JP7748164B2 - All-solid-state battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、全固体電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an all-solid-state battery and a manufacturing method thereof.
近年、二次電池の需要が急速に拡大しており、電解質に有機電解液を使用したリチウムイオン二次電池が実用化されている。しかしながら、電解液の液漏れなどの点から、より安全性の高い酸化物系固体電解質への期待が高まり、酸化物系固体電解質を用いた全固体電池の開発が盛んに進められている。また、容量密度向上のため、電池単位を多積層化することが望まれている。多積層化の際に、全固体電池の積層方向の上下にカバー層を設ける技術が開示されている(例えば、特許文献1,2参照)。 Demand for secondary batteries has expanded rapidly in recent years, and lithium-ion secondary batteries using organic electrolytes have been put to practical use. However, due to concerns about electrolyte leakage and other issues, expectations are growing for safer oxide-based solid electrolytes, and the development of all-solid-state batteries using oxide-based solid electrolytes is actively progressing. Furthermore, to improve capacity density, it is desirable to stack multiple battery units. When stacking multiple battery units, techniques have been disclosed for providing cover layers above and below the stacking direction of the all-solid-state battery (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
カバー層は固体電解質層と焼成時に相互拡散しない材料によって構成されることが望ましいため、特許文献1,2では、カバー層材料には固体電解質層と同じ組成の材料が用いられている。しかしながら、積層型全固体電池においては、カバー層、固体電解質層に加えて、正極層、負極層、逆パターン層などのように、異種材料を主成分とした層が多数積層されている、このような積層型全固体電池を一括焼成しようとすると、各層の収縮挙動の差異により層間剥離が生じてしまうことが懸念される。 It is desirable for the cover layer to be composed of a material that does not interdiffuse with the solid electrolyte layer during firing, and therefore in Patent Documents 1 and 2, a material with the same composition as the solid electrolyte layer is used for the cover layer material. However, in stacked all-solid-state batteries, in addition to the cover layer and solid electrolyte layer, numerous layers made primarily of different materials, such as positive electrode layers, negative electrode layers, and reverse pattern layers, are stacked. If such stacked all-solid-state batteries are to be co-fired, there is a concern that delamination may occur due to differences in the shrinkage behavior of each layer.
特許文献3では、電極層に含有される活物質と水分との反応による電池容量の低下を抑制するため、積層体に接した防湿層を備えている。しかしながら、特許文献3では積層体を焼成したあとにスプレーコートやディップコートなどの方法を用いて防湿層を設けており、防湿層形成前の積層体での防湿性が担保されていない。 In Patent Document 3, a moisture-proof layer is provided in contact with the laminate to prevent a decrease in battery capacity due to a reaction between the active material contained in the electrode layer and moisture. However, in Patent Document 3, the moisture-proof layer is provided using a method such as spray coating or dip coating after the laminate is fired, and the moisture-proof properties of the laminate before the moisture-proof layer is formed are not guaranteed.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、一括焼成時における層間剥離を抑制可能であるとともに防湿性を有するカバー層を備えた全固体電池およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide an all-solid-state battery equipped with a moisture-proof cover layer that can suppress delamination during batch firing, and a method for manufacturing the same.
本発明に係る全固体電池は、イオン伝導性を有する酸化物系固体電解質層と、電極活物質を含む電極層とが交互に積層された積層構造と、前記積層構造の積層方向の上面および下面の少なくともいずれか一方に設けられたカバー層と、を備え、前記カバー層は、酸化物系固体電解質と、当該酸化物系固体電解質よりも高い焼結温度を有し絶縁性を有するフィラー材と、を含む。 The all-solid-state battery according to the present invention comprises a laminated structure in which ion-conductive oxide-based solid electrolyte layers and electrode layers containing an electrode active material are alternately stacked, and a cover layer provided on at least one of the upper and lower surfaces in the stacking direction of the laminated structure, the cover layer including an oxide-based solid electrolyte and an insulating filler material having a higher sintering temperature than the oxide-based solid electrolyte.
上記全固体電池の前記カバー層において、前記フィラー材は、前記酸化物系固体電解質との体積比率が10vol%以上であってもよい。 In the cover layer of the above-mentioned all-solid-state battery, the volume ratio of the filler material to the oxide-based solid electrolyte may be 10 vol% or more.
上記全固体電池において、前記フィラー材の電子伝導性およびイオン伝導性含む導電率は、10-8S/cm以下であってもよい。 In the all-solid-state battery, the filler material may have an electrical conductivity including electronic conductivity and ionic conductivity of 10 −8 S/cm or less.
上記全固体電池において、前記フィラー材は、アルミナまたはSiO2ガラスであってもよい。 In the all-solid-state battery, the filler material may be alumina or SiO2 glass.
上記全固体電池において、前記フィラー材の形状は、断面の平均円形度で0.6以上であってもよい。 In the above-mentioned all-solid-state battery, the shape of the filler material may have an average cross-sectional circularity of 0.6 or more.
上記全固体電池において、前記フィラー材のD50%粒径は、0.5μm以上、8μm以下であってもよい。 In the above-mentioned all-solid-state battery, the D50% particle size of the filler material may be 0.5 μm or more and 8 μm or less.
上記全固体電池において、前記酸化物系固体電解質層と前記カバー層との間で、一方の層の固体電解質の粒度分布におけるD0%粒径からD10%粒径の間に他方の層の固体電解質の粒度分布におけるD0%粒径が存在するとともに、前記一方の層の固体電解質の粒度分布におけるD90%粒径からD100%粒径の間に前記他方の層の固体電解質の粒度分布におけるD100%粒径が存在してもよい。 In the above-described all-solid-state battery, between the oxide-based solid electrolyte layer and the cover layer, the D0% particle size in the particle size distribution of the solid electrolyte of one layer may be between the D0% particle size and the D10% particle size in the particle size distribution of the solid electrolyte of the other layer, and the D100% particle size in the particle size distribution of the solid electrolyte of the one layer may be between the D90% particle size and the D100% particle size in the particle size distribution of the solid electrolyte of the other layer.
上記全固体電池において、前記カバー層の前記酸化物系固体電解質は、NASICON型結晶構造の固体電解質であってもよい。 In the above-mentioned all-solid-state battery, the oxide-based solid electrolyte of the cover layer may be a solid electrolyte with a NASICON crystal structure.
上記全固体電池において、前記固体電解質層の主成分は、NASICON型結晶構造の固体電解質であってもよい。 In the above-mentioned all-solid-state battery, the main component of the solid electrolyte layer may be a solid electrolyte with a NASICON crystal structure.
上記全固体電池において、前記カバー層の前記酸化物系固体電解質は、前記固体電解質層の主成分と同じ組成を有していてもよい。 In the above-described all-solid-state battery, the oxide-based solid electrolyte of the cover layer may have the same composition as the main component of the solid electrolyte layer.
上記全固体電池において、前記カバー層の前記酸化物系固体電解質は、ガラス材料であってもよい。 In the above-mentioned all-solid-state battery, the oxide-based solid electrolyte of the cover layer may be a glass material.
上記全固体電池において、前記電極層は、イオン伝導性を有する酸化物系固体電解質を含んでいてもよい。 In the above-mentioned all-solid-state battery, the electrode layer may contain an oxide-based solid electrolyte having ion conductivity.
本発明に係る全固体電池の製造方法は、イオン伝導性を有する酸化物系固体電解質粉末を含む固体電解質グリーンシートと、電極活物質粉末を含む内部電極パターンと、が交互に積層された積層体の積層方向の上面および下面の少なくともいずれか一方に、酸化物系固体電解質粉末と当該酸化物系固体電解質粉末よりも高い焼結温度を有し絶縁性を有するフィラー材とを含むカバーシートが積層されたセラミック積層体を準備する準備工程と、前記セラミック積層体を焼成する焼成工程と、を含む。 The method for manufacturing an all-solid-state battery according to the present invention includes a preparation step of preparing a ceramic laminate in which a cover sheet containing an oxide-based solid electrolyte powder and an insulating filler material having a higher sintering temperature than the oxide-based solid electrolyte powder is laminated on at least one of the upper and lower surfaces in the stacking direction of a laminate in which solid electrolyte green sheets containing an oxide-based solid electrolyte powder with ion conductivity and internal electrode patterns containing electrode active material powder are alternately stacked; and a firing step of firing the ceramic laminate.
上記全固体電池の製造方法において、前記カバーシートの前記酸化物系固体電解質粉末の焼結温度は、前記焼成工程における焼成温度よりも低く、前記フィラー材の焼結温度は、前記焼成工程における焼成温度よりも高くてもよい。 In the above-described method for manufacturing an all-solid-state battery, the sintering temperature of the oxide-based solid electrolyte powder in the cover sheet may be lower than the firing temperature in the firing step, and the sintering temperature of the filler material may be higher than the firing temperature in the firing step.
本発明によれば、一括焼成時における相関剥離を抑制可能であるとともに防湿性を有するカバー層を備えた全固体電池およびその製造方法を提供することができる。 The present invention provides an all-solid-state battery equipped with a moisture-proof cover layer that can suppress relative delamination during co-firing, and a method for manufacturing the same.
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、全固体電池100の基本構造を示す模式的断面図である。図1で例示するように、全固体電池100は、第1内部電極10(第1電極層)と第2内部電極20(第2電極層)とによって、固体電解質層30が挟持された構造を有する。第1内部電極10は、固体電解質層30の第1主面上に形成されている。第2内部電極20は、固体電解質層30の第2主面上に形成されている。
(Embodiment)
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of an all-solid-state battery 100. As illustrated in Fig. 1, the all-solid-state battery 100 has a structure in which a solid electrolyte layer 30 is sandwiched between a first internal electrode 10 (first electrode layer) and a second internal electrode 20 (second electrode layer). The first internal electrode 10 is formed on a first main surface of the solid electrolyte layer 30. The second internal electrode 20 is formed on a second main surface of the solid electrolyte layer 30.
全固体電池100を二次電池として用いる場合には、第1内部電極10および第2内部電極20の一方を正極として用い、他方を負極として用いる。本実施形態においては、一例として、第1内部電極10を正極層として用い、第2内部電極20を負極層として用いるものとする。 When the all-solid-state battery 100 is used as a secondary battery, one of the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 is used as a positive electrode, and the other is used as a negative electrode. In this embodiment, as an example, the first internal electrode 10 is used as a positive electrode layer, and the second internal electrode 20 is used as a negative electrode layer.
固体電解質層30は、NASICON型の結晶構造を有し、イオン伝導性を有する酸化物系固体電解質を主成分とする。固体電解質層30の固体電解質は、例えばリチウムイオン伝導性を有する酸化物系固体電解質である。当該固体電解質は、例えば、リン酸塩系固体電解質である。NASICON型の結晶構造を有するリン酸塩系固体電解質は、高い導電率を有するとともに、大気中で安定しているという性質を有している。リン酸塩系固体電解質は、例えば、リチウムを含んだリン酸塩である。当該リン酸塩は、特に限定されるものではないが、例えば、Tiとの複合リン酸リチウム塩(例えば、LiTi2(PO4)3)などが挙げられる。または、TiをGe,Sn,Hf,Zrなどといった4価の遷移金属に一部あるいは全部置換することもできる。また、Li含有量を増加させるために、Al,Ga,In,Y,Laなどの3価の遷移金属に一部置換してもよい。より具体的には、例えば、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3や、Li1+xAlxZr2-x(PO4)3、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3などが挙げられる。例えば、第1内部電極10および第2内部電極20に含有されるオリビン型結晶構造をもつリン酸塩が含む遷移金属と同じ遷移金属を予め添加させたLi-Al-Ge-PO4系材料が好ましい。例えば、第1内部電極10および第2内部電極20にCoおよびLiを含むリン酸塩が含有される場合には、Coを予め添加したLi-Al-Ge-PO4系材料が固体電解質層30に含まれることが好ましい。この場合、電極活物質が含む遷移金属の電解質への溶出を抑制する効果が得られる。第1内部電極10および第2内部電極20にCo以外の遷移元素およびLiを含むリン酸塩が含有される場合には、当該遷移金属を予め添加したLi-Al-Ge-PO4系材料が固体電解質層30に含まれることが好ましい。 The solid electrolyte layer 30 has a NASICON-type crystal structure and is primarily composed of an oxide-based solid electrolyte having ion conductivity. The solid electrolyte of the solid electrolyte layer 30 is, for example, an oxide-based solid electrolyte having lithium ion conductivity. The solid electrolyte is, for example, a phosphate-based solid electrolyte. A phosphate-based solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure has high conductivity and is stable in air. The phosphate-based solid electrolyte is, for example, a phosphate containing lithium. The phosphate is not particularly limited, but examples include lithium phosphate complexes with Ti (e.g., LiTi2 ( PO4 ) 3 ). Alternatively, Ti can be partially or completely substituted with tetravalent transition metals such as Ge, Sn, Hf, and Zr. Furthermore, to increase the Li content, Ti can be partially substituted with trivalent transition metals such as Al, Ga, In, Y, and La. More specifically, examples include Li1 + xAlxGe2 -x (PO4) 3 , Li1 + xAlxZr2 -x( PO4 ) 3 , and Li1+ xAlxTi2 - x ( PO4 ) 3 . For example, a Li -Al- Ge- PO4 -based material to which the same transition metal as that contained in the phosphate having an olivine crystal structure contained in the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 has been added in advance is preferred. For example, when the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 contain a phosphate containing Co and Li, it is preferred that the solid electrolyte layer 30 contains a Li-Al-Ge- PO4 -based material to which Co has been added in advance. In this case, an effect of suppressing the elution of the transition metal contained in the electrode active material into the electrolyte can be obtained. When the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 contain a phosphate containing a transition element other than Co and Li, it is preferable that the solid electrolyte layer 30 contains a Li-Al-Ge-PO 4 based material to which the transition metal has been added in advance.
正極として用いられる第1内部電極10は、オリビン型結晶構造をもつ物質を電極活物質として含有する。第2内部電極20も、当該電極活物質を含有していることが好ましい。このような電極活物質として、遷移金属とリチウムとを含むリン酸塩が挙げられる。オリビン型結晶構造は、天然のカンラン石(olivine)が有する結晶であり、X線回折において判別することができる。 The first internal electrode 10 used as the positive electrode contains a substance with an olivine crystal structure as an electrode active material. It is preferable that the second internal electrode 20 also contains this electrode active material. Examples of such electrode active materials include phosphates containing a transition metal and lithium. The olivine crystal structure is a crystal found in natural olivine, and can be identified by X-ray diffraction.
オリビン型結晶構造をもつ電極活物質の典型例として、Coを含むLiCoPO4などを用いることができる。この化学式において遷移金属のCoが置き換わったリン酸塩などを用いることもできる。ここで、価数に応じてLiやPO4の比率は変動し得る。なお、遷移金属として、Co,Mn,Fe,Niなどを用いることが好ましい。 A typical example of an electrode active material having an olivine crystal structure is LiCoPO4 , which contains Co. Phosphates in which the transition metal Co is substituted in this chemical formula can also be used. Here, the ratio of Li and PO4 can vary depending on the valence. Note that it is preferable to use Co, Mn, Fe, Ni, etc. as the transition metal.
オリビン型結晶構造をもつ電極活物質は、正極として作用する第1内部電極10においては、正極活物質として作用する。例えば、第1内部電極10にのみオリビン型結晶構造をもつ電極活物質が含まれる場合には、当該電極活物質が正極活物質として作用する。第2内部電極20にもオリビン型結晶構造をもつ電極活物質が含まれる場合に、負極として作用する第2内部電極20においては、その作用メカニズムは完全には判明してはいないものの、負極活物質との部分的な固溶状態の形成に基づくと推察される、放電容量の増大、ならびに、放電に伴う動作電位の上昇という効果が発揮される。 An electrode active material with an olivine crystal structure acts as a positive electrode active material in the first internal electrode 10, which acts as a positive electrode. For example, if only the first internal electrode 10 contains an electrode active material with an olivine crystal structure, that electrode active material acts as a positive electrode active material. If the second internal electrode 20 also contains an electrode active material with an olivine crystal structure, the second internal electrode 20, which acts as a negative electrode, exhibits the effects of increased discharge capacity and increased operating potential with discharge, which are presumed to be due to the formation of a partial solid solution with the negative electrode active material, although the mechanism of action is not fully understood.
第1内部電極10および第2内部電極20の両方ともオリビン型結晶構造をもつ電極活物質を含有する場合に、それぞれの電極活物質には、好ましくは、互いに同一であっても異なっていてもよい遷移金属が含まれる。「互いに同一であっても異なっていてもよい」ということは、第1内部電極10および第2内部電極20が含有する電極活物質が同種の遷移金属を含んでいてもよいし、互いに異なる種類の遷移金属が含まれていてもよい、ということである。第1内部電極10および第2内部電極20には一種だけの遷移金属が含まれていてもよいし、二種以上の遷移金属が含まれていてもよい。好ましくは、第1内部電極10および第2内部電極20には同種の遷移金属が含まれる。より好ましくは、両電極が含有する電極活物質は化学組成が同一である。第1内部電極10および第2内部電極20に同種の遷移金属が含まれていたり、同組成の電極活物質が含まれていたりすることにより、両内部電極層の組成の類似性が高まるので、全固体電池100の端子の取り付けを正負逆にしてしまった場合であっても、用途によっては誤作動せずに実使用に耐えられるという効果を有する。 When both the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 contain an electrode active material having an olivine crystal structure, the respective electrode active materials preferably contain transition metals that may be the same or different. "May be the same or different" means that the electrode active materials contained in the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 may contain the same type of transition metal, or different types of transition metals. The first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 may contain only one type of transition metal, or two or more types of transition metals. Preferably, the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 contain the same type of transition metal. More preferably, the electrode active materials contained in both electrodes have the same chemical composition. By containing the same type of transition metal or electrode active material of the same composition in the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20, the similarity in the compositions of the two internal electrode layers is increased. This has the effect of allowing the all-solid-state battery 100 to withstand actual use without malfunction, depending on the application, even if the terminals are attached in the wrong direction.
第2内部電極20は、負極活物質を含んでいる。一方の電極だけに負極活物質を含有させることによって、当該一方の電極は負極として作用し、他方の電極が正極として作用することが明確になる。なお、両方の電極に負極活物質として公知である物質を含有させてもよい。電極の負極活物質については、二次電池における従来技術を適宜参照することができ、例えば、チタン酸化物、リチウムチタン複合酸化物、リチウムチタン複合リン酸塩、カーボン、リン酸バナジウムリチウムなどの化合物が挙げられる。 The second internal electrode 20 contains a negative electrode active material. By including a negative electrode active material in only one electrode, it becomes clear that the one electrode functions as a negative electrode and the other electrode functions as a positive electrode. It is also possible to include a material known as a negative electrode active material in both electrodes. For the negative electrode active material of the electrode, reference can be made to conventional secondary battery technology, and examples include compounds such as titanium oxide, lithium titanium composite oxide, lithium titanium composite phosphate, carbon, and lithium vanadium phosphate.
第1内部電極10および第2内部電極20の作製においては、これら電極活物質に加えて、イオン電導性を有する固体電解質や、導電性材料(導電助剤)などが添加されている。これらの部材については、バインダと可塑剤を水あるいは有機溶剤に均一分散させることで内部電極用ペーストを得ることができる。導電助剤として、カーボン材料などが含まれていてもよい。導電助剤として、金属が含まれていてもよい。導電助剤の金属としては、Pd、Ni、Cu、Fe、これらを含む合金などが挙げられる。第1内部電極10および第2内部電極20に含まれる固体電解質は、例えば、固体電解質層30の主成分固体電解質と同じとすることができる。 When producing the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20, in addition to these electrode active materials, a solid electrolyte with ion conductivity and a conductive material (conductive additive) are added. For these components, an internal electrode paste can be obtained by uniformly dispersing a binder and a plasticizer in water or an organic solvent. The conductive additive may include a carbon material or the like. The conductive additive may also include a metal. Metals that can be used as conductive additives include Pd, Ni, Cu, Fe, and alloys containing these. The solid electrolyte contained in the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 can be the same as the main solid electrolyte of the solid electrolyte layer 30, for example.
固体電解質層30の厚さは、例えば、5μm以上30μm以下であり、7μm以上25μm以下であり、10μm以上20μm以下である。第1内部電極10および第2内部電極20の厚さは、例えば、5μm以上50μm以下であり、7μm以上45μm以下であり、10μm以上40μm以下である。各層の厚さは、例えば、1層の異なる10点の厚さの平均値として測定することができる。 The thickness of the solid electrolyte layer 30 is, for example, 5 μm to 30 μm, 7 μm to 25 μm, or 10 μm to 20 μm. The thickness of the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 is, for example, 5 μm to 50 μm, 7 μm to 45 μm, or 10 μm to 40 μm. The thickness of each layer can be measured, for example, as the average thickness of 10 different points on one layer.
図2は、複数の電池単位が積層された積層型の全固体電池100aの模式的断面図である。全固体電池100aは、略直方体形状を有する積層チップ60を備える。積層チップ60において、積層方向端の上面および下面以外の4面のうちの2面である2側面に接するように、第1外部電極40aおよび第2外部電極40bが設けられている。当該2側面は、隣接する2側面であってもよく、互いに対向する2側面であってもよい。本実施形態においては、互いに対向する2側面(以下、2端面と称する)に接するように第1外部電極40aおよび第2外部電極40bが設けられているものとする。 Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a stacked-type all-solid-state battery 100a in which multiple battery units are stacked. The all-solid-state battery 100a includes a stacked chip 60 having a substantially rectangular parallelepiped shape. A first external electrode 40a and a second external electrode 40b are provided in contact with two side surfaces of the stacked chip 60, which are two of the four surfaces other than the top and bottom surfaces at the ends in the stacking direction. These two side surfaces may be two adjacent side surfaces, or two opposing side surfaces. In this embodiment, the first external electrode 40a and the second external electrode 40b are provided in contact with two opposing side surfaces (hereinafter referred to as two end surfaces).
以下の説明において、全固体電池100と同一の組成範囲、同一の厚み範囲、および同一の粒度分布範囲を有するものについては、同一符号を付すことで詳細な説明を省略する。 In the following description, components having the same composition range, thickness range, and particle size distribution range as the all-solid-state battery 100 will be assigned the same reference numerals and detailed description will be omitted.
全固体電池100aにおいては、複数の第1内部電極10と複数の第2内部電極20とが、固体電解質層30を介して交互に積層されている。複数の第1内部電極10の端縁は、積層チップ60の第1端面に露出し、第2端面には露出していない。複数の第2内部電極20の端縁は、積層チップ60の第2端面に露出し、第1端面には露出していない。それにより、第1内部電極10および第2内部電極20は、第1外部電極40aと第2外部電極40bとに、交互に導通している。なお、固体電解質層30は、第1外部電極40aから第2外部電極40bにかけて延在している。このように、全固体電池100aは、複数の電池単位が積層された構造を有している。 In the all-solid-state battery 100a, multiple first internal electrodes 10 and multiple second internal electrodes 20 are alternately stacked with solid electrolyte layers 30 interposed between them. The edges of the multiple first internal electrodes 10 are exposed at the first end face of the stacked chip 60 but not at the second end face. The edges of the multiple second internal electrodes 20 are exposed at the second end face of the stacked chip 60 but not at the first end face. As a result, the first internal electrodes 10 and second internal electrodes 20 are alternately electrically connected to the first external electrode 40a and the second external electrode 40b. The solid electrolyte layer 30 extends from the first external electrode 40a to the second external electrode 40b. In this way, the all-solid-state battery 100a has a structure in which multiple battery units are stacked.
第1内部電極10、固体電解質層30および第2内部電極20の積層構造の上面に、カバー層50が積層されている。当該カバー層50は、最上層の内部電極(第1内部電極10および第2内部電極20のいずれか一方)に接するとともに、固体電解質層30の一部に接している。当該積層構造の下面にも、カバー層50が積層されている。当該カバー層50は、最下層の内部電極(第1内部電極10および第2内部電極20のいずれか一方)に接するとともに、固体電解質層30の一部に接している。 A cover layer 50 is laminated on the upper surface of the laminated structure of the first internal electrode 10, solid electrolyte layer 30, and second internal electrode 20. The cover layer 50 contacts the uppermost internal electrode (either the first internal electrode 10 or the second internal electrode 20) and also contacts a portion of the solid electrolyte layer 30. A cover layer 50 is also laminated on the lower surface of the laminated structure. The cover layer 50 contacts the lowermost internal electrode (either the first internal electrode 10 or the second internal electrode 20) and also contacts a portion of the solid electrolyte layer 30.
第1内部電極10および第2内部電極20は、集電体層を備えていてもよい。例えば、図3で例示するように、第1内部電極10内に第1集電体層11が設けられていてもよい。また、第2内部電極20内に第2集電体層21が設けられていてもよい。第1集電体層11および第2集電体層21は、導電性材料を主成分とする。例えば、第1集電体層11および第2集電体層21の導電性材料として、金属、カーボンなどを用いることができる。第1集電体層11を第1外部電極40aに接続し、第2集電体層21を第2外部電極40bに接続することで、集電効率が向上する。 The first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 may each include a current collector layer. For example, as illustrated in FIG. 3, a first current collector layer 11 may be provided within the first internal electrode 10. Furthermore, a second current collector layer 21 may be provided within the second internal electrode 20. The first current collector layer 11 and the second current collector layer 21 are primarily composed of a conductive material. For example, metal, carbon, etc. may be used as the conductive material for the first current collector layer 11 and the second current collector layer 21. Connecting the first current collector layer 11 to the first external electrode 40a and the second current collector layer 21 to the second external electrode 40b improves current collection efficiency.
図2や図3の全固体電池100aのような積層型全固体電池は、異種材料を主成分とした層が多数積層されているため、一括で焼成しようとすると各層の収縮挙動の差異に起因して層間剥離が生じるおそれがある。また、電極層に含有される電極活物質と水分との反応に起因する電池容量低下を抑制するために、積層型全固体電池に防湿性を備えさせることが求められる。そこで、本実施形態に係るカバー層50は、一括焼成時における層間剥離を抑制可能であるとともに防湿性を備えた構成を有している。 Stacked all-solid-state batteries such as the all-solid-state battery 100a in Figures 2 and 3 are made up of multiple stacked layers made primarily of different materials. Therefore, when attempting to collectively fire these layers, there is a risk of delamination occurring due to differences in the shrinkage behavior of each layer. Furthermore, to prevent a decrease in battery capacity caused by a reaction between the electrode active material contained in the electrode layer and moisture, it is necessary to provide moisture resistance to the stacked all-solid-state battery. Therefore, the cover layer 50 according to this embodiment has a moisture-proof configuration that can prevent delamination during collectively firing.
図4は、カバー層50の断面を模式的に表した図である。カバー層50は、図4で例示するように、酸化物系の固体電解質50aと、固体電解質50aよりも高い焼結温度を有し絶縁性を有するフィラー材50bとを含んでいる。例えば、固体電解質50aの粒子と、フィラー材50bの粒子とがランダムに分散して配置されている。 Figure 4 is a schematic diagram showing a cross section of the cover layer 50. As shown in Figure 4, the cover layer 50 contains an oxide-based solid electrolyte 50a and an insulating filler material 50b that has a higher sintering temperature than the solid electrolyte 50a. For example, particles of the solid electrolyte 50a and particles of the filler material 50b are randomly dispersed and arranged.
一括焼成時に、カバー層50が接している固体電解質層30および電極層に含まれる固体電解質とともに、当該カバー層50に含まれる固体電解質50aが焼結するため、カバー層50と、カバー層50が接している固体電解質層30および電極層との高い密着性が得られる。それにより、層間剥離を抑制することができる。 During the co-firing, the solid electrolyte 50a contained in the cover layer 50 is sintered along with the solid electrolyte layer 30 and the solid electrolyte contained in the electrode layer that the cover layer 50 is in contact with, thereby achieving high adhesion between the cover layer 50 and the solid electrolyte layer 30 and the electrode layer that the cover layer 50 is in contact with. This makes it possible to suppress delamination between the layers.
また、カバー層50に含まれるフィラー材50bの焼結温度が固体電解質50aの焼結温度よりも高いことから、一括焼成時に、フィラー材50bが焼結せず、粒成長しないため、フィラー材50bの粒子形態が保持される。それにより、カバー層50の面内収縮が抑制されて、各層の収縮挙動の差異による応力または歪みを押さえ込むかまたは吸収することにより、層間剥離を制御することができる。 Furthermore, because the sintering temperature of the filler material 50b contained in the cover layer 50 is higher than that of the solid electrolyte 50a, the filler material 50b does not sinter or grow during co-firing, thereby maintaining the particle shape of the filler material 50b. This suppresses in-plane shrinkage of the cover layer 50 and suppresses or absorbs the stress or strain caused by differences in the shrinkage behavior of each layer, thereby controlling delamination.
さらに、カバー層50においてフィラー材50bが絶縁性を有していることから、カバー層50による防湿性が実現される。 Furthermore, since the filler material 50b in the cover layer 50 has insulating properties, the cover layer 50 provides moisture resistance.
以上のことから、本実施形態に係るカバー層50は、一括焼成時における層間剥離を抑制可能であるとともに防湿性を実現することができる。 For these reasons, the cover layer 50 according to this embodiment can suppress delamination during co-firing and also achieve moisture resistance.
例えば、フィラー材50bとして、アルミナ(Al2O3)、SiO2ガラス、ZrO2などを用いることができる。 For example, the filler material 50b may be alumina (Al 2 O 3 ), SiO 2 glass, ZrO 2 or the like.
フィラー材50bの粒径が小さすぎると、フィラー粒子が凝集体を形成し、固体電解質50aとの一括焼成時に空隙の原因になるおそれがある。そこで、フィラー材50bのD50%粒径に下限を設けることが好ましい。例えば、フィラー材50bのD50%粒径は、0.5μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、2.0μm以上であることがさらに好ましい。なお、フィラー材50bの粒径は、粉末の段階ではレーザ回折/散乱法を利用した粒度分布測定装置を用いて測定することができ、焼成後はSEM画像から画像解析によって測定することができる。 If the particle size of the filler material 50b is too small, the filler particles may form agglomerates, which may cause voids when co-fired with the solid electrolyte 50a. Therefore, it is preferable to set a lower limit for the D50% particle size of the filler material 50b. For example, the D50% particle size of the filler material 50b is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1.0 μm or more, and even more preferably 2.0 μm or more. The particle size of the filler material 50b can be measured in the powder stage using a particle size distribution measuring device that utilizes laser diffraction/scattering, and can be measured by image analysis of SEM images after firing.
フィラー材50bの粒径が大きすぎると、カバーシート1層の厚みよりもフィラー粒子が大きくなってしまい、シートが平滑に得られないおそれがある。そこで、フィラー材50bのD50%粒径に上限を設けることが好ましい。例えば、フィラー材50bのD50%粒径は、8μm以下であることが好ましく、6μm以下であることがより好ましく、4μm以下であることがさらに好ましい。 If the particle size of the filler material 50b is too large, the filler particles will be larger than the thickness of one cover sheet layer, which may result in an unsmooth sheet. Therefore, it is preferable to set an upper limit on the D50% particle size of the filler material 50b. For example, the D50% particle size of the filler material 50b is preferably 8 μm or less, more preferably 6 μm or less, and even more preferably 4 μm or less.
カバー層50と、カバー層50が接している固体電解質層30および電極層との高い密着性を得る観点から、フィラー材50bは、不定形状を有していることが好ましい。固体電解質層30および電極層と接する面に存在するフィラー材50bの粒子が球状だと、固体電解質層30および電極層と点接触で接するのに対し、フィラー材50bの粒子が不定形だと、固体電解質層30および電極層と面接触する頻度が高くなり、より密着性が向上するためである。ここでの不定形状とは、フィラー材50bの形状が断面の平均円形度で0.6以上となっていることである。 From the perspective of achieving high adhesion between the cover layer 50 and the solid electrolyte layer 30 and electrode layer that the cover layer 50 is in contact with, it is preferable that the filler material 50b have an irregular shape. If the particles of the filler material 50b present on the surface that contacts the solid electrolyte layer 30 and electrode layer are spherical, they will come into point contact with the solid electrolyte layer 30 and electrode layer, whereas if the particles of the filler material 50b are irregular, they will come into surface contact with the solid electrolyte layer 30 and electrode layer more frequently, further improving adhesion. In this case, "irregular shape" means that the shape of the filler material 50b has an average cross-sectional circularity of 0.6 or more.
カバー層50において、フィラー材50bの量が少ないと、十分に防湿性が得られないおそれがある。そこで、カバー層50においてフィラー材50bの量に下限を設けることが好ましい。例えば、カバー層50において、固体電解質50aとフィラー材50bの合計の体積を100vol%とした場合に、フィラー材50bの比率は、10vol%以上であることが好ましく、20vol%以上であることがより好ましく、30vol%以上であることがさらに好ましい。なお、体積比率については、全固体電池100の断面をFIB加工したのちSEM観察し、FIB加工、SEM観察を繰り返すことで全固体電池100のカバー層50全体の断面像を入手したのち、これらを画像処理して立体構造を構築する。フィラー材50bとガラス材とはSEM画像におけるコントラスト比が明確に生じるため、明暗にてフィラー材50bの体積比率を算出することができる。 If the amount of filler material 50b in the cover layer 50 is small, sufficient moisture resistance may not be achieved. Therefore, it is preferable to set a lower limit on the amount of filler material 50b in the cover layer 50. For example, if the total volume of the solid electrolyte 50a and filler material 50b in the cover layer 50 is 100 vol%, the ratio of filler material 50b is preferably 10 vol% or more, more preferably 20 vol% or more, and even more preferably 30 vol% or more. Regarding the volume ratio, a cross-section of the all-solid-state battery 100 is subjected to FIB processing and then observed with an SEM. By repeating the FIB processing and SEM observation, a cross-sectional image of the entire cover layer 50 of the all-solid-state battery 100 is obtained, and this is then image-processed to construct a three-dimensional structure. Because the contrast ratio between the filler material 50b and the glass material is clearly evident in the SEM image, the volume ratio of the filler material 50b can be calculated based on light and dark.
一方、カバー層50において、フィラー材50bの量が多いと、固体電解質50aの量が少なくなり、十分な密着性が得られないおそれがある。そこで、カバー層50においてフィラー材50bの量に上限を設けることが好ましい。例えば、カバー層50において、固体電解質50aとフィラー材50bの合計の体積を100vol%とした場合に、フィラー材50bの比率は、80vol%以下であることが好ましく、70vol%以下であることがより好ましく、65vol%以下であることがさらに好ましい。 On the other hand, if the amount of filler material 50b in the cover layer 50 is large, the amount of solid electrolyte 50a will be small, and sufficient adhesion may not be achieved. Therefore, it is preferable to set an upper limit on the amount of filler material 50b in the cover layer 50. For example, if the total volume of the solid electrolyte 50a and filler material 50b in the cover layer 50 is 100 vol%, the ratio of filler material 50b is preferably 80 vol% or less, more preferably 70 vol% or less, and even more preferably 65 vol% or less.
十分な防湿性を得る観点から、フィラー材50bは、十分な絶縁性を有していることが好ましい。例えば、フィラー材50bの電子伝導性およびイオン伝導性含む導電率は、10-8S/cm以下であることが好ましく、10-12S/cm以下であることがより好ましく、10-14S/cm以下であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of obtaining sufficient moisture resistance, the filler material 50b preferably has sufficient insulating properties. For example, the conductivity of the filler material 50b, including electronic conductivity and ionic conductivity, is preferably 10 −8 S/cm or less, more preferably 10 −12 S/cm or less, and even more preferably 10 −14 S/cm or less.
カバー層50の密着性向上の観点から、固体電解質50aは、固体電解質層30の主成分の酸化物系固体電解質、第1内部電極10に含まれる酸化物系固体電解質、第2内部電極20に含まれる酸化物系固体電解質と共通の構造を有していることが好ましい。例えば、固体電解質50aは、NASICON型結晶構造を有していることが好ましい。また、固体電解質50aは、固体電解質層30の主成分の酸化物系固体電解質と同じ組成を有していることが好ましい。また、固体電解質50aは、ガラス材料であることが好ましい。 From the perspective of improving the adhesion of the cover layer 50, it is preferable that the solid electrolyte 50a have a structure common to the oxide-based solid electrolyte that is the main component of the solid electrolyte layer 30, the oxide-based solid electrolyte contained in the first internal electrode 10, and the oxide-based solid electrolyte contained in the second internal electrode 20. For example, it is preferable that the solid electrolyte 50a have a NASICON-type crystal structure. It is also preferable that the solid electrolyte 50a have the same composition as the oxide-based solid electrolyte that is the main component of the solid electrolyte layer 30. It is also preferable that the solid electrolyte 50a be a glass material.
また、カバー層50における固体電解質50aの粒度分布と固体電解質層30における酸化物系固体電解質の粒度分布が同程度であることで、一括焼成時にそれぞれの層の固体電解質粒子の軟化タイミングが揃い、層間での焼結が進行しやすくなる。そのため、カバー層50において、固体電解質50aは、固体電解質層30における主成分の酸化物系固体電解質と同程度の粒度分布を有していることが好ましい。例えば、一方の層の固体電解質の粒度分布におけるD0%粒径からD10%粒径の間にもう一方の層の固体電解質の粒度分布におけるD0%粒径が存在するとともに、一方の層の固体電解質の粒度分布におけるD90%粒径からD100%粒径の間にもう一方の層の固体電解質の粒度分布におけるD100%粒径が存在するような状態を同程度の粒度分布と定義する。 Furthermore, by having the particle size distribution of the solid electrolyte 50a in the cover layer 50 and the particle size distribution of the oxide-based solid electrolyte in the solid electrolyte layer 30 be similar, the timing of softening of the solid electrolyte particles in each layer is synchronized during co-firing, facilitating sintering between the layers. Therefore, it is preferable that the solid electrolyte 50a in the cover layer 50 have a particle size distribution that is similar to that of the oxide-based solid electrolyte, the main component, in the solid electrolyte layer 30. For example, a similar particle size distribution is defined as a state in which the D0% particle size in the particle size distribution of the solid electrolyte in one layer falls between the D0% and D10% particle sizes in the particle size distribution of the solid electrolyte in the other layer, and the D100% particle size in the particle size distribution of the solid electrolyte in the other layer falls between the D90% and D100% particle sizes in the particle size distribution of the solid electrolyte in the other layer.
カバー層50の厚さは、例えば、5μm以上100μm以下であり、10μm以上85μm以下であり、15μm以上70μm以下である。カバー層50の厚さは、例えば、1層の異なる10点の厚さの平均値として測定することができる。 The thickness of the cover layer 50 is, for example, 5 μm or more and 100 μm or less, 10 μm or more and 85 μm or less, or 15 μm or more and 70 μm or less. The thickness of the cover layer 50 can be measured, for example, as the average thickness of 10 different points on one layer.
続いて、図2で例示した全固体電池100aの製造方法について説明する。図5は、全固体電池100aの製造方法のフローを例示する図である。 Next, we will explain the manufacturing method of the all-solid-state battery 100a illustrated in Figure 2. Figure 5 is a diagram illustrating the flow of the manufacturing method of the all-solid-state battery 100a.
(固体電解質層用の原料粉末作製工程)
まず、上述の固体電解質層30を構成する固体電解質層用の原料粉末を作製する。例えば、原料、添加物などを混合し、固相合成法などを用いることで、酸化物系固体電解質の原料粉末を作製することができる。得られた原料粉末を乾式粉砕することで、所望の平均粒径に調整することができる。例えば、5mmφのZrO2ボールを用いた遊星ボールミルで、所望の平均粒径に調整する。
(Process for producing raw material powder for solid electrolyte layer)
First, raw material powder for the solid electrolyte layer that constitutes the above-described solid electrolyte layer 30 is prepared. For example, raw materials, additives, etc. are mixed and a solid-phase synthesis method or the like is used to prepare raw material powder for an oxide-based solid electrolyte. The obtained raw material powder can be dry-pulverized to adjust the average particle size to a desired value. For example, the desired average particle size is adjusted using a planetary ball mill with 5 mm diameter ZrO2 balls.
(カバー層用の原料粉末作製工程)
まず、上述のカバー層50を構成するセラミックスの原料粉末を作製する。例えば、原料、添加物などを混合し、固相合成法などを用いることで、カバー層用の原料粉末を作製することができる。原料粉末は、固体電解質50aの原料粉末およびフィラー材50bの原料粉末を含む。得られた原料粉末を乾式粉砕することで、所望の平均粒径に調整することができる。例えば、5mmφのZrO2ボールを用いた遊星ボールミルで、所望の平均粒径に調整する。
(Cover layer raw material powder preparation process)
First, a ceramic raw material powder for the cover layer 50 is prepared. For example, raw materials, additives, etc. are mixed and the raw material powder for the cover layer can be prepared using a solid-phase synthesis method or the like. The raw material powder includes raw material powder for the solid electrolyte 50a and raw material powder for the filler material 50b. The obtained raw material powder can be adjusted to a desired average particle size by dry milling. For example, the desired average particle size can be adjusted using a planetary ball mill with 5 mm diameter ZrO2 balls.
(電極層用ペースト作製工程)
次に、上述の第1内部電極10および第2内部電極20の作製用の内部電極用ペーストを個別に作製する。例えば、導電助剤、電極活物質、固体電解質材料、焼結助剤、バインダ、可塑剤などを水あるいは有機溶剤に均一分散させることで内部電極用ペーストを得ることができる。固体電解質材料として、上述した固体電解質ペーストを用いてもよい。導電助剤として、カーボン材料などを用いる。導電助剤として、金属を用いてもよい。導電助剤の金属としては、Pd、Ni、Cu、Fe、これらを含む合金などが挙げられる。Pd、Ni、Cu、Fe、これらを含む合金や各種カーボン材料などをさらに用いてもよい。
(Electrode layer paste preparation process)
Next, internal electrode pastes for producing the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20 are individually prepared. For example, the internal electrode pastes can be obtained by uniformly dispersing a conductive additive, an electrode active material, a solid electrolyte material, a sintering additive, a binder, a plasticizer, etc. in water or an organic solvent. The solid electrolyte paste described above may be used as the solid electrolyte material. A carbon material or the like may be used as the conductive additive. A metal may be used as the conductive additive. Examples of metals for the conductive additive include Pd, Ni, Cu, Fe, and alloys containing these. Pd, Ni, Cu, Fe, alloys containing these, and various carbon materials may also be used.
内部電極用ペーストの焼結助剤として、例えば、Li-B-O系化合物、Li-Si-O系化合物、Li-C-O系化合物、Li-S-O系化合物,Li-P-O系化合物などのガラス成分のどれか1つあるいは複数などのガラス成分が含まれている。 The sintering aid in the internal electrode paste contains one or more glass components, such as Li-B-O compounds, Li-Si-O compounds, Li-C-O compounds, Li-S-O compounds, and Li-P-O compounds.
(外部電極用ペースト作製工程)
次に、上述の第1外部電極40aおよび第2外部電極40bの作製用の外部電極用ペーストを作製する。例えば、導電性材料、ガラスフリット、バインダ、可塑剤などを水あるいは有機溶剤に均一分散させることで外部電極用ペーストを得ることができる。
(External electrode paste preparation process)
Next, an external electrode paste for producing the first external electrode 40 a and the second external electrode 40 b is prepared. For example, the external electrode paste can be obtained by uniformly dispersing a conductive material, glass frit, a binder, a plasticizer, etc. in water or an organic solvent.
(固体電解質グリーンシート作製工程)
固体電解質層用の原料粉末を、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水性溶媒あるいは有機溶媒に均一に分散させて、湿式粉砕を行うことで、所望の平均粒径を有する固体電解質スラリを得る。このとき、ビーズミル、湿式ジェットミル、各種混練機、高圧ホモジナイザーなどを用いることができ、粒度分布の調整と分散とを同時に行うことができる観点からビーズミルを用いることが好ましい。得られた固体電解質スラリにバインダを添加して固体電解質ペーストを得る。得られた固体電解質ペーストを塗工することで、固体電解質グリーンシート51を作製することができる。塗工方法は、特に限定されるものではなく、スロットダイ方式、リバースコート方式、グラビアコート方式、バーコート方式、ドクターブレード方式などを用いることができる。湿式粉砕後の粒度分布は、例えば、レーザ回折散乱法を用いたレーザ回折測定装置を用いて測定することができる。
(Solid electrolyte green sheet manufacturing process)
The raw material powder for the solid electrolyte layer is uniformly dispersed in an aqueous or organic solvent along with a binder, dispersant, plasticizer, etc., and then wet-pulverized to obtain a solid electrolyte slurry having a desired average particle size. A bead mill, wet jet mill, various kneaders, high-pressure homogenizer, etc. can be used for this process. A bead mill is preferred because it allows for simultaneous adjustment of particle size distribution and dispersion. A binder is added to the resulting solid electrolyte slurry to obtain a solid electrolyte paste. The resulting solid electrolyte paste can be coated to produce a solid electrolyte green sheet 51. The coating method is not particularly limited, and includes slot die coating, reverse coating, gravure coating, bar coating, doctor blade coating, etc. The particle size distribution after wet-pulverization can be measured, for example, using a laser diffraction measurement device employing a laser diffraction scattering method.
(積層工程)
図6(a)で例示するように、固体電解質グリーンシート51の一面に、内部電極用ペースト52を印刷する。固体電解質グリーンシート51上で内部電極用ペースト52が印刷されていない領域には、逆パターン53を印刷する。逆パターン53として、固体電解質グリーンシート51と同様のものを用いることができる。印刷後の複数の固体電解質グリーンシート51を、交互にずらして積層する。図6(b)で例示するように、積層方向の上下から、カバーシート54を圧着することで、積層体を得る。この場合、当該積層体において、一方の端面に第1内部電極10用の内部電極用ペースト52が露出し、他方の端面に第2内部電極20用の内部電極用ペースト52が露出するように、略直方体形状の積層体を得る。カバーシート54は、固体電解質グリーンシート作製工程と同様の手法でカバー層用の原料粉末を塗工することで形成することができる。カバーシート54は、固体電解質グリーンシート51よりも厚く形成しておく。塗工時に厚くしてもよく、塗工したシートを複数枚重ねることで厚くしてもよい。
(Lamination process)
As illustrated in FIG. 6( a), an internal electrode paste 52 is printed on one side of a solid electrolyte green sheet 51. A reverse pattern 53 is printed on the areas of the solid electrolyte green sheet 51 where the internal electrode paste 52 is not printed. The reverse pattern 53 may be the same as the solid electrolyte green sheet 51. After printing, multiple solid electrolyte green sheets 51 are stacked with alternating offsets. As illustrated in FIG. 6( b), a laminate is obtained by pressing cover sheets 54 from above and below in the stacking direction. In this case, a laminate having a substantially rectangular parallelepiped shape is obtained, with the internal electrode paste 52 for the first internal electrode 10 exposed on one end surface and the internal electrode paste 52 for the second internal electrode 20 exposed on the other end surface. The cover sheet 54 can be formed by applying raw material powder for the cover layer using a method similar to that used in the solid electrolyte green sheet preparation process. The cover sheet 54 is formed thicker than the solid electrolyte green sheet 51. The thickness may be increased during coating, or by stacking multiple coated sheets.
次に、2端面のそれぞれに、ディップ法等で外部電極用ペースト55を塗布して乾燥させる。これにより、全固体電池100aを形成するための成型体が得られる。 Next, external electrode paste 55 is applied to each of the two end faces using a dipping method or the like and then dried. This results in a molded body for forming the all-solid-state battery 100a.
(焼成工程)
次に、得られたセラミック積層体を焼成する。焼成の条件は酸化性雰囲気下あるいは非酸化性雰囲気下で、最高温度を好ましくは400℃~1000℃、より好ましくは500℃~900℃などとすることが特に限定なく挙げられる。最高温度に達するまでにバインダを十分に除去するために酸化性雰囲気において最高温度より低い温度で保持する工程を設けてもよい。プロセスコストを低減するためにはできるだけ低温で焼成することが望ましい。焼成後に、再酸化処理を施してもよい。以上の工程により、全固体電池100aが生成される。
(Firing process)
Next, the obtained ceramic laminate is fired. Firing conditions include, but are not limited to, an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, with a maximum temperature of preferably 400°C to 1000°C, more preferably 500°C to 900°C. A step of maintaining the temperature in an oxidizing atmosphere at a temperature lower than the maximum temperature may be provided in order to sufficiently remove the binder before the maximum temperature is reached. Firing at as low a temperature as possible is desirable to reduce process costs. After firing, a reoxidation treatment may be performed. Through the above steps, an all-solid-state battery 100a is produced.
なお、内部電極用ペーストと、導電性材料を含む集電体用ペーストと、内部電極用ペーストとを順に積層することで、第1内部電極10および第2内部電極20内に集電体層を形成することができる。 In addition, by sequentially stacking an internal electrode paste, a collector paste containing a conductive material, and an internal electrode paste, a collector layer can be formed within the first internal electrode 10 and the second internal electrode 20.
本実施形態に係る製造方法によれば、焼成工程において、カバー層50が接している固体電解質層30および電極層に含まれる固体電解質とともに、当該カバー層50に含まれる固体電解質50aが焼結するため、カバー層50と、接している固体電解質層30および電極層との高い密着性が得られる。それにより、層間剥離を抑制することができる。 In the manufacturing method according to this embodiment, the solid electrolyte 50a contained in the cover layer 50 is sintered during the firing process, along with the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 30 and electrode layer that the cover layer 50 is in contact with. This results in high adhesion between the cover layer 50 and the solid electrolyte layer 30 and electrode layer that it is in contact with. This makes it possible to suppress delamination between the layers.
また、カバー層50に含まれるフィラー材50bの焼結温度が固体電解質50aの焼結温度よりも高いことから、一括焼成時に、フィラー材50bが焼結せず、粒成長しないため、フィラー材50bの粒子形態が保持される。それにより、カバー層50の面内収縮が抑制されてカバー層50の形状変化が抑制され、層間剥離を抑制することができる。 In addition, because the sintering temperature of the filler material 50b contained in the cover layer 50 is higher than the sintering temperature of the solid electrolyte 50a, the filler material 50b does not sinter or grow during co-firing, maintaining the particle shape of the filler material 50b. This prevents in-plane shrinkage of the cover layer 50, suppressing deformation of the cover layer 50 and preventing delamination.
さらに、形状変化が抑制されるカバー層50においてフィラー材50bが絶縁性を有していることから、カバー層50による防湿性が実現される。 Furthermore, since the filler material 50b in the cover layer 50 has insulating properties, moisture resistance is achieved by the cover layer 50, which suppresses shape change.
なお、固体電解質50aの原料粉末の焼結温度は、焼成工程における焼成温度よりも低いことが好ましく、フィラー材50bの焼結温度は、焼成工程における焼成温度よりも高いことが好ましい。この場合、固体電解質50aの焼結によってカバー層50の密着性が向上し、フィラー材50bの粒子形態が保持される。 The sintering temperature of the raw material powder of the solid electrolyte 50a is preferably lower than the firing temperature in the firing process, and the sintering temperature of the filler material 50b is preferably higher than the firing temperature in the firing process. In this case, sintering the solid electrolyte 50a improves the adhesion of the cover layer 50 and maintains the particle shape of the filler material 50b.
(実施例1)
不定形状のD50%粒径=3μmのアルミナをフィラー材に用いた。溶融急冷法により得た固体電解質であるLi-Al-Ge-P-O系ガラス(以下、LAGP-g)を、湿式ボールミルでD50%粒径=1.5μmまで粉砕処理して用いた。フィラー材と固体電解質とを体積比率70:30で混合し、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水あるいは有機溶剤に均一分散させることで、スラリを得た。得られたスラリを塗工して所望の厚さを有するカバーシートを作製した。各電極が印刷された固体電解質グリーンシートの積層体の最上層と最下層とにカバーシートを配置し、圧着することで、セラミック積層体を得た。このセラミック積層体を熱処理により脱脂して焼成した。
Example 1
Irregularly shaped alumina with a D50% particle size of 3 μm was used as the filler material. Li-Al-Ge-P-O-based glass (hereinafter referred to as LAGP-g), a solid electrolyte obtained by melt quenching, was ground to a D50% particle size of 1.5 μm using a wet ball mill. The filler material and solid electrolyte were mixed at a volume ratio of 70:30 and uniformly dispersed in water or an organic solvent along with a binder, dispersant, plasticizer, etc. to obtain a slurry. The resulting slurry was applied to fabricate a cover sheet with the desired thickness. A ceramic laminate was obtained by placing cover sheets on the top and bottom layers of a stack of solid electrolyte green sheets with printed electrodes and pressing them together. This ceramic laminate was degreased and fired by heat treatment.
いずれの層においても熱処理の層間?離は見られなかった。熱処理後の断面SEM像を観察すると、不定形状のアルミナフィラー粒子表面でLAGP-gが焼結し、アルミナフィラー同士の接着材として機能していた。また、カバー層中のLAGP-gが、各電極層および固体電解質層のLAGP-gと焼結し、カバー層と電極層、および、カバー層と固体電解質層との密着性を向上させていた。 No delamination due to heat treatment was observed in any of the layers. Observation of cross-sectional SEM images after heat treatment revealed that LAGP-g had sintered on the surface of the irregularly shaped alumina filler particles, functioning as an adhesive between the alumina fillers. Furthermore, the LAGP-g in the cover layer had sintered with the LAGP-g in each electrode layer and solid electrolyte layer, improving adhesion between the cover layer and electrode layer, and between the cover layer and solid electrolyte layer.
(実施例2)
不定形状のD50%粒径=3μmのSiO2ガラスをフィラー材に用いた。溶融急冷法により得た固体電解質であるLAGP-gを、湿式ボールミルでD50%粒径=1.5μmまで粉砕処理して用いた。フィラー材と固体電解質とを体積比率70:30で混合し、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水あるいは有機溶剤に均一分散させることで、スラリを得た。得られたスラリを塗工して所望の厚さを有するカバーシートを作製した。各電極が印刷された固体電解質グリーンシートの積層体の最上層と最下層とにカバーシートを配置し、圧着することで、セラミック積層体を得た。このセラミック積層体を熱処理により脱脂して焼成した。
Example 2
Irregularly shaped SiO2 glass with a D50% particle size of 3 μm was used as the filler material. LAGP-g, a solid electrolyte obtained by melt quenching, was ground to a D50% particle size of 1.5 μm using a wet ball mill. The filler material and solid electrolyte were mixed at a volume ratio of 70:30 and uniformly dispersed in water or an organic solvent along with a binder, dispersant, plasticizer, etc. to obtain a slurry. The resulting slurry was applied to fabricate a cover sheet of the desired thickness. Cover sheets were placed on the top and bottom layers of a stack of solid electrolyte green sheets with printed electrodes and pressed together to obtain a ceramic laminate. This ceramic laminate was degreased and fired by heat treatment.
いずれの層においても熱処理の層間?離は見られなかった。熱処理後の断面SEM像を観察すると、不定形状のSiO2ガラスフィラー粒子表面でLAGP-gが焼結し、SiO2ガラスフィラー同士の接着材として機能していた。また、カバー層中のLAGP-gが、各電極層および固体電解質層のLAGP-gと焼結し、カバー層と電極層、および、カバー層と固体電解質層との密着性を向上させていた。 No delamination due to heat treatment was observed in any of the layers. Observation of cross-sectional SEM images after heat treatment revealed that LAGP-g had sintered on the surface of the irregularly shaped SiO2 glass filler particles, functioning as an adhesive between the SiO2 glass fillers. Furthermore, LAGP-g in the cover layer had sintered with LAGP-g in each electrode layer and solid electrolyte layer, improving adhesion between the cover layer and electrode layer, and between the cover layer and solid electrolyte layer.
(実施例3)
不定形状のD50%粒径=3μmのアルミナをフィラー材に用いた。溶融急冷法により得た固体電解質であるLAGP-gを、湿式ボールミルでD50%粒径=1.5μmまで粉砕処理して用いた。フィラー材と固体電解質とを体積比率20:80で混合し、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水あるいは有機溶剤に均一分散させることで、スラリを得た。得られたスラリを塗工して所望の厚さを有するカバーシートを作製した。各電極が印刷された固体電解質グリーンシートの積層体の最上層と最下層とにカバーシートを配置し、圧着することで、セラミック積層体を得た。このセラミック積層体を熱処理により脱脂して焼成した。
Example 3
Irregularly shaped alumina with a D50% particle size of 3 μm was used as the filler material. LAGP-g, a solid electrolyte obtained by melt quenching, was ground to a D50% particle size of 1.5 μm using a wet ball mill. The filler material and solid electrolyte were mixed at a volume ratio of 20:80 and uniformly dispersed in water or an organic solvent along with a binder, dispersant, plasticizer, etc. to obtain a slurry. The resulting slurry was applied to fabricate a cover sheet of the desired thickness. Cover sheets were placed on the top and bottom layers of a stack of solid electrolyte green sheets with printed electrodes and pressed together to obtain a ceramic laminate. This ceramic laminate was degreased and fired by heat treatment.
いずれの層においても熱処理の層間?離は見られなかった。熱処理後の断面SEM像を観察すると、不定形状のアルミナフィラー粒子表面でLAGP-gが焼結し、アルミナフィラー同士の接着材として機能した。また、カバー層中のLAGP-gが、各電極層および固体電解質層のLAGP-gと焼結し、カバー層と電極層、および、カバー層と固体電解質層との密着性を向上させていた。 No delamination due to heat treatment was observed in any of the layers. Observation of cross-sectional SEM images after heat treatment revealed that LAGP-g had sintered on the surface of the irregularly shaped alumina filler particles, functioning as an adhesive between the alumina fillers. Furthermore, LAGP-g in the cover layer had sintered with LAGP-g in each electrode layer and solid electrolyte layer, improving adhesion between the cover layer and electrode layer, and between the cover layer and solid electrolyte layer.
(実施例4)
球状のD50%粒径=3μmのアルミナをフィラー材に用いた。溶融急冷法により得た固体電解質であるLAGP-gを、湿式ボールミルでD50%粒径=1.5μmまで粉砕処理して用いた。フィラー材と固体電解質とを体積比率70:30で混合し、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水あるいは有機溶剤に均一分散させることで、スラリを得た。得られたスラリを塗工して所望の厚さを有するカバーシートを作製した。各電極が印刷された固体電解質グリーンシートの積層体の最上層と最下層とにカバーシートを配置し、圧着することで、セラミック積層体を得た。このセラミック積層体を熱処理により脱脂して焼成した。
Example 4
Spherical alumina with a D50% particle size of 3 μm was used as the filler material. LAGP-g, a solid electrolyte obtained by melt quenching, was ground to a D50% particle size of 1.5 μm using a wet ball mill. The filler material and solid electrolyte were mixed at a volume ratio of 70:30 and uniformly dispersed in water or an organic solvent along with a binder, dispersant, plasticizer, etc. to obtain a slurry. The resulting slurry was applied to fabricate a cover sheet of the desired thickness. Cover sheets were placed on the top and bottom layers of a stack of solid electrolyte green sheets with printed electrodes and pressed together to obtain a ceramic laminate. This ceramic laminate was degreased and fired by heat treatment.
いずれの層においても熱処理の層間?離は見られなかった。熱処理後の断面SEM像を観察すると、不定形状のアルミナフィラー粒子表面でLAGP-gが焼結し、アルミナフィラー同士の接着材として機能した。また、カバー層中のLAGP-gが、各電極層および固体電解質層のLAGP-gと焼結し、カバー層と電極層、および、カバー層と固体電解質層との密着性を向上させていた。 No delamination due to heat treatment was observed in any of the layers. Observation of cross-sectional SEM images after heat treatment revealed that LAGP-g had sintered on the surface of the irregularly shaped alumina filler particles, functioning as an adhesive between the alumina fillers. Furthermore, LAGP-g in the cover layer had sintered with LAGP-g in each electrode layer and solid electrolyte layer, improving adhesion between the cover layer and electrode layer, and between the cover layer and solid electrolyte layer.
(実施例5)
不定形状のD50%粒径=3μmのアルミナをフィラー材に用いた。溶融急冷法により得た固体電解質であるLAGP-gを、湿式ボールミルでD50%粒径=1.5μmまで粉砕処理して用いた。フィラー材と固体電解質とを体積比率30:70で混合し、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水あるいは有機溶剤に均一分散させることで、スラリを得た。得られたスラリを塗工して所望の厚さを有するカバーシートを作製した。各電極が印刷された固体電解質グリーンシートの積層体の最上層と最下層とにカバーシートを配置し、圧着することで、セラミック積層体を得た。このセラミック積層体を熱処理により脱脂して焼成した。
Example 5
Irregularly shaped alumina with a D50% particle size of 3 μm was used as the filler material. LAGP-g, a solid electrolyte obtained by melt quenching, was ground to a D50% particle size of 1.5 μm using a wet ball mill. The filler material and solid electrolyte were mixed at a volume ratio of 30:70 and uniformly dispersed in water or an organic solvent along with a binder, dispersant, plasticizer, etc. to obtain a slurry. The resulting slurry was applied to fabricate a cover sheet of the desired thickness. Cover sheets were placed on the top and bottom layers of a stack of solid electrolyte green sheets with printed electrodes and pressed together to obtain a ceramic laminate. This ceramic laminate was degreased and fired by heat treatment.
いずれの層においても熱処理の層間?離は見られなかった。熱処理後の断面SEM像を観察すると、不定形状のアルミナフィラー粒子表面でLAGP-gが焼結し、アルミナフィラー同士の接着材として機能した。また、カバー層中のLAGP-gが、各電極層および固体電解質層のLAGP-gと焼結し、カバー層と電極層、および、カバー層と固体電解質層との密着性を向上させていた。 No delamination due to heat treatment was observed in any of the layers. Observation of cross-sectional SEM images after heat treatment revealed that LAGP-g had sintered on the surface of the irregularly shaped alumina filler particles, functioning as an adhesive between the alumina fillers. Furthermore, LAGP-g in the cover layer had sintered with LAGP-g in each electrode layer and solid electrolyte layer, improving adhesion between the cover layer and electrode layer, and between the cover layer and solid electrolyte layer.
(実施例6)
不定形状のD50%粒径=3μmのアルミナをフィラー材に用いた。溶融急冷法により得た固体電解質であるLAGP-gを、湿式ボールミルでD50%粒径=1.5μmまで粉砕処理して用いた。フィラー材と固体電解質とを体積比率10:90で混合し、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水あるいは有機溶剤に均一分散させることで、スラリを得た。得られたスラリを塗工して所望の厚さを有するカバーシートを作製した。各電極が印刷された固体電解質グリーンシートの積層体の最上層と最下層とにカバーシートを配置し、圧着することで、セラミック積層体を得た。このセラミック積層体を熱処理により脱脂して焼成した。
Example 6
Irregularly shaped alumina with a D50% particle size of 3 μm was used as the filler material. LAGP-g, a solid electrolyte obtained by melt quenching, was ground to a D50% particle size of 1.5 μm using a wet ball mill. The filler material and solid electrolyte were mixed at a volume ratio of 10:90 and uniformly dispersed in water or an organic solvent along with a binder, dispersant, plasticizer, etc. to obtain a slurry. The resulting slurry was applied to fabricate a cover sheet of the desired thickness. A ceramic laminate was obtained by placing cover sheets on the top and bottom layers of a stack of solid electrolyte green sheets with printed electrodes and pressing them together. This ceramic laminate was degreased and fired by heat treatment.
いずれの層においても熱処理の層間?離は見られなかった。熱処理後の断面SEM像を観察すると、不定形状のアルミナフィラー粒子表面でLAGP-gが焼結し、アルミナフィラー同士の接着材として機能した。また、カバー層中のLAGP-gが、各電極層および固体電解質層のLAGP-gと焼結し、カバー層と電極層、および、カバー層と固体電解質層との密着性を向上させていた。 No delamination due to heat treatment was observed in any of the layers. Observation of cross-sectional SEM images after heat treatment revealed that LAGP-g had sintered on the surface of the irregularly shaped alumina filler particles, functioning as an adhesive between the alumina fillers. Furthermore, LAGP-g in the cover layer had sintered with LAGP-g in each electrode layer and solid electrolyte layer, improving adhesion between the cover layer and electrode layer, and between the cover layer and solid electrolyte layer.
(比較例1)
溶融急冷法により得た固体電解質であるLAGP-gを、湿式ボールミルでD50%粒径=1.5μmまで粉砕処理し、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水あるいは有機溶剤に均一分散させることで、スラリを得た。得られたスラリを塗工して所望の厚さを有するカバーシートを作製した。すなわち、フィラー材を用いなかった。各電極が印刷された固体電解質グリーンシートの積層体の最上層と最下層とにカバーシートを配置し、圧着することで、セラミック積層体を得た。このセラミック積層体を熱処理により脱脂して焼成した。
(Comparative Example 1)
LAGP-g, a solid electrolyte obtained by melt quenching, was pulverized in a wet ball mill to a D50% particle size of 1.5 μm and uniformly dispersed in water or an organic solvent together with a binder, dispersant, plasticizer, etc. to obtain a slurry. The resulting slurry was applied to produce a cover sheet of the desired thickness. In other words, no filler material was used. A ceramic laminate was obtained by placing cover sheets on the top and bottom layers of a stack of solid electrolyte green sheets on which each electrode had been printed and pressing them together. This ceramic laminate was then degreased and fired by heat treatment.
カバー層中のLAGP-gが各電極層および固体電解質層のLAGP-gと焼結し、カバー層と電極層、および、カバー層と固体電解質層との密着性自体は担保されていた。しかしながら、カバー層中にフィラー材を含まないことで、熱処理によるカバー層の面内方向への収縮が強く、形状維持が困難であった。 The LAGP-g in the cover layer sintered with the LAGP-g in each electrode layer and solid electrolyte layer, ensuring adhesion between the cover layer and electrode layer, and between the cover layer and solid electrolyte layer. However, because the cover layer did not contain filler material, it underwent significant in-plane shrinkage during heat treatment, making it difficult to maintain its shape.
(比較例2)
不定形状のD50%粒径=3μmのアルミナを、結着材、分散剤、可塑剤などとともに、水あるいは有機溶剤に均一分散させることで、スラリを得た。得られたスラリを塗工して所望の厚さを有するカバーシートを作製した。すなわち、固体電解質を用いなかった。各電極が印刷された固体電解質グリーンシートの積層体の最上層と最下層とにカバーシートを配置し、圧着することで、セラミック積層体を得た。このセラミック積層体を熱処理により脱脂して焼成した。
(Comparative Example 2)
A slurry was obtained by uniformly dispersing irregularly shaped alumina with a D50% particle size of 3 μm in water or an organic solvent along with a binder, dispersant, plasticizer, etc. The resulting slurry was then coated to produce a cover sheet of the desired thickness. In other words, no solid electrolyte was used. A ceramic laminate was obtained by placing cover sheets on the top and bottom layers of a stack of solid electrolyte green sheets on which each electrode had been printed and then pressing them together. This ceramic laminate was then degreased and fired by heat treatment.
ガラス材を含まないことで、熱処理を行ってもカバー層は収縮せず、また、各電極層および固体電解質層との密着性が取れなかった。 Because it does not contain glass material, the cover layer does not shrink even when heat treated, and adhesion to the electrode layers and solid electrolyte layer was not achieved.
(密着性試験)
実施例1~4および比較例1,2について、カバー層の密着性について判定した。具体的には、カバー層の密着性を判定するために、耐剥離試験を行なった。耐剥離試験は、カバー層に粘着性のあるテープを貼り付け、これを急速に強く引き剥がすことで行った。その結果、テープに付着物が無ければ、密着性が良好「〇」であると判定した。テープに付着物が少量付着した状態となっていれば、密着性がやや良好「△」であると判定した。大部分がテープに付着した場合は、密着性が不良「×」であると判定した。結果を表1に示す。
The adhesion of the cover layer was evaluated for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. Specifically, a peel resistance test was conducted to evaluate the adhesion of the cover layer. The peel resistance test was conducted by attaching adhesive tape to the cover layer and then rapidly and forcefully peeling it off. As a result, if there was no adhesion on the tape, the adhesion was evaluated as good (◯). If there was a small amount of adhesion on the tape, the adhesion was evaluated as somewhat good (△). If most of the adhesion was on the tape, the adhesion was evaluated as poor (×). The results are shown in Table 1.
比較例1,2については密着性が不良「×」であると判定された。比較例1については、カバー層がフィラー材を含まないためにカバー層の形状維持ができなかったからであると考えられる。比較例2については、カバー層が固体電解質を含まなかったことで、良好な密着性が得られなかったからであると考えられる。これらに対して、実施例1~4では、密着性が良好「〇」またはやや良好「△」と判定された。これは、カバー層に、固体電解質およびフィラー材の両方を含ませることで、良好な密着性が得られたからであると考えられる。なお、実施例4よりも実施例1~3の密着性が良好になったのは、フィラー材に不定形状のものを用いたからであると考えられる。 For Comparative Examples 1 and 2, the adhesion was judged to be poor (×). For Comparative Example 1, this is thought to be because the cover layer did not contain a filler material, making it unable to maintain its shape. For Comparative Example 2, this is thought to be because the cover layer did not contain a solid electrolyte, making it impossible to achieve good adhesion. In contrast, for Examples 1 to 4, the adhesion was judged to be good (◯) or somewhat good (△). This is thought to be because good adhesion was achieved by including both a solid electrolyte and a filler material in the cover layer. Note that the better adhesion in Examples 1 to 3 than in Example 4 is thought to be due to the use of an irregularly shaped filler material.
(防湿性試験)
実施例1~4および比較例1,2について、カバー層の防湿性について判定した。具体的には、カバー層の防湿性を判定するために、85℃の恒温槽を湿度85%に設定し、全固体電池を1週間恒温恒湿槽内に静置して防湿試験を行なった。その結果、形状が全く変化ない場合を、防湿性が良好「〇」であると判定した。形状は保持されているもののカバー表面が変質している場合、防湿性がやや良好「△」であると判定した。形状保持が困難となっていれば、防湿性が不良「×」であると判定した。
(Moisture-proof test)
The moisture resistance of the cover layer was evaluated for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. Specifically, to evaluate the moisture resistance of the cover layer, a thermostatic chamber at 85°C was set to a humidity of 85%, and the all-solid-state battery was left standing in the thermostatic chamber for one week to perform a moisture resistance test. As a result, if there was no change in shape, the moisture resistance was evaluated as good (◯). If the shape was maintained but the cover surface was altered, the moisture resistance was evaluated as somewhat good (△). If it became difficult to maintain the shape, the moisture resistance was evaluated as poor (×).
比較例1,2については防湿性が不良「×」であると判定された。比較例1については、カバー層が絶縁性のフィラー材を含まなかったからであると考えられる。比較例2については、カバー層が固体電解質を含まなかったことで、良好な密着性が得られなかったからであると考えられる。これらに対して、実施例1~4では、防湿性が良好「〇」またはやや良好「△」と判定された。これは、カバー層に、密着性の得られたカバー層が絶縁性のフィラー材を含んでいたからであると考えられる。なお、実施例3よりも実施例1,2,4の密着性が良好になったのは、カバー層において、フィラー材が、固体電解質との体積比率が30vol%以上であったからであると考えられる。 For Comparative Examples 1 and 2, the moisture resistance was rated as poor (×). For Comparative Example 1, this is thought to be because the cover layer did not contain an insulating filler material. For Comparative Example 2, this is thought to be because the cover layer did not contain a solid electrolyte, preventing good adhesion. In contrast, for Examples 1 to 4, the moisture resistance was rated as good (◯) or somewhat good (△). This is thought to be because the cover layer, which provided good adhesion, contained an insulating filler material. The reason that Examples 1, 2, and 4 had better adhesion than Example 3 is thought to be because the volume ratio of the filler material to the solid electrolyte in the cover layer was 30 vol% or higher.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention as set forth in the claims.
10 第1内部電極
20 第2内部電極
30 固体電解質層
40a 第1外部電極
40b 第2外部電極
50 カバー層
50a 固体電解質
50b フィラー材
51 固体電解質グリーンシート
52 内部電極用ペースト
53 逆パターン
54 カバーシート
55 外部電極用ペースト
60 積層チップ
100,100a 全固体電池
REFERENCE SIGNS LIST 10 First internal electrode 20 Second internal electrode 30 Solid electrolyte layer 40a First external electrode 40b Second external electrode 50 Cover layer 50a Solid electrolyte 50b Filler material 51 Solid electrolyte green sheet 52 Internal electrode paste 53 Reverse pattern 54 Cover sheet 55 External electrode paste 60 Laminated chip 100, 100a All-solid-state battery
Claims (14)
前記積層構造の積層方向の上面および下面の少なくともいずれか一方に設けられたカバー層と、を備え、
前記カバー層は、酸化物系固体電解質と、当該酸化物系固体電解質よりも高い焼結温度を有し絶縁性を有するフィラー材と、を含む全固体電池。 a laminated structure in which ion-conductive oxide-based solid electrolyte layers and electrode layers containing an electrode active material are alternately laminated;
a cover layer provided on at least one of an upper surface and a lower surface in a stacking direction of the laminated structure,
The cover layer is an all-solid-state battery including an oxide-based solid electrolyte and an insulating filler material having a higher sintering temperature than the oxide-based solid electrolyte.
前記セラミック積層体を焼成する焼成工程と、を含む全固体電池の製造方法。 a preparation step of preparing a ceramic laminate in which a cover sheet containing an oxide-based solid electrolyte powder and an insulating filler material having a higher sintering temperature than the oxide-based solid electrolyte powder is laminated on at least one of an upper surface and a lower surface in the lamination direction of a laminate in which solid electrolyte green sheets containing an oxide-based solid electrolyte powder having ion conductivity and internal electrode patterns containing an electrode active material powder are alternately laminated;
and a firing step of firing the ceramic laminate.
前記フィラー材の焼結温度は、前記焼成工程における焼成温度よりも高い、請求項13に記載の全固体電池の製造方法。
the sintering temperature of the oxide-based solid electrolyte powder of the cover sheet is lower than the firing temperature in the firing step;
The method for manufacturing an all-solid-state battery according to claim 13 , wherein a sintering temperature of the filler material is higher than a firing temperature in the firing step.
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