JP2008226666A - Manufacturing method of solid electrolyte structure for all-solid battery, and manufacturing method of all-solid battery - Google Patents

Manufacturing method of solid electrolyte structure for all-solid battery, and manufacturing method of all-solid battery Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte structure for an all-solid battery capable of reducing connection resistance at the connection interface with an electrode. <P>SOLUTION: This is a manufacturing method of a solid electrolyte structure for the all-solid battery in which a sheet laminate 11 is obtained by laminating a second green sheet 13 in which a solid electrolyte of powder shape and a pore-forming agent are formed in a sheet shape on at least one surface of a first green sheet 12 in which the solid electrolyte of powder shape is formed in a sheet shape, and by calcining the sheet laminate 11 so obtained, a solid electrolyte porous body consisting of the second green sheet 13 is adhered and integrally formed on at least one surface of a solid electrolyte dense body consisting of the first green sheet 12. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法、及び全固体電池の製造方法に関する。更に詳しくは、電極との接続界面における接続抵抗を低減することが可能な全固体電池用の固体電解質構造体を製造する方法、及びこのような固体電解質構造体を用いた全固体電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery, and a method for producing an all-solid battery. More specifically, a method for manufacturing a solid electrolyte structure for an all solid state battery capable of reducing connection resistance at the connection interface with the electrode, and a method for manufacturing an all solid state battery using such a solid electrolyte structure About.

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等のポータブル機器の開発に伴い、その電源としての電池の需要が大幅に拡大している。このような用途に用いられる電池においては、イオンを移動させる媒体として、有機溶媒等の液体の電解質(電解液)が従来使用されている。このような電解液を用いた電池においては、電解液の漏液等の問題を生ずる可能性がある。   In recent years, with the development of portable devices such as personal computers and mobile phones, the demand for batteries as power sources has been greatly expanded. In batteries used for such applications, liquid electrolytes (electrolytic solutions) such as organic solvents are conventionally used as a medium for moving ions. A battery using such an electrolytic solution may cause problems such as leakage of the electrolytic solution.

このような問題を解消すべく、液体の電解質に代えて固体電解質を使用するとともに、その他の要素の全てを固体で構成した全固体電池の開発が進められている。このような全固体電池は、電解質が固体であるために、発火等を誘引する漏液の心配がなく、また、腐食による電池性能の劣化等の問題も生じ難いものである。なかでも、全固体リチウム二次電池は、容易に高エネルギー密度とすることが可能な二次電池として各方面で盛んに研究が行われている(例えば、特許文献1参照)。   In order to solve such a problem, development of an all-solid battery in which a solid electrolyte is used instead of a liquid electrolyte and all other elements are made of solid has been underway. In such an all-solid battery, since the electrolyte is solid, there is no fear of leakage that induces ignition and the like, and problems such as deterioration of battery performance due to corrosion hardly occur. In particular, all-solid lithium secondary batteries have been actively studied in various fields as secondary batteries that can easily have a high energy density (see, for example, Patent Document 1).

このような全固体電池は、上記したように安全性等においては優れたものであるが、電解質までが全て固体であるため、固体電解質自体のイオン伝導性向上や、電極と電解質との接続界面における接続抵抗(インピーダンス)の低減が大きな課題となっていた。   Such an all-solid battery is excellent in safety and the like as described above, but since the electrolyte is all solid, the ionic conductivity of the solid electrolyte itself is improved and the interface between the electrode and the electrolyte is connected. Reducing the connection resistance (impedance) at the time has been a major issue.

例えば、従来の液系リチウムイオン二次電池は、電解質が液体であるため、固体電極の粒子間にも電解質が浸透しており、固体電極と電解質との接合面積は、単なる固体電極の表面の面積ではなく、固体電極の比表面の面積に相当するものとなる。また、固体電極と電解質との接続に関しても、電解質が固体電極に十分に浸透していれば良好な状態を確保することができる。   For example, in a conventional liquid lithium ion secondary battery, since the electrolyte is liquid, the electrolyte penetrates between the particles of the solid electrode, and the junction area between the solid electrode and the electrolyte is simply the surface of the solid electrode. This is not the area but the area of the specific surface of the solid electrode. In addition, regarding the connection between the solid electrode and the electrolyte, a good state can be ensured if the electrolyte sufficiently permeates the solid electrode.

一方、上記した全固体電池においては、電極と電解質とが共に固体であるため、両者の接合面積は、双方の粒子が接触する面積に依存することになる。電極と電解質との焼成温度が低く焼結が進んでいない状態では、これらの粒子間の接続はほぼ点接触となるが、焼結が進み粒子間の融着が進むことにより接合面積(接触する面積)が拡大して、接続界面における接続抵抗(インピーダンス)が低減される。即ち、粒子間の接続部分(ネッキング)が太くなるほど接続抵抗が低下する。但し、十分なネッキングを得る焼成温度域においては、双方の材料間の反応性をも考慮に入れる必要があり、実質的な接合面積は容易に得られるものではない。   On the other hand, in the above-described all solid state battery, since both the electrode and the electrolyte are solid, the bonding area between them depends on the area where both particles are in contact. In the state where the sintering temperature of the electrode and the electrolyte is low and sintering is not progressing, the connection between these particles is almost point contact, but as the sintering progresses and the fusion between the particles proceeds, the bonding area (contacts) The area) is enlarged, and the connection resistance (impedance) at the connection interface is reduced. That is, the connection resistance decreases as the connecting portion (necking) between particles becomes thicker. However, in the firing temperature range where sufficient necking is obtained, it is necessary to take into account the reactivity between both materials, and a substantial bonding area is not easily obtained.

従来、全固体電池を試作する場合には、固体電解質の表面に電極材料(例えば、活物質前駆体)を平面に塗工し、これを焼成して電極を形成する方法を用いていたが、その場合の接合面積は、電極が形成される領域の平面積を超えるものではない。実際には、電極と固体電解質の粒子が接触する面積の合計となるため、上記した電極の表面の面積よりも更に小さくなることが一般的である。   Conventionally, when making a prototype of an all-solid battery, an electrode material (for example, an active material precursor) is applied on a flat surface of a solid electrolyte, and this is baked to form an electrode. In this case, the bonding area does not exceed the plane area of the region where the electrode is formed. In practice, the total area of contact between the electrode and the solid electrolyte particles is generally smaller than the surface area of the electrode.

このようなことから、電極と固体電解質との接続界面における接続抵抗(インピーダンス)を低減するために、例えば、正負極の活物質粒子間に固体電解質を介在させた全固体電池が開示されている(例えば、特許文献2参照)。具体的には、正負極のそれぞれの電極は、活物質と電解質とを混合したスラリーをシート状に成形して得られたグリーンシートを焼成して形成し、それぞれの電極間に配置する固体電解質(固体電解質層)は、固体電解質の素材のみで成形したシートを焼成して形成するものである。このようにして得られた正電極、固体電解質層、及び負電極を加圧接触、若しくは加圧焼成して全固体電池を製造する。このような全固体電池は、正負電極の活物質中に電解質ネットワークを形成することができるとされている。   For this reason, in order to reduce the connection resistance (impedance) at the connection interface between the electrode and the solid electrolyte, for example, an all-solid battery in which a solid electrolyte is interposed between positive and negative active material particles is disclosed. (For example, refer to Patent Document 2). Specifically, each of the positive and negative electrodes is formed by firing a green sheet obtained by forming a slurry in which an active material and an electrolyte are mixed into a sheet shape, and is disposed between the electrodes. The (solid electrolyte layer) is formed by firing a sheet formed only of a solid electrolyte material. The positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode thus obtained are subjected to pressure contact or pressure firing to produce an all-solid battery. Such an all-solid-state battery is said to be able to form an electrolyte network in the active material of the positive and negative electrodes.

特開平5−205741号公報JP-A-5-205741 特開2000−311710号公報JP 2000-311710 A

しかしながら、この特許文献2の全固体電池の製法の場合、用いる活物質と固体電解質の双方の焼結温度が異なる場合においては、接続界面における接続抵抗(インピーダンス)を低減することができず、良好な充放電特性を得ることができないという問題があった。この原因としては、特許文献2の全固体電池は、正負極の活物質に固体電解質を混合した材料を用いて電極を形成しているが、活物質と固体電解質の焼結温度が異なるために、焼結温度の高い材料では十分な接続部分(ネッキング)を形成できなかったためと推測される。   However, in the case of the all-solid-state battery manufacturing method of Patent Document 2, when the sintering temperatures of the active material and the solid electrolyte to be used are different, the connection resistance (impedance) at the connection interface cannot be reduced, which is good. There was a problem that it was not possible to obtain proper charge / discharge characteristics. As the cause of this, the all-solid-state battery of Patent Document 2 forms an electrode using a material in which a solid electrolyte is mixed with an active material of positive and negative electrodes, but the sintering temperature of the active material and the solid electrolyte is different. This is presumably because a material having a high sintering temperature could not form a sufficient connecting portion (necking).

一方で、活物質と固体電解質の焼結温度を近い設計にした場合には、今度は双方の材料間で反応が生じ、材料間に異なる物質が生成され、結果、逆にインピーダンスが増加するという問題があった。   On the other hand, when the sintering temperature of the active material and the solid electrolyte is designed to be close, this time, a reaction occurs between the two materials, and different materials are generated between the materials, resulting in an increase in impedance. There was a problem.

また、二次電池の充放電過程において、電極を構成する活物質内でのイオンの出入りに際し、活物質が膨張収縮を繰り返している。例えば、液系の二次電池の場合には、流動性を有する液体の電解質が用いられているため、その膨張収縮に伴う応力は緩和され、電極と電解質との接続界面に問題が生じることはなかったが、従来の全固体電池においては、この膨張収縮に伴う応力が接続界面に直接作用してしまうため、接続界面にクラック等が生じて剥離し、充放電動作を妨げたり、剥離がより大きくなった場合には、電池としての機能を果たさなくなってしまうという問題もあった。   Further, in the charge / discharge process of the secondary battery, the active material repeatedly expands and contracts when ions enter and leave the active material constituting the electrode. For example, in the case of a liquid secondary battery, since a liquid electrolyte having fluidity is used, the stress accompanying the expansion and contraction is relaxed, and there is a problem in the connection interface between the electrode and the electrolyte. However, in conventional all-solid-state batteries, the stress associated with this expansion and contraction acts directly on the connection interface, causing cracks and the like at the connection interface and peeling, hindering charge / discharge operation, and peeling. When it becomes larger, there is also a problem that the function as a battery is not performed.

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、電極との接続界面における接続抵抗を低減することが可能であるとともに、充放電過程における活物質の膨張収縮によって生じる応力を効果的に分散して緩和することが可能な全固体電池用の固体電解質構造体を製造する製造方法、及び全固体電池の製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to reduce the connection resistance at the connection interface with the electrode and to charge and discharge the process. A manufacturing method for manufacturing a solid electrolyte structure for an all-solid battery capable of effectively dispersing and mitigating stress caused by expansion and contraction of an active material in the present invention, and a manufacturing method for an all-solid battery .

本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、粉末状の固体電解質を用いて成形されたグリーンシートと、粉末状の固体電解質及び造孔剤を用いて成形されたグリーンシートとを積層し、その積層体を焼成することにより、固体電解質緻密体と固体電解質多孔体と有し、固体電解質多孔体が固体電解質緻密体の少なくとも一の表面に一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体を製造する製造方法によって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have obtained a green sheet formed using a powdered solid electrolyte and a green sheet formed using a powdered solid electrolyte and a pore former. By stacking and firing the laminate, the solid electrolyte has a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous body, and the solid electrolyte porous body is integrally formed on at least one surface of the solid electrolyte dense body. It has been found that the above problem can be achieved by a production method for producing a solid electrolyte structure, and the present invention has been completed.

即ち、本発明によれば、以下に示す全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法、及び全固体電池の製造方法が提供される。   That is, according to this invention, the manufacturing method of the solid electrolyte structure for all-solid-state batteries shown below, and the manufacturing method of all-solid-state battery are provided.

[1] 固体電解質緻密体と、固体電解質多孔体とを有し、前記固体電解質多孔体が前記固体電解質緻密体の少なくとも一の表面に一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体を製造する方法であって、粉末状の固体電解質をシート状に成形して第一のグリーンシートを得る工程と、粉末状の固体電解質と造孔剤とをシート状に成形して第二のグリーンシートを得る工程と、得られた前記第一のグリーンシートの少なくとも一の表面に、前記第二のグリーンシートを積層してシート積層体を得る工程と、得られた前記シート積層体を焼成することによって、前記第一のグリーンシートからなる前記固体電解質緻密体の少なくとも一の表面に、前記第二のグリーンシートからなる前記固体電解質多孔体が固着して一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体を得る工程と、を備えた全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。 [1] A solid electrolyte structure for an all-solid battery having a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous body, wherein the solid electrolyte porous body is integrally formed on at least one surface of the solid electrolyte dense body. A method for producing a step of forming a powdery solid electrolyte into a sheet to obtain a first green sheet, and forming a powdery solid electrolyte and a pore former into a sheet to form a second green A step of obtaining a sheet; a step of obtaining a sheet laminate by laminating the second green sheet on at least one surface of the obtained first green sheet; and firing the obtained sheet laminate. Accordingly, the solid electrolyte porous body made of the second green sheet is fixed to and integrated with at least one surface of the solid electrolyte dense body made of the first green sheet. Method for producing a solid electrolyte structure for all-solid-state battery comprising a step of obtaining a solid electrolyte structure for a body cell, a.

[2] 前記第二のグリーンシートを、前記造孔材が前記固体電解質に対して、体積比率で1倍以上含有された材料粉体を用いて成形する前記[1]に記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。 [2] The all-solid-state battery according to [1], wherein the second green sheet is formed using a material powder in which the pore-forming material is contained in a volume ratio of 1 or more with respect to the solid electrolyte. For producing a solid electrolyte structure for use in an automobile.

[3] 前記第二のグリーンシートの成形に用いる前記固体電解質として、前記第一のグリーンシートの成形に用いる前記固体電解質よりも平均粒子径が大きな粒子を用いる前記[1]又は[2]に記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。 [3] In the above [1] or [2], particles having an average particle diameter larger than that of the solid electrolyte used for forming the first green sheet are used as the solid electrolyte used for forming the second green sheet. The manufacturing method of the solid electrolyte structure for all-solid-state batteries as described.

[4] 前記第一のグリーンシート及び前記第二のグリーンシートの成形に用いる前記固体電解質として、それぞれ平均粒子径が5μm以下の前記固体電解質を用いる前記[1]〜[3]のいずれかに記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。 [4] Any of [1] to [3], wherein the solid electrolyte having an average particle diameter of 5 μm or less is used as the solid electrolyte used for forming the first green sheet and the second green sheet. The manufacturing method of the solid electrolyte structure for all-solid-state batteries as described.

[5] 前記第一のグリーンシート及び前記第二のグリーンシートの成形に用いる前記固体電解質として、チタン酸化物型の固体電解質、又はナシコン型のリン酸化合物からなる固体電解質を用いる前記[1]〜[4]のいずれかに記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。 [5] As the solid electrolyte used for forming the first green sheet and the second green sheet, a titanium oxide type solid electrolyte or a solid electrolyte composed of a NASICON type phosphoric acid compound is used [1] The manufacturing method of the solid electrolyte structure for all-solid-state batteries in any one of-[4].

[6] 前記[1]〜[5]のいずれかに記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって全固体電池用の固体電解質構造体を得、得られた前記全固体電池用の固体電解質構造体における前記固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、ゾル状の活物質、ゲル状の活物質、微粒子状の活物質前駆体、ゾル状の活物質前駆体、及びゲル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、前記固体電解質多孔体の細孔内に電極活物質を形成する工程を備えた全固体電池の製造方法。 [6] A solid electrolyte structure for an all-solid battery is obtained by the method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery according to any one of [1] to [5], and the obtained solid-electrolyte structure is obtained. In the pores of the solid electrolyte porous body in the solid electrolyte structure, a fine particle active material, a sol active material, a gel active material, a fine particle active material precursor, a sol active material precursor And a method for producing an all-solid battery comprising a step of forming an electrode active material in the pores of the solid electrolyte porous body by filling at least one selected from the group consisting of a gel-like active material precursor.

[7] 前記全固体電池用の固体電解質構造体における前記固体電解質多孔体の細孔内に、前記微粒子状の活物質、及び前記微粒子状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填した後、前記ゾル状の活物質、及び前記ゾル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を更に前記細孔内に充填して、前記固体電解質多孔体の細孔内に前記電極活物質を形成する前記[6]に記載の全固体電池の製造方法。 [7] At least one selected from the group consisting of the fine particle active material and the fine particle active material precursor in the pores of the solid electrolyte porous body in the solid electrolyte structure for an all solid state battery. And filling the pores of the solid electrolyte porous body with at least one selected from the group consisting of the sol-like active material and the sol-like active material precursor. The method for producing an all-solid-state battery according to [6], wherein the electrode active material is formed on the electrode.

[8] 前記[1]〜[5]のいずれかに記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって、前記固体電解質緻密体の両方の表面に前記固体電解質多孔体が形成された全固体電池用の固体電解質構造体を複数個形成し、得られた前記全固体電池用の固体電解質構造体における前記固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、ゾル状の活物質、ゲル状の活物質、微粒子状の活物質前駆体、ゾル状の活物質前駆体、及びゲル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、前記固体電解質多孔体の細孔内に活物質からなる電極活物質が形成された活物質充填固体電解質構造体を得る工程と、得られた前記活物質充填固体電解質構造体の複数個を、集電体を介して、電気的に直列となるように積み重ねる工程と、を備えた全固体電池ユニットの製造方法。 [8] The solid electrolyte porous body is formed on both surfaces of the solid electrolyte dense body by the method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery according to any one of [1] to [5]. A plurality of solid electrolyte structures for an all-solid battery are formed, and in the obtained solid electrolyte structure for an all-solid battery, a fine particle active material and a sol-like active material are placed in the pores of the solid electrolyte porous body. The solid electrolyte porous material is filled with at least one selected from the group consisting of a substance, a gel active material, a fine particle active material precursor, a sol active material precursor, and a gel active material precursor A step of obtaining an active material-filled solid electrolyte structure in which an electrode active material made of an active material is formed in the pores of the body, and a plurality of the obtained active material-filled solid electrolyte structures are separated via a current collector And stacking them so that they are electrically in series Method for manufacturing an all-solid battery unit with, the.

本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によれば、電極との接続界面における接続抵抗(インピーダンス)を低減させて、良好な充放電特性を実現可能な固体電解質構造体を簡便且つ安価に製造することができる。また、本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法は、生産性に優れており、全固体電池用の固体電解質構造体を工業的に製造することができる。   According to the method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid-state battery of the present invention, a solid electrolyte structure capable of realizing good charge / discharge characteristics by reducing the connection resistance (impedance) at the connection interface with the electrode is simplified. And it can be manufactured at low cost. Moreover, the manufacturing method of the solid electrolyte structure for all-solid-state batteries of this invention is excellent in productivity, and can manufacture the solid electrolyte structure for all-solid-state batteries industrially.

また、本発明の全固体電池の製造方法は、本発明の全固体電池用の固体電解質構造の製造方法によって得られた固体電解質構造体を用いて、小型で且つ高電位を発生させることが可能な全固体電池を製造することができる。これは、固体電解質を用いていることから一つの電池パッケージ内に複数の電池セルを積層して構成した場合でも、液系電解質の場合と異なり電解質が短絡することなく形成することが可能であるため、このような電池ユニット(電池セルの積層体)としての構成が可能となるものである。更に、全固体電池ユニットの製造方法は、本発明の全固体電池用の固体電解質構造の製造方法によって得られた固体電解質構造体を用いて複数の活物質充填固体電解質構造体を積み重ねた電池ユニットを用いているため、小型で且つ極めて高電位を発生させることが可能な全固体電池ユニットを製造することができる。   In addition, the method for producing an all-solid battery according to the present invention can generate a small electric potential with a small size using the solid electrolyte structure obtained by the method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery according to the present invention. All-solid-state batteries can be manufactured. This is because a solid electrolyte is used, and even when a plurality of battery cells are stacked in a single battery package, unlike a liquid electrolyte, the electrolyte can be formed without short-circuiting. Therefore, a configuration as such a battery unit (a stacked body of battery cells) is possible. Furthermore, the method for producing an all-solid battery unit is a battery unit in which a plurality of active material-filled solid electrolyte structures are stacked using the solid electrolyte structure obtained by the method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery of the present invention. Therefore, it is possible to manufacture an all-solid-state battery unit that is small and capable of generating an extremely high potential.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。   BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments and is based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. In addition, it should be understood that modifications, improvements, and the like appropriately added to the following embodiments also fall within the scope of the present invention.

[1]全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法:
まず、本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法(以下、単に「固体電解質構造体の製造方法」ということがある)の一実施形態について具体的に説明する。ここで、図1は、本発明の固体電解質構造体の製造方法の一実施形態によって得られる固体電解質構造体を示す斜視図であり、図2は、図1に示す固体電解質構造体のA−A’断面を示す図である。
[1] Method for producing solid electrolyte structure for all solid state battery:
First, an embodiment of a method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery according to the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “a method for producing a solid electrolyte structure”) will be specifically described. Here, FIG. 1 is a perspective view showing a solid electrolyte structure obtained by one embodiment of the method for producing a solid electrolyte structure of the present invention, and FIG. 2 is an A- of the solid electrolyte structure shown in FIG. It is a figure which shows A 'cross section.

本実施形態の固体電解質構造体の製造方法は、図1及び図2に示すような、固体電解質緻密体2と、固体電解質多孔体3とを有し、固体電解質多孔体3が、固体電解質緻密体2の少なくとも一の表面(図1及び図2においては、板状(シート状)の固体電解質緻密体2の両方の表面)に一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体を製造する方法である。   The method for producing a solid electrolyte structure of the present embodiment includes a solid electrolyte dense body 2 and a solid electrolyte porous body 3 as shown in FIGS. 1 and 2, and the solid electrolyte porous body 3 is a solid electrolyte dense body. Producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery integrally formed on at least one surface of the body 2 (in FIG. 1 and FIG. 2, both surfaces of a plate-like (sheet-like) solid electrolyte dense body 2) It is a method to do.

本実施形態の固体電解質構造体の製造方法は、図3に示すように、粉末状の固体電解質をシート状に成形して第一のグリーンシート12を得る工程と、図4に示すように、粉末状の固体電解質と造孔剤とをシート状に成形して第二のグリーンシート13を得る工程と、図5に示すように、得られた前記第一のグリーンシート12の少なくとも一の表面(図5においては、第一のグリーンシート12の両方の表面)に、第二のグリーンシート12を積層してシート積層体11を得る工程と、得られた前記シート積層体11を焼成することによって、図1及び図2に示すような、前記第一のグリーンシート12(図5参照)からなる前記固体電解質緻密体2の少なくとも一の表面に、第二のグリーンシート13(図5参照)からなる固体電解質多孔体3が固着して一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体1を得る工程と、を備えた全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法である。   As shown in FIG. 3, the method for producing the solid electrolyte structure of the present embodiment includes a step of obtaining a first green sheet 12 by forming a powdery solid electrolyte into a sheet, and as shown in FIG. 4. A step of obtaining a second green sheet 13 by forming a powdered solid electrolyte and a pore-forming agent into a sheet, and at least one surface of the obtained first green sheet 12 as shown in FIG. (In FIG. 5, the process of laminating the second green sheet 12 on both surfaces of the first green sheet 12 to obtain the sheet laminate 11 and firing the obtained sheet laminate 11) 1 and 2, the second green sheet 13 (see FIG. 5) is formed on at least one surface of the solid electrolyte dense body 2 made of the first green sheet 12 (see FIG. 5). Solid electrolyte consisting of many Body 3 is a method for producing a solid electrolyte structure for all-solid-state battery and a step of obtaining a solid electrolyte structure 1 for all-solid-state cell formed by integrally formed by fixing.

このように、本実施形態の固体電解質構造体の製造方法は、異なる二種類のグリーンシート(第一及び第二のグリーンシート)を用いて形成されたシート積層体を焼成することによって、固体電解質緻密体2と固体電解質多孔体3とが一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体1を製造することができる。   As described above, the method for producing the solid electrolyte structure of the present embodiment is obtained by firing a sheet laminate formed using two different types of green sheets (first and second green sheets), thereby producing a solid electrolyte. The solid electrolyte structure 1 for an all-solid battery in which the dense body 2 and the solid electrolyte porous body 3 are integrally formed can be manufactured.

このような固体電解質構造体1は、実質的な固体電解質部分となる固体電解質緻密体2と、比表面の面積が大きく、活物質との接合面積を増大させることが可能な固体電解質多孔体3とが焼成一体化した積層体であり、この固体電解質多孔体3の細孔4内に活物質を充填して電極活物質を形成することにより、接続界面における接続抵抗(インピーダンス)を低減させて、良好な充放電特性を実現することができる。   Such a solid electrolyte structure 1 includes a solid electrolyte dense body 2 that is a substantial solid electrolyte portion, and a solid electrolyte porous body 3 that has a large specific surface area and can increase a bonding area with an active material. Is a laminated body integrated by firing, and the active material is filled in the pores 4 of the solid electrolyte porous body 3 to form an electrode active material, thereby reducing the connection resistance (impedance) at the connection interface. Good charge / discharge characteristics can be realized.

本発明においては、積層一体化した状態のまま固体電解質緻密体と固体電解質多孔体を同時焼成して一体化できるため、一度の焼成で形成可能となり、工程短縮、及びコスト低減が可能となる。   In the present invention, since the solid electrolyte dense body and the solid electrolyte porous body can be integrally fired and integrated in the state of being laminated and integrated, they can be formed by one firing, and the process can be shortened and the cost can be reduced.

例えば、本発明の製造方法とは異なり、固体電解質緻密体の焼成体の上に固体電解質多孔体を後付けする場合には、固体電解質緻密体の焼成体の上に固体電解質多孔体を印刷形成する等の方法を用いることができるが、固体電解質緻密体がある程度の剛性を有する必要がある。本発明においては、固体電解質緻密体を構成する部位に対しての剛性は要求されない。また、一方で、固体電解質多孔体(第二のグリーンシート)を積層して一体化するために、総厚として厚い状態での取り扱いとなる。そして、グリーンシートを積層してシート積層体を作製することから、得られる固体電解質多孔体表面の平坦性が確保でき、集電極とのコンタクトも良好なものとすることが可能となる。   For example, unlike the production method of the present invention, when a solid electrolyte porous body is retrofitted on a solid electrolyte dense body fired body, the solid electrolyte porous body is printed on the solid electrolyte dense body fired body. The solid electrolyte dense body needs to have a certain degree of rigidity. In the present invention, the rigidity of the portion constituting the solid electrolyte dense body is not required. On the other hand, since the solid electrolyte porous body (second green sheet) is laminated and integrated, it is handled in a thick state as a total thickness. And since a sheet laminated body is produced by laminating green sheets, the flatness of the surface of the obtained solid electrolyte porous body can be ensured, and the contact with the collector electrode can be improved.

こうしたことから、電池容量を向上されるためにも必要となる電極部分へ充填する活物質量を増量するために必要となる固体電解質多孔体を厚く、一方で、内部インピーダンスの元となる固体電解質緻密体を薄くしても工程的な難易度が上がることなく容易に実現が可能となり、その結果として固体電解質緻密体のインピーダンス低減に大きな効果を得ることができる。   For this reason, the solid electrolyte porous body required to increase the amount of active material to be filled in the electrode portion necessary for improving the battery capacity is thickened, while the solid electrolyte which is the source of internal impedance Even if the dense body is thinned, it can be easily realized without increasing the process difficulty, and as a result, a great effect can be obtained in reducing the impedance of the solid electrolyte dense body.

[1−1]全固体電池用の固体電解質構造体の構成:
ここで、本実施形態の固体電解質構造体の製造方法によって製造される固体電解質構造体(以下、「本固体電解質構造体」ということがある)の構成について説明する。なお、上記した「固体電解質多孔体」とは、その表面から内部にかけて三次元的に連通する多数の細孔を有する多孔質から構成されたものであり、固体電解質構造体を、全固体電池として用いる際に、この細孔内に活物質を充填して電極活物質を形成することができる。一方、「固体電解質緻密体」とは、積極的に細孔を形成することなく上記したような細孔が存在しないものであり、具体的には、固体電解質を主成分とするセラミックスが比較的密に詰まって形成された部材のことである。
[1-1] Configuration of solid electrolyte structure for all-solid battery:
Here, the configuration of the solid electrolyte structure manufactured by the method for manufacturing the solid electrolyte structure of the present embodiment (hereinafter sometimes referred to as “the present solid electrolyte structure”) will be described. The above-mentioned “solid electrolyte porous body” is composed of a porous body having a large number of pores communicating three-dimensionally from the surface to the inside thereof, and the solid electrolyte structure is used as an all-solid battery. When used, an active material can be filled into the pores to form an electrode active material. On the other hand, a “solid electrolyte dense body” is one in which pores as described above do not exist without actively forming pores. Specifically, ceramics mainly composed of a solid electrolyte are relatively It is a member formed densely.

なお、上記した固体電解質緻密体は、粉末状の固体電解質をシート状に成形したグリーンシート(第一のグリーンシート)を焼成して得られるものであるため、緻密体といえども気孔率が0%の完全な緻密構造を有するものではなく、上記固体電解質多孔体と比較して、より緻密に構成された焼結体のことを示す。例えば、本固体電解質構造体においては、固体電解質多孔体の気孔率は20%以上(より好ましくは、30〜60%)であることが好ましく、固体電解質緻密体の気孔率は、10%未満(より好ましくは、0.1〜5.0%)であることが好ましい。   The above-mentioned solid electrolyte dense body is obtained by firing a green sheet (first green sheet) obtained by forming a powdered solid electrolyte into a sheet shape, so that the porosity is 0 even though it is a dense body. % Of a sintered body having a denser structure than the solid electrolyte porous body. For example, in the present solid electrolyte structure, the porosity of the solid electrolyte porous body is preferably 20% or more (more preferably 30 to 60%), and the porosity of the solid electrolyte dense body is less than 10% ( More preferably, it is 0.1 to 5.0%).

図1及び図2に示すように、この固体電解質緻密体2と固体電解質多孔体3とは焼成一体化した積層体であるため、実質的な固体電解質部分となる固体電解質緻密体2と、活物質を充填して電極活物質が形成される固体電解質多孔体3との接続状態(ネッキング)も良好となり、単に電極と電解質層とを積層して圧接触させた従来の全固体電池と比較して、固体電解質緻密体2と固体電解質多孔体3の間の接続抵抗(インピーダンス)も低く抑えることが可能となる。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the solid electrolyte dense body 2 and the solid electrolyte porous body 3 are laminated bodies integrated by firing, so that the solid electrolyte dense body 2 that is a substantial solid electrolyte portion, The connection state (necking) with the solid electrolyte porous body 3 in which the electrode active material is formed by filling the material is also improved, as compared with the conventional all solid state battery in which the electrode and the electrolyte layer are simply laminated and brought into pressure contact. Thus, the connection resistance (impedance) between the solid electrolyte dense body 2 and the solid electrolyte porous body 3 can be kept low.

更に、固体電解質多孔体3の細孔4内に活物質を充填する場合には、活物質と電解質との接続界面が三次元的にランダムに存在する。そのため、充放電動作に伴う活物質の膨張収縮により生じる応力の発生方向も、三次元的にランダムに生じるため、充放電過程の活物質の膨張収縮によって生じる応力を効果的に分散し緩和することができる。   Furthermore, when the active material is filled in the pores 4 of the solid electrolyte porous body 3, the connection interface between the active material and the electrolyte is present three-dimensionally at random. Therefore, the direction of the stress generated by the expansion and contraction of the active material accompanying the charge / discharge operation is also generated randomly in three dimensions, so that the stress generated by the expansion and contraction of the active material during the charge / discharge process can be effectively dispersed and relaxed. Can do.

[1−1a]固体電解質緻密体:
本固体電解質構造体1の固体電解質緻密体2は、粉末状の固体電解質をシート状に成形した第一のグリーンシートを焼成して形成されたものである。この固体電解質緻密体2は、全固体電池において、正極と負極を隔てるように配置され、実質的な固体電解質部分となるものである。
[1-1a] Solid electrolyte dense body:
The solid electrolyte dense body 2 of the solid electrolyte structure 1 is formed by firing a first green sheet obtained by forming a powdered solid electrolyte into a sheet. The solid electrolyte dense body 2 is disposed so as to separate the positive electrode and the negative electrode in an all-solid battery, and becomes a substantial solid electrolyte portion.

[1−1b]固体電解質多孔体:
本固体電解質構造体1の固体電解質多孔体3は、上記した第一のグリーンシートの固体電解質と同一又は異なる粉末状の固体電解質と造孔剤とをシート状に成形した第二のグリーンシートを焼成して、固体電解質緻密体2の少なくとも一の表面に一体形成されたものである。この固体電解質多孔体3は、その表面から内部にかけて三次元的に連通する多数の細孔4を有し、全固体電池として用いる際に、この細孔4内に活物質を充填することにより電極活物質を形成することができる。
[1-1b] Solid electrolyte porous body:
The solid electrolyte porous body 3 of the present solid electrolyte structure 1 includes a second green sheet obtained by forming a powdery solid electrolyte that is the same as or different from the solid electrolyte of the first green sheet and a pore former into a sheet shape. It is fired and integrally formed on at least one surface of the solid electrolyte dense body 2. This solid electrolyte porous body 3 has a large number of pores 4 that communicate three-dimensionally from the surface to the inside thereof, and when used as an all-solid battery, an electrode is formed by filling the pores 4 with an active material. An active material can be formed.

この固体電解質多孔体は、固体電解質緻密体の少なくとも一の表面に一体形成されていればよいが、図1及び図2に示すように、板状(シート状)の固体電解質緻密体2の両方の表面にそれぞれ一体形成されたものであることが好ましい。このように構成することによって、全固体電池の正極(即ち、正極活物質)と負極(即ち、負極活物質)の両方を、それぞれの固体電解質多孔体3の細孔4内に形成することができる。なお、図示は省略するが、固体電解質緻密体の一の表面のみに固体電解質多孔体が形成されている場合には、正極活物質又は負極活物質のいずれか一方の電極活物質を固体電解質多孔体の細孔内に形成し、他方の電極(電極活物質)を、固体電解質緻密体の固体電解質多孔体が形成された側とは反対側の表面に配設して全固体電池を製造してもよい。   The solid electrolyte porous body only needs to be integrally formed on at least one surface of the solid electrolyte dense body. However, as shown in FIGS. 1 and 2, both the plate-like (sheet-like) solid electrolyte dense body 2 are formed. It is preferable that they are integrally formed on the surface. With this configuration, both the positive electrode (that is, the positive electrode active material) and the negative electrode (that is, the negative electrode active material) of the all-solid battery can be formed in the pores 4 of the respective solid electrolyte porous bodies 3. it can. Although illustration is omitted, when the solid electrolyte porous body is formed only on one surface of the solid electrolyte dense body, either the positive electrode active material or the negative electrode active material is treated as the solid electrolyte porous material. An all-solid battery is manufactured by forming the other electrode (electrode active material) on the surface of the solid electrolyte dense body opposite to the side on which the solid electrolyte porous body is formed. May be.

[1−2]固体電解質構造体の製造方法:
以下、本実施形態の固体電解質構造体の製造方法の各工程についてより具体的に説明する。
[1-2] Method for producing solid electrolyte structure:
Hereinafter, each process of the manufacturing method of the solid electrolyte structure of this embodiment is demonstrated more concretely.

[1−2a]第一のグリーンシートの成形工程:
本実施形態の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法においては、まず、図3に示すように、粉末状の固体電解質をシート状に成形して第一のグリーンシート12を得る。この第一のグリーンシート12は、図1に示す固体電解質構造体1における固体電解質緻密体2となるグリーンシートである。
[1-2a] First green sheet forming step:
In the method for producing a solid electrolyte structure for an all solid state battery of the present embodiment, first, as shown in FIG. 3, a powdery solid electrolyte is formed into a sheet shape to obtain a first green sheet 12. The first green sheet 12 is a green sheet that becomes the solid electrolyte dense body 2 in the solid electrolyte structure 1 shown in FIG.

第一のグリーンシートを成形するための固体電解質の種類については特に制限はなく、従来公知の固体電解質を粉末状にしたものを用いることができる。本実施形態の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法においては、例えば、可動イオンとしてのリチウムを含むものを好適に用いることができる。具体的な固体電解質としては、LiPOをはじめ、LiPOに窒素を混ぜたLiPON、LiS−SiS、LiS−P、LiS−B等のリチウムイオン伝導性ガラス状固体電解質や、これらのガラスにLiIなどのハロゲン化リチウム、LiPOなどのリチウム酸素酸塩をドープしたリチウムイオン伝導性固体電解質などを挙げることができる。なかでも、リチウムとチタンと酸素を含むチタン酸化物型の固体電解質、例えば、LiLaTiO(但し、xは0<x<1、yは0<y<1)及びナシコン型のリン酸化合物からなる固体電解質、例えば、Li1+xAlTi2−x(PO(但し、xは0<x<1)などは酸素雰囲気下での焼成においても安定な性能を示すため好ましい。 There is no restriction | limiting in particular about the kind of solid electrolyte for shape | molding a 1st green sheet, What used the conventionally well-known solid electrolyte in the powder form can be used. In the method for producing a solid electrolyte structure for an all solid state battery of the present embodiment, for example, a material containing lithium as mobile ions can be suitably used. Specific solid electrolyte, Li 3 PO 4, including, LiPON mixed with nitrogen Li 3 PO 4, Li 2 S -SiS 2, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-B 2 S 3 Examples thereof include lithium ion conductive glassy solid electrolytes such as lithium ion conductive solid electrolytes obtained by doping these glasses with lithium halides such as LiI and lithium oxyacid salts such as Li 3 PO 4 . Among them, a titanium oxide type solid electrolyte containing lithium, titanium, and oxygen, for example, Li x La y TiO 3 (where x is 0 <x <1, y is 0 <y <1) and NASICON type phosphorus A solid electrolyte made of an acid compound, for example, Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (where x is 0 <x <1) is preferable because it exhibits stable performance even in firing in an oxygen atmosphere. .

固体電解質のより好適な具体例としては、Li0.35La0.55TiOを挙げることができる。 As a more preferable specific example of the solid electrolyte, Li 0.35 La 0.55 TiO 3 can be mentioned.

第一のグリーンシートを成形する際には、上記した粉末状の固体電解質の他に、バインダ、分散剤、可塑剤等を必要に応じて加えることができる。   When the first green sheet is formed, a binder, a dispersant, a plasticizer, and the like can be added as necessary in addition to the above-described powdered solid electrolyte.

第一のグリーンシートの成形工程は、従来公知のセラミックスグリーンシートの製造方法を用いることができる。例えば、この粉末状の固体電解質と、必要に応じて、バインダ、可塑剤等とを含む材料粉末に、溶剤を加えてスラリーを調製する。   A conventionally known method for producing a ceramic green sheet can be used in the first green sheet forming step. For example, a slurry is prepared by adding a solvent to a material powder containing the powdered solid electrolyte and, if necessary, a binder, a plasticizer, and the like.

本実施形態の固体電解質構造体の製造方法においては、第一のグリーンシートの成形に用いる固体電解質として、平均粒子径が5μm以下の粒子(粉末状の固体電解質)を用いることが好ましい。このように構成することによって、グリーンシートの成形を良好に行うことができるとともに、固体電解質の粒子が適切に詰まって形成された固体電解質緻密体を形成することができる。   In the method for producing a solid electrolyte structure of the present embodiment, it is preferable to use particles (powdered solid electrolyte) having an average particle diameter of 5 μm or less as the solid electrolyte used for forming the first green sheet. By comprising in this way, a green sheet can be shape | molded favorably and the solid electrolyte dense body formed by clogging solid electrolyte particles appropriately can be formed.

次に、粉末状の固体電解質を用いて調製したスラリーを脱泡処理した後、ドクターブレード法、リバースロールコーター法等の従来公知のシート成形方法を用いて、スラリーをシート状に成形する。   Next, the slurry prepared using the powdered solid electrolyte is defoamed, and then the slurry is formed into a sheet using a conventionally known sheet forming method such as a doctor blade method or a reverse roll coater method.

第一のグリーンシートの厚さについては、特に制限はないが、この第一のグリーンシートは固体電解質構造体における固体電解質緻密体、即ち、正極と負極を隔てるように配置される実質的な固体電解質部分となることから、全固体電池は、この第一のグリーンシートの厚さに応じた内部インピーダンスを持つこととなる。このため、全固体電池の内部インピーダンスを低減させるためには、第一のグリーンシートの厚さを極力薄くすることが好ましい。具体的には、第一のグリーンシートの厚さを100μm以下とすることが好ましく、50μm以下とすることが更に好ましい。   The thickness of the first green sheet is not particularly limited, but the first green sheet is a solid electrolyte dense body in the solid electrolyte structure, that is, a substantially solid disposed so as to separate the positive electrode and the negative electrode. Since it becomes an electrolyte portion, the all solid state battery has an internal impedance corresponding to the thickness of the first green sheet. For this reason, in order to reduce the internal impedance of the all-solid-state battery, it is preferable to reduce the thickness of the first green sheet as much as possible. Specifically, the thickness of the first green sheet is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less.

なお、第一のグリーンシートの厚さの下限については、ハンドリングが可能である限り特に制限はなく、特に薄くする場合にはテープ塗工時に用いるルミラーごとハンドリングすることが可能であるため、実質的には、数μm、例えば5μmや1μmの厚さであってもよい。   The lower limit of the thickness of the first green sheet is not particularly limited as long as it can be handled. In particular, when the thickness is made thin, it is possible to handle the entire Lumirror used at the time of tape coating. The thickness may be several μm, for example, 5 μm or 1 μm.

なお、第一のグリーンシートの成形に用いる材料粉末に含有されるバインダ、分散剤、可塑剤等については、従来のセラミックスグリーンシートを製造する際に用いられるバインダ、分散剤、可塑剤等を好適に用いることができる。   For binders, dispersants, plasticizers, etc. contained in the material powder used for forming the first green sheet, binders, dispersants, plasticizers, etc. used in the production of conventional ceramic green sheets are suitable. Can be used.

例えば、バインダとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機バインダを使用することができる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。   For example, as the binder, organic binders such as hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, and polyvinyl alcohol can be used. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

例えば、可塑剤としては、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジ−n−ブチル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。   For example, as a plasticizer, di-2-ethylhexyl phthalate, di-n-butyl phthalate, diisononyl phthalate, or the like can be used. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

スラリーを調製するための溶剤としては、例えば、トルエンやキシレン、ブタジエン等の有機溶剤を用いることができる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。   As a solvent for preparing the slurry, for example, an organic solvent such as toluene, xylene, or butadiene can be used. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

[1−2b]第二のグリーンシートの成形工程:
次に、図4に示すように、粉末状の固体電解質と造孔剤とをシート状に成形して第二のグリーンシート13を得る。この第二のグリーンシート13は、図1に示す固体電解質構造体1における固体電解質多孔体3となるグリーンシートである。
[1-2b] Second green sheet forming step:
Next, as shown in FIG. 4, a powdered solid electrolyte and a pore former are formed into a sheet shape to obtain a second green sheet 13. The second green sheet 13 is a green sheet that becomes the solid electrolyte porous body 3 in the solid electrolyte structure 1 shown in FIG.

第二のグリーンシートを成形するための固体電解質の種類については特に制限はなく、従来公知の固体電解質を用いることができる。例えば、固体電解質としては、上記第一のグリーンシートに用いられる固体電解質として挙げた物質を用いることができる。また、この固体電解質は、第一のグリーンシートに用いられる固体電解質と同一のものであってもよいし、異なるものであってもよい。なお、製造される固体電解質構造体において、固体電解質緻密体との接続抵抗をより低減させることが可能であることから、固体電解質緻密体となる第一のグリーンシートに用いられる固体電解質と同一の固体電解質を用いることが好ましい。   There is no restriction | limiting in particular about the kind of solid electrolyte for shape | molding a 2nd green sheet, A conventionally well-known solid electrolyte can be used. For example, as the solid electrolyte, the substances mentioned as the solid electrolyte used for the first green sheet can be used. In addition, the solid electrolyte may be the same as or different from the solid electrolyte used for the first green sheet. In addition, since the connection resistance with the solid electrolyte dense body can be further reduced in the manufactured solid electrolyte structure, it is the same as the solid electrolyte used for the first green sheet that becomes the solid electrolyte dense body. It is preferable to use a solid electrolyte.

第二のグリーンシートは、図1に示す固体電解質構造体1における固体電解質多孔体3となるグリーンシートである。このため、本実施形態の固体電解質構造体の製造方法においては、図4に示すように、粉末状の固体電解質とともに、造孔剤17を用いて第二のグリーンシートの成形を行う。   A 2nd green sheet is a green sheet used as the solid electrolyte porous body 3 in the solid electrolyte structure 1 shown in FIG. For this reason, in the manufacturing method of the solid electrolyte structure of this embodiment, as shown in FIG. 4, the 2nd green sheet is shape | molded using the pore forming agent 17 with a powdery solid electrolyte.

なお、固体電解質と造孔剤との配合割合については特に制限はないが、例えば、造孔材が、固体電解質に対して、体積比率で1倍以上含有されたものを用いることが好ましく、体積比率で2倍以上含有されたものを用いることが更に好ましい。このように構成することによって、固体電解質構造体における固体電解質多孔体の気孔率を高くすることができ、活物質を充填するための細孔を多く確保することが可能となる。   In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the compounding ratio of a solid electrolyte and a pore making agent, For example, it is preferable to use what a pore making material contained 1 time or more by volume ratio with respect to solid electrolyte, and volume. It is more preferable to use a material that is contained twice or more in a ratio. By comprising in this way, the porosity of the solid electrolyte porous body in a solid electrolyte structure can be made high, and it becomes possible to ensure many pores for filling with an active material.

なお、第二のグリーンシートを成形する際には、第一のグリーンシートと同様に、上記粉末状の固体電解質と造孔剤とに、必要に応じて、バインダ、分散剤、可塑剤等を含有させることができる。シートの成形工程は、従来公知のセラミックスグリーンシートの製造方法を用いることができ、例えば、上記した第一のグリーンシートの成形工程にて説明した方法と同様の方法を用いることができる。   When forming the second green sheet, as in the case of the first green sheet, a binder, a dispersant, a plasticizer, etc. are added to the powdered solid electrolyte and the pore-forming agent as necessary. It can be included. In the sheet forming step, a conventionally known method for producing a ceramic green sheet can be used. For example, the same method as that described in the first green sheet forming step can be used.

第二のグリーンシートの厚さについては、特に制限はないが、この第二のグリーンシートは固体電解質構造体における固体電解質多孔体となり、全固体電池においては、この固体電解質多孔体の細孔内に活物質を充填して電極活物質が形成される。電池の容量は、この電極活物質の量に応じて決まるため、全固体電池の小型化を実現しつつ、細孔内に充填する活物質の量をより多く確保することができるような厚さであることが好ましい。具体的な第二のグリーンシートの厚さとしては、10μm以上であることが好ましく、100μm以上であることが更に好ましい。   The thickness of the second green sheet is not particularly limited, but the second green sheet becomes a solid electrolyte porous body in the solid electrolyte structure, and in an all-solid battery, the inside of the pores of the solid electrolyte porous body. The active material is filled into the electrode active material. Since the capacity of the battery is determined according to the amount of the electrode active material, the thickness is such that it is possible to secure a larger amount of the active material filled in the pores while realizing downsizing of the all solid state battery. It is preferable that The specific thickness of the second green sheet is preferably 10 μm or more, and more preferably 100 μm or more.

なお、第二のグリーンシートの厚さを厚くすることにより、電池の容量を増大することが可能であるため、第二のグリーンシートの厚さの上限については特に制限はない。但し、本実施形態の製造方法においては、グリーンシートを用いて固体電解質構造体を製造することによって、電極との接続界面における接続抵抗を低くし、且つ従来では製造困難であった薄型の固体電解質構造体の製造を可能とするものであるため、第二のグリーンシートの厚さは、100〜500μmであることが特に好ましい。   In addition, since it is possible to increase the capacity of the battery by increasing the thickness of the second green sheet, the upper limit of the thickness of the second green sheet is not particularly limited. However, in the manufacturing method of the present embodiment, a solid electrolyte structure is manufactured using a green sheet, thereby reducing the connection resistance at the connection interface with the electrode, and a thin solid electrolyte that has been difficult to manufacture conventionally. Since the structure can be manufactured, the thickness of the second green sheet is particularly preferably 100 to 500 μm.

造孔剤としては、グリーンシートを積層したシート積層体を焼成する際の焼成温度よりも低温域で分解可能なものを選択する。この焼成によって造孔剤が消失して、固体電解質多孔体の細孔が形成される。具体的な造孔剤としては、例えば、テオブロミン、グラファイト、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、又は発泡樹脂(アクリロニトリル系プラスチックバルーン等)等を挙げることができる。これら造孔剤は、細孔を形成する代わりに、自身は焼成時に焼失する。   As the pore-forming agent, one that can be decomposed at a temperature lower than the firing temperature when firing the sheet laminate in which the green sheets are laminated is selected. By this firing, the pore-forming agent disappears and pores of the solid electrolyte porous body are formed. Specific examples of the pore-forming agent include theobromine, graphite, wheat flour, starch, phenol resin, polymethyl methacrylate, polyethylene, polyethylene terephthalate, or foamed resin (acrylonitrile plastic balloon or the like). Instead of forming pores, these pore-forming agents themselves burn out during firing.

本実施形態の固体電解質構造体の製造方法においては、第二のグリーンシートの成形に用いる固体電解質として、平均粒子径が5μm以下の粒子(粉末状の固体電解質)を用いることが好ましい。   In the method for producing a solid electrolyte structure of the present embodiment, it is preferable to use particles (powdered solid electrolyte) having an average particle diameter of 5 μm or less as the solid electrolyte used for forming the second green sheet.

また、本実施形態の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法においては、第二のグリーンシートの成形に用いる固体電解質として、第一のグリーンシートの成形に用いる固体電解質よりも平均粒子径が大きな粒子を用いることが好ましい。言い換えれば、第一のグリーンシートの成形に用いる固体電解質としては、第二のグリーンシートの成形に用いる固体電解質よりも平均粒子径が小さな粒子を用いることが好ましい。   Further, in the method for producing a solid electrolyte structure for an all solid state battery of the present embodiment, the average particle diameter is larger than the solid electrolyte used for forming the first green sheet as the solid electrolyte used for forming the second green sheet. It is preferable to use large particles. In other words, it is preferable to use particles having an average particle size smaller than that of the solid electrolyte used for forming the second green sheet as the solid electrolyte used for forming the first green sheet.

例えば、本実施形態の製造方法によって製造される固体電解質構造体としては、固体電解質緻密体はより緻密なもの(即ち、気孔率が低いもの)であることが好ましく、一方、固体電解質多孔体は、機械的強度を担保することができるのであれば、より気孔率が高いものであることが好ましい。上記したように、第二のグリーンシートが造孔剤を用いて成形されたものであったとしても、第一及び第二のグリーンシートは同じ材料系(固体電解質)を用いて成形されたものであるため、第一のグリーンシートからなる固体電解質緻密体の緻密度を上げる(即ち、気孔率を下げる)ためには、例えば、焼成時の焼成温度を上げることによって、焼結を進行させる方法が有効であるが、一方で、第二のグリーンシートからなる固体電解質多孔体の焼結も進行し、気孔率が低下してしまう。   For example, as the solid electrolyte structure manufactured by the manufacturing method of the present embodiment, the solid electrolyte dense body is preferably denser (that is, the porosity is low), while the solid electrolyte porous body is If the mechanical strength can be ensured, it is preferable that the porosity is higher. As described above, even if the second green sheet is formed using a pore-forming agent, the first and second green sheets are formed using the same material system (solid electrolyte). Therefore, in order to increase the density of the solid electrolyte dense body made of the first green sheet (that is, to lower the porosity), for example, a method of promoting sintering by increasing the firing temperature at the time of firing Is effective, but on the other hand, the sintering of the solid electrolyte porous body made of the second green sheet also proceeds and the porosity is lowered.

上記したように、第二のグリーンシートの成形に用いる固体電解質として、第一のグリーンシートの成形に用いる固体電解質よりも平均粒子径が大きな粒子を用いることによって、第一及び第二のグリーンシートの焼結温度に差異を持たせることが可能となり、固体電解質構造体における固体電解質緻密体をより緻密なものとすることができるとともに、固体電解質多孔体の気孔率の低下を有効に防止することが可能となる。   As described above, the first and second green sheets can be obtained by using particles having an average particle diameter larger than that of the solid electrolyte used for forming the first green sheet as the solid electrolyte used for forming the second green sheet. The sintering temperature of the solid electrolyte can be made different, the solid electrolyte dense body in the solid electrolyte structure can be made denser, and the decrease in the porosity of the solid electrolyte porous body can be effectively prevented Is possible.

なお、第二のグリーンシートによって形成される固体電解質多孔体の気孔率は、20%以上であることが好ましく、30〜60%であることが更に好ましい。一方、第一のグリーンシートによって形成される固体電解質緻密層の気孔率は、10%未満であることが好ましく、0.1〜5.0%であることが更に好ましい。なお、気孔率は、水銀圧入法により測定した値である。   In addition, it is preferable that the porosity of the solid electrolyte porous body formed with a 2nd green sheet is 20% or more, and it is still more preferable that it is 30 to 60%. On the other hand, the porosity of the solid electrolyte dense layer formed by the first green sheet is preferably less than 10%, and more preferably 0.1 to 5.0%. The porosity is a value measured by a mercury intrusion method.

[1−2c]グリーンシート積層工程(シート積層体形成工程):
次に、図5に示すように、得られた第一のグリーンシート12の少なくとも一の表面(図5においては、第一のグリーンシート12の両方の表面)に、第二のグリーンシート13を積層してシート積層体11を得る。
[1-2c] Green sheet lamination step (sheet laminate formation step):
Next, as shown in FIG. 5, the second green sheet 13 is applied to at least one surface (in FIG. 5, both surfaces of the first green sheet 12) of the obtained first green sheet 12. The sheet laminate 11 is obtained by laminating.

第一のグリーンシートの表面に第二のグリーンシートを積層する際には、第一及び第二のグリーンシートの少なくとも一の表面に、重ね合わせたグリーンシートを接着するための接着層を形成する。この接着層は、第一又は第二のグリーンシートの固体電解質と同様の固体電解質に、バインダ及び溶剤を加えて混練して調製された接着ペーストによって形成することができる。   When laminating the second green sheet on the surface of the first green sheet, an adhesive layer for adhering the stacked green sheets is formed on at least one surface of the first and second green sheets. . This adhesive layer can be formed by an adhesive paste prepared by adding a binder and a solvent to a solid electrolyte similar to the solid electrolyte of the first or second green sheet.

接着層を形成する際には、上記接着ペーストを、第一及び第二のグリーンシートの少なくとも一の表面に、例えば、スクリーン印刷にて印刷した後、印刷した接着ペーストに含まれる溶剤を揮発させることによって形成することができる。接着ペーストの溶剤を揮発させる際には、例えば、接着ペーストと印刷したグリーンシートをオーブンに入れて乾燥する方法を挙げることができる。   When forming the adhesive layer, the adhesive paste is printed on at least one surface of the first and second green sheets, for example, by screen printing, and then the solvent contained in the printed adhesive paste is volatilized. Can be formed. When the solvent of the adhesive paste is volatilized, for example, a method in which the adhesive paste and the printed green sheet are put in an oven and dried can be mentioned.

なお、この接着層は、重ね合わせる際に対面するグリーンシートの双方の面に形成しなくともよく、対面するグリーンシートの一方の面に形成すればよい。もちろん、対面するグリーンシートの双方の面に形成してもよい。   Note that the adhesive layer does not have to be formed on both surfaces of the green sheet facing each other when they are overlapped, but may be formed on one surface of the facing green sheet. Of course, it may be formed on both sides of the facing green sheet.

このようにして接着層を形成した後に、第一のグリーンシートの表面(接着層を形成した面)に第二のグリーンシートを積層する。このようにグリーンシートを積層する際には、グリーンシートの位置合わせを行うために、例えば、ガイドピンを立ててグリーンシートに予め開けられたガイド孔を通し順次重ねるか、又は、グリーンシートにマーカー(目印)を付けて、マーカーが整列するように順次重ねるか、又は、グリーンシートの外形と概ね同一の内形を有する枠内にグリーンシートを順次重ねることによって、積層の精度向上を図ることができる。   After forming the adhesive layer in this manner, the second green sheet is laminated on the surface of the first green sheet (the surface on which the adhesive layer is formed). When the green sheets are stacked in this way, in order to align the green sheets, for example, the guide pins are set up and sequentially stacked through the guide holes previously opened in the green sheets, or the green sheets are marked. To improve the accuracy of stacking by attaching (marks) and sequentially stacking the markers so that they are aligned, or by sequentially stacking the green sheets in a frame having the same inner shape as the outer shape of the green sheets. it can.

なお、図1及び図2に示すような、固体電解質緻密体2の両方の表面に固体電解質多孔体3が形成された固体電解質構造体1を製造する際には、第一のグリーンシートの両側の表面に対して、それぞれ第二のグリーンシートを積層する。このようにしてシート積層体を得ることができる。   When manufacturing the solid electrolyte structure 1 in which the solid electrolyte porous body 3 is formed on both surfaces of the solid electrolyte dense body 2 as shown in FIGS. 1 and 2, both sides of the first green sheet are produced. A second green sheet is laminated on each surface. In this way, a sheet laminate can be obtained.

なお、このようなシート積層体は、接着層中に残留するバインダが軟化する温度域に加熱した状態で積層圧着すると良好な接着状態を得ることができる。但し、一方で常温下においてはグリーンシートのハンドリング性の問題から、グリーンシートを重ねても接着が行われないものであることが好ましい。例えば、60℃〜100℃程度の範囲で軟化するバインダ種を選択することが好ましい。こうして60℃〜100℃に加熱した後に、積層面に荷重を掛けて加圧することが好ましい。これにより、接着層による接着をより強固なものとし、固体電解質緻密体と固体電解質多孔体とが一体的形成された固体電解質構造体を良好に得ることができる。   In addition, when such a sheet | seat laminated body is laminated | compressed and pressure-bonded in the state heated to the temperature range which the binder which remains in an adhesive layer softens, it can obtain a favorable adhesive state. However, on the other hand, it is preferable that adhesion is not performed even if the green sheets are stacked due to the handling property of the green sheets at room temperature. For example, it is preferable to select a binder type that softens in the range of about 60 ° C to 100 ° C. After heating to 60 ° C. to 100 ° C. in this way, it is preferable to apply pressure to the laminated surface while applying a load. Thereby, the adhesion by the adhesive layer is made stronger, and a solid electrolyte structure in which the solid electrolyte dense body and the solid electrolyte porous body are integrally formed can be obtained favorably.

[1−2d]焼成工程(固体電解質構造体形成工程):
次に、このようにして得られたシート積層体を焼成することによって、図1及び図2に示すような、第一のグリーンシートからなる固体電解質緻密体2の少なくとも一の表面に、第二のグリーンシートからなる固体電解質多孔体3が固着して一体形成されてなる焼成体(全固体電池用の固体電解質構造体1)を得る。このように、本実施形態の製造方法においては、積層一体化した状態のまま固体電解質緻密体と固体電解質多孔体を同時焼成して一体化できるため、一度の焼成で形成可能となり、工程短縮、及びコスト低減が可能となる。
[1-2d] Firing step (solid electrolyte structure forming step):
Next, by firing the sheet laminate obtained in this manner, the second layer of the solid electrolyte dense body 2 made of the first green sheet as shown in FIG. 1 and FIG. A fired body (solid electrolyte structure 1 for an all solid state battery) in which the solid electrolyte porous body 3 made of the green sheet is fixed and integrally formed is obtained. As described above, in the manufacturing method of the present embodiment, the solid electrolyte dense body and the solid electrolyte porous body can be integrated by co-firing in the stacked and integrated state, so that it can be formed by one firing, shortening the process, In addition, the cost can be reduced.

なお、この焼成工程においては、第一のグリーンシートからなる固体電解質緻密体単体にて焼結に十分とされる焼成温度よりも低い温度範囲で焼成を行うことが好ましい。この場合の焼結に十分とされる温度とは、焼成収縮がサチレートし始める温度のことを指し、それよりも低い温度域とは具体的には、焼結に十分とされる温度から下のおよそ100℃の範囲内のことを指す。この際、第一のグリーンシートからなる固体電解質緻密体の焼結度と、第二のグリーンシートからなる固体電解質多孔体の焼結度のバランスにより焼成温度を決定することにより、固体電解質緻密体としてより緻密度が高く(気孔率が低く)、固体電解質多孔体として十分な気孔率を有する固体電解質構造体を製造することができる。   In this firing step, firing is preferably performed in a temperature range lower than the firing temperature sufficient for sintering with the solid electrolyte dense body consisting of the first green sheet alone. The temperature that is sufficient for sintering in this case refers to the temperature at which firing shrinkage begins to saturate, and the lower temperature range is specifically below the temperature that is sufficient for sintering. The point is within a range of about 100 ° C. At this time, the solid electrolyte dense body is determined by determining the firing temperature based on the balance between the degree of sintering of the solid electrolyte dense body made of the first green sheet and the degree of sintering of the solid electrolyte porous body made of the second green sheet. As described above, a solid electrolyte structure having a higher density (low porosity) and a sufficient porosity as a solid electrolyte porous body can be produced.

更に、この焼成工程では、焼成して得られた焼成体(固体電解質構造体)に反りやうねり等がある場合には、この固体電解質構造体の上から重し等を載せ、固体電解質構造体の厚さ方向に加圧した状態で、先の焼成温度付近まで再度昇温して再焼成することにより、上記反りやうねりを矯正することができる。   Furthermore, in this firing step, when the fired body (solid electrolyte structure) obtained by firing has warpage or undulation, a weight or the like is placed on the solid electrolyte structure to obtain a solid electrolyte structure. The warpage and the undulation can be corrected by raising the temperature again to the vicinity of the previous firing temperature and refiring in the state where the pressure is applied in the thickness direction.

以上のようにして、図1及び図2に示すような、第一のグリーンシートからなる固体電解質緻密体2と、第二のグリーンシートからなる固体電解質多孔体3とを有し、この固体電解質多孔体3が固体電解質緻密体2の少なくとも一の表面(図1においては、両方の表面)に一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体1を製造することができる。   As described above, the solid electrolyte dense body 2 made of the first green sheet and the solid electrolyte porous body 3 made of the second green sheet as shown in FIGS. 1 and 2 are provided. The solid electrolyte structure 1 for an all-solid battery in which the porous body 3 is integrally formed on at least one surface (both surfaces in FIG. 1) of the solid electrolyte dense body 2 can be manufactured.

[2]全固体電池の製造方法:
次に、本発明の全固体電池の製造方法の一実施形態について具体的に説明する。ここで、図6は、本発明の全固体電池の製造方法の一実施形態によって得られる全固体電池の構成を示す模式図である。この全固体電池10は、図1に示すような本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって得られた固体電解質構造体1と、この固体電解質構造体1の固体電解質多孔体3の細孔4内に充填された活物質からなる電極活物質11と、を備えた全固体電池10である。
[2] Method for producing all solid state battery:
Next, an embodiment of the method for producing an all solid state battery of the present invention will be specifically described. Here, FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of an all solid state battery obtained by an embodiment of the method for producing an all solid state battery of the present invention. This all-solid battery 10 includes a solid electrolyte structure 1 obtained by the method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery of the present invention as shown in FIG. 1 and a solid electrolyte porous body of the solid electrolyte structure 1. And an electrode active material 11 made of an active material filled in three pores 4.

本実施形態の全固体電池の製造方法は、これまでに説明した、本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって全固体電池用の固体電解質構造体を得、得られた前記全固体電池用の固体電解質構造体における前記固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、ゾル状の活物質、ゲル状の活物質、微粒子状の活物質前駆体、ゾル状の活物質前駆体、及びゲル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、前記固体電解質多孔体の細孔内に電極活物質を形成する工程を備えた全固体電池の製造方法である。このように構成することによって、電極との接続界面における接続抵抗の低い全固体電池を簡便且つ安価に製造することができる。なお、活物質前駆体とは、焼成することによって活物質となるものである。   The manufacturing method of the all-solid-state battery of the present embodiment is obtained by obtaining the solid electrolyte structure for an all-solid-state battery by the method for manufacturing the solid-electrolyte structure for the all-solid-state battery of the present invention described above. In the pores of the solid electrolyte porous body in the solid electrolyte structure for an all-solid-state battery, a fine particle active material, a sol active material, a gel active material, a fine particle active material precursor, a sol An all solid state battery comprising a step of forming an electrode active material in the pores of the solid electrolyte porous body by filling at least one selected from the group consisting of an active material precursor and a gel active material precursor It is a manufacturing method. By comprising in this way, the all-solid-state battery with low connection resistance in the connection interface with an electrode can be manufactured simply and cheaply. The active material precursor is an active material when fired.

[2−1]全固体電池の構成:
ここで、本発明の全固体電池の製造方法の一実施形態によって製造される全固体電池(以下、「本全固体電池」ということがある)の構成について説明する。図6に示す本全固体電池10は、固体電解質構造体1の固体電解質緻密体2の両方の表面にそれぞれ固体電解質多孔体3(3a,3b)が形成されており、一方の固体電解質多孔体3aの細孔4内に充填された活物質によって正極活物質11aが形成され、他方の固体電解質多孔体3bの細孔4内に充填された活物質によって負極活物質11bが形成されている。なお、正極活物質11aには、正極集電極14が電気的に接続されている。また、負極活物質11bには、負極集電極15が電気的に接続されている。
[2-1] Configuration of all-solid battery:
Here, the configuration of an all solid state battery (hereinafter, also referred to as “the all solid state battery”) manufactured by an embodiment of the method for manufacturing an all solid state battery of the present invention will be described. In the all solid state battery 10 shown in FIG. 6, solid electrolyte porous bodies 3 (3a, 3b) are respectively formed on both surfaces of the solid electrolyte dense body 2 of the solid electrolyte structure 1, and one solid electrolyte porous body is formed. A positive electrode active material 11a is formed by the active material filled in the pores 4 of 3a, and a negative electrode active material 11b is formed by the active material filled in the pores 4 of the other solid electrolyte porous body 3b. Note that a positive electrode collector electrode 14 is electrically connected to the positive electrode active material 11a. A negative electrode collector 15 is electrically connected to the negative electrode active material 11b.

この本全固体電池10は、図1に示すような固体電解質構造体1の固体電解質緻密体2が全固体電池10における実質的な固体電解質部分となり、この固体電解質緻密体2を挟むようにして、固体電解質多孔体3の比表面の面積の大きな細孔4内に充填された活物質からなる正極活物質11a及び負極活物質11bが配置されているため、接続界面における接続抵抗(インピーダンス)を低減させて、良好な充放電特性を実現することができる。   In this all solid state battery 10, the solid electrolyte dense body 2 of the solid electrolyte structure 1 as shown in FIG. 1 becomes a substantial solid electrolyte portion in the all solid state battery 10, and the solid electrolyte dense body 2 is sandwiched between the solid electrolyte dense body 2. Since the positive electrode active material 11a and the negative electrode active material 11b made of an active material filled in the pores 4 having a large specific surface area of the electrolyte porous body 3 are disposed, the connection resistance (impedance) at the connection interface is reduced. Thus, good charge / discharge characteristics can be realized.

更に、固体電解質構造体1を構成する固体電解質緻密体2と固体電解質多孔体3とは焼成一体化したものであるため、実質的な固体電解質部分となる固体電解質緻密体2と、活物質を充填して電極活物質が形成される固体電解質多孔体3との接続状態(ネッキング)も良好となり、単に電極と電解質層とを積層して圧接触させた従来の全固体電池と比較して、固体電解質緻密体2と固体電解質多孔体3の間の接続抵抗(インピーダンス)も低く抑えることが可能となる。   Furthermore, since the solid electrolyte dense body 2 and the solid electrolyte porous body 3 constituting the solid electrolyte structure 1 are integrally fired, the solid electrolyte dense body 2 that is a substantial solid electrolyte portion, and the active material The connection state (necking) with the solid electrolyte porous body 3 that is filled to form an electrode active material is also improved, compared with a conventional all-solid battery in which an electrode and an electrolyte layer are simply stacked and brought into pressure contact, The connection resistance (impedance) between the solid electrolyte dense body 2 and the solid electrolyte porous body 3 can also be kept low.

なお、図6に示す全固体電池10においては、板状(シート状)の固体電解質緻密体2の両方の表面にそれぞれ固体電解質多孔体3(3a,3b)が形成されているが、例えば、固体電解質緻密体の一方の表面のみに固体電解質多孔体が形成されており、この固体電解質多孔体の細孔内に充填された活物質によって正極活物質又は負極活物質のいずれか一方の電極活物質(例えば、正極活物質)が形成され、固体電解質緻密体の固体電解質多孔体が形成された側とは反対側の表面には、別途形成された他方の電極(例えば、負極(負極活物質))が配設されたものであってもよい。このように、固体電解質緻密体の一方の表面のみに固体電解質多孔体が形成された固体電解質構造体を備えた全固体電池であってもよい。   In the all solid state battery 10 shown in FIG. 6, the solid electrolyte porous body 3 (3a, 3b) is formed on both surfaces of the plate-like (sheet-like) solid electrolyte dense body 2, respectively. The solid electrolyte porous body is formed only on one surface of the solid electrolyte dense body, and either the positive electrode active material or the negative electrode active material is activated by the active material filled in the pores of the solid electrolyte porous body. A material (for example, positive electrode active material) is formed, and the other electrode (for example, negative electrode (negative electrode active material) formed separately is formed on the surface of the solid electrolyte dense body opposite to the side on which the solid electrolyte porous body is formed. )) May be provided. Thus, the all-solid-state battery provided with the solid electrolyte structure in which the solid electrolyte porous body is formed only on one surface of the solid electrolyte dense body may be used.

[2−1a]固体電解質構造体:
図6に示すように、本全固体電池10に用いられる固体電解質構造体1は、これまでに説明した本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって製造された固体電解質構造体1(図1参照)である。なお、固体電解質構造体1の固体電解質緻密体2及び固体電解質多孔体3を構成する固体電解質の種類については、正極活物質11a及び負極活物質11bを構成する活物質の種類に応じて適宜選択することができる。
[2-1a] Solid electrolyte structure:
As shown in FIG. 6, the solid electrolyte structure 1 used for the all-solid battery 10 is a solid electrolyte structure manufactured by the method for manufacturing a solid electrolyte structure for an all-solid battery according to the present invention described above. 1 (see FIG. 1). In addition, about the kind of solid electrolyte which comprises the solid electrolyte dense body 2 and the solid electrolyte porous body 3 of the solid electrolyte structure 1, it selects suitably according to the kind of active material which comprises the positive electrode active material 11a and the negative electrode active material 11b. can do.

なお、本全固体電池10においては、固体電解質構造体1を構成する固体電解質が、電極活物質11を構成する活物質よりも焼結温度が高いものであることが好ましい。このように構成することによって、個々の焼成時における双方の材料間の反応性が抑制される。   In the all solid state battery 10, it is preferable that the solid electrolyte constituting the solid electrolyte structure 1 has a higher sintering temperature than the active material constituting the electrode active material 11. By comprising in this way, the reactivity between both materials at the time of each baking is suppressed.

[2−1b]電極活物質:
図6に示すように、本全固体電池10の電極活物質11は、正極活物質11a及び負極活物質11bのうちの少なくとも一方(図6においては、正極活物質11a及び負極活物質11bの両方)が、固体電解質構造体1の固体電解質多孔体3の細孔4内に充填された活物質によって形成されている。このような電極活物質11は、固体電解質多孔体3の細孔4内に活物質、及び活物質前駆体からなる群から選択される少なくとも一種を充填して形成することができる。
[2-1b] Electrode active material:
As shown in FIG. 6, the electrode active material 11 of the all solid state battery 10 is at least one of a positive electrode active material 11a and a negative electrode active material 11b (in FIG. 6, both of the positive electrode active material 11a and the negative electrode active material 11b). ) Is formed of an active material filled in the pores 4 of the solid electrolyte porous body 3 of the solid electrolyte structure 1. Such an electrode active material 11 can be formed by filling the pores 4 of the solid electrolyte porous body 3 with at least one selected from the group consisting of an active material and an active material precursor.

また、固体電解質構造体の固体電解質緻密体の一方の表面のみに固体電解質多孔体が形成されている場合には、一方の電極活物質は、固体電解質多孔体の細孔内に充填された活物質によって形成されたものであり、他方の電極(電極活物質)は、活物質を含む電極材料を所定厚みの薄膜状又はシート状に成形して形成されたものが用いられる。このような他方の電極活物質は、例えば、プレス法、ドクターブレード法、ロールコーター法等の従来公知の方法で製造した電極活物質を、例えば、スパッタリング法、抵抗により蒸着源を加熱して蒸着させる抵抗加熱蒸着法、イオンビームにより蒸着源を加熱して蒸着させるイオンビーム蒸着法、電子ビームにより蒸着源を加熱して蒸着させる電子ビーム蒸着法等の方法によって、固体電解質緻密体の固体電解質多孔体が形成された側とは反対側の表面に配設することができる。   Further, when the solid electrolyte porous body is formed only on one surface of the solid electrolyte dense body of the solid electrolyte structure, one electrode active material is an active material filled in the pores of the solid electrolyte porous body. The other electrode (electrode active material) is formed by forming an electrode material containing an active material into a thin film or sheet having a predetermined thickness. For example, the other electrode active material is an electrode active material manufactured by a conventionally known method such as a press method, a doctor blade method, or a roll coater method, and is deposited by, for example, sputtering method or heating a deposition source by resistance. A solid electrolyte porous body of a solid electrolyte dense body by a resistance heating vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method in which a vapor deposition source is heated by an ion beam, or an electron beam vapor deposition method in which a vapor deposition source is heated and vaporized by an electron beam. It can be disposed on the surface opposite to the side on which the body is formed.

図6に示すような正極活物質11aは、正極用の活物質(正極活物質)によって形成されたものである。正極活物質の種類については特に制限はなく、従来公知の全固体電池に用いられる正極活物質を用いることができる。特に、正極活物質として金属酸化物が用いられる場合には、二次電池の焼結を酸素雰囲気下で行うことが可能となる。こうした正極活物質の具体例としては、二酸化マンガン(MnO)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LiMn又はLiMnO)、リチウムニッケル複合酸化物(例えば、LiNiO)、リチウムコバルト複合酸化物(例えば、LiCoO)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えば、LiNi1−yCo)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えば、LiMnCo1−y)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えば、LiMn2−yNi)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えば、LiFePO、LiFe1−yMnPO、LiCoPO)、ナシコン構造を有するリチウムリン酸化合物(例えば、Li(PO)、硫酸鉄(Fe(SO)、バナジウム酸化物(例えば、V)などを挙げることができる。これらは一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用して用いてもよい。なお、これらの化学式中、x,yは0〜1の範囲であることが好ましい。 The positive electrode active material 11a as shown in FIG. 6 is formed of a positive electrode active material (positive electrode active material). There is no restriction | limiting in particular about the kind of positive electrode active material, The positive electrode active material used for a conventionally well-known all-solid-state battery can be used. In particular, when a metal oxide is used as the positive electrode active material, the secondary battery can be sintered in an oxygen atmosphere. Specific examples of such a positive electrode active material include manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (for example, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), and lithium nickel composite. Oxide (for example, Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (for example, Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (for example, LiNi 1-y Co y O 2 ), lithium manganese cobalt composite oxide (e.g., LiMn y Co 1-y O 2), spinel type lithium-manganese-nickel composite oxide (e.g., Li x Mn 2-y Ni y O 4), lithium phosphates having an olivine structure (e.g., Li x FePO 4, Li x Fe 1-y Mn y PO 4, Li x CoPO 4), NASICON structure And lithium phosphate compounds having a structure (for example, Li x V 2 (PO 4 ) 3 ), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (for example, V 2 O 5 ), and the like. . These may be used alone or in combination of two or more. In these chemical formulas, x and y are preferably in the range of 0-1.

なお、正極活物質には、正極活物質のほか適宜導電助材を含めることができる。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、種々炭素繊維、カーボンナノチューブ等を挙げることができる。   In addition, the positive electrode active material can include a conductive additive as appropriate in addition to the positive electrode active material. Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, graphite, various carbon fibers, and carbon nanotubes.

正極活物質のより好適な具体例としては、LiCoO、LiMn、LiMnO等を挙げることができる。 More preferable specific examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , Li x Mn 2 O 4 , and Li x MnO 2 .

負極活物質11bは、負極用の活物質(負極活物質)によって形成されたものである。負極活物質の種類については特に制限はなく、従来公知の全固体電池に用いられる負極活物質を用いることができる。例えば、カーボン、金属化合物、金属酸化物、Li金属化合物、Li金属酸化物(リチウム−遷移金属複合酸化物を含む)、ホウ素添加炭素、グラファイト、ナシコン構造を有する化合物などを挙げることができる。これらは一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用して用いてもよい。   The negative electrode active material 11b is formed of a negative electrode active material (negative electrode active material). There is no restriction | limiting in particular about the kind of negative electrode active material, The negative electrode active material used for a conventionally well-known all-solid-state battery can be used. Examples thereof include carbon, metal compounds, metal oxides, Li metal compounds, Li metal oxides (including lithium-transition metal composite oxides), boron-added carbon, graphite, and compounds having a NASICON structure. These may be used alone or in combination of two or more.

上記カーボンとしては、例えば、グラファイトカーボン、ハードカーボン、ソフトカーボンなど、従来公知のカーボン材料を挙げることができる。上記金属化合物としては、LiAl、LiZn、LiBi、LiCd、LiSd、LiSi、Li4.4Pb、Li4.4Sn、Li0.17C(LiC)等を挙げることができる。上記金属酸化物としては、SnO、SnO、GeO、GeO、InO、In、PbO、PbO、Pb、Pb、AgO、AgO、Ag、Sb、Sb、Sb、SiO、ZnO、CoO、NiO、TiO、FeO等を挙げることができる。Li金属化合物としては、LiFeN、Li2.6Co0.4N、Li2.6Cu0.4N等を挙げることができる。Li金属酸化物(リチウム−遷移金属複合酸化物)としては、LiTi12で表されるリチウム−チタン複合酸化物等を挙げることができる。上記ホウ素添加炭素としては、ホウ素添加カーボン、ホウ素添加グラファイト等を挙げることができる。 Examples of the carbon include conventionally known carbon materials such as graphite carbon, hard carbon, and soft carbon. Examples of the metal compound include LiAl, LiZn, Li 3 Bi, Li 3 Cd, Li 3 Sd, Li 4 Si, Li 4.4 Pb, Li 4.4 Sn, and Li 0.17 C (LiC 6 ). be able to. The metal oxides, SnO, SnO 2, GeO, GeO 2, In 2 O, In 2 O 3, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Ag 2 O, AgO, Ag 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , SiO, ZnO, CoO, NiO, TiO 2 and FeO. Examples of the Li metal compound include Li 3 FeN 2 , Li 2.6 Co 0.4 N, Li 2.6 Cu 0.4 N, and the like. Examples of the Li metal oxide (lithium-transition metal composite oxide) include a lithium-titanium composite oxide represented by Li 4 Ti 5 O 12 . Examples of the boron-added carbon include boron-added carbon and boron-added graphite.

負極活物質には、負極活物質のほか適宜導電助材を含めることができる。導電助剤は、上記した正極活物質にて説明した導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。上記ナシコン構造を有する化合物としては、リチウムリン酸化合物(Li(POなど)を挙げることができる。 In addition to the negative electrode active material, the negative electrode active material can appropriately include a conductive additive. As the conductive auxiliary agent, the same conductive auxiliary agent as described in the above positive electrode active material can be suitably used. Examples of the compound having a NASICON structure include lithium phosphate compounds (such as Li x V 2 (PO 4 ) 3 ).

負極活物質のより好適な具体例としては、LiTi12、TiO等を挙げることができる。 More preferable specific examples of the negative electrode active material include Li 4 Ti 5 O 12 and TiO 2 .

また、本実施形態の全固体電池10に用いられる正極集電極14及び負極集電極15を構成する材料としては、例えば、白金(Pt)、白金(Pt)/パラジウム(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ITO(インジウム−錫酸化膜)等を挙げることができる。   Moreover, as a material which comprises the positive electrode collector 14 and the negative electrode collector 15 used for the all-solid-state battery 10 of this embodiment, platinum (Pt), platinum (Pt) / palladium (Pd), gold (Au), for example , Silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), ITO (indium-tin oxide film), and the like.

[2−2]全固体電池の製造方法:
以下、本実施形態の全固体電池の製造方法の各工程についてより具体的に説明する。
[2-2] Method for producing all-solid battery:
Hereinafter, each process of the manufacturing method of the all-solid-state battery of this embodiment is demonstrated more concretely.

[2−2a]全固体電池用の固体電解質構造体の形成工程:
まず、本実施形態の全固体電池の製造方法において、これまでに説明した本発明の固体電解質構造体の製造方法に従って、図1及び図2に示すような、固体電解質を主成分とする固体電解質緻密体2と、固体電解質を主成分とする固体電解質多孔体3とを有し、固体電解質多孔体3が固体電解質緻密体2の少なくとも一の表面(図1及び図2においては、固体電解質緻密体2の両方の表面)に一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体1を得る。
[2-2a] Step of forming a solid electrolyte structure for an all-solid battery:
First, in the method for producing an all-solid battery according to the present embodiment, according to the method for producing a solid electrolyte structure of the present invention described so far, a solid electrolyte having a solid electrolyte as a main component as shown in FIGS. It has a dense body 2 and a solid electrolyte porous body 3 containing a solid electrolyte as a main component, and the solid electrolyte porous body 3 is at least one surface of the solid electrolyte dense body 2 (in FIG. 1 and FIG. The solid electrolyte structure 1 for an all-solid battery formed integrally on both surfaces of the body 2 is obtained.

固体電解質緻密体となる第一のグリーンシート、及び固体電解質多孔体となる第二のグリーンシートに含有される固体電解質については、電極活物質を構成する活物質の種類において適宜選択することができる。   About the solid electrolyte contained in the 1st green sheet used as a solid electrolyte dense body, and the 2nd green sheet used as a solid electrolyte porous body, it can select suitably in the kind of active material which comprises an electrode active material. .

[2−2b]電極活物質の形成工程:
次に、このようにして得られた全固体電池用の固体電解質構造体における固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、ゾル状の活物質、ゲル状の活物質、微粒子状の活物質前駆体、ゾル状の活物質前駆体、及びゲル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、固体電解質多孔体の細孔内に電極活物質を形成する。
[2-2b] Step of forming electrode active material:
Next, in the pores of the solid electrolyte porous body in the solid electrolyte structure for an all-solid battery thus obtained, a fine particle active material, a sol active material, a gel active material, a fine particle Active material precursor, sol-like active material precursor, and at least one selected from the group consisting of gel-like active material precursor are filled to form an electrode active material in the pores of the solid electrolyte porous body To do.

即ち、この電極活物質の形成工程においては、固体電解質構造体における固体電解質多孔体の細孔内に、電極活物質となる活物質、及び焼成することによって活物質となる活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、必要に応じて前記活物質前駆体を焼成して、固体電解質多孔体の細孔内に電極活物質を形成する。   That is, in the step of forming the electrode active material, the active material that becomes the electrode active material and the active material precursor that becomes the active material by firing are formed in the pores of the solid electrolyte porous body in the solid electrolyte structure. At least one selected from the group is filled, and the active material precursor is fired as necessary to form an electrode active material in the pores of the solid electrolyte porous body.

このように構成することによって、固体電解質多孔体の細孔内に満遍なく活物質を充填することが可能となり、単位面積あたりの活物質と固体電解質との接続界面の面積を飛躍的に増大させることができる。これにより、接続界面における反応抵抗を飛躍的に低減させることができる。   With this configuration, the active material can be uniformly filled in the pores of the solid electrolyte porous body, and the area of the connection interface between the active material and the solid electrolyte per unit area can be dramatically increased. Can do. Thereby, the reaction resistance at the connection interface can be drastically reduced.

活物質としては、上記した正極活物質を形成するための正極用の活物質(正極活物質)や、負極活物質を形成するための活物質(負極活物質)を微粉化したものを用いることができる。また、上記した活物質を微粒子状にしたものを、有機系溶剤、水系溶剤、純水等を用いて分散溶液化(ゾル化)し、この分散溶液を細孔内に充填してもよい。また、微粉化した活物質を含むゲル状の半固体物を用いてもよい。   As the active material, a positive electrode active material (positive electrode active material) for forming the positive electrode active material described above or a material obtained by pulverizing an active material (negative electrode active material) for forming the negative electrode active material is used. Can do. Further, the above-mentioned active material in the form of fine particles may be made into a dispersion solution (solification) using an organic solvent, an aqueous solvent, pure water or the like, and this dispersion solution may be filled in the pores. Alternatively, a gel-like semi-solid material containing a finely divided active material may be used.

活物質前駆体としては、焼成することによって上記した正極活物質や負極活物質となるものを用いることができる。活物質前駆体の形態についても、上記活物質と同様に、微粒子状、ゾル状、又はゲル状のいずれかの形状のものを好適に用いることができる。   As the active material precursor, a material that becomes the above-described positive electrode active material or negative electrode active material by firing can be used. As for the form of the active material precursor, as in the above active material, a fine particle, sol, or gel can be suitably used.

上記活物質、及び活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を固体電解質多孔体の細孔内に充填する方法としては、例えば、真空中において、活物質や活物質前駆体を含む上記した分散溶液を、固体電解質多孔体の表面に滴下して含浸させる方法や、また、例えば、大気中での取扱いが可能である場合や、溶液の揮発性が低い場合においては、大気中や不活性雰囲気中で、上記分散溶液やゾル状の活物質前駆体を、固体電解質多孔体の表面に滴下した後、真空引きすることによって含浸させることもできる。   As a method of filling at least one selected from the group consisting of the active material and the active material precursor into the pores of the solid electrolyte porous body, for example, in vacuum, the active material and the active material precursor containing the above If the dispersion solution is dropped and impregnated on the surface of the solid electrolyte porous body, or if it can be handled in the atmosphere, or if the solution is low in volatility, In an active atmosphere, the dispersion solution or the sol-like active material precursor can be impregnated by dropping it on the surface of the solid electrolyte porous body and then evacuating it.

また、活物質、及び活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填する際には、活物質の電子伝導性を補助するために、アセチレンブラック等の補助剤(導電補助剤)を同時に又は個別に細孔内に充填してもよい。   In addition, when filling at least one selected from the group consisting of an active material and an active material precursor, an auxiliary agent (conductive auxiliary agent) such as acetylene black is added to assist the electronic conductivity of the active material. The pores may be filled simultaneously or individually.

なお、上記したように、活物質、及び活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填した後には、乾燥や焼成により活物質を固定化することが好ましい。なお、例えば、ゾル状の活物質前駆体やゲル状の活物質前駆体を用いた場合には、所定の温度にて焼成して、活物質前駆体から活物質を生成する。   As described above, after filling at least one selected from the group consisting of the active material and the active material precursor, it is preferable to fix the active material by drying or firing. For example, when a sol-like active material precursor or a gel-like active material precursor is used, the active material is generated from the active material precursor by firing at a predetermined temperature.

また、一回の操作で活物質や活物質前駆体が十分に充填されない場合には、複数回充填を繰り返して、固体電解質多孔体3の細孔4内に活物質や活物質前駆体が行き渡るようにする。   Further, when the active material or the active material precursor is not sufficiently filled in one operation, the active material or the active material precursor is spread in the pores 4 of the solid electrolyte porous body 3 by repeating the filling a plurality of times. Like that.

なお、活物質と活物質前駆体とは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。また、二種以上を組み合わせて用いる場合には、同一の形態ものであってもよし、微粒子状、ゾル状、又はゲル状のいずれか異なる形態のものであってもよい。例えば、本実施形態の全固体電池の製造方法においては、固体電解質構造体における固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、及び微粒子状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填した後、ゾル状の活物質、及びゾル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を更に細孔内に充填して、固体電解質多孔体の細孔内に電極活物質を形成することが好ましい。このように構成することによって、固体電解質多孔体の細孔により隙間なく活物質を充填することができ、得られる全固体電池の容量を増大させることができる。   In addition, an active material and an active material precursor may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Further, when two or more kinds are used in combination, they may be in the same form, or may be in a different form of fine particles, sol, or gel. For example, in the method for manufacturing an all-solid battery according to the present embodiment, the pores of the solid electrolyte porous body in the solid electrolyte structure are selected from the group consisting of a fine particle active material and a fine particle active material precursor. And at least one selected from the group consisting of a sol-form active material and a sol-form active material precursor is further filled in the pores, and the solid electrolyte porous body is filled with pores. It is preferable to form an electrode active material. By comprising in this way, an active material can be filled without a space | gap with the pore of a solid electrolyte porous body, and the capacity | capacitance of the obtained all-solid-state battery can be increased.

なお、図6に示すように、固体電解質構造体1の固体電解質緻密体2の両方の表面に固体電解質多孔体3が形成されている場合には、正極用と負極用の二種類の活物質や活物質前駆体を用いて、それぞれの固体電解質多孔体3の細孔4内に活物質や活物質前駆体を充填して、それぞれ電極活物質を形成する。   In addition, as shown in FIG. 6, when the solid electrolyte porous body 3 is formed on both surfaces of the solid electrolyte dense body 2 of the solid electrolyte structure 1, two kinds of active materials for positive electrode and negative electrode are used. And active material precursors are used to fill the active material and active material precursor into the pores 4 of the solid electrolyte porous bodies 3 to form electrode active materials.

一方、図示は省略するが、固体電解質構造体の固体電解質緻密体の一方の表面のみに固体電解質多孔体が形成されている場合には、上述した方法を用いて固体電解質多孔体の細孔内に活物質、及び活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、一方の電極活物質を形成する。そして、他方の電極(電極活物質)は、例えば、プレス法、ドクターブレード法、ロールコーター法等の従来公知の方法で製造した電極活物質を、例えば、活物質前駆体、若しくは固体電解質と同じ原料からなる接着ペーストを塗布し積層、接着する方法、スパッタリング法、抵抗により蒸着源を加熱して蒸着させる抵抗加熱蒸着法、イオンビームにより蒸着源を加熱して蒸着させるイオンビーム蒸着法、電子ビームにより蒸着源を加熱して蒸着させる電子ビーム蒸着法等の方法によって、固体電解質緻密体の固体電解質多孔体が形成された側とは反対側の表面に配設することによって形成する。   On the other hand, although illustration is omitted, when the solid electrolyte porous body is formed only on one surface of the solid electrolyte dense body of the solid electrolyte structure, the pores of the solid electrolyte porous body are formed using the above-described method. One electrode active material is formed by filling at least one selected from the group consisting of an active material and an active material precursor. The other electrode (electrode active material) is, for example, an electrode active material produced by a conventionally known method such as a press method, a doctor blade method, or a roll coater method, for example, the same as an active material precursor or a solid electrolyte. A method of applying and laminating and bonding an adhesive paste made of raw materials, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method in which a vapor deposition source is heated by vapor deposition, a resistance heating vapor deposition method in which a vapor deposition source is heated by an ion beam and vapor deposition, an electron beam It is formed by disposing on the surface of the solid electrolyte dense body opposite to the side where the solid electrolyte porous body is formed by a method such as an electron beam vapor deposition method in which the vapor deposition source is heated and vapor deposited.

[2−2c]切断工程:
このようにして、固体電解質多孔体の細孔内に電極活物質が形成された固体電解質構造体を、所望の形状に切断して全固体電池を形成する。本実施形態の製造方法においては、固体電解質構造体を、粉末状の固体電解質をシート状に成形した第一のグリーンシートと、粉末状の固体電解質と造孔剤とをシート状に成形した第二のグリーンシートとを用いて形成するため、上記の各工程に用いられる固体電解質構造体は、シート状の比較的表面積の大きなもの、即ち、最終製品としての全固体電池よりも大きなものとして製造されていることがある。このため、例えば、ダイシングソーやワイヤーソー等の工作機械や、YAGレーザー,COレーザー等のレーザー加工機により所望するサイズに切断して全固体電池を得ることができる。なお、このように表面積の大きな固体電解質構造体を用いて上記工程を行うことによって、一つの固体電解質構造体から複数個の全固体電池を同時に製造することもでき、生産性にも優れている。
[2-2c] Cutting step:
In this way, the solid electrolyte structure in which the electrode active material is formed in the pores of the solid electrolyte porous body is cut into a desired shape to form an all-solid battery. In the manufacturing method of the present embodiment, the solid electrolyte structure is a first green sheet obtained by forming a powdered solid electrolyte into a sheet, and a powdered solid electrolyte and a pore former are formed into a sheet. The solid electrolyte structure used in each of the above steps is manufactured as a sheet-like material having a relatively large surface area, that is, larger than an all-solid battery as a final product. Have been. Thus, for example, it is possible to obtain machine tools and the like dicing saw or wire saw, YAG laser, the all-solid-state cell is cut to a desired size by laser processing machine such as a CO 2 laser. In addition, by performing the above process using a solid electrolyte structure having a large surface area as described above, a plurality of all solid state batteries can be simultaneously manufactured from one solid electrolyte structure, and the productivity is excellent. .

また得られた全固体電池においては、各電極活物質(正極活物質及び負極活物質)に、図6に示すような、正極集電極14及び負極集電極15を配設してもよい。正極集電極14及び負極集電極15を構成する材料としては、例えば、白金(Pt)、白金(Pt)/パラジウム(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ITO(インジウム−錫酸化膜)等を挙げることができる。   Further, in the obtained all solid state battery, a positive electrode collector electrode 14 and a negative electrode collector electrode 15 as shown in FIG. 6 may be disposed in each electrode active material (positive electrode active material and negative electrode active material). Examples of the material constituting the positive electrode collector 14 and the negative electrode collector 15 include platinum (Pt), platinum (Pt) / palladium (Pd), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), copper ( Cu), ITO (indium-tin oxide film), and the like.

また、得られた全固体電池の側壁外周を、樹脂やガラス材料によりモールディングすることによって被覆処理して、全固体電池の製品形状としてもよい。   Moreover, it is good also as a product shape of an all-solid-state battery by coat | covering the outer periphery of the side wall of the obtained all-solid-state battery by molding with resin or glass material.

[3]全固体電池ユニットの製造方法:
次に、本発明の全固体電池ユニットの製造方法の一実施形態について具体的に説明する。本実施形態の全固体電池ユニットの製造方法は、これまでに説明した、本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって、固体電解質緻密体の両方の表面に固体電解質多孔体が形成された全固体電池用の固体電解質構造体を複数個形成し、得られた全固体電池用の固体電解質構造体における固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、ゾル状の活物質、ゲル状の活物質、微粒子状の活物質前駆体、ゾル状の活物質前駆体、及びゲル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、固体電解質多孔体の細孔内に活物質からなる電極活物質が形成された活物質充填固体電解質構造体を得る工程と、得られた活物質充填固体電解質構造体の複数個を、集電体を介して、電気的に直列となるように積み重ねる工程とを備えた全固体電池ユニットの製造方法である。
[3] Manufacturing method of all solid state battery unit:
Next, an embodiment of the method for producing an all solid state battery unit of the present invention will be specifically described. The manufacturing method of the all-solid-state battery unit of this embodiment is the same as that of the solid-electrolyte structure for the all-solid-state battery according to the present invention described above. A plurality of solid electrolyte structures for an all-solid battery thus formed are formed, and in the resulting solid electrolyte structure for an all-solid battery, a fine particle active material, a sol-like structure is formed in the pores of the solid electrolyte porous body. A solid electrolyte porous material filled with at least one selected from the group consisting of an active material, a gel-like active material, a particulate active material precursor, a sol-like active material precursor, and a gel-like active material precursor A step of obtaining an active material-filled solid electrolyte structure in which an electrode active material made of an active material is formed in the pores of the body, and a plurality of the obtained active material-filled solid electrolyte structures are connected via a current collector , Stacked in electrical series A method for manufacturing an all-solid battery unit and a step.

本実施形態の全固体電池ユニットの製造方法によって製造される全固体電池ユニットは、図7に示すように、固体電解質構造体1の固体電解質多孔体3の細孔4内に活物質からなる電極活物質22が形成された活物質充填固体電解質構造体32の複数個を、集電極33を介して電気的に直列となるように積み重ねられた全固体電池ユニット31であり、1つの固体電解質構造体1からなる活物質充填固体電解質構造体32が電池の単セルとなり、この単セルを複数積層することによって構成された電池ユニットである。ここで、図7は、本発明の全固体電池ユニットの製造方法の一実施形態によって得られる全固体電池ユニットの構成を示す模式図である。   As shown in FIG. 7, the all-solid battery unit manufactured by the manufacturing method of the all-solid battery unit of the present embodiment is an electrode made of an active material in the pores 4 of the solid electrolyte porous body 3 of the solid electrolyte structure 1. An all-solid battery unit 31 in which a plurality of active material-filled solid electrolyte structures 32 in which an active material 22 is formed are stacked in series via a collector electrode 33, and has one solid electrolyte structure The active material-filled solid electrolyte structure 32 made of the body 1 becomes a single cell of a battery, and is a battery unit configured by stacking a plurality of single cells. Here, FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the all solid state battery unit obtained by an embodiment of the method for producing the all solid state battery unit of the present invention.

このような全固体電池ユニットは、単セルの全固体電池では実現困難な高電位を発生させることが可能となり、集電体を介して積層する活物質充填固体電解質構造体の数によって、必要とする電位(高電位)を確保することができる。特に、上記した本発明の固体電解質構造体の製造方法においては、グリーンシートを用いて固体電解質緻密体と固体電解質多孔体とを形成することから、単セルとなる活物質充填固体電解質構造体の薄型化が可能であり、全固体電池ユニット全体の厚さを薄くすることが可能となる。   Such an all-solid-state battery unit can generate a high potential that is difficult to achieve with a single-cell all-solid-state battery, and may be necessary depending on the number of active material-filled solid electrolyte structures stacked via a current collector. Potential (high potential) can be ensured. In particular, in the above-described method for producing a solid electrolyte structure of the present invention, since the solid electrolyte dense body and the solid electrolyte porous body are formed using a green sheet, the active material-filled solid electrolyte structure that becomes a single cell is formed. It is possible to reduce the thickness, and it is possible to reduce the thickness of the entire all solid state battery unit.

なお、図7においては、3個の活物質充填固体電解質構造体32を、集電極33を介して電気的に直列となるように積み重ねられた全固体電池ユニット31を示しているが、活物質充填固体電解質構造体32の数については特に制限はない。   7 shows an all solid state battery unit 31 in which three active material-filled solid electrolyte structures 32 are stacked so as to be electrically connected in series via a collector electrode 33. There is no particular limitation on the number of filled solid electrolyte structures 32.

本実施形態の全固体電池ユニットの製造方法において、活物質充填固体電解質構造体を形成する際には、まず、これまでに説明した、本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって、固体電解質緻密体の両方の表面に固体電解質多孔体が形成された固体電解質構造体を複数個形成する。なお、固体電解質構造体の固体電解質緻密体及び固体電解質多孔体をシート状に成形するために用いる固体電解質の種類については、電極活物質を構成する活物質の種類に応じて適宜選択することができる。   In the manufacturing method of the all solid state battery unit of the present embodiment, when forming the active material filled solid electrolyte structure, first, the manufacturing method of the solid electrolyte structure for the all solid state battery of the present invention described above is first described. As a result, a plurality of solid electrolyte structures in which a solid electrolyte porous body is formed on both surfaces of the solid electrolyte dense body are formed. The type of solid electrolyte used for forming the solid electrolyte dense body and the solid electrolyte porous body of the solid electrolyte structure into a sheet shape may be appropriately selected according to the type of active material constituting the electrode active material. it can.

次に、得られた固体電解質構造体における固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、ゾル状の活物質、ゲル状の活物質、微粒子状の活物質前駆体、ゾル状の活物質前駆体、及びゲル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、固体電解質多孔体の細孔内に活物質からなる電極活物質が形成された活物質充填固体電解質構造体を得る。上記した活物質や活物質前駆体を充填する方法については、上記した本発明の全固体電池の製造方法と同様の方法によって実現することができる。即ち、本実施形態の全固体電池ユニットの製造方法においては、上記した全固体電池を構成する活物質や活物質前駆体が充填された固体電解質構造体を、電池ユニットの単セル(即ち、活物質充填固体電解質構造体)として用いることができる。   Next, in the pores of the solid electrolyte porous body in the obtained solid electrolyte structure, a fine particle active material, a sol active material, a gel active material, a fine particle active material precursor, a sol Active material filling in which at least one selected from the group consisting of an active material precursor and a gel-like active material precursor is filled to form an electrode active material made of the active material in the pores of the solid electrolyte porous body A solid electrolyte structure is obtained. The method of filling the active material or active material precursor described above can be realized by the same method as the above-described method for manufacturing an all solid state battery of the present invention. That is, in the manufacturing method of the all solid state battery unit of the present embodiment, the solid electrolyte structure filled with the active material and the active material precursor constituting the all solid state battery is converted into a single cell (ie, active cell) of the battery unit. Substance-filled solid electrolyte structure).

次に、このようにして得られた活物質充填固体電解質構造体の複数個を、集電体を介して、電気的に直列となるように積み重ねて全固体電池ユニットを製造する。この集電体は、例えば、一の活物質充填固体電解質構造体の正極活物質と、この一の活物質充填固体電解質構造体に隣接するように配置される他の活物質充填固体電解質構造体の負極活物質とを電気的接続するための電気伝導性を有する板状の部材である。これにより、薄型の複数の活物質充填固体電解質構造体が、板状の集電体をそれぞれの間に挟みこむことによって、電気的に直列に接続される。   Next, a plurality of the active material-filled solid electrolyte structures obtained in this way are stacked so as to be electrically in series via a current collector to produce an all-solid battery unit. The current collector is, for example, a positive electrode active material of one active material-filled solid electrolyte structure and another active material-filled solid electrolyte structure disposed adjacent to the one active material-filled solid electrolyte structure It is the plate-shaped member which has electrical conductivity for electrically connecting with the negative electrode active material. As a result, a plurality of thin active material-filled solid electrolyte structures are electrically connected in series by sandwiching a plate-like current collector therebetween.

集電体を構成する材料としては、例えば、白金(Pt)、白金(Pt)/パラジウム(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ITO(インジウム−錫酸化膜)等を挙げることができる。   Examples of the material constituting the current collector include platinum (Pt), platinum (Pt) / palladium (Pd), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), and ITO (indium). -Tin oxide film).

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
Li0.35La0.55TiO(固体電解質)を粉末状にした材料粉末を用いて第一のグリーンシートを成形し、また、Li0.35La0.55TiO(固体電解質)を粉末状にしたものとテオブロミン(造孔剤)とを混合した材料粉末を用いて第二のグリーンシートを成形した。なお、第二のグリーンシートは、Li0.35La0.55TiO(固体電解質)とテオブロミン(造孔剤)とを体積比が1:1となるように配合した材料粉末を用いた。
(Example 1)
A first green sheet is formed using a material powder in which Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) is powdered, and Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) is formed. A second green sheet was formed using a material powder obtained by mixing the powder and theobromine (pore forming agent). Incidentally, the second green sheet, Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) and theobromine (pore forming agent) in a volume ratio of 1: a material powder was blended so that 1.

次に、第二のグリーンシートの片面に、Li0.35La0.55TiO(固体電解質)を用いて形成した接着層をスクリーン印刷法により形成した。 Next, an adhesive layer formed using Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) was formed on one side of the second green sheet by screen printing.

次に、第二のグリーンシートの接着層を形成した面が、第一のグリーンシートに接合する側となるように、第二のグリーンシート、第一のグリーンシート、第二のグリーンシートの順番に積み重ねた後、約80℃に加熱後、面圧40kgf/cmにて加圧積層して、シート積層体を得た。 Next, the order of the second green sheet, the first green sheet, and the second green sheet so that the surface on which the adhesive layer of the second green sheet is formed is the side to be joined to the first green sheet. Then, after heating to about 80 ° C., pressure lamination was performed at a surface pressure of 40 kgf / cm 2 to obtain a sheet laminate.

次に、得られたシート積層体を、Li0.35La0.55TiO(固体電解質)の焼結に十分な温度としている1160℃にて焼成を行って、全固体電池用の固体電解質構造体(実施例1)を製造した。 Next, the obtained sheet laminate is fired at 1160 ° C., which is a temperature sufficient for sintering Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte), to obtain a solid electrolyte for an all-solid battery. A structure (Example 1) was manufactured.

(実施例2)
実施例1と同様の工程により得られたシート積層体を、1130℃にて焼成を行って、全固体電池用の固体電解質構造体(実施例2)を製造した。
(Example 2)
The sheet laminated body obtained by the same process as Example 1 was baked at 1130 degreeC, and the solid electrolyte structure (Example 2) for all-solid-state batteries was manufactured.

(実施例3)
実施例1と同様の工程により得られたシート積層体を、1090℃にて焼成を行って、全固体電池用の固体電解質構造体(実施例3)を製造した。
(Example 3)
The sheet laminated body obtained by the same process as Example 1 was baked at 1090 degreeC, and the solid electrolyte structure (Example 3) for all-solid-state batteries was manufactured.

(実施例4)
Li0.35La0.55TiO(固体電解質)を粉末状にした材料粉末を用いて第一のグリーンシートを成形し、また、Li0.35La0.55TiO(固体電解質)を粉末状にしたものとテオブロミン(造孔剤)とを混合した材料粉末を用いて第二のグリーンシートを成形した。なお、第二のグリーンシートは、Li0.35La0.55TiO(固体電解質)とテオブロミン(造孔剤)とを体積比が1:2となるように配合した材料粉末を用いた。
Example 4
A first green sheet is formed using a material powder in which Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) is powdered, and Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) is formed. A second green sheet was formed using a material powder obtained by mixing the powder and theobromine (pore forming agent). Incidentally, the second green sheet, Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) and theobromine (pore forming agent) in a volume ratio of 1: a material powder was blended so that 2.

得られた第一のグリーンシートと第二のグリーンシートとを用いて、実施例1と同様の工程によりシート積層体を得、得られたシート積層体を、1130℃にて焼成を行って、全固体電池用の固体電解質構造体(実施例4)を製造した。   Using the obtained first green sheet and second green sheet, a sheet laminate was obtained by the same process as in Example 1, and the obtained sheet laminate was fired at 1130 ° C. A solid electrolyte structure (Example 4) for an all-solid battery was produced.

(実施例5)
Li0.35La0.55TiO(固体電解質)を粉末状にした材料粉末を用いて第一のグリーンシートを成形し、また、Li0.35La0.55TiO(固体電解質)を粉末状にしたものとテオブロミン(造孔剤)とを混合した材料粉末を用いて第二のグリーンシートを成形した。なお、第二のグリーンシートは、Li0.35La0.55TiO(固体電解質)とテオブロミン(造孔剤)とを体積比が1:3となるように配合した材料粉末を用いた。
(Example 5)
A first green sheet is formed using a material powder in which Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) is powdered, and Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) is formed. A second green sheet was formed using a material powder obtained by mixing the powder and theobromine (pore forming agent). Incidentally, the second green sheet, Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) and theobromine (pore forming agent) in a volume ratio of 1: a material powder was blended so that 3.

得られた第一のグリーンシートと第二のグリーンシートとを用いて、実施例1と同様の工程によりシート積層体を得、得られたシート積層体を、1130℃にて焼成を行って、全固体電池用の固体電解質構造体(実施例5)を製造した。   Using the obtained first green sheet and second green sheet, a sheet laminate was obtained by the same process as in Example 1, and the obtained sheet laminate was fired at 1130 ° C. A solid electrolyte structure (Example 5) for an all-solid battery was produced.

ここで、図8〜図14は、実施例1〜5における固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真であり、図8は実施例1、図9は実施例2、図10は実施例3、図11及び図12は実施例4、図13及び図14は実施例5のSEM写真である。   8 to 14 are SEM photographs of cross sections of the solid electrolyte dense body and the solid electrolyte porous layer of the solid electrolyte structures in Examples 1 to 5, FIG. 8 is Example 1, and FIG. 9 is Example. 2 and FIG. 10 are SEM photographs of Example 3, FIGS. 11 and 12 are Examples 4 and FIGS. 13 and 14 are SEM photographs of Example 5. FIG.

(比較例1)
Li0.35La0.55TiO(固体電解質)を粉末状にした材料粉末を金型プレスで成形することにより、焼成後の寸法が直径約φ13mm、厚み1mmtの第1の成形体を得た。得られた第1の成形体を大気雰囲気中、1150℃で焼成することにより、固体電解質緻密体を作製した。
(Comparative Example 1)
A material powder in which Li 0.35 La 0.55 TiO 3 (solid electrolyte) is powdered is molded by a mold press to obtain a first molded body having a diameter of about φ13 mm and a thickness of 1 mmt after firing. It was. The obtained 1st molded object was baked at 1150 degreeC in air | atmosphere atmosphere, and the solid electrolyte dense body was produced.

次に、第1の成形体に用いた固体電解質と同一材料組成の固体電解質の粉末を用いて、スクリーン印刷用ペーストを調製した。本比較例においては、上記固体電解質の粉末に、バインダー成分としてエスレックB(商品名:積水化学工業社製)、有機溶剤としてCS−12(商品名:チッソ社製)、造孔剤としてテオブロミンを加えてスクリーン印刷用ペーストを調製した。得られたスクリーン印刷用ペーストを、固体電解質緻密体の表面にスクリーン印刷法によって塗工することにより、焼成後の寸法が直径約φ12mm、厚み10μmtの第2の成形体を得た。   Next, a screen printing paste was prepared using a solid electrolyte powder having the same material composition as that of the solid electrolyte used in the first molded body. In this comparative example, the above-mentioned solid electrolyte powder was blended with ESREC B (trade name: manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as a binder component, CS-12 (trade name: manufactured by Chisso Corporation) as an organic solvent, and theobromine as a pore-forming agent. In addition, a screen printing paste was prepared. The obtained screen printing paste was applied to the surface of the solid electrolyte dense body by a screen printing method to obtain a second molded body having a diameter of about 12 mm in diameter and a thickness of 10 μmt after firing.

次に、得られた第2の成形体を、第1の成形体の焼成温度よりも低い温度で、固体電解質緻密体とともに追焼成して、固体電解質緻密体の少なくとも一方の表面に焼成一体化した固体電解質多孔層を形成して、固体電解質構造体を作製した。追焼成の条件は、大気雰囲気中、1100℃とした。ここで、図15は、比較例1における固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。   Next, the obtained second molded body is additionally fired together with the solid electrolyte dense body at a temperature lower than the firing temperature of the first molded body, and is fired and integrated on at least one surface of the solid electrolyte dense body. The solid electrolyte porous layer was formed to produce a solid electrolyte structure. The conditions for the additional firing were 1100 ° C. in an air atmosphere. Here, FIG. 15 is an SEM photograph of a cross section of the solid electrolyte dense body and the solid electrolyte porous layer of the solid electrolyte structure in Comparative Example 1.

(考察)
図8〜図14に示すように、実施例1〜3の固体電解質構造体を比較した場合、固体電解質緻密体においては、実施例3ではあまり焼結が進んでいないが、実施例1及び2では十分な焼結状態であるといえる。一方、固体電解質多孔体においては、実施例1及び2で十分なネッキングが確保された状態が得られているが、実施例1では更に焼結が進み固体電解質多孔体の開口(気孔率)が低下しつつある状況にある。
(Discussion)
As shown in FIGS. 8 to 14, when the solid electrolyte structures of Examples 1 to 3 are compared, in the solid electrolyte dense body, the sintering does not progress much in Example 3, but Examples 1 and 2 Then, it can be said that it is a sufficient sintered state. On the other hand, in the solid electrolyte porous body, a state in which sufficient necking was ensured in Examples 1 and 2 was obtained, but in Example 1, the sintering progressed further and the opening (porosity) of the solid electrolyte porous body was increased. The situation is on the decline.

このようなことから、固体電解質緻密体と固体電解質多孔体の最適なバランスとしては、実施例2の固体電解質構造体の焼成条件が好適である。   For this reason, as the optimum balance between the solid electrolyte dense body and the solid electrolyte porous body, the firing conditions of the solid electrolyte structure of Example 2 are suitable.

次に、固体電解質多孔体の開口度のコントロール性に関して、実施例2と実施例4及び5とを比較すると、造孔剤の配合比率が増す毎に固体電解質多孔体の開口が大きくなるようコントロールできていることがわかる。   Next, with respect to the controllability of the degree of opening of the solid electrolyte porous body, when Example 2 is compared with Examples 4 and 5, control is performed so that the opening of the solid electrolyte porous body increases as the blending ratio of the pore former increases. You can see that it is made.

また、比較例1の固体電解質構造体は、固体電解質多孔体の層厚が薄く、且つ平坦性が悪いものであった。本発明の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法においては、グリーンシートを用いて、テープ成形を行うことにより、固体電解質多孔体の表面部分の平坦性が向上した上に、造孔剤の添加量によって固体電解質多孔体の開口をコントロールしつつ、固体電解質多孔体の厚さを厚くしながら固体電解質緻密体の厚さを薄くした固体電解質構造体を得ることが可能となった。   Further, the solid electrolyte structure of Comparative Example 1 had a thin solid electrolyte porous body and a poor flatness. In the method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery of the present invention, the flatness of the surface portion of the solid electrolyte porous body is improved by tape molding using a green sheet, and the pore former It is possible to obtain a solid electrolyte structure in which the thickness of the solid electrolyte porous body is reduced while the thickness of the solid electrolyte porous body is increased while the opening of the solid electrolyte porous body is controlled by the added amount of.

本発明の全固体電池は、ポータブル機器用電池、ICカード内蔵用電池、インプラント医療器具用電池、基板表面実装用電池、太陽電池をはじめとする他の電池と組み合わせて用いられる電池(ハイブリッド電源用電池)等としても好適である。   The all-solid-state battery of the present invention is a battery (for hybrid power supply) used in combination with other batteries including portable device batteries, IC card built-in batteries, implant medical device batteries, substrate surface mounting batteries, solar batteries Battery) and the like.

本発明の固体電解質構造体の製造方法の一実施形態によって得られる固体電解質構造体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the solid electrolyte structure obtained by one Embodiment of the manufacturing method of the solid electrolyte structure of this invention. 図1に示す固体電解質構造体のA−A’断面を示す図である。It is a figure which shows the A-A 'cross section of the solid electrolyte structure shown in FIG. 本発明の固体電解質構造体の製造方法の一実施形態における、第一のグリーンシートを得る工程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the process of obtaining the 1st green sheet in one Embodiment of the manufacturing method of the solid electrolyte structure of this invention. 本発明の固体電解質構造体の製造方法の一実施形態における、第二のグリーンシートを得る工程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the process of obtaining the 2nd green sheet in one Embodiment of the manufacturing method of the solid electrolyte structure of this invention. 本発明の固体電解質構造体の製造方法の一実施形態における、シート積層体を得る工程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the process of obtaining the sheet | seat laminated body in one Embodiment of the manufacturing method of the solid electrolyte structure of this invention. 本発明の全固体電池の製造方法の一実施形態によって得られる全固体電池を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the all-solid-state battery obtained by one Embodiment of the manufacturing method of the all-solid-state battery of this invention. 本発明の全固体電池ユニットの製造方法の一実施形態によって得られる全固体電池ユニットを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the all-solid-state battery unit obtained by one Embodiment of the manufacturing method of the all-solid-state battery unit of this invention. 実施例1の固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。2 is a SEM photograph of a cross section of a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous layer of the solid electrolyte structure of Example 1. FIG. 実施例2の固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous layer of a solid electrolyte structure of Example 2. FIG. 実施例3の固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous layer of a solid electrolyte structure of Example 3. 実施例4の固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous layer of a solid electrolyte structure of Example 4. 実施例4の固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous layer of a solid electrolyte structure of Example 4. 実施例5の固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。6 is a SEM photograph of a cross section of a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous layer of a solid electrolyte structure of Example 5. 実施例5の固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。6 is a SEM photograph of a cross section of a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous layer of a solid electrolyte structure of Example 5. 比較例1の固体電解質構造体の固体電解質緻密体と固体電解質多孔層の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous layer of a solid electrolyte structure of Comparative Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1:固体電解質構造体、2:固体電解質緻密体、3,3a,3b:固体電解質多孔体、4:細孔、10:全固体電池、11,22:電極活物質、11a:正極活物質、11b:負極活物質、12:第一のグリーンシート、13:第二のグリーンシート、14:正極集電極、15:負極集電極、17:造孔剤、31:全固体電池ユニット、32:活物質充填固体電解質構造体、33:集電体。 1: solid electrolyte structure, 2: solid electrolyte dense body, 3, 3a, 3b: solid electrolyte porous body, 4: pores, 10: all solid state battery, 11, 22: electrode active material, 11a: positive electrode active material, 11b: negative electrode active material, 12: first green sheet, 13: second green sheet, 14: positive electrode collector, 15: negative electrode collector, 17: pore former, 31: all solid state battery unit, 32: active Substance-filled solid electrolyte structure, 33: current collector.

Claims (8)

固体電解質緻密体と、固体電解質多孔体とを有し、前記固体電解質多孔体が前記固体電解質緻密体の少なくとも一の表面に一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体を製造する方法であって、
粉末状の固体電解質をシート状に成形して第一のグリーンシートを得る工程と、
粉末状の固体電解質と造孔剤とをシート状に成形して第二のグリーンシートを得る工程と、
得られた前記第一のグリーンシートの少なくとも一の表面に、前記第二のグリーンシートを積層してシート積層体を得る工程と、
得られた前記シート積層体を焼成することによって、前記第一のグリーンシートからなる前記固体電解質緻密体の少なくとも一の表面に、前記第二のグリーンシートからなる前記固体電解質多孔体が固着して一体形成されてなる全固体電池用の固体電解質構造体を得る工程と、を備えた全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。
A method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery comprising a solid electrolyte dense body and a solid electrolyte porous body, wherein the solid electrolyte porous body is integrally formed on at least one surface of the solid electrolyte dense body Because
Forming a powdery solid electrolyte into a sheet to obtain a first green sheet;
Forming a powdery solid electrolyte and a pore former into a sheet to obtain a second green sheet;
A step of laminating the second green sheet to obtain a sheet laminate on at least one surface of the obtained first green sheet;
By firing the obtained sheet laminate, the solid electrolyte porous body made of the second green sheet is fixed to at least one surface of the solid electrolyte dense body made of the first green sheet. And a step of obtaining a solid electrolyte structure for an all-solid battery formed integrally, and a method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery.
前記第二のグリーンシートを、前記造孔材が前記固体電解質に対して、体積比率で1倍以上含有された材料粉体を用いて成形する請求項1に記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。   The solid electrolyte for an all-solid-state battery according to claim 1, wherein the second green sheet is formed using a material powder in which the pore former is contained in a volume ratio of 1 or more with respect to the solid electrolyte. Manufacturing method of structure. 前記第二のグリーンシートの成形に用いる前記固体電解質として、前記第一のグリーンシートの成形に用いる前記固体電解質よりも平均粒子径が大きな粒子を用いる請求項1又は2に記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。   3. The all solid state battery according to claim 1, wherein particles having an average particle diameter larger than that of the solid electrolyte used for forming the first green sheet are used as the solid electrolyte used for forming the second green sheet. A method for producing a solid electrolyte structure. 前記第一のグリーンシート及び前記第二のグリーンシートの成形に用いる前記固体電解質として、それぞれ平均粒子径が5μm以下の固体電解質を用いる請求項1〜3のいずれか一項に記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。   The all-solid-state battery as described in any one of Claims 1-3 which uses a solid electrolyte with an average particle diameter of 5 micrometers or less as said solid electrolyte used for shaping | molding of said 1st green sheet and said 2nd green sheet, respectively. For producing a solid electrolyte structure for use in an automobile. 前記第一のグリーンシート及び前記第二のグリーンシートの成形に用いる前記固体電解質として、チタン酸化物型の固体電解質、又はナシコン型のリン酸化合物からなる固体電解質を用いる請求項1〜4のいずれか一項に記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法。   The solid electrolyte used for forming the first green sheet and the second green sheet is a titanium oxide type solid electrolyte or a solid electrolyte composed of a NASICON type phosphoric acid compound. A method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery according to claim 1. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって全固体電池用の固体電解質構造体を得、
得られた前記全固体電池用の固体電解質構造体における前記固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、ゾル状の活物質、ゲル状の活物質、微粒子状の活物質前駆体、ゾル状の活物質前駆体、及びゲル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、前記固体電解質多孔体の細孔内に電極活物質を形成する工程を備えた全固体電池の製造方法。
A solid electrolyte structure for an all-solid battery is obtained by the method for producing a solid electrolyte structure for an all-solid battery according to any one of claims 1 to 5,
In the pores of the solid electrolyte porous body in the obtained solid electrolyte structure for an all-solid battery, a fine particle active material, a sol active material, a gel active material, and a fine particle active material precursor Filling a sol-like active material precursor and at least one selected from the group consisting of a gel-like active material precursor and forming an electrode active material in the pores of the solid electrolyte porous body A method for manufacturing an all-solid battery.
前記全固体電池用の固体電解質構造体における前記固体電解質多孔体の細孔内に、前記微粒子状の活物質、及び前記微粒子状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填した後、前記ゾル状の活物質、及び前記ゾル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を更に前記細孔内に充填して、前記固体電解質多孔体の細孔内に前記電極活物質を形成する請求項6に記載の全固体電池の製造方法。   The pores of the solid electrolyte porous body in the solid electrolyte structure for an all solid state battery were filled with at least one selected from the group consisting of the fine particle active material and the fine particle active material precursor. Thereafter, at least one selected from the group consisting of the sol-like active material and the sol-like active material precursor is further filled in the pores, and the electrode is placed in the pores of the solid electrolyte porous body The manufacturing method of the all-solid-state battery of Claim 6 which forms an active material. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の全固体電池用の固体電解質構造体の製造方法によって、前記固体電解質緻密体の両方の表面に前記固体電解質多孔体が形成された全固体電池用の固体電解質構造体を複数個形成し、
得られた前記全固体電池用の固体電解質構造体における前記固体電解質多孔体の細孔内に、微粒子状の活物質、ゾル状の活物質、ゲル状の活物質、微粒子状の活物質前駆体、ゾル状の活物質前駆体、及びゲル状の活物質前駆体からなる群より選択される少なくとも一種を充填して、前記固体電解質多孔体の細孔内に活物質からなる電極活物質が形成された活物質充填固体電解質構造体を得る工程と、
得られた前記活物質充填固体電解質構造体の複数個を、集電体を介して、電気的に直列となるように積み重ねる工程と、を備えた全固体電池ユニットの製造方法。
The solid electrolyte porous body is formed on both surfaces of the solid electrolyte dense body by the method for producing a solid electrolyte structure for an all solid state battery according to any one of claims 1 to 5. Forming a plurality of solid electrolyte structures,
In the pores of the solid electrolyte porous body in the obtained solid electrolyte structure for an all-solid battery, a fine particle active material, a sol active material, a gel active material, and a fine particle active material precursor An electrode active material made of an active material is formed in the pores of the solid electrolyte porous material by filling at least one selected from the group consisting of a sol-like active material precursor and a gel-like active material precursor Obtaining an active material-filled solid electrolyte structure,
And stacking a plurality of the obtained active material-filled solid electrolyte structures so as to be electrically in series via a current collector.
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