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JP7639663B2 - Manufacturing method for all-solid-state batteries - Google Patents
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Description

本開示は、全固体電池の製造方法に関する。 This disclosure relates to a method for manufacturing an all-solid-state battery.

全固体電池は、正極と負極の間に介在する電解質として、有機溶媒を含む電解液に替えて固体電解質を用いるという点で注目されている。 All-solid-state batteries have attracted attention because they use a solid electrolyte between the positive and negative electrodes instead of an electrolyte solution containing an organic solvent.

特許文献1には、集電体と、集電体に隣接して積層された電池ユニットとを接着するための接着手段を有する全固体電池が開示されている。 Patent Document 1 discloses an all-solid-state battery having an adhesive means for adhering a current collector to a battery unit stacked adjacent to the current collector.

特開2017-204377号公報JP 2017-204377 A

全固体電池のエネルギー密度の向上が求められる。負極と固体電解質層と正極を積層した電極積層体において、電極積層体を一括裁断して側面を面一にした後に側面をテープ等の絶縁層で固定しようとすると絶縁層が正極の面上にはみ出して、正極の面上の余分な絶縁層により電極積層体に局所荷重がかかる場合がある。
また、正極の面上の余分な絶縁層により、全固体電池の寸法が大きくなり全固体電池のエネルギー密度が低下する。
There is a demand for improving the energy density of all-solid-state batteries. In an electrode laminate in which a negative electrode, a solid electrolyte layer, and a positive electrode are laminated, if the electrode laminate is cut into a single piece and the sides are made flush, and then the sides are fixed with an insulating layer such as tape, the insulating layer may protrude onto the surface of the positive electrode, and the excess insulating layer on the surface of the positive electrode may apply a local load to the electrode laminate.
Also, the extra insulating layer on the surface of the positive electrode increases the size of the solid-state battery, reducing the energy density of the solid-state battery.

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、全固体電池のエネルギー密度を向上させることができる全固体電池の製造方法を提供することを主目的とする。 This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and has as its main objective the provision of a method for manufacturing an all-solid-state battery that can improve the energy density of the all-solid-state battery.

本開示の全固体電池の製造方法は、第1集電体の両面に、第1電極層、固体電解質層、第2電極層、第2集電体をこの順に有する全固体電池の製造方法であって、
前記第1集電体の両面に、前記第1電極層、前記固体電解質層、前記第2電極層をこの順で積層した積層体を得る工程と、
前記積層体の積層方向の少なくとも1つの側面を裁断により面一とする工程と、
前記第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に隣接する領域に絶縁層を配置し、当該第2集電体と当該絶縁層の接合体を形成する工程と、
前記第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に前記第2電極層が当該第2集電体と接するように前記積層体を配置し、且つ、前記絶縁層と前記積層体の面一である側面と、を接着する工程と、を備えることを特徴とする。
The method for producing an all-solid-state battery according to the present disclosure is a method for producing an all-solid-state battery having a first electrode layer, a solid electrolyte layer, a second electrode layer, and a second current collector, in this order, on both sides of a first current collector, the method comprising:
obtaining a laminate in which the first electrode layer, the solid electrolyte layer, and the second electrode layer are laminated in this order on both sides of the first current collector;
A step of cutting at least one side surface of the laminate in the lamination direction to make the surface flush;
disposing an insulating layer on a surface of the second current collector in an area adjacent to an area where the laminate is to be disposed, thereby forming a bonded body of the second current collector and the insulating layer;
The method is characterized by comprising a step of: placing the laminate in a region on the surface of the second current collector where the laminate is to be placed, so that the second electrode layer is in contact with the second current collector, and adhering the insulating layer to a side surface of the laminate that is flush with the surface of the laminate.

本開示は、全固体電池のエネルギー密度を向上させることができる全固体電池の製造方法を提供することができる。 The present disclosure can provide a method for manufacturing an all-solid-state battery that can improve the energy density of the all-solid-state battery.

図1は、本開示の全固体電池の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method for producing an all-solid-state battery according to the present disclosure. 図2は裁断工程前の積層体の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a laminate before a cutting process. 図3は裁断工程後の積層体の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a laminate after the cutting process. 図4は、実施例1の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an outline of the (3) bonded body forming step and (4) bonding step of Example 1. 図5は、実施例2の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an outline of the (3) bonded body forming step and (4) bonding step of Example 2. 図6は、実施例3の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an outline of the (3) bonded body forming step and (4) bonding step of Example 3. 図7は、比較例1の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of the (3) bonded body forming step and (4) bonding step of Comparative Example 1. 図8は、比較例2の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an outline of the (3) bonded body forming step and (4) bonding step of Comparative Example 2.

本開示の全固体電池の製造方法は、第1集電体の両面に、第1電極層、固体電解質層、第2電極層、第2集電体をこの順に有する全固体電池の製造方法であって、
前記第1集電体の両面に、前記第1電極層、前記固体電解質層、前記第2電極層をこの順で積層した積層体を得る工程と、
前記積層体の積層方向の少なくとも1つの側面を裁断により面一とする工程と、
前記第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に隣接する領域に絶縁層を配置し、当該第2集電体と当該絶縁層の接合体を形成する工程と、
前記第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に前記第2電極層が当該第2集電体と接するように前記積層体を配置し、且つ、前記絶縁層と前記積層体の面一である側面と、を接着する工程と、を備えることを特徴とする。
The method for producing an all-solid-state battery according to the present disclosure is a method for producing an all-solid-state battery having a first electrode layer, a solid electrolyte layer, a second electrode layer, and a second current collector, in this order, on both sides of a first current collector, the method comprising:
obtaining a laminate in which the first electrode layer, the solid electrolyte layer, and the second electrode layer are laminated in this order on both sides of the first current collector;
A step of cutting at least one side surface of the laminate in the lamination direction to make the surface flush;
disposing an insulating layer on a surface of the second current collector in an area adjacent to an area where the laminate is to be disposed, thereby forming a bonded body of the second current collector and the insulating layer;
The method is characterized by comprising a step of: placing the laminate in a region on the surface of the second current collector where the laminate is to be placed so that the second electrode layer is in contact with the second current collector; and adhering the insulating layer to a side surface of the laminate that is flush with the surface of the laminate.

図1は、本開示の全固体電池の製造方法の一例を示すフローチャートである。11は、第1集電体、12は、第1電極層、13は、固体電解質層、14は、第2電極層、15は、第2集電体、16は、絶縁層を示す。
本開示の全固体電池の製造方法は、図1に示すように、(1)積層体取得工程と、(2)裁断工程と、(3)接合体形成工程と、(4)接着工程と、を備える。
なお、(3)接合体形成工程は、(4)接着工程前に行えばよく、(1)積層体取得工程よりも前に行ってもよく、同時であってもよく、後に行ってもよく、(2)裁断工程よりも前に行ってもよく、同時であってもよく、後に行ってもよい。
1 is a flowchart showing an example of a method for producing an all-solid-state battery according to the present disclosure, in which 11 denotes a first current collector, 12 denotes a first electrode layer, 13 denotes a solid electrolyte layer, 14 denotes a second electrode layer, 15 denotes a second current collector, and 16 denotes an insulating layer.
As shown in FIG. 1 , the method for producing an all-solid-state battery according to the present disclosure includes (1) a laminate obtaining step, (2) a cutting step, (3) a bond forming step, and (4) a bonding step.
The (3) bonded body forming step may be performed before the (4) bonding step, and may be performed before, simultaneously with, or after the (1) laminate obtaining step, and may be performed before, simultaneously with, or after the (2) cutting step.

(1)積層体取得工程
積層体取得工程は、前記第1集電体の両面に、前記第1電極層、前記固体電解質層、前記第2電極層をこの順で積層した積層体を得る工程である。
第1電極層は正極層又は負極層であることができる。第1電極層が正極層であるとき、その対極層である第2電極層は負極層であり、第1電極層が負極層であるときの第2電極層は正極層である。
第1集電体の両面に、前記第1電極層、前記固体電解質層、前記第2電極層をこの順で積層する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を適宜採用することができる。
(1) Stacked Body Obtaining Step The stacked body obtaining step is a step of obtaining a stacked body in which the first electrode layer, the solid electrolyte layer, and the second electrode layer are stacked in this order on both sides of the first current collector.
The first electrode layer can be a positive electrode layer or a negative electrode layer. When the first electrode layer is a positive electrode layer, the second electrode layer, which is its counter electrode layer, is a negative electrode layer, and when the first electrode layer is a negative electrode layer, the second electrode layer is a positive electrode layer.
The method for laminating the first electrode layer, the solid electrolyte layer, and the second electrode layer in this order on both sides of the first current collector is not particularly limited, and any conventionally known method can be appropriately adopted.

(2)裁断工程
裁断工程は、前記積層体の積層方向の少なくとも1つの側面を裁断により面一とする工程である。
裁断方法は特に限定されず、レーザー照射等が挙げられる。
面一とする側面は、少なくとも1つの側面であればよく、1つの側面のみであってもよい。
(2) Cutting Step The cutting step is a step of cutting at least one side surface in the stacking direction of the laminate to make it flush.
The cutting method is not particularly limited, and examples thereof include laser irradiation.
The side surfaces to be flush with each other need only be at least one side surface, and may be only one side surface.

(3)接合体形成工程
接合体形成工程は、前記第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に隣接する領域に絶縁層を配置し、当該第2集電体と当該絶縁層の接合体を形成する工程である。
接合方法は、特に限定されず、絶縁層が接着性を有する場合は、第2集電体と絶縁層を接着してもよい。
全固体電池において、第2集電体は、積層体と対向しない領域と積層体と対向する領域を有する。すなわち、第2集電体の面方向の寸法は、積層体の面方向の寸法よりも大きい。
絶縁層を配置する位置は、第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に隣接する領域であれば特に限定されず、後述する接着工程において、積層体の面一とした側面と接着可能な位置であってもよい。
絶縁層の厚み(積層方向の高さ)は、積層体の厚み(積層方向の高さ)と同じであってもよく、異なっていてもよいが、積層体の厚み±第2電極層の厚みの範囲であってもよい。絶縁層の厚みが積層体の厚みよりも大きい場合、プレス及び加熱等によって、絶縁層の厚みが積層体の厚みと同程度となるようにしてもよい。これにより、積層体と絶縁層の高さを合わせることができる。
(3) Assembly Formation Step The assembly formation step is a step of arranging an insulating layer in an area adjacent to the area on the surface of the second current collector where the laminate is to be arranged, and forming an assembly of the second current collector and the insulating layer.
The joining method is not particularly limited, and when the insulating layer has adhesive properties, the second current collector and the insulating layer may be bonded to each other.
In the all-solid-state battery, the second current collector has a region that does not face the laminate and a region that faces the laminate, i.e., the dimension of the second current collector in the planar direction is larger than the dimension of the laminate in the planar direction.
The position at which the insulating layer is placed is not particularly limited as long as it is an area adjacent to the area on the surface of the second collector where the laminate is intended to be placed, and it may be a position where it can be adhered to the flush side of the laminate in the bonding process described below.
The thickness of the insulating layer (height in the stacking direction) may be the same as or different from the thickness of the laminate (height in the stacking direction), and may be within the range of the thickness of the laminate ± the thickness of the second electrode layer. When the thickness of the insulating layer is greater than the thickness of the laminate, the thickness of the insulating layer may be adjusted to be approximately the same as the thickness of the laminate by pressing, heating, etc. This allows the height of the laminate and the insulating layer to be matched.

絶縁層の材料は、絶縁性を有する材料であればよく、接着性を有する材料であってもよく、接着剤であってもよい。絶縁層に用いられる接着剤は、固体で、接着機能を有するものであれば特に限定されない。接着剤の種類は、例えば、タック性を有する樹脂、及び、ホットメルト剤等が挙げられる。タック性を有する樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、シリコーン系樹脂、及び、ウレタン系樹脂等が挙げられる。ホットメルト剤としては、融点が140℃以下の樹脂であれば特に限定されず、例えば、エチレン-酢酸ビニル系樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂等が挙げられる。 The material of the insulating layer may be any material having insulating properties, may be a material having adhesive properties, or may be an adhesive. The adhesive used for the insulating layer is not particularly limited as long as it is solid and has adhesive properties. Examples of the adhesive include tacky resins and hot melt agents. Examples of tacky resins include acrylic resins, rubber resins, silicone resins, and urethane resins. There is no particular limitation on the hot melt agent as long as it is a resin with a melting point of 140°C or less, and examples of the hot melt agent include ethylene-vinyl acetate resins and polyethylene naphthalate resins.

(4)接着工程
接着工程は、前記第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に前記第2電極層が当該第2集電体と接するように前記積層体を配置し、且つ、前記絶縁層と前記積層体の面一である側面と、を接着する工程である。
絶縁層は、第2集電体の面上に積層体を配置する際の位置決め部材として用いることができる。
接着方法は、特に限定されず、絶縁層と積層体を、接着剤を介して接着してもよいし、絶縁層自体が接着性を有する場合は、そのまま積層体と絶縁層を接着してもよい。
(4) Bonding process The bonding process is a process of placing the laminate in the area on the surface of the second current collector where the laminate is to be placed so that the second electrode layer is in contact with the second current collector, and bonding the insulating layer to a side surface of the laminate that is flush with the surface of the laminate.
The insulating layer can be used as a positioning member when placing the laminate on the surface of the second current collector.
The bonding method is not particularly limited, and the insulating layer and the laminate may be bonded via an adhesive, or if the insulating layer itself has adhesive properties, the laminate and the insulating layer may be bonded directly to each other.

[電極層]
電極層は、電極活物質を含み、必要に応じて固体電解質、導電材、結着材等を含む。
電極層は、正極層又は負極層である。電極活物質の種類が互いに異なる2つの電極層を用意することにより、一方を正極層、もう一方を負極層として用いてもよい。
電極活物質としては、全固体電池の活物質として使用可能な材料をいずれも採用可能であり、後述する正極活物質及び負極活物質として例示するものと同様のものを採用することができる。
固体電解質としては、後述する固体電解質層において例示するものと同様のものを例示することができる。
導電材及び結着剤としては、後述する正極層において例示するものと同様のものを例示することができる。
電極層の厚みについては特に限定されるものではないが、例えば、10~100μmであってもよく、10~20μmであってもよい。
[Electrode layer]
The electrode layer contains an electrode active material, and optionally contains a solid electrolyte, a conductive material, a binder, and the like.
The electrode layer is a positive electrode layer or a negative electrode layer. Two electrode layers having different types of electrode active materials may be prepared, and one may be used as a positive electrode layer and the other as a negative electrode layer.
As the electrode active material, any material that can be used as an active material for an all-solid-state battery can be used, and materials similar to those exemplified as the positive electrode active material and the negative electrode active material described later can be used.
As the solid electrolyte, the same ones as those exemplified in the solid electrolyte layer described later can be exemplified.
Examples of the conductive material and binder include the same materials as those exemplified for the positive electrode layer described below.
The thickness of the electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 10 to 100 μm, or 10 to 20 μm.

[集電体]
集電体としては、後述する正極集電体及び負極集電体として例示するものと同様のものを採用することができる。
[Current collector]
As the current collector, the same ones as those exemplified as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector described later can be used.

[全固体電池]
本開示の全固体電池は、正極層及び正極集電体を含む正極、固体電解質層、負極層及び負極集電体を含む負極を備えていてもよい。
全固体電池は、第1集電体の両面に第1電極層と、固体電解質層と、第2電極層と、第2集電体をこの順に有する。
第1電極層と第2電極層は、一方が正極層であり、もう一方が負極層である。第1集電体は、第1電極層が正極層であれば正極集電体であり、負極層であれば、負極集電体である。第2集電体は、第2電極層が正極層であれば正極集電体であり、負極層であれば、負極集電体である。
全固体電池は、正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、負極集電体、負極層、固体電解質層、正極層及び、正極集電体がこの順に積層された電池ユニットであってもよい。
全固体電池は、負極集電体、負極層、固体電解質層、正極層、正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電体がこの順に積層された電池ユニットであってもよい。
全固体電池は、2つ以上の電池ユニットの積層体であってもよい。
[All-solid-state battery]
The all-solid-state battery of the present disclosure may include a positive electrode including a positive electrode layer and a positive electrode current collector, a solid electrolyte layer, and a negative electrode including a negative electrode layer and a negative electrode current collector.
The all-solid-state battery has a first electrode layer, a solid electrolyte layer, a second electrode layer, and a second current collector, in this order, on both sides of a first current collector.
One of the first electrode layer and the second electrode layer is a positive electrode layer and the other is a negative electrode layer. The first current collector is a positive electrode current collector if the first electrode layer is a positive electrode layer, and is a negative electrode current collector if the first electrode layer is a negative electrode layer. The second current collector is a positive electrode current collector if the second electrode layer is a positive electrode layer, and is a negative electrode current collector if the second electrode layer is a negative electrode layer.
The all-solid-state battery may be a battery unit in which a positive electrode current collector, a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode layer, a negative electrode current collector, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode layer, and a positive electrode current collector are stacked in this order.
The all-solid-state battery may be a battery unit in which a negative electrode current collector, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode layer, a positive electrode current collector, a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode layer, and a negative electrode current collector are stacked in this order.
The solid-state battery may be a stack of two or more battery units.

[正極]
正極は、正極層、及び正極集電体を含む。
[Positive electrode]
The positive electrode includes a positive electrode layer and a positive electrode current collector.

[正極層]
正極層は、正極活物質を含み、任意成分として、固体電解質、導電材、及びバインダー等が含まれていてもよい。
[Positive electrode layer]
The positive electrode layer contains a positive electrode active material, and may contain, as optional components, a solid electrolyte, a conductive material, a binder, and the like.

正極活物質の種類について特に制限はなく、全固体電池の活物質として使用可能な材料をいずれも採用可能である。正極活物質は、例えば、金属リチウム(Li)、リチウム合金、LiCoO、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiNiCo1-x(0<x<1)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMnO、異種元素置換Li-Mnスピネル、チタン酸リチウム、リン酸金属リチウム、LiCoN、LiSiO、及びLiSiO、遷移金属酸化物、TiS、Si、SiO、Si合金及びリチウム貯蔵性金属間化合物等を挙げることができる。異種元素置換Li-Mnスピネルは、例えばLiMn1.5Ni0.5、LiMn1.5Al0.5、LiMn1.5Mg0.5、LiMn1.5Co0.5、LiMn1.5Fe0.5、及びLiMn1.5Zn0.5等である。チタン酸リチウムは、例えばLiTi12等である。リン酸金属リチウムは、例えばLiFePO、LiMnPO、LiCoPO、及びLiNiPO等である。遷移金属酸化物は、例えばV、及びMoO等である。リチウム貯蔵性金属間化合物は、例えばMgSn、MgGe、MgSb、及びCuSb等である。
リチウム合金としては、Li-Au、Li-Mg、Li-Sn、Li-Si、Li-Al、Li-B、Li-C、Li-Ca、Li-Ga、Li-Ge、Li-As、Li-Se、Li-Ru、Li-Rh、Li-Pd、Li-Ag、Li-Cd、Li-In、Li-Sb、Li-Ir、Li-Pt、Li-Hg、Li-Pb、Li-Bi、Li-Zn、Li-Tl、Li-Te、及びLi-At等が挙げられる。Si合金としては、Li等の金属との合金等が挙げられ、その他、Sn、Ge、及びAlからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属との合金であってもよい。
正極活物質の形状は特に限定されるものではないが、粒子状であってもよい。正極活物質が粒子状である場合、正極活物質は一次粒子であってもよく、二次粒子であってもよい。
正極活物質の表面には、Liイオン伝導性酸化物を含有するコート層が形成されていても良い。正極活物質と、固体電解質との反応を抑制できるからである。
Liイオン伝導性酸化物としては、例えば、LiNbO、LiTi12、及び、LiPO等が挙げられる。コート層の厚さは、例えば、0.1nm以上であり、1nm以上であっても良い。一方、コート層の厚さは、例えば、100nm以下であり、20nm以下であっても良い。コート層は、例えば、正極活物質の表面の70%以上を被覆していてもよく、90%以上を被覆していてもよい。
There is no particular limitation on the type of the positive electrode active material, and any material that can be used as an active material for an all-solid-state battery can be used. Examples of the positive electrode active material include metallic lithium (Li), lithium alloys, LiCoO 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiNi x Co 1-x O 2 (0<x<1), LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMnO 2 , Li-Mn spinel substituted with a different element, lithium titanate, lithium metal phosphate, LiCoN, Li 2 SiO 3 , and Li 4 SiO 4 , transition metal oxides, TiS 2 , Si, SiO 2 , Si alloys, and lithium storage intermetallic compounds. Examples of the Li-Mn spinel substituted with different elements include LiMn1.5Ni0.5O4, LiMn1.5Al0.5O4 , LiMn1.5Mg0.5O4 , LiMn1.5Co0.5O4 , LiMn1.5Fe0.5O4 , and LiMn1.5Zn0.5O4 . Examples of the lithium titanate include Li4Ti5O12 . Examples of the lithium metal phosphate include LiFePO4 , LiMnPO4 , LiCoPO4 , and LiNiPO4 . Examples of the transition metal oxide include V2O5 and MoO3 . Examples of lithium-storing intermetallic compounds include Mg 2 Sn, Mg 2 Ge, Mg 2 Sb, and Cu 3 Sb.
Examples of lithium alloys include Li-Au, Li-Mg, Li-Sn, Li-Si, Li-Al, Li-B, Li-C, Li-Ca, Li-Ga, Li-Ge, Li-As, Li-Se, Li-Ru, Li-Rh, Li-Pd, Li-Ag, Li-Cd, Li-In, Li-Sb, Li-Ir, Li-Pt, Li-Hg, Li-Pb, Li-Bi, Li-Zn, Li-Tl, Li-Te, and Li-At. Examples of Si alloys include alloys with metals such as Li, and may also be alloys with at least one metal selected from the group consisting of Sn, Ge, and Al.
The shape of the positive electrode active material is not particularly limited, and may be particulate. When the positive electrode active material is particulate, the positive electrode active material may be primary particles or secondary particles.
A coating layer containing a Li ion conductive oxide may be formed on the surface of the positive electrode active material, because this can suppress the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte.
Examples of Li ion conductive oxides include LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , and Li 3 PO 4 . The thickness of the coating layer is, for example, 0.1 nm or more, and may be 1 nm or more. On the other hand, the thickness of the coating layer is, for example, 100 nm or less, and may be 20 nm or less. The coating layer may cover, for example, 70% or more of the surface of the positive electrode active material, or may cover 90% or more.

固体電解質としては、固体電解質層において例示するものと同様のものを例示することができる。
正極層における固体電解質の含有量は、特に限定されないが、正極層の総質量を100質量%としたとき、例えば1質量%~80質量%の範囲内であってもよい。
As the solid electrolyte, the same ones as those exemplified in the solid electrolyte layer can be exemplified.
The content of the solid electrolyte in the positive electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, within a range of 1 mass % to 80 mass % when the total mass of the positive electrode layer is taken as 100 mass %.

導電材としては、公知のものを用いることができ、例えば、炭素材料、及び金属粒子等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、VGCF、カーボンナノチューブ、及び、カーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。中でも、電子伝導性の観点から、VGCF、カーボンナノチューブ、及び、カーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。金属粒子としては、Ni、Cu、Fe、及びSUS等の粒子が挙げられる。
正極層における導電材の含有量は特に限定されるものではない。
The conductive material may be a known material, such as a carbon material and metal particles. The carbon material may be at least one selected from the group consisting of acetylene black, furnace black, VGCF, carbon nanotubes, and carbon nanofibers. Among them, from the viewpoint of electronic conductivity, at least one selected from the group consisting of VGCF, carbon nanotubes, and carbon nanofibers may be used. The metal particles may be particles of Ni, Cu, Fe, SUS, etc.
The content of the conductive material in the positive electrode layer is not particularly limited.

結着剤(バインダー)としては、アクリロニトリルブタジエンゴム(ABR)、ブタジエンゴム(BR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を例示することができる。正極層におけるバインダーの含有量は特に限定されるものではない。 Examples of the binder include acrylonitrile butadiene rubber (ABR), butadiene rubber (BR), polyvinylidene fluoride (PVdF), and styrene butadiene rubber (SBR). The content of the binder in the positive electrode layer is not particularly limited.

正極層の厚みについては特に限定されるものではないが、例えば、10~100μmであってもよく、10~20μmであってもよい。 The thickness of the positive electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 10 to 100 μm, or 10 to 20 μm.

正極層は、従来公知の方法で形成することができる。
例えば、正極活物質、及び、必要に応じ他の成分を溶媒中に投入し、撹拌することにより、正極層用スラリーを作製し、当該正極層用スラリーを支持体の一面上に塗布して乾燥させることにより、正極層が得られる。
溶媒は、例えば酢酸ブチル、酪酸ブチル、メシチレン、テトラリン、ヘプタン、及びN-メチル-2-ピロリドン(NMP)等が挙げられる。
支持体の一面上に正極層用スラリーを塗布する方法は、特に限定されず、ドクターブレード法、メタルマスク印刷法、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、及びスクリーン印刷法等が挙げられる。
支持体としては、自己支持性を有するものを適宜選択して用いることができ、特に限定はされず、例えばCu及びAlなどの金属箔等を用いることができる。
The positive electrode layer can be formed by a conventionally known method.
For example, a positive electrode active material and, if necessary, other components are put into a solvent and stirred to prepare a positive electrode layer slurry, and the positive electrode layer slurry is applied onto one side of a support and dried to obtain a positive electrode layer.
Examples of the solvent include butyl acetate, butyl butyrate, mesitylene, tetralin, heptane, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
The method for applying the positive electrode layer slurry onto one surface of the support is not particularly limited, and examples thereof include a doctor blade method, a metal mask printing method, an electrostatic application method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a gravure coating method, and a screen printing method.
The support can be appropriately selected from those having self-supporting properties and is not particularly limited. For example, metal foils such as Cu and Al can be used.

また、正極層の形成方法の別の方法として、正極活物質及び必要に応じ他の成分を含む正極合剤の粉末を加圧成形することにより正極層を形成してもよい。正極合剤の粉末を加圧成形する場合には、通常、1MPa以上2000MPa以下程度のプレス圧を負荷する。
加圧方法としては、特に制限されないが、例えば、平板プレス、及びロールプレス等を用いて圧力を付加する方法等が挙げられる。
As another method for forming the positive electrode layer, the positive electrode layer may be formed by pressure molding a powder of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and other components as necessary. When the powder of the positive electrode mixture is pressure molded, a press pressure of about 1 MPa to 2000 MPa is usually applied.
The method of applying pressure is not particularly limited, but examples thereof include a method of applying pressure using a plate press, a roll press, or the like.

[正極集電体]
正極集電体としては、全固体電池の集電体として使用可能な公知の金属を用いることができる。そのような金属としては、Cu、Ni、Al、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge、及びInからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。正極集電体としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等が挙げられる。
正極集電体の形態は特に限定されるものではなく、箔状、及びメッシュ状等、種々の形態とすることができる。正極集電体の厚さは、形状によって異なるものであるが、例えば1μm~50μmの範囲内であってもよく、5μm~20μmの範囲内であってもよい。
[Positive electrode current collector]
The positive electrode current collector may be a known metal that can be used as a current collector for an all-solid-state battery. Examples of such metals include metal materials containing one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Al, V, Au, Pt, Mg, Fe, Ti, Co, Cr, Zn, Ge, and In. Examples of the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon.
The shape of the positive electrode current collector is not particularly limited, and may be in various shapes such as a foil shape, a mesh shape, etc. The thickness of the positive electrode current collector varies depending on the shape, but may be, for example, in the range of 1 μm to 50 μm, or in the range of 5 μm to 20 μm.

[負極]
負極は、負極層、及び、負極集電体を含む。
[Negative electrode]
The negative electrode includes a negative electrode layer and a negative electrode current collector.

[負極層]
負極層は、少なくとも負極活物質を含有し、必要に応じ、固体電解質、導電材、及び、結着剤等を含有する。
負極活物質としては、グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性熱分解グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン、リチウム単体、リチウム合金、Si単体、Si合金、及びLiTi12等が挙げられる。リチウム合金及びSi合金としては、正極活物質において例示したものと同様のものを用いることができる。
負極活物質の形状は特に限定されず、粒子状、及び板状等が挙げられる。負極活物質が粒子状である場合、負極活物質は一次粒子であってもよく、二次粒子であってもよい。
負極層に用いられる導電材、及び、結着剤は、正極層において例示したものと同様のものを用いることができる。負極層に用いられる固体電解質は、固体電解質層において例示するものと同様のものを例示することができる。
負極層の厚さは、特に限定されないが、例えば、10~100μmであってもよく、10~20μmであってもよい。
負極層における負極活物質の含有量は、特に限定されないが、例えば、20質量%~90質量%であってもよい。
[Negative electrode layer]
The negative electrode layer contains at least a negative electrode active material, and optionally contains a solid electrolyte, a conductive material, a binder, and the like.
Examples of the negative electrode active material include graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), hard carbon, soft carbon, lithium alone, lithium alloys, Si alone, Si alloys, and Li 4 Ti 5 O 12. As the lithium alloys and Si alloys, the same ones as those exemplified in the positive electrode active material can be used.
The shape of the negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include a particulate shape, a plate shape, etc. When the negative electrode active material is particulate, the negative electrode active material may be primary particles or secondary particles.
The conductive material and binder used in the negative electrode layer may be the same as those exemplified in the positive electrode layer, and the solid electrolyte used in the negative electrode layer may be the same as those exemplified in the solid electrolyte layer.
The thickness of the negative electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 10 to 100 μm, or 10 to 20 μm.
The content of the negative electrode active material in the negative electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 20% by mass to 90% by mass.

[負極集電体]
負極集電体の材料は、Liと合金化しない材料であってもよく、例えばSUS及び、銅及び、ニッケル等を挙げることができる。負極集電体の形態としては、例えば、箔状及び、板状等を挙げることができる。負極集電体の平面視形状は、特に限定されるものではないが、例えば、円状、楕円状、矩形状及び、任意の多角形状等を挙げることができる。また、負極集電体の厚さは、形状によって異なるものであるが、例えば1μm~50μmの範囲内であってもよく、5μm~20μmの範囲内であってもよい。
[Negative electrode current collector]
The material of the negative electrode current collector may be a material that does not alloy with Li, and examples of the material include SUS, copper, and nickel. Examples of the shape of the negative electrode current collector include foil and plate. The planar shape of the negative electrode current collector is not particularly limited, and examples of the shape include a circle, an ellipse, a rectangle, and any polygonal shape. The thickness of the negative electrode current collector varies depending on the shape, and may be, for example, in the range of 1 μm to 50 μm, or in the range of 5 μm to 20 μm.

[固体電解質層]
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含む。
固体電解質層に含有させる固体電解質としては、全固体電池に使用可能な公知の固体電解質を適宜用いることができ、硫化物系固体電解質、酸化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、ハロゲン化物系固体電解質、及び、窒化物系固体電解質等の無機固体電解質が挙げられる。硫化物系固体電解質は、アニオン元素の主成分として、硫黄(S)を含有してもよい。酸化物系固体電解質は、アニオン元素の主成分として、酸素(O)を含有してもよい。水素化物系固体電解質は、アニオン元素の主成分として、水素(H)を含有してもよい。ハロゲン化物系固体電解質は、アニオン元素の主成分として、ハロゲン(X)を含有してもよい。窒化物系固体電解質は、アニオン元素の主成分として、窒素(N)を含有してもよい。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer includes at least a solid electrolyte.
As the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer, a known solid electrolyte that can be used in an all-solid-state battery can be appropriately used, and examples of such inorganic solid electrolytes include a sulfide-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, a hydride-based solid electrolyte, a halide-based solid electrolyte, and a nitride-based solid electrolyte. The sulfide-based solid electrolyte may contain sulfur (S) as a main component of the anion element. The oxide-based solid electrolyte may contain oxygen (O) as a main component of the anion element. The hydride-based solid electrolyte may contain hydrogen (H) as a main component of the anion element. The halide-based solid electrolyte may contain a halogen (X) as a main component of the anion element. The nitride-based solid electrolyte may contain nitrogen (N) as a main component of the anion element.

硫化物系固体電解質は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラス(ガラスセラミックス)であってもよく、原料組成物に対する固相反応処理により得られる結晶質材料であってもよい。
硫化物系固体電解質の結晶状態は、例えば、硫化物系固体電解質に対してCuKα線を使用した粉末X線回折測定を行うことにより確認することができる。
The sulfide-based solid electrolyte may be a sulfide glass, a crystallized sulfide glass (glass ceramics), or a crystalline material obtained by subjecting a raw material composition to a solid-phase reaction treatment.
The crystalline state of the sulfide-based solid electrolyte can be confirmed, for example, by subjecting the sulfide-based solid electrolyte to powder X-ray diffraction measurement using CuKα radiation.

硫化物ガラスは、原料組成物(例えばLiSおよびPの混合物)を非晶質処理することにより得ることができる。非晶質処理としては、例えば、メカニカルミリングが挙げられる。 The sulfide glass can be obtained by subjecting a raw material composition (e.g., a mixture of Li2S and P2S5 ) to an amorphous process. Examples of the amorphous process include mechanical milling.

ガラスセラミックスは、例えば、硫化物ガラスを熱処理することにより得ることができる。
熱処理温度は、硫化物ガラスの熱分析測定により観測される結晶化温度(Tc)よりも高い温度であればよく、通常、195℃以上である。一方、熱処理温度の上限は特に限定されない。
硫化物ガラスの結晶化温度(Tc)は、示差熱分析(DTA)により測定することができる。
熱処理時間は、ガラスセラミックスの所望の結晶化度が得られる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば1分間~24時間の範囲内であり、中でも、1分間~10時間の範囲内が挙げられる。
熱処理の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。
Glass ceramics can be obtained, for example, by heat treating a sulfide glass.
The heat treatment temperature may be any temperature higher than the crystallization temperature (Tc) of the sulfide glass observed by thermal analysis, and is usually 195° C. or higher. On the other hand, there is no particular upper limit to the heat treatment temperature.
The crystallization temperature (Tc) of the sulfide glass can be measured by differential thermal analysis (DTA).
The heat treatment time is not particularly limited as long as it is a time that can obtain the desired crystallinity of the glass ceramics, but is, for example, in the range of 1 minute to 24 hours, and particularly, in the range of 1 minute to 10 hours.
The method of heat treatment is not particularly limited, but for example, a method using a baking furnace can be mentioned.

酸化物系固体電解質としては、例えば、Li元素、Y元素(Yは、Nb、B、Al、Si、P、Ti、Zr、Mo、W、Sの少なくとも一種である)、および、O元素を含有する固体電解質が挙げられる。酸化物系固体電解質の具体例としては、LiLaZr12、Li7-xLa(Zr2-xNb)O12(0≦x≦2)、LiLaNb12等のガーネット型固体電解質;(Li,La)TiO、(Li,La)NbO、(Li,Sr)(Ta,Zr)O等のペロブスカイト型固体電解質;Li(Al,Ti)(PO、Li(Al,Ga)(POのナシコン型固体電解質;LiPO、LIPON(LiPOのOの一部をNで置換した化合物)等のLi-P-O系固体電解質;LiBO、LiBOのOの一部をCで置換した化合物等のLi-B-O系固体電解質が挙げられる。 Examples of oxide-based solid electrolytes include solid electrolytes containing Li element, Y element (Y is at least one of Nb, B, Al, Si, P, Ti, Zr, Mo, W, and S), and O element. Specific examples of oxide- based solid electrolytes include garnet -type solid electrolytes such as Li7La3Zr2O12 , Li7 -xLa3 ( Zr2 - xNbx ) O12 (0≦x≦2), and Li5La3Nb2O12 ; perovskite-type solid electrolytes such as (Li,La) TiO3 , (Li,La) NbO3 , and (Li,Sr)(Ta , Zr) O3 ; Nasicon-type solid electrolytes such as Li(Al,Ti)( PO4 ) 3 and Li(Al,Ga)( PO4 ) 3 ; Li-P-O-based solid electrolytes such as Li3PO4 and LIPON (a compound in which part of the O in Li3PO4 is replaced with N); and Li3BO 3 , and compounds in which part of O in Li 3 BO 3 is replaced with C.

水素化物系固体電解質は、例えば、Liと、水素を含有する錯アニオンと、を有する。錯アニオンとしては、例えば、(BH、(NH、(AlH、および(AlH3-等が挙げられる。
ハロゲン化物系固体電解質としては、例えば、Li6-3z(XはClおよびBrの少なくとも一種であり、zは0<z<2を満たす)等が挙げられる。
窒化物系固体電解質としては、例えばLiN等が挙げられる。
The hydride-based solid electrolyte contains, for example, Li and a complex anion containing hydrogen, such as (BH 4 ) , (NH 2 ) , (AlH 4 ) , and (AlH 6 ) 3− .
An example of the halide solid electrolyte is Li 6-3z Y z X 6 (X is at least one of Cl and Br, and z satisfies 0<z<2).
An example of the nitride-based solid electrolyte is Li 3 N.

固体電解質の形状は、取扱い性が良いという観点から粒子状であってもよい。
固体電解質の粒子の平均粒径は、特に限定されないが、例えば10nm以上であり、100nm以上であってもよい。一方、固体電解質の粒子の平均粒径は、例えば25μm以下であり、10μm以下であってもよい。
The solid electrolyte may be in the form of particles from the viewpoint of ease of handling.
The average particle size of the solid electrolyte particles is not particularly limited, but may be, for example, 10 nm or more, and may be 100 nm or more, whereas the average particle size of the solid electrolyte particles is, for example, 25 μm or less, and may be 10 μm or less.

本開示において、粒子の平均粒径は、特記しない限り、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定により測定される体積基準のメディアン径(D50)の値である。また、本開示においてメディアン径(D50)とは、粒径の小さい粒子から順に並べた場合に、粒子の累積体積が全体の体積の半分(50%)となる径(体積平均径)である。 In this disclosure, unless otherwise specified, the average particle size of particles is the volume-based median diameter (D50) value measured by laser diffraction/scattering particle size distribution measurement. In addition, in this disclosure, the median diameter (D50) is the diameter (volume average diameter) at which the cumulative volume of particles is half (50%) of the total volume when the particles are arranged in order from smallest to largest particle size.

固体電解質は、1種単独で、又は2種以上のものを用いることができる。また、2種以上の固体電解質を用いる場合、2種以上の固体電解質を混合してもよく、又は2層以上の固体電解質それぞれの層を形成して多層構造としてもよい。
固体電解質層中の固体電解質の割合は、特に限定されるものではないが、例えば50質量%以上であり、60質量%以上100質量%以下の範囲内であってもよく、70質量%以上100質量%以下の範囲内であってもよく、100質量%であってもよい。
The solid electrolyte may be used alone or in combination of two or more kinds. When two or more kinds of solid electrolytes are used, the two or more kinds of solid electrolytes may be mixed, or two or more layers of the solid electrolyte may be formed to form a multilayer structure.
The proportion of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is, for example, 50% by mass or more, and may be in the range of 60% by mass or more and 100% by mass or less, 70% by mass or more and 100% by mass or less, or may be 100% by mass.

固体電解質層には、可塑性を発現させる等の観点から、結着剤を含有させることもできる。そのような結着剤としては、正極層に用いられる結着剤として例示した材料等を例示することができる。ただし、高出力化を図り易くするために、固体電解質の過度の凝集を防止し且つ均一に分散された固体電解質を有する固体電解質層を形成可能にする等の観点から、固体電解質層に含有させる結着剤は5質量%以下としてもよい。 The solid electrolyte layer may contain a binder from the viewpoint of expressing plasticity. Examples of such binders include the materials exemplified as the binders used in the positive electrode layer. However, in order to facilitate high output, the binder may be contained in the solid electrolyte layer in an amount of 5 mass% or less from the viewpoint of preventing excessive aggregation of the solid electrolyte and enabling the formation of a solid electrolyte layer having a uniformly dispersed solid electrolyte.

固体電解質層の厚みは特に限定されるものではなく、通常0.1μm以上1mm以下である。
固体電解質層を形成する方法としては、固体電解質を含む固体電解質層用スラリーを支持体上に塗布して乾燥する方法、及び、固体電解質を含む固体電解質材料の粉末を加圧成形する方法等が挙げられる。支持体は、正極層において例示したものと同様のものを挙げることができる。固体電解質材料の粉末を加圧成形する場合には、通常、1MPa以上2000MPa以下程度のプレス圧を負荷する。
加圧方法としては、特に制限されないが、正極層の形成において例示した加圧方法が挙げられる。
The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, and is usually 0.1 μm or more and 1 mm or less.
The method for forming the solid electrolyte layer includes a method of applying a slurry for the solid electrolyte layer containing a solid electrolyte onto a support and drying it, and a method of pressurizing a powder of a solid electrolyte material containing a solid electrolyte. The support may be the same as those exemplified for the positive electrode layer. When pressurizing the powder of the solid electrolyte material, a press pressure of about 1 MPa to 2000 MPa is usually applied.
The method of applying pressure is not particularly limited, but may be any of the pressure applying methods exemplified in the formation of the positive electrode layer.

全固体電池は、必要に応じ、積層体を収容する外装体及び拘束部材等を備える。
外装体の材質は、電解質に安定なものであれば特に限定されないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び、アクリル樹脂等の樹脂等が挙げられる。
拘束部材は、積層体に、積層方向の拘束圧力を与えることができればよく、全固体電池の拘束部材として使用可能な公知の拘束部材を用いることができる。例えば、積層体の両表面を挟む板状部と、2つの板状部を連結する棒状部と、棒状部に連結され、ねじ構造等により拘束圧力を調整する調整部を有する拘束部材が挙げられる。調整部によって、積層体に所望の拘束圧力を与えることができる。
拘束圧力は、特に限定されるものではないが、例えば、0.1MPa以上であってもよく、1MPa以上であってもよく、5MPa以上であってもよい。拘束圧力を大きくすることで、各層の接触を良好にしやすいという利点があるためである。一方、拘束圧力は、例えば、100MPa以下であってもよく、50MPa以下であってもよく、20MPa以下であってもよい。拘束圧力が大きすぎると、拘束部材に高い剛性が求められ、拘束部材が大型化する可能性があるためである。
The all-solid-state battery may include an exterior body that houses the laminate, a restraining member, and the like, as necessary.
The material of the exterior body is not particularly limited as long as it is stable to the electrolyte, and examples of the material include polypropylene, polyethylene, and resins such as acrylic resin.
The restraining member may be any known member usable as a restraining member for an all-solid-state battery, as long as it can apply a restraining pressure in the stacking direction to the laminate. For example, a restraining member having a plate-shaped portion sandwiching both surfaces of the laminate, a rod-shaped portion connecting the two plate-shaped portions, and an adjustment portion connected to the rod-shaped portion and adjusting the restraining pressure by a screw structure or the like can be used. The adjustment portion can apply a desired restraining pressure to the laminate.
The restraining pressure is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 MPa or more, 1 MPa or more, or 5 MPa or more. By increasing the restraining pressure, there is an advantage that the contact between the layers is easily improved. On the other hand, the restraining pressure may be, for example, 100 MPa or less, 50 MPa or less, or 20 MPa or less. If the restraining pressure is too high, the restraining member is required to have high rigidity, and the restraining member may become large.

全固体電池としては、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であってもよい。二次電池は繰り返し充放電が可能である。二次電池は、例えば車載用電池として有用である。また、全固体電池は、全固体リチウム二次電池、全固体リチウムイオン二次電池であってもよい。
全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、及び角型等を挙げることができる。
全固体電池の用途は、特に限定されないが、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、電気自動車(BEV)、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。特に、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車または電気自動車の駆動用電源に用いられてもよい。また、本開示における全固体電池は、車両以外の移動体(例えば、鉄道、船舶、航空機)の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。
The all-solid-state battery may be a primary battery or a secondary battery, and may be a secondary battery in particular. The secondary battery can be repeatedly charged and discharged. The secondary battery is useful, for example, as an in-vehicle battery. The all-solid-state battery may be an all-solid-state lithium secondary battery or an all-solid-state lithium ion secondary battery.
Examples of the shape of the all-solid-state battery include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type.
The use of the all-solid-state battery is not particularly limited, but examples thereof include power sources for vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), electric vehicles (BEVs), gasoline-powered vehicles, and diesel-powered vehicles. In particular, the all-solid-state battery may be used as a driving power source for hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, or electric vehicles. The all-solid-state battery of the present disclosure may also be used as a power source for moving objects other than vehicles (e.g., railways, ships, and aircraft), and may also be used as a power source for electrical products such as information processing devices.

(実施例1)
[正極層の作製]
転動流動式コーティング装置(パウレック社製)を用いて、大気雰囲気下において正極活物質粒子(Li1.15Ni1/3Co1/3Mn1/3を主相とする粒子)にニオブ酸リチウムをコーティングし、大気雰囲気下で焼成を行うことで、ニオブ酸リチウムの被覆層を有する正極活物質粒子を得た。
ポリプロピレン製容器に、PVdF、上記正極活物質粒子、硫化物系固体電解質(LiS-P系ガラスセラミック)、及び、VGCF(昭和電工社製)を加え、得られた正極層用スラリーを超音波分散装置(エスエムテー社製UH-50)で30秒間攪拌した。
次に、容器を振とう機(柴田科学社製TTM-1)で3分間振とうさせ、正極層用スラリーをさらに超音波分散装置で30秒間攪拌した。容器を振とう機で3分間振とうさせた後、アプリケーターを使用してブレード法にて正極層用スラリーをアルミニウム箔上に塗工した。その後、正極層用スラリーを自然乾燥させ、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることにより、アルミニウム箔(基材)上に正極合剤を得た。アルミニウム箔(基材)と正極合剤の積層体を4t/cmで緻密化してアルミニウム箔(基材)上に正極層を得た。なお、正極合剤を4t/cmで緻密化した際に得られる正極層の厚さが15μmになるように正極層用スラリーの塗布量を調整した。
Example 1
[Preparation of Positive Electrode Layer]
Using a tumbling fluidized coating device (manufactured by Powrex Corporation), positive electrode active material particles (particles having Li1.15Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2 as a main phase) were coated with lithium niobate in an air atmosphere, and then sintered in an air atmosphere to obtain positive electrode active material particles having a coating layer of lithium niobate.
PVdF, the above positive electrode active material particles, a sulfide-based solid electrolyte (Li 2 S-P 2 S 5 -based glass ceramic), and VGCF (manufactured by Showa Denko K.K.) were added to a polypropylene container, and the resulting slurry for the positive electrode layer was stirred for 30 seconds with an ultrasonic dispersing device (UH-50 manufactured by SMT Corporation).
Next, the container was shaken for 3 minutes with a shaker (TTM-1 manufactured by Shibata Scientific Co., Ltd.), and the slurry for the positive electrode layer was further stirred for 30 seconds with an ultrasonic dispersing device. After shaking the container for 3 minutes with a shaker, the slurry for the positive electrode layer was applied to the aluminum foil by the blade method using an applicator. Thereafter, the slurry for the positive electrode layer was naturally dried, and dried for 30 minutes on a hot plate at 100 ° C. to obtain a positive electrode mixture on the aluminum foil (substrate). The laminate of the aluminum foil (substrate) and the positive electrode mixture was densified at 4 t / cm to obtain a positive electrode layer on the aluminum foil (substrate). The amount of the slurry for the positive electrode layer applied was adjusted so that the thickness of the positive electrode layer obtained when the positive electrode mixture was densified at 4 t / cm was 15 μm.

[負極の作製]
ポリプロピレン製容器に、PVdF、負極活物質粒子(LiTi12(LTO)粒子)、及び、上記と同様の硫化物系固体電解質(LiS-P系ガラスセラミック)を加え、得られた負極層用スラリーを超音波分散装置で30分間攪拌した。アプリケーターを使用してブレード法にて負極層用スラリーを銅箔上に塗工した。その後、負極層用スラリーを自然乾燥させ、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることにより、銅箔(負極集電体)上に負極層を有する負極を得た。その後銅箔(負極集電体)の裏面も同様に負極層用スラリーを塗工し乾燥させ銅箔(負極集電体)の裏面にも負極層を形成した。
[Preparation of negative electrode]
PVdF, negative electrode active material particles (Li 4 Ti 5 O 12 (LTO) particles), and the same sulfide-based solid electrolyte (Li 2 S-P 2 S 5 -based glass ceramic) as above were added to a polypropylene container, and the obtained negative electrode layer slurry was stirred for 30 minutes with an ultrasonic dispersion device. The negative electrode layer slurry was applied to a copper foil by a blade method using an applicator. Thereafter, the negative electrode layer slurry was naturally dried and dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a negative electrode having a negative electrode layer on a copper foil (negative electrode current collector). Thereafter, the negative electrode layer slurry was similarly applied to the back side of the copper foil (negative electrode current collector) and dried to form a negative electrode layer on the back side of the copper foil (negative electrode current collector).

[固体電解質層の作製]
ポリプロピレン製容器に、ヘプタン、BR、及び、硫化物系固体電解質(LiS-P系ガラスセラミック)を加え、得られた固体電解質層用スラリーを超音波分散装置で30秒間攪拌した。次に、容器を振とう機(柴田科学社製TTM-1)で30分間振とうさせ、固体電解質層用スラリーをさらに超音波分散装置で30秒間攪拌した。容器を振とう機で3分間振とうさせた後、アプリケーターを使用してブレード法にて固体電解質層用スラリーをアルミニウム箔上に塗工した。その後、固体電解質層用スラリーを自然乾燥させ、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることにより、基材としてのアルミニウム箔上に固体電解質層を形成した。
[Preparation of solid electrolyte layer]
Heptane, BR, and a sulfide-based solid electrolyte (Li 2 S-P 2 S 5 -based glass ceramic) were added to a polypropylene container, and the resulting solid electrolyte layer slurry was stirred for 30 seconds with an ultrasonic dispersion device. Next, the container was shaken for 30 minutes with a shaker (TTM-1 manufactured by Shibata Scientific Co., Ltd.), and the solid electrolyte layer slurry was further stirred for 30 seconds with an ultrasonic dispersion device. After shaking the container for 3 minutes with a shaker, the solid electrolyte layer slurry was applied onto an aluminum foil by a blade method using an applicator. Thereafter, the solid electrolyte layer slurry was naturally dried and dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to form a solid electrolyte layer on the aluminum foil as a substrate.

[積層体の作製]
(1)積層体取得工程
各負極層と、各固体電解質層とが直接接触するように、負極の両面に固体電解質層を張合わせ、1.6t/cmでプレスし、その後、基材であるアルミニウム箔を各固体電解質層から剥がした。続いて、正極層と固体電解質層とが直接接触するように、各固体電解質層に正極層を張合わせ、1.6t/cmでプレスした。その後各正極層から基材であるアルミニウム箔をはがし積層体を得た。
[Preparation of Laminate]
(1) Laminated body obtaining process: A solid electrolyte layer was laminated on both sides of the negative electrode so that each negative electrode layer and each solid electrolyte layer were in direct contact with each other, and pressed at 1.6 t/cm, and then the aluminum foil substrate was peeled off from each solid electrolyte layer. Next, a positive electrode layer was laminated on each solid electrolyte layer so that each positive electrode layer and each solid electrolyte layer were in direct contact with each other, and pressed at 1.6 t/cm. Then, the aluminum foil substrate was peeled off from each positive electrode layer to obtain a laminate.

(2)裁断工程
得られた積層体を5t/cm、170℃でプレスした。
その後、正極層サイズが70.0mm×71.0mmになるように、レーザートリミングし、負極サイズが72.0mm×72.0mmになるように積層体を裁断した。そして、積層体の1つの側面に負極端子を溶接した。
図2は裁断工程前の積層体の一例を示す図である。
図3は裁断工程後の積層体の一例を示す図である。
図3に示すように正極層サイズが70.0mm×70.0mmになるように、積層体の負極端子を溶接した側面とは反対側の側面が面一となるように図2に示す裁断ラインで積層体を裁断し、総厚みが130μmの積層体を得た。
(2) Cutting Step The obtained laminate was pressed at 5 t/cm and 170°C.
Thereafter, the laminate was laser trimmed so that the positive electrode layer had a size of 70.0 mm × 71.0 mm, and the laminate was cut so that the negative electrode had a size of 72.0 mm × 72.0 mm. Then, a negative electrode terminal was welded to one side surface of the laminate.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a laminate before a cutting process.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a laminate after the cutting process.
As shown in FIG. 3, the laminate was cut along the cutting lines shown in FIG. 2 so that the side surface opposite to the side surface to which the negative electrode terminal was welded was flush with the positive electrode layer size of 70.0 mm × 70.0 mm, thereby obtaining a laminate having a total thickness of 130 μm.

(3)接合体形成工程
図4は、実施例1の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。20は正極集電箔、21は、両面テープNo.5605、22は、Q51、30は、正極層、40は、固体電解質層-負極層-負極集電体+負極端子-負極層-固体電解質層の積層体、41は、負極端子、50は、正極層-固体電解質層-負極層-負極集電体+負極端子-負極層-固体電解質層-正極層の積層体を示す。
帝人ディポン社製ポリエチレンナフタレートフィルムQ51(厚み50μm)と日東電工社製両面テープNo.5605(厚み50μm)との2層の積層体(厚み100μm)であって、Q51の奥行きが正極集電箔の奥行よりも大きく、両面テープNo.5605の奥行きが正極集電箔の奥行きよりも小さい絶縁層を準備した。絶縁層の厚み(100μm)は積層体の厚み(130μm)よりも小さい。
絶縁層を3mm幅に裁断し、当該絶縁層を、両面テープNo.5605が第2集電体としての正極集電箔と接するように正極集電箔の面上の積層体を配置する予定の領域に隣接する領域(負極端子側から面方向に70~72mmの位置)に貼合わせ、正極集電箔と絶縁層の接合体を形成した。
4 is a diagram showing an outline of the (3) joint forming step and (4) bonding step of Example 1. 20 is a positive electrode current collector foil, 21 is double-sided tape No. 5605, 22 is Q51, 30 is a positive electrode layer, 40 is a laminate of solid electrolyte layer-negative electrode layer-negative electrode current collector+negative electrode terminal-negative electrode layer-solid electrolyte layer, 41 is a negative electrode terminal, and 50 is a laminate of positive electrode layer-solid electrolyte layer-negative electrode layer-negative electrode current collector+negative electrode terminal-negative electrode layer-solid electrolyte layer-positive electrode layer.
An insulating layer was prepared, which was a two-layer laminate (thickness 100 μm) of polyethylene naphthalate film Q51 (thickness 50 μm) manufactured by Teijin DiPont and double-sided tape No. 5605 (thickness 50 μm) manufactured by Nitto Denko Corporation, in which the depth of Q51 was greater than the depth of the positive electrode current collector foil, and the depth of double-sided tape No. 5605 was smaller than the depth of the positive electrode current collector foil. The thickness of the insulating layer (100 μm) was smaller than the thickness of the laminate (130 μm).
The insulating layer was cut to a width of 3 mm, and the insulating layer was attached to an area (position 70 to 72 mm in the surface direction from the negative electrode terminal side) adjacent to an area on the surface of the positive electrode current collector foil where the laminate was to be disposed so that the double-sided tape No. 5605 was in contact with the positive electrode current collector foil as a second current collector, thereby forming a joint body of the positive electrode current collector foil and the insulating layer.

(4)接着工程
正極集電箔上にホットメルト材を塗布した。その後、正極集電箔の面上において、絶縁層(テープ)を積層体の配置の位置決めの基準として、正極集電箔の面上の積層体を配置する予定の領域に第2電極層が正極集電箔と接するように積層体を配置し、且つ、絶縁層に積層体の面一である側面を接触させ、絶縁層と積層体の面一である側面と、を接着し、且つ、これらを140℃で加熱し、正極集電箔と積層体をホットメルト材により接着して固定した。
その後、積層体の正極集電箔側とは積層方向の反対側に別の正極集電箔をホットメルト材を介して配置し、これらを140℃、5MPaの条件でプレスして貼り合わせ、正極端子を溶接し、その後、これらを真空シールし、全固体電池を得た。
その後、全固体電池の抵抗を測定し、短絡しているか否かを確認した。
(4) Adhesion process A hot melt material was applied onto the positive current collector foil. Then, on the surface of the positive current collector foil, the insulating layer (tape) was used as a reference for positioning the laminate, and the laminate was arranged in a region on the surface of the positive current collector foil where the laminate was to be arranged so that the second electrode layer was in contact with the positive current collector foil. The flush side of the laminate was brought into contact with the insulating layer, and the insulating layer and the flush side of the laminate were bonded together. These were then heated at 140° C., and the positive current collector foil and the laminate were bonded and fixed together with the hot melt material.
Thereafter, another positive electrode current collector foil was placed on the opposite side of the stacking direction to the positive electrode current collector foil side of the laminate via a hot melt material, and these were pressed together under conditions of 140°C and 5 MPa, the positive electrode terminal was welded, and then these were vacuum sealed to obtain an all-solid-state battery.
Thereafter, the resistance of the all-solid-state battery was measured to check whether or not a short circuit had occurred.

(実施例2)
図5は、実施例2の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。図5に示す数字の意味は図4と同じである。
上記(3)接合体形成工程において、日東電工社製両面テープNo.5605(厚み50μm)と帝人ディポン社製ポリエチレンナフタレートフィルムQ51(厚み50μm)と日東電工社製両面テープNo.5605(厚み50μm)との3層の積層体(厚み150μm)であって、Q51の奥行きが正極集電箔の奥行よりも大きく、両面テープNo.5605の奥行きが正極集電箔の奥行きよりも小さい絶縁層を準備した。絶縁層の厚み(150μm)は積層体の厚み(130μm)よりも大きい。
絶縁層を3mm幅に裁断し、当該絶縁層を、一方の両面テープNo.5605が第2集電体としての正極集電箔と接するように正極集電箔の面上の積層体を配置する予定の領域に隣接する領域に貼合わせ、正極集電箔と絶縁層の接合体を形成したこと以外は実施例1と同様の方法で全固体電池を得た。
Example 2
5 is a diagram showing an outline of the (3) bonded body forming step and (4) bonding step of Example 2. The numbers in FIG. 5 have the same meanings as those in FIG.
In the above (3) joint formation step, an insulating layer was prepared which was a three-layer laminate (thickness 150 μm) of Nitto Denko double-sided tape No. 5605 (thickness 50 μm), Teijin DiPont polyethylene naphthalate film Q51 (thickness 50 μm), and Nitto Denko double-sided tape No. 5605 (thickness 50 μm), in which the depth of Q51 was greater than the depth of the positive electrode current collector foil, and the depth of double-sided tape No. 5605 was smaller than the depth of the positive electrode current collector foil. The thickness of the insulating layer (150 μm) was greater than the thickness of the laminate (130 μm).
An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that the insulating layer was cut to a width of 3 mm, and the insulating layer was attached to an area adjacent to an area on the surface of the positive electrode current collector foil where the laminate was to be placed so that one double-sided tape No. 5605 was in contact with the positive electrode current collector foil as a second current collector, thereby forming a bonded body of the positive electrode current collector foil and the insulating layer.

(実施例3)
図6は、実施例3の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。23は、ハイボンZH234-1を示し、それ以外の図6に示す数字の意味は図4と同じである。
上記(3)接合体形成工程において、絶縁層として、日立化成社製ハイボンZH234-1を厚み140μmのスペーサーと一緒に120℃の条件でプレスして得たものを準備した。絶縁層の厚み(140μm)は積層体の厚み(130μm)よりも大きい。
絶縁層を3mm幅に裁断し、当該絶縁層を結着剤としてのPVDFを含む酪酸ブチル溶液を用いて、正極集電箔の面上の積層体を配置する予定の領域に隣接する領域に貼合わせ、正極集電箔と絶縁層の接合体を形成した。これら以外は実施例1と同様の方法で全固体電池を得た。
Example 3
6 is a diagram showing an outline of (3) the bonded body forming step and (4) the bonding step in Example 3. 23 indicates Hibon ZH234-1, and the other numerals in FIG. 6 have the same meanings as in FIG.
In the above (3) bonded body forming step, the insulating layer was prepared by pressing Hitachi Chemical's Hibon ZH234-1 together with a spacer having a thickness of 140 μm at a temperature of 120° C. The thickness of the insulating layer (140 μm) was greater than the thickness of the laminate (130 μm).
The insulating layer was cut to a width of 3 mm, and the insulating layer was attached to a region adjacent to the region on the surface of the positive electrode current collector foil where the laminate was to be placed, using a butyl butyrate solution containing PVDF as a binder, to form a bonded body of the positive electrode current collector foil and the insulating layer. Except for this, an all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
図7は、比較例1の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。図7に示す数字の意味は図4と同じである。
上記(4)接着工程において、積層体の負極端子側側面の正極層端部から面方向中心部に向かって1mmの位置を正極集電体と張り合わせる基準位置として設定し、積層体の負極端子側側面の正極層端部から面方向中心部に向かって1mmまでの領域が正極集電箔と対向しないように、正極集電箔上に積層体を配置し、正極集電箔と積層体を固定した。すなわち、上記(3)接合体形成工程において、絶縁層の一部(幅1mm)を正極集電箔の面上の積層体を配置する予定の領域(負極端子側から面方向に70~72mmの位置ではなく69~71mmの位置)に配置した。これ以外は実施例1と同様の方法で全固体電池を得た。
(Comparative Example 1)
7 is a diagram showing an outline of the (3) bonded body forming step and (4) bonding step of Comparative Example 1. The numbers in FIG. 7 have the same meanings as those in FIG.
In the above (4) bonding step, a position 1 mm from the end of the positive electrode layer on the negative electrode terminal side of the laminate toward the center in the surface direction was set as a reference position for laminating with the positive electrode current collector, and the laminate was placed on the positive electrode current collector foil so that the region from the end of the positive electrode layer on the negative electrode terminal side of the laminate toward the center in the surface direction of 1 mm did not face the positive electrode current collector foil, and the positive electrode current collector foil and the laminate were fixed. That is, in the above (3) joining step, a part of the insulating layer (1 mm wide) was placed in the region on the surface of the positive electrode current collector foil where the laminate was to be placed (at a position 69 to 71 mm from the negative electrode terminal side, not at a position 70 to 72 mm in the surface direction). Except for this, an all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
図8は、比較例2の(3)接合体形成工程、(4)接着工程の概略を示す図である。図8に示す数字の意味は図4と同じである。
上記(4)接着工程において、積層体の負極端子側側面の正極層端部から面方向中心部に向かって2mmの位置を正極集電体と張り合わせる基準位置として設定し、積層体の負極端子側側面の正極層端部から面方向中心部に向かって2mmまでの領域が正極集電箔と対向しないように、正極集電箔上に積層体を配置し、正極集電箔と積層体を固定した。すなわち、上記(3)接合体形成工程において、絶縁層の一部(幅2mm)を正極集電箔の面上の積層体を配置する予定の領域(負極端子側から面方向に70~72mmの位置ではなく68~70mmの位置)に配置した。これ以外は実施例1と同様の方法で全固体電池を得た。
(Comparative Example 2)
8 is a diagram showing an outline of the (3) bonded body forming step and (4) bonding step of Comparative Example 2. The numbers in FIG. 8 have the same meanings as those in FIG.
In the above (4) bonding step, a position 2 mm from the end of the positive electrode layer on the negative electrode terminal side of the laminate toward the center in the surface direction was set as a reference position for laminating with the positive electrode current collector, and the laminate was placed on the positive electrode current collector foil so that the region from the end of the positive electrode layer on the negative electrode terminal side of the laminate toward the center in the surface direction of 2 mm did not face the positive electrode current collector foil, and the positive electrode current collector foil and the laminate were fixed. That is, in the above (3) joining step, a part of the insulating layer (2 mm wide) was placed in the region on the surface of the positive electrode current collector foil where the laminate was to be placed (68 to 70 mm from the negative electrode terminal side, not 70 to 72 mm in the surface direction). Except for this, an all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1.

[評価方法]
実施例1~3、比較例1~2の全固体電池のサンプルをそれぞれ10個作製し、それぞれ抵抗を測定し、短絡の発生したサンプルの個数及び、正極層と絶縁層との重なりが発生したサンプルの個数を確認した。これらの結果を表1に示す。
[Evaluation method]
Ten samples of each of the all-solid-state batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared, and the resistance of each was measured to confirm the number of samples in which a short circuit occurred and the number of samples in which an overlap between the positive electrode layer and the insulating layer occurred. These results are shown in Table 1.

Figure 0007639663000001
Figure 0007639663000001

[評価結果]
表1に示すように、実施例1~3の全固体電池は、短絡が発生せず、正極層と絶縁層の重なりも発生しないことがわかる。したがって、本開示の製造方法によれば、全固体電池のエネルギー密度を向上させることできる。
[Evaluation Results]
As shown in Table 1, it can be seen that no short circuit occurs and no overlapping of the positive electrode layer and the insulating layer occurs in the all-solid-state batteries of Examples 1 to 3. Therefore, according to the manufacturing method of the present disclosure, it is possible to improve the energy density of the all-solid-state battery.

11 第1集電体
12 第1電極層
13 固体電解質層
14 第2電極層
15 第2集電体
16 絶縁層
20 正極集電箔
21 両面テープNo.5605
22 Q51
23 ハイボンZH234-1
30 正極層
40 固体電解質層-負極層-負極集電体+負極端子-負極層-固体電解質層の積層体
41 負極端子
50 正極層-固体電解質層-負極層-負極集電体+負極端子-負極層-固体電解質層-正極層の積層体
11 First current collector 12 First electrode layer 13 Solid electrolyte layer 14 Second electrode layer 15 Second current collector 16 Insulating layer 20 Positive electrode current collector foil 21 Double-sided tape No. 5605
22 Q51
23 Hibon ZH234-1
30 Positive electrode layer 40 Laminated body of solid electrolyte layer-negative electrode layer-negative electrode current collector+negative electrode terminal-negative electrode layer-solid electrolyte layer 41 Negative electrode terminal 50 Laminated body of positive electrode layer-solid electrolyte layer-negative electrode layer-negative electrode current collector+negative electrode terminal-negative electrode layer-solid electrolyte layer-positive electrode layer

Claims (1)

第1集電体の両面に、第1電極層、固体電解質層、第2電極層、第2集電体をこの順に有する全固体電池の製造方法であって、
前記第1集電体の両面に、前記第1電極層、前記固体電解質層、前記第2電極層をこの順で積層した積層体を得る工程と、
前記積層体の積層方向の少なくとも1つの側面を裁断により面一とする工程と、
前記第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に隣接する領域に絶縁層を配置し、当該第2集電体と当該絶縁層の接合体を形成する工程と、
前記第2集電体の面上の前記積層体を配置する予定の領域に前記第2電極層当該第2集電体と対向する面の全ての領域が当該第2集電体と接するように前記積層体を配置し、且つ、前記絶縁層と前記積層体の面一である側面と、を接着する工程と、を備えることを特徴とする全固体電池の製造方法。
A method for producing an all-solid-state battery having a first electrode layer, a solid electrolyte layer, a second electrode layer, and a second current collector, in this order, on both sides of a first current collector, the method comprising the steps of:
obtaining a laminate in which the first electrode layer, the solid electrolyte layer, and the second electrode layer are laminated in this order on both sides of the first current collector;
A step of cutting at least one side surface of the laminate in the lamination direction to make the surface flush;
disposing an insulating layer on a surface of the second current collector in an area adjacent to an area where the laminate is to be disposed, thereby forming a bonded body of the second current collector and the insulating layer;
disposing the laminate in a region on a surface of the second current collector where the laminate is to be disposed such that an entire region of a surface of the second electrode layer facing the second current collector is in contact with the second current collector , and bonding the insulating layer to a side surface of the laminate that is flush with the surface of the laminate.
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