JP7702804B2 - Stacked solid-state battery unit and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、参照極を有する積層型固体電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated solid-state battery having a reference electrode and a method for manufacturing the same.
近年、高エネルギー密度化を目指して固体電池の開発が進められているが、高い電極利用率を達成するためには、正極及び負極の電位を正確に測定することが必要である。充放電後の電池の破壊検査をすることで電極の性能を把握することも可能であるが、参照極を用いれば非破壊で電極電位や電極内部抵抗を測定することができる。 In recent years, solid-state batteries have been developed with the aim of achieving high energy density, but to achieve a high electrode utilization rate, it is necessary to accurately measure the potential of the positive and negative electrodes. Although it is possible to understand the performance of the electrodes by performing destructive testing of the battery after charging and discharging, it is also possible to measure the electrode potential and internal resistance of the electrode non-destructively by using a reference electrode.
従来の液体系電池であれば、特許文献1のように参照極を電解液に浸漬させることで正極と負極の電位を分離して測定することを可能にしている。固体電池系では、特許文献2のように、正極及び負極に挟まれた固体電解質層の側方に、固体電解質層、正極及び負極に接続するように、別途、固体電解質部が設けられて、この固体電解質部に参照極が取り付けられていることにより、正極及び負極の電位を別々に測定することを可能にしている。
In conventional liquid batteries, the potentials of the positive and negative electrodes can be measured separately by immersing a reference electrode in an electrolyte as in Patent Document 1. In solid-state battery systems, as in
シート積層型のリチウム電池では、シート端部に電流集中することによる短絡やリチウムの集中析出を回避する観点から、負極が正極よりもわずかに大きく設計されているものが多い。しかし、特許文献2に開示された固体電池のセル構造では同一サイズの正極と負極に固体電解質部が取り付けられているので、この構造を負極と正極が異なるサイズのセルに適用することはできない。また、特許文献2に開示されたセル構造では、正極と参照極が対向しておらず、負極と参照極もまた対向していないために、電位分離や抵抗分離が確実ではなくなるおそれがある。
In many sheet-laminated lithium batteries, the negative electrode is designed to be slightly larger than the positive electrode in order to avoid short circuits caused by current concentration at the ends of the sheets and concentrated lithium precipitation. However, in the cell structure of the solid-state battery disclosed in
本発明の目的は、負極と正極が異なるサイズを有するシート積層型の固体電池ユニットであって、参照極を備え、当該参照極と正極または負極との間に電位分離や抵抗分離が生じにくい構造の積層型固体電池ユニット及び固体電池を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a sheet-stacked solid-state battery unit in which the negative electrode and positive electrode have different sizes, a reference electrode, and a stacked solid-state battery unit and solid-state battery in a structure in which potential separation or resistance separation is unlikely to occur between the reference electrode and the positive or negative electrode.
本発明の第1の態様に従えば、積層型固体電池であって、
平板状の正極層、電解質層及び前記正極層よりも大きな寸法を有する負極層をこの順に有し、
前記電解質層が、前記正極層側の第1電解質層と前記負極側の第2電解質層を有し、且つ、前記第1電解質層と前記第2電解質層が圧着された圧着領域と圧着されていない非圧着領域を有し、
前記非圧着領域の前記第1電解質層と前記第2電解質層の間に、前記正極層及び前記負極層と対向するように参照極が設けられている前記積層型固体電池が提供される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a stacked solid-state battery, comprising:
A battery having a flat positive electrode layer, an electrolyte layer, and a negative electrode layer having a size larger than that of the positive electrode layer, in this order;
the electrolyte layer has a first electrolyte layer on the positive electrode layer side and a second electrolyte layer on the negative electrode side, and has a compression region where the first electrolyte layer and the second electrolyte layer are compressed and a non-compression region where they are not compressed,
In the stacked solid state battery, a reference electrode is provided between the first electrolyte layer and the second electrolyte layer in the non-bonded region so as to face the positive electrode layer and the negative electrode layer.
前記積層型固体電池において、前記非圧着領域は、前記正極層と前記負極層に挟まれて電池反応が生じる電池反応領域からはみ出した領域であってもよい。この場合、さらに、前記正極層を覆う正極集電体層、当該正極集電体層から延在して外部接続される正極端子、前記負極層を覆う負極集電体層、当該負極集電体層から延在して外部接続される負極端子を備え、前記はみ出した領域は、前記正極端子上に存在していてもよい。 In the laminated solid-state battery, the non-bonded region may be a region that is sandwiched between the positive electrode layer and the negative electrode layer and that protrudes from the battery reaction region where the battery reaction occurs. In this case, the battery further includes a positive electrode collector layer that covers the positive electrode layer, a positive electrode terminal that extends from the positive electrode collector layer and is connected to the outside, a negative electrode collector layer that covers the negative electrode layer, and a negative electrode terminal that extends from the negative electrode collector layer and is connected to the outside, and the protruding region may be present on the positive electrode terminal.
本発明の第2の態様に従えば、第1の態様の積層型固体電池と、
前記積層型固体電池に積層される複数の積層型固体電池とを備える積層型固体電池構造体が提供される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a stacked solid state battery according to the first aspect,
There is provided a stacked solid-state battery structure including the stacked solid-state battery and a plurality of stacked solid-state batteries stacked on the stacked solid-state battery.
本発明の第3の態様に従えば、正極活物質を含む正極層、及び当該正極層よりも大きい寸法を有し且つ負極活物質を含む負極層を形成することと、
前記正極層上に第1電解質層を形成することと、
前記負極層上に第2電解質層を形成することと、
前記第1電解質層と前記第2電解質層を対向させて重なり合う領域のうち、一部を除いて、前記第1電解質層と前記第2電解質層を圧着することと、
前記重なり合う領域の前記一部において、前記第1電解質層と前記第2電解質層との間に、参照極を前記正極層と前記負極層と対向して設けることとを含む積層型固体電池の製造方法が提供される。
According to a third aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of: forming a positive electrode layer including a positive electrode active material; and forming an anode layer having a size larger than that of the positive electrode layer and including an anode active material;
forming a first electrolyte layer on the positive electrode layer;
forming a second electrolyte layer on the negative electrode layer;
compressing the first electrolyte layer and the second electrolyte layer, except for a portion of an overlapping region of the first electrolyte layer and the second electrolyte layer facing each other;
and providing a reference electrode between the first electrolyte layer and the second electrolyte layer in the portion of the overlapping region so as to face the positive electrode layer and the negative electrode layer.
前記製造方法において、外部接続するための負極端子を有する負極集電体と、外部接続するための正極端子を有する正極集電体を用意することと、
前記負極層を前記負極集電体上に形成することと、
前記正極層を前記正極集電体上に形成することと、
前記正極層を、前記正極端子上の少なくとも前記負極層と重なり合う部分に形成することを含んでもよい。
In the manufacturing method, a negative electrode current collector having a negative electrode terminal for external connection and a positive electrode current collector having a positive electrode terminal for external connection are prepared;
forming the negative electrode layer on the negative electrode current collector;
forming the positive electrode layer on the positive electrode current collector;
The positive electrode layer may be formed on the positive electrode terminal at least in a portion overlapping with the negative electrode layer.
本発明の固体電池では、負極が正極より大きな寸法を有するシート積層型固体電池においても参照極を用いて正極と負極の電位分離が可能になる。参照極は、正極層及び負極層と対向しているために、正極層及び負極層の電位を独立して正確に測定することができる。それゆえ、正極や負極の動作やそれらの極を構成する材料の異常を検出することが可能となり、電池ユニットの短絡防止やメンテナンスを図ることができる。また、電池反応が生じる反応領域の電解質と同一面上で連結している電解質上に参照極を有するために、簡易な構造で製造が容易である。 In the solid-state battery of the present invention, the use of a reference electrode enables potential separation between the positive and negative electrodes even in a sheet-laminated solid-state battery in which the negative electrode has dimensions larger than the positive electrode. The reference electrode faces the positive and negative electrode layers, so the potentials of the positive and negative electrode layers can be measured independently and accurately. This makes it possible to detect abnormalities in the operation of the positive and negative electrodes and in the materials that make up these electrodes, and prevents short circuits in the battery unit and facilitates maintenance. In addition, since the reference electrode is located on the electrolyte that is connected on the same plane as the electrolyte in the reaction region where the battery reaction occurs, the battery has a simple structure and is easy to manufacture.
<第1実施形態>
本発明の実施形態に係る積層型固体電池について説明する。なお、積層型固体電池は、後述するように複数が積層されて固体電池構造体またはモジュールを構成するため、以下では、「固体電池ユニット」と称する。固体電池ユニット10は、図1(a)~図1(c)に示すように、正極シート1、負極シート3、及びそれらの間に挟まれた固体電解質層5とを備える。正極シート1は、平板状で正極活物質を含む正極層2と正極層2の表面を覆うように設けられた平板状の正極集電体6を有する。負極シート3は、平板状の負極活物質層を含む負極層4と負極層4の表面を覆うように設けられた平板状の負極集電体8を有する。
First Embodiment
A laminated solid-state battery according to an embodiment of the present invention will be described. Since a plurality of laminated solid-state batteries are laminated to form a solid-state battery structure or module as described later, the laminated solid-state battery unit will be referred to as a "solid-state battery unit" below. As shown in FIG. 1(a) to FIG. 1(c), the solid-
正極層2と負極層4はいずれも略矩形の形状を有し、負極層4の方が正極層2よりも広く、より大きな表面積を有する。それゆえ、図1(a)に示すように、正極層2と負極層4を重ねたときに、正極層2と負極層4が対向する対応領域(上下方向で重なる領域)S1と対向しない非対向領域(上下方向で重ならない領域)S2を有する。正極集電体6と負極集電体8は、それぞれ外部接続のために周縁から突出する正極端子12及び負極端子14を有する。本実施形態では、図1(a)に示すように、正極層2と負極層4が対向しない非対向領域S2において、正極端子12と負極層4が対向している部分S3(正極端子/負極層対向部)が存在する。
The
電解質層5は、正極層2と負極層4との間に存在する。固体電池の製造工程において、電解質層5を正極層2または負極層4のいずれかに塗布してそれらを圧着するのが一般的であるが、本願では電解質層を正極層側と負極層側に二層に分けて導入する。すなわち、図1(b)に示すように、正極層2上に電解質層51(以下、「第1電解質層」という)が設けられ、負極層4上に電解質層52(以下、「第2電解質層」という)が形成されている。負極層4の方が正極層2よりも大きいので、第2電解質層52もまた第1電解質層51より大きい横幅及び縦幅を有する。
The
第1電解質層51と第2電解質層52は、正極層2及び負極層4と電解質層5を圧着させるための圧着工程にて、互いに圧着される。本実施形態では、正極層2と負極層4が対向する対応領域S1が圧着されて圧着領域Pとなる。第1電解質層51と第2電解質層52が互いに圧着された部分を、「圧着された電解質層」または「電解質層の圧着領域」と呼ぶ。一方、第1電解質層51と第2電解質層52が互いに圧着されていない領域は、「圧着されていない電解質層」または「電解質の非圧着領域」と呼ぶ。
The
本実施形態の固体電池では、正極端子12上に、付属の正極層2a及び付属の第1電解質層51aが形成されており、それらは正極集電体層6上の正極層2及び第1電解質層51と連続している。それゆえ、図1(c)に示すように、正極端子/負極層対向部S3においては、正極端子12:付属の正極層2a:付属の第1電解質層51a:第2電解質層52:負極層4:負極集電体8の積層構造を有する。但し、正極端子/負極層対向部S3では、付属の第1電解質層51aと付属の第2電解質層52aは圧着されておらず、電解質の非圧着領域NPとなる。このように非圧着領域NPを設けているのは次のような理由からである。本発明の固体電池ユニットでは、電解質層に参照極が挿入されるが、電解質層は、例えば50μm程度であるので、参照極と正極又は負極との間隔はその半分の25μm程度となる。このような薄い電解質層を参照極と正極又は負極と共に圧着すると、参照極と正極層または負極層との短絡が生じる可能性がある。そのような短絡を防止するために参照極を設ける電解質の領域を非圧着領域としている。また、参照極は、固体電池における電池反応を意図している領域とは異なる領域に設けているので、その領域を圧着しなくても固体電池の作用には影響はない。
In the solid-state battery of this embodiment, the attached positive electrode layer 2a and the attached first electrolyte layer 51a are formed on the positive electrode terminal 12, and they are continuous with the
電解質層の非圧着領域NPでは、第1電解質層51aと第2電解質層52aが圧着されていないためそれらの境界が明瞭であり、二層の分離が容易であるのに対して、電解質層の圧着領域Pでは第1電解質層51と第2電解質層52を分離したり、それらの境界を物理的に認識することができない。従って、電解質の圧着領域Pは層構造が均一な層であり、非圧着領域NPは境界を有するまたは二層の電解質層であると言うことができる。さらに、圧着領域Pの方が非圧着領域NPよりも層の厚みが1/3~1/2程度薄くなることが観察されている。これらの構造的な相違より、電解質層の圧着領域Pと非圧着領域NPを区別することができる。また、非圧着領域NPでは抵抗が高くなり、正極と負極との間で十分な電池反応が生じにくい。すなわち、固体電池ユニット10において、本来予定した電池反応は、電解質層51の圧着領域Pの正極層2と負極層4の間(図1(a)の対向領域)で生じる。
In the non-bonded region NP of the electrolyte layer, the first electrolyte layer 51a and the second electrolyte layer 52a are not bonded, so the boundary between them is clear and the two layers can be easily separated, whereas in the bonded region P of the electrolyte layer, the
図1(c)に示すように、第1電解質層51aと第2電解質52の間に、平板状または箔状の参照極16が挿入されており、参照極16は付属の正極層2及び負極層4と略平行に対向している。参照極16には外部引き出しのため端子(参照極集電体)18が連結されている。
As shown in FIG. 1(c), a flat or foil-shaped reference electrode 16 is inserted between the first electrolyte layer 51a and the
上記のような構造を有する固体電池の正極端子12及び参照極16間を電圧測定器で接続することにより、正極層2aを通じて正極層2の電位を測定することができる。また、負極集電体16と参照極16とを電圧測定器で接続することにより、負極層4の電位を測定することができる。前述のように、正極層2aと参照極16は対向しており、また負極層4も参照極6と対向しているために、正極層2と負極層4の電位分離が確実に行われ、それぞれの電位を正確に測定することができる。また、正極層2よりも大きな面積の負極層4を使用している場合でも、正極端子12と負極層4が対向する領域を利用して参照極6を設けることで、簡単な構造でありながら正極層2と負極層4の電位を独立して正確に測定することができる。
By connecting the positive electrode terminal 12 and the reference electrode 16 of the solid-state battery having the above structure with a voltage meter, the potential of the
<第2実施形態>
第2実施形態の固体電池ユニット20では、図2に示すように、参照極16が、正極層2と負極層4が対向する対向領域S1、すなわち、電池反応領域からはみ出した部分に設けられている。正極集電体6は矩形の周囲の一部が突出したはみ出し部6pを有する形状を有しており、はみ出し部6p上に、付属の正極層と付属の第1電解質層が形成されている。はみ出し部6pは、負極層4と重なり、負極層4の外縁まで延在している。図2に示した具体例では、はみ出し部6pは、負極層4及びその上の第2電解質層と対向し、負極層4の外縁まで延在しているが、それに限らず、負極層4の周縁まで至らなくてもよく、あるいは、負極層4を超えて延在するようにはみ出していてもよい。
Second Embodiment
In the solid-
はみ出し部6p上の正極層と第1電解質層は、それぞれ、対向領域S1に存在する正極層2及び第1電解質層51と連続している。はみ出し部6pにおける第1電解質層と第2電解質層は圧着されておらず、非圧着領域を構成する。そして、付属の第1電解質層51aと第2電解質層52の間に、平板状の参照極16が挿入されており、参照極16ははみ出し領域6pの正極層2a及び負極層4と平行に対向している。
The positive electrode layer and the first electrolyte layer on the protruding portion 6p are continuous with the
この構造の固体電池ユニットでも、第1実施形態と同様に、正極集電体のはみ出し部6pと参照極16を電圧測定器で接続することにより、正極層2の電位を測定することができ、負極集電体8と参照極16を電圧測定器で接続することにより負極層4の電位を測定することができる。なお、第1実施形態と同様に、固体電池ユニットでの電池反応は、電解質層の圧着領域Pの正極層2と負極層4の間、すなわち対向領域S1で生じる。
In the solid-state battery unit of this structure, as in the first embodiment, the potential of the
<第3実施形態>
第1及び第2実施形態では、参照極を正極集電体及び正極層の範囲外、すなわち、対向領域S1の外側に設けたが、この実施形態では、対向領域S1内に設ける。図3に示すように、矩形の正極集電体6及び正極層2の一部の領域2bの第1電解質層と第2電解質層だけが圧着されて圧着領域Pを構成し、正極層2の下縁の幅方向に沿った領域2cの第1電解質層51と第2電解質層52は圧着されていない非圧着領域NPとなる。つまり、この固体電池ユニット30では、圧着領域Pが対向領域S1よりも小さく、非圧着領域NPの内側に存在する。非圧着領域NPの第1電解質層51と第2電解質層52の間に参照極16が存在している。
Third Embodiment
In the first and second embodiments, the reference electrode is provided outside the range of the positive electrode collector and the positive electrode layer, that is, outside the facing region S1, but in this embodiment, it is provided within the facing region S1. As shown in FIG. 3, only the first electrolyte layer and the second electrolyte layer in the
この実施形態の固体電池ユニット30でも、非圧着領域NPの正極集電体6と参照極16の間を電圧測定器で接続することにより正極層2の電位を測定することができ、負極集電体8と参照極16の間を電圧測定器で接続することにより負極層4の電位を測定することができる。なお、固体電池ユニット30でも、電池反応は電解質層5の圧着領域Pの正極層2と負極層4の間で生じる。
In this embodiment of the solid-
上記のような実施形態の参照極を有する固体電池ユニットは、正極層2の電位と負極層4の電位をそれぞれ独立して正確に測定することができるので、正極または負極の動作やそれらの極を構成する材料の劣化などを検知することができる。例えばNCAから構成された正極では、4.2V以上で結晶構造が変化し電池性能が低下してしまう恐れがあるが、参照極-正極層の電位測定により異常を検知することで、4.2V以下での電池作動を維持することができるようになる。また、負極では、例えば、Li析出電位近くまで電圧が低下する黒鉛のような活物質において、参照極-負極層の電位測定により異常を検知することで、Li析出電位に達することなく電池動作が可能になり、Li電析による短絡を防止することが可能になる。
The solid-state battery unit having the reference electrode of the above embodiment can accurately measure the potential of the
上記実施形態の固体電池ユニットを構成する材料について以下に説明する。 The materials that make up the solid-state battery unit of the above embodiment are described below.
[正極集電体及び負極集電体]
正極集電体は、導電性を有する任意の材料を用いることができ、例えば、SUSのようなステンレス鋼、Ni、Ti、Fe、Cu、Alまたはこれらの合金のような導電性金属材料または炭素材料等から形成される。正極集電体の形状は、特に限定されず、例えば、箔、略平板状、網状にし得る。負極集電体は、正極集電体と同様の材料や形状のものを用い得る。
[Positive electrode current collector and negative electrode current collector]
The positive electrode current collector can be made of any material having electrical conductivity, for example, stainless steel such as SUS, conductive metal materials such as Ni, Ti, Fe, Cu, Al or alloys thereof, or carbon materials. The shape of the positive electrode current collector is not particularly limited, and can be, for example, foil, approximately flat plate, or mesh. The negative electrode current collector can be made of the same material and shape as the positive electrode current collector.
[固体電解質層]
第1及び第2電解質層のような固体電解質層は、固体電解質を含む。固体電解質は、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質またはポリマー電解質などを用い得る。硫化物固体電解質として、少なくとも、リチウム及び硫黄を含み、例えば、Li2S-P2S5系(Li7P3S11、Li3PS4、Li8P2S9等)、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2S5、LiI-LiBr-Li2S-P2S5、Li2S-P2S5-GeS2(Li13GeP3S16、Li10GeP2S12等)、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li7-xPS6-xClx等を用い得る。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layers, such as the first and second electrolyte layers, include a solid electrolyte, such as a sulfide solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, or a polymer electrolyte. The sulfide solid electrolyte contains at least lithium and sulfur, and examples thereof include Li 2 S-P 2 S 5 system (Li 7 P 3 S 11 , Li 3 PS 4 , Li 8 P 2 S 9 , etc.), Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-LiBr-Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -GeS 2 (Li 13 GeP 3 S 16 , Li 10 GeP 2 S 12, etc.), LiI-Li 2 S-P 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 7-x PS 6-x Cl x, etc. can be used.
酸化物固体電解質は、少なくともリチウム及び酸素を含み、結晶構造で分類すると、ナシコン型、ペロブスカイト型、ガーネット型などに分類でき、例えば、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3、Li3xLa2/3-xTiO3、Li7La3Zr2O12、Li7-xLa3Zr1-xNbxO12、Li7-3xLa3Zr2AlxO12、Li3PO4、又はLi3+xPO4-xNx(LiPON)等を用い得る。このうち、LiとLaとZrとOを少なくとも含有するガーネット型構造もしくはガーネット型類似構造を有する酸化物固体電解質が好ましい。特に、Li7La3Zr2O12、(以下、「LLZ」という)や、LLZをMgとA(「A」は、Ca、Sr、Baまたはそれらの組合せ)の少なくとも一方で元素置換したもの(以下、「置換LLZ」という)が好ましい。LLZまたは置換LLZの電解質からなる粉体を「LLZ系粉末」という。 The oxide solid electrolyte contains at least lithium and oxygen, and can be classified into Nasicon type, perovskite type, garnet type, etc. according to the crystal structure. For example, Li1 + xAlxTi2 -x(PO4)3, Li1+xAlxGe2-x(PO4)3, Li3xLa2/3- xTiO3 , Li7La3Zr2O12 , Li7 - xLa3Zr1 - xNbxO12 , Li7-3xLa3Zr2AlxO12 , Li3PO4 , or Li3 + xPO4 - xNx ( LiPON ) or the like can be used . Among these, oxide solid electrolytes having a garnet-type structure or a garnet-like structure containing at least Li, La, Zr , and O are preferred. In particular, Li7La3Zr2O12 (hereinafter referred to as "LLZ") and LLZ substituted with at least one of Mg and A (wherein "A" is Ca, Sr, Ba, or a combination thereof) (hereinafter referred to as "substituted LLZ") are preferred. Powder consisting of LLZ or substituted LLZ electrolyte is referred to as "LLZ-based powder".
固体電解質層の固体電解質としてLLZ系粉末を用いる場合には、さらにリチウムイオン伝導助剤を含ませることが好ましい。リチウムイオン伝導助剤は、リチウムイオン伝導性を有するイオン液体を含んでいる。リチウムイオン伝導性を有するイオン液体は、例えば、リチウム塩を溶解させたイオン液体である。なお、イオン液体は、カチオンおよびアニオンのみからなり、常温で液体の物質である。上記リチウム塩としては、例えば、4フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(Li(SO3CF3))、リチウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SO2CF3)2)、リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SO2F)2)( 以下、「LiFSI」という)、リチウム ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiN(SO2C2F5)2)等が用いられる。 When an LLZ-based powder is used as the solid electrolyte of the solid electrolyte layer, it is preferable to further include a lithium ion conductive assistant. The lithium ion conductive assistant includes an ionic liquid having lithium ion conductivity. The ionic liquid having lithium ion conductivity is, for example, an ionic liquid in which a lithium salt is dissolved. The ionic liquid is composed of only cations and anions, and is a liquid substance at room temperature. Examples of the lithium salt that can be used include lithium tetrafluoroborate ( LiBF4 ), lithium hexafluorophosphate ( LiPF6 ), lithium perchlorate (LiClO4), lithium trifluoromethanesulfonate (Li( SO3CF3 ) ), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiN( SO2CF3 ) 2 ), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN( SO2F ) 2 ) (hereinafter referred to as "LiFSI"), and lithium bis( pentafluoroethanesulfonyl )imide (LiN( SO2C2F5 ) 2 ) .
上記イオン液体としては、カチオンとして、ブチルトリメチルアンモニウム、トリメチルプロピルアンモニウム等のアンモニウム系、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム系、1-ブチル-1-メチルピペリジニウム、1-メチル-1- プロピルピペリジニウム等のピペリジニウム系、1-ブチル-4- メチルピリジニウム、1-エチルピリジニウム等のピリジニウム系、1-ブチル-1-メチルピロリジニウム、1-メチル-1-プロピルピロリジニウム等のピロリジニウム系、トリメチルスルホニウム、トリエチルスルホニウム等のスルホニウム系、ホスホニウム系、モルホリニウム系等を有するものが用いられる。 The above-mentioned ionic liquids may have cations such as ammonium-based cations, such as butyltrimethylammonium and trimethylpropylammonium, imidazolium-based cations, such as 1-ethyl-3-methylimidazolium and 1-butyl-3-methylimidazolium, piperidinium-based cations, such as 1-butyl-1-methylpiperidinium and 1-methyl-1-propylpiperidinium, pyridinium-based cations, such as 1-butyl-4-methylpyridinium and 1-ethylpyridinium, pyrrolidinium-based cations, such as 1-butyl-1-methylpyrrolidinium and 1-methyl-1-propylpyrrolidinium, sulfonium-based cations, such as trimethylsulfonium and triethylsulfonium, phosphonium-based cations, morpholinium-based cations, etc.
また、上記イオン液体としては、アニオンとして、Cl-、Br- 等のハロゲン化物系、BF4 - 等のホウ素化物系、(NC)2N-、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N- 等のアミン系、CH3SO4 -、CF3SO3 - 等のスルファート、スルホナート系、PF6 - 等のリン酸系等を有するものが用いられる。 The ionic liquid may have, as an anion, a halide such as Cl- or Br- , a boron compound such as BF4-, an amine such as (NC)2N-, (CF3SO2)2N-, or (FSO2 )2N- , a sulfate or sulfonate such as CH3SO4- or CF3SO3- , or a phosphate such as PF6- , or the like .
より具体的には、上記イオン液体として、ブチルトリメチルアンモニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリメチルプロピルアンモニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(フルオロスルホニル)イミド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート、1-メチル-1-プロピルピロリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等が用いられる。リチウムイオン伝導助剤を含むことでLLZ系粉末が加圧成形された状態において、LLZ系粉末の粒界に介在して粒界におけるリチウムイオン伝導性を向上させる。 More specifically, the ionic liquid may be butyltrimethylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, trimethylpropylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(fluorosulfonyl)imide, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, or the like. By including a lithium ion conductive assistant, when the LLZ powder is in a pressure-molded state, it is present at the grain boundaries of the LLZ powder, improving the lithium ion conductivity at the grain boundaries.
固体電解質層には、バインダを含ませてもよい。バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVDF-HFP)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、シリコーン、スチレン・ブタジエンゴム、アクリル樹脂、ポリエチレンオキサイド等が用いられる。上記のようなLLZ系粉末(イオン伝導性粉末)、イオン液体、バインダなどの添加剤の例は、例えば、特許第6682708号に開示されており、それらを本発明の固体電池ユニットに使用することができる。 The solid electrolyte layer may contain a binder. Examples of binders that can be used include polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polytetrafluoroethylene, polyimide, polyamide, silicone, styrene-butadiene rubber, acrylic resin, and polyethylene oxide. Examples of additives such as the above-mentioned LLZ-based powder (ion conductive powder), ionic liquid, and binder are disclosed in, for example, Japanese Patent No. 6682708, and they can be used in the solid battery unit of the present invention.
第1電解質層及び第2電解質層の厚さは、それぞれ、5μm~50μm、好ましくは、5μm~15μmであり、電解質層全体の厚さは、10μm~100μm、好ましくは10μm~30μmである。 The thickness of the first electrolyte layer and the second electrolyte layer is 5 μm to 50 μm, preferably 5 μm to 15 μm, and the thickness of the entire electrolyte layer is 10 μm to 100 μm, preferably 10 μm to 30 μm.
[正極層]
正極層は、正極活物質を含み、さらに、前述の固体電解質層を構成する固体電解質、リチウムイオン伝導助剤、電子伝導助剤、バインダなどの添加物を含んでもよい。正極活物質としては、例えば、S、TiS2、LiCoO2、LiNiO2,LiNi1―x―yCoxAlyO2、LiNi1―x―yCoxMnyO2、LiMn2O4、LiFePO4等が挙げられる。リチウムイオン伝導助剤として前述のリチウムイオン伝導性を有するイオン液体を含み得る。なお、固体電解質はリチウムイオン伝導助剤としても機能する。電子伝導助剤として、導電性カーボン、N i、Pt、Agのような電子伝導助剤を用い得る。バインダとして、固体電解質層に含み得るバインダと同様のものを用い得る。正極層の厚さは、例えば、20μm~60μmにし得る。
[Positive electrode layer]
The positive electrode layer includes a positive electrode active material, and may further include additives such as a solid electrolyte constituting the above-mentioned solid electrolyte layer, a lithium ion conductive assistant, an electron conductive assistant, and a binder. Examples of the positive electrode active material include S, TiS 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-x-y Co x Al y O 2 , LiNi 1-x-y Co x Mn y O 2 , LiMn 2 O 4 , and LiFePO 4. The above-mentioned ionic liquid having lithium ion conductivity may be included as a lithium ion conductive assistant. The solid electrolyte also functions as a lithium ion conductive assistant. As the electron conductive assistant, an electron conductive assistant such as conductive carbon, Ni, Pt, or Ag may be used. As the binder, a binder similar to the binder that may be included in the solid electrolyte layer may be used. The thickness of the positive electrode layer may be, for example, from 20 μm to 60 μm.
[負極層]
負極層は、負極活物質を含み、さらに、前述の固体電解質層を構成する固体電解質、リチウムイオン伝導助剤、電子伝導助剤、バインダなどの添加物を含んでもよい。負極活物質は、例えば、Li金属、Li-Al合金、Li4Ti5O12、カーボン、Si、SiO等が挙げられる。リチウムイオン伝導助剤として、前述のリチウムイオン伝導性を有するイオン液体を含み得る。なお、固体電解質はリチウムイオン伝導助剤としても機能する。電子伝導助剤として、導電性カーボン、N i、Pt、Agのような電子伝導助剤を用い得る。バインダとして、固体電解質層に含み得るバインダと同様のものを用い得る。負正極層の厚さは、例えば、20μm~70μmにし得る。
[Negative electrode layer]
The negative electrode layer includes a negative electrode active material, and may further include additives such as a solid electrolyte constituting the above-mentioned solid electrolyte layer, a lithium ion conductive assistant, an electronic conductive assistant, and a binder. Examples of the negative electrode active material include Li metal, Li-Al alloy, Li 4 Ti 5 O 12 , carbon, Si, and SiO. The lithium ion conductive assistant may include an ionic liquid having the above-mentioned lithium ion conductivity. The solid electrolyte also functions as a lithium ion conductive assistant. The electronic conductive assistant may be conductive carbon, Ni, Pt, or Ag. The binder may be the same as the binder that may be included in the solid electrolyte layer. The thickness of the negative electrode layer may be, for example, 20 μm to 70 μm.
[参照極]
参照極は、例えば、リチウム合金やリチウムを含む酸化物から形成されてよい。参照極16のサイズは問わないが、電解質層の間に挿入するという観点から、厚みは10~50μm程度の平板が好適である。参照極に接続されている外部接続のための端子は、銅テープや銅箔や、正極集電体と同様の材料を使用し得る。
[Reference pole]
The reference electrode may be formed, for example, from a lithium alloy or an oxide containing lithium. The size of the reference electrode 16 is not important, but a flat plate with a thickness of about 10 to 50 μm is preferable from the viewpoint of being inserted between the electrolyte layers. The terminal for external connection connected to the reference electrode may be made of copper tape, copper foil, or the same material as the positive electrode current collector.
<固体電池ユニットの製造方法>
固体電池ユニットの製造方法を、第1実施形態の固体電池ユニットの製造方法を例に挙げて説明する。まず、図4(a)左右にそれぞれ示すように矩形の正極集電体と、正極集電体より横幅が長い負極集電体を用意する。次いで、正極活物質や固体電解質を含む正極合剤を溶剤に分散させた混合物を調製し、この混合物を、図4(b)左側に示すように、正極集電体の表面全体に湿式塗工などにより塗布し、乾燥後、正極集電体上に正極層が形成された正極シートを得る。また、負極活物質や固体電解質などを含む負極合剤を溶剤に分散させた混合物を調製し、この混合物を同図右側に示すように、負極集電体の表面の上部を除いた領域に、湿式塗工し、乾燥後、負極集電体上に負極層が形成された負極シートを得る。
<Method of manufacturing a solid-state battery unit>
The manufacturing method of the solid-state battery unit will be described by taking the manufacturing method of the solid-state battery unit of the first embodiment as an example. First, a rectangular positive electrode current collector and a negative electrode current collector having a width longer than that of the positive electrode current collector are prepared as shown in the left and right of FIG. 4(a). Next, a mixture is prepared in which a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and a solid electrolyte is dispersed in a solvent, and the mixture is applied to the entire surface of the positive electrode current collector by wet coating or the like as shown in the left side of FIG. 4(b), and after drying, a positive electrode sheet is obtained in which a positive electrode layer is formed on the positive electrode current collector. Also, a mixture is prepared in which a negative electrode mixture containing a negative electrode active material and a solid electrolyte is dispersed in a solvent, and the mixture is wet coated on the surface of the negative electrode current collector except for the upper part as shown in the right side of the figure, and after drying, a negative electrode sheet is obtained in which a negative electrode layer is formed on the negative electrode current collector.
次に、図4(c)左側に示すように、正極シートの正極層上に、固体電解質を含む電解質層合剤を塗布して第1電解質層を形成する。正極層及び第1電解質層を備えた正極シートを「正極電解質シート」と呼ぶ。第1電解質層と同じ成分及び組成の電解質層合剤を、同図右側に示すように負極シートの負極層上に塗布して第2電解質層を形成する。負極層及び第2電解質層を備えた負極シートを「負極電解質シート」と呼ぶ。 Next, as shown on the left side of FIG. 4(c), an electrolyte layer mixture containing a solid electrolyte is applied onto the positive electrode layer of the positive electrode sheet to form a first electrolyte layer. The positive electrode sheet provided with the positive electrode layer and the first electrolyte layer is called the "positive electrode electrolyte sheet." An electrolyte layer mixture having the same components and composition as the first electrolyte layer is applied onto the negative electrode layer of the negative electrode sheet to form a second electrolyte layer, as shown on the right side of the figure. The negative electrode sheet provided with the negative electrode layer and the second electrolyte layer is called the "negative electrode electrolyte sheet."
次に、図4(d)に示すように、正極電解質シートと負極電解質シートを、それぞれ、正極端子(正極リード部)及び負極端子(負極リード部)がシート面から一部突出するように打ち抜く。打ち抜きにより正極端子はAl箔上の正極層及び第1解質層から構成され、負極端子は負極集電体だけからなる。 Next, as shown in FIG. 4(d), the positive electrode electrolyte sheet and the negative electrode electrolyte sheet are punched out so that the positive electrode terminal (positive electrode lead portion) and the negative electrode terminal (negative electrode lead portion) protrude partially from the sheet surface. After punching, the positive electrode terminal is composed of the positive electrode layer and the first electrolyte layer on the Al foil, and the negative electrode terminal is composed of only the negative electrode current collector.
次いで、図4(e)に示すように、打ち抜いた正極電解質シートと負極電解質シートを第1電解質が第2電解質に対向して重なるように重ね合わせる。このとき、正極端子上の第1電解質層と負極シートの第2電解質層の重なる部分に参照極を挿入する。この後、重ね合わせた正極電解質シートと負極電解質シートを圧着させる。圧着は60℃程度に加熱したプレス機を用いる。圧着する領域は、正極端子を除く部分、すなわち、矩形の第1電解質と第2電解質が重なる部分(電池反応部)のみとする。部分的な領域のみ圧着することができれば、プレス機に限らず任意の圧着方法を用いることができる。また、参照極の挿入は圧着工程の後でも構わない。こうして図1(a)~(c)に示すような構造を有する固体電池ユニットを製造することができる Next, as shown in FIG. 4(e), the punched positive electrode electrolyte sheet and the negative electrode electrolyte sheet are overlapped so that the first electrolyte faces the second electrolyte. At this time, a reference electrode is inserted into the overlapping portion of the first electrolyte layer on the positive electrode terminal and the second electrolyte layer of the negative electrode sheet. After this, the overlapped positive electrode electrolyte sheet and the negative electrode electrolyte sheet are pressed together. A press machine heated to about 60°C is used for pressing. The area to be pressed is the area excluding the positive electrode terminal, that is, only the area where the rectangular first electrolyte and the second electrolyte overlap (battery reaction area). As long as only a partial area can be pressed, any pressing method can be used, not limited to a press machine. Also, the reference electrode can be inserted after the pressing process. In this way, a solid-state battery unit having a structure as shown in FIG. 1(a) to (c) can be manufactured.
上記のようにして製造した固体電池ユニットに、参照極を持たない複数個の固体電池ユニットを、図5に示すように積層して、正極端子同士及び負極端子同士を並列接続することで、固体電池構造体100(または固体電池モジュール)が完成する。固体電池構造体は、例えば、熱可塑性樹脂から構成されるラミネートフィルムなどの筐体に入れて熱圧着などにより封止することができる。溶着した正極端子と負極端子はそれぞれ正極タブ及び負極タブとして筐体の外に延出させることができる。 A solid-state battery structure 100 (or a solid-state battery module) is completed by stacking a plurality of solid-state battery units without a reference electrode on the solid-state battery unit manufactured as described above as shown in FIG. 5 and connecting the positive electrode terminals to each other and the negative electrode terminals to each other in parallel. The solid-state battery structure can be placed in a case such as a laminate film made of a thermoplastic resin and sealed by thermocompression or the like. The welded positive electrode terminal and negative electrode terminal can be extended outside the case as a positive electrode tab and a negative electrode tab, respectively.
固体電池ユニットを積層する際には、図5に示すように負極集電体同士及び正極集電体を重ねるように積層してもよく、あるいは固体電池ユニットの負極集電体がセパレータを介してその上に積層される固体電池ユニットの正極集電体が対向するように積層してもよい。また、図5に示した例では、固体電池構造体の一つの固体電池ユニットにだけ参照極を有していたが、固体電池構造体を構成する電池ユニットの複数またはすべてが参照極を有していてもよい。あるいは、製造ロットの異なる電池ユニットごとに参照極を設けた固体電池ユニットを固体電池構造体に導入してもよい。参照極が設けられていない固体電池ユニットは、上記のように電解質層を第1及び第2電解質層に分けて圧着するのではなく、単一層の電解質層を用いてもよく、別の公知の方法で製造された固体電池ユニットでも構わない。 When stacking the solid-state battery units, the negative electrode current collectors and the positive electrode current collectors may be stacked together as shown in FIG. 5, or the negative electrode current collector of the solid-state battery unit may be stacked with a separator interposed between them, so that the positive electrode current collector of the solid-state battery unit stacked on top of the negative electrode current collector faces the negative electrode current collector of the solid-state battery unit stacked on top of the negative electrode current collector. In the example shown in FIG. 5, only one solid-state battery unit of the solid-state battery structure has a reference electrode, but multiple or all of the battery units constituting the solid-state battery structure may have a reference electrode. Alternatively, a solid-state battery unit in which a reference electrode is provided for each battery unit of a different manufacturing lot may be introduced into the solid-state battery structure. A solid-state battery unit not provided with a reference electrode may use a single-layer electrolyte layer instead of the electrolyte layer being divided into the first and second electrolyte layers and compressed as described above, or may be a solid-state battery unit manufactured by another known method.
固体電池ユニットの製造方法を第1実施形態の固体電池の製造方法を例に挙げて説明したが、第2実施形態及び第3実施形態の固体電池でも参照極の挿入位置及び圧着位置を変更することにより同様にして製造することができる。複数の固体電池ユニットから構成される固体電池構造体は、電池制御回路、電圧測定部、その他の検出器や素子を備えていてもよい。 The method for manufacturing the solid-state battery unit has been described using the method for manufacturing the solid-state battery of the first embodiment as an example, but the solid-state batteries of the second and third embodiments can also be manufactured in the same manner by changing the insertion position and crimping position of the reference electrode. The solid-state battery structure composed of multiple solid-state battery units may also include a battery control circuit, a voltage measurement unit, and other detectors and elements.
以下、固体電池ユニット及びその製造方法を実施例により、具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されない。 The solid-state battery unit and its manufacturing method will be specifically described below using examples, but the present invention is not limited to these examples.
正極活物質としてニッケル酸リチウム(NCA)、電子伝導助剤としてカーボンナノファイバ(VGCF(気相法炭素繊維))、固体電解質としてLLZ、リチウムイオン伝導助剤としてLiFSI, バインダとしてPVDF-HFPをそれぞれ用い、それらを有機溶媒に分散して正極合剤を作製した。この正極合剤を、正極集電体として78mm×46mm×15μm(厚み)のAl箔上に約30μmの厚さで湿式塗工して、正極層を有する正極シートを作製した(図4(a)及び(b)参照)。 The positive electrode active material was lithium nickel oxide (NCA), the electron conductive additive was carbon nanofiber (VGCF (vapor grown carbon fiber)), the solid electrolyte was LLZ, the lithium ion conductive additive was LiFSI, and the binder was PVDF-HFP. These were dispersed in an organic solvent to prepare a positive electrode mixture. This positive electrode mixture was wet coated to a thickness of approximately 30 μm on an Al foil measuring 78 mm x 46 mm x 15 μm (thickness) as a positive electrode current collector to prepare a positive electrode sheet having a positive electrode layer (see Figures 4 (a) and (b)).
負極活物質に天然黒鉛、電子伝導助剤にカーボンナノファイバ(VGCF(気相法炭素繊維))、 固体電解質にLLZ、リチウム伝導助剤にLiFSI、 バインダにPVDF-HFPをそれぞれ用い、それらを混合し有機溶媒に分散して負極合剤を調製した。この負極合剤を、負極集電体として80mm×50mm×12μm(厚み)のCu箔上に約40μmの厚さで湿式塗工して、負極層を有する負極シートを作製した(図4(a)及び(b)参照)。 The negative electrode active material was natural graphite, the electron conductive additive was carbon nanofiber (VGCF (vapor grown carbon fiber)), the solid electrolyte was LLZ, the lithium conductive additive was LiFSI, and the binder was PVDF-HFP. These were mixed and dispersed in an organic solvent to prepare a negative electrode mixture. This negative electrode mixture was wet coated to a thickness of approximately 40 μm on a Cu foil measuring 80 mm x 50 mm x 12 μm (thickness) as a negative electrode current collector to produce a negative electrode sheet with a negative electrode layer (see Figures 4 (a) and (b)).
固体電解質にLLZ、リチウム伝導助剤にLiFSI(P13FSI), バインダにPVDF-HFPをそれぞれ用い、それらを調合してペースト状の電解質層合剤を作製した。電解質層合剤を正極シートの正極層及び負極シートの負極層上に、それぞれ、約25μmの厚さで湿式塗工して、正極電解質シート及び負極電解質シートを作製した(図4(c)参照)。 LLZ was used as the solid electrolyte, LiFSI (P13FSI) as the lithium conductive assistant, and PVDF-HFP as the binder, and these were mixed to prepare a paste-like electrolyte layer mixture. The electrolyte layer mixture was wet-coated to a thickness of approximately 25 μm on the positive electrode layer of the positive electrode sheet and the negative electrode layer of the negative electrode sheet, respectively, to prepare a positive electrode electrolyte sheet and a negative electrode electrolyte sheet (see Figure 4 (c)).
正極電解質シート及び負極電解質シートを、それぞれ、正極端子及び負極端子が突出する形状になるように、上部の矩形部分(正極シート:32mm×36mm、負極シート:30mm×40mm)を打ち抜いた(図4(d)参照)。ついで、正極電解質シート及び負極電解質シートを電解質同士が対向するように重ね、正極端子上の電解質と負極電解質シートの電解質が重なる部分の境界に5mm×15mm×(厚さ)50μmのLi金属の参照極を挿入した(図4(e)参照)。この状態で、正極電解質シート及び負極電解質シートを圧着させた。圧着はロールプレスを用いて圧着部を約60℃に加熱しながら、正極端子及び負極端子を除く部分(電池反応部)のみを圧着させた。 The upper rectangular portions (positive electrode sheet: 32 mm x 36 mm, negative electrode sheet: 30 mm x 40 mm) of the positive electrode electrolyte sheet and the negative electrode electrolyte sheet were punched out so that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal protruded (see FIG. 4(d)). Next, the positive electrode electrolyte sheet and the negative electrode electrolyte sheet were stacked so that the electrolytes faced each other, and a Li metal reference electrode measuring 5 mm x 15 mm x (thickness) 50 μm was inserted at the boundary between the electrolyte on the positive electrode terminal and the electrolyte on the negative electrode electrolyte sheet (see FIG. 4(e)). In this state, the positive electrode electrolyte sheet and the negative electrode electrolyte sheet were pressed together. The pressing was performed by heating the pressing portion to about 60°C using a roll press, and only the portion excluding the positive electrode terminal and the negative electrode terminal (battery reaction portion) was pressed together.
こうして得られた固体電池ユニットについて、以下のような測定を行った。正極-負極間にて電流密度0.08mA/cm2で20mAhまで充電し、また2.5Vまで放電させた。このとき、正極-参照極間及び負極-参照極間にそれぞれ電圧測定器を接続し、電圧を測定した。また、正極-負極間についても同様にして電圧測定を行った。測定結果の充電曲線と放電曲線をそれぞれ図6及び図7に示す。これらの図より、正極及び負極の電位をそれぞれ測定することができ、正極と負極の電位が十分に電離分離されて測定できていることが分かる。なお、Liと正極によるハーフセルを用いた電圧測定曲線との比較から参照極の電位は一定の0V(vs Li/Li+)あることが分かっている。 The solid-state battery unit thus obtained was subjected to the following measurements. The battery was charged to 20 mAh between the positive and negative electrodes at a current density of 0.08 mA/ cm2 , and discharged to 2.5 V. At this time, a voltage measuring device was connected between the positive and reference electrodes and between the negative and reference electrodes, respectively, to measure the voltage. Voltage measurements were also performed in the same manner between the positive and negative electrodes. The charge and discharge curves of the measurement results are shown in Figs. 6 and 7, respectively. From these figures, it can be seen that the potentials of the positive and negative electrodes can be measured, and that the potentials of the positive and negative electrodes are sufficiently ionized and separated for measurement. It is noted that the potential of the reference electrode is a constant 0 V (vs Li/Li + ) from a comparison with the voltage measurement curve using a half cell consisting of Li and a positive electrode.
以上、本発明の固体電池及びその製造方法を実施形態及び実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記の範囲には限定されない。上記実施形態や実施例に多様な変更または改良を加えることが当業者に明らかであり、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが特許請求の範囲の記載からも明らかである。例えば、図4を参照した固体電池ユニットの製造プロセスにおいて、負極端子には負極層及び第2電解質層を形成しなかったが、負極端子上にも負極層及び第2電解質層が設けられていても構わない。また、打ち抜き前の正極集電体のすべて領域に正極層及び第1電解質層を形成したが、正極端子を区画するに領域の一部にのみ正極層及び第1電解質層が形成されていてもよく、その部分と第2電解質層との間に参照極が挿入されていればよい。 Although the solid-state battery and its manufacturing method of the present invention have been described above using embodiments and examples, the technical scope of the present invention is not limited to the above. It is clear to those skilled in the art that various modifications or improvements can be made to the above embodiments and examples, and it is also clear from the claims that such modifications or improvements can be included in the technical scope of the present invention. For example, in the manufacturing process of the solid-state battery unit with reference to FIG. 4, the negative electrode layer and the second electrolyte layer were not formed on the negative electrode terminal, but the negative electrode layer and the second electrolyte layer may also be provided on the negative electrode terminal. In addition, the positive electrode layer and the first electrolyte layer were formed on the entire area of the positive electrode current collector before punching, but the positive electrode layer and the first electrolyte layer may be formed only in a part of the area that defines the positive electrode terminal, and it is sufficient that a reference electrode is inserted between that part and the second electrolyte layer.
明細書及び図面中において示した製造方法における各処理の実行順序は、特段に順序が明記されておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるので無い限り、任意の順序で実行しうる。便宜上、「まず、」「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するわけではない。 The order in which each process in the manufacturing method shown in the specification and drawings is performed is not specifically stated, and the processes may be performed in any order unless the output of a previous process is used in a subsequent process. For convenience, even if the description uses "first," "next," etc., it does not mean that the processes must be performed in that order.
10、20、30 固体電池ユニット
2 正極層、3 負極シート、4 負極層
5 電解質層、6 正極集電体、8 負極集電体、12 正極端子
14 負極端子、16 参照極、18 参照極端子
51 第1電解質層、52 第2電解質層
100 固体電池構造体
P 圧着領域、NP 非圧着領域
S1 対向領域、 S2 非対向領域、 S3 正極/正極端子/負極層対向部
10, 20, 30 Solid-
Claims (6)
平板状の正極層、電解質層及び前記正極層よりも大きな寸法を有する負極層をこの順に有し、
前記電解質層が、前記正極層側の第1電解質層と前記負極側の第2電解質層を有し、且つ、前記第1電解質層と前記第2電解質層が圧着された圧着領域と圧着されていない非圧着領域を有し、
前記非圧着領域の前記第1電解質層と前記第2電解質層の間に、前記正極層及び前記負極層と対向するように参照極が設けられており、
前記参照極は前記第1電解質層及び前記第2電解質層とも圧着されていない前記積層型固体電池。 A laminated solid-state battery,
A battery having a flat positive electrode layer, an electrolyte layer, and a negative electrode layer having a size larger than that of the positive electrode layer, in this order;
the electrolyte layer has a first electrolyte layer on the positive electrode layer side and a second electrolyte layer on the negative electrode side, and has a compression region where the first electrolyte layer and the second electrolyte layer are compressed and a non-compression region where they are not compressed,
a reference electrode is provided between the first electrolyte layer and the second electrolyte layer in the non-bonded region so as to face the positive electrode layer and the negative electrode layer ;
The laminated solid-state battery , wherein the reference electrode is not pressed against either the first electrolyte layer or the second electrolyte layer .
前記正極層上に第1電解質層を形成することと、
前記負極層上に第2電解質層を形成することと、
前記第1電解質層と前記第2電解質層を対向させて重なり合う領域のうち、一部を除いて、前記第1電解質層と前記第2電解質層を圧着することと、
前記重なり合う領域の前記一部において、前記第1電解質層と前記第2電解質層との間に、参照極を前記正極層と前記負極層と対向して設けることとを含み、
前記一部においては前記第1電解質層と前記第2電解質層が前記参照極を挟んだ状態で圧着されていない積層型固体電池の製造方法。 forming a positive electrode layer including a positive electrode active material and a negative electrode layer having a size larger than the positive electrode layer and including a negative electrode active material;
forming a first electrolyte layer on the positive electrode layer;
forming a second electrolyte layer on the negative electrode layer;
compressing the first electrolyte layer and the second electrolyte layer, except for a portion of an overlapping region of the first electrolyte layer and the second electrolyte layer facing each other;
providing a reference electrode between the first electrolyte layer and the second electrolyte layer in the portion of the overlapping region so as to face the positive electrode layer and the negative electrode layer;
In the part, the first electrolyte layer and the second electrolyte layer are not compressed together with the reference electrode sandwiched therebetween .
前記負極層を前記負極集電体上に形成することと、
前記正極層を前記正極集電体上に形成することと、
前記正極層を、前記正極端子上の少なくとも前記負極層と重なり合う部分に形成することを含む請求項5に記載の製造方法。 providing a negative electrode current collector having a negative electrode terminal for external connection and a positive electrode current collector having a positive electrode terminal for external connection;
forming the negative electrode layer on the negative electrode current collector;
forming the positive electrode layer on the positive electrode current collector;
The method according to claim 5 , further comprising forming the positive electrode layer on at least a portion of the positive electrode terminal that overlaps with the negative electrode layer.
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