JP2000311708A - Manufacture of battery formed entirely of solid lithium - Google Patents

Manufacture of battery formed entirely of solid lithium

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JP2000311708A
JP2000311708A JP11120382A JP12038299A JP2000311708A JP 2000311708 A JP2000311708 A JP 2000311708A JP 11120382 A JP11120382 A JP 11120382A JP 12038299 A JP12038299 A JP 12038299A JP 2000311708 A JP2000311708 A JP 2000311708A
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JP
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active material
electrode active
solid electrolyte
negative electrode
positive electrode
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JP11120382A
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Japanese (ja)
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Toshihiko Kamimura
俊彦 上村
Toru Hara
亨 原
Makoto Osaki
誠 大崎
Hiromitsu Mishima
洋光 三島
Shinji Umagome
伸二 馬込
Nobuyuki Kitahara
暢之 北原
Hisashi Higuchi
永 樋口
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a surface resistance between a solid electrolyte and an electrode active material by improving wettability of the solid electrolyte against the electrode active material, and to improve a battery property by enhancing a filling rate of an electrode active material body or the solid electrolyte. SOLUTION: In this manufacturing method of a battery entirely formed of solid lithium, a solid electrolyte 4 is sandwiched between a positive electrode active material body 2 containing a lithium compound and a negative electrode active material body 3 and is sealed in a package 1. A metallic oxide constituting the positive electrode active material body 2 and/or the negative electrode active material body 3 is coated with a coupling agent or alkoxide, and then powder which is the same material as the solid electrolyte 4 is mixed and heated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は全固体リチウム電池
の製造方法に関する。
[0001] The present invention relates to a method for manufacturing an all-solid lithium battery.

【0002】[0002]

【従来技術】携帯電話やパーソナルコンピューターに代
表される携帯機器の近年の目覚しい発達に伴い、その電
源としての電池の需要も急速に増加している。特にリチ
ウムイオン電池は原子量が小さく、かつイオン化エネル
ギーが大きなリチウムを使う電池であることから、高エ
ネルギー密度を得ることができる電池として盛んに研究
され、現在では携帯機器の電源をはじめとして広範囲に
用いられるに至っている。これらリチウムイオン電池に
は大きく分けて円筒型と角型があるが、いずれも正極と
負極がセパレータを介して倦回された極群を電槽缶内に
挿入し、そこに有機電解液が注入されて封口された構造
となっている。
2. Description of the Related Art With the recent remarkable development of portable devices typified by portable telephones and personal computers, demand for batteries as power sources has been rapidly increasing. In particular, lithium ion batteries are batteries that use lithium, which has a low atomic weight and a large ionization energy, and are therefore being actively studied as batteries capable of obtaining high energy densities. Has been reached. These lithium-ion batteries are roughly classified into cylindrical type and square type.In both cases, the positive electrode and the negative electrode are inserted through a separator into the battery case, and the organic electrolyte is injected into the container. It is a structure that is sealed.

【0003】上述したリチウムイオン電池では、正極活
物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )やマン
ガン酸リチウム(LiMn2 4 )が一般的に用いられ
ている。また、負極活物質にはコークスや炭素繊維など
の炭素材料が用いられている。ここで挙げたLiCoO
2 やLiMn2 4 の充放電電圧は約4Vである。これ
に対して炭素材料の充放電電圧は0V付近である。した
がって、これらの正極活物質と負極活物質を組み合わせ
ることで、リチウムイオン電池は約3.5Vの高電圧を
達成している。
In the above-mentioned lithium ion battery, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) are generally used as a positive electrode active material. Further, a carbon material such as coke and carbon fiber is used for the negative electrode active material. LiCoO listed here
2 and LiMn 2 O 4 have a charge / discharge voltage of about 4V. On the other hand, the charge / discharge voltage of the carbon material is around 0V. Therefore, a lithium ion battery achieves a high voltage of about 3.5 V by combining these positive electrode active materials and negative electrode active materials.

【0004】また、近年、ビデオ撮影装置、ノートパソ
コン、あるいは携帯電話などの携帯用情報端末機器に代
表される各種電子応用機器の薄型かつ軽量小型化の要求
に伴い、前述のような有機電解液に代えて、正負一対の
電極間に高分子電解質と有機電解液を混合させたポリマ
ー電解質電池が注目されている。
[0004] In recent years, with the demand for thin, lightweight, and compact electronic application devices represented by portable information terminal devices such as video photographing devices, notebook personal computers, and mobile phones, the above-mentioned organic electrolyte solution has been required. Instead, a polymer electrolyte battery in which a polymer electrolyte and an organic electrolyte are mixed between a pair of positive and negative electrodes has attracted attention.

【0005】しかし、これらリチウムイオン電池または
ポリマー電解質電池は、電解質に液体を使用しているた
め、液漏れの問題を皆無とすることができない。また、
電池に短絡などの異常が生じた場合、有機電解液が反応
を起こして電池が発火する危険性がある。そのため、電
池の安全性を確保する観点から、不燃性の固体で形成さ
れるリチウム電池の開発が望まれている。
However, since these lithium ion batteries or polymer electrolyte batteries use a liquid as an electrolyte, the problem of liquid leakage cannot be eliminated at all. Also,
When an abnormality such as a short circuit occurs in the battery, there is a risk that the organic electrolyte solution reacts and the battery is ignited. Therefore, development of a lithium battery formed of a non-combustible solid is desired from the viewpoint of ensuring the safety of the battery.

【0006】このような電池に用いられる電解質として
は、ハロゲン化リチウム、窒化リチウム、リチウムイオ
ン導電性硫化物非晶質、あるいはLi2 O−B2 3
SiO2 などのリチウムイオン導電性酸化物系ガラスな
どの固体電解質が研究開発されつつある。これらの電解
質は無機固体粉末であるため、電池へ応用する際には粉
末を加圧して用いられる。しかしながら、粉末の加圧成
形では粒子間の接合は原則的に点接触に近い状態になっ
ており、電極のインピーダンスが高くなり、大電流での
充放電が困難となっていた。
As an electrolyte used in such a battery, lithium halide, lithium nitride, lithium ion conductive sulfide amorphous, or Li 2 O—B 2 O 3
A solid electrolyte such as a lithium ion conductive oxide glass such as SiO 2 is being researched and developed. Since these electrolytes are inorganic solid powders, the powders are used under pressure when applied to batteries. However, in pressure molding of powder, bonding between particles is basically in a state close to point contact, and the impedance of the electrode is high, making it difficult to charge and discharge with a large current.

【0007】この問題を解決するために、固体電解質層
を固体電解質の軟化点以上で且つガラス転移点以下の温
度で加圧成形したり、正極活物質紛体と固体電解質粉末
の混合物からなる正極と、負極活物質粉末と固体電解質
粉末の混合物からなる負極とによって固体電解質粉末を
加圧成形して得られた固体電解質層を挟持した後、前記
固体電解質の軟化点以上で且つガラス転移点以下の温度
で加圧したり、正極または負極のいずれか一方の電極が
活物質粉末と固体電解質粉末の混合物からなり、この電
極と固体電解質粉末を加圧成形して得た後、固体電解質
層とを重ね合わせ、これらを固体電解質の軟化点以上で
且つガラス転移点以下の温度で加圧する電池が提案され
ている(特開平8−138724号)。または、平均粒
径が0.1〜50μmの活物質粉末と平均粒径が0.1
〜50μmの固体電解質粉末とを重量比で3.0:7.
0〜9.5:0.5で配合することにより、電極中のイ
オン伝導経路と電子伝導経路との双方を確保し、電極中
の利用率(電極中の活物質の単位重量当たりの理論容量
に対する実測放電容量の割合)の向上を高めると共に、
集電効率を上げ、大電流充放電が可能な電極が提案され
ている(特開平8−195219号)。
In order to solve this problem, the solid electrolyte layer is formed under pressure at a temperature not lower than the softening point of the solid electrolyte and not higher than the glass transition point, or the solid electrolyte layer is formed by mixing a positive electrode active material powder and a solid electrolyte powder. After sandwiching the solid electrolyte layer obtained by press-molding the solid electrolyte powder with the anode made of the mixture of the negative electrode active material powder and the solid electrolyte powder, the softening point of the solid electrolyte is equal to or higher than the glass transition point. Pressing at a temperature or one of the positive electrode and the negative electrode is made of a mixture of the active material powder and the solid electrolyte powder, and the electrode and the solid electrolyte powder are pressed and obtained. In addition, a battery has been proposed in which these are pressurized at a temperature above the softening point of the solid electrolyte and below the glass transition point (JP-A-8-138724). Alternatively, an active material powder having an average particle size of 0.1 to 50 μm and an average particle size of 0.1
: 50 μm solid electrolyte powder in a weight ratio of 3.0: 7.
By mixing at 0 to 9.5: 0.5, both the ionic conduction path and the electron conduction path in the electrode are ensured, and the utilization rate in the electrode (theoretical capacity per unit weight of the active material in the electrode) Ratio of the measured discharge capacity to the
There has been proposed an electrode capable of increasing current collection efficiency and performing large current charging / discharging (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-195219).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、正極活
物質紛体と固体電解質粉末の混合物からなる正極と、負
極活物質粉末と固体電解質粉末の混合物からなる負極と
によって固体電解質粉末を加圧成形して得られた固体電
解質層を挟持した後、前記固体電解質の軟化点以上で且
つガラス転移点以下の温度で加圧したり、正極または負
極のいずれか一方の電極が活物質粉末と固体電解質粉末
の混合物からなり、この電極と固体電解質粉末を加圧成
形して得た後、固体電解質層とを重ね合わせ、これらを
固体電解質の軟化点以上で且つガラス転移点以下の温度
で加圧する場合、電極活物質に対する固体電解質の濡れ
性が悪く、結果的に電極活物質体中の固体電解質の分布
が不均一になるという問題があるとともに、電極活物質
と固体電解質間の界面抵抗が高くなり、電池のインピー
ダンスが高くなるという問題がある。その加熱工程にお
いて電極活物質と固体電解質が反応する場合がある。特
に電極活物質には遷移金属元素を含んだものが多く、こ
の元素は加熱工程中に固体電解質に拡散し易く、活物質
本来の組成や結晶構造が変化する問題がある。したがっ
て、加熱工程においてはこの反応を抑制することが非常
に困難であり、再現性の良い電池特性が得られにくいと
いう問題がある。あるいは、平均粒径の異なる2種類の
粉末を混合した場合でも依然として空隙は残っており、
この空隙は電池反応に寄与しないため、電池容量が低く
なるという問題がある。また、粉末成形法では粒子間の
接合が原則的に点接触に近い状態になっており、空隙が
多くなるほど粒子間の接触面積は大きくなるという問題
がある。
However, the solid electrolyte powder is compacted by pressing a positive electrode comprising a mixture of a positive electrode active material powder and a solid electrolyte powder and a negative electrode comprising a mixture of a negative electrode active material powder and a solid electrolyte powder. After sandwiching the obtained solid electrolyte layer, pressure is applied at a temperature not lower than the softening point of the solid electrolyte and not higher than the glass transition point, or one of the positive electrode and the negative electrode is a mixture of the active material powder and the solid electrolyte powder. When the electrode and the solid electrolyte powder are obtained by pressure molding, the solid electrolyte layer is overlaid, and these are pressed at a temperature higher than the softening point of the solid electrolyte and lower than the glass transition point. The solid electrolyte has poor wettability to the substance, resulting in uneven distribution of the solid electrolyte in the electrode active material body. Surface resistance is high, there is a problem that the impedance of the battery becomes high. In the heating step, the electrode active material may react with the solid electrolyte. In particular, many electrode active materials contain a transition metal element, which easily diffuses into the solid electrolyte during the heating step, and has a problem that the original composition or crystal structure of the active material changes. Therefore, it is very difficult to suppress this reaction in the heating step, and it is difficult to obtain reproducible battery characteristics. Alternatively, even when two kinds of powders having different average particle diameters are mixed, the void still remains,
Since this gap does not contribute to the battery reaction, there is a problem that the battery capacity is reduced. Further, in the powder molding method, the bonding between particles is basically in a state close to a point contact, and there is a problem that the contact area between the particles increases as the number of voids increases.

【0009】[0009]

【発明の目的】本発明は、このような従来技術の問題に
鑑みて成されたものであり、電極活物質に対する固体電
解質の濡れ性を向上させて固体電解質と電極活物質の界
面抵抗を抑制すると共に、電極活物質体もしくは固体電
解質の充填率を向上させて電池の特性を向上させること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and improves the wettability of a solid electrolyte to an electrode active material to suppress the interface resistance between the solid electrolyte and the electrode active material. It is another object of the present invention to improve the filling rate of the electrode active material or the solid electrolyte to improve the characteristics of the battery.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の全固体リチウム電池の製造方法では、リチ
ウム化合物を含む正極活物質体と負極活物質体との間に
固体電解質を挟持してパッケージ内に封入する全固体リ
チウム電池の製造方法において、前記正極活物質体およ
び/または負極活物質体を構成する金属酸化物をカップ
リング剤またはアルコキシドでコート処理した後に、前
記固体電解質と同一材料の粉末を混合し加熱して前記正
極活物質体および/または負極活物質体を形成する。
In order to achieve the above object, in a method for manufacturing an all solid lithium battery according to the present invention, a solid electrolyte is sandwiched between a positive electrode active material containing a lithium compound and a negative electrode active material. And enclosing the solid electrolyte in a package, the metal oxide constituting the positive electrode active material and / or the negative electrode active material is coated with a coupling agent or an alkoxide, and then the solid electrolyte and Powders of the same material are mixed and heated to form the positive electrode active material and / or the negative electrode active material.

【0011】上記カップリング剤はシランカップリング
剤であることが望ましい。
The above-mentioned coupling agent is preferably a silane coupling agent.

【0012】また、上記アルコキシドはテトラアルコキ
シシランであることが望ましい。
The alkoxide is preferably a tetraalkoxysilane.

【0013】また、前記電解質が酸化物の非晶質ガラス
であることが望ましい。
Preferably, the electrolyte is an oxide amorphous glass.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の全固体リチウム電
池の製造方法の実施形態を説明する。図1は、本発明の
製造方法によって製造される全固体リチウム電池の構成
例を示す断面図である。図1において、1はパッケー
ジ、2は正極活物質体、3は負極活物質体、4は固体電
解質、5は正極集電体、6は負極集電体である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing an all-solid lithium battery according to the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an all-solid lithium battery manufactured by the manufacturing method of the present invention. In FIG. 1, 1 is a package, 2 is a positive electrode active material, 3 is a negative electrode active material, 4 is a solid electrolyte, 5 is a positive electrode current collector, and 6 is a negative electrode current collector.

【0015】パッケージ1は、気密性を保持できるもの
であれば材質には限定されず、例えばアルミニウム製ラ
ミネート材、ニッケル、アルミニウムなどの金属、ある
いはシュリンクケースなどを用いることができる。
The material of the package 1 is not limited as long as it can maintain airtightness. For example, a laminate made of aluminum, a metal such as nickel or aluminum, or a shrink case can be used.

【0016】正極集電体5または負極集電体6は、正極
活物質体2または負極活物質体3の集電のために設けら
れ、例えばアルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、
銅(Cu)などの金属箔を用いることができる。
The positive electrode current collector 5 or the negative electrode current collector 6 is provided for current collection of the positive electrode active material body 2 or the negative electrode active material body 3. For example, aluminum (Al), nickel (Ni),
A metal foil such as copper (Cu) can be used.

【0017】正極活物質体2は、カップリング剤または
アルコキシドでコート処理した正極活物質紛体と固体電
解質粉末を混合して加熱したものから成り、負極活物質
体3は、カップリング剤またはアルコキシドでコート処
理した負極活物質紛体と固体電解質紛体を混合して加熱
したものから成る。負極活物質体3は、正極活物質体2
中の正極活物質の充放電電位よりも卑な充放電電位を有
する酸化物と固体電解質粉末の混合体から成る。
The positive electrode active material member 2 is made of a mixture of a positive electrode active material powder coated with a coupling agent or an alkoxide and a solid electrolyte powder and heated. The negative electrode active material member 3 is made of a coupling agent or an alkoxide. It is composed of a mixture of a coated negative electrode active material powder and a solid electrolyte powder and heated. The negative electrode active material member 3 includes the positive electrode active material member 2
It is composed of a mixture of an oxide having a charge / discharge potential lower than the charge / discharge potential of the positive electrode active material therein and a solid electrolyte powder.

【0018】この正極活物質体2または負極活物質体3
に用いる電極活物質としては、例えばリチウムマンガン
複合酸化物、二酸化マンガン、リチウムニッケル複合酸
化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル
コバルト複合酸化物、リチウムバナジウム複合酸化物、
リチウムチタン複合酸化物、酸化チタン、酸化ニオブ、
酸化バナジウム、酸化タングステンなどとそれらの誘導
体を用いることができる。ここで、正極活物質と負極活
物質には明確な区別はなく、2種類の化合物の充放電電
位を比較して貴な電位を示すものを正極に、卑な電位を
示すものを負極にそれぞれ用いて任意の電圧の電池を構
成することができる。
The positive electrode active material 2 or the negative electrode active material 3
As the electrode active material used for, for example, lithium manganese composite oxide, manganese dioxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium vanadium composite oxide,
Lithium titanium composite oxide, titanium oxide, niobium oxide,
Vanadium oxide, tungsten oxide, and the like and derivatives thereof can be used. Here, there is no clear distinction between the positive electrode active material and the negative electrode active material, and those showing a noble potential by comparing the charge and discharge potentials of the two compounds are shown as the positive electrode, and those showing the noble potential are shown as the negative electrode. It can be used to form a battery of any voltage.

【0019】電極活物質2、3をカップリング剤または
アルコキシドでコート処理する方法としては、カップリ
ング剤をイソプロピルアルコール、エタノール、もしく
はメタノールなどの溶媒に溶解させ、さらにこの混合溶
液中に電極活物質紛体を混合して100℃以下の温度で
加熱処理してカップリング剤分子を加水分解させ、電極
活物質紛体の表面にカップリング剤分子の反応層を形成
する。さらに減圧加熱の環境下で溶媒を除去した後、1
50℃以下に加熱処理してカップリング剤分子を脱水反
応させることによって得られる。
As a method of coating the electrode active materials 2 and 3 with a coupling agent or an alkoxide, the coupling agent is dissolved in a solvent such as isopropyl alcohol, ethanol or methanol, and the electrode active material is added to the mixed solution. The powder is mixed and heat-treated at a temperature of 100 ° C. or lower to hydrolyze the coupling agent molecules, thereby forming a reaction layer of the coupling agent molecules on the surface of the electrode active material powder. After removing the solvent under the environment of heating under reduced pressure,
It is obtained by performing a heat treatment at 50 ° C. or lower to cause a dehydration reaction of the coupling agent molecule.

【0020】カップリング剤としては、シラン系、チタ
ン系、アルミニウム系、クロム系のカップリング剤があ
るが、電池の酸化還元反応に対する安定性、あるいは非
晶質ガラスの濡れ性を向上させる点から、シランカップ
リング剤を用いることが望ましい。
As the coupling agent, there are silane-based, titanium-based, aluminum-based, and chromium-based coupling agents. From the viewpoint of improving the stability to the oxidation-reduction reaction of the battery or the wettability of the amorphous glass. It is desirable to use a silane coupling agent.

【0021】アルコキシドとしては、テトラアルコキシ
シラン、トリイソプロポキシアルミニウム、トリエトキ
シボレート、トリエトキシボラン、テトラエトキシチタ
ネートなどが挙げられるが、非晶質ガラスの濡れ性向上
の点からテトラアルコキシシランを用いることが望まし
い。
Examples of the alkoxide include tetraalkoxysilane, triisopropoxyaluminum, triethoxyborate, triethoxyborane, tetraethoxytitanate and the like. From the viewpoint of improving the wettability of amorphous glass, tetraalkoxysilane is used. Is desirable.

【0022】シランカップリング剤もしくはテトラアル
コキシシランは、電極活物質粉末の表面にSi−O結合
を形成するために、電極活物質に対する濡れ性を向上さ
せることができる。
The silane coupling agent or tetraalkoxysilane can form a Si—O bond on the surface of the electrode active material powder, thereby improving the wettability to the electrode active material.

【0023】カップリング剤またはアルコキシドの添加
量は、(電極活物質の重量(g)×電極活物質の比表面
積(m2 /g))÷(カップリング剤またはアルコキシ
ドの最小被覆面積(m2 /g))より求められる。
The amount of the coupling agent or alkoxide added is (weight of electrode active material (g) × specific surface area of electrode active material (m 2 / g))) (minimum covering area of coupling agent or alkoxide (m 2 / G)).

【0024】固体電解質4としては、30LiI−41
Li2 O−29P2 5 、40Li2 O−35B2 5
−25LiNbO3 、25Li2 O−25Al2 3
50SiO2 、40Li2 O−6Y2 3 −54SiO
2 、あるいは65LiNbO2 −35SiO2 などの酸
化物系非晶質固体電解質を挙げることができる。
As the solid electrolyte 4, 30LiI-41 is used.
Li 2 O-29P 2 O 5 , 40Li 2 O-35B 2 O 5
-25LiNbO 3 , 25Li 2 O-25Al 2 O 3
50SiO 2, 40Li 2 O-6Y 2 O 3 -54SiO
2 or an oxide-based amorphous solid electrolyte such as 65LiNbO 2 -35SiO 2 .

【0025】正極活物質体2もしくは負極活物質体3
は、活物質粉末と固体電解質と同一材料の粉末を体積比
で50:50から97:3の割合になるように混合し、
(1)これを成形助剤を溶解させた水もしくは溶剤に分
散させ、必要に応じて可塑剤、分散剤を混合してスラリ
ーを調整し、このスラリーを基材フィルム上に塗布して
乾燥させる方法、あるいは、(2)前述と同様にあらか
じめ混合したものに成形助剤を添加して造粒したものを
金型に投入して、プレス機で加圧成形する方法、あるい
は(3)ロールプレス機で加圧成形してシート状に加工
する方法などが用いられる。
Positive electrode active material 2 or negative electrode active material 3
Is to mix the active material powder and the powder of the same material as the solid electrolyte in a volume ratio of 50:50 to 97: 3,
(1) This is dispersed in water or a solvent in which a molding aid is dissolved, and a plasticizer and a dispersant are mixed as necessary to prepare a slurry, and this slurry is applied on a base film and dried. Or (2) a method in which a molding aid is added to a pre-mixed material in the same manner as described above, and granulated is charged into a mold, and pressure-molded by a press machine, or (3) a roll press For example, a method of forming a sheet by press molding with a machine is used.

【0026】(2)、(3)の造粒は、(1)の方法で
述べたスラリーから造粒する湿式造粒であっても溶剤を
用いない乾式造粒であっても構わない。また、(2)の
方法では成型助剤を用いなくてもよい。ここで使用可能
な成形助剤としては、例えばポリアクリル酸、カルボキ
シメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニ
ルアルコール、ジアセチルセルロース、ヒドロキシプロ
ピルセルロース、ポリビニルクロライド、あるいはポリ
ビニルピロリドンなどの1種もしくは2種以上の混合物
が挙げられる。
The granulation of (2) and (3) may be wet granulation from the slurry described in the method of (1) or dry granulation without using a solvent. In the method (2), a molding aid may not be used. Examples of the molding aid usable here include one or a mixture of two or more of polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, diacetylcellulose, hydroxypropylcellulose, polyvinyl chloride, and polyvinylpyrrolidone. No.

【0027】基材フィルムとしては、例えばポリエチレ
ンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、テ
トラフルオロエチレンなどの樹脂フィルム、アルミニウ
ム、ステンレス、銅などの金属箔などが使用可能であ
る。
As the base film, for example, resin films such as polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, and tetrafluoroethylene, and metal foils such as aluminum, stainless steel, and copper can be used.

【0028】本発明の製造方法で製造される全固体リチ
ウム電池は、正極活物質体および/または負極活物質体
が固体電解質と同一材料の粉末との混合物で構成されて
いるものであれば、一次電池であっても二次電池であっ
てもよい。電池形状は円筒型、角型、ボタン型、コイン
型および扁平型などに限定されるものではない。
The all-solid-state lithium battery manufactured by the manufacturing method of the present invention may be any one in which the positive electrode active material body and / or the negative electrode active material body is composed of a mixture of a solid electrolyte and a powder of the same material. The battery may be a primary battery or a secondary battery. The battery shape is not limited to a cylindrical type, a square type, a button type, a coin type, a flat type and the like.

【0029】[0029]

【実施例】[実施例]水酸化リチウムと二酸化マンガン
をLiとMnのモル比が1:2となるように混合し、こ
の混合物を大気中の900℃で15時間加熱焼成するこ
とによりリチウムマンガン複合酸化物(LiMn
2 4 )を調整し、これを正極活物質紛体とした。次に
水酸化リチウムと二酸化チタンをLiとTiのモル比が
4:5となるように混合し、この混合物を大気中の85
0℃で15時間加熱焼成することによってリチウムチタ
ン複合酸化物(Li4Ti5 12)を調整して負極活物
質紛体とした。
EXAMPLES [Example] Lithium hydroxide and manganese dioxide were mixed at a molar ratio of Li: Mn of 1: 2, and this mixture was heated and baked at 900 ° C. in the air for 15 hours to obtain lithium manganese. Complex oxide (LiMn
2 O 4 ) was prepared and used as a positive electrode active material powder. Next, lithium hydroxide and titanium dioxide are mixed so that the molar ratio of Li and Ti is 4: 5, and this mixture is mixed with 85% of the air.
By heating and sintering at 0 ° C. for 15 hours, a lithium-titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) was prepared to obtain a negative electrode active material powder.

【0030】このLiMn2 4 とLi4 Ti5 12
それぞれを化学式1で示されるシランカップリング剤で
あるトリメトキシシラン(信越シリコーン製)でコート
処理した。
Each of the LiMn 2 O 4 and Li 4 Ti 5 O 12 was coated with trimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Silicone), which is a silane coupling agent represented by the chemical formula 1.

【0031】[0031]

【化1】 Embedded image

【0032】このLiMn2 4 とLi4 Ti5 12
それぞれに30LiI−41Li2O−29P2 5
混合し、さらに成形助剤と溶剤を加えて混合してスラリ
ーを調整した。
Each of LiMn 2 O 4 and Li 4 Ti 5 O 12 was mixed with 30LiI-41Li 2 O-29P 2 O 5 , and further, a molding aid and a solvent were added and mixed to prepare a slurry.

【0033】このスラリーをポリエチレンテレフタレー
ト(PET)フィルム上にドクターブレードで塗付した
後に乾燥してシート状に成形した。さらに固体電解質と
同ヂツ材料の紛体として30LiI−41Li2 O−2
9P2 5 を選択し、これに成形助剤と溶剤を加えて混
合してスラリーを調整し、前記と同様にシート状に成形
した。正極活物質体は厚み0.8mm、負極活物質体は
厚み0.7mm、固体電解質は厚み0.3mmのシート
とした。
This slurry was applied on a polyethylene terephthalate (PET) film with a doctor blade and then dried to form a sheet. Further, 30LiI-41Li2O- 2 is used as a powder of the same material as the solid electrolyte.
9P 2 O 5 was selected, a molding aid and a solvent were added thereto and mixed to prepare a slurry, which was formed into a sheet in the same manner as described above. The positive electrode active material was a sheet having a thickness of 0.8 mm, the negative electrode active material was a sheet having a thickness of 0.7 mm, and the solid electrolyte was a sheet having a thickness of 0.3 mm.

【0034】得られたシート状成形体を各々金型で20
mm×20mmの四角形に打ち抜いた後、正極活物質体
−固体電解質−負極活物質体となるように積層し、30
0℃で5時間脱バンダーした。脱バインダーした積層体
をさらに温度600℃、焼成時間1Hrの条件で加熱し
た。
[0034] Each of the obtained sheet-like molded articles was molded into
After punching into a square having a size of 20 mm × 20 mm, the positive electrode active material body, the solid electrolyte, and the negative electrode active material
Debander at 0 ° C. for 5 hours. The delaminated laminate was further heated under the conditions of a temperature of 600 ° C. and a firing time of 1 hour.

【0035】得られた積層体の厚みは、1.0mmであ
った。加熱した積層体の正極活物質体2に正極集電体5
を接合すると共に、負極側も正極側と同様に負極活物質
体3に負極集電体6を接合してパッケージ1のアルミニ
ウム製ラミネートに装着した。アルミニウム製ラミネー
トは25mm×25mmのサイズに切断したものを2枚
準備し、前記集電体を接合した積層体を挟んでアルミニ
ウム製ラミネートの外周部を熱圧着することにより、図
1に示した25mm×25mm、厚みが2.0mmの角
型リチウム電池を組み立てた。
The thickness of the obtained laminate was 1.0 mm. A positive electrode current collector 5 is applied to the heated positive electrode active material body 2 of the laminate.
The negative electrode side was bonded to the negative electrode active material body 3 in the same manner as the positive electrode side, and the negative electrode current collector 6 was mounted on the aluminum laminate of the package 1. The aluminum laminate was prepared by cutting two pieces having a size of 25 mm × 25 mm, and the outer periphery of the aluminum laminate was thermocompression-bonded across the laminate in which the current collectors were joined. A square lithium battery having a size of 25 mm and a thickness of 2.0 mm was assembled.

【0036】[比較例]正極活物質紛体および負極活物
質紛体のシランカップリング剤のコート処理を施さなか
った他は、正極活物質紛体、負極活物質紛体の調整法、
および固体電解質の選択、積層体の作製法は実施例1と
同様に行った。得られた正極活物質体は厚み0.8m
m、負極活物質体は厚み0.7mm、固体電解質は厚み
0.3mmのシートとした。得られた各々のシート状成
形体を金型で20mm×20mmの四角形に打ち抜いた
後、正極活物質体−固体電解質−負極活物質体となるよ
うに積層して300℃で5時間脱バンダーした。
[Comparative Example] A method for preparing a positive electrode active material powder and a negative electrode active material powder, except that the silane coupling agent was not coated on the positive electrode active material powder and the negative electrode active material powder,
The selection of the solid electrolyte and the method of manufacturing the laminate were performed in the same manner as in Example 1. The obtained positive electrode active material body has a thickness of 0.8 m.
m, the negative electrode active material body was a sheet having a thickness of 0.7 mm, and the solid electrolyte was a sheet having a thickness of 0.3 mm. Each of the obtained sheet-like molded bodies was punched into a square of 20 mm × 20 mm with a mold, and then laminated so as to have a positive electrode active material body-solid electrolyte-negative electrode active material body and debanded at 300 ° C. for 5 hours. .

【0037】さらに、この積層体を電気炉で、温度60
0℃、焼成時間1Hr条件で加熱した。得られた積層体
の厚みは1.1mmであった。この積層体を実施例と同
様にして角型リチウム電池を組み立てた。
Further, the laminate was heated in an electric furnace at a temperature of 60.degree.
Heating was performed at 0 ° C. for a firing time of 1 hr. The thickness of the obtained laminate was 1.1 mm. A prismatic lithium battery was assembled from this laminate in the same manner as in the example.

【0038】(評価)かくして得られた評価用の角型リ
チウム電池を用いて充放電装置で充放電サイクル試験を
行った。充放電条件は、前記評価用セルに300μAの
電流で2.5Vまで充電を行い、電圧が2.5Vに到達
した後に、充電を停止して5分間保持し、その後0.5
Vの電圧まで300μAの電流で放電し、次に2.5V
まで再充電し、この電圧に到達した後に、充電を停止し
て5分間保持した。一定サイクル毎に放電電気量を求め
て電池としての性能を評価した。
(Evaluation) A charge / discharge cycle test was performed using a charge / discharge device using the thus obtained rectangular lithium battery for evaluation. The charging / discharging conditions were as follows: the evaluation cell was charged to a voltage of 2.5 V with a current of 300 μA, and after the voltage reached 2.5 V, charging was stopped and held for 5 minutes.
Discharge with a current of 300 μA to a voltage of V, then 2.5 V
After reaching this voltage, charging was stopped and maintained for 5 minutes. The amount of discharge electricity was determined for each fixed cycle, and the performance as a battery was evaluated.

【0039】その結果、上記実施例の試料では、放電容
量は27mAhであり、比較例の放電容量は15mAh
であり、電極活物質をカップリング剤でコート処理した
試料の放電容量が大きい結果となった。また積層体の正
極活物質および負極活物質の断面を電子顕微鏡で観察し
たところ、カップリング剤でコート処理した電極活物質
を用いた電極活物質体は、混合した固体電解質と同一材
料物質が電極活物質の三重点に多く存在していることが
確認されたが、カップリング剤でコート処理していない
電極活物質を用いた電極活物質体は固体電解質と同一材
料物質が点在していることが確認された。これは、電極
活物質をカップリング剤でコート処理することによって
固体電解質と同一材料物質の濡れ性が向上し、加熱時に
固体電解質と同一材料物質の流動が生じ易くなったため
と推測される。また、濡れ性が向上したことにより、固
体電解質の同一材料物質と電極活物質の界面抵抗が低減
されたために、電池のインピーダンスが低減されて放電
容量が大きくなったと推測される。
As a result, the discharge capacity of the sample of the above example was 27 mAh, and the discharge capacity of the comparative example was 15 mAh.
Thus, the sample in which the electrode active material was coated with the coupling agent had a large discharge capacity. When the cross sections of the positive electrode active material and the negative electrode active material of the laminate were observed with an electron microscope, the electrode active material using the electrode active material coated with the coupling agent showed the same material as the mixed solid electrolyte. It was confirmed that the active material was present at the triple point of the active material, but the same material as the solid electrolyte was scattered in the electrode active material using the electrode active material that was not coated with the coupling agent. It was confirmed that. This is presumably because the coating treatment of the electrode active material with the coupling agent improved the wettability of the same material as the solid electrolyte and facilitated the flow of the same material as the solid electrolyte during heating. It is also assumed that the improved wettability reduced the interfacial resistance between the same material of the solid electrolyte and the electrode active material, thereby reducing the battery impedance and increasing the discharge capacity.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上のように、本発明の全固体リチウム
電池の製造法は、正極活物質および/または負極活物質
をシランカップリング剤またはアルコキシドでコート処
理することにより、正極活物質体および負極活物質体に
混合する酸化物非晶質ガラスなどから成る固体電解質と
同一材料物質の濡れ性が向上し、電極内の界面抵抗が低
減されて電池のインピーダンスを低くすることができ、
放電電流が増加し、結果として高エネルギー密度が得ら
れ、電池の特性を向上させることができる。
As described above, the method for producing an all-solid lithium battery according to the present invention provides a method for coating a positive electrode active material and / or a negative electrode active material with a silane coupling agent or an alkoxide. The wettability of the same material as the solid electrolyte made of the oxide amorphous glass mixed with the negative electrode active material body is improved, the interface resistance in the electrode is reduced, and the impedance of the battery can be reduced.
The discharge current increases, and as a result, a high energy density is obtained, and the characteristics of the battery can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる製造方法によって製造される全
固体リチウム電池の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an all-solid lithium battery manufactured by a manufacturing method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・パッケージ、2・・・・・正極活物質体、
3・・・ ・・負極活物質体、4・・・・・固体電解
質、5・・・・・正極集電体、6・・・・・負極集電体
1 ... Package, 2 ... Positive electrode active material,
3... Negative electrode active material body, 4... Solid electrolyte, 5... Positive electrode current collector, 6... Negative electrode current collector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三島 洋光 京都府相楽郡精華町光台3丁目5番地 京 セラ株式会社中央研究所内 (72)発明者 馬込 伸二 京都府相楽郡精華町光台3丁目5番地 京 セラ株式会社中央研究所内 (72)発明者 北原 暢之 京都府相楽郡精華町光台3丁目5番地 京 セラ株式会社中央研究所内 (72)発明者 樋口 永 京都府相楽郡精華町光台3丁目5番地 京 セラ株式会社中央研究所内 Fターム(参考) 5H029 AJ06 AK02 AK03 AL06 AM12 BJ02 BJ03 BJ04 BJ12 CJ02 CJ03 CJ08 CJ22 DJ08 DJ16 DJ18 EJ11  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing from the front page (72) Inventor Yoko Mishima 3-5-chome, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto Prefecture Inside the Central Research Laboratory, Kyocera Corporation (72) Inventor Shinji Magome 3-chome, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto 5 Kyocera Corporation Central Research Laboratory (72) Inventor Nobuyuki Kitahara 3-chome, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto Prefecture 5-5-2 Kyocera Corporation Central Research Laboratory (72) Inventor, Ei Higuchi Seika-cho, Kyoto 3-5-5 Kyocera Corporation Central Research Laboratory F-term (reference) 5H029 AJ06 AK02 AK03 AL06 AM12 BJ02 BJ03 BJ04 BJ12 CJ02 CJ03 CJ08 CJ22 DJ08 DJ16 DJ18 EJ11

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウム化合物を含む正極活物質体と負
極活物質体との間に固体電解質を挟持してパッケージ内
に封入する全固体リチウム電池の製造方法において、前
記正極活物質体および/または負極活物質体を構成する
電極活物質をカップリング剤またはアルコキシドでコー
ト処理した後に、前記固体電解質と同一材料から成る粉
末を混合して加熱して前記正極活物質体および/または
負極活物質体を形成することを特徴とする全固体リチウ
ム電池の製造方法。
1. A method for manufacturing an all-solid lithium battery in which a solid electrolyte is sandwiched between a positive electrode active material body containing a lithium compound and a negative electrode active material body and sealed in a package, the positive electrode active material body and / or After the electrode active material constituting the negative electrode active material body is coated with a coupling agent or an alkoxide, a powder made of the same material as the solid electrolyte is mixed and heated to heat the positive electrode active material body and / or the negative electrode active material body Forming an all-solid lithium battery.
【請求項2】 前記カップリング剤がシランカップリン
グ剤であることを特徴とする請求項1に記載の全固体リ
チウム電池の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the coupling agent is a silane coupling agent.
【請求項3】 前記アルコキシドがテトラアルコキシシ
ランであることを特徴とする請求項1に記載の全固体リ
チウム電池の製造方法
3. The method according to claim 1, wherein the alkoxide is tetraalkoxysilane.
【請求項4】 前記電解質が酸化物の非晶質ガラスであ
ることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項
3に記載の全固体リチウム電池の製造方法。
4. The method for producing an all-solid lithium battery according to claim 1, wherein the electrolyte is an amorphous glass of an oxide.
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