JP2009181882A - Method of manufacturing lithium battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a lithium battery in which a trouble due to a difference in contraction ratios of respective members during calcination can be alleviated. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of a lithium battery, a lamination body 10 in which electrode green sheets 13a, 13b and contraction controlling layers 15a, 15b containing inorganic substance powder having a melting point higher than a predetermined temperature are laminated in order on at least one surface of a solid electrolyte green sheet 11 is fabricated, and the lamination body 10 is calcined at a predetermined temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム電池の製造方法に関し、特にリチウム固体電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a lithium battery, and more particularly to a method for manufacturing a lithium solid state battery.

近年、リチウム電池は、携帯電話やノートPCといった携帯用情報機器の電源として汎用されている。これらの用途に使用される電池には、高い安全性とともに、高いエネルギー密度及び優れたサイクル特性が求められる。   In recent years, lithium batteries have been widely used as power sources for portable information devices such as mobile phones and notebook PCs. Batteries used for these applications are required to have high energy density and excellent cycle characteristics as well as high safety.

これらの要請に応えるリチウム電池の電解質として、高分子に有機電解液が含浸されたゲルポリマー電解質が開発された。かかるゲルポリマー電解質は、ゲル状ゆえに漏液しにくいため、電池の安全性を向上できるためである。ただし、ゲルポリマー電解質は依然として可燃性の有機電解液を含んでいることから、安全性の更なる向上が望まれるし、環境への悪影響を無視できない。   A gel polymer electrolyte in which a polymer is impregnated with an organic electrolyte has been developed as an electrolyte for a lithium battery that meets these requirements. This is because such a gel polymer electrolyte is difficult to leak because it is in the form of a gel, so that the safety of the battery can be improved. However, since the gel polymer electrolyte still contains a flammable organic electrolyte, further improvement in safety is desired, and adverse effects on the environment cannot be ignored.

そこで、環境への負荷が少なく且つ安全性に優れる材料として、固体電解質が着目されている。固体電解質は有機溶媒を含んでおらず、漏液及び発火するおそれがないため、固体電解質を用いた電池(固体電池)は、極めて優れた安全性を有する。   Thus, solid electrolytes have attracted attention as materials that have a low environmental burden and are excellent in safety. Since the solid electrolyte does not contain an organic solvent and there is no risk of leakage or ignition, a battery (solid battery) using the solid electrolyte has extremely excellent safety.

従来、固体電池は次のように製造されている(特許文献1及び2参照)。
まず、固体電解質及び活物質の各々と、バインダとを含むスラリーを用いて、固体電解質グリーンシート及び電極グリーンシートを作成する。次に、固体電解質グリーンシートを電極グリーンシートで挟んで積層し、この積層体を焼成する。これにより、各グリーンシートに含まれるバインダが焼結して、固体電解質層及び電極層が結合される。続いて、電極層に集電体を取り付けることで、電池が製造される。
特開2007−5279号公報 特開2007−227362号公報
Conventionally, solid state batteries are manufactured as follows (see Patent Documents 1 and 2).
First, a solid electrolyte green sheet and an electrode green sheet are prepared using a slurry containing each of a solid electrolyte and an active material and a binder. Next, a solid electrolyte green sheet is laminated between electrode green sheets, and this laminate is fired. Thereby, the binder contained in each green sheet sinters, and a solid electrolyte layer and an electrode layer are combined. Subsequently, a battery is manufactured by attaching a current collector to the electrode layer.
JP 2007-5279 A JP 2007-227362 A

しかし、各グリーンシートは、焼成の間、高温雰囲気に曝されて収縮するところ、一般に、電極グリーンシート及び固体電解質グリーンシートの収縮率には大きな差異がある。このため、層間に強大な力が負荷され、固体電解質層及び電極層が割れたり、層間剥離が生じたりといった不具合が生じる場合がある。   However, each green sheet shrinks when exposed to a high-temperature atmosphere during firing. Generally, there is a large difference in shrinkage between the electrode green sheet and the solid electrolyte green sheet. For this reason, a strong force is applied between the layers, and there may be a problem that the solid electrolyte layer and the electrode layer are cracked or delamination occurs.

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、焼成における各部材の収縮率の差異に起因する不具合を緩和できるリチウム電池の製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above situation, and it aims at providing the manufacturing method of the lithium battery which can relieve the malfunction resulting from the difference in the shrinkage | contraction rate of each member in baking.

本発明者らは、焼成温度を超える融点の無機物質粉末を含む層を積層体の外側に配置することで、焼成における積層体全体の収縮が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。   In order to complete the present invention, the present inventors have found that by disposing a layer containing an inorganic substance powder having a melting point exceeding the firing temperature on the outside of the laminate, shrinkage of the entire laminate during firing is suppressed. It came. Specifically, the present invention provides the following.

(1) 熱処理後にリチウムイオン伝導性を呈する酸化物ガラスの粉末を含む固体電解質グリーンシート又はリチウムイオン伝導性の結晶を有する固体電解質層と、リチウムイオンを吸蔵及び放出する活物質を含む電極グリーンシートと、を用いたリチウム電池の製造方法であって、
前記固体電解質グリーンシート又は固体電解質層の少なくとも一面に、前記電極グリーンシートと、所定温度を超える融点を有する無機物質の粉末を含む収縮抑制層と、が順次積層された積層体を作製し、
前記積層体を前記所定温度で焼成する手順を有するリチウム電池の製造方法。
(1) A solid electrolyte green sheet containing a powder of oxide glass exhibiting lithium ion conductivity after heat treatment or a solid electrolyte layer having a lithium ion conductive crystal, and an electrode green sheet containing an active material that absorbs and releases lithium ions And a method of manufacturing a lithium battery using
Producing a laminate in which the electrode green sheet and a shrinkage suppression layer containing a powder of an inorganic substance having a melting point exceeding a predetermined temperature are sequentially laminated on at least one surface of the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer;
The manufacturing method of a lithium battery which has the procedure which bakes the said laminated body at the said predetermined temperature.

一般に、焼成における収縮率は、固体電解質グリーンシートが電極グリーンシートよりも大きく、固体電解質グリーンシートが焼成された固体電解質層が電極グリーンシートよりも小さい。このため、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層と、電極グリーンシートとの積層体を焼成すると、固体電解質層又は電極層が割れたり、層間剥離が生じたりといった不具合が生じる場合がある。
(1)の発明によれば、焼成の温度より高い融点の無機物質の粉末を含む収縮抑制層を積層体の外側に配置し、無機物質は焼成において融解せず略収縮しない。このため、かかる収縮抑制層に挟まれた各グリーンシート又は層の収縮が強力に抑制される。これにより、焼成における各部材の収縮率の差異に起因する不具合を緩和できる。
In general, the shrinkage rate in firing is such that the solid electrolyte green sheet is larger than the electrode green sheet, and the solid electrolyte layer obtained by firing the solid electrolyte green sheet is smaller than the electrode green sheet. For this reason, when a laminate of the solid electrolyte green sheet or solid electrolyte layer and the electrode green sheet is fired, there may be a problem that the solid electrolyte layer or electrode layer is broken or delamination occurs.
According to invention of (1), the shrinkage | contraction suppression layer containing the powder of an inorganic substance with melting | fusing point higher than the temperature of baking is arrange | positioned on the outer side of a laminated body, and an inorganic substance does not melt | dissolve in baking but does not shrink | contract substantially. For this reason, shrinkage of each green sheet or layer sandwiched between the shrinkage suppression layers is strongly suppressed. Thereby, the malfunction resulting from the difference in the shrinkage | contraction rate of each member in baking can be relieved.

(2) 焼成における前記固体電解質グリーンシート又は前記電極グリーンシートの面積収縮率は、10%以下である(1)記載のリチウム電池の製造方法。   (2) The method for producing a lithium battery according to (1), wherein the area shrinkage ratio of the solid electrolyte green sheet or the electrode green sheet in firing is 10% or less.

(3) 前記固体電解質グリーンシートの厚みは、前記積層体の厚みの50%以下である(1)又は(2)記載のリチウム電池の製造方法。   (3) The thickness of the said solid electrolyte green sheet is a manufacturing method of the lithium battery as described in (1) or (2) which is 50% or less of the thickness of the said laminated body.

(4) 前記収縮抑制層の厚みは、前記積層体の厚みの10%以上である(1)から(3)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   (4) The method for manufacturing a lithium battery according to any one of (1) to (3), wherein the thickness of the shrinkage suppression layer is 10% or more of the thickness of the laminate.

(5) 前記無機物質の融点は、1100℃以上である(1)から(4)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   (5) The method for producing a lithium battery according to any one of (1) to (4), wherein the inorganic substance has a melting point of 1100 ° C. or higher.

(6) 前記酸化物ガラスの粉末は、5μm以下の平均粒子径を有する(1)から(5)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   (6) The method for producing a lithium battery according to any one of (1) to (5), wherein the oxide glass powder has an average particle size of 5 μm or less.

(7) 前記酸化物ガラスの粉末の粒子径の最大値は、20μm以下である(1)から(6)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   (7) The method for producing a lithium battery according to any one of (1) to (6), wherein the maximum particle diameter of the oxide glass powder is 20 μm or less.

(8) 前記無機物質の粉末は、5μm以下の平均粒子径を有する(1)から(7)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   (8) The method for producing a lithium battery according to any one of (1) to (7), wherein the powder of the inorganic substance has an average particle diameter of 5 μm or less.

(9) 前記無機物質の粉末の粒子径の最大値は、20μm以下である(1)から(8)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   (9) The method for producing a lithium battery according to any one of (1) to (8), wherein the maximum particle diameter of the inorganic substance powder is 20 μm or less.

(10) 前記固体電解質グリーンシート又は固体電解質層、前記電極グリーンシート、及び前記収縮抑制層の積層は、1MPa以上の積層圧で行われる(1)から(9)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   (10) The lithium battery according to any one of (1) to (9), wherein the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer, the electrode green sheet, and the shrinkage suppression layer are laminated at a lamination pressure of 1 MPa or more. Method.

(11) 前記酸化物ガラスの粉末は、前記焼成と同条件での熱処理後、25℃において1×10−4Scm−1以上のイオン伝導度を有するものである(1)から(10)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。 (11) The powder of the oxide glass has an ionic conductivity of 1 × 10 −4 Scm −1 or more at 25 ° C. after the heat treatment under the same conditions as the firing. A method for producing a lithium battery as described above.

(12) 焼成後における固体電解質層は、25℃において1×10−5Scm−1以上のイオン伝導度を有する(1)から(11)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。 (12) The method for producing a lithium battery according to any one of (1) to (11), wherein the solid electrolyte layer after firing has an ionic conductivity of 1 × 10 −5 Scm −1 or more at 25 ° C.

(13) 前記酸化物ガラスの粉末は、Li1+x+y(Ge1−yTi2ーxSi3−z12(式中、MはAl及びGaからなる群より選ばれる1種以上であり、0≦x≦0.8、0≦y≦1.0、0≦z≦0.6である)で示される結晶を含む(1)から(12)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。 (13) The powder of the oxide glass is Li 1 + x + y M x (Ge 1−y Ti y ) 2−x Si z P 3−z O 12 (wherein M is selected from the group consisting of Al and Ga 1 The lithium battery according to any one of (1) to (12), wherein the lithium battery includes a crystal represented by the following formula: 0 ≦ x ≦ 0.8, 0 ≦ y ≦ 1.0, and 0 ≦ z ≦ 0.6 Manufacturing method.

(14) 焼成後における固体電解質は、mol%表示で、
LiO:12〜18%、及び/又は、
Al+Ga:5〜10%、及び/又は、
TiO+GeO:35〜45%、及び/又は、
SiO:1〜10%、及び/又は、
:30〜40%
を含有するガラスセラミックスを含む(1)から(13)いずれか記載のリチウム電池の製造方法。
(14) The solid electrolyte after firing is expressed in mol%,
Li 2 O: 12-18% and / or
Al 2 O 3 + Ga 2 O 3: 5~10%, and / or,
TiO 2 + GeO 2: 35~45% , and / or,
SiO 2 : 1-10% and / or
P 2 O 5: 30~40%
The manufacturing method of the lithium battery in any one of (1) to (13) containing the glass ceramics containing this.

本発明によれば、焼成の温度より高い融点の無機物質の粉末を含む収縮抑制層を積層体の外側に配置し、無機物質は焼成において融解せず略収縮しない。このため、かかる収縮抑制層に挟まれた各グリーンシート又は層の収縮が強力に抑制される。これにより、焼成における各部材の収縮率の差異に起因する不具合を緩和できる。   According to the present invention, the shrinkage-suppressing layer containing an inorganic substance powder having a melting point higher than the firing temperature is disposed outside the laminate, and the inorganic substance does not melt during firing and does not substantially shrink. For this reason, shrinkage of each green sheet or layer sandwiched between the shrinkage suppression layers is strongly suppressed. Thereby, the malfunction resulting from the difference in the shrinkage | contraction rate of each member in baking can be relieved.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

図1は、本実施形態に係る製造方法の一態様を示す図であり、図2は、本実施形態に係る製造方法の別態様を示す図である。図1〜2に示されるように、本実施形態に係るリチウム電池の製造方法は、積層体を作製する手順と、この積層体を焼成する手順と、この積層体に集電体を取り付ける手順と、を有する。   FIG. 1 is a diagram illustrating an aspect of the manufacturing method according to the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating another aspect of the manufacturing method according to the present embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the method of manufacturing a lithium battery according to the present embodiment includes a procedure for producing a laminate, a procedure for firing the laminate, and a procedure for attaching a current collector to the laminate. Have.

<材料>
まず、本発明で用いる材料について説明する。なお、本明細書において、「グリーンシート」とは、薄板状に成形されたガラス粉末、結晶(セラミックスまたはガラスセラミックス)粉末の未焼成体を指し、具体的には、ガラス粉末、結晶(セラミックスまたはガラスセラミックス)粉末と、有機バインダ、可塑剤、溶剤等との混合スラリーをドクターブレードやカレンダ法、スピンコートやディップコーティング等の塗布法、インクジェット、バブルジェット、及びオフセット等の印刷法、ダイコーター法、スプレー法等で薄板状に成形したものをいう。また、「グリーンシート」には、グリーンシート又はグリーンシートの焼成体に混合スラリーが塗布されたものも包含される。
<Material>
First, materials used in the present invention will be described. In the present specification, the “green sheet” refers to an unfired body of glass powder or crystal (ceramics or glass ceramics) powder formed into a thin plate, and specifically, glass powder, crystals (ceramics or ceramics). (Glass ceramics) Powder and organic binder, plasticizer, solvent etc. mixed slurry, doctor blade, calendar method, spin coating, dip coating, etc. coating method, inkjet, bubble jet, offset printing method, die coater method , Which is formed into a thin plate by a spray method or the like. The “green sheet” also includes a green sheet or a green sheet fired body in which a mixed slurry is applied.

また、グリーンシートは、焼成において均一に加熱され、気孔率が20vol%以下の緻密な焼結体を製造しやすい点で、均一な厚みを有するよう形成することが好ましい。そこで、グリーンシートの厚みの変動は、グリーンシートの厚みの分布の平均値に対して+10%以上−10%以下であることが好ましい。また、原料を充分に混合することでグリーンシートの組成を均一にし、焼成前にロールプレスや一軸、等方加圧等で加圧して緻密化しておくことが好ましい。そこで原料の混合は、例えばボールミルで1時間以上行うことが好ましい。   In addition, the green sheet is preferably formed to have a uniform thickness in that it is uniformly heated during firing and a dense sintered body having a porosity of 20 vol% or less can be easily manufactured. Therefore, the variation in the thickness of the green sheet is preferably + 10% or more and −10% or less with respect to the average value of the green sheet thickness distribution. Moreover, it is preferable that the composition of the green sheet is made uniform by thoroughly mixing the raw materials and densified by pressing with a roll press, uniaxial, isotropic pressing or the like before firing. Therefore, the mixing of the raw materials is preferably performed for 1 hour or more in a ball mill, for example.

[固体電解質グリーンシート]
固体電解質グリーンシートは、熱処理後にリチウムイオン伝導性を呈する酸化物ガラスの粉末、有機バインダ、可塑剤、及び溶剤等を含むスラリーが、薄板状に成形されたものである。
[Solid electrolyte green sheet]
The solid electrolyte green sheet is obtained by forming a slurry containing oxide glass powder exhibiting lithium ion conductivity after heat treatment, an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like into a thin plate shape.

(酸化物ガラスの粉末)
酸化物ガラスの粉末は、熱処理によってリチウムイオン伝導性を発現するガラスの粉末が好ましい。かかるガラスは酸化物基準のmol%表示で、
LiO:12〜18%、及び/又は、
Al+Ga:5〜10%、及び/又は、
TiO+GeO:35〜45%、及び/又は、
SiO:1〜10%、及び/又は、
:30〜40%
を含有するものであることがより好ましい。
(Oxide glass powder)
The oxide glass powder is preferably a glass powder that exhibits lithium ion conductivity by heat treatment. Such glass is expressed in mol% based on oxide,
Li 2 O: 12-18% and / or
Al 2 O 3 + Ga 2 O 3: 5~10%, and / or,
TiO 2 + GeO 2: 35~45% , and / or,
SiO 2 : 1-10% and / or
P 2 O 5: 30~40%
It is more preferable that it contains.

このガラスは熱処理によりLi1+x+y(Ge1−yTi2ーxSi3−z12(式中、MはAl及びGaからなる群より選ばれる1種以上であり、0≦x≦0.8、0≦y≦1.0、0≦z≦0.6である)で示される結晶が析出してガラスセラミックスとなり、高いリチウムイオン伝導性を発現する。 The glass in Li 1 + x + y M x (Ge 1-y Ti y) 2 over x Si z P 3-z O 12 ( wherein the heat treatment, M is at least one element selected from the group consisting of Al and Ga, 0 ≦ x ≦ 0.8, 0 ≦ y ≦ 1.0, and 0 ≦ z ≦ 0.6) are precipitated to form glass ceramics, which exhibit high lithium ion conductivity.

ここで、ガラスセラミックスとは、ガラスを熱処理してガラス相を析出させることで得られる材料であり、具体的には非晶質固体及び結晶からなる。かかるガラスセラミックスは、イオン伝導を妨げる空孔や結晶粒界をほとんど有しないため、イオン伝導性及び化学的安定性に優れる点で好ましい。なお、ガラスセラミックスには、全ガラス相が結晶相に相転移した材料、つまり、材料中の結晶量(結晶化度)が100質量%のものも包含される。   Here, the glass ceramic is a material obtained by heat-treating glass to precipitate a glass phase, and specifically comprises an amorphous solid and a crystal. Such glass ceramics are preferable in that they have almost no vacancies or crystal grain boundaries that hinder ion conduction, and are excellent in ion conductivity and chemical stability. Glass ceramics include materials in which the entire glass phase has undergone a phase transition to a crystal phase, that is, a material whose crystal content (crystallinity) in the material is 100% by mass.

また、上記のガラスセラミックス粉末を酸化物ガラスと共にグリーンシートに含めてもよい。   Moreover, you may include said glass ceramic powder in a green sheet with oxide glass.

粉末は、上記の酸化物ガラスをボールミル、ジェットミル等を用いて粉砕することで作製される。有機バインダと混合する際の粉末の平均粒子径は、高い充填率が得られる点で、5μm以下であることが好ましく、より好ましくは3μm以下、最も好ましくは1μm以下である。また、粉末の平均粒子径の下限値は、均一分散性を向上できる点で、0.01μm以上であることが好ましく、より好ましくは0.05μm以上、最も好ましくは0.1μm以上である。ここで、「平均粒子径」とは、レーザー回折法によって測定したときのD50(累積50%径)値(体積基準)であり、例えば、粒度分布測定装置「LS100Q」(ベックマン・コールター社製)、又はサブミクロン粒子アナライザ「N5」(ベックマン・コールター社製)を用いて測定できる。これらの装置は、被測定物の粒子径に応じて適宜選択されてよく、具体的には最大粒子径が3μm未満の場合にはサブミクロン粒子アナライザ「N5」のみを用いて測定すればよい。   The powder is produced by pulverizing the above oxide glass using a ball mill, a jet mill or the like. The average particle size of the powder when mixed with the organic binder is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, and most preferably 1 μm or less in terms of obtaining a high filling rate. In addition, the lower limit of the average particle diameter of the powder is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, and most preferably 0.1 μm or more, from the viewpoint that uniform dispersibility can be improved. Here, the “average particle diameter” is a D50 (cumulative 50% diameter) value (volume basis) measured by a laser diffraction method. For example, a particle size distribution measuring device “LS100Q” (manufactured by Beckman Coulter) Or a submicron particle analyzer “N5” (manufactured by Beckman Coulter, Inc.). These apparatuses may be appropriately selected according to the particle diameter of the object to be measured. Specifically, when the maximum particle diameter is less than 3 μm, measurement may be performed using only the submicron particle analyzer “N5”.

また、酸化物ガラスの最大粒子径(粒子径の最大値)の上限値は、高い充填率が得られる点で、20μm以下が好ましく、より好ましくは12μm以下、最も好ましくは9μm以下である。最大粒子径の下限値は、均一分散性を向上できる点で、0.001μm以上が好ましく、より好ましくは0.005μm以上、最も好ましくは0.01μm以上である。   In addition, the upper limit of the maximum particle size (maximum value of the particle size) of the oxide glass is preferably 20 μm or less, more preferably 12 μm or less, and most preferably 9 μm or less in that a high filling rate can be obtained. The lower limit of the maximum particle diameter is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.005 μm or more, and most preferably 0.01 μm or more, from the viewpoint that uniform dispersibility can be improved.

有機バインダと混合する際の粉末の含有量の下限値は、焼成後の空隙を低減できる点で、混合スラリー全体に対して50質量%以上であることが好ましく、より好ましくは55質量%以上、最も好ましくは60質量%以上である。また、乾燥後の固体電解質グリーンシート中の酸化物ガラスの粉末の含有量の下限値は、50質量%以上であることが好ましく、より好ましくは55質量%以上、最も好ましくは60質量%以上である。   The lower limit of the content of the powder when mixed with the organic binder is preferably 50% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, based on the whole mixed slurry in that the voids after firing can be reduced. Most preferably, it is 60 mass% or more. The lower limit of the content of the oxide glass powder in the solid electrolyte green sheet after drying is preferably 50% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, and most preferably 60% by mass or more. is there.

粉末の含有量の上限値は、グリーンシートの形状保持性を向上できる点で、混合スラリー全体に対して97質量%以下であることが好ましく、より好ましくは94質量%以下、最も好ましくは90質量%以下である。また、乾燥後の固体電解質グリーンシート中の酸化物ガラスの粉末の含有量の上限値は、97質量%以下であることが好ましく、より好ましくは94質量%以下、最も好ましくは90質量%以下である。   The upper limit of the content of the powder is preferably 97% by mass or less, more preferably 94% by mass or less, and most preferably 90% by mass with respect to the entire mixed slurry in that the shape retention of the green sheet can be improved. % Or less. The upper limit of the content of the oxide glass powder in the solid electrolyte green sheet after drying is preferably 97% by mass or less, more preferably 94% by mass or less, and most preferably 90% by mass or less. is there.

酸化物ガラスの粉末は、高容量且つ高出力のリチウム電池を容易に製造できる点で、後述の焼成と同条件での熱処理後、25℃において1×10−4Scm−1以上のイオン伝導度を有することが好ましく、より好ましくは5×10−4Scm−1以上、最も好ましくは1×10−3Scm−1以上である。なお、リチウムイオン伝導性とは、リチウムイオン伝導度が25℃において1×10−8Scm−1以上の値を示す性質を指す。 The oxide glass powder has an ionic conductivity of 1 × 10 −4 Scm −1 or more at 25 ° C. after heat treatment under the same conditions as firing described later, in that a high capacity and high output lithium battery can be easily manufactured. More preferably, it is 5 × 10 −4 Scm −1 or more, and most preferably 1 × 10 −3 Scm −1 or more. In addition, lithium ion conductivity refers to the property that the lithium ion conductivity exhibits a value of 1 × 10 −8 Scm −1 or more at 25 ° C.

(有機バインダ)
有機バインダとしては、プレス成形やラバープレス、押出成形、射出成形用の成形助剤として汎用されている市販のバインダが使用できる。具体的には、アクリル樹脂、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ブチルメタアクリレート、ビニル系の共重合物等が挙げられる。これらの他に、粒子の分散性を高める分散剤や、乾燥時の泡抜きを良好にするための界面活性剤等を適量添加することが好ましい。
(Organic binder)
As the organic binder, commercially available binders widely used as molding aids for press molding, rubber press, extrusion molding, and injection molding can be used. Specific examples include acrylic resin, ethyl cellulose, polyvinyl butyral, methacrylic resin, urethane resin, butyl methacrylate, vinyl copolymer and the like. In addition to these, it is preferable to add an appropriate amount of a dispersant for improving the dispersibility of the particles, a surfactant for improving foam removal during drying, and the like.

有機バインダの含有量の下限は、シート形状の維持能を向上できる点で、混合スラリー全量に対して1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることが最も好ましい。また、乾燥後のグリーンシート中の含有量の下限値は、3質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上であることが最も好ましい。   The lower limit of the content of the organic binder is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass with respect to the total amount of the mixed slurry in that the ability to maintain the sheet shape can be improved. The above is most preferable. Further, the lower limit of the content in the green sheet after drying is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and most preferably 7% by mass or more.

また、有機バインダの含有量の上限値は、脱脂後の空隙を充分に低減できる点で、混合スラリー全量に対して50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが最も好ましい。また、乾燥後のグリーンシート中の含有量の上限値は、40質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが最も好ましい。   Further, the upper limit of the content of the organic binder is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, with respect to the total amount of the mixed slurry, in that the voids after degreasing can be sufficiently reduced. 30% by mass or less is most preferable. The upper limit of the content in the green sheet after drying is preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and most preferably 30% by mass or less.

(溶剤)
酸化物ガラスの粉末の分散性を向上するために、溶剤を用いてもよい。かかる溶剤としては、PVA、IPA、ブタノール等の公知の材料が使用でき、環境負荷を軽減できる点でアルコール又は水が好ましい。また、より均質で緻密な固体電解質を得るために、適量の分散剤を併用してもよく、乾燥する際の泡抜き効率を向上するために、適量の界面活性剤を併用してもよい。
(solvent)
In order to improve the dispersibility of the oxide glass powder, a solvent may be used. As such a solvent, known materials such as PVA, IPA, butanol and the like can be used, and alcohol or water is preferable in terms of reducing the environmental load. In order to obtain a more homogeneous and dense solid electrolyte, an appropriate amount of a dispersant may be used in combination, and an appropriate amount of a surfactant may be used in combination in order to improve foam removal efficiency during drying.

(その他)
固体電解質グリーンシートは、ガラスセラミックス粒子同士を結合する焼結助剤として機能するLi含有無機化合物を更に含んでいてもよい。中でも、LiPO、LiPO、LiI、LiN、LiO、Li、LiFは、焼結時に軟化し溶融して、酸化物ガラス粉末の隙間を充填する結果、酸化物ガラス粉末同士を強固に結合できる点で好ましい。
(Other)
The solid electrolyte green sheet may further include a Li-containing inorganic compound that functions as a sintering aid for bonding the glass ceramic particles. Among these, Li 3 PO 4 , LiPO 3 , LiI, LiN, Li 2 O, Li 2 O 2 , and LiF soften and melt at the time of sintering and fill the gaps in the oxide glass powder. As a result, the oxide glass powder It is preferable at the point which can couple | bond together firmly.

また、固体電解質グリーンシートは、リチウムイオンの拡散を促進してリチウムイオン伝導性を向上できる点で、誘電性が高い絶縁性の結晶又はガラスを少量含有することが好ましい。例えば、BaTiO、SrTiO、Nb、LaTiOが挙げられる。 In addition, the solid electrolyte green sheet preferably contains a small amount of insulating crystal or glass having high dielectric properties in that lithium ion conductivity can be improved by promoting diffusion of lithium ions. For example, BaTiO 3, SrTiO 3, Nb 2 O 5, LaTiO 3.

[固体電解質グリーンシートの作製]
固体電解質グリーンシートは、通常、以上の成分を混合して得られるスラリーを、離型処理が施されたPET等製の支持体上に薄板状に成形し、その後に薄フィルムを除去することで作製される。ただし、焼成後の固体電解質層の厚みを調節するために、支持体として固体電解質グリーンシートを用いてシート同士を重畳してもよいし、支持体として後述の固体電解質を用いてもよい。かかる成形は、前述のように、ドクターブレードやカレンダ法等の公知の方法で行えばよい。
[Production of solid electrolyte green sheet]
The solid electrolyte green sheet is usually obtained by forming a slurry obtained by mixing the above components into a thin plate shape on a support made of PET or the like that has been subjected to a release treatment, and then removing the thin film. Produced. However, in order to adjust the thickness of the solid electrolyte layer after firing, the sheets may be overlapped using a solid electrolyte green sheet as a support, or a solid electrolyte described later may be used as a support. Such molding may be performed by a known method such as a doctor blade or calendar method, as described above.

成形後のグリーンシートの厚みの上限値は、後述の乾燥工程におけるクラック発生を抑制できる点で、200μm以下であることが好ましく、より好ましくは150μm以下、最も好ましくは100μm以下である。また、下限値は、優れた操作性を確保できる点で、0.1μm以上であることが好ましく、より好ましくは0.5μm以上、最も好ましくは1.0μm以上である。   The upper limit of the thickness of the green sheet after molding is preferably 200 μm or less, more preferably 150 μm or less, and most preferably 100 μm or less, from the viewpoint of suppressing the generation of cracks in the drying step described later. In addition, the lower limit is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and most preferably 1.0 μm or more in terms of ensuring excellent operability.

このようにして得られる固体電解質シートは、必要に応じて、任意の形状に加工してもよいし、焼成後の固体電解質層の緻密性を向上するために、固体電解質シートをロールプレス、一軸又は等方加圧等で加圧してもよい。   The solid electrolyte sheet obtained in this manner may be processed into an arbitrary shape as necessary. In order to improve the denseness of the solid electrolyte layer after firing, the solid electrolyte sheet is roll-pressed, uniaxially Or you may pressurize by isotropic pressurization.

[固体電解質層]
固体電解質グリーンシートの代わりに、固体電解質層を使用してもよい。固体電解質層は、固体電解質シートが焼成されたものである。このため、積層後の焼成における収縮率が小さく、収縮に伴う不具合をより確実に抑制できる。なお、固体電解質層を用い且つ後述の電極グリーンシートを一方のみ用いる場合、露出した固体電解質層に収縮抑制層を隣接配置しなくてもよい。焼成の手順については後述する。
[Solid electrolyte layer]
A solid electrolyte layer may be used instead of the solid electrolyte green sheet. The solid electrolyte layer is obtained by firing a solid electrolyte sheet. For this reason, the shrinkage | contraction rate in baking after lamination | stacking is small, and the malfunction accompanying shrinkage can be suppressed more reliably. In addition, when a solid electrolyte layer is used and only one of the electrode green sheets described below is used, the shrinkage suppression layer may not be disposed adjacent to the exposed solid electrolyte layer. The firing procedure will be described later.

[電極グリーンシート]
電極グリーンシートは、リチウムイオンを吸蔵及び放出する活物質を含有し、その他、有機バインダや溶剤等、固体電解質グリーンシートと同様の成分も含有してもよい。電極グリーンシートには、正極グリーンシート及び負極グリーンシートが包含される。
[Electrode green sheet]
The electrode green sheet contains an active material that absorbs and releases lithium ions, and may also contain components similar to those of the solid electrolyte green sheet, such as an organic binder and a solvent. The electrode green sheet includes a positive electrode green sheet and a negative electrode green sheet.

正極グリーンシートに含まれる活物質としては、例えば、マンガン、コバルト、ニッケル、バナジウム、ニオブ、モリブデン、及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む遷移金属酸化物等が使用できる。   As the active material contained in the positive electrode green sheet, for example, a transition metal oxide containing at least one selected from the group consisting of manganese, cobalt, nickel, vanadium, niobium, molybdenum, and titanium can be used.

正極活物質の含有量の下限値は、過少だと焼成後の密度が低く、収縮が大きいため、40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることが最も好ましい。   The lower limit of the content of the positive electrode active material is preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and 60% by mass because the density after firing is low and the shrinkage is large if the content is too small. The above is most preferable.

また、正極活物質の含有量の上限値は、過剰だと可撓性が減少して取り扱いが困難になるため、97質量%であることが好ましく、94質量%であることがより好ましく、90質量%以下であることが最も好ましい。   Further, the upper limit of the content of the positive electrode active material is preferably 97% by mass, more preferably 94% by mass, since flexibility is reduced and handling becomes difficult if it is excessive. Most preferably, it is at most mass%.

多くの正極活物質は、電子伝導性及びイオン伝導性に乏しいため、導電性の炭素、黒鉛、炭素繊維、金属粉末、金属繊維等の電子伝導助剤を併用することが好ましく、イオン伝導性のガラスセラミックス等のイオン伝導助剤を併用することが好ましい。これらの電子伝導助剤及びイオン伝導助剤の添加量は、正極材料に対して、3〜35質量%であることが好ましく、より好ましくは4〜30質量%、最も好ましは5〜25質量%である。   Since many positive electrode active materials have poor electron conductivity and ion conductivity, it is preferable to use an electron conduction aid such as conductive carbon, graphite, carbon fiber, metal powder, and metal fiber in combination. It is preferable to use an ion conduction aid such as glass ceramics in combination. The addition amount of these electron conduction assistants and ion conduction assistants is preferably 3 to 35% by mass, more preferably 4 to 30% by mass, and most preferably 5 to 25% by mass with respect to the positive electrode material. %.

以上のスラリーにおける正極活物質の含有量は、塗布性に優れる点で、10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることが最も好ましい。   The content of the positive electrode active material in the above slurry is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and most preferably 20% by mass or more in terms of excellent applicability. .

負極グリーンシートに含まれる活物質としては、金属リチウムやリチウム−アルミニウム合金、リチウム−インジウム合金等の合金、チタンやバナジウム等の遷移金属酸化物及び黒鉛等のカーボン系材料が好ましい。活物質の含有量の下限値は、過少だと焼成後の密度が低く、収縮が大きいため、40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることが最も好ましい。また、活物質の含有量の上限値は、過剰だと可撓性が減少して取り扱いが困難になるため、97質量%であることが好ましく、94質量%であることがより好ましく、90質量%以下であることが最も好ましい。   The active material contained in the negative electrode green sheet is preferably an alloy such as metallic lithium, lithium-aluminum alloy, lithium-indium alloy, a transition metal oxide such as titanium or vanadium, or a carbon-based material such as graphite. The lower limit of the content of the active material is preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and more preferably 60% by mass or more because if the content is too low, the density after firing is low and the shrinkage is large. Most preferably. In addition, the upper limit of the content of the active material is preferably 97% by mass, more preferably 94% by mass, and 90% by mass because flexibility is reduced and handling becomes difficult if it is excessive. % Is most preferred.

負極活物質の電子伝導性が乏しい場合、導電性の炭素、黒鉛、炭素繊維、金属粉末、金属繊維等の電子伝導助剤を併用することが好ましく、イオン伝導性のガラスセラミックス等のイオン伝導助剤を併用することが好ましい。これらの電子伝導助剤及びイオン伝導助剤の添加量は、負極材料に対して、3〜35質量%であることが好ましく、より好ましくは4〜30質量%、最も好ましくは5〜25質量%である。   When the negative electrode active material has poor electron conductivity, it is preferable to use an electron conduction aid such as conductive carbon, graphite, carbon fiber, metal powder, metal fiber, etc., and ion conduction aid such as ion conductive glass ceramics. It is preferable to use an agent in combination. The addition amount of these electron conduction assistant and ion conduction assistant is preferably 3 to 35% by mass, more preferably 4 to 30% by mass, and most preferably 5 to 25% by mass with respect to the negative electrode material. It is.

以上のスラリーにおける負極活物質の含有量は、塗布性に優れる点で、10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることが最も好ましい。   The content of the negative electrode active material in the above slurry is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and most preferably 20% by mass or more in terms of excellent applicability. .

また、これらの電極グリーンシートは、固体電解質に含有されるものと同じ酸化物ガラスの粉末を含有することが好ましい。これにより、電解質層及び電極層におけるイオンの移動機構が統一されるため、電解質層及び電極層の間のイオン移動が円滑になされ、電池の出力及び容量を向上できる。   These electrode green sheets preferably contain the same oxide glass powder as that contained in the solid electrolyte. Thereby, since the ion movement mechanism in the electrolyte layer and the electrode layer is unified, the ion movement between the electrolyte layer and the electrode layer is smoothly performed, and the output and capacity of the battery can be improved.

混合スラリーにおける酸化物ガラスの粉末の含有量の下限は、リチウムイオン伝導性を確実に付与できる点で、混合スラリー全量に対して1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることが最も好ましい。また、乾燥後の電極グリーンシート中の酸化物ガラスの粉末の含有量の下限は、3質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが最も好ましい。   The lower limit of the content of the oxide glass powder in the mixed slurry is preferably 1% by mass or more, and preferably 3% by mass or more, based on the total amount of the mixed slurry, in that lithium ion conductivity can be reliably imparted. Is more preferable, and most preferably 5% by mass or more. The lower limit of the content of the oxide glass powder in the electrode green sheet after drying is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and 10% by mass or more. Is most preferred.

混合スラリーにおける酸化物ガラスの粉末の含有量の上限は、過剰になると活物質の量が相対的に少なくなって電池容量が不足しやすくなるため、混合スラリー全量に対して50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが最も好ましい。また、乾燥後の電極グリーンシート中の酸化物ガラスの粉末の含有量の上限は、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることが最も好ましい。   The upper limit of the content of the oxide glass powder in the mixed slurry is 50% by mass or less based on the total amount of the mixed slurry because the amount of the active material is relatively small and the battery capacity tends to be insufficient when it is excessive. It is preferably 40% by mass or less, and most preferably 30% by mass or less. The upper limit of the content of the oxide glass powder in the electrode green sheet after drying is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and 50% by mass or less. Is most preferred.

[収縮抑制層]
収縮抑制層は、後述の焼成温度(所定温度)を超える融点を有する無機物質の粉末を含む。その他、有機バインダや溶剤等、固体電解質グリーンシートと同様の成分も含有してもよい。なお、所定温度は、各グリーンシート及び層の組成等に応じて適宜設定されてよく、詳細については後述する。
[Shrinkage suppression layer]
A shrinkage | contraction suppression layer contains the powder of the inorganic substance which has melting | fusing point exceeding the below-mentioned baking temperature (predetermined temperature). In addition, you may contain the component similar to a solid electrolyte green sheet, such as an organic binder and a solvent. The predetermined temperature may be appropriately set according to the composition of each green sheet and layer, and details will be described later.

無機物質の融点は、充分な収縮抑制能を得やすい点で、1100℃以上であることが好ましく、より好ましくは1150℃以上、最も好ましくは1200℃以上である。このような無機物質としては、Y、ZrO、CaO、Al、Ce、Gd、ScおよびEu等の金属酸化物、Nb、Ta、Mo、W等の高融点金属の単体、化合物又は合金が挙げられる。中でも、容易に入手でき工業的であり且つグリーンシート形成し易い点で、ZrO、CaO及びAlが好ましく、より好ましくはCaO及びAl、最も好ましくはAlである。 The melting point of the inorganic substance is preferably 1100 ° C. or higher, more preferably 1150 ° C. or higher, and most preferably 1200 ° C. or higher in view of obtaining sufficient shrinkage suppressing ability. Examples of such inorganic substances include metal oxides such as Y 2 O 3 , ZrO 2 , CaO, Al 2 O 3 , Ce 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Sc 2 O 3, and Eu 2 O 3 , Nb, Examples include simple substances, compounds or alloys of refractory metals such as Ta, Mo, and W. Of these, easily and industrially available and green sheets formed easily in terms, preferably ZrO 2, CaO and Al 2 O 3, more preferably CaO and Al 2 O 3, and most preferably is Al 2 O 3 .

無機物質の粉末は、上記の無機物質をボールミル、ジェットミル等を用いて粉砕することで作製される。有機バインダと混合する際の粉末の平均粒子径は、高い充填率が得られる点で、20μm以下であることが好ましく、より好ましくは15μm以下、最も好ましくは10μm以下である。また、粉末の平均粒子径の下限値は、焼成後に容易に除去できる点で、0.05μm以上であることが好ましく、より好ましくは0.1μm以上、最も好ましくは0.3μm以上である。「平均粒子径」の定義及び測定方法は、上述の通りである。   The inorganic substance powder is produced by pulverizing the above inorganic substance using a ball mill, a jet mill or the like. The average particle size of the powder when mixed with the organic binder is preferably 20 μm or less, more preferably 15 μm or less, and most preferably 10 μm or less in that a high filling rate is obtained. The lower limit of the average particle diameter of the powder is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and most preferably 0.3 μm or more in that it can be easily removed after firing. The definition and measuring method of “average particle diameter” are as described above.

<積層体の作製>
この手順では、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層の少なくとも一面に、電極グリーンシート及び収縮抑制層が順次積層された積層体を作製する。この積層体には、集電体グリーンシートは含まれず、焼成後の焼結積層体に集電体を取り付けることが好ましい。これにより、焼成の条件(例えば、温度、雰囲気)の許容範囲が広がり、工業的生産が飛躍的に容易になるし、集電体の素材の選択肢が大幅に多くなり、汎用性を向上できる。かかる積層体の構造を図1〜2を参照しつつ具体的に説明する。
<Production of laminate>
In this procedure, a laminate in which an electrode green sheet and a shrinkage suppression layer are sequentially laminated on at least one surface of a solid electrolyte green sheet or a solid electrolyte layer is produced. This laminate does not include a current collector green sheet, and it is preferable to attach the current collector to the sintered laminate after firing. Thereby, the permissible range of firing conditions (for example, temperature and atmosphere) is widened, industrial production is dramatically facilitated, the current collector material options are greatly increased, and versatility can be improved. The structure of such a laminate will be specifically described with reference to FIGS.

図1に示されるように、一態様における積層体10では、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層の両面に電極グリーンシート及び収縮抑制層が順次積層されている。即ち、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層11の一面には正極グリーンシート13aが配置され、この正極グリーンシート13aの上に第1収縮抑制層15aが配置されている。また、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層11の他の面には負極グリーンシート13bが配置され、この負極グリーンシート13bの下に第2収縮抑制層15bが配置されている。   As shown in FIG. 1, in the laminate 10 in one embodiment, an electrode green sheet and a shrinkage suppression layer are sequentially laminated on both surfaces of a solid electrolyte green sheet or a solid electrolyte layer. That is, the positive electrode green sheet 13a is disposed on one surface of the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer 11, and the first shrinkage suppression layer 15a is disposed on the positive electrode green sheet 13a. Moreover, the negative electrode green sheet 13b is arrange | positioned at the other surface of the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer 11, and the 2nd shrinkage | contraction suppression layer 15b is arrange | positioned under this negative electrode green sheet 13b.

図2に示されるように、別の態様における積層体10Aでは、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層の一面に電極グリーンシート及び収縮抑制層が順次積層されている。即ち、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層11の一面には正極グリーンシート13aが配置され、この正極グリーンシート13aの上に第1収縮抑制層15aが配置されている。一方、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層11の他の面には、負極グリーンシートが配置されていない。ここで、符号11が焼成後の固体電解質である場合には第2収縮抑制層も配置されなくてよい。符号11が固体電解質グリーンシートである場合には第2収縮抑制層(図示せず)が固体電解質グリーンシート11の他の面に直接配置される。   As shown in FIG. 2, in the laminate 10 </ b> A in another aspect, the electrode green sheet and the shrinkage suppression layer are sequentially laminated on one surface of the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer. That is, the positive electrode green sheet 13a is disposed on one surface of the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer 11, and the first shrinkage suppression layer 15a is disposed on the positive electrode green sheet 13a. On the other hand, the negative electrode green sheet is not disposed on the other surface of the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer 11. Here, when the code | symbol 11 is the solid electrolyte after baking, a 2nd shrinkage | contraction suppression layer does not need to be arrange | positioned. When the code | symbol 11 is a solid electrolyte green sheet, a 2nd shrinkage | contraction suppression layer (not shown) is directly arrange | positioned on the other surface of the solid electrolyte green sheet 11. FIG.

なお、重畳の順序は、積層体が以上の構造を結果的に備えている限りにおいて、特に限定されない。即ち、まず、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層の上に電極グリーンシートを重畳し、次に電極グリーンシートの上に収縮抑制層を重畳してもよいし、固体電解質グリーンシート又は固体電解質層と収縮抑制層との間に電極グリーンシートを挟みこんでもよい。また、各グリーンシートは、上述したように、重畳する対象のグリーンシートの上、又はセラミックス等に直接成形してもよい。   Note that the order of superposition is not particularly limited as long as the laminate has the above structure as a result. That is, first, an electrode green sheet may be superimposed on the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer, and then a shrinkage suppression layer may be superimposed on the electrode green sheet, or the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer An electrode green sheet may be sandwiched between the shrinkage suppression layer. Further, as described above, each green sheet may be directly formed on a green sheet to be superimposed, or on ceramics or the like.

全グリーンシート又は層を重畳した後、所定の積層圧での積層を行う。かかる積層圧の下限は、安定な積層構造が得られる点で、1MPa以上であることが好ましく、より好ましくは3MPa以上、最も好ましくは5MPa以上である。また、積層圧の上限は、各グリーンシート又は層が破損しにくい点で、1000MPa以下であることが好ましく、より好ましくは800MPa以下、最も好ましくは600MPa以下である。   After superposing all the green sheets or layers, lamination is performed at a predetermined lamination pressure. The lower limit of the lamination pressure is preferably 1 MPa or more, more preferably 3 MPa or more, and most preferably 5 MPa or more in that a stable laminated structure is obtained. Further, the upper limit of the lamination pressure is preferably 1000 MPa or less, more preferably 800 MPa or less, and most preferably 600 MPa or less, in that each green sheet or layer is not easily damaged.

このように作製された積層体において、固体電解質グリーンシート11の厚みT3の上限は、収縮による不具合が生じにくい点で、積層体10の厚みTtの50%以下であることが好ましく、より好ましくは40%以下、最も好ましくは30%以下である。また、厚みT3の下限は、電解質としての機能を充分に確保できる点で、積層体10の厚みTtの0.1%以上であることが好ましく、より好ましくは0.3%以上、最も好ましくは0.5%以上である。   In the laminated body thus produced, the upper limit of the thickness T3 of the solid electrolyte green sheet 11 is preferably 50% or less of the thickness Tt of the laminated body 10 and more preferably from the viewpoint that defects due to shrinkage are less likely to occur. 40% or less, most preferably 30% or less. Further, the lower limit of the thickness T3 is preferably 0.1% or more, more preferably 0.3% or more, and most preferably the thickness Tt of the laminate 10 in that the function as an electrolyte can be sufficiently secured. 0.5% or more.

また、収縮抑制層の厚み、即ち第1収縮抑制層15aの厚みT1及び第2収縮抑制層15bの厚みT2の和の下限は、収縮を充分に抑制できる点で、積層体10の厚みTtの10%以上であることが好ましく、より好ましくは15%以上、最も好ましくは20%以上である。また、厚みT1及び厚みT2の和の上限は、費用の浪費を予防できる点で、積層体10の厚みTtの95%以下であることが好ましく、より好ましくは90%以下、最も好ましくは85%以下である。   Further, the lower limit of the thickness of the shrinkage suppression layer, that is, the sum of the thickness T1 of the first shrinkage suppression layer 15a and the thickness T2 of the second shrinkage suppression layer 15b is that the shrinkage can be sufficiently suppressed, It is preferably 10% or more, more preferably 15% or more, and most preferably 20% or more. Further, the upper limit of the sum of the thickness T1 and the thickness T2 is preferably 95% or less, more preferably 90% or less, and most preferably 85% of the thickness Tt of the laminate 10 in terms of preventing cost waste. It is as follows.

なお、以上の厚みに関する記載は、図2に示される積層体10Aのように、電極グリーンシートの一方が積層されていない場合についても妥当する。   In addition, the description regarding the above thickness is appropriate also about the case where one of the electrode green sheets is not laminated | stacked like the laminated body 10A shown by FIG.

<焼成>
続いて、積層体を焼成する。この手順は、一般に、脱脂工程及び焼結工程を含む。これらの工程は、ガス炉、マイクロ波炉、電気炉等の中で、空気交換しつつ行うことが好ましい。
<Baking>
Subsequently, the laminate is fired. This procedure generally includes a degreasing process and a sintering process. These steps are preferably performed while exchanging air in a gas furnace, microwave furnace, electric furnace or the like.

[脱脂]
積層体を、比較的低温(例えば)で加熱して、有機バインダの除去を行う。これにより、各グリーンシート及び層に含まれていた有機バインダ等が分解され、ガス化して積層体から排出されるため、有機物を除去できる。加熱温度の下限は、有機物を充分に除去できる点で、360℃以上であることが好ましく、より好ましくは380℃以上、最も好ましくは400℃以上である。また、加熱温度の上限は、金属材料の酸化を抑制できる点で、700℃以下であることが好ましく、より好ましくは680℃以下、最も好ましくは660℃以下である。
[Degreasing]
The stacked body is heated at a relatively low temperature (for example) to remove the organic binder. Thereby, since the organic binder etc. which were contained in each green sheet and layer are decomposed | disassembled and gasified and discharged | emitted from a laminated body, organic substance can be removed. The lower limit of the heating temperature is preferably 360 ° C. or higher, more preferably 380 ° C. or higher, and most preferably 400 ° C. or higher in terms of sufficiently removing organic substances. In addition, the upper limit of the heating temperature is preferably 700 ° C. or less, more preferably 680 ° C. or less, and most preferably 660 ° C. or less from the viewpoint that the oxidation of the metal material can be suppressed.

[焼結]
脱脂工程の後の積層体を、脱脂工程における温度よりも高い所定温度で焼成する。これにより、酸化物ガラスや活物質が焼き固められる。所定温度の下限は、各層を充分に緻密化できる点で、750℃以上であることが好ましく、より好ましくは800℃以上、最も好ましくは850℃以上である。また、所定温度の上限は、材料の強度低下を抑制できる点で、1100℃以下であることが好ましく、より好ましくは1080℃以下、最も好ましくは1060℃以下である。別の観点から、所定温度は、収縮抑制膜の素材の選択肢の幅を充分に確保できる点で、無機物質の融点よりも50℃以上低いことが好ましく、より好ましくは100℃以上、最も好ましくは150℃以上である。
[Sintering]
The laminated body after the degreasing step is fired at a predetermined temperature higher than the temperature in the degreasing step. Thereby, oxide glass and an active material are baked and hardened. The lower limit of the predetermined temperature is preferably 750 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, and most preferably 850 ° C. or higher in that each layer can be sufficiently densified. In addition, the upper limit of the predetermined temperature is preferably 1100 ° C. or less, more preferably 1080 ° C. or less, and most preferably 1060 ° C. or less from the viewpoint of suppressing a decrease in strength of the material. From another point of view, the predetermined temperature is preferably 50 ° C. or more lower than the melting point of the inorganic substance, more preferably 100 ° C. or more, and most preferably, from the viewpoint that a sufficient range of options for the material of the shrinkage suppression film can be secured. 150 ° C. or higher.

このような焼成の後に形成された焼結積層体20の固体電解質層21は、高容量且つ高出力のリチウム電池を容易に製造できる点で、25℃において1×10−5Scm−1以上のイオン伝導度を有することが好ましく、より好ましくは5×10−5Scm−1以上、最も好ましくは1×10−4Scm−1以上である。 The solid electrolyte layer 21 of the sintered laminate 20 formed after such firing is 1 × 10 −5 Scm −1 or more at 25 ° C. in that a high capacity and high output lithium battery can be easily manufactured. It preferably has ionic conductivity, more preferably 5 × 10 −5 Scm −1 or more, and most preferably 1 × 10 −4 Scm −1 or more.

また、焼成における固体電解質グリーンシート又は電極グリーンシートの面積収縮率は、収縮による不具合を抑制できる点で、10%以下であることが好ましく、より好ましくは5%以下、最も好ましくは3%以下である。面積収縮率とは、焼成前の固体電解質グリーンシート又は電極グリーンシートの面積から、焼成後における固体電解質層又は電極層の面積を差し引いた差の、固体電解質グリーンシート又は電極グリーンシートの面積に対する百分率である。かかる面積収縮率は、電極グリーンシートを双方積層した場合には固体電解質グリーンシートを基準に測定すればよいし、電極グリーンシートを一方のみ積層した場合には固体電解質グリーンシート又は電極グリーンシートのいずれか又は双方を基準に測定すればよい。   Further, the area shrinkage ratio of the solid electrolyte green sheet or the electrode green sheet in firing is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and most preferably 3% or less, from the viewpoint of suppressing problems due to shrinkage. is there. Area shrinkage is the percentage of the difference between the area of the solid electrolyte green sheet or electrode green sheet before firing and the difference of the area of the solid electrolyte layer or electrode layer after firing subtracted from the area of the solid electrolyte green sheet or electrode green sheet It is. The area shrinkage ratio may be measured based on the solid electrolyte green sheet when both electrode green sheets are laminated, and either the solid electrolyte green sheet or the electrode green sheet when only one electrode green sheet is laminated. Or may be measured based on both.

次の集電体の取付けまでに、収縮抑制層25a,25bを除去することが好ましい。焼成後の収縮抑制層25a,25bは、通常極めて脆くなっているため容易に除去できる。除去した後、超音波洗浄等を行うことが好ましい。   It is preferable to remove the shrinkage suppression layers 25a and 25b before the next current collector is attached. Since the shrinkage suppression layers 25a and 25b after firing are usually extremely brittle, they can be easily removed. It is preferable to perform ultrasonic cleaning after the removal.

また、図2に示されるように、焼成前に一方の電極グリーンシートを積層体10Aに含めなかった場合、収縮抑制層21の除去後に電極層23bAを形成する必要がある。電極層の形成は、従来周知の通り、活物質、有機バインダ等を含む電極スラリーを固体電解質層に塗布し、焼成することで実施できる。   In addition, as shown in FIG. 2, when one electrode green sheet is not included in the laminate 10A before firing, it is necessary to form the electrode layer 23bA after the removal of the shrinkage suppression layer 21. As is well known in the art, the electrode layer can be formed by applying an electrode slurry containing an active material, an organic binder and the like to the solid electrolyte layer and baking it.

<集電体の取付け>
続いて、焼結積層体の電極層に集電体を取り付ける。通常、集電体粉末、有機バインダ等を含む集電体スラリーを電極層に塗布し、塗布物を焼成する。
<Installation of current collector>
Subsequently, a current collector is attached to the electrode layer of the sintered laminate. Usually, a collector slurry containing a collector powder, an organic binder, and the like is applied to the electrode layer, and the coated material is fired.

集電体の粉末としては、電子伝導性を有する金属材料が使用される。具体的には、アルミニウム、銅、ニッケル、パラジウム、金及び白金からなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。   As the current collector powder, a metal material having electronic conductivity is used. Specific examples include at least one selected from the group consisting of aluminum, copper, nickel, palladium, gold, and platinum.

集電体スラリーは、熱融着性を有するガラスフリットを含んでいてもよい。ガラスフリットの軟化点は400〜700℃程度であればよく、ガラスフリットの含有量は、集電体粉末100質量部当たり0.5〜15質量部であればよい。その他の使用する材料や、焼成の手順は、上述と同様でよい。   The current collector slurry may contain a glass frit having heat-fusibility. The softening point of glass frit should just be about 400-700 degreeC, and content of glass frit should just be 0.5-15 mass parts per 100 mass parts of collector powder. Other materials to be used and the firing procedure may be the same as described above.

その後、電気を外部へ出力するために、集電体にリードを設けることで、リチウム電池が製造されることになる。リードの素材やリードの設置手順は、従来周知の通りである。   Thereafter, in order to output electricity to the outside, a lithium battery is manufactured by providing a lead on the current collector. Lead materials and lead installation procedures are well known in the art.

なお、負極層の形成、集電体の取付け、及びリードの接続の順序は、適宜変更してよく、上述又は以下の実施例の順序に限定されるものではない。   Note that the order of forming the negative electrode layer, attaching the current collector, and connecting the leads may be changed as appropriate, and is not limited to the order of the above-described or following embodiments.

[固体電解質グリーンシートの作製]
原料として、HPO、Al(PO、LiCO、SiO、及びTiOを用い、これらの原料を、酸化物換算のmol%で、PO533.8%、Al7.6%、LiO14.5%、SiO2.8%、TiO41.3%の組成になるように秤量し、均一に混合した。混合物を白金ポット内に入れ、電気炉中1450℃で3時間に亘り、撹拌を行いながら加熱溶解を行った。得られたガラス融液を流水中に滴下することで、フレーク状のガラスを得た。このガラスをジェットミルで粉砕することで、平均粒子径1.9μmのガラス粒子を得て、このガラス粒子をエタノールによる湿式ボールミルで微粉砕し、得たスラリーを噴霧乾燥することで、平均粒子径0.3μmのガラス微粒子を得た。
[Production of solid electrolyte green sheet]
As raw materials, H 3 PO 4 , Al (PO 3 ) 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 , and TiO 2 were used, and these raw materials were mol% in terms of oxide, P 2 O 533.8%, Al 2 O 3 7.6%, Li 2 O14.5%, SiO 2 2.8%, were weighed so that TiO 2 41.3% of the composition, were homogeneously mixed. The mixture was put in a platinum pot and heated and dissolved in an electric furnace at 1450 ° C. for 3 hours with stirring. The obtained glass melt was dropped into running water to obtain flaky glass. By pulverizing this glass with a jet mill, glass particles having an average particle diameter of 1.9 μm were obtained, and the glass particles were finely pulverized with a wet ball mill using ethanol, and the resulting slurry was spray-dried to obtain an average particle diameter. 0.3 micrometer glass microparticles were obtained.

ガラス微粒子に、水に分散させたアクリル樹脂に分散剤を添加し、ボールミルで48時間に亘り撹拌することでスラリーを調製した。このスラリーにおけるガラス微粒子の含有量は65.5質量%であり、アクリル樹脂の含有量は13.5質量%であった。かかるスラリーを、ドクターブレード法で離型処理を施したPETフィルム上に厚み15μmで成形し、80℃にて一次乾燥を、更に95℃で二次乾燥を行うことで、シート状物を得た。PETフィルムを剥離した後のシート状物2枚を重畳し、等方加圧装置(CIP)を用いて196.1MPaにて10分間に亘り加圧を行うことで、緻密なグリーンシートを作製した。なお、重畳及び積層は、任意の工程である。   A slurry was prepared by adding a dispersant to an acrylic resin dispersed in water to glass fine particles, and stirring for 48 hours with a ball mill. The content of glass fine particles in this slurry was 65.5% by mass, and the content of acrylic resin was 13.5% by mass. The slurry was molded with a thickness of 15 μm on a PET film which had been subjected to a release treatment by the doctor blade method, and was subjected to primary drying at 80 ° C. and further secondary drying at 95 ° C. to obtain a sheet-like material. . A dense green sheet was produced by superimposing two sheet-like materials after peeling the PET film and applying pressure at 196.1 MPa for 10 minutes using an isotropic pressure device (CIP). . In addition, superposition | stacking and lamination | stacking are arbitrary processes.

なお、作製したグリーンシートの状況を確認するため、グリーンシートを50mm角に切り出し、900℃で3時間焼成した。そして、焼成処理物をX線回折法で調査したところ、主結晶相がLi1+x+yAlTi2−xSi3−y12(式中、0≦x≦0.4、0<y≦0.6)であることが確認された。また、インピーダンス測定を行って求めたイオン伝導度は1.5×10−4Scm−1であった。 In addition, in order to confirm the state of the produced green sheet, the green sheet was cut into a 50 mm square and fired at 900 ° C. for 3 hours. When the fired product was examined by X-ray diffraction, the main crystal phase was Li 1 + x + y AlTi 2−x Si y P 3−y O 12 (wherein 0 ≦ x ≦ 0.4, 0 <y ≦ 0). .6). Moreover, the ionic conductivity obtained by performing impedance measurement was 1.5 × 10 −4 Scm −1 .

[正極グリーンシートの作製]
固体電解質シートの作製過程で得たフレーク状のガラスを、870℃で5時間に亘り熱処理することで、主結晶相がLi1+x+yAlTi2−xSi3−y12(式中、0≦x≦0.4、0<y≦0.6)であり且つイオン伝導度が1.5×10−4Scm−1のフレーク状固体電解質を得た。この固体電解質をジェットミル及び湿式ボールミルを用いて粉砕し、平均粒子径0.2μmの固体電解質粉末を得た。この固体電解質粉末を、ボールミルを用いて、市販のLiCoO(平均粒子径7.5μm)と混合した(固体電解質:LiCoO=25:75(質量比))。
[Preparation of positive electrode green sheet]
The flake glass obtained in the process of producing the solid electrolyte sheet is heat-treated at 870 ° C. for 5 hours, so that the main crystal phase is Li 1 + x + y AlTi 2−x Si y P 3−y O 12 (where 0 ≦ x ≦ 0.4, 0 <y ≦ 0.6), and a flaky solid electrolyte having an ionic conductivity of 1.5 × 10 −4 Scm −1 was obtained. This solid electrolyte was pulverized using a jet mill and a wet ball mill to obtain a solid electrolyte powder having an average particle size of 0.2 μm. This solid electrolyte powder was mixed with commercially available LiCoO 2 (average particle diameter 7.5 μm) using a ball mill (solid electrolyte: LiCoO 2 = 25: 75 (mass ratio)).

この複合体に、水に分散させたアクリル樹脂に分散剤を添加し、ボールミルで48時間に亘り撹拌することでスラリーを調製した。このスラリーにおける複合体の含有量は62.1質量%であり、アクリル樹脂の含有量は15.2質量%であった。かかるスラリーを、ドクターブレード法で離型処理を施したPETフィルム上に厚み45μmで成形し、80℃にて一次乾燥を、更に95℃で二次乾燥を行うことで、シート状物を得た。PETフィルムを剥離した後のシート状物2枚を重畳し、等方加圧装置(CIP)を用いて196.1MPaにて10分間に亘り加圧を行うことで、緻密なグリーンシートを作製した。なお、重畳及び積層は、任意の工程である。   To this composite, a dispersant was added to an acrylic resin dispersed in water, and a slurry was prepared by stirring for 48 hours with a ball mill. The content of the composite in this slurry was 62.1% by mass, and the content of the acrylic resin was 15.2% by mass. The slurry was molded at a thickness of 45 μm on a PET film that had been subjected to a release treatment by the doctor blade method, and was subjected to primary drying at 80 ° C. and further secondary drying at 95 ° C. to obtain a sheet-like material. . A dense green sheet was produced by superimposing two sheet-like materials after peeling the PET film and applying pressure at 196.1 MPa for 10 minutes using an isotropic pressure device (CIP). . In addition, superposition | stacking and lamination | stacking are arbitrary processes.

[負極グリーンシートの作製]
市販の平均7.5μmのLi4/3Ti5/3を、湿式ボールミルを用いて平均粒子径1.4μmまで粉砕し、ボールミルを用いて、上記の固体電解質粉末と混合した(Li4/3Ti5/3:固体電解質=80:20(質量比))。
[Production of negative electrode green sheet]
A commercially available 7.5 μm average Li 4/3 Ti 5/3 O 4 was pulverized to a mean particle size of 1.4 μm using a wet ball mill, and mixed with the above solid electrolyte powder using a ball mill (Li 4 / 3 Ti 5/3 O 4 : Solid electrolyte = 80: 20 (mass ratio)).

この複合体に、水に分散させたアクリル樹脂に分散剤を添加し、ボールミルにて48時間撹拌してスラリーを調製した。このときのスラリーに含まれる複合体の含有量は60.8質量%であり、アクリル樹脂の含有量は14.8質量%であった。かかるスラリーを、ドクターブレード法で離型処理を施したPETフィルム上に厚み45μmで成形し、80℃にて一次乾燥を、更に95℃で二次乾燥を行うことで、シート状物を得た。PETフィルムを剥離した後のシート状物2枚を重畳し、等方加圧装置(CIP)を用いて196.1MPaにて10分間に亘り加圧を行うことで、緻密なグリーンシートを作製した。なお、重畳及び積層は、任意の工程である。   To this composite, a dispersant was added to an acrylic resin dispersed in water, and stirred for 48 hours with a ball mill to prepare a slurry. The content of the composite contained in the slurry at this time was 60.8% by mass, and the content of the acrylic resin was 14.8% by mass. The slurry was molded at a thickness of 45 μm on a PET film that had been subjected to a release treatment by the doctor blade method, and was subjected to primary drying at 80 ° C. and further secondary drying at 95 ° C. to obtain a sheet-like material. . A dense green sheet was produced by superimposing two sheet-like materials after peeling the PET film and applying pressure at 196.1 MPa for 10 minutes using an isotropic pressure device (CIP). . In addition, superposition | stacking and lamination | stacking are arbitrary processes.

[収縮抑制層の予備体の作製]
市販のアルミナ粒子(平均粒子径1.0μm)に、水に分散させたアクリル樹脂に分散剤を添加し、ボールミルで48時間に亘り撹拌することでスラリーを調製した。このスラリーにおけるアルミナの含有量は70.0質量%であり、アクリル樹脂の含有量は12.5質量%であった。かかるスラリーを、ドクターブレード法で離型処理を施したPETフィルム上に厚み100μmで成形し、80℃にて一次乾燥を、更に95℃で二次乾燥を行うことで、シート状物を得た。PETフィルムを剥離した後のシート状物2枚を重畳し、等方加圧装置(CIP)を用いて196.1MPaにて10分間に亘り加圧を行うことで、収縮抑制層の予備体として緻密なグリーンシートを作製した。なお、重畳及び積層は、任意の工程である。
[Preparation of shrinkage suppression layer]
A slurry was prepared by adding a dispersant to commercially available alumina particles (average particle size: 1.0 μm) in an acrylic resin dispersed in water and stirring for 48 hours with a ball mill. The content of alumina in this slurry was 70.0% by mass, and the content of acrylic resin was 12.5% by mass. The slurry was molded to a thickness of 100 μm on a PET film that had been subjected to a release treatment by the doctor blade method, and was subjected to primary drying at 80 ° C. and secondary drying at 95 ° C. to obtain a sheet-like material. . As a preparatory body for the shrinkage suppression layer, two sheet-like materials after peeling the PET film are superposed and pressurized at 196.1 MPa for 10 minutes using an isotropic pressure device (CIP). A dense green sheet was produced. In addition, superposition | stacking and lamination | stacking are arbitrary processes.

[積層体の作製]
作製した各グリーンシートをアルミナ/負極/固体電解質/正極/アルミナの順で重畳し、等方加圧装置(CIP)を用いて196.1MPaにて10分間に亘り加圧を行うことで、積層体を作製した。
[Production of laminate]
The produced green sheets are superposed in the order of alumina / negative electrode / solid electrolyte / positive electrode / alumina, and are laminated by applying pressure at 196.1 MPa for 10 minutes using an isotropic pressure device (CIP). The body was made.

[焼成]
積層体を480℃で2時間に亘り加熱した(脱脂)後、900℃まで急激に昇温し、900℃にて3分間保持した(焼結)。その後、積層体を600℃まで急冷し、600℃で10分間保持した後、室温まで徐冷することで焼結積層体を得た。焼結積層体からアルミナを除去し超音波洗浄を行った後、露点−60℃の雰囲気内、90℃にて乾燥を行った。ここで得られた焼結積層体の主面の面積は焼成前の積層体の97.7%であり、面積収縮率は2.3%であった。
[Baking]
The laminate was heated at 480 ° C. for 2 hours (degreasing), then rapidly heated to 900 ° C. and held at 900 ° C. for 3 minutes (sintering). Thereafter, the laminate was rapidly cooled to 600 ° C., held at 600 ° C. for 10 minutes, and then gradually cooled to room temperature to obtain a sintered laminate. Alumina was removed from the sintered laminate and ultrasonic cleaning was performed, followed by drying at 90 ° C. in an atmosphere with a dew point of −60 ° C. The area of the main surface of the sintered laminate obtained here was 97.7% of the laminate before firing, and the area shrinkage rate was 2.3%.

その後、正極層上に、アルミペーストを塗布し、乾燥及び焼成を行うことで、正極側に集電体を取り付け、負極層上に銅ペーストを塗布し、乾燥及び焼成を行うことで、負極側に集電体を取り付けた。   Then, an aluminum paste is applied on the positive electrode layer, dried and fired, a current collector is attached to the positive electrode side, a copper paste is applied on the negative electrode layer, dried and fired, and the negative electrode side A current collector was attached.

その後、正極にアルミニウム箔を正極リードとして接続し、負極に銅箔を負極リードとして接続し、この接続体を、内面が絶縁コートされたアルミニウム製のラミネートフィルムに封入することで、リチウム電池を作製した。このリチウム電池は、平均電圧2.5Vで放電し、充放電可能な二次電池であった。   Then, an aluminum foil is connected to the positive electrode as a positive electrode lead, a copper foil is connected to the negative electrode as a negative electrode lead, and this connection body is sealed in an aluminum laminate film whose inner surface is insulation-coated to produce a lithium battery. did. This lithium battery was a secondary battery that was discharged at an average voltage of 2.5 V and was chargeable / dischargeable.

[積層体の作製]
負極グリーンシートを用いず、アルミナ/固体電解質/正極/アルミナの順で重畳した点を除き、実施例1と同様の手順で積層体を作製した。
[Production of laminate]
A laminate was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the negative electrode green sheet was not used and the layers were superimposed in the order of alumina / solid electrolyte / positive electrode / alumina.

[焼成]
積層体を480℃で2時間に亘り加熱した(脱脂)後、900℃まで急激に昇温し、900℃にて3分間保持した(焼結)。その後、積層体を600℃まで急冷し、600℃で10分間保持した後、室温まで徐冷することで焼結積層体を得た。焼結積層体からアルミナを除去し超音波洗浄を行った後、露点−60℃の雰囲気内、90℃にて乾燥を行った。ここで得られた焼結積層体の主面の面積は焼成前の積層体の98.8%であり、面積収縮率は1.2%であった。
[Baking]
The laminate was heated at 480 ° C. for 2 hours (degreasing), then rapidly heated to 900 ° C. and held at 900 ° C. for 3 minutes (sintering). Thereafter, the laminate was rapidly cooled to 600 ° C., held at 600 ° C. for 10 minutes, and then gradually cooled to room temperature to obtain a sintered laminate. Alumina was removed from the sintered laminate and ultrasonic cleaning was performed, followed by drying at 90 ° C. in an atmosphere with a dew point of −60 ° C. The area of the main surface of the sintered laminate obtained here was 98.8% of the laminate before firing, and the area shrinkage rate was 1.2%.

その後、正極層上に、アルミペーストを塗布し、乾燥及び焼成を行うことで、正極側に集電体を取り付けた。   Thereafter, an aluminum paste was applied on the positive electrode layer, dried and baked to attach a current collector on the positive electrode side.

一方、アセトニトリルに、ポリエチレンオキシド及びポリプロピレンオキシドの重合体並びにLiTFSIを添加し、二軸ミキサを用いて24時間に亘り撹拌して溶解した。このペーストを、ドクターブレード法で離型処理を施したPETフィルム上に厚み1μmで成形し、70℃にて一次乾燥を、80℃で二次乾燥を、更に露点−60℃の雰囲気内25℃で三次乾燥を行うことで、薄膜を得た。この薄膜のイオン伝導度は5.5×10−5Scm−1であった。かかる薄膜を、固体電解質層の正極層とは反対側の面に貼り付け、更に厚み100μmのリチウム金属膜を貼り付けることで、負極を形成した。 On the other hand, a polymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide and LiTFSI were added to acetonitrile, and dissolved by stirring for 24 hours using a biaxial mixer. This paste is molded to a thickness of 1 μm on a PET film that has been subjected to a release treatment by the doctor blade method, subjected to primary drying at 70 ° C., secondary drying at 80 ° C., and 25 ° C. in an atmosphere with a dew point of −60 ° C. A thin film was obtained by performing tertiary drying. The ionic conductivity of this thin film was 5.5 × 10 −5 Scm −1 . The thin film was attached to the surface of the solid electrolyte layer opposite to the positive electrode layer, and a lithium metal film having a thickness of 100 μm was further attached to form a negative electrode.

その後、正極にアルミニウム箔を正極リードとして接続し、負極に銅箔を負極リードとして接続し、この接続体を、内面が絶縁コートされたアルミニウム製のラミネートフィルムに封入することで、リチウム電池を作製した。このリチウム電池は、平均電圧3.6Vで放電し、充放電可能な二次電池であった。   Then, an aluminum foil is connected to the positive electrode as a positive electrode lead, a copper foil is connected to the negative electrode as a negative electrode lead, and this connection body is sealed in an aluminum laminate film whose inner surface is insulation-coated to produce a lithium battery. did. This lithium battery was a secondary battery that was discharged at an average voltage of 3.6 V and was chargeable / dischargeable.

[積層体の作製]
実施例1で作製した固体電解質シートを900℃で3分間焼成し、固体電解質基板(イオン伝導度1.5×10−4Scm−1)を得た。この固体電解質基板上にアセトンを噴霧し、実施例1で作製した正極グリーンシート及び収縮抑制層を重畳し、プレス部の上面に弾性体が設置された加熱プレスを用いて10MPaにて10分間に亘り加圧することで、各グリーンシート及び層が接着した積層体を作製した。
[Production of laminate]
The solid electrolyte sheet produced in Example 1 was baked at 900 ° C. for 3 minutes to obtain a solid electrolyte substrate (ion conductivity 1.5 × 10 −4 Scm −1 ). Acetone is sprayed on the solid electrolyte substrate, the positive electrode green sheet and the shrinkage suppression layer prepared in Example 1 are superimposed, and a heating press in which an elastic body is installed on the upper surface of the press portion is used at 10 MPa for 10 minutes. By pressurizing the laminate, a laminate in which each green sheet and the layer were bonded was produced.

[焼成]
積層体を480℃で2時間に亘り加熱した(脱脂)後、900℃まで急激に昇温し、900℃にて3分間保持した(焼結)。その後、積層体を600℃まで急冷し、600℃で10分間保持した後、室温まで徐冷することで焼結積層体を得た。焼結積層体からアルミナを除去し超音波洗浄を行った後、露点−60℃の雰囲気内、90℃にて乾燥を行った。ここで得られた焼結積層体の主面の面積は焼成前の積層体の99.9%であり、面積収縮率は0.1%であった。
[Baking]
The laminate was heated at 480 ° C. for 2 hours (degreasing), then rapidly heated to 900 ° C. and held at 900 ° C. for 3 minutes (sintering). Thereafter, the laminate was rapidly cooled to 600 ° C., held at 600 ° C. for 10 minutes, and then gradually cooled to room temperature to obtain a sintered laminate. Alumina was removed from the sintered laminate and ultrasonic cleaning was performed, followed by drying at 90 ° C. in an atmosphere with a dew point of −60 ° C. The area of the principal surface of the sintered laminate obtained here was 99.9% of the laminate before firing, and the area shrinkage rate was 0.1%.

本発明の一実施形態に係るリチウム電池の製造手順を示す図である。It is a figure which shows the manufacture procedure of the lithium battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係るリチウム電池の製造手順を示す図である。It is a figure which shows the manufacture procedure of the lithium battery which concerns on another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、10A 積層体
11 固体電解質グリーンシート
13a 正極グリーンシート(電極グリーンシート)
13b 負極グリーンシート(電極グリーンシート)
15 収縮抑制層
21 固体電解質層
23a 正極層
23b、23bA 負極層
40、40A リチウム電池
10, 10A Laminate 11 Solid electrolyte green sheet 13a Positive electrode green sheet (electrode green sheet)
13b Negative electrode green sheet (electrode green sheet)
15 Shrinkage suppression layer 21 Solid electrolyte layer 23a Positive electrode layer 23b, 23bA Negative electrode layer 40, 40A Lithium battery

Claims (14)

熱処理後にリチウムイオン伝導性を呈する酸化物ガラスの粉末を含む固体電解質グリーンシート又はリチウムイオン伝導性の結晶を有する固体電解質層と、リチウムイオンを吸蔵及び放出する活物質を含む電極グリーンシートと、を用いたリチウム電池の製造方法であって、
前記固体電解質グリーンシート又は固体電解質層の少なくとも一面に、前記電極グリーンシートと、所定温度を超える融点を有する無機物質の粉末を含む収縮抑制層と、が順次積層された積層体を作製し、
前記積層体を前記所定温度で焼成する手順を有するリチウム電池の製造方法。
A solid electrolyte green sheet containing an oxide glass powder exhibiting lithium ion conductivity after heat treatment or a solid electrolyte layer having a lithium ion conductive crystal, and an electrode green sheet containing an active material that occludes and releases lithium ions. A method of manufacturing a lithium battery used,
Producing a laminate in which the electrode green sheet and a shrinkage suppression layer containing a powder of an inorganic substance having a melting point exceeding a predetermined temperature are sequentially laminated on at least one surface of the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer;
The manufacturing method of a lithium battery which has the procedure which bakes the said laminated body at the said predetermined temperature.
焼成における前記固体電解質グリーンシート又は前記電極グリーンシートの面積収縮率は、10%以下である請求項1記載のリチウム電池の製造方法。   The method for producing a lithium battery according to claim 1, wherein an area shrinkage rate of the solid electrolyte green sheet or the electrode green sheet in firing is 10% or less. 前記固体電解質グリーンシートの厚みは、前記積層体の厚みの50%以下である請求項1又は2記載のリチウム電池の製造方法。   The method for producing a lithium battery according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the solid electrolyte green sheet is 50% or less of the thickness of the laminate. 前記収縮抑制層の厚みは、前記積層体の厚みの10%以上である請求項1から3いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   The method for producing a lithium battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the shrinkage suppression layer is 10% or more of a thickness of the laminate. 前記無機物質の融点は、1100℃以上である請求項1から4いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   The method for producing a lithium battery according to claim 1, wherein the inorganic substance has a melting point of 1100 ° C. or higher. 前記酸化物ガラスの粉末は、5μm以下の平均粒子径を有する請求項1から5いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   The method for producing a lithium battery according to claim 1, wherein the oxide glass powder has an average particle diameter of 5 μm or less. 前記酸化物ガラスの粉末の粒子径の最大値は、20μm以下である請求項1から6いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   The method for producing a lithium battery according to claim 1, wherein the maximum value of the particle diameter of the oxide glass powder is 20 μm or less. 前記無機物質の粉末は、5μm以下の平均粒子径を有する請求項1から7いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   The method for manufacturing a lithium battery according to claim 1, wherein the inorganic substance powder has an average particle diameter of 5 μm or less. 前記無機物質の粉末の粒子径の最大値は、20μm以下である請求項1から8いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   9. The method of manufacturing a lithium battery according to claim 1, wherein the maximum particle diameter of the inorganic substance powder is 20 μm or less. 前記固体電解質グリーンシート又は固体電解質層、前記電極グリーンシート、及び前記収縮抑制層の積層は、1MPa以上の積層圧で行われる請求項1から9いずれか記載のリチウム電池の製造方法。   The method for producing a lithium battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the solid electrolyte green sheet or the solid electrolyte layer, the electrode green sheet, and the shrinkage suppression layer are laminated at a lamination pressure of 1 MPa or more. 前記酸化物ガラスの粉末は、前記焼成と同条件での熱処理後、25℃において1×10−4Scm−1以上のイオン伝導度を有するものである請求項1から10いずれか記載のリチウム電池の製造方法。 11. The lithium battery according to claim 1, wherein the oxide glass powder has an ionic conductivity of 1 × 10 −4 Scm −1 or more at 25 ° C. after heat treatment under the same conditions as the baking. Manufacturing method. 焼成後における固体電解質層は、25℃において1×10−5Scm−1以上のイオン伝導度を有する請求項1から11いずれか記載のリチウム電池の製造方法。 The method for producing a lithium battery according to claim 1, wherein the solid electrolyte layer after firing has an ionic conductivity of 1 × 10 −5 Scm −1 or more at 25 ° C. 前記酸化物ガラスの粉末は、Li1+x+y(Ge1−yTi2ーxSi3−z12(式中、MはAl及びGaからなる群より選ばれる1種以上であり、0≦x≦0.8、0≦y≦1.0、0≦z≦0.6である)で示される結晶を含む請求項1から12いずれか記載のリチウム電池の製造方法。 The powder of the oxide glass is Li 1 + x + y M x (Ge 1-y Ti y ) 2−x Si z P 3−z O 12 (wherein M is one or more selected from the group consisting of Al and Ga). The method for producing a lithium battery according to claim 1, further comprising a crystal represented by: 0 ≦ x ≦ 0.8, 0 ≦ y ≦ 1.0, and 0 ≦ z ≦ 0.6. 焼成後における固体電解質は、mol%表示で、
LiO:12〜18%、及び/又は、
Al+Ga:5〜10%、及び/又は、
TiO+GeO:35〜45%、及び/又は、
SiO:1〜10%、及び/又は、
:30〜40%
を含有するガラスセラミックスを含む請求項1から13いずれか記載のリチウム電池の製造方法。
The solid electrolyte after firing is expressed in mol%,
Li 2 O: 12-18% and / or
Al 2 O 3 + Ga 2 O 3: 5~10%, and / or,
TiO 2 + GeO 2: 35~45% , and / or,
SiO 2 : 1-10% and / or
P 2 O 5: 30~40%
The method for producing a lithium battery according to any one of claims 1 to 13, comprising glass ceramics containing sodium.
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