DE102016108401A1

DE102016108401A1 - Herstellungsverfahren eines laminats für eine batterie

Info

Publication number: DE102016108401A1
Application number: DE102016108401.8A
Authority: DE
Inventors: Shinji Kojima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2016-11-10
Also published as: KR20160131907A; JP2016213070A; CN106129446A; KR101890984B1; US20160329602A1; US10283815B2; CN106129446B; JP6287946B2

Abstract

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie mit einem Laminat, in dem eine erste Aktivmaterialschicht und eine Feststoffelektrolytschicht gestapelt sind, umfasst ein Bestrahlen des Laminats mit einem Laserlicht von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht, um teilweise die erste Aktivmaterialschicht zu entfernen. Der Reflexionsgrad des Laserlichts durch die Feststoffelektrolytschicht beträgt 80% oder mehr.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren eines Laminats für eine Batterie. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Herstellungsverfahren eines Laminats für eine Batterie, wobei die Anzahl von bei der Herstellung einer Batterie involvierten Prozessen reduziert werden kann, der Kurzschluss einer Batterie verhindert werden kann, und die Leistungsfähigkeit der Batterie verbessert werden kann.
STAND DER TECHNIK
In den vergangenen Jahren hat eine Vollfeststoffbatterie, in der eine elektrolytische Lösung durch einen Feststoffelektrolyten ersetzt wird, Aufmerksamkeit erregt. Im Vergleich mit einer Sekundärbatterie, die eine elektrolytische Lösung verwendet, verursacht die Vollfeststoffbatterie, die keine elektrolytische Lösung verwendet, keine Zersetzung, etc. einer elektrolytischen Lösung aufgrund eines Überladens der Batterie, und weist eine hohe Zyklusfestigkeit und eine hohe Energiedichte auf.
Im Inneren einer solchen Vollfeststoffbatterie ist ein Laminat vorhanden, in dem eine Aktivmaterialschicht einer positiven Elektrode, eine Feststoffelektrolytschicht und eine Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode miteinander gestapelt sind. Das Herstellungsverfahren dieses Laminats umfasst im Allgemeinen die folgenden Herstellungsverfahren:

(1) ein Herstellungsverfahren durch einen Nass-auf-Trocken-Prozess, in dem eine Negativelektrodenmaterialaufschlämmung auf einer Kollektorschicht beschichtet und getrocknet oder kalziniert wird, um eine Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode zu erhalten, und eine Feststoffelektrolytaufschlämmung auf der Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode beschichtet und getrocknet oder kalziniert wird, um eine Feststoffelektrolytschicht zu erhalten;
(2) ein Herstellungsverfahren durch einen Nass-auf-Nass-Prozess, in dem eine Negativelektrodenaktivmaterialaufschlämmung beschichtet wird, um eine Negativelektrodenaktivmaterialaufschlämmungsschicht zu bilden, eine Feststoffelektrolytaufschlämmung darauf beschichtet wird, um eine Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht zu bilden, und diese Schichten getrocknet oder kalziniert werden, um eine Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode und eine Feststoffelektrolytschicht zu erhalten; und
(3) ein Herstellungsverfahren durch einen Laminierungspressprozess, in dem eine Aktivmaterialschicht einer positiven Elektrode, eine Feststoffelektrolytschicht und eine Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode individuell getrocknet oder kalziniert und gestapelt werden, und das Laminat gepresst wird.

Das so erhaltene Laminat für eine Batterie kann einer Deformation durch die Verarbeitung, wie etwa einem Schneiden, einer Deformation aufgrund der Wiederholung von Laden und Entladen, oder einem Teilbruch durch Vibration, etc. während der Verwendung unterzogen werden, wobei die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode miteinander in Kontakt kommen könnten, um einen Kurzschluss zu verursachen. Demzufolge wurden die Form, der Aufbau, etc. des Laminats für eine Batterie, die einen Kurzschluss verhindern können, sowie das dessen Herstellungsverfahren untersucht.
Insbesondere werden in dem Herstellungsverfahren einer Vollfeststoffbatterie gemäß der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2015-008073 die positive Elektrode und die negative Elektrode hergestellt, um sich bezüglich der Größe einer Stapeloberfläche zu unterscheiden, wobei bestrebt wird, den Kurzschluss einer Batterie zu vermeiden. Das Herstellungsverfahren einer Vollfeststoffbatterie gemäß der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2015-008073 umfasst ein Pressen einer negativen Elektrode mit einer Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode und einer ersten Feststoffelektrolytschicht, wobei anschließend der Kantenteil der negativen Elektrode abgeschnitten wird, ein Pressen einer positiven Elektrode mit einer Aktivmaterialschicht einer positiven Elektrode und einer zweiten Feststoffelektrolytschicht, wobei anschließend der Kantenteil der positiven Elektrode abgeschnitten wird, ein Stapeln dieser negativen Elektrode und dieser positiven Elektrode auf eine solche Weise, dass die erste Feststoffelektrolytschichtseite und die zweite Feststoffelektrolytschichtseite in Kontakt kommen, um ein Laminat für eine Batterie zu erhalten, und Heißpressen des Laminats für eine Batterie. In dem Herstellungsverfahren einer Vollfeststoffbatterie gemäß der Japanischen ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2015-008073 ist eine Technologie des Erzeugens einer Differenz der Größe der Stapeloberfläche zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode im Prozess des Schneidens deren Kantenteile offenbart.
Das Herstellungsverfahren einer Vollfeststoffsekundärbatterie gemäß der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2001-015153 umfasst ein Bereitstellen, auf einer Kollektorschicht, eines Laminats für eine Batterie, in dem eine Aktivmaterialschicht einer positiven Elektrode, eine Feststoffelektrolytschicht und eine Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode miteinander gestapelt sind, und Schneiden des Laminats für eine Batterie auf der Kollektorschicht mit Hilfe einer Laserablation, etc. In dem Herstellungsverfahren einer Vollfeststoffsekundärbatterie gemäß der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2001-015153 ist eine Technologie des Verarbeitens des Laminats für eine Batterie durch Bestrahlen eines Lasers zu der Seite gegenüberliegend der Kollektorschicht des Laminats für eine Batterie, und wenn der Laser Aluminium als die Kollektorschicht erreicht, dass der Laser durch die Kollektorschicht reflektiert wird, offenbart.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens eines transparenten Elektrodensubstrats umfasst das Herstellungsverfahren gemäß der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2010-129403 ein Aufbringen einer Trennschicht auf einem transparenten Substrat, Aufbringen einer transparenten Elektrodenschicht auf der Trennschicht, und Bestrahlen der Trennschicht mit Laserlicht, um teilweise die Trennschicht zu verdampfen und gleichzeitig selektiv die transparente Elektrodenschicht zusammen mit der Trennschicht zu entfernen, wodurch die transparente Elektrodenschicht strukturiert wird. In dem Herstellungsverfahren eines transparenten Elektrodensubstrats gemäß der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2010-129403 ist eine Technologie des Bewirkens, dass ein Lichtabsorptionskoeffizient der transparenten Elektrodenschicht für Laserlicht bei einer vorbestimmten Wellenlänge niedriger ist als der Lichtabsorptionskoeffizient der Trennschicht, wodurch ermöglicht wird, dass ein Teil des Lasers durch die transparente Elektrodenschicht weitergeleitet wird, um selektiv die Trennschicht zu verdampfen, offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
In dem Herstellungsverfahren einer Vollfeststoffbatterie gemäß der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2015-008073 werden die positive Elektrode und die negative Elektrode gefertigt, um sich bezüglich der Größe einer Stapeloberfläche zu unterscheiden, wobei versucht wird, einen Kurzschluss zu verhindern. Jedoch kann aufgrund der in jedem Prozess erzeugten Toleranz die Energiedichte der Vollfeststoffbatterie reduziert werden.
In dem Herstellungsverfahren einer Vollfeststoffsekundärbatterie gemäß der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2001-015153 wird das Laminat für eine Batterie durch Schneiden auf der Kollektorschicht mittels Laserablation, etc. aufgeteilt, und es werden Bestrebungen durchgeführt, dass dies keine Auswirkung bezüglich eines Kurzschlusses von einem Laminats auf andere Laminate hat, jedoch besteht die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kurzschluss nicht verhindert werden kann.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines Laminats für eine Batterie bereitzustellen, wobei die Anzahl von bei der Herstellung einer Batterie involvierten Prozessen reduziert werden kann, der Kurzschluss einer Batterie verhindert werden kann und die Leistungsfähigkeit der Batterie verbessert werden kann.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Der Erfinder hat herausgefunden, dass die vorstehend genannte Aufgabe durch die folgenden Technologien erlangt werden kann.

<1> Ein Herstellungsverfahren eines Laminats für eine Batterie, in dem eine erste Aktivmaterialschicht und eine Feststoffelektrolytschicht miteinander gestapelt sind, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: Bestrahlen eines Laserlichts auf das Laminat für eine Batterie von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht, um teilweise die erste Aktivmaterialschicht zu entfernen, während die Feststoffelektrolytschicht beibehalten wird, und wobei ein Reflexionsgrad (”reflectance”) des Laserlichts durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt.
<2> Das Verfahren gemäß <1>, wobei ein Reflexionsgrad des Laserlichts durch die Feststoffelektrolytschicht um 50% oder mehr größer ist als der Reflexionsgrad des Laserlichts durch die erste Aktivmaterialschicht.
<3> Das Verfahren gemäß <1>, wobei ein Reflexionsgrad des Lasers durch die erste Aktivmaterialschicht 30% oder weniger beträgt.
<4> Das Verfahren gemäß einem von <1> bis <3>, wobei der Laser ein Feststofflaser, ein Gaslaser, ein Flüssiglaser, ein Halbleiterlaser oder eine Kombination davon ist.
<5> Das Verfahren gemäß einem von <1> bis <4>, wobei die Feststoffelektrolytschicht zumindest einen Feststoffelektrolyten enthält, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die einen sulfidbasierten amorphen Feststoffelektrolyten, einen sulfidbasierten kristallinen Feststoffelektrolyten, einen oxidbasierten amorphen Feststoffelektrolyten, ein kristallines Oxid, ein kristallines Oxynitrid und eine Kombination davon enthält.
<6> Das Verfahren gemäß einem von <1> bis <5>, wobei das Laminat für eine Batterie weiterhin auf der Seite entgegengesetzt zu der ersten Aktivmaterialschicht eine auf der Feststoffelektrolytschicht gestapelte zweite Aktivmaterialschicht aufweist.
<7> Das Verfahren gemäß <6>, wobei das Laminat für eine Batterie weiterhin auf der Seite entgegengesetzt zu der Feststoffelektrolytschicht eine auf der zweiten Aktivmaterialschicht gestapelte Kollektorschicht aufweist.
<8> Das Verfahren gemäß <6> oder <7>, wobei nach der Bestrahlung mit dem Laserlicht eine Fläche einer Stapeloberfläche der ersten Aktivmaterialschicht kleiner ist als eine Fläche einer Stapeloberfläche der zweiten Aktivmaterialschicht.
<9> Das Verfahren gemäß einem von <6> bis <8>, wobei die erste Aktivmaterialschicht eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, und die zweite Aktivmaterialschicht eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode ist.
<10> Das Verfahren gemäß einem von <1> bis <9>, weiterhin mit Trocknen eines Aufschlämmungslaminats, in dem darin, in dieser Reihenfolge, eine erste Aktivmaterialaufschlämmungsschicht und eine Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht gestapelt sind, um das Laminat für eine Batterie zu bilden, in dem die erste Aktivmaterialschicht und die Feststoffelektrolytschicht miteinander gestapelt sind.
<11> Das Verfahren gemäß einem von <6> bis <9>, weiterhin mit Trocknen eines Aufschlämmungslaminats, in dem darin, in dieser Reihenfolge, eine erste Aktivmaterialaufschlämmungsschicht, eine Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht und eine zweite Aktivmaterialaufschlämmungsschicht gestapelt sind, um das Laminat für eine Batterie zu bilden, in dem die erste Aktivmaterialschicht, die Feststoffelektrolytschicht und die zweite Aktivmaterialschicht miteinander gestapelt sind.
<12> Vollfeststoffbatterie mit einem Laminat für eine Batterie, die durch das Verfahren gemäß einem von <1> bis <11> hergestellt wird.

[Effekte der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Herstellungsverfahren eines Laminats für eine Batterie bereitgestellt werden, wobei die Anzahl von bei der Herstellung einer Batterie involvierten Prozessen reduziert werden kann, der Kurzschluss einer Batterie verhindert werden kann, und die Leistungsfähigkeit der Batterie verbessert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine schematische Frontansicht des Laminats für eine Batterie, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, und 1(b) ist eine Seitenansicht des Laminats für eine Batterie aus 1(a).
2(a) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Wellenlänge (nm) und einem Reflexionsgrad (%) der Feststoffelektrolytschicht zeigt, 2(b) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Wellenlänge (nm) und einem Reflexionsgrad (%) der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode zeigt, und 2(c) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Wellenlänge (nm) und einem Reflexionsgrad (%) der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zeigt.
3(a) ist eine schematische Frontansicht des in einem Referenzbeispiel erhaltenen Laminats, 3(b) ist eine Seitenansicht des Laminats von 3(a), und 3(c) ist ein SEM-Bild, wenn der Seitenquerschnitt des durch einen Laser mit einer Wellenlänge von 0,5 μm geschnittenen Laminats durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) betrachtet wird.
4(a) ist eine schematische Frontansicht eines Teils des in Beispiel 1 erhaltenen Laminats, 4(b) ist eine Seitenansicht des Laminats von 4(a), 4(c) ist eine Frontfotografie des A-B-Abschnitts des Laminats von 4(a), und 4(d) ist ein SEM-Bild, wenn das Laminat von 4(c) schräg betrachtet wird.
5(a) ist eine schematische Frontansicht eines Teils des in Beispiel 2 erhaltenen Laminats, 5(b) ist eine Seitenansicht des Laminats von 5(a) und 5(c) ist eine Frontfotografie des A-B-Abschnitts des Laminats von 5(a).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend sind die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschränkt und kann implementiert werden, indem verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der Kernaussage der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. In der Beschreibung der Zeichnungen sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine doppelte Beschreibung wird weggelassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung gilt, dass wenn die ”erste Aktivmaterialschicht” eine Aktivmaterialschicht einer positiven Elektrode bzw. eine Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode bedeutet, die ”zweite Aktivmaterialschicht” eine Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode bzw. eine Aktivmaterialschicht einer positiven Elektrode bedeutet.
<<Laminat für eine Batterie>>
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Laminat für eine Batterie hergestellt, in dem eine erste Aktivmaterialschicht und eine Feststoffelektrolytschicht miteinander gestapelt sind.
Wie vorstehend beschrieben werden gemäß dem herkömmlichen Laminat für eine Batterie das Aktivmaterial für eine positive Elektrode und das Aktivmaterial für eine negative Elektrode gefertigt, um sich bezüglich der Größe einer Stapeloberfläche w zu unterscheiden, und dadurch wird versucht, einem Kurzschluss einer Batterie zu begegnen. Jedoch ist es schwierig, eine Batterieelektrode herzustellen, die sicherstellt, dass die Energiedichte einer Batterie erhöht wird, während der Kurzschluss der Batterie verhindert wird.
Einer der Gründe, warum die Herstellung eines solchen Laminats für eine Batterie schwierig ist, ist das herkömmliche Herstellungsverfahren eines Laminats für eine Batterie. Das Herstellungsverfahren eines Laminats für eine Batterie umfasst im Allgemeinen ein Trocknen oder Kalzinieren einer Aktivmaterialaufschlämmung, etc. oder Pressen der Aktivmaterialschicht, etc.. Bei dem Trocknungs- oder Kalzinierprozess treten Schwankungen auf, wie etwa eine Verringerung des Aufschlämmungsvolumens, und in dem Pressprozess treten Schwankungen auf, wie etwa das Ausdehnen und Zusammenziehen oder eines Füllfaktors einer Schicht. Eine solche Änderung bewirkt einen Fehler bei der Herstellung, und wenn die Anzahl von Prozessen größer wird, wird der Fehler größer. Als eine Folge ist eine Herstellung eines Laminats für eine Batterie mit einer Dicke, Struktur, etc. entsprechend einem Auslegungswert bzw. einer Designvorlage schwierig, und die Energiedichte der Batterie kann nicht verbessert werden.
Zusätzlich wird beispielsweise angenommen, dass ein in einer Batterie enthaltenes Laminat vorbereitet wird, um ein Laminat für eine Batterie mit einer Dicke, Struktur, etc. entsprechend einem Auslegungswert herzustellen; dass anschließend das Laminat in eine beliebige Form verarbeitet wird; und dass dabei der Produktionsfehler korrigiert und minimiert wird, der in einer Vielzahl von Prozessen vor dem Verarbeitungsprozess erzeugt wird.
Diesbezüglich, zum Zweck des Erhaltens einer Vollfeststoffbatterie mit hoher Ausgabeleistung, ist die Dicke einer Feststoffelektrolytschicht, etc. des Laminats im Allgemeinen sehr dünn, beispielsweise im Mikrometerbereich. Insbesondere wird die Leitungsdistanz zwischen einem Lithium-Ion und einem Elektron durch Anwenden eines Laminats mit einer Dicke im Mikrometerbereich verkürzt, insbesondere eines Laminats mit einer Feststoffelektrolytschicht mit einer Dicke im Mikrometerbereich, und dadurch kann eine Vollfeststoffbatterie mit hoher Ausgabeleistung erhalten werden.
Das Verfahren zum Verarbeiten des Laminats umfasst ein allgemeines thermisches Schneideverfahren, beispielsweise ein Laserschneideverfahren, ein Gasschneideverfahren und ein Plasmaschneideverfahren.
Weiterhin ist das Laserschneideverfahren ein Schneideverfahren, bei dem ein Schneidebereich mit einem Laserlicht bestrahlt wird, dessen Energiedichte erhöht wird, indem dieses durch einen Kondensor verläuft, der Schneidebereich aufgeheizt und verdampft wird, und gleichzeitig ein Hilfsgas auf den Schneidebereich geblasen wird, um die Schmelze zu entfernen. Das Gasschneideverfahren ist ein Schneideverfahren, bei dem der Schneidebereich auf eine Temperatur von nicht niedriger als die Zündtemperatur aufgeheizt wird; Sauerstoff auf den Schneidebereich geblasen wird, um eine Oxidations-(Wärmeerzeugungs-)Reaktion zu bewirken; und das geschmolzene Oxid und dergleichen wird durch den Sauerstoffstrom entfernt. Das Plasmaschneideverfahren ist ein Schneideverfahren, bei dem eine Hochspannung an ein Gas angelegt wird; und dadurch wird das produzierte Bogenplasma auf den Schneidebereich geblasen, um den Bereich zu schneiden. Im Allgemeinen wird die Schnittfugenbreite (die einhergehend mit dem Schneiden entfernte Breite) in der Reihenfolge des Laserschneideverfahrens, des Gasschneideverfahrens und des Plasmaschneideverfahrens größer, und die Qualität der Schneideoberfläche wird in dieser Reihenfolge schlechter.
Im Fall des Anwendens des vorstehend beschriebenen allgemeinen Schneideverfahrens bei einem Laminat mit einer Dicke im Mikrometerbereich, insbesondere bei einem Laminat mit einer Feststoffelektrolytschicht mit einer Dicke im Mikrometerbereich, können alle Schichten des Laminats geschnitten werden, jedoch ist ein Schneiden oder ein Entfernen einer bestimmten Schicht, beispielsweise eines Teils einer Aktivmaterialschicht, des Laminats sehr schwierig.
Auf diese Weise ist es gemäß der herkömmlichen Technologie schwierig, ein für eine Batterie geeignetes Laminat, insbesondere ein Laminat mit einer Feststoffelektrolytschicht mit einer Dicke im Mikrometerbereich, unter der Bedingung einer vorbestimmten Form, Struktur, etc. herzustellen.
Jedoch umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie ein Entfernen eines Teils der ersten Aktivmaterialschicht, während die Feststoffelektrolytschicht beibehalten wird, wenn ein Laserlicht auf das Laminat für eine Batterie von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht bestrahlt wird (d. h. von der Seite des Laminats, die der ersten Aktivmaterialschicht gegenübersteht), aufgrund dessen, dass der Reflexionsgrad eines bestimmten Laserlichts durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt.
Im Fall des Bestrahlens mit Laserlicht auf den zu entfernenden Bereich folgt der Laser einem Verlauf, wie etwa Transmission, Absorption und Reflexion. Gemäß dem vorstehend beschriebenen allgemeinen Laserschneide- oder Entfernungsverfahren ist unter anderem die Absorption ein wichtiger Faktor, weil wenn die Laserabsorption durch den Schneide- oder Entfernungsbereich, insbesondere der Absorptionswert groß ist, die Aufheiz- und Verdampfungseffizienz des zu entfernenden Bereichs verbessert wird, wobei als ein Ergebnis die Entfernungseffizienz in dem zu entfernenden Bereich verbessert wird.
Andererseits hat der Erfinder die vorliegende Erfindung erlangt, indem diese das Augenmerk auf die Laserreflexion gerichtet haben, insbesondere den Reflexionsgrad (”reflectance”). Insbesondere hat der Erfinder herausgefunden, dass wenn der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht ein hoher Wert ist, insbesondere 80% oder mehr, wenn das Laminat für eine Batterie mit einem Laserlicht von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht bestrahlt wird, ein Bruch, ein Schneiden oder ein Entfernen eines Teils der Feststoffelektrolytschicht verhindert werden kann, während ein Teil der ersten Aktivmaterialschicht entfernt wird.
Im Allgemeinen gilt, dass wenn eine Schicht mit einer Dicke im Mikrometerbereich mit einem Laserlicht bestrahlt wird, die Schicht thermisch geschnitten werden könnte. Jedoch hat der Erfinder herausgefunden, dass ein bestimmtes Laserlicht und eine bestimmte Feststoffelektrolytschicht ausgewählt werden können, wodurch der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht erhöht werden kann.
Weiterhin hängt der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht von der Kombination des/der Materials/Materialien ab, aus dem/denen die Feststoffelektrolytschicht besteht, sowie von der Laserwellenlänge. Daher, um den Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht zu erhöhen, können beispielsweise die Kombination eines Hauptfeststoffelektrolyten, aus dem die Feststoffelektrolytschicht besteht, und der Laserwellenlänge berücksichtigt werden.
Zusätzlich kann die Laserwellenlänge, die mit dem Hauptfeststoffelektrolyten zu kombinieren ist, aus einer Eigenschaft des Hauptfeststoffelektrolyten definiert werden. Beispielsweise, wenn die Farbe des Hauptfeststoffelektrolyten weiß ist, kann ein Laserlicht angewendet werden, das in Bereiche von einer relativ kurzen Wellenlänge zu einer relativ langen Wellenlänge reicht, wie etwa von einer sichtbaren Wellenlänge zu einer Infrarotwellenlänge. Aus den Bereichen kann bezüglich eines Laserlichts mit relativ langer Wellenlänge der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht, die den Hauptfeststoffelektrolyten enthält, erhöht werden.
Wenn das Laminat für eine Batterie mit einem Laserlicht von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht bestrahlt wird (d. h. von der Seite des Laminats, die der ersten Aktivmaterialschicht gegenübersteht), wird ein Teil des Laserlichts durch die erste Aktivmaterialschicht reflektiert, jedoch wird das verbleibende Laserlicht durch die erste Aktivmaterialschicht absorbiert und/oder durchläuft die erste Aktivmaterialschicht. Insbesondere erreicht das die erste Aktivmaterialschicht durchlaufene Laserlicht die Feststoffelektrolytschicht.
Wenn demzufolge der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt, kann das die erste Aktivmaterialschicht durchlaufene Laserlicht durch die Feststoffelektrolytschicht mit einer hohen Wahrscheinlichkeit reflektiert werden, sodass der Bruch, etc. des Teils der Feststoffelektrolytschicht effizient vermieden werden kann.
Zusätzlich gilt, dass weil ein Teil des durch die Feststoffelektrolytschicht reflektierten Laserlichts durch die erste Aktivmaterialschicht absorbiert wird, das Laserabsorptionsvermögen durch die erste Aktivmaterialschicht erhöht werden kann, und als eine Folge kann das Entfernen des ersten Aktivmaterials weiterhin begünstigt werden.
Im Allgemeinen weist eine Substanz einen intrinsischen Verarbeitungsschwellenwert bezüglich eines zu bestrahlenden Laserlichts auf. Der Verarbeitungsschwellenwert bedeutet eine Laserleistungsdichte (W/cm²), eine Fluenz (J/cm²), etc., die notwendig ist, um die Laserverarbeitung stabil durchzuführen. Wenn daher eine Laserleistungsdichte, etc. eines Laserlichts niedriger als der Verarbeitungsschwellenwert ist, kann eine zu verarbeitende Substanz nicht stabil verarbeitet werden. Mit anderen Worten gilt, dass wenn die Laserleistungsdichte, etc. niedriger ist als der Verarbeitungsschwellenwert, es bemerkt wird, dass die zu verarbeitende Substanz weniger wahrscheinlich durch das Laserlicht beeinträchtigt wird.
Obwohl es nicht gewollt ist, hier zu theorielastig zu sein, wird angenommen, dass wenn der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht ein hoher Wert ist, insbesondere 80% oder mehr, die Laserleistungsdichte, etc. des die erste Aktivmaterialschicht durchlaufenen und direkt auf die Feststoffelektrolytschicht angewendeten Laserlichts reduziert werden kann, um nahe oder unterhalb dem Verarbeitungsschwellenwert der Feststoffelektrolytschicht zu liegen.
Es wird angenommen, dass dies deshalb zutrifft, weil, wenn das Laminat für eine Batterie mit einem Laserlicht von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht bestrahlt wird, die Ausgabe eines die erste Aktivmaterialschicht durchlaufenen Laserlichts aufgrund einer Laserreflexion und Absorption durch die erste Aktivmaterialschicht abgeschwächt wird, und da der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt, die Gesamtheit der Laserabsorptionsfähigkeit und Transmissionsfähigkeit durch die Feststoffelektrolytschicht 20% oder weniger des die Feststoffelektrolytschicht erreichenden Laserlichts beträgt.
Weiterhin gilt in dem Fall, in dem der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt, es schwierig ist, die Feststoffelektrolytschicht zu beschädigen (z. B. brechen, etc.), auch wenn der Laser direkt an die Feststoffelektrolytschicht aufgrund des Entfernens der ersten Aktivmaterialschicht angelegt wird.
Wenn demzufolge der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt, kann der Prozess des Schneidens der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode vor dem Stapeln weggelassen werden, und die Anzahl von Prozessen während einer Herstellung einer Batterie kann reduziert werden. Zusätzlich kann ein Laminat für eine Batterie mit einer Dicke, Form, etc. entsprechend einem Auslegungswert hergestellt werden, sodass ein Kurzschluss einer Batterie verhindert werden kann und die Leistungsfähigkeit der Batterie verbessert werden kann.
Ein Laminat für eine Batterie, gemäß dem ein Teil der ersten Aktivmaterialschicht durch Bestrahlen mit einem Laserlicht auf das Laminat für eine Batterie von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht (d. h. von der Seite des Laminats, die der ersten Aktivmaterialschicht gegenüber steht) entfernt wird, wird mit Bezugnahme auf 1 erläutert. 1(a) ist eine schematische Draufsicht des Laminats für eine Batterie, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, und 1(b) ist eine Frontansicht des Laminats 100 von 1(a).
In dem Laminat 100 der 1(a) und 1(b) sind eine erste Aktivmaterialschicht 110 und eine Feststoffelektrolytschicht 120 gestapelt. In dem Laminat 100 wird ein Teil der ersten Aktivmaterialschicht 110, d. h. der Umfangskantenteil, durch Bestrahlen eines Laserlichts an das Laminat 100 von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht 110 entfernt. Zusätzlich, weil der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 120 80% oder mehr beträgt, wird der Umfangskantenteil der ersten Aktivmaterialschicht 110 entfernt, und gleichzeitig wird die Feststoffelektrolytschicht 120 davor bewahrt, zu brechen, etc.
Der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht umfasst, vom Standpunkt einer hemmenden Laserabsorption und Transmission durch die Feststoffelektrolytschicht, einen Reflexionsgrad von 80% oder mehr, 82% oder mehr, 84% oder mehr, 86% oder mehr, 88% oder mehr und 90% oder mehr.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Laser-”Reflexionsgrad” einen Wert, der durch Bestrahlen mit Licht mit einer gleichen Wellenlänge wie der Laser sowohl auf eine Referenz als auch auf eine Feststoffelektrolytschicht, etc. bestrahlt wird, durch Messen der reflektierten Lichtintensitäten (I_Referenz und I_{Feststoffelektrolyt, etc.}), und anschließendes Berechnen des Reflexionsgrads aus den Intensitäten gemäß der folgenden Formel (I): Reflexionsgrad (%) = (I_{Feststoffelektrolytschicht, etc.}/I_Referenz) × 100 (I)
Die Messung des Reflexionsgrads kann durch Verwenden eines ultraviolettsichtbar-nahinfrarot Spektrofotometers (Modell: UV-2600, hergestellt von der Shimadzu Corporation) durchgeführt werden, und, optional, einer Ulbricht-Kugel (Modell: ISR-2600Plus, hergestellt von der Shimadzu Corporation). Die Referenz ist ein Material, das durch Verdichten von pulverförmigem BaSO₄ erhalten wird.
Der Laserreflexionsgrad durch die erste Aktivmaterialschicht ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt.
In dem Fall, in dem der Laserreflexionsgrad durch die erste Aktivmaterialschicht klein ist, steigt das Laserabsorptionsvermögen durch die erste Aktivmaterialschicht an, und das Entfernen eines Teils der ersten Aktivmaterialschicht wird dadurch begünstigt. Aufgrund dessen umfasst der Laserreflexionsgrad durch die erste Aktivmaterialschicht, vom Standpunkt des Begünstigens der Laserabsorption durch die erste Aktivmaterialschicht, einen Reflexionsgrad von 30% oder weniger, 28% oder weniger, 26% oder weniger, 24% oder weniger, 22% oder weniger und 20% oder weniger.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie ist der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht vorzugsweise um 50% oder mehr größer als der Laserreflexionsgrad durch die erste Aktivmaterialschicht.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht größer ist als der Laserreflexionsgrad durch die erste Aktivmaterialschicht, wenn das Laminat mit einem Laserlicht von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht bestrahlt wird, wobei der Effekt des Verhinderns eines Bruchs, eines Schneidens oder eines Entfernens eines Teils der Feststoffelektrolytschicht, während ein Teil der ersten Aktivmaterialschicht entfernt wird, verbessert werden kann.
Von einer solchen Differenz des Reflexionsgrads wird angenommen, zu ermöglichen, dass das Laserlicht effizient in die erste Aktivmaterialschicht eintrifft, und zu ermöglichen, dass die Feststoffelektrolytschicht effizient das Laserlicht reflektiert.
Darüber hinaus ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht um 50% oder mehr höher als der Laserreflexionsgrad durch die erste Aktivmaterialschicht, sodass ein Bruch, etc. des Feststoffelektrolyten effizient verhindert werden kann, während eine bestimmte Schicht entfernt wird, beispielsweise ein Teil der ersten Aktivmaterialschicht, die eine beliebige Form, Volumen, etc. aufweist. Es wird angenommen, dass dies deshalb erlangt wird, weil der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht um 50% oder mehr größer ist als der Laserreflexionsgrad durch die erste Aktivmaterialschicht, wobei der Effekt des Ermöglichens, dass das Laserlicht effizient in die erste Aktivmaterialschicht einfällt, und des Ermöglichens, dass die Feststoffelektrolytschicht effizient das Laserlicht reflektiert, weiterhin verbessert wird.
Demzufolge umfasst der durch Subtrahieren des Laserreflexionsgrads durch die erste Aktivmaterialschicht von dem Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht, vom Standpunkt des Begünstigens des Entfernens eines Teils der ersten Aktivmaterialschicht und gleichzeitig effizienten Verhinderns des Bruchs, etc. eines Teils der Feststoffelektrolytschicht, erhaltene Wert einen Wert von 50% oder mehr, 53% oder mehr, 56% oder mehr, 60% oder mehr, 65% oder mehr und 70% oder mehr.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie weist das Laminat für eine Batterie weiterhin an der Seite gegenüberliegend der ersten Aktivmaterialschicht eine zweite Aktivmaterialschicht auf, die auf der Feststoffelektrolytschicht gestapelt ist.
In dem Laminat für eine Batterie sind eine erste Aktivmaterialschicht, eine Feststoffelektrolytschicht und eine zweite Aktivmaterialschicht; beispielsweise eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, eine Feststoffelektrolytschicht und eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, gestapelt, wodurch eine Ionenübergabe/-akzeptanz zwischen der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode über die Feststoffelektrolytschicht auftritt.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie weist das Laminat für eine Batterie weiterhin an der Seite gegenüberliegend der Feststoffelektrolytschicht eine auf der zweiten Aktivmaterialschicht gestapelte Kollektorschicht auf.
Die Kollektorschicht kann bezüglich einer Elektronenübergabe/-akzeptanz einhergehend mit der Ionenübergabe/-akzeptanz nach außen leitfähig sein.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie ist nach der Laserbestrahlung die Fläche der Stapeloberfläche der ersten Aktivmaterialschicht kleiner als die Fläche der Stapeloberfläche der zweiten Aktivmaterialschicht.
Herkömmlicherweise bestand bezüglich des Entfernungsausmaßes eines Teils der ersten Aktivmaterialschicht, die notwendig ist zum Verhindern eines Kurzschlusses der Batterie, eine Wahrscheinlichkeit, dass das Entfernungsausmaß zu groß oder zu klein sein kann. Jedoch kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Teil der ersten Aktivmaterialschicht genau entfernt werden, ohne zu groß und zu klein zu sein, gemäß einem Ausmaß, das notwendig ist, einen Kurzschluss einer Batterie zu verhindern, durch Verwenden eines Lasers. Daher kann ein Laminat für eine Batterie, wobei die Energiedichte einer Batterie erhöht werden kann, während der Kurzschluss der Batterie verhindert wird, hergestellt werden.
Vorzugsweise gilt, dass die erste Aktivmaterialschicht eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode ist, und die zweite Aktivmaterialschicht eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode ist.
In dem Fall des Ladens einer Vollfeststoffbatterie bewegt sich eine Ionenart, beispielsweise ein Lithiumion, von der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zum aktiven Material der negativen Elektrode; dieses Ion wird auf ein Metall reduziert; und dieses Metall wird in die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode eingebaut (Einschiebung). Wenn die Fläche der Stapeloberfläche der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode kleiner ist als die Fläche der Stapeloberfläche der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, oder diese Flächen gleich sind, kann sich das Metall, das nicht in die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode eingebunden ist, ablagern, beispielsweise in dendriter Form, was zu einem Kurzschluss führt.
Jedoch ist gemäß einer Vollfeststoffbatterie mit einem Laminat für eine Batterie, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, die Fläche der Stapeloberfläche der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode kleiner als die Fläche der Stapeloberfläche der Aktivmaterialschicht der negativen Elektroden, sodass die Erzeugung eines Dendrits, etc. unterbunden werden kann.
Die Reihenfolge des Stapelns von entsprechenden Schichten des Laminats für eine Batterie ist vorzugsweise eine Reihenfolge, angefangen von oben, einer Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, einer Feststoffelektrolytschicht und einer Aktivmaterialschicht einer negativen Elektrode. Eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, die für einen Bruch anfällig ist, ist an der Oberseite angebracht, und eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, die bezüglich eines Bruchs nicht anfällig ist (oder weniger anfällig ist), ist an der Unterseite angebracht, wodurch die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode davor bewahrt werden kann, während des Pressens des Laminats für eine Batterie zu brechen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie umfasst weiterhin Trocknen eines Aufschlämmungslaminats, das darin gestapelt wurde, in der Reihenfolge einer Aktivmaterialaufschlämmungsschicht und einer Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht, um das Laminat für eine Batterie zu bilden, in dem die erste Aktivmaterialschicht und die Feststoffelektrolytschicht miteinander gestapelt sind.
Der Nass-auf-Nass-Prozess ermöglicht, die Anzahl von bei der Herstellung eines Laminats für eine Batterie involvierten Prozessen zu reduzieren, spart Zeit ein und/oder verringert die Gelegenheit zum Untermischen von Verunreinigungen, wie etwa Metallstücken. Darüber hinaus kann in diesem Prozess bezüglich der ersten Aktivmaterialschicht und der Feststoffelektrolytschicht, die jeweils durch Trocknen oder Kalzinieren einer Vielzahl von gestapelten Aufschlämmungsschichten gebildet sind, die Adhäsionsleistungsfähigkeit an der Schnittstelle zwischen diesen verbessert werden. Als eine Folge kann die elektrische Leitfähigkeit, ein Einschlagwiderstand, etc. der Batterie verbessert werden.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie umfasst weiterhin Trocknen eines Aufschlämmungslaminats, in dem darin in Reihe eine erste Aktivmaterialaufschlämmungsschicht, eine Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht und eine zweite Aktivmaterialaufschlämmungsschicht gestapelt sind, um das Laminat für eine Batterie zu bilden, in dem die erste Aktivmaterialschicht, die Feststoffelektrolytschicht und die zweite Aktivmaterialschicht miteinander gestapelt sind.
Durch dieses Verfahren kann beispielsweise ein Aufschlämmungslaminat mit einer ersten Aktivmaterialaufschlämmungsschicht, einer Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht und einer zweiten Aktivmaterialaufschlämmungsschicht en bloc hergestellt werden.
Im herkömmlichen Laminat für eine Batterie werden eine erste Aktivmaterialaufschlämmungsschicht, eine Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht und eine zweite Aktivmaterialaufschlämmungsschicht unabhängig getrocknet, jedoch wird in dem Laminat für eine Batterie, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, der Trocknungsprozess für diese Schichten en bloc und gleichzeitig durchgeführt, wodurch die vorstehend beschriebenen Eigenschaften der Batterie verbessert werden können.
Der Prozess des Anwendens einer optionalen zweiten Aktivmaterialaufschlämmung auf einer optionalen Kollektorschicht zum Bilden einer zweiten Aktivmaterialaufschlämmungsschicht; der Prozess des Anwendens einer Feststoffelektrolytaufschlämmung auf der optionalen zweiten Aktivmaterialaufschlämmungsschicht zum Bilden einer Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht; und der Prozess der Anwendens einer ersten Aktivmaterialaufschlämmung auf der Oberfläche der Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht zum Bilden einer ersten Aktivmaterialaufschlämmungsschicht können simultan oder sequentiell durchgeführt werden.
Als das Beschichtungsverfahren für die Aufschlämmung, obwohl dies keiner bestimmten Einschränkung unterworfen ist, kann ein bekanntes Beschichtungsverfahren, wie etwa Rakelstreichen, Gravurstreichen, Tauchstreichen, Gegenlaufstreichen, Walzenrakelstreichen, Drahtrakelstreichen, Breitschlitzstreichen, Luftrakelstreichen, Fluorstreichbeschichten, oder Extrusionsbeschichten, oder eine Kombination davon angewendet werden.
Nach dem Prozess des Stapelns der Aufschlämmungen kann der Prozess des Trocknens und/oder Kalzinierens der Aufschlämmung und/oder der Prozess des Pressens angewendet werden. Als der Trocknungs- und/oder Kalzinierungsprozess, obwohl dies keiner bestimmten Beschränkung unterworfen ist, kann ein bekanntes Trocknungs- und/oder Kalzinierungsverfahren angewendet werden. Als Pressprozess, obwohl dies keiner bestimmten Einschränkung unterworfen ist, kann ein bekanntes Pressverfahren angewendet werden.
Die Temperatur des Trocknens und/oder Kalzinierens der Aufschlämmung ist nicht insbesondere eingeschränkt, und umfasst eine Temperatur von Raumtemperatur bis 500°C. Der Pressdruck ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange ein vorbestimmter Füllfaktor jeder Schicht erreicht werden kann. Der Pressdruck umfasst beispielsweise einen Druck von 100 bis 1000 MPa.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie kann weiterhin, ohne besondere Einschränkung, einen bekannten Nass-auf-Trocken-Prozess, einen herkömmlichen Laminierungspressprozess, oder andere bekannte Herstellungsprozesse für eine Vollfeststoffbatterie, oder eine Kombination davon anwenden.
<Laser>
Das Laminat für eine Batterie wird mit einem Laser bzw. Laserlicht von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht bestrahlt.
Der Laser bzw. das Laserlicht ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt, und der Laser umfasst einen Feststofflaser, einen Gaslaser, einen Flüssiglaser, einen Halbleiterlaser, andere Laser und eine Kombination von diesen. Aus dem Standpunkt, dass zum Verarbeiten des Laminats für eine Batterie vorteilhafterweise ein Hochleistungslaser angewendet wird, ist der Laser vorzugsweise ein Feststofflaser.
Der Feststofflaser umfasst beispielsweise einen Rubinlaser, einen Glaslaser, einen Titansaphirlaser, einen Alexandritlaser, einen Er:YAG-Laser, einen Nd:YAG-Laser, einen Nd:YVO₄-Laser, eine Yb:Faser, und eine Kombination von diesen.
Der Gaslaser umfasst beispielsweise einen CO₂-Laser, einen He-Ne-Laser, einen HeCd-Laser, einen Kupferdampflaser, einen Golddampflaser, einen N₂-Laser, einen Excimer-XeF-Laser, einen Excimer-XeCl-Laser, einen Excimer-KrF-Laser, einen Excimer-ArF-Laser, einen Ar-Laser, und eine Kombination von diesen.
Der Flüssiglaser umfasst beispielsweise einen Farbstofflaser.
Der Halbleiterlaser umfasst beispielsweise einen GaAlAs-Laser, einen InGaAsP-Laser, und eine Kombination von diesen.
Weitere Laser umfassen beispielsweise einen Laser der freien Elektronen-art.
Der Laser kann ein n-ter harmonischen Laser (n ist eine Ganzzahl) sein, der durch Anwenden einer Einrichtung, wie etwa einem nichtlinearen optischen Kristall an dem vorstehenden Laser gebildet wird.
Die Laseroszillation kann eine kontinuierliche Oszillation (CW) oder eine Impulsoszillation aufweisen. Unter diesen ist die Laseroszillation vorzugsweise eine Impulsoszillation, insbesondere eine Impulsoszillation im Femtosekundenbereich. Im Allgemeinen ist die Energie bzw. Leistung eines Impulsoszillationslasers unverzüglich höher als die Energie eines kontinuierlich oszillierenden Lasers, und die Impulsoszillation im Femtosekundenbereich ist um einiges schneller als eine Schwingung im Pikosekundenbereich eines Atomgitters. Daher verursacht der Impulsoszillationslaser im Femtosekundenbereich kaum eine thermische Beschädigung an Teilen um einen Lasereinstrahlbereich, und kann genau und schnell den Bestrahlungsbereich entfernen.
Aus diesem Grund ist als die Laserleistungsdichte für eine kontinuierliche Oszillation eine Leistungsdichte von 20 kW/cm² oder höher, oder 25 kW/cm² oder höher bevorzugt, sowie eine Leistungsdichte von 1500 kW/cm² oder weniger, oder 800 kW/cm² oder weniger bevorzugt.
Als die Fluenz für die Impulsoszillation ist eine Fluenz von 0,5 J/cm² oder mehr, 1,3 J/cm² oder mehr, oder 3,0 J/cm² oder mehr bevorzugt, sowie eine Fluenz von 30,0 J/cm² oder weniger, oder 23,0 J/cm² oder weniger bevorzugt.
Bezüglich der Impulsoszillation sei angemerkt, dass je kleiner die Impulsbreite ist, desto höher die Spitzenleistung ist, und daher ist es einfach, die Verarbeitung durchzuführen. Die hier verwendete Impulsbreite bedeutet die Dauer pro Impuls.
Die Laserwellenlänge ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt.
Um zu bewirken, dass der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt, umfasst die Hauptlaserwellenlänge beispielsweise eine Wellenlänge von 1,0 μm oder mehr, 1,1 μm oder mehr, 1,2 μm oder mehr, 1,3 μm oder mehr, 1,4 μm oder mehr, und 1,5 μm oder mehr.
<Erste Aktivmaterialschicht>
Die erste Aktivmaterialschicht kann eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode oder eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode sein.
(Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode)
Die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode enthält ein Aktivmaterial der positiven Elektrode, ein optionales Hilfsmittel für die elektrische Leitfähigkeit, ein Bindemittel, und einen Feststoffelektrolyten.
Das Aktivmaterial der positiven Elektrode umfasst ein Metalloxid, das Lithium enthält, und zumindest ein Übergangsmetall, das aus Magnesium, Kobalt, Nickel und Titan ausgewählt wird, beispielsweise Lithiumkobaltat (Li_xCoO₂) und Lithiumnickelkobaltmanganat (Li_1+xNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂), und eine Kombination von diesen.
Die Form des Aktivmaterials der positiven Elektrode ist vorzugsweise ein Pulver. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Aktivmaterials der positiven Elektrode ist nicht insbesondere eingeschränkt, jedoch aus dem Standpunkt des Erhöhens der Kontaktfläche an der Feststoff-Feststoff-Schnittstelle umfasst der durchschnittliche Partikeldurchmesser beispielsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 μm oder mehr, 3 μm oder mehr, 5 μm oder mehr und 10 μm oder mehr, sowie einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 100 μm oder weniger, 50 μm oder weniger, 30 μm oder weniger, oder 20 μm oder weniger. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Aktivmaterials der positiven Elektrode ist vorzugsweise ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 1 bis 50 μm, weiterhin vorzugsweise ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 1 bis 20 μm, und noch weiter vorzugsweise ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 1 bis 10 μm, und noch weiter vorzugsweise ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 1 bis 6 μm.
In der vorliegenden Erfindung, wenn dies nicht anderweitig angegeben ist, gibt der ”durchschnittliche Partikeldurchmesser” einen arithmetischen Mittelwert von Messwerten an, die durch Messen des flächengleichen Kreisdurchmessers (Heywood-Durchmesser) von zufällig ausgewählten 10 oder mehr Partikeln mit Hilfe eines Rastertransmissions-Elektronenmikroskops (STEM), einer energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX), etc. erhalten werden.
Das Aktivmaterial der positiven Elektrode kann einen optionalen Pufferfilm aufweisen. Ein Metallsulfid mit einem hohen elektrischen Widerstand kann aufgrund des Auftretens einer chemischen Reaktion zwischen der Aktivschicht der positiven Elektrode und einem sulfidbasierten amorphen Feststoffelektrolyten und/oder einem sulfidbasierten kristallinen Feststoffelektrolyten erzeugt werden. Der vorstehende Pufferfilm weist beispielsweise einen Effekt des Unterbindens des Erzeugens eines Metallsulfids auf. Aufgrund dieses Effekts kann die Ausgabe einer Vollfeststoffbatterie verbessert werden.
Der Pufferfilm weist vorzugsweise eine Elektronenisoliereigenschaft und eine Ionenleitfähigkeit auf, und enthält Anionarten mit einer starken Kationenbindungsenergie. Der Pufferfilm umfasst beispielsweise LiNbO₃, Li₄Ti₅O₁₂, Li₃PO₄ und eine Kombination von diesen.
Die Dicke des Pufferfilms als eine Beschichtung des Aktivmaterials der positiven Elektrode ist nicht insbesondere eingeschränkt, umfasst jedoch beispielsweise eine Dicke von 1 bis 100 nm, eine Dicke von 1 bis 50 nm eine Dicke von 1 bis 20 nm, und eine Dicke von 1 bis 10 nm.
Die Dicke des Pufferfilms kann beispielsweise durch Verwenden eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) gemessen werden.
Das Hilfsmittel zur elektrischen Leitfähigkeit umfasst ein Kohlenstoffmaterial, beispielsweise VGCF (dampfgewachsene Kohlenstofffaser), Kohlenstoffruß, Acetylenruß (AB), Ketjenruß (KB), Kohlenstoffnanoröhren (CNT) und Kohlenstoffnanofasern (CNF), ein Metallmaterial, und eine Kombination von diesen.
Das Bindemittel ist nicht insbesondere eingeschränkt, umfasst jedoch ein Polymerharz, beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Butadiengummi (BR) und Styrolbutadiengummi (SBR), und eine Kombination von diesen.
Als der Feststoffelektrolyt, obwohl dieser keiner bestimmten Einschränkung unterworfen ist, kann ein geeignetes Rohmaterial verwendet werden. Der Feststoffelektrolyt umfasst einen sulfidbasierten amorphen Feststoffelektrolyten, beispielsweise 75Li₂S25P₂S₅; einen sulfidbasierten kristallinen Feststoffelektrolyten, beispielsweise Li_3,24P_0,24Ge_0,76S₄; einen oxidbasierten amorphen Feststoffelektrolyten, beispielsweise Li₂O-B₂O₃-P₂O₄ und Li₂O-SiO₂; ein kristallines Oxid oder Oxinitrid, beispielsweise LiI, Li₃N, Li₅La₃Ta₂O₁₂, Li₇La₃Zr₂O₁₂, Li₆BaLa₂Ta₂O₁₂, Li₃PO_(4-(3/2)w)N_w (w ist kleiner als 1), Li_3,6Si_0,6P_0,4O₄, Li_1,3Al_0,3Ti_0,7(PO₄)₃ und Li_1+x+yA_xTi_2-xSi_yP_3-yO₁₂ (A ist Al oder Ga; 0 ≤ x ≤ 0,4, 0 ≤ y ≤ 0,6); und eine Kombination von diesen. Hinsichtlich einer exzellenten Lithiumionenleitfähigkeit ist der Feststoffelektrolyt vorzugsweise ein sulfidbasierter amorpher Feststoffelektrolyt und/oder ein sulfidbasierter kristalliner Feststoffelektrolyt.
Die Form des Feststoffelektrolyten ist vorzugsweise ein Pulver. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Feststoffelektrolyten ist nicht insbesondere eingeschränkt, jedoch wird aus dem Standpunkt des Erhöhens der Kontaktfläche an der Feststoff-Feststoff-Schnittstelle beispielsweise ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 0,1 bis 20 μm bevorzugt, ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 0,2 bis 10 μm ist weiterhin bevorzugt, ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 0,3 bis 6 μm ist noch weiter bevorzugt, und ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 0,5 bis 3 μm ist noch weiter bevorzugt.
(Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode)
Die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode enthält ein Aktivmaterial der negativen Elektrode. Die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode enthält vorzugsweise weiterhin ein Hilfsmittel zur elektrischen Leitfähigkeit, ein Bindemittel und/oder einen Feststoffelektrolyten.
Das Aktivmaterial der negativen Elektrode ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange dieses ein Metallion, beispielsweise ein Lithiumion, aufnehmen/freigeben kann, jedoch umfasst das Aktivmaterial der negativen Elektrode ein Metall, beispielsweise Li, Sn, Si und In; eine Legierung von Lithium mit Titan, Magnesium, Aluminium, etc.; ein Kohlenstoffrohmaterial, beispielsweise Hartkohlenstoff, Weichkohlenstoff und Graphit; und eine Kombination von diesen.
Als das Hilfsmittel zur elektrischen Leitfähigkeit, das Bindemittel und den Feststoffelektrolyten der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode sei auf die Beschreibung bezüglich der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode verwiesen.
<Feststoffelektrolytschicht>
Die Feststoffelektrolytschicht enthält einen Feststoffelektrolyten. Die Feststoffelektrolytschicht enthält vorzugsweise weiterhin ein Bindemittel. Als der Feststoffelektrolyt und das Bindemittel der Feststoffelektrolytschicht kann auf die Beschreibung bezüglich der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode verwiesen werden.
<Zweite Aktivmaterialschicht>
Als die optionale zweite Aktivmaterialschicht kann auf die Beschreibung bezüglich der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode verwiesen werden.
<Kollektorschicht>
Die optionale Kollektorschicht ist in das Laminat mit der ersten Aktivmaterialschicht, der Feststoffelektrolytschicht und der zweiten Elektrolytschicht eingebaut.
Die Kollektorschicht umfasst eine Kollektorschicht der positiven Elektrode und eine Kollektorschicht der negativen Elektrode. Die Kollektorschicht der positiven Elektrode und die Kollektorschicht der negativen Elektrode sind nicht insbesondere eingeschränkt und umfassen verschiedene Metalle, beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Nickel, Eisen, Edelstahl und Titan, und eine Legierung von diesen. In Anbetracht der chemischen Stabilität, etc. ist die Kollektorschicht der positiven Elektrode vorzugsweise eine Aluminiumkollektorschicht, und die Kollektorschicht der negativen Elektrode ist vorzugsweise eine Kupferkollektorschicht.
<Weiteres>
(Aktivmaterialaufschlämmung)
Die Aktivmaterialaufschlämmung umfasst eine Aktivmaterialaufschlämmung der positiven Elektrode und eine Aktivmaterialaufschlämmung der negativen Elektrode.
Die Aktivmaterialaufschlämmung der positiven Elektrode enthält ein Aktivmaterial der positiven Elektrode. Die Aktivmaterialaufschlämmung der positiven Elektrode enthält vorzugsweise weiterhin ein Dispersionsmedium, ein Hilfsmittel zur elektrischen Leitfähigkeit, ein Bindemittel und/oder einen Feststoffelektrolyten.
Das Dispersionsmedium ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange dieses stabil in der ersten Aktivmaterialschicht vorhanden sein kann, und das Dispersionsmedium kann eine nichtpolare Lösung, eine polare Lösung und eine Kombination von diesen unfassen. Das Dispersionsmedium umfasst eine nichtpolare Lösung, beispielsweise Heptan, Xylen und Toluen, und eine Kombination von diesen. Das Dispersionsmedium umfasst eine polare Lösung, beispielsweise eine tertiäre aminbasierte Lösung, eine etherbasierte Lösung, eine thiolbasierte Lösung und eine esterbasierte Lösung, und eine Kombination von diesen. Das Dispersionsmedium umfasst eine tertiäre aminbasierte Lösung, beispielsweise Triethylamin; eine etherbasierte Lösung, beispielsweise Cyclopentylmethylether; eine thiolbasierte Lösung, beispielsweise Ethanmercaptan; eine esterbasierte Lösung, beispielsweise Butylbutyrat; und eine Kombination von diesen.
Als das Aktivmaterial der positiven Elektrode, das Hilfsmittel zur elektrischen Leitfähigkeit, das Bindemittel und der Feststoffelektrolyt der Aktivmaterialaufschlämmung der positiven Elektrode sei auf die Beschreibung bezüglich der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode Bezug genommen.
Die Aktivmaterialaufschlämmung der negativen Elektrode enthält ein Aktivmaterial der negativen Elektrode. Die Aktivmaterialaufschlämmung der negativen Elektrode enthält vorzugsweise weiterhin ein Dispersionsmedium, ein Hilfsmittel zur elektrischen Leitfähigkeit, ein Bindemittel und/oder einen Feststoffelektrolyten.
Als das Aktivmaterial der negativen Elektrode, das Hilfsmittel zur elektrischen Leitfähigkeit, das Bindemittel und der Feststoffelektrolyt der Aktivmaterialaufschlämmung der negativen Elektrode sei auf die Beschreibung bezüglich der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode verwiesen. Zusätzlich sei bezüglich des Dispersionsmediums der Aktivmaterialaufschlämmung der negativen Elektrode auf die Beschreibung bezüglich der Aktivmaterialaufschlämmung der positiven Elektrode Bezug genommen.
(Feststoffelektrolytaufschlämmung)
Die Feststoffelektrolytaufschlämmung enthält einen Feststoffelektrolyten. Die Feststoffelektrolytaufschlämmung enthält vorzugsweise weiterhin ein Dispersionsmedium und ein Bindemittel. Bezüglich des Feststoffelektrolyten und des Bindemittels der Feststoffelektrolytaufschlämmung sei auf die Beschreibung bezüglich der Feststoffelektrolytschicht Bezug genommen. Zusätzlich kann bezüglich des Dispersionsmediums der Feststoffelektrolytaufschlämmung auf die Beschreibung bezüglich der Aktivmaterialaufschlämmung der positiven Elektrode Bezug genommen werden.
Die vorliegende Erfindung ist durch Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele detaillierter beschrieben, jedoch ist selbstverständlich der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Beispiele eingeschränkt.
[Beispiele]
<<Beispiel>>
<Herstellung einer Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, die auf einer Abziehfolie gebildet wird>
Ein Gemisch der positiven Elektrode als das Rohmaterial der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode wird in ein aus Polypropylen (PP) hergestelltes Gefäß eingebracht, über 30 Sekunden durch eine Ultraschalldispersionsvorrichtung (Modell: UH-50, hergestellt durch SMT CO., LTD.) umgerührt, und über 30 Minuten durch einen Schüttler (Modell: TTM-1, hergestellt durch Sibata Scientific Technology Ltd.) geschüttelt, um eine Aktivmaterialaufschlämmung der positiven Elektrode vorzubereiten.
Diese Aktivmaterialaufschlämmung der positiven Elektrode wird auf eine Al-Folie als eine Abziehfolie durch ein Spatelverfahren unter Anwendung eines Applikators aufgebracht, und auf einer Heizplatte bei 100°C über 30 Minuten getrocknet, um eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zu erhalten, die auf einer Abziehfolie gebildet ist. Durch Wiederholen der vorstehenden Operation wurden entsprechend zwei Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode auf einer Abziehfolie gebildet.
Die Konfiguration des Gemisches der positiven Elektrode ist nachstehend gezeigt:
4,7 g von LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 4 μm) als das Aktivmaterial der positiven Elektrode;
0,7 g von Butylbutyrat als das Dispersionsmedium;
2,0 g von VGCF als das Hilfsmittel zur elektrischen Leitfähigkeit;
1,8 g einer Butylbutyratlösung (5 Masse-%) eines PVdF-basierten Bindemittels als das Bindemittel; und
2,2 g einer LiI-enthaltenden Li₂S-P₂S₅-basierten Glaskeramik (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 0,8 μm) als den Feststoffelektrolyten.
<Herstellung des Laminats der negativen Elektrode>
Ein Gemisch der negativen Elektrode als das Rohmaterial der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wird in ein aus Polypropylen (PP) hergestelltes Gefäß eingebracht, über 30 Sekunden durch eine Ultraschalldispersionsvorrichtung (Modell: UH-50, hergestellt durch SMT CO., LTD.) gerührt, und über 30 Minuten durch einen Schüttler (Modell: TTM-1, hergestellt durch Sibata Scientific Technology Ltd.) geschüttelt, um eine Aktivmaterialaufschlämmung der negativen Elektrode vorzubereiten.
Diese Aktivmaterialaufschlämmung der negativen Elektrode wird auf beide Oberflächen einer Cu-Folie, die als eine Kollektorschicht dient, durch ein Spatelverfahren unter Anwendung eines Applikators aufgebracht, und auf einer Heizplatte bei 100°C über 30 Minuten getrocknet, um ein Laminat der negativen Elektrode zu erhalten, wo eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf beiden Oberflächen einer Cu-Folie als die Kollektorschicht gebildet ist.
Die Konfiguration des Gemisches der negativen Elektrode ist nachstehend gezeigt:
2,2 g von natürlichem graphitbasiertem Kohlenstoff (hergestellt durch Mitsubishi Chemical Corporation, durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 10 μm) als das Aktivmaterial der negativen Elektrode;
0,7 g von Butylbutyrat als das Dispersionsmedium;
1,9 g einer Butylbutyratlösung (5 Masse-%) eines PVdF-basierten Bindemittels als das Bindemittel; und
2,2 g einer LiI-enthaltenden Li₂S-P₂S₅-basierten Glaskeramik (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 0,8 μm) als den Feststoffelektrolyten.
<Herstellung einer auf einer Abziehfolie gebildeten Feststoffelektrolytschicht>
Ein Elektrolytgemisch als das Rohmaterial der Feststoffelektrolytschicht wird in ein aus Polypropylen (PP) hergestelltes Gefäß eingebracht, über 30 Sekunden durch eine Ultraschalldispersionsvorrichtung (Modell: UH-50, hergestellt durch SMT CO., LTD.) gerührt, und über 30 Minuten durch einen Schüttler (Modell: TTM-1, hergestellt durch Sibata Scientific Technology Ltd.) geschüttelt, um eine Feststoffelektrolytaufschlämmung vorzubereiten.
Diese Feststoffelektrolytaufschlämmung wird auf eine Al-Folie, die als eine Abziehfolie dient, durch ein Spatelverfahren unter Anwendung eines Applikators aufgebracht, und auf einer Heizplatte bei 100°C über 30 Minuten getrocknet, um eine auf einer Abziehfolie gebildete Feststoffelektrolytschicht zu erhalten. Durch Wiederholen der vorstehenden Operation werden vier Feststoffelektrolytschichten entsprechend auf einer Abziehfolie gebildet.
Die Konfiguration des Elektrolytgemisches ist nachstehend gezeigt:
2,2 g einer LiNi-enthaltenden Li₂S-P₂S₅-basierten Glaskeramik (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 2,0 μm) als den Feststoffelektrolyten;
0,9 g von Butylbutyrat als das Dispersionsmedium; und
1,8 g einer Butylbutyratlösung (5 Masse-%) eines PVdF-basierten Bindemittels als das Bindemittel.
<Herstellung von Laminat 1 und Laminat 2>
(Laminat 1)
Die auf einer Abziehfolie gebildete Feststoffelektrolytschicht wird einer Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode des negativen Laminats überlagert, wo eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf beiden Oberflächen einer Cu-Folie ausgebildet ist. Die gleiche Operation wird für die andere Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode des Laminats der negativen Elektrode durchgeführt, um ein Laminat A zu erhalten, wo eine Feststoffelektrolytschicht, eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, eine Kollektorschicht, eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode und eine Feststoffelektrolytschicht miteinander in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Laminat A wird bei einem Druck von 400 MPa gepresst, und anschließend werden die Abziehfolien der Feststoffelektrolytschichten an beiden Oberflächen des Laminats A abgezogen.
Anschließend wird die auf einer Abziehfolie gebildete Feststoffelektrolytschicht auf einer Feststoffelektrolytschicht des Laminats A überlagert. Die gleiche Operation wird für die andere Feststoffelektrolytschicht des Laminats A durchgeführt, um Laminat B zu erhalten, wo zwei Feststoffelektrolytschichten, eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, eine Kollektorschicht, eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode und zwei Feststoffelektrolytschichten in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Laminat B wird bei einem Druck von 100 MPa gepresst und anschließend werden die auf den Feststoffelektrolytschichten vorhandenen Abziehfolien auf beiden Oberflächen des Laminats B abgezogen.
Weiterhin wird die auf einer Abziehfolie gebildete Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode auf einer Feststoffelektrolytschicht des Laminats B überlagert. Die gleiche Operation wird für die andere Feststoffelektrolytschicht des Laminats B durchgeführt, um Laminat C zu erhalten, wo eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, zwei Feststoffelektrolytschichten, eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, eine Kollektorschicht, eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, zwei Feststoffelektrolytschichten und eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode miteinander in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Laminat C wird bei einem Druck von 400 MPa gepresst, und anschließend werden die auf den Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode vorhandenen Abziehfolien des Laminats C abgezogen, wodurch Laminat 1 hergestellt wird.
(Laminat 2)
Laminat 2, wo eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, zwei Feststoffelektrolytschichten, eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, eine Kollektorschicht, eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, zwei Feststoffelektrolytschichten und eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode miteinander in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wird auf die gleiche Weise wie Laminat 1 hergestellt, außer dass die Kollektorschicht durch eine Aluminiumfolie ersetzt wird, und die Anordnung der Kollektorschicht der negativen Elektrode und die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode vertauscht werden.
<<Evaluierung>>
Es wurde eine Evaluierung des Laserreflexionsgrads durch die Feststoffelektrolytschicht, die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der negativen Elektrode durchgeführt; und es wurde eine Evaluierung der Laserverarbeitung der Laminate 1 und 2 durchgeführt.
<Evaluierung des Laserreflexionsgrads durch die Feststoffelektrolytschicht, etc.>
Der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht, etc. wird durch Durchführen einer Referenzmessung und einer Mustermessung unter Verwendung von Licht bei der Wellenlänge des Lasers evaluiert, um den Reflexionsgrad von diesen gemessenen Werten zu berechnen. Bei der Referenzmessung und der Mustermessung werden sowohl die Referenz als auch das Muster mit Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge bestrahlt; wobei die Intensität (I_Referenz und I_Muster) von reflektiertem Licht gemessen wird; wobei dadurch der Reflexionsgrad des Musters aus den Intensitäten berechnet wurde.
Der Reflexionsgrad des Musters kann durch die folgende Formel (II) dargestellt werden: Reflexionsgrad (%) = (I_Muster/I_Referenz) × 100 (II)
Die verwendete Vorrichtung ist ein ultraviolett-sichtbar-nahinfrarot Spektrofotometer (Modell: UV-2600, hergestellt durch Shimadzu Corporation) und, optional, eine Ulbricht-Kugel (Modell: ISR-2600Plus, hergestellt durch Shimadzu Corporation); wobei der Wellenlängenbereich des Lichts von 220 bis 1400 nm reicht; die Referenz (30 mm × 30 mm) ein Material ist, das durch manuelles Verdichten eines pulverisierten BaSO₄ unter Verwendung einer Leiste hergestellt wird; und das vorbereitete Muster (30 mm × 30 mm) ist ein entsprechendes Muster der Feststoffelektrolytschicht, der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode. Insbesondere wird die Feststoffelektrolytschicht als das Muster auf die Referenz aufgebracht und die gleiche Operation wird für sowohl die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode als auch die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode durchgeführt.
2(a) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Wellenlänge (nm) und dem Reflexionsgrad (%) der Feststoffelektrolytschicht zeigt, 2(b) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Wellenlänge (nm) und dem Reflexionsgrad (%) der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode zeigt, und 2(c) ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Wellenlänge (nm) und dem Reflexionsgrad (%) der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zeigt.
Es ist aus den 2(a) bis 2(c) ersichtlich, dass wenn die Wellenlänge des an jede Schicht angelegten Lichts von 220 nm bis 1400 nm variiert, der Reflexionsgrad des an jede Schicht angelegten Lichts geändert wird. Insbesondere gilt, dass wenn die Wellenlänge von an jede Schicht angelegtem Lichts von 220 nm bis 1400 nm variiert, erhöht sich der Reflexionsgrad von an die Feststoffelektrolytschicht angelegtem Licht, wie in 2(a) zu sehen ist, und der Reflexionsgrad von an jede der Aktivmaterialschichten der negativen und positiven Elektrode angelegtem Licht nimmt ab, wie in den 2(b) und 2(c) zu sehen ist.
Als einer der Gründe, warum der Laserreflexionsgrad der Feststoffelektrolytschicht hoch ist, wird ein hoher Gehalt eines Feststoffelektrolyten in der Feststoffelektrolytschicht angenommen. Es hat sich gezeigt, dass wenn die Farbe des Feststoffelektrolyten hell ist, der Feststoffelektrolyt annähernd das gesamte Licht, das zu dem sichtbaren Wellenlängenbereich gehört, reflektiert.
Wie aus den 2(a) bis 2(c) ersichtlich wird, beträgt bezüglich eines Lasers mit einer Wellenlänge von 0,5 μm der Reflexionsgrad der Feststoffelektrolytschicht ungefähr 72%, beträgt der Reflexionsgrad der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode ungefähr 37%, und beträgt der Reflexionsgrad der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode ungefähr 18%.

Zusätzlich wird aus den 2(a) bis 2(c) ersichtlich, dass bezüglich eines Lasers mit einer Wellenlänge von 1,0 μm der Reflexionsgrad der Feststoffelektrolytschicht ungefähr 82% beträgt, der Reflexionsgrad der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode ungefähr 26% beträgt und der Reflexionsgrad der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode ungefähr 11% beträgt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Wellenlänge von Licht (μm)	Reflexionsgrad (%)
Wellenlänge von Licht (μm)	Feststoffelektrolytschicht	Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode	Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode
0,5	72	37	18
1,0	82	26	11

<Evaluierung der Laserverarbeitung des Laminats>
Die Laserverarbeitung des Laminats wurde durch Bestrahlen des Laminats 1 mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 0,5 μm und Bestrahlen des Laminats 1 und des Laminats 2 mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 1,0 μm evaluiert. Die Ergebnisse sind in den 3 bis 5 gezeigt.
Die Spezifikationen des Lasers mit einer Wellenlänge von 0,5 μm sind wie folgt:
der Hersteller ist TRUMPF (Modell: TruMicro 5250);
der Oszillationstyp ist eine Impulsoszillation; und
die Fluenz beträgt 20,0 J/cm².
Die Spezifikationen des Lasers mit einer Wellenlänge von 1,0 μm sind wie folgt:
der Hersteller ist TRUMPF (Modell: TruMicro 7050);
der Oszillationstyp ist eine Impulsoszillation; und
die Fluenz beträgt 3,0 J/cm².
<Referenzbeispiel>
3(a) ist eine schematische Frontansicht des Laminats, das in dem Referenzbeispiel erhalten wird, 3(b) ist eine Seitenansicht des Laminats von 3(a), und 3(c) ist ein SEM-Bild, wenn der Seitenquerschnitt des Laminats, das durch einen Laser mit einer Wellenlänge von 0,5 μm geschnitten wurde, durch ein Abtastelektronenmikroskop (SEM) beobachtet wird.
In den 3(a) und 3(b) gibt die gepunktete Linie an, dass der Laser mit einer Wellenlänge von 0,5 μm entlang der gepunkteten Linie bestrahlt wurde. Aus dem SEM-Bild von 3(c) wird ersichtlich, dass alle Schichten, die das Laminat 1 bilden, geschnitten sind.
Es sei angemerkt, dass in Laminat 1 die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 330, die Feststoffelektrolytschicht 320 und die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 310 in ebener Symmetrie bezüglich der Kollektorschicht 340 angebracht sind. Und zwar schneidet der an die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 330 bestrahlte Laser die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 330, die Feststoffelektrolytschicht 320, die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 310 und die Kollektorschicht 340. Der Laser, der die Kollektorschicht 340 geschnitten hat, schneidet anschließend die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 310, die Feststoffelektrolytschicht 320 und die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 330, wobei alle Schichten des Laminats 1 geschnitten werden.
Demzufolge sollte verstanden sein, dass durch den Laser mit einer Wellenlänge von 0,5 μm ein Schneiden in der Reihenfolge der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 330 und der Feststoffelektrolytschicht 320 auftritt und ein Schneiden in der Reihenfolge der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 310 und der Feststoffelektrolytschicht 320 auftritt.
<Beispiel 1>
4(a) ist eine schematische Frontansicht eines Teils des in Beispiel 1 erhaltenen Laminats, 4(b) ist eine Seitenansicht des Laminats von 4(a), 4(c) ist eine Frontfotografie des A-B-Abschnitts des Laminats von 4(a) und 4(d) ist ein SEM-Bild, wenn das Laminat von 4(c) schräg betrachtet wird.
In den 4(a) und 4(b) ist der Entfernungsabschnitt der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 310 schematisch gezeigt. Aus den 4(a) bis 4(c) wird ersichtlich, dass während ein Teil der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 310 entfernt wird, ein Teil der Feststoffelektrolytschicht 320 verbleibt, ohne entfernt zu werden.
Es wird angenommen, dass aufgrund des Laserreflexionsgrads durch die Feststoffelektrolytlösung, die 80% oder mehr beträgt, ein Teil des Laserlichts die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode durchläuft und/oder das direkte Laserlicht von der Feststoffelektrolytschicht mit hoher Wahrscheinlichkeit reflektiert wird. Dies führt zu einer hohen Wahrscheinlichkeit, dass ein Bruch, etc. eines Teils der Feststoffelektrolytschicht effizient verhindert wird.
Insbesondere zeigt 4(d) klar die Grenze zwischen der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 310 und der Feststoffelektrolytschicht 320. Aus 4(d) wird ersichtlich, dass ein Teil der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 310, die auf der Oberfläche der Feststoffelektrolytschicht 320 vorhanden ist, durch einen Laser entfernt wird, und gleichzeitig die Feststoffelektrolytschicht 320 vor einem Bruch, etc. bewahrt wird.
Es wird angenommen, dass bezüglich des Lasers mit einer Wellenlänge von 1,0 μm der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht um 50% oder mehr, insbesondere 56% oder mehr, als der Laserreflexionsgrad durch die erste Aktivmaterialschicht höher ist. Und zwar wird angenommen, dass eine solche Differenz des Reflexionsgrads dem Laser ermöglicht, effizient in die erste Aktivmaterialschicht einzutreten, und die Feststoffelektrolytschicht ermöglicht, effizient den Laser zu reflektieren, was zu einer Verbesserung des Effekts des Verhinderns eines Bruchs, eines Schneides oder Entfernens eines Teils der Feststoffelektrolytschicht, während ein Teil der ersten Aktivmaterialschicht entfernt wird, führt.
<Beispiel 2>
5(a) ist eine schematische Frontansicht eines Teils des Laminats 1, wenn Laminat 1 mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 1,0 μm von der Seite der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode bestrahlt wird, und dabei ein Teil der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode entfernt wird. 5(b) ist eine Seitenansicht von 5(a) und 5(c) ist eine Frontfotografie des A-B-Abschnitts von 5(a).
In den 5(a) und 5(b) ist der Entfernungsabschnitt der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 330 schematisch gezeigt. Aus den 5(a) bis 5(c) wird ersichtlich, dass während ein Teil der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 330 entfernt wird, ein Teil der Feststoffelektrolytschicht 320 verbleibt, ohne entfernt zu werden.
Es wird angenommen, dass dies daran liegt, dass der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytlösung 80% oder mehr, insbesondere 82% oder mehr, beträgt und dass der Laserreflexionsgrad durch die Feststoffelektrolytschicht um 71% oder mehr größer ist als der Laserreflexionsgrad durch die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass Änderungen an den Vorrichtungen oder Chemikalien, Herstellern und Gütegraden, einer Position und Anordnungen der Produktionslinie, etc., durchgeführt werden können.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Laminats für eine Batterie mit einem Laminat 100, in dem eine erste Aktivmaterialschicht 110 und eine Feststoffelektrolytschicht 120 gestapelt sind, umfasst ein Bestrahlen des Laminats 100 mit einem Laserlicht von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht 110, um teilweise die erste Aktivmaterialschicht 110 zu entfernen. Der Reflexionsgrad des Laserlichts durch die Feststoffelektrolytschicht 120 beträgt 80% oder mehr.
Bezugszeichenliste

100, 300, 400, 500: Laminat
110: erste Aktivmaterialschicht
120: Feststoffelektrolytschicht
310: Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode
320: Feststoffelektrolytschicht
330: Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode
340: Kollektorschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015-008073 [0005, 0005, 0005, 0008]
JP 2001-015153 [0006, 0006, 0009]
JP 2010-129403 [0007, 0007]

Claims

Herstellungsverfahren eines Laminats für eine Batterie, in dem eine erste Aktivmaterialschicht und eine Feststoffelektrolytschicht miteinander gestapelt sind, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: Bestrahlen eines Laserlichts auf das Laminat für eine Batterie von der Seite der ersten Aktivmaterialschicht, um teilweise die erste Aktivmaterialschicht zu entfernen, während die Feststoffelektrolytschicht beibehalten wird, und wobei ein Reflexionsgrad des Laserlichts durch die Feststoffelektrolytschicht 80% oder mehr beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Reflexionsgrad des Laserlichts durch die Feststoffelektrolytschicht um 50% oder mehr größer ist als ein Reflexionsgrad des Laserlichts durch die erste Aktivmaterialschicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Reflexionsgrad des Lasers durch die erste Aktivmaterialschicht 30% oder weniger beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Laser ein Feststofflaser, ein Gaslaser, ein Flüssiglaser, ein Halbleiterlaser oder eine Kombination davon ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Feststoffelektrolytschicht zumindest einen Feststoffelektrolyten enthält, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die einen sulfidbasierten amorphen Feststoffelektrolyten, einen sulfidbasierten kristallinen Feststoffelektrolyten, einen oxidbasierten amorphen Feststoffelektrolyten, ein kristallines Oxid, ein kristallines Oxynitrid und eine Kombination davon enthält.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Laminat für eine Batterie weiterhin auf der Seite entgegengesetzt zu der ersten Aktivmaterialschicht eine auf der Feststoffelektrolytschicht gestapelte zweite Aktivmaterialschicht aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Laminat für eine Batterie weiterhin auf der Seite entgegensetzt zu der Feststoffelektrolytschicht eine auf der zweiten Aktivmaterialschicht gestapelte Kollektorschicht aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei nach der Bestrahlung mit dem Laserlicht eine Fläche einer Stapeloberfläche der ersten Aktivmaterialschicht kleiner ist als eine Fläche einer Stapeloberfläche der zweiten Aktivmaterialschicht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die erste Aktivmaterialschicht eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, und die zweite Aktivmaterialschicht eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin mit Trocknen eines Aufschlämmungslaminats, in dem, der Reihe nach, eine erste Aktivmaterialaufschlämmungsschicht und eine Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht gestapelt sind, um das Laminat für eine Batterie zu bilden, in dem die erste Aktivmaterialschicht und die Feststoffelektrolytschicht miteinander gestapelt sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, weiterhin mit Trocknen eines Aufschlämmungslaminats, in dem, der Reihe nach, eine erste Aktivmaterialaufschlämmungsschicht, eine Feststoffelektrolytaufschlämmungsschicht und eine zweite Aktivmaterialaufschlämmungsschicht gestapelt sind, um das Laminat für eine Batterie zu bilden, in dem die erste Aktivmaterialschicht, die Feststoffelektrolytschicht und die zweite Aktivmaterialschicht miteinander gestapelt sind.
Vollfeststoffbatterie mit einem Laminat für eine Batterie, die durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.