各层的表面粗糙度。由于压缩接合的发展，导通通路的大半被堵塞，空隙内的残留气体失去出口。之后，随着压缩接合的发展，空隙的内压上升。因此，例如，当被压缩体外的气氛为常压时，在压缩工序完成时，沿着被压缩体的各层的界面形成大量高压的空隙，这些空隙在充放电时成为被压缩体的破损的起点，被压缩体的各层间的传导路径可能被破坏。与此相对，在第二压缩工序中，由于使被压缩体的外部的气氛为减压气氛，因此，能够经由导通通路将压缩接合前的被压缩体的各层的边界处的空隙的气体排出。因此，由于被压缩体的压缩接合的发展，导通通路的大半被堵塞，即使在空隙与被压缩体外的气氛被截断后，也能够减小伴随压缩接合的发展而产生的空隙的内压上升。由此，能够使在压缩工序完成时残存的多个空隙250的内压为负压。
此外，电池1000的制造方法也可以仅包含第一压缩工序和第二压缩工序中的一方。另外，电池1000也可以通过包含第一压缩工序和第二压缩工序以外的工序的制造方法来制造。
在电池1000的制造方法中，例如，形成层叠体作为在第一压缩工序和第二压缩工序中被进行冲压的被压缩体。图6A、图6B、图7A、图7B和图8是表示通过电池1000的制造方法形成的层叠体的概略结构的剖视图。另外，图6A、图6B、图7A、图7B以及图8省略了存在于各层的空隙的图示。
在电池1000的制造方法中，例如，形成图6A、图6B、图7A、图7B和图8所示的层叠体310、层叠体320、层叠体330、层叠体340和层叠体350中的至少一个。
图6A所示的层叠体310例如通过在负极集电体210上层叠负极活性物质层110而形成。图6B所示的层叠体320例如通过在正极集电体220上层叠正极活性物质层120而形成。图7A所示的层叠体330例如通过在图6A所示的层叠体310的负极活性物质层110上进一步层叠固体电解质层130而形成。图7B所示的层叠体340例如通过在图6B所示的层叠体320的正极活性物质层120上进一步层叠固体电解质层130而形成。如图8所示，层叠体350通过在负极集电体210上依次层叠负极活性物质层110、固体电解质层130、正极活性物质层120和正极集电体220而形成。另外，层叠体的层叠结构和形成方法不限于上述例子。例如，层叠体可以具有从层叠体350中除去正极集电体220和负极集电体210中的至少一方之后的层叠结构。
上述各层叠体例如通过将负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130各自的材料与溶剂揉合而成的糊状的涂料涂敷在集电体或各层的表面上并干燥而形成。
在第一压缩工序中，例如，将图6A和图6B所示的层叠体310和层叠体320中的至少一方作为被压缩体，在减压气氛下进行冲压。由此，实现构成正极活性物质层120和负极活性物质层110的材料的高密度化以及颗粒间的接触面积增加，因此能够减小各层内的离子和电子的电阻。此外，由于能够使正极活性物质层120和负极活性物质层110的表面是平滑的，因此能够在正极活性物质层120和负极活性物质层110上形成厚度薄且均匀的固体电解质层130，从而能够降低短路风险。另外，通过将层叠体310作为被压缩体，在负极活性物质层110的内部形成多个空隙250。另外，通过将层叠体320作为被压缩体，在正极活性物质层120的内部形成多个空隙250。
另外，在第一压缩工序中，例如，将图7A和图7B所示的层叠体330和层叠体340中的至少一方作为被压缩体，在减压气氛下进行冲压。由此，实现构成正极活性物质层120、负极活性物质层110和固体电解质层130的材料的高密度化以及颗粒间的接触面积增加，因此能够减小各层内的离子和电子的电阻。另外，能够提高正极活性物质层120或负极活性物质层110与固体电解质层130的密接性。另外，通过将层叠体330作为被压缩体，在负极活性物质层110和固体电解质层130各自的内部形成多个空隙250。另外，通过将层叠体340作为被压缩体，在正极活性物质层120和固体电解质层130各自的内部形成多个空隙250。
另外，在第一压缩工序中，例如，将图8所示的层叠体350作为被压缩体，在减压气氛下进行冲压。由此，实现构成正极活性物质层120、负极活性物质层110和固体电解质层130的材料的高密度化以及颗粒间的接触面积增加，因此能够减小各层内的离子和电子的电阻。另外，能够使正极活性物质层120与负极活性物质层110隔着固体电解质层130牢固地密接。另外，通过将层叠体350作为被压缩体，在负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130各自的内部形成多个空隙250。另外，由于层叠体350具有将正极活性物质层120和负极活性物质层110以隔着固体电解质层130而相对的方式层叠而成的结构，因此通过将层叠体350作为被压缩体进行冲压，从而同时进行第一压缩工序和第二压缩工序。
另外，如上所述，在第一压缩工序中，通过在减压气氛下进行冲压，能够使起因于第一压缩工序而形成在发电元件100的内部的多个空隙250的内压小于1atm。
此外，在第二压缩工序中，例如，在减压气氛下进行图6A和图7B所示的将层叠体310和层叠体340层叠而成的被压缩体的冲压，使得正极活性物质层120和负极活性物质层110隔着固体电解质层130相对层叠。具体而言，以层叠体310的负极活性物质层110与层叠体340的固体电解质层130相面对的方式层叠层叠体310和层叠体340。由此，层叠体310的负极活性物质层110与层叠体340的固体电解质层130被压缩接合，能够提高负极活性物质层110与固体电解质层130的密接性。另外，由此，沿着被压缩接合的负极活性物质层110与固体电解质层130的界面形成多个空隙250。
此外，在第二压缩工序中，例如，在减压气氛下进行图6B和图7A所示的将层叠体320和层叠体330层叠而成的被压缩体的冲压，使得正极活性物质层120和负极活性物质层110隔着固体电解质层130相对层叠。具体而言，以层叠体320的正极活性物质层120与层叠体330的固体电解质层130相面对的方式层叠层叠体320和层叠体330。由此，层叠体320的正极活性物质层120与层叠体330的固体电解质层130被压缩接合，能够提高正极活性物质层120与固体电解质层130的密接性。另外，由此，沿着被压缩接合的正极活性物质层120与固体电解质层130的界面形成多个空隙250。
此外，在第二压缩工序中，例如，在减压气氛下进行图7A和图7B所示的将层叠体330和层叠体340层叠而成的被压缩体的冲压，使得正极活性物质层120和负极活性物质层110隔着固体电解质层130相对层叠。具体而言，以层叠体330的固体电解质层130与层叠体340的固体电解质层130相面对的方式层叠层叠体330和层叠体340。由此，层叠体330的固体电解质层130与层叠体340的固体电解质层130被压缩接合，能够提高固体电解质层130彼此的密接性。另外，由此，沿着被压缩接合的两个固体电解质层130的界面形成多个空隙250。
如上所述，在第二压缩工序中，通过在减压气氛下进行冲压，能够使起因于第二压缩工序而形成在发电元件100的各层的表面的多个空隙250的内压小于1atm。
另外，第二压缩工序中使用的层叠体例如是经过了第一压缩工序的层叠体。这样，经过第一压缩工序和第二压缩工序，形成电池1000。另外，在第二压缩工序中使用的层叠体也可以是未经过第一压缩工序的层叠体。在第二压缩工序中使用未经过第一压缩工序的层叠体的情况下，同时进行第一压缩工序和第二压缩工序。
如上所述，通过第一压缩工序和第二压缩工序的上述各种效果，能够得到低电阻且高容量的电池1000。另外，由于形成内压小于1atm的多个空隙250，因此电池1000的可靠性也提高。
在使用了无机类固体电解质的电池1000中，由于在内部存在大量硬的颗粒彼此的晶界，因此第一压缩工序和第二压缩工序中的冲压的压力(即压缩时的应力)例如为10MPa以上。由此，能够进一步提高电池1000的电池特性。另外，在以10MPa以上的较高压力进行冲压的情况下，在常压气氛下进行冲压的方法中，堵塞了连接空隙和被压缩体的外部的导通路径，所形成的空隙的内压特别容易升高，但通过在减压气氛下进行冲压，能够降低多个空隙250的内压。
另外，在第二压缩工序中使用经过了第一压缩工序的层叠体的情况下，例如，第二压缩工序中的冲压的压力比第一压缩工序中的冲压的压力高。由此，能够进一步提高第二压缩工序的效果。
另外，在第一压缩工序以及第二压缩工序中，减压气氛的压力可以为0.5atm以下，也可以为0.1atm以下。由此，能够进一步降低所形成的多个空隙250的内压。另外，减压气氛的压力例如大于0atm。
这样，伴随着用于形成使用了无机类固体电解质的电池1000的第一压缩工序和/或第二压缩工序中的冲压的发展，正极活性物质层120、负极活性物质层110和固体电解质层130的密度提高。
接着，对第一压缩工序和第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法进行说明。在第一压缩工序和第二压缩工序中，在由容器等包围的空间构建减压气氛，在构建的减压气氛下对被压缩体进行冲压。
首先，说明被压缩体的冲压方法的第一例。图9是用于说明第一压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第一例的示意图。图10是用于说明第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第一例的示意图。如图9和图10所示，能够使用平板冲压装置800进行第一压缩工序和第二压缩工序，所述平板冲压装置800设置于与真空泵910连接的真空槽900的内部空间905。在真空槽900中，例如设置有用于取出和放入被压缩体的门等(省略图示)。具体而言，在第一压缩工序和第二压缩工序中，首先，在平板冲压装置800的上下的冲压板之间配置被压缩体。接着，通过真空泵910排出内部空间905的气体，由此使内部空间905成为减压气氛(例如真空气氛)。在使内部空间905成为减压气氛后，使用平板冲压装置800进行被压缩体的冲压。由平板冲压装置800进行的冲压中的压力施加的方向是图9和图10所示的空心箭头的方向。具体而言，由平板冲压装置800进行的冲压中的压力施加的方向为层叠体的集电体和各层的主面法线方向，即，层叠体的集电体和各层并列层叠的方向。冲压中的压力施加的方向在其他的冲压方法中也是同样的。
接着，说明被压缩体的冲压方法的第二例。图11是用于说明第一压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第二例的示意图。图12是用于说明第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第二例的示意图。如图11和图12所示，在第一压缩工序和第二压缩工序中，在与真空泵910连接的气密容器920的内部空间925中配置被压缩体，使用平板冲压装置800从气密容器920的外部进行被压缩体的冲压。具体而言，在第一压缩工序和第二压缩工序中，首先，在气密容器920的内部空间925中配置被压缩体。接着，通过真空泵910将内部空间925的气体排出，由此使内部空间925成为减压气氛。使内部空间925成为减压气氛后，使用平板冲压装置800从气密容器920的外部进行被压缩体的冲压。
气密容器920例如具备变形部921、冲压部922和收容部923。气密容器920通过变形部921、冲压部922和收容部923，形成除了与真空泵910的连接部911以外的部位被密闭的内部空间925。
变形部921位于冲压部922与收容部923之间。变形部921能够与冲压部922及收容部923中的至少一方分离。变形部921例如俯视形状为框状，是将冲压部922与收容部923之间密封的密封构件。由此，维持气密容器920的减压状态。变形部921的材料例如是比发电元件100的各层的材料柔软且由于平板冲压装置800的冲压而变形的材料。通过平板冲压装置800的冲压，变形部921变形，由此，来自气密容器920的外部的冲压的压力被施加到被压缩体。变形部921由由于平板冲压装置800的冲压而变形的橡胶材料等弹性材料构成。另外，变形部921的材料也可以不具有弹性，也可以是塑性变形的材料。
冲压部922是构成气密容器920的上盖部的板状的构件。为了能够进行被压缩体的冲压，设计成冲压部922的一部分例如设置于冲压部922的凸部的下表面922a与被压缩体相接。另外，在冲压部922中，在俯视下，在中央设置有凸部，未设置有凸部的端部与变形部921相接。
收容部923是上部开口的箱形状的构件，在收容部923的箱形状的底面923a上收容被压缩体。收容部923的一部分经由配管或管等连接部911与真空泵910连接。另外，收容部923的侧壁部的上端经由变形部921与收容部923的端部连接。
从平板冲压装置800的上侧的冲压板对冲压部922施加冲压的力，从平板冲压装置800的下侧的冲压板对收容部923施加冲压的力。对冲压部922及收容部923例如直接施加平板冲压装置800的冲压的力。被压缩体例如以夹在收容部923的箱形状的底面923a和冲压部922的凸部的下表面922a之间的方式配置。冲压部922及收容部923分别由比发电元件100的各层的材料硬的刚体材料构成。由此，在由平板冲压装置800进行冲压时，能够一边保持气密容器920整体的容器形状和内部空间925的减压状态，一边稳定地进行被压缩体的冲压。另外，冲压部922及收容部923也可以使用与变形部921相同的材料。
通过这样的结构，通过平板冲压装置800的冲压，变形部921以向冲压的方向收缩的方式变形，经由冲压部922和收容部923，平板冲压装置800的力传递至被压缩体，进行被压缩体的冲压。另外，变形部921例如通过从平板冲压装置800的冲压中释放而恢复到原来的形状，因此通过更换被压缩体而再次使用气密容器920。
这样，通过从气密容器920的外侧进行冲压，能够使用于构建减压气氛的设备小型化。
接着，说明被压缩体的冲压方法的第三例。图13是用于说明第一压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第三例的示意图。图14是用于说明第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第三例的示意图。如图13及图14所示，能够使用设置在与真空泵910连接的真空槽900的内部空间905中的辊压装置850、和以夹着辊压装置850的方式配置的卷出辊860及卷取辊870，进行第一压缩工序及第二压缩工序。辊压装置850、卷出辊860以及卷取辊870全部设置在真空槽900的内部空间905中。
如图13所示，在第一压缩工序中，一边沿着输送辊880将被压缩体400从卷出辊860输送至卷取辊870，一边通过辊压装置850进行发电元件100的各层的连续的冲压。被压缩体400例如具有与作为在上述第一压缩工序中使用的层叠体而说明的层叠体相同的层叠结构。
另外，如图14所示，在第二压缩工序中，一边从两个卷出辊860沿着输送辊880输送被压缩体410以及被压缩体420，一边通过辊压装置850将正极活性物质层120与负极活性物质层110以隔着固体电解质层130相对的方式压缩接合。在压缩接合开始之前，使用卷取辊870输送被压缩体410和被压缩体420，压缩接合开始后的电池结构体500能够通过未图示的输送切断装置输送回收。被压缩体410和被压缩体420例如具有与作为在上述第二压缩工序中使用的层叠体说明的层叠体相同的层叠结构。
接着，说明被压缩体的冲压方法的第四例。图15是用于说明第一压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第四例的示意图。图16是用于说明第二压缩工序中的被压缩体的冲压方法的第四例的示意图。如图15及图16所示，能够使用设置在与真空泵910连接的真空槽930的内部空间935中的辊压装置850、以夹着辊压装置850的方式配置在真空槽930的外侧的卷出辊860及卷取辊870，进行第一压缩工序及第二压缩工序。另外，在真空槽930中，在被压缩体400、或被压缩体410及被压缩体420出入的部位设置有用于保持真空槽930的气密性的密封辊890。由此，能够使用于构建减压气氛的设备小型化。第四例中的被压缩体400、或者被压缩体410和被压缩体420的输送和冲压与第三例相同。
另外，在减压气氛下进行第一压缩工序和第二压缩工序的方法不限定于这些例子。例如，在第一压缩工序和第二压缩工序中，为了高效地进行高密度化和压缩接合，也可以一边加温一边进行冲压。另外，在第一压缩工序和第二压缩工序中，在使内部空间905、内部空间925或内部空间935成为减压气氛之前，可以将内部空间905、内部空间925或内部空间935用氩或氮等惰性气体置换。
另外，在上述的说明中，对发电元件100为一个的单一单元的电池1000进行了说明，但在具有将多个发电元件100隔着集电体层叠为串联结构或并联结构的结构的层叠电池中，本实施方式的电池1000的结构和制造方法也是有效的。
(实施方式2)
接着，对实施方式2进行说明。在实施方式2中，对使用了实施方式1的电池的电池系统进行说明。在上述的实施方式1的电池1000中，由于在发电元件100的内部存在负压的多个空隙250，因此耐环境性也优异，在实际运用上提供各种优点。
图17是表示实施方式2的电池系统3000的概略结构的示意图。如图17所示，电池系统3000具备电池2000和容器600。
电池2000例如是具有多个实施方式1的电池1000、具有层叠了多个电池1000的层叠结构的层叠电池。另外，在图17中，省略了层叠电池1000的结构的记载，以一个矩形表示电池2000。通过使电池2000为层叠电池，能够实现高电压或高容量。电池2000配置在容器600的内部空间605中。电池系统3000具备的电池也可以是作为单电池单元的电池1000。
容器600是用于收容电池2000的密闭容器。容器600具有成为减压环境的内部空间605。减压环境是电池2000所处的环境的压力为1atm以下的环境。即，内部空间605的压力小于1atm。容器600例如可以通过在减压环境下将电池2000收容于容器600而使内部空间605成为减压环境，也可以通过未图示的真空泵、或者与减压环境的容器600的外部相连的通气门或通气口等使内部空间605成为减压环境。容器600例如是用于保护发电元件100等的电池壳体，但不限于电池壳体这样的电池专用的容器，也可以是飞机、宇宙飞船或真空槽等。容器600例如也可以通过未图示的飞行装置等飞行。
另外，图18是表示实施方式2的另一电池系统3100的概略结构的示意图。如图18所示，电池系统3100具备电池2000和容器610。
容器610具有成为减压环境的内部空间615。此外，容器610设置有将内部空间615与容器610的外部相连的孔612。容器610例如配置在减压环境中或移动到减压环境中，从而通过孔612使内部空间615成为减压环境。容器610例如是用于保护搭载在飞机或宇宙飞船等在高海拔环境或宇宙空间中移动的移动体上的发电元件100的电池壳体。容器610不限于电池壳体这样的电池专用的容器，也可以是在高海拔环境或宇宙空间中使用的设备的装置的框体、或者设置在飞机或宇宙飞船上的装置的框体等。
这样，在电池系统3000以及电池系统3100中，例如将电池2000配置在减压环境中，进行电池2000的充电或者放电。
在本实施方式中，减压环境的压力可以是0.95atm以下，也可以是0.8atm以下。另外，减压环境的压力例如大于0atm。例如，在海拔高且在飞行条件下，容器610的外部一般是减压环境，电池系统3100有时处于例如0.95atm以下甚至0.8atm以下的环境中。即使在这样的减压环境下，电池2000也具有负压的多个空隙250，因此能够抑制以多个空隙250为起点的发电元件100的破损。
另外，电池2000中的多个空隙250的内压例如为减压环境的压力以下。由此，能够抑制以多个空隙250为起点的发电元件100的破损，以及能够通过多个空隙250使将发电元件100的各层向内侧吸引的力起作用。
这样，本实施方式的电池系统由于包括实施方式1的电池1000，所以即使是电池被放置在减压环境中的电池系统，也能够确保电池的高可靠性。
(其他实施方式)
以上，基于实施方式对本公开的电池以及电池系统进行了说明，但本公开并不限定于这些实施方式。只要不脱离本公开的主旨，对实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的方式、组合实施方式中的一部分结构元件而构建的其他方式也包含在本公开的范围内。
例如，在上述实施方式中，多个空隙250分别存在于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130的内部，但不限于此。多个空隙250只要存在于负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130中的至少一个层的内部即可。
另外，例如，在上述实施方式中，负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130分别包含无机类固体电解质，但不限于此。负极活性物质层110、正极活性物质层120和固体电解质层130分别还可以在除了无机类固体电解质之外包含除了无机类固体电解质之外的固体电解质，或者包含除了无机类固体电解质之外的固体电解质来代替无机类固体电解质。
另外，上述实施方式能够在请求保护的范围或其等同的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
工业上的可利用性
本公开的电池等能够作为电子设备、电气器具装置以及电动车辆等的电池等来利用。
附图标记说明
100发电元件
110负极活性物质层
120正极活性物质层
130固体电解质层
210负极集电体
220正极集电体
250空隙
310、320、330、340、350层叠体
400、410、420被压缩体
600、610容器
605、615、905、925、935内部空间
612孔
800平板冲压装置
850辊压装置
860卷出辊
870卷取辊
880输送辊
890密封辊
900、930真空槽
910真空泵
911连接部
920气密容器
921变形部
922冲压部
922a下表面
923收容部
923a底面
1000、2000电池
3000、3100电池系统

Claims (15)

1.一种电池，其中，具备发电元件，该发电元件具有：
正极层，包含正极活性物质和第一无机类固体电解质；
负极层，包含负极活性物质和第二无机类固体电解质；以及
固体电解质层，位于所述正极层与所述负极层之间，包含第三无机类固体电解质，
在所述发电元件的内部存在多个空隙，
所述多个空隙的内压小于1atm。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，
所述多个空隙位于沿着所述第一无机类固体电解质、所述第二无机类固体电解质和所述第三无机类固体电解质中的至少一个电解质的晶界的位置。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其中，
所述多个空隙中的至少一个存在于所述正极层及所述负极层中的至少一个层的内部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，
所述多个空隙中的至少一个空隙位于所述正极层、所述负极层以及所述固体电解质层中的至少一个层的表面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池，其中，
所述多个空隙的内压为0.1atm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池，其中，
所述多个空隙各自的最大宽度的平均值为10μm以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池，其中，
所述正极层、所述负极层以及所述固体电解质层中的至少一个层的密度为材料理论密度的90％以上。
8.一种电池系统，其中，具备：
容器，具有成为减压环境的内部空间；以及
权利要求1至7中任一项所述的电池，配置于所述内部空间。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其中，
所述减压环境的压力为0.95atm以下。
10.根据权利要求8或9所述的电池系统，其中，
所述多个空隙的内压为所述减压环境的压力以下。
11.一种电池的制造方法，所述电池具备：正极层，包含正极活性物质和第一无机类固体电解质；负极层，包含负极活性物质和第二无机类固体电解质；以及固体电解质层，位于所述正极层与所述负极层之间，并且含有第三无机类固体电解质，其中，
所述电池的制造方法包括压缩工序，所述压缩工序在减压气氛下进行含有所述正极层、所述负极层以及所述固体电解质层中的至少一个层的被压缩体的冲压。
12.一种电池的制造方法，所述电池具备正极层、负极层、以及位于所述正极层与所述负极层之间的固体电解质层，其中，
所述电池的制造方法包括压缩工序，所述压缩工序在减压气氛下进行被压缩体的冲压，所述被压缩体是将所述正极层和所述负极层以隔着所述固体电解质层而相对的方式层叠而成的。
13.根据权利要求11或12所述的电池的制造方法，其中，
所述减压气氛的压力为0.1atm以下。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的电池的制造方法，其中，
所述冲压的压力为10MPa以上。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的电池的制造方法，其中，
在所述压缩工序中，在气密容器内配置所述被压缩体，并使所述气密容器内成为所述减压气氛后，从所述气密容器的外部进行所述被压缩体的所述冲压，
所述气密容器具备由于所述冲压而变形的变形部，
所述变形部通过所述冲压而变形，从而将来自所述气密容器的外部的所述冲压的压力施加于所述被压缩体。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2024030850A (ja) * 2022-08-25 2024-03-07 トヨタ自動車株式会社 バイポーラ電極の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008243735A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Arisawa Mfg Co Ltd 固体電解質およびその成形方法、並びにリチウムイオン二次電池及びその製造方法
JP2010113939A (ja) 2008-11-06 2010-05-20 Nissan Motor Co Ltd 双極型二次電池およびその製造方法
JP5511607B2 (ja) 2010-09-22 2014-06-04 日立造船株式会社 全固体二次電池の製造方法
JP6551220B2 (ja) * 2015-12-25 2019-07-31 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
JP6605996B2 (ja) * 2016-03-17 2019-11-13 株式会社東芝 電池、電池パック、および車両
WO2018123479A1 (ja) 2016-12-27 2018-07-05 日本碍子株式会社 リチウムイオン電池及びその製造方法
JP6774378B2 (ja) 2017-05-23 2020-10-21 本田技研工業株式会社 リチウムイオン二次電池
JP6987569B2 (ja) 2017-08-09 2022-01-05 三菱重工業株式会社 全固体電池モジュール
JP6960271B2 (ja) 2017-08-10 2021-11-05 日立造船株式会社 全固体電池
JP6950486B2 (ja) * 2017-11-20 2021-10-13 大日本印刷株式会社 組電池及びその外装容器
WO2019131503A1 (ja) * 2017-12-28 2019-07-04 日立造船株式会社 全固体電池、その製造方法および加工装置
KR102311075B1 (ko) * 2018-04-09 2021-10-07 주식회사 엘지에너지솔루션 팩 하우징을 포함하는 배터리 팩
JP6873963B2 (ja) * 2018-11-09 2021-05-19 株式会社豊田中央研究所 リチウム電池及び複合構造体の製造方法

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